JP2811486B2 - 耐熱構造体の製造方法および耐熱構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、高温環境下で使用される耐熱構造体および
その製造方法に関する。

すなわち、外筒とハニカム構造のロール体とからな
り、例えば、自動車エンジン等の排気ガスを清浄化する
触媒コンバータに用いられ、担持母体として触媒が付着
される、耐熱構造体およびその製造方法に関するもので
ある。

「従来の技術」 このような耐熱構造体は、外筒と、外筒内に挿入接合
されたハニカム構造のロール体とからなっている。係る
ロール体には、従来、帯状の波板材と平板材の２種類の
基材が１組として用いられていた。そして係る基材１組
のみをつまり１枚の波板材と１枚の平板材のみを用い、
両者を端をそろえて束ね交互に巻き付けて接合し、もっ
てハニカム構造のロール体としていた。

又最近、同様に２種類の基材を１組として用いるもの
の、これらの複数組を用い、それらの端をそろえて束ね
交互に巻き付けて接合し、もってハニカム構造のロール
体とする技術も開発されていた。

「発明が解決しようとする課題」 ところでこのようなロール体を用いた耐熱構造体にあ
っては、従来次の問題が指摘されていた。

まず上述の前者たる１組の基材のみを用いた従来例、
つまり波板材と平板材を各１枚ずつ用いた従来例にあっ
ては、次のとおり。

第１に、剥離および潰れが発生し易かった。すなわ
ち、外筒と挿入接合されたハニカム構造のロール体の外
表面との接合・接触面積が大であり、外筒に対し最外周
の波板材又は平板材が広い接触面積でろう付等にて接合
されてなり、応力が外筒面に略沿った方向に作用してい
た。そこでこのような耐熱構造体では外筒とロール体間
に応力が集中しやすく、ろう付等による接合強度が弱い
場合には両者間が剥離してしまい、又逆にろう付等によ
る接合強度が強い場合にはロール体が応力を吸収しその
ハニカム構造が潰れてしまうことがあった。

第２に、真円状その他の所定形状に成形することが容
易ではなかった。すなわち特に大きなものの成形に際
し、このような波板材と平板材の長さが長く何回も繰り
返し巻き付けられるので、波板材は巻き取り力が直接的
かつ集中的に加わって変形し易かった。もってこの耐熱
構造体では、そのハニカム構造のロール体を正確に真円
状その他の所定形状に成形することが、容易ではなかっ
た。

第３に、波板材と平板材とを精度高く位置決めするこ
とも容易ではなかった。すなわち、前述のごとく基材た
る各１枚の波板材と平板材の長さが長いので、特に大き
なものの成形に際し、まず両者を正確に端をそろえて積
み重ねることが容易でなく、又例え正確に重ねられたと
しても次の巻き付けに際しその位置決めが狂うこともあ
った。もってこの耐熱構造体ではハニカム構造のロール
体において、波板材と平板材が精度高く位置決めされて
いないことが多々あった。

第４に、正確に同一大きさ等のものが得られにくく、
製品にばらつきが生じ易かった。すなわち、前述のごと
く各１枚で長い波板材と平板材を何回も繰り返し巻きつ
けるので、その際巻き取り力が強過ぎきつく巻き過ぎる
と成形されたハニカム構造のロール体の予定のものより
小さくなり、逆に巻き取り力が弱過ぎ緩く巻き過ぎると
ロール体が予定のものより大きくなるという難点があっ
た。このように巻き取り力の強弱等微妙な巻き取り条件
次第で、予定した同一大きさ・形状のロール体が得られ
なくなることが多々あり、耐熱構造体は製品にばらつき
が生じやすかった。

各１枚ずつの波板材と平板材を用いた従来例にあって
は、このような第1,第2,第3,第４の問題点が指摘されて
いた。

次に前述の後者たる最近開発された技術については、
次のとおり。

この技術は、上述した従来例の問題点を解決すべく開
発されたものであり、１組の波板材と平板材を複数組用
いることにより、上述した第1,第2,第3,第４の各問題点
はかなり解消されるものの、次の第5,第６の問題点が指
摘されていた。

