JPH0471581B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 少なくとも部分的に成形され外被１；３０；
４１；５１；６１；７１；８１；９１中に配置さ
れた複数の金属板３，４から成り複数の流体貫流
溝を備えたハニカム体、特に触媒担体において、
ハニカム体が金属板３，４の少なくとも三つの積
層体８ａ，８ｂ，８ｃ…を備え、その際これらの
積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…のうち少なくとも三つ
がそれぞれ従属する折り曲げ線２ａ，ｂ，ｃ；３
２ａ，ｂ，ｃ；４２ａ，ｂ，ｃ；５２ａ，ｂ，
ｃ，ｄ；６２ａ，ｂ，ｃ，ｄ；７２ａ，ｂ，ｃ，
ｄ；８２ａ，ｂ，ｃ；９２ａ，ｂ，ｃ，ｄを中心
としてハニカム体の中心領域５内で折り畳まれ、
折り畳まれた状態で同方向に相互にかつ折り曲げ
線２ａ，ｂ，ｃ；３２ａ，ｂ，ｃ；４２ａ，ｂ，
ｃ，ｄ；５２ａ，ｂ，ｃ，ｄ；６２ａ，ｂ，ｃ，
ｄ；７２ａ，ｂ，ｃ，ｄ；８２ａ，ｂ，ｃ；９２
ａ，ｂ，ｃ，ｄを含む中心領域５の周囲で絡み合
わせられていることを特徴とするハニカム体。

２ ハニカム体が折り畳まれ絡み合わせられた四
つ以上の積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…を備えること
を特徴とする請求項１記載のハニカム体。

３ 折り畳まれた積層体に加えて、ハニカム体の
中心領域を通つて延び折り畳まれていない一つの
金属板積層体９３が設けられ、折り畳まれた積層
体と共に絡み合わせられていることを特徴とする
請求項１記載のハニカム体。

４ 各積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…が交互に配置さ
れたほぼ平らな板３と波打つた板４とから成るこ
とを特徴とする請求項１ないし３の一つに記載の
ハニカム体。

５ 板３，４が相互に及び／又は外被１；３１；
４１；５１；６１；７１；８１；９１と少なくと
も接触線の一部で、接合技術的に望ましくは硬ろ
う付けにより結合されていることを特徴とする請
求項１ないし４の一つに記載のハニカム体。

６ 板の接触線がすべて又は部分的にハニカム体
の一方又は両方の端面で、数ミリメートルの深さ
までろう付けされていることを特徴とする請求項
１ないし５の一つに記載のハニカム体。

７ 外被３１が断面でほぼ正多角形望ましくは六
角形の形を有することを特徴とする請求項１ない
し６の一つに記載のハニカム体。

８ すべての板がほぼ同じ長さで、しかしながら
少なくとも部分的にその中心から異なる距離を置
いて折り畳まれていることを特徴とする請求項１
ないし７の一つに記載のハニカム体。

９ 外被４１；５１が不規則な断面を有し、かつ
板積層体が少なくとも部分的に異なる高さを有
し、及び／又は少なくとも部分的に長さの異なる
板を含むことを特徴とする請求項１ないし６の一
つに記載のハニカム体。

１０ 外被１；３１；４１；５１；６１；７１；
８１；９１が0.1〜1.5mm望ましくは約１mm厚の金
属板から成ることを特徴とする請求項１ないし６
の一つに記載のハニカム体。

１１ 板層３，４のうちの二、三が残りの板層よ
り厚いか、又は相隣接して並び同様に成形された
複数の板から成ることを特徴とする請求項１ない
し１０の一つに記載のハニカム体。

