JP6832106B2 - 触媒メタル担体 - Google Patents

Description

本発明は触媒メタル担体に関する。

従来、自動車エンジン等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒メタル担体として、特許文献１、２に記載のものがある。

特許文献１に記載の自動車エンジン用触媒メタル担体は、ステンレス鋼製筒状ケースの内周面に、複数の凹部が円周方向に連続して形成された円筒形状のステンレス鋼製金属箔（箔厚約200μm）がロー付けされて構成される。これにより、筒状ケースが形成する排気通路の内部に、円筒形状の金属箔によって仕切られる多数の小排気流路を区画する。そして、筒状ケースの内周面、並びに上記小排気流路を画成している金属箔の表面には、触媒が塗布、焼付けされて担持される。

特許文献２に記載の自動車エンジン用触媒メタル担体は、ステンレス鋼製筒状ケースの内部に、複数個のメタルハニカム体を離隔配置するとともに、メタルハニカム体の間にチューブ形状体及び／又はプレート形状体を配置し、当該筒状ケースの内周面にそれらのメタルハニカム体、チューブ形状体及び／又はプレート形状体がロー付けされて構成される。メタルハニカム体はステンレス鋼等の金属製の平箔及び波箔を用いて構成される。これにより、筒状ケースが形成する排気通路の内部に、メタルハニカム体の小孔からなる多数の小排気流路を形成するとともに、チューブ形状体及び／又はプレート形状体によって仕切られる小排気流路を区画する。そして、筒状ケースの内周面、並びに上記小排気流路を画成しているメタルハニカム体の小孔内面、チューブ形状体及び／又はプレート形状体の表面には、触媒がコーティングされて担持される。

特開2001-129407号公報 特開2008-142682号公報

特許文献１に記載の触媒メタル担体には以下の問題点がある。

(1)自動車エンジンでは、高負荷運転で高温になった排ガスにより歪んだ金属箔と空冷下の筒状ケース間に大きな熱応力が発生し、或いは自動車の車体及びエンジンの振動が激しくなると、これらの熱応力や激しい振動が金属箔を破壊し、円筒形状の金属箔を筒状ケースに固定できなくなる。

特許文献２に記載の触媒メタル担体には以下の問題点がある。

(2)自動車エンジンでは、高負荷運転で高温になった排ガスにより歪んだメタルハニカム体と空冷下の筒状ケース間に大きな熱応力が発生し、或いは自動車の車体及びエンジンの振動が激しくなると、これらの熱応力や激しい振動がメタルハニカム体を破壊し、メタルハニカム体を筒状ケースに固定できなくなる。

特許文献１、２に記載の触媒メタル担体が、例えば自動車レース競技等の自動車の過酷な走行環境下で使用されると、排ガス温度の高温化、車体及びエンジンの振動の増大化がとりわけ激しくなることから、上述(1)、(2)の問題点は一層顕著になる。

特に、自動車レース競技等の過酷な走行条件においては、未燃ガスが触媒メタル担体における筒状ケースの内周面、円筒形状の金属箔、或いはメタルハニカム体や、チューブ形状体及び／又はプレート形状体に付着してアフターファイヤを生じ、円筒形状の金属箔、或いはメタルハニカム体や、チューブ形状体及び／又はプレート形状体は一層高温、高圧の排ガスに曝されるものになる。

そして、特許文献１、２に記載の触媒メタル担体において、円筒形状の金属箔、或いはメタルハニカム体や、チューブ形状体及び／又はプレート形状体が筒状ケースに固定できなくなると、それらの円筒形状の金属箔、或いはメタルハニカム体や、チューブ形状体及び／又はプレート形状体が筒状ケースから脱落して浄化性能を喪失するだけでなく、走路上に散乱し、後続車両の安全な走行を妨害するものになり、レース中断等を招くおそれもある。

本発明の課題は、過酷な使用環境下で高い耐久性を確保できる触媒メタル担体を提供することにある。

請求項１に係る発明は、筒状ケースが形成する排気通路の内部に金属製のフィン形成体が配置されてなる触媒メタル担体であって、フィン形成体が表面に触媒を担持して構成される板状のフィンを有し、該フィンがその板長手方向で筒状ケースの内周面に交差するように排気通路内に延在され、該フィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部が該筒状ケースの内周面に固定され、該フィン形成体のフィンによって排気通路内に小排気流路を区画し、該フィンの当該小排気流路に接する板長手面における板長手方向の一端部から他端部の間の中間部に、該フィンの当該板長手面における板長手方向に生ずる熱歪を吸収するためのＵ字状曲がり部が設けられ、該Ｕ字状曲がり部は、該フィンの該板長手面における該中間部に板長手方向の両側で連なる両側部分に対し、折れ曲がり状をなしてつながるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記Ｕ字状曲がり部は、前記フィンの前記板長手面における前記中間部に板長手方向の両側で連なる両側直線状部分に対し、折れ曲がり状をなしてつながるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記フィン形成体が複数枚の板状のフィンを有し、各フィンによって排気通路内に複数の小排気流路を区画し、各フィンが、それらの板長手面における板長手方向の中間部で、それらの各小排気流路を区画する部分毎に前記Ｕ字状曲がり部を備えてなるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において更に、前記フィン形成体を構成するフィンの板厚が0.8乃至3mmとされるようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において更に、前記フィン形成体のフィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部が該筒状ケースの内周面に溶接止めされるようにしたものである。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに係る発明において更に、前記フィン形成体の筒状ケースからの脱落を防止する抜け止め部材が、該フィン形成体のフィンに接合されることなく、該フィン形成体を該筒状ケースの筒軸方向に保持する状態で、該筒状ケースに支持されるようにしたものである。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに係る発明において更に、前記筒状ケースの内部に、該筒状ケースの排気通路に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個のフィン形成体が配置されるようにしたものである。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれかに係る発明において更に、前記フィン形成体が複数枚の板状のフィンを組合せた板組体からなるようにしたものである。

