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発明の名称 金属製薄板の波付け加工方法及び装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−113325(P2001−113325A)
公開日 平成13年4月24日(2001.4.24)
出願番号 特願平11−292641
出願日 平成11年10月14日(1999.10.14)
代理人 【識別番号】100067541
【弁理士】
【氏名又は名称】岸田 正行 (外2名)
【テーマコード(参考)】
3G091
4D048
4G069
【Fターム(参考)】
3G091 BA39 GA08 
4D048 AA21 BA39X BA39Y BB02 CA06 CA07
4G069 AA01 AA08 BA17 CA03 DA05 EA21 FB75
発明者 山本 恭裕 / 加古 卓三
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 噛み合って回転する1対の歯車の間に金属製薄板を通過させて該金属製薄板に波付け加工する方法であって、該歯車の先端部断面形状が、滑らかな曲線をもって形成され、あるいは面取りされていることを特徴とする金属製薄板の波付け加工方法。
【請求項2】 前記1対の歯車の一方が駆動側歯車、他方が非駆動側歯車であり、該歯車断面における先端コーナー部の曲線の形状、あるいは先端コーナー面取り部に接する曲線の形状は、駆動側歯車は非駆動側歯車に比較してより小さな曲率を有する形状であることを特徴とする請求項1に記載の金属製薄板の波付け加工方法。
【請求項3】 噛み合って回転する1対の歯車を有する金属製薄板の波付け加工装置であって、該歯車の先端部断面形状が、滑らかな曲線をもって形成され、あるいは面取りされていることを特徴とする金属製薄板の波付け加工装置。
【請求項4】 前記1対の歯車の一方が駆動側歯車であって駆動装置に接続され、他方が非駆動側歯車であり、該歯車断面における先端コーナー部の曲線の形状、あるいは先端コーナー面取り部に接する曲線の形状は、駆動側歯車は非駆動側歯車に比較してより小さな曲率を有する形状であることを特徴とする請求項3に記載の金属製薄板の波付け加工装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、噛み合って回転する1対の歯車の間に金属製薄板を通過させて該金属製薄板に波付け加工する方法及び装置であって、特に排気ガス浄化用のメタル触媒担体ハニカム体に用いる波箔製造のために金属箔に波付け加工する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車エンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる有害成分を触媒反応によって除去する目的で、触媒を担持したハニカム体をもって構成される触媒担体が排気ガス経路に設置される。触媒担体は、排気ガスが通過する多数のセルを有するハニカム体によって構成し、ハニカム体としてはセラミックあるいはメタルハニカム体が用いられる。
【0003】メタルハニカム体は、主にステンレス鋼製の薄箔を用いて製造されるものであり、金属製平箔と金属製波箔とをスパイラル状に巻き回し、あるいは積層することによって形成する。金属製波箔は、金属製平箔を波付け加工した箔であり、図5に示すように、噛み合って回転する1対の歯車の間に金属製薄板13を通過させることによって製造する。1対の歯車の回転駆動方法としては、一方の歯車に回転駆動装置を接続して駆動側歯車2とする。他方の歯車は非駆動側歯車3とし、駆動側歯車に噛み合い、駆動側歯車の回転に同期して回転する。
【0004】上記噛み合って回転する歯車としては、従来は図6に示すインボリュート並歯等の形状を有する一般的な歯車が用いられていた。当然、駆動側歯車と非駆動側歯車は同一の歯形を有する歯車が用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属製薄板13の波付け加工においては、回転する歯車の間に薄板を通過させて波板1とする過程で金属製薄板が破断するトラブルの発生が見られた。
【0006】また、同じく従来の金属製薄板13の波付け加工において、回転する歯車の間に薄板を通過させて波板とした後、図7に示すように、該波板1が平坦にはならず、丸まってしまう現象(カール15)が発生していた。該カール15は、1組の歯車のうち、駆動側歯車2の側に巻かれて発生する。また、金属製薄板13の厚みが薄くなるほど、このカール15の程度が激しくなった。従って、厚みの薄い金属箔を波付け加工して用いるメタルハニカム体の場合には特に激しいカール15が発生することとなる。
