JP5235300B2 - ハニカム体の製造方法、型部分および排気ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内に配置されたハニカム構造物を有するハニカム体の製造方法に関する。また、本発明は、形状の精密なハニカム体を製造するための工具も提案する。この種のハニカム体は特に排気ガスの後処理に利用される。

かかるハニカム体は、一般に、内部にセラミックス製あるいは金属製のハニカム構造物を配置されている金属ハウジングを有している。その製造方法の工程に、ハニカム構造物をハウジング内に挿入する工程と、最終的にハウジングとハニカム構造物とを接合技術で結合する工程がある。

そのために、ハニカム構造物がハウジングにできるだけ一様に接触している必要がある。また、ハニカム体が所望の円形度つまり形状精度で製造されることが保証されねばならない。これは特に、ハニカム体が最終的に例えば車両のような自動車用内燃機関の排気装置に一体に組み入れられねばならないので重要である。ハウジングはしばしば他のかみ合い結合あるいは摩擦結合のための当接面を提供する。外側形状についての不精密さは、事情によっては、形状誤差を後で補償するための封止用コンパウンド、面倒な再加工工程あるいは他の時間および経費のかかる処置を必要とする。

形状精度についての問題は特に、横断面非円形のハウジングの中に挿入すべき例えば金属ハニカム構造物を有するハニカム体で生ずる。この場合、ハニカム構造物からハウジングの円周方向に向かってハウジングに種々の力や圧力が作用する。そのような力や圧力は正に薄肉のハウジングの場合に僅かな変形を生じさせる。またそのような不均一な圧力分布の場合、その作用が後で実施されるハニカム体の熱処理中に増大されることが観察された。これは、ハウジングを一層変形させ、および／または、ハニカム体とハウジングとの不均一な結合を生じさせる。

本発明の課題は従来技術に関して述べた問題を少なくとも部分的に解消することにある。特に、本発明の課題は形状の精密なハニカム体の製造方法を提供することにある。また、本発明の課題はこの方法を実施するための型部分（工具）を提供することもある。

この課題は、請求項１に記載のハニカム体の製造方法と、この方法を実施するための請求項５に記載の型部分によって解決される。本発明の他の有利な実施態様はそれぞれの従属請求項に記載されている。なお、請求項に個々に記載された特徴事項は、技術的に有意義に互いに任意に組み合わせることができ、それは本発明の他の実施態様を呈する。

ハウジング内に配置されたハニカム構造物を有するハニカム体を製造するために、
ａ）ハニカム構造物を形成する工程、
ｂ）ハニカム構造物をハウジング内へ挿入する工程、
ｃ）ハニカム構造物をハウジングと一緒に熱処理する工程、
を少なくとも有するハニカム体の製造方法において、少なくとも工程ｂ）あるいは工程ｃ）の過程中、ハウジングの外周面に部分的（区域的）に当接する型部分が用いられ、型部分の当接面がハウジングの所望の外側輪郭を形成する。

この方法はたとえ基本的にあらゆる種類のハニカム構造物に採用できるとしても、工程ａ）が特に金属ハニカム構造物を形成する工程を含むと好ましい。そのために、少なくとも部分的に構造化された金属箔が重ね合わされ、続いて互いに絡み合わされるすなわちねじられる。その場合、ハニカム構造物の渦巻き状、Ｓ状あるいは類似の構造が得られる。ハニカム構造物は、通常、排気ガスが貫流できる互いに実質的に平行に配置された多数の通路を有している。通常、ハニカム構造物はハウジングと別個に用意され、工程ｂ）でハウジングの中に挿入される。

工程ｂ）において、（特に円周方向に閉じられて閉ループを形成している）ハウジングの中へ端面側からハニカム構造物が挿入される。このために、いわゆる円錐状挿入ガイドを利用すると有利である。その円錐状挿入ガイドはハウジングに当てられ、ハニカム構造物がその挿入ガイドを通過し、その際、ハニカム構造物が僅かな圧縮によりハウジングの内法寸法に縮径される。

