JP2002509221A - 少なくとも１つの金属シートを含む中間層を備えたハニカム体構成 - Google Patents

少なくとも１つの金属シートを含む中間層を備えたハニカム体構成

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、熱輻射によるハニカム体（３）からハウジング（２）への熱の伝達を低減し、かつ端部において中間層（７）の浸蝕を防ぐハニカムキャリア構成（１）に関する。この目的のため、中間層（７）は、少なくとも１つの金属層（９）およびセラミック材料の少なくとも１つの層（８；１０）から形成される複数の層部分（８、９、１０）を含むものとする。好ましい中間層（７）は、断熱層部分（８）、金属シート（９）および膨潤マット（１０）を含み、金属シート（９）の端部は少なくとも１つの層部分（８、１０）を端部において覆う。この発明は、自動車の排気清浄システムにおいてエンジンの近くで使用するための薄壁セラミックのハニカム体を支持するのに特に適している。しかしながら一般的に、この発明はハウジングに対してあらゆる種類のハニカム体を断熱するのに適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は、複数の層部分を含む中間層によって囲まれるハニカム体が中に配
置されるハウジングを有するハニカム体構成に関する。このような構成は、特に
セラミックハニカム体を備えた触媒コンバータのために、特に自動車の排気清浄
システムに用いられる。
【０００２】
【発明の背景】
ドイツ実用新案第８０ １９ ８１３号では既に、ハニカム体がいわゆる膨潤
マットに包まれ金属ハウジング内に配されるセラミックハニカム体のためのホル
ダが開示される。膨潤マットは膨張して、ハウジングおよびハニカム体の異なる
動作特性および製造許容差によって生じるキャビティを充填でき、これによって
長期にわたる動作において固定された支持効果を確実にすることができる。一般
的に、膨潤マットは雲母の小片を含み、その周囲に空間があれば水分を吸収して
膨張する。このような膨潤マットを安定化するため、上記の実用新案では膨潤マ
ットに波形編みワイヤマットを一体化させることを提案している。ハニカム体の
端部において膨潤マットが浸蝕されるのを防ぐために、気体封止リングが膨潤マ
ットで充填される間隙を覆うようにハニカム体の端部に設けられる。
【０００３】 排気システム内のハニカム体が動作中９００℃以上の温度まで加熱され、ハニ
カム体構成の近傍に配置される構成要素をこの高熱から保護すべきである場合に
、ハウジングとハニカム体との間に断熱性の中間層を設けることもまた公知であ
る。
【０００４】 この断熱層は空気の層であってもよく、空気の熱伝導および熱対流特性が低い
ため、この空気の層はハニカム体構成の使用の際にハニカム体内に生じる高温化
からハウジングを断熱する。
【０００５】 空気層によりもたらされる断熱の代わりに、またはこれに加えて、セラミック
材料を含む中間層を設けることが公知である。この場合にもまた、使用されるセ
ラミック材料の低い熱伝導および熱対流特性によってハニカム体からハウジング
を断熱する。ハニカム体を保持するための上述の膨潤マットは、たとえば８００
℃より上の非常に高い周囲温度で水分を放出し、これによって収縮することから
、ハウジング内でハニカム体が緩くなることがあるため、負荷の大きいハニカム
体構成によっては膨潤マットをハニカム体に対して断熱する必要がある。この目
的のために、まずハニカム体に断熱材を設けて、そうして初めて膨潤マットで密
閉することが既に知られている。
【０００６】 しかしながら、約６００℃より高い温度では、熱伝導および熱対流のみならず
熱輻射によっても熱貫流が生じ、熱輻射は温度が高くなればなるほど程度が増加
する。しかしながら、先行技術から公知である上述の断熱材および膨潤マットで
はこれに対してわずかにしか断熱効果が得られない。
【０００７】 公知のハニカム体構成のさらなる欠点としては、ハウジングとハニカム体との
間に配置される断熱中間層がハニカム体構成の端部の領域において脈動する熱い
排気ガスによって浸蝕されることが挙げられる。それ自体が非常に高い耐摩耗性
を有するセラミック中間層でさえも動作中に脈動する排気ガス流によって磨耗す
るため、ハニカム体構成の長期にわたる動作においてはハニカム体とハウジング
