JPH10337481A

JPH10337481A - 触媒コンバータ用メタル担体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10337481A
Application number: JP9148223A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Otani; 忠幸大谷; Atsuhiko Imai; 篤比古今井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】急熱急冷の熱サイクルに対し、より苛酷な条
件でも優れた耐久性を得る。【解決手段】メタルハニカム体２の外周に平箔または
波箔を２周以上巻き付けてなるシェル１１が形成され、
シェル１１を形成する平箔同士または波箔同士が接合さ
れている。メタルハニカム体２に、ガス入側端部から離
れた位置を起点とする長さ範囲で、全周にわたって少な
くとも１周分、少なくとも１箇所にハニカム非接合部１
２が形成されていることが好ましい。またシェル１１
が、ハニカム非接合部１２のガス入側端部よりもガス出
側を起点として形成されていることが好ましい。さらに
シェル１１と外筒３の境界に、境界非接合部１３および
境界接合部１４が形成されていることが好ましい。【効果】自動車エンジンのエキマニに装着するような
苛酷な環境でも、優れた耐久性を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の排気ガスを浄化するために使用される触媒コンバータ
用メタル担体およびその製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今、自動車排気ガス浄化用の触媒コン
バータとして、メタル担体が使用されてきている。従来
から触媒コンバータにはセラミックス担体が主に使用さ
れているが、耐熱性、低圧損および車体への搭載性の点
から、メタル担体の使用量が増大している。

【０００３】図１に示すように従来のメタル担体１は、
耐熱性ステンレス鋼箔からなるメタルハニカム体２を金
属製の外筒３内に組込んで製造されている。メタルハニ
カム体２は、主として図２に示すように、厚さ５０μｍ
程度の帯状の平箔５と、該平箔５を波付け加工した帯状
の波箔６とを重ね、巻取軸８の回りに矢印Ｂの方向に巻
回し、渦巻状にして製造される。帯状の波箔６には各波
の稜線７が幅方向に形成されており、渦巻状に巻回され
た円柱状のメタルハニカム体２は、円柱の軸方向に多数
の通気孔４を有している。そして、この通気孔に触媒を
担持させて触媒コンバータとしている。

【０００４】触媒コンバータには、エンジンからの高温
の排ガスによる激しい熱サイクルに耐え、かつエンジン
からの激しい振動にも耐えるための優れた耐久性が要求
される。そのため従来のメタル担体１は、メタルハニカ
ム体２の平箔５と波箔６の接触部、およびメタルハニカ
ム体２の外周と外筒３の内周とが接合されている。接合
手段としては、ロウ付け、抵抗溶接、拡散接合が行われ
ているが、ロウ材や溶接治具等を用いることなく、高真
空下あるいは非酸化性雰囲気下で高温加熱することによ
り接合できる拡散接合が有利である。

【０００５】触媒コンバータを例えば自動車エンジンの
排ガス系に搭載固定して使用するとき、エンジン稼働中
は振動を受けるとともに排ガスおよび触媒反応により加
熱される。そしてエンジン始動時や加速時には急速に加
熱され、ブレーキ時や停車時には急速に冷却され、急熱
−急冷の熱サイクルが走行時に繰返される。このような
熱サイクルに伴って、メタル担体は膨張と収縮を繰返
す。

【０００６】メタル担体が急速加熱される際、排ガスの
流速が大きいメタルハニカム体中央部が最も急速に加熱
され、外気にさらされている外筒や、これに接している
メタルハニカム体外周部との温度差により、メタルハニ
カム体の外周部付近あるいはメタルハニカム体と外筒と
の接合部に、熱膨張差による応力が集中して、破断や座
屈あるいは剥離などが生じるようになる。また急速冷却
される際には、排ガス温度の低下に伴って急速に温度降
下するメタルハニカム体中央部と、温度降下が遅れるメ
タルハニカム体外周部との間の温度差により、メタルハ
ニカム体外周部付近に熱膨張差による応力が集中し、同
様に破断、座屈、剥離などが生じるようになる。

【０００７】その対策として実開平３−６１１１３号公
報には、上記のようなメタルハニカム体を構成する平箔
を延長し、ハニカム体の周囲に巻回して平箔の多重層を
形成し、その先端部を外筒に溶着することで、上記のよ
うな熱サイクルによる伸縮を多重層で吸収させるととも
に、外筒との接着強度を増大させ、メタルハニカム体最
外周部あるいはその近傍の空隙や亀裂発生を防止するこ
とが提案されている。また実開平５−９６３８号公報に
は、平板と波板を交互に積層して形成される層部材をＳ
字状に折曲してなるメタル担体において、層部材を形成
する少なくとも１枚の波板または平板を、他の波板また
は平板よりも長尺にし、その余長部を最外周に巻回する
ことで、外形形状精度を向上する技術が提案されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】触媒コンバータは、触
媒の活性化温度以上になってはじめて、排ガス中の有害
ガスを無害化する反応に作用を発揮するので、エンジン
始動時には早く昇温することが望まれている。このため
には、エンジン近くに取り付けて高温の排ガスを導入
し、より高温まで急速に加熱するのが有利である。しか
し、高温急速加熱により上記のような熱膨張差による問
題がより顕著になる。

