JP2005000930A

JP2005000930A - スピニング加工装置、スピニング加工方法、およびこれを用いて製造された触媒コンバータ

Info

Publication number: JP2005000930A
Application number: JP2003165065A
Authority: JP
Inventors: Akira Izumi; 章泉; Akiyoshi Yamamoto; 明慶山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】簡単な構成で、素管を任意の形状に容易に精度良くスピニング加工することができる装置と方法、および、これにより製造された触媒コンバータを提供する。
【解決手段】素管Ｗを保持するクランプ装置１と、素管に対して相対的に公転する成形ローラ（成形工具）２と、Ｘ方向に相対的に移動させるＸ方向移動機構（公転軸方向移動手段）と、Ｙ方向に相対的に移動させる水平方向移動機構と、Ｚ方向に相対的に移動させる垂直方向移動機構と、素管の周方向（ＲＸ方向）の位相を変化させる位相変化手段と、Ｙ方向の軸線周り（ＲＹ方向）に素管の姿勢を俯仰変化させる俯仰駆動機構と、Ｚ方向の軸線周り（ＲＺ方向）に素管を反転させると共にその姿勢を所定の角度に変化させる揺動駆動機構と、を備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピニング加工装置、スピニング加工方法、およびこれを用いて製造された触媒コンバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スピニング加工装置は、一般に、素管に対して公転する成形工具と、この成形工具が素管を押圧するよう径方向に成形工具を移動させる成形工具移動手段と、成形工具をその公転軸線方向に相対的に移動させる公転軸方向移動手段とを備えている。
【０００３】
そして、このようなスピニング加工装置を用いて素管をスピニング加工し、触媒コンバータの触媒容器を成形する場合には、素管の端部に対して成形工具を相対的に公転させながら径方向に移動させて素管を径方向に押圧しつつ公転軸方向に移動させて、触媒担体の収容部から端部に向かって漸次縮径されたコーン部と、このコーン部の最小径を維持するように端部に筒状に形成された接続部と、を連続して成形する。
【０００４】
ところで、触媒コンバータなど、素管をスピニング加工してなる製品では、触媒担体の収容部の中心軸線に対してコーン部と接続部の中心軸線がオフセット（偏心）し、あるいは、所定の角度を形成する（偏角）するよう成形する必要がある場合がある。
【０００５】
このように素管を偏心・偏角などさせてスピニング加工するための従来の技術としては、特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２５８２６号公報
【０００７】
特許文献１におけるスピニング加工装置は、管素材（素管）の端部の加工目標中心軸（Ｘｅ）が管素材の中心軸（Ｘｔ）と同一面上にあり、また、管素材の中心軸（Ｘｔ）が主軸の中心軸（Ｘｒ）に対し、ベースと平行な同一平面上（ベースから同一の高さ）に位置するように構成されていることが記載されている（段落番号００１９および００２２を参照）。
【０００８】
さらに、特許文献１には、管素材の両端部にスピニング加工を行う場合に、その両端部相互の関係が三次元的な製品を製造することについて開示されている（段落番号００５４〜００５９および図１５〜図２１を参照）。そして、特許文献１では、かかる場合にクランプ装置の駆動機構に若干変更を加えると共に、チャック装置を付設することが記載されている。
すなわち、特許文献１のクランプ装置は、台に平行な面上で３６０度回転駆動可能に構成されている。また、チャック装置は、主軸の中心軸と同軸の中心に向かって径方向に移動可能な一対のチャックを備え、このチャックによって管素材を保持した状態で中心軸周りに回転させて割り出し（インデックス）を行い得るように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の技術にあっては、管素材の端部の加工目標中心軸（Ｘｅ）および中心軸（Ｘｔ）と主軸の中心軸（Ｘｒ）とがベースと平行な同一平面上にあるため、図８に示すように、テーパ部（コーン部）Ｗｂ’と首部（接続部）Ｗｃ’を偏心・偏角成形したときに、各部の中心軸線Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃが同一平面Ｆ上にあるために成形できる形状が二次元的であり、自由度が低いという問題があった。