JPH09117672A - 金属ハニカム体の巻き取り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属平箔と金属波箔を重ねて巻き
取り金属ハニカム体を製造するに際して、小径領域での
巻き締まりを防止して、寸法精度が高く品質の安定なハ
ニカム体が得られる金属ハニカム体の巻き取り方法を提
供するものである。 【解決手段】 巻取軸と、一対のサイドクランプによ
り、金属平箔と金属波箔を重ねて巻き取り金属ハニカム
体を製造するに際して、巻き締まりが最も生じやすい小
径領域では低張力で巻き取り、その巻き取り外周面にお
いて、周方向３６０度の範囲内で金属波箔の内側と金属
平箔の外側および金属平箔の内側と金属波箔の外側をそ
れぞれ一点以上スポット溶接して金属波箔と金属平箔を
固定し、この固定後、両端面を一対のサイドクランプで
加圧支持し小径領域の張力より大きな張力にして巻き取
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、特に２０〜４０μ
ｍレベルの厚みの金属箔による平箔と波箔をハニカム状
に巻き取る方法に関し、より具体的には、平箔と波箔を
巻き取る際に、巻芯部における巻き締まりを防止できる
金属ハニカム体の巻き取り方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、近年、自動車等内燃機関の排気
通路に浄化触媒を配し、排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等
の有害成分を浄化する触媒装置が知られている。この種
の触媒装置においては、触媒担体として金属ハニカム体
が用いられている。

【０００３】この金属ハニカム体は、例えば図３に示す
ように、金属箔の平箔１と波箔２を重ねて渦巻状に巻き
取って、図４に示すように円筒状に形成され、その軸方
向に無数の貫通孔４ｏが形成されたものであり、一般に
は、ケーシング３に挿入されて用いられる。

【０００４】この金属ハニカム体４を製造する場合の金
属箔からなる平箔１と波箔２の巻き取り方法として、特
開平４−３７１２３４号公報記載の発明がある。この発
明においては、金属箔の平箔１と波箔２を重ね合わせて
巻き取って金属ハニカム体４を得るための巻取装置は概
ね図５に示すように構成されている。

【０００５】図５において、５は駆動装置（図示省略）
により回転する巻取軸で、この巻取軸には一対のサイド
クランプ６ａ、６ｂが間隔調整可能に装着されており、
この一対のサイドクランプ６ａ、６ｂ間で巻取軸５に重
ねて巻き取られる金属平箔１と金属波箔２の両端面を加
圧支持できるようになっている。

【０００６】この巻取装置の巻取軸５は、図６に示すよ
うに金属平箔１と金属波箔２の先端を挿通・係止するス
リット溝５ｏを有しており、この巻取軸５の外方には３
本の圧着ロール７ａ、７ｂ、７ｃが巻取軸５と平行状態
で駆動装置８により巻取軸に対して進退自在に配置され
ており、巻き芯部（２〜３回巻きして形成）する際に、
巻取軸５の剛性を補助し巻取り形状を整えることができ
るようになっている。

【０００７】この巻取装置においては、箔供給装置（図
示省略）から搬入された金属平箔１と金属波箔２の先端
を重ねて巻取軸５のスリット溝５ｏに挿通・係止し、巻
取軸の回転に３本の圧着ロール７ａ、７ｂ、７ｃを協同
させて巻取りを始め、２〜３巻して巻き芯部を形成した
後、３本の圧着ロールを退避させて、一対のサイドクラ
ンプ６ａ、６ｂの中心部の加圧支持面で金属平箔１と金
属波箔２の端面を加圧支持して整端し、引き続き、サイ
ドクランプの中心部で加圧支持しながら巻き取って、金
属ハニカム体４を製造することができる。

【０００８】このような巻取装置を用いれば、従来レベ
ルの厚み（５０〜１００μｍ）の金属平箔１と金属波箔
２を重ね合わせてハニカム状に巻き取る場合に、自動で
所定の巻取外周長寸法で品質の安定な金属ハニカム体を
得ることができるとともに、巻取作業を高能率化するこ
とができる。

