JP2015163385A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】材料費及び製造コストを抑えたハニカム構造体を提供する。
【解決手段】金属製の箔材１を筒状に巻き回して形成されるハニカム構造体１０において、箔材１は、薄板状の金属箔に千鳥状のスリットを設けながら広げて形成した網目状のラス箔を波状に加工した波箔１であり、このラス状波箔のみを重ね合わせて巻き回して筒状に成形し、波箔の頂部と頂部とがラス箔の隣り合う網目同士の接続部であるハニカム構造体。ラス状波箔と薄板状のラス箔とを重ね合わせて巻き回して筒状に形成したハニカム構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒コンバータや熱回収装置等に用いられるハニカム構造体に関するものである。

特許文献１は、触媒コンバータに用いられるハニカム構造体として、平箔を波状に成形した波箔と、エキスパンドメタル又はラスメタルと呼ばれる金属製の網目状箔（以下、ラス箔ともいう）とを重ね合わせて巻き回して形成したものを開示している。

特開平０４−１０４８３９号公報

上記文献に記載のハニカム構造体は、波箔と薄板状のラス箔とを巻き回し、ウォッシュコート等により触媒を担持させることによって車両用の触媒コンバータに適用されるものであるが、ラス箔は線状の網目で構成されているため、触媒を担持させようとしても触媒が担持されにくい。また、波箔は平箔を波状に成形したものなので、重量が嵩む。すなわち、上記文献のハニカム構造体には、排気性能及び軽量化に関して改善の余地がある。

そこで本発明では、触媒の担持量を確保しつつ軽量化されたハニカム構造体を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、金属製の箔材を筒状に巻き回して形成されるハニカム構造体であって、箔材が薄板状の金属箔に千鳥状の接続部を設けながら広げて形成した網目状のラス箔を波状に加工した波箔であるハニカム構造体が提供される。

上記態様によれば、ラス箔を波状に加工した波箔のみを巻き回してハニカム構造体を形成しているので、上述した複数の部材を重ね合わせて巻き回して形成されるハニカム構造体に比べて、軽量化を図ることができる。また、ラス箔は波状に加工されることによって、波の頂部と底部とに触媒が担持され易くなる。すなわち、上記態様によれば触媒の担持量を確保しつつ軽量化されたハニカム構造体が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の概略斜視図である。 図２は、図１の矢印方向からハニカム構造体を見た図である。 図３（Ａ）はラス箔の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は（Ａ）のIII−III線に沿った断面図である。 図４は、本実施形態に係る波箔の概略断面図である。 図５は、ロールギア装置を示す図である。 図６は、第２実施形態に係るハニカム構造体の概略図である。 図７は、第２実施形態に係るハニカム構造体の製法の一部を示す図である。 図８は、第３実施形態に係るハニカム構造体の概略図である。 図９は、第３実施形態に係るハニカム構造体の製法の一部を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０の概略図である。図２は、ハニカム構造体１０を図１の矢印方向から見た図である。なお、ハニカム構造体１０を形成する波箔１は、後述するように網目状箔であるラス箔２０を波形に成形したものであって、階段形状の断面を有するが、図１、図２においては簡単のため曲線で示している。また、図１では波箔１の網目を一部のみ示している。図１、図２ともに、筒状に巻き回したハニカム構造体１０の一部は省略してある。

このハニカム構造体１０は、例えば、自動車の排気ガスを浄化するための触媒を担持する触媒担体や、内部を流れる排気の熱を外部に伝達する熱回収装置として利用することができる。ハニカム構造体１０を触媒担体として用いる場合には、排気を図中の矢印の向きでハニカム構造体１０に流入させる。

ハニカム構造体１０は、金属製の波箔１を渦巻状に巻き回して形成される。なお、波箔１の最外周側端部は、その内側の波箔１にレーザー溶接、ＴＩＧ溶接等により溶融接合されている。

波箔１は、ステンレス鋼等の金属性の網目状箔であるラス箔２０を、後述する方法により波形に加工したものである。なお、ラス箔２０はエキスパンドメタルとも呼ばれる。

図３（Ａ）はラス箔２０、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のIII−III線に沿った断面図を示している。

ラス箔２０は、薄板状の金属箔に千鳥状のスリットを設けながら押し広げるプレス成形を施すことで、細線部（ストランドともいう）２１によって連結され多数の扇形の開口（以下、網目と言う。）を有する網目状箔として構成されている。また、各開口部の頂点は、隣り合う網目同士が重なる太線部（ボンドともいう）２２となっている。すなわち、ラス箔２０は、図３（Ｂ）に示すように細線部２１が太線部２２を介して階段状に連結された形状となっている。上記のラス箔２０において、細線部２１の線径（スリットを設ける際の送り幅）をＷとすると、太線部２２では線径が２Ｗとなる。なお、図３（Ａ）の長さＬ（図面上下方向の、太線部２２の長さ）をボンド長さ、図３（Ｂ）のＤをラス箔の厚さとする。また、ラス箔２０を、薄板状の金属箔に千鳥状にスリットを設けながら広げて成形してもよい。

