JP2010036181A - 金属触媒担体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ハニカム体を均等に縮径させて外筒へ良好に圧入した状態で収容できる金属触媒担体の製造方法の提供。
【解決手段】 波状の金属箔4と平板状の金属箔5とを重ねた状態で多重に巻回してロール状のハニカム体2を形成した後、該ハニカム体2を外筒3に縮径しつつ圧入して収容し、両金属箔4,5の接合部同士を拡散接合した金属触媒担体1の製造方法において、外筒3の内周に径方向内側に突出し、軸方向に延設された突条の突部3aを形成し、ハニカム体2を外筒3内に圧入する際に、突部3aで該ハニカム体2の外周を径方向へ加圧して溝2aを形成した。
【選択図】 図1

Description

本発明は、金属触媒担体の製造方法に関する。
従来、波状の金属箔と小波状または平板状の金属箔とを重ねた状態で多重に巻回して排気が流通する通路を設けたロール状のハニカム体を形成し、このハニカム体の外周に半径方向内向きの座屈部を形成して変形させることにより、外筒への圧入抵抗を軽減した金属触媒担体の製造方法が公知になっている(特許文献1参照)。
特開平11−197518号公報
しかしながら、従来の発明にあっては、ハニカム体を外筒に圧入する前にハニカム体の外周に座屈部を形成して変形させておく必要があるため、ハニカム体への負担が大きく、変形・破損が生じる可能性が高くなってしまう。
また、安定的に均等位置に座屈部を形成するのは困難で、断面円形の外筒に対して変形した断面になる虞があるという問題点があった。
即ち、ハニカム体は外力に対して弱く変形し易いため、ハニカム体の形成後は複数割りの割型を用いた追加工程等を行うことなく、圧入工程へ直ぐに移行することが好ましい。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ハニカム体の外筒への圧入時に安定的に溝を形成でき、これによりハニカム体を良好に圧入した状態で収容できる金属触媒担体の製造方法を提供することである。
請求項1記載の発明では、波状の金属箔と小波状または平板状の金属箔とを重ねた状態で多重に巻回してロール状のハニカム体を形成した後、該ハニカム体を縮径しつつ外筒内に圧入して収容した金属触媒担体の製造方法において、上記外筒の内周に径方向内側に突出し、軸方向に延設された突条の突部を形成し、ハニカム体を外筒に圧入する際に、突部で該ハニカム体の外周を径方向へ加圧して溝を形成したことを特徴とする。
請求項1記載の発明では、外筒の内周に径方向内側に突出し、軸方向に延設された突条の突部を形成し、ハニカム体を外筒内に圧入する際に、突部で該ハニカム体の外周を径方向へ加圧して溝を形成している。
これにより、割型を用いた追加工程を必要とせず、ハニカム体の外筒への圧入時に溝を安定的に外周の意図した位置に形成でき、ハニカム体を良好に圧入した状態で収容できる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
以下、実施例1を説明する。
図1は実施例1の金属触媒担体を示す側断面図、図2は図1の矢視A1による図、図3は実施例1のハニカム体の形成を説明する図、図4は実施例1のハニカム体の形成直後の斜視図である。
図5は実施例1の外筒の上面図、図6は同側面図、図7は実施例1の外筒の形成を説明する図である。
図8は実施例1の圧入装置の全体図、図9、10は実施例1の金属触媒担体の製造方法を説明する要部拡大図、図11は実施例1の金属触媒担体が採用された排気系を説明する図、図12は実施例1の金属触媒担体の排気系への介装状態を説明する図である。
先ず、全体構成を説明する。
図1、2に示すように、実施例1の金属触媒担体1は、円柱状のハニカム体2と、このハニカム体2が収容された円筒状の外筒3等から構成されている。
次に、金属触媒担体1の製造方法を説明する。
金属触媒担体1の製造方法は、ハニカム体形成工程及び外筒形成工程、圧入工程、ろう付け工程の順番に行われる。
<ハニカム体形成工程及び外筒形成工程>
