JP2009183845A - 金属触媒担体 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハニカム体の耐久性と排気の浄化性能の向上を図れる金属触媒担体の提供。
【解決手段】 波状の金属箔５と平板状の金属箔６を重ねた状態で巻回して成るロール状のハニカム体２と、このハニカム体２を収容する筒状の外筒３を備える金属触媒担体１において、ハニカム体２の外周と外筒３の内周との間に、ハニカム体２を弾性支持吸収可能な介装部材４を介装した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属触媒担体に関する。

従来、波状の金属箔と小波状または平板状の金属箔を重ねた状態で多重に巻回して成るロール状のハニカム体と、このハニカム体を収容する筒状の外筒を備える金属触媒担体の技術が公知になっている（特許文献１、２参照）。
また、通常、ハニカム体は外筒に圧入した状態で収容することにより、両金属箔の接合部同士を確実に当接させた状態で接合できるようにしている。
特開２００４−１５４６９９号公報 特開２００５−３１３０８３号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、ハニカム体の圧入時の剛性を考慮して外筒の厚みをある程度大きく設定する必要があるため、排気熱によるハニカム体の熱膨張・収縮に外筒が追従できず、特に、ハニカム体の熱収縮時において、ハニカム体の外筒との固定部位（外周部）が外筒から剥がれて、耐久性が低下する虞があった。

また、外筒の板厚を大きく設定すると、重量が増加する上、ハニカム体の熱慣性（熱容量×単位時間の熱拡散距離）も大きくなるため、ハニカム体が温度上昇しにくくなり、この結果、触媒反応が阻害されて排気の浄化性能の低下を招くという問題点があった。
なお、前述したような問題は、大径または長尺で大型の金属触媒担体である程、顕著となる。

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、ハニカム体の耐久性と排気の浄化性能の向上を図れる金属触媒担体を提供することである。

請求項１記載の発明では、波状の金属箔と小波状または平板状の金属箔を重ねた状態で多重に巻回して成るロール状のハニカム体と、このハニカム体を収容する筒状の外筒を備える金属触媒担体において、上記ハニカム体の外周と外筒の内周との間に、該ハニカム体を弾性支持可能な介装部材を介装したことを特徴とする。

請求項１記載の発明では、ハニカム体の外周と外筒の内周との間に、ハニカム体を弾性支持可能な介装部材を介装している。
従って、ハニカム体の熱応力を介装部材で吸収してハニカム体を保護できる。
また、ハニカム体の圧入時の剛性を考慮して介装部材及び外筒の板厚を大きく設定する必要がなく、これにより、ハニカム体の熱慣性を小さくして排気の浄化性能を向上できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

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面図、図２は同側断面図、図３は図２のＳ３−Ｓ３線における断面図、図４は実施例１のハニカム体の製造を説明する図である。
図５は実施例１の介装部材の側面図、図６は図５のＳ５−Ｓ５線における断面図、図７は実施例１のハニカム体、介装部材、外筒の組み付けを説明する図である。

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を収容した円筒状の外筒３と、これらハニカム体２と外筒３との間に介装される略円筒状の介装部材４等から構成されている。

図４に示すように、ハニカム体２は、それぞれ長尺で波状の金属箔５と、平板状の金属箔６の始端部を公知の巻き上げ機の巻軸７に止着した後、これら両金属箔5,6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されている。
なお、図示を省略するが、金属箔5,6の終端部はハニカム体２の外周にスポット溶接等により固定されている。
また、金属箔5,6を巻回後のハニカム体２の外周一部には、ろう箔材８(図２参照)が全周に亘って設けられている。
なお、実施例１では、ろう箔材８をハニカム体２を排気が通過するときの下流側に設けているが、この限りではない。

図５、６に示すように、介装部材４は、外筒３の全長及び内径と同一の全長及び外径を有して金属製で略円筒状に形成される他、その外周上に等角度間隔で複数の箇所（実施例１では６箇所）に内側へ曲面を有して凹設された凹部９が軸方向へ所定長さで延設されている。
また、介装部材４におけるハニカム体２のろう箔材８に対応する位置には、その外周の全周に亘って内側へ平坦な面を有して凹設された環状凹部１０が設けられている。
さらに、介装部材４の中心と凹部９の内側先端との寸法Ｘ１は予めハニカム体２の半径よりも僅かに小さく設定され、さらに、介装部材４の中心と環状凹部１０との寸法Ｘ２は予めハニカム体２のろう箔材８を含む半径よりも僅かに小さく設定されている。

