专利名称：蜂窝式金属支承件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种筒状蜂窝式金属支承件及其制造方法，该金属支承件用于保持净化内燃机排气所用的催化剂。
背景技术：
例如在日本特开平7-116758号公报中提出了一种其中以如下方式形成筒状蜂窝式主体然后用外筒状构件覆盖该筒状蜂窝式主体的方法作为制造筒状蜂窝式支承件的方法，即由平坦金属带形成在除了它的中部以外的一部分成波状而另一部分仍保持为平坦片材的构件，一个接一个地将一个这样的构件的波状部分叠置在另一构件的平坦部分上，将这些构件的中部压制在一起并绕它们的中部卷绕，从而形成筒状蜂窝式主体。以下将参照图14A至图14C详细描述制造蜂窝式支承件的该方法。
图14A至图14C所示的制造耐热结构的公知方法由形成基材101开始。基材101具有在平坦片材102的一侧上的波状片材103。
然后，使多个基材101相互叠置。通过将一个基材的波状片材103放置成与另一基材101的平坦片材102相接触而使适当数量的基材101相互叠置。
然后，将基材101的中部104压制在一起形成扁平部分105，并绕保持在止动件106之间的扁平部分105卷绕基材101以形成蜂窝式主体107。
用外筒状构件108覆盖蜂窝式主体107，并将止动圈109分别焊接到外筒状构件108的相对端部，使止动圈分别与蜂窝式主体107的相对端部具有间隙t。将各止动件106的一个边112焊接到外筒状构件108的一个端部111，从而完成了耐热结构113。
如上所述，图14C所示的耐热结构113由于未用任何钎焊材料形成，因而其不受由膨胀或收缩而产生的任何热应力。
然而，由于上述耐热结构113在蜂窝式主体107的相对端部与止动圈109之间具有间隙t，因而例如当将耐热结构113用在机动车或摩托车中时，行进车辆的振动有可能会致使蜂窝式主体107在外筒状构件108中振动并最终断裂。
而且，在耐热结构113中，在一个边112处必须焊接到外筒状构件108的端部111的止动件106阻碍了排气的流动。特别是当一个边112密封端部111时，其妨碍了在蜂窝式主体107中流动的排气并阻止其流动。
因此，期望一项技术以容易地防止蜂窝部分由于热膨胀而破裂，并防止蜂窝式支承件由于振动而破裂且提高蜂窝式支承件的强度。
发明内容
根据本发明，提供了一种蜂窝式金属支承件，该蜂窝式金属支承件的特征在于包括蜂窝式支承件，该蜂窝式支承件在它的中心形成有通过层压多个波状片材并绕这些层压波状片材的中部对它们进行卷绕而形成的筒状部分，所述多个波状片材均呈波状带的形式；以及筒状构件，该筒状构件允许所述蜂窝式支承件装配在其内；与所述筒状部分邻接并从其向外形成蜂窝部分，各个所述波状片材均具有与所述蜂窝部分邻接并从其向外形成且一体地固定到所述筒状构件的内表面的卷绕端。
因而，根据本发明的蜂窝式金属支承件，由于机动车或摩托车的排气的热而导致的所述蜂窝式支承件的膨胀致使与所述筒状部分邻接的所述蜂窝部分变形，因而所述波状片材的膨胀被吸收。因此，大部分所述蜂窝部分不会变形，而且可防止由于热膨胀而使其破裂。
而且，所述波状片材的固定到所述筒状构件的内表面的卷绕端使得可防止所述蜂窝式支承件的任何运动并防止其由于振动而破裂。
所述筒状部分优选地在其至少一个端部处形成有凹口。因此，当所述蜂窝式支承件被排气加热而致使所述波状片材膨胀时，限定所述凹口的边缘可自由运动以吸收膨胀，从而防止所述蜂窝部分由于热膨胀而产生任何变形。
