JP4506931B2

JP4506931B2 - 縮管成形装置、縮管成形方法、およびこれを用いて製造された触媒コンバータ

Info

Publication number: JP4506931B2
Application number: JP2003157953A
Authority: JP
Inventors: 章泉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004358494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縮管成形装置、縮管成形方法、およびこれを用いて製造された触媒コンバータに関し、さらに詳しくは、、素管を外側から押圧することにより所定の径に縮径させて縮管を成形するための分割型を有する装置、分割型により素管を外側から押圧して所定の径に縮径させた縮管を成形する方法、および、触媒容器内にマットが巻回された触媒担体が収容されてなる触媒コンバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来の技術としては、触媒担体の被覆方法およびこの方法に用いる縮径加工装置として開示された特許文献１が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９７９４４号公報
【０００４】
特許文献１には、触媒担体の外形寸法を測定し、その触媒担体に所定厚さに無膨張部材（マット）を巻き付けて管状部材（素管）内に収納した後、管状部材を、その内周面に上記無膨張部材が当接すべく上記外形寸法に基づいて縮径させることを特徴とする触媒担体の被覆方法が開示されている。さらに、この方法において、上記管状部材の縮径加工は、管状部材の外方にその周方向に沿って複数配置され径方向にそれぞれ移動可能な押圧部材（分割型）によって、その外方から管状部材を径方向内側に押圧して縮径することを特徴とする触媒担体の被覆方法も開示されている。
【０００５】
また、特許文献１には、筒状をなす被加工物（素管）の外方に周方向に沿って複数配置され内方に向かってそれぞれ移動して被加工物を縮径する押圧部材（分割型）と、この押圧部材のさらに外側に配置され上記被加工物の筒穴方向に移動して上記押圧部材と係合し当該押圧部材を移動させる入力部材とを備え、上記押圧部材が上記被加工物の筒穴方向に複数配置され、上記入力部材によって移動するそれら筒穴方向に並べられた押圧部材の移動量をそれぞれ異ならせることを特徴とする縮径加工装置が開示されている。
そして、特許文献１の段落番号００２２には、「被加工物の外周表面に押圧部材ごとに縮径量の異なる段部や、押圧部材間の間隙によって筒穴方向のリブを容易に形成することができる。」などと記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の技術にあっては、押圧部材間に間隙が形成されない場合、縮径されるときに管状部材の材料（余肉）を逃がすように流動させることができず、周方向に座屈してシワなどの変形が発生したり、変形が発生せずとも、外周形状が安定して縮径されず周方向部分によって径が異なり真円度が良好ではないという問題があった。図６は、この従来の技術によって縮径成形された管状部材（素管）の外周面の形状をコントレーサによって測定したグラフである。図６から明かであるように、上記従来の技術にあっては、縮径時に素管が周方向に均等に収縮することができず、真円度が良好な状態で管状部材を成形することができなかった。そして、真円度が良好でない状態の管状部材では、触媒担体に巻き付けられた無膨張マットに対する面圧が場所によって異なり、さらには管状部材と無膨張マットとの密着度が悪化し、浄化すべき排気ガスが触媒担体を通過することなく、管状部材と無膨張マットとの間を通過することとなり、浄化性能が低下するという問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示された従来の技術にあっては、被加工物としての管状部材の外周表面にリブを形成する場合、かかるリブ（その形成する目的が明確に記されておらず不明である。）