JP2885830B2 - 排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として
排気管の途中に介装される排気ガス浄化用触媒を担持す
るための金属製担持母体に関する。

更に詳しくは、金属製担持母体の各構成部材間の接合
強度が改善され、熱歪などによる部材間の剥離などに耐
えることができる排気ガス浄化用触媒を担持するための
金属製担持母体に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化用触媒を担持するための
金属製担持母体は、単位体積当りの担持表面積を大きく
するように、即ち、単位体積当りの排気ガスと排気ガス
浄化用触媒との有効接触面積を可能な限り大きくするよ
うに、さらに、金属製担持母体の自重を可能な限り軽量
化するために、薄肉平板状の金属帯材と波板状の金属帯
材とを階層状に積層した構造、又はこれら両帯材を一括
して巻回積層した構造のもの（以下、これらはハニカム
状の構造をしているので、ハニカムコア体と称す。）が
知られている。

例えば、0.1m/m以下の耐熱性の薄肉鋼板からの平板状
帯材と、前記薄肉鋼板の平板状帯材を波形状に成形した
波板状帯材とを、相互に当接部を有するように重積し、
これを一括渦巻状に巻回して軸方向に排気ガス通路のた
めの多数の網目状通気孔路をもつハニカムコア体とされ
る。そして、この巻回積層されたハニカムコア体は、両
端が開口した筒状の金属ケースに収納されるとともに相
互に接合され、耐振構造のものとされる。即ち、ハニカ
ムコア体を構成する平板状金属帯材と波板状金属帯材と
の当接部やハニカムコア体と金属ケースとの当接部は溶
接やろう接などにより接合されている。

これらの接合手段として、特に、ハニカムコア体と金
属ケースとの当接部の接合手段に注目すると、 （ｉ）特開昭54−13462号、特開昭57−1585号などに開
示されているように、電子ビーム溶接，レーザビーム溶
接，アーク溶接などによるもの、 （ii）特開昭61−199574号に開示されているように、ハ
ニカムコア体を金属ケースに填装したあと、それら複合
体の端部近傍部位に、ろう材を塗布，噴射などにより適
用し、加熱処理によりろう接合するもの、 など、各種の方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記した従来の接合方法には次のよう
な製造上、品質上の問題がある。

前記（ｉ）の電子ビーム溶接やレーザビーム溶接など
の接合手段においては、特殊にして且つ高価な装置を用
いなければならない。

また、前記（ii）のハニカムコア体を金属ケースに填
装したあとで、金属ケースの開口端部にろう材を塗布、
噴射させる接合手段においては、ろう材の適用作業が煩
雑であるうえ、ハニカムコア体と金属ケースの当接面の
うち金属ケースの中央部分の接合強度に問題がある。

一般に、この種の金属製担持母体は、過酷な熱的環境
のもとで使用されるため、構成部材の破損、割れ、ある
いは構成部材間の剥れなどに対する十分な耐久性が要求
される。即ち、自動車の排気ガス系統にみられる−20℃
〜＋900℃という過酷な冷熱サイクル（熱交番負荷）の
もとで、構成部材は大きな熱膨張（体積膨張、線膨張）
などによる歪（以下、「熱ひずみ」という。）を受け、
さらに車体からの振動も加わって構成部材間の離体（剥
れ）、構成部材の破損、割れ（亀裂）などが生起する。

特に、金属ケースに耐酸化性を考慮し、ハニカムコア
体に耐熱性を考慮してそれぞれに異なる金属材料を使用
すると（例えば、前者にオーステナイト系ステンレス鋼
が、後者にフェライト系ステンレス鋼が使用され
る。）、熱膨張の差異により両者の離体がはげしくな
る。そして金属ケースとハニカムコア体の接合面の小さ
な領域において離体が生起すると、次々と拡大する。ま
た離体と同時に車体からの振動も加わり、特にハニカム
コア体の構成部材である平板状帯材と波板状帯材との接
合部の剥れ、及びこれらの部材の亀裂、破損などが起
る。

従って、この種の金属製担持母体においては、金属ケ
ースの内壁面とハニカムコア体の外周面との当接面を十
分な強度をもって確実に接合させなければならないが、
前記した如く有効な接合方法がないのが現状である。

