JP2895165B2 - 排気ガス浄化触媒用担体 - Google Patents
排気ガス浄化触媒用担体Info
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
- F01N3/2842—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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- F01N2330/02—Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車等の排気ガス浄化用の触媒コンバータ
として用いる金属担体の改良に関するものである。
として用いる金属担体の改良に関するものである。
（従来の技術） 近年、自動車排気ガス浄化用の触媒を担持する担体は
セラミックス製から金属製へ移行している。この金属製
担体は厚さ50μｍ前後のステンレス製の平らな平箔（以
下単に平箔と呼ぶ）と波付け加工したステンレス製の波
箔（以下単に波箔と呼ぶ）を重ねて円筒形または楕円形
に巻き込み形成されたハニカム体と、同ハニカム体を収
容する厚さ１〜2mm程度のステンレス製の薄板で形成さ
れる外筒から構成されている。また該ハニカム体は、該
外筒の全体的にあるいはその一部がロウ付け等で接合さ
れ、自動車エンジン排ガス系に搭載した際、振動あるい
はガス流でずれないように保持されている。
セラミックス製から金属製へ移行している。この金属製
担体は厚さ50μｍ前後のステンレス製の平らな平箔（以
下単に平箔と呼ぶ）と波付け加工したステンレス製の波
箔（以下単に波箔と呼ぶ）を重ねて円筒形または楕円形
に巻き込み形成されたハニカム体と、同ハニカム体を収
容する厚さ１〜2mm程度のステンレス製の薄板で形成さ
れる外筒から構成されている。また該ハニカム体は、該
外筒の全体的にあるいはその一部がロウ付け等で接合さ
れ、自動車エンジン排ガス系に搭載した際、振動あるい
はガス流でずれないように保持されている。
この金属担体は、その使用時には運転状態すなわちエ
ンジン回転状態に応じた高温の排気ガスが吹き込まれる
ため激しい加熱、冷却が繰り返される。そのためその熱
サイクルに耐える耐熱疲労特性と走行時の振動に耐える
機械強度が必要である。
ンジン回転状態に応じた高温の排気ガスが吹き込まれる
ため激しい加熱、冷却が繰り返される。そのためその熱
サイクルに耐える耐熱疲労特性と走行時の振動に耐える
機械強度が必要である。
特に耐熱疲労特性については、担体に流入する排ガス
の温度差が大きいため重大で、その対策としてハニカム
体あるいはハニカム体と外筒の接合方法について従来よ
り様々な方策がとられている。例えば特公平１−54090
号公報には、第６図に示すように外被筒２と触媒担体１
の間に間隔片3a,3b,3cを有する保持装置が取り付けら
れ、触媒担体１の軸方向の膨張伸びが自由に行え、熱応
力の発生を減少する方法が開示されている。
の温度差が大きいため重大で、その対策としてハニカム
体あるいはハニカム体と外筒の接合方法について従来よ
り様々な方策がとられている。例えば特公平１−54090
号公報には、第６図に示すように外被筒２と触媒担体１
の間に間隔片3a,3b,3cを有する保持装置が取り付けら
れ、触媒担体１の軸方向の膨張伸びが自由に行え、熱応
力の発生を減少する方法が開示されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような先行技術においても、前
述した厳しい状況下での使用に際して、熱膨張差により
生じる熱応力に充分対応できる程度まで金属担体を強化
することは難しく、長時間の使用に耐えることができな
かった。またそれらの金属担体の製造においても間隔片
付きの保持装置の製作取付に時間がかかる等の問題があ
った。
述した厳しい状況下での使用に際して、熱膨張差により
生じる熱応力に充分対応できる程度まで金属担体を強化
することは難しく、長時間の使用に耐えることができな
かった。またそれらの金属担体の製造においても間隔片
付きの保持装置の製作取付に時間がかかる等の問題があ
った。
本発明は、この従来技術の上記問題点を解決し、長時
間の使用に耐え、かつ製造取付が簡単に行える自動車排
ガス浄化触媒用金属担体を提供することを目的とするも
のである。
