JP2010023060A - 排ガス浄化装置加工用のチャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒体内にマットを介して柱状の触媒が挿入されていると共に、外径にバラツキがある半完成品を出発材料として、この半完成品にスピニング加工を施すときに、触媒に与える影響が軽減され且つクランプの剛性が保たれるチャック技術を提供することを課題とする。
【解決手段】アーチ部４４の当たり面４６上に、且つ中心角θ２が３０°の位置に点Ａ、Ｂを定め、この点Ａより図左及び点Ｂより図右の領域に、面取り５６、５６が施されている。面取り５６、５６は、逃げ面又は逃がし面に相当し、チャック時に筒体には接触しない。
【選択図】図３

Description

本発明は、筒端にスピニング加工を施す排ガス浄化装置の加工技術に関する。

排ガス規制をクリアするための有効な手段として各種の排ガス浄化装置が実用に供されている。そのなかで車両用の排ガス浄化装置は、車両の排気管に介在させるため、触媒を筒体に囲った構造のものが広く採用されている。浄化作用を発揮させるには、触媒の径が排気管の径より大きくなる。そこで、触媒を囲っている筒体の端部は、前後の排気管の径に合うように、縮径させる必要がある。

縮径化は、例えばスピニング加工によって行われる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２３９６５７公報（図５）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来のスピニング加工方法を説明する図であり、（ｂ）に示すように、筒体１０１を下クランプ１０２と上クランプ１０３とでクランプする。次に、筒体１０１の一端１０５及び他端１０６にスピニングロール１０４、１０４、１０４、１０４を押し付けながら回転させることで、一端１０５及び他端１０６を縮径させる。
このような加工は、スピニング加工法又はへら絞り加工と呼ばれる。

スピニング加工の際に、スピニングロール１０４を筒体１０１の一端１０５及び他端１０６に強く押し付けるため、筒体１０１に大きな外力（曲げ力やねじり力）が加わる。
そこで、（ａ）に示すように、筒体１０１を下クランプ１０２と、上クランプ１０３とで強く挟んで、筒体１０１が動かないようにする。

図９は従来のクランプを説明する図である。図８（ｂ）では触媒及びマットが省略されていたが、排ガス浄化装置であれば、筒体１０１内にマット１０８を介して円柱状の触媒１０９が挿入されている。図８（ｂ）から明らかなように、両端が縮径された後には、触媒１０９を筒体１０１に挿入することはできない。

したがって、図９に示すように、筒体１０１内にマット１０８を介して円柱状の触媒１０９が挿入されている半完成品１１０が、スピニング加工前に作製される。次にこの半完成品１１０にスピニング加工が施される。
すなわち、半完成品１１０を、下のクランプ１０２と上のクランプ１０３とで、強く挟む。そして、スピニング加工を実施する。

ところで、筒体１０１は、一般に溶接管が採用される。溶接管は、平板をＯ形に曲げ、突合せ部を溶接することで得られる。平板の寸法のばらつき、突合せ部のギャップのばらつき、溶接に伴う溶着金属の収縮によるばらつきが組み合わさって、筒体１０１の外径のばらつきが不可避的に発生する。

柱状の触媒にマットを巻いた上で筒体に収納し、そのような筒体を縮径装置で縮径させることにより、筒体に触媒を収納する製造方法が知られている。この製造方法では、縮径が過少であると触媒の固定が不十分になり、縮径が過大であると触媒が破損するため、適度な縮径が求められる。縮径の度合いが制御されるため、結果的に筒体の外径にばらつきが発生する。
すなわち、筒体にマットが巻かれた柱状の触媒が収納されている半完成品において、筒体を縮径装置で縮径させた場合においても、筒体の外径にばらつきが発生する。

図１０は従来のクランプにおける問題点を説明する図であり、（ａ）に示すように、上クランプ１０３に筒体１１３の基準外径（平均外径）に対応した半円柱溝１１２が設けられている。前記ばらつきがプラス側に発生したときには、筒体１１３の外径は基準外径より大きくなる。このような外径の大きな筒体１１３を上クランプ１０３でクランプしようとすると、半円柱溝１１２の左右の端部１１４、１１４が筒体１１３の外周面に当たる。一方、半円柱溝１１２の中央には隙間ｄ１が発生する。