【０００９】しかし、近年になって触媒装置の触媒担体
として用いる金属ハニカム体に対しては、触媒効率を高
めるためハニカム体を形成する金属平箔、金属波箔にな
る金属箔の厚みをさらに薄厚化（３０〜４０μｍ）する
要請が高まってきており、平箔、波箔の剛性はさらに小
さくなる。

【００１０】また、金属平箔と金属波箔を拡散接合で接
合する場合には、接合部の接触面圧を高くする必要があ
り、そのためにハニカム体を巻き取る際、巻取張力を大
きくする必要があることから、ハニカム体を形成するた
めの巻取りに際しては、形状不良、破断等の発生の懸念
がさらに大きくなってきており、この発明がこのような
不都合現象を生じない巻取方法として、全く不安のない
ものであるとは言い難い。

【００１１】すなわち、この発明においては金属平箔と
波箔を重ねて巻取るに際して、巻取軸により、巻取径１
０〜３０mmまで巻取った後その両端を、一対のサイドク
ランプの中心部に形成した加圧圧支持面で加圧支持し
て、巻き取るようにしており、箔が厚くて剛性の比較的
大きい場合には、加圧支持力を大きくして巻き締まりを
抑制できるが、箔が薄く剛性が小さい場合には、加圧支
持力を大きくできないため、巻取の進行に伴い巻き取り
抵抗が大きくなると、巻き芯部およびその近傍部におい
て巻き締まり現象を生じることは避けられない。そのた
め、箔破断や箔形状の変形等によるハニカム体の寸法、
形状不良等の不都合現象を生じ、品質の良好なハニカム
体を安定して製造することが難しいという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に２０〜
４０μｍレベルの厚みの金属箔による平箔と波箔を重ね
て巻き取り金属ハニカム体を製造するに際して、小径領
域での巻き締まりを防止して、寸法精度が高く品質の安
定なハニカム体が得られる金属ハニカム体の巻き取り方
法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、巻取軸と、一
対のサイドクランプにより、金属平箔と金属波箔を重ね
て巻き取り金属ハニカム体を製造するに際して、巻き締
まりが最も生じやすい巻取径が５〜５０mmの小径領域で
は低張力０．１〜０．５kgf/mm² で巻き取り、その巻き
取り外周面において、周方向３６０度の範囲内で金属波
箔の内側と金属平箔の外側および金属平箔の内側と金属
波箔の外側をそれぞれ一点以上スポット溶接して金属波
箔と金属平箔を固定し、この固定後、両端面を一対のサ
イドクランプで加圧支持し小径領域の張力より大きな張
力０．６〜５kgf/mm² ）にして巻き取ることを特徴とす
る金属ハニカム体の巻き取り方法である。

【００１４】本発明者等は、径が５０〜１５０mmのハニ
カム体を製造する場合の巻き締まり現象は、巻取軸と一
対のクランプ体による加圧支持力を大きくできない２０
〜４０μｍの薄箔による金属平箔と金属波箔を重ねて巻
き取る過程の５〜５０mmの小径領域で最も生じやすいと
いう知見を得て、少なくとも、この小径領域での巻き締
まり現象の発生を抑制する方法を検討し、本発明が有効
であるとの結論に達した。

【００１５】本発明においては、薄箔の金属平箔と金属
波箔を重ねて巻き取り金属ハニカム体を製造する場合に
おいて、少なくとも巻き締まりを生じやすい巻取径が５
〜５０mmの小径領域までは低張力０．１〜０．５kgf/mm
² にして巻き取り、ここで外周面をスポット溶接して金
属波箔と金属平箔を固定してから、ハニカム体の端面を
一対のサイドクランプで加圧支持し張力を０．６〜５kg
f/mm² に上げて巻き取る。ここで、張力を上げないと十
分な巻取り密度が得られない。

【００１６】こうすることによって、加圧支持力を十分
確保しながら巻き締まりの発生を抑制し、金属平箔、金
属波箔の破断、形状不良の発生を防止して、得られる金
属ハニカム体の寸法精度、形状特性、構造特性を安定確
保し品質を安定させることができる。

