JP4558960B2 - 触媒サポート用波板の製造方法、波板及び触媒サポート - Google Patents

触媒サポート用波板の製造方法、波板及び触媒サポート

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Description

【0001】
【発明の属する分野】
本発明は自動車やオートバイの排気装置に配設される排気浄化触媒サポート用波板の製造方法、波板及び触媒サポートに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車やオートバイの排気装置に配設される排気浄化触媒サポートは図12に示すように、パイプ材200とパイプ材200内に組み込まれた波板100とから構成されている。波板100は高温の排気ガスに曝されるため耐熱鋼材で形成されている。波板100は触媒が担持される表面積を広げた形状を採り、通常断面5山のヘアピン形状をしている。そのような波板100は、雌型と雄型を使って5山の波部を同時にプレス成形する方法で製造されていた。そして波板100をパイプ材200に圧入して密着させた後、ろう付け加工され触媒サポートが形成されていた。
【0003】
ヘアピン形状の触媒サポートはセルが粗く、セル壁厚が厚いため、エンジン失火などによる異常高温に強く、2・4サイクルエンジンに搭載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
波板100に使用される耐熱鋼材は、例えば、組成が20%Cr−5%Al鋼板で、厚さが0.5mm、伸びが約15%、硬度が約220HVである。このため、この耐熱鋼板は成形性が悪く、同時成形する従来の製造法ではプレス時に波板100に割れや擦り傷が発生するとともに金型にも擦り傷が発生し、問題であった。割れや擦り傷が発生するのは、中央波部が成形される途中でその両側の側波部が形成される際、金型に材料の供給が不足するため及び材料の伸びが少ないために金型と材料が擦れることによると考えられる。
【0005】
また、波板をパイプに圧入すると、波板とパイプの内壁及び波板同士に隙間が発生し、隙間のない触媒サポートを作ることが困難であった。隙間が発生するのは、圧入時に波板の波部が重なる方向に圧縮されるため、波部のR形状が潰れることによると考えられる。
【0006】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、擦り傷や割れが発生しない波板の製造方法を提供することと、パイプに圧入する際隙間が発生しない波板を製造する方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
発明に係る波板の製造方法は、粗波板を作る粗波板形成工程と、作られた粗波板の凹部に棒状のコアを挿入し、コアの挿入された状態で波部が重なる方向に押圧して矯正する矯正工程と、からなることを特徴とする。
【0009】
【実施の形態】
粗波板形成工程は、平板中央に中央波部を形成する中央波部形成工程と、該中央波部を狭持した状態でその両側の側波部を形成する側波部形成工程と、からなり、5山を持つ波板の製造を可能とする。側波部形成工程を繰り返すことで、9山の波板を製造することができる。すなわち、平板中央に中央波部を形成する中央波部形成工程と、該中央波部を狭持した状態でその両側の側波部を形成する側波部形成工程と、該側波部を狭持した状態でさらにその両側の側々波部を形成する側々波部形成工程とからなるようにする。
【0010】
前記中央波部形成工程は波状の雌型の中央凹部に平板をその中央が一致するように載置する工程と、波状の雄型の中央凸部が該雌型の中央凹部に圧入する工程と、からなるようにすると、平板中央に確実に中央波部を形成することができる。
【0011】
また、前記側波部を形成する工程を前記雌型の中央凹部の両側凹部に前記雄型の中央凸部の両側凸部が圧入する工程にすると、中央波部の両側に側波部を確実に形成することができる。側波部形成工程は前記雌型の中央凹部と両側凹部の間の凸部を、前記雄型の中央凸部と両側凸部の間の凹部に圧入する工程でも良い。
また、波状の雄型と雌型の場合は、隣り合う凸部と凸部の間は凹部であり、凹部と凹部の間は凸部であるから、側波部形成工程は、雌型の中央凹部の両側凹部に雄型の中央凸部の両側凸部が圧入するのと、雌型の中央凹部と両側凹部の間の凸部を前記雄型の中央凸部と両側凸部の間の凹部に圧入することが同時に行われる工程でも良い。
【0012】
さらに、前記雄型は前記両側凸部の中央溝部に前記中央凸部の上端部が加圧手段を介して枢着されていると、雄型を雌型に圧入する際、両側凸部を加圧するだけで最初中央凸部が圧入され、続いて中央波部を狭持した状態で両側凸部が圧入される。したがって、自動化、量産化に適している。
【0013】
前記加圧手段にはコイルばね、板ばね、油圧ピストン、など適宜使用できる。
