JP2000102830A - 排ガス浄化触媒用メタルハニカム体及びその製造方法 - Google Patents
排ガス浄化触媒用メタルハニカム体及びその製造方法Info
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Landscapes
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 平箔と波箔との接触部を固相拡散接合によっ
て接合するメタル担体において、メタルハニカム体が排
ガスによる急熱−急冷の熱サイクルの過酷な条件に耐え
ることができるメタル担体及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ガス出側となる一端を起点とし、メタル
ハニカム体内に位置した点を終点として、全周にわたっ
て少なくとも1周分、前記平箔と波箔の接触部が接合さ
れていない非接合部が前記メタルハニカム体内に2箇所
以上形成され、前記非接合部の少なくとも1箇所は前記
メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2未満の範囲
内に存し、更に前記非接合部の少なくとも1箇所は前記
メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2以上離れか
つ外周より内側の位置に存し、前記平箔と波箔の他の接
触部が固体拡散接合されてなることを特徴とする排ガス
浄化触媒用メタルハニカム体およびその製造方法。
て接合するメタル担体において、メタルハニカム体が排
ガスによる急熱−急冷の熱サイクルの過酷な条件に耐え
ることができるメタル担体及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ガス出側となる一端を起点とし、メタル
ハニカム体内に位置した点を終点として、全周にわたっ
て少なくとも1周分、前記平箔と波箔の接触部が接合さ
れていない非接合部が前記メタルハニカム体内に2箇所
以上形成され、前記非接合部の少なくとも1箇所は前記
メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2未満の範囲
内に存し、更に前記非接合部の少なくとも1箇所は前記
メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2以上離れか
つ外周より内側の位置に存し、前記平箔と波箔の他の接
触部が固体拡散接合されてなることを特徴とする排ガス
浄化触媒用メタルハニカム体およびその製造方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を担持
するためのメタルハニカム体およびその製造方法に関す
るものである。
の内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を担持
するためのメタルハニカム体およびその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用の触媒装置には排ガスの
初期浄化能が優れていて排気抵抗の小さいメタル担体が
使用されることが多くなっている。従来、この種のメタ
ル担体としては、金属平箔と金属平箔を長さ方向に波形
形状の塑性加工した金属波箔とを重ね合せて、これを例
えば渦巻状に巻き回して円筒形のハニカム体、もしくは
平箔と波箔を平面的に交互に積層してハニカム体を構成
し、このメタルハニカム体を金属外筒等のケーシングに
組み込んだ上で相互に接合したものが知られており、上
記メタルハニカム体に触媒を担持して自動車排ガス浄化
装置として使用している。
初期浄化能が優れていて排気抵抗の小さいメタル担体が
使用されることが多くなっている。従来、この種のメタ
ル担体としては、金属平箔と金属平箔を長さ方向に波形
形状の塑性加工した金属波箔とを重ね合せて、これを例
えば渦巻状に巻き回して円筒形のハニカム体、もしくは
平箔と波箔を平面的に交互に積層してハニカム体を構成
し、このメタルハニカム体を金属外筒等のケーシングに
組み込んだ上で相互に接合したものが知られており、上
記メタルハニカム体に触媒を担持して自動車排ガス浄化
装置として使用している。
【0003】例えば、図1に示すように従来のメタル担
体1は、耐熱性ステンレス鋼箔からなるメタルハニカム
体2を金属製の外筒3内に組み込んで製造されている。
メタルハニカム体2は、主として図2に示すように、厚
さ50μm程度の帯状の平箔5と、該平箔5を波付け加
工した帯状の波箔6とを重ね、巻取軸Sの周りに矢印B
の方向に巻き回し、渦巻状にして製造される。帯状の波
箔6には各波の稜線7が幅方向に形成されており、渦巻
状に巻回された円筒状のメタルハニカム体2は、円柱の
軸方向に多数の通気孔4を有している。そして、この通
気孔に触媒を担持させて触媒コンバータとしている。
体1は、耐熱性ステンレス鋼箔からなるメタルハニカム
体2を金属製の外筒3内に組み込んで製造されている。
メタルハニカム体2は、主として図2に示すように、厚
さ50μm程度の帯状の平箔5と、該平箔5を波付け加
工した帯状の波箔6とを重ね、巻取軸Sの周りに矢印B
の方向に巻き回し、渦巻状にして製造される。帯状の波
箔6には各波の稜線7が幅方向に形成されており、渦巻
状に巻回された円筒状のメタルハニカム体2は、円柱の
軸方向に多数の通気孔4を有している。そして、この通
気孔に触媒を担持させて触媒コンバータとしている。
【0004】触媒担体には、エンジンからの高温の排ガ
スによる激しい熱サイクルに耐え、かつエンジンからの
激しい振動にも耐えるための優れた耐久性が要求され
る。そのため従来のメタル担体1は、メタルハニカム体
2の平箔5と波箔6の接触部、及びメタルハニカム体2
の外周と外筒3の内周とが接合されている。
スによる激しい熱サイクルに耐え、かつエンジンからの
激しい振動にも耐えるための優れた耐久性が要求され
る。そのため従来のメタル担体1は、メタルハニカム体
2の平箔5と波箔6の接触部、及びメタルハニカム体2
の外周と外筒3の内周とが接合されている。
【0005】一般に、メタルハニカム体を構成する金属
箔はCr−Al−Feからなる高耐熱フェライト系ステ
ンレス鋼が多く使用されており、これは箔中のAlが表
面で選択酸化されてAl2 O3 として形成されることに
よって耐酸化性が向上するからである。このため、金属
箔中のAl量がメタル担体の耐久性に重要な影響を及ぼ
すことになる。
箔はCr−Al−Feからなる高耐熱フェライト系ステ
ンレス鋼が多く使用されており、これは箔中のAlが表
面で選択酸化されてAl2 O3 として形成されることに
よって耐酸化性が向上するからである。このため、金属
箔中のAl量がメタル担体の耐久性に重要な影響を及ぼ
すことになる。
【0006】また、メタルハニカム体内部の接合は、N
i系の粉末ろう剤を金属平箔、金属波箔の接触部にバイ
ンダー等の有機物を介在させて固着し、真空炉内でろう
付け処理を施すことによって行われている。この場合に
は金属箔中のAlはろう剤中のNiと極めて強固に結合
する傾向があり、ろう付け部近傍にAlが偏析する。一
方、その偏析箇所周辺のAlは逆に欠乏し、局所的に耐
酸化性が劣化して、耐久性に問題が生じることがある。
更に、製造コスト面から見ても、ろう剤は大変高価であ
り、安価なメタル担体をユーザーに供給することを阻害
している。
i系の粉末ろう剤を金属平箔、金属波箔の接触部にバイ
ンダー等の有機物を介在させて固着し、真空炉内でろう
付け処理を施すことによって行われている。この場合に
は金属箔中のAlはろう剤中のNiと極めて強固に結合
する傾向があり、ろう付け部近傍にAlが偏析する。一
方、その偏析箇所周辺のAlは逆に欠乏し、局所的に耐
酸化性が劣化して、耐久性に問題が生じることがある。
更に、製造コスト面から見ても、ろう剤は大変高価であ
り、安価なメタル担体をユーザーに供給することを阻害
している。
【0007】そのため、ろう剤を使用しないでメタル担
体を製造する方法として、高温真空雰囲気で熱処理を行
うことによって金属平箔と波箔との接触部を固体拡散接
合によって接合する方法が知られている。
体を製造する方法として、高温真空雰囲気で熱処理を行
うことによって金属平箔と波箔との接触部を固体拡散接
合によって接合する方法が知られている。
【0008】触媒担体を自動車エンジンの排ガス系に搭
載固定して使用するとき、エンジン稼働中は振動を受け
るとともに、排ガス及び触媒反応により加熱される。そ
してエンジン始動時や加速時には急速に加熱され、ブレ
ーキ時や停車時には急速に冷却され、急加熱−急冷の熱
サイクルが走行時に繰り返される。このような熱サイク
ルに伴って、メタル担体は膨張と収縮を繰り返す。
載固定して使用するとき、エンジン稼働中は振動を受け
るとともに、排ガス及び触媒反応により加熱される。そ
してエンジン始動時や加速時には急速に加熱され、ブレ
ーキ時や停車時には急速に冷却され、急加熱−急冷の熱
サイクルが走行時に繰り返される。このような熱サイク
ルに伴って、メタル担体は膨張と収縮を繰り返す。
【0009】メタル担体が急速加熱される際、排ガスの
流速が大きいメタルハニカム体中央部が最も急速に加熱
され、外気にさらされている外筒や、これに接している
メタルハニカム体外周部との温度差により、メタルハニ
カム体の内部全体あるいはメタルハニカム体と外筒との
接合部に、熱膨張差による応力が集中して、破断や座屈
あるいは剥離などが生じるようになる。また急速冷却さ
れる際には、排ガス温度の低下に伴って急速に温度低下
するメタルハニカム体中央部と、温度低下が遅れるメタ
ルハニカム体外周部との間の温度差により、メタルハニ
カム体の温度勾配が激しい部位に熱膨張差による応力が
集中し、同様に破断、座屈、剥離などが生じるようにな
る。
流速が大きいメタルハニカム体中央部が最も急速に加熱
され、外気にさらされている外筒や、これに接している
メタルハニカム体外周部との温度差により、メタルハニ
カム体の内部全体あるいはメタルハニカム体と外筒との
接合部に、熱膨張差による応力が集中して、破断や座屈
あるいは剥離などが生じるようになる。また急速冷却さ
れる際には、排ガス温度の低下に伴って急速に温度低下
するメタルハニカム体中央部と、温度低下が遅れるメタ
ルハニカム体外周部との間の温度差により、メタルハニ
カム体の温度勾配が激しい部位に熱膨張差による応力が
集中し、同様に破断、座屈、剥離などが生じるようにな
る。
【0010】その対策として、メタルハニカム体の平箔
と波箔との接触部の一部のみを接合し、あるいは一部を
残して接合することで、熱膨張差による応力集中を緩和
させ、耐久性を高める技術が知られている。特開平5−
131144号公報においては、頂上部及び谷部に箔厚
さ以上の幅の平行部を有する波箔の所定部位に接合防止
剤を塗布し、平箔と重ねて巻き回すことにより両箔の所
望の部位のみを強固に拡散接合する方法が開示されてい
る。また、特開平7−328778号公報には、平箔の
所定部位に拡散防止剤を付着させ、波箔と重ねて巻き回
すことにより両箔の所定部位のみを拡散接合する方法が
開示されている。更に、メタルハニカム体と外筒を部分
的に接合することによる応力集中の緩和策が、特開平8
−229411号公報に開示されている。
と波箔との接触部の一部のみを接合し、あるいは一部を
残して接合することで、熱膨張差による応力集中を緩和
させ、耐久性を高める技術が知られている。特開平5−
131144号公報においては、頂上部及び谷部に箔厚
さ以上の幅の平行部を有する波箔の所定部位に接合防止
剤を塗布し、平箔と重ねて巻き回すことにより両箔の所
望の部位のみを強固に拡散接合する方法が開示されてい
る。また、特開平7−328778号公報には、平箔の
所定部位に拡散防止剤を付着させ、波箔と重ねて巻き回
すことにより両箔の所定部位のみを拡散接合する方法が
開示されている。更に、メタルハニカム体と外筒を部分
