JP4459962B2 - 触媒コンバータを製造する方法及び装置 - Google Patents

Description

本出願は、２００３年５月１３日出願の米国仮特許出願第６０／４６９，９６０の利益を要求し、そのすべての開示を参照して本明細書に援用する。
この発明は、一般に、自動車両用の触媒コンバータの生産に関する。

自動車両の用途において、自動車の排気系統、典型的には自動車のエンジン排気マニホルドと消音器システムの間に、触媒コンバータを配置して用いるのは一般的である。米国特許５，４８２，６８６に開示されているように、触媒コンバータは、通常、モノリス基体とこのモノリス基体を包囲するとマット材料からなり、モノリス及びマット材料は、円筒状チューブ、２分金属容器又はその他円形又は非円形の金属ハウジングその他の金属容器内に包み込まれる。さらに、マット材料の対向する端面を金属ハウジングの内表面に対してシールするのが一般的である。

設計上、マット材料を外側の金属のハウジングとモノリス基体の間で圧縮させる必要がある。触媒コンバータの通常仕様では、マット材料とモノリス基体の間に最低限の圧力を加える必要があり、これによりアウターチューブ内の所定の位置でモノリス基体が保持される。同時に、仕様には、製造工程中にモノリス基体に加わるピーク圧力が定められる。ピーク圧力を定める目的は、モノリス基体に大きな力が加わると、基体が横断面に沿って破壊してしまう傾向があるからである。基体にはいくつかの異なる形態があり、形態により破壊特性が異なることから、このような基体の取り扱いは容易でない。さらに、モノリス基体には直径が−１ｍｍ〜＋３ｍｍの寸法公差があるため、変形を単独で測定することは不可能である。更に、破壊特性を考慮して製造プロセスをモニターし、モノリスを破壊することなくマット材料とモノリスの間の適切な負荷を加えて適切に触媒コンバータを生産するのは従来不可能であった。

本発明の目的は、市販品の欠点を解消することである。

本発明の目的は、アウターチューブ、モノリス基体及びモノリスを包囲するマット材料で構成される触媒コンバータの製造方法を提供することにより達成した。本発明の製造方法には、モノリス基体及びマット材料の組み合せに対してモノリス基体の破壊特性を確立する工程が含まれる。そして、モノリス基体を破壊せずに、マット材料をモノリス基体のまわりに配置するように、適切な圧縮シーケンスが選択される。その後、マット材料とモノリス基体の組み合せはアウターチューブへ挿入され、モノリス基体が破壊しないように圧縮シーケンスに従って、アウターチューブ、マット材料及びモノリス基体の組み合せが圧縮される。

本発明の好適な実施例においては、アウターチューブを半径方向で内側に変形させて、アウターチューブ、マット材料及びモノリス基体の組み合せを圧縮する。チューブを半径方向に変形させる１つの方法として、チューブの圧縮スエージ加工がある。半径方向にチューブを変形させる第２の方法として、アウターチューブ、マット材料及びモノリス基体の組み合せをスピニング加工してアウターチューブの直径を縮小させる方法がある。

これらの選択肢のいずれにおいても、変形工程に先立って、予備負荷をかけてマット材料及びモノリス基体を部分的に圧縮してもよい。マット材料及びモノリス基体を一緒に圧縮し、次いで長手方向に移動させてアウターチューブ内に挿入させることもできる。これは、圧縮ステーションにおいて半径方向に圧縮することにより実現できる。この代わりに、ローラーを用いて、マット材料及びモノリス基体を半径方向に圧縮することも可能である。

さらに、本発明の好適な製造プロセス実施例には、アウターチューブの端部をネックダウンし、より小さな断面とする工程が含まれる。これは、アウターチューブの端部が残りの部分よりも小さな断面となるように、スピニング加工で端部をネックダウンすることにより完成する。また、好ましくは、スピニング加工の前に、漏斗のような形をした熱シールドをアウターチューブの両端部に挿入してモノリス基体に近接させ、続いて、両端を絞って実質的に熱シールドの形状に一致させ、熱シールドを適所に保持するようにアウターチューブをスピニング加工する。

アウターチューブ、モノリス基体及びモノリスを包囲するマット材料で構成される触媒コンバータの製造方法についての本発明の他の側面においては、最初にマット材料をモノリス基体のまわりに挿入するプロセスが行われる。その後、マット材料をモノリス基体に対し半径方向に部分的に圧縮する。次に、マット材料及びモノリス基体の組み合せをアウターチューブ内に挿入する。最後に、アウターチューブ、マット材料及びモノリス基体の組み合せを一緒に圧縮する。

本発明の好適な実施例では、マット材料及びモノリス基体は一緒に圧縮して、次いで長手方向に移動させアウターチューブ内に挿入する。これは２つの方法のいすれでも行うことができる。１つは、マット材料及びモノリス基体を圧縮ステーションで半径方向に圧縮し、マット材料の実質的に全部を同時に半径方向に変形する。もう一方は、マット材料をローラーにより半径方向に圧縮する方法であり、マット材料及びモノリス基体をローラーステーションを通って長手方向に移動させる。マット材料はローラーを通って移動する際に順次圧縮され、マット材料及びモノリス基体の組み合せが長手方向に移動してアウターチューブ内に挿入される。

チューブもまた圧縮する必要がある。チューブは圧縮スウェージ加工により半径方向に変形させることができる。あるいは、アウターチューブ、マット材料及びモノリス基体の組み合せをスピニング加工により半径方向に変形させ、アウターチューブの直径を減少させることもできる。

さらに、チューブの両端を一層小さな断面までネックダウンし、漏斗のようにすることもできる。チューブの端は、アウターチューブの残り部分の断面よりも小さな直径となるようにスピニング加工によりネックダウンすることもできる。また一実施例においては、スピニング工程の前に、漏斗のような形をした熱シールドをアウターチューブの両側に挿入してにモノリス基体と隣接させ、続いて両端を絞って熱シールドの断面と実質的に一致させ所定の位置に熱シールドを保持するように、アウターチューブをスピニング加工する。