は、比較的大きく、しかも特許文献１における図８（ｂ）に示されているように、管状部材の板厚が変化することなく屈曲されてリブの内周面が外側に突出した形状に形成されている。そのため、触媒担体に巻き付けられた無膨張マットとこれを被覆する管状部材でなる被覆筒との間に隙間ができ、浄化すべき排気ガスが触媒担体を通過することなくかかる隙間を通過することとなり、浄化性能が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので、真円度が良好な状態で素管を縮径させることができる縮管成形装置、縮管成形方法、および、触媒担体に巻回されたマットに触媒容器が密着するように素管を良好な真円度で縮径してなる触媒コンバータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の縮管成形装置に係る発明は、上記目的を達成するため、素管を外側から押圧することにより所定の径に縮径させて縮管を成形するための複数の型より構成された分割型を有する装置であって、互いに隣接する前記分割型の間にスペーサが配置されており、縮径するときに、前記分割型間とスペーサとによって形成され、素管の材料の余肉が径方向外側に流動するのを許容するとともにその流動量を規制して、外周面に軸方向に延在するように部分的に突出する肉厚の箇所を成形する空間を備えていることを特徴とするものである。
また、請求項２の縮管成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、分割型により素管を外側から押圧して所定の径に縮径させた縮管を成形する方法であって、互いに隣接する前記分割型間にスペーサを配置しておき、分割型により素管を押圧して縮径するときに、前記分割型間とスペーサとによって空間を形成することにより、素管の材料の余肉が径方向外側に流動するのを許容するとともにその流動量を規制して、外周面に軸方向に延在するように部分的に突出する肉厚の箇所を形成することを特徴とするものである。
さらに、請求項３の触媒コンバータに係る発明は、上記目的を達成するため、触媒容器内にマットを巻回された触媒担体が収容されてなる触媒コンバータであって、触媒容器の形状は、触媒容器となる素管内にマットを巻回された触媒担体が配置された状態で該素管を所定の径に縮径することにより、軸方向に延在するように外周面に部分的に突出する肉厚の箇所が形成され、前記マットが触媒容器の内周面に密着した状態で触媒担体が保持されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明では、分割型により素管を径方向外側から押圧して全長にわたって縮径するのに伴って、分割型間とスペーサとによって形成された空間に素管の材料の余肉が流動するのを許容され、この材料の余肉の流動が所定量となるように規制されるため、素管は、無理なく適切に縮径されて、その真円度が良好となり、素管の外周面に部分的に突出する肉厚の箇所が形成される。
また、請求項２の発明では、分割型により素管をその径方向外側から押圧して縮径するときに、空間を分割型間とスペーサとによって形成することにより、この空間に素管の材料の余肉が径方向外側に流動するのを許容し、且つ、この余肉の流動を所定量となるように規制するため、素管は、無理なく適切に縮径されて、その真円度が良好となり、素管の外周面に部分的に突出する肉厚の箇所が形成される。
さらに、請求項３の発明では、触媒コンバータは、マットを巻回された触媒担体が触媒容器内に配置されてなる。触媒容器は、触媒担体に巻回されたマットの径よりもわずかに大きい径の素管を分割型によってその径方向外側から押圧して縮径させたものからなる。そして、触媒容器は、マットが巻回された触媒担体を素管の内部に配置した状態で所定の径に縮径されるときに、素管の材料の余肉が分割型間に形成された空間に流動され、且つ、その流動が所定量となるように規制されており、その結果、素管の材料の余肉によってその外周面に断面周方向に関して部分的に突出する肉厚の箇所が形成されることから、素管を無理なく縮径して真円度が良好に形成されており、マットが触媒容器の内周面に密着した状態で触媒担体が保持されているため、触媒担体に巻回されたマットと密着し、浄化すべきガスを確実に触媒担体に通過させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の縮管成形装置の一実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の縮管成形装置は、概略、複数に分割された型１、１、１…と、各型１をそれぞれ素管Ｗの径方向外側から押圧させるよう駆動する駆動機構２と、縮径される素管の材料の所定量の流動を許容する空間Ｓを形成するために互いに隣接する型１、１の間に配置されるスペーサ３と、を備えてなる。
