JP3271717B2 - 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し、詳しくは、ハニ
カム体、中間筒及び外筒の３つの構成からなるメタル担
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス浄化触媒用メタル担体として
は、平板及び波板が重ねられてロール状に巻回されたハ
ニカム体と、そのハニカム体を収納する外筒とからなる
ものが多く用いられている。このメタル担体では、ハニ
カム体の平板と波板、及び外筒とハニカム体とは、ロウ
付け接合や拡散接合によって一体的に接合されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記した従来
のメタル担体では、高温の排気ガスとの接触、触媒反応
による発熱、外筒からの外部への熱の放出、ハニカム体
と外筒との熱容量の差などにより、温度の分布が生じそ
の結果ハニカム体に熱応力が発生して、ハニカム体に亀
裂が生じる場合があった。

【０００４】ハニカム体に熱応力が発生するのを防止す
るには、ハニカム体の膨張の自由度を高めるのが最適で
あり、そのためにはハニカム体と外筒との接合をやめる
のが最良である。そこで例えば図５に示すように、外筒
１００の軸方向両側端部にそれぞれストッパリング１０
１，１０２を固定し、ストッパリング１０１とストッパ
リング１０２の間にハニカム体１０３を保持する構成が
考えられる。このように構成すれば、ハニカム体１０３
と外筒１００との間に環状の間隙１０４を形成すること
ができ、ハニカム体１０３の径方向の膨張の自由度が向
上すると想定される。

【０００５】ところが上記構成のメタル担体としても、
ハニカム体１０３の軸方向両端面はそれぞれストッパリ
ング１０１，１０２に当接しているため、軸方向の膨張
の自由度が得られず熱応力が発生することが考えられ
る。ストッパリング１０１，１０２がハニカム体１０３
に当接しない状態とすると、ハニカム体１０３の外筒１
００内での保持が困難になることはいうまでもない。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、ハニカム体と外筒との接合を廃止するとと
もにハニカム体に発生する熱応力をさらに低減し、以て
ハニカム体に亀裂などが生じるのを一層防止することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化触媒用メタル担体は、平板及び波板が
重ねられてロール状に巻回されたハニカム体と、ハニカ
ム体を収納する外筒と、ハニカム体と外筒の間に介在さ
れ外筒と軸方向の一部でのみ接合された中間筒と、中間
筒に保持されハニカム体の前後端面とそれぞれ当接する
一対のストッパリングと、からなり、中間筒はハニカム
体と略同一の熱膨張率であり、中間筒とハニカム体との
間にはハニカム体の径方向の膨張を許容する環状の間隙
が形成されていることを特徴とする。

【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略同
一板厚を有している。この平板及び波板は、従来と同様
に例えば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、板厚は例えば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、例えば波板の頂部にロウ
材が塗布された状態で平板と重ねてロール状に巻かれて
形成され、その後加熱によりロウ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、例えばステンレス鋼製など従来と
同様のものを用いることができ、その板厚は従来と同様
に通常１〜２ｍｍ程度である。中間筒は、熱膨張率がハ
ニカム体と略同一である。これにより後述するように軸
方向の膨張の自由度が得られる。また、中間筒にスリッ
トなどを設けて、径方向に変形しやすくすることも好ま
しい。この中間筒にはハニカム体の前後端面とそれぞれ
当接する一対のストッパリングが保持されている。この
ストッパリングの間にハニカム体が保持される。なお、
ストッパリングもハニカム体と略同一の熱膨張率とすれ
ば、ハニカム体の軸方向の膨張の自由度が一層向上す
る。

【００１０】またハニカム体は、中間筒の内周表面との
間に環状の間隙を有する状態で保持されている。これに
より径方向の膨張の自由度が得られる。

【００１１】

【作用】本発明の排気ガス浄化触媒用メタル担体では、
熱膨張率がハニカム体と略同一の中間筒にハニカム体が
保持され、かつ中間筒は外筒と軸方向の一部でのみ接合
されている。したがって使用時に排気ガスなどから加熱
され、ハニカム体が軸方向に膨張すると、中間筒も略同
一の膨張量で軸方向に膨張する。中間筒は外筒に軸方向
の一部でのみ接合されているので、中間筒の軸方向の膨
張はほとんど規制されない。したがって、一対のストッ
パリングどうしの距離はハニカム体の膨張・収縮と同期
して拡大・縮小されるため、ハニカム体の端面にストッ
パリングから応力が作用したり、逆に距離が離れ過ぎて
ハニカム体の保持力が低下したりするような不具合がな
い。