すなわち第５に、依然として２種類の基材が用いられ
るので、コスト面に難点があった。すなわち、上述の従
来例は勿論のことこの最近開発された技術にあっても、
ハニカム構造のロール体の基材としては波板材と平板材
の２種類が必要であり、このような耐熱構造体は、基材
点数が多くもって基材コスト，作業コスト等がかさむと
の指摘があった。

第６に、特開昭に巻き始め位置つまり中心位置におけ
る位置決めが容易でなく、成形が困難化するとの指摘が
あった。すなわち、各基材の巻き始め位置つまりハニカ
ム構造のロール体の中心位置は、成形の基準となるもの
であるが、係る位置にて基材たる波板材と平板材の複数
組の端をすべてそろえ正確に位置決めすることは容易で
なかった。このように基材が複数組なので、その巻き始
め位置・中心位置での位置決めが容易でなく所定形状と
することも容易でないので、この耐熱構造体にあって
は、ロール体の成形が困難であるとの指摘があった。

従来の耐熱構造体では、このような点が指摘されてい
た。

本発明は、このような実情に鑑み上記した従来の多く
の問題点をすべて解決すべくなされたものであって、所
定の１種類の基材を複数枚交互に位置させて重ね、接合
状態にされた中央部付近を中心に巻き付けてハニカム構
造のロール体としてなることにより、第１に剥離，潰れ
が防止され、第２に正確に所定形状に成形でき、第３に
各基材の位置決め精度も高く、第４に正確に同一大きさ
等のものが得られるとともに、更にこれらと同時に、第
５に１種類の基材が用いられ、第６に特に中心位置での
基材の位置決めも容易である、耐熱構造体の製造方法お
よび耐熱構造体を提案することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 この目的を達成する本発明の技術的手段は、次のとお
りである。

まず請求項１については次のとおり。すなわちこの耐
熱構造体の製造方法は、準備工程，重合工程，成形工
程，最終工程を有してなる。

準備工程では、帯状の基材が準備され、この基材はほ
ぼ中央部を境として、一方側には所定波形の凹凸が連続
的に折曲形成され他方側はこれとは異なる形状に形成さ
れてなる。

重合工程では、該基材が複数枚、一方側と他方側とを
それぞれ交互に位置させかつ中央部をほぼろえて、積み
重ねられる。

成形工程では、このように重ねられた該基材が、その
ほぼ中心部が接合状態とされ、かつ中央部付近を中心と
して巻き付けられ、もってハニカム構造のロール体とさ
れる。

しかる後最終工程では、該ロール体が外筒内に挿入さ
れるとともに両者間が接合される。

又請求項２については次のとおり。すなわちこの耐熱
構造体は、外筒と、該外筒内に挿入接合されたハニカム
構造のロール体とからなる。

該ロール体としては、ほぼ中央部を境として一方側に
は所定波形の凹凸が連続的に折曲形成され、他方側はこ
れとは異なる形状に形成されてなる帯状の基材が、複数
枚用いられている。そしてこれらの該基材が、一方側と
他方側を交互に位置させそろえて重ねられるとともに、
該基材のほぼ中央部が接合状態とされ、かつ中央部付近
を中心にロール状に巻き付けられてなる。

「作用」 本発明は、このような手段よりなるので次のごとく作
用する。

まず請求項１の製造方法にあっては、準備工程，重合
工程，成形工程，最終工程を辿り、耐熱構造体が製造さ
れる。すなわち、所定の基材を複数枚、一方側と他方側
を交互に位置させて重ね、かつ接合状態にされた基材の
中央部付近を中心に巻き付けてハニカム構造のロール体
とし、外筒内に挿入接合してなる。又請求項２の耐熱構
造体はこのように製造され、所定の基材を複数枚同様に
重ね、接合状態にされた中央部付近を中心に巻き付けら
れたロール体が、外筒内に挿入接合されてなる。

そこで第１に、応力は外筒面に対し大きく傾斜した方
向からロール体の基材に作用するとともに、複数枚の基
材に分散する。そこでこの耐熱構造体は、外筒とロール
体間が剥離しにくく、ロール体のハニカム構造の潰れも
防止される。

