JP3710732B2

JP3710732B2 - 排ガス浄化用金属触媒担体

Info

Publication number: JP3710732B2
Application number: JP2001225876A
Authority: JP
Inventors: 茂正高木; 豊高木
Original assignee: Fukujukogyo Co Ltd
Current assignee: Fukujukogyo Co Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003033665A

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排出される排ガスを浄化するための排ガス浄化用金属触媒担体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属担体のハニカムコア体は、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帯状の金属薄平板（以下、単に平箔という）と、平箔をコルゲート加工した金属薄波板（以下、単に波箔という）とよりなる。そして平箔と波箔とを、全体として海苔巻き状をなすように交互に重ねて積層巻回して巻回型ハニカムコア体を形成したり、平箔と波箔とを交互に積層して積層型ハニカムコア体を形成したりしている。そして、このハニカムコア体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内に収納し、ハニカムコア体と外筒とを相互に接合し、コーティングによりハニカムコア体に浄化用触媒を担持させている。
【０００３】
このような現行の担体においては、以下に述べるいくつかの問題点が指摘されている。図８（ａ）に示すように、第１に平箔Ｍ１と波箔Ｍ２とで形成される仕切り区分はいわゆるサインセルと呼称される形状である。このサインセルには波箔Ｍ２と平箔Ｍ１との接触部に９０度以下の鋭角が形成される。そして、波箔Ｍ２及び平箔Ｍ１の表面に浄化用触媒Ｍ３を担持させた場合、この鋭角部に大きなコート溜りができることが確認されている。この場合、コート溜り部分において排ガスと直接接する表面部以外の肉厚部分に浄化能力はない。従って、高価な触媒の無駄を招くこと、コート溜り部分の占拠によりサインセルの実効面積が削減され、排ガスと触媒との接触機会が縮小され、結果的に浄化効率が低減することなどが悪影響として挙げられる。
【０００４】
又、平箔Ｍ１と波箔Ｍ２との接合は線接触に近く、担体の全体としての強度上の問題もある。即ち、金属担体中央部と外周近傍部との昇温・冷却時の熱移動の時間差による熱歪の影響により、中央部近傍の平箔と波箔との接合が破壊されて、いわゆるフィルムアウト現象が発生し、金属担体の寿命を短くしてしまうのである。
【０００５】
更に、担体の軸方向にストレートなセル柱の中を通過するだけの排ガスは担体による浄化を十分に受けていないのではないか、担体内で少しでも長く浄化機会を延ばしたいという声が大きくなってきている。これに応じて、例えば特開平５−１３８０４０号公報（以下従来例という）に対策が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例では、金属担体の軸方向において複数に区画された各区画に、連続的に折り曲げ成形された波形が隣接する相互間で区画毎に成形のピッチをずらせて形成されていることを特徴としている。即ち、同公報の図５（１）に示されているごとく、１つの区画のセルを通過する排ガスＢを隣接区画の２つのセルに分流させるとともに、その分流を金属担体通過中にミックスさせている。このミックスにより金属担体通過の排ガス温度が均一化されて、金属担体それ自体の温度の均一化も期待できるが、図２（２）及び図２（３）から容易に推測できるように、コーティング及び触媒担持によるセル断面積縮減による前述の諸々の問題の改善については見るものはない。平箔と波箔との接合も線接触のままで担体の寿命長期化にも進歩改善はない。加えて、波形の各部８は波板５をコルゲート加工，プレス加工することにより形成されているという趣旨が記載されているのみである。ここで、排ガス流の方向に隣接する各部８は、波の斜辺部においてスポット的に連続しているのみである。従って、昇温・冷却による膨張・収縮を原因とする応力がスポット的な連続部に集中して、この連続部が破壊されるおそれが多分にあり、長寿命の妨げになる。
【０００７】
この発明は従来技術に存する前述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は十分な浄化効果が約束できるとともに、長寿命化も同時に達成でき、かつ低コストで製造可能な金属担体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明の金属担体のハニカムコア体は、一枚の帯状をなす金属薄板の長さ方向において、正六角形に近似の六角形（以下、単に六角形という）の対角線を基準とした１／２の形状の波、即ち三辺の長さが同一長さで且つ二辺の成す角度がそれぞれ略１２０度の一定の角度の波を、その天辺（各一辺）と同一長さの間隔を介在させながら連続形成し、かつ、前記波には金属薄板の巾方向において複数に区分されたバルジを形成して各バルジの両端を開放し、各バルジの天辺を連続させることに構成した波箔を積層し、排ガス流方向においてセルの断面形状が互いに干渉しあった六角柱であることを特徴とする。
【０００９】
従ってセルの角部は略１２０°の角度で一定であり、鋭角部は介在しないので、図８（ｂ）から明らかなように、鋭角の介在に起因する問題は一掃できる。又、相互に接触するセル同士は六角柱を形成する六面の中、対接する二面が接合面であり、接合面故に耐久性及び強度上の心配もほぼ皆無となる。担体軸方向に見て六角柱が互いに干渉しあっているので、排ガスの流れは軸方向の下流に行く程拡がりが期待できる。従って、排ガス温度の平均化により金属担体それ自体の温度の平均化も期待できる。しかも、各バルジの天辺を連続させたことにより、波の一部をスポット的に連続させた場合とは異なり、応力集中を抑制でき、長寿命化に寄与できる。
【００１０】
各バルジが、隣接する他の部分に対して波の配列ピッチに対してほぼ１／２ピッチずれていれば、天辺の連続部分としてその幅の約半分を確保できて、長寿命化を達成できる。
