JPH02233123A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として排
気管の途中に介装される、排気ガス浄化用触媒を担持さ
せるための金属製ハニカムコア体から成る排気ガス浄化
装置に関する．更に詳し〈は、本発明は過酷な条件下で
使用されるこの種の排気ガス浄化装置において、金属製
ハニカムコア体として、熱膨張や熱応力による変形や破
損に対する耐久性を改善した排気ガス浄化装置に関する
ものである． （従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、一般に耐熱性の薄
肉鋼板からの平板状帯材と前記薄肉鋼板を波形成形した
波板状帯材とを、相互に当接部を有するように重積し，
これを一括渦巻状に巻回積層するか、あるいは階層状に
重績して製作した軸方向に排気ガス通路のための多数の
網目状通気孔路を有するハニカム状積層体（以下、ハニ
カムコア体という．）と、前記ハニカムコア体を填装し
固着するための両端が開口した筒状の金属ケースから構
成されている．そして、前記ハニカムコア体と金属ケー
スとは，排気ガス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触
媒との発熱反応などによる熱膨張や熱的応力に耐えるよ
うに、また自動車走行時の振動などに耐え得るようにろ
ラ接や溶接などにより強固に固着される．なお，ハニカ
ムコア体を構成する平板状帯材と波板状帯材の当接部は
種々の方法により固着されることはいうまでもないこと
である． また、最近においては、従来のコーディエライト系セラ
ミック担体との価格競争面からハニカムコア体を填装し
強固に固着するための金属ケースを使用しないもの、即
ち金属製ハニカムコア体のみで排気ガス浄化装置を構成
しようとする動さがある．この場合、金属ケースを使用
しないことから、金属ケースの製作コスト，金属ケース
と金属製ハニカムコア体の填装．固着コスト，いわゆる
キャンニングコストなどが削減され，大幅なコストメリ
ットが生じることばいうまでもないことである． （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記した従来のハニカムコア体からのみ
構成される排気ガス浄化装置、あるいはハニカムコア体
と金属ケースとから構成される排気ガス浄化装置は、長
期の使用に耐えるものではない．特に、ハニカムコア体
の軸方向（即ち、排気ガスの流入、通過方向）において
、前記した高い温度雰囲気下による熱膨張や熱応力に基
づく変形力が、ハニカムコア体の外周部近傍あるいはハ
ニカムコア体の外周面と金属ケースの内壁面との当接面
に集中するため、ハニカムコア体の外周部近傍において
該ハニカムコア体を構成する平板状帯材及び／又は波板
状帯材のヒビ割れ，破損が大きく、またこれら帯材間の
当接部あるいはハニカムコア体と金属ケース間の当接部
の剥離や離体が大きくなるという欠点がある． これは，ハニカムコア体を構成する平板状帯材と波板状
帯材との間を、あるいはハニカムコア体の外周面と金属
ケースの内壁面とを単に強固に固着すればよいという考
え方に修正をせまるものである． 本発明者は、前記した従来の排気ガス浄化装置の欠点を
解消すべく、鋭意検討した．その結果、ハニカムコア体
を構成する部材、即ち平板状帯材と波板状帯材の少なく
とも一方に、ノ＼二カムコア体の軸方向（排気ガスの通
過方向）に対して所定の角度で、例えば直角方向に、複
数ノスリットヲハニカムコア体の軸方向からみたとき相
互に重なり合う部分を有するように形成するとき、前記
した熱膨張や熱応力に基づく変形力を極めて効果的に緩
和しうることを見い出し、本発明を完成するに至った． 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明は、薄肉金属板の平板状帯
材と波板状帯材とを相互に当接するように重積して製作
した軸方向に多数の網目状通気孔路を有する排気ガス浄
化用触媒を担持させるためのハニカムコア体からなる排
気ガス浄化装置において，前記ハニカムコア体の構成部
材である平板状帯材と波板状帯材の少なくとも一方が、
ハニカムコア体の任意の位置において、軸方向からみて
相互に重なり合う部分を有する複数のスリットを形成し
たものであり、更に前記平板状帯材と波板状帯材との当
接部が断続的に固着されたものであることを特徴とする
