WO1993002792A1

WO1993002792A1 - Support metallique pour catalyseur et son procede de fabrication

Info

Publication number: WO1993002792A1
Application number: PCT/JP1992/000975
Authority: WO
Inventors: Yoshikazu Koshiba; Yukio Aoki
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co., Ltd.
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1993-02-18
Also published as: KR930702070A; TW212218B; KR960011977B1; EP0562116A4; EP0562116A1

Description

糸田触媒担持用メタル担体及びその製造方法技術分野

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担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 5 4 — 1 3 4 6 2 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卜溶接によって一体化する方法が記載されている。しかし，スポッ卜溶接の場合には、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 6 3 — 4 4 4 6 6 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卷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の限られた値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か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 2 O O m ni 0、長さ 1 5 0 m mの八二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 5 m mの部分を溶接したもの、また、ろう付は、両端より 2 0 m m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 5 0 0 k g程度、ろう付で 1 . 5 t o il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 1 0 5 m m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菊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 8 0 %程度しか接触せず、残リ 2 0 %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 1 2

0 0 °Cという高温に加熟するため常温では接蝕していた平板と波

X 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リ、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、ェ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、本発明の目的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ょ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、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 A A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 B B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、平板との接蝕面積を大とし、該波板と平板とを層状に交互に配置し、それら平板、波板を卷回しながら溶接により固定し、これによつて平板と波板の接蝕が確保できるのでろう付のための最適の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、平板と波板とが強面に接合することが出来る。

本発明においては、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、 1 0 m m以内、好ましくは 5 m m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。

本発明で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、溶接部及ぴその近傍のマスキ.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、牛波板との間に弱い結合力しか働かないめ、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。油脂の場合、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、 5 0 ΠΙ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なり、より確実な溶接が可能となり、しかも、項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 2 O m m以内が好ましい。ろう付を施す関係であまりに中央に近いと、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 2 O m m以内としてろう付部分も両端より 2 O m m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 5 m m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 5 m m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、ろう付を行うことが好ましい。ろう付け手段としては、ろう材と液状パ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。

ろぅ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 X 1 0— ³ T o r r ) 、 1 2 0 0 °C 2 0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、項部が平坦な波板 1 と平板 2 とを卷回しながら溶接点 3で溶接し、波板の頂部と平板を接合し、両者の間にクリァランスをもうけ、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 1 0 5 mm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 1 0 0 mmのポンチ 7 を押し込み平板と波板と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

2 O C r— 5 A 1 フェライ卜系ステンレス鎩箔 5 O ^ m厚を用いて平板、波板を巻回すると同時に両端より 5 mm、 8 mmの部分を 2 ケ所、スポット溶接した。その後端部より 1 0 m Hiまでをろう材に浸潰してろう付し、メタル担体を製造した。波板としては下辺が 1 . 5 mm、波の高さが 2 . 2 m mのものを使用し、担体の外径は 2 O O m m 0、長さ 1 5 O m mであった。ろう付後 1 2 0 0 °C真空で 2 0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、そのときの破断強度は、 5. 6 t o n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は 5 0 0 k g、また、ろう付のみの場合では 2 . 8 t 0 n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卜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 . 5 m m、波の高さが 2 . 2 m mのものを使用し、メタル担体の形状は、その直径が 1 5 0 m mで長さが 1 5 0 m m 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 8 m niの部分にろう材を供給し、次いでろう付部より 9 m mの部分をスポッ卜溶接した。

得られたメタル担体について押込みテス卜を実施した結果、そのときの破断強度は、 6 . 5 t o n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 . 5 m m、波の高さが 2. 2 mmのものを使用し、メタル担体の形状は、その直径が 1 5 0 m mで長さが 1 5 0 m m 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 5 mm、 8 mniの部分を 2ケ所スポット溶接を施した後、ろう材と液状パインダーを混合した溶液中に端面から 1 0 mm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、 1 2 0 0 °C真空中 2 0分加熱した。

得られたメタル担体について押込みテス卜を実施した結果、そのときの破断強度は 5. 5 t o n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、従来のスポッ卜溶接の場合の 1 1 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

言青求の範匪

1 . 排ガス浄化甩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。

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。

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。

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ぅ材を供給し、その後余分なろう材を除去してろう付けすることを特とする触媒担持用メタル担体の製造方法。