JP3375989B2 - 排気ガス浄化用触媒担体 - Google Patents
排気ガス浄化用触媒担体Info
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- 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
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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、排気ガスの浄化のため
に用いられる触媒担体、特に金属製の触媒担体に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車の排気ガス通路に設置される触媒
担体として、セラミック製の触媒担体に代え、金属製の
ものが用いられるようになってきた。金属製の触媒担体
はセラミック製のものに比べ、昇温特性がよいこと、お
よび圧力損失が少ないことにおいて有利である。 【０００３】金属製の触媒担体は一般に、図５に示すよ
うに、金属の平板と波板を交互に渦巻状に巻回して形成
したハニカム体１を、金属の外筒４内に収納して構成さ
れている（特開昭５５−８７８１５号）。 【０００４】平板２と波板３との接合および波板３と外
筒４の接合手段として、レーザー溶接が用いられるよう
になってきた。従来一般に用いられていたロー付けは真
空中あるいは不活性ガス中で高温処理する必要があり、
レーザー溶接の方が生産性にすぐれている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところが、ハニカム体
１の最外周の波板３と外筒４とをレーザー溶接した接合
構造では、次のような問題がある。即ち、平板２および
波板３としては圧力損失を少くする等の目的で薄板、例
えば５０μｍ程度の薄板が用いられており、一方、外筒
４としては触媒担体の強度を確保するために数ｍｍ，一
般に１．５ｍｍ程度の厚さのものが用いられており、両
者間に大きな差がある。 【０００６】このため、レーザー溶接をするに際し、外
筒４を貫くレーザーパワーをかけると、薄い波板３に穴
が明いてしまうことがあり、逆に穴が明かないようなレ
ーザーパワーでは溶融が不充分となり、いずれの場合に
も充分な接合強度が得られない。また、板厚の薄い波板
３では外筒４との接合部分の横で、早期に破壊が発生す
ることがある。 【０００７】そこで本発明は、外筒と、その中に収納さ
れるハニカム体とのレーザー溶接の接合強度が強化さ
れ、熱衝撃に対して耐久性にすぐれた金属製の排気ガス
浄化用触媒担体を提供することを課題としてなされたも
のである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、金属薄板の平板２と波板３とを交互に渦巻状に巻
回してハニカム体１を構成するとともにハニカム体１の
最外周を波板３を少くとも２枚重合した重合波板３Ａと
し、該ハニカム体１を金属外筒４に収納し、外筒４とハ
ニカム体１の最外周の重合波板３Ａの山部をレーザー溶
接にて接合して排気ガス浄化用触媒担体を構成するもの
である。 【０００９】 【作用】本発明により、ハニカム体１の最外周を重合波
板３Ａとすることでハニカム体１と外筒４の接合強度が
強化され、熱衝撃による剥離が防止されて、触媒担体の
耐久性が向上する。 【００１０】 【実施例】本発明の触媒担体の構造を、その製法ととも
に図１および図２により説明する。 【００１１】図１に示すように、触媒担体は、触媒を担
持するハニカム体１と、これを収納する外筒４で構成さ
れている。 【００１２】ハニカム体１は互いに平行な多数の排気ガ
ス流通用のセルを有しており、図２（Ａ）および図２
（Ｂ）に示すように、芯金１０を中心としてＦｅーＣｒ
ーＡｌ合金製で板厚５０μｍの平板２と波板３とを交互
に重ね、かつ順次渦巻状に巻回して所定の巻き数にな
り、残りのセル層が３層となったときに、各層の平板２
と波板３の接触部分をハニカム体長手方向にレーザー溶
接することにより形成される。レーザー溶接はＹＡＧレ
ーザーを用い、レーザー出力３５Ｗ、エネルギー０．７
Ｊ程度で行う。図において、Ｌ1 はレーザー溶接部を示
す。溶接長さは熱応力の回避およびコストダウンを考慮
して、ハニカム体１の軸方向の両端を残し中央部分のみ
とする。 【００１３】波板３は平板２よりも長くしてあり、平板
