JP3056747B2 - 排気ガス浄化装置 - 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
させるための金属製ハニカムコア体を金属製ケーシング
内に固着した構造の排気ガス浄化装置に関する。

更に詳しくは、本発明はこの種の排気ガス浄化装置を
自動車の排気管などに接続固着するときの欠点、即ち不
可避的な溶接時の高温による排気ガス浄化装置の熱的劣
化を解消するに適した構造の排気ガス浄化装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、一般に耐熱性の
薄肉鋼板からの平板状帯材と前記薄肉鋼板を波形成形し
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積層するか、あるいは階層
状に重積して製作した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有する金属製のハニカム状積層体
（以下、ハニカムコア体という。）と、前記ハニカムコ
ア体を填装し固着するための両端が開口した筒状の金属
製ケーシングから構成されている。

そして、前記ハニカムコア体と金属製ケーシングと
は、排気ガス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触媒と
の発熱反応などによる熱膨張や熱的応力に耐えるよう
に、また自動車走行時の振動などに耐え得るように固着
される。なお、ハニカムコア体を構成する平板状帯材と
波板状帯材の当接部は種々の方法により固着されること
はいうまでもないことである。

前記したハニカムコア体と金属製ケーシングとの固着
方法としては、ろう接合によるもの、プレスばめにより
ハニカムコア体を圧着保持するもの、金属製ケーシング
の両端部を縮径しハニカムコア体を縮径部間でかかえこ
み保持するもの、固定具（ストッパー）によりハニカム
コア体を保持するものなど各種の方法が提案されてい
る。これらの固着方法において、ろう接合以外の方法
は、ハニカムコア体と金属製ケーシング間の密着性が問
題であり、振動による高価な排気ガス浄化用触媒（Pt,P
d,Phなど）の担持層からの剥離，騒音，摩損などが激し
いという欠点を有する。そして、ろう接合は簡便でもあ
ることからハニカムコア体と金属製ケーシングの固着法
として繁んに使用されている。

以上のようにしてハニカムコア体と金属製ケーシング
がろう接合されたあと、この種の排気ガス浄化装置は自
動車の排気管等へ固着されるが、このときは簡便で経済
的で、かつ効率的な固着方法である溶接手段が採用され
る。

従来、前記ハニカムコア体と金属製ケーシングのろう
接合、そして排気ガス浄化装置の排気管等への溶接は第
11図〜第14図に示される態様で行なわれている。

第11図は、従来のハニカムコア体を金属ケーシング内
に圧入填装し、かつ両者の当接面をろう接合した構造の
排気ガス浄化装置の断面図を示す。第11図で留意しなけ
ればならない点は、従来の排気ガス浄化装置（Ａ′）
は、ハニカムコア体（１′）の全長と金属製ケーシング
（２′）の全長がほぼ同じ長さのもので構成されている
という点である。

なお、第11図において、ろう接合部はハニカムコア体
（１′）の外周面と金属ケーシング（２′）の内周面の
当接面の全域に及ぶが、これは一部であっても構わない
ものである。当業界において、該ろう接合のためのろう
材として、排気ガスと排気ガス浄化用触媒との発熱反応
の温度雰囲気（通常は700〜800℃であるが、炭化水素の
多い排気ガス処理は1000℃前後に及ぶ場合がある）を考
慮して高温ろう材が使用される。この種の高温ろう材と
しては、ニッケルをベースとしたものがよく知られてい
る。

そして、前記した従来の排気ガス浄化装置（Ａ′）
は、第12図〜第14図の態様で排気管に溶接固着されてい
る。

第12図は、金属ケーシングと外径寸法が同じ排気管に
直接、排気ガス浄化装置（Ａ′）が溶接される態様を示
す。なお溶接法としてはTig溶接（Tungsten inert ga
s）やMig溶接（Metal inert gas）が用いられ、通常金
属製ケーシングとして耐熱性のステンレス鋼が使用され
ているため溶接部は1500℃以上の高温に加熱される。

第13図は、排気管の端部にフランジ部が設けられ、該
フランジ部にラップ代を有して排気ガス浄化装置
（Ａ′）が溶接されている場合、また第14図は排気管の
端部にフランジ部のほかに拡径したコーン部が設けられ
ている場合の排気ガス浄化装置（Ａ′）の溶接方法を示
す。

（発明が解決しようとする問題点） 第11図〜第14図で示した従来の排気ガス浄化装置
（Ａ′）の排気管などへの溶接固着においては、第11図
に示されるようにハニカムコア体（１′）の端面と金属
製ケーシング（２′）の端部は両者がほぼ同長であるた
め面一となっており、溶接時の極めて高い熱が金属製ケ
ーシングを介して直接にハニカムコア体側に伝播してし
まう。

