JPH0861053A - 耐久性のある拡散接合メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 拡散接合のメタル担体の耐久性を向上するこ
とを目的とする。 【構成】 ハニカム体と外筒の間に、ハニカム体より長
いリング状の中間体を配置し、その外面を外筒に、また
その内面をハニカム体にそれぞれ軸方向にずらした位置
で接合するとともにハニカム体を拡散接合したメタル担
体。 【効果】 接合構造が簡単な拡散接合メタル担体の耐久
性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、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。

【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担体が使用されたが、耐熱
性、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。またガソリン使用量低減あるいは環境
汚染防止のため、メタル担体の使用条件は近年さらに厳
しくなっている。

【０００３】メタル担体は厚さ５０μｍ程度のフェライ
ト系ステンレス鋼等の耐酸化、耐熱性金属よりなる平箔
と、この平箔をコルゲート加工した波箔とを渦巻状に巻
回しあるいは交互に重ねて積層してハニカム体を形成
し、これをステンレス鋼等の耐蝕、耐熱性金属製の外筒
内に収納し、ハニカム体内部および外筒とハニカム体間
のロウ付け等により接合して構成されている。

【０００４】このメタル担体は白金、パラジュウム、ロ
ジュウム等の排ガス浄化用の触媒を担持した後、例えば
自動車エンジンの排ガス系に搭載使用される。かかるメ
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、排気系の閉鎖あるいはエンジン損傷を引き起こすた
め特に耐久性が大切である。

【０００５】メタル担体は、上述のようにハニカム体が
非常に薄い金属箔で形成されているため、耐久性を確保
するには、激しい温度変化あるいは振動等により発生す
る応力を緩和することが必要で、そのためハニカム体内
部あるいは外筒とハニカム体間を合理的な箇所で接合す
る必要がある。また近年、自動車部品の低コスト化が強
く求められており、従来のようにハニカム体内部あるい
は外筒とハニカム体間をロウ付けて行うと、その材料費
および複雑な工程によりコスト高になりニーズに応える
ことができなくなっている。

【０００６】そのため、例えば特開平０１−２７０９４
７号に示されるように、ロウ付けによらず拡散接合によ
るメタル担体が開示されている。同公報によれば、メタ
ル担体の材質は全てフェライト系ステンレス鋼で、基本
構成はハニカム体と外筒のみである。それらの材質とし
て、ハニカム体と外筒材は同材質あるいは異材質であっ
ても良いとされており、ハニカム体は例えばＦｅ−２０
Ｃｒ−５Ａｌを、また外筒はＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４１
０等が示されている。また接合方法については、ハニカ
ム体内部を拡散接合し、ハニカム体と外筒間を拡散接合
あるいはロウ付けすることが示唆されている。しかし、
耐久性を高めるための接合構造については一切記述がな
く、同法によって耐久性のある、実用的なメタル担体を
製造することができない問題がある。

【０００７】また実開平６−２２５１９号公報には、拡
散接合によるメタル担体が示唆されている。同法による
接合構造は、熱応力を緩和できる良い方法であるが、さ
らに使用条件（温度等）が厳しい場合は不十分で、担体
構造を検討する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記ニーズ
に応えるため耐久性に優れた、低コストのメタル担体を
提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はハニカム体と外
筒との間にハニカム体より長いリング状の中間体が配置
され、該中間体の外面が外筒に、且つ前記中間体の内面
が、ハニカム体に、それぞれ軸方向にずらした位置で接
合されるとともに、前記ハニカム体が、拡散接合されて
なるメタル担体を特徴とし、又、前記メタル担体の中間
体の材料成分をハニカム体のそれと同一にするか或いは
中間体の材料成分の内Ｃｒ及びＡｌの少なくとも１種を
ハニカム体のそれより少なくし、或いは前記ハニカム体
の少なくとも１層に非接合部を設けたものであり、又、
中間体の板厚を外筒より薄く、且つハニカム体の箔材よ
り厚くするとともに外筒と中間体が拡散接合、ロウ付
け、抵抗溶接又はアーク溶接のいずれかで接合され、中
間体とハニカム体間がロウ付け又は拡散接合のいずれか
で接合されてなるものであり、更に又、中間体が、その
一端が接合又は折返されて二重のリング状構造に構成さ
れ、且つその他端の２枚の自由端の外面が外筒と、内面
がハニカム体と接合されているメタル担体を特徴とする
ものである。

