JPH08266908A - 角型メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、断面形状が円形あるいはオーバル
状では外径寸法が大きくて不都合である場合、外径寸法
を自由に選定することにより、スペースを有効に活用で
き、且つ耐久性のある角型のメタル担体を提供する。 【構成】 平箔と波箔を交互に積層したハニカム体と、
角型の外筒よりなる角型メタル担体において、ハニカム
体と外筒の接合箇所を、積層した最外層の箔のみとし、
側面を非接合とすることを特徴とする角型メタル担体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジン等の内
燃機関から排出される排ガスを浄化するためのメタル担
体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来排気ガスを浄化するための触媒コン
バータにはセラミックスメタル担体が使用されたが、耐
熱性、低圧損および搭載性の点より最近はメタル担体の
使用が増加している。

【０００３】メタル担体は厚さ５０μｍ程度の耐熱性の
あるフェライト系ステンレス鋼等の金属よりなる平箔
と、この平箔をコルゲート加工した波箔とを渦巻状に巻
回してハニカム体を形成し、これを同じく耐熱性のある
フェライト系ステンレス鋼等の耐蝕、耐熱性金属で製造
された外筒に収納し、ロウ付け等により相互に接合して
構成されている。

【０００４】このメタル担体は白金、パラジウム、ロジ
ウム等の排ガス浄化用の触媒を担持された後、例えば自
動車エンジンの排ガス系に搭載使用される。そのため、
本メタル担体は運転状況の変化に伴う激しい温度変化、
振動を受けるが、もし損傷すると浄化性能が落ちるばか
りか、排気系の閉塞あるいはエンジン損傷を引き起こす
ため特に高い耐久性が要求される。

【０００５】従来のメタル担体は、上述のように、平箔
と波箔を巻回して製作するため、その断面形状は円形あ
るいはこれを押し潰したオーバル状である。しかし、そ
のような断面では、外径が大きくなり実用上不都合で、
角型断面のメタル担体が必要な場合がある。しかし、こ
のような角型断面のメタル担体においても、高い耐久性
が必要なのは同様である。

【０００６】角型断面のメタル担体については、特開平
２−２６５６５１号公報に開示されているが、その特徴
は外筒に接する箔を、他の部分より厚く形成されている
ことである。そしてその作用としては、同公報第２頁左
欄下から第１２行から最終行までに記述されているよう
に、「この部分が、肉厚が極端に異なるハニカム構造体
とケースとの緩衝部として機能し、両者間の接合箇所に
おける極端な肉厚の変化は解消されている。そこで使用
により加熱冷却が繰り返されても、ハニカム構造体とケ
ースの膨張収縮の変形量の差は段階的に緩和され、熱疲
労特性が向上すると共に、排気ガスの清浄化効率も向上
する」とされている。

【０００７】波板材と平板材の接合方法については同公
報第３頁左欄第１行に「ロウ材等」によることが示され
ているが、外筒との接合箇所については特に、言及され
ていない。しかし、ハニカム体と外筒間の変形による熱
応力は、単に外筒に接する箔を厚くするだけでは低減で
きず、外筒とハニカム体との接合箇所を合理化し、熱応
力を緩和しなければ高い耐久性は確保できない問題があ
る。即ち同公報のように外筒に接する箔を厚くし、外筒
と接する４面の箔を全て接合すると、ハニカム体は四方
八方から引張り圧縮応力を受け、外筒と接する箔は確か
に破損し難いが、他の薄手の箔は破断し、外筒から外れ
てしまう問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、断面形状が
円形あるいはオーバル状では外径寸法が大きくて不都合
である場合、外径寸法を自由に選定することにより、ス
ペースを有効に活用でき、且つ耐久性のある角型のメタ
ル担体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐久性のある
角型断面のメタル担体として、 （１）平箔と波箔を交互に積層したハニカム体と、角型
の外筒よりなる角型メタル担体において、ハニカム体と
外筒の接合箇所を、積層した最外層の箔のみとし、側面
を非接合とすることを特徴とする。また、 （２）積層したハニカム体の最外層の箔の中、片側のみ
を外筒と接合することを特徴とする上記（１）記載の角
型メタル担体。 （３）外筒と接合する範囲を、ハニカム体の最外層の箔
の軸方向に全長あるいはその一部とすることを特徴とす
る上記（１）あるいは（２）記載の角型メタル担体。 （４）ハニカム体と入側端面近傍部を全面的に、また最
外層を含む少なく共１から５層の範囲の平箔および波箔
を軸方向に全長接合し、接合している入側端面近傍部と
軸方向に離れた箇所で外筒と接合していることを特徴と
する上記（１）から（３）の何れかに記載の角型メタル
担体。 （５）軸方向に、ハニカム体が外筒と接合している範囲
内で、ハニカム体を横断的に接合していることを特徴と
する上記（１）から（４）の何れかに記載の角型メタル
担体。 （６）全体接合しているハニカム体の内、最外層から３
層までの少なく共１層の入側端面近傍部を除いた部分を
軸方向に非接合としたことを特徴とする上記（１）から
（３）および（５）の何れかに記載の角型メタル担体。 （７）ハニカム体の最外層を波箔とすることを特徴とす
る上記（１）から（６）の何れかに記載の角型メタル担
体である。

