JPH05131146A - 金属製楕円形担体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、排ガスの温度変化によってハニカ
ム体に熱膨張が生じても、長径方向及び短径方向に自由
に追従できる構造の金属製楕円形担体及びその製造方法
を提供する。 【構成】 割形を対向固定して形成した楕円形外筒内の
中央部に、平板と波板を重ね合わせて渦巻状に巻回した
前記外筒の内側短径とほぼ同径の円形ハニカム体を配置
せしめ、この円形ハニカム体の前記外筒内両サイドに、
円弧状に形成した平板と波板とを交互に積層したハニカ
ム積層体を連続せしめ、それぞれを選択した必要部位で
固定した金属製楕円形担体 【効果】 耐熱疲労性の優れた長寿命の担体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車等の排気ガスを浄
化処理するための金属製楕円形触媒担体の関するもので
ある。

【０００２】楕円形には、直線状平行部の両サイドに半
円弧部をもつレーストラック形と、前記直線状平行部も
円弧で形成されるオーバル形があり、本発明では、この
両方を総称して楕円形と言う。

【０００３】

【従来の技術】自動車に用いられる触媒担体は、その搭
載位置により断面が円形に限らず楕円形のものが要求さ
れる、この種の担体は耐火物製が主流であったが、近
年、圧損、耐熱性及び搭載性の面から金属製触媒担体の
使用が増加している。

【０００４】従来、楕円形状の金属製触媒担体は、例え
ば特公昭５７−５５８８６号公報に開示され、図６
（ａ）に示すように、極薄の金属平板（箔）１とこの平
板をコルゲート加工した波板２とを重ね、中心部に円筒
状中空部３を形成するように渦巻き状に巻回してドーナ
ツ状のハニカム体４を作り、このハニカム体を上下か
ら、楕円形の外筒を形成しうる半殻体５，５′に挟んで
押圧し、この半殻体５，５´のそれぞれの端部を接触さ
せて接合６する。この際図６（ｂ）に示すようにハニカ
ム体４は外筒７の内周に沿って変形し、円筒状中空部３
を密着させて楕円形（レーストラック型）担体を製造し
ている。

【０００５】また他の例として、比較的厚手の平坦な板
を芯板とし、その周囲に平板（箔）と波板（箔）を重ね
て巻回して楕円形状を有するハニカム体を構成した後、
芯板を抜き取るか或いはそのまま（ハニカム体を外套に
挿入後抜き取る）で、楕円形最終形状の外筒に前記ハニ
カム体を圧入する方法も提案されている。

