JP4988112B2 - 二輪車用の触媒担持体 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、特に排気ガス浄化装置用の触媒担持体として適用される、積層或いは巻回された薄板層から作られたハニカム体に関する。このようなハニカム体は、典型的には、平坦な金属製薄板及び波形の金属製薄板を或いは異なる構造の金属製薄板を交互に巻回或いは積層により重ねた層から作られている。このようなハニカム体は例えば国際公開第９４／１３９３９号パンフレットに記載されている。
【０００２】
内燃機関の排気ガス装置には一般的に高温及び腐食性環境が存在しているので、このためのハニカム体の材料としては、従来、主として高温耐食性合金、即ちクロム及びアルミニウム含有量の多い鋼鉄合金が使用されていた。
【０００３】
ステンレス鋼はアルミニウムの含有量が多くなるにつれ益々加工が難しくなり、その結果圧延プロセス中に繰り返し焼きなましが行われねばならないことは一般に知られているにもかかわらず、金属製のハニカム体においてはアルミニウム含有量をより多くしようとする傾向が現れている。このことは例えば既に米国特許第４６０２００１号明細書からも窺い知ることができ、そこではアルミニウムを多く含有した鋼材の加工性の困難さを、アルミニウムを付加的なアルミニウム層及び拡散により後で追加することによって補償することが試みられている。
【０００４】
ドイツ特許第４４１０７４４号明細書からも、高いアルミニウム含有量への傾向が、そこでは電気的特性が前面に出ているとしても、認められる。
【０００５】
同時にまたより薄い薄板層への傾向も認められる。触媒担持体の質量は小さいほどコールドスタート特性に好影響し、壁厚は薄いほど圧力損失が少なくなるからである。しかしながら、薄板層は薄くなればなるほど、全体に存在するアルミニウムの、表面積に対する比がそれだけ悪くなり、薄板層の長期耐食性に悪影響する。このことは、これによって圧延プロセスが著しく難しくなるにもかかわらず、より薄い金属製帯状体でアルミニウムの含有量を上げようとする傾向を説明するものである。
【０００６】
ハニカム体において金属製薄板を益々薄くする傾向は例えばドイツ特許第４４１８６３０号明細書からも窺い知ることができる。
【０００７】
しかしながら、このところ、金属製のハニカム体については上記の考察が当てはまらないような特別の適用例があることが明らかにされてきた。これは、特に、比較的厚い金属製帯状体が使用されねばならないほど大きな機械荷重が生ずるような二輪車の排気ガス浄化装置に対する適用である。その他に、オットーサイクル機関の排気ガスシステムにおけるよりも遥かに低い温度が存在しているディーゼルエンジンの排気ガス装置における金属製ハニカム体の適用例もある。この両適用事例に対してはそれ故ハニカム体の他の適用事例に対する一般的な考察は必ずしも絶対的には当てはまるものではない。
【０００８】
本発明の課題は、正にこのような適用例に対して好適な、特に安価に作ることのできるハニカム体を提示することにある。
【０００９】
この課題は、特に、二輪車用の排気ガス浄化装置に対しては、積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されているハニカム体（１）、特に二輪車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体において、薄板層（２，３）が、０．０６ｍｍ以上の厚さを持ち、重量％で６〜１２％の値に０．０２ｍｍを掛けて薄板層（２，３）の厚さ（ｄ）で割った値のアルミニウム含有量を持っている特殊鋼からなるハニカム体、又は積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されているハニカム体（１）、特に二輪車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体において、薄板層（２，３）が、重量％で、１５〜２５％のクロム、０．０２〜０．２％の希土類元素、特にイットリウム及び／又はランタン及び／又はセリウムを含み、１〜４．５％のアルミニウムを備えた特殊鋼からなり、０．０６ｍｍ以上の厚さ（ｄ）を持っていることを特徴とするハニカム体によって、さらにディーゼル車用の排気ガス浄化装置に対しては積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されている、ディーゼル車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体としてのハニカム体（１）において、薄板層（２，３）が、重量％で、１５〜２５％のクロム、０．０２〜０．２％の希土類元素、特にイットリウム及び／又はランタン及び／又はセリウムを含み、１〜４．５％のアルミニウムを持っている特殊鋼からなることを特徴とするハニカム体によって解決される。なお、これらの具体的な構成例はそれぞれに関連する請求項に記載されている。