クランプ状態にするには、隙間ｄ１がゼロになるまで上クランプ１０３を下げる必要がある。そうすると、左右の端部１１４、１１４が筒体１１３に食い込み、略ｄ１の深さだけ中心に向かって筒体１１３が局部変形する。この局部変形が大きい程触媒に与える影響が大きくなり、触媒の破損が心配される。
その対策として（ｂ）が推奨される。

（ｂ）に示すように、上クランプ１０３が半分の大きさになれば、隙間ｄ２はｄ１より格段に小さくなる。局部変形が小規模となり、触媒に与える影響が軽減される。
このように、上クランプ１０３及びクランプを細かく分割する程、隙間が小さくなり、触媒に与える影響が軽減される。

一方、クランプ１０３は、筒体１１３の反力を受ける。分割数を増すと、クランプが小型化し、剛性が低下し、剛性不足が心配される。

触媒に与える影響が軽減され且つクランプの剛性が保たれるチャック装置が求められている。

本発明は、筒体内にマットを介して柱状の触媒が挿入されていると共に、外径にバラツキがある半完成品を出発材料として、この半完成品にスピニング加工を施すときに、触媒に与える影響が軽減され且つクランプの剛性が保たれるチャック技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、筒体にマットが巻かれた柱状の触媒が収納されている半完成品を加工対象とし、この半完成品の筒体の外周面を複数の押圧片でチャックした状態で前記筒体の端部にスピニングローラを押し付けてスピニング加工を施す際に、前記筒体の外周面をチャックする排ガス浄化装置加工用のチャック装置であって、
前記押圧片は、前記筒体に対応する面が、前記筒体に当たる当たり面と、この当たり面の両端から逃がされた一対の面取りとからなり、
前記当たり面の曲率半径は、前記筒体の基準外径の半分に設定されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、筒体にマットが巻かれた柱状の触媒が収納されている半完成品を加工対象とし、この半完成品の筒体の外周面を複数の押圧片でチャックした状態で前記筒体の端部にスピニングローラを押し付けてスピニング加工を施す際に、前記筒体の外周面をチャックする排ガス浄化装置加工用のチャック装置であって、
前記押圧片は、前記筒体に対応する面が、前記筒体に当たる当たり面と、この当たり面の両端に設けられている円弧面とからなり、
前記当たり面の曲率半径は、前記筒体の基準外径の半分に設定され、
前記円弧面の曲率半径は、前記当たり面の曲率半径より大きな値に設定されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、半完成品の筒体の外周面を複数の押圧片でチャックする装置において、押圧片を、筒体に対応する面が、筒体に当たる当たり面と、この当たり面の両端から逃がされた一対の面取りと、で構成した。
筒体の外径が基準外径より大きい場合には、チャック開始時に当たり面の両端のみが筒体に接触する。両端の面取りを除外すると当たり面は小さくなる。当たり面が小さい程、触媒に与える影響は小さくなる。一方、筒体からの反力は押圧片で受けることとなり、当たり面に比較して押圧片は大きいため、押圧片の剛性は充分に高めることができる。

すなわち、請求項１によれば、押圧片の剛性を確保しつつ、触媒に与える影響を軽減することができる。

請求項２に係る発明では、半完成品の筒体の外周面を複数の押圧片でチャックする装置において、押圧片を、筒体に対応する面が、筒体に当たる当たり面と、この当たり面の両端の円弧面と、で構成した。なお、円弧面の曲率半径は、当たり面の曲率半径より大きな値に設定する。
筒体の外径が基準外径より大きい場合には、チャック開始時に当たり面の両端のみが筒体に接触する。縮径が進行すると、円弧面も筒体に接触する。

両端の円弧面を除外すると当たり面は小さくなる。当たり面が小さい程、触媒に与える影響は小さくなる。一方、筒体からの反力は押圧片で受けることとなり、当たり面に比較して押圧片は大きいため、押圧片の剛性は充分に高めることができる。
すなわち、請求項２によれば、押圧片の剛性を確保しつつ、触媒に与える影響を軽減することができる。加えて、縮径中に円弧面も押圧作用を発揮するため、完成品の仕上がり形状が、より良好になる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は半完成品を得る工程の説明図であり、（ａ）に示すように柱状の触媒１１にマット１２を巻いて金属製の筒体１３に挿入する。これで、（ｂ）に示すような半完成品１０を得ることができる。なお、（ａ）と（ｂ）との間に、縮径工程を設け、筒体１３を縮径処理してもよい。この場合は、縮径後のものが半完成品１０になる。半完成品１０の外径をＤ２とする。

