JP4658581B2

JP4658581B2 - ハニカム金属担体及びその製造方法

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Publication number: JP4658581B2
Application number: JP2004357418A
Authority: JP
Inventors: 卓土屋; 俊之堀向; 克紀大久保
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP2006159140A; US20080118700A1; BRPI0518943A2; WO2006062021A1; CN101072640A

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの浄化に用いられる触媒を保持する筒状のハニカム金属担体及びその製造方法に関するものである。

筒状のハニカム担体を製造する方法として、まず、金属製の帯状の平板の中央部分を除く片側の部分に波形を施し、他の部分を平板のままとした部材を形成し、この部材の波板と、別の部材の平板の部分とが当接するように交互に重ね合わせ、部材の中央部分を押圧して中心にして、巻き回して円筒状のハニカム体を形成して外筒材で被覆する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−１１６７５８号公報（第４−５頁、図１、図３）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４（ａ）〜（ｃ）は、従来の技術を説明する図であり、従来の耐熱構造体の製造方法は、まず、基材１０１を成形する。基材１０１は、平板１０２の片側に波板１０３を成形したものである。その次に、基材１０１を複数重ねる。その際、波板１０３と別の基材１０１の平板１０２の部分とを当接させ、交互に所定枚数の基材１０１を重ね合わせる。引き続き、基材１０１の中央部分１０４を押圧して平行部１０５を形成し、平行部１０５をストッパ材１０６で挟み、平行部１０５を中心に巻き回してハニカム体１０７を形成する。このハニカム体１０７を外筒材１０８で被覆し、外筒材１０８の両端側にストッパリング１０９を、ハニカム体１０７の両端との間に隙間ｔを設けた状態で溶接する。外筒材１０８の端１１１にストッパ材１０６の他方の辺１１２を溶接することで、耐熱構造体１１３が完成する。
このように特許文献１の耐熱構造体１１３は、ろう材を使用することなく形成したため、膨脹収縮による熱応力が発生しないというものである。

しかし、特許文献１では、耐熱構造体１１３は、ハニカム体１０７の両端とストッパリング１０９との間にはそれぞれ隙間ｔがあり、自動車や自動二輪車に採用した場合、例えば、走行時の振動でハニカム体１０７が外筒材１０８内で動いて振動し、ハニカム体１０７が破断するおそれがある。
また、特許文献１では、外筒材１０８の端１１１にストッパ材１０６の他方の辺１１２を溶接する必要があり、ストッパ材１０６が排気ガスの流れを妨げる。特に、他方の辺１１２は端１１１を封じるようになり、ハニカム体１０７内を流れる排気ガスと干渉し、排気ガスの流れの抵抗となる。

