JP2007285184A - 触媒コンバータ及び触媒コンバータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メタル担体とコンテナとの隣接部において熱応力の発生を緩和してフィルムアウトを防止することのできる触媒コンバータを提供する。
【解決手段】本発明の触媒コンバータ１は、平板と波板とを巻き上げて積層させたメタル担体２と、メタル担体２の外周に圧入されて拡散接合に必要な厚さを有する薄肉コンテナ３と、薄肉コンテナ３の外周に圧入された断熱性及び気密性を有する保持マット４と、薄肉コンテナ３と保持マット４が装着されたメタル担体２を収容し、両端にディフューザ部５を有するコンテナ６とを備え、保持マット４を用いたことによってメタル担体２とコンテナ６との間の熱応力を緩和してフィルムアウトを防止したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための触媒コンバータ及びその製造方法に関する。

従来、メタル担体を内蔵した触媒コンバータとしては、例えば図７に示すような構造が一般的であった。図７に示すように、従来の触媒コンバータ１００は、メタル担体１０１をコンテナ１０２内に圧入し、このコンテナ１０２の前後にプレス加工された入口ディフューザ部１０３と出口ディフューザ部１０４とを溶接して接合していた。

しかし、図７に示す従来の触媒コンバータ１００では、入口ディフューザ部１０３と出口ディフューザ部１０４とがプレス加工部品であるとともに、コンテナ１０２に溶接で接合する構造となっていることから、コスト高となっていた。

そこで、このような問題を改良した触媒コンバータとして、図８に示すような触媒コンバータが開示されている（特許文献１参照）。

この従来の触媒コンバータ２００では、金属製触媒担体２０１を金属製筒体２０２内へ挿入してシーム溶接で接合し、金属製筒体２０２の両端を絞り込むようにスピニング加工することによってディフューザ部を形成している。このように、プレス加工ではなく、スピニング加工でディフューザ部を形成することによりコスト高を解消している。
特開２００２−２９５２４９号公報

しかしながら、上述した従来の触媒コンバータ２００では、金属製触媒担体２０１がコンテナに装着されていないので、波板と平板を巻き上げて拡散接合する際には拡散接合に必要な接触応力を付与するための治具が別に必要になってしまうという問題点があった。

また、金属製触媒担体２０１は、図９に示すように平板と波板を交互に重ねて巻き回したコア２０３の周りに金属製薄板２０４を１回ないし数回巻き回して形成したものである。

したがって、コア２０３は、金属製薄板２０４を介して外周部の金属製筒体２０２と接触することになり、外気温によって冷却されると熱応力が作用してコア２０３のハニカム体に亀裂が生じ、フィルムアウトと呼ばれる破壊が起きてしまうという問題点があった。

本発明の目的は、メタル担体とコンテナとの隣接部において熱応力の発生を緩和してフィルムアウトを防止する触媒コンバータ及びその製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１に記載の触媒コンバータでは、平板と波板とを巻き上げて積層させたメタル担体と、前記メタル担体の外周に圧入されて拡散接合に必要な厚さを有する薄肉コンテナと、前記薄肉コンテナの外周に圧入された断熱性及び気密性を有する保持マットと、前記薄肉コンテナと前記保持マットが装着された前記メタル担体を収容し、両端にディフューザ部を有するコンテナとを備えていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の触媒コンバータでは、請求項１において、前記薄肉コンテナの両端に前記保持マットの移動を規制するフランジ部を形成したことを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の触媒コンバータでは、請求項１において、前記ディフューザ部により前記コンテナと前記薄肉コンテナとを接触させることを特徴とする。

また、請求項４に記載の触媒コンバータでは、請求項１において、前記薄肉コンテナの一端に前記コンテナの内周と密着する拡管部を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項５に記載の触媒コンバータでは、請求項４において、前記薄肉コンテナの拡管部と前記コンテナの内周とが溶接により接合されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の触媒コンバータの製造方法では、平板と波板とを巻き上げてメタル担体を製造する工程と、前記メタル担体の外周に、拡散接合に必要な厚さを有する薄肉コンテナを圧入して拡散接合する工程と、前記薄肉コンテナの外周に断熱性及び気密性を有する保持マットを圧入する工程と、前記薄肉コンテナと前記保持マットが装着された前記メタル担体をコンテナに収容し、前記コンテナの両端にディフューザ部を形成する工程とを含むことを特徴とする。

