JP3120942B2

JP3120942B2 - メタル触媒担体の溶接方法

Info

Publication number: JP3120942B2
Application number: JP06199512A
Authority: JP
Inventors: 文彦加藤; 勝文井上
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1994-08-24
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH0857672A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の触媒コンバ
ータに用いられるメタル触媒担体に係わり、特に、メタ
ル触媒担体を構成する金属製の波板と平板とを相互に溶
接するためのメタル触媒担体の溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の排気系には、排気ガス
を浄化するため、例えば、金属製の波板と平板とを積層
してなるメタル触媒担体を収容した触媒コンバータが配
置されている。

【０００３】図９は、メタル触媒担体の一例を示すもの
で、このメタル触媒担体は、図１０に示すように、金属
製の波板１１と平板１３とを交互に重ね、これ等を芯材
を中心にして、円形形状に多重に巻回して仮コア部１５
を形成した後、この仮コア部１５を押し潰すことにより
形成される。

【０００４】このようなメタル触媒担体１７は、例え
ば、図１１に示すように、排気ガスの流入口１９および
流出口２１の形成される筒状容器２３内に収容されて用
いられる。

【０００５】しかしながら、このようなメタル触媒担体
１７では、波板１１と平板１３とを巻回したままの状態
にしておくと、メタル触媒担体１７内への排気ガスＧの
流通により、メタル触媒担体１７の中心部に位置する波
板１１および平板１３がメタル触媒担体１７の軸方向に
突出する、いわゆる、フィルムアウト現象が生じるとい
う問題がある。

【０００６】すなわち、このフィルムアウト現象は、メ
タル触媒担体１７が高温で膨張している状態で、アイド
リング時に低温ガスが流入すると、先ず、中心部が収縮
し、積層された波板１１と平板１３とを相互に引き剥が
す力Ｆ₁が働き、波板１１と平板１３とが相互に引き剥
がされると、中心部分が、ガス圧，振動等の押し出し力
Ｆ₂により押し出されることにより発生する。

【０００７】そこで、従来、このようなメタル触媒担体
では、波板１１と平板１３とを相互に接合することが行
われている。このような接合方法としては、例えば、特
開平４−２９７５０号公報に開示されるように、波板１
１と平板１３とをろう付けにより接合する方法、例え
ば、特開平１−１７６４５４号公報に開示されるよう
に、波板１１と平板１３とを拡散接合により接合する方
法、例えば、特公平４−３５２７１号公報に開示される
ように、担体の端面をレーザービーム溶接する方法、例
えば、特開平３−１１４５４６号公報に開示されるよう
に、箔材中のアルミニウムを高温酸化させ、アルミナを
生成する方法、例えば、特開平４−２７４４３号公報に
開示されるように、ジュール熱を利用して波板１１と平
板１３とを電気溶接する方法、例えば、特公昭６０−２
７８０７号公報に開示されるように、担体に串を通して
波板１１と平板１３とを機械的に連結する方法等が知ら
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、特開平４−２９７５０号公報に開示される方法で
は、波板１１と平板１３とをろう付けするために、高価
な真空電気炉が必要になり、また、高温雰囲気を維持す
るために多大なエネルギーが必要になり、さらに、高価
なろう材が必要になるという問題があった。

【０００９】また、例えば、特開平１−１７６４５４号
公報に開示される拡散接合方法では、強固な接合強度を
得ることができないという問題があった。さらに、例え
ば、特公平４−３５２７１号公報に開示される担体の端
面をレーザービーム溶接する方法では、端面のみをレー
ザービーム溶接しているため、確実な接合強度を得るこ
とができないという問題があった。

【００１０】また、例えば、特開平３−１１４５４６号
公報に開示されるアルミナを生成する方法では、強固な
接合強度を得ることができないという問題があった。さ
らに、例えば、特開平４−２７４４３号公報に開示され
るように、ジュール熱を利用して波板１１と平板１３と
を電気溶接する方法では、波板１１と平板１３とを丁寧
に溶接する必要があるため、多大な溶接時間が必要にな
るという問題があった。

【００１１】また、例えば、特公昭６０−２７８０７号
公報に開示されるように、担体に串を通して波板１１と
平板１３とを機械的に連結する方法では、串と接触する
箔材が損傷したり、串により通気抵抗が増大するという
問題があった。

