JP3199936B2 - メタル担体 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のエンジン等の
内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒コ
ンバータ用メタル担体の、耐久性を高めるための接合構
造に関するものである。
内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒コ
ンバータ用メタル担体の、耐久性を高めるための接合構
造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、自動車の排気ガスを浄化する
ための触媒コンバータの触媒子を付着させる担体にはセ
ラミックス担体が多く使用されているが、耐熱性、低圧
損および搭載性の点より、最近メタル担体の使用が増加
している。
ための触媒コンバータの触媒子を付着させる担体にはセ
ラミックス担体が多く使用されているが、耐熱性、低圧
損および搭載性の点より、最近メタル担体の使用が増加
している。
【０００３】メタル担体１は図３にその外観を示すが、
厚さ５０μｍ程度のステンレス鋼等の耐蝕、耐熱合金か
らなる金属箔の平箔２と、平箔をコルゲート加工した波
箔３とを相互に重ねて渦巻状に巻回して、あるいは積層
してハニカム体４を形成し、ハニカム体４を外筒５に収
納して形成されている。
厚さ５０μｍ程度のステンレス鋼等の耐蝕、耐熱合金か
らなる金属箔の平箔２と、平箔をコルゲート加工した波
箔３とを相互に重ねて渦巻状に巻回して、あるいは積層
してハニカム体４を形成し、ハニカム体４を外筒５に収
納して形成されている。
【０００４】このメタル担体１は白金、パラジューム、
ロジュウム等の排ガス浄化用の触媒を担持された後、例
えば自動車エンジンの排ガス系に搭載される。このよう
な使用法においては、メタル担体１は、エンジンからの
高温の排ガスによる激しい熱サイクル、あるいはエンジ
ンからの激しい振動を受けるが、もし損傷すると排気管
を閉鎖したり、あるいはエンジンのシリンダー内に破片
が入り込み、走行不能あるいはエンジンの破損に陥るた
め特に耐久性が重要視される。
ロジュウム等の排ガス浄化用の触媒を担持された後、例
えば自動車エンジンの排ガス系に搭載される。このよう
な使用法においては、メタル担体１は、エンジンからの
高温の排ガスによる激しい熱サイクル、あるいはエンジ
ンからの激しい振動を受けるが、もし損傷すると排気管
を閉鎖したり、あるいはエンジンのシリンダー内に破片
が入り込み、走行不能あるいはエンジンの破損に陥るた
め特に耐久性が重要視される。
【０００５】メタル担体１は耐久性を確保するため、従
来からハニカム体４の内部およびハニカム体４と外筒５
間は、ロウ付け、電子ビーム、レーザ溶接、抵抗溶接あ
るいは拡散接合、液相拡散接合等により接合されてい
る。
来からハニカム体４の内部およびハニカム体４と外筒５
間は、ロウ付け、電子ビーム、レーザ溶接、抵抗溶接あ
るいは拡散接合、液相拡散接合等により接合されてい
る。
【０００６】図４にエンジン始動６０秒後のメタル担体
の温度分布例を示す。排ガスは矢印１４の方向からメタ
ル担体に流入するが、半径方向および軸方向に温度差が
あり、またこの温度差も時間と共に連続的に変化する。
このようにメタル担体には半径方向および軸方向に温度
分布により熱応力が発生し、またその熱応力は時々刻々
と変化する。この熱応力によるハニカム体あるいはハニ
カム体と外筒間の破壊を防止するため、従来から接合構
造については種々の工夫がなされている。
の温度分布例を示す。排ガスは矢印１４の方向からメタ
ル担体に流入するが、半径方向および軸方向に温度差が
あり、またこの温度差も時間と共に連続的に変化する。
このようにメタル担体には半径方向および軸方向に温度
分布により熱応力が発生し、またその熱応力は時々刻々
と変化する。この熱応力によるハニカム体あるいはハニ
カム体と外筒間の破壊を防止するため、従来から接合構
造については種々の工夫がなされている。
【０００７】さらにまた、ハニカム体内部で未燃ガスが
爆発的に燃焼する失火に対しては、ハニカム体がバラバ
ラに飛散せぬような接合構造を採用しなければならな
い。そのため、例えば特開平４−７１６４８号公報に
は、ハニカム入側端面近傍を接合し、ハニカム体出側の
接合強度を５０％以下、あるいは接合長または接合箇所
を５０％以下とし、ハニカム体の最外周から５周以内を
軸方向に接合し、外筒とハニカム体間は入側の接合領域
と重複しない軸方向部分で接合する方法が示されてい
る。しかし、このような接合構造は、出側の接合部が半
