JPH08257414A - メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車、ボイラー、発電機用等の各種内燃機
関の排ガス浄化用触媒の担体などに使用されるメタル担
体であって、保熱効果を有し、かつ容易に製造でき外径
などの寸法精度の良いものを提供する。 【構成】 金属箔の壁面で囲まれた通気孔が集合してな
るハニカム体の外周に、厚さ０．５mm以上１．５mm以下
の金属薄板が、前記通気孔と平行に２周以上巻き付けら
れ、該薄板の外周端部が接合されている。 【効果】 保熱効果により、エンジン停止後の再起動時
に排ガス浄化能力が良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種内燃機関の排ガス
浄化用触媒の担体などに使用されるメタル担体に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車、ボイラー、発電機等の内燃機関
の排ガス浄化用触媒の担体として、耐熱ステンレス鋼製
の外筒に、同ステンレス鋼製のハニカム体を嵌入したメ
タル担体が使用されている。メタル担体は熱容量が小さ
く、触媒が作用する温度に早く加熱されるので、エンジ
ン始動初期の排ガス浄化能力が優れている。また、ハニ
カム体の壁が薄い金属箔からなるので、排気抵抗が小さ
く、エンジン出力の損失が少ないという利点を有してい
る。

【０００３】従来のメタル担体において、ハニカム体
は、図５に示すように、帯状の金属箔からなる平箔２
と、平箔に波付け加工した波箔３とを重ね、巻取軸４に
渦巻状に巻回して製造される。そして、図６のようにハ
ニカム体１を外筒５に嵌入し、平箔２と波箔３の接触部
およびハニカム体１と外筒５の間を拡散接合等により接
合してメタル担体としている。ハニカム体１は金属箔の
壁面７で囲まれた多数の通気孔８が外筒５と平行になっ
ており、そこを排気ガスが通過する。

【０００４】外筒５は、厚さ１．５mm程度の耐熱鋼製で
あり、上記各種内燃機関の排ガス経路に取付ける際の、
接続部品との関係上、外径を高精度に製作する必要があ
った。従来は、帯状の耐熱鋼を必要長さに切断し、成型
機で丸め、合わせ目を溶接した後、プレス等の成型機で
外径寸法を整えていた。そのため製造工程が複雑にな
り、コスト高となっていた。また、従来のメタル担体
は、外筒が熱伝導性の良い金属製であるため、保熱機能
を持たず、触媒浄化能の起動性が低いという問題を有し
ていた。

【０００５】このようなメタル担体に関し、図５のよう
なハニカム体の巻回製造において、平箔２の最外周に連
続して厚い金属板を設け、これを巻回するすることで、
ハニカム体の巻回と同時に外筒を形成する方法が、特開
昭６３−２４０９５２号公報により提案されている。ま
た、図５のような巻回法において、平箔をハニカム体の
所要長さより長くし、ハニカム体形成後、さらに平箔を
多重に巻き付けて外筒としたメタル担体が、特開平５−
２５３６３２号公報により提案されている。

【０００６】これら従来技術においては、ハニカム体と
外筒の嵌合工程が省略できる効果があり、後者では、外
筒が多重の平箔からなるので、保熱効果もある。しか
し、前者においては、１枚の連続した箔の最外周のみの
箔の厚さを厚くするには、圧延途中に、圧延ロールの間
隔を広くしなければならず、また、同圧延箔を巻取る場
合、曲げ剛性および厚さも異なるため、安定した作業が
実質的に行えず、製造するのが極めて困難である。後者
においては、箔の厚さは一定であるので、箔およびメタ
ル担体の製造も可能である。しかし、多重の箔で構成さ
れた外筒に、排気用コーン等を溶接等で接続しようとし
ても、溶接アークの熱で箔が溶けてしまい、接合できな
いという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動車、ボ
イラー、発電機用等の各種内燃機関の排ガス浄化用触媒
の担体などに使用されるメタル担体であって、保熱効果
を有し、かつ容易に製造でき外径などの寸法精度の良い
メタル担体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】上記目的を達成するため
の本発明は、金属箔の壁面で囲まれた通気孔が集合して
なるハニカム体の外周に、厚さ０．５mm以上１．５mm以
下の金属薄板が、前記通気孔と平行に２周以上巻き付け
られ、該薄板の外周端部が接合されていることを特徴と
するメタル担体である。

【０００９】

【作用】本発明のメタル担体は、図１の例に示すよう
に、ハニカム体１の外周に金属薄板６が巻き付けられて
外筒５を構成している。ハニカム体１は、金属箔の壁面
７で囲まれた多数の通気孔８からなり、通気孔８と平行
に金属薄板６が２周以上（図１では３周）巻かれ、その
内面は、１周以内の範囲でハニカム体１とろう付けある
いは溶接で接合され、該薄板６の外周端部９が軸方向に
連続的に溶接等により接合されている。

