JP2732889B2 - 良好な耐熱応力・耐熱疲労特性を有する自動車排ガス触媒用金属担体 - Google Patents
良好な耐熱応力・耐熱疲労特性を有する自動車排ガス触媒用金属担体Info
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Description
金属担体に関するものである。
として、耐熱性のステンレス鋼からなるハニカム体の金
属担体が注目されている。これら金属担体は、高温の排
気ガスに耐える耐熱性、耐酸化性だけでなく、同時に加
熱・冷却の熱サイクル及びハニカム体内の温度分布差に
よる熱応力・熱疲労にも耐えることが重要である。
外周側では大きな温度差が生じる。中心が加熱されて温
度が外周温度よりも高いときは、中心部が熱膨張を起こ
しハニカム体の外周近傍は圧縮応力を受ける。反対に中
心が冷却されて温度が低くなり外周温度よりも低くなっ
た場合は、中心部が収縮を起こし外周近傍は引張応力を
受ける。いずれの場合も、外周部近傍に大きな熱応力が
発生する。その結果、接合部が破断して平らな金属箔
(以下平箔とする。)と波形加工した金属箔(以下波箔
とする。)がずれて不具合が生じる。
昭62−273050号、特開昭62−273051号の各公報に開示さ
れているような箔の端部のみを軸方向に外筒と接合しハ
ニカム体の平箔と波箔とは接合しないものや、特開昭62
−83044号公報に開示されているように平箔にも大きな
周期で変形を与え、波箔には小さな波長の波を付加して
接合点で形成されるセルに変形代を余分に与えて熱応力
を緩和する方法などがある。これらの方法で前者は、箔
の端部が外筒とだけしか接合されていないため、高温・
高速の排ガスによりハニカム体の平箔と波箔がずれてし
まうことがある。また、後者で述べた方法は箔の波付け
加工が困難であると同時に巻取りがむずかしく接点を安
定して接合するのも困難である。それ故に、一つ一つの
セルの接合不良を招き易くハニカム体の構造安定性に欠
けるものである。また、実開昭62−160728号公報にある
ように機械的にハニカム体を固定する方法もあるが、外
筒とは切り離されているのでハニカム体が外筒内部で振
動し、担持した触媒が脱落して浄化能力が低下する。
る従来までの対策は、触媒の浄化能力を低下させたりエ
ンジンの効率を下げるものであり十分ではない。
起こして生じるハニカムのずれを防止することを目的と
してなされたものである。上述した従来の技術では、高
温・高速の排気ガス流やエンジンの振動に耐えることが
できず、急速加熱・冷却による熱応力・熱疲労に対して
も十分に耐えることはできない。本発明では、外周部付
近で発生するハニカム体の平箔と波箔のずれを解決し得
る自動車排気ガス触媒用金属担体を提供するものであ
る。
上かつ総巻数の3分の1以下の領域における全軸方向で
それより内部の接合率よりも高くすることにより、外周
部付近で発生するハニカム体の平箔と波箔のずれを防止
しようとするものである。ここで言う接合率とは、ハニ
カム体の中心軸に直角な断面における周方向の平箔と波
箔の全接点に対して接合されている接点の比率を周方向
接合率といい、ハニカム体の中心軸に平行な断面におけ
る箔の幅に対して平箔と波箔の接合している長さの比率
を軸方向接合率という。単に接合率というときは、周方
向接合率と軸方向接合率の両方を指す。
したものであるが、ハニカム体の一つ一つのセルを応力
緩和に役立たせるのではなく、ハニカム体全体としてそ
の接合構造により熱応力緩和を目指すものである。
熱応力が生じるため、接合部の破断を防止するためには
外周近傍における軸方向全域の接合率を増やす必要があ
る。一方、発生する熱応力をできるだけ小さくすること
も必要である。熱応力を小さくするためには、中心部で
の接合率を小さくしてハニカム体の剛性を減じ、フレキ
シビリティを大きくしておくことである。中心部の剛性
が高ければ高いほどその部分の熱膨張・収縮により外周
部分に発生する熱応力は大きくなる。
波箔のずれを防止するためには、外周近傍における軸方
向全域の接合率は増やし、中心部近傍での接合率は低く
する必要がある。従って、中心から外周に向かって徐々
に接合率を増やして行くと、外周部での熱応力は小さく
することができ、しかも外周部で耐えられる荷重も大き
くすることができる。そうすると、ハニカム体の外周部
近傍での平箔と波箔がずれることがない。
ためには、周方向に着目すると外周部の周方向接合率が
少なくとも70%以上必要である。一方、内部の方は剛性
度を落としてフレキシビリティを増す必要がある。その
ためには内部の周方向接合率を40%以下に抑えておくこ
とが肝要である。
る外周部ではそれに耐えるために軸方向接合率を70%以
上にし、内側に行くに連れて熱応力が小さくなるのと同
時に自由度も必要であるから、次第に軸方向接合率を下
げていく。そして中心部では、10%以下にすると外側で
剛性が高く、内側でフレキシビリティの高い担体が得ら
れる。
端面までの全長接合でもよいし、一部分を接合してもよ
い。
合、抵抗溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、アーク
溶接等の接合方法で可能である。特にろう付だと容易に
実現し易い。ろう付の場合、周方向接合率をコントロー
ルするためには、ろう材使用量をコントロールする。軸
方向接合率をコントロールするためには、ろう材を付着
させるときに使うバインダーの塗布長さを変化させてコ
ントロールする。
は金属担体の軸方向断面の模式図である。これら実施例
はすべてろう付の場合について説明する。各図において
符号1,2は担体の外筒、3,4は外周部近傍の周方向接合率
が70%以上の領域、5,6は周方向接合率が40%以下の領
