JP4303450B2

JP4303450B2 - ハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法

Info

Publication number: JP4303450B2
Application number: JP2002190392A
Authority: JP
Inventors: 入江　　徹; 真志太田; 雅善丹下
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004036398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製筒状容器内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持する浄化装置の製造方法に関し、例えば、同容器内に緩衝マットを介してハニカム構造体の触媒担体を保持する触媒コンバータの製造方法として好適な製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
流体に対してフィルタ機能を有するハニカム構造体が、金属製筒状容器内に緩衝部材を介して内蔵された浄化装置が知られており、種々の流体の浄化に供されている。例えば、自動車の排気系においては触媒コンバータやディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が搭載されており、触媒担体あるいはフィルタ等（総称して担体といい、以下、触媒担体いうときはこれらを代表する）としてセラミック製の脆弱なハニカム構造体が用いられている。このような浄化装置の製造方法として、上記のハニカム構造体の外周に、シール機能を有する緩衝部材としてセラミック製の緩衝マットを巻回し、これらを、筒状部材内に緩やかに挿入した後、緩衝マットが最適圧縮量となる径まで筒状部材を縮径するサイジング（sizing又はcalibrating）と呼ばれる方法が知られている。例えば、特開昭６４−６０７１１号、特開平８−４２３３３号、特開平９−１７０４２４号、特開平９−２３４３７７号、米国特許第５３２９６９８号、米国特許第５７５５０２５号等の公報に開示されている。
【０００３】
また、複数の金属製分割体（所謂、半体）から成る金属容器内に収容し保持する方法（通称、最中合わせ）、あるいは、緩衝マットを圧縮しながら筒状部材（ケーシング）内に圧入する方法も知られている。例えば特開昭５８−２８５０６号公報には、触媒体と保持筒体とをクッション材を介してケース内に固定する排気ガス浄化装置が開示されている。そして、触媒担体の支持構造に関し、特開昭６２−２９４７１１号公報には、軸方向弾性支持部材によるモノリス触媒の支持構造の改良が提案されている。
【０００４】
更に、特開２００１−３５５４３８号公報には、外周に保持材が装着された触媒担体を保持筒に圧入するに際し、上記触媒担体の外径を計測し、この計測値に適合する内径を有する保持筒に保持材が装着された触媒担体を圧入する触媒コンバータの製造方法が提案されている。また、触媒担体の外周に装着された保持材の外径を計測し、この計測値に適合する内径を有する保持筒に保持材が装着された触媒担体を圧入する方法も提案されている。更に、保持材の外径を計測するに際し、所定の圧力を加えた状態で計測することも提案されている。そして、同公報においては、内径が異なる多数の保持筒の素材を予め準備しておき、その中から適正な内径を有するものを選択することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の圧入による方法においては、一般的に、緩衝部材たる緩衝マットの充填密度（ＧＢＤ値と呼ばれる）を基準に触媒担体の外径と筒状部材の内径との間隙が設定される。このＧＢＤ値は、単位面積当り重量／充填間隙寸法であり、緩衝マットの充填密度に応じて面圧（単位：パスカル）が発生し、この面圧によって触媒担体が保持されるのであるが、面圧は、当然乍ら触媒担体の強度を超えない値に調整すると共に、振動や排気ガス圧力が加わる触媒担体に対し、これが筒状部材内を移動しないように保持し得る値に調整しなければならない。このためには、緩衝マットは設計範囲内のＧＢＤ値で圧入され、且つこのＧＢＤ値を製品のライフサイクルの間は維持しなければならない。
【０００６】
しかし、前述の圧入による方法においては、製造上必然的に生ずる触媒担体の外径の誤差、筒状部材の内径の誤差、及びこれらの間に介装される緩衝マットの単位面積当り重量の誤差が重畳されてＧＢＤ値の誤差となる。従って、このＧＢＤ値の誤差を最小とするための各部材の最適組合せを見い出すことは、量産のための現実的な解決とはなりえない。また、ＧＢＤ値自体も、緩衝マットの特性や個体差に左右され、しかも平面上における測定値に依拠しており、触媒担体に対し緊密に巻回された状態における測定値を表すものではない。このため、従来のようにＧＢＤ値に依存することなく、触媒担体を適切に筒状部材内に収容することが望まれている。
