JPH0975752A

JPH0975752A - 排気浄化触媒用メタル担体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0975752A
Application number: JP7236897A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Kato; 文彦加藤
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】排ガス漏れが無く、熱応力の分散が容易にで
きるレーザービームを用いた外筒一体型構造の排気浄化
触媒用メタル担体及びその製造方法を提供することにあ
る。【解決手段】金属製の波板１１と平板１２とを交互に
積層して成るメタル担体素子１０と、このメタル担体素
子１０の外周を１、２周巻回する長さを残した平板１２
を外筒を形成する厚板１４で挟持してメタル担体素子１
０の外周に形成して成る外層１５と、この外層１５上に
厚板１４を少なくとも１周巻回すると共に終端１４ｂが
固定されて成る最外層２１とを備え、メタル担体素子１
０とこのメタル担体素子１０の外周に巻回された外層１
５とは、外層１５の外側から照射されるレーザービーム
１７によって溶接され、最外層２１が外層１５に形成さ
れたレーザービーム１７による貫通部１８を塞いでい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
等から排出される排ガスを浄化するために使用される金
属触媒コンバータを構成する排気浄化触媒用メタル担体
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の排気系には、排気ガス
を浄化するため、例えば、金属製の波板と平板とを積層
してなる排気浄化触媒用メタル担体を収容した触媒コン
バータが配置されている。図８は、排気浄化触媒用メタ
ル担体の一例を示すもので、この排気浄化触媒用メタル
担体は、図９に示すように、金属製の波板２と平板３と
を交互に重ね、これ等を芯材を中心にして、円形形状に
多重に巻回して仮コア部４を形成した後、この仮コア部
４を押し潰すことにより形成される。

【０００３】このような排気浄化触媒用メタル担体１
は、例えば、図１０に示すように、排ガスの流入口６及
び流出口７の形成される筒状容器５内に収容されて用い
られる。然し乍ら、このような排気浄化触媒用メタル担
体１では、波板２と平板３とを巻回したままの状態にし
ておくと、排気浄化触媒用メタル担体１内への排ガスＧ
の流通により、排気浄化触媒用メタル担体１の中心部に
位置する波板２及び平板３が排気浄化触媒用メタル担体
１の軸方向に突出する、所謂、フィルムアウト現象が生
じるという問題がある。

【０００４】即ち、このフィルムアウト現象は、排気浄
化触媒用メタル担体１が高温で膨張している状態で、ア
イドリング時に低温ガスが流入すると、先ず、中心部が
収縮し、積層された波板２と平板３とを相互に引き剥が
す力Ｆ₁が働き、波２と平板３とが相互に引き剥がされ
ると、中心部分が、ガス圧，振動等の押し出し力Ｆ₂に
より押し出されることにより発生する。

【０００５】そこで、従来、このような排気浄化触媒用
メタル担体１では、波板２と平板３とを相互に接合する
ことが行われている。このような接合方法としては、例
えば、特開平４−２９７５０号公報に開示されるよう
に、波板２と平板３とをろう付けにより接合する方法、
例えば、特開平１−１７６４５４号公報に開示されるよ
うに、波板２と平板３とを拡散接合により接合する方
法、例えば、特公平４−３５２７１号公報に開示される
ように、排気浄化触媒用メタル担体の端面をレーザービ
ーム溶接する方法、例えば、特開平３−１１４５４６号
公報に開示されるように、箔材中のアルミニウムを高温
酸化させ、アルミナを生成する方法、例えば、特開平４
−２７４４３号公報に開示されるように、ジュール熱を
利用して波板２と平板３とを電気溶接する方法、例え
ば、特公昭６０−２７８０７号公報に開示されるよう
に、担体に串を通して波板１１と平板１３とを機械的に
連結する方法等が知られている。

【０００６】然し乍ら、例えば、特開平４−２９７５０
号公報に開示される方法では、波板２と平板３とをろう
付けするために、高価な真空電気炉が必要になり、又、
高温雰囲気を維持するために多大なエネルギーが必要に
なり、更に、高価なろう材が必要になるという問題があ
った。又、例えば、特開平１−１７６４５４号公報に開
示される拡散接合方法では、強固な接合強度を得ること
ができないという問題があった。

【０００７】更に、例えば、特公平４−３５２７１号公
報に開示される担体の端面をレーザービーム溶接する方
法では、端面のみをレーザービーム溶接しているため、
確実な接合強度を得ることができないという問題があっ
た。又、例えば、特開平３−１１４５４６号公報に開示
されるアルミナを生成する方法では、強固な接合強度を
得ることができないという問題があった。

