JP2000179332A - 排ガス浄化用断熱型メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハニカム体から外筒への熱伝達を防止できる
排ガス浄化用メタル担体を提供する。また、ハニカム体
外周部のセルへの排ガス供給量を増大し、排ガス浄化性
能を向上する。 【解決手段】 金属製平箔と波箔とを交互に巻き回した
ハニカム体１と、両端に縮径部を有する金属製外筒２よ
りなり、該外筒の排ガス出側端面の縮径部４の内面とハ
ニカム体１の外面とを接合し、該外筒の排ガス入り側端
面の縮径部３の内面とハニカム体の外面とを摺動可能に
接し、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外
面を非接触としてなることを特徴とする排ガス浄化用メ
タル担体。更に、ハニカム体１を構成する箔の表面に多
数の通気孔１４を有する。ハニカム体１の排ガス入り側
端面形状を凸形状とする。整流用ハニカム体１１を配設
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を担持
するためのメタル担体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車排ガス浄化用の触媒装置に
は排ガスの初期浄化能が優れていて排気抵抗の小さいメ
タル担体が使用されることが多くなっている。メタル担
体は、金属平箔と金属平箔を長さ方向に波形形状の塑性
加工した金属波箔とを重ね合せて、これを例えば渦巻状
に巻き回して円筒形のハニカム体を構成し、このハニカ
ム体を金属外筒等のケーシングに組み込んだ上で相互に
接合したものが知られており、上記ハニカム体に触媒を
担持して自動車排ガス浄化装置として使用している。

【０００３】例えば、メタル担体は、耐熱性ステンレス
鋼箔からなるハニカム体を金属製の外筒内に組み込んで
製造されている。ハニカム体は、主として厚さ５０μｍ
程度の帯状の平箔と、該平箔を波付け加工した帯状の波
箔とを重ねて巻き回し、渦巻状にして製造される。渦巻
状に巻回された円筒状のメタルハニカム体は、円柱の軸
方向に多数の通気孔を有している。そして、この通気孔
に触媒を担持させて触媒コンバータとしている。

【０００４】触媒担体を自動車エンジンの排ガス系に搭
載固定して使用するとき、エンジン稼働中は振動を受け
るとともに、排ガス及び触媒反応により加熱される。メ
タル担体が加熱される際、排ガスの流速が大きいメタル
ハニカム体半径方向中心部が最も大きな入熱を受ける。
一方、外筒は外気にさらされているため温度が低く、こ
れに接しているメタルハニカム体外周部は外筒に熱を奪
われる。また、ハニカム体の外周部は排ガス流速が小さ
いために入熱量も少ないので、ハニカム体外周部は中心
部に比較して温度が低い。排ガスの触媒反応は触媒温度
が高いほど進行するため、温度の低いハニカム体外周部
は触媒反応効率がハニカム体中心部より低くなる。

【０００５】また、ハニカム体の中心部と外周部との温
度差、及びハニカム体と外筒との温度差により、メタル
ハニカム体の内部全体あるいはメタルハニカム体と外筒
との接合部に、熱膨張差による応力が集中して、破断や
座屈あるいは剥離などが生じるようになる。更にエンジ
ン始動時や加速時には急速に加熱され、ブレーキ時や停
車時には急速に冷却され、急加熱−急冷の熱サイクルが
走行時に繰り返される。このような熱サイクルに伴っ
て、メタル担体は膨張と収縮を繰り返す。急速加熱・冷
却される際には、ハニカム体中心部とハニカム体外周
部、外筒との間の温度差により、熱膨張差による応力が
集中し、同様に破断、座屈、剥離などが生じるようにな
る。

【０００６】ハニカム体から外筒へ流れる熱損失を低減
するため、ハニカム体と外筒との間に断熱材を挿入する
方法が知られている。また、ハニカム体の最外周部の何
層かのセルに断熱物質を充填し、もって熱遮断を行う方
法が特開平５−７５４３０号公報に開示されている。

