JP2001182531A - 排ガス浄化用金属担体及びその製造方法 - Google Patents

排ガス浄化用金属担体及びその製造方法

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JP2001182531A JP37007999A JP37007999A JP2001182531A JP 2001182531 A JP2001182531 A JP 2001182531A JP 37007999 A JP37007999 A JP 37007999A JP 37007999 A JP37007999 A JP 37007999A JP 2001182531 A JP2001182531 A JP 2001182531A
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茂正 高木
Yutaka Takagi
豊 高木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1種類の長尺平箔を成形し、連続した正六角
形断面のセルを多数密接・接合配置したハニカム体から
構成される排ガス浄化用金属担体及びその製造方法を提
供すること。 【解決手段】 平箔21を正六角形状の上半分の形状
を、正六角形状の一辺の長さ相当分の間隔を有する水平
部23によって接続した第1の層の波箔201を形成
し、これを180度折り返すことによって、第2の層の
波箔202を形成し、これをn層繰り返して、正六角形
状のハニカム体2を形成する。そして、このハニカム体
2の外周全面に断熱材3を巻着し、これを外筒4に圧入
して、金属担体1を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車エンジン
などの内燃機関からの排出ガスを浄化するための金属担
体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属担体は厚さ50μm程度の耐熱性の
あるフェライト系ステンレス鋼などの金属よりなる平箔
と、この平箔をコルゲート加工した波箔とを、渦巻き状
に巻回、或いは交互に重ねて積層してハニカム体を形成
し、これを耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼など
の金属で製造された外筒に収納し、ロー付けなどにより
相互に接合して構成されている。
【0003】金属製外筒の内周面と当接する金属ハニカ
ム体の外周部及びその近傍部位に過大な熱応力が集中集
積するため、メタルハニカム体を構成する平箔や波箔が
座屈したり、破損や亀裂を起こしたりして耐久性を低下
させる。
【0004】又、排ガスの流量はメタルハニカム体の中
央部ほど多く、従って温度上昇も速い。そして、平箔は
波箔に比べて熱応力を吸収しにくいため、波箔との接合
箇所に応力歪が発生し易く、所謂、フィルムアウト現象
の発生が心配される。
【0005】更に、この場合の波箔の強度も十分ではな
く、特に上下左右方向からの圧縮荷重に対して弱く、強
度面に問題が指摘されている。平箔と波箔から構成され
るサインセルでは、平箔との接合点に鋭角的な隙間が当
然発生し、予めロー材を塗布された平箔・波箔を巻回
し、外筒に入れ加熱処理すると最初のロー材が溶出して
(メッキ処理したときも同じ結果)、ここに極端なコー
ト溜りが発生して、セル断面積(開口面積)を縮減して
しまう欠点も有している。
【0006】このコート溜りはNOx触媒用途では触媒
劣化が生ずる。サインセル形状では排ガスが通過すると
き、渦状の流れになりがちであり、内燃機関の出力低下
の恐れもある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のサインセルの欠
陥を解消すべく例えば、実開平2−137929号公報
が開示されている。これには、波箔の波部を半円状に形
成するとともに、この波部の端部を連続部により相互に
接続し、隣り合う波部を、波部の端部において相互に当
接して担体部材を形成し、この担体部材を積層してなる
ことを特徴とするメタル担体が示されている。このメタ
ル担体では、平箔が不要であること、及び排ガスの流通
する部分の表面積の大幅増大が効果として得られると記
述されている。また、同公報の第3図に示されている波
部の端部と、連続部の接する部分は鋭角の溝状となり、
この部分に溶出したロー材による極端なコート溜りが発
生して、セルの断面積(開口面積)を縮減してしまう心
配は、サインセルの場合と同様に残されている。なおセ
ルの形状が360°方向で見て異なる部分(上記の波部
37の端部39と、連続部41の接する部分)の存在
