JPH02294513A - 排気ガス浄化装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は，一般に自動車の排気ガスの浄化手段として排
気管の途中に介装される、排気ガス浄化用触媒を担持さ
せるための金属製ハニカムコア体を金属製ケーシング内
に固着した構造の排気ガス浄化装置に関する。

重に詳しくは、本発明はこの種の排気ガス浄化装置を自
動車の排気管などに接続固着するときの欠点、即ち不可
避的な溶接時の高温による排気ガス浄化装置の熱的劣化
を解消するに適した構造の排気ガス浄化装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従末、この種の排気ガス浄化装置は、一般にｉｔ熱性の
薄肉鋼板からの平板状帯材と前記薄肉鋼扱を波１［ヨ成
形した波板状帯材とを、相互に当接部を有するように重
積し、これを一括渦巻状に巻回積層するか、あるいは階
層状に重積して袈作した軸方向に排気ガス通路のための
多数の網目状通気孔路を有する金属製のハニカム状積層
体（以下、ハニカムコア体という。）と、前記ハニカム
コア体を填装し固着するための両端が開［１した商状の
金属製ケーシングから構成されている。

そして，前記ハニカムコア体と金属製ケーシングとは，
排気ガス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触媒との発
熱反応などによる熱膨張や熱的応力に１１えるように、
また自動車走行時の振動などに耐え得るように固着され
る。なお、ハニカムコア体を構成する平板状帯材と波根
状帯材の当接部は神々の方法により固着されることはい
うまでもないことである。

前記したハニカムコア体と金属製ケーシンクとの固着方
法としては，ろう接合によるもの、ブレスばめによりハ
ニカムコア体を圧着保持するもの、金属製ケーシングの
両端部を縮径しハニカムコア体を縮径部間でかかえこみ
保持するもの、固定具（ストッパー）によりハニカムコ
ア体を保持するものなどδ種の方法が提宰されている。

これらの固着方法において，ろう接合以外の方法は，ハ
ニカムコア体と金属製ケーシング間の密着性が問題であ
り、振動による高価な排気ガス浄化用触媒ｆＰｔ，　Ｐ
ｄ，　Ｒｈなど）の担持層からの剥離，騒音，摩損など
が激しいという欠点を有する。そして、ろう接合は簡便
でもあることからハニカムコア体と金属製ケーシングの
固着法として繁んに使用されている。

以Ｆのようにしてハニカムコア体と金属製ケ〜シングが
ろう接合されたあと、この種の排気ガス浄化装置は自動
屯の徘気管等へ固着されるが、このときは簡便で経済的
で、かつ効率的な固着方法である溶接手段が採用される
。

従来、前記ハニカムコア体と金属製ケーシングのろう接
合、そして排気ガス浄化装置の排気管等への溶接は第１
１図〜第１４図に示される９　＋１で行なわれている。

第１Ｉ図は、従来のハニカムコア体を金属ケシング内に
圧入填装し、かつ両δの当接面をろう接合した構造の排
気ガス浄化装置の断面図を示す。第１１図で留、Ｑしな
ければならない点は、従来の排気ガス浄化装置（Ａ゛）
は、ハニカムコア体（１゛）の全長と金属製ケーシング
（２゛）の全長がほぼ同じ長さのもので構成されている
という点である。

なお、第１１図において、ろう接合部はハニカムコア体
（１″）の外周面と金属ケーシング（２′）の内Ｊ；一
？面の当接面の全域に及ぶが、これは一部であっても構
わないものである。当業界において、該ろう接合のため
のろう材として、排気ガスと排気ガス浄化用触媒との発
熱反応の温度雰囲気（通常は７００〜８００℃であるが
、炭化水素の多い排気ガス処理は１０００℃前後に及ぶ
場合がある）を考慮して高温ろう材が使用される。この
種の高温ろう材としては、ニッケルをベースとしたもの
がよく知られている。

