JPH10296090A

JPH10296090A - 金属製触媒コンバータおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH10296090A
Application number: JP9109789A
Authority: JP
Inventors: Tamio Noda; 多美夫野田; Tadayuki Otani; 忠幸大谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、各種内燃機関の排ガスを浄化処理す
るための金属製触媒コンバータにおいて、ハニカム体の
排ガス入側端面およびその近傍の耐高温酸化性を改善
し、コスト高の問題も製造時の作業性の低下の問題も解
決しながら耐久性を向上できる、金属製触媒コンバータ
及びその製造方法を提供する。【解決手段】ハニカム体の少なくとも排ガス入側の端
面から０．２mm以上の内側までの領域において、金属箔
材に耐高温酸化性を改善する例えばＡｌ等の元素を添加
して、この元素の濃度を金属箔材全体の平均より高く
し、ハニカム体の通気孔内の表面に触媒が担持されてい
ることを特徴とする金属製触媒コンバータとその製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種内燃機関の排
ガス通路に設置されて、該排ガスを浄化するために用い
られる金属触媒コンバータおよびその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車、ボイラー、発電機などの各種内
燃機関の排ガスを浄化するための触媒コンバータとし
て、円筒状の金属ケーシング（以下、外筒と呼ぶ）内に
金属箔材からなる平箔と波箔を重ねて巻き回して軸方向
に多数の通気孔を形成したハニカム体が装着され、該ハ
ニカム体に触媒を担持させた金属製触媒コンバータがあ
る。このような金属製触媒コンバータは、セラミックス
製のものに比べて、触媒の活性化温度に早く昇温でき、
また、排ガスの通過の抵抗が小さいことから、近年、そ
の使用が増大してきている。

【０００３】この金属製触媒コンバータに用いられるハ
ニカム体は、通常、耐熱ステンレス鋼の平箔と、該平箔
に波付け加工した波箔を重ねて渦巻き状に巻き回し、平
箔と波箔の接触部をろう付け、液相拡散接合、拡散接合
などによって接合して製造されるものであり、平箔と波
箔で囲まれた多数の通気孔が軸方向に形成されたもので
ある。そして、このハニカム体を外筒内に装入してハニ
カム体と外筒とを直接ろう付けなどにより接合して、メ
タル担体としている。

【０００４】このメタル担体を構成するハニカム体の通
気孔内の表面に活性アルミナなどからなる触媒担持層を
形成し、この触媒担持層にＰｔ等の触媒を担持させて金
属触媒コンバータとなる。そして、この金属触媒コンバ
ータは、各種内燃機関の排ガス通路に設置され、排ガス
を通過させることで、該排ガス中のＮＯｘやＣＯなどの
有害成分を、触媒作用により無害化する。このとき、金
属触媒コンバータは高温排ガスの通過と共に、排ガスか
らの伝熱に加えて反応熱により加熱される。

【０００５】ところで、内燃機関のエンジンスタート直
後に触媒が作用する温度に早く昇温させるためには、エ
ンジンに近い場所に触媒を設置し、排ガスが触媒に到達
するまでの熱損失を小さくすることが有効である。しか
し、触媒がエンジンに近い場合には、例えば自動車が高
速で走り始めたとき、触媒がより高温、高速の排ガスに
晒されることになり、メタル担体を構成する金属材料の
酸化が促進されたり、強度が低下して破損に至ることが
問題となる。

【０００６】この対策として、Ｃｒを２０％前後含有す
るフェライト系ステンレス鋼に耐酸化性を高めるＡｌや
高温強度を高めるＮｂを添加した材料が金属箔材として
用いられている。しかし、Ａｌ含有量が高いと材料が硬
くなって脆くなり、圧延ができなくなるため、Ａｌの含
有量は最高でも５％程度に抑えられている。

【０００７】また、ハニカム体を製造する工程で平箔と
波箔を接合するために真空炉において１２００℃前後で
加熱処理するが、その際、ステンレス箔に含まれるＡｌ
が蒸発して外部に抜けることにより、端面のＡｌ濃度が
低下し、耐酸化性が低下するという問題もある。

