JPH04150948A - 間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担持する金属担体およびその製造方法 - 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） 本発明は触媒を担持し、燃焼排ガスと担持した触媒とを
接触させ排ガス中の有害成分を除去するために使用する
金属担体に関するものであり、特に自動車エンジンの排
ガス系に設置し、排ガスの無害化を行うための触媒担持
する金属製担体およびその製造法に係るものである。

（従来の技術） 自動車排ガスの有害成分を除去する触媒担体は、従来コ
ージオライトを主体とするセラミックス系の材料を格子
状多孔構造に成形したものが用いられていたが、これは
自動車のエンジンの熱衝撃や走行中の振動等により破損
するおそれがあり、強度上問題があった。また熱伝導が
比較的小さく、エンジン始動後の昇温に時間がかかるた
め、その間触媒効率を低下させる等の問題があった。

このような間厘を解決するため、セラミックス材料にか
えて、耐熱性金属材料特にＡｌを含有するフェライト系
ステンレス鋼の箔を用いた金属担体が開発されている。

例えば特公昭５８−２３１３８１号公報にはＣｒ３〜４
０％、ＡＮ　１〜１０％を含むフェライト系合金鋼を用
いた担持触媒が、また特開昭ｅｌ　−２８１８８１号公
報にはＡ、９メツキしたフェライト質合金鋼を素材とし
た触媒担体用鋼箔の製造法が開示されている。このよう
な成分よりなるステンレス鋼箔は、ひとつは平板のま＼
、他は波状に加工された波板とし、この平板と波板を交
互に積層するか、層状に巻回してガス通路を有する筒状
のハニカムを形成する。さらにこのハニカム体は自動車
排ガス系内の排ガス管と接合する外筒内に収納され平板
・波板・外筒か相互に固定されてメタル担体を形成する
。これらの固定はろう付、抵抗溶接、電子ビーム溶接、
レーザー溶接等で行われるが、これらの接合構造はメタ
ル担体の性能を左右しきわめて重要である。すなわちメ
タル担体は高温の排ガスにさらされ且つエンジンの振動
を直接受ける部位に使用されることもあるため、接合が
全体に弱いと高温使用中に接合部位が切れて外筒からハ
ニカムがズして飛び出したり、ハニカム自身の層間接合
が切れてスコービングと呼ばれる飛び出しが生じること
もある。逆に接合が強すぎると急速な加熱・冷却に伴っ
て生じるハニカム中心部〜外周部〜外筒の温度分布の変
化による熱疲労に耐えられず担体が破壊してやはりズレ
を生じることがある。したがってメタル担体の構造は高
温での接合強度を維持しつ＼、なおかつ熱応力を緩和で
きるような接合構造が要求される。

このような考え方から間欠的な接合構造を提案したもの
にドイツ特許Ｄ　Ｅ　３３１２９４４Ａ　１号がある。

この特許では第３図に示す通り平板と接合されている波
板の山又は谷に最隣接の夫々の谷又は山は必らず平板と
は非接合であることを特徴としている。この構造では確
かに半径方向の自由度は大きいか、ハニカムとしての強
度か低いため軸方向の熱応力に対しては容易に破壊し、
また周方向にねじれの自由度まで有するためスコーピン
グによる破壊を生じ易い等の欠点を有する。

さらに特開昭６２−４５３４５号公報には、金属担体の
周方向にも半径方向にも接合がきれされである間欠接合
が開示されている。これも周方向と径方向の熱応力を緩
和せんとするものであるが、これでは完全に接合された
小領域と全く接合されていない小領域がハニカムの波板
の山谷の位置とは無関係に分布するため、接合部と非接
合部の境界部に熱応力が集中して破壊し易い接合部がで
き易いこと、さらには非接合部の分布の如何によっては
特定の層で接合強度が弱くなり、この層でズレを生じ易
くなる等の欠点を有する。