そして、前記した従来の排気ガス浄化装置（Ａ゜）は、
第１２図〜第１４図の態様で排気管に溶接固着されてい
る。

第１２図は、金属ケーシングと外径寸法が同じ排気管に
直接、排気ガス浄化装置｛Ａ゜）が溶接される態様を示
す。なお溶接法としてはＴｉｇ溶接（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ
　ｉｎｅｒｔ　ｇａｓｌやＷｉｇ溶接（Ｍｅｔａｌ　ｉ
ｎｅｒｔ　ｇａｓｌが用いられ、通常金属製ケーシング
として耐熱性のステンレス鋼が使用されているため溶接
部は＋５００’ｃ以上の高潟に加熱される。

第１３図は、排気管の端部にフランジ部が設けられ，該
フランジ部にラップ代を有して排気ガス浄化装置（Ａ゛
）が溶接されている場合、また第１４図は排気管の端部
にフランジ部のほかに拡径したコーン部が設けられてい
る場合の排気ガス浄化装置（Ａ′）の溶接方法を示す。

（発明が解決しようとする問題点） 第１１図〜第１４図で示した従来の排気ガス浄化装置（
Ａ゜）の排気管などへの溶接固着においては、第１１図
に示されるようにハニカムコア体（１゜）の端而と金属
製ケーシング（２゛）の端部は両者がほぼ同長であるた
め面一となっており、溶接時の極めて高い熱が金属製ケ
ーシングを介して直接にハニカムコア体側に伝播してし
まう。

このような溶接時の高温度の熱がハニカムコア体側にス
トレートに伝播して《ると，ハニカムコア体を構成する
平板状帯材及び／又は波板状帯材への熱的悪影響（熱劣
化）、ろう材の帯材への拡散による悪影響、担持されて
いる排気ガス浄化用触媒の劣化や金属成分の帯材への拡
散による悪影響、帯材の熱的変形及びそれに基づく高価
な触媒層の剥離，離脱など種々の悪影響をもたらす。

本発明は、排気ガス浄化装置を自動車の排気管などに介
装固着するに際して、固着手段として簡便かつ安価な溶
接法を採用したとき、溶接時の極めて高い熱の伝播によ
る前記した種々の悪影響を排除することができる構造、
の排気ガス浄化装置を提供しようとするものである。

ｒ発明の横成〕 （問題点を解決するための千段） 本発明を概説すれば、本発明は、薄肉金属板のモ板状帯
材と波板状帯材とを相互に当接するように積層して製作
した軸方向に多数の網目状通気孔路を有する排気ガス浄
化用触媒を担持させるためのハニカムコア体を、両端が
開口した金属製ケーシング内に収納固着してなる排気ガ
ス浄化装置において，前記金属製ケーシングが、その両
端部にハニカムコア体と当接しない所定幅のスリーブ部
を形成したものであることを特徴とする排気ガス浄化装
置に関するものである． 以下，本発明の構成を図面に基づいて詳しく説明するが
、本発明は図示のものに限定されない。

本発明において、金属製ハニカムコア体は，第６図〜第
７図に示されるようなものであり、通常の方法により製
作される。

即ち、ハニカムコア体ｆｉ１は、第６図に示されるよう
に、耐熱性の薄肉鋼板からなる厚さ０．０３〜０．Ｉ＋
＋＋＋ｓ　程度（Ｄ平ｊｆｊ状帯材ｆｉｌｌ　ト、該ｖ
扱状帯材（ＩＩ）を後述する特殊な波形をもつように波
形加工した波板状帯材（Ｉ２）を相互に当接部を有する
ように重積し，次いで両者を一括渦巻状に，かつ好まし
くは最外周面が平板状帯材（１ｌ）となるように巻回積
層することにより製作される。なお、最外周面を波板状
帯材（１２）としてもよいことはいうまでもないことで
ある。この巻回積層により、排気ガスの通路となる多数
の網目状通気孔路（ｌ３）は自動的に形成される。また
，ハニカムコア体ｆｌｌは、第７図に示されるように、
平板状帯材（１１）と後述する特殊な波形をもつように
波形加工した波板状帯材（ｌ２）を相．互に当接するよ
うに重積し、これを階層状に積層成形して製作してもよ
い。

