JP5760152B2 - ハニカム体を製造するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム体を製造するシステム及び方法、より具体的には、Ｓ型金属ハニカム体を製造するシステム及び方法に関する。

ハニカム体は、エンジン排気浄化システムにおけるフィルタ、触媒基板等を始め多くの分野で一般に使用されている。ハニカム体は、大きなチャネル面積、低背圧、優れた機械的性能及び触媒反応を有する。近年では、S型金属ハニカム体が、特に注目されている。

金属ハニカム体は、通常、金属箔で形成されている。ハニカム構造体は、ハニカム構造体の内部チャネルを画定するように連続的に強化して製造されることが必要である。ハニカム体の製造の精度は、その寿命や他の特性に影響を与える。

ハニカム体を製造するための装置および方法は、当該技術分野では既知である。例えば、特許文献１は、ハニカム体の製造装置及び方法について記載している。装置は、軸の周りに回転し箔積層体を保持するフォークローリング機構と、金型を形成するために閉鎖することができるアーク金型セグメントを有する。金型は、それぞれ、それらの軸を中心に回転可能な少なくとも２つの金型セグメントから成る。回転軸は、それぞれローリング軸と並行である。特許文献２においても、ハニカム体を製造するための装置及び方法が知られている。装置は、金型を形成するために閉鎖することができる固定ポストと２組の金型セグメントを有する。これらの装置は複雑なだけでなく、製造が難しく、また、精度が欠如している。

特許文献３は、ハニカム体の仕上げ加工方法を開示している。ここでは、ハニカム構造体は、要求性能を満たすように、巻かれた後、微細加工工具によって加工される。

従来技術における幾つかの技術的な方法は、ハニカム体の不十分な特性につながり、またハニカム体の形状の不正確さが原因の製品の無駄につながっている。他の方法は、製造精度を向上させるにもかかわらず、構成上の高複雑性、正確な制御の困難性、及び／又は製造工程における高コストを引き起こしている。

ＷＯ９７／１０１３５ ＣＮ １０１２５１０３６Ａ ＵＳ ７，３１８，２７６Ｂ２

本発明の目的は、自動的にハニカム体を製造するシステムを提供することにある。このシステムは、簡単な構造を有し、良好な安定性及び長寿命を有するハニカム体を製造することができる。

本発明によれば、システムは、開放及び閉鎖され得るように移動可能な複数のサブ金型を有する成形金型と、金型を締める、すなわちそのサブ金型を閉鎖するための締付け金型と、金型の内部に挿入及び内部から抜き出し可能であり回転軸の周りに回転可能なローリングピンとを有する。本発明によれば、締付け金型は、締付け金型の動きにより成形金型が締付けられるように成形金型の形状と協動する形状を有する。

このシステムにより、ハニカム構造体は、従来技術のような、複雑な締付けシステムを用いることなく、高精度に製造することができる。

好ましい実施の形態によれば、成形金型は円錐形の外側表面を有する。これは、締付け金型の円錐形の内側表面と協動する。そして、締付け金型は、動作により軸方向に変位する。この方法は好ましい。何故なら、締付け金型は、簡単に及び正確に制御され得るからである。したがって、締付け金型それ自体のみならずそれの駆動トレインが簡単に構築され、低コストで製造することが可能である。この締付け金型は、例えば、ギアラック伝達、ワーム伝達を介して電気モータ等により簡単に駆動することができる。

スレッド又は溝等を有する結合構造物等の協動する構造物を有する成形金型及び締付け金型を提供する他の方法も可能である。

成形金型は、正確に４つのサブ金型を有する。しかし、２つだけ、６つ又はそれ以上のサブ金型を有する成形金型も考えられ、それは簡単な方法を導く。より多くのサブ金型は、ハニカム体により均等に分散作用力をもたらすだけでなく、構造体へより多くの複雑性をもたらす。

好ましくサブ金型は閉じられて、円筒形の周方向に閉じられた内部空間を形成することができる。この方法は、利点をもたらす。すなわち、ハニカム構造体の最終的なサイズは単にサブ金型の幾何学的特性により正確に制御される。したがって、高い正確性を持って製造システムが簡単に提供できることとなる。

好ましい実施の形態によれば、製造システムは、更に排出部を有する。排出部は、ハウジング内にロールアップされたハニカム構造体を押圧するように軸方向に移動可能である。このように高度に自動化されたシステムが実現される。

