JP4179987B2 - 排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、種々の内燃機関から排出される燃焼ガスを浄化するための装置に関するものであって、特に外筒体に縮径加工を施し、開口端や胴部を内側に狭めることによって、外筒体に内挿されたコアピースを密着状態に組み付け得るようにした新規な挿着固定方法に係るものである。

一般に石油をシリンダ内で爆発燃焼させて機械的な動力を得るエンジンにあっては、排気ガス中にＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯ_X （窒素酸化物）等の有害物質が含まれるため、マフラーやエキゾーストパイプ等、排気ガスの放出経路には、この種の有害物質を低減させる触媒装置（浄化装置）が組み込まれる。
この触媒装置１′としては、例えば図８に示すように、断面が蜂の巣状に形成されたコアピース３′を外筒体２′に嵌め込むモノリスタイプのものがあり、このものは排気ガスをコアピース３′に沿って流す間に、流路壁面に予め付着形成した白金やロジウム等の触媒金属と接触させて排気ガスを浄化するものである。なおコアピース３′をハニカム状に形成するのは、排気ガスとの接触面積（表面積）を大きくし、浄化性能を高めるためである。

このような触媒装置１′において、コアピース３′を外筒体２′の内部に固定するには、従来、高温耐久性や耐食性等を考慮して、専ら、ロウ付けや溶接等の接合手法が採られていた。しかしながら、ロウ付け等の接合手法では、比較的手間が掛かり、これが排ガス触媒装置のコスト高につながることがあり、ロウ付け等をできる限り減少もしくは解消する手法が求められていた。
なお、この種の自動車関連部品業界にあっては、コスト面や軽量化等に対する要求が、常に求められる現状にあり、上記触媒装置にあっても高い浄化性能はもちろん、より一層、軽量化や低コスト化等を実現するための製造手法が日々鋭意研究されている。

本発明は、このような研究開発の一環としてなされたものであって、外筒体を内側に狭めることと、外筒体に内挿されるコアピースの断面形状とによって、外筒体とコアピースとの取付けを図るようにし、その後のロウ付け等の接合をできる限り減少もしくは解消できるようにした、新規な排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法の開発を試みたものである。

すなわち請求項１記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法は、外筒体(2) に対しコアピース(3) を内挿し、予め流路壁面に付着形成した触媒によって排気ガス(G) を浄化する装置を製造するにあたり、
前記コアピース(3) は、一枚のブランク材(B) を出発素材とし、これを適宜曲げて、ブランク材(B) の両端に対向的に形成されるバネ状開閉部(10)と、このバネ状開閉部(10)を弾性的に開閉させ得るバネ性付与部(11)とを有する断面形状に形成されるものであり、
コアピース(3) を外筒体(2) に取付けるにあたっては、バネ状開閉部(10)を外筒体(2) の内面に弾性的に当接させて、外筒体(2) との取付けを図った後、外筒体(2) の適宜の部位に縮径加工を施し、コアピース(3) の挿着固定を図るようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項２記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法は、前記請求項１記載の要件に加え、前記外筒体(2) に縮径加工を施すにあたっては、少なくとも一方の開口端を内側方向に狭めるようにしたことを特徴として成るものである。

更にまた請求項３記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法は、前記請求項１記載の要件に加え、前記外筒体(2) に縮径加工を施すにあたっては、胴部を内側に狭めるようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項４記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法は、前記請求項３記載の要件に加え、前記外筒体(2) の胴部に縮径加工を施すにあたっては、コアピース(3) が内在する部分において狭めるようにし、外筒体(2) と共にコアピース(3) も内側に食い込ませるようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項５記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法は、前記請求項１、２、３または４記載の要件に加え、前記外筒体(2) には、コアピース(3) との接触部位にスポット溶接を更に施し、外筒体(2) に対するコアピース(3) の挿着固定を、より一層強化するようにしたことを特徴として成るものである。

これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。すなわち請求項１、２または３記載の発明によれば、外筒体を内側に縮めるカシメによって、外筒体に内挿したコアピースの取付けを図るため、通常、これら両部材を固定するために行っているロウ付けや溶接等の接合を、できる限り削減もしくは解消することができ、製造工程の簡略化や排ガス触媒装置のコストダウンを実現する。
また、外筒体への縮径加工（カシメ）のみならず、コアピースのバネ弾性によっても取付けを図るため、外筒体とコアピースとの固着力がより一層強化され、ロウ付けや溶接等を不要とする実現可能性が更に高まる。

