JP3583338B2

JP3583338B2 - 排ガス浄化用金属担体及びその製造方法

Info

Publication number: JP3583338B2
Application number: JP37007999A
Authority: JP
Inventors: 茂正高木; 豊高木
Original assignee: Nippon Steel Corp; Fukujukogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Fukujukogyo Co Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001182531A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車エンジンなどの内燃機関からの排出ガスを浄化するための金属担体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属担体は厚さ５０μｍ程度の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの金属よりなる平箔と、この平箔をコルゲート加工した波箔とを、渦巻き状に巻回、或いは交互に重ねて積層してハニカム体を形成し、これを耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの金属で製造された外筒に収納し、ロー付けなどにより相互に接合して構成されている。
【０００３】
金属製外筒の内周面と当接する金属ハニカム体の外周部及びその近傍部位に過大な熱応力が集中集積するため、メタルハニカム体を構成する平箔や波箔が座屈したり、破損や亀裂を起こしたりして耐久性を低下させる。
【０００４】
又、排ガスの流量はメタルハニカム体の中央部ほど多く、従って温度上昇も速い。そして、平箔は波箔に比べて熱応力を吸収しにくいため、波箔との接合箇所に応力歪が発生し易く、所謂、フィルムアウト現象の発生が心配される。
【０００５】
更に、この場合の波箔の強度も十分ではなく、特に上下左右方向からの圧縮荷重に対して弱く、強度面に問題が指摘されている。
平箔と波箔から構成されるサインセルでは、平箔との接合点に鋭角的な隙間が当然発生し、予めロー材を塗布された平箔・波箔を巻回し、外筒に入れ加熱処理すると最初のロー材が溶出して（メッキ処理したときも同じ結果）、ここに極端なコート溜りが発生して、セル断面積（開口面積）を縮減してしまう欠点も有している。
【０００６】
このコート溜りはＮＯｘ触媒用途では触媒劣化が生ずる。サインセル形状では排ガスが通過するとき、渦状の流れになりがちであり、内燃機関の出力低下の恐れもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のサインセルの欠陥を解消すべく例えば、実開平２−１３７９２９号公報が開示されている。これには、波箔の波部を半円状に形成するとともに、この波部の端部を連続部により相互に接続し、隣り合う波部を、波部の端部において相互に当接して担体部材を形成し、この担体部材を積層してなることを特徴とするメタル担体が示されている。このメタル担体では、平箔が不要であること、及び排ガスの流通する部分の表面積の大幅増大が効果として得られると記述されている。また、同公報の第３図に示されている波部の端部と、連続部の接する部分は鋭角の溝状となり、この部分に溶出したロー材による極端なコート溜りが発生して、セルの断面積（開口面積）を縮減してしまう心配は、サインセルの場合と同様に残されている。なおセルの形状が３６０°方向で見て異なる部分（上記の波部３７の端部３９と、連続部４１の接する部分）の存在は、前記と同様に通過する排ガスに渦状の流れを発生しがちであり、内燃機関の出力低下の恐れもある。
【０００８】
そこで上記の鋭角部を皆無にした形状として、六角形断面のセルが考えられる。六角形断面のハニカムの製造及びその構成の技術としては、例えば、特開昭６４−５６５３５号公報、及び特開平１−１４１０３８号公報が開示されている。前者は平箔を所望ピッチで配設した接着剤、ロー材などの接合材を介して積層し、加圧・加熱により接合し、展張手段によって垂直方向に展張することによって、横方向（平箔の長さ方向）に複数の縦長六角形を隣接させた状態に集合形成する技術である。又、後者は、平箔を成形機により連続した凹部と凸部との交互配置を形成し、この２枚を１セットして、上下に隣接して凹部と凸部とが互いに対応する位置に配置し、両者の当接部を接合して、六角形断面のハニカムを形成した技術である。そして、前者・後者ともに六角形断面を構成する素材の平箔が、上下半分宛異なった素材により構成されたものである。
【０００９】
１種類の長尺平箔を成形し、連続した正六角形断面のセルを多数密接・接合配置したハニカム体を提供するのが本発明の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、１枚の長尺金属箔から連続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置した排ガス流路（ハニカム体）の外周全面に、断熱材を配設し、これを金属製外筒の内径側に圧入した構造である排ガス浄化用金属担体であって、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、次に正六角形の一辺の長さ相当分の間隔が保たれた地点から、再び前記同様に正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、この連続形状が左右方向に所望される長さまで延びて第１層が形成され、この第１層が形成されると、正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の１／２の長さの地点で１８０°折りかえされて、天地逆転して、第２層目が前記の第１層と対接して正六角形が形成され、外筒の形状に対応して第１層とは逆方向へ向かって長く形成され、第１層から第２層への天地逆転と同様にして天地逆転して第３層が形成されて、同様にして第ｎ層まで形成されて、外筒の形状に対応した形状に、前記ハニカム体が形成されているものである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、１枚の長尺金属箔から連続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置した排ガス流路（ハニカム体）の外周全面に、断熱材を配設し、これを金属製外筒の内径側に圧入した構造である排ガス浄化用金属担体の製造方法であって、１枚の長尺金属箔に対して、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状を正六角形の一辺の長さ相当分の間隔を交互に介在させて連続形成し、外筒の形状に対応した形状を形成するために、所望地点毎に正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の１／２の長さの地点で１８０°折り返して、天地逆転させて、１８０°折り返し前と１８０°折り返し後との夫々の層の対向位置で正六角形を形成し、ｎ層まで連続形成し外筒の形状に対応した形状を、前記ハニカム体が形成するものである。