間の使用に耐え、かつ製造取付が簡単に行える自動車排
ガス浄化触媒用金属担体を提供することを目的とするも
のである。
（課題を解決するための手段） この目的を達成するために本発明は、 1.金属製の平箔と波箔とを重ねて巻き込んで形成したハ
ニカム体と、該ハニカム体を支持する金属製外筒とで構
成する排気ガス浄化触媒用金属製担体において、ハニカ
ム体と外筒の間に、その一部がハニカム体の端部よりは
み出るように薄板製の中間体を設け、外中間体のハニカ
ム体からはみ出ている部分は外筒内面と、ハニカム体と
外筒の間にある部分はハニカム体にロウ付けあるいは溶
接等で接合すること。
ニカム体と、該ハニカム体を支持する金属製外筒とで構
成する排気ガス浄化触媒用金属製担体において、ハニカ
ム体と外筒の間に、その一部がハニカム体の端部よりは
み出るように薄板製の中間体を設け、外中間体のハニカ
ム体からはみ出ている部分は外筒内面と、ハニカム体と
外筒の間にある部分はハニカム体にロウ付けあるいは溶
接等で接合すること。
2.上記１において中間体が短冊状の薄板で形成されてい
ること。
ること。
3.上記１において中間体が、その一端は連続し、他の部
分は軸方向に切欠きされた櫛状の薄板で形成されている
ことを要旨とする （作用） 本発明によると金属製の平箔と波箔とを重ねて巻き込
んで形成したハニカム体と、該ハニカム体を支持する金
属製外筒とで構成する排気ガス浄化触媒用金属製担体に
おいて、ハニカム体と外筒の間に、その一部がハニカム
体の端部よりはみ出るように薄板製の中間体を設け、該
中間体の内、ハニカム体からはみ出ている部分の端部近
傍は外筒内面と、ハニカム体と外筒の間にある部分の端
部近傍はハニカム体にロウ付けあるいは溶接等で接合す
ることを特徴としており、その結果ハニカム体の半径、
軸方向の変位の自由度を大きくすることにより、熱応力
を低減し耐久性を向上できる。さらにまたハニカム体を
外筒に挿入する前に、該中間体をハニカム体外面に接合
し、挿入位置決め後、ハニカム体からはみ出ている中間
体を外筒内面に接合できるため、ハニカム体の外筒への
取り付けが極めて容易に行え、生産性向上に効果があ
る。
分は軸方向に切欠きされた櫛状の薄板で形成されている
ことを要旨とする （作用） 本発明によると金属製の平箔と波箔とを重ねて巻き込
んで形成したハニカム体と、該ハニカム体を支持する金
属製外筒とで構成する排気ガス浄化触媒用金属製担体に
おいて、ハニカム体と外筒の間に、その一部がハニカム
体の端部よりはみ出るように薄板製の中間体を設け、該
中間体の内、ハニカム体からはみ出ている部分の端部近
傍は外筒内面と、ハニカム体と外筒の間にある部分の端
部近傍はハニカム体にロウ付けあるいは溶接等で接合す
ることを特徴としており、その結果ハニカム体の半径、
軸方向の変位の自由度を大きくすることにより、熱応力
を低減し耐久性を向上できる。さらにまたハニカム体を
外筒に挿入する前に、該中間体をハニカム体外面に接合
し、挿入位置決め後、ハニカム体からはみ出ている中間
体を外筒内面に接合できるため、ハニカム体の外筒への
取り付けが極めて容易に行え、生産性向上に効果があ
る。
（実施態様） 以下本発明を図面により実施例に基づいて説明する。
第１図に示すように、本発明に係わる金属担体は、ス
テンレス鋼等の平箔４と波箔５とを重ね合わせて巻き込
んで、断面が円形あるいは楕円形の円筒状にしたハニカ
ム体６と、該ハニカム体６より長さが長く、ハニカム体
６を収納するステンレス鋼製の外筒７の間に、その一部
がハニカム体６よりはみ出るように取り付けられた中間
体８から構成される。
テンレス鋼等の平箔４と波箔５とを重ね合わせて巻き込
んで、断面が円形あるいは楕円形の円筒状にしたハニカ
ム体６と、該ハニカム体６より長さが長く、ハニカム体
６を収納するステンレス鋼製の外筒７の間に、その一部
がハニカム体６よりはみ出るように取り付けられた中間
体８から構成される。
平箔４と波箔５は、相互に電子ビーム溶接、レーザビ
ーム溶接、抵抗溶接あるいは機械的手段等により接合さ
れた後、巻き込まれハニカム体６を形成しても、また平
箔４と波箔５を巻き込みハニカム体６とした後ロウ付
け、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等でハニカム体
６を形成しても何れの場合でもよい。
ーム溶接、抵抗溶接あるいは機械的手段等により接合さ
れた後、巻き込まれハニカム体６を形成しても、また平