【０００７】特開平４−２３５７１７号公報において
は、ハニカム体外周部と外筒との間に空間部を設け、ハ
ニカム体と外筒との間はリング状弾性保持部材によって
弾性変形自在に保持する方法が開示されている。ハニカ
ム体と外筒との間に空間部を設けることでハニカム体か
ら外筒への熱流を遮断し、かつハニカム体と外筒との間
の熱膨張差をリング状弾性保持部材の弾性変形によって
吸収し、熱応力の発生を防止している。特開平９−２６
２４３８号公報では、上記に加え、ハニカム体と外筒と
の間の空間部を減圧することによって熱遮断を強化して
いる。

【０００８】特開昭６１−１７９４３６号公報、特開平
９−１０８５７６号公報においては、ハニカム体を収容
する内側の円筒部と、更にその外側に外側の円筒部を設
け、内側の円筒部と外側の円筒部との間に空間部を設け
て熱の流出を遮断する方法が開示されている。

【０００９】特開平８−１９６９１７号公報において
は、メタルハニカム体と外筒の双方が両端に縮径部を有
し、該縮径部においてハニカム体と外筒とが密着し、縮
径部間の拡径部においてはハニカム体と外筒との間に空
間を有するメタル担体が開示されている。

【００１０】実公平６−１０１３２号公報においては、
両端に縮径部を有する外筒に２個のハニカム体がガス流
れ方向に直列に配置され、各ハニカム体の一端が外筒の
縮径部内壁面に固着された排気ガス浄化装置が開示され
ている。外筒の縮径部に固着された部分以外について
は、ハニカム体と外筒との間には空間部が存在する。外
筒と固着されない側のハニカム体の端部は、外筒と固定
せずに自由状態におくか、あるいはスペーサーによって
保持される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ハニカム体と外筒との
間に断熱材を充填する方法においては、断熱材を使用す
ることによるコストの増加が避けられない。長期間の使
用において劣化しない断熱材を選択する必要もある。ま
た、ハニカム体最外周部のセルに断熱材を充填する方法
においては、本来排気ガスを浄化するためのセルをつぶ
すこととなり、また断熱材を充填してもハニカム体の箔
を介しての熱伝導は残るので断熱効果も十分とはいえな
い。

【００１２】ハニカム体と外筒との間に空間部を設け、
両者をリング状弾性保持部材で結合する方法において
は、加熱−冷却のサイクルの繰り返しによってリング状
弾性保持部材が変形を繰り返しても破損しない保持部材
を選択する必要があり、かかるリング状弾性保持部材の
製造、及び該保持部材によるハニカム体と外筒との接合
に伴うコストの増加が避けられない。

【００１３】ハニカム体の外側に２重の円筒部を設ける
方法においては、内側の円筒はハニカム体と接している
ため、エンジン始動時にハニカム体から内側の円筒に熱
を奪われ、始動初期のハニカム体の温度上昇を遅らせる
という問題を解決することができない。また、２重の円
筒部を設けるため、コストアップを避けることもできな
い。

【００１４】ハニカム体と外筒の双方の両端に縮径部を
設け、縮径部において両者を密接させる方法において
は、ハニカム体の最外周部のセルがつぶされるので排ガ
ス浄化に寄与するセルが減少するという問題があり、更
に外筒の縮径部によってハニカム体の拡径部両端が拘束
されているため、加熱時のハニカム体と外筒の熱膨張差
が開放されず、熱応力が発生するという問題もある。

【００１５】両端に縮径部を有する外筒に２個のハニカ
ム体を直列に接続する方法においては、外筒と接合しな
い側のハニカム体が外筒に保持されないため、振動によ
ってハニカム体の寿命が短縮するという問題がある。ス
ペーサーによって外筒とハニカム体との間を保持する方
法を採用すると、スペーサー設置に伴うコストアップを
避けることができない。

【００１６】本発明は、これらの問題点を解決し、コス
トアップとならず、ハニカム体のセルを無駄にせず、ハ
ニカム体と外筒との熱膨張差を解消して熱応力の発生を
防止しながら、ハニカム体から外筒への熱損失を防止で
きるメタル担体を提供することを目的とする。

