JP2014058908A - 排ガス浄化装置の製造方法及び排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスがマットに接触することを抑制することができる技術を提供すること。
【解決手段】マット１２が巻かれた触媒担体１１をケース２０に収納してなる排ガス浄化装置１０の製造方法において、ケース２０の素材である円筒状のケース素材４１を準備する準備工程と、浄化部材１１の端部に対応する部位からケース素材４１の一端までを、スピニング加工用のローラ６０によって連続的に縮径する縮径工程と、浄化部材１１の端部に対応する部位において、ローラ６０を用いてケース素材４１の軸線に向かって縦壁２２を形成する縦壁形成工程と、縦壁２２にローラ６０の側面を押し付け、縦壁２２を軸線ＣＬに対して略垂直に立上げる仕上げ工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、排ガス浄化装置の製造技術に関する。

エンジンから排出される排気ガスを浄化するために、多くの車両に排ガス浄化装置が搭載されている（例えば、特許文献１（図２）参照。）。

図７に示されるように、排ガス浄化装置１００は、触媒を担持しているセラミックス製の触媒担体１０１と、この触媒担体１０１の外周面に巻かれているマット１０２と、これらの触媒担体１０１及びマット１０２が収納されている金属製のケース１０３とからなる。ケース１０３は、管部材１０５に接続することができるよう、上流側が縮径されている。ケース１０３をこのような形状に形成する方法を次図において説明する。

図８に示されるように、ケース１０３の上流側は、スピニング加工により縮径することができる。スピニング加工は、ケース１０３の下流側をクランパ１１１，１１１によって抑えた状態において行う。矢印（１）で示されるように、複数のスピニングローラ１１２，１１２を回転させながら、これらのスピニングローラ１１２，１１２をケース１０３の外周に当接させる。当接させることにより、押圧力によりケース１０３が塑性変形する。スピニング加工によれば、円筒状のケース素材から、ケース１０３を作成することができる。ケース１０３を作成するのに、他の部品を溶接等する必要がなく、少ない部品点数によってケース１０３を作成することができる。

図７に戻り、内燃機関を作動させることにより、矢印（２）で示されるように、排ガス浄化装置１００の内部に排気ガスが流される。ほとんどの排気ガスは、矢印（３）で示されるように、触媒担体１０１に向かい浄化される。しかし、矢印（４）で示されるように排気ガスの一部は、ケース１０３のテーパ部１０３ａに沿って流れ、マット１０２に接触する。排気ガスは、高温の気体である。マット１０２の長寿命化の観点から、高温の排気ガスがマット１０２に接触することを抑制することが望まれる。

特開２００３−１２０２７５公報

本発明は、排気ガスがマットに接触することを抑制することができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、マットが巻かれた浄化部材をケースに収納してなる排ガス浄化装置の製造方法において、前記ケースの素材である円筒状のケース素材を準備する準備工程と、前記浄化部材の端部に対応する部位から前記ケース素材の一端までを、スピニング加工用のローラによって連続的に縮径する縮径工程と、前記浄化部材の端部に対応する部位において、前記ローラを用いて前記ケース素材の軸線に向かって縦壁を形成する縦壁形成工程とからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記縦壁形成工程の後に、前記縦壁に前記ローラの側面を押し付け、前記縦壁を前記軸線に対して略垂直に立上げる仕上げ工程を有することを特徴とする。

請求項３に係る排ガス浄化装置は、請求項１又は請求項２記載の製造方法によって製造されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、縮径工程を行った後に、縦壁形成工程を行う。縮径工程によりケースの壁面を緩やかに縮径した後に縦壁を形成するため、縮径工程を行わずに縦壁を形成した場合に比べて、ケース全体の板厚をより一定にすることができる。板厚が一部だけ薄いと、ケースの破れ等、不良品の原因となり得る。板厚を一定にすることにより、不良品の発生を抑制することができる。

