JP2010051938A

JP2010051938A - 金属触媒担体

Info

Publication number: JP2010051938A
Application number: JP2008222953A
Authority: JP
Inventors: Olivier Fournier; オリビエフルニエ
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-08-30
Filing date: 2008-08-30
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】両金属箔のスリット孔同士の一致を回避して、ハニカム体の耐久性と排気の浄化性能を向上できる金属触媒担体の提供。
【解決手段】それぞれ複数のスリット孔７が形成され、長尺で波板状の金属箔４と小波板状の金属箔５とを重ねた状態で多重に巻回してなるハニカム体２を有する金属触媒担体１において、両金属箔4,5のスリット孔７（スリット孔８群）同士をハニカム体２の軸方向に相対位置ずれした状態で設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属触媒担体に関する。

従来、金属触媒担体として特許文献１に記載の技術が公知となっている（特許文献１参照）。
この公報によれば、それぞれスリット孔を有する波板状の金属箔と平板状または小波板状の金属箔とを重ねた状態で多重に巻回してハニカム体を形成している。
特開２００５−３１３０８２号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、両金属箔を重ねた状態で巻回する製造上、ハニカム体における両金属箔のスリット孔同士が一致する部位が生じるため、この部位は他の部位に比べて剛性が低下してしまうという問題点があった。
加えて、この部位においては排気がハニカム体の径方向へ直線的に通過して乱流化しないため、浄化性能の向上に貢献しないという問題点があった。

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を向上でき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、それぞれ複数のスリット孔が形成され、長尺で波板状の金属箔と平板状または小波板状の金属箔とを重ねた状態で多重に巻回してなるハニカム体を有する金属触媒担体において、上記両金属箔のスリット孔同士をハニカム体の軸方向に相対位置ずれした状態で設けたことを特徴とする。

請求項１記載の発明では、両金属箔のスリット孔同士をハニカム体の軸方向に相対位置ずれした状態で設けている。
これにより、ハニカム体の両金属箔のスリット孔同士の一致を回避して、ハニカム体の耐久性と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の金属触媒担体を示す側断面図、図２は図１の矢視Ａ１による金属触媒担体の側面図、図３〜８は実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図、図９は実施例１のハニカム体の斜視図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１、２に示すように、実施例１の金属触媒担体１では、円柱状のハニカム体２と、このハニカム体２が収容された円筒状の外筒３等から構成されている。
ハニカム体２は長尺で波板状の金属箔４と平板状の金属箔５とを該金属箔５が外側に位置するように多重に重ねた状態でロール状に巻回されている。
なお、平板状の金属箔５は金属箔４よりも波の高さが小さく、波のピッチが大きい小波板状にしても良い。

また、ハニカム体２の波板状の金属箔４の波の頂部と平板状の金属箔５とは拡散接合により接合されている。
さらに、ハニカム体２の一部外周に設けられたろう箔材６が外筒３の内周にろう付け接合されることにより、これら両者が固定されている。
なお、実施例１ではハニカム体２の軸方向中央にろう箔材６を設けているが、この限りではない。
また、両金属箔4,5を必ずしも拡散接合により接合する必要はなく、ろう付けによっても可能である。さらに、ハニカム体２と外筒３とを拡散接合により接合することもできる。

そして、後述するが両金属箔4,5にはそれぞれ複数のスリット孔７が形成されると共に、これらはハニカム体２の周方向に沿って直線的に配置された複数のスリット孔群８を成してハニカム体２の軸方向に沿って所定間隔で複数列配置されている。
さらに、両金属箔4,5のスリット孔７（スリット孔群８）同士はハニカム体２の巻回軸方向に相対位置ずれした状態で設けられている。

次に、金属触媒担体１の製造方法を説明する。
金属触媒担体１の製造方法は、スリット孔形成工程、ハニカム体形成工程、ハニカム体圧入工程、ろう付け工程の順番に行われる。

［スリット孔形成工程］
先ず、スリット孔形成工程について説明する。
スリット孔形成工程では、スリット孔形成装置１０を用いて両金属箔4,5となるシート材１３にスリット孔７を形成する。

<スリット孔形成装置について>
図３、４に示すように、実施例１のスリット孔形成装置１０は、上下一対の成形用ローラ11,12と、これら両成形用ローラ11,12の間に連続的に移送方向へ供給されるシート材１３が備えられている。