このようなスピニング加工により触媒コンバータの触媒容器として管素材を成形した場合には、その触媒容器内に排気ガスを理想的に流動させることができず、排気ガスの処理性能を向上させることができないという問題や、触媒コンバータの設置条件に応じて触媒容器を成形することができず小型化を図ることができないなどの問題があった。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載された従来の技術にあっては、管素材の両端部相互の関係が三次元的な製品を製造するべく両端部にスピニング加工を行う場合に、クランプ装置からチャック装置に管素材を受け渡して中心軸周りに回転させて割り出しをおこない、再度チャック装置からクランプ装置に素材管を受け渡すため、装置の構成が複雑となると共に工程が煩雑となり、また、素材管の軸方向の位置や回転位相に誤差が生じることから成形精度が低下するなどの問題があった。そして、特に、素材管のテーパ部と首部を異なる方向、角度で成形する場合には、テーパ部と首部を成形する毎にクランプ装置とチャック装置の間で素材管を受け渡して割り出しを行う必要があるために、かかる問題が大きくなっていた。
【００１１】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、素管にコーン部と接続部をそれぞれ任意の方向へ精度良く偏心・偏角成形することができるスピニング加工装置とスピニング加工方法を提供すると共に、これを用いて触媒容器がその設置場所などに応じて任意の形状に精度よく成形されて排気ガスの処理性能が向上するように製造された触媒コンバータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のスピニング加工装置に係る発明は、上記目的を達成するため、素管に対して公転しつつ押圧して素管をスピニング加工するための成形工具を有するスピニング加工装置であって、成形工具をその公転軸方向に素管と相対的に移動させる公転軸方向移動手段と、成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動手段と、成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記第一径方向移動手段による一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動手段と、素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化手段と、前記第一径方向移動手段による移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化手段と、前記第二径方向移動手段による移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２のスピニング加工方法に係る発明は、上記目的を達成するため、素管に対して成形工具を相対的に公転させつつ、成形工具の公転径を変化させて素管を押圧すると共に、公転軸と平行に素管を相対的に移動させることにより、素管をスピニング加工する方法であって、成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動工程と、成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動工程と、素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化工程と、前記第一径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、前記第二径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を選択的に行うことを特徴とするものである。
請求項３の触媒コンバータに係る発明は、上記目的を達成するため、素管の内部に触媒担体を収容配置して、該素管の端部をスピニング加工することにより、触媒担体の収容部から端部に向かって漸次縮径されたコーン部と、該コーン部の最小径を維持するように端部に形成された接続部と、が連続して成形されてなる触媒容器を有する触媒コンバータであって、触媒容器が、素管をスピニング加工するにあたり、成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動工程と、成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動工程と、素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化工程と、前記第一径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、前記第二径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を選択的に行うことにより、収容部とコーン部と接続部の中心軸線が任意の方向に変化するよう成形されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１の発明では、素管を保持して成形工具を相対的に公転させつつ、成形工具の公転径を変化させて素管を押圧して所望の形状にスピニング加工を行う。
