JPH0880441A - 大口径金属触媒担体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、大型エンジンの排気系に装着され
る触媒コンバータの大口径用金属触媒担体の製造方法に
関し、中心部分におけるセルの形状の潰れを防止し、充
分な強度を確保できる大口径金属触媒担体の製造方法を
提供することを目的とする。 【構成】 金属製の平板３と波板４を多重に巻き回した
後、金属製の平板３と波板４を接合して、前記大口径金
属触媒担体Ｓの径と張力との積であるモーメントを基に
して計算されるセルが潰れない最大張力から算出された
最小径の芯コア部１を形成し、芯コア部１の回りに金属
製の平板５と波板６を多重に巻き回し、波板５，平板６
を接合することにより外形コア部２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大型エンジンの排気系
に装着される触媒コンバータの大口径金属触媒担体の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、定置型発電機や大型トラック等を
駆動するため、例えば大馬力のパワーソースとして大型
エンジンが使用されている。この大型エンジンの排気系
には、その排気ガスの流量に見合った断面積の触媒コン
バータが必要になる。この触媒コンバータの内部には大
口径金属触媒担体が収容されている。

【０００３】一方、乗用車用のエンジンの触媒コンバー
タには、そのエンジンの排気ガスの流量に見合った断面
積の触媒コンバータが設計される。かかる金属触媒担体
の製造方法は実開平１−１６３４３７号公報（図６）に
示され、平板素材１０２Ａ，波板素材１０３Ａに所定の
張力が掛けられながら、４〜８ｍｍ程度の直径の棒芯１
０１の回りに平板１０２と波板１０３が多重に巻き回さ
れた後、ろう付けまたは拡散接合等により平板１０２と
波板１０３が接合され、この製造方法により図７に示す
コア部１０４からなる金属触媒担体が製造される。平板
１０２，波板１０３の材料としてアルミニウムを含有す
るフェライト系ステンレスが用いられる。

【０００４】これに対して、例えば定置型発電機用の大
型エンジンに使用される触媒コンバータの大口径金属触
媒担体の直径は約１００ｃｍ程度になるが、コア部から
なる大口径金属触媒担体は上述の乗用車のエンジンの触
媒コンバータの金属触媒担体の製造方法と同じ製造方法
で製造されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、大口径金属
触媒担体の製造方法にあっては、図８，図９に示すよう
に４〜８ｍｍの直径の棒芯１０５の回りに平板１０６と
波板１０７が多重に巻き回される際、緩み巻きを防止す
るため、平板１０６と波板１０７にそれぞれ張力Ｆ_OUT
が掛けられた状態となっている（例えば実開平２−７０
８２９号公報参照）。

【０００６】平板１０６と波板１０７が巻き回される
際、平板１０６には張力が作用しているため、平板１０
６の径方向で隣接する層１０６Ｅ，１０６Ｆの間に挟ま
れる波板１０７の部分１０７Ｅには径方向の両側から押
し潰す力が作用する。平板１０６に外力として作用する
張力Ｆ_OUT は一定であり、巻き回し途中の平板１０６Ｇ
におけるモーメントは張力Ｆ_OUT ×半径Ｒ_O で与えられ
る。

【０００７】このモーメントにより、巻き回し途中の平
板１０６の最内層１０６Ｈには、張力Ｆ_IN＝Ｆ_OUT ×Ｒ
_O ／ｒが作用する。巻き回されている状態の平板１０６
においては中心部に行くに従ってｒが小さくなるので、
大きい張力が作用する。従って、平板１０６によって圧
力を受ける波板１０７の最内層１０７Ｈに与えられる押
圧力が最大になる。また、大口径金属触媒担体の直径が
大きい程、Ｒ_O が大きくなり、張力Ｆ_INは大きくなる。

【０００８】張力Ｆ_INが所定の値になると、セル１０８
の形状が潰れる虞があり、排気ガスの浄化効率を悪くす
るという問題があった。また、この潰れを防止するため
に張力を弱くすると、平板と波板との圧力が弱くなり、
ろう付け，拡散接合等での処理において、接合強度が不
充分となり、その結果、強度の充分な大口径金属触媒担
体を得ることができない。

