JPH0316647A - 触媒コンバータ用担体および組立体、および担体製造方法 - 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，触媒コンバータに用いる溶接金属担体、及び
その製造方法に関するものである．〔従米の技術ｌ 自動車用触媒コンバータ１こおいて、触媒は大きな面積
を有する担体上に担持され，その触媒上を排気ガスが流
れるようになっているので、排気ガスと触媒との間には
密接な接触が行われる．箔片から形成した蜂の巣形担体
が提案されてきたが、それらは一般に製造面及び機能面
から見た場合、問題がある．例えば，平滑で波形の箔を
一結に螺旋状に巻きつけることにより蜂の巣形担体を製
造する方法が知られているが、箔眉間の相互のめり込み
、或いは滑動が生ずるという問題が生じ、その結果、触
媒を侵食し、担体の構造の破損を招くことになる．上記
構造において，金属担体を完全な状態に維持するために
は、何らかの形で機械的な補強、或いは各層の結合を図
ることが必要となる．更に、ハウジング強度上の理由か
ら、湾曲した断面を保持する一方、金属積層担体の断面
形状は、種々の空間的配置に対応できるように，設計上
の柔軟性を備えたものでなくてはならないという問題が
残る．このことは特に自動車の床下空間などへの設置の
際には重要な要素となり、この場合楕円形の方が円形よ
りも同じ面積でも高さを低く抑えられるので好ましいと
言える．更に、金属積層担体を，その上に触媒塗膜を行
う最終工程に適するように、完璧に製造するためには技
術的にも経費的にも問題がある． 又、米国特許第４６　１　９９　１　２号及び第４５５
９２０５号において、ある種の溶接、ろう付け、或いは
機械的封止手段を用いて所定の断面形状に波形箔を形成
する方法が開示されている．これら米国特許の両者にお
いて、いずれも異なる幅を有する平坦箔と波形箔は、交
互に積層されて所定の楕円形状を得ると共に，一対の金
属シェルから成り該金属シェルを箔層上に押圧した後、
係合する対向平面に沿って該シェルを溶接することによ
り組み立てられた保持器の中に収納される．以下に説明
する米国特許第４１８６１７２号では、箔の溶接を利用
して、交互に平滑箔と波形箔とを配した、円形断面を有
する螺旋状ｉこ巻がれた構造を提示している，溶接は巻
きつけ工程の間，或いは巻きつけ後、レーザービーム又
は電子ビーム溶接機によって行う．米国特許第４２８２
１８６号ち又、螺旋状に巻かれた構造を開示しているが
，中空部を備えた構造で、つぶして楕円あるいは長円の
断面形状にすることができるようになっている．箔地の
端部表面では電子ビーム溶接機により、スポット溶接が
行われるが，代わりに端部表面のろう付けを行ってもよ
い．別の方法として−、箔の端部を溶接する代わりに、
半長円形のハーフシェルを箔地の周りに押圧した後、溶
接して所望の楕円形状を得てもよい． 又、金属箔シートに山形模様を形成して，該シートを、
触媒を支持するための大きな表面積を有し、且つ，排気
ガスの触媒との接触を促進するためのガス流通孔を有す
るように積層することも知られている．米国特許第４３
８２３２３号は，螺旋状に巻かれた山形模様の箔を開示
しているが、その形状を保持する方法は示していない．
箔の隣接する層の隆起部は、接触してその頂部で互いに
交差して、シート間に排気ガスの通路を形成している．
米国特許第４７５３９　１　９号は、山形と箔寸法との
間の、一定の数学的関係を示すことにより、山形模様に
おいてアコーディオン状のひだのついた対峙する表面間
の接点の数を最適化する方法を開示している。しかしな
がら、積層箔の保持手段は示していない． 〔発明の概要Ｊ 従って，本発明の目的は，特に一度の溶接によって多層
の箔をまとめて溶接することにより形成する触媒コンバ
ータ用担体を提供することである． 本発明の第二の目的は、シートのコンデンサ放電溶接を
容易にするために、隣接するシート間で接点を構成する
溶接突起を備えた担体を提供することである． 本発明の第三の目的は、半分の担体２つを予め組み立て
ておいて、その後、該２つの半分の担体を溶接されたエ
ンドリングを介して溶接、保持して形成する担体を提供
することである．本発明においては，波形の金属箔シー
トを積層することにより担体を構成し、該担体は複数の
