JP4566516B2 - 触媒コンバータの製造方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は触媒コンバータ（Catalytic Converter）の製造方法および装置に関し、特に車両（又は自動車）の排気ガス中の大気汚染物質を低減するために使用される触媒コンバータの製造方法および装置に関する。

車両アプリケーションでは、車両の排気システムに触媒コンバータを必要とするのが一般的であり、この触媒コンバータは典型的には、車両のエンジン排気マニフォールドおよびマフラ間に配置される。米国特許第５，４８２，６８６号に開示される如く、触媒コンバータは、通常モノリス(monolith)サブストレートおよびこのサブストレートを包囲するマット材料を含み、モノリスおよびマット材料は、円筒管、二金属(bipartite)容器又はその他の円形又は非円形の金属容器にカプセル包囲される。また、マット材料の両端を金属ハウジングの内面に対してシールするのが一般的である。

この設計の要件の１つは、マット材料を外金属ハウジングおよびモノリスサブストレート間に圧縮することである。触媒コンバータの通常仕様によると、マット材料およびモノリスサブストレート間に最小の圧力が存在する必要があり、これによりモノリスサブストレートを外チューブ内に保持する。同時に、仕様は、製造中のピーク圧力をモノリスサブストレート上にセットする。ピーク圧力を有する目的は、モノリスサブストレート上に大きな力が加えられると、その横断面に沿ってサブストレートを破壊させる傾向があるためである。斯かるサブストレートを使用して作業する困難の１つは、幾つかの異なるジェオメトリが存在し、且つ異なるジェオメトリは異なる破壊（割れ）特性を有することである。更に、モノリスサブストレートは、直径に＋３ｍｍ乃至−１ｍｍの許容誤差を有する。従って、変形自体を測定することができない。更にまた、そのような破壊特性のために製造工程を監視（モニタ）して、モノリスを破壊することなくマット材料とモノリス間の負荷を最適にして触媒コンバータを適切に製造可能にすることが従来不可能であった。

米国特許第５、２７３，７２４号は、２個のシェルで形成されるケース内に保持されるコアを含んでいる触媒コンバータの製造を開示している。このコンバータの製造中に、両シェルを加圧合体させ、コアをその間に保持し、その後にシェルを溶接して一体化している。この参考文献は、プレスによりシェルに加えられる最大圧力が電子又は気圧制御バルブにより制御可能であり、シェルに加えられる圧力が所定最大圧力を超えないように保証し得ると教示している。しかし、この参考文献は、連続する製造プロセス中において複数の外チューブ効率的な圧縮を保証するために、外チューブの圧縮の前にコアの破壊特性を決定することを教示していない。
国際特許出願第ＷＯ９９／３２２１５号は、触媒コンバータの付加的な製造方法を開示している。この参考文献に開示された触媒コンバータは、コンテナ（容器）の外シェル内に圧縮されたモノリスサブストレートおよびマットを含んでいる。しかし、この参考文献に開示される発明は、モノリスサブストレートおよびマット材料の組合せが挿入された後のコンテナの外シェルのリサイジング（寸法変更）に関する。外シェルのリサイジングは、サブストレートの直径、マットの目標厚および壁厚による数式に基づいている。更に、コンテナの外シェルは、所定数式の計算結果に基づく所定直径に縮小される。しかし、この参考文献は、各コンバータのコアの破壊特性の測定およびその測定された特性に基づく最も効率的な縮小曲線の決定については教示していない。
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を克服又は軽減する触媒コンバータの製造方法および装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は外チューブ、モノリスサブストレートおよびこのモノリスサブストレートを包囲するマット材料により構成される触媒コンバータの製造方法を提供することである。この触媒コンバータの製造方法は、モノリスサブストレートの破壊特性を、モノリスサブストレートおよびマット材料の組合せで、各種タイムベースのラジアル圧縮により確立する工程により構成される。次に、適当な圧縮シーケンスを選択し、モノリスサブストレートが破壊しないようにし、そしてマット材料をモノリスサブストレートの周囲に配置する。次に、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せを外チューブ内に挿入し、外チューブ、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せを所定圧縮シーケンスに従って、モノリスサブストレートが破壊しないように圧縮する。

本発明の好適実施例によると、外チューブは、内方へラジアル変形させ、外チューブ、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せを圧縮する。この外チューブをラジアル変形させる１つの方法は、チューブを圧縮スエージ加工（熱変形）することである。このチューブをラジアル変形させる第２の方法は、外チューブ、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せをスピンニング加工（へら絞り加工）して外チューブの直径を縮小させることである。

