JPH09234377A - 触媒担体の製造方法および排気系部材 - Google Patents

触媒担体の製造方法および排気系部材

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JPH09234377A
JPH09234377A JP8350230A JP35023096A JPH09234377A JP H09234377 A JPH09234377 A JP H09234377A JP 8350230 A JP8350230 A JP 8350230A JP 35023096 A JP35023096 A JP 35023096A JP H09234377 A JPH09234377 A JP H09234377A
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雅幸 糟谷
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忠幸 大谷
Hitoshi Ota
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マットを巻き付けたハニカム体を収納したケ
ーシングを縮径加工し、その後コーンを成形することに
より、マットに対する排ガス流接触を少なくして損傷を
抑制し耐久性を向上する。縮径後の外周面形状の良好な
ケーシングを得る。 【解決手段】 非膨張マットを巻付けたハニカム体を挿
入した筒状ケーシングを全長に亘って所定サイズに縮径
し、非膨張マットを圧縮し、ハニカム体を変形させずに
保持した後、ケーシングのハニカム体端部近傍より端部
側を加工してコーン部を成形する。また、内周にテーパ
ー面を有する筒状のダイスと、ダイスの内周に沿って輪
状に配置され、ダイス内を摺動して接離する複数の分割
された圧縮片からなる治具とを有する圧縮装置を用い、
隣接する各圧縮片の間の間隔を１０mm以下として縮径加
工する。また、摩擦圧接によりコーン部を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の排ガスを浄化するために、排ガス系に設置される触媒
コンバーターに関し、筒状ケーシング内にメタルハニカ
ム体またはセラミックハニカム体を保持した触媒担体の
製造方法、および該触媒担体からなるまたは該触媒担体
を使用してなる排気系部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車エンジン等、内燃機関の排ガスを
浄化するために排ガス系に設置される触媒担体には、セ
ラミックハニカム体やメタルハニカム体が用いられる。
これらハニカム体は、筒状のケーシング内に保持されて
エキゾーストマニホールド等の排ガス系に接続される。
セラミックハニカム体はメタルハニカム体に比べて強度
が小さく、振動や衝撃に対して弱い。そのためケーシン
グ内に支持する際には、ケーシングから伝達されるこれ
らの外力を緩和するために、耐熱性樹脂マットあるいは
シール材等の保持部材で被覆されている。
【０００３】一方、メタルハニカム体は１mm以上の厚さ
を有するケーシング（外筒とも呼ばれる）に挿入し、ハ
ニカム体の外周とケーシングの内周をロウ材等で固定
し、このケーシングを排ガス系に溶接等の手段で接続す
る方法が採られているほか、セラミックハニカム体と同
様、ケーシング内に耐熱性樹脂マットあるいはシール材
等の保持部材を介して固定する方法も採用されている。
【０００４】ハニカム体を保持部材を介してケースに固
定する方法には多くの提案がある。例えば特開平７−７
７０３６号公報には、保持部材として非膨張性セラミッ
ク繊維マットを内周に配置したケース内にセラミックハ
ニカム体を押込む方法（押込み法）、セラミックハニカ
ム体を挿入したケースを巻締める方法（巻締め法）、あ
るいはシェルを軸方向に二分割した形状の一対のシェル
片を組み合わせ、これに前記ハニカム体を挿入して組付
けし、シェル片に設けた鍔を溶接してクラムシェル構造
とする方法（クラムシェル法）が提案されている。
【０００５】しかしながら、押込み法はハニカム体を押
込む（圧入する）際にマットがめくれてスムーズな挿入
ができず、マットの破損が起きることがあり、また巻締
め法では均一な巻締めが難しく、マットやハニカム体へ
の面圧が必ずしも均一にならない等の問題があり、さら
にクラムシェル法は、ハニカム体の外周にマットを組付
けた後にケーシングを溶接して固定するためにマットを
損傷したり、付合わせ部に隙間ができて機密が保てない
おそれがある。
【０００６】また特開平２−２６８８３４号公報には、
ケーシングに収納したハニカム体を複数のセグメントよ
りなる引込み治具に収め、これをダイスに引込んでケー
シングとハニカム体を同時に圧縮し縮径加工する方法が
提案されている。この方法によると、ケーシングとハニ
カム体とが同時に圧縮されるため、縮径の程度によって
は、ハニカム体に座屈あるいは破損等の変形が生じるこ
とがある。
【０００７】前記特開平２−２６８８３４号公報の担体
は、ケーシングとメタルハニカム体が一体に成形されて
いるが、セラミックハニカム体を収納するケーシングを
圧縮（縮径）加工する方法も提案されている。すなわち
特開昭６４−６０７１１号公報には、図２３に示すよう
に、セラミックハニカム体２１の外周中央部分ａに、該
ハニカム体を囲む支持マット２２を設け、このハニカム
体２１を収納した管状ボディ（コーン一体型ケーシン
グ）２３の中央部分を半径方向に縮径して圧縮部ｂと
し、支持マット２２を圧縮してケーシング内にセラミッ
クハニカム体２１を支持する触媒コンバータを開示して
いる。
【０００８】この触媒コンバータによれば、ケーシング
２３の縮径加工した中央部分の圧縮部ｂの端部から縮径
加工していないコーン８ａ，８ｂ部方向ではハニカム体
２１外周とケーシング２３内周との間隙９が大きく、ガ