【０００９】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、中心部分におけるセルの
形状の潰れを防止し、充分な強度を確保できる大口径金
属触媒担体の製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、平板素材，波
板素材に所定の張力を掛けながら大口径金属触媒担体を
製造する大口径金属触媒担体の製造方法において、金属
製の平板と波板を多重に巻き回した後、金属製の平板と
波板を接合して、前記大口径金属触媒担体の径と張力と
の積であるモーメントを基にして計算されるセルが潰れ
ない最大張力から算出された最小径の芯コア部を形成
し、芯コア部の外周面に金属製の平板と波板の各巻回開
始端をそれぞれ固定した状態で芯コア部の回りに金属製
の平板と波板を多重に巻き回し、金属製の平板または波
板の各巻回終了端をそれぞれ仮止めした状態で波板，平
板を接合することにより外形コア部を形成することを特
徴とする。

【００１１】なお、本明細書で、平板とは凹凸のない平
面状のものだけでなく、わずかな波高さを有する小波板
を含むものである。

【００１２】

【作用】本発明においては、先ず、金属製の平板と波板
が多重に巻き回された後、金属製の平板と波板が接合さ
れることにより芯コア部が形成される。

【００１３】芯コア部は、大口径金属触媒担体の径と張
力との積であるモーメントを基にして計算されるセルが
潰れない最大張力から算出された最小径に形成される。
次いで、芯コア部の外周面に金属製の平板と波板の巻回
開始端が固定された状態で芯コア部の回りに金属製の平
板と波板が多重に巻き回され、続いて、金属製の平板ま
たは波板の巻回終了端が仮止めされ状態で外形コア部の
波板，平板が接合されることにより外形コア部が形成さ
れる。

【００１４】そして、平板の隣接する任意の層の間の波
板には平板の張力によって径方向の両側から押し潰す力
が作用する。平板に作用するモーメントは張力Ｆ_OUT ×
外形コア部の半径Ｒで与えられる。このモーメントによ
り、外形部用非接合コア部の任意の層における平板に
は、張力Ｆ_X ＝Ｆ_OUT ×Ｒ_X ／ｒが作用する（ｒは平板
の任意の層における半径）。

【００１５】芯コア部と外形コア部は別構造になってい
るので、外形コア部の平板に作用する張力は、芯コア部
の外周面で遮断される。

【００１６】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。図１ないし図５により本発明の実施例に係わる
大口径金属触媒担体の製造方法を、大口径金属触媒担体
の断面形状が円形である場合を例に挙げて説明する。

【００１７】図１は本実施例に係わる大口径金属触媒担
体の製造方法の工程系統図を示し、この製造方法により
図５に示す大口径金属触媒担体Ｓが製造される。大口径
金属触媒担体Ｓは後述する芯コア部１と外形コア部２と
から構成される。

【００１８】図１において、Ｓ１は芯コア部の製造工
程，Ｓ２は芯コア部上への平板，波板の巻回し工程，Ｓ
３は仮止め工程，Ｓ４は接合工程を示す。以下、各工程
を分説する。

【００１９】図２において、芯コア部の製造工程Ｓ１に
より芯コア部１が形成される。この芯コア部１は、円形
状に構成され、平板３と波板４を多重に巻き回し、平板
３と波板４をろう付けまたは拡散接合することにより造
られる。平板３と波板４の材料としてアルミニウムを含
有するフェライト系ステンレスが用いられている。

【００２０】図３において、図１の外形コア部の製造工
程Ｓ１により、平板素材５Ａ，波板素材６Ａに所定の張
力が掛けられた状態で円形状の芯コア部１の外周面１Ａ
に平板５と波板６の各巻回開始端５Ｂ，６Ｂが抵抗溶接
で固定され、その状態で芯コア部１の回りに平板５と波
板６が多重に巻き回される。なお、平板５と波板６の材
料としてアルミニウムを含有するフェライト系ステンレ
スが用いられている。