これら代替方法の何れにおいても、マット材料とモノリスサブストレートは、変形工程の前に部分的に圧縮し、マット材料に予備負荷（プレロード）を与えるようにする。マット材料およびモノリスサブストレートは、一緒に圧縮し、次に外チューブ内へ、その長手方向に移動させてもよい。これは圧縮ステーションにおいてラジアル圧縮により行われる。それに代わって、マット材料およびモノリスサブストレートは、ローラによりラジアル圧縮してもよい。

また、本発明の好適実施例によると、プロセスは、外チューブの両端を小断面にネックダウンする工程を更に含んでいる。これは、両端をスピンニング加工によりネックダウン（徐々に細く）させ、両端が外チューブのその他の部分よりも小断面になるようにして行う。また、好ましくは、スピンニング加工工程の前に漏斗状の熱（ヒート）シールドを外チューブの両端且つモノリスサブストレートの近傍に挿入し、外チューブをスピンニング加工して、両端が実質的に熱シールドの断面と一致するようにスパンダウン（スピンニング加工にて小直径化）させて熱シールドを所定位置に保持する。

本発明の他のアスペクトによると、外チューブ、モノリスサブストレートおよびこのモノリスを包囲するマット材料よりなる触媒コンバータの製造方法は、最初にマット材料をモノリスサブストレートの周囲に挿入する工程により行われる。次に、マット材料は、モノリスサブストレートに対して部分的且つラジアル圧縮される。次に、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せを外チューブに挿入する。最後に、外チューブ、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せを一緒に圧縮する。

本発明の好適実施例によると、マット材料およびモノリスサブストレートは一緒に圧縮され、次に外チューブ内へ、その長手方向に移動させる。これは、次の２方法のうちの何れかにより行われる。マット材料およびモノリスサブストレートは、圧縮ステーションでラジアル圧縮され、マット材料の実質的に全てが同時にラジアル変形される。これに代わって、マット材料をローラによりラジアル圧縮し、マット材料およびモノリスサブストレートをローラステーションにより長手方向に移動させ、これにより、マット材料は、それがローラに沿って移動するにつれて順次圧縮され、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せは外チューブ内へ、その長手方向に移動させられる。

このチューブもまた圧縮されなければならない。このチューブは、圧縮スエージ加工によりラジアル変形できる。それに代わって、このチューブは外チューブ、マット材料およびモノリスサブストレートの組合せをスピンニング加工してラジアル変形させ、外チューブの直径を減少させてもよい。

また、チューブの両端は、略漏斗状に小断面になるようにネックダウンされる。このチューブの両端は、その直径が外チューブの他の部分よりも小直径になるようにスピンニング加工によりネックダウンしてもよい。また、好適実施例では、スピンニング工程の前に、外チューブの両端且つモノリスサブストレートの近傍へ漏斗状の熱シールドを挿入し、外チューブをスピンニング加工して外チューブ両端の断面を熱シールドの断面と実質的に一致させて熱シールドをそこに保持するようにスパンダウンしてもよい。

本発明の他のバージョンでは、外チューブ、モノリスサブストレートおよびこのモノリスを包囲するマット材料により構成される触媒コンバータの製造方法を提供する。この製造方法は、マット材料をモノリスサブストレートの周囲に挿入する工程、マット材料をモノリスサブストレートに対して部分的にラジアル圧縮する工程、マット材料に加えられる力を測定する工程および所定の力を得るのに必要な変分（インクリメンタル）変形を決定する工程よりなる。

周囲のマット材料の圧縮によりモノリス材料に加えられる所定の力を得るのに必要とする所定の変形を決定する本発明による新規なゲージ部材は、マットおよびモノリス材料を包囲し且つ少なくとも部分的にマットおよびモノリス材料を圧縮する手段、マット材料の圧縮により生じる力又は圧力を測定する手段、および圧縮直径又はマット材料が撓められた変形を測定する手段を備える。

マット材料をモノリス材料の周囲に組み立て、そしてこのマット材料の周囲の外チューブを圧縮する組立機械は、上述したゲージを含んでいる。好ましくは、組立機械は、その力又は圧力データおよびその直径又は撓みデータをとる制御手段を更に備え、その情報を圧縮手段に供給する。

