JP2009507648A - 硬ろうを適用する方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも部分的に構造化した金属シート（２）へ硬ろう（１）を適用する装置と方法に関し、少なくとも、（ａ）少なくとも１つの平坦な金属シート（２）を準備する工程と、（ｂ）構造（３）を生成すべく少なくとも１つの前記金属シート（２）を成形する工程と、（ｃ）少なくとも１つの前記金属シート（２）に対し硬ろう（１）を適用する工程とを含み、前記工程（ｂ）および（ｃ）は非連続的に、かつ少なくとも部分的に一緒に実施する。本発明は、車両の排ガスを処理するための金属製のハニカム体を製造する際に特に有用である。

Description

本発明は、少なくとも部分的に構造化された金属シートへ硬ろうを適用する方法に関する。更に、ハニカム体を製造する方法、硬ろうを適用する装置並びに排ガス処理ユニットおよび車両にも関する。本発明は、特に、少なくとも部分的に構造化された複数の金属シートで構成された金属製の排ガス処理ユニットの製造の分野に用途がある。

この種の排ガス処理ユニットを製造すべく、平滑な金属シートおよび／又は構造化した金属シートを相上下して積み重ねて互いに捩り又は巻き付けて、ハウジングへ挿入する。車両の排ガス設備の長い耐用寿命のためには、金属シート相互間又は金属シートとハウジング間の、接合技術による結合部を安定的に形成することが必要である。そのために、基本的に、硬ろう付け結合および／又は溶接結合が適していることが判明している。

開発が絶えず続けられているハニカム体の硬ろう付けとの関連では、硬ろうを適用するに当り技術的な問題点が再三のように生じている。例えば第１に、最終的に接合技術による結合部を設けるべき位置で、硬ろうを正確に位置決めする保証が必要である。更に他方で、硬ろうの過度の堆積を回避することも保証せねばならない。引き続いて熱処理をした際に、金属シートの耐用寿命にマイナスの影響を及ぼす可能性のある、不所望の拡散プロセスが、硬ろうとハニカム体の金属コンポーネントとの間で起こるからである。

金属シートへの硬ろうの供給は、捩ったり巻き付けたりしてハニカム構造にする前に行うことができ、例えば硬ろうテープおよび／又は硬ろうペーストとして塗布することができる。これに加えて、形成が完了したハニカム構造へ端面に、特に粉末状の硬ろうを施すことも知られている。最後に、所謂印刷方法（「インクジェット」）を用いて、金属シートの表面の事前設定された部分領域へ硬ろうを配置することも知られている。

以上を前提とする本発明の課題は、従来技術に関し上述した技術的な問題点を、少なくとも部分的に解決することにある。特に、大量生産に適した正確な方法で硬ろうを金属シートの部分領域へ位置決め可能な、硬ろうを適用する方法を提供できると望ましい。更に硬ろうを適用するための適当な手段と装置を提供できると望ましい。

この課題は、請求項１の構成要件を備える方法、並びに請求項９の構成要件を備える装置により解決される。本発明のその他の好ましい実施形態は、各々従属請求項に記載してある。付言すれば、特許請求の範囲に個別に記載した各構成要件は、技術的に有意義な任意の形で互いに組合わせることもでき、本発明の新たな実施形態を示唆する。

それによれば、少なくとも部分的に構造化した金属シートへ硬ろうを適用する方法は、
（ａ）少なくとも１つの平坦な金属シートを準備する工程と、
（ｂ）構造を生成すべく少なくとも１つの金属シートを成形する工程と、
（ｃ）少なくとも１つの金属シートに対して硬ろうを適用する工程とを少なくとも含み、
工程（ｂ）と（ｃ）は非連続的に、かつ少なくとも部分的に一緒に実施される。

この際、平坦な金属シートを一種のリールから巻き出し、平坦で平滑なこの金属シートに、引き続いて構造を施すのが普通である。このとき金属シートの成形は、金属シートに全面的な構造化が行うようにすると好ましい。この構造は、波形、正弦波形、矩形、鋸歯形又はこれに類似する構造として施工するのが好ましい。

金属シートを成形する間又はその直後に、硬ろうを配置する。このとき工程（ｂ）と（ｃ）を非連続的に実施し、もって、例えば金属シートの送りを一定ではなく、著しく減速させ又は間欠的に停止する。このような停止状態の間に成形と硬ろうの適用を行う。このとき、両方の前記工程は少なくとも部分的に一緒に、特に同時に実施する。更に、硬ろうの適用の少なくとも一部が、工具に対する金属シートの搬送中や供給中や、位置決め中等に行うこともできる。何れの場合にも、工程（ｂ）と（ｃ）は空間的に極めて互いに密接して実施し、例えば金属シートの方向で互いに１００個の構造よりも短い間隔で、特に１０個の構造よりも短い間隔で、例えば１個から５個の構造の間隔で実施する。その結果、金属シートが長い距離にわたって移動する場合に必要となるような、適用した硬ろうの位置のセンサによる監視を場合によっては省略できる。