（発明か解決しようとする課題） 上記の如く金属担体においては、高温での強度の確保と
耐熱疲労性の確保はその対策が一般に相反するため、両
者の両立は一般的に難しい。本発明は、この相反する事
項を接合構造の工夫によりバランスよく両立させた金属
担体とその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、波板の波形状はそれ自体公知の一定のピッチ
、高さを採ったものを用い、平板との接合固定部と非接
合固定部を規則的に配置するに際し、強度と自由度のバ
ランスが良好であるように山側と谷側の連続する接合・
非接合の条数の組合せを採り、以って高温連続運転と激
しい断続運転の双方に耐える金属担体を提供するもので
ある。

すなわち本発明の第１のものはほゞ等しい形状の山と谷
よりなる波板と平板からなり、平板の面に波板の山およ
び谷の頂部が密に接触するように重ねて積層するか巻回
してハニカム体を形成し、このハニカム体を外筒で保持
固定してなる金属担体において、前記ハニカム体は波板
の巻回方向に見て接合されている波板の山と谷さらには
接合されていない波板の山と谷が所定の規則にしたがっ
て配置された間欠接合部を有し、かつ波板のスロープの
両端の山と谷が共に平板に接合されいるスロープか間欠
接合部の全体の１４％以上４５％以下であることを特徴
とする排ガス浄化用触媒を担持する金属担体である。

本発明における請求項２乃至８は、これらの接合がろう
付又は抵抗溶接で行われ、且つ本発明の第１のもので規
定する間欠接合がハニカム体の一部において行われてい
る金属担体である。さらに本発明の請求項１０乃至１３
は、ろう材の結合材を保持する所定の形状の突条を有す
るロールを波板の走行ラインの途中にもうけて、波板の
山谷に所定のパターンに従って結合材を塗布して平板と
巻き込み、その後ろう材を供給して熱処理することによ
り上記の間欠接合をろう付けで得る金属担体の製造方法
である。

さらに本発明の第９のものは本発明の実施態様の一部と
して波板の山側の連続する接合・非接合の山の条数に、
Ω、谷側の連続する接合・非接合の谷の条数ｍ、　　ｎ
の組合せのい（つかを示したものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

（作　　用） 第１図は本発明の間欠接合の一例を示す／＼ニカム体の
一部分の模式図である。図中１１ａ、　ｌｌｂは平板で
、２は波板である。

第１図は（ｋ−ｊＬ　ｍ−ｎ）が（３−３，２−１）の
例である。すなわち波板の山側については隣り合った３
条（Ａ、　　Ｃ，Ｅ）が平板１１ａと接合され、次の隣
りあった３条の山（Ｇ、　　Ｉ、　Ｋ）が非接合である
。また同谷側では３条の接合部にはさまれた２条の谷Ｃ
Ｂ、Ｄ）が平板と接合され、ニーを起点として次の１条
の谷（Ｆ）か非接合、さらに次の２条の谷（Ｈ，Ｇ）が
接合という繰り返しで構成されている。この場合Ａから
Ａ′の一周期の間で開平板間にわたる波板のスロープは
１２条あるが、このうち両端の山と谷が平板に接合され
ているスロープがＡＢ、ＢＣ，ＣＤ、ＤＥと４条あり、
非接合の山と谷Ｆ、　Ｇ、　Ｋ、　　Ｌ、を介して開平
板間に接合されているスロープＥＨ。

ＪＡ’　と２条ある。後２者のスロープのハニカムとし
ての接合強度を前４者の強度の半分とすればＡＡ’間で
実質的に５条のスロープが開平板間をつないでおり、本
例のハニカムとしての接合強度はＡ−Ａ’　の全接点が
接合している場合の強度の４／１２すなわち３３％とな
る。一方変形の自由度は、径方向の引張応力が熱歪によ
って加わった場合は、ＤＢ’　間の平板が点線のように
変形可能であり、ハニカムとしての変形能が確保される
。