本発明による触媒コンバータの製造方法によると、モノリスサブストレートを破壊することなく圧縮して効率的且つ比較的安価（即ち、経済的）に製造することが可能である。従って、この方法により製造された触媒コンバータは、優れた性能を有する。

以下、本発明による触媒コンバータの製造方法および装置の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明のプロセスにより製造された触媒コンバータの１例の全体を、参照符号２で示し、外チューブ部材４、モノリスサブストレート６、端部シール部材１０を有するマット材料８を含んでいる。また、この触媒コンバータ２は、ネックダウン部（又はくびれ部）１４を有する第１熱シールド部材１２をオプションとして含んでおり、これにより内部エアーギャップ１６を形成する。また、触媒コンバータ２は、エアーギャップ２４を形成するネックダウン部２２を有する第２熱シールド部材２０を含んでいる。当業者には理解される如く、マット材料８は、ステンレス鋼のメッシュタイプ材料又は不燃性繊維タイプ材料であるを可とする。いずれの場合でも、マット材料８は圧縮可能であるが、モノリスサブストレート６、マット材料８および外チューブ４と組み合わせて圧縮されると、マット材料８からモノリスサブストレート６へ力を伝達し且つ等しい反力が外チューブ４に対して伝達される。

次に、図２を参照すると、力−時間曲線が示され、Ｙ（縦）軸はマット材料８からモノリスサブストレート６へ伝達される力を表し、Ｘ（横）軸は各種の時間、即ちマット材料８の圧縮時間（同じ深さの圧縮と仮定する）を表す。従って、第１曲線Ｃ１は、マット材料８を急速、即ちＴ１秒以内に圧縮すると、ピーク力、即ちＦ１に急速に到達する。ここで、Ｆ１はモノリスサブストレート６を破壊又は破断するのに必要な力より大きいか、又は製造者により許された圧力より高いかも知れない。しかし、もしマット材料を長時間、即ちＴ２秒間にわたり圧縮し且つ同じ変形を生じさせる場合には、第２曲線Ｃ２に示す如く、より小さいピーク力Ｆ２に到達する。最後に、マット材料８を同じ変形となるように更に長い時間、即ちＴ３秒間にわたり圧縮すると、第３曲線Ｃ３に示す如く、ピーク力Ｆ３に到達する。このことから理解される如く、全て希望する最終結果に応じて、任意の時間および変形が加えられ且つ収容可能である。

従って、モノリスのジェオメトリ（寸法形状）が異なる毎に、モノリスサブストレート６のピーク破壊力を測定し、モノリスサブストレート６に対する圧力（psi）が製造中に最大閾値（スレッショールド）を超えないようにする。所定のモノリスサブストレート６および製造仕様に対して、サイクルタイムを最小にして、最も効率的なプロセスとなるようにする。また、ここに説明するプロセスによると、力および／又は圧力を測定し、このプロセスを反復する。

例えば、触媒コンバータの一般的又は典型的な製造仕様によると、製造プロセスの完了後に、３０psiの最低圧力がマット材料８およびモノリスサブストレート６間に存在し、しかも、製造プロセス中にマット材料８およびモノリスサブストレート６間のピーク圧力が１００psiを超えないことが必要である。従って、この特定製造仕様に対し、且つ図２に関して説明したテストによる破壊圧力を知ることにより、マット材料８を圧縮する時間を最小にしてサイクルタイムを減少させ、しかも製造プロセス中にモノリスサブストレート６が決して破壊しないよう又は設定されたエンジニアリング仕様より高い圧力にならないように保証する製造プロセスを確立することが可能である。力曲線Ｃ１〜Ｃ３の何れでも、マルチプルステップ（多段階）プロセスが可能である。換言すると、マット材料８およびモノリスサブストレート６間にて行われる圧縮は、１ステップ又は複数ステップであってもよく、ここでサブコンポーネント（製造中のコンポーネント）は、ステーションを順次移動させる。

次に、図３および図６〜図８を参照して、本発明の１つのバージョンによるプロセスについて説明する。図３を参照して、マット材料８にて包囲されたモノリスサブストレート６をローディング（挿入）するローディング装置５０について説明する。このローディング装置５０は、外チューブの位置決めを行う中央のＵ字状ローディング（挿入）ステーション５２を備え、両端のＵ字状ローディングステーションの両端に取り付けられたゲージ装置５４を含んでいる。このゲージ装置５４について説明する。これら両ゲージ装置５４は、同一であるが相互に鏡像関係であるので、一方の装置のみについて説明する。これらのゲージ装置５４は、本発明において外チューブ４内のマット材料８およびモノリスサブストレート６を助け、マット材料８がモノリスサブストレート６に加える力および／又は圧力を測定する。