請求項９に係る発明は、請求項８に係る発明において更に、前記板組体を構成する各フィンが、プレス成形体からなるようにしたものである。
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至７のいずれかに係る発明において更に、前記フィン形成体が、複数枚の板状のフィンが一体をなすように削り出された一体物からなるようにしたものである。
請求項１１に係る発明は、請求項１０に係る発明において更に、前記フィン形成体が、複数枚の板状のフィンとともに一体をなしてそれらのフィンにつながって該フィンを囲む外環部を有し、この外環部が筒状ケースの内周面に固定されるようにしたものである。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明において更に、前記フィン形成体が、外環部に、該外環部を周方向において切離した熱歪吸収用の切離部を備えるようにしたものである。

（請求項１乃至５）
(a)フィン形成体の板状のフィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部が、該筒状ケースの内周面に、溶接止め又は加締め止め等されて固定されるとともに、該フィンの板長手方向の中間部に、熱歪吸収用の曲がり部が設けられる。

(b)フィン形成体の板状のフィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部が、該筒状ケースの内周面に、例えば溶接止めされて固定されたとき、自動車エンジンの過酷な使用環境下で、排ガス温度が高負荷運転によって例えば1000℃乃至1200℃程度の高温になる長時間連続使用環境下でも、この排ガス温度が溶接止め部の融点（例えばSUS430の1427〜1510℃）を超えることがなく、該溶接止め部が溶けることはないから、フィン形成体を筒状ケースに安定的に固定できる。

(c)自動車エンジンの過酷な使用環境下で、高負荷運転による高温の排ガスに曝されるフィン形成体におけるフィンの熱歪は、当該フィンの中間部に設けた曲がり部の熱的変形によって吸収され、フィンの端部の溶接止め部又は加締め止め部等に及ばない。従って、溶接止め部又は加締め止め部等が空冷下の筒状ケースと過熱状態のフィンとの接合境界部に位置して厳しい熱的環境にあるにもかかわらず、それらの溶接止め部又は加締め止め部等に大きな熱応力を発生させず、それらの溶接止め部又は加締め止め部等を破壊させることがないから、フィン形成体を筒状ケースに安定的に固定できる。

(d)自動車の車体及びエンジンの振動が激しくなるときにも、この振動に起因してフィン形成体のフィンに生ずる振動による破壊は、金属箔やメタルハニカムに比べ厚肉のフィン（例えば0.8乃至3mm）を用いることでフィン形成体の強度を向上させることによって回避できるから、フィン形成体を筒状ケースに安定的に固定できる。
（請求項６）
(e)前記フィン形成体の筒状ケースからの脱落を防止する抜け止め部材が、該フィン形成体のフィンに接合されることなく、該フィン形成体を該筒状ケースの筒軸方向に保持する状態で、該筒状ケースに支持される。従って、前述(a)乃至(d)にもかかわらず、フィン形成体と筒状ケースとの溶接止め部又は加締め止め部が万一破壊に至ったとしても、筒状ケースの内周面から分離したフィン形成体を抜け止め部材によって抜け止めし、筒状ケースからのフィン形成体の脱落を確実に防止できる。
このとき、抜け止め部材は、フィン形成体のフィンに接合されず、該フィン形成体を筒状ケースの筒軸方向に保持するのみで該フィン形成体を抜け止めしている。従って、抜け止め部材がフィン形成体のフィンに溶接等されて固定されるものに比して、フィンにおける板長手方向の変形が抜け止め部材との係わりによって拘束されることがなく、フィンの曲がり部による前述(c)におけるフィンの熱歪の吸収効果を阻害しない。

（請求項７）
(f)前記筒状ケースの内部に、該筒状ケースの排気通路に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個のフィン形成体が配置される。触媒を担持する、筒状ケースの全長に渡る内周面積、及び全フィン形成体の合計表面積を増大化し、触媒メタル担体の浄化性能を向上できる。

（請求項８、９）
(g)前記フィン形成体が複数枚の板状のフィンを組合せた板組体からなるものとすることにより、各フィンを例えば板厚0.8乃至3mm、より好適には1乃至2mmの板状とし、フィン形成体の耐熱強度、耐振動強度等を確保し、触媒メタル担体の耐久性を容易に確保できる。

（請求項１０）
(h)前記フィン形成体が、複数枚の板状のフィンが一体をなすように削り出された一体物からなるものとすることにより、各フィンを例えば板厚0.8乃至3mm、より好適には1乃至2mmの板状とし、フィン形成体の耐熱強度、耐振動強度等を確保し、触媒メタル担体の耐久性を容易に確保できる。

（請求項１１、１２）
(i)前記フィン形成体が、複数枚の板状のフィンとともに一体をなしてそれらのフィンにつながって該フィンを囲む外環部を有し、この外環部が筒状ケースの内周面に固定される。一体物をなすフィン形成体の各フィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部を、該端部につながる外環部を介して、筒状ケースの内周面に単純かつ確実に固定できる。

図１は第１実施形態の触媒メタル担体を示す正面図である。 図２は触媒メタル担体を示す側面図である。 図３はフィン形成体となる板組体の小組体を構成する板を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図４は板組体の小組体を示す正面図である。 図５は板組体を構成する取付板を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は端面図である。 図６は板組体を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図７は板組体が挿入された筒状ケースを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図８は抜け止め部材を示す正面図である。 図９は第２実施形態の触媒メタル担体を示す正面図である。 図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１１は筒状ケースを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図１２はフィン形成体を示す正面図である。 図１３は抜け止め部材を示す正面図である。

（第１実施形態）（図１乃至図８）
図１、図２に示す触媒メタル担体１は、自動車エンジンの排気ポートに連通する排気管の出口端部（中間部でも可）に接続されて用いられる。触媒メタル担体１は、円筒状等の筒状ケース１０が形成する排気通路１１の内部に金属製のフィン形成体２０が配置され、フィン形成体２０が有する多数個の板状のフィン２１の表面に触媒を担持して構成される。

