JP2523701B2 - 自動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法 - Google Patents

自動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法

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JP2523701B2 JP62266624A JP26662487A JP2523701B2 JP 2523701 B2 JP2523701 B2 JP 2523701B2 JP 62266624 A JP62266624 A JP 62266624A JP 26662487 A JP26662487 A JP 26662487A JP 2523701 B2 JP2523701 B2 JP 2523701B2
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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金属基
体の製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、自動車の排気ガス規制が法制化され、ほとんど
の乗用車に触媒コンバーターが設置されるようになっ
た。従来の触媒コンバーターは、コージライトを焼成し
てなるハニカムに貴金属触媒を担持させたγ−アルミナ
粉を焼き付けるものであったが、ハニカムがセラミック
製で衝撃に弱いことや背圧がやゝ大きいなどの欠点があ
った。極く最近ではこれらの欠点のないステンレス製の
メタルハニカムが注目されている。メタルハニカムの構
成は特開昭59−162317号や特開昭56−96726号に開示さ
れている如く、厚さが数十μmの耐熱ステンレス箔の平
板と波板を交互に重ねてこれを積層したものや巻き込ん
で成形し、相互にろう付け又はかしめで固定したもので
ある。しかしながらこれらのメタルハニカムもろう付け
作業が煩雑であるうえ、波板と平板の接触部の孔の形状
が鋭角をなしている部分があり、こゝに厚くγ−アルミ
ナ粉が付着して触媒反応に関与できない貴金属触媒が生
じて効率が悪いなどの欠点を有していた。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は従来の金属担体の製法や構造上の欠点に鑑
み、ろう付けやかしめを用いることなく、また孔の形状
がハニカムの外周部を除いてほゞ六角形になって鋭角部
分のない金属担体を製造する方法を提供するものであ
る。
(問題点を解決するための手段) 本発明はステンレス鋼の極薄板の波板と平板を交互に
積層又は巻き込むことによりハニカム形状の母基体を
得、該母基体を耐熱鋼管内に装入または耐熱鋼板で周囲
を巻いた後に耐熱鋼板を溶接することによりハニカムの
母外筒を形成し、さらに該母基体の各孔に易溶削線材を
装入した後に該母基体の両端部を鋼材でふさぎ、次いで
該母基体を熱間加工により断面積を1/4以下に減少せし
め、次いで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材部分を除去することを特徴とす
る自動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法で、
その第2のものは易溶削線材の表面をAl被覆して母基体
の各孔に装入することを特徴とする前記の方法で、その
第3のものは、易溶削線材と母基体のすき間にAl粉又は
Al粉とCr粉を装入することを特徴とする前記の方法で、
その第4のものは母基体を熱押し、又は熱間圧延により
断面積を1/4以下に減少せしめた後、又はこれを所定の
長さに切断した後に、熱間加工により該母基体を屈曲さ
せることを特徴とする前記の方法である。
以下に本発明を詳細に説明する。
(作用) 本発明でいうステンレス鋼とは、最終的にはハニカム
を構成する部分となり、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あれば、フェライト系,マルテ
ンサイト系,オーステナイト系,またはこれらの混合系
のいずれのステンレス鋼も可とするが、特にエンジン排
ガスに対する高度の耐酸化性を保有し、且つ本発明での
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、C 0.05%以下,Si 4%以下,
Mn 10%以下,Ni 0〜60%,Cr 11〜30%,Al 0〜6%,Mo,C
o,Wは合計で0〜10%、Ti,Nb,Zr,Hfは合計で0〜3%、
Y,REMは合計で0〜0.2%、Mg,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C
u,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。
次に本発明でいう極薄板とは、最終的にハニカムを構
成したときに所定の厚さになるように後の熱間加工で減
肉することを考慮してその板厚を決定すればよい。また
本発明においては通常のハニカムを得るのと同様にして
波板と平板を交互に積層又は巻き込み、耐熱鋼よりなる
母外筒内に装入する。この母外筒も熱間加工により減肉
して最終的に外筒になることを考慮してその板厚を決定
する。またこゝでいう耐熱鋼とは9%以上のCrを含有す
る鋼をいう。次にこの母基体の各孔に装入する易溶削線
材とは、ハニカムの孔となる部分に対応する空間を確保