的に接合することによる応力集中の緩和策が、特開平8
−229411号公報に開示されている。
【0011】また、上記急熱−急冷の熱サイクルに伴っ
て生じるメタルハニカム体内の膨張と収縮によるメタル
担体の破断座屈、剥離などを防止する他の対策として、
実開平3−61113号公報には、上記のようなメタル
ハニカム体を構成する平箔を延長し、ハニカム体の周囲
に巻き回して平箔の多重層を形成し、その先端部を外筒
に溶着することで、上記のような熱サイクルによる伸縮
を多重層で吸収させるとともに、外筒との接着強度を増
大させ、メタルハニカム体最外周部あるいはその近傍の
空隙や亀裂発生を防止することが提案されている。
て生じるメタルハニカム体内の膨張と収縮によるメタル
担体の破断座屈、剥離などを防止する他の対策として、
実開平3−61113号公報には、上記のようなメタル
ハニカム体を構成する平箔を延長し、ハニカム体の周囲
に巻き回して平箔の多重層を形成し、その先端部を外筒
に溶着することで、上記のような熱サイクルによる伸縮
を多重層で吸収させるとともに、外筒との接着強度を増
大させ、メタルハニカム体最外周部あるいはその近傍の
空隙や亀裂発生を防止することが提案されている。
【0012】また実開平5−9638号公報には、平板
と波板を交互に積層して形成される層部材をS字状に折
り曲げてなるメタル担体において、層部材を形成する少
なくとも1枚の波板又は平板を、他の波板又は平板より
も長尺にし、その余長部を最外周に巻き回すことで、外
形形状精度を向上する技術が提案されている。
と波板を交互に積層して形成される層部材をS字状に折
り曲げてなるメタル担体において、層部材を形成する少
なくとも1枚の波板又は平板を、他の波板又は平板より
も長尺にし、その余長部を最外周に巻き回すことで、外
形形状精度を向上する技術が提案されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】平箔と波箔との接触部
を固相拡散接合によって接合するメタル担体に関し、特
開平5−131144号公報に開示されている2種類の
構造のメタル担体及び特開平8−229411号公報に
開示されているメタル担体については、通常の急熱−急
冷サイクルによる冷熱耐久試験では優れた耐久性を有す
ることが確認できるが、より過酷な条件、例えば950
℃以上の高温と150℃の間の冷熱耐久試験では、耐久
性が必ずしも満足できるものではなかった。また、特開
平7−328778号公報に開示された技術は、拡散防
止剤を波箔に付着させるよりも平箔に付着させる方が被
接合部における接合を確実に防止できることを示してい
るが、被接合部をどの部位に形成するかの具体的な構造
については示されていない。
を固相拡散接合によって接合するメタル担体に関し、特
開平5−131144号公報に開示されている2種類の
構造のメタル担体及び特開平8−229411号公報に
開示されているメタル担体については、通常の急熱−急
冷サイクルによる冷熱耐久試験では優れた耐久性を有す
ることが確認できるが、より過酷な条件、例えば950
℃以上の高温と150℃の間の冷熱耐久試験では、耐久
性が必ずしも満足できるものではなかった。また、特開
平7−328778号公報に開示された技術は、拡散防
止剤を波箔に付着させるよりも平箔に付着させる方が被
接合部における接合を確実に防止できることを示してい
るが、被接合部をどの部位に形成するかの具体的な構造
については示されていない。
【0014】また、触媒コンバータは、触媒の活性化温
度以上になってはじめて排ガス中の有害ガスを無害化す
る反応に作用を発揮するので、エンジン始動時には早く
昇温することが望まれている。このためには、エンジン
近くに取付けて高温の排ガスを導入し、より高温まで急
速に加熱するのが有利である。しかし、高温急速加熱に
より前記した熱膨張差による問題がより顕著になる。前
記実開平3−61113号公報および実開平5−963
8号公報に開示されている技術においては、メタルハニ
カム体に巻回される平箔又は波箔の層は、平箔同士また
は波箔同士が接合されていない。このため、エンジン近
くに取付けた場合のように、より高温に、より急速に加
熱されるような過酷な条件では、耐久性が必ずしも満足
できるものではなかった。
度以上になってはじめて排ガス中の有害ガスを無害化す
る反応に作用を発揮するので、エンジン始動時には早く
昇温することが望まれている。このためには、エンジン
近くに取付けて高温の排ガスを導入し、より高温まで急
速に加熱するのが有利である。しかし、高温急速加熱に
より前記した熱膨張差による問題がより顕著になる。前
記実開平3−61113号公報および実開平5−963
8号公報に開示されている技術においては、メタルハニ
カム体に巻回される平箔又は波箔の層は、平箔同士また
は波箔同士が接合されていない。このため、エンジン近
くに取付けた場合のように、より高温に、より急速に加
熱されるような過酷な条件では、耐久性が必ずしも満足
できるものではなかった。
【0015】本発明は、平箔と波箔との接触部を固相拡
散接合によって接合するメタル担体において、これらの
問題点を解決し、メタルハニカム体が排ガスによる急熱
−急冷の熱サイクルの過酷な条件に耐えることができる
メタル担体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
散接合によって接合するメタル担体において、これらの
問題点を解決し、メタルハニカム体が排ガスによる急熱
−急冷の熱サイクルの過酷な条件に耐えることができる
メタル担体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは、 (1)フェライト系の耐熱性高合金鋼からなる平箔と該
平箔を波付け加工した波箔を交互に積層または一緒に巻
き込み、前記平箔と波箔を接合してなるメタルハニカム
体において、ガス出側となる一端を起点とし、該起点か
ら前記メタルハニカム体の中心軸方向の全長の9/20〜
9/10の範囲の長さだけ前記メタルハニカム体内に位置
した点を終点として、全周にわたって少なくとも1周
分、前記平箔と波箔の接触部が接合されていない非接合
部が前記メタルハニカム体内に2箇所以上形成され、前
記非接合部の少なくとも1箇所は前記メタルハニカム体
の中心軸から半径の1/2未満の範囲内に存し、更に前
記非接合部の少なくとも1箇所は前記メタルハニカム体
の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より内側の
位置に存し、前記平箔と波箔の他の接触部が固体拡散接
合されてなることを特徴とする排ガス浄化触媒用メタル
ハニカム体。 (2)前記非接合部のうちの一の非接合部と隣接する非
接合部との間には少なくとも1枚の平箔と波箔とが接合
された接合部を有してなることを特徴とする上記(1)
に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (3)前記非接合部のうち前記メタルハニカム体の中心
軸から半径の1/2未満の範囲内に存する非接合部の起
点から終点までの距離の平均値は、前記メタルハニカム
体の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より内側
の位置に存する非接合部の起点から終点までの距離の平
均値よりも大きいことを特徴とする上記(1)又は
(2)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (4)前記非接合部の起点は、ガス出側となる一端から
前記メタルハニカム体の軸方向の全長の1/10未満の長
さだけ前記メタルハニカム体内に位置した点に存するこ
とを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載
の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (5)前記メタルハニカム体の外周と該メタルハニカム
体が挿入される外筒との間に、ガス入り側となる一端か
ら前記メタルハニカム体の全長の1/3以上の長さだけ
ガス出側となる他端に向かって位置する点を起点とし、
該起点から前記ガス出側となる他端に向かって前記メタ
ルハニカム体の中心軸方向の全長の1/2以下の長さを
終点とする範囲にわたって接合部が形成されることを特
徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の排ガ
ス浄化触媒用メタルハニカム体。 (6)前記メタルハニカム体の外周に、平箔又は波箔を
1周以上更に巻き付けてシェルを形成し、前記外周とシ
ェルおよびシェル同士を接合することを特徴とする上記
(1)乃至(4)のいずれかに記載の排ガス浄化触媒用
メタルハニカム体。 (7)前記シェルが、前記メタルハニカム体を形成する
平箔又は波箔がシェルの形成分だけ長尺にされた金属箔
であることを特徴とする上記(6)に記載の排ガス浄化
触媒用メタルハニカム体。 (8)前記シェルが、前記メタルハニカム体を形成する
金属箔と別の平箔又は波箔であることを特徴とする上記
(6)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (9)前記シェルの厚さが100〜500μmであるこ
とを特徴とする上記(6)に記載の排ガス浄化触媒用メ
タルハニカム体。 (10)前記メタルハニカム体の外周とシェルおよびシ
ェル同士が固相拡散接合されていることを特徴とする上
記(6)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (11)前記シェルを外周に有するメタルハニカム体の
外周と該メタルハニカム体が挿入される外筒との間に間
隙を有することを特徴とする上記(6)に記載の排ガス
浄化触媒用メタルハニカム体。 (12)前記シェルを外周に有するメタルハニカム体と
該メタルハニカム体が挿入される外筒との間および前記
シェルの外周の一部と前記外筒との間に間隙を有するこ
とを特徴とする上記(6)に記載の排ガス浄化触媒用メ
タルハニカム体。 (13)前記非接合部に相当する位置に拡散防止剤を供
給しつつ平箔と波箔を巻き回してメタルハニカム体を形
成し、得られたメタルハニカム体を処理温度1100℃
〜1250℃、処理時間30分〜90分及び到達真空度
3×10-4〜5×10-5Torrの処理条件で熱処理し
て、前記非接合部に相当する位置以外の平箔と波箔の接
触部を固体拡散接合することを特徴とする上記(1)乃
至(5)のいずれかに記載の排ガス浄化触媒用メタルハ
ニカム体の製造方法。 (14)前記非接合部に相当する位置に拡散防止剤を供
給しつつ平箔と波箔を巻き回してメタルハニカム体を形
成し、該メタルハニカム体の外周に、該メタルハニカム
体を形成する平箔又は波箔を1周以上巻き付けてシェル
を形成し、その後得られたメタルハニカム体を処理温度
1100℃〜1250℃、処理時間30分〜90分及び
到達真空度3×10-4〜5×10-5Torrの処理条件
で熱処理して、前記非接合部に相当する位置以外の平箔
と波箔の接触部を固体拡散接合することを特徴とする上
記(6)乃至(12)のいずれかに記載の排ガス浄化触
媒用メタルハニカム体の製造方法。 (15)前記シェルが前記メタルハニカム体を形成する
金属箔と別の平箔又は波箔であることを特徴とする上記
(14)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体の
製造方法。 (16)前記メタルハニカム体を形成するに際し、該メ
タルハニカム体の外周に設けられたシェルの外周面にロ
ウ材を付着させ、かつシェルの設けられていない前記メ
タルハニカム体の外周面に拡散防止剤を付着させた後に
前記メタルハニカム体を外筒に組み込み、熱処理をほど
こすことを特徴とする上記(14)に記載の排ガス浄化
触媒用メタルハニカム体の製造方法。 (17)前記シェルの外周面の一部にロウ材を付着さ