触媒メタル担体１は、エンジン回転の上昇、下降の度に加熱冷却がくり返され、空冷下の筒状ケース１０に拘束されるフィン形成体２０の各フィン２１と該筒状ケース１０との接合部には大きな熱歪に基づく大きな熱応力ひいては熱疲労を発生させ易く、厳しい熱的環境にある。触媒メタル担体１が自動車エンジンの過酷な長時間連続使用環境下で使用されるときには、フィン形成体２０を構成する各フィン２１は、高負荷運転による高温排ガスの高熱に曝され、或いは触媒の反応による発熱を受けて熱せられ、更には付着した未燃ガスが爆発して生ずるアフターファイヤによって過熱され、一層大きな熱歪を生ずる。

また、触媒メタル担体１は、激しい車体及びエンジンの振動に起因する激しい振動が繰り返し付与され、フィン形成体２０の各フィン２１と筒状ケース１０との接合部には大きな繰り返し応力を発生させ易く、厳しい振動環境にある。

触媒メタル担体１は、以上のような過酷な熱的環境及び振動環境で使用されても、高い耐久性を確保するため、筒状ケース１０、フィン形成体２０、及び抜け止め部材４０を以下の如くに組立てて構成される。

（筒状ケース１０）
筒状ケース１０は、図１、図２、図７に示す如く、例えばステンレス鋼板の帯状材（例えばSUS430材、板厚1.5mm）を円筒状に曲げ成形し、その両端部が突き合せ状態でＴＩＧ溶接等で溶接されて形成される（溶接部Ｗ1）。

（フィン形成体２０）
フィン形成体２０は、図１、図２、図７に示す如く、多数個の例えばステンレス鋼板からなる板状フィン２１を有し、各フィン２１がその板長手方向で筒状ケース１０の内周面に交差し、かつその板幅方向で筒状ケース１０の筒軸方向に沿うように排気通路１１内に延在され、相隣るフィン２１によって該排気通路１１内に多数の小排気流路１２を区画する。

本実施形態のフィン形成体２０は、複数枚のステンレス鋼板の板３１（第１と第２の板３１Ａ、３１Ｂ）を組合せた板組体３０から構成され、それらの板３１によって各フィン２１を形成するものとしている。板組体３０を構成する各板３１（第１と第２の板３１Ａ、３１Ｂ）は、本実施形態では、図３に示す如くのプレス成形体により形成される。

ここで、フィン形成体２０を構成する本実施形態の板組体３０は、第１と第２の小組体３０Ａ、３０Ｂからなる。第１の小組体３０Ａは第１の板３１Ａを有して構成され、第２の小組体３０Ｂは第２の板３１Ｂを有して構成される。各小組体３０Ａ、３０Ｂのそれぞれは、図４に示す如く、３枚の板３１Ａ、３１Ｂのそれぞれが互いに三角形をなすように突き合され、当該三角形の各頂部で、相突き合される２枚の板３１Ａと板３１Ａ、又は板３１Ｂと板３１Ｂが板長手方向の両端部においてそれらの板幅方向の両端部に図３に示す如くに設けた折れ曲がり状先端部３１Ｆを、図５に示したステンレス鋼板の取付板３２の板幅方向の中央部における板長手方向の両端部に設けた切欠溝部３２Ｆに差し込み、この切欠溝部３２Ｆに差し込まれた各２枚の板３１Ａ又は板３１Ｂの先端部３１Ｆと取付板３２とがＴＩＧ溶接等で溶接された小組体となる（溶接部Ｗ2）。

また、本実施形態の板組体３０において、第１と第２の板３１Ａ、３１Ｂは、図３に示す如く、それらの板幅方向に沿う一端部から中間部に渡るスリット３１Ｓを備える。そして、板組体３０を構成する小組体３０Ａ、３０Ｂは、図６に示す如く、一方の小組体３０Ａにおける板３１Ａの中実部が他方の小組体３０Ｂにおける板３１Ｂのスリット３１Ｓに嵌合され、他方の小組体３０Ｂにおける板３１Ｂの中実部が一方の小組体３０Ａにおける板３１Ａのスリット３１Ｓに嵌合され、それらの各嵌合部でそれらの板３１Ａ、３１ＢがＴＩＧ溶接等で溶接されて板組体３０を構成するものになる（溶接部Ｗ3）。

更に、フィン形成体２０にあっては、各フィン２１における筒状ケース１０の内周面に交差する端部（本実施形態では、板組体３０における板３１（第１と第２の板３１Ａ、３１Ｂ）の先端部）３１Ｆが、筒状ケース１０の内周面に固定されるとともに、該フィン２１の板長手方向の中間部に熱歪吸収用の曲がり部２１Ｒ（本実施形態では板３１（３１Ａ、３１Ｂ）の板長手方向の中間部に設けられたＵ字状曲がり部３１Ｒ）が設けられる。

本実施形態において、フィン形成体２０の各フィン２１における筒状ケース１０の内周面に交差する端部は、図７に示す如く、筒状ケース１０の内周面に溶接止めされる。具体的には、フィン形成体２０を構成する板組体３０が筒状ケース１０の内周面に嵌合するように挿入され、該板組体３０を構成する各板３１（３１Ａ、３１Ｂ）の先端部３１Ｆに設けた各取付板３２が筒状ケース１０の内周面に添設され、筒状ケース１０において板組体３０の各取付板３２に対応する部位に設けられた溶接用孔部１３において、それらの筒状ケース１０と各取付板３２とがＴＩＧ溶接等で溶接される（溶接部Ｗ4）。

但し、フィン形成体２０の各フィン２１における筒状ケース１０の内周面に交差する端部は、筒状ケース１０の内周面に溶接止めされず、加締め止め等されて固定されるものでも良い。

