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JP2003200060A - 金属製触媒担体およびその製造方法 - Google Patents

金属製触媒担体およびその製造方法

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Publication number
JP2003200060A
JP2003200060A JP2002003034A JP2002003034A JP2003200060A JP 2003200060 A JP2003200060 A JP 2003200060A JP 2002003034 A JP2002003034 A JP 2002003034A JP 2002003034 A JP2002003034 A JP 2002003034A JP 2003200060 A JP2003200060 A JP 2003200060A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
honeycomb
catalyst carrier
cylinder
outer cylinder
plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002003034A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumihiko Kato
文彦 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marelli Corp
Original Assignee
Calsonic Kansei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Calsonic Kansei Corp filed Critical Calsonic Kansei Corp
Priority to JP2002003034A priority Critical patent/JP2003200060A/ja
Priority to US10/338,641 priority patent/US6821639B2/en
Priority to EP03000449A priority patent/EP1329603B1/en
Priority to DE60300045T priority patent/DE60300045T2/de
Publication of JP2003200060A publication Critical patent/JP2003200060A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2842—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のハニカムマトリクスを外筒内に保持す
る金属製触媒担体を簡単に製作し、熱応力緩和を低コス
トで実現する。 【解決手段】 直列の４個のハニカムマトリクス４ａ、
４ｂ、４ｃ、４ｄの外周に、金属箔の幅広板６を複数回
巻き上げて中間筒８を形成してサブアセンブリ１２とす
る。このサブアセンブリの端部外周にロウ材１４を巻き
付けて、外筒２に挿入した後縮径する。このあと真空中
で熱処理することにより、ハニカムマトリクスを構成す
る波板、平板および中間筒の幅広板の相互間は拡散接合
され、中間筒と外筒間はロウ付けされて金属製触媒担体
１が完成する。複数のハニカムマトリクスを１ユニット
として外筒に挿入でき、ロウ付けが１個所のため、作業
がきわめて簡単で、コストも低減するとともに、熱応力
が確実に低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化のため車
両の排気系等に設置される金属製触媒担体およびその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の触媒担体として、金属箔材を巻い
て形成した複数個のハニカムマトリクスを１つのケーシ
ング内に直列に並べて構成したものがある。これによれ
ば、全体が１つのハニカムマトリクスからなるものに比
較して、分割された個々のハニカムマトリクスが小型と
なり、熱容量が低減して、エンジンのコールドスタート
時に排気流入側に配置されたハニカムマトリクスから先
に早期に温度が上昇し、その触媒の活性化が開始される
という利点がある。
【０００３】このような複数個のハニカムマトリクスを
