JP2005028320A - 金属製触媒担体および金属製触媒担体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハニカム構造体に作用する熱応力によるハニカム構造体の変位のうち、主に周方向の変位に基づく破損を防止して耐久性を向上させることができる金属製触媒担体および金属製触媒担体の製造方法の提供。
【解決手段】 略円柱状のハニカム構造体１における周方向等間隔のもとに配置された半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿って、大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈが形成され、半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分ｇ以外の部分ｋは、大波板１１の頂部が全て小波板１２に接触した状態となっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジン等の排気系に装着する触媒コンバータに内装される金属製触媒担体および金属製触媒担体の製造方法に関し、特に、耐久性の向上技術に関する。

排気系の途中に介装される触媒コンバータに内装される従来の金属製触媒担体は、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して略円柱状のハニカム構造体に形成し、該ハニカム構造体の一部外周にロー箔材を巻回し、これらを金属製の外筒内に圧入して熱処理することにより前記大波板と小波板または平板とを拡散接合させると共に前記外筒をロー箔材で接合した構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−３１６０２６号公報 （第（２）頁、図１、２）

しかしながら、ハニカム構造体を通過する排気ガスの流速が外周部より中心部に行くほど大きく、かつ、外周部は外筒から外気への放熱作用があるため、内部と外周部との間の温度差が生じ、これにより、ハニカム構造体と外筒との間に熱膨張・熱収縮量に差が生じることになるが、ハニカム構造体の径方向の動きは外筒によって制限されているため、ハニカム構造体に熱応力が作用することになる。そして、上述のように、大波板と小波板または平板とが拡散接合されているため、熱膨張・熱収縮の繰り返しにより、図６の（イ）、（ロ）に示すように、半径方向および接線方向（周方向）に潰す方向にハニカム構造体を変位させ、これにより、金属疲労によりハニカム構造体を破損させる恐れがあるという問題があった。

なお、触媒コンバータのうち、特にエンジンに近い排気系の上流側に介装される触媒コンバータに内装される金属製触媒担体にあっては、排気系の下流側に比べて排気ガスの流速が早く、かつ、排気ガスの温度も高温であるため、ハニカム構造体に作用する熱応力が大きく、このため、ハニカム構造体の変位を吸収させることによって熱応力を緩和する構造のものが望まれていた。

そこで、前記特許文献１においては、図７（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように、平板（または小波板）１０２の外側面あるいは内側面のいずれか一方と当接する大波板１０１の波の頂部が、平板（または小波板）１０２との間に１山置き、２山置きまたは３山置きいずれかの隙間（クリアランス）１０３を有し、大波板１０１の当接部は平板（または小波板）１０２と接合された構造とすることにより、ハニカム構造体の変位を吸収させるようにしている。

ところが、特許文献１では、図７（イ）、（ロ）、（ハ）に示す構造のものを多重に巻回した状態においては、隙間（クリアランス）１０３部分が半径方向線上に並ぶとは限らず、周方向にずれたランダムな配置状態となるため、半径方向の変位を吸収させることは可能になるが、周方向の変位を吸収することができないという問題点がある。

本発明の解決しようとする課題は、排気ガスの熱によるハニカム構造体の変位のうち、主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上させることができる金属製触媒担体および金属製触媒担体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の金属製触媒担体は、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して略円柱状のハニカム構造体に形成され、該ハニカム構造体を金属製の外筒内に圧入し、前記大波板と小波板または平板とを接合させると共に前記外筒を接合した金属製触媒担体であって、略円柱状の前記ハニカム構造体における半径方向線に沿って、前記大波板の頂部と小波板または平板との間に所定のクリアランスが形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法は、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して略円柱状のハニカム構造体に形成され、該ハニカム構造体を金属製の外筒内に圧入し、前記大波板と小波板または平板とを接合させると共に前記外筒を接合した金属製触媒担体の製造方法であって、略円柱状の前記ハニカム構造体を一旦断面略多角形状に圧縮成形した後断面略円形に戻すことにより、前記ハニカム構造体における各圧縮部分の軸心部に向かう半径方向線に沿って、前記大波板の頂部と小波板または平板との間に所定のクリアランスが形成された構造とすることを特徴とする手段とした。