尚、本実施形態の触媒メタル担体１は、筒状ケース１０の内部に、１個のフィン形成体２０（第１と第２の小組体３０Ａ、３０Ｂからなる板組体３０）が配置された。但し、触媒メタル担体１にあっては、筒状ケース１０の内部に、該筒状ケース１０の排気通路１１に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個のフィン形成体２０が配置されるものとしても良い。

ここで、フィン形成体２０を複数個使用し、筒状ケース１０の排気通路１１に沿う一端側から他端側に向けて相並ぶフィン形成体２０を周方向で互いにθ度ずらして配置した場合、相並ぶフィン形成体２０におけるそれらのフィン２１端面の重なり合わない部分が排気通路１１に露出し、触媒と排気ガスの接する表面積が増加することで、排気ガスの浄化性能が向上する。また互いのフィン２１が重なり合わない部分を設けることで、上流側に配置されたフィン形成体２０におけるフィン２１の排気下流側に排気が流入可能な空間ができる。この空間ひとつひとつが排気の流れを細かく分割する排気の経路となり、排気通路１１内では異なる経路を通る排気の流れ同士が干渉し合うことで流れが乱れて排気の抵抗となり、排気ガスがメタル担体１を通過する時間が長くなる。つまり触媒と排気ガスの接する時間が増加することにより、排気ガスの浄化性能がより一層向上する。

フィン形成体２０を複数個使用し、筒状ケース１０の排気通路１１に沿う一端側から他端側に向けて相並ぶフィン形成体２０を互いに周方向にずらさず（同一向き、かつそれらのフィン２１が互いに重なり合うようにして）配置した場合、メタル担体１におけるフィン２１とその相並ぶフィン２１によって区画される小排気流路１２の小排気流路面積は、フィン形成体２０単体における小排気流路１２の小排気流路断面積と等しく、相並ぶフィン形成体２０においてそれらのフィン２１を周方向で互いにθ度ずらして配置した場合に比べて小排気流路断面積を広く確保できるため、排気抵抗を低減でき、エンジン出力を向上できる。またメタル担体１の排気上流側から排気下流側にかけて、相並ぶフィン形成体２０におけるそれらのフィン２１が互いに同一位置で重なり合う状態は、フィン２１の板幅方向長さを増加させることと同義であり、メタル担体１の内部において排気を整流する効果も得られるため、排気抵抗の低減はより顕著となる。

（抜け止め部材４０）
抜け止め部材４０は、フィン形成体２０の筒状ケース１０からの脱落を防止する。抜け止め部材４０は、フィン形成体２０に溶接等されて接合されることなく、該フィン形成体２０における各フィン２１の板幅方向の端面に添設される状態で、該筒状ケース１０の少なくとも排気下流側の端部の内周面に固定され、フィン形成体２０の少なくとも排気下流側への脱落を防止する。フィン形成体２０が配置された筒状ケース１０の排気上流側で、該筒状ケース１０が接続される排気管の内径がそれらの筒状ケース１０、フィン形成体２０の外径よりも小径化されていて、該フィン形成体２０の排気上流側への脱落が当該排気管の内径の存在によって防止されるならば、抜け止め部材４０を筒状ケース１０の排気上流側の端部に設けることは必ずしも要しない。

本実施形態の抜け止め部材４０は、例えばステンレス鋼からなり、図８に示す如く、中心部４１から周方向において例えば６０度間隔を介して半径方向に延在される例えば６本の棒状部４２を有するとともに、各棒状部４２の先端部で周方向の両側に張り出て、該棒状部４２とともにＴ字状をなす取付部４３を有する。抜け止め部材４０は、筒状ケース１０の内周面に嵌合するように挿入され、各取付部４３が筒状ケース１０の内周面に添設され、該取付部４３の周辺部（本実施形態では筒状ケース１０の外方に臨む３箇所）が筒状ケース１０の内周面にＴＩＧ溶接等で溶接される（溶接部Ｗ5）。このとき、抜け止め部材４０の棒状部４２は、フィン形成体２０における各フィン２１の前面に配置されるものの、それらのフィン２１に接合されることなく、それらのフィン２１に添設される。

ここで、触媒メタル担体１の組立手順は、例えば以下の通りになされる。
(1)板組体３０からなるフィン形成体２０を筒状ケース１０の内周面に嵌合するように挿入する。そして、筒状ケース１０と、フィン形成体２０を構成する板組体３０の取付板３２とがＴＩＧ溶接等で溶接されて固定される。

(2)抜け止め部材４０が筒状ケース１０の排気下流側の端部からその内周面に嵌合するように挿入され、この抜け止め部材４０の取付部４３の周辺部が筒状ケース１０の内周面にＴＩＧ溶接等で溶接される。

以上のようにして組立てられた触媒メタル担体１は、筒状ケース１０の内周面、フィン形成体２０及び抜け止め部材４０の表面に、触媒（酸化触媒、還元触媒、又は三元触媒等）を塗布、焼付けられて担持するものになる。

従って、本実施形態の触媒メタル担体１によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)フィン形成体２０の板状の各フィン２１における筒状ケース１０の内周面に交差する端部が、該筒状ケース１０の内周面に、溶接止め又は加締め止め等されて固定されるとともに、該フィン２１の板長手方向の中間部に、熱歪吸収用の曲がり部２１Ｒが設けられる。

(b)自動車エンジンの過酷な使用環境下で、排ガス温度が高負荷運転によって例えば1000℃乃至1200℃程度の高温になる長時間連続使用環境下でも、この排ガス温度が溶接止め部の融点（例えばSUS430の1427〜1510℃）を超えることがなく、該溶接止め部が溶けることはないから、フィン形成体２０を筒状ケース１０に安定的に固定できる。