直列に並べた金属製触媒担体は、従来、個々に製作した
ハニカムマトリクスを短い外筒内にロウ付けして単位触
媒担体を形成し、各単位触媒担体の外筒同士を突合せ溶
接して単一体とするか、それぞれ外周にロウ材を巻きつ
けた個別のハニカムマトリクスを所定間隔で１つの外筒
に挿入したあと、加熱して各ハニカムマトリクスを外筒
内にロウ付けする方法で製作されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
製作法による金属製触媒担体では、単位触媒担体間ごと
に溶接を施さなくてはならず、製作に手間がかかり、後
者の製作法による金属製触媒担体でも、ロウ材を巻きつ
けた複数のハニカムマトリクスを所定間隔を保持して外
筒に挿入することが困難である。
【０００５】さらに、ハニカムマトリクスには排気の流
れの上流と下流とでの温度差により熱応力が発生するの
で、これによる耐久性の低下を避けるため、ハニカムマ
トリクスを外筒にロウ付けする場合、ロウ付け部位を下
流側に限定し、排気流入側は拘束から解放して熱膨張を
許す必要があるが、ハニカムマトリクスの長さが短いた
めロウ材が流れ易くて、いずれもロウ付け範囲の制御が
困難であり、またいずれのハニカムマトリクスもすべて
ロウ付け部位から自由端までの距離が短いので、どのハ
ニカムマトリクスについても実質的に応力緩和が期待で
きないという問題がある。
【０００６】したがって本発明は、上記の問題点に鑑
み、製作が容易で熱応力緩和が低コストで実現される金
属製触媒担体およびその製造方法を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明は、外筒内に直列に複数のハニカムマトリクスを備え
る金属製触媒担体であって、複数のハニカムマトリクス
が、その外周に金属箔の幅広板を巻いて形成した中間筒
に接合され、中間筒がその端部の外周面の所定領域で外
筒にロウ付けして結合されているものとした。複数のハ
ニカムマトリクスを備えるにもかかわらずロウ付けが１
個所であるので、コストが低減するとともに、熱応力が
確実に低減される。
【０００８】請求項３の発明は、外筒内に直列に複数の
ハニカムマトリクスを備える金属製触媒担体の製造方法
であって、直列に並べた複数のハニカムマトリクスの外
周に、金属箔の幅広板を巻いて、該幅広板からなる中間
筒内に上記複数のハニカムマトリクスを配置したサブア
センブリを形成し、中間筒の端部の外周面にロウ材を巻
き付けて、サブアセンブリを外筒に挿入し、サブアセン
ブリを挿入した外筒を熱処理することにより、複数のハ
ニカムマトリクスと中間筒間を接合するとともに、中間
筒と外筒間をロウ付けするものとした。複数のハニカム
マトリクスを１つのサブアセンブリとして外筒に挿入、
ロウ付けするので、作業がきわめて簡単である。
【０００９】請求項４の発明は、上記の製造方法におい
て、とくに複数のハニカムマトリクスを共通の芯金にそ
れぞれ波板と平板を重ね巻きして同時並行に作製し、中
間筒は芯金上に作製した複数のハニカムマトリクスに幅
広板を巻き上げて形成し、その後、芯金をハニカムマト
リクスから抜き取ってサブアセンブリとするものとし
た。複数のハニカムマトリクスを共通の芯金上で同時に
作製するので、効率よく同一サイズに形成でき、さらに
中間筒の形成が引き続いて簡単に行える。
【００１０】請求項５の発明は、熱処理の前に、サブア
センブリを挿入した外筒を縮径するものである。縮径に
より、ハニカムマトリクス、中間筒および外筒間の接触
度合いが促進され、より良好な接合あるいはロウ付けが
確保される。また、請求項２および６の発明は、幅広板
が平板と波板とを重巻層状に重ね巻きしたものとした。
これにより幅広板の強度アップが図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、実施の形態を示す縦断面図であ
る。この金属製触媒担体１は外筒２内に４個のハニカム
マトリクス４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を備えてい
る。各ハニカムマトリクス４は、それぞれ金属箔からな
る波板と平板とを重ね巻きして、直径を同じくする同一
サイズに形成されている。そして、互いの間に所定の間
隔を設けて１列に並べた４個のハニカムマトリクス４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの外周に、当該ハニカムマトリク
スの全部をカバーする横幅を有する金属箔の幅広板６を
複数（例えば３）回巻き上げて中間筒８が形成されてい
る。幅広板６には、ハニカムマトリクス４を形成する波