スの突当たり部が形成され、すなわちこれが排ガスの入
側に位置する場合には、マット端面に排ガス流れが直接
作用してマットを損傷し、飛散することがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来の問題点を解決するものであって、筒状ケーシング
内にメタルハニカム体またはセラミックハニカム体をマ
ットを介して保持した触媒担体において、ハニカム体の
変形やマットの損傷を的確に防止するための製造方法、
およびおよび該触媒担体からなるまたは該触媒担体を使
用してなる排気系部材を提供することを目的とする。
【００１０】すなわち本発明法は、コーン成形部を有す
る長尺筒状ケーシングを用い、保持部材としてマットを
巻き付けたメタルハニカム体またはセラミックハニカム
体を収納した前記ケーシング全体を縮径加工し、その後
コーンを成形することにより、保持部材に対する排ガス
流の接触を少なくして損傷の発生を抑制するとともに、
耐久性の向上するコーン部一体成形触媒担体を得ること
を目的とする。
【００１１】また本発明法は、保持部材としてマットを
巻き付けたメタルハニカム体またはセラミックハニカム
体を筒状ケーシングに挿入した後、該ケーシングを縮径
するに際し、ハニカム体に座屈あるいは破損等の変形が
生じるのを確実に防止するとともに、外周面の寸法形状
の良好なケーシングを得ることを目的とする。
【００１２】さらに本発明法は、上述した外周面の寸法
形状が良好な筒状ケーシングを用いることによって、保
持部材に対するガスアタックを抑制するとともに、保持
部材のずれを防止し、耐久性の向上する触媒担体を得る
することを目的とする。
【００１３】また本発明部材は、耐久性の向上した触媒
担体を有するうえ、自動車エンジンなどの排ガス系に対
する接続が容易かつ確実な排気系部材を提供することを
目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１発明法は、少なくとも軸方向一端側にコ
ーン成形部を有する長尺筒状ケーシング内に、外周側の
軸方向両端部分を露出し中間位置に非膨張マットを厚め
に巻き付けたハニカム体を挿入した後、この長尺筒状ケ
ーシングを全長に亘って所定サイズに縮径するととも
に、前記非膨張マットを圧縮せしめ、前記ハニカム体を
変形させずに保持した後、この長尺筒状ケーシングのハ
ニカム体端部近傍より端部側の前記コーン成形部をネッ
キング加工してコーン部を成形することを特徴とする触
媒担体の製造方法である。
【００１５】そして、内周にテーパー面を有する筒状の
ダイスと、該ダイスの内周に沿って輪状に配置され、該
ダイス内を摺動して接離する複数の分割された圧縮片か
らなる治具とを有する圧縮装置を用い、前記輪状に配置
された各圧縮片の内側に長尺筒状ケーシングを収納した
後、前記各圧縮片を摺動させ該各圧縮片からなる輪を狭
めることで該ケーシングを縮径するに際し、該各圧縮片
と該ケーシングの周面とが接触するときの、隣接する各
圧縮片の間の間隔を１０mm以下とすることが好ましい。
【００１６】さらに、長尺筒状ケーシングのコーン部の
始端部が、ハニカム体の端面の外周部近傍になるように
コーン部を形成し、該ケーシングとハニカム体端面との
間隙を縮小することが好ましい。さらにまた、長尺筒状
ケーシングが軸方向一端側にのみコーン成形部を有し、
コーン成形部を有しない他端には、縮径後、摩擦圧接に
よりコーン部を接合することが好ましい。
【００１７】また本発明の第２発明法は、筒状ケーシン
グ内に、外周部の軸方向両端部分を露出し中間位置に非
膨張マットを巻き付けたハニカム体を挿入した後、内周
にテーパー面を有する筒状のダイスと、該ダイスの内周
に沿って輪状に配置され、該ダイス内を摺動して接離す
る複数の分割された圧縮片からなる治具とを有する圧縮
装置を用い、前記輪状に配置された各圧縮片の内側に、
前記非膨張マットを巻き付けたハニカム体を挿入した筒
状ケーシングを収納し、前記各圧縮片を摺動させ該各圧
縮片からなる輪を狭めることで該ケーシングを縮径する
に際し、該各圧縮片と該ケーシングの周面とが接触する
ときの、隣接する各圧縮片の間の間隔を１０mm以下とす
ることにより、該筒状ケーシングを全長に亘って所定サ
イズに縮径加工するとともに、前記非膨張マットを圧縮
せしめ、前記ハニカム体を変形させずに保持することを
特徴とする触媒担体の製造方法である。そして、縮径加
工後の筒状ケーシングの軸方向一端または両端に、摩擦
圧接によりコーン部を接合することが好ましい。
【００１８】つぎに、上記目的を達成するための本発明
の第１発明部材は、筒状ケーシング内に、非膨張マット
を巻き付けたハニカム体が挿入され、該筒状ケーシング
は全長に亘って所定サイズに縮径されて前記非膨張マッ
トを圧縮し、前記ハニカム体を変形させずに保持してお
り、かつ該筒状ケーシングの軸方向一端側にはコーン部
が成形され、他端にはコーン部または排ガス系部材が接
合されていることを特徴とする排気系部材である。そし
て、コーン部または排ガス系部材が摩擦圧接により接合
されていることが好ましい。
【００１９】また本発明の第２発明部材は、筒状ケーシ
ング内に、非膨張マットを巻き付けたハニカム体が挿入
され、該筒状ケーシングは全長に亘って所定サイズに縮
径されて前記非膨張マットを圧縮し、前記ハニカム体を
変形させずに保持しており、かつ該筒状ケーシングの軸
方向両端にコーン部または排ガス系部材が接合されてい
ることを特徴とする排気系部材である。そして、コーン
部または排ガス系部材が摩擦圧接により接合されている
ことが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】まず、第１発明法について説明す
る。図１は本発明の加工前の長尺筒状ケーシング１を示
す。ケーシング１は耐熱性金属からなり、軸方向端部に
コーン成形部１ａ，１ｂを一体に連設し、加工後排ガス