このような溶接時の高温度の熱がハニカムコア体側に
ストレートに伝播してくると、ハニカムコア体を構成す
る平板状帯材及び／又は波板状帯材への熱的悪影響（熱
劣化）、ろう材の帯材への拡散による悪影響、担持され
ている排気ガス浄化用触媒の劣化や金属成分の帯材への
拡散による悪影響、帯材の熱的変形及びそれに基づく高
価な触媒層の剥離，離脱など種々の悪影響をもたらす。

本発明は、排気ガス浄化装置を自動車の排気管などに
介装固着するに際して、固着手段として簡便かつ安価な
溶接法を採用したとき、溶接時の極めて高い熱の伝播に
よる前記した種々の悪影響を排除することができる構造
の排気ガス浄化装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（問題点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て製
作した軸方向に多数の網目状通気孔路を有する排気ガス
浄化用触媒を担持するためのハニカムコア体を、両端が
開口した金属製ケーシング内に収納固着してなる排気ガ
ス浄化装置であって、かつ、前記両端が開口した金属製
ケーシングの両端部が、排気管に直接的にかつ全周溶接
により固着されて使用される排気ガス浄化装置におい
て、 （ｉ）．前記ハニカムコア体が、少なくとも一方の端部
近傍部位の平板状帯材と波板状帯材の当接部がろう接合
されたもので構成され、かつ、 （ii）．前記金属製ケーシングが、その両端部にハニカ
ムコア体の両端部から突出する略5mm〜15mmの幅のスリ
ーブ部を有するもので構成されたものである、 ことを特徴とする排気ガス浄化装置に関するものであ
る。

以下、本発明の構成を図面に基づいて詳しく説明する
が、本発明は図示のものに限定されない。

本発明において、金属製ハニカムコア体は、第６図〜
第７図に示されるようなものであり、通常の方法により
製作される。

即ち、ハニカムコア体（１）は、第６図に示されるよ
うに、耐熱性の薄肉鋼板からなる厚さ0.03〜0.1mm程度
の平板状帯材（11）と、該平板状帯材（11）を後述する
特殊な波形をもつように波形加工した波板状帯材（12）
を相互に当接部を有するように重積し、次いで両者を一
括渦巻状に、かつ好ましくは最外周面が平板状帯材（1
1）となるように巻回積層することにより製作される。
なお、最外周面を波板状帯材（12）としてもよいことは
いうまでもないことである。この巻回積層により、排気
ガスの通路となる多数の網目状通気孔路（13）は自動的
に形成される。また、ハニカムコア体（１）は、第７図
に示されるように、平板状帯材（11）と後述する特殊な
波形をもつように波形加工した波板状帯材（12）を相互
に当接するように重積し、これを階層状に積層成形して
製作してもよい。

前記平板状帯材（11）として、例えばクロム鋼（クロ
ム13〜25％）、Fe−Cr20％−Al5％などの耐熱性のステ
ンレス鋼、あるいはこれに耐酸化性を改善するために希
土類を加えた耐熱性のステンレス鋼などの厚さ0.04mm〜
0.1mmのものが、そして波板状帯材（12）として前記平
板状帯材（11）をフォーミングギアの間を通過させるな
どして後述する特殊な波形をもつように波形加工したも
のが使用される。各帯材にAlを含有したステンレス鋼を
用いると、熱処理により帯材表面にウィスカー状のAl₂O
₃が析出し、これが排気ガス浄化用触媒を担持するため
のウォッシュコートを強固に固着するので好ましいもの
である。

次に、本発明において、前記ハニカムコア体（１）を
内部に填装し、ろう接固着するための金属製ケーシング
（２）の構成について説明する。

金属製ケーシング（２）の端部は、第12図〜第14図で
示したように排気管等に高温下でTigまたはMig溶接され
る。本発明においては、特に溶接時の熱によるハニカム
コア体（１）側への悪影響を排除するために、金属製ケ
ーシング（２）の両端部から填装固着しているハニカム
コア体（１）の両端面に至る間を溶接時の熱伝播を緩和
させるゾーン（以下、スリーブ部と称する。）とするこ
とに特徴と有する。