板および平板と同材で、同板厚の金属箔を用いるのが好
ましい。
【００１２】各ハニカムマトリクス４における波板と平
板の各層間、幅広板６の各層間、および各ハニカムマト
リクス４と幅広板６との間は、拡散接合により結合され
ている。そして、内部に４個のハニカムマトリクス４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを巻き込んだ上記の幅広板６から
なる中間筒８は、外筒２の内壁に接触状態で収納されて
おり、排気の流れの下流端近傍の所定領域でロウ付けに
より外筒２に結合されている。なお図１では、理解を容
易とするため、中間筒８と外筒２の内壁は離間させて示
してある。
【００１３】上記構成になる金属製触媒担体１は、以下
の手順で製作される。 （１）まず、図２に示すように、各ハニカムマトリクス
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを構成するための４組の波板１
６と平板１８を、所定間隙をおいて共通の芯金１０に挟
み、重ね巻きする。この際、上から見た図３に示すよう
に、両端のハニカムマトリクス４ａ、４ｄの外側は芯金
１０とともに回転する円盤２０、２０で規制する一方、
各ハニカムマトリクス４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ間には２
分割型のスペーサ２２を芯金１０に取り付けて、隣接す
るハニカムマトリクス間の間隙を規制する。
【００１４】スペーサ２２は、図４に示すように、芯金
１０を通る線上で分割した２つの半部２３（２３ａ、２
３ｂ）からなり、各半部２３は半円形状をなしてその分
割面にマグネット２４を備えている。マグネット２４同
士を吸着させて互いの分割面を接合させたとき中心に芯
金１０を通す穴が形成される。３つのスペーサ２２の分
割面の向きは互いに一致させておく。 （２）波板１６と平板１８を所定サイズまで重ね巻きし
て、４個のハニカムマトリクス４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ
が同時並行に形成されたら、各ハニカムマトリクス４の
巻き終わり端はスポット溶接で仮止めする。
【００１５】（３）つぎに、図５に示すように、各スペ
ーサの同じ側の片側半部２３ａを取り外して半部２３ｂ
のみを残す。このとき、巻き上げたハニカムマトリクス
との接触で脱落する脱落することはないと思われるが、
軸に接する部分にもマグネットを配置して脱落防止を確
実とするのが好ましい。そして、図６に示すように、半
部２３ａを取り外した領域に対応させて、４個のハニカ
ムマトリクス４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の外周に平
板と同材料の幅広板６を半巻きし、スポット溶接等でハ
ニカムマトリクス４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに幅広板６を
固定する。図７はこの状態を示す斜視図である。
【００１６】（４）それから、図８に示すように、４個
のハニカムマトリクス４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄから芯金
１０を引き抜く。このとき、例えばハニカムマトリクス
４ａ側へ芯金１０を引き抜く場合、ハニカムマトリクス
４ａは円盤２０で端面を支持され、また、他のハニカム
マトリクス４ｂ、４ｃ、４ｄは各ハニカムマトリクス間
の間隙に残されているスペーサの半部２３ｂに端面を支
持されることにより、いずれも型崩れを起こすことはな
い。
【００１７】（５）このあと今度は、図９に示すよう
に、両端のハニカムマトリクス４ａ、４ｄにそれぞれ内
側隣接のハニカムマトリクス４ｂ、４ｃに届かないよう
設定された短い芯金１０Ａ、１０Ａを挿入する。この場
合も、スペーサ２２の半部２３ｂがハニカムマトリクス
４ａ、４ｄの内側端面を支持するので、短い芯金１０Ａ
の挿入時にハニカムマトリクス４ａ、４ｄが型崩れを起
こすことはない。
【００１８】（６）このあと、スペーサ２２の残ってい
たすべての半部２３ｂを取り外してから、両端の短い芯
金１０Ａ、１０Ａを回転中心として、幅広板６をさらに
複数回巻いて、その巻き終わり端をスポット溶接で仮止
めする。ここで、また円盤２０を端面の支えとしてハニ
カムマトリクス４ａ、４ｄからそれぞれ芯金１０Ａを抜
き取る。これにより、図１０に示すように、幅広板６か
らなる中間筒８内に４個のハニカムマトリクス４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄを備えたサブアセンブリ１２が形成され
