JP5173825B2 - 排気処理装置におけるハニカム体 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１個のハニカム構造物と、少なくとも１個のハニカム構造物を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１個のケースとを有するハニカム体に関する。また本発明は、ハニカム構造物とケースとの間の硬質ろう付け結合部の形成に関する。かかるハニカム体は、通常、自動車における排気ガスを浄化するために採用される。

かかるハニカム体は、通常、金属ハニカム構造物あるいはセラミックハニカム構造物を有している。後述の観点はしばしばセラミックハニカム構造物に対しても利用できるけれども、ここでは特に、硬質ろう付け結合部によってケースに沿って、ないしケース内に固定される金属ハニカム構造物が考察されている。ハニカム構造物とケースとの永続的結合を保証するために、的確な硬質ろう付け結合部の形成が特に重要である。これは、その両構成要素が自走式あるいは定置式内燃機関の排気装置において異なった熱的および動的挙動を有することに起因する。ハニカム構造物とケースとの或る相対運動に対して、両構成要素が互いに一部でしかろう付けされず、即ち、円周面全体ないし接触面全体にわたってろう付けされていないことが望まれる。

基本的には、硬質ろう付け結合部がどの箇所に付けられ、硬質ろう付け結合部がどのように形成されるかについては、既に多くの方式が開示されている。しかし今日まで、正にろう付け過程中に、あるいはハニカム体の組立中ないし続く保管中あるいは搬送中に早くも、硬質ろう付け結合部が最終的に所望の範囲を越えて広がってしまう状態が存在することについて、十分に考慮されていない。そのような所望の範囲を越えた硬質ろう付け結合部の広がりは、ハニカム体の熱膨張挙動を変化させ、これは事情によってはハニカム体の機能欠陥を生じさせる。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題を少なくとも部分的でも解消することにある。特に、量産の枠内でも正確に限定された硬質ろう付け結合部が保証されているハニカム体を提供することにある。また、そのようにきっちり限定された硬質ろう付け結合部が得られるハニカム体の製造方法を提供することにある。

この課題は請求項１に記載の特徴を有するハニカム体並びに請求項４に記載の特徴を有するハニカム体の製造方法によって解決される。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、各請求項に記載された個々の特徴は、技術的に目的に合わせて任意に組み合わせ、本発明の他の有利な実施態様を呈することもできる。

本発明に基づく排気処理装置におけるハニカム体は、少なくとも１個のハニカム構造物と、少なくとも１個のハニカム構造物を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１個のケースとを有し、そのハニカム構造物とケースとの間における少なくとも１つの結合区域に硬質ろう付け結合部が形成されている。そのハニカム体は、硬質ろう付け結合部を限定するための互いに異なった少なくとも２つの画成（区画形成）手段が設けられている、ことにより特徴づけられている。

このハニカム体は特に触媒担体として、フィルタとして、吸収器として、あるいは例えば自動車の排気装置における類似した排気処理装置として用いられる。好適には、ハニカム体は正確なハニカム構造物および正確なケースを有し、そのハニカム構造物は、好適には、ケースで完全に取り囲まれている。硬質ろう付け結合部の結合区域の数に関して、その都度の熱的負荷への適合が実施されねばならず、通常、ハニカム構造物とケースとの接触面の個々の区域が硬質ろう付け結合部における結合区域と十分に見なされる。

硬質ろう付け結合部の所望の限定を保証するために、いまや別個の画成手段が設けられ、ここでは互いに異なった２つの画成手段が採用されている。これらの画成手段は、硬質ろう付け結合部の結合区域の周縁ないしは外側に規則的に配置されている。これらは、（例えばろう付け過程中および／又はハニカム体の組立中における）望ましくない硬質ろう材漏出を阻止する機能を有している。特に好適には、硬質ろう付け結合部を限定する画成手段は、硬質ろう材および／又は硬質ろう材の断片に対する毛管作用を阻止するために用いられる。

ハニカム体の有利な実施態様において、画成手段が、
− ケースにおける溝、
− ハニカム体構造物の外側面におけるミクロ組織、
− セラミックス被覆、
− ハニカム構造物とケースとの間に配置された中間層、
のうちの少なくとも２つを含んでいる。

ケースにおける溝は、好適には、環状に形成され、これは例えば０．１〜０．５ｍｍの深さと０．５〜２．０ｍｍの幅を有している。この溝はほぼ半円形に相当する断面形状を有している。好適には、溝は硬質ろう付け結合部の結合区域の縁に直に隣接している。事情によっては、硬質ろう付け結合部の結合区域の片側あるいは両側に、複数特に直に隣接する複数の溝を設けることも有意義である。有利な実施態様において、ハニカム体の内側に位置する部分部位に対して限定する溝が的確に設けられている。

ミクロ組織は特に半径方向外側に延びるハニカム組織の隆起部を有し、この隆起部は例えばハニカム構造物の円周方向においてケースと連続的あるいは不連続的な線接触を生じている。ミクロ組織は例えばハニカム構造物の円周面の外側に設置ないし加工されるが、このクミロ組織をハニカム構造物とケースとの間に配置される別個の部品で形成することもできる。

