JP2645809B2 - 排気管に接続されるシェルの端部部材とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気管に接続して排ガ
ス浄化触媒を装填すること等に用いられるシェルの端部
部材とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２５および図２６に公知の自動車用排
ガス浄化触媒コンバータを示してある。このコンバータ
は、ハニカム構造等の排ガス浄化触媒（セラミック触
媒、金属触媒、その他の各種触媒）Ｃを装填したインナ
ーシェル１０１とその周囲を取り囲むアウターシェル１
０２を有し、インナーシェル１０１の端窄まり状のロー
ト状胴部１０３，１０４のそれぞれに端部部材１０５，
１０６が設けられており、これらの端部部材１０５，１
０６を利用して排気管の中途部にこのコンバータを着脱
できるようになっている。

【０００３】図２６のように、従来の端部部材１０５
は、一側が拡径された筒状の接続部品１０７に、フラン
ジ部１０８とそのフランジ部１０８の内周部から延び出
た先窄まり状の壁部１０９とを有するフランジ１１０を
嵌め込んで上記壁部１０９と接続部品１０７を溶接１１
１で接合することにより製作されていた。そして、この
端部部材１０５は、その接続部品１０７を上記インナー
シェル１０１のロート状胴部１０３に嵌め込んで両者を
溶接１１２で接合することによりインナーシェル１０１
に結合されていた。なお、図２５において、１１３は、
フランジ部１０８を排気管（不図示）側のフランジに結
合することに用いられるスタッドボルト（不図示）の取
付孔である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記コンバータを排気
管の中途部に装着した場合には、従来例として上述した
端部部材１０５の溶接１１１，１１２による接合箇所に
衝撃や振動、熱等に起因する応力が集中しやすく、それ
らの接合箇所が強度面での弱点となって場合によっては
接合箇所に亀裂や破損の起こることがあった。

【０００５】本発明は以上の事情のもとでなされたもの
であり、その目的は、上述したインナーシェル１０１の
ロート状胴部１０３を端部部材側に具備させると共に、
その傾斜部材とフランジ部とを応力吸収作用を発揮する
形状を持つ部分で一体に連設することによって、強度面
での弱点となる溶接による接合箇所をなくすることので
きる排気管に接続されるシェルの端部部材を提供するこ
とである。本発明の他の目的は、上記したロート状胴部
を端部部材側に具備させることによって、シェルの構造
を簡単にすることのできるシェルの端部部材を提供する
ことである。

【０００６】本発明のさらに他の目的は、端部部材を１
つの部材だけで構成できるようにして溶接等の余分な製
作工程を不要にすることである。

【０００７】本発明のさらに他の目的は、上記端部部材
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は排
気管に接続されるシェルの端部部材に関するものであ
り、排気管に接続される環状フランジ部と、このフラン
ジ部の内周部に一体に具備された切断面形状が湾曲状の
曲り部と、この曲り部から先拡がり状に延出したロート
状胴部とを備えることを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は排気管に接続される
シェルの端部部材の製造方法に関するものであり、排気
管に接続される環状フランジ部の内周部からそのフラン
ジ部の軸心方向に筒部が突き出された形状のフランジ付
き筒体における上記筒部を先拡がり状に拡径する成形工
程を含むことを特徴とする。

【００１０】請求項３に係る発明は排気管に接続される
シェルの端部部材の製造方法に関するものであり、排気
管に接続される環状フランジ部の内周部からそのフラン
ジ部の軸心方向に筒部が突き出された形状のフランジ付
き筒体における上記筒部を先拡がり状に拡径しながら上
記フランジ部と筒部との境界部分を絞って縮径させる成
形工程を含むことを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明は端部部材の基本形状を提
案したものである。そして、この発明によると、当該端
部部材に加わる衝撃や振動、熱等に起因する力が、環状
フランジ部とロート状胴部との間の湾曲状の曲り部によ
って吸収される。また、フランジ部と曲り部とロート状
胴部とが一体になっていることにより、当該端部部材に
溶接による接合箇所が存在しなくなり、同時に、シェル
側にロート状胴部を設ける必要がなくなる。