【０００９】上記実開平３−６１１１３号公報および実
開平５−９６３８号公報に開示されている技術において
は、メタルハニカム体に巻回される平箔または波箔の層
は、平箔同士または波箔同士が接合されていない。この
ため、エンジン近くに取り付けた場合のように、より高
温に、より急速に加熱されるような過酷な条件では、耐
久性が必ずしも満足できるものではなかった。

【００１０】本発明は、自動車等の排気ガスを浄化する
ために使用される触媒コンバータ用メタル担体およびそ
の製造法であって、エンジン排ガスによる急熱および急
冷の熱サイクルに対し、より高温急速加熱されるような
苛酷な条件での冷熱耐久試験にも耐えられる、優れた耐
久性を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明メタル担体は、耐熱性ステンレス鋼からなる帯
状の平箔と、該平箔を波付け加工した帯状の波箔とを重
ねて渦巻状に巻回されたメタルハニカム体が、金属製外
筒内に組み込まれてなるメタル担体において、前記メタ
ルハニカム体の外周に、平箔または波箔を２周以上巻き
付けてなるシェルが形成され、該シェルを形成する平箔
同士または波箔同士が接合されていることを特徴とする
触媒コンバータ用メタル担体である。

【００１２】前記メタルハニカム体の平箔と波箔の接触
部には、該メタルハニカム体のガス入側端部から離れた
位置を起点とする長さ範囲で、全周にわたって少なくと
も１周分、少なくとも１箇所にハニカム非接合部が形成
され、前記接触部のその他の部位は拡散接合により接合
されていることが好ましい。そして前記シェルが、前記
ハニカム非接合部のガス入側端部よりもガス出側を起点
として形成されていることがより好ましい。

【００１３】また、前記シェルと前記外筒の境界には、
該境界のガス入側端部を起点とする長さ範囲の境界非接
合部、および該ガス入側端部よりもガス出側を起点とす
る長さ範囲の境界接合部が形成されていることがより好
ましい。そして前記シェルの厚さが１００μｍ以上５０
０μｍ以下であることがより好ましく、前記シェルを形
成する平箔同士または波箔同士が、拡散接合により接合
されていることがより好ましい。

【００１４】さらにまた、前記拡散接合が、１１００℃
以上１２５０℃以下の温度範囲で真空熱処理によりなさ
れ、前記メタルハニカム体の耐熱性および耐酸化性が向
上していることがより好ましい。また前記拡散接合が、
前記メタルハニカム体の箔厚（ｔμｍ）に応じて（１）
式の範囲の温度（Ｔ℃）で真空熱処理によりなされ、前
記メタルハニカム体の耐熱性および耐酸化性が向上して
いることがより好ましい。１１００≦Ｔ≦１．７×ｔ＋１１６５（１）

【００１５】上記目的を達成するための本発明法は、耐
熱性ステンレス鋼からなる帯状の平箔と、該平箔を波付
け加工した帯状の波箔とを重ねて渦巻状に巻回されたメ
タルハニカム体が、金属製外筒内に組み込まれてなるメ
タル担体の製造方法において、前記メタルハニカム体の
外周に、平箔または波箔を追加で巻き付けることによ
り、該平箔または該波箔を２周以上巻き付けてなるシェ
ルを形成し、前記外筒に組み込んだ後、接合処理を行う
ことにより、前記メタルハニカム体の前記平箔と前記波
箔の接触部を接合するとともに、前記シェルを形成する
平箔同士または波箔同士を接合することを特徴とする触
媒コンバータ用メタル担体の製造方法である。

【００１６】前記帯状の平箔と前記帯状の波箔を重ねて
巻回しメタルハニカム体とする際、該平箔と該波箔の間
に、少なくとも１箇所、少なくとも１周分の長さにわた
り、帯状材のガス入側となる幅端部から離れた位置を起
点とする幅範囲に、拡散防止剤を介在させて巻回するこ
とで、接合処理後にハニカム非接合部を形成することが
好ましい。そして、追加で巻き付ける平箔または波箔の
ガス入側となる幅端部を、前記拡散防止剤を介在させた
部位のガス入側となる幅端部よりもガス出側とすること
がより好ましい。

【００１７】また、前記シェルが形成されたメタルハニ
カム体を前記外筒に組み込む前に、前記本発明メタル担
体における境界非接合部となる前記シェルの外周面の部
位と、該境界非接合部となる前記外筒の内周面の部位
の、一方または双方に拡散防止剤を付着させ、かつ前記
本発明メタル担体における境界接合部となる前記シェル
の外周面の部位と、該境界接合部となる前記外筒の内周
面の部位の、一方または双方にロウ材を付着させること
がより好ましい。また、前記シェルの厚さを１００μｍ
以上５００μｍ以下とすることがより好ましく、前記シ
ェルを形成する平箔同士または波箔同士を拡散接合によ
り接合することがより好ましい。