本発明は、上述したように、スピニングプロセスの前にアウターチューブを圧縮するためのに収縮器を備えている。ここに開示された収縮器は、チューブの長さ方向に沿って個々の領域で圧縮力を提供する。一実施例として、収縮器は圧縮中にチューブと接触する円弧状表面を有するパイ形状の圧縮部材を備えている。本発明の別の実施例においては、収縮器は円形断面を有する複数の圧縮部材を有し、圧縮部材の円弧状表面はチューブに沿って別々の位置でチューブと接触する。

本発明の他の実施例の収縮器は、チューブの任意の長手方向位置でチューブの変形を必要に応じて変更可能としたものである。例えば、事実又は特性の異なる複数のブリックを処理する場合、収縮器による変形は、異なるブリック特性の変化に応じて変えられる。

さらに、本発明の実施例は、ローディングの際にブリック特性を測定するゲージ装置と結合させることができる。これらのサイズ特性は、種々の充填チューブに加えられる圧縮力をチューブ内に含まれるマット材料とモノリスの性質に応じて変更させることができ、さらにゲージ装置により記録させることができる。

本発明の好適な実施例は図面を参照して説明する。

まず図１に示すように、本発明のプロセスによって製造した触媒コンバータ２は、アウターチューブ部材４、モノリス基体６及び端部シール部材１０を備えたマット材料８から構成される。触媒コンバータ２は、オプションとして、ネックダウンセクション１４を有する第１の熱シールド部材１２を備え、これにより内部エアギャップ１６が形成される。触媒コンバータ２は、さらにネックダウン部２２を有する第２の熱シールド部材２０を有し、エアギャップ２４を形成する。マット材料８は、本技術分野の当業者に認識されるものであって、ステンレススチールのメッシュ状材料、あるいは不燃性の繊維状材料のいずれでもよい。いずれの場合も、マット材料８は圧縮性であるが、モノリス６、マット材料８及びアウターチューブ４の組み合せの中で圧縮されると、マット材料からモノリス基体６へ力が伝達されるとともに、等しい大きさの力の反作用がアウターチューブ４の内壁に及ぶ。

図２には、力−時間曲線が示されている。ここで、Ｙ軸はマットからモノリスに伝達される力を表し、Ｘ軸は時間、即ち、マット材料の圧縮時間（同一の圧縮深さを仮定）を表す。第１の曲線Ｃ_１は、マット材料を速く（即ち、Ｔ_１秒以下で）圧縮すると、ピーク力（すなわち、Ｆ_１）に速く到達することを示している。ここで、Ｆ_１はモノリス基体のせん断力よりも大きい力か、又は製造者が許容する圧力よりも高い圧力を引き起こす力である。しかし、マット材料をより長時間をかけて同じ変形まで圧縮すると、より長い時間内で（即ち、Ｔ_２秒）、より低いピーク力Ｆ_２に到達する。最後に、マット材料を同じ変形までさらに長い時間（即ち、Ｔ_３秒以上）をかけて圧縮すると、ピーク力Ｆ_３に到達する。どのような時間及び変形であっても、望まれる最終結果に応じて適用し提供することができる。

このようにして、異なる全てのモノリス形態に対し、モノリス基体を破壊するピーク力を測定し、モノリス基体に対する圧力（ｐｓｉ）が製造工程中、最大閾値を超えないようする。従って、どのようなモノリス基体及び製造仕様書であっても、サイクル時間を最小にして最も効率的なプロセスにすることができる。また、上述したプロセスにより、力及び／又は圧力は測定でき、プロセスは反復可能である。

例えば、触媒コンバータ用の一般的又は典型的な製造仕様においては、製造工程の完了後にマット材料とモノリス基体の間に３０ｐｓｉの最小圧力が存在し、製造工程中のマット材料とモノリス基体の間のピーク圧力は、１００ｐｓｉを超えないようにする。この製造仕様に対し、そして図２に関連して述べたテストにより破壊圧力を知ることによって、マット材料を圧縮する製造時間を最小に保って、サイクル時間をより減少させ、さらに製造プロセス中に、モノリスが破壊することなく又エンジニアリング仕様の設定よりも高い圧力が加わらないことを確保して製造プロセスを確立することができる。力曲線Ｃ_１〜Ｃ_３のいずれについても、多段工程のプロセスが可能である。言い換えると、マット材料とモノリス基体間の圧縮は、一工程のプロセスでも良く、ステーション間でサブコンポーネントの組み合せを移動させる多段工程でも良い。

図３、５及び７〜８を参照して、本発明のプロセスの一例を説明する。まず、図３を参照して、マット材料で包囲したモノリス基体６を充填するロード装置５０を説明する。装置５０は、アウターチューブを位置決めするための中央のＵ字型のロードセクション５２と、Ｕ字型のロードセクションの両側に配置されたゲージ装置５４とから構成される。ここで、ゲージ装置５４を説明するが、２つの装置５４は同一であり、それそれ互いにの鏡像関係にあることから、これらの一つについて説明する。ゲージ部材は、マット材料及びモノリスのアウターチューブへの挿入を助けるとともに、マット材料がモノリス基体６に及ぼす力及び／又は圧力を測定する。

図３に示すように、ゲージ装置５４は、通常、垂直プラテン部５６とプラテン５６に取り付けられるブラケット部５８とを備え、さらにその延長部として、シリンダスタンド６０を具備する。後で説明するが、シリンダ機構６２はシリンダスタンド６０上に配置される。装置５４は、さらに複数の圧力ローラー・アセンブリー６４を有しており、好ましくは、これらはテーパー形状のリードイン部材の周りに放射状に配置される。図５を参照して、挿入装置５４をより詳細に説明する。ブラケット部材５８は垂直壁部６８及び側壁部分７２を有するＵ字型壁部７０を備えている。垂直壁部６８は開口７４を有し、後に説明するように、これはテーパー状の開口７６に続き、その後に圧力ローラー・アセンブリー６４となる。