との断熱が不都合に損なわれたり破壊されたりする。このことから、ハニカム体
構成に損傷が生じたり、ハニカム構成全体の破壊にさえ繋がることがある。
【０００８】
【発明の概要】
上記に対し、この発明の目的は、ハニカム体からハウジングまたは膨潤マット
への熱輻射による熱貫流を低減し、また好ましくは、中間層の浸蝕を防ぐかまた
はこれを少なくとも低減するハニカム体構成を提供することである。また、この
発明の狙いは、このようなハニカム体構成を容易に製造できるようにする適当な
サンドイッチ構造を提供することである。
【０００９】 この目的は請求項１に記載されるハニカム体構成および請求項１１に記載され
るサンドイッチ構造によってそれぞれ達成される。有利な構成および展開がそれ
ぞれの従属の請求項に記載される。
【００１０】 この発明によれば、中間層は少なくとも１つの金属箔またはシートを含む複数
の層部分を含むため、熱輻射によるハニカム体からハウジングへの熱貫流は有利
に低減される。また、この発明によれば、少なくとも１つのセラミック材料の層
をも含む複数の層部分が設けられるため、ハニカム体構成は熱伝導および熱対流
の点で良好な断熱特性を有する。このことは特に、セラミック材料の熱伝導率が
非常に低いレベルである場合に当てはまる。
【００１１】 セラミック材料の層部分の少なくとも１つが膨潤マットであり水を吸収する際
に膨張することによってその近辺のキャビティを閉じる場合、ハニカム体構成の
製造の際に、ハウジングとハニカム体との間に残されるキャビティティまたは動
作中に形成されるキャビティがいずれも有利に閉じられる。このことにより、ハ
ニカム体が耐久性のある態様でかつ堅く定位置に保持される。
【００１２】 また、製造手順の観点から有利な中間層の一実施例は、層部分が金属シートの
形態であるため、特に巻付けまたはコイル巻きによって単純な態様でハニカム体
構成を製造できることからもたらされる。特に、その少なくとも１つの金属シー
トと少なくとも１つのセラミック層とを接合してサンドイッチ構造を形成する場
合、中間層を単純な手順でハニカム体の周りに周方向に巻付けることができ、よ
り特定的には好ましくは、少なくとも１回、または断熱の要求が高い場合には複
数回巻付けてもよい。サンドイッチ構造における予め形作られたハーフシェル（
half shell）部分の製造もまた可能な選択肢である。
【００１３】 この発明のさらなる有利な実施例によれば、ハニカム体の少なくとも一方端に
おけるその少なくとも１つの金属シートまたは箔がその端部における隣接するセ
ラミック層を覆う。このことにより、特に、ハニカム体構成に流れ込む清浄化す
べき脈動する熱い排気ガスに対して特に効果的に保護することができる。これは
、もはや排気ガスが直接セラミック層に向かって流れることがなく、このためセ
ラミック層の浸蝕を防ぐことができるためである。
【００１４】 この発明に従って提供される金属シートおよびこれに接続されていることがあ
るセラミック層は有利に、構造物、特に波形のしわであるコルゲーション（corr
ugation）を含む。これにより好都合に、弱い力で金属シートをハニカム体の周 方向に曲げることが可能となる。
【００１５】 この発明のさらなる特徴、利点および構成は等縮尺ではない図面に関連して以
下に説明する。
【００１６】
【詳細な説明】
等縮尺ではない概略部分断面斜視図として示される図１を参照して、この発明
によるハニカム体構成１が示される。ハニカム体３は通路６を有し、通路６は隔
壁４および隔壁５によって互いに分離され、その中を流れ方向Ｓへ内燃機関から
の流体、好ましくは排気ガスが、流れる。好ましくは、ハニカム体は押出セラミ
ックハニカム体を含み、特にいわゆる薄壁セラミックを含む本体を含む。この種
類のセラミックハニカム体も薄い金属シートで作られたハニカム体も、管状ケー
シング２に堅く装着しなけらばならず、さらに、この管状ケーシングに対して断
熱しなければならない。この実施例では、上述の装着および断熱は、セラミック
材料の断熱層部分８と、金属箔またはシート９と、好ましくは膨潤マットである
セラミック材料のさらなる層部分１０とによってもたらされる。これらの３つの
層部分はともに中間層７を形成し、これは一方ではハニカム体を管状ケーシング
２において固く保持すると同時に、他方では非常に良好な断熱をもたらす。断熱