さらに、請求項７に記載の触媒コンバータの製造方法では、請求項６において、前記薄肉コンテナの両端に前記保持マットの移動を規制するフランジ部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする。

また、請求項８に記載の触媒コンバータの製造方法では、請求項６において、前記ディフューザ部を形成する工程において、前記コンテナと前記薄肉コンテナとを接触させることを特徴とする。

さらに、請求項９に記載の触媒コンバータの製造方法では、請求項６において、前記薄肉コンテナの一端を前記コンテナと密着するように拡管加工する工程をさらに含むことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の触媒コンバータの製造方法では、請求項９において、前記薄肉コンテナの拡管加工された部分と前記コンテナとを溶接する工程をさらに含むことを特徴とする。

さらに、請求項１１に記載の触媒コンバータの製造方法では、請求項６から請求項１０のいずれか１項において、前記ディフューザ部をスピニング加工により形成することを特徴とする。

請求項１の触媒コンバータによれば、メタル担体を薄肉コンテナに圧入したことによって拡散接合に必要な接触応力を付与することができる。

また、断熱性及び気密性を有する保持マットを用いたことにより、メタル担体とコンテナとの隣接部における熱応力の発生を緩和してフィルムアウトを防止することができるとともに、シーム溶接などの溶接を行う必要がなくなるので、コストを削減することも可能となる。

請求項２の触媒コンバータによれば、薄肉コンテナの両端に保持マットの移動を規制するフランジ部を設けたので、保持マットのスライドを防止して薄肉コンテナに固定することができる。

請求項３の触媒コンバータによれば、ディフューザ部によりコンテナと薄肉コンテナとを接触させるようにしたので、フランジ部を加工することなく薄肉コンテナや保持マットの移動を規制することができ、加工費を低減することができる。

請求項４の触媒コンバータによれば、薄肉コンテナの一端に拡管部を設けてコンテナと密着させるようにしたので、拡管部によって保持マットの位置ずれを防止することができる。

請求項５の触媒コンバータによれば、薄肉コンテナの拡管加工された部分とコンテナの内周とを溶接するので、溶接によって気密保持することができ、これによって安価な保持マットを採用して材料費を削減することができる。

請求項６の触媒コンバータの製造方法によれば、メタル担体を薄肉コンテナに圧入したことによって拡散接合に必要な接触応力を付与することができる。

また、断熱性及び気密性を有する保持マットを用いたことにより、メタル担体とコンテナとの隣接部における熱応力の発生を緩和してフィルムアウトを防止した触媒コンバータを製造することができ、シーム溶接などの溶接を行う必要がなくなるので、コストを削減した触媒コンバータを製造することも可能となる。

請求項７の触媒コンバータの製造方法によれば、薄肉コンテナの両端に保持マットの移動を規制するフランジ部を形成する工程をさらに設けたので、保持マットのスライドを防止した触媒コンバータを製造することができる。

請求項８の触媒コンバータの製造方法によれば、ディフューザ部を形成することによりコンテナと薄肉コンテナとを接触させるようにしたので、フランジ部を加工することなく薄肉コンテナや保持マットの移動を規制することができ、加工費を低減することができる。

請求項９の触媒コンバータの製造方法によれば、薄肉コンテナの一端をコンテナと密着するように拡管加工する工程をさらに設けたので、拡管加工した部分によって保持マットの位置ずれを防止した触媒コンバータを製造することが可能となる。

請求項１０の触媒コンバータの製造方法によれば、薄肉コンテナの拡管加工された部分とコンテナとを溶接する工程をさらに設けたので、溶接によって気密保持することができ、これによって安価な保持マットを採用して材料費を削減することができる。

請求項１１の触媒コンバータの製造方法によれば、ディフューザ部をスピニング加工によって形成するので、プレス加工した場合と比較して材料費を削減することができるとともに、溶接の廃止によってコストを削減することもできる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る触媒コンバータの構造を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の触媒コンバータ１は、平板と波板とを巻き上げて積層したメタル担体２と、メタル担体２の外周に圧入されて拡散接合に必要な厚さを有する薄肉コンテナ３と、薄肉コンテナ３の外周に圧入された断熱性及び気密性を有する保持マット４と、薄肉コンテナ３と保持マット４が装着されたメタル担体２を収容し、両端にディフューザ部５を有するコンテナ６とを備えている。