る。
【００１９】（７）つぎに、図１１に示すように、この
サブアセンブリ１２の、排気の流れにおける下流端に対
応する側の外周に、所定幅のロウ材１４を巻き付ける。 （８）つぎに、上記ロウ材１４を巻き付けたサブアセン
ブリ１２を、閉断面の外筒２に挿入した後、該外筒２を
縮径し、それから、この外筒２とサブアセンブリ１２の
組を真空中で熱処理する。これにより、サブアセンブリ
１２内の波板、平板および幅広板６の相互間は拡散接合
され、サブアセンブリの幅広板６（中間筒８）と外筒２
間はロウ付けされて、先の図１に示すような金属製触媒
担体１が完成する。
【００２０】本実施の形態は以上のように構成され、１
列に並んだ複数個のハニカムマトリクス４ａ、４ｂ、４
ｃ、４ｄをハニカムマトリクスを構成するのと同じ金属
箔の幅広板６で巻いて１ユニットのサブアセンブリ１２
とし、これを外筒２に挿入するようにしたので、ロウ付
けも限定された所定部位の１個所で済み、コストが低減
するとともに、複数のハニカムマトリクス４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄが結合される中間筒８は各ハニカムマトリク
スを構成する波板、平板と同じ箔で形成されているか
ら、各ハニカムマトリクスにおける熱応力も確実に低減
できる。同じく、１つの外筒２に１つのサブアセンブリ
１２を結合するだけであるから、短い外筒を溶接でつな
ぎ合わせる必要もなく、あるいはハニカムマトリクス間
の間隔の保持に苦労することもない。
【００２１】なお、実施の形態ではハニカムマトリクス
４の個数を４個として説明したが、これに限定されず、
本発明は任意の個数のハニカムマトリクスを外筒内に並
べる金属製触媒担体に適用することができる。また、ハ
ニカムマトリクス４は平板と波板とを用いて重ね巻きし
て形成したものとしたが、これに限定されず、相対的に
大波板と小波板とを重ね巻きして構成していてもよい。
したがって、本発明において平板は波板よりも波高さの
小さな小波板も含むものとする。幅広板６は、平板また
は平板の単一種を一枚または重ね巻きして用いることが
できる。また、幅広板６は、このような平板と波板とを
例えば５層以下（または層厚約１０ｍｍ）で重ね巻きし
た重巻層状にして、ハニカムマトリクスと一緒に拡散接
合されるようにしてもよい。これにより幅広板の強度が
向上し、サブアセンブリを外筒に挿入する際変形等のお
それがなく、挿入が容易である。
【００２２】さらに、熱処理前の外筒２とサブアセンブ
リ１２の組み付けは、閉断面の外筒２にサブアセンブリ
１２を挿入して縮径するものとしたが、この代わりに、
Ｃ形断面の外筒にサブアセンブリ１２を挿入後外筒を絞
り上げて側縁を溶接するようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の金属製触媒担体
は、直列に並べた複数のハニカムマトリクスがその外周
に金属箔の幅広板で巻いて形成した中間筒に接合され、
この中間筒がその端部の外周面の所定領域で外筒にロウ
付けされたものとしたので、複数のハニカムマトリクス
が１個所のロウ付けで外筒に結合され、コストが低減す
るとともに、熱応力が確実に低減されるという効果を有
する。
【００２４】また本発明の製造方法は、直列に並べた複
数のハニカムマトリクスの外周に、金属箔の幅広板を巻
いて、該幅広板からなる中間筒内に上記複数のハニカム
マトリクスを配置したサブアセンブリを形成し、中間筒
の端部の外周面にロウ材を巻き付けて、サブアセンブリ
を外筒に挿入し、サブアセンブリを挿入した外筒を熱処
理することにより、複数のハニカムマトリクスと中間筒
間を接合するとともに、中間筒と外筒間をロウ付けする
ものとしたので、複数のハニカムマトリクスを１つのユ
ニットとして外筒に挿入、ロウ付けするので、作業がき
わめて簡単となる。
【００２５】とくに複数のハニカムマトリクスは共通の
芯金にそれぞれ波板と平板を重ね巻きして同時並行に作
製するとともに、中間筒は芯金上に作製した複数のハニ
カムマトリクスに幅広板を巻き上げて形成し、その後、
芯金をハニカムマトリクスから抜き取ってサブアセンブ
リとすることにより、複数のハニカムマトリクスを効率
よく同一サイズに形成でき、さらに中間筒の形成も引き
続いて簡単に行える。
【００２６】また、熱処理の前に、サブアセンブリを挿
入した外筒を縮径することにより、ハニカムマトリク
ス、中間筒および外筒間の接触度合いが促進され、より
良好な接合およびロウ付けが確保される。さらに、幅広