【０００６】この様にして成形された担体は、ハニカム
体と外筒、及びハニカム体を構成する平板−波板の接触
部を適宜の方法で接合固定する。接合にはロウ材を用い
るのが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の何れの場合
においても、楕円形担体の平行部では平板及び波板が直
線状に配置されているために、実用時排ガスの温度変化
によって担体の短軸、長軸、軸方向に温度差が発生す
る。即ち加熱過程では中心部が他より早く昇温し、冷却
過程では中心部が他より早く降温する傾向がある。この
ため、ハニカム体の平行部に直線的に配置されている平
板と波板についても、中心近傍部と外周近傍部では熱膨
張収縮挙動が異なる。即ち昇温過程では中心近傍の平板
と波板の熱膨張量は外周近傍の平板および波板の熱膨張
量より大きくなる。そして、短軸方向（平板に直角方
向）では波板を圧縮する方向に応力が働くが、波板が変
形に対して自由度が高いため破損し難い。また、長軸方
向（平板に平行方向）では引張圧縮するように応力が働
くが、平板は変形に対して自由度が小さいため、座屈或
いは破断が容易に発生する。そのために、ハニカム体と
外筒や、平板−波板のロウ付け等による接合構造を工夫
して応力を緩和し、耐熱疲労性を付与しなければならな
いが、この様なロウ付け構造は複雑であり、生産性が低
下するという問題がある。本発明は、上記した問題点を
解消するものであって、排ガスの温度変化によってハニ
カム体に熱膨張が生じても、長径方向及び短径方向に自
由に追従できる構造の金属製楕円形担体及びその製造方
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、（１）長径の１／２部分で短径方向に
半割りした形状に相当する割形を、対向固定して楕円形
外筒を形成し、該外筒内の中央部に、平板と波板を重ね
合わせて渦巻状に巻回した前記外筒の内側短径と同径の
円形断面を有するハニカム体を配置固定すると共に、こ
の円形ハニカム体の前記外筒内両サイドに、円弧状に形
成した平板と波板とを交互に積層し固定したことを特徴
とする金属製楕円形担体であり、（２）楕円形外筒にお
ける長径の１／２部分で短径方向に半割りした形状に相
当する割形を形成し、該割形内に平板と波板を交互に重
ねて円弧状に積層して所定部位を固定せしめた後、平板
と波板を重ね合わせて渦巻状に巻回し、楕円形外筒の内
側短径と同径になるように形成した円形断面のハニカム
体を、対向する２個の割形内に支持し、該夫々の割形を
接合すると共に割形内円弧状積層体と前記円形ハニカム
体とを密着させて楕円形ハニカム体を構成することを特
徴とする金属製楕円形担体の製造方法である。また、
（３）上記（２）の割形内に、平板と波板を円弧状に交
互に重ねて積層した積層（体）厚みが［（楕円形ハニカ
ム体の長径長さ−楕円形ハニカム体の短径長さ）／２＋
締め代］となるように構成するのと、この際の締め代は
０．２〜０．４mmが好ましいこと、さらに、（４）前記
（２）において、夫々の割形を接合するに際し、外側に
プレス型を嵌合し且つ、長径方向より内側に圧縮力を付
加することも特徴点とする。

【０００９】このように本発明の担体構造は、中心の円
筒形のハニカム体を囲むように短尺の平板および波板が
湾曲して、外筒および円筒形のハニカム体の外面に取付
けられており、このような構造において、従来と同様の
熱サイクルが加わり、短軸、長軸、軸方向の温度差によ
り、中心部近傍と外周近傍で温度差が発生するのである
が、中心の円筒形のハニカム体については平板と波板が
巻回されていて、全方向に波板があるため、その変形吸
収能により平板および波板に大きい熱応力が発生しな
い。また、同円筒ハニカム体を包む平板および波板部に
ついても、同部が湾曲した平板および波板で形成されて
いるため、長軸直角方向および平行方向の熱応力に波板
が有効に作用し熱応力を吸収できる。また、構造体が湾
曲した短尺の平板および波板で形成されているため、変
形能が高く熱応力の程度が小さくなる。

【００１０】以下に本発明を詳細に説明する。本発明
は、先ず図１に示すように、製品形状（楕円）の外筒
を、長径の１／２部分から短径方向に切断したときに得
られるような、Ｕ字形の外筒半裁体（以下割形と言う）
８を作成する。この割形８は、上記のような製品切断に
よる方法だけでなく、曲げ加工によってもよく、その成
形手段は限定しない。

【００１１】割形８の内面には、その所定の部位にロウ
材９を塗布或いは貼着しておく。図の例では、内面中央
部に取付けた状態を示しているが、この取付け位置は接
合目的に応じて適宜選択できる。

【００１２】次いで、図２に示すように、短尺の平板１
０と波板１１を、交互に重ねて割形８内部にその湾曲部
１２に沿って円弧状になるように挿入積層し、積層ハニ
カム体（以下積層体と言う。）１３を形成する。この
際、平板１０と波板１１の少なくとも一方、特に波板１
１の波頂部が好ましいが、それらの選択した部位にロウ
材接着用バインダーを塗布、或いは更にロウ材を取付け
ておく。積層体１３を構成するには、例えば図３に示よ
うに、割形８上に載置した平板１０と波板１１を、一回
全部を或いは一部ずつ複数回に分けてポンチ１４で押し
込む方法で行うことができるが、これに限定するもので
はない。積層体１３の厚みｔは、後述する割形を接合し
するときの締め代を持たせ、［（楕円形ハニカム体の長
径長さ−楕円形ハニカム体の短径長さ）／２＋締め代］
となるように構成することが好ましい。締め代としては
０．２〜０．４mm程度でよい。