せ、該外周面の残りの部分に拡散防止剤を付着させるこ
とを特徴とする上記(14)に記載の排ガス浄化触媒用
メタルハニカム体の製造方法。 (18)前記固相拡散接合を前記金属箔の箔厚t(μ
m)に応じて下記式の温度T(℃)範囲で真空熱処理を
行うことを特徴とする上記(13)又は(14)に記載
の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体の製造方法。
るところは、 (1)フェライト系の耐熱性高合金鋼からなる平箔と該
平箔を波付け加工した波箔を交互に積層または一緒に巻
き込み、前記平箔と波箔を接合してなるメタルハニカム
体において、ガス出側となる一端を起点とし、該起点か
ら前記メタルハニカム体の中心軸方向の全長の9/20〜
9/10の範囲の長さだけ前記メタルハニカム体内に位置
した点を終点として、全周にわたって少なくとも1周
分、前記平箔と波箔の接触部が接合されていない非接合
部が前記メタルハニカム体内に2箇所以上形成され、前
記非接合部の少なくとも1箇所は前記メタルハニカム体
の中心軸から半径の1/2未満の範囲内に存し、更に前
記非接合部の少なくとも1箇所は前記メタルハニカム体
の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より内側の
位置に存し、前記平箔と波箔の他の接触部が固体拡散接
合されてなることを特徴とする排ガス浄化触媒用メタル
ハニカム体。 (2)前記非接合部のうちの一の非接合部と隣接する非
接合部との間には少なくとも1枚の平箔と波箔とが接合
された接合部を有してなることを特徴とする上記(1)
に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (3)前記非接合部のうち前記メタルハニカム体の中心
軸から半径の1/2未満の範囲内に存する非接合部の起
点から終点までの距離の平均値は、前記メタルハニカム
体の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より内側
の位置に存する非接合部の起点から終点までの距離の平
均値よりも大きいことを特徴とする上記(1)又は
(2)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (4)前記非接合部の起点は、ガス出側となる一端から
前記メタルハニカム体の軸方向の全長の1/10未満の長
さだけ前記メタルハニカム体内に位置した点に存するこ
とを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載
の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (5)前記メタルハニカム体の外周と該メタルハニカム
体が挿入される外筒との間に、ガス入り側となる一端か
ら前記メタルハニカム体の全長の1/3以上の長さだけ
ガス出側となる他端に向かって位置する点を起点とし、
該起点から前記ガス出側となる他端に向かって前記メタ
ルハニカム体の中心軸方向の全長の1/2以下の長さを
終点とする範囲にわたって接合部が形成されることを特
徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の排ガ
ス浄化触媒用メタルハニカム体。 (6)前記メタルハニカム体の外周に、平箔又は波箔を
1周以上更に巻き付けてシェルを形成し、前記外周とシ
ェルおよびシェル同士を接合することを特徴とする上記
(1)乃至(4)のいずれかに記載の排ガス浄化触媒用
メタルハニカム体。 (7)前記シェルが、前記メタルハニカム体を形成する
平箔又は波箔がシェルの形成分だけ長尺にされた金属箔
であることを特徴とする上記(6)に記載の排ガス浄化
触媒用メタルハニカム体。 (8)前記シェルが、前記メタルハニカム体を形成する
金属箔と別の平箔又は波箔であることを特徴とする上記
(6)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (9)前記シェルの厚さが100〜500μmであるこ
とを特徴とする上記(6)に記載の排ガス浄化触媒用メ
タルハニカム体。 (10)前記メタルハニカム体の外周とシェルおよびシ
ェル同士が固相拡散接合されていることを特徴とする上
記(6)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 (11)前記シェルを外周に有するメタルハニカム体の
外周と該メタルハニカム体が挿入される外筒との間に間
隙を有することを特徴とする上記(6)に記載の排ガス
浄化触媒用メタルハニカム体。 (12)前記シェルを外周に有するメタルハニカム体と
該メタルハニカム体が挿入される外筒との間および前記
シェルの外周の一部と前記外筒との間に間隙を有するこ
とを特徴とする上記(6)に記載の排ガス浄化触媒用メ
タルハニカム体。 (13)前記非接合部に相当する位置に拡散防止剤を供
給しつつ平箔と波箔を巻き回してメタルハニカム体を形
成し、得られたメタルハニカム体を処理温度1100℃
〜1250℃、処理時間30分〜90分及び到達真空度
3×10-4〜5×10-5Torrの処理条件で熱処理し
て、前記非接合部に相当する位置以外の平箔と波箔の接
触部を固体拡散接合することを特徴とする上記(1)乃
至(5)のいずれかに記載の排ガス浄化触媒用メタルハ
ニカム体の製造方法。 (14)前記非接合部に相当する位置に拡散防止剤を供
給しつつ平箔と波箔を巻き回してメタルハニカム体を形
成し、該メタルハニカム体の外周に、該メタルハニカム
体を形成する平箔又は波箔を1周以上巻き付けてシェル
を形成し、その後得られたメタルハニカム体を処理温度
1100℃〜1250℃、処理時間30分〜90分及び
到達真空度3×10-4〜5×10-5Torrの処理条件
で熱処理して、前記非接合部に相当する位置以外の平箔
と波箔の接触部を固体拡散接合することを特徴とする上
記(6)乃至(12)のいずれかに記載の排ガス浄化触
媒用メタルハニカム体の製造方法。 (15)前記シェルが前記メタルハニカム体を形成する
金属箔と別の平箔又は波箔であることを特徴とする上記
(14)に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体の
製造方法。 (16)前記メタルハニカム体を形成するに際し、該メ
タルハニカム体の外周に設けられたシェルの外周面にロ
ウ材を付着させ、かつシェルの設けられていない前記メ
タルハニカム体の外周面に拡散防止剤を付着させた後に
前記メタルハニカム体を外筒に組み込み、熱処理をほど
こすことを特徴とする上記(14)に記載の排ガス浄化
触媒用メタルハニカム体の製造方法。 (17)前記シェルの外周面の一部にロウ材を付着さ
せ、該外周面の残りの部分に拡散防止剤を付着させるこ
とを特徴とする上記(14)に記載の排ガス浄化触媒用
メタルハニカム体の製造方法。 (18)前記固相拡散接合を前記金属箔の箔厚t(μ
m)に応じて下記式の温度T(℃)範囲で真空熱処理を
行うことを特徴とする上記(13)又は(14)に記載
の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体の製造方法。
【0017】1100≦T≦1.7 ×t+1165 である。
【0018】急熱−急冷時においては、メタルハニカム
体2の中心部と周辺部との間に大きな温度差が生じ、メ
タルハニカム体2の軸方向に熱応力が発生する。本発明
は、全周にわたって少なくとも1周分、前記平箔5と波
箔6の接触部9が接合されていない非接合部11を前記
メタルハニカム体2内に2箇所以上有するので、この非
接合部11を境として高温側は低温側に拘束されずにガ
ス出側に伸びることができ、これによって熱応力が解放
される。
体2の中心部と周辺部との間に大きな温度差が生じ、メ
タルハニカム体2の軸方向に熱応力が発生する。本発明
は、全周にわたって少なくとも1周分、前記平箔5と波
箔6の接触部9が接合されていない非接合部11を前記
メタルハニカム体2内に2箇所以上有するので、この非
接合部11を境として高温側は低温側に拘束されずにガ
ス出側に伸びることができ、これによって熱応力が解放
される。
【0019】メタルハニカム体内の半径方向の温度勾配
は中心部から外周部までのいずれの部位にも存在するた
め、非接合部11の存在位置が半径方向に偏在していた
のでは十分な効果を上げることができない。本発明にお
いては、前記非接合部11の少なくとも1箇所は前記メ
タルハニカム体の中心軸から半径の1/2未満の範囲内
に存し、更に前記非接合部11の少なくとも1箇所は前
記メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2以上離れ
かつ外周より内側の位置に存するので、メタルハニカム
体半径方向に分布する熱応力を十分に緩和することがで
きる。
は中心部から外周部までのいずれの部位にも存在するた
め、非接合部11の存在位置が半径方向に偏在していた
のでは十分な効果を上げることができない。本発明にお
いては、前記非接合部11の少なくとも1箇所は前記メ
タルハニカム体の中心軸から半径の1/2未満の範囲内
に存し、更に前記非接合部11の少なくとも1箇所は前
記メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2以上離れ
かつ外周より内側の位置に存するので、メタルハニカム
体半径方向に分布する熱応力を十分に緩和することがで
きる。
【0020】非接合部11は、メタルハニカム体2のガ
ス出側となる一端を起点とし、該起点から前記メタルハ
ニカム体2の中心軸S方向の全長の9/20〜9/10の範
囲の長さだけ前記メタルハニカム体内に位置した点を終
点として設ける。メタルハニカム体のガス入り側は特に
局所的に高温となる箇所があり、局所的熱応力が激しく
かかるので、非接合部11の起点をメタルハニカム体の
ガス入り側端部から設けた場合は、非接合部11周辺に
カケと呼ばれるハニカム欠損が生じ易い。また、非接合
部11の長さがメタルハニカム体2の全長の9/20未
満だと、上記のような温度差による中心軸側の伸縮に際
し、拘束力が大きくなり、熱応力が緩和され難くなる。
非接合部11の長さがメタルハニカム体の全長の9/1
0を超えると、上記中心軸の伸縮により、非接合部11
上方のメタルハニカム体に亀裂が生じ、激しい場合は中
心軸側が落下するおそれがある。
ス出側となる一端を起点とし、該起点から前記メタルハ
ニカム体2の中心軸S方向の全長の9/20〜9/10の範
囲の長さだけ前記メタルハニカム体内に位置した点を終
点として設ける。メタルハニカム体のガス入り側は特に
局所的に高温となる箇所があり、局所的熱応力が激しく
かかるので、非接合部11の起点をメタルハニカム体の
ガス入り側端部から設けた場合は、非接合部11周辺に
カケと呼ばれるハニカム欠損が生じ易い。また、非接合
部11の長さがメタルハニカム体2の全長の9/20未
満だと、上記のような温度差による中心軸側の伸縮に際
し、拘束力が大きくなり、熱応力が緩和され難くなる。
非接合部11の長さがメタルハニカム体の全長の9/1
0を超えると、上記中心軸の伸縮により、非接合部11
上方のメタルハニカム体に亀裂が生じ、激しい場合は中
心軸側が落下するおそれがある。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明のメタル担体1は、図1に
示すように、メタルハニカム体2が金属製の外筒3内に
組み込まれている。メタルハニカム体2は、図2に示す
ように、耐熱性ステンレス鋼からなる帯状の平箔5と、
この平箔5を波付け加工した帯状の波箔6とを重ねて巻
き回し、渦巻状にして製造される。帯状の波箔6には各
波の稜線7が幅方向に形成されており、渦巻状に巻回さ
れた円筒状のメタルハニカム体2は、円柱の軸方向に多
数の通気孔4を有している。