径方向では外筒と直結している状態になるため、熱応力
を緩和する部分がなく破壊してしまう。また軸方向では
出側の接合強度が入側の５０％以下としているものの、
ハニカム体全長の熱膨張が、入側と出側の接合部の間に
作用するためハニカム体が破壊してしまう。
爆発的に燃焼する失火に対しては、ハニカム体がバラバ
ラに飛散せぬような接合構造を採用しなければならな
い。そのため、例えば特開平４−７１６４８号公報に
は、ハニカム入側端面近傍を接合し、ハニカム体出側の
接合強度を５０％以下、あるいは接合長または接合箇所
を５０％以下とし、ハニカム体の最外周から５周以内を
軸方向に接合し、外筒とハニカム体間は入側の接合領域
と重複しない軸方向部分で接合する方法が示されてい
る。しかし、このような接合構造は、出側の接合部が半
径方向では外筒と直結している状態になるため、熱応力
を緩和する部分がなく破壊してしまう。また軸方向では
出側の接合強度が入側の５０％以下としているものの、
ハニカム体全長の熱膨張が、入側と出側の接合部の間に
作用するためハニカム体が破壊してしまう。
【０００８】また実願平４−２４０４１号には、ハニカ
ム体の入側端面近傍の接合部から軸方向に離れ、さらに
出側端部からも離れたハニカム体内部の一横断面接合
し、軸方向に全長接合した外周強化層を設けた接合構造
が示されている。この接合構造では、ハニカム体内部の
一横断面接合部の位置は外筒とハニカム体間の接合部位
と重複している場合と、していない場合の両方が示され
ている。
ム体の入側端面近傍の接合部から軸方向に離れ、さらに
出側端部からも離れたハニカム体内部の一横断面接合
し、軸方向に全長接合した外周強化層を設けた接合構造
が示されている。この接合構造では、ハニカム体内部の
一横断面接合部の位置は外筒とハニカム体間の接合部位
と重複している場合と、していない場合の両方が示され
ている。
【０００９】軸方向の熱膨張収縮には、ハニカム体入側
近傍の接合部位と内部の接合部位間の距離が短くなり有
利になるが、内部接合部位と外筒とハニカム体接合部位
との距離が短くなるため、重複している場合は、特開平
４−７１６４８号公報におけると同様に、外筒と直結状
態になるため、ハニカム体が半径方向に破壊する。また
重複していない場合も、同内部接合部位と、外筒とハニ
カム体との接合部位との距離が短くなり、言い換えると
自由長が短くなるため、ハニカム体あるいは外筒接合部
が損傷し易くなる問題がある。
近傍の接合部位と内部の接合部位間の距離が短くなり有
利になるが、内部接合部位と外筒とハニカム体接合部位
との距離が短くなるため、重複している場合は、特開平
４−７１６４８号公報におけると同様に、外筒と直結状
態になるため、ハニカム体が半径方向に破壊する。また
重複していない場合も、同内部接合部位と、外筒とハニ
カム体との接合部位との距離が短くなり、言い換えると
自由長が短くなるため、ハニカム体あるいは外筒接合部
が損傷し易くなる問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のように熱応力あるいは失火に対して耐久性のある接合
構造を有するメタル担体を提供するものである。
のように熱応力あるいは失火に対して耐久性のある接合
構造を有するメタル担体を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱合金性金
属の平箔と、同箔をコルゲート加工して形成された波箔
を交互に巻回あるいは積層されたハニカム体と、それを
収容する耐熱合金性外筒よりなり、ハニカム体の入側端
面近傍が全面接合されると共に、同入側近傍の接合部か
ら軸方向に離れた箇所のハニカム体の出側近傍でハニカ
ム体と外筒が接合され、さらにハニカム体と外筒との接
合部に接する外周強化層が設けられている触媒コンバー
タ用メタル担体において、入側端面近傍の接合部と出側
端面より軸方向に離れた範囲内で、平箔と波箔が全てあ
るいは規則的に非接合部と接合部を設けて接合し、外周
強化層の内周と同じ層は全周非接合とした横断的接合部
を設けたことを特徴とするメタル担体を要旨とするもの
である。
属の平箔と、同箔をコルゲート加工して形成された波箔
を交互に巻回あるいは積層されたハニカム体と、それを
収容する耐熱合金性外筒よりなり、ハニカム体の入側端
面近傍が全面接合されると共に、同入側近傍の接合部か
ら軸方向に離れた箇所のハニカム体の出側近傍でハニカ
ム体と外筒が接合され、さらにハニカム体と外筒との接
合部に接する外周強化層が設けられている触媒コンバー
タ用メタル担体において、入側端面近傍の接合部と出側
端面より軸方向に離れた範囲内で、平箔と波箔が全てあ
るいは規則的に非接合部と接合部を設けて接合し、外周
