JP3259081B2 - 耐熱疲労性に優れたメタル担体 - Google Patents
耐熱疲労性に優れたメタル担体Info
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Description
産業用機器の排ガス浄化用触媒を担持するためのメタル
担体に関するものである。
耐熱性のステンレス鋼からなるハニカム体のメタル担体
が知られている。これらのメタル担体は排ガスによる冷
熱サイクルを受けると共に、メタル担体の温度勾配によ
る熱応力が作用する。また、メタル担体にはエンジンの
機械的振動及び排ガスの流れによる排ガス抵抗が作用す
るため、セルの変形或いはセルを構成している箔或いは
金属ハニカムコア体と金属外筒間の接合部の破断が生じ
ることがある。従って、これらを防止するため様々な構
造のメタル担体が考案されている。
金属ハニカムコア体部と金属外筒をメタル担体軸方向に
1〜15mmのリング状の間隔を隔てて形成された複数
の帯びで接合するメタル担体が示されている。これは、
冷熱サイクル時にメタル担体軸方向に発生する応力を前
記リング状の間隔位置の非接合部分が変形することによ
り歪みを吸収し接合部と非接合部に作用する応力を分散
するためである。しかし、金属外筒と金属ハニカムコア
体間を複数の帯びで接合しても、金属ハニカムコア体の
接合状態により効率良く応力を分散することができない
場合がある。例えば、金属ハニカムコア体部と金属外筒
部の接合境界が金属ハニカムコア体内の接合境界と一致
した場合、熱サイクルにより応力がその箇所に集中して
しまい、その箇所から箔の破断が発生してしまう。
金属ハニカムコア体の軸方向長さの5%〜20%の長さ
で平箔と波箔が軸方向に接合された領域を1か所有し、
かつ、前記金属ハニカムコア体の最外層から内側へ5層
以内で軸方向に接合された外層強化層を有し、さらに前
記外層強化領域の軸方向範囲内において金属外筒と金属
ハニカムコア体とが接合されているメタル担体が示され
ている。この場合は、金属外筒と金属ハニカムコア体を
軸方向の一箇所で接合し、金属外筒と金属ハニカムコア
体の軸方向の熱歪みを緩和している。しかし、金属外筒
と金属ハニカムコア体の接合が1か所だけであるためエ
ンジンの機械的振動或は自動車走行時の振動がこの接合
部に集中し、箔に破断が生じる可能性がある。
な加熱、冷却の苛酷な熱サイクル及び激しい機械的振動
を受けた場合でも破損しないような耐久性に優れた構造
のメタル担体を提供するものである。
波板を巻回して形成した金属ハニカムコア体と、該金属
ハニカムコア体の外周を囲む金属外筒とを接合してなる
排ガス浄化用メタル担体において、金属ハニカムコア体
と金属外筒とを軸方向及び周方向に間欠に接合すると共
に、金属ハニカムコア体最外周の平板と波板との接合部
と、金属ハニカムコア体最外周と金属外筒内壁との接合
部を重複させないことを特徴とする排ガス浄化用メタル
担体である。
メタル担体が実車に搭載された場合、冷熱サイクルを受
けると共に金属ハニカムコア中心部、金属ハニカムコア
体外周部及び金属外筒に温度分布が発生する。また、現
在の金属ハニカムコア体の多くはその平板及び波板に耐
酸化性に優れた20Cr−5Al材が使用され、外筒に
はフェライト系のステンレス鋼が使用されているため、
金属ハニカムコア体と金属外筒の熱膨張の違いから金属
ハニカムコア体と金属外筒間には以下に述べるような応
力が作用する。
筒の温度より高く、且つ、金属ハニカムコア体の熱膨張
率は外筒の熱膨張率より大であるため、加熱時、金属ハ
ニカムコア体は、金属ハニカムコア体の半径方向に、熱
膨張により金属外筒に押しつけられ、金属ハニカムコア
体のセルに変形が生じる。この状態から金属ハニカムコ
ア体が冷却された場合、加熱時にセルが変形した分だけ