本発明は、熱膨張によるハニカム部の破断を防止し、振動によるハニカム担体の破断を防止し、ハニカム担体の強度を高めるのに手間がかからないハニカム金属担体及びその製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、波形状部を備える帯状の波形状付板素材を複数積層し、波形状付板素材を中央から巻いていくことで、断面が蜂の巣状のハニカム担体を形成し、このハニカム担体を筒部材に嵌めたハニカム金属担体において、波形状付板素材は、帯状の板の中央から一方を平らなままとすることで、平らな部位を形成し、該平らな部位に巻き終端を形成し、他方に波形状部を成形するとともに、該波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとし、該平らなままな部位に巻き終端を形成したもので、波形状付板素材の波形状部に別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する波形状付板素材同士を相互に重ねて、中央を中心軸にして巻くことで、ハニカム担体の中心部に円筒部を形成し、この円筒部に連ねて外方にハニカム部を形成し、ハニカム部に連ねて外方に平らな部位からなる巻き終端を形成し、巻き終端を筒部材の内面に一体的に固定したことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、円筒部は、両端に切り欠き部を形成したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、帯状の板の中央から一方を平らなままとした平らな部位とし、他方に波形状部を成形するとともに、波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとした波形状付板素材を複数成形し、波形状付板素材の波形状部に別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する波形状付板素材同士を交互に重ねて、中央を中心軸にして巻くことで円筒部を形成し、さらに巻いていくことで断面が蜂の巣状のハニカム担体を形成し、ハニカム担体を筒部材に嵌めた後、筒部材の内面にハニカム担体の平らな部位からなる巻き終端を固定することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、波形状付板素材は、帯状の板の中央から一方を平らなままとすることで、平らな部位を形成し、該平らな部位に巻き終端を形成し、他方に波形状部を成形するとともに、該波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとし、該平らなままな部位に巻き終端を形成したもので、波形状付板素材の波形状部に別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する波形状付板素材同士を相互に重ねて、中央を中心軸にして巻くことで、ハニカム担体の中心部に円筒部を形成し、この円筒部に連ねて外方にハニカム部を形成し、ハニカム部に連ねて外方に平らな部位からなる巻き終端を形成し、巻き終端を筒部材の内面に一体的に固定したので、自動車又は自動二輪車の排気ガスの熱によってハニカム担体が膨脹すると、円筒部に隣接したハニカム部が変形して波形状付板素材の伸びを吸収する。その結果、殆どのハニカム部は変形せず、熱膨張によるハニカム部の破断を防止することができる。

また、波形状付板素材は、帯状の板の中央から一方を平らなままとすることで、平らな部位を形成し、該平らな部位に巻き終端を形成し、他方に波形状部を成形するとともに、該波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとし、該平らなままな部位に巻き終端を形成したもので、波形状付板素材の波形状部に別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する波形状付板素材同士を相互に重ねて、中央を中心軸にして巻くことで、ハニカム担体の中心部に円筒部を形成し、この円筒部に連ねて外方にハニカム部を形成し、ハニカム部に連ねて外方に平らな部位からなる巻き終端を形成し、巻き終端を筒部材の内面に一体的に固定したので、平らな部位からなる巻き終端、つまり波形状付板素材の両端は筒部材に固定される。従って、ハニカム担体の動きを防止することができるとともに、振動によるハニカム担体の破断を防止することができる。

請求項２に係る発明では、円筒部は、両端に切り欠き部を形成したので、排気ガスによってハニカム担体が加熱され、波形状付板素材が膨脹して伸びると、切り欠き部の縁が自由に移動して、伸びを吸収する。従って、熱膨張によるハニカム部の変形をより防止することができるという利点がある。

請求項３に係る発明では、帯状の板の中央から一方を平らなままとした平らな部位とし、他方に波形状部を成形するとともに、波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとした波形状付板素材を複数成形し、波形状付板素材の波形状部に別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する波形状付板素材同士を交互に重ねて、中央を中心軸にして巻くことで円筒部を形成し、さらに巻いていくことで断面が蜂の巣状のハニカム担体を形成し、ハニカム担体を筒部材に嵌めた後、筒部材の内面にハニカム担体の平らな部位からなる巻き終端を固定するので、円筒部にハニカム担体の平らな部位からなる巻き終端、つまり波形状付板素材の両端を容易に固定することができ、結果的に、温度の変化や振動に対するハニカム担体の強度を高めるのに手間がかからないという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明のハニカム金属担体の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図である。

ハニカム金属担体１１は、ハニカム担体（巻きハニカム担体）１２と、巻きハニカム担体１２を覆う筒部材１３と、筒部材１３に巻きハニカム担体１２を固定する溶接部１４，１５とからなる。巻きハニカム担体１２は、断面が蜂の巣状で、中心部１６に円筒部１７を形成し、円筒部１７に連ねて外方（矢印ａ１，ａ１の方向）にハニカム部１８を形成し、ハニカム部１８に連ねて外方に巻き終端１９（図７も参照），２１（図７も参照）を形成し、巻き終端１９，２１を筒部材１３の内面２２（図７も参照）に一体的に溶接部１４，１５で固定したものである。２３は波形状付板素材、２４は波形状付板素材２３（図５参照）の波形状部、２５は波形状付板素材２３の中央、Ｗはハニカム金属担体１１の幅を示す。

