JPH0699081A

JPH0699081A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0699081A
Application number: JP4276747A
Authority: JP
Inventors: Yuuzou Tsukiide; 雄三月出; Haruo Serizawa; 治夫芹沢
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】排気ガス浄化装置において、その主要な構成
要素であるハニカム体と該ハニカム体を内部に填装し固
着するためのケーシングにおいて、両者間の接合技術を
改善し、接合強度が十分であるとともに、特にハニカム
体の最外周部に集積される大きな熱変形力を効果的に吸
収、緩和させる。【構成】ハニカム体の外周面とケーシングの内周面の
当接面部の所望部位が、(i) 溶接による接合部位、及
び、(ii)少なくとも前記溶接による接合部位の周囲にろ
う材による接合部位、とから成るものであるであること
を特徴とする排気ガス浄化装置。

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
スの浄化手段として排気系統の途中に介装される、排気
ガス浄化触媒を担持するためのメタル製ハニカム体と該
ハニカム体を填装固着するためのメタル製ケーシングか
ら成る排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、ハニカム体の外
周面とケーシングの内周面の固着手段として溶接による
接合手段とろう材による接合手段を併用して適用した、
ハニカム体とケーシングの固着強度（耐振性）に優れる
とともに、熱応力によるハニカム構造の変形や座屈防止
に優れた排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の排気ガス浄化装置におい
て、その主要な構成要素である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
量を大きくすること（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波板状帯材を単独で、あるい
は平板状帯材と波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、
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
イプなど種々のハニカム体が得られる。

【０００４】前記したメタル製ハニカム体は、例えば、
0.1 mm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（セル）をもつハニカム
体とされる。

【０００５】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熱的環境条件のもとで使
用される関係上、その主要な構成要素であるメタル製ハ
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
た耐熱鋼の箔材で製作されることが好ましい。この種の
ハニカム体製造用の材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系
（20Ｃｒ−５Ａｌ系）の耐熱鋼を厚さ数十μの箔に圧延
したものが使用されている。また、前記耐熱鋼に耐高温
酸化性を改善するために少量の希土類元素成分（ＲＥ
Ｍ）を添加したものも使用されている。

【０００６】また、排気ガス浄化装置は厳しい振動付加
のもとで使用される関係上、その主要な構成要素である
メタル製ハニカム体は、該ハニカム体を構成する帯材同
士の当接部の一部あるいは全部が溶接やろう材等により
固着され耐振構造のものとされる。また、前記メタル製
ハニカム体は両端が開口した筒状の金属製ケーシング内
に収納されるとともに、互いに接合固着され、耐振構造
の排気ガス浄化装置とされる。

【０００７】前記したように、排気ガス浄化装置の耐久
性、耐振性を改善するために、材料の面からあるいは固
着手段の面から努力が払われているが十分なものではな
い。特にハニカム体とケーシングの溶接やろう接などに
よる固着技術が多く提案されているが十分なものではな
い。ハニカム体の外周面とケーシングの内壁面を固着す
る方法としては、次のようなものがある。溶接による方
法としては、特開昭54-13462号、特開昭57-1585 号、実
開昭62-156112 号、特開平1-231947号などに、電子ビー
ム溶接、レーザビーム溶接、アーク溶接などで固着する
技術が提案されている。

【０００８】ろう材による方法としては、特開昭56-437
3 号、実開昭62-19443号、特開昭63-97235号、特開平2-
102744号など多くのものが提案されている。これらの中
にはハニカム体の熱応力に基づく変形、特にハニカム体
の軸方向への変形を緩和、吸収するためにハニカム体と
ケーシングの当接部の一部にろう材を適用する技術など
がある。

【０００９】しかしながら、前記したハニカム体とケー
シングの固着に適用される手段において、溶接の場合、
前記したように、ハニカム体の構成部材（平板状帯材や
波板状帯材）が耐熱性の素材で製作されていることから
溶接部には高温が印加され、溶接部が鋳造組織でもろく
なる欠点を有するものである。

【００１０】一方、ろう材による接合手段においては、
使用するろう材としては、例えばＮｉ系の高温ろう材を
使用しなければならず、当接面の一部にろう材を適用す
るにしても、高価であるという欠点を有するものであ
る。また、当然のことながら、接合強度を高めようとし
て多量のろう材を適用すると母材との合金化反応により
母材の特性を低下させてしまうという欠点を有するもの
である。