【００１７】また、熱ロスの低減したハニカム体外周部
のセルへの排ガス供給量を増大し、排ガス浄化性能を向
上したメタル担体を提供することを他の目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは、 （１）金属製平箔と該平箔にコルゲート加工を施した波
箔とを交互に巻き回したハニカム体１と、両端に縮径部
を有する金属製外筒２よりなり、該外筒の排ガス出側端
面の縮径部４の内面とハニカム体１の外面とを接合し、
該外筒の排ガス入り側端面の縮径部３の内面とハニカム
体の外面とを摺動可能に接し、両縮径部間における外筒
２の内面とハニカム体１の外面を非接触としてなること
を特徴とする排ガス浄化用メタル担体。 （２）外筒の両端の縮径部間の部分における外筒の内面
とハニカム体の外面との間６の間隔を１ｍｍ〜５ｍｍと
することを特徴とする上記（１）に記載の排ガス浄化用
メタル担体。 （３）排ガス出側端面における外筒２の縮径部４内面と
ハニカム体外面との接触長さはメタル担体軸方向にハニ
カム体長さの１／１０以上であり、排ガス入り側端面に
おける外筒の縮径部３内面とハニカム体外面との接触長
さはメタル担体軸方向にハニカム体長さの１／１００以
上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載
の排ガス浄化用メタル担体。 （４）ハニカム体１を構成する箔の表面に多数の通気孔
を有することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいず
れかに記載の排ガス浄化用メタル担体。 （５）前記ハニカム体１の排ガス入り側端面形状を凸形
状とし、排ガス出側端面形状を凹形状とすることを特徴
とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の排ガス
浄化用メタル担体。 （６）前記ハニカム体１の排ガス上流側に、整流用ハニ
カム体１１を配設することを特徴とする上記（１）乃至
（５）のいずれかに記載の排ガス浄化用メタル担体。で
ある。

【００１９】本発明においては、図１に示すように、金
属製の外筒２は両端に縮径部３、４を有し、縮径部の内
径はハニカム体１の外径と略等しくする。金属製外筒の
排ガス出側端面の縮径部４の内面とハニカム体１の外面
とをろう付け、ないしは拡散接合によって接合する。外
筒の排ガス入り側端面の縮径部３の内面とハニカム体１
の外面とは摺動可能に接している。ハニカム体はハニカ
ム体の軸に垂直方向の応力に対してはハニカム体両端に
おいて外筒の両縮径部に支持される。また、ハニカム体
の軸に平行な方向の応力に対しては排ガス出側の接合部
７によって外筒２に支持されている。一方、ハニカム体
１と外筒２との温度差に伴う熱膨張差が発生しても、ハ
ニカム体１が排ガス入り側端面の縮径部３において摺動
可能となっているため、熱応力を発生することがない。

【００２０】外筒２の両端の縮径部ではさまれた胴部５
については、外筒内周部とハニカム体外周部との間には
空間部６が存在するので、この空間によってハニカム体
１から外筒２への熱伝導が妨げられ、ハニカム体からの
熱ロスを低減することができる。ハニカム体と外筒との
間に空間部６があるため、定常運転中のハニカム体から
の熱ロスが低減できるだけでなく、エンジン始動時にお
いても熱容量の大きい外筒２がハニカム体１に接してい
ないためにハニカム体１の温度上昇が速く、エンジン始
動後いち早く排ガスの浄化を開始することができる。

【００２１】本発明においては、リング状弾性保持部材
やスペーサーを用いることなくハニカム体を外筒によっ
て支持することができるので、コストを上昇させること
なく上記機能を確保することができる。また、ハニカム
体外周部に縮径部を設けたりセルに断熱材を充填するこ
とがないので、ハニカム体のセルの全体を排ガスの浄化
に用いることができる。

【００２２】本発明においては、更にハニカム体外周部
のセル内の排ガス流速を増大し、ハニカム体外周部を有
効に排ガス浄化に用いることができる。従来のようにハ
ニカム体の外周部からの熱ロスが大きいメタル担体にお
いては、たとえハニカム体外周部のセル内排ガス流速を
増大したとしても、ハニカム体外面からの熱損失が大き
いために触媒の温度が十分に上昇せず、結局は効率良く
ハニカム体外周部セルによって排ガス浄化を行うことが
できなかった。これに対し、本発明においてはハニカム
体１と外筒２との間に空間部６を有するためにハニカム
体外周面からの熱ロスが少ないので、ハニカム体外周部
のセル内排ガス流速を増大すれば、外周部においても十
分に効率の高い排ガス浄化を行うことが可能になった。