【0014】
本発明の波板の製造方法は、粗波板を作る粗波板形成工程と、作られた粗波板の凹部に棒状のコアを挿入し、コアの挿入された状態で波部が重なる方向に押圧して矯正する矯正工程と、からなる。この波板の製造方法の粗波板形成工程は本発明の波板の製造方法に限定されない。すなわち、いかなる方法で製造された粗波板も擦り傷や割れがなければ、その粗波板の凹部に棒状のコアを挿入し、コアの挿入された状態で波部が重なる方向に押圧して矯正することで、パイプに圧入する際隙間が発生しない波板を製造することができる。
【0015】
棒状のコアは粗波板の波部の曲率半径と等しい半径のコアが好ましい。波部の形状を損なうことなく矯正できるからである。
【0016】
前記矯正する工程が雌型と雄型が閉じたとき円筒状キャビティを形成する型で波部が重なる方向に押圧して矯正する工程であると、パイプに圧入する際、隙間が発生しない波板を確実に形成することができる。
【0017】
また、円筒状キャビティの内径は、圧入すべきパイプの内径に近い方が、パイプに圧入する際、隙間が発生しない波板を、より確実に形成することができる。
矯正された波板は材料のスプリングバック作用で少し広がるので、キャビティの内径はパイプの内径より小さくても良い。
【0018】
波板に使用される鋼材は、自動車やオートバイの排気装置に配設される排気浄化触媒サポート用の場合は、たとえば、組成が20%Cr−5%Alのような耐熱鋼材製の鋼板が適している。耐熱鋼材としてはその他に、SUS304やSUS430などでもよい。
【0019】
【作用】
本発明の波板の製造方法は、中央波部形成工程の後に側波部形成工程で該中央波部を狭持した状態でその両側の側波部を形成するので、金型への材料の供給不足が生ぜず擦り傷や割れの発生が生じにくい。
【0020】
本発明の波板の製造方法は、粗波板の凹部に棒状のコアを挿入し、コアの挿入された状態で波部が重なる方向に押圧して矯正するので、パイプに圧入する際波部のR形状が潰れることがなく、隙間が発生しない。
【0021】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【0022】
実施例1
実施例1による5山の波板の製造プロセスを図1〜図4に示す。図1は厚さ0.5mm、幅195mm、長さ110mmの耐熱鋼(18%Cr−3%Al)平板1を雄型2と雌型3の間に挿入した状態を示す。雄型2は、山(3)(図では○の中に3と記す)用の中央凸部21、山(1)(図では○の中に1と記す)(5)(図では○の中に5と記す)用の両側凸部22、加圧手段としての波状スプリング23とからなる。中央凸部21の元部212はコの字状をしており、元部212が両側凸部22のコの字状中央溝部222にスプリング23を介して枢着されている。スプリング23の一端は中央溝部222の頂部に、他端は元部212のコの字状凹部の低部に固着されている。したがって、中央凸部21はスプリング23の伸縮によって中央溝部222をスライドする。
【0023】
スプリング23が収縮して中央凸部21の首部211が両側凸部22の首部221に一致すると山(2)(図では○の中に2と記す)、(4)(図では○の中に4と記す)用の凹部を形成する。なお、中央凸部21の首部211が両側凸部22の先端と一致している。
【0024】
波状の雌型3は山(3)(図では○の中に3と記す)用の中央凹部31と山(1)(図では○の中に1と記す)(5)(図では○の中に5と記す)用の両側凹部32、及び中央凹部と両側凹部の間に山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用の凸部33を持っている。
【0025】
雄型2と雌型3の互いに対応する凹凸の曲率半径は5mmである。
【0026】
図1の状態で雄型2を図示しない加圧手段で加圧すると、スプリング23が殆ど収縮しない状態で、雄型2の中央凸部21が平板1を伴って雌型3の中央凹部31に圧入されて中央波部の山(3)(図では○の中に3と記す)が形成され出すと同時に、平板1は雌型の山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用の凸部33で下面から押し上げられ、雄型2の両側凸部22で上面から押し下げられ、図2の状態になる。さらに雄型2を加圧して降下させると、雄型2の中央凸部21が雌型3の中央凹部31に完全に圧入され、平板1に中央波部の山(3)(図では○の中に3と記す)が形成される。
【0027】