図５に示すように、シリンダ機構６２は空気圧又は水圧シリンダーのいずれでも良く、ロッド部８２及びプッシャーセクション８４を有するシリンダー部８０を備えている。図示したように、プッシャーセクション８４はＵ字型壁７０内に配置され、テーパー状の開口７６と実質的に軸方向で位置合わせされている。最後に、圧力ローラー・アセンブリー６４もまたローラー９４と操作可能に連結されたロッド部９２を有するシリンダ部９０を備えている。図３に分かり易く示されているように、ローラー９４は円弧状の輪郭となり、それらの半径方向で位置合わせし、ローラー９４の円弧形状を一致させて実質的に円形断面になるようにする。

図７に示すように、一般的なスピニング加工装置１００は、スピニング加工技術において一般的なチャックジョー１０２を備えている。これらチャックのジョーは、スピニング加工する円形部材を保持するために放射線上を移動する。チャックのヘッド１０４は、通常、ヘッドの前方から見て時計方向（図７の矢印で示す方向）に回転する。一方、圧力ローラー１０６（不図示の圧力アームにより保持される）はスピニング加工を行うために、チューブ４輪郭の外側に対して押しつけられる。また、それ自体は回転軸の上に保持される被駆動ローラーであって、駆動ローラーではない。図７に矢印で示したように、圧力ローラー１０６は長手軸に沿って両方向に移動可能であり、さらに半径方向の内側に移動可能であって、これによりスピニング加工するアイテムの直径を変更させる。

図３、５、７及び８を参照して、本発明の触媒コンバータの製造方法の第１の方法を説明する。図３を参照すると、この時点では単に真っ直ぐな円筒状チューブのアイテム４のようなアウターチューブは、チューブの両端がリードイン部材６６と位置あわせされ、Ｕ字型部５２内に載置される。その後、マット材料８で包囲されたモノリス部材６を、シリンダ６２と位置合わせしてＵ字型壁部材７０内に載置する。ここで、図２を再び参照すると分かるように、マット材料の変形速度により、モノリス基体に加わる力及び圧力特性が決定される。

そこで、制御機構１１０が設けられ、シリンダ６２と圧力ローラー・アセンブリー６４の両方の速度を制御するとともに、かつモノリスへ加わる力／圧力を記録する。圧力ローラー・アセンブリー６４を作動し、多数のローラーー９４を半径方向の内側に移動させる。例えばケーブル１１２を介して、入力データは半径方向の移動、即ち圧縮を制御するために用いられる。同時に、出力データは、力のデータとして集められ、ピーク圧力を超過しないことを確認し、かつ加えられた力とこの力が測定された直径を把握する。この出力データは、全プロセスが仕様範囲内にあることを保証するために、制御機構、続いてスピニング加工装置にフィード・フォワードされる。入力／出力データは、シリンダ６２並びにシリンダロッド８２及びプッシャ部材８４の結果としての速度を制御及び測定するのに用いられる。このようにして、プッシャ部材８４の速度により、テーパー状の開口７６及び複数のローラー９４間でマット材料８をどの程度の速さで圧縮するかが決定される。

さらなる圧縮は、テーパー状部材６６において、又マット材料がアウターチューブ部材４に挿入される際にも起こる。入力／出力データは、例えばケーブル１１４を介して、ローラー９４によって加えられる圧力を取り込み、制御する。しかしながら、プロセス制御の唯一の変数がシリンダロッド８２の速度であり、同一の結果が商業的に受け入れ可能なサイクル時間の製造条件で連続的に再現できるように、モノリス基体の圧縮及び力特性の全てを予め決めることも可能である。このデータも、制御機構さらにはスピニング加工装置にフィード・フォワードされる。この特別例において、マット材料及びモノリスの組み合せは、アウターチューブへ挿入する際にもさらに圧縮される。ここで、チューブの内径が圧縮される内径と等しいか、小さいか又は大きいかは、重要ではないことを理解すべきである。重要なことは、マット材料及びモノリスの組み合せが圧縮される直径と、そのときの力／圧力である。これはさらに説明する。

図３で示されるように、２つのモノリス基体はアウターチューブ４の両端から同時に挿入され、互いに隣接して配置される。モノリス部材の数は本発明では重要ではなく、複数のモノリス部材を挿入することができ、又は単一の長いモノリス基体を配置することもできる。

プロセスサイクルのこの時点で、２つのモノリス部材がアウターチューブ４内にプレインストールされて予備的なストレスが加えられ、そしてＵ字型の部材５２から取り出して図７及び８に示したスピニング加工装置に移動させことができる。アウターチューブ４内でマット材料とモノリス基体間に与えられた予備的ストレスでは、マット材料はモノリスに対し十分な圧力を加えるに至らず、それ故、マット材料の力及びその結果得られる圧力は、力曲線Ｃ_１、Ｃ_２又はＣ_３を部分的に上昇するにすぎない。同時に、完全な力／圧力が作用する前に、シリンダ６２及び圧力ローラー・アセンブリー６４の両方からの入力／出力データは、それぞれのケーブル１１２、１１４を介して制御機構にフィード・フォワードされ、図２の選択された曲線に従ってスピニングプロセスの残りを制御する。

図７に示すように、アウターチューブ４、モノリス基体６及びマット材料８の組み合わせをスピニング加工装置１００に挿入し、チャックジョウ１０２に把持させる。スピニングプロセスに従い、続いて、スピニングヘッド１０４は、その最高速度に向けてスピンを開始し、圧力ローラー１０６はチューブの前面端、即ちヘッド１０４から突き出るチューブ端で、アウターチューブ４に圧力を加え始める。図７に示すように、スピニング加工法は、アウターチューブの直径を、最初の直径Ｄ_１からの直径Ｄ_２に縮小するとともに、くびれ端部３０を形成する。この全プロセスは、軸方向速度と半径方向深さのいずれにおいても、制御機構からケーブル１１６を介してフィード・フォワードされる入力データに従って成し遂げられる。