性層部分８はまず、ハニカム体から金属シート９への熱伝導および対流を防ぐ。
また、金属シート９が熱輻射に対して輻射遮蔽として作用するため、自動車の排
気システムにおけるハニカム体構成の動作において、セラミック材料の層部分１
０は既にハニカム体３自体より温度がかなり低い。このことから、膨潤マットを
セラミック材料の層部分１０として用いる際に、たとえば、特に内燃機関の出口
近くに配置される触媒コンバータなどの、排気清浄装置の場合に生じるようなハ
ニカム体構成の非常に高い動作温度が許容される。ハウジング２は概して０．５
から１ｍｍの厚さであり、金属シート９は好ましくは非常に薄い箔またはシート
であり、特に５０μより薄い厚さのものであり、好ましくは３０μよりも薄いこ
とを指摘すべきであろう。金属シート９は特に、高温腐蝕に耐える材料を含んで
いなければならず、特にクロムおよびアルミニウム含有鋼である。セラミック材
料の層部分８および１０は典型的には、セラミックハニカム体を支持するための
ものとして先行技術で公知であるように繊維マットであり、これはハウジング２
およびハニカム体３に関して製造許容差を補償するのに必要な厚さのものであり
、これらを長期にわたる動作において固く支持する。また、熱輻射に対して断熱
性を向上するために径方向に連続する複数の金属シートおよび複数の層部分を設
けてもよいことを指摘すべきであろう。
【００１７】 図２もまた、ハニカム体構成の縦断面図の一部によって、この発明による単純
なハニカム体構成の径方向構造を示す。内側から外側へ連続して、ハニカム体３
、セラミック材料の断熱層部分８、金属シート９、膨潤マット１０およびハウジ
ング２が示される。
【００１８】 図３は、ハニカム体構成の縦断面図の一部によって、ハニカム体の端部の領域
におけるこの発明の好ましい実施例を示す。公知であるように、脈動する熱い排
気ガスによってセラミック材料、特に繊維マットおよび膨潤マットなどが浸蝕さ
れ得るため、この発明によるハニカム体構成の一方端または好ましくは両端部に
おいてこれに対する防護をもたらす必要がある。これは、従来の構成の場合と同
様に、ハウジングにおける保護リングまたは段によって達成できる。しかしなが
ら、この発明によれば別の非常に望ましい解決策があり、これはすなわち、金属
シートを端部保護手段としてセラミック材料の隣接する層部分の周りに折込むこ
とである。図３の実施例では、初めに金属シート１１をハニカム体３の周りに巻
付け、その周りにセラミック層部分８を配置し、次に再び金属シート９を配置し
、次にセラミック材料のさらなる層部分１０を配置する。この発明によるこの構
成では、金属シート９および金属シート１１の端部１２および端部１３がそれぞ
れ対応の隣接するセラミック層８およびセラミック層１０の周りに折込まれる。
このような構成は最も単純な状況で製造することができ、まず、セラミック材料
の層部分８および層部分１０を越えて端部において突出する金属シート９および
金属シート１１をハニカム体３の周りに巻付け、次に突出端部１２および突出端
部１３を適当な工具によってセラミック材料の層部分８および層部分１０の周り
に折込むといった手順によって製造することができる。この場合、この発明の実
施例に示されるように、金属シート９および金属シート１１の端部１２および端
部１３がハウジング２の下に折込まれるような態様でこの折込み動作を行うこと
ができる。しかしながら、ハウジング２を隣接する排気システムに接合するため
の溶接継目に端部１２および端部１３を組込むこともまた可能である。
【００１９】 中間層７として用いられる層部分がそれぞれサンドイッチ構造１７および２７
として予め製造されることはこの発明によるハニカム体構成の製造にとって特に
望ましい。
【００２０】 この点に関する一実施例が図４に示される。この場合、セラミック材料の断熱
層部分８は、たとえば接着によって金属シート９の一方の側に配置される。金属
シート９の他方の側には膨潤マットが配置され、金属シート９の端部１４は膨潤
マット１０の周りに折込まれる。このような構成はハニカム体の周りに巻付ける
ことができ、または既に円筒形状または長円形に予め製造されていてもよい。断
熱層部分８が長いセラミック繊維を含む場合、脈動する排気ガスによる浸蝕の影
響をさほど受けないため、膨潤マット１０を金属シート９の折りかぶせた端部１