は、前記と同様に通過する排ガスに渦状の流れを発生し
がちであり、内燃機関の出力低下の恐れもある。
【0008】そこで上記の鋭角部を皆無にした形状とし
て、六角形断面のセルが考えられる。六角形断面のハニ
カムの製造及びその構成の技術としては、例えば、特開
昭64−56535号公報、及び特開平1−14103
8号公報が開示されている。前者は平箔を所望ピッチで
配設した接着剤、ロー材などの接合材を介して積層し、
加圧・加熱により接合し、展張手段によって垂直方向に
展張することによって、横方向(平箔の長さ方向)に複
数の縦長六角形を隣接させた状態に集合形成する技術で
ある。又、後者は、平箔を成形機により連続した凹部と
凸部との交互配置を形成し、この2枚を1セットして、
上下に隣接して凹部と凸部とが互いに対応する位置に配
置し、両者の当接部を接合して、六角形断面のハニカム
を形成した技術である。そして、前者・後者ともに六角
形断面を構成する素材の平箔が、上下半分宛異なった素
材により構成されたものである。
【0009】1種類の長尺平箔を成形し、連続した正六
角形断面のセルを多数密接・接合配置したハニカム体を
提供するのが本発明の目的である。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明は、1枚の長尺金属箔から連
続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、
密接・接合配置した排ガス流路(ハニカム体)の外周全
面に、断熱材を配設し、これを金属製外筒の内径側に圧
入した構造としたものである。
【0011】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の排ガス浄化用金属担体において、多数密接・接合配置
した正六角形断面の夫々のセルは対接する2辺だけが接
合面であり、残りの4辺は共有面であり、かつ、すべて
のセルは1枚の金属箔より連続成形されているものであ
る。
【0012】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の排ガス浄化用金属担体において、金属製外筒の断面形
状は、円形・楕円形(小判形を含む)・六角形・八角形
の何れかであるである。
【0013】請求項4に記載の発明は、請求項1及び請
求項2に記載の排ガス浄化用金属担体において、正六角
形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の
対角線から上側の半分の形状が形成され、次に正六角形
の一辺の長さ相当分の間隔が保たれた地点から、再び前
記同様に正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成
され、この連続形状が左右方向に所望される長さまで延
びて第1層が形成され、この第1層が形成されると、正
六角形の一辺の長さ相当分の箇所の1/2の長さの地点
で180°折りかえされて、天地逆転して、第2層目が
前記の第1層と対接して正六角形が形成され、外筒の形
状に対応して第1層とは逆方向へ向かって長く形成さ
れ、第1層から第2層への天地逆転と同様にして天地逆
転して第3層が形成されて、同様にして第n層まで形成
されて、外筒の形状に対応した形状に、前記ハニカム体
が形成されているものである。
【0014】請求項5に記載の発明は、長尺帯の金属平
箔に対して、正六角形の対角線を水平方向に位置させた
ときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状を正六
角形の一辺の長さ相当分の間隔を交互に介在させて連続
形成し、外筒の形状に対応した形状を形成するために、
所望地点毎に正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の1/
2の長さの地点で180°折り返して、天地逆転させ
て、180°折り返し前と180°折り返し後との夫々
の層の対向位置で正六角形を形成し、n層まで連続形成
し外筒の形状に対応した形状を、前記ハニカム体が形成
するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
形態について、図1〜図3に基づいて説明する。金属担
体1はハニカム体2の外周全面に断熱材3が巻着されて
構成されており、その状態のまま外筒4に圧入されてい
る。ハニカム体2は後述する製法により形成されてい
る。その材料は、公知の50μm以下の耐熱性のあるフ
ェライト系ステンレス鋼箔であり、バインダーの塗布・
ロー散布・真空ロー付けなどの処理もまた公知の方法で
よい。断熱材3の材質も公知のアルミナスラリー等の耐
火性物質でよく、外筒4の材質も耐熱性のあるフェライ
