JP3621769B2 - 金属ハニカム体の巻取方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属平箔と金属波箔を重ねてハニカム状に巻き取り、金属平箔と金属波箔間を接合して金属ハニカム体を製造する際に、接合部品質を安定させるための金属ハニカム体の巻取方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、近年、自動車等内燃機関の排気通路に浄化触媒を配し、排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の有害成分を浄化する触媒装置が知られている。この種の触媒装置においては、触媒担体として金属ハニカム体が用いられている。
この金属ハニカム体は、例えば図６に示すように、金属箔の平箔１と波箔２を重ねて渦巻状に巻き取って、図７に示すように円筒状に形成され、その軸方向に無数の貫通孔４ｏが形成されたものであり、一般には、ケーシング３に挿入されて用いられる。
【０００３】
この金属ハニカム体４を製造する場合に用いられる巻取設備は、概ね図８に示すように構成されている。
図８において、１ｆは金属平箔１のペイオフリールで、このペイオフリールから巻き戻された金属平箔１は、搬送ローラー５ａ、５ｂ、５ｃにより搬送され、巻取装置６に供給される。この間、張力付与装置７ｆ、テンション検出ローラー７ｔと巻取装置６により張力制御され、この巻取装置で巻き取られる。２ｗは金属波箔２のペイオフリールで、このペイオフリールから巻き戻された金属波箔２は、搬送ローラー５ｄ、５ｅにより搬送され、巻取装置６に供給される。
この金属波箔２は、巻取装置６で金属平箔１と重ねられた状態で、金属平箔１とともに巻き取られるため、ライン抵抗張力状態で供給され独立では張力制御を行うことは不可欠ではない。このように金属平箔１と金属波箔２が重ねられた状態で巻取装置に供給され、ここで巻取られて金属ハニカム体４が製造されるように構成されている。
【０００４】
ここで用いられる巻取装置６としては、例えば特開平４−３７１２３４号公報に記載されたものがある。この巻取装置は、駆動装置により回転する巻取軸８と、この巻取軸に装着され間隔調整可能な一対のサイドクランプを備えており、この一対のサイドクランプ間で巻取軸８に巻き取られる金属平箔１と金属波箔２の側端面を加圧支持しながら巻き取ることができるようになっている。
この巻取装置６の巻取軸８は、図９に示すように、金属平箔１と金属波箔２の先端を挿通・係止するスリット溝８ｏを有しており、この巻取軸８の外方には３本の圧着ロールＲａ、Ｒｂ、Ｒｃが巻取軸８と平行状態で駆動装置により巻取軸に対して進退自在に配置されており、巻芯部を形成する際に、巻取軸の剛性を補助し巻取形状を整えることができるようになっている。
【０００５】
この巻取装置６においては、供給される金属平箔１と金属波箔２の先端部を巻取軸８のスリット溝８ｏに挿通・係止し、巻取軸８の回転に３本の圧着ロールを協同させて巻取りを始め、２〜３巻して巻芯部を形成した後、３本の圧着ロールを退避させて、一対のサイドクランプの中心部の加圧支持面で金属平箔１と金属波箔２の端面を加圧支持して整端し、引き続き、一対のサイドクランプの中心部の加圧支持面で加圧支持しながら巻き取って、金属のハニカム体４を製造するようになっている。
従来、この金属ハニカム体の巻取に際しては、巻取開始から巻取径が２０〜３０ｍｍの小径領域では低張力（０．１〜０．５ｋｇｆ／ｍｍ^２）で巻取って側端面をプレスし、その後の本巻取りでは一定の高張力（０．６〜５ｋｇｆ／ｍｍ^２）で巻き取って金属ハニカム体を製造する方法が採用されている。
【０００６】
このような方法で巻き取って得られた金属ハニカム体を触媒担体として製品化する際には、この金属ハニカム体を形成している金属平箔と金属波箔を接合する必要があり、最近、その接合方法として拡散接合方法および液相接合方法の適用が試みられている。この拡散接合方法は、原子の拡散現象を利用して材料を溶融することなく、固相で接合する方法である。
この拡散接合方法を金属平箔と金属波箔の接合に適用する場合には、その接合特性を十分に確保するために、金属ハニカム体を製造する際、金属平箔と金属波箔の接合部において接合長を一定以上にする必要がある。
