JP3274233B2 - ハニカム体 - Google Patents

ハニカム体

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JP3274233B2 JP14127293A JP14127293A JP3274233B2 JP 3274233 B2 JP3274233 B2 JP 3274233B2 JP 14127293 A JP14127293 A JP 14127293A JP 14127293 A JP14127293 A JP 14127293A JP 3274233 B2 JP3274233 B2 JP 3274233B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に自動車の排気ガ
ス浄化手段として排気系統の途中に介装されて使用され
る排気ガス浄化装置、特にその主要な構成要素である排
気ガス浄化用触媒を担持するための金属製のハニカム体
(以下、単にハニカム体という。)に関する。更に詳し
くは、本発明は、特殊なろう接合手段を適用して製作さ
れた耐久性に優れるハニカム体に関するものである。
【0002】
【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
性でかつ薄肉金属製の平板状帯材と波板状帯材を相互に
当接するように重積してハニカム状の構造体としたハニ
カム体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、放射状タ
イプ、S字状タイプ、巴状タイプ、あるいはXラップ
(卍状)タイプなど種々のハニカム体が得られる。
【0003】前記したハニカム体は、例えば、図1に示
されるように0.1mm 以下(好ましくは50μm 以下)の耐
熱性の薄肉鋼板からなる平板状帯材(1)と、前記薄肉
鋼板に波形を成形した波板状帯材(2)とを、相互に当
接部を有するように重積し、これを一括渦巻き状に巻回
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)(3)をもつ巻回タイプのハニカム体(H)
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(4)
に収納されるとともに相互に接合固着され、耐振構造の
メタル担体(MS、メタルサポート)とされる。
【0004】周知のように、この種の排気ガス浄化装置
の主要な構成要素であるメタル担体(MS)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 系など)の耐熱鋼を厚さ数十μm の箔に圧延した
ものが使用されている。また、前記耐熱鋼の耐高温酸化
性を改善するために、少量の希土類元素成分(REM)
を添加したものも使用されている。
【0005】また、メタル担体(MS)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。
【0006】前記した、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54−13
462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、高価な溶接
材器の使用、溶接作業の煩雑さ、低生産性などの欠点、
更には前記したようにハニカム体の構成部分が耐熱性の
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等の欠点を有するものである。
【0007】一方、ハニカム体の製造技術において、ろ
う材による固着手段は前記した溶接による欠点をもたな
いため優れたものである。この種のろう材による接合手
段としては、特開昭56−4373号や特公昭63−4
4466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。
【0008】前記したように、メタル担体(MS)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、十分なものでは
ない。特に、ハニカム体においては、前記した厳しい熱
的環境条件下において、極めて大きな熱変形力がハニカ
ム体の各部に印加され(ハニカム体の半径方向と軸方向
の両者)、これに振動条件が加わるため、その耐久性の
改善は大きな問題である。
【0009】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は、前記した
ようにハニカム体の耐久性を向上させようとするもので
ある。特に、本発明者らは、ハニカム体の端面部に観察
される該ハニカム体の構成部材である平板状帯材及び/
又は波板状帯材の破損現象について注目している。
【0010】ハニカム体の端面部において観察される帯
材の破損に対する改善策は、従来技術では配慮されてお
らず、この点、本発明者らは先に二〜三の提案を行なっ
た。例えば、(イ)ハニカム体の端面部を、平板状帯材
と波板状帯材の両者で面一とするのでなく、いずれか一
方の帯材を他方より突出させるように構成する(特願平
4−131365号)、あるいは、(ロ)ハニカム体の
端面部にみられる平板状帯材及び/又は波板状帯材の亀
裂及びその成長の主因が、帯材端部のミクロ構造に由来
するものであり、これを解消するために帯材のエッジ端
部をエネルギー加工して不規則構造を持たないようにす
る(特願平4−273542号)、などの提案を行っ
た。
【0011】本発明は、前記したハニカム体の端面部に