筒部材１３は、金属製の円筒であり、筒部材１３の長さはＬ（Ｌ＝Ｗ）に設定した。
溶接部１４は、筒部材１３の一方の端２６から距離Ｌ／３程度の位置に施したものであり、溶接方法は任意である。
溶接部１５は、筒部材１３の他方の端２７から距離Ｌ／３程度の位置に施したものであり、溶接方法は任意である。

なお、溶接部１５の施行位置は、距離Ｌ／３に限定しない。例えば、中央（距離Ｌ／２）の位置に溶接部１５を一箇所だけ施すことも可能であり、一方、距離Ｌ／４やＬ／５の位置に一箇所だけ施すことも可能である。さらに、溶接部１５と溶接部１５との間の距離を等ピッチにする必要もない。
筒部材１３の長さはＬであるが、長さを分割することも可能である。例えば、長さをＬ／３とし、Ｌ／３のものを３個用いて溶接する。

図２は、図１の２−２線断面図であり、溶接部１４の断面を示す。
溶接部１４は、既に述べたが、筒部材１３の内面２２と巻きハニカム担体１２の巻き終端１９，２１とを、全周溶接した部位であり、筒部材１３に巻きハニカム担体１２の全周を固定する。

図３は、図２の３部詳細図である。
溶接部１４は、具体的には、４枚の波形状付板素材２３・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）の巻き終端１９・・・を筒部材１３の内面２２に固定するとともに、巻き終端１９・・・の対向側に形成される巻き終端２１・・・（図２参照）を巻き終端１９・・・と同様に筒部材１３の内面２２に固定する。
溶接部１５は、溶接部１４と同様であり、説明を省略する。

なお、溶接部１４，１５の２箇所で筒部材１３に巻きハニカム担体１２を固定したが、３箇所で固定することも可能である。
円筒部１７の巻き数は、任意であるが、筒となるように少なくとも１．５回以上巻く。

このように、ハニカム金属担体１１では、巻きハニカム担体１２の中心部１６に波形状付板素材２３・・・を巻くことで円筒部１７を形成し、この円筒部１７に連ねて外方にハニカム部１８を形成し、ハニカム部１８に連ねて外方に巻き終端１９，２１を形成し、巻き終端１９，２１を筒部材１３の内面２２に一体的に固定したので、自動車又は自動二輪車の排気ガスの熱によって巻きハニカム担体１２が膨脹すると、つまり、熱で波形状付板素材２３・・・が膨脹すると、中心部１６の円筒部１７が巻き方向に回動し、この回動に伴い、円筒部１７に隣接したハニカム部１８が変形して波形状付板素材２３・・・の伸びを吸収する。その結果、殆どのハニカム部１８は変形せず、熱膨張によるハニカム部１８の破断を防止することができる。

また、ハニカム金属担体１１では、巻きハニカム担体１２の中心部１６に波形状付板素材２３・・・を巻くことで円筒部１７を形成し、この円筒部１７に連ねて外方にハニカム部１８を形成し、ハニカム部１８に連ねて外方に巻き終端１９，２１を形成し、巻き終端１９，２１を筒部材１３の内面２２に一体的に固定したので、筒部材１３に波形状付板素材２３・・・の両端である巻き終端１９・・・，巻き終端２１・・・は固定される。従って、ハニカム担体１２の動きを防止することができるとともに、振動によるハニカム担体１２の破断を防止することができる。

巻きハニカム担体１２の中心部１６に円筒部１７を形成することで、中心部１６に位置する波形状付板素材２３・・・同士を一体的に密着させることができ、波形状付板素材２３間の剥離を防止することができる。従って、巻きハニカム担体１２の中心部１６の強度を高めることができる。

