JP4717819B2 - ミクロ構造を持つ金属箔 - Google Patents

Description

本発明は金属箔、特に自動車の内燃機関の排ガス浄化のため、金属箔の内部領域内のみに延び、少なくとも部分的に該金属箔の表面構造から突出するミクロ構造を制限する、少なくとも１つのスリットを含む触媒活性素材の担体として使用される金属箔に関する。

例えばオットーエンジンやディーゼルエンジン等の自動車用内燃機関の排ガスを処理する際に、比較的大きな表面積を提供する排ガス管内に構成部材又は構造物を配置することは周知である。これらの構成部材は通常吸着性で、触媒活性な或いは類似の他の被覆を備えており、その際それらの構成部材の大きな表面積の故に、流過する排ガスと緊密な接触が実現される。このような構成部材には例えば排ガス中に含まれる粒子を濾過して除く濾過素子、排ガス中に含まれる有害物質（例えばＮＯ_x）を少なくとも時間の制限下に蓄積する吸着装置、触媒コンバータ（例えば三元触媒、酸化触媒、還元触媒その他）、その流れに作用する、つまり貫流する排ガスの乱流に対するディフューザ、或いは内燃機関の寒冷時始動直後の排ガスを所望の温度に加温する加熱素子がある。自動車の排ガスシステム内の使用条件に関し、以下に述べる担体基板、即ちセラミックス製ハニカム体、押出成形ハニカム体及び金属箔より成るハニカム体が主として好適であることが実証されている。担体基板がその機能に常に適合できるという事実の故に、耐高温性で、耐食性の金属箔は、特に好適なその出発材料として用いられる。

少なくとも部分的に構造化された複数の金属箔でハニカム体を製造し、これを引続きケーシングに入れ、こうして単数又は複数の上述した被覆を施すことができる担体を形成することは公知である。その際それらの一部構造化した金属箔は、基本的に互いに並列するチャネルが形成されるように配置されている。これを保証するため、例えばそれらの金属箔の一部が、とりわけ規則的に反復する構造において優れている一次構造を備えており、特に正弦波形、鋸歯構造、長方形の波形、三角形の波形、オメガ波形等々の形を備えている。それらの一次構造を備えた、場合によっては平坦な中間層と交互する金属箔は、上下に積層され、互いに接合され、１ケーシング内に装入されている。こうして基本的に互いに並列なチャネルを有する１個のハニカム体が形成される。

更に、排ガスがハニカム体に入ると直ちに層流が形成され、その際このようなチャネルの中心にある部分排ガス流の領域のガスの交換が、例えば触媒活性なチャネル壁面の範囲で行われなくなることを特に阻止するため、二次構造をこの種の金属箔内に入れることは公知である。この二次構造ないしはミクロ構造は、このようなチャネルの内部で部分排ガス流に一種の乱流を惹起させる、流れに逆らう表面を形成する。これが部分排ガス流自体を激しく混合させ、その結果排ガス中に含まれる有害物質がチャネル壁面と緊密に接触することを保証する。更にこのような二次構造により、チャネルに横方向の流路を形成することが可能となり、それらは隣接するチャネル内の部分排ガス流との気体交換を可能にする。この理由から、例えば案内面、ミクロ構造、突起、突出部、翼、タブ、孔等々から成る二次構造が公知である。このような金属製のハニカム体を製造した場合、セラミックス材料から成るものに比べて明らかにその多様性が著しく高められる。このような複雑なチャネル壁面は、特に高額の技術的費用なしでは実現不可能のものである。

更に排ガス処理時に、エンジンの始動後、ほぼ即座に排ガス中に含まれる有害物質の成分置換を行うことは特に重要である。その際これは、法律上の規定又は方針によれば、特に高効率で行われるべきである。このため、従来益々薄い金属箔が使用されてきた。極めて薄い金属箔は表面固有の極く低い熱容量を生じ、これは流過する排ガスに熱を奪われることが比較的少なく、又はそれらの金属箔自体が比較的急速に温度上昇することを意味する。このことは排ガスシステム内に目下使われている触媒活性な被覆が約２３０〜２７０℃の一定のエンジン始動温度で、初めて有害物質の成分置換を開始する故重要である。この温度を目標とし、僅か数秒後に、既に有害物質を少なくとも９８％の効率で置換すべく、例えば２０μｍ以下の厚さの箔が使用されてきた。

しかし上述の目標設定により、一連の製造及び施工技術上の問題が生ずる。このような針金細工の構造、特に二次構造又はミクロ構造の製造は、通常極めて高価で、そのため長期の耐用期間を実現すべく、特に的確に作動する工具を必要とする。その際一方では成形工程を、また他方では、場合によっては切削工程を実施せねばならない。工具の費用を節約すべく、できるだけ多くの加工工程を1つの工具に統合して行わせ、その二次構造の形状の故に、当該工具の磨耗を検査する必要がある。更に、この比較的に薄い金属箔を、不所望な冷間加工に曝すことのないよう、適切な速度で送らねばならないという問題がある。常温での加工による硬化は、金属箔の成形特性に悪影響を及ぼし得る。

その上、素材の厚さが薄いため、金属箔に折り皺、巻き上がり及び／又は亀裂が入り易い等の危険性がある。これら不所望な変形は、既にその製造時にも、また搬送時又は自動車の排ガス装置内での使用中にも起こり、また増大する。折り皺は、例えば自動車の排ガスシステム内の高い熱及び動荷重で伝わり、時には流路を詰まらせ、又は亀裂を形成し、ハニカム構造の整合性に危険を及ぼす。更にこのように折り皺をつけられ又は変形された一次及び／又は二次構造が不所望に排ガスに妨害されて、ハニカム体に対する背圧の上昇を起す可能性があり、これは場合によってはエンジンの出力を低下させる原因になる。

