(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管を同心状に配置することにより構成され、大径部とこの大径部から漸次縮径するコーン部とこのコーン部から連続する小径部とを一体に備えてなる二重管構造中空部材であって、
前記大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間しており、
前記コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように重合し、
前記コーン部の内管または外管の一方に、重合された内管と外管の間の空気が流通可能な孔を設けたことを特徴とする二重管構造中空部材。
【請求項２】
内管と外管を同心状に配置することにより構成され、大径部とこの大径部から漸次縮径するコーン部とこのコーン部から連続する小径部とを備えてなる二重管構造中空部材の製造方法であって、
内管または外管の一方の前記コーン部となる部分に、後に重合された際に内管と外管の間の介在物を出し入れすることが可能な孔を設け、
内管と外管とを同心状に配置しスピニング加工して、少なくとも前記コーン部と小径部とにおける内管の外周面と外管の内周面とを重合させることを特徴とする二重管構造中空部材の製造方法。
【請求項３】
内管と外管を同心状に配置することにより構成され、大径部とこの大径部から漸次縮径するコーン部とこのコーン部から連続する小径部とを備えてなる二重管構造中空部材を流体処理部材容器として使用し、前記大径部の内部に流体処理部材を保持してなる流体処理システムであって、流体処理部材容器は、
前記大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間しており、
前記コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように重合し、
前記コーン部の内管または外管の一方に、重合された内管と外管の間の空気が流通可能な孔を設けたことを特徴とする二重管構造中空部材を使用した流体処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二重管構造中空部材、その製造方法、および二重管構造中空部材を使用した流体処理システムに関し、さらに詳しくは、内管と外管により構成される二重管構造中空部材とその製造方法、および内管と外管により構成された二重管構造中空部材を流体処理部材容器として使用し、該流体処理部材容器の内部に流体処理部材を保持してなる流体処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば内燃機関など、燃焼機関の排気系には、流体として排気ガスを通過させて、この排気ガス中に含まれる有害成分を除去処理するために触媒コンバータが設けられている。触媒コンバータは、一般に図９に示すように、排気ガスが流通される中空部材である触媒容器１０１の内部に、流体処理部材として触媒１０２がマット１０３を介して設けられてなるもので、触媒容器１０１は、中央部に触媒設置部１０１aが成形され、また、両端に内燃機関からの流入パイプまたはマフラなどの次処理工程部への流出パイプと接合される筒状の接合部１０１ｃが成形されている。触媒設置部１０１aは比較的大径に成形され、接合部１０１ｃは比較的小径に成形されており、比較的大径の触媒設置部１０１aと比較的小径の接合部１０１ｃとの間には漸次縮径するように形成されたテーパ状のコーン部１０１ｂが成形される。
【０００３】
このような触媒コンバータのなかには、例えば、特開平１１−３３６５３７号公報、特開２０００−９４０５０号公報、あるいは、特開平６―１０１４６５号公報などに開示されているように、触媒の温度を保持して排気ガスの浄化性能を向上させるなどの目的から、触媒容器を二重管構造とすることが従来から知られている。二重管構造の触媒容器は、特開平１１−３３６５３７号公報にも記載されているように、一般に、内管と外管とを同心状に配置して両管の径方向の間に空隙を設けた構成とされる。
【０００４】
そして、特開平１１−３３６５３７号公報には、両端部に略テーパ状の縮径部を有する内管と、両端部に略テーパ状の縮径部を有するとともに両端部の縮径部を含む全域に渡って内管との間に空隙を有して内管に外装した外管とで構成された排気系部品において、外管の少なくとも一方の縮径部をスピニング加工で形成したことを特徴とする排気系部品が開示されている。
また、当該公報には、両端部に略テーパ状の縮径部を有する内管の外側に、空隙を確保しつつ外管を外装する工程と、その後、外管の少なくとも一端部を、スピニング加工を施して略テーパ状に縮径する工程を含むことを特徴とする排気系部品の製造方法が開示されている。
一方、この空隙を確実に形成するために、従来の二重管構造の触媒容器にあっては、図１０に示すように、内管１１１と外管１１２との間にワイヤメッシュ１１５を設けたり、ビードを形成することも行われていた。
【０００５】
特開平６―１０１４６５号公報には、低速低負荷域における触媒の温度の低下を抑制するために、触媒のケーシング(容器)を第１ケーシングと第２ケーシングよりなる２重管構造とし、第１ケーシングと第２ケーシングとの間のケーシング間隙間の最上流部に開口部を設け、ケーシング間隙間と排気通路とを連通させるとともに、触媒を第１触媒と第２触媒とに分け、第１触媒と第２触媒との間の触媒間隙間とケーシング間隙間とを連通させる穴を設け、該穴または前記ケーシング間隙間最上流部の開口に開閉弁を設けたことを特徴とする２重管触媒コンバータが記載されている。
【０００６】