【００１２】また、ハニカム体と中間筒の間には環状の
間隙が存在している。ハニカム体の径方向の膨張量は、
中間筒の径方向の膨張量より大きいのであるが、ハニカ
ム体が径方向に膨張しても、その間隙がその膨張を許容
するため、径方向においても熱応力が発生するのが防止
されている。

【００１３】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例１）図１に本発明の一実施例の排気ガス浄化触
媒用メタル担体を示す。このメタル担体は、ハニカム体
１と、中間筒２と、外筒３と、一対のストッパリング４
とから構成されている。

【００１４】ハニカム体１は、板厚０．０５ｍｍのＦｅ
−Ｃｒ−Ａｌ合金製の平板と波板とが重ねられ、ロール
状に巻かれて形成されている。中間筒２はハニカム体の
外径より大きな内径をもち、ハニカム体１と略同一の熱
膨張率をもつように構成されている。外筒３は、中間筒
２の外径より僅かに大きい内径をもち、フェライト系ス
テンレス鋼から厚さ１〜２ｍｍで形成されている。

【００１５】一対のストッパリング４は、ハニカム体１
の外径より小さい内径をもち、中間筒２の両端部内周面
にそれぞれロウ付け接合されている。そしてハニカム体
１が中間筒２内に配置され、一対のストッパリング４が
それぞれハニカム体１の端面に当接して、ハニカム体１
の軸方向の相対移動を規制している。また、ハニカム体
１の外周表面と中間筒２の内周表面の間には、環状の間
隙２０が形成されている。

【００１６】そして中間筒２と外筒３とは、軸方向中央
部に形成された接合部６でのみロウ付け接合されてい
る。上記のように構成された本実施例の排気ガス浄化触
媒用メタル担体の使用時には、中間筒２は接合部６のみ
で外筒３に接合され、他の部分は非接合となっているの
で、外筒３と中間筒２の間で軸方向に発生する応力が低
減され、かつ中間筒２の軸方向の伸縮が許容されてい
る。したがってハニカム体１と中間筒２は軸方向に同じ
ように膨張・収縮するため、軸方向の膨張・収縮の動き
により発生する熱応力は僅少となる。また、ハニカム体
１は径方向には拘束されていないので、径方向に作用す
る熱応力も僅少となる。

【００１７】すなわち本実施例のメタル担体によれば、
使用時の熱膨張・収縮の動きに起因する熱応力の発生
が、ハニカム体１の軸方向及び径方向ともに防止されて
いるため、熱応力の繰り返し作用による亀裂の発生が防
止され長寿命となる。ている。なお、中間筒２に端面か
ら軸方向に延びるスリットなどを形成して、中間筒２を
径方向に変形容易とすれば、たとえハニカム体１が径方
向に大きく膨張して中間筒２に当接したとしても、中間
筒２は中央部でのみ外筒３に接合されているのであるか
ら大部分は径方向に変形可能であり、中間筒２の変形に
より応力を吸収することができ、ハニカム体１に作用す
る熱応力を一層低減することができる。 （実施例２）図２に示す第２の実施例のメタル担体は、
複数（４個）のハニカム体１０〜１３がそれぞれストッ
パリング４０〜４４に当接した状態で中間筒２内に保持
されていること以外は実施例１と同様の構成である。

【００１８】ストッパリング４０〜４４は、中間筒２の
両端に位置するストッパリング４０，４４のみが中間筒
２と接合され、他のストッパリング４１〜４３は中間筒
２内を軸方向にスライド移動可能となっている。またハ
ニカム体１０〜１３は、それぞれ両端でストッパリング
４０〜４４に当接し、ハニカム体どうしの間にはそれぞ
れトッパリングの形状で決定される円柱状の空間１５が
形成されている。さらに、ハニカム体１０〜１３と中間
筒２との間には、それぞれ環状の間隙２１〜２４が形成
されている。

