(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体浸透性の複数の複数の通路を形成する、少なくとも部分的に構造物である複数のシートメタル層を含む少なくとも１つの積重ね（１，２，３）から、ハニカム本体、特定的には触媒コンバータキャリア本体を製造するための装置であって、前記装置はフォーク状の巻付け装置を有し、前記巻付け装置は中心軸（４）のまわりで回転可能であり、かつ前記各積重ね（１，２，３）を係合し、さらに前記装置はフォーマ（５）を含み、前記フォーマ（５）は前記巻付け装置を囲み、前記フォーマ（５）の内形は不変であり、製造されるハニカム本体の外形に対応し、前記フォーマ（５）の壁（１１）には、積重ねの、１つまたはそれ以上の端部のための少なくとも１つの開口（８，９，１０）が設けられ、前記開口は前記中心軸（４）に対して実質的に平行に延びることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの開口（８，９，１０）が、前記壁（１１）に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記開口（８，９，１０）が、前記フォーマ（５）の内周上に複数個等間隔で配置されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの開口（８，９，１０）の少なくとも１つの縦方向の面（１１）を特徴とし、前記少なくとも１つの縦方向の面は凸状の断面形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの開口（８，９，１０）の前記少なくとも１つの縦方向の面（１１，１２）に摺動層（１８，１９）が設けられることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記摺動層が耐摩耗性であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記摺動層がセラミック材料を含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記摺動層がプラズマ噴霧されることを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記各開口（８，９，１０）の幅（Ｂ）が、前記積重ね（１，２，３）の厚さ（Ｄ）にほぼ対応することを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記フォーマ（５）の縦方向に前記フォーマ（５）内を移動可能であるラム（１６）をさらに含むこと特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記ラム（１６）が、前記フォーマ（５）の内部断面に対応する断面を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記フォーマ（５）が、好ましくは前記フォーマ（５）のまわりに延び、かつベースプレート（１４）に解放可能に接続された外側フランジ（１３）を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記ベースプレート（１４）がアパーチャ（１５）を有し、前記アパーチャ（１５）を通って作動棒（１７）が延び、前記作動棒（１７）は前記ラム（１６）に接続されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ベースプレート（１４）が、それを通って前記ラム（１６）が通過し得るアパーチャ（１５）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記巻付け装置が少なくとも１つの巻付け棒（２４，２５，２６）を有し、前記巻付け棒がキャリア上に配置され、かつ前記積重ね（１，２，３）と係合し得ることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記巻付け棒（２４，２５，２６）が、捩じり力に適合するが可能な限り小さな断面であって、特定的には液滴または曲線状の液滴の形の断面を有することを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記巻付け棒（２４，２５，２６）が捩じり装置の両端にグリップされ得ることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記フォーマ（５）および前記捩じり装置が互いに対して回転可能であることを特徴とする、請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記フォーマ（５）が単一構造を有することを特徴とする、請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記フォーマ（５）が少なくとも２つのフォーマセグメントを含むことを特徴とする、請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記シートメタル層の２つまたはそれ以上の積重ね（１，２，３）を捩じるための前記装置であって、前記積重ねが折り線（２１，２２，２３）のまわりで折曲げられたものが、前記積重ねの数に対応する数の巻付け棒（２４，２５，２６）を前記フォーク状の巻付け装置上に有し、かつ等しい数の開口（８，９，１０）を有することを特徴とする、請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
少なくとも部分的に構造物である複数のシートメタル層から、流体浸透性の複数の通路を有するハニカム本体を製造するためのプロセスであって、
少なくとも部分的に構造物である多数のシートメタル層から少なくとも１つの積重ね（１，２，３）が積重ねられ、
前記各積重ね（１，２，３）は、製造されるハニカム本体の外形に対応するフォーマ（５）の中に導入され、
前記各積重ね（１，２，３）の少なくとも１つの端部は、少なくとも１つの開口（８，９，１０）を通って前記フォーマ（５）の外に突出し、
前記各積重ね（１，２，３）は、前記フォーマ（５）の中央領域に配置された捩じり装置によって保持され、
前記フォーマの外に突出した前記積重ね端部を中に引込むよう、前記フォーマ（５）に対して前記捩じり装置を相対的に回転することにより、前記積重ね（１，２，３）すべてが捩じられて、前記フォーマ（５）の全体を満たすハニカム本体を形成する、プロセス。
【請求項２３】
前記少なくとも部分的に構造物である多数のシートメタル層から前記少なくとも１つの積重ね（１，２，３）が積重ねられ、
前記各積重ね（１，２，３）はそれぞれの折り線（２１，２２，２３）のまわりで折曲げられ、
前記積重ね（１，２，３）は、製造されるハニカム本体の外形に対応するフォーマ（５）の中に導入され、かつ中央領域にある巻付け装置によって前記フォーマ内に保持され、好ましくは、各それぞれの折り線（２１，２２，２３）の領域にそれぞれの巻付け棒（２４，２５，２６）が置かれる、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記フォーマ（５）の中に導入される際に、前記各積重ね（１，２，３）の両端が、同じそれぞれの開口（８，９，１０）を通って外向きに突出する、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
この発明は、流体浸透性の複数の通路を形成する、少なくとも部分的に構造物である複数のメタルシートを有するハニカム本体を製造するための装置およびプロセスに関する。
特に自動車からの汚染物質の排気に関する要件がますます厳しくなるにつれて、これに対処するために触媒コンバータキャリア本体が用いられている。このような触媒コンバータキャリア本体は金属のハニカム本体にかかわり得る。このようなハニカム本体はたとえば、少なくとも部分的に構造物である複数のメタルシートを含む積重ねを備える。積重ねはそれ自身のまわりおよび中央領域のまわりに反対方向に捩じられる。このようなハニカム本体の設計は、たとえば米国特許第４  ９２３  １０９から公知である。
ＷＯ  ９０／０３２２０は、少なくとも部分的に構造物であるメタルシートから形成された、自動車用の、金属の触媒コンバータキャリア本体を開示している。この触媒コンバータキャリア本体はメタルシートの少なくとも３つの積重ねを含み、これらの少なくとも３つの積重ねはハニカム本体の中央領域にあるそれぞれに関連した折り線のまわりで折曲げられ、折曲げられた状態で互いにまわりに、かつ折り線を有する中央領域のまわりに、同じ方向に捩じられる。
