JPH06154621A - メタル担体触媒容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外筒と中間筒間、中間筒とハニカム体間及びハ
ニカム体と外筒間に環状の隙間が存在しても、隙間がな
い場合と同様の接合強度を得る。 【構成】外筒と中間筒間及び中間筒とハニカム体間がそ
れぞれ軸方向の一横断面部で接合されたメタル担体触媒
容器の製造方法であって、外筒２と中間筒３間、中間筒
３とハニカム体１間及び外筒２とハニカム体１間に生じ
る環状の隙間の少なくとも一つに、外径と内径の差が隙
間に相当する厚さの補助リング５を挿入した状態で接合
処理を行うことを特徴とする。接合部に熱膨張による圧
力をかけることができ、接合強度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの内燃機関
の排気系に装着され、排気ガス浄化触媒として用いられ
るメタル担体触媒容器の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載される排気ガス浄化触媒の
触媒容器としては、従来よりセラミックス製のモノリス
担体が主流であった。しかしセラミックス製であるがた
めに、熱伝動性が低く始動初期の触媒活性が低くなるこ
と、取扱を慎重にしなければならないこと、などの不具
合があり、近年では金属箔ハニカム構造のメタル担体触
媒容器に移行しつつある。

【０００３】このメタル担体触媒容器は、箔状の平板と
その平板を波状に加工した波板とを重ねて一体的に巻回
されたハニカム体と、ハニカム体を収納する外筒とから
構成され、平板と波板及びハニカム体と外筒とを接合し
て製造されている。この接合には従来一般にロウ付け接
合法が利用されていたが、工数が多大であること、得ら
れたメタル担体触媒容器の耐酸化性や恒温耐久性に限界
があること、などの理由から、近年拡散接合法が注目さ
れている。

【０００４】ところで、触媒化され排気系に装着された
メタル担体触媒容器は、高温の排気ガスに晒されたり冷
却されたりして、いわゆる冷熱サイクルの繰り返しを受
ける。しかしながら拡散接合などにより接合されたメタ
ル担体触媒容器では、ハニカム体には膨張と収縮の繰り
返しによる熱応力が生じ、局部的な座屈や塑性変形が生
じる場合がある。これはハニカム体の外筒に近い表面部
分で特に生じやすい。そしてこのような変形が進行する
と、ハニカム体に亀裂が発生し、ついにはハニカム体が
外筒からずれたりして触媒金属の剥離、圧損の増大など
につながる。

【０００５】そこでこのような不具合を防止するため
に、例えば特開平３−１５７１３９号公報に開示されて
いるように、ハニカム体と外筒の間に中間筒を介在さ
せ、外筒と中間筒間及び中間筒とハニカム体間がそれぞ
れ軸方向の一横断面部で接合された構造が提案されてい
る。この構造によれば、接合部以外には環状の隙間が確
保されているため、ハニカム体の膨張及び収縮の自由度
が高く、熱応力による接合部の破損が防止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、外筒と中間
筒間及び中間筒とハニカム体間がそれぞれ軸方向の一横
断面部で接合された構造のメタル担体触媒容器を製造す
る場合、使用時には効果の大きな環状の隙間の存在が接
合時には逆に不利となることがわかった。すなわち、接
合工程では外筒、中間筒及びハニカム体に高温が作用す
る。するとハニカム体が最も大きく熱膨張するのである
が、使用時と同様に隙間の存在によりハニカム体の膨張
の自由度が高いため、熱膨張による応力が接合すべき部
分に伝わりにくくなる。

【０００７】ロウ付け接合や拡散接合にあっては、接合
される両者の密着力が接合強度に大きく影響するため、
隙間の存在によりハニカム体の熱膨張による応力が緩和
されてしまい、充分な接合強度が得られないという不具
合があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、外筒と中間筒間、中間筒とハニカム体間及
びハニカム体と外筒間に環状の隙間が存在しても、隙間
がない場合と同様の接合強度を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のメタル担体触媒容器の製造方法は、平板及び波板か
ら形成されたハニカム体と、ハニカム体を収納する外筒
と、ハニカム体と外筒との間に介在された中間筒とから
なり、外筒と中間筒間及び中間筒とハニカム体間がそれ
ぞれ軸方向の一横断面部で接合されたメタル担体触媒容
器の製造方法であって、外筒と中間筒間、中間筒とハニ
カム体間及び外筒とハニカム体間に生じる環状の隙間の
少なくとも一つに、外径と内径の差が隙間に相当する厚
さの補助リングを挿入した状態で接合処理を行うことを
特徴とする。