系に連結されるものである。コーン成形部１ａ，１ｂ
は、少なくとも一方があればよい。ケーシング１の形状
は、円、楕円、角型等種々あり、使用目的に応じて選択
できるが、以下の説明は直径（内径）Ｄ1 の円筒形ケー
シングについて行う。
【００２１】図２は、ハニカム体３と、その外周に保持
部材として被覆した非膨張マット４で構成する担体を示
す。ハニカム体３としては、メタルハニカム体またはセ
ラミックハニカム体を採用することができる。メタルハ
ニカム体とする場合、ＣｒおよびＡｌを含有する耐熱鋼
よりなる平箔と、該平箔を波付け加工した波箔とを重ね
合わせて渦巻状に巻回し、巻回した平箔と波箔の山谷部
で接合した外径Ｄ2 の構成とすることができる。非膨張
マット４は、ハニカム体３の軸方向両端の露出部３ａ，
３ｂを除いた中間位置に被覆している。
【００２２】非膨張マット４は、排ガスで加熱されたと
き、膨張してハニカム体３に座屈あるいは破損等の変形
（以下、単に変形という）を生じさせることのないアル
ミナ等のセラミック繊維を用い、これをマット状に成形
したものを、ハニカム体３の中間位置、すなわちハニカ
ム体３の軸方向端部を露出部３ａ，３ｂとし、それらを
除いた部分に巻き付けて外径Ｄ3 の被覆部材とする。な
お、長尺筒状ケーシング１と非膨張マット４の直径の関
係をＤ1 ≧Ｄ3 とするのが組み立て作業をスムーズにす
るために好ましい。
【００２３】図３は非膨張マット４を被覆したハニカム
体３を長尺筒状ケーシング１の中央部に収納した場合を
示す。前記したように、Ｄ1 ≧Ｄ3 の関係にあると長尺
筒状ケーシング１へのハニカム体３の挿入はスムーズで
あり、非膨張マット４を損傷することがない。
【００２４】このような非膨張マット４を被覆したハニ
カム体３を挿入した長尺筒状ケーシング１は、全長にわ
たって所定サイズに縮径するとともに、非膨張マット４
を圧縮せしめ、ハニカム体３を変形させずに保持する。
そして、長尺筒状ケーシング１のハニカム体３端部近傍
より端部側のコーン成形部１ａ，１ｂをネッキング加工
して、例えば図６に示すように、コーン部６ａ，６ｂを
成形する。コーン成形部が片側の１ａまたは１ｂのみの
ときは、片側のみにコーン部６ａまたは６ｂを成形す
る。
【００２５】非膨張マット４を被覆したハニカム体３を
挿入した長尺筒状ケーシング１を全長にわたって縮径す
るには、図４に示すように、縮径装置５に導入するのが
好ましい。縮径装置５は、例えばテーパー状摺動面を持
つダイス５ａと、ダイス５ａ内を摺動して接離する複数
の分割された圧縮片５ｂを有する治具５ｃと、ハニカム
体３の位置決め用治具５ｅからなり、ダイス外部に上げ
て圧縮片５ｂを開き、ハニカム体３を収納した長尺筒状
ケーシング１を圧縮片５ｂ内に挿入してから治具５ｃを
引下げ、圧縮片５ｂをダイス面に沿って摺動させること
により隣接する圧縮片５ｂがそれぞれ近接し、長尺筒状
ケーシング１全体を圧縮する。図４はこの状態を示して
いる。
【００２６】複数の各圧縮片５ｂと長尺筒状ケーシング
１の外周面とが接触するとき、隣接する圧縮片５ｂ間の
間隔５ｄが１０mmを超えるように拡くして治具５ｃを引
下げると、隣接する圧縮片５ｂがそれぞれ近接して長尺
筒状ケーシング１を圧縮する際に間隔５ｄ部分に相当し
ていた該ケーシング部分がこの圧縮過程において座屈す
ることがある。ケーシングにこのような座屈を起こさな
いように縮径をさせるには、上記間隔５ｄが１０mm以下
になるように圧縮片を選択し治具を構成することが好ま
しい。そして間隔５ｄを６mm以下とするのがより好まし
い。
【００２７】このようにして、長尺筒状ケーシング１と
ともに非膨張マット４も圧縮され所望の径Ｄ4 に縮径さ
れる。しかし、ハニカム体３は非膨張マット４に緩衝さ
れ径Ｄ2 は変化しない。図５は縮径を完了した状態を示
す図であり、ケーシング１内周面とハニカム体３の外周
との間隔７が狭くなっている。
【００２８】さらに第１発明法において、長尺筒状ケー
シング１のコーン部６ａ，６ｂの始端部ｓが、ハニカム
体３の端面の外周部近傍になるようにコーン部６ａ，６
ｂを形成し、該ケーシング１とハニカム体３端面との間
隙を縮小することが好ましい。図６は長尺筒状ケーシン
グ１のコーン成形部（図１の１ａ，１ｂ）をネッキング
加工してコーン部６ａ，６ｂを設けた図を示し、コーン
一体型のケーシングにハニカム体３が収納された触媒担
体を形成している。図から分かるようにコーン部６ａ，
６ｂの成形始端部ｓはハニカム体３の端面外周３ｃに近
接しており、間隔７を狭めてこの部分への排ガスの流れ
込みを抑制する。
【００２９】図７は本発明の別の例であり、始端部ｓを
ハニカム体３端部の露出面３ａ側にしてハニカム体端面
外周３ｃに更に近接せしめて間隔７を一層狭め、この部
分への排ガスの流れ込みをより抑制する構造としてい
る。以上の説明ではケーシングのコーン成形部を軸方向
両端側に設けた例を示したが、本発明法はこれに限定さ
れず、一方側のみであってもよい。
【００３０】第１発明法のさらに好ましい態様により製
造した触媒担体の例を図８に示す。これは、図１におい
て、軸方向一端側にのみコーン成形部１ａを有する長尺
筒状ケーシング１を使用し、非膨張マット４を巻き付け
たハニカム体３を挿入後、全長にわたって縮径し、コー
ン成形部１ａの部分をネッキング加工してコーン部６ａ
を成形したものについて、他端には摩擦圧接によりコー
ン部６ｂを接合して製造したものである。ケーシング１
は縮径により真円度が向上しているので摩擦圧接に適し
ており、また摩擦圧接による工業的な生産性は優れてい
る。
【００３１】接合部１２には、図８に例示するように摩
擦圧接による圧接塊１３が形成される。圧接塊１３は図
１５の拡大図に示すような形状をしており、内面側の圧
接塊１３により非膨張マット４に対するガスアタックを
抑制することができる。さらに、接合部１２と非膨張マ
ット４の端面を近接させることにより、圧接塊１３で非