また、高度に自動化されたシステムを提供するために、成形金型に巻き込まれるべき箔積層体を供給する自動供給装置が備えられている。

上述のシステムを用いてハニカム体を製造する方法も提案されている。方法は以下のステップを含む。

・成形金型を開放する工程。
・ローリングピン間の隙間に箔積層体を導入する工程。
・箔積層体が完全に成形金型に巻き込まれるまでローリングピンを回転する工程。
・締付け金型が移動している間ローリングピンを寒天させ、成形金型の内部容積を第１の値まで減少させる工程。
・ローリングピンを箔積層体により形成された構造体から抜き出す工程。
・巻き上げられたハニカム構造体を排出部によりハウジングに押し入れる工程。

この方法により、ハニカム体は、自動的に高精度に製造することができる。作製したハニカム体は、巻き上げられた状態でハニカム構造体が締め付けられるという正確に制御された工程のため、良好な特性と長寿命を有する。

好ましくは、ローリングピンを引き出す工程とロールアップされたハニカム構造体をハウジングに押圧する工程の間に更なる工程を有する。この工程で、締付け金型は成形金型の内部容積を第２の値に減少させる機能を持つ。

本発明によるシステムの概略図である。 製造システムの概略断面図である。ただし、箔積層体が導入されているときの状態を示す。 図２の矢印Ｄから見た本発明のシステム図である。 図２に対応する図であり、箔積層体が既に巻かれ締付け金型が既に所定の距離を移動した図である。 図３に対応する図であり、箔積層体が既に巻かれ締付け金型が既に所定の距離を移動した図である。 ハニカム体の製造工程を示すブロック図である。

図１は、本発明に係るハニカムを製造するためのシステムを示す。システムは、フレーム、駆動トレイン、ハニカム型のローリング体積のための成形金型１及び締付け金型６を有する。

図２及び図３は、本発明に係るハニカムを製造するためのシステムの断面を示している。成形金型１は、互いに独立する４つのサブ金型（図３参照）から成る。４つのサブ金型は、開放及び閉鎖可能である。例えば、４つのサブ金型は、４爪チャックの顎のようなフレームに支持されている。サブ金型は、それぞれ、独自のスライドレールの半径方向に好ましく移動可能である。サブ金型は、スプリングによって開放方向に付勢されている。４つのサブ金型は、他の公知の手段で配置することができる。

図３から分かるように、閉鎖状態で４つのサブ金型の間には隙間Ａがある。この隙間を介して、巻き込まれるべき箔積層体３が成形金型１に導入される。箔積層体３は、波型金属箔と平坦金属箔を交互に積み重ねることにより製造される。

本実施の形態では、成形金型１の４つのサブ金型は、締付け金型６に保持されている。成形金型１は、円錐形の外側表面を有する。これは、締付け金型６の円錐形の内側表面と噛み合い、成形金型１は、締付け金型６の軸方向の移動により（矢印Ｄで示す）、連続的に縮められる。その結果、成形金型１内に位置するハニカムの引き締めが行われる。図４及び図５参照。１つの実施の形態では、４つのサブ金型は、閉鎖した円筒形の空間を形成するために縮められ得る。

成形金型１と締付け金型６は、それらの円錐形の表面により好ましく互いに協動する。しかし、協動するのに適した形状は他にも想定し得る。

図１に示されるシステムは、成形金型１の内部空間内に挿入することができるローリングピン２を含む。示した実施の形態では、２つのローリングピン２が２重のＳ型ハニカム構造体を製造するために備えられている。対応するハニカム構造体を製造するための通常の他のローリングピンの配列も可能である。

ローリングピン２の一方の端部は、ピン駆動軸７に支持されている。ピン駆動軸７は、その長手方向軸の周りに回転可能である。ローリングピンは、両方のローリングピン２に並行なＸ軸に周りに回転するようにピン駆動軸７により駆動される。ローリングピンのＸ軸は、成形金型１の中心に位置し、またローリングピン２から等しく離間している。箔積層体３は、ローリングピン２の回転により巻き上げられ、Ｓ型ハニカム構造体を形成する。ピン駆動軸７は、ローリングピン２が成形金型１の空間内に挿入される第１の位置まで、及びローリングピン２が空間内から引き出される第２の位置まで、軸方向に移動することができる。

システム１０は、また、巻き込まれたハニカム構造体をハウジング８へ押すようにピン駆動軸７上をスライド可能な排出部５を有する。したがって、ハニカムが製造される。図５では、ハニカム構造体として巻き込まれる箔積層体３の中央部分は、排出部５に覆われている。

１つの実施の形態では、ローリングピン２を支持する支持シャフト４がローリングピン２の他方の端部に備えられている。ハウジング８は、支持シャフト４にプッシュされる。支持シャフト４は、軸方向に移動可能であり、ハニカム構造体が排出部５により押し出された時に、ハウジング８を残すことができる。