このとき、成形しようとする形状に応じて、公転軸方向移動手段により成形工具をその公転軸方向に素管と相対的に移動させると共に、第一径方向移動手段により成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させることと、第二径方向移動手段により成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記第一径方向移動手段による一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させることと、位相変化手段により素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させることと、第一姿勢変化手段により前記第一径方向移動手段による移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させることと、第二姿勢変化手段により前記第二径方向移動手段による移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させることとを、選択的に単独または複数で同期して行う。また、このようにして素管の一方端をスピニング加工した後に、他方端をスピニング加工する場合には、他方端が成形工具によりスピニング加工され得るように、第一姿勢変化手段または第二姿勢変化手段により素管を反転させる。この場合において、さらに、素管のスピニング加工された一方端の中心軸線と相対的に異なるように他方端をスピニング加工する場合には、位相変化手段により素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる。
請求項２の発明では、素管を保持して成形工具を相対的に公転させつつ、成形工具の公転径を変化させて素管を押圧すると共に、公転軸と平行に素管を相対的に移動させてスピニング加工する。このとき、成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動工程と、成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動工程と、素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化工程と、前記第一径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、前記第二径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を必要に応じて選択的に単独または複数で同期して行うことにより、素管を所望の形状に成形する。そして、このようにして素管の一方端をスピニング加工した後に他方端をスピニング加工する場合においては、他方端を成形工具によりスピニング加工し得るように、第一姿勢変化工程または第二姿勢変化工程を行って素管を反転させる。この場合において、さらに、素管のスピニング加工された一方端の中心軸線と相対的に異なるように他方端をスピニング加工する場合には、位相変化工程を行って、成形工具の公転軸の軸線周りに関する素管の周方向の位相を変化させる。
請求項３の発明では、触媒容器は、素管の両端部をスピニング加工することにより、触媒担体の収容部から端部に向かって漸次縮径されたコーン部と、該コーン部の最小径を維持するように端部に形成された接続部と、を連続して成形されてなる。触媒担体は、素管の両端をスピニング加工する前に素管の略中央に収容・配置されている。