JPH03165840A - メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車等のエンジンより排出するガスを触媒
を用いて浄化する際、この触媒を担持するための支持体
（担体）に関するものであり、特に金属製の担体に問題
にされる接合方法に工夫をこらした担体に係るものであ
る。

（従来の技術） 従来、排ガス浄化用の触媒担体は、コーヂエライトを主
成分とするセラミックハニカム体が主体であるが、セラ
ミックの特性から衝撃に対して弱く破損しやすい等の問
題があり、最近これに代るべきものとしてメタル担体が
開発され、一部すでに実用化されている。

メタル担体はステンレス鋼や耐食性高合金鋼を５０μ前
後の箔とし、これを波形に成形しｔこ波箔および平坦箔
を重ねて、巻回しあるいは積層してハニカム状の筒体を
つくって、これを同じくステンレス、高合金鋼等よりな
る厚さ１〜２ＩＩＩ１程度の外筒内に入れ、このハニカ
ム体を構威する波箔と平箔の接触部およびハニカム体外
周と外筒内周を、ろう材でろう付けして固定して製造さ
れている。

このろう付け法では、ハニカム体および外筒がほｙ全面
的に接合され、リジッドな構造となるが、このような担
体を自動車エンジン排気ガス系に搭載すると、走行中の
振動は勿論のことであるが、急熱一急冷という熱サイク
ルが繰り返えされて熱応力を受け、特に外筒付近のハニ
カム体には応力が集中する傾向にあり、その結果箔接合
部の剥離や、亀裂が生じることがある。このような不都
合を解消するために、ハニカム体を部分的に接合するな
ど、接合法を工夫したいくつかの提案があるが、これを
実現するには工程が複雑になったり抜本的な解決策とは
なっていない。一方、ろう合金およびろう付け処理が高
価であり、この方法を用いる限りコストの問題は解決さ
れない。

ろう付け法に代るものとして近時、多くの提案がみられ
る。レーザー、電子ビーム等の高密度エネルギーを利用
したり、抵抗溶接による方法があり、例えば特開昭８２
−７１５４７号公報には平板（箔）と波板（箔）をスポ
ット溶接した後、これを巻き込んでハニカム体を構成す
ることが開示されているが、これでは、１枚の平板と波
板は接合されているもの＼隣接する板とは接合されてい
ないため、ハニカム体の軸方向に力が加ると、軸方向に
たけのこ状にずれてしまう可能性がある。また特開昭８
４　−　４０１８０号公報には平板と波板を、位相を１
８００ずらせて巻き込む過程で、外部より２ヶの電極を
１組とし、これを１組以上並べて抵抗溶接する方法を提
示している。しかし、この方法によれば、溶接はコア円
周上の特定範囲でしか行えず、電極配置数に制限があり
、また溶接工程と巻き込み工程が直列となり、さらに溶
接は、さみだれ的であるため、製造に時間がか＼り生産
性に問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、波箔と平箔の接合自体は、公知のろう付け、
電子ビーム、レーザビーム溶接等の何れの方法をも採用
できるが、特に、スポット抵抗溶接で多数の電極を用い
て接合することにより、オンラインで効率的な接合をす
ると共に、波箔を入れ子構造とすることにより、軸方向
の移動を拘束できること、すなわち、隣接する箔同志は
ばめあい構造となっているため構造的に柔軟であり、エ
ンジン稼動中に起る熱応力に対しても十分に緩和できる
、耐久性のすぐれたメタル担体およびその製造方法を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は以下の構戊を要旨
とする。

すなわち、 １）平箔と波箔を重ね合せ、これを積層または巻回して
形戒するハニカム体において、平箔の表面に、該平箔よ
り小幅の波箔を配設接合して形成した波箔の存在しない
空間部に、対向する平箔表面の前記空間部に相当する位
置に接合された、前記空間部と等幅の小幅波箔を嵌合し
、交互の波箔を入れ子状に組合せたことを特徴とするハ
ニカム形状を有するメタル担体であり、 ２）前記平箔面に形成した波箔の存在しない空間部の反
対面には、該空間部とほぼ同位置かつ同幅の波箔を配設
接合したことを特徴とするハニカム形状を有するメタル
担体である。

