JP2002321071A - メタルハニカム担体の溶接方法 - Google Patents
メタルハニカム担体の溶接方法Info
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Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
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- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば自動車エンジンの排気浄化用キャタラ
イザ等に使用するメタルハニカム担体における上記平板
と波板との溶接方法に係り、使用時に熱膨張差による応
力で平板と波板との接合部が剥離したり、亀裂が生じる
等のおそれのない溶接方法を提供する。 【解決手段】 金属薄板よりなる平板２と波板３とを重
ねて多重に巻回したメタルハニカム担体１の端面に、電
子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによっ
て、上記平板と波板との接触部を、非溶接部を残して溶
接接合することを特徴とする。上記電子ビームを渦巻き
状に照射する際の渦巻きのピッチは、０．１〜１．０ｍ
ｍの範囲内とするのが望ましく、またメタルハニカム担
体端面における電子ビームの断続ピッチは０．１〜１．
０ｍｍとするのが望ましい。
イザ等に使用するメタルハニカム担体における上記平板
と波板との溶接方法に係り、使用時に熱膨張差による応
力で平板と波板との接合部が剥離したり、亀裂が生じる
等のおそれのない溶接方法を提供する。 【解決手段】 金属薄板よりなる平板２と波板３とを重
ねて多重に巻回したメタルハニカム担体１の端面に、電
子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによっ
て、上記平板と波板との接触部を、非溶接部を残して溶
接接合することを特徴とする。上記電子ビームを渦巻き
状に照射する際の渦巻きのピッチは、０．１〜１．０ｍ
ｍの範囲内とするのが望ましく、またメタルハニカム担
体端面における電子ビームの断続ピッチは０．１〜１．
０ｍｍとするのが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車エン
ジンの排気浄化用キャタライザ等に使用するメタルハニ
カム担体の溶接方法に関する。更に詳しくは金属製の平
板と波板とを重ねて渦巻き状に巻回したメタルハニカム
担体における上記平板と波板との溶接方法に関するもの
である。
ジンの排気浄化用キャタライザ等に使用するメタルハニ
カム担体の溶接方法に関する。更に詳しくは金属製の平
板と波板とを重ねて渦巻き状に巻回したメタルハニカム
担体における上記平板と波板との溶接方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、メタルハニカム担体の平板と波板
とを溶接する方法の一つとして、メタルハニカム担体の
端面にレーザービームを照射することにより、上記平板
と波板との接触部を溶融接合させることが知られてい
る。具体的には例えばメタルハニカム担体の端面を上に
向けて前後左右に多数並べて配置し、それらの上方から
レーザー溶接装置のヘッドを左右方法に往復移動させる
と同時に前後方向に移動走査して各メタルハニカム担体
端面の略全面にレーザービームを照射し、それによって
上記平板と波板との上記端面側における接触部の略全面
を溶融接合させるものである。
とを溶接する方法の一つとして、メタルハニカム担体の
端面にレーザービームを照射することにより、上記平板
と波板との接触部を溶融接合させることが知られてい
る。具体的には例えばメタルハニカム担体の端面を上に
向けて前後左右に多数並べて配置し、それらの上方から
レーザー溶接装置のヘッドを左右方法に往復移動させる
と同時に前後方向に移動走査して各メタルハニカム担体
端面の略全面にレーザービームを照射し、それによって
上記平板と波板との上記端面側における接触部の略全面
を溶融接合させるものである。
【０００３】ところが、上記のように平板と波板との接
触部の略全面を溶融接合させると、自動車エンジンのキ
ャタライザ等に実際に使用した場合には、排気ガスによ
る熱応力で平板と波板との接合部が剥離する等のおそれ
がある。例えばエンジンの始動時にはハニカム内の中央
部が外周部より高温になるのに対し、通常運転からアイ
ドル運転に移行したときには、ハニカム内の中央部が外
周部よりも早く低温になり、ハニカム内の中央部と外周
部とで大きな温度差が生じる。そのため、平板と波板と
の略全面が接合されていると、熱膨張差による応力を吸
収することができず、平板と波板との接合部が剥離した
り、亀裂が生じる等のおそれがある。
触部の略全面を溶融接合させると、自動車エンジンのキ
ャタライザ等に実際に使用した場合には、排気ガスによ
る熱応力で平板と波板との接合部が剥離する等のおそれ
がある。例えばエンジンの始動時にはハニカム内の中央
部が外周部より高温になるのに対し、通常運転からアイ