【００１２】請求項２や請求項３に係る発明は上記基本
形状の端部部材を容易に製造する方法を提案したもので
ある。

【００１３】

【実施例】図２３及び図２４は請求項１に係る発明の実
施例による端部部材１を示している。この端部部材１
は、基本形状を形作るための構成として、排気管（不図
示）に接続される円環状フランジ部２と、このフランジ
部２の内周部に一体に具備された切断面形状が湾曲状の
曲り部３と、この曲り部３から先拡がり状に延出し先端
部がシェルの胴部１１４との結合部４となされたロート
状胴部５とを備える。そして、具体的には、ロート状胴
部５が外側に少し張り出した球面状に形成されていると
共に、上記フランジ部２には、その外周部にロート状胴
部５側に折り曲げられた円環状のリブ６、周方向の適所
に開設されたボルト取付孔（挿通孔）７、内周部に形成
されたパッキン収容用の環状凹部８等が設けられてい
る。また、上記結合部４は、シェル胴部１１４を内嵌合
可能な円環状の突片部１０とその突片部１０に内嵌合さ
れた上記胴部１１４の端面が突き合わされる段付面９と
を備えている。実施例の端部部材１において、上記曲り
部３は外面３ａが軸心方向において略円弧状に湾曲して
いるが、内面３ｂは軸心方向においてまっすぐな平坦面
になっており、また、曲り部３とフランジ部２やロート
状胴部５との連設箇所には角張った部分が存在しない。

【００１４】この端部部材１はステンレスや鋼板或いは
鉄板などを材料として広義の板金（プレスや転造を含
む）工程を経て製作することができ、その製造方法につ
いては後述する。また、この端部部材１を自動車用排ガ
ス浄化触媒コンバータのシェルに用いる場合、その厚さ
を例えば３ｍｍ程度にすることがコンバータに要求され
る重量や強度等の面から見て好ましい。

【００１５】上記端部部材１は、図２３のように、円筒
状のシェル胴部１１４の端部を突片部１０に内嵌合して
その端面を段付面９に突き合わせ、突片部１０とシェル
胴部１１４の端部との嵌合箇所を溶接で接合することに
よりシェル胴部１１４と結合されて一体化される。この
場合において、シェル側にロート状胴部を設けておく必
要はなく、また、シェル胴部１１４の端部と突片部１０
に嵌合及びシェル胴部１１４の端面と段付面９との突き
合わせによってシェル胴部１１４と端部部材１の結合部
４とが確実に位置決めされ、そのように確実に位置決め
された箇所に溶接を施すことができるので、溶接による
接合を確実に行うことができる。環状凹部８に収容した
パッキン（不図示）をフランジ部２と図示していない排
気管側のフランジ部との間に挾んで締結ボルトなどの止
具（不図示）でそれらのフランジ部同士を結合すること
により排気管（不図示）の中途部に装着される。

【００１６】この端部部材１によると、当該端部部材に
加わる衝撃や振動、熱等に起因する力が、円環状フラン
ジ部２とロート状胴部５との間の湾曲状の曲り部３で分
散されると共に、その曲り部３によってうまく吸収され
るので、応力集中に伴う亀裂や割れの発生するおそれが
すくない。また、この端部部材１がステンレス製、鋼板
製或いは鉄板製であり、その厚さが３ｍｍ程度であった
としても、リブ６がフランジ部２の曲り剛性を高めるこ
とに役立つので、フランジ部２の熱変形や衝撃・振動に
よる変形がリブ６によって防止される。

【００１７】次に、請求項２又は請求項３に係る発明の
実施例による端部部材の製造方法を説明する。図１〜図
４に端部部材の製造方法を原理的に示してあり、図５〜
１７にはロール加工を主とする製造工程を、図１８〜図
２２にプレス加工を主とする製造工程を、それぞれ説明
的に示してある。

【００１８】図１に示したように、この製造方法の原理
は、排気管に接続される円環状フランジ部２の内周部か
らそのフランジ部２の軸心方向に円筒部１１が突き出さ
れた形状のフランジ付き円筒体Ａを用い、その円筒体Ａ
の円筒部１１を先拡がり状に拡径する成形工程を含むも
のであって、円筒部１１を先拡がり状に拡径することに
よってロート状胴部５が成形される。図２３に示した曲
り部３、結合部４、リブ６、凹部８等は図５〜図１７或
いは図１８〜図２２について説明する実際的な製造工程
中で形成される。