ト系ステンレス鋼など公知のものでよい。
【0016】図2に示すように、長尺の平箔21を正六
角形の対角線を水平方向に位置させたときの正六角形の
上側の半分の形状22を成形し、次に正六角形の1辺の
長さ相当分の間隔を有する水平部23を残した位置か
ら、再び正六角形の上側の半分の形状22を成形する。
即ち、上側の半分の形状22と、図の左右方向に延びた
1辺の長さ相当分の水平部23とを交互に連続して配置
して、1層目の波箔201とし、外筒4の形状に適応し
た形状にするために、水平部の1/2の長さの部分で1
80°折り返して、折り返し部24をつくって、1層目
とは逆方向に向かって2層目の波箔202を成形する。
図からもわかるように、202は正六角形の下側半分の
形状となる。
【0017】以上は、波箔201と波箔202とを対接
させて、正六角形を形成するためである。例えば外筒の
断面形状が、円形の場合、波箔201と202とは当然
長さ(図の左右方向)が異なるので、波箔201と対接
する202の部分は、正六角形の下側半分の形状である
が、波箔201より長さ方向に長くなっている箇所25
では、波箔202が再び折り返して、図の右方向に右進
するときに形成する波箔203の正六角形の下半分の形
状と対接して、正六角形を形成するので、箇所25は見
掛け上正六角形の上半分の形状に相当することとなる。
波箔201は図面上で右進上半分、波箔202は左進下
半分、波箔203は右進下半分を繰り返しながら図1の
如く外筒の円形状に適応できる形状のハニカム体2が形
成される。このハニカム体2の外周全面に断熱材3を巻
着し、外筒4に圧入して金属担体1を得ることができ
る。この間に公知の方法と同様に、バインダーの塗布ロ
ー散布、真空ロー付けなどの処理が行われる。
【0018】以上、本発明の実施の形態では、以下のよ
うな特徴を得ることができる。 ・ 本実施の形態では、正六角形断面のセルの集合体で
あるハニカム体は、すべての内角が120°であり、鋭
角部が皆無なので、従来のようにコート溜りの発生の欠
点はほとんどない。
【0019】・ 本実施の形態では、隣接するセル同士
は面接触であり、かつ6面の中のただ2面だけが接合面
であるので、サインセルにおけるフィルムアウトの心配
がほとんどない。
【0020】・ 本実施の形態では、外筒に圧入してセ
ル同士を押圧しても、すべて面接触なので、特定のセル
だけが変形する心配もなく、従って排ガスの流れが渦状
になることもなく、内燃機関の出力低下の懸念もない。
【0021】・ 本実施の形態では、サインセルに比べ
てコート溜りが少なく、触媒効果が20%向上、即ち体
積を20%削減することができ、内燃機関出力がサイン
セルより10%以上向上できた。なお平箔とセットで構
成したサインセルに比べて、平箔が不要であるという効
果も同時に得られる。
【0022】・ 本実施の形態では、正六角形断面のセ
ルの形成方法においても、複数枚の金属箔を成形して集
合したものに比べて、全体が唯1枚の長尺金属箔により
連続して成形されているので、隣接する(上下左右方向
の)セル同士の外力、例えば振動などに対する抵抗力に
おいても、或いは熱応力に対しても、従来よりも、その
変位、変形において優れている。
【0023】・ 本実施の形態では、ハニカム体2と外
筒4との間に断熱材3を介在させていることにより、ハ
ニカム体2を外筒4に圧入する折、両者の受圧のクッシ
ョンの役目を果たすのと同時に、内燃機関のON,OF
Fによる繰り返しの加熱・冷却に対して、外気との温度
差の移動を緩和するのに極めて有効である。言い換えれ
ば、ハニカム体の中心部と外周部との昇温の時間差が小
さくなり、従って内燃機関ONスタート時の排出ガスの
浄化に有効である。
【0024】(変形例)なお、この実施形態は、図3に
示したように、ハニカム体2の形状を八角形(又は六角
形)に変更して具体化することも可能である。
【0025】
【発明の効果】正六角形断面のセルの集合体であるハニ
カム体では、鋭角部が皆無なので、サインセルの場合の
ようなコート溜りの発生の欠点は全くない。又、隣接す
るセル同士は点接触ではなく面接触であり、かつ6面の
中の唯2面だけが接合面であり、サインセルにおけるフ
ィルムアウトの心配も全くない。又、外筒に圧入してセ
ル同士を押圧しても、すべて面接触なので、特定のセル
だけが変形する心配もなく、従って排ガスの流れが渦状
になることもなく、内燃機関の出力低下の懸念もない。
【0026】平箔とセットで構成したサインセルに比べ
て、コート溜りが少なく、排ガスの流れが円滑であり内
燃機関の出力保持ができ、平箔が不要である。又、正六
角形断面のセルの形成方法においても、複数枚の金属箔
を成形して集合したものに比べて、全体が唯1枚の長尺