根据本发明，还提供了一种制造蜂窝式金属支承件的方法，该方法包括以下步骤形成多个波状片材，各个波状片材均通过使其纵向中部的一侧上的带状部(strip)的一部分作为平坦部分且在该中部的另一侧上形成波状部分而形成；将所述波状片材相互层压，使得其中一个波状片材的所述平坦部分可位于另一波状片材的所述波状部分上；绕层压的所述波状片材的中部卷绕所述波状片材以形成筒状部分；进一步卷绕所述波状片材以形成蜂窝式支承件；以及将所述蜂窝式支承件装配在一筒状构件中并将该蜂窝式支承件的卷绕端固定到所述筒状构件的内表面。
由于所述波状片材的卷绕端形成为筒状形状，因而不需要时间或精力来提高所述蜂窝式支承件抵抗任何温度变化或振动的强度。
图1A和图1B是表示实施本发明的蜂窝式金属支承件的图，其中图1A是其顶视平面图，而图1B是沿图1A中的箭头1B看去的视图；图2是沿图1B中的线2-2剖取的剖面图；图3是图2中的部分3的放大视图；图4是一设备的示意图，该设备用于形成实施本发明的蜂窝式金属支承件所用的波状片材；图5是通过图4所示的设备形成的波状片材的立体图；图6A至图6C是表示多个波状片材相互层压并绕其各自的中部卷绕的图；图7是通过卷绕层压的波状片材形成的蜂窝式支承件以及允许在其内装配该蜂窝式支承件的筒状构件的立体图；图8是表示根据本发明另一实施例的蜂窝式金属支承件的图；图9是另一实施例所用的波状片材的立体图；图10是沿图8中的线10-10剖取的剖面图；图11是沿图8中的线11-11剖取的剖面图；图12是沿图8中的线12-12剖取的剖面图；图13是表示根据另一实施例的在多个位置的凹口的图，借这些凹口来承受蜂窝式支承件的热膨胀；并且图14A至图14C是表示公知蜂窝式结构的图。
具体实施例方式
图1A和图1B所示的蜂窝式金属支承件11包括蜂窝式支承件12、覆盖该蜂窝式支承件12的筒状构件13、以及用于将蜂窝式支承件12固定到筒状构件13的焊接部14和15。
蜂窝式支承件12具有在它的中心16形成的筒状部分17、与筒状部分17邻接并从其向外(沿箭头a1的方向)形成的蜂窝部分18、以及与蜂窝部分18邻接并从其向外形成的卷绕端19和21(也参见图7)，卷绕端19和21在焊接部14和15处一体地固定到筒状构件13的内表面22(也参见图7)。
附图标记23表示波状片材，附图标记24表示波状片材23的波状部分(参见图5)，附图标记25表示波状片材23的中部，W表示蜂窝式金属支承件11的宽度。
筒状构件13为一金属筒。筒状构件13的长度设定为L(L＝W)。
焊接部14形成在距筒状构件13的一个端部26大约等于L/3的距离处。任何焊接方法都是可行的。
焊接部15形成在距筒状构件13的另一端部27大约等于L/3的距离处。任何焊接方法都是可行的。
焊接部15的位置不限于L/3的距离。例如，可选的是可将焊接部15作为单个焊接部形成在中部(等于L/2的距离处)，或者可使其形成在L/4或L/5的距离处。此外，不必使焊接部14和15之间保持等距。
可选的是，可沿筒状构件13的长度L将其分开。例如，可通过将长度均等于L/3的三个筒状构件焊接在一起而形成筒状构件13。
如图2所示，焊接部14是沿着蜂窝式支承件12的整个周边焊接筒状构件13的内表面22和蜂窝式支承件12的卷绕端19和21的接合处。蜂窝式支承件12沿其整个周边固定至筒状构件13。
焊接部14将四个波状片材23的卷绕端19固定至筒状构件13的内表面22，如图3所示，并且与卷绕端19相对形成的卷绕端21(参见图2)也和卷绕端19一样固定到筒状构件13的内表面22。