加えて、請求項１に係る発明によって製造された排ガス浄化装置は、スピニング加工用のローラを用いてケース素材の軸線に向かって縦壁を形成する。縦壁を形成することにより、排気ガスがケースの壁面に沿ってマットに導かれることを抑制することができる。即ち、排気ガスのマットへの接触を抑制する。高温の排気ガスがマットへ接触することを抑制することにより、排ガス浄化装置の長寿命化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、縦壁形成工程の後に、縦壁にローラの側面を押し付け、縦壁を軸線に対して略垂直に立上げる仕上げ工程を有する。縦壁を略垂直に立上げることができる。

請求項３に係る発明では、スピニング加工用のローラを用いてケース素材の軸線に向かって縦壁が形成されている。縦壁が形成されることにより、排気ガスがケースの壁面に沿ってマットに導かれることを抑制することができる。即ち、排気ガスのマットへの接触を抑制する。高温の排気ガスがマットへ接触することを抑制することにより、排ガス浄化装置の長寿命化を図ることができる。

実施例１による排ガス浄化装置の断面図である。 ケース素材及びマットの巻かれている触媒担体を準備する工程からケース素材の圧縮行程までを説明する図である。 縮径工程から縦壁形性工程までを説明する図である。 仕上げ工程を説明する図である。 縮径工程を行ってから縦壁を形成した場合と、縮径工程を行わずに縦壁を形成した場合とを比較する図である。 実施例２による排ガス浄化装置の断面図である。 従来の例による排ガス浄化装置の断面図である。 図７に示されたケースの成形方法を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、触媒装置１０（排ガス浄化装置１０）は、セラミックス製の触媒担体１１（浄化部材１１）と、この触媒担体１１に巻かれているマット１２と、これらの触媒担体１１及びマット１２を収納する金属製のケース２０とからなる。

浄化部材には、触媒担体１１の他に、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter）を採用することができる。さらに、触媒担体１１は、ディーゼルエンジン用及びガソリンエンジン用等あらゆる用途向けの触媒担体を含む。即ち、内燃機関において発生する排ガスを浄化する目的で用いられるものであれば、浄化部材は、これらのものに限られない。

マット１２には、アルミナ繊維を含有したマットを用いることができる。マット１２は、作業員による手巻きの他、マット巻き装置によって触媒担体１１に巻くことができる。

なお、マット１２は、アルミナ繊維以外の金属繊維やセラミックス繊維を含有するもの、抄造マット、バーミキュライトを含んだマット、ニードル、グラスファイバー等任意のマットを用いることができる。

ケース２０は、マット１２の外周に巻かれている一般部２１と、この一般部２１の上流側の端部２１ａからケース２０の軸線ＣＬに向かって略垂直に曲げられている縦壁２２と、この縦壁２２の軸線ＣＬ側の端部２２ａから上流に向かって縮径されている縮径部２３と、この縮径部２３の先端において想像線で示される管部材３１が接続され排気ガスが導入される排ガス導入口２４とからなる。

縦壁２２が形成されることにより、排気ガスがケース２０の壁面に沿ってマット１２に導かれることを抑制することができる。即ち、排気ガスのマット１２への接触を抑制する。高温の排気ガスがマット１２へ接触することを抑制することにより、触媒装置１０の長寿命化を図ることができる。

縦壁２２の軸線ＣＬ側の端部２２ａは、排気ガスの流れ方向を基準とした場合に、断面視においてマット１２と重なる位置まで延びている（想像線Ｌ１参照）。このことにより、排気ガスがマット１２に向かって流れることをより抑制することができる。

縮径部２３は、異なる曲率半径の円弧形状を連続的に形成した、いわゆる複合ｒ形状を呈する。縮径部２３の内周面２３ｂのうち、縦壁２２の軸線ＣＬ側の端部２２ａ近傍の点から接線Ｌ２を延ばした場合に、この接線Ｌ２は、マット１２に接触するよりも先に触媒担体１１に接触する。内周面２３ｂに沿って流れる排気ガスをより確実に触媒担体１１に向かって導くことができる。触媒担体１１に導くことにより、排気ガスがマット１２に接触することを抑制することができる。

縮径部２３は、スピニング加工により成形されており、スピニング加工した際に凹凸状に形成された凹凸部２３ｃを有する。一方、縦壁２２近傍の内周面２２ｃは、平坦面状に形成されている。マット１２近傍の縦壁２２の内周面２２ｃが平坦面状に形成されているため、排気ガスを円滑に触媒担体１１に向かって流すことができる。

