JP3252459B2 - 排気ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの内燃機関
の排気系に装着されて排気ガスを浄化する排気ガス浄化
触媒に用いられるメタル担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載される排気ガス浄化触媒の
担体としては、従来よりセラミックス製のモノリス担体
が主流であった。しかしセラミックス製であるがため
に、熱伝動性が低く始動初期の触媒活性が低くなるこ
と、取扱を慎重にしなければならないこと、などの不具
合があり、近年では金属箔ハニカム構造のメタル担体に
移行しつつある。

【０００３】このメタル担体は、箔状の平板と、その平
板を波状に加工した波板とを重ねて一体的に巻回されて
ハニカム体とされ、その後平板と波板を一体的に接合し
て製造される。この接合には従来一般にロウ付け接合法
が利用されていたが、工数が多大であること、得られた
メタル担体の耐酸化性や恒温耐久性に限界があること、
などの理由から、近年拡散接合法が注目されている。

【０００４】ところで、触媒化され排気系に装着された
メタル担体は、高温の排気ガスに晒されたり冷却された
りして、いわゆる冷熱サイクルの繰り返しを受ける。し
かしながら拡散接合により全体が一体的に接合されたメ
タル担体では、ハニカム体は膨張と収縮の繰り返しによ
る熱応力を受け、局部的な座屈や塑性変形が生じる。こ
れはハニカム体の外筒に近い表面部分で特に生じやす
い。そしてこのような変形が進行すると、ハニカム体に
亀裂が発生し、ついにはハニカム体が外筒からずれたり
して触媒金属の剥離、圧損の増大などにつながる。

【０００５】そこでこのような不具合を防止するため
に、ハニカム体の軸方向の両端部でのみ平板と波板を接
合し、軸方向中央部は接合されず変形の自由度が高い状
態とすることが提案されている。例えば特開平３−１１
８８３９号公報には、拡散接合を用いてそのような接合
構成とする方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記公報に開
示されたメタル担体であっても、接合部と非接合部では
熱膨張・収縮の程度に差が生じ、接合部と非接合部の境
界部に応力が集中して、その境界部の平板または波板に
亀裂が生じる場合があることがわかった。本発明はこの
ような事情に鑑みてなされたものであり、ハニカム体の
軸方向で部分的に拡散接合されたメタル担体において、
接合部と非接合部の境界部の亀裂を防止することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化触媒用メタル担体は、平板と波板とが
重ねられてロール状に巻回されたハニカム体と、ハニカ
ム体を収納保持する外筒と、からなり、少なくとも平板
と波板の一部が部分的に拡散接合されて一体化された排
気ガス浄化触媒用メタル担体において、メタル担体の接
合部と非接合部の境界部に、接合部の接合強度より低い
接合強度を有する中間接合部を設け、軸方向の接合強度
を徐変させたことを特徴とする。

【０００８】拡散接合法においては、接合される両者の
接触面積が大きいほど、あるいは接触圧力が大きいほど
接合強度が大きくなる。したがって中間接合部を形成す
るには、例えば平板と波板の少なくとも接触部分の面粗
度を変化させる方法、あるいは波板の山高さを部分的に
変化させる方法などがある。

【０００９】

【作用】本発明の排気ガス浄化触媒用メタル担体では、
接合部と非接合部との境界部に、接合部の接合強度より
低い接合強度を有する中間接合部が設けられ、境界部で
接合強度が徐変するように構成されている。したがっ
て、従来に比べて接合部と非接合部の境界が不明瞭とな
るため、熱膨張・収縮の差による応力の集中が生じにく
くなり、その結果亀裂の発生が防止される。

【００１０】また、従来と同様に接合部と非接合部は存
在しているので、非接合部では変形の自由度が高く従来
と同様に熱応力の発生が防止されている。

【００１１】

【実施例】以下、試験例及び実施例により具体的に説明
する。 （試験例）先ず、面粗度と拡散接合強度との関係を知る
ために、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ鋼板の面粗度を種々変
化させ、同じ面粗度の板を巻回し、直径３６ｍｍ、長さ
１２０ｍｍの小型担体をそれぞれ作製し、真空中にて１
３００℃で１時間拡散接合した。そして接合強度を剪断
破壊評価により測定し、面粗度との関係を図３に示す。
図３より、面粗度が大きくなるにつれて接合強度が低
下し、面粗度（Ｒｚ）が１．５以上では拡散接合が生じ
なかった。 （実施例）図１に本発明の一実施例の排気ガス浄化触媒
用メタル担体を示す。このメタル担体は、ハニカム体１
と外筒２とから構成されている。