示すように、メタルハニカム体2が金属製の外筒3内に
組み込まれている。メタルハニカム体2は、図2に示す
ように、耐熱性ステンレス鋼からなる帯状の平箔5と、
この平箔5を波付け加工した帯状の波箔6とを重ねて巻
き回し、渦巻状にして製造される。帯状の波箔6には各
波の稜線7が幅方向に形成されており、渦巻状に巻回さ
れた円筒状のメタルハニカム体2は、円柱の軸方向に多
数の通気孔4を有している。
【0022】メタルハニカム体2の材料としては、耐熱
性合金元素としてAl3〜10%、Cr15〜25%を
含有するフェライト系ステンレス鋼、例えば20%Cr
−5%Al−Fe鋼が採用される。また外筒3用の材料
としては、メタルハニカム体2ほどの耐熱性は要求され
ないので、Al等の耐熱性合金元素を含有しないステン
レス鋼を採用してもよい。
性合金元素としてAl3〜10%、Cr15〜25%を
含有するフェライト系ステンレス鋼、例えば20%Cr
−5%Al−Fe鋼が採用される。また外筒3用の材料
としては、メタルハニカム体2ほどの耐熱性は要求され
ないので、Al等の耐熱性合金元素を含有しないステン
レス鋼を採用してもよい。
【0023】このようなメタルハニカム体を形成する金
属平箔と金属波箔を固相拡散接合する場合に、金属箔中
のAlが顕著に減少しない真空処理条件を選択すること
が必要である。前記の20%Cr−5%Al−Feの高
耐熱フェライト系ステンレス鋼からなる箔(厚み50μ
m程度)で製造したメタル担体の場合、平箔及び波箔を
拡散接合する際、真空炉等の非酸化性雰囲気にて高温加
熱することにより行う。真空加熱の場合、3×10-4〜
5×10-5Torrの範囲の真空度、1100℃〜12
50℃の温度、30分〜90分の保持時間で行うことが
できる。処理温度が高く、保持時間が長く、真空度が高
いと、熱処理中に箔中のAlの飛散が促進される。熱処
理によって箔中のAlが1%以上消失すると、箔の耐酸
化性能が低下し、メタルハニカム体の耐久性が悪化す
る。逆に、処理温度が低く、保持時間が短く、真空度が
低いと、拡散接合の強度を十分に得ることができない。
処理温度、保持時間、真空度の範囲が上記範囲内であれ
ば、Alの飛散による耐久性の悪化は起こらず、十分な
強度の拡散接合を実現することができる。
属平箔と金属波箔を固相拡散接合する場合に、金属箔中
のAlが顕著に減少しない真空処理条件を選択すること
が必要である。前記の20%Cr−5%Al−Feの高
耐熱フェライト系ステンレス鋼からなる箔(厚み50μ
m程度)で製造したメタル担体の場合、平箔及び波箔を
拡散接合する際、真空炉等の非酸化性雰囲気にて高温加
熱することにより行う。真空加熱の場合、3×10-4〜
5×10-5Torrの範囲の真空度、1100℃〜12
50℃の温度、30分〜90分の保持時間で行うことが
できる。処理温度が高く、保持時間が長く、真空度が高
いと、熱処理中に箔中のAlの飛散が促進される。熱処
理によって箔中のAlが1%以上消失すると、箔の耐酸
化性能が低下し、メタルハニカム体の耐久性が悪化す
る。逆に、処理温度が低く、保持時間が短く、真空度が
低いと、拡散接合の強度を十分に得ることができない。
処理温度、保持時間、真空度の範囲が上記範囲内であれ
ば、Alの飛散による耐久性の悪化は起こらず、十分な
強度の拡散接合を実現することができる。
【0024】自動車等のエンジン排ガスの浄化用として
本発明のメタル担体1を使用中において、メタルハニカ
ム体2内の温度は半径方向に連続的に変化している。ま
た、特に温度が上昇して熱応力が集中するヒートスポッ
トの存在位置は、メタルハニカム体2に流入するガス流
れの偏流の影響を受け、該ヒートスポットがどこに発生
するかは特定することができない。半径方向に連続的に
変化する温度に対応して熱応力はメタルハニカム体内の
半径方向すべての部位に存在するので、メタルハニカム
体2内に形成する非接合部11の数は2箇所以上であっ
て数が多いほど効果的である。図3に非接合部11を2
箇所に設けた場合、図4に非接合部を4箇所に設けた場
合のメタル担体1の断面を示す。図3において、図のメ
タルハニカム体2の上側がガス入り側、下側がガス出側
であり、白矢印はガスの流入方向を示す。以下の図にお
いて同様である。多数の非接合部11を半径方向に分散
して配置することにより、各部位の熱応力を緩和するこ
とができる。図5には、非接合部を4箇所に設けた場合
において、熱応力が緩和される状況を示す。中心側ほど
メタルハニカム体2の温度が高くなっており、非接合部
11毎に熱応力が緩和され、メタルハニカム体11がそ
の部位の温度に応じて排ガス出側に伸長している様子が
明らかである。また、各部位に分散して非接合部11を
配置することにより、ガス偏流に対応するヒートスポッ
トがいずれの位置に発生しても、そのヒートスポットに
起因する熱応力を効果的に緩和することができる。
本発明のメタル担体1を使用中において、メタルハニカ
ム体2内の温度は半径方向に連続的に変化している。ま
た、特に温度が上昇して熱応力が集中するヒートスポッ
トの存在位置は、メタルハニカム体2に流入するガス流
れの偏流の影響を受け、該ヒートスポットがどこに発生
するかは特定することができない。半径方向に連続的に
変化する温度に対応して熱応力はメタルハニカム体内の
半径方向すべての部位に存在するので、メタルハニカム
体2内に形成する非接合部11の数は2箇所以上であっ
て数が多いほど効果的である。図3に非接合部11を2
箇所に設けた場合、図4に非接合部を4箇所に設けた場
合のメタル担体1の断面を示す。図3において、図のメ
タルハニカム体2の上側がガス入り側、下側がガス出側
であり、白矢印はガスの流入方向を示す。以下の図にお
いて同様である。多数の非接合部11を半径方向に分散
して配置することにより、各部位の熱応力を緩和するこ
とができる。図5には、非接合部を4箇所に設けた場合
において、熱応力が緩和される状況を示す。中心側ほど
メタルハニカム体2の温度が高くなっており、非接合部
11毎に熱応力が緩和され、メタルハニカム体11がそ
の部位の温度に応じて排ガス出側に伸長している様子が
明らかである。また、各部位に分散して非接合部11を
配置することにより、ガス偏流に対応するヒートスポッ
トがいずれの位置に発生しても、そのヒートスポットに
起因する熱応力を効果的に緩和することができる。
【0025】非接合部11の存在で熱応力を有効に緩和
できるものの、非接合部11はメタルハニカム体内に終
点を有し、この終点部においてメタルハニカム体に応力
集中が発生する。非接合部11を多数配置すれば、近接
する範囲内にいくつもの終点を配置することができる。
近接する範囲内に非接合部11の終点が1箇所しか存在
しなければ、この終点に大きな応力集中が発生するが、
非接合部11を多数配置することによって近接する範囲
内に複数の終点を配置することにより、終点1箇所あた
りの集中応力を緩和することが可能になる。従って、非
接合部11の数が多いほど非接合部11終点における集
中応力が緩和され、応力集中に起因するメタルハニカム
体の破損を防止することができる。
できるものの、非接合部11はメタルハニカム体内に終
点を有し、この終点部においてメタルハニカム体に応力
集中が発生する。非接合部11を多数配置すれば、近接
する範囲内にいくつもの終点を配置することができる。
近接する範囲内に非接合部11の終点が1箇所しか存在
しなければ、この終点に大きな応力集中が発生するが、
非接合部11を多数配置することによって近接する範囲
内に複数の終点を配置することにより、終点1箇所あた
りの集中応力を緩和することが可能になる。従って、非
接合部11の数が多いほど非接合部11終点における集
中応力が緩和され、応力集中に起因するメタルハニカム
体の破損を防止することができる。
【0026】メタルハニカム体内の非接合部11の数を
増大すると、隣接する非接合部11の間隔が必然的に狭
くなり、最終的には非接合部11と非接合部11との間
に接合箇所がなくなり、広い領域が非接合領域となって
しまう。非接合領域が広がるとその領域でのメタルハニ
カム体の剛性が低下し、かえってメタルハニカム体の寿
命を低下させる原因となる。非接合部11と非接合部1
1との間に接合箇所が存在しない箇所が僅かであれば問
題はないが、好ましくは、図6に示すように、前記非接
合部11のうちの一の非接合部と隣接する非接合部との
間には少なくとも1枚の平箔と波箔とが接合された接合
部10を確保することでメタルハニカム体の剛性を担保
することが可能になる。
増大すると、隣接する非接合部11の間隔が必然的に狭
くなり、最終的には非接合部11と非接合部11との間
に接合箇所がなくなり、広い領域が非接合領域となって
しまう。非接合領域が広がるとその領域でのメタルハニ
カム体の剛性が低下し、かえってメタルハニカム体の寿
命を低下させる原因となる。非接合部11と非接合部1
1との間に接合箇所が存在しない箇所が僅かであれば問
題はないが、好ましくは、図6に示すように、前記非接
合部11のうちの一の非接合部と隣接する非接合部との
間には少なくとも1枚の平箔と波箔とが接合された接合
部10を確保することでメタルハニカム体の剛性を担保
することが可能になる。
【0027】より好ましくは、図7に示すように、隣接
する非接合部間に少なくとも2枚の平箔と2枚の波箔と
を連続して接合した接合箇所を確保する。メタルハニカ
ム体内のガス流れに偏流が存在する場合は、セル内に流
れるガスの脈動によって箔が振動し、その部位でメタル
ハニカム体が疲労破壊を起こす場合がある。非接合部間
に少なくとも2枚の平箔と2枚の波箔とを連続して接合
した接合箇所を確保することにより、該接合部位の曲げ
剛性を向上させ、振動による疲労破壊を防止することが
できる。メタルハニカム体の中心軸から外周までの間に
通常は平箔の層が30〜50層程度存在するので、上記
理由により、非接合部11の数は多くても15〜30が
限度となる。
する非接合部間に少なくとも2枚の平箔と2枚の波箔と
を連続して接合した接合箇所を確保する。メタルハニカ
ム体内のガス流れに偏流が存在する場合は、セル内に流
れるガスの脈動によって箔が振動し、その部位でメタル
ハニカム体が疲労破壊を起こす場合がある。非接合部間
に少なくとも2枚の平箔と2枚の波箔とを連続して接合
した接合箇所を確保することにより、該接合部位の曲げ
剛性を向上させ、振動による疲労破壊を防止することが
できる。メタルハニカム体の中心軸から外周までの間に
通常は平箔の層が30〜50層程度存在するので、上記
理由により、非接合部11の数は多くても15〜30が
限度となる。
【0028】非接合部11の軸方向の長さは、熱応力の
緩和の観点からは長い方が良い。一方、非接合部11の
終点からガス入り側端までの接合部位は、メタルハニカ
ム体2の中心軸側が抜け落ちるのを防止するために必要
な接合長さを確保する必要がある。ある半径部位に存在
する1周分の非接合部11において、中心軸側を抜け落
ちさせる方向に働く軸方向の力は中心軸側の断面積に比
例する。そのため、該終点からガス入り側までの接合部
位にかかる負荷はメタルハニカム体の外周側ほど大きく
なるので、外周側の非接合部11については中心側に比
較して非接合部11の長さを短くする必要がある。ま
た、メタルハニカム体の中心部に比較して外周部の方が
温度変化が激しいため、軸方向の応力に耐えるだけの接
合面積は、中心部よりも外周部の方が多く必要であると
いう理由にもよる。
緩和の観点からは長い方が良い。一方、非接合部11の
終点からガス入り側端までの接合部位は、メタルハニカ
ム体2の中心軸側が抜け落ちるのを防止するために必要
な接合長さを確保する必要がある。ある半径部位に存在
する1周分の非接合部11において、中心軸側を抜け落
ちさせる方向に働く軸方向の力は中心軸側の断面積に比
例する。そのため、該終点からガス入り側までの接合部
位にかかる負荷はメタルハニカム体の外周側ほど大きく
なるので、外周側の非接合部11については中心側に比