【００１１】
正六角形の対角線を基準とした１／２の形状の波の前記間隔部分には金属薄板の巾方向の端部に凹部を設け、前記ハニカムコア体をケース内に収容し、ケースには、ハニカムコア体の前記凹部を位置決めするための固定部材を設け、前記固定部材は、ハニカムコア体に形成された前記凹部に嵌合して該凹部をガイドし、前記波箔はその状態で積層される。そのため、ハニカムコア体を所定位置で保持できて、確実な排ガス浄化作用を得ることができる。
【００１２】
また、部品として、固定部材のみが増えるのみの簡単な構成でハニカムコア体を固定できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１に示す波箔１０は、その厚さ方向に積層されるようにしたものであって、ハニカムコア体２を構成するものである。この波箔１０は、厚さ５０μｍ以下で、１０μｍ以上の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼箔である。波１１の形状は、図２に示すごとく六角形の対角線を基準にした同六角形の１／２の形状であり、その波１１が六角形の一辺の長さ１２に相当する間隔１３をあけて連続配置されている。
【００１５】
図１及び図３に示すように、波箔１０の巾Ｗ１を５区画に分け、奇数番目の区画と、偶数番目の区画とで波１１の配置位置を波１１の天辺１２の幅Ｗ２の１／２ずらせて、それぞれの区画に両端を開放したバルジ２２，２３を配置形成している。従って、２枚の波箔１０を対向配置したときに形成される六角柱の俯瞰図である図５に実線で示した奇数番目の区画の六角柱に対し、偶数番目の区画の六角柱は天辺１２の幅Ｗ２の１／２ピッチずれた位置に点線で示されている。従って、各バルジ２２，２３は、隣接する他の部分に対して波１１の配列ピッチに対してほぼ１／２ピッチずれていることになる。
【００１６】
波箔１０の巾Ｗ１の両巾端部、即ち排ガスの流入側ＩＮ及び排出側ＯＵＴには、図１及び図４に示す如く波１１〜１１の間隔１３部分に対して、例えば３ｍ／ｍ程度の長さに亘って切除した位置決め手段としての欠落溝１４を設けている。
【００１７】
多数枚の波箔１０〜１０により構成されるハニカムコア体２は、例えば図６において直線状に延長された１層目の波箔１０₁に対し、２層目の波箔１０₂は波の断面形状の凸方向が天地反転して波箔１０₁と対向配置される。この対向配置した２枚の波箔を１組とし、この組の欠落溝１４をこの欠落溝１４に嵌合された位置決め手段を構成する固定部材としての溝案内板３０でガイドしながら、各組を順次積層するとともに、ケース３に収容する。このようにして六角形断面セル柱が排ガス流方向において互いに干渉しあったハニカムコア体２とし、更にレーザービームにより所要箇所において波箔１０を相互に、かつ波箔１０とケース３とを溶接固定して排ガス浄化用金属触媒担体を得ることができる。
【００１８】
以上、実施形態からもたらされる効果は下記の如くであり、その目的通り、高性能な浄化効果を約束でき、長寿命化も同時に達成できる金属担体を低コストで提供することができた。即ち、サインセルから六角形セルへの改善効果は図８（ａ）及び図８（ｂ）により一目瞭然である。因みに、社団法人自動車技術会学術講演会前刷集Ｎｏ．１０１−９８．ページ１０の記述を引用すると、「厚さ１００μｍ以下にコートされた割合が四角セル担体では６６％であるのに対し、六角セル担体ではその割合が約９０％であることがわかった。六角セル担体では、コート層厚さの均一性が大幅に改善されたといえる。」とある。従って、前記実施形態では、高価な触媒の無駄を省いて触媒薬代を低減させ、排ガス浄化接触表面積をプラスして浄化効率を向上させている。加えて、図３に示すように、六角柱セル同士の排ガス流方向における干渉により、排ガスの流れＳに乱流を発生させ、排ガスと触媒との接触機会を増して浄化効果を更に向上させている。
【００１９】
ハニカムコア体２の構造上の強度面、耐久寿命面では、従来例の排ガス流方向の接合部がスポット的であるものに対し、前記実施形態では、図３及び図４に一部斜線で表示しているように、バルジ２２，２３間の連続部が天辺１２の幅Ｗ２の半分の面積を有するものである。従って、隣接するバルジ２２，２３部の接合部は大きな断面積を有することになり、その優位差はこれまた一目瞭然で、長寿命化を図ることができる。
【００２０】
このハニカムコア体２の強度が向上する結果、波箔１０の薄箔化が可能となる。この薄箔化によって排ガス透過面積比率を低下させずに個々のセルの断面積を小さくし、全体の排ガス流の透過量を少なくすることなく、ハニカムを密にすることで一つ一つのセルを通る排ガス量を少なくし、触媒効率を改善することで全体の排ガス流方向における短縮化が可能となる。従って、小型化が可能になり車両への搭載性に優れる。
【００２１】
又、前記の薄箔化により排ガスの浄化性能を低下させずに排気抵抗を低減して、エンジン性能を向上させることが期待できる。
製造コスト面では、平箔を採用せず、１種類の波箔１０しか使用しないため、優位性を保持し得るのは当然である。
【００２２】
この発明は、前記実施形態以外にも以下のような態様で具体化できる。
（１）前記実施形態では、溝案内板３０を用いて波箔１０の組み付けをガイドするようにしたが、この溝案内板３０を使用することなく波箔１０を相互に固定すること。このようにすれば、部品点数が少なくなる。
【００２３】
（２）前記実施形態では、直線状に延長された複数枚の波箔１０を順次積層したが、１枚の波箔をハニカムが形成されるように螺旋状に巻回積層し、それをケース内に収容すること。
【００２４】
【発明の効果】
以上実施形態で例示したように、この発明においては、十分な浄化効果が約束できるとともに、長寿命化も同時に達成でき、かつ低コストで製造可能であるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】波箔を示す斜視図。
【図２】同じく一部拡大断面図。
【図３】同じく積層状態を示す斜視図。
【図４】同じく平面図。
【図５】セルの干渉状態を示す正面図。
【図６】波箔の組み付け状態を示す正面図。
【図７】浄化装置を示す一部正面図。
【図８】（ａ）は浄化触媒をコーティングした状態の従来構成を示す一部正面図、（ｂ）は同じく実施形態を示す一部正面図。
【符号の説明】
２…ハニカムコア体、１０…波箔、１１…波、１２…天辺、２２，２３…バルジ。