そして、触媒容器は、素管をスピニング加工するにあたり、成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動工程と、成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動工程と、素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化工程と、前記第一径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、前記第二径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を必要に応じて選択的に単独または複数で同期して行われており、その結果として、触媒コンバータを設置する場所などの条件に応じて収容部とコーン部と接続部の中心軸線が任意の方向に変化するよう成形されてなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明のスピニング加工装置の実施の一形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
本発明のスピニング加工装置は、概略、素管Ｗを保持するクランプ装置１と、素管Ｗに対して相対的に公転する成形工具としての成形ローラ２と、成形ローラ２をその公転径を変化可能に支持して素管Ｗに対して公転駆動させるスピンドル３と、素管Ｗに対して成形ローラ２をその公転軸方向（図におけるＸ方向）に相対的に移動させる公転軸方向移動手段としてのＸ方向移動機構４と、成形ローラ２の公転軸と直交する水平方向（図におけるＹ方向）に素管Ｗを相対的に移動させる第一径方向移動手段としての水平方向移動機構５と、成形ローラ２の公転軸と直交する垂直方向（図におけるＺ方向）に素管Ｗを相対的に移動させる第二径方向移動手段としての垂直方向移動機構６と、成形ローラ２の公転軸（Ｘ方向）の軸線周りに関する素管Ｗの周方向（図におけるＲＸ方向）の位相を変化させる位相変化手段７と、水平方向移動手段５による移動方向（Ｙ方向）の軸線周り（図におけるＲＹ方向）に素管Ｗの姿勢を俯仰変化させる第一姿勢変化手段としての俯仰駆動機構８と、垂直方向移動機構６による移動方向（Ｚ方向）の軸線周り（図におけるＲＺ方向）に素管Ｗを反転させると共にその姿勢を所定の角度に変化させる第二姿勢変化手段としての揺動駆動機構９と、を備えている。
なお、ここでいうＸ、Ｙ、Ｚ方向とは、図１〜図３に示すように、成形ローラ２の公転軸線上に素管Ｗを配置したときにおける素間Ｗの中心軸線方向（Ｘ方向）、このＸ方向と直交する水平軸線方向（Ｙ方向）、Ｘ方向と直交する垂直軸線方向（Ｚ方向）をそれぞれ意味する。
【００１５】
成形ローラ２は、この実施の形態の場合、スピンドル３に一対で設けられ、素管Ｗの外周面に対して転動するよう支持軸１１に従動回転可能に支持されている。支持軸１１は、その公転径を変化させる（図１の矢印Ｐを参照）ことができるよう公転径の変動機構によってスピンドル３の径方向に移動可能に設けられている。スピンドル３は、クランプ装置１を支持するクランプ支持台１２と対向するよう配置されるスピンドル台１３に回転可能に支持されており、任意の速度で任意の方向に成形ローラ２を回転駆動するようモータなどの駆動手段が接続されている。
【００１６】
素管Ｗを保持するクランプ装置１は、この実施の形態の場合、一対のクランプ部材１５、１５を備えてなるもので、スピンドル台１３と対峙するよう配置されたクランプ支持台１２に支持されている。クランプ部材１５は、素管Ｗの外径に応じて半割り状に成形されてなるもので、リング部材１６に担持され（図２を参照）、シリンダなどのアクチュエータによって開閉駆動される。また、クランプ部材１５を担持するリング部材１６は、保持した素管Ｗの位相をその軸方向周り（ＲＸ方向）に変化させることができるよう、クランプ装置本体１７に対して回動可能に保持されている。
【００１７】
クランプ支持台１２は、この実施の形態の場合、基台２０上にＹ方向に延在するように一対のガイドレール２１が設けられ、このガイドレール２１にＹ方向移動支持台２２が支持され、Ｙ方向移動支持台２２上にＸ方向に延在するように一対のガイドレール２３が設けられ、このガイドレール２３にＸ方向移動支持台２４が支持され、Ｘ方向移動支持台２４にＺ方向移動支持台２５がＺ方向に昇降可能に支持され、Ｚ方向移動支持台２５のアーム２５ａにはクランプベース２６がＹ方向の軸線周りに回動する、すなわちＸ方向に対して俯仰可能に支持されており（図１の矢印ＲＹを参照）、クランプベース２６にクランプ装置１がＺ方向の軸線周りに回動可能に支持されている（図１の矢印ＲＺを参照）。
【００１８】
図２に示すように、第一径方向移動手段としての水平方向移動機構５は、Ｙ方向に延在するガイドレール２１と平行に基台２０に設けられたボールネジ軸３０と、Ｙ方向移動支持台２２に設けられてボールネジ軸３０に螺合されたボールネジナット３１と、ボールネジ軸３０に接続されてその軸周りに制御可能に回転駆動するサーボモータ３２と、を備えてなる。サーボモータ３２によりボールネジ軸３０を任意の方向および回転量だけ回転駆動させると、ボールネジナット３１が設けられたＹ方向移動支持台２２は、図２の左右方向、すなわちＹ方向に水平移動される。