このような触媒コンバータキャリア本体を製造するための装置は公知であり、この装置は、中心軸まわりで回転可能でありかつ各積重ねを係合するフォーク型の捩じり装置と、フォーマを形成するよう閉じるフォーマセグメントとを含む。閉じたフォーマの内部断面は、巻付けられた状態のハニカム本体の断面に対応する。ハニカム本体は円筒形に設計されることが最も多い。積重ねがそれらのまわりおよび中央領域のまわりに確実に捩じられるようにするために、フォーマセグメントは、フォーク型捩じり装置の回転運動時に積重ねがフォーマセグメントのエッジを圧迫し、該エッジが支持手段を形成するように、積重ねの方に移動する。製造工程が終わる頃には、フォーマは完全に閉じられ、最終的な形をハニカム本体に与える。
このような装置では、フォーマが、互いに向かってかつ互いから離れるよう移動可能である２つのフォーマセグメントを含むため、構造上の費用が比較的高い。このような製造工程時には、フォーマセグメントが、予め定められたシーケンスの運動によって確実に移動するようにすることが常に必要である。摩耗やゴミなどにより、フォーマセグメントのガイドの中に堆積物が生じ、これにより、関係した運動が妨げられ得るという問題がある。
ハニカム本体、特定的には触媒コンバータキャリア本体を製造するための公知の装置では、閉じ動作時に、積重ねのうち依然として捩じられるべき部分の移動方向とは反対の方向に少なくとも１つのフォーマセグメントが移動するおそれがある。フォーマセグメントが積重ねのその部分を押圧すると、積重ねが不所望にも変形するおそれがある。積重ねが変形すると、個々のメタルシートが部分的に曲がる。それにより、完成したハニカム本体の構造に悪影響が及ぼされる。一方ではハニカム本体の強度が損なわれ、他方では通路の断面が局部的に変形する。通路の断面が変形すると、結果として、ハニカム本体内に流れが均一に分散されることを保証することはもはや不可能となる。しかしながら、触媒コンバータキャリア本体を通る排気ガスの流れの形状は、触媒コンバータの触媒作用の観点から見ると決定的な要因である。
この基礎に基づき、この発明の課題は、製造工程の間に、積重ねまたは個々のメタルシートが変形しないような、ハニカム本体を製造するための公知の装置およびプロセスを開発することである。この発明はさらに、たとえばゴミや塵などの、環境上影響を及ぼすものによる影響を受けにくい装置を提供しようとする。
この発明によると、この問題は、請求項１に記載の特徴を有する装置と、請求項２１に記載の工程を有するプロセスとによって解決される。それぞれの従属項の主題は、装置およびプロセスを有利に開発することである。
流体浸透性の複数の通路を形成する、少なくとも部分的に構造物である複数のメタルシートを含む少なくとも１つの積重ねから、ハニカム本体であって、特定的には触媒コンバータキャリア本体を製造するための、この発明に従った装置は、フォーマを含み、このフォーマの内形は製造されるハニカム本体の外形に対応し、さらにこのフォーマは、軸まわりに回転可能でありかつ各積重ねを係合するフォーク状の巻付け装置を含む。装置は、フォーマが巻付け装置を取囲み、かつ少なくとも１つの積重ね端部のための少なくとも１つの開口がフォーマの壁に設けられ、この開口は中心軸に対して実質的に平行に延びることを特徴とする。ハニカム本体を製造するための公知の装置とは対照的に、この発明に従った装置は、互いに対して移動可能であるフォーマセグメントにかかわらない。これにより、簡単な構造を有する有効な装置を提供する。
積重ねの巻付けに関しては、それが２つの開口を通り、かつ中心から巻かれることが特に望ましい。しかしながら、各積重ねの両端の各々が、共通の開口を通るように、折曲げられた状態で１つまたはそれ以上の積重ねを挿入することもできる。積重ねはまた、捩じり装置によってその端部に係合され、マルチフライト（multi-flight）渦巻線の態様で捩じられてもよい。さらに、略星形の中心をなすよう、捩じり装置が積重ねの係合部分を互いにスクゥイージング（squeeze）することも可能である。
この発明に従った装置は、丸い断面を有するハニカム本体の製造に用いられることが好ましいであろうが、円形から大きく離れなければ、すなわち個々の辺の長さがほぼ同じであるならば、他の断面、特定的には角に丸みを付けられた多角形の断面を有するハニカム本体を製造することも可能である。
ＷＯ  ９０／０３２２０に記載されているような、たとえば３つの積重ねを含むハニカム本体を巻付けるために、フォーマは積重ねの端部のための、長方形の３つの開口を有し、これらの開口は中心軸に対して実質的に平行に延びる。個々の開口を通して個々の積重ねがフォーマの中に導入される。各積重ねの一部分がフォーマの外に延びることは明らかである。フォーク状の捩じり装置は中央領域において各積重ねを係合し、個々の積重ねを互いに対して捩じる。個々の積重ねは巻付け動作時に開口を通って摺動する。巻付け動作は、すべての積重ねがフォーマの中に引込まれるまで続く。