しかしながら同じ（ｋ、Ｉｌ、ｍ、ｎ）の組合せであり
ながら第２図に示すよう谷側の接合点が山側に対して第
１図のものより右側に１ピツチずれるとハニカム強度は
変らないが、変形可能な平板の区間は第２図に点線に示
すＦＬ間となり、変形能は小さくなる。したがって山側
と谷側の接合点の位置関係はハニカム強度が全面接合の
場合の１４％以上４５％以下を確保したうえで、変形能
を大きくするように調整する必要がある。かくして強度
と変形能を確保したハニカム部分を金属担体の全体又は
一部に含むことによってきわめて耐熱疲労特性の優れた
金属担体を得ることができる。ニーにおいてハニカム強
度を全面接合の場合の１４％以上４５％以下としたのは
、１４％未満の接合強度ではズレ等を防止するための強
度を維持するには不充分であり、また４５％超では熱応
力を緩和する変形能が不足するからである。

一般に金属担体ではその寸法・形状・使用条件によって
平板と波板を完全に接合する部分（接合部）と全く接合
しない部分（非接合部）とを適宜組合せて熱応力を緩和
し、且つ破壊寿命を長くするよう設計することが必要で
あるが、本発明による間欠接合の導入により上記の接合
部と非接合部に加えて間欠接合部の三種類の部分の組合
せが可能になり、より設計に自由度が生じる。特に間欠
接合については上記のに、、９．ｍ、ｎの組合せにより
ハニカムの変形能と接合強度の強弱を選択することがで
き、金属担体の寸法・形状・使用状況に合せた高度の設
計が可能になる。

これらの間欠接合を含む担体を製造するには、第４図に
示したような周面に突条１を所定パターンに従って設け
た被覆ロール２を波板の走行ラインに配置し、被覆ロー
ル表面の突条に結合剤を結合剤供給ロール３から転写供
給すると共に波板の山及び又は谷の頂部部位に前記突条
を接触させて結合材を所定位置に塗布せしめ、その後平
板と波板を積層あるいは巻回してハニカムを形成したる
後にろう材を塗布する。この場合に波板の山側に接する
被覆ローラーと同谷側に接する被覆ローラーの回転をシ
ンクロナイズさせ、さらに該ローラー周面の突条の形を
調整することにより完全接合から本発明による間欠接合
までの接合パターンを任意に変化させることができる。

さらに巻回型担体の内周部と外周部で接合パターンを変
化させる場合は、該被覆ロールを複数対設けることによ
り可能となる。

次に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例−１） 第５図は２０Ｃｒ−５ＡΩの５０μｓ厚さの耐熱鋼箔を
用いて１４０’Ｘ　７０　’の金属担体を作製したちの
＼断面図を示す。なお外筒５には１．５“の１９％Ｃｒ
鋼の薄板を使用した。こ＼において１３７’　Ｘ７０’
　のハニカム６内のすべてについて第１図に示す（３−
３，２−１）の間欠接合をろう付けにより行った。この
場合の接合強度は全面接合の３３％である。間欠接合は
第４図に示す波箔４へのバインダーの塗布装置を用い、
塗布ローラー２上のバインダーを保持する部分１のパタ
ーンを調整し、所定の波山又は谷にのみバインダーを塗
布して平箔と共に巻き取り、ろう粉をふりかけてバイン
ダーの付着している部分のみにろう材を付着せしめた後
、ハニカム最外周の下から３０ｍｍまでの位置７にろう
箔をはりつけて外筒に挿入し、真空中で加熱処理をして
ろう付けを完了した。

比較例として／％ニカム内の波箔の山谷と平箔の接触線
を全てろう付けした同一寸法の金属担体を同材料を用い
て製作した。

これら二種の金属担体に触媒を担持した後、排気ｆｆ１
２０００ｃｃのエンジンのマニホールド直下に装置し、
７分間フルパワーで運転し、次の７分間でエンジンを停
止して強制冷却するサイクルにより８７０℃＝１２０℃
の冷熱サイクル試験を１２００回行つた。その結果、比
較例の担体ては１５０サイクルでの点検時にすてにハニ
カムは外筒に対しズレを生していたので試験を中止した
か、本発明による担体は１２００サイクルの冷熱試験後
もズレ等の不具合よ生しなかった。

