JPH09267044A - 触媒装置用メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒装置用メタル担体のハニカム体に生じる
熱応力を緩和してハニカム体の変形やろう付け部の亀裂
を防止する。 【解決手段】 波板材１と平板材２を重ねロール状に巻
いて形成したハニカム体４とハニカム体を覆う外筒５と
を有するメタル担体１０において、板材同志並びにハニ
カム体４と外筒５とを接合するろう材３ａ、３ｂのろう
付部領域３を、ハニカム体４の軸方向中央部からガス出
口部４ｂまでの範囲に設け、触媒を担持する範囲Ｗをガ
ス入口部４ａからろう付け部領域３の手前までの間に設
け、外筒５をハニカム体４の軸方向中央部から下流側を
覆うように設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に用いられるハニカム体をなす触媒装置用メ
タル担体に関し、特にロール状ハニカム体の触媒装置用
メタル担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒装置用メタル担体は、図３に示すように、薄い金属の
平板材３２と波板材３１の間に、板材の軸方向全長に亘
る範囲Ｘにおいてろう材３３を介在させて、平板材３２
と波板材３１を重ねて、図３（Ｂ）に示すように、中心
からロール状に巻き込んでハニカム体３４を形成し、真
空炉を使用してろう材３３を溶融させ、板材の触媒部分
において接合を行っていた。ろう材にはＮｉ基ろう材を
用い、かつ平板材と波板材にはフェライト系ステンレス
材料が使用されていた。そのようにして形成されたハニ
カム体３４を金属製外筒３５内に収容したものが触媒装
置用メタル担体３０として知られている（例えば特開昭
５６−４３７３号公報）。

【０００３】ハニカム体のハニカム通路表面には軸方向
全長に亘ってアルミナ等からなる触媒担持層が形成さ
れ、その触媒担持層に貴金属触媒が担持されて排気ガス
浄化触媒の役目をなす。そして内燃機関の排気通路に配
設されて排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X等を浄化す
る。なお限られた容積中にできるだけ多くのハニカム通
路面積を確保する必要から、平板材及び波板材の厚さは
強度を維持できる範囲内でできるだけ薄くなっている。

【０００４】上述した従来の触媒装置用メタル担体にお
いては、ハニカム体を通過する排気ガスの流速がハニカ
ム体の外層部より内層部に至るほど大きく、したがって
ハニカム体では高温の排気ガスとの接触、触媒反応によ
る発熱及び外筒からの熱放散により、内層部ほど高温で
外層部ほど低温となる温度分布を生じる。さらにまた、
ハニカム体のガス入口側は、高温度の排気ガスの流入に
よって触媒反応が特に活発に起こるため、ろう付け部に
かかる昇温および冷却の速度が速く、ろう付け部に熱衝
撃がかかりやすい。

【０００５】したがって、メタル担体のガス入口側では
出口側に比べ、板材および板材のろう付け部に生じる熱
応力が大きくなって、図４（Ａ）に示すように、ろう付
け位置が２箇所以上設けられた場合には熱応力による歪
の逃げ場が無くなって、図４（Ｂ）に示すように、ハニ
カム体の変形やろう付け部の亀裂による破断が生じ易
く、また図５（Ａ）に示すように、ろう付け部のろう材
３３およびろう付け影響部３７が、高温による酸化のた
めに劣化して強度が弱くなるという欠点がある。

【０００６】これらの欠点を除くために、図６（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、外側から２層以上の範囲において
平板材３２を２枚重ねとし、その２枚の間は接合せず単
に重ねられている、いわゆる部分的平板二重構造のハニ
カム体３４ａを含むメタル担体４０が開示されており、
さらに、ハニカム体の巻き始めから巻き終りまでの平板
材を２重にした、いわゆる全層平板二重構造のハニカム
体を含むメタル担体も開示されている。これら２種の平
板二重構造のハニカム体においては、いずれも平板材と
平板材の間はろう材による接合は行われず、加熱冷却に
より発生する熱応力を２枚の平板材の間のスベリによっ
て吸収緩和して、ろう付け部の亀裂を防止している。

