(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル構造体の外周部と筒状の金属容器との間にクッション性を有する圧縮性材料を圧縮状態で配し、前記セル構造体へ前記圧縮性材料を介して圧縮面圧を付与することで、前記セル構造体を前記金属容器内に把持することにより、セル構造体を圧縮性材料を介して金属容器内に収納把持したアッセンブリを組み立てる方法において、
組み立て工程に入る前に予め前記圧縮性材料の厚み及び／又は嵩密度に関する情報をその材料表面上に表示しておき、組み立て工程において、前記情報を読み取り、その情報に基づいて、適切な把持条件となるセル構造体と金属容器と圧縮性材料を選び出すことを特徴とする組み立て方法。
【請求項２】
前記情報の表示形式が文字である請求項１記載の組み立て方法。
【請求項３】
前記情報の表示形式がバーコードである請求項１記載の組み立て方法。
【請求項４】
前記情報をインクにより表示する請求項２又は３に記載の組み立て方法。
【請求項５】
前記情報をインクにより表示する方法が、インクジェット方法又は熱転写方法である請求項４記載の組み立て方法。
【請求項６】
前記情報をレーザーにより表示する請求項２又は３に記載の組み立て方法。
【請求項７】
前記情報をスタンプで押印することにより表示する請求項２又は３に記載の組み立て方法。
【請求項８】
前記情報をラベルに印刷して前記材料表面上に貼付することにより表示する請求項２又は３に記載の組み立て方法。
【請求項９】
前記クッション性を有する圧縮性材料が、金属製ワイヤメッシュ、セラミック繊維とバーミキュライトで構成される加熱膨張性マット、セラミック繊維を主成分としバーミキュライトを含まない非加熱膨張性マットからなる群より選ばれた１種の材料又は２種以上の複合材料である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の組み立て方法。
【請求項１０】
前記金属容器内への前記セル構造体の収納、及び前記セル構造体へ前記圧縮性材料を介して圧縮面圧を付与する方法が、クラムシェル方法、押し込み方法、巻き絞め方法、スウェージング方法、及び回転鍛造方法のうちのいずれかである請求項１ないし９のいずれか１項に記載の組み立て方法。
【請求項１１】
前記セル構造体に触媒成分を担持した後に、該セル構造体を前記金属容器内に収納把持してなる請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の組み立て方法。
【請求項１２】
前記セル構造体を前記金属容器内に収納把持した後に、該セル構造体に触媒成分を担持するようにした請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の組み立て方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の組み立て方法により組み立てられたアッセンブリ。
【請求項１４】
自動車排ガス浄化用触媒コンバータとして用いられる請求項１３記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
前記セル構造体が、複数の隔壁により形成された複数のセル通路とそれを取り囲む外周壁を有するハニカム状構造体である請求項１３又は１４に記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
前記セル構造体が、フォーム状構造体である請求項１３又は１４に記載のアッセンブリ。
【請求項１７】
前記セル構造体が、コージェライト、アルミナ、ムライト、リチウム・アルミニウム・シリケート、チタン酸アルミニウム、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム及び炭化珪素からなる群より選ばれた１種のセラミック材料又は２種以上のセラミック材料の複合物からなるものである請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
【請求項１８】
前記セル構造体が、活性炭、シリカゲル及びゼオライトからなる群より選ばれた１種の吸着材料からなるものである請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
【請求項１９】
複数のセル構造体を、セル通路方向に沿って１つの金属容器内にクッション性を有する圧縮性材料を介して直列に配列した請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
【請求項２０】