強化層の内周と同じ層は全周非接合とした横断的接合部
を設けたことを特徴とするメタル担体を要旨とするもの
である。
【００１２】
【作用】メタル担体の熱応力は、強化層近傍が特に大き
い。理由は外筒５が平箔２と波箔３と比較して厚さが厚
く、また外気に曝されており、内部のハニカム体との温
度落差が大きいためである。また失火対策は、ハニカム
体が薄い箔で構成されているため、損傷は免れないの
で、損傷した箔の飛散防止である。
い。理由は外筒５が平箔２と波箔３と比較して厚さが厚
く、また外気に曝されており、内部のハニカム体との温
度落差が大きいためである。また失火対策は、ハニカム
体が薄い箔で構成されているため、損傷は免れないの
で、損傷した箔の飛散防止である。
【００１３】本発明におけるメタル担体１の接合構造
は、図１に示すようにハニカム体４の入側端面近傍７が
全面接合されると共に、ハニカム体４の出側近傍８で外
筒５と接合しており、その接合部を含んで最外層から数
層全面接合されて強化層９がある。そして入側端面近傍
の接合部７および出側端面１０より軸方向に離れた範囲
内で、横断的接合部１１が全面的にあるいは規則的に非
接合部を設けられ間欠的に接合されている。しかし、横
断的接合部１１の中で、外筒５と接合しているハニカム
体の外周強化層９の内周層１２と同じ層１３は全周を非
接合としている。
は、図１に示すようにハニカム体４の入側端面近傍７が
全面接合されると共に、ハニカム体４の出側近傍８で外
筒５と接合しており、その接合部を含んで最外層から数
層全面接合されて強化層９がある。そして入側端面近傍
の接合部７および出側端面１０より軸方向に離れた範囲
内で、横断的接合部１１が全面的にあるいは規則的に非
接合部を設けられ間欠的に接合されている。しかし、横
断的接合部１１の中で、外筒５と接合しているハニカム
体の外周強化層９の内周層１２と同じ層１３は全周を非
接合としている。
【００１４】図２に具体的な非接合層１３と周辺の接合
層との関係を示す。外周強化層９の内周層は平箔１５
で、その内側の波箔１６とは接合されていない。当然、
同一断面においては外周強化層９の内側の平箔２と波箔
３は接合されていない。横断的接合部１１の非接合層１
３は、外周強化層９の平箔１５と同じ層の平箔は、外側
の波箔１７とは接合しているが、内側の波箔１６とは接
合されていない。しかし、非接合層の同一断面の内側の
平箔２と波箔３は全面的に、あるいは間欠的に接合され
ている。なお、１８は各層の接合部を示す。
層との関係を示す。外周強化層９の内周層は平箔１５
で、その内側の波箔１６とは接合されていない。当然、
同一断面においては外周強化層９の内側の平箔２と波箔
３は接合されていない。横断的接合部１１の非接合層１
３は、外周強化層９の平箔１５と同じ層の平箔は、外側
の波箔１７とは接合しているが、内側の波箔１６とは接
合されていない。しかし、非接合層の同一断面の内側の
平箔２と波箔３は全面的に、あるいは間欠的に接合され
ている。なお、１８は各層の接合部を示す。
【００１５】すなわちハニカム体４の内部の横断的接合
部１１は、外周５とは非接合層１３によって半径方向お
よび軸方向に縁が切れている。しかし、同層を除けば、
各層は入側端面近傍の接合部７と横断的接合部１１で連
結されている。
部１１は、外周５とは非接合層１３によって半径方向お
よび軸方向に縁が切れている。しかし、同層を除けば、
各層は入側端面近傍の接合部７と横断的接合部１１で連
結されている。
【００１６】この結果、本発明担体６においては、外筒
５から受ける半径方向および軸方向の熱応力は、非接合
層１３で分離され伝達出来ないため、ハニカム体４の損
傷を防止出来る。また不燃ガスが爆発的に燃える失火が
発生した場合は、入側端面近傍の接合部７と内部の横断
的接合部１１の間で発生するが、通常は部分的あるいは
偏心して発生することが多く、ハニカム体全面で一瞬に
発生することはまれであるため、殆どハニカム体の飛散
は防止される。またたとえ全面で発生したとしても、非
接合層１３から飛散するため、エンジン側へずれること
もなく、また直径も小さくなっているため、大きい被害
になることが少ない。
５から受ける半径方向および軸方向の熱応力は、非接合
層１３で分離され伝達出来ないため、ハニカム体４の損
傷を防止出来る。また不燃ガスが爆発的に燃える失火が
発生した場合は、入側端面近傍の接合部７と内部の横断
的接合部１１の間で発生するが、通常は部分的あるいは
偏心して発生することが多く、ハニカム体全面で一瞬に
発生することはまれであるため、殆どハニカム体の飛散
は防止される。またたとえ全面で発生したとしても、非
接合層１３から飛散するため、エンジン側へずれること
