JP3242401B2

JP3242401B2 - 排気ガス浄化用触媒およびその製造法

Info

Publication number: JP3242401B2
Application number: JP28020990A
Authority: JP
Inventors: 和則井原; 浩村上
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH04156950A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本願発明は、排気ガス浄化用触媒およびその製造法に
関するものである。

（従来の技術）従来、排気ガス浄化用触媒としてセラミック製基体の
表面に触媒コート層を形成した所謂セラミック触媒が多
用されていたが、近年は加工性、活性速度等において優
れるとの理由から、所謂金属触媒（例えば、特開昭54−
13462号公報参照）がこれに替わって採用される傾向に
ある。

尚、この金属触媒は、上掲公知例にも開示されるよう
に、平板状フォイルと波板状フォイルとを相互に重ね合
わせた状態で順次渦巻き状に積層するとともに、上記各
フォイルの表面に触媒成分をコーティングして所定厚さ
の触媒コート層を形成して構成される。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような金属触媒においては、成形状態
を維持して強度性能を確保する観点から、平板状フォイ
ルと波板状フォイルとを相互に溶接接合しながら渦巻き
状に積層し、また積層形成された触媒担体はさらにその
外側に外筒部材を嵌挿してこれに溶接接合するのが一般
的である（尚、上掲公知例のものは外筒部材を設けない
構造となっている）。また、この場合、触媒担体の内周
側から外周側まで一様に平板状フォイルと波板状フォイ
ルの重ね合せ状態を維持する構成が一般的であり、従っ
て該触媒担体の外周面においては最外周の平板状フォイ
ルの内側まで触媒コート層が形成されることとなる。

一方、触媒コート層（一般に、γ−アルミナ（γ−Al
₂O₃）を主成分とし、Pt,Rh,Pd等の触媒成分を含有す
る）は、溶接熱等の排気ガス温度に比して極めて高い温
度条件下にさらされることによって熱劣化しその性状が
変化したり、また特に溶接熱の場合には局部的に高い熱
衝撃がかかることからクラックが発生すること等が懸念
される。このため、その製造に際してはできるだけこの
ような溶接熱の影響が触媒コート層に及ばないように配
慮する必要がある。

しかるに、従来一般の金属触媒においては、予めその
表面に触媒コート層を形成した平板状フォイルと波板状
フォイルとを用いてこれを相互に溶接しながら渦巻き状
に積層するようにしていたため、当然この時の溶接熱が
触媒コート層に伝達されその熱劣化あるいはクラック発
生等が懸念されるものである。

また、特に積層成形された触媒担体に対して外筒部材
を嵌挿する構成のものにあっては、元々フォイルが極め
て薄い（通常50μ程度）ため、外筒部材と触媒担体とを
溶接接合する場合、該平板状フォイルが溶融してその溶
接熱が直接触媒コート層に加わることとなり、該触媒コ
ート層の熱劣化あるいはクラック発生という点において
重大な影響を与えるおそれがある。即ち、従来構造の排
気ガス浄化用触媒およびその製造法においては、溶接熱
が触媒コート層に与える影響についてなんら考慮がされ
ていないと言える。

そこで本願発明は、触媒コート層に与える溶接熱の影
響を可及的に抑制することによって、排気浄化性能が良
好で且つその信頼性の高い排気ガス浄化用触媒およびそ
の製造法を提案せんとしてなされたものである。

（課題を解決するための手段）本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段
として、（Ｉ）請求項１記載の発明にかかる排気ガス浄化用触媒
では、重ね合せ状態で相互に溶接接合された平板状の第
１フォイルと波板状の第２フォイルとを順次渦巻き状に
多段積層するとともに該第１フォイルと第２フォイルの
表面にそれぞれ触媒コート層が形成された触媒担体を外
筒部材内に嵌挿固定してなる排気ガス浄化用触媒におい
て、上記触媒担体の外周部においては上記第１フォイル
のみを複数回積層して重合部を形成するとともに、該重
合部を上記外筒部材に対してレーザービーム溶接により
溶接接合したことを特徴とし、（II）請求項２記載の発明にかかる排気ガス浄化用触媒
の製造法では、平板状の第１フォイルと波板状の第２フ
ォイルとを重ね合わせた状態で相互に溶接接合しながら
これを渦巻き状に順次積層するとともにその積層終端部
においては上記第１フォイルのみを複数回積層してこれ
を所定厚さを有する重合部とし、しかる後、上記第１フ
ォイルと第２フォイルの表面上にそれぞれ触媒成分をコ
ーティングして触媒担体を構成し、さらにこの触媒担体
を外筒部材内に嵌挿した後、この外筒部材と上記触媒担
体の重合部とを相互にレーザービーム溶接によって溶接
接合することを特徴とする。

