JP2000317533A - 触媒コンバータ容器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プレス加工により形成した上容器及び下容器を
接合して触媒コンバータ容器を形成する従来の方法に代
えて、断面が楕円又はレーストラック形状のワークの端
部をスピニング加工することにより、触媒を収納した本
体部の両側にコーン部を形成することである。 【解決手段】軸直角方向の断面形状がレーストラック形
状又は楕円形状で管状のワーク１０の少なくとも一端部
を開放した状態でワーク１０を保持装置２０により保持
しつつ、外周側からワークの一端部と当接する状態でロ
ーラ３０をワーク１０に対して相対回転させるとともに
その回転半径を徐々に縮少させる。保持装置２０はワー
ク１０におけるローラ３０と当接しない範囲を支持する
治具２４を有し、治具２４の内面には軸直角方向の断面
形状が楕円またはレーストラック形状をなす支持面２５
が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等において
排気系中に設置されて排気ガスを浄化するために使用さ
れる触媒コンバータ容器及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から種々の触媒コンバータ容器が知
られており、その一種に図１８に示すように全体がシェ
ル形状を有するものがある。「シェル形状」の断面とし
ては、図１９に示すように離れた一対の半円と両者をつ
なぐ二本の直線から成るレーストラック形状２２４や、
図２０に示すように横方向に膨出した楕円形状２２６が
ある。何れにしても、シェル形状の触媒コンバータ容器
は、高さ（厚さ）方向の寸法が小さく、自動車内の排気
系の狭くて扁平な空間を利用して配置できることから、
広く利用されている。

【０００３】上記シェル形状の触媒コンバータ容器は、
プレス加工により製造されていた。即ち、板状の素材
（ワーク）の周縁部を保持装置により保持した状態で中
央部にプレス型を押し当ててワーク全体を容器形状に変
化させ、図１８に示す上容器２１２と下容器２１４を作
る。その後、上下容器２１２，２１４により形成される
空間部に触媒を収納し、溶接などにより両容器２１２，
２１４を周縁のフランジ部２１６，２１８で接合する。
こうして、触媒を収納した本体部２２０と、その両側に
あり排気管に接続されるコーン部２２２とを有する触媒
コンバータ容器２１０が完成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記プレス加
工によるシェル形状の触媒コンバータ容器の製造方法及
び当該製造方法で製造されたコンバータ容器には以下の
課題があった。第１には、プレス加工はワークを所定形
状に切り抜いた後変形させて触媒コンバータ容器を成形
するものであるから、その性質上ワークの歩留まりが悪
く、その分触媒コンバータ容器２１０の製造コストが上
昇する。第２には、触媒コンバータ容器の形状の自由度
が低い。つまり、触媒コンバータ容器の本体部２２０の
大きさはほぼ同じでも、コーン部２２２の最少径即ちパ
イプの口径には車種に応じて様々の寸法のものがある
が、単一のプレス型では単一種類の触媒コンバータ容器
しか製造できない。さりとて、コーン部２２２の最小径
寸法のみが異なる触媒コンバータ容器のために複数種類
のプレス型を準備するのでは生産効率が悪い。第３に、
フランジ部２１６，２１８により熱容量が大きくなり、
車両コールドスタート時の触媒活性化温度までの上昇時
間が遅くなり、排気ガス浄化性能が劣る。第４には、上
容器２１２と下容器２１４との接合のために形成したフ
ランジ部２１６，２１８が容器から外方に出っ張ってい
る分本体部２２０の寸法を小さくするか、または自動車
内の触媒コンバータの配置スペースを大きくしなければ
ならない。

【０００５】一方、触媒コンバータ容器をスピニング加
工により形成することも試みられており、ワークが円筒
形状である場合は概ね所望の寸法精度の触媒コンバータ
容器が製造できる。しかし、ワークの断面形状が楕円形
やレーストラック形状の場合は、コーン部のうち本体部
に近い部分が不規則に変形してしまい、所望の寸法精度
の容器は得られなかった。これは主に、ワークの断面形
状（楕円、レーストラック形状）とローラの公転軌跡
（円形）とが異なることに起因する。