【００１２】本発明は、上記のような問題を解決すべく
なされたもので、波板と平板とを容易かつ強固に溶接す
ることができるメタル触媒担体の溶接方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１のメタル触媒担
体の溶接方法は、金属製の波板と平板とを交互に積層し
てなる担体素子の前記波板と平板とを溶接するメタル触
媒担体の溶接方法において、前記担体素子の前記波板お
よび平板に直交する方向からピン部材を圧入した後、前
記ピン部材を引き抜き、前記波板および平板の前記ピン
部材の貫通部にバリを形成し、この後、前記担体素子の
開口方向から前記バリおよびこの近傍にレーザービーム
を照射し、前記波板と平板とを相互に溶接するものであ
る。

【００１４】請求項２のメタル触媒担体の溶接方法は、
請求項１において、前記担体素子は、前記波板と平板と
を重ね、これ等を多重に巻回してなるものである。

【００１５】

【作用】請求項１のメタル触媒担体の溶接方法では、先
ず、担体素子の波板および平板に直交する方向からピン
部材を圧入し、このピン部材を引き抜くことにより波板
および平板のピン部材の貫通部にバリが形成される。

【００１６】そして、この後、担体素子の開口方向から
バリおよびこの近傍にレーザービームを照射すると、レ
ーザービームの熱エネルギーにより波板側のバリが平板
に、平板側のバリが波板に溶着し相互に溶接される。

【００１７】請求項２のメタル触媒担体の溶接方法で
は、波板と平板とを重ねこれ等を多重に巻回した担体素
子の波板と平板とが確実に溶接されるため、波板と平板
との接合が破壊され、波板と平板とが担体素子の軸方向
に突出することがなくなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の詳細を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明のメタル触媒担体の溶接方法の第１
の実施例を示しており、図において、符号３１は、金属
製の波板３３と平板３５とを交互に積層してなる担体素
子を示している。

【００１９】この担体素子３１は、波板３３と平板３５
とを重ね、これ等を多重に巻回した後、レーストラック
状に押し潰して形成されている。なお、この実施例で
は、担体素子３１の軸長方向寸法は１１８mm、長径寸法
は１５４mm、短径寸法は８８mmである。

【００２０】担体素子３１の外周には、略全面にわたっ
て、ピン部材３７が圧入，引き抜きされる圧入点Ｐが、
４×４×２の３２個所設定されている。この実施例で
は、先ず、担体素子３１の波板３３および平板３５に直
交する方向からピン部材３７が圧入される。

【００２１】従って、担体素子３１の平坦部３１ａの圧
入点Ｐにおいては、平坦部３１ａに対して垂直な方向か
らピン部材３７が圧入され、円弧部３１ｂにおいては、
円弧部３１ｂの中心に向かう方向にピン部材３７が圧入
される。

【００２２】この後、ピン部材３７を引き抜くことによ
り波板３３および平板３５のピン部材３７の貫通部３９
に図２に示すようなバリ４１が形成される。なお、ピン
部材３７の圧入は、各圧入点Ｐ毎に行っても良く、ま
た、複数または全部の圧入点Ｐに対して同時に行っても
良い。

【００２３】そして、次に、図３に示すように、担体素
子３１のセル開口方向からバリ４１およびこの近傍にレ
ーザービーム４３が照射される。このレーザービーム４
３の照射は、ピン部材３７の圧入方向に、レーザービー
ム４３を連続的に移動して行くことにより行われる。

【００２４】そして、レーザービーム４３を照射する
と、レーザービーム４３の熱エネルギーにより、図４に
示すように、波板３３側のバリ４１が平板３５に、平板
３５側のバリ４１が波板３３に溶着し相互に溶接され
る。

【００２５】なお、ピン部材３７の圧入，引き抜きによ
りバリ４１を形成した時には、図５に示すように、バリ
４１によりセルが目詰まり状態になるが、レーザービー
ムの照射によりバリ４１が溶融すると、図６に示すよう
に、バリ４１が凝集するため、目詰まり状態が解消され
る。