【００１０】

【作用】以下本発明を詳細に説明する。図１は本発明の
基本的メタル担体１の構造を示す部分断面斜視図であ
る。平箔２と波箔３を巻回しあるいは積層して形成され
たハニカム体４が、中間体５を介して外筒６に収納され
ている。

【００１１】ハニカム体４の最外周の層は平箔２であっ
ても、また波箔３であっても特に支障はない。ハニカム
体４を構成する平箔２、波箔３の材質はフェライト系ス
テンレス鋼で、例えば２０Ｃｒ−５Ａｌ等のＣｒ−Ａｌ
系鋼あるいはＡｌを基本成分としないＣｒ−Ｓｉ系鋼で
ある。また外筒６はハニカム体４と材質が同系統であれ
ば、熱膨張率もほぼ等しく熱応力も小さくなるので、同
系統のフェライト系鋼、例えばＳＵＳ４３０（１４〜１
８Ｃｒ）が良い。またハニカム体４との熱膨張率を合わ
せるのであればハニカム体４と同じ材料、例えば２０Ｃ
ｒ−５Ａｌを選定すれば良い。しかし、中間体５が介在
する場合は、ハニカム体４と同じ材質にする必要性は低
く、むしろ低コストな材質のステンレス鋼を選定する方
がコスト的に有利である。

【００１２】中間体５は、ハニカム体４と直接接触する
ので、熱膨張の点からハニカム体４と同じ材質であるの
が好ましいが、平箔２と波箔３よりも板厚を厚く形成す
るため、拡散接合時の熱変形挙動がハニカム体４と異な
り、接合が不安定になり易い。したがって、拡散接合を
より確実ならしめるためには、中間体５の材質を平箔２
と波箔３のＣｒ量およびまたはＡｌ量より少なくするこ
とが好ましい。その場合、中間体５の耐熱性あるいは耐
酸化性は、ハニカム体４より劣るが、ハニカム体４の中
心部から離れており、排気ガスの流れが弱く使用条件が
厳しくないので十分使用できる。

【００１３】さらに中間体５の板厚については、柔軟性
あるいは接合性から薄いほど良いが、強度面から外筒６
より薄く、平箔２と波箔３より厚くするのが良い。実用
的には、例えば外筒６の板厚が１．５mmの場合、中間体
５の板厚は０．５〜１．２mm程度が良い。次に各部の接
合について述べる。ハニカム体４の平箔２と波箔３はコ
スト的理由から、全ての接点を拡散接合するのを基本と
するが、熱応力による破壊をより少なくするには、図２
に示すように中間体５と接合している側の少なくとも１
層に非接合層７を設けると、ハニカム体４が半径方向に
自由に変形できるようになり、熱応力が小さくなるため
耐久性が飛躍的に向上する。この非接合層を設けるに
は、例えばＴｉあるいはＡｌ酸化物を含む接合防止剤を
ロールコータ式、スプレー式あるいは刷毛塗りなどで塗
布する。さらに接合防止剤が塗布された薄シートを平箔
２と波箔３の間に巻込むことも可能である。

