JPH01111451A - 自動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車排気カス浄化装置に使用される金属基体
の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、自動車の排気ガス規制が法制化され、はとんどの
乗用車に触媒コンバーターが設置されるようになった。

従来の触媒コンバーターは、コージライトを焼成してな
るハニカムに貴金属触媒を担持させたγ−アルミナ粉を
焼き付けるものであったが、ハニカムかセラミック製で
衝撃に弱いことや背圧かやＳ大きいなどの欠点があった
。極〈最近ではこれらの欠点のないステンレス製のメタ
ルハニカムが注目されている。メタルハニカムの構成は
特開昭５９−１６２３１７号や特開昭５６−９６７２６
号に開示されている如く、厚さが数十μｍの耐熱ステン
レス箔の平板と波板を交互に重ねてこれを積層したもの
や巻き込んで成形し、相互にろう付は又はかしめで固定
したものである。しかしながらこれらのメタルハニカム
もろう付は作業が煩雑であるうえ、波板と平板の接触部
の孔の形状が鋭角をなしている部分があり、こＳに厚く
γ−アルミナ粉が付着して触媒反応に関与できない貴金
属触媒が生じて効率が悪いなどの欠点を有していた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来の金属担体の製法や構造上の欠点に鑑み、
ろう付けやかしめを用いることなく、また孔の形状がハ
ニカムの外周部を除いてはＸ六角形になって鋭角部分の
ない金属担体を製造する方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はステンレス鋼の極薄板の波板と平板を交互に積
層又は巻き込むことによりハニカム形状の母基体を得、
該母基体を耐熱鋼管内に装入または耐熱鋼板で周囲を巻
いた後に耐熱鋼板を溶接することによりハニカムの母外
筒を形成し、さらに該母基体の各孔に易溶削線材を装入
した後に該母基体の両端部を鋼材でふさぎ、次いで該母
基体を熱間加工により断面積を１／４以下に減少せしめ
、次いで所定の長さに切断し、更に化学的又は電気化学
的処理により易溶削材部分を除去することを特徴とする
自動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法で、そ
の第２のものは易溶削線材の表面をＡｌ被覆て母基体の
各孔に装入することを特徴とする前記の方法で、その第
３のものは、易溶削線材と母基体のすき間にＡｎ粉又は
ＡＭ粉とＣｒ粉を装入することを特徴とする前記の方法
で、その第４のものは母基体を熱押し、又は熱間圧延に
より断面積をイ以下に減少せしめた後、又はこれを所定
の長さに切断した後に、熱間加工により該母基体を屈曲
させることを特徴とする前記の方法である。

以下に本発明の詳細な説明する。

（作用） 本発明でいうステンレス鋼とは、最終的にはハニカムを
構成する部分となり、高温のエンジン排ガスに対して耐
酸化性を有するものであれば、フェライト系、マルテン
サイト系、オーステナイト系、またはこれらの混合系の
いずれのステンレス鋼も可とするが、特にエンジン排ガ
スに対する高度の耐酸化性を保有し、且つ本発明での熱
間加工に耐えるものであることが望ましく、このために
望ましい成分系としては、ＣＤ、０５９６以下、　Ｓｉ
　ｌ；以下、　Ｍｎ　１０１／４以下、　Ｎｉ　Ｏ〜６
Ｈ、Ｃｒ　１１〜３０！ｋ　。

１１０〜Ｈ，Ｍｏｌ：ｏ、Ｗは合計で０〜ＩＨ、Ｔｉ、
Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆは合計で０〜３９６、Ｙ、ＲＥＭは合
計で０〜０．２！ｋ。

Ｍｇ、Ｃａは合計で０〜０．０１４にの範囲内にあるも
ので、このほかに必要に応じて少量のＣｕ、　Ｂを含有
することも可であり、残部はＦｅおよび不可避不純物よ
りなるものである。