このようなハニカム金属担体１１の製造方法を次に説明する。
図４は、本発明のハニカム金属担体の製造方法に用いる成形装置の模式図である。
成形装置４１は、波形状付板素材２３を成形するもので、図左の素材供給装置４２と、素材供給装置４２の下流側に配置した成形機４３と、成形機４３の下流側に配置した切断機４４と、切断機４４の下流側に配置した搬出装置４５とを備える。

成形要領を簡単に説明する。まず、素材供給装置４２に掛けた巻き鋼板４７を成形機４３の成形ロール５１，５２間に通し、成形ロール５１，５２を回転させることで波形状部２４を成形し、切断機４４で所望の長さに切断し、波形状付板素材２３が完成する。波形状付板素材２３を搬出装置４５で吊り上げて輸送箱５５内に積む。その際、波形状部２４同士が重ならないように積層する。
波形状部２４同士が重ならないように、例えば、成形機４３で成形開始位置を制御する。成形ロール５１を矢印ｆ１のように上昇させ、波形状部２４を成形しないで送り出す長さを変える。

図４に示す波形状付板素材２３は、模式的に示したものであり、波形状部２４の山谷の数を正確に示したものではない。

図５は、本発明のハニカム金属担体の製造方法に用いる波形状付板素材の斜視図である。
波形状付板素材２３は、帯状の板６１の中央２５から一方６３を平らなままとすることで、平らな部位６４を形成し、平らな部位６４に巻き終端１９を形成し、他方６５に波形状部２４を成形するとともに、波形状部２４に連ねて所望の長さＬｅだけ平らなままとし、この長さＬｅだけ平らなままな部位に巻き終端２１を形成したものである。Ｗｂ（Ｗｂ＝Ｗ（図１参照））は波形状付板素材２３の幅を示す。
巻き終端１９は波形状付板素材２３の一方６３の端でもある。
巻き終端２１は波形状付板素材２３の他方６５の端でもある。
次に、このような波形状付板素材２３を４枚取出し、巻き始める。

図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の製造方法で行う巻き回しを説明する図である。
（ａ）：波形状付板素材２３・・・を４枚取出し、巻き装置６６の把持部材６７にセットする。その際、波形状付板素材２３の波形状部２４に別の波形状付板素材２３の平らな部位６４が重なるように交互に重ねる。その後、把持部材６７で中央２５・・・を矢印ａ３のように押える。
（ｂ）：中央２５・・・を押えた後、中央２５を中心軸６８に把持部材６７を矢印ａ４，ａ４のように回転させる。
（ｃ）：中央２５を中心軸６８に巻き回し（矢印ａ４の方向）て円筒部１７（図１参照）を形成する。引き続き、波形状付板素材２３を巻き続ける。

図７は、本発明の製造方法で行うハニカム担体の組付けを説明する図である。
さらに巻き回すことでハニカム部１８を形成するとともに、巻き終えることで断面が蜂の巣状の巻きハニカム担体１２を形成する。
最後に、巻きハニカム担体１２を筒部材１３に矢印ａ５のように嵌めた後、筒部材１３の内面２２に巻きハニカム担体１２の巻き終端１９・・・，２１・・・を固定する。

具体的には、巻きハニカム担体１２を入れた筒部材１３を倒して横にして、筒部材１３を回転させながら、筒部材１３の二点鎖線で示す２箇所に溶接（溶接部１４，１５）を施すことで、筒部材１３と巻きハニカム担体１２の巻き終端１９，２１の二点鎖線で示す２箇所とを溶接する。その結果、図１に示すハニカム金属担体１１が完成する。

このように、ハニカム金属担体１１の製造方法では、平らな部位６４（巻き終端１９を有する。）と、波形状部２４と、長さＬｅだけ平らなままとした部位と、巻き終端２１とからなる波形状付板素材２３を成形し、波形状部２４に平らな部位６４が重なるように交互に重ねて、中央２５を巻き回して円筒部１７を形成し、さらに巻き回すことでハニカム部１８を形成するとともに、巻き終えることで断面が蜂の巣状の巻きハニカム担体１２を形成し、巻きハニカム担体１２を筒部材１３に固定するので、円筒部１３に巻きハニカム担体１２の巻き終端１９・・・，２１・・・、容易に固定することができ、結果的に、温度の変化や振動に対するハニカム担体１２の強度を高めるのに手間がかからない。