【００１０】
アルミニウム含有量の多い金属製薄板の製造における最近の開発は、複数段工程、即ち、先ずアルミニウム含有量の比較的少ない鋼板が一定の厚さにまで圧延され、次いで第二の工程でアルミニウム含有量を上げて、最終の厚さに仕上げる、という方法に基づいている。アルミニウム含有量はアルミニウム箔を圧延で貼り付けることにより或いは溶融アルミニウムめっき法により或いはアルミニウム浸漬法により高めることができる。このような製造プロセスの経過において、最大４．５％のアルミニウム含有量を持つ鋼板を、特に何回も途中で焼きなましを行うことなく、比較的低コスト的で圧延することができる圧延方法が開発された。
【００１１】
本発明は、このような材料はアルミニウム含有量が４．５％以下或いは４％以下であっても、０．０６ｍｍ以上、特に０．０８ｍｍ以上の厚さの薄板層を持つハニカム体に使用されるときには、充分に高温耐食性がある、という認識を利用するものである。このような厚さの薄板層において、全体に存在するアルミニウムの、表面積に対する比は３或いは４％のアルミニウム含有量の場合、寧ろ例えば０．０３ｍｍの厚さで６％のアルミニウム含有量を持つ薄板層の場合よりもよい。アルミニウムは高温において鋼材に非常に速く拡散するので、厚めの薄板層においてアルミニウムの含有量が少ない場合でも充分にアルミニウムがその表面に達して、そこで保護のための酸化物層に仮に損傷があっても酸化アルミニウムの膜を新たに形成することによりこれを補う。
【００１２】
０．０６ｍｍ以上の厚さを持つ薄板層について、アルミニウム含有量は（重量％で）６〜１２％、特に８〜１０％の値に０．０２ｍｍを掛けて薄板層の厚さで割った値にあるものとする、という近似式が成立する。これにより、この薄板において全体に存在するアルミニウムの、表面積に対する比は、０．０２ｍｍの厚さでアルミニウム含有量が６％の薄板の場合よりもずっとよい。
【００１３】
二輪車の排気ガス浄化装置のように機械荷重が大きい場合、またその他の幾つかの適用事例においては、０．０８〜０．１２ｍｍの厚さの薄板を使用することが必要である。このような適用事例に対しては、それ故、１〜４．５％のアルミニウム含有量を持つ薄板が適している。典型的にはこのような薄板は１５〜２５％までのクロム含有量と、ある程度の成分の希土類元素とを含み、これらの及び他の成分に対してステンレス鋼においてはこの事例でも公知の条件が適用される。
【００１４】
勿論、比較的厚い薄板層では完全に微細な構造を作ることができないので、本発明によるハニカム体は一般的には２００〜６００ｃｐｓｉ（毎平方インチ当りのセル）を持っている。
【００１５】
本発明の特別の経済的な利点は、二輪車用の触媒担持体の材料が他の生産プロセスから分岐して取り出すことができることにある。これにより、必要とする材料が比較的少量の場合でさえ、これを非常に経済的に提供することが可能になる。特定の溶融物を別々に作り、二輪車用の比較的部品個数の少ない排気ガス浄化装置のために専用の箔を圧延することは同様に経済的に行うことはできない。しかしながら、１〜４．５％のアルミニウム含有量を持つステンレス鋼は上述の複数段プロセスに対してアルミニウム含有量を後から高めることは元々必要とされないから、この材料の一部を直接ハニカム体の製造に使用することができ、同時にこれを適当な厚さにアルミニウム含有量を上げる前の中間生成物として元々作ることができる。
【００１６】
同様な考察はディーゼル車の排気ガス浄化装置に対しても当てはまる。これらの装置ではオットーサイクル機関の排気ガス浄化装置におけるより遥かに低い温度が存在しているので、この理由から比較的少ないアルミニウム含有量、これに関連して比較的小さい高温耐食性でも許容される。この場合、薄板は、確かに機械的理由から二輪車の場合のようには厚くする必要はないが、しかしながら表面に対する全アルミニウム含有量の比がそれほど高いことも必要とされない。上述のような、１つの生産プロセスから分岐して取り出される、１〜４．５％のアルミニウム含有量を持つ箔は、従って、さらに例えば０．０３〜０．０６ｍｍまでの厚さに圧延しても、アルミニウム含有量が少ないにもかかわらず問題なく、ディーゼル車の排気ガス浄化装置に使用することができる。この場合も別々の製造プロセスを回避することにより大きな経済的利点が生ずる。