図７のプロセス工程においては、アウターチューブ４はスピニングヘッド１０４内にチャックされていることから、アウターチューブの全長をこの工程でスピニング加工することは不可能である。チューブを図７に示した形状にほぼ加工した後、スピニングヘッドを停止して部分的に加工したアウターチューブをヘッドから取り外し、ひっくり返してアウターチューブの完成部をヘッド内に挿入し、残り部分を加工部と同じ寸法にスピニング加工する。スピニング加工プロセス、即ち、直径をＤ_１からＤ_２にするプロセスは、また、アウターチューブとモノリス基体の間のマット材料を圧縮するプロセスである。圧縮時間は、図２の力−時間曲線に従い、スピニングプロセスのローラー１０６の軸方向速度に関連して、較正される。換言すると、スピニングプロセスにおけるローラー１０６の軸方向移動速度により、モノリス基体上のマット材料の力特性が曲線Ｃ_１、Ｃ_２又はＣ_３のいずれに従うかが決定される。

用途によっては、上記工程を上述した順番に行なう必要はない。例えば、充填後に充填したアウターチューブ４を引き延ばして、スピニング工程を行い、次に、収縮工程を行っても良い。同様に、チューブ４端部の直径を縮小する部分的なスピニングを行い、続いて圧縮工程、さらに第２のスピニング工程を行ってネッキング手順を完了しても良い。

次に、図４及び６を参照して、触媒コンバータを製造する代替方法を説明する。図４に示したように、挿入機構１５０は、一般にＵ字型のチューブホールダー１５２と、Ｕ字型のホルダー１５２の両端に配置された挿入メカニズム１５４とを具備する。Ｕ字型ホルダーは一般に垂直プラテン１５６、ブラケット部材１５８、シリンダ・スタンド１６０及び水圧シリンダー１６２から構成される。垂直プラテン１５６は圧縮部材１６４を保持する。図６に示すように、部材１６４は、半円筒状の圧力ジョウ１９４を取付けたロッド１９２の空気圧シリンダー１９０を備えている。これらの圧力ジョウは、テーパー状リードイン部材１６６及びＵ字型のチューブホールダー１５２と位置合わせして配置されている。

さらに、図４の機構１５０は、次に続くプロセスに従って図７及び８と同様のスピニング機構１００とともに用いることができる。最初にアウターチューブ４をＵ字型ホルダー１５２に置き、シリンダ１６２によりモノリス基体とマット材料を圧縮ジョウ１９４中に移動させる。モノリス基体を圧縮ジョウ１９４の内で横方向に位置合わせし、シリンダ１９０を作動してモノリス基体を囲むマット材料を圧縮する。もう一度言うが、この圧縮及びその時間は、選択された圧縮シーケンスに、即ち、Ｃ_１、Ｃ_２又はＣ_３のいずれかに従う。マット材料がその適切な位置まで圧縮されと、シリンダ１６２を再び作動し、モノリス基体をテーパー部材１６６を通ってアウターチューブ内に移動させる。この時点で、充填されたアウターチューブ４及びモノリス部材は、図７及び８のスピニング装置へ移送され、上述した手順で処理される。入力／出力データは、上述の方法と同様な方法で再び使用される。

図９〜１４を参照して、スピニングプロセスの他の実施例を説明する。ここでは、アイテム１２及び２０のような内部熱シールドがアウターチューブ内に取り付けられる。まず、図９に示したように、熱シールド１４をアウターチューブ４の開放端に挿入し、第１のモノリス部材に近接させ図１０に示す位置に配置する。図１１に示すように、スピニングプロセスにより、アウターチューブの突き出た部分のスピニングが開始され、テーパー部３０を熱シールド１２の外形に実質的に一致する外形とする。前のスピニング工程で部分的にスピニング加工したアウターチューブをもう一方の熱シールド部材２０を受け入れれるために１８０°回転させて図１２に示す配置とし、アウターチューブ４の図１３で示した位置に熱シールド部材を挿入する。続いて、スピニングプロセスにより、アウターチューブの外径と熱シールド２０に隣接するテーパーセクション３２とがスピニング加工される。

図１５〜１７を参照して、本発明の他の方法を開示する。この方法は、ブラケット部材２５８の反対側両端に配置されたシリンダ・アセンブリー２６２を備えたロード装置２５０を有しているが、圧縮ローラー又は圧縮ジョウによる予備的圧縮を行わない構成である。その代わり、モノリス部材６はアウターチューブ部材４’の中間部へ移動される。なお、アウターチューブ４’の直径Ｄ_３はＤ_１よりわずかに大きい。モノリス部材６とアウターチューブ４’の予備アセンブリーは、図１６及び１７に示すスピニング装置１００に移動され、図２に示した力圧縮シーケンスのいずれかに従ってスピニング加工される。マット材料とモノリス間には非常に小さな予備ストレスしか加えられていないことから、圧縮力の全体、即ち、力曲線Ｃ_１、Ｃ_２又はＣ_３の全曲線が図１６及び１７のスピニングプロセスにより加えられる。

以上の方法は、今まで円形又は円筒状のチューブに関してのみ説明してきたが、さらに、非円形チューブにも適用可能である。この場合、挿入装置は、図４及び５に示した圧縮ジョウと同様なもので、非円形のアイテムと一致する形状に修正した圧縮ジョウを具備することになる。アウターチューブ全体のさらなる圧縮も行われ、インクレメント圧縮によりマット圧縮サイクルを完成する。この装置は円形又は非円形チューブのいずれにもに用いられ、図１８〜２２においては円形チューブの例について言及する。