【０００７】
これに対し、サイジングによる方法においては、触媒担体の外径と筒状部材の内径を予め計測しておき、緩衝マットの適正圧縮量を求め、この圧縮量だけ縮径することが企図されるが、この方法では最終的に緩衝マットの圧縮量が最適か否かを判定することは困難である。これは、金属製の筒状部材を縮径する際には、筒状部材のスプリングバックを考慮して、目標とする径より予め小さく縮径加工（所謂オーバーシュート）する必要があるからである。このため、過剰な圧縮力が付与されるおそれがある。また、筒状部材の縮径加工時には板厚の変化が不可避であるため、真の内径（内壁面位置）、即ち正確な縮径量を設定することが一層困難になっている。
【０００８】
上記のオーバーシュートに起因する問題を解決する方法として、前掲の米国特許第５７５５０２５号の明細書においては、予め触媒担体の外径を計測しておき、それに緩衝マットの圧縮量を加味して保持範囲の最適外径を算出し、それに基づいて筒状部材を全長に亘って数種類の径まで拡径して、その後選択した筒状部材内に、圧入方式と同様の治具を用いて触媒担体と緩衝マットを圧入することとしている。しかし、緩衝マットの単位面積当り重量の誤差については何等考慮されていないため、触媒担体に付与される面圧に誤差が生ずることは避けられない。
【０００９】
ここで、触媒担体を筒状部材内の所定位置に保持するために必要とされる保持力について説明すると、筒状部材の径方向の保持力は、触媒担体の外面及び筒状部材の内面に対し直交する方向に働く緩衝マットの圧縮復元力である。一方、例えば自動車の排気装置に固定された筒状部材に対し、触媒担体及び緩衝マットには振動や排気ガス圧力によって軸方向の力が生ずるので、これに抗する力として筒状部材の軸方向（長手方向）の保持力が必要であり、これは緩衝マットと触媒担体との間の摩擦力、及び緩衝マットと筒状部材との間の摩擦力が資するところとなる。
【００１０】
上記の緩衝マットと触媒担体との間の摩擦力、及び緩衝マットと筒状部材との間の摩擦力は夫々、触媒担体の外面と緩衝マットとの間の静摩擦係数を緩衝マットの圧縮復元力（面圧）に乗じた積、及び筒状部材の内面と緩衝マットとの間の静摩擦係数を緩衝マットの圧縮復元力（面圧）に乗じた積として表される。このとき、軸方向（長手方向）の保持力としては、静摩擦係数が低い方の部材と緩衝マットとの間の摩擦力が支配的となる。従って、静摩擦係数が判明している触媒担体及び筒状部材に関し、必要な摩擦力が明らかとなり、これを確保するためには緩衝マットに対する面圧を高くする必要があるが、触媒担体が脆弱な場合は径方向の荷重が過大となることを回避するためには、緩衝マットに対する面圧の限度内で、軸方向の保持力を確保し得るように設定する必要がある。
【００１１】
このとき、触媒担体の外径の誤差に起因する面圧のばらつきや経年変化を考慮し、あるいは、使用時における各種加速度による触媒担体の軸方向移動を抑止し得る面圧（このときの必要最低面圧値をαとする）を考慮して、緩衝マットの圧縮力をなるべく強く、且つ、周方向、軸方向ともに均一に付与するのが理想的である。これに対応すべく圧縮力を過大に設定すると、触媒担体が破損するおそれがあるため、圧縮力は所定値より大きくすることはできない（このときの触媒担体が破損する圧力（アイソスタティック強度）をβとする）。特に、近時の排気浄化性能向上の要請により、触媒担体は一層の薄壁化が要求され、従来の触媒担体に比べ脆弱化（即ち、βの低下）が著しく、保持力設定の許容範囲（面圧に対する破損マージンで（β−α）で表すことができる）が一層狭められる。更に、排気ガス温度（触媒コンバータに導入される排気ガスの温度）の上昇を伴うため（約９００℃にもなる）、緩衝マットとして高耐熱性を有するアルミナマットを組合せる必要がある。しかし、アルミナマットは熱的に非膨張性であることから、熱膨張性の金属製容器の変形に追従させることが困難であり、このことからも必要最低面圧値αを既存の加工方法よりも大きい値に設定し、緩衝マットの圧縮密度を大きく設定しなければならない。従って、近時の傾向として、βの低下とαの増加により面圧許容範囲（β−α）の矮小化が顕著である。換言すれば、個体毎の精密な面圧設定が不可欠ということであり、量産工程での触媒コンバータの製造を著しく困難としている。
【００１２】