第２に、巻き取り力が各基材に分散して加わるので、
その変形も少ない。そこでこの耐熱構造体のロール体
は、真円度の高いもの等所定形状に成形される。

第３に、各基材は長さが短いので、まず容易に中央部
をほぼそろえて重ねられ、又巻き付け時その中央部を中
心に巻き付けられるため、その位置決めが狂うこともな
い。もってこのロール体は各基材が精度高く位置決めさ
れてなる。

第４に、各基材は長さが短く巻き取り量も少ないの
で、巻き取り力の強弱等に左右されにくい。そこでこの
ロール体は正確に同一大きさのもの等が得られる。

そして本発明にあっては、これらの各点とともに次の
各点も実現される。

すなわち第５に、この耐熱構造体は、ロール体に用い
られる基材が所定の１種類だけと少ない。

第６に、各基材は接合状態にされた中央部付近を中心
に巻き付けられる。そこで特に、巻き始め位置つまり中
心位置にて各基材が正確に位置決めされるので、このロ
ール体そして耐熱構造体は成形が容易である。

第７に、この耐熱構造体は、少なくともロール体の中
心位置を接合状態にするとともに、ロール体と外筒間を
接合することにより、成形可能である。

さらに、基材は枚数が多く、かつそのほぼ中央部がロ
ール体の中心位置付近を通り、両端が外筒に接合固定さ
れてなる。そこでこの耐熱構造体は、安定した構造より
なり耐久性に優れている。

「実 施 例」 以下本発明を、図面に示すその実施例に基づいて詳細
に説明する。

図面は、本発明に係る製造方法および耐熱構造体の実
施例の説明に供する正面図である。まず製造方法につい
て、準備工程，重合工程，成形工程，最終工程の順に説
明し、それから耐熱構造体について説明する。

準備工程については次のとおり。

第１図は、準備工程の説明に供し用いられる基材を示
す。

準備工程では帯状の基材１が準備され、この基材１
は、ほぼ中央部1₁を境として、一方側1₂には所定波形の
凹凸が連続的に折曲形成され、他方側1₃はこれとは異な
る形状に形成されてなる。

これらについて詳述すると、基材１は素材として耐熱
性の金属箔の帯状のものが用いられ、その一方側1₂に
は、適宜選択された所定ピッチと高さの直線的な波形の
凹凸が、コルゲート加工，プレス加工等により連続的に
折曲形成されてなる。基材１の他方側1₃は、このような
波板状の一方側1₂とは異なる形状に形成されてなり、例
えば図示のごとく平坦な平板状に形成され、又例えば、
一方側1₂の波板状とは異なるピッチ若しくは高さの直線
的な波形の凹凸がコルゲート加工，プレス加工等により
連続的に折曲形成された、異なる波板状に形成されてな
る。

つまりこの準備工程で準備される基材１は、１種類で
あり、かつその一方側1₂が適宜選択された所定の波板状
よりなり、他方側1₃が平板状又は異なる大・小の波板状
よりなる。準備工程は、このようになっている。

次に重合工程について述べる。

第２図は、重合工程および成形工程の説明に供し、積
み重ねられた基材１等を示す。

重合工程では、基材１が複数枚、一方側1₂と他方側1₃
とをそれぞれ交互に位置させかつ中央部1₁ををほぼそろ
えて、積み重ねられる。

これらについて詳述すると、重合工程では、準備工程
で準備された基材１が例えば４枚程度積み重ねられる。
そしてその際、隣接する上下の基材１間で一方側1₂と他
方側1₃の位置が交互に逆になるように、積み重ねられ
る。又その際、各基材１の中央部1₁の位置をほぼそろえ
て積み重ねられ、図示例では、隣接する上下の基材１間
で中央部1₁の位置を若干交互に左右にずらしてそろえ、
もって各基材１の平板状の他方側1₃の所定幅が上下で対
峙するようになっている。