【００１９】本実施例のメタル担体では、それぞれのハ
ニカム体１０〜１３は実施例１のハニカム体１と同様の
作用効果を奏する。そして両端以外のストッパリング４
１〜４３は軸方向に移動可能であるため、軸方向で温度
に高低が生じてそれぞれのハニカム体の膨張量が異なっ
た場合にも、ストッパリング４１〜４３はそれぞれのハ
ニカム体の膨張量に対応して移動し、それぞれのハニカ
ム体に軸方向の応力が作用するのが防止される。

【００２０】また、両端以外のストッパリング４１〜４
３により、ハニカム体間の空間１５の容積が確保され
る。この空間１５により排気ガスが乱流化し、排気ガス
の径方向の温度が均一化し、したがってそれぞれのハニ
カム体間の温度差も小さくなり浄化率が向上する効果が
得られる。 （実施例３）上記実施例のメタル担体では、ストッパリ
ングがハニカム体に当接しているため、エンジン振動や
排気ガスの圧力などによってハニカム体がストッパリン
グから応力を受ける場合がある。これを回避するため図
３に示す第３の実施例では、実施例２と同様のハニカム
体１０〜１３をそれぞれミニ外筒５と一体化して用いた
こと以外は実施例１と同様である。

【００２１】すなわち、ミニ外筒５はハニカム体１０〜
１３と同程度の熱膨張率と剛性をもち、板厚が０．５〜
２ｍｍである。そしてそれぞれにハニカム体１０〜１３
が挿入され、ロウ付け接合又は拡散接合で一体的に接合
されている。ここでミニ外筒５の長さは、それぞれハニ
カム体１０〜１３より長く、ハニカム体１０〜１３の両
端から外方へ突出するように構成されている。そして実
施例２と同様にストッパリング４０〜４４とともに中間
筒２内に収納され、ハニカム体どうしの間にはそれぞれ
空間１５が形成されている。

【００２２】本実施例のメタル担体では、ストッパリン
グ４０〜４４はそれぞれミニ外筒５に当接しているの
で、エンジン振動や排気ガスの圧力などによってハニカ
ム体１０〜１３がストッパリングから応力を受けること
がない。そしてハニカム体１０〜１３とミニ外筒５及び
中間筒２が同程度の熱膨張率であるため、ハニカム体の
軸方向膨張は実施例１及び実施例２と同様に許容され
る。またハニカム体の径方向の膨張は、ミニ外筒５がハ
ニカム体と同程度の熱膨張率であり、かつミニ外筒５と
中間筒２の間に環状の空間２１が形成されているため、
従来に比べて許容されている。 （実施例４）図４に示す第４の実施例は、両端以外のス
トッパリング４１〜４３を用いず、ミニ外筒５の軸長を
延長して隣接するミニ外筒５どうしを当接させたこと以
外は実施例３と同様の構成である。

【００２３】本実施例のメタル担体では、実施例３のメ
タル担体に比べてストッパリングの数が少なくてすみ、
コストを低減することができる。

【００２４】

【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化触媒用メ
タル担体によれば、ハニカム体の膨張が軸方向及び径方
向の両方で許容されているため、熱応力の発生が確実に
防止され、ハニカム体の亀裂の発生などの不具合を一層
確実に防止することができるので、従来のメタル担体に
比べて格段に長寿命となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のメタル担体の断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例のメタル担体の断面図で
ある。

【図３】本発明の第３の実施例のメタル担体の断面図で
ある。

【図４】本発明の第４の実施例のメタル担体の断面図で
ある。

【図５】本発明のメタル担体が想起される過程で想起さ
れたメタル担体の断面図である。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：中間筒
３：外筒 ４：ストッパリング ５：ミニ外筒
６：接合部 １５：空間 ２０：環状の間隙 １０〜１３：ハニカム体 ２１〜２４：間隙 ４０
〜４４：ストッパリング

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−298620（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−105522（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−41727（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−79838（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−27443（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86 F01N 3/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板及び波板が重ねられてロール状に巻
   回されたハニカム体と、該ハニカム体を収納する外筒
   と、該ハニカム体と該外筒の間に介在され該外筒と軸方
   向の一部でのみ接合された中間筒と、該中間筒に保持さ
   れ該ハニカム体の前後端面とそれぞれ当接する一対のス
   トッパリングと、からなり、 該中間筒は該ハニカム体と略同一の熱膨張率であり、該
   中間筒と該ハニカム体との間には該ハニカム体の径方向
   の膨張を許容する環状の間隙が形成されていることを特
   徴とする排気ガス浄化触媒用メタル担体。