【０００８】更に、例えば、特開平４−２７４４３号公
報に開示されるように、ジュール熱を利用して波板２と
平板３とを電気溶接する方法では、波板２と平板３とを
丁寧に溶接する必要があるため、多大な溶接時間が必要
になるという問題があった。又、例えば、特公昭６０−
２７８０７号公報に開示されるように、担体に串を通し
て波板２と平板３とを機械的に連結する方法では、串と
接触する箔材が損傷したり、串により通気抵抗が増大す
るという問題があった。

【０００９】そこで、波板２と平板３とを容易かつ強固
に溶接するために、例えば、特開昭６４−４２５４号公
報には、レーザーピアスによってメタル担体を接合した
排気浄化触媒用メタル担体が開示され、特開平３−６０
７４０号公報には、外筒用厚板に担体を構成する平箔を
挟持する構造において、多重巻回により接触する面で全
てろう付けされ一体化された排気浄化触媒用メタル担体
が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】処で、特開昭６４−４
２５４号公報に開示されたレーザーピアスによってメタ
ル担体を接合した排気浄化触媒用メタル担体では、メタ
ル担体の外周部に、メタル担体の中心方向に向けてレー
ザービームを照射して穿孔を形成し、この穿孔の周囲で
溶着することによりメタル担体の波板と平板とを溶着す
るものであるため、レーザービームが照射された穿孔が
内部と外部とを繋ぐ通路となり、使用時に排ガスが漏れ
ることとなる。

【００１１】そこで、この部位をカバーで覆う必要があ
り、メタル担体へのレーザービームによる溶接だけで
は、排気浄化触媒用メタル担体を得ることができなかっ
た。一方、特開平３−６０７４０号公報に開示された排
気浄化触媒用メタル担体では、メタル担体はろう付けに
より一体化されており、構造上従来の外筒をろう付けし
た構造と同じであり、熱応力緩和に対し自由度は少な
い。

【００１２】而も、ろう付けを行うため、高温熱処理に
よる金属材料の劣化、多量のろう材の使用、熱処理工程
等が必要であり高価となる等の不具合があった。本発明
は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもの
で、その目的は、排ガス漏れのないレーザービームを用
いた外筒一体型構造の排気浄化触媒用メタル担体及びそ
の製造方法を安価に提供することにある。

【００１３】又、本発明の別の目的は、熱応力の分散が
容易にできる外筒一体型構造の排気浄化触媒用メタル担
体及びその製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の排気浄化触媒
用メタル担体は、金属製の波板と平板とを交互に積層し
て成るメタル担体素子と、このメタル担体素子の外周を
１、２周巻回する長さを残した平板を外筒を形成する厚
板で挟持してメタル担体素子の外周に形成して成る外層
と、この外層上に厚板を少なくとも１周巻回すると共に
終端が固定されて成る最外層とを備え、メタル担体素子
とこのメタル担体素子の外周に巻回された外層とは、外
層の外側から照射されるレーザービームによって溶接さ
れ、最外層が外層に形成されたレーザービームによる穿
孔を塞いでいることを特徴とするものである。

【００１５】請求項２の排気浄化触媒用メタル担体は、
請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担体において、最
外層を構成する厚板は、終端においてシーム溶接により
固定されていることを特徴とするものである。請求項３
の排気浄化触媒用メタル担体の製造方法は、金属製の波
板と平板とを交互に積層してメタル担体素子を形成する
と共に平板をメタル担体素子の外周を１、２周巻回する
長さを残してメタル担体素子の最外周に平板をスポット
留めし、メタル担体素子に残した平板を外筒を形成する
厚板に挟み込みながら巻回し、厚板を最外周１回分を残
してメタル担体素子の外側からメタル担体素子の中心に
向かってレーザービームを照射して波板と平板と及び平
板と厚板とを溶接し、残した厚板を更に１周巻回し、終
端をシーム溶接することを特徴とするものである。

【００１６】請求項４の排気浄化触媒用メタル担体の製
造方法は、請求項３記載の排気浄化用メタル担体の製造
方法において、メタル担体の外側からレーザービームを
照射し、波板及び平板に直交する方向にレーザービーム
を貫通させ、波板と平板及び厚板と波板とを相互に溶接
することを特徴とするものである。請求項５の排気浄化
触媒用メタル担体の製造方法は、請求項３記載の排気浄
化触媒用メタル担体の製造方法において、メタル担体素
子は、波板と平板とを重ね、これ等を多重に巻回してな
ることを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】請求項１及び２の排気浄化触媒用メタル担体に
おいては、メタル担体素子及び厚板は、レーザービーム
による溶接部以外では、従来のろう付けされた排気浄化
触媒用メタル担体のように全体的に拘束されていないの
で、構造体自体に収縮、膨張に対する吸収力があり、熱
応力の分散が容易にできる。