フォーマの内周上に互いに対して等しい距離をおいて開口が配置される装置が好ましい。この配置は、対称に巻付けまたは構成されるハニカム本体をもたらすため有利である。他の巻付け結果を達成すべき場合には、これは開口を適切に配置することにより達成することができる。
巻付け動作時に、フォーマの外に依然として突出する積重ねの部分がフォーマの中に引込まれる。各積重ねを引込む際に生ずる積重ねと開口の壁との間の摩擦を最小にするために、少なくとも１つの開口の少なくとも１つの縦方向の面が、凸状の形態の断面を有することが提案される。
この縦方向の面の形態により結果として、縦方向の面と積重ねの面との間に線接触がもたらされ、このような線接触によって開口の縦方向の面と積重ねとの間の摩擦が最小になる。
好ましい装置は、少なくとも１つの開口の少なくとも１つの縦方向の面に減摩または摺動層が設けられるものである。それにより、積重ねと縦方向の面との間の摩擦がさらに減じられる。この点で、摺動層は好ましくは、積重ねと縦方向の面または摺動層との間にごくわずかな摩耗しか起こらないよう耐摩耗性である。このためには、セラミック材料を含む摺動層が特に適する。摺動層はプラズマ噴霧プロセスによって縦方向の面に与えられ得る。各開口の内部幅は積重ねの厚さに対応する。
ハニカム本体をフォーマから取出すために、装置は、フォーマの中をフォーマの縦方向に移動可能であるラムを有する。ラムはフォーマの内部断面に対応する断面を有する。これにより、ハニカム本体がフォーマの外に均一に移動するようになる。この結果、ハニカム本体の個々のメタルシートが互いに対してずれないようになる。
好ましくは、装置は外側フランジを有するフォーマを備え、このフランジは好ましくはフォーマのまわりに延び、かつベースプレートに解放可能に接続される。ベースプレートにはアパーチャが設けられることが好ましく、このアパーチャを通って、ラムに接続された作動棒が延びる。装置の高さを最小にするために、ベースプレートには、それを通ってラムが通り得る開口が設けられることが提案される。
ハニカム本体を巻付けるために、巻付け装置は少なくとも２つの巻付け棒を有し、これらの巻付け棒はキャリア上に配置され、かつ積重ねと係合し得る。巻付け棒はラムを通って延びてもよい。捩じり動作時に生じる得る力に耐えることができるよう、巻付け棒は比較的頑丈でなければならないが、この一方で、付加的な大きな通路がハニカム本体に形成されないようできるだけ薄くなければならない。巻付け棒の安定化は、たとえば、メタルシートの挿入後、巻付け棒の自由端に、付加的なグリップ作用（gripping action）をもたらすことにより行なわれる。また、丸い断面以外の形、特定的には液滴状または曲線状の液滴の形を有する断面を持つ巻付け棒によっても安定化することができる。液滴状の形はまた、いずれの場合にも巻付け動作時に引き起こされる、巻付け棒に形成された通路の形に対応する。
フォーマは単一構造を有することが好ましい。フォーマは、たとえば鋳型成形によって製造されてもよい。さらに、少なくとも２つのフォーマセグメントからフォーマを形成することも望ましい。
少なくとも部分的に構造物である複数のシートメタル層から、流体浸透性の複数の通路を有するハニカム本体を製造するために、少なくとも部分的に構造物である多数のシートメタル層を含む少なくとも１つの積重ねが積重ねられるプロセスが提案される。各積重ねは、製造されるハニカム本体の外形に対応するフォーマの中に挿入される。各積重ねの少なくとも１つの端部は、フォーマに形成された少なくとも１つの開口を通ってフォーマの外に突出する。各積重ねは中央領域において巻付け装置によって保持され、さらに、巻付け装置およびフォーマを互いに対して回転することにより、積重ねが捩じられて、フォーマ全体を満たすハニカム本体を形成する。
この動作手順により、一連の複雑な運動がなくなる。このプロセスは簡単であり、さらなる困難を伴うことなく行なうことができる。フォーマおよび／または捩じり装置は互いに対して回転可能であるだけでよい。
