JP2000033214A

JP2000033214A - 円筒フィルタの成形方法及び成形装置

Info

Publication number: JP2000033214A
Application number: JP10200685A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kuramoto; 敏行倉本; Shigeru Kato; 茂加藤; Masakazu Kashiwase; 雅一柏瀬; Masataka Oji; 正隆大路; Hiroaki Tamae; 宏明玉重
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】金属多孔製の円筒フィルタを均一に、効率良
く作れるようにすることである。【解決手段】金属多孔体の素材シートＡを芯金２と成
形ロール３、４間に挟み込み、芯金２と成形ロール３、
４を回転させて素材シートＡの圧縮と芯金２上への巻き
取りを行う。この方法によれば、従来必要とした巻き取
り後のスエージング加工が不要であり、加工の合理化と
品質の均一化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、円筒フィルタの
製造過程において、素材である金属多孔体のシートを効
率良く均一に円筒形に成形するための方法と、加工の自
動化を可能ならしめる成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属多孔体製のフィルタは、各種流体の
濾過に用いられるが、特に最近脚光を浴びているＤＰＦ
（ディーゼルエンジン・パティキュレート・フィルタ）
としての用途が大きい。ＤＰＦに用いられる金属多孔体
製のフィルタは、ディーゼルエンジンの排気経路に取り
付けられ、主として排気ガス中のＰＭ（パティキュレー
ト・マター）と称する微粒の炭素と燃料の熱分解成分で
構成させる黒煙状の大気汚染物質（煤）を除去するため
に用いられる。

【０００３】ＰＭは、微粒であり、排気ガスのガス流速
とほぼ同等の速度で流れるため、これを除去するには、
フィルタの目の粗さを適切に調整することが極めて重要
であり、且つ、排気流速による圧力損を極力抑えるため
の工夫が必要である。

【０００４】そこで、ＤＰＦは、濾過面積を大きく、且
つフィルタの目を細かく、フィルタの厚みを大きくする
ことが良いとされる。いわゆる濾過操作を面で行うので
はなく、深さを含めた三次元で対処するものである。そ
して濾過面積を大きく取るために、排気ガスの流れ方向
に対し、平行な濾過面を多くし、また、一段で濾過する
のではなく多段で濾過する濾過方法なども検討されてい
る。

【０００５】ここで、金属多孔体がこのような濾過装置
に好都合であるのは、捕捉されたＰＭを排気ガスの温度
にプラスして加熱する方法で、定期的に燃焼除去する場
合、金属の熱伝導性の良さによりフィルタの一部を局部
加熱することなく、均等に燃焼することが可能だからで
ある。

【０００６】このような用途における金属多孔体に対し
ての要求仕様は以下のようになる。第１にコンパクトで
あること、第２に排気ガスの種々変化するガス流速に対
し、強度及び形状を維持できること、第３に所要の目の
粗さをもつことである。

【０００７】このうち、１、２の要求仕様に対しては、
フィルタを円筒形にし、さらに、金属多孔体の素材シー
トを幾重にも巻いて固めるのがよい。また、要求仕様３
の目の粗さについては、素材シートを圧縮してフィルタ
の目を細かくする必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】金属多孔体は、樹脂発
泡体や樹脂或いはその他の可燃性材料で作られた不織
布、フェルト等を母材にしてその母材の骨格表面に、メ
ッキや金属粉の塗布焼結などで金属層を形成し、母材を
焼却除去する方法で作られる。従って、性質的に脆く、
シート状であっても強度が損われる折り曲げ等の加工は
難しい。

【０００９】従来は、金属多孔体のシートを所定の長
さ、形状に切断した後、人手で補助しながら芯金に巻き
付け、その後、スエージング機で成形、圧縮を行ってい
たが、巻付けと成形、圧縮を別工程で行うこの方法で
は、生産効率を高め難い。また、巻き取り後に成形、圧
縮を行うと、シートの巻回層にゆるみや皺等が生じるこ
とがあり、均一な円筒状フィルタを得るのも難しい。

