JP3717746B2 - 排ガス浄化用金属担体及びその製造方法 - Google Patents

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及びその製造方法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、平箔をコルゲート加工した波箔とを、渦巻き状に巻回したり、或いは交互に重ねて積層したり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。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、平箔における波箔との接合箇所に応力歪が発生し易く、いわゆるフィルムアウト現象の発生が心配される。また、平箔と波箔とから構成されるサインセルでは、両者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、外筒に入れて加熱処理するとロー材が溶出して、ここに極端なコート溜りが発生してセル断面積を縮減してしまう欠点を有している。
【０００３】
上記のフィルムアウトを安いコストで防止する構造が、特公昭６０―２７８０７号公報（以下、第１従来例と記載する）に開示されている。この公報に記載の金属担体は、排出ガスの流路を形成している一方の金属箔が局所的な隆起部又は突出片を、隣接する他方の金属箔がそれぞれ隆起部又は突出片に対応する凹部又は孔を具備しており、両者が互いに形状拘束的に作用を及ぼし合う構造の担体である。
【０００４】
担体中央部の昇温が高くなり過ぎるのを防止するための技術として、特許第２６４８２８１号公報（以下、第２従来例と記載する）が開示されている。これは、複数の重畳配置された金属板状構造体から構成された渦流形成構造をしている。この渦流形成構造は、架橋状部分２と、これより巾の狭い樋溝状部分３とを有し、第１列の樋溝状部分３の底部４が、第２列の架橋状部分２の頂部５と同一平面内にあり、かつこれらが交互に並設されたものである。そのため、層方向にずれて配置されているため、架橋状部分２における樋溝状部分３の側方は開口６となっているとともに、平坦帯状片７により両者間が仕切られている。なお、この渦流形成構造は、全体として筒状体に形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１従来例では、２枚の、しかも径方向に間隔を開けて重層巻回する夫々に突出片、凹部を設け、両者の形状拘束作用により、フィルムアウトを防止している。そのため、この効果を得るには、これら突出片、凹部の成形ピッチが正確でなければならず、またその組立では極めて注意を要する。更に、突出片が成形された１枚と、凹部が成形された１枚とで１つのセットとしたとき、セット自体のフィルムアウトは低減できるとしても、そのセット間でのフィルムアウトについては、解消されるか否かは不明である。
【０００６】
第２従来例では、架橋状部分２と、これより巾の狭い樋溝状部分３とが、層方向にずれて配置されている。これは、あらかじめ１層目と、２層目との成形配置をずらせて成形するか、又は同じ成形配置の１層目と２層目とを層方向に重畳配置するときに１層目と２層目との第２列の架橋状部分２と樋溝状部分３との位置をずらせるかの何れかの方法を採用することになる。しかしながら、これらは、単純な組合せではなく、構造が複雑になるとともに、経済的に高コストになる。なお、第２従来例では、開口部６を設けたことは軽量化に寄与するが、仕切り用に平坦帯状片７を設けているため、軽量化に逆効果となっている。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、簡単な構成で、フィルムアウトを防止するとともに、触媒作用を向上させ、担体の局部的加熱を防止できる排ガス浄化用金属担体及びその方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、長尺金属薄箔から成る触媒担持用ハニカム坦体は、正六角形の半分を成す連続した三辺と、この両端部から両方向に一辺の長さ分延びた水平部とを有した形状を、連続成形した金属薄箔を、所望の位置で１８０度折り返して重ね合わせてセルを形成したハニカム部を有しており、排ガス自然流路方向から見た断面形状は、正六角形断面のセルを層状に多数密接して配置した形状であり、前記正六角形断面のセルが、１８０度折り返し部以外は、排ガス自然流路方向にｎ分割されており、１／ｎ毎に、正六角形の半分を成す台形形状の突部が位置する方向が１８０度異なり、その間に渦流を発生させる空間が設けられているハニカム体を、断熱材とともに内装した外筒により構成した排ガス浄化用金属担体である。
【０００９】