前記平板状帯材（ｌ１）として、例えばクロム鋼（クロ
ムＩ：１〜２５％）　，　Ｆｅ−Ｃｒ２０％−１５％な
どの耐熱性のステンレス鋼、あるいはこれに耐醇化性を
改とするために希土類を加えた耐熱性のステンレス鋼な
どの厚さ０．０４ｍｍ〜０．１ｍａ＋のものが、そして
波板状帯材（ｌ２）として前記平板状帯材ｆｉｌ１をフ
ォーミングギアの間を通過させるなどして後述する特殊
な波形をもつように波形加工したものが使用される。各
帯材にＡｇを含有したステンレス鋼を用いると、熱処理
により帯材表面にウィスカー状のＡ９．．０，が析出し
、これが排気ガス浄化用触媒を担持するためのウオツシ
ュコートを強固に固着するので好ましいものである。

次に、本発明において、前記ハニカムコア体（１）を内
部に填装し、ろう接固着するための金属製ケーシング（
２）について説明する。

金属製ケーシング（２）の端部は、第１２図〜第１４図
で示したように排気管等に高温下でＴｉｇまたはＭｉｇ
溶接される。本発明においては、特に溶接時の熱による
ハニカムコア体ｆｌｌ側への悪影響を排除するために、
金属製ケーシング（２）の両端部から填装固着している
ハニカムコア体｛１｝の両端面に至る間を溶接時の熱伝
播を緩和させるゾーン（以下、スリーブ部と称する．，
）とすることに特徴と有する。

本発明において前記スリーブ部の形成は所望の幅にわた
り設ければよく、スリーブ部を少なくとも２ｍＩＩ＋以
上、好ましくは５〜Ｉ　Ｏｍｍ程度の幅にわたり設けれ
ばよい。

本発明においては、第１図〜第５図に示されるようにハ
ニカムコア体（１）を種々の形状の金属製ケーシング（
２）内にスリーブ部を形成するように填装固着される。

第１図は本発明の排気ガス浄化装置ＩＡ）において、ス
リーブ部（３）を形成するための第一の態様のハニカム
コア体（１）と金属製ケーシング｛２｝の配置関係を示
すものである。第２図は前記第１図で示される本発明の
排気ガス浄化装置ｆＡｌを排気管にＴｉｇ溶接した要部
断面部を示す。

第３図は金属製ケーシング（２）の一端部が縮径したも
の、第４図は金属製ケーシング｛２）の一端が拡径され
たものの中にスリーブ部｛３｝を設けるようにハニカム
コア体（１１がろう接固着された態様を示す。なお，本
発明においては金属製ケーシング（２）の両端部がコー
ン状に縮径しても、あるいは拡径してもよいことはいう
までもないことである。

第５図は、金属製ケーシングとして、ハニカムコア体ｆ
ｉ＋の両端部近傍の外周面と当接するか、それ以外の部
位においては当接しない拡径部を有するものを用いた例
が示されている。

なお、本発明において、前記金属製ケーシング（２）と
して両端が開口していれば、その形状に何らの制限を受
けるものではない。第６図〜第７図には、断面円形状の
ものと，断面レーストラック状（長円形状）のものが示
されているが、これに限定されない。例えば、車体下部
のスペースに適合させるために、断而略三角形状の金属
ケースを用いて排気ガス浄化装置を構成してもよい。金
属ケースの素材として、前記ハニカムコア体と同種の耐
熱鋼を用いてもよいし、１・１熱耐食性に富むものを用
いてもよい。また、外側部分の金属材料を内側部分より
耐熱耐食性に富むものとした二市構造のもの、具体的に
は内側部分にフエライト系ステンレス鋼を，外側部分に
オーステナイト系ステンレス鋼を用いたクラヅド鋼など
を用いても良い。

次に、本発明の第二の特徴点となるハニカムコア体と金
属製ケーシングとのろう接による接合構造について説明
する。

前記したように本発明は、排気ガス浄化装置ｆＡｌを排
気管にＴｉｇやＷｉｇによる溶接手段により接続固着す
るときの、極めて高い熱のハニカムコア体側への伝播に
より悪影響を排除しようとするものである。