图1B所示的焊接部15与焊接部14类似，因此不对其进行描述。
尽管所述实施例描述成采用两个焊接部14和15来将蜂窝式支承件12固定到筒状构件13，然而也可在三个位置处固定该蜂窝式支承件。
尽管筒状部分17的圈数不受限制，然而至少需要1.5圈来形成一个筒。
由于根据本发明的蜂窝式金属支承件11中的蜂窝式支承件12具有通过卷绕波状片材23而在它的中心16形成的筒状部分17、与该筒状部分17邻接并从其向外形成的蜂窝部分18、以及与该蜂窝部分18邻接并从其向外形成且一体地固定到筒状构件13的内表面22的卷绕端19和21，因而来自机动车或摩托车的排气的热而引起的蜂窝式支承件12的膨胀，或者受热的波状片材23的膨胀致使筒状部分17在蜂窝式支承件的中心16沿卷绕方向转动，从而与筒状部分17邻接的蜂窝部分18变形以吸收波状片材23的膨胀。因此，大部分蜂窝部分18不会变形，但是可避免由于热膨胀而使其破裂。而且，波状片材23的相对的卷绕端被固定至筒状构件13。因此，可以防止蜂窝式支承件12的任何运动并防止其由于振动而破裂。
此外，形成在蜂窝式支承件12的中心16的筒状部分17保持在该中心16中的波状片材23彼此紧密接触并防止它们彼此分离。因此，可以提高蜂窝式支承件12在它的中心16的强度。
以下将参照图4至图7描述用于制造实施本发明的蜂窝式金属支承件11的设备和方法。
图4表示制造实施本发明的蜂窝式金属支承件的方法所用的成形设备。
参照图4，成形设备41用于形成波状片材23，并具有材料供给器42、定位在材料供给器42下游的成形机43、定位在成形机43下游的切割机44、以及定位在切割机44下游的排放器45。
以下将对成形工序进行简要描述。
首先，使卷绕在材料供给器42上的钢片材47穿过成形机43中的成形辊51和52之间，并且当成形辊51和52转动时在该钢片材上形成波状部分24。
接着，通过切割机44将其上形成有波状部分24的钢片材47切割成期望长度，从而完成波状片材23。
最后，通过排放器45提起波状片材23并将其堆叠在容器55中。这些波状片材堆叠成使得一个材料的波状部分24不会位于另一材料的波状部分上。
例如对开始成形的位置进行控制以确保一个材料的波状部分24不会位于另一材料的波状部分上。成形辊51如箭头f1所示上下运动，以改变向前移动而其上不形成有任何波状部分24的片材的长度。
图4中所示的波状片材23仅以示意方式示出，并且不确切示出限定波状部分24的脊或沟的数量。
图5示出了制造蜂窝式金属支承件的方法所用的波状片材23。
波状片材23具有平坦部分64，其形成在带状部61的中部25的一侧63上，并且在其上形成有卷绕端19；以及波状部分24，其形成在另一侧65上并终止于一平坦部分，该平坦部分具有期望长度Le并限定了另一卷绕端21。
然而，根据本发明，长度为Le的平坦部分不是必需的，而是波状部分24可遍及另一侧65延伸。
Wb(Wb＝W(参见图2))表示波状片材23的宽度。卷绕端19是波状片材23的一侧63的端部。卷绕端21是波状片材23的另一侧65的端部。
然后，取出四个所述波状片材23，开始如图6A至图6C所示对它们进行卷绕。
参照图6A，取出四个波状片材23并将它们置于卷绕装置66的保持件67中。将波状片材23相互叠置成使其中一个波状片材的平坦部分64可位于另一波状片材的波状部分24上。然后，通过保持件67将它们的中部25压制在一起，如箭头a3所示。
在将它们的中部25压制在一起以后，使保持件67绕其中心轴线68转动，如图6B中的箭头a4所示。