例えば、従来の触媒コンバータ用の触媒担体の面圧許容範囲（β−α）を１．０MPaとすると、近時の薄壁の触媒担体におけるそれは僅か約０．５MPaとなる。今後の更なる薄壁化により、その半分程度の許容範囲にまで減少すると推測されている。これらの値からも、薄壁の触媒担体を従来のクラムシェル（通称、最中合せ）工法や圧入工法にて適正面圧を保って装填することが非常に困難であることは明らかである。また、通常のサイジング工法（見込み縮径加工）は、前述のスプリングバックの観点から、薄壁の触媒担体への適用は困難である。これに対処するには、精密な逐次面圧設定手段として、例えば縮径（シュリンク）時の面圧値をリアルタイムで把握しつつ最低のオーバーシュート量で精密に縮径加工するようなサイジング工法が不可欠となるので、量産工程での実施は著しく困難であった。加えて、許容範囲（β−α）の矮小化により緩衝マットの厚さと触媒担体の外径の重畳誤差さえも無視できない状況となるため、これらの精度管理強化に伴う生産性の低下、コスト上昇を惹起するという問題も残る。
【００１３】
一方、前掲の特開昭５８−２８５０６号及び特開昭６２−２９４７１１号公報には、触媒担体の軸方向両端部を強固に保持する技術が開示されているが、これは、アイソスタティック強度の大きな触媒担体（主に、大径且つ重量のあるＤＰＦ）をリジッドに固定することが前提となっており、この場合の触媒担体の側面保持は比較的ルーズである。即ち、リテーナによる保持が支配的であり、側面はガスシール機能が要求される程度であるので、脆弱な触媒担体に適用することはできない。また、触媒担体には軸方向長さの誤差（個体差）があるにもかかわらず、リテーナ（及び、ワイヤメッシュ）の位置は一定であるので、一定の保持力を確保することができない。従って、上記の脆弱な触媒担体を保持する手段として、そのまま転用することはできない。
【００１４】
更に、特開２００１−３５５４３８号公報では担体を外筒内に圧入固定後に、担体の前後の外筒に段部（擬似ストッパ）を設け担体を軸方向に係止固定する方法が開示されているが、これも軸方向長さの誤差（個体差）は考慮されておらず従来のリテーナ方式と同様の問題を内包すると共に、そもそも圧入方式を前提としているので、圧入に堪え得る強固な触媒担体か、あるいは、低面圧の場合での適用に留めざるを得ない。
【００１５】
そこで、本発明は、金属製筒状容器内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法において、脆弱なハニカム構造体であっても、これを適切に筒状容器内に保持し得る浄化装置を量産工程で製造可能な製造方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法は、請求項１に記載のように、金属製筒状容器内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法において、前記緩衝部材を前記ハニカム構造体周りに装着すると共に、前記ハニカム構造体の軸方向端面に当接するように弾性支持部材を配置して、前記筒状容器内に収容し、少なくとも前記緩衝部材の存在する範囲に亘って前記筒状容器の軸方向の所定範囲を縮径して前記緩衝部材を圧縮状態に保持すると共に、前記ハニカム構造体の軸方向端面より開口端側の所定位置で前記筒状容器を押圧して段部を形成し、前記ハニカム構造体の軸方向端面と前記段部との間に前記弾性支持部材を圧縮状態に保持し、前記弾性支持部材の圧縮復元力によって前記ハニカム構造体に付与される軸方向押圧力と、前記緩衝部材の圧縮復元力によって前記ハニカム構造体に付与される軸方向摩擦力を以て、前記ハニカム構造体の前記筒状容器内での軸方向保持力を構成するように前記筒状容器を加工することとしたものである。
【００１９】
また、前記請求項１記載の製造方法において、請求項２に記載のように、前記筒状容器に対するスピニング加工によって、前記筒状容器の軸方向の所定範囲を縮径すると共に、前記筒状容器を押圧して前記段部を形成し、前記筒状容器の少なくとも一端に、前記段部に連続してテーパ部を形成すると共に、該テーパ部に連続して管状の首部を形成するとよい。この場合において、前記筒状容器の中心軸と前記首部の中心軸とが、少なくとも同軸、偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある状態でスピニング加工を行なうことにより、所望の端部形状に形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
上記のように金属筒状容器内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持する浄化装置の製造方法に関し、その具体的一態様として、触媒コンバータの製造方法について図面を参照して説明する。先ず、図１に示すように、セラミック製のハニカム構造体に触媒を担持した触媒担体２の外周に、緩衝部材３を一層巻回し、必要に応じ可燃性テープ等によって固定する。更に、緩衝部材３の両端に隣接して一対の環状Ｌ字断面の弾性支持部材４を配置し、触媒担体２の両端の肩部に係止する。このようにして構成された一体品１を、図１に示すように筒状容器Ｔ（素材）内に挿入する。
【００２２】
