JP3697601B2 - Catalyst case - Google Patents
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Description
【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[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a catalyst case that is joined by friction welding to an exhaust manifold of an internal combustion engine for automobiles or industrial machines.
[0002]
[Prior art and problems]
Conventionally, as shown in FIG. 5, the
[0003]
Conventionally, a large load is applied to the
[0004]
On the other hand, if the load at the time of friction welding is increased, it is necessary to increase the rigidity of the
In the friction welding, if the relative motion is stopped in the upsetting process, the heat generation due to the friction stops. At this time, if the heat escape from the
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and aims to provide a catalyst case that can be joined in a good state by friction welding while suppressing deformation. A catalyst case including a catalyst to be joined to a manifold by friction welding, wherein a first thick portion is disposed near a joint surface of the catalyst case near the joint surface, and the first thick portion is disposed near the joint surface of the catalyst case. That is, the second thick part is provided at a position far from the joint surface by interposing the thin part between the thick part and the thick part.
The second gist is that, during friction welding, the entire outer periphery of the second thick portion is fixed and held by a clamp jig, and several peripheral portions of the first thick portion are fixed by a claw-shaped clamp. That is.
[0006]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of the joined state of the catalyst case and the exhaust manifold. The tip of the exhaust manifold 7 is joined to the joint surface 1a of the
For example, the thickness t1 of the first
[0007]
3 and 4, the
[0008]
In this way, the
[0009]
Further, the first
It should be noted that the melt softening layer discharged to the outside in the upset process is prevented from being discharged to the inside due to the presence of the molten burr
[0010]
【The invention's effect】
The present invention is a catalyst case containing a catalyst to be joined to an exhaust manifold by friction welding, and in the vicinity of the joint surface of the catalyst case to be friction welded, the first thick portion is located near the joint surface. Since the second thick part is provided at a position far from the joint surface with a thin part interposed between the first thick part and the first thick part, it is possible to prevent heat from being escaped from the clamping jig during friction welding. As a result, deformation of the catalyst case can be suppressed and a good bonding state can be obtained.
[0011]
Further, at the time of friction welding, the entire outer periphery of the second thick part is fixed and held by a clamp jig, and several outer peripheral parts of the first thick part are fixed by a claw-shaped clamp, so that it is far away at the time of friction welding. The second thick part at the position is securely fixed and held to prevent escape of heat from the clamp jig, and the first thick part is fixed by a claw-shaped clamp so that the catalyst during friction welding is used. The deformation of the case can be satisfactorily suppressed, and the first thick portion can serve as a heat mass, and the generation of cementite structure due to rapid cooling of the joint surface can be satisfactorily suppressed. In the vicinity of, the melt softening layer is discharged well, and it is possible to achieve good bonding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a joined state of a catalyst case and an exhaust manifold.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional configuration view in the vicinity of a joint surface of a catalyst case.
FIG. 3 is a front view of a state in which a catalyst case is clamped by a clamping jig.
4 is a bottom view of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram of a joint state of a conventional catalyst case and an exhaust manifold.
FIG. 6 is a relationship diagram between a load and a relative speed at the time of friction welding.
FIG. 7 is a front configuration diagram of a clamped state by a conventional clamp jig.
8 is a bottom configuration diagram of FIG. 7. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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