【００１９】
公転軸方向移動手段としてのＸ方向移動機構４は、水平方向移動機構５と同様に、Ｘ方向に延在するガイドレール２３と平行にＹ方向移動支持台２２に設けられたボールネジ軸３３と、Ｘ方向移動支持台２４に設けられてボールネジ軸３３に螺合されたボールネジナット３４と、ボールネジ軸３３に接続されてその軸周りに制御可能に回転駆動するサーボモータ３５と、を備えてなる。サーボモータ３５によりボールネジ軸３３を任意の方向および回転量だけ回転駆動させると、ボールネジナット３４が設けられたＸ方向移動支持台２４は、図２の紙面に垂直な方向、すなわちＸ方向に水平移動される。
【００２０】
Ｘ方向移動支持台２４の内側面には横断平面視でＴ字形の溝３６が形成されており、Ｚ方向移動支持台２５にはこの溝３６と対応するスライド部材３７が設けられている。また、この実施の形態における第二径方向移動手段としての垂直方向移動機構６は、Ｚ方向移動支持台２５に設けられたラック３８と、Ｘ方向移動支持台２４に設けられてラック３８と噛合するピニオン３９が接続されたサーボモータ４０とを備えてなる。サーボモータ４０を回転駆動させることにより、ピニオン３９と噛合するラック３８が設けられ、溝３６に係合されたスライド部材３７が設けられたＺ方向移動支持台２５は昇降移動される。
【００２１】
Ｚ方向移動支持台２５のアーム２５ａ、２５ａは、Ｙ方向に対峙するように一対で形成され、両アーム２５ａ、２５ａの間にクランプベース２６が配置され枢着されている。第一姿勢変化手段としての俯仰駆動機構８は、Ｚ方向移動支持台２５のアーム２５ａに設けられてクランプベース２６の枢軸に接続されたサーボモータ４１を備えてなる。サーボモータ４１を回転駆動することにより、Ｚ方向移動支持台２５に回動可能に支持されたクランプベース２６がＹ方向の軸線周り（図におけるＲＹ方向）に俯仰される。
【００２２】
クランプベース２６の上面には環状ガイド４２を介してクランプ装置本体１７が支持されている。第二姿勢変化手段としての揺動駆動機構９は、クランプベース２６に設けられてクランプ装置本体１７の下面に接続されたサーボモータ４３を備えてなる。サーボモータ４３を回転駆動することにより、環状ガイド４２を介してクランプベース２６に支持されたクランプ装置１は、Ｚ方向の軸線周りに揺動される。
【００２３】
クランプ装置１のクランプ部材１５を担持するリング部材１６は、ベアリングなどによってＸ方向の軸線周りに回動可能に支持されている。位相変化手段７は、リング部材１６の外周に設けられたウォームホイール４５と、このウォームホイール４５に噛合されたウォーム４６と、ウォーム４６を軸周りに回転駆動するサーボモータ４７とを備えてなる。サーボモータ４７を回転駆動することにより、ウォーム４６とウォームホイール４５からなるウォームギヤを介して、リング部材１６に担持されたクランプ部材１５が、すなわちクランプ部材１５に保持された素管ＷがＸ方向の軸線周りに回動され、その周方向の位相が変化する。
【００２４】
そして、本発明のスピニング加工装置は、スピンドル３に設けられた成形ローラ２の公転径の変動機構と、水平方向移動機構５と、Ｘ方向移動機構４と、垂直方向移動機構６と、俯仰駆動機構８と、揺動駆動機構９と、位相変化手段７との各々のサーボモータ３２、３５、４０、４３、４７とは、素管Ｗから成形する製品の形状に応じて、単独でまたは複数を同期させた状態で回転駆動するよう制御される。
【００２５】
なお、本発明のスピニング加工装置は、上述した実施の形態に限定されることはなく、例えば、基台２０上にＸ方向移動支持台２４を支持し、Ｘ方向移動支持台２４上にＹ方向移動支持台２２を支持するよう構成することもできる。また、例えば、Ｘ方向移動機構４は、素管Ｗを成形ローラ２の公転軸方向に相対的に移動させることができるよう構成されていればよく、スピンドル台１３をＸ方向に移動させるよう構成することができ、さらには、素管Ｗを回転させると共に各方向に移動させるよう構成することもできる。
【００２６】
次に、本発明のスピニング加工方法を、上述したように構成されたスピニング加工装置を使用して、素管Ｗから触媒コンバータの触媒容器を成形する場合によって、詳細に説明する。