１２ 少なくとも部分的に成形された複数の金属
板から成り多数の流体貫流溝を備えたハニカム体
の製造方法において、 (a) それぞれ少なくとも部分的に成形された複数
の板３，４から成る複数の積層体８ａ，８ｂ，
８ｃ…が積み重ねられ、 (b) それぞれの積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…がそれ
ぞれの折り曲げ線２ａ，２ｂ，２ｃ…を中心と
して折り畳まれ、同時に又は続いて折り畳み縁
９ａ，９ｂ，９ｃ…を中心領域５に向けて押し
込まれ、 (c) 折り畳まれた積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…の端
部が、例えば中心領域５の回転と積層体８ａ，
８ｂ，８ｃ…を囲む成形型の収縮とにより、同
方向に相互に絡み合わせられ、 (d) 絡み合わせられた積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…
があらかじめ仕上げられた外被１中へ押し込ま
れるか又は外被により囲まれる ことを特徴とするハニカム体の製造方法。

１３ 積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…が異なる高さ及
び／又は異なる長さの板３，４を有することを特
徴とする請求項１２記載の方法。

１４ 相応の長さの板が横にずらして積み重ねら
れることにより、積層体８ａ，８ｂ，８ｃ…が折
り畳む前に少なくとも部分的に平行四辺形又は台
形又は不規則な断面を有することを特徴とする請
求項１２又は１３記載の方法。

明細書 この発明は、少なくとも部分的に成形された金
属板から構成され多数の流体貫流溝を有するハニ
カム体、特に触媒担体に関する。

欧州特許出願公開第0245736号公報から、個々
の金属板層が外側領域でインボリユート形に延
び、このことが熱的交番負荷及びその他の応力の
場合に耐久性に関する大きい長所をもたらすよう
な、ハニカム体が知られている。欧州特許出願公
開第0245737号公報から更に逆方向に絡み合つた
金属板の積層体から成り、同様に熱的交番負荷に
対し大きい耐久性を有する形を成すような、ハニ
カム体が知られている。この形は確かに容易に製
造することができるが、構造上全く対称ではな
く、個々の加工段階及び後処理の際にこのことを
考慮しなければならず、特殊断面形及び不規則な
断面形の融通性に富みかつ経済的な加工に対して
あらゆる場合に適しているわけではない。

欧州特許出願公開第0245736号公報に記載の形
は確かに外側領域で対称であるが、中心領域の形
状及び加工は比較的厄介である。

この発明の課題は、規則正しい断面形の場合に
ほぼ対称に構成され、しかし容易に製造でき、そ
の際同時に熱的交番負荷及びその他の応力に対し
優れた特性が維持されている。ハニカム体を提供
することにある。更にハニカム体の原理的な構成
により、特殊断面特に不規則な断面形を備えたハ
ニカム体の経済的な製造をも可能にしようとする
ものである。

この課題は請求項１に記載のハニカム体により
解決される。多数の流体貫流溝を備え特に触媒担
体として又は流体中での他の用途のために適した
このハニカム体は、少なくとも部分的に成形され
外被内に配置された複数の金属板から成る。この
発明に対しては、流体に適した流路が生じている
限り個々の板がどんな形状を有するかは問題でな
い。一般にこの種のハニカム体に対して交互に積
層された平板及び波板が用いられるが、しかしこ
の発明は別の形に成形された板にも同様に適用で
きかつこれらの用途にまで及ぶ。特に例えば従来
の技術から知られているような斜めに又は矢形に
波打つた板にも適用できる。流れ方向に対し直角
又は斜めに置かれた板の形状又はスリツトないし
孔を備える板にも適用できる。どんな場合にもこ
の発明に基づくハニカム体は板の少なくとも三つ
の積層体から成り、これらの積層体のうち少なく
とも三つがハニカム体の中心領域で各一つの折り
曲げ線を中心として折り畳まれ、折り畳まれた状
態では同方向により、合わせるように折り曲げ線
を有する中心領域の周囲で絡み合わせられてい
る。この種の構造により従来公知のハニカム体で
生じるようなほぼすべての欠点が防止され、多く
の長所が統合される。例えば円又は正多角形の規
則的な断面に対して非常に対称な構造を実現する
ことができ、積層体の数を適当に選択した場合
に、すべて金属板が同一の長さを有しすべての積
層体が同一数の板から成るようにすることもでき
る。このことは加工工程を簡単にかつ経済的に
し、更に特に外被に生じるおそれのある変形に関
連する加工公差を小さくする。その際この発明に
よる構造は、ハニカム体の特性を改善する公知の
有利な処置の適用を制限せず、この処置を部分的
に有利にさえする。硬ろう付け、溶接、焼結など
のすべての公知の接合技術はこの発明に基づく構
造の場合にも用いることができる。板相互の及
び／又は外被との形状的結合もまた可能である。
有意義な場合には、この種のハニカム体の中心領
域を押し出していわゆるテレスコープ状成形を行
うことにより、長手方向断面でほぼ円錐形のまた
は円形頂部円錐形の端面を有する形をも実現する
ことができる。総括するにこの発明は、製造にお
ける変更可能性に関して及び熱的交番負荷に際し
ての特性に関して、欧州特許出願公開第0245737
号及び同第0245738号公報に記載の実施例の長所
を主な点で統合する。