そして、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ハニカム体２は、介装部材４に圧入された状態で熱処理され、これにより、金属箔５の波の頂部と金属箔６とが拡散接合されると共に、ハニカム体２の外周一部と環状凹部１０とがろう箔材８を介してろう付け固定されている（図２参照）。
この際、ハニカム体２を介装部材４に圧入した際に、凹部9,10が外側に撓んで弾性変形することによりハニカム体２を弾性支持できると同時に、ハニカム体２の金属箔5,6の接合部同士を確実に当接させて接合できるようになっている。
さらに、凹部9,10を弾性変形させながらハニカム体２を介装部材４に圧入できるため、介装部材４及び外筒３の板厚は肉薄に設定されている。
従って、実施例１ではハニカム体２を比較的弱い力で介装部材４に圧入できる。

その後、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、介装部材４は外筒３に挿入され、これら両者の重なった排気上下開口端部同士が全周に亘って図外の溶接で固定されている。
また、ハニカム体２の金属箔5,6の隙間で形成されるセルの表面には排気浄化用触媒が坦持されている。
なお、外筒３と介装部材４とを固定した後、ハニカム体２を介装部材４に圧入しても良く、この場合、外筒３と介装部材４とを拡散接合により固定しても良い。

従って、図２に示すように、実施例１のハニカム体２は、介装部材４の各凹部9,10で弾性支持される他、介装部材４に対してろう箔材８の溶融によりろう付け固定されている。
さらに詳述すると、ハニカム体２の排気上流側から略全長に亘っては介装部材４の各凹部９がハニカム体２の外周上の複数の箇所で弾性支持され、排気下流側は凹部１０が、ハニカム体２の全周に亘って弾性支持されている。
これにより、介装部材４のハニカム体２への弾性支持は排気ガス下流側に比べて排気ガス上流側が柔軟性に優れている。

また、凹部９の一部によって内側へ縮径した縮径部１１が形成される一方、環状凹部１０の一部によって外側へ拡径した拡径部１２が形成されている。
また、縮径部１１の傾斜面の排気下流側には、ハニカム体２の排気上流側端面２ａが配置される一方、拡径部１２の傾斜面の排気上流側には、ハニカム体２の排気下流側端面２ｂが配置されている。
さらに、凹部９と外筒３との間に環状の断熱空間１３が形成される一方、環状凹部１０と外筒３との間に環状の断熱空間１４が形成されている。

次に、効果を説明する。
このように構成された金属触媒担体１は、外筒３の排気上下流側端部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、図２に示すように、図示を省略するエンジン側の排気上流側から排気（破線矢印で図示）が外筒３内のハニカム体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）を無害成分（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等）に浄化して排気下流側へ排出する。

ここで、従来の発明にあっては、ハニカム体の熱膨張・収縮時に伴う熱応力によって、ハニカム体の外筒との固定部位（外周部）が外筒から剥がれて、耐久性が低下する虞があった。

これに対し、実施例１では、ハニカム体２を介装部材４で弾性支持しているため、凹部9,10による弾性変形でハニカム体２の熱膨張・収縮に伴う熱応力を吸収でき、ハニカム体２を保護できる。
加えて、ハニカム体２の熱膨張量・収縮量は、排気ガス下流側に比べて排気ガス上流側が大きいが、実施例１では前述したように、介装部材４のハニカム体２への弾性支持は排気ガス下流側に比べて排気ガス上流側が柔軟性に優れているため、好適となる。

また、介装部材４及び外筒３の板厚は肉薄であるため、ハニカム体２の熱慣性を小さくしてハニカム体２の温度上昇をスムーズにでき、排気の浄化性能を向上できる。

また、図２に示すように、縮径部１１によって外筒３付近を通過する排気１５をハニカム体２にスムーズに誘導できる他、拡径部１２によってハニカム体２を通過した排気１６を外筒３付近にスムーズに誘導して排出でき、排気抵抗の軽減に貢献できる。

さらに、断熱空間13,14によって外部との熱を遮断してハニカム体２の外部への熱影響を軽減できると同時に、ハニカム体２の温度上昇を促して触媒作用を促進でき、排気の浄化性能を向上できる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の発明では、波状の金属箔５と平板状の金属箔６を重ねた状態で多重に巻回して成るロール状のハニカム体２と、このハニカム体２を収容する筒状の外筒３を備える金属触媒担体１において、ハニカム体２の外周と外筒３の内周との間に、ハニカム体２を弾性支持吸収可能な介装部材４を介装したため、ハニカム体２の耐久性と排気の浄化性能の向上を図れる。
また、金属触媒担体１の大型化に対応可能となる。