【０００８】更に、ハニカム体の排ガス入側端面は、排
ガスの熱による急速な加熱、排ガス成分による腐食の影
響を最も受けやすいだけではなく、排ガスの衝撃エネル
ギーが最も強く作用するために、端面で箔が切れたり、
欠けたりする損傷が起きやすい。箔が欠けた場合、欠け
た箔が排ガスエネルギーで担体に衝突した場合、更に担
体の損傷を大きくすることもある。

【０００９】この対策として、特開昭５３−１９９７３
号公報のように、鋼板の表面にＡｌメッキを施し、かつ
そのＡｌを鋼板内に拡散させることによりＡｌ含有量の
高い鋼板とする方法が開示されている。同じ考え方の延
長で、溶融Ａｌメッキやカロライズ法により鋼板の表面
にＡｌメッキを施し、そのＡｌの拡散処理を途中で止
め、表面にＡｌ含有量の高い合金層を形成する方法をメ
タル担体に適用する方法が特公昭５６−４１２９８号公
報に開示されている。

【００１０】これらの方法と細部に差はあるものの似た
方法が、特開平１−１７６４５４号公報、特開平２−８
６８４８号公報、特開平２−１８０６４４号公報、特開
平７−３２３２３３号公報、特開平８−８０４４２号公
報、特開平８−１０８０７８号公報等にも開示されてい
る。

【００１１】しかし、溶融Ａｌメッキ法では、例えば自
動車の排気ガス浄化用触媒担体のように、セル密度が４
００CPSIが標準的に使われる細孔に均一に溶融メッキを
施すことはできないし、目詰まりを起こすこともあり現
実的ではない。カロライズ法では、Ａｌ粉末とハロゲン
化物粉末を細孔に均一に装入することが困難であり、ま
た、担体内の温度を均一に保持することが極めて難しい
ことから、担体の表面に実用的レベルで均一にＡｌをコ
ーティングすることができない。また、コーティング時
間が標準的に２４時間以上を要し、極めて生産性が悪く
実用化は困難である。

【００１２】上記の溶融Ａｌメッキ法やカロライズ法に
は、共通した障害があるため自動車排気ガスの浄化処理
用のメタル担体に適用され実用化された例は見当たらな
い。上記の方法に共通した欠陥は、製造コストが高くな
り過ぎること、かつ、メッキ厚みの制御が困難で、信頼
性の高い実用的なレベルでの均一なメッキができないこ
とにある。

【００１３】Ａｌ量を高めるための量産技術としては、
特開平１−１９４９４２号公報のようにステンレス鋼箔
の両側にアルミニウムまたはアルミニウム合金を貼り付
け、しかる後にＡｌの拡散処理を途中で止め、表面にＡ
ｌ含有量の高い合金層を形成する方法が開示されてい
る。

【００１４】この方法は、信頼性の高い実用的レベルで
の均一なメッキができるので、溶融Ａｌメッキやカロラ
イズ法に比較して実用化には近いが、製造コストが高く
なり過ぎることは依然として大きな課題となっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、各種内燃機
関の排ガスを浄化処理するための金属製触媒コンバータ
において、ハニカム体の少なくとも排ガス入側端面およ
びその近傍の耐高温酸化性を改善し、コスト高の問題も
製造時の作業性の低下の問題も解決しながら耐久性を向
上できる、金属製触媒コンバータおよびその製造方法を
提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、各種
の内燃機関の排ガスの通路に設置されて該排ガスを浄化
するための金属製触媒コンバータであって、金属製の平
泊と波箔（以下、この平箔と波箔を「金属箔材」ともい
う。）を重ねて巻き回して軸方向に多数の通気孔を形成
したハニカム体を装着され、このハニカム体の少なくと
も排ガス入側の端面から０．２mm以上の内側までの領域
が、金属箔材に耐高温酸化性を改善するＣｒやＡｌ等の
元素を添加して、この元素の濃度を金属箔全体の平均よ
り高くし、ハニカム体の通気孔内の表面に触媒を担持さ
せたことを特徴とする金属製触媒コンバータである。