おける帯材の破損対策という課題を、ろう接合手段の改
良により解消しようとするものである。本発明は、ハニ
カム体の端面部において、ハニカム体を構成する平板状
帯材と波板状帯材との当接部がろう接合されない領域
(非ろう接合部)を設けた場合、前記した欠点が効果的
に解消されるという知見にベースを置くものであり、本
発明により耐久性に優れたハニカム体が提供される。
【0012】
【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、薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材を相
互に当接するように重積して製作され、かつ前記平板状
帯材と波板状帯材の所望の当接部がろう接合されて成る
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、前記ハニカム体が、少なくとも一方の端面部に
面から1mm以上、5mm以内の非ろう接合部を有する
もので構成されたものである、ことを特徴とするハニカ
ム体に関するものである。
【0013】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。
前記したように、本発明は、ハニカム体の端面部におい
て観察される平板状帯材及び/又は波板上帯材の破損、
亀裂とそれらの成長などに注目して、ハニカム体の耐久
性を改善しようとするものである。本発明者らは、前記
ハニカム体における耐久性の低下原因は、従来のろう接
合手段にあると考えている。即ち、ハニカム体の構成部
材である平板状帯材と波板上帯材との当接部、特にハニ
カム体の端面部及びその近傍部位の当接部は、従来のろ
う接合法においては全てがろう接合されるという態様で
行なわれている。
【0014】前記した従来のろう接合法においては、次
のようにしてハニカム体の端面部及びその近傍部位の耐
久性が低下する。 (i)ろう接合時に、ろう材の金属成形が帯材中に熱拡
散し金属間化合物を作り脆化するため、また熱膨脹率が
部分的に変化するため、端部の耐久性低下の原因を作り
出す。 (ii)ハニカム体の使用中に、大きな熱変形力がハニカ
ム体の端部に集中、重積するため、端部の帯材の破損、
亀裂とその成長が増大される。 (iii )更にハニカム体の使用中に、激しい振動が印加
されるため、前記破損、 亀裂とのその成長が加速
される。
【0015】前記したことから、ハニカム体の耐久性、
特に端面部における耐久性を向上させるためには、ハニ
カム体を構成する平板状帯材と波板上帯材との端面部近
傍における当接部のろう接合法の改善を図らなければな
らない。このため、本発明は、ハニカム体に適用するろ
う接合手段として、ハニカム体の少なくとも一方の端面
部に、端部から所望幅の非ろう接合部を設けるという技
術的構成を採用するものである。
【0016】図1〜図3は、本発明のろう接合手段を適
用して製作された巻回タイプのハニカム体を説明するも
のである。図1は、本発明のハニカム体の一部を透視し
た斜視図である。図2は図1のハニカム体の一部を省略
した断面図である。図3は、ハニカム体の端面部を拡大
した斜視図である。図示されるように、平板状帯材
(1)と波板上帯材(2)からなる巻回タイプのハニカ
ム体(H)は、(i)両端面に幅(WN )の非ろう接合
部(NBA)を設ける、(ii)前記非ろう接合部(NB
A)に隣接して幅(WB )のろう接合部(BA)を設け
る、という態様で製作されるものである。
【0017】本発明において、前記非ろう接合部(NB
A)の幅(WN )は、所望の幅のものに設定されるが、
少なくとも1mm以上の幅であることが好ましい。また、
波板状帯材の波のピッチ幅に注目すれば、少なくとも1
ピッチ分の幅を有することが好ましい。本発明におい
て、前記ろう接合部(BA)の幅(WB ) は、ハニカ
ム体の半径方向及び/又は軸方向の熱変形力の吸収、緩
和特性を考慮して、適宜に設定すればよい。なお、図1
〜図3の態様のものにおいては、両端部の近傍部位にろ
う接合部(BA)を設けているが、該ろう接合部(B
A)を一つの端面部の近傍部位にのみ設けてもよいこと
はいうまでもないことである。その他、前記した所定幅
(WN )の非ろう接合部(NBA)を設けるという条件
が維持されていれば、従来既知の種々の態様でろう接合
部(BA)を設けてよいことはいうまでもないことであ
る。
【0018】本発明において、ろう材として当業界にお
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、Ni 、Al 、Cr 、Fe 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。また、前記成分にY、La 、
Ce 、Ti 、Zr などを加えて、耐高温酸化性などを向
上させたろう材を用いてもよい。更にろう材の溶融温度
を変えるためにSi などを添加してもよい。なお、本発
明において、ハニカム体を構成する帯材(1、2)とし
てAl 成分を添加したものを使用する場合、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、耐高温酸化性を付与するAl2 3 の形成量
が減少してしまうことになる。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、このような
ろう材は、低い温度で十分な強度のろう接合が出来、か
つハニカム体の耐高温酸化性を向上させることが出来
る。前記したように、本発明において非ろう接合部にろ
