JPH04148016A - 良好な耐久性を有する自動車排ガス触媒用金属担体 - 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、自動車排ガス浄化用触媒を担持するための金
属担体に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車の排ガスを浄化するための触媒を担持する担体と
して、耐熱性のステンレス鋼からなるハニカム体の金属
担体が注目されている。これら金属担体は、高温の排ガ
スに耐える耐熱性、耐酸化性だけでな（、同時に排ガス
による加熱・冷却の熱サイクル及びハニカム体内の温度
差による熱応力・熱疲労にも耐えることが重要である。

金属担体が加熱・冷却を受けると、担体の中心とその外
周側では大きな温度差が生じ熱応力が発生する。排ガス
によりハニカム体の中心部が加熱されて中心部の温度が
外周温度よりも高くなると、熱膨張により中心部が外周
部よりも伸びようとする。冷却過程で外周部から冷えて
くると伸びき。

た中心部の箔は元の長さまで十分に収縮できす９が軸方
向に塑性変形する。そのような熱サイクツを繰り返すと
徐々に箔は軸方向に伸びてくる。ｔた、特公平１−５４
０９０号公報に述べられているＪうに、担体は高温にお
いて作動時間の増加とと嗜に特に長手方向の膨張を生じ
るという問題があ２排ガスの流れに偏流がある場合は、
流量の多い２ころではとりわけハニカム体がその周囲よ
りも１度が上がり高温に曝される。即ち、繰り返し熱鑓
力によるハニカム体の塑性伸びと高温によるハニカム体
の膨張のふたつの要因により高温に曝さ事。

るハニカム部分では箔の軸方向膨張現象が起きここのよ
うな軸方向箔伸び現象が発生すると、特グ昭６３−４４
４６６号公報のＦｉｇ、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ。

ｌｄなどに図示されているような金属ハニカム付の両端
部を軸方向にある長さ接合して両端部を措合で固定した
構造を持つ金属担体では、ハニカム体の接合部境界の内
側で平箔と波箔が軸方向に捜屈を起こしてハニカム体の
破壊が起こる。それは、箔が軸方向に自由に伸びようと
するのを両端部の接合部分が押さえつけるためである。

また、実開昭６２−１９４４３６号公報の第１図には、
ハニカム・コア部の排気ガス入側端の横断面部を接合し
、かつ、その接合した横断面部においてのみ外筒をコア
部と接合する例が開示されているが、この例はコア部と
外筒との接合部の剥離を防止するために行われている。

ただ、この接合構造では、コア部と外筒部の接合境界が
コア部内の接合境界と一致し応力集中部を形成しその箇
所から箔の破壊が始まってしまう。その結果、コア酪が
外筒から切り離されてずれてしまう。

熱サイクルによる熱応力・熱疲労対策としては、特開昭
６２−２７３０５０号、特開昭６２−２７３０５１号の
各公報に開示されているような箔の端部のみを軸方向に
外筒と接合しハニカム体の平箔と波箔とは接合しないも
のや、特開昭６２−８３０４４号公報に開示されている
ように平箔にも大きな周期で変形を与え、波箔には小さ
な波長の波を付加して接合点で形成されるセルに変形化
を余分に与えて熱応力を緩和する方法などがある。これ
らの方法で前者は、箔の端部が外筒とだけしか接合され
ていないため、高温・高速の排ガスによりハニカム体の
平箔と波箔がずれてしまうことがある。また、後者で述
べた方法は箔の波付は加工が困難であると同時に巻取り
がむずかしく接点を安定して接合するのも困難である。

それ故に、ひとつひとつのセルの接合不良を招き易くハ
ニカム体の構造安定性に欠けるものである。また、実開
昭６２−１６０７２８号公報にあるように機械的にハニ
カム体を固定する方法もあるが、外筒とは切り離されて
いるのでハニカム体が外周内部で振動し、担持した触媒
が脱落して浄化能力が低下する。