【００１７】本発明では、特に、ハニカム体の排ガス入
側の端から０．２mm以上の内側までの領域において、ハ
ニカム体を形成する金属箔材の耐高温酸化性を補強し
て、その耐久性を改善することを特徴とするものであ
り、この耐熱性、耐酸化性の補強手段として、ハニカム
体を形成する金属箔材に、耐高温酸化性を改善する元素
をコーティングし、非酸化性雰囲気（例えば真空下）で
加熱処理してコーティングした金属と金属箔材とを相互
拡散させることにより、平箔と波箔を接合させることも
特徴としている。この際、ハニカム体は外筒に収納して
処理するのがよく、或いは処理した後収納してもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明で、ハニカム体の少なくとも排ガス入側端面から
０．２mm以上内側までの領域において、ハニカム体を形
成する金属箔材に耐高温酸化性を改善する元素を多く添
加して、当該元素の濃度を高める理由は、以下の通りで
ある。すなわち、金属触媒コンバータのエンジン耐久試
験後、ハニカム体を形成しているステンレス箔（Ａｌを
１〜６％含有）内の成分分布を調査した結果、排ガス入
側の端面から０．２mmまでの領域でＡｌの低下が顕著で
あり、その結果として金属箔材が酸化して損傷が拡大し
やすいことから、少なくとも、この領域でのＡｌ濃度を
高めて耐酸化機能を長時間にわたって確保できるように
するためである。

【００１９】ここでいう、「添加」とは、金属箔材の表
面に例えば溶射、接着、塗布などによってコーティング
することを意味している。また、耐高温酸化性を改善す
る元素の「濃度」とは、金属箔材の重量に占める、金属
箔材の素材中にもともと含有している元素の重量と金属
箔材の表面に添加した元素の重量の合計重量（重量％）
を意味している。

【００２０】耐高温酸化性を改善する元素を金属箔材の
表面に添加したときの当該元素の当該添加領域での濃度
は５〜１５重量％（このときの金属箔全体の当該元素の
平均濃度は、１〜５重量％）とすることにより、十分な
耐高温酸化性を確保することができる。

【００２１】耐高温酸化性を改善する元素としては、Ａ
ｌの他にＣｒやＳｉ等を用いることができ、これらの元
素の濃度を高める領域は、ハニカム体の排ガス入側端面
から３０mmまでの範囲内で選択することが好ましい。こ
の領域を超えた領域でも耐高温酸化性を改善する効果は
あるが、その領域での酸化の度合いは顕著ではなく、耐
高温酸化性を改善する元素の濃度を排ガス入側の端面か
ら３０mmまでの領域並にすることは、そのためのコスト
を考慮した場合にはメリットはない。

【００２２】ハニカム体の前記特定領域で、耐高温酸化
性を改善する元素例えばＡｌの濃度を高めるための量産
技術としては、端面から３０mm以内の範囲内に低温溶射
でアルミニウムまたはアルミニウム合金のような耐高温
酸化性を改善する金属をコーティングし、それを非酸化
雰囲気で加熱して金属箔材とアルミニウム間で金属を相
互拡散させる方法を用いることができる。

【００２３】この低温溶射では、大気雰囲気下で２０〜
５０μｍの金属箔材に対してアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金のような、耐高温酸化性を改善する金属を５
０μｍ以下の薄さでコーティングさせることができる。

【００２４】この耐高温酸化性を改善する元素のコーテ
ィングは、ハニカム体の成形前または成形過程でも行う
こともできるが、成形性の低下、成形精度の低下の原因
になる場合があり、また耐高温酸化性を改善する金属の
過剰消費にもなりやすいことから、ハニカム体の成形後
にコーティングすることが好ましい。

【００２５】また、この耐高温酸化性を改善する元素
は、ハニカム体の内部全体に均一にコーティングしても
よいが、ハニカム体の成形後では不可能であるし、前記
したように、内部領域では酸化の度合いは顕著ではな
く、耐高温酸化性を改善する元素の濃度を排ガス入側の
端面から３０mmまでの領域並にすることは、そのための
コストを考慮した場合にはメリットはないので、実用的
には端面から３０mm以内の範囲に限定することが有利で
ある。

【００２６】耐高温酸化性を改善する元素のコーティン
グ手段としては、比較的低温領域で容易に付着力を確保
できる低温溶射が有効であり、この低温溶射を行う場合
には、ハニカム体を溶射方向に対して傾け、回転させな
がら行うことにより所望の領域に対してより均一な溶射
層を形成することができる。