なお、ケース２０下流側の端部に、上流側と同様にスピニング加工を施すことも可能である。また、下流側の端部には、下流に向かって縮径するコーン部材を接合することもでき、任意の構成を採用することができる。

また、排ガス導入口２４には、フランジを介して管部材３１を繋ぐ構成とすることができる。
次に、触媒装置１０の製造方法について詳細を次図以降において説明する。

図２（ａ）に示されるように、まず、マット１２の巻かれている触媒担体１１と、ケース（図１、符号２０）の素材となる円筒状のケース素材４１とを準備する。これらを準備したら、マット１２の巻かれている触媒担体１１をケース素材４１に挿入する。

次に、図２（ｂ）に示されるように、ケース素材４１を圧縮装置５０の圧縮片５１，５１によって外径がＤ１になるまで圧縮して塑性変形させる。圧縮片５１，５１を外すと、図２（ｃ）にしめされるような半完成品４０を得ることができる。

圧縮片５１，５１を外すと、僅かにケース素材４１が戻り（この現象をスプリングバックという。）、半完成品４０はやや大きな外径Ｄ２になる。即ち、圧縮装置５０から外す前のケース素材４１の外径はＤ１であり、圧縮装置５０から外した後の半完成品４０の外径はＤ２となる。

なお、マット１２が巻かれている触媒担体１１をケース素材４１に収納する収納工程は、ケース素材４１を成形した後において行ってもよい。従って、収納工程の後に行われる、触媒担体１１が収納された状態においてケース素材４１を圧縮する圧縮工程も、ケース素材４１を成形した後に行うことができる。

ケース素材４１を成形する前に収納工程及び圧縮行程を行った場合には、ケース素材４１の下流側の端部もスピニング加工を施すことができる。次図以降において、ケース素材４１の成形について説明する。

図３（ａ）に示されるように、ケース素材４１のうち、触媒担体１１の端部１１ａに対応する部位４１ａからケース素材４１の一端４１ｂまでを、スピニング加工用のローラ６０によって連続的に縮径する。これが縮径工程である。想像線で示されるのは、縮径後のケース素材４１の形状である。

縮径工程は、矢印（１１）〜（１４）に示されるようなパスを繰り返すことにより行う。矢印（１１）によって示される、触媒担体１１からケース素材４１の一端４１ｂに向かうパスを、往路パスという。矢印（１２）によって示される、ケース素材４１の一端４１ｂから触媒担体１１に向かうパスを、復路パスという。矢印（１３）及び（１４）によって示されるテーパ面７１に倣ったパスを、積層パスという。

矢印（１１）〜（１４）の順に成形を行ったら、次は、矢印（１５）〜（１８）の順に成形を行う。このような加工をケース素材４１の一端４１ｂに向かって繰り返す。排ガス導入口（図１、符号２４）に対応する部位を残して、スピニング加工を行う。

触媒担体１１からケース素材４１の一端４１ｂに向かうパス（矢印（１１），（１４），（１５），（１８））は、ケース素材４１の板厚が薄くなりやすい。一方、ケース素材４１の一端４１ｂから触媒担体１１に向かうパス（矢印（１２），（１３），（１６），（１７））は、ケース素材４１の板厚が薄くなり難い。本発明においては、これらのパスに加え、後述する縮径パスによってケース（図１、符号２０）を成形する。

縮径工程によって軸線ＣＬに対して傾けられたケース素材４１のテーパ面７１は、軸線ＣＬに対して２０°〜３５°に傾けられていることが望ましい。即ち、θ＝２０°〜３５°であることが望ましい。

次に、図３（ｂ）に示されるように、縮径部２３及び縦壁２２を成形する本成形（縦壁形成）を行う。この工程を本成形工程（縦壁形成工程）という。図３（ｂ）に示される本成形工程に対して、図３（ａ）に示された縮径工程は、予備成形工程ということもできる。

