JPS62183855A - 自動車排ガス浄化装置用基体の製造法 - 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） 本発明は自動車排気ガス浄化装置に使用される基体の製
造法に関する。

（従来の技術） 近年特に１９７０年頃から自動車の排気ガスが、公害源
として問題視されるようになり、これに伴って自動車排
気ガス規制が法制化され、乗用車に対して排気ガス浄化
装置を設置することが義務付けられるようになった。自
動車排気ガス浄化装置としては、いくつかの方式があっ
たが、現在では触媒コンバータ一方式によって、ＨＣと
Ｃｏを酸化し、同時にＮＯｘを還元するものが主流とな
っている。

触媒コンバーターの構造は、コージライトを主成分とす
るセラミックをハニカム状に焼成したものを、担体とし
てこれを金属筒内に収めたもの全基体とし、前記担体に
、Ｆ！ｔ−Ｐｄの貴金属触媒を含浸させた多孔質γ−Ａ
Ｅ２０３粉を付着させることによって、浄化装置として
の機能を付与せしめたハニカム方式のものが現在多用さ
れている。

しかしながらこのセラミックハニカムは、機械的な衝撃
力に弱いことや、緩衝のためにノ・ニカムと外筒の間に
、装入された金網の部分を排ガスの一部がバイパスする
ことに加えて、排気抵抗かや＼大きいこと等の欠点があ
υ、最近ではこれに対処するために、高屈フェライト系
ステンレス鋼を、数十μの厚さの箔に圧延して、更にこ
れを波板状に成形したものと、もとの平板を重ね合せ、
これを積層したもの又はロール状に巻いたものを、前記
のセラミックハニカムの代りに担体として使用する特開
昭５７−７１８９８号公報の技術、或いはこれらメタル
ハニカム用の箔の製造法として、高Ｍのフェライト系ス
テンレス鋼の丸鋼の表面から、ビーリング加工によって
切粉状に採取する方法が、特開昭５６−９６７２６号公
報に開示されている。

この方法によって作られたステンレス箔は、ビーリング
時に高度の加工歪が箔内に導入され、高温酸化性雰囲気
中で処理されたとき、Ｍの拡散が箔内から表面に向って
促進されて、ウィスカー状のＡ１．２０３　　が表面に
生じ、これが貴金属触媒の直接担体であるγ−ＡＡ２０
３粉のハニカムへの固着性を向上させるというものであ
る。

しかしながらこれらの技術には種々の難点があった。す
なわち圧延法で担体用の箔を作るものでは、もともと冷
間加工性のあま９良好でない高ＡＩｌステンレス鋼を、
４０〜５０μｍ程度の箔にまで圧延するため、圧延途中
に焼鈍酸洗の工程を数度入れなければならず、またハニ
カム成形後に、ろう付けにより相互に固定すると共に、
外筒にも固定する工程が煩雑で、コスト高の原因となっ
ていた。

またビーリング加工によるものでは、均一な厚さの巾の
広い箔を得るのが困難で、実用に供せられるところには
至っていないのが現状である。そこでより簡便な手段で
、自動車排ガス浄化装置用基体を製造する方法の開発が
望まれていた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、これらの要望に鑑み種々検討の結果なされた
もので、前記の方法に比較してきわめて簡便な自動車排
気ガス浄化装置用基体の製造法を提供することを目的と
するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ステンレス鋼で被覆された多数の易溶削鋼線
材を、耐熱鋼管又は耐熱鋼チャンネルの中に束ねて密に
装入し、これを熱間加工により断面積を１／４以下に減
少せしめた後、所定の長さに切断し、更に化学的又は電
気化学的処理により易溶削鋼を溶解除去することを特徴
とする自動車排ガス浄化装置用基体の製造法である。

以下に本発明の詳細な説明する。

（作用） 本発明でいうステンレス鋼とは、高温のエンジン排ガス
に対して耐酸化性を有するもので、フェライト系ステン
レス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイ
ト系ステンレス鋼、二相鋼等のいずれでも可とするが、
特にエンジン排ガスに対する高度の耐酸化性を保有し、
且つ熱間加工に耐えるものであることが望ましく、この
ために望ましい成分系としては、ｃｏ、ｓ％以下、Ｓｉ
４％以下、Ｍｎ　ｌ　０％以下、Ｎｉ　Ｑ　〜６０％、
Ｃｒ１ｌ〜３０％、Ａ１０〜６％、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏは合
計でＯ〜１０チ、Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｈｆは合計
で０〜３％、Ｙ、　ＲＥＭは合計でＯ〜０．２　％　、
　Ｍｆ　、　Ｃａは合計で０〜０．０１％の範囲内にあ
るもので、このほかに必要に応じて少量のＣｕ、Ｂ　　
を含有することも可であり、残部はＦｅおよび不可避不
純物よりなるものである。

