JP2640989B2

JP2640989B2 - 触媒担持用メタル担体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2640989B2
Application number: JP50346893A
Authority: JP
Inventors: 義一小柴; 幸夫青木
Original assignee: NIPPON YAKIN KOGYO KK
Current assignee: NIPPON YAKIN KOGYO KK
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は自動車、オートバイ等の内燃機関における排
ガス浄化用触媒物質を担持するメタル担体の製造方法に
関し、特に激しい熱サイクル、ガス圧力を負荷した場合
でも、テレスコープを発生しない強固に接合されたメタ
ル単体及びその製造に関する。

背景技術従来、排ガス浄化用触媒を担持するメタル担体は、通
常メタルハニカム構造体と称されるもので、平板状鋼板
と波形状鋼板とを重ね合せ、これを円筒状に捲回して平
板状鋼板と波形状鋼板とが交互に層状に配置した形状の
もので、各層をスポット溶接もしくはろう付して一体と
している。

例えば特開昭54−13462号公報には平板状鋼板と波形
状鋼板とを相互に電子ビーム溶接、又は、レーザビーム
溶接等によるスポット溶接によって一体化する方法が記
載されている。しかし、スポット溶接の場合には、ハニ
カム構造体の軸方向の全ての個所について溶接すること
はできず、ハニカム構造体の端面近傍の限られた個所し
か溶接できない。

また、特公昭63−44466号にはろう付によってハニカ
ム構造体を形成する方法が開示されている。ろう付手段
としては、平板状鋼板と波形状鋼板とを重ねて巻回する
前に両鋼板間にろう材を介在させる方法、或は巻回後に
ろう材を塗布、融着させる方法、或はろう材として液状
バインダーを混合した溶液中に浸漬する方法等がある。
しかし、ハニカム構造体の鋼板には触媒を担持させるた
め、この場合も、スポット溶接の場合と同様に、ハニカ
ム構造体の端面に限られた個所にろう付けすることが一
般的である。

このように、スポット溶接、或いはろう付の何れの場
合もハニカム構造体の端面した接合できないので接合強
度も必ずしも満足するような値ではなかった。

すなわち、本発明者は、外径200mmφ、長さ150mmのハ
ニカム構造体の端面のスポット溶接を施したもの、ろう
付を施したものを押し抜きテストし、その強度を測定し
た。スポット溶接は、メタル担体の両端より各々5mmの
部分を溶接したもの、また、ろう付は、両端より20mmの
部分を浸漬によってろう付し、その後、加熱によってろ
う付したものについて測定した。その結果、各々の強度
はスポット溶接で500kg程度、ろう付で1.5ton程度であ
った。なお、メタルハニカムの破断強度（接合強度）の
測定方法は、後述するように、直径105mmの孔の中に押
込んだときの強度である。

そして、その破断状況を観察するとスポット溶接の場
合は、接合面積が少ないためにその溶接部分に応力集中
が生じること、ろう付の場合は、ろう付のための最適ク
リアランスの範囲が狭く場所によってはろう付が有効な
接合力として作用しないことが原因と推定された。特
に、ろう付においては、本来接合させようとした部分の
うちの80％程度しか接触せず、残り20％は空隙が生じて
いた。その原因として従来の波板の頂部が必ずしも平で
ないため平板との接触が十分ではなく、また、ろう付に
際して約1200℃という高温に加熱するため常温では接触
していた平板と波板の接触部長に熱膨張による隙間が生
じ完全にろう付けできないことによるものと考えられ
る。

しかし、近年メタル担体の接合強度の要求が高くな
り、溶接、ろう付のみでは十分な強度を得ることが困難
になってきた。特に、触媒効果を良くするため、コンバ
ーターをエンジン近傍へ配置するようになってきたた
め、排ガス温度が高温になったこと、エンジンの振動の
影響を受けるようになったことから接合部分が破断し、
テレスコープと呼ばれる現象が生じ問題となっていた。

本発明者は、このような厳しい条件でもテレスコープ
を生じないような強固な接合方法について、種々検討し
た結果、本発明を完成したもので、本発明の目液は激し
い熱サイクル、ガス圧力を負荷した場合でも、テレスコ
ープを発生しない強固に接合されたメタル担体及びその
製造方法を提供しようとするものである。

発明の開示すなわち、本発明の要旨は、排ガス浄化用触媒物質を
担持するメタル担体において、体高温酸化性を有する断
面形状が台形の波板と、平板が、溶接及びその溶接部近
傍のろう付部によって接合されたことを特徴とする触媒
担持用メタル担体である。