【００１０】さらに、素材シートが凹凸のある金属であ
るので、引っ掛りが多く、手作業での取扱いでは、怪我
をしないように十分な注意を払う必要があり、これも生
産性を低下させる原因となる。

【００１１】そこで、この発明は、金属多孔体のシート
を円筒状に仕上げるまでの加工の合理化と自動化及び円
筒の均一化を図れるようにすることを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題の解決策とし
て、この発明では以下の成形方法と成形装置を開発し
た。

【００１３】その方法は、金属多孔体のシートを、円筒
状の芯金と成形ロール間に挟み込み、芯金を回転させて
前記金属多孔体のシートを圧縮しつつ芯金の外周に１周
以上巻き付けて円筒状に成形することを特徴とするもの
である。

【００１４】かかる方法によると、成形と同時に行われ
る圧縮加工によって仕様通りのフィルタ厚みと目の粗さ
を得ることができ、加工の合理化が図れる。また、圧縮
と巻き取りを並行して進めるので、ゆるみや皺が発生し
ない。さらに、成形ロールの位置を変えるだけで円筒の
サイズ変動に対応でき、ロットの変更等も容易になる。

【００１５】また、ＤＰＦは著しい温度変化に晒される
ので、製品の円筒フィルタに大きなストレスが残されて
いるのは好ましくないが、成形ロールを芯金の周りに複
数本設置し、この成形ロールを芯金とは逆回りに回転駆
動することにより、金属多孔体のシートに強度のストレ
スがかかるのを防止でき、完成した円筒フィルタの残留
ストレスも減少させ得る。なお、成形ロールの回転駆動
は、シートの送り速度に同期させるか又は芯金の回転を
助長する速度にするのがよい。その理由は後に述べる。

【００１６】さらに、複数の成形ロールのうち、少なく
とも１本が成形面に凹凸を持ち、そのロールによる成形
で芯金に巻かれた金属多孔体のシートの厚み分布に差を
付けると、圧縮が強く行われた部分が強化されて円筒フ
ィルタの強度が増す。

【００１７】このほか、金属多孔体のシートを、フープ
巻きしたドラムから巻き戻して供給し、送りロールによ
り計尺しつつ送り、設定長さでの切断、側部の部分的な
縁取りを行って、成形ロールに送る方法を採ると、端部
厚みが薄くて口金や遮断板などの取付けがし易い円筒フ
ィルタを連続的に作ることができる。

【００１８】次に、この発明の成形装置は、上記の方法
を実行するために、回転駆動源を有する円筒状の芯金
と、その芯金と平行配置の成形ロールと、この成形ロー
ルに成形圧を加えるロール位置制御の可能な加圧装置
と、金属多孔体のシートをクランプしてそのシートの先
端部が芯金上に載る位置まで送る送り装置と、芯金上に
移動した前記シートの先端部を芯金との間に挟みつけて
芯金と共に回転する先端押さえ爪とを備えるものにして
いる。この装置は、成形ロールを複数本とし、その中の
少なくとも１本のロールの成形面に凹凸を形成すると、
他の部分よりも高い強度が要求される端部などをより強
く圧縮して強化することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の成形方法の一
例の工程図を示す。図１（ａ）において、金属多孔体の
素材シートＡが成形部の芯金２上に達すると、上部成形
ロール３が下降し、芯金２との間に素材シートＡを挾み
込む。その状態で芯金２と上部成形ロール３が回転し、
素材シートＡを円筒状に丸めていく。また、芯金２に巻
き付いた素材シートＡは、図１（ｂ）の工程で下部成形
ロール４により下方から芯金２に押し付けられ、さら
に、丸められると同時に所定の比率で圧縮される。下部
成形ロール４の成形面には凹凸があり、その凹凸により
素材シートＡの各部の圧縮率に差が生じる（図の場合、
シートの両側縁部が幅方向中央部よりも強く圧縮されて
厚みが薄くなる）。