【００１７】
本発明を具体的に説明するために代表的な金属製の触媒担持体を図面で示す。
【００１８】
外管５に、０．０８〜０．１２ｍｍの厚さｄを持つ金属製薄板からなる平坦な薄板層２及び波形の薄板層３から作られたハニカム体１が装着されている。薄板層２，３は、特にハニカム体１が２００〜６００ｃｐｓｉの間を持っているような大きさの排気ガス通路４を形成している。これらの薄板層は１５〜２５重量％、特に１８〜２２重量％のクロム、耐食性を高めるために知られている特定の希土類元素の代表的な成分量、及び１〜４．５％、特に２〜４％のアルミニウム含有量を備えた特殊鋼からなる。
【００１９】
本発明により、質的に環境条件に適合した、二輪車或いはディーゼル車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体を特にコスト的に有利に製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるハニカム体を斜視図
【符号の説明】
１ ハニカム体
２ 平坦な薄板層
３ 波形の薄板層
４ 排気ガス通路
５ 外管
ｄ 薄板層の厚さ
本発明は、特に排気ガス浄化装置用の触媒担持体として適用される、積層或いは巻回された薄板層から作られたハニカム体に関する。このようなハニカム体は、典型的には、平坦な金属製薄板及び波形の金属製薄板を或いは異なる構造の金属製薄板を交互に巻回或いは積層により重ねた層から作られている。このようなハニカム体は例えば国際公開第９４／１３９３９号パンフレットに記載されている。
【０００２】
内燃機関の排気ガス装置には一般的に高温及び腐食性環境が存在しているので、このためのハニカム体の材料としては、従来、主として高温耐食性合金、即ちクロム及びアルミニウム含有量の多い鋼鉄合金が使用されていた。
【０００３】
ステンレス鋼はアルミニウムの含有量が多くなるにつれ益々加工が難しくなり、その結果圧延プロセス中に繰り返し焼きなましが行われねばならないことは一般に知られているにもかかわらず、金属製のハニカム体においてはアルミニウム含有量をより多くしようとする傾向が現れている。このことは例えば既に米国特許第４６０２００１号明細書からも窺い知ることができ、そこではアルミニウムを多く含有した鋼材の加工性の困難さを、アルミニウムを付加的なアルミニウム層及び拡散により後で追加することによって補償することが試みられている。
【０００４】
ドイツ特許第４４１０７４４号明細書からも、高いアルミニウム含有量への傾向が、そこでは電気的特性が前面に出ているとしても、認められる。
【０００５】
同時にまたより薄い薄板層への傾向も認められる。触媒担持体の質量は小さいほどコールドスタート特性に好影響し、壁厚は薄いほど圧力損失が少なくなるからである。しかしながら、薄板層は薄くなればなるほど、全体に存在するアルミニウムの、表面積に対する比がそれだけ悪くなり、薄板層の長期耐食性に悪影響する。このことは、これによって圧延プロセスが著しく難しくなるにもかかわらず、より薄い金属製帯状体でアルミニウムの含有量を上げようとする傾向を説明するものである。
【０００６】
ハニカム体において金属製薄板を益々薄くする傾向は例えばドイツ特許第４４１８６３０号明細書からも窺い知ることができる。
【０００７】
しかしながら、このところ、金属製のハニカム体については上記の考察が当てはまらないような特別の適用例があることが明らかにされてきた。これは、特に、比較的厚い金属製帯状体が使用されねばならないほど大きな機械荷重が生ずるような二輪車の排気ガス浄化装置に対する適用である。その他に、オットーサイクル機関の排気ガスシステムにおけるよりも遥かに低い温度が存在しているディーゼルエンジンの排気ガス装置における金属製ハニカム体の適用例もある。この両適用事例に対してはそれ故ハニカム体の他の適用事例に対する一般的な考察は必ずしも絶対的には当てはまるものではない。
【０００８】
本発明の課題は、正にこのような適用例に対して好適な、特に安価に作ることのできるハニカム体を提示することにある。
【０００９】