排気ガス浄化装置に関するものである．以下、本発明の
構成について詳しく説明する． 金属製ハニカムコア体を使用した排気ガス浄化装置にお
いて、熱膨張や熱応力（歪）に基づく変形力に対する耐
久性を十分なものにすることが極めて重要である． 即ち，排気ガス浄化装置は、排気ガスの流量分布の相違
（中央部と周辺部の流量の相違）、及びハニカムコア体
の表面部に相持されたＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの排気ガス
浄化用触媒と排気ガスの接触反応（発熱反応）により、
ノ＼ニカムコア体の中央部は周辺部より高温にさらされ
る．因みに、この種の排気ガス浄化装置内の温度は、般
には７００〜８００℃であるが，　ＨＣ　（炭化水素）
が多く排出される場合には１０００℃前後にもなる． 前記したハニカムコア体内部の温度勾配をさらに詳しく
みると、ハニカムコア体の外周部とそれより少し内側の
部位間における温度勾配は、中央部近傍における同じ距
離間における温度勾配より著しく大きなものとなる．こ
のことは、ハニカムコア体の外周面が直接外気と接した
り、あるいはハニカムコア体が外気と接する筒状金属ケ
ース内に固着されるので、より一層，助長されることに
なる． 従って、このことが起因してハニカムコア体のみからな
る（金属ケースを使用しないタイプの）排気ガス浄化装
置、あるいはハニカムコア体と金属ケースとから構成さ
れる排気ガス浄化装置において、ハニカムコア体の外周
面近傍、特にその軸方向にハニカムコア体の構成部材の
熱膨張や熱応力に基づく強い変形力（以下、熱による変
形力ともいう．）が集中することになる． 即ち、ハニカムコア体の外周面近傍の構成部材（平板状
帯材と波板状帯材）の当接部が強固に固着されていても
、前記した熱による変形力により経時的に相互に剥離し
たり、各構成部材゜がヒビ割れしたり破損したりする． そして、これら剥離，ヒビ割れ，破損と連動して、各構
成部材（平板状帯材と波板状帯材）の表面に担持された
高価な触媒層も剥離し、排気ガスの浄化能力の低下を招
く．また、金属ケース内にハニカムコア体が填装され、
ハニカムコア体の最外周面が金属ケースの内壁面に強固
に固着された排気ガス浄化装置においても、前記した状
況は同じである． 従って、前記した剥離などの欠点を解消ないし抑制する
ためには、ハニカムコア体の構造において、熱膨張や熱
応力に基づく変形力を緩和させる手段を講じることが不
可欠である．このため、本発明においては、ハニヵムコ
ア体を構成する部材である耐熱性の薄肉金属板の平板状
帯材と波板状帯材の少なくとも一方に、スリットを形成
したものを用いるとともに、前記スリットにより熱膨張
や熱応力に基づく変形力を効果的に緩和させるために平
板状帯材と波板状帯材との当接部を全面的に固着するの
でなく断続的に固着するという技術的構成を採用する． 次に本発明の構成ならびに実施の態様を図面に基づいて
詳しく説明するが、本発明は図示のものに限定されない
ことはいうまでもないことである． 本発明において、金属製ハニカムコア体自体は、第ｌθ
図〜第１１図に示されるようなものであり、通常の方法
により製作される． 即ち、ハニカムコア体（１）は、第ｌθ図に示されるよ
うに，耐熱性の薄肉鋼板からなる厚さ０．０３〜０．１
ｍｌ程度の平板状帯材（１ｌ）と、該平板状帯材（１１
）を波形加工した波板状帯材（１２）を相互に当接部を
有するように重積し、次いで両者を一括渦巻状に、かつ
最外周面が平板状帯材（ＩＩ）となるように巻回覆層す
ることにより製作される．この巻回積層により、排気ガ
スの通路となる多数の網目状通気孔路（ｌ３）は自動的
に形成される．また，ハニカムコア体（１）は、第Ｈ図
に示されるように、平板状帯材（１１）と波板状帯材（
１２）を相互に当接するように重積し、これを階層状に
積層成形して製作してもよい．前記平板状帯材（１ｌ）
として、例えばクロム綱（クロム１３　〜２５Ｘ　）　
．　Ｆｅ−Ｏｒ２０Ｘ−ＡＪＩ　５Ｘなどの耐熱性のス
テンレス綱、あるいはこれに耐酸化性を改善するために
希土類を加えた耐熱性のステンレス綱などの厚さ０．０
４ｍｍないし≧≦６層のものが、そして波板状帯材（１
２）として前記平板状帯材（１ｌ）をフォーミングギア
の間を通過させるなどして波形加工したものが使用され
る．各帯材にＡｎを含有したステンレス綱を用いると、
熱処理により帯材表面にウィスカー状のγ−Ａ１２Ｃｈ