（作用）本願発明ではこのような構成であるから、それぞれ次
のような作用が得られる。

（ｉ）請求項１記載の発明にかかる排気ガス浄化用触媒
では、触媒担体の外側に嵌挿固定される外筒部材が、触
媒コート層の外側において比較的大きな層厚さをもって
存在する重合部に対して溶接接合される構成であること
から、該重合部により溶接熱の触媒コート層側への伝達
が可及的に抑制される。

また、触媒担体の外周部が、平板状の第１フォイルの
みを複数回積層してなる比較的剛性の高い構造の重合部
とされていることから、例えば該触媒担体の全体を平板
状の第１フォイルと波板状の第２フォイルとからなるハ
ニカム構造とした場合に比して、触媒担体全体としての
強度性能が高められることになる。

さらに、外筒部材と触媒担体との溶接に、溶融深さの
調整が可能なレーザービーム溶接を採用し、しかも該触
媒担体側においては比較的大きな厚さ寸法をもった（換
言すれば、溶融深さの調整代をもった）重合部に溶接す
るようにしていることから、溶接強度上最適な溶融深さ
を確保することが可能である。

（ii）請求項２記載の発明にかかる排気ガス浄化用触媒
の製造法では、第１フォイル及び第２フォイルへの触媒
成分のコーティングがこれらを相互に溶接しながら渦巻
き状に積層した後で行なわれることから、この場合の溶
接熱は触媒コート層の熱劣化に対してはなんら影響を与
えない。

また、触媒コート層を形成した触媒担体を外筒部材内
に嵌挿してこれをレーザービーム溶接によって溶接接合
する場合、該外筒部材は触媒担体の重合部に対して溶接
接合されることから、該重合部がこれより内側に存在す
る触媒コート層に対して一種の熱伝達抑制部材として作
用し、該溶接熱の触媒コート層側への伝達が可及的に防
止されることになる。

さらに、外筒部材と触媒担体との溶接に溶融深さの調
整が可能なレーザービーム溶接を採用し、しかも該触媒
担体側においては比較的大きな厚さ寸法をもった（換言
すれば、溶融深さの調整代をもった）重合部に溶接する
ようにしていることから、溶接強度上最適な溶接深さを
確保することが可能となる。

（発明の効果）従って、本願各発明においてはそれぞれ次のような効
果が得られる。

請求項１記載の発明にかかる排気ガス浄化用触媒に
よれば、重合部を設けることによって、触媒担体と外筒
部材とを溶接接合する場合における溶接熱による触媒コ
ート層の熱劣化及び熱衝撃の負荷が可及的に抑制される
ことから、より高い排気浄化性能及び強度上の信頼性を
確保することができる。

また、重合部を形成したことによって触媒担体の強度
性能が高められることからも、装置の信頼性の向上が図
られることになる。

さらに、レーザービーム溶接を採用し、触媒担体の比
較的大きな厚さ寸法をもった重合部を外筒部材に溶接す
るようにしているから、触媒担体と外筒部材の溶接部に
おける溶接深さを接合強度上最適な値に設定することが
でき、強度上の信頼性向上に有利になる。

請求項２記載の発明にかかる排気ガス浄化用触媒の
製造法によれば、第１フォイルと第２フォイルの積層作
業時における溶接熱、及び触媒担体への外筒部材の溶接
固定作業時における溶接熱による触媒コート層の熱劣化
及び熱衝撃によるクラックの発生等が防止されることか
ら、より高い排気浄化性能をもち且つ信頼性の高い排気
ガス浄化用触媒を得ることができるものである。