【００１８】さらにまた、前記拡散接合を、１１００℃
以上１２５０℃以下の温度範囲で真空熱処理により行う
ことで、前記メタルハニカム体の耐熱性および耐酸化性
を向上させることがより好ましい。また、前記拡散接合
を、前記メタルハニカム体の箔厚（ｔμｍ）に応じて上
記（１）式の範囲の温度（Ｔ℃）で真空熱処理により行
うことで、前記メタルハニカム体の耐熱性および耐酸化
性を向上させることがより好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の対象とするメタル担体１
は、図１に示すように、メタルハニカム体２が金属製の
外筒３内に組込まれている。メタルハニカム体２は、図
２に示すように、耐熱性ステンレス鋼からなる帯状の平
箔５と、該平箔５を波付け加工した帯状の波箔６とを重
ね、平箔５にＡ方向にバックテンションをかけ、巻取軸
８の回りにＢ方向に巻回し、渦巻状にして形成される。
帯状の波箔６には各波の稜線７が幅方向、すなわち帯の
長さ方向と直交するＣ方向に形成されており、渦巻状に
巻回された円柱状のメタルハニカム体２は、円柱の軸方
向に多数の通気孔４を有している。

【００２０】メタルハニカム体２用の材料としては、耐
熱性耐酸化性合金元素としてＡｌ等を含有するフェライ
ト系ステンレス鋼、例えば２０％Ｃｒ−５％Ａｌ鋼が採
用される。また外筒３用の材料としては、メタルハニカ
ム体２ほどの耐熱性耐酸化性は要求されないので、Ａｌ
等の合金元素を含有しないステンレス鋼を採用してもよ
い。

【００２１】本発明メタル担体は、このようなメタル担
体１において、図３の断面図に示すように、メタルハニ
カム体２の外周にシェル１１が形成されている。シェル
１１は、平箔または波箔を２周以上巻き付けて形成さ
れ、シェル１１を形成する平箔同士または波箔同士が接
合されている。なお、図３において１０はメタルハニカ
ム体２の中心軸であり、排ガスは白矢印の方向に導入さ
れる。

【００２２】シェル１１を形成する平箔または波箔は、
メタルハニカム体２を形成する上記平箔５または波箔６
と一体のものであってもよく、また別体のものであって
もよい。前者の場合は、図２のようにしてメタルハニカ
ム体２を形成する際、平箔５と波箔６のいずれか一方
を、シェル１１形成分だけ長尺にしておき、これを追加
で巻き付けることにより形成される。後者の場合は、メ
タルハニカム体２を形成したのち、別の平箔または波箔
を追加で巻き付けることにより形成される。

【００２３】追加で巻き付ける前のメタルハニカム体２
の最外周が平箔５のとき、シェル１１は、平箔を追加で
１周以上巻き付けるか、あるいは波箔を追加で２周以上
巻き付けることで形成される。また、追加で巻き付ける
前のメタルハニカム体２の最外周が波箔６のとき、シェ
ル１１は、波箔を追加で１周以上巻き付けるか、あるい
は平箔を追加で２周以上巻き付けることで形成される。

【００２４】そして、シェル１１を形成したメタルハニ
カム体２を外筒３に組み込んだ後、メタルハニカム体２
を形成する平箔５と波箔６の接触部を接合するととも
に、シェル１１を形成する平箔同士または波箔同士を接
合し、かつシェル１１の外周面と外筒３の内周面とを接
合して、本発明メタル担体となる。

【００２５】本発明メタル担体は、メタルハニカム体２
の外周に上記のようなシェル１１が形成されているの
で、触媒コンバータとして使用したとき、従来より高温
に、かつ急速に加熱され、加熱と冷却が繰り返された際
の耐久性に優れている。すなわち、メタルハニカム体２
と外筒３の温度差により境界付近に応力が集中しても、
平箔同士または波箔同士が接合されて一体となった強固
なシェル１１が損傷を受け難いので、メタル担体の軸方
向へのズレに対する耐久性が優れている。

【００２６】つぎに、本発明メタル担体の好ましい態様
の例を図４の断面図に示す。この態様では、メタルハニ
カム体２内に破線で示すハニカム非接合部１２が形成さ
れている。このハニカム非接合部１２では平箔と波箔の
接触部が接合されておらず、メタルハニカム体２のその
他の部位では拡散接合により接合されている。そしてハ
ニカム非接合部１２は、メタルハニカム体２のガス入側
端部から離れた位置を起点とする長さ範囲で、全周にわ
たって少なくとも１周分、少なくとも１箇所に形成され
ている。

【００２７】この好ましい態様では、メタルハニカム体
２内にハニカム非接合部１２が形成されているので、自
動車等のエンジン排ガス系に装着して使用した際、排ガ
スによる急熱および急冷の熱サイクルに対してより優れ
た耐久性を有している。すなわち、上記のように、強固
なシェル１１によりメタルハニカム体２の軸方向へのズ
レに対する優れた耐久性を有するうえ、さらに、ハニカ
ム非接合部１２により、メタルハニカム体２の径方向中
央部と外周部の温度差が大となっても、ハニカム非接合
部１２を境にして、中心軸１０側が中心軸１０の方向に
伸縮することで応力集中が緩和される。

【００２８】ハニカム非接合部１２をメタルハニカム体
２のガス入側端部から形成した場合は、ハニカム非接合
部１２の周辺にカケと呼ばれるハニカム欠損が生じやす
い。ガス入側端部とハニカム非接合部１２の起点との間
隔は、メタルハニカム体２の全長の１／１０以上とする
のが望ましい。また、ハニカム非接合部１２以外の平箔
と波箔の接触部を拡散接合により接合するのは、他の接
合手段よりも処理が容易でかつ接合強度も優れているか
らである。