膨張マット４の軸方向へのずれを防止あるいは抑制する
ことができる。したがって、より耐久性の向上する触媒
担体を製造することができる。この場合、圧接塊１３の
高さは非膨張マット４の厚さの７０％以上とすることが
望ましい。
【００３２】つぎに第２発明法について説明する。図９
の例に示すように、非膨張マット４を巻き付けたハニカ
ム体３を筒状ケーシング２内に挿入する。ハニカム体３
としては、第１発明法と同様、メタルハニカム体または
セラミックハニカム体を採用することができる。非膨張
マット４は、第１発明法と同様の材質のものとし、ハニ
カム体３外周部の軸方向両端部分を露出部３ａ，３ｂと
し、露出部３ａ，３ｂの間の中間位置に巻き付けてい
る。
【００３３】筒状ケーシング２は、第１発明法における
ものと同様の耐熱性金属製で断面形状は円、楕円、角型
等とすることができるが、図１に示すようなコーン成形
部分１ａ，１ｂを有する必要はない。そして、筒状ケー
シング２の内径Ｄ1 と巻き付け後の非膨張マット４の外
径Ｄ3 との関係をＤ1 ≧Ｄ3 とするのが、組み立て作業
をスムーズにするために好ましい。
【００３４】このような非膨張マット４を被覆したハニ
カム体３を挿入した筒状ケーシング２は、第１発明法に
おけると同様、図４に示したような縮径装置５を用いて
全長にわたり縮径する。縮径に際しては、複数の各圧縮
片５ｂと筒状ケーシング２の外周面とが接触するとき、
隣接する圧縮片５ｂ間の間隔５ｄが１０mm以下となるよ
うに圧縮片５ｂを選択する。そして間隔５ｄを６mm以下
とするのがより好ましい。図１０は縮径後の状態を示
し、筒状ケーシング２の外径は所望の径Ｄ4 に縮径さ
れ、ハニカム体３は非膨張マット４に緩衝され外径Ｄ2
は変化しない。
【００３５】図４のような縮径装置５により、圧縮片５
ｂを８枚とし間隙５ｄを変化させて、ステンレス鋼管か
らなる筒状ケーシングの縮径成形テストを行った。間隙
５ｄは３mm、６mm、９mm、１２mmの４水準とした。筒状
ケーシングは、外径を８０mm、１２０mm、２００mmの３
水準、肉厚を１．２mmと１．５mmの２水準とし、縮径は
外径差（縮径前後の直径の差）０．５mmから７．５mmま
で０．５mmピッチで１５段階行った。
【００３６】縮径成形後の筒状ケーシング２の表面形状
を観察し、評価した結果を表１および表２に示す。評価
は、図１１（ａ）および（ｂ）のように筒状ケーシング
２表面の凹凸Δｈが０．１mm以下である場合を変形なし
として合格、Δｈが０．１mm超の場合を変形ありとして
不合格とした。
【００３７】上記縮径成形テストの結果、表１および表
２から分かるように、間隙５ｄが１０mm以下では、外径
差が大きい場合に不合格が出るものの、ほぼ安定した縮
径を行うことができ、間隙６mm以下では、全数が合格で
あった。ケーシングの肉厚は１．２mmと１．５mmで変わ
らず、また圧縮片５ｂの数を４枚および６枚とした場合
も同様の結果が得られた。なお、本テスト結果は筒状ケ
ーシングの長短に関係しない。
【００３８】したがって、第１発明の好ましい態様およ
び第２発明において、縮径装置５を用いて全長にわたり
縮径する際、複数の各圧縮片５ｂと筒状ケーシング２の
外周面とが接触するとき、隣接する圧縮片５ｂ間の間隔
５ｄを１０mm以下、より好ましくは６mm以下とした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】第２発明法により縮径を行った触媒担体を
自動車等の排ガス系に装着するとき、図１２のように排
ガス管１０の径が筒状ケーシング２の径と同程度であれ
ば直接接合する。また図１３のように排ガス管１０が筒
状ケーシング２よりも小径の場合は、別体のコーン部６
ａ，６ｂを介して接合する。図１２および図１３におい
て１１，１２は接合部を示し、接合は、溶接や摩擦圧接
等により行うことができる。
【００４２】第２発明法により縮径を行うと、ハニカム
体３を変形させることなく、かつ筒状ケーシング２の外
周面を所望の良好な寸法および形状にすることができ
る。特に円筒状の場合は真円となるので、図１３のよう
にコーン部６ａ，６ｂを摩擦圧接により容易に接合する
ことができる。そして、摩擦圧接による工業的な生産性
は優れている。
【００４３】特に、図１３の接合部１２を摩擦圧接によ
り接合した場合は、図１５の拡大図に示すような圧接塊
１３が形成されるため、内面側の圧接塊１３により非膨
張マット４に対するガスアタックを抑制することができ
る。さらに、図１４に示すように接合部１２と非膨張マ
ット４の端面を近接させることにより、圧接塊１３で非
膨張マット４の軸方向へのずれを防止あるいは抑制する
ことができる。したがって、より耐久性の向上する触媒
担体を製造することができる。この場合、圧接塊１３の
高さは非膨張マット４の厚さの７０％以上とすることが
望ましい。
【００４４】つぎに本発明の第１発明部材は、図８に示
す例のように、筒状ケーシング１内に非膨張マット４を
巻き付けたハニカム体３が挿入され、筒状ケーシング１
は全長に亘って所定サイズに縮径されて非膨張マット４
を圧縮し、ハニカム体３を変形させずに保持しており、
かつ筒状ケーシング１の軸方向一端側にはコーン部６ａ
が成形され、他端にはコーン部６ｂが接合されている。
図８の例は、摩擦圧接により接合部１２で接合されてい
るが、図１６の例のように溶接により接合部１１で接合
されていてもよい。またその他の接合手段によることも
できる。
【００４５】第１発明部材において、他端にはコーン部
６ｂに替えて排ガス系部材が接合されていてもよい。排
ガス径部材としては、自動車エンジン等の排ガス系を構
成する各種の排ガス管、フランジあるいはエキゾースト
マニホールド等が適用できる。排ガス管１０が接合され
た例を図１７、図１８に示す。図１７は摩擦圧接により
接合部１２で接合され、図１８は溶接により接合部１１
で接合されている。またエキゾーストマニホールド１４