請求項３記載の金属製触媒担体の製造方法は、請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法において、入口と出口が断面略円形で中間部が断面略多角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴を有する成形治具を用い、前記ハニカム構造体を前記成形治具の貫通穴内に圧入して通過させることにより、略円柱状の前記ハニカム構造体を一旦断面略多角形状に圧縮成形した後断面略円形に戻すようにしたことを特徴とする手段とした。

請求項４記載の金属製触媒担体または金属製触媒担体の製造方法は、請求項１記載の金属製触媒担体または請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法において、前記大波板の頂部と小波板または平板との間に形成される所定のクリアランスが、前記ハニカム構造体における排気ガスの流出側に比べて流入側が小さくなるように形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項１記載の金属製触媒担体の発明では、上述のように、略円柱状のハニカム構造体における半径方向線に沿って、大波板の頂部と小波板または平板との間に所定のクリアランスを形成した構造とすることにより、変形の際の障害となる大波板の頂部と小波板または平板との接合点がなくなるため、容易に変形させることができ、これにより、周方向の変位をこの半径方向線に沿って集中させることができる。
従って、排気ガスの熱によるハニカム構造体の変位のうち、主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上させることができるようになるという効果が得られる。

請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法の発明では、上述のように、略円柱状のハニカム構造体を一旦断面略多角形状に圧縮成形した後、断面略円形に戻すことにより、ハニカム構造体における各圧縮部分の軸心部に向かう半径方向線に沿って、大波板の頂部と小波板または平板との間に所定のクリアランスが形成された構造とするようにしたもので、これにより、大波板および小波板または平板に特別な加工を施したり、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して略円柱状のハニカム構造体に成形する際に特別な手段を講ずることなしに、簡単な工程により、主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上し得る前記請求項１記載の金属製触媒担体を容易に製造することができるようになるという追加の効果が得られる。

請求項３記載金属製触媒担体の製造方法の発明では、上述のように、入口と出口が断面略円形で中間部が断面略多角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴を有する成形治具を用い、ハニカム構造体を成形治具の貫通穴内に圧入して通過させることにより、略円柱状のハニカム構造体を一旦断面略多角形状に圧縮成形した後、断面略円形に戻すようにしたことで、１工程のみで主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上し得る前記請求項１記載の金属製触媒担体を容易に製造することができるようになるという追加の効果が得られる。

請求項４記載の金属製触媒担体の発明および金属製触媒担体の製造方法の発明では、上述のように、大波板の頂部と小波板または平板との間に形成される所定のクリアランスが、ハニカム構造体における排気ガスの流出側に比べて流入側が小さくなるように形成することにより、特に排気ガスの勢いが強い流入側におけるハニカム構造体の破損を抑制することができ、従って、耐久性を高めることができるようになる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
なお、この実施例は、請求項１〜３に記載の発明に対応するものである。
まず、この実施例の金属製触媒担体を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例の金属製触媒担体を示す一部切欠斜視図であり、図において、１はハニカム構造体、２は外筒、３はロー箔材を示す。

前記ハニカム構造体１は、図２に示すように、数十ミクロンの金属製薄板の大波板１１と小波板（または平板）１２を交互に重ね、多重に巻回することによって、ハニカムの円柱状に形成されたもので、このハニカム通路（セル通路）表面には、アルミナ等からなる触媒担体層が形成され、この触媒担体層に触媒金属が担持されることにより、排ガス浄化触媒とされ、内燃機関の排気経路に配置されることにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化させる働きをする。

前記外筒２は、１〜２mmの板厚のＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス板材等で円筒形状に形成され、この円筒の内径として、これに圧入される前記ハニカム構造体１の外形より小径に形成されている。