また、特開２０００−９４０５０号公報には、内筒と外筒との間に所定の空隙を有し、かつ内筒と外筒が、それぞれ一体で断面変形した二重構造容器を容易かつ低コストに製造するために、外筒管内に内筒を空隙を保って配し、該空隙における筒軸方向の少なくとも一区間に固形介在物を挟持した状態で外筒へスピニング加工を施して、内筒と外筒の断面を同時に変化させることを特徴とする二重構造容器の製造方法が記載されている。さらに、当該公報には、内筒に予め共鳴穴を形成しておき、成形された製品では、排気音が共鳴穴を通じて共鳴型マフラー部分における空隙内に流入して空隙が共鳴スペースとなって消音されるように構成することも記載されている。さらにまた、当該公報にも記載されているように、従来の二重管構造の触媒容器にあっては、内外管の一方端部は、他の連結管に固定されるが、他端は、内筒と外筒を相互に移動可能に保持するためのワイヤネットリングが挟持され、内管と外管の熱膨張差に起因する相互移動に追従できるようになっている。
【０００７】
ところで、内燃機関から排出される排気ガスは高温であり、且つ、高速でその内燃機関の燃焼に応じて脈動した状態で触媒コンバータに導入される。触媒容器の板厚が薄い場合には、脈動する状態で高速の排気ガスが導入されるため、特に、内燃機関と接続される上流側のコーン部が振動して、所謂放射音が発生する。この放射音を抑止するためには、触媒容器の固有振動数を上げることが考えられる。また、触媒容器は、高温に晒されて酸化し腐食されることから、耐高温腐食性が要求される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記中空部材を使用した触媒容器における従来技術にあっては、一重管構造の触媒容器の場合、耐高温腐食性や触媒を保持するためなどに必要な強度を得るために板厚が例えば１ｍｍあれば充分であっても、放射音を抑止するために固有振動数を上げるとともに耐高温腐食性を満足させるなどのために、例えば１．５ｍｍなど、必要以上の板厚に設定する必要があるという問題がある。また、上述した二重管構造の触媒容器の場合も、間に空隙が形成されていることにより内管と外管が独立しているため、内管および外管がそれぞれ一重管構造と同様に強度に関して必要以上の板厚に設定する必要があるという問題がある。
そして、一重管構造および二重管構造のいずれの場合であっても、板厚を厚くする必要があるという問題から、使用する材料が多くなると共に軽量化を図ることができないという問題があった。また、内管と外管とを同心状に配置した従来の二重管構造の触媒容器は、内管と外管との間に空隙を設けた構成とされているために、内管と外管とを熱膨張差による相互移動に追従できるように、図１０に示したように、内管１１１と外管１１２との間にワイヤメッシュ１１５を設けたりビードを形成するなどの必要があり、構成が複雑で製造コストがかかるという問題があった。
【０００９】
さらに、特開平１１−３３６５３７号公報に開示された排気系部品とその製造方法にかかる従来の技術にあっては、内管と外管を個別にテーパ状の縮径部を形成するため、工程が多く製造コストがかかるという問題があった。
また、特開２０００−９４０５０号公報に開示された二重構造容器の製造方法にかかる従来の技術にあっては、外筒へスピニング加工を施すことにより内筒と外筒の断面を同時に変化させるのであるが、内筒と外筒との間の空隙に固形介在物を挟持させる必要があり、さらに場合によっては、スピニング加工後に空隙から固形介在物を除去する必要があるため、手間や製造コストがかかるという問題もあった。
【００１０】
一方、特開平６―１０１４６５号公報に開示された２重管触媒コンバータにかかる従来の技術にあっては、低速低負荷域に触媒温度の低下を抑止する目的で、ケーシング間隙間に排気を流すために開口部を設けている。また、特開２０００−９４０５０号公報に開示された内筒に予め形成される共鳴穴にあっては、排気音が共鳴穴を通じて共鳴型マフラー部分における空隙内に流入して空隙が共鳴スペースとなって消音されるように構成するためのものである。
【００１１】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、板厚を薄くして軽量化を図ることができるとともに従来と同様の強度を保有することができ、内部を流通される流体の熱によって生じる熱膨張差を抑止することができ、さらには、少ない工程で容易に成形することができる二重管構造中空部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、流体処理システムにおいて使用される二重管構造中空部材の板厚を薄くして軽量化を図ることができるとともに従来と同様の強度を保持することができ、処理される流体の導入時の放射音や、内部を流通される流体の熱によって生じる熱膨張差などを抑止することができ、さらには、少ない工程で容易に成形することができる二重管構造中空部材を使用した流体処理システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の二重管構造中空部材にかかる発明は、上記目的を達成するため、内管と外管を同心状に配置することにより構成され、大径部とこの大径部から漸次縮径するコーン部とこのコーン部から連続する小径部とを一体に備えてなる二重管構造中空部材であって、
前記大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間しており、前記コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように重合し、前記コーン部の内管または外管の一方に、重合された内管と外管の間の空気が流通可能な孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の二重管構造中空部材の製造方法にかかる発明は、上記目的を達成するため、内管と外管を同心状に配置することにより構成され、大径部とこの大径部から漸次縮径するコーン部とこのコーン部から連続する小径部とを備えてなる二重管構造中空部材の製造方法であって、内管または外管の一方の前記コーン部となる部分に、後に重合された際に内管と外管の間の介在物を出し入れすることが可能な孔を設け、内管と外管とを同心状に配置しスピニング加工して、少なくとも前記コーン部と小径部とにおける内管の外周面と外管の内周面とを重合させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