【０００６】本発明は上記事情を背景にしてなされたも
ので、上記スピニング加工による触媒コンバータ容器の
製造方法を踏襲してその課題を解決せんとするものであ
る。よって、本発明は、第１に、その表面上にフランジ
及び接合面がなく、信頼性が高くかつ品質管理が容易な
断面楕円形状又はレーストラック形状の触媒コンバータ
容器を提供することを目的とする。本発明は、第２に、
ワークの断面形状が楕円またはレーストラック形状であ
っても、ワークの歩留まりが良くて製造コストが低減で
き、形状の自由度が高く、スピニング加工により本体部
の両端に所定形状のコーン部を形成できる触媒コンバー
タの製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る触媒コンバータ容器は、軸直角方向の
断面形状が楕円又はレーストラック形状でその内部に触
媒を収納する筒状の本体部と、該本体部の軸方向両端部
から一体的に延び軸直角方向の断面形状が楕円又はレー
ストラック形状で該本体部から徐々に縮径されたコーン
部とから成る。この触媒コンバータ容器は、管状のワー
クの軸方向両端部をスピニング加工することにより、該
ワークの中央部を本体部とし、該ワークのスピニング加
工された両端部を一対の該コーン部としたものである。

【０００８】また、本発明に係る触媒コンバータ容器の
製造方法では、スピニング加工を利用して、軸直角方向
の断面形状が楕円又はレーストラック形状の管状のワー
クの少なくとも一端部を開放した状態で該ワークを保持
装置により保持しつつ、外周側から該ワークの前記一端
部と当接する状態でローラを該ワークに対して相対回転
させるとともにその回転半径を徐々に縮少させる。上述
したように、断面形状が楕円又はレーストラック形状の
管状のワークをスピニング加工する場合は、コーン部の
うち本体部に近い部分が不規則に変形する問題があっ
た。そこで、本発明では、ワークの中間部を保持する保
持装置から端部側に向かって軸方向に突出した治具を設
けた。この治具は、端部のうち本体部に近い部分でロー
ラと当接しない範囲を支持するもので、その内面には支
持面が形成されている。ここで、ワークのうちローラと
当接しない範囲とは、楕円又はレーストラック形状の輪
郭線がローラの回転軌跡からはみ出す部分であり、また
治具の支持面は軸直角方向の断面形状が楕円又はレース
トラック形状をなしている。

【０００９】治具の具体的態様について説明する。治具
は上下一対のチャックのそれぞれに設けられ、本体部
と、これから軸方向に突出した突出部とを有する。本体
部はワークを保持する部分であり、チャックに取り付け
られている。突出部は、絞り加工時にワークの不規則な
変形を阻止する部分で、ワークのうち絞り加工されない
部分に対向している。例えば、突出部は、平面形状が概
ね三角形状で、断面形状は肉厚が本体部から先端に向か
って段々と減少する三角形状とできる。また、突出部の
外面は、ワークの当初の外面形状と所定のコーン部の外
面形状との関係、即ち、公転するローラの前進量及び軸
方向移動量により決まる円錐面の一部から構成される。
突出部の突出量は、ワークの端部上の楕円又はレースト
ラック形状の一部を残す点、即ちワークの最短径よりも
ローラの公転半径が小さくなる点に概ね対応する。