【００１２】ハニカム体１は、厚さ５０μｍのＦｅ−２
０Ｃｒ−５Ａｌ鋼から形成された平板１０と、その平板
１０をコルゲート加工して形成された波板１１とからな
り、平板１０と波板１１を重ねてロール状に巻回して形
成されている。そして平板１０と波板１１は軸方向両端
部の接合部１３でのみ強固に拡散接合され、軸方向中央
部は非接合部１４となっている。また、接合部１３と非
接合部１４の間には、拡散接合強度が徐変する中間接合
部１５が設けられている。

【００１３】このハニカム体１は、以下のようにして形
成された。先ず幅１２０ｍｍの平板１０を用意し、軸方
向に面粗度の分布をもつローラ３を通過させて幅方向に
面粗度を変化させた。すなわち図２に示すように、幅方
向中央部の幅７２ｍｍの部分の面粗度をＲｚ＝１．５と
し、中央部から両側へ向かってそれぞれ３ｍｍ間隔で面
粗度をＲｚ＝１．２、Ｒｚ＝０．９、Ｒｚ＝０．６と徐
変させ、それぞれ幅２０ｍｍの両端部の面粗度はＲｚ＝
０．３とした。

【００１４】この平板１０からコルゲート加工により波
板１１を作製し、平板１０と波板１１を重ねてロール状
に巻回して、直径８９ｍｍ、長さ１２０ｍｍのハニカム
体１を形成した。このハニカム体１を外筒２に挿入後、
真空中にて１３００℃で１時間加熱し、拡散接合を行っ
た。

【００１５】前述の試験例の結果より、このときハニカ
ム体１では、軸方向両端部の面粗度Ｒｚ＝０．３の部分
に最も接合強度の大きい接合部１３が形成され、軸方向
中央部の面粗度Ｒｚ＝１．５の部分に非接合部１４が形
成された。そして接合部１３と非接合部１４の間には、
接合部１３から非接合部１４に向かうにつれて徐々に接
合強度が小さくなる中間接合部１５が形成された。

【００１６】得られたメタル担体を２０００ｃｃの直列
４気筒エンジンの排気系に搭載し、空燃比Ａ／Ｆ＝１
４．６にて、入りガス温度８５０℃−１０分・２００℃
−１０分のサイクルを１００時間行う耐久試験を行っ
た。結果を表１に示す。 （比較例）比較例の排気ガス浄化触媒用メタル担体は、
中間接合部１５をもたず、実施例の中間接合部１５の位
置まで面粗度Ｒｚ＝１．５として非接合部１４を拡大
し、非接合部１４からいきなり接合部１３が連続するよ
うにしたこと以外は実施例１と同様の構成である。

【００１７】この比較例の排気ガス浄化触媒用メタル担
体も実施例と同様に耐久試験が行われ、結果を表１に示
す。

【００１８】

【表１】 （評価）表１より、実施例のメタル担体の方が比較例よ
り明らかに耐久性に優れ、これは実施例のメタル担体に
中間接合部を設けた効果によるものであることが明らか
である。

【００１９】

【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化触媒用メ
タル担体によれば、熱応力によるハニカム体の亀裂の発
生が一層防止されているため、耐久性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のメタル担体の構成を説明す
る説明図である。

【図２】本発明の一実施例のメタル担体の平板を形成し
ている状態を説明する説明図である。

【図３】面粗度と拡散接合強度の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：外筒
３：ローラ １０：平板 １１：波板 １
３：接合部 １４：非接合部 １５：中間接合部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板と波板とが重ねられてロール状に巻
   回されたハニカム体と、該ハニカム体を収納保持する外
   筒と、からなり、少なくとも該平板と該波板の一部が部
   分的に拡散接合されて一体化された排気ガス浄化触媒用
   メタル担体において、 該メタル担体の接合部と非接合部の境界部に、該接合部
   の接合強度より低い接合強度を有する中間接合部を設
   け、軸方向の接合強度を徐変させたことを特徴とする排
   気ガス浄化触媒用メタル担体。