【００１９】図２はロール加工で図１で説明した成形工
程を行うことを示した説明図である。１２は回転下型、
１３は回転上型、１４はロール状回転型である。この成
形工程では、フランジ付き円筒体Ａのフランジ部２を回
転下型１２に置き、回転上型１３を下降させてその拡径
用成形面１３ａで円筒部１１を先拡がり状に拡径しなが
ら、回転型１４を移動させてフランジ部２と円筒部１１
との境界部分を絞って縮径させる。これにより、図１の
下段や図２に実線で示した端部部材１が得られる。この
場合において、端部部材１の曲り部３は、回転型１４に
具備された略円弧状に滑らかに曲がった曲り部成形面１
４ａがフランジ部２と円筒部１１との境界部分に押し付
けられることによって形成される。なお、成形時には回
転上型１３や回転下型１２やロール状回転型１４のうち
の１つに対して他の２つが連れ回りする。

【００２０】図３はプレス加工で図１で説明した成形工
程を行うことを示した説明図である。１５は下型、１６
は上型、１７はガイドである。この成形工程では、フラ
ンジ付き円筒体Ａのフランジ部２を下型１５に置き、上
型１６を下降させてその拡径用成形面１６ａで円筒部１
１を先拡がり状に拡径する。これにより、図１の下段や
図３に実線で示した端部部材１が得られる。この場合に
おいて、端部部材１の曲り部３は、円筒部１１が先拡が
り状に拡径されるのに伴って形成される。

【００２１】図４はフランジ付き円筒体Ａをステンレス
製或いは鋼製のパイプ材などでなる円筒材Ａ’から製造
する原理的な方法を示している。１８は円柱状の型、１
９，２０は押型、２１は受型である。この方法では、例
えば、円筒材Ａ’を型１８に嵌合状にセットし、押型２
０で円筒材Ａ’を型１８と共に押し下げることにより図
４上段のように円筒材Ａ’の下端側を受型２１の下拡が
り成形面２１ａに次第に押し込んで拡径を行いながら押
型１９で円筒材Ａ’の拡径されたスカート部２’を押さ
えておくという第１段階の工程を行った後、図４下段の
ように下型２５と上型２６とで上記スカート部２’をプ
レスしてフランジ部２を成形する。これにより端部部材
１が得られる。なお、２７はガイドである。

【００２２】次に、図５〜図１７を参照して図２３で説
明した実際的な形状の端部部材１を製造するためのロー
ル加工を主とする工程を説明する。この方法は厚さ３ｍ
ｍ程度のステンレス鋼板を用いる場合に適する。

【００２３】図５〜図１１はフランジ付き円筒体Ａを円
板材Ａ”から製造する工程を示している。図５及び図６
は２段階に亘る絞り工程を示している。図５及び図６に
おいて、２８，２９は外径の異なる回転パンチ、３０，
３１は回転下型、３２，３３は回転上型である。図５の
工程では、回転パンチ２８に置いた円板材Ａ”を回転下
型３０で支持しながら回転上型３２で押さえ込んで同図
のようにカップ状に絞り成形する。図６の工程では、図
５の工程で成形したカップ状素材３４の絞り部直径Ｄ１
（図５には半径Ｄ１／２で示してある）を直径Ｄ２（図
５には半径Ｄ２／２で示してある）まで縮め、かつ高さ
Ｈ１を高さＨ２まで高くするような絞り成形を行う。絞
り工程は１段階で行っても、３段階以上に分けて行って
もよく、円板材Ａ”に皺や割れなどが生じないように考
慮することが望まれる。

【００２４】図７は上記カップ状素材３４の外周部をト
リミングする工程を示しており、回転パンチ３５、ガイ
ド３６、回転押型３７、ダイス３８などが用いられる。
３９はスクラップを示している。