う材が存在しないことが重要であって、該非ろう接合部
の帯材(1,2)の当接部が熱拡散により拡散接合され
ること自体は問題ではない。
【0019】以下、ハニカム体(H)の端面部におい
て、前記した所定幅(WN )の非ろう接合部(NBA)
ならびに所定幅(WB )のろう接合部(BA)を設ける
ための平板状帯材(1)に注目して説明する。なお、本
発明において、前記非ろう接合部(NBA)を設ける態
様は平板状帯材(1)に限定されず、波板状帯材(2)
に適用されてもよいことはいうまでもないことである。
更にまた、本発明において、所定幅(WB )のろう接合
部(BA)を設ける態様に特に制限を受けないことはい
うまでもないことである。例えば、波板状帯材(2)の
波形の頂部にのみろう材を適用してろう接合する方法な
どが採用される。
【0020】図4は、所定幅(WN )の非ろう接合部
(NBA)ならびに所定幅(WB )のろう接合部(B
A)を設けるための平板状帯材(1)に適用される第一
実施態様を説明する図である。即ち、図4の態様は、平
板状帯材(1)(一部が省略されて図示されている。)
に、その端部から非ろう接合部(NBA)を形成するた
めの幅(WN )を残して後工程で散布される粉末状ろう
材用のバインダー(接着剤)により所定幅(WB )のバ
インダー被膜部(5)を形成するものである。前記平板
状帯材(1)には、Ni 系などの高温ろう材が散布さ
れ、波板状帯材(2)と共に例えば巻回形成されて巻回
タイプのハニカム体(H)とされ、真空炉などで加熱処
理されてろう接合される。このとき、前記バインダー被
膜部(5)がろう接合部(BA)になることはいうまで
もないことである。なお、本発明において、前記した態
様の変形例として、バインダーと粉末状ろう材を混合し
たろう材のペーストによりバインダー被膜部(5)とし
てもよいことはいうまでもないことである。
【0021】図5は、所定幅(WN )の非ろう接合部
(NBA)ならびに所定幅(WB )のろう接合部(B
A)を設けるための平板状帯材(1)に適用される第二
実施態様を説明する図である。図5の態様は、図4と比
較して相違する点は、バインダー被膜部(5)のかわり
にろう材箔部(6)を設けている点である。この場合、
後工程でろう材を適用する工程が省略されることはいう
までもない。
【0022】図6は、所定幅(WN )の非ろう接合部
(NBA)ならびに所定幅(WB )のろう接合部(B
A)を設けるための平板状帯材(1)に適用される第三
実施態様を説明する図である。図6の態様は、平板状帯
材(1)に、その端部から非ろう接合部(NBA)を形
成するための幅(WN )の部分に、後工程における粉末
ろう材の水分散液浴での浸漬処理時に、ろう材が付着し
ないように揆水性被膜部(7)を設けている点である。
前記ろう材の付着防止剤としては、セラミック塗料など
を使用すればよい。
【0023】
【発明の効果】本発明の薄肉金属板製の平板状帯材と波
板状帯材を相互に当接するように重積して製作され、か
つ該両帯材の所望の当接部がろう接合されてなるハニカ
ム体は、少なくともその一方の端面部及びその近傍部位
に所望幅の非ろう接合部を有するものである。本発明の
前記非ろう接合部において、ろう材成分の熱拡散と該成
分と帯材成分との金属間化合物の生成が阻止されるた
め、該部位の帯材の脆化が防止されると共に、ハニカム
体の使用中に該端面部(非ろう接合部)に集中、集積す
る熱変形力を効果的に吸収、緩和することができる。従
って、本発明により耐久性の優れたハニカム体が提供さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のハニカム体(H)を使用したメタル
担体(MS)の一部を透視した斜視図である。
【図2】 図1のメタル担体(MS)の一部を省略した
断面図である。
【図3】 図1のハニカム体(H)の一部拡大斜視図で
ある。
【図4】 第一実施態様の平板状帯材(1)の構成を説
明するための図である。
【図5】 第二実施態様の平板状帯材(1)の構成を説
明するための図である。
【図6】 第三実施態様の平板状帯材(1)の構成を説
明するための図である。
【符号の説明】
MS……メタル担体 H………ハニカム体 1………平板状帯材 2………波板状帯材 3………網目状通気孔路(セル) 4………ケーシング 5………バインダー被膜部 6………ろう材箔部 7………撥水性被膜部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材
    を相互に当接するように重積して製作され、かつ前記平
    板状帯材と波板状帯材の所望の当接部がろう接合されて
    成る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、前記ハニカム体が、少なくとも一方の端面部
    端面から1mm以上、5mm以内の非ろう接合部を
    有するもので構成されたものである、ことを特徴とする
    ハニカム体。
  2. 【請求項2】 非ろう接合部の幅が、波板状帯材の波の
    一ピッチ幅を有するものである請求項1に記載のハニカ
    ム体。
  3. 【請求項3】 非ろう接合部に隣接して配設されたろう
    接合部が、ハニカム体の端面から50mm以内の部位に
    配設されたものである請求項1に記載のハニカム体。
  4. 【請求項4】 ろう接合部の幅が、10mm以内のもの
    である請求項に記載のハニカム体。
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