本発明の目的は、長期に亘り金属製担持母体の構成部
材、即ち、筒状金属ケースとハニカムコア体の構成部材
間の離体（剥れ）を防止し、十分な排気ガス浄化機能を
発揮する、排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製
担持母体を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明は、薄肉金属板の平板状
帯材と波板状帯材とを相互に当接するように重積し、渦
巻状または階層状に成形して製作した軸方向に多数の網
目状通気孔路を有するハニカムコア体を、筒状金属ケー
ス内に固着してなる排気ガス浄化用触媒を担持するため
の金属製担持母体において、前記ハニカムコア体が、筒
状金属ケースの内壁面に配設されたろう材保持溝に保持
されたろう材により筒状金属ケースに固着されたもので
あることを特徴とする排気ガス浄化用触媒を担持するた
めの金属製担持母体に関するものである。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

本発明は、前記した如く金属製担持母体の構成部材間
の接合強度、特に筒状金属ケースの内壁面とハニカムコ
ア体の外周面と当接面全体のの接合強度を向上させる点
に特徴を有するものである。

また、本発明は、特に筒状金属ケースの内壁面の中央
部位及びその近傍部位において、ハニカムコア体の外周
面との接合強度を十分なものとする点に特徴を有するも
のである。

かかるハニカムコア体と筒状金属ケースとの接合強度
を改善する手段について、図面に基づいて説明する。

第１図〜第２図は、本発明の排気ガス浄化用触媒を担
持するための金属製担持母体（1,1′）の斜視図であ
る。第１図のハニカムコア体（２）は、平板状金属帯材
（３）と波板状金属帯材（４）が一括渦巻状に巻回され
たものであり、第２図のハニカムコア体（２′）は、平
板状金属帯材（３′）と波板状金属帯材（４′）が階層
状に積層されたものである。前記ハニカムコア体（2,
2′）は、第１図〜第２図に示されるように筒状の金属
ケース（6,6′）に填装され、かつ後述する態様でハニ
カムコア体と金属ケースは強固に固着される。なお、平
板状帯材（3,3′）と波板状帯材（4,4′）の巻回積層ま
たは階層積層により軸方向に多数の網目状通気孔路（5,
5′）が形成される。

本発明において、ハニカムコア体（２）の筒状金属ケ
ース（６）の接合強度を改善するための手段として、筒
状金属ケースの内壁面の全体に、あるいはその両端開口
部の近傍部位を除いた部位（中央及びその近傍部位な
ど）にろう材保持溝（７）が設けられる。

前記ろう材保持溝（７）は、筒状金属ケース（6,
6′）の内壁面に第３図〜第15図に示されるような種々
の態様で形成されるが、本発明は図示のものに限定され
ない。本発明において、該ろう材保持溝（７）の形状
は、接合強度の改善という観点から、例えばろう材保持
溝が線状（直線状または曲線状）のものであるとき幅0.
2〜1.0mm、深さ0.2〜0.5mmで十分であるが、これに限定
されない。本発明において、ろう材保持溝（７）は金属
ケース（６）の内壁面に凹溝を穿設したり、金属ケース
（６）の壁部を凹凸加工（塑性加工）するなどして設け
ればよく、特段の制限を受けるものではない。

第３図は、本発明の筒状金属ケース（６）の縦断面図
である。ろう材保持溝（７）は筒状金属ケース（６）の
内壁面に、その軸方向に対して直角方向に、かつ所望の
間隔をもって設けられる。なお第３図は、ろう材保持溝
（７）にろう線材（８）が保持されている状態を示して
いる。

第４図は、ろう材保持溝（７）が第二の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の縦断面図、第５図はその平面図
である。

第４図〜第５図に示されるように、ろう材保持溝
（７）は金属ケース（６）の内壁面にその軸方向と平行
して、かつ所望の間隔で全長に亘って設けられる。

第６図は、ろう材保持溝（７）が第三の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の縦断面図である。

第６図に示されるように、ろう材保持溝（７）は金属
ケース（６）の壁部を塑性加工、即ち凹凸加工すること
によって形成される内壁面の凹部分である。

第７図は、ろう材保持溝（７）が第四の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の平面図である。第７図のものは
第４図〜第５図に示されるものの変形で、ろう材保持溝
（７）が金属ケース（６）の壁部の凹凸加工により、金
属ケース（６）の軸方向の全長に亘り形成されたもので
ある。

第８図〜第11図はろう材保持溝（７）が第五の態様で
形成された金属ケース（６）の関連図で、第８図は金属
ケース（６）の縦断面図、第９図は正面図、第10図は第
９図のＡ−Ａ線断面図、第11図は平面図である。第８図
〜第11図に示される金属ケース（６）において特徴的な
ことは、ろう材保持溝（７）が第４図〜第５図に示され
るものと相違して、金属ケースの軸方向の全長に亘って
設けられていない点である。このようにろう材保持溝
（７）を構成すると、金属ケース（６）とハニカムコア
体（２）とのろう接合後に、ろう材が金属製担持母体
（１）の外へ流出しないというメリットがあり、長期に
亘り強固な接合強度が得られる。