【００２３】図２に示すように、ハニカム体１を構成す
る箔の表面に多数の通気孔１４を形成することにより、
ハニカム体の隣合うセル間での排ガスの流通が可能にな
る。その結果、ハニカム体排ガス入り側ではハニカム体
中心部のセルに流れる排ガスが多くても、ハニカム体内
部で排ガスが中央のセルから外周部のセルに移動し、ハ
ニカム体半径方向に排ガス流速を均一化し、ハニカム体
外周部のセルを有効に利用することができる。箔の表面
の通気孔１４は、ハニカム体外面に面する箔の表面には
設けない。これにより、排ガスがハニカム体外面からハ
ニカム体と外筒との間の空間部６に流出することを防止
できる。

【００２４】図３に示すように、ハニカム体１の排ガス
入り側端面の形状を凸形状とすると、該端面を平面とし
た場合と比較してハニカム体半径方向の排ガス流速分布
を均一化し、外周部のセル内排ガス流速を増大すること
ができる。これによっても上記と同様ハニカム体外周部
セルの排ガス浄化効率を向上することができる。

【００２５】図４に示すように、排ガス浄化用のハニカ
ム体１の上流側に整流用ハニカム体１１を配設すること
により、同じようにハニカム体半径方向の排ガス流速分
布を均一化し、排ガス浄化用ハニカム体外周部のセル内
排ガス流速を増大することができる。これによって上記
と同じ効果を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明のメタル担体は、図１に示
すように、ハニカム体１が金属製の外筒２内に組み込ま
れている。ハニカム体１は、耐熱性ステンレス鋼からな
る帯状の平箔と、この平箔を波付け加工した帯状の波箔
とを重ねて巻き回し、渦巻状にして製造される。渦巻状
に巻回された円筒状のハニカム体１は、平箔と波箔との
接触部の全部又は一部を接合し、円柱の軸方向に多数の
セルを有している。

【００２７】ハニカム体１の材料としては、耐熱性合金
元素としてＡｌ３〜１０％、Ｃｒ１５〜２５％を含有す
るフェライト系ステンレス鋼、例えば２０％Ｃｒ−５％
Ａｌ−Ｆｅ鋼が採用される。また外筒２用の材料として
は、ハニカム体１ほどの耐熱性は要求されないので、Ａ
ｌ等の耐熱性合金元素を含有しないステンレス鋼を採用
してもよい。

【００２８】外筒２はその両端に縮径部３、４を有す
る。縮径部の内径はハニカム体１の外径と略等しい。ハ
ニカム体１を外筒２に組み込み、排ガス出側端部におい
てハニカム体外面と外筒縮径部４の内面の相接している
部分を接合する。接合は、ろう付けないしは拡散接合に
よって行うことができる。排ガス入り側端部において
は、ハニカム体外面ともう一方の縮径部３の内面とが相
接する。縮径部３の内径をハニカム体１の外径と同等か
若干大きくすることにより、ハニカム体１は縮径部３に
おいて摺動可能に保持される。外筒の両縮径部にはさま
れた胴部５は、その内径がハニカム体外径よりも大き
く、ハニカム体と外筒とを組合わせた状態で両者の間に
空間部６が形成される。

【００２９】排ガス出側を接合部７とし、排ガス入り側
を摺動部８とするのは以下の理由からである。即ち、排
ガス出側を接合部７にする理由は、排ガスに直接さらさ
れる入り側のハニカム体１あるいは外筒２の温度変化に
対し、出側のハニカム体あるいは外筒の温度は変化が少
なく、熱応力が入り側に比べて発生しにくいため、及び
出側を接合部にすればハニカム体の保持寿命が入り側を
接合して保持する場合に比べて格段に向上するからであ
る。また、排ガス入り側を摺動部８とする理由は、温度
変化が激しく発生する入り側の外筒とハニカム体で発生
する熱歪を外筒とハニカム体を非接合にすることで軸方
向、径方向ともに開放する必要があるからである。さら
に、ハニカム体を摺動可能で外筒内面と接する理由は、
ハニカム体の振動を外筒の両端の接触面で抑えて防止
し、ハニカム体の保持寿命をさらに延ばすとともに、触
媒コート時に空間部６への触媒浸入を防止することがで
きるからである。