本発明のスピニング加工方法は、概略、素管Ｗに対して成形工具である成形ローラ２を相対的に公転させつつ、成形ローラ２の公転径を変化させて素管Ｗを押圧すると共に、公転軸と平行に素管Ｗを相対的にＸ方向に移動させることにより、素管Ｗを縮管成形するもので、成形する触媒容器の形状に応じて、成形ローラ２の公転軸と直交する一方向（Ｙ方向）に素管Ｗを相対的に移動させる第一径方向移動工程と、成形ローラ２の公転軸と直交し、且つ、前記一方向（Ｙ方向）と異なる方向（Ｚ方向）に素管Ｗを相対的に移動させる第二径方向移動工程と、素管Ｗの、成形ローラ２の公転軸の軸線Ｘ方向周りに関する周方向（ＲＸ方向）の位相を変化させる位相変化工程と、前記第一径方向移動工程における移動方向（Ｙ方向）の軸線周り（ＲＹ方向）に素管Ｗの姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、前記第二径方向移動工程における移動方向（Ｚ方向）の軸線周り（ＲＺ方向）に素管Ｗの姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を選択して行うものである。
【００２７】
素管Ｗの両端部を縮径成形して触媒容器とした触媒コンバータを製造するに際しては、最初に、クランプ装置１のクランプ部材１５を開かせて、非スピニング加工部位である触媒担体の収容部Ｗａとなる素管Ｗの略中央がクランプ部材１５に保持されるように素管Ｗを所定の位置に位置決めし、クランプ部材１５を閉じて素管Ｗの中央部を保持する。このときの素管Ｗは、触媒担体Ｃに巻回されたマットＭ（図５を参照）の外径と同じか、またはこれよりもよりもわずかに大きい内径に成形されている。また、スピニング成形を開始するにあたっては、クランプ装置１は、保持された素管Ｗの中心軸線が成形ローラの公転径の中心軸線であるＸ方向上に位置するように設定・制御されている。この状態で、スピンドル３を回転駆動して成形ローラ２を公転させると共に、成形ローラ２が素管Ｗの縮径を開始する位置にくるように、Ｘ方向移動機構４のサーボモータ３５を回転駆動させ、成形ローラ２を素管Ｗの保持されていない部位である一方端の縮径を開始する位置に当接させる（図４の（ａ）を参照）。そして、成形ローラ２の公転径を小さくして素管Ｗを径方向に押圧しながら、Ｘ方向移動機構４によって成形ローラ２を素管Ｗの端部に向かって相対的に移動させることを繰り返し行って、素管Ｗの一方端を徐々に縮径し、コーン部Ｗｂと接続部Ｗｃを触媒担体の収容部Ｗａから連続して成形する。
【００２８】
このとき、触媒容器の所望される形状が、図４の（ｂ）の右側に示したように、接続部Ｗｃの中心軸線Ｃｃがスピニング加工されない触媒担体の収容部Ｗａの中心軸線Ｃａから水平方向（Ｙ方向）だけでなく垂直方向（Ｚ方向）にオフセットとなる偏心しているものである場合には、成形ローラ２の公転径の縮径およびＸ方向移動機構による成形ローラ２に対する素管ＷのＸ方向への移動とに加えて、水平方向移動機構５による成形ローラ２の公転軸に対して素管Ｗを水平方向（Ｙ方向）に移動させる第一径方向移動工程と、垂直方向移動機構６による成形ローラ２の公転軸に対して素管Ｗを垂直方向平方向（Ｚ方向）に移動させる第二径方向移動工程とを同期させて、繰り返しスピニング加工を行う。
【００２９】
さらに、触媒容器の所望される形状が、図４の（ｃ）の右側に示したように、接続部の中心軸線Ｃｃがスピニング形成されない触媒担体の収容部の中心軸線Ｃａに対して水平方向（Ｙ方向）と垂直方向（Ｚ方向）の複合した方向に所定の角度を有する状態となる偏角しているものである場合には、クランプ装置１によって把持した素管Ｗの姿勢を、俯仰駆動機構８により水平なＹ方向の軸線周りに俯仰させる第一姿勢変化工程と、揺動駆動機構９により垂直なＺ方向の軸線周りに揺動させるさせる第二姿勢変化工程とを同期させて繰り返しスピニング加工を行う。そして、必要ある場合には、位相変化手段７により保持した素管Ｗを周方向に回転させてその位相を変化させる位相変化工程を、上記工程と同期して、または上記工程を行うのと前後して行う。なお、上述した一連の作動は、所定のプログラムに従って制御手段が自動的に行わせる。
【００３０】
素管Ｗの一方端が所望する形状にスピニング加工されると、制御手段は、成形ローラ２を素管Ｗから退避させ、その後、素管Ｗの他方端をスピンドル３に向かせるべく、クランプ装置１に素管Ｗの略中央を保持させたままの状態で、揺動駆動機構９を駆動してクランプ装置１を反転させる。次いで、スピンドル３を回転駆動して成形ローラ２を公転させると共に、成形ローラ２が素管Ｗの他方端の縮径を開始する位置にくるように、Ｘ方向移動機構の４サーボモータ３５を回転駆動させ、成形ローラ２を素管Ｗの保持されていない他方端の縮径を開始する位置に当接させる（図５の（ａ）を参照）。そして、成形ローラ２の公転径を小さくして素管Ｗを径方向に押圧しながら、Ｘ方向移動機構４によって成形ローラ２を素管Ｗの端部に向かって相対的に移動させることを繰り返し行って、素管Ｗの他方端を徐々に縮径し、コーン部Ｗｂと接続部Ｗｃを触媒担体の収容部Ｗａから連続して成形する。なお、触媒コンバータを製造するにあたっては、素管Ｗの他方端を縮径する前までにはその内部の軸方向略中央に、マットが巻回された触媒担体を挿入する。