しかも、レーザービーム溶接を採用し、触媒担体の比
較的大きな厚さ寸法をもった重合部を外筒部材に溶接す
るようにしているから、触媒担体と外筒部材の溶接部に
おける溶融深さを接合強度上最適な値に設定することが
でき、強度上の信頼性のより高い排気ガス浄化用触媒を
提供し得るという効果が得られるものである。

（実施例）以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施例を
説明する。

第１図には、本願の請求項１記載の発明の実施例にか
かる触媒コンバーター１が示されている。この触媒コン
バーター１は、後述するように本願の請求項２記載の製
造法によって作られた略円柱状の触媒担体２（その構造
並びに製造法は後述する）を備えている。また、この触
媒担体２は、その外周部に嵌挿配置された円筒部材31と
該円筒部材31の軸方向両側に連続配置された左右一対の
コーン状部材32,32とからなる外筒部材３によって囲繞
されている。さらに、この外筒部材３の外側には、断熱
材層４を介してケーシング５が配置されている。そし
て、この触媒コンバーター１においては、第１図に矢印
Ｇで示すように、排気ガスが触媒担体２をその軸方向に
貫流する時、該触媒担体２に設けた触媒コート層６（後
述する）の触媒成分と排気ガス中の有害成分との間に触
媒反応が起こり、これにより排気浄化作用が行なわれる
ものである。

以下、この触媒担体２の構造並びにその製造法につい
て詳述する。

この触媒担体２は、基本的には形状の異なる２枚のフ
ォイル、即ち、平板状の第１フォイル21と波板状の第２
フォイル22（ともに約50μ程度の厚さをもつ）で構成さ
れている。そして、その製造に際しては、先ず、第２図
に示すように、触媒成分のコーティング処理がされてい
ない無処理状態の第１フォイル21と第２フォイル22を２
枚重ねとし、且つ該第２フォイル22を内側とした状態で
これらを一体的に渦巻き状に順次積層してハニカム構造
をもつ所定径の積層体10を得る。

この場合、この積層体10の成形性維持の観点から、そ
の積層作業時に第１フォイル21と第２フォイル22の接触
部（即ち、第１フォイル21と第２フォイル22の山部及び
谷部との接触点）をスポット溶接によって順次溶接接合
する（第２図及び第３図において点ａで示している）。

また、この第１フォイル21と第２フォイル22の積層終
端部（即ち、積層体10の外周部）においては、本願発明
を適用して第２図及び第５図に拡大図示するように、第
２フォイル22の積層を止めて、第１フォイル21のみを複
数回（この実施例においては５回）積層し、この第１フ
ォイル21のみの積層部分を重合部2aとしている。なお、
この重合部2a部分においてもその成形性維持の観点から
相互に重合する第１フォイル21相互間をスポット溶接に
て接合している（第３図参照）。このように重合部2aを
設けることによって、積層体10（延いては、後述の触媒
担体２）の剛性がその外周部において高められることか
ら、例えば従来構造のもののように触媒担体の外周部ま
で第１フォイル21と第２フォイル22が積層されてハニカ
ム構造を構成している場合に比して、その強度性能の向
上が図れるものである。

次に、このように成形された積層体10に対して、ベー
マイトコーティング法等の公知のコーティング処理方法
を施して、第５図に鎖線図示するような所定層厚さ（通
常、50〜70μ程度）をもつ触媒コート層６を形成する。
これでハニカム構造をもつ触媒担体２の成形が完了す
る。このように、第１フォイル21と第２フォイル22の積
層作業の完了後において触媒成分のコーティング処理を
行うようにした場合には、積層作業中におけるスポット
溶接によって触媒コート層６が熱影響を受けるのが確実
に排除されることから、該触媒コート層６の熱劣化によ
る性状変化あるいは局部的な且つ過激な熱衝撃によるク
ラック発生等の不具合の発生が未然に且つ確実に防止さ
れることとなり、排気浄化能力の維持あるいはその信頼
性維持という点において好都合である。

