JPH05200304A

JPH05200304A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH05200304A
Application number: JP4034012A
Authority: JP
Inventors: Yuuzou Tsukiide; 雄三月出; Seiya Takahata; 誠也高畑; Kunitoshi Morofushi; 邦敏諸伏; Haruo Serizawa; 治夫芹沢
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-10
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JP3269651B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排気ガス浄化装置は、排気ガス系統あるいは
発熱的触媒反応という厳しい環境下で使用されるため、
特に耐高温酸化性が要求されており、そのため経済的な
技術的手段を提供する。【構成】排気ガス浄化装置の主要な構成要素である金
属性ハニカム体において、該ハニカム体の構成部材とし
て、薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材の少なくと
も一方をアルミニウム材から成る中間層を有するＦｅ基
質の基材で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に自動車の排気ガ
スの浄化手段とし排気系統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メタル製ハニカム体を主
要な構成要素とする排気ガス浄化装置に関する。更に詳
しくは、本発明は、この種のハニカム体を使用した排気
ガス浄化装置の大きな欠点、特にハニカム体を構成する
薄肉金属板製帯材（平板状帯材と波板状帯材）に由来す
る耐熱酸化性が低いという欠点を解消するとともに経済
的に安価な排気ガス浄化装置を提供しようとするもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の排気ガス浄化用触媒（例
えばＰｔ，Ｒｈ，Ｐｄなどを使用した触媒）を担持させ
るための金属製担持母体は、単位体積当りの触媒の担持
面積を大きくすること（単位体積当りの排気ガスと浄化
用触媒との有効接触面積を極力大きくすること）、背圧
（排気抵抗）を小さくすること、更には金属製担持母体
の自重を可能な限り軽量化すること、などを考慮し、耐
熱性でかつ薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材を相
互に当接するように重積し、これを巻回成形するなどし
てハニカム状の構造としたもの（以下、ハニカム体とい
う。）が良く知られている。なお、平板状帯材と波板状
帯材からハニカム体を成形する方法の相違により積層タ
イプ、巻回タイプ、Ｓ字状タイプ、放射状タイプ、Ｘラ
ップ状タイプなど種々のものが得られる。

【０００３】前記したメタル製ハニカム体は、例えば、
０．１mm以下（好ましくは５０μ以下）の耐熱性の薄肉
鋼板からなる平板状帯材と、前記薄肉鋼板を波形状に成
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して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もつハニカム体とさ
れる。そして、この巻回積層されたハニカム体は、両端
が開口した筒状の金属製ケースに収納されるとともに相
互に接続され、耐振構造のものとされる。即ち、ハニカ
ム体を構成する平板状帯材と波板状帯材との当接部やハ
ニカム体と金属製ケースとの当接部を溶接やろう接など
の所望の固着手段により固着され、金属製排気ガス浄化
装置とされる。

【０００４】周知のように、この種の排気ガス浄化装置
は、排気ガス系統という厳しい環境条件のもとで使用さ
れる関係上、そのメタル製ハニカム体は高温耐蝕性（耐
ガス腐食性、１０００℃前後の排気ガス系における耐蝕
性）、耐冷熱耐久性（内燃機関の停止及び始動というサ
イクルにおける１０００℃〜常温の加熱冷却のサイクル
下での耐久性）、耐高温酸化性（高温下での異常酸化に
対する耐久性）などの諸物性に優れた耐熱鋼で製作され
ることが好ましい。メタル製ハニカム体の耐熱鋼材とし
て、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系（２０Ｃｒ−５Ａｌ系）
の耐熱鋼を数十μの厚さの箔に圧延したものが知られて
いる。前記した箔材料は以下のようにして使用されてい
る。即ち、前記したように波付加工した波板箔と平板箔
とからハニカム体を製作し、高温酸化処理により箔表面
にウィスカー状のα−Ａｌ₂Ｏ₃被膜を形成し、次いで
該α−Ａｌ₂Ｏ₃被膜層にγ−Ａｌ₂Ｏ₃をウオッシュ
コート処理により付着させ、これにＰｔ等の排気ガス浄
化用触媒が担持される。前記したα−Ａｌ₂Ｏ₃被膜層
は耐高温酸化性あるいはウオッシュコート層の付着性な
どに優れているといわれているが、まだ不十分なもので
ある。また、前記したＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系耐熱鋼、ある
いは耐酸化性を更に改善するために前記耐熱鋼に少量の
希土類元素成分（ＲＥＭ）を添加した耐熱鋼は圧延性
（加工性）に劣るものである。

