JP3571832B2 - メタル担体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等のエンジン排ガス系に設置するコーン一体型のメタル担体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン排ガス中に含有される窒素酸化物や硫黄酸化物等を除去するために、排ガス系に触媒を担持した担体が設置されるが、近時この担体にメタル担体の使用が多くなりつつある。
【０００３】
このメタル担体は、幾つかの部材を組み合わせて、排ガス系（管）に接続され、その一例は図５に示す通りである。すなわち図において２１はメタル担体であり、耐熱性金属箔よりなる平板と、この平板を波形に加工した波板とを重ねこれを渦巻き状に巻回して成形したハニカム体２２を外筒２３に挿入固定し成っている。２４および２５はメタル担体１の前・後に配置されるコーン部であり、それぞれ所定の径を持つ連結管２６，２７を有している。２８，２９は排ガス管との接続部に位置するように配置されるフランジである。
【０００４】
上記した各部材は図５（ｂ）に示したように、触媒を担持したメタル担体２１にはその前および後に配置したコーン２４，２５をそれぞれ溶接で接合し、またそれぞれのコーンの連結管２６，２７先端部にはフランジ２８，２９を接合して一体化される。
【０００５】
この様にメタル担体は触媒を担持したのちコーンやフランジを取り付けてはじめて排ガス浄化装置となるが、それぞれの部材を組み合わせ接合するために、接合（溶接）工程が必要であり、更に接合部検査等の精整過程を経るために手数と費用がかかり、特にこれらの後工程をそれぞれ別のメーカーで実施することは工期や費用の点で大きな問題となる。
【０００６】
これらの問題点を改良するために、コーン部や連結管をハニカム体を収納する容器（ケース）と一体的に形成する構造の触媒担体が提案されている。
【０００７】
例えば、実開昭６１−１１０８２３号公報には一端側に胴部３０と同径の筒部を残した保持ケース（図６参照）を用いる場合が開示されているが、加工後の保持ケースの内にハニカム体を入れて固定する部品（クッション材やクッションリング等）が必要となるため、保持ケースに要求される胴部３０との寸法公差が厳格でなければならない。寸法が狭いと固定部品が入らなかったり、広いとそれらがズレて、ハニカム体が保持できない欠点がある。あるいは、厳格な寸法精度を出すために、拡管した円筒部を「しごき加工」しなければならず保持ケース製造コスト上に大きな問題がある。
【０００８】
更にハニカム体がセラミックスの場合は、保持ケースの胴部３０が部分的に狭かったり、ハニカム体を係止するために設けたコーナー部３１が変形などしていると局部的に面圧が上がって、ハニカム欠損を生じたりする問題もある。
【０００９】
また、実開平５−９６４２７号公報で開示されたような、コンバーター（図７参照）は、円筒管の一端を縮径加工により前記した実開昭６１−１１０８２３号公報に示すような保持ケース３２を作ったのち、触媒担持されたハニカム体３３の固定用の支持体３４を入れて、溶接により保持ケース３２と固定し、次に触媒担持されたハニカム体３３に弾性部材３５を巻いて支持体３４にあたるまで装入し、更にもう一方を支持体３６で再び固定したのちに、コーン部３７及び連結部３８を縮径加工して作る触媒コンバーターである。
【００１０】
しかし、このような構成の触媒コンバーターでは、保持ケースの内径（胴部）３９とコーナー部４０の寸法は、縮径加工の影響を受け寸法バラツキを生じるため、コーナー部４０とハニカム体３３端面及び支持体３４は近づけて固定できない欠点がある。もう一端のケースを縮径する場合は、ハニカム体３３を支持体３６で固定したあとなので、そのかぎりではないが、ハニカム体がセラミックスの場合は、コーナー部４１がハニカム体に近すぎる場合、縮径による変形により、ハニカム体が欠損する問題があり、いずれの場合も、コーナー部４０、４１において変形影響を吸収する平行部が必要となり、排ガス浄化装置の大型化や搭載上の寸法制約を受けることになる。
【００１１】
さらに、特開昭６４−６０７１１号公報で示されるコンバーター（図８参照）の場合は、触媒担持されたハニカム体４３を膨脹性マット４２でくるんで保持ケース４４内に装入したのち、保持ケースの中央部を縮径４７して、ハニカム体を固定し、さらに、両端部を縮径して、コーン部４５，４６を成形させるコンバーター及びその製造方法である。この方法は、ハニカム体を固定する支持体を使用しないため、実開平５−９６４２７号公報のような問題は生じないものの担体保持のための縮径工程が必要となったり、膨脹性マット４２とその組み付け作業が必要となるなど工程が複雑でコストアップとなる欠点がある。
【００１２】