５ 以下本発明を詳細に説明する。

本発明で使用する箔は、Ａ．１？を含有するステンレス
鋼、あるいはＦｅ−　Ｃｒ−Ａ，７７系の耐熱性高合金
鋼などからなり、厚さｌ０〇一以下、好ましくは５〇一
前後のものである。平箔の幅（ハニヵム体に構成したと
きの軸方向の長さ）は、製品によって異るが凡そ１６０
ｍ＋ｅ以下である。波箔は、この平箔の幅より小さな幅
とする必要があるが、その範囲内で所望の寸法に選択で
きる。

本発明において、平箔には、その表面および裏面に、適
宜の幅の小幅波箔と、波箔が存在しない空間部を交互に
配置し、該小幅波箔を後述するようにスポット溶接等の
手段で接合する。この小幅波箔を接合した平箔を、積層
するか、渦巻き状に巻回して重ね合せたとき、平箔の一
面にある小幅波箔が、相隣接し、対向した平箔の波済の
ない空間部に密に嵌合し、入れ子状になる。

すなわち、ハニカム体を構成したとき、隣り合って対向
している平箔と平箔の間は、それぞれの平箔に接合され
た波箔が入れ子状に噛み合って、６ あたかも一枚の波箔を存在させたと同様の構造となるが
、小幅の波箔同志および、空間部に入れ子状に嵌合した
小幅波箔と対向平箔は非接合の状態となっている。

平箔の表面および裏面に配置し、接合する波箔の幅と、
形成する空間部の幅寸法は、任意に選択できるが、波箔
を接合した平箔を積層あるいは巻回してハニカム体を構
成する際に、隣接して対向する一方の平箔空間部に、他
方の対向する平箔に接合した小幅波箔が、嵌め合い可能
になるような配置寸法、すなわち、一方の空間部と他方
の小幅波箔の幅とはほり等しい幅を有するようにするこ
とが最も好ましく、これによって、波箔同志の密な入れ
子状の嵌合が可能となり、ハニカム体軸方向に隣接箔同
志がずれるのを防ぐことができる。

平箔は、前述したように、その表裏面に小幅の波箔を、
空間部と交互に配置して、接合するのであるが、これを
巻回して渦巻き状のハニカム体とする場合には、長尺の
平箔を順次重ねながら巻くため平箔の表面と裏面が対向
面となる。従ってこれの表裏に接合する小幅の波箔が、
平箔を透視した場合に、重なり合わないように配置して
おくことが対向する小幅波箔を密に交互に入れ子状に組
合せることができて、好ましい（請求項２はこの状態を
記述している。）。

しかし、短尺の平箔に小幅波箔を接合し、これらを１枚
毎積み重ねてハニカム体を構成する場合は、上記態様で
もよいが、これに限らず、該平箔の表裏に接合する小幅
波箔が透視した場合に重なり合っていても支障はない。

この具体例を第９図に示す、すなわち、短尺平箔１ａで
は、それを挾んで波箔２ｃと２０が一部重なっており、
平箔１ｂでは波箔２ｆが２ｇに全部重なっている。しか
し、これらの各波箔と、それと相対向している平箔上に
形成された中空部３の幅が、それぞれはソ等幅に設置さ
れている。

このように、平箔に配設する小幅の波箔の幅および中空
部の幅は、互いに隣接し、対向する側の平箔上の小幅波
箔との関係で決定され〜ばよく、必ずしも一枚の平箔を
透視した場合小幅波箔が重なるようにしなくてもよい。

本発明において、平箔と波箔の接合方法は、ろう付け、
抵抗溶接、レーザー、ＥＢ等の高密度エネルギー溶接等
公知の方法を用いることができるが中でも抵抗スポット
溶接手段が作業効率上最も好ましい。抵抗スポット溶接
を用いる場合は、平箔一波箔の接合と、巻回を一つの工
程で行うことができる。ＥＢ，レーザー等もスポット溶
接と同様な工程で行うことが可能である。一方ろう付け
の場合は、あらかじめ平箔に波箔をろう接合してからこ
れを巻回するか、あらかじめ平箔，波箔の一方に接着剤
を塗布しておいてから巻回してノ＼ニカム体を形成し・
、ろう粉を接着剤に付着させてからハニカム体を真空中
でろう付けする等の工程を採用することにより、両箔の
接合が可能である。