【０００７】またろう付け部分が酸化による劣化のため
強度が低下する欠点を除くため、図５（Ｂ）に示すよう
に、ろう材３３の母材３６への拡散深さ、すなわちろう
付け影響部３７の深さを母材３６の板厚未満に抑える接
合方法が開発されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の平板二
重構造をなすハニカム体においては、二重構造の平板材
の間がろう材による接合が行われていないために、波板
材と平板材との間のろう付け部分の亀裂の発生は防止で
きるが、激しい振動を伴うような厳しい運転条件の場合
には、接合されていない２枚の平板材が軸方向にずれ
る、図７に示すようないわゆるテレスコーピング現象を
生じるという欠点があり、特にハニカム体の軸方向長さ
が短い（例えば３０ｍｍ以下）場合や、ハニカム体の外
径が大きい場合にはテレスコーピング現象を生じやすい
という欠点がある。

【０００９】この欠点を除くため、平板二重構造を有す
るハニカム体に接してその下流に直列に、板材間がろう
材で接合されかつ触媒を担持しない別のハニカム体を配
列して、前者のハニカム体に生じるテレスコーピング現
象を抑える方法があるが、製作コストが高くなるという
欠点がある。

【００１０】またろう付け部分が酸化によってその強度
が低下することを防止するための、ろう材の母材への拡
散深さを抑制する上述の処理方法においては、ろう付け
部の酸化寿命を延長しうるもののその効果は充分でな
く、ハニカム体が脱落するという欠点は解消されていな
い。

【００１１】本発明の目的は、ハニカム体に生じる熱応
力を緩和して、ハニカム体の変形やろう付け部の亀裂を
防止しうるメタル担体を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の触媒装置用メタ
ル担体は、帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形凹
凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板からな
る平板材とが、相互に当接して重なり合い、かつろう材
によって接合され、ロール状に巻かれて形成された多数
の網目状通路を備えたハニカム体と、ハニカム体の外側
面を覆う外筒とを有する触媒装置用メタル担体におい
て、波板材と平板材及びハニカム体と外筒とを接合する
ろう材のろう付部領域が、ハニカム体の軸方向中央部か
らガス出口部までの範囲に設けられており、またハニカ
ム体の触媒を担持する範囲が、ガス入口部からろう付部
領域の手前までの範囲に設けられている。また外筒が、
ハニカム体の軸方向中央部から下流側を覆い、かつハニ
カム体のろう付部領域でろう材によってハニカム体に接
合されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の触媒装置用
メタル担体の実施の形態の図であって、図１（Ａ）は軸
を含む縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を構成する各
部材の関係を示す模式的縦断面図、図１（Ｃ）は別の実
施の形態の軸を含む縦断面図である。

【００１４】図１（Ａ）、（Ｂ）において、波板材１
は、帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形の凹凸を
形成した板材、平板材２は、平坦な帯状の薄い金属板よ
り形成した板材であって、幅の狭い箔状の２本のろう材
３ａ，３ｂをそれらの板材の間に挟んで重なり合い、重
なり合ったこれら板材を長手方向の一方の端部から軸の
周りにロール状に巻いてハニカム体４が形成されてい
る。

【００１５】ろう材３ａ，３ｂによって形成されるろう
付部領域３の軸方向の範囲は、ハニカム体４の軸方向中
央部からガス出口部４ｂの範囲内とする。但しハニカム
体４のガス出口部４ｂの端縁より軸方向５ｍｍの範囲内
にはろう付けを施さない。これはろう材の溶融特に溶け
たろう材が出口部４ｂの端縁より外部へ流出することを
防止する為である。ろう付け部領域３の軸方向の巾は、
ハニカム体４の軸方向長さの１０〜３０％が好適であ
る。図１においては、平板材２と波板材１との間に挟ま
れた各１本のろう材３ａ，３ｂについて記載してある
が、必ずしも１本に限定されるものでない。