の二重管構造中空部材を使用した流体処理システムにかかる発明は、上記目的を達成するため、内管と外管を同心状に配置することにより構成され、大径部とこの大径部から漸次縮径するコーン部とこのコーン部から連続する小径部とを備えてなる二重管構造中空部材を流体処理部材容器として使用し、前記大径部の内部に流体処理部材を保持してなる流体処理システムであって、流体処理部材容器は、前記大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間しており、前記コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように重合し、前記コーン部の内管または外管の一方に、重合された内管と外管の間の空気が流通可能な孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１の発明では、大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間していることにより、内管と外管との間に空気の層を形成して、大径部の温度を保持することができ、また、コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように、内管と外管を同心状に配置して重合することにより、脈動した流体が高速で流通される場合であっても内管の振動を外管が打ち消すように作用するために放射音の発生を抑止するとともに、内管と外管の板厚を合わせた以上の板厚の中空部材と同程度の強度を得ることができるため、二重管構造中空部材全体の板厚を薄くして軽量化を図ることができ、また、かかる二重管構造中空部材の内部を流通される流体の熱によって内管と外管との間に熱膨張差が生じるのを抑止することができるため、従来の技術のように相互移動に追従できるような構成を必要としないことから、簡単な構造とすることができる。そのため、少ない工程で容易に製造することができる構成の二重管構造中空部材が提供される。そして、二重管構造中空部材の内部を流通される流体の熱によって重合された内管と外管の間で膨張・収縮する空気が孔を介して外部に流入若しくは外部から流出することができるため、この空気の膨張・収縮による変形や破損を防止することができる構成の二重管構造中空部材が提供される。
【００１６】
請求項２の発明では、内管と外管とを同心状に配置してスピニング加工を施し内管の外周面と外管の内周面とを重合させるに先立って、内管と外管の間の介在物を出し入れすることが可能な孔を内管または外管の一方のコーン部となる部分に設け、その後、スピニング加工によって少なくともコーン部と小径部とにおける内管と外管とを同時に直接縮径させて重合させる。内管と外管の間の介在物が空気であり、少なくともコーン部と小径部とにおける内管の外周面と外管の内周面とを接するように重合する場合には、スピニング加工を行って縮径させる際に間の空気が孔から排出される。そして、内管の外周面と外管の内周面とを接するように重合した場合には、所定の強度を有しつつ全体の板厚を薄くして軽量化を図ることができると共に、さらに二重管構造中空部材が温度による影響を受ける場合には、内管と外管との間に熱膨張差が生じるのを抑止することができる。また、製造された二重管構造中空部材が、介在物として空気を内管の外周面と外管の内周面との間に保有しており、温度による影響を受ける場合にも、温度変化によって膨張・収縮する内管の外周面と外管の内周面と間の空気を、孔を介して外部と出し入れすることができる。そのため、内管と外管の間で空気が膨張・収縮することによる変形や破損を防止することができる。一方、介在物が、二重管構造中空部材と接続される他の部材との関係で切削や溶接などの加工工程を行った際に発生した切粉やスパッタなどのごみや不要物である場合には、かかるごみや不要物を容易に孔から取り出し除去すことができる。さらに、介在物が内管と外管の間に所定量が流動・充填され必要に応じて固化される断熱材や緩衝材、消音材など、所定の目的の機能を有するものである場合には、孔を介して内管の外周面と外管の内周面との間にかかる介在物を所定量流入・流出させて容易に調節することができる。この場合には、孔は、介在物の量を調整後に開けたままとすることができ、あるいは、栓をするなどして内管の外周面と外管の内周面との間を密閉空間とすることもできる。すなわち、内管と外管の間の所定の介在物を出し入れすることが可能な構成の二重管構造中空部材を、少ない工程で容易に製造することができる方法が提供される。なお、スピニング加工によって二重管構造中空部材をさらに絞り成形して所定の形状に形成するとともに、内管に孔を設ける場合には、この絞り成形される部位に孔を設けることによって、孔の大きさが縮小するように変形されるため、二重管構造中空部材内を流通する流体が内管と外管の間に不用意に入り込むことが抑止される。重合された内管と外管とをさらにスピニング加工することにより断面形状を変化させて所定の形状に成形する場合においては、外管および内管の端部を周方向に座屈させて軸方向に延びるリブを形成し、その後、リブを含む端部を切除して所定の形状の二重管構造中空部材をに成形することができる。
【００１７】