本発明において前記スリーブ部の形成は所望の幅にわ
たり設ければよく、スリーブ部を少なくとも2mm以上、
好ましくは５〜10mm程度の幅にわたり設ければよい。

本発明においては、第１図〜第５図に示されるように
ハニカムコア体（１）を種々の形状の金属製ケーシング
（２）内にスリーブ部を形成するように填装固着され
る。

第１図は本発明の排気ガス浄化装置（Ａ）において、
スリーブ部（３）を形成するための第一の態様のハニカ
ムコア体（１）と金属製ケーシング（２）の配置関係を
示すものである。第２図は前記第１図で示される本発明
の排気ガス浄化装置（Ａ）を排気管にTig溶接した要部
断面部を示す。

第３図は金属製ケーシング（２）の一端部が縮径した
もの、第４図は金属製ケーシング（２）の一端が拡径さ
れたものの中にスリーブ部（３）を設けるようにハニカ
ムコア体（１）がろう接固着された態様を示す。なお、
本発明においては金属製ケーシング（２）の両端部がコ
ーン状に縮径しても、あるいは拡径してもよいことはい
うまでもないことである。

第５図は、金属製ケーシングとして、ハニカムコア体
（１）の両端部近傍の外周面と当接するか、それ以外の
部位においては当接しない拡径部を有するものを用いた
例が示されている。

なお、本発明において、前記金属製ケーシング（２）
として両端が開口していれば、その形状に何らの制限を
受けるものではない。第６図〜第７図には、断面円形状
のものと、断面レーストラック状（長円形状）のものが
示されているが、これに限定されない。例えば、車体下
部のスペースに適合させるために、断面略三角形状の金
属ケースを用いて排気ガス浄化装置を構成してもよい。
金属ケースの素材として、前記ハニカムコア体と同種の
耐熱鋼を用いてもよいし、耐熱耐食性に富むものを用い
てもよい。また、外側部分の金属材料を内側部分より耐
熱耐食性に富むものとした二重構造のもの、具体的には
内側部分にフェライト系ステンレス鋼を、外側部分にオ
ーステナイト系ステンレス鋼を用いたクラッド鋼などを
用いても良い。

次に、本発明のハニカムコア体と金属製ケーシングと
のろう接による接合構造について説明する。

前記したように本発明は、排気ガス浄化装置（Ａ）を
排気管にTigやMigによる溶接手段により接続固着すると
きの、極めて高い熱のハニカムコア体側への伝播により
悪影響を排除しようとするものである。

この種排気ガス浄化装置（Ａ）は、通常、次のように
製造される。まずハニカムコア体（１）の外周面にろう
材箔を巻回したりろう材スラリーを塗布し、これを金属
製ケーシング（２）内に填装し、次いでハニカムコア体
（１）を構成する平板状帯材（11）と波板状帯材（12）
の当接部を固着するためにろう材のスラリー槽に浸漬
し、当接部にろう材を塗布し、加熱処理する。これによ
り、ハニカムコア体（１）と金属製ケーシング（２）の
当接部、及び帯材同士の当接部は一括ろう接合される。
ろう材としては、慣用のものが使用され、例えば前記し
たようにニッケルをベースとした高温ろう材が使用され
る。このようにしてハニカムコア体（１）の少なくとも
一方の端部近傍部位の外周面が金属製ケーシング（２）
の内周面とろう接合され、かつハニカムコア体（１）の
少なくとも端部及びその近傍部位（以下、単に端部近傍
部位ということがある。）の平板状帯材（11）と波板状
帯材（12）の当接部がろう接合された排気ガス浄化装置
（Ａ）が容易に製作される。しかしながら容易に排気ガ
ス浄化装置（Ａ）を製作することができるものの、二律
背反的に排気ガス浄化装置（Ａ）を排気管などに溶接固
着するとき、これらろう接合部位において前記した溶接
熱による悪影響を大きくうけることになる。本発明はこ
れとの関連で前記したスリーブ部（３）を形成するもの
である。

特に、ハニカムコア体として、少なくとも一方の端部
近傍部位において平板状帯材（11）と波板状帯材（12）
の当接部がろう接合されたものを採用するとき、両帯材
（11、12）のろう接合による剛構造のために、前記した
溶接時の高温度による悪影響が大きくなることに鑑み、
本発明は特定の大きさのスリーブ部（３）を有する金属
製ケーシング（２）を採用するものである。

また、本発明においてはスリーブ部（３）を形成して
いるため、従来の製造法を採用すると該スリーブ部
（３）にろう材が塗布されてしまう。スリーブ部（３）
にろう材の塗布層が形成される場合、特にろう材として
Ni系のものが多用されていることからニッケルなどのろ
う材金属成分が、溶接固着時の高い熱により金属製ケー
シング（２）のスリーブ部（３）内に拡散し、金属素地
を脆弱化させる。これは、この種の排気ガス浄化装置が
特に自動車という振動の強いものに使用されることから
して避けなければならない。