【００１４】ハニカム体４と中間体５は、メタル担体製
造コスト上、拡散接合するのが好ましいが、無論ロウ材
を図１のＢ部に取付けロウ付けするのも可能である。中
間体５と外筒６を拡散接合することについては、前述の
特開平０１−２７０９４７号公報に記述されているが、
両者の厚さが異なり拡散接合処理によっても接合し難い
ことがある。そのため、中間体５がハニカム体４からは
み出ている部分すなわち図１のＡ部で、外筒６とロウ付
け、抵抗溶接あるいはアーク溶剤等で接合するのが良
い。抵抗溶接の場合は、メタル担体１を拡散接合処理し
て成形する前後のいずれでも良いが、電極で中間体５が
ハニカム体４からはみ出ている部分Ａ部を外筒６共に挟
み通電し抵抗溶接を行う。この場合、中間体５がハニカ
ム体４の両側からはみ出ている場合でも、必ずその１端
で外筒と接合し、両端接合をしないことが重要である。

【００１５】中間体５の形状はリング状とするが、ハニ
カム体４間との排気ガス洩れが問題となる場合は、一体
型とし、ハニカム体４と、また外筒６と中間体の全周で
接合するのが好ましい。また中間体５は図１または図２
に示すように、１枚の板をリング状にしたもの以外に、
図３に示すように２個のリング状の筒を組合わせ、事前
にその一端を連続接合するか、または幅広の１枚板を折
曲げて中間体９を形成してもよい。この場合、中間体の
自由端９−１，９−２を図３のハニカム体４−１の端部
近傍のＣ部および外筒６の端面近傍のＤ部でそれぞれ接
合する。これにより接合していない他端９−３が半径方
向に自由に変形できるので、ハニカム体１が半径方向に
自由に変形できてさらに有効である。

【００１６】なお、中間体９の自由端９−１は前記Ｄ部
で接合できるように自由端９−２より長くし、ハニカム
体端部よりはみ出して形成する。次に本発明の実施例に
ついて述べる。

【００１７】

【実施例】図１および図３に本発明のメタル担体実施態
様例を示す。図１におけるメタル担体１の成品外形寸法
は、外径：１００mmφ、長さ：１１０mmで、外筒の外
径：１００mmφ、板厚：１．５mm、長さ：１１０mm、ハ
ニカム体４は外径：９６mmφ、長さ：１００mmであっ
た。

【００１８】平箔２はＦｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌのフェラ
イト系ステンレス鋼で、幅：１００mm、厚さ：５０μｍ
を有する。また波箔３は同平箔を波高さ：１．２２mm、
ピッチ：２．５４mmにコルゲート加工したもので、平箔
２と波箔３を１軸の回りに外径：９６．５mmφに巻回し
てハニカム体４を形成した。中間体５は、Ｆｅ−１５Ｃ
ｒ−４．５Ａｌのフェライト系ステンレス鋼で、厚さ：
０．５mm、長さ：１１０mm、外径：９７mmの一体型円筒
に形成した。

【００１９】また外筒ｂは、Ｆｅ−１０Ｃｒ−０．４Ｎ
ｂのフェライト系ステンレス鋼で、板厚：１．５mm、長
さ：１１０mm、外径：１００mmの円筒とした。前記メタ
ル担体１を形成するに際し、中間体５の内面のＢ部以外
のハニカム体４と拡散接合しない部分に、接合防止剤を
塗布乾燥した後、ハニカム体４を軸方向から圧入した。
次に外筒６を中間体５の外面に取付け、ハニカム体４か
らはみ出た部分Ａ部近傍で中間体５と外筒６を抵抗溶接
した。

【００２０】図３におけるメタル担体８は、その成品外
形寸法を図１と同一としたが、ハニカム体４−１の外径
を９５mmφとし、巻回し終了時のハニカム体外径を９
５．５mmφとした。中間体９の材質、厚さは中間体５と
同じであるが、内側リングの内径を９５mmφ、長さを１
００mm、外側リングの内径を９６mmφ、長さを１１０mm
とし、図示の如くその上端を揃えて同部を抵抗溶接し
た。