また、介装部材４を筒状に形成し、介装部材４の外周上の複数箇所に、内側に凹設され、且つ、ハニカム体２の外周に当接して該ハニカム体２を弾性支持可能な凹部９を設けたため、簡便な構造でもってハニカム体２の熱膨張・収縮に伴う熱応力を吸収できる。

また、凹部２を介装部材４の外周上に等角度間隔で配置したため、安定した状態でハニカム体２を弾性支持できる。

また、介装部材４の排気下流側に、その全周に亘って内側に凹設され、且つ、ハニカム体２の外周に当接して該ハニカム体２を弾性支持可能な環状凹部１０を形成し、環状凹部１０とハニカム体２の外周一部をろう付け固定したため、ハニカム体２を弾性支持する部位と、ハニカム体２と介装部材２との固定部位を兼用できる。
また、環状突起部１０を介装部材４の排気下流側に配置したことで、ハニカム体２の熱変形のプロフィルに対応でき、好適となる。

また、凹部９の一部で排気下流側にいくにつれて傾斜状に縮径した縮径部１１を形成すると共に、この縮径部１１の傾斜面の排気下流側にハニカム体２の排気上流側端面２ａを配置したため、縮径部１１の傾斜面で排気をハニカム体２にスムーズに誘導できる。

また、凹部９または環状凹部１０と外筒３との間に断熱空間13,14を形成したため、排気の外部への熱影響を低減できると同時に、排気の浄化性能を向上できる。

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、実施例１ではハニカム体２と介装部材４とをろう箔材８を介して固定したが、ろう箔材８を省略してハニカム体２と介装部材４とを拡散接合により固定しても良い。

また、ハニカム体２の外周を円形状に形成したが、楕円やレーストラック型等の他の形状にしても良い。
また、金属箔６を金属４よりも波の高さが低く、波ピッチが大きい小波状の金属箔で代用しても良い。
また、凹部9,10の具体的な形状は適宜設定できる。
また、凹部９の形成数はハニカム体２の外周形状に応じて適宜設定できるが、ハニカム体２の外周面が円形の場合には少なくとも３つ以上形成することが好ましい。

実施例１の金属触媒担体の側面図である。 実施例１の金属触媒担体の側断面図である。 図２のＳ３−Ｓ３線における断面図である。 実施例１のハニカム体の製造を説明する図である。 実施例１の介装部材の側面図である。 図５のＳ５−Ｓ５線における断面図である。 実施例１のハニカム体、介装部材、外筒の組み付けを説明する図である。

符号の説明

１ 金属触媒担体
２ ハニカム体
２ａ 排気上流側端面
２ｂ 排気下流側端面
３ 外筒
４ 介装部材
５ 波状の金属箔
６ 平板状の金属箔
７ 巻軸
８ ろう箔材
９ 凹部
１０ 環状凹部
１１ 縮径部
１２ 拡径部
１３、１４ 断熱空間
１５、１６ 排気

Claims (7)

1. 波状の金属箔と小波状または平板状の金属箔を重ねた状態で多重に巻回して成るロール状のハニカム体と、このハニカム体を収容する筒状の外筒を備える金属触媒担体において、
   前記ハニカム体の外周と外筒の内周との間に、該ハニカム体を弾性支持可能な介装部材を介装したことを特徴とする金属触媒担体。
2. 請求項１記載の金属触媒担体において、
   前記介装部材を筒状に形成し、
   前記介装部材の外周上の複数箇所に、内側に凹設され、且つ、ハニカム体の外周に当接して該ハニカム体を弾性支持可能な凹部を設けたことを特徴とする金属触媒担体。
3. 請求項２記載の金属触媒担体において、
   前記凹部を介装部材の外周上に等角度間隔で配置したことを特徴とする金属触媒担体。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載の金属触媒担体において、
   前記介装部材の排気下流側に、その全周に亘って内側に凹設され、且つ、ハニカム体の外周に当接して該ハニカム体を弾性支持可能な環状凹部を形成し、
   前記環状凹部とハニカム体の外周一部をろう付け固定したことを特徴とする金属触媒担体。
5. 請求項４記載の金属触媒担体において、
   前記環状凹部とハニカム体の外周一部を拡散接合により固定したことを特徴とする金属触媒担体。
6. 請求項２〜５のうちのいずれかに記載の金属触媒担体において、
   前記凹部の一部で排気下流側にいくにつれて傾斜状に縮径した縮径部を形成すると共に、この縮径部の傾斜面の排気下流側にハニカム体の排気上流側端面を配置したことを特徴とする金属触媒担体。
7. 請求項２〜６のうちのいずれかに記載の金属触媒担体において、
   前記凹部または環状凹部と外筒との間に断熱空間を形成したことを特徴とする金属触媒担体。

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