JP4735922B2

JP4735922B2 - ハニカム体の封止方法及びそれに用いる孔加工装置

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Publication number: JP4735922B2
Application number: JP2003276912A
Authority: JP
Inventors: 展生勝部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP2005034809A

Description

本発明は、ハニカム体のセル開口部を選択的に封止する方法、及び封止部を形成するために用いる孔加工装置に関する。

ハニカム体は仕切り壁で分割されて両端面に開口部を有する多数のセルを備えており、特に、仕切り壁が多孔質材に形成されたハニカム体は、主として内燃機関から排出される排気ガス中の固体微粒子を補足するためのハニカムフィルタとして採用されている。この用途のハニカム体においては仕切り壁を通じ排気ガスが流通するように、一方の端面のセルの開口部（以下セル開口部と称する。）が、市松模様又はチェッカー盤模様をなすように封止材で封止され、他方の端面のセル開口部は、一方の端面の市松模様と逆の市松模様をなすように封止されている。

このようなセル開口部の封止に係わる技術が、下記特許文献１に開示されている。特許文献１には、ハニカム体の端面のセル端部を封止するための前工程として、セル端部を覆うようにハニカム体の端面にシートを貼り付け、次いで封止すべきセル端部に位置するシートを熱で溶融して貫通孔を形成することが記載されている。さらに、上記シートとして透明または半透明のものを用い、該シートを透過して視覚的にセル端部の位置を認識する画像処理手段を用いて位置情報を求め、この位置情報に基づいてレーザ光を照射して前記貫通孔を形成することが説明されている。

特開２００２−２８９１５号公報（段落番号００４３〜００５０）

ハニカム体をハニカムフィルタとして採用する場合には、前述したように市松模様をなすように、両端面ではその模様が逆の状態となるように封止部を形成する必要がある。つまり、ハニカム体の一方の端面に貼られたシートに貫通孔を形成する場合には、その端面の所定のセル開口部を基準にして形成すればよく制約が少ない。一方、その他方の端面に貼られたシートに貫通孔を形成する場合には、前記一方の端面に貼られたシートに貫通孔が形成されていないセル開口部に貫通孔を形成しなければならないという制約がある。ところが、特許文献１には、工業生産上効率的にハニカム体を製造するためかかる制約を解消できる技術については記述されていない。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、ハニカム体の両端面において所定のセル開口部を効率的に封止できる封止方法とその方法においてシートに貫通孔を形成するために用いる孔加工装置を提供することである。

本発明の発明者らは本発明の課題を鋭意検討する過程で、ハニカム体の一方と他方の端面に光透過性を有するシートを貼り、所定のセル開口部と連通し前記シートを貫通する貫通孔を形成し、前記貫通孔の連通した一方の端面のセル開口部及び他方の端面のセル開口部に互いが逆の市松模様となるよう前記貫通孔を通じて封止材を充填するハニカム体の封止方法であって、前記ハニカム体の少なくとも一方の端面の所定のセル開口部に対応し該端面に貼られたシートに貫通孔を形成し、前記一方の端面に貼られたシートに照射され、前記一方の端面に貼られたシートに形成された貫通孔を通り、前記他方の端面に貼られたシートを透過した光に基づき前記一方の端面に貼られたシートの貫通孔を確認し、確認された貫通孔を含むセル開口部に隣接するセル開口部を他方の端面に貼られたシートに形成する貫通孔の基準となるセル開口部と規定し、その基準となるセル開口部を基準として他方の端面に貼られたシートに貫通孔を形成することにより、上記目的を達成できることを見出した。すなわち、前記ハニカム体の一方の端面の所定のセル開口部に対応し該端面に貼られたシートに形成された貫通孔に基づいて、他方の端面に貼られたシートに形成する貫通孔の基準となるセル開口部を規定することにより、他方の端面に貼られたシートに形成される貫通孔の位置が正確にかつ円滑に設定される。

