JP2009543684A - 金属箔に切欠き開口を形成する方法およびこの方法で製造された排ガス処理用ハニカム体 - Google Patents

Abstract

本発明に基づく金属箔（２）に切欠き開口を形成する方法は、ａ）平形金属箔（２）を用意する工程、ｂ）該金属箔（２）に少なくとも１つの湾曲部（３）を形成する工程、ｃ）少なくとも１つの湾曲部（３）の部位に削り加工法によって少なくとも１つの切欠き開口（１）を形成する工程を少なくとも含んでいる。好ましくは研削工具が利用される。また、それによって製造された内燃機関用排ガス処理装置を提案する。

Description

本発明は金属箔に切欠き開口を形成する方法に関する。かかる金属箔は特に、例えば自動車における内燃機関の有害物質を減少するために用いられる排ガス処理装置の構成に利用される。

かかる金属箔の製造において、その金属箔を排ガスが貫流できる複数の通路が形成されているハニカム体の形態で配置することが知られている。その金属箔は通路の境界壁として用いられる。そのために、平形金属箔および／または構造物付き（波形）金属箔が採用され、金属箔の構造物ないし配置により所定形状の通路が形成される。

また、かかる波形金属箔に、例えば隣り合う流路間における排ガス流の交換を保証するため、および／または、ハニカム体に他の構成要素（例えば測定センサ、電気接続端子、流れバッフル板など）を設置するために、切欠き開口を設けることも知られている。

波形金属箔におけるかかる切欠き開口の形成は、今日において通常、金属箔がまずスタンピング加工法でスリットを入れられ、次いで相応した波板成形ロールが金属箔に構造物ないし形状を与えるようにして行われる。正に排ガス処理装置に対するかかる金属箔の自動量産に関して、そのスタンピング加工法は十分に確立されている。

かかる排ガス処理装置の形成におけるさらなる開発は、切欠き開口の位置が金属箔の構造物に関して特に精確に合わされることを必要とする。そのために特に、かかる切欠き開口を例えば波頂（波高点）あるいは波底（波底点）に精確に位置付けることを保証するために、きちんとした製造過程が実施される。金属箔の再三にわたり生ずる変形や材料非均質性などは、その製造過程が高度な技術でしか安定して実施できなくしてしまう。

本発明の課題は、従来における上述した技術的問題を少なくとも部分的に解消することにある。特に、切欠き開口の形成方法が迅速に安価に且つ高精度で実施され、これにより、その方法が特に量産に適用できるようにする。また、上述した要件を少なくとも部分的に満たすハニカム体の製造方法も提供する。さらに、特に効果的に製造可能な製品を提供する。

本発明の課題は請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。本発明の他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。なお各請求項に個々に記載された特徴は技術的に有意義に互いに任意に組み合わせることができ、それは本発明の他の実施態様となる。また、請求項における幾つかの特徴を詳細に述べているか特徴づけている説明は、本発明の他の有利な実施態様を開示する。

本発明に基づく金属箔に切欠き開口を形成する方法は、
ａ）平形金属箔を用意する工程、
ｂ）この金属箔に少なくとも１つの湾曲部を形成する工程、
ｃ）少なくとも１つの湾曲部の部位に削り加工法によって少なくとも１つの切欠き開口を形成する工程
を少なくとも含んでいる。

なお、ａ）工程において、「平形」金属箔は実質的に「非構造化」金属箔を意味する。それゆえ、規則的にいわゆるコイルの形に巻回された金属箔は、通常の方式で巻き解くことができ、加工ステーションに供給することができる。「非構造化」金属箔は巨視的視野に関するので、金属箔の断面は実質的に（まだ特に周期的に）湾曲していない直線となっている。

なお、ｂ）工程において、この工程中に基本的に複数の湾曲部が同時に設けられるか、ないしは、短い時間間隔で順々に設けられる。この湾曲部は例えばｃ）工程の時間帯だけで実現される一時的な変形であってもよい。しかし、少なくとも１つの湾曲部が成形によって永久的に金属箔に設けられ、これによって金属箔が構造物を有すると有利である。

ｃ）工程は明らかに旧来のスタンピング加工法と異なっている。ここでは、切欠き開口は削り加工法で設けられる。「削り」加工法とは、少なくとも１つの切欠き開口の形成が特に（ほぼ）専ら削り屑を発生しながら行われる加工法である。削り加工法の例として特にフライス加工、ドリル加工、研削加工などが挙げられる。

