JP2832397B2 - 排気ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス浄
化触媒に用いられるメタル担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス浄化触媒のメタル担体として、
平板と波板とを重ねてロール状に巻いてハニカム体を形
成し、そのハニカム体を金属製外筒に収納したものが知
られている。このメタル担体ではハニカム体の平板と波
板、および外筒とハニカム担体とは通常ろう付けによっ
て一体的に接合されている。このメタル担体のハニカム
体のハニカム通路表面にはアルミナなどからなる触媒担
持層が形成され、その触媒担持層に金属触媒が担持され
て排気ガスの浄化触媒とされる。そして内燃機関の排気
通路に設置されて、排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，Ｎ
Ｏ_X を浄化する。なお、限られた体積中にできるだけ多
くのハニカム通路の面積を確保するのが好ましいことか
ら、平板および波板の厚さは強度を維持できる範囲でで
きるだけ薄くされている。

【０００３】ところで、ハニカム体を通過する排気ガス
は、ハニカム体の外周部に比べて中心部ほど流速が大き
い。したがって、メタル担体では、高温の排気ガスとの
接触、触媒反応による発熱、および外筒からの外気への
熱放出により、中心部ほど高温で外周部ほど低温となる
温度分布が生じる。この温度分布によりハニカム体と外
筒との膨張および収縮量に差が生じるがハニカム体の径
方向および軸方向の膨張および収縮の動きは外筒で規制
されていること、またハニカム体を構成する平板と波板
の板厚は一般に外筒の板厚よりもかなり小さいことか
ら、ハニカム体に熱応力が作用する。そして膨張・収縮
の繰り返しによりハニカム体の外周部近傍の平板および
波板が塑性変形して金属疲労が生じ、最終的にはハニカ
ム体の平板および波板に破断が生じる場合があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したような不具合
を回避するために、実開昭６２−１９４４３６号公報に
は、ハニカム体の一端部のみを外筒と接合し他端部は接
合しない自由端としたメタル担体が開示されている。こ
のメタル担体によればハニカム体の軸方向の膨張・収縮
は殆ど規制されないが、接合されている一端部では肝心
な径方向の膨張・収縮は従来と同様に外筒で規制されて
いるため、その部分で平板および波板に破断が起きる恐
れがある。

【０００５】また、実開昭６３−７７６３４号公報に
は、ハニカム体の平板の厚さを波板より厚くしたメタル
担体が開示されている。このメタル担体では平板により
剛性が確保されているので膨張・収縮の量が小さくな
り、波板に全体に略均一に変形するので、局部的な変形
による破断が防止される。しかしながら平板を厚くする
ことにより排気通路内における平板の抵抗が大きくな
り、排気性能、圧力損失に対して不利となる。

【０００６】これらの問題を解消するために本出願人
は、先にスリットを設け撓み部を形成した中間筒をハニ
カム体と外筒に結合することにより、熱応力を緩和して
破断を防止したメタル担体を出願した（特願平１−２９
８１６５号、実願平２−８４８９３号）。本願発明は上
記の先願の改良に関するもので、上記のメタル担体が高
温にさらされるというさらに厳しい使用条件においても
熱応力によるハニカム体の破断をより確実に防止するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化触
媒用メタル担体は、平板と波板とを重ねてロール状に巻
いて形成されたハニカム体と、ハニカム体の外周に同軸
的に配置された外筒と、該ハニカム体と該外筒との間に
介在する中間筒とよりなり、該中間筒は波形形状の板で
形成され該波形の頂部でハニカム体および外筒に接触し
その面の一部で接合され、該中間筒は軸に垂直な平面で
切断した横断面においてハニカム体と外筒との両者を同
時に接合した接合部位を持たないことを特徴とする。