【００１０】ローラによるワーク端部のスピニング加工
時には、ローラの前進量を調整しつつ、ローラをワーク
の端部と本体部の境界部付近から端部の先端に向かって
軸方向に移動させる。このスピニング加工は概ね二段階
で行われる。絞りの第１段階においては、ワークの輪郭
のうちその径がローラの公転半径よりも大きい部分、即
ち楕円又はレーストラック形状のワークのうち左右方向
に対向する部分がローラによりワークの中心に向かって
より絞られる。この部分には治具の突出部は存在せず、
そのようなワークの変形が可能である。一方、ワークの
輪郭のうちその径がローラの公転半径よりも小さくロー
ラが接触しない部分は、治具の支持面により変形を規制
されているので、中心から遠ざかる方向には変形でき
ず、この部分はワークの先端に向かってわずかに変形す
る。こうして、ワークの上下方向に対向する部分は楕円
又はレーストラック形状の一部から成り、左右方向に対
向する部分は当初の楕円又はレーストラックの径よりも
小さい半径の円弧からなる第１のコーン部が形成され
る。

【００１１】絞りの第２段階では、ローラの公転半径が
当初よりも相当小さくなっており、その回転軌跡がワー
クの最少径よりも小さくなる。従って、ワークの上下方
向に対向する部分も左右方向に対向する部分もローラに
絞られる。但し、ワークの左右方向に対向する部分の方
が上下方向に対向する部分よりも絞り量が多く、左右方
向に耐ｋする部部の一部は上下方向に対向する部分に向
かって変形する。こうして、断面円形で円錐状の第２の
コーン部が形成される。

【００１２】尚、本発明の製造方法において、ワークの
端部にコーン部を形成するとき、必要に応じてワークの
中空部にマンドレルを挿入しておくことにより、ワーク
が径方向内側に不規則に変形することが防止できる。ま
た、ワークとローラとは相対回転すればよいから、ワー
クを回転させつつローラは公転させることなく軸方向に
移動させても良いし、ワークは静止しておいてローラを
公転させつつ軸方向に移動させても良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づき説明する。 ＜第１の実施の形態＞はじめに、断面レーストラック形
状のワークからスピニング加工により触媒コンバータ容
器を製造する方法につき説明する。図１に示すように、
断面レーストラック形状で金属製で管状のワーク１０の
長手方向中間部１２を上下方向に開閉可能な保持装置２
０により保持する。ワーク１０は矩形状の板素材を円形
に湾曲させてその端円をプラズマ溶接などで接合したも
ので、その内部には予め触媒（図示せず）を収納してお
く。この保持装置２０は、上下方向に開閉する一対のチ
ャック２２と、このチャック２２の対向面に取り付けら
れた一対の治具２４とから成る。上下のチャック２２及
び治具２４は同一形状である。

【００１４】図２及び図３に示すように、上下チャック
２２は半円形の治具取り付け面２６を有し、そこに前面
側のワーク支持面２５がレーストラック形状を二分した
形状とされ、背面側の取り付け面２７が半円形とされた
断面三日月形状の治具２４が取り付けられ、その両端は
チャック２２から軸方向に突出している。治具の両端か
ら突出部２８が軸方向に突出しており、この突出部２８
は上方から見て三角形で、その肉厚は根本が厚く先端に
進むにつれて次第に薄くなり、上面２９は円錐面の一部
から形成されている。

【００１５】この状態で、保持装置２０を回転してワー
ク１０を回転させつつ、治具２４から突出したワーク１
０の端部１４に対して、ローラ３０をワーク１０の長手
方向と直角な方向から接近させるとともに先端に向かっ
て前進させて、絞り加工を施す。ローラ３０の前進量は
ローラがワーク１０の先端に進むにつれて大きくする。
絞り加工の前半では、ワーク１０の端部１４のうち軸方
向において中間部１２に近い部分で、円周方向において
ローラ３０が接触する部分（左右方向において対向する
円弧部分１４ａ）は、ローラ３０によりより小さい半径
に絞り加工される。しかし、ワーク１０のうちローラ３
０が接触しない部分（上下方向に対向する直線部分１４
ｂ）は、突出部２８の支持面２５により規制されている
ので上下方向に変形できず、当初のレーストラック形状
に維持される。

