(57)【要約】【課題】  コアと外筒内面とを密に接触させるに好適なメタル担体構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】  金属製の板材１０、１１を多重に巻回して形成したハニカム体のコア１とこのコア１を収容する外筒２とからなり、前記コア１を外筒２内に圧入して一体化させたメタル担体構造であり、前記外筒２の内面に半径方向内方に突出する突起２２を設け、外筒２内に圧入嵌合されたコア１は前記突起２２に係合して軸方向に延び且つ半径方向内方に窪んだ溝１４を外周面に備えるよう構成した。【選択図】    図１
2005329327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の板材を多重に巻回して形成したハニカム体のコアとこのコアを収容する外筒とからなり、前記コアを外筒内に圧入して一体化させたメタル担体構造であり、
前記外筒の内面に半径方向内方に突出する突起を設け、外筒内に圧入嵌合されたコアは前記突起に係合して軸方向に延び且つ半径方向内方に窪んだ溝を外周面に備えることを特徴とするメタル担体構造。
【請求項２】
前記コア外周および外筒内周の断面形状は、長円形状若しくは楕円形状であり、
前記外筒は、長径軸と一致する位置若しくはその近傍位置に前記突起を備えることを特徴とする請求項１に記載のメタル担体構造。
【請求項３】
前記コア外周および外筒内周の断面形状は、対向する湾曲部と湾曲部の端部同士を連結する平行な一対の平面部とからなる長円形状であり、
前記外筒は、各湾曲部の平面部への連結部に近接させた四箇所の位置に突起を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタル担体構造。
【請求項４】
前記突起は、外筒内面を底面とする三角形状若しくはそれに近似した形状を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のメタル担体構造。
【請求項５】
前記突起は、外筒内周面のコア圧入側の開口に近接させた位置において外筒軸方向に延在させて形成していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のメタル担体構造。
【請求項６】
金属製の板材を多重に巻回して形成したハニカム体のコアとこのコアを収容する外筒とからなり、前記コアを外筒内に圧入して一体化させるメタル担体の製造方法であって、
前記外筒内にコアを圧入嵌合させる際に、コア外周面の一部を半径方向内方に窪ませることによりコア外周面に周面方向の引張り荷重を作用させつつ圧入することを特徴とするメタル担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化のための触媒コンバータ等に使用されるメタル担体構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から触媒コンバータの触媒担体として、多数のセルを備えるハニカム形状で、金属製薄板の波板と平板を交互に重ねて多重に巻回したコアを外筒に挿入したメタル担体が広く使用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、山部と谷部からなる波板の金属製薄板を巻回して長円形断面（レーシングトラック）状のコアに成形する際に、隣接する波板の谷部又は山部に当接可能な位置決め部とこれと反対方向に突出し隣接する波板の位置決め部に係合可能なストッパを形成し、波板が並列するストレート部で、位置決め部により隣接する山部と谷部を対向配置させ、ストッパを隣接する波板の位置決め部に係合させて、波板同士を互いに位置決めするようにしている。そして、多重に巻回して得られたコアを外筒に挿入し、真空状態で加熱し拡散接合させて一体とし、その後触媒を担持させるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−２８０９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように波板同士若しくは波板と平板とを多重に巻回して得られるコアは、金属製薄板同士を単に接触させて巻装するものであるため、その外形寸法をコアを収納する外筒の内形寸法より大きく形成し、外筒への圧入等により挿入状態で金属製薄板同士および外筒の内形部と夫々密着させて、これらの接触部を拡散接合する必要がある。
【０００５】
ところで、上記のコアを外筒に圧入等により挿入する場合に、コアの外周部はその周長が外筒の内形部の周長より長くなっており、圧入により外筒の内形部の周長まで圧縮されるものであるため、コア外周部の複数の箇所において上記圧縮により圧入方向に貫通し且つ半径方向内周へ向かう鋭角な溝状の窪みとなる座屈を生じる可能性が大きい。
【０００６】