【００１３】積層された平板１０と波板１１は、後工程
で実施されるロウ付け処理でそれらの両端部が外筒８内
面に接合されるが、他の例として図４に示すように、電
極１５，１５′間に割形８を置き、一方の湾曲凸面を有
する電極１５で積層体１３を加圧しながら通電して平板
１０と波板１１との接触部及び外筒８との接触部を同時
に抵抗溶接する方法を採用してもよい。この場合は前記
平板や波板および外筒内面に取り付けるロウ材９を省略
できる。

【００１４】一方、図２に示すように、別に平板１と波
板２を重ね合わせて渦巻状に巻回して成形し、その直径
が楕円形外筒の内側短径と同等か僅かに大きくなるよう
にした断面円形のハニカム体１６を用意する。平板１と
波板２の少なくとも一方に、特に波板１１の波頂部が好
ましいが、それらの必要部位にロウ材接着用バインダー
を塗布、或いは更にロウ材を取付けておく。この様に形
成した円形ハニカム体１６を、対向させた積層体１３を
有する２個の割形８，８′内に支持し、長径方向で内側
に圧縮力を加え夫々の割形８、８′を密着して一体に接
合することにより、割形内円弧状積層体１３と前記円形
ハニカム体１６とを密着させて楕円形ハニカム体を構成
する。割形８，８′を対向し、圧着させるに際しては、
図５に示すように必要に応じて変形を防止するためのプ
レス型１７、１７′を割形８、８′の外側に嵌合し、バ
ックアップとして使用しても良く、これにより精度良く
接合することが可能となる。また、楕円形外筒とする割
形８、８′の接合一体化は、密着した端面を連続溶接で
行う。

【００１５】尚、円形ハニカム体１６の最外周と、積層
ハニカム体１３の最内層は、平板同志或いは波板同志が
重ならないように、交互に連続したハニカム配置となる
ように構成する。積層体やハニカム体へのバインダー塗
布は、積層或いは巻回の際に行ってもよいが、割形一体
溶接後であっても良く、その後ロウ材供給およびロウ付
け処理を従来の方法で施すことになる。

【００１６】上記説明は、主としてレーストラック形の
楕円形担体について説明をしたが、オーバル形の場合に
は、外筒を形成する割形もオーバル半載とし、積層する
平板、波板もその長さを積層する位置に応じて順次変え
ればよく、その他は、上記と同一に行えばよい。

【００１７】以上のように、本発明は、割形を対向固定
して形成した楕円形外筒内の中央部に、平板と波板を重
ね合わせて渦巻状に巻回した前記外筒の内側短径とほぼ
同径の円形ハニカム体を配置せしめ、この円形ハニカム
体の前記外筒内両サイドに、円弧状に形成した平板と波
板とを交互に積層したハニカム積層体を連続せしめ、そ
れぞれを選択した必要部位で固定した金属製楕円形担体
を得ることができる。