ハニカム体形成工程では、公知の特開2006−239580号公報と同様の加工装置を用いてハニカム体2を形成する。
即ち、図3に示すように、ロールギヤ等で形成された長尺で波状の金属箔4の始端部と、平板状(または小波状)の金属箔5の始端部を巻軸6に止着した後、両金属箔4,5を重ねた状態で該金属箔5が外側となるように多重に巻回することによりロール状に形成する。
その後、両金属箔4,5の終端部をハニカム体2の外周に巻回されたろう箔材7と共にスポット溶接等により固定して、所望のハニカム体2を形成する(図4参照)。
なお、実施例1では、ろう箔材7をハニカム体2の長手方向中央位置に設けているが、この限りではない。
外筒形成工程では、図5、6に示すように、内周に径方向内側へ突出し、軸方向へ延設された突条の突部3aを有する外筒3を形成する。
外筒3の各突部3aは、所定長さL1を有して外筒3の長手方向中央に配置されている。
また、外筒3の突部3aは、外筒3の両端部までの間に所定代L2を有し、その長手方向先端が先細りした形状に形成される他、外筒3の外周上に等間隔で複数(実施例1では20個)配置されている。
このような外筒3を形成するには、図7(a)に示すような複数(実施例1では4つ)割りの外子31〜34と、これら外子31〜34の中央に配置された内子35を用いる。
外子31〜34は、少なくとも外筒3よりも長い全長で、且つ、平面視1/4円形状に開口面を有して略矩形状に形成されると共に、この開口面には外側へ凸設され、軸方向へ所定長さL1に延設された複数の凸型36が等間隔に形成されている。
内子35は、少なくとも外筒3よりも長い全長で、外筒3の内径と等しいか僅かに小さな外径を有した円柱状に形成される他、その外周上における凸型36に対応する位置には内側へ凹設され、軸方向へ所定長さL1に凹設された凹型37が形成されている。
また、図示を省略するが内子35は縮径可能な構造となっている。
そして、図7(a)に示しように、外筒3となる円筒状の母材38(二点鎖線で図示)内に内子35を配置した後、図7(b)に示しように、外子31〜34同士を内子35を中心として径方向内側へ移動させて嵌合させる。
これにより、凸型35と凹部36で母材38を径方向に加圧して突部3aを形成する。
その後、外子31〜34の嵌合を解除すると共に、内子35を縮径させて軸方向に引き抜くことで、外筒3を取り外して所望の外筒3を得る。
或いは、外筒3を形成する別の方法としては、外筒3となる板状の母材に予め突部3aを形成し、その後、筒状に形成してその両縁部同士を電縫管と同様に溶接接合しても良い。
<圧入工程>
圧入工程では、公知の特開平11−197518号公報の同様の圧入装置10を用いてハニカム体2を外筒3内に圧入する。
先ず、圧入装置10について詳述する。
図8において、水平な基台11上に立設されたタワーブロック12には、鉛直方向にレール13が延設されると共に、このレール13には昇降板14が摺動可能に係合されている。
昇降板14には、タワーブロック12に取付けられたエアシリンダ15のピストンロッド15aが連結しており、このエアシリンダ15の作動により昇降板14を上下動させるようになっている。
また、昇降板14は、上部に支持ブラケット16、下部に支持ブラケット17が備えられる他、支持ブラケット16にはエアシリンダ18が鉛直方向に向けて取付けられる一方、支持ブラケット17には円筒状の圧入治具19がエアシリンダ18と同軸上に装着されている。
エアシリンダ18の下方に突出するピストンロッド18aには、円柱状の圧入部材20が備えられている。
基台11上には、圧入治具19の下方で同軸上に配置されるワーク支持ブロック21が固設されている。
図9(a)に示すように、圧入治具19の内周には、その下端に行くにつれて徐々に拡径しながら開口するテーパ面を有する第1案内孔22と、この第1案内孔22の上端に連なる真円の矯正孔23と、この矯正孔23の上端から起立する環状段部24と、この環状段部24の内周縁から該治具19の上端に行くに連れて徐々に拡径しながら開口するテーパ面を有する第2案内孔25とが形成されている。