また、図３に示す如く、ゲージ装置５４は、一般に垂直プラテン部５６およびこのプラテン部５６に取り付けられたブラケット部５８を含み、更にその拡張としてシリンダスタンド６０を含んでいる。後述する如く、シリンダ機構６２がシリンダスタンド６０に取り付けられている。このゲージ装置５４は、複数の圧力ローラアセンブリ６４を更に含んでいる。好適実施例において、この圧力ローラアセンブリ６４は、テーパ付きリードイン（導入）部材６６の周囲にラジアルアレイとして配置されている。次に、図５を参照して、挿入（ゲージ）装置５４を詳細に説明する。ブラケット部５８は、垂直壁部６８および側壁部７２を有するＵ字状壁部７０を含んでいる。垂直壁部６８は開口７４を含み、この垂直壁部６８は、後述の如くテーパ付き開口７６内へ、その後圧力ローラアセンブリ６４に向けて進む。

また、図５を参照すると、シリンダ機構６２は、気圧又は液圧シリンダであるを可とし、ロッド部８２およびプッシャ（押圧）部８４を有するシリンダ部８０を含んでいる。プッシャ部８４は、Ｕ字状壁７０内に位置し、しかもテーパ付き開口７６と実質的に軸方向に位置合わせされている。最後に、圧力ローラアセンブリ６４もまた作用的にローラ９４に結合されたロッド部９２を有するシリンダ部９０を含んでいる。ローラ９４は、（図３に最もよく示す如く）円弧状の輪郭を有し、ローラ９４の円弧状とラジアルアライメントし且つ一致し、実質的に円形断面を有する。

図７を参照すると、スピンニング装置１００が示され、このスピンニング装置１００は、従来のスピンニング装置に共通のチャックジョウ（把持手段）１０２を含んでいる。これらのチャックジョウ１０２は、ラジアルライン上へ移動してスピンニング加工の円形部材を保持するようにする。チャックヘッド１０４は、一般にヘッドの前から見た際に時計（右）方向へ回転し、これを図７中に矢印で示す。ここで、（図示しない圧力アームで保持された）圧力ローラ１０６は、スピンニング加工のために外チューブ４の輪郭の外側に対して圧力を加え、且つそれ自身は回転軸に保持され、被駆動ローラであり駆動ローラではない。圧力ローラ１０６は、図７中に矢印で示す如く、長手軸の両方向へ移動可能であり且つ内側ラジアル方向へ移動し、これによりスピンニング加工される物体の直径を変化させる。

図３、図５、図７および図８を参照すると、本発明による触媒コンバータの第１製造方法を説明する。図３を参照すると、このステップ（段階）では単に直線筒状のチューブである外チューブ４等の物体は、Ｕ字状部５２内に配置でき、このチューブの両端は、リードイン部材６６と位置合わせされている。次に、包囲マット材料８を有するモノリスサブストレート６は、Ｕ字状壁部材７０内に配置され、これらＵ字状壁部材をシリンダ６２と位置合わせする。この時点で、再度図２を参照して、マット材料の変形はモノリスサブストレート６上に加えられる力および圧力特性を決定することを思い起こされたい。

従って、理解される如く、制御機構１１０が含まれ、シリンダ６２および圧力ローラアセンブリ６４の速度を制御し、且つモノリス上の力／および圧力を記録する。圧力ローラアセンブリ６４は駆動されると、各種ローラ９４の内側ラジアル方向へ移動を生じさせる。例えば、ケーブル１１２を介する入力データは、ラジアル運動、従って圧縮の制御に使用される。同時に、出力データは、力データにより収集され、ピーク圧力を超えないように保証し且つ加えられた力を知る。この出力データは、制御機構および、その後にスピンニング装置へフィードフォワードされ、全体圧力が仕様内に収まることを保証する。入力／出力データは、シリンダ６２およびその結果得られるシリンダロッド８２およびプッシャ部材８４の速度制御および測定に使用される。従って、プッシャ部材８４の速度は、テーパ付き開口７６および複数のローラ９４に対してマット材料８が如何に早く圧縮されるかを決定する。テーパ部材６６にマット材料８の外チューブ部材４内への進入中に、更なる圧縮が存在する。しかし、モノリスサブストレート６の圧縮および力特性の全てが決定され、制御プロセスの変数は、シリンダロッド８２の速度のみであり、同じ結果が製造中に連続して再現され、商業的に受け入れ可能なサイクルタイムを設定する。また、このデータは、制御機構およびその後にスピンニング装置へフィードフォワードされる。