が接合された例を図１９、図２０に示す。図１９は摩擦
圧接により、図２０は溶接によりそれぞれ接合されてい
る。さらにフランジ１５が接合された例を図２１、図２
２に示す。図２１は摩擦圧接により、図２２は溶接によ
りそれぞれ接合されている。これら各例において、その
他の接合手段によることもできる。
【００４６】このような第１発明部材は、ケーシング１
の軸方向一端側にはコーン部６ａがケーシング１と一体
的に成形され、他端にはコーン部６ｂあるいは排ガス管
１０、エキゾーストマニホールド１４、フランジ１５等
の排ガス系部材が接合されているので、自動車等への装
着が容易かつ確実である。そして、摩擦圧接により接合
されたものは図８、図１７、図１９および図２１に示す
ように、圧接塊１３により非膨張マット４に対するガス
アタック抑制でき、さらに非膨張マット４の軸方向への
ずれを防止あるいは抑制することも可能である。この場
合、圧接塊１３の高さは非膨張マット４の厚さの７０％
以上とすることが望ましい。
【００４７】また溶接により接合されたものは、図１
６、図１８、図２０および図２２に示すように、コーン
部６ｂ、排ガス管１０、エキゾーストマニホールド１
４、フランジ１５により、排ガス流が非膨張マット４に
直接当たるのを抑制することができる。したがって第１
発明部材は耐久性に優れている。
【００４８】また本発明の第２発明部材は、図１３に示
す例のように、筒状ケーシング２内に非膨張マット４を
巻き付けたハニカム体３が挿入され、筒状ケーシング２
は全長に亘って所定サイズに縮径されて非膨張マット４
を圧縮し、ハニカム体３を変形させずに保持しており、
かつ筒状ケーシング２の軸方向両端にコーン部６ａ、６
ｂが接合されている。図１３の例は、摩擦圧接により接
合部１２で接合されているが、溶接により接合されてい
てもよい。またその他の接合手段によることもできる。
なお図１３は、コーン部６ａ，６ｂが排ガス管１０に溶
接により接合された例を示しているが、排ガス管１０に
摩擦圧接で接合されていてもよく、また、第２発明部材
は排ガス管１０に接合されていなくてもよい。
【００４９】第２発明部材において、コーン部６ａ，６
ｂに替えて排ガス系部材が接合されていてもよい。排ガ
ス径部材としては、自動車エンジン等の排ガス系を構成
する各種の排ガス管、フランジあるいはエキゾーストマ
ニホールド等が適用できる。排ガス管１０が接合された
例は図１２のとおりである。図１２の例は溶接により接
合されているが、ケ−シング２と排ガス管１０を同一径
にして摩擦圧接により接合されていてもよい。エキゾー
ストマニホールド１４が接合された例としては、図１９
および図２０において、コーン部６ａがなく、その部分
にもエキゾーストマニホールド１４が接合されている。
フランジ１５が接合された例としては、図２１および図
２２において、コーン部６ａがなく、その部分にもフラ
ンジ１５が接合されている。
【００５０】第２発明部材は上記例に限らず、ケーシン
グ２の一端にコーン部６が接続され、他端にエキゾース
トマニホールド１４等の排ガス系部材が接続されていて
もよい。また一端にエキゾーストマニホールド１４、他
端に排ガス管１０のように、異なる排ガス系部材が接続
されていてもよい。さらに、一端または両端にコーン部
６を介して排ガス系部材が接合されていてもよい。
【００５１】このような第２発明部材も、自動車等への
装着が容易かつ確実である。そして摩擦圧接により接合
されたものは、圧接塊１３により非膨張マット４に対す
るガスアタックが抑制でき、さらに非膨張マット４の軸
方向へのずれを防止あるいは抑制することも可能であ
る。この場合、圧接塊１３の高さは非膨張マット４の厚
さの７０％以上とすることが望ましい。また溶接により
接合されたものは、コーン部６、排ガス管１０、エキゾ
ーストマニホールド１４、フランジ１５により、排ガス
流が非膨張マット４に直接当たるのを抑制することがで
きる。したがって第２発明部材も耐久性に優れている。
【００５２】
【実施例】
（第１発明法の例−１）：Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌ
合金のステンレス鋼箔からなる５０μｍ厚さの平箔と波
箔を重ねて巻回し、真空処理炉で平箔と波箔を接合し、
図２に示すように外径Ｄ2 ＝７０mm、長さ１００mmのメ
タルハニカム体３を製造した。メタルハニカム体３の周
囲に厚さ６mm、幅７０mmの非膨張マット４を巻き付け、
外径Ｄ3 ＝８２mmとし、厚さ１．５mm、内径Ｄ1 ＝８
３．５mm、長さ２００mmのフェライト系ステンレス鋼製
長尺筒状ケーシング１に挿入し、図３に示す中間成形体
とした。
【００５３】つぎに、図４に示す縮径装置５に前記中間
成形体を挿入し、長尺筒状ケーシング１を内径７６mmに
なるように縮径し、図５に示すような全体縮径完了品を
製作した。この時、縮径装置の圧縮片５ｂは４枚とし、
その幅は５２mmとして隣接する各圧縮片５ｂの間隔５ｄ
が６mmになるように初期設定し、縮径を実施した。縮径
後のケーシングの変形異常はなく、ハニカム体の座屈や
破損などの変形も発生しなかった。その後、図６に示す
ような形状に長尺筒状ケーシング１の両端をプレス加工
によってコーン部６ａ，６ｂを成形した。この結果、ハ
ニカム体とケーシング間の間隔７は３mmとなった。
【００５４】（第１発明法の例−２）：上記第１発明法
の例−１と同様にして製造した図５に示す全体縮径完了
品を用い、図７に示すような形状に長尺筒状ケーシング
の両端をプレス加工してコーン部６ａ，６ｂを成形し
た。ハニカム体とケーシングの間の間隔７は３mmである
が、ハニカム体端部３ｃとコーン部６ａ，６ｂの最小間
隔７は１mmとした。
【００５５】（比較例−１）：第１発明法の例−１と同
様にして製造した図３に示す中間成形体を用いて、図１
６に示す従来タイプの形式で触媒担体を製作した。ケー