請求項３に記載の発明は、１枚の長尺金属箔から連続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置した排ガス流路（ハニカム体）を金属製外筒の内径側に圧入した構造である排ガス浄化用金属担体であって、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、次に正六角形の一辺の長さ相当分の間隔が保たれた地点から、再び前記同様に正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、この連続形状が左右方向に所望される長さまで延びて第１層が形成され、この第１層が形成されると、正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の１／２の長さの地点で１８０°折りかえされて、天地逆転して、第２層目が前記の第１層と対接して正六角形が形成され、外筒の形状に対応して第１層とは逆方向へ向かって長く形成され、第１層から第２層への天地逆転と同様にして天地逆転して第３層が形成されて、同様にして第ｎ層まで形成されて、外筒の形状に対応した形状に、前記ハニカム体が形成されているものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。金属担体１はハニカム体２の外周全面に断熱材３が巻着されて構成されており、その状態のまま外筒４に圧入されている。ハニカム体２は後述する製法により形成されている。その材料は、公知の５０μｍ以下の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼箔であり、バインダーの塗布・ロー散布・真空ロー付けなどの処理もまた公知の方法でよい。断熱材３の材質も公知のアルミナスラリー等の耐火性物質でよく、外筒４の材質も耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼など公知のものでよい。
【００１６】
図２に示すように、長尺の平箔２１を正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの正六角形の上側の半分の形状２２を成形し、次に正六角形の１辺の長さ相当分の間隔を有する水平部２３を残した位置から、再び正六角形の上側の半分の形状２２を成形する。即ち、上側の半分の形状２２と、図の左右方向に延びた１辺の長さ相当分の水平部２３とを交互に連続して配置して、１層目の波箔２０１とし、外筒４の形状に適応した形状にするために、水平部の１／２の長さの部分で１８０°折り返して、折り返し部２４をつくって、１層目とは逆方向に向かって２層目の波箔２０２を成形する。図からもわかるように、２０２は正六角形の下側半分の形状となる。
【００１７】
以上は、波箔２０１と波箔２０２とを対接させて、正六角形を形成するためである。例えば外筒の断面形状が、円形の場合、波箔２０１と２０２とは当然長さ（図の左右方向）が異なるので、波箔２０１と対接する２０２の部分は、正六角形の下側半分の形状であるが、波箔２０１より長さ方向に長くなっている箇所２５では、波箔２０２が再び折り返して、図の右方向に右進するときに形成する波箔２０３の正六角形の下半分の形状と対接して、正六角形を形成するので、箇所２５は見掛け上正六角形の上半分の形状に相当することとなる。波箔２０１は図面上で右進上半分、波箔２０２は左進下半分、波箔２０３は右進下半分を繰り返しながら図１の如く外筒の円形状に適応できる形状のハニカム体２が形成される。このハニカム体２の外周全面に断熱材３を巻着し、外筒４に圧入して金属担体１を得ることができる。この間に公知の方法と同様に、バインダーの塗布ロー散布、真空ロー付けなどの処理が行われる。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態では、以下のような特徴を得ることができる。
・本実施の形態では、正六角形断面のセルの集合体であるハニカム体は、すべての内角が１２０°であり、鋭角部が皆無なので、従来のようにコート溜りの発生の欠点はほとんどない。
【００１９】
・本実施の形態では、隣接するセル同士は面接触であり、かつ６面の中のただ２面だけが接合面であるので、サインセルにおけるフィルムアウトの心配がほとんどない。
【００２０】
・本実施の形態では、外筒に圧入してセル同士を押圧しても、すべて面接触なので、特定のセルだけが変形する心配もなく、従って排ガスの流れが渦状になることもなく、内燃機関の出力低下の懸念もない。
【００２１】
・本実施の形態では、サインセルに比べてコート溜りが少なく、触媒効果が２０％向上、即ち体積を２０％削減することができ、内燃機関出力がサインセルより１０％以上向上できた。なお平箔とセットで構成したサインセルに比べて、平箔が不要であるという効果も同時に得られる。
【００２２】
・本実施の形態では、正六角形断面のセルの形成方法においても、複数枚の金属箔を成形して集合したものに比べて、全体が唯１枚の長尺金属箔により連続して成形されているので、隣接する（上下左右方向の）セル同士の外力、例えば振動などに対する抵抗力においても、或いは熱応力に対しても、従来よりも、その変位、変形において優れている。
【００２３】
・本実施の形態では、ハニカム体２と外筒４との間に断熱材３を介在させていることにより、ハニカム体２を外筒４に圧入する折、両者の受圧のクッションの役目を果たすのと同時に、内燃機関のＯＮ，ＯＦＦによる繰り返しの加熱・冷却に対して、外気との温度差の移動を緩和するのに極めて有効である。言い換えれば、ハニカム体の中心部と外周部との昇温の時間差が小さくなり、従って内燃機関ＯＮスタート時の排出ガスの浄化に有効である。
【００２４】
（変形例）
なお、この実施形態は、図３に示したように、ハニカム体２の形状を八角形（又は六角形）に変更して具体化することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
正六角形断面のセルの集合体であるハニカム体では、鋭角部が皆無なので、サインセルの場合のようなコート溜りの発生の欠点は全くない。又、隣接するセル同士は点接触ではなく面接触であり、かつ６面の中の唯２面だけが接合面であり、サインセルにおけるフィルムアウトの心配も全くない。又、外筒に圧入してセル同士を押圧しても、すべて面接触なので、特定のセルだけが変形する心配もなく、従って排ガスの流れが渦状になることもなく、内燃機関の出力低下の懸念もない。
【００２６】
平箔とセットで構成したサインセルに比べて、コート溜りが少なく、排ガスの流れが円滑であり内燃機関の出力保持ができ、平箔が不要である。
又、正六角形断面のセルの形成方法においても、複数枚の金属箔を成形して集合したものに比べて、全体が唯１枚の長尺金属箔により連続して成形されているので、隣接する（上下左右方向の）セル同士の外力、例えば振動などに対する抵抗力においても、或いは熱応力に対しても、その変位、変形において優れている。
【００２７】
なお、ハニカム体と外筒との間に断熱材を介在させていることにより、ハニカム体を外筒に圧入しているので、両者の受圧のクッションの役目を果たすことは勿論のこと、内燃機関のＯＮ，ＯＦＦによる繰り返しの加熱・冷却に対して、外気との温度差の変移を緩和するのに極めて有効である。即ち、ハニカム体昇温のときには、ハニカム体外周部から外筒を介して、外気に熱が逃げるのを遅らせる。言い換えれば、ハニカム体の中心部と外周部との昇温の時間差が小さくなり、従って内燃機関ＯＮスタート時の排出ガスの浄化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガス浄化用金属担体の一実施形態を示す正面断面図。
【図２】排ガス浄化用金属担体の製造方法を示す概略図。
【図３】一実施形態の変形例における排ガス浄化用金属担体の正面断面図。
【符号の説明】
１…排ガス浄化用金属担体である金属担体、２…ハニカム体、３…断熱材、４…外筒、２２…形状、２３…水平部、２５…箇所。