製造方法を以下に記載する。

まず、箔積層体３を準備する。通常、箔積層体３は、単に波形の箔とフラットな箔を特定の数だけ積層して形成される。次いで、ハニカムためのハウジング８が製造システム内に配置される。金属ハニカム金型用にハウジングは鋼製のスリーブである。

ステップＳ０１では、成形金型１が開かれる。

ステップＳ０２では、箔積層体３は、図２及び図３を参照して、２つのサブ金型の間の隙間を介して、２つのローリングピン２の間の空間に導入される。

ステップＳ０３において、ローリングピン駆動軸７は、駆動トレインにより回転される。ローリングピン２は、箔積層体３が成形型１内に巻き入れられるように、ローリングピン駆動軸７により回転される。

ステップＳ０４では、締付け金型６は、成形金型１の内部容積が徐々に減少して第１の値になり、箔積層体３が完全に成形金型１内に巻き込まれるように軸方向に移動される。その間中、ローリングピン２は、回転を維持している。この実施の形態では、締付け金型６は、Ｄ方向にその締付け動作で直線的に動くこととなる。締付け金型６の円錐形の内側表面と、成形金型１の円錐形の外側表面との噛み合いにより、成形金型１のサブ金型は、図４及び図５に見られるように、締付け金型６の軸方向の動きにより、径方向に内向きに変位し、箔積層体３により形成されるハニカム構造体を締め付ける。

ステップＳ０５で、ローリングピン２は、ステップＳ０４の後に引き抜かれる。そして、締付け金型６は、更に移動して成形金型１の内部容積が更に減少し第２の値になる。

ステップＳ０６で、第２の値に到達した後に、排出部５が巻き上げられたハニカム構造体をハウジングに押し込み、ハウジングを有するハニカム及び巻き上げられたハニカム構造体が形成される。特に、第２の値は、４つのサブ金型を有する成形金型１が完全に閉鎖した時の内部のサイズに対応する。

１ 成形金型
２ ローリングピン
３ 箔積層体
４ ローリングピン駆動軸
５ 排出部
６ 引締め金型
７ 支持シャフト
８ ハウジング

Claims (9)

1. ハニカム体を製造するためのシステムであって、
   開放及び閉鎖され得るように移動可能な複数のサブ金型を有する成形金型（１）と、
   成形金型（１）を締める締付け金型（６）と、
   成形金型（１）の内部空間に挿入及び該内部空間から抜出可能であり回転軸の周りに回転可能なローリングピン（２）と、を有し、
   締付け金型（６）は、締付け金型（６）の動きにより成形金型（１）が締付けられるように成形金型（１）の形状と協動する形状を有することを特徴とするシステム。
2. 前記締付け金型（６）は、前記成形金型（１）の円錐形の外側表面と協動する円錐形の内側表面を有し、前記締付け金型（６）は、軸方向に変位可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記成形金型（１）は、４つのサブ金型を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記サブ金型は、円筒形で周方向に閉鎖した内部空間を形成するように閉鎖し得ることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
5. 巻き上げられたハニカム構造体をハウジング（８）に押し入れるように軸方向に移動可能な排出部（５）を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
6. ローリングピン（２）の一方の端部を支持し、前記排出部（５）が配置されたローリングピン駆動軸（７）を更に有し、
   前記排出部（５）はローリングピン駆動軸（７）上をスライド可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
7. 巻き込まれるべき箔積層体（３）を前記成形金型（１）に供給する自動供給装置を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載のシステムによりハニカム体を製造する方法であって、
   成形金型を開放する工程（Ｓ０１）、
   ローリングピン間の隙間に箔積層体を導入する工程（Ｓ０２）、
   箔積層体が成形金型に完全に巻き込まれるまでローリングピンを回転する工程（Ｓ０３）、
   締付け金型が移動している間ローリングピンを回転させ、成形金型の内部容積を第１の値まで減少させる工程（Ｓ０４）、
   ローリングピンを箔積層体により形成された構造体から抜き出す工程（Ｓ０５）、
   巻き込まれたハニカム構造体を排出部によりハウジングに押し入れる工（Ｓ０７）を、有することを特徴とする製造方法。
9. ローリングピンを抜き出す工程と巻き上げたハニカム構造体をハウジングに押し入れる工程との間に、成形金型の内部容積を第２の値に減少させるように締付け金型を更に移動させる工程（Ｓ０６）を更に有することを特徴とする請求項８に記載の製造方法。

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