次に、ハニカム金属担体の別の実施の形態を説明する。
図８は、別の実施の形態のハニカム金属担体を説明する図であり、上記図１に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。

別の実施の形態のハニカム金属担体１１Ｂでは、円筒部１７Ｂは両端７１，７１に切り欠き部７２，７２を形成したことを特徴とする。つまり、中央２５の両端７１，７１側を巻いていない。その結果、円筒部１７Ｂは、幅中央７３に対して両端７１，７１側の巻き数が少ない。
このような円筒部１７Ｂを得るために用いる波形状付板素材を次に説明する。

図９は、別の実施の形態に用いる波形状付板素材の斜視図である。
波形状付板素材２３Ｂは、波形状付板素材２３Ｂの長手方向（矢印ａ６の方向）に平行な端７１，７１の中央２５に切り欠き部７４，７４を形成することで両端７１，７１側の巻き数を少なくしたことを特徴とする。Ｃは長手方向の全長に対する中心を示す。

切り欠き部７４は、深さをＷ／３、切り欠き角度をθに設定し、隅アール部７４ａ（半径ｒ）を形成したＶ字形の部位である。７５，７５，７６，７６は切り欠き部７４の縁を示す。

深さをＷ／３に設定したが、深さはＷ／３に限定しない。深さをＷ／４やＷ／５に設定することも可能である。
隅アール部７４ａ（半径ｒ）を形成したが、隅アール部７４ａのないものでも可能である。
端７１，７１に同じ切り欠き部７４，７４を形成したが、異なる形状でも可能である。例えば、図右側の端７１の切り欠き部７４（縁７５，７５）にのみ隅アール部７４ａを形成する。さらに、図左側の切り欠き部７４（縁７６，７６）をＵ字形に変更することも可能である。

なお、切り欠き部７４と切り欠き部７２（図８参照）は同じものであるが、切り欠き部７４は、素材のときに形成したＶ字形ものとし、切り欠き部７２は円筒部１７Ｂに形成されたものとし、それぞれを分けた。

切り欠き部７４の形状は、一例であり、Ｕ字形や円弧でもよい。
端７１，７１に切り欠き部７４，７４を形成したが、１箇所だけ形成してもよい。例えば、図の右側の端７１に切り欠き部７４（縁７５，７５）を形成し、巻き上げて完成した巻きハニカム担体１２Ｂの切り欠き部７２を排気ガスの流入側に配置し、流出側に切り欠きのない部位を配置する。

図１０は、図８の１０−１０線断面図である。なお、ハニカム部１８は省略した。
ハニカム金属担体１１Ｂの円筒部１７Ｂは、既に説明したが、端７１に切り欠き部７４を形成したもので、切り欠き部７４の縁７５，７５は離れている。

図１１は、図８の１１−１１線断面図である。
ハニカム金属担体１１Ｂの円筒部１７Ｂは、中央２５の幅中央７３（図９も参照）を巻いた。

図１２は、図８の１２−１２線断面図である。
ハニカム金属担体１１Ｂの円筒部１７Ｂは、既に説明したが、端７１に切り欠き部７４を形成したもので、切り欠き部７４の縁７６，７６は離れている。

図１３は、別の実施の形態の作用図である。
別の実施の形態のハニカム金属担体１１Ｂでは、排気ガスによって巻きハニカム担体１２Ｂが加熱され、波形状付板素材２３Ｂが膨脹して伸びると、切り欠き部７４の縁７５，７５が距離δ１だけ移動して、伸びを吸収する。従って、熱膨張によるハニカム部１８の変形をより防止することができる。
同様に、切り欠き部７４の縁７６がほぼ距離δ１だけ移動して、伸びを吸収する。従って、熱膨張によるハニカム部１８の変形をより防止することができる。

