JP4047665B2 - 触媒コンバーターの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノリス型触媒担体を保持するケーシングの端部にコーン型の案内部材を取り付けて構成した触媒コンバーターを製造するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モノリス型触媒担体を有する触媒コンバーターは、円筒状の本体部の内部にクッション材を介してモノリス型触媒担体を挿入すると共に、該ケーシングの両端を、ケーシングの径から上流側排気管或いは下流側排気管の径に至るテーパ状のコーン部を形成して構成されている。
【０００３】
このような触媒コンバーターでは、排気ガスが供給されたとき、ケーシングはモノリス型触媒担体との間にクッション材が介在するため排気ガスが直接作用することがないことから温度が低くなり、コーン部は排気ガスが直接作用するため温度が高くなる。このため、ケーシングを比較的薄い板によって形成すると共に、コーン部をケーシングよりも厚い板によって形成し、これらのケーシングとコーン部の２つの部材を溶接接合することで、経済性を高めるのが一般的である。
【０００４】
ここで、上記の如きケーシングとコーン部とが異なる部材として形成された触媒コンバーターの製造方法について簡単に説明する。例えば、特公昭５５−６４１１１号公報に開示された技術（第１公知例）は、筒状ケーシング内に筒状クッション体を介してモノリス型触媒担体を挿入して支持し、該筒状ケーシングの両端にコーン状の連結部材を挿入して筒状ケーシングの端面と溶接接合したものである。
【０００５】
また特開２０００−２９７６３４号公報に開示された技術（第２公知例）は、筒状のケースに支持マットを介してモノリス型触媒担体を支持し、且つケースの端部にインナーコーンとアウターコーンを組み合わせて構成した二重コーンのフランジ部を突き当て、この突き当て部を溶接することで、ケースと二重コーンを接合したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１公知例では、ケーシングの端部に連結部材のコーン状の連結部材の端部を挿入した状態で両者の重ね部を溶接する。ケーシングに連結部材を挿入する作業を容易に行うためには隙間が必要となる。このように、両者の重ね部に隙間が生じると、溶接不良が生じたり、溶接に伴って発生するスパッタやヒューム等の不純物がケーシングの内部に入り込む虞がある。そして不純物が入り込んだ場合、モノリス型触媒担体やクッション材に支障をきたす虞がある。このため、ケーシングと連結部材との嵌め合い公差を厳密に管理する必要が生じ、工程を進行する上で手間が掛かるという問題がある。
【０００７】
第２公知例では、二重コーンのフランジ部にケースの端面を突き当てて溶接するため、フランジの外径をケースの外径よりも大きくして溶接代を確保する必要があり、搭載に必要なスペースがケースよりも大きいフランジ部の外径で規定されてしまうという問題がある。
【０００８】
またフランジ部の面にケースの端面を突き当てて溶接するため、該突き当て部に隙間が生じた場合、溶接不良が生じたり、溶接に伴って発生するスパッタやヒューム等の不純物がケーシングの内部に入り込む虞がある。そして不純物が入り込んだ場合、モノリス型触媒担体やクッション材に支障をきたす虞がある。このため、フランジ部の面の平面度、及びケースの端面の平面度を厳密に管理する必要が生じ、手間が掛かるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、部材の寸法精度や加工精度の影響を受けることなく、安定した品質を実現することが出来る触媒コンバーターの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る触媒コンバーターの製造方法は、触媒を担持するモノリス型触媒担体と、前記モノリス型触媒担体を内部に収納するケーシングと、前記ケーシングの端部に挿入される筒部と該筒部に連続したコーン部を有する案内部材と、を有して構成される触媒コンバーターの製造方法であって、前記ケーシングは予め縮径代を見込んだ内径寸法を持った円筒状或いは楕円筒状に形成されており、該ケーシングの内部にモノリス型触媒担体を挿入すると共に端部に案内部材の筒部を挿入した後、ケーシングを全長にわたって縮径し、その後、ケーシングと案内部材を溶接接合することを特徴とするものである。
【００１１】