【００２７】本発明において、ハニカム体を成形する際
に、波箔の波頂部（底部）の幅が０．２〜０．５mmの平
坦部を持つ断面が台形型とし、この波箔の頂部が平箔と
接触するコーナー部にアルミニウムまたはアルミニウム
合金のような耐酸化性を改善する金属を低温溶射した場
合に付着させやすくすることが有効である。そして、平
箔と波箔平坦部との接触角度を４０度以上、好ましくは
６０度以上にすることにより、平箔と波箔の接触部の隅
にまでアルミニウムまたはアルミニウム合金を入り込ま
せることができ、これを１０００℃前後で拡散処理すれ
ば、端面から０．５mm以上、好ましくは５mm以上の範囲
の平箔と波箔を接合することができ、これにより端面の
切り欠き効果による破損を有効に防ぐことができる。

【００２８】波箔の波頂部（底部）の幅を０．２〜０．
５mmとしたのは、上記理由の他、断面が台形型への加工
のしやすさや、ハニカム体のセル（軸方向の穴）密度が
適正に得られるからである。

【００２９】従来の知見では、溶融メッキ法やカロライ
ズ法によって表面にコーティングしたアルミニウムを金
属箔材の中に拡散させて合金化する方法についても言及
されているが、本発明者等は実験により、低温溶射法に
よって金属箔材の表面に物理的に密着してアルミニウム
を存在させておけば、初期の段階で溶融メッキ法やカロ
ライズ法のようにコーティング段階で合金化して化学的
に接合していなくても十分に一体化処理が可能であるこ
との知見を得ている。すなわち、低温度溶射した際に
は、均一に合金化していないが、真空炉中で９００℃前
後で保持すれば、アルミニウム中にＦｅやＣｒを拡散し
て合金化する。これを１０００℃以上の高温にすれば、
いきなり高温にした場合に流出してしまうアルミニウム
も、元の場所を移動せず、相互拡散が起きてアルミニウ
ム濃度が高いが金属箔材の組成にも近い合金層を形成し
て金属箔材と一体化することができる。

【００３０】そこで、本発明では、耐高温酸化性を改善
する元素例えばアルミニウムを低温溶射した後、ハニカ
ム体を真空炉に導入し当該アルミニウムの融点以上の温
度で加熱処理して、金属箔材間で拡散接合させ一体化さ
せるが、この場合、この真空炉内の雰囲気の真空度（圧
力）は、アルミニウムの蒸気圧以上（好ましくはアルミ
ニウムの蒸気圧に対して１．１〜２．０倍）にして、ア
ルミニウムの蒸発を抑制させることが有効であり、真空
炉の真空度（圧力）を選択することにより、このような
条件を満足させることができる。

【００３１】本発明では、上記のようにして、金属触媒
コンバータを構成するハニカム体のの特に排ガス入側領
域に対して、耐高温酸化性を改善する元素を補強して、
この領域での金属箔材の耐高温酸化性を向上すると同時
に波箔と平箔とを拡散接合して強固に接合することがで
きる。

【００３２】この拡散接合は、９００〜１０００℃の比
較的低温領域で行うことができ、従来、ろう材使用によ
り１１００℃前後で行っていた接合との比較では、ろう
材およびろう材装着作業が不要となるため、製造コスト
を切り下げることができ、また生産性も向上させること
ができる。

【００３３】以下に本発明を図に示す具体例に基づいて
更に説明する。図１は本発明の金属触媒コンバータを構
成するハニカム体を、外周部の一部を巻き戻した状態で
示している。図において、３は金属箔材で形成した波箔
１と平箔２を重ねて巻き回して製作した軸方向に多数の
通気孔４を形成したハニカム体で、排ガス５の入側領域
を形成する波箔１と平箔２の側端部には、Ａｌ濃度を金
属箔材全体の平均より高くするためアルミニウムによる
溶射層６が形成されている。

【００３４】このハニカム体３は、外筒内に装着する。
すなわち、図２にその構造例を示したように、ハニカム
体３の外周に、断面形状が波型のリング状の弾性支持体
７を一周して更に数mm重なりを有するように巻き付け
て、円周方向の数点でハニカム体に接合９する。接合方
法は特に限定しないが、電気抵抗溶接、ロウ付けあるい
は、アルミニウム仲介の拡散接合等で行ってもよい。

【００３５】一方、断面形状が波型のリング状の弾性支
持体８を、ハニカム体３の排ガス入側の外周に巻き付け
られたリング状の弾性支持体７と重なりを持ち、ハニカ
ム体の入側端面から一部がはみ出すように巻き付ける。