以上のように熱サイクルによる熱応力・熱疲労に対する
従来までの対策は、軸方向に発生する箔伸びに対する対
策には不十分であり、ハニカム体内で挫屈が生じて金属
ハニカム体の一部欠損が起こったり、金属ハニカム体と
外筒との接合部で金属ハニカム体側の最外層部で破壊が
生じて金属ハニカム体が外筒より切り離されてずれてし
まう不具合が生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、金属ハニカム体内に生じる熱応力による金属
箔の伸びと高温に曝されることによる金属箔の伸びの両
方による箔の軸方向伸び現象により生じる金属ハニカム
体内の挫屈、および金属ハニカム体と外筒との接合箇所
で生じる破壊による金属ハニカム体の外筒からのずれを
解決しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは、金属ハニカム体の軸方向
の１箇所のみで軸方向に所定の長さで平箔と波箔を接合
し、なおかつ最外層から内側へ５層以内で軸方向に接合
する領域（以下、外層強化領域と称する。）を有し、前
記外層強化領域と軸方向で重複する範囲内で外筒と金属
ハニカム体を接合することにより金属ハニカム体内の挫
屈現象および金属ハニカム体と外筒との接合箇所で生じ
るずれ現象を防止するものである。

〔作　用〕

金属ハニカム体にかかる熱応力と高温に曝されることに
より金属箔が伸びていくのに対して箔を軸方向に２箇所
以上接合すると接合による拘束で接合された間の箔は軸
方向に圧縮応力がかかり挫屈を起こしてしまう。それを
防止するためにはハニカム体の接合箇所を軸方向の任意
の位置で１箇所として箔の伸びを自由端の方へ逃がして
やればよい。そのときの接合長さは、短ければ短いほど
発生する熱応力は小さくなるが、外力に耐え得る接合部
の強度は低下していく。したがって、エンジンの振動、
排気ガスの圧力などに耐えるために所定の接合長さが必
要である。エンジン・テストにより１００℃から８５０
℃の熱サイクルを繰り返しかけて必要なその接合長さを
検討した結果、金属ハニカム体の軸方向長さの５％から
２０％程度接合すれば十分であることがわかった。それ
以上長く接合しても大きな効果はなく、逆に長くしすぎ
ると接合部そのものの中で熱応力が大きくなり破壊につ
ながる恐れが出てくる。以上のことより、金属ハニカム
体内の軸方向挫屈を防止するためには、ハニカム体の接
合を軸方向のただ１箇所に限定し２箇所以上で接合して
はいけない。

また、金属ハニカム体と外筒との接合部で金属ハニカム
体の最外層部で破壊が起きてずれが生じるのを防止する
ために外筒と接合する箇所にハニカム体の最外層部から
内側へ５層以内の軸方向に接合する外層強化領域を設け
る。外筒と金属ハニカム体の接合部が容易に破壊する理
由は、外筒と接合されている金属ハニカム体は５０−程
度の厚さの箔で構成されており、したがって、その接合
部は、５０＃ｌの厚さで外筒と金属ハニカム体が接合さ
れることになる。その場合箔は非常に薄いために容易に
破断を起こしハニカム体は外筒からずれてしまう。それ
を防止するためには、ハニカム体の最外層が破断を起こ
してもそれより内側の波箔と平箔の接合部が設けられて
おればハニカム体は外筒から切り離されることもなくず
れる心配はない。

ただし、最外層から内側へ接合していく暦数は５層以内
にとどめておくのがよい。それより多くしてもハニカム
体を外筒からずれるのを防止する効果を得るメリットよ
りも、接合する暦数を増やして行くとハニカム体の接合
部と外筒との接合部の間に半径方向の引張応力と軸方向
のせん断応力が働き最外層の波箔が外筒との接合が行わ
れている長さだけ軸方向に破断してしまい、金属ハニカ
ム体が外筒からずれてしまう可能性が強くなってくるか
らである。このような理由から、金属ハニカム体の接合
部と同じ箇所に軸方向に重複するように外筒と接合する
と、ハニカム体の最外層の波箔は軸方向に破断してしま
いハニカム体は外筒からずれてしまう。そのうえ、外筒
との接合端とハニカム体の接合部の軸方向の接合境界が
一致して応力集中が生じ、より一層破壊が進行し易くな
る。