【００３０】ハニカム体１を外筒２によって十分に支持
するためには、外筒両端の縮径部におけるハニカム体と
の接触部を確保する必要がある。排ガス出側端部におい
ては、外筒縮径部４内面とハニカム体１外面とのメタル
担体軸方向接触長さを、ハニカム体１長さの１／１０以
上とすることにより、ハニカム体１を強固に外筒２によ
って支持することができる。接合は、ろう付けあるいは
固体拡散接合等の手段を用いて行う。

【００３１】一方、排ガス入り側端部においては、排ガ
スの流れる方向に垂直な応力に対してハニカム体１を支
持できればよいので、常温においてハニカム体１外面と
外筒縮径部３の内面とがわずかでも接していれば本発明
の機能を発揮することができる。ハニカム体１と外筒２
との製作精度、組立精度を考慮すると、外筒の縮径部３
内面とハニカム体１外面とのメタル担体軸方向接触長さ
がハニカム体長さの１／１００以上であれば目的を達成
することができる。

【００３２】上記の両縮径部の長さ条件を満足し、かつ
上記ハニカム体１と外筒２とが接しない空間部６の面積
をできるかぎり広くとることで、ハニカム体と外筒との
間の断熱効果を得ることができる。

【００３３】両縮径部の間の胴部５におけるハニカム体
１と外筒２との間の間隔は、狭すぎると断熱効果が十分
ではなく、本発明の効果が十分には発揮できない。一
方、該間隔を大きくしようとすると、メタル担体を収容
する部位のスペースからメタル担体の外径は制約される
ため、結局ハニカム体１の直径を小さくせざるをえず、
排ガス浄化性能を十分に発揮できなくなる。胴部５にお
ける外筒内面とハニカム体外面との間の間隔を１ｍｍ〜
５ｍｍとすることにより、本発明の効果を最も良好に発
揮することができる。

【００３４】メタル担体が接続される排気管の内径はハ
ニカム体外径に比較して小さいので、ハニカム体の上流
側には排気管からの径拡大部９、下流側には径縮小部１
０を設ける。径拡大部９、径縮小部１０とメタル担体の
外筒２とはそれぞれ別個に製造し、外筒２にハニカム体
１を組み込んだ後に外筒の縮径部端部と径拡大部９、径
縮小部１０とを接合することができる。もちろん、外筒
２と径拡大部９、あるいは外筒２と径縮小部１０を一体
に製作し、これにハニカム体を組み込むことも可能であ
る。

【００３５】通常のメタル担体触媒コンバータにおいて
は、排気管から径拡大部９を経てハニカム体排ガス流入
側端面に到達した排ガスの流速分布は、径拡大部９で十
分に広がることができず、ハニカム体入り側端部におい
て、ハニカム体中心部の排ガス流速が速く、ハニカム体
周辺部の流速は遅い。本発明においてはハニカム体周辺
部における外部への熱ロスが減少しているので、ハニカ
ム体周辺部へも十分な流速の排ガスを供給することがで
きれば、周辺部セルでも高い温度が確保されてハニカム
体全体が均一な浄化能力を有することとなり、排ガス浄
化効率を一層増大することが可能になる。

【００３６】本発明では、図２に示すように、ハニカム
体１を構成する箔の表面に多数の通気孔１４を形成する
ことにより、ハニカム体の隣合うセル間での排ガスの流
通が可能になる。その結果、ハニカム体排ガス入り側で
はハニカム体中心部のセルに流れる排ガスが多くても、
ハニカム体内部で排ガスが中央のセルから外周部のセル
に移動し、ハニカム体半径方向に排ガス流速を均一化
し、ハニカム体外周部のセルを有効に利用することがで
きる。箔の表面の通気孔１４は、ハニカム体外面に面す
る箔の表面には設けない。これにより、排ガスがハニカ
ム体外面からハニカム体と外筒との間の空間部６に流出
することを防止できる。

【００３７】従来、ハニカム体の排ガス流入側端面形状
として平面が採用されていたが、本発明においては更
に、図３に示すように、ハニカム体排ガス流入側端面を
凸形状とすることにより、ハニカム体外周部セルにおけ
る排ガス流速を増大することができる。凸形状として
は、円錐状、ドーム状等の形状から選択することができ
る。ハニカム体端面形状を凸形状とすることにより、端
面の中心部は径拡大部の空間部１２内に入り込み、これ
によって径拡大部内における排気ガス流れが影響を受
け、ハニカム体の外周部のセルにも排気ガスが十分に供
給されるようになったものと考えられる。

