JPH08210128A - 耐熱疲労性に優れた自動車排ガス浄化触媒用金属基体 - Google Patents

耐熱疲労性に優れた自動車排ガス浄化触媒用金属基体

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JPH08210128A
JPH08210128A JP7304399A JP30439995A JPH08210128A JP H08210128 A JPH08210128 A JP H08210128A JP 7304399 A JP7304399 A JP 7304399A JP 30439995 A JP30439995 A JP 30439995A JP H08210128 A JPH08210128 A JP H08210128A
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拓夫 河野
Mikio Yamanaka
幹雄 山中
Masayuki Tento
雅之 天藤
Yutaka Sadano
豊 左田野
Toshikazu Nakagawa
俊和 中川
Yoshio Nishizawa
良雄 西沢
Akihiko Kasahara
昭彦 笠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱歪を効果的に吸収し、金属外筒とハニカム
体の接合をより一層強固にし長時間の使用に耐える自動
車排ガス浄化触媒用金属担体(金属基体)を提供するこ
と。 【解決手段】 平らな金属箔と波形加工を施された金属
箔とを重ねて巻き込んで形成したハニカム体と、該ハニ
カム体が嵌装される金属外筒と、前記ハニカム体と金属
外筒の間に、その外周面に複数のフィン状突出部を設け
たステンレス鋼製中間筒を嵌装してなる自動車排ガス浄
化触媒用金属基体において、前記中間筒のフィン状突出
部が中間筒の周方向または斜め方向に延びており、かつ
フィン状突出部と中間筒との二つの切欠先端部を結ぶ直
線が中間筒の軸方向にほぼ平行で、該中間筒のフィン状
突出部先端と金属外筒内周面を接合するとともに、前記
中間筒内周面と前記ハニカム体外周面とを接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の排ガス浄
化用の触媒コンバータとして用いられる金属基体(金属
担体)の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の排ガス浄化用の触媒を担
持する担体として、セラミックスハニカムに代わり金属
担体が注目されてきている。この金属担体は、厚さ50
μm前後のステンレス鋼製の平らな箔(以下、単に平箔
と称する)と波型加工を施されたステンレス鋼製箔(以
下、単に波箔と称する)を重ねて、円筒形或いは楕円柱
状に巻き込んでハニカム体とし、このハニカム体を金属
外筒内に嵌装して平箔・波箔・外筒間を相互に蝋付けや
抵抗溶接等によって接合して製作されている。
【0003】金属担体は、自動車の高速連続運転に耐え
る十分な強度と、激しい加熱・冷却サイクルに耐える耐
熱疲労性が要求される。特に、金属外筒とその内部に嵌
装される平箔と波箔からなるハニカム体は、急速な加熱
と冷却による温度差(ハニカム体が金属外筒に先行して
加熱される)によって熱歪を生じ、これが両者の接合部
の破損を招来し、ハニカム体の飛び出しや排ガス下流方
向へのズレを生じる等の事態を発生する処から、金属担
体は高度の耐熱疲労特性を有することが要求される。
【0004】而して、上記金属外筒とハニカム体の接合
を強化することを狙いとする技術的手段として、たとえ
ば特開昭61−19957号公報や特開昭62−453
45号公報に開示されているように、ハニカム体自体の
部分的な接合によって、金属担体の熱疲労強度の向上を
図る技術がある。また、金属外筒とハニカム体の接合部
における剥離防止を目的として、たとえば実開昭62−
194436号公報に開示されている技術がある。この
技術は、ハニカム体の少なくとも一部の横断面部におい
て波箔と平箔とを相互に接合するとともに金属外筒の一
横断面部においてのみハニカム体の外周を金属外筒の内
周面に接合し、熱歪を軸方向において吸収し金属外筒と
ハニカム体の接合部における剥離を防止するようにして
いる。
【0005】また、特開昭62−30533号公報に
は、ハニカム体と金属外筒の間にカラー状の間隔片を排
ガス上流向きに突出させて挿入しハニカム体と金属外筒
の間の温度差に起因する熱歪を吸収するようにした技術
が、また、実開昭63−28822号公報には、ハニカ
ム体と金属外筒の間にガス導入用の衝突板を兼ねた多数
のフィン状突出部(排ガス上流向きに突出)を有する中
間筒を嵌装し、ハニカム体と金属外筒の間の温度差に起
因する熱歪を吸収するようにした技術が開示されてい
る。
【0006】しかしながら、これら先行技術において、
ハニカム体自体を部分的に接合するものは、金属担体の