折り畳まれ絡み合わせられた四つ以上の積層体
を用いる場合には非常に複雑な断面を良好に充填
することもできるが、これについては図面により
後述する。

ハニカム体の基本的な構造及びその特性は、ハ
ニカム体の中心領域を通つて延びる一つの積層体
が折り畳まれておらず、しかしその端部が折り畳
まれた積層体と一緒に絡み合わせられているとき
にも維持される。そのときこの一つの積層体がほ
ぼＳ字形を取り、この膨らみの中に残りの積層体
の折り曲げ線が置かれる。

最も簡単な場合にはこの発明に基づくハニカム
体は平板及び波板の交互の層から成ることがで
き、その際これらの板は相互に及び／又は外被と
少なくとも接触線の一部で接合的技術的に、望ま
しくは硬ろう付けにより結合することができる。
外被に板の端部を固定すれば多くの用途に対して
十分である。しかしながらハニカム体は狭い周縁
域又は個々の領域又は一方ないし両方の端面全体
で、数ミリメートルの深さまでろう付けすること
もできる。

図面により後述するようにこの発明により、成
形された板を用いて規則的な断面を充填すること
が特に容易に可能である。多くの規則的な断面例
えば六角形は、驚くべきことに同じ長さの板の同
じ高さの積層体により充填することができ、これ
により製造が非常に簡単となる。この場合に板の
長さとは、成形された板における当初の長さでは
なく成形加工後の長さである。同じ長さの積層体
から規則的な形を製造する場合に、積層体は特に
常にすべて中央で折り畳むことができるとは限ら
ない。各積層体中での個々の板の横方向移動が必
要となることもあり、それにより積層体は折り畳
む前にほぼ平行四辺形の断面を有する。

図面により後述するような特に不規則な断面形
も、ハニカム体のこの発明に基づく構造により実
現することができる。各積層体の高さばかりでな
く各積層体中のそれぞれの板の長さは基本的に自
由に選択可能であり、かつ種々の長さの板を種々
に横方向にずらして積層体中に配置することもで
きるので、この発明に基づく構造は非常に異なる
断面形を一様に充填するための非常に大きい変化
の幅を提供する。ほとんどすべての所望の断面形
に対して、場合によつてはコンピユータを利用し
て専門家による検討のもとに、折り曲げ線を備え
た積層体の適当な配置を発見することができる。

この発明に基づくハニカム体の別の長所は、少
なくとも円形断面の場合に外被が全周上で均一な
負荷を受けるので、外被が変形に対する固有の安
定性を有する必要がないということにある。従つ
てこの場合には外被を例えば0.1〜1.5mm、望まし
くは約１mm以下の厚さを有する非常に薄い金属板
から製造することが可能である。