湾曲部によって、削り加工法を実施するための適切な工具が、金属箔の広い面に接触することなく、金属箔に局所的にしか食い込み加工しないようにできる。その湾曲部自体の配置は実行すべき加工の非常に精密な位置決めを可能とする。削り加工法を採用する場合、高い生産率が得られ、これによって、これは量産の枠内において特に経済的に採用できる。

特に、ｃ）工程は、不定形刃（undefined cutting edge）を備えた研削ディスクまたは研削ワイヤのいずれかの工具による研削削除加工を含んでいると有利である。

不定形刃を備えたかかる工具の場合、材料削除は、削り加工を行う（多かれ少なかれ）無秩序に成形された硬質材料粒子が金属箔に食い込むことによって行われる。幾何学的不定形刃によるこの加工法は、非常に高い表面品質と寸法精度が得られる標準的精密加工法である。「研削ディスク」とは、通常、回転される円板状工具である。研削ディスクの表面上に、削り加工を実施する研削粒子が少なくとも部分的に設けられている。かかる加工法を実施するためにここで好適な他の工具はいわゆる「研削ワイヤ」である。この研削ワイヤはほぼ線状の本体を有し、この本体の表面上に（多かれ少なかれ）無秩序に成形された硬質材料粒子が設けられている。研削ワイヤと金属箔との（特に並進）相対運動によって、研削ワイヤが金属箔に接触した際、削り加工が実施され、この削り加工によって、金属箔の少なくとも１つの湾曲部の部位に切欠き開口が精密に開けられる。

また、金属箔がｃ）工程中に送り運動を実行することを提案する。これによって特に、金属箔にａ）工程からｃ）工程が連続して特に一様な送りで実施され、これによって、連続製造過程が達成される。さらに、削り加工法を実施するための工具を金属箔に対して相対的に特に一時的に動かすこともできる。

ｂ）工程が複数の湾曲部を備えた永久構造物の形成加工を含んでいると有利である。その場合、特に波形構造物あるいはその類似構造物が考えられ、その構造物の極点の経過は送り運動に対してほぼ垂直あるいは斜めに延びている。即ち、永久構造物は例えば歯付き圧延ロールによる圧延成形によって形成される。ここで「永久」とは特に、構造物の形状付与（成形）が金属箔の弾性範囲内だけで行われないことを意味する。構造物は、削り加工法を実施するための工具が食い込むのに適している複数の湾曲部を最良に提供する。

また、少なくとも１つの湾曲部を形成するための手段が、ｃ）工程中における金属箔のガイドとしても用いられると有利である。これによって特に、金属箔は１つの工具でまず構造物が形成され、その場合、削り加工を実施するための工具が構造化金属箔に片側において食い込み加工し、反対側において形状付与工具が金属箔の構造物を安定化する。

さらにまた、少なくとも１つの切欠き開口の少なくとも１つの縁を平滑にするｄ）工程が実施されることも提案する。ここで「縁」とは特に切欠き開口の境界部位を意味する。縁の平滑加工は、例えば縁に存在するバリを除去するために、ブラッシング、洗浄あるいは類似の方法で実施される。

またここでは、少なくとも１枚の波形金属箔と平形金属箔を有するハニカム体を製造する方法が、少なくとも以下の工程を含んでいることを提案する。即ち、
Ａ）本発明に基づく様式に応じた切欠き開口を備えた少なくとも１枚の波形金属箔を製造する工程。
Ｂ）少なくとも１枚の波形金属箔と少なくとも１枚の平形金属箔とを重ね合わせて少なくとも１つの積層体を構成する工程。
Ｃ）少なくとも１つの積層体を巻回する工程。
Ｄ）少なくとも１つの積層体をハウジングの中に挿入する工程。
Ｅ）少なくとも波形金属箔と平形金属箔を相互に接合する、あるいは少なくとも波形金属箔又は平形金属箔をハウジングと接合する工程。

ハニカム体は通常、互いに隣接して配置されてほぼ相互に平行に延び流体が貫流できる複数の通路を有している。そのために有利に、１つの波形金属箔と１つの平形金属箔（ないし複数のかかる構造化された金属箔ないし複数のかかる平形金属箔）が交互に配置され、これによって、それらの金属箔がそれぞれ通路壁の一部を形成する。交互に配置された波形金属箔ないし平形金属箔は互いに整列され、積層体（スタック）の形に配置される。好適には、２個あるいは３個のかかる積層体が互いに絡み合わされ、ないし曲げられ、続いて、ハウジングの中に波形金属箔ないし平形金属箔のすべての端部がハウジングの内側面に有利に当接するように挿入される。その構成要素（金属箔）の相対位置が変化しないようにするために、少なくとも波形金属箔と平形金属箔とが相互に固定され、その波形金属箔および／または平形金属箔がハウジングにも有利に結合されることも提案する。その結合方法に関して、特に硬ろう付けあるいは類似した方法（例えば拡散接合や溶接など）が提案される。

