JP2010000450A

JP2010000450A - メタル担体

Info

Publication number: JP2010000450A
Application number: JP2008161382A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mita; 裕弘三田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】ハニカム体の熱膨張を吸収・許容できると同時に、外筒と接続管との溶接性を良好にできるメタル担体の提供。
【解決手段】ハニカム体９の軸方向両側で外筒１３にそれぞれ溶接Ｘ１で固定され、中間筒１０を介してハニカム体９を保持する一対の保持リング11,12を設け、各保持リング11,12は、ハニカム体９の一部端面及び中間筒１０の端部に当接するストッパ部１７と、中間筒１０の端部と外筒との間に全周に亘って当接した状態で介在する保持部１８を備え、中間筒１０と外筒１３との間にハニカム体９の熱膨張を吸収・許容する環状の隙間１９を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化用のメタル担体に関する。

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ハニカム体と、ハニカム体の外周に拡散接合された筒状の中間筒と、ハニカム体が収容された筒状の外筒と、外筒の両端部にそれぞれ溶接固定された接続管を備えるメタル担体の技術が公知となっている（特許文献１参照）。
特開平０６−７９１８２号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、中間筒と外筒がろう付け接合されるために中間筒と外筒の隙間はほとんど無くなり高温の排気ガスにより半径方向に熱膨張した場合には外筒の剛性が高いため大きな熱応力が発生する。
また、ろう付けのため高温な加熱炉で熱処理された外筒は、結晶粒度が粗大化して靱性が低くなり、外筒の両端部と接続管との溶接性が悪化するという問題点があった。
この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、ハニカム体の特に半径方向の熱膨張を許容できると同時に、外筒と接続管との溶接性を良好にできるメタル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ハニカム体と、上記ハニカム体の外周に拡散接合された筒状の中間筒と、上記ハニカム体が収容され、両端部に接続管がそれぞれ溶接固定される筒状の外筒を備えるメタル担体において、上記ハニカム体の軸方向両側にそれぞれ外筒に溶接固定され、中間筒を介してハニカム体を保持する一対の保持リングを設け、上記各保持リングは、ハニカム体の一部端面または中間筒の端部に当接するストッパ部と、中間筒の端部と外筒との間に全周に亘って当接した状態で介在する保持部を備え、上記中間筒の中途部と外筒との間にハニカム体の熱膨脹を許容する環状の隙間を形成したことを特徴とする。

この発明によれば、ハニカム体の熱膨張を許容できると同時に、外筒と接続管との溶接性を良好にできる。

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のメタル担体が採用された車両の排気系を示す図、図２は実施例１のメタル担体の内部を説明する断面図、図３は実施例１のハニカム体の斜視図、図４は実施例１の保持リングの斜視図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１のメタル担体が採用された車両の排気系は、排気上流側となるエンジン１の図示しない排気ポートから各排気管２ａ〜２ｃを介してメタル担体３、サブマフラ４、メインマフラ５が連通接続されている。
メタル担体３の排気上流側及び排気下流側には、所定径まで縮径されて、それぞれ対応する排気管２とフランジ６で締結されたディフューザ7,8（請求項の接続管に相当）が接続されている。

図２に示すように、メタル担体３は、ハニカム体９と、中間筒１０と、一対の保持リング11,12と、外筒１３とから構成されている。
図３に示すように、ハニカム体９は、それぞれ板厚３０μｍ、材質をアルミニウムを含有するステンレス鋼とする波板状の金属箔１４と平板状（または小波箔）の金属箔１５を該金属箔１５が外側に位置するように重ねた状態で多重に巻回することにより、全体形状が円柱状に形成されている。
また、両金属箔14,15には前述した巻回前にそれぞれ複数の穴１６が形成されている。
なお、穴１６の形状、形成位置、形成数、配置等については適宜設定できる。

また、ハニカム体９の金属箔１４の波状の頂部と金属箔１５との接合部位は拡散接合により接合されて軸方向に貫通しているセルが形成されている。
さらに、ハニカム体９の両金属箔14,15によって軸方向に貫通形成された各セル通路の表面には、前述した拡散接合処理後に貴金属、アルミナ等からなる排気ガス浄化用の触媒担持体層が形成されている。