まず、図１８には、マット材料８及びモノリス６の組み合せを受け入れるゲージ部材２５４が模式的に示され、また図１９に示すように、所定の圧縮までマット及びモノリスの組み合せを圧縮する。この情報、即ち、モノリスがゲージダイに及ぼす反作用による力と、マット材料及びモノリスの組み合せが圧縮される直径とは、制御機構１１０にフィードされる。この情報は収縮ダイ３００にフィード・フォワードされ、これによりマット材料８とモノリス６の組み合せはアウターチューブ４内に配置されそして収縮ダイ３００内に置かれる。ゲージ２５４からフィード・フォワードされた情報により、即ち、ゲージに加わる圧力（モノリス材料に作用する力と一致する）と、マット材料が圧縮される直径と、そして用いるマット材料の特定力特性とから、収縮ダイ３００がさらにどこまでアウターチューブ４の組み合せを圧縮する必要があるか正確に決定する。

例えば、図２３に示したように、異なる３種のマット材料について試験を行い、与えられた力に達するにはどの寸法まで圧縮する必要があるかを決定した。図２４に、１２ｍｍマット材料を圧縮して種々の力に達する厚さ寸法を示す。

図２５〜２７に特定のマット材料に対する推定データを示す。図２５は、３つの一定変形速度で圧縮したときのマット材料の圧力−時間の関係を示す。しかし、もし例えば図２０〜２２の変形の加速度を減少させると、図２６に示すように、収縮ダイの減速によりピーク圧力は削除され、図２５の圧力曲線のスパイクは完全に除去される。この減速は、図２７に詳細に示されている。

図４及び２８〜２９を参照して、他の実施例を説明する。この方法は、図４の機構と図２８〜２９の収縮器機構４００とからなる。まず、収縮器機構４００を最初に説明する。

図２８及び２９を参照して、本発明の収縮器装置４００をより詳しく記述する。収縮器４００は、概ね中心を貫通する開口４０４が形成されたベース板４０２を有する。部番４０６によって一般に示される複数の圧縮メカニズムがベース板４０２の上面へ取り付けられる。各々の圧縮メカニズム４０６は、概ね中心を貫通する開口が形成された１組の垂直壁４０８を有する。さらに、圧縮メカニズム４０６は、円形断面を有し垂直壁４０８の開口内に配置可能な形状とした軸支持４１０を有する。複数の取付ねじ４１２により、垂直壁４０８がベース板４０２の上面に取り付けられる。本実施例においては、取付ネジ４１２は圧縮メカニズム４０６の上面の４隅に近いところに配置されている。

圧縮メカニズム４０６には、軸支持４１０の開口を通り圧縮部材４１４内に延びる付加的取付ネジ４１３が備えられている。本実施例の圧縮部材４１４は、図２９に最も良く示されているように、一般的な扇形をとり、２つの直線エッジとその間に延びる円弧状表面４１６とからなる。本実施例において、円弧状表面は、アウターチューブ４の外表面に一致するように円弧状の外形を備えている。しかし、他の実施例では、円弧状部分４１６は平面形状をとることもできる。図２８及び２９に示したように、取付ネジ４１３は圧縮部材４１４内に延びて、軸支持４１０に圧縮部材４１４を取り付ける。更に、図２９における圧縮部材の位置は、負荷のない場合の標準位置である。本実施例では、負荷がないの場合は圧縮部材４１４がこの位置に戻るように、圧縮部材４１４に重みがつけられる。

図４の機構１５０は、図２８及び２９に示した収縮器４００及び次のプロセスの図７及び８に示したスピニング機構１００とともに使用することができる。最初に、アウターチューブ４は、Ｕ字型ホルダー１５２内に載置される。シリンダ１６２により、モノリス基体とマット材料はそれぞれの圧縮ジョウ１９４内に移動される。モノリス基体が圧縮ジョウ１９４内で横方向に位置合わせされると、シリンダ１９０が作動し、モノリス基体を包囲するマット材料を圧縮をする。この圧縮及びその時間は選択された圧縮シーケンス、即ち、図示された曲線Ｃ_１、Ｃ_２又はＣ_３のいずれかに従うことになる。

マット材料がその適切な位置へ圧縮されると、シリンダ１６２が再び駆動され、モノリス基体をテーパー部材１６６を通ってアウターチューブ内に移動させる。ここで、充填アウターチューブ４及びモノリス部材を図２８及び２９に示した収縮器４００に移動させ、以下に示す方法で処理する。充填アウターチューブ４及びモノリス部材が収縮器４００によって処理されると、チューブ端３０又は３２を形成するために、充填アウターチューブ４は、図７及び８又は図９〜１４のスピニング装置により上述した方法で処理される。入力／出力データは上述した方法で説明したようにして用いられる。

図３０ａ〜３０ｄは、モノリス基体６及びマット材料８を収めたアウターチューブ４を収縮操作する工程の収縮器４００を示す断面図である。始まりの図３０ａにおいて、圧縮部材４１４は円弧状表面４１６が上方を向いた位置から開始する。

図３０ｂはアウターチューブ４の圧縮操作における第１の工程を示す。チューブ４は、円弧状表面４１６が面する方向から収縮器４００内に挿入される。ここで、注目すべきは、開口４０４の中心を通って圧縮部材４１４を隔てる距離がアウターチューブ４を予備圧縮した外径よりも小さいことである。

図３０ｃにおいて、水圧又は電磁メカニカルプランジャー４２５がチューブ４に作動し、収縮器４００内を通す。例示するように、収縮器４００を通るチューブ４が移動すると、圧縮部材４１４は軸支持４１０の周りに回転する。さらに、円弧状表面４１６はアウターチューブ４の外表面に接触し、それによりアウターチューブ４を圧縮してその外径を縮小する。この圧縮工程の間、アウターチューブ４は塑性変形する。しかし、本技術分野ではよく知られていることであるが、一旦アウターチューブ４が円弧状表面４１６を通過し、アウターチューブ４への力がもはや存在しなくなると、アウターチューブ４はもはや弾性変形しなくなる。さらに、どの時点でも、圧縮部材４１４の各々はアウターチューブ４の長さ方向に沿って別個の領域でのみアウターチューブ４と接触する。結果として、アウターチューブの全表面がその全長に沿って一度に圧縮する場合の力と比べて、より小さな力でアウターチューブ４を収縮させることができる。