較して非接合部11の長さを短くする必要がある。ま
た、メタルハニカム体の中心部に比較して外周部の方が
温度変化が激しいため、軸方向の応力に耐えるだけの接
合面積は、中心部よりも外周部の方が多く必要であると
いう理由にもよる。
【0029】具体的には、非接合部11の終点の存在位
置が、メタルハニカム体の断面において図4に示すよう
にアーチ形状をなし、外周に向かうにしたがって非接合
部11の長さが順次短くなるような形状が好ましい。隣
接する非接合部間の関係については、必ず外周側の方が
非接合部長さが短くなければならないということではな
く、非接合部11のうちメタルハニカム体2の中心軸S
から半径Rの1/2未満の範囲内に存する非接合部11
の起点から終点までの距離の平均値は、メタルハニカム
体2の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より内
側の位置に存する非接合部11の起点から終点までの距
離の平均値よりも大きくすることによって効果を発揮す
ることができる。
置が、メタルハニカム体の断面において図4に示すよう
にアーチ形状をなし、外周に向かうにしたがって非接合
部11の長さが順次短くなるような形状が好ましい。隣
接する非接合部間の関係については、必ず外周側の方が
非接合部長さが短くなければならないということではな
く、非接合部11のうちメタルハニカム体2の中心軸S
から半径Rの1/2未満の範囲内に存する非接合部11
の起点から終点までの距離の平均値は、メタルハニカム
体2の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より内
側の位置に存する非接合部11の起点から終点までの距
離の平均値よりも大きくすることによって効果を発揮す
ることができる。
【0030】本発明のメタルハニカム体の外周と外筒の
内周との接合については、図8、図9に示すように所定
長さの非接合部12及び接合部13が形成されているこ
とが好ましい。接合部13は、ガス入り側となる一端か
ら前記メタルハニカム体の全長の1/3以上の長さだけ
ガス出側となる他端に向かって位置する点を起点とし、
該起点から前記ガス出側となる他端に向かって前記メタ
ルハニカム体の中心軸方向の全長の1/2以下の長さを
終点とする範囲にわたって形成され、それ以外の部分が
非接合部12である。即ち、図8、図9においてL1 >
L/3、L2 ≦L/2である。L3 は0であってもよ
く、図9に示すように、接合部13がメタルハニカム体
2のガス出側となる一端を起点として形成される実施例
も本発明の範囲に入る。
内周との接合については、図8、図9に示すように所定
長さの非接合部12及び接合部13が形成されているこ
とが好ましい。接合部13は、ガス入り側となる一端か
ら前記メタルハニカム体の全長の1/3以上の長さだけ
ガス出側となる他端に向かって位置する点を起点とし、
該起点から前記ガス出側となる他端に向かって前記メタ
ルハニカム体の中心軸方向の全長の1/2以下の長さを
終点とする範囲にわたって形成され、それ以外の部分が
非接合部12である。即ち、図8、図9においてL1 >
L/3、L2 ≦L/2である。L3 は0であってもよ
く、図9に示すように、接合部13がメタルハニカム体
2のガス出側となる一端を起点として形成される実施例
も本発明の範囲に入る。
【0031】メタルハニカム体2と外筒3との境界にこ
のように限定された非接合部12及び接合部13を設け
たことで、自動車等のエンジン排ガス系に装着した際、
排ガスによる急熱及び急冷の熱サイクルに対し、より優
れた耐久性が発揮される。即ち、メタルハニカム体2の
中央部が急熱され、あるいは急冷されて外周部との温度
差が大となっても、例えば図9のメタル担体の場合、図
10に示すように非接合部11を境にして中心軸側がガ
ス出側に伸び、あるいは縮むほか、さらにメタルハニカ
ム体2全体がガス入り側に伸縮することで、熱応力がよ
り一層緩和される。
のように限定された非接合部12及び接合部13を設け
たことで、自動車等のエンジン排ガス系に装着した際、
排ガスによる急熱及び急冷の熱サイクルに対し、より優
れた耐久性が発揮される。即ち、メタルハニカム体2の
中央部が急熱され、あるいは急冷されて外周部との温度
差が大となっても、例えば図9のメタル担体の場合、図
10に示すように非接合部11を境にして中心軸側がガ
ス出側に伸び、あるいは縮むほか、さらにメタルハニカ
ム体2全体がガス入り側に伸縮することで、熱応力がよ
り一層緩和される。
【0032】図8、図9においてガス入り側の非接合部
の長さL1 がメタルハニカム体の全長Lの1/3未満だ
と、メタルハニカム体の全体のガス入り側への伸縮に対
して拘束を受けることになり、熱応力のより一層の緩和
効果が発揮され難い。また接合部の長さL2 がメタルハ
ニカム体の全長Lの1/2を超えると、外筒に対するメ
タルハニカム体全体の伸縮に対して拘束を受けることに
なり、熱応力のより一層の緩和効果が発揮され難い。ガ
ス出側の非接合部の長さL3 は限定しない。L 1 及びL
2 が上記範囲であれば、メタルハニカム体全体がガス入
り側に伸縮するので、前述のようにL3 は0であっても
よい。
の長さL1 がメタルハニカム体の全長Lの1/3未満だ
と、メタルハニカム体の全体のガス入り側への伸縮に対
して拘束を受けることになり、熱応力のより一層の緩和
効果が発揮され難い。また接合部の長さL2 がメタルハ
ニカム体の全長Lの1/2を超えると、外筒に対するメ
タルハニカム体全体の伸縮に対して拘束を受けることに
なり、熱応力のより一層の緩和効果が発揮され難い。ガ
ス出側の非接合部の長さL3 は限定しない。L 1 及びL
2 が上記範囲であれば、メタルハニカム体全体がガス入
り側に伸縮するので、前述のようにL3 は0であっても
よい。
【0033】L1 の上限及びL2 の下限は限定しない。
メタルハニカム体が外筒に接合されていればよく、接合
部の長さL2 は短くてもよい。しかし接合部13が損傷
を受けてメタルハニカム体が脱落するおそれのあるとき
は、L2 の下限をメタルハニカム体の全長Lの1/20
とするのが望ましい。L2 の下限をこのようにすると、
L1 の上限はLの19/20となる。
メタルハニカム体が外筒に接合されていればよく、接合
部の長さL2 は短くてもよい。しかし接合部13が損傷
を受けてメタルハニカム体が脱落するおそれのあるとき
は、L2 の下限をメタルハニカム体の全長Lの1/20
とするのが望ましい。L2 の下限をこのようにすると、
L1 の上限はLの19/20となる。
【0034】本発明のメタル担体は、図11に示すよう
に被接合部が両端ともメタルハニカム体の内部となるよ
うに形成されてもよい。非接合部の長さ範囲は、ガス出
側となる一端からメタルハニカム体の全長Lの1/10
未満の長さDだけ離れた位置を起点とし、ガス出側とな
る一端からメタルハニカム体の全長Lの9/20以上9
/10以下の長さだけ離れた位置を終点としている。そ
の他は図4の実施例のメタル担体と同様である。すなわ
ち、図11において、D<L/10で、かつ9L/20
≦H1 ≦9L/10、9L/20≦H2 ≦9L/10で
ある。
に被接合部が両端ともメタルハニカム体の内部となるよ
うに形成されてもよい。非接合部の長さ範囲は、ガス出
側となる一端からメタルハニカム体の全長Lの1/10
未満の長さDだけ離れた位置を起点とし、ガス出側とな
る一端からメタルハニカム体の全長Lの9/20以上9
/10以下の長さだけ離れた位置を終点としている。そ
の他は図4の実施例のメタル担体と同様である。すなわ
ち、図11において、D<L/10で、かつ9L/20
≦H1 ≦9L/10、9L/20≦H2 ≦9L/10で
ある。
【0035】上記実施例のメタル担体においても、図1
2に示すように、メタルハニカム体の外周と外筒の内周
の境界に、所定長さの非接合部及び接合部が形成されて
いることが好ましい。接合部の位置及び長さは、図11
の実施例のメタル担体の場合と同様である。すなわち図
12において、L1 >L/3、L2 ≦L/2である。L
3 は0であってもよい。そしてその作用は図8の実施例
のメタル担体と同様である。
2に示すように、メタルハニカム体の外周と外筒の内周
の境界に、所定長さの非接合部及び接合部が形成されて
いることが好ましい。接合部の位置及び長さは、図11
の実施例のメタル担体の場合と同様である。すなわち図
12において、L1 >L/3、L2 ≦L/2である。L
3 は0であってもよい。そしてその作用は図8の実施例
のメタル担体と同様である。
【0036】本発明のメタル担体1を製造する場合は、
図13のように帯状の平箔5と帯状の波箔6を重ねて巻
き回すとき、所定の部位に拡散防止剤14を介在させ
る。そして、捲取後に得られたメタルハニカム体2を外
筒3内に組み込んだ後に拡散接合処理を行う。この結
果、平箔5と波箔6の接触部9のうち、拡散防止剤14
を介在させた部位は接合されず、図6、図7に示すよう
な非接合部11が形成され、その他の部位は拡散接合さ
れて接合部10が形成される。
図13のように帯状の平箔5と帯状の波箔6を重ねて巻
き回すとき、所定の部位に拡散防止剤14を介在させ
る。そして、捲取後に得られたメタルハニカム体2を外
筒3内に組み込んだ後に拡散接合処理を行う。この結
果、平箔5と波箔6の接触部9のうち、拡散防止剤14
を介在させた部位は接合されず、図6、図7に示すよう
な非接合部11が形成され、その他の部位は拡散接合さ
れて接合部10が形成される。
【0037】拡散防止剤14としては、拡散接合のため
の加熱温度において熱的に安定な材料、例えばTiO
2 、Al2 O3 等の金属酸化物や、SiC、BN等のセ
ラミックスなどを採用することができる。これらを平箔
5と波箔6の間に介在させるには、粉末にして、例えば
水に混合したものを平箔5または波箔6に塗布する、シ
ート状にしたものを貼付する、あるいは挟み込む、等の
手段を採用することができる。
の加熱温度において熱的に安定な材料、例えばTiO
2 、Al2 O3 等の金属酸化物や、SiC、BN等のセ
ラミックスなどを採用することができる。これらを平箔
5と波箔6の間に介在させるには、粉末にして、例えば
水に混合したものを平箔5または波箔6に塗布する、シ
ート状にしたものを貼付する、あるいは挟み込む、等の
手段を採用することができる。
【0038】図13に、上記粉末を水に混合した拡散防
止剤14を、塗布装置15によってロール転写方式で波
箔6に塗布する例を示す。拡散防止剤14は波箔6の稜
線7に塗布されて巻回され、平箔5との接触部9に介在
させる。拡散防止剤14を所定部位にのみ塗布するに
は、塗布装置15の転写用ロールまたは波箔を移動させ
て行うことができる。
止剤14を、塗布装置15によってロール転写方式で波
箔6に塗布する例を示す。拡散防止剤14は波箔6の稜
線7に塗布されて巻回され、平箔5との接触部9に介在
させる。拡散防止剤14を所定部位にのみ塗布するに
は、塗布装置15の転写用ロールまたは波箔を移動させ
て行うことができる。
【0039】また、図8、9に示すようにメタルハニカ
ム体2と外筒3との間に接合部13及び非接合部12を
形成するための手段は、メタルハニカム体2を外筒3内
に組み込む前に、接合部13となるメタルハニカム体2
の外周面の部位と、接合部13となる外筒3の内周面の
部位の、いずれか一方または双方にロウ材16を付着さ
せ、かつ非接合部12となるメタルハニカム体2の外周
面の部位と、非接合部12となる外筒3の内周面の部位
の、いずれか一方または双方に接合防止剤14を付着さ
せる。
ム体2と外筒3との間に接合部13及び非接合部12を
形成するための手段は、メタルハニカム体2を外筒3内
に組み込む前に、接合部13となるメタルハニカム体2
の外周面の部位と、接合部13となる外筒3の内周面の
部位の、いずれか一方または双方にロウ材16を付着さ
せ、かつ非接合部12となるメタルハニカム体2の外周