シート材１３は、図示しないコイルに巻回された状態から帯状に引き出される両金属箔4,5の材料であって、高剛性のアルミニウムとステンレスの合金製で、さらに、焼き鈍し、または緩い焼き入れ処理が施されて高剛性になっている。
シート材１３の具体的な材質としては、例えばクロム（Ｃｒ）、アルミ（Ａｌ）をベースに高温酸化で生成するＡｌ_２Ｏ_３被膜（アルミナ被膜）の成長を抑制する効果の高いランタン（ＬＡ）等を添加した、耐高温酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼が採用されている。
なお、フェライト系ステンレス鋼の一例としてＪＦＥ規格のＪＦＥ２０−５ＵＳＲ及びＪＦＥ１８−３ＵＳＲを挙げておく。
また、実施例１のシート材１３の厚みは、３０ミクロン前後であるが、この限りではない。

成形用ローラ１１は、その中心軸１１ａに駆動源としての図示しないモータの回転軸が連結されて、軸周り（図中反時計回り方向）に回転可能に支持されている。
成形用ローラ１１の外周には、円形状の外形を有して外側へ凸となる凸部１１ｂが後述する配置で複数設けられている。
凸部１１ｂは、成形用ローラ１１の本体１１ｃに対して締結手段としての螺子１１ｄで脱着可能に固定されている。

成形用ローラ１２は、その中心軸１２ａに図示しない駆動源としてのモータの回転軸が連結されて、成形用ローラ１１と同期して軸周り（図中時計回り方向）に回転可能に支持されている。
また、成形用ローラ１２の外周には、凸部１１ｂよりも大きな円形状の外形を有して内側へ凹となる凹部１２ｂが該凸部１１ｂと同じ配置で複数設けられている。

凹部１２ｂは、凸部１１ｂと同様に、成形用ローラ１２の本体１２ｃに対して締結手段としての螺子１２ｄで脱着可能に固定されている。
なお、両成形用ローラ11,12をギヤ等を介して連結することにより、１つのモータでこれら両者を同期回転させることもできる。
また、凸部１１ｂ及び各凹部１２ｂの固定方法等については適宜設定できる。
さらに、凸部１１ｂまたは凹部１２ｂをそれぞれ対応する本体11c,12cに対して複数個ずつ纏めて固定できる構成としても良い。

<スリット孔形成装置の作動について>
このように構成されたスリット孔形成装置１０では、両成形用ローラ11,12がモータの駆動により互いに同期して軸周り方向に回転する。
そして、両成形用ローラ11,12の間に、図示しないコイルに巻回されたシート材１３を引き出しながら供給して移送方向へ連続的に移送する。

これにより、図４に示すように、両成形用ローラ11,12において順次接近する凸部１１ｂを凹部１２ｂ内に非接触状態で進入させて、シート材１３に図５に示すような凸部１１ｂと凹部１２ｂの配置に応じた円形状のスリット孔７を複数形成できる。
この際、凸部１１ｂと凹部１２ｂがスリット孔７の形成の際に互いに接触せず、スリット孔７はシート材１３に破断による板厚方向に鋭利な切断面を有して開口でき、プレス加工の押し切りによる切断面とは明らかに異なり、バリの発生を防止できる。

また、破断した円形状の切り屑１３ａは凹部１２ｂ内に一時的に収容された後、成形用ローラ１２の下死点付近で下方に配置された図示しないバケット内に自重で落下する。
この際、破断によって切断された切り屑１３ａは、凸部１１ｂと凹部１２ｂに付着する虞がないため、凹部１２ｂ内に切り屑１３ａが詰まる虞がなく、切り屑の排出をスムーズに行うことができる。
なお、スリット孔７が形成されたシート材１３は、図示しないコイルに順次巻回される。

<スリット孔（凸部と凹部）の配置について>
図５に示すように、各スリット孔７の形状は直径５ｍｍ前後の円形状に形成されている。
また、各スリット孔７は、シート材１３の長手方向（ハニカム体２の周方向）に沿って所定間隔Ｌ１で直線的に配置されたスリット孔群８がシート材１３の幅方向（ハニカム体２の軸方向）に沿って所定間隔Ｌ２で複数列（実施例１では５列）配置されている。
また、隣り合うスリット孔群８同士はシート材１３の長手方向（ハニカム体２の周方向）に１／２×Ｌ１間隔だけオフセットした状態で配置され、これによって、各スリット孔７は所謂千鳥状に配置されている。