従って、ハニカム体には、鋭角部がないので、コート溜りの発生がないとともに、フィルムアウト現象を防止できる。また、ハニカム部が上述の構造をしているため、通過する排ガスが乱流形状となり、排ガスが触媒と接触する機会が増大し、触媒反応効果が有効に得られ、担体が局部的に加熱されるのを防止できる。また、排気ガスの流路の選択巾が広がり、排気ガスの自己調圧が期待され通気抵抗が少なくなり、内燃機関の出力ロスが低減され、出力向上が図れる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排ガス浄化用金属担体において、正六角形の一辺の長さ相当分の水平部に続いて、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角の対角線から上側の半分形状と、下側の半分形状とが、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に１８０度対称の方向に形成され、次に正六角形の一辺の長さ相当分の水平部を介在させて、これと、正六角形の対角線から上側の半分形状と、下側の半分形状とが、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に１８０度対称の方向に形成される成形が連続的に繰り返され、所望の位置で１８０度折り返されて方向転換されるコーナー部の正六角形のセルだけは、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に形成された下側の半分形状の中心線を折り返して、この折り曲げ部を接触固定することによって形成されているものである。
【００１１】
請求項１の効果に加え、容易な製造工程で形成できるとともに、折り返されて方向転換されるコーナー部が、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に形成されたセルが形成されているため、外周部分への局所的荷重に対し、変形や破損の恐れを少なくすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化用金属担体において、長尺金属薄箔の全幅の１／ｎ毎に、１８０度対称の方向に形成される正六角形の対角線から上側の半分形状及び下側の半分形状のそれぞれの端面が長尺金属平箔の巾に対して、平行又は斜状、或いは弧状の何れかであるものである。
【００１３】
従って、ハニカム部を通過する排ガスが、より乱流形状となり、排ガスが触媒と接触する機会が増大し、触媒反応効果が有効に得られ、担体が局部的に加熱されるのを一層、防止することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、長尺の金属平箔に対して正六角形の一辺の長さ相当分の水平部を残し、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形状と、下側の半分形状とを、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に１８０度対称の方向に成形し、次に正六角形の一辺の長さ相当分を長尺金属平箔の全巾にわたって介在させ、続いて、正六角形の対角線から上側の半分形状と、下側の半分形状とを前回同様、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に対称の方向に成形し、同様に水平部と成形部を交互に連続成形し、１８０度折り返して積層配置して外筒の形状に適応させるため所望の長さの地点で折り返し部を介在させ、この折り返し部では、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に設けられている正六角形の一辺の長さ相当分に続いて、正六角形の半分を成す連続した三辺（ロ）、（ハ）、（ニ）と、これに続いて延長させた正六角形の一辺の長さ相当分の水平部（イ）、（ホ）とを有した形状を全巾にわたって一様に成形し、この形状の中心線を折り目として１８０度折り曲げて、折り曲げ部を対接させて２層目を形成し、連続して３層目、４層目…と形成して、外筒の形状に適応したｍ層まで積層して、前記ハニカム体を形成する排ガス浄化用金属担体の製造方法である。
【００１５】
従って、請求項１〜請求項３までの効果を得られる排ガス浄化用金属担体を、簡単な構成で、容易に製造でき、コスト低減に寄与することができる。また、長尺金属薄箔１種だけの成形によって形成されるとともに、渦流発生空間を設けているので、その分、ハニカム体の重量を大巾に削減できる。従って、浄化開始時に、加熱されるハニカム体１２の量が少ないので、このハニカム体１２が瞬間に加熱され、反応開始時間を短縮することができる。
【００１６】
【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４に基づいて説明する。