請求項３の発明では、内部に流体処理部材が設けられる流体処理部材容器として、大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間し、また、コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように、内管と外管を同心状に配置し重合した二重管構造中空部材が使用されていることにより、内管と外管との間に空気の層を形成して、大径部の温度を保持することができ、所定の処理が行われる流体が流体処理部材容器内を脈動して高速で流通される場合であっても、内管の振動を外管が打ち消すように作用するために放射音の発生を抑止することができるとともに、内管と外管の板厚を合わせた以上の板厚の中空部材と同程度の強度を得ることができることから、二重管構造中空部材全体の板厚を薄くして流体処理システム全体の軽量化を図ることができ、また、かかる流体処理部材容器の内部を流通させて所定の処理が行われる流体の熱によって内管と外管との間に熱膨張差が生じるのを抑止することができるため、簡単な構造とすることができ、したがって、少ない工程で容易に製造することができる構成の二重管構造中空部材を使用した流体処理システムが提供される。そして、内部を流通され流体処理部材により所定の処理が行われる流体の熱によって重合された内管と外管の間で膨張・収縮する空気が、コーン部の孔を介して外部に流入若しくは外部から流出することができるため、この空気の膨張・収縮による変形や破損を防止することができる構成の二重管構造中空部材を使用した流体処理システムが提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の二重管構造中空部材を使用した流体システムを、その実施の一形態として、二重管構造中空部材からなる流体処理部材容器としての触媒容器１内に、流体処理部材としての触媒２を保持してなる触媒コンバータの場合により、図１に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
この実施の形態における触媒コンバータの触媒容器１は、概略、全体または一部が内管１１の外周面と外管１２の内周面とを接するように重合してなる二重管構造のもので、その軸長手方向略中央に配置された触媒２を設置するための比較的大径の触媒設置部１ａと、触媒設置部１ａの両端から漸次縮径するように形成されたテーパ状のコーン部１ｂと、コーン部１ｂの最小径からさらに各端部に向かって延びて触媒コンバータの上流および下流の接続管（図示は省略する）とそれぞれ接続されるストレート状の接続部１ｃとを有している。そして、この実施の形態の場合、内管１１のコーン部１ｂとなる各部位に孔１３が形成されている。触媒設置部１ａは、触媒２がマット３を介して配置され、その両端を僅かに縮径されることにより触媒２を移動不能に保持する。
【００２０】
ここで、内管１１の外周面と外管１２の内周面とが接するように、内管１１と外管１２を同心状に重合してなる二重管構造とは、内管１１と外管１２との中心軸線が同軸上に位置するように互いに嵌挿した状態で、その内管１１と外管１２の少なくとも一方の、全体または一部分の断面形状を変形させることにより、内管１１の外周面と外管１２の内周面とが離間し得るが、その間に実質的に空隙を有することなくほぼ密着するように接している状態に重合された構造をいう。また、孔１３は、内管１１の外周面と外管１２の内周面とが離間したり接したりするときに、触媒容器１の内部（内管１１に形成した場合）または外部（外管１２に形成した場合）と、内管１１の外周面および外管１２の内周面の間とで、空気を流通させることができるようにするためのもので、二重管構造中空部材内を流通される流体が内管１１の外周面と外管１２の内周面との間に流入し難い大きさに形成される。
【００２１】
次に、上述したように、本発明の流体処理システムに使用される二重管構造中空部材として、内管１１と外管１２を同心状に重合してなる触媒容器１を成形するために、内管１１および外管１２をスピニング加工するための装置を図６に基づいて説明する。
【００２２】
図６に示されたスピニング加工装置は、外管１２に当接されて該外管１２を介して内管１１も同時に縮径させる成形ローラ２０と、外管１２および内管１１を保持するための保持手段２１と、この保持手段２１に保持された外管１２および内管１１に対して相対的に成形ローラ２０を公転駆動させる公転駆動手段２２と、成形ローラ２０の公転径を変化させる公転径変更手段２３と、保持手段２１に保持された外管１２および内管１１を成形ローラ２０に対してその公転軸方向に相対的に移動させる軸方向移動手段２４と、を備えている。さらに、この実施の形態においては、外管１２と内管１１の軸方向のズレを防止するためのズレ防止手段２５を備えている。
【００２３】
基台３０上の一方(図６の左方)には、スピンドル軸受台３１が設けられている。スピンドル軸受台３１にはスピンドル３２が回転可能に支持されており、スピンドル３２の前端面（図６の右方端面）には、一対の成形ローラ２０、２０がスピンドル３２の径方向に移動可能に支持されている。スピンドル軸受台３１上にはスピンドル駆動モータ３３が設けられており、このスピンドル駆動モータ３３の回転軸に設けられたプーリ３４とスピンドル３２に設けられたプーリ３５とはＶベルトなどの巻き掛け伝動手段３６によって接続されている。また、スピンドル軸受台３１の後方側面には、スピンドル３２に径方向へ移動可能に支持されている成形ローラ２０、２０の公転径を変化させる（図６の矢印Ｙを参照）ための成形ローラ開閉モータ３７が設けられている
【００２４】
また、基台３０上の他方(図６の右方)には、軸方向移動盤４０をガイド・支持するための支持台４１が設けられている。支持台４１の上面には軸方向移動盤４０の移動をガイドするレール４２が設けられるとともに、軸方向移動盤４０の下面に設けられたボールねじナット４３が螺合されるボールねじ軸４４と、このボールねじ軸４４を軸周りに制御可能に回転させる送りモータ４５とを備えている。軸方向移動盤４０の上面には、互いに嵌挿された内管１１と外管１２とを同軸上に保持する保持手段としてのチャック２１と、ズレ防止手段手段２５とが設けられている。ズレ防止手段２５は、内管１１の内部に挿入されるガイド４７と、外管１２および内管１１を介してガイド４７の周面に対して均等に押圧するクランプ４８と、ガイド４７を内管１１に対して挿入および退避移動させるガイド挿入アクチュエータ４９と、により構成されている。なお、この実施の形態では、成形ローラ２０の公転軸（すなわち、スピンドル３２の回転軸である）と、チャック２１およびズレ防止手段手段２５に保持された内管１１・外管１２の中心軸線とは、同一直線上に位置するよう配置されている。しかしながら、必要に応じて、成形ローラ２０の公転軸と内管１１・外管１２の中心軸線とを平行に偏位させ、あるいは、公転軸と中心軸線とが延長線上で互いに交差するように所定の角度を有するように偏心させるなど、偏位させるように配置することもできる。また、ガイド４７は、内管１１と外管１２との相対的な軸方向のズレを規制することができるように、その外周面中間位置に突設されて外管１２および／または内管１１の端面に当接するフランジ（図示は省略する）が設けられたものとすることもできる。