流体経路がシート間に形成されるように一体的に保持さ
れた波形シートのスタックより成り、該シートは中央線
及び該中央線と交差して伸延する複数の波形の列を有し
、各列は，山形形状における波形隆起部を有し、隣接す
る列の隆起部は各々異なる方向性を有し、該波形隆起部
は隣接する列との境界における頂点で交わる頂部を有し
、該頂部は平面を構成し，各シートは少なくとも数個の
頂点上に位置して該平面から外側へ伸延して、スタック
内の隣接するシートと接触する突起部を有し、各シート
は突起部で溶接されている． 本発明は、更に複数の波形箔シートより成る触媒コンバ
ータ用波形金属箔担体の製造方法を提示している．即ち
、隣接する列との間に頂点を備えた山形模様を形成する
ために、平坦なシートに、ある角に曲げられた波形の列
をもってひだをつけると共に、頂点における各波形の間
の角魔は，シートの二等分する面に対して垂直に突出し
た突起部を形成するのに十分であるように構成し、隣接
するシートへ向けて伸延し、それと接触している突起部
を備えた複数の波形シートのスタックを形成し、該スタ
ックは、上部及び下部シートにより仕切られ、該上部及
び下部シートにおける電極から、該スタックを介して溶
接電流パルスを通すことにより、シートをその突起部で
抵抗溶接する方法を開示している． 〔発明の実施例〕 触媒コンバータ用波形シートは、抵抗溶接により有効に
一体として保持され、堅固なコア部を形成することがで
きる．各担体に含まれるシートが多数であるために，隣
接する１対のシートを別々に溶接していく従来のやり方
では、多大な時間と経費を要する．従ってすべての、或
いは少なくとも相当量のシートを一度に溶接する方法が
あれば好ましい．コンデンサ放電溶接においては，溶接
点を構成する溶接突起部の数と形状を、適正な溶接抵抗
が得られる程度に設定し得るならば，十分な溶接が可能
であることが知られている．第１図は、半リング１４を
介して、その端部で接合される２個のハーフ担体１２か
ら形成されたコンバータ担体１０を示し、該半リングは
第２図で示すように半分まで形成され、その端部を溶接
して完全な担体を構成する．該リング１４は，断面がＬ
字形で，担体の端部表面の縁部と外側面との稜線上に取
り付けられる．各ハーフリング１４の中央からたれ下が
る小突起ｌ５は，該リングを適正位置に保持するために
シートの外側層に貫入する。

第１図から明らかなように、担体は、長さが等しく幅の
異なる波形シートの積層から形成されているので、楕円
形の形状を得ることができる．各シートは担体の長軸に
平行な中央線１７を有している．各シートの波形のしわ
は、多少形の変わった山形形状を有しているので、隣接
するシートは概して縦方向のガス流通を促進する方向に
、排気ガス通路を構成する。そうした波形のしわは周知
の如く、触媒物質の分布領域を拡大し、排気ガスと触媒
との接触を増大せしめる．後に詳述するように、山形形
状は、頂部で交わる隆起部を形成しているので、シート
金属は、頂部で所定の量だけ突出した溶接突起を形成す
る．各シートは、隣りあうシートの突起が接触するよう
に積層される．第３図に示すように、担体の一方の半部
のためのシートのスタックは、コンデンサー放電溶接機
２２の電極ｌ８及び２０の間に設置され、溶接突起部に
おける良好な接触を確保するため、十分に圧しつけられ
る．上部電極２ｏは空気圧により作動する始動および停
止を行い、且つ、圧カ制御装置２６の制御のもとに溶接
圧力を付与するためのアクチュエータ２４により操作さ
れる．溶接機２２は，突出部で溶接を行うために、単パ
ルスの電流を付与することができる．周知のように，コ
ンデンサー放電溶接機は、一次回路内に大容量コンデン
サーのバンクを備えた変圧器と、コンデンサーを高圧に
充電するための手段、及び低電圧で放電電流を付与する
ための二次回路における溶接電極を有している．厚さ約
４４．．４５ｍ■（１’／．インチ）、最大シート寸法
１　５２．４ｍｓ＋Ｘ　ｌ　５２．４ａｓ＋（６Ｘ６イ
ンチ）、最小シート寸法７６．２Ｘ１５２．４ｍ＋ｓ（
３ｘｌ１＋インチ）のスタックに対して、溶接電流パル
ス幅は、１−１．　５ミ’Ｊ−ｔ＝コン｝’ｔ’ｌ５０
Ｖ，　２８．０００ジュールのエネルギーを付与する．
第４、５及び６図に示した改良山形形状は、乎面３０を
構成すると共に頂点３２で交わるように互いに角度をも