【００３６】そして、外周にリング状の弾性支持体７と
８を巻き付けたハニカム体３を、外筒１１内に挿入し、
ハニカム体３の排ガス入側のリング状の弾性支持体８の
はみ出し部分を、アルミニウム箔９をろう材としてろう
接あるいは、アルミニウム仲介の拡散接合等により接合
して、ハニカム体３をリング状弾性支持体７と８を介し
て外筒１１に固定することができる。

【００３７】リング状の弾性支持体７の外周にリング状
の弾性支持体８を巻き付ける際には、リング状の弾性支
持体７と８相互間のシール性を保つために、一周と更に
数mm程度の重なりを持つように巻き付けるようにする。
その際、リング状の弾性支持体７と８の接触面にセラミ
ックスをコーティングすることにより、ハニカム体３と
外筒１１間の断熱効果を高めることができる。

【００３８】このようにして、図１に示したように金属
箔材からなる波箔１および平箔２を重ねて巻き付けて形
成される、ハニカム体３の排ガス入側の特定領域１０の
Ａｌ濃度を金属箔材全体の平均より高めたハニカム体３
を、図２に示すように、その外周に巻き付け固定したリ
ング状の弾性支持体７と、その外周に巻き付けたリング
状弾性支持体８を介して、外筒１１に装着してメタル担
体を形成し、ハニカム体３の通気孔４内に触媒を担持さ
せて金属触媒コンバータを製造することができる。

【００３９】なお、ハニカム体を形成する波箔１は、一
般には図３（ｂ）に示すように、頂サインカーブ型の頂
部１３を有するものが用いられているが、図３（ａ）に
示すように断面形状が台形型で、その頂部（底部）１２
に幅が０．２〜０．５mmの平坦部が形成されたものであ
り、、平箔２との接触角度θを４０度以上にして、適度
の接触面積を確保し、十分な接合強度を確保できるよう
にすることが望ましく、ハニカム体３の排ガス入側の端
面から０．５mm以上内側までの平箔２と波箔１を拡散接
合により固定することが有効である。

【００４０】

【実施例】本発明による金属触媒コンバータを製造し、
評価実験を行った。実験条件と実験結果を従来例による
場合と比較し、表１〜表３により以下に説明する。実験
条件は表１と表２に示し、実験結果と評価結果を表３に
示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】［実験例１］Ｆｅ−２０wt％Ｃｒ−５wt％
Ａｌのフェライト系ステンレス鋼（新日鉄規格ＹＵＳ２
０５ＳＭＩ製）のステンレス箔を使用して、図１に示す
ようなハニカム体３を形成し、これを図２に示すように
外筒１１に装着して組み込んだ触媒コンバータを製造し
た。

【００４５】手順は、最初に厚さ３０μｍ、幅１０６ｍ
のステンレス箔のコイルを二つ用意し、一方のステンレ
ス箔のコイルからの平箔２と、他方のステンレス箔のコ
イルをコルゲート加工して製作した波箔１とを使用し、
この平箔と波箔を重ねて巻き付けて、軸方向に多数の通
気孔４を形成したハニカム体３を成形した後、排ガス入
側の片側端面および端面から３０mm内側までの領域１０
には、低温溶射法によってアルミニウムをコーティング
した。

【００４６】製作したハニカム体３を、真空度（圧力）
がアルミニウムの蒸気圧の１．５〜２．０倍の気圧であ
る雰囲気を有する真空炉で９３０℃で１時間加熱してア
ルミニウムの拡散層を作り、更に平箔２と波箔１とを接
合するために１２２０℃で３０分加熱処理を行った。

【００４７】この低温溶射されたアルミニウムは、均一
に合金化していなかったが、真空炉中で９３０℃で保持
することにより、アルミニウム中にＦｅやＣｒを拡散さ
せて合金化することができ、更に１０００℃前後で加熱
処理することにより、アルミニウムを元の場所を移動さ
せずに相互拡散させ、Ａｌ濃度が８〜１５％と高いが金
属箔材の組成にも近い合金層を形成して金属箔材と一体
化させ、同時に平箔２と波箔１とを拡散接合した。

【００４８】このようにして、排ガス入側領域のＡｌ濃
度を高くしたハニカム体３を製造した後、活性アルミナ
を排ガスと接触するハニカム体３の全面にコーティング
し、白金とパラジウムを担持させた。