【００２５】
このように構成されたスピニング加工装置では、内管１１と外管１２は、互いに嵌挿された状態でチャック２１によって同軸上に保持される。また、ガイド挿入アクチュエータ４９の駆動によってガイド４７が内管１１内に挿入されると、内嵌１１内に保持されている触媒２の端面が押されて、内管１１と外管１２が所定の位置に位置決めされる。そして、クランプ４８によってガイド４７の周面に対して均等に押圧することにより、内管１１と外管１２は、軸方向にずれないように把持される。一方、スピンドル駆動モータ３３を回転駆動すると、プーリ３４、巻き掛け伝動手段３６、およびプーリ３５を介してスピンドル３２が所定比率で減速された状態で回転駆動され、スピンドル３２に支持された成形ローラ２０が公転される。この状態から、送りモータ４５を駆動してボールねじ軸４４を軸周りに回転させると、ボールねじ軸４４にボールねじナット４３が螺合された軸方向移動盤４０がレール４２に沿って両管１１、１２の長手軸方向に移動して、公転する成形ローラ２０に対してチャック２１に保持された内管１１および外管１２が軸方向に近接・遠退する。そして、成形ローラ開閉モータ３７を駆動することにより、成形ローラ２０の公転径が変更されて、成形ローラ２０が外管１２およびこの外管１２を介して内管１１を同時に縮径させるように所定の形状にスピニング加工する。なお、成形ローラ２０の１公転あたりの内管１１および外管１２の長手軸方向への移動量とスピンドル３２の回転速度とは、内管１１および外管１２の製品として使用される部分に割れが生じることなくスピニング加工することができ、且つ、かかるスピニング加工によって所定の形状を最短時間で成形することができるように設定される。
【００２６】
次に、本発明の上述したように構成された触媒コンバータの触媒容器に使用される二重管構造中空部材１の製造方法を、上述したスピニング加工装置を使用して、内管１１の外周面と外管１２の内周面とが接するように重合され、介在物が内管１１と外管１２の間に存在する空気である場合によって、図２から図５、および図１に基づいて詳細に説明する。
本発明の二重管構造中空部材１の製造方法は、概略、内管１１または外管１２の一方に、後に重合された際に内管１１と外管１２の間の空気をその外部に流通させることが可能な孔１３を設け、その後、内管１１と外管１２とを同心状に配置してスピニング加工することにより、内管１１の外周面と外管１２の内周面とが接するように重合させるものである。
【００２７】
触媒コンバータを製造するに際しては、最初に、互いに嵌挿される内管１１と外管１２を用意する。用意された内管１１と外管１２の重合される前の状態は、図２に示すように、内管１１の外径Ｄ１１と外管１２の内径Ｄ１２との差Ｄ１２−Ｄ１１が例えば０．５ｍｍとなるように、すなわち、内管１１と外管１２のはめあい（内管１１の外周面と外管１２の内周面との隙間Ｓ）が０．２５ｍｍとなるように、それぞれストレートな断面円形状に成形されている。また、内管１１および外管１２の板厚Ｔ１１，Ｔ１２は、例えば、それぞれ０．５ｍｍ、すなわち、互いに重合された際の合計の板厚Ｔ１１＋Ｔ１２が１．０ｍｍとなるように設定されている。なお、この実施の形態では、内管１１の両コーン部となる部位にそれぞれ所定の大きさの孔１３が穿設される。また、内管１１と外管１２の長手方向の長さは、スピニング加工によって絞り成形されることにより伸びる長さに応じて、それぞれ設定される。
【００２８】
このように成形された内管１１と外管１２は、互いに嵌挿されることによって、両管１１、１２の中心軸線が同心上に配置されることとなる。そして、内管１１内の長手方向略中央の触媒設置部１ａには触媒２がマット３を介して保持される。この状態で内管１１および外管１２は、チャック２１およびクランプ４８に挿通され、内管１１の、スピニング加工される端部とは反対側の端部にガイド挿入アクチュエータ４９の駆動によってガイド４７が挿入されてガイド４７の先端面によって触媒２が所定の位置まで押されることにより、成形ローラ２０に対して軸方向に位置決めされることとなる。その後、触媒２が配置された長手方向中間部をチャック２１によって保持するとともに、ガイド４７が挿入されれた反対側端部をクランプ４８によってガイド４７の周面に対して均等に押圧して、内管１１と外管１２を軸方向にずれないように把持する。
【００２９】
次いで、送りモータ４５を駆動してボールねじ軸４４を軸周りに回転させて、ボールねじ軸４４にボールねじナット４３が螺合された軸方向移動盤４０をレール４２に沿って両管１１、１２の長手軸方向に移動させて、この実施の形態の場合、成形ローラ２０に対して内管１１および外管１２をその触媒設置部１とコーン部１ｂとなる部位の境界部の位置まで近接させる。そして、スピンドル駆動モータ３３を回転駆動してスピンドル３２を回転駆動して、スピンドル３２に支持された成形ローラ２０を公転させるとともに、成形ローラ開閉モータ３７を駆動することにより成形ローラ２０の公転径を変更させて、図３の(ａ)に示すように、成形ローラ２０を外管１２およびこの外管１２を介して内管２０に対して所定量押圧させる。そして、図３の(ｂ)に示すように、送りモータ４５の駆動によって軸方向移動盤４０を軸方向に移動させて内管１１および外管１２を成形ローラ２０に対して相対的に移動させ、図３の(ｃ)に示すように、成形ローラ２０が内管１１および外管１２の端部を相対的に通過するように軸方向移動盤４０を軸方向に移動させると、外管１２と内管１１の、最初に成形ローラ２０が当接された位置から端部、すなわち、コーン部１ｂおよび接続部１ｃとなる部位までが、その断面形状が縮小するように変形して、互いにほぼ密着するように重合される。
【００３０】