この点から出発し、本発明の課題は、自動車の排ガスシステム内の高い熱及び動荷重に耐える、特に触媒活性素材の担体を提供することにある。複雑に組立てられ、また比較的簡単には曲らない大きな表面を備えてはいるが、耐久性の金属箔を提供することで、特に冒頭に記載した技術上の問題を克服する。排ガスの浄化に特に有効な装置を備えるため、特に担体の内部でその金属箔の構造を、出きるだけ長期間維持して使用できるよう保証する必要がある。

これらの課題は、請求項1に記載の特徴を有する金属箔及び請求項１０に記載の特徴に基づくこの種の金属箔でできた担体により解決される。他の有利な形態は、各従属請求項に記載してある。その際請求項に個々に記載の特徴は任意に、有効に組合せ可能である。

即ち、本発明による金属箔は、その内側領域内に、金属箔の表面構造から突出するミクロ構造を部分的に制限する少なくとも１つのスリットを持ち、この少なくとも１つのスリットが、そのエッジ領域の一部に凹所を有することを特徴とする。

まず第１に、複数又は多数のスリットがこの金属箔内に存在可能であり、少なくともその１つが金属箔の内側領域内に延びている。これは特に、スリットが金属箔の縁と接触しておらず、即ち金属箔の素材により完全にそのエッジを囲まれていることを意味する。但し、スリットを複雑に形成することもでき、即ち一方向だけに延ばさず、即ちＩ字形の替わりに、例えばＶ、Ｗ、Ｔ、Ｘ字等に類似の形に延びていてもよく、その場合、複雑なスリットのエッジ領域の２つの箇所に、全てに凹所を備えることも可能である。特に完全に金属箔の内側領域内にあるスリットは、一方では金属箔自体による流体の交換を可能にすべく、また他方では、冒頭に記載したように、そのスリットがミクロ構造又は二次構造を形成すべく、その素材中に入れられる。ミクロ構造とは、通常、金属箔内又は金属箔上に局所的に限定されて存在し、特に、突起、波形、上方への湾曲等を意味する。それらのミクロ構造は、例えば突起、翼、エッジ又は類似の構造で形成できる。それらのミクロ構造は、特に金属箔の表面に沿って運ばれる流体の流れに、通常金属箔内又は金属箔上に局所的に制限して、渦巻き帯域又は沈静帯域を生じるよう作用し、こうして時には、その流体に渦流を生じさせ、時には流動速度の低下させる役目をする。このようなミクロ構造の作用や形態に関しては、その内容が完全に本発明と関連している、例えは国際特許出願公開第０１／８０９７８号パンフレットを参照されたい。

ミクロ構造の他に、更にその金属箔は所謂、表面構造又は一次構造を有する。これは、金属箔自体が平面ではなく、重なった構造を有することを意味する。周知の通り、自動車の排ガスシステム内で触媒活性成分の担体として使用される金属箔は、この箔が他の金属箔と共に担体に形成されている場合、多数のチャネルを形成する表面構造を備える。通常これらの表面構造は、波形或いはジグザク形にも形成される。波形の場合、例えば一種の正弦波形又はオメガ状の波形が特に好適である。これら表面構造は通常金属箔又は結果として生じた担体の全長に亘って延び、その際場合により、表面構造の高さ又は幅において、連続的に或は急激に変化するものであることも公知である。即ち、要約すると、この場合、その表面構造は、流体貫流可能なチャネルを担体の軸方向に形成する役目をし、一方、ミクロ構造は、その最重要用件として、この表面構造により形成されたそれらのチャネルの内部で、流れに影響を及ぼすと言う考え方から出発する。従って、ミクロ構造は、かかるチャネルの内部領域内に達し、チャネルを許容するよう、それより大きくもまた高くもなく形成すべきである。このチャネルの形に応じ、ミクロ構造は任意の箇所から、即ち底面と側面から、さもなければ天井範囲からも、その内部領域に達する。

本発明は、スリットが少なくとも縁の一部に、凹所を持つことを提案する。該スリットの縁領域の全てに凹所、特に同形の凹所を形成してもよい。通常、このスリットは、線状（Ｉ字形）の形をしている。これは、通常それらのエッジ領域が尖っているか極めて小さい半径（例えば０．０５ｍｍ以下）で突出していることを意味する。この種スリットは、通常スタンピング製造法により形成され、真直ぐにＩ字形に延びている。

ミクロ構造を製造すべく、スリットの直近に存在する金属箔の範囲を、適切な工具で、例えば案内面が生ずるよう上向きに湾曲させる。この曲げ操作で、スリット周囲のエッジ領域内の材料は、著しい荷重を受ける。こうして、金属箔の熱及び動的挙動を変化させる例えば冷間加工プロセスが、スリットの周りで生ずる。自動車の排ガスシステム内で用いるこの種案内面又は金属箔に部分的に作用する著しい負荷は、スリットのエッジ領域内に著しい切欠きを形成し得る。スリットのエッジ領域から始まり、更に金属箔の素材内に延びる亀裂は、この担体の機能全体を危険に曝すが、剥れた断片は、貫流する排ガス流により著しく加速され、排ガス浄化のため後方に配置された構成部材に衝突する。その場合もまた、この断片がチャネルを塞ぎ、気孔を詰まらせ、素材を剥し、被覆等を破壊する。