【００２０】芯金２に対する巻き付けが途中まで進んだ
後、更に図１（ｄ）のように、素材シートＡの両側を縁
取りした部分の巻き付けがなされ、シートＡの終端を巻
き終えたところで巻回層の全体厚みが所要厚みに達して
巻付け成形が完了する。

【００２１】金属多孔体の素材シートＡは、表面全域に
無数の突起を保有しており、巻き重ねて成形ロールで加
圧するとその突起が互いにかみ合うため、接着や特別の
接合を行わなくても強固に密着して成形後の形状が保持
される。図１（ｅ）のように、巻き付け完了後、上部成
形ロール３、下部成形ロール４が成形済みシートから離
れ、成形済みシートが芯金２から取外されて金属多孔体
製の円筒フィルタ３０が出来る。

【００２２】その、円筒フィルタ３０の外観を図１
（ｆ）に示す。この円筒フィルタ３０は、素材シートＡ
の両側部の部分的縁取りにより両端の厚みが幅方向中央
部の厚みよりも薄くなっている。但し、両端部は、幅方
向中央部よりもきつく圧縮されているので、強度が不足
することはない。

【００２３】このような形状の筒状フィルタ（異径フィ
ルタ）を同心上に数個配置し、入り口と出口を交互に遮
断板３１で塞ぐと図２（ａ）の如き濾過面積の大きなフ
ィルタユニット３２が出来る。また、図２（ｂ）に示す
ように、入口側は全面に遮蔽板３１を付け、出口側では
最小径の筒状フィルタの口を開ける構造にすると、最外
周から内側に流体を通して濾過する濾過率の高い多段フ
ィルタユニット３３が出来る。

【００２４】なお、下部成形ロール４は、省略可能であ
るが、ロールを上部成形ロール３のみとし、そのロール
３に凹凸を付け、成形と同時に凹凸を付す方法では加工
品質が低下するので、凹凸付けを行う場合には、下部成
形ロール４を加えた方がよい。また、芯金２上に送り込
んだ素材シートＡの先端部を芯金と共に回転する先端押
え爪５（図１（ａ）参照）で芯金２との間に挾み、素材
シートＡが少なくとも１周巻かれるまではその爪５によ
るクランプを継続すると、自動化作業でのシートの巻き
付けが確実になされる。

【００２５】さらに、素材シートＡは、図１（ｄ）に示
すように後端を送り装置６で挟んでおき、その送り装置
６で素材シートＡに加えられた張力を保持しながら巻き
付けを行うと、皺及びシート蛇行の防止効果が生じて好
ましい。

【００２６】図３乃至図７に、この発明の成形装置の実
施形態を示す。

【００２７】図３は、円筒フィルタ製造装置全体の概略
図である。同図において、サプライ装置２０にセットさ
れたドラム２１からフープ巻きされた金属多孔体の素材
シートＡが巻き戻されて送り出され、数個のガイドロー
ル２２により張力の安定化がなされ、計尺送りロール２
３、形状切断装置２４、屑押えロール２５、定尺切断装
置２６経由で成形装置１に至る。

【００２８】成形装置１は、図４に示す芯金２、上部成
形ロール３、下部成形ロール４、図７に示す先端押え爪
５、図４の送り装置６、中間押え装置７、図５、図６に
示す上部成形ロール３用の昇降装置８、回転駆動装置
９、下部成形ロール４用の昇降装置１０、回転駆動装置
１１、図５に示す芯金２の回転駆動装置１２によって構
成されている。

【００２９】なお、図４の計尺送りロール２３から定尺
切断装置２６までの各要素と成形装置１を構成する送り
装置６、中間押え装置７は、図４に示す昇降装置２７に
よって高さ位置を調整できる。その高さ位置の調整は、
芯金２に巻かれた素材シートＡが巻き太るにつれて巻付
点が変位するので、その変位を吸収するために行われ
る。