金属箔により連続して成形されているので、隣接する
(上下左右方向の)セル同士の外力、例えば振動などに
対する抵抗力においても、或いは熱応力に対しても、そ
の変位、変形において優れている。
【0027】なお、ハニカム体と外筒との間に断熱材を
介在させていることにより、ハニカム体を外筒に圧入し
ているので、両者の受圧のクッションの役目を果たすこ
とは勿論のこと、内燃機関のON,OFFによる繰り返
しの加熱・冷却に対して、外気との温度差の変移を緩和
するのに極めて有効である。即ち、ハニカム体昇温のと
きには、ハニカム体外周部から外筒を介して、外気に熱
が逃げるのを遅らせる。言い換えれば、ハニカム体の中
心部と外周部との昇温の時間差が小さくなり、従って内
燃機関ONスタート時の排出ガスの浄化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】排ガス浄化用金属担体の一実施形態を示す正面
断面図。
【図2】排ガス浄化用金属担体の製造方法を示す概略
図。
【図3】一実施形態の変形例における排ガス浄化用金属
担体の正面断面図。
【符号の説明】
1…排ガス浄化用金属担体である金属担体、2…ハニカ
ム体、3…断熱材、4…外筒、22…形状、23…水平
部、25…箇所。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 豊 岐阜県羽島市小熊町西小熊4005番地 福寿 工業 株式会社内 Fターム(参考) 3G091 BA10 BA39 GA09 GA20 GB01X 4F100 AA19B AB04A AB04C AB33A BA03 BA07 BA10C DA16 DC04A GB56 JJ03A JJ03C JJ07B

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1枚の長尺金属箔から連続成形された断
    面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置
    した排ガス流路(ハニカム体)の外周全面に、断熱材を
    配設し、これを金属製外筒の内径側に圧入した構造であ
    ることを特徴とする排ガス浄化用金属担体。
  2. 【請求項2】 多数密接・接合配置した正六角形断面の
    夫々のセルは対接する2辺だけが接合面であり、残りの
    4辺は共有面であり、かつ、すべてのセルは1枚の金属
    箔より連続成形されている請求項1に記載の排ガス浄化
    用金属担体。
  3. 【請求項3】 金属製外筒の断面形状は、円形・楕円形
    (小判形を含む)・六角形・八角形の何れかである請求
    項1に記載の排ガス浄化用金属担体。
  4. 【請求項4】 正六角形の対角線を水平方向に位置させ
    たときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状が形
    成され、次に正六角形の一辺の長さ相当分の間隔が保た
    れた地点から、再び前記同様に正六角形の対角線から上
    側の半分の形状が形成され、この連続形状が左右方向に
    所望される長さまで延びて第1層が形成され、この第1
    層が形成されると、正六角形の一辺の長さ相当分の箇所
    の1/2の長さの地点で180°折りかえされて、天地
    逆転して、第2層目が前記の第1層と対接して正六角形
    が形成され、外筒の形状に対応して第1層とは逆方向へ
    向かって長く形成され、第1層から第2層への天地逆転
    と同様にして天地逆転して第3層が形成されて、同様に
    して第n層まで形成されて、外筒の形状に対応した形状
    に、前記ハニカム体が形成されている請求項1及び請求
    項2に記載の排ガス浄化用金属担体。
  5. 【請求項5】 長尺帯の金属平箔に対して、正六角形の
    対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角
    線から上側の半分の形状を正六角形の一辺の長さ相当分
    の間隔を交互に介在させて連続形成し、外筒の形状に対
    応した形状を形成するために、所望地点毎に正六角形の
    一辺の長さ相当分の箇所の1/2の長さの地点で180
    °折り返して、天地逆転させて、180°折り返し前と
    180°折り返し後との夫々の層の対向位置で正六角形
    を形成し、n層まで連続形成し外筒の形状に対応した形
    状を、前記ハニカム体が形成する排ガス浄化用金属担体
    の製造方法。
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