【００１８】又、レーザービームによる穿孔が一体的に
巻回される外筒用の厚板で塞がれるため、使用時の排ガ
スの漏れを防止することができる。請求項３乃至５の排
気浄化触媒用メタル担体の製造方法では、先ず、金属製
の波板と平板とを交互に積層してメタル担体素子を形成
する。この際、平板をメタル担体素子の外周を１、２周
巻回する長さを残す。

【００１９】次に、残した平板をメタル担体素子の最外
周に平板をスポット留めする。次に、メタル担体素子に
残した平板を外筒を形成する厚板に挟み込みながら更に
メタル担体素子に巻回する。そして、厚板が最外周１回
分を残してメタル担体素子の外側からメタル担体素子の
中心に向かってレーザービームを照射し、波板及び平板
に直交する方向にレーザービームを貫通させ、波板と平
板及び厚板と波板とを相互に溶接する。

【００２０】最後に、残した厚板を更に１周巻回し、終
端をシーム溶接する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は請求項１及び２に係る排気浄化
触媒用メタル担体の一実施例を示す。

【００２２】図において、１０は、金属製の波板１１と
微細な小波を施した平板１２とを交互に積層して成るメ
タル担体素子を表す。このメタル担体素子１０では、平
板１２が、このメタル担体素子１０の外周を１周巻回す
る長さを残してある。このメタル担体素子１０は、図３
に示すように、メタル担体素子１０の外側から長手方向
に沿って例えば４箇所以上に等間隔でスポット溶接１３
を施すことで、型崩れしないようにする。

【００２３】ここで、平板１２は、最終２〜３周分には
微細な小波を設けない。このメタル担体素子１０は、直
径が１０３．５ｍｍ、長さが１００ｍｍ、セル数が４０
０セル／ｉｎ²である。又、金属製の波板１１と平板１
２には、２０％Ｃｒ−５％Ａｌフェライトステンレスか
ら成る肉厚５０μｍの箔材が使用されている。

【００２４】この残された平板１２は、外筒を形成する
肉厚０．４ｍｍ、幅１１４ｍｍの厚板１４で挟持されて
メタル担体素子１０の外周に１周巻回され、更に、厚板
１４が２周巻回されて外層１５を形成する。この残され
た平板１２と厚板１４とは、図４に示すように、平板１
２の外側から長手方向に沿って例えば４箇所以上に等間
隔で厚板１４の始端１４ａにスポット溶接１６を施すこ
とで、共締めできるようにしてある。

【００２５】厚板１４は、外層１５を形成した後、更に
外層１５の外周を１周巻回する長さを残してある。メタ
ル担体素子１０と外層１５とは、図５に示すように、外
層１５の外側から６０゜ピッチで長手方向に沿って４箇
所（合計２４点）にレーザービーム１７をメタル担体素
子１０の中心部に向かって照射することで溶接されてい
る。

【００２６】図６に示すように、メタル担体素子１０を
構成する波板１１と平板１２とは、レーザービーム１７
の熱エネルギーにより貫通部１８が形成され、この貫通
部１８の周縁の波板１１と平板１２とが溶融し、溶融部
１９が形成され相互に溶接される。このレーザービーム
１７による接合は、平板１２と厚板１４においても、同
様に行われ、平板１２と厚板１４とが相互に溶接され
る。同時に、厚板１４には、貫通部１８が形成される。

【００２７】残された厚板１４は、外層１５上を更に１
周巻回され、外層１５に形成された２４点の貫通部１８
を塞ぐと共に、図７に示すようにその終端１４ｂを長手
方向に沿ってレーザービームによるシーム溶接２０され
て、最外層２１を形成する。このようにして構成された
本実施例に係る排気浄化触媒用メタル担体は、メタル担
体素子１０と外筒とを一体的に形成することができる。

【００２８】外筒強度、ディフューザ溶接のために、必
要な板厚は数回に分けて巻回することで対応できる。外
筒一体構造のため、クラムシェル構造のコンバータに比
べて周辺部位のバイパスが無く、触媒転化率を高く保て
る。又、レーザービーム１７による貫通部１８は厚板１
４によって塞がれるため、ガス漏れを起こす虞がない。

【００２９】更に、メタル担体素子１０及び厚板１４
は、レーザービーム１７による溶接部以外では、従来の
ろう付けされた排気浄化触媒用メタル担体のように全長
に亘って拘束されていないので、構造体自体に収縮、膨
張に対する吸収力があり、熱応力の分散が容易にでき
る。又、厚板１４が従来の容易Ｎｉろう材を介挿してい
ないので、耐酸化性に優れている。