したがって、外筒と金属ハニカム体の接合箇所は、ハニ
カム体の接合部と重複しないようにするのが望ましい。

重複するように接合する場合は、外筒との軸方向接合長
さをハニカム体の軸方向接合長さよりも長くし外層強化
領域を設けてその外層強化領域の軸方向長さ範囲内で行
うのがよい。外層強化領域の軸方向長さ範囲内で外筒と
の接合を行うのは、外筒との接合端と外層強化領域の接
合境界の一致を避けるためである。

以上のことにより、金属ハニカム体内の挫屈を防止し、
ハニカム体の外筒からのずれを防止するためには、ハニ
カム体の平箔と波箔の接合をハニカム体の軸方向の長さ
の５％から２０％の長さで金属ハニカム体の軸方向の任
意の１箇所で行い、なおかつ最外層から内側へ５層以内
の軸方向接合部、即ち外層強化領域を設けて外筒とハニ
カム体の接合を外層強化領域の軸方向長さの範囲内で行
うことにより防止できる。

また、金属ハニカム体の接合部並びに外層強化領域およ
び外筒と金属ハニカム体の接合を金属ハニカム体の軸方
向中央部で行う効果は、ハニカム体の挫屈および外筒か
らのずれを防止するとともに、金属担体が両端面に対し
て対称な接合構造を有することになり自動車の部品組立
・搭載する上で間違いを防止できる有利性がある。

さらに、金属ハニカム体の排ガス入側端面もしくは両端
面の表層１ｍｍから５鰭程度を軸方向に平箔と波箔を接
合する効果は、排ガスによって端面の箔が煽られて欠け
ることを防止するためである。

煽られた箔が欠けて飛散するのを防止するためであるか
らその接合長さは短くてよい。波箔の内周側と平箔の外
周側だけを対にして接合するような方法も箔の飛散防止
に有効である。

本発明の主旨を具現化できる接合は、ロウ材、拡散接合
、抵抗溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等の接合方
法で可能である。特にロウ材だとロウ材する箇所にロウ
材の付着のためのバインダーをローラーのようなもので
前もって塗布しておいてから平箔と波箔を巻回して金属
ハニカム体を形成し、その後ロウ材を散布して所定の箇
所にロウ材を付着させることにより、容易に接合箇所を
コントロールすることができ具現化が容易である。

また、本発明の接合構造については、軸方向の撓屈を防
止するためのものであることから横断面が円であること
に限る必要がなく、楕円形又は平行部と円弧部を有する
レーストラック型の断面でもよい。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

まず、第１図は金属担体の斜視図である。第１図１は金
属ハニカム体、２は外筒を示している。第２図以降の図
面は金属担体の軸方向断面の模式図である。紙面上部が
排ガス入側を表わす。図中の斜線部分が平箔と波箔が接
合されている領域である。これら実施例並びに比較例は
すべてロウ材を用いて接合した例である。第２図は、本
発明に基づ〈実施例１である。巾１００ＩＩｌＩＩ１１
５０ｊａｌ厚さのフェライト系耐熱ステンレス鋼の平箔
と波箔を重ねて巻いたハニカム体１を、外径が８０鵬、
厚さ１．５閣、長さ１００ｍのステンレス鋼外筒２に納
めである。