続いて、図４に示すように、さらに成形ローラ２０の公転径の縮小と軸方向移動盤４０の移動を繰り返し行うことによって、外管１２と内管１１の密着するように重合された部分は、同時に縮径されるようにスピニング加工されて、コーン部１ｂと接続部１ｃとが形成される。なお、最初にコーン部１ｂとなる部分に設けられた孔１３は、スピニング加工によって縮径されることにより、その大きさが小さくスリット状となるように縮小される。そのため、後述するように、触媒コンバータ内を流通される排気ガスが孔１３を介して内管１１と外管１２との間に不用意に流入することはない。
【００３１】
外管１２と内管１１の一端側にコーン部１ｂと接続部１ｃとを形成し終えると、チャック２１およびクランプ４８を開放するとともにガイド４７を退避させ、反対側にもコーン部１ｂと接続部１ｃとを形成すべく外管１２および内管１１の向きを変えて、アクチュエータ４９の駆動によりガイド４７の先端面で接続部１ｃの端面を押して位置決めし、チャック２１により把持する。このとき、内管１１と外管１２の一方端側には既にコーン部１ｂと接続部１ｃが成形されているため、内管１１と外管１２が軸方向にずれることはないため、クランプ４８によって把持する必要はない。次いで、上述したように一端側と同様に他端側を再度スピニング加工を行うことによって、図５に示すように、外管１２および内管１１の触媒設置部１ａに触媒２がマット３を介して保持されるとともに、触媒設置部１ａの両端の上述したように密着された部分にコーン部１ｂと接続部１ｃとがそれぞれ形成される。また、触媒設置部１ａにおいては、その両端側にコーン部１ｂと接続部１ｃとを形成する際に二度にわたってチャック２１によって把持されることにより、板厚が薄いために外管１２が内管１１に略密着するように縮径される。これにより、図１に示した実施の形態では、触媒容器１全体が内管２の外周面と外管１２の内周面とを接するように重合してなる二重管構造中空部材１により構成された触媒コンバータが製造されることとなる。そして、内管１１と外管１２が密着するように重合された接続部１ｃには、例えば、その一方に内燃機関のエキゾーストマニホールドと接続するための接続管（図示は省略する）が、また、他方にマフラと接続するための接続管（図示は省略する）が、それぞれ内嵌されて溶接接合される。
【００３２】
なお、図５に示したように、チャック２１による触媒設置部１ａの把持力や外管１２の剛性などによっては、かかる部分の外管１２が内管１１に密着するように縮径されない場合もあり得る。この場合には、図示は省略するが、触媒コンバータの両端の接続部１ｃを把持することができる一対のチャックと、このチャックの少なくとも一方を軸周りに回転駆動する駆動手段と、触媒設置部１ａに対して軸方向および径方向に移動可能な成形ローラ２０と、を備えた一般的なスピニング加工装置を用いて、触媒コンバータの両端の接続部１ｃをそれぞれチャックにより把持し、駆動手段によって軸周りに回転駆動させた状態で成形ローラを押し当てて、触媒設置部１ａの外管１２を内管１１に密着させるように縮径させることができる。
【００３３】
このように製造された触媒コンバータは、例えば、内燃機関からの流入パイプとマフラなどの次処理工程部への流出パイプとがそれぞれ接合部に接合されて、その内部に流通される排気ガス中に含まれる有害成分を除去処理する。このとき、内燃機関から排出される排気ガスは高温であり、且つ、高速でその内燃機関の燃焼に応じて脈動した状態で触媒コンバータに導入される。そのため、特に、内燃機関から排気ガスが導入される上流側のコーン部１ｂの内管１１が振動して放射音が発生し易い。しかしながら、本発明の技術的思想に基づいて製造された触媒コンバータでは、内管１１のコーン部１ｂにおける振動を、この内管１１に密着するように重合された外管１２が打ち消すように作用するため、放射音の発生が抑止される。
また、外管１２と内管１１とは、密着するように重合されているため、熱膨張差が生じることは少なく、仮に熱膨張差が生じたとしても、内管１１の外周面と外管１２の内周面とが離間するのを許容される状態で重合されている。そのため、本発明の二重管構造中空部材は、外管１２と内管１１との熱膨張差によって変形したり破損することがない。
さらに、本発明の二重管構造中空部材は、その内部を流通される流体の熱によって外管１２と内管１１との間にわずかに存在する空気が膨張あるいは収縮されても、外管１２と内管１１との間と、二重管構造中空部材１の内部または外部と、の間で孔１３を介して空気を流入・流出させることができるため、この空気の膨張・収縮により変形したり破損することがない。
【００３４】
なお、上述したように、内燃機関から脈動した排気ガスが高速で流通されることにより放射音が発生するのは、主にコーン部１ｂの振動による。そのため、本発明の二重管構造中空部材を触媒容器１として使用した触媒コンバータにおいては、コーン部１ｂにおける内管１１と外管１２を密着させるように重合させた構造とする必要がある。また、接続部１ｃにおける内管１１と外管１２は、他の接続管が接続され溶接接合されるために、重合されている必要がある。一方、触媒コンバータにおいては、排気ガスの浄化性能を向上させるなどのためには、触媒２の温度を保持することが望ましい。そこで、本発明の触媒コンバータにおいては、触媒設置部１ａの外管１２を内管１１に密着させるように縮径させることなく、図５に示したように、触媒設置部１ａにおいては内管１１と外管１２とを離間させた状態のままに維持した構造、すなわち外管１２と内管１１との間に介在物として空気の層を形成し、孔１３を介して空気の膨張・収縮を可能とした構造としてもよい。
また、本発明の方法は、外管１２と内管１１との間の介在物が空気に限定されることなく、二重管構造中空部材と接続される他の部材との関係で切削や溶接などの加工工程を行った際に発生した除去されることが望ましい切粉やスパッタなどのごみや不要物、あるいは、内管１１と外管１２の間に所定量が充填される断熱材や緩衝材、消音材など、所定の目的の機能を有するものである場合にも適用することができる。そして、孔１３は、介在物の必要性に応じて開けたままでもよく、栓などにより塞ぐこともできる（図示は省略する）。