図３に示す如く、２個のモノリスサブストレート６が外チューブ４の両端から同時に挿入され、両モノリスを相互に隣接させる。しかし、モノリス部材の数は、本発明に必須事項ではなく、複数のモノリス部材を挿入しても又は単一の長いモノリスサブストレート６が挿入可能であることが理解できよう。

プロセスサイクルのこの時点において、２個のモノリス部材が外チューブ４内に予めインストールされ且つ予めストレスされ且つＵ字状部材５２から取り除かれ、そして図７および図８に示すスピンニング装置に移動されることが理解されよう。また、理解される如く、外チューブ４内でマット材料８およびモノリスサブストレート６間に予めストレスが与えられると、マット材料８はモノリス上に十分な圧力を有しない。その後、マット材料８の力およびその結果得られる圧力は、部分的に力曲線Ｃ１、Ｃ２又はＣ３による。同時に、完全な力／圧力が加えられる前に、シリンダ６２および圧力ローラアセンブリ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および１１４を介して制御機構にフィードフォワードされている。これにより、図２の選択された曲線に従ってスピンニングプロセスの残りを制御する。

次に、図７を参照すると、外チューブ４、モノリスサブストレート６およびマット材料８の組合せは、スピンニング装置１００に挿入され、チャックジョウ１０２内に捕らえられる。次に、スピンニング加工プロセスによると、スピンニング加工ヘッド１０４は、その最高速度に向けてスピン（回転）を開始する。これにより、圧力ローラ１０６は、外チューブ４の前端、即ちヘッド１０４から突出しているチューブ端において、この外チューブ４に圧力を加え始める。図７に示す如く、スピンニング加工プロセスは、外チューブ４の直径を、直径Ｄ１、即ちその初期直径から直径Ｄ２へ縮小して、収縮された端部３０を提供する。この全体プロセスは、ラジアル深さおよび軸速度の両方において、ケーブル１１６を介して制御機構にフィードフォワードされた入力データに基づいて実行される。

理解される如く、図７のプロセスステップにおいて、外チューブ４はスピンニング加工ヘッド１０４にチャック（把持）されているという事実により、外チューブ４の全長がこのステップでスピンニング加工されない。むしろ、チューブ４が略図７に示す形状にスピンニング加工された後、スピンニング加工ヘッド１０４が停止し、部分的にスピンニング加工する外チューブはヘッドから取り外し、その周りにフリップされ、外チューブの完成された部分がヘッドに挿入される。これにより、外チューブ４の残りの部分は、先にスパンされたと同じ寸法にスパンされる。また、理解される如く、スピンニングプロセス、即ち直径をＤ１からＤ２にする工程は、マット材料８を外チューブ４およびモノリスサブストレート６間に圧縮する。また、図２に示す力−時間曲線による圧縮時間は、スピンニング加工プロセスに関連するローラ１０６の軸速度に関連して校正されることが理解できよう。換言すると、スピンニング加工プロセスにおけるローラ１０６の移動軸速度が早ければ、モノリスサブストレート６上のマット材料８の力特性が曲線Ｃ１〜Ｃ３のうちどの曲線に従うかを決める。

次に、図４および図６を参照して、触媒コンバータの代替え製造方法について説明する。図４に示す如く、挿入機構１５０は、一般にＵ字状チューブホルダ（保持装置）１５２およびこのＵ字状ホルダ１５２の反対端に取り付けられた挿入機構１５４を含んでいる。Ｕ字状ホルダ１５２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および液圧シリンダ１６２を含んでいる。垂直プラテン１５６は、圧縮部材１６４を保持する。次に、図６を参照すると、圧縮部材１６４は、半円筒状圧縮ジョウ１９４に取り付けられたロッド１９２を有する気圧シリンダ１９０を含んでいる。これら圧力ジョウ１９４は、テーパ付きリードイン部材１６６およびＵ字状チューブホルダ１５２と位置合わせされている。