一方、特開昭６３−１００２２０号公報には図９に示すように、触媒を担持したハニカム体４８とコーン部及び連結部４９，５０とを溶接面５１で溶接して組み立てた浄化性能にすぐれた排ガス浄化装置が提示されている。ところが、このようにコーン部及び連結管部を触媒担持した浄化性能にすぐれた排ガス浄化装置を作る場合は、ハニカム体以外にも、コーン部、コーン部及び連結管部品に触媒担持５２をあらかじめしておく必要があり、その後、両者を溶接して組み立てる工程が必要となる。従って、コーン部の部品点数増加とそれらを組み立て前に別々に触媒を担持する工程及びそれらを接合（溶接）する工程にそれぞれ手数と費用がかかるため、高価な排ガス浄化装置となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解消するものであって、セラミックハニカム体を装入する場合のようなケーシングを用いることなく、またケーシングとコーン部を組み立て部品とすることなく、円筒パイプにより、メタルハニカム体と接合する外筒とコーン部とを一体成形し、すなわち、外筒とコーン部の一体成形（溶接を行わず）で短期間の製造を可能とする安価なメタル担体の製造方法を提供するとともに、一体成形された前記メタル担体を用いることによって、外筒内面とハニカム体表面に触媒成分を同時に担持することを可能とする浄化性能にすぐれた安価な排ガス浄化装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明が要旨とするところは、次の通りである。
（１）耐熱金属製の円筒パイプ内に、耐熱牲金属箔よりなる平板とこの平板を波形に加工した波板とを重ねて巻き回し、あるいは積層して形成した、該円筒パイプより長さの短いハニカム体を、該ハニカム体の両端部にツバ部が形成されるように圧入固定せしめ、熱処理にて、該ハニカム体内の平板と波板を接合すると同時に、該ハニカム体と該円筒パイプを接合した後に、前記ツバ部をプレスあるいはダイスにより円錐状の絞り加工を行い、コーン部あるいは所望の径の連結管をもつコーン部を、浴接なしで一体形成することを特徴とするメタル担体の製造方法。
（２）ハニカムの表面と該ハニカムとを一体化された両端コーン部及び連結管の内面に、触媒成分を同時に担持することを特徴とする請求項１記載のメタル担体の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明メタル担体１素材の一例であって、長尺にした円筒パイプ２の中央部にハニカム体３を収納固定した状態を示している。すなわち前記円筒パイプ２はハニカム体３の軸方向先端および後端部分に空間部分を形成する両ツバ部２ａ，２ｂを一体に設けている。ハニカム体３には予め平板・波板を巻回する時に両板が接触する所用部分に接着材を塗布しておくと共に、ハニカム体外周に板ロウを付着させておき、円筒パイプ２にこのハニカム体３を摺動装入する。その後、ツバ部を通しハニカム体の端面側から粉状のロウ材を供給して接着させたハニカム体を、真空加熱炉に挿入して必要箇所をそれぞれ接合する。接合方法は上記方法に限るものでなく、例えば拡散接合や高密度エネルギー利用の接合法を採用できさえすればロウ材供給工程も不要となる。
【００１６】
次いで図１（ｂ）に示すように、ツバ部２ａ，２ｂを加工して、接続管４ａ，５ａを有するコーン部４，５を形成する。図１（ｃ）は同図（ｂ）の別の例であり、接続管４ａ，５ａがない場合を示す。コーン部に加工する方法は後述するようにダイスを用いるプレス法、或いは絞り法のいずれでも良く、また別の方法を採用しても良い。接続管４ａと５ａは加工時にそれらの径を任意に変えて成形することができ、例えば４ａと５ａの径を変えて処理する排ガスの圧損低減を計ることが可能である。
【００１７】
【実施例】
［実施例１］
厚さ５０μｍの耐熱金属平板と、この平板に波付け加工した波板を用い、これらを重ねて渦巻状に巻回し、直径φ６２mm、長さ８０mmのハニカム体を作成した。これを肉厚１．５mm、直径φ６５mm、長さ２４０mmの耐熱性金属円筒パイプの中央部に圧入して図２（ａ）に示すような円筒パイプ両側にツバ部２ａ，２ｂを形成し、各ツバ部が８０mmになるように両ツバ一体型メタル担体１を作成した。この担体１を真空加熱炉に装入し、ハニカム体３の平板と波板の接合部、およびハニカム体３と外筒２の接触部を拡散接合した。この担体１を図２（ｂ）に示すようにプレス受台７上に乗せると共に、該担体１上方に接続管プレス部８ａを有するコーン成形用治具（プレスダイス）８を配置し、図２（ｃ）に示すように、上部ツバ部２ａにプレスダイス８で加重２ton を付加するプレス加工を行って接続管４ａを有するコーン部４を成形した。次いで該担体１を逆転し、コーン部支承孔９ａを有するプレス受台９に成形したコーン部４を装着し、上部よりプレスダイス８でツバ部２ａに２ton の加重を掛けてプレス加工し、コーン部５を成形した（図２（ｄ）参照）。