次にこ＼でいう易溶削鋼とは、前記のステンレス鋼より
化学的又は電気化学的処理によって溶は易く、また熱間
加工性の良好なものであることが望ましいが、これらの
条件を満足するものであれば、低炭素〜高炭素鋼、低合
金鋼、高Ｍｎ鋼、高Ｎｌ鋼等のいずれでも良い。

次にこ＼でいう耐熱鋼管又は耐熱鋼チャンネルとは、最
終的には触媒担体の外筒になるので、外筒としての最低
限の耐熱性と、化学的又は電気化学的処理で、溶剤され
ない程度の耐性が必要なため、９％以上のＣｒを含むも
のであることが望ましい。

次に本発明においては、前記のステンレス鋼によりあら
かじめ被覆された易溶削鋼線材を、多数準備しておくこ
とが必要であるが、これは本発明方法により、ハニカム
形状のものを製作するための素材として不可欠のもので
ある。

この場合線材径或いは被覆厚みは、製造すべき浄化装置
の寸法、形状、後工程の熱間加工での圧下比率により決
るが、通常は線材の線径を１〜８態として、ステンレス
鋼の厚さは熱間加工後に、最終的に３０〜７０μ程度に
なるように圧下比を考慮して決定すれによい。

なおこれらのステンレス鋼で被覆された易溶削鋼線材を
得る手段としては、易溶削鋼のビレット表面を、ステン
レス鋼の板又は管で被覆するか、又は肉盛溶接でステン
レス鋼被覆した後熱間圧延に、場合によってはこれに冷
間加工を組み合せて、所定の太さの線材を得る方法、又
はステンレス鋼の鋼管に、易溶削鋼線材をさし込む方法
等を適宜採用すれば良い。

この場合表面のステンレス鋼と、内部の易溶削鋼との間
の金属結合は、特に必要としない。また逆に後工程での
両者の界面での相互拡散を防止し、化学的又は電気化学
的処理による易溶削鋼の溶解を容易にするために、両者
の間に種々の酸化物や、異種金属の層をあらかじめ装入
しておくことも可能である。

次に・・ニカム形状を構成するために、これらステンレ
ス鋼で被覆された易溶削鋼線材を、触媒コンバーターの
外筒材として、適当な耐熱鋼の管又はチャンネル中に、
仕上りのハニカムに必要な穴の数に相当する本数だけ密
に装入する。この際次の熱間加工工程での装入物の異常
はみ出しを防止するため、線材を装入後肢耐熱鋼管又は
チャンネルの両端をステンレス又は普通鋼で肉盛溶接又
は鋼板を溶接する等してふさぐことが望ましい。

次にこれに熱間加工を加え、断面積ｔ−１／４以下にす
ることにより、被覆ステンレス鋼同志を接合せしめる。

こ＼で断面圧下比を４以上としたのは、それ未満ではス
テンレス銅同志の充分な接合が得られないからである。

この場合熱間加工の手段としては、熱間押し出し、熱間
鍛造、熱間圧延のいずれかソ簡便で、良好な結果が得ら
れる。

次にこれを浄化装置用基体として必要な長さ、例えば５
０〜２００簡に切断し、更に化学的又は電気化学的処理
により、易溶削鋼の部分を溶解・除去すると、ハニカム
状のステンレス鋼と、ツレを包む耐熱鋼の外筒が残る。

なおと＼でいう化学的又は電気化学的処理とは、ハニカ
ムを構成する前記のステンレス鋼と、芯材としての易溶
削鋼とで、溶解度に大きな差のあるものであることが望
ましく、酸溶液又はこれに添加物を加えたもの、更には
これらの溶液中での処理に際して、該基体と溶液間に電
圧を加えて、選択的溶解を促進させる処理をいう。

第１図（ａ）〜（、）は、本発明による排ガス浄化装置
用基体の製造工程の一実施態様を模式的に示したもので
ある。

同図（ａ）は、担体基材となる線材角ビレットを示すも
のであって、易溶剤銅芯材１の周囲で、任意の手段によ
りステンレス鋼２により被覆したものである。次にこれ
を線材圧延および伸線により順次縮径して、同図（１，
）の如くワイヤとしたのち、これらワイヤを同図（ｃ）
の如く外筒用の耐熱鋼管３内に多数充填して、熱押ビレ
ットとする。

これを熱押によりさらに縮径して行くと、充填されたス
テンレス被覆易溶削鋼線は、同図（ｄ）に断面を示すよ
うに、ハニカム形状になる。これを同図（、）に示す如
く、浄化装置用基体としての所定の長さに切断したのち
、たとえば硝酸溶液などによυ酸洗を行うと、易溶剤銅
芯材１が溶解除去され、同図（ｆ）に見られるように、
外筒の耐熱鋼管３内に、空隙４を有するハニカム状のス
テンレス鋼２が充填された形となる。

