JP3983263B2 - 排気ガス浄化メタル担体の製造方法、排気ガス浄化メタル担体および排気ガス浄化フィルター - Google Patents

Description

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装置に用いる排気ガス浄化メタル担体の製造方法、その方法を使用してなる排気ガス浄化メタル担体およびそれを用いて製造した排気ガス浄化フィルターに関する。

自動車のエンジンや発電機等の内燃機関の排ガス浄化装置には、耐熱性のステンレス鋼板等の金属鋼からなる円筒状のケーシング内に、同金属鋼材からなる円柱状のハニカム体を嵌入したメタル担体が使用されている。

このような構成の従来のメタル担体は、一般的には、帯状の金属薄板からなる平薄板と、この平薄板に波付け加工した波薄板とを重ねた状態で渦巻き状に巻取って製造したハニカム体を、円筒状の金属ケーシングに嵌入し、その後、前記網目状断面を有する有空体の平薄板と波薄板との接触部、およびハニカム体とケーシングとを蝋付け、溶接、拡散接合などの方法により接合して製造されている。更に、各種の触媒をコートして、浄化機能を有する排ガス浄化装置とされる。
従来、蝋材を用いない方法として、非特許文献１にはレーザーを用い、波板と平板を接合する１態様が示されている。非特許文献１の技術は、平板と波板の接点をレーザーの照射条件タイミングを制御しスポット的に溶接するものである。しかし、システムが複雑で、接合速度も遅く、生産性が悪いため、経済性の点で問題がある。

本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
社団法人自動車技術会 学術講演会前刷り No.102-98

しかしながら、従来の蝋材を用いて真空熱処理し接合する製造方法においては、高価な蝋材および真空熱処理炉を必要とすること、蝋材塗布ならびに熱処理炉での接合など工程数が多く、生産性が悪いことなどにより低コスト化は限界があった。

また、蝋材により接合したメタル担体では、実走行でメタル担体が高温にさらされた場合、その接合強度が十分でないことから、熱応力により接合部が分離し、排気圧力によりタケノコ状（一方方向に突出した形状）に変形する欠陥が生じることがあり、問題視されている。

そこで、本発明は、網目状断面を有する有空体からなる排ガス浄化装置用部品並びにその製造方法を安価且つ容易なものとして提供することを目的とするものである。

請求項１記載の排気ガス浄化メタル担体の製造方法は、金属箔からなる帯状波板および金属箔からなる帯状平板を交互に重ねた１対以上の積層物を円筒状に巻き込みながら、円筒状の積層物の外表面から円筒状の積層物の中心方向にレーザー光を１条あるいは複数条、同時に照射して、レーザー光の照射された金属箔の箇所を溶解し、帯状平板とその内層にある帯状波板の内２〜数層を接合と開口を同時に行うことを特徴とする。この場合、前記金属箔が厚み３０〜１５０μｍの耐熱ステンレス鋼箔であることが望ましい。また、前記レーザー光の照射が非連続的で行われることが望ましい。

請求項４の排気ガス浄化メタル担体は、前記のいずれか１項の排気ガス浄化メタル担体の製造方法を用いて製造することを特徴とする。
請求項５の排気ガス浄化フィルターは、請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体を、円筒状ケースに装填、円筒状筒体と接合し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする。
請求項６記載の排気ガス浄化フィルターは、請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体と円筒状筒体とを軸方向の片側端部のみにおいて接合し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする。
請求項７記載の排気ガス浄化フィルターは、請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体を、円筒状筒体に装填後、円筒状筒体の片側端部を縮径し、縮径した端部のみ排気ガス浄化メタル担体と円筒状筒体を接合し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする。
請求項８記載の排気ガス浄化フィルターは、請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体を、円筒状筒体に装填後、円筒状筒体の両側端部を縮径し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする。

本発明は、従来の接合方法である高価な蝋付けを行う必要がなく、接合の仕方が極めて簡単であり、高速で生産性が高く、経済的である。また、ろう材として一般的なＮｉろう材を使用しないため環境面でも望ましい。接合が点接合に近いため高温にさらされても接合部の熱応力が低く、形状が極めて崩れにくいものである。また、金属箔が貫通孔を有することから排気ガスの流路が長くなり、浄化性能が向上する。従って同じ浄化性能であれば、フィルターの長さが短くでき、軽量化しうる特徴も有する。

本発明の排気ガス浄化メタル担体１は、主に、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装置に、担体やフィルタとして用いられるものである。その基本的な構成は、従来例において記載したような金属板からなる円筒状の円筒状筒体内に円柱形状で嵌入して用いられる。

そして、本発明の排気ガス浄化フィルターは、前述の製造方法によって作製された前記排気ガス浄化メタル担体１を円筒状筒体内に嵌入し、円筒状筒体に接合後、浄化触媒を被覆した構成とされている。