工程ｃ）は特に被覆工程および／または結合工程に関する。結合工程は、ハニカム構造物の内部にないしはハニカム構造物とハウジングとの間に焼結結合、硬ろう付けおよび／または溶接結合を形成する工程である。

型部分の任務は特に、製造工程中にハウジングの所望の形状つまり外形を実質的に維持することにある。型部分の具体的構成について以下詳述する。なおここでは、型部分は一般にハウジングより強固に形成され、ハウジングの円周方向においてハウジングの外周面に区域的つまり部分的に当接する。当接面は特に、挿入されたハニカム構造物によるハウジングの大きな荷重が予測される個所に配置されている。これは特に、ハニカム体の中心から僅かに離れた部位であり、および／または、ハウジングの大きな曲率半径の湾曲区域の部位である。基本的には、複数の型部分をハウジングに適用することもできる。

本発明による方法は、横断面非円形のハウジングを有するハニカム体が製造されるときに特に有利である。ここで横断面「非円形」とは、特に楕円状、「競走場」状、角形状あるいは他の非円形状の横断面形状を意味する。この横断面形状は一般に異なった曲率半径を有し、この曲率半径は部分的に無限となる（直線ハウジング区域）。正にここでは、ハニカム体の熱処理中に上述した異なった応力状態が生じ、このために、ここで述べる（本発明の）方法により、特にかかるハニカム体は形状精密に製造できる。

従って、本発明による方法の有利な実施態様において、型部分が工程ｂ）の前にハウジングの外周面に接触し、工程ｃ）の後に再び除去されると特に有利である。即ち、換言すれば、ハニカム構造物とハウジングとの複合体が、実際にハニカム構造物の部分構成要素とハウジングとの接合技術的な結合が発生されるまで、型部分によって接触支持され、それゆえ形状を精密に保持される。

また、型部分が、
ハニカム体のろう付け、
ハニカム体の被覆、
ハニカム体の搬送、
の少なくとも１つの作業過程中でもハウジングに適用されていると有利である。

ハニカム体のろう付け作業時、好適には、ハニカム体の端面を介して粉末状の硬ろうが導入される。さらに、ハニカム体の端面側を予め粘着材液の中に浸けることができ、その粘着材液に後で硬ろうが規定されて付着し保持される。ハニカム体の被覆作業時、特にいわゆるウォッシュコートが設けられる。このウォッシュコートは例えば貴金属を添加され、続いて、か焼される。ハニカム体の搬送に関して、注目すべきことは、例えば個々の作業場所間の搬送中、あるいは一時的な保管場所への搬送中に、ハニカム体のこの固着が型部分により維持されることである。

さらに、上述した本発明による方法を実施するための型部分（工具）も提案される。その場合、ハウジングの所望の外側輪郭を得るために内側に向いた複数の当接面を備えたサポートが設けられている。そのサポートは好適には円周方向に閉じられて閉ループを形成し、例えば枠の形をしている。サポートが単一品として形成されていると特に有利である。従って、サポートの内側輪郭は内側に向いた複数の当接面を有し、即ち、当接面は、サポートの内側輪郭の最も内側に突出した部分を含んでいる。当接面は、ハウジングの所望の外側輪郭にほぼ相当するように、互いに位置合わせされないしは形成されている。換言すれば、これは、当接面がハウジングの外側輪郭の一部を形成していることを意味する。しかし基本的には、例えばサポート内へのハニカム体の容易な挿入が可能とされるように、当接面の一部を傾斜させることもできる。

基本的には、型部分は、その当接面の相対位置が調整できるように形成されることもできる。これにより、種々の輪郭のハウジングに対して特に型部分の柔軟な採用が可能となる。また、そのような可動当接面により、例えば熱処理の実施後、ハウジングつまりハニカム体の容易な取り出しが可能になるという利点がある。

