JPH084106Y2 - 排気ガス浄化用触媒の金属製担持母体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として
排気管の途中に介装される、排気ガス浄化用の触媒を担
持させるための金属製担持母体に関するものである。

更に詳しくは、本考案は、金属製担持母体を構成する
部材が厳しい使用環境条件下においても離体（はがれ）
や割れなどを防止して十全なる機能を遂行しうる排気ガ
ス浄化用触媒を担持するための金属製担持母体を提供し
ようとするものである。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化用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担持の表面積
を大きくするように、即ち、単位体積当りの排気ガスと
排気ガス浄化用触媒との有効接触面積を可能な限り大き
くするように、さらに、金属製担持母体の自重を可能な
限り軽量化するために、薄肉平板状の金属帯材と薄肉波
板状の金属帯材とを一括渦巻状に巻回積層した構造のも
のが知られている。

例えば、0.1m/m以下のFe-Cr系などの耐熱性の薄肉鋼
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をもつ積層体とされる。
そして、この巻回積層された積層体は、両端が開口した
筒状の金属ケースに収納されるとともに積層体の構成部
材（平板状帯材と波板状帯材）及び積層体と金属ケース
は相互に接合され、耐振構造のものとされる。

即ち、平板状帯材と波板状帯材との当接部や積層体と
金属ケースとの当接部は溶接やろう接などにより接合さ
れる。金属製担持母体は、自動車の高温下（800〜900
℃）の排気系統に実装され、かつ機関や車体からの激し
い振動にさらされるため、耐振構造とすることは不可欠
のことである。

これらの接合手段としては、例えば （ｉ）特開昭54-13462号、特開昭57-1585号などに開示
されているように電子ビーム溶接，レーザビーム溶接，
アーク溶接などによるもの、 （ii）特開昭56-4373号に開示されているように、平板
状帯材と波板状帯材の少なくとも一方の所望位置に、結
合剤とろう材とのペーストを適用したり、結合剤を塗布
したのちにろう材粉末を適用したり、ろう材のシート状
物を適用したりして、両帯材の巻回積層した後に加熱し
てろう接合するもの、 （iii）特公昭63-44466号（前記特開昭56-4373号の分割
出願）に開示されているように、平板状帯材と波板状帯
材とを巻回積層したのちに、積層体の端部にろう材を塗
布、噴射などにより適用し、加熱処理によりろう接合す
るもの、 （iv）さらには、本発明者らの先に提案した電気メッキ
あるいは無電解メッキにより巻回積層の事前にあるいは
事後に平板状帯材と波板状帯材の表面にろう接用被覆層
を形成し、加熱処理によりろう接合するもの、 など、各種の方法が提案されている。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、前記した各種の接合手段により製造さ
れる排気ガス浄化用触媒の金属製担持母体には、次のよ
うな製造上、製品上の問題点がある； 前記（ｉ）の電子ビーム溶接やレーザビーム溶接など
の接合手段においては、特殊にして且つ高価な装置を用
いるにもかかわらず、狭い重積当接部、あるいは内装当
接部での点溶接という煩雑で複雑な作業が要求されるた
め生産性の低下は余儀なくされるとともに、十分に満足
のいく耐振性が得られない。

前記（ii）のろう接合においては、Niろうなどの高価
なろう材を使用する必要があり、また、ろう材の塗布方
法や乾燥方法において複雑で手間のかかる作業が強いら
れる。さらに、予めろう材が全面にではなく特定の部位
に塗布された平板状帯材と波板状帯材を用いるという改
善がなされているものの、これらを一括渦巻状に巻回成
形して積層体を構成し、これを筒状金属ケーシングに収
納して加熱処理により平板状帯材と波板状帯材との当接
部をろう接合すると、ろう接前と比較して寸法変化をき
たし、これが巻き具合を緩くしたり、当接部に隙間を形
成するようになる。これは、加熱処理時に平板状帯材と
波板状帯材との当接部に介在するろう材塗布層の一部が
溶けて流れ出してしまうためであり、積層体は何重にも
巻回されているので緩みの量は相当なものになり耐振性
などに問題となる。また加熱処理時はもとより、この種
の金属製担持母体を自動車の排気系統に実装させた場
合、高温度の排気ガスにより発生する熱応力等により経
時的にみてやはり隙間が形成される可能性が極めて大き
い。