【００３０】更に、従来のように高温で熱処理を行うろ
う付け、拡散接合で生じる金属結晶のシンタリングによ
る材料強度の低下を回避できる。次に、請求項３乃至５
に係る排気浄化触媒用メタル担体の製造方法の一実施例
を示す。先ず、金属製の波板１１と微細な小波を施した
平板１２とを重ね、これ等を多重に巻回してメタル担体
素子１０を形成する。

【００３１】このメタル担体素子１０では、図３に示す
ように、平板１２が、このメタル担体素子１０の外周を
１周巻回する長さを残してある。ここで、平板１２は、
最終２〜３周分には微細な小波を設けない。このメタル
担体素子１０は、直径が１０３．５ｍｍ、長さが１００
ｍｍ、セル数が４００セル／ｉｎ²である。又、金属製
の波板１１と平板１２には、２０％Ｃｒ−５％Ａｌフェ
ライトステンレスから成る肉厚５０μｍの箔材が使用さ
れている。

【００３２】次に、図３に示すように、メタル担体素子
１０の外側から長手方向に沿って４箇所に等間隔でスポ
ット溶接１３を施す。次に、図４に示すように、外筒を
形成する肉厚０．４ｍｍ、幅１１４ｍｍの厚板１４が残
された平板１２に重ねられ、平板１２の外側から長手方
向に沿って例えば４箇所以上に等間隔で厚板１４の始端
１４ａにスポット溶接１６を施すことで、共締めできる
ようにする。

【００３３】次いで、残された平板１２は、厚板１４で
挟持されてメタル担体素子１０の外周に１周巻回され
る。更に、厚板１４がその上に２周巻回され、図５に示
すように、厚板１４の外側から６０゜ピッチで長手方向
に沿って４箇所（合計２４点）にレーザービーム１７を
メタル担体素子１０の中心部に向かって照射する。

【００３４】これによって、外層１５を形成する。厚板
１４は、外層１５を形成した後、更に外層１５の外周を
１周巻回する長さを残してある。メタル担体素子１０と
外層１５とは、図５に示すように、外層１５の外側から
６０゜ピッチで長手方向に沿って４箇所（合計２４点）
にレーザービーム１７をメタル担体素子１０の中心部に
向かって照射することで溶接されている。

【００３５】図７に示すように、メタル担体素子１０を
構成する波板１１と平板１２とは、レーザービーム１７
の熱エネルギーにより貫通部１８が形成され、この貫通
部１８の周縁の波板１１と平板１２とが溶融し、溶融部
１９が形成され相互に溶接される。このレーザービーム
１７による接合は、平板１２と厚板１４においても、同
様に行われ、平板１２と厚板１４とが相互に溶接され
る。同時に、厚板１４には、貫通部１８が形成される。

【００３６】最後に、残された厚板１４を、外層１５上
を更に１周巻回し、外層１５に形成された２４点の貫通
部１８を塞ぐと共に、図６に示すようにその終端１４ｂ
を長手方向に沿ってレーザービームによるシーム溶接２
０を行って、最外層２１を形成する。このようにして構
成された本実施例に係る排気浄化触媒用メタル担体の製
造方法は、メタル担体素子１０を形成した後に、メタル
担体素子１０を構成する平板１２を利用して厚板１２と
共に巻回して外層を形成するので、メタル担体素子１０
と外筒との結合が容易にできる。

【００３７】又、レーザービーム１７による貫通部１８
は厚板１４によって塞がれるため、ガス漏れを起こす虞
がない。更に、メタル担体素子１０及び厚板１４は、レ
ーザービーム１７による溶接部以外では、従来のろう付
けされた排気浄化触媒用メタル担体のように全長に亘っ
て拘束されていないので、構造体自体に収縮、膨張に対
する吸収力があり、熱応力の分散が容易にできる。

【００３８】又、厚板１４が従来の容易Ｎｉろう材を介
挿していないので、耐酸化性に優れている。更に、従来
のように高温で熱処理を行うろう付け、拡散接合で生じ
る金属結晶のシンタリングによる材料強度の低下を回避
できる。尚、以上に実施例では、円筒形状の排気浄化触
媒用メタル担体について説明したが、レーシングトラッ
ク状の排気浄化触媒用メタル担体であっても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１及び２の排
気浄化触媒用メタル担体では、メタル担体素子及び外筒
を形成する厚板は、レーザービームによる溶接部以外で
は、従来のろう付けされた排気浄化触媒用メタル担体の
ように全長に亘って拘束されていないので、構造体自体
に収縮、膨張に対する吸収力があり、熱応力の分散が容
易にできる。