【０００９】

【作用】例えば拡散接合の場合には、真空中で高温に加
熱処理される。したがって接合工程では、加熱により外
筒、中間筒及びハニカム体が熱膨張するが、ハニカム体
の熱膨張量が最も大きい。これによりハニカム体は中間
筒あるいは外筒に内接するように膨張し、中間筒は外筒
に内接するように膨張する。

【００１０】そして本発明のメタル担体触媒容器の製造
方法では、外筒と中間筒間、中間筒とハニカム体間及び
外筒とハニカム体間に生じる環状の隙間の少なくとも一
つに、外径と内径の差がその隙間に相当する厚さの補助
リングが挿入されている。すなわち補助リングの存在す
る部分では、補助リングにより膨張が規制されているた
め、膨張の応力は環状の隙間で緩和されることなく接合
すべき部分に強く作用し、接合部に圧力をかけることが
できる。これにより接合強度が向上する。

【００１１】そして接合後、補助リングを除去すること
で、外筒と中間筒間、中間筒とハニカム体間及び外筒と
ハニカム体間の少なくとも一つに環状の隙間が形成さ
れ、使用時の膨張を吸収するため熱応力の発生が防止さ
れる。なお、補助リングの接合を防止しその除去を容易
とするために、補助リングの表面にセラミック被膜など
の拡散防止剤被膜を形成しておくことが望ましい。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例１）図２に、本発明の一実施例により製造され
たメタル担体触媒容器の断面図を用いた補助リングの断
面図とともに示す。この触媒容器は、箔状の平板及び波
板が重ねられてロール状に巻回されてなるハニカム体１
と、外筒２と、ハニカム体１と外筒２の間に介在された
中間筒３とから構成されている。

【００１３】ハニカム体１は、板厚０．０５ｍｍのＡｌ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金製であり、図２に斜線で示すように両
端面から２０ｍｍの部分と外周部分でのみ平板と波板が
ロウ付け接合されている。外筒２はステンレス鋼から形
成され、板厚１．５ｍｍの円筒状をなしている。中間筒
３は、図示しないが両端に櫛歯状の撓み部をもち、Ａｌ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金から形成されている。そして一端部の
外周表面が外筒２にロウ付け接合され、他端部の内周表
面がハニカム体１にロウ付け接合されている。また中間
筒３の軸方向長さは、ハニカム体１及び外筒２より短
く、ハニカム体１及び外筒２の一端部には端面から軸方
向で２０ｍｍの部分に環状の隙間１２が形成されてい
る。

【００１４】上記触媒容器を製造した本発明の一実施例
の製造方法を説明する。先ず、平板とその平板から形成
された波板を用意し、平板が表側となるように重ねてロ
ール状に巻回してハニカム体１を形成する。このとき図
１の斜線部に相当する一端部１０、他端部１１及び外周
部となる部分には、平板と波板の間に厚さ０．０５ｍｍ
のロウ材４を塗布しておく。

【００１５】また別に中間筒３を形成し、その一端部の
外周表面及び他端部の内周表面に同様のロウ材４を塗布
しておく。そして中間筒３にハニカム体１を挿入すると
ともに、中間筒３を外筒２に挿入し、図１に示す位置関
係とする。次に図１に示すように、ハニカム体１と外筒
２の一端部に形成された環状の隙間１２に、外径と内径
の差がその隙間１２に相当する厚さを有し隙間１２と同
一寸法の補助リング５を挿入する。その状態でロウ材４
の融点以上に真空加熱し、ロウ付け接合する。なお、補
助リング５の外内表面には、アルミナなどの拡散防止剤
を塗布しておく。

【００１６】このロウ付け接合時には、ハニカム体１が
径方向に大きく熱膨張しようとする。ところが環状の隙
間１２には補助リング５が介在しているため、ハニカム
体１の一端部１０は径方向の膨張が困難である。したが
ってハニカム体１の一端部１０では膨張の応力に対する
反力が平板と波板に作用し、平板と波板とは強く圧接さ
れるため接合強度が向上する。

【００１７】またハニカム体１の他端部１１では、ハニ
カム体１は熱膨張により中間筒３に圧接される。また中
間筒３はその力を受けて外筒２に圧接される。したがっ
てハニカム体１の他端部１１でも平板と波板は強固に接
合され、ハニカム体１と中間筒３、及び中間筒３と外筒
２も強固に接合される。そして補助リング５を除去する
ことにより、触媒容器が得られる。