この神排気ガス浄化装置（Ａ）は、通常、次のように製
造される。まずハニカムコア体＋１１　の外川面にろう
材箔を巻回したりろう材スラリーを塗布し、これを金属
製ケーシング（２）内に填又し、次いでハニカムコア体
１】）を構成する平板状帯材（ｌ１）と波根状帯材（１
２）の当接部を固着するためにろう材のスラリー槽に浸
漬し、当接部にろう材を塗布し、加熱処理する。これに
より、ハニカムコア体ｉｌ＋　と金属製ケーシング１２
）の当接部．及び帯材同士の当接部は一括ろう接合され
る。ろう材としては、慣用のものが使用され、例えば前
記したようにニッケルをべ一スとした高温ろう材が使用
される。このようにしてハニカムコア体（１１の少なく
とも一方の端部近傍部位の外周面が金属製ケーシング（
２）の内周面とろう接合され、かつハニカムコア体（１
）の少なくとも一方の端部近傍部位の平板状帯材（ｌ１
）と波扱状帯材（ｌ２）の当接部がろう接合された排気
ガス浄化装置ｆＡｌが容易に製作される。しかしながら
容易に排気ガス浄化装置（Ａ）を製作することができる
ものの、二律背反的に排気ガス浄化装置ｆＡ）を排気管
などに溶接固着するとき、これらろう接合部位において
前記した溶接熱による悪影響を大きくうけることになる
。本発明はこれとの関連で前記したスリーブ部（３）を
形成するものである。

また、本発明においてはスリーブ部（３）を形成してい
るため、従来の製造法を採用すると該スリーブ部（３）
にろう材が塗布されてしまう。

スリーブ部（３）にろう材の塗布層が形成される場合、
特にろう材としてＮｉ系のものが多用されていることか
らニッケルなどのろう材金属成分が、溶接固着時の高い
熱により金属製ケーシング（２）のスリーブ部｛３｝内
に拡散し、金属素地を脆弱化させる。これは、この種の
排気ガス浄化装置が特に自動車という振動の強いものに
使用されることからして避けなければならない。

このため、本発明の排気ガス浄化装置ｆＡ）において，
スリーブ部（３）にろう材残渣を残さないようにハニカ
ムコア体（ｌｌ　と金属製ケーシング（２）はろう接合
されるこども大切である。

スリーブ部（３）にろう材残渣を残さないようにするた
めには、前記製造工程において、ろう材スラリーへの浸
漬処理時に、スリーブ部（３）をマスキング処理したり
、ろう材スラリーへの浸漬処理後にクリーニング処理な
どを実施すればよい。

なお、本発明において、ハニカムコア体＋　１．　１と
金属製ケーシング（２）の当接部は、ハニカムコア体（
１）の少なくとも一方の端部近傍部位の外周而においで
ろう接合されていればよい。従って，両者の当接部全域
をろう接合してもよく、ハニカムコア体の両端部の外周
面においてろう接合してもよい。ハニカムコア体ｆｉｌ
の一方の端部近傍部位の外周面においてのみ当接される
場合、当接部以外においてハニカムコア体ｆｉｌがその
軸方向（　ｊＪＦ気ガスの流れ方向）に伸縮することが
できるため、ハニカムコア体｛１｝と金属製ケーシング
（２）の熱膨張の差にもとづく熱応力を緩和させること
ができ、かつ高価な高謁ろう材の使用ｍを低減させるこ
とができる。

［実施例１ （実施例ｌ） Ｐｅ−Ｃｒ２０％−１５％−Ｃｅロ．０２％系耐熱鋼の
厚さ０．０５ｍｍ，幅１００ｍｍの薄肉鋼帯からなる平
板状帯材と、前記’ｒｚｉｂ状帯材をフォーミングギア
の間を通過させて調整した波根状帯材を相互に当接する
ように小積し、これを一括渦巻状に巻回して軸方向に多
数の網目状通気孔路を有する外径１２０ｍｍのハニカム
コア体（平方インチ当りのセル密度，４００）を製作し
た。