如图6C中的箭头a4所示，中部25绕中心轴线68卷绕以形成筒状部分17(参见图1)。然后继续卷绕波状片材23。
继续卷绕波状片材23形成了蜂窝部分18，该卷绕最终形成蜂窝式支承件12，如图7所示。
最后，如箭头a5所示将蜂窝式支承件12装配到筒状构件13内，并将该蜂窝式支承件12的卷绕端19和21固定到筒状构件13的内表面22。
更具体地说，翻转容纳有蜂窝式支承件12的筒状构件13，并在筒状构件13旋转的同时沿筒状构件13上的双点划线所示的两个部分(焊接部14和15)进行焊接，从而沿着双点划线所示的这两个部分将蜂窝式支承件12的卷绕端19和21以及筒状构件13焊接在一起。因而完成了图1A所示的蜂窝式金属支承件11。
由于制造蜂窝式金属支承件11的方法包括以下步骤，即形成均具有平坦部分64(具有卷绕端19)、波状部分24、沿长度Le保持平坦的部分以及卷绕端21的波状片材23；通过使一个材料的平坦部分64位于另一材料的波状部分24上而叠置波状片材23；卷绕波状片材23的中部25而形成筒状部分17；进一步卷绕波状片材而形成蜂窝部分18；终止卷绕而形成蜂窝式支承件12；以及将蜂窝式支承件12固定到筒状构件13，因而可以将蜂窝式支承件12的卷绕端19和21容易地固定到筒状构件13，从而提高了蜂窝式支承件12抵抗任何温度变化或振动的强度，而不需要任何大量的时间或劳动。
以下将参照图8至图13描述根据本发明另一实施例的蜂窝式金属支承件。对于根据另一实施例的蜂窝式金属支承件11A的与根据图1A至图7所示实施例的蜂窝式金属支承件11相似的部分，赋予相同的附图标记并且不对其进行进一步描述。
根据图8所示的另一实施例的蜂窝式金属支承件11A的特征在于，筒状部分17A具有从其相对端部71朝向其横向中部73延伸的凹口72。换言之，不卷绕中部25的相对端部71。因此，筒状部分17A沿其相对端部71的圈数小于在其横向中部73中的圈数。
以下参照图9描述用于形成筒状部分17A的波状片材23A。
波状片材23A具有从其纵向平行端部71(沿箭头a6的方向)朝其横向中部73延伸的V形凹口74，从而使沿端部71的圈数较少。C表示其整个纵向长度的中部。凹口74不限于V形凹口，而是可选择地为U形或弧形凹口。
各个凹口74的深度等于W/3，交角为θ。各个凹口74示出为在横向中部73附近具有半径为r的弧形部分74a，不过该弧形部分74a不是必需的。附图标记75和76表示限定凹口74的边缘。
如上所述，各个凹口74示出为深度等于W/3，但是其深度不限于W/3。也可将其深度设定为等于W/4或W/5。
尽管波状片材23A示出为具有朝向其中部25的相对端部的形状相同的凹口74，然而可选的是它们也可具有不同形状。例如，其中一个凹口74可以为U形，或者其中仅一个凹口74可具有弧形部分74a。
尽管图8所示的凹口72等同于图9所示的凹口74，但使用了不同附图标记，这是由于图8所示的凹口72形成在筒状部分17B中，而图9所示的凹口74形成在波状片材23A中。
尽管两个凹口74示出为形成在横向中部73的相对侧处，然而可选地是可仅形成单个凹口。例如，可仅在波状片材23A的一个端部71处形成凹口74，并且通过卷绕该波状片材而形成的卷绕的蜂窝式支承件12A可具有面向排气进口的凹口72(参见图8)，而面向排气出口的部分不具有任何凹口。
蜂窝式金属支承件11A的筒状部分17A具有上述的凹口72，并且如图10所示，限定凹口72的边缘75保持彼此分开。