上記座屈は、コアの圧入方向に貫通しているため、排気ガスを浄化することなく下流に漏れ出させる不具合があり、しかも、座屈がレーシングトラック形状の直線部に発生する場合には、外筒との間に隙間ができて拡散接合されないため、担体の保持力も低下させる虞もある。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、コアと外筒内面とを密に接触させるに好適なメタル担体構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、金属製の板材を多重に巻回して形成したハニカム体のコアとこのコアを収容する外筒とからなり、前記コアを外筒内に圧入して一体化させたメタル担体構造であり、前記外筒の内面に半径方向内方に突出する突起を設け、外筒内に圧入嵌合されたコアは前記突起に係合して軸方向に延び且つ半径方向内方に窪んだ溝を外周面に備える。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、メタル担体の外筒の内面に半径方向内方に突出する突起を設け、外筒内に圧入嵌合されたコアは前記突起に係合して軸方向に延び且つ半径方向内方に窪んだ溝を外周面に備えるよう構成したため、コアを外筒に圧入する際にコアは外形寸法を縮小されて外周部に円周方向に圧縮荷重が作用するが、コア外周部が突起に係合することにより、コア外周部に突起側に引寄せる方向の引張り荷重を作用させて前記圧縮荷重を相殺若しくは減少させながらコアを外筒に圧入させることができ、圧入された状態のコア外周部に座屈が生じることを抑制できる。従って、座屈の発生により排気ガスを浄化することなく下流に漏れ出させる不具合を解消できる。また、前記突起によりコア外周部に形成される窪み（溝）は突起が係合していることにより排気ガスが浄化することなく下流へ漏れ出させる不具合を生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のメタル担体構造およびその製造方法を一実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図５は、本発明を適用したメタル担体構造およびその製造方法の第１実施形態の第１実施例を示し、図１はメタル担体構造の正面図、図２は外筒の斜視図、図３は外筒の断面図、図４は突起部の断面図、図５は圧入時の作動説明図である。
【００１２】
図１において、本実施例のメタル担体構造は、金属製の波板１０と平板１１を交互に重ねて平板状の巻芯１２に多重に巻回して、多数のセル１３を備えるよう作成したハニカム構造体のコア１と、長円形状（レーシングトラック形状）をなした外筒２とからなり、前記コア１を外筒２に圧入し、真空状態で加熱し拡散接合させて一体に形成する。拡散接合されたコア１の多数のセル１３内面には、触媒を担持させて触媒コンバータに使用される。
【００１３】
前記コア１は、波板１０および平板１１として、例えば、板厚０．０５ｍｍ程度のステンレス合金板を使用し、平板状の巻芯１２に金属製の波板１０と平板１１を交互に重ねて多重に巻回し、最外周において、平板１１のみを２〜３重に巻回してその端部を既に巻回されている平板１１の表面に仮止めして形成する。巻装したコア１は全体として、その外形形状が長円形状（レーシングトラック形状）をなし、その外形寸法は、挿入する外筒２の内形寸法より大きく形成する。
【００１４】
前記外筒２は、図２に示すように、全体して長円形状（レーシングトラック形状）の断面を備える筒状に形成され、長円の平面部２０から夫々湾曲部２１に移行した部分の四箇所において、半径方向内方へ突出させて軸方向に延びる突起２２を備える。この突起２２は、外筒２の軸方向範囲全体に亘って形成してもよいが、図示するように、外筒２のコア１が圧入される端部開口２３の入口側にのみ形成し、奥側には形成しないようにしてもよい。突起２２の入口側の始端部および奥側の終端部は徐々に底辺と高さを変化させて、端部開口２３および奥側のサーキットトラック形状となる断面部に滑らかに連なるように形成する。
【００１５】
前記突起２２は、図３および図４に示すように、外筒２を構成する金属板を半径方向の内方へ突出させるバルジ加工により形成している。なお、図示しないが、同様の形状を備えた別部材を溶接等により接合して形成してもよい。前記突起２２の形状としては、図４に示すように、概略三角形状をなし、６０度近辺の頂角を備え、５ｍｍ前後の底辺と高さを備えるよう形成する。前記突起２２の幅と高さは、前記した寸法に限られるものでなく、例えば、高さが６〜７ｍｍ、幅が４〜６ｍｍであってもよく、概略１０ｍｍ以内に形成することが望ましい。
【００１６】
以上の構成になる外筒２へコア１を圧入した場合の作動について以下に説明する。前記した工程で形成されたコア１は、全体として、その外形形状がレーシングトラック形状をなし、その外形寸法は、挿入する外筒２の内形寸法より大きく形成されている。そして治具等により外形形状、即ち、短径幅方向寸法と長径幅方向寸法を弾性範囲内で縮めて、波板１０と平板１１との接触圧を高めた状態とする。