ここで、メタル担体２は、金属製の波板と平板とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き上げることによって形成されている。

薄肉コンテナ３は、通常のコンテナ６の肉厚の１／４から１／２の板厚のコンテナであり、メタル担体２を拡散接合する際に必要となる接触応力に耐えられるだけの板厚があればよい。また、薄肉コンテナ３の両端には保持マット４の移動を規制するためのフランジ部７が形成されており、保持マット４のスライドを防止して薄肉コンテナ３に固定している。ただし、図１では薄肉コンテナ３の全周に亘ってフランジ部７を形成した例を示しているが、部分的なフランジ部を２〜４箇所形成するようにしてもよい。

保持マット４は、高い断熱性を備えており、メタル担体２とコンテナ６とが隣接する部分において熱応力の発生を緩和して熱応力によるメタル担体２の破損を防止することができ、フィルムアウトを防止している。また、保持マット４は気密性も備えており、薄肉コンテナ３とコンテナ６に密着して排気ガスを遮断している。また、保持マット４は、その弾力によってコンテナ６と薄肉コンテナ３との間を保持する機能を果たすとともに、メタル担体２とコンテナ６との熱膨張差を吸収する機能も果たしている。

ディフューザ部５は、コンテナ６の両端にプレス加工ではなくスピニング加工によって形成されている。このようにスピニング加工にしたことにより、材料費の削減や溶接を廃止できるので、コストを削減することが可能となる。

コンテナ６は、薄肉コンテナ３と保持マット４が装着されたメタル担体２を収容するだけの径と、強度を確保するための厚さを備えており、両端にはディフューザ部５が形成されている。

次に、本実施形態の触媒コンバータ１の製造方法を図２に基づいて説明する。図２（ａ）に示すように、まず波板加工された波板２１と平板２２を重ね合わせて巻き上げ加工を行い、所定の外形寸法になるまで巻き上げ加工を実施してメタル担体２を製造する。

そして、図２（ｂ）に示すように、巻き上げられたメタル担体２を薄肉コンテナ３内に圧入し、図２（ｃ）に示すような状態で拡散接合する。なお、薄肉コンテナ３とメタル担体２との間の接合はろう付けで行う構造としてもよい。

次に、図２（ｄ）に示すように薄肉コンテナ３の外周に保持マット４を圧入し、圧入された保持マット４がスライドして外れることがないように、図２（ｅ）に示すように薄肉コンテナ３の両端を外方向へフランジ部加工してフランジ部７を形成する。したがって、薄肉コンテナ３の長さは予めメタル担体２よりも長くなるように設定されている。また、形成されたフランジ部７の高さは装着されている保持マット４の厚さよりも低くなるように設定されている。

こうしてメタル担体２に薄肉コンテナ３と保持マット４が装着されたら、図２（ｆ）に示すようにメタル担体２をコンテナ６へ圧入し、最後に図２（ｇ）に示すようにコンテナ６の両端をスピニング加工することによってディフューザ部形状に加工する（図中、符号ＳＰはスピニングローラを示す）。このようにディフューザ部５を形成したことにより、薄肉コンテナ３がスライドした場合でも、フランジ部７とディフューザ部５の斜面が当接して薄肉コンテナ３のスライドが規制される。

こうしてコンテナ６にディフューザ部５を形成することにより、本実施形態に係わる触媒コンバータ１の製造を終了する。

このように、本実施形態の触媒コンバータ１では、メタル担体２を薄肉コンテナ３に圧入するようにしたので、治具等を用いることなしに拡散接合に必要な接触応力を付与することができる。

また、断熱性及び気密性を有する保持マット４を用いたことにより、メタル担体２とコンテナ６との隣接部における熱応力の発生を緩和してフィルムアウトを防止することができ、さらにシーム溶接などの溶接を行う必要がなくなるので、コストを削減することも可能となる。

また、本実施形態の触媒コンバータ１では、薄肉コンテナ３の両端に保持マット４の移動を規制するフランジ部７を設けたので、保持マット４のスライドを防止して薄肉コンテナ３に固定することができる。