【００１７】
金属担体１１はハニカム体１２の外周全面に断熱材１３が巻着されて構成されており、その状態のまま外筒１４に圧入されている。ハニカム体１２は後述する製法により形成されている。その材料は、公知の厚さ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１３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１４の材質も断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。
【００１８】
図２に示すように長尺の平箔２１を、正六角形の一辺の長さ相当分Ｅを残して、所定数に切り込む。例えば平箔２１の全巾Ｗを、夫々の長さＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４に４等分割して切り込んだ場合には、平箔２１に形成する凸部２２を長さＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４毎に交互に形成する。すなわち、長さＷ１の部分が平箔２１の水平面に対して上向きに突出させたならば、隣の長さＷ２の部分では下向きに突出させ、その隣の長さＷ３の部分は上向きに突出させ、長さＷ４の部分は下向きに突出させるように形成する。突出する形状は、上向き形状も下向き形状も全く同じで、正六角形の半分をなす台形形状である。
【００１９】
次に、正六角形の一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（下）側半分の凸部２２を成形する。即ち上（下）側の半分の凸部２２と図の左右方向に延びた正六角形の一辺の長さ相当分の水平部２３とを交互に連続して所望長さに配置して、波箔の１層目２０１とし、この１層目２０１を外筒１４の形状に適応した形状にするために折り曲げる。折り曲げ部Ｃでは、平箔２１の全巾Ｗを４分割することなく全巾Ｗが一体で正六角形をなす半分の台形形状に成形されている。図３に示すように、この台形形状の中心線２４を中心として１８０°反転させて、点線で示す配置とする。即ち、中心線２４で、１８０度反転させられた部分２６は、部分２５の下側に、部分２６’として位置し、この部分２６に続いている部分２７も、同様に部分２７’として位置し、部分２８は、部分２８’に位置する。そのため、部分２５と部分２６’とが対接して折り返し部を形成し、部分３０，２９，２７’，２８’で平箔２１の全巾Ｗにわたって、一様な正六角形の４辺を形成することとなる。
【００２０】
今、仮に、図３に示す如く正六角形断面のセルａ，ｂ，ｃ，ｄで１層目２０１を形成し、中心線２４で１８０度反転させて、セルｅをセルｅ’に位置させ、セルｆをセルｆ’に位置させて３層目２０２’を形成する。すると、１層目２０１と３層目２０２’との間に、平箔２１の全巾Ｗにわたって一様な正六角形の４辺（部分３０，２９，２７’，２８’）を含む正六角形断面のセルＡが形成される。また、正六角形断面のセルｃ，ｄ，ｅ’，ｆ’によって、正六角形断面のセルＢが形成される。同様にして、１層目２０１と、３層目２０２’との間に、セルが形成される。従って、これらが２層目２０１’となり、平箔２１が折り返す前の状態では、２層目となる予定だった部分２０２は、反転されてハニカム体１２の３層目２０２’を形成する。
【００２１】
このようにして、第ｎ層まで積層して、図１に示すハニカム体１２を完成させる。その後、このハニカム体１２の外周全面に断熱材１３を巻着し、外筒１４に圧入して金属担体１１を得ることができる。このとき、図４に示すように、折り返されて方向転換されるコーナー部には、上述したセルＡと同様に、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に形成されたセル３３が形成されている。
【００２２】
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。
（ａ）本実施の形態のハニカム体１２では、鋭角部がないので、コート溜りの発生がなく、フィルムアウト現象の発生を防止できる。
【００２３】
（ｂ）本実施の形態では、セルＡ，Ｂの全巾Ｗ方向において、長さＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４毎に、正六角形断面を形成する方向が１８０度異なっているため、ハニカム体１２を通過する排ガスが乱流となり、触媒との接触機会が増大し、ミキシングによる触媒反応効果が得られる。また、このような構成にしたため、排ガスが通過する流路の選択巾が広がるので、極端に高圧となる部分がなくなり、排気ガスの自己調圧効果が得られる。従って、内燃機関の出力ロスが低減され、出力向上も図れる。