図４に示す挿入機構１５０の実施例は、次のプロセシングによる図７および図８に示す同様のスピンニング機構１００にも使用可能である。先ず、外チューブ４をＵ字状ホルダ１５２内に配置し、シリンダ１６２はモノリスサブストレート６およびマット材料８をそれぞれ圧縮ジョウ１９４内に移動させる。モノリスサブストレート６が圧縮ジョウ１９４内に横方向に位置合わせされると、シリンダ１９０が駆動され、モノリスサブストレート６を包囲するマット材料を圧縮させる。再度、この圧縮およびその時間は、選択シーケンス、即ち図２に示す特性曲線Ｃ１〜Ｃ３の何れかにより行われる。マット材料８が所定位置へ圧縮されると、シリンダ１６２は再度駆動され、モノリスサブストレート６を、テーパ部材１６６を介して外チューブ４内に移動させる。この時点で、ローディングされた外チューブ４およびモノリス部材は図７および図８に示すスピンニング装置１００へ移動され、上述と同様に処理される。理解される如く、入力／出力データは、上述した方法と同様の方法で再度使用される。

次に、図９乃至図１４を参照して、スピンニング加工プロセスの他の方法について説明する。ここでは、参照符号１２および２０で示す如き内部熱シールドを外チューブ内４に配置するのが好ましい。先ず、図９に示す如く、熱シールド１４を外チューブ４の開放端内に、図１０に示すモノリス部材６の位置の近傍へ挿入する。図１１に示す如く、スピンニング加工プロセスが開始し、外チューブ４の延出部分をスピンニング加工し、テーパ部３０が熱シールド１２の断面と略一致するテーパとなり、これに適合するように形成される。前述したスピンニング加工プロセスと同様に、部分的にスピンニング加工された外チューブ４は１８０°回転させて、図１２に示す位置とし、他の熱シールド部材２０を受け入れ且つ外チューブ４内の図１３に示す位置へ挿入される。スピンニング加工プロセスを継続して、外チューブ４の外径と共に熱シールド２０に隣接するテーパ部３２をスピンニング加工する。

次に、図１５乃至図１７を参照して、本発明の更に他の方法を説明する。この方法は、ブラケット部２５８の両端に配置されたシリンダアセンブリ２６２を含むローディング装置２５０を含んでいる。しかし、この方法では、圧縮ローラ又は圧縮ジョウによる予備圧縮は行われない。その代わり、モノリス部材６は、外チューブ部材４´の中間部へ移動される。ここで、外チューブ４´の直径Ｄ３は、Ｄ１より僅かに小さい。次に、外チューブ４´とモノリス部材６のプレアセンブリを図１６および図１７に示すスピンニング装置１００へ移動させ、図２に示す力圧縮シーケンスの１つに従ってスピンニング処理する。理解される如く、マット材料８およびモノリス部材６には殆んどプレストレスが与えられていないという事実により、圧縮力の全て、即ち力曲線Ｃ１〜Ｃ３の全ての曲線が、図１６および図１７のスピンニング加工プロセスにて加えられ得る。

この方法は円形又はシリンダ状のチューブについてのみ図示したが、非円形チューブでも可能である。その場合には、挿入装置は、図４および図５を参照して示したのと同様の変更した圧縮ジョウを含み、これら圧縮ジョウは、非円形物体に対応する寸法にされる。外チューブ全体の更なる圧縮を使用し、ここではインクリメンタル（変分）圧縮によりマット圧縮サイクルを完了させる。このデバイスについては、図１８乃至図２２において更に言及される。

図１８には、ゲージ部材２５４が図示され、マット材料８およびモノリス部材６の組合せを受け入れる。そして、図１９に示す如く、このマット材料８およびモノリス部材６の組合せを所定の圧縮率で圧縮する。この情報、即ちモノリスから収縮ダイへ加えられた力およびマット材料８およびモノリス部材６の組合せが圧縮された直径は、制御機構１１０へ供給（又は入力）される。この情報は、収縮ダイ３００（図２０参照）へフィードフォワードされる。ここで、マット材料８およびモノリス部材６の組合せは、外チューブ４内に配置でき、そして収縮ダイ３００内に配置される。ゲージ部材２５４から情報、即ちゲージに加えられた圧力（これはモノリス部材６に加えられた力と一致する）と共にマット材料８が圧縮された直径が、使用されるマット材料８の特定力特性と共にフィードフォワードされると、収縮ダイ３００は、外チューブ４の組合せに更に如何なる圧縮を必要とするかを正確に決定することが可能である。