【００２９】またハニカム非接合部１２は、メタルハニ
カム体２の径方向に少なくとも１箇所に形成されていれ
ばよい。２箇所あるいはそれ以上形成されていれば耐久
性がより向上するが、その向上代は顕著ではなく、製造
コストが上昇するので得策ではない。

【００３０】さらに平箔と波箔の少なくとも１周分が非
接合であればよく、最大２周分程度とすることができ
る。なおハニカム非接合部１２は、メタルハニカム体２
の中心軸１０から、メタルハニカム体２の半径の１／２
以上離れた位置に形成されているのが望ましい。このよ
うな位置に形成されていることで、熱応力集中の緩和作
用が効果的に発揮される。

【００３１】つぎに、本発明メタル担体のさらに好まし
い態様の例を図５および図６の断面図に示す。この態様
では、メタルハニカム体２内にハニカム非接合部１２が
形成されているうえ、さらにシェル１１が、ハニカム非
接合部１２のガス入側端部よりもガス出側を起点として
形成されている。このため図５および図６に示すよう
に、ガス入側でメタルハニカム体２と外筒３との間に隙
間が形成され、該隙間はハニカム非接合部１２のガス入
側端部よりもガス出側にまでわたって形成されている。

【００３２】この態様では、メタルハニカム体２内にハ
ニカム非接合部１２が形成され、かつシェル１１のガス
入側のメタルハニカム体２と外筒３との間に隙間が形成
されているので、自動車等のエンジン排ガス系に装着し
て使用した際、排ガスによる急熱および急冷の熱サイク
ルに対してより優れた耐久性を有している。

【００３３】すなわち、上記のように、強固なシェル１
１によりメタルハニカム体２の軸方向へのズレに対する
優れた耐久性を有し、かつハニカム非接合部１２によ
り、メタルハニカム体２内の温度差に基づく応力集中が
緩和されるうえ、メタルハニカム体２と外筒３の間の隙
間により、メタルハニカム体２と外筒３の温度差が大と
なっても、メタルハニカム体２が外筒３に対して伸縮す
ることで応力集中が緩和される。そしてシェル１１が、
ハニカム非接合部１２のガス入側端部よりもガス出側を
起点として形成されているので、メタルハニカム体２が
外筒３に対してガス入側に効果的に伸縮し、応力集中が
より緩和される。

【００３４】なお、図５の例ではハニカム接合部１２の
終点がガス出側端部と一致して形成されているので、メ
タルハニカム体２の中心軸１０側がガス出側に容易に伸
縮する。図６の例では、ハニカム非接合部１２の終点が
ガス出側端部よりも内側に形成されているが、該終点と
ガス出側端部との間隔が短いので、中心軸１０側と外側
との温度差による熱応力により、ハニカム非接合部１２
が延長するような破壊が生じて、中心軸１０側の伸縮が
容易となる。

【００３５】そして図６の例では、自動車等の排ガス系
に装着するまでの取扱い時等においてメタルハニカム体
２が安定し、平箔と波箔の接合部等が損傷を受け難い。
なお本例において、ハニカム非接合部１２の終点とガス
出側端部との間隔は、メタルハニカム体２の全長の１／
１０未満とするのが望ましい。

【００３６】またシェル１１の終点も、図５の例ではガ
ス出側端部と一致して形成され、図６の例ではガス出側
端部よりも内側に形成されている。図６の例では、シェ
ル１１がガス出側端部よりも内側を終点として形成され
ているので、ガス入側端面とガス出側端面とが同一形状
となり、排ガス系への装着までの間の作業性に問題が生
じるおそれがある。これに対し図５の例では、シェル１
１がガス出側端部を終点として形成され、端面の形状が
明瞭に異なるので、このような問題のおそれはない。ま
た、シェル１１を形成する際にも図５の例の方が容易で
ある。

【００３７】つぎに、本発明メタル担体のさらに好まし
い態様の例を図７の断面図に示す。この態様では、シェ
ル１１と外筒３の境界に、破線で示す境界非接合部１３
および実線で示す境界接合部１４が形成されている。境
界非接合部１３は、該境界のガス入側端部を起点として
形成され、境界接合部１４は該ガス入側端部よりもガス
出側を起点として形成されている。図７の例は、図５の
例に適用したものであるが、図３、図４および図６の例
のようなメタル担体に適用することもできる。

【００３８】このように、シェル１１と外筒３の間に境
界非接合部１３が形成されていることで、シェル１１と
外筒３との間の熱応力集中が緩和され、耐久性がより一
層向上する。このとき、シェル１１と外筒３の間の隙間
により、メタルハニカム体２が外筒３に対してガス入側
に伸縮するので、境界非接合部１３はガス入側に形成さ
れている方がより効果的に作用する。

【００３９】つぎに上記本発明メタル担体において、シ
ェル１１の厚さが１００μｍ以上５００μｍ以下である
ことが好ましい。１００μｍ未満ではメタルハニカム体
２の上記ズレに対する耐久性向上効果が十分に発揮され
難く、５００μｍを超えるとシェル１１の熱容量が大き
くなり、接しているメタルハニカム体２の昇温が遅くな
る。

【００４０】また、シェル１１を形成する平箔同士また
は波箔同士が拡散接合により接合されているのが好まし
い。メタルハニカム体２を形成する平箔と波箔の接触部
は、上記のように拡散接合により接合されているのが好
ましく、シェル１１を形成する平箔同士または波箔同士
の接合も、上記接触部と同時に接合することができるか
らである。