域、7は周方向接合率が40%から60%の領域、8は接合
されていない領域、9は軸方向接合率が70%以上の領
域、10は軸方向接合率が中心に向かって変化している領
域である。第1図は、実施例1として、平箔と波箔の総
巻数が45周の金属担体の軸方向断面を示した図である。
外周部近傍として最外周から15周分の周方向接合率が70
%以上であり、それより内部では、40%以下に抑えてあ
る。第1図においては、ハニカム体における全域を接合
域とし、しかも上記のように外周から15周分の周方向接
合率が、それより内部の周方向接合率よりも大きい。こ
の金属担体では、自動車エンジンによる加熱冷却サイク
ル(800℃以上100℃以下の急速加熱冷却サイクル)に対
して平箔と波箔がずれるという現象は生じなかった。
2として第2図と第3図に示す。第2図は、まったく外
周近傍の周方向接合率を増やさなかったものであり、第
3図は、外周近傍の周方向接合率を増やした領域を20周
までにしたものである。第2図における周方向接合率
は、外周近傍も内部も40%から60%の範囲内で外周部と
内部で周方向接合率の差がない。一方、第3図では、外
周から20周分(総巻数の44%)での周方向接合率が70%
以上で内部では40%以下である。これら比較例1,2のい
ずれもが最外周の平板と波板のろう付部で破断してしま
い、平箔と波箔との間でずれが生じてしまった。
率を増やして接合を強化する領域は、最外周1周から総
巻数の3分の1以下までが平箔と波箔のずれを生じない
ようにするために効果がある。比較例1の第2図では、
周方向接合率が外側と内側で同じであり、熱応力が最外
周で最も大きくなり、最外周で破断した。比較例2の第
3図では外周部の接合を強化した領域が、総巻数の3分
の1より大きく中心付近の周方向接合率が低くても、強
化した領域内で熱応力が大きくなってしまい、最外周が
破断した。
にそれぞれ示す。第4,5図では、最外周から5周分だけ
の軸方向全域の接合率を70%以上にしてある。それより
内部は、まったく接合はなされてはおらず、端面近傍の
み周方向接合率が40%以下で接合されている。第4図
は、両端面接合されているが、第5図では、片側のみ接
合されている。実施例2,3も、自動車エンジンテストの
結果、良好な結果が得られた。実施例2,3のように、内
部は接合せずにフリーにしていると最外周には大きな熱
応力は発生せず、最外周から総巻数の3分の1以下の外
周近傍のみ接合を強化しておけばずれは生じない。
例1と同じである。第6図では、最外周から5周分は軸
方向接合率を70%以上にして、それより内部では中心方
向へいくにしたがい接合深さを変化させて軸方向接合率
を低下させてある。そして中心では10%以下にしてあ
る。この実施例でも内部は接合されていないため外周部
には大きな熱応力が発生せず、しかも外周部近傍は接合
長さが内部に比べて長くなっているので、耐えられる外
力も大きい。エンジンテストの結果、ずれは生じなかっ
た。
合率を小さくするか、あるいは接合せず、外周部近傍を
内部よりも接合率を増やして最外周に最も大きくかかる
熱応力に対応しようとするものである。本発明では、内
部の接合率は低く抑えるので、外周にかかる熱応力も小
さくなる。以上のことより、金属担体の外周部にかかる
熱応力にも耐えることができるようになり、加熱・冷却
サイクルに対して外周部の平箔と波箔の接合部の破断は
なくなった。その結果、ハニカム体の平箔と波箔のずれ
がなくなり金属担体の寿命が著しく長くなった。
向断面の接合状況を示す模式図である。第2,3図は、本
発明に対する比較例を示した金属担体の模式図である。 1,2……担体の外筒 3,4……外周部近傍の周方向接合率が70%以上の領域 5,6……周方向接合率が40%以下の領域 7……周方向接合率が40%から60%の領域 8……接合されていない領域 9……軸方向接合率が70%以上の領域 10……軸方向接合率が中心に向かって変化している領域
Claims (3)
- 【請求項1】平箔と波箔とを重ねて巻き込んでなる金属
ハニカム体と、その側面を囲む金属外筒とを接合してな
る自動車排ガス用金属担体において、全体域もしくは一
部分に接合される金属ハニカム体の接合で、最外周から
一周以上かつ外周から総巻数の3分の1以下までの範囲
における軸方向全域の接合率をそれより内部の接合率よ
りも大きくしたことを特徴とする自動車排ガス用金属担
体。 - 【請求項2】金属ハニカム体の接合で、最外周から一周
以上かつ外周から総巻数の3分の1以下までの周方向接
合率を70%以上にし、それより内部は40%以下の周方向
接合率を持つことを特徴とする請求項1記載の自動車排
ガス用金属担体。 - 【請求項3】金属ハニカム体の接合で、最外周から一周
以上かつ外周から総巻数の3分の1以下までの軸方向接
合率を70%以上にし、それより内部では軸方向接合率を
徐々に低下させて中心部では10%以下になることを特徴
とする請求項1記載の自動車排ガス用金属担体。
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JP1094344A Expired - Lifetime JP2732889B2 (ja) | 1989-04-14 | 1989-04-14 | 良好な耐熱応力・耐熱疲労特性を有する自動車排ガス触媒用金属担体 |
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1989
- 1989-04-14 JP JP1094344A patent/JP2732889B2/ja not_active Expired - Lifetime
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