この作用は、スリットの少なくとも１つのエッジ領域内に凹所を設けることで確実に回避できる。この凹所は、切欠き効果が部分的であっても、金属箔に著しく変形した範囲が生じないよう、比較的大きな半径を持つ。特にスリットがエッジ領域の何れにも、この凹所を１つずつ備えるとよい。その際、例えば交叉したスリットを設けることができ、各末端範囲にこの種凹所を設けると有利である。この凹所とは、換言すれば、線状のスリットの拡大を意味し、従って末端範囲内に拡大されたスリットが設けられる。そのため丸い断面、丸みをつけた最終側面を持ち、比較的幅広の切欠き、アンダーカット又は類似の形が提供される。更に凹所は、単数又は複数の屈曲した或いは角度をつけた末端範囲を備えたスリットの形にも形成可能である。その際当該エッジ領域は、凹所に関しては、種々の形に形成し得る。この種凹所を持つスリットの製造は、切削仕上げ法、例えばレーザ光線による切断、スタンピング、圧縮又は類似の方法により容易に金属を切削できる。

更に金属箔の表面構造が、長手方向に延びる波の山と波の谷を持ち、波に似た形を有するとよい。波に似た形は、特に金属箔を一端から見て正弦波に見える形を含む。波の山又は谷は、特に金属箔の軸の全長に亘って延び、それらは互いに並列して走っている。

その際波に似た形を、波長と波高により表すことができると特に有利である。波長に対する波高の比率は、３．０〜１．０、特に２．５〜１．１、有利には２．０〜１．３の範囲である。ここで波の山と谷は、通常、波の最高点と最深点を意味する。波長は、その表面構造、例えば２つの直接隣り合う波の山又は谷の間のような、表面構造の２つの直接隣り合う類似した極値間の間隔を言う。波高は、２つの異なる極大値の差、例えば波の山から谷への高さの差を言う。通常、波高と波長は互いに垂直に測定される。その際、基本的に波高又は波長に関し、製造技術上の観点から回避不能の偏差が生じる。ここに挙げた特有値は、統計上の平均値を意味し、製造技術上の許容誤差を常に考慮する必要がある。

ここに挙げた波長の波高に対する比率は、金属箔の変形度を表す指標でもある。金属箔が、まず第１に基本的に平らであり、次いで、例えば波形圧延処理で表面構造を付与するなら、波長の波高に対する比率が小さい、例えば２．０以下であることは、波の山又は谷が相対的に緊密に並列に配置されることを意味し、他方、波の山の谷に対する高さの差が大きいなら、極めて急勾配な側面を持ち、狭いチャネルが形成されることを意味する。このように著しく変形した金属箔では、製造時に既に、材料が疲労する危険性が存在し、そのため例えば工具の増大する摩滅で、後に拡大する危険のある亀裂が生じ得る。従ってこの金属箔のスリットのエッジ領域内に凹所を配置することが特に重要である。

もう１つの形態では、ミクロ構造が金属箔の表面構造から形成され、特に縦方向に、好適には１０〜３５°の範囲の角度をなす傾斜した案内面を含む。かかる案内面は、部分流を金属箔の表面から削ぎ取り、所望の範囲に向けるのに適する。この案内面については、独国実用新案第２０１１７８７３号明細書を参照されたい。

もう１つの形態によれば、金属箔は、各々１つのミクロ構造を少なくとも部分的に制限する２つのスリットを持つ。これは、換言すれば、ミクロ構造の少なくとも１つが、２つの方向を一対のスリットにより制限され、その際、その間にある金属箔の範囲が全般の表面構造に比べて際立ち、突出しているか、その他の方法で変形されたことを意味する。この場合、通常、例えば排ガスの流れ方向に左程傾斜せずに配置される面が形成され、こうしてガス流に比較的僅かな分流が生じる。これは、このようなミクロ構造が比較的僅かな流れ抵抗を示すことから、生じた圧力損失に有利な作用をもたらす。

金属箔のもう１つの形態では、少なくとも１つの凹所が角に丸みをつけた形、特に少なくとも０．１ｍｍの曲率半径を持つ円弧の形を持つ。０．１ｍｍ以上、特に０．２ｍｍ以上の曲率半径で、亀裂の形成や拡大が明らかに低下することを実験的に確認した。その理由は、単純なスリットと比べて、使用中の金属箔の材料応力が３０％以下の範囲で低下することにある。このスリットのエッジ領域の応力の削減は亀裂の形成を阻止する。

この金属箔のもう１つの形態では、金属箔の縦の方向に並列する線（列）内及び／又は縦の方向に対し横の列に多数のミクロ構造を配列する。特に、ミクロ構造を波の山又は谷に存在するよう配置するとよく、その際、波の山に配置したミクロ構造が、波の谷へと及び、また波の谷に配置したミクロ構造が波の山へと延びる。換言すれば、このような金属箔を平らな土台上に配置した場合、ミクロ構造が、各々波の山と谷の何れかにより限定された２つの平面内に配置されることを意味する。従って、ミクロ構造は、担体の場合、後に流れ溝の内部に配置される。その相互の配置について、場合によっては線又は列の片寄りが、金属箔の長さ又は幅に関しても起こり得る。