中間筒１０は、板厚０．５ｍｍ、材質をＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス板材とする母材を加工して、ハニカム体９と同じ全長を有する円筒状に形成される他、ハニカム体９の熱膨張率と略同一となっている。
また、中間筒１０の内周はハニカム体９の外周に拡散接合により接合されている。

図２、４に示すように、保持リング11,12は、板厚１．５ｍｍ、材質をＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス板材とする母材を加工して、略環状に形成されている。
また、保持リング11,12は、中間筒１０の対応する端部及びハニカム体９の対応する一部端面に当接するストッパ部１７と、中間筒１０の外周一部と外筒１３の内周一部に当接した状態で介装される保持部１８が備えられている。
さらに、保持リング11,12は、外筒１３の端部と周上の複数の箇所または全周において溶接Ｘ１で固定され、これによって、保持リング11,12は外筒１３に一体的に設けられている。

外筒１３は、板厚１．５ｍｍ、材質をＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス板材を加工して、ハニカム体９の全長に保持リング11,12のストッパ部１７の厚みを加えた全長を有する円筒状に形成されている。
また、外筒１３の両端部にはそれぞれ対応するディフューザ7,8の端部が外側から重ねられた状態でその全周に亘って溶接Ｘ２で固定されている。

従って、実施例１のメタル担体３は、ハニカム体９は中間筒１０を介して保持リング11,12で外筒１３に保持されると共に、中間筒１０の中途部と外筒１３との間には保持リング11,12の保持部１８の板厚分の隙間を有する環状の隙間１９が形成されている。
なお、隙間１９は保持部１８の板厚の設定により適宜設定できる。

次に、作用を説明する。
<メタル担体の製造について>
メタル担体３を製造するには、先ず、波板状の金属箔１４と平板状（または小波状）の金属箔１５を該金属箔１５が外側に位置するように重ねた状態で多重に巻回することによりハニカム体９を形成する。
次に、中間筒１０に波板ハニカム体９を圧入した後、これらを加熱炉内に搬送して真空中で１１００℃以上の温度（約１３００℃）まで加熱することにより、ハニカム体９の金属箔１４の波状の頂部と金属箔１５との接合部位、及びハニカム体９の外周の全周と中間筒１０の内周とを拡散接合させて接合する。

続いて、外筒１３内にハニカム体９（中間筒１０共）及び保持リング11,12を配置した後、保持リング11,12と外筒１３を溶接Ｘ１で固定する。
この際、保持リング11,12の保持部１８を中間筒１０と外筒１３との間に挿入して、ストッパ部１７を中間筒１０の端部及びハニカム体９の一部端面に当接させることにより、保持リング11,12を簡単に位置決めした状態で装着できる。
なお、保持リング11,12の一方を予め外筒１３にスポット溶接で固定しておき、その後、中間筒１０及びハニカム体９を組み付けた後、保持リング11,12の他方を組み付けて溶接Ｘ１を行うようにしても良い。

最後に、外筒１３の両端部にそれぞれ対応するディフューザ7,8の端部を全周に亘って溶接Ｘ２で固定する。

<ディフューザの溶接性について>
このように、実施例１では、ハニカム体９は中間筒１０を介して保持リング11,12で保持されている。
これにより、従来の発明のように外筒１３を中間筒１０と高温な加熱炉でろう付け処理する必要がなく、外筒１３の結晶粒度を維持してディフューザ7,8の溶接Ｘ１性を良好にできる。

<排気浄化作用について>
このように構成されたメタル担体３は、図１で示すように、ディフューザ7,8のフランジ６がそれぞれ対応する排気管2a,2bと締結された状態で車両の排気系に介装される。
そして、エンジン１側である排気上流側のディフューザ７からメタル担体３に流入した排気（破線矢印で図示）は、ハニカム体９のセル通路を通過する間に触媒作用により排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）が無害成分（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等）に浄化されて排気下流側のディフューザ８へ排出され、サブマフラ４及びメインマフラ５によりエンジン騒音が消音されて大気へ放出される。