さらに、本実施形態の触媒コンバータ１の製造方法では、ディフューザ部５をスピニング加工によって加工するので、プレス加工した場合と比較して材料費を削減できるとともに、溶接の廃止によってコストを削減することもできる。

＜第２の実施形態＞
次に、本実施形態の触媒コンバータを図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る触媒コンバータの構造を示す断面図である。

図３に示すように、本実施形態の触媒コンバータ３１では、ディフューザ部５を加工することにより、コンテナ６と薄肉コンテナ３とを接触させて接触部３２を形成したことが第１の実施形態と異なっている。その他の構造は第１の実施形態と同様なので詳しい説明を省略する。

次に、本実施形態の触媒コンバータ３１の製造方法を図４に基づいて説明する。なお、薄肉コンテナ３の長さは、ディフューザ部５を形成したときにコンテナ６と接することが可能となるような長さに設定されているものとする。

図４（ａ）に示すように、メタル担体２に薄肉コンテナ３と保持マット４を装着したものをコンテナ６へ圧入し、図４（ｂ）に示すようにコンテナ６の両端をスピニング加工することによってディフューザ部形状に加工する。このとき薄肉コンテナ３の両端も同時にスピニング加工され、コンテナ６と同様にディフューザ部形状に加工されて接触部３２が形成される。したがって、この接触部３２により、薄肉コンテナ３や保持マット４のスライドを規制することができる。

こうしてコンテナ６にディフューザ部５を形成することにより、本実施形態に係わる触媒コンバータ３１の製造を終了する。

このように、本実施形態の触媒コンバータ３１では、ディフューザ部５を加工することによってコンテナ６と薄肉コンテナ３とを接触させて接触部３２を形成するようにしたので、フランジ部を加工することなく薄肉コンテナ３や保持マット４の移動を規制することができ、加工費を低減することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本実施形態の触媒コンバータを図面に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る触媒コンバータの構造を示す断面図である。

図５に示すように、本実施形態の触媒コンバータ５１は、薄肉コンテナ３の一端に拡管加工を施すことによって拡管部５２を設け、この拡管部５２とコンテナ６の内周との間を溶接により接合したことが第１の実施形態と異なっている。その他の構造は第１の実施形態と同様なので詳しい説明を省略する。

本実施形態において、薄肉コンテナ３の拡管部５２における拡管量は、保持マット４がコンテナ６に圧入されて圧縮された状態の寸法に設定されている。また、コンテナ６との間に施される溶接は、ガス漏れを防止する機能が求められることからレーザ溶接やシーム溶接が用いられる。

このように薄肉コンテナ３の一端を拡管してコンテナ６と溶接接合することによって、保持マット４のずれ防止と保持マット４を貫通する排気ガスを遮断することができ、未浄化排気ガスが漏れることを防止している。なお、溶接する位置については排気ガスの流れに対して上流側でも下流側でもよく、どちらか一方が溶接されていればよい。

また、拡管部５２を溶接したことで十分な気密性が確保されることから、保持マット４は気密性のない安価なものであってもよい。

次に、本実施形態の触媒コンバータ５１の製造方法を図６に基づいて説明する。図６（ａ）に示すように、まず波板加工された波板２１と平板２２を重ね合わせて巻き上げ加工を行い、所定の外形寸法になるまで巻き上げ加工を実施してメタル担体２を製造する。

一方、図６（ｂ）に示すように、薄肉パイプ材もしくは圧延材から円還加工法（例えばＵ−Ｏベンドなど）で成形して溶接加工したものを素管６１として用意し、この素管６１の一端を拡管加工して拡管部５２を形成して薄肉コンテナ３を製造する。

そして、図６（ｃ）に示すように、巻き上げられたメタル担体２を薄肉コンテナ３内に圧入して拡散接合する。なお、薄肉コンテナ３とメタル担体２との間の接合はろう付けで行う構造としてもよい。

次に、図６（ｄ）に示すように薄肉コンテナ３の外周に保持マット４を圧入し、保持マット４と薄肉コンテナ３の装着されたメタル担体２を図６（ｅ）に示すようにコンテナ６へ圧入する。