ドル運転に移行したときには、ハニカム内の中央部が外
周部よりも早く低温になり、ハニカム内の中央部と外周
部とで大きな温度差が生じる。そのため、平板と波板と
の略全面が接合されていると、熱膨張差による応力を吸
収することができず、平板と波板との接合部が剥離した
り、亀裂が生じる等のおそれがある。
【０００４】そこで、レーザービームを照射する際にメ
タルハニカム担体の端面を部分的に覆う遮蔽部材を設け
ることによって、メタルハニカム担体の端面の一部を溶
接することなく非溶接部として残し、これによって上記
平板と波板との接合部に作用する応力を軽減することが
提案されている（例えば特開平７−８０６６７号公報参
照）。
タルハニカム担体の端面を部分的に覆う遮蔽部材を設け
ることによって、メタルハニカム担体の端面の一部を溶
接することなく非溶接部として残し、これによって上記
平板と波板との接合部に作用する応力を軽減することが
提案されている（例えば特開平７−８０６６７号公報参
照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような遮蔽部材を用いるものは、その製作および組付け
が面倒であると共に、レーザービームによって比較的短
時間で変形もしくは劣化するため繰り返して多数回使用
することはできない。そのため製作コストが増大する等
の問題があった。
ような遮蔽部材を用いるものは、その製作および組付け
が面倒であると共に、レーザービームによって比較的短
時間で変形もしくは劣化するため繰り返して多数回使用
することはできない。そのため製作コストが増大する等
の問題があった。
【０００６】本発明は上記の問題点に鑑みて提案された
もので、上記のような遮蔽部材を用いることなく、容易
に被溶接部を残して溶接接合することのできるメタルハ
ニカム担体の溶接方法を提供することを目的としてい
る。
もので、上記のような遮蔽部材を用いることなく、容易
に被溶接部を残して溶接接合することのできるメタルハ
ニカム担体の溶接方法を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法は、以下
の構成としたものである。
め本発明によるメタルハニカム担体の溶接方法は、以下
の構成としたものである。
【０００８】即ち、金属薄板よりなる平板と波板とを重
ねて多重に巻回したメタルハニカム担体の端面に、電子
ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによっ
て、上記平板と波板との接触部を、非溶接部を残して溶
接接合することを特徴とする。この場合、上記電子ビー
ムを渦巻き状に照射する際の渦巻きのピッチは、０．１
〜１．０ｍｍの範囲内とするのが望ましく、またメタル
ハニカム担体端面における電子ビームの断続ピッチは
０．１〜１．０ｍｍとするのが望ましい。
ねて多重に巻回したメタルハニカム担体の端面に、電子
ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射することによっ
て、上記平板と波板との接触部を、非溶接部を残して溶
接接合することを特徴とする。この場合、上記電子ビー
ムを渦巻き状に照射する際の渦巻きのピッチは、０．１
〜１．０ｍｍの範囲内とするのが望ましく、またメタル
ハニカム担体端面における電子ビームの断続ピッチは
０．１〜１．０ｍｍとするのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるメタルハニカ
ム担体の溶接方法を図に基づいて具体的に説明する。図
１（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体の平面
図、同図（ｂ）はその正面図、図２（ａ）は溶接状態の
概略構成の説明図、同図（ｂ）はその一部の平面図、図
３（ａ）はメタルハニカム担体の平面図、同図（ｂ）は
それに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図、同図
（ｃ）はその一部の拡大図である。
ム担体の溶接方法を図に基づいて具体的に説明する。図
１（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体の平面
図、同図（ｂ）はその正面図、図２（ａ）は溶接状態の
概略構成の説明図、同図（ｂ）はその一部の平面図、図
３（ａ）はメタルハニカム担体の平面図、同図（ｂ）は
それに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図、同図
（ｃ）はその一部の拡大図である。
【００１０】図示例のメタルハニカム担体１は、金属薄
板よりなる平板２と波板３とを重ねて渦巻き状に巻回し
たものを、金属厚板よりなる外筒４内に収容配置した構
成である。上記平板２と波板３および外筒４の材質や厚
さは適宜であるが、本実施形態にいては平板２および波
板３として厚さ０．１５ｍｍのステンレス鋼板が用いら
れ、また外筒４としては厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼
板が用いられている。
板よりなる平板２と波板３とを重ねて渦巻き状に巻回し
たものを、金属厚板よりなる外筒４内に収容配置した構
成である。上記平板２と波板３および外筒４の材質や厚
さは適宜であるが、本実施形態にいては平板２および波
板３として厚さ０．１５ｍｍのステンレス鋼板が用いら
れ、また外筒４としては厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼
板が用いられている。
【００１１】上記メタルハニカム担体１の平板２と波板
３とを溶接するに当たっては、例えば図２に示すように
メタルハニカム担体１の一端側を上に向けて配置すると
共に、そのハニカム担体１の上方の所定距離Ｄだけ離れ
た位置に電子ビーム溶接機１０のヘッド１１を上記メタ
ルハニカム担体１の略中心部に向けて配置する。
３とを溶接するに当たっては、例えば図２に示すように
メタルハニカム担体１の一端側を上に向けて配置すると
共に、そのハニカム担体１の上方の所定距離Ｄだけ離れ
た位置に電子ビーム溶接機１０のヘッド１１を上記メタ
ルハニカム担体１の略中心部に向けて配置する。
【００１２】そして上記ヘッド１１からメタルハニカム
担体１に向けて電子ビームを断続的に照射すると同時
に、溶接機１０に備えられた電磁石、図の場合は４つの
電磁石１２に適宜通電して上記ヘッド１１から照射され
た電子ビームＢを渦巻き状に回動走査するもので、図３
（ｂ）はその電子ビームＢの上記メタルハニカム担体端
面（上面）上における照射軌跡を示す。
担体１に向けて電子ビームを断続的に照射すると同時
に、溶接機１０に備えられた電磁石、図の場合は４つの
電磁石１２に適宜通電して上記ヘッド１１から照射され
た電子ビームＢを渦巻き状に回動走査するもので、図３
（ｂ）はその電子ビームＢの上記メタルハニカム担体端
面（上面）上における照射軌跡を示す。
【００１３】上記平板２および波板３を図示例のように
渦巻き状に巻いたものにあっては、その巻き方向と、電
子ビームＢの渦巻きの巻き方向とを互いに反対方向にす
るのが望ましく、また電子ビームＢの強度は、例えばビ
ーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流３
５ｍＡ）程度のものを用いればよい。なお最も外側の平
板２または波板３と外筒４とも同時にビーム溶接するの
が望ましく、その場合のビーム電力は４．０ｋＷ（加速
電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍＡ）程度のものを用
いればよい。
渦巻き状に巻いたものにあっては、その巻き方向と、電
子ビームＢの渦巻きの巻き方向とを互いに反対方向にす
るのが望ましく、また電子ビームＢの強度は、例えばビ
ーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流３
５ｍＡ）程度のものを用いればよい。なお最も外側の平
板２または波板３と外筒４とも同時にビーム溶接するの
が望ましく、その場合のビーム電力は４．０ｋＷ（加速
電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍＡ）程度のものを用
いればよい。
【００１４】さらに上記の渦巻き状に照射したメタルハ
ニカム担体端面上における渦巻きのピッチＰ２は図３
（ａ）における平板２および波板３の積層ピッチＰ１よ
りも小さくするのが望ましく、例えば平板２および波板
３の積層ピッチＰ１は通常３．８ｍｍ程度であるが、そ
れに対して上記渦巻きのピッチＰ２は０．１〜１．０ｍ
ｍ程度、より好ましくは０．５ｍｍ程度とすればよい。
また図３（ｃ）に示すメタルハニカム担体端面上におけ
る電子ビームの断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３は０．
１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．４ｍｍ程
度とすればよい。なお図示例は電子ビームをドット状
（点状）に照射したが、破線状に照射してもよい。
ニカム担体端面上における渦巻きのピッチＰ２は図３
（ａ）における平板２および波板３の積層ピッチＰ１よ
りも小さくするのが望ましく、例えば平板２および波板
３の積層ピッチＰ１は通常３．８ｍｍ程度であるが、そ
れに対して上記渦巻きのピッチＰ２は０．１〜１．０ｍ
ｍ程度、より好ましくは０．５ｍｍ程度とすればよい。
また図３（ｃ）に示すメタルハニカム担体端面上におけ
る電子ビームの断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３は０．
１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、より好ましくは０．４ｍｍ程
度とすればよい。なお図示例は電子ビームをドット状
（点状）に照射したが、破線状に照射してもよい。
【００１５】上記のようにメタルハニカム担体１の端面
に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射すること