また、内側に向いた複数の当接面は半径方向外側に向いた凹所によって離間させられていることも提案される。その凹所は好適には当接面に対して実質的に平行に延び、当接面を少なくとも部分的に制限している。かかる凹所によって、ハウジングのサポートへの過大な押圧力が生ずることが防止される。これにより、ハウジングは加工後に容易に再び取り出せる。

そのために、型部分の当接面がハウジングの全周の５０％〜８０％を占めていると特に有利である。これは、一方では、形状安定性を得るためにハウジングの十分な固定を保証し、他方では、量産の枠内でもハウジングの確実な取り出しを可能にする。凹所は例えばつかみ工具として適するように形成できる。

型部分が耐熱性耐食性金属から構成されていると特に有利である。特にハニカム体の熱処理中に一様な熱膨張挙動を保証するために、型部分がハウジングと少なくとも類似した材料から構成されていると有利である。その金属は、少なくとも、硬ろう付け過程中の熱的条件に不変に耐えなければならない。

型部分の実施態様において、当接面は少なくとも部分的に被覆を施されている。その代わりにあるいはそれと組み合わせて、当接面は少なくとも部分的に、構造化された表面を備えているとよい。この処置は例えば、場合によって高温時に生ずるような型部分とハウジングとの結合（例えば焼結結合）を防止するのに役立つ。同様に当接面の構造化された表面によって、型部分とハウジングとの接触面積がさらに減少し、これにより、ハニカム体の製造後におけるハウジングの取り出し性が改善される。この処置がたとえ当接面で部分的にのみ行われている場合であっても、全当接面に対して同じように有利に適用できる。

上述した本発明による方法に基づいてまたは上述した本発明による型部分を使用して製造され最大でも１．５ｍｍの厚さのハウジングを備えたハニカム体を有する排気ガス処理装置の製作が実現される。

以下において図を参照して本発明およびその技術分野を詳細に説明する。図は本発明の特に有利な実施例を示す。しかし、本発明はこの実施例に限定されない。

図１は、内側に位置するハニカム構造物３と外側のハウジング１とを有するハニカム体２を端面図で概略的に示している。ハウジング１は非円形横断面１２を有し、このハウジング１の中にハニカム構造物３が配置されている。横断面１２は実質的に楕円形であり、ほぼいわゆる「競走場」の形に形成され、第１広がり寸法１３と第２広がり寸法１４を有し、これらの両寸法１３、１４は異なっている。図は、ハニカム体２が左右より上下が大きな曲率半径で形成されていることを示している。

ハニカム構造物３は多数の構造化された金属箔１８と平形金属箔１８とがＳ字状に巻き付けられて構成され、これらの金属箔１８は互いにほぼ平行に延びる通路１５を形成している。特にこの配置構造の場合、金属箔１８から種々の応力がハウジング１に作用し、この応力は事情によってはハウジング１の外側輪郭６に影響を及ぼす。外側輪郭６のゆがみを防止するために、型部分の採用を提案する。かかるハニカム体に対する型部分の有利な実施例が図２に示されている。

図１に示されたハニカム体２に対する型部分４の有利な実施例が図２に示されている。型部分４は、概略的に示されたハウジング１の外側輪郭に当接する内側に向いた複数の当接面５を有している。当接面５がハウジング１の全周９の半分以上を占めていることも図から理解できる。枠の形をしたサポート７は、当接面５間に、半径方向外側に向いた凹所８を有している。この領域において、サポート７とハウジング１との当接（接触）は生じない。