２の最外周の上に波板３をレーザー溶接した後、波板３
の上に更に１周巻回して重合波板３Ａを形成する。そし
て２枚の波板３をその谷部でハニカム体１の軸方向にレ
ーザー溶接する。溶接条件は平板２と波板３との上記溶
接と同じである。このようにして図２（Ｃ）に示すよう
に、平板２と波板３とが交互に渦巻状に巻回され、最外
周を重合波板３Ａとしたハニカム体１が構成される。 【００１４】このハニカム体１を金属製外筒４内に収納
し、両者をレーザー溶接して一体化することで図１に示
す触媒担体が得られる。Ｌ2 は溶接位置を示す。 【００１５】外筒４としては、ＳＵＳ４３０よりなる板
厚１．５ｍｍの円筒を用いる。レーザー溶接は、重合波
板３Ａの山部と外筒４とを、外筒軸方向ほぼ中央位置で
周方向に行う。溶接条件は、レーザー出力３７０Ｗ、エ
ネルギー２０．６Ｊ程度とする。 【００１６】次に、発明者らの行った実験結果について
説明する。図３（Ａ）に示すようにＳＵＳ４３０製で厚
さ１．５ｍｍの短冊状の外筒材４０と、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ合金製で厚さ５０μｍの短冊状の波板３０とを一端を
重ねて幅方面にレ−ザ−溶接（Ｌ2 ）し、引っ張り強度
を測定した。この場合、波板３０を２枚重ねしたテスト
ピ−ス（本発明品）と１枚としたテストピ−ス（従来
品）の両方を準備した。溶接条件はＹＡＧレ−ザ−の出
力３５Ｗ，エネルギ−０．７Ｊとした。結果を図３
（Ｂ）に示す。本発明品の強度は従来品のほぼ２倍であ
った。 【００１７】また、上記実施例に記載の本発明による触
媒担体と、ハニカム体の最外周の波板を１枚とし、他の
構造は本発明品と同一とした従来の触媒担体について、
ハニカム体の抜け荷重テストを行った。即ち図４（Ａ）
に示すように外筒４を台座５に支持させハニカム体１を
押し機６で押込んで抜け荷重を測定した。Ｌ1 はハニカ
ム体のレ−ザ溶接部を、Ｌ2 は外筒４のレ−ザ溶接部を
それぞれ示す。結果は図４（Ｂ）に示すように、本発明
品の抜け荷重は従来品のほぼ４倍であった。 【００１８】本発明において、ハニカム体最外周の波板
の重ね合せは、外筒を貫くレ−ザ−パワ−をかけたとき
に穴の明かない熱容量を波板に与えることであり、従っ
て波板の重ね数は波板および外筒の材質や厚さ等により
決められる。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ含金で５０μｍ厚さの波
板と、ＳＵＳ４３０で、１．５ｍｍ厚さの外筒を用いた
場合、波板の重ね数は２〜４程度が適当である。 【００１９】触媒担体の断面形状は円形に限らず、取付
場所に応じて楕円形その他自由に選び得る。 【００２０】 【発明の効果】本発明は、金属製の排気ガス浄化用触媒
担体の外筒とその中に収納され、レ−ザ−溶接により外
筒と接合されるハニカム体との接合強度を強化して熱衝
撃による剥離を防ぎ、もって触媒担体の耐久性を向上さ
せることができる。
に用いられる触媒担体、特に金属製の触媒担体に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車の排気ガス通路に設置される触媒
担体として、セラミック製の触媒担体に代え、金属製の
ものが用いられるようになってきた。金属製の触媒担体
はセラミック製のものに比べ、昇温特性がよいこと、お
よび圧力損失が少ないことにおいて有利である。 【０００３】金属製の触媒担体は一般に、図５に示すよ
うに、金属の平板と波板を交互に渦巻状に巻回して形成
したハニカム体１を、金属の外筒４内に収納して構成さ
れている（特開昭５５−８７８１５号）。 【０００４】平板２と波板３との接合および波板３と外
筒４の接合手段として、レーザー溶接が用いられるよう
になってきた。従来一般に用いられていたロー付けは真
空中あるいは不活性ガス中で高温処理する必要があり、
レーザー溶接の方が生産性にすぐれている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところが、ハニカム体
１の最外周の波板３と外筒４とをレーザー溶接した接合
構造では、次のような問題がある。即ち、平板２および
波板３としては圧力損失を少くする等の目的で薄板、例
えば５０μｍ程度の薄板が用いられており、一方、外筒
４としては触媒担体の強度を確保するために数ｍｍ，一
般に１．５ｍｍ程度の厚さのものが用いられており、両