次に、ラス箔２０を山部と谷部とが繰り返し連続する波箔１に形成する方法について説明する。

図４は、波箔１を図３（Ｂ）と同方向から見た断面図である。波箔１は、山折りにより形成された頂部Ｔと、谷折りにより形成された底部Ｂとが交互に連続して繰り返す波状の部材となっている。なお、頂部Ｔ及び底部Ｂでは、折り曲げ加工に伴って太線部２２が変形しているが、図４では変形した状態の太線部２２は省略している。

頂部Ｔ及び底部Ｂは、いずれも太線部２２を山折りまたは谷折りしたものである。なお、図４では、３つの太線部２２ごとに山折りまたは谷折りを施しているが、これに限られるわけではなく、折り曲げ加工を施す周期は網目の大きさやハニカム構造体１０の大きさ等に応じて適宜変更して構わない。

図４に示すように、頂部Ｔと底部Ｂとに挟まれた部分は、ラス箔２０の形状、つまり細線部２１が太線部２２を介して連結された階段形状のままである。

図５は、ラス箔２０を波箔１に加工する方法の一例である、ロールギア装置５０を用いた加工を示している。

ロールギア装置５０は、回転軸が平行な２つの平歯車（ロールギア）５１を有する。２つの平歯車５１の回転軸は、互いの歯が噛み合う所定の間隔で配置されている。

そして、２つの平歯車５１の間にラス箔２０を図３（Ｂ）の右端側から挿入してロールギア５１を回転させると、ラス箔２０は２つの平歯車５１の間に引き込まれ、歯型に沿うように変形して波箔１となる。平歯車５１の各寸法は所望の波箔１の形状に応じて設定する。例えば、本実施形態では３つの太線部２２毎に折れ曲がるように半径やピッチ等を設定する。

なお、ラス箔２０から波箔１への加工に用いる装置は、上述したロールギア装置５０による加工に限られず、一定間隔で山折りと谷折りとを繰り返す装置であれば適用可能である。

上記のように形成したラス箔２０を、山折りと谷折りの稜線と平行な一辺を始点として円筒形状に巻き回すことによって、図１に示すようなハニカム構造体１０とする。その後、ウォッシュコート等により貴金属からなる触媒を担持させる。触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等が用いられる。

なお、本実施形態ではラス箔２０の網目形状が図３(Ａ)に示すような扇形の場合について説明したが、これに限られるわけではなく、亀甲形やその他の形状であってもよい。ただし、図３（Ａ）の破線のようにハニカム構造体１となった場合に軸方向となる方向に延びる辺Ｓと、同じく周方向となる方向に延びる辺Ｐとからなり一つの網目に外接する四角形を想定した場合に、辺Ｓの長さＬ１が辺Ｐの長さＬ２と同じまたはそれ以上になるようにする。

次に、上述した実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態では、波箔１を筒状に巻き回してハニカム構造体１０を形成する。すなわち、一般的なハニカム構造体が平箔を波状に加工した波箔と薄板状のラス箔とを重ね合わせた状態で巻き回して形成されているのに対し、本実施形態ではラス箔２０を波状に加工した波箔１のみを巻き回してハニカム構造体１０を形成している。したがって、一般的なハニカム構造体に比べて重量を低減することができる。

波箔１に排気浄化用の触媒を担持させて、ハニカム構造体１０を触媒コンバータとして使用する場合には、本実施形態のハニカム構造体１０は波箔１のみを巻き上げた構成となっており、巻き上げる際の軸に沿った方向から排気ガスが流入するので、排気ガスの流れが放射状に拡散され易くなる。その結果、ハニカム構造体１０全体が排気ガスの浄化に寄与することとなり、排気ガスの浄化が促進される。

また、ラス箔２０は波状に加工されているので、ウォッシュコート等により触媒を塗布した場合に、波の頂部及び底部には他の部位に比べて触媒が担持され易くなっている。

さらに、波箔１は、頂部Ｔと底部Ｂとがラス箔２０の太線部２２である。つまり、波箔１の頂部Ｔと底部Ｂとの間はラス箔２０の階段形状となっている。このため、ハニカム構造体１０は、触媒を担持し得る面積を確保して排気ガスの浄化を促進することができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係るハニカム構造体１０の概略図である。本実施形態のハニカム構造体１０は、ラス箔２０を波状に成形した波箔１と平箔３０とが重なりあった状態で筒状に巻き回されたものであって、巻き回した後にウォッシュコート等により触媒を塗布して排気浄化用の触媒として用いる。なお、図６は、図１と同様に波板１の網目は一部のみ示し、波箔１及び平箔３０の一部を省略している。