有利であることが知られた処置、すなわち単一
の厚めの板層を残りの板の間に配置することも問
題なく実現することができる。その際それ自体知
られた方法でこの板層のために、厚めの板か又は
同様に成形された薄い板の多数層の配置を用いる
ことができる。その際この種の厚めの板層は基本
的に、個々の積層体の中央ばかりでなく上面又は
下面にも配置することができる。また積層体の外
面は、どの組み合わせが加工の際に又はでき上が
るハニカム体にとつて一層有利であると判明する
かに応じて、それぞれ平板又は成形板から成るよ
うにすることができる。相応のハニカム体の中で
は常に交互に平板と波板とが重なりあつて設けら
れ、それによりハニカム体の外側領域では個々の
積層体の間の境界を識別できないように努めるの
が有利である。しかしながら例えば0.03〜0.06mm
のように板層の厚さが小さいために、例えば二つ
の平板層が二つの積層体の境界で重なり合うこと
は不利益にはならない。しかしながら理想的な場
合には、ハニカム体の外側領域では一つの積層体
に対する板層の従属性を識別できず、従つて従属
性はこの板層が折り畳まれるときの中心となる折
り曲げ線によつてだけ確定することができる。

請求項１２にはこの種のハニカム体の製造方法
が記載されている。それによればそれぞれ少なく
とも部分的に成形された複数の金属板から成る複
数の積層体が積み重ねられ、各積層体が折り曲げ
線を中心として折り畳まれ、かつ同時に又は続い
てその折り畳み縁を中心領域の方へ押し込まれ
る。折り畳まれた積層体の端部は同方向に相互に
絡み合わせられ、このことは例えば中心領域の回
転と積層体を囲む成形型の収縮とにより行うこと
ができる。最後にそのように絡み合わせられた積
層体が、あらかじめ仕上げられた外被の中へ押し
込まれるか又は外被により囲まれる。

関連する請求項１３，１４によれば、異なる高
さ及び／又は異なる長さの板を有する積層体を用
いることが可能であり、その際補助的に積層体中
の板を横方向に相互にずらすこともできる。

前記の製造方法の場合には、加工速度を高める
ために三つ以上の積層体を同時に異なる積層装置
により製造し、そして中心領域へ向けて集めるこ
とができるので有利である。それによりただ一つ
の積層体からハニカム体を製造するのに比べて、
製造時間を短縮することができる。

この発明の複数の実施例及び従属する加工プロ
セスがそれぞれ断面図で図面に示され、 図１は、この発明に基づくハニカム体の断面
を、 図２は、製造方法の説明を、 図３は、六角形断面を有するこの発明に基づく
ハニカム体を、 図４及び図５は、不規則な断面を有するハニカ
ム体を、 図７及び図８は、正方形又は三角形を膨らませ
ることにより生じるような、規則的な断面を有す
るハニカム体を、 図９は、図８と同様な断面を有し、しかしなが
ら折り畳まれていない補助的な積層体を用いて充
填されるハニカム体を示す。

図１は、平らな金属板３と波打つた金属板４と
から構成され外被１の中に配置されたハニカム体
の断面を示す。ハニカム体の外側領域では個々の
板層がほぼインボリユート形に延び、一方ハニカ
ム体内部には折り曲げ線２ａ，２ｂ，２ｃがこの
実施例では三つに存在する。これらの折り曲げ線
２ａ，２ｂ，２ｃを中心としてハニカム体中に含
まれる板層のそれぞれ３分の１の部分が折り畳ま
れ、そして外側領域ではこの折り畳まれた状態で
相互に同方向に絡み合わせられている。

この発明に基づくハニカム体の形成過程が図２
に示されている。ここでは三つしか示されていな
いが、複数の板積層体８ａ，８ｂ，８ｃがそれぞ
れ折り曲げ線２ａ，２ｂ，２ｃを中心として折り
畳まれる。続いて又は望ましくは同時に、生じた
折り畳み縁９ａ，９ｂ，９ｃが共通な中心領域５
に向かつて矢印６により示すように押し込まれ
る。終端位置では中心領域５において個々の板積
層体８ａ，８ｂ，８ｃがぶつかり合う。そして矢
印７により示すように、折り畳まれた積層体８
ａ，８ｂ，８ｃの端部が同方向に相互に絡み合わ
せられる。このことは例えばフオーク状の装置に
よる中心領域の回転と周囲を囲む型の収縮とによ
り、及び／又は中心領域の固定と周囲を囲んで収
縮する型の回転とにより行うことができる。他の
可能性も考えられる。特に折り曲げ線２ａ，２
ｂ，２ｃをフオーク状の工具により形成し、そし
てこの工具が回転により積層体の絡み合わせを実
施するようにすることができる。