【００１０】金属薄板６の厚さは０．５mm以上１．５mm
以下とする。０．５mm未満だと、上記外周端部９を溶接
接合するとき、内側の金属薄板６が損傷を受け、あるい
は、得られたメタル担体を排ガス経路に溶接で接合する
とき、該薄板６が損傷を受けるおそれがあり、厚さが
１．５mmを超えると、外周端部９の段差が大きく、また
外径寸法の精度が劣るからである。

【００１１】このように、本発明のメタル担体は、金属
薄板６を２周以上巻き付けて外筒５としているので、該
薄板６の間の空隙が保熱作用を有する。このため、排ガ
ス浄化装置に使用して、エンジンを停止した場合、触媒
が冷却され難いので、再起動するとき、触媒の作用温度
まで容易に再加熱され、排ガス浄化能が優れている。ま
た、外筒５は厚さ０．５mm以上１．５mm以下の金属薄板
６を２回以上巻き付けて構成しているので、外径寸法を
容易に所定の精度とすることができ、さらにハニカム体
１の外径が多少変動しても、外筒５の外径を高精度で所
定寸法とすることができる。

【００１２】本発明のメタル担体を製造するには、図５
のように平箔２と波箔３を重ねて巻取軸４に渦巻状に巻
回し、最外周をスポット溶接等により接合して製造した
ハニカム体１に、図１のように金属薄板６を巻き付け外
筒５とする。このとき、金属薄板６の長さは、メタル担
体の外径が所定値となるよう、ハニカム体１の外径に応
じてあらかじめ計算された長さとする。そして内側端部
をハニカム体１にスポット溶接等により接合して巻き付
け、外周端部９をシーム溶接等により接合する。また、
ハニカム体１は、金属薄板６を巻き付ける前に、あらか
じめ、平箔２と波箔３の接触部を接合しておく。接合
は、ろう付け、電子ビーム溶接、レーザ溶接、抵抗溶
接、あるいは非酸化性雰囲気で加熱する拡散接合等によ
り行うことができる。

【００１３】なお、ハニカム体１に金属薄板６を巻き付
けた後、平箔２と波箔３の接合を行うこともできるが、
拡散接合を行うときは、金属薄板６同士がたがいに接合
しないような手段をとる。たとえば、ＴｉあるいはＡｌ
酸化物の粉末を、接合させたくない部分に、巻回前に塗
布し乾燥する。これら酸化物の融点は、拡散接合する温
度よりも高いので、拡散接合のための熱処理が実行され
ても、塗布部は接合されることがない。

【００１４】また、径方向に拡縮可能なマンドレルに金
属薄板６を巻き付けて外筒５を製造し、マンドレルを抜
き取ってハニカム体１を嵌入する方法で製造することも
できる。すなわち、ハニカム体１の外径に合わせたマン
ドレルに金属薄板６を巻き付けて所定の外径とし、外周
端部９を接合した後、マンドレルを引き抜きつつ、ハニ
カム体１を嵌入する。そして、ハニカム体１の平箔２と
波箔３、およびハニカム体１と金属薄板６の最内周部と
を接合する。このとき、拡散接合を行うときは、前記と
同様、金属薄板６同士がたがいに接合しないような手段
をとる。

【００１５】本発明のメタル担体において、ハニカム体
１は、平箔２と波箔３とが確実に接合されている必要が
ある。接合の不十分な箇所があると、排ガス浄化装置と
して使用時に剥離し、触媒が脱落したり、担体自身が破
損する事故に至るおそれが生じるからである。このた
め、平箔２と波箔３を重ねて巻回する際、両者を密着さ
せ、かつ適正な接触面圧を持たせる。以下その具体的手
段について述べる。

【００１６】図２は、平箔２と波箔３を間欠的に溶接し
つつ巻回する方法を示している。平箔２と波箔３を巻取
軸４の周りに巻回してハニカム体１を形成しており、形
成されつつあるハニカム体１の外周面の平箔２に、２個
の電極１１が接触させてあり、両電極１１は電源１６に
接続されている。まず、平箔２および波箔３の先端を巻
取軸４で挟み、サイドプレート１３で挟持し、巻取軸４
およびサイドプレート１３を回転させてハニカム体１を
形成しつつ、両電極１１をハニカム体１の外周に接触さ
せ、電源１６から間欠的に電流を流して平箔２と波箔３
を部分的に溶接する。たとえば、ハニカム体１の１周あ
たり２点以上溶接する。巻回し終わったら、サイドプレ
ート１３による挟持を開放してハニカム体１を取り出
す。