例えば、図２３に示す如く、３種類の異なるマット材料で試験して、所定の力を得るために圧縮される必要のある寸法を決定した。図２４は、厚さ１２ｍｍのマット材料を圧縮して種々の力を得るための圧縮の寸法を示すグラフである。

また、図２５乃至図２７は、特定のマット材料の推定データを示すグラフである。ここで、図２５は、一定速度の変形を与えるマット材料の圧力対時間特性を示す。しかし、もし変形又は、例えば図２０乃至図２２による収縮を加速すると、図２６に示す如く、収縮ダイ３００を減速させることにより、ピーク圧力を除き、図２５の圧力曲線におけるスパイクを完全に除くことが可能である。この減速は、図２７に顕著に示される。

従って、上述したゲージ部材５４、１５４又は２５４のどの実施例においても、ゲージステーションでマット材料に加えられる収縮又は変形を、ゲージに加えられる力と共に測定可能であるという効果又は利点を有する。上述した如く、この力は、モノリス部材に加えられる力と同じである。従って、制御機構１１０は、使用される各マット材料に対してプレロードしたデータを有し、従って上述の如くこのデータを収集し、力曲線と比較してモノリスへ特定の力を実現し、これにより加えられる変形の変化を知ることが可能である。また、上述の如く、モノリスサブストレートは、＋３ｍｍから−１ｍｍの許容誤差を有する。そこで、直径の変化が＋３ｍｍから−１ｍｍの４ｍｍ（即ち、モノリスサブストレートの直径の変化範囲）では、マット材料およびモノリスサブストレートを所定直径に圧縮又は変形させると、マット材料およびモノリスサブストレートに加えられる力に劇的な結果が生じ、決して受け入れられないということが容易に理解できよう。

以上、本発明による触媒コンバータおよびその製造方法の好適実施例について詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて、種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

本発明により製造された触媒コンバータの好適実施例の断面図である。 マット材料の圧縮における仮想力−時間特性曲線図である。 モノリスサブストレートを触媒コンバータチューブ内にローディングするためのゲージ装置の第１実施例を示す図である。 図３に示すものと同様のゲージ装置の第２実施例を示す図である。 図３に示すゲージ装置の拡大図である。 図４に示すゲージ装置の拡大図である。 外チューブの直径を更に縮小する装置およびその第１処理工程を示す図である。 図７の工程の後続工程を示す図である。 熱シールドが両端に配置される触媒コンバータの製造シーケンスを示す図である。 熱シールドが両端に配置される触媒コンバータの製造シーケンスを示す図である。 熱シールドが両端に配置される触媒コンバータの製造シーケンスを示す図である。 熱シールドが両端に配置される触媒コンバータの製造シーケンスを示す図である。 熱シールドが両端に配置される触媒コンバータの製造シーケンスを示す図である。 熱シールドが両端に配置される触媒コンバータの製造シーケンスを示す図である。 触媒コンバータを組み立てる代替工程を示す図である。 触媒コンバータを組み立てる代替工程を示す図である。 触媒コンバータを組み立てる代替工程を示す図である。 外チューブの直径を縮小させる縮小ダイを含む装置の他の実施例を示す図である。 外チューブの直径を縮小させる縮小ダイを含む装置の他の実施例を示す図である。 外チューブの直径を縮小させる縮小ダイを含む装置の他の実施例を示す図である。 外チューブの直径を縮小させる縮小ダイを含む装置の他の実施例を示す図である。 外チューブの直径を縮小させる縮小ダイを含む装置の他の実施例を示す図である。 各力レベルを得る３種のマット材料の変形を示す表図である。 図２３に示す３種のマット材料の厚さ‐力特性を示すグラフである。 定縮小速度における圧力−時間経過データを示すグラフである。 可変縮小速度でのモノリスサブストレートへの圧力を示すグラフである。 縮小速度‐時間特性を示すグラフである。

符号の説明

２ 触媒コンバータ
４ 外チューブ
６ モノリスサブストレート（モノリス部材）
８ マット材料
１０ 端部シール部材
１２ 第１熱シールド
２０ 第２熱シールド
２２ ネックダウン部
５０、２５０ ローディング装置
５４、１５４、２５４ ゲージ装置
６２ シリンダ
９２ ローラ
１００ スピンニング装置
１１０ 制御装置
１５０ 挿入機構