上記触媒コンバーターの製造方法では、内部にモノリス型触媒担体を収容すると共に端部に案内部材の筒部を挿入し、この状態でケーシングを縮径加工することによって、ケーシングの内周面と筒部の外周面を互いに密接させることが出来る。このため、ケーシングの端面と案内部材の筒部を溶接する際に、溶接に伴って発生するスパッタやヒューム等の不純物が内部に入り込むことがない。従って、内部に収容したモノリス型触媒担体やクッション材にスパッタが付着したり、不純物による支障が生じることがない。
【００１２】
上記ケーシングは予め縮径代を見込んだ内径寸法を持った円筒状、或いは楕円筒状に形成される。即ち、ケーシングは素材の状態では仕上がり寸法よりも縮径代に相当する寸法分大きく形成されるため、モノリス型触媒担体を挿入する作業が容易になる。
【００１３】
また案内部材の筒部の外径寸法は縮径後のケーシングの内径寸法と等しいか僅かに大きい値に設定されるが、この値は縮径前のケーシングの内径寸法と比較して充分に小さい。このため、ケーシングの端部に案内部材の筒部を挿入する際の作業が容易になる。
【００１４】
上記触媒コンバーターに於いて、案内部材に於ける筒部のケーシングに対する挿入長さは少なくとも７ｍｍから該筒部の先端がモノリス型触媒担体の周囲に巻き付けたマットに接触するまでの範囲であることが好ましい。案内部材の筒部をケーシングに対して少なくとも７ｍｍ挿入することで、ケーシングを縮径する際に案内部材の筒部に力が作用したとき、該案内部材がケーシングから抜け出ることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、上記触媒コンバーターの製造方法の好ましい実施形態について説明する。図１は本実施例に係る触媒コンバーターの構成を説明する模式断面図である。図２は触媒コンバーターを製造する工程を模式的に説明する図である。
【００１６】
先ず、図１により本実施例に係る触媒コンバーターの構成について説明する。触媒コンバーターＡは、円筒状或いは楕円筒状（本実施例では円筒状）のケーシング１の内部に、クッション材となるマット２を巻き付けたモノリス型触媒担体３が挿入されている。また端部（本実施例では両端部）には、夫々筒部４ａ，５ａとコーン部４ｂ，５ｂとが連続して形成された案内部材４，５が配置されている。一方の案内部材４は図示しないエンジン側（上流側）に配置され、他方の案内部材５は図示しない消音器側（下流側）に配置されている。
【００１７】
ケーシング１は、所定の厚さと長さを持った金属板を予め設定された断面形状と内径寸法とを持った筒状に形成されている。またケーシング１の内部に挿入されるモノリス型触媒担体２の数は限定するものではなく、１個又は２個或いはそれ以上の数で適宜設定される。
【００１８】
ケーシング１の端部（本実施例では両端部分）には、夫々案内部材４，５が配置され、夫々の筒部４ａ，５ａがケーシング１の端部に挿入されると共に、外周面がケーシング１の内周面に密接している。
【００１９】
ケーシング１と案内部材４，５の筒部４ａ，５ａとが全周溶接されて互いに固着し、これにより触媒コンバーターＡが構成されている。ケーシング１と案内部材４，５を溶接するに際し、ケーシング１の内周面と案内部材４，５の筒部４ａ，５ａの外周面とが密着しているため、溶接に伴って発生するスパッタやヒューム等の不純物が触媒コンバーターＡの内部に入り込むことがない。このため、内部に収容したマット２やモノリス型触媒担体３に損傷を与えることがなく、性能の安定した触媒コンバーターＡとすることが可能である。
【００２０】
次に、上記触媒コンバーターＡを製造するための方法について図２により説明する。尚、同図は本実施例に係る製造方法を模式的に記載したものである。
【００２１】
本製造方法に於いて、触媒コンバーターＡを構成するケーシング１，マット２，モノリス型触媒担体３，案内部材４，５は予め所定の工程で製造され、夫々触媒コンバーターＡの製造ラインに供給される。
【００２２】
ケーシング１は、目的の触媒コンバーターＡの仕様に対応して円筒状或いは楕円筒状（本実施例では円筒状）に形成されており、直径は予め触媒コンバーターＡに設定された仕上がり寸法に縮径代を加味した寸法を有している。またケーシング１の材質は特に限定するものではないが、充分な耐熱性と塑性加工性を有するものであることが好ましい。このような材料として本実施例ではＳＵＳ４０９を用いている。
【００２３】
ケーシング１の縮径代は、該ケーシング１の径に応じて異なる値となる。本実施例に係る触媒コンバーターＡでは、最も小さい場合で約０．５ｍｍ程度であり、通常は１ｍｍ程度である。即ち、ケーシング１の内径は、仕上げ寸法に０．５ｍｍ〜１ｍｍを加えた寸法を持っている。
【００２４】
