(57)【要約】【課題】  外筒の端部とディフューザの端部との嵌合を良好にできる金属触媒担体の提供。【解決手段】  外筒３内にハニカム体２を収容した状態でこれら両者を熱処理して一体的に固設した後、該外筒３の端部3a,3bとディフューザ23,24の端部23a,24aとを重ねて嵌合させた状態としてこれら両者を溶接固定した金属触媒担体１において、熱処理の前に外筒３の端部3a,3bにスリット３ｃを形成することとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒内にハニカム体を収容した状態でこれら両者を熱処理して一体的に固設した後、該外筒の端部とディフューザの端部とを重ねて嵌合させた状態としてこれら両者を溶接固定した金属触媒担体において、
前記熱処理の際に外筒の端部の熱歪みを吸収する吸収手段を備えることを特徴とする金属触媒担体。
【請求項２】
請求項１記載の金属触媒担体において、
前記吸収手段は、外筒の端部に軸方向へ切欠されたスリットであることを特徴とする金属触媒担体。
【請求項３】
請求項２記載の金属触媒担体において、
前記スリットを外筒の端部に等間隔で複数形成したことを特徴とする金属触媒担体。
【請求項４】
請求項２または３記載の金属触媒担体において、
前記外筒の端部をディフューザの端部内側に重ねて嵌合させた状態とし、
前記スリットにおける外筒の軸方向の長さをＳ１、前記ディフューザにおける外筒の端部との嵌合代をＤ１とした場合に、Ｓ１≦Ｄ１としたことを特徴とする金属触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属触媒担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属触媒担体として特許文献１の記載の技術が知られている。
このような金属触媒担体では、外筒内にハニカム体を収容した状態でこれら両者を熱処理して一体的に固設した後、外筒の端部とディフューザの端部とを重ねて嵌合させた状態としてこれら両者を溶接固定している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−６２１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の発明において、外筒の端部の外形寸法精度の誤差が大きい場合には、外筒の端部とディフューザの端部とを良好に嵌合させることができないという問題点があった。
そこで、外筒の端部を治具等を用いて矯正する追加工程が必要になり、製造効率の悪化に繋がっていた。
なお、外筒の端部の外形寸法精度の誤差が大きい主な原因としては、熱処理時における熱歪みの発生によるものと考えられる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、外筒の端部とディフューザの端部とを良好に嵌合できる金属触媒担体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明では、外筒内にハニカム体を収容した状態でこれら両者を熱処理して一体的に固設した後、該外筒の端部とディフューザの端部とを重ねて嵌合させた状態としてこれら両者を溶接固定した金属触媒担体において、上記熱処理の際に外筒の熱歪みを吸収する吸収手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明では、熱処理の際に外筒の熱歪みを吸収する吸収手段を備えている。
これにより、吸収手段で熱処理時における外筒の端部の熱歪みを吸収でき、ディフューザの端部との嵌合を良好にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１の金属触媒担体の側断面図、図２は図１の矢視Ａ１による図、図３は実施例１の金属触媒担体の斜視図である。
図４は実施例１のハニカム体の製造を説明する図、図５は実施例１のハニカム体の斜視図である。
【０００９】
