JP2599612B2 - 排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母体 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持母体

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として
排気管の途中に介装される、排気ガス浄化用触媒を担持
させるための金属製担持母体に関する。
更に詳しくは、本発明は金属製担持母体の筒状金属ケ
ースの金属材料を二重構造とすることにより、厳しい使
用環境条件下のもとで生起する金属製担持母体を構成す
る部材である平板と波板の帯材相互又は積層体と金属ケ
ースとの離体(はがれ)や割れ、及び金属ケース外面の
腐食などを防止して、十全なる機能を遂行しうる金属製
担持母体を提供しようとするものである。
(従来の技術) 従来、この種の排気ガス浄化用触媒を担持させるため
の金属製担持母体は、単位体積当りの担持面積を大きく
するように、即ち、単位体積当りの排気ガスと排気ガス
浄化用触媒との有効接触面積を可能な限り大きくするよ
うに、さらに、金属製担持母体の自重を可能な限り軽量
化するために、薄肉平板状の金属帯材と、波板状の金属
帯材とを階層状に積層した構造、又は一括して巻回積層
した構造のものが知られている。
例えば、0.1m/m以下の耐熱性の薄肉鋼板からの平板状
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
巻状にし巻回して一定方向に排気ガス通路のための多数
の網目状通気孔路をもつ積層体とされる。そして、この
巻回積層された積層体は、両端が開口した筒状で一重構
造の金属ケースに収納されるとともに積層体の構成部材
は相互に接合され、耐振構造のものとされる。即ち、平
板状帯材と波板状帯材とと当接部や巻回積層体と金属ケ
ースとの当接部は溶接やろう接などにより接合されてい
る。
(発明が解決しようとする課題) 積層体を構成する耐熱性の薄肉鋼板としては、一般に
クロム鋼(Cr 11〜13.5%),クロム−アルミニウム鋼
(Cr 20%,Al5%)等の熱膨張係数の小さいフェライト
系ステンレス鋼が使用され、また金属ケースとしては高
温での機械的強度及び外気に対する耐食性の要求から熱
膨張係数が大きくなるがオーステナイト系ステンレス鋼
製の一重構造のものが使用されている。
しかしながら、前記した積層体の平板状帯材と波板状
帯材相互、及び積層体と金属ケースとの接合には、自動
車の排気系統の温度が高いため、耐熱性のあるNiなどの
高温ろう材によるろう付を行なう必要があり、ろう付時
の高い昇温により熱膨張係数の大きいオーステナイト系
ステンレス鋼からなる金属ケースが大きく熱膨張するの
に対し、熱膨張係数の小さいフェライト系ステンレス鋼
からなる積層体はあまり膨張せず、そのため相互の当接
部には隙間を生じることになる。加えて、この種の金属
製担持母体を自動車の排気系統に実装させた場合、−20
〜900℃という冷熱サイクルのもとで金属製担持母体の
構成部材は、その熱膨張係数の大きな差のため積層体と
金属ケースの当接部付近に歪(熱ひずみ)が発生して熱
応力を繰返して受けることになり、且つエンジンなど外
部からの振動に伴う応力も加わって高い疲労応力を受け
ることになる。その結果、当接部材の金属製担持母体の
構成部材は離体しようとする傾向が大きくなり、割れや
破損を発生しやすくなるが、従来のものではこれら疲労
破壊を十全に防止することができない。
本発明の目的は、長期に亘り金属製担持母体の構成部
材間の離体(はがれ)や、構成部材の割れを防止し得
て、且つ高温使用下での充分な耐食性を具える排気ガス
浄化用触媒を担持するための金属製担持母体を提供する
ことにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明を概説すれば、本発明は、薄肉金属板の平板状
帯材と波板状帯材とを互に当接するように重積して渦巻
状又は階層状に成形した軸芯方向に多数の網目状通気孔
路を有する積層体を、筒状金属ケースに填装してなる排
気ガス浄化用触媒を担持させるための金属製担持母体に
おいて、前記筒状金属ケースが、内側部分の金属材料を
積層体の構成部分の熱膨張率に近似させ、一方外側部分
の金属材料を内側部分より耐熱性に富むものとした二重
構造に構成したものであることを特徴とする排気ガス浄
化用触媒を担持するための金属製担持母体に関するもの
である。
以下、本発明の構成を詳しく説明する。
前記した如く、本発明においては、排気ガス浄化用触
媒を担持させるための金属製担持母体の性能向上のため