両方の工程（ｂ）と（ｃ）の組合わせは、これら作業工程の同期化を結果としてもたらす。その結果、従来通常行われていた別個の作業工程による硬ろうの装着を省略することが初めて可能となる。それと同時に、極めて正確な硬ろうの適用により、結合の種類を厳密に事前設定しておき、もって硬ろうの最小の消費量を保証することができる。

本方法の好ましい発展例では、工程（ｂ）はストローク式型押しによるサイクル周波数での成形を含み、工程（ｃ）はこれと等しいサイクル周波数で実施する。ストローク式型押しでは平坦な金属シートを下型と上型の間に挿通し、上型が下型へ侵入したときに金属シートへ構造を刻印する。そのために、通常、サイクル周波数を規定するストローク運動が必要である。このときサイクル周波数は、厚みが０．１５ｍｍよりも小さい金属シートの場合、例えば１００〜８００Ｈｚであり、特に４００〜６００Ｈｚの範囲内にある。

この際工程（ｂ）と（ｃ）の同期化はサイクル周波数を通じて行い、従って、一定数の構造要素（例えば波形区域）を製作した際に、これと同数の金属シートの部分領域（例えば波形区域）に硬ろうを施せるという利点がある。構造を製作するための時間は元来必要であり、硬ろうの適用をこれと同時に行うので、例えばハニカム体の製造プロセスも公知の方法に比べて短縮できる。

更に、工程（ｂ）と（ｃ）を互いに機構的に連結して実施するのが好ましい。そのために、特に所謂順送り型のような形式で、機構的に連結した工具を使用すると好ましい。仮にここでこれがコストの観点から好ましい態様として選択したとしても、電子回路、ソフトウェア等を通じて両方の工程を組合せて実施することもできる。

工程（ｃ）は硬ろうフィルムの準備を含み、更には特に、複数を製作するために硬ろうフィルムから硬ろうラベルを裁断する工程を含んでいると格別に好ましい。かくして、部分領域について事前設定した量の硬ろうを正確に含み、正確に分けた硬ろうラベルを準備できる。このような硬ろうラベルはうまく取り扱うことができ、しかも該硬ろうフィルムは、このような種類の硬ろうラベルを準備するために格別にうまく利用できる。例えば触媒支持体の製造のような好ましい用途では、幅が１ｍｍで長さが最大５ｍｍの範囲内にある寸法を持つ硬ろうラベルを利用し、１つの硬ろうラベルにつき多くとも約１ｇの硬ろうを、構造に対して正しい位置に整合させた状態で適用するのが通常である。

工程（ｃ）で、接着および溶接の内少なくとも１つの方法による硬ろうフィルムの装着を行うのも好ましい。これは、硬ろうフィルムないし硬ろうラベルの一種の予備固定を意味する。接着の場合、硬ろうフィルムないし硬ろうラベルの側および／又は金属シートの側に、接着剤を設けてもよい。溶接の場合にはレーザを利用できる。予備固定により、金属シートが相互に接しながら摺動するハニカム体の形成中に、硬ろうフィルムを所望の位置から外れてしまわないようにできる。

本方法の発展例では、山部と谷部を持ち、波形状の構造を有する少なくとも１つの金属シートを形成し、硬ろうを少なくとも１つの金属シートの少なくとも一方の側から山部又は谷部の複数の部分領域へ取り付ける。この際、山部と谷部は金属シートの幅全体にわたり製作するとよい。これに加えて、山部にはポケット、翼部、折り返し等を施しもよく、例えばポケットは、適用した硬ろうのための備蓄部としての役目も果たし得る。金属シートには、両方の側から特に同時に硬ろうを施すのが好ましい。部分領域は、ハニカム体のエッジ部ないし後で端面になる箇所の近傍に位置決めするとよい。これに加えて、金属シートの内側に位置する別の部分領域にも硬ろうを適用できる。

本発明は、更に少なくとも次の各工程を含むハニカム体の製造方法を提案する。
ここで本発明について説明した硬ろうを適用する方法の実施形態を実施し、
少なくとも１つの金属シートの各区域と硬ろうを接触させ、少なくとも１つのハニカム構造を形成し、
少なくとも１つのハニカム構造を固定し、
少なくとも１つのハニカム構造を硬ろう付けする。