次にこの状態、すなわち、中央波部を狭持した状態でさらに雄型2を加圧すると、スプリング23が収縮し両側凸部22が降下し雌型3の山(1)(図では○の中に1と記す)(5)(図では○の中に5と記す)用の両側凹部32への圧入を開始すると同時に、中央凸部21と両側凸部22との間に山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用の凹部を形成し始め、雌型3の山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用の凸部33が雄型2の山(2)(図では○のかに2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用凹部に圧入され始める。さらに、雄型2を加圧すると、スプリング23が収縮し両側凸部22が雌型3の山(1)(図では○の中に1と記す)(5)(図では○の中に5と記す)用の両側凹部32に圧入され、雌型3の山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用凸部33が雄型2の山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用凹部に圧入され、最終的に図3に示す状態になり、平板1に両側の側波部が形成される。
【0028】
図4は成形後、型から取り出した波板の斜視図であるが、擦り傷や割れの発生が無かった。
【0029】
実施例2
実施例2による波板の製造プロセスを図5〜図7に示す。図5は実施例1で製造した波板10の波部にコアとしての直径10mmの丸棒6を挿入して、半円筒状の雄型4とU字状の雌型5のキャビティ内に波板10の波部が重なる方向と型が閉じる方向が一致するようにセットした状態を示す。雄型4の半円筒の曲率半径と雌型5のR部の曲率半径はそれぞれ15mmで、雄型4と雌型5が閉じた状態で直径30mmの円筒状キャビティを形成する。図5の状態で雄型4を雌型5に圧入したところ、波板10は波部が重なる方向に押圧され、図6の状態になった。
【0030】
波部の曲率を5mmに保ったまま外形を30mmに矯正することができた。図7は金型4と5から取り出し、丸棒6を取り除いた波板を示す。金型から取り出すと材料のスプリングバックにより若干広がったが、波部の変形や潰れの無い波板を製造することができた。これを内径29.4mm、外形31.8mmのステンレス製パイプに圧入したところ、波部のR形状が潰れることがなく、隙間が発生しなかった。パイプ内壁にろうスラリーを塗布した後波板を圧入し、ろう付け熱処理することで良好なヘアピン形状触媒サポートが完成した。
【0031】
実施例3
実施例3よる9山の波板の製造プロセスを図8〜図11に示す。図8は厚さ0.5mm、幅350mm、長さ110mmの耐熱鋼(18%Cr-3%Al鋼)平板1を雄型7と雌型8の間に挿入した状態を示す。雄型7は、山(5)(図では○の中に5と記す)用の中央凸部71、山(3)(図では○の中に3と記す)(7)(図では○の中に7と記す)用の第一両側凸部72、山(1)(図では○の中に1と記す)(9)(図では○の中に9と記す)用の第二両側凸部73、加圧手段としての第一波状スプリング74、第二波状スプリング75とからなる。
【0032】
中央凸部71の元部712はコの字状をしており、元部712が第一両側凸部72のコの字状中央溝部722に第一スプリング74を介して枢着されている。第一スプリング74の一端は中央溝部722の頂部に、他端は元部712のコの字状凹部の低部に固着されている。したがって、中央凸部71は第一スプリング74の伸縮によって中央溝部722をスライドする。第一スプリング74が収縮して中央凸部71の首部が両側凸部72の首部に一致すると山(2)(図では○の中に2と記す)(4)(図では○の中に4と記す)用の凹部を形成する。
【0033】
第一両側凸部72の元部は第二両側凸部73のコの字状中央溝部732に第2スプリング75を介して枢着されている。第二スプリング75の一端は中央溝部732の頂部に、他端は第一両側凸部72の上面に形成された凹部に固着されている。したがって、第一両側凸部72は第二スプリング75の伸縮によって第二両側凸部73の中央溝部732をスライドする。第二スプリングが収縮して第一両側凸部72の首部が第二両側凸部73の首部に一致すると、山(2)(図では○の中に2と記す)(8)(図では○の中に8と記す)用の凹部を形成する。
【0034】
波状の雌型8は山(5)(図では○の中に5と記す)用の中央凹部81と山(3)(図では○の中に3と記す)(7)(図では○の中に7と記す)用の第一両側凹部82、山(1)(図では○の中に1と記す)(9)(図では○の中に9と記す)用の第二両側凹部83を持ち、かつ、中央凹部と第一両側凹部の間に山(4)(図では○の中に4と記す)(6)(図では○の中に6と記す)用の凸部84を、第一両側凹部と第二両側凹部の間に山(2)(図では○の中に2と記す)(8)(図では○の中に8と記す)用の凸部85を、持っている。
【0035】
雄型7と雌型8の互いに対応する凹凸の曲率半径は5mmである。
【0036】
