JPH0622682B2 - 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
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Info
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Description
その製造方法に関するものである。
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
緒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、箔層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。
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
状に巻か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4282186号も
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。
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4753919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。
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。
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。
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。
gation)を付けた)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、各シートはその一本の中心線(17)を横
切る方向に並列して該方向に伸延する列を成す波形隆起
(28)群の複数の列(A)を有し、該複数の列(A)
どうしは互いに平行に並んでおり、波形隆起(28)の
伸びる方向が隣接する列(A)どうしで異なっているこ
とにより略前記中心線(17)方向に隣接し合う隆起
(28)が山形パターンを形成し、前記波形隆起(2
8)は隣接し合う列(A)の境界上における頂点(3
2)で会合する頂部を有し、該頂部は平面(30)を画
成し、各シートは少なくとも前記頂点(32)の少なく
ともいくつかの上に位置しかつ該平面(30)から外側
に突出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、シートどうしがその突起部(38)
において溶接される。
ータ用波形金属箔担体の製造方法を提示している。即
ち、平坦なシートに角度のある波形の複数の列をひだ付
けし、隣接する列どうしの間に頂点を有する山形パター
ンを構成するように各波形シートを成形し、頂点におけ
る各波形の間の角度は、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。
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。
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15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。
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。シート長軸に平行な中心
線を、図1に中心線17として示すが、これはシート上
における方向を説明するために導入したものであり、何
か実体的な構造物を示すものではない。各シートの波形
のしわ(コルゲーション)は、中心線の方向で見て、変
形山形パターン(chevron pattern)をなしており、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18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20は空気圧により作動する始動および
停止を行い、且つ、圧力制御装置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。
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.
45mm(13/4インチ)、最大シート寸法152.4mm
×152.4mm(6×6インチ)、最小シート寸法76.
2×152.4mm(3×6インチ)のスタックに対して、
溶接電流パルス幅は、1−1.5ミリセコンドで150
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、平面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平面
33は、上下の頂部平面30の中間位置に示されてい
る。波形隆起部は同様の隆起が多数、シート中心線17
を横切る方向に平行に並列して列をなすように配置され
ており、そのような列が複数中心線方向に隣接して並列
している。この列はつまり中心線17を横切る方向に、
即ち、中心線と略垂直に伸びている。第1図と同様の第
12図に、該列のうちの2つをAとして囲みをつけて示
す。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、金属は曲がることにより、平面30又は33に対
して垂直の方向に、頂部平面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は上方に向いており、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。溶接のために積層する際に、隣接す
るシートの接点を合わせるために、シートは一つおきに
反転される。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。
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3
2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。
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。
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2.26
mm(0.089インチ)、波形高さ(頂部から頂部ま
で)1.02mm(0.04インチ)を有する厚さ0.0
51mm(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38は、それが同様の突
起と押し合わされたとき0.127mm(0.005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0.0254mm(0.001インチ)程度の高
さを有する。
いずれかの仕方に従って形成されたシートを、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。半担体12のシートの
スタックは溶接機の電極18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、溶接された半担体は挟持され、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15は外部シートに貫入される。該半リング14
の当接しあう端部は溶接され、担体の組立てが完了す
る。
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
トを一度に溶接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維持しつつ積