【００２５】図８は孔穿け工程を示しており、ダイス４
０、パンチ４１、回転押型４２が用いられる。この孔穿
け工程では図７のトリミング工程を終えたカップ状素材
３４の頂板部４３の略全体が切除される。

【００２６】図９は延ばし工程を示しており、この延ば
し工程では、孔穿け工程を終えたカップ状素材３４の上
端部に残っている湾曲部分４４を真っ直ぐに延ばす。延
ばし工程では回転芯４５と回転押型４６と回転下型４７
とが用いられて上述したフランジ付き円筒体Ａ（図１参
照）の予備材４８が成形される。また、この予備材４８
におけるフランジ部４９と円筒部５０との境界部分が回
転押型４６によって滑らかに湾曲した曲り部５１に粗成
形される。そして、図１０に示した曲り部修正工程で押
型４６により粗成形された曲り部５１の湾曲形状が適正
に修正され、図１１に示したトリミング工程で円筒部５
０の上端部とフランジ部４９の外周部とが切除されてフ
ランジ付き円筒体１が製作される。こうして得られたフ
ランジ付き円筒体１は図１で説明したフランジ付き円筒
体１に相当するものであって、図１１に示したように、
フランジ部１と円筒部１１とを備えている。

【００２７】以上説明したフランジ付き円筒体１の成形
工程は例示であって、次に説明する工程に用いられる素
材としては他の方法で製作されたフランジ付き円筒体１
を用いることも可能である。

【００２８】図１２〜図１４はロール成形工程を示して
おり、このうち、図１２及び図１３は第１ロール成形工
程を、図１４は第２ロール成形工程をそれぞれ示したも
のであって、これらの工程では、回転下型５２，回転上
型５３、曲り部成形用ロール状回転型５４、結合部成形
用ロール状回転型５５、曲り部仕上げ用ロール状回転型
５６等が用いられる。

【００２９】図１２及び図１３のように、第１ロール成
形工程では、フランジ付き円筒体Ａのフランジ部２を回
転下型５２に置き、回転上型５３を下降させてその拡径
用成形面５３ａで円筒部１１を先拡がり状に拡径しなが
ら、曲り部成形用ロール状回転型５４を移動させてフラ
ンジ部２と円筒部１１との境界部分を絞って縮径させる
ことによりロート状胴部５を成形する。これにより、フ
ランジ部２とロート状胴部５との境界部分が、曲り部成
形用ロール状回転型５４に具備された略円弧状に滑らか
に曲がった曲り部成形面５４ａが押すことによって略円
弧状に粗成形される。また、上記円筒部１１が拡径され
ている途中又は完全に拡径された後において、結合部成
形用ロール状回転型５５が拡径途中の円筒部１１の先端
部又はロート状胴部５の先端部を回転上型５３の結合部
成形面５３ｂに押し付けて結合部４を成形する。

【００３０】図１２及び図１３の第１ロール成形工程に
おいて、回転上型５３が下死点に向かって下降するとき
には、結合部成形用ロール状回転型５５は、図１２のよ
うに結合部成形面５３ｂから離れた位置に維持したま
ま、回転上型５３と連れ回りしながら回転上型５３と共
に下降する。そして、回転上型５３が下死点に達した
後、図１３のように結合部成形用ロール状回転型５５が
結合部成形面５３ｂ側に移動（例えば約１ｍｍ移動）し
てロート状胴部５の先端部を押して同図のように折り曲
げる。この第１ロール成形工程において、回転上型５３
が下死点に達したときには、フランジ部２は曲り部成形
用ロール状回転型５４の下面に対して接触していない。
しかも、フランジ部２はテーパ状に傾斜している。これ
により、フランジ部２に対して曲り部成形用ロール状回
転型５４の下面が焼き付くといった事態が生じない。

【００３１】図１４のように、第２ロール成形工程で
は、曲り部仕上げ用ロール状回転型５６の曲り部成形面
５６ａが、略円弧状に粗成形されたフランジ部２とロー
ト状胴部５との境界部分を押して適正形状に仕上げ成形
し、これにより曲り部３が成形される。この第２成形ロ
ール工程においても、フランジ部２から曲り部仕上げ用
ロール状回転型５６の曲り部成形面５６ａが離れている
ように維持してフランジ部２に対し曲り部仕上げ用ロー
ル状回転型５６の下面が焼き付くことを防いでいる。