って配設された一連の隆起部から成る．波形シートの二
等分乎面３３は、上下の頂部乎面３０の中間位置に示さ
れている。波形隆起部は，同様の隆起部の平行な列とし
て配置されており、該列は，シートの中央１１１７と交
差して，即ち、垂直に交わって伸延している．狭い列は
短い隆起セグメント３４を有し、広い列は長い隆起セグ
メント３６を構成する．各頂点間のセグメントの長さは
、シートの中心線と平行に走る隆起からなる短いセグメ
ント３４ないし平坦部および中心線に対し一定の角度で
伸延する長いセグメント３６とからなる。中心線に平行
な波形を有する列の幅は、中心線に対して角度をもった
波形を有する列の幅の半分以下であることが望ましい．
長いセグメント３６は一組の頂点３２に集まり、短いセ
グメント３４は長いセグメント３６の間に置かれ，別の
一組の頂点を構成している．いずれの場合でも、金属は
藺がることにより、平面３０又は３３に対して垂直の方
向に，頂部弔面３０を超えて突出し，幾つかの頂点上に
突起部３８を形成する。第６図は、短いセグメントにお
ける突起部３８は上方にｌ＋＋ｌいており、長いセグメ
ントの間の突起部３８は下方に向いているということを
示している６交互のシートは、溶接のために積層される
と、隣接するシートの接点を合わせるために、反転処理
される．代替的な構成として，突起部３８を図７に示す
ように各々の頂点から上下に突出させてもよい． 短いセグメントの効果の一つは、長いセグメントだけを
有するパターンに比較して、突起部の数を増加させるこ
とができることにある．第８及び９図の実施例において
，長いセグメント３６はすべて短いセグメント３４によ
って分離されているので、長短のセグメントは交互に配
置されている。加えて突起部３８は、すべての頂点３２
から突出しているので、この形状は突起部３８の数を最
適化している． スタック内のシート積層の状態は、一組の隣接するシー
トに関して第９図に示されているが、上側のシート１６
ａは、下側のシート１６ｂを見せるために切り取られて
いる．第９ａ図は隣接するシートから突出している突起
部が、いかに揃えられて溶接部位を形成するかを示す断
面図である．長いセグメント３６と短いセグメント３４
との間の山形の角Ｃ（第９図）は、やや円錐形で球状の
突起部３８が形成されるように設定する．例えば波形ピ
ッチ２．２６ｍｍ（０．０８９インチ）、波形高さ（頂
部から頂部まで１　１．　０２ｍｍ（０．０４インチ）
を有する厚さ０．０５１ｍｍ（０．００２インチ）のス
テンレススチール箔の場合．角Ｃは１０゜が好ましく、
許容範囲は８゜〜１４゜である．８゜以下の角度では十
分な突起部は得られない．１０’の角Ｃでは，突起部３
８は、それが同様の突起と押し合わされたとき０、１２
７ｍｍ（Ｑ．００５インチ）の直径を有する概して円形
の接触面を形成する．各突起部は０、０２５４ｌｆｉＩ
Ｉ１（０．００１インチ）程度の高さを有する．湾曲し
た担体形状を得たい場合には、上記実施例のうちいずれ
かの仕方に従って形或されたシートを、様々に異なった
幅に切り、組立て時の所望のコア形状に適合するように
する．もし、長方形のコア断面が望ましい場合は，各シ
ートは同じ幅にする．隣接するシートは突起部が接触し
あうように定置される．平担体１２のシートのスタック
は溶接機の電極ｌ８及び２０の間に設置され，溶接圧力
が加えられる．その後，溶接電流のシングルパルスがス
タックを通して導かれ接触突起部での溶接を行う．かく
して、溶接された平担体は扶持され，更に半楕円形リン
グ１４が各担体１２の各端部に取り付けられ，小突起ｌ
５は外部シートに貫入される．績半リング１４の当按し
あう端部は溶接され、担体の組立てが完了する．半拒体
を溶接して、それらをエンドリングで保持する代わりに
，全シートをその接触突起部で一緒に溶接してもよい．
その場合エンドリングは不要になる．その一方法として
、半分のシートを溶接する代わりにすべてのシートを一
度に溶按することが考えられるが、所望担体形状によっ
ては、シートの突起部を適正位置に錐持しつつ積層する
ことは相当煩雑な作業であり、又、スタックを介して十
分な溶按を行うことも容易ではない．別の方法として、
まず最初にシートを数個の束にわけて溶接し，その後、
それらの２つ、３つ、ないしそれ以上の束を溶接して全