第1案内孔22の下端の入口径は、外筒3の外径より大きく、矯正孔23の内径は、外筒3の外径と等しく設定されている。
第2案内孔25の上端の入口径は、ハニカム体2の外径より大きく、また第2案内孔25の下端の出口径は、外筒3の内径より小さく設定されている。
さらに、ワーク支持ブロック21の上端には、外筒3の下端内周に嵌合する環状突起状の突起21aが形成されている。
また、突起21aの内周に望んだ状態でワーク支持ブロック21の内周よりも小さな直径を有する円盤状の支持体26が設けられると共に、この支持体26の下部には、基台11内に収容されたエアシリンダ27のピストンロッド27aが連結されており、このエアシリンダ27の作動により支持体26を上下動させるようになっている。
このように構成された圧入装置10では、先ず、図9(a)に示すように、エアシリンダ15のピストンロッド15aの収縮作動により昇降板14を上昇位置に停止させた状態として、ワーク支持ブロック21上に外筒3を載置する。
この際、外筒3の下端内周を突起21aに嵌合することにより、外筒3を圧入治具19と同軸上に配置する。
また、外筒3の突部3aと外筒3の端部との間には所定代L2が形成されているため、突部3aと突起21aとの接触を回避できる。
次に、図9(b)に示すように、エアシリンダ15のピストンロッド15aの伸長作動により昇降板14を徐々に下降させると共に、エアシリンダ27の伸長作動により支持体26を上昇させる。
この際、ワーク支持ブロック21上の外筒3の上端部が圧入治具19の第1案内孔22を経て矯正孔23に嵌合し、これにより外筒3の歪みが矯正される。
その後、外筒3の上端部が環状段部24に当接した位置で昇降板14を停止させる一方、支持体26が圧入治具19の上端よりも僅かに上方位置となるようにエアシリンダ27を停止させる。
次に、図10に示すように、支持体26の中央にハニカム体2を載置した後、エアシリンダ18の伸長作動により圧入部材20を所定位置まで下降させ、圧入部材20の下面がハニカム体2の上面に当接したところで、エアシリンダ27の収縮作動により支持体26を圧入部材20に同期して元位置まで下降させる。
これにより、ハニカム体2を圧入部材20で下方へ押圧して、第2案内孔25を経由させて矯正孔23内で待機する外筒3内に圧入する。
この際、ハニカム2は、第2案内孔25のテーパ面により徐々に縮径されつつ、真円に矯正される。
続いて、ハニカム体2が外筒3内に進入するに連れて、その外周部(ろう箔材7共)が外筒3の突部3aで径方向内側に加圧されて縮径し、その際の縮径は突部3aにより均等に進行する。
これにより、ハニカム体2の外周に径方向内側に凹設された複数の溝2a(図2参照)が等間隔に形成されて、外周が略セレーション形状に加工される。
なお、補足ではあるが、突部3aがハニカム体2の所定長さL1範囲に当接すると、所定代L2範囲に相当する部位も内側に変形して溝2aとなる。
従って、ハニカム体2を安定的に均等に縮径でき、ハニカム体2の外周の一部に応力が集中して大きな座屈が生じる虞がなく、ハニカム体2と外筒3との間に大きな隙間が生じるのを防止できる。
また、比較的小さい圧入荷重でもって、ハニカム体2を第2案内孔25から外筒3内へ圧入できる。
加えて、第2案内孔25のテーパ面によりハニカム体2の損傷を回避できると同時に、圧入治具19の耐用寿命を延ばすこともできる。
さらに、第2案内孔25の下端の出口径<外筒3の内径としているため、ハニカム体2を外筒3の内径よりも小さく絞った状態で圧入でき、圧入初期段階における圧入抵抗を小さくできる。
また、ハニカム体2の圧入後における略セレーション形状の溝2aの復元力により、ハニカム体2の外周面全体を外筒3の内周面に確実に密着させることができる。
また、実施例1ではハニカム体2を支持体26に載置しているため、ワーク支持ブロック21に載置する場合に比べて、ハニカム体2を安定した状態で配置でき、圧入初期段階におけるハニカム体2の傾倒を防止できる。