【００４９】次に、図２に示したように、リング状の弾
性支持体７をハニカム体３に巻き付けて電気抵抗溶接で
接合し、それに重ねて巻き付けたもう一つのリング状の
弾性支持体８のはみ出し部分を外筒１１にロウ付け接合
した。弾性支持体はそれぞれ電気抵抗溶接で接合した。

【００５０】ここではハニカム体３に接合したリング状
の弾性支持体７は二つの半円に分かれているが、半円の
端部ではそれぞれ１０mmの重なりを持つように配して半
円の中間部をハニカム体３に電気抵抗溶接で接合した。

【００５１】次に外筒１１に固定するリング状の弾性支
持体８をハニカム体３に接合したリング状の弾性支持体
７に重ねて巻き付けてから外筒１１の中に挿入して、リ
ング状の弾性支持体８のはみ出し部分を外筒１１にロウ
付けで接合した。

【００５２】ハニカム体３は、厚さ３０μｍの平箔と該
平箔を波付け加工した波箔とを重ねて巻き回し接合した
もので直径８６mm、長さ１０６mm、セル密度４００CPSI
である。

【００５３】外筒１１は、Ｆｅ−１９wt％Ｃｒ−０．４
wt％Ｃｕ−０．４wt％Ｎｂのフェライト径のステンレス
鋼（新日鉄規格ＹＵＳ１８０製）パイプで、肉厚１．５
mm、外径１０５mm、長さ２３８mmのものを使用した。

【００５４】このようにして製作したハニカム体３を外
筒１１を組み込んで構成した触媒コンバータを、２００
０ccのガソリンエンジンの排気管の途中に取り付け、排
ガス入側の温度が９５０℃に達する条件下で、９００サ
イクルの冷熱耐久試験を実施した。

【００５５】また、エンジンが完全に停止し、触媒コン
バータ全体がほぼ室温に近い状態からスタートさせ、ハ
ニカム体３の排ガスで側の端部で、半径方向の中心から
２０mmの位置と、外筒内の長手方向中間部に装着した熱
電対により、昇温速度を測定した。

【００５６】また、ハニカム体３のほぼ中間部にも熱電
対を装着し、排ガス出側の温度が９５０℃に達する条件
下で１５分間エンジンを稼働させた後、エンジンを停止
して、ハニカム体３の温度を測定し、断熱効果と耐久試
験後のハニカム体３の損傷状況を調査した。

【００５７】その結果、表３に示したように、ハニカム
体３の排ガス出側の端部の温度は、エンジンスタート５
０秒経過時に２６０℃に昇温し、その時の外筒の表面温
度は３５℃であった。また、エンジン停止後１５分経過
時のハニカム体３の中間部の温度は、２２０℃であっ
た。

【００５８】これに対して、本発明例１と同じ材質のス
テンレス箔と外筒を用い、端面の強化をしないで、ま
た、外筒１１とハニカム体３は直接ろう付けによって接
合し、平箔と波箔の接合は真空炉で１２３０℃×９０分
加熱して拡散接合させた従来例では、ハニカム体と外筒
間には断熱層がないので、外筒の径が本発明例１よりも
小さく外径で８９mmφと小径であるが、ハニカム体の排
ガス出側の端部の温度は、エンジンスタート５０秒経過
時に２５０℃に昇温し、その時の外筒の表面温度は８０
℃であった。また、エンジン停止後１５分経過時のハニ
カム体の中間部の温度は、１２０℃であった。

【００５９】この結果は、本発明例１のハニカム体３
は、従来例の場合に比較して、エンジンスタートから短
時間に触媒活性化温度に達し、エンジンが停止しても温
度降下が小さく、エンジンの再スタートの際にも短時間
に触媒活性化温度に達することを意味しており、熱効率
が良好であることを示している。

【００６０】また、従来例の場合に比較して、外筒の表
面の温度は、３５℃と低く、ハニカム体と外筒間の断熱
効果が良好であり、外筒によってハニカム体の昇温が阻
害されないことを示している。なお、リング状の弾性支
持体７とリング状の弾性支持体８間のシール性も十分に
確保されていた。