本実施形態の触媒担体２は各セル（流路）間の壁が薄く形成されており、従来品に比べて脆弱である。緩衝部材３もセラミック繊維製で、非膨張性のアルミナマットで構成されているが、熱膨張型のバーミキュライト等を用いた緩衝マットや、それらを組み合わせた緩衝マットとしてもよい。また、バインダーが含浸されていない無機質繊維マットでもよい。尚、バインダーの有無及び含有量によって面圧が変わるので、面圧設定においてはこれを加味する必要がある。あるいは、金属細線を編成したワイヤメッシュ等を用いてもよいし、それをセラミックマットと組み合わせて使用してもよい。図示は省略するが、緩衝部材３の両端には凸部と凹部を形成しておき、これらが相互に嵌合する一般的な巻回方法を用いるとよい。また、予め円筒状に形成された緩衝部材も存在するので、その場合には円筒状の緩衝部材内に触媒担体２を収容するだけで、緩衝部材が触媒担体２周りに装着された状態となる。
【００２３】
弾性支持部材４はワイヤメッシュによって形成されているが、耐熱性を有し、特に軸方向の弾性を確保できるものであれば材質、製法は問わず、金属製のリングと組み合わせてもよい。また、弾性支持部材４は環状に形成することが望ましいが、複数個の部材を円周に沿って分散配置することとしてもよい。更に、Ｌ字状断面の弾性支持部材４を縮径させると、各部の周長差により折曲部分に皺ができる場合があるので、予め皺のできる位置に切欠を設けておくこととしてもよい。本実施形態の筒状容器Ｔは円筒状であるが、その内側断面形状は、収容する触媒担体２の外形に応じて設定すればよく、また、外形は任意である。
【００２４】
次に、図９に示すように、上記の一体品１を一対のクランプ装置ＣＨ間に把持し、測定装置ＤＴの押圧体ＰＭによって、緩衝部材３を介して触媒担体２をその軸芯に対して直交する方向に押圧すると共に、触媒担体２に付与される面圧を検知し、該面圧が所定の値となるときの、触媒担体２の軸芯Ｚと押圧体ＰＭとの間の距離Ｒ１を測定する。そして、測定後、押圧体ＰＭを原位置に復帰させた後、クランプ装置ＣＨによる把持を解除する。以下、本実施形態で用いるクランプ装置ＣＨ及び測定装置ＤＴについて説明する。
【００２５】
クランプ装置ＣＨは、例えばコレットチャックで構成され、これによって触媒担体２の上下端部が挟持されてその軸芯Ｚが所定の測定位置にセットされる。本実施形態の測定装置ＤＴは、モータＭＴ駆動のボールスクリュー式アクチュエータΑＣと、その先端にロードセルＬＣを介して支持された反力検知手段たる押圧体ＰＭと、後端に配置された位置検知手段たるロータリエンコーダＲＥを備えている。ロードセルＬＣ及びロータリエンコーダＲＥの検知信号は電子制御装置（以下、コントローラという）ＣＴに入力され、後述の各種データに変換されてメモリ（図示せず）に記憶されると共に、モータＭＴはコントローラＣＴによって駆動制御されるように構成されている。
【００２６】
押圧体ＰＭは触媒担体２の軸芯Ｚに対して直交する方向（図９の左右方向）に進退し、緩衝部材３に当接後これを圧縮し得るように配置される。押圧体ＰＭの当接面積は既知であるので、この押圧体ＰＭによって測定対象たる触媒担体２及び緩衝部材３が押圧されたときの反力が、触媒担体２に対する面圧としてロードセルＬＣによって検知され、コントローラＣＴに入力される。コントローラＣＴにおいては、ロードセルＬＣの検知信号が面圧値に換算されてメモリに記憶され、別途予め入力された所定の面圧値と比較される。また、ロータリエンコーダＲＥによって押圧体ＰＭの進退量及び停止位置がボールスクリュー（図示せず）の回転情報として検知され、コントローラＣＴに入力される。コントローラＣＴにおいては、ロータリエンコーダＲＥの検知信号がリアルタイムで押圧体ＰＭの進退量及び停止位置の値に変換されてメモリに記憶される。尚、これらの検知手段とコントローラＣＴとの間は電気的に接続してもよいし光学的に接続してもよい。
【００２７】
上記のように構成された測定装置ＤＴを以下のように駆動することによって、触媒担体２の軸芯Ｚと押圧体ＰＭとの間の距離と、そのときに触媒担体２に付与される面圧との関係を測定することができる。即ち、押圧体ＰＭを初期位置（図９のＰ０点）から前進（図９の左方向に移動）させて緩衝部材３の一部を押圧し、押圧部における緩衝部材３の圧縮反力が所定の値に到達したときの位置（図９のＰ１点）を検出する。この位置（図９のＰ１点）は、製品となった後の緩衝部材３の面圧値が所定の値となるときの、筒状容器の（縮径加工後の）内壁面の位置に相当する。従って、触媒担体２に付与される押圧力とそれによって生ずる反力（面圧）との関係を、予めコントローラＣＴのメモリに記憶しておき、この関係に基づきロードセルＬＣの検知信号（反力）を面圧値に変換し、これと所定の面圧値とを比較しながら押圧体ＰＭを上記の位置（図９のＰ１点）まで前進させ、押圧体ＰＭの移動距離を求める。
【００２８】