箔４と波箔５を巻き込みハニカム体６とした後ロウ付
け、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等でハニカム体
６を形成しても何れの場合でもよい。
本図における中間体８は、まずハニカム体６の外面に
中間体８のａ部の端部近傍を接合し、次いで外筒７に挿
入しハニカム体６と外筒７の位置関係を正しくした後、
ハニカム体６からはみ出ているｂ部の端部近傍を外筒７
の内面に接合する。ｅ部はハニカム体６と中間体８の接
合部を、ｆ部はハニカム体６と外筒７の接合部を示す。
中間体８のａ部の端部近傍を接合し、次いで外筒７に挿
入しハニカム体６と外筒７の位置関係を正しくした後、
ハニカム体６からはみ出ているｂ部の端部近傍を外筒７
の内面に接合する。ｅ部はハニカム体６と中間体８の接
合部を、ｆ部はハニカム体６と外筒７の接合部を示す。
これによりハニカム体６は中間体８の端部近傍でのみ
固定され、また中間体８は外筒７に対して別の端部近傍
でのみ接合されており、さらに両接合部は軸方向にずれ
ているため、ハニカム体６が半径、軸方向に熱膨張収縮
しても拘束されることがないので、担体１は厳しい熱サ
イクルも耐えることができる。また中間体８は、第１図
にように薄板を巻いて一体的に形成されるので製作取付
が容易であり、またハニカム体６に加わる荷重を全体的
に支持できるので、ハニカム体６および外筒５への接合
面積あるいは接点点数を比較的少なくでき、生産性を向
上できるメリットがある。
固定され、また中間体８は外筒７に対して別の端部近傍
でのみ接合されており、さらに両接合部は軸方向にずれ
ているため、ハニカム体６が半径、軸方向に熱膨張収縮
しても拘束されることがないので、担体１は厳しい熱サ
イクルも耐えることができる。また中間体８は、第１図
にように薄板を巻いて一体的に形成されるので製作取付
が容易であり、またハニカム体６に加わる荷重を全体的
に支持できるので、ハニカム体６および外筒５への接合
面積あるいは接点点数を比較的少なくでき、生産性を向
上できるメリットがある。
次に中間体８の板厚は平箔４、波箔５に対して差が大
きすぎると、中間体８とハニカム体６の接合部が容易に
破損するため、平箔４、波箔５の厚さが50μｍ程度の場
合は、0.1〜0.3mm程度が適当である。
きすぎると、中間体８とハニカム体６の接合部が容易に
破損するため、平箔４、波箔５の厚さが50μｍ程度の場
合は、0.1〜0.3mm程度が適当である。
また中間体８の各部の寸法については、ａ部の長さは
ハニカム体６の直径ｄに応じて決める必要がある。すな
わち直径ｄが大であるとハニカム体６の半径方向の熱膨
張収縮量が大きいため、ａ部による逃げ代を大きくする
必要がある。そのためａ部の長さを長くし、逆に直径ｄ
が小さい場合はａ部を短くする。例えばハニカム体６の
直径ｄが120mmの場合はａ部を50mm、直径が60mmの場合
はａ部を30mmと適宜調整することができる。
ハニカム体６の直径ｄに応じて決める必要がある。すな
わち直径ｄが大であるとハニカム体６の半径方向の熱膨
張収縮量が大きいため、ａ部による逃げ代を大きくする
必要がある。そのためａ部の長さを長くし、逆に直径ｄ
が小さい場合はａ部を短くする。例えばハニカム体６の
直径ｄが120mmの場合はａ部を50mm、直径が60mmの場合
はａ部を30mmと適宜調整することができる。
また中間体８の外筒取付ｂ部の長さは、外筒７の内面
に接合する手段に応じて決定される。例えば抵抗溶接で
接合する場合は、電極ヘッドが入るだけの長さ、約7m
m、レーザビーム溶接する場合はビームで安定に溶接で
きる距離約5mm程度あれば良い。
に接合する手段に応じて決定される。例えば抵抗溶接で
接合する場合は、電極ヘッドが入るだけの長さ、約7m
m、レーザビーム溶接する場合はビームで安定に溶接で
きる距離約5mm程度あれば良い。
なお接合法については、第２図のように中間体８をハ
ニカム体６に取り付け後、抵抗溶接等で直接接合しても
良い。また第３図のようにハニカム体６を外筒７に挿入
後、中間体８を外筒７の内面に抵抗溶接等で直接接合し
ても良い。すなわち第２図および第３図に抵抗溶接する
方法を示すように、ハニカム体６あるいはハニカム体６
を収容した外筒７をアース側電極９の上に置き、溶接ヘ
ッド10を溶接すべき箇所に加圧しスイッチ11を入れると
瞬間的に電源12より電流が流れ抵抗溶接することができ