によって、上記平板２と波板３とを非溶接部を残して良
好に溶接接合することができるものである。
に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射すること
によって、上記平板２と波板３とを非溶接部を残して良
好に溶接接合することができるものである。
【００１６】なお上記の実施形態は、メタルハニカム担
体１の端面を上に向けて、その上方から電子ビームを照
射するようにしたが、例えばメタルハニカム担体１の端
面を横向きにして、その横方向外方から電子ビームを照
射するようにしてもよい。
体１の端面を上に向けて、その上方から電子ビームを照
射するようにしたが、例えばメタルハニカム担体１の端
面を横向きにして、その横方向外方から電子ビームを照
射するようにしてもよい。
【００１７】また上記平板２と波板３との溶接は、メタ
ルハニカム担体１の軸線方向両端部を溶接するのが望ま
しく、この場合、両端面同時に溶接することも可能であ
り、また両端面への電子ビームを照射条件を異ならせる
こともできる。
ルハニカム担体１の軸線方向両端部を溶接するのが望ま
しく、この場合、両端面同時に溶接することも可能であ
り、また両端面への電子ビームを照射条件を異ならせる
こともできる。
【００１８】さらに必要に応じて前記筒体４の端部、特
に排気流通方向下流側の端部４ｂに図４に示すような絞
り加工を施し、その段部４ｄに平板２と波板３の端部を
当接させる、あるいは図５に示すように筒体４の下流側
端部４ｂにＳ字状もしくは直線状のストッパ５をビーム
溶接等で一体的に設けて上記平板２と波板３とを位置決
め固定するようにしてもよい。そのように構成した場合
には、排気流通方向下流側端部における平板２と波板３
との溶接、および最も外側の平板２または波板３と外筒
４との溶接を省略することができる。
に排気流通方向下流側の端部４ｂに図４に示すような絞
り加工を施し、その段部４ｄに平板２と波板３の端部を
当接させる、あるいは図５に示すように筒体４の下流側
端部４ｂにＳ字状もしくは直線状のストッパ５をビーム
溶接等で一体的に設けて上記平板２と波板３とを位置決
め固定するようにしてもよい。そのように構成した場合
には、排気流通方向下流側端部における平板２と波板３
との溶接、および最も外側の平板２または波板３と外筒
４との溶接を省略することができる。
【００１９】また上記実施形態は、平板２と波板３とを
渦巻き状に巻回したものに適用したが、例えば平板２と
波板３とを同心状に積層巻回したもの等にも適用でき
る。
渦巻き状に巻回したものに適用したが、例えば平板２と
波板３とを同心状に積層巻回したもの等にも適用でき
る。
【００２０】
【実施例】次に、本発明によるメタルハニカム担体の溶
接方法を適用した具体的な実施例について説明する。
接方法を適用した具体的な実施例について説明する。
【００２１】メタルハニカム担体１として、厚さ０．１
５ｍｍのステンレス鋼板よりなる平板２および波板３を
前記図１のように渦巻き状に巻回し、それを厚さ１．５
ｍｍのステンレス鋼板よりなる外筒４内に収容配置した
ものを用いた。なお上記平板２および波板３の渦巻きの
ピッチＰ１は約０．５ｍｍとした。
５ｍｍのステンレス鋼板よりなる平板２および波板３を
前記図１のように渦巻き状に巻回し、それを厚さ１．５
ｍｍのステンレス鋼板よりなる外筒４内に収容配置した
ものを用いた。なお上記平板２および波板３の渦巻きの
ピッチＰ１は約０．５ｍｍとした。
【００２２】そのメタルハニカム担体１の一端側を、図
２のように上に向けて配置すると共に、そのハニカム担
体１の上方に前記の距離Ｄとして約３０ｃｍ離して電子
ビーム溶接機１０のヘッド１１を、メタルハニカム担体
１の略中心部に向けて配置した。
２のように上に向けて配置すると共に、そのハニカム担
体１の上方に前記の距離Ｄとして約３０ｃｍ離して電子
ビーム溶接機１０のヘッド１１を、メタルハニカム担体
１の略中心部に向けて配置した。
【００２３】そして上記ヘッド１１からビーム電力は
４．０ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍ
Ａ）程度の電子ビームＢを断続的に照射して最外側の平
板２と外筒４とを周方向全長にわたって溶接すると共
に、ビーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム
電流３５ｍＡ）程度の電子ビームＢをドット状に断続的
に照射しながら溶接機１０に備えられた電磁石１２によ
り電子ビームＢを渦巻き状に回動走査して平板２と波板
３とを溶接した。なお上記電子ビームＢの渦巻き方向
は、平板２および波板３の巻き方向と反対方向にした。
またメタルハニカム担体端面上における渦巻きのピッチ
Ｐ２は０．５ｍｍ程度とし、電子ビームのメタルハニカ
ム担体端面上における断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３
は約０．４ｍｍとした。
４．０ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム電流１００ｍ