【００１０】以下本発明を詳細に説明する。図１は本発
明の角型メタル担体１の構造を示す部分断面図を含む外
観図である。外筒２は耐熱鋼の薄板で構成され、必要な
縦横比の角型断面をしている。外筒２の内部に収納され
るハニカム体３は、外筒２の内幅とほぼ同じ幅を有する
平箔４と波箔５が交互に積層形成されている。ハニカム
体３の最外線を６，７に示す。最外線６と外筒２の内面
間の塗り潰されている範囲はロウ付け、拡散接合、液相
接合法あるいはその他の公知の技術で接合されている。
またハニカム体３はハッチングされている範囲が拡散接
合されている。即ち図１においては、ハニカム体３の内
部は全て拡散接合され、外筒２とハニカム体３間は、ハ
ニカム体３の上下積層面（下面は図示省略）のみで外筒
２の内面と接合されている。なお排気ガスの進入方向は
矢印Ｐで示している。

【００１１】なおハニカム体３の内部およびハニカム体
３と外筒２の間の接合は、上記の接合法は単独で実施し
ても良いが、組み合わせて実施しても問題ない。代表例
として以下の説明は、ハニカム体内部およびハニカム体
と外筒間を拡散接合法で本角型メタル担体を製造する場
合について述べる。

【００１２】図２は、その製造法を示す工程図である。
外筒２は、箔の積層方向に２分割された外筒８，９を相
互に溶接一体化される。図２（ａ）のように外筒８およ
び９の内側に、その内幅とほぼ同じ幅を有する平箔４と
波箔５を交互に積層するが、その積層数は接合を促進す
るための厚さ以外に、接合により収縮する分も含めて決
定する必要がある。なお、最外層を波箔とすると、外筒
８，９との拡散接合が確実に行え良好であるが、最外層
を平箔としても、接合が確実に行えれば、特に問題な
い。外筒のコーナ部の箔は、コーナ部の幅の変化に合わ
せて、箔の幅を変えても良いが、平行部と同じ幅の箔
を、組立時に押込み成形することも可能である。

【００１３】次に図２（ｂ）のように外筒８，９を互い
に向かい合うように組み合わせ、その合わせ目１２に隙
間が発生しないように治具１０で締め上げ、その合わせ
目１２を溶接トーチ１１で溶接し一体化する。この時、
波箔５、平箔４および外筒は相互に、加圧され隙間なく
密着している。その後、真空熱処理すると、ハニカム体
内部およびハニカム体と外筒間は互いに拡散接合され
る。しかし、ハニカム体３の幅は、外筒２の内面と同じ
幅であるため、積層方向に加圧されても側面方向には、
外筒２に押し付けられていないため、拡散接合はされな
い。

【００１４】本角型メタル担体１は、例えば排気ガス浄
化用の白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を担持し
た後、温度変化の激しい自動車の排気系に取付け使用さ
れるが、その温度変化よりハニカム体３と外筒２間に半
径方向の大きい温度差が発生し、外筒２とハニカム体３
間に強い圧縮引張力を作用するようになる。

【００１５】しかし、ハニカム体３は平箔４と波箔５の
変形により、積層方向には大きい変形能を有するため、
ハニカム体３内部および外筒２とハニカム体３間には大
きい応力が発生しない。またハニカム体３の側面は外筒
２とは接合されていないので、ハニカム体の変動を拘束
しないので、外筒間での熱応力が発生しない。

【００１６】このため本角型メタル担体は、温度変化の
激しい自動車の排気系に取付け使用しても良好な耐久性
を確保できる。

【００１７】外筒２とハニカム体３間およびハニカム体
３内部の接合構造は、上記に限定するものではなく、そ
の接合構造を様々と変えることができ、耐久性を高める
ことができる。

【００１８】以下本発明の角型メタル担体の代表的な接
合構造を示す。図３の接合構造は、ハニカム体３は斜線
部の範囲、即ちハニカム体全体が拡散接合されている。
ハニカム体３の箔積層方向の最外線を６，６′で示す。
図の下側の最外線６′と外筒２の内面とは接合されてい
るが、上側の最外線６と外筒２の内面間は接合しないで
解放されている。そのため、外筒２とハニカム体３間に
は圧縮応力は作用するが、引張り応力は作用しないた
め、さらに良い耐久性を得ることができる。