【００３０】図４に示すように、送り装置６は、クラン
プ６ａをガイドレール６ｂに吊り下げ、そのクランプ６
ａで素材シートＡの中央部を挾み、駆動源を有する送り
機構（図示せず）でクランプ６ａをガイドレール６ｂに
沿って前進させて素材シートＡに送りをかけるようにし
てある。

【００３１】また、中間押え装置７は、押えプレート７
ａを、シリンダ７ｂとシリンダ７ｃで昇降させ、かつ送
り方向に進退させるようにしてある。

【００３２】図５、図６の昇降装置８、１０、回転駆動
装置１０、１１はいずれも、サーボモータを駆動源とす
る装置である。

【００３３】芯金２の回転駆動装置１２も、サーボモー
タを駆動源にしている。この装置１２は、図５、図７に
示すように、サーボモータ１２ａからの駆動力をクラッ
チ１２ｂ、駆動軸１２ｃを介して支軸１２ｄに伝え、そ
の支軸１２ｄで支えた芯金２を回転させる。支軸１２ｄ
の図中右端は、可動軸受１２ｅに支えられている。可動
軸受１２ｅは２軸方向（支軸長手方向及び紙面と垂直方
向）に動く図５のスライドテーブル１２ｆに取付けてあ
り、その可動軸受１２ｅを支軸１２ｄの右端がソケット
１２ｇから外れる図５の鎖線位置及び図６の鎖線位置に
退避させて芯金２からの完成円筒フィルタの取外しや芯
金２のサイズ交換を行なう。図７の１２ｈはソケット１
２ｇに設けたトルク伝達ピンであり、支軸１２ｄの右端
のスリットに嵌まる。

【００３４】先端押え爪５は、図７に示すように２個あ
り、その２個の爪を芯金２の両端部に配置している。図
中左側の先端押え爪５は、駆動軸１２ｃの外周にプレー
ト５ａを軸方向スライド可能かつ相対回転不可に取付
け、そのプレート５ａに径方向スライド自在に取付けて
おり、ばね（図示せず）の力で芯金２の外周に押し当て
られる。その爪５を爪上下シリンダ５ｂで押し上げると
爪５が芯金２から離れ、芯金２との間に素材シートを挟
むことができる。また、プレート５ａを前後シリンダ５
ｃとばね５ｄで押し引きして爪５を退避点からクランプ
点に、或はその逆に動かす。

【００３５】図中右側の先端押え爪５は、ソケット１２
ｇに取付けたプレート５ｅで径方向スライド自在に支持
している。この右側の爪５も、ばね５ｆの力で引き下
げ、爪上下シリンダ５ｂで押し上げるが、退避は左側の
爪と違って可動軸受１２ｅを一定量図の右方に引き動か
す方法でなされる。

【００３６】以上の如く構成した成形装置１は、途中ま
で送り込まれた素材シートＡを図４の送り装置６が掴ん
で成形部に送り込む。その送りにより、素材シートＡの
先端が芯金２上に載ると、図７の爪上下シリンダ５ｂに
よって押し上げた先端押え爪５が退避点から前進し、シ
リンダ５ｂの押し上げ解除により素材シートＡの先端両
側部を芯金２との間に挟む。また、上部成形ロール３も
下降して芯金２との間に素材シートＡを挾み、送り装置
６がクランプを解いて戻され、代わりに中間押え装置７
が上昇、前進して芯金２の近くで素材シートＡを下から
支え、ロールと芯金が回転駆動されて成形加工が開始さ
れる。