本成形工程は、矢印（２１）及び（２２）で示されるように、復路パスによって行う。一般部２１と縮径部２３との間の段差を繋ぐようにして、縦壁２２は形成されている。即ち、本成形工程（縦壁形成工程）によって、ケース素材４１のうち、触媒担体１１の端部１１ａに対応する部位４１ａにおいて、ローラ６０を用いてケース素材４１の軸線ＣＬ（図１に示されたケースの軸線ＣＬと同じである。）に向かって縦壁２２を形成する。

図４に示されるように、縦壁２２を軸線ＣＬに対して略垂直に立ち上げる。この工程を仕上げ工程という。仕上げ工程は、矢印（３１）によって示されるように、ローラ６０の側面６０ａを縦壁２２に押し付けることによって行う。このようにして、触媒装置は完成する。縦壁２２の形成に先立って縮径工程が行われる理由を、次図に基づいて説明する。

図５（ａ）には、ケース８０を模式的に示した図が示されている。本発明者らは、一般部８１の縁から縦壁８２を直接的に形成した場合（以下、「比較例」という。）と、テーパ状に成形してから縦壁８２を成形した場合（以下、「実施例」という。）との板厚の違いを測定した。測定は、触媒担体８６の端部８６ａに対応する部位から、ケース８０の先端まで行った。即ち、触媒担体８６の端部８６ａに対応する部位が測定開始点、ケース８０の先端が測定終了点である。

図５（ｂ）には、測定結果が示されている。横軸は測定開始点からの長さ、縦軸はケース板厚である。実線によって実施例の結果を示し、一点鎖線によって比較例の結果を示す。

図５（ａ）も参照して、比較例によるケースは、縦壁（Ｐ１参照）において急激に板厚が薄くなっている。このような部位においては、板厚が薄いことにより、ケースに破れが発生しやすくなる。また、一部のみが薄いことにより、応力が集中しやすい。

一方、実施例によるケースは、板厚が急激に変化する部位がなく、比較例による場合に比べ全体を通して板厚が一定である。板厚を一定にすることにより、不良品の発生を抑制することができる。また、応力の集中する部位を無くすことにより、ケースの長寿命化を図ることができる。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図６は実施例２の触媒装置の断面構成を示し、上記図１に対応させて表している。
図６に示されるように、触媒装置１０Ａは、ケース２０Ａの縮径部２３Ａが直線的に成形されている。このような触媒装置１０Ａによっても、本発明所定の効果を得ることができる。

なお、縮径部２３Ａが直線的である場合には、縮径部２３Ａの延長線Ｌ２Ａがマット１２よりも先に触媒担体１１に接触することが望ましい。このことにより、より確実に排気ガスを触媒担体１１に導くことができる。

さらに、縦壁２２は、縮径工程後に縦壁２２のみを形成してもよいし、本成形によって直線状の縮径部２３Ａを成形しながら縦壁２２を形成してもよい。

尚、本発明の浄化装置は、実施の形態では四輪車に適用する例を基に説明したが、車両全般に適用可能であり、さらに車両以外の用途に用いることも差し支えない。

本発明の浄化装置の製造方法は、四輪車用浄化装置の製造に好適である。

１０，１０Ａ…触媒装置（排ガス浄化装置）、１１…触媒担体（浄化部材）、１１ａ…触媒担体の端部（浄化部材の端部）、２０，２０Ａ…ケース、２２…縦壁、４１…ケース素材、４１ａ…触媒担体の端部に対応する部位（浄化部材の端部に対応する部位）、４１ｂ…触媒担体の一端、６０…ローラ、６０ａ…ローラの側面、ＣＬ…軸線。

Claims (3)

1. マットが巻かれた浄化部材をケースに収納してなる排ガス浄化装置の製造方法において、
   前記ケースの素材である円筒状のケース素材を準備する準備工程と、
   前記浄化部材の端部に対応する部位から前記ケース素材の一端までを、スピニング加工用のローラによって連続的に縮径する縮径工程と、
   前記浄化部材の端部に対応する部位において、前記ローラを用いて前記ケース素材の軸線に向かって縦壁を形成する縦壁形成工程とからなることを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
2. 前記縦壁形成工程の後に、
   前記縦壁に前記ローラの側面を押し付け、前記縦壁を前記軸線に対して略垂直に立上げる仕上げ工程を有することを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の製造方法によって製造されていることを特徴とする排ガス浄化装置。

Images