【００１８】
図２（ｅ）は成形した製品を示し、各コーン部接続管の先端を成形加工し、さらに触媒を担持させてからこれに同図（ｆ）のようにフランジ１０を取り付けて排ガス系に取付けが可能となる。上記製品のコーン部４，５におけるテーパー角度は１５゜、接続管４ａ，５ａの平行部径は直径φ４０mm、長さ２０mmであった。
【００１９】
［実施例２］
図３に示すように、実施例１と同様のメタル担体１を用い、該担体１の一方のツバ部２ａを回転させながらコーン成形用治具（ダイス）１８で絞り加工して接続管４ａを有するコーン部４に成形し（同図（ａ）参照）、次いで、逆側のツバ部２ｂを回転させながら同様にダイス１８で絞り加工し接続管４ａを有するコーン部４に成形した（同図（ｂ）参照）。その結果、実施例１と同様の製品が得られた。
【００２０】
なお、本発明においてはダイスを替えればプレスや絞り加工度を変えられるため、接続する排ガス配管の径に応じた接続管の径を選択製造することができる。 また、上記実施例は単一のハニカム体を使用したメタル担体について説明したが、図４に示すように複数のハニカム体を直列に収納するタンデム形メタル担体にも適用できる。
【００２１】
次に、上記メタル担体をγアルミナスラリー中に浸漬し、乾燥する操作を２回繰り返し、さらに６５０℃で２時間加熱し、γアルミナ層を付着させた。次いで、塩化白金酸溶液と塩化ロジウム溶液の中に上記メタル担体を浸漬、乾燥してＰｔ−Ｒｈを担持させた。
【００２２】
比較として、上記と同様ハニカム体を作成し、これを肉厚１．５mm、直径φ６５mm、長さ８０mmの外筒に圧入して、真空加熱炉で拡散接合を行い、ツバなしのメタル担体を製造した。一方、連結管をもつコーン部を別体で製造した。次に、メタル担体と連結管をもつコーン部を別々にγアルミナ層を付着させ、次いで、Ｐｔ−Ｒｈを担持させた。γアルミナ層、Ｐｔ−Ｒｈの担持法は上記実施例と同一とし量についても同一とした。この場合、外筒とコーンを溶接するにあたり、溶接部に付着したアルミナ層が原因で溶接不良が発生した。本実施例では、外筒とコーンの溶接が不要であり、上記のような不具合は何ら発生せず、製造コストも比較例に比べて、省工程がはかられ約２０％安価に製造することができた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、メタル担体を排ガス系配管に接続するのに必要なコーン部を、組立て部品とはせずに、各実施例に示すように外筒と一体構成に加工することが可能であり、従って、溶接などの接合工程を省略でき、早い工期で極めて安価なメタル担体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明メタル担体の断面概念図であり、（ａ）はコーン加工前、（ｂ）および（ｃ）はコーン加工後を示す。
【図２】（ａ）乃至（ｆ）は本発明メタル担体の製造例を示す説明図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明メタル担体の別の製造例を示す説明図。
【図４】本発明の別の実施例であって、円筒パイプ内に複数の処理担体を直列に配置固定したタンデム型メタル担体を示す。
【図５】従来のメタル担体であって、（ａ）は組立て前の構成部品、（ｂ）は組立て接合した後を示す説明図。
【図６】従来の保持ケースを示す図。
【図７】従来の一体型ケースを用いた触媒コンバーターを示す図。
【図８】従来のコーン一体型ケースを用いた触媒コンバーターの他の例を示す図。
【図９】従来の別の例における排ガス浄化装置の一部の構造を示す図。
【符号の説明】
１，１１ ：メタル担体
２ ：円筒パイプ
２ａ，２ｂ，２ｃ：ツバ部
３ ：ハニカム体
４，５，６ ：コーン部
４ａ，５ａ，６ａ：接続管
７ ：プレス受台
８，１８ ：成形用治具
９ ：プレス受台
１０ ：フランジ

Claims (2)

1. 耐熱金属製の円筒パイプ内に、耐熱牲金属箔よりなる平板とこの平板を波形に加工した波板とを重ねて巻き回し、あるいは積層して形成した、該円筒パイプより長さの短いハニカム体を、該ハニカム体の両端部にツバ部が形成されるように圧入固定せしめ、熱処理にて、該ハニカム体内の平板と波板を接合すると同時に、該ハニカム体と該円筒パイプを接合した後に、前記ツバ部をプレスあるいはダイスにより円錐状の絞り加工を行い、コーン部あるいは所望の径の連結管をもつコーン部を、溶接なしで一体形成することを特徴とするメタル担体の製造方法。
2. ハニカムの表面と該ハニカムとを一体化された両端コーン部及び連結管の内面に、触媒成分を同時に担持することを特徴とする請求項１記載のメタル担体の製造方法。

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