Ｂ）工程に関して、Ｂ）工程の前に少なくとも１枚の平形金属箔に少なくとも１つの局所的突起が形成され、この局所的突起が少なくともＢ）工程中に少なくとも１枚の波形金属箔における少なくとも１つの切欠き開口内に突入すると有利である。換言すれば、波形金属箔における少なくとも１つの切欠き開口は、積層体の形成中の固定に用いられ、従って、波形金属箔および平形金属箔をそれらの相対位置を固定して配置するために用いられ、および／または、Ｃ）工程中に積層体に対する波形金属箔ないし平形金属箔の望ましくない相対運動が防止される。これによって、その局所的突起と切欠き開口は、平形金属箔ないし波形金属箔の相対位置を決定する一種のかみ合い結合を形成する。

また、本発明に基づく上述した方法で製造された少なくとも１枚の金属箔と金属細線から成る少なくとも１つのフリースとを有し、その金属箔およびフリースが一緒に通路付きハニカム体を形成し、その通路の少なくとも一部が少なくとも部分的に閉じられている排ガス処理装置も提案する。かかる排ガス処理装置は特に自動車の排気装置においていわゆるフィルタとして採用される。そのために有利に、複数のかかる波形金属箔およびほぼ平らなフリースが交互に重ね合わされ、ハニカム体の形態に応じて結合される。それらの通路はその先端部位および／またはその両端間の部位が単純にないし多重に（部分的に）閉じられる。これによって、排ガス流を部分的に方向転換させてフリースを通り抜けさせる流れ狭隘部が形成され、これによって、排ガス流内を一緒に流れる粒子が金属細線ないしフリースに堆積する。そのように捕捉された粒子は続いて（例えば触媒支援下で）転換される。

また、上述した方法で製造された少なくとも１個のハニカム体を有し、その波形金属箔および平形金属箔が、少なくとも部分的に、排ガスの複数成分を酸化するための被覆層、排ガスの複数成分を還元するための被覆層、排ガスの複数成分を蓄積するための被覆層のうちの少なくともいずれか１つの被覆層を備えている排ガス処理装置を提案する。場合によっては、それらの被覆層を組み合わせて設けることも有利であり、その場合好適には、互いに仕切られた領域に異なった触媒活性（度）が存在する。

また、上述した方法で製造された少なくとも１個のハニカム体を有し、そのハニカム体が複数の通路を有し、これらの通路が少なくとも部分的に、通路開口断面の少なくとも一部を閉鎖する流れ方向転換部を備えている排ガス処理装置も有利である。その流れ方向転換部は例えば波形金属箔の切欠き開口のすぐ隣に配置されている。その場合、流れ方向転換部は通路の開口断面を少なくとも部分的に閉鎖し、これによって、排ガス流の一部が隣接通路に転向させられる。

種々の形態で上述されているような少なくとも１個の排ガス処理装置は特に有利に自動車に採用される。

以下図を参照して本発明並びに技術分野を詳細に説明する。図は本発明の特に有利な実施例を示しているが、本発明はこの実施例に限定されない。

図１は金属箔２に切欠き開口１を形成する方法を原理的に示している。そのために、金属箔２はローラによって、金属箔２が送り運動６を生ずるように駆動される。またここではガイド８が利用され、その場合、金属箔２に湾曲部３が設けられている。この湾曲部３の部位において研削ワイヤ５が金属箔２に接触して削り加工し、これによって切欠き開口１が形成される。かかる切欠き開口１を形成するために研削ワイヤ５が種々の運動方向３２に動かされ、相応の箇所に切欠き開口１が形成される。

図２は、永久構造物７が形成されている金属箔２にそのような切欠き開口を形成する方法を概略的に示している。そのために、金属箔２は送り運動６の方向においてまず互いにかみ合う２個の歯付きロール３４の間を通され、これによって、両面に複数の湾曲部３を有する構造物７が形成される。次いで、削り加工ステーションに送られる。この加工ステーションは片側に同様に歯付きロール３４として構成されたガイド８を有し、このガイド８に対向して研削ディスク４が配置されている。例えば歯付きロール３４の外周面における相応したスリットを通して、研削ディスク４が金属箔２に切り込み、これによって、金属箔２のここでは上側面にだけ切欠き開口１が生ずる。そのように切欠き加工された金属箔２は次の成形工程で加工され、その際、金属箔２は、切欠き開口１の部位に流れ方向転換部２０を形成する新たな一対の歯付きロール３４に導かれる。