前記ロー箔材３は、前記ハニカム構造体１を前記外筒２に圧入する前に、ハニカム構造体１の外周面に巻回しておくもので、この実施例では、このロー箔材３が、ハニカム構造体１における排気ガス流出側（図１の左側）端部寄りの位置に部分的に巻回されている。

前記ハニカム構造体１の構成についてさらに詳述すると、このハニカム構造体１は、図２（端面図）に示すように、その周方向等間隔のもとに３個所に位置する半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿って、大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈが形成された構造となっている。なお、半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分ｇ以外の部分ｋは、大波板１１の頂部が全て小波板１２に接触した状態となっている。

次に、以上のような構造のハニカム構造体１を備えた金属製触媒担体の製造方法を図３に基づいて説明する。
この実施例では、図３に示すように、入口と出口が断面円形で中間部が断面略三角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴４１を有する成形治具４を用いることにより、図２に示すように、半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿って、大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈが形成されたハニカム構造体１とする。

即ち、前述のように大波板１１と小波板１２を交互に重ねて多重に巻回することによりハニカムの円柱状に形成されたハニカム構造体１を、成形治具４の貫通穴４１内に圧入して通過させることにより、円柱状のハニカム構造体１を一旦断面略三角形状に圧縮成形した後、再び断面円形に戻すことにより、まず、図４に示すように、ハニカム構造体１を断面略三角形状に圧縮した際に３個所の各圧縮部分ａと軸心部ｏとを結ぶ半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分が原形状よりも圧縮された状態となり、この状態から再び断面円形に戻すことにより、図２に示すように、圧縮されていた部分（半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分ｇ）における大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈが形成された状態となる。

以上のように形成されたハニカム構造体１の一部外周にロー箔材３を巻回し、これらを金属製の外筒２内に圧入して熱処理することにより、大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈが形成された半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分を除き、大波板１１の頂部と小波板１２とを拡散接合させると共に、外筒２をロー箔材３で接合することにより、金属製触媒担体を製造する。

次に、この実施例の作用・効果を説明する。
この実施例の金属製触媒担体では、上述のように、円柱状のハニカム構造体１における半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿って、大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈを形成した構造とすることにより、変形の際の障害となる大波板１１の頂部と小波板１２との接合点がなくなるため、図５に示すように、半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分ｇを周方向に容易に変形させることができ、これにより、周方向の変位をこの半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分ｇに集中させることができる。
従って、ハニカム構造体１に作用する熱応力によるハニカム構造体１の変位のうち、主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上させることができるようになるという効果が得られる。

また、上述のように、円柱状のハニカム構造体１を一旦断面略三角形状に圧縮成形した後断面円形に戻すことにより、ハニカム構造体１における各圧縮部分ａと軸心部ｏとを結ぶ半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿って、大波板１１の頂部と小波板１２との間に所定のクリアランスｈが形成された構造とするようにしたものであり、従って、大波板１１および小波板１２に特別な加工を施したり、金属製薄板の大波板１１と小波板１２を交互に重ねて多重に巻回して円柱状のハニカム構造体１に成形する際に特別な手段を講ずることなしに、簡単な工程により、主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上させることができるようになるという効果が得られる。

また、上述のように、入口と出口が断面略円形で中間部が断面略多角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴４１を有する成形治具４を用い、ハニカム構造体１を成形治具４の貫通穴４１内に圧入して通過させることにより、円柱状のハニカム構造体１を一旦断面略三角形状に圧縮成形した後断面円形に戻すようにしたことで、１工程のみで主に周方向の変位に基づく熱応力を緩和し、熱応力による破損を防止して耐久性を向上し得る金属製触媒担体を容易に製造することができるようになるという効果が得られる。

以上本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、実施例では、ロー箔材３を、ハニカム構造体１における排ガス流出側端部寄りの位置に部分的に巻回したが、巻回個所や範囲は任意である。
また、実施例では、小波板１２を用いた例を示したが、平板を用いてもよい。