更に、金属箔を耐熱性に富み、かつ耐食性のアルミニウム及びクロムを含む鋼から形成するとよい。その場合金属箔が、好ましくは０．０１５〜０．１５ｍｍ、特に０．０３〜０．０８ｍｍの厚みを持つことを推奨する。それとは異なり、ニッケルベース又はその合金を含む金属箔を使用することも基本的に可能である。ここで挙げた材料は、自動車の排ガスシステム内で腐食条件下に使用するのに適する。この場合、金属箔の厚さは、排ガスシステム内での金属箔の使用箇所又は目的に応じ選択できる。基本的に比較的厚い金属箔は、熱容量が大きく、従ってこの金属箔は、例えば蓄熱器としても使用できる。更にその箔の厚さが増すと、当然安定度の上昇が結果として生じ、従って当該金属箔は、特に高い動荷重に曝し得る。約０．０１５〜０．０５ｍｍの範囲内の比較的薄い金属箔は、比較的僅かな熱容量しか持たず、従ってこの箔は例えば素早く環境温度に適応する。これは、このような金属箔が、その内燃機関の常温始動後に流過する排ガスにより急速に暖められ、こうして、その上に塗布されている触媒を迅速に活性化できることを意味する。

もう１つの形態では、そのミクロ構造の表面構造からの波高の高さが、０．３〜０．９５（３０％〜９５％）の範囲内、特に０．５〜０．８（５０％〜８０％）範囲内の最長の波高の高さを有する。これは、換言すれば、ミクロ構造が金属箔の表面構造から明らかに認識可能に突出していることを意味する。こうすることのみが、通常、金属箔を層流の形で流過する排ガス量を、乱流に変換することを可能にする。

本発明のもう１つの形態では、少なくとも一部構造化した多数の金属箔製の排ガスを浄化する構造部材用の担体を提案する。その際金属箔は、担体を流体が貫流可能に積層し及び／又は巻回してなり、複数の金属箔の少なくとも１つが、前記の金属箔からなる。

これに関連し、担体は金属箔の表面構造により少なくとも部分的に形成された、主に縦の方向に延びる多数のチャネルを有し得る。その際少なくとも１つのミクロ構造は、流体が担体を貫流する際に、隣接するチャネルへと向かわせるべく、特に流体の流れに影響を及ぼす手段となる。換言すれば、このようにして、１つの流れの影響が、少なくとも部分的にチャネルの縦の方向又は排ガスの主流の方向に対し斜め又は垂直な方向に行われる。その際このミクロ構造は、流れに影響を及ぼす複数の手段を備えてもよい。こうして、そのミクロ構造を、例えばその突起、開口、段部、折返し等により排ガスに一定の偏向を生じさせる案内面により形成することも可能である。

更に、担体が、１５．５〜１５５個／ｃｍの範囲のチャネル密度、特に４６．５〜９３個／ｃｍの範囲内のチャネル密度を有するとよい。その場合それらの金属箔は、波長に対する波高の比率が２．０〜１．３の範囲であると好ましい。

更にもう１つの担体の形態では、担体は、その縦の方向に垂直な横断面上に、少なくとも縦の方向の一部範囲内に、一様なミクロ構造の分布を有する。この担体の排ガスの主流方向とその担体を横断してほぼ一致する担体の縦の方向に、多数のチャネルが特に配向される。１断面がチャネルに垂直であると考えれば、当該チャネルは１種のハニカム構造と認識できる。このような断面に関して、統計的意味でミクロ構造が一様に分布することを提案する。これは、換言すれば、隣接するミクロ構造へのほぼ同じ間隔が与えられ及び／又は各々一定数のチャネルだけが単位断面積当たりに配置されることを意味する。これは、金属箔又は担体に特に均一な負荷を生じ、ピーク応力を低下できる。

更に、１断面内に多数のミクロ構造を担体の縦の方向に垂直に配置し、その際、ミクロ構造を、貫流する流体が部分的に異なる方向に向かうように形成するとよい。これは、特にこの断面の一部範囲に、ミクロ構造により、放射状に外側に向かう偏向が可能であり、それに対し、隣接する断面の一部範囲内には、この流体又は排ガスの方向変換を、逆方向に斜め又は屈曲した方向に行えることを意味する。

ミクロ構造の配向又は結果として生ずる担体を貫流する流体の偏向は、主に担体自体内の金属箔の配置によっても決定される。従って渦巻状に巻回した金属箔の場合、通常放射方向のみに偏向が起り、一方金属箔を積層又は単純に曲げ、巻き込んだ形、Ｓ字形又は類似の配置の場合には、ミクロ構造の異なる方向付けが隣接する範囲内に可能になる。かくして、明らかに一層複雑に流れを混合する型が結果として生じる。

更に、担体は、少なくとも１つ金属箔に加え、付加的に以下に記載する一群の要素の少なくとも１つを含んでいてもよい。即ち、
特に主として金属箔の表面構造の極値部に密接し、好ましくはこれと接合している少なくとも１つの平坦な金属層、
特に主として金属箔の表面構造の極値部に密接し、好ましくはこれと接合している少なくとも１つの多孔性の繊維層、
この担体を少なくとも１つの区間内で囲んでいる、少なくとも１つのケーシング、
担体を少なくとも１つの接合領域内で囲んでおり、かつケーシングに接合する役目をする、少なくとも１つのスリーブ、
担体の少なくとも１つの領域内に施された少なくとも１つの被覆および／又は
少なくとも１つの測定装置。