本発明の封止方法は、一方の端面の所定のセル開口部に対応し前記シートに設けられた基準マークを備えた前記ハニカム体と、前記ハニカム体を保持するとともに所定の位置に移動させるワーク移動部と、前記ハニカム体の端面を撮像する撮像部と、前記シートの所定位置にレーザを照射し前記貫通孔を形成するレーザ加工部とを備えた処理ユニットと、前記撮像部で得られた画像データに基づいて前記貫通孔の位置を算出し前記レーザ加工部に指示する画像処理部とを有する本発明の孔加工装置により実現される。

さらに、上記孔加工装置は、前記ハニカム体の一方の端面に貼られたシートに対し光を照射する光源を有し、前記画像処理部は、前記ハニカム体の他方の端面に貼られたシートを透過する光を受光する前記撮像部で得られた画像データにおける光の強度に基づいて一方の端面に貼られたシートに形成された貫通孔を確認し、確認された貫通孔を含むセル開口部に隣接するセル開口部を前記ハニカム体の他方の端面に貼られたシートに形成する前記貫通孔の基準となるセル開口部と規定するように構成されていることが好ましい。さらに加えて、前記処理ユニットを少なくとも２台有し、そのうち少なくとも１台は、前記ハニカム体の一方の端面に貼られたシートに前記貫通孔を形成し、少なくとも１台は、前記ハニカム体の他方の端面に貼られたシートに前記貫通孔を形成するものとすれば好ましい。

上記本発明によれば、ハニカム体の両端面において所定のセル開口部を選択的に封止するにあたり、そのセル開口部に対応し連通する貫通孔を両端面に貼られたシートに正確かつ効率的に形成することが可能となる。

本発明のハニカム体の封止方法は、封止材として用いられるスラリーの浸入を阻止するシートをハニカム体の端面に貼り、封止すべきセル開口部を覆うシートに貫通孔を形成する処理を両端面に対して行う前工程と、端面をスラリー中に浸漬させて上記貫通孔を通じてスラリーをセル端部に充填させた後、固化させて上記シートを取り除く処理を両端面に対して行う後工程とを有するハニカム体の封止方法において、前記前工程に係わるものであり、ハニカムフィルタの製造に好適である。
上記本発明は、ハニカム体の両端面の処理を一連の工程で行うもので、端面に光透過性シートを貼るシート貼り付け工程と、端面のセル開口部をシートを介してカメラで撮像する撮像工程と、画像データをもとにセル開口部の位置、面積、形状などを画像処理で算出し、貫通孔を形成すべきセル開口部を決定する画像処理工程と、画像処理データをもとに所定のセル開口部を覆うシートにレーザ光を照射して除去する貫通孔形成工程を有し、貫通孔を形成する時の基準となるセル開口部の規定方法、特に他方の端面に対する基準セル開口部の規定方法に特徴を有するものである。以下、図をもとに本発明の主な実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１に本形態の工程の概要を示す。ハニカム体の一方の端面（Ａ面）に対し、シートを貼り付け（Ｓ１）、撮像し（Ｓ２）、画像処理を行い（Ｓ３）、貫通孔形成を行った（Ｓ４）後、他方の端面（Ｂ面）に対し、シートを貼り付け（Ｓ５）、次いでＡ面の貫通孔位置をもとにＢ面の貫通孔形成用の基準セル開口部を規定してマーキングし（Ｓ６）、撮像し（Ｓ７）、画像処理を行い（Ｓ８）、該基準セル開口部をもとにＢ面の貫通孔形成を行う（Ｓ９）ものである。図１（ａ）の点線で囲む工程は、孔加工装置１で行われる工程である。図４に孔加工装置１の概略平面図を示す。

孔加工装置１は、ワーク移動部１０、撮像部２０、及びレーザ加工部３０を１組とした処理ユニット２と、画像データを処理する画像処理部３ａと機械動作を制御するシーケンサを有する制御装置３を備え、処理ユニット２は右ユニット２ａと左ユニット２ｂが隣接して２式配置されており、各々ハニカム体４を独立して処理することができる。
ワーク移動部１０は、ハニカム体４を立向きに位置決め保持するチャック部１１と、チャック部１１が装着された移動テーブル１２とを有し、ハニカム体４を、着脱位置Ｔ、撮像位置Ｓ、貫通孔加工位置Ｋへと２軸方向に移動させる。撮像部２０は、カメラ２１がハニカム体の上端面に対向するように配設され、画像データが制御装置３の画像処理部３ａに出力される。レーザ加工部３０は、レーザヘッド３１からのレーザ光がハニカム体の上端面に照射されるように配設され、画像処理部３ａからのセル開口部の位置情報などをもとに、シートに所定の貫通孔を形成する。