【００１７】本発明におけるスポット溶接は、各層形成
の都度、あるいは所定の巻き数に達したときに行っても
よいが、その効果と効率性を考慮すると、巻き締まりを
生じやすい巻取径が２５〜４０mmの小径領域の巻取を経
過した時点において行えば十分である。

【００１８】ただし、ハニカム体の径が１００mm以上の
場合には、中間領域での巻き締まり現象の発生も懸念さ
れるので、このような懸念がある場合には、中間領域で
も同様にしてスポット溶接して、この中間領域でも金属
波箔と金属平箔とを固定し、ハニカム体の端面を一対の
サイドクランプで加圧支持し張力を上げて巻き取ること
も考慮する。

【００１９】このスポット溶接は、小径領域の径を固定
するために行うものであるから、金属平箔と金属波箔を
固定できればよいが、一点では巻き締まりを十分に防止
することはできないし、また、応力が集中してスポット
溶接部が破損する懸念もある。また、余り多点にした場
合には、スポット溶接の作業、コスト負担が大きくな
る。

【００２０】このような懸念を解消するためには、軸方
向２〜４点、周方向には、３６０度の範囲内（好ましく
は半山間隔で２点）で金属波箔の内側と金属平箔の外側
および金属平箔の内側と金属波箔の外側をそれぞれ１点
以上、好ましくは２〜４点バランスよく配置にすること
が望ましい。

【００２１】なお、本発明においては、スポット溶接し
て金属波箔と金属平箔を固定した後は、端面を一対のク
ランプ体で加圧支持し小径領域の張力より大きな張力
（０．６〜５kgf/mm² ）にして巻き取るが、これは、一
対のサイドクランプによりハニカム体の両端面に対する
加圧支持力を十分に確保すると同時に、加圧支持力分布
を均一分散して巻取り力を安定確保してハニカム体の寸
法精度、形状特性を確保するためである。

【００２２】また、スポット溶接は、波箔の谷部と平箔
の接触部、平箔と波箔の山部との接触部において行われ
るので、この接触部にスポット溶接装置のトーチの先端
を位置合わせする必要があるため、このスポット溶接を
自動化するためには、巻数測定手段、前記接触部を検知
する手段、この検知手段からの情報に基づき前記接触部
にトーチを移動（進退、旋回）する手段を組み合わせた
自動スポット溶接装置を配置することが必要である。し
かし、スポット溶接位置は多少ずれても影響はないの
で、ある程度、スポット溶接の作業性の低下を許容でき
る場合には、目視により位置を決め、スポット溶接を手
動操作で行っても、本発明の目的を達成することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図２により実施例
に基づきに概念的に説明する。この例では、金属平箔と
金属波箔を重ねて巻取り、金属ハニカム体を製造する場
合に本発明を適用した場合のものであり、ここでは、金
属波箔は巻取装置の一方の側から上側に供給され、金属
平箔は、金属波箔とは反対側から下側に供給されるよう
になっている。

【００２４】図１は、金属平箔と金属波箔を重ねて巻取
り、所定の巻取径になったところで、その巻き取り外周
面に対して、上下一対の溶接装置を配置させてスポット
溶接して、金属波箔の内側と金属平箔の外側および金属
平箔の内側と金属波箔の外側をスポット溶接して金属波
箔と金属平箔を固定する状態を示したものである。

【００２５】図１において、９ａは巻取装置で巻取過程
の金属ハニカム体４ａの上方に配設された溶接装置の溶
接トーチで、図示していない駆動装置と昇降装置でその
先端位置を巻取装置で巻取過程の金属ハニカム体４ａの
外周面に対して、位置を調整可能である。

【００２６】また、９ｂは巻取装置で巻取過程の金属ハ
ニカム体４ａの下方に配設された溶接装置の溶接トーチ
で、図示していない駆動装置と昇降装置でその先端位置
を巻取装置で巻取過程の金属ハニカム体４ａの外周面に
対して、位置を調整可能である。