図３０ｄは完全に収縮器４００を通り抜けたアウターチューブ４を示す。アウターチューブ４の外径は、変形前のチューブ４の外径より小さくなっている。さらに、図示した収縮器４００の場合、アウターチューブ４の長さは、円弧状表面４１６の長さに限定される。その後、収縮器４００よる圧縮に続いて、アウターチューブ４、モノリス基体６及びマット材料８は取り外され、スピニング装置によって処理されチューブ端３０、３２を形成する。更に、本発明の実施例では、チューブの収縮が終了すると、図３０ａの位置へ戻るように、圧縮部材４１４には重みが加えられている。

図３１を参照して、収縮器の他の実施例を説明する。ここで、収縮器５００に用いられる大部分の部品は、収縮器４００に関して述べたものと同じである。しかし、本実施例では図２８及び２９で示した扇形の圧縮部材４１４を使用するのではなく、収縮器５００は円形の圧縮部材５１４を使用する。これにより、収縮器４００で処理される長さよりも長い充填チューブ４を処理することができる。さらに、収縮器５００では、圧縮部材５１４を軸支持５１０に保持するための取付ネジ４１３が不要である。確かに、軸支持５１０は、圧縮部材５１４の中心にある開口（不図示）内を貫通するだけでよい。さらに、軸支持５１０は軸支持４１０とは次の点で異なる。即ち、軸支持５１０は全体を通して均一な円形断面積を有し、取付ネジを受けるための貫通する開口が形成されていない。更に、図３１に示すように、収縮器５００の垂直壁５０８の高さを収縮器４００の垂直壁４０８よりも高くして、円形の圧縮部材５１４をベース板４０２上面に配置可能にする。さらに、取付ネジ５１２もまた収縮器４００で使用される取付ネジ４１２よりも長くなる。

図３２ａ及び３２ｂは、収縮器のさらに別の実施例を示す。収縮器６００は、収縮器４００と同様に、充填したチューブ４の圧縮を行う。しかし、収縮器６００は、充填チューブ４の圧縮の大きさを変化させることができる。収縮器６００は、図２８及び２９に示した収縮器のデザインと類似のデザインで構成される。しかし、記述の単純化及び容易のために、対向する圧縮メカニズム６０６のみを図示して説明するが、記述してない収縮器６００の特徴は収縮器４００のものに実質的に同様である。

図３２ａに示すように、収縮器６００は、中心に貫通する開口６０４が形成されたベース板６０２を備え、複数の圧縮メカニズム６０６がベース板６０２の上面へ取り付けられる。各圧縮メカニズム６０６は所定の間隔をあけて配置される一対の垂直壁を有しており、各々の垂直壁には貫通する開口（不図示）が形成されている。

さらに、本実施例で用いられる圧縮メカニズム６０６の各々は上述したものと異なり、圧縮メカニズム６０６は偏心ブッシュ６１８、調節アーム６２０及び連結板６２２を備えている。この点を注目して、圧縮メカニズム６０６の構造を説明する。

ブッシュの中心からずれた位置に開口を有する偏心ブッシュ６１８を、回転できるように、垂直壁６０８の開口内にセットする。軸支持６１０は、その長手軸の周りに回転できるように、偏心ブッシュ６１８の開口を貫通させる。前述の実施例で述べた方法と同様にして、圧縮部材６１４が軸支持６１０とともに回転するように、圧縮部材６１４を取付ねじ（不図示）で軸支持６１０に固定する。

圧縮メカニズム６０６は調節アーム６２０及び連結板６２２を具備する。取付ネジ６１２は、垂直壁６０８の上方に位置する連結板６２２を保持する。さらに、調節アーム６２０は、垂直壁６０８と連結壁６２２との距離が変わったとき、ブッシュが回転できるように連結板６２２とブッシュ６１８を連結する。図３２ａ及び３２ｂに示すように、垂直壁６０８と連結板６２２との距離が変化すると、調節アーム６２０の垂直位置が変化する。調節アーム６２０の移動は、垂直壁６０８の開口内で偏心ブッシュ６１８を回転させる。偏心ブッシュ６１８が回転すると、軸支持６１０の位置は水平及び垂直方向のいずれにおいても変更することになる。この結果として圧縮部材６１４の位置は変更し、対向する圧縮部材６１４間の間隔が変わって、圧縮力が変わることになる。この構造により、充填したチューブ４の圧縮の大きさを制御する簡単なメカニズムを提供できる。

以上の調節メカニズムは、アウターチューブ４の圧縮の大きさを変更可能なよく知られた調節メカニズムで置き換えても良い。圧縮の大きさを変更する他の方法として、例えば、所定角度を有するくさびを偏心ブッシュの代替として用いても良い。さらに他の実施例では、ダブテール（ｄｏｖｅｔａｉｌ）構造と水圧シリンダーとを用いて圧縮部材６１４の位置を変更することもできる。さらに、圧縮部材６１４は、チューブ４の個々の領域に圧縮力を加えるのに好適な形状をとっても良い。

更に、調整可能な収縮器６００のいずれの実施例においても、圧縮の大きさを電子的処理により調節して変更することができ、ここで、コントローラー（不図示）は、要求されると、電子的処理により調節メカニズムを作動させて、対向する圧縮部材間の距離を増加又は減少させる。さらに、電子制御又はマニュアル制御のいずれ実施例においても、上述したように、収縮器はゲージ装置に連結することができる。ゲージ装置は、アウターチューブ４に充填する前に、マット材料８及びモノリス基体６の測定をフィード・フォワードし、上述したプロセスのいずれの方法で製造した各コンポーネントであっても正確に圧縮負荷を決定する。この圧縮負荷データは、その後、調整可能な収縮器に伝達され、収縮工程で収縮器を調節して適切な圧縮負荷を供給する。