第12図は、ろう材保持溝（７）が第六の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の縦断面図であり、ろう材保持溝
（７）は金属ケースの軸方向に対し所望の角度をもって
不連続な曲線状のものとして設けられる。

第13図は、ろう材保持溝（７）が第七の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の縦断面図であり、ろう材保持溝
（７）は金属ケースの軸方向に対して所望の角度をもっ
て連続した曲線状のものとして設けられる。

第14図は、ろう材保持溝（７）が第八の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の縦断面図であり、ろう材保持溝
（７）は相互にクロスする曲線状のものとして設けられ
る。

第15図は、ろう材保持溝（７）が第九の態様で形成さ
れた金属ケース（６）の一部縦断面図であり、ろう材保
持溝（７）はブロック状に設けられる。

本発明の排気ガス浄化用触媒を担持するの金属製担持
母体を製造するためには、前記のようにして金属ケース
（６）の内壁面に形成したろう材保持溝（７）に、例え
ば第３図に示されるようにろう線材（８）を埋設する。
なお、ろう材保持溝（７）にろう材を保持するには、線
材のほかに、該ろう材保持溝内で溶融ろう材を冷却固化
させてもよいし、ろう材粉を含むペーストを乾燥かつ固
化させてもよい。本発明において、ろう材としてはこの
種の金属製担持母体の使用条件からみて、高温ろう材が
好ましい。例えばNi系のものが使用される。

次に、ハニカムコア体を填装し、ろう材の溶融温度以
上に加熱処理すると、ろう材により、金属ケースとハニ
カムコア体の両者は強固に接合する。特に、本発明にお
いては、金属ケース内壁面の中央部位近傍での接合強度
が不十分であった欠点を解消し、金属ケースの中央部位
において両者を強固かつ確実に接合させることができ
る。

本発明において、前記ハニカムコア体（2,2′）を構
成する平板状金属帯材（3,3′）と波板状金属帯材（4,
4′）との当接部（平板状金属帯材と波板状金属帯材の
山及び谷との当接部）の接合は、通常の方法で接合すれ
ばよい。例えば、まず平板状金属帯材（３）と波板状金
属帯材（４）を一括渦巻状に巻回して成形したハニカム
コア体（２）を、前記したろう線材保持溝にろう線材を
保持した金属ケースに填装する。次いで、金属ケースの
開口端部からろう材を塗布、浸漬または噴射し、余分の
ろう材を除去してから加熱処理する。この方式によりハ
ニカムコア体を構成する部材間の接合と同時に、ハニカ
ムコア体と金属ケースとの両者を接合させることができ
る。この場合、ろう材が金属ケースの開口端部からも供
給させれるため、ろう材保持溝（７）が筒状金属ケース
の両端開口部の近傍部位を除いた内壁面に形成された筒
状金属ケース（６）が好適に使用することができる。

また、ハニカムコア体の成形に際して、少なくとも一
方の帯材、例えば波板状帯材の山及び／又は谷に予めろ
う材を塗布したものを用いても良い。この場合、前記し
た波板状帯材を用いて製作したハニカムコア体を、ろう
線材を保持した金属ケースに圧入填装し、次いで加熱処
理すればよいだけである。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明する
が、本発明はこれら実施例のものに限定されない。

（ｉ）ハニカムコア体の製作 平板状金属帯材としてCr20％、Al5％のフェライト系
ステンレス鋼の厚さが0.04m/m,幅74.5m/mの耐熱性の薄
肉鋼帯を用いた。

次に、前記帯材をフォーミングギアの間を通して、長
手方向に山と山のピッチ幅2.5m/mの波形に加工し、波板
状金属帯材とした。

次に、前記平板状金属帯材と波板状金属帯材とを、相
互に当接部を有するように重ね合わせ、これを一括渦巻
状に巻き込んで要所を点溶接により固定し、外径70m/m
の軸方向に多数の網目状通気孔路を有するハニカムコア
体を製作した。

（ii）金属ケースの製作 オーステナイト系ステンレス鋼（SUS304）の平板に、
幅1mm,深さ0.5mm,のろう線材保持溝を切削加工により形
成し、これから内径70m/m,肉厚1.2m/m,長さ80m/mの円筒
状の金属ケースを製作した。なお、ろう線材保持溝は、
金属ケースの中央部を中心に、等間隔に６本形成した。