また請求項４記載の発明によれば、外筒体の胴部に施すカシメは、コアピースも内側に食い込ませるように施すため、外筒体とコアピースとの固着（固定）をより確実なものにできる。

また請求項５記載の発明によれば、例えば外筒体への縮径加工と、コアピースのバネ弾性掛止に加え、外筒体に更にスポット溶接を施し得るため、コアピースの挿着力を、より一層強化でき、コアピースの固定を、極めて堅固なものにできる。また、スポット溶接を行う際には、既にコアピースを外筒体の内部に組み付けた、仮固定に類した状態で行い得るため、溶接作業が円滑且つ確実に行える。このため製造工程の簡略化が促進され得、排ガス触媒装置の徹底したコスト低減化が達成できる。

本発明を実施するための最良の形態は、外筒体に施す縮径加工と、外筒体に内嵌めするコアピースの断面形状とによって、コアピースの挿着固定を図るものであり、これによって、通常、これら両部材を固定するために行っていたロウ付けや溶接等の接合を、極力、減少もしくは解消できるようにしたものである。以下、本発明を下記の実施例に基づいて説明する。なお説明にあたっては、本発明の適用対象となる排ガス触媒装置１の概略について説明した後、本発明方法であるコアピースの挿着固定方法について説明する。

まず排ガス触媒装置１の概略について説明する。排ガス触媒装置１は、燃焼後エンジンから吐き出された排気ガスＧを、大気中に放出する以前に浄化するものであり、このため排ガス触媒装置１の流路壁面には、有害物質を低減させる触媒（キャタライザ物質）が、予め付着形成されており、排気ガスＧは排ガス触媒装置１の内部を通過する間に、このキャタライザ物質と接触し、浄化される。

このような排ガス触媒装置１は、一例として図１に示すように、前後に開口された外筒体２と、この内部に設けられるコアピース３とを具えて成るものである。ここでコアピース３は、排気ガスＧとの接触面積が適宜確保できるように形成されるものであり、上述したキャタライザ物質は、排気ガスＧの流路となるコアピース３の内外表面と、外筒体２の内側とに付着形成されるものである。なおここでは、外筒体２よりも幾分短いコアピース３を適用し、このものを外筒体２に一つ嵌め込んで成る排ガス触媒装置１を例に挙げて説明する。

そして本発明では、このような排ガス触媒装置１を製造するにあたり、コアピース３を内挿した外筒体２を内側に狭めるようにかしめて、コアピース３の取付けを図ることが特徴の一つである。なお請求項に記載した縮径加工とは、このようなカシメ加工を意味するものであり、このカシメ加工について具体的に述べると、本実施例では、一例として図１、２に示すように、外筒体２の開口両端部と、胴部（ほぼ中央）を、全周にわたって狭めるようにかしめている。
この際、外筒体２の開口両端部を内側に縮めるカシメ加工は、コアピース３が存在しない部分、すなわち外筒体２のみに施されるものであり、この外筒体２の変形によってコアピース３の位置を左右両側から規制し、コアピース３の挿着固定を図っている。一方、外筒体２の胴部を内側に縮めるカシメ加工は、コアピース３が内在している部分、すなわち外筒体２をコアピース３と共に内側に食い込ませるように施され、これにより両部材をより強固に固着させ、コアピース３の取付けを、より一層確実なものとしている。

このように本発明では、外筒体２に施すカシメ加工（縮径加工）によって、コアピース３の取付けを図るものであり、この取付力（固着力）が強い程、その後に両部材を固定するために行うロウ付けや溶接等の接合が、極力、減少ないしは解消できるものであり、ひいては、より一層の低コスト化を達成する。なお外筒体２をかしめた後、コアピース３を固定するためのロウ付けを要する場合には、外筒体２へのカシメは、ロウ付けを前提とした事前仮止めまたは位置決め等の作用を担うとも言える。また、ロウ付けを行う場合、カシメによって言わばコアピース３を仮固定した状態で行えるため、ロウ付け作業が行い易く、また確実に行えるものである。