シング２３中央部分の圧縮部ｂは、支持マット２２の幅
ａに相当する半円形プレスで内径７６mmになるようにプ
レス成形を行い、ハニカム体２１の両端部に相対する８
ｃ部は元の形状のまま、すなわち、内径Ｄ1 ＝８３．５
mmとしてその両端部８ａ，８ｂをプレスでコーン形状に
成形した。この結果、ハニカム体とケーシング間の間隔
９は６．７５mmとなった。
【００５６】上記各第１発明法の例と比較例−１の各触
媒担体を２０００ccのガソリンエンジンの排気系に接続
して非膨張マットの耐久性を評価した。ハニカム体の入
口ガス温度を７５０℃に設定し、５分間加熱して室温の
空気を５分間流して冷却することを１サイクルとし、５
００サイクル実施した。１００サイクル毎に担体を排気
系から取り出して非膨張マットの端面状況を観察した。
第１発明法の例−１の場合には、４００サイクルまでは
全く非膨張マットの飛散はなく、５００サイクル終了時
には非膨張マットの入側端部に飛散があるものの、ハニ
カム体のずれがなく、実用上問題ないレベルであった。
第１発明法の例−２の場合には５００サイクル終了時も
非膨張マットの飛散は全くなかった。
【００５７】一方、比較例−１の場合は、２００サイク
ル終了後の観察でガス入口側の非膨張マットの端部が一
部飛散している状況が確認された。５００サイクル終了
時には非膨張マットの飛散による損傷が約４０mmの長さ
になっており、メタルハニカム体の保持が不十分とな
り、ハニカム体にずれが発生した。以上の結果本発明の
第１発明法で製造した触媒担体は、高温下での耐久性に
優れていることがわかる。
【００５８】（第２発明法の例−１）：コージェライト
製モノリスからなる外径Ｄ2 ＝１０９mm、長さ１００mm
のセラミックハニカム体３の外周に、厚さ６mm、幅８０
mmの非膨張マット４を図９のように巻き付け、厚さ１．
５mm、内径Ｄ1 ＝１２３mm（外径１２６mm）、長さ１２
０mmのフェライト系ステンレス鋼製筒状ケーシング２に
挿入し、中間成形体とした。
【００５９】つぎに、図４に示すような縮径装置５に前
記中間成形体を挿入して縮径した。圧縮片５ｂは６枚と
し、各圧縮片５ｂが筒状ケーシング２に接触するとき、
隣接する圧縮片５ｂの間隔５ｄが６mmになるように、各
圧縮片５ｂの幅を６０mmとした。そして、各圧縮片５ｂ
を引き込み、筒状ケーシング２の外径が１１９mmになる
位置まで引き込んで停止し、ハニカム体３、非膨張マッ
ト４および筒状ケーシング２を一体化した。その後、圧
縮片５ｂを開放状態にして上記一体化した触媒担体を取
り出した。
【００６０】取り出した触媒担体について、筒状ケーシ
ング２の外径を測定した結果、１１９．０〜１１９．１
mmで、真円度が良く部分的な変形も認められなかった。
そして、図１３のようにコーン部６ａおよび６ｂを摩擦
圧接により接合することができた。また、ハニカム体に
は座屈や破損等の変形ほ発生しなかった。
【００６１】（第２発明法の例−２）：上記第２発明法
の例−１と同様のセラミックハニカム体３、非膨張マッ
ト４および筒状ケーシング２からなる中間成形体を、図
４に示すような縮径装置５により外径１１９mmまで縮径
した。圧縮片５ｂは６枚とし、各圧縮片５ｂが筒状ケー
シング２に接触するとき、隣接する圧縮片５ｂの間隔５
ｄが３．５mmになるように、各圧縮片５ｂの幅を６２．
５mmとした。
【００６２】取り出した触媒担体について、筒状ケーシ
ング２の外径を測定した結果、１１９．０〜１１９．１
mmで、真円度が良く部分的な変形も認められなかった。
そして、図１３のようにコーン部６ａおよび６ｂを摩擦
圧接により接合することができた。また、ハニカム体に
は座屈や破損等の変形ほ発生しなかった。
【００６３】（第２発明法の例−３）：上記第１発明法
の例−１と同様のステンレス鋼箔を使用して外径Ｄ2 ＝
１２２．５mm、長さ１００mmのメタルハニカム体３を製
造し、図９に示すように、メタルハニカム体３の周囲に
厚さ６mm、幅８０mmの非膨張マット４を巻き付け、外径
１３４．５mmとし、厚さ１．５mm、内径Ｄ1 ＝１３６．
０mm、長さ１００mmのフェライト系ステンレス鋼製筒状
ケーシング２に挿入し、中間成形体とした。
【００６４】つぎに、図４に示すような縮径装置５に前
記中間成形体を挿入し、筒状ケーシング２を内径１３
０．５mmになるように縮径し、図１０に示すような全体
縮径完了品を製作した。この時、縮径装置の圧縮片５ｂ
は６枚、その幅は７０mmとし、６枚の圧縮片５ｂが筒状
ケーシング２に接触するときの隣接する各圧縮片５ｂの
間隔５ｄが６mmになるように初期設定し、縮径を実施し
た。
【００６５】縮径後のケーシング２の変形異常はなく、
ハニカム体には座屈や破損等の変形ほ発生しなかった。
縮径後のケーシング２の外径を測定した結果、１３３．
５〜１３３．６mmで、真円度が良く部分的な変形も認め
られなかった。そして、図１４のようにコーン部６ａお
よび６ｂを摩擦圧接により接合することができた。
【００６６】（比較例−２）：上記第２発明法の例−１
と同様のセラミックハニカム体３、非膨張マット４およ
び筒状ケーシング２からなる中間成形体を、図４に示す
ような縮径装置５により外径１１９mmまで縮径した。圧
縮片５ｂは６枚とし、各圧縮片５ｂが筒状ケーシング２
に接触するとき、隣接する圧縮片５ｂの間隔５ｄが１２
mmになるように、各圧縮片５ｂの幅を５４mmとした。
【００６７】取り出した触媒担体について、筒状ケーシ
ング２の外径を測定した結果、１１９〜１２１mmで真円
度が悪く、筒状ケーシング２外表面の、圧縮片５ｂ間に
相当する位置に凸状の変形が認められた。そして、図１
３のようにコーン部６ａおよび６ｂを摩擦圧接により接
合することはできなかった。ただし、ハニカム体の座
屈、変形等の異常は発生しなかった。
【００６８】（比較例−３）：上記第２発明法の例−３
において、縮径装置の圧縮片５ｂの幅を６４mm、間隙５
ｄを１２mmとし、その他は同一条件として縮径を行っ