【００２１】巻き回し時、平板５には張力が作用し、こ
の平板５の最内層に作用する張力Ｆ _INは耐最大モーメン
ト／（芯コア部の半径）で与えられる。耐最大モーメン
トは次のようにして決定される。

【００２２】耐最大モーメントについては、耐最大モー
メント＝（Ｆ_OUT ×Ｒ_MIN ）で決定される。Ｆ_OUT には
例えば２ｋｇの張力の値が与えられる。Ｒ_MIN は最小径
の大口径金属触媒担体Ｓの半径で、例えば、１０ｃｍの
値が与えられる。大口径金属触媒担体Ｓの半径が大きく
なれば、平板５に作用するモーメントが大きくなり、こ
のモーメントに耐える得る最小径の大口径金属触媒担体
Ｓが存在する。即ち、大口径金属触媒担体Ｓは最大のセ
ル潰れ抵抗を有する。従って、張力２Ｋｇでセルが潰れ
ない最大のセル潰れ抵抗を有する大口径金属触媒担体Ｓ
の半径１０ｃｍと張力２Ｋｇとの積である耐最大モーメ
ントは２０ｋｇ・ｃｍになる。

【００２３】耐最大モーメントが求まると、芯コア部１
の半径の限界値＝耐最大モーメント／張力Ｆ_LIM の式に
より、芯コア部１の半径の限界値が求められる。芯コア
部１の半径＞半径の限界値となる。張力Ｆ_LIM は波板６
を潰す張力の限界値で、波板６の潰れ具合等を考慮して
実験により決定される。

【００２４】なお、未接合外形コア部２Ａの直径が１０
０ｃｍの場合には、芯コア部１の半径の限界値を１０ｍ
ｍにすることも可能である。平板５，波板６の巻き回し
が終了すると、図４に示すように、仮止め工程で、平板
５及び波板６の各巻回終了端５Ｃ，６Ｃが仮止めされ、
未接合外形コア部２Ａが形成される。

【００２５】接合工程Ｓ４において、未接合外形コア部
２Ａの平板５と波板６をろう付けすることにより、図５
に示す外形コア部２が形成される。この接合工程でろう
付けする場合に使用されるろう材の溶融温度は、芯コア
部の製造工程に使用されるろう材の溶融温度と同じとさ
れている。

【００２６】しかして、本実施例においては、大口径金
属触媒担体Ｓは大型エンジンの触媒コンバータ内に収容
され、例えば定置型発電機用に供される。以上の如き構
成によれば、外形コア部２の平板５に作用する張力によ
る外形コア部２のセルの潰れを防止する必要がある。

【００２７】大口径金属触媒担体１の断面形状が円形で
ある場合について近似的な計算モデルで説明すると、外
形コア部２を成形する際、平板５の隣接する層の間の波
板６には径方向の両側から押し潰す力が作用する。平板
５に外力として作用する張力を一定とすれば、外形コア
部２の平板５に与えられるモーメントは張力Ｆ_OUT ×外
形コア部２の半径Ｒ_X となる。このモーメントにより、
外形コア部２の平板５の最内層において、その張力が最
大となる。

【００２８】平板５の最内層における半径は芯コア部１
の半径の限界値以上となっているので、外形コア部２に
おける平板５の最内層に作用する張力ＦをＦ₀ （＝耐最
大モーメント／（芯コア部の半径の限界値））以下にで
き、従来の最大のセル潰れ抵抗を有する大口径金属触媒
担体の最内層の平板に作用する張力より少なくできる。

【００２９】この結果、大口径金属触媒担体Ｓの中心部
分である芯コア部１におけるセル７の潰れを防止し、排
気ガスの浄化効率の悪化を防ぐ効果を奏する。また、巻
き上げ張力を大きくして、接合力を強めた高強度の大口
径金属触媒担体Ｓを製造することができる。

【００３０】なお、本実施例においては、接合工程でろ
う付け接合が行なわれているが、ろう付け接合に代えて
拡散接合を用いることもできる。また、大口径金属触媒
担体の断面形状が楕円形である場合も、大口径金属触媒
担体の断面形状が円形である場合と同様に適用できる。