Claims (16)

1. 外チューブ（４）、モノリスサブストレート（６）および該モノリスサブストレートを包囲するマット材料（８）により構成され、前記モノリスサブストレートおよび前記マット材料が前記外チューブ内で圧縮される触媒コンバータの製造方法において、
   前記モノリスサブストレートおよび前記マット材料を予圧縮および２次圧縮の２段階で圧縮し、前記２次圧縮は前記モノリスサブストレートおよび前記マット材料の周りで前記外チューブを圧縮する工程と、
   前記モノリスサブストレートおよび前記マット材料の組合せの力−時間特性データを前記予圧縮段階で測定する工程と、
   前記測定した力−時間特性データに基づいて、前記モノリスサブストレートに加わる圧力が前記モノリスサブストレートを破壊する最大閾値を超えず且つサイクルタイムが短い適切な圧縮シーケンスを選択する工程と、
   前記外チューブ、前記モノリスサブストレートおよび前記マット材料の組合せを前記選択された圧縮シーケンスに従って前記２次圧縮段階で圧縮する工程と、
   を備えることを特徴とする触媒コンバータの製造方法。
2. 前記測定した力−時間特性データは、前記２次圧縮段階へフィードフォワードされ、前記モノリスサブストレートに対する圧力が製造中に最大閾値を超えないように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. 前記モノリスサブストレートおよび前記マット材料は、前記予圧縮段階でラジアル圧縮され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. 前記マット材料および前記モノリスサブストレートは、圧縮ステーションで前記予圧縮中にラジアル圧縮されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の触媒コンバータの製造方法。
5. 前記マット材料および前記モノリスサブストレートは、ローラによりラジアル圧縮されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の触媒コンバータの製造方法。
6. 前記外チューブは前記２次圧縮段階で内方にラジアル変形され、前記外チューブ、前記マット材料および前記モノリスサブストレートの組合せを圧縮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。
7. 前記外チューブは、圧縮スエージ加工によりラジアル変形されることを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータの製造方法。
8. 前記外チューブは、該外チューブ、前記マット材料および前記モノリスサブストレートの組合せを圧縮装置でスピンニング加工することにより前記外チューブの直径を縮小することを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータの製造方法。
9. 前記マット材料および前記モノリスサブストレートは、前記外チューブ内へ長手方向に挿入され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。
10. 前記マット材料および前記モノリスサブストレートは、前記予圧縮中に圧縮ステーションでラジアル圧縮されることを特徴とする請求項９に記載の触媒コンバータの製造方法。
11. 前記マット材料および前記モノリスサブストレートは、前記予圧縮中にローラによりラジアル圧縮されることを特徴とする請求項１０に記載の触媒コンバータの製造方法。
12. 前記外チューブの両端をネックダウンして小断面にする工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の触媒コンバータの製造方法。
13. 前記外チューブの両端は、スピンニング加工によりネックダウンされ、前記両端の直径が前記外チューブの残りの部分より小直径になるようにすることを特徴とする請求項１２に記載の触媒コンバータの製造方法。
14. 前記スピンニング加工の前に、漏斗状の熱シールドを前記外チューブの両端から前記モノリスサブストレートの端部に挿入し、前記外チューブをスピンニング加工して前記モノリスサブストレートの両端を前記熱シールドの断面と一致させ、前記熱シールドを所定位置に保持することを特徴とする請求項１３に記載の触媒コンバータの製造方法。
15. 前記マット材料および前記モノリスサブストレートは、予圧縮され、その後前記外チューブの端部に長手方向へ挿入され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。
16. 請求項１乃至１５の何れかに記載の触媒コンバータの製造方法を実施する触媒コンバータの製造装置において、
    前記マット材料および前記外チューブで包囲された前記モノリスサブストレートを圧縮する圧縮手段と、
    前記圧縮手段による圧縮動作時に前記マット材料が前記モノリスサブストレートに加える力を測定するゲージ装置と、
    前記ゲージ装置の出力データに基づいて前記圧縮手段による前記圧縮動作時に前記モノリスサブストレートに加える力および該力が加えられる時間を制御して適切な圧縮シーケンスに追従させる制御手段と
    を備えることを特徴とする触媒コンバータの製造装置。

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