１つのセル構造体を１つの金属容器内にクッション性を有する圧縮性材料を介して収納把持したアッセンブリを複数個、セル構造体のセル通路方向に沿って、１つの金属外筒内に直列に配列した請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セル構造体を圧縮性材料を介して金属容器内に収納把持したアッセンブリを組み立てる方法に関し、更に詳しくは前記アッセンブリを構成する部材の表面に固有情報を表示しておき、当該固有情報を利用して、適切な組み合わせ条件となる部材同士によるアッセンブリの組み立てを行う方法に関する。本発明は、内燃機関の排気ガス浄化用、脱臭用触媒担体又はフィルター、あるいは触媒作用を利用する化学反応機器、例えば燃料電池用改質器等に用いられる触媒用担体又はフィルターなどに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排ガス浄化や触媒作用を利用する化学反応機器のために用いられる触媒コンバータ、あるいはフィルター、熱交換器等の用途に使用されるアッセンブリとして、セル構造体と筒状の金属容器（缶体）との間に、クッション性を有する圧縮性材料を配し、セル構造体へ圧縮性材料を介して所定の圧縮面圧を付与することにより、セル構造体を金属容器内に把持収納（キャニング）したものが知られている。
【０００３】
例えば、このようなアッセンブリを自動車排ガス浄化用の触媒コンバータとして用いる場合には、セル構造体の一種であるセラミック製ハニカム状構造体に、触媒成分として白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を分散担持したものを、セラミックマット等を介して金属容器（缶体）内に収納把持して排気系に搭載する。
【０００４】
セル構造体は、前述のようにその外周面に圧縮面圧を付与されることにより金属容器内に把持されるため高い強度を持つことが好ましいが、自動車排ガス浄化用の触媒担体として用いられるハニカム状構造体などにおいては、浄化性能向上のためセル隔壁の薄壁化が進行しており、これに伴い強度レベルが低下しつつある。
【０００５】
セル構造体の強度は、「アイソスタティック破壊強度試験」で測定することができる。これは、ゴムの筒状容器にセル構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験で、コンバータの缶体にセル構造体が外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬している。アイソスタティック強度は、担体が破壊した時の加圧圧力値で示され、社団法人自動車技術会発行の自動車規格ＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７で規定されている。
【０００６】
一般的に、自動車排ガス浄化用コンバータの触媒担体として用いられるセラミック製のハニカム状構造体は、セル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以下でかつ開口率が８５％を越えると、アイソスタティック強度を１０ｋｇ／ｃｍ2以上に維持することが非常に困難となることが判ってきた。
【０００７】
キャニング設計時に設定した設計面圧よりも高い面圧が実際のキャニングで発生した場合に、セル構造体のアイソスタティック強度を越えるようであれば、その個所で構造体が破損してしまう危険がある。セル構造体のセル隔壁厚さが薄くなり、構造体強度レベルが低くなるに従い、設計面圧を下げることが必要であるが、実際のキャニング面圧の異常上昇を抑え、面圧の変動をできる限り小さくしてやることが必要になる。設計面圧と実際の面圧が等しければ狙い通りのキャニング設計が可能で理想的である。
【０００８】
更に、セル構造体の外形精度に起因して、セル構造体とそれを収容する金属容器との間のギャップが一定でないことが原因で、セル構造体の外周部に作用する圧縮圧力が均一にならず、部分的に大きな把持面圧が作用することで、セル構造体を破損する可能性がある。
【０００９】
一方で、面圧を下げ過ぎると、実使用環境下で高温排ガス流れや振動を受けることにより、金属容器内にセル構造体を把持しておくことができなくなるため、必要最低面圧が存在する。セル構造体の隔壁厚さが薄くなるに従って、セル構造体のアイソスタティック強度レベルが低下するので、セル構造体を把持する圧縮面圧も、セル構造体把持に必要な最低面圧を保持しながらできる限り低くする必要があり、圧縮面圧のレベルが低くなるに従って、面圧のバラツキも小さくする、即ちより均一な面圧分布にする必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