図２は本発明に係るチャック装置の構造を説明する断面図であり、半完成品１０をチャックするチャック装置、すなわち、排ガス浄化装置加工用のチャック装置２０は、大きなケース２１と、このケース２１に横向きに開けられた大きな穴２２に図面左右に移動可能に挿入されたスライド筒２３と、このスライド筒２３の外周に鍔状に一体形成されたピストン部２４と、このピストン部２４を挟むようにしてケース２１にボルト２５、２５で取り付けられ第１油室２６及び第２油室２７を形成する第１蓋２８及び第２蓋２９と、ケース２１に貫通形成され第１油室２６に繋がっている第１油路３１と、ケース２１に貫通形成され第２油室２７に繋がっている第２油路３２と、スライド筒２３の内周に設けられたテーパ溝３３、３３と、これらのテーパ溝３３、３３に図面左右に移動可能に挿入されている押圧片３４、３４とからなる。

なお、この押圧片３４は、円周で少なくとも８個に分割された分割片である。分割数の根拠は後述する。
スライド筒２３は、ピストン部２４に嵌めたＯリング３６を介してケース２１の穴２２に挿入されているため、回転する心配がある。そこで、スライド筒２３は、アーム３７及びガイドピン３８を介して第１蓋２８に連結され、回転止めが図られている。

また、押圧片３４の図左端面にプレート３９を設け、第２蓋２９にストッパリング４１を設け、このストッパリング４１でプレート３９の移動を制限することで、押圧片３４がテーパ溝３３から抜けないようにした。テーパ溝３３と押圧片３４との関係は、次図で説明する。

図３はテーパ溝と押圧片との関係を説明する図であり、テーパ溝３３は、図面表裏方向にテーパが付いており、溝の奥（図上方）に左右のサイド溝４２、４２が設けられたＴ字溝である。押圧片３４は、サイド溝４２、４２に緩く嵌合する凸条４３、４３を有していて下へ抜ける心配はない。すなわち、押圧片３４は、図面表裏方向に移動自在に、スライド筒２３で支えられている。

押圧片３４の先端（図下方）は、アーチ部４４とされ、円弧状の当たり面４６を有している。アーチ部４４は、想像線で示す隣のアーチ部４４、４４とともに円環を、例えば８個に分割することで得られた分割片である。
スライド筒２３の中心４９を通る放射線５１、５１がなす中心角θは、３６０°／ｎ（ｎは分割数）で表される。この例では、ｎが８であるから、θは４５°となる。アーチ部４４、４４同士の隙間δは、縮径化のために押圧片３４が中心４９へ移動したときに、アーチ部４４、４４同士が当たらぬように設けたクリアランスである。

このアーチ部４４の当たり面４６上に、且つ中心角θ２が３０°の位置に点Ａ、Ｂを定め、この点Ａより図左及び点Ｂより図右の領域に、面取り５６、５６が施されている。面取り５６、５６は、逃げ面又は逃がし面に相当し、チャック時に筒体には接触しない。

図４は筒体と押圧片の関係を示す模式図であり、（ａ）に示すように、押圧片３４は（Ｄ２ｍｅａｎ／２）の曲率半径とする。このような押圧片３４に、外径がＤ２ｍａｘの筒体１３が接触すると、半径差の関係で、点Ａと点Ｂで接触する。結果、中央にδａの隙間が発生する。

δａは幾何学的に求めることができる。その計算法を簡単に説明する。（ｂ）に示すように、点Ａと点Ｂとを結んだ弦と円弧との差ｈ１は、半径−半径×ｃｏｓ（θ／２）＝（Ｄ２ｍａｘ／２）・（１−ｃｏｓ（θ／２））で求まる。差ｈ２も同様に（Ｄ２ｍｅａｎ／２）・（１−ｃｏｓ（θ／２））で求まる。ｈ１とｈ２の差がδａは、（（Ｄ２ｍａｘ−Ｄ２ｍｅａｎ）／２）・（１−ｃｏｓ（θ／２））となる。