硬ろうの適用の後に行う作業工程に関し付言しておくと、硬ろうは、例えば同一の金属シートのろうの付いていない部分区域と接触させ、又は、場合により平滑な他の金属シートと接触させ得る。この際金属シート区域相互の当接は、ある程度の初期応力を持つて行うのが望ましい。接触時に生じたハニカム構造の固定と場合による初期応力の印加は、別個の工具および／又はハニカム構造の周囲に配置したハウジングを利用して行える。それにより、引き続いて硬ろう付けを行う炉に向かってハニカム構造を搬送すべく、隣接する金属シートに対する硬ろうの位置を変わらずに保つことができる。

本発明の更に別の側面では、少なくとも次の各部材を有し、少なくとも部分的に構造化した金属シートへ硬ろうを適用する装置を提供する。この装置は、
少なくとも１つの平坦な金属シートのための少なくとも１つのシート供給部と、
少なくとも１つの金属シートに構造を非連続的に生成するための少なくとも１つの成形ユニットと、
少なくとも１つの金属シートに対して硬ろうを非連続的に適用するための少なくとも１つの位置決めユニットとを有し、
少なくとも１つの成形ユニットと少なくとも１つの位置決めユニットの運動を同調させるための同期化手段を備える。
本装置は、特に、本発明について上に説明した硬ろうを適用する方法の実施に適する。

シート供給部は、例えばコンベヤベルト、歯車ないしラック、案内レール等を含んでいてよいが、必ずしも成形ユニットおよび／又は位置決めユニットの一体化された構成要素である必要はない。成形ユニットについては、平坦な金属シートの特定の部分区域へ間欠的に構造化を施こせる、曲げ設備ないし型押し設備が好ましい。特に互いに係合する転動ホイールを持ち、連続的に作動する転動設備はここでは意図していない。

位置決めユニットは、成形ユニットが少なくとも１つの金属シートへ構造を形成するのと同じサイクル周波数で硬ろうを適用すると好ましい。同期化手段は、制御部、ソフトウェア、制御ループ又はデータ処理設備の一部を含んでいてもよい。

しかし、この際同期化手段が機構的な連結装置を含んでいるとよい。機構的な連結装置は成形ユニットにも位置決めユニットにも作用し、もって、これら両ユニットの同期的な運動を保証する。この結果、比較的少ない技術的コストで硬ろうの適用が構造の製作中に可能となり、このことは、正確かつ時間的に短縮した硬ろうの適用につながる。

更に本装置では、硬ろうを装着するための少なくとも１つの接着装置又は溶接装置を設けると好ましい。通常、接着装置又は溶接装置を備える装置を二者択一で製作すれば十分であるが、状況によっては、これら両方の装置の組合わせも有意義である。接着装置ないし溶接装置によって硬ろうを金属シートの上で予備固定し、それにより、引き続く搬送の間に硬ろうが金属シートに対する位置を変えることがなくなる。

本装置の更に別の実施形態では、少なくとも１つの成形ユニットはストローク式型押し設備であり、同期化手段はストローク式型押し設備と位置決めユニットの一緒の作動を惹起する。このとき、ストローク式型押し設備と位置決めユニットは金属シートに向かって並進運動、特にストローク運動を行うのが好ましく、これらの運動は同時に行える。

本発明は、更に本発明の方法又は装置により製造した少なくとも１つのハニカム体を含む排ガス処理ユニットを提供する。更に好ましい利用分野として、このような少なくとも１つの排ガス処理ユニットを備えた車両を提供する。それにより、自動車排ガス設備の大量生産の分野において、著しい時間上、コスト上の利点が生ずる。

本発明並びにその技術的な周辺分野について、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。各図面は本発明の特別に好ましい実施例を模式的に示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に模式的に示す硬ろうを適用する装置１３は、コンベヤベルトとして製作したシート供給部１４を含み、該シート供給部により平滑な金属シート２が成形ユニット１５に向かって移動する。本例ではストローク式型押し設備２１として製作した成形ユニット１５で、構造３を金属シート２に刻印する。そのためストローク式型押し設備２１は、破線の初期位置と矢印とで示すストローク運動を行う。この際ストローク式型押し設備２１は、通常は１回の成形工程の間に時間的にずれて作動する複数の上型４３を備えるよう製作している。こうして最後の構造３の後に続いて上型４３が始まっているのが好ましく、引き続き、これに当接する上型４３が個々に成形を行う。その結果、成形プロセスのために金属シート２の材料をストローク式型押し設備２１へ十分に引き込むことが可能となる。