次に本発明でいう極薄板とは、最終的にハニカムを構成
したときに所定の厚さになるように後の熱間加工で減肉
することを考慮してその板厚を決定すればよい。また本
発明においては通常のハニカムを得るのと同様にして波
板と平板を交互に積層又は巻き込み、耐熱鋼よりなる号
外筒内に装入する。この母外筒も熱間加工により減肉し
て最終的に外筒になることを考慮してその板厚を決定す
る。またこ工でいう耐熱鋼とは９９６以上のＣｒを含有
する鋼をいう。次にこの母基体の各孔に装入する易溶削
線材とは、ハニカムの孔となる部分に対応する空間を確
保するためのもので、最終的には化学的又は電気化学的
処理によって除去されるもので、前記のステンレス鋼や
外筒となる耐熱鋼より化学的又は電気化学的処理によっ
て溶は易く、また熱間加工性の良好なものであることが
望ましく、これらの条件を満足するものであれば、低炭
素〜高炭素鋼、低合金鋼、高Ｍｎ鋼、高Ｎｉ鋼等のいず
れでも良い。またその形状は線状、棒状、粉体の中から
必要に応じて選択できる。さらに上記の条件を満すなら
ば、金属に限らず、ＡＱ２０＊、ＭｇＯ。

Ｓ　ｉｏ２．　ＣａＯ、ＣａＣＯ３等の酸化物粉末を前
記の易溶削線材と併用することも可能である。

次に本発明においてはハニカム体の耐酸化性を増す目的
で易溶削線材にＡｌ被覆して母基体の孔に装入する方法
、又は易溶削線材と母基体のすき間にＡｌ粉又はＡｉ粉
とＣｒ粉を装入するなどして、後の熱間加工に於ける加
熱と加工を通じてＡｉ又はＡＬ；ＬとＣｒをハニカムに
富化することを可とする。

かくして得られた母基体の両端部を鋼材でふさぎ、次い
で該母基体を熱押し又は熱間圧延等通常鋼管、型鋼や線
材などに用いられる熱間加工方法により断面積をイ以下
に減少せしめる。ここにおいて断面積の減縮率を１／４
以下に限定した理由は、熱間加工により断面積を１／４
以下にすることにより、ハニカムを構成するステンレス
薄板が高温で外周部からの圧縮応力のもとに長手方向に
押し延ばされる結果、互に金属接合を生じ、更に芯材と
しての易溶削線材の断面も正六角形に近い形になる。ま
た外筒の仕上り断面の形状は円、楕円、その他必要に応
じて所定のものにすることができる。また断面を減縮す
る熱間加工の後または同時に、全体を熱間加工で曲げ加
工やねじり加工の一方又は双方を行えば最終的に屈曲し
たり、ねじれのあるハニカム基体を得ることができる。

かくして本発明は熱間加工を含むことにより、各種の形
状のハニカム基体を得ることができる利点を有する。

次にこれを浄化装置用基体として必要な長さ、例えば５
０〜２００ｍｍに切断し、更に化学的又は電気化学的処
理により、易溶剤材の部分を溶解除去すると、ハニカム
状のステンレス鋼とそれを包む耐熱鋼の外筒が残る。な
おこＳていう化学的又は電気化学的処理とは、ハニカム
を構成する前記のステンレス鋼と芯材としての易溶剤材
とて、溶解速度に大きな差のあるものであることが望ま
しく、酸溶液又はこれに添加物を加えたもの、更にはこ
れらの溶液中での処理に際して該基体と溶液間に電圧や
超音波又は振動を加えて選択的あるいは優先的溶解を促
進させる処理をいう。

更に本発明においては、熱間加工により断面積を減縮し
た後、やはり熱間加工によりこれを長手方向に対して屈
曲きせたりねじるなどした後に、切断と芯材の溶剤を行
うことにより各種の変形ハニカムを得ることが出来る。

次に実ｍ例により本発明の詳細な説明する。

（実施例−１） 厚さ０．１５ｎｏｎ、巾４５０ｍｍの２０Ｃｒ−５Ａｉ
の平板に対してピッチ７．５ｍｍ高さ３．７５ｍｍのコ
ルゲート加工をほどこし、平板と重ねて直径２０４ｍｍ
になるまで巻き込んだ。外筒母材として厚さ３．２ｍｍ
の１５（：ｒ−４ＡｆＬの熱延鋼板で該ハニカム母基体
をしめつけながら巻き、会合部をＴＩＧ溶接して母外筒
を構成した。