に、平板状帯材と波板状帯材との積層体を充填する金属
ケースの二重構造化を行なっている点に最大の特徴があ
る。
前記したように従来技術においては、ろう接などの接
合手段により金属製担持母体の構成部材、特に平板及び
/又は波板状帯材の離体(はがれ)を防止して、耐振構
造のものにしようとしているが、一定の限界があるもの
である。また、この種の金属製担持母体は苛酷な温度条
件下で使用されるが、このような環境下での熱ひずみに
起因して、構成部材、特に平板及び/又は波板状帯材は
破損や割れなどを起こしやすいが、従来技術においては
その有効な対策がなされていない。
本発明は、金属製担持母体の金属ケースを構成する金
属材料を二重構造化することにより、金属ケースの耐熱
性と耐食性を維持しながら熱ひずみに帰因した金属製担
持母体の構成部材間の離体(はがれ)、構成部材の破損
や割れなどを防止している点に最大の特徴がある。
本発明において、筒状金属ケースを構成する金属材料
の二重構造化は、次のようにして行なわれる; (i) 従来の金属ケースの構成材料として、一般にフ
ェライト系ステンレス鋼のみ、あるいはオーステナイト
系ステンレス鋼のみからなるものが使用されている。
(ii) 前記フェライト系ステンレス鋼製の金属ケース
は、安価であるがオーステナイト系のものと比較して耐
熱性(高温下における機械的強度)が不十分で、かつ高
温下での耐酸化性に劣る。一方、オーステナイト系のも
のは耐熱性、耐食性に優れるが高価である。
また熱膨張特性をみると、前者のフェライト系ステン
レス鋼は平板状帯材と波板状帯材に使用されている耐熱
鋼、例えば、 クロム鋼(JIS、G 4305、SUS 4101U)(Cr 11〜13.5
%)、Cr 20%、Al 5%のフェライト系ステンレス鋼、 などの耐熱鋼の熱膨張率と近似している。一方、オース
テナイト系ステンレス鋼はこれに比して大きな熱膨張率
を有している。
(iii) 以上の点から、本発明の金属ケースを構成す
る金属材料の二重構造化は、 ● 金属ケースの内側部分に、積層体を構成する部材、
即ち耐熱性の薄肉金属板である平板状帯材と波板状帯材
の熱膨張率に近似した金属材料を使用すること、例えば
フェライト系ステンレス鋼(具体的にはSUS 430な
ど)、 ● 金属ケースの外側部分に、耐熱性、耐酸化性に優れ
た金属材料を使用すること、例えばオーステナイト系ス
テンレス鋼(具体的にはSUS 310Sなど)、 により達成される。
前記した如く、本発明の金属製担持母体に使用される
金属ケースは好適にはフェライト系ステンレス鋼とオー
ステナイト系ステンレス鋼とによるクラッド鋼から構成
されるものである。
以上のような観点で筒状金属ケースに使用される金属
材料を複合化し二重構造とすると、積層体の構成部材と
ケーシングの内側部分とは熱膨張率が近似しているため
熱ひずみを有効に吸収するとともに、ケーシングの外側
部分は高温下での機械的強度及び耐酸化性の改善に寄与
するため、従来より飛躍的に優れた排気ガス浄化用触媒
を担持するための金属製担持母体が得られる。
次に本発明の排気ガス浄化用触媒を担持するための金
属製担持母体を図面により詳しく説明する。
第1図は本発明の金属製担持母体の斜視図である。金
属製担持母体(1)は、次のようにして製作される。耐
熱性の薄肉金属板からなる平板状帯材(21)と波板状帯
材(22)とを交互に重積し、これを一括渦巻状に巻回成
形して積層体(2)を作る。次いで該積層体(2)は、
筒状金属ケース(3)に填装され、各構成部材間がろう
接などにより接合されて金属製担持母体(1)とされ
る。あるいは第2図に示すように耐熱性の薄肉金属板か
らなる平板状帯材(21)と波板状帯材(22)とを交互に
階層状に重積して積層体(2)を作り、これを金属ケー
ス(3)に填装し、各構成部材間が接合されて金属製担
持母体(1)とされる。
本発明の最大の特徴とする金属ケースの構成材料の複
合化されて二重構造となった様子は、第3図に示され
る。即ち、金属ケース(3)は、外側金属部材(31)と
内側金属部材(32)とのクラッド構造となっている。
(実施例) 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明する
が、本発明の要旨を超えない限り本発明は実施例のもの
に限定されるものではない。
実施例1 (i) 積層体の製作 Cr 20%、Al 5%のフェライト系ステンレス鋼の厚さ
が0.04m/m、幅74.5m/mの耐熱性の薄肉鋼帯からなる平板
状帯材と、この帯材を更にフォーミングギアの間を通し
て長手方向に山と山のピッチ幅2.5m/mの波形に加工した
波板状帯材とを、互に当接部を有するように重ね合わせ