図６は実施例１の圧入装置を説明する図、図７は実施例１の圧入治具の平面図、図８は図７のＳ８−Ｓ８線における断面図、図９〜１４は実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
図１５は実施例１の排気系を説明する図、図１６〜１８は実施例１の外筒とディフューザの固定を説明する図である。
【００１０】
先ず、全体構成を説明する。
図１〜３に示すように、実施例１の金属触媒担体１は、円柱状のハニカム体２と、このハニカム体２が収容された円筒状の外筒３等から構成されている。
ハニカム体２の全長は外筒３よりも短く設定されている。
外筒３の端部3a,3bには、軸方向に切欠されたスリット３ａが周方向に等間隔で複数（実施例１では８個図示）形成されている。
また、各スリット３ｃの軸方向の長さをＳ１、ハニカム体２の各端面と外筒３のそれぞれ対応する端部3a,3bとの長さをＨ１とすると、Ｓ１≦Ｈ１を満たすように設定されている。なお、スリット３ｃの幅、形状、形成位置、形成数等は適宜設定できる。
【００１１】
次に、金属触媒担体１の製造方法を説明する。
金属触媒担体１の製造は、ハニカム体形成工程、外筒形成工程、圧入工程、ろう付け工程の順番に行われる。なお、ハニカム体形成工程と外筒形成工程は並行して行われる。
【００１２】
［ハニカム体形成工程］
ハニカム体形成工程では、公知の特開２００６−２３９５８０号公報と同様の加工装置を用いてハニカム体２を形成する。
即ち、図４に示すように、先ず、ロールギヤ等で製造された長尺で波状の金属箔４の始端部と、長尺で平板状の金属箔５の始端部とを該金属箔５が外側となるように巻軸６に止着した後、これら両金属箔4,5を重ねた状態で多重に巻回することによりロール状に形成する。
その後、両金属箔4,5の終端部をロール状の最外周に巻回されたろう箔材７と共にスポット溶接等により固定して、ハニカム体２を得る（図５参照）。
【００１３】
なお、実施例１では、ろう箔材７をハニカム体２の軸方向一方側（排気ガス下流側）位置に設けているが、この限りではない。
また、両金属箔4,5の厚みはそれぞれ２０〜３０μｍ前後、材質は高剛性のアルミニウムとステンレスの合金製で、さらに、焼き鈍し、または緩い焼き入れ処理が施されて高剛性になっている。
具体的には、例えばクロム（Ｃｒ）、アルミ（Ａｌ）をベースに高温酸化で生成するＡｌ２Ｏ３被膜（アルミナ被膜）の成長を抑制する効果の高いランタン（ＬＡ）等を添加した、耐高温酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼が採用されている。
フェライト系ステンレス鋼の一例としてＪＦＥ規格のＪＦＥ２０−５ＵＳＲ及びＪＦＥ１８−３ＵＳＲを挙げておく。
【００１４】
［外筒形成工程］
外筒形成工程では、外筒３となる板材の所定位置にスリット３ｃを予め切欠加工して形成した後、この板材を円筒状に加工して、その両縁部同士を電縫管と同様に溶接固定することにより、外筒３を得る。
外筒３の板厚や材質は適宜設定できる。一般的には外筒３の厚みは１．５ｍｍ前後、材質はアルミニウム等を含有するフェライト系ステンレス鋼である。
【００１５】
［圧入工程］
圧入工程では、公知の特開平１１−１９７５１８号公報と同様の圧入装置１０を用いてハニカム体２を外筒３内に収容する。
【００１６】
<圧入装置について>
先ず、圧入装置１０について詳述する。
図６において、水平な基台１１上に立設されたタワーブロック１２には、鉛直方向にレール１３が延設されると共に、このレール１３には昇降板１４が摺動可能に係合されている。
【００１７】
昇降板１４には、タワーブロック１２に取付けられたエア式または油圧式等のシリンダ１５のピストンロッド１５ａが連結しており、このシリンダ１５の作動により昇降板１４を上下動可能に構成されている。
また、昇降板１４の上部には支持ブラケット１６が備えられる一方、下部には支持ブラケット１７が備えられている。