図３は、正六角形を板積層体により有利に充填
することができる方法を示す。外被３１内部には
折り曲げ線３２ａ，３２ｂ，３２ｃを中心として
折り畳まれた三つの積層体が配置されている。正
多角形の充填のために用いられる積層体の数は、
辺数に等しいか又は辺数の半分とするのが有利で
ある。それにより同じ長さの板を有する同じ高さ
の積層体から成る構造が得られる。原理的には辺
に関して折れ曲げ線の位置を変更することがで
き、その際偶数辺の多角形の場合に折り曲げ線を
外被の向かい合う稜の結合面上に配置するのが有
利であることが判明している。

図４は、かたつむりの殻の形を想起させるハニ
カム体の不規則な断面形を示す。この場合には三
つの積層体のうちの一つ、すなわち折り曲げ線４
２ａを中心として畳まれた積層体が、折り曲げ線
４２ｂ，４２ｃを中心として折り畳まれた他の両
積層体より小さい高さを有するときに、外被４１
を特に有利に充填することができる。その際三つ
の折り曲げ線４２ａ，４２ｂ，４２ｃはほぼ一平
面上にある。

図５は、外被５１の更に不規則な断面形及びこ
の形を四つの積層体により充填する可能性を示
す。折り曲げ線５２ａ，ｂ，ｃ，ｄはハニカム体
の中心領域に不規則に配置され、その際この配置
を計算又は体系的な研究により最適化することが
できる。その際図面中に残つている小さい空〓は
実際の製造の際にほぼ完全に消滅させることがで
きる。なぜならば板積層体及び板層はこの種の空
〓を変形により充填する傾向があるからである。

図６は、丸い外被６１の非常に対称的な配置を
示し、この外被は折り曲げ線６２ａ，ｂ，ｃ，ｄ
を中心として折り畳まれた四つの板積層体により
充填されている。

図７は、膨らんだ正方形の形の外被筒７１を示
し、この外被筒は同様に問題なく折り曲げ線７２
ａ，ｂ，ｃ，ｄを中心として折り畳まれた四つの
板積層体により充填することができる。

図８は、膨らんだ三角形の形を有する外被８１
を示し、この外被は折り曲げ線８２ａ，ｂ，ｃを
中心として折り畳まれた三つの板積層体により充
填されている。この場合には折り曲げ線８２ａ，
ｂ，ｃがそれぞれハニカム体の中心線に関してハ
ニカム体の各稜の反対側に置かれている。この配
置は一般に奇数辺の正多角形及びこの多角形から
膨張により生じる断面形に適している。

図９は、折り畳まれていない積層体９８をこの
発明に基づき構成されたハニカム体に組み込むこ
とができる方法の例を示す。この場合には外被９
１が図８と同じ形を有するが、しかしながら折り
曲げ線９２ａ，ｂ，ｃ，ｄを中心として折り畳ま
れた四つの積層体、及び折り畳まれていない一つ
の積層体９８による充填される。折り畳まれてい
ない積層体９８はこの種の配置では、既に中心領
域で折り畳み縁により相互に突き合わせられた二
つの折り畳み積層体により置き替えられることは
明らかである。しかしながら本来５個以上の積層
体から製造すべきハニカム体において、常に二つ
の折り畳まれた積層体を厚さが２倍で折り畳まれ
ていない一つの積層体により置き替えることがで
きる。このことは構造上の原理的な長所に変化が
なく製造技術上の問題だけである。

この発明は自動車における熱的に高負荷を受け
る触媒担体に特に適しているが、この適用分野に
限られるわけではない。なぜならばこの種のハニ
カム体は他の分野例えば流体の処理にも適用でき
るからである。