【００１６】ハニカム体４が触媒を担持する範囲Ｗは、
ハニカム体４のガス入口部４ａからハニカム体４の軸方
向長さの５０〜８０％迄の範囲とする。但し触媒がろう
付け部に掛らないように、ろう付け部領域３から５ｍｍ
以上離すようにする。

【００１７】外筒５は、ハニカム体４の外側面を覆う厚
さ１〜３ｍｍの金属板で形成された円筒形の筒で、ハニ
カム体４にろう付け部領域３においてろう付けされ、さ
らにハニカム体４を保持するために不図示のマフラー等
に溶接によって固定されている。

【００１８】上述の図１（Ａ）、（Ｂ）に示すメタル担
体においては、巾の狭いろう付部領域３におけるろう付
けが、ハニカム体４の軸方向中央部から出口部４ｂの範
囲内で行われ、さらにろう付部領域３の軸方向巾がハニ
カム体４の軸方向長さの１０〜３０％と狭いために、ろ
う付部領域３より上流側のハニカム体４を形成する波板
材１と平板材２の熱による伸びが、ガス入口側へ向かっ
て自由に伸びることが出来るので、板材間およびハニカ
ム体４と外筒５との間の熱歪による応力は解放されるこ
とになる。

【００１９】さらに、触媒の担持される範囲Ｗを、ハニ
カム体４のガス入口部４ａからろう付部領域３の手前ま
での範囲としたため、触媒反応による発熱がろう付部領
域３に於て発生せず、したがってろう付部領域３の温度
が他の部分より低く保たれるので、ろう付部の酸化が防
止される。

【００２０】図１（Ｃ）は、図１（Ａ）における外筒５
を短縮して外筒５ａとし、ハニカム体４の軸方向中央部
から下流側を覆うようにした実施例の縦断面略図であ
る。この場合の外筒５ａの軸方向長さは、ハニカム体４
の出口部４ｂの端縁からハニカム体４の１０〜６０％を
覆うようにする。このように短縮した外筒５ａを使用し
て、ハニカム体４のガス入口側外周面を外筒による押え
から開放すれば、ガス入口側におけるハニカム体４の熱
による膨張・収縮による応力がさらに緩和され、したが
ってろう付け部の応力も減少することになってハニカム
体４の寿命に好影響を及ぼすこととなる。

【００２１】図２は、本発明のメタル担体の別の実施の
形態を示す縦断面略図であって、メタル担体１１、１２
の軸方向中央部にろう付部領域３を設け、ハニカム体４
₁ のろう付部領域３の上流側と下流側のそれぞれに触媒
担持範囲Ｗ₁、Ｗ₂を設けたものであって、図２（Ａ）は
ハニカム体４₁ の全長に亘って外筒５を配設した図、図
２（Ｂ）はハニカム体４₁ の軸方向中央部分のみに外筒
５ｂを配設した図である。

【００２２】図２（Ａ）に示すように、メタル担体１１
のハニカム体４₁ は、軸方向中央部のろう付部領域３に
おいて、波板材と平板材の間、およびハニカム体４₁ と
外筒５との間がろう材３ａ、３ｂで接合されているが、
それ以外の部分ではろう材が施されないので、両板材は
軸方向中央部から両端部に向かって自由に伸張すること
ができる。したがってろう付部領域３を除くハニカム体
４₁ の大部分の板材相互間及びハニカム体４₁ と外筒５
との間に作用する熱応力は大巾に削減される。さらにろ
う付部領域３には触媒が担持されず、ろう付部領域３を
除くハニカム体４₁ の両側の部分に触媒が担持されるた
め、ろう付部領域３は触媒反応による発熱を直接受け
ず、したがって触媒担持部分に比べ低温に保たれ、ろう
付け部の酸化による寿命の低下を防止することができ
る。

【００２３】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すメタル担
体１１の外筒５を、軸方向中央部のろう付部領域３のみ
に限定してメタル担体１２を形成したものであって、ハ
ニカム体４₁は外筒５ｂを設けない部分に於て軸方向の
ほか半径方向にも自由に伸張できるため、図２（Ａ）の
場合に比べ更に板材に作用する熱応力を削減することが
できる。