層することは相当煩雑な作業であり、又、スタックを介
して十分な溶接を行うことも容易ではない。
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。
す。歯車状の回転工具が噛み合って、平坦な箔に波形を
形成する。第5及び6図の波形形状は、図示された工具
40によって製造される。各ホイール44a、44b、
44c上の歯42は、箔に反対の角度を持った波形の列
を形成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の間のスペーサ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、
この波形形状を完成する。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成するのに十分なも
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11図に示すように、スペーサ
46に隣接した各歯先を面取り48のように削ること
も、突起部の形成を助長する。幅1.27mm(0.05
インチ)の45°の面取り48は最も効果的である。
取りの位置に最もよく形成される一方、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、スペーサがホイール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
を面取りをして使用する。
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
成する為に、波形シートを溶接する装置の構成図、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11図は、第10図の工具の歯の拡大図である。
第12図は第1図と同様の図であり、波形の列を説明す
るための図である。 〔主要部分の符号の説明〕 16……波形シート 17……波形シート中央線 28……波形隆起部 30……(頂部が含まれる)平面 32……(列の)頂点 38……突起部
Claims (10)
- 【請求項1】各シート間に複数の流体流通路が形成され
るように保持された波形を付けたシート(16)のスタ
ックを含み、各シートはその一本の中心線(17)を横
切る方向に並列して該方向に伸延する列を成す波形隆起
(28)群の複数の列(A)を有し、該複数の列(A)
どうしは互いに平行に並んでおり、波形隆起(28)の
伸びる方向が隣接する列(A)どうしで異なっているこ
とにより略前記中心線(17)方向に隣接し合う隆起
(28)が山形パターンを形成している担体用波形金属
箔シート組立体であって、前記波形隆起(28)は隣接
し合う列(A)の境界上における頂点(32)で会合す
る頂部を有し、該頂部は平面(30)を画成し、各シー
トは少なくとも前記頂点(32)の少なくともいくつか
の上に位置しかつ該平面(30)から外側に突出してス
タック内の隣接するシートと接触する突起部(38)を
有し、シートどうしがその突起部(38)において溶接
されることを特徴とする波形金属箔シート組立体。 - 【請求項2】各シートの前記突起部(38)は隣接する
シートの突起部(38)と整列しかつ接触することを特
徴とする請求項第1項記載の波形金属箔シート組立体。 - 【請求項3】各シート間に複数の流体流通路が形成され
るように保持された波形を付けたシート(16)のスタ
ックを含み、各シートはその一本の中心線(17)を横
切る方向に並列して列を成す波形隆起(28)群の複数
の列(A)を有し、該複数の列(A)どうしは互いに平
行に並んでいるような担体用波形金属箔シート組立体で
あって、いくつかの前記列(A)の波形隆起(36)の
伸延方向は前記中心線(17)に対していずれかの向き
に一定の角(C)をなす向きであり、他の列(A)の波
形隆起(34)の伸延方向は中心線(17)と平行であ
り、かつ波形隆起の伸延方向は隣接する列(A)どうし
で異なっており、前記波形隆起(28)は隣接し合う列
(A)の境界上における頂点(32)で会合する頂部を
有し、該頂部は各シート両側の平面(30)内に位置
し、各シートは少なくとも該頂点(32)の少なくとも
いくつかの上に位置しかつ該平面(30)から外側に突
出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、シートどうしがその突起部(38)に
おいて溶接されることを特徴とする波形金属箔シート組
立体。 - 【請求項4】前記中心線に対して一方の向きに前記所定
角度(C)をなす波形隆起を有する列と該中心線に対し
て他方の向きに前記所定角度(C)をなす波形隆起を有
する列とが、該中心線に平行な波形隆起を有する列とを
間に挟んで隔てられていることを特徴とする請求項第3
項記載の波形金属箔シート組み立て体。 - 【請求項5】中心線(17)に対する波形隆起(36)
の前記角度(C)が8°〜14°の範囲内にあり、更に
該中心線(17)に平行な波形隆起(34)を有する列
の幅は、角度のある波形隆起(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または4
のいずれかに記載の波形金属箔シート組立体。 - 【請求項6】前記箔シートは厚さ約0.051mmのステ
ンレススチールから成り、更に中心線(17)に対する
波形(36)の前記角度(C)が約10°であることを
特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の波形金
属箔シート組立体。 - 【請求項7】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)は請求項1な
いし6のいずれかに基づいた波形金属箔シート(16)
の組立体を含み、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)が溶
接されて完全な担体(10)を保持していることを特徴
とする触媒コンバータ用担体。 - 【請求項8】請求項1に基づいた波形金属箔シート(1
6)組立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
に角度のある波形(36)の複数の列をひだ付けし、隣
接し合う列の間に頂点(32)を有する山形パターンを
構成するように各波形シート(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(38)を形成するのに十分な角度である工程、複数
の前記波形シート(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(12)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
接する工程とを含むことを特徴とする波形金属箔担体の
製造方法。 - 【請求項9】上記各シート(16)は異なった幅を有
し、該各シートが順次積層されてスタック(12)を形
成したときには該スタック(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)
が、前記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るこ
とを特徴とする請求項8記載の触媒コンバータ用波形金
属箔担体の製造方法。 - 【請求項10】各シート(16)上の上記山形パターン
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)はシート中心線(17)に平行で
あり、他の二組の波形(36)は該中心線(17)に対
して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
(38)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ることを特徴とする請求項8記
載の触媒コンバータ用波形金属箔担体の製造方法。
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