る。
ニカム体６に取り付け後、抵抗溶接等で直接接合しても
良い。また第３図のようにハニカム体６を外筒７に挿入
後、中間体８を外筒７の内面に抵抗溶接等で直接接合し
ても良い。すなわち第２図および第３図に抵抗溶接する
方法を示すように、ハニカム体６あるいはハニカム体６
を収容した外筒７をアース側電極９の上に置き、溶接ヘ
ッド10を溶接すべき箇所に加圧しスイッチ11を入れると
瞬間的に電源12より電流が流れ抵抗溶接することができ
る。
第４図は別の方法で短冊状の中間体８′を使用する場
合を示す。すなわち、基本的には第１図の場合と同じで
あるが、先ずハニカム体６の外面に中間体８′を等間隔
に、またその一部をハニカム体６よりはみ出してａ部の
端部近傍を接合して取り付け、外筒７に挿入した後、ｂ
部を外筒７の内面に接合して取り付ける。この中間体
８′は幅の狭い薄板であるため、ハニカム体６の半径方
向、軸方向への熱膨張収縮に対して更に自由度を付与で
きるメリットがある。
合を示す。すなわち、基本的には第１図の場合と同じで
あるが、先ずハニカム体６の外面に中間体８′を等間隔
に、またその一部をハニカム体６よりはみ出してａ部の
端部近傍を接合して取り付け、外筒７に挿入した後、ｂ
部を外筒７の内面に接合して取り付ける。この中間体
８′は幅の狭い薄板であるため、ハニカム体６の半径方
向、軸方向への熱膨張収縮に対して更に自由度を付与で
きるメリットがある。
第５図は更に別の方法を示す。図のように中間体８″
の一部の連続の帯状であるが、他端側は切欠きが設けら
れ短冊状となっている。すなわち、本中間体８″の使用
法は、基本的には第１図の場合と同様であるが、中間体
８″の取り付けの容易さと、中間体８″のハニカム体６
の熱変形に対して大きい自由度を付与できる効果を兼ね
備えた特徴がある。
の一部の連続の帯状であるが、他端側は切欠きが設けら
れ短冊状となっている。すなわち、本中間体８″の使用
法は、基本的には第１図の場合と同様であるが、中間体
８″の取り付けの容易さと、中間体８″のハニカム体６
の熱変形に対して大きい自由度を付与できる効果を兼ね
備えた特徴がある。
以上中間体８の各種の形状について述べたが、これに
限定されるものでなく、また種々の形状でハニカム体６
の両側にはみ出して中間体８を取り付けることも可能で
ある。尚以上の説明において、中間体８のハニカム体へ
の接合位置は中間体のそれぞれの端部で行うことにして
いるが、それに限定するものではなく中間体の長さによ
っては、そしてハニカム体の熱応力の緩衝に阻害なけれ
ば、その位置を適宜に選ぶことができる。
限定されるものでなく、また種々の形状でハニカム体６
の両側にはみ出して中間体８を取り付けることも可能で
ある。尚以上の説明において、中間体８のハニカム体へ
の接合位置は中間体のそれぞれの端部で行うことにして
いるが、それに限定するものではなく中間体の長さによ
っては、そしてハニカム体の熱応力の緩衝に阻害なけれ
ば、その位置を適宜に選ぶことができる。
（実施例） 試験用担体（第１図の例） ハニカム体： 厚さ50μｍの20Cr−5Alのステンレス平箔と波箔を36
巻円筒状に巻いて作成。
巻円筒状に巻いて作成。
長さ92mm、外径99.5mm 外 筒： 内径100mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼製 中 間 体： 外径100mm、厚さ0.15mm、長さ100mmの円筒状（薄板を
巻いたもので会合部は溶接していない。） 触 媒： Pt触媒を担持 担体接合条件 ハニカム体： 全体的にロウ付け（Niロウ材使用） 中間体とハニカム体の接合： 端部近傍20mmロウ付け 中間体と外筒の接合： スポット溶接60点／周 試験条件 排気量2000ccのエンジンに上記担体を搭載してベンチ
テストにより、800℃以上５分、150℃以下５分、合計１
サイクル15分の加熱冷却試験を行った。なお比較担体と
して中間体を介在させず、直接ハニカム体と外筒を長手
方向20mmロウ付けした担体を同一条件で試験した。
巻いたもので会合部は溶接していない。） 触 媒： Pt触媒を担持 担体接合条件 ハニカム体： 全体的にロウ付け（Niロウ材使用） 中間体とハニカム体の接合： 端部近傍20mmロウ付け 中間体と外筒の接合： スポット溶接60点／周 試験条件 排気量2000ccのエンジンに上記担体を搭載してベンチ