この課題は、特に、二輪車用の排気ガス浄化装置に対しては、積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されているハニカム体（１）、特に二輪車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体において、薄板層（２，３）が、０．０６ｍｍ以上の厚さを持ち、重量％で６〜１２％の値に０．０２ｍｍを掛けて薄板層（２，３）の厚さ（ｄ）で割った値のアルミニウム含有量を持っている特殊鋼からなるハニカム体、又は積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されているハニカム体（１）、特に二輪車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体において、薄板層（２，３）が、重量％で、１５〜２５％のクロム、０．０２〜０．２％の希土類元素、特にイットリウム及び／又はランタン及び／又はセリウムを含み、１〜４．５％のアルミニウムを備えた特殊鋼からなり、０．０６ｍｍ以上の厚さ（ｄ）を持っていることを特徴とするハニカム体によって、さらにディーゼル車用の排気ガス浄化装置に対しては積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されている、ディーゼル車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体としてのハニカム体（１）において、薄板層（２，３）が、重量％で、１５〜２５％のクロム、０．０２〜０．２％の希土類元素、特にイットリウム及び／又はランタン及び／又はセリウムを含み、１〜４．５％のアルミニウムを持っている特殊鋼からなることを特徴とするハニカム体によって解決される。なお、これらの具体的な構成例はそれぞれに関連する請求項に記載されている。
【００１０】
アルミニウム含有量の多い金属製薄板の製造における最近の開発は、複数段工程、即ち、先ずアルミニウム含有量の比較的少ない鋼板が一定の厚さにまで圧延され、次いで第二の工程でアルミニウム含有量を上げて、最終の厚さに仕上げる、という方法に基づいている。アルミニウム含有量はアルミニウム箔を圧延で貼り付けることにより或いは溶融アルミニウムめっき法により或いはアルミニウム浸漬法により高めることができる。このような製造プロセスの経過において、最大４．５％のアルミニウム含有量を持つ鋼板を、特に何回も途中で焼きなましを行うことなく、比較的低コスト的で圧延することができる圧延方法が開発された。
【００１１】
本発明は、このような材料はアルミニウム含有量が４．５％以下或いは４％以下であっても、０．０６ｍｍ以上、特に０．０８ｍｍ以上の厚さの薄板層を持つハニカム体に使用されるときには、充分に高温耐食性がある、という認識を利用するものである。このような厚さの薄板層において、全体に存在するアルミニウムの、表面積に対する比は３或いは４％のアルミニウム含有量の場合、寧ろ例えば０．０３ｍｍの厚さで６％のアルミニウム含有量を持つ薄板層の場合よりもよい。アルミニウムは高温において鋼材に非常に速く拡散するので、厚めの薄板層においてアルミニウムの含有量が少ない場合でも充分にアルミニウムがその表面に達して、そこで保護のための酸化物層に仮に損傷があっても酸化アルミニウムの膜を新たに形成することによりこれを補う。
【００１２】
０．０６ｍｍ以上の厚さを持つ薄板層について、アルミニウム含有量は（重量％で）６〜１２％、特に８〜１０％の値に０．０２ｍｍを掛けて薄板層の厚さで割った値にあるものとする、という近似式が成立する。これにより、この薄板において全体に存在するアルミニウムの、表面積に対する比は、０．０２ｍｍの厚さでアルミニウム含有量が６％の薄板の場合よりもずっとよい。
【００１３】
二輪車の排気ガス浄化装置のように機械荷重が大きい場合、またその他の幾つかの適用事例においては、０．０８〜０．１２ｍｍの厚さの薄板を使用することが必要である。このような適用事例に対しては、それ故、１〜４．５％のアルミニウム含有量を持つ薄板が適している。典型的にはこのような薄板は１５〜２５％までのクロム含有量と、ある程度の成分の希土類元素とを含み、これらの及び他の成分に対してステンレス鋼においてはこの事例でも公知の条件が適用される。
【００１４】
勿論、比較的厚い薄板層では完全に微細な構造を作ることができないので、本発明によるハニカム体は一般的には２００〜６００ｃｐｓｉ（毎平方インチ当りのセル）を持っている。
【００１５】