者間に大きな差がある。 【０００６】このため、レーザー溶接をするに際し、外
筒４を貫くレーザーパワーをかけると、薄い波板３に穴
が明いてしまうことがあり、逆に穴が明かないようなレ
ーザーパワーでは溶融が不充分となり、いずれの場合に
も充分な接合強度が得られない。また、板厚の薄い波板
３では外筒４との接合部分の横で、早期に破壊が発生す
ることがある。 【０００７】そこで本発明は、外筒と、その中に収納さ
れるハニカム体とのレーザー溶接の接合強度が強化さ
れ、熱衝撃に対して耐久性にすぐれた金属製の排気ガス
浄化用触媒担体を提供することを課題としてなされたも
のである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、金属薄板の平板２と波板３とを交互に渦巻状に巻
回してハニカム体１を構成するとともにハニカム体１の
最外周を波板３を少くとも２枚重合した重合波板３Ａと
し、該ハニカム体１を金属外筒４に収納し、外筒４とハ
ニカム体１の最外周の重合波板３Ａの山部をレーザー溶
接にて接合して排気ガス浄化用触媒担体を構成するもの
である。 【０００９】 【作用】本発明により、ハニカム体１の最外周を重合波
板３Ａとすることでハニカム体１と外筒４の接合強度が
強化され、熱衝撃による剥離が防止されて、触媒担体の
耐久性が向上する。 【００１０】 【実施例】本発明の触媒担体の構造を、その製法ととも
に図１および図２により説明する。 【００１１】図１に示すように、触媒担体は、触媒を担
持するハニカム体１と、これを収納する外筒４で構成さ
れている。 【００１２】ハニカム体１は互いに平行な多数の排気ガ
ス流通用のセルを有しており、図２（Ａ）および図２
（Ｂ）に示すように、芯金１０を中心としてＦｅーＣｒ
ーＡｌ合金製で板厚５０μｍの平板２と波板３とを交互
に重ね、かつ順次渦巻状に巻回して所定の巻き数にな
り、残りのセル層が３層となったときに、各層の平板２
と波板３の接触部分をハニカム体長手方向にレーザー溶
接することにより形成される。レーザー溶接はＹＡＧレ
ーザーを用い、レーザー出力３５Ｗ、エネルギー０．７
Ｊ程度で行う。図において、Ｌ1 はレーザー溶接部を示
す。溶接長さは熱応力の回避およびコストダウンを考慮
して、ハニカム体１の軸方向の両端を残し中央部分のみ
とする。 【００１３】波板３は平板２よりも長くしてあり、平板
２の最外周の上に波板３をレーザー溶接した後、波板３
の上に更に１周巻回して重合波板３Ａを形成する。そし
て２枚の波板３をその谷部でハニカム体１の軸方向にレ
ーザー溶接する。溶接条件は平板２と波板３との上記溶
接と同じである。このようにして図２（Ｃ）に示すよう
に、平板２と波板３とが交互に渦巻状に巻回され、最外
周を重合波板３Ａとしたハニカム体１が構成される。 【００１４】このハニカム体１を金属製外筒４内に収納
し、両者をレーザー溶接して一体化することで図１に示
す触媒担体が得られる。Ｌ2 は溶接位置を示す。 【００１５】外筒４としては、ＳＵＳ４３０よりなる板
厚１．５ｍｍの円筒を用いる。レーザー溶接は、重合波
板３Ａの山部と外筒４とを、外筒軸方向ほぼ中央位置で
周方向に行う。溶接条件は、レーザー出力３７０Ｗ、エ
ネルギー２０．６Ｊ程度とする。 【００１６】次に、発明者らの行った実験結果について
説明する。図３（Ａ）に示すようにＳＵＳ４３０製で厚
さ１．５ｍｍの短冊状の外筒材４０と、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ合金製で厚さ５０μｍの短冊状の波板３０とを一端を
重ねて幅方面にレ−ザ−溶接（Ｌ2 ）し、引っ張り強度
を測定した。この場合、波板３０を２枚重ねしたテスト
ピ−ス（本発明品）と１枚としたテストピ−ス（従来
品）の両方を準備した。溶接条件はＹＡＧレ−ザ−の出
力３５Ｗ，エネルギ−０．７Ｊとした。結果を図３
（Ｂ）に示す。本発明品の強度は従来品のほぼ２倍であ
った。 【００１７】また、上記実施例に記載の本発明による触
媒担体と、ハニカム体の最外周の波板を１枚とし、他の
構造は本発明品と同一とした従来の触媒担体について、
ハニカム体の抜け荷重テストを行った。即ち図４（Ａ）
に示すように外筒４を台座５に支持させハニカム体１を
押し機６で押込んで抜け荷重を測定した。Ｌ1 はハニカ
ム体のレ−ザ溶接部を、Ｌ2 は外筒４のレ−ザ溶接部を
それぞれ示す。結果は図４（Ｂ）に示すように、本発明
品の抜け荷重は従来品のほぼ４倍であった。 【００１８】本発明において、ハニカム体最外周の波板