Ａ）程度の電子ビームＢを断続的に照射して最外側の平
板２と外筒４とを周方向全長にわたって溶接すると共
に、ビーム電力１．４ｋＷ（加速電力４０ｋＶ×ビーム
電流３５ｍＡ）程度の電子ビームＢをドット状に断続的
に照射しながら溶接機１０に備えられた電磁石１２によ
り電子ビームＢを渦巻き状に回動走査して平板２と波板
３とを溶接した。なお上記電子ビームＢの渦巻き方向
は、平板２および波板３の巻き方向と反対方向にした。
またメタルハニカム担体端面上における渦巻きのピッチ
Ｐ２は０．５ｍｍ程度とし、電子ビームのメタルハニカ
ム担体端面上における断続ピッチ（ドットピッチ）Ｐ３
は約０．４ｍｍとした。
【００２４】上記の要領でメタルハニカム担体１の軸線
方向両側の平板２と波板３および外筒４とを溶接したメ
タルハニカム担体を用いてキャタライザを作製し、それ
を排気量２０００ｃｍ３ の自動車用エンジンの排気系
内に装着して走行距離約２００００ｋｍに相当する実車
を模した運転操作を行ったところ、上記溶接部に亀裂が
生じるようなことはなく、また溶接箇所の剥離も殆どな
く、良好に接合状態を維持できることが確認できた。
方向両側の平板２と波板３および外筒４とを溶接したメ
タルハニカム担体を用いてキャタライザを作製し、それ
を排気量２０００ｃｍ３ の自動車用エンジンの排気系
内に装着して走行距離約２００００ｋｍに相当する実車
を模した運転操作を行ったところ、上記溶接部に亀裂が
生じるようなことはなく、また溶接箇所の剥離も殆どな
く、良好に接合状態を維持できることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明によるメタルハニカ
ム担体の溶接方法は、上記のようにメタルハニカム担体
１の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射
することによって、上記平板２と波板３とを非溶接部を
残して良好に溶接接合することができるもので、前記従
来のように遮蔽部材を用いる必要がないから、製作が容
易であり、熱応力による剥離や亀裂の生じるおそれの少
ないメタルハニカム担体を安価に製作出来る等の効果が
ある。
ム担体の溶接方法は、上記のようにメタルハニカム担体
１の端面に、電子ビームを渦巻き状に且つ断続的に照射
することによって、上記平板２と波板３とを非溶接部を
残して良好に溶接接合することができるもので、前記従
来のように遮蔽部材を用いる必要がないから、製作が容
易であり、熱応力による剥離や亀裂の生じるおそれの少
ないメタルハニカム担体を安価に製作出来る等の効果が
ある。
【図１】（ａ）は本発明を適用したメタルハニカム担体
の平面図。（ｂ）はその一部縦断正面図。
の平面図。（ｂ）はその一部縦断正面図。
【図２】（ａ）は溶接状態の概略構成の説明図。（ｂ）
はその一部の平面図。
はその一部の平面図。
【図３】（ａ）はメタルハニカム担体の平面図。（ｂ）
はそれに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図。（ｃ）
は電子ビーム照射軌跡の一部の拡大図。
はそれに対応する電子ビーム照射軌跡の平面図。（ｃ）
は電子ビーム照射軌跡の一部の拡大図。
【図４】外筒の端部に絞り加工を施したメタルハニカム
担体の一部縦断正面図。
担体の一部縦断正面図。
【図５】（ａ）は外筒端部にストッパを設けたメタルハ
ニカム担体の一部縦断正面図。（ｂ）はその底面図。
ニカム担体の一部縦断正面図。（ｂ）はその底面図。
１ メタルハニカム担体 ２ 平板 ３ 波板 ４ 外筒 ５ ストッパ １０ 電子ビーム溶接装置 １１ ヘッド １２ 電磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:02 Ｂ２３Ｋ 101:02 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB01 BA10 BA39 FA14 FB03 FC02 FC08 GA08 GA12 GA13 4D019 AA01 BA02 BC07 CA01 CB04 4E066 BB05 CA00 4G069 AA01 AA08 CA03 EA21 EA24 FB72
Claims (2)
- 【請求項１】 金属薄板よりなる平板と波板とを重ねて
多重に巻回したメタルハニカム担体の端面に、電子ビー
ムを渦巻き状に且つ断続的に照射することによって、上
記平板と波板との接触部を、非溶接部を残して溶接接合
することを特徴とするメタルハニカム担体の溶接方法。 - 【請求項２】 上記電子ビームを渦巻き状に照射する際
の渦巻きのピッチを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとし、かつ
メタルハニカム担体の端面における電子ビームの断続ピ
ッチを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとした請求項１記載のメ
タルハニカム担体の溶接方法。
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