JPH0446689A - ハニカム体用帯材及びハニカム体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車等のエンジンより排出するガスを触媒
を用いて浄化する際、この触媒を担持するための支持体
（担体）等に用いられるハニカム帯又はハニカム体の製
造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、排ガス浄化用の触媒担体は、コージェライトを主
成分とするセラミックハニカム体が主体であるが、セラ
ミックスの特性から衝撃に対して弱く破損しやすい等の
問題かあり、最近これに代るべきものとしてメタル担体
が開発され、一部すでに実用化されている。

メタル担体はステンレス鋼や耐食性高合金鋼を５０μｍ
前後の箔とし、これを波形に形成した波箔および平箔を
重ねて、巻回しあるいは積層してハニカム状の筒体を作
フて、これを同じくステンレス、高合金鋼等よりなる厚
さ１〜２ｍｍ程度の外筒内に入れ、このハニカム体を構
成する波箔と平箔の接触部およびハニカム体外周と外筒
内周を、ろう材でろう付けして固定して製造されている
。

このろう付は法では、ハニカム体および外筒がほぼ全面
的に接合され、リジッドな構造となるが、このような担
体を自動車エンジン排気カス系に搭載すると、走行中の
振動は勿論のことであるが、急熱−急冷という熱サイク
ルが縁り返されて熱応力を受け、特に外筒付近のハニカ
ム体には応力が集中する傾向にあり、その結果、箔接合
部の剥離や、亀裂が生じることがある。このような不都
合を工夫したいくつかの提案があるが、これを実現する
には工程が複雑になることから抜本的な解決策とはなっ
ていない。一方、ろう合金およびろう付は処理が高価で
あり、この方法を用いる限りコストの問題は解決されな
い。

ろう付は法に代るものとして近時、多くの提案がみられ
る。レーザー、電子ビーム、等の高密度エネルギーを利
用したり、抵抗溶接による方法があり、例えば、特開昭
６２−７１５４７号公報には平板（箔）と波板（箔）を
スポット溶接した後、これを巻き込んでハニカム体を構
成することが開示されているが、スポット溶接での平箔
と波箔の高鯖度の位置制御を必要とし、また、溶接に関
わる時間に関して、平箔と波箔の送りを間欠にする必要
がある。これでは、１枚の平箔と波箔は接合されている
ものの隣接する板とは接合されていないため、ハニカム
体の軸方向に力が加わると、軸方向にたけのこ状にずれ
てしまう可能性がある。また、特開昭６４−４０１８０
号公報には平板と波板を、位相を１８０°ずらせて巻き
込む過程で外部より２個の電極を１組とし、これを１組
以上並べて抵抗溶接する方法が提案されている。しかし
、この方法によれば、溶接はコア円周上の特定範囲しか
行えず、電極配置数に制限があり、また溶接工程と巻き
込み工程が直列になり、さらに溶接は、さみだれ的であ
るため、製造に時間がかかり生産性に問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は平箔と波箔の溶接を側面からの重ね合わせ溶接
を行うのでなく、平箔と波箔を漸近させて構成するＶ型
開先の開口部側からレーザービームを投入し、Ｖ型開先
形状によるレーザービームの収斂効果を付加して、平箔
と波箔の接触部を直接溶融し溶接するものであり、平箔
波箔の位置制御および焦点位置制御を大幅に緩和し連続
で安定な平箔と波箔の溶接を可能とするものである。こ
れにより、平箔と波箔の接触部のみにて溶接し波箔の殆
どの部分にて溶融または熱影響による歪がなく、素材の
弾性特性を保持出来る。このためハニカム体にした時に
構造的に柔軟であり、エンジン稼動中に起こる熱応力を
十分に緩和できる、耐久性の優れたメタル担体等のハニ
カム体の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を要旨
とする。すなわち、 １、平箔と波箔を重ね合わせて接合するハニカム帯の製
造方法に於いて、平箔と波箔を漸近させＶ形開先を形成
し、その開口部からレーザビームを投入し、平箔と波箔
の接触部にて溶接し、ハニカム形状を形成することを特
徴とするハニカム帯の製造方法。

２、上記１項記載の方法で製造したハニカム帯を巻回さ
せ、巻回開始部に生じたハニカム帯間で構成した漸近部
のＶ形開先の開口部側からレーザビームを投入しハニカ
ム帯間の溶接を行うことを特徴とするハニカム体の製造
方法。

３、レーザビームかＱスイッチＣＯ２レーザビームであ
ることを特徴とする上記１項又は２項記載の製造方法。

である。

以下本発明の詳細な説明する。

［作用］ 本発明で使用する箔は、Ａｔを含有するステンレス鋼、
あるいはＦｅ−Ｃｒ−ＡｆＬ系の耐熱性高合金などから
なり、厚さ１００ＩＪＩ１１以下、好ましくは５０ＪＪ
ＩＩ＋前後のものである。平箔と波箔の幅でハニカム体
に構成したときの軸方向の長さは、製品によって異なる
が、凡そ１６０ｍｍ以下である。