【００４０】又、厚板が従来の容易Ｎｉろう材を介挿し
ていないので、耐酸化性に優れている。次に、請求項３
乃至５に係る排気浄化触媒用メタル担体の製造方法で
は、メタル担体素子を形成した後に、メタル担体素子を
構成する平板を利用して厚板と共に巻回して外層を形成
するので、メタル担体素子と外筒との結合が容易にでき
る。又、従来のように高温で熱処理を行うろう付け、拡
散接合で生じる金属結晶のシンタリングによる材料強度
の低下を回避できる。更に、真空下高温の熱処理が不要
となり、製造コストが安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び２に係る排気浄化触媒用メタル担
体の一実施例を示す説明図である。

【図２】図１の排気浄化触媒用メタル担体の横断面図で
ある。

【図３】図１の排気浄化触媒用メタル担体のメタル担体
素子を製造する工程を示す説明図である。

【図４】図１の排気浄化触媒用メタル担体のメタル担体
素子に対し外筒を形成する厚板を巻回する初期状態を示
す説明図である。

【図５】図１の排気浄化触媒用メタル担体のメタル担体
素子に形成した外層からレーザービームによって溶接す
る状態を示す説明図である。

【図６】図５におけるレーザービームによる溶接状態を
示す拡大断面図である。

【図７】図１の排気浄化触媒用メタル担体の外形を示す
斜視図である。

【図８】従来の排気浄化触媒用メタル担体を示す斜視図
である。

【図９】波板と平板とを巻回している状態を示す斜視図
である。

【図１０】フィルムアウト現象を示す説明図である。

【符号の説明】

１０メタル担体１１波板１２平板１３、１６スポット溶接１４厚板１４ａ始端１４ｂ終端１５外層１７レーザービーム１８貫通部１９溶融部２０シーム溶接２１最外層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の波板（１１）と平板（１２）と
を交互に積層して成るメタル担体素子（１０）と、このメタル担体素子（１０）の外周を１、２周巻回する
長さを残した平板（１２）を外筒を形成する厚板（１
４）で挟持してメタル担体素子（１０）の外周に形成し
て成る外層（１５）と、この外層（１５）上に厚板（１４）を少なくとも１周巻
回すると共に終端が固定されて成る最外層（２１）とを
備え、メタル担体素子（１０）とこのメタル担体素子（１０）
の外周に巻回された外層（１５）とは、外層（１５）の
外側から照射されるレーザービームによって溶接され、
最外層（２１）が外層（１５）に形成されたレーザービ
ームによる貫通部（１８）を塞いでいることを特徴とす
る排気浄化触媒用メタル担体。
【請求項２】請求項１記載の排気浄化触媒用メタル担
体において、最外層（２１）を構成する厚板（１４）は、終端におい
てシーム溶接により固定されていることを特徴とする排
気浄化触媒用メタル担体。
【請求項３】金属製の波板（１１）と平板（１２）と
を交互に積層してメタル担体素子（１０）を形成すると
共に平板（１２）をメタル担体素子（１０）の外周を
１、２周巻回する長さを残してメタル担体素子（１０）
の最外周に平板（１２）をスポット留めし、メタル担体
素子（１０）に残した平板（１２）を外筒を形成する厚
板（１４）に挟み込みながら巻回し、厚板（１４）を最
外周１回分を残してメタル担体素子（１０）の外側から
メタル担体素子（１０）の中心に向かってレーザービー
ム（１７）を照射して波板（１１）と平板（１２）と及
び平板（１２）と厚板（１４）とを溶接し、残した厚板
（１４）を更に１周巻回し、終端（１４ｂ）をシーム溶
接（２０）することを特徴とする排気浄化触媒用メタル
担体の製造方法。
【請求項４】請求項３記載の排気浄化用メタル担体の
製造方法において、メタル担体素子（１０）の外側からレーザービーム（１
７）を照射し、波板（１１）及び平板（１２）に直交す
る方向にレーザービーム（１７）を貫通させ、波板（１
１）と平板（１２）及び厚板（１４）と波板（１２）と
を相互に溶接することを特徴とする排気浄化触媒用メタ
ル担体の製造方法。
【請求項５】請求項３記載の排気浄化触媒用メタル担
体の製造方法において、メタル担体素子（１０）は、波板（１１）と平板（１
２）とを重ね、これ等を多重に巻回してなることを特徴
とする排気浄化触媒用メタル担体の製造方法。