しかし、本巻取で巻取張力を一定の張力にする、前記従来の巻取方法による場合には、巻取径の変化による巻取張力の変化に起因して生じる、金属平箔と金属波箔の各接触部における接触長の変化により、接合長が不安定になりやすく、安定した接合部品質を得ることが難しいという問題があり、なお改善すべき点が残されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属平箔と金属波箔を重ねてハニカム状に巻き取り、金属平箔と金属波箔間を拡散接合して金属ハニカム体を製造する際に、接合部品質を安定させるための金属ハニカム体の巻取方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属平箔と金属波箔を重ねてハニカム状に巻き取り、金属平箔と金属波箔間を拡散接合して金属ハニカム体を製造する場合の金属ハニカム体の巻取方法において、少なくとも巻芯部（２〜３巻分）形成後の本巻取り巻取過程では、巻取径の増加に応じて、金属平箔と金属波箔の各接触部の接触長を一定にするように巻取張力を制御することを特徴とする金属ハニカム体の巻取方法である。
なお、本発明において、接触部および接触長とは、金属平箔と金属波箔とが接合前に接触している部分とその長さをいい、接合部および接合長とは金属平箔と金属波箔とが接合処理により実際に一体に接合した部分とその長さを意味している。
本発明においては、金属ハニカム体の巻取過程で巻取径の増加に応じて巻取張力を増加させることにより、金属平箔と金属波箔間の接触長を安定確保することができ、金属平箔と金属波箔を拡散接合して製品化する場合、接合部品質を安定確保し、品質の安定な金属ハニカム体を製造することができる。
【０００９】
本発明者等は、金属平箔と金属波箔の本巻取り過程における巻取張力を一定にする前記従来例において、金属平箔と金属波箔を接合した場合に接合部が安定しない理由について種々検討の結果、接合部が安定しないのは、本巻取過程の巻取張力を一定にしていることに起因しているということを知見した。
【００１０】
図１は、金属波箔２の波ピッチ角度θと、巻取径半径ｒと、金属平箔１と金属平箔の接触点Ａでの接線Ｓａと、この接触点Ａとこれと隣接する接触点Ａｏを結ぶ線Ｓｂの挟角β、接触点Ａと接触点Ａｏを結ぶ線Ｓｂと、この接触点と金属ハニカム体４の中心を結ぶ線Ｓｃの挟角αとの関係を示す説明図である。
巻取径半径ｒ_ｘがｒに変化すると、金属波箔２の中心からの波ピッチ角度θ_ｘがθに変化する。例えば、金属波箔２の波ピッチを２．５ｍｍとし、巻取径半径ｒ_ｘが１５ｍｍの場合の角度θ_ｘは、
２πｒ_ｘ×θ_ｘ／３６０°＝２．５ｍｍ
θ_ｘ＝３６０°×２．５ｍｍ／２πｒ_ｘ
ラジアン表示では
θ_ｘ＝２．５／２：ラジアン
θ_ｘ＝３６０°×２．５ｍｍ／２π×１５ｍｍ＝９．５５４°
となる。
しかし、ここで、巻取径半径ｒが５０ｍｍになった場合の角度θは、
θ＝３６０°×２．５ｍｍ／２π×５０ｍｍ＝２．８６６°
と大幅に小さくなる。
【００１１】
一方、Ａ点で張力Ｔを付与された金属平箔１が金属波箔２に作用する力、作用力Ｐは図３に示すように、Ｐ＝２Ｔｓｉｎ（θ／２）となり、角度θが小さくなれば作用力Ｐは小さくなる。その結果、巻取径半径ｒが大きくなると角度θが小さくなり、金属平箔１と金属波箔２の接触部における作用力が小さくなり、金属平箔１の板厚が一定であれば、接触長Ｌ（図２）が短くなり、接合長が短くなる。このような変化は、上記角度θを考慮し、金属平箔１と金属波箔２での作用力Ｐを一定に維持することにより抑えることが可能である。
【００１２】
すなわち、この関係は、
Ｐ＝２Ｔｓｉｎ（θ／２）、
ラジアン表示では、Ｐ＝２Ｔｓｉｎ（２．５／２ｒ）［ラジアン］
で表され、Ｐ＝一定になるように、巻取半径ｒの変化に応じて巻取張力Ｔを変化させることにより、接触作用力Ｐおよび接触長Ｌを一定に保ち、安定した巻取が可能であるということを知見した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を、本発明を実施する巻取設備例とともに概要説明する。
図４は、本発明を実施する巻取設備例を示しており、この巻取設備においては、金属平箔を巻き取ったペイオフリール１ｆから巻き戻された金属平箔１を巻取装置６に供給する搬送ローラー５ａ、５ｂ、５ｃによる供給路に、張力付与装置７ｆとテンション検出ローラー７ｔを配設するとともに、巻取張力を測定する張力計１０と巻取径測定計１１を配設して、巻取張力と巻取径を測定し、この測定信号を演算器１２に入力して、巻取装置６によって巻き取られる金属ハニカム体４の巻取径に応じた巻取張力制御条件を演算して張力付与装置７ｆへ入力し、金属平箔１の巻取張力を制御できるようになっている。
図中、２ｗは金属波箔２のペイオフリールで、このペイオフリールから巻き戻された金属波箔２は、搬送ローラー５ｄ、５ｅによりライン抵抗張力状態で搬送され、巻取装置６に供給され、張力制御されている金属平箔１と重ねられた状態で金属平箔１とともに巻き取られるようになっている。
【００１４】
本発明では、このような巻取設備を用いて製造された金属ハニカム体について、金属平箔と金属波箔間を接合して金属ハニカム体として製品化する際に、金属平箔１と金属波箔を安定的に接合することを前提としており、この場合に、例えば、前記図２に示すように、金属平箔１と金属波箔２の接触部における接触作用力Ｐを一定にして、接合長が一定になるように、少なくとも巻芯部（２〜３巻分）形成後の本巻取り過程において、巻取径の増加に応じて金属平箔の巻取張力を増加させることを特徴とするものである。