次に，前記ハニカムコア体の外周面にろう箔を巻回し、
ＳＵＳ　４３０　　（熱耐鋼）の肉厚１．５ｍｍのケー
シング内にスリーブ幅１０ｍ＋＋どなるように填袋した
（第１図参照）．スリーブ部をマスキングしてニッケル
系ろう材のスラリー中にハニ力ムコア体の両端部及びそ
の近傍部位（端部より１　０ｍｍの領域）を浸漬し、ろ
う材を塗布した。次いで、乾燥後，真空加熱炉により熱
処理してハニカムコア体と金属製ケ〜シングなろう付に
より固着した。このようにして製作した排気ガス浄化装
置を第２図の態様により排気管にＴｉｇ溶接した。ハニ
カムコア体の最外層を構成す．る平板状帯材の溶接後の
硬度分布を第８図に示す。なお、第８図において、溶接
前の硬度ｆｌｌＭＶ．　５０ｇｌは２００　〜２２０で
あった。

また、　１５０〜７５０℃間の５０サイクルの急熱急冷
試験（バーナースポーリング試験）を行なった。このと
きのハニカムコア体端部の状況を第９図に示す。

（比較例１）（比較例２） スリーブ部を設けない以外は実施例ｌと同様にして排気
ガス浄化装置を製作し，これを第１２図の態様により　
Ｔｉｇ溶接した（比較例１）。

また、スリーブ部を設けない以外は実施例１と同様にし
て排気ガス浄化装置を製作し、これを第１３図の態様で
ラップ代２ｍｍのフランジにＴｉｇ溶接した（比較例２
）。

比較例１及び比較例２の溶接後の平板状帯材の硬度分布
を第８図に示す。また、比較例２のバーナースポーリン
グ試験後のハニカムコア体端部の状況を第ｌＯ図に示す
。

第８図及び第９図〜第１０図より、本発明のＦＪＦ気ガ
ス浄化装置は、溶接時の極めて高い熱の伝播に基づく悪
影響を効果的に排除していることがわかる。

［発明の効果１ 本発明の金属製ハニカムコア体を金属製ケーシング内に
填装固着してなる排気ガス浄化装置は、金［ＸＩケーシ
ングが、その両ｊ７：部にハニカムコア体と当接しない
所定幅のスリーブ部を形成したことを特徴とするもので
ある。

また、本発明においては前記したスリーブ部をハニカム
コア体とケーシングとの固着及びハニカムコア体を構成
する平板状帯材と波板状帯材との当接部の固着のために
使用したろう接材の残渣が残らないように構成するよう
にしたことも特徴とするものである。このようにスリー
ブ部を構成することにより，この種の排気ガス浄化装置
を自動車等の排気管に溶接固着するときの熱的悪影響を
効果的に排除することができる。即ち、排気ガス浄化装
置を排気管等へ組立てるに際して、簡便，安価かつ効率
的な固着手段であるＴｉｇやＷｉｇなどの高温の溶接法
を採用しても溶接時の極めて高い熱のハニカムコア体側
へ伝播を効果的に阻止することができる。これにより、
排気ガス浄化装置を構成する各構成部材，特にハニカム
コア体の構成部材であるｆ板と波坂状帯材の熱変形，熱
劣化，熱的ダメージが回避される。また、ハニカムコア
体と金属製ケーシングとの固着及びハニカムコア体を構
成する平板状帯材と波板状帯材との当接部の固着に使用
したろう材の金属成分の各構成部材への拡散が阻止され
る。即ち、ろう材の金属成分の拡散による各構成部材の
脆弱化が阻止され，特にハニカムコア体を構成する平板
状帯材及び／又は波板状帯材の破損，亀裂が防止される
。

これは、担持された高価な排気ガス浄化用触媒層の剥離
．離脱を防止することに通じる。同様に排気ガス浄化用
触媒の金属成分の拡散も阻止される。

本発明において、スリーブ部をろう材の残渣が残らない
よう構成しているため、この部位におけるろう材残渣の
シンタリングが防止され、Ｍ　Ｍ　ｆＬを向上させるこ
とができる。