図７は、本実施形態に係るハニカム構造体１０の製法の一部を示す図である。なお、図７も図１と同様に波板１の網目は一部のみ示している。本実施形態では、ラス箔２０と平箔３０とを積層し、その一辺を始点として円筒形状に巻き回すことによってハニカム構造体１０を製造している。なお、最外周においては、平箔３０のみを多重巻きしている。

上記製法により得られるハニカム構造体１０は、波箔１の頂部及び底部が平箔３０と接触した状態となる。波箔１の頂部及び底部は、第１実施形態と同様に太線部２２が曲げ加工によって面積がさらに拡大した部分なので、ウォッシュコート等により触媒を塗布する際に、他の部位に比べて触媒が担持され易い。

ハニカム構造体１０を流れる排気は、径方向に隣り合う平箔３０の間に形成された通路を、各通路の軸線に対して放射状に拡散しながら流れる。排気の径方向への拡散範囲は平箔３０により制限されるので、平箔３０との接触部である波箔１の頂部及び底部が排気と接触する機会は第１実施形態のハニカム構造体１０よりも多くなる。したがって、本実施形態のハニカム構造体１０では、第１実施形態のハニカム構造体１０と比べて、排気の浄化がより一層促進される。また、平箔３０に比べて多量に用いられる波箔１がラス箔２０により形成されているので、平箔３０を用いて波箔１を形成する場合に比べて軽量化を図ることができる。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係るハニカム構造体１０の概略図である。本実施形態のハニカム構造体１０は、ラス箔２０を波状に成形した波箔１と、平板状のラス箔２０である平箔４０とが重なりあった状態で筒状に巻き回されたものであって、巻き回した後にウォッシュコート等により触媒を塗布して排気浄化用の触媒として用いる。なお、図８は、図１と同様に波板１の網目は一部のみ示し、波箔１及び平箔４０の一部を省略している。

図９は、本実施形態に係るハニカム構造体１０の製法の一部を示す図である。なお、図９も図１と同様に波箔１及び平箔４０の網目は一部のみ示している。

ハニカム構造体１０を流れる排気は、波箔１及び平箔４０の網目を通過してハニカム構造体１０の中心軸に対して放射状に拡散しながら流れる。拡散する際に通過する網目には、波板１の頂部及び底部に比べると少ないものの触媒が担持されているので、放射状に拡散する際に繰り返し網目を通過することで、排気の浄化が促進される。すなわち、本実施形態では波箔１だけでなく網目状の平箔４０をも巻き回すことによって、第１実施形態に比べて排気の浄化性能が高くなっている。

また、本実施形態のハニカム構造体１０は、波箔１及び平箔４０が重なりあった状態で筒状に巻き回されているので、筒状に巻き回すのに要する時間（成形に要する時間）を、第１実施形態のハニカム構造体１０よりも短縮できる。

また、本実施形態のハニカム構造体１０は、平箔４０がラス箔２０により形成されているので、第２実施形態のハニカム構造体１０よりもさらに軽量化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

１ 波箔
１０ ハニカム構造体
２０ ラス箔
２１ 細線部
２２ 太線部
５０ロールギア装置

Claims (5)

1. 金属製の箔材を筒状に巻き回して形成されるハニカム構造体において、
   前記箔材は、薄板状の金属箔に千鳥状の接続部を設けながら広げて形成した網目状のラス箔を波状に加工した波箔であることを特徴とするハニカム構造体。
2. 請求項１に記載のハニカム構造体において、
   前記接続部は、薄板状の金属箔に千鳥状のスリットを設けながら押し広げて成形したことを特徴とするハニカム構造体。
3. 請求項２に記載のハニカム構造体において、
   前記波箔の頂部と底部とが、前記ラス箔の隣り合う網目同士の接続部であることを特徴とするハニカム構造体。
4. 請求項３に記載のハニカム構造体において、
   前記箔材として前記波箔の他に薄板状の金属箔も用い、
   前記波箔と薄板状の金属箔とを重ね合わせて筒状に巻き回して形成されることを特徴とするハニカム構造体。
5. 請求項３に記載のハニカム構造体において、
   前記箔材として前記波箔の他に薄板状のラス箔も用い、
   前記波箔と薄板状の前記ラス箔とを重ね合わせて筒状に巻き回して形成されることを特徴とするハニカム構造体。

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