JP2007196156A

JP2007196156A - メタル担体及びメタル担体の製造方法

Info

Publication number: JP2007196156A
Application number: JP2006019107A
Authority: JP
Inventors: Seiji Masuko; 清二益子
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Also published as: EP1813786A3; US20070175033A1; CN101007288A; EP1813786A2

Abstract

【課題】メタル担体の巻き上げ終端部における段差をなくしてコンテナにメタル担体を圧入してもセル形状に局部的な変形が生じることのないメタル担体を提供する。
【解決手段】本発明のメタル担体１は、金属製の波箔２と平箔３とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されており、波箔２と平箔３とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において波箔２の波高さを徐々に低くしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスを浄化するためのメタル担体及びその製造方法に関する。

従来、メタル担体を内蔵した浄化装置としては、例えば図１６の断面図に示すようにステンレス箔材の波箔１０１ａと平箔１０１ｂで構成されたハニカム構造のメタル担体１０１をコンテナ１０２に圧入した浄化装置があった。この浄化装置では、波箔１０１ａと平箔１０１ｂとを拡散接合すると共に、コンテナ１０２とメタル担体１０１とをロウ付けし、その状態でメタル担体１０１に触媒付けを行うようにしていた。さらに、コンテナ１０２の両端には排気ガスを触媒部へ導入・導出するための入口と出口となるディフューザ１０４が溶接されている（特許文献１参照）。

また、ハニカム構造のメタル担体１０１は、図１７の正面図、および図１８の要部拡大図に示すように、帯状の波箔１０１ａと平箔１０１ｂとを交互に重ね、これらを芯金１０５の周りにロール状に巻き上げた状態で波箔１０１ａの頂部と平箔１０１ｂを接合したものであり、波箔１０１ａと平箔１０１ｂで囲まれたセル１０６に排気ガスが流れるようになっている。このようにロール状に巻いた状態で、メタル担体１０１は、図１９に示すように円筒状のコンテナ１０２に圧入されることになる。

ところで、波箔１０１ａと平箔１０１ｂをロール状に巻き回して構成したメタル担体１０１には、図１７に示すように巻き上げ終端部に波の高さに相当する段差Ｈが生じることになり、メタル担体１０１を円筒形状のコンテナ１０２に圧入した段階で、その巻き上げ終端部の段差Ｈにより局部的な変形が起きる。そして、その変形が中心部に向かって伝播することにより、メタル担体１０１のセル１０６の形状が設計形状とは違ったものとなり、性能低下につながるという問題点があった。

この問題は、使用する波箔１０１ａの形状が、浄化性能を高めるために、図２０（ｂ）に示す波の高さｆｈの低いＢタイプのものから、図２０（ａ）に示す波の高さｆｈの高いＡタイプのものへと変化してきたことによって、より顕著なものとなっている。ここで、Ｂタイプの波箔は、波の高さｆｈと波のピッチｆｐの比ｆｈ／ｆｐが１未満（ｆｈ／ｆｐ＜１）であり、Ａタイプの波箔は、波の高さｆｈと波のピッチｆｐの比ｆｈ／ｆｐが１以上（ｆｈ／ｆｐ≧１）である。

また、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒状のコンテナ１１２の内部に、緩衝部材１１３を装着した状態でハニカム構造のセラミック担体１１１を挿入し、その状態でスピニングローラＳＰにより、コンテナ１１２の両端部にディフューザ１１４を有する形状に縮径させてセラミック担体１１１を保持するようにしたセラミック担体内蔵浄化装置が知られている。この場合、扱うセラミック担体１１１の形状が略円形であり、前記したメタル担体１０１のように巻き上げ終端部の段差のないものであることから、緩衝部材１１３としては、厚さが一定のものが用いられている（特許文献２参照）。
特許２７７９５１６号公報特開２００４−３６３９８号公報

上述したように、特許２７７９５１６号公報に提案されたメタル担体１０１では、巻き上げ終端部における段差Ｈによってメタル担体１０１を円筒形状のコンテナ１０２へ圧入するときに、セル形状に局部的な変形が生じ、その変形が中心部に向かって伝播することでメタル担体１０１の形状が設計したときの形状とは違ったものとなり、性能低下につながってしまうという問題点があった。

また、特開２００４−３６３９８号公報に提案されたハニカム構造のセラミック担体１１１のように、厚さが一定の緩衝部材１１３をメタル担体の保持に用いた場合は、緩衝部材１１３が巻き上げ終端部の段差Ｈを吸収することができず、担体保持力が安定しないことから、メタル担体の抜け落ちなどの問題が懸念される。さらには、追加部品として緩衝部材１１３が必要となるため、コスト増を招くことになる。