【０００５】メタル製ハニカム体の製造に使用される耐
熱鋼として、その表面にα−Ａｌ₂Ｏ₃被膜を有するも
のの有効性に鑑み、素地金属に対するＡｌ富化技術が多
く提案されている。例えば、１．金属組成において、Ａｌ１２〜２０％，Ｃｒ５
〜２５％，Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ（合計）を０．０５
〜２％、残部をＦｅとする高Ａｌ含有の圧延金属箔を使
用するもの（特開昭 63-266044号）、２．Ａｌ１．０〜５．０％，Ｔｉ０．５％以下のＡ
ｌ−Ｔｉ含有ステンレス鋼の表面にＡｌメッキを施し、
熱処理によりＡｌメッキ層にＡｌ₂Ｏ₃ウィスカーを生
成させるもの（特開昭 63-270548号）、３．フェライト系ステンレス鋼（基材）上に、アルカリ
金属、アルカリ土類金属、ランタノイドの少なくとも１
種を含有するＡｌ合金属を形成し、該Ａｌ合金属の表面
にＡｌ₂Ｏ₃被膜を形成するもの（特開昭 63-310638
号）、などが提案されているが、Ａｌ含有量の多い材料を製造
するためのプロセスが煩雑であったり、製作される材料
の加工性（圧延性）に問題があったりして十分に満足の
いくものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、前記した
従来技術の欠点を解消して排気ガス浄化装置の主要な構
成要素であるメタル製ハニカム体を安価な耐熱鋼材から
製作しようとするものである。特に、本発明は、Ｆｅ基
質の基材として、その中間層にＡｌ箔などをサンドイッ
チ状に介在させた安価な基材を用いてハニカム体を製作
しようとするものである。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明を概説すれば、
本発明は、薄肉金属板製の波板状帯材の単独、あるいは
該波板状帯材と平板状帯材を相互に当接するように折畳
みあるいは重積して製作した軸方向に多数の網目状通気
孔路を有するハニカム体、及び金属製ケースからなる排
気ガス浄化装置において、前記平板状帯材と波板状帯材
の少なくとも１つが、アルミニウム材から成る中間層を
有するＦｅ基質の基材で構成され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、本発明の技
術的構成及びその実施態様について、図面を参照して詳
しく説明する。なお、本発明は図示のものに限定されな
いことはいうまでもないことである。

【０００８】図１は、本発明の金属製の排気ガス浄化装
置（Ａ）の斜視図である。また、図２は前記排気ガス浄
化装置（Ａ）の主要な構成要素であるハニカム体（Ｈ）
の一部の拡大断面である。図１に示されるように、本発
明の金属製の排気ガス浄化装置（Ａ）は、薄肉金属板製
の平板状帯材（１）と波板状帯材（２）が相互に当接部
を有するように重積され、これを一括渦巻状に巻回成形
された巻回タイプのハニカム体（Ｈ）が金属製のケーシ
ング（４）内に填装、固着されたものである。なお、前
記平板状帯材（１）と波板状帯材（２）が巻回成形され
るとき、、ハニカム体（Ｈ）の軸方向に排気ガス用の多
数の網目状通気孔路（３）が自動的に形成される。そし
て、図１からは明らかではないが、周知のようにハニカ
ム体（Ｈ）を構成する平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）の当接部あるいはハニカム体（Ｈ）の外周部と金
属製ケーシング（４）の内周部は所望の態様で相互にろ
う接合などにより固着される。例えば、ハニカム体
（Ｈ）の高温下という使用条件のもとで発生する熱応力
を逃すために、ハニカム体（Ｈ）の一部、例えば少なく
とも一方の端部及びその近傍部位をろう接合したり溶接
したりする。