体としてのコアを構成する方法がある．いずれにしても
，組み立て方法の選択は、所望の形状にシートの大きな
スタックを溶接する能力，或いはシートの束を一緒に溶
接する能力如何にかかっている． 箔シートに波形をつける為の工具４０を第１０図に示す
．歯車状の回転工具が噛み合って、平坦な箔に波形を形
或する．第５及び６図の波形形状は、図示された工具４
０によって製造される．各ホイール４４ａ，４４ｂ，４
４ｃ上のｔＭ４２は、箔に反対の角度を持った波形の列
を形威するために交互に左右のピッチを有している．ホ
イール４４ｂ及び４４ｃの間のスベーサ４６は、これら
のホイールを分離し、中央線に平行な波形をこのスペー
ス内に歯付きホイールをとくに用いることなく形成し，
この波形形状を完威する。隣接するホイールでの金属屈
曲作用は、該スペース内に波形を形威するのに十分なも
のである．波形の頂点における突起部３８も又ここでは
金属頂部の屈曲一部での歪みにより形成されるというこ
とも利点の一つである．第１１ｉＪに示すように，スベ
ーサ４６に隣接した各歯先を面取り４８のように削るこ
とも、突起部の形威を助長する，１１１１１．２７１１
１１（０．０５インチ）の４５°の面取り４８は最も効
果的である． 突起部３８は，短いセグメント３４に隣接する部位の面
取りの位置に最もよく形威される一方，ホイール４４ａ
及び４４ｂによって形成される２つの長いセグメント３
６の頂点にも又現われる．第８及び９図のパターンが要
求される場合には、スベーサがホイール４４ａ，４４ｂ
等のすべての対の間に設けられ，各々の歯４２の両端部
を而取りをして使用する．

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明に基づいて完全に組み立てられた担体
の等測図，第２図は、半担体、及び対応する半リングの
分解組み立て図，第３図は、本発明に従って半担体を形
威する為に，波形シートを溶接する装置の構ｔ図，第４
図は，本発明の第一の実施例による担体に用いる波形シ
ートの平面図、第５図は，第４図のシートの直線５−５
に沿った先端図、第６図は、第４図のシートの６−６線
の谷部に沿った拡大断面図、第７図は、第６図のシート
の断面図と同様のものだが、本発明の第２の実施例に基
づいて修正された断面図、第８図は、本発明の第３の実
施例に基づいた基板の波形シートの平面図，第９図は第
３の実施例に基づいた２枚の隣接して重ねられたシート
の一部を切り取った平面図，第９ａ図は、第９図の一部
の拡大断面図、第１０図は、本発明に従って波形シート
を製造するための工具の部分的に切り離された正面図、
及び第１！図は、第１０図の工具の歯の拡大図である． 〔主要部分の符号の説明〕 １６−一一波形シート １７−一一波形シート中央線 ２８一一一波形隆起部 ３ｏ−−−（ｆｆｌ部が含まれる）平面３２−−−（列
の）頂点 ３８一一一突起部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各シート間に複数の流体流通孔が構成されるように
   保持された波形シート１６のスタックより成り、各シー
   ト１６は中央線１７及び該中央線１７と交差して伸延す
   る複数の波形の列を有し、各列は山形形状における波形
   隆起部２８を有し、更に隣接する列の隆起部は異なった
   方向性を有する波形金属箔シート組立体であって、上記
   波形隆起部２８は、隣接する列との境界部における頂点
   ３２で交わる頂部を有し、該頂部は平面３０を構成し、
   各シートは少なくとも該頂点３２の幾つかの上に位置し
   、該平面３０から外側に向けて伸延してスタック内の隣
   接するシートと接触する突起部３８を有し、更に、各シ
   ートはその突起部３８で溶接されて成ることを特徴とす
   る波形金属箔シート組立体。 ２、各シートの上記突起部３８は、隣接するシートの突
   起部３８と整列し、接触して成ることを特徴とする請求
   項１記載の波形金属箔シート組立体。 ３、各シート間に複数の流体流通溝が構成されるように
   保持された波型シート１６のスタックより成り、各シー
   ト１６は中央線１７及び該中央線１７と交差して伸延す
   る複数の波形の列を有する波形金属箔シート組立体であ
   って、或る列は上記中央線に対していずれかの方向に一