支持ブラケット１６にはエア式または油圧式等のシリンダ１８が鉛直方向に向けて装着される一方、支持ブラケット１７には円筒状の圧入治具１９がシリンダ１８のピストンロッド１８ａと同軸上に装着されている。
【００１８】
ピストンロッド１８ａの下端には、円柱状の圧入ブロック２０が連結されている。
なお、圧入ブロック２０は、特開２００１−３４１０３４号公報に記載のものと同様に径方向へ拡縮可能な構成にしても良い。
【００１９】
基台１１上には、圧入治具１９の下方で同軸上に配置されたワーク支持ブロック２１が固設されると共に、このワーク支持ブロック２１の上面には、外筒３の下端内周に嵌合する環状突起状の突起２１ａが形成されている。
さらに、圧入ブロック２０の下方には同軸上に円盤状の支持体２２が配置されている。
この支持体２２の下部には、圧入治具１９及びワーク支持ブロック２１を貫通して基台１１内に収容されたエア式または油圧式等のシリンダ２３のピストンロッド２３ａが連結されており、このシリンダ２３の作動により支持体２２を上下動可能に構成されている。
【００２０】
図７、８に示すように、圧入治具１９には同軸上に入口端部１９ａと出口端部１９ｂを有する貫通孔１９ｃが形成されている。
貫通孔１９ｃには、入口端部１９ａから先細りした傾斜面を有する傾斜部１９ｄと、この傾斜部１９ｄから出口端部１９ｂ側へ鉛直方向に延設された環状突起状のガイド部１９ｅが備えられている。
なお、傾斜部１９ｄとガイド部１９ｅとは滑らかな曲面で接続されている。
【００２１】
さらに、貫通孔１９ｃの出口端部１９ｂには所定の曲率で面取り加工された曲部１９ｆ（図８参照）が形成されている。
【００２２】
図８に示すように、貫通孔１９ｃの入口端部１９ａの内径Ｌ１は巻回直後のハニカム体２の外径よりも大きく設定される一方、出口端部１９ｂの内径Ｌ２はガイド部１９ｅの板厚の分だけ外筒３の内径よりも小さい値に設定されている。
さらに、ガイド部１９ｅにおける圧入治具１９の底面１９ｇからガイド部１９ｅの下端までの突出長さＬ３は、前述したハニカム体２の各端面と外筒３のそれぞれ対応する端部３ａ（３ｂ）からまでの長さＨ１と同じ値に設定されている。
【００２３】
<圧入装置の作動について>
このように構成された圧入装置１０では、先ず、シリンダ１５のピストンロッド１５ａの収縮作動により昇降板１４を上昇位置に停止させる。
また、図９に示すように、シリンダ２３のピストンロッド２３ａの収縮作動により支持体２２を突起２１ａと同一高さで停止させた状態として、ワーク支持ブロック２１上に外筒３を載置する。
この際、外筒３の下端内側に突起２１ａを嵌合させることにより、外筒３を圧入治具１９と同軸上に配置できる。
【００２４】
次に、図９、１０に示すように、シリンダ１５のピストンロッド１５ａの伸長作動により昇降板１４を徐々に下降させて、圧入治具１９のガイド部１９ｅを外筒３の上端部内側に挿入して、外筒３の上端部が圧入治具１９の底面１９ｇに当接したところで昇降板１４の下降を停止させる。
この際、外筒３の上端部が圧入治具１９の底面１９ｇに当接することで、ガイド部１９ｅの外筒３内への挿入代を適正にできる。
【００２５】
次に、図１１に示すように、シリンダ２３のピストンロッド２３ａの伸長作動により支持体２２を圧入治具１９の上端よりも僅かに上方となるように配置した後、支持体２２上にハニカム体２を載置する。
【００２６】
次に、シリンダ１８の伸長作動によりピストンロッド１８ａに結合された圧入ブロック２０を徐々に下降させて、図１２に示すように、圧入ブロック２０の下面がハニカム体２の上面に当接したところで、シリンダ２３のピストンロッド２３ａの収縮作動により支持体２２を圧入ブロック２０と同期させて下降させる。
【００２７】
その後、ハニカム体２の下端が圧入治具１９の傾斜部１９ｄに接触したところで、支持体２２を増速して元位置に復帰させる（図１３参照）。
【００２８】
一方、図１３に示すように、圧入ブロック２０はハニカム体２の上面を下方へ押して、圧入ブロック２０の下端がガイド部１９ｅの下端と同一高さか僅かに下方位置になるまで下降する。
【００２９】