次に該ハニカムの番孔に直径３．２＋ｎｍ　、長さ４５
０ｍｍの鋼線を夫々さし込んだ後（第１図（（））、両
端部を炭素鋼中板（厚さ２０ｍｍ）から切り出したふた
を溶接してふさいだ。この際ふたの中心部には空気ぬけ
として直径２１１１０１の穴をあけた（第１図（ロ））
。次に該母基体を１２００℃に加熱した後熱押しにかけ
て直径を７３ｍｍに減縮して押し出した。次にこれを１
００ｍｍの長さに切断し、濃度１５％の硝酸中に浸漬し
て、鋼線の部分を溶剤した。この際溶剤速度を上げるた
めに溶剤槽を加振器で振動させ、また押し出し材を液面
から何度も引き上げるなど行い、かつ酸を適宜補充して
酸の劣化を防止した。

これとは別に比較材として従来法に従い１５Ｃｒ−４Ａ
Ｈの５０μ厚ｘ　１００ｎ＋ｍ巾の箔をピッチ２．５ｍ
ｍ　、高さ１．２５ｍｍでコルゲート加工し、平板と重
ね合わせて７０φにまで巻き込み、１５１１：ｒ−４八
ｉの１．５Ｌの波板で外筒を構成し、ハニカム同志、ハ
ニカムと外筒をＮｉろうでろう付けを行い通常のメタル
担体を得た。

かくして得られたメタル担体は前記の熱押しによる（本
発明法）ものとハニカムの総断面積３８ｃｍ２、総量孔
数約２，３００個がはＸ同じで、孔の形は本発明法によ
るものが正六角形〜変形五角形（周辺部）であるのに対
し、比較材は正弦波状であった。

これらのメタル担体を大気中で９００℃×２時間加熱処
理をした後に、平均厚さ４０μのγ−ＡＭ２０゜のウォ
シュコート層を形成させ、これにｐｔとｎｈの貴金属触
媒を担持させて、処理前後のメタル担体の重量差からγ
−ＡＭ、０３ウォシュコートの担持量（極微量のｐｔ−
ｎｈを含む）を算出し、さらに排気量１８００ｃｃのエ
ンジンに接続して２５００ｒｐｍでの排気ガスの浄化率
と５５０Ｏｒｐｍでの圧損を測定した。こわらの測定結
果と、γ−八へ２０３粉の担持量を本発明法による担体
と従来法によるものとに分けて第１表に比較した。同表
から判るように本発明法と従来法による担体では排ガス
の浄化率には有意差はみられなかったが、γ−Ａ仝２０
３の担持量は本発明法によるものが少なくてすみ、圧損
も小さい。

このことは本発明法による担体がより少量の白金触媒で
排気ガスの浄化が可能で、エンジンに与える負荷も少な
いことを示している。

第１表 （実施例−２） 実施例−１と同様にして１５（：ｒ−４八立の０．１５
ｍｍ厚の薄板でハニカム母基体を作り、太さ３ｍｍの鋼
線に溶融ＡＬｌめっきをほどこしたものをハニカムにさ
し込んで、他は実施例−１と同じ方法でメタル担体を得
た。熱押し後に断面の金属組織を観測したところ、芯材
の鋼線の表面層近くにはＦｅと人髪の化合物層があって
それより内部にはＡＭは拡散していないよってあったが
、ハニカムを形成するステンレス側には化合物層はなく
、Ａ　Ｑ　Ｉｔステンレス側によく拡散して固溶してい
ることを示す組織であった。ＥＰＭＡでステンレス側の
組成を測定したところ、表面付近のＡ４濃度かや工高か
ったが平均して１４Ｃｒ−８Ａｉの組成になっているこ
とが判明した。