本発明は平箔と波箔との接合を重ね溶接するのてなく、
平箔と波箔を漸近させ、これから接合すべき部分から接
触させてその手前部分を開いた状態にする、すなわち、
Ｖ形開先を形成し、その開口部側からレーザビームを投
入し、その焦点をＶ形開先の頂点で平箔と波箔の接触域
に設定する。

これによって、レーザビームは平箔と波箔の接触部を含
む両箱に照射され、接触部より僅か離れた両箱の表面に
照射されたレーザビームは箔表面の波長吸収特性によフ
て一部は吸収されるが、多くのレーザビームは反射して
Ｖ開先の頂点近傍に収斂し、直接照射されたレーザビー
ムと重なり、エネルギー密度を上げ、平箔と波箔の接触
部近傍を溶融し溶接が行われる。

このように、レーザビームのＶ開先照射とそれによるＶ
頂点での収斂方式による溶接であり、■開先の形成にお
いて、波箔の突部による接触位置が変動しても、レーザ
ビームの集光状態に変動が殆どなく、安定な平箔と波箔
の接合を可能としている。

レーザビームはハニカムを形成する幅に対して帯状ビー
ムまたはスキャンビームでもよい。また、レーザはＹＡ
ＧレーザおよびＣＯ２レーサによる連続出力またはパル
ス出力のいずれでもよい。Ｖ開先内での収斂の効率はレ
ーザビームの照射条件と共にレーザビームの鋼板表面で
の反射特性（反射率＝１−吸収率）によって決まる。第
１１図に示すように、ＹＡＧレーザ（波長１．０６ｕｍ
）の約６０％の反射率に対してＣＯ□レーザ（波長ｔｏ
、６ｕｍ）は９０９６以上の反射率となり、集光効率は
ＣＯ２レーザが高い。また、レーザ出力は連続出力また
はパルス出力でよいが、素材としての平箔と波箔の厚さ
が薄い場合は入熱量は少なくし溶は落ち等の溶接欠陥を
少なくする必要があり、入熱量が低いがエネルギー密度
を高められるパルス出力が安定溶接範囲が広く得られる
。例えば、ＱスイッチＣＯ≧レーザビームは入熱量は低
いが、ピーク値が高くエネルギー密度が高い、パルス出
力の繰り返しが高いなどのため、安定溶接範囲が広く得
られるので箔の溶接には好ましい。

次に、本発明のハニカム帯およびハニカム体の製造方法
を図に示す例によって具体的に説明する。

第１図は平箔１と波箔２をガイトロール３と成形ギア４
および金属製のスクイズロール５と金属製のスクイズギ
ア６によフて漸近させ、そのＶ開先にレーザビーム７を
集光レンズ８で集光し集光ビーム９を照射する。これに
より平箔１と波箔２の接触部か溶接され、ハニカム帯１
０が出来る。ハニカム帯ＩＯの接合速度Ｖはドライブロ
ール１１とドライブギア１２によって決まる。成形ギア
４は平箔を波箔に成形するものであり、第１図のように
シリーズにて加工しても、また、別のラインにて加工し
てもよいが、この場合は成形ギアは不要であり単なるガ
イドロールでよい。ガイドロールとガイドギアは回転に
関して自由にして、平箔と波箔が必ず接触するように力
を加えておきＶ開先形状を保持させる。

第２図は第１図の平箔１と波箔２の接合状態を拡大示し
たものであり、スクイズ点１３の前後にて波箔の凸部２
７が接触するが、この接触部がレーザ照射によって溶融
し溶接される。第２図ではスクイズ点にて凸部２７か接
触して接合されるが、この状態を必ず保持する制御は不
要である。

第３図は、凸部がスクイズ点以外に来た場合を示してい
る。第３図（ａ）は凸部がスクイズ点に来た場合であり
、第３図（ｂ）は凸部がスクイズ点より上側に来た場合
で、そのずれ量１１である。この場合において、レーザ
ビームの焦点深度を深くする必要があるが、必ずしも焦
点深度をこのずれ量以上にする必要はない。すなわち、
本発明は照射点の形状によりＶ開先形状の頂点以外に照
射されたレーザビームは平箔と波箔の表面で反射しＶ開
先の頂点方向に収斂するので、見掛けの焦点深度は大幅
に拡大し、ずれ量が生じても緩和できる。例えば、波箔
のピッチが２．５ｍｍの場合、焦点距離７５０１１１１
のレンズを使用して見掛けの焦点深度を±３．０ｍｍを
得ることができた。この場合の予測される最大のずれ量
は±１．２５ｍｍであり、本発明は安定な溶接を提供す
る技術である。第３図（Ｃ）は凸部がスクイズ点より下
側に来てずれ量に２を生じた場合であり、（ｂ）の場合
と同様な作用が行われる。