セル構造体を金属容器内に適切な状態で収納把持するためには、セル構造体、圧縮性材料、金属容器各部品の寸法形状のバラツキをできるだけ小さくすることが望ましい。しかしながら、前記のような触媒担体として用いられるセラミック製のハニカム状構造体は、押し出し成形後に、そのまま乾燥され、所定の長さに加工された後に、焼成された状態のままで金属容器内に収納されるので、ハニカム状構造体の外径寸法は、成形、乾燥、焼成の全ての工程における寸法変動や変形が加算された状態となり、金属加工部材などに較べて非常に大きな寸法形状のバラツキを有している。そのため、金属容器内にセラミック製ハニカム状構造体を収納する場合において、ハニカム状構造体外径寸法のバラツキの影響を如何にして小さく抑えるかが課題となっている。
【００１１】
本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、セル構造体を圧縮性材料を介して金属容器内に収納把持したアッセンブリを組み立てる際に、当該アッセンブリを構成するセル構造体等の部材の外形寸法などにバラツキがあっても、その影響を抑え、セル構造体の破損等の無い適切な把持状態が容易に得られるような組み立て方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、セル構造体の外周部と筒状の金属容器との間にクッション性を有する圧縮性材料を圧縮状態で配し、前記セル構造体へ前記圧縮性材料を介して圧縮面圧を付与することで、前記セル構造体を前記金属容器内に把持することにより、セル構造体を圧縮性材料を介して金属容器内に収納把持したアッセンブリを組み立てる方法において、組み立て工程に入る前に予め前記圧縮性材料の厚み及び／又は嵩密度に関する情報をその材料表面上に表示しておき、組み立て工程において、前記情報を読み取り、その情報に基づいて、適切な把持条件となるセル構造体と金属容器と圧縮性材料を選び出すことを特徴とする組み立て方法（第１発明）、が提供される。
【００１３】
更に、本発明によれば、前記組み立て方法により組み立てられたアッセンブリ（第２発明）、が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
前述のように、触媒コンバータ等に使用される、セル構造体を圧縮性材料を介して金属容器内に収納把持したアッセンブリは、セル構造体の外周部と筒状の金属容器との間にクッション性を有する圧縮性材料を圧縮状態で配し、セル構造体へ圧縮性材料を介して圧縮面圧を付与することで、セル構造体を金属容器内に把持することにより組み立てられる。
【００１５】
第１発明は、このようなアッセンブリの組み立て方法において、組み立て工程に入る前に予め前記圧縮性材料の厚み及び／又は嵩密度に関する情報をその材料表面上に表示しておき、組み立て工程において、前記情報を読み取り、その情報に基づいて、適切な把持条件となるセル構造体と金属容器と圧縮性材料を選び出すことを特徴とする。
【００１６】
セル構造体の面圧に影響を与える要素としては、セル構造体や金属容器の寸法の他に、両者の間に配置される圧縮性材料の厚み及び／又は嵩密度が挙げられるが、前記のように当該材料表面上に表示したそれらに関する情報から、それぞれ適切な寸法の組み合わせとなるセル構造体と金属容器と圧縮性材料を選び出すことにより、金属容器に収納把持されたセル構造体には適切な範囲で面圧が付与される。
【００１７】
第１発明において、情報の表示形式には文字やバーコードを用いることができる。情報は、インク塗布、レーザー、スタンプによる押印（スタンピング）等により表示することができる。また、情報をラベルに印刷して、そのラベルを材料表面上に貼付するようにしてもよい。インクにより情報を表する場合は、インクジェット方法又は熱転写方法を用いることが好ましい。
【００１８】
クッション性を有する圧縮性材料としては、金属製ワイヤメッシュ、セラミック繊維とバーミキュライトで構成される加熱膨張性マット、セラミック繊維を主成分としバーミキュライトを含まない非加熱膨張性マットからなる群より選ばれた１種の材料又は２種以上の複合材料が好ましい。
【００１９】
特に、セル構造体が薄壁構造である場合には、アルミナ、高アルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、チタニア等のセラミック繊維を主成分とし、バーミキュライトのような加熱性膨張材料を含まない非加熱膨張性マットを用いると、実用温度範囲内においてセル構造体外周部に作用する圧縮力が大きく変動せず、しかもセル構造体外周部全体に圧縮力が実質的に均一に作用するので好ましい。
【００２０】
金属容器内へのセル構造体の収納、及びセル構造体へ圧縮性材料を介して圧縮面圧を付与する方法としては、クラムシェル方法、押し込み方法、巻き絞め方法、スウェージング方法、及び回転鍛造方法のうちのいずれかの方法を用いることが好ましい。