図面の簡単な説明図１は、本発明にかかる触媒担持用メタル担体の側面
図、図２は本発明にかかる触媒担持用メタル担体の軸方
向（図１のAA切断線）の切断面の接合部分の拡大図、ま
た、図３は本発明にかかる触媒担持用メタル担体の半径
方向（図１のBB切断線）の切断面の接合部分の拡大図、
図４は押込みテスト試験装置である。

本発明について、詳細に説明する。

本発明においては、波板頂部の溶接部の近傍にろう付
け部が存在することによって最適なクリアランスのもと
で接合面積を増加することが可能となり、また従来溶接
部に生じていた応力集中を緩和し、その結果、従来より
もはるかに高い接合強度が得られる。

更に、本発明においては、波板として断面が台形を有
する波板を使用し、平板との接触面積を大とし、該波板
と平板とを層状に交互に配置し、それら平板、波板を巻
回しながら溶接により固定し、これによって平板と波板
の接触が確保できるのでろう付のための最適クリアラン
スが確保できる。また、溶接後、ろう付を施すことによ
って従来の溶接部に生じていた応力集中を防止すること
ができる。したがって、平板と波板とが強固に接合する
ことが出来る。

本発明において、また、溶接部にろう材を供給する方
法を提案する。ろう材はいわゆるディスペンサー方式に
よって、波板頂部のみに供給され、ろう付の不要な部分
には供給されない。ろう付部と溶接部の間の距離は、加
熱によってろう材が溶接部まで広がる距離であれば良い
が、10mm以内、好ましくは5mm以内が良い。ここで、デ
ィスペンサー方式とは、エアシリンダーを用いてろう材
を適量送りこむ方式をいうのである。

本発明はマスキングされた平板、波板を使用すること
ができ、マスキングされた平板、波板を溶接すると、溶
接熱によって、溶接部及びその近傍のマスキング材は飛
散、蒸発し、溶接することが可能となり、その後ろう材
を供給して、溶接部近傍にろう材を配置することができ
る。マスキングされた部分のろう材は平板、波板との間
の弱い結合力しか働かないため、簡単に除去できる。

マスキング材は、溶接熱で飛散、蒸発するものであれ
ば特に限定されるものではなく、例えばエチレングリコ
ールのような蒸発しにくい有機溶剤、あるいは油脂が適
当である。樹脂の場合、圧延時の残存する油脂の量でも
十分その効果を発揮する。

このようにして、必要最小限のろう材しか用いないた
め、メタル担体上に最大量の触媒を担持することができ
る。これは、ろう材の部分に触媒が担持されにくいこと
による。

本発明において使用する平板及び波板の鋼板は、この
種の触媒担持用の鋼板であれば何れでもよく、その厚み
は、50μｍである。本発明においては、波板として頂部
が平坦な形状を有するものを使用し、好ましくは頂部の
長さより波の高さの寸法の方が大な形状を有する。この
ような形状を有することによって、溶接時平板との接触
が確実により、より確実な溶接が可能となり、しかも、
頂部の長さより波の高さの寸法を大とすることにより波
板の剛性が高くなるので好ましい。

次に、溶接について詳述する。溶接手段としてはスポ
ット溶接でよく、溶接部分としては両端より20mm以内が
好ましい。ろう付を施す関係であまり中央に近いと、ろ
う付も中央部となり、中央部にろう付を施すことは困難
となるのみならず、ろう付部分は触媒との密着性が低下
し、触媒能力が低下するためろう付部分の面積は最低限
とすることが望ましい。そのため、溶接部分を両端より
20mm以内としてろう付部分も両端より20mm程度とするこ
とが好ましい。また、両端の溶接線は各々２列以上、そ
の間隙は5mm以内とするとろう付のためのクリアランス
確保のためには最適となる。本発明者の実験によれば溶
接部の間隙を5mm以内とすることで、この間隙部にもろ
う材が十分入り込み、ろう付強度を高めることが可能と
なる。

本発明では、まず溶接を行い、波板と平板とを固定し
た後、ろう付を行うこが好ましい。ろう付け手段として
は、ろう材と液状バインダーを混合した溶液中に浸漬す
る方法が簡単なため好ましい。

ろう材供給後に十分な接合強度を付与するためには、
熱処理によってろう材を溶融させる必要があるが、これ
は例えば真空中（１×10^-3Torr）、1200℃、20分の処理
によって行うことができる。