【００３１】さらに、本実施例においては、接合工程で
ろう付け接合時に使用されるろう材の溶融温度は、芯コ
ア部の製造工程に使用されるろう材の溶融温度と同じで
になっているが、接合工程でろう付け接合時に使用され
るろう材の溶融温度を、芯コア部の製造工程に使用され
るろう材の溶融温度より低くすることもできる。

【００３２】そして、本実施例においては、芯コア部上
への平板５，波板６の巻回し工程で、円形状の芯コア部
１の外周面に平板５と波板６の各巻回開始端５Ｂ，６Ｃ
が抵抗溶接で固定されるが、これに限定されることなく
例えば接着材で固定することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
形コア部の平板に作用する張力による外形コア部のセル
の潰れを防止する必要がある。

【００３４】大口径金属触媒担体の断面形状が円形であ
る場合について近似的な計算モデルで説明すると、外形
コア部を成形する際、平板の隣接する層の間の波板には
径方向の両側から押し潰す力が作用する。外形コア部の
平板に与えられるモーメントは張力Ｆ_OUT ×外形コア部
の半径Ｒ_X となる。このモーメントにより、外形コア部
の平板の最内層の張力が最大となる。

【００３５】外形コア部の平板の最内層における半径は
芯コア部の限界値以上となっているので、外形コア部に
おける平板の最内層に作用する張力ＦをＦ₀ （＝耐最大
モーメント／（芯コア部の半径の限界値））以下にで
き、従来の大口径金属触媒担体の最内層の平板に作用す
る張力より少なくできる。

【００３６】この結果、大口径金属触媒担体の中心部分
である芯コア部におけるセルの潰れを防止し、排気ガス
の浄化効率の悪化を防ぐ効果を奏する。また、巻き上げ
張力を大きくして、接合力を強めた高強度の大口径金属
触媒担体Ｓを製造することができる。

【００３７】なお、大口径金属触媒担体の断面形状が楕
円形である場合も、大口径金属触媒担体の断面形状が円
形である場合と同様となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる大口径金属触媒担体の
製造方法の工程系統図である。

【図２】芯コア部の斜視図である。

【図３】芯コア部上への平板，波板の巻回し工程を示す
断面図である。

【図４】仮止め工程を示す斜視図である。

【図５】同大口径金属触媒担体の斜視図である。

【図６】従来の金属触媒担体の製造方法を示す斜視図で
ある。

【図７】同金属触媒担体の斜視図である。

【図８】従来の大口径金属触媒担体の断面図である。

【図９】同大口径金属触媒担体の不具合の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 芯コア部 １Ａ 外周面 ２ 外形コア部 ３ 平板 ４ 波板 ５ 平板 ５Ａ 平板素材 ５Ｂ 巻回開始端 ５Ｃ 巻回終了端 ６ 波板 ６Ａ 波板素材 ６Ｂ 巻回開始端 ６Ｃ 巻回終了端 ７ セル Ｓ 大口径金属触媒担体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｐ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板素材（５Ａ），波板素材（６Ａ）に
   所定の張力を掛けながら大口径金属触媒担体（Ｓ）を製
   造する大口径金属触媒担体の製造方法において、 金属製の平板（３）と波板（４）を多重に巻き回した
   後、金属製の平板（３）と波板（４）を接合して、 前記大口径金属触媒担体（Ｓ）の径と張力との積である
   モーメントを基にして計算されるセルが潰れない最大張
   力から算出された最小径の芯コア部（１）を形成し、 芯コア部（１）の外周面（１Ａ）に金属製の平板（５）
   と波板（６）の各巻回開始端（５Ｂ，６Ｂ）をそれぞれ
   固定した状態で芯コア部（１）の回りに金属製の平板
   （５）と波板（６）を多重に巻き回し、 金属製の平板（５）または波板（６）の各巻回終了端
   （５Ｃ，６Ｃ）をそれぞれ仮止めした状態で波板
   （５），平板（６）を接合することにより外形コア部
   （２）を形成することを特徴とする大口径金属触媒担体
   の製造方法。