もなく、また直径も小さくなっているため、大きい被害
になることが少ない。
【００１７】なお、図１では強化層９は、軸方向に全て
接合されている場合を示しているが、部分的に接合して
いる場合も、本発明の接合構造が採用出来る場合は有効
である。
接合されている場合を示しているが、部分的に接合して
いる場合も、本発明の接合構造が採用出来る場合は有効
である。
【００１８】
【実施例】従来の接合構造のメタル担体と本発明法によ
る接合構造のメタル担体の耐久性を比較した。 担体サイズ：外径１００mm、長さ１００mm 外筒：フェライト系ステンレス鋼、板厚 １．５mm、外
径１００mm 長さ１００mm ハニカム体：フェライト系ステンレス鋼の平箔と波箔で
構成、外径９７mm 長さ１００mm、セル密度４００セル／吋2 平箔と波箔：厚さ５０μｍ、波箔波高さ１．２mm、波箔
ピッチ２．５４mm 接合法：ハニカム体内部およびハニカム体と外筒間 ロ
ウ付け 従来の接合構造のメタル担体Ａ：図５ 本発明の接合構造のメタル担体Ｂ：図１
る接合構造のメタル担体の耐久性を比較した。 担体サイズ：外径１００mm、長さ１００mm 外筒：フェライト系ステンレス鋼、板厚 １．５mm、外
径１００mm 長さ１００mm ハニカム体：フェライト系ステンレス鋼の平箔と波箔で
構成、外径９７mm 長さ１００mm、セル密度４００セル／吋2 平箔と波箔：厚さ５０μｍ、波箔波高さ１．２mm、波箔
ピッチ２．５４mm 接合法：ハニカム体内部およびハニカム体と外筒間 ロ
ウ付け 従来の接合構造のメタル担体Ａ：図５ 本発明の接合構造のメタル担体Ｂ：図１
【００１９】上記従来担体Ａと本発明担体Ｂを３０００
ccの自動車用エンジンの排気系に取付け、１サイクル
［加熱９００℃×５分 冷却１５０℃×５分］の加熱冷
却試験を１０００サイクル行った。試験後、両メタル担
体を検査したところ、メタル担体Ａの入側端面の外周強
化層の内側で、ハニカム体が周方向に切断し、入側に飛
び出していた。これは入側端面近傍の接合部７と内部の
横断的接合部１１の間で、軸方向の応力が発生し、入側
端面近傍の接合部７が突き上げられ強化層９との境界が
破損したためである。一方本発明のメタル担体Ｂにおい
ては、担体の出側において非接合層１３の内側のハニカ
ム体が熱サイクルにより、箔が軸方向に１．２mm長くな
り飛び出していたが、損傷はなく良好な耐久性を示し
た。
ccの自動車用エンジンの排気系に取付け、１サイクル
［加熱９００℃×５分 冷却１５０℃×５分］の加熱冷
却試験を１０００サイクル行った。試験後、両メタル担
体を検査したところ、メタル担体Ａの入側端面の外周強
化層の内側で、ハニカム体が周方向に切断し、入側に飛
び出していた。これは入側端面近傍の接合部７と内部の
横断的接合部１１の間で、軸方向の応力が発生し、入側
端面近傍の接合部７が突き上げられ強化層９との境界が
破損したためである。一方本発明のメタル担体Ｂにおい
ては、担体の出側において非接合層１３の内側のハニカ
ム体が熱サイクルにより、箔が軸方向に１．２mm長くな
り飛び出していたが、損傷はなく良好な耐久性を示し
た。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明によるメタル担体
は、エンジンの激しい熱サイクルに対しても耐久性があ
り、またハニカム体内部で発生する失火によってもハニ
カム体のズレ、飛出しが少なく、従来のメタル担体より
も安心して使用できる。また横断的接合部１１の接合
は、１層を除いて全面接合でなく、規則的に非接合部と
接合部を設けた接合構造であっても、発生する熱応力が
小さくなっているため、ハニカム体の変形が少なく触媒
層の剥離脱落がなく浄化能を維持出来有効である。
は、エンジンの激しい熱サイクルに対しても耐久性があ
り、またハニカム体内部で発生する失火によってもハニ
カム体のズレ、飛出しが少なく、従来のメタル担体より
も安心して使用できる。また横断的接合部１１の接合
は、１層を除いて全面接合でなく、規則的に非接合部と
接合部を設けた接合構造であっても、発生する熱応力が
小さくなっているため、ハニカム体の変形が少なく触媒
層の剥離脱落がなく浄化能を維持出来有効である。
【図１】本発明によるメタル担体の断面図。
【図２】本発明の非接合部近傍の部分拡大図。
【図３】メタル担体の外観図。
【図４】エンジン始動６０秒後のメタル担体内部の温度
分布例。
分布例。
【図５】従来のメタル担体の断面接合図。