さらなる有利な概念によると、少なくとも部分的に構造物である多数のシートメタル層から少なくとも２つの積重ねが積重ねられることが提案される。その後、各積重ねがそれぞれの折り線のまわりで積重ねられる。その後、製造されるハニカム本体の外形に対応するフォーマの中に積重ねが導入され、中央領域において捩じり装置によってフォーマ内に保持される。好ましくは、このために各折り線の領域に巻付け棒が設けられる。フォーマの中に積重ねが導入されると、各積重ねの両端が、同じそれぞれの開口を通って外向きに突出する。
この発明に従った装置のさらなる利点および特徴は図面に示される実施例によって説明され、図面において、
図１は、巻付けられる３つの積重ねを有する装置の概略平面図であり、
図２および３は、巻付け動作時の瞬間的な状態を示す図であり、
図４は、フォーマの中にある、完全に巻付けられたハニカム本体を示す図であり、
図５は、積重ねを有さない、図１に示された部分Ｘを拡大して詳細に示す図であり、
図６は、装置の断面図である。
装置はフォーマ５を含み、このフォーマ５の壁１１には長方形の３つの開口８、９および１０が設けられる。開口８、９および１０はフォーマ５の内周上に互いに等しい間隔をおいて設けられる。壁１１の外側において、フォーマ５は外側フランジ１３を有し、この外側フランジ１３はフォーマ５のまわりに延び、かつたとえばねじなどの接続手段（図示せず）によってベースプレート１４に解放可能に接続される。ベースプレート１４にはアパーチャ１５が設けられ、このアパーチャ１５を通ってラム１６が通過し得る。アパーチャ１５およびラム１６の断面は、フォーマ５の内部断面に対応する。
開口８、９および１０は、凸状の形の断面を有する縦方向の面１１および１２を有する。縦方向の面１１および１２の各々には、減摩または摺動層１８および１９がそれぞれ設けられ、これらはセラミック材料の摺動層にかかわる。
図の面に垂直な軸４のまわりで積重ね１、２および３を回転し得る捩じり装置は図１から６には示されていない。捩じり装置は巻付け棒２４、２５および２６を有し、これらは各積重ね１、２および３を係合し、捩じり装置の回転方向Ｓにそれらを回転する。好ましくは、巻付け棒は曲線状の液滴の形の断面を有し、この断面は付加的なスペースを必要とすることなくいかなる場合でも、捩じり動作時に巻付け棒の上に形成される通路の形状に適合し、この一方で、捩じり動作にかかわる力を十分に伝えることができる。
図１にはフォーマ５が示され、この内部には３つの積重ね１、２および３が配置される。積重ね１、２および３は、少なくとも部分的に構造物である多数のシートメタル層から積重ねられる。各積重ね１、２および３はそれぞれの折り線２１、２２および２３のまわりで折曲げられる。このようにして折曲げられた積重ね１、２および３がフォーマ５の中に導入されている。
各積重ね１、２および３は捩じり装置によって中央領域７に保持され、捩じり装置のそれぞれの巻付け棒２４、２５および２６は各折り線２１、２２および２３の領域に置かれる。各積重ね１、２および３の２つの端部は、同じ開口８、９および１０を通ってフォーマ５の外に外向きに突出する。
巻付け棒２４、２５および２６が中心軸のまわりを方向Ｓに回転すると、個々の積重ね１、２および３が同じ方向に捩じられる。巻付け動作時に、積重ね１、２および３が摺動層１８および１９に沿ってフォーマ５の内部に摺動する。図４からわかるように、十分に巻付けられたハニカム本体６は、互いにまわりおよび中央領域７のまわりに巻付けられた積重ね１、２および３を有する。
巻付けられた完成したハニカム本体６はラム１６によって固定フォーマ５から押出すことができる。ハニカム本体６をフォーマから出す際に、ハニカム本体はフォーマ５上に置かれたハウジングの中に導入することができる。巻付け動作において、巻付け装置か、フォーマか、またはそれらの両方が反対方向に回転されるかどうかは重要ではなく、互いに対して相対運動することのみが重要である。このように、円形から大きく離れない限り、ハニカム本体の断面を非円形とすることも可能である。この発明は、高い費用をかけることなく低い工作機械コストで、金属のハニカム本体を製造することに適する。
参照符号
１  積重ね
２  積重ね
３  積重ね
４  軸
５  フォーマ
６  ハニカム本体
７  中央領域
８，９，１０  開口
１１，１２  縦方向の面
１３  外側フランジ
１４  プレート
１５  アパーチャ
１６  ラム
１７  作動棒
１８  摺動層
１９  摺動層
２１，２２，２３  折り線
２４，２５，２６  巻付け棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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