而して、押圧体ＰＭの先端の初期位置（図９のＰ０点）と触媒担体２の軸芯Ｚとの間の所定距離から、ロータリエンコーダＲＥによって検知される押圧体ＰＭの移動距離を差し引けば押圧体ＰＭの先端の位置（即ち、軸芯Ｚからの距離Ｒ１）を判定することができ、この位置が、製品状態（即ち、後述する図２の中間加工容器１０内で触媒担体２に対する面圧が所定の面圧値で保持されている状態）における筒状容器の（縮径加工後の）内壁面の位置ということになる。このように、本実施形態によれば触媒担体２及び緩衝部材３の寸法や特性値を個別に測定することなく、また前述のＧＢＤ値を用いることもなく、所定の面圧値となる位置（図９のＰ１点）を判定することができる。即ち、上記の触媒担体２の軸芯Ｚと押圧体ＰＭの先端との間の距離Ｒ１は、結果的に触媒担体２の外径誤差のみならず緩衝部材３の単位面積当り重量の誤差をも考慮した値となるので、これらの誤差を別途測定する必要はない。
【００２９】
尚、上記の距離Ｒ１は、次工程に備え、コントローラＣＴのメモリに記憶されるが、必要に応じて表示するように構成してもよい。また、触媒担体２の軸芯Ｚの回りに放射状に複数の測定装置ＤＴを配置し多点測定を行ない、あるいは、軸芯Ｚの回りにクランプ装置ＣＨ及び一体品１を回動（割り出し）させて多点測定を行なうように構成し、各測定値の平均を求めることとしてもよい。特に、触媒担体２が円形断面でない場合には、触媒担体２の形状に応じて多点測定を行なう必要があるので、複数の測定装置ＤＴを配置することが望ましい。押圧体ＰＭは、必ずしも所定の位置（図９のＰ１点）で停止させる必要はなく、この位置を検知後そのまま連続して後退させ、更に、この押圧体ＰＭの後退に同期してクランプ装置ＣＨによる把持を解除させるように構成してもよい。
【００３０】
面圧検知手段としては、図９に破線で示すように、触媒担体２と緩衝部材３との間に感圧素子ＰＳを介装し、この感圧素子ＰＳの検知信号に基づき面圧を直接検知するように構成してもよい。この感圧素子ＰＳとしては、例えば、マトリックス状に電極を配置したセンサシートを利用して圧力分布をリアルタイムで検出するものが市販されているので、これを用いてもよい。このように面圧検知手段を構成すれば、予め測定装置ＤＴによって前述の距離Ｒ１を求める必要はなく、中間加工容器１０のうちの緩衝部材３を含む胴部を、前記面圧が所定の圧力範囲内となるように緩衝部材３と共に縮径して触媒担体２を保持するように構成することができる。従って、製造時間を大幅に短縮することができる。尚、感圧素子ＰＳが安価で、且つ、触媒コンバータの機能に悪影響を与えないのであれば、サイジング後に抜き出すことなくそのまま放置することとしてもよい。
【００３１】
上記のように測定を行った後、図１に示すように、筒状容器Ｔ内に、触媒担体２に緩衝部材３及び弾性支持部材４を装着して成る一体品１を収容し、所定位置に保持する。この場合において、緩衝部材３の外面は筒状容器Ｔの内面に圧接されず、接触しないか、あるいは、緩く接触している程度の関係に設定し、緩衝部材３は殆ど圧縮力を受けないように設定することが望ましい。尚、上記の測定工程は、触媒担体２及び緩衝部材３が許容誤差範囲内の品質を確保し得るものであれば、個体毎に行うことなくサンプルの測定結果を利用することとし、上記一連の工程から測定工程を除き、簡略化してもよい。
【００３２】
次に、図１に示すように一体品１を収容し所定位置に保持した筒状容器Ｔに対し、サイジング（sizing又はcalibrating)を行い、緩衝部材３が最適圧縮量となる径まで筒状容器Ｔを縮径する。このサイジング方法としては種々の方法が知られており、例えばコレット式（フィンガ式）縮径機が一般的であるが、例えば特開２００１−１０７７２５号に記載のようにスピニング加工を採用してもよい。本実施形態では図２に示すようにスピニングローラＳＰを用い、スピニング加工によるサイジングを行うこととしている。而して、触媒担体２の軸芯Ｚと筒状容器Ｔ（加工後は中間加工容器１０）の内壁面との間の距離が距離Ｒ１となるまで、スプリングバックも考慮して筒状容器Ｔ及び緩衝部材３が縮径され、胴部１１が形成される。図２において、ｄがサイジング量であり、スピニングローラＳＰによる縮径加工範囲をＬ１で示し、サイジング範囲をＬ２で示している。尚、例えば図９に記載の感圧素子ＰＳによって、触媒担体２に付与される面圧を監視（モニター）しながら、筒状容器Ｔを縮径することとしてもよい。
【００３３】
このように、少なくとも緩衝部材３の存在する範囲に亘って筒状容器Ｔが縮径されるので、緩衝部材３が圧縮状態に保持され、その圧縮復元力によって触媒担体２に付与される所定値の面圧（後に詳述する）によって、触媒担体２が胴部１１内で安定した状態で支持されると共に、軸方向摩擦力が付与される。これにより、特に脆弱な触媒担体２に対しても、これを破壊することなく適切に胴部１１内に保持することができる。
【００３４】