以上述べたように、本発明では外筒体２に施すカシメによってコアピース３の取付けを図るが、排ガス触媒装置１は、使用に際して、高温・排気ガスＧにさらされ、また熱負荷を繰り返し受けるものである。これを考慮すれば、コアピース３と外筒体２との固着をより強化しておくことが好ましく、このため本発明では、外筒体２へのカシメに加え、コアピース３自体にも外筒体２への取付け機能を持たせるものである。すなわち、コアピース３は、内側への押圧を外側に戻すバネ作用を有する断面形状として形成され、内側に変形が加えられた際、コアピース３自身によって外側に復帰するように形成される。

このようなバネ作用を有するコアピース３を形成するには、一枚の金属板材（これをブランク材Ｂとする）を出発素材とし、これを適宜折り曲げて形成して行くものである。具体的には図１、２に併せて示すように、ブランク材Ｂの両端部を円形状に丸め、ここを弾性的に開閉（拡開）できるようにし、この両端部のバネ作用によってコアピース３を外筒体２に掛止させるものである。ここで完成状態におけるコアピース３の拡開・縮閉自在な両端部をバネ状開閉部１０とする。
一方、このバネ状開閉部１０を連結するコアピース３の中央部分は、主に両端部にバネ性を与えるため、ここをバネ性付与部１１とするものであり、本実施例では、略ハート型に形成されている。すなわち本実施例では、ハート型の鋭角先端部を非接触とし、ここからバネ状開閉部１０を対向的に設けるものである。なお略ハート型部分の中央部には、ハート型断面の内側に比較的大きく入り込む凹みが形成されており、これは排気ガスＧとの接触面積を確保するための構成である（ここを接触面獲得部１２とする）。

このように本実施例では、コアピース３の断面は、円形状の両端を略ハート型で接続したような形状であり、この形状自体、従来、同一パターンの繰り返しによって表面積を確保することが半ば技術常識となっていた断面構成（図８参照）に比較すると、極めて新規且つ奇抜な断面形状と言える。

次にコアピース３を外筒体２に内挿する態様について説明する。まずコアピース３の両端部に対向的に設けられるバネ状開閉部１０は、無負荷状態では幾分離反するように形成されており、コアピース３を外筒体２に嵌め込む際には、この対向するバネ状開閉部１０を互いに押し付けるように接近させ、コアピース３の大きさ（外形）を小さくした状態で外筒体２に挿入する。その後、バネ状開閉部１０同士の接近（押し付け）を解除すると、バネ状開閉部１０がバネ弾性によって外側に拡開し、外筒体２に強固に当接するため、弾性的な取付けが図られる。なおコアピース３を外筒体２に収容した状態では、これら両部材間の固着がより強固になるよう、双方のバネ状開閉部１０がほぼ当接した状態となることが好ましい。すなわちコアピース３は、外筒体２に嵌め込まれた状態では、外側及び内側の両側から大きさ（外形）が規制されることが好ましい（図２非カシメ部の断面参照）。

このように本発明では、外筒体２に施すカシメ（縮径加工）をベースとし、これにコアピース３によるバネ弾性掛止を付加することで、コアピース３と外筒体２との固定を強化するものであるが、コアピース３の挿着固定を、より一層確実なものとするためには、コアピース３を内挿した外筒体２の適宜の位置にスポット溶接を施し、固着を更に堅固なものとすることが可能である。具体的には、図２に併せて示すように、例えば一方のバネ状開閉部１０に対して二カ所（両側で計四カ所）、スポット溶接を施すものである。逆に言えば、主に外筒体２に施すカシメが、抜け止めに類した固着力を有し、これをコアピース３のバネ弾性掛止によって強化するため、溶接等は点の状態つまり狭い範囲での接合を図るスポット溶接でも、確実な固定強化手段となるものである。

なおコアピース３は、外側への拡がり傾向を有するため、外筒体２に接触し易く、これがスポット溶接を確実且つ行い易いものとしている。
またここではバネ状開閉部１０にスポット溶接を施しており、これは、この部分が比較的大きな円形状に形成されているため、その分、外筒体２との接触部位が広く確保できるためである。従って、スポット溶接を施す部位は、必ずしもバネ状開閉部１０等に限定されるものではなく、コアピース３の断面形状に応じて適宜の部位に施すことが可能である。