（実施例−２） 本発明例として第６図に断面構造を示す７０φ×１２０
ノの金属担体を実施例−１と同一材料にて、同様にして
作製した。但し６ａ、６ｂ、６ｃの部分の間欠接合部は
（２−２，１−１）の規則に従ってろう付けした。この
場合の間欠接合部の接合強度は全面接合の２５％である
。また６ａ、６ｂは両端面から１０ｍｍの深さまでとし
、６Ｃは担体中央部の２０市の長さで間欠接合か行われ
ている。またハニカムと外筒との接合部７は担体中央部
の８０ｍｍにわたっている。

比較例として６ａ、６ｂ、６ｃの間欠接合を第３図に示
すパターンすなわち（１−４，１−４）の規則にしたか
って接合した以外は前記と全く同し仕様で金属担体を作
製した。

両担体に触媒を担持して実施例−１と同様の条件でエン
ジン耐久試験を行った。本発明例のものは１２００サイ
クルの耐久試験に耐えたが、比較例のものは３００サイ
クルの点検時にスコービング（ハニカムがメガホン状に
排ガスの下流側に飛び出す）を生じていた。

（実施例−３） 第７図と第８図は本発明例で、長径が１８０ｍ。

短径が８０止、長さ１２０ｍｍのレーストラック型担体
の断面を示す。箔と外筒の板厚と組成は実施例−１と同
じで、コア部の円弧部の１５０’にわたる部分６．６ａ
、６ｂが（４−４，３−１）の規則にしたがって間欠接
合か行われた。この場合の接合強度は全面接合の３８％
である。第７図のものではスポット溶接で行われ、第８
図のものではろう付けで行われている。なおスポット溶
接はシリーズスポット溶接により１　ｍｍ間隔で行った
。第８図のものでは間欠接合部６ａ、６ｂが両側面から
３０＋ｎｍの深さまであり接合パターンは（３−１，４
−４）で、さらに６ａ、６ｂの中間のハニカム部の最外
周３層９は全山谷が接合されている全面ろう付は部であ
る。ハニカムと外筒との接合部７は、円弧部のみであり
、担体の中央部の８０１の部分である。

比較例として同一サイズのレーストラック型のもので、
ハニカム部内の波箔と平箔の全接触部をろう付けしたほ
かは第８図のものと全く同じ仕様で担体を作製した。

これら３種の担体に夫々触媒を担持して実施例−１と同
様にしてエンジンによる耐久試験を行った。但し、担体
の取り付は位置はマニホールド出口から８０ｃｏ＋のバ
イブを径たところで、排気ガス流が水平方向になるよう
に取り付け、温度も８２０℃；１００℃のサイクルとし
た。その結果第７図と第８図のものは１２００サイクル
の耐久試験に耐えたが、比較例のものは２００サイクル
で外筒が変形し、ハニカムの外周部４〜５層目から中心
部がズレを生じた。

（実施例−４） 第９．１０．１１図は別の本発明例を示す図で、箔材と
外筒の板厚と組成は実施例−ユと同じで、外径１２０＋
＋＋ｎ、長さ１００　ｍｍの金属担体の断面を示す。

第９図のものでは両端面からＬｏｗの深さまで１０ａ。

１０ｂはハニカムの波箔と平箔の全接触部がろう付され
ており、それらに隣接する１５＋ｏｎの深さの部分６ａ
、６ｂが間欠接合部で（４−１，５−５）の規則に従っ
てろう付されている。この場合の接合強度は全面接合の
場合の４０％である。ハニカムと外筒との接合部７ａ、
７ｂは両端部から夫々１５〜３５ｍｍの全周にわたって
いる。

第１θ図のものは間欠接合部６は入側端部２０止の深さ
で、接合パターンは（５−１，６−６）である。この場
合の接合強度は全面接合の４２％である。

最外周の２層９は全長にわたって波箔・平箔の全接触部
が接合されている。またハニカムと外筒との接合部７は
出側端面から４０ｍｍまでの全周である。

第１１図のものは両端面から５ｍｍまでｌＯと最外周３
層の全長９か波箔と平箔の全接触部でろう付されており
、１０に隣接するさらに１５關の深さ部分６ａ、６ｂが
間欠接合部で、接合パターンは（６−１，７−７）であ
る。この場合の接合率は全面接合の４３％である。