本発明の目的は、メタル担体の巻き上げ終端部における段差をなくしてコンテナにメタル担体を圧入してもセル形状に局部的な変形が生じることのないメタル担体及びその製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１のメタル担体は、金属製の平箔と波箔とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体であって、前記波箔の波高さを、前記平箔と前記波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において徐々に低くしたことを特徴とする。

また、請求項２に記載のメタル担体の製造方法は、金属製の平箔と波箔とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体の製造方法であって、前記平箔と前記波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、前記波箔の波の頂部を山側と谷側から挟み込んで固定し、固定された波の頂部の間隔を徐々に広げることで前記波箔の波高さが徐々に低くなるように加工し、当該加工した波箔と平箔とを巻き上げることによって前記メタル担体を製造することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載のメタル担体の製造方法は、金属製の平箔と波箔とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体の製造方法であって、前記平箔と前記波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、徐々に間隔が広くなるように形成された溝に、前記波箔の波の頂部を１つずつ押し込むことで前記波箔の波高さが徐々に低くなるように加工し、当該加工した波箔と平箔とを巻き上げることによって前記メタル担体を製造することを特徴とする。

また、請求項４に記載のメタル担体の製造方法は、金属製の平箔と波箔とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体の製造方法であって、前記平箔と前記波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、前記波箔の波の谷部へ前記波箔の両側からピンを差し込み、差し込んだピンの間隔を徐々に広げることで前記波箔の波高さが徐々に低くなるように加工し、さらに加工した波箔に対してプレス加工を実施した後、当該プレス加工した波箔と平箔とを巻き上げることによって前記メタル担体を製造することを特徴とする。

請求項１のメタル担体によれば、平箔と波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において波箔の波高さが徐々に低くなるようにしたので、巻き上げ終端部における段差をなくすことができ、これによってコンテナへの圧入時に生じていた局部的なセル形状の変形を防止して浄化性能の低下を防止することができる。

請求項２のメタル担体の製造方法によれば、平箔と波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、波箔の波の頂部を山側と谷側から挟み込んで固定し、固定された波の頂部の間隔が徐々に広くなるように広げることで波箔の波高さが徐々に低くなるように加工するようにしたので、製造されたメタル担体の巻き上げ終端部における段差をなくすことができる。とくに、波箔の波の頂部を山側と谷側から挟み込んで固定するようにしているため、波箔の形状を安定させた状態で加工することができる。

請求項３のメタル担体の製造方法によれば、平箔と波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、徐々に間隔が広くなるように形成された溝に、波箔の波の頂部を１つずつ押し込むことで波箔の波高さが徐々に低くなるように加工するようにしたので、製造されたメタル担体の巻き上げ終端部における段差をなくすことができる。とくに、前記溝を移動するための機構が不要となるため、装置コストを削減することができる。

請求項４のメタル担体の製造方法によれば、平箔と波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、波箔の波の谷部へ波箔の両側からピンを差し込み、差し込んだピンの間隔が徐々に広くなるように広げることで波箔の波高さが徐々に低くなるように加工し、加工された波箔に対してプレス加工を実施してから巻き上げるようにしたので、製造されたメタル担体の巻き上げ終端部における段差をなくすことができる。とくに、波箔の波の谷部へ波箔の両側からピンを差し込み、差し込んだピンの間隔が徐々に広くなるように広げた後、プレス加工を追加して実施するようにしたので、波箔の形状を精度良く加工することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るメタル担体の構造を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のメタル担体１は、金属製で帯状の波箔２と平箔３とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き上げることによって形成されている。そして、この外周にロウ箔材を巻回して金属製のコンテナ４内に圧入し、真空状態で加熱することによって波箔２と平箔３が拡散接合されると共に、コンテナ４との間にロウ付け接合されてメタル担体１が形成される。

ここで、メタル担体１の巻き上げ終端部における波箔２の形状を図２に基づいて説明する。図２に示すように、波高さがＡの波箔２の波ピッチを徐々に広げていくことで波高さをＢまで低くしている。この波高さＢは波高さＡの１／３から１／４の高さである。また、波高さＡを波高さＢまで低下させるのに要する長さはメタル担体１の外周の１／２周から１周程度の長さである。

