JPH06106075A - 排気ガス浄化用ハニカム体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ガス浄化用触媒を担持するための排気ガ
ス浄化用ハニカム体において、ハニカム体を構成する部
材の所望の当接部に、溶接手段とろう接手段を併用して
適用し、耐振性、耐熱強度に優れるとともに経済的なハ
ニカム体を提供する。 【構成】 波板状帯材、あるいは該波板状帯材と平板状
帯材からなるハニカム体において、前記ハニカム体を構
成する帯材の当接部の所望部位が、(i) 溶接による接合
部位、及び、(ii)少なくとも前記溶接による接合部位の
周囲のろう材による接合部位、とから成るものであるこ
とを特徴とする排気ガス浄化用ハニカム体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】一般に自動車の排気ガスの浄化手
段として排気系統の途中に介装される排気ガス浄化装
置、特にその主要な構成要素である排気ガス浄化触媒を
担持するためのメタル製ハニカム体に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、ハニカム体の固
着手段として溶接による接合手段とろう材による接合手
段を併用して適用した耐振性、耐熱強度に優れるととも
に、経済的なメタル製ハニカム体に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の排気ガス浄化用触媒（例
えばＰｔ，Ｒｈ，Ｐｄなどを使用した触媒）を担持させ
るための金属製担持母体は、単位体積当りの触媒の担持
量を大きくすること（単位体積当りの排気ガスと浄化用
触媒との有効接触面積を極力大きくすること）、背圧
（排気抵抗）を小さくすること、更には金属担持母体の
自重を可能な限り軽量化すること、などを考慮し、耐熱
性でかつ薄肉金属板製の波板状帯材を単独で、あるいは
平板状帯材と波板状帯材を相互に当接するように折畳み
あるいは重積してハニカム状の構造としたもの（以下、
ハニカム体という。）が良く知られている。なお、ハニ
カム体を成形する方法の相違により積層タイプ、巻回タ
イプ、Ｓ字状タイプ、放射状タイプ、Ｘラップ状タイプ
など種々のハニカム体が得られる。

【０００４】前記したメタル製ハニカム体は、例えば、
0.1 mm以下（好ましくは50μ以下）の耐熱性の薄肉鋼板
からなる平板状帯材と、前記薄肉鋼板を波形状に成形し
た波板状帯材とを、相互に当接部を有するように重積
し、これを一括渦巻状に巻回して軸方向に排気ガス通路
のための多数の網目状通気孔路（セル）をもつハニカム
体とされる。そして、この巻回積層されたハニカム体
は、必要に応じて両端が開口した筒状の金属製ケースに
収納されるとともに相互に接合固着され、耐振構造の排
気ガス浄化装置とされる。

【０００５】周知のように、この種の排気ガス浄化装置
は、排気ガス系統という厳しい熱的環境条件のもとで使
用される関係上、その主要な構成要素であるメタル製ハ
ニカム体は、高温耐蝕性（耐ガス腐食性、1000℃前後の
排気ガス系における耐蝕性）、耐冷熱耐久性（内燃機関
の停止及び始動というサイクルにおける1000℃〜常温の
加熱冷却のサイクル下での耐久性）、耐高温酸化性（高
温下での異常酸化に対する耐久性）などの諸物性に優れ
た耐熱鋼の箔材で製作されることが好ましい。この種の
ハニカム体製造用の材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系
（20Ｃｒ− 5Ａｌ系）の耐熱鋼を厚さ数十μの箔に圧延
したものが使用されている。また、前記耐熱鋼に耐高温
酸化性を改善するために少量の希土類元素成分（ＲＥ
Ｍ）を添加したものも使用されている。

【０００６】また、排気ガス浄化装置は厳しい振動付加
のもとで使用される関係上、その主要な構成要素である
メタル製ハニカム体は、該ハニカム体を構成する帯材同
士の当接部の一部あるいは全部が溶接やろう材等により
固着され耐振構造のものとされる。

【０００７】前記した、メタル製ハニカム体の溶接やろ
う材による固着技術としては、多くのものが提案されて
いる。例えば、溶接による接合手段としては、特開昭54
-13462号、実開昭62-156112 号、特開昭63-36843号など
にレーザビーム溶接、電子ビーム溶接、プラズマビーム
溶接などが提案されている。しかしながら、これら各種
の溶接手段においては、前記したようにハニカム体の構
成部材が耐熱性のものであることから、溶接部には高温
が印加され溶接部が鋳造組織でもろくなる欠点を有する
ものである。