１ メタル担体 ２ 平箔 ３ 波箔 ４ ハニカム体 ５ 外筒 ６ 本発明のメタル担体 ７ 入側端面近傍の接合部 ８ ハニカム体出側近傍 ９ 外周強化層 １０ 出側端面 １１ 横断的接合部 １２ 外周強化層の内周層 １３ 非接合層 １４ 排気ガスの流入方向を示す矢印 １５ 外周強化層内周の平箔 １６ 外周強化層の内周に接する波箔 １７ 非接合層１３の外側の波箔 １８ 各層の接合部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−180838（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−148016（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−71648（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−96426（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86 F01N 3/28
Claims (1)
- 【請求項１】 耐熱合金性金属の平箔と、同箔をコルゲ
ート加工して形成された波箔を交互に巻回あるいは積層
されたハニカム体と、それを収容する耐熱合金性外筒よ
りなり、ハニカム体の入側端面近傍が全面接合されると
共に、同入側近傍の接合部から軸方向に離れた箇所のハ
ニカム体の出側近傍でハニカム体と外筒が接合され、さ
らにハニカム体と外筒との接合部に接する外周強化層が
設けられている触媒コンバータ用メタル担体において、
入側端面近傍の接合部と出側端面より軸方向に離れた範
囲内で、平箔と波箔が全てあるいは規則的に非接合部と
接合部を設けて接合し、外周強化層の内周と同じ層は全
周非接合とした横断的接合部を設けたことを特徴とする
メタル担体。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP28955593A JP3199936B2 (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | メタル担体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28955593A JP3199936B2 (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | メタル担体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07136525A JPH07136525A (ja) | 1995-05-30 |
| JP3199936B2 true JP3199936B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=17744758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28955593A Expired - Lifetime JP3199936B2 (ja) | 1993-11-18 | 1993-11-18 | メタル担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199936B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10072549B2 (en) | 2014-02-12 | 2018-09-11 | Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. | Metal substrate for catalytic converters |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7002377B2 (ja) * | 2018-03-19 | 2022-01-20 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
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-
1993
- 1993-11-18 JP JP28955593A patent/JP3199936B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10072549B2 (en) | 2014-02-12 | 2018-09-11 | Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. | Metal substrate for catalytic converters |
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