【0007】このようにカールした波箔を用いてメタルハニカム体を形成しようとすると、平箔と波箔とを積層してハニカム体とする形状の場合には、このカール15を何らかの手段で平坦に戻してその状態を保持しつつ箔を重ねていかなければならない。積層途中で該平坦保持手段を開放すると、積層した波箔がカール状態に戻ってしまうので、ハニカム体を金属製の外筒に収めてしまうまで該平坦保持手段を維持することが必要である。また、平箔と波箔とをスパイラル状に巻き回してハニカム体とする形状の場合においても、巻き始めにおいてはカールした波箔を平箔の間に噛み合わせる作業に支障をきたし、また巻き終わり時に波箔をシャー切断した途端に波箔が小さく丸まってしまい、巻き終わり部の成形に支障をきたすこととなる。
【0008】本発明は、噛み合って回転する1対の歯車の間に金属製薄板を通過させて該金属製薄板に波付け加工する方法及び装置において、金属製薄板が破断するトラブルを防止する方法及び装置を提供することを第1の目的とし、波付け加工後に波板がカールする現象を防止する方法及び装置を提供することを第2の目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
(1)噛み合って回転する1対の歯車の間に金属製薄板を通過させて該金属製薄板に波付け加工する方法であって、該歯車の先端部断面形状が、滑らかな曲線をもって形成され、あるいは面取りされていることを特徴とする金属製薄板の波付け加工方法。
(2)前記1対の歯車の一方が駆動側歯車2、他方が非駆動側歯車3であり、該歯車断面における先端コーナー部4の曲線の形状、あるいは先端コーナー面取り部9に接する曲線10の形状は、駆動側歯車2は非駆動側歯車3に比較してより小さな曲率を有する形状であることを特徴とする上記(1)に記載の金属製薄板の波付け加工方法。
(3)噛み合って回転する1対の歯車を有する金属製薄板の波付け加工装置であって、該歯車の先端部断面形状が、滑らかな曲線をもって形成され、あるいは面取りされていることを特徴とする金属製薄板の波付け加工装置。
(4)前記1対の歯車の一方が駆動側歯車2であって駆動装置に接続され、他方が非駆動側歯車3であり、該歯車断面における先端コーナー部4の曲線の形状、あるいは先端コーナー面取り部9に接する曲線10の形状は、駆動側歯車2は非駆動側歯車3に比較してより小さな曲率を有する形状であることを特徴とする上記(3)に記載の金属製薄板の波付け加工装置。
【0010】
【発明の実施の形態】第1に、金属製薄板の波付け加工時における薄板の破断を防止するための本発明の実施の形態について説明する。
【0011】従来金属製薄板13の波付け加工に用いられていたインボリュート平歯車の断面形状を図6に示す。インボリュート平歯車は、その歯面6及び歯底8はホブ盤等の工具によって切削加工され、歯面6はインボリュート歯面形状を形成する。一方、歯の先端部分である歯先7は、歯車中心を中心とする歯先円14を形成する。ホブ盤加工が完了した後、円筒研削盤を用いて砥石によって歯先円14の成形を行なう。そのため、歯面6と歯先円14との交差部5において、鋭い折れ面が形成される。本発明者らの研究の結果、従来の波付け加工において金属製薄板の破断が発生した原因は、上記歯面6と歯先円14との交差部5の鋭い折れ面において金属製薄板が拘束されるとともに強い曲げ変形を加えられるために、円滑な塑性変形が妨げられ、結果として金属製薄板の破断に至るためであることが判明した。
【0012】本発明においては、歯車の先端部断面形状を滑らかな曲線をもって形成することにより、あるいは該先端部断面形状として面取りを行なった形状とすることにより、波付け加工時の金属製薄板の破断を防止したことを特徴とする。
【0013】従来と同様の歯車製造工程によってインボリュート歯面6と先端の歯先円14を形成した後、歯面6と歯先円14の交差する先端コーナー部4を研削等の手段によって滑らかの曲線状とすることにより、あるいは該交差部を面取り部9とすることにより、本発明の歯車形状とすることができる。更に、従来のインボリュート歯車形成用のホブ盤においては歯面6及び歯元8のみを該ホブ盤によって切削加工していたのに対し、ホブ盤によって歯面6及び歯元8とともに歯先7も切削加工することとし、切削工具の形状として歯面6と歯先7との交差部を丸みを帯びた曲線とし、あるいは歯面6と歯先7との交差部を面取り形状とすることにより、ホブ盤加工のみで本発明の歯車形状を形成することもできる。