図３は、複数の湾曲部３を有する永久構造物７を備えた波形金属箔２を斜視図で示している。それらの湾曲部３は波頂（波高点）２３および波底（波底点）２４の部位に交互に形成され、それぞれ切欠き開口１を備えている。

そして図４には、かかる波形金属箔２に複数の切欠き開口１を同時に形成する方法が概略的に示されている。そのために、ここでは研削ワイヤ５の形態に形成され互いにずれて位置する複数の工具に金属箔２が接触し、これらの工具が湾曲部３の部位に（互いにずれた位置に同時に）切欠き開口１を削り加工する。ここでは研削ワイヤ５が金属箔２に関して相対運動３１を実施する。

例えば図４に応じて前加工された波形金属箔２は、次の加工工程で追加して、金属箔２の上述のようにして形成された切欠き開口１の間の部位が下側に押し込められることによって（図５参照）、流れ方向転換部２０を設けられる。これによって、金属箔２の流れ方向転換部２０は、その金属箔２により後で形成される通路１８の中に突出し、流れ狭隘部を生じる。

図６は、平形金属箔１１と波形金属箔２とが交互に重ね合わされた積層体（スタック）１２の一部を示している。この図から理解できるように、波形金属箔２が平形金属箔１１に接触することにより通路１８が形成され、これらの通路１８はほぼ互いに平行に延び、予め定められた通路開口断面２１を形成する。ここに示された実施例において、波形金属箔２の波頂（波高点）２３および波底（波底点）２４の部位に切欠き開口１が設けられている。これらの切欠き開口１は、平形金属箔１１に設けられた突起１４を受けるために用いられる。これによって、波形金属箔２と平形金属箔１１との相対変位を防止するかみ合い結合が形成され、従って、それらの構成要素（金属箔）は特にそれらの端面３０に関して相対変位できず、その構造は構成要素の巻回工程中あるいはハウジングの中への挿入工程中も保たれる。

図７は、例えば０．０２〜０．０８ｍｍの範囲の予め定められた厚さ２９を有する波形金属箔２を詳細に示している。１つの切欠き開口１が湾曲部３の部位に示されている。正に研削ワイヤないし研削ディスクでそのような切欠き開口を作成する際、湾曲部３の経過に対してほぼ直角に延びる切欠き開口１が例えばスロットの形態で形成される。その場合、例えば１ｍｍ以下から数ｍｍ、例えば１０ｍｍまでの範囲の幅２８を有する切欠き開口１が作成される。特に高精度に作成された切欠き開口１が望まれる場合、切欠き開口１の縁９は後でなおバリなどが除去される。

図８は、排ガスが流れ方向２６に排ガス処理装置１５を通して導かれるいわゆる二次流れフィルタを詳細に示している。この排ガス処理装置１５は波形金属箔２と金属細線１７から成るフリース１６とが交互に配置されることにより形成されている。波形金属箔２は波頂２３および波底２４を有し、これによって、波形金属箔２がフリース１６と一緒に貫流可能な通路１８を形成している。排ガスはその排ガス中に含まれる粒子２７と一緒に通路１８を通って流れ、その場合、金属箔２で形成された流れ方向転換部２０が流れ方向２６を転向させる。これによって、フリース１６に粒子２７が堆積する。加えて、この粒子の転換を可能とする被覆１９を金属箔２および／またはフリース１６に設けることもできる。

図９は、内燃機関２５を有する自動車２２を概略的に示している。内燃機関２５で発生された排ガスが、そこから出発して種々の排ガス処理装置１５を貫流する。ここでは２個のハニカム体１０を備えたハウジング１３が概略的に例示されている。

金属箔に切欠き開口を形成する方法の第１実施例の原理概略図。 波形金属箔に研削ディスクで切欠き開口を形成する方法の概略図。 本発明に基づく方法のｂ）工程後における金属箔の部分斜視図。 波形金属箔に複数の切欠き開口を形成する方法の概略図。 波形金属箔に流れ方向転換部が形成される方法の概略図。 切欠き開口の部位で相互に協働する波形金属箔と平形金属箔との積層体の概略斜視図。 切欠き開口を備えた波形金属箔の詳細図。 いわゆる二次流れフィルタとして形成された排ガス処理装置の詳細図。 排気装置を備えた自動車の概略図。