【００２４】
（ｃ）本実施の形態では、平箔２１を折り曲げて、すなわち長尺金属薄箔１つだけでハニカム体１２を形成しているので、構造が簡単で、コストを低減することができるとともに、ハニカム体１２を軽量にすることができる。このため、浄化開始時に、加熱されるハニカム体１２の量が少ないので、このハニカム体１２が瞬時に加熱され、反応開始時間を短縮することができる。
【００２５】
（ｄ）本実施の形態では、部分２６を折り返すことにより、平箔２１をハニカム体１２の形状に構成したので、その製造方法が簡単である。
（ｅ）本実施の形態では、外筒１４の形状に適応させるために、１８０度折り折り返されて方向転換されるコーナー部には、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に形成されたセルＡ、３３が形成されているので、外周部分への局所的荷重に対し、変形や破損の恐れを少なくすることができる。
（変形例）
なお、上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
【００２６】
・上記実施の形態では、１層目を、排ガス流路方向に、六角形状の半分を成す形状が上側又は下側に交互に位置するようにした。しかし、これを２層目からｍ−１層目（最後の層の１つ前の層）までについて行い、１層目と最後の層であるｍ層目は、正六角形の一辺の長さ相当分に続いて、正六角形の半分を成す連続した三辺と、この両端部から一辺の長さ分延びた水平部とを有した形状を全巾にわたって一様に成形するようにしてもよい。この場合には、上部又は下部における局所的荷重に対し、変形や破損の恐れを少なくすることができる。
【００２７】
・また、上記実施の形態では、長尺金属平箔の全幅の１／ｎ毎に、１８０度対称の方向に形成される正六角形の半分の形状のそれぞれの幅方向の端面が、長尺金属平箔の巾に対して、平行となるようにした。しかしながら、長尺金属平箔の巾に対して斜状や、円弧状なした状態で形成されるように切り込みを入れてもよい。また、一部が斜状をなした状態としてもよい。例えば、図６に示すように、上側又は下側に突出した六角形状の半分を成す台形断面の真中の面３６の辺が斜状になっている長尺金属平箔３７としてもよい。また、図７に示すように、上側又は下側に突出した六角形状の半分を成す台形断面の真中の面３８の辺が山型斜状になっている長尺金属平箔３９としてもよい。
これらの場合、隣り合う面３６、３８の辺は、それぞれに整合するような形状をしている。なお、長尺金属平箔３７のこの斜状を明確にするために、図６及び図７には、上記の実施形態で示した長尺金属平箔の巾に対して平行に形成された六角形状を二点鎖線で示している。
【００２８】
・ハニカム体１２の全体形状は、外筒１４の形状に合せて形成すればよく、例えば図５に示すように、外筒１４が例えば八角形の多角形であれば、これに合うように、平箔２１を折り曲げるように変更してもよい。
【００２９】
次に、上記実施形態及び変更例から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果とともに以下に記載する。
（１）長尺金属薄箔から成る触媒担持用ハニカム坦体を、断熱材とともに内装した外筒により構成した排ガス浄化用金属胆体において、
前記ハニカム担体が、
排ガス自然流路方向から見て、正六角形断面のセルを層状に多数密接して配置した形状で、
排ガス自然流路方向に対して直交する方向から見て、前記正六角形断面のセルを、排ガス流路方向には、正六角形の半分をなす台形形状の突部が位置する方向が１８０度、交互に異なる形状としたハニカム部を備え、
このハニカム部の空間において、渦流を発生させるようにしたことを特徴とする排ガス浄化用金属担体。
【００３０】
従って、請求項１と同様な効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
正六角形断面のセルの集合体であるので、このハニカム体では鋭角部が皆無であり、サインセルの場合のようなコート溜りの発生がなく、フィルムアウトの発生が防止できる。セルの長さ方向においてｎ分割され、１／ｎ毎に正六角形断面を形成する方向が１８０度異なっているので、そこに渦流を発生させる空間が設けられ、排ガスの通過過程に乱流形状により、万遍なく触媒との接触機会が増加し、ミキシングによる触媒反応効果が期待できる。
【００３２】
また、長尺金属薄箔１種だけの成形によって形成されているハニカム体は製造が簡単でコスト低減に寄与できるし、渦流発生空間を設けているので、その分、ハニカム体の重量を大巾に削減できる。そのため、この効果として立上がり時、瞬時加熱により反応開始時間の短縮ができる。また、排気ガスの流路の選択巾が広がり、排気ガスの自己調圧が期待され、通気抵抗が少なくなり、内燃機関の出力ロスが低減され、出力向上が図れる。