このことは、前記（iV）のごとく、平板状帯材あるい
は波板状帯材へのろう材塗布に替えて予めろう接用金属
をメッキ被覆させた場合も同様である。従って、予め金
属製担持母体の構成部材の表面にろう材を塗布したりあ
るいはメッキによりろう材の被覆層を形成したものを用
い、金属製担持母体としたあとにろう接合させる方法に
おいては、接合が不十分であり、かつ耐振性の優れたも
のを得ることができない。

前記（iii），（iV）のように平板状帯材と波板状帯
材を巻回積層したあとに、ろう材を塗布したりあるいは
メッキによりろう接用被覆層を形成するものは、金属製
担持母体の中央部分の接合強度に問題があり、かつろう
材の塗布やメッキに前記（ii）と同様に煩雑な作業が強
いられる。さらに、前記（ii）〜（iV）においてはろう
接合時にろう付け用の炉として高価な真空炉が使用さ
れ、そのランニングコスト等を勘案すると、これらは金
属製担持母体の経済的な製造法であるとはいえない。

以上、従来の排気ガス浄化用触媒の金属製担持母体の
製造において、前記した各種の接合手段を採用して、そ
の構成部材間の離体（はがれ）を防止するには限界があ
る。

さらに、排気ガス浄化用触媒の金属製担持母体の使用
条件、即ち自動車の排気ガス系統にみられる−20℃〜90
0℃という冷熱サイクルのもとで、金属製担持母体の構
成部材は大きな熱膨張（体積膨張，線膨張）の差による
歪（以下、「熱ひずみ」という。）を受け、構成部材間
が離体（はがれ）しようとする傾向が大きい。そして一
旦離体が生起すると、特に離体した部分に自動車の振動
が伝播し、帯材（平板状帯材と波板状帯材）の割れが生
起するが、従来のものではこれを十全に防止することが
できない。

本発明の目的は、構造部材間の離体（はがれ）や、構
造部材の割れを防止した排気ガス浄化用触媒を担持する
ための金属製担持母体を提供することにある。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案を概説すれば、本考案は、薄肉金属板の平板状
帯材と波板状帯材とを互に重積するとともに一括渦巻状
に巻回積層して製作した軸方向に多数の網目状通気孔路
を有する積層体を、筒状金属ケース内に固着して構成さ
れる排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母
体において、前記筒状金属ケースが、外部ケースと該外
部ケースの内部に内在される少なくとも１つの内部ケー
スからなり、かつそれぞれのケース内に前記積層体が固
着されたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒を担持す
るための金属製担持母体に関するものである。

以下、本考案の構成を図面に基づいて詳しく説明する
が、本考案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。

第１図は本考案になる排気ガス浄化用触媒の金属製担
持母体の一実施例で、第２図は他の実施例のものであ
り、これらはともに金属ケースの一つの端面側からみた
正面図を示す。

第１図に示されるように、本考案の排気ガス浄化用触
媒の金属製担持母体（１）は、耐熱性の薄肉金属板の平
板状帯材（21）と波板状帯材（22）とを重ね合せたもの
を一括渦巻状に巻回積層して製作した積層体（２）を、
最外殻となる外部ケース（４）と、該外部ケース（４）
の内部に内在される内部ケース（５）のそれぞれに填装
し、固着することにより構成される。なお、耐熱性の薄
肉金属板の平板状帯材（21）と波板状帯材（22）との巻
回積層により、図示されるように排気ガスの圧損をあま
り生じさせない多数の網目状通気孔路（３）が形成され
る。そして、金属製担持母体を構成する各部材間は、ろ
う接合など任意の接合手段により接合される。