【００１２】
図１および図２に示すように、縮管成形装置は、相対向するように配置された一対の台盤１０、１１と、台盤１０、１１間に配設された複数のスライドシャフト１２と、台盤１０、１１間を移動するようにスライドシャフト１２が挿通された可動筒１３と、を有している。各台盤１０、１１の中央には、素管Ｗを搬入・搬出させるための孔１０ａ、１１ａが形成されている。図２に示した実施の形態では、４本のスライドシャフト１２が、その各端部をボルト１４によって両台盤１０、１１に固定されている。可動筒１３の内部には、複数に分割された型１と、各型１をそれぞれ素管Ｗの径方向に移動させるための駆動機構２と、空間Ｓを形成するためのスペーサ３とが設けられている。
【００１３】
素管Ｗをその径方向外側から押圧する型１は、図２に示した実施の形態の場合、８つに分割されている。各型１は、径方向に移動可能なホルダ１５にそれぞれ保持されている。駆動機構２は、可動筒１３の内周面に各型１と対応するように設けられたテーパ部材１６と、このテーパ部材１６のテーパ面１６ａに対して摺動するようにホルダ１５に形成されたテーパ面１５ａと、により構成されている。なお、型１は、必要に応じて１０分割や１２分割などにすることもできる。
【００１４】
各型１の径方向内側面（素管を押圧する面）１ａは、素管Ｗの縮径される大きさに応じた円弧状に形成されている。また、各型１の径方向内側面１ａとこれに隣接する周方向側面１ｂとの角部１ｃは、所定の直線状（図４の（ａ）を参照）または所定の半径を有するアール形状（図４の（ｂ）を参照）の面取りが施されている。各型１の軸方向長さ（図１における左右方向の長さ）は、縮径される素管Ｗの軸方向長さよりも長く形成されている。そして所定のまたは全部の型１の軸方向一方端（図１の左方）には素管Ｗの端部が当接される位置決め片１８がボルト２０によって取り付けられており、他方端（図１の右方）がボルト２１によってホルダ１５にそれぞれ取り付けられる。
【００１５】
台盤１１の内側面（右面）には、各型１と対応してガイド片２２が放射状に（すなわち、素管Ｗの径方向に）配設されており、ホルダ１５の軸方向一方端（図１の左方端）には、このガイド片２２に対して摺動可能に係合されるガイド溝１５ｂが形成されている。また、ホルダ１５の軸方向一方端（図１の左方端）には、素管の径方向に突出するカラー１５ｃが形成されおり、台盤１１には、ホルダ１５のカラー１５ｃを摺動可能に保持する押え部材２４がボルト２５によって取り付けられている。押え部材２４には、可動筒１３が前進限（図１の左方限度）に位置したときに衝合されるクッション２６が設けられている。ホルダ１５とテーパ部材１６のテーパ面１５ａ、１６ａは、互いに係合されるレール１９が設けられることによって摺動可能となっている。
【００１６】
可動筒１３には、台盤１０に形成された孔１０ｂに挿通されたロッド２７の端部がボルト２８によって取り付けられている。ロッド２７の先端にはプレスのラムなどの駆動手段が連結され、ロッド２７をその軸方向に、すなわち可動筒１３を図１の左右方向に移動させるよう構成されている。この実施の形態では、可動筒１３が図１の左方に移動されると、ホルダ１５とテーパ部材１６のテーパ面１５ａ、１６ａによって図３に示すように各型１が同期して素管Ｗをその径方向外側から内側に向かって押圧し、素管Ｗを所定の径に縮径させる。また、可動筒１３が図１の右方に移動されると、ホルダ１５と可動筒１６のテーパ面１５ａ、１６ａによって各型１が同期して縮径された素管Ｗから離れるように径方向外側に向かって移動する。
【００１７】