ここで、θ＝４５°（８分割に相当）とθ＝３０°（１２分割に相当）とを比較検討する。
θ＝４５°、Ｄ２ｍａｘ＝１３４ｍｍ、Ｄ２ｍｅａｎ＝１３２ｍｍとすれば、δａ＝（（Ｄ２ｍａｘ−Ｄ２ｍｅａｎ）／２）・（１−ｃｏｓ（θ／２））＝（（１３４−１３２）／２）・（１−ｃｏｓ（４５／２））＝１・（１−０．９２４）＝０．０７６ｍｍの計算により、δａは０．０７６ｍｍとなる。

θ＝３０°、Ｄ２ｍａｘ＝１３４ｍｍ、Ｄ２ｍｅａｎ＝１３２ｍｍとすれば、δａ＝（（Ｄ２ｍａｘ−Ｄ２ｍｅａｎ）／２）・（１−ｃｏｓ（θ／２））＝（（１３４−１３２）／２）・（１−ｃｏｓ（３０／２））＝１・（１−０．９６６）＝０．０３４ｍｍの計算により、δａは０．０３４ｍｍとなる。

θが４５°のときに、δａが０．０７６ｍｍであったが、θが３０°であると、δａは０．０３４ｍｍと半分以下になる。この点が重要である。

以上に述べたチャック装置２０の作用を次に説明する。
図５は本発明に係るチャック装置の作用説明図であり、矢印（１）のように、第１油路３１を介して第１油室２６へ圧油を供給する。すると、矢印（２）、（２）のように、スライド筒２３が図左へ移動する。すると、テーパ作用により、矢印（３）、（３）のように、押圧片３４、３４が半完成品１０をチャックする。

第１油室２６の油圧を高めるほど、スライド筒２３が左へ移動して、半完成品１０を強くクランプすることができる。したがって、第１油室２６の油圧力を制御することにより、クランプ力を制御することができる。
半完成品１０に内蔵される触媒１１は脆弱であるため、触媒１１にダメージを与えないようなクランプ力となるように、油圧力を制御する。

図６は本発明に係るチャック工程とスピニング工程とを説明する図である。
（ａ）に示すように、少なくとも８個の押圧片３４で、半完成品１０を穏やかにクランプする。そして、半完成品１０の一端にスピニングローラ５３、５３、５３を臨ませる。
そして、（ｂ）に示すように、スピニングローラ５３、５３、５３を押し付けながら一端を縮径化することで、排ガス浄化装置５４を得ることができる。

ところで、図３では、θが４５°、θ２が３０°であった。すなわち、当たり面４６は、分割数が１２（θ＝３０°）の当たり面と等しくなる。すなわち、点Ａと点Ｂが筒体に最初に接触し、チャックが開始されるため、触媒に与える影響は１２分割されたものと同一になる。

一方、押圧片３４は、全体的には分割数が８（θ＝４５°）の押圧片とほぼ同じ断面積になる。すなわち、押圧片３４は、８分割されたものと同じ剛性を有する。この剛性は、１２分割された押圧片より格段に大きい。

すると、押圧片３４は、触媒に与える影響は１２分割された押圧片並に小さくなり、剛性は８分割された押圧片並に大きくなる。
このように本発明によれば、触媒に与える影響が小さくなると共に剛性を確保することができる押圧片３４が提供される。

ただし、点Ａの左の面取り５６と、その左の想像線で示す面取り５６とは、チャック時に筒体を拘束しない。点Ａの右の面取り５６と、その右の想像線で示す面取り５６も同様である。材料の種類によっては、これらの領域において、筒体が径外方へ膨らむことが考えられる。この膨らみを抑えることができる改良案があればより好ましい。そこで改良案を次に説明する。

図７は図３の改良案を説明する図であり、図３と相違する点は、「面取り」を曲率半径が（Ｄ２ｍａｘ／２）である円弧面に変更した点にある。その他は、図１０と同一であるため、符号を流用して説明を省略する。
すなわち、押圧片３４Ｃのアーチ部４４Ｃは、８分割されたものであって、θは４５°である。このアーチ部４４Ｃの当たり面４６の曲率半径は、（Ｄ２ｍｅａｎ／２）である。そして、当たり面４６上に、且つ中心角θ２が３０°の位置に点Ａ、Ｂを定め、この点Ａより図左及び点Ｂより図右の領域は、円弧面５７、５７とした。