(c)自動車エンジンの過酷な使用環境下で、高負荷運転による高温の排ガスに曝されるフィン形成体２０における各フィン２１の熱歪は、当該フィン２１の中間部に設けた曲がり部２１Ｒの熱的変形によって吸収され、各フィン２１の端部の溶接止め部又は加締め止め部に及ばない。従って、溶接止め部又は加締め止め部が空冷下の筒状ケース１０と過熱状態の各フィン２１との接合境界部に位置して厳しい熱的環境にあるにもかかわらず、それらの溶接止め部又は加締め止め部に大きな熱応力を発生させず、それらの溶接止め部又は加締め止め部を破壊させることがないから、フィン形成体２０を筒状ケース１０に安定的に固定できる。

(d)自動車の車体及びエンジンの振動が激しくなるときにも、この振動に起因してフィン形成体２０に生ずる振動による破壊は、フィン形成体２０における各フィン２１の板厚を例えば0.8乃至3mmとし、フィン形成体２０の強度を向上させることによって回避できるから、フィン形成体２０を筒状ケース１０に安定的に固定できる。

(e)前記筒状ケース１０の内部に、該筒状ケース１０の排気通路１１に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個のフィン形成体２０が配置される。触媒を担持する、筒状ケース１０の全長に渡る内周面積、及び全フィン形成体２０の合計表面積を増大化し、触媒メタル担体の浄化性能を向上できる。

(f)前記フィン形成体２０の筒状ケース１０からの脱落を防止する抜け止め部材４０が、該フィン形成体２０のフィン２１に接合されることなく、該フィン形成体２０を該筒状ケース１０の筒軸方向に保持する状態で、該筒状ケース１０の少なくとも排気下流側の端部に固定されて支持される。従って、前述(a)乃至(d)にもかかわらず、フィン形成体２０と筒状ケース１０との溶接止め部又は加締め止め部が万一破壊に至ったとしても、筒状ケース１０の内周面から分離したフィン形成体２０を抜け止め部材４０によって抜け止めし、筒状ケース１０からのフィン形成体２０の脱落を確実に防止できる。

このとき、抜け止め部材４０は、フィン形成体２０のフィン２１に接合されず、該フィン形成体２０を筒状ケース１０の筒軸方向に保持するのみで該フィン形成体２０を抜け止めしている。従って、抜け止め部材４０がフィン形成体２０の各フィン２１に溶接等されて固定されるものに比して、各フィン２１における板長手方向の変形が抜け止め部材４０との係わりによって拘束されることがなく、各フィン２１の曲がり部２１Ｒによる前述(c)における各フィン２１の熱歪の吸収効果を阻害しない。

(g)前記フィン形成体２０が複数枚の金属製の板を組合せた板組体３０からなるものとすることにより、各フィン２１を例えば板厚0.8乃至3mm、より好適には1乃至2mmの板状とし、フィン形成体２０の耐熱強度、耐振動強度等を確保し、触媒メタル担体１の耐久性を容易に確保できる。

（第２実施形態）（図９乃至図１３）
図９、図１０に示す触媒メタル担体２が、前記触媒メタル担体１と実質的に異なる点は、フィン形成１２０が有する多数個の板状のフィン１２１が一体をなすように削り出された一体物からなるものとしたことにある。

即ち、触媒メタル担体２は、自動車エンジンの排気ポートに連通する排気管の出口端部（中間部でも可）に接続されて用いられる。触媒メタル担体２は、円筒状等の筒状ケース１１０が形成する排気通路１１１の内部に金属製のフィン形成体１２０が配置され、フィン形成体１２０が有する多数個の板状のフィン１２１の表面に触媒を担持して構成される。

触媒メタル担体２は、エンジン回転の上昇、下降の度に加熱冷却がくり返され、空冷下の筒状ケース１１０に拘束されるフィン形成体１２０の各フィン１２１と該筒状ケース１１０との接合部には大きな熱歪に基づく大きな熱応力ひいては熱疲労を発生させ易く、厳しい熱的環境にある。触媒メタル担体２が自動車エンジンの過酷な長時間連続使用環境下で使用されるときには、フィン形成体１２０を構成する各フィン１２１は、高負荷運転による高温排ガスの高熱に曝され、或いは触媒の反応による発熱を受けて熱せられ、更には付着した未燃ガスが爆発して生ずるアフターファイヤによって過熱され、一層大きな熱歪を生ずる。

また、触媒メタル担体２は、激しい車体及びエンジンの振動に起因する激しい振動が繰り返し付与され、フィン形成体１２０の各フィン１２１と筒状ケース１１０との接合部には大きな繰り返し応力を発生させ易く、厳しい振動環境にある。

触媒メタル担体２は、以上のような過酷な熱的環境及び振動環境で使用されても、高い耐久性を確保するため、筒状ケース１１０、フィン形成体１２０、及び抜け止め部材１４０を以下の如くに組立てて構成される。

（筒状ケース１１０）
筒状ケース１１０は、図９、図１０、図１１に示す如く、例えばステンレス鋼板の帯状材（例えばSUS430材、板厚1.5mm）を円筒状に曲げ成形し、その両端部が突き合せ状態でＴＩＧ溶接等で溶接されて形成される（溶接部Ｗ1）。

（フィン形成体１２０）
触媒メタル担体２は、図９、図１０、図１２に示す如く、多数個の例えばステンレス鋼板の板状フィン１２１を有し、各フィン１２１がその板長手方向で筒状ケース１１０の内周面に交差し、かつその板幅方向で筒状ケース１１０の筒軸方向に沿うように排気通路１１１内に延在され、相隣るフィン１２１によって該排気通路１１１内に多数の小排気流路１１２を区画する。

本実施形態のフィン形成体１２０は、多数個の板状のフィン１２１が一体をなすように削り出された一体物から構成される。フィン形成体１２０は、本実施形態ではステンレス鋼の板材或いはブロック体からレーザー加工によって削り出されて形成される。

ここで、本実施形態のフィン形成体１２０は、図１２に示す如く、多数個（本実施形態では12個）の板状のフィン１２１を中心部１２２から周方向に一定の間隔（本実施形態では30度間隔）を介して半径方向に延在され、各フィン１２１の先端部につながって該フィン１２１を囲む外環部１２３を有する。フィン１２１と中心部１２２と外環部１２３が一体物をなす。