【０００８】一方、ろう材による接合手段としては、特
開昭56-437号や特公昭63-44466号などに、ろう材による
母材の劣化やハニカム体の熱応力の緩和、吸収を考慮し
つつハニカム体を構成する帯材同士の当接部の一部ある
いは全部にろう材を適用する方法が提案されている。し
かしながら、この種のろう材としては例えばＮｉ系の高
温ろう材を使用しなければならず、極めて高価であると
いう欠点を有するものである。

【０００９】前記したように、排気ガス浄化装置の主要
な構成要素であるハニカム体において、耐久性（耐振
性、耐熱強度など）を向上、改善するために材料面や耐
振構造の面から努力が払われているが、耐久性に優れる
とともに経済的なハニカム体を提供するという点では十
分なものではない。ハニカム体には、前記した厳しい熱
的環境条件下において、極めて大きな熱による変形力が
印加されるため（ハニカム体の半径方向及び軸方向）、
更にこれに振動条件が加わるため、ハニカム体の耐久性
の改善は大きな問題である。

【００１０】

【発明が解決しようとする問題点】本発明者らは、前記
した従来技術の問題、限界に鑑み耐熱強度、耐振性に優
れるとともに経済的なハニカム体を提供する方策につい
て鋭意検討を加えた。その結果、ハニカム体を構成する
波板状帯材あるいは波板状帯材と平板状帯材の当接部に
おいて、ハニカム体に印加される熱変形力の緩和、吸収
を考慮して所望の部位の当接部に溶接による接合手段と
ろう材による接合手段を併用して適用したところ、耐久
性に優れるとともに経済的なハニカム体が得られること
を見い出し、本発明を完成するに至った。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】本発明を概説すれば、
本発明は、薄肉金属板製の波板状帯材の単独、あるいは
該波板状帯材と薄肉金属板製の平板状帯材を相互に当接
するように重積して製作した排気ガス浄化用触媒を担持
するためのハニカム体において、前記ハニカム体を構成
する前記波板状帯材同士の当接部、または前記波板状帯
材と平板状帯材の当接部の所望部位が、(i) 溶接による
接合部位、及び、(ii)少なくとも前記溶接による接合部
位の周囲のろう材による接合部位、とから成るものであ
ることを特徴とする排気ガス浄化用ハニカム体に関する
ものである。

【００１２】以下、本発明の技術的構成及び実施態様を
図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は図示の
ものに限定されないことはいうまでもないことである。

【００１３】本発明の代表的なハニカム体(A) の全体構
造は、図５〜図６に示される平板状帯材(1) と波板状帯
材(2) とから成る巻回タイプのものと、積層タイプのも
のである。本発明のハニカム体(A) は、必要に応じて図
示されるように金属製ケーシング(4) 内に填装され、固
着されるものである。即ち、ケーシング(4) 内に収納さ
れた後、常法に従ってハニカム体(A) の外周面とケーシ
ング(4) の内周面の所望部位が溶接、ろう接合などによ
り固着される。なお帯材(1,2) の巻回あるいは積層成形
により、網目状の排気ガス通気孔路（セル）(3) が自動
的に形成される。

【００１４】本発明において、ハニカム体(A) の構造
は、図５〜図６のものに限定されず、このほかに下記に
示すものなどがある。 (i) ハニカム体(A) を平板状帯材(1) と波板状帯材(2)
により構成するのでなく、波板状帯材(2) 単独で構成し
た巻回または積層タイプのハニカム体とする。この場
合、波板状帯材(2) の波形は、帯材(2) 同士が隣接して
当接するときに、一方の層の山部（または谷部）が他方
の層の谷部（または山部）に落ち込まないように形成さ
れていなければならない。具体的には、波形をハニカム
体の軸方向に対し所定の角度をもつように形成すればよ
い。 (ii)前記帯材(1,2) を相互に当接させて浄化エレメント
と成し、該浄化エレメントの所望の数を固定軸を起点と
して外延させて放射状タイプのハニカムとする。 (iii)前記帯材(1,2) を相互に当接させて浄化エレメン
トと成し、該浄化エレメントを所望の段数に階層状に重
積し、上下最外層に設定した二つの固定点を逆方向に押
圧成形して各浄化エレメントの横断面形状がＳ字状タイ
プのハニカムとする。 (iv)前記帯材(1,2) を重積し、所望の相隣接した層を有
する浄化エレメントと成し、該浄化エレメントの少なく
とも２以上を保有具により各浄化エレメントの一端部を
相互に隣接させるように保持するとともに、これを該保
持具を中心にして同一方向に巻回してＸ−ラップのハニ
カムとする。