スペーサ３は、各型１が径方向内側に向かって移動したときに隣接する型１、１の間に介在して型１を互いに周方向に離間させて、縮径される素管Ｗの材料が流動することを許容し、且つ、その流動が所定量となるように規制する空間Ｓを形成するためのもので、隣接する型１、１の一方の周方向側面１ｂに形成された座ぐりなどによって保持されている。なお、可動筒１３の内周面のテーパ部材１６、１６間にスペーサ３を保持する保持部１７を設けることもできる（図２を参照）。図４に示すように、スペーサ３の径方向内側端面３ａは、各型１が最も径方向内側に移動したときに、その径方向内側面１ａよりも径方向外側に位置するように設定されている。図４の（ｂ）に参照されるように、スペーサ３の厚さＴ、および、径方向内側端面３ａの、型１の径方向内側面１ａからの長さＲは、すなわち、素管Ｗの材料の所定量の流動を許容するための空間Ｓ（図４の（ａ））の大きさは、素管Ｗの縮径率（量）や材質などに応じて設定することができる。
【００１８】
次に、本発明の縮管成形方法を、上述したように構成された縮管成形装置を使用して触媒コンバータを製造する場合により、上述の縮管成形装置の作動と共に詳細に説明する。なお、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の縮管成形方法は、概略、分割型１により素管Ｗをその径方向外側から押圧して所定の径に縮径させるもので、分割型１、１間に素管Ｗの所定量の材料の流動を許容する空間Ｓを形成して、この空間Ｓに素管Ｗの所定量の材料を流動させながら素管Ｗを縮径させるものである。
【００１９】
触媒コンバータを製造するにあたって、マットＭに巻回された触媒担体Ｃを触媒容器Ｗ’となる素管Ｗの内部に挿入配置する。なお、触媒担体Ｃの外径は、一般にバラツキが生じていることが多く、そのため、触媒担体ＣにマットＭが巻回されたときの外径にもバラツキが生じていることが想定される。しかしながら、触媒単体Ｃに巻回されたマットＭの外径は、素管Ｗの内径よりもわずかに小さく、この時点ではマットＭを素管Ｗに圧入させる必要がないように設定されている。
【００２０】
次いで、図１に示したように、マットＭに巻回された触媒担体Ｃが配置された素管Ｗを台盤１０の孔１０ａから挿入して位置決め片１８に素管Ｗの先端面を当接させて型１内で位置決めする。このとき、可動筒２２が図１の右方に移動されており、したがって、各型１は径方向外側に位置して開いた状態とされている。
【００２１】
その後、ロッド２７をその軸方向に押圧することにより可動筒１３を図１の左方に移動させて、駆動機構２を構成するホルダ１５とテーパ部材１６のテーパ面１５ａ、１６ａによって各型１を同期させて径方向外側から内側に向かって移動させ、図３に示すように、素管Ｗをその径方向外側から押圧して縮径させる。ここで、各型１の径方向内側面１ａが素管Ｗに当接してから、径方向内側に所定量前進移動するまでの間では、スペーサ３が互いに隣接する型１、１の周方向側面１ｂ、１ｂの間にそれぞれ介在しており、しかも、スペーサ３の径方向内側端面３ａよりも各型１の径方向内側面１ａが径方向内側に前進しているため、図４の（ａ）に示すように、素管Ｗとスペーサ３の径方向内側端面３ａと両型１、１の面取りが施された角部1ｃから周方向側面１ｂの間に囲まれた空間Ｓが形成される。そして、さらに各型１の径方向内側面１ａが径方向内側に前進して素管Ｗを縮径すると、図４の（ｂ）に示すように、周方向に収縮することによって周方向の座屈など真円度を低下させる原因となる余分な素管の材料（余肉）が矢印Ｆのように空間Ｓ内に充填されるように流動し、スペーサ３の径方向内側端面３ａによってその流動Ｆが規制される。そのため、所定量の余肉が空間Ｓ内に充填され、素管Ｗは無理なく良好な真円度で縮径されることとなる。図５は、本発明の装置および方法によって縮径された素管Ｗの外周面の形状をコントレーサによって測定したものである。図５に示された素管Ｗの外周面形状は、余肉が空間Ｓに充填されて周方向に部分的に肉厚の箇所Ｗａがすなわち凹凸が形成されている。しかしながら、本発明により縮径された素管Ｗは、縮径時に素管Ｗの材料の余肉が空間Ｓ内に逃げることにより周方向にスムーズに収縮し、肉厚の箇所Ｗａ以外の部分の真円度が向上することとなる。
【００２２】