【００３５】
次に、本発明の二重管構造中空部材の製造方法の別の実施の形態を、上述したように構成された触媒コンバータを製造する場合により、図７および図８に基づいて説明する。なお、この実施の形態においては、同様または相当する部分については簡略して説明するか、あるいは同じ符号を付してその説明を省略することとし、上述した実施の形態と異なる部分を主に説明する。図７においては、触媒容器１の中心軸線から上方のみを示し、触媒２の図示を省略していることに注意されたい。
【００３６】
本発明の製造方法は、概略、重合された内管１１と外管１２とをさらにスピニング加工することにより断面形状を変化させて所定の形状に成形する場合において、外管１２および内管１１の端部を周方向に座屈させて軸方向に延びるリブ１５を形成し、その後、リブ１５を含む端部を切除して所定の形状に成形された二重管構造中空部材１を得るものである。この切除する位置については、図７に示された二点鎖線Ｃを参照されたい。
【００３７】
触媒コンバータを製造するに際しては、内管１１と外管１２は、スピニング加工によって絞り成形されることにより伸びる長さと、後に切除される部分の軸方向長さとを考慮して設定されたものが用意される。そして、内管１１が外管１２内に挿入された状態で、上述したスピニング加工装置のガイド４７によって所定の位置に位置決めし、チャック２１およびクランプ４８によって把持する。次いで、内管１１および外管１２の触媒設置部１ａとコーン部１ｂとなる部位の境界部が成形ローラ２０と対応するように軸方向移動盤４０を移動させるとともに、成形ローラ２０を公転させつつ成形ローラ２０の公転径を変更させて、図３の(ａ)〜（ｃ）に示すように、成形ローラ２０を外管１２およびこの外管１２を介して内管１１に対して所定量押圧した状態で、内管１１および外管１２を成形ローラ２０に対して軸方向に相対的に移動させることにより、外管１２と内管１１の、コーン部１ｂとなる部位から端部の断面形状を縮小させるように変形させて互いにほぼ密着するように重合させる。
【００３８】
続いて、さらに成形ローラ２０の公転径の縮小と軸方向移動盤４０の軸方向への移動を繰り返し行うことによって、外管１２と内管１１の密着するように重合された部分を同時にコーン部１ｂの中間位置における径まで漸次縮径させ、その後、図７の（ア）〜(イ)に示すように成形ローラ２０を相対的に移動させて、かかる中間位置から先端までをストレートに縮径させる。そして、位置(イ)から径方向外側の位置(ウ)まで成形ローラ２０を退避させ、軸方向に関して位置(ア)よりも所定量端部に近い位置(エ)まで平行に成形ローラ２０を相対的に移動させてから、成形ローラ２０を径方向内側に移動させて外管１２および内管１１を押圧しつつ、成形しようとするテーパ状のコーン部１ｂの傾斜に沿って軸方向端部に向かって（オ）の位置まで僅かに漸次縮径させるように成形ローラ２０を相対的移動させ、その後、切除する位置Ｃよりも僅かに端部側の位置(カ)まで公転径を変更することなく成形ローラ２０を相対的に軸方向に移動させる。
【００３９】
次いで、かかる位置(カ)から径方向外側の位置(キ)まで成形ローラ２０を退避させ、軸方向に関して位置(エ)よりも所定量端部に近い位置(ク)まで平行に成形ローラ２０を相対的に移動させてから、成形ローラ２０を径方向内側に移動させて外管１２および内管１１を押圧しつつ、成形しようとするテーパ状のコーン部１ｂの傾斜に沿って、軸方向端部に向かってテーパ状のコーン部１ｂの最小径、すなわち接続部１ｃとの境界部位（ケ）の位置まで漸次縮径させるように成形ローラ２０を相対的移動させ、その後、切除する位置Ｃよりも僅かに端部側の位置(コ)まで公転径を変更することなく成形ローラ２０を相対的に軸方向に移動させ、かかる位置(コ)から径方向外側へ成形ローラ２０を退避させる。
【００４０】
切除する位置Ｃよりも僅かに端部側である軸方向中間の位置(カ)および(コ)まで縮径させることにより、チャック２１によって把持されている内管１１および外管１２の自由端は、図７および図８に示されるように、接続部１ｃよりも大径のまま残されるために周方向に座屈されて軸方向に延びるようにリブ１５が形成されることとなる。そのため、内管１１および外管１２の板厚が薄い場合であっても、比較的小径のコーン部１ｂおよび接続部１ｃよりも自由端側に形成されたリブ１５によって剛性が付与されるために、かかる小径の部位１ｂ、１ｃを形成すべく縮径させるときに、成形ローラ２０の押圧による撓みが抑止される。そのため、内管１１および外管１２のコーン部１ｂおよび接続部１ｃを形成する部位が軸ブレによって波打ったり割れが発生することがなく、かかる部位を所望する径まで縮径させるためのスピニング加工を安定して確実に行うことができる。
【００４１】
なお、本発明により製造された二重管構造中空部材は、内燃機関など燃焼機関の排気系における触媒コンバータの触媒容器１だけでなく、空気を含む燃料ガス中に含まれる有害ガスを予め除去するなどのために吸気系にも適用することができ、また、内燃機関以外の燃焼機関における煙管など、熱を有する流体を内部に流通させるための中空部材にも適用することもできる。
【００４２】
また、上述した実施の形態のように本発明の二重管構造中空部材を触媒コンバータに使用する場合には、例えば、内管１１に耐高温腐食性に優れた素材を使用し、外管１２に雨水などに対する耐候性に優れた素材を使用するなど、内管１１と外管１２の素材を目的に応じて異ならせることもできる。また、上述した実施の形態においては、内管１１と外管１２の板厚の例としてそれぞれ０．５ｍｍとした場合を示したが、例えば、内管１１の板厚を０．６ｍｍ、外管１２の板厚を０．４ｍｍとするなど、内管１１と外管１２の板厚を異ならせることもできる。しかしながら、本発明は、これらの数値に限定されることはなく、内管１１と外管１２とを略密着させるように重合したという簡単な構成によって、その板厚の合計が従来の一重管構造中空部材、あるいは間に空隙を有する二重管構造中空部材の板厚よりも薄いにも拘らず、これらの中空部材と同等以上の強度、振動抑止性などの機能を有するために、全体の軽量化を図ることができ、また容易に且つ確実に成形することができることに意義がある。また、本発明では、内管１１と外管１２とを重合する構成としたことにより、従来の技術のように固形介在物を必要とすることなく、内管１１と外管１２を同時にスピニング加工することができる。