また、シート材１３の幅方向一方側（図中上方）に配置されたスリット孔群８と端部との寸法Ｌ３は１／２×Ｌ２に設定されている。
さらに、シート材１３の幅方向他方側（図中下方）に配置されたスリット孔群８と端部との寸法Ｌ４はＬ２と同じ長さに設定されている。
即ち、シート材１３のスリット孔群８は全体的に１／４×Ｌ２だけ幅方向一方側（図中上方）にオフセットした状態で配置されている。

これにより、シート材１３を中央（二点鎖線で図示）で裏返すと、図６に示すように、スリット孔７（スリット孔群８）が表裏で非対称位置に配置されることとなる。
なお、シート材１３を中央（二点鎖線で図示）で裏返して、スリット孔７（スリット孔群８）が表裏で非対称位置となる配置は実施例１のスリット孔７の配置に限定されるものではない。

［ハニカム体形成工程］
次に、ハニカム体形成工程について説明する。
ハニカム体形成工程では、ハニカム体形成装置１４により、スリット孔形成工程で形成されたそれぞれのシート材１３を用いてハニカム体２を形成する。

<ハニカム体形成装置について>
図７に示すように、ハニカム体形成装置１４では、スリット孔形成工程により形成されたシート材１３がそれぞれ巻回された２つのコイル15,16と、波加工機１７と、巻回機１８等が備えられている。
コイル１５から引き出されたシート材１３（５）は、金属箔５として送りローラ１９ａ等を介して巻回機１８に供給されるように構成されている。
コイル１６から引き出されたシート材１３（４）は、金属箔５と表裏逆の状態（図６参照）で、金属箔４として送りローラ１９ｂを介して波加工機１７を介して巻回機１８に供給されるように構成されている。
シート材１３（５）をシート材１３（４）の金属箔４よりも波の高さが小さく、波のピッチが大きい小波板状のものとする場合は、波加工機１７と同様の別の波加工機を使用する。

波加工機１７は、公知の特開２００５−２６２３１５号公報に記載の装置と同様に、金属箔４を波板状に加工して巻回機１８へ移送するものであるため、その詳細な説明は省略する。

巻回機１８は、公知の特開２００３−２１１０００号公報に記載の装置と同様に、金属箔５が外側となるように両金属箔4,5の始端部を重ねて巻軸１８ａに止着した後、これらを巻回してハニカム体２を形成するものであるため、その詳細な説明は省略する

<ハニカム体形成装置の作動について>
このように構成されたハニカム形成装置１４では、コイル１５から引き出された金属箔５を送りローラ１９ａ等を介して巻回機１８に順次供給する一方、コイル１６から引き出された金属箔４を送りローラ１９ｂを介して波加工機１７で波板状に加工した後、巻回機１８に順次供給する。

この際、図８に示すように、波加工機１７で波板状に加工された金属箔４の波は高さＨ１＝１．５ｍｍ、ピッチＷ１＝１．２ｍｍとなっており、金属箔５に比べて３倍の材料使用量となる。
これに伴って、金属箔４のスリット孔群８のスリット孔７の長手方向（ハニカム体２の周方向）における間隔は１／２×Ｌ１となり、換言すると、金属箔５のスリット孔群８のスリット孔７の長手方向における間隔の１／２となる。
波高さＨ、ピッチＷの値は排気浄化において必要な形状にすることが出来る。

巻回機１８では、金属箔５を外側にして両金属箔4,5の始端部を重ねて巻軸１８ａに止着した後、これらを巻回してハニカム体２を形成する。
その後、両金属箔4,5の終端部は図示しないスポット溶接で外周部に接合する。その一部外周に図示しないろう箔材６を巻いて、スポット溶接で固定してハニカム体２を得ることができる(図９参照)。

<スリット孔の配置について>
前述したように、シート材１３を中央（図５、図６において二点鎖線で図示）で裏返すと、スリット孔７（スリット孔群８）が表裏で非対称位置に配置される。
従って、表裏逆にした金属箔４の上に金属箔５を重ねた状態で巻回機１８により重ねて巻回することにより、両金属箔4,5のスリット孔７（スリット孔群８）同士をハニカム体２の軸方向に相対位置ずれした状態で配置できる。
なお、両金属箔4,5のスリット孔７（スリット孔群８）同士の相対位置ずれ量は、スリット孔７（スリット孔群８）同士が互いに掛からない範囲において適宜設定できる。しかしながら、相対位置ずれ量をあまり大きく設定すると、スリット孔７を多く配置できなくなるため、必要なスリット孔７の形成数（または総開口面積）は確保するようにする。