同図３は、ハニカム体１の接合部、すなわち平箔と波箔
のロウ付領域を表わしておりその接合長さは、１５■で
ある。同図４は最外層から内側へ５層まで接合した外層
強化領域を表わしており、その長さはハニカム体１の接
合長さ１５ａを含んで６０ａｍである。同図５は、ハニ
カム体１と外筒２をロウ材している領域でその軸方向長
さは３５ａである。

以上のような金属担体を実際のエンジンによる排ガスの
加熱・冷却サイクル（８５０℃以上まで加熱して１００
℃以下になるまで冷却するのを繰り返す。）にかけた結
果、１０００サイクル終了時点でハニカム体内部で撓屈
現象は起きていなかった。外筒２とハニカム体ｌの接合
端の応力集中部では最外周平箔とその内側の波箔まで亀
裂が進行していたが、外層強化領域４でその亀裂の進行
は止まっていた。

第３図は実施例２を示している。実施例２は、外層強化
領域４が実施例１と同じ層数だけ接合されているがハニ
カム体１の接合部３と切り離されており、その接合長さ
は４５鵬である。実施例２でも同じ条件の前記エンジン
・テストをかけた結果、ハニカム体内部で撓屈は生じて
いなかった。実施例２では、ハニカム体接合部３と外層
強化領域４で軸方向に２箇所、即ち２横断面で最外層５
層分は接合されている。しかし、撓屈は生じていなかっ
た。この理由は、最外層５層分だけが２箇所接合されて
いるだけであるから大きな圧縮応力がかからなかったこ
とと金属担体の外層近傍であることから中心よりも温度
が上がらずに箔の熱間強度が低下しなかったことによる
ものと考えている。

外筒２との接合端では破壊が起こっていたが、外層強化
領域４で破壊の進行は止まっていた。

第７図は、比較例１である。ハニカム両端部を各１５ｍ
＋ｅずつ接合している。外層強化領域はなく、外筒２と
の接合長さは８０ｕで両端接合部３．ａと各々５ｆｉだ
け軸方向に重複して接合されている。

比較例１では同じエンジン・テストの結果、端部接合境
界の内部側、即ち端面から１５ｍｍのところで撓屈が生
じており平箔と波箔が破断していた。同時に外筒２と接
合している箇所が破断しており、撓屈で生じた破断とつ
ながって６００サイクル終了時点では外筒２とハニカム
体１が切り離されてハニカム体１が外筒２からはずれて
いた。第８図の比較例２はハニカム体１を軸方向の１箇
所で１５ｍｍ接合したもので、外筒２とハニカム体１の
接合もハニカム体と接合したのと同じ箇所で１５ｍだけ
接合している。外層強化領域はない。比較例２のエンジ
ン・テストの結果は、９００サイクルの時点でハニカム
体が外筒からずれた。破断箇所は、外筒とハニカム体の
接合端部から亀裂が進行し、排ガス入側からの破壊と排
ガス出側からの破壊が軸方向に接合部最外層の波箔を破
断してずれが生じた。

第９図の比較例３は、ハニカム体１を軸方向の１箇所で
１５鵬だけ接合し、外筒２との接合はノ１ニカム体接合
部３とは軸方向に重複しないようにしである。しかし、
外層強化領域はない。比較例３では、エンジン・テスト
の１５０サイクルの時点でずれを生じた。比較例３では
、外層強化領域が存在しないため外筒２とは５０ｍ厚さ
の平箔とつながっているだけであるから外筒２との接合
部の応力集中で容易に破断してしまう。最外層を波箔に
しても波箔が１層破断するだけで容易にずれてしまう。

第１０図の比較例４では、外層強化領域４を１０層にし
たものであり、その他の接合構造については、実施例１
と同じである。比較例４をエンジン・テストしたところ
、９００サイクルの時点でずれてしまった。ずれの原因
は、外筒２の接合端から亀裂が軸方向に最外層の波箔を
進行し、比較例２と同様な破壊で外筒２からずれてしま
った。