【００１７】
次いで、前記治具により保持した状態からコア１を外筒２の入口側の端部開口２３より外筒２内への圧入を開始する。コア１はその圧入端部が先ず各突起２２に接触することで、突起２２により外周部が半径方向内側に押込まれて突起２２と接触した部分において軸方向に延びる窪み（溝）１４が形成される。
【００１８】
この状態においては、図５に示すように、コア１の突起２２と接触した外周部が半径方向内側に矢印に示すように押込まれることにより、周辺の外周部が突起と接触している方向に引張り寄せられ、コア１外周部には、全体的に周面方向の引張り荷重が作用することとなる。このため、外形寸法を縮小させて圧入させているにも係らず、外周部には引張り荷重が作用して、圧入で発生する圧縮荷重を相殺する。従って、圧入時に突起２２と接触している部分で発生する窪み（溝）１４同士の間で、圧縮荷重に基づく座屈を生じることを抑制することができる。
【００１９】
引続くコア１の圧入においても、圧入当初に発生した突起２２により意図的に発生させた窪み（溝）１４により、コア１は突起２２に沿って円滑に圧入させることができる。また、突起２２間の外周面においては、引張り荷重が作用しているため、その外周面は外筒２の内周面に密に接触し、接触圧が部分的に高まることによる不本意な座屈を発生させることが防止できる。
【００２０】
圧入が完了した段階においては、コア１外周面は外筒２の内周面に座屈されることなく接触した状態とすることができ、また、突起２２により意図的に窪み（溝）１４に形成された部位においても、溝１４の表面に突起２２の表面が接触しているため、コア１の端面間を連通させる外筒２内面とコア１外周面との間の隙間が発生することを防止できる。この状態においては、外筒２への圧入により半径方向内方へ圧縮された状態のため、コア１を構成する金属板同士は密に弾性接触しており、この弾性接触による内部より外方へ向かう反発力によりコア１外周面は密に外筒２の内面に接触させられている。このため、その後の真空状態で加熱する拡散接合においても、金属製薄板１０、１１同士および外筒２の内形部との密着状態が良好であるため、これらの接触部を良好に拡散接合させることができる。
【００２１】
図６は、第２実施例の突起２２の形状を示し、先端を円弧状２４に形成したものである。図６に示す例では、円弧状の先端２４形状を持つ突起２２においては、突起２２の先端が尖っていていないためコア１の外周部に局部的に集中荷重を加えることによるコア１外周部に発生する損傷を防止することができる。また、本実施例においては、外筒２の一般断面部と突起２２との間を曲面２５により円滑に連結させているため、突起２２により半径方向内方へコア１外周部の一部が押込まれる際に、それに連なる隣接した外周部の追従性が高まり、一般断面に接触したコア１外周部も円滑に追従して突起２２側へ移動させることができる。
【００２２】
図７に示す第３実施例では、図６に示す突起２２の形状をより一層発展させたものであり、突起２２を相近寄る方向に湾曲した曲面２５により形成したものである。このように突起２２を鋭角状の曲面２５により構成すると、コア１外周部に意図的に形成される鋭角状の窪み（溝）１４と近似させることができ、窪み（溝）１４と突起２２とのなじみ性、即ち、密着性を向上させることができ、拡散接合時の接合強度も高めることができる。
【００２３】
なお、上記実施形態において、突起２２の外筒２への形成位置として、レーシングトラックの平面部２０から夫々湾曲部２１に移行した部分の四箇所に配置するものについて説明したが、図示はしないが、外筒２の内周面のいずれの位置に配置しても隣接するコア１外周部の座屈は防止できるものであり、レーシングトラック形状の平面部２０に設けてもよく、所定間隔をもって均等に配置するものであってもよく、また、図８に示すように、レーシングトラック形状の湾曲部２１の中央位置に配置するものであってもよい。図８に示すように、レーシングトラック形状の湾曲部２１に突起２２を設ける場合には、突起２２によりコア１外周部を半径方向内方へ押込むことにより、隣接するコア１外周部が突起２２側に引寄せられる際に外筒２内面から離される方向の分力により移動しやすくなり、また、前記引寄せ力が遠くのコア１外周面まで伝達させることができ、より一層広範囲の座屈を防止することができる。
【００２４】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２５】