さらに、金属箔４が波板状に加工されることにより、該金属箔４の各スリット孔群８を構成するスリット孔７同士間の間隔が短くなるため、ハニカム体２の周方向にも相対位置ずれした状態で配置される。
なお、実施例１ではスリット孔群８における半数のスリット孔７がシート材１３の長手方向（ハニカム体２の周方向）に相対位置ずれしているが、この限りではない。

従って、ハニカム体形成工程では、金属箔4,5の中間成形品であるスリット孔７が形成されたシート材１３（コイル15,16共）を同一形状部品として使用でき、スリット孔７（コイル15,16共）の形成に必要な製造・開発・設備コストを低く抑えることができる。

［ハニカム体圧入工程］
次に、ハニカム体圧入工程について説明する。
ハニカム体圧入工程では、上述したハニカム体成形工程にて成形したハニカム体２をハニカム体圧入装置を用いて外筒３内に圧入する。
なお、ハニカム体圧入装置は、公知の特開平１１−１９７５１８号公報に記載の装置と同様に、ハニカム体２を縮径しながら外筒３内に圧入するものであるため、その詳細な説明は省略する。

［ろう付け工程］
次に、ろう付け工程について説明する。
ろう付け工程では、ハニカム体２を図示しない加熱炉に搬送して熱処理することにより、金属箔４の波の頂部と金属箔５の接している部分を拡散接合すると共に、ハニカム体２の外周一部と外筒３をろう箔材６の溶融によりろう付け接合する。
その後、ハニカム体２の両金属箔4,5の隙間で形成される軸方向に貫通したセルの表面に貴金属、アルミナ等からなる排気ガス浄化用の触媒担持体層を形成して、所望の金属触媒担体１を得ることができる。

次に、作用を説明する。
<排気浄化作用について>
このように構成された金属触媒担体１は、外筒３の両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、外筒３のエンジン側の排気上流側となる一端部から外筒３に流入した排気は、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）が無害成分（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等）に浄化されて排気下流側となる他端部から排出される。

<スリット孔７による排気の乱流化について>
ハニカム体２のセルを軸方向に通過する排気の一部は、スリット孔７を介してハニカム体２の径方向に流通することにより乱流化する。
これにより、複数のリーディングエッジが形成され、排気の乱流化による浄化性能の向上を得ることができる（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２の両金属箔4,5のスリット孔群８同士はハニカム体２の軸方向に相対位置ずれしているため、両金属箔4,5のスリット孔７同士が一致するのを回避できる。
これにより、ハニカム体２の剛性を高めて耐久性を向上できると同時に、排気の乱流化を促進して排気浄化性能を向上できる。

さらに、金属箔４が波状に加工されることにより、ハニカム体２の両金属箔4,5のスリット孔７の一部はハニカム体２の周方向にも位置ずれしているため、ハニカム体２の周上の広い範囲で排気の乱流化を促進して、浄化性能を向上できる。

次に、実施例１の効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の発明では、それぞれ複数のスリット孔７が形成され、長尺で波板状の金属箔４と平板状または小波板状の金属箔４とを重ねた状態で多重に巻回してなるハニカム体２を有する金属触媒担体１において、両金属箔4,5のハニカム体７同士をハニカム体２の軸方向に相対位置ずれした状態で設けたため、両金属箔4,5のスリット孔７同士の一致を回避して、ハニカム体２の耐久性と排気の浄化性能を向上できる。

また、両金属箔4,5にそれぞれハニカム体２の周方向に沿って直線的に配置された複数のスリット孔群８をハニカム体２の軸方向に沿って所定間隔で複数列配置し、両金属箔4,5のスリット孔群８同士をハニカム体２の軸方向に相対位置ずれした状態で設けたため、スリット孔７の簡便な配置で両金属箔4,5のスリット孔７同士の一致を確実に回避できる。

また、両金属箔4,5のスリット孔７を表裏非対称位置に形成して、スリット孔形成時における中間成形品（シート材１３及びコイル15,16）を同一形状部品とし、両金属箔4,5のうちの一方を表裏逆にした状態で他方に重ねて多重に巻回してなるハニカム体２を有するため、スリット孔７の形成に掛かる製造・開発・設備コストを大幅に削減できる。