なお、ハニカム体2が収容された外筒3は、エアシリンダ15,18のピストンロッド15a,18aの収縮作動により、昇降板14、及び圧入部材20を元位置に復帰させた後、ワーク支持ブロック21から取り外すことができる。
また、溝2aの高さ、形成数、間隔は外筒3の突部3により適宜設定できるが、これらはハニカム体2の圧入前の外周長と圧入後の外周長(外筒3の内周長)との周長差を吸収できるように設定する。
具体的な例として、例えば、溝2aの高さを0.1〜10mm、間隔を4〜10mmの範囲の小さな値に設定する。
また、圧入後の溝2aの高さは金属箔4の波の高さの1〜2倍が好ましい。
<ろう付け工程>
このように形成された金属触媒担体1は、図示しない加熱炉に搬送されて熱処理されることにより、金属箔4の波の頂部と金属箔5の接している部分が拡散接合されると共に、ハニカム体2の外周一部と外筒3がろう箔材7の溶融によりろう付け接合される。
その後、ハニカム体2の両金属箔4,5の隙間で形成される軸方向に貫通したセルの表面には貴金属、アルミナ等からなる排気浄化用の触媒担持体層が形成される。
次に、作用を説明する。
<排気浄化作用について>
このように構成された金属触媒担体1は、外筒3の両端部が自動車の内燃機関排気系に連通接続された状態で介装される。
具体的には、図11に示すように、自動車の内燃機関排気系は、排気上流側となるエンジンa1の図示しない排気ポートから各排気管a2〜a4を介して金属触媒担体1、サブマフラa5、メインマフラa6が連通接続されている。
また、図12に示すように、金属触媒担体1の外筒3の両端部には、所定径まで縮径されて、それぞれ対応する排気管a2,a3とフランジa7を介して締結された筒状のディフューザ40,41が接続されている。
ディフューザ40,41の端部は、外筒3の対応する端部の外側(または内側)に所定代L2の範囲内で重ねられた状態で溶接X1で全周に亘って固定されている。
この際、外筒3におけるディフューザ40,41との接続代となる所定代L1の範囲内には突部3aが形成されていないため、外筒3とディフューザ40.41を全周に亘って良好に密着でき、突部3aがディフューザ40,41に跨って形成された場合に比べて溶接X1を容易にできる。
そして、外筒3のエンジン側の排気上流側となる一端部から外筒3に流入した排気(破線矢印で図示)は、ハニカム体2のセルを通過することにより、触媒の作用により排気中の有害成分(HC、CO、NOx等)が無害成分(CO2、O等)に浄化されて排気下流側となる他端部からサブマフラa5及びメインマフラa6側へ排出される。
この際、前述したように、ハニカム体2の外周の軸方向一部のみが外筒3にろう付け接合されているため、ハニカム体2における外筒3との熱膨張・収縮量の差に伴う軸方向及び径方向への熱膨張・収縮を妨げることがなく、ハニカム体に掛かる熱応力を緩和でき、ハニカム体2の耐久性を向上できる。
次に、実施例1の効果を請求項1〜3、5、7に対応する(1)〜(5)と共に記載する。
(1)波状の金属箔4と平板状の金属箔5とを重ねた状態で多重に巻回してロール状のハニカム体2を形成した後、該ハニカム体2を縮径しつつ外筒3に圧入して収容した金属触媒担体1の製造方法において、外筒3の内周に径方向内側に突出し、軸方向に延設された突条の突部3aを形成し、ハニカム体2を外筒3内に圧入する際に、突部3aで該ハニカム体2の外周を径方向へ加圧して溝2aを形成した。
これにより、ハニカム体2を安定的に均等に縮径させて外筒3へ良好に圧入した状態で収容できる。
(2)溝2aをハニカム体2の外周に等間隔で複数形成した。
これにより、ハニカム体2を全周から確実に均一に縮径でき、安定した座屈防止効果を得られる。
(3)ハニカム体2の外周の軸方向一部にろう箔材7を設け、ろう箔材7を溶融させてハニカム体2と外筒3とをろう付け接合した。
これにより、ハニカム体2の外周の軸方向一部のみが外筒3にろう付け接合されるため、ハニカム体2と外筒3の熱膨張・収縮量の差に起因して発生するハニカム体2の軸方向および径方向への熱応力を緩和でき、ハニカム体2の耐久性を向上できる。
(4)突部3aを外筒3の端部におけるディフューザ40.41との接続代から軸方向内側へ外れた位置に形成し、溝2aを接続代から軸方向内側へ外れた位置に形成した。