【００３８】以上述べてきたハニカム体は触媒反応を起
こさせるためのハニカム体１であり、以後整流用ハニカ
ム体１１と区別するためにメインハニカム体１とよぶ。

【００３９】本発明においては、図４に示すようにメイ
ンハニカム体１の上流に整流用ハニカム体１１を配設す
ることにより、メインハニカム体１の排ガス流速分布を
均一化し、ハニカム体外周部セルの排ガス流速を増大す
ることができる。これにより、本発明においてはハニカ
ム体周辺部における外部への熱ロスが減少しているの
で、周辺部セルでも高い温度が確保されてハニカム体全
体が均一な浄化能力を有することとなり、排ガス浄化効
率を一層増大することが可能になる。整流用ハニカム体
１１は排ガスの整流化が目的なので、熱ロスを防ぐため
に極力その厚みを薄くする。整流用ハニカム体１１の形
状としては、図５（ａ）に示す平面形状、同図（ｂ）に
示すドーム形状、同図（ｃ）に示す円錐形状等を採用す
ることができる。

【００４０】整流用ハニカム体１１の形状毎の整流化効
果は、平面形状よりもドーム形状、円錐形状の方が優れ
た効果を有する。ドーム形状、円錐形状の場合は、整流
用ハニカム体の排ガス流入側端面が凸形状となるので、
該端面の中央部は径拡大部の空間部１２内に入り込み、
これによって径拡大部内における排気ガス流れが影響を
受け、整流用ハニカム体の外周部のセルにも排気ガスが
十分に供給されるようになったものと考えられる。更
に、整流用ハニカム体１１の排ガス出側端面形状が凹形
状となるため、整流用ハニカム体１１とメインハニカム
体１との間には十分な空間部１３が形成され、この空間
部１３において排ガスが混合するためにメインハニカム
体入り側における排ガスの流速が均一化されるものと考
えられる。また、整流用ハニカム体１１の剛性も、平面
形状よりもドーム形状、円錐形状の方が優れている。

【００４１】本発明の排気ガス流入側の端面が凸形状を
有するメインハニカム体１、あるいは整流用ハニカム体
１１の端面形状は、ハニカム体の中心部を通る断面の外
縁部における表面の接線と、排気ガス流路と直交する線
との間の角度θは６０°以下とすることが好ましい。６
０°を超えると、第１に整流用ハニカム体の平箔と波箔
との軸方向の重なり代（ラップ代）が少なくなり、半径
方向の圧縮及び引張力に対抗するハニカム剛性が低下す
る。そのため、ハニカム体が熱や応力によって容易に変
形したり、排ガスの脈動で振動したりして破壊しやすく
なり、耐久性が圧下する。また第２に、径拡大部とハニ
カム体の外周部との空間が狭くなり、排気ガスが外周部
へ供給されにくくなるため、整流化効果が低下するから
である。

【００４２】上記角度θは、より好ましくは２０°〜４
５°とする。２０°未満では半径方向の熱応力が解放さ
れにくくなるために耐久性の向上効果が低減すると同時
に、凸型が偏平に近くなるため、凸型の形状効果が低下
し、整流化効果が薄まるからである。またθを４５°以
下とすることでハニカム体の耐久性、整流化効果ともに
最良の結果を得ることができる。

【００４３】

【実施例】自動車のエンジンマニホールドのすぐ下流側
に配置するメタル担体触媒コンバーターにおいて本発明
を実施した。ハニカム体は、いずれも厚み２０μｍのス
テンレス鋼平箔と該平箔をコルゲート加工した波箔とを
巻き回し、該平箔と波箔との接触部をろう付け接合する
ことによって形成した。ハニカム体（メインハニカム
体）１は、幅１００ｍｍのステンレス鋼平箔と波箔とを
円筒形に巻き回し、直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの
円筒形に成形した。外筒２は、厚み１．５ｍｍのステン
レス製円筒を用い、両端に内径１００ｍｍの縮径部、中
央に内径１０６ｍｍの胴部を有する。排ガス入り側縮径
部長さは１０ｍｍ、排ガス出側縮径部長さは３０ｍｍ、
胴部の長さは６０ｍｍである。