次に、孔加工装置１の動作について図４、５を参照し説明する。
ハニカム体４は、孔加工装置１に装着される前に、まずＡ面にシート７が貼られる。シート７が貼られたハニカム体４は、孔加工装置１の右ユニット２ａのワーク移動部１０の着脱位置Ｔで、テーブル１２にＡ面を上にして載置され、チャックされる。ハニカム体４が位置決め保持されると、Ａ面がカメラ２１の直下に臨むように２軸テーブル１２が移動する。カメラ２１でＡ面が撮像されると、その情報が画像処理部３ａに送られる。なお、Ａ面を数視野で撮像する場合は２軸テーブル１２を適宜移動させる。画像処理部３ａは、画像データをもとに、市松模様に封止するように貫通孔を形成すべきセル開口部の位置を決定する。この時、基準となるセル開口部を設定するが、Ａ面の場合どのセル開口部を基準としてもよいので、制御的に適宜なセル開口部４１ａを選定し、これを基準とすべきセル開口部、すなわち基準マークとして自動マーキングする。なお、予めシート７の貼り付け時に、適宜なセル開口部に貼られたシート７に例えばスポット状の黒色の基準マークをマーキングしておき、撮像画像から画像処理で認識するようにしてもよい。次いで、Ａ面が貫通孔加工位置Ｋにくるように２軸テーブル１２を移動する。レーザ加工部３０は画像処理部３ａから孔加工すべきセル開口孔情報を受け、レーザ光を照射してＡ面のシート７に所定の貫通孔を加工する。その後、２軸テーブル１２が移動して、ハニカム体４は着脱位置Ｔに戻り、右ユニット２ａから搬出される。

次に、Ｂ面の貫通孔形成処理を行なう。
まず、ハニカム体４のＢ面にシート７を貼る。次に、Ｂ面の貫通孔形成用の基準とすべきセル開口部を規定する。この方法としては、例えば、Ａ面の基準となるセル開口部７１ａに対応した貫通孔４１ａから細い線材８をＢ面のシート７に達するまで通し、Ｂ面のシート７の外側からその位置を確認し、辺が隣接するセル開口部のうち任意のセル開口部４１ｂを選定し、これをＢ面の基準セル開口孔とする方法をとることができる。この位置は、画像データから画像処理で検出できるように、例えば着色したスポットＭでシート７にマーキングしておく。

このようにして、Ｂ面にシート７が貼られ、基準セル開口部４１ｂにマーキングがなされたハニカム体４を、孔加工装置１の左ユニット２ｂのワーク移動部１０ａの着脱位置Ｔで、Ｂ面を上にしてチャック部１１ｂにセットする。その後は、前述したＡ面のシート７の加工と同様な動作が左ユニット２ｂで行われ、Ｂ面のシート７には、Ａ面と逆位置に市松模様の貫通孔が形成される。貫通孔加工が終了したハニカム体４は、左ユニット２ｂから取り出され、前述したスラリー充填のための後工程に送られる。

ここで、Ａ面に貫通孔が加工されたハニカム体４が取り出された右ユニット２ａには、Ａ面にシール７が貼られた新たなハニカム体４が直ぐに装着され、右ユニット２ａは引続いて上述した動作を行う。また、右ユニット２ａから取り出されたハニカム体４に対して、Ｂ面にシール７を貼り、基準用のマーキングを行うまでにはある程度の時間がかかるため、右ユニット２ａと左ユニット２ｂの間に１〜数個のバッファーを置くようにすると、左ユニット２ｂも連続的に動作させることができ稼動効率を上げることができる。従って、本形態では、一人の作業者で、右ユニット２ａへのハニカム体４の着脱、Ｂ面への基準用マーキング付け、左ユニット２ｂへのハニカム体４の着脱を行うことができ、能率よく両端面に貫通孔を形成し、後工程に流すことができる。なお、前記バッファーは、前後工程の能力バランスをとるためのもので、いわゆる仕掛かりではない。