次に、このようにして構成された触媒担体２を、その
強度確保の観点から、第４図に示すように、上記外筒部
材３の円筒部材31内に嵌挿し、かつ該円筒部材31の外側
から周方向に溶接を施して該円筒部材31と触媒担体２と
を一体的に接合する（第４図の溶接線ｂ参照）。

この場合、この実施例においては本願発明を適用し
て、その溶接をレーザービーム溶接によって行うように
している。このようにレーザービーム溶接を採用したの
は、後述のように上記触媒担体２の重合部2aの協働作用
により溶接熱が触媒担体２の触媒コート層６に悪影響を
及ぼすのを可及的に防止できるからである。

即ち、レーザービーム溶接は、被溶接部の溶融深さを
比較的簡単且つ正確に調整し得るという特性をもってい
る。しかし、例えレーザービーム溶接を採用しても従来
のように触媒担体２の外周部が極めて薄い第１フォイル
21のみで構成されている場合（換言すれば、溶融深さ調
整代がない場合）には、溶融深さを調整するすべがな
く、触媒担体２の内部深くまで一気に溶融して触媒コー
ト層６が溶接熱の影響を直接受けることは避けられな
い。

しかし、この実施例のものにおいては触媒担体２の外
周部に重合部2aが形成されていることから、この重合部
2aの層厚さの中で溶融深さを自由に調節することがで
き、従ってこの溶融深さを強度上適正な値に設定するこ
とによって接合強度の確保が可能となるとともに、該重
合部2aの非溶融部分が溶接熱の伝達抑制部材として機能
して該溶接熱が触媒遺体内部の触媒コート層６に及ぶの
が可及的に抑制されるものである。この結果、溶接に伴
う熱影響によって触媒コート層６の性状が変化して排気
浄化性能が低下したり、あるいは熱衝撃によってクラッ
クが発生してその強度上の信頼性が低下する等の不具合
の発生が可及的に防止されるものである。

即ち、この実施例の触媒担体２及びその製造法によれ
ば、触媒担体２の積層形成時における熱影響の排除と、
触媒担体２を円筒部材31に内挿固定する場合における熱
影響の抑制との相乗作用により、排気浄化性能及び強度
上の信頼性ともに高水準の触媒担体２、延いては触媒コ
ンバーター１を得ることができるものである。

尚、上記実施例では、第１フォイル21と第２フォイル
22とをスポット溶接で接合しているが、これに替えて、
レーザービーム溶接法を用いて接合しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の実施例にかかる排気ガス浄化用触媒
を備えた自動車用エンジンの触媒コンバータの要部断面
図、第２図〜第４図は第１図に示した触媒の製造工程説
明図、第５図は第４図のＶ−Ｖ要部横断面図である。１……触媒コンバーター２……触媒担体 2a……重合部３……外筒部材４……断熱材層５……ケーシング６……触媒コート層 10……積層体 21……第１フォイル 22……第２フォイル 31……円筒部材 32……コーン状部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86 B01D 53/94 F01N 3/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重ね合せ状態で相互に溶接接合された平板
状の第１フォイルと波板状の第２フォイルとを順次渦巻
き状に多段積層するとともに該第１フォイルと第２フォ
イルの表面にそれぞれ触媒コート層が形成された触媒担
体を外筒部材内に嵌挿固定してなる排気ガス浄化用触媒
であって、上記触媒担体の外周部においては上記第１フ
ォイルのみが複数回積層されて重合部を形成していると
ともに、該重合部が上記外筒部材に対してレーザービー
ム溶接により溶接接合されていることを特徴とする排気
ガス浄化用触媒。
【請求項２】平板状の第１フォイルと波板状の第２フォ
イルとを重ね合わせた状態で相互に溶接接合しながらこ
れを渦巻き状に順次積層するとともにその積層終端部に
おいては上記第１フォイルのみを複数回積層してこれを
所定厚さを有する重合部とし、しかる後、上記第１フォ
イルと第２フォイルの表面上にそれぞれ触媒成分をコー
ティングして触媒担体を構成し、さらにこの触媒担体を
外筒部材内に嵌挿した後、この外筒部材と上記触媒担体
の重合部とを相互にレーザービーム溶接によって溶接接
合することを特徴とする排気ガス浄化用触媒の製造法。