本考案において、金属製担持母体（１）は前記した態
様により製作されるものに限定されず、他の方法によっ
てもよいことはいうまでもないことである。例えば、内
部ケース（５）の外表面に平板状帯材（21）と波板状帯
材（22）の一端を重ねてスポット溶接し、次いで両帯材
を内部ケース（５）の外周面に沿って巻回積層する。こ
のようにして製作した構造体を外部ケース（４）内に挿
入し、さらに前記内部ケース（５）の内側に、別に製作
した平板状帯材（21）と波板状帯材（22）との巻回積層
体を挿入するようにしてもよい。

本考案の特徴とするところは、前記積層体（２）を外
部ケース（４）のみに填装するのでなく、内部ケース
（５）にも填装するという点にある。

（作用） 前記した構成により、本考案の金属製担持母体（１）
は厳しい使用条件下で、例えば、自動車の排気ガス系に
みられる800〜900℃という高温条件下、−20〜900℃と
いう厳しい冷熱サイクル（熱交番負荷）下で、金属製担
持母体（１）の構成部材に生ずる熱ひずみによる離体
や、振動によるひび割れを有効に阻止することができ
る。

即ち、本考案においては従来のように積層体（２）を
単に外部ケース（４）のみに填装固着するものと比較し
て、本考案においては積層体（２）を構成する平板状帯
材（21）と波板状帯材（22）の巻回方向の長さが内部ケ
ース（５）を内在させることにより分断される。即ち、
本考案においては、外部ケース（４）内に（一または二
以上の）内部ケース（５）を内存させることにより、積
層体内部に発生する大きな熱応力に基づく変形力は前記
内部ケース（５）の部位で分断される。

前記した熱応力に基づく変形力の分断は大きな異議を
有する。具体的には、従来の単一の積層体を使用する金
属製担持母体においては、前記変形力は積層体内部を伝
播し、金属ケースと積層体の当接面部及びその近傍部位
に集中・集積するが、第一に本発明においては前記変形
力の伝播、が防止されるため、変形力の伝播過程に誘発
される、積層体の構成部材（平板状及び／又は波板状帯
材）の当接部の離体、両帯材の変形や破損が効果的に防
止される。第二に、本発明においては、変形力の金属ケ
ースと積層体の当接面部及びその近傍部位への集中、集
積が防止されるため、前記部位での集積体の構成部材の
変形、亀裂、破損はもとより両構成要素（金属ケースと
積層体）の離体が効果的に防止される。また、外部ケー
ス（４）に填装された積層体（２）の巻回中心部の空洞
部に、内部ケース（５）がその空洞部を拡径するように
圧入されるため、積層体（２）を構成する平板状帯材
（21）と波板状帯材（22）との当接点はより強固に圧着
される。

以上のことから、本考案の金属製担持母体は、過酷な
使用条件下においても、従来のものと比較して、その構
成部材、特に帯材（平板状帯材と波板状帯材）の離体
（はがれ）や割れなどを有効に防止することができる。

本考案においては、第１図に示される金属製担持母体
（１）は、その構成部材、即ち、積層体（２）を構成す
る平板状帯材（21）と波板状帯材（22）との当接部，積
層体（２）と外部ケース（４）及び内部ケース（５）と
の当接部をろう接などの任意の接合手段により接合する
だけで、十分に使用に耐えるものである。更に第２図に
示されるように、外部ケース（４）の少なくとも１つの
端部に、積層体（２）の飛び出しを防止したり、金属製
担持母体（１）の全体を補強するために一本または複数
本のリブ（６）を設けても良い。