【０００９】この時、１０００℃以上の高温ろう材が使
われたり、高い温度下で溶接が行なわれるため、帯材
（１，２）として耐熱酸化性を考慮してＡｌ富化材料を
使用したとしてもこれら高温下での固着作業のもとにお
いて、Ａｌ成分が拡散してしまい固着部及びその近傍部
位の帯材（１，２）中のＡｌ成分の含有量が少なくなっ
てしまう。また、ハニカム体（Ｈ）の高温下での使用下
のもとで十分に長期にわたり、帯材（１，２）の耐熱酸
化性を改善するためには、相当量のＡｌ成分を含有した
帯材を使用しなければならないが、これが困難であり十
分に満足のいく材料が得られていないことは前記した通
りである。別言すれば、ハニカム体（Ｈ）に適用される
ろう接合や溶接による固着手段を前提とした帯材（１，
２）のＡｌ富化技術が確立されていないのである。

【００１０】本発明は、従来とは異なるＡｌ富化手段で
帯材（１，２）を構成することに最大の特徴を有するも
のである。これを図２で詳述する。図２は、図１に示さ
れるハニカム体（Ｈ）の一部拡大断面図であり、平板状
帯材（１）と波板状帯材（２）とのサンドイッチ構造の
拡大図である。

【００１１】本発明の、ハニカム体（Ｈ）を構成する平
板状帯材（１）は、上下の耐熱鋼材層（１１，１１）と
中間のアルミニウム材からなる中間層（１２）から構成
されるものである。上下の耐熱鋼材層（１１，１１）と
しては、経済的観点から加工性が良く、安価な耐熱性の
鋼材から製作された鋼箔が使用される。なお、ここでい
う耐熱性とは排気ガス系統の環境温度に耐えられるとい
う意味で、相対的なものであることはいうまでもないこ
とである。

【００１２】この種の上下の耐熱鋼材層（１１，１１）
に使用される鋼材としては、例えば圧延が容易で安価な
０．１５％以下の炭素を含有する低炭素鋼、あるいは低
クロム鋼（１５〜２５％Ｃｒの耐熱鋼に対し１１〜１
３．５％ＣｒのＳＵＳ４１０Ｌなどの低クロム鋼）、低
ニッケルな耐熱鋼、ステンレス鋼などが使用される。勿
論、従来技術の説明の項で言及したＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ
系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−ＲＥＭ系の鋼材を使用してもよ
いことはいうまでもないことである。

【００１３】次に、アルミニウム材からなる中間層（１
２）としては、アルミニウムの箔材、線材、粉末体など
のアルミニウム材が使用される。なお、中間層（１２）
は、積層法や爆着法などにより前記上下鋼材層（１１，
１１）の中間部に形成すればよく、そのために箔材以外
の線材、粉末体は適宜な方法によりシート状、フィルム
状にしたものが好ましい。本発明において、上下鋼材層
（１１，１１）の中間に積層法によりアルミニウム材か
らなる中間層（１２）を形成したとき、端面部を溶接な
どにより部分的に、あるいは連続的に固着し、層間剥離
を防止することは好ましいことである。また、本発明に
おいて、前記のようにして製作されたアルミニウム材か
ら成る中間層を有するＦｅ基質の基材は、予め加熱処理
されてアルミニウム材とＦｅ基質の基材を拡散接合させ
てもよい。

【００１４】一方、波板状帯材（２）は、図２に示され
るように波付加工されているという点を除けば前記平板
状帯材（１）と全く同じ構成のものである。即ち、波板
状帯材（２）は、上下の耐熱鋼材層（２１，２１）とア
ルミニウム材からなる中間層（２２）とで構成される。
そして、上下の耐熱鋼材層（２１，２１）の適用される
鋼材、及び中間層（２２）に適用されるアルミニウム材
は前記平板状帯材（１）について説明したものと全く同
じである。

【００１５】本発明において、前記平板状帯材（１）と
波板状帯材（２）の厚さは、この種の用途に採用されて
いる厚みであればいずれでもよい。例えば、各帯材
（１，２）の厚さが０．５mm以下、好ましくは４０〜１
００μ以下になるようにすればよい。