比較例として、ハニカム内部の波箔と平箔の全接触部を
ろう付けしたほかは第１１図のものと同じ仕様のもので
作製した。

これら４種の担体に触媒を担持したうえ、実施例−１と
同様にしてエンジン試験に供した。但しこれらの場合は
マニホールドが短かく、担体に流入する排気ガス流には
偏流が存在した。温度は９００℃＝１５０℃であった。

本発明例の第９．１０゜１１図のものはいずれも１２０
０サイクルの耐久試験に耐えたが、比較例のものは１０
０サイクルの点検時にすてにズレを生じていた。

（実施例−５） 第１２図は別な本発明例を示す図で、寸法は８０φＸ　
１２０’と長細いもので、実施例−４と同じように短か
いマニホールドで排ガスの偏流がある場合に適する構造
である。箔材と外筒５の板厚と組成は実施例−１と同じ
で、入側端面から１０ｍｍまでのハニカム部ｌＯと外周
２層９は波箔と平箔の全接触部がろう付けされており、
それ以外の／１ニカム部６は（２−１，３−３）の規則
で間欠接合されている。この場合の接合強度は全面接合
の場合の３３％である。ハニカムと外筒の接合は出側端
面から２５ｍｍまでの全周７ｂと同じ＜４０〜ｂ全周７
ａの二ケ所でろう付けされている。