た。その結果、縮径後のケーシング２の外径は１３２．
５〜１３４．５mmで真円度不良であり、間隙５ｄの位置
に凹凸部が生じ、形状不良であった。このため摩擦圧接
によりコーン部６ａおよび６ｂを接合することができな
かった。
【００６９】上記各第２発明法の例と比較例−２および
比較例−３の各触媒担体を２０００ccのガソリンエンジ
ンの排気系に接続して非膨張マットの耐久性を評価し
た。なお、各第２発明法の例の触媒担体は、摩擦圧接に
よりコーン部を接合し、比較例−２および３の触媒担体
は溶接によりコーン部を接合したものを排気系に接続し
た。
【００７０】ハニカム体の入口ガス温度を８５０℃に設
定し、５分間加熱して室温の空気を５分間流して冷却す
ることを１サイクルとし、７００サイクル実施した。１
００サイクル毎に担体を排気系から取り出して非膨張マ
ットの端面状況を観察した結果、いずれもマットの飛散
は全く認められなかった。
【００７１】（第２発明部材の例）：フェライト系ステ
ンレス鋼箔からなる厚さ５０μｍの平箔と波箔を重ねて
巻回して製造した直径１１３mm、長さ１２０mmのメタル
ハニカム体３（４００セル）に、図９のように、幅１０
０mm、長さ３８０mm、厚さ６mmの非膨張マット４を巻
き、外径１２８mm、肉厚１．５mm、長さ１３０mmのフェ
ライト系ステンレス鋼パイプからなるケーシング２に挿
入した。
【００７２】これを図４に示すような縮径装置によりケ
ーシング２の外径を１２２mmまで縮径した。このときハ
ニカム体３は変形せず、非膨張マット４が圧縮されてケ
ーシング２内に保持された。その後、図１３に示すよう
に、ケーシング２の軸方向両端に、フェライト系ステン
レス鋼からなるコーン部６ａおよび６ｂを摩擦圧接によ
り接合した。コーン部６ａおよび６ｂの接合部での外径
は１２２mm、圧接条件は回転数１４００rpm 、ヒーティ
ング力２．５ton 、アップセット力２．５ton、アップ
セットストローク６mmとした。このときの圧接塊１３の
高さは片側約２．５mmであった。
【００７３】得られた触媒担体を、上記本発明法の例と
同様、２０００ccのガソリンエンジンの排気系に接続
し、９００サイクルの冷熱耐久試験を実施した。その結
果、非膨張マット４の飛散や損傷も、ハニカム体３の変
形も認められず、優れた耐久性が確認された。
【００７４】
【発明の効果】以上のように本発明の第１発明法および
第２発明法によるときは、ケーシングの縮径加工におい
て、ハニカム体に座屈や破損等の変形が生じないので耐
久性が向上し、またハニカム体のセルが潰れることがな
いので、排ガスの浄化能が低下することがない。
【００７５】特に第１発明法の好ましい態様および第２
発明法によると、ケーシング全体を同時に、目的の圧縮
代に均一に精度良く縮径加工でき、非膨張マットを損傷
せず耐久性が向上し、ケーシング外周の形状が良好で、
円筒形の場合は真円度が良く摩擦圧接に適したものが得
られる。
【００７６】さらに第１発明法の好ましい態様による
と、ケーシングの端部をネッキング加工してコーン部を
一体成形することにより非膨張マットの飛散防止が可能
となる。また第１発明および第２発明のさらに好ましい
態様によると、コーン部を摩擦圧接により接続すること
で圧接塊が形成され、同様に非膨張マットの飛散防止が
可能となる。したがって、リング材等の付設が不要とな
るためコストメリットが大きい。
【００７７】そして、本発明の排気系部材は非膨張マッ
トおよびハニカム体の損傷や変形が生じ難く耐久性に優
れているとともに工業的な生産性に優れ、さらに自動車
エンジン等の排ガス系に対する接続が容易かつ確実に行
える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明法における長尺筒状ケーシン
グを示す斜視図である。
【図２】本発明法における非膨張マットを巻き付けたハ
ニカム体を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１発明法における長尺筒状ケーシン
グ内に図２のハニカム体を収納した構成を示す透視斜視
図である。
【図４】本発明法における縮径装置の例を示す断面図で
ある。
【図５】本発明の第１発明法における長尺筒状ケーシン
グ内にハニカム体を収納し縮径後の状態を示す透視斜視
図である。
【図６】本発明の第１発明法においてコーンを一体成形
した触媒担体を示す透視斜視図である。
【図７】本発明の第１発明法においてコーンを一体成形
した触媒担体の別の例を示す透視斜視図である。
【図８】本発明の第１発明法においてコーンを一体成形
した触媒担体の別の例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２発明法における筒状ケーシング内
に図２のハニカム体を収納した構成を示す透視斜視図で
ある。
【図１０】本発明の第２発明法における筒状ケーシング
内にハニカム体を収納し縮径後の状態を示す透視斜視図
である。
【図１１】本発明の第１発明法および第２発明法におけ
る縮径後のケーシングの評価基準を説明するための断面
図である。
【図１２】本発明の第２発明法で得られた触媒担体を排
ガス管に接続した状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２発明法で得られた触媒担体を排
ガス管に接続した状態の別の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２発明法で得られた触媒担体を排
ガス管に接続した状態の別の例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２発明法で得られた触媒担体を排
ガス管に接続した状態の摩擦圧接部の拡大断面図であ
る。
【図１６】本発明の第１発明部材の例を示す断面図であ
る。
【図１７】本発明の第１発明部材の別の例を示す断面図