なおこのような図示例によらず、各基材１の中央部1₁
の位置を上下で完全に対峙すべくそろえるようにしても
よい。

重合工程は、このようになっている。

次に成形工程について述べる。

第３図は、成形工程および最終工程の説明に供し、外
筒２とロール体３とからなる耐熱構造体４を示す。

成形工程では、このように重ねられた基材１を、接合
状態にされた中央部1₁付近を中心として巻き付け、もっ
てハニカム構造のロール体３とする。

これらについて詳述すると、重合工程で積み重ねられ
た各基材１はまず、ほぼ各中央部1₁付近で接合状態に止
められる。例えば第２図の例では、中央部1₁付近で所定
幅にて対峙する平坦な他方側1₃間が、ろう付，スポット
溶接等にて接合されるか、又は図示のごとく成形用心棒
５で上下から圧接されるか、これら双方を実施すること
により、各基材１がほぼ中央部1₁付近で接合状態に止め
られる。成形用心棒５は、図示のごとく断面半円形のも
のの他、断面円形のもの断面三角形のもの断面四角形の
ものその他各種形状のものが使用され、成形後ロール体
３から抜き取られる。

なお第２図の例によらず、各基材１の中央部1₁が上下
で完全に対峙すべくそろえられた場合は、次のごとくな
る。すなわち、例えば各基材１の中央部1₁付近の一方側
1₂および他方側1₃をすべて押圧して潰し平板状としてか
ら、ろう付等による接合，成形用心棒５による圧接等を
実施する。しかしながらこれによらず、該部分を押圧し
て潰すことなくそのままつまり波板状部分はそのままと
して、ろう付等による接合，成形用心棒５による圧接等
を実施することも可能である。

さて図示例では、各基材１のほぼ中央部1₁付近がろう
付，成形用心棒５等により接合状態に止められた後、こ
のように止められた中央部1₁付近を中心として、各基材
１の一方側1₂および他方側1₃が同方向に巻き取り力が加
えられ巻き付けられる。そして第３図中に示したごと
く、全体が円，楕円等所定のロール状をなしかつハニカ
ム構造をなすロール体３が成形される。

なお、成形されたロール体３の接合については、更に
ロール体３の各基材１間を接合するようにしてもよい。
すなわち、基材１の一方側1₂と他方の基材１の他方側1₃
間の接触箇所を、すべて又は部分的に、ろう付，スポッ
ト溶接等により接合してもよい。

成形工程は、このようになっている。

次に最終工程について述べる。

しかる後最終工程では、ロール体３が外筒２内に挿入
されるとともに両者間が接合される。すなわち、第３図
に示すごとく最終工程では、成形工程で成形されたロー
ル体３が外筒２内に挿入される。そしてロール体３と外
筒２間が、ろう付，スポット溶接等にて不動に接合され
る。

最終工程は、このようになっている。

次に耐熱構造体４について述べる。

このような製造方法により、準備工程，重合工程，成
形工程，最終工程を辿り、第３図に示した耐熱構造体４
が製造される。

耐熱構造体４は、外筒２と外筒２内に挿入接合された
ハニカム構造のロール体３とからなる。ロール体３とし
ては、ほぼ中央部1₁を境として一方側1₂には所定波形の
凹凸が連続的に折曲形成され、他方側1₃はこれとは異な
る形状にい形成されてなる帯状の基材が、複数枚用いら
れている。そしてこれらの基材１が、一方側1₂と他方側
1₃を交互に位置させそろえて重ねられるとともに、接合
状態にされた中央部1₁付近を中心にロール状に巻き付け
られてなる。

これらについて詳述すると、図示のロール体３は、基
材１の波板状をなす一方側1₂の各空間が、他の基材１の
平坦な他方側1₃によって独立空間に区画されてなる。も
ってロール体３は、各基材１の一方側1₂と他方側1₃がセ
ル壁を形成し、略三角形，略半六角形，その他の形状の
中空柱状の多数のセルの平面的集合体たるハニカム構造
をなす。

このハニカム構造のロール体３は、一般に耐熱強度が
強く高温環境下で使用され、重量比強度に優れ軽量性と
ともに高い剛性・強度を備え、流体の整流効果にも優れ
成形も容易でコスト面にも優れる等々の特性が知られて
いる。又単位体積当りの表面積が大、つまりセル壁たる
基材１の表面積も大であるので、例えば、自動車エンジ
ン等の排気ガスを清浄化する触媒コンバータに用いら
れ、担持母体としてそのセル壁たる基材１の表面に触媒
が付着せしめられる。なお外筒２は、このようなハニカ
ム構造のロール体３の全体形状に対応し、円，楕円等の
筒状体よりなる。