Claims

一枚の帯状をなす金属薄板の長さ方向において、正六角形に近似の六角形（以下、単に六角形という）の対角線を基準とした１／２の形状の波、即ち三辺の長さが同一長さで且つ二辺の成す角度がそれぞれ略１２０度の一定の角度の波を、その天辺（各一辺）と同一長さの間隔を介在させながら連続形成し、かつ、前記波には金属薄板の巾方向において複数に区分されたバルジを形成して各バルジの両端を開放し、各バルジの天辺を連続させることにより波箔を構成し、このようにした波箔を積層して、排ガス流方向において断面形状が互いに干渉しあった六角柱のセルを有するハニカムコア体を構成したことを特徴とする排ガス浄化用金属触媒担体。
請求項１において、
各バルジは、隣接する他の部分に対して波の配列ピッチに対してほぼ１／２ピッチずれていることを特徴とした排ガス浄化用金属触媒担体。
請求項１または２において、
前記正六角形の対角線を基準とした１／２の形状の波の前記間隔部分には金属薄板の巾方向の端部に凹部を設けたことを特徴とする排ガス浄化用金属触媒担体。
請求項３において、
前記ハニカムコア体をケース内に収容し、ケースには、ハニカムコア体の前記凹部を位置決めするための固定部材を設けたことを特徴とする排ガス浄化用金属触媒担体。
請求項４において、
前記固定部材は、ハニカムコア体に形成された前記凹部に嵌合して該凹部をガイドし、前記波箔はその状態で積層されることを特徴とした排ガス浄化用金属触媒担体。