【００１１】前記したように、排気ガス浄化装置は、高
温の排気ガス系、排気ガスと触媒上の発熱的反応による
高温下、内燃機関や車体からの激しい振動下、という極
めて厳しい使用条件下で使用されるものである。従っ
て、排気ガス浄化装置の主要な構成要素であるハニカム
体とケーシングとは強固な接合強度で接合されることが
必要である。また、ハニカム体には前記した高温条件下
で大きな熱応力による変形力が印加され、この熱変形力
がハニカム体内部の温度分布の不均一化に基づき、その
外周面に伝幡されるため、ハニカム体外周面とケーシン
グ内壁面との接合に際しては、極力ハニカム体外周部に
集積される熱変形力を、特に軸方向の熱変形力を緩和、
吸収するために、接合領域を小さいものにすることが望
まれる。前記した要請（ニーズ）は、二律背反関係にあ
るものであり、従来技術において、これを十分に満足す
るものはない。

【００１２】

【発明が解決しようとする問題点】本発明者らは、前記
した従来技術の問題、限界に鑑みハニカム体とケーシン
グとの間の接合強度に優れるとともに、ハニカム体の熱
変形力を十分に吸収、緩和でき、かつ経済的な接合技術
について鋭意、検討を進めた。その結果、ハニカム体と
ケーシングの当接面部の所望部位に、溶接による接合手
段とろう材による接合手段を併用して適用したところ、
前記要請に適合した接合技術であることが判明し、本発
明を完成するに至った。なお、本発明は、ハニカム体自
体の製造に際して溶接による接合手段とろう材による接
合手段を併用して適用した場合、耐振性、耐熱強度に優
れるとともに、経済的なメタル製ハニカム体が得られる
という本発明者らの先の提案にベースを置くものであ
る。

【００１３】

【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
該波板状帯材と薄肉金属板製の平板状帯材を相互に当接
するように重積して製作した排気ガス浄化用触媒を担持
するためのハニカム体、及び前記ハニカム体を内部に填
装し、固着するための金属製ケーシング、から成る排気
ガス浄化装置において、前記排気ガス浄化装置を構成す
る前記ハニカム体の外周面とケーシングの内周面の当接
面部の所望部位が、 (i) 溶接による接合部位、及び、 (ii)少なくとも前記溶接による接合部位の周囲のろう材
による接合部位、とから成るものであることを特徴とす
る排気ガス浄化装置に関するものである。

【００１４】以下、本発明の技術的構成及び実施態様を
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。

【００１５】本発明の代表的な排気ガス浄化装置(A) の
全体構造は、図５〜図６に示されるように、ハニカム体
(H) 及び該ハニカム体(H) を填装し固着するためのケー
シング(C) から成るものである。なお、図５〜図６に示
されるように、平板状帯材(1) と波板状帯材(2) の巻回
あるいは積層成形により、網目状の排気ガス通気孔路
（セル）(3) が自動的に形成される。

【００１６】本発明において、ハニカム体(H) の構造
は、図５〜図６のものに限定されず、このほかに下記に
示すものなどがある。 (i) ハニカム体(H) を平板状帯材(1) と波板状帯材(2)
により構成するのでなく、波板状帯材(2) 単独で構成し
た巻回または積層タイプのハニカム体とする。この場合
波板状帯材(2) の波形は、帯材(2) 同士が隣接して当接
するときに、一方の層の山部（または谷部）が他方の層
の谷部（または山部）に落ち込まないように形成されて
いなければならない。具体的には、波形をハニカム体の
軸方向に対し所定の角度をもつように形成すればよい。 (ii)前記帯材(1,2) 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を起点と
して外延させて放射状タイプのハニカムとする。 (iii)前記帯材(1,2) を相互に当接させて浄化エレメン
トと成し、該浄化エレメントを所望の段数に階層状に重
積し、上下最外層に設定した二つの固定点を逆方向に押
圧成形して各浄化エレメントの横断面形状がＳ字状タイ
プのハニカムとする。 (iv)前記帯材(1,2) を重積し、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以上を保有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Ｘ−ラップのハニ
カムとする。