そして、上記のように一体品１が収容された中間加工容器１０の両端部に対し、図３に示すようにスピニングローラＳＰによるネッキング加工が行なわれる。先ず、中間加工容器１０の胴部１１をスピニング装置用のクランプ装置（図示せず）によって挟持し、回転不能且つ軸方向移動不能に固定する。そして、被加工物たる中間加工容器１０の軸に対し、その一端部の外周回りを同径の円形軌跡にて公転する複数のスピニングローラＳＰによって、中間加工容器１０の一端部に対しスピニング加工を行なう。即ち、中間加工容器１０の外周回りに望ましくは等間隔で配置したスピニングローラＳＰを、中間加工容器１０の外周面に密着させて公転させると共に、径方向に駆動して公転軌跡を縮小しつつ軸方向（図３の左又は右方向）に駆動してスピニング加工を行なう。
【００３５】
尚、クランプ装置は、クランプ部分の径差に対応できるように、調心機能を有する可変径対応型、例えばコレットチャック等を用いるとよい。また、図示は省略するが、割出し（インデックス）機能も備えており、偏芯及び／又は傾斜ネッキング加工において両端のネッキング部を同一平面上に形成しない場合に好適である。更に、軸方向に進退自在のマンドレル（図示せず）を中間加工容器１０の端部に挿入した状態でスピニングローラＳＰによってネッキング加工を行なうことにより、首部１４（ボトルネック部）の形状精度が向上する。
【００３６】
このネッキング加工においては、図４に拡大して示すように環状の段部１２も同時に形成される。即ち、中間加工容器１０が、触媒担体２の軸方向端面より開口端側の所定位置で、スピニングローラＳＰによって押圧されて段部１２が形成される。この段部１２の形成に伴い弾性支持部材４が軸方向（図４の左方向）に押圧され、弾性支持部材４は段部１２と触媒担体２の両端の肩部との間で圧縮される。これによって、弾性支持部材４には図３に示すように復元力ε１、ε２が発生し、これが触媒担体２に対する軸方向押圧力となる。この場合において、軸方向の保持力を大きくする必要があれば、段部１２における軸方向変形量をより大きくし、弾性支持部材４の圧縮量を大きく設定すればよい。段部１２の形成は、スピニング加工に限らず、ダイス（図示せず）に挿通して軸方向に押圧する等、任意の縮径・段付加工法を適用することができる。
【００３７】
上記の弾性支持部材４は高温時のハニカム構造体（触媒担体２）と筒状容器との熱膨張差を吸収する機能も必要であるので、これも考慮した厚さに設定することが望ましい。また、予め触媒担体２の軸方向長さを計測しておき（即ち、長さの誤差を把握しておき）、それを段部１２形成時における弾性支持部材４の圧縮量の設定に反映させるとよい。尚、本実施形態では触媒担体２の両端に段部１２を設けたが、製品条件によっては片側だけに設けることとしてもよい。
【００３８】
ここで、触媒担体２には、前述のサイジング加工後の緩衝部材３の圧縮復元力によって付与される軸方向摩擦力（静摩擦力）と、上記の段部１２による軸方向押圧力が付与されることになる。これらによる軸方向保持力の大きさ（強さ）はそれぞれ任意に設定可能であることから、触媒担体２の軸方向の移動を永続的に阻止し得る（総合的な）保持力を設定することができれば、それを上記の軸方向摩擦力と軸方向押圧力で任意に分担することが可能となる。従って、特に軸芯方向（縮径方向）の力に弱い本実施形態の薄壁のセラミック製触媒担体２においては、前述のように面圧許容範囲（β−α）が矮小化する（図１０のＢの範囲となり、このとき適用可能なＧＢＤはＧｂ１〜Ｇｂ２の範囲となる）ので、この範囲を既存工法レベル（図１０のＡの範囲で、このとき適用可能なＧＢＤはＧａ１〜Ｇａ２の範囲）に近い程度まで拡大して（緩く）設定し、不足する軸方向の保持力を軸方向押圧力ε１及びε２で補うこととすればよい。
【００３９】
もっとも、アルミナマット特有の問題が残るので、既存工法レベル（図１０の面圧α）ほどには緩く設定することはできず、（側面に対する）サイジング加工は必須であり、段部１２による軸方向押圧力の付与はあくまで補助に留めることが肝要である。これは、軸方向押圧力を主たる保持力にすると、薄壁の触媒担体２及びアルミナマットの緩衝部材３を備えた触媒コンバータが成立しないばかりか、従来のリテーナ構造のものと同様の問題を生ずるからである。結局、面圧許容範囲（β−α）を量産が可能となる程度まで拡大し、これに伴って不足する軸方向の保持力を軸方向押圧力ε１，ε２で補うという対応が基本となる。
【００４０】
而して、図３に示すように、中間加工容器（図２の１０）の胴部１１から連続して一端部の径が急減するようにスピニングローラＳＰによってネッキング加工が行なわれ、段部１２が形成されると共に、テーパ部１３及び首部１４が形成される。この加工は中間加工容器１０の両端部に対して行われ、両端にネッキング部が形成される。
【００４１】