【００３１】
ここで、触媒容器の他端側の所望される形状が、図５の（ｂ）の左側に示したように、接続部Ｗｃの中心軸線Ｃｃがスピニング加工されない触媒担体の収容部Ｗａの中心軸線Ｃａから水平方向（Ｙ方向）だけでなく垂直方向（Ｚ方向）にオフセットとなる偏心しているものである場合には、成形ローラ２の公転径の縮径とＸ方向移動機構４による成形ローラ２に対する素管ＷのＸ方向への移動とに加えて、水平方向移動機構５による成形ローラ２の公転軸に対して素管Ｗを水平方向（Ｙ方向）に移動させる第一径方向移動工程と、垂直方向移動機構６による成形ローラ２の公転軸に対して素管Ｗを垂直方向（Ｚ方向）に移動させる第二径方向移動工程とを同期させて、繰り返しスピニング加工を行う。なお、素管Ｗの他方端の偏心が一方端と同様で且つ触媒担体の収容部（素管Ｗの非スピニング加工部）Ｗａの中心軸線Ｃａ周りに関して位相が異なるだけの場合には、他方端のスピニング加工に先だって、位相変化手段７により保持した素管Ｗを周方向に回転させてその位相を変化させる位相変化工程を行うことにより、その後に一方端と同じプログラムで他方端をスピニング加工することができる。
【００３２】
さらに、触媒容器の所望される形状が、図５の（ｃ）の左側に示したように、接続部Ｗｃの中心軸線Ｃｃがスピニング形成されない触媒担体の収容部Ｗａの中心軸線Ｃａに対して水平方向（Ｙ方向）と垂直方向（Ｚ方向）の複合した方向に所定の角度を有する状態となる偏角しているものである場合には、クランプ装置１によって把持した素管Ｗの姿勢を、俯仰駆動機構８により水平なＹ方向の軸線周りに俯仰させる第一姿勢変化工程と、揺動駆動機構９により垂直なＺ方向の軸線周りに揺動させるさせる第二姿勢変化工程とを同期させて繰り返しスピニング加工を行う。そして、必要ある場合には、位相変化手段７により保持した素管Ｗを周方向に回転させてその位相を変化させる位相変化工程を、上記工程と同期して、または上記工程を行うのと前後して行う。なお、上述した一連の作動は、所定のプログラムに従って制御手段が自動的に行わせる。
【００３３】
図６の（ａ）と（ｂ）は、本発明より成形された触媒コンバータの触媒容器の異なる方向から見た外観形状の一実施の形態を示すものであり、図６の（ｃ）（ｄ）はその側方から見た外観形状をそれぞれ示したものである。この実施の形態においては、触媒容器の非スピニング加工部位である触媒担体の収容部Ｗａの中心軸線Ｃａに対して両端部のコーン部Ｗｂの中心軸線Ｃｂがそれぞれ所定の角度を有しており、さらに、接続部Ｗｃは、その中心軸線Ｃｃがコーン部Ｗｂの中心軸線Ｃｂと異なる方向および角度となるように偏角成形されている。そして、両コーン部Ｗｂおよび接続部Ｗｃの中心軸線Ｃｂ、Ｃｃは、図８に示した従来の技術のように同一平面Ｆ上に位置することはなく、三次元的な関係となるように成形されている。
【００３４】
図７の（ａ）と（ｂ）は、本発明より成形された触媒コンバータの触媒容器の異なる方向から見た外観形状の別の実施の形態を示すものである。この実施の形態においても、触媒容器の非スピニング加工部位である触媒担体の収容部Ｗａの中心軸線Ｃａに対して両端部のコーン部Ｗｂの中心軸線Ｃｂがそれぞれ所定の角度を有しており、さらに、接続部Ｗｃは、その中心軸線Ｃｃがコーン部Ｗｂの中心軸線Ｃｂと異なる方向および角度となるように偏角成形されている。そして、両コーン部Ｗｂおよび接続部Ｗｃの中心軸線Ｃｂ、Ｃｃは、図８に示した従来の技術のように同一平面Ｆ上に位置することはなく、三次元的な関係となるように成形されている。
【００３５】
したがって、本発明によりスピニング加工された触媒容器では、両端に夫々形成されるコーン部Ｗｂと接続部Ｗｃの形状の設計自由度が向上し、排気ガスを理想的に触媒容器内の触媒担体に流動させることができるために浄化処理性能が向上し、しかも、触媒コンバータの設置条件に応じて触媒容器を成形することができるために小型化を図ることができる。そして、素管Ｗの両端を異なる形状にスピニング加工する場合であっても、クランプ装置１から素管Ｗを外す必要がないため、容易に精度良く素管Ｗをスピニング加工することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、簡単な構成で、素管にコーン部と接続部をそれぞれ任意の方向へ精度良く偏心・偏角成形することができるスピニング加工装置を提供することができる。
請求項２の発明によれば、簡単な構成で、素管にコーン部と接続部をそれぞれ任意の方向へ精度良く偏心・偏角成形することができるスピニング加工方法を提供することができる。