本発明の特別の経済的な利点は、二輪車用の触媒担持体の材料が他の生産プロセスから分岐して取り出すことができることにある。これにより、必要とする材料が比較的少量の場合でさえ、これを非常に経済的に提供することが可能になる。特定の溶融物を別々に作り、二輪車用の比較的部品個数の少ない排気ガス浄化装置のために専用の箔を圧延することは同様に経済的に行うことはできない。しかしながら、１〜４．５％のアルミニウム含有量を持つステンレス鋼は上述の複数段プロセスに対してアルミニウム含有量を後から高めることは元々必要とされないから、この材料の一部を直接ハニカム体の製造に使用することができ、同時にこれを適当な厚さにアルミニウム含有量を上げる前の中間生成物として元々作ることができる。
【００１６】
同様な考察はディーゼル車の排気ガス浄化装置に対しても当てはまる。これらの装置ではオットーサイクル機関の排気ガス浄化装置におけるより遥かに低い温度が存在しているので、この理由から比較的少ないアルミニウム含有量、これに関連して比較的小さい高温耐食性でも許容される。この場合、薄板は、確かに機械的理由から二輪車の場合のようには厚くする必要はないが、しかしながら表面に対する全アルミニウム含有量の比がそれほど高いことも必要とされない。上述のような、１つの生産プロセスから分岐して取り出される、１〜４．５％のアルミニウム含有量を持つ箔は、従って、さらに例えば０．０３〜０．０６ｍｍまでの厚さに圧延しても、アルミニウム含有量が少ないにもかかわらず問題なく、ディーゼル車の排気ガス浄化装置に使用することができる。この場合も別々の製造プロセスを回避することにより大きな経済的利点が生ずる。
【００１７】
本発明を具体的に説明するために代表的な金属製の触媒担持体を図面で示す。
【００１８】
外管５に、０．０８〜０．１２ｍｍの厚さｄを持つ金属製薄板からなる平坦な薄板層２及び波形の薄板層３から作られたハニカム体１が装着されている。薄板層２，３は、特にハニカム体１が２００〜６００ｃｐｓｉの間を持っているような大きさの排気ガス通路４を形成している。これらの薄板層は１５〜２５重量％、特に１８〜２２重量％のクロム、耐食性を高めるために知られている特定の希土類元素の代表的な成分量、及び１〜４．５％、特に２〜４％のアルミニウム含有量を備えた特殊鋼からなる。
【００１９】
本発明により、質的に環境条件に適合した、二輪車或いはディーゼル車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体を特にコスト的に有利に製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるハニカム体を斜視図
【符号の説明】
１ ハニカム体
２ 平坦な薄板層
３ 波形の薄板層
４ 排気ガス通路
５ 外管
ｄ 薄板層の厚さ
Claims (7)
- 積層或いは巻回された薄板層（２，３）からなり、これらの薄板層が少なくとも部分的範囲において、排気ガスが通流する通路（４）を形成するように構成されているハニカム体（１）からなる二輪車の排気ガス浄化装置用の触媒担持体において、薄板層（２，３）が、０．０８ｍｍ以上の厚さを持ち、重量％で６〜１２％の値に０．０２ｍｍを掛けて薄板層（２，３）の厚さ（ｄ）（ｍｍ）で割った値のアルミニウム含有量を持っている特殊鋼からなり、アルミニウム含有量が４．５重量％未満である触媒担持体。
- 前記特殊鋼が、重量％で、１５〜２５％のクロム、０．０２〜０．２％の、イットリウム、ランタン及びセリウムから選ばれる、希土類元素を備え、且つ、１〜４．５％（但し、４．５％を除く）のアルミニウムを備えるものである請求項１に記載の触媒担持体。
- 薄板層（２，３）の厚さ（ｄ）が０．０８〜０．１２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒担持体。
- ハニカム体（１）における通路（４）の数が２００〜６００ｃｐｓｉ（毎平方インチ当りセル）であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の触媒担持体。
- アルミニウム含有量が２〜４％であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の触媒担持体。
- 薄板層（２，３）が圧延によって製造されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の触媒担持体。
- 薄板層（２，３）が溶融アルミニウムめっきされた材料を製造するための生産プロセスからアルミニウム含有量を高める前に取り出されていることを特徴とする請求項６に記載の触媒担持体。
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