このため、本発明の排気ガス浄化装置（Ａ）におい
て、スリーブ部（３）にろう材残渣を残さないようにハ
ニカムコア体（１）と金属製ケーシング（２）はろう接
合されることも大切である。

スリーブ部（３）にろう材残渣を残さないようにする
ためには、前記製造工程において、ろう材スラリーへの
浸漬処理時に、スリーブ部（３）をマスキング処理した
り、ろう材スラリーへの浸漬処理後にクリーニング処理
などを実施すればよい。

なお、本発明において、ハニカムコア体（１）と金属
製ケーシング（２）の当接部は、ハニカムコア体（１）
の少なくとも一方の端部近傍部位の外周面においてろう
接合されていればよい。従って、両者の当接部全域をろ
う接合してもよく、ハニカムコア体の両端部の外周面に
おいてろう接合してもよい。ハニカムコア体（１）の一
方の端部近傍部位の外周面においてのみ当接される場
合、当接部以外においてハニカムコア体（１）がその軸
方向（排気ガスの流れ方向）に伸縮することができるた
め、ハニカムコア体（１）と金属製ケーシング（２）の
熱膨張の差にもとづく熱応力を緩和させることができ、
かつ高価な高温ろう材の使用量を低減させることができ
る。

〔実施例〕

（実施例１） Fe−Cr20％−Al5％−Ce0.02％系耐熱鋼の厚さ0.05mm,
幅100mmの薄肉鋼帯からなる平板状帯材と、前記平板状
帯材をフォーミングギアの間を通過させて調整した波板
状帯材を相互に当接するように重積し、これを一括渦巻
状に巻回して軸方向に多数の網目状通気孔路を有する外
径120mmのハニカムコア体（平方インチ当りのセル密度,
400）を製作した。

次に、前記ハニカムコア体の外周面にろう箔を巻回
し、SUS 430（熱耐鋼）の肉厚1.5mmのケーシング内にス
リーブ幅10mmとなるように填装した（第１図参照）。次
に、スリーブ部をマスキングしてニッケル系ろう材のス
ラリー中にハニカムコア体の両端部及びその近傍部位
（端部より10mmの領域）を浸漬し、ろう材を塗布した。
次いで、乾燥後、真空加熱炉により熱処理してハニカム
コア体と金属製ケーシングをろう材により固着した。こ
のようにして製作した排気ガス浄化装置を第２図の態様
により排気管にTig溶接した。ハニカムコア体の最外層
を構成する平板状帯材の溶接後の硬度分布を第８図に示
す。なお、第８図において、溶接前の硬度（HMV,50g）
は200〜220であった。

また、150〜750℃間の50サイクルの急熱急冷試験（バ
ーナースポーリング試験）を行なった。このときのハニ
カムコア体端部の状況を第９図に示す。

（比較例１）（比較例２） スリーブ部を設けない以外は実施例１と同様にして排
気ガス浄化装置を製作し、これを第12図の態様によりTi
g溶接した（比較例１）。

また、スリーブ部を設けない以外は実施例１と同様に
して排気ガス浄化装置を製作し、これの第13図の態様で
ラップ代2mmのフランジにTig溶接した（比較例２）。

比較例１及び比較例２の溶接後の平板状帯材の硬度分
布を第８図に示す。また、比較例２のバーナースポーリ
ング試験後のハニカムコア体端部の状況を第10図に示
す。

第８図及び第９図〜第10図より、本発明の排気ガス浄
化装置は、溶接時の極めて高い熱の伝播に基づく悪影響
を効果的に排除していることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の金属製ハニカムコア体を金属製ケーシング内
に填装固着してなる排気ガス浄化装置は、金属製ケーシ
ングが、その両端部にハニカムコア体と当接しない所定
幅のスリーブ部を形成したことを特徴とするものであ
る。