【００２１】前記メタル担体８を形成するに際し、中間
体９の内面の、ハニカム体４−１と拡散接合しない部分
に接合防止剤を事前に塗布乾燥した後、ハニカム体４−
１を圧入した。次に外筒６を中間体９の外面に取付け、
その張出し部Ｄの近傍を抵抗溶接した。比較例として、
図４に示すメタル担体１０を製作した。成品外形寸法
は、外径：１００mmφ、長さ：１００mmで、ハニカム体
１１の寸法は、外径：９７mm、長さ：１００mmであっ
た。平箔と波箔の材質、寸法は、図１の場合と同じに
し、ハニカム体１１を外径：９７．５mmに巻回した。外
筒の材質、外径、長さは図１の外筒６と同一にした。ハ
ニカム体１１を外筒６に圧入し、メタル担体１０を形成
した。

【００２２】このように形成したメタル担体１，８およ
び１０を、１２５０℃の非酸化性雰囲気中で１２０分間
加熱処理し拡散接合を行った。上記３個のメタル担体の
それぞれを、同条件で触媒を担持した後、順次、排気容
量２０００ccのエンジンの排気系に取付け、入側温度９
００℃で８分間加熱した後、上流側から空気を吹込み、
入側温度を２００℃として７分間冷却する耐久試験を１
０００サイクル実施した。

【００２３】その結果、本発明のメタル担体１にはハニ
カム体４の外周近傍に軽微な変形が発生したが、メタル
担体８の場合は、さらに軽微であった。しかし、比較例
のメタル担体１０には、ハニカム体１１の外周近傍には
周方向の亀裂が連続的に発生し、ハニカム体１１が外筒
６から外れる寸前であった。これはメタル担体に高温、
低温の排気ガスが交互に流入することにより、ハニカム
体１１が半径方向に膨張収縮を繰返し外筒６との間に高
い熱応力が発生したためである。また軸方向にもハニカ
ム体１１と外筒６が全面的に接合しているため、ハニカ
ム体１１と外筒６の熱膨張挙動の差により剪断力が発生
し、さらに破壊が進行したものである。

【００２４】以上のように本発明によると、低コストな
拡散接合メタル担体であっても耐久性を向上せしめ得た
ので、厳しい条件で使用できることが判明した。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メタル担体をロウ付けによらずに拡散接合により、耐久
性が高く且つ低コストなメタル担体を製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタル担体を示す部分断面斜視図であ
る。

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】従来のメタル担体を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１，８，１０…メタル担体 ２…平箔 ３…波箔 ４，４−１，１１…ハニカム体 ５，９…中間体 ６…外筒 ７…非接合層 Ａ，Ｄ…中間体と外筒との接合部 Ｂ，Ｃ…中間体とハニカム体の接合部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハニカム体と外筒の間に、ハニカム体よ
   り長いリング状の中間体が配置され、該中間体の外面が
   外筒に、且つ前記中間体の内面がハニカム体にそれぞれ
   軸方向にずらした位置で接合されるとともに、前記ハニ
   カム体が、拡散接合されて成ることを特徴とする耐久性
   のある拡散接合メタル担体。
2. 【請求項２】 中間体の材質をハニカム体の材質と同一
   にする請求項１記載のメタル担体。
3. 【請求項３】 中間体の材質成分の内Ｃｒ及びＡｌの少
   なくとも１種をハニカム体のＣｒ及びＡｌの少なくとも
   １種より少なくした請求項１記載のメタル担体。
4. 【請求項４】 ハニカム体の少なくとも１層に非接合部
   を設けた請求項１〜３記載のメタル担体。
5. 【請求項５】 中間体の板厚を、外筒より薄く、且つハ
   ニカム体の箔材より厚くした請求項１〜４記載のメタル
   担体。
6. 【請求項６】 外筒と中間体が拡散接合、ロウ付け、抵
   抗溶接又はアーク溶接のいずれかで接合され、中間体と
   ハニカム体間がロウ付け又は拡散接合のいずれかで接合
   されている請求項１〜５記載のメタル担体。
7. 【請求項７】 中間体が、その一端が接合又は折返され
   て二重のリング状構造に構成され、且つその他端の２枚
   の自由端の外面が外筒と、内面がハニカム体と接合され
   ている請求項１〜６記載のメタル担体。