【００１６】尚、治具２４の突出部２８に形成した円錐
面２９により、ローラ３０を半径方向及び軸方向に移動
させる際、ローラ３０と治具２４との干渉を避けること
ができる。ここで、もしも治具２４が設けられていなけ
れば、図７に示すように、ワークの１０の端部１４はロ
ーラ３０によってレーストラック形状の円弧部分１４ａ
を絞られるにつれて、二点鎖線で示すように直線部分１
４ｂが円筒状に変形しようとし、所定のレーストラック
形状が損なわれる。

【００１７】これに対して、絞り加工の後半では、図４
（ａ）に示すように、ワーク３０の左右の円弧部分１４
ａ間の距離は当初よりも相当小さくなっているが、まだ
ローラ３０の公転半径よりも大きい。これに対して、ワ
ーク３０の上下の直線部分１４ｂ間の距離はローラ３０
の公転半径よりも小さい。また、ローラ３０は治具２４
の突出部２８から軸方向に外れた位置にある。従って、
ローラ３０により円弧部分１４ａが絞られ、図４（ｂ）
に示すようにこの肉余り部分が直線部上１４ｂに移動し
て（１４ｃ）、ワークの端部が円錐形状に絞り加工され
る。

【００１８】こうして、図６に示すように、その内部に
触媒を収納可能であり、軸直角方向の断面形状がレース
トラック形状の筒状の本体部４２と、その両端部から一
体的に延び軸直角方向の断面形状がレーストラック形状
で徐々に縮径された一対のコーン部４４及びその先端の
円筒形のパイプ４６と、から成る触媒コンバータ容器４
０が、軸直角方向の断面形状がレーストラック形状で管
状のワーク１０の軸方向両端部１４をローラ３０でスピ
ニング加工することにより形成された。なお、ワーク１
０の他端部１４にコーン部を形成するためには、保持装
置２０を上下に開き、ワーク１０を左右反転させた後保
持装置２０を閉じ、上述したのと同様のスピニング加工
をこの他端部１４に施せばよい。

【００１９】この実施の形態に特有の効果として、触媒
コンバータ容器４０の断面形状がレーストラック形状で
あるので、上下方向に狭い空間内に配置することができ
る。また、治具２４の背面２７及びチャック２２の治具
取付け面２６を半円筒形状にしたので、背面２７及び取
付け面２６が容易に加工できるのみならず、加工後の細
かい位置合わせが不要になるので治具２４のチャック２
２への着脱も容易になる。

【００２０】＜比較例＞ここで、比較例を図８を基に説
明する。この比較例が上記実施の形態と異なる点は、治
具５０の先端に突出部が形成されていないことである。
即ち、保持装置２０に取り付けられた治具５０は、外面
が半円形で、内面がレーストラック形状を二分した形状
とされている。しかし、これでは断面がレーストラック
形状のワーク１０の端部１４の内中間部１２に近い部分
をスピニング加工するとき、ローラの移動（回転）軌跡
からはみ出た部分がローラが接触しない範囲に向かって
変形し、所望形状のコーン部を得ることは困難である。

【００２１】＜第２の実施の形態＞次に、図９を基に、
断面が楕円形状のワーク７０の両端７２にスピニング加
工によりコーン部を形成する実施の形態について説明す
る。その手順は上記断面レーストラック形状のワーク１
０の両端１４にコーン部４４を形成する場合と実質的に
同じであり（図１から図６参照）、治具６０の先端には
突出部６２が形成されている。但し、治具６０の内面の
支持面６４が楕円を二分した形状にされている点が異な
る。この実施の形態に特有の効果として、ワーク７０の
断面が楕円形状であるので、ローラの移動軌跡と比較的
近く、ワーク７０の端部７４をスピニング加工するとき
ワーク７０に無理な力が加わらない点があげられる。