【００２４】図２に示すメタル担体１１、１２において
は、ハニカム体４₁ に対してガス流の上流例と下流側に
別個に触媒を担持させることができるため、二元触媒を
使用する場合に好都合である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、波板材と
平板材とを重ねてロール状に巻いて形成したハニカム体
と、ハニカム体を覆う外筒とを含むメタル担体におい
て、板材同志及びハニカム体と外筒とを接合するろう材
のろう付部領域を、ハニカム体の中央部からガス出口部
までの範囲内に設け、さらに触媒の担持範囲を、ガス入
口部からろう付部領域の手前までの間とすることによ
り、ハニカム体の軸方向への伸びが容易となり、板材相
互間に応力が発生せず、またろう付部領域が触媒反応に
よる発熱作用を受けぬため温度が低く保たれ、ハニカム
体の耐久性の向上に効果があり、さらに外筒の長さを、
ハニカム体の軸方向中央部から下流側を覆うように設け
れば、ハニカム体の半径方向への伸張が妨げられないの
で、上流側のハニカム体に加わる熱応力を減らすことが
でき、ハニカム体の耐久性がさらに向上するという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による触媒装置用メタル担体の縦断面を
示す図であって、図１（Ａ）は軸を含む縦断面略図、図
１（Ｂ）は図１（Ａ）を構成する各部材の関係を示す模
式的縦断面図、図１（Ｃ）は別のメタル担体の軸を含む
縦断面略図である。

【図２】本発明の別の触媒装置用メタル担体の縦断面略
図である。

【図３】従来の技術による触媒装置用メタル担体の図で
あって、図３（Ａ）は板材の構成を示す軸に直角な模式
的断面略図、図３（Ｂ）はメタル担体の外観の斜視図、
図３（Ｃ）はろう材を介在させる範囲Ｘを示す図であ
る。

【図４】従来の技術によるハニカム体の、軸を含む縦断
面の模式図であって、図４（Ａ）はろう付けの位置を示
す図、図４（Ｂ）は板材の変形及び破断の状態を示す図
である。

【図５】従来の技術による板材のろう付け部分の断面を
示す略図であって、図５（Ａ）は通常のろう付け方法、
図５（Ｂ）はろう材の拡散深さを制限した接合方法の図
である。

【図６】従来の技術による平板二重構造のハニカム体の
図であって、図６（Ａ）は板材の構成を示す摸式的断面
略図、図６（Ｂ）はメタル担体の外観の斜視図である。

【図７】ハニカム体のテレスコーピングを示す外観の斜
視略図である。

【符号の説明】

１、３１ 波板材 ２、３２ 平板材 ３ ろう付部領域 ３ａ、３ｂ、３３ ろう材 ４、４₁ 、３４、３４ａ ハニカム体 ４ａ ガス入口部 ４ｂ ガス出口部 ５、５ａ、５ｂ、３５ 外筒 １０、１１、１２、３０、４０ メタル担体 ３６ 母材 ３７ ろう付け影響部 Ｗ、Ｗ₁、Ｗ₂ 触媒担持範囲 Ｘ ろう材を介在させる範囲

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波
   形凹凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板か
   らなる平板材とが、相互に当接して重なり合い、かつろ
   う材によって接合され、ロール状に巻かれて形成された
   多数の網目状通路を備えたハニカム体と、該ハニカム体
   の外側面を覆う外筒とを有する触媒装置用メタル担体に
   おいて、 前記波板材と平板材及び前記ハニカム体と前記外筒とを
   接合するろう材のろう付部領域が、前記ハニカム体の軸
   方向中央部からガス出口部までの範囲にあり、 前記ハニカム体の触媒を担持する範囲が、ガス入口部か
   ら前記ろう付部領域の手前までの間にあることを特徴と
   する触媒装置用メタル担体。
2. 【請求項２】 前記外筒が、ハニカム体の前記軸方向中
   央部から下流側を覆い、かつ前記ハニカム体の前記ろう
   付部領域でろう材によってハニカム体に接合される、請
   求項１に記載の触媒装置用メタル担体。