た。次に、これを一括渦巻状に巻き込んで要所を点溶接
により固定し、外径約70m/mの軸芯方向に多数の網目状
通気孔路を有する積層体を形成した。
(ii) 金属ケースの製作 内側の金属材料として外表面にNi系ろう材を被覆した
フェライト系ステンレス鋼であるSUS430製鋼管を使用
し、また外側の金属材料としてオーステナイト系ステン
レス鋼であるSUS310S製鋼管用いて合せ引き工程にて密
着させ、内径約70m/m、肉厚1.2m/m、長さ75m/mの複合管
製金属ケースを作成した。
前記した積層体を該金属ケースに圧入填装し、ろう材
を塗布した後、加熱処理して帯材同志、積層体と金属ケ
ースとの当接部、及び金属ケースの内外層間を一括ろう
付けした。このようにして熱ひずみに対して十分なる耐
性を有し、且つ耐食性のある排気ガス浄化用触媒を担持
するための金属製担持母体を得ることができた。
実施例2 (i) 積層体の製作 実施例1と同種の耐熱性薄肉鋼帯を用いて、平板状帯
材と波板状帯材を切り揃え、該帯材を交互に階層状に積
層し、次いで要所を溶接接合して約145m/m×85m/mの長
円形断面と、長さ115m/mの軸心方向に多数の網目状通気
孔路を有する積層体を形成した。
(ii) 金属ケースの製作 内側の金属材料がフェライト系ステンレス鋼であるSU
S 430、外側の金属材料がオーステナイト系ステンレス
鋼であるSUS 309Sからなるクラッド鋼管を長さ115m/mに
切断して内径約145m/m×85m/m、肉厚2.0m/mの長円形断
面に成形して複合管製金属ケースを作成した。
前記した積層体を該長円形断面の金属ケースに圧入填
装し、ろう材を塗布した後、加熱処理して帯材同志、及
び積層体と金属ケースとの当接部を一括ろう付けした。
これにより実施例1と同様の金属製担持母体を得ること
ができた。
〔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金属製
担持母体は、その構成部材の1つである筒状金属ケース
を、 (i) ケース内に填装される積層体の構成部材、即ち
平板状帯材と波板状帯材の熱膨張率と近似した金属材料
をケースの内側になるように、及び (ii) 耐熱性、耐食性に優れた異質の金属材料をケー
スの外側になるように、 複合化し、二重構造として構成しているため、過酷な温
度条件下での使用に際して生起する熱ひずみを有効に吸
収する。従って、本発明の金製担持母体は、構成部材間
の離体(はがれ)、及び構成部材、特に帯材の破損や割
れを有効に防止することができ、且つ外気に接する金属
ケースが過酷な温度条件下で使用されても優れた耐食性
を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の排気ガス浄化用触媒を担持するための
巻回状の金属製担持母体の斜視図、第2図は階層状の金
属製担持母体の斜視図である。第3図は金属ケースの要
部拡大断面図である。 1……金属製担持母体 2……積層体 21……平板状帯材 22……波板状帯材 3……金属ケース 31……外側金属部材 32……内側金属部材

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを
    互に当接するように重積して渦巻状又は階層状に成形し
    た軸芯方向に多数の網目状通気孔路を有する積層体を、
    筒状金属ケースに填装してなる排気ガス浄化用触媒を担
    持させるための金属製担持母体において、前記筒状金属
    ケースが、内側部分の金属材料を積層体の構成部材の熱
    膨張率に近似させ、外側部分の金属材料を内側部分より
    耐熱耐食性に富むものとした二重構造に構成したもので
    あることを特徴とする排気ガス浄化用触媒を担持するた
    めの金属製担持母体。
  2. 【請求項2】筒状金属ケースが、内側部分の金属材料と
    してフェライト系ステンレス鋼を、外側部分の金属材料
    としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたクラッド
    鋼から構成されるものである請求項1記載の排気ガス浄
    化用触媒を担持するための金属製担持母体。
  3. 【請求項3】筒状金属ケースの内側部分の金属材料と外
    側部分の金属材料が、ろう付されている請求項1又は2
    記載の排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製担持
    母体。
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