上述したゲージ部材５４、１５４、２５４のいずれの実施例においても、ゲージ・ステーションにより、マット材料の収縮又は変形とともにゲージに対し反作用で加わる力を測定できるという利点がある。上述したように、この力はモノリス自体に加わる力と同じである。従って、例えば、制御機構１１０が使用されるマット材料の各々に対して予じめデータ、例えば図２４と同様なデータを備え、モノリスへの所定の力を得るために上述したようにデータを収集し、そして力曲線と比較することにより、加えられる変形の変化量を知ることができると考えられる。さらに上述したように、モノリス基体は＋３ｍｍから−１ｍｍまでの寸法公差を有している。直径４ｍｍの変動（即ち、モノリス基体の直径の寸法公差範囲が＋３ｍｍから−１ｍｍである）は、マット材料及びモノリス基体に加えられる力に劇的な結果を導くことになり、与えられた直径にマット材料及びモノリスを圧縮又は変形する方法が受け入れられない理由は明らかである。
アウターチューブ、モノリス及びマット材料は、ここに示されたいずれかのスピニングプロセスにより又は図２０〜２２，２８〜３２Ｂの収縮ダイにより、その後さらに半径方向に圧縮することができる。

マット材料及びモノリスの個々の組み合せによって変形量が異なることは、上述したことから相対的に明白になる。しかし、以上述べてきた方法及び装置はすべての変形に適合でき、モノリスに加わる力又は圧力に対して望ましい結果を得ることができる。

本発明の方法により製造した触媒コンバータの一例を示す図である。 マット材料の圧縮に対する仮想的な力−時間曲線を示すグラフである。 触媒コンバータチューブにモノリス基体を充填するためのゲージ装置の第１の実施例である。 図３と同様なゲージ装置の第２の実施例である。 図３のゲージ装置の拡大図である。 図４のゲージ装置の拡大図である。 アウターチューブの直径をさらに縮小させる装置及びその第１のプロセス工程を示す図である。 図７と同様であり、続いて起こる所定の大きさへの縮小工程を示す図である。 触媒コンバータの両端に熱シールドを配置し、所定の位置に保持する製造方法のシーケンスを示す図である。 触媒コンバータの両端に熱シールドを配置し、所定の位置に保持する製造方法のシーケンスを示す図である。 触媒コンバータの両端に熱シールドを配置し、所定の位置に保持する製造方法のシーケンスを示す図である。 触媒コンバータの両端に熱シールドを配置し、所定の位置に保持する製造方法のシーケンスを示す図である。 触媒コンバータの両端に熱シールドを配置し、所定の位置に保持する製造方法のシーケンスを示す図である。 触媒コンバータの両端に熱シールドを配置し、所定の位置に保持する製造方法のシーケンスを示す図である。 触媒コンバータの組立て方法を示す図である。 触媒コンバータの組立て方法を示す図である。 触媒コンバータの組立て方法を示す図である。 アウターチューブの直径を収縮ダイで縮小させる装置を示す図である。 アウターチューブの直径を収縮ダイで縮小させる装置を示す図である。 アウターチューブの直径を収縮ダイで縮小させる装置を示す図である。 アウターチューブの直径を収縮ダイで縮小させる装置を示す図である。 アウターチューブの直径を収縮ダイで縮小させる装置を示す図である。 種々のレベルの力を実現するための異なる３種のマット材料の変形を示すチャートである。 図２３の３つのマット材料に関し、力と厚さとの関係を示す曲線図である。 一定収縮速度に対する圧力−時間の推定データを示すグラフである。 可変収縮速度におけるモノリスに加わる圧力を示すグラフである。 収縮速度（ｍｍ／秒）と時間との関係を示すグラフである。 本発明の収縮器の具体例を示す斜視図である。 図２８の収縮器の具体例を示す斜視図である。 図２８及び２９に示す収縮器の断面図である。 本発明の収縮器の他の例を示す斜視図である。 本発明の収縮器の他の例を示す断面図である。

符号の説明

２ 触媒コンバータ、
４、４’ アウターチューブ、
６ モノリス基体、
８ マット材料、
１０ 端部シール部材、
１２、２０ 熱シールド部材、
１４、２２ ネックダウンセクション、
１６、２４ エアギャップ、
３０、３２ テーパー部、
５０、１５０，２５０ ロード装置、
５２ ロードセクション、
５４、１５４、２５４ ゲージ装置、
５６、１５６ 垂直プラテン部、
５８、１５８，２５８ ブラケット部、
６０ シリンダスタンド、
６２ シリンダ機構、
６４ 圧力ローラー・アセンブリー、
６６ リードイン部材、
６８ 垂直壁部、
７０ Ｕ字型壁部、
７２ 側壁部分、
７４ 開口、
７６ テーパー状開口、
８０、９０ シリンダー部、
８２ ロッド部、
８４ プッシャーセクション、
９４ ローラー、
１００ スピニング加工装置、
１０２ チャックジョー、
１０４ チャックヘッド、
１０６ 圧力ローラー、
１１０ 制御機構、
１１２，１１４，１１６ ケーブル、
１５２ チューブホールダー、
１６０ シリンダ・スタンド、
１６２ 水圧シリンダー、
１６４ 圧縮部材、
１６６ テーパー状リードイン部材、
１９０ 空気圧シリンダー、
１９２ ロッド、
１９４ 圧力ジョウ、
２６２ シリンダ・アセンブリー、
３００、４００、５００、６００ 収縮器機構、
４０２、６０２ ベース板、
４０４、６０４ 開口、
４０６、６０６ 圧縮メカニズム、
４０８、５０８、６０８ 垂直壁
４１０、５１０、６１０ 軸支持、
４１２、４１３、５１２、６１２ 取付ネジ、
４１４、５１４、６１４ 圧縮部材、
４１６ 円弧状表面、
６１８ 偏心ブッシュ、
６２０ 調節アーム６２０、
６２２ 連結板６２２。