【００３２】図１５及び図１６はプレスによる凹部成形
工程を示している。凹部成形工程では、凹部成形面５７
ａを備えた下型５７と、上型５８と、凹部成形面５９ａ
を備えた割り型でなる押型５９とが用いられる。この工
程では、テーパ状に傾斜したフランジ部２を水平、即ち
軸心に対して直交する方向に曲げ成形するために、幾つ
かに分割されてその各々がスプリングで拡げられた割り
型でなる押型５９を用いる。そして、図１５のように、
その押型５９でフランジ部２を叩いてフランジ部２の傾
斜を解消し、その後、図１６のように下型５７の凹部成
形面５７ａと上型５８と押型５９の凹部成形面５９ａと
の間でフランジ部２やロート状胴部５等を挾み付けて凹
部８を成形する。

【００３３】図１７はリブ成形工程を示している。リブ
成形工程では、回転下型６０と、回転上型６１と、リブ
成形用ロール状回転型６２とが用いられる。このリブ成
形工程では、上記フランジ部２が回転下型６０と回転上
型６１とにより挾み付けられて保持され、その状態でフ
ランジ部２の外周部にリブ成形用ロール状回転型６２の
リブ成形面６２ａを押し付けることによってリブ６が成
形される。リブ成形工程は図示のようなロール成形によ
ることが好ましく、この工程を例えばプレスで行うとフ
ランジ部２の端部に割れが発生しやすいことを確認して
いる。

【００３４】以上のようにして図２３及び図２４に示し
た端部部材１が成形される。

【００３５】次に、図１８〜図２２を参照して図２３で
説明した実際的な形状の端部部材１を製造するためのプ
レス加工を主とする工程を説明する。この方法は厚さ３
ｍｍ程度の鋼板や鉄板を用いる場合に適する。

【００３６】図１８〜図２０はフランジ付き円筒体Ａを
円板材Ａ”から製造する工程を示している。図１８は絞
り工程を示している。図１８において、６５はパンチ、
６６は押型、６７は下型である。この工程では、パンチ
６５に置いた円板材Ａ”を下型６７で支持しながら上型
６６で押さえ込んで同図のようにカップ状に絞り成形す
る。この絞り工程は何段階かに分けて行ってもよく、円
板材Ａ”に皺や割れなどが生じないように考慮すること
が望まれる。

【００３７】図１９は孔穿け工程を示しており、ダイス
６８、パンチ６９、押型７０等が用いられる。この孔穿
け工程ではカップ状素材７１の頂板部７２の略全体が切
除される。また、必要に応じてカップ状素材７１の外周
部をトリミングする。

【００３８】図２０は延ばし工程及びフランジ部形成工
程を示しており、この工程では、孔穿け工程を終えたカ
ップ状素材７１の上端部に残っている湾曲部分７３を真
っ直ぐに延ばすと共に、軸心に対して直交する水平なフ
ランジ部２と凹部８とを成形する。この工程では芯７４
と上型７５と下型７６とが用いられる。この工程を減る
ことにより、フランジ付き円筒体Ａ（図１参照）の予備
材７７が成形される。そして、図２１に示した成形工程
を行う。この成形工程は図３で説明した成形工程に準じ
るものであって、フランジ付き円筒体Ａのフランジ部２
を下型７８に置き、上型７９を下降させてその拡径用成
形面７９ａで円筒部１１を先拡がり状に拡径する。ま
た、この実施例では、接合部成形型８０で同時に結合部
４を成形している。これにより、図１の下段や図３に実
線で示した端部部材１が得られる。この場合において、
端部部材１の曲り部３は、図２０や図２１で説明した工
程で形成される。

【００３９】図２２はリブ成形工程を示している。リブ
成形工程では、下型８１と、上型８２と、リブ成形用受
型８３などが用いられる。このリブ成形工程では、上記
フランジ部２の外周部が上型７１により押されて受型８
３に絞り込まれることによってリブ６が成形される。こ
の方法であると、プレスであるにもかかわらず、フラン
ジ部２の端部に割れが生じにくい。