請求項３の発明によれば、設置場所などに応じて任意の形状に精度よく成形されて排気ガスの処理性能が向上した触媒コンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピニング加工装置の実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示したクランプ装置とクランプ支持台の一部縦断正面図である。
【図３】本発明により成形ローラの公転軸に対して素管を相対的に移動させる方向を説明するための斜視図である。
【図４】素管の一方端をスピニング加工して偏心・偏角成形する状態を示した説明図である。
【図５】素管の他方端をスピニング加工して偏心・偏角成形する状態を示した説明図である。
【図６】本発明の触媒コンバータの触媒容器の形状の実施の一形態を示した図である。
【図７】本発明の触媒コンバータの触媒容器の形状の別の実施の形態を示した図である。
【図８】従来の技術により成形された触媒コンバータの触媒容器の形状を示した図である。
【符号の説明】
１クランプ装置
２成形ローラ（成形工具）
４Ｘ方向移動機構（公転軸方向移動手段）
５水平方向移動機構（第一径方向移動手段）
６垂直方向移動機構（第二径方向移動手段）
７位相変化手段
８俯仰駆動機構（第一姿勢変化手段）
９揺動駆動機構（第二姿勢変化手段）
Ｗ素管
Ｗａ触媒担体の収容部
Ｗｂコーン部
Ｗｃ接続部
Ｃａ収容部の中心軸線
Ｃｂコーン部の中心軸線
Ｃｃ接続部の中心軸線

Claims

素管に対して公転しつつ押圧して素管をスピニング加工するための成形工具を有するスピニング加工装置であって、
成形工具をその公転軸方向に素管と相対的に移動させる公転軸方向移動手段と、
成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動手段と、
成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記第一径方向移動手段による一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動手段と、
素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化手段と、
前記第一径方向移動手段による移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化手段と、
前記第二径方向移動手段による移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化手段と、を備えたことを特徴とするスピニング加工装置。
素管に対して成形工具を相対的に公転させつつ、成形工具の公転径を変化させて素管を押圧すると共に、公転軸と平行に素管を相対的に移動させることにより、素管をスピニング加工する方法であって、
成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動工程と、
成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動工程と、
素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化工程と、
前記第一径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、
前記第二径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を選択的に行うことを特徴とするスピニング加工方法。
素管の内部に触媒担体を収容配置して、該素管の端部をスピニング加工することにより、触媒担体の収容部から端部に向かって漸次縮径されたコーン部と、該コーン部の最小径を維持するように端部に形成された接続部と、が連続して成形されてなる触媒容器を有する触媒コンバータであって、
触媒容器が、素管をスピニング加工するにあたり、
成形工具の公転軸と直交する一方向に素管を相対的に移動させる第一径方向移動工程と、
成形工具の公転軸と直交し、且つ、前記一方向と異なる方向に素管を相対的に移動させる第二径方向移動工程と、
素管の、成形工具の公転軸の軸線周りに関する周方向の位相を変化させる位相変化工程と、
前記第一径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第一姿勢変化工程と、
前記第二径方向移動工程における移動方向の軸線周りに素管の姿勢を変化させる第二姿勢変化工程と、を選択的に行うことにより、収容部とコーン部と接続部の中心軸線が任意の方向に変化するよう成形されてなることを特徴とする触媒コンバータ。