このように、本実施形態のメタル担体１では、平箔３と波箔２とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、波箔２の波高さが徐々に低くなるようにしたので、巻き上げ終端部における段差をなくすことができ、これによってコンテナ４への圧入時に生じていた局部的なセル形状の変形を防止して浄化性能の低下を防止することができる。また、担体保持力が安定するため、メタル担体の抜け落ちを防止することができる。さらには緩衝部材などの追加部品が不要となるため、コスト増を抑えることができる。

次に、第１の実施形態によるメタル担体の製造方法を図面に基づいて説明する。本実施形態のメタル担体１のように、波箔２の巻き上げ終端部における波高さを徐々に低くしていく加工方法としてはプレス加工が考えられるが、通常のプレス加工によって波箔２の波高さを徐々に低くしようとすると、図３に示すように、上型３１及び下型３２と波箔２との形状が大きく異なることにより、波箔２が型になじまずに変形してしまう。

そこで、本実施形態では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、波ピッチを拡大させることにより波高さが減少することを利用して波箔２の巻き上げ終端部における波高さを図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に徐々に低くしていくように加工する。

図５は、波箔２の波高さを徐々に低くするための加工装置の構造を示す図である。図５に示すように、加工装置５１は、波箔２の波の頂部を固定するための溝５２が形成された複数のダイ５３と、各ダイ５３の間を連結するダイリテーナボルト５４と、波箔２の波の谷部に挿入されるポンチ５５と、ポンチ５５を保持するポンチホルダ５６と、各ポンチホルダ５６の間を連結するポンチリテーナボルト５７と、ポンチホルダ５６を左右に移動可能に支持するスライドベース５８とを備えている。

このように構成された加工装置５１において、図５は加工前の状態を表しており、ダイ５３は加工する波箔２の山の数だけ用意されている。このダイ５３の上面には波箔２の波の頂部と同じＲ寸法の溝５２が形成され、それぞれのダイ５３はダイリテーナボルト５４によって連結されている。

一方、ポンチ５５は、ポンチホルダ５６に加工された穴（図示せず）の中に挿入されて保持されており、ポンチ５５及びポンチホルダ５６は加工する波箔２の谷の数だけ用意されている。それぞれのポンチホルダ５６はポンチリテーナボルト５７によって連結され、スライドベース５８の上に載せられている。

図５に示す初期状態では、図示しない空圧シリンダなどのアクチュエータによってダイ５３及びポンチホルダ５６は巻き上げ方向に押し付けられて密着状態となっている。この状態では、ダイ５３に加工された溝５２間の幅は、波箔２の山のピッチと同じ寸法となっており、波箔２は図５に示すように、溝５２に嵌った状態となっている。一方、各ポンチ５５は波箔２の谷部の位置に一致した状態で保持されている。

そして、ポンチ５５がポンチホルダ５６及びスライドベース５８と一体で下降すると、ポンチ５５は波箔２の谷部に挿入され、ダイ５３の溝５２との間に波箔２の波の頂部を挟み込んで固定する。

この後、ポンチホルダ５６とダイ５３とを同期させて、図示しない空圧シリンダなどのアクチュエータによって巻き上げ方向と反対方向に広げると、図６に示すように、波箔２の波高さが徐々に低くなる形状となり、本実施形態の加工装置５１による波箔２の加工は終了する。

このとき、図６に示すように、ポンチホルダ５６とダイ５３はポンチリテーナボルト５７とダイリテーナボルト５４によって開く間隔が予め設定されているので、波箔２は予め設定された形状に加工されることになる。

図５において、ダイリテーナボルト５４、及びポンチリテーナボルト５７において、左から４番目のそれぞれのリテーナボルト５４、５７の図示は省略して、５番目のリテーナボルトを示している。これは５番目以降のリテーナボルトの長さが各ダイの長さよりも長くなり、隣接するダイよりも右方向のダイまでまたがるためである。なお、この場合のリテーナボルトは互いに平面方向にオフセットして設けられている。

このように、第１の実施形態によるメタル担体１の製造方法では、平箔３と波箔２とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、波箔２の波の頂部を山側と谷側から挟み込んで固定し、固定された波の頂部の間隔が徐々に広くなるように広げて波箔２の波高さが徐々に低くなるように加工するようにしたので、製造されたメタル担体１の巻き上げ終端部における段差をなくすことができる。とくに本実施形態では、波箔２の波の頂部を山側と谷側から挟み込んで固定するようにしているため、波箔２の形状を安定させた状態で加工することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態によるメタル担体の製造方法を図面に基づいて説明する。図７は波箔２の波高さを徐々に低くするための加工装置の構造を示す図である。図７に示すように、加工装置７１は、波箔２の波の頂部を固定するための溝７２ａ〜７２ｇが形成されたダイ７３と、波箔２の波の谷部に挿入されるポンチ７４ａ〜７４ｇとを備えている。ただし、ポンチ７４ａ〜７４ｇを下降させるための機構としては、カム機構を用いた方式やアクチュエータを用いた方法などの一般的な方法を用いることができる。