このように素管Ｗが縮径されることにより製造された触媒コンバータでは、触媒容器Ｗ’となる素管Ｗ内にマットＭが巻回された触媒担体Ｃを圧入することなく挿入配置し、分割型１により素管Ｗを外側から押圧して所定の径に縮径させることにより、触媒担体Ｃに巻回されたマットＭが所定量圧縮された状態（すなわち、マットＭが触媒容器Ｗ’内面に均等な面圧で密着した状態）で触媒容器Ｗ’内に収容保持される。そして、触媒容器Ｗ’は、素管Ｗが縮径されるときに、分割型１、１間に形成された空間Ｓに素管Ｗの余肉が流動され、且つその流動が所定量となるように規制されてなる。そのため、図４の（ｂ）に示したように、触媒容器Ｗ’は、周方向に関して部分的に肉厚の箇所Ｗａが形成される。この肉厚の箇所Ｗａは、素管Ｗの材料の余肉が空間Ｓ内に充填されることにより形成されるもので、その内周面は滑らかな円周状であり、従来の技術で述べた特許文献１におけるリブとは全く異なるものであることに注意されたい。また、触媒担体Ｃに巻回されるマットＭは、素管Ｗ内に挿入配置するときに圧入されることがないため、適切な量を使用することができ、したがって、触媒コンバータの材料コスト、ひいては、製造コストを低減させることができる。
【００２３】
縮径が完了すると、ロッド２７をその軸方向に引き抜くように移動させることにより可動筒１３を図１の右方に移動させて、ホルダ１５と可動筒１３のテーパ部材１６のテーパ面１６ａによって各型を同期させて径方向外側に向かって移動させ、台盤１０の孔１０ａから縮径された素管（製品）Ｗ’を取り出す。
【００２４】
縮径が完了した触媒容器は、その後、スピニング加工等によってその端部に向かって断面が次第に縮小するようテーパ状に成形され、または、そのようなテーパ状に成形された部材が接合される。
【００２５】
なお、本発明に係る縮管成形装置および縮管成形方法は、素管Ｗを縮径させるものであれば、上述したような触媒コンバータの製造だけに限定されることはない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、真円度が良好な状態で素管を縮径させることができる縮管成形装置、縮管成形方法、および、触媒担体に巻回されたマットに触媒容器が均一な面圧で密着するように素管を良好な真円度で縮径してなる触媒コンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縮管成形装置の一実施の形態を説明するための縦断正面図である。
【図２】図１の縦断側面図である。
【図３】本発明の介在された分割型の作動を説明するための概念図である。
【図４】図３の一部を拡大して縮径中と縮径完了のときを示した説明図である。
【図５】本発明により縮径された素管の外周面の形状を測定したグラフである。
【図６】従来の技術により縮径された素管の外周面の形状を測定したグラフである。
【符号の説明】
Ｗ素管
Ｗ’ 触媒容器（縮径された素管）
Ｍマット
Ｃ触媒担体
１分割型
２駆動機構
３スペーサ
Ｓ空間
Ｆ余肉の流動

Claims

素管を外側から押圧することにより所定の径に縮径させて縮管を成形するための複数の型より構成された分割型を有する装置であって、
互いに隣接する前記分割型の間にスペーサが配置されており、
縮径するときに、前記分割型間とスペーサとによって形成され、素管の材料の余肉が径方向外側に流動するのを許容するとともにその流動量を規制して、外周面に軸方向に延在するように部分的に突出する肉厚の箇所を成形する空間を備えていることを特徴とする縮管成形装置。
分割型により素管を外側から押圧して所定の径に縮径させた縮管を成形する方法であって、
互いに隣接する前記分割型間にスペーサを配置しておき、
分割型により素管を押圧して縮径するときに、前記分割型間とスペーサとによって空間を形成することにより、素管の材料の余肉が径方向外側に流動するのを許容するとともにその流動量を規制して、外周面に軸方向に延在するように部分的に突出する肉厚の箇所を形成することを特徴とする縮管成形方法。
触媒容器内にマットを巻回された触媒担体が収容されてなる触媒コンバータであって、
触媒容器の形状は、触媒容器となる素管内にマットを巻回された触媒担体が配置された状態で該素管を所定の径に縮径することにより、軸方向に延在するように外周面に部分的に突出する肉厚の箇所が形成され、前記マットが触媒容器の内周面に密着した状態で触媒担体が保持されていることを特徴とする触媒コンバータ。