(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホールドに摩擦圧接にて接合される触媒を内包した触媒ケースであって、該触媒ケースの摩擦圧接される接合面の近傍には、接合面に近い位置に第１厚肉部と、該第１厚肉部との間に薄肉部を介在させて接合面より遠い位置に第２厚肉部が設けられていることを特徴とする触媒ケース。
【請求項２】
摩擦圧接時には、前記第２厚肉部の外周全域がクランプ治具で固定保持されるとともに、前記第１厚肉部の外周数カ所が、爪状クランプで固定されることを特徴とする請求項１に記載の触媒ケース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、自動車用あるいは産業機械用の内燃機関の排気マニホールドに摩擦圧接により接合される触媒ケースに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、図５に示すように、触媒５３を内包した触媒ケース５１の接合面５１ａに、排気マニホールド５４を摩擦圧接により接合しており、図７及び、図８に図７の底面図で示すように、触媒ケース５１に形成した厚肉部５２の外周をクランプ治具５５で固定して摩擦圧接が行なわれ、図６に示すように、接合面５１ａに荷重を与えて連続相対運動させて、初期擦り合わせ工程から、相対速度と荷重を増大させて摩擦工程に移行し、接合面５１ａに摩擦熱を発生させて、接合面５１ａ及びその近傍を溶融軟化させた後、アプセット工程で相対運動を停止させると同時に、さらに大きな荷重を加えて溶融軟化層を外部へ排出して、触媒ケース５１の接合面５１ａに排気マニホールド５４を接合させている。
【０００３】
従来において、接合面５１ａには大きな荷重が掛かり、摩擦熱により軟化して変形が生ずるため、前記厚肉部５２を形成して変形を防ぎ、内部の触媒５３の破損を防止しているが、摩擦圧接時に、クランプ治具５５から熱伝動により熱が逃げて冷却されるため、摩擦熱の発生を増やす必要上、相対運動の速度を速くするとか、接合面に加える荷重を増加させる手段があるが、相対速度を増大させると、圧接する部材の不釣り合いから震動が増加し、クランプ治具５５の剛性、さらには圧接機自体の剛性を高める必要があり、限界があった。
【０００４】
一方、摩擦圧接時の荷重を増加させると、クランプ治具５５の剛性を上げてクランプ力を高める必要があり、また、触媒ケース５１についても、クランプ治具との滑りとか変形を防止するために剛性を高める必要があり、重量が大きくなってしまうという問題点がある。
また、摩擦圧接では、アプセット工程において相対運動を停止させると、摩擦による発熱が止まり、この時クランプ治具５５からの熱の逃げが大きいと、溶融軟化層を外部に排出させる前に溶融軟化層が凝固してしまい、接合面が不完全な接合となり、特に、触媒ケース５１がフェライト系鋳鉄の場合、クランプ治具５５などからの熱の逃げが大きいと接合面が急冷された状態となり、セメンタイト組織となって、接合面が脆くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、変形を抑えて、摩擦圧接により良好な状態で接合できる触媒ケースを提供せんことを目的とし、その第１の要旨は、排気マニホールドに摩擦圧接にて接合される触媒を内包した触媒ケースであって、該触媒ケースの摩擦圧接される接合面の近傍には、接合面に近い位置に第１厚肉部と、該第１厚肉部との間に薄肉部を介在させて接合面より遠い位置に第２厚肉部が設けられていることである。
また、第２の要旨は、摩擦圧接時には、前記第２厚肉部の外周全域がクランプ治具で固定保持されるとともに、前記第１厚肉部の外周数カ所が、爪状クランプで固定されることである。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、触媒ケースと排気マニホールドの接合状態の断面構成図であり、触媒ケース１の接合面１ａに排気マニホールド７の先端が摩擦圧接により接合されるものであり、触媒ケース１の内部には触媒６が内包されており、本例では、触媒ケース１の接合面１ａの近傍に、図２の拡大断面図で示すように、外側へ突出して第１厚肉部３が形成されており、この第１厚肉部３から薄肉部４を介在させた状態で、接合面１ａから遠い位置に第２厚肉部５が外側へ突出状に形成されたものとなっており、また、接合面１ａの内側には上方へ突出して溶バリ脱落防止壁２が形成されたものとなっている。