   定の角度をもって伸延し、他の列は該中央線１７に対し
   て平行に伸延し、隣接する列は異なる方向性を有し、該
   波形は、隣接する各列との境界部における頂点３２で交
   わる頂部２８を有し、該頂部２８は各シート １６の両側の平面３０内に位置し、各シート１６は、頂
   点３２の少なくとも幾つかの上に位置し各々の平面３０
   から伸延してスタック内の隣接するシートと接触する突
   起部３８を有し、更に該シート１６はその突起部３８の
   位置で溶接されて成ることを特徴とする波形金属箔シー
   ト組立体。 ４、波形の各列は互い違いに配置され、２つの隣接する
   列は、中央線１７に対していずれかの方向に一定の角度
   Ｃをなす波形３６を有 し、更に第３の列が該中央線１７に平行に伸延する波形
   ３４を有して成ることを特徴とする請求項３記載の波形
   金属箔シート組立体。 ５、一定の角度に曲げられた波形３６の列が互い違いの
   向きに配置され、中央線１７に平行な波形３４を備えた
   列によって分離されて成ることを特徴とする請求項３記
   載の波形金属箔シート組立体。 ６、中央線１７に対する波形３６の上記角度Ｃが８゜〜
   １４゜の範囲内にあり、更に該中央線１７に平行な波形
   ３４を有する列の幅は、角度のある波形３６を有する列
   の幅の２分の１以下であることを特徴とする請求項３、
   ４或いは５のいずれかに記載の波形金属箔シート組立体
   。 ７、上記箔は厚さ約０．０５１ｍｍのステンレススチー
   ルから成り、更に中央線１７に対する波形３６の上記角
   度Ｃが約１０゜であることを特徴とする請求項３、４又
   は５のいずれかに記載する波形金属箔シート組立体。 ８、上部及び下部半担体１２、及び半リング１４より成
   る触媒コンバータ用担体１０で あって、上記各半担体１２は全体としての担体を形成す
   べく一緒に保持され、各半担体 １２は先行する各請求項のいずれかに基づいた波形金属
   箔シート１６の組立体より成り、上記半リング１４は該
   半担体の外郭に適合 し、各半担体１２の各端部に設置され、更に担体１０の
   各端部において、半リング１４が完全な担体１０を保持
   すべく溶接されて成ることを特徴とする触媒コンバータ
   用担体。 ９、請求項１に基づいた波形金属箔シート１６の構造体
   より成る触媒コンバータ用波形金属箔担体１０の製造方
   法であって、上記方法が平坦なシートを角度のある波形
   ３６でひだ付けし、隣接する列との間に頂点３２を備え
   た山形形状を構成することにより各波形シート１６を成
   形し、頂点３２における各波形３６間の角度Ｃは、該シ
   ート１６の中間面３３に対して垂直に突出する突起部３
   ８を形成するのに十分な角度とする工程、上記複数の波
   形シート１６を、前記突起部が隣接するシートに向けて
   伸延しかつそれと接触するように積層し、該スタック１
   ２が上部及び下部シート１６によって、仕切られた状態
   にする工程、及び該上部及び下部シート１６の間のスタ
   ック１２を介して溶接電流のパルスを通すことによりス
   タック１２を結合し、その突起部 ３８の位置で該シート１６を溶接する工程とを含んで成
   ることを特徴とする波形金属箔担体の製造方法。 １０、上記各シート１６は異なった幅を有し、スタック
   １２形成時は一枚毎に積層され、該スタック１２は断面
   で半楕円形の形状を有し、更に断面が楕円形の完成した
   担体１０は、上記２個の半楕円形スタックを一緒に組み
   立てる工程と、該組み立てられたスタック１２の各端部
   の周りに保持カラーを溶接する工程とによって形成され
   て成ることを特徴とする請求項９記載の触媒コンバータ
   用波形金属箔担体の製造方法。 １１、各シート１６上の上記山形形状は、三組の波形の
   組み合わせをもって形成され、その中の一組の波形３４
   は該中央線１７に平行であり、他の二組の波形３６は該
   中央線１７からいずれかの方向に一定の角度Ｃをもって
   伸延し、更に該各シート１６は、各シート上の突起部３
   ８が隣接するシートの突起部３８と実質的に接触するよ
   うに積層されて成ることを特徴とする請求項９記載の触
   媒コンバータ用波形金属箔担体の製造方法。