この後にすぐ引き続いて、構造３を施した金属シート２は位置決めユニット１６へ到達する。破線と矢印で図示する如く、位置決めユニット１６も同じストローク運動を行い、このことは同期化手段１７を用いて惹起される。ここに図示した実施形態では、同期化手段１７は連結装置１８を含む。金属シート２に硬ろう１を取り付けると同時に、接着装置１９により硬ろう１の予備固定を行う。硬ろう１を施された金属シート２を、引き続き、以後の処理のために搬送する。

図２は、硬ろうをどのように準備して金属シート２へ供給するかを示す。この際、本例では硬ろうをリール２４から巻き出す硬ろうフィルム４として準備している。引き続き、この硬ろうフィルム４を、硬ろうフィルム４から複数の硬ろうラベル５をつくり出す裁断工具２５へ供給する。硬ろうラベル５は、例えば金属シート２の個々の山部６ないし谷部７の結合に必要な硬ろう量に正確に一致している。即ち、この硬ろうラベル５を金属シート２の一方の側８から山部６へ供給し、次いで、溶接装置２０により山部６に予備固定する。次いで、硬ろうラベル５を圧着工具２６により波形シート２の構造に合わせて適合化し、もって硬ろうラベルを山部６ないし谷部７へ密着させる。取付け、予備固定および圧着の各工程は、場合によっては、部分的に１つの工具で同時に実施できる。

図３は、構造３を備える金属シート２を斜視図で示し、事前設定した部分領域９に硬ろうラベル５を位置決めしている。この際第１の部分領域９は、金属シート２のエッジ部４２の近傍に位置決している。更に、本例では凹部２７（又はポケット）を備えるように製作した内側に位置する部分領域にも、同じく硬ろう１を設けている。このような凹部２７を準備することで、硬ろう１が、例えばこの構造化した金属シート２がそのそばを摺動する金属シートと接触した際も、希望する部分領域内に留まることを保証し、場合によっては予備固定を省略できる。

図４は、平滑な金属シート２と構造化した金属シート２からなる、渦巻きのような形態で構成されたハニカム体１０の製造を図示する。基本的に、例えば金属シート２をまず積み重ね、引き続き伸開線状又はＳ字状に捩った、これ以外の種類のハニカム体１０も製造可能である。ここに示す実施形態では、平滑な金属シート２を構造化した金属シート２上に載せて、山部と谷部に位置決めした硬ろう１が平滑な金属シート２の区域１１と接触するようにする。引き続いてこの層を渦巻状に巻き付け、もって、ここに示すように円筒状のハニカム構造１２を形成する。ここでは端面２９から見ているハニカム体１２は、平滑な金属シートと構造化した金属シート２によって、実質的に軸方向に延びる平行な通路２８を形成している。このハニカム構造１２を、固定のためのハウジング３０へ挿入する。更に、ハウジング３０にも同じく硬ろうを施すとよく、もって後に炉３１内で熱処理する（例えば１０００℃以上、真空下）する際に、接合技術による結合部を金属シート２とハウジング３０の間、並びに金属シート２相互間に形成できる。

図５は排ガス処理ユニット２２としての、この種のハニカム体１０の特別に好ましい利用分野を図示し、エンジン制御部３２によって作動する内燃機関３３を含む車両２３を示している。エンジン制御部３２は、例えば排ガス設備４０に設置さし測定プローブ３５の信号を考慮しつつ、内燃機関３３の作動形態に影響を及ぼす。内燃機関３３で生じた排ガスは、排ガス配管３４を経て、相応の金属のハニカム体１０を備える複数の排ガス処理ユニット２２へ供給される。排ガスの流動方向に見て、排ガスはまず酸化触媒装置３６を貫流し、次いで粒子トラップ３７、吸着器３８、そして更に別の触媒コンバータ３９を貫流する。最終的に排ガスは更にマフラ４１の貫流後、清浄化した上で周囲へ放出される。

以上説明した本発明により、別個の作業工程なしに硬ろうを塗布でき、それと同時に、正確に事前設定したろう付けパターンおよび硬ろうの最小の使用量のために、的確な装着が可能となる。このことは、自動車用の金属製の排ガス処理ユニットの大量生産の枠内において、著しい時間上およびコスト上の利益につながる。

硬ろうを適用する装置の構造である。 硬ろうを適用する装置の詳細である。 硬ろうを施された構造化された金属シートである。 ハニカム体を製造する進行手順である。 排ガス処理ユニットを含んでいる車両である。