（ア）金属製の板材１０、１１を多重に巻回して形成したハニカム体のコア１とこのコア１を収容する外筒２とからなり、前記コア１を外筒２内に圧入して一体化させたメタル担体構造であり、前記外筒２の内面に半径方向内方に突出する突起２２を設け、外筒２内に圧入嵌合されたコア１は前記突起２２に係合して軸方向に延び且つ半径方向内方に窪んだ溝１４を外周面に備えるよう構成した。このため、コア１を外筒２に圧入する際にコア１は外形寸法を縮小されて外周部に円周方向に圧縮荷重が作用するが、コア１外周部が突起２２に係合することにより、コア１外周部に突起２２側に引寄せる方向の引張り荷重を作用させて前記圧縮荷重を相殺若しくは減少させながらコア１を外筒２に圧入させることができ、圧入された状態のコア１外周部に座屈が生じることを抑制できる。従って、座屈の発生により排気ガスを浄化することなく下流に漏れ出させる不具合を解消できる。また、前記突起２２によりコア１外周部に形成される窪み（溝）１４は突起２２が係合していることにより排気ガスが浄化することなく下流へ漏れ出させる不具合を生じない。
【００２６】
（イ）コア１外周および外筒２内周の断面形状を長円形状（若しくは、楕円形状）とし、外筒２の長径軸と一致する位置若しくはその近傍位置に突起２２を設けることにより、突起２２によりコア１外周部を半径方向内方へ押込むことにより、隣接するコア１外周部が突起２２側に引寄せられる際に外筒２内面から離される方向の分力により移動しやすくなり、また、前記引寄せ力が遠くのコア１外周面まで伝達させることができ、より一層広範囲の座屈を防止することができる。
【００２７】
（ウ）コア１外周および外筒２内周の断面形状を対向する湾曲部２１と湾曲部２１の端部同士を連結する平行な一対の平面部２０とからなる長円形状とし、外筒２の各湾曲部２１の平面部２０への連結部に近接させた四箇所の位置に突起２２を備えることにより外筒２の平面部２０に接触するコア１外周部の周方向に引張り荷重を効果的に加えることができ、平面部２０に接触するコア１外周面に周方向の圧縮荷重に基づく座屈が発生することを防止できる。
【００２８】
（エ）突起２２は、外筒２内面を底面とする三角形状若しくはそれに近似した形状を備えているため、コア１外周面に圧入時に突起２２により形成される鋭角状の窪み（溝）１４となじみ性、即ち、密着性を向上させることができ、拡散接合時の接合強度も高めることができる。
【００２９】
（オ）突起２２は、外筒２内周面のコア１圧入側の開口２３に近接させた位置において外筒２軸方向に延在させて形成しているので、外筒２をバルジ加工することで容易に形成でき、外筒２の強度も向上できる。
【００３０】
（カ）また、外筒２内にコア１を圧入嵌合させる際に、コア１外周面の一部を半径方向内方に窪ませることによりコア１外周面に周面方向の引張り荷重を作用させつつ圧入する方法のため、外筒２やコア１の形状に応じて必要な位置および数量でコア１外周面の一部を半径方向内方に窪ませることで、コア１外周面に予期しない座屈の発生を抑制できる。
【００３１】
なお、上記実施形態において、コア１を形成する金属薄板の形状として、波板１０と平板１１とを積層して巻回するものについて説明したが、図示はしないが、特開平１０−２８０９４９号公報に示すように、隣接する波板の谷部又は山部に当接可能な位置決め部とこれと反対方向に突出し隣接する波板の位置決め部に係合可能なストッパを形成し、波板が並列するストレート部で、位置決め部により隣接する山部と谷部を対向配置させ、ストッパを隣接する波板の位置決め部に係合させて波板同士を互いに位置決めして多重に巻回して形成するコアであってもよい。
【００３２】
また、上記実施形態において、コア１外周および外筒２内周の断面形状として、対向する湾曲部２１と湾曲部２１の端部同士を連結する平行な一対の平面部２０とからなる長円形状（所謂、レーシングトラック形状）のものについて説明したが、図示しないが、楕円形断面や円形断面でもよく、また、矩形断面若しくはそれに類似する断面形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の第１実施例を示すメタル担体構造の概略正面図。
【図２】同じく第１実施例の外筒の斜視図。
【図３】第１実施例の外筒の断面図。
【図４】第１実施例の外筒の突起部の断面図。
【図５】第１実施例の圧入時の作動説明図。
【図６】第２実施例の突起の形状を示す断面図。
【図７】第３実施例の突起の形状を示す断面図。
【図８】外筒に設ける突起の配置例を示す部分正面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  コア
２  外筒
１０、１１  金属薄板
１４  窪み（溝）
２０  平面部
２１  湾曲部
２２  突起
２３  端部開口
【図１】
2005329327.tif 000003
【図２】
2005329327.tif 000004
【図３】
2005329327.tif 000005
【図４】
2005329327.tif 000006
【図５】
2005329327.tif 000007
【図６】
2005329327.tif 000008
【図７】
2005329327.tif 000009
【図８】
2005329327.tif 000010