金属ハニカムコア体の径が減少するので、金属ハニカム
コア体の平板と波板との接合部と外筒内壁と金属ハニカ
ムコア体最外周部との接合部が重複している場合はこの
部分に引張応力が作用するため破断が生じる。この破断
を防止するためには、金属ハニカムコア体最外周の平板
と波板との接合部と金属ハニカムコア体最外周部と金属
外筒内壁の接合部を重複させず、一旦金属ハニカムコア
体と金属外筒の半径方向の縁を切ることにより防止する
ことができる。
筒に比べ温度が高いため金属ハニカムコア体は金属外筒
よりも金属ハニカムコア体軸方向に伸びようとする。従
って、金属ハニカムコア体と金属外筒とが2ケ所で接合
されている場合、その接合部には剪断応力が作用する。
また、接合間隔が長いほど伸びが大きくなるため接合部
にかかる剪断応力は大きくなり、接合部に破断が生じて
しまう。これを防止するためには金属ハニカムコア体軸
方向の中央部1か所で接合することにより、金属ハニカ
ムコア体軸方向の熱歪みを緩和することができる。しか
し、接合か所が1か所ではエンジンあるいは走行時の振
動が1か所に集中してしまうため接合部で破断してしま
う可能性がある。また、金属ハニカムコア体の周方向を
連続した帯びで接合した場合、周方向の熱歪みを緩和す
ることが出来ず、接合部と非接合部間に剪断応力が作用
し破断が生じてしまう。従って、接合強度の点及び軸方
向及び周方向の熱歪みを緩和するためには複数箇所でか
つ間欠に接合する事が好ましい。
板と波板との接合は、波板の頂部に粉末状のろう材とバ
インダ−を混合したスラリ−状の接合材を塗布し、平板
と共に巻回してハニカム状を構成する。金属ハニカムコ
ア体の最外周部と、金属外筒の内壁との接合に際して
は、金属ハニカムコア体を構成する波板に塗布したスラ
リ−状接合材が未だ流動性を維持し、金属外筒の内壁に
塗布したスラリ−状の接合材が流動性をもたなくなった
時に金属ハニカムコア体と金属外筒とを接合することが
望ましい。以下に、実施例をもって本発明を具体的に示
す。
に曲折して形成された波板の表裏に、50μmアンダ−
の粉末状のろう材と水溶性のバインダ−を混合したスラ
リ−をハニカム体端面から、表面は各々15mm、裏面
は25mmの位置に塗布し、平板と重ねて巻き込み金属
ハニカムコア体を作製した。次に厚さ1.5mmの金属
外筒内面に粉末状ろう材とバインダ−を混合したスラリ
−を金属ハニカムコア体軸方向に、金属ハニカムコア体
端面及び端面から20mmの位置に、それぞれ10m
m、かつ周方向に8分割した位置に8mm塗布し、さら
に金属ハニカムコア体中央部に巾15mmで、かつ周方
向に8分割した位置に8mm塗布し、金属ハニカムコア
体軸方向及び周方向にろう材を間欠に塗布し乾燥させた
後、前記金属ハニカムコア体を金属外筒に圧入した。そ
の後、ろう付け(1200℃、20分間加熱、10~5T
orr)を行いメタル担体を作製した。このメタル担体
のろう付け構造を図1に示す。図1において3’は波板
の表面のろう材、3’’は波板の裏面のろう材、
3’’’は金属外筒と金属ハニカムコア体間のろう材を
表す。このメタル担体に触媒を担持し、冷熱サイクルと
振動試験を組み合わせた耐久試験(冷熱サイクル条件:
1000℃×12min→強制空冷×3min、排ガス
量10m3/min、振動条件:周波数20〜500H
z、加速度30Gスイ−プ時間5min(サイン))を
行った。本発明のメタル担体は300時間試験後、波板
と平板で構成される金属ハニカムコア体のセルに僅かに
変形が生じたが箔の破断は観察されなかった。
に曲折して形成された波板の表裏に、50μmアンダ−
の粉末状のろう材と水溶性のバインダ−を混合したスラ
リ−を金属ハニカムコア体端面から表面は25mm、5
5mm、85mm、裏面は10mm、40mm、70m
mの位置に塗布し、平板と重ねて巻き込み金属ハニカム