セラミックス被覆特に酸化アルミニウムあるいは類似した材料の存在は、硬質ろう材粒子が集合しない結果をもたらし、ないしセラミックス被覆がろう材止めの機能を生ずる。セラミックス被覆はハニカム構造物および／又はケースの一部にもできる。

また、ハニカム構造物とケースとの間に中間層を設けることもできる。その中間層が別個の部品として、例えば別個の金属箔として形成されることが有利である。これは、ハニカム構造物とケースとの間における望ましくない硬質ろう材漏出に対するバリヤとして用いられる。

ハニカム体の他の有利な実施態様において、ハニカム構造物は、材料厚さが８０μｍである少なくとも部分的に組織化された複数の金属層で形成されている。特に、そのハニカム構造物は複数の金属波箔と金属平箔から構成され、それらの金属箔は巻回されおよび／又は湾曲されている。それらの金属箔は、ほぼ互いに平行に延び排気ガスが貫流できる多数の通路を規則的に境界づけている。その通路表面は規定通りにフィルタ表面ないし触媒表面として用いられる。また好適には、金属層ないし金属箔の材料厚さは５０μｍ以下である。かかるハニカム構造物は比較的大きなバイアス（プレストレス）をもってケースの中にはめ込まれ、これによって、かなりの摩擦力が生ずる。これは、ケースに予め硬質ろう材が着けられている場合、ハニカム構造物を挿入する際、硬質ろう材の擦り取りないし変位を生じさせる。それにもかかわらず、所望の結合区域に正確に限定された硬質ろう付け結合部を発生させるために、硬質ろう付け結合部を限定するための異なった画成手段が設けられている。

さらに、硬質ろう付け結合部の環状結合区域が設けられ、画成手段は結合区域とハニカム体の端面との間に配置されている。即ち換言すれば、互いに異なった少なくとも２つの画成手段が、硬質ろう付け結合部の結合区域の片側に配置され、即ち、二重形式のバリヤが設けられている。特に、硬質ろう付け結合部を限定するための画成手段が、ハニカム構造物の異なった部分（ケースおよび／又はハニカム構造物および／又は中間層）に設けられている形態が有利である。

ハニカム体の他の実施態様において、硬質ろう付け結合部の少なくとも１個の結合区域が、第１端面より第２端面の近くに配置され、画成手段が第１端面と結合区域との間に設けられている。特に、その結合区域が第２端面に続いて形成されていることが非常に有利であり、その第１端面に向けて配置された画成手段は、第１端面に向けての望ましくない硬質ろう材漏出を阻止する。

本発明の他の課題に応じて、少なくとも１個のハニカム構造物と、少なくとも１個のハニカム構造物を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１個のケースとを有するハニカム体の製造方法において、
− ハニカム構造物とケースとの間の硬質ろう付け結合部の少なくとも１つの結合区域が 選定され、
− ハニカム構造物（３）のケース（４）への挿入方向（１５）が選定され、
− ケースにおいて、挿入方向に見て硬質ろう付け結合部の結合区域の前方位置に、溝 が設けられ、
− 硬質ろう付け結合部を限定するもう１つの画成手段が設けられ、
− 結合区域にろう材が着けられ、
− ケースの中にハニカム構造物が挿入され、
− 結合区域に硬質ろう付け結合部が形成される、
ことを特徴とするハニカム体の製造方法を提案する。

特に好適には、その硬質ろう付け結合部を限定するもう１つの画成手段として、有利にハニカム構造物に設けられたセラミックス被覆が利用される。この方法は特に、上述した本発明に基づくハニカム体の製造に有利に利用され、その場合、特に金属層付きの金属ハニカム体の製造に当てられる。その際に採用される薄い金属箔の場合正に、部分的に悪い毛管作用を強化し、これにより、ここで正に、ケースとハニカム構造物との間における現象を防止する新たな防護策が実施される。

以下図を参照して本発明を詳細に説明する。図は本発明の特に有利な実施例を示しているが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。

図１は排気処理装置２におけるハニカム体１を一部破断断面図で概略的に示している。ハニカム体１はハニカム構造物３とこのハニカム構造物３を完全に取り囲むケース４とを有している。ハニカム構造物３とケース４との間に、硬質ろう付け結合部６を形成するための結合区域５が設けられている。その硬質ろう付け結合部６の結合区域５は、第１端面１３より第２端面１４の近くに配置されている。ハニカム体１は追加的に硬質ろう付け結合部６を限定するための２つの異なった画成（区画形成）手段を有し、即ち、一方では、ケース４に環状に形成された溝７を有し、他方では、ハニカム構造物３の第１端面１３の近くの外側面に設けられたセラミックス被覆９を有している。