【００４４】整流用ハニカム体１１については、厚み３
０μｍのステンレス鋼平箔と波箔とを巻き回して円筒形
のハニカム体とし、次いで前記ハニカム体を該ハニカム
体の中心線に直交する面で複数に切断し、該切断したハ
ニカム体の外周に厚み１．５ｍｍのステンレス鋼の外筒
を配し、次いで該切断したハニカム体を凹治具と凸治具
とでプレスすることにより該ハニカム体の一方の面は凸
型の形状とし他方の面は凹型の形状とし、その後に該平
箔と波箔との接触部をろう付け接合することによって形
成した。

【００４５】本発明例１においては、図１に示すよう
に、排ガス出側縮径部４におけるハニカム体１との接触
部長さは２５ｍｍとし、ろう付けによって外筒２とハニ
カム体１を接合した。排ガス入り側縮径部３において
は、ハニカム体１と縮径部３とは長さ５ｍｍにわたって
接触している。

【００４６】本発明例２を図２に示す。ハニカム体１と
外筒２との接続は本発明例１と同様である。ハニカム体
１を構成する平箔及び波箔には予め直径２ｍｍの通気孔
１４を１個／ｃｍ²の密度で配置し、この平箔と波箔と
を巻き回してハニカム体とした。ハニカム体の最外周の
平箔には通気孔は設けていない。その他の条件は本発明
例１と同様である。

【００４７】本発明例３は、図６に示す形状のハニカム
体１に、更に本発明例２と同様の通気孔１４を配設した
平箔と波箔とを用いたものである。本発明例３のハニカ
ム体１は、排ガス入り側端面が凸形状、出側端面が凹形
状をなし、端面の円錐形の陵線と、排気ガス流路と直交
する線との間の角度θは３０度である。その他の条件は
本発明例１と同様である。

【００４８】本発明例４を図７に示す。本発明例３と同
様のメインハニカム体１と外筒２との組合わせの排ガス
上流側に、厚み１０ｍｍの整流用ハニカム体１１を配置
した。整流用ハニカム体１１の排ガス入り側端面、出側
端面は円錐形をなし、端面の円錐形の陵線と、排気ガス
流路と直交する線との間の角度θは４５度である。本発
明例に用いる径拡大部９は、整流用ハニカム体１１を収
容するために円筒部の長さが他の発明例に比較して長く
なっている。径拡大部９と外筒２との間を溶接接合する
ことにより、整流用ハニカム体１１はメタル担体内に収
容される。

【００４９】比較例として、外筒２に内径１００ｍｍの
円筒を用いたメタル担体を採用した。ハニカム体１の外
周部全体において外筒と接触している。

【００５０】本発明例１〜４及び比較例をエンジンの排
気ガス系に設置し、メタル担体の昇温特性、降温特性、
浄化性能の比較を行った。昇温特性、降温特性は、ハニ
カム体の外周部から２層内側のハニカム体長さ中央部の
温度を測定し、昇温特性についてはコールドスタート後
５０秒における当該部の温度により、降温特性について
は排ガス流入停止１０分後の当該部の温度により評価し
た。浄化性能については、エンジン始動時のメタル担体
の初期浄化性能を調査するために、ＨＣ５０％浄化率到
達時間によって評価した。

【００５１】評価結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】昇温特性評価における外周部のハニカム体
温度について、本発明例は比較例に対していずれも昇温
速度が速く、本発明例の中では本発明例４、３、２、１
の順で昇温特性が良好であった。本発明のハニカム体と
外筒との間の断熱効果によって昇温速度が上昇し、更に
本発明例２、３、４においてはハニカム体外周部排ガス
流速向上対策効果が上乗せされ、一層の昇温速度の上昇
が実現した。

【００５４】降温特性については、本発明例はいずれも
比較例に対して良好であった。本発明のハニカム体と外
筒との間の断熱効果によるものである。

【００５５】ＨＣ浄化性能については、本発明例４が最
も優れており、以下本発明例３、２、１の順で、比較例
が最も悪い成績であった。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、外筒内周部とハニカム体外周
部との間に空間が存在するので、この空間によってハニ
カム体から外筒への熱伝導が妨げられ、ハニカム体から
の熱ロスを低減することができる。定常運転中のハニカ
ム体からの熱ロスが低減できるだけでなく、エンジン始
動時においてもハニカム体の温度上昇が速く、エンジン
始動後いち早く排ガスの浄化を開始することができる。