【００２７】この上下一対の溶接装置の溶接トーチ９
ａ、９ｂによるスポット溶接について、図１、図２に基
づいて簡単に説明する。ここでは、溶接トーチ９ａの先
端は、平箔１の外面と波箔２との接触開始部において波
箔２の谷部内に位置させ、溶接トーチ９ｂの先端は、溶
接トーチ９ａの先端位置からハニカム体の周方向にほぼ
１８０度離れた位置で波箔２の外面（山）と平箔１の内
面との接触開始部において平箔１の内面と波箔２の接触
点に位置させている。

【００２８】この例では、溶接トーチ９ａ、９ｂによる
スポット溶接は、巻取装置により金属平箔１と金属波箔
２の巻取が開始され、巻取径がＤ1 に達したところで行
うようにしている。すなわち、巻取径がＤ1 に達した
時、図１に示すような位置で巻取を停止し、図示してい
ない駆動装置と昇降装置によって溶接トーチの先端位置
を所定の位置（Ａ点、Ｂ点）に配置しスポット溶接を行
う。

【００２９】まず、図２（ａ）に示すように、溶接トー
チ９ａによりＡ点のスポット溶接後は、溶接トーチ９ａ
を金属ハニカム体４ａと干渉しない位置に退避させ、Ａ
点のスポット溶接部がほぼ半回転するまで、金属平箔１
と金属波箔２を再び巻き取り、Ａ点のスポット溶接部が
図２（ｂ）に示すような位置｛（溶接トーチ７ａによる
スポット溶接位置より１８０−θ（θは巻取径ｒにより
決まる）｝に達したところで再停止させる。

【００３０】この位置で溶接トーチ９ｂによりＢ点のス
ポット溶接を行う。スポット溶接後は、溶接トーチ９ｂ
は金属ハニカム体４ａと干渉しない位置に退避させる。

【００３１】このように、溶接トーチ９ａ、９ｂの先端
を所定位置に配置して巻取過程の金属ハニカム体４ｏ外
周においてスポット溶接を行い、金属波箔２の内側と金
属平箔１の外側との接触点Ａおよび金属平箔１の内側と
金属波箔２の外側との接触点Ｂにおいて金属波箔２と金
属平箔１を固定する。

【００３２】固定後は、図示していない駆動装置と昇降
装置により、溶接トーチを金属ハニカム体４ａと干渉し
ない位置まで退避させるとともに、図示していない油圧
機構により、一対のサイドクランプ６ａおよび６ｂを金
属ハニカム体４ａの端面側に移動させて加圧支持（プレ
ス）させ、張力をやや大きめにして巻取を行い金属ハニ
カム体４を製造する。

【００３３】このように、金属平箔と金属波箔を重ねて
巻取り金属ハニカム体を製造する際、巻き締まりを生じ
やすい巻取径領域で一旦金属平箔と金属波箔とをスポッ
ト溶接により固定してから、両端をサイドクランプで加
圧支持し、張力を上げて巻き取ることによって、サイド
クランプによる加圧保持力を十分確保しながら巻き締ま
りの発生を抑制し、金属平箔、金属波箔の破断、形状不
良の発生を防止して、得られる金属ハニカム体の寸法精
度、形状特性、構造特性を安定確保し品質を安定させる
ことができる。

【００３４】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、巻取装置の構造および駆動制御機構、
金属平箔と金属波箔の供給方向、張力制御機構、スポッ
ト溶接装置の構造および駆動制御機構、溶接方法、溶接
点数、溶接点配置等については、金属箔の厚さ、金属ハ
ニカム体の径等に応じて請求項を満足する範囲内におい
て変更されるものである。

【００３５】

【実施例】図１および図２に示した巻取方法において本
発明を適用し、厚さ３０μｍのステンレス箔による平箔
と波箔を重ねて巻取り、径が９０mmの金属ハニカム体の
製造実験を行った。その結果を従来例による場合の結果
とともに説明する。

【００３６】「実験条件」 平箔 幅：１００mm 波箔 幅：１００mm、波高さ：１．２５mm、波ピッチ：２．５
mm 巻取張力 （１）巻取径３０mmまで：０．２kgf/mm² （２）巻取径３０mm以降：２kgf/mm² スポット溶接 溶接点配置 軸方向に２点（間隔５０mm） 周方向に２点（Ａ点、Ｂ点 θ＝４．８度） サイドクランプ 有効径：２００mm 加圧力 （１）巻取径３００mm以降：３００kg