【００２６】しかして、この実施例のメタル触媒担体の
溶接方法では、ピン部材３７の圧入，引き抜きにより波
板３３および平板３５のピン部材３７の貫通部３９にバ
リ４１を形成した後、担体素子３１の開口方向からバリ
４１およびこの近傍にレーザービーム４３を照射し、レ
ーザービーム４３の熱エネルギーにより波板３３側のバ
リ４１を平板３５に、平板３５側のバリ４１を波板３３
に溶着するようにしたので、波板３３と平板３５とを容
易かつ強固に溶接することができる。

【００２７】すなわち、レーザービーム４３を施された
波板３３と平板３５との接触部分では、高靱性を有する
金属接合がなされ、メタル触媒担体として使用中に要求
されるガス流れに沿った力と、この力に直角な方向の箔
を引き剥がす方向の力に対して充分な強度を得ることが
できるため、フィルムアウト現象を確実に防止すること
ができる。

【００２８】例えば、従来の酸化接合方法では、アルミ
ニウム酸化物に靱性がないため、箔を引き剥がす直角方
向の力に弱く、担体素子の軸長方向のズレ力である押し
出し力が大きいにもかかわらず、フィルムアウト現象が
生じていたが、本発明では、これを解消することができ
る。

【００２９】そして、上述したメタル触媒担体の溶接方
法では、ろう付け，拡散接合，酸化物拡散等のための熱
処理が不要になり、また、製造工程が簡略化されるた
め、製造コストを低減することができる。

【００３０】さらに、従来は、熱処理により、例えば、
酸化物拡散接合では、鋼中のアルミニウムが消費され、
また、ろう付け，拡散接合では、金属粒成長や金属粒界
への炭化物析出等により材料の劣化が生じていたが、本
発明方法では、熱処理が不要になるため、材料の劣化を
防止することができる。

【００３１】図７は、本発明のメタル触媒担体の溶接方
法の第２の実施例を示しており、図において、符号４５
は、波板３３と平板３５とを重ね、これ等を多重に巻回
した円柱状の担体素子を示している。

【００３２】この実施例では、担体素子４５の軸長方向
寸法は１１８mm、外径寸法は９８mmである。担体素子４
５の外周には、略全面にわたって、圧入点Ｐが、３×４
の１２個所形成されている。

【００３３】圧入点Ｐは、軸長方向に対して所定角度θ
傾斜して設定されている。この実施例では、先ず、担体
素子４５の中心方向に向けてピン部材３７が圧入され
る。

【００３４】この後、ピン部材３７を引き抜くことによ
り波板３３および平板３５のピン部材３７の貫通部３９
にバリ４１が形成される。そして、次に、担体素子４５
のセル開口方向からバリ４１およびこの近傍にレーザー
ビーム４３が照射される。

【００３５】そして、レーザービーム４３を照射する
と、レーザービーム４３の熱エネルギーにより、波板３
３側のバリ４１が平板３５に、平板３５側のバリ４１が
波板３３に溶着し相互に溶接される。

【００３６】この実施例においても第１の実施例と同様
の効果を得ることができるが、この実施例では、圧入点
Ｐを、軸長方向に対して所定角度θ傾斜して設定したの
で、図８に示すように、担体素子４５のセル開口方向か
ら見た時に、ピン部材３７による貫通部３９が重なるこ
とがなくなり、各貫通部３９のバリ４１を、レーザービ
ームにより確実に溶融することができる。

【００３７】次に示す表１は、本発明のメタル触媒担体
の溶接方法により接合された担体素子と、従来の担体素
子のフィルムアウト性を比較して示しており、本発明の
メタル触媒担体の溶接方法により接合された担体素子で
は、フィルムアウトが殆ど発生していないのがわかる。

【００３８】

【表１】なお、担体素子を形成する波板３３および平板３５に
は、２０％Ｃｒ−５％Ａｌフェライトステンレスからな
る肉厚５０μｍの箔材が使用された。

【００３９】また、担体素子のセル密度は、６２０×１
０００個／ｍ²である。さらに、ヒートサイクルテスト
は、４０００ccのＶ型８気筒エンジンを用い、触媒コン
バータの出口温度を５分間で９００℃まで昇温し、次
に、大気を吸い込みながら５分間で２００℃まで冷却す
るサイクルを５００サイクル行うことによりなされた。