更に、フィン形成体１２０にあっては、各フィン１２１における筒状ケース１１０の内周面に交差する端部が、外環部１２３ととともに、該筒状ケース１１０の内周面に固定されるとともに、該フィン１２１の板長手方向の中間部に熱歪吸収用の曲がり部（本実施形態では、Ｕ字状曲がり部）１２１Ｒが設けられる。尚、フィン形成体１２０は、外環部１２３の周方向に一定間隔をなす複数位置（本実施形態では３位置）で該外環部１２３を周方向において切離した、熱歪吸収用の切離部１２３Ｒを備える。

本実施形態において、フィン形成体１２０における筒状ケース１１０の内周面に固定される外環部１２３は、筒状ケース１１０の内周面に溶接止めされる。具体的には、筒状ケース１１０の周方向に一定間隔をなす複数位置（本実施形態では４位置）に設けられるスリット部１１３において、それらの筒状ケース１１０と外環部１２３の外周面とがＴＩＧ溶接等で溶接される（溶接部Ｗ2）。

尚、フィン形成体１２０にあっては、各フィン１２１の先端部につながる外環部１２３を備えないとき、各フィン１２１の先端部を直接的に筒状ケース１１０の内周面に固定しても良い。

また、フィン形成体１２０において、各フィン１２１の先端部を直接的に筒状ケース１１０の内周面に固定し、又は各フィン１２１の先端部につながる外環部１２３を筒状ケース１１０の内周面に固定する手段は、溶接止めに限らず、加締め止め等されても良い。

更に、本実施形態の触媒メタル担体２は、筒状ケース１１０の内部に、該筒状ケース１１０の排気通路１１１に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個（本実施形態では４個）のフィン形成体１２０が配置される。このとき、相隣るフィン形成体１２０は、それらのフィン１２１を周方向で互いにθ度（図９）（本実施形態では15度）ずらして配置される。

ここで、フィン形成体１２０を複数個使用し、筒状ケース１１０の排気通路１１１に沿う一端側から他端側に向けて相並ぶフィン形成体１２０を周方向で互いにθ度ずらして配置した場合、相並ぶフィン形成体１２０におけるそれらのフィン１２１端面の重なり合わない部分が排気通路１１１に露出し、触媒と排気ガスの接する表面積が増加することで、排気ガスの浄化性能が向上する。また互いのフィン１２１が重なり合わない部分を設けることで、上流側に配置されたフィン形成体１２０におけるフィン１２１の排気下流側に排気が流入可能な空間ができる。この空間ひとつひとつが排気の流れを細かく分割する排気の経路となり、排気通路１１１内では異なる経路を通る排気の流れ同士が干渉し合うことで流れが乱れて排気の抵抗となり、排気ガスがメタル担体１を通過する時間が長くなる。つまり触媒と排気ガスの接する時間が増加することにより、排気ガスの浄化性能がより一層向上する。

尚、複数個の相並ぶフィン形成体１２０は、周方向で互いにずらすものに限らず、互いに反転して配置し、互いに反転し、かつ周方向にずらして配置し、或いは互いに反転させず、かつ周方向でずらさずに配置しても良い。

フィン形成体１２０を複数個使用し、筒状ケース１１０の排気通路１１１に沿う一端側から他端側に向けて相並ぶフィン形成体１２０を表裏交互に反転して配置した場合、相並ぶフィン形成体１２０におけるそれらのフィン１２１端面の重なり合わない部分が排気通路１１１に露出し、触媒と排気ガスの接する表面積が増加することで、排気ガスの浄化性能が向上する。また互いのフィン１２１が重なり合わない部分を設けることで、上流側に配置されたフィン形成体１２０におけるフィン１２１の排気下流側に排気が流入可能な空間ができる。この空間ひとつひとつが排気の流れを細かく分割する排気の経路となり、排気通路１１１内では異なる経路を通る排気の流れ同士が干渉し合うことで流れが乱れて抵抗となり、排気ガスがメタル担体１を通過する時間が長くなる。つまり触媒と排気ガスの接する時間が増加することにより、排気ガスの浄化性能がより一層向上する。

フィン形成体１２０を複数個使用し、筒状ケース１１０の排気通路１１１に沿う一端側から他端側に向けて相並ぶフィン形成体１２０を表裏交互に反転し、かつ相並ぶフィン形成体１２０を周方向で互いにθ度ずらして配置した場合、相並ぶフィン形成体１２０におけるそれらのフィン１２１端面の重なり合わない部分が排気通路１１１に露出し、触媒と排気ガスの接する表面積が増加することで、排気ガスの浄化性能が向上する。また互いのフィン１２１が重なり合わない部分を設けることで、上流側に配置されたフィン形成体１２０におけるフィン１２１の排気下流側に排気が流入可能な空間ができる。この空間ひとつひとつが排気の流れを細かく分割する排気の経路となり、排気通路１１１内では異なる経路を通る排気の流れ同士が干渉し合うことで流れが乱れて排気の抵抗となり、排気ガスがメタル担体１を通過する時間が長くなる。つまり触媒と排気ガスの接する時間が増加することにより、排気ガスの浄化性能がより一層向上する。