【００１７】図２において、１４はサイドプレート１３
を回転させるための駆動輪であり、チェーン１５で接続
されている。１７はブレーキロールであり、上記溶接前
のハニカム体１が緩まない程度のバックテンションを平
箔２にかける。また、電極１１は、ハニカム体１の外周
に沿って回転するリング状のものを示しており、軸方向
に適宜間隔で複数個設けることができる。このほか、シ
ュー型電極を摺動させることもできる。さらに、電極１
１に加圧装置を付加し、両電極１１でハニカム体１を挟
圧することもできる。

【００１８】この方法によれば、形成されつつあるハニ
カム体１の平箔２と波箔３を部分的に溶接するので、巻
回の初期、ハニカム体１が小径のときでも、スリップに
よる巻き締まりが生じず、中心部の波箔３が潰れること
がない。またバックテンションは、溶接点までの平箔２
に作用すればよいので軽度でよい。したがって、箔厚を
薄手化しても波箔３が潰れることがなく、ハニカム体１
の中心部から外周部にかけて、平箔２と波箔３が適度な
接触面圧を保持した状態で巻回することができる。そし
て、溶接は部分的に行うので、巻回速度を低速化する必
要もない。得られたハニカム体に、前記のようにして外
筒を巻き付け、あるいは外筒を嵌合して本発明のメタル
担体とする。平箔と波箔およびハニカム体と外筒との接
合に際しては、部分的にも接合不良が生じるおそれがな
い。

【００１９】図３は、巻回によって形成されつつあるハ
ニカム体１を、外周面から３個のロール１２で挟圧する
方法を示している。ロール１２は周方向に３個以上、ハ
ニカム体１径や箔厚に応じて適宜定める。ハニカム体１
の軸方向には、ハニカム体１の長さに応じて１個ないし
数個、適宜定める。各ロール１２はシリンダー１８で、
ハニカム体１の半径方向に押し付けられており、各ロー
ル１２の押付け力を調整することで、平箔２と波箔３が
適度な接触面圧を保持した状態で巻回することができ
る。また、各ロール１２を個別に駆動させ、各周速およ
び押付け力を調整することで、同様に適度な接触面圧を
保持した状態で巻回することもできる。この場合、ハニ
カム体１はサイドプレート１３で挟持しなくても、ロー
ル１２の駆動により回転させることができ、サイドプレ
ート１３は巻きずれを防止するためのガイドとしての作
用をすればよい。

【００２０】図３の方法においても、巻回の初期、ハニ
カム体１が小径のとき、スリップによる巻き締まりが生
じず、中心部の波箔３が潰れることがない。またバック
テンションは軽度でよい。したがって、箔厚を薄手化し
ても波箔３が潰れることがなく、ハニカム体１の中心部
から外周部にかけて、平箔２と波箔３が適度な接触面圧
を保持した状態で巻回することができる。さらに、図２
と図３を組合わせた方法、すなわち、電極１１で間欠的
に溶接しつつ、ロール１２で挟圧することも有効であ
る。

【００２１】このようにして平箔２と波箔３を重ねて巻
回することにより、従来困難であった４０μｍ未満の薄
箔製のハニカム体１が得られる。そして、この薄箔ハニ
カム体に金属薄板を巻き付けて外筒とした本発明メタル
担体は、熱容量がより小さいので、エンジン始動初期、
触媒が作用する３００℃以上の温度に早期昇温され、排
ガス浄化能力がより向上する。また、ハニカム体を通過
する排ガスの抵抗が低下するので、エンジン出力の損失
がより低減する。さらに、外筒が薄板の複層からなり、
保熱機能を有しているので、エンジン停止後の再起動
に、より短時間で加熱される。

【００２２】

【実施例】

［本発明例］：厚さ５０μm 、幅１００mmのＡｌ含有ス
テンレス鋼平箔と、該平箔をコルゲート加工した、波高
さ１．２２mmの波箔を、平箔に２０ｋｇｆのバックテン
ションを付与しながら巻回して、直径９９mmのハニカム
体を製造した。なお、終端は、ハニカム体がばらけるの
を防止するため、２ケ所のみスポット溶接した。

【００２３】つぎに、ハニカム体の外周には、厚さ５０
μm のろう箔を１周巻付け、さらにその外周に、厚さ
０．５mm、幅１００mmのＡｌ含有の平薄板を２周巻回
し、その終端を軸方向に連続的にアーク溶接した。この
巻回した薄板の内面と外面は、特別な処置は行わなかっ
たが、相互に向き合っている面には、事前にＴｉ酸化物
を含有する接合防止剤を塗布した。その後、このメタル
担体Ａを、１２５０℃、９０分の高温真空熱処理し、ハ
ニカム体内部は拡散接合し、ハニカム体外面と薄板内面
をろう付け接合した。