【００２１】
セル構造体としては、複数の隔壁により形成された複数のセル通路を有するハニカム状構造体であって、セル隔壁厚さが０．１１ｍｍ以下、開口率が８５％以上であるものが好ましい。更に、ハニカム状構造体としては構造体の周囲にその外径輪郭を形成する外壁を有し、その外壁厚さが少なくとも０．０５ｍｍであるものが好ましい。なお、本発明において用いるセル構造体としては、前記のようなハニカム状構造体のほか、フォーム状構造体であってもよい。
【００２２】
セル構造体は、コージェライト、アルミナ、ムライト、リチウム・アルミニウム・シリケート、チタン酸アルミニウム、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム及び炭化珪素からなる群より選ばれた１種のセラミック材料又は２種以上のセラミック材料の複合物からなることが好ましい。また、活性炭、シリカゲル及びゼオライトからなる群より選ばれた１種の吸着材料からなるものも好適に使用できる。
【００２３】
なお、押出し成形により作製されるハニカム状構造体のセル形状には、三角形、四角形、六角形、丸形などがあり、一般的には、四角形状の一つである正方形のセルを持つものが多く利用されているが、最近は六角形のセルを持つハニカム状構造体も利用が進んでいる。
【００２４】
触媒コンバータとして使用する場合には、セル構造体に触媒成分を担持する必要があり、通常は、セル構造体に触媒成分を担持した後に、そのセル構造体を金属容器内に収納把持するが、セル構造体を金属容器内に収納把持した後に、そのセル構造体に触媒成分を担持するようにしてもよい。
【００２５】
第２発明は、前記第１発明に係る方法により組み立てられたアッセンブリであり、前述のように、セル構造体が適切な圧縮面圧で金属容器内に把持されているので、自動車排ガス浄化用触媒コンバータなどの用途に好適に利用できる。
【００２６】
なお、アッセンブリは、複数のセル構造体を、セル通路方向に沿って１つの金属容器内にクッション性を有する圧縮性材料を介して直列に配列した構造となっていてもよい。また、１つのセル構造体を１つの金属容器内にクッション性を有する圧縮性材料を介して収納把持したアッセンブリを複数個、セル構造体のセル通路方向に沿って、１つの金属外筒内に直列に配列して用いてもよい。ただし、本発明においては、個々のハニカム状構造体の外径寸法に応じて、金属容器寸法を変えているので、これらの金属容器を複数個つなぐ場合には、できるだけサイズの近いもの同士を繋ぐことが望ましい。
【００２７】
【実施例】
以下、セル構造体としてハニカム状構造体を用いて触媒コンバータを作製する場合を例に、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
圧縮性材料へ文字やバーコードなどの情報を表示する方法としては、インクジェット印字装置による方法とレーザー装置による方法が印字速度が速く非接触であり、多量部材を処理する上で望ましい。特にレーザーによる表示方法は、インクを必要とせず、予め前処理も不要なので、メンテナンスの観点からインクジェット方法よりも好ましい。
【００２９】
圧縮性材料の嵩密度検査は、製造工程の最後に行われるが、例えばインクジェットで情報を表示する場合は、そこで検査測定された嵩密度情報がインクジェット印字装置に直接に伝達されるようにしておく。
【００３０】
以下にインクジェットで情報を表示する場合の条件の一例を記す。また、参考として、スタンピングとラベル貼付により情報を表示する場合の条件の一例も併せて記す。
【００３１】
［インクジェットの例］
・インクジェット装置：
イマージェ社Ｓ４プラス
・インクの種類：
耐熱性インク（常温：こげ茶色、熱処理後：橙色）
・圧縮性材料：
セラミック繊維を主成分とした非加熱膨張性マット
・圧縮性材料に載せる情報の形態：
数字
・圧縮性材料に載せる情報：
圧縮性材料の嵩密度
【００３２】
［スタンピングの例］
・インク成分：
▲１▼インク顔料
酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）微粉末４０％（色は常温・熱処理後も黒色）
▲２▼合成樹脂５０％
▲３▼水１０％
・圧縮性材料：
セラミック繊維を主成分とした非加熱膨張性マット
・圧縮性材料に載せる情報の形態：
数字
・圧縮性材料に載せる情報：
圧縮性材料の嵩密度
【００３３】
［ラベル貼付の例］
・プリンター：
イマージェ社Ｓ４プラス
・インクの種類：
普通インク（黒色）
・圧縮性材料：
セラミック繊維を主成分とした非加熱膨張性マット
・圧縮性材料に載せる情報の形態：