これで浄化装置用基体が得られるわけであり、その後は
前記ハニカム状ステンレス鋼２を触媒担体として、ハニ
カム内空隙４に、たとえば貴金属触媒を含浸させたスラ
リー状のｒ−ＮＬ、ｏ、１注入して焼付乾燥し、基体両
端を、所望の図示しないマニホールド或いはエキゾース
ト管などを取り付ければ、直に排ガス浄化装置として、
自動車に設置することができる。

このように本発明によれば、ろう付けの必要もなく、ス
テンレス鋼のハニカム状触媒担体と、外筒からなる浄化
装置用基体が一体物として得られ、従来技術に比較して
簡便な方法で、自動車排ガス浄化装置の量産が可能とな
るものである。

（実施例） 易溶削鋼の芯材として、１４０簡角長さＩｎの炭素鋼（
Ｃ０，０５％　＋　Ｓｉ　Ｏ−０２％　１Ｍｎ１０−２
８　％　。

Ｐｏ、０２２％、８０．０１４％）のビレット表面を、
゛厚さ３．２ｍｍ＋の１５％Ｏｒ−′４％Ａｇのフェラ
イト系ステンレス鋼の熱延鋼板で包み、会合部全共金系
のワイヤーを使って、ＴＩＧ溶接して被覆を行った。

この際ビレットの両端部も、該Ｃｒ−１ｄ、ステンレス
鋼板を溶接してふさいだ。

次にこのビレットを１２２０℃に加熱し、熱間圧延によ
り５．５φの線材を得た。次にこれを酸洗してから直線
に矯正し、長さ４９０簡に切断した。

次に肉厚３瓢×直径２１０−１長さ５００１１１１１の
５Ｕ８３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼）の溶接管を作成し
、この管の内側に前記の線材を９７０本密につめ込み、
両端ＱＳｕｓ３ｏａの鋼板でふさいで溶接した。この際
内部が最終的に真空になるように排気して、最終溶接を
行った。

次にこれを１２００℃に加熱し、熱間押し出しを行い、
直径７０箇の丸鋼の形にした。更にこれを各長さ７０簡
に切断し、５００　ｔ／ｌの濃度の硝酸溶液中で約５０
℃に保ち、超音波をかけつ＼処理し、炭素鋼の部分を溶
解・除去した。

その結果、直径７０ｆｆｉｌ＋の外筒の厚さは約１箇と
なシ、内部には直径２態程度の穴が多数あいたハニカム
形状のものとなった。穴の形状は外筒に近いところでは
四辺形に近く、それ以外のところでははソ六角形でハニ
カム部の板厚は３０〜５５μであった。

次にこれの排ガス浄化装置としての排ガス中での耐熱性
を調べる目的で、１８００ｃｃのガソリンエンジンのエ
キゾーストマニホールトト、エキソ−ストチューブの中
間にとり付け、エンジン排ガスがこのハニカム部を通っ
て排気されるようにした。

次にエンジンを４０００　ｒｐｍ　Ｘ　３０馬力の出力
で、通算１００時間運転し、該担体の耐熱性を調べた。

なおこの際のハニカム中心部の温度が、はソ９００℃に
なるようにエンジンの点火時期の調整金行った。

テストの後ハニカム部の状況を調べたが、酸化や疲労に
よる破損は何らみられなかった。またハニカムの一部を
切り出し、走査型電子顕微鏡で表面を観察したところ、
鱗片状のＡｌ２Ｏ２が表面から垂直に多数生成している
のがみられた。

このことは該ハニカム部内面を担体として、通常行われ
るように、貴金属触媒を含浸させたγ−ＮＬ２０．粉を
付着させた場合、鱗片状のＭ２Ｏ，がγ−Ａ１２０３　
　粉に対して、アンカーとして働き、その付着性を良好
にすることを示している。

（発明の効果） 以上の如く本発明は、従来技術より簡便な方法で、ステ
ンレス製のハニカムとその外筒を一体とすることによっ
て、通気抵抗や体積の減少を可能とし、且つ排ガスのバ
イパスのない構造とした自動車排ガス浄化装置用基体の
製造を可能にするものであって、産業上の利益はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明による製造工程の一実施
態様を示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ステンレス鋼で被覆された易溶剤鋼線材を、耐熱鋼
   管の中に束ねて密に装入し、これを熱間加工により断面
   積を１／４以下に減少せしめた後、所定の長さに切断し
   、更に化学的又は電気化学的処理により易溶削鋼を溶解
   除去することを特徴とする自動車排ガス浄化装置用基体
   の製造法。 ２　熱間加工が、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧延のい
   ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の自動車排ガス浄化装置用基体の製造法。 ３　易溶削鋼線材を耐熱鋼チャンネルに束ねて装入する
   特許請求の範囲第１項記載の自動車排ガス浄化装置用基
   体の製造法。