製造が難しく多数の担体について常に一定の接合構造の
ものを安定して得ることが困難である。また、一横断面
で金属外筒とハニカム体を接合するものは、軸方向にお
ける熱応力の低減には効果があるけれども、径方向にお
ける熱応力の緩和ができないから長さに対して径の大き
めの担体においては問題がある。さらに、ハニカム体と
金属外筒の間にカラー状或いは多数のフィン状突出物を
有する中間筒を嵌装する技術は、熱応力を効果的に緩和
する有効な技術であるけれども、担体を一周するカラー
状の間隔片は、その形状からそれ自体の剛性が高く担体
の径方向における熱応力を緩和し難い。
【0007】また、実開昭63−28822号公報のよ
うに、多数のフィン状突出物を有する中間筒を嵌装する
ものは、金属外筒との接合がなされないのでハニカム体
を支持するためのリテーナが必要でありまた、担体の軸
方向に突出したフィン状部の先端を金属外筒の内周面に
接合する場合にはフィン状突出部に金属外筒内周面の曲
率に合致した曲率を与えねばならず、その加工が至難で
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
の技術において、特にフィン状突出物を有する中間筒を
嵌装する場合の問題を解決し、上述した熱歪を効果的に
吸収し、金属外筒とハニカム体の接合をより一層強固に
し長時間の使用に耐える自動車排ガス浄化触媒用金属担
体(金属基体)を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とする処
は、平らな金属箔と波形加工を施された金属箔とを重ね
て巻き込んで形成したハニカム体と、該ハニカム体が嵌
装される金属外筒と、前記ハニカム体と金属外筒の間
に、その外周面に複数のフィン状突出部を設けたステン
レス鋼製中間筒を嵌装してなる自動車排ガス浄化触媒用
金属基体において、前記中間筒のフィン状突出部が中間
筒の周方向または斜め方向に延びており、かつフィン状
突出部と中間筒との二つの切欠先端部を結ぶ直線が中間
筒の軸方向にほぼ平行で、該中間筒のフィン状突出部先
端と金属外筒内周面を接合するとともに、前記中間筒内
周面と前記ハニカム体外周面とを接合したことを特徴と
する耐熱疲労性に優れた自動車排ガス浄化触媒用金属基
体にある。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいては、金属外筒とハニカム体との間に中間筒が存在
し、かつ、この中間筒の周方向または斜め方向にフィン
状突出部を設け、かつ、フィン状突出部と中間筒との二
つの切欠先端部を結ぶ直線が中間筒の軸方向にほぼ平行
で、フィン状突出部を金属外筒と接合し、中間筒の内周
面とハニカム体を接合しているので、使用時に熱膨張差
に起因する熱歪が生じても、この中間筒、特に担体の周
方向乃至は斜め方向に突出したフィン状突出部全体で熱
歪を分担し吸収する。これによって、金属外筒とハニカ
ム体の接合部における剥離を防止する。
【0011】これに対して、実開昭63−28822号
公報に開示された従来技術において、本発明の目的のよ
うに、より一層強固で長時間の使用に耐えるために金属
外筒とハニカム体を接合すると、熱歪はフィン状突出部
の根本に集中し、エンジンによる耐久試験中にフィン状
突出部の根本部が疲労破壊して切れることを本発明者ら
は知見している。これは、切り出された周方向に曲率を
持つフィン状突出部は中間筒の半径方向には剛性が高く
て、フィンの長さが短い場合に半径方向に曲げを加える
とフィンは曲がらずにその根本で曲がるからである。一
方、本発明のようにフィンの方向を周方向または斜め方
向にして、かつフィン状突出部と中間筒との二つの切欠
先端部を結ぶ直線が中間筒の軸方向にほぼ平行になるよ
うにすると、半径方向の曲げに対してフィン全体が曲が
るので歪がフィン全体に分散されることとなり、長時間
の使用に耐えられる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照しな
がら好ましい実施態様に基づいてさらに詳細に説明す
る。図1に、本発明に係わる金属担体を示す。本発明に
おいては、金属外筒2とハニカム体1の間に嵌装する中
間筒3として、その外周に複数のフィン状突出部4を設
けた、たとえばステンレス鋼製の中間筒を構成要素とし
ている。図2において、フィン状突出部4の突出方向が
示されている。
【0013】このフィン状突出部4は、中間筒自体にコ
字状の切り込みを入れ(たとえばパンチング加工によっ
て入れることができる)、外方に引き起こして形成する
ことが好ましいが、勿論、別個にフィンを取り付けても
よい。フィン状突出部4と金属外筒2の内周面との接合
は、フィン状突出部4の先端の一部(斜線部分)で行
い、フィン状突出部4の基部側は非接合として残すこと
が必要である。また、ハニカム体1との接合は、中間筒
の内周面の周方向の一部或いは全面で行う。
【0014】なお、図2(a)に示すフィン状突出部4