【００４１】さらに、拡散接合が１１００℃以上１２５
０℃以下の温度範囲で真空熱処理によりなされているの
が好ましい。従来から行われている１２５０℃では、拡
散接合がより良好に行え、１１００℃以上の従来より低
い温度でも、従来なみあるいはそれ以上の良好な拡散接
合が行える。真空熱処理は、例えば１０^-4Torr程度の真
空度で行うことができる。

【００４２】これら条件で拡散接合が行われていると、
Ａｌ等の添加元素が、拡散接合時に蒸発するのを抑制で
き、耐熱性および耐酸化性が従来より向上したメタル担
体となる。真空熱処理温度が１２５０℃を超えると、箔
厚が薄いときはＡｌ等の蒸発が顕著となり、耐熱性およ
び耐酸化性が劣化するおそれが生じ、１１００℃未満で
は拡散接合が不完全となるおそれが生じる。

【００４３】また、拡散接合がメタルハニカム体２の箔
厚（ｔμｍ）に応じて（１）式の範囲の温度（Ｔ℃）で
真空熱処理によりなされているのが好ましい。すなわち
図１３に示すように、真空熱処理温度の上限が、箔厚が
厚いときはより高温まで許容でき、箔厚が薄いときはよ
り低温度に制限される。（１）式の条件により、メタル
ハニカム体２の耐熱性および耐酸化性がより安定向上し
たメタル担体となる。なお（２）式の条件では、より一
層安定向上したメタル担体となる。１１００≦Ｔ≦１．７×ｔ＋１１６５（１）１１００≦Ｔ≦１．９×ｔ＋１１１７（２）

【００４４】上記のような本発明メタル担体に触媒を担
持させた触媒コンバータは、自動車エンジンのエキゾー
ストマニホールドのガス出側に装着するような苛酷な環
境においても、優れた耐久性が発揮される。すなわち上
記位置に装着すると、従来よりも高温の排ガスで急速に
加熱され、加熱と冷却が繰り返されるばかりでなく、高
温の排ガスがメタルハニカム体に偏って導入され、さら
にアッセンブルによる応力集中が顕著な条件でも使用さ
れ、極めて苛酷な環境となるにもかかわらず、優れた耐
久性が発揮される。

【００４５】つぎに本発明法は、図２のように帯状の平
箔５および帯状の波箔６を重ねて巻回しメタルハニカム
体２を形成したのち、その外周に平箔または波箔を追加
で巻き付けることにより、平箔または波箔を２周以上巻
き付けてなるシェル１１を形成し、外筒３に組み込んだ
のち接合処理を行い、メタルハニカム体２を形成する平
箔と波箔の接触部を接合するとともに、シェル１１を形
成する平箔同士または波箔同士を接合する。

【００４６】本発明法において、シェル１１を形成する
平箔または波箔は、メタルハニカム体２を形成する平箔
または波箔と一体のものあってもよく、また別体のもの
であってもよい。そして平箔または波箔を追加で巻き付
ける具体的手段、およびこのようなシェル１１を形成し
たメタル担体の耐久性については、上記本発明メタル担
体の説明で述べたとおりである。

【００４７】本発明法の好ましい態様では、図２のよう
に帯状の平箔５と帯状の波箔６を重ねて巻回するとき、
所定の部位に拡散防止剤を介在させ、図４に示すような
ハニカム非接合部１２を形成する。ハニカム非接合部１
２の形成位置は、上記本発明メタル担体の説明で述べた
とおりである。本発明法のさらに好ましい態様では、ハ
ニカム非接合部１２を形成するとともに、追加で巻き付
ける平箔または波箔の幅を限定することで、図５または
図６のようなハニカム非接合部１２およびシェル１１を
形成する。

【００４８】追加で巻き付ける箔を、メタルハニカム体
２を形成する平箔と一体の平箔とした場合の例を図８に
示す。本例では、波箔６の波頂部に塗布装置１５により
拡散防止剤１７を塗布することで、平箔５との接触部９
の所定部位に拡散防止剤１７を介在させている。この所
定部位は上記本発明メタル担体におけるハニカム非接合
部１２の形成部位であり、本例ではガス出側端部となる
波箔６の幅方向一端から他端未満までとしている。そし
て塗布装置１５の転写用ロールまたは波箔６を接離する
ことで、所定部位にのみ拡散防止剤１７を塗布すること
ができる。

【００４９】また本例においては、平箔５をシェル形成
分だけ長尺にし、かつシェル形成分の平箔５を図８のよ
うに、ガス入側を切り欠いた幅狭とすることで、図５の
ようなメタル担体用のシェル１１を形成している。図６
のようなメタル担体用のシェル１１を形成するには、図
８において、シェル形成分の平箔に幅方向両端から切欠
きを入れたものとすればよい。また、波箔６をシェル形
成分だけ同様に長尺とすることで、波箔を巻き付けてな
るシェル１１を形成することができる。

【００５０】本発明法のさらに好ましい態様では、シェ
ル１１が形成されたメタルハニカム体２を外筒３に組込
む前に、シェル１１の外周面の所定部位と外筒３の内周
面の所定部位の一方または双方に拡散防止剤を付着さ
せ、かつシェル１１の別の所定部位と外筒３の別の所定
部位の一方または双方にロウ材を付着させることで、図
７の例のように境界非接合部１３および境界接合部１４
を形成する。