【００３７】加工が始まって素材シートＡが芯金２の外
周にほぼ１周巻かれると１層目の巻き付け層上に２層目
の素材シートＡが重なる。その際、素材シートＡの先端
中央部を中間押え装置７が押さえて先端中央部の浮き上
りを防止し、それにより、素材シートＡの先端が２層目
のシートの下に確実に敷き込まれてシートの重ねが正確
になされる。この状態になると、下部成形ロール４が上
昇して素材シートＡを芯金２に押し付け、シートを圧縮
し出す。また、先端押え爪５は役目をほぼ果たし、引き
外されて退避点に戻る。以後、巻付け層数が１層増加す
る毎に上部成形ロール３、下部成形ロール４を芯金２か
ら所定量引き離し、かつ、昇降装置２７で素材シートＡ
の位置を上方に移しながら巻き付け成形が進められる。

【００３８】計尺送りロール２３と、成形ロール３、４
と、芯金２は、ここではサーボモータを駆動源とする計
尺送りロール２３を基準にして同期運転するようにし
た。その理由は以下による。即ち、芯金２に巻かれた素
材シートＡが巻き太るにつれてシートの巻き取り速度が
早くなり、それに伴い、計尺送りロール２３の回転も早
くなる。そこで、巻き取り速度の増加に合わせて成形ロ
ール３、４の回転を早くする（芯金２の回転を下げるこ
とも可）。こうすると、成形ロール３、４の回転速度と
素材シートＡの巻き取り速度をほぼ一致させることがで
き、素材シートＡに強度のストレスが加わらない。

【００３９】成形ロール３、４の速度を芯金２の回転を
助長する速さに制御する方法でもシートの巻き太りによ
る成形ロール速度の相対的な遅れを防止して素材シート
Ａに加わるストレスを低減できる。

【００４０】素材シートＡをある長さを送り込んだとこ
ろで、形状切断装置２４（図４）による素材シートＡの
両側の部分的縁取りがなされる。その作業は、切断装置
２４が素材シートＡの余縁部に切り込みを入れ、屑押え
ロール２５が降下し、切り外された余縁を押し下げて回
収部に向かわせる。厚肉フィルタの場合、両端が薄く、
中央部が厚い形状に設計されることがあるので、部分的
な縁取りで両端のシート巻き付け数を減らしてその部分
を薄肉にすることを可能ならしめている。両端の厚みを
変える必要がなければ、形状切断装置２４は休止させ
る。

【００４１】素材シートＡの送り長さが設定値に達した
ら計尺送りロール２３からの信号で送り装置８が素材シ
ートＡの後端になる部分をクランプし、定尺切断装置２
６が素材シートＡを長手方向に切断する。送り装置６は
素材シートＡを掴んだままシートＡの移動に合わせて送
り込まれ（それに先行して中間押え装置７の復帰がなさ
れる）、そのために、定尺切断後も切断前にシートに加
えた張力が保持され、素材シートＡが皺や蛇行を生じる
ことなく後端まできれいに巻き取られて均等な円筒フィ
ルタが出来る。そこで、成形ロール３、４を元に戻し、
可動軸受１２ｅ（図７）を退避させて芯金２から完成し
た円筒フィルタを外す。そして各要素を全て元の位置に
戻し、以上で成形作業の一連の工程が完了する。

【００４２】なお、径の異なる円筒フィルタを作るとき
には、芯金２が異サイズのものと交換される。

【００４３】また、フィルタの目の粗さの調整は昇降装
置８、１０により成形ロール３、４の加圧力（シートの
圧縮率）を制御して行われ、フィルタの厚み調整は、素
材シートの巻回数及び芯金２と成形ロール３、４の距離
を変えて行われる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の方法及び
装置によれば、巻き取りと同時に圧縮、成形を行うの
で、従来必要としたスエージング加工を省くことがで
き、作業の合理化による生産性の向上が図れる。