このように構成された加工装置７１において、図７は加工前の状態を表しており、ダイ７３には溝７２ａ〜７２ｇが加工完了状態の位置に波箔２の山の数だけ用意されている。

一方、ポンチ７４ａ〜７４ｇは波箔２の広げ角度に応じた形状をしており、各ポンチ７４ａ〜７４ｇの位置は溝７２ａ〜７２ｇに対応した位置に設置されている。

図７に示す初期状態では、波箔２は溝７２ａに波の頂部が嵌る位置にセットされており、この状態では波箔２の頂部と溝７２の位置が合致するのは溝７２ａの位置だけであり、波箔２はダイ７３の上に載った状態となっている。

そして、まず図８に示すように、ポンチ７４ａのみが下降して溝７２ａとの間に波箔２の波の頂部を挟み込んで１つ目の山を押し広げる。この加工により波箔２は図８の右方向に位置ズレが生じ、波箔２の２つ目の山が溝７２ｂに入り込むことになる。

この後、図９に示すように、２本目のポンチ７４ｂが下降して波箔２の２つ目の山を押し広げると、波箔２はさらに右方向へ移動することになる。こうしてポンチ７４ｃからポンチ７４ｇまでが順番に下降して波箔２を押し広げていき、最終的に図１０に示すように、全てのポンチ７４ａ〜７４ｇが下降して波箔２を予め設定された状態にまで押し広げることで波高さが徐々に低くなるように加工して、本実施形態の加工装置７１による波箔２の加工を終了する。

このように、第２の実施形態によるメタル担体の製造方法では、平箔３と波箔２とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、徐々に間隔が広くなるように形成された溝７２ａ〜７２ｇに、波箔２の波の頂部を１つずつ押し込むことで波箔２の波高さが徐々に低くなるように加工するようにしたので、製造されたメタル担体１の巻き上げ終端部における段差をなくすことができる。とくに本実施形態では、ポンチ７４ａ〜７４ｇや溝７２ａ〜７２ｇを移動するための機構が不要となるため、装置コストを削減することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態によるメタル担体の製造方法を図面に基づいて説明する。図１１〜図１３は波箔２の波高さを徐々に低くするための加工装置の構造を示す図であり、図１１は正面図、図１２は上から見た平面図、図１３は加工装置にセットした状態の波箔を示す側面図である。

図１１および図１２に示すように、加工装置８１は、完成時の波箔２の形状が形成されたダイ８２と、波箔２を載せるためのリフタ８３と、波箔２の波の谷部に挿入されるピン８４と、ピン８４を保持するブロック８５と、各ブロック８５を連結するリテーナボルト８６と、ピン８４に付勢するスプリング８７と、完成時の波箔２の形状が形成されたポンチ８８とを備えている。

このように構成された加工装置８１において、加工前にはダイ８２に設置されたリフタ８３の上に波箔２が載せられている。また、ダイ８２の上方にはポンチ８８が設置されており、ダイ８２とポンチ８８には加工が完了したときの形状が形成されている。また、波箔２の両側にはピン８４がブロック８５とスプリング８７によって保持されており、ピン８４は図１２に示すように、加工する波の山の数だけ設置されている。そして、各ブロック８５はリテーナボルト８６によって連結されている。

図１１に示す初期状態では、リフタ８３の上で波箔２の初期の位置決めを行なう。次に、図１２に示すように、図示しない空圧シリンダなどのアクチュエータによりスプリング８７の付勢力に打ち勝ってピン８４を矢印（１）の方向に押し出してピン８４が波箔２の谷部に挿入する。同様に、反対側のピン８４も波箔２の谷部に挿入する。このとき、波箔２とピン８４との関係は図１３のようになる。

この後、ブロック８５を矢印（２）の方向へ移動する。移動が完了すると図１４に示す状態になる。このとき、図１４に示すように、ブロック８５はリテーナボルト８６によって開く間隔が予め設定されているので、波箔２は予め設定された形状に広げられることになる。

次に、リフタ８３とピン８４とを待避させて、図１５に示すように、ダイ８２を上昇させるとともに、ポンチ８８を下降させてダイ８２とポンチ８８の金型形状によって波箔２をプレス加工して本実施形態の加工装置８１による波箔２の加工を終了する。