【００３７】本発明の実施例では、巻取軸を回転させて
巻取を開始して巻き芯部を形成した後、巻取径が３０mm
になったところで、この巻取過程のハニカム体の外周面
において、上下一対の溶接機により、軸方向に２点、周
方向に２点のスポット溶接を行い、金属平箔の外面と金
属波箔の内側および金属平箔の内面と金属波箔の外側と
を固定した後、両端をサイドクランプで加圧支持し張力
を上げてサイドクランプを回転させて巻取り、金属ハニ
カム体を製造した。

【００３８】得られた金属ハニカム体について、寸法
（外周長）と形状を調査したところ、寸法は所定の寸法
に対して許容誤差（±１mm）の範囲内にあり、また、端
部での箔座屈、端部不揃い、各層での波箔の波高さ、ピ
ッチの変化の偏在、箔破断等の品質を損なうような不都
合現象の発生は認められなかった。

【００３９】これに対して、金属平箔の外面と金属波箔
の内側および金属平箔の内面と金属波箔の外側とを固定
した後、張力を上げないで巻取り、金属ハニカム体を製
造した比較例では、寸法精度、形状特性とも満足できる
結果は得られなかった。

【００４０】また、巻取過程でスポット溶接により金属
平箔と金属波箔の固定を行わない従来例によって得られ
た金属ハニカム体においては、寸法は所定の寸法に対し
て許容誤差（±１mm）の範囲を外れるものが多く、ま
た、端部での箔座屈、端部不揃い、各層での波箔の波高
さ、ピッチの変化の偏在、箔破断等の品質を損なうよう
な不都合現象の発生も認められた。

【００４１】

【発明の効果】本発明においては、金属平箔と金属波箔
を重ねて巻き取ってハニカム体を形成する際に、巻取芯
部を低張力で巻き取ってから、平箔と波箔をスポット溶
接で固定して巻取を続行するため巻き締まりが発生しな
いので、金属平箔、金属波箔の破断、形状不良の発生を
防止して、得られる金属ハニカム体の寸法精度、形状特
性、構造特性を安定確保し品質を安定させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施例における金属ハニカム体のスポ
ット溶接例を示す正面概要説明図。

【図２】本発明の実施例におけるスポット溶接点配置例
を示す正面概要説明図で、（ａ）図はＡ点を示す部分拡
大説明図、（ｂ）図はＡ点とＢ点の位置関係を示す部分
拡大説明図

【図３】公知の金属ハニカム体の巻取方法例を示す立体
概要説明図。

【図４】公知の金属ハニカム体例を示す正面概要説明
図。

【図５】従来の金属ハニカム体の巻取装置例を示す正面
概要説明図。

【図６】従来の金属ハニカム体の巻取装置例における巻
き芯部形成のための構造例を示す側断面部分概要説明
図。

【符号の説明】

１ 金属平箔 ２ 金属波箔 ３ ケーシング ４ 金属ハニカム体 ４ａ 巻取過程の金属ハニカム体（巻芯部） ４ｏ 貫通孔 ５ 巻取軸 ６ａ、６ｂ サイドクランプ ７ａ、７ｂ、７ｃ 圧着ロール ８ 駆動装置 ９ａ、９ｂ、９ｃ 溶接トーチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内海 徹 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻取軸と、一対のサイドクランプを用い
   て金属平箔と金属波箔を重ねて巻き取り金属ハニカム体
   を製造するに際して、巻き締まりが最も生じやすい巻取
   径が５〜５０mmの小径領域では低張力０．１〜０．５kg
   f/mm² で巻き取り、その巻き取り外周面において、周方
   向３６０度の範囲内で金属波箔の内側と金属平箔の外側
   および金属平箔の内側と金属波箔の外側をそれぞれ一点
   以上スポット溶接して金属波箔と金属平箔を固定し、固
   定後、両端面を一対のサイドクランプで加圧支持し小径
   領域の張力より大きな張力０．６〜５kgf/mm² にして巻
   き取ることを特徴とする金属ハニカム体の巻き取り方
   法。