【００１７】本発明の排気ガス浄化装置において、最大
の特徴とする点は、前記ハニカム体(H) の外周面とケー
シング(C) の内周面の当接面部における所望部位が、溶
接による接合部位(W) と少なくとも前記溶接による接合
部位(W) の周囲のろう材による接合部位(B) とにより構
成されるという点である。別言すれば、ハニカム体(H)
とケーシング(C) の当接面の所望部位に溶接による接合
手段とろう材による接合手段を併用して適用するという
点である。本発明において、溶接による接合部位(W)
は、点状、線状または面状に形成されたものであること
はいうまでもないことである。また、本発明において少
なくとも該溶接による接合部位(W) の周囲にろう材によ
る接合部位(B) を形成させる方法は、溶接時の高熱を利
用して所定の溶接点、及び該溶接点の近傍部位に配設さ
れたろう材を溶融接合させる態様を含むものである。以
下、ハニカム体(H) とケーシング(C) の当接面におい
て、溶接による接合部位(W) とろう材による接合部位
(B) を形成する態様について、図を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明のハニカム体(H) とケーシ
ング(C) の当接面において、溶接による接合部位(W) と
ろう材による接合部位(B) を形成する部位（以下、W/B
部という。）の第一実施態様を説明する図である。図１
において、該W/B 部は、点線で囲まれた領域に形成され
ている。即ち、該W/B 部はハニカム体(H) の軸方向に、
所望幅を有して略直線状に形成される。本発明において
は、溶接とろう材による接合手段を併用していることか
ら強固な接合強度が得られるため該W/B 部の幅を狭くす
ることができる。これにより、溶接時に母材が鋳造組織
に変化し劣化するのを抑制し、またろう材による母材の
金属成分との合金化反応による母材の劣化を抑制するこ
とができる。更に、該W/B 部の設定領域を小さくできる
こと（該W/B 部の幅を狭くすることができること）によ
り、ハニカム体(H) の外周面に集積された大きな熱変形
力は、効果的に吸収、緩和されることになる。

【００１９】本発明において、ケーシング(C) に填装固
着されるハニカム体(H) として、例えば巻回タイプのハ
ニカム体において最外周層が平板状帯材(1) で構成され
ていても、あるいは波板状帯材(2) で構成されていても
良い。なお、後者の場合、ケーシング(C) とは各波形の
頂部（山部）で当接することになり、該当接部の所望部
位の溶接とろう材による接合手段が併用、適用されるた
め、溶接点の周囲にろう材の毛細管現象によりフィレッ
ト状のろう材接合部位(B) が形成されることになり、ハ
ニカム体(H) とケーシング(C) の接合強度が向上する。

【００２０】本発明において、溶接による接合部位(W)
を形成するときに採用する溶接手段及び溶接方法として
は、当業界において既知のものを採用すればよく、特段
の制約を受けるものではない。例えば溶接手段として、
スポット溶接、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接、プ
ラズマビーム溶接などを採用すればよい。。

【００２１】本発明において、ろう材による接合部位
(B) を形成するときに採用するろう材及びろう接方法
は、当業界において既知のものを採用すればよく、特段
の制約を受けるものではない。例えば、ろう材として
は、高温ろう材、より具体的にはＮｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆ
ｅのいずれか、またはこれら成分を組合わせたものを主
成分とするろう材を用いればよい。更に、前記成分に
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｚｒなどを加えて、耐高温酸化
性などを向上させたろう材を用いてもよい。また、前記
したようにハニカム体(H) を構成する帯材(1,2) にＡｌ
成分を添化したものにおいては、Ｎｉ系のろう材を使用
すると母材中のＡｌとＮｉが容易に合金化反応を起し、
耐高温酸化性を付与するＡｌ₂Ｏ₃の形成量が減少して
しまう。この意味から、Ｎｉを含まない、例えばＡｌ系
のろう材が好ましく、この場合、低い温度で十分な強度
のろう付けが出来、かつハニカム体の耐高温酸化性を向
上させることが出来る。なお、Ａｌ系ろう材によるろう
付けを行なった場合、後で熱処理を施してろう付け近傍
の材料成分の相互拡散を行なわしめるとよい。あるいは
微酸化雰囲気中で加熱処理することにより表面にＡｌ₂
Ｏ₃を生ぜしめることも効果的である。

【００２２】本発明において、前記ろう材は、適用部位
によって液状のもの、ペースト状のもの、あるいは箔状
のものであったりしてよく、適宜の形態のものを選択す
ればよい。本発明において、前記ろう材は溶接が施され
る部位に配設され、溶接時の高温により溶融し、溶接点
あるいは溶接面部の周囲にろう材による接合部位が形成
される。なお、ろう材の適用部位の大きさにもよるが、
溶接時に適用されたろう材がろう接合に至らない場合
は、溶接作業後に未ろう接部分を加熱してろう接合を行
なってもよい。

【００２３】図２は、本発明のハニカム体(H) とケーシ
ング(C) の当接面において、溶接による接合部位(W) と
ろう材による接合部位(B) を形成せしめる部位(W/B) の
第二実施態様を説明する図である。第二実施態様は、ハ
ニカム体(H) の中央部全周にろう材を適用し、ケーシン
グ(C) 外側よりレーザビームによりハニカム体(H) とケ
ーシング(C) を溶接接合したものである。十分な溶接強
度をもたせるために、図示されるように鋸歯状に縫合し
たり、あるいは円周上に数週にわたって縫合するとより
効果的である。