である。
【図１８】本発明の第１発明部材の別の例を示す断面図
である。
【図１９】本発明の第１発明部材の別の例を示す断面図
である。
【図２０】本発明の第１発明部材の別の例を示す断面図
である。
【図２１】本発明の第１発明部材の別の例を示す断面図
である。
【図２２】本発明の第１発明部材の別の例を示す断面図
である。
【図２３】従来の触媒担体の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…長尺筒状ケーシング １ａ，１ｂ…コーン成形部 ２…筒状ケーシング ３…ハニカム体 ３ａ，３ｂ…露出部 ３ｃ…ハニカム体３の端面外周 ４…非膨張マット ５…縮径装置 ５ａ…ダイス ５ｂ…圧縮片 ５ｃ…治具 ５ｄ…圧縮片間の間隔 ５ｅ…ハニカム体位置決め治具 ６ａ，６ｂ…コーン部 ７…間隔 ８ａ，８ｂ…コーン部 ８ｃ…ケーシングの元の径部 ９…間隔 １０…排ガス管 １１，１２…接合部 １３…圧接塊 １４…エキゾーストマニホールド １５…フランジ ２１…セラミックハニカム体 ２２…支持マット ２３…管状ボディ（ケーシング） ａ…非膨張マット４の幅 ｂ…圧縮部 ｓ…始端部

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも軸方向一端側にコーン成形部
    を有する長尺筒状ケーシング内に、外周側の軸方向両端
    部分を露出し中間位置に非膨張マットを厚めに巻き付け
    たハニカム体を挿入した後、この長尺筒状ケーシングを
    全長に亘って所定サイズに縮径するとともに、前記非膨
    張マットを圧縮せしめ、前記ハニカム体を変形させずに
    保持した後、この長尺筒状ケーシングのハニカム体端部
    近傍より端部側の前記コーン成形部をネッキング加工し
    てコーン部を成形することを特徴とする触媒担体の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 内周にテーパー面を有する筒状のダイス
    と、該ダイスの内周に沿って輪状に配置され、該ダイス
    内を摺動して接離する複数の分割された圧縮片からなる
    治具とを有する圧縮装置を用い、前記輪状に配置された
    各圧縮片の内側に長尺筒状ケーシングを収納した後、前
    記各圧縮片を摺動させ該各圧縮片からなる輪を狭めるこ
    とで該ケーシングを縮径するに際し、該各圧縮片と該ケ
    ーシングの周面とが接触するときの、隣接する各圧縮片
    の間の間隔を１０mm以下とすることを特徴とする請求項
    １記載の触媒担体の製造方法。
  3. 【請求項３】 長尺筒状ケーシングのコーン部の始端部
    が、ハニカム体の端面の外周部近傍になるようにコーン
    部を形成し、該ケーシングとハニカム体端面との間隙を
    縮小することを特徴とする請求項１または２記載の触媒
    担体の製造方法。
  4. 【請求項４】 長尺筒状ケーシングが軸方向一端側にの
    みコーン成形部を有し、コーン成形部を有しない他端に
    は、縮径後、摩擦圧接によりコーン部を接合することを
    特徴とする請求項１，２または３記載の触媒担体の製造
    方法。
  5. 【請求項５】 筒状ケーシング内に、外周部の軸方向両
    端部分を露出し中間位置に非膨張マットを巻き付けたハ
    ニカム体を挿入した後、内周にテーパー面を有する筒状
    のダイスと、該ダイスの内周に沿って輪状に配置され、
    該ダイス内を摺動して接離する複数の分割された圧縮片
    からなる治具とを有する圧縮装置を用い、前記輪状に配
    置された各圧縮片の内側に、前記非膨張マットを巻き付
    けたハニカム体を挿入した筒状ケーシングを収納し、前
    記各圧縮片を摺動させ該各圧縮片からなる輪を狭めるこ
    とで該ケーシングを縮径するに際し、該各圧縮片と該ケ
    ーシングの周面とが接触するときの、隣接する各圧縮片
    の間の間隔を１０mm以下とすることにより、該筒状ケー
    シングを全長に亘って所定サイズに縮径加工するととも
    に、前記非膨張マットを圧縮せしめ、前記ハニカム体を
    変形させずに保持することを特徴とする触媒担体の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 縮径加工後の筒状ケーシングの軸方向一
    端または両端に、摩擦圧接によりコーン部を接合するこ
    とを特徴とする請求項５記載の触媒担体の製造方法。
  7. 【請求項７】 筒状ケーシング内に、非膨張マットを巻
    き付けたハニカム体が挿入され、該筒状ケーシングは全
    長に亘って所定サイズに縮径されて前記非膨張マットを
    圧縮し、前記ハニカム体を変形させずに保持しており、
    かつ該筒状ケーシングの軸方向一端側にはコーン部が成
    形され、他端にはコーン部または排ガス系部材が接合さ
    れていることを特徴とする排気系部材。
  8. 【請求項８】 コーン部または排ガス系部材が摩擦圧接
    により接合されていることを特徴とする請求項７記載の
    排気系部材。
  9. 【請求項９】 筒状ケーシング内に、非膨張マットを巻
    き付けたハニカム体が挿入され、該筒状ケーシングは全
    長に亘って所定サイズに縮径されて前記非膨張マットを
    圧縮し、前記ハニカム体を変形させずに保持しており、
    かつ該筒状ケーシングの軸方向両端にコーン部または排
    ガス系部材が接合されていることを特徴とする排気系部
    材。
  10. 【請求項１０】 コーン部または排ガス系部材が摩擦圧
    接により接合されていることを特徴とする請求項９記載
    の排気系部材。
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