この際、ハニカム体９の両金属箔14,15には複数の穴１６が形成されているため、排気の一部が穴１６を介してハニカム体９の径方向へ流通し、これにより、各穴１６の排気ガス流れ方向下流側周縁にリーディングエッジを形成して境界層を破壊することにより排気浄化性能を向上できる（リーディングエッジについては公知の特開２００６−２３１１６７号公報参照）。
また、ハニカム体９における保持リング11,12のストッパ部１７で塞がれた部位にも排気の一部が穴１６を介してハニカム体９の径方向へ流通するため、排気浄化性能の低下を抑えることができる。

<ハニカム体の熱膨張・収縮について>
ハニカム体９及び中間筒１０は高温な排気の通過に伴って熱膨脹・収縮を繰り返す。
この際、実施例１では、ハニカム体９と中間筒１０とは拡散接合されているため、ハニカム体９から中間筒１０への熱伝導性を良好にして均熱化を図ることができ、熱応力による局部的な熱膨脹・収縮量を大幅に低減できる。
また、保持リング11,12のストッパ部１７は中間筒１０の端部及びハニカム体９の一部端面に当接され、中間筒１０の中途部と外筒１３との間には環状の隙間１９が形成されているため、ハニカム体９及び中間筒１０は隙間１９に山状に膨出するように熱膨張し、これにより、ハニカム体９の熱膨張を吸収・許容し、中間筒１０との間に発生する熱応力を大幅に低減できる。

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１４と小波状または平板状の金属箔１５を重ねた状態で多重に巻回して成るハニカム体９と、ハニカム体９の外周に拡散接合された筒状の中間筒１０と、ハニカム体９が収容され、両端部にディフューザ7,8がそれぞれ溶接Ｘ２で固定される筒状の外筒１３を備えるメタル担体３において、ハニカム体９の軸方向両側で外筒１３にそれぞれ溶接Ｘ１で固定され、中間筒１０を介してハニカム体９を保持する一対の保持リング11,12を設け、各保持リング11,12は、ハニカム体９の一部端面及び中間筒１０の端部に当接するストッパ部１７と、中間筒１０の端部と外筒との間に全周に亘って当接した状態で介在する保持部１８を備え、中間筒１０と外筒１３との間にハニカム体９の熱膨張を吸収・許容する環状の隙間１９を形成したため、ハニカム体９の熱膨張、特に半径方向に熱膨張を許容するため、膨張による応力の発生が低減され、波状の金属箔１４と平板状（または小波状）の金属箔１５の変形、はがれ等を防止できる。
加えて、外筒１３とディフューザ7,8との溶接性を良好にできる。

また、ハニカム体９の両金属箔14,15に複数の穴１６を設けたため、排気の一部が穴１６を介してハニカム体９の径方向へ流通し、これにより、排気浄化性能を向上できる。
また、ハニカム体９のストッパ部１７で塞がれた部位にも排気の一部が穴１６を介してハニカム体９の径方向へ流通するため、排気浄化性能の低下を抑えることができる。

以下、実施例２を説明する。
実施例２において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図５は実施例２のメタル担体の内部を説明する断面図、図６は実施例２の保持リングの平面図、図７は図６のＳ７−Ｓ７線における断面図である。

図５〜７に示すように、実施例２では、保持リング11,12のストッパ部１７に円形状の穴２０が複数形成されている点が実施例１と異なる。
なお、穴２０の形状、形成位置、形成数、配置等については適宜設定できる。

従って、実施例２では、実施例１の作用・効果に加えて、排気（図５の破線矢印で図示）の一部が保持リング11,12のストッパ部１７の穴２０を貫通してハニカム体９を軸方向に流通するため、ハニカム体９における排気の軸方向への流通量を増やして排気浄化性能を向上できる。

以下、実施例３を説明する。
実施例３において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図８は実施例３のメタル担体の内部を説明する断面図である。