Claims

１枚の長尺金属箔から連続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置した排ガス流路（ハニカム体）の外周全面に、断熱材を配設し、これを金属製外筒の内径側に圧入した構造である排ガス浄化用金属担体であって、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、次に正六角形の一辺の長さ相当分の間隔が保たれた地点から、再び前記同様に正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、この連続形状が左右方向に所望される長さまで延びて第１層が形成され、この第１層が形成されると、正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の１／２の長さの地点で１８０°折りかえされて、天地逆転して、第２層目が前記の第１層と対接して正六角形が形成され、外筒の形状に対応して第１層とは逆方向へ向かって長く形成され、第１層から第２層への天地逆転と同様にして天地逆転して第３層が形成されて、同様にして第ｎ層まで形成されて、外筒の形状に対応した形状に、前記ハニカム体が形成されていることを特徴とする排ガス浄化用金属担体。
１枚の長尺金属箔から連続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置した排ガス流路（ハニカム体）の外周全面に、断熱材を配設し、これを金属製外筒の内径側に圧入した構造である排ガス浄化用金属担体の製造方法であって、１枚の長尺金属箔に対して、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状を正六角形の一辺の長さ相当分の間隔を交互に介在させて連続形成し、外筒の形状に対応した形状を形成するために、所望地点毎に正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の１／２の長さの地点で１８０°折り返して、天地逆転させて、１８０°折り返し前と１８０°折り返し後との夫々の層の対向位置で正六角形を形成し、ｎ層まで連続形成し外筒の形状に対応した形状を、前記ハニカム体が形成する排ガス浄化用金属担体の製造方法。
１枚の長尺金属箔から連続成形された断面形状が、正六角形断面のセルを多数、密接・接合配置した排ガス流路（ハニカム体）を金属製外筒の内径側に圧入した構造である排ガス浄化用金属担体であって、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、次に正六角形の一辺の長さ相当分の間隔が保たれた地点から、再び前記同様に正六角形の対角線から上側の半分の形状が形成され、この連続形状が左右方向に所望される長さまで延びて第１層が形成され、この第１層が形成されると、正六角形の一辺の長さ相当分の箇所の１／２の長さの地点で１８０°折りかえされて、天地逆転して、第２層目が前記の第１層と対接して正六角形が形成され、外筒の形状に対応して第１層とは逆方向へ向かって長く形成され、第１層から第２層への天地逆転と同様にして天地逆転して第３層が形成されて、同様にして第ｎ層まで形成されて、外筒の形状に対応した形状に、前記ハニカム体が形成されていることを特徴とする排ガス浄化用金属担体。