４によって保護することで十分である。
【００２１】 図５では、たとえば円筒体の周りに巻付ける際の柔軟性を向上するために端部
１５において折込まれた金属シート９を備えたサンドイッチ構造の可能な構成が
示される。金属シート９は非常に薄いシートまたは箔であるが、これから形成さ
れる折りかぶせた端部を備えたサンドイッチ構造は比較的硬くなる。再び柔軟性
を取り戻させるため、サンドイッチ構造全体を波形ロール構成によって造っても
よく、これによって図５には非常に誇張された形で示されているコルゲーション
１８をもたらす。柔軟性をもたらすには非常に浅く延在するコルゲーションで十
分である。この場合、金属シート９の折りかぶせた端部１５は端部１６において
平たく潰される。サンドイッチ構造２７および金属シート９の内部に配置される
膨潤マット１０に属するセラミック材料の層部分８により、サンドイッチ構造２
７のコルゲーション１８がわずかなものであるのにもかかわらず、排気ガスが流
れることのできる通路がハニカム体３の外部に形成されることはない。
【００２２】 この発明は、特に、自動車のエンジンに隣接する領域における排気触媒コンバ
ータのためのハニカム体構成に適している。この状況では、この発明により、特
に薄い壁を備えた金属またはセラミック製のハニカム体の堅い装着が可能となり
、同時に、ハニカム体のそのハウジングに対する良好な断熱がもたらされる。好
ましい利用分野としては、壁の厚さが１００μより薄い、好ましくは５０μより
薄い、いわゆる薄壁セラミックを含むセラミックハニカム体に対するハニカム体
構成が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施例の一端部に対する部分断面斜視図である
。
【図２】 図１に示される実施例の一部の縦断面図である。
【図３】 ハニカム体構成の一端部の領域におけるさらなる実施例の縦断面
図である。
【図４】 この発明によるサンドイッチ構造の部分断面斜視図である。
【図５】 この発明による波形サンドイッチ構造の部分断面斜視図である。
【符号の説明】
１ ハニカム体構成、２ ハウジング、３ ハニカム体、４，５ 隔壁、６
通路、７ 中間層、８ セラミック材料の断熱層部分、９ 金属シート、１０
セラミック材料の層部分，膨潤マット、１１ 金属シート、１２，１４ 金属シ
ート９の折りかぶせた端部、１３ 金属シート１１の折りかぶせた端部、１５
波形サンドイッチ構造２７における金属シート９の折りかぶせた端部、１６ サ
ンドイッチ構造２７の平たく潰れた端部、１７，２７ サンドイッチ構造、１８
コルゲーション、Ｓ 流れ方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA04 BA25 GA06 GB17X HA29 HA31 4D048 BB02 BB18 BC07 CA07 CC02 CC08 CC63 4G069 AA01 AA08 CA03 DA06 EA18 EA19 EE01

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中間層（７）によって囲まれるハニカム体（３）が中に配置
    されるハウジング（２）を有するハニカム体構成（１）であって、前記中間層（
    ７）は、少なくとも１つの金属シート（９；１１）およびセラミック材料の少な
    くとも１つの層（８；１０）から形成される複数の層部分（８；９；１０）を含
    む、ハニカム体構成（１）。
  2. 【請求項２】 前記中間層（７）は、金属シート（９；１１）の少なくとも
    １つの層部分およびセラミック材料の少なくとも２つの層部分（８；１０）を含
    む、請求項１に記載のハニカム体構成（１）。
  3. 【請求項３】 セラミック材料の少なくとも１つの前記層部分（８；１０）
    は、水分を吸収する際に膨張することによって隣接するキャビティを閉じること
    ができる膨潤マット（１０）である、請求項１または２に記載のハニカム体構成
    （１）。
  4. 【請求項４】 セラミック材料の少なくとも１つの前記層部分（８）は熱伝
    導率が非常に低いレベルである、請求項１から３のいずれかに記載のハニカム体
    構成（１）。
  5. 【請求項５】 セラミック材料の前記層部分（８；１０）は少なくとも１つ