【００１５】本発明のハニカム体(A) において、最大の
特徴とする点は、ハニカム体で構成する帯材(1,2) の当
接部の所望部位が、溶接による接合部位(W) と少なくと
も前記溶接による接合部位(W) の周囲に存在するろう材
による接合部位(B) とにより構成されるという点であ
る。別言すれば、帯材(1,2) の当接部の所望部位に、溶
接による接合手段とろう材による接合手段を併用して適
用するという点である。前記本発明の技術的構成が図１
〜図２に示されている。

【００１６】図１は、図５の巻回タイプのハニカム体
(A) の１部拡大図である。図２は、図１の点線指示部分
を更に拡大した図である。図示されるように、本発明の
ハニカム体(A) を構成する平板状帯材(1) と波板状帯材
(2) の当接部において、所望部位の当接部が接合固着さ
れる場合、各接合部位はほぼ中央部に溶接による接合部
位(W) （Ｗ＝Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，…………Ｗ_n ）、及び該溶接
による接合部位(W) の周囲にろう材による接合部位(B)
（Ｂ＝Ｂ₁，Ｂ₁ ´，Ｂ₂ ，Ｂ₂ ´…………Ｂ_n ，Ｂ_n
´）を有するように接合される。なお、図１〜図２にお
いて、平板状帯材(1) と波板状帯材(2) の当接部は、点
接触のものが図示されている。しかしながら、本発明に
おいて、両帯材(1,2) の当接の態様は面接触であっても
よいことはいうまでもないことである。また、図１〜図
２にも図示されているが、一般にろう材による接合部位
の面積は、溶接による接合部位の面積より大きいもので
ある。

【００１７】本発明において、ハニカム体(A) を構成す
る平板状帯材(1) と波板状帯材(2)の当接部において、
どの部位に溶接による接合部位(W) とろう材による接合
部位(B) を設置するかは自由である。しかしながら、こ
の種のハニカム体(A) においては、ハニカム体(A) の軸
方向に大きな熱応力に基づく変形力が印加されるため、
該変形力を緩和、吸収するために図３〜図４に示される
部位が好ましい。

【００１８】図３は、巻回タイプのハニカム体(A) の一
方の端部とその近傍部位における帯体(1,2) の当接部
（図の斜線部）において、溶接による接合部位(W) とろ
う材による接合部位(B) が存在することを示すものであ
る。また、図４は、巻回タイプのハニカム体(A) の両方
の端部とその近傍部位における帯体(1,2) の当接部（図
の斜線部）において、溶接による接合部位(W) とろう材
による接合部位(B) が存在することを示すものである。
前記した図３〜図４の態様により、溶接時の母材の劣化
を補償しながら、かつ少ない量の高温ろう材のもとで耐
久性に優れたハニカム体(A) を製作することができる。
なお、本発明において、前記図３〜図４に示されるもの
の変形例として、図中の斜線部以外の部位をろう材によ
る接合部としてもよいことはいうまでもないことであ
る。

【００１９】本発明において、溶接による接合部位(W)
を形成するときに採用する溶接手段及び溶接方法として
は、当業界において既知のものを採用すればよく、特段
の制約を受けるものではない。例えば溶接手段として、
スポット溶接、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接、プ
ラズマビーム溶接などを採用すればよい。

【００２０】本発明において、ろう材による接合部位
(B) を形成するときに、採用するろう材及びろう接方法
は、当業界において既知のものを採用すればよく、特段
の制約を受けるものではない。例えば、ろう材として
は、高温ろう材、より具体的にはＮｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆ
ｅのいずれか、またはこれら成分を組合わせたものを主
成分とするろう材を用いればよい。更に、前記成分に
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｚｒ加えて、耐熱酸化性などを
向上させたろう材を用いてもよい。また、前記したよう
にハニカム体(A) を構成する帯材(1,2) にＡｌ成分を添
加したものにおいては、Ｎｉ系のろう材を使用すると母
材中のＡｌとＮｉが容易に合金化反応を起し、耐熱酸化
性を付与するＡｌ₂ Ｏ₃ の形成量が減少してしまう。こ
の意味から、Ｎｉを含まない、例えばＡｌ系のろう材が
好ましく、この場合、低い温度で十分な強度のろう材が
出来、かつハニカム体の耐熱酸化性を向上させることが
出来る。