（iii）金属製担持母体の製作 前記金属ケースのろう線材保持溝に、直径0.4mmのろ
う線材（ニッケル系のもの）を埋設した。次にハニカム
コア体を圧入填装し、真空中で1100℃に加熱処理し、金
属ケースとハニカムコア体をろう接合した。

これにより、長期間、金属ケースとハニカムコア体が
離体することがない金属製担持母体を製作することがで
きた。

〔発明の効果〕

本発明は、筒状金属ケースの内壁面に予め設けたろう
材保持溝にろう材を保持させた状態でハニカムコア体を
填装し、加熱処理して金属ケースとハニカムコア体をろ
う接合するため、次のような優れた効果を有する。

（ｉ）．金属ケースの内壁面とハニカムコア体の外周面
の間の接合面に確実にろう材を供給することができるた
め、特に金属ケースの中央部位及びその近傍部位におけ
る両者の接合強度を著しく向上させることができ、耐久
性に優れた金属製担持母体が製造される。

（ii）．ろう材保持溝にろう線材などのろう材を埋設し
てろう接合するため、金属ケースとハニカムコア体との
間を均一なろう接合強度でかつ確実にろう接合すること
ができる。

（iii）．金属製担持母体の製造においてはNi系などの
高価な高温ろう材が使用されるが、本発明においては、
ろう材をろう材保持溝に埋設する方式を採用するため、
高価なろう材の使用量を正確に管理しやすく経済的であ
る。

（iv）．従来の塗布または浸漬によるろう材の適用方式
に比較して、高価なろう材の無駄がなく、かつ乾燥工程
などを省略することができるため、本発明により経済的
かつ生産性よく金属製担持母体を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気ガス浄化用触媒を担持するための
巻回状の金属製担持母体の斜視図、第２図は本発明の階
層状の金属製担持母体の斜視図である。 第３図は、本発明の第一の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの縦断面図である。 第４図は、本発明の第二の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの縦断面図、第５図はその平面図であ
る。 第６図は、本発明の第三の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの縦断面図である。 第７図は、本発明の第四の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの平面図である。 第８図〜第11図は、本発明の第五の態様でろう材保持溝
が形成された金属ケースの関連図で、第８図は縦断面
図、第９図は正面図、第10図は第９図のＡ−Ａ線断面
図、第11図は平面図である。 第12図は、本発明の第六の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの縦断面図である。 第13図は、本発明の第七の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの縦断面図である。 第14図は、本発明の第八の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの縦断面図である。 第15図は、本発明の第九の態様でろう材保持溝が形成さ
れた金属ケースの一部縦断面図である。 1,1′……金属製担持母体 2,2′……ハニカムコア体 3,3′……平板状金属帯材 4,4′……波板状金属帯材 5,5′……網目状通気孔路 6,6′……金属ケース ７……ろう材保持溝 ８……ろう線材

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを
   相互に当接するように重積し、渦巻状または階層状に成
   形して製作した軸方向に多数の網目状通気孔路を有する
   ハニカムコア体を、筒状金属ケース内に固着してなる排
   気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母体にお
   いて、前記ハニカムコア体が、筒状金属ケースの内壁面
   に配設されたろう材保持溝に保持されたろう材により筒
   状金属ケースに固着されたものであることを特徴とする
   排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母体。
2. 【請求項２】ろう材保持溝が、直線状、曲線状、または
   ブロック状に配設されたものである請求項第１項に記載
   の金属製担持母体。
3. 【請求項３】ろう材保持溝が、筒状金属ケースの軸方向
   に対して所望の角度で配設されたものである請求項第１
   項に記載の金属製担持母体。
4. 【請求項４】ろう材保持溝が、筒状金属ケースの軸方向
   に平行、かつ所望の間隔をもって配設されたものである
   請求項第１項に記載の金属製担持母体。
5. 【請求項５】ろう材保持溝が、筒状金属ケースの軸方向
   に対して直角な方向に、かつ所望の間隔をもって配設さ
   れたものである請求項第１項に記載の金属製担持母体。
6. 【請求項６】ろう材保持溝が、金属ケースの軸方向の全
   長の少なくとも一部の長さに亘り配設されたものである
   請求項第１項に記載の金属製担持母体。
7. 【請求項７】ろう材保持溝が、金属ケースの内壁面に配
   設された凹溝である請求項第１項に記載の金属製担持母
   体。
8. 【請求項８】ろう材保持溝が、金属ケースの壁部を凹凸
   加工して配設された凹部である請求項第１項に記載の金
   属製担持母体。