参照图11，通过卷绕图9所示的波状片材23A的横向中部73可形成蜂窝式金属支承件11A的筒状部分17A。
蜂窝式金属支承件11A的筒状部分17A具有上述的凹口72，并且如图12所示，限定凹口72的边缘76保持彼此分开。
当根据该另一实施例的蜂窝式金属支承件11A中的蜂窝式支承件12A被机动车或摩托车的排气加热，并且其波状片材23A由于膨胀而伸长时，限定凹口72的边缘75移动距离δ1，从而吸收所述伸长，如图1 3所示。因此，当然更加可以防止由于热膨胀而引起的蜂窝部分18的任何变形。
同样，图12中所示的凹口72的边缘76移动近似相同的距离δ1从而吸收膨胀。因此，当然更加可以防止由于热膨胀而引起的蜂窝部分18的任何变形。
尽管说明了如图9所示沿着波状片材23A的相对边缘形成的凹口74的效果，然而可选的是也可仅沿其一个边缘形成凹口74。在这样的情况下，蜂窝式支承件12A可使其凹口72面向排气进口，而使其不具有凹口的部分面向排气出口，从而蜂窝部分18的面向排气进口且温度升高的部分可吸收该蜂窝部分的中部由于热膨胀而产生的任何伸长，因而防止了该蜂窝部分由于热膨胀而破裂。
尽管以用于保持催化剂的蜂窝式结构的应用模式描述了根据本发明的蜂窝式金属支承件及其制造方法，然而它们也可应用于除保持催化剂以外的用途的任何蜂窝式结构。
工业应用性根据本发明的蜂窝式金属支承件及其制造方法适用于保持净化排气所用的催化剂所用的蜂窝式结构。
权利要求
1.一种蜂窝式金属支承件，该蜂窝式金属支承件的特征在于包括蜂窝式支承件，该蜂窝式支承件在它的中心具有通过层压多个波状片材并绕层压的所述波状片材的中部对它们进行卷绕而形成的筒状部分，所述多个波状片材均呈波状带的形式；以及筒状构件，该筒状构件允许所述蜂窝式支承件装配在其内；与所述筒状部分邻接并从其向外形成蜂窝部分，各个所述波状片材均具有与所述蜂窝部分邻接并从其向外形成且一体地固定到所述筒状构件的内表面的卷绕端。
2.如权利要求1所述的蜂窝式金属支承件，其特征在于，所述筒状部分在其至少一个端部处形成有凹口。
3.一种制造蜂窝式金属支承件的方法，该方法包括以下步骤形成多个波状片材，各个波状片材均通过使其纵向中部的一侧上的带状部的一部分作为平坦部分而在该中部的另一侧上形成波状部分而形成；将所述波状片材相互层压，使得其中一个波状片材的所述平坦部分可位于另一波状片材的所述波状部分上；绕层压的所述波状片材的中部卷绕所述波状片材以形成筒状部分；进一步卷绕所述波状片材以形成蜂窝式支承件；以及将所述蜂窝式支承件装配在一筒状构件中并将该蜂窝式支承件的卷绕端固定到所述筒状构件的内表面。
全文摘要
本发明提供了一种蜂窝式金属支承件及其制造方法。该筒状蜂窝式金属支承件防止了蜂窝部分由于热膨胀而断裂，防止了蜂窝式支承件由于振动而断裂，并且使提高蜂窝式支承件的强度所需的劳动时间较少。通过将蜂窝式支承件(12)装配到筒状构件(13)中而形成蜂窝式金属支承件(11)。所述蜂窝式支承件(12)通过层压均具有波状部分(24)的带状的波状片材(23)并以波状片材(23)的中部(25)为卷绕中心卷绕层压后的带状的波状片材(23)而形成，在该蜂窝式支承件的中心部分(16)具有圆筒状部分(17)。卷绕的波状片材的端部(19，21)固定到筒状构件的内表面(22)。
文档编号F01N3/28GK101072640SQ20058004234
公开日2007年11月14日 申请日期2005年11月24日 优先权日2004年12月9日
发明者土屋卓, 堀向俊之, 大久保克纪 申请人:本田技研工业株式会社