【００１８】得られた触媒容器のハニカム体１の一端部
１０を１０ｍｍの長さで輪切り状に切断して試験片１３
とし、図３に示すように荷重Ｆで押圧して破断した時の
荷重を測定し、切断面の一接合点当たりの破断荷重を次
式により算出して図４に示す。 破断荷重＝荷重Ｆ／（１０ｍｍ×１周分の接合点数ｎ） なお、補助リング５を用いなかったこと以外は同様にし
て製造された触媒容器を比較例とし、同様に測定され算
出された破断荷重を図４に示す。

【００１９】図４より、本発明の製造方法によれば破断
荷重が２倍近く向上していることが明らかである。そし
てこのように破断荷重が向上したのは、補助リング５を
介在させた状態でロウ付け接合したことによる効果であ
ることが明らかである。 （実施例２）図５に本発明の第２の実施例の製造方法に
おける拡散接合時の断面図を示す。

【００２０】この触媒容器は、軸方向長さが短い第１ハ
ニカム体１４と、第１ハニカム体１４より長い第２ハニ
カム体１５と、外筒２と、第１ハニカム体１４及び第２
ハニカム体１５と外筒２の間に介在する中間筒３と、か
ら構成されている。第１ハニカム体１４と第２ハニカム
体１５は空間部１６を介して軸方向に離間して配置さ
れ、第１ハニカム体１４は外周表面全体が中間筒３にロ
ウ付け接合されている。また第２ハニカム体１５は一端
部のみが中間筒３にロウ付け接合され、他端部は自由端
部となっている。そして中間筒３と外筒２とは、軸方向
中央部に配置されたリング状スペーサ６を介して拡散接
合され、中間筒３の両端部は接合されていない。

【００２１】この触媒容器を製造する本実施例の製造方
法では、ロウ材を用いずに実施例１と同様に巻回された
第１ハニカム体１４と第２ハニカム体１５を用意し、所
定の外周表面にロウ材４を塗布する。そして図５の状態
となるように中間筒３に挿入する。一方、リング状スペ
ーサ６を用意し、上記中間筒３を挿入してスペーサ６を
軸方向中央の位置とする。そして全体を外筒２に挿入す
る。

【００２２】次に、中間筒３の両端部の外周表面と外筒
２の内周表面との間に形成された２つの環状の隙間に、
それぞれの隙間と同一寸法の第１補助リング５０及び第
２補助リング５１を挿入し、その状態で真空加熱してロ
ウ付け接合及び拡散接合を行う。なお、第１補助リング
５０と第２補助リング５１表面には、アルミナなどの拡
散防止剤を塗布しておく。

【００２３】加熱時には、第１ハニカム体１４及び第２
ハニカム体１５は中間筒３とともに径方向に膨張しよう
とするが、第１補助リング５０及び第２補助リング５１
によりその膨張が規制されているために応力が発生し、
第１ハニカム体１４及び第２ハニカム体１５は中間筒３
に圧接される。これにより第１ハニカム体１４及び第２
ハニカム体１５は中間筒３に高い接合強度で接合され
る。すなわちスペーサ６の介在により外筒２と中間筒３
の間に環状の隙間が介在している場合であっても、隙間
がない場合と同様に中間筒３と第１ハニカム体１４及び
第２ハニカム体１５を高い接合強度で接合することがで
きる。

【００２４】

【発明の効果】すなわち本発明の製造方法によれば、環
状の隙間が介在していても、それとは無関係に高い強度
で接合することができ、接合不良や接合強度不足が確実
に防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における接合工程時の説明断
面図である。

【図２】本発明の一実施例で製造された触媒容器の断面
図である。

【図３】本発明の一実施例で用いた試験方法の説明図で
ある。

【図４】本発明の一実施例における破断荷重試験結果の
棒グラフである。

【図５】本発明の第２の実施例における接合工程時の説
明断面図である。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：外筒 ３：
中間筒 ４：ロウ材 ５，５０，５１：補助リング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板及び波板から形成されたハニカム体
   と、該ハニカム体を収納する外筒と、該ハニカム体と該
   外筒との間に介在された中間筒とからなり、該外筒と該
   中間筒間及び該中間筒と該ハニカム体間がそれぞれ軸方
   向の一横断面部で接合されたメタル担体触媒容器の製造
   方法であって、 前記外筒と前記中間筒間、前記中間筒と前記ハニカム体
   間及び前記外筒と前記ハニカム体間に生じる環状の隙間
   の少なくとも一つに、外径と内径の差が該隙間に相当す
   る厚さの補助リングを挿入した状態で接合処理を行うこ
   とを特徴とするメタル担体触媒容器の製造方法。