本考案において、外部ケース（４）に填装される積層
体と、内部ケース（５）に填装される積層体において、
該積層体を構成する部材である波板状帯材として、波板
状帯材の山と山（または谷と谷）のピッチ幅を変更した
り、耐熱耐食性が相違する薄肉金属板を使用することが
できる。特に、排気ガス系統において、金属製担持母体
の中心部は排気ガス流が速く、かつ排気ガスと触媒との
発熱反応により高温にさらされることに鑑み、内部ケー
ス（５）に填装される積層体として、山と山のピッチ幅
が小さい波板状帯材を使用し、かつ両帯材を耐熱耐食性
に優れたものを使用して製作した積層体を用いることが
好ましい。これにより中心部の速い排気ガス流は十分な
接触面積を有する触媒層と接触しているため浄化効率が
改善されると共に、両部材に耐熱耐食に優れたものを使
用しているため耐久性が改善された金属製担持母体が提
供される。例えば、内部ケース（５）内に装填される積
層体の構成部材を外部ケース（４）内に填装される積層
体の構成部材に対して、次のようにしてより耐熱耐食性
の優れたものとすることができる。即ち、内部ケース
（５）内に装填される積層体をCr 20％,Al 6％,Y 0.1
％，残部Feからなる耐熱鋼で製作し、外部ケース（４）
内に装填される積層体をCr 20％,Al 5％，残部Feからな
る耐熱鋼で製作する。このようにすると、金属製担持母
体の中心部で生起する排気ガスと排気ガス浄化用触媒と
の発熱反応の熱蓄積に効果的に耐えることができる。

以上、本考案の排気ガス浄化用触媒の金属製担持母体
の構成を、図面に基づいて説明したが、本考案は図示さ
れたものに限定されない。例えば、内部ケースは１つに
限定されず、２つ以上のものが使用されるなど、その変
形、変更は自由である。

（実施例） 以下、本考案を実施例により更に詳しく説明するが、
本考案の要旨を超えない限り、本考案は実施例のものに
限定されない。

（実施例１） （ｉ）平板状帯材 Cr 20％,Al 5％の耐熱鋼の厚さ0.05mm,幅70mmの金属
帯材を用いた。

（ii）波板状帯材 前記平板状帯材と同種の耐熱鋼から、山と山のピッチ
幅が3.5mm,山の高さが1.8mmの波形の金属帯材を製作し
た。

前記平板状帯材と波板状帯材とを互に重積し、これを
一括渦巻状に巻回積層して積層体を得た。この積層体を
内径略30mm、外径32mmの円筒形の内部金属ケーシングに
圧入填装した。

一方、直径31.5mmの巻回成形のためのスリット入り案
内棒に、前記平板状帯材と波板状帯材とを重積しつつ平
板状帯材の一端を該スリットに固定し、巻回成形して積
層体を得た。この積層体を内径70mmの円筒形の外部金属
ケーシングに填装した。

次いで、前記のようにして製作した積層体が填装され
た外部金属ケーシングの中心部の空洞部（空洞部の内径
31.5mm）に、前記積層体が填装された内部金属ケーシン
グ（外径32mm）を圧入填装し、さらにろう材を塗布した
後、加熱処理により帯材同志、及び積層体と金属ケーシ
ングとの当接部をろう接合した。このようにして、熱ひ
ずみに対する耐性及び耐振性に優れた排気ガス浄化用触
媒を担持するための金属製担持母体を得ることができ
た。

（実施例２） （ｉ）内部ケースに填装した積層体 20％ Cr,6％ Al,0.1％ Y,（残部Fe）の厚さ0.05mm,幅
100mmの耐熱耐食鋼の平板状帯材、及び該平板状帯材か
らピッチ2.5mm,山の高さ1.2mmの波形をもつように加工
した波板状帯材を一括巻回して積層体とした。そして、
この積層体を内径50mm,外径52mmの金属ケーシング（内
部ケース）内に圧入填装した。