【0014】歯先の形状としては、従来のように基本的にはインボリュート歯面と歯先円とで形成し、両者の交差部を図2(a)(b)に示すように丸みを帯びた曲線とする方法、ないし図3(a)に示すように面取り形状とする方法のみならず、図3(c)(d)に示すように歯先全体を大きな半円形状としてもよい。もちろん、歯面6は図2(a)(c)に示すようにインボリュート形状としてもよく、あるいは図2(b)(d)や図3(b)に示すような直線あるいは任意の曲線であってもかまわない。
【0015】次に、波付け加工後に波板1がカールする現象を防止するための本発明の実施の形態について説明する。
【0016】本発明者らの研究の結果、1対の歯車のうちの一方を駆動側歯車2として歯車回転を行なう通常の歯車を用いた場合、駆動側歯車2の歯によって形成される波(以下図5に示すように波板の山部分11という)と非駆動側歯車3の歯によって形成される波(以下波板の谷部分12という)を比較すると、駆動側歯車2によって形成される山部分11の方が、非駆動側歯車3によって形成される谷部分12に比較して塑性加工量が大きいことが判明した。そして、上記山部分11と谷部分12との塑性加工量の違いが、波付け加工後の波板1が駆動側にカールする原因であることも判明した。
【0017】本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、歯車断面における先端コーナー部4の曲線の形状、あるいは先端コーナー面取り部9に接する曲線の形状は、駆動側歯車2は非駆動側歯車3に比較してより小さな曲率を有する形状であることを特徴とする。ここで、歯車の先端コーナー部4とは、図2(a)のように歯先形状が歯先円を有するインボリュート形状の場合あるいは図2(b)のように略台形形状の場合には、該台形の両側コーナー部4を指し、図2(c)(d)のように歯車の歯先先端を大きな半円形状とした場合には、該半円形状全体を指す。
【0018】1対の歯車が噛み合うことによって金属製薄板13に波付け加工がされる場合、かみ合った歯車の歯形にそって金属製薄板13が塑性加工され、波形形状となる。このとき、歯車先端コーナー部4の曲率が大きいほど、金属製薄板に対する拘束力が大きくなり、塑性加工の程度も大きくなるものと考えられる。もともと駆動側と非駆動側の歯車として同一の歯車形状を用いた場合、上記のように駆動側歯車2によって形成される波板の山部分11が反対の谷部分12に比較して塑性加工量が大きくなっているのである。塑性加工量が大きければスプリングバック量は少なく、塑性加工量が小さければ大きくスプリングバックする。波の山部分のスプリングバック角度が小さく、谷部のスプリングバック角度が大きいために駆動側歯車の側にカールが生ずる。従って、駆動側と非駆動側の歯車形状を異なったものとし、先端コーナー部の曲線の形状を駆動側歯車2は非駆動側歯車3に比較してより小さな曲率の曲線とすることにより、波の山部分11と谷部分12との塑性加工量の差を相殺することができるのである。その結果として、波付け加工後に発生していた波板1のカール15の発生を防止することができる。
【0019】図2(c)(d)のように歯車の歯先先端を大きな半円形状とした場合、先端コーナー部4の曲線の曲率は必然的に該半円の曲率に略等しくなり、大きな半円であるから当然のことながら曲率は小さくなる。一方、歯車の先端形状を図2(a)(b)のように略台形のような形状とし、その先端コーナー部4を丸みを帯びた曲線とした場合、必然的に先端コーナー部4の曲線の曲率は上記大きな半円の曲率に比較すると大きくなる。従って、駆動側歯車2先端の形状を図2(c)(d)のような大きな半円形状とし、非駆動側歯車3先端の形状を図2(a)(b)のような先端コーナー部4に丸みを帯びさせた略台形形状とすれば、駆動側歯車2と非駆動側歯車3の先端コーナー部曲線の曲率の関係を本発明のように構成し、カール15の発生を防止することができる(図1)。
【0020】歯車先端のコーナー部4の形状は、滑らかな曲線であることが最も好ましいが、図3(a)(b)に示すように先端コーナーに面取りを行なうこともできる。図4における面取り部9の角度θは、120°以上の大きさとすることにより、滑らかな曲線の場合とほぼ等しい効果を得ることができる。面取り形状とした場合、面取り部9に接する曲線の曲率を滑らかな曲線における曲率と同等に扱うことができるので、1対の歯車の一方又は両方の先端コーナー部4を面取り形状とした場合においても、駆動側歯車2と非駆動側歯車3の先端コーナー部の形状の関係を本発明のように構成すればカール15の発生を防止することができる。