このように本発明においては平箔の表裏各面には、波箔
の存在しない空間部が設けられており、両箔を積層しあ
るいは巻回して渦巻状に形成したハニカム体では、前記
平箔の空間部に向い合った平箔に接合した波箔が入れ子
状に組合わさり相隣９ 接する向い合った平箔の間には波箔が全面に交互に非接
合状態で介在しているため、軸方向、および半径方向の
熱応力に対する歪を吸収できる構造となり、さらにハニ
カム体が軸方向にずれることもなく耐久性を著しく向上
することができる。

次に、本発明の巻回ハニカム体についての製造方法を図
に示す一例によって具体的に説明する。

第１図および第２図はスポット溶接で接合する状況を示
すものであり１は平箔、２は小幅の波箔である。平箔１
の表面には、２枚の小幅波箔２ａ．２ｂをそれぞれの幅
端が平箔の幅端に一致するよう平箔の両サイドに、空間
３を置いて配置する。

小幅波箔２ａと２ｂの幅は、任意のサイズを選定するこ
とができるが、図の例では等幅サイズとした。また空間
３すなわち、波箔２ａと２ｂの間隔は、これも任意の距
離でよく、図の例では、波箔２ａ，２ｂの幅と同一にし
ている。平箔１の裏面には、表面に設けた空間３に対応
する位置に、空間３と等幅の小幅波箔２ｃを配設する。

すなわち、平箔の平面を透視したとき、小幅波箔２ｃは
、小１０ 幅波箔２ａおよび２ｂと重ならず、かつ間隙がないよう
に、空間部３とほＶ一致するように配置する。

すなわち、この場合、波箔２ａ，２ｂ，２ｃの幅は全て
平箔の１７３である。４はスポット溶接用電極であり、
電極対４ａ，４ｂ間に、それぞれの平箔１および波箔２
ａ，２ｂ，２ｃを同時に挾み込み、その尖頭先端で加圧
通電して、挾み込んだ両箔１，２をダイレクトスポット
溶接する。溶接は平箔と接触する波箔の全波部に行う必
要はなく、適当な間隔を選んで行えばよい。また電極４
は上下複数段設置してよく、各段の数は接合幅によって
適宜選択でき、図の例のように１つの小幅波箔に対して
３対に限定されるものでもない。第２図は第１図の矢印
Ａ方向から見た電極４の配置を示したものである。図中
５は電源、６はスイッチを示す。また、第３図に、平箔
１と小幅の波箔２ａ，２ｂ，２ｃの配置，接合状況を示
した。これより、平箔の表裏面を通して見たときに、小
幅波箔が交互にほソ間断なく配置されていることが１１ わかる。

このように、本発明は、あらかじめ成形した小幅の波箔
２ａ，２ｂ，２ｃを所定の位置から、送り込まれる平箔
１の表，裏面に重ね合せながら移送し、この移送過程で
両箔をスポット溶接しながら、矢印Ｂの方向に渦巻き状
に巻き込んてノ＼ニカム体を構戊する。この際小幅波箔
２ａと２ｂの間に形成された空間３中に、小幅波箔２Ｃ
が嵌め込まれ、後述するように平箔１の表および裏の小
幅波箔２ａ，２ｂおよび２Ｃが対向する平箔間で互いに
噛み合う状態になっている。

このように製造されるハニカム体７は、第４図に断面の
一部を示すように外筒８に収納され、ろう付け法、溶接
、その他機械的手段等の公知の方法により固定されてお
り、これより外れることはない。またハニカム体７ては
、半径方向において、一つの平箔１ａは、接合している
波箔２ａと２ｂで空間部３を形或し、この空間部３に隣
接して対向する平箔１ｂの波箔２Ｃが入り込んでいる。

そして平箔１ａ，］．ｂ，ｌｃにそれぞれ接合してい１
２ る波箔２ａ，２ｂ，２ｃは相隣接する平箔の対向面とは
非接合となっているが、軸方向において各波箔２ａと２
ｂとの間の空間３に波箔２ｃが入り込んで噛み合ってい
るため、各箔は軸方向の移動はそれぞれ拘束され、ずれ
ることはない。

尚、上記の説明においてダイレクトスポット溶接の例を
用いたが、これに限定されることなく、電子ビームやレ
ーザー等の高密度エネルギーを用いた接合法も、同様の
方法で、適用できる。