【００１８】

〔素材〕

箔：２０Ｃｒ−５Ａｌ系フェライトステンレス箔 厚
さ５０μｍ 平板：厚さ５０μｍ，幅１００mm 波板：波高さ１．２mm，ピッチ２．５mm，厚さ５０μ
ｍ，幅１００mm 外筒：フェライト系ステンレス 厚さ１．５mm，長さ
１００mm ［従来法］直径４４．６φの軸に上記平板と波板を巻回
し、外径１２２mmのハニカム体を形成した後、軸を抜き
去りドーナツ状のハニカム体を製作し、一方中央部に７
０mmの平行部、両端に外半径４０mmの１／４円がある外
筒用半殻体２個をプレスにより製作した。次に上記２個
の半殻体の間の中央部にドーナツ状ハニカム体を挟み、
上部よりプレスにてハニカム体の中央の軸を抜き去った
あとに形成されている中空孔が密着するまで押し潰し
た。その時、丁度半殻体の両端面同士が密着するので、
同部を側方から溶接し半殻体を一体化して外筒とした。
この過程において必要なロウ材は、必要箇所に付着して
おく。次にこの成形体を真空ロウ付けすることにより規
定寸法の担体Ａを製造した。 ［本発明法］直径が３mmの軸に上記平板と波板を巻回
し、外径７７mmの円筒形ハニカム体を形成した。次に中
央部の外半径４０mmで、両端に３５mmの平行部があるＵ
字形の外筒用半殻体（割形）を２個プレスにて製作し
た。次に長さが１２１mmの平板と波板を各５６枚作成
し、上記半殻体の内面に沿って平板と波板を交互に各２
８枚挿入固定した。この内面に平板と波板を取付け半殻
体２個で、円筒形ハニカム体をサンドイッチ的に挟み、
２この半殻体の両端が密着するまで押し込み、その状態
でその衝合部を溶接一体化した。この過程において必要
なロウ材は必要箇所に付着しておき、この成形体を真空
ロウ付けすることにより規定寸法の担体Ｂを製造した。

【００１９】上記Ａ，Ｂの担体を８００℃の熱風と２５
℃の冷風を各１０分間、１０００回交互に吹き込んだ熱
サイクル実験を実施した。その結果を表１に示す。表か
ら明らかなようにＢ担体の耐久性は良好であることが判
明した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明楕円形金属担体は、
円形ハニカム体と積層ハニカム体との複合構造としてい
るため、排ガスの温度変化によってハニカム体に熱膨張
が生じても、長径方向及び短径方向に自由に追従でき、
耐熱疲労性の優れた長寿命の担体とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の割形を示す斜視図。

【図２】本発明の各部分の分離説明図。

【図３】本発明の積層体挿入の一例を示す説明図。

【図４】本発明の積層体接合（抵抗溶接）の一例を示す
説明図。

【図５】本発明の楕円形担体を形成する圧縮接合の実施
例を示す図。

【図６】（ａ），（ｂ）は従来の製造方法の一例を示す
図。

【符号の説明】

１：平板 ２：波板 ３：円筒状中空部 ４：ハニカム体 ５：半殻体 ６：接合 ７：外筒 ８：割形 ９：ロウ材 １０：平板 １１：波板 １２：湾曲部 １３：積層体 １４：ポンチ １５：電極 １６：円形ハニカム体 １７：プレス型

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長径の１／２部分で短径方向に半割りし
   た形状に相当する割形を、対向固定して楕円形外筒を形
   成し、該外筒内の中央部に、平板と波板を重ね合わせて
   渦巻状に巻回した前記外筒の内側短径と同径の円形ハニ
   カム体を配置固定すると共に、この円形ハニカム体の前
   記外筒内両サイドに、円弧状に形成した平板と波板とを
   交互に積層し固定したことを特徴とする金属製楕円形担
   体。
2. 【請求項２】 楕円形外筒における長径の１／２部分で
   短径方向に半割りした形状に相当する割形を形成し、該
   割形内に平板と波板を交互に重ねて円弧状に積層して所
   定部位を固定せしめた後、平板と波板を重ね合わせて渦
   巻状に巻回し、楕円形外筒の内側短径と同径になるよう
   に形成した円形ハニカム体を、対向する２個の割形内に
   支持し、該夫々の割形を接合すると共に割形内円弧状積
   層体と前記円形ハニカム体とを密着させて楕円形ハニカ
   ム体を構成することを特徴とする金属製楕円形担体の製
   造方法。
3. 【請求項３】 割形内に平板と波板とを円弧状に交互に
   重ねて形成する積層（体）厚みが［（楕円形ハニカム体
   の長径長さ−楕円形ハニカム体の短径長さ）／２＋締め
   代］であることを特徴とする請求項２記載の金属製楕円
   形担体の製造方法。
4. 【請求項４】 夫々の割形を接合するに際し、外側にプ
   レス型を嵌合し、且つ、長径方向より内側に圧縮力を付
   加することを特徴とする請求項２記載の金属製楕円形担
   体の製造方法。