【００４３】
さらに、本発明では、スピニング加工を行う前に内管１１または外管１２の一方に孔１３を設けることにより、この孔１３は、スピニング加工されると、内管１１と外管１２の間の空気の流通を許容するように適度な大きさに縮小変形される。そのため、内部を流通される流体が内管１１と外管１２の間に不用意に流入することがなく、且つ、内部を流通される流体の熱によって内管１１と外管１２の間の空気が膨張・収縮して二重管構造中空部材を変形させたり破損させることを防止することができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間していることにより、内管と外管との間に空気の層を形成して、大径部の温度を保持することができ、また、コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように、内管と外管を同心状に配置して重合することにより、脈動した流体が高速で流通される場合であっても放射音を打ち消すことができるとともに、内管と外管の板厚を合わせた以上の板厚の中空部材と同程度の強度を得ることができるため、二重管構造中空部材全体の板厚を薄くして軽量化を図ることができ、また、かかる二重管構造中空部材の内部を流通される流体の熱によって生じる内管と外管の熱膨張差を抑止することができるため、従来の技術のように相互移動に追従できるような構成を必要としないことから、簡単な構造とすることができる。そのため、少ない工程で容易に製造することができる構成の二重管構造中空部材を提供することができる。また、二重管構造中空部材の内部を流通される流体の熱によって重合された内管と外管の間で膨張・収縮する空気が、孔を介して外部に流入若しくは外部から流出することができるため、この空気の膨張・収縮による変形や破損を防止することができる構成の二重管構造中空部材を提供することができる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、内管または外管の一方の前記コーン部となる部分に、後に重合された際に内管と外管の間の介在物を出し入れすることが可能な孔を設け、内管と外管とを同心状に配置してスピニング加工することにより、少なくとも前記コーン部と小径部とにおける内管の外周面と外管の内周面とを重合させるため、内管と外管の間の所定の介在物を出し入れすることが可能な構成の二重管構造中空部材を、少ない工程で容易に製造することができる方法を提供することができる。
【００４６】
請求項３の発明によれば、内部に流体処理部材が設けられる流体処理部材容器として、大径部において内管の外周面と外管の内周面とが離間しており、コーン部および小径部における内管の外周面と外管の内周面とが接するように重合し、前記コーン部の内管または外管の一方に、重合された内管と外管の間の空気が流通可能な孔を設けてなる二重管構造中空部材を流体処理部材容器として使用することにより、内管と外管との間に空気の層を形成して、大径部の温度を保持することができ、また、所定の処理が行われる流体が流体処理部材容器内を脈動して高速で流通される場合であっても、内管の振動を外管が打ち消すように作用するために放射音の発生を抑止することができるとともに、内管と外管の板厚を合わせた以上の板厚の中空部材と同程度の強度を得ることができることから、二重管構造中空部材全体の板厚を薄くして流体処理システム全体の軽量化を図ることができ、また、かかる流体処理部材容器の内部を流通させて所定の処理が行われる流体の熱によって内管と外管との間に熱膨張差が生じるのを抑止することができるため、簡単な構造とすることができ、したがって、少ない工程で容易に製造することができる構成の二重管構造中空部材を使用した流体処理システムを提供することができる。そして、内部を流通され流体処理部材により所定の処理が行われる流体の熱によって重合された内管と外管の間で膨張・収縮する空気が、孔を介して外部に流入若しくは外部から流出することができるため、この空気の膨張・収縮による変形や破損を防止することができる構成の二重管構造中空部材を使用した流体処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の二重管構造部材を使用した触媒コンバータの実施の一形態を示す断面図である。
【図２】  成形される前の状態の内管と外管を示す部分拡大断面図である。
【図３】  本発明の内管と外管を密着させるように重合する様子を説明するための拡大断面図である。
【図４】  触媒容器の一方端にコーン部および接続部が形成された状態の触媒コンバータを示す断面図である。
【図５】  触媒容器の他方端にもコーン部および接続部が形成された状態の触媒コンバータを示す断面図である。
【図６】  本発明の二重管構造中空部材を製造するために使用されるスピニング加工装置の実施の一形態を示す正面図である。
【図７】  本発明の二重管構造中空部材を製造するための第二の実施の形態を説明するための部分断面図である。
【図８】  図７に示した状態の二重管構造中空部材の側面図である。
【図９】  従来の一重管構造中空部材をを示す断面図である。
【図１０】  従来の二重管構造中空部材をを示す断面図である。
【符合の説明】
１  触媒容器に使用される二重管構造中空部材（流体処理部材容器）
２  触媒（流体処理部材）
３  孔
１１  内管
１２  外管
【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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