ここでは、端７１，７１にそれぞれ切り欠き部７４，７４を形成した場合の作用を説明したが、切り欠き部７４を片側のみに形成してもよい。端７１に切り欠き部７４（縁７５，７５）を形成し、巻き上げて完成した巻きハニカム担体１２Ｂの切り欠き部７２（縁７５，７５）を排気ガスの流入側に配置し、切り欠きのない部位を流出側に配置することで、温度が高くなる流入側でかつ中心側の熱膨張による伸びを吸収することができ、熱膨張による流入側のハニカム部１８の破断を防止を防止することができる。

尚、本発明のハニカム金属担体及びその製造方法は、実施の形態では触媒を保持するハニカム構造に適用したが、触媒の保持以外に用いるハニカム構造にも適用可能である。

本発明のハニカム金属担体及びその製造方法は、排気ガスの浄化に用いる触媒を保持するハニカム構造に好適である。

本発明のハニカム金属担体の説明図図１の２−２線断面図図２の３部詳細図本発明のハニカム金属担体の製造方法に用いる成形装置の模式図本発明のハニカム金属担体の製造方法に用いる波形状付板素材の斜視図本発明の製造方法で行う巻き回しを説明する図本発明の製造方法で行うハニカム担体の組付けを説明する図別の実施の形態のハニカム金属担体を説明する図別の実施の形態に用いる波形状付板素材の斜視図図８の１０−１０線断面図図８の１１−１１線断面図図８の１２−１２線断面図別の実施の形態の作用図従来の技術を説明する図

符号の説明

１１…ハニカム金属担体、１２…ハニカム担体（巻きハニカム担体）、１３…筒部材、１６…巻きハニカム担体の中心部、１７…円筒部、１８…ハニカム部、１９，２１…巻き終端、２２…筒部材の内面、２３…波形状付板素材、２４…波形状部、２５…中央、６１…帯状の板、６３…一方、６４…平らな部位、６５…他方、６８…中心軸、７１…両端、７２，７２…切り欠き部。

Claims

波形状部を備える帯状の波形状付板素材を複数積層し、波形状付板素材を中央から巻いていくことで、断面が蜂の巣状のハニカム担体を形成し、このハニカム担体を筒部材に嵌めたハニカム金属担体において、
前記波形状付板素材は、帯状の板の前記中央から一方を平らなままとすることで、平らな部位を形成し、該平らな部位に巻き終端を形成し、他方に前記波形状部を成形するとともに、該波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとし、該平らなままな部位に巻き終端を形成したもので、
前記波形状付板素材の波形状部に前記別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する前記波形状付板素材同士を相互に重ねて、前記中央を中心軸にして巻くことで、前記ハニカム担体の中心部に円筒部を形成し、この円筒部に連ねて外方にハニカム部を形成し、該ハニカム部に連ねて外方に前記平らな部位からなる前記巻き終端を形成し、該巻き終端を筒部材の内面に一体的に固定したことを特徴とするハニカム金属担体。
前記円筒部は、両端に切り欠き部を形成したことを特徴とする請求項１記載のハニカム金属担体。
帯状の板の中央から一方を平らなままとした平らな部位とし、他方に波形状部を成形するとともに、波形状部に連ねて所望の長さだけ平らなままとした波形状付板素材を複数成形し、
波形状付板素材の波形状部に別の波形状付板素材の平らな部位が重なるように隣接する前記波形状付板素材同士を交互に重ねて、中央を中心軸にして巻くことで円筒部を形成し、
さらに巻いていくことで断面が蜂の巣状のハニカム担体を形成し、
ハニカム担体を筒部材に嵌めた後、筒部材の内面にハニカム担体の平らな部位からなる巻き終端を固定することを特徴とするハニカム金属担体の製造方法。