これにより、ハニカム体２は、ガイド部１９ｅを貫通して、外筒３内への圧入が開始され、圧入ブロック２０の下端がガイド部１９ｅの下端位置に達して、ハニカム体２がガイド部１９ｅを完全に貫通したところで、外筒３内への圧入が終了する。
なお、ハニカム体２が収容された外筒３は、シリンダ15,18のピストンロッド15a,18aの収縮作動により、昇降板１４（圧入治具１９）を元位置に復帰させた後、ワーク支持ブロック２１から取り外すことができる。
【００３０】
<ハニカム体の損傷防止について>
ここで、図１４に示すように、ガイド部１９ｅは外筒３内の上端部から突出長さＬ３だけ移動した位置まで挿入されているため、ハニカム体２は外筒３の上端部から突出長さＬ３だけ移動した位置から外筒３内に圧入されることとなる。
これにより、ハニカム体２の圧入開始位置が外筒３の端部から軸方向内側位置へ突出長さＬ３だけ移動した位置になる。
【００３１】
従って、ハニカム体２がスリット３ｃに接触したり、引っ掛かって損傷する虞がない。
また、ハニカム体２の圧入距離を短くでき、ハニカム体２の変形・座屈を防止できる。
また、ハニカム体２の圧入距離を短くしたことで、圧入抵抗を軽減できる上、圧入に掛かる時間を短縮でき、結果的にハニカム体２の変形・座屈の防止に繋がる。
さらに、貫通孔１９ｃの出口端部１９ｂには曲部１９ｆ（図７参照）が形成されているため、ハニカム体２を保護できると同時に、圧入ガイド１９の耐用寿命を延ばすこともできる。
また、ガイド部１９ｅの内径Ｌ２はガイド部１９ｅの板厚の分だけ外筒３の内径よりも小さいため、ハニカム体２の外径を外筒３の内径よりも僅かに小さくした状態でハニカム体２を外筒３内に圧入できる。
これにより、ハニカム体２の圧入抵抗を低減でき、結果的にハニカム体２の変形・座屈の防止に繋がる。
【００３２】
このように、実施例１では、外筒３のスリット３ｃによるハニカム体２の損傷を招くことなく、外筒３内へ圧入して収容できる。
また、ハニカム体２の座屈を招くことなく、比較的小さい圧入荷重でもって、ハニカム体２を外筒３内にスムーズに圧入できる。
【００３３】
<外筒端部の変形防止について>
また、従来の発明のようにハニカム体の圧入開始位置を外筒の上端部位置とした場合には、ハニカム体によって外筒の上端部に負担が掛かり、歪みが生じる虞がある。
これに対し、実施例１では外筒３の上端部に負担が掛かる虞がなく、真円度を維持することができる。
【００３４】
［ろう付け工程］
このように形成された金属触媒担体１は、加熱炉に搬送されて熱処理されることにより、金属箔４の波の頂部と金属箔５の接している部分が拡散接合されると共に、ハニカム体２の外周一部と外筒３がろう箔材７の溶融によりろう付け接合される。
【００３５】
ここで、従来の発明にあっては、熱処理時における外筒３の端部3a,3bに熱歪みが発生して、外筒３の端部3a,3bの外形寸法精度の誤差が大きくなるという問題点があった。
なお、外筒３の熱歪みは、ハニカム体２との熱膨張・収縮量の差による応力によって発生すると考えられる。あるいは外筒３自体の残留応力が開放されることによって発生すると考えられる。
これに対し、実施例１では、外筒３の端部3a,3bにそれぞれスリット３ｃを形成しているため、熱処理時における熱歪みをスリット３ｃで吸収でき、外筒３の端部3a,3bの外形寸法精度、即ち真円度を高く維持できる。
【００３６】
次に、ハニカム体２の両金属箔4,5の隙間で形成される軸方向に貫通したセルの表面には貴金属、アルミナ等からなる排気ガス浄化用の触媒担持体層が形成される。
なお、ろう箔材７を省略してハニカム体２と外筒３とを拡散接合により固定しても良い。
【００３７】
次に、作用を説明する。
［排気系との接続について］
このように構成された金属触媒担体１は、外筒３の端部3a,3bが自動車の内燃機関排気系に連通接続された状態で介装される。
例えば、図１５に示すように、自動車の内燃機関排気系は、排気上流側となるエンジンａ１の図示しない排気ポートから各排気管ａ２〜ａ４を介して金属触媒担体１、サブマフラａ５、メインマフラａ６が連通接続されている。