また、本発明においては前記したスリーブ部をハニカ
ムコア体とケーシングとの固着及びハニカムコア体を構
成する平板状帯材と波板状帯材との当接部の固着のため
に使用したろう接材の残渣が残らないように構成するよ
うにしたことも特徴とするものである。このようにスリ
ーブ部を構成することにより、この種の排気ガス浄化装
置を自動車等の排気管に溶接固着するときの熱的悪影響
を効果的に排除することができる。即ち、排気ガス浄化
装置を排気管等へ組立てるに際して、簡便、安価かつ効
率的な固着手段であるTigやMigなどの高温の溶接法を採
用しても溶接時の極めて高い熱のハニカムコア体側へ伝
播を効果的に阻止することができる。これにより、排気
ガス浄化装置を構成する各構成部材、特にハニカムコア
体の構成部材である平板と波板状帯材の熱変形，熱劣
化，熱的ダメージが回避される。また、ハニカムコア体
と金属製ケーシングとの固着及びハニカムコア体を構成
する平板状帯材と波板状帯材との当接部の固着に使用し
たろう材の金属成分の各構成部材への拡散が阻止され
る。即ち、ろう材の金属成分の拡散による各構成部材の
脆弱化が阻止され、特にハニカムコア体を構成する平板
状帯材及び／又は波板状帯材の破損，亀裂が防止され
る。これは、担持された高価な排気ガス浄化用触媒層の
剥離，離脱を防止することに通じる。同様に排気ガス浄
化用触媒の金属成分の拡散も阻止される。

本発明において、スリーブ部をろう材の残渣が残らな
いよう構成しているため、この部位におけるろう材残渣
のシンタリングが防止され、耐振性を向上させることが
できる。

以上のように、本発明により、排気ガス浄化装置は排
気管等に安価に組立てることができ、かつ長期に亘り安
定した排気ガスの浄化能力を発現させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の態様でスリーブ部を形成した排
気ガス浄化装置の一部を省略した断面図である。第２図
は第１図に示される排気ガス浄化装置を排気管に溶接し
たものの断面図である。 第３図は第二の態様でスリーブ部を形成した排気ガス浄
化装置の一部を省略した断面図、第４図は第三の態様で
スリーブ部を形成した排気ガス浄化装置の一部を省略し
た断面図、第５図は第四の態様でスリーブを形成した排
気ガス浄化装置の一部を省略した断面図である。 第６図は本発明の巻回タイプの排気ガス浄化装置の斜視
図、第７図は本発明の階層タイプの排気ガス浄化装置の
斜視図である。 第８図は実施例及び比較例の溶接後のハニカムコア体最
外層の平板状帯材の硬度分布を示すグラフである。第９
図はバーナースポーリング試験後の実施例のハニカムコ
ア体端部の要部概略図、第10図は比較例のものの第９図
相当図である。 第11図は従来の排気ガス浄化装置の断面図、第12図は第
11図の排気ガス浄化装置を排気管に溶接したものの断面
図である。 第13図は従来の排気ガス浄化装置をフランジ部を有する
排気管に溶接したものの断面図、第14図は従来の排気ガ
ス浄化装置をフランジ部及びコーン部を有する排気管に
溶接したものの断面図である。 Ａ……本発明の排気ガス浄化装置 Ａ′……従来の排気ガス浄化装置 1,1′……ハニカムコア体 11……平板状帯材 12……波板状帯材 13……網目状通気孔路 2,2′……金属製ケーシング ３……スリーブ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/28 301 - 311

Claims (4)

(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て製作した軸方向に多数の
   網目状通気孔路を有する排気ガス浄化用触媒を担持する
   ためのハニカムコア体を、両端が開口した金属製ケーシ
   ング内に収納固着してなる排気ガス浄化装置であって、
   かつ、前記両端が開口した金属製ケーシングの両端部
   が、排気管に直接的にかつ全周溶接により固着されて使
   用される排気ガス浄化装置において、 （ｉ）．前記ハニカムコア体が、少なくとも一方の端部
   近傍部位の平板状帯材と波板状帯材の当接部がろう接合
   されたもので構成され、かつ、 （ii）．前記金属製ケーシングが、その両端部にハニカ
   ムコア体の両端部から突出する略5mm〜15mmの幅のスリ
   ーブ部を有するもので構成されたものである、 ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】ハニカムコア体が、少なくともハニカムコ
   ア体の一方の端部近傍部位の外周面で金属製ケーシング
   の内周面とろう接合されたものである請求項第１項に記
   載の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】ハニカムコア体が、その両端部近傍部位の
   外周面の全域で金属製ケーシングのスリーブ部にろう材
   の残滓を残さないように金属製ケーシングの内周面とろ
   う接合されたものである請求項第１項に記載の排気ガス
   浄化装置。
4. 【請求項４】ハニカムコア体が、その外周面の一部の領
   域で金属製ケーシングのスリーブ部にろう材の残滓を残
   さないように金属製ケーシングの内周面とろう接合され
   たものである請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。