【００５１】その具体例を図９に示す。シェル１１はメ
タルハニカム体２のガス出側に形成し、シェル１１のガ
ス入側に拡散防止剤１７を、ガス出側にロウ材１６をそ
れぞれ付着させたのち外筒３に組込み、拡散接合処理を
行うことで、拡散防止剤１７を付着させた部位には境界
非接合部１３を、ロウ材１６を付着させた部位には境界
非接合部１４をそれぞれ形成する。このほか、拡散防止
剤１７およびロウ材１６は外筒３の内面に付着させても
よく、またシェル１１外面と外筒３内面の双方に付着さ
せてもよい。

【００５２】本発明法において、拡散防止剤１７として
は、拡散接合のための熱処理において安定な材料、例え
ばＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物やＳｉＣ、ＢＮ
等のセラミックス等を採用することができる。これらを
付着させるには、粉末にして、例えば水に混合したもの
を塗布する、シート状にしたものを貼付する、等の手段
を採用でき、平箔と波箔の間に介在させるには、さらに
シート状のものを挟み込むこともできる。

【００５３】またロウ材１６としては、通常のロウ付け
で使用されているものを採用することができ、これを付
着させるには、粉末状のロウ材をバインダーに混合して
塗布する、所定部位にバインダーを塗布したのち粉末状
のロウ材をふりかけ、所定以外の部位のロウ材をふり落
とす、シート状のロウ材を貼付する、等の手段を採用す
ることができる。

【００５４】また本発明法において、シェル１１の厚さ
を１００μｍ以上５００μｍ以下とするのが好ましく、
その手段としては、追加で巻き付ける平箔または波箔の
厚さに応じて巻き付け回数を調整する。さらにシェル１
１を形成する平箔同士または波箔同士を拡散接合により
接合するのが好ましく、その手段としては、シェル１１
形成後のメタルハニカム体２を外筒に組込んだのち、真
空炉等の非酸化性雰囲気中で高温加熱することで、メタ
ルハニカム体２を形成する平箔と波箔の接触部およびシ
ェル１１を形成する平箔同士または波箔同士を拡散接合
することができる。このとき、シェル１１と外筒３のロ
ウ付けも同時に行われる。

【００５５】さらに本発明法において、拡散接合を１１
００℃以上１２５０℃以下の温度範囲で真空熱処理によ
り行うことが好ましい。また拡散接合をメタルハニカム
体２の箔厚（ｔμｍ）に応じて、上記（１）式の範囲の
温度（Ｔ℃）で真空熱処理により行うのが好ましい。真
空熱処理は、前述のように例えば１０^-4Torr程度の真空
度で行うことができる。熱処理温度の限定理由は、上記
本発明メタル担体の説明で述べたとおりである。なお上
記（２）式の条件によれば、耐熱性および耐酸化性がよ
り一層安定向上したメタル担体を製造することができ
る。上記のような、本発明法の各種好ましい態様により
製造されたメタル担体の優れた耐久性については、上記
本発明メタル担体の説明で述べたとおりである。

【００５６】

【実施例】下記材料を使用して外径１００mm、長さ１２
０mmのメタル担体を製造し、耐久試験を行った。平箔：２０Ｃｒ−５Ａｌフェライト系ステンレス鋼箔、
厚さ５０μｍまたは２０μｍ、幅１２０mm 波箔：同上平箔を波付け加工したもの、波高さ１．２５
mm、ピッチ２．５４mm 外筒：１８Ｃｒ−８Ｎｉ耐熱ステンレス鋼管、肉厚１．
５mm、長さ１２３mm、外径１０２mm 拡散防止剤：粒径１μｍのアルミナ粉を水に混合したも
のを塗布ロウ材：箔ロウハニカム非接合部１２および境界非接合部１３の位置に
上記拡散防止剤を塗布し、境界接合部１４の位置に上記
ロウ材を貼付して真空熱処理を行い、メタルハニカム体
の平箔と波箔の接触部およびシェルの平箔同士または波
箔同士を拡散接合するとともに境界のロウ材貼付部位を
ロウ付けした。

【００５７】［本発明例１］形状および寸法：図１０平箔および波箔の厚さ：５０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：１０kgf シェル：メタルハニカム体と一体の平箔を５周巻き付けシェル厚さ：２５０μｍ真空熱処理：１２００℃で６０分、１０^-4Torr ［本発明例２］形状および寸法：図１０平箔および波箔の厚さ：５０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：１０kgf シェル：メタルハニカム体と一体の波箔を５周巻き付けシェル厚さ：２５０μｍ真空熱処理：１２００℃で６０分、１０^-4Torr ［本発明例３］形状および寸法：図１０平箔および波箔の厚さ：２０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：５kgf シェル：メタルハニカム体と一体の平箔を１５周巻き付
けシェル厚さ：３００μｍ真空熱処理：１１５０℃で６０分、１０^-4Torr ［本発明例４］形状および寸法：図１１平箔および波箔の厚さ：５０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：１０kgf シェル：メタルハニカム体と別体の厚さ５０μｍの平箔
を５周巻き付けシェル厚さ：２５０μｍ真空熱処理：１２００℃で６０分、１０^-4Torr ［本発明例５］形状および寸法：図１０平箔および波箔の厚さ：２０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：５kgf シェル：メタルハニカム体と別体の厚さ５０μｍの平箔
を５周巻き付けシェル厚さ：２５０μｍ真空熱処理：１２００℃で６０分、１０^-4Torr