【００４５】また、巻き取りと圧縮を並行して行うの
で、ゆるみや皺ができず、均等な円筒が得られる。

【００４６】さらに、成形面に凹凸を有する成形ロール
を用いて素材シートの圧縮率を部分的に高めることがで
き、円筒フィルタの強度向上も図れる。

【００４７】また、芯金や成形ロールを交換することに
よってサイズ変更、形状変更等にも対応できる。

【００４８】このほか、素材シートの部分的な縁取りに
より円筒の端部の肉厚を薄くすることができ、また、成
形ロールと芯金を計尺ロールに同期させて円筒フィルタ
に強度のストレスが加わることを回避することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の一例を示す工程図

【図２】（ａ）円筒フィルタを用いて作られたＤＰＦ用
フィルタユニットの断面図（ｂ）円筒フィルタを用いて作られたＤＰＦ用多段フィ
ルタユニットの断面図

【図３】円筒フィルタ製造装置の概略を示す側面図

【図４】計尺送りローラから成形部に至る部分の詳細図

【図５】成形装置の正面図

【図６】同上の装置の側面図

【図７】芯金の部分の拡大断面図

【符号の説明】

１成形装置２芯金３上部成形ロール４下部成形ロール５先端押え爪５ａ、５ｅプレート５ｂ爪上下シリンダ５ｄ、５ｆばね６送り装置６ａクランプ６ｂガイドレール７中間押え装置７ａ押えプレート７ｂ、７ｃシリンダ８、１０昇降装置９、１１、１２回転駆動装置１２ａサーボモータ１２ｂクラッチ１２ｃ駆動軸１２ｄ支軸１２ｅ可動軸受１２ｆスライドテーブル１２ｇソケット１２ｈトルク伝達ピン２０サプライ装置２１ドラム２２ガイドロール２３計尺送りロール２４形状切断装置２５屑押えロール２６定尺切断装置２７昇降装置Ａ金属多孔体の素材シート３０円筒フィルタ３１遮蔽板３２フィルタユニット３３多段フィルタユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柏瀬雅一伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者大路正隆伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者玉重宏明伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 4D019 AA01 BA02 BB06 BD01 CA03 CB06 CB07 4D058 JA02 JB03 JB22 MA41 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属多孔体のシートを、円筒状の芯金と
成形ロール間に挟み込み、芯金を回転させて前記金属多
孔体のシートを圧縮しつつ芯金の外周に１周以上巻き付
けて円筒状に成形することを特徴とする円筒フィルタの
成形方法。
【請求項２】前記成形ロールを芯金の周りに複数本設
置し、この成形ロールをシートの巻き取り速度に応じた
速度で芯金とは逆回りに回転駆動することを特徴とする
請求項１に記載の円筒フィルタの成形方法。
【請求項３】前記複数の成形ロールのうち、少なくと
も１本が成形面に凹凸を持ち、そのロールによる成形で
芯金に巻かれた金属多孔体のシートの厚み分布に差を付
けることを特徴とする請求項２に記載の円筒フィルタの
成形方法。
【請求項４】前記金属多孔体のシートを、フープ巻き
したドラムから巻き戻して供給し、送りロールにより計
尺しつつ送り、設定長さでの切断、側部の部分的な縁取
りを行って、成形ロールに送るようにした請求項１乃至
３のいずれかに記載の円筒フィルタの成形方法。
【請求項５】回転駆動源を有する円筒状の芯金と、そ
の芯金と平行配置の成形ロールと、この成形ロールに成
形圧を加えるロール位置制御の可能な加圧装置と、金属
多孔体のシートをクランプしてそのシートの先端部が芯
金上に載る位置まで送る送り装置と、芯金上に移動した
前記シートの先端部を芯金との間に挟みつけて芯金と共
に回転する先端押さえ爪とを備えた円筒フィルタの成形
装置。
【請求項６】前記成形ロールを芯金の周りに複数本設
置し、そのうちの少なくとも１本のロールの成形面に凹
凸を付けた請求項５記載の円筒フィルタの成形装置。