【００１９】また、ハニカム体３の最外層の外筒２との
接合については、ハニカム体３の長さが短い場合は、外
筒２と全長接合しても良いが、長さが長くなると、温度
差は軸方向にも大きくなり、熱応力によりハニカム体３
が破損する場合がある。この不都合を避けるためには、
図４のように、ハニカム体３と外筒２間の接合を軸方向
に全長接合するのではなく、一部で行うと良い。特に入
側より、出側（図４のハニカム体最外線６，６′と外筒
内面間の塗り潰し範囲）で接合すると外筒との温度差が
小さくなるので良好である。

【００２０】また、ハニカム体３の厚さが厚くなり、外
筒２との温度差が大きくなる場合は、上記の方法でも変
形が大きくなり、ハニカム体が破損するおそれがあるの
で、図５で斜線で示すように、ハニカム体３の入側端面
近傍部を全面接合し、最外層を含む少なく共、１から５
層の範囲での平箔４と波箔５を互いに全長全面接合し、
それ以外の部分は接合防止剤を事前に塗布する等して非
接合とし、さらに本ハニカム体３の最外線６，６′の出
側で外筒２と、図示の塗り潰し範囲で接合する。この場
合、外筒２との接合部は、ハニカム体３の入側面近傍部
の接合部とは、軸方向に重複させないことが望ましい。

【００２１】このような接合構造にすると、ハニカム体
３の積層方向の変形に対する自由度が大きくなり、角型
メタル担体のサイズが大きくなっても耐久性を確保でき
る。なお、排気ガスの流速が大きい場合、ハニカム体３
の内部の接合していない平箔４と波箔５が、気流による
振動で破損する場合がある。これを避けるためには、図
６のように、ハニカム体３が外筒２と接合している範囲
内で、ハニカム体３を横断的に接合する部分１３を設け
れば防止できる。

【００２２】また、上記において、接合防止剤を塗布す
る範囲を少なくしたい場合は、図７のように全体接合し
ているハニカム体の内、最外層から３層までの少なく
共、１層の入側端面近傍部を除いた層１４を軸方向に非
接合とすると、外筒２からの引張り応力は、非接合層１
４で絶縁されたハニカム体３へ作用が少なくなり、同様
の効果が得られる。次に本発明の実施例について述べ
る。

【００２３】

【実施例】図１に本発明のメタル担体の基本形を示す部
分断面図を有するメタル担体Ａの外観である。外筒２は
１９Ｃｒ−０．４Ｎｂを合金成分とするフェライト系ス
テンレス鋼で、横寸法ａ＝８０mm、縦寸法ｂ＝６０mm、
長さｃ＝７０mm、厚さｔ1＝１．５mmである。ハニカム
体３は２０Ｃｒ−５Ａｌを合金成分とするフェライト系
ステンレス鋼の厚さｔ2 ＝５０μｍの平箔４と波箔５で
構成され、外筒２内部に収納されている。ハニカム体３
の最外層は波箔５で、ハニカム体３の内部は拡散接合に
より、外筒２とハニカム体３の最外層の箔はロウ付けに
より軸方向に全長接合されている。波箔の波高さおよび
ピッチは、セル密度が４００セル／吋² となるよう選定
されている。

【００２４】図３は本発明の別の実施例のメタル担体を
示す。メタル担体Ａとは、ハニカム体３の最外層の波箔
が、外筒とは片側でしか接合していないことを除き、他
は全て同じである。図４のメタル担体Ｃは最外層の波箔
５を、外筒２と担体出側で、軸方向３５mmの範囲でロウ
付けしている以外は、全て担体Ａと同じである。

【００２５】図５のメタル担体Ｄは、ハニカム体３の入
側端面近傍部を軸方向に２０mmを拡散接合すると共に、
最外層を含む３層分を軸方向に全長拡散接合し、ハニカ
ム体３の内部は非接合としている。また外筒２とハニカ
ム体３は出側端面近傍で、軸方向に３５mmの範囲でロウ
付けしている。なお、ハニカム体３内部および外筒２と
ハニカム体３間の非接合部には、担体製造時に予めチタ
ンあるいはアルミニウムの酸化物を含有する接合防止剤
を塗布し、接合を防止した。

【００２６】図６のメタル担体Ｅは、メタル担体Ｄにお
いて非接合の平箔４と波箔５が破損するのを防止するた
め、ハニカム体３の入側端面接合部以外の箇所で、ハニ
カム体を横断的に接合したものである。その横断的接合
部１３は、ハニカム体入側端面から４５mmの箇所に、軸
方向に５mmの長さで拡散接合されている。また図７のメ
タル担体Ｆは、最外層から２層目の平箔と波箔の間を、
出側から５０mmの範囲に接合防止剤を塗布し、非接合層
を形成しているが、ハニカム体３の他の部分は全面的に
拡散接合し、外筒２とハニカム体３の間は、出側の３５
mmの範囲でのみロウ付けされている。