平坦な金属層に関しては、周知の如く平坦な金属層と構造化した金属箔とを交互に積層し、こうして各チャネルを制限することができる。平滑な金属層と構造化した金属箔の、かかる積層を、引続きそれらが所望の担体の形を持つよう巻付け又は屈曲させ得る。担体の形として、円形、楕円形、多角形並びに円筒形、円錐形、長方形の公知である。

気孔のある繊維層を備えることは、特に、この担体を排ガス流中の粒子又は他の固体、液体又は気体状の構成要素のフィルタとして使用する場合に有効である。この点についても、独国実用新案第２０１１７８７３号明細書を参照されたい。この明細書は、気孔のある繊維層に関しても報告している。

平坦な金属層又は気孔のある繊維層を金属箔と接合する技術として、一般に全ての公知の接合技術が採用できるが、特に溶接或いはろう接が適している。

金属箔の担体又は積層体の周りを囲み、ケーシングに接合する機能を持つ補助的箔を特徴とするスリーブについて説明する。こうすると、チャネルを形成する金属層又は金属箔のケーシングへの直接の噛み合いによる接合を防止できる。スリーブの機能については、例えば国際特許出願第０１／７９６７０号パンフレットの開示内容を参照されたい。

被覆は各々担体の機能に応じて選択可能である。即ち、排ガス中に含まれる有害物質を触媒的に変換する、主に貴金属、金属又は希土類で形成された被覆が公知である。更に一種の蓄積機能を提供する被覆は、特に窒素酸化物が一般的である。被覆を、金属箔の表面積の更なる拡大のために使用でき、その場合、通常ウオッシコートが使用可能である。このような被覆を少なくとも担体の１領域内に設け得る。その場合、特に担体は、
例えば種類、層厚、表面が平らではない等に関して異なる被覆及び／又は
極く一部に被覆を備えており、その場合この領域が担体の内側領域内に周囲の面に接触することなく存在していても、また付加的に、或いは別法で軸の長さの一部だけに延びている被覆を有することを意味している。

測定器、特にセンサ等を備えると、例えば担体の機能の点検に役立つ。センサとして、特に、所謂ラムダゾンデ又は温度センサが多様に使用され、その場合排ガス中又は担体内に存在する測定値は、通常ケーシングを経てエンジン制御又はその他の制御ユニット又は調整ユニットに転送される。

最後に、上記の担体を、次に挙げる排ガス浄化用構成部材の群、即ち
触媒コンバータ、流れ撹拌機、吸着装置、粒子トラップ
の構成要素として、排ガス装置内に使用することを提案する。

触媒コンバータ、流れ撹拌機、吸着装置又は粒子トラップの異なる使用範囲や形状は、この分野の専門家に公知であり、従ってここに記載の各排ガスシステム内の構成要素として、各々の課題に適合させることは、通常容易に可能である。担体に対する熱及び動荷重が常に高く、またミクロ構造のスリット内の亀裂の拡大を、この場合明らかに削減でき、従って、これまで挙げてきた全ての構成部材の寿命は明らかに延びる。こうして、排ガス浄化に関する法的に要求される限界値を、高い整備又は修理の費用をかけずに長期に亘って保持することができる。

本発明を図面に基づき以下に詳述する。この場合図面は特に優れた、好適な実施例を示すものであるが、本発明はこれに制限されるものではない。

図１は、ミクロ構造を持つ金属箔の一部を、概略的に斜視図で示す。金属箔１は、ここに図示した部分断面内に、２つのスリット２で部分的に囲まれたミクロ構造４を含み、前記スリット２は金属箔１の内側領域３内のみに延びている。このミクロ構造４は、金属箔１の表面構造５から突出している。表面構造５は、波の山９と谷１０で形成されている。スリット２のエッジ領域６は、次の図面２．１、２．２及び２．３に拡大して示す。

図２．１、２．２及び２．３は、スリット２で境界付けられたミクロ構造４の細部を示す。スリット２は、ミクロ構造４が金属箔１の表面構造５から突出するよう形成することを可能にする。ここで図２．１は、エッジ領域６を単純なスリット２として示し、本発明による凹所７のない形に対応する。エッジ領域６にある尖端の移行部は切欠きを持ち、従ってミクロ構造４が金属箔１に向かって相対移動する際、スリット２の連続的な拡大が起こる。従って最終的にミクロ構造４全体が金属箔１から分離する危険がある。これを回避すべく、凹所７をスリット２のエッジ領域６に設ける。図２．２の凹所７には、特に０．２〜０．４ｍｍの範囲内の曲率半径１６を有する円弧１５を形成している。図２．３は、凹所７をアンダーカットとして示す。切欠き効果を削減する別の凹所７の形も同様に使用できる。

図３は、本発明による担体に組立て可能な、ミクロ構造４を持つ２枚の金属箔１の配置を斜視図で概略的に示す。それらは同様にまた、全長に亘り主に縦の方向に延びる波の山９と谷１０のある表面構造５を有する。金属箔１の当該ミクロ構造４は、「相互に」及び「同じ方向に」配列している。「相互に」とは、ミクロ構造４が互いに上方及び下方に、この金属箔１の表面構造５に対し縦の方向（８）に見られる如く、延びていることを意味する。「同じ方向に」とは、ミクロ構造４の境界を定めるスリット２が同一の方向を指し示し、ミクロ構造４の前方に突出しているか、ミクロ構造を、上流に向かい制限していることを意味する。このミクロ構造４は、開口４５を有する案内面１３として形成されている。案内面１３は、主に縦の方向８に経過する流れを斜め方向４７に逸らす作用をする。スリット２のエッジ領域６内でも、やはりその凹所７は明らかな拡大を示している。