これにより、外筒3とディフューザ40.41を全周に亘って良好に密着でき、突部3aがディフューザ40,41に跨って形成された場合に比べて溶接X1を容易にできる。
また、圧入装置10の突起21aと、外筒3の突部3aとの接触を回避でき、ハニカム体2の外筒3への圧入時に外筒3を安定して固定できる。
(5)両金属箔4,5の接合部(金属箔4の波状の頂部と金属箔5との接触部分)同士を拡散接合した。
これにより、(1)と同様の作用・効果を得ることができる。
以下、実施例2を説明する。
なお、実施例2において、実施例1と同一の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
図13は実施例2の金属触媒担体のハニカム体と外筒を説明する斜視図(外筒の一部は断面図)である。
図13に示すように、実施例2の金属触媒担体1では、外筒3の内周におけるろう箔材7から軸方向両側へそれぞれ外れた位置に、実施例1で説明した突部3aと同様の突部3b,3cがそれぞれ形成されている。
これにより、ハニカム体2のろう箔材7から軸方向両側へそれぞれ外れた位置に、実施例1で説明した溝2aと同様の溝2b,2cがそれぞれ形成されている。
また、ろう箔材7と外筒3とは隙間無く密着してろう付け接合されている。
なお、実施例2の突部3b,3cにおける軸方向長さ寸法と、内側への突出高さ寸法は、それぞれ小さい値に設定されており、ハニカム体2の外筒3への圧入時にろう箔材7は突部3bによって一時的に弾性変形するが、その後、元の形状に復元して外筒3に密着するようになっている。
従って、実施例2では、ろう箔材7と外筒3を良好に密着させて、これら両者を良好にろう付け接合できる。
加えて、実施例1では、外筒3内に排気上流側から流入した排気の一部がハニカム体2の溝2aと外筒3との間に形成された隙間を介して未浄化のままで排気下流側へ通過してしまうのに対し、実施例2では、全ての排気をハニカム体2に通過させることができ、ハニカム体2の排気浄化性能を向上できる。
次に、実施例2の効果を請求項4に対応する(6)と共に記載する。
(6)突部3b,3bを外筒3の内周におけるろう箔材7から軸方向へ外れた位置に形成し、溝2b,2cをハニカム体2のろう箔材7から軸方向へ外れた位置に形成した。
これにより、ろう箔材7と外筒3を良好に密着でき、これら両者のろう付け性を向上できる。
また、ハニカム体2の排気浄化性能を向上できる。
以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、ろう箔材7を省略してハニカム体2と外筒3とを拡散接合により固定することもできる。
また、両金属箔4,5に複数の穴を形成しても良い。
また、実施例1では溝2aがハニカム体2の外周上に等間隔に形成したが、溝2aを波状に連続したセレーション形状としても良い。
さらに、支持体26を省略してハニカム体2をワーク支持ブロック21の中央に載置するようにしても良い。
また、実施例2において、図14に示すように、外筒3の突部3b,3bの軸方向両側端部をハニカム体2のそれぞれ対応する軸方向端部位置付近まで延設して、溝2b,2cをハニカム体2の軸方向両端部まで延設するようにしても良い。
ハニカム体2の断面形状は円形状に限らず、図15(a)に示すような楕円形状、図15(b)に示すようなレーストラック型等の非円形状にしても良く、これらの場合には円形状に比べて特にハニカム体2の座屈が大きくなりやすいため、この発明の作用・効果を特に発揮でき、好適となる(請求項6に対応)。
外筒3の両端部とディフューザを結合する必要がない場合には、図16に示すように、所定代L2を出来るだけ小さくでき、この場合、突部3aによる更なる効果を期待できる。
