(57)【特許請求の範囲】
【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、該本体部及び該コーン部の周辺にフランジ部を持たず、
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ことを特徴とする触媒コンバータ容器。
【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つつ軸方向に相対移動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、該治具は軸方向に突出し該ワークの不規則な変形を阻止する突出部を持ち、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。
【請求項３】
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。
【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り、該本体部及び該コーン部は周辺にフランジ部を持たない。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つつ軸方向に相対移動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、軸方向に突出しワークの不規則な変形を防止する突出部を持ち、治具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、左右方向に対向する部分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２０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縁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１０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３０が接触しない部分（上下方向に対向する直線部分１４ｂ）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１４ｂ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１４ａ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４０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１０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２２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１０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８６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いものに置換する。
【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、治具の突出部でワークの不規則な変形を防止しつつ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、ワークとローラとを軸方向に相対移動させつつ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、６０，９０：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
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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