耐熱構造体４は、このようになっている。

本発明に係る耐熱構造体４の製造方法および耐熱構造
体４は、以上設明したようになっている。

そこで以下のごとくなる。

まず、この製造方法にあっては、準備工程，重合工
程，成形工程，最終工程を辿り、耐熱構造体４が製造さ
れる。すなわち、所定の基材１を複数枚、一方側1₂と他
方側1₃を交互に位置させそろえて重ね、かつ接合状態に
された中央部1₁付近を中心に巻き付けてハニカム構造の
ロール体３とし、これを外筒２内に挿入接合してなる。

又耐熱構造体４は、このように製造され、所定の基材
１を複数枚同様に重ね、接合状態にされた中央部1₁付近
を中心に巻き付けられたハニカム構造のロール体３が、
外筒２内に挿入接合されてなる。そして例えば、自動車
エンジン等の触媒コンバータの担持母体として使用され
た場合には、有害物質を含む自動車エンジン等の排気ガ
スが、この耐熱構造体４のハニカム構造のロール体３の
各Ｌを通過することにより、各セル壁たる基材１に付着
せしめられた触媒と反応して清浄化される。

さてこの耐熱構造体４の製造方法および耐熱構造体４
にあっては、次の第1,第2,第3,第4,第5,第6,第7,および
さらに第８のごとくなる。

第１に、基材１の枚数が増加するほど、応力は外筒２
面に対し大きく傾斜した方向から基材１に作用しかつ分
散する。そこでこの耐熱構造体４は、外筒２とロール体
３との接合強度が多少弱いような場合でも両者間が剥離
しにくく、又逆に両者間の接合強度が多少強過ぎるよう
な場合でもロール体３のハニカム構造の潰れは防止され
る。

第２に、成形工程における巻き取り力は枚数が多い各
基材１に分散して加わるので、基材１の変形も少ない。
そこでこの耐熱構造体４においてロール体３は、例えば
極めて真円度の高いもの等、正確に所定形状に成形され
る。

第３に、各基材１は枚数が多くその１枚の長さが短い
ので、まず重合工程で容易かつ正確にほぼ中央部1₁をそ
ろえて積み重ねられ、又次の成形工程でもその中央部1₁
を中心に巻き付けられるため、巻き付け時にその位置決
めが狂うようなこともない。もってことロール体３は、
各基材１が精度高く位置決めされてなる。

第４に、各基材１は枚数が多くその１枚の長さが短く
巻き取り量も少ないので、成形工程において、巻き取り
力の強弱等微妙な巻き取り条件に左右されにくい。そこ
でこのロール体３は精確に予定した同一大きさ・形状の
ものが得られ、耐熱構造体４の製品のばらつきが回避さ
れる。

そして本発明にあっては、これら第1,第2,第3,第４の
各点ととみに、次の各点も実現される。

すなわち第５に、基材１は所定の１種類のものだけが
用いられる。そこでこの耐熱構造体４のロール体３は、
基材１の点数が１種類と少ない。

第６に、成形工程では各基材１が、接合状態にされた
中央部1₁付近を中心に巻き付けられる。そこで特に、成
形の基準となる巻き始め位置つまりロール体３の中心位
置にて、各基材１の中央部1₁が容易かつが正確に位置決
めされ所定形状とされるので、このロール体３そして耐
熱構造体４は成形が容易である。

第７に、この耐熱構造体４は少なくとも、成形工程そ
の他でロール体３の中心位置をろう付，スポット溶接若
しくは成形用心棒５で上下から圧接、又は双方の実施に
より接合状態にし、かつ最終工程でロール体３と外筒２
間を接合することにより、成形可能である。例えば中心
位置をろう付により接合する場合には、そのろう付量等
が、従来の半分程度で済むという利点もある。なお耐熱
構造体４は、このような接合状態にされた中心位置およ
び外筒２間における接合に加え、更にロール体３の各基
材１間を接合するようにしてもよい。すなわち、基材１
の一方側1₂と他の基材１の他方側1₃間の接触箇所を、す
べて又は部分的に、ろう付，スポット溶接等により接合
しておくと、より強度面に優れるという利点がある。