【００６１】一方、耐久試験後のハニカム体の損傷状況
を調査した結果、本発明例１では、平箔と波箔間のず
れ、損傷（欠け）は全く認められなかった。これに対し
て、従来例の場合には、ハニカム体の排ガス入側端面に
おいて、平箔と波箔間のずれと、体積２mlの欠けによる
損傷が認められた。

【００６２】［実験例２］前記本発明例１とほぼ同様に
して、触媒コンバータを製作した。手順は、最初に厚さ
３０μｍ、幅１０６ｍのステンレス箔からなる平箔と、
ステンレス箔をコルゲート加工し、更に図３に示すよう
に頂部１２が０．３mmの平坦部を持つ断面台形型で、平
箔２と重ねて巻き付けたときのこの平箔２との接触角度
θが７０度となるような波箔を製作し、この波箔と平箔
とを重ねて巻き付けてハニカム体３を成形し、両側の端
面および端面から３０mm内側までの領域には低温溶射に
よりアルミニウムをコーティングした。低温溶射の吹き
付け方向に対して、ハニカム体３の軸を約４５度傾斜さ
せ、回転させながら溶射を行い、平箔と波箔の接触部に
アルミニウムが付着しやすいようにした。

【００６３】次に、図２に示したようにリング状の弾性
支持体７を、ハニカム体３との間に厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔９を挟んでハニカム体３に巻き付け、それに
重ねてもう一つのリング状の弾性支持体８を外筒１１と
の間に厚さ２０μｍのアルミニウムを挟んで挿入した。
リング状の弾性支持体７と８は、端部ではそれぞれ１０
mm前後の重なりを持つため、外筒１１に装入するときは
少し重なりが大きくなるように絞って容易に装入でき
た。

【００６４】それを真空炉で９００℃で３０分加熱し、
更に１０００℃で６０分加熱した。ハニカム体のＡｌ濃
度は、もとの金属箔材の平均含有量が５％であるのに対
して端面から１０mmの領域では明らかにＡｌ濃度が上昇
しており、最大で２０％、最小でも１５％に達した。

【００６５】アルミニウムを溶射した領域では、平箔と
波箔の接触部のアルミニウム中に金属箔材のＦｅとＣｒ
が拡散し、平箔と波箔が強固に拡散接合されていた。ま
た、リング状の弾性支持体７とハニカム体３、リング状
の弾性支持体８と外筒１１はそれぞれの間に挟んだアル
ミニウム箔の中に金属箔材（素材）中のＦｅとＣｒが拡
散することによって拡散接合されていた。その後、活性
アルミナをハニカム体３の全面にコーティングし、白金
とパラジウムを担持させた。

【００６６】実験例１では行わなかったが、外筒１１に
接合のリング状の弾性支持体８とハニカム体３に接合の
リング状の弾性支持体７との接触面に、予めアルミナを
溶射して断熱性を高めた。ハニカム体３のサイズ、外筒
１１のサイズは実験例１の場合と同じである。

【００６７】得られた触媒コンバータを２０００ccのガ
ソリンエンジンの排気管の途中に取り付け、実験例１と
同様の断熱効果と耐久試験後のハニカム体の損傷状況を
調査した。その結果、表３に示したように、ハニカム体
３の排ガス出側の端部の温度は、エンジンスタート５０
秒経過時に２７０℃に昇温し、その時の外筒１１の表面
温度は２８℃であった。また、エンジン停止後１５分経
過時のハニカム体３の中間部の温度は、２５０℃であっ
た。

【００６８】この結果は、この本発明例２のハニカム体
３は、リング状の弾性支持体７とリング状の弾性支持体
８間に予めアルミナを溶射して断熱性を高めたことによ
り、本発明例１の場合に比較して、エンジンスタートか
ら短時間に触媒活性化温度に達し、エンジンが停止して
も温度降下が小さく、エンジンの再スタートの際にも短
時間に触媒活性化温度に達することを意味しており、熱
効率が更に良好であることを示している。

【００６９】また、本発明例１の場合に比較して、外筒
１１の表面の温度は、２８℃と低く、ハニカム体３と外
筒１１間の断熱効果が更に良好であり、外筒１１によっ
てハニカム体３の昇温が阻害される度合いが更に小さい
ことを示している。なお、リング状の弾性支持体７とリ
ング状の弾性支持体８間のシール性も十分に確保されて
いた。