そして、所定の位置まで挿入された後に、図６（ｆ）に示すように拡管部５２とコンテナ６との間を溶接して接合する。この溶接はガス漏れを防止する必要があるためレーザ溶接やシーム溶接により全周に亘って行う。

こうして薄肉コンテナ３が溶接で固定されると、最後に図６（ｇ）に示すようにコンテナ６の両端をスピニング加工することによってディフューザ部形状に加工してディフューザ部５を形成することにより、本実施形態に係わる触媒コンバータ５１の製造を終了する。

このように、本実施形態の触媒コンバータ５１では、薄肉コンテナ３の一端を拡管加工してコンテナ６と密着させるようにしたので、拡管加工した部分によって保持マット４の位置ずれを防止することができる。

また、本実施形態の触媒コンバータ５１では、薄肉コンテナ３の拡管加工された部分とコンテナ６とを溶接するので、溶接によって気密保持することができ、これによって安価な保持マットを採用して材料費を削減することができる。

以上、本発明の触媒コンバータ及びその製造方法について、図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る触媒コンバータの構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る触媒コンバータの製造方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る触媒コンバータの構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る触媒コンバータの製造方法を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る触媒コンバータの構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る触媒コンバータの製造方法を示す図である。 従来の触媒コンバータの構造を示す断面図である。 従来の触媒コンバータの構造を示す側面図である。 従来の触媒コンバータの金属製触媒担体の構造を説明するための図である。

符号の説明

１、３１、５１、１００、２００ 触媒コンバータ
２、１０１ メタル担体
３ 薄肉コンテナ
４ 保持マット
５ ディフューザ部
６、１０２ コンテナ
７ フランジ部
２１ 波板
２２ 平板
３２ 接触部
５２ 拡管部
１０３ 入口ディフューザ部
１０４ 出口ディフューザ部
２０１ 金属製触媒担体
２０２ 金属製筒体
２０３ コア
２０４ 金属製薄板

Claims (11)

1. 平板と波板とを巻き上げて積層させたメタル担体（２）と、
   前記メタル担体の外周に圧入されて拡散接合に必要な厚さを有する薄肉コンテナ（３）と、
   前記薄肉コンテナ（３）の外周に圧入された断熱性及び気密性を有する保持マット（４）と、
   前記薄肉コンテナ（３）と前記保持マット（４）が装着された前記メタル担体（２）を収容し、両端にディフューザ部（５）を有するコンテナ（６）と、
   を備えることを特徴とする触媒コンバータ。
2. 前記薄肉コンテナ（３）の両端に前記保持マット（４）の移動を規制するフランジ部（７）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
3. 前記ディフューザ部（５）により前記コンテナ（６）と前記薄肉コンテナ（３）とを接触させることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
4. 前記薄肉コンテナ（３）の一端に前記コンテナ（６）の内周と密着する拡管部（５２）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
5. 前記薄肉コンテナ（３）の拡管部（５２）と前記コンテナ（６）の内周とが溶接により接合されていることを特徴とする請求項４に記載の触媒コンバータ。
6. 平板と波板とを巻き上げてメタル担体（２）を製造する工程と、
   前記メタル担体（２）の外周に、拡散接合に必要な厚さを有する薄肉コンテナ（３）を圧入して拡散接合する工程と、
   前記薄肉コンテナ（３）の外周に断熱性及び気密性を有する保持マット（４）を圧入する工程と、
   前記薄肉コンテナ（３）と前記保持マット（４）が装着された前記メタル担体（２）を前記コンテナ（６）に収容し、前記コンテナ（６）の両端にディフューザ部（５）を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする触媒コンバータの製造方法。
7. 前記薄肉コンテナ（３）の両端に前記保持マット（４）の移動を規制するフランジ部（７）を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータの製造方法。
8. 前記ディフューザ部（５）を形成する工程において、前記コンテナ（６）と前記薄肉コンテナ（３）とを接触させることを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータの製造方法。
9. 前記薄肉コンテナ（３）の一端を前記コンテナ（６）と密着するように拡管加工する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータの製造方法。
10. 前記薄肉コンテナ（３）の拡管加工された部分と前記コンテナ（６）とを溶接する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の触媒コンバータの製造方法。
11. 前記ディフューザ部（５）をスピニング加工により形成することを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
    

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