【0021】波付け加工後の波板のカール15の程度は、駆動側歯車2と非駆動側歯車3との先端コーナー部の曲率の相違を大きくするほど低下する。該曲率の相違を大きくしすぎると、逆に非駆動側歯車3の側にカールするようになる。従って、駆動側歯車2及び非駆動側歯車3の先端コーナー部の曲率は、実験等によって最適な組み合わせとすることにより、波付け加工後の波板のカールが消滅するように定めることができる。
【0022】波付け加工後の波板1のカールの程度は、金属製薄板13の板厚が薄いほど大きくなる。即ち、本発明に基づいてカールの発生しない適正な歯車形状を定める場合においても、最適な歯車形状は波付け加工に用いる金属製薄板13の板厚毎に異なる場合がある。
【0023】波付け加工後のカールは、1対の歯車の両方を駆動することによっても防止することができる。しかし、両方の歯車に同等の駆動力を与え、なおかつ両歯車を同期して回転させるためには精密な回転制御系を用いることが必要となり、装置の高額化を招くこととなる。従って、本発明のように駆動歯車は一方のみとし、駆動側歯車2と非駆動側歯車3との歯車形状を異ならせる方法が、カールの防止対策としてはより好ましい。
【0024】
【実施例】排気ガス浄化用触媒担体として用いるメタルハニカム体の製造において本発明を適用した。箔厚20μmのステンレス箔に波付け加工を施し、波高さ1.25mm、波ピッチ2.5mmの波箔とし、該波箔と同じ箔厚20μmのステンレス平箔とを交互に巻き回してハニカム体を形成し、メタルハニカム体とする。
【0025】比較例においては、図6に示すインボリュート平歯車を用い、図5に示すように一方の歯車を駆動側歯車2、他方を非駆動側歯車3とし、該1対の歯車の間にステンレス箔を通過させて波付け加工を行なった。波付けに当たり両歯車の芯間距離を徐々に近づけて波高さ寸法を所定の1.25mmにしようとしたところ、波高さが1.0mmになった時点で箔破断が発生し、運転が続けられなくなった。また、破断直前までに成形できた波箔には駆動側歯車2の側にカール15の発生が見られた。
【0026】本発明例1においては、駆動側歯車2及び非駆動側歯車3の双方とも、図2(a)に示すように2箇所の先端コーナー部4の形状を曲率半径(曲率の逆数)が0.2mmの滑らかな曲線とした。波付け加工においては、比較例に見られたような波箔の破断は一切発生しなかった。一方、波箔は駆動側歯車2の側にカール15の発生が見られた。
【0027】本発明例2においては、駆動側歯車2は図2(c)に示すように歯先全体を大きな半円形状とし、その半円形状の曲率半径を0.26mmとした。また非駆動側歯車3は図2(a)に示す形状とし、2箇所の先端コーナー部4の形状を曲率半径が0.1mmの滑らかな曲線とし、歯先7の形状は歯先円14に基づく形状とした。歯面6の形状については、駆動側歯車2、非駆動側歯車3ともに、インボリュート歯面とした。これらの歯車を用いて図1に示すようにステンレス箔の波付け加工を行なったところ、比較例に見られたような波箔の破断が一切発生しなかったのみならず、波箔のカール15の発生も見られなかった。そのため、このようにして製造した波箔と平箔とをスパイラル状に巻き回してメタルハニカム体を製造するにあたり、巻き始め・巻き終わりともに何ら成形に支障を来すことなくハニカム体を製造することができた。
【0028】本発明例3として、非駆動側歯車3を図3(a)に示すようにその先端コーナー部を面取り形状とした。図4における面取り部の角度θは135°であり、また面取り部の長さLは0.1mmとした。その他の条件は本発明例2と同様である。これらの歯車を用いてステンレス箔の波付け加工を行なったところ、本発明例2と同様、波箔の破断は一切発生せず、また波箔のカール15の発生も見られなかった。
【0029】
【発明の効果】噛み合って回転する1対の歯車の間に金属製薄板を通過させて該金属製薄板に波付け加工する方法及び装置、特に排気ガス浄化用のメタル触媒担体ハニカム体に用いる波箔製造のために金属箔に波付け加工する方法及び装置において、該歯車の先端部断面形状を滑らかな曲線あるいは面取り形状とすることにより、金属製薄板が破断するトラブルを防止するすることが可能になった。
【0030】また、1対の歯車の一方が駆動側歯車、他方が非駆動側歯車である場合において、該歯車断面における先端コーナー部の曲線の形状、あるいは先端コーナー面取り部に接する曲線の形状は、駆動側歯車は非駆動側歯車に比較してより小さな曲率を有する形状であるとすることにより、波付け加工後に波板がカールする現象を防止することが可能になった。これにより、特に排気ガス浄化用の触媒メタル担体ハニカム体を製造する場合において、カールのない波箔を用いて容易にハニカム体を製造することが可能になった。




 

 


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