するためのもので、最終的には化学的又は電気化学的処
理によって除去されるもので、前記のステンレス鋼や外
筒となる耐熱鋼より化学的又は電気化学的処理によって
溶け易く、また熱間加工性の良好なものであることが望
ましく、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Ni鋼等のいずれでも
良い。またその形状は線状、棒状、粉体の中から必要に
応じて選択できる。さらに上記の条件を満すならば、金
属に限らず、Al2O3,MgO,SiO2,CaO,CaCO3等の酸化物粉末
を前記の易溶削線材と併用することも可能である。
次に本発明においてはハニカム体の耐酸化性を増す目
的で易溶削線材にAl被覆して母基体の孔に装入する方
法、又は易溶削線材と母基体のすき間にAl粉又はAl粉と
Cr粉を装入するなどして、後の熱間加工に於ける加熱と
加工を通じてA又はAlとCrをハニカムに富化することを
可とする。
かくして得られた母基体の両端部を鋼材でふさぎ、次
いで該母基体を熱押し又は熱間圧延等通常鋼管、型鋼や
線材などに用いられる熱間加工方法により断面積を1/4
以下に減少せしめる。ここにおいて断面積の減縮率を1/
4以下に限定した理由は、熱間加工により断面積を1/4以
下にすることにより、ハニカムを構成するステンレス薄
板が高温で外周部からの圧縮応力のもとに長手方向に押
し延ばされる結果、互に金属接合を生じ、更に芯材とし
ての易溶削線材の断面も正六角形に近い形になる。また
外筒の仕上り断面の形状は円、楕円、その他必要に応じ
て所定のものにすることができる。また断面を減縮する
熱間加工の後または同時に、全体を熱間加工で曲げ加工
やねじり加工の一方又は双方を行えば最終的に屈曲した
り、ねじれのあるハニカム基体を得ることができる。か
くして本発明は熱間加工を含むことにより、各種の形状
のハニカム基体を得ることができる利点を有する。
次にこれを浄化装置用基体として必要な長さ、例えば
50〜200mmに切断し、更に化学的又は電気化学的処理に
より、易溶削材の部分を溶解除去すると、ハニカム状の
ステンレス鋼とそれを包む耐熱鋼の外筒が残る。なおこ
ゝ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材と
で、溶解速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や超
音波又は振動を加えて選択的あるいは優先的溶解を促進
させる処理をいう。
更に本発明においては、熱間加工により断面積を減縮
した後、やはり熱間加工によりこれを長手方向に対して
屈曲させたりねじるなどした後に、切断と芯材の溶削を
行うことにより各種の変形ハニカムを得ることが出来
る。
次に実施例により本発明の具体例を説明する。
(実施例−1) 厚さ0.15mm、巾450mmの20Cr−5Alの平板に対してピッ
チ7.5mm高さ3.75mmのコルゲート加工をほどこし、平板
と重ねて直径204mmになるまで巻き込んだ。外筒母材と
して厚さ3.2mmの15Cr−4Alの熱延鋼板で該ハニカム母基
体をしめつけながら巻き、会合部をTIG溶接して母外筒
を構成した。
次に、該ハニカムの各孔に直径3.2mm、長さ450mmの鋼
線を夫々さし込んだ後(第1図(イ))、両端部を炭素
鋼中板(厚さ20mm)から切り出したふたを溶接してふさ
いだ。この際ふたの中心部には空気ぬけとして直径2mm
の穴をあけた(第1図(ロ))。次に該母基体を1200℃
に加熱した後熱押しにかけて直径を73mmに減縮して押し
出した。次にこれを100mmの長さに切断し、濃度15%の
硝酸中に浸漬して、鋼線の部分を溶削した。この際溶削
速度を上げるために溶削槽を加振器で振動させ、また押
し出し材を液面から何度も引き上げるなど行い、かつ酸
を適宜補充して酸の劣化を防止した。
これとは別に比較材として従来法に従い15Cr−4Alの5
0μ厚×100mm巾の箔をピッチ2.5mm、高さ1.25mmでコル
ゲート加工し、平板と重ね合わせて70φにまで巻き込
み、15Cr−4Alの1.5tの波板で外筒を構成し、ハニカム
同志、ハニカムと外筒をNiろうでろう付けを行い通常の
メタル担体を得た。かくして得られたメタル担体は前記
の熱押しによる(本発明法)ものとハニカムの総断面積
38cm2、総開孔数約2,300個がほゞ同じで、孔の形は本発
明法によるものが正六角形〜変形五角形(周辺部)であ
るのに対し、比較材は正弦波状であった。
これらのメタル担体を大気中で900℃×2時間加熱処
理をした後に、平均厚さの40μのγ−Al2O3のウォシュ
コート層を形成させ、これにPtとRhの貴金属触媒を担持
させて、処理前後のメタル担体の重量差からγ−Al2O3
ウォシュコートの担持量(極微量のPt・Rhを含む)を算
出し、さらに排気量1800ccのエンジンに接続して2500rp
mでの排気ガスの浄化率と5500rpmでの圧損を測定した。
これらの測定結果と、γ−Al2O3粉の担持量を本発明法
による担体と従来法によるものとに分けて第1表に比較
した。同表から判るように本発明法と従来法による担体
では排ガスの浄化率には有意義はみられなかったが、γ
−Al2O3の担持量は本発明法によるものが少なくてす
み、圧損も小さい。このことは本発明法による担体がよ
り少量の白金触媒で排気ガスの浄化が可能で、エンジン
に与える負荷も少ないことを示している。
(実施例−2) 実施例−1と同様にして15Cr−4Alの0.15mm厚の薄板
でハニカム母基体を作り、太さ3mmの鋼線に溶融Alめっ