図３は、他の実施例に応じた型部分４の内部におけるハニカム体２の配置を断面図で詳細に示している。図３の左側にハニカム体２の一部が示され、このハニカム体２は多数の金属箔１８で形成され、従って互いに実質的に平行に延びる通路１５が形成されている。金属箔１８はハウジング１の内周面に接し、ハウジング１は例えば１．５ｍｍまでの範囲の厚さ１６を有し、好適には１ｍｍ以下あるいはそれどころか０．８ｍｍ以下の厚さ１６を有している。ハウジング１の外周面に型部分４が当接し、ここでは当接面５は構造化された表面１０および被覆１７を備えている。構造化された表面１０を備えることは型部分４からのハニカム体２の簡単な取り出しを保証し、一方被覆１７は型部分４とハウジング１との焼結結合の形成を防止する。

かかるハニカム体の有利な使用分野として自動車分野が挙げられる。それに応じて、図４に車両１９用の排気装置２１の構成が概略的に示されている。エンジン２０で発生された排気ガスは、複数の排気ガス処理装置１１を介して導かれて有害物質を除去され、大気に放出される。排気ガス処理装置１１は特に上述したハニカム体を装備している。本発明によれば、特に薄肉のハウジングを備えた排気ガス処理装置は形状精密に製造できる。

横断面非円形のハニカム体の横断面図。 型部分の実施例の概略図。 型部分内に配置されたハニカム体の詳細図。 車両の排気装置の概略図。

符号の説明

１ ハウジング
２ ハニカム体
３ ハニカム構造物
４ 型部分
５ 当接面
６ 外側輪郭
７ サポート
８ 凹所
９ 円周
１０ 表面
１１ 排気ガス処理装置
１２ 横断面
１３ 第１広がり寸法
１４ 第２広がり寸法
１５ 通路
１６ 厚さ
１７ 被覆
１８ 金属箔
１９ 車両
２０ エンジン
２１ 排気装置

Claims (10)

1. ハウジング（１）内に配置されたハニカム構造物（３）を有するハニカム体（２）を製造するために、
   ａ）ハニカム構造物（３）を形成する工程、
   ｂ）ハニカム構造物（３）をハウジング（１）内へ挿入する工程、
   ｃ）ハニカム構造物（３）をハウジング（１）と一緒に熱処理する工程、
   を少なくとも有するハニカム体（２）の製造方法において、
   少なくとも工程ｂ）および工程ｃ）の過程中、ハウジング（１）の外周面に部分的に当接する型部分（４）が用いられ、型部分（４）の当接面（５）がハウジング（１）の所望の外側輪郭（６）を形成し、
   型部分（４）が、工程ｂ）の前にハウジング（１）の外周面に接触し、工程ｃ）の後で再び除去されることを特徴とするハニカム体の製造方法。
2. 非円形横断面（１２）のハウジング（１）を備えたハニカム体（２）が製造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 型部分（４）が、
   ハニカム体（２）のろう付け、
   ハニカム体（２）の被覆、
   ハニカム体（２）の搬送、
   の少なくとも１つの作業過程中でもハウジング（１）に適用されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項１乃至３の１つに記載の方法を実施するための型部分（４）において、ハウジング（１）の所望の外側輪郭（６）を得るために内側に向いた複数の当接面（５）を備えたサポート（７）が設けられていることを特徴とする型部分。
5. 当接面（５）の相対位置が調整できることを特徴とする請求項４に記載の型部分。
6. 内側に向いた複数の当接面（５）は半径方向外側に向いた凹所（８）によって離間させられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の型部分。
7. 当接面（５）がハウジング（１）の全周（９）の５０％〜８０％を占めていることを特徴とする請求項４乃至６の１つに記載の型部分。
8. 型部分（４）が耐熱性耐食性金属から構成されていることを特徴とする請求項４乃至７の１つに記載の型部分。
9. 当接面（５）が少なくとも部分的に被覆（１７）を施されていることを特徴とする請求項４乃至８の１つに記載の型部分。
10. 当接面（５）が少なくとも部分的に、構造化された表面（１０）を備えていることを特徴とする請求項４乃至８の１つに記載の型部分。
    
    

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