以上のように、本発明により、排気ガス浄化装置は排気
管等に安価に組立てることができ、かつ長期に亘り安定
した排気ガスの浄化能力を発現させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の態様でスリーブ部を形成した排
気ガス浄化装置の一部を省略した断面図である。第２図
は第１図に示される排気ガス浄化装置を排気管に溶接し
たものの断面図である。 第３図は第二の態様でスリーブ部を形成した排気ガス浄
化装置の一部を省略した断面図、第４図は第三の態様で
スリーブ部を形成・した排気ガス浄化装置の一部を省略
した断面図、第５図は第四の態様でスリーブ部を形成し
た排気ガス浄化装置の一部を省略した断面図である。 第６図は本発明の巻回タイプの排気ガス浄化装１ηの斜
視図、第７図は本発明の階層タイプの排気ガス浄化装置
の斜視図である。 第８図は実施例及び比較例の溶接後のハニカムコア体最
外層の平板状帯材の硬度分布を示すグラフである。第９
図はバーナースポーリング試験後の実施例のハニカムコ
ア体端部の要部概略図、第１０図は比較例のものの第９
図相当図である。 第】ｌ図は従来の排気ガス浄化装置の断面図，第１２図
は第１１図の排気ガス浄化装置を排気管に溶接したもの
の断面図である。 第１３図は従来の排気ガス浄化装置をフランジ部を有す
る排気管に溶接したものの断面図、第１４図は従来の排
気ガス浄化装置をフランジ部及びコーン部を有する排気
管に溶接したものの断面図である。 Ａ・・・・・・・・・本発明の排気ガス浄化装置Ａ １，　　１ １Ｉ ｌ２ ｌ３ ２，　２゛ ３　・・ ・従来の排気ガス浄化装置 ・・・・ハニカムコア体 ・・・・平板状帯材 ・・　波板状帯材 ・・・網目状通気孔路 ・・・金属製ケーシング ・・スリーブ部 特 許 出 願 人 臼井国際産業株式会社

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．　薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを相互に
   当接するように積層して製作した軸方向に多数の網目状
   通気孔路を有する排気ガス浄化用触媒を担持させるため
   のハニカムコア体を、両端が開口した金属製ケーシング
   内に収納固着してなる排気ガス、浄化装置において、前
   記金属製ケーシングが、その両端部にハニカムコア体と
   当接しない所定幅のスリーブ部を形成したものであるこ
   とを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. ２．　ハニカムコア体が、少なくともハニカムコア体の
   一方の端部近傍部位の外周面で金属製ケーシングの内周
   面とろう接合されたものである請求項第１項に記載の排
   気ガス浄化装 置。
3. ３．　金属製ケーシングのスリーブの幅が２〜２０ｍｍ
   のものである請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
4. ４．　金属製ケーシングのスリーブ部がろう材の残渣を
   含まないものである請求項第１項に記載の排気ガス浄化
   装置。
5. ５．　ハニカムコア体が、その両端部近傍部位の外周面
   の全域で金属製ケーシングのスリーブ部にろう材の残渣
   を残さないように金属ケーシングの内周面とろう接合さ
   れたものである請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置
   。
6. ６．　ハニカムコア体が、その外周面の一部の領域で金
   属製ケーシングのスリーブ部にろう材の残渣を残さない
   ように金属ケーシングの内周面とろう接合されたもので
   ある請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
7. ７．　ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯材とを
   相互に当接するように重積し、これを一括渦巻状に巻回
   積層して製作したものである請求項第１項に記載の排気
   ガス浄化装置。
8. ８．　ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯材とを
   相互に当接するように階層状に重積して製作したもので
   ある請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
9. ９．　金属ケースが、断面円形である請求項第１項に記
   載の排気ガス浄化装置。
10. １０．　金属ケースが、断面レーストラック形状である
    請求項第１項に記載の排気ガス浄化装 置。