符号の説明

１ 硬ろう、２ 金属シート、３ 構造、４ 硬ろうフィルム、５ 硬ろうラベル、６ 山部、７ 谷部、８ 側、９ 部分領域、１０ ハニカム体、１１ 区域、１２ ハニカム構造、１３ 装置、１４ シート供給部、１５ 成形ユニット、１６ 位置決めユニット、１７ 同期化手段、１８ 連結装置、１９ 接着装置、２０ 溶接装置、２１ ストローク式型押し設備、２２ 排ガス処理ユニット、２３ 車両、２４ リール、２５ 裁断工具、２６ 圧着工具、２７ 凹部、２８ 通路、２９ 端面、３０ ハウジング、３１ 炉、３２ エンジン制御部、３３ 内燃機関、３４ 排ガス配管、３５ 測定プローブ、３６ 酸化触媒装置、３７ 粒子トラップ、３８ 吸着器、３９ コンバータ、４０ 排ガス設備、４１ マフラ、４２ エッジ部、４３ 上型

Claims (14)

1. 少なくとも部分的に構造化された金属シート（２）へ硬ろう（１）を適用する方法において、
   （ａ）少なくとも１つの平坦な金属シート（２）を準備する工程と、
   （ｂ）構造（３）を生成すべく、少なくとも１つの前記金属シート（２）を成形する工程と、
   （ｃ）少なくとも１つの前記金属シート（２）に対して硬ろう（１）を適用する工程とを少なくとも含んでおり、
   前記工程（ｂ）および（ｃ）は非連続的に、かつ少なくとも部分的に一緒に実施する方法。
2. 前記工程（ｂ）はストローク式型押しによるサイクル周波数での成形を含み、前記工程（ｃ）をこれと等しいサイクル周波数で実施する請求項１記載の方法。
3. 前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）を互いに機構的に連結して実施する請求項１又は２記載の方法。
4. 前記工程（ｃ）が、硬ろうフィルム（４）の準備を含む請求項１から３の１つに記載の方法。
5. 前記工程（ｃ）が、複数の硬ろうラベル（５）を生成するための前記硬ろうフィルム（４）の裁断を含む請求項１から４の１つに記載の方法。
6. 前記工程（ｃ）が、接着および溶接のうち少なくとも１つの方法による前記硬ろうフィルム（４）の装着を含む請求項１から５の１つに記載の方法。
7. 山部（６）と谷部（７）を持つ波形状の構造（３）を備えた少なくとも１つの金属シート（２）を生成し、硬ろう（１）を少なくとも１つの前記金属シート（２）の少なくとも一方の側（８）から前記山部（６）又は前記谷部（７）の複数の端面側の部分領域（９）へ取り付ける請求項１から６の１つに記載の方法。
8. ハニカム体（１０）を製造する方法において、
   請求項１から７の１つに記載の硬ろう（１）を適用する方法を実施する工程と、
   少なくとも１つの金属シート（２）の各区域（１１）と硬ろう（１）を接触させ、少なくとも１つのハニカム構造（１２）を形成する工程と、
   少なくとも１つの前記ハニカム構造（１２）を固定する工程と、
   少なくとも１つの前記ハニカム構造（１２）を硬ろう付けする工程と
   を少なくとも含む方法。
9. 少なくとも部分的に構造化した金属シート（２）へ硬ろう（１）を適用する装置（１３）において、
   少なくとも１つの平坦な金属シート（２）のための少なくとも１つのシート供給部（１４）と、
   少なくとも１つの前記金属シート（２）に構造（３）を非連続的に生成するための少なくとも１つの成形ユニット（１５）と、
   少なくとも１つの前記金属シート（２）に対して硬ろう（１）を非連続的に適用するための少なくとも１つの位置決めユニット（１６）とを少なくとも有しており、
   少なくとも１つの前記成形ユニット（１５）と少なくとも１つの前記位置決めユニット（１６）の運動を同調させるための同期化手段（１７）を備える装置。
10. 前記同期化手段（１７）が機構的な連結装置（１８）を含む請求項９記載の装置。
11. 硬ろう（１）を装着すべく、少なくとも１つの接着装置（１９）又は溶接装置（２０）を備える請求項９又は１０記載の装置。
12. 少なくとも１つの前記成形ユニット（１５）はストローク式型押し設備（２１）であり、前記同期化手段（１７）は前記ストローク式型押し設備（１７）と前記位置決めユニット（１６）の一緒の作動を惹起する請求項９から１１の１つに記載の装置。
13. 排ガス処理ユニット（２２）において、請求項１から８の１つに記載の方法によって製造された、又は請求項９から１２の１つに記載の装置によって製造された、少なくとも１つのハニカム体（１０）を含む排ガス処理ユニット。
14. 請求項１３記載の少なくとも１つの排ガス処理ユニット（２２）を備える車両。

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