また、実施例では、入口と出口が断面略円形で中間部が断面略三角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴４１を有する成形治具４を用い、ハニカム構造体１を成形治具４の貫通穴４１内に圧入して通過させることにより、円柱状のハニカム構造体１を一旦断面略三角形状に圧縮成形した後断面円形に戻すようにしたため、半径方向線ｒ、ｒ、ｒに沿った部分ｇにおける大波板１１の頂部と平板１２との間の所定のクリアランスｈが排気ガス流入側から流出側に至るまで全て同一になるが、所定のクリアランスｈが、ハニカム構造体１における排気ガスの流出側に比べて流入側が小さくなるように形成することにより、特に排気ガスの勢いが強い流入側におけるハニカム構造体１の破損を抑制することができ、従って、耐久性を高めることができるようになる。

また、実施例では、入口と出口が断面略円形で中間部が断面略三角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴４１を有する成形治具４を用いたが、側面の三方から押圧することにより、断面略三角形状に成形するようにしてもよい。

また、実施例では、断面略三角形状に成形するようにしたが、四角形以上の断面に成形するようにしてもよい。

さらに、実施例では、ハニカム構造体を単独で治具に挿入して所望の形状を得た後に外筒に圧入して熱処理したが、ハニカム構造体を予め外筒内に収装させたものを治具に挿入して所望の形状を得た後、熱処理しても良い。

実施例の金属製触媒担体を示す一部切欠斜視図である。 実施例の金属製触媒担体におけるハニカム構造体を示す端面図である。 実施例の金属製触媒担体の製造方法を示す説明図である。 実施例の金属製触媒担体におけるハニカム構造体の成形途中を示す端面外形図である。 実施例の金属製触媒担体におけるハニカム構造体の要部を示す拡大端面図である。 従来例におけるハニカム構造体の変位状態を示す要部拡大端面図である。 従来例におけるハニカム構造体を示す拡大端面図である。

符号の説明

１ ハニカム構造体
１１ 大波板
１２ 小波板（小波板または平板）
２ 外筒
３ ロー箔材
４ 成形治具
４１ 成形用貫通穴
ａ 外方に突出する部分
ｇ 半径方向線に沿った部分
ｈ クリアランス
ｋ 半径方向線に沿った部分以外の部分
ｏ 軸心部
ｒ 半径方向線

Claims (4)

1. 金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して略円柱状のハニカム構造体に形成され、該ハニカム構造体を金属製の外筒内に圧入し、前記大波板と小波板または平板とを接合させると共に前記外筒を接合した金属製触媒担体であって、
   略円柱状の前記ハニカム構造体における半径方向線に沿って、前記大波板の頂部と小波板または平板との間に所定のクリアランスが形成されていることを特徴とする金属製触媒担体。
2. 金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して略円柱状のハニカム構造体に形成され、該ハニカム構造体を金属製の外筒内に圧入し、前記大波板と小波板または平板とを接合させると共に前記外筒を接合した金属製触媒担体の製造方法であって、
   略円柱状の前記ハニカム構造体を一旦断面略多角形状に圧縮成形した後断面略円形に戻すことにより、前記ハニカム構造体における各圧縮部分の軸心部に向かう半径方向線に沿って、前記大波板の頂部と小波板または平板との間に所定のクリアランスが形成された構造とすることを特徴とする金属製触媒担体の製造方法。
3. 請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法において、入口と出口が断面略円形で中間部が断面略多角形状になるように徐々に変化する形状に形成された成形用貫通穴を有する成形治具を用い、前記ハニカム構造体を前記成形治具の貫通穴内に圧入して通過させることにより、略円柱状の前記ハニカム構造体を一旦断面略多角形状に圧縮成形した後断面略円形に戻すようにしたことを特徴とする金属製触媒担体の製造方法。
4. 請求項１記載の金属製触媒担体または請求項２記載の金属製触媒担体の製造方法において、前記大波板の頂部と小波板または平板との間に形成される所定のクリアランスが、前記ハニカム構造体における排気ガスの流出側に比べて流入側が小さくなるように形成されていることを特徴とする金属製触媒担体または金属製触媒担体の製造方法。

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