【００７０】一方、耐久試験後のハニカム体の損傷状況
を調査した結果、本発明例２では、平箔と波箔間のず
れ、損傷は全く認められなかった。

【００７１】

【発明の効果】本発明では、金属触媒コンバータを構成
するハニカム体の少なくとも排ガス入側領域で、耐高温
酸化性を改善する元素を補強して、ハニカム体の耐久性
を向上すると同時にこの領域で、波箔と平箔を該金属仲
介の拡散接合により接合することができ、生産性を向上
させ、製造コストを節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いられるハニカム体での耐
高温酸化性を改善する元素（Ａｌ）補強例を示す立体説
明図。

【図２】本発明の実施例におけるハニカム体と外筒間の
装着構造例を示す横断面説明図。

【図３】ハニカム体を形成する波箔の頂部断面形状例と
平箔との接触角度を示す説明図で、（ａ）図は、本発明
で用いる頂部断面が台形型の波箔の形状例を示し、
（ｂ）図は、従来から一般的に用いられている頂部断面
がサインカーブ型の波箔の形状例を示す。

【符号の説明】

１波箔２平箔３ハニカム体４通気孔５排ガス６アルミニウム溶射層７リング状の弾性支持体（ハニカム体と接合）８リング状の弾性支持体（外筒と接合）９アルミニウム箔１０アルミニウム濃度を高めた特定領域１１外筒１２頂部が台形型断面の波箔１３頂部がサインカーブ型断面の波箔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属箔材からなる平泊と波箔を重ねて巻
き回して軸方向に多数の通気孔を形成したハニカム体を
装着し、排ガスの通路に設置されて該排ガスを浄化する
ためのコンバータであって、前記ハニカム体を形成する
金属箔材の少なくとも排ガス入側の端面から０．２mm以
上内側の領域において、耐熱性、耐酸化性を改善する金
属を当該金属箔材全体の平均含有量より多く含有させ
て、平泊と波箔の接触部を一体化すると共に、このハニ
カム体の通気孔内の表面に触媒が担持されていることを
特徴とする円柱状の金属製触媒コンバータ。
【請求項２】ハニカム体の端面から０．２mm以上内側
までの領域において、耐熱性、耐酸化性を改善する金属
を低温溶射によって金属箔材にコーティングし、当該金
属の融点以上の温度でかつ、真空度（圧力）が当該金属
の蒸気圧以上である雰囲気を有する真空炉内で加熱処理
して、金属の相互拡散によりハニカム体を構成する平箔
と波箔の接触部を一体化してなることを特徴とする請求
項１記載の金属製触媒コンバータ。
【請求項３】耐熱性、耐酸化性を改善する金属を、ハ
ニカム体の成形前あるいは成形過程で、ハニカム体の側
端から０．２mm以上の内側となる金属箔材の領域に、低
温溶射によってコーティングし、成形して得られたハニ
カム体を当該金属の融点以上の温度で、かつ真空度（圧
力）が当該金属の蒸気圧以上である雰囲気を有する真空
炉内で加熱処理されて、金属の相互拡散によりハニカム
体を構成する平箔と波箔の接触部を一体化してなること
を特徴とする請求項１記載の金属製触媒コンバータ。
【請求項４】耐熱性、耐酸化性を改善する金属がアル
ミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属製触媒コ
ンバータ。
【請求項５】金属箔材からなる平箔と波箔を重ねて巻
き回して軸方向に多数の通気孔を形成したハニカム体を
成形する際に、波箔として、頂部が幅０．２mm以上、
０．５mm以下の平坦部を持つ断面が台形型の波箔を用
い、この波箔と平箔の接触角度を４０度以上にしてハニ
カム体を成形した後、外筒に収納し、または収納しない
ハニカム体に、少なくとも排ガス入側の端面から０．２
mm以上の内側までの領域に、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を低温溶射し、しかる後に真空炉で加熱処理
してアルミニウムまたはアルミニウム合金を被覆した金
属箔材間の相互拡散により、ハニカム体端面から０．２
mm以上の内側までの領域の金属箔材のアルミニウム濃度
を、金属箔材全体のアルミニウム平均濃度以上に高める
と共に、ハニカム体端面から０．２mm以上内側までの領
域の平箔と波箔を接合することを特徴とする金属製触媒
コンバータの製造方法。