【００２４】本発明におけるW/B 部を設ける他の実施態
様が図３〜図５に示されている。なお、図３〜図５はケ
ーシング(C) を省略したものである。図３は、W/B 部を
所定幅で、かつら線状に形成したものである。図４は、
W/B 部をハニカム体(H) の幅方向、周方向に回路を形成
するように形成したものである。図５は、W/B 部をハニ
カム体(H) の周方向に所望の間隔をもって、かつ軸方向
全長にわたって形成した凹部の間において、図１の態様
と同様に形成したものである。なお、図４において、凹
部のかわりに凸部としたものは、ハニカム体(H)の最外
周層が波板状帯材としたものと同じ関係にあり、この場
合は前述したようにW/B 部を形成すればよい。なお、図
示しないが、W/B 部をハニカム体の少なくとも一方の端
部及びその近傍部位の外周面に形成しても良い。またろ
う材による接合部位(B) が溶接による接合部位(W) より
広範囲のものであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置において、そ
の主要な構成要素である排気ガスの浄化用触媒を担持す
るためのハニカム体と、該ハニカム体を内部に収納し固
着するためのケーシングは、特殊な方法で固着される。
即ち、ハニカム体の外周面とケーシングの内周面の当接
面部において、該当接面部の所望部位が、溶接による接
合部位と少なくとも前記溶接による接合部位の周囲のろ
う材による接合部位によって構成されるように接合され
る。

【００２６】前記した溶接及びろう材による接合手段の
併用、適用により、夫々単独の接合手段の欠点を補償
し、かつ極めて狭い接合領域（部位）により、両要素を
強固に接合することができる。また、接合領域（部位）
を狭小化することによって、この種のハニカム体にみら
れるその外周面部に集積される熱応力が基づく大きな変
形力を効果的に吸収、緩和させることができる。更に、
接合領域（部位）の狭小化に関連して、溶接作業が効率
化され、かつ高価な高温ろう材の使用量を低減させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハニカム体とケーシングの当接面で形成され
るW/B 部の第一実施態様を説明する図である。

【図２】ハニカム体とケーシングの当接面で形成され
るW/B 部の第二実施態様を説明する図である。

【図３】ハニカム体とケーシングの当接面で形成され
るW/B 部の第三実施態様を説明する図である。

【図４】ハニカム体とケーシングの当接面で形成され
るW/B 部の第四実施態様を説明する図である。

【図５】ハニカム体とケーシングの当接面で形成され
るW/B 部の第五実施態様を説明する図である。

【図６】本発明の排気ガス浄化装置の第一実施態様の
正面図である。

【図７】本発明の排気ガス浄化装置の第二実施態様の
正面図である。

【符号の説明】

Ａ……………排気ガス浄化装置Ｈ……………ハニカム体Ｃ……………ケーシングＷ……………溶接による接合部位Ｂ……………ろう材による接合部位 W/B …………溶接による接合部位とろう材による接合部
位が設定される領域１……………平板状帯材２……………波板状帯材３……………排気ガス通気孔路（セル）

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薄肉金属板製の平板状帯材を相互に
当接するように重積して製作した排気ガス浄化用触媒を
担持するためのハニカム体、及び前記ハニカム体を内部
に填装し固着するための金属製ケーシング、から成る排
気ガス浄化装置において、前記排気ガス浄化装置を構成
する前記ハニカム体の外周面とケーシングの内周面の当
接面部の所望部位が、 (i) 溶接による接合部位、及び、 (ii)少なくとも前記溶接による接合部位の周囲のろう材
による接合部位、とから成る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】溶接による接合部位とろう材による接合
部位が、一致す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３】溶接およびろう材による接合部位が、ハ
ニカム体の軸方向に略直線状に形成されたものである請
求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】溶接およびろう材による接合部位が、ハ
ニカム体の軸方向にら線状に形成されたものである請求
項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】溶接およびろう材による接合部位が、ハ
ニカム体の軸方向および周方向に回路を形成するように
形成されたものである請求項２に記載の排気ガス浄化装
置。
【請求項６】溶接およびろう材による接合部位が、ハ
ニカム体の少なくとも一方の端部及びその近傍部位の外
周面に形成されたものである請求項２に記載の排気ガス
浄化装置。
【請求項７】ろう材による接合部位が、溶接による接
合部位より広範囲のものである請求項１に記載の排気ガ
ス浄化装置。
【請求項８】溶接による接合部位が、スポット溶接、
抵抗溶接、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接、プラズ
マビーム溶接の少なくとも１つで形成されたものである
請求項１に記載の排気ガス浄化装置。