この巻取張力の増加のパターンは、図５に示すような直線型、階段型のいずれを採用してもよく、巻取張力の増加は、巻芯部（２〜３巻分）形成の過程から開始してもよいが、巻き芯部形成後の本巻取り開始点から開始した方が実効が顕著である。
【００１５】
このようにして、金属平箔と金属波箔を重ねて巻き取って金属ハニカム体を製造する過程において、金属平箔と金属波箔の接合長を一定に維持することができ、例えば拡散または液相接合に際して、その接合長を一定にすることができ、金属平箔と金属波箔の拡散接合による接合部品質を安定確保し、金属ハニカム体の品質を安定確保することができる。
【００１６】
【実施例】
図４に示したような巻取設備において、厚さ３０μｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）箔による平箔と波箔を重ねて巻取り、径が１００ｍｍの金属ハニカム体を製造した後、金属ハニカム体を形成する金属平箔と金属波箔を拡散接合した。その結果を従来例による場合の結果とともに説明する。
「実施条件」
平箔
幅：１００ｍｍ
波箔
幅：１００ｍｍ、波高さ：１．２５ｍｍ、波ピッチ：２．５ｍｍ
巻取張力（Ｔ）
（１）巻芯部形成（巻取径３０ｍｍまで）：１．８ｋｇｆ
（２）本巻取り（巻取径３０ｍｍ以降）：
Ｔ＝０．８／（２ｓｉｎ２．５／２ｒ）：ｋｇｆ
ｒ＝１５ｍｍ時 Ｔ＝５ｋｇｆ
ｒ＝５０ｍｍ時 Ｔ＝１６．６ｋｇｆ
（なお、巻取張力の増加パターンは、図５に示す直線型を採用した）
【００１７】
この金属ハニカム体について、拡散接合を実施し、接合部の状況を調査したところ、極めて良好な接合結果を得た。また、端部での箔座屈、端部不揃い、各層での波箔の波高さ、ピッチの変化の偏在、箔破断等の品質を損なうような不都合現象の発生も認められなかった。
これに対して、巻取張力を一定にした前記従来例による場合で、巻取径３０ｍｍまで１．８ｋｇｆで一定、巻取径３０〜１００ｍｍまで５．１ｋｇｆで一定にした場合では、拡散接合長の不足（面圧不足）による接合不良が発生し、満足できる結果は得られなかった。
また、前記従来例による場合で、巻取径３０ｍｍまで１．８ｋｇｆで一定、巻取径３０〜１００ｍｍまで１６．６ｋｇｆで一定にした場合では、巻取径３０ｍｍ〜６０ｍｍ付近で金属波箔の変形、ピッチの変化等の品質を損なうような不都合現象の発生が認められた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明においては、巻取径の増加に応じて巻取張力を増加させることにより、金属平箔と金属波箔の接合長を安定確保することができ、金属ハニカム体を触媒担体として製品化するための金属平箔と金属波箔の接合に際して、接合部品質を安定確保することができ、品質の安定な金属ハニカム体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻取径の変化と金属平箔と金属波箔の接触部を支配する角度θ、β、αの変化の関係を示す説明図。
【図２】金属平箔と金属波箔の接触部における接触長を示す部分正面概要説明図。
【図３】金属平箔と金属波箔の接触点における角度βと巻取張力Ｔと張力付与のための押付力Ｐとの関係を示す説明図。
【図４】本発明を実施する金属ハニカム体の巻取設備例を示す側面概要説明図。
【図５】本発明における巻取径と巻取張力の関係を示す説明図。
【図６】従来の金属ハニカム体の巻取方法例を示す立体概要説明図。
【図７】従来の金属ハニカム体例を示す正面（端面）概要説明図。
【図８】従来の金属ハニカム体の巻取設備例を示す側面概要説明図。
【図９】従来の金属ハニカム体の巻取装置例における巻芯部形成構造例を示す正面概要説明図。
【符号の説明】
１ 金属平箔
１ｆ ペイオフリール
２ 金属波箔
２ｗ ペイオフリール
３ ケーシング
４ 金属ハニカム体
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ 搬送ローラー
６ 巻取装置
７ｆ 張力付与装置
７ｔ テンション検出ローラー
８ 巻取軸
９ａ サイドクランプ

Claims (1)

1. 金属平箔と金属波箔を重ねてハニカム状に巻き取り、金属平箔と金属波箔間を拡散接合して金属ハニカム体を製造する場合の金属ハニカム体の巻取方法において、少なくとも巻芯部形成後の本巻取り過程では、巻取径の増加に応じて、金属平箔と金属波箔の各接触部の接触長を一定にするように巻取張力を制御することを特徴とする金属ハニカム体の巻取方法。

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