第４図はスクイズ点付近にて平箔に波箔の凸部が１点と
２点で接触する状態を示している。第４図（ａ）は２点
の場合、第４図（ｂ）は１点での接触であり、いずれの
場合もレーザビームは上側の接触部に集束し溶接が行わ
れる。

第５図は帯状レーザビームの投入による平箔と波箔の接
合を示すものである。帯状レーザビーム７をシリンドリ
カルレンズ８にて線状集光ビームにし、■開先に投入す
る。このとき連続出力の帯状レーザビームを用いれば、
平箔と波箔の接合状態は点付は溶接でなく連続溶接にな
り、或いは、例えば緑返し周波数が１０Ｋｌｌｚで数１
０ｍＪの、ＱスイッチＣＯ２レーザをスキャンした帯状
レーザビームを用いれば、平箔と波箔の接合状態は間隔
の狭い点付は溶接となる。

第６図はパルスレーザによるスキャンビームによる平箔
と波箔との接合を示すものである。パルスレーザビーム
７をポリゴンスキャンミラー１４と曲面ミラー１５によ
って幅広のビームに変換し、シリンドリカルレンズ８に
よフて線状の集光ビームにし、平箔と波箔によって構成
したＶ開先内に投入し溶接する。この場合は点付は溶接
になる。パルスビームによるＶ開先内の溶接は、パルス
のエネルギーを少なくし、ピーク値を高く出来るので、
箔の表面を高速で溶融し、入熱量を少なく、投入時間が
短いので、安定な点付は溶接となり、また、箔の溶接で
発生しやすい溶接欠陥の溶は落ちを防止する効果が高い
。

第７図は、本発明によるハニカム帯１０を巻回してハニ
カム体を製造する方法を示したもので、巻回機構１６と
スクイズロール１７によってハニカム帯１０を巻回し、
ガイドロール１８とガイドギア１９によってハニカム帯
ｌＯの波箔と巻回ハニカム帯の平箔によるＶ開先を形成
し、投入されたレーザビーム７ａを集光レンズ８ａによ
って集光したレーザビーム９ａをＶ開先内に投入し、溶
接を行う。この溶接はハニカム帯を製作する方法を説明
した第１図から第６図の説明がそのまま適用出来るもの
である。

このように製造されたハニカム体は第８図に示すように
円形外筒２０に収納され、公知の溶接法によって溶接さ
れ、ハニカム帯かはずれることなしに固定される。また
、第９図に示すように、既述の方法で製造したハニカム
帯を所望の長さに切断し、これを多数積層してハニカム
体となし、これを角形外筒２１に収納した後ハニカム体
と外筒とを固定ないし接合する。

第１θ図にＱスイッチＣＯ２レーザの発振構成を示す。

出力透過＠２２と全反射鏡２３によって構成されている
共振系の中に共焦点になるようにレンズ２４とレンズ２
５を設定する。その焦点にチョッパー２６を挿入し高速
回転することによって共振器Ｑ値の制御を行う。すなわ
ち、チョッパーがＯＦＦのときレーザ励起準位への蓄積
を行わせ、その後にチョッパーがＯＮにて共振器のＱ値
を急激に大きくする。これによって尖頭値の高い高速縁
り返しのパルスレーザを発生させる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を示す。

（実施例１） ノーマルパルスＹＡＧレーザを用いて、パルス繰り返し
数１００ＰＰＳで、パルスエネルギーを１０ｍＪにして
、１５％Ｃｒ、４．５％ＡＩを含有するフェライト買ス
テンレス鋼よりなる５０μ山厚さの箔を１２０ｍｍ幅の
平箔と波箔に加工し、第１図と第７図に示す方法にて、
平箔と波箔のレーザビームによるＶ開先溶接を速度１０
ｍ／ｍｉｎ　、およびそれによっててきたハニカム帯の
巻回とハニカムシートのレーザビームによるＶ開先の溶
接を速度１０ｍ／ｍｉｎの高速溶接が出来た。このハニ
カムを５ＵＳ３０４ステンレス製の外筒に収納し、第８
図に示すメタル担体を製造した。完成したメタル担体を
エンジンの排気系に接続した。該排気系で担体温度を８
５０℃に維持、３００時間連続運転した。その結果、外
筒とハニカム体間、あるいはハニカム体内部で軸方向の
ズレ、損傷はなく、耐久試験に合格できた。