かかるハニカム体１を製造するために、まず、硬質ろう付け結合部６の結合区域５が選定される。それに続いて、ハニカム体１が組立中に挿入方向１５に沿ってケース４の中にはめ込まれる、ことが決定される。ハニカム体１の熱処理中における硬質ろう材の第１端面１３に向かう望ましくない漏出を防止するために、ケース４に環状溝７が設けられている。この環状溝７は挿入方向１５に見て結合区域５の前に位置されている。なお完全を期すために、結合区域５が第２端面１４から大きく離れている場合、例えば挿入移動中における硬質ろう材の望ましくない擦り取りを防止する溝７が反対側にも設けられる。

そして、ハニカム構造物３は、少なくとも部分的に組織化された複数の金属箔１７で形成され、その場合、互いにほぼ平行に延びる多数の通路１６が発生される。まずケース４の内側面において結合区域５に硬質ろう付き帯材が設けられ後、ハニカム構造物３が挿入方向１５に沿ってケース４の中にはめ込まれる。ハニカム体１はケース４に対して所望の相対位置に到達した後で熱処理が行われ、これにより、結合区域５に所望の硬質ろう付け結合部６が正確に形成される。かかるハニカム体１は、自動車の排気装置における大きな熱的および動的負荷のもとでも長い予想寿命を有する特長を有する。

図２は、硬質ろう付け結合部６を限定するための画成手段の異なった実施例を概略的に示している。ここでも所定の幅１９と所定の深さ１８を有する溝７が形成されている。この溝７の片側に、硬質ろう付け結合部６の結合区域が形成され、その反対側においてケース４にセラミックス被覆９が設けられている。

図３は、ケース４における溝７に加えて、ハニカム構造物３とケース４との間に中間層１０が設けられた実施例を示している。このハニカム構造物３は所定の材料厚さ１２の金属層１１で形成されている。ここでミクロ組織８を備えた金属箔として形成された中間層１０は、同様に第１端面１３と溝７との間に形成されている。特に、中間層１０のミクロ組織８が溝７に対して平行に環状に形成されている形態が有利である。

本発明は図で明らかに説明されているが、図示された発明思想の通常の変更も、本発明から逸脱するものではない。

本発明に基づくハニカム体の第１実施例の概略縦断面図。 本発明に基づくハニカム体の第２実施例の一部断面図。 本発明に基づくハニカム体の第３実施例の一部断面図。

符号の説明

１ ハニカム体
２ 排気処理装置
３ ハニカム構造物
４ ケース
５ 結合区域
６ 硬質ろう付け結合部
７ 溝
８ ミクロ組織
９ 被覆
１０ 中間層
１１ 金属層
１２ 材料厚さ
１３ 第１端面
１４ 第２端面
１５ 挿入方向
１６ 通路
１７ 金属箔
１８ 深さ
１９ 幅

Claims (4)

1. 第１の端面（１３）と第２の端面（１４）を持つ１つのハニカム構造物（３）と、ハニカム構造物（３）を少なくとも部分的に取り囲む１つのケース（４）とを有し、ケース（４）が接触面において前記ハニカム構造物（３）と直接接触し、ハニカム構造物（３）の第２の端面における接触面の１つの結合区域（５）に単一の硬質ろう付け結合部（６）が設けられている、排気処理装置（２）のためのハニカム体（１）において、
   硬質ろう付け結合部（６）を画成するための溝（７）及びセラミックコーティング（９）が設けられ、溝（７）及びセラミックコーティング（９）が、第１の端面（１３）と単一の硬質ろう付け結合部（６）の間に配置されている、ことを特徴とする排気処理装置（２）におけるハニカム体（１）。
2. ハニカム構造物（３）が、材料厚さ（１２）が６０μｍより小さな少なくとも部分的に組織化された複数の金属層（１１）で形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のハニカム体（１）。
3. 前記結合区域（５）が硬質ろう付結合部（６）の周辺区域（５）である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハニカム体（１）。
4. 第１の端面（１３）と第２の端面（１４）を持つ１つのハニカム構造物（３）と、１つのハニカム構造物（３）を少なくとも部分的に取り囲む１つのケース（４）とを有しているハニカム体（１）の製造方法において、
   − 接触面においてケースとハニカム構造物を直接接触させるステップと、
   − 接触面およびハニカム構造物（３）の第２の端面に配置される単一の硬質ろう付け結合部（６）のための結合区域（５）を選択するステップと、
   − ハニカム構造物（３）のケース（４）への挿入方向（１５）を選択するステップと、
   − ケース（４）において、挿入方向（１５）に見て、第１の端面（１３）と硬質ろう付け結合部（６）のための前記結合区域（５）との間に位置する溝（７）を設けるステップと、
   − 第１の端面（１３）と硬質ろう付け結合部（６）のための前記結合区域（５）との間に位置する硬質ろう付け結合部（６）を画成するためのセラミックコーティング（９）を設けるステップと、
   − 前記結合区域（５）にろう材を着けるステップと、
   − ケース（４）の中にハニカム構造物（３）を挿入するステップと、
   − 前記結合区域（５）に硬質ろう付け結合部（６）を形成するステップが含まれる、
   ことを特徴とするハニカム体（１）の製造方法。

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