バーコード（数字併記）
・圧縮性材料に載せる情報：
圧縮性材料の嵩密度
【００３４】
キャニング工程では、予め、ハニカム状構造体の外径寸法や圧縮性材料の厚み及び／又は嵩密度情報の載っているバーコードや数字がバーコードリーダー等で読み取られる。その読み取られた寸法情報は、金属容器の製造ラインに瞬時に伝達される。金属容器は、薄い金属板を所定寸法になるようにプレス治具を使って丸めて、繋ぎ目を溶接により接合して缶体に形成される。この缶体製造装置に前記の情報が伝達されて、その情報に基づいて缶体の寸法が決定される。このようにして、ハニカム状構造体と金属容器（缶体）の間のクリアランスが制御され、最適な組み合わせが実現される。
【００３５】
ハニカム状構造体と金属容器の間に介在する圧縮性材料の嵩密度によっても面圧が変動するので、ハニカム状構造体と金属容器間のクリアランスと圧縮性材料の嵩密度の最適な組み合わせが得られるように、ハニカム状構造体のバーコード情報に基づいて、金属容器と圧縮性材料を選定することもできる。
【００３６】
文字情報をインクジェット方法あるいはレーザーマーキング方法等により印字した場合、印字された文字情報はＣＣＤカメラで撮影され、パターンマッチング方法で認識される。この方法は予め文字を登録しておき、撮影した文字の濃淡情報から登録した文字にもっとも近いパターンを選択する方法である。本発明者らは、先のレーザーマーキング方法で表記された外径寸法と質量の数字情報についてオムロン製Ｆ３５０画像認識装置で読み取りを行い、間違いなく情報伝達ができることを確認した。
【００３７】
バーコードリーダーの読み取り原理は、レーザー光をバーコードラベル上に照射して、その乱反射光をバーコードリーダーの受光部で受光する。その乱反射光はスペースとバーの反射率の差により強弱が発生するので、これをＯＮ／ＯＦＦのデジタル信号に変換することで、スペースとバーを判別して読み取っている。したがって、バーコードでも乱反射光の強弱の差（ＰＣＳ）が小さくなってしまう場合には、バーコードリーダーでの読み取りが困難となるので、前述の画像認識処理方法が有効となる。
【００３８】
一般的なキャニングの方法としては、クラムシェル方法、押し込み方法、あるいは巻き絞め方法のうちのいずれかの方法が用いられる。また、この他に、金属塑性加工技術を応用し、金属容器の外径寸法を外部からタップ（加圧型）を介して圧縮圧力を加えることにより絞る方法（スウェージング方法）も行われている。
【００３９】
更には、金属容器を回転させながら、その外周面を加工治具を用いて塑性加工により絞り込む方法（いわゆる回転鍛造方法）で、金属容器の外径を絞り、面圧を付与することも可能である。この方法を利用すれば、最近行われている缶体の両端をスピニング加工により絞り込んでコーン形状にすることとの組み合わせで、一貫した加工ラインでキャニングからコーン形成までが可能となる。
【００４０】
前記クラムシェル方法、押し込み方法、巻き絞め方法は、それぞれ、予めハニカム状構造体に圧縮弾性把持材（圧縮性材料）を巻いておくもので、クラムシェル方法は、それを２分割された金属容器で負荷を与えながら挟み込み、それらの合わせ面（つば）の個所を溶接することで一体化容器とする。押し込み方法は、ガイドを利用して一体金属容器内に圧入する。巻き絞め方法は、金属容器となる金属板を巻き付けて引っ張ることで面圧を付与し、金属板の合わせ部を溶接して固定する。
【００４１】
クラムシェル方法によれば、上下面から金属容器で押え込む際にマット（圧縮性材料）のズレが起こり、押し込み方法では、金属容器に挿入する際に挿入側でマットのズレが起こる。このため、ズレた部位が広範囲に及ぶと全体的にも面圧が高くなってしまう。
【００４２】
面圧を付与するのに適した方法は、できる限りマットと金属容器との相対的な位置のズレを起こさないで、金属容器内においてハニカム状構造体に面圧を付与して把持することである。この観点から、巻き絞め方法、スウェージング方法、及び回転鍛造方法は、面圧を付与する前に、予め缶体が圧縮性材料で包まれたセル構造体を取り囲んだ状態となっているので、缶体と圧縮性材料との相対的な位置のズレが小さく、望ましいものである。なお、押し込み方法は、ハニカム状構造体を缶体内に配置する方法としてのみ利用し、面圧を付与する手段にはスウェージング方法あるいは回転鍛造方法を用いることも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セル構造体を圧縮性材料を介して金属容器内に収納把持したアッセンブリを組み立てる際に、当該アッセンブリを構成するセル構造体等の部材の外形寸法などにバラツキがあっても、その影響を抑え、セル構造体の破損等の無い適切な把持状態が容易に得られる。