即ち、一方の端部が加工された中間加工容器（図示省略）を１８０度反転させて配置し、他方の端部についても上記と同様にスピニングローラＳＰによるネッキング加工を行なう。この場合における中間加工容器の反転作業は、中間加工容器の一方の端部の加工終了後、クランプ装置（図示せず）による中間加工容器の挟持状態を解放し、図示しないロボットハンドによってクランプ装置から中間加工容器を取り出し、これを反転させて再度クランプ装置に装着することによって行なう。そして、クランプ装置によって胴部１１を再度挟持し、他方の端部に対し、スピニングローラＳＰによって前述と同様に加工し、図３に示すように段部１２、テーパ部１３及び首部１４を形成する。
【００４２】
而して、本実施形態によれば、スピニング加工時に中間加工容器は回転しないため、中間加工容器を確実に保持する構造を容易に構成することができると共に、中間加工容器に収容された触媒担体２、緩衝部材３及び弾性支持部材もスピニング加工中に回転（軸芯を中心とする自転）することはないので、安定した保持状態を維持することができる。また、中間加工容器の両端部に対するネッキング加工を容易に連続して行なうことができる。
【００４３】
尚、本実施形態においては、ネッキング加工として両端部とも（ワーク固定式の）同軸スピニング加工を適用しているが、これに限らず、偏芯スピニング加工（特許第２９５７１５３号に記載）を適用してオフセット状のネッキング部を形成し、あるいは傾斜スピニング加工（特許第２９５７１５３４号に記載）を適用して傾斜状のネッキング部を形成することとしてもよい。また、スピニング加工に限らず、任意のネッキング加工方法を用いることとしてもよい。
【００４４】
上記の段部１２の形成によって、触媒担体２に対して必要な軸方向押圧力を確保し得るのであれば、図３に示す状態で最終製品（触媒コンバータ）としてもよいが、より大きな軸方向保持力を分担する必要がある場合には、更に図５に示す工程を適用することとしてもよい。即ち、筒状容器に対し更に大きな軸方向押圧力を付与し得る段部１５を形成するように加工するものである。図５に示す実施形態においては、図３で用いたスピニングローラＳＰをそのまま用い、図３に示す両端の段部１２の側面に当接させて、同径の軌道を公転させながら軸に沿って軸方向中心方向（図５の矢印方向）にそれぞれ移動させることによって段部１５を形成するものである。即ち、図６に拡大して示すようにスピニングローラＳＰによって弾性支持部材４を更に軸方向（図６の左方向）に押圧して、より大きな軸方向押圧力を付与するものである。尚、片側は上記のネッキング加工を行うことなく、そのままの形状で被接合部品に接続するように構成してもよい。
【００４５】
尚、本実施形態においては、段部１５が径方向内側に大きく延出することになるので、排気ガスの通過断面積が絞られ、触媒担体２前端の全面に排気ガスが当たらなくなるため、触媒担体２前端の全面に排気ガスが当たる場合に比べて、触媒コンバータとしての浄化効率が若干低下することになる。これに対しては、段部１５が形成された態様の通過断面積で所望の浄化効率が得られるように設計すればよく、また、段部１５で遮蔽される部分（死角部分）の触媒担体２には、高価な触媒を担持しないように構成すればよい。
【００４６】
図７は本発明の他の実施形態に係るもので、前述の実施形態が図３に示すように段部１２を形成した後に、図５に示すように段部１５を形成することとしているのに対し、図８に拡大して示すように胴部１１に連続してテーパ部１３を形成した後に、図５に示すように段部１５を形成することとしたものである。図３の段部１２を形成する態様とするか、図３の段部１２を形成した後に図５の段部１５を形成する態様とするか、あるいは図３のテーパ部１３を形成した後に図５の段部１５を形成する態様とするかは、製品形状、要求性能、加工条件等に応じて決定される。
【００４７】
尚、上記の実施形態においては、触媒担体２の断面は略円形であるが、これに限らず、楕円形断面、長円断面、複数の曲率を有する面を組み合わせた断面、及び多角形断面等の非円形断面としてもよい。また、触媒担体２を触媒担体に供する場合の流路（セル）断面は、ハニカム（六角形）に限らず、正方形等、任意である。更に、触媒担体２は必ずしも一個である必要はなく、軸方向に２個配置してタンデム型とし、あるいは３個以上を直列に配置してもよく、胴部は、各ハニカム構造体に対応する部分毎に縮径してもよいし、連続して縮径してもよい。そして、最終製品としては、自動車の排気系部品に限らず、本発明の製造方法は種々の浄化装置（図示は省略するが改質装置を含む）に適用することができる。