このように、第３の実施形態によるメタル担体１の製造方法では、平箔３と波箔２とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、波箔２の波の谷部へ波箔２の両側からピン８４を差し込み、差し込んだピン８４の間隔が徐々に広くなるように広げて波箔２の波高さが徐々に低くなるように加工するようにしたので、製造されたメタル担体１の巻き上げ終端部における段差をなくすことができる。とくに本実施形態では、波箔２の波の谷部へ波箔２の両側からピン８４を差し込み、差し込んだピン８４の間隔が徐々に広くなるように広げた後、プレス加工を追加して実施するようにしたので、波箔２の形状を精度良く加工することができる。

以上、本発明のメタル担体及びその製造方法について、図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

本発明の第１の実施形態に係るメタル担体の構造を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るメタル担体の巻き上げ終端部における波箔の形状を説明するための図である。通常のプレス加工による問題点を説明するための図である。波ピッチと波高さとの関係を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係るメタル担体の加工装置の構造を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係るメタル担体の加工装置における加工が完了した状態を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係るメタル担体の加工装置の構造を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係るメタル担体の加工装置における加工途中の状態を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係るメタル担体の加工装置における加工途中の状態を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係るメタル担体の加工装置における加工が完了した状態を示す側面図である。本発明の第３の実施形態に係るメタル担体の加工装置の構造を示す正面図である。本発明の第３の実施形態に係るメタル担体の加工装置の構造を示す平面図である。本発明の第３の実施形態に係るメタル担体の加工装置の構造を示す側面図である。本発明の第３の実施形態に係るメタル担体の加工装置における加工途中の状態を示す平面図である。本発明の第３の実施形態に係るメタル担体の加工装置におけるプレス加工を説明するための側面図である。従来のメタル担体内蔵浄化装置の構造を示す断面図である。従来のメタル担体の構造を示す断面図である。図１７の要部拡大図である。図１７のメタル担体をコンテナに圧入しようとしている状態を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）はメタル担体を構成する波箔の波のタイプを示す拡大図である。従来のセラミック担体内蔵浄化装置の構成を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図である。

符号の説明

１、１０１メタル担体
２、１０１ａ波箔
３、１０１ｂ平箔
４、１０２、１１２コンテナ
３１上型
３２下型
５１、７１、８１加工装置
５２、７２ａ〜７２ｇ溝
５３、７３、８２ダイ
５４ダイリテーナボルト
５５、７４ａ〜７４ｇ、８８ポンチ
５６ポンチホルダ
５７ポンチリテーナボルト
５８スライドベース
８３リフタ
８４ピン
８５ブロック
８６リテーナボルト
８７スプリング
１０４、１１４ディフューザ
１０５芯金
１０６セル
１１１セラミック担体
１１３緩衝部材
ＳＰスピニングローラ

Claims

金属製の平箔（３）と波箔（２）とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体であって、
前記波箔（２）の波高さを、前記平箔と前記波箔とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において徐々に低くしたことを特徴とするメタル担体。
金属製の平箔（３）と波箔（２）とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体の製造方法であって、
前記平箔（３）と前記波箔（２）とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、前記波箔（２）の波の頂部を山側と谷側から挟み込んで固定し、固定された波の頂部の間隔を徐々に広げることで前記波箔（２）の波高さが徐々に低くなるように加工し、当該加工した波箔（２）と平箔（３）とを巻き上げることによって前記メタル担体を製造することを特徴とするメタル担体の製造方法。
金属製の平箔（３）と波箔（２）とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体の製造方法であって、
前記平箔（３）と前記波箔（２）とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、徐々に間隔が広くなるように形成された溝（７２ａ〜７２ｇ）に、前記波箔（２）の波の頂部を１つずつ押し込むことで前記波箔（２）の波高さが徐々に低くなるように加工し、当該加工した波箔（２）と平箔（３）とを巻き上げることによって前記メタル担体を製造することを特徴とするメタル担体の製造方法。
金属製の平箔（３）と波箔（２）とを重ね合わせて巻き上げることによって製造されたメタル担体の製造方法であって、
前記平箔（３）と前記波箔（２）とを巻き上げたときの巻き上げ終端部において、前記波箔（２）の波の谷部へ前記波箔の両側からピン（８４）を差し込み、差し込んだピン（８４）の間隔を徐々に広げることで前記波箔（２）の波高さが徐々に低くなるように加工し、さらに加工した波箔（２）に対してプレス加工を実施した後、当該プレス加工した波箔（２）と平箔（３）とを巻き上げることによって前記メタル担体を製造することを特徴とするメタル担体の製造方法。