の形成方向は、その中心線(最も熱歪吸収の大きな方向
とも言える)を中間筒の軸方向に直角な方向に突出させ
た例であり、特に半径方向の熱歪に対して有効な形態で
ある。図2(b)に示すフィン状突出部4は、排ガス流
の斜め下流向きに形成した例、図2(c)に示すフィン
状突出部4は、逆に排ガス流の斜め上流向きに形成した
例である。なお、いずれの場合にもフィン状突出部と中
間筒との二つの切欠先端部を結ぶ直線(図1、図2の点
線)は中間筒の軸方向にほぼ平行である。
【0015】本発明は上述のように、金属外筒2とハニ
カム体1との間に中間筒3を介在させて、間接的に金属
外筒2とハニカム体1とを接合するとともに、該中間筒
にフィン状突出部4を設けてその一部を金属外筒の内周
面に接合しているから、高速連続運転に耐える十分な強
度を有しかつ、担体使用時の急激な加熱・冷却サイクル
によって金属外筒2とハニカム体1との間に熱膨張差が
生じこれによって熱歪が発生しても、このフィン状突出
部4の非接合部分で吸収することができる。金属外筒2
とハニカム体1との間に熱膨張差に起因する熱歪が軸方
向或いは半径方向におけるものであっても、吸収可能で
ある。
【0016】
【実施例】
(実施例1) 試験用担体(突出部として図2(c)を設けた例) ハニカム体:厚み50μmの20%Cr−5%Alのス
テンレス波箔と平箔を36巻きして作製。 外筒:内径100mm,厚み1.5mm,長さ100mmのス
テンレス鋼製。 中間筒:内径100mm,厚み0.3mm,長さ100mmの
ステンレス鋼製の筒に、15mm h×10mm l×10
mm w(図2(c)参照)のフィン状突出部を、周方向
に15個、軸方向に4列(計60個)形成した。 担体接合条件 中間筒内面の中央部40mm幅で全周にわたってハニカム
体とNiろう材によりろう付け、フィン状突出部の先端
5mm×10mm幅の領域で外筒内面とNiろう材によりろ
う付けした。これにPt触媒を担持させたγ−アルミナを
焼付ける。 試験条件 排気量2000ccのエンジンに上記担体を搭載し、ベ
ンチテストにより800℃以上1分、150℃以下1
分、合計1サイクル15分の冷熱試験を行った。尚、比
較例として中間筒を介在させずに外筒とハニカム体を直
接接合した担体を上記と同一条件で試験した。 試験結果 この基体は冷熱1200サイクル後も何ら異常は認めら
れなかった。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明の金属基体に
よれば、過酷な冷熱サイクルによる熱膨張差により剥離
のおそれがあった外筒とハニカム体との接合部に、緩衝
体として全ての方向の熱歪を吸収する中間体を介在させ
ていることから、上記の過酷な条件下でも接合部の剥離
やハニカム体の破断を効果的に防止することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る金属基体の実施例を示す斜視図。
【図2】本発明の他の実施例を示すフィン状突出部の各
種形態を示す説明図。
【符号の説明】
1 ハニカム体 2 外筒 3 中間筒 4 フィン状突出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天藤 雅之 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新日 本製鐵株式会社第2技術研究所内 (72)発明者 左田野 豊 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内 (72)発明者 中川 俊和 愛知県東海市東海町5−3 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者 西沢 良雄 東京都千代田区丸の内3丁目3−1 日本 金属株式会社内 (72)発明者 笠原 昭彦 東京都板橋区舟渡4丁目10−1 株式会社 日金総研内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平らな金属箔と波形加工を施された金属
    箔とを重ねて巻き込んで形成したハニカム体と、該ハニ
    カム体が嵌装される金属外筒と、前記ハニカム体と金属
    外筒の間に、その外周面に複数のフィン状突出部を設け
    たステンレス鋼製中間筒を嵌装してなる自動車排ガス浄
    化触媒用金属基体において、前記中間筒のフィン状突出
    部が中間筒の周方向または斜め方向に延びており、かつ
    フィン状突出部と中間筒との二つの切欠先端部を結ぶ直
    線が中間筒の軸方向にほぼ平行で、該中間筒のフィン状
    突出部先端と金属外筒内周面を接合するとともに、前記
    中間筒内周面と前記ハニカム体外周面とを接合したこと
    を特徴とする耐熱疲労性に優れた自動車排ガス浄化触媒
    用金属基体。
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