【００４８】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法においては、少なくとも緩衝部材の存在する範囲に亘って筒状容器の軸方向の所定範囲を縮径して緩衝部材を圧縮状態に保持すると共に、ハニカム構造体の軸方向端面より開口端側の所定位置で筒状容器を押圧して段部を形成し、軸方向端面と段部との間に弾性支持部材を圧縮状態に保持し、その圧縮復元力によってハニカム構造体に付与される軸方向押圧力と、緩衝部材の圧縮復元力によってハニカム構造体に付与される軸方向摩擦力を以て、ハニカム構造体の筒状容器内での軸方向保持力を構成するように筒状容器を加工することとしており、ハニカム構造体の筒状容器内での軸方向保持力が、上記の軸方向摩擦力及び軸方向押圧力によって分担されるので、筒状容器を縮径するサイジングの負担を少なくして面圧許容範囲を拡大することができる。従って、脆弱なハニカム構造体であっても、従前のサイジング手段によって容易且つ確実に筒状容器内に保持するように加工することができ、量産工程にも容易に適合することができる。更に、ハニカム構造体の筒状容器内での軸方向保持力に対する軸方向摩擦力及び軸方向押圧力の負担割合を容易且つ適切に調整し得ると共に、面圧許容範囲を一層拡大することができるので、段部形成工程の追加が必要となるにもかかわらず、サイジングが容易となるため、量産工程にも容易に適合することができ、製造コストの低減も可能となる。しかも、弾性支持部材によって、高温時のハニカム構造体と筒状容器との熱膨張差を吸収することができる。
【００５１】
上記の製造方法において、請求項２に記載のように、筒状容器に対するスピニング加工によって、筒状容器の軸方向の所定範囲を縮径すると共に、筒状容器を押圧して段部を形成することとすれば、上記の軸方向摩擦力と軸方向押圧力の負担割合を容易に調整することができる。しかも、サイジング及び段部形成を一連の工程で行うことができるので、製造時間及び製造コストを低減することができる。更に、スピニング加工によって筒状容器に段部を形成すると共に、筒状容器の少なくとも一端にテーパ部及び首部を形成することにより、ネッキング加工を含む浄化装置の製造に係る全ての工程を一連の工程で行うことができ、量産工程にも容易に適合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る製造方法において、ハニカム構造体に緩衝部材及び弾性支持部材を装着した一体品を筒状容器に収容する状態を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る製造方法において、中間加工容器の縮径状態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る製造方法におけるネッキング加工状態を示す断面図である。
【図４】図３の段部近傍を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る製造方法における段部形成状態を示す断面図である。
【図６】図５の段部近傍を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る製造方法におけるネッキング加工状態を示す断面図である。
【図８】図７のテーパ部近傍を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る製造方法において、ハニカム構造体及び緩衝部材の測定工程を示す正面図である。
【図１０】一般的な触媒コンバータにおいて、緩衝部材の一例に対する面圧許容範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
１一体品，２触媒担体，３緩衝部材，１０中間加工容器、
１１胴部，１２，１５段部，１３テーパ部，１４首部，
ＤＴ測定装置，ＰＭ押圧体，ＬＣロードセル，
ＲＥロータリエンコーダ，ＣＨクランプ装置，
ＳＰスピニングローラ

Claims

金属製筒状容器内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法において、前記緩衝部材を前記ハニカム構造体周りに装着すると共に、前記ハニカム構造体の軸方向端面に当接するように弾性支持部材を配置して、前記筒状容器内に収容し、少なくとも前記緩衝部材の存在する範囲に亘って前記筒状容器の軸方向の所定範囲を縮径して前記緩衝部材を圧縮状態に保持すると共に、前記ハニカム構造体の軸方向端面より開口端側の所定位置で前記筒状容器を押圧して段部を形成し、前記ハニカム構造体の軸方向端面と前記段部との間に前記弾性支持部材を圧縮状態に保持し、前記弾性支持部材の圧縮復元力によって前記ハニカム構造体に付与される軸方向押圧力と、前記緩衝部材の圧縮復元力によって前記ハニカム構造体に付与される軸方向摩擦力を以て、前記ハニカム構造体の前記筒状容器内での軸方向保持力を構成するように前記筒状容器を加工することを特徴とするハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法。
前記筒状容器に対するスピニング加工によって、前記筒状容器の軸方向の所定範囲を縮径すると共に、前記筒状容器を押圧して前記段部を形成し、前記筒状容器の少なくとも一端に、前記段部に連続してテーパ部を形成すると共に、該テーパ部に連続して管状の首部を形成することを特徴とする請求項１記載のハニカム構造体内蔵浄化装置の製造方法。