このようにして得られた本発明にかかる触媒担持用メ
タル担体を図１〜３に示する。

図面において、頂部が平坦な波板１と平板２とを巻回
しながら溶接点３で溶接し、挙板の頂部と平板を接合
し、両者の間にクリアランスをもうけ、ろう材４をもっ
てろう付けして一体とする。

発明を実施するための最良の形態次に実施例をもって、本発明を更に具体的に説明す
る。

なお、実施例における押込みテストとは、図４に示す
装置を用いて測定した。すなわち、中央に直径105mmの
孔を有する試験台５の上にハニカム状メタル担体である
サンプル６を載せ、その上部より直径100mmのポンチ７
を押し込み平板と波板とを接合が破断したときの強度を
もって破断強度とした。

実施例１ 20Cr−5Alフェライト系ステンレス鋼箔50μｍ厚を用
いて平板、波板を巻回すると同時に両端より5mm、8mmの
部分を２ケ所、スポット溶接した。その後端部より10mm
までをろう材に浸漬してろう付し、メタル担体を製造し
た。波板としては下辺が1.5mm、波の高さ2.2mmのものを
使用し、担体の外径は200mmφ、長さ150mmであった。ろ
う付後1200℃真空で20分加熱した。

得られたメタル担体について押込みテストを実施した
結果、そのときの破談強度は、5.6tonであった。

比較のため、同じ平板及び波板を用い、同じ個所を同
様にスポット溶接のみの場合でも500kg、また、ろう付
のみの場合では2.8tonの破断強度を示したに過ぎなかっ
た。

実施例２実施例１と同様の鋼箔を使用し、実施例１と同様な方
法でスポット溶接及びろう付してメタル担体を製造し
た。但し、波板としては下辺が1.5mm、波の高さが2.2mm
のものを使用し、メタル担体の形状は、その直径が150m
mで長さが150mmであった。製造方法はディスペンサー方
式によって、波板の両端部より8mmの部分にろう材を供
給し、次いでろう付部より9mmの部分をスポット溶接し
た。

得られたメタル担体について押込みテストを実施した
結果、そのときの破断強度は、6.5tonであった。

実施例３実施例１と同様の鋼箔を使用し、実施例１と同様な方
法でスポット溶接及びろう付してメタル担体を製造し
た。但し、波板としては下辺が1.5mm、波の高さが2.2mm
のものを使用し、メタル担体の形状は、その直径が150m
mで長さが150mmであった。表面にごく薄い油が存在する
平板、波板の両端から5mm、8mmの部分を２ケ所スポット
溶接を施した後、ろう材と液状バインダーを混合した溶
液中に端面から10mmまでを浸漬した。しかる後、空気を
吹きつけることによって溶接部近傍以外のろう材を除去
し、1200℃真空中20分加熱した。

得られたメタル担体について押込みテストを実施した
結果、そのときの破談強度は5.5tonであった。

産業上の利用可能性以上述べたように、本発明は、メタル担体に関し、従
来のスポット溶接の場合の11倍、ろう付の場合の２倍と
いう極めて大なる接合強度（破断強度）を有し、厳しい
条件下においてもテレスコープ等の問題なく使用できる
触媒担持用メタル担体を供給することが可能となった。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガス浄化用触媒物質を担持するメタル担
体において、耐高温酸化性を有する断面形状が台形の波
板と、平板が、溶接及びその溶接部近傍のろう付部によ
って接合されたことを特徴とする触媒担持用メタル担
体。
【請求項２】排ガス浄化用触媒物質を担持するメタル担
体の製造方法において、耐高温酸化性を有する断面形状
が台形の波板と平板とを層状に交互に配置し、それら波
板、平板を溶接により固定し、次いでその固定部分にろ
う材を供給してろう付することを特徴とする触媒担持用
メタル担体の製造方法。
【請求項３】排ガス浄化用触媒物質を担持するメタル担
体の製造方法において、耐高温酸化性を有する断面形状
が台形の波板と平板を層状に交互に配置する際にろう材
を供給し、次いでそれら波板、平板をろう付部近傍で溶
接を行うことを特徴とする触媒担持用メタル担体の製造
方法。
【請求項４】排ガス浄化用触媒物質を担持するメタル担
体の製造方法において、耐高温酸化性を有する断面形状
が台形の波板と平板の片方又は両方の表面をマスキング
して層状に交互に配置し、それら波板、平板を溶接によ
り固定し、次いでその溶接部分の近傍にろう材を供給
し、その後余分なろう材を除去してろう付けすることを
特徴とする触媒担持用メタル担体の製造方法。