の重ね合せは、外筒を貫くレ−ザ−パワ−をかけたとき
に穴の明かない熱容量を波板に与えることであり、従っ
て波板の重ね数は波板および外筒の材質や厚さ等により
決められる。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ含金で５０μｍ厚さの波
板と、ＳＵＳ４３０で、１．５ｍｍ厚さの外筒を用いた
場合、波板の重ね数は２〜４程度が適当である。 【００１９】触媒担体の断面形状は円形に限らず、取付
場所に応じて楕円形その他自由に選び得る。 【００２０】 【発明の効果】本発明は、金属製の排気ガス浄化用触媒
担体の外筒とその中に収納され、レ−ザ−溶接により外
筒と接合されるハニカム体との接合強度を強化して熱衝
撃による剥離を防ぎ、もって触媒担体の耐久性を向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒担体の斜視図である。
【図２】本発明の触媒担体の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の触媒担体のレ−ザ−溶接部の引っ張強
度テストの態様およびテスト結果を、従来品と比較して
示す図である。 【図４】本発明の触媒担体のハニカム体の抜け荷重テス
トの態様およびテスト結果を従来品と比較して示す図で
ある。 【図５】従来の触媒担体の斜視図である。 【符号の説明】 １ ハニカム体 ２ 平板 ３ 波板 ３Ａ 重合波板 ４ 外筒 Ｌ1 ，Ｌ2 レ−ザ−溶接部
度テストの態様およびテスト結果を、従来品と比較して
示す図である。 【図４】本発明の触媒担体のハニカム体の抜け荷重テス
トの態様およびテスト結果を従来品と比較して示す図で
ある。 【図５】従来の触媒担体の斜視図である。 【符号の説明】 １ ハニカム体 ２ 平板 ３ 波板 ３Ａ 重合波板 ４ 外筒 Ｌ1 ，Ｌ2 レ−ザ−溶接部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小幡 隆
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本
電装株式会社内
(72)発明者 松尾 清貴
愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式
会社日本自動車部品総合研究所内
(72)発明者 川辺 泰之
愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式
会社日本自動車部品総合研究所内
(72)発明者 尾崎 幸克
愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式
会社日本自動車部品総合研究所内
(56)参考文献 特開 平４−156950（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01J 21/00 - 37/36
B01D 53/86
F01N 3/28
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 金属薄板の平板および波板を交互に渦巻
状に巻回して構成したハニカム体を、金属の外筒内に収
納し、ハニカム体の最外周の波板の山部と外筒とをレー
ザー溶接してなる排気ガス浄化用触媒担体であって、ハ
ニカム体の最外周を複数枚の波板を重合した重合波板で
形成し、該重合波板と外筒とをレーザー溶接してなる排
気ガス浄化用触媒担体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24725292A JP3375989B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 排気ガス浄化用触媒担体 |
| US08/110,172 US5409759A (en) | 1992-08-24 | 1993-08-23 | Metal assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24725292A JP3375989B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 排気ガス浄化用触媒担体 |
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