【００４０】また、表１において、端面レーザー溶接と
は、担体素子の端面にレーザービームを照射し、端面の
波板３３と平板３５とを簡単に溶接したもので、波板３
３と平板３５とを軽く接合する効果はあるが、波板３３
と平板３５との実質的な接合強度には、大きな影響を有
していない。

【００４１】さらに、比較例２および３の担体素子は、
１１００℃の空気雰囲気中において２時間熱処理し、波
板３３と平板３５とを酸化物接合したものである。な
お、以上述べた実施例では、波板３３と平板３５とを巻
回してなる担体素子３１，４５に本発明を適用した例に
ついて述べたが、本発明は、かかる実施例に限定される
ものではなく、波板３３と平板３５とを単に積層してな
る担体素子等にも同様に適用できる。

【００４２】また、上述した圧入点Ｐの個数は、ピン部
材３７の径を大きくすることにより低減することができ
る。さらに、上述した平板３５は、完全な平面状の板に
限定されるものではなく、例えば、小さな小波を形成し
てあっても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１のメタル触
媒担体の溶接方法では、ピン部材の圧入，引き抜きによ
り波板および平板のピン部材の貫通部にバリを形成した
後、担体素子の開口方向からバリおよびこの近傍にレー
ザービームを照射し、レーザービームの熱エネルギーに
より波板側のバリを平板に、平板側のバリを波板に溶着
するようにしたので、波板と平板とを容易かつ強固に溶
接することができる。

【００４４】請求項２のメタル触媒担体の溶接方法で
は、波板と平板とを重ねこれ等を多重に巻回した担体素
子の波板と平板とが確実に溶接されるため、波板と平板
との接合が破壊され、波板と平板とが担体素子の軸方向
に突出することがなくなり、フィルムアウト現象を防止
することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタル触媒担体の溶接方法の第１の実
施例を示す説明図である。

【図２】ピン部材の圧入，引き抜きにより波板と平板と
に形成されるバリを拡大して示す説明図である。

【図３】レーザービームの照射方法を示す説明図であ
る。

【図４】レーザービームの照射により溶着されたバリを
示す説明図である。

【図５】ピン部材の圧入，引き抜きにより形成されたバ
リによるセルの目詰まりを示す説明図である。

【図６】レーザービームの照射によりバリが溶融されセ
ルの目詰まりが解消された状態を示す説明図である。

【図７】本発明のメタル触媒担体の溶接方法の第２の実
施例を示す説明図である。

【図８】ピン部材に形成された複数の貫通部をセル開口
側から見た状態を示す説明図である。

【図９】従来のメタル触媒担体を示す斜視図である。

【図１０】波板と平板とを巻回している状態を示す斜視
図である。

【図１１】フィルムアウト現象を示す説明図である。

【符号の説明】

３１，４５担体素子３３波板３５平板３９貫通部４１バリ４３レーザービーム

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/28 Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｌ // Ｂ２３Ｋ 101:02 (56)参考文献特開昭63−185627（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−13462（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−4254（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−27807（ＪＰ，Ｂ２) 特公平４−35271（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 B01J 32/00 B01J 35/04 F01N 3/28 B23K 101:02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の波板（３３）と平板（３５）と
を交互に積層してなる担体素子（３１，４５）の前記波
板（３３）と平板（３５）とを溶接するメタル触媒担体
の溶接方法において、前記担体素子（３１，４５）の前記波板（３３）および
平板（３５）に直交する方向からピン部材（３７）を圧
入した後、前記ピン部材（３７）を引き抜き、前記波板
（３３）および平板（３５）の前記ピン部材（３７）の
貫通部（３９）にバリ（４１）を形成し、この後、前記
担体素子（３１，４５）の開口方向から前記バリ（４
１）およびこの近傍にレーザービーム（４３）を照射
し、前記波板（３３）と平板（３５）とを相互に溶接す
ることを特徴とするメタル触媒担体の溶接方法。
【請求項２】請求項１記載のメタル触媒担体の溶接方
法において、前記担体素子（３１，４５）は、前記波板（３３）と平
板（３５）とを重ね、これ等を多重に巻回してなること
を特徴とするメタル触媒担体の溶接方法。