またコアピース３には、例えば図３に示すように、適宜の大きさの孔１３を開孔することが可能であり、これは、主に軽量化を目的として採られる構成であるが、排気ガスＧとの接触面積をより多く獲得する効果も期待できる。なお孔１３を開けることにより、バネ状開閉部１０をつなぐバネ性付与部１１の剛性が、幾分弱められるため、このような開孔をバネ強度の調整に、積極的に利用することも可能である。更にこのようなことから、孔１３は必ずしもコアピース３に全体的に形成する必要はなく、バネ性付与部１１等に部分的に設けても構わない。因みに、孔１３が開孔されたコアピース３を得るには、ブランク材Ｂの段階で孔１３を予め開けておき、これを適宜折り曲げて、所望形状のコアピース３を得るのが一般的である。

更にまた排ガス触媒装置１は、上記図１に示すように、排気消音ユニットＡ（いわゆるマフラー）に組み込まれることが多いが、車両等への取付部位は必ずしも排気消音ユニットＡに限定されるものではなく、例えばエンジンから排気消音ユニットＡまでの間の排気管路中に組み込むことも可能である。また、このようなことに因み、外筒体２は必ずしも排気消音ユニットＡと別部材で形成される必要はなく、例えば排気管路の一部を外筒体２として適用し、本発明の挿着固定方法を、コアピース３を挿入した排気管路（外筒体２）に適用することも可能である。
〔他の実施例〕

本発明は、以上述べた実施例を基本的な技術思想とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。すなわち先の図１、２に示した実施例は、高温、且つ排ガス雰囲気にさらされること等を考慮し、コアピース３の取付け（挿着固定）をより確実なものとすべく、コアピース３が存在しない外筒体２の両端部と、コアピース３が存在する外筒体２の胴部（ほぼ中央部）とを内側に狭めるものであった。しかしながら、外筒体２へのカシメは、必ずしもこれに限定されるものではなく、実際の使用に耐え得る充分な固着力が得られれば、種々のバリエーションが考えられる。

まず図４（ａ）に示すカシメ手法は、外筒体２の開口両端部のみを狭め、これによってコアピース３を両側から位置決めし、保持力アップを図るものである。また図４（ｂ）に示すものは、外筒体２の一端側のみを狭めるカシメ手法を示しており、これは特に外筒体２及びコアピース３がテーパ管である場合に好適なカシメ手法と考えられる。すなわち、この場合、コアピース３の小径端側での位置決めは、部材そのものの形状（テーパ）によって成されており、大径端側のみを狭めることでコアピース３の位置を両側から規制できるものである。更にまた図４（ｃ）に示すものは、外筒体２の胴部（ほぼ中央部）のみをコアピース３と共に狭めるカシメ手法である。また図４（ｄ）に示すものは、外筒体２の一端側と外筒体２の胴部を一部狭めるカシメ手法である。このように、外筒体２の開口端部や胴部における狭めは、必ずしも全周に施す必要はなく、部分的に行うようにしても構わない。

また図５（ａ）に示すカシメ手法は、外筒体２の胴部に千鳥状配置のカシメを施した例であり、ここでは上下、左右、上下・・・と交互にカシメを施している。また図５（ｂ）に示すカシメ手法は、外筒体２の胴部にスパイラル状のカシメを施した例である。この場合、外筒体２内を通過する排気ガスＧは、多少なりともスパイラル状のカシメに沿って旋回流を形成することが考えられ、このためキャタライザ物質とより接触し易くなり、浄化効率の向上が期待できる。なお、ここでのスパイラルは、比較的リード角を大きめにとったものを示したが、スパイラルのリード角、条数、ピッチ等は、種々の設定が採り得る。また図５（ｃ）に示すカシメ手法は、外筒体２の長手方向にほぼ沿うように直線的にカシメを施した例である。この場合、例えば同断面図に示すように、カシメによる変形部分をコアピース３の凹部（略ハート型の凹部）に食い込ませながら、この部分を拡開させるようにすることで、バネ性付与部１１等を内側から外筒体２に強く押し付けることができ、これによる掛止力強化が期待できる。