面の部位と、非接合部12となる外筒3の内周面の部位
の、いずれか一方または双方に接合防止剤14を付着さ
せる。
【0040】このようにロウ材16および拡散防止材1
4を付着させた後に、組み込んで拡散接合処理を行うこ
とで、メタルハニカム体2に非接合部11が形成される
とともに、メタルハニカム体2と外筒3の境界において
はロウ材16を付着させた部位が接合されて接合部13
が形成され、拡散防止材14を付着させた部位は接合さ
れず非接合部12が形成される。
4を付着させた後に、組み込んで拡散接合処理を行うこ
とで、メタルハニカム体2に非接合部11が形成される
とともに、メタルハニカム体2と外筒3の境界において
はロウ材16を付着させた部位が接合されて接合部13
が形成され、拡散防止材14を付着させた部位は接合さ
れず非接合部12が形成される。
【0041】ロウ材16は、通常のロウ付けで使用され
ているものを採用することができる。これをメタルハニ
カム体2の外周面または外筒3の内周面に付着させるに
は、粉末状のロウ材16をバインダーに混合させて塗布
する、所定部位にバインダーを塗布したのち粉末状のロ
ウ材16をふりかけ、所定以外の部位のロウ材を振り落
とす、シート状のロウ材16を貼付するなどの手段を採
用することができる。
ているものを採用することができる。これをメタルハニ
カム体2の外周面または外筒3の内周面に付着させるに
は、粉末状のロウ材16をバインダーに混合させて塗布
する、所定部位にバインダーを塗布したのち粉末状のロ
ウ材16をふりかけ、所定以外の部位のロウ材を振り落
とす、シート状のロウ材16を貼付するなどの手段を採
用することができる。
【0042】また拡散防止材14は、上記平箔5と波箔
6との間に介在させるものと同様のものを採用すること
ができ、付着させる手段としては塗布または貼付を採用
することができる。図14に、メタルハニカム体2の外
周面にシート状のロウ材16を貼付し、外周面のその他
のには拡散防止材14を塗布した例を示す。
6との間に介在させるものと同様のものを採用すること
ができ、付着させる手段としては塗布または貼付を採用
することができる。図14に、メタルハニカム体2の外
周面にシート状のロウ材16を貼付し、外周面のその他
のには拡散防止材14を塗布した例を示す。
【0043】本発明において、メタルハニカム体2を外
筒3内に組み込んだ後、外筒3とメタルハニカム体2を
密着させるためには縮径加工を行うことができる。又拡
散接合処理は、真空炉等の非酸化性雰囲気にて高温加熱
することにより行う。真空加熱の場合、3×10-4〜5
×10-5Torrの範囲の真空度、1100℃〜125
0℃の温度、30分〜90分の保持時間で行うことがで
きる。
筒3内に組み込んだ後、外筒3とメタルハニカム体2を
密着させるためには縮径加工を行うことができる。又拡
散接合処理は、真空炉等の非酸化性雰囲気にて高温加熱
することにより行う。真空加熱の場合、3×10-4〜5
×10-5Torrの範囲の真空度、1100℃〜125
0℃の温度、30分〜90分の保持時間で行うことがで
きる。
【0044】次に、図15に示すようにメタルハニカム
体2の外周にシェル19を巻き付けた発明について説明
する。同図において、シェル19は平箔5または波箔6
を1周以上巻き付けて形成され、シェル19を形成する
平箔同士または波箔同士が接合されている。なお、図1
5においてSはメタルハニカム体2の中心軸であり、排
ガスは白矢印の方向に導入される。
体2の外周にシェル19を巻き付けた発明について説明
する。同図において、シェル19は平箔5または波箔6
を1周以上巻き付けて形成され、シェル19を形成する
平箔同士または波箔同士が接合されている。なお、図1
5においてSはメタルハニカム体2の中心軸であり、排
ガスは白矢印の方向に導入される。
【0045】シェル19を形成する平箔5または波箔6
は、メタルハニカム体2を形成する上記平箔5または波
箔6と一体のものであってもよく、また別体のものであ
ってもよい。前者の場合は、図17のようにしてメタル
ハニカム体2を形成する際、平箔5と波箔6のいずれか
一方をシェル19形成分だけ長尺にしておき、これを追
加で巻き付けることにより形成される。後者の場合は、
メタルハニカム体2を形成したのち、別の平箔5または
波箔6を追加で巻き付けることにより形成される。
は、メタルハニカム体2を形成する上記平箔5または波
箔6と一体のものであってもよく、また別体のものであ
ってもよい。前者の場合は、図17のようにしてメタル
ハニカム体2を形成する際、平箔5と波箔6のいずれか
一方をシェル19形成分だけ長尺にしておき、これを追
加で巻き付けることにより形成される。後者の場合は、
メタルハニカム体2を形成したのち、別の平箔5または
波箔6を追加で巻き付けることにより形成される。
【0046】追加で巻き付ける前のメタルハニカム体2
の最外周が平箔5のとき、シェル19は平箔を追加で1
周以上巻き付けるか、あるいは波箔を追加で2周以上巻
き付けることで形成される。また、追加で巻き付ける前
のメタルハニカム体2の最外周が波箔のとき、シェル1
9は波箔を追加で1周以上巻き付けるか、あるいは平箔
を追加で2周以上巻き付けることで形成される。
の最外周が平箔5のとき、シェル19は平箔を追加で1
周以上巻き付けるか、あるいは波箔を追加で2周以上巻
き付けることで形成される。また、追加で巻き付ける前
のメタルハニカム体2の最外周が波箔のとき、シェル1
9は波箔を追加で1周以上巻き付けるか、あるいは平箔
を追加で2周以上巻き付けることで形成される。
【0047】そして、シェル19を形成したメタルハニ
カム体2を外筒3に組み込んだ後、メタルハニカム体2
を形成する平箔5と波箔6の接触部を接合するととも
に、シェル19を形成する平箔同士または波箔同士を接
合し、かつシェル19の外周面と外筒3の内周面とを接
合して、本発明のメタル担体とする。
カム体2を外筒3に組み込んだ後、メタルハニカム体2
を形成する平箔5と波箔6の接触部を接合するととも
に、シェル19を形成する平箔同士または波箔同士を接
合し、かつシェル19の外周面と外筒3の内周面とを接
合して、本発明のメタル担体とする。
【0048】本発明のメタル担体は、メタルハニカム体
2の外周に上記のようなシェル19が形成されているの
で、触媒コンバータとして使用したとき、従来より高温
にかつ急速に加熱され、加熱と冷却が繰り返された際の
耐久性に優れている。すなわち、メタルハニカム体2と
外筒3の温度差により境界付近に応力が集中しても、平
箔同士または波箔同士が接合されて一体となった強固な
シェル19が損傷を受け難いので、メタル担体の軸方向
へのズレに対する耐久性が優れている。
2の外周に上記のようなシェル19が形成されているの
で、触媒コンバータとして使用したとき、従来より高温
にかつ急速に加熱され、加熱と冷却が繰り返された際の
耐久性に優れている。すなわち、メタルハニカム体2と
外筒3の温度差により境界付近に応力が集中しても、平
箔同士または波箔同士が接合されて一体となった強固な
シェル19が損傷を受け難いので、メタル担体の軸方向
へのズレに対する耐久性が優れている。
【0049】次に、本発明のメタル担体の好ましい実施
の形態を図16の断面図に示す。この形態では、シェル
19と外筒3の境界に、接合部13と境界非接合部20
が形成されている。境界非接合部20は、このシェル1
9のガス入り側端部を起点として形成され、接合部13
はガス出側を起点として形成されている。
の形態を図16の断面図に示す。この形態では、シェル
19と外筒3の境界に、接合部13と境界非接合部20
が形成されている。境界非接合部20は、このシェル1
9のガス入り側端部を起点として形成され、接合部13
はガス出側を起点として形成されている。
【0050】このようにシェル19と外筒3の間に境界
非接合部20か形成されていることで、シェル19と外
筒3との間の熱応力集中が緩和され、耐久性がより一層
向上する。このとき、シェル19と外筒3の間の隙間に
より、メタルハニカム体2が外筒3に対してガス入り側
に伸縮するので、境界非接合部20はガス入り側に形成
されている方がより効果的に作用する。
非接合部20か形成されていることで、シェル19と外
筒3との間の熱応力集中が緩和され、耐久性がより一層
向上する。このとき、シェル19と外筒3の間の隙間に
より、メタルハニカム体2が外筒3に対してガス入り側
に伸縮するので、境界非接合部20はガス入り側に形成
されている方がより効果的に作用する。
【0051】本発明の拡散接合は前述の技術同様110
0〜1250℃の温度範囲で真空処理、例えば10-4T
orr程度の真空度で処理されるが、拡散接合がメタル
ハニカム体2の箔厚t(μm)に応じて(1)式の範囲
の温度T(℃)で真空熱処理によりなされているのが好
ましい。すなわち図19に示すように、真空熱処理温度
の上限が、箔厚が厚いときはより高温まで許容でき、箔
厚が薄いときはより低温度に制限される。(1)式の条
件により、メタルハニカム体2の耐熱性および耐酸化性
がより安定したメタル担体となる。なお(2)式の条件
では、より一層安定向上したメタル担体となる。
0〜1250℃の温度範囲で真空処理、例えば10-4T
orr程度の真空度で処理されるが、拡散接合がメタル
ハニカム体2の箔厚t(μm)に応じて(1)式の範囲
の温度T(℃)で真空熱処理によりなされているのが好
ましい。すなわち図19に示すように、真空熱処理温度
の上限が、箔厚が厚いときはより高温まで許容でき、箔
厚が薄いときはより低温度に制限される。(1)式の条
件により、メタルハニカム体2の耐熱性および耐酸化性
がより安定したメタル担体となる。なお(2)式の条件
では、より一層安定向上したメタル担体となる。
【0052】 1100≦T≦1.7 ×t+1165 ……(1) 1100≦T≦1.9 ×t+1117 ……(2) 本発明において、シェル19をメタルハニカム体2の外
周に設ける具体的な例を図17で説明する。この例では
メタルハニカム体2を形成する平箔5と一体の平箔とし
た場合であって、波箔6の稜線7に塗布装置15により
拡散防止剤14を塗布することで、平箔5との接触部9
の所定部位に拡散防止剤14を介在させ、ハニカム体の
非接合部11を形成するとともに、平箔5をシェル形成
分19だけ長尺にし、かつガス入り側を切り欠いた幅狭
としてシェル19を形成している。波箔6をシェル形成
分だけ同様に長尺とすることで、波箔を巻き付けてシェ
ル19を形成することができる。
周に設ける具体的な例を図17で説明する。この例では
メタルハニカム体2を形成する平箔5と一体の平箔とし
た場合であって、波箔6の稜線7に塗布装置15により
拡散防止剤14を塗布することで、平箔5との接触部9
の所定部位に拡散防止剤14を介在させ、ハニカム体の
非接合部11を形成するとともに、平箔5をシェル形成
分19だけ長尺にし、かつガス入り側を切り欠いた幅狭
としてシェル19を形成している。波箔6をシェル形成
分だけ同様に長尺とすることで、波箔を巻き付けてシェ
ル19を形成することができる。
【0053】本発明のさらに好ましい実施の形態として
は、シェル19が形成されたメタルハニカム体2を外筒
3に組み込む前に、シェル19の外周面の所定部位と外
筒3の内周面の所定部位の一方または双方に拡散防止剤
を付着させ、かつシェル19の別の所定部位の一方また
は双方にロウ材を付着させることで、図16の例のよう
に接合部13と境界非接合部20を形成する。
は、シェル19が形成されたメタルハニカム体2を外筒
3に組み込む前に、シェル19の外周面の所定部位と外
筒3の内周面の所定部位の一方または双方に拡散防止剤
を付着させ、かつシェル19の別の所定部位の一方また
は双方にロウ材を付着させることで、図16の例のよう
に接合部13と境界非接合部20を形成する。
【0054】その具体例を図18に示す。シェル19は
メタルハニカム体2のガス出側に形成し、シェル19の
ガス入り側に拡散防止剤14を、ガス出側にロウ材16