板を平板と波板とを重巻層状に重ね巻きしたものとする
ことにより、幅広板の強度アップが図れ、サブアセンブ
リを外筒に挿入する際変形等のおそれがなく、挿入が容
易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる金属製触媒担体を
示す縦断面図である。
【図２】金属製触媒担体の製作過程を示す説明図であ
る。
【図３】金属製触媒担体の製作過程を示す説明図であ
る。
【図４】スペーサを示す正面図である。
【図５】金属製触媒担体の製作過程を示し、スペーサの
片側半部を取り外した状態を示す説明図である。
【図６】金属製触媒担体の製作過程を示す、軸方向から
見た説明図である。
【図７】金属製触媒担体の製作過程を示す説明図であ
る。
【図８】金属製触媒担体の製作過程を示し、芯金を引き
抜いた状態を示す説明図である。
【図９】金属製触媒担体の製作過程を示し、短い芯金を
挿し込んだ状態を示す説明図である。
【図１０】サブアセンブリを示す断面図である。
【図１１】金属製触媒担体の製作過程を示し、サブアセ
ンブリ１２にロウ材を巻き付けた状態を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
１ 金属製触媒担体 ２ 外筒 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ ハニカムマトリクス ６ 幅広板 ８ 中間筒 １０、１０Ａ 芯金 １２ サブアセンブリ １４ ロウ材 １６ 波板 １８ 平板 ２０ 円盤 ２２ スペーサ ２３ａ、２３ｂ 半部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:02 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA02 BA09 BA10 GA08 GA09 GA12 GA13 GA16 HA27 HA31 4D048 BA39X BB02 CC32 4G069 AA01 AA08 BA17 CA03 DA06 EA21 EA24 EE05 FB69 FB70 FB71 FB72

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外筒内に直列に複数のハニカムマトリク
    スを備える金属製触媒担体であって、前記複数のハニカ
    ムマトリクスが、その外周に金属箔の幅広板を巻いて形
    成した中間筒に接合され、前記中間筒がその端部の外周
    面の所定領域で前記外筒にロウ付けして結合されている
    ことを特徴とする金属製触媒担体。
  2. 【請求項２】 前記幅広板が平板と波板とを重ね巻きし
    た重巻層状であることを特長とする請求項１記載の金属
    製触媒担体。
  3. 【請求項３】 外筒内に直列に複数のハニカムマトリク
    スを備える金属製触媒担体の製造方法であって、直列に
    並べた複数のハニカムマトリクスの外周に、金属箔の幅
    広板を巻いて、該幅広板からなる中間筒内に前記複数の
    ハニカムマトリクスを配置したサブアセンブリを形成
    し、前記中間筒の端部の外周面にロウ材を巻き付けて、
    前記サブアセンブリを外筒に挿入し、前記サブアセンブ
    リを挿入した外筒を熱処理することにより、前記複数の
    ハニカムマトリクスと中間筒間を接合するとともに、前
    記中間筒と外筒間をロウ付けすることを特徴とする金属
    製触媒担体の製造方法。
  4. 【請求項４】 複数のハニカムマトリクスは、共通の芯
    金にそれぞれ波板と平板を重ね巻きして同時並行に作製
    し、前記中間筒は前記芯金上に作製した複数のハニカム
    マトリクスに前記幅広板を巻き上げて形成し、その後、
    前記芯金をハニカムマトリクスから抜き取って前記サブ
    アセンブリとすることを特徴とする請求項３記載の金属
    製触媒担体の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記熱処理の前に、前記サブアセンブリ
    を挿入した外筒を縮径することを特徴とする請求項３ま
    たは４記載の金属製触媒担体の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記幅広板は、平板と波板とを重巻層状
    に重ね巻きすることを特徴とする請求項３、４または５
    記載の金属製触媒担体の製造方法。
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