【０００８】ハニカム体は、平板と波板とを重ねた状態
でロール状に巻いて形成されている。波板は、通常平板
を波形状に曲折して形成され、通常平板と同材質で同一
板厚を有している。この平板および波板は、従来と同様
にたとえばＡｌ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、ステンレス鋼などか
ら形成される。そして上記したように限られた体積中に
できるだけ多くのハニカム通路の面積を確保することが
好ましいことから、板厚はたとえば、０．０５ｍｍなど
比較的薄いものが用いられる。このハニカム体は、たと
えば波板の頂部にろう材が塗布された状態で平板と重ね
てロール状に巻き上げられて形成され、その後加熱され
る。これにより平板と波板とはろう付けされて一体的に
接合される。また、拡散接合により一体化することもで
きる。

【０００９】外筒は、たとえばフェライト系ステンレス
鋼など従来と同様のものを用いることができ、その板厚
は従来と同様、通常１〜２ｍｍ程度である。本発明の最
大の特徴は、外筒とハニカム体の間に介在する中間筒に
ある。この中間筒はたとえば、ステンレス鋼材で板厚が
通常０．１〜０．５ｍｍのものを波形形状に成形した
後、円筒状に形成されたものである。この波形状は、こ
の部分にも触媒を担持することを考えればハニカム体の
波形状に対して波高さ０．５〜３倍、ピッチ０．５〜３
倍程度が好ましい。

【００１０】中間筒は、軸に垂直な平面で切断した同一
横断面上において外筒、ハニカム体とが一体的に接合さ
れることはなく、軸方向でそれぞれ異なる位置で接合さ
れている。これによりハニカム体の径方向および軸方向
の膨張・収縮の動きが外筒で規制され、熱応力の発生が
防止されるのでハニカム体の破断が確実に防止できる。

【００１１】中間筒にスリットを設け撓み部を形成して
ハニカム体と外筒に結合した場合には、高温に曝される
というさらに厳しい使用条件となると、スリットを設け
た撓み部からハニカム体の破損が起きる。これはスリッ
トを設け撓み部を形成した中間筒とハニカム体の接合部
を詳細にみれば、ハニカム箔と中間筒の温度差、剛性の
違いあるいは膨張係数の違いなどにより熱応力が発生す
る。この熱応力が小さい時はハニカム体の変形で緩和さ
れるが、高温となり熱応力が変形で緩和できなくなると
ハニカム体は破断ないしは破損する。スリットでこれを
回避するにはスリットの数を増して一箇所当たりの変形
量を小さくすることが考えられるが、その場合には軸方
向の強度の低下が大きくなり中間筒の破断が発生するの
で好ましくない。

【００１２】そこで中間筒全体を波形形状にして熱応力
による変形を波形状の変形で分散緩和してハニカム体の
破断を防止することができる。そして中間筒の波頂部で
ハニカム体および外筒とに結合させる。これにより中間
筒のスリットを多くした場合と同様に変形を分散できる
効果がある。さらにこの中間筒は波形状で連続した断面
形状となるので断面積を広くとることができ軸方向の強
度を確保することができる。そしてハニカム体と外筒と
は軸方向に同一位置で接合されていないので軸方向、径
方向への動きを自由にして熱応力による破断を防ぐこと
ができる。

【００１３】

【作用】本発明のメタル担体は、中間筒を波形形状とし
ハニカム体には内側の波頂部で接合され、外筒とは外側
の波頂部で結合されている。このため、ハニカム体が熱
により膨張したさいは中間筒の波形状の変形してこれを
吸収し、冷却による収縮は中間筒の波形状が剛性を利用
して元の形状に戻ることができる。このため板厚の薄い
ハニカム体が熱応力により破断するのが防止できる。

【００１４】ハニカム体と外筒とは同一横断面で中間筒
を介しても接合されていないので、ハニカム体の軸方向
の膨張・収縮の動きは、外筒より剛性の低い中間筒の軸
方向の変形により吸収される。すなわち、このメタル担
体によれば、ハニカム体と外筒とは直接接合されておら
ず、ハニカム体は軸方向および径方向に自由に膨張・収
縮できるので、熱応力が発生するのが確実に防止され、
ハニカム体の破断が防止されるため耐久性が著しく向上
する。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。図１
および図２に本発明の一実施例の排気ガス浄化触媒用メ
タル担体の構成斜視図と部分断面図を示す。このメタル
担体は、ハニカム体１と、外筒２と、中間筒３とより構
成される。