【００１６】本発明において、図２に示されるように平
板状帯材（１）と波板状帯材（２）の両者にアルミニウ
ム富化手段を適用したが、経済的にな観点からどちらか
一方の帯材（１または２）にアルミニウム材からなる中
間層（１２または２２）を設けてもよいことはいうまで
もないことである。また、その際、アルミニウム材から
なる中間層（１２または２２）の形成方法としては、図
３に示される態様を採用してもよい。図３に示される帯
材（１または２）のアルミニウム富化手段は、帯材（１
または２）の幅方向（ハニカム体としたときのハニカム
体の幅方向）にアルミニウム材の濃度分布が異なるよう
にしたものである。これは、帯材（１，２）からハニカ
ム体（Ｈ）を製作したときに、その両端部及びその近傍
部位の両帯材（１と２）の当接部を高温ろう材でろう接
合させることを考慮したものである。即ち、ろう接合時
の高い温度により、接合部及びその近傍部位の帯材中の
アルミニウム成分が拡散してしまい相対的に該部位のア
ルミニウムの濃度が低下し、これが帯材の耐高温酸化性
を低下させる原因となることは前記した通りであるが、
図３に示されるアルミニウム富化手段はこの欠点を解消
するための措置である。より具体的には、帯材（１また
は２）の幅（０〜Ｗ3 ）方向において、両端部（０〜Ｗ
1とＷ2 〜Ｗ3 ）の部位にアルミニウム濃度が他の部位
よりも多くなるようにＡｌ富化を行なう。このために
は、例えば、該両端部にアルミニウム箔材を二重に適用
するようにすればよい。なお、本発明において、ハニカ
ム体の中央部位が他の部位よりもアルミニウム濃度が多
くなるようにしてもよいことはいうまでもないことであ
る。

【００１７】本発明の排気ガス浄化装置（Ａ）の主要な
構成要素であるハニカム体（Ｈ）は、図１に示されるよ
うな巻回タイプのハニカム体に限定されない。即ち、平
板状帯材（１）と波板状帯材（２）を当接するように相
互に重積し、これを一括渦巻状に巻回形成して製作した
巻回タイプのハニカム体（Ｈ）に限定されず、当業界に
おいて周知の他の形状のハニカム体（Ｈ）が採用され得
ることはいうまでもないことである。例えば、以下に示
すような各種のタイプのハニカム体（Ｈ）を採用するこ
とができる。なお、以下に示すハニカム体（Ｈ）の製作
にあたり、薄肉金属板製の平板状帯材（１）と波板状帯
材（２）のどちらか一方が、前記した中間層（１２また
は２２）にアルミニウム材を適用してアルミニウム富化
手段を講じたものであってもよいことはいうまでもない
ことである。 (i) 薄肉金属板製の平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）を相互に当接するように階層状に積層（重積）し
て製作した階層タイプのハニカム体（Ｈ）を使用する。 (ii) 薄肉金属板製の平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）を相互に当接させて浄化エレメントと成し、該浄
化エレメントの所望の数を固定軸（中心軸）を起点とし
て外延させ（放射させ）て製作し放射状タイプのハニカ
ム体（Ｈ）を使用する。 (iii) 薄肉金属板製の平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）を相互に当接させて浄化エレメントと成し、該浄
化エレメントの最外面が平板状帯材（１）となるように
所望の段数に階層状に重積し、その上下最外面に設定さ
れた二つの固定点を逆方向に押圧成形し、各浄化エレメ
ントがＳ字状の形状をとるようにしたＳ字状タイプのハ
ニカム体（Ｈ）を使用する。 (iv) 薄肉金属板製の波板状帯材（２）の単独、あるい
は平板状帯材（１）と波板状帯材（２）を折畳みまたは
積層（重積）し、所望の相隣接した層を有する浄化エレ
メントと成し、該浄化エレメントの少なくとも２以上
（好ましくは４以上）を、保持具により各浄化エレメン
トの一端部を相互に隣接させるように保持するととも
に、これを該保持具を中心にして同一方向に巻回して製
作したハニカム体（Ｈ）を使用する。なお、この種のハ
ニカム体は中心部において各浄化エレメントが十字状、
Ｘ字状、卍形状に重なり合っている（オーバーラップ）
ので、Ｘ−ラップ形状のハニカム体（Ｈ）と俗称されて
いる。また、この種のハニカム体（Ｈ）の全体の正面か
らみた断面形状は、各浄化エレメントの側面からみた形
状が長方形、台形、あるいは平行四辺形により、略円
形、略正方形、略楕円形状となる。本発明において、前
記巻回タイプ、階層タイプのハニカム体（Ｈ）の正面か
らみた断面形状は、略円形のもので限定されず、楕円形
状、レーストラック形状など所望の形状のものであって
よいことはいうまでもないことである。