【００２２】＜第３の実施の形態＞この実施の形態は、
上記第１の実施の形態において、断面レーストラック形
状のワークの端部にスピニング加工によりコーン部を形
成する際、端部の内方への変形をより確実に防止するた
めに改良したものである。つまり、図３、図４及び図７
を用いて説明したように、保持装置２０に治具２４を設
けたことにより、ワーク１０の端部１４が絞り時に半径
方向外側に変形することは防止できることとなったが、
反面図１０に示すように治具２４によって外方への変形
を拘束されたワーク１０は内方変形しようとする。

【００２３】ワークのそのような変形を防止するため、
この実施の形態では、ワークの絞り加工時にその中空部
にマンドレルを挿入した。以下、図１１から図１７を基
に詳述する。図１１に示す断面レーストラック形状のワ
ーク８０を、図１２に示す保持装置９０により保持す
る。この保持装置９０は上記保持装置２０（図１参照）
と同様に構成され、一対の保持部材９２と、その対向面
に取り付けられた一対の治具９４とを有し、治具９４の
先端には突出部９６が形成されている。

【００２４】この保持装置９０によりワーク８０の両端
８２にコーン部を形成する場合は、図１２に示すよう
に、保持装置９０でワーク８０を保持する際又は保持後
に、ワーク８０の自由端からその中空部にマンドレル８
６を挿入する。このマンドレル８６は図１６（ａ）に示
すように複数の部材８６ａから成り、全長に亘ってワー
ク８０の断面形状よりも小さい断面レーストラック形状
又はこれに近似する形状を有し、図１５から明らかなよ
うにその先端は、保持部材９２の端面近辺まで延びてい
る。この状態で、回転しているローラ３０をワーク８０
の中心に向かって前進させて端部８２に当接させ、ロー
ラ３０の半径方向の前進量及び軸方向の移動量を制御す
ることにより、ワーク８０の端部８２をコーン形状に絞
り加工する。絞り加工の前半において、上記第１の実施
の形態と同様、ワーク８０の端部８２の外面は治具９２
の突出部９４により外方への変形が規制される。また、
端部８２の内面に近接してマンドレル８６が位置してお
り、ワーク８０とマンドレル８６との間には大きな隙間
はないので、ワーク８０の端部８２（特に直線部分）が
内方に不規則に変形することが防止される。

【００２５】尚、ワーク８０の端部８２の内径は絞り加
工が進むにつれて減少するので、図１６（ｂ）に示すよ
うに、左右方向に積み重ねた複数の部材８６ａの一部を
抜き取ることにより、マンドレル８６の左右方向の寸法
を減少させる。このようにすれば、マンドレル８６がワ
ーク８０の端部８２の絞り加工の妨げにならない。そし
て、マンドレルは８６は、コーン部８４の先端にパイプ
部８５が形成される直前でワーク８０から抜いておく。
こうして、図１４に示すように、スピニング加工に加工
によりワーク８０の端部８２にコーン部８４及びパイプ
部８５が形成されることとなる。

【００２６】尚、上記図１６（ａ）に示したマンドレル
８６に代えて、図１７（ａ）に示すように、先端部にコ
ーン部８８ａを有するロッド８８ｂと、これを収容する
ケース８８ｃとから成るマンドレル８８を自由端から中
空部に挿入しても良い。この場合も、ワーク８０の端部
８２の絞り加工の進行につれて、図１７（ｂ）に示すよ
うに、マンドレル８８をコーン部８８ａのサイズがより
小さくものに置換する。

【００２７】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の触媒コ
ンバータ容器によれば、そのコーン部が管状のワークを
スピニング加工することにより形成されるので、プレス
加工した半容器を溶接により接合する溶接作業が不要と
なる。その結果、溶接の良否に注意を払うことが不要と
なり、触媒コンバータ容器に対する信頼性が向上すると
ともに、品質管理が容易になる。また、触媒コンバータ
容器の本体部の周辺にフランジ部が存在しないので、そ
の分触媒コンバータ容器内部の触媒収容スペースが増大
し、触媒コンバータ容器の熱容量が小さくなり、もって
排気ガスの浄化作用が向上する。また、本発明の製造方
法によれば、管状のワークの両端部をスピニング加工す
ることによりコーン部を形成するので、上記プレス加工
に特有の歩留まりの低下の問題はなく、ワークの殆ど全
てを触媒コンバータ容器に利用できる。また、触媒コン
バータ容器のコーン部をスピニング加工により形成する
ので、ローラの前進量を調整するのみでコーン部の形状
及びその最少径の寸法を調整でき、生産効率を上げるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図（加工
前）である。