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１０は実施例２の波板状の金属箔の一例を示す平面図、図１１は実施例２の平板状の金属箔を示す平面図、図１２は実施例２の両金属箔を重ねた状態を示す平面図である。

前述した実施例１では両金属箔4,5の中間成形品であるシート材１３（コイル15,16共）を同一形状部品としたが、実施例２では非同一形状部品にしているという点が実施例１と相違する。

即ち、スリット孔形成工程において、両金属箔4,5を重ねた際にスリット孔８群同士がハニカム体２の軸方向に相対位置ずれするような中間成形品を両金属箔4,5でそれぞれ専用設計部品として形成しているものである。
これにより、例えば、ハニカム体形成工程において、巻回機１８に供給される金属箔４を図１０に示すようなスリット孔群２０が配置されたものとし、金属箔５を図１１に示すようなスリット孔群２１が配置されたものとする。
これら両金属箔4,5には、図１２に示すように、該両金属箔4,5を重ねた際にスリット孔群20,21同士がハニカム体２の軸方向に相対位置ずれするように各スリット孔７が配置されている。

従って、両金属箔4,5を重ねた状態として、巻回機１８で巻回してハニカム体２を形成することにより、実施例１と同様の作用・効果を得ることができる。
加えて、スリット孔７の配置、形状、大きさ等のバリエーションを増やすことができる。
また、スリット孔７の形状や大きさ等を両金属箔4,5で異なるように設定することもできる。

なお、金属箔4,5のスリット孔７の配置は、両金属箔4,5を重ねた際にスリット孔群８同士がシート材１３の幅方向（ハニカム体２の軸方向）に相対位置ずれする条件を満たせば適宜設定できる。

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、実施例ではスリット孔群をシート材の長手方向（ハニカム体２の周方向）に沿って直線的に配置したが、両金属箔のスリット孔同士が一致しない範囲内においてジグザグ状等に配置する場合もあり得る。
また、ハニカム体２の断面形状は円形断面に限らず、非円形状の楕円形やレーシングトラック形状、三角形状等にしても良い。
また、スリット孔の形状は円形に限らず長円形（レーシングトラック形）、正方形、長方形形状等、大きさ、形成数等については適宜設定できる。
また、スリット孔の成形方法もプレスによる成形とすることも可能である。

実施例１の金属触媒担体を示す側断面図である。図１の矢視Ａ１による金属触媒担体の側面図である。実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図である。実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図である。実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図である。実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図である。実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図である。実施例１の金属触媒担体の製造方法を説明する図である。実施例１のハニカム体の斜視図である。実施例２の波板状の金属箔の一例を示す平面図である。実施例２の平板状の金属箔の一例を示す平面図である。実施例２の両金属箔を重ねた状態を示す平面図である。

符号の説明

１金属触媒担体
２ハニカム体
３外筒
４、５金属箔
６ろう箔材
７スリット孔
８スリット孔群
１０スリット孔形成装置
１１、１２成形用ローラ
１１ａ、１２ａ中心軸
１１ｂ、１２ｂ本体
１１ｃ凸部
１２ｃ凹部
１１ｄ、１２ｄ螺子
１３シート材
１３ａ切り屑
１４ハニカム形成装置
１５、１６コイル
１７波加工機
１８巻回機
１８ａ巻軸
１９ａ、１９ｂ送りローラ
２０、２１スリット孔群

Claims

それぞれ複数のスリット孔が形成され、長尺で波板状の金属箔と平板状または小波板状の金属箔とを重ねた状態で多重に巻回してなるハニカム体を有する金属触媒担体において、
前記両金属箔のスリット孔同士をハニカム体の軸方向に相対位置ずれした状態で設けたことを特徴とする金属触媒担体。
請求項１記載の金属触媒担体において、
前記両金属箔にそれぞれハニカム体の周方向に沿って直線的に配置された複数のスリット孔群をハニカム体の軸方向に沿って所定間隔で複数列配置し、
前記両金属箔のスリット孔群同士をハニカム体の軸方向に相対位置ずれした状態で設けたことを特徴とする金属触媒担体。
請求項１または２記載の金属触媒担体において、
前記両金属箔のスリット孔を表裏非対称位置に形成して、該両金属箔のスリット孔形成時の中間成形品を同一形状部品とし、
前記両金属箔のうちの一方を表裏逆にした状態で他方に重ねて多重に巻回してなるハニカム体を有することを特徴とする金属触媒担体。