（実施例２） レーザ出力１ｋＷのＣＯ２を用いて、１００ｍｍの帯状
ビームにし、焦点距離７５）のシリンドリカルレンズを
用いて、１５％Ｃｒ、４．５％ＡＭを含有するフェライ
ト質ステンレス鋼よりなる５　０ＩＪｍ厚さの箔を１０
０ｍ＋ｎ幅の平箔と波箔に加工し、第１図と第７図に示
す方法にて、平箔と波箔のレーザビームによるＶ開先溶
接を速度７　ｍ／ｍｉｎ　、およびそれによってできた
ハニカム帯の巻回とハニカム帯のレーザビームによるＶ
開先の溶接を速度７ｍ／ｍｊｎの高速溶接が出来た。こ
のハニカムを５ＵＳ３０４ステンレス製の外筒に収納し
、第８図に示すメタル担体を製造した。完成したメタル
担体を実施例１と同様に試験した。その結果、外筒とハ
ニカム体間、あるいはハニカム体内部で軸方向のズレ、
損傷はなく、耐久試験に合格できた。

（実施例３） ＱスイッチＣＯ２レーザを用いて、パルス縁り返し数１
２ｋＨｚで、パルスエネルギーを１０ｍＪにして、１５
％Ｃｒ、４．５％ＡＱを含有するフェライト質ステンレ
ス鋼よりなる５０ＪＪＩ１１厚さの箔を１２０ｍｍ幅の
平箔と波箔に加工し、第１図と第７図に示す方法にて、
平箔と波箔のレーザビームによるＶ開先溶接を速度１５
ｍ／ｍｉｎ　、およびそれによってできたハニカム帯の
巻回とハニカムシートのレーザビームによるＶ開先の溶
接を速度１５ｍ／ｗｉｎの高速溶接が出来た。このハニ
カムを５ＵＳ３０４ステンレス製の外筒に収納し、第８
図に示すメタル担体を製造した。完成したメタル担体を
実施例１と同様に試験した。その結果、外筒とハニカム
体間、あるいはハニカム体内部で軸方向のズレ、損傷は
なく、耐久試験に合格できた。

（実施例４） ＱスイッチＣＯ２レーザを用いて、パルス縁り返し数１
２ｋＨｚで、パルスエネルギーを２０ｍＪにして、焦点
比ＩＩＩ７５Ｉｌ１ｍのシリンドリカルレンズを用いて
、１５％Ｃｒ、４．５％／ｌを含有するフェライト質ス
テンレス鋼よりなる１００μｍ厚さの箱を１２０ｍ■幅
の平箔と波箔に加工し、第１図と第７図に示す方法にて
、平箔と波箔のレーザビームによるＶ開先溶接を速度１
０ｍ／ｗｉｎ　、およびそれによってできたハニカム帯
の巻回とハニカムシートのレーザビームによる■開先の
溶接を速度１０ｍ／ｗｉｎの高速溶接が出来た。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によって得たハニカム帯又は
ハニカム体は、接合と巻回が高速で安定にオンライン生
産か可能となり極めて効率的であると共にハニカム自体
か柔軟な構造であるため、すなわち、軸方向および半径
方向の何れにおいても接合強さは十分に備えた上で熱応
力を緩和できる構造となっており、耐久性に優れ、工業
的価値の極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の平箔と波箔を接合する、Ｖ開
先内のレーザビームによる溶接状況の説明図、第５図お
よび第６図はＶ開先内にレーザビームを投入する方法の
説明図、第７図は本発明によるハニカム体を製造する方
法の説明図、第８図および第９図は本発明の詳細な説明
図、第１θ図はＱスイッチＣＯ２レーザの発振器の構成
を示す概念図、第１１図はレーザビームの波長と吸収率
との関係を示す図である。 １・・・平箔、２・・・波箔、３・・・ガイドロール、
４・・・成形ロール、５・・・スクイズロール、６・・
・スクイズキア、７．９−・・レーザビーム、８・・・
シリトリカルレンズ、ｌＯ・・・ハニカム帯、１１・・
・トライブロール、１２・・・ドライブキア、１４・・
・ポリゴンスキャナーミラ１５・・・曲面ミラー、２０
．２１−・・外筒、２２・・・出力透過鏡、２３・・・
全反射鏡、２４．２５−・・集光レンズ、２６・・・チ
ョッパー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平箔と波箔を重ね合わせて接合するハニカム帯の製
   造方法に於いて、 平箔と波箔を漸近させＶ形開先を形成し、その開口部か
   らレーザビームを投入し、平箔と波箔の接触部にて溶接
   し、ハニカム形状を形成することを特徴とするハニカム
   帯の製造方法。 ２、請求項１に記載の方法で製造したハニカム帯を巻回
   させ、巻回開始部に生じたハニカム帯間で構成した漸近
   部のＶ形開先の開口部側からレーザビームを投入しハニ
   カム帯間の溶接を行うことを特徴とするハニカム体の製
   造方法。 ３、レーザビームがＱスイッチＣＯ＿２レーザビームで
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。