また上述した基本の実施例では、主に一つの外筒体２に一つのコアピース３を収納する形態について説明したが、一つの外筒体２には、複数のコアピース３を収納することも可能である。例えば図６では、一つの外筒体２に対して、短寸のコアピース３を長手方向に二つ直列状に設けている。この場合、外筒体２の胴部に施すカシメは、コアピース３を変形させないように施し得るものである。すなわち、開口両端部のカシメと同様に、コアピース３が存在しない部分に施し、外筒体２のみを内側に変形させることによってコアピース３の位置を両側から規制し、コアピース３の挿着固定を図るものである。もちろん胴部に施すカシメは、コアピース３が内在する部分において、すなわちコアピース３を内側に押し出すように行うことも可能である。
なお複数のコアピース３を外筒体２に嵌め込む場合には、排気ガスＧと触媒（キャタライザ物質）との接触効率を向上させるために、断面としての位相を適宜異ならせて配置することが可能である。因みに上記図６では、左右のコアピース３において断面としての位相を１８０度ずらして収納している。もちろん、複数のコアピース３を内在させる場合、断面形状が全く異なるコアピース３を内挿することも可能である。

また本発明では、コアピース３の断面は、バネ性を有し、内側方向の外力に対して外側に復帰する形状に形成されるものであったが、本発明に関連する参考例としては、例えば図７に示すように、ほとんどバネ性を有しない断面形状のものも考えられる。なお図７（ａ）〜（ｃ）は、主にパイプ状部材を出発素材として、これをプレス成形したものを幾つか組み合わせて形成したコアピース３を示しており、また図７（ｄ）は、主にブランク材（プレート状部材）を出発素材として、これを適宜折り曲げたものを幾つか組み合わせて形成したコアピース３を示している。更に図７（ｅ）は、パイプ状部材をプレス成形したものと、プレート状部材を折り曲げたものとを組み合わせて形成したコアピース３を示している。

本発明のコアピースの挿着固定方法を適用した排ガス触媒装置と、この排ガス触媒装置を適用して成る排気消音ユニットとを示す斜視図である。 排ガス触媒装置を部分的に切り欠いて示す説明図である。 孔を形成したコアピースを示す斜視図である。 外筒体の種々のカシメ手法を示す断面図である。 外筒体の種々のカシメ手法を更に示す斜視図である。 複数のコアピースを外筒体に内挿する場合のカシメ手法を示す断面図である。 本発明に関連する参考例として考えられるコアピースの種々の断面形状を示す説明図である。 従来の排ガス触媒装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 排ガス触媒装置
２ 外筒体
３ コアピース
１０ バネ状開閉部
１１ バネ性付与部
１２ 接触面獲得部
１３ 孔
Ａ 排気消音ユニット
Ｂ ブランク材
Ｇ 排気ガス

Claims (5)

1. 外筒体(2) に対しコアピース(3) を内挿し、予め流路壁面に付着形成した触媒によって排気ガス(G) を浄化する装置を製造するにあたり、
   前記コアピース(3) は、一枚のブランク材(B) を出発素材とし、これを適宜曲げて、ブランク材(B) の両端に対向的に形成されるバネ状開閉部(10)と、このバネ状開閉部(10)を弾性的に開閉させ得るバネ性付与部(11)とを有する断面形状に形成されるものであり、
   コアピース(3) を外筒体(2) に取付けるにあたっては、バネ状開閉部(10)を外筒体(2) の内面に弾性的に当接させて、外筒体(2) との取付けを図った後、外筒体(2) の適宜の部位に縮径加工を施し、コアピース(3) の挿着固定を図るようにしたことを特徴とする、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法。
   
2. 前記外筒体(2) に縮径加工を施すにあたっては、少なくとも一方の開口端を内側方向に狭めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法。
   
3. 前記外筒体(2) に縮径加工を施すにあたっては、胴部を内側に狭めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法。
   
4. 前記外筒体(2) の胴部に縮径加工を施すにあたっては、コアピース(3) が内在する部分において狭めるようにし、外筒体(2) と共にコアピース(3) も内側に食い込ませるようにしたことを特徴とする請求項３記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法。
   
5. 前記外筒体(2) には、コアピース(3) との接触部位にスポット溶接を更に施し、外筒体(2) に対するコアピース(3) の挿着固定を、より一層強化するようにしたことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の、排ガス触媒装置におけるコアピースの挿着固定方法。

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