（実施の形態２）
図２に本形態の工程の概要を示す。ハニカム体の両端面（Ａ面、Ｂ面）にシートを貼っておくものである。
図２の点線で囲む工程を、前述した孔加工装置１と基本的に同じ装置で行うもので、右ユニット２ａにおけるＡ面の貫通孔形成処理については実施の形態１と同様である。しかし、Ａ面側の加工が終わった後でＢ面にシートを貼る作業が必要ないため、Ｂ面のシートへの貫通孔加工の基準を画像処理部３ａで自動的にマーキングできれば、孔加工装置１は、ハニカム体の装脱着や、右ユニット２ａから左ユニット２ｂへの移載などのハンドリングを機械化した連続加工機として構成することができる。

Ｂ面のシートに対して自動マーキングを行なうためには、Ａ面の所定の貫通孔を基準マークとして認識すれば、前述した着色スポットに対すると同様にしてマーキングを行うことができる。貫通孔の認識方法としては光学的な方法を採用することができる。例えば、左ユニット２ｂのハニカム体を載置するテーブル１２ｂの下方に光源を設置し、テーブル面に貫通孔を設けたり、テーブル面をガラス製としたりしてＡ面に光を照射すれば、Ｂ面の撮像時、Ａ面とＢ面の両面のシートを通過する光の強さとＢ面のシートだけを通過する光の強さの差はデータ的に取り込めるので、さらにこれを画像処理で強調することで、Ａ面の貫通孔を認識することができる。
以上説明したように、本形態では、人によるマーキング作業を行うことなく、両端面に所定形状をなすように貫通孔加工を行うことができる。なお、実施の形態１と同様に、Ａ面の貫通孔加工後、Ｂ面へのマーキングを作業者が行うようにしてもよい。

（実施の形態３）
図３に本形態の工程の概要を示す。ハニカム体４の両端面（Ａ面、Ｂ面）にシートを貼っておくことは、実施の形態２と同様であるが、貫通孔形成の基準となるセル開口部に対応した両端面に貼られたシートに基準マークを予めマーキングしておくことが異なっている。従って、孔加工装置は、前記実施の形態２で説明したハニカム体の装脱着や、右ユニットから左ユニットへのハンドリングを機械化した連続加工タイプのものや、例えば図６に示すような両端面を同時に加工することができる構成のものを使用することができる。マーキングの方法としては、まず、Ａ面の任意のセル開口部に貼られたシートに貫通した孔を加工し、この孔をＡ面の基準セル開口部のマークとするとともに、この孔から細線を通し、その到達位置をＢ面のシート側から確認することで、前述したようにしてＢ面側の基準セル開口部を規定し、Ａ面側と同様に孔を加工してマーキングしてもよいし、着色スポットを施してマーキングしてもよい。このマーキング作業は孔加工装置の動作中に行うことができるため、ハニカム体のハンドリングを作業者が行う場合には、作業者で対応することができる。

図６に、両端面を同時加工する孔加工装置５の平面図の概要を示すが、図４に示した孔加工装置１と同様に、ワーク移動部５０、撮像部６０、及びレーザ加工部７０と、撮像データを処理する画像処理部６ａと機械動作を制御するシーケンサを有する制御装置６を備えている。ワーク移動部５０は、両端面にシートが貼られたハニカム体４を横向きに位置決め保持するチャック部５１と、チャック部が装着された移動テーブル５２とを有し、ハニカム体４ｃを着脱位置Ｔ、撮像位置Ｓ、貫通孔加工位置Ｋへと軸心と直交する方向に移動させる。撮像位置Ｓ及び貫通孔加工位置Ｋには、カメラ６１及びレーザヘッド７１が、ハニカム体４を挟んで、Ａ面及びＢ面に対向するように軸心を水平に向けて各々２組配置されており、両端面を同時に撮像したり、貫通孔加工することができる。従って、本孔加工装置５は、着脱位置Ｔから撮像位置Ｓを経由してレーザ加工位置Ｋまでを１往復する間に、ハニカム体４の両端面に貫通孔を形成するので、図４に示す孔加工装置１の約２倍の生産性を有している。なお、ハニカム体の保持姿勢は必ずしも横向きでなくても、両端面側がカメラとレーザヘッドが配設できるように開放されていればよく、装置的に対応できる範囲で適宜設定すればよい。