（実　施　例） 以下本発明の実施例を示す。

実施例　１ １５％Ｃｒ％４．５％Ａ１１を含有するフエライト質ス
テンレス鋼よりなる５０即厚さの箔を、１２０ｍｍ幅の
平箔と、４０＋ｏｎ＋幅の波箔に加工し、第１図に示す
ように、平箔の表面および裏面に波箔を交互に重ね合せ
、両箔をそれぞれダイレクトスポット溶接をして接合し
た。

溶接は、先端を円錐形にした電極で平一波両箔を加圧し
ながら電極間に挾んで行なった。各箔に１　３ 一列４対の電極を配置して波箔スポット溶接を行い、こ
れを巻回して第７図に示すようなハニカム体７とした。

第５図にその一部を展開したハニカム体を示す。

このようにして製造したハニカム体をＳＵＳ３０４ステ
ンレス製の外筒に収納し、抵抗溶接で固定した後担持し
、３０００ｃｃのエンジンに搭載した。

該エンジン系で担体温度を８５０℃に維持、連続運転し
た結果、３００時間経過しても、外筒一ハニカム体間、
あるいはハニカム体内部で軸方向のズレ、損傷はなく、
耐久試験に合格できた。

実施例　２ 実施例１と同一の材料で箔を製造し、第６図に示すハニ
カム体を製造した。６０ｍ＋ｘ幅の波箔２枚を交互に配
し、一列５点のスポット溶接を実施した。

溶接条件は、実施例１と同条件である。

このようにして製造した担体を実施例１と同様の試験を
行ったところ、３００時間経過後も実施例１と同一結果
が得られ、耐久試験に合格することができた。

１４ 実施例　３ 実施例１と同様の材料で箔を製造し、第８図（ａ）に示
すように短尺平箔１′の表，裏面に、小幅で平箔とはソ
同長の波箔２’ａ，　２’ｂおよび２’ｃを配置接合し
、これらを一枚一枚積層して、波箔２’ａ，　２’ｂの
間に相向い合った平箔１′に接合した波箔２’ｃを入り
込ませ積層ハニカム体を形成し、第８図（ｂ）に示すよ
うに、実施例１と同質の角筒外筒８′に、前記ハニカム
体を挿入固定した。ハニカム体およびハニカム体と外筒
とは実施例１と同様の方法で抵抗溶接した。試験条件も
実施例１と同じ条件で行ったが、３００時間の耐久試験
で、異常なく、良好な結果が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のメタル担体は、接合と巻回
がオンラインでの生産が可能となり極めて効率的である
と共に担体自体が柔軟な構造であるため、すなわち、軸
方向および半径方向の何れにおいても接合強さは十分備
えた上で熱応力を緩和できる構成となっており、耐久性
にすぐれ、工１５ 業的価値の極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のスポット溶接による担体
製造の説明図、第３図は第１図の接合部断面図、第４図
は本発明のハニカム体の一部断面図、第５図〜第７図は
本発明実施例の説明図、第８図（ａ）　．　（ｂ）は、
本発明の別の実施例の説明図、第９図は本発明の短尺積
層箔を用いた場合の別の説明図である。 １・・・平　箔　　　　　　　２・・・小幅波箔３・・
・空間部　　　　　　　４・・・電　極７・・・ハニカ
ム体　　　　　８・・・外　筒復代理人　弁理士　田村
弘明 １６ 第２図 第５図 第３図 第４図 第８図 （ｆ２） 第６図 第τ図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）平箔と波箔を重ね合せ、これを積層または巻回して
   形成するハニカム体において、平箔の表面に、該平箔よ
   り小幅の波箔を配設接合して形成した波箔の存在しない
   空間部に、対向する平箔表面の前記空間部に相当する位
   置に接合された、前記空間部と等幅の小幅波箔を嵌合し
   、交互の波箔を入れ子状に組合せたことを特徴とするハ
   ニカム形状を有するメタル担体。 ２）前記平箔面に形成した波箔の存在しない空間部の反
   対面には、該空間部とほぼ同位置かつ同幅の波箔を配設
   接合したことを特徴とする、請求項１記載のハニカム形
   状を有するメタル担体。