【００２１】本発明において、前記ろう材の適用方法と
しては、帯材(1,2) からハニカム体(A) とするときに、
予め帯材(1,2) の所望部位にろう材を適用するか、ある
いはハニカム体(A) としたあとに帯材(1,2) の当接部の
所望部位にろう材を適用しても良い。これらの方法によ
って、ろう材の形態として、ペースト状、粉末状、箔状
など最適のものを選択すけばよい。また、本発明におい
て、前記したろう材は、溶接時の高温により溶融し、図
示のように溶接による接合部位(W) の周囲にフィレット
を形成し、溶接とろう材により強固なハニカム体(A) が
得られることになる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用触媒を担持する
ためのハニカム体は、その構成部材である薄肉金属板製
の波板状帯材の単独、あるいは該波板状帯材と平板状帯
材の当接部の所望部位が、溶接による接合部位と該溶接
による接合部位の周囲のろう材による接合部位を有する
ことを特徴とするものである。即ち、本発明のハニカム
体は、ハニカム体を構成する帯材の当接部の所望部位
に、溶接による接合手段とろう材による接合手段を併用
して適用し、当接部を固着して製造されるものである。
従って、溶接とろう接の併用により強固な接合力が生じ
ることから、接合部位をハニカム体に印加される大きな
熱変形力や振動を考慮しつつ最小の部位に設定すること
ができる。前記した点と関連しつつ、本発明において、
従来の単独の接合手段の適用にみられる欠点、例えば溶
接単独における母材の劣化、ろう接単独におけるコスト
デメリットを解消することができ、耐久性でコストメリ
ットのあるハニカム体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ハニカム体を構成する帯材(1,2) の接合部位
を説明する図である。

【図２】 図１の点線指示部分の拡大図である。

【図３】 ハニカム体に対し、溶接による接合部位(W)
とろう材による接合部位(B) が適用される部位(W/B) の
一態様を説明する図である。

【図４】 ハニカム体に対し、溶接による接合部位(W)
とろう材による接合部位(B) が適用される部位(W/B) の
他の態様を説明する図である。

【図５】 本発明の巻回タイプのハニカム体の正面図で
ある。

【図６】 本発明の積層タイプのハニカム体の正面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ………………ハニカム体 １………………平板状帯材 ２………………波板状帯材 ３………………排気ガス通気孔路（セル） ４………………ケーシング Ｗ、Ｗ₁ ，Ｗ₂ ・・・Ｗ_n ……………溶接による接合部
位 Ｂ、Ｂ₁ ，Ｂ₁ ´、Ｂ₂ ，Ｂ₂ ´・・・Ｂ_n ，Ｂ_n ´…
……………ろう材による接合部位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 101:02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉金属板製の波板状帯材の単独、ある
   いは該波板状帯材と薄肉金属板製の平板状帯材を相互に
   当接するように重積して製作した排気ガス浄化用触媒を
   担持するためのハニカム体において、前記ハニカム体を
   構成する前記波板状帯材同士の当接部、または前記波板
   状帯材と平板状帯材の当接部の所望部位が、 (i) 溶接による接合部位、及び、 (ii)少なくとも前記溶接による接合部位の周囲のろう材
   による接合部位、とから成るものであることを特徴とす
   る排気ガス浄化用ハニカム体。
2. 【請求項２】 ろう材による接合部位の面積が、溶接に
   よる接合部位の面積より大きいものである請求項１に記
   載の排気ガス浄化用ハニカム体。
3. 【請求項３】 溶接による接合部位とろう材による接合
   部位が、一致するものである請求項１に記載の排気ガス
   浄化用ハニカム体。
4. 【請求項４】 溶接による接合部位とろう材による接合
   部位が、ハニカム体の一方の端部及びその近傍部位に存
   在するものである請求項１または２に記載の排気ガス浄
   化用ハニカム体。
5. 【請求項５】 溶接による接合部位とろう材による接合
   部位が、ハニカム体の両方の端部及びその近傍部位に存
   在するものである請求項１または２に記載の排気ガス浄
   化用ハニカム体。
6. 【請求項６】 溶接による接合部位が、スポット溶接、
   抵抗溶接、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接、プラズ
   マビーム溶接の少なくとも１つで形成されたものである
   請求項１または２に記載の排気ガス浄化用ハニカム体。