    の繊維マットから形成される、請求項１から４のいずれかに記載のハニカム体構
    成（１）。
  6. 【請求項６】 少なくとも１つの金属シート（９；１１）およびセラミック
    材料の少なくとも１つの層（８；１０）を接合してサンドイッチ構造（１７；２
    ７）を形成し、前記サンドイッチ（１７；２７）が好ましくは前記ハニカム体（
    ３）の周りに周方向に少なくとも１回巻きつけられる、請求項１から５のいずれ
    かに記載のハニカム体構成（１）。
  7. 【請求項７】 前記サンドイッチ構造（１７）は、少なくとも、良好な断熱
    材であるセラミック層（８）、金属シート（９；１１）および膨潤マット（１０
    ）を、好ましくは内側から外側へこの順序で含む、請求項６に記載のハニカム体
    構成（１）。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの金属シート（９；１１）は、前記ハニカム
    体（３）の少なくとも一方端において、その端部におけるセラミック材料の少な
    くとも１つの隣接する層（８）を覆うように形づくられる（１２；１３；１４）
    、請求項１から７のいずれかに記載のハニカム体構成（１）。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つの金属シート（９；１１）は、セラミック材
    料の隣接する層（１０；８）の周りに端部において折込まれる（１２；１３；１
    ４；１５）、請求項８に記載のハニカム体構成（１）。
  10. 【請求項１０】 形作られた領域（１２；１３；１４；１５）を含むすべて
    の金属シート（９；１１）と、前記金属シート（９；１１）に接合されサンドイ
    ッチ構造（１７；２７）を形成し得るセラミック材料のすべての層（９；１０）
    に、前記金属シート（９；１１）が前記ハニカム体（３）の周方向に低いレベル
    の力で曲げることができるような構造物（１７）、特にコルゲーション（１８）
    を設ける、請求項１から９のいずれかに記載のハニカム体構成（１）。
  11. 【請求項１１】 少なくとも１つの金属シート（９；１１）およびこれに接
    合される断熱性繊維材料（８）でできたセラミック層を含む、請求項１から１０
    のいずれかに記載の特にハニカム体構成（１）のためのサンドイッチ構造（１７
    ；２７）。
  12. 【請求項１２】 少なくとも１つの金属シート（９；１１）と、前記金属シ
    ート（９；１１）の一方の側の断熱性繊維材料のセラミック層（８）と、前記金
    属シート（９；１１）の他方の側の、特に雲母などの、膨潤材料を含む繊維材料
    の層（１０）とを含む、請求項１１に記載のサンドイッチ構造。
  13. 【請求項１３】 セラミック層（８；１０）と交互に複数の金属シート（９
    ；１１）を有する、請求項１１または１２に記載のサンドイッチ構造。
  14. 【請求項１４】 前記金属シート（９；１１）は、高温腐蝕に耐える材料、
    特にクロムおよびアルミニウム含有鉄合金を含む、請求項１１から１３のいずれ
    かに記載のサンドイッチ構造。
  15. 【請求項１５】 前記金属シート（９；１１）の厚さは５０μより薄く、好
    ましくは３０μより薄い、請求項１１から１４のいずれかに記載のサンドイッチ
    構造。
  16. 【請求項１６】 少なくとも一方の側にあり、好ましくは２つの反対の側に
    ある前記金属シート（９；１１）は、少なくとも１つの隣接するセラミック層（
    ８；１０）の周りに折込まれる（１２；１３；１４；１５）、請求項１１から１
    ５のいずれかに記載のサンドイッチ構造。
  17. 【請求項１７】 前記サンドイッチ構造はそれ自体において構造を持たされ
    （１８）、好ましくは波形にされ、より特定的にはハニカム体（３）の周りに容
    易に巻付けられるが排気ガスが通ることのできる通路が前記ハニカム体（３）の
    外部に実質的に形成されない態様で構造を持たされる、請求項１１から１５のい
    ずれかに記載のサンドイッチ構造。
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