きをほどこしたものをハニカムにさし込んで、他は実施
例−1と同じ方法でメタル担体を得た。熱押し後に断面
の金属組織を観測したところ、芯材の鋼線の表面層近く
にはFeとAlの化合物層があってそれより内部にはAlは拡
散していないようであったが、ハニカムを形成するステ
ンレス側には化合物層はなく、Alはステンレス側によく
拡散して固溶していることを示す組織であった。EPMAで
ステンレス側の組成を測定したところ、表面付近のAl濃
度がやゝ高かったが平均して14Cr−8Alの組成になって
いることが判明した。(本発明の2) またこれとは別にSUS 430(16Cr鋼)の0.15tの薄板で
ハニカム母基体を形成し、実施例−1と同様にして外筒
母材をつけた。このハニカムの各孔に2.8φの鋼線をさ
し込み、且つハニカムと鋼線のすき間にAl粉とCr粉の重
量比で1:1の混合粉をつめ込んだ。かくして得られた母
基体の前後を普通鋼厚板でふさぎ、実施例−1と同様に
してメタル担体を得た。(本発明の3) また実施例−1の比較材として使用した15Cr−4Al鋼
の50μ厚の箔を用いて製作したメタル担体も併せて、3
種のメタル担体を直接排気量2000ccのエンジンに接続し
て排ガス温度が950〜1000℃になるように点火位置をず
らして5500rpmで300時間の耐久試験に供した。その結果
比較材は異常酸化によるハニカムの一部消失が生じたの
に対し、本発明法による前二者のものは特に異常なく耐
久試験に耐えた。
(実施例−3) 実施例−1で熱押しされた溶削前の丸棒状の複合素材
の一部を切り取り、熱間鍛造により丸棒中心軸で半径約
150mmになるように曲げ加工を行い長さ160mm(中心軸
長)に切断し、実施例−1と同様にして芯材の溶削除去
を行い屈曲メタル担体を得た(第2図)。このことは本
発明方法により自動車の狭いエンジンルームの空間に適
合するような任意の形状の触媒担体を作り得ることを示
している。
(実施例−4) 実施例−1で熱押しされた溶削前の丸棒状の複合素材
を600mmの長さに切り取り、1200℃に加熱し両端で360゜
ねじり加工した。冷却後長さ140mmに切断し実施例−1
と同様にして芯材の溶削除去を行い、第3図に示すよう
なねじれのあるメタル担体を得た。
(発明の効果) 以上の如く本発明は、触媒用ハニカム担体として理想
的な正六角形に近い孔形状のメタル担体を得ることが出
来るうえ、屈曲したものやねじれの入ったメタル担体の
製造法を提供するもので、高価な貴金属触媒の有効利
用、エンジンルーム空間の有効活用、触媒の反応効率の
向上等に寄与するものであって、その産業上の利益はき
わめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるメタル担体母体を示す図、第2図
は本発明によって得られた屈曲メタル担体の概略図を夫
々示す。第3図は本発明によって得られたねじれのある
メタル担体の概略図である。 1……ステンレス薄板によるハニカム母基体、2……芯
材の易溶削線材、3……母外筒、4……ハニカム母基体
と芯材の複合体、5,5′……端板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 常利 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社光製鐵所内 (72)発明者 鶴田 俊樹 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社光製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭57−9535(JP,A) 特開 昭62−9724(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステンレス鋼の極薄板の波板と平板を交互
    に積層又は巻き込むことによりハニカム形状の母基体を
    得、該母基体を耐熱鋼管内に装入または耐熱鋼板で周囲
    を巻いた後に耐熱鋼板を溶接することによりハニカムの
    母外筒を形成し、さらに該母基体の各孔に易溶削線材を
    装入した後に該母基体の両端部を鋼材でふさぎ、次いで
    該母基体を熱間加工により断面積を1/4以下に減少せし
    め、次いで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材部分を除去することを特徴とす
    る自動車排ガス浄化装置用ハニカム基体の製造方法。
  2. 【請求項2】易溶削線材の表面をAl被覆して母基体の各
    孔に装入することを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の方法。
  3. 【請求項3】易溶削線材と母基体のすき間にAl粉又はAl
    粉とCr粉を装入することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の方法。
  4. 【請求項4】母基体を熱押し、又は熱間圧延により断面
    積を1/4以下に減少せしめた後、又はこれを所定の長さ
    に切断した後に、熱間加工により該母基体を屈曲又はね
    じり加工の一方又は双方を行うことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項ないし第3項のいづれかに記載の方法。
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