Claims (20)

1. アウターチューブ（４）、モノリス基体（６）および該モノリス（６）を囲むマット材料（８）を有する触媒コンバータ（２）の製造方法であって、モノリス基体（６）のまわりをマット材料（８）で包む工程と、包んだ基体（６）をチューブ（４）内に挿入し、チューブ（４）を圧縮する工程とを有し、
   アウターチューブ（４）に接触する外周面が内側に凹んだ円弧状断面を有する複数のローラー（４１４、５１４、６１４））を用い、モノリス基体（６）が破壊しないように圧縮シーケンスに基づいてアウターチューブ（４）をその長さ方向に順次的に圧縮して、アウターチューブ（４）、マット材料（８）およびモノリス基体（６）の組み合せを圧縮する工程を備えたことを特徴とする触媒コンバータの製造方法。
2. 圧縮工程の前に、モノリス基体（６）及びマット材料（８）の組み合せに対するモノリス基体（６）の破壊特性を確立しておき、モノリス基体（６）が破壊しないように適切な圧縮シーケンスを選択することを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータの製造方法。
3. アウターチューブ（４）を半径方向で内側に変形させ、アウターチューブ（４）、マット材料（８）及びモノリス基体（６）の組み合せを圧縮することを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒コンバータの製造方法。
4. 圧縮シーケンスは、さらに、マット材料（８）及びモノリス基体（６）をチューブ（４）に挿入する予備圧縮を測定する手段（５４）を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
5. 予備圧縮を測定する手段（５４）は圧縮レベルを変更する手段（６０６）に信号を送信し、圧縮レベルを前記信号に応答して変化させ、全ての圧縮をモノリス基体（６）が破壊することのない圧縮シーケンスに基づいて行うことを特徴とする請求項４に記載の触媒コンバータの製造方法。
6. 圧縮レベルを変更する手段は、アウターチューブ（４）の圧縮を変えるために、１組の偏心ブッシュ（６１８）と偏心ブッシュ（６１８）の１つに接続されたアクチュエータとを備えることを特徴とする請求項５に記載の触媒コンバータの製造方法。
7. 圧縮レベルを変更する手段は、１組の偏心ブッシュ（６１８）、偏心ブッシュ（６１８）の１つから連結板（６２２）へ延びる調節アーム（６２０）、及び連結板（６２２）から延びる複数のねじ（６１２）を備え、偏心ブッシュ（６１８）の回転を調節することを特徴とする請求項５又は６に記載の触媒コンバータの製造方法。
8. 前記複数のローラー（４１４、５１４、６１４）は、圧縮されるチューブ（４）の周りの円周上に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
9. ローラー（４１４、６１４）は、その回転軸方向から見て、扇形であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
10. ローラー（５１４）は、その回転軸方向から見て、円形であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
11. 触媒コンバータ（２）の製造工程において、充填したアウターチューブ（４）を圧縮するのに使用する装置であって、複数の圧縮メカニズム（４００、５００、６００）を備え、各々がアウターチューブ（４）に接触する外周面が内側に凹んだ円弧状断面を有する圧縮ローラー（４１４、５１４、６１４）を有し、チューブ・エントリーを定めるべく放射状に配置されていることを特徴とし、さらに、ローラー（４１４、５１４、６１４）は、充填したアウターチューブ（４）がチューブ・エントリーを通過する際に、チューブの長さの少なくとも一部が圧縮されるまで、充填したアウターチューブ（４）の個々の領域で圧縮力を順次的に提供することを特徴とする触媒コンバータの製造装置。
12. 中心に開口（４０４、５０４、６０４）が設けられたベース板（４０２、５０４、６０４）を備え、さらに、前記チューブ・エントリと前記開口（４０４、５０４、６０４）との位置が一致するように、前記ローラー（４１４、５１４、６１４）を前記ベース板（４０２、５０２、６０２）に取り付けることを特徴とする請求項１１に記載の触媒コンバータの製造装置。
13. アウターチューブ（４）にマット材料（８）及びモノリス基体（６）を充填し、ローラー（４１４、５１４、６１４）は、チューブ（４）を半径方向で内側に変形させ、アウターチューブ（４）、マット材料（８）及びモノリス基体（６）の組み合せを圧縮させる形状としたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の触媒コンバータの製造装置。
14. マット材料（８）及びモノリス基体（６）をチューブ（４）に挿入する予備圧縮を測定するゲージ手段（５４）を備えたことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造装置。
15. ゲージ手段（５４）は、圧縮レベルを変更する手段（６０６）に信号を送信し、圧縮レベルが信号に応答して変わることを特徴とする請求項１４に記載の触媒コンバータの製造装置。
16. 圧縮レベルを変更する手段（６０６）は、アウターチューブ（４）の圧縮を変更するために、１組の偏心ブッシュ（６１８）と偏心ブッシュの１つに連結されたアクチュエーターとを備えたことを特徴とする請求項１５に記載の触媒コンバータの製造装置。
17. 圧縮レベルを変更する手段は、１組の偏心ブッシュ（６１８）、偏心ブッシュ（６１８）の１つから連結板（６２２）へ延びる調節アーム（６２０）、及び連結板（６２２）から延びる複数のねじ（６１２）を具備し、偏心ブッシュ（６１８）の回転を調節することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の触媒コンバータの製造装置。
18. 複数のローラー（４１４、５１４、６１４）が、圧縮されるチューブ（４）の周りの円周上に配置されたことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造装置。
19. ローラー（４１４、６１４）は、その回転軸方向から見て、扇形であることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造装置。
20. ローラー（５１４）は、その回転軸方向から見て、円形であることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造装置。

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