さらに第８に、基材１は枚数が多く、かつその両端が
外筒２に接合固定され安定した構造よりなる。つまり各
基材１は、例えば外筒２に接合固定された一端から始ま
り、ロール体３の中心位置付近を通り、再び外筒２に接
合固定された他端で終わる安定した構造よりなる。そこ
でこのロール体３そして耐熱構造体４は、耐久性に優れ
ている。

「発明の効果」 本発明に係る耐熱構造体の製造方法および耐熱構造体
は、以上説明したごとく、所定の１種類の基材を複数枚
交互に位置させて重ね、ほぼ中央部付近を中心に巻き付
けてハニカム構造のロール体としてなることにより、次
の効果を発揮する。

第１に、この耐熱構造体では、外筒と挿入接合された
ロール体とが剥離しにくく、又ロール体のハニカム構造
の潰れも防止される。

第２に、この耐熱構造体においてロール体は、例えば
極めて真円度の高いもの等、正確に所定形状に成形され
てなる。第３に、又ロール体は各基材が精度高く位置決
めされてなる。第４に、この耐熱構造体は、正確に同一
大きさ・形状のロール体が得られ製品のばらつきが回避
される。

そして本発明にあっては、これら第1,第2,第3,第４の
各点とともに、同時に次の各点も実現される。

すなわち第５に、この耐熱構造体はロール体の基材点
数が１種類だけであり、その分基材コスト，作業コスト
等のコスト面に優れてなる。

第６に、この耐熱構造体は、特にロール体の中心位置
における各基材の位置決めが容易であり、その成形が容
易化されてなる。

第７に、この耐熱構造体は少なくとも、ロール体の中
心位置を接合状態にするとともに、ロール体と外筒間を
接合することにより成形でき、この面からもコスト面に
優れてなる。

さらに第８に、この耐熱構造体は、基材の枚数が多
く、かつそのほぼ中央部がロール体の中心位置付近を通
り、両端がそれぞれ外筒に接合固定されてなる安定した
構造よりなるので、耐久性に優れている。

このように、この種従来例に存した多くの問題点が一
挙にすべて解決される等、本発明の発揮する効果は顕著
にして大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る耐熱構造体の製造方法および耐熱
構造体の実施例の説明に供する、正面図である。 そして第１図は、準備工程の説明に供し、用いられる基
材を示す。第２図は、重合工程および成形工程の説明に
供し、積み重ねられた基材等を示す。第３図は、成形工
程および最終工程の説明に供し、外筒とロール体とから
なる耐熱構造体を示す。 １……基材 1₁……中央部 1₂……一方側 1₃……他方側 ２……外筒 ３……ロール体 ４……耐熱構造体 ５……成形用心棒

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ中央部を境として、一方側には所定波
   形の凹凸が連続的に折曲形成され他方側はこれとは異な
   る形状に形成されてなる、帯状の基材を準備する準備工
   程と、 該基材を複数枚、一方側と他方側とをそれぞれ交互に位
   置させかつ中央部をほぼそろえて、積み重ねる重合工程
   と、 このように重ねられた該基材のほぼ中央部を接合状態と
   し、かつ中央部付近を中心として巻き付け、もってハニ
   カム構造のロール体とする成形工程と、 しかる後、該ロール体を外筒内に挿入するとともに両者
   間を接合する最終工程と、 を有してなることを特徴とする耐熱構造体の製造方法。
2. 【請求項２】外筒と該外筒内に挿入接合されたハニカム
   構造のロール体とからなり、 該ロール体としては、ほぼ中央部を境として一方側には
   所定波形の凹凸が連続的に折曲形成され、他方側はこれ
   とは異なる形状に形成されてなる帯状の基材が、複数枚
   用いられ、 これらの該基材が、一方側と他方側を交互に位置させそ
   ろえて重ねられるとともに、該基材のほぼ中央部を接合
   状態とし、かつ中央部付近を中心にロール状に巻き付け
   られてなること、 を特徴とする耐熱構造体。