第４図は、実施例３を示している。全ての接合部をハニ
カム体１の中央部に持ってきている。この結果、排ガス
の入り側と出側に対して担体は対称性を持つようになり
担体をエンジンに取り付けるとき方向を間違って取り付
けることがなくなり信頼性と生産効率が向上する。実施
例３は、ハニカム体１の接合長さは１５ｍｍ、外層強化
領域４は、最外層平箔と内側の波箔そして最外層から２
層目の平箔まで接合している。その軸方向接合長さは６
０卸である。外筒２との接合長さは、３７．５ｍｍでハ
ニカム体１の接合境界と外層強化領域４の接合境界の中
間に外筒２との接合端を位置するようにした。これはで
きるだけ応力集中部を分散するためである。エンジン・
テストの結果１０００サイクル後でもハニカム体内に撓
屈は起こらず、外筒接合端での破壊も外周強化領域で破
壊は止まっていた。

第５図は実施例４を示す。実施例４の接合構造は全〈実
施例３と同じにしてハニカム端面の表層６だけを約１肛
接合したものである。この接合には、ロウ付のみならず
レーザーや電子ビームで端面をシャワーのように照射し
て接合することもできる。

これは、排ガスによる箔の飛散防止のためである。

この程度の接合では、ハニカム体内に撓屈が生じないこ
とがエンジン・テストで確認できた。第６図は実施例５
を示し、該実施例の端部の接合部７゜７は第１１図に示
すように波箔８の内周側と平箔９の外周側だけで軸方向
に５ｕ＋接合１０を行ったものである。このような接合
１０では、平箔８と波箔９がペアで接合されているだけ
であるから端部は半径方向には一体化せず端部接合部の
剛性も小さくなりエンジン・テストの結果、撓屈は生じ
ず、しかも端面の箔飛散も防止できた。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように本発明は、ノ１ニカム体内の撓
屈と外筒からのハニカム体のずれに対し、ハニカム体の
平箔と波箔を軸方向の１箇所で接合することと外層強化
領域を設けることにより撓屈とずれを防止することが出
来た。また、端面の表層部を接合することにより端面の
箔飛散防止の効果もある。この結果、浄化効率の低下も
なくなりエンジン・トラブルの可能性も解消した。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属担体の斜視図であり、第２図、第３図、第
４図、第５図及び第６図は本発明による実施例を示し、
第７図、第８図、第９図及び第１０図は比較例を示し、
第１１図は第６図のハニカム体端部接合部の一部拡大平
面図である。 １・・・金属ハニカム体、　　２・・・外筒、３・・・
ハニカム体接合部、　４・・・外層強化領域、５・・・
外筒とハニカム体の接合部、 ６・・・ハニカム体表層部の接合部、 ７・・・ハニカム体端部の波箔内周部と平箔外周部の接
合部、 ８・・・波箔、　　　　　　　　９・・・平箔、１０・
・・波箔内周部と平箔外周部の接合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平箔と波箔を重ねて巻き込んでなる金属ハニカム体
   とその側面を囲む金属外筒を接合してなる自動車排ガス
   触媒用金属担体において、金属ハニカム体の軸方向の任
   意の位置で、金属ハニカム体の軸方向長さの５％〜２０
   ％の長さで平箔と波箔が軸方向に接合された領域を１箇
   所有し、なおかつ前記ハニカム体の最外層から内側へ５
   層以内で軸方向に接合された外層強化領域を有し、さら
   に前記外層強化領域の軸方向範囲内において外筒と金属
   ハニカム体とが接合されていることを特徴とする自動車
   排ガス触媒用金属担体。 ２、金属担体の両端面に対して、接合構造が対称性を有
   する請求項１記載の自動車排ガス触媒用金属担体。 ３、金属ハニカム体の排ガス入側端面のみ、もしくは排
   ガス入出側両端部の端面表層部の平箔と波箔を接合して
   なる請求項１又は２記載の自動車排ガス触媒用金属担体
   。