フィン形成体１２０を複数個使用し、筒状ケース１１０の排気通路１１１に沿う一端側から他端側に向けて相並ぶフィン形成体１２０を互いに反転させず、かつ周方向でずらさずに（同一向き、かつそれらのフィン１２１が互いに重なり合うようにして）配置した場合、メタル担体２におけるフィン１２１とその相並ぶフィン１２１によって区画される小排気流路１１２の小排気流路断面積は、フィン形成体１２０単体における小排気流路１１２の小排気流路断面積と等しく、相並ぶフィン形成体１２０を表裏交互に反転した場合や、相並ぶフィン形成体１２０においてそれらのフィン１２１を周方向で互いにθ度ずらして配置した場合、あるいはそれら両方を組み合わせた場合に比べて小排気流路断面積を広く確保できるため、排気抵抗を低減でき、エンジン出力を向上できる。またメタル担体２の排気上流側から排気下流側にかけて、相並ぶフィン形成体１２０におけるそれらのフィン１２１が互いに同一位置で重なり合う状態は、フィン１２１の板幅方向長さを増加させることと同義であり、メタル担体２の内部において排気を整流する効果も得られるため、排気抵抗の低減はより顕著となる。

（抜け止め部材１４０）
抜け止め部材１４０は、フィン形成体１２０の筒状ケース１１０からの脱落を防止する。抜け止め部材１４０は、フィン形成体１２０に溶接等されて接合されることなく、該フィン形成体１２０における各フィン１２１の板幅方向の端面に添設される状態で、該筒状ケース１１０の少なくとも排気下流側の端部の内周面に固定され、フィン形成体１２０の少なくとも排気下流側への脱落を防止する。フィン形成体１２０が配置された筒状ケース１１０の排気上流側で、該筒状ケース１１０が接続される排気管の内径がそれらの筒状ケース１１０、フィン形成体１２０の外径よりも小径化されていて、該フィン形成体１２０の排気上流側への脱落が当該排気管の内径の存在によって防止されるならば、抜け止め部材１４０を筒状ケース１１０の排気上流側の端部に設けることは必ずしも要しない。

本実施形態の抜け止め部材１４０は、例えばステンレス鋼からなり、図１３に示す如く、中心部１４１から周方向において例えば120度間隔を介して半径方向に延在される例えば３本の棒状部１４２を有するとともに、各棒状部１４２の先端部で周方向の両側に張り出て、該棒状部１４２とともにＴ字状をなす取付部１４３を有する。抜け止め部材１４０は、筒状ケース１１０の内周面に嵌合するように挿入され、各取付部１４３が筒状ケース１１０の内周面に添設され、該取付部１４３の周辺部（本実施形態では筒状ケース１１０の外方に臨む３箇所）が筒状ケース１１０の内周面にＴＩＧ溶接等で溶接される（溶接部Ｗ3）。このとき、抜け止め部材１４０の棒状部１４２は、フィン形成体１２０における各フィン１２１の前面に配置されるものの、それらのフィン１２１に接合されることなく、それらのフィン１２１に添設される。

ここで、触媒メタル担体２の組立手順は、例えば以下の通りになされる。
(1)フィン形成体１２０を筒状ケース１１０の内周面へ嵌合するように挿入する。そして、筒状ケース１１０と、フィン形成体１２０の外環部１２３の外周面とがＴＩＧ溶接等で溶接されて固定される。

(2)抜け止め部材１４０が筒状ケース１１０の排気上流側と排気下流側の両外側からその内周面に嵌合するように挿入され、この抜け止め部材１４０の取付部１４３の周辺部が筒状ケース１１０の内周面にＴＩＧ溶接等で溶接されて固定される。

以上のようにして組立てられた触媒メタル担体２は、筒状ケース１１０の内周面、フィン形成体１２０及び抜け止め部材１４０の表面に、触媒（酸化触媒、還元触媒、又は三元触媒等）を塗布、焼付けられて担持するものになる。

従って、本実施形態の触媒メタル担体２によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)フィン形成体１２０の板状の各フィン１２１における筒状ケース１１０の内周面に交差する端部が、該筒状ケース１１０の内周面に、溶接止め又は加締め止め等されて固定されるとともに、該フィン１２１の板長手方向の中間部に、熱歪吸収用の曲がり部１２１Ｒが設けられる。

(b)自動車エンジンの過酷な使用環境下で、排ガス温度が高負荷運転によって例えば1000℃乃至1200℃程度の高温になる長時間連続使用環境下でも、この排ガス温度が溶接止め部の融点（例えばSUS430の1427〜1510℃）を超えることがなく、該溶接止め部が溶けることはないから、フィン形成体１２０を筒状ケース１１０に安定的に固定できる。

(c)自動車エンジンの過酷な使用環境下で、高負荷運転による高温の排ガスに曝されるフィン形成体１２０における各フィン１２１の熱歪は、当該フィン１２１の中間部に設けた曲がり部１２１Ｒの熱的変形によって吸収され、各フィン１２１の端部の溶接止め部又は加締め止め部に及ばない。従って、溶接止め部又は加締め止め部が空冷下の筒状ケース１１０と過熱状態の各フィン１２１との接合境界部に位置して厳しい熱的環境にあるにもかかわらず、それらの溶接止め部又は加締め止め部に大きな熱応力を発生させず、それらの溶接止め部又は加締め止め部を破壊させることがないから、フィン形成体１２０を筒状ケース１１０に安定的に固定できる。

(d)自動車の車体及びエンジンの振動が激しくなるときにも、この振動に起因してフィン形成体１２０に生ずる振動による破壊は、フィン形成体１２０における各フィン１２１の板厚を例えば0.8乃至3mmとし、フィン形成体１２０の強度を向上させることによって回避できるから、フィン形成体１２０を筒状ケース１１０に安定的に固定できる。

(e)前記筒状ケース１１０の内部に、該筒状ケース１１０の排気通路１１１に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個のフィン形成体１２０が配置される。触媒を担持する、筒状ケース１１０の全長に渡る内周面積、及び全フィン形成体１２０の合計表面積を増大化し、触媒メタル担体の浄化性能を向上できる。

(f)前記フィン形成体１２０の筒状ケース１１０からの脱落を防止する抜け止め部材１４０が、該フィン形成体１２０のフィン１２１に接合されることなく、該フィン形成体１２０を該筒状ケース１１０の筒軸方向に保持する状態で、該筒状ケース１１０の少なくとも排気下流側の端部に固定される。従って、前述(a)乃至(d)にもかかわらず、フィン形成体１２０と筒状ケース１１０との溶接止め部又は加締め止め部が万一破壊に至ったとしても、筒状ケース１１０の内周面から分離したフィン形成体１２０を抜け止め部材１４０によって抜け止めし、筒状ケース１１０からのフィン形成体１２０の脱落を確実に防止できる。