円弧面５７、５７の曲率半径は（Ｄ２ｍａｘ／２）であって、（Ｄ２ｍｅａｎ／２）より大きい。
筒体の外径がＤ２ｍａｘであるときだけ、チャック開始時に、点Ａ、点Ｂ、円弧面５７、５７が筒体の外周面に当たる。チャック中、円弧面５７、５７が筒体の外周面に接触し続ける。
筒体の外径がＤ２ｍａｘより小さいときには、チャック開始時に、点Ａ、点Ｂが筒体の外周面に当たる。チャックの途中で円弧面５７、５７が筒体の外周面に当たり、以降、円弧面５７、５７が筒体の外周面に接触し続ける。そのため、筒体が局部的に径外方へ膨らむ心配はない。

この例でも、当たり面４６は、分割数が１２（θ＝３０°）の当たり面と等しくなる。すなわち、点Ａと点Ｂが筒体に最初に接触し、縮径が開始されるため、触媒に与える影響は１２分割されたものと同一になる。
押圧片３４Ｃは、８分割された押圧片の剛性を有し、触媒に与える影響は１２分割された押圧片並に小さくなる。
以上により、触媒に与える影響が小さくなると共に剛性を確保することができる。

以上の例では、θを８分割相当、θ２を１２分割相当としたが、θ２＜θの関係が保たれれば、θとθ２は任意に設定することができる。例えばθを２分割相当、θ２を４分割相当とすることや、θを１２分割相当、θ２を１６分割相当とすることもできる。

尚、スピニング加工は、実施例では縮径加工を説明したが、拡径加工であってもよい。
また、面取りの形態（角度、大きさを含む）は任意である。

本発明は、車両の排気管に装着される筒形排ガス浄化装置の製造に好適である。

半完成品を得る工程の説明図である。 本発明に係るチャック装置の構造を説明する断面図である。 テーパ溝と押圧片との関係を説明する図である。 筒体と押圧片の関係を示す模式図である。 本発明に係るチャック装置の作用説明図である。 本発明に係るチャック工程とスピニング工程とを説明する図である。 図３の改良案を説明する図である。 従来のスピニング加工方法を説明する図である。 従来のクランプを説明する図である。 従来のクランプにおける問題点を説明する図である。

符号の説明

１０…半完成品、１１…触媒、１２…マット、１３…筒体、２０…排ガス浄化装置加工用のチャック装置、３４、３４Ｃ…押圧片、４６…当たり面、５３…スピニングローラ、５４…排ガス浄化装置、５６…面取り、５７…円弧面、Ｄ２ｍｅａｎ…筒体の基準外径。

Claims (2)

1. 筒体にマットが巻かれた柱状の触媒が収納されている半完成品を加工対象とし、この半完成品の筒体の外周面を複数の押圧片でチャックした状態で前記筒体の端部にスピニングローラを押し付けてスピニング加工を施す際に、前記筒体の外周面をチャックする排ガス浄化装置加工用のチャック装置であって、
   前記押圧片は、前記筒体に対応する面が、前記筒体に当たる当たり面と、この当たり面の両端から逃がされた一対の面取りとからなり、
   前記当たり面の曲率半径は、前記筒体の基準外径の半分に設定されていることを特徴とする排ガス浄化装置加工用のチャック装置。
2. 筒体にマットが巻かれた柱状の触媒が収納されている半完成品を加工対象とし、この半完成品の筒体の外周面を複数の押圧片でチャックした状態で前記筒体の端部にスピニングローラを押し付けてスピニング加工を施す際に、前記筒体の外周面をチャックする排ガス浄化装置加工用のチャック装置であって、
   前記押圧片は、前記筒体に対応する面が、前記筒体に当たる当たり面と、この当たり面の両端に設けられている円弧面とからなり、
   前記当たり面の曲率半径は、前記筒体の基準外径の半分に設定され、
   前記円弧面の曲率半径は、前記当たり面の曲率半径より大きな値に設定されていることを特徴とする排ガス浄化装置加工用のチャック装置。

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