をそれぞれ付着させたのち外筒3に組み込み、拡散接合
処理を行うことで、拡散防止剤14を付着させた部位に
は境界非接合部20を、ロウ材16を付着させた部位に
は接合部13をそれぞれ形成する。このほか、拡散防止
剤14およびロウ材16は外筒3の内面に付着させても
よく、またシェル19外面と外筒3内面の双方に付着さ
せてもよい。
メタルハニカム体2のガス出側に形成し、シェル19の
ガス入り側に拡散防止剤14を、ガス出側にロウ材16
をそれぞれ付着させたのち外筒3に組み込み、拡散接合
処理を行うことで、拡散防止剤14を付着させた部位に
は境界非接合部20を、ロウ材16を付着させた部位に
は接合部13をそれぞれ形成する。このほか、拡散防止
剤14およびロウ材16は外筒3の内面に付着させても
よく、またシェル19外面と外筒3内面の双方に付着さ
せてもよい。
【0055】また本発明法において、シェル19の厚さ
を50μm以上、好ましくは100μm以上500μm
以下とするのがよく、その手段としては、ハニカム体を
形成する金属箔を延長して、または別の金属箔を巻き付
ける平箔または波箔の厚さに応じて巻き付け回数を調整
する。さらにシェル19を形成する平箔同士または波箔
同士を固相拡散接合により接合するのが好ましく、その
手段としてはシェル19を形成したメタルハニカム体2
を外筒に組み込んだ後、真空炉等の非酸化性雰囲気で高
温加熱することで、メタルハニカム体2を形成する平箔
と波箔の接触部およびシェル19を形成する平箔同士ま
たは波箔同士を固相拡散接合することができる。このと
き、シェル19と外筒3のロウ付けも同時に行われる。
を50μm以上、好ましくは100μm以上500μm
以下とするのがよく、その手段としては、ハニカム体を
形成する金属箔を延長して、または別の金属箔を巻き付
ける平箔または波箔の厚さに応じて巻き付け回数を調整
する。さらにシェル19を形成する平箔同士または波箔
同士を固相拡散接合により接合するのが好ましく、その
手段としてはシェル19を形成したメタルハニカム体2
を外筒に組み込んだ後、真空炉等の非酸化性雰囲気で高
温加熱することで、メタルハニカム体2を形成する平箔
と波箔の接触部およびシェル19を形成する平箔同士ま
たは波箔同士を固相拡散接合することができる。このと
き、シェル19と外筒3のロウ付けも同時に行われる。
【0056】
【実施例】外径100mm、長さ100mmのメタル担
体1を製造し、耐久試験を行った。メタルハニカム体2
の平箔5として厚み30μm、幅100mmの20Cr
−5Al−Feフェライト系ステンレス鋼箔を用い、波
箔6として上記平箔5に波高さ1.25mm、ピッチ
2.54mmの波付け加工を行ったものを用いた。外筒
3には肉厚1.5mm、長さ100mm、外径102m
mの19Cr−Fe耐熱ステンレス鋼管を用いた。
体1を製造し、耐久試験を行った。メタルハニカム体2
の平箔5として厚み30μm、幅100mmの20Cr
−5Al−Feフェライト系ステンレス鋼箔を用い、波
箔6として上記平箔5に波高さ1.25mm、ピッチ
2.54mmの波付け加工を行ったものを用いた。外筒
3には肉厚1.5mm、長さ100mm、外径102m
mの19Cr−Fe耐熱ステンレス鋼管を用いた。
【0057】平箔5に5kgfのバックテンションを加
えながら波箔6とともに巻き回し、外径100mmのメ
タルハニカム体2を作製した。巻き回し時、非接合部1
1を形成すべき位置において波箔6に拡散防止剤14を
塗布した。拡散防止剤14にはAl2 O3 粉末を使用し
た。外筒3の内周のL2 の位置にロウ材を塗布し、L 1
の位置およびL3 の位置に拡散防止剤14としてAl2
O3 を塗布した後、このメタルハニカム体2を組み込
み、その後1200℃、1×10-4Torrの高温高真
空下で90分加熱する拡散接合処理を行って製造した。
えながら波箔6とともに巻き回し、外径100mmのメ
タルハニカム体2を作製した。巻き回し時、非接合部1
1を形成すべき位置において波箔6に拡散防止剤14を
塗布した。拡散防止剤14にはAl2 O3 粉末を使用し
た。外筒3の内周のL2 の位置にロウ材を塗布し、L 1
の位置およびL3 の位置に拡散防止剤14としてAl2
O3 を塗布した後、このメタルハニカム体2を組み込
み、その後1200℃、1×10-4Torrの高温高真
空下で90分加熱する拡散接合処理を行って製造した。
【0058】本実施例のメタルハニカム体2の非接合部
設置条件、外筒3との接合条件を表1に示す。非接合部
11のうち、外周に最も近い非接合部11の高さをH
1 、中心からの距離をR1 とし、中心に最も近い非接合
部11の高さをH2 、中心からの距離をR2 とした。
設置条件、外筒3との接合条件を表1に示す。非接合部
11のうち、外周に最も近い非接合部11の高さをH
1 、中心からの距離をR1 とし、中心に最も近い非接合
部11の高さをH2 、中心からの距離をR2 とした。
【0059】
【表1】 このようにして製造したメタル担体に触媒を担持させ、
ガソリンエンジンの排気系に搭載して、加熱950℃1
0分、冷却150℃10分を1サイクルとする過酷な冷
熱耐久試験を実施した。第1に、900サイクル完了後
におけるメタルハニカム体の破損等の有無を評価した。
ここで、○:900サイクル後においてメタルハニカム
体の入り側および出側ともに欠け等の損傷が発生せず、
かつメタルハニカム体と外筒の境界面にずれが発生せず
合格である。
ガソリンエンジンの排気系に搭載して、加熱950℃1
0分、冷却150℃10分を1サイクルとする過酷な冷
熱耐久試験を実施した。第1に、900サイクル完了後
におけるメタルハニカム体の破損等の有無を評価した。
ここで、○:900サイクル後においてメタルハニカム
体の入り側および出側ともに欠け等の損傷が発生せず、
かつメタルハニカム体と外筒の境界面にずれが発生せず
合格である。
【0060】×:メタルハニカム体の破損やずれ等の損
傷が生じ不合格である。
傷が生じ不合格である。
【0061】次に、限界耐久テストとして、破損に到る
サイクル数を測定した。結果はともに表1に示す。
サイクル数を測定した。結果はともに表1に示す。
【0062】表1のNo.1〜6が本発明例である。N
o.1、2は非接合部の数が2である。No.3、4は
非接合部の数が4、非接合部相互の間隔が10mm、非
接合部高さは、No.3が中心側から80、80、6
0、60mm、No.4が中心側から80、70、6
0、50mmである。No.5、6は非接合部の数が
7、非接合部相互の間隔が5mm、非接合部高さは中心
側から均等に5mmづつ低くなっている。外筒との接合
は、いずれもガス出側の25mmのみを接合した。N
o.6は更にシェルを有する。メタルハニカム体2のガ
ス出側に相当する外周に厚み150μm、長さ40mm
の20Cr−5Al−Feフェライト系ステンレス鋼板
を1周巻き、シェル19を作成し、さらにその外周に巾
25mmでロウ材16を1周分付着させた。更に外筒3
の内周面に、拡散防止剤14をガス入り側から75mm
の巾で塗布した後、上記のメタルハニカム体2を組み込
んだ。
o.1、2は非接合部の数が2である。No.3、4は
非接合部の数が4、非接合部相互の間隔が10mm、非
接合部高さは、No.3が中心側から80、80、6
0、60mm、No.4が中心側から80、70、6
0、50mmである。No.5、6は非接合部の数が
7、非接合部相互の間隔が5mm、非接合部高さは中心
側から均等に5mmづつ低くなっている。外筒との接合
は、いずれもガス出側の25mmのみを接合した。N
o.6は更にシェルを有する。メタルハニカム体2のガ
ス出側に相当する外周に厚み150μm、長さ40mm
の20Cr−5Al−Feフェライト系ステンレス鋼板
を1周巻き、シェル19を作成し、さらにその外周に巾
25mmでロウ材16を1周分付着させた。更に外筒3
の内周面に、拡散防止剤14をガス入り側から75mm
の巾で塗布した後、上記のメタルハニカム体2を組み込
んだ。
【0063】900サイクル完了後測定では、いずれも
ハニカム体の破損やずれ等の損傷は発生しなかった。ま
た、限界耐久テストでは、非接合部の数が増大するに従
って破損に到るまでのサイクル数が増大している。シェ
ルを有するNo.6の耐久性が最も優れていた。
ハニカム体の破損やずれ等の損傷は発生しなかった。ま
た、限界耐久テストでは、非接合部の数が増大するに従
って破損に到るまでのサイクル数が増大している。シェ
ルを有するNo.6の耐久性が最も優れていた。
【0064】No.7〜9が比較例である。No.7、
8は非接合部なし、No.9は非接合部を1箇所のみ有
する。外筒との接合は、No.7はハニカム体の全長に
わたって接合し、No.8、9はガス出側の25mmの
みを接合した。900サイクル完了後測定ではいずれも
メタルハニカム体の破損やずれ等の損傷が発生した。特
にNo.7、8は、きわめて短いサイクルでハニカム体
のずれが発生した。
8は非接合部なし、No.9は非接合部を1箇所のみ有
する。外筒との接合は、No.7はハニカム体の全長に
わたって接合し、No.8、9はガス出側の25mmの
みを接合した。900サイクル完了後測定ではいずれも
メタルハニカム体の破損やずれ等の損傷が発生した。特
にNo.7、8は、きわめて短いサイクルでハニカム体
のずれが発生した。
【0065】
【発明の効果】本発明は、平箔と波箔との接触部を固相
拡散接合によって接合するメタル担体において、全周に
わたって少なくとも1周分、前記平箔と波箔の接触部が
接合されていない非接合部が前記メタルハニカム体内に
2箇所以上形成され、前記非接合部の少なくとも1箇所
は前記メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2未満
の範囲内に存し、更に前記非接合部の少なくとも1箇所
は前記メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2以上
離れかつ外周より内側の位置に存することにより、メタ
ルハニカム体半径方向に分布する熱応力を十分に緩和す
ることができる。
拡散接合によって接合するメタル担体において、全周に
わたって少なくとも1周分、前記平箔と波箔の接触部が
接合されていない非接合部が前記メタルハニカム体内に
2箇所以上形成され、前記非接合部の少なくとも1箇所
は前記メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2未満
の範囲内に存し、更に前記非接合部の少なくとも1箇所
は前記メタルハニカム体の中心軸から半径の1/2以上
離れかつ外周より内側の位置に存することにより、メタ
ルハニカム体半径方向に分布する熱応力を十分に緩和す
ることができる。
【0066】本発明はまた、非接合部のうちの一の非接
合部と隣接する非接合部との間には少なくとも1枚の平
箔と波箔とが接合された接合部を確保することでメタル
ハニカム体の剛性を担保することが可能になる。
合部と隣接する非接合部との間には少なくとも1枚の平
箔と波箔とが接合された接合部を確保することでメタル
ハニカム体の剛性を担保することが可能になる。
【0067】本発明は更に、非接合部の終点の存在位置
が、メタルハニカム体の断面においてアーチ形状をな
し、外周に向かうにしたがって非接合部の長さが順次短
くなるような形状を採用することにより、メタルハニカ
ム体の剛性を増大させることができる。
が、メタルハニカム体の断面においてアーチ形状をな
し、外周に向かうにしたがって非接合部の長さが順次短
くなるような形状を採用することにより、メタルハニカ
ム体の剛性を増大させることができる。
【0068】本発明は更に、メタルハニカム体と外筒と
の接合について非接合部及び接合部を形成することによ
り、急熱−急冷時の熱応力を緩和し、メタルハニカム体
の耐久性を向上することができる。
の接合について非接合部及び接合部を形成することによ