【００４０】以上の説明では、フランジ部２を円環状と
し、筒部１１を円筒部とした事例を説明したけれども、
フランジ部２の形状として楕円形や図２５で説明したよ
うな形状を採用することや、筒部１１の形状として楕円
形を採用することは自由である。また、本発明は自動車
用消音器のシェルの端部部材とその製造方法などのよう
に、実施例で説明した自動車用排ガス浄化触媒コンバー
タのシェルの端部部材と類似形状の端部部材やその製造
方法についても適用することが可能である。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に係る発明によると、端部部材
に溶接箇所がないので、溶接箇所に衝撃や振動、熱等に
起因する力が集中して亀裂や破損を起こすといったおそ
れがなくなる。また、シェル側にロート状胴部を具備さ
せる必要がなくなる。さらに、端部部材を１つの部材だ
けで構成できるようになり、従来のように接続部品１０
７とフランジ部材１０９とで端部部材を組み立てるとい
う複雑な組立工程が不要になる。

【００４２】請求項２や請求項３に係る発明の製造方法
によると、フランジ付き円筒体の円筒部を拡径するとい
う工程を経るだけで上記の端部部材を製作することが可
能である。特に、請求項３に係る発明の製造方法では、
円筒部の拡径と、円筒部とフランジ部との境界部分の絞
りとが併行されるので、フランジ付き円筒体に割れなど
が生じにくい利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法の原理を示した説明図であ
る。

【図２】ロール加工で図１の成形工程を行うことを示し
た説明図である。

【図３】プレス加工で図１で説明した成形工程を行うこ
とを示した説明図である。

【図４】フランジ付き円筒体の製造方法を原理的に示し
た説明図である。

【図５】第１段階の絞り工程の説明図である。

【図６】第２段階の絞り工程の説明図である。

【図７】トリミング工程の説明図である。

【図８】孔穿け工程の説明図である。

【図９】延ばし工程の説明図である。

【図１０】曲り部修正工程の説明図である。

【図１１】トリミング工程の説明図である。

【図１２】第１ロール成形工程の説明図である。

【図１３】第１ロール成形工程の説明図である。

【図１４】第２ロール成形工程の説明図である。

【図１５】凹部成形工程の説明図である。

【図１６】凹部成形工程の説明図である。

【図１７】リブ成形工程の説明図である。

【図１８】絞り工程の説明図である。

【図１９】孔穿け工程の説明図である。

【図２０】延ばし工程及びフランジ部形成工程の説明図
である。

【図２１】図３に対応する成形工程の説明図である。

【図２２】リブ成形工程の説明図である。

【図２３】請求項１に係る発明の実施例による端部部材
の縦断面図である。

【図２４】図２３の端部部材の正面図である。

【図２５】従来の端部部材を用いた自動車用排ガス浄化
触媒コンバータの正面図である。

【図２６】図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う断面図
である。

【符号の説明】

Ａ フランジ付き円筒体 １ 端部部材 ２ フランジ部 ３ 曲り部 ４ 結合部 ５ ロート状胴部 １１ 円筒部 １１４ シェル胴部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−168835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−138051（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−87122（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気管に接続される環状フランジ部と、
   このフランジ部の内周部に一体に具備された切断面形状
   が湾曲状の曲り部と、この曲り部から先拡がり状に延出
   したロート状胴部とを備えることを特徴とする排気管に
   接続されるシェルの端部部材。
2. 【請求項２】 排気管に接続される環状フランジ部の内
   周部からそのフランジ部の軸心方向に筒部が突き出され
   た形状のフランジ付き筒体における上記筒部を先拡がり
   状に拡径する成形工程を含むことを特徴とする排気管に
   接続されるシェルの端部部材の製造方法。
3. 【請求項３】 排気管に接続される環状フランジ部の内
   周部からそのフランジ部の軸心方向に筒部が突き出され
   た形状のフランジ付き筒体における上記筒部を先拡がり
   状に拡径しながら上記フランジ部と筒部との境界部分を
   絞って縮径させる成形工程を含むことを特徴とする排気
   管に接続されるシェルの端部部材の製造方法。