WO2002040215A1 - Procede d'assemblage a l'aide d'informations d'affichage et ensemble fabrique selon ledit procede d'assemblage - Google Patents

Description

明 細 書 表示情報を利用した組み立て方法及び当該組み立て方法により組み立てられたァ

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ツセ 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プリを構成する部材 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プ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一、 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。 背景技術

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 プリとして、 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 （キヤニング） したものが 知られている。

例えば、 このようなアッセンプ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。

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八二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。

セル構造体の強度は、 「ァ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。 ァ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 J A S 〇規格 M 5 0 5 - 8 7で規定されている。

一般的に、 自動車排ガス浄化用コンバ一夕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 . 1 l mm以下でかつ開口率が 8 5 %を越えると、 アイソス夕ティック強度を 1 0 k g / c m²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。

キヤ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ヤニングで発 生した場合に、 セル構造体のァ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、 実際のキヤ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ヤ二 ング設計が可能で理想的である。

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。

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、 面圧のパ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。

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。

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プリを組み立てる際に、 当 該ァッセンプ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つ 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。 発明の開示

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、 組み立てェ 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。

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プリ (第 2発明） 、 が提供される。 発明を実施するための最良の形態

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ツセンプリは、 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。

第 1発明は、 このようなアッセンプ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 z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。

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。

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 ジエツト方法又は熱転写方法を用いることが好ましい。

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、 セラミツ ク繊維とバーミキユラィトで構成される加熱膨張性マツト、 セラミック繊維を主 成分としバーミキユラィトを含まない非加熱膨張性マツ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。

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、 ジルコニァ、 チタニア等のセラミック繊維を主成分と し、 バーミキユラィ卜のような加熱性膨張材料を含まない非加熱膨張性マツ卜を 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。

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。

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 二カム状構造体であって、 セル隔壁厚さが 0 . 1 1 mm以下、 開口率が 8 5 %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 . 0 5 mm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、 フオーム状構造体であってもよい。

セル構造体は、 コ一ジエライト、 アルミナ、 ムライト、 リチウム 'アルミニゥ ム ·シリケート、 チタン酸アルミニウム、 チタニア、 ジルコニァ、 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 リ力ゲル及びゼォライ卜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。

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。 触媒コンパ一夕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。

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プリであ 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。 なお、 アッセンプリは、 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つ 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プリを複数個、 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、 個々の八二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。

(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。

圧縮性材料へ文字やバーコ一ドなどの情報を表示する方法としては、 ィンクジ 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。 特にレーザ一による表示方法は、 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。

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エツ ト印字装置に直接に伝達されるようにしておく。

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、 スタンビ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。

[インクジエツ卜の例]

•インクジエツト装置：

ィマージェ社 S 4プラス 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ツト

圧縮性材料に載せる情報の形態：

•圧縮性材料に載せる情報：

圧縮性材料の嵩密度

[スタンビングの例]

•インク成分：

①インク顔料

酸化コバルト （C o〇） 、 酸化クロム （C r ₂〇₃) 、 酸化鉄 （F e ₂〇₃) 微粉 末 4 0 % (色は常温 ·熱処理後も黒色）

②合成樹脂 5 0 %

③水 1 0 %

•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ツト

-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

[ラベル貼付の例]

•プリン夕ー： ィマージェ社 S 4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ツト

•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

キヤニング工程では、 予め、 八二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一ドリーダー等で 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、 繫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、 八二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。

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。

文字情報をインクジエツト方法あるいはレーザーマ一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 C C D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 F 3 5 0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。 バーコ一ドリーダ一の読み取り原理は、 レーザー光をバーコ一ドラベル上に照 射して、 その乱反射光をバーコ一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 O NZO F F のデジタル信号に変換することで、 スペースとバ一を判別して読み取つている。 したがって、 バーコードでも乱反射光の強弱の差 （P C S ) が小さくなつてしま 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。

一般的なキヤ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 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ヤニングからコーン形成までが可能となる。

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弹性把持材 （圧縮性材料） を巻いておくもので、 クラムシエ 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。

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 が高くなつてしまう。 ' 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八二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ゥェ 一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。 産業上の利用可能性

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プリを組み立てる際に、 当該アッセンプリを構成 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。

Claims

請 求 の 範 囲

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プリを組み立て 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 z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。

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。

3 . 前記情報の表示形式がバーコ一ドである請求項 1記載の組み立て方法。

4. 前記情報をィ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。

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。

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

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。

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。

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ユラィトで構成される加熱膨張性マツト、 セラミック繊維を 主成分としバーミキユラィトを含まない非加熱膨張性マツ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。

1 0 . 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。

1 1 . 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 1 0のいずれか 1項に記載の組み立て方 法。

1 2 . 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 1 0のいずれか 1項に記載の組み 立て方法。

1 3 . 請求項 1ないし 1 2のいずれか 1項に記載の組み立て方法により組み立 てられたアッセンプリ。

1 4. 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 1 3記載の

1 5 . 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 1 3又は 1 4に記載の

1 6 . 前記セル構造体が、 フォーム状構造体である請求項 1 3又は 1 4に記載

1 7 . 前記セル構造体が、 コージエライト、 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、 ジルコニァ、 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種以上のセラミツク材料の複合物からなるものである請求項 1 3な いし 1 6のいずれか 1項に記載のアッセンプリ。

1 8 . 前記セル構造体が、 活性炭、 シリカゲル及びゼォ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 1 3ないし 1 6のいずれか 1 項に記載のアッセンプリ。

1 9 . 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 1 3ないし 1 8のいず れか 1項に記載のアッセンプリ。

2 0 . 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プリを複数個、 セル構造体のセル通路方向に沿 つて、 1つの金属外筒内に直列に配列した請求項 1 3ないし 1 8のいずれか 1項 に記載のアッセンプリ。