図８に示すように、実施例３では、実施例１で説明したハニカム体９及び中間筒１０を軸方向に沿って複数（実施例３では５つ）配置されている。
また、隣接するハニカム体９及び中間筒１０の間に保持リング11,12と同形状の中間リング３０が介装されている。

中間リング３０は、隣接するハニカム体９の一部端面に当接するストッパ部３１と、隣接する中間筒１０の一方側端部と外筒１３の間に介在してこれら両者の間に環状の隙間３２を形成する保持部３３が備えられている。
また、隣接するハニカム体９同士間には中間リング３０のストッパ部３１の厚み分の隙間３４が形成されている。

<排気ガス浄化作用について>
このように構成されたメタル担体３では、排気上流側から排気（破線矢印で図示）がハニカム体９と隙間３４を交互に通過しながら下流側へ流通する。

従って、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなるハニカム体９の端面を５つ形成できる。
これにより、境界層をより多く破壊して排気ガスとメタル担体３のセルの表面に付けられた触媒との接触を促進でき、触媒排気浄化性能を向上できる。
また、実施例１と同様に各ハニカム体９の熱膨張を隙間３２で吸収・許容できる。
<中間リングについて>
中間リング３０は保持リング11,12と同一形状部品であるため、部品の種類を減らすことができる。
また、中間リング３０は保持リング11,12に軸方向の移動を規制されるため、外筒１３に溶接固定する必要がなく、外筒１３に挿入して配置するだけで容易に組み付けが可能となる。
なお、これらの組み付けは、予め外筒１３に保持リング１２を溶接Ｘ１で固定しておき、ハニカム体９、中間リング３０を交互に挿入した後、最後に保持リング１１を装着して溶接Ｘ１で固定する。

従って、実施例３では、実施例１の作用・効果に加えて、排気浄化性能の向上を図ることができる。

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、中間筒１０の全長をハニカム体９よりも長く形成することにより、保持リング11,12のストッパ部１７とハニカム体９の端面との接触を回避して、該ハニカム体９を保護するようにしても良い。

実施例１のメタル担体が採用された車両の排気系を示す図である。実施例１のメタル担体の内部を説明する断面図である。実施例１のハニカム体の斜視図である。実施例１の保持リングの斜視図である。実施例２のメタル担体の内部を説明する断面図である。実施例２の保持リングの平面図である。図６のＳ７−Ｓ７線における断面図である。実施例３のメタル担体の内部を説明する断面図である。

符号の説明

１エンジン
２ａ、２ｂ、２ｃ排気管
３メタル担体
４サブマフラ
５メインマフラ
６フランジ
７、８ディフューザ
９ハニカム体
１０中間筒
１１、１２保持リング
１３外筒
１４、１５金属箔
１６穴
１７ストッパ部
１８保持部
１９隙間
２０穴
３０中間リング
３１ストッパ部
３２隙間
３３保持部
３４隙間

Claims

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ハニカム体と、
前記ハニカム体の外周に拡散接合された筒状の中間筒と、
前記ハニカム体が収容され、両端部に接続管がそれぞれ溶接固定される筒状の外筒を備えるメタル担体において、
前記ハニカム体の軸方向両側にそれぞれ外筒に溶接固定され、中間筒を介してハニカム体を保持する一対の保持リングを設け、
前記各保持リングは、ハニカム体の一部端面または中間筒の端部に当接するストッパ部と、中間筒の端部と外筒との間に全周に亘って当接した状態で介在する保持部を備え、
前記中間筒の中途部と外筒との間にハニカム体の熱膨脹を許容する環状の隙間を形成したことを特徴とするメタル担体。
請求項１記載のメタル担体において、
前記ハニカム体及び中間筒を軸方向に沿って複数配置すると共に、隣接するハニカム体及び中間筒の間に前記保持リングと同形状の中間リングを介装したことを特徴とするメタル担体。
請求項１または２記載のメタル担体において、
前記ストッパ部に穴を設けたことを特徴とするメタル担体。
請求項１〜３のうちのいずれかに記載のメタル担体において、
前記ハニカム体の両金属箔に複数の穴を設けたことを特徴とするメタル担体。