図４は、担体２１の実施形の細部を濾過体又は粒子トラップとして、斜視図で、断面を示している。２つの互いに隣接して配置された金属箔１を、それらの間に配置した繊維層２７と共に示す。矢印２５で示す流れ方向を変えるため、金属箔１は複数の案内面１３を持つ。こうして、排ガスが、そこに含まれる粒子４６と共にフィルタ層２７に浸透し、その結果粒子４６は繊維層２７の表面上又は内部に、それらが気体状成分に置換可能となるまで保持される。そのため断続的な再生が著しい熱の供給或いは連続的な再生がＣＲＴプロセスにより行われ、その際前記粒子がフィルタ本体中に滞留する時間を、化学反応に必要な反応相手が存在し得る長さに延長するとよい。

ミクロ構造４又は案内面１３は、金属箔１の表面構造５から突出している。縦の方向８に斜めの配置を持ち、その際１０〜３５°の範囲の角度１４を有する。案内面１３又はミクロ構造４は、表面構造５から、波高に関し０．３〜０．９５の範囲の最大限の高さ２０を持つ。スリット２のエッジ領域６内に、同様に凹所７を設けている。この金属箔１は、流体の流れ方向（矢印２５）に貫流可能なチャネル２２を形成する表面構造５を持つ。

図５は、流れ方向（矢印２５）に排ガスが貫流可能なチャネル２２を形成する複数の金属箔１を持った担体２１を縦断面図で示す。ここに図示した担体２１は、流れ撹拌機として働き、流れて来るほぼ放物線形の排ガス流の流れの輪郭４８を均質化する機能を持つ。担体２１は、排ガスが隣接するチャネル２２内に流入可能な開口４５を形成するミクロ構造４を持った複数の金属箔１を有する。その際、担体２１内のミクロ構造４の配置は、一部領域２３内に、断面２４（図示せず）の上に、縦方向８に対し垂直に、ミクロ構造４の一様な分布生じるよう選択している。金属箔１又は担体２１は、区間２９内でケーシング２８で囲まれ、ここでは、区間２９は、担体２１の軸の長さ全体を包含しており、その上にケーシング２８は、担体２１の軸の長さを越えて延びている。金属箔１のケーシング２８への接合は、比較的中心部に配置した接合領域３２のスリーブ３０で行われる。

図示の担体２１、即ち流れ撹拌機は、その他に被覆３１を備えた領域３３を持つ。但しこの領域３３は、区間２９と同様、担体２１の軸の全長に亘り延びていてもよい。

図６は、１断面内にケーシング２８を持つ担体２１のもう１つの形を示す。この場合、金属箔１は、Ｓ字形にうねりかつ構造化した金属箔１と、平坦な金属層２６とからなる。金属箔１と平坦な金属層２６の表面構造５は、共にミクロ構造４又は案内面１３が突出したチャネル２２を形成する。ミクロ構造４又は案内面１３は、それに対し横方向に、この図では矢印２５で示す、特に断面２４内に横の流れが生じるよう、担体２１を貫流する流体を偏向させる。金属層２６又は金属箔１の好適には全ての末端部は、同様に表面構造５を有するスリーブ３０と接合されている。スリーブ３０は、担体２１の外側輪郭の周囲全体に配置されている。スリーブ３０をケーシング２８と部分的に接合することで、また場合によっては（軸及び／又は周囲の方向に）金属箔１又は金属層２６をずらして接合することで、ケーシング２８と金属箔１又は金属層２６の異なる膨張挙動を調整できる。

図７は、自動車用排ガス浄化装置の構造を示す。自動車は内燃機関４０を持ち、燃料としてガソリン、ディーゼル燃料、ナタネ油又はその他のエネルギー源を使用できる。気筒容積４３（又は燃焼室）内で排ガスを生じるが、これが最終的に環境に放出される前に、場合によっては以下に記載する構成部材を通過する。
内燃機関４０の吸引した空気を圧縮するターボチャージャ４２、
測定装置３４付き流れ撹拌機３７、
粒子トラップ３９、
触媒コンバータ３６、
吸着装置３８、
もう１つの触媒コンバータ（例えば三元触媒コンバータ）、
互いに排ガス管４１により接合された、排ガスを浄化するための個々の構成要素。
燃焼作用又は排ガス装置３５又は内燃機関４０の作用に影響を及ぼすデータは、エンジン制御装置４４に転送される。

図８は、本発明による金属箔の製造に使用可能な製造工程を概略的に示す。
工程（Ａ）：基本的に平滑な金属箔１から出発し、その金属箔１の内側領域３内にある列１８及び／又は線１７内にスリット２を入れる。その際スリット２は、スリットのエッジ領域６の各々に凹所７を持つように形成する。
工程（Ｂ）：このように前処理した金属箔１を成形する製造プロセス。例えば波形圧延を施し、表面構造５を形成する。図示の表面構造５は、互いに並列して延びる波の山９と谷１０を持つ。この表面構造５又は波に似た形状は波長１１と波高１２をパラメータとして表示できる。図示の金属箔１の実施形態では、波長１１の波高２に対する比率は約３．０である。
工程（Ｃ）：図８Ｃは、そのミクロ構造４を形成する第２の成形仕上げプロセス後の金属箔１を示している。波の山９上又は波の谷１０内に配置したスリット２は、ミクロ構造４の境界を定めるべく形成され、かつ金属箔１の素材中で折り返されている。この折返しにより、開口４５を有する案内面１３が生じ、波の谷１０を始点とする案内面１３は上方へと延び、また波の山９を始点とする案内面１３は下方に突出している。
工程（Ｄ）：この最終段階で、波長１１の波高１２に対する特に低い比率が形成される。その際例えば、表面構造５が明らかに比較的小さい波長１１を持つよう、金属箔１を圧縮してもよい。この金属箔の製造に関しては、独国特許第１０３０４８１４号明細書を参照されたい。