実施例1の金属触媒担体を示す側断面図である。 図1の矢視A1による図である。 実施例1のハニカム体の形成を説明する図である。 実施例1のハニカム体の形成直後の斜視図である。 実施例1の外筒の上面図である。 実施例1の外筒の側面図である。 実施例1の外筒の形成を説明する図である。 実施例1の圧入装置の全体図である。 実施例1の金属触媒担体の製造方法を説明する要部拡大図である。 実施例1の金属触媒担体の製造方法を説明する要部拡大図である。 実施例1の排気系を説明する全体図である。 実施例1の金属触媒担体の排気系への介装状態を説明する図である。 実施例2の金属触媒担体のハニカム体と外筒を説明する斜視図(外筒の一部は断面図)である。 実施例2の金属触媒担体のハニカム体と外筒を説明する斜視図(外筒の一部は断面図)である。 その他の実施例の金属触媒担体を説明する断面図である。 その他の実施例の金属触媒担体を説明する側面図である。
a1 エンジン
a2、a3、a4 排気管
a5 サブマフラ
a6 メインマフラ
a7 フランジ
X1 溶接
1 金属触媒担体
2 ハニカム体
2a、2b、2c 溝
3 外筒
3a、3b、3c 突部
4、5 金属箔
6 巻軸
7 ろう箔材
10 圧入装置
11 基台
12 タワーブロック
13 レール
14 昇降板
15 エアシリンダ
15a ピストンロッド
16 支持ブラケット
17 支持ブラケット
18 エアシリンダ
18a ピストンロッド
19 圧入治具
20 圧入部材
21 ワーク支持ブロック
22 第1案内孔
23 矯正孔
24 環状段部
25 第2案内孔
26 支持体
27 エアシリンダ
27a ピストンロッド
31、32、33、34 外子
35 内子
36 凸型
37 凹型
38 母材
40、41 ディフューザ

Claims (7)

  1. 波状の金属箔と小波状または平板状の金属箔とを重ねた状態で多重に巻回してロール状のハニカム体を形成した後、該ハニカム体を縮径しつつ外筒に圧入して収容した金属触媒担体の製造方法において、
    前記外筒の内周に径方向内側に突出し、軸方向に延設された突条の突部を形成し、
    前記ハニカム体を外筒内に圧入する際に、突部で該ハニカム体の外周を径方向へ加圧して溝を形成したことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
  2. 請求項1記載の金属触媒担体の製造方法において、
    前記溝をハニカム体の外周に等間隔で複数形成したことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
  3. 請求項1または2記載の金属触媒担体の製造方法において、
    前記ハニカム体の外周の軸方向一部にろう箔材を設け、
    前記ろう箔材を溶融させて前記ハニカム体と前記外筒とをろう付け接合したことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
  4. 請求項3記載の金属触媒担体の製造方法において、
    前記溝を前記ハニカム体の前記ろう箔材から軸方向へ外れた位置に形成したことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
  5. 請求項1〜4のうちのいずれかに記載の金属触媒担体の製造方法において、
    前記突部を前記外筒の端部における接続部材との接続代から軸方向内側へ外れた位置に形成し、
    前記溝を前記接続代から軸方向内側へ外れた位置に形成したことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
  6. 請求項1〜5のうちのいずれかに記載の金属触媒担体の製造方法において、
    前記金属触媒担体の断面形状を楕円形状または非円形状としたことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
  7. 請求項1〜6のうちのいずれかに記載の金属触媒担体の製造方法において、
    前記両金属箔の接合部同士を拡散接合したことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
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