【００５８】［従来例１］形状および寸法：図１２平箔および波箔の厚さ：５０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：１０kgf シェル：なし真空熱処理：１２８０℃で９０分、１０^-4Torr ［従来例２］形状および寸法：図１２平箔および波箔の厚さ：２０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：５kgf シェル：なし真空熱処理：１２８０℃で９０分、１０^-4Torr ［従来例３］形状および寸法：図１２平箔および波箔の厚さ：５０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：１０kgf シェル：なし真空熱処理：１２００℃で６０分、１０^-4Torr ［従来例４］形状および寸法：図１２平箔および波箔の厚さ：２０μｍメタルハニカム体巻回時のバックテンション：５kgf シェル：なし真空熱処理：１１５０℃で６０分、１０^-4Torr

【００５９】上記各本発明例および従来例のメタル担体
を、表１に示す４条件のエキゾーストマニホールド（エ
キマニ）に装着し、加熱９５０℃１０分、冷却１５０℃
１０分を１サイクルとして、９００サイクルのエンジン
冷熱耐久試験を行った。

【００６０】なお表１において均一性指標γは、メタル
ハニカム体の多数の通気孔を多チャネルに分割して各チ
ャネルを流れる排ガスの流速分布を測定し、これを統計
処理することで、表２の手順により求めたものである。
γが１．００のとき、メタルハニカム体の各通気孔のガ
ス流れは完全均一で、値が小さくなるにしたがってガス
流れに偏りがあることを示す。表２において局所とは、
通気孔をｎ個のチャネルに分割した一つのチャネルを示
す。

【００６１】結果を表３に示す。本試験はメタル担体を
エキマニ直下に装着して行い、高温の排ガスにより９５
０℃に急速加熱され、また急速に冷却される苛酷な冷熱
耐久試験であり、また特にエキマニＡの条件は、アッセ
ンブルによる応力集中が顕著で排ガス偏流も顕著な条件
であるが、本発明例はいずれも全ての条件で合格であっ
た。

【００６２】従来例はいずれもシェルがないため、応力
集中が顕著なエキマニＡおよびエキマニＢではいずれも
メタルハニカム体２と外筒３の間にズレが発生した。ま
た、真空熱処理温度を１２８０℃とした従来例１および
従来例２ではカケと呼ばれるハニカム欠損が発生した。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】

【表３】

【００６６】

【発明の効果】本発明のメタル担体はメタルハニカム体
２の外周に強固なシェル１１が形成されているので、自
動車エンジン等の排ガス系に装着して使用したとき、従
来よりも苛酷な環境での耐久性に優れている。またメタ
ルハニカム体２内にハニカム非接合部１２を形成したも
のはより耐久性に優れ、さらに、シェル１１を限定した
ものはさらに優れている。またその製造法は、過大なコ
スト上昇を招くことなく工業的に安定して実施できるも
のである。

【００６７】したがって本発明メタル担体は、自動車エ
ンジンのエキゾーストマニホールドに装着するような極
めて苛酷な環境、すなわち、例えば９５０℃以上の高温
と１５０℃の間を繰り返し、また導入される排ガスがメ
タルハニカム体２の各通気孔に対し偏流となって導入さ
れ、またアッセンブルによる応力集中が顕著な条件で装
着されるような環境でも、優れた耐久性を発揮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象とするメタル担体の外観を示す斜
視図である。

【図２】本発明の対象とするメタルハニカム体の製造例
を示す斜視図である。

【図３】本発明メタル担体の例を示す断面図である。

【図４】本発明メタル担体の別の例を示す断面図であ
る。

【図５】本発明メタル担体の別の例を示す断面図であ
る。

【図６】本発明メタル担体の別の例を示す断面図であ
る。

【図７】本発明メタル担体の別の例を示す断面図であ
る。

【図８】本発明メタル担体の製造法の例を示す斜視図で
ある。

【図９】本発明メタル担体の製造法の別の例を示す斜視
図である。

【図１０】本発明メタル担体の実施例を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明メタル担体の別の実施例を示す断面図
である。