図９は、流体の流れ（矢印２５で概略的に図示）に旋回を生じさせる、ミクロ構造４を持つ金属箔１の細部を斜視図で示す。金属箔１の内側領域３内に配置した少なくとも１つのスリット２を有する金属箔１を示しており、スリット２は、少なくとも部分的に金属箔１の表面構造５から突出するミクロ構造４が、球面領域５３を形成することを特徴とする。該球面領域５３又は形成されたその面は、流れてくる流体や排ガスに、しばしば薄層の形で流れ、一方向に単純に偏向するばかりか、少なくとも１回旋回し、回転又は渦巻く糸状の流れを生じさせる。一方この糸状の流れがチャネル壁に向かって著しく偏向を生じた場合、チャネル内に著しい圧力損失を生ずる原因となるが、球面領域５３により対応して励起させた後に、チャネル内の流体の螺旋状の流れにより、圧力損失は明らかに低下する。この圧力損失は、自動車の構造内で重要な意味を持ち、エンジンの出力に直接影響を及ぼす。この場合、球面領域５３のあるミクロ構造４を持つ金属箔１を、本発明によるスリット２をエッジ領域６の凹所７に関係なく製造でき、しかもここに記載した金属箔をあらゆる観点で有利に担体と組合せ、又は同じ用途に用いることができる。

球面領域５３は、例えばミクロ構造４が平坦でなく、図９内に断面を示す如く、横方向４７に平行であると考えた場合、少なくとも１つの高点５１と、１つの低点５０を持ち得る。これは、特にそのミクロ構造４のエッジ５４に該当する。高点５１と低点５０は、高さ５２のそれらの値により互いに区別でき、その際これで特に局所的極点が表される。この場合、高さ５２は、特にチャネルの底面５５迄の垂直な間隔５６又はこの金属箔１の波の谷１０を介しての一平面を表す。

有利な１形態では、球面領域５３は、横方向４７に平行で、ミクロ構造４を通る、異なる切断面の少なくとも高点５１又は低点５０が、縦の方向８に直線的に配置されないように形成している。これは、例えばミクロ構造４の移行領域４９に対する高点５１及び／又は低点５０の間隔５６が、縦の方向８に変化することを意味する。

１実施形によれば、付加的に少なくとも１つの切断面内にミクロ構造４を経て、その縦の方向８と平行に高点５１と低点５０を備えてもよく、特にミクロ構造４の直線的な経過は存在しない。この場合も、むしろ高点５１及び／又は低点５０からエッジ５４への間隔が、全ての断面内で縦の方向８に等しく平行でないのが好ましい。

図９に示す実施形では、低点５０は、縦の方向８に平行に推移しておらず、少なくとも縦の方向８に対し横の区間を有し、特に立体的な軌道に適合していることを特徴とする輪郭５７を形成している。この輪郭５７は、特に連続した軌道を示す。即ち角、エッジ等を有していない。輪郭５７は、好ましくはその進路に沿って変化する高さ５２を有する。この輪郭５７は、第１の高さ５２と、隣接して配置されている流体が流れてくるエッジ５４の移行範囲４９への第１の間隔５６で始まり、最後にそのもう１つのエッジ５４に、一層大きな第２の間隔５６を空けていると特に有利である。このような形状のミクロ構造４のより、こうして接触した流体の流れは、同時に水平方向と垂直方向との両方向４７に、縦の方向８に垂直な排出路を獲得する。

ここに開示した金属箔又はここに開示した担体は、自動車の排ガスシステム内で特にその高い寿命において優れている。その上、各使用領域で、精確に適合する流動断面を生じさせることができ、従って特に効果的な、又は極めて適応力のある担体を提供できる。

本発明によるミクロ構造のある金属箔の遠近法による細部概観図。 凹所を形成していないスリットのあるミクロ構造を示す図。 凹所を形成した第１の実施例のスリットを持つミクロ構造を示す図。 凹所を形成した別の実施例のスリットを持つミクロ構造を示す図。 金属箔の第１の形態の担体の組立を示す概観図。 ミクロ構造並びに繊維層のある金属箔より成る担体の細部概観図。 縦方向の担体の組立の概略図。 別の形態の担体断面の組立の概略図。 排ガス装置の組立を遠近法による示した概略図。 本発明による金属箔の実施形の製造工程の概略図。 旋回を生じさせるミクロ構造を持つ、遠近法による細部概観図。