比較例として同一サイズでＩ＼ニカム内部が全て波箔と
平箔の接触部がろう付されているものを本発明例と夫々
同一材質のもので作った。

これら２種の担体を実施例−４と同じ条件でエンジンに
よる耐久試験に供した。その結果本発明例のものは１２
００回の耐久試験後でも特に破損はなかったが、比較例
のものは３００回から入側端面が一部とび出し、８００
回ではその周辺部が大きく欠落して消失していたので試
験を中止した。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明によれば、波板と平板の
接合部位を強度と耐熱疲労のバランスに立った間欠的配
置にすることにより苛酷な熱疲労を伴う使用条件に対し
て、きわめて耐久性の高い金属担体を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の間欠接合の一例を示す模式図、第２図
は第１図の上下の接合点の位相が１ピツチずれたちの＼
接合パターンを示す模式図、第３図は比較例の間欠接合
の接合パターンを示す模式図、第４図は本発明をろう付
けで実施する場合に使用するバインダーの塗布装置を示
す斜視図、第５乃至１２図はそれぞれ本発明の実施例を
示す金属担体の縦割斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ほゞ等しい形状の山と谷よりなる波板と平坦な平板
   からなり、平板の面に波板の山および谷の頂部が密に接
   触するよう重ねて積層するか巻回してハニカム体を形成
   し、このハニカム体を外筒で保持固定してなる金属担体
   において、前記ハニカム体は、波板の層方向あるいは巻
   回方向に見て接合されている波板の山と谷さらには接合
   されていない波板の山と谷が所定の規則にしたがって配
   置された間欠接合部を有し、かつ波板のスロープの両端
   の山と谷が共に平板に接合されているスロープが間欠接
   合部全体の１４％以上４５％以下であることを特徴とす
   る間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担持
   する金属担体。 ２）間欠接合されている部分がハニカムの通気方向の全
   長の一部であることを特徴とする請求項１記載の間欠接
   合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担持する金属
   担体。 ３）間欠接合されている部分がハニカムの通気方向と垂
   直な断面の一部であることを特徴とする請求項１または
   ２記載の間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒
   を担持する金属担体。 ４）ガスの入側、出側のいずれかもしくは両方の端面か
   ら１０ｍｍ以内の深さの波板の山谷がほゞ全面的に平板
   に接合されていることを特徴とする請求項２または３記
   載の間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担
   持する金属担体。 ５）外筒に接するハニカムの最外周部から１５ｍｍ以内
   の部分の波板の山谷がほゞ全面的に平板に接合されてい
   ることを特徴とする請求項２、３または４のいずれかに
   記載の間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を
   担持する金属担体。 ６）平板と波板の接合がろう付であることを特徴とする
   請求項１、２、３、４または５のいづれかに記載の間欠
   接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担持する金
   属担体。 ７）平板と波板の接合が抵抗溶接であることを特徴とす
   る請求項１、２、３、４または５のいづれかに記載の間
   欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担持する
   金属担体。８）ハニカムの内部に平板と波板の接合点が
   ほとんど存在しない部分を含む請求項１、２、３、４、
   ５、６または７のいづれかに記載の間欠接合ハニカム部
   を有する排ガス浄化用触媒を担持する金属担体。 ９）波板と平板の接合が一定間隔ごとに行われ、波板の
   となり合ったｌ条の非接合山をはさんでに条の山ごとに
   行われ、且つとなり合ったｎ条の非接合谷をはさんでｍ
   条の谷ごとに接合が行われ（ｋ、ｌ、ｍ、ｎは正の整数
   ）、ｋ、ｌ、ｍ、ｎの組合せ（ｋ−ｌ、ｍ−ｎ）が（２
   −２、１−１）、（１−１、２−２）、（３−３、２−
   １）、（２−１、３−３）、（４−４、３−１）、（３
   −１、４−４）、（５−５、４−１）、（４−１、５−
   ５）、（６−６、５−１）、（５−１、６−６）、（７
   −７、６−１）、（６−１、７−７）である請求項１、
   ２、３、４、５、６、７または８のいづれかに記載の間
   欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒を担持する
   金属担体。 １０）ほゞ等しい形状の山と谷よりなる波板と平坦な平
   板からなり、平板の面に波板の山および谷の頂部が密に
   接触するよう重ねて積層するか巻回してハニカム体を形
   成し、このハニカム体を外筒で保持固定してなる金属担
   体の製法において、波板の層方向あるいは巻回方向に見
   て接合されている波板の山と谷さらには接合されていな
   い波板の山と谷が所定の規則にしたがって配置された間
   欠接合部を有し、且つ波板のスローブの両端の山と谷が
   共に平板に接合されているスローブが間欠接合部全体の
   １４％以上４５％以下であるハニカム体を形成するに際
   し、前記平板と波板とを巻回又は積層する前に、波板の
   平板に接触する所定部位にあらかじめ結合剤を付着せし
   め、巻回又は積層後にろう材を供給して、前記接触部位
   を接合することを特徴とする間欠接合ハニカム部を有す
   る排ガス浄化用触媒を担持する金属担体の製造方法。 １１）平板と波板とを積層又は巻回して筒状のハニカム
   体を形成し、このハニカム体を外筒で保持固定してなる
   金属担体を構成する方法において、周面に突条を所定間
   隔に設けた被覆ロールを、波板の走行ラインに配置し、
   被覆ロール表面の突条に結合剤を供給すると共に波板の
   山及び又は谷の頂部部位に前記突条を接触させて結合剤
   を所定位置に塗布せしめ、その後平板と波板を積層或は
   巻回してハニカム体を形成することを特徴とする請求項
   １０記載の間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触
   媒を担持する金属担体の製造方法。 １２）被覆ロールの表面に設けた突条が、該ロール両端
   部位の少くとも１端部位、即ち、波板幅方向の端部部位
   に相当する範囲において、中央部位より大なる密度で設
   置された被覆ロールを用いることを特徴とする請求項１
   １記載の間欠接合ハニカム部を有する排ガス浄化用触媒
   を担持する金属担体の製造方法。 １３）被覆ロールの表面に設けた突条が円周方向の所定
   間隔に連続又は非連続に形成されていることを特徴とす
   る請求項１２記載の間欠接合ハニカム部を有する排ガス
   浄化用触媒を担持する金属担体の製造方法。