【図２】第１の実施の形態の正面図である。

【図３】第１の実施の形態の側面図である。

【図４】第１の実施の形態の作動説明図で、（ａ）は絞
り加工前を示し、（ｂ）は絞り加工後を示す。

【図５】第１の実施の形態を示す斜視図（加工後）であ
る。

【図６】第１の実施の形態により製造した触媒コンバー
タ容器の斜視図である。

【図７】第１の実施の形態の作用を説明するための説明
図である。

【図８】比較例を示す斜視図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図１０】第１の実施の形態の改良の余地を説明するた
めの説明図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態で使用するワーク
の斜視図である。

【図１２】第３の実施の形態における作用を説明する斜
視図（加工前）である。

【図１３】第３の実施の形態における作用を説明する斜
視図（加工途中）である。

【図１４】第３の実施の形態における作用を説明する斜
視図（加工終了時）である。

【図１５】第３の実施の形態における作用を説明する断
面図である。

【図１６】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施の形態で使用
するマンドレルの斜視図である

【図１７】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施の形態で使用
する別のマンドレルの斜視図である。

【図１８】従来の触媒コンバータ容器の一例を示す斜視
図である。

【図１９】ワークの断面レーストラック形状を示す説明
図である。

【図２０】ワークの断面楕円形状を示す説明図である。

【符号の説明】 １０、７０，８０：ワーク １２：ワークの中
間部 １４、７４，８２：ワークの端部 ２０、９０：保持
装置 ２２、９２：チャック ２４、６０，９
０：治具 ２５：支持面 ２８，９４：突出
部 ３０：ローラ ４０：触媒コンバ
ータ容器 ４２：容器の本体部 ４４：容器のコー
ン部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 哲 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 羽沢 知憲 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 株式会 社キャタラー内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸直角方向の断面形状が楕円又はレースト
   ラック形状でその内部に触媒を収納する筒状の本体部
   と、該本体部の軸方向両端部から一体的に延び軸直角方
   向の断面形状が楕円又はレーストラック形状で該本体部
   から徐々に縮径されたコーン部とから成り、管状のワー
   クの軸方向両端部をスピニング加工することにより、該
   ワークの中央部を本体部とし、該ワークのスピニング加
   工にされた両端部を一対の該コーン部としたことを特徴
   とする触媒コンバータ容器。
2. 【請求項２】軸直角方向の断面形状が楕円又はレースト
   ラック形状で管状のワークの少なくとも一端部を開放し
   た状態で該ワークを保持装置により保持しつつ、外周側
   から該ワークの前記一端部と当接する状態でローラを該
   ワークに対して相対回転させるとともにその回転半径を
   徐々に縮少させる触媒コンバータ容器の製造方法におい
   て、 前記保持装置は前記ワークにおける前記ローラと当接し
   ない範囲を支持する治具を有し、該治具の内面には軸直
   角方向の断面形状が楕円又はレーストラック形状をなす
   支持面が形成されていることを特徴とする触媒コンバー
   タ容器の製造方法。
3. 【請求項３】前記治具は、前記保持装置の側面から軸方
   向に突出している請求項２記載の触媒コンバータ容器の
   製造方法。
4. 【請求項４】前記ワークの中空部にマンドレルを挿入し
   た状態で前記ローラの回転半径を徐々に縮少させる請求
   項２に記載の触媒コンバータ容器の製造方法。