り、急熱−急冷時の熱応力を緩和し、メタルハニカム体
の耐久性を向上することができる。
【0069】本発明は更に、メタルハニカム体の外周に
シェルを形成することにより、従来より高温にかつ急速
に加熱され、加熱と冷却が繰り返された際の耐久性に優
れている。
シェルを形成することにより、従来より高温にかつ急速
に加熱され、加熱と冷却が繰り返された際の耐久性に優
れている。
【図1】メタル担体の外観を示す斜視図である。
【図2】メタルハニカム体を形成する様子を示す概略図
である。
である。
【図3】本発明のメタル担体の断面図である。
【図4】本発明のメタル担体の断面図である。
【図5】本発明のメタルハニカム体の熱応力緩和を示す
断面図である。
断面図である。
【図6】本発明のメタルハニカム体の部分断面図であ
る。
る。
【図7】本発明のメタルハニカム体の部分断面図であ
る。
る。
【図8】本発明のメタル担体の断面図である。
【図9】本発明のメタル担体の断面図である。
【図10】本発明のメタルハニカム体の熱応力緩和を示
す断面図である。
す断面図である。
【図11】本発明のメタル担体の断面図である。
【図12】本発明のメタル担体の断面図である。
【図13】本発明のメタルハニカム体の製造状況を示す
概念図である。
概念図である。
【図14】本発明のメタルハニカム体の製造状況を示す
概念図である。
概念図である。
【図15】本発明のメタル担体の断面図である。
【図16】本発明のメタル担体の断面図である。
【図17】本発明のメタルハニカム体の製造状況を示す
概念図である。
概念図である。
【図18】本発明のメタルハニカム体の製造状況を示す
概念図である。
概念図である。
【図19】本発明のメタル担体における真空熱処理温度
と箔厚との関係を説明するためのグラフである。
と箔厚との関係を説明するためのグラフである。
1 メタル担体 2 メタルハニカム体 3 外筒 4 通気孔 5 平箔 6 波箔 7 稜線 9 接触部 10 接合部 11 非接合部 12 非接合部 13 接合部 14 拡散防止剤 15 塗布装置 16 ロウ材 19 シェル 20 境界非接合部 S 中心軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加古 卓三 東海市東海町5−3 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 Fターム(参考) 3G091 AA02 AB01 BA08 BA10 BA39 FB03 FC08 GA08 GA12 GA13 GB01X GB01Z HA27 HA31 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB05 BA39X BB02 4G069 AA01 AA08 BA17 CA03 CA09 DA06 EA18 EA24 EA27
Claims (18)
- 【請求項1】 フェライト系の耐熱性高合金鋼からなる
平箔と該平箔を波付け加工した波箔を交互に積層または
一緒に巻き込み、前記平箔と波箔を接合してなるメタル
ハニカム体において、ガス出側となる一端を起点とし、
該起点から前記メタルハニカム体の中心軸方向の全長の
9/20〜9/10の範囲の長さだけ前記メタルハニカム体
内に位置した点を終点として、全周にわたって少なくと
も1周分、前記平箔と波箔の接触部が接合されていない
非接合部が前記メタルハニカム体内に2箇所以上形成さ
れ、前記非接合部の少なくとも1箇所は前記メタルハニ
カム体の中心軸から半径の1/2未満の範囲内に存し、
更に前記非接合部の少なくとも1箇所は前記メタルハニ
カム体の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周より
内側の位置に存し、前記平箔と波箔の他の接触部が固体
拡散接合されてなることを特徴とする排ガス浄化触媒用
メタルハニカム体。 - 【請求項2】 前記非接合部のうちの一の非接合部と隣
接する非接合部との間には少なくとも1枚の平箔と波箔
とが接合された接合部を有してなることを特徴とする請
求項1に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 - 【請求項3】 前記非接合部のうち前記メタルハニカム
体の中心軸から半径の1/2未満の範囲内に存する非接
合部の起点から終点までの距離の平均値は、前記メタル
ハニカム体の中心軸から半径の1/2以上離れかつ外周
より内側の位置に存する非接合部の起点から終点までの
距離の平均値よりも大きいことを特徴とする請求項1又
は2に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 - 【請求項4】 前記非接合部の起点は、ガス出側となる
一端から前記メタルハニカム体の軸方向の全長の1/10
未満の長さだけ前記メタルハニカム体内に位置した点に
存することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 - 【請求項5】 前記メタルハニカム体の外周と該メタル
ハニカム体が挿入される外筒との間に、ガス入り側とな
る一端から前記メタルハニカム体の全長の1/3以上の
長さだけガス出側となる他端に向かって位置する点を起
点とし、該起点から前記ガス出側となる他端に向かって
前記メタルハニカム体の中心軸方向の全長の1/2以下
の長さを終点とする範囲にわたって接合部が形成される
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の排
ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 - 【請求項6】 前記メタルハニカム体の外周に、平箔又
は波箔を1周以上更に巻き付けてシェルを形成し、前記
外周とシェルおよびシェル同士を接合することを特徴と
する請求項1乃至4のいずれかに記載の排ガス浄化触媒
用メタルハニカム体。 - 【請求項7】 前記シェルが、前記メタルハニカム体を
形成する平箔又は波箔がシェルの形成分だけ長尺にされ
た金属箔であることを特徴とする請求項6に記載の排ガ
ス浄化触媒用メタルハニカム体。 - 【請求項8】 前記シェルが、前記メタルハニカム体を
形成する金属箔と別の平箔又は波箔であることを特徴と
する請求項6に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカム
体。 - 【請求項9】 前記シェルの厚さが100〜500μm
であることを特徴とする請求項6に記載の排ガス浄化触
媒用メタルハニカム体。 - 【請求項10】 前記メタルハニカム体の外周とシェル
およびシェル同士が固相拡散接合されていることを特徴
とする請求項6に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカ
ム体。 - 【請求項11】 前記シェルを外周に有するメタルハニ
カム体の外周と該メタルハニカム体が挿入される外筒と
の間に間隙を有することを特徴とする請求項6に記載の
排ガス浄化触媒用メタルハニカム体。 - 【請求項12】 前記シェルを外周に有するメタルハニ
カム体と該メタルハニカム体が挿入される外筒との間お
よび前記シェルの外周の一部と前記外筒との間に間隙を
有することを特徴とする請求項6に記載の排ガス浄化触
媒用メタルハニカム体。 - 【請求項13】 前記非接合部に相当する位置に拡散防
止剤を供給しつつ平箔と波箔を巻き回してメタルハニカ
ム体を形成し、得られたメタルハニカム体を処理温度1
100℃〜1250℃、処理時間30分〜90分及び到
達真空度3×10-4〜5×10-5Torrの処理条件で
熱処理して、前記非接合部に相当する位置以外の平箔と
波箔の接触部を固体拡散接合することを特徴とする請求
項1乃至5のいずれかに記載の排ガス浄化触媒用メタル
ハニカム体の製造方法。 - 【請求項14】 前記非接合部に相当する位置に拡散防
止剤を供給しつつ平箔と波箔を巻き回してメタルハニカ
ム体を形成し、該メタルハニカム体の外周に、該メタル
ハニカム体を形成する平箔又は波箔を1周以上巻き付け
てシェルを形成し、その後得られたメタルハニカム体を
処理温度1100℃〜1250℃、処理時間30分〜9
0分及び到達真空度3×10-4〜5×10-5Torrの
処理条件で熱処理して、前記非接合部に相当する位置以
外の平箔と波箔の接触部を固体拡散接合することを特徴
とする請求項6乃至12のいずれかに記載の排ガス浄化
触媒用メタルハニカム体の製造方法。 - 【請求項15】 前記シェルが前記メタルハニカム体を
形成する金属箔と別の平箔又は波箔であることを特徴と
する請求項14に記載の排ガス浄化触媒用メタルハニカ
ム体の製造方法。 - 【請求項16】 前記メタルハニカム体を形成するに際
し、該メタルハニカム体の外周に設けられたシェルの外
周面にロウ材を付着させ、かつシェルの設けられていな
い前記メタルハニカム体の外周面に拡散防止剤を付着さ
せた後に前記メタルハニカム体を外筒に組み込み、熱処
理をほどこすことを特徴とする請求項14に記載の排ガ
ス浄化触媒用メタルハニカム体の製造方法。 - 【請求項17】 前記シェルの外周面の一部にロウ材を
付着させ、該外周面の残りの部分に拡散防止剤を付着さ
せることを特徴とする請求項14に記載の排ガス浄化触
媒用メタルハニカム体の製造方法。 - 【請求項18】 前記固相拡散接合を前記金属箔の箔厚
t(μm)に応じて下記式の温度T(℃)範囲で真空熱
処理を行うことを特徴とする請求項13又は14に記載
の排ガス浄化触媒用メタルハニカム体の製造方法。 1100≦T≦1.7 ×t+1165
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10274515A JP2000102830A (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 排ガス浄化触媒用メタルハニカム体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10274515A JP2000102830A (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 排ガス浄化触媒用メタルハニカム体及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000102830A true JP2000102830A (ja) | 2000-04-11 |
Family
ID=17542782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10274515A Pending JP2000102830A (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 排ガス浄化触媒用メタルハニカム体及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000102830A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102528272A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-07-04 | 浙江天泽环境科技有限公司 | 金属载体及金属载体焊接工艺 |
-
1998
- 1998-09-29 JP JP10274515A patent/JP2000102830A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102528272A (zh) * | 2011-12-23 | 2012-07-04 | 浙江天泽环境科技有限公司 | 金属载体及金属载体焊接工艺 |
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