【００５７】本発明においては、リング状弾性保持部材
やスペーサーを用いることなくハニカム体を外筒によっ
て支持することができるので、コストを上昇させること
なく上記機能を確保することができる。また、ハニカム
体外周部に縮径部を設けたりセルに断熱材を充填するこ
とがないので、ハニカム体のセルの全体を排ガスの浄化
に用いることができる。

【００５８】本発明においては、ハニカム体の断熱効果
に加え、ハニカム体外周部のセル内の排ガス流速を増大
し、ハニカム体外周部を更に有効に排ガス浄化に用いる
ことができる。ハニカム体外周部の排ガス流速増大手段
として、ハニカム体を構成する平箔と波箔とに多数の通
気孔を設置する方法、ハニカム体排ガス入り側端部を凸
形状とする方法、ハニカム体排ガス入り側に整流用ハニ
カム体を配置する方法を採用することができる。これら
の相乗効果により、ハニカム体外周部の昇温特性を更に
向上し、定常運転時においてもハニカム体外周部の温度
を高温に保ち、メタル担体の浄化性能を向上することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタル担体の断面図である。

【図２】本発明のメタル担体の断面図である。

【図３】本発明のメタル担体の断面図である。

【図４】本発明のメタル担体の断面図である。

【図５】本発明の整流用ハニカム体の断面図であり、
（ａ）は平面形状、（ｂ）はドーム形状、（ｃ）は円錐
形状のものを示す。

【図６】本発明のメタル担体の断面図である。

【図７】本発明のメタル担体の断面図である。

【符号の説明】

１ ハニカム体（メインハニカム体） ２ 外筒 ３ 縮径部（排ガス入り側） ４ 縮径部（排ガス出側） ５ 胴部 ６ 空間部 ７ 接合部 ８ 非接合部（摺動部） ９ 径拡大部 １０ 径縮小部 １１ 整流用ハニカム体 １２、１３ 空間部 １４ 通気孔 １５ 外筒

フロントページの続き (72)発明者 岡崎 裕一 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 加古 卓三 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 今井 篤比古 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 三治 史雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 平山 洋 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB01 BA03 BA39 CA27 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FC07 GA08 GA16 GA21 GB01X GB01Z HA25 HA31 HA33 HA46 4D048 AA18 BA25X BA36X BA38X BA39X BB02 CA01 CC38

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製平箔と該平箔にコルゲート加工を
   施した波箔とを交互に巻き回したハニカム体と、両端に
   縮径部を有する金属製外筒よりなり、該外筒の排ガス出
   側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面とを接合し、
   該外筒の排ガス入り側端面の縮径部の内面とハニカム体
   の外面とを摺動可能に接し、両縮径部間における外筒の
   内面とハニカム体の外面を非接触としてなることを特徴
   とする排ガス浄化用メタル担体。
2. 【請求項２】 外筒の両端の縮径部間の部分における外
   筒の内面とハニカム体の外面との間の間隔を１ｍｍ〜５
   ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄
   化用メタル担体。
3. 【請求項３】 排ガス出側端面における外筒の縮径部内
   面とハニカム体外面との接触長さはメタル担体軸方向に
   ハニカム体長さの１／１０以上であり、排ガス入り側端
   面における外筒の縮径部内面とハニカム体外面との接触
   長さはメタル担体軸方向にハニカム体長さの１／１００
   以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排
   ガス浄化用メタル担体。
4. 【請求項４】 ハニカム体を構成する箔の表面に多数の
   通気孔を有することを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載の排ガス浄化用メタル担体。
5. 【請求項５】 前記ハニカム体の排ガス入り側端面形状
   を凸形状とし、排ガス出側端面形状を凹形状とすること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス
   浄化用メタル担体。
6. 【請求項６】 前記ハニカム体の排ガス上流側に、整流
   用ハニカム体を配設することを特徴とする請求項１乃至
   ５のいずれかに記載の排ガス浄化用メタル担体。