【００３８】
また、金属触媒担体１の外筒３の端部3a,3bには、筒状のディフューザ23,24の一端部が溶接固定されている。
さらに、ディフューザ23,24の縮径した他端部にはそれぞれ対応する接続管a2,a3と締結するための接続フランジａ７が溶接固定されている。
【００３９】
［外筒とディフューザとの固定について］
外筒３とディフューザ23,24とを溶接固定する際には、先ず、図１６、１７に示すように、外筒３の端部３ａ（３ｂ）外側にそれぞれ対応する固定ディフューザ２３（２４）の端部２３ａ（２４ａ）を重ねて嵌合させる。
その後、図１８に示すように、固定ディフューザ23,24の端部23a,24aを全周に亘って溶接Ｘ１することにより固定している。
【００４０】
ここで、従来の発明にあっては、外筒の端部に熱歪みが発生して変形している場合には、ディフューザとの嵌合を良好に行えないという問題点があった。
これに対し、実施例１では、前述したように、外筒３の端部3a,3bは高い真円度を維持して形成されているため、外筒３の端部3a,3bとディフューザ23,24の端部23a,24aを良好に嵌合できる。
これにより、溶接Ｘ１を良好に行うことができ、製品品質を向上できる。
【００４１】
加えて、外筒３の端部3a,3bはスリット３ｃによってある程度の柔軟性を有しているため、熱処理時においてスリット３ｃで熱歪みを完全に吸収できない場合であっても、外筒３の端部3a,3bとディフューザ23,24の端部23a,24aを良好に嵌合できる。
【００４２】
［スリットの長さについて］
図１８に示すように、実施例１では、外筒３の端部3a,3bをディフューザ23,24の端部23a,24a内側に重ねて嵌合させている。
また、スリット３ｃの長さＳ１は、ディフューザ23,24における外筒３との嵌合代Ｄ１以下に設定されている。
これにより、外筒３の端部3a,3bをディフューザ23,24の端部23a,24a外側に重ねて嵌合させた場合や、Ｓ１>Ｄ１とした場合に比べて、外筒３内の気密性を容易に確保できると同時に、溶接Ｘ１の作業性を良好にできる。
【００４３】
［排気浄化作用について］
自動車の内燃機関排気系に介装された金属触媒担体１において、外筒３のエンジン側の排気上流側となる一端部から外筒３に流入した排気（破線矢印で図示）は、ハニカム体２のセルを通過することにより、触媒の作用により排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）が無害成分（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等）に浄化されて排気下流側となる他端部からサブマフラａ５及びメインマフラａ６側へ排出される。
【００４４】
最後に、実施例１の効果を請求項１〜４に対応する（１）〜（４）と共に列記する。
（１）外筒３内にハニカム体２を収容した状態でこれら両者を熱処理して一体的に固設した後、該外筒３の端部3a,3bとディフューザ23,24の端部23a,24aとを重ねて嵌合させた状態としてこれら両者を溶接固定した金属触媒担体１において、熱処理の際に外筒３の熱歪みを吸収する吸収手段（スリット３ｃ）を備えることとした。
【００４５】
（２）吸収手段は、外筒３の端部3a,3bに軸方向へ切欠されたスリット３ａであることとした。
【００４６】
これにより、スリット３ａによる簡便な構成でもって熱処理時における外筒３の端部3a,3bの熱歪みを吸収できる。
また、外筒３の端部3a,3bはスリット３ａによる柔軟性を得るため、熱歪みを完全に吸収できない場合であっても、ディフューザ23,24の端部23a,24aとの嵌合を良好にできる。
【００４７】
（３）スリット３ｃを外筒３の端部3a,3bに等間隔で複数形成した。
【００４８】
これにより、熱処理時における外筒３の端部3a,3bの熱歪みを均一に吸収できる。
【００４９】