ケーシング１の仕上り寸法は、マット２を介してモノリス型触媒担体３を保持する際に、該マット２に適度な圧縮力を作用させてモノリス型触媒担体３に対する保持力を発揮させることが可能な値である。従って、ケーシング１の仕上がり寸法は、モノリス型触媒担体３の外径や、マット２の材質等に応じて適宜設定される。
【００２５】
マット２及びモノリス型触媒担体３は、適用されるエンジンの仕様に応じて適宜選択されるものであり、通常の触媒コンバーターに用いられるものと同様のものが利用される。
【００２６】
案内部材４，５は、ケーシング１の断面形状と同様の断面形状、例えばケーシング１が円筒状に形成されいる場合は、案内部材４，５も円筒状に形成されており、またケーシング１が楕円筒状に形成されている場合は、案内部材４，５も楕円筒状に形成されている。またコーン部４ｂ，５ｂは、排気ガスが内部を円滑に流れてモノリス型触媒担体３に供給され、且つモノリス型触媒担体３を通過した排気ガスが円滑に排出し得るようなテーパ角度を持って形成される。
【００２７】
案内部材４，５は、筒部４ａ，５ａの外径が触媒コンバーターＡの仕上がり寸法と略等しい寸法であって良い。しかし、ケーシング１の縮径に応じて、外周面をケーシング１の内周面に確実に密着させるためには、仕上がり寸法よりも僅かに大きい寸法を持って形成しておくことが好ましい。前記寸法は特に限定するものではないが、約０．５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２８】
案内部材４，５の筒部４ａ，５ａを上記の如く仕上がり寸法よりも僅かに大きい寸法で形成することによって、端部に案内部材４，５を挿入したケーシング１を予め設定された寸法に縮径したとき、筒部４ａ，５ａも同時に縮径されるため、該筒部４ａ，５ａのケーシング１に対する密着を確実に実現することが可能である。
【００２９】
案内部材４，５の筒部４ａ，５ａの径とコーン部４ｂ，５ｂの大径部の径とは同一寸法である必要はなく、該コーン部４ｂ，５ｂの大径部の径は、モノリス型触媒担体３の外径と略等しい程度となっている。従って、筒部４ａ，５ａの径は、モノリス型触媒担体３に適度な力を作用させて保持するのに必要な分圧縮したときのマット２の外径と略等しい。
【００３０】
案内部材４，５は、筒部４ａ，５ａがケーシング１の端部に挿入されると共に縮径加工により密着した後、溶接により固着される。このため、案内部材４，５の材質はケーシング１と溶接し得るものであることが必要であり、本実施例ではＳＵＳ４０９を用いている。
【００３１】
上記の如く構成された各部材によって触媒コンバーターＡを製造する手順を説明する。先ず、モノリス型触媒担体３の外周にマット２を巻き付けた後、該マット２及びモノリス型触媒担体３をケーシング１に挿入しておく。
【００３２】
その後、図２（ａ）に示すように、ケーシング１の端部に案内部材４（５）を対向させ、筒部４ａ（５ａ）を挿入する。尚、図には一方の案内部材４のみを記載しているため、以下、案内部材４とケーシング１との関係で説明するが、ケーシング１の両端部分に夫々案内部材４，５が配置されるものとする。しかし、触媒コンバーターの仕様によっては、ケーシングの一方にのみ案内部材が取り付けられる場合もある。
【００３３】
素材の状態のケーシング１の径には、予め仕上寸法に対し０．５ｍｍ〜１ｍｍの縮径代が加味されているため、該ケーシング１に筒部４ａを挿入する作業は極めて容易であり、且つ筒部４ａの加工公差も大きくても良く、該筒部４ａの加工も容易である。また筒部４ａのケーシング１に対する挿入長さは、後述する理由によって少なくとも７ｍｍは必要である。
【００３４】
次に、同図（ｂ）に示すように、端部に案内部材４の筒部４ａを挿入したケーシング１の外周面に半径方向の力を付与して縮径加工を行う。ケーシング１の縮径加工を行う際の装置としては特に限定するものではなく、ケーシング１を全周にわたって均一に縮径し得るものであれば利用することが可能である。このような装置としては、シュリンク装置や、スエージング装置等の装置がある。
【００３５】
ケーシング１の端部に案内部材４を挿入して縮径する際に、該ケーシング１に半径方向の力が作用したとき、この力に伴って案内部材４に軸方向の推力が作用する。このため、案内部材４はケーシング１から抜け出る方向に移動する。
【００３６】
本件発明者等は、ケーシング１に縮径加工を施す際に筒部４を如何なる長さで挿入しておくことが必要かの実験を行った。この結果、ケーシング１に対して筒部４ａを５ｍｍ挿入して縮径加工を施した場合には、案内部材４はケーシング１から抜け出てしまうことが判明した。しかし、ケーシング１に対し筒部４ａを７ｍｍ，１０ｍｍ挿入して縮径加工を施した場合には、案内部材４がケーシング１から抜け出ることはなかった。
【００３７】