【００１８】本発明において、金属製ケース（４）は、
前記した各種タイプのハニカム体（Ｈ）を内部に収容し
固着するためのものであり。両端が開口しているもので
あれば、その材質、形状に何らの制約を受けるものでは
ない。その際、車体下部のスペースに適合させるために
前記したハニカム体（Ｈ）の断面形状とも関連するが断
面楕円形状や断面略三角形状などの形状のものを使用し
てもよい。金属製ケースの材質としては、平板状帯材
（１）と波板状帯材（２）と同種のものを使用してもよ
いし、さらに耐熱耐蝕性に富むものを使用してもよい。
あるいは、外側部分の金属材料を内側部分よりも耐熱耐
蝕性に富むものとした二重構造のもの、具体的には内側
部分にフェライト系ステンレス鋼、外側部分がオーステ
ナイト系テンレス鋼を使用してもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置は、排気ガス
系統という高温環境下、更には排気ガスと排気ガス浄化
触媒との発熱的触媒反応下という厳しい使用環境のもと
で、優れた耐久性（ライフサイクルの長期化）を有する
ものである。特に、排気ガス浄化装置の主要な構成要素
であるハニカム体の耐高温酸化性を改善するために、ハ
ニカム体の構成部材である平板状帯材と波板状帯材の少
なくとも一方に、アルミニウム材からなる中間層を設け
たものを使用している関係上、極めて経済的（安価な）
排気ガス浄化装置が提供される。また、本発明のＡｌ富
化手段により、Ａｌ成分が容易かつ多量にハニカム体を
構成する帯材中に供給されるため長期に亘りＡｌ成分が
枯渇せず、従って本発明のハニカム体は長期に亘り耐高
温酸化性を発揮する。更に本発明においては、特に耐高
温酸化性が必要とされるハニカム体の必要部位の、耐高
温酸化性を容易に改善することができる。これは、本発
明のＡｌ富化手段によりアルミニウム材を重点的部位に
適用することが容易であること、別言すれば、必要とす
る部位のアルミニウム濃度（含有量）を選択的にコント
ロールすることが容易であるためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の斜視図である。

【図２】本発明の排気ガス浄化装置の主要な構成要素
であるハニカム体の一部拡大断面図である。

【図３】ハニカム体の構成部材である帯材の幅方向の
アルミニウム濃度分布の模式図である。

【符号の説明】

Ａ………排気ガス浄化装置Ｈ………ハニカム体１………平板状帯材１１………上または下側鋼材層１２………平板状帯材の中間層２………波板状帯材２１………上または下側鋼材層２２………波板状帯材の中間層３………網目状通気孔路４………金属製ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｚ 9150−3Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄肉金属板製の波板状帯材の単独、ある
いは該波板状帯材と平板状帯材を相互に当接するように
折畳みあるいは重積して製作した軸方向に多数の網目状
通気孔路を有するハニカム体、及び金属製ケースからな
る排気ガス浄化装置において、前記平板状帯材と波板状
帯材の少なくとも１つが、アルミニウム材から成る中間
層を有するＦｅ基質の基材で構成されたものであること
を特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】Ｆｅ基質の基材が低炭素鋼、低クロム
鋼、低ニッケル鋼、ステンレス鋼である請求項１に記載
の排気ガス浄化装置。
【請求項３】アルミニウム材がアルミニウム箔、アル
ミニウム粉末、アルミニウム線材である請求項１に記載
の排気ガス浄化装置。
【請求項４】アルミニウム材から成る中間層を有する
Ｆｅ基質の基材が、予め加熱処理されてアルミニウム材
からなる中間層とＦｅ基質の基材を拡散接合したもので
ある請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】アルミニウム材から成る中間層を有する
Ｆｅ基質の基材において、その端面部が溶接されている
ものである請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】アルミニウム材から成る中間層におい
て、アルミニウム材の濃度分布が異なるものである請求
項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】ハニカム体の少なくとも一方の端面及び
その近傍部位の平板状帯材と波板状帯材の当接部をろう
接合するハニカム体において、該部位に対応する部位の
帯材中のアルミニウム材の濃度を高めたものである請求
項６に記載の排気ガス浄化装置。