（４）外筒３の端部3a,3bをディフューザ23,24の端部23a,24a内側に重ねて嵌合させた状態とし、スリット３ｃにおける外筒の軸方向の長さをＳ１、ディフューザにおける外筒３の端部3a,3bとの嵌合代をＤ１とした場合に、Ｓ１≦Ｄ１とした。
【００５０】
これにより、外筒３内の気密性を容易に確保できる上、溶接性が良い。
【００５１】
以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、外筒３にハニカム体２を収容した後にスリット３ｃを形成することもできる。
【００５２】
また、外筒３（ハニカム体２）の断面形状は円形断面に限らず、非円形状の楕円形やレーシングトラック形状、三角形状等にしても良い。
【００５３】
さらに、ディフューザ23,24は、金属触媒担体１を自動車の内燃機関排気系に介装するための接続部材であり、その形状等は金属触媒担体１の介装位置によって適宜設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１の金属触媒担体の側断面図である。
【図２】図１の矢視Ａ１による図である。
【図３】実施例１の金属触媒担体の斜視図である。
【図４】実施例１のハニカム体の製造を説明する図である。
【図５】実施例１のハニカム体の斜視図である。
【図６】実施例１の圧入装置を説明する図である。
【図７】実施例１の圧入治具の平面図である。
【図８】図７のＳ８−Ｓ８線における断面図である。
【図９】実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
【図１０】実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
【図１１】実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
【図１２】実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
【図１３】実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
【図１４】実施例１の圧入装置の作動を説明する図である。
【図１５】実施例１の排気系を説明する図である。
【図１６】実施例１の外筒とディフューザの固定を説明する図（接続フランジは省略）である。
【図１７】実施例１の外筒とディフューザの固定を説明する図（接続フランジは省略）である。
【図１８】実施例１の外筒とディフューザの固定を説明する図（一部省略）である。
【符号の説明】
【００５５】
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４  排気管
ａ５  サブマフラ
ａ６  メインマフラ
ａ７  接続フランジ
Ｘ１  溶接
１  金属触媒担体
２  ハニカム体
３  外筒
３ａ、３ｂ  （外筒の）端部
３ｃ  スリット
４  波状の金属箔
５  平板状の金属箔
６  巻軸
７  ろう箔材
１０  圧入装置
１１  基台
１１  貫通穴
１１ａ  縮径側端部
１１ｂ  拡径側端部
１２  タワーブロック
１３  レール
１４  昇降板
１５、１８、２３  シリンダ
１５ａ、１８ａ、２３ａ  ピストンロッド
１６、１７  支持ブラケット
１９  圧入治具
１９ａ  入口端部
１９ｂ  出口端部
１９ｃ  貫通孔
１９ｄ  傾斜部
１９ｅ  ガイド部
１９ｆ  曲部
１９ｇ  底面
２０  圧入ブロック
２１  ワーク支持ブロック
２１ａ  突起
２２  支持体
２３、２４  ディフューザ
２３ａ、２４ａ  （ディフューザの）端部
【図１】
2010075803.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2010075803.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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