【図１２】従来のメタル担体の実施例を示す断面図であ
る。

【図１３】本発明メタル担体における真空熱処理温度を
説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１…メタル担体２…メタルハニカム体３…外筒４…通気孔５…平箔６…波箔７…稜線８…巻取軸９…接触部１０…中心軸１１…シェル１２…ハニカム非接合
部１３…境界非接合部１４…境界接合部１５…塗布装置１６…ロウ材１７…拡散防止剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性ステンレス鋼からなる帯状の平箔
と、該平箔を波付け加工した帯状の波箔とを重ねて渦巻
状に巻回されたメタルハニカム体が、金属製外筒内に組
み込まれてなるメタル担体において、前記メタルハニカ
ム体の外周に、平箔または波箔を２周以上巻き付けてな
るシェルが形成され、該シェルを形成する平箔同士また
は波箔同士が接合されていることを特徴とする触媒コン
バータ用メタル担体。
【請求項２】前記メタルハニカム体の平箔と波箔の接
触部には、該メタルハニカム体のガス入側端部から離れ
た位置を起点とする長さ範囲で、全周にわたって少なく
とも１周分、少なくとも１箇所にハニカム非接合部が形
成され、前記接触部のその他の部位は拡散接合により接
合されていることを特徴とする請求項１記載の触媒コン
バータ用メタル担体。
【請求項３】前記シェルが、前記ハニカム非接合部の
ガス入側端部よりもガス出側を起点として形成されてい
ることを特徴とする請求項２記載の触媒コンバータ用メ
タル担体。
【請求項４】前記シェルと前記外筒の境界には、該境
界のガス入側端部を起点とする長さ範囲の境界非接合
部、および該ガス入側端部よりもガス出側を起点とする
長さ範囲の境界接合部が形成されていることを特徴とす
る請求項１、２または３記載の触媒コンバータ用メタル
担体。
【請求項５】前記シェルの厚さが１００μｍ以上５０
０μｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３ま
たは４記載の触媒コンバータ用メタル担体。
【請求項６】前記シェルを形成する平箔同士または波
箔同士が、拡散接合により接合されていることを特徴と
する請求項１、２、３、４または５記載の触媒コンバー
タ用メタル担体。
【請求項７】前記拡散接合が、１１００℃以上１２５
０℃以下の温度範囲で真空熱処理によりなされ、前記メ
タルハニカム体の耐熱性および耐酸化性が向上している
ことを特徴とする請求項２、３、４、５または６記載の
触媒コンバータ用メタル担体。
【請求項８】前記拡散接合が、前記メタルハニカム体
の箔厚（ｔμｍ）に応じて（１）式の範囲の温度（Ｔ
℃）で真空熱処理によりなされ、前記メタルハニカム体
の耐熱性および耐酸化性が向上していることを特徴とす
る請求項２、３、４、５または６記載の触媒コンバータ
用メタル担体。１１００≦Ｔ≦１．７×ｔ＋１１６５（１）
【請求項９】耐熱性ステンレス鋼からなる帯状の平箔
と、該平箔を波付け加工した帯状の波箔とを重ねて渦巻
状に巻回されたメタルハニカム体が、金属製外筒内に組
み込まれてなるメタル担体の製造方法において、前記メ
タルハニカム体の外周に、平箔または波箔を追加で巻き
付けることにより、該平箔または該波箔を２周以上巻き
付けてなるシェルを形成し、前記外筒に組み込んだ後、
接合処理を行うことにより、前記メタルハニカム体の前
記平箔と前記波箔の接触部を接合するとともに、前記シ
ェルを形成する平箔同士または波箔同士を接合すること
を特徴とする触媒コンバータ用メタル担体の製造方法。
【請求項１０】前記帯状の平箔と前記帯状の波箔を重
ねて巻回しメタルハニカム体とする際、該平箔と該波箔
の間に、少なくとも１箇所、少なくとも１周分の長さに
わたり、帯状材のガス入側となる幅端部から離れた位置
を起点とする幅範囲に、拡散防止剤を介在させて巻回す
ることで、接合処理後にハニカム非接合部を形成するこ
とを特徴とする請求項９記載の触媒コンバータ用メタル
担体の製造方法。
【請求項１１】前記追加で巻き付ける平箔または波箔
の、ガス入側となる幅端部を、前記拡散防止剤を介在さ
せた部位のガス入側となる幅端部よりもガス出側とする
ことを特徴とする請求項１０記載の触媒コンバータ用メ
タル担体の製造方法。
【請求項１２】前記シェルが形成されたメタルハニカ
ム体を前記外筒に組み込む前に、請求項４記載のメタル
担体における境界非接合部となる前記シェルの外周面の
部位と、該境界非接合部となる前記外筒の内周面の部位
の、一方または双方に拡散防止剤を付着させ、かつ請求
項４記載のメタル担体における境界接合部となる前記シ
ェルの外周面の部位と、該境界接合部となる前記外筒の
内周面の部位の、一方または双方にロウ材を付着させる
ことを特徴とする請求項９、１０または１１記載の触媒
コンバータ用メタル担体の製造方法。
【請求項１３】前記シェルの厚さを１００μｍ以上５
００μｍ以下とすることを特徴とする請求項９、１０、
１１または１２記載の触媒コンバータ用メタル担体の製
造方法。
【請求項１４】前記シェルを形成する平箔同士または
波箔同士を拡散接合により接合することを特徴とする請
求項９、１０、１１、１２または１３記載の触媒コンバ
ータ用メタル担体の製造方法。
【請求項１５】前記拡散接合を、１１００℃以上１２
５０℃以下の温度範囲で真空熱処理により行うことで、
前記メタルハニカム体の耐熱性および耐酸化性を向上さ
せることを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３ま
たは１４記載の触媒コンバータ用メタル担体の製造方
法。
【請求項１６】前記拡散接合を、前記メタルハニカム
体の箔厚（ｔμｍ）に応じて（１）式の範囲の温度（Ｔ
℃）で真空熱処理により行うことで、前記メタルハニカ
ム体の耐熱性および耐酸化性を向上させることを特徴と
する請求項１０、１１、１２、１３または１４記載の触
媒コンバータ用メタル担体の製造方法。１１００≦Ｔ≦１．７×ｔ＋１１６５（１）