図8の状態で雄型7を図示しない加圧手段で加圧すると、第一スプリング74、第二スプリング75が殆ど収縮しない状態で、雄型7の中央凸部71が平板1を伴って雌型8の中央凹部81に圧入されて中央波部の山(5)(図では○の中に5と記す)が形成され出すと同時に、平板1は雌型の山(4)(図では○の中に4と記す)(6)(図では○の中に6と記す)用の凸部84で下面から押し上げられ、雄型7の第一両側凸部72で上面から押し下げられる。さらに雄型7を加圧して降下させると、雄型7の中央凸部71が雌型8の中央凹部81に完全に圧入され、平板1に中央波部の山(5)(図では○の中に5と記す)が形成される。
【0037】
次にこの状態すなわち、中央波部を狭持した状態でさらに雄型7を加圧すると、第一スプリング74が収縮し第一両側凸部72が降下し雌型8の山(3)(図では○の中に3と記す)(7)(図では○の中に7と記す)用の第一両側凹部82への圧入を開始すると同時に、中央凸部71と第一両側凸部72との間に山(4)(図では○の中に4と記す)(6)(図では○の中に6と記す)用の凹部を形成し始め、雌型8の山(4)(図では○の中に4と記す)と(6)(図では○の中に6と記す)用の凸部84が雄型7の山(4)(図では○の中に4と記す)(6)(図では○の中に6と記す)用凹部に圧入され始め、図9の状態になる。
【0038】
さらに、雄型7を加圧すると、第一両側凸部72が雌型8の第一両側凹部82に完全に圧入され、側波部の山(3)(図では○の中に3と記す)(7)(図では○の中に7と記す)及び山(4)(図では○の中に4と記す)(6)(図では○の中に6と記す)が形成される。次に、この状態すなわち、側波部を狭時した状態でさらに雄型7を加圧すると、第二スプリング75が収縮し第二両側凸部73が雌型8の山(1)(図では○の中に1と記す)(9)(図では○の中に9と記す)用の第二両側凹部83に圧入され、雌型8の山(2)(図では○の中に2と記す)(8)(図では○の中に8と記す)用凸部85が雄型7の山(2)(図では○の中に2と記す)(8)(図では○の中に8と記す)用凹部に圧入され、最終的に図10に示す状態になり、平板1に側々波部が形成される。
【0039】
図11は成形後、型から取り出した波板の断面図であるが、擦り傷や割れの発生が無かった。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波板の製造方法によれば、金型への材料の供給不足が生ぜず擦り傷や割れの発生がない。また、パイプに圧入する際、波部のR形状が潰れることがなく、隙間が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の製造プロセスの初期段階を示す断面図である。
【図2】実施例1の製造プロセスの途中段階を示す断面図である。
【図3】実施例1の製造プロセスの最終段階を示す断面図である。
【図4】実施例1の製造プロセスで製造された波板の斜視図である。
【図5】実施例2の製造プロセスの初期段階を示す断面図である。
【図6】実施例2の製造プロセスの最終段階を示す断面図である。
【図7】実施例2の製造プロセスで製造された波板の断面図である。
【図8】実施例3の製造プロセスの初期段階を示す断面図である。
【図9】実施例3の製造プロセスの途中段階を示す断面図である。
【図10】実施例3の製造プロセスの最終段階を示す断面図である。
【図11】実施例3の製造プロセスで製造された波板の断面図である。
【図12】触媒サポートの断面図である。
【符号の説明】
1・・・平板、2、4、7・・・雄型、3、5、8・・・雌型、6・・・コア、10・・・波板、21、71・・・中央凸部、22、72、73・・・両側凸部、23、74、75…加圧手段、31、81・・・中央凹部、32、82、83・・・両側凹部

Claims (6)

  1. 粗波板を作る粗波板形成工程と、
    作られた粗波板の凹部に棒状のコアを挿入し、コアの挿入された状態で波部が重なる方向に押圧して矯正する矯正工程と、
    からなることを特徴とする波板の製造方法。
  2. 前記矯正する工程は雌型と雄型が閉じたとき円筒状キャビティを形成する型で波部が重なる方向に押圧して矯正する工程である請求項に記載の波板の製造方法。
  3. 前記粗波板を作る粗波板形成工程は、平板中央に中央波部を形成する中央波部形成工程と、該中央波部を狭持した状態でその両側の側波部を形成する側波部形成工程とからなる請求項1または2に記載の波板の製造方法。
  4. 前記中央波部形成工程は波状の雌型の中央凹部に平板をその中央が一致するように載置する工程と、波状の雄型の中央凸部が該雌型の中央凹部に圧入する工程と、からなる請求項3に記載の波板の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれかの製造方法で製造される外径が略円形で断面がヘアピン形状の波板。
  6. 請求項5の波板をパイプに組み込んだ排気浄化触媒サポート。
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