従って、ケーシング１に対する筒部４ａの挿入長さは少なくとも７ｍｍは必要であるといえる。また筒部４ａの挿入長さの限界は、筒部４ａの先端部分がマット２に接触するまでである。
【００３８】
上記の如くしてケーシング１の端部に案内部材４の筒部４ａを少なくとも７ｍｍ挿入して縮径加工を施すことで、確実にケーシング１の内周面を案内部材４の筒部４ａの外周面に密着させることが可能である。
【００３９】
次に、同図（ｃ）に示すように、ケーシング１の端面と案内部材４の筒部４ａの外周面との交差部分に、溶接トーチ６による隅肉溶接を施して全周にわたってビード７を形成し、ケーシング１と案内部材４を固着することで、触媒コンバーターＡを製造することが可能である。
【００４０】
上記製造方法を実施する際に、ケーシング１に対する縮径加工を行うのに伴って、該ケーシング１に伸びが生じることがある。このため、縮径加工は、案内部材４，５を図示しない保持部材によって保持して位置を拘束した状態で第１段階の縮径加工（仮縮径）を行い、その後、案内部材４，５に対する拘束を解除して第２段階の縮径加工（本縮径）を行うことが好ましい。このように、案内部材４，５の位置を拘束して仮縮径を行うことで、ケーシング１と案内部材４，５を仮止めし、その後、本縮径を行うことで、ケーシング１の伸び分を案内部材４，５の筒部４ａ，５ａの長さで吸収して触媒コンバーターＡの全長を一定とすることが可能となる。
【００４１】
また案内部材４，５の材質をケーシング１の材質と同一としたが、溶接上の問題が発生しないことを条件として、両者が同一の材質である必要はなく、異なる材料を用いても良い。同様に、案内部材４，５の厚さとケーシング１の厚さも等しい必要はなく、排気ガスによる熱の影響を考慮して適宜設定することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る触媒コンバーターの製造方法では、ケーシングの端部に案内部材の筒部を挿入した後、ケーシングを縮径することで該ケーシングの内周面を筒部の外周面に密着させるので、ケーシングの素材の径は予め設定された縮径代の分大きい寸法となる。このため、案内部材の筒部を製造する際の加工公差の管理が容易となり、且つケーシングに筒部を挿入する際の作業が容易となる。
【００４３】
またケーシングの縮径に伴って案内部材の筒部に密着するため、ケーシングの端面と筒部の外周面の交差部を全周にわたって溶接する際に、スパッタやヒューム等の不純物がケーシングの内部に入り込むことがない。このため、内部に収容されたモノリス型触媒担体やマットの性能を劣化させることがない。
【００４４】
特に、ケーシングの縮径加工に伴って、ケーシングと案内部材とが一体化するため、溶接作業を開始する際に、仮付け溶接や、治具による固定等を行う必要がなく、溶接作業の作用性を向上させることが出来る。
【００４５】
また案内部材の筒部をケーシングの端部に挿入するに際し、少なくとも７ｍｍの挿入長さをとることで、ケーシングに対する縮径加工を施す際に案内部材に推力が作用しても、該案内部材がケーシングから抜け出ることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る触媒コンバーターの構成を説明する模式断面図である。
【図２】触媒コンバーターを製造する工程を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
Ａ 触媒コンバーター
１ ケーシング
２ マット
３ モノリス型触媒担体
４，５ 案内部材
４ａ，５ａ 筒部
４ｂ，５ｂ コーン部
６ 溶接トーチ
７ ビード

Claims (2)

1. 触媒を担持するモノリス型触媒担体と、前記モノリス型触媒担体を内部に収納するケーシングと、前記ケーシングの端部に挿入される筒部と該筒部に連続したコーン部を有する案内部材と、を有して構成される触媒コンバーターの製造方法であって、前記ケーシングは予め縮径代を見込んだ内径寸法を持った円筒状或いは楕円筒状に形成されており、該ケーシングの内部にモノリス型触媒担体を挿入すると共に端部に案内部材の筒部を挿入した後、ケーシングを全長にわたって縮径し、その後、ケーシングと案内部材を溶接接合することを特徴とする触媒コンバーターの製造方法。
2. 前記案内部材に於ける筒部のケーシングに対する挿入長さは少なくとも７ｍｍから該筒部の先端がモノリス型触媒担体の周囲に巻き付けたマットに接触するまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載した触媒コンバーターの製造方法。

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