符号の説明

１ 金属箔、２ スリット、３ 内側領域、４ ミクロ構造、５ 表面構造、６ スリットのエッジ領域、７ 凹所、８ 縦の方向、９ 波の山、１０ 波の谷、１１ 波長、１２ 波高、１３ 案内面、１４ 角度、１５ 円弧、１６ 曲率半径、１７ スリットの線、１８ スリットの横の列、１９ 金属箔の厚さ、２０ 波長の最大限の延び、２１ 担体、２２ チャネル、２３ 部分領域、２４ 断面、２６ 金属層、２７ 繊維層、２８ ケーシング、２９ 区間、３０ スリーブ、３１ 被覆、３２ 接合領域、３３ セクタ、３４ 測定装置、３５ 排ガス装置、３６ 触媒コンバータ、３７ 流れ撹拌機、３８ 吸着装置、３９ 粒子トラップ、４０ 内燃機関、４１ 排ガス管、４２ ターボチャージャ、４３ 気筒容積、４４ エンジン制御装置、４５ 開口、４６ 粒子、４７ 横方向、４８ 流れの輪郭、４９ 移行領域、５０ 低点、５１ 高点、５２ 高さ、５３ 球面領域、５４ エッジ、５５ チャネル底面、５６ 間隔、５７ 輪郭

Claims (16)

1. 金属箔（１）の内側領域（３）に配置した少なくとも１つのスリット（２）を含み、該少なくとも１つのスリット（２）が、少なくとも一部、その金属箔（１）の表面構造（５）から突出しているミクロ構造（４）の境界を定める金属箔（１）において、
   少なくとも１つのスリット（２）が少なくとも１つのエッジ領域（６）内に、スリット（２）の連続的な拡大を回避する凹所（７）を有することを特徴とする金属箔。
2. 金属箔（１）の表面構造（５）が、長手方向（８）に延びている波の山（９）と波の谷（１０）を持つ、波状の形状を有することを特徴とする請求項１記載の金属箔。
3. 波状の形状を波長（１１）と波高（１２）により表示した際、波長（１１）の波高（１２）に対する比率が３．０〜１．０の範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の金属箔。
4. ミクロ構造（４）が、金属箔（１）の表面構造（５）から突出しており、長手方向（８）に、１０°〜３５°の範囲の角度（１４）をなして傾斜する案内面（１３）を含むことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の金属箔。
5. ２つのスリット（２）が、少なくとも部分的にミクロ構造（４）の境界を定めることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の金属箔。
6. 少なくとも１つの凹所（７）が角を落として丸みをつけた形を有することを特徴とする請求項１〜５の１つに記載の金属箔。
7. 金属箔（１）の長手方向（８）に並列する線（１７）内及び／又は金属箔（１）の長手方向（８）に対し横の列（１８）に配置した多数のミクロ構造（４）を備えることを特徴とする請求項１〜６の１つに記載の金属箔。
8. 金属箔（１）が、アルミニウム及びクロムを含み、耐熱性でかつ耐食性の鋼からなり、該金属箔（１）が、０．０１５〜０．１５ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜７の１つに記載の金属箔。
9. ミクロ構造（４）が、表面構造（５）から、波高（１２）の０．３〜０．９５の範囲内の最大限の高さ（２０）を有することを特徴とする請求項１〜８の１つに記載の金属箔。
10. 流体が貫流可能に積層及び／又は巻回され、少なくとも部分的に構造化された複数の金属箔（１）からなる排ガス浄化装置の構成部材用担体（２１）において、複数の金属箔（１）の少なくとも１つが、請求項１〜９の１つに記載の金属箔であることを特徴とする排ガス浄化構成部品用担体。
11. 担体（２１）が、金属箔（１）の表面構造（５）で少なくとも部分的に形成された、基本的に長手方向（８）に延びる複数のチャネル（２２）を持ち、少なくとも１つのミクロ構造（４）が、流体を、担体（２１）を貫流する際に隣接するチャネル（２２）へ偏向させる手段であることを特徴とする請求項１０記載の担体。
12. 担体（２１）が１５．５〜１５５個／ｃｍ ² の範囲のチャネル密度を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の担体。
13. 担体（２１）が、長手方向（８）の少なくとも一部領域（２３）内に、断面（２４）の上方に長手方向（８）に垂直に一様なミクロ構造（４）の分布を有することを特徴とする請求項１０から１２の１つに記載の担体。
14. 多数のミクロ構造（４）が横断面（２４）内の担体（２１）の長手方向（８）に垂直に配置されており、それらのミクロ構造が、貫流する流体が一部異なる方向（２５）に向けられように形成されていることを特徴とする請求項１０から１３の１つに記載の担体。
15. この担体（２１）が少なくとも１つの金属箔（１）の他に以下に記載する構成要素の群、即ち
    金属箔（１）の表面構造（５）の波の山と谷（９、１０）に密接し、これと接合している少なくとも１つの平坦な金属層（２６）、
    金属箔（１）の表面構造（５）の波の山と谷（９、１０）に密接し、これと接合している少なくとも１つの多孔性の繊維層（２７）、
    この担体（２１）を少なくとも１つの区間（２９）内で囲んでいる少なくとも１つのケーシング（２８）、
    担体（２１）を少なくとも１つの接合領域（３２）内で囲んでおり、またケーシング（２８）に接合する役目をする少なくとも１つのスリーブ（３０）、
    担体（２１）の少なくとも１つのセクタ（３３）内に施された少なくとも１つの被覆（３１）及び
    少なくとも１つの測定装置（３４）
    の少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項１０から１４の１つに記載の担体。
16. 排ガス装置（３５）内に排ガスの浄化のため、
    触媒コンバータ（３６）、
    流れ撹拌機（３７）、
    吸着装置（３８）及び
    粒子トラップ（３９）
    からなる構成部材の群の構成部材として、請求項１０から１５の１つに記載の担体（２１）を使用する方法。

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