テストにより、800℃以上５分、150℃以下５分、合計１
サイクル15分の加熱冷却試験を行った。なお比較担体と
して中間体を介在させず、直接ハニカム体と外筒を長手
方向20mmロウ付けした担体を同一条件で試験した。
試験結果 比較担体は100サイクル後にハニカム体が最外周１〜
３層の間で破断し、ハニカム体が風下の方向へずれ、外
筒から10mm飛び出しているのが認められた。一方本発明
の担体は冷熱試験終了後、点検したが特に異常は認めら
れなかった。
３層の間で破断し、ハニカム体が風下の方向へずれ、外
筒から10mm飛び出しているのが認められた。一方本発明
の担体は冷熱試験終了後、点検したが特に異常は認めら
れなかった。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の金属担体によれば、過
酷な冷熱サイクルによる熱膨張差により剥離の恐れがあ
った外筒とハニカム体との接合部に、緩衝材としての中
間体を設けることにより上記の過酷な条件下でも接合部
の剥離等の問題発生を防止し、極めて長時間の使用に耐
える触媒担体を得ることができた。
酷な冷熱サイクルによる熱膨張差により剥離の恐れがあ
った外筒とハニカム体との接合部に、緩衝材としての中
間体を設けることにより上記の過酷な条件下でも接合部
の剥離等の問題発生を防止し、極めて長時間の使用に耐
える触媒担体を得ることができた。
第１図は本発明に係わる担体の一部を断面にした斜視
図、第２図および第３図は本発明に係る中間体の取付説
明図、第４図および第５図は本発明の担体の一部を断面
にした別の実施例を示す斜視図、第６図は従来の実施例
を示す断面図を示す。 １…触媒担体、２…外被筒 ３…間隔片、４…平箔 ５…波箔、６…ハニカム体 ７…外筒、８…中間体 ９…アース電極、10…溶接ヘッド 11…スイッチ、12…溶接電源
図、第２図および第３図は本発明に係る中間体の取付説
明図、第４図および第５図は本発明の担体の一部を断面
にした別の実施例を示す斜視図、第６図は従来の実施例
を示す断面図を示す。 １…触媒担体、２…外被筒 ３…間隔片、４…平箔 ５…波箔、６…ハニカム体 ７…外筒、８…中間体 ９…アース電極、10…溶接ヘッド 11…スイッチ、12…溶接電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−125723（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−194436（ＪＰ，Ｕ) 特公 平１−54090（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01J 35/04 B01D 53/92 F01N 3/28
Claims (3)
- 【請求項１】金属の平らな平箔と波付け加工した波箔と
を重ねて巻き込んで形成したハニカム体と、該ハニカム
体を支持する金属製外筒とで構成する排気ガス浄化触媒
用金属製担体において、ハニカム体と外筒の間に、その
一部がハニカム体の端部よりはみ出るように薄板製の中
間体を設け、該中間体のハニカム体からはみ出ている部
分は外筒内面と、ハニカム体と外筒の間にある部分はハ
ニカム体にロウ付けあるいは溶接等で接合することを特
徴とする排気ガス浄化触媒用担体。 - 【請求項２】中間体が短冊状の薄板で形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化触媒用担
体。 - 【請求項３】中間体が、その一端は連続し、残部は軸方
向に切欠きされた櫛状の薄板で形成されていることを特
徴とする請求項１記載の排気ガス浄化触媒用担体。
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| JP2134353A JP2895165B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 排気ガス浄化触媒用担体 |
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| JP2134353A JP2895165B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 排気ガス浄化触媒用担体 |
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