【００１６】ハニカム体１は、板厚０．０５ｍｍのＡｌ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金製平板１０と、この平板１０を波状に
曲折して形成した波板１１とから構成されている。そし
て平板１０と波板１１とを重ね、平板１０を表側にして
ロール状に巻いて形成されている。なお、波板１１に頂
部と平板１０との間にはろう材が介在し、平板１０と波
板１１とはろう付けにより一体的に接合されている。

【００１７】外筒２はステンレス鋼から形成され、板厚
１．５ｍｍの円筒状をなしている。中間筒３は、板厚
０．１ｍｍのステンレス鋼を波高さを波板１１の１倍、
ピッチを波板１１の１．５倍に成形して円筒状に形成し
たものである。この中間筒３の内側の波頂の一端部３１
がハニカム体１に、外側の波頂の他端部３２が外筒２に
ろう付け部４により接合されている。

【００１８】このように構成されたメタル担体は、熱に
よりハニカム体１が径方向に膨張すると、中間筒３の波
形状が変形してその拡径の動きは妨げない。また、ハニ
カム体１と外筒２および中間筒３は、同一横断面におい
てはろう付け部４により接合されていない。したがっ
て、ハニカム体１の軸方向の膨張・収縮の動きは外筒２
およびハニカム体１に接合されていない部分の中間筒３
で吸収され、ハニカム体１に熱応力が作用するのが防止
される。したがって、高温下においても熱応力の発生が
抑制され、ハニカム体１の破断が防止できる。 （実施例２） 本実施例では中間筒３の外筒２とハニカム体１との接合
位置を変更した以外は実施例１と同じである。図３の側
断面に示すように外筒２と中間筒３との接合を中央部３
３でおこない中間筒３とハニカム体１との接合を両端部
４でおこなった構成である。このように構成されたメタ
ル担体は、実施例１と同様に熱によりハニカム体１が径
方向に膨張すると、中間筒３の波形状が変形してその拡
径の動きは妨げない。また、ハニカム体１と外筒２およ
び中間筒３は、同一横断面においてはろう付け部４で接
合されていない。したがって、ハニカム体１の軸方向の
膨張・収縮の動きは外筒２およびハニカム体１に接合さ
れていない部分の中間筒３で吸収され、ハニカム体１に
熱応力が作用するのが防止される。したがって、この場
合も高温下においても熱応力の発生が抑制され、ハニカ
ム体１の破断が防止できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明ではハニカム体と外筒との間に波
形形状の中間筒を介在させて、中間筒の波頂部で接触す
るハニカム体および外筒と接合されたメタル担体であ
る。このため高温時にハニカム体に加わる熱応力は波形
形状の中間筒の変形・回復により緩和されて外筒に一定
の強度で保持することができる。たとえば、熱によりハ
ニカム体が膨張すると中間筒の波形が広がり拡径する。
また冷却時にハニカム体が収縮すると中間筒の剛性によ
り波形がもとにもどり、縮径してハニカム体をがたのな
いように保持する。したがって、ハニカム体が熱応力に
より破断することがなく厳しい条件にさらされても耐久
性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のメタル担体の構成を説明する斜視図。

【図２】実施例１のメタル担体の構成を説明する部分側
面図。

【図３】実施例２のメタル担体の構成を説明する部分側
面図。

【符号の説明】

１：ハニカム体、 ２：外筒、 ３：中間筒、
４：ろう付け部、１０：平板、 １１：波板、 ３
１：一端部、 ３２：他端部、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板と波板とを重ねてロール状に巻いて形
   成されたハニカム体と、ハニカム体の外周に同軸的に配
   置された外筒と、該ハニカム体と該外筒との間に介在す
   る中間筒とよりなり、該中間筒は波形形状の板で形成さ
   れ該波形の頂部でハニカム体および外筒に接触しその面
   の一部で接合され、該中間筒は軸に垂直な平面で切断し
   た横断面においてハニカム体と外筒との両者を同時に接
   合した接合部位を持たないことを特徴とする排気ガス浄
   化触媒用メタル担体。