以上、本発明のハニカム体の封止方法の説明において、孔加工装置１又は５は、カメラ、レーザヘッドを各２組み配置した例で説明したが、これは量産用の望ましい機械構成であって、１組みだけの構成の孔加工装置に対しても上記本発明は適用することができる。即ち、処理量が少なくてもよい場合などには、図１における左ユニット２ｂの担当分を右ユニット２ａで行い、Ａ面加工とＢ面加工をほぼ交互に行うような形態をとることもできる。

本発明のハニカム体の封止方法の実施の形態の一例を示す図である。本発明のハニカム体の封止方法の実施の形態の別の一例を示す図である。本発明のハニカム体の封止方法の実施の形態のさらに別の一例を示す図である。ハニカム体の封止方法に用いるシートの孔加工装置の一例の平面図である。図４の孔加工装置を用いたシートの孔加工の動作を説明する図である。ハニカム体の封止方法に用いるシートの孔加工装置の別の一例の平面図である

１、５孔加工装置
２処理ユニット
３、６制御装置
３ａ、６ａ画像処理部
４ハニカム体
４１セル開口部
７シート
７１貫通孔
１０、５０ワーク移動部
１１、５１チャック部
１２、５２テーブル
２０、６０撮像部
３０、７０レーザ加工部
２１、６１カメラ
３１、７１レーザヘッド

Claims

ハニカム体の一方と他方の端面に光透過性を有するシートを貼り、所定のセル開口部と連通し前記シートを貫通する貫通孔を形成し、前記貫通孔の連通した一方の端面のセル開口部及び他方の端面のセル開口部に互いが逆の市松模様となるよう前記貫通孔を通じて封止材を充填するハニカム体の封止方法であって、前記ハニカム体の少なくとも一方の端面の所定のセル開口部に対応し該端面に貼られたシートに貫通孔を形成し、前記一方の端面に貼られたシートに照射され、前記一方の端面に貼られたシートに形成された貫通孔を通り、前記他方の端面に貼られたシートを透過した光に基づき前記一方の端面に貼られたシートの貫通孔を確認し、確認された貫通孔を含むセル開口部に隣接するセル開口部を他方の端面に貼られたシートに形成する貫通孔の基準となるセル開口部と規定し、その基準となるセル開口部を基準として他方の端面に貼られたシートに貫通孔を形成することを特徴とするハニカム体の封止方法。
請求項１に記載のハニカム体の封止方法に用いられる孔加工装置であって、
前記ハニカム体を保持するとともに所定の位置に移動させるワーク移動部と、前記ハニカム体の端面を撮像する撮像部と、前記シートの所定位置にレーザを照射し前記貫通孔を形成するレーザ加工部とを備えた処理ユニットと、前記撮像部で得られた画像データに基づいて前記貫通孔の位置を算出し前記レーザ加工部に指示する画像処理部とを有することを特徴とする孔加工装置。
請求項２に記載の孔加工装置は、更に、前記ハニカム体の一方の端面に貼られたシートに対し光を照射する光源を有し、前記画像処理部は、前記ハニカム体の他方の端面に貼られたシートを透過する光を受光する前記撮像部で得られた画像データにおける光の強度に基づいて一方の端面に貼られたシートに形成された貫通孔を確認し、確認された貫通孔を含むセル開口部に隣接するセル開口部を前記ハニカム体の他方の端面に貼られたシートに形成する前記貫通孔の基準となるセル開口部と規定するように構成されていることを特徴とする孔加工装置。
請求項３に記載の孔加工装置において、前記処理ユニットを少なくとも２台有し、そのうち少なくとも１台は、前記ハニカム体の一方の端面に貼られたシートに前記貫通孔を形成し、少なくとも１台は、前記ハニカム体の他方の端面に貼られたシートに前記貫通孔を形成することを特徴とする孔加工装置。