例えば、前記第１厚肉部３の厚さｔ１は１０〜１５mmで、第１厚肉部３の上下長さＬ１は８〜１０mm程度に設定されており、また、第２厚肉部５の厚さｔ２は６mm以上で、上下長さＬ３は１０〜１５mm程度に設定されたものとなっている。なお、触媒ケース１はフェライト系鋳鉄で形成されたものである。
【０００７】
摩擦圧接時には図３及び図４に示すように、前記第２厚肉部５の外周ほぼ全域にクランプ治具８が当接されて、クランプ治具８により触媒ケース１が強固に固定保持されるのであり、この時に、第１厚肉部３の外周には所定間隔でクランプ爪８ａが当接されて、第１厚肉部３の外周はクランプ爪８ａにより数カ所で固定されることとなる。
【０００８】
このようにクランプ治具８で固定保持して、図６のように接合面１ａに荷重を与え、かつ相対運動させて、接合面１ａに摩擦熱を発生させ、接合面及びその近傍を溶融軟化させて摩擦圧接するのであるが、その場合に、第１厚肉部３と第２厚肉部５間には薄肉部４が形成されているため、第２厚肉部５への熱伝達が抑えられることとなり、この第２厚肉部５の外周全域に固定されているクランプ治具８からの熱の逃げを少なくすることができるものである。
【０００９】
また、第１厚肉部３はクランプ爪８ａにより数カ所で固定されており、接合面１ａの軟化による口開きなどの変形を良好に抑えることができ、また、アプセット工程で回転が停止されて摩擦熱の発生が止まっても、接合面１ａに近い第１厚肉部３が接合面１ａの温度の急激な降下を防ぐヒートマスの役割を果たし、接合面１ａの急冷化を抑えてセメンタイト組織の発生を良好に抑えることができるものとなる。
なお、アプセット工程で外側へ排出される溶融軟化層は、溶バリ脱落防止壁２が存在するために内側への排出が防がれて、触媒６の傷付きを良好に防ぐことができるものとなる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は、排気マニホールドに摩擦圧接にて接合される触媒を内包した触媒ケースであって、触媒ケースの摩擦圧接される接合面の近傍には、接合面に近い位置に第１厚肉部と、第１厚肉部との間に薄肉部を介在させて接合面より遠い位置に第２厚肉部が設けられていることにより、摩擦圧接時のクランプ治具からの熱の逃げを防止でき、触媒ケースの変形を抑えて良好な接合状態が得られるものとなる。
【００１１】
また、摩擦圧接時には、第２厚肉部の外周全域がクランプ治具で固定保持されるとともに、第１厚肉部の外周数カ所が、爪状クランプで固定されることにより、摩擦圧接時に、遠い位置にある第２厚肉部で確実に固定保持され、クランプ治具からの熱の逃げを防ぐことができ、また、第１厚肉部は爪状のクランプで固定されて摩擦圧接時の触媒ケースの変形が良好に抑えられ、また、第１厚肉部がヒートマスの役割を果たし、接合面の急冷化によるセメンタイト組織の発生を良好に抑えることができるものとなり、また、第１厚肉部の周辺では溶融軟化層を良好に排出して、良好な接合が可能となる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】触媒ケースと排気マニホールドの接合状態の断面構成図である。
【図２】触媒ケースの接合面近傍の拡大断面構成図である。
【図３】触媒ケースをクランプ治具でクランプした状態の正面図である。
【図４】図３の底面図である。
【図５】従来の触媒ケースと排気マニホールドの接合状態の断面構成図である。
【図６】摩擦圧接時の荷重と相対速度の関係線図である。
【図７】従来のクランプ治具によるクランプ状態の正面構成図である。
【図８】図７の底面構成図である。
【符号の説明】
１  触媒ケース
１ａ  接合面
２  溶バリ脱落防止壁
３  第１厚肉部
４  薄肉部
５  第２厚肉部
６  触媒
７  排気マニホールド
８  クランプ治具
８ａ  クランプ爪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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