１ 切欠き開口
２ 金属箔
３ 湾曲部
４ 研削ディスク
５ 研削ワイヤ
６ 送り運動
７ 構造物
８ ガイド
９ 縁
１０ ハニカム体
１１ 平形金属箔
１２ 積層体（スタック）
１３ ハウジング
１４ 突起
１５ 排ガス処理装置
１６ フリース
１７ 金属細線
１８ 通路
１９ 被覆
２０ 流れ方向転換体
２１ 通路開口断面
２２ 自動車
２３ 波頂（波高点）
２４ 波底（波底点）
２５ 内燃機関
２６ 流れ方向
２７ 粒子
２８ 幅
２９ 厚さ
３０ 端面
３１ 相対運動
３２ 運動方向
３３ ローラ
３４ 歯付きロール

Claims (12)

1. 金属箔（２）に切欠き開口（１）を形成する方法であって、
   ａ）平形金属箔（２）を用意する工程、
   ｂ）該金属箔（２）に少なくとも１つの湾曲部（３）を形成する工程、
   ｃ）少なくとも１つの湾曲部（３）の部位に削り加工法によって少なくとも１つの切欠き開口（１）を形成する工程、
   を少なくとも含んでいることを特徴とする金属箔に切欠き開口を形成する方法。
2. 前記ｃ）工程は、不定形刃を備えた研削ディスク（４）または研削ワイヤ（５）のいずれかの工具による研削削除加工を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 金属箔（２）は、前記ｃ）工程中に送り運動（６）を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ｂ）工程は、複数の湾曲部（３）を備えた永久構造物（７）を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
5. 少なくとも１つの湾曲部（３）を形成するための手段が、前記ｃ）工程中における金属箔（２）のガイド（８）としても用いられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
6. 少なくとも１つの切欠き開口（１）の少なくとも１つの縁（９）を平滑にするｄ）工程が実施されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. 少なくとも１枚の波形金属箔（２）および平形金属箔（１１）を有するハニカム体（１０）を製造する方法であって、
   Ａ）請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法に応じた切欠き開口（１）を備えた少なくとも１枚の波形金属箔（２）を製造する工程、
   Ｂ）少なくとも１枚の波形金属箔（２）と少なくとも１枚の平形金属箔（１１）とを重ね合わせて少なくとも１つの積層体（１２）を構成する工程、
   Ｃ）少なくとも１つの積層体（１２）を巻回する工程、
   Ｄ）少なくとも１つの積層体（１２）をハウジング（１３）の中に挿入する工程、
   Ｅ）少なくとも波形金属箔（２）と平形金属箔（１１）とを相互に接合する、あるいは少なくとも波形金属箔（２）又は平形金属箔（１１）をハウジング（１３）と接合する工程、
   を少なくとも含んでいることを特徴とするハニカム体の製造方法。
8. 前記Ｂ）工程の前に少なくとも１枚の平形金属箔（１１）に少なくとも１つの局所的突起（１４）が形成され、この局所的突起（１４）が少なくともＢ）工程中に少なくとも１枚の波形金属箔（２）における少なくとも１つの切欠き開口（１）内に突入することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法で製造された少なくとも１枚の金属箔（２）と金属細線（１７）とから成る少なくとも１つのフリース（１６）を有し、その金属箔（２）とフリース（１６）が一緒に通路（１８）付きハニカム体（１０）を形成し、その通路（１８）の少なくとも一部が少なくとも部分的に閉じられていることを特徴とする排ガス処理装置。
10. 請求項７又は８に記載の方法で製造された少なくとも１個のハニカム体（１０）を有する排ガス処理装置（１５）であって、少なくとも波形金属箔（２）あるいは平形金属箔（１１）が、少なくとも部分的に、排ガスの複数成分を酸化するための被覆層、排ガスの複数成分を還元するための被覆層、排ガスの複数成分を蓄積するための被覆層のうちの少なくともいずれか１つの被覆層（１９）を備えていることを特徴とする排ガス処理装置。
11. 請求項７又は８に記載の方法で製造された少なくとも１個のハニカム体（１０）を有する排ガス処理装置（１５）であって、ハニカム体（１０）が複数の通路（１８）を有し、これらの通路（１８）が少なくとも部分的に、通路開口断面（２１）の少なくとも一部を閉鎖する流れ方向転換部（２０）を備えていることを特徴とする排ガス処理装置。
12. 請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の少なくとも１個の排ガス処理装置（１５）を有していることを特徴とする自動車。

Images