このとき、抜け止め部材１４０は、フィン形成体１２０のフィン１２１に接合されず、該フィン形成体１２０を筒状ケース１１０の筒軸方向に保持するのみで該フィン形成体１２０を抜け止めしている。従って、抜け止め部材１４０がフィン形成体１２０の各フィン１２１に溶接等されて固定されるものに比して、各フィン１２１における板長手方向の変形が抜け止め部材１４０との係わりによって拘束されることがなく、各フィン１２１の曲がり部１２１Ｒによる前述(c)における各フィン１２１の熱歪の吸収効果を阻害しない。

(g)前記フィン形成体１２０が、多数個の板状のフィン１２１が一体をなすように削り出された一体物からなるものとすることにより、各フィン１２１を例えば板厚0.8乃至3mm、より好適には1乃至2mmの板状とし、フィン形成体１２０の耐熱強度、耐振動強度等を確保し、触媒メタル担体の耐久性を容易に確保できる。

(h)前記フィン形成体１２０が、多数個の板状のフィン１２１とともに一体をなしてそれらのフィン１２１につながって該フィン１２１を囲む外環部１２３を有し、この外環部１２３が筒状ケース１１０の内周面に固定される。一体物をなすフィン形成体１２０の各フィン１２１における筒状ケース１１０の内周面に交差する端部を、該端部につながる外環部１２３を介して、筒状ケース１１０の内周面に単純かつ確実に固定できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、フィン形成体において、各フィンの板長手方向の中間部に設けられる曲がり部は、当該フィンの板長手方向の中間一か所に限らず、中間複数か所のそれぞれに設けられても良い。

また、触媒メタル担体を構成する筒状ケース、フィン形成体、及び抜け止め部材等の構成材料は、耐熱性に優れるものであれば特に限定されない。

本発明によれば、過酷な使用環境下で高い耐久性を確保できる触媒メタル担体を提供することができる。

１、２ 触媒メタル担体
１０、１１０ 筒状ケース
１１、１１１ 排気通路
１２、１１２ 小排気流路
２０、１２０ フィン形成体
２１、１２１ フィン
２１Ｒ、１２１Ｒ 曲がり部
１２３ 外環部
１２３Ｒ 切離部
３０ 板組体
３０Ａ、３０Ｂ 小組体
３１、３１Ａ、３１Ｂ 板
３１Ｓ スリット
４０、１４０ 抜け止め部材

Claims (12)

1. 筒状ケースが形成する排気通路の内部に金属製のフィン形成体が配置されてなる触媒メタル担体であって、
   フィン形成体が表面に触媒を担持して構成される板状のフィンを有し、該フィンがその板長手方向で筒状ケースの内周面に交差するように排気通路内に延在され、該フィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部が該筒状ケースの内周面に固定され、
   該フィン形成体のフィンによって排気通路内に小排気流路を区画し、該フィンの当該小排気流路に接する板長手面における板長手方向の一端部から他端部の間の中間部に、該フィンの当該板長手面における板長手方向に生ずる熱歪を吸収するためのＵ字状曲がり部が設けられ、
   該Ｕ字状曲がり部は、該フィンの該板長手面における該中間部に板長手方向の両側で連なる両側部分に対し、折れ曲がり状をなしてつながる触媒メタル担体。
2. 前記Ｕ字状曲がり部は、前記フィンの前記板長手面における前記中間部に板長手方向の両側で連なる両側直線状部分に対し、折れ曲がり状をなしてつながる請求項１に記載の触媒メタル担体。
3. 前記フィン形成体が複数枚の板状のフィンを有し、各フィンによって排気通路内に複数の小排気流路を区画し、
   各フィンが、それらの板長手面における板長手方向の中間部で、それらの各小排気流路を区画する部分毎に前記Ｕ字状曲がり部を備えてなる請求項１又は２に記載の触媒メタル担体。
4. 前記フィン形成体を構成するフィンの板厚が0.8乃至3mmとされる請求項１乃至３のいずれかに記載の触媒メタル担体。
5. 前記フィン形成体のフィンにおける筒状ケースの内周面に交差する端部が該筒状ケースの内周面に溶接止めされる請求項１乃至４のいずれかに記載の触媒メタル担体。
6. 前記フィン形成体の筒状ケースからの脱落を防止する抜け止め部材が、該フィン形成体のフィンに接合されることなく、該フィン形成体を該筒状ケースの筒軸方向に保持する状態で、該筒状ケースに支持される請求項１乃至５のいずれかに記載の触媒メタル担体。
7. 前記筒状ケースの内部に、該筒状ケースの排気通路に沿う一端側から他端側に向けて順に並ぶ複数個のフィン形成体が配置される請求項１乃至６のいずれかに記載の触媒メタル担体。
8. 前記フィン形成体が複数枚の板状のフィンを組合せた板組体からなる請求項１乃至７のいずれかに記載の触媒メタル担体。
9. 前記板組体を構成する各フィンが、プレス成形体からなる請求項８に記載の触媒メタル担体。
10. 前記フィン形成体が、複数枚の板状のフィンが一体をなすように削り出された一体物からなる請求項１乃至７のいずれかに記載の触媒メタル担体。
11. 前記フィン形成体が、複数枚の板状のフィンとともに一体をなしてそれらのフィンにつながって該フィンを囲む外環部を有し、この外環部が筒状ケースの内周面に固定される請求項１０に記載の触媒メタル担体。
12. 前記フィン形成体が、外環部に、該外環部を周方向において切離した熱歪吸収用の切離部を備える請求項１１に記載の触媒メタル担体。

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