【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】ハニカム部を構成する平箔の構造を示す斜視図。
【図３】ハニカム体の製造方法の説明図。
【図４】製造後のハニカム体の一部の斜視図。
【図５】変更例における排ガス浄化用金属担体を示す正面断面図。
【図６】ハニカム体を形成する長尺金属薄箔の第１変更例の要部の斜視図。
【図７】同じく第２変更例の要部の斜視図。
【符号の説明】
ａ，ｂ，Ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｅ’、ｆ、ｆ’…セル、Ａ，３３…コーナー部の正六角形のセル、Ｃ…折り曲げ部、Ｗ…全巾、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４…長さ、１１…金属担体、１２…ハニカム体、１３…断熱材、１４…外筒、２１…平箔、２３…水平部、２４…中心線、２５，２６’…折り返し部、２０１’…２層目、２０２’…３層目。

Claims (4)

1. 長尺金属薄箔から成る触媒担持用ハニカム坦体は、
   正六角形の半分を成す連続した三辺と、この両端部から両方向に一辺の長さ分延びた水平部とを有した形状を、連続成形した金属薄箔を、所望の位置で１８０度折り返して重ね合わせてセルを形成したハニカム部を有しており、
   排ガス自然流路方向から見た断面形状は、正六角形断面のセルを層状に多数密接して配置した形状であり、
   前記正六角形断面のセルが、１８０度折り返し部以外は、排ガス自然流路方向にｎ分割されており、１／ｎ毎に、正六角形の半分を成す台形形状の突部が位置する方向が１８０度異なり、
   その間に渦流を発生させる空間が設けられているハニカム体を、
   断熱材とともに内装した外筒により構成した排ガス浄化用金属担体。
2. 正六角形の一辺の長さ相当分の水平部に続いて、正六角形の対角線を水平方向に位置させたときの、正六角の対角線から上側の半分形状と、下側の半分形状とが、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に１８０度対称の方向に形成され、
   次に正六角形の一辺の長さ相当分の水平部を介在させて、これと、正六角形の対角線から上側の半分形状と、下側の半分形状とが、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に１８０度対称の方向に形成される成形が連続的に繰り返され、
   所望の位置で１８０度折り返されて方向転換されるコーナー部の正六角形のセルだけは、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に形成された下側の半分形状の中心線を折り返して、この折り曲げ部を接触固定することによって形成されている請求項１に記載の排ガス浄化用金属担体。
3. 長尺金属薄箔の全幅の１／ｎ毎に、１８０度対称の方向に形成される正六角形の対角線から上側の半分形状及び下側の半分形状のそれぞれの端面が長尺金属平箔の巾に対して、平行又は斜状、或いは弧状の何れかである請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化用金属担体。
4. 長尺の金属平箔に対して正六角形の一辺の長さ相当分の水平部を残し、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形状と、下側の半分形状とを、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に１８０度対称の方向に成形し、
   次に正六角形の一辺の長さ相当分を長尺金属平箔の全巾にわたって介在させ、続いて、正六角形の対角線から上側の半分形状と、下側の半分形状とを前回同様、長尺金属平箔の全巾の１／ｎ毎に対称の方向に成形し、
   同様に水平部と成形部を交互に連続成形し、１８０度折り返して積層配置して外筒の形状に適応させるため所望の長さの地点で折り返し部を介在させ、
   この折り返し部では、長尺金属平箔の全巾にわたって一様に設けられている正六角形の一辺の長さ相当分に続いて、正六角形の半分を成す連続した三辺と、これに続いて延長させた正六角形の一辺の長さ相当分の水平部とを有した形状を全巾にわたって一様に成形し、
   この形状の中心線を折り目として１８０度折り曲げて、折り曲げ部を対接させて２層目を形成し、連続して３層目、４層目…と形成して、外筒の形状に適応したｍ層まで積層して、前記ハニカム体を形成する排ガス浄化用金属担体の製造方法。

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