【００２７】これらの各種メタル担体と比較するため、
外筒および箔の材質、寸法およびメタル担体の外径寸法
を同じくし、最外層の波箔５′を１００μｍとし、さら
にハニカム体の内部を全体的にロウ付けし、ハニカム体
の最外線６，６′と外筒２の内面を全周ロウ付けしたメ
タル担体Ｇを製作した。その接合構成を図８に示す。

【００２８】これらの各種角型メタル担体の耐久性を評
価するため、排気量２０００ccの、４サイクルエンジン
の出側に取付け、図９のような熱サイクル試験を実施し
た。同図にその時間／温度の関係を示すが、メタル担体
入側温度Temp1 ＝１５０℃、Temp2 ＝９００℃、Ｔ1 ＝
１０min 、Ｔ2 ＝１０min と周期的に変更し、１サイク
ルＴ＝２０min である。同熱サイクル試験の達成すべき
試験サイクル数は、１０００サイクルであるが、耐久性
を相対評価するため、試験サイクル数を１５００サイク
ルまで延長し評価した。

【００２９】その耐久試験結果を表１に示す。外筒から
ハニカム体が外れるまでのサイクル数をランク毎に示
す。なお、判定は１０００サイクル耐えれば合格とし
た。表１に示すように、本発明担体は構造により、耐久
サイクルは異なるが、何れも規定のサイクル数を上回り
合格している。しかし、比較の担体は、厚手の箔に接し
ている薄手箔が破断し、外筒から外れてしまい不合格に
なった。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ハニカム体をロウ付けによらず低コストで、耐久性のあ
るメタル担体を製造でき、これをエンジンに搭載して実
用に供しても、外筒とハニカム体がズレたり、欠損する
ことなく耐久性が高いことが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタル担体Ａの構造を示す一部断面外
観説明図。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明担体の製造工程の一例
を示す説明図。

【図３】本発明の実施例（メタル担体Ｂ）を示す一部断
面構造説明図。

【図４】本発明の実施例（メタル担体Ｃ）を示す一部断
面構造説明図。

【図５】本発明の実施例（メタル担体Ｄ）を示す一部断
面構造説明図。

【図６】本発明の実施例（メタル担体Ｅ）を示す一部断
面構造説明図。

【図７】本発明の実施例（メタル担体Ｆ）を示す一部断
面構造説明図。

【図８】従来のメタル担体Ｇを示す構造説明図。

【図９】熱サイクル試験条件を示す図。

【符号の説明】

１ 角型メタル担体 ２ 外筒 ３ ハニカム体 ４ 平箔 ５ 波箔 ５′ 厚手の波箔 ６ ハニカム体の最外線 ６′ ハニカム体の反対側の最外線 ７ 箔積層方向と直角方向のハニカム体最外線 ８ 外筒の片半分 ９ 外筒の片半分 １０ 締付け治具 １１ 溶接トーチ １２ 外筒合わせ目 １３ ハニカム体の横断的接合部 １４ 非接合層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平箔と波箔を交互に積層したハニカム体
   と、角型の外筒よりなる角型メタル担体において、ハニ
   カム体と外筒の接合箇所を、積層した最外層の箔のみと
   し、側面を非接合とすることを特徴とする角型メタル担
   体。
2. 【請求項２】 積層したハニカム体の最外層の箔の中、
   片側のみを外筒と接合することを特徴とする請求項１記
   載の角型メタル担体。
3. 【請求項３】 外筒と接合する範囲を、ハニカム体の最
   外層の箔の軸方向に全長あるいはその一部とすることを
   特徴とする請求項１あるいは２記載の角型メタル担体。
4. 【請求項４】 ハニカム体の入側端面近傍部を全面的
   に、また最外層を含む少なく共１から５層の範囲の平箔
   および波箔を軸方向に全長接合し、接合している入側端
   面近傍部と軸方向に離れた箇所で外筒と接合しているこ
   とを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の角型メ
   タル担体。
5. 【請求項５】 軸方向に、ハニカム体が外筒と接合して
   いる範囲内で、ハニカム体を横断的に接合していること
   を特徴とする請求項１から４の何れかに記載の角型メタ
   ル担体。
6. 【請求項６】 全体接合しているハニカム体の内、最外
   層から３層までの少なく共１層の入側端面近傍部を除い
   た部分を軸方向に非接合としたことを特徴とする請求項
   １から３および５の何れかに記載の角型メタル担体。
7. 【請求項７】 ハニカム体の最外層を波箔とすることを
   特徴とする請求項１から６の何れかに記載の角型メタル
   担体。