コア体を作製した。次に厚さ1.5mmの金属外筒内面
に粉末状ろう材とバインダ−を混合したスラリ−を金属
ハニカムコア体軸方向に、金属ハニカムコア体端面及び
端面から15mm、30mm、45mm、60mm、7
5mm、90mmの位置に5mm、かつ周方向に8分割
した位置に8mm塗布し、金属ハニカムコア体軸方向及
び周方向にろう材を間欠に塗布し乾燥させた後、前記金
属ハニカムコア体を金属外筒に圧入した。その後、ろう
付け(1200℃、20分間加熱、10~5Torr)を
行いメタル担体を作製した。このメタル担体のろう付け
構造を図2に示す。このメタル担体に触媒を担持し、冷
熱サイクルと振動試験を組み合わせた耐久試験(冷熱サ
イクル条件:1000℃×12min→強制空冷×3m
in、排ガス量10m3/min、振動条件:周波数2
0〜500Hz、加速度30Gスイ−プ時間5min
(サイン))を行った。本発明のメタル担体は300時
間試験後、波板と平板で構成される金属ハニカムコア体
のセルに僅かに変形が生じたが箔の破断は観察されなか
った。
に曲折して形成された波板と平板を重ねて巻き込み金属
ハニカムコア体を作製し、この金属ハニカムコア体の各
々の端面に厚さ20μm巾10mmの箔ろうを巻き付
け、厚さ1.5mmの金属外筒に圧入した。次に、金属
ハニカムコア端面から10mm、ディッピングにより粉
末状のろう材とバインダ−を混合したスラリ−を塗布し
た。その後、ろう付け(1200℃、20分間加熱、1
0~5Torr)を行いメタル担体を作製した。このメタ
ル担体のろう付け構造を図3に示す。このメタル担体に
触媒を担持し、冷熱サイクルと振動試験を組み合わせた
耐久試験(冷熱サイクル条件:1000℃×12min
→強制空冷×3min、排ガス量10m3/min、振
動条件:周波数20〜500Hz、加速度30Gスイ−
プ時間5min(サイン))を行った結果、試験100
時間で金属ハニカムコア体最外周部の箔に、周の約60
%に破断が発生した。また、同時にテレスコ−プが発生
した。
に曲折して形成された波板と平板を重ねて巻き込み金属
ハニカムコア体を作製した。この金属ハニカムコア体の
端面から10mmディッピングにより粉末状のろう材と
バインダ−を混合したスラリ−を塗布し、その後、ろう
付け(1200℃、20分間加熱、10~5Torr)を
行い金属ハニカムコア体を作製した。次に、厚さ20μ
m、巾15mmの箔ろうをハニカム体中央部に巻きつ
け、厚さ1.5mmの金属外筒に圧入し、再びろう付け
を行いメタル担体を作製した。このメタル担体のろう付
け構造を図4に示す。このメタル担体に触媒を担持し、
冷熱サイクルと振動試験を組み合わせた耐久試験(冷熱
サイクル条件:1000℃×12min→強制空冷×3
min、排ガス量10m3/min、振動条件:周波数
20〜500Hz、加速度30Gスイ−プ時間5min
(サイン))を行った結果、試験80時間で金属ハニカ
ムコア体と金属外筒間のろう付け部が破断したため、金
属ハニカムコア体が金属ハニカムコア体軸方向にズレが
発生した。
とによって、耐久性に優れた自動車、自動二輪車及び産
業用機器の排ガス浄化用メタル担体を実現することがで
きた。
を示す断面斜視図
を示す断面斜視図
を示す断面斜視図
を示す断面斜視図
Claims (1)
- 【請求項1】平板と波板を巻回して形成した金属ハニカ
ムコア体と、該金属ハニカムコア体の外周を囲む金属外
筒とを接合してなる排ガス浄化用メタル担体において、
金属ハニカムコア体と金属外筒とを軸方向及び周方向に
間欠に接合すると共に、金属ハニカムコア体最外周の平
板と波板との接合部と、金属ハニカムコア体最外周と金
属外筒内壁との接合部を重複させないことを特徴とする
排ガス浄化用メタル担体。
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