【００２４】［比較例］：厚さ５０μm 、幅１００mmの
Ａｌ含有ステンレス鋼平箔と、該平箔をコルゲート加工
した、波高さ１．２２mmの波箔を、平箔に２０ｋｇｆの
バックテンションを付与しながら巻回して、直径１０１
mmのハニカム体を製造した。このハニカム体を、肉厚
１．５mm、外径１０３mm、長さ１００mmのＡｌ含有ステ
ンレス鋼製の外筒に圧入した。このハニカム体の外面と
外筒の内面には特別な処置は施さなかった。その後、こ
のメタル担体Ｂを、１２５０℃、９０分の高温真空熱処
理し、ハニカム体内部およびハニカム体外面と外筒内面
の間を拡散接合した。

【００２５】上記本発明例で得られたメタル担体Ａと、
比較例で得られたメタル担体Ｂに、アルミナを主成分と
するウォッシュコート、および、白金、パラジウム、ロ
ジウムを主成分とする触媒を塗布した後、２０００ｃ
ｃ、４気筒のガソリンエンジンの排気系に交互に取付
け、各部の温度を測定した。その温度分布を図７に示
す。同図の曲線ａは、ハニカム体入側端面１０mm手前に
おける排気ガスの温度である。曲線ｂは、メタル担体Ａ
のハニカム体中央部の温度、曲線ｃはメタル担体Ａの外
筒外面中央部の温度である。また、曲線ｄは、メタル担
体Ｂのハニカム体中央部の温度、曲線ｅはメタル担体Ｂ
の外筒外面中央部の温度である。

【００２６】図７から明らかなように、メタル担体Ａの
曲線ｂは、対応するメタル担体Ｂの曲線ｄよりも温度が
高くなっている。これは、外筒外面の温度が、メタル担
体Ａの曲線ｃが、メタル担体Ｂの曲線ｅよりも低くなっ
ていることからも分かるように、外筒からの放熱量が少
なくなり、保熱性が向上したため、ハニカム体内部の温
度が高くなったものである。

【００２７】この結果として、エンジン始動時におい
て、メタル担体Ａの浄化能の起動性が良くなった。ま
た、メタル担体ＡおよびＢについて、入側の温度を９０
０℃と１５０℃に、周期的に１０００サイクル変化させ
る熱疲労試験を行った。試験後、両メタル担体を調査し
た結果、メタル担体Ａは特に損傷がなかったが、メタル
担体Ｂの外筒に接する外周近傍のハニカム体には箔切れ
が多く発生していた。これは、メタル担体Ａは外筒が多
重になっており、熱サイクルで発生する熱応力を緩和す
るのに対し、メタル担体Ｂは、ハニカム体が外筒に直接
接合されているため、ハニカム体に大きい応力が発生し
たためである。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、自動車、ボイラー、発電用等
の内燃機関の排ガス浄化用触媒のメタル担体であって、
金属箔の壁面で囲まれた通気孔が集合してなるハニカム
体の外周に、厚さ０．５mm以上１．５mm以下の金属薄板
が、前記通気孔と平行に２周以上巻き付けられ、該薄板
の外周端部が接合されているので、保熱効果を有し、エ
ンジン停止後の再起動時により短時間で加熱され、排ガ
ス浄化能力が優れている。また容易に製造でき外径など
の寸法精度の良いものが得られる。さらに、箔厚４０μ
m 未満の薄箔ハニカム体を使用した場合には、エンジン
始動初期の排ガス浄化能力がより向上し、エンジン出力
の損失がより低減されるとともに、再起動時の浄化能が
優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明メタル担体の例を示す斜視図である。

【図２】本発明メタル担体におけるハニカム体の製造法
の例を示す説明図である。

【図３】本発明メタル担体におけるハニカム体の製造法
の別の例を示す説明図である。

【図４】実施例におけるメタル担体の接続例を示す断面
図である。

【図５】従来のハニカム体の製造法を示す説明図であ
る。

【図６】従来のメタル担体の例を示す斜視図である。

【図７】本発明例および比較例における温度分布を示す
グラフである。

【符号の説明】

１…ハニカム体 ２…平箔 ３…波箔 ４…巻取軸 ５…外筒 ６…金属薄板 ７…壁面 ８…通気孔 ９…外周端部 １１…電極 １２…ロール １３…サイドプレート １４…駆動輪 １５…チェーン １６…電源 １７…ブレーキロール １８…シリンダー ２１…メタル担体 ２２…コーン ２３…溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/28 ＺＡＢ 3/28 ＺＡＢ ３０１Ｐ ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属箔の壁面で囲まれた通気孔が集合し
   てなるハニカム体の外周に、厚さ０．５mm以上１．５mm
   以下の金属薄板が、前記通気孔と平行に２周以上巻き付
   けられ、該薄板の外周端部が接合されていることを特徴
   とするメタル担体。