次に、本発明の排気ガス浄化メタル担体の実施形態について、図１を用いて説明する。図１に示すように、スプリング８で張力を付加しながら送られてきた金属箔からなる帯状波板２とピンチローラー１１を通ってきた金属箔からなる帯状平板３を、受けロール６で押さえつつ、交互に円筒状に重ねて巻き取る際に、円筒状の積層物の外表面から円筒状の積層物の中心方向にレーザー４を照射して、レーザー４の照射された金属箔の箇所を溶解しながら、帯状平板とその内層にある帯状波板の内２〜数層を接合するかあるいは開口する。巻き取りは図には図示しないが、スピードコントロールモーターにより、回転速度を制御することができる。巻き取りは、排気ガス浄化メタル担体１の大きさに合わせて、円筒状に重ね巻き取り、帯状波板２と帯状平板３において、巻き取られてない部分と円筒状部分とを切断する。帯状波板２と帯状平板３の巻き取りは、トルクモーター１３によりベルト９を回転させることにより行った。図１において、帯状平板、帯状波板、ピンチローラー、メタル担体及びベルトに記載してある矢印は回転方向あるいは進行方向を示す。
レーザー４照射の際、帯状波板２と帯状平板３とが接しているか、双方の板が極近接している箇所は、帯状波板２と帯状平板３を接合させる。また、帯状波板２と帯状平板３とが離れている箇所は、双方とも開口させる。このように、レーザー照射の際、帯状波板２と帯状平板３との間隔の違いによって接合あるいは開口を同時に行うことができる。前記帯状波板２と帯状平板３の厚み３０〜１５０μｍの耐熱ステンレス鋼箔であることが望ましい。３０μｍ未満では、使用時、高温に加熱された際、熱により変形し、排気ガス浄化メタル担体１として機能しなくなる。一方、１５０μｍを超えても適用できるが、高出力のレーザーが必要であり、接合あるいは開口する速度が遅くなり不経済である。さらに、前記レーザー光の照射が非連続的で行われることが望ましい。例えば、照射は対物レンズから２０〜２００ｍｍの間隔を開けて行うことが望ましい。２０ｍｍ未満では、距離が近すぎて、レーザー照射による熱あるいは反射レーザー光によりレンズなどの光学系装置が損傷を受けやすい。一方、２００ｍｍを超えると、振動などにより、照射位置（焦点位置）が不安定となり、接合が安定しがたくなる。

レーザー４は１条あるいは複数条、同時に照射する方が望ましい。これは、排気ガス浄化メタル担体１の大きさにより適宜選択する。また、レーザー出力を強くすることにより、レーザー発信を１周全く行わず、１周毎に間欠的に、非連続レーザーを照射し溶接しても良い。
以上のように製造した排気ガス浄化メタル担体１は、円筒状筒体に装填、円筒状筒体とレーザー溶接により接合し、更に浄化触媒を被覆する。排気ガス浄化メタル担体１は、円筒状筒体の端部を接合する。また、排気ガス浄化メタル担体１は、円筒状筒体に装填し、必要に応じ円筒状筒体の片側を縮径してもよい。また、排気ガス浄化フィルターの熱負荷が小さい場合は、円筒状筒体の両端部を縮径することにより排気ガス浄化メタル担体と円筒状筒体は分離することなく役割を果たす。片側だけ接合することにより接合部に作用する応力は大幅に低減されることになる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。図２に同時に４層を巻き取る場合を示すが、接合は可能であり、効率的である。また、円筒状以外の態様として、平板、波板を交互に積層し、積層断面が角形になるよう接合することも可能である。その場合、板の上面から一定圧で加圧し、一条〜数条レーザー照射し、接合することにより形状の良い、メタル担体が得られる。基本的には蝋付けはしなくてもよいが、端面の一部に必要に応じて行っても差し支えない。また、触媒は公知のものを使用することができ、例えば活性アルミナからなる担持層に、白金、パラジウムなどの触媒を担持させたものを使用することができる。

本発明により製造した排気ガス浄化フィルターは、圧力損失に関しても問題なく、十分な浄化性能を示した。

本発明は、従来の接合方法である高価な蝋付けを行う必要がなく、接合の仕方が極めて簡単であり、高速で生産性が高く、経済的である。また、ろう材として一般的なＮｉろう材を使用しないため環境面でも望ましい。接合が点接合に近いため高温にさらされても接合部の熱応力が低く、形状が極めて崩れにくいものである。また、金属箔が貫通孔を有することから排気ガスの流路が長くなり、浄化性能が向上する。従って同じ浄化性能であれば、フィルターの長さが短くでき、軽量化しうる特徴も有する。

本発明の製造方法の概略図 本発明の帯状波板と帯状平板とを巻取前の１つの実施態様を示す図

符号の説明

１ メタル担体
２ 帯状波板
３ 帯状平板
４ レーザー
５ フレーム
６ 受けロール
８ スプリング
９ ベルト
１１ ピンチローラー
１３ トルクモーター

Claims (8)

1. 金属箔からなる帯状波板および金属箔からなる帯状平板を交互に重ねた１対以上の積層物を円筒状に巻き取りながら、円筒状の積層物の外表面から円筒状の積層物の中心方向にレーザー光を１条あるいは複数条、同時に照射して、レーザー光の照射された金属箔の箇所を溶解し、帯状平板とその内層にある帯状波板の内２〜数層を接合と開口を同時に行う排気ガス浄化メタル担体の製造方法。
2. 前記金属箔が厚み３０〜１５０μｍの耐熱ステンレス鋼箔である請求項１に記載の排気ガス浄化メタル担体の製造方法。
3. 前記レーザー光の照射が非連続的で行われることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項記載の排気ガス浄化メタル担体の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項の排気ガス浄化メタル担体の製造方法を用いて製造してなる排気ガス浄化メタル担体。
5. 請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体を、円筒状筒体に装填、円筒状筒体と接合し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする排気ガス浄化フィルター。
6. 請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体と円筒状筒体とを軸方向の片側端部のみにおいて接合し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする排気ガス浄化フィルター。
7. 請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体を、円筒状筒体に装填後、円筒状筒体の片側端部を縮径し、縮径した端部のみ排気ガス浄化メタル担体と円筒状筒体を接合し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする排気ガス浄化フィルター。
8. 請求項４記載の排気ガス浄化メタル担体を、円筒状筒体に装填後、円筒状筒体の両側端部を縮径し、更に浄化触媒を被覆してなることを特徴とする排気ガス浄化フィルター。

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