（ii）外部ケースに填装した積層体 20％ Cr,5％ Al（残部Fe）の厚さ0.05mm,幅100mmの耐
熱耐食鋼の平板状帯材、及び該平板状帯材からピッチ3.
5mm,山の高さ1.8mmの波形をもつように加工した波板状
帯材を一括巻回して内径51mmの空洞部を形成した積層体
とした。そして、この積層体を内径97mm,外径100mmの金
属ケーシング（外部ケース）内に圧入填装した。

次に、前記外部ケースに填装した積層体（ii）の中心
部の空洞部に内部ケースに填装された積層体（ｉ）を圧
入填装して金属製担持母体に組立てた。そして、金属ケ
ースの両端開口部に、20％ Cr,5％ Al（残部Fe）の耐熱
耐食鋼から製作した十字状のリブを設けるとともに、実
施例１と同様にしてろう接合をした。

このようにして、熱ひずみに対する耐性及び耐振性に
優れる排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持
母体を得ることができた。なお、実施例２のものにおい
て、内部ケースに填装された積層体は優れた耐熱耐食性
を示した。

〔考案の効果〕

本考案の排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製
担持母体は、高温の排気ガスとの接触、冷熱サイクル下
という過酷な使用環境においても、金属製担持母体を構
成する各部材、特に平板状帯材と波板状帯材との当接部
の離体（はがれ）、両帯材の亀裂（破損）を有効に防止
することができる。帯材間の離体（はがれ）、両帯材の
亀裂（破損）が効果的に防止されることは、両帯材の表
面に担持された触媒層が長期に亘り保持されることを意
味し、本発明の金属製担持母体は長期に亘り安定した排
気ガス浄化能を発揮する。

また、本考案の排気ガス浄化用触媒を担持するための
金属製母体は、積層体内部に発生する大きな熱応力に基
づく変形力の金属ケースと積層体の当接面部及びその近
傍部位への集中・集積が防止されるため、前記部位にお
ける帯材（平板状帯材及び／又は波板状帯材）の変形、
亀裂、破損はもとより両構成要素（金属ケースと積層
体）の離体が効果的に防止される。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例になる排気ガス浄化用触媒
の金属製担持母体の正面図を示す。 第２図は、他の実施例の排気ガス浄化用触媒の金属製担
持母体の正面図を示す。 １……金属製担持母体 ２……積層体 21……平板状帯材 22……波板状帯材 ３……網目状通気孔路 ４……外部ケース ５……内部ケース ６……リブ

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを
   互に重積するとともに一括渦巻状に巻回積層して製作し
   た軸方向に多数の網目状通気孔路を有する積層体を、筒
   状金属ケース内に固着して構成される排気ガス浄化用触
   媒を担持するための金属製担持母体において、前記筒状
   金属ケースが、外部ケースと該外部ケースの内部に内在
   される少なくとも１つの内部ケースからなり、かつそれ
   ぞれのケース内に前記積層体が固着されたことを特徴と
   する排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母
   体。
2. 【請求項２】内部ケースの外径が、外部ケース内に固着
   される積層体の巻回成形の中心部に形成される空洞部の
   径を拡径しうる大きさのものである請求項第１項に記載
   の金属製担持母体。
3. 【請求項３】内部ケース内に固着される積層体の波板状
   帯材の山と山（谷と谷）のピッチ幅が、外部ケース内に
   固着される積層体の波板状帯材のピッチ幅より小さいも
   のである請求項第１項又は第２項に記載の金属製担持母
   体。
4. 【請求項４】内部ケース内に固着される積層体の帯材の
   材質が、外部ケース内に固着される積層体の材質より耐
   熱耐食性に優れたものである請求項第１項〜第３項のい
   ずれか１つに記載の金属製担持母体。
5. 【請求項５】外部ケースの少なくとも１つの端部に、一
   本または複数本のリブを設けたものである請求項第１項
   〜第４項のいずれか１つに記載の金属製担持母体。