（本発明の２） またこれとは別にＳＯ５４３０（１６ｃｒ鋼）の０．１
５ｔの薄板でハニカム母基体を形成し、実施例−１と同
様にして外筒母材をつけた。このハニカムの番孔に２．
８φの鋼線をさし込み、且つハニカムと鋼線のすき間に
はＡｎ粉とＣｒ粉の重量比で１：１の混合粉をつめ込ん
だ。かくして得られた母基体の前後を普通鋼厚板でふさ
ぎ、実施例−１と同様にしてメタル担体を得た。（本発
明の３） また実施例−１の比較材として使用した１５Ｃｒ−４八
９．鋼の５０μ厚の箔を用いて製作したメタル担体も併
せて、３種のメタル担体を直接排気量２０００ｃｃのエ
ンジンに接続して排ガス温度が９５０　Ｎ１０００℃に
なるように点火位置をずらして５５００ｒｐｍで３００
時間の耐久試験に供した。その結果比較材は異常酸化に
よるハニカムの一部消失が生じたのに対し、本発明法に
よる前二者のものは特に異常なく耐久試験に耐えた。

（実施例−３） 実施例−１で熱押しされた溶剤前の丸棒状の複合素材の
一部を切り取り、熱間鍛造により丸棒中心軸で半径約１
５０ｍ１ｌ＋になるように曲げ加工を行い長さ１６０ｍ
ｍ　　（中心軸長）に切断し、実施例−１と同様にして
芯材の溶剤除去を行い屈曲メタル担体を得た（第２図）
。このことは本発明方法により自動車の狭いエンジンル
ームの空間に適合するような任意の形状の触媒担体を作
り得ることを示している。

（実施例−４） 実施例−１で熱押しされた溶剤前の丸棒状の複合素材を
６００ｍ１１１の長さに切り取り、１２００℃に加熱し
両端で３６０°ねじり加工した。冷却後長さ１４０ｍｍ
に切断し実施例−１と同様にして芯材の溶剤除去を行い
、第３図に示すようなねじれのあるメタル担体を得た。

（発明の効果） 以上の如く本発明は、触媒用ハニカム担体として理想的
な正六角形に近い孔形状のメタル担体を得ることが出来
るうえ、屈曲したものやねじれの入ったメタル担体の製
造法を提供するもので、高価な貴金属触媒の有効利用、
エンジンルーム空間の有効活用、触媒の反応効率の向上
等に寄与するものであって、その産業上の利益はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるメタル担体母体を示す図、第２図
は本発明によって得られた屈曲メタル担体の概略図を夫
々示す。第３図は本発明によって得られたねしれのある
メタル担体の概略図である。 １・・・ステンレス薄板によるハニカム母基体、２・・
・芯材の易溶削線材、３・・・理外筒、４・・・ハニカ
ム母基体と芯材の複合体、５．５’−・・端板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステンレス鋼の極薄板の波板と平板を交互に積層
   又は巻き込むことによりハニカム形状の母基体を得、該
   母基体を耐熱鋼管内に装入または耐熱鋼板で周囲を巻い
   た後に耐熱鋼板を溶接することによりハニカムの母外筒
   を形成し、さらに該母基体の各孔に易溶削線材を装入し
   た後に該母基体の両端部を鋼材でふさぎ、次いで該母基
   体を熱間加工により断面積を１／４以下に減少せしめ、
   次いで所定の長さに切断し、更に化学的又は電気化学的
   処理により易溶削材部分を除去することを特徴とする自
   動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法。
2. （２）易溶削線材の表面をＡｌ被覆して母基体の各孔に
   装入することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。
3. （３）易溶削線材と母基体のすき間にＡｌ粉又はＡｌ粉
   とＣｒ粉を装入することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。
4. （４）母基体を熱押し、又は熱間圧延により断面積を１
   ／４以下に減少せしめた後、又はこれを所定の長さに切
   断した後に、熱間加工により該母基体を屈曲又はねじり
   加工の一方又は双方を行うことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいづれかに記載の方法。