が析出し、これが排気ガス浄化用触媒を強固に担持する
ため好ましいものである．本発明において、前記ハニカ
ムコア体（１）の構成部材である平板状帯材（１１）と
波板状帯材（１２）には、特にハニカムコア体（１）の
軸方向への熱膨張や熱応力に基づく変形力を吸収，緩和
させるためにスリットが形成される．前記スリットは、
第１図、第２図、第４図、第６図、第７図〜第９図に示
される態様などで形成される． 第１図は、スリット（２）が形成された平板状帯材（１
１）の平面図を示す．第１図において、スリット（２）
は次のようにして形成される．即ち，平板状帯材（１１
）の長手力向に所望の長さのスリット（２）を所望の間
隔をおいて直線状に形成するとともに、これを平板状帯
材の幅方向（ハニカムコア体としたとき、ハニカムコア
体の軸方向）に相互に平行になるよう三組，設けたもの
である．第２図は、スリット（２）が形成された波板状
帯材（１２）の平面図を示す．第２図において、スリッ
ト（２）は第１図と同様に形成される． スリットの形成方法として、第１図〜第２図に示される
ように、各帯材（１１．１２）の幅方向（ハニカムコ７
体としたとき、ハニカムコア体の軸方向）からみたとき
、各スリットの組（第１図〜第２図の場合、三組）が相
互に重なり合う部分を有するように設けることが重要で
ある．例えば重なり合う部分がない場合、当該部位にお
いて熱による変形力をスリットを介して緩和させること
ができない．即ち、本発明においては、スリットをハニ
カムコア体の軸方向からみて相互に重なり合うように形
成することが第一の特徴である． ＄３図は、ハニカムコア体（！）の製作方法を説明する
図であり、前記第１図及び第２図に示されるスリットを
形成した帯材（１１．１２）を巻回積層することにより
ハニカムコア体（１）が製作される．なお、本発明にお
いては，平板状帯材（ｌ１）と波板状帯材（１２）のい
ずれか一方にスリット（２）を形成したのもからハニカ
ムコア体（１）を製作してもよい．その場合、熱による
変形力を緩和するために、スリットが形成されない方の
帯材として、平板でもよいが金属製メッシュ板，パンチ
ングメタル板、イクスパンデッドメタル板など熱伸縮性
に富む部材を用いることがより好ましい． 以上のようにして、スリット入りの帯材（ｌ１，１２）
を用いて金属製ハニカムコア体（１）が製作され、両帯
材（１１．１２）の当接部が固着されて排気ガス浄化装
置とされる．本発明においては、スリットによる熱によ
る変形力の緩和機能を十全に発揮させるために，両帯材
の当接部の固着を次のようにして行なうもので、これが
本発明の第二の特徴点である． 両帯材（１１．１２）の当接部を全部固着してしまうと
、スリットを設けた意味が消失する．スリットにより熱
による変形力を緩和させるためには、当接部の一部を固
着するようにしスリー／　｝を介して変形力を逃がして
やることが必要である． 例えば、ハニカムコア体（１）の一方の端部及びその近
傍部位（端面からｌｃｍ程度の領域）における両帯材（
１１．１２）の当接部の全てを固着したり、あるいはハ
ニカムコア体（１）の中央部位の所定幅において両帯材
（１１．１２）の当接部の全てを固着したりすればよい
．スリットとして、第１図〜第２図のように単に切り込
みを入れたただけのものでなく、後述する第４図，第６
図のように長孔状の幅のあるスリットとした場合、スリ
ットの長孔部分において熱による変形力を吸収．Ｗ和す
ることができるため、前記した切り込みタイプのスリッ
トのものに比較して種々の固着方法が採用される． 第４図は、長孔状のスリッ｝　（２１）を形成した平板
状帯材（ｌ１）の平面図であり、各スリットの位置関係
は第１図と同じである．第５図は，第４図と同様なスリ
ッ｝　（２１）を形成した波板状帯材（１２）と平板状
帯材（１１）からハニカムコア体（１）を製作する方法
を説明する図である．この場合も、平板状帯材（１１）
としてスリー／　｝がないものを使用してもよい． 両帯材（１１．１２）を巻回積層してハニカムコア体（
１）としたあと、スリット（２１）が長孔状であるため
、両帯材の当接部の固着は前記した第１図〜第２図の切
り込みタイプのスリットの場合より自由度が高まる．例
えば、長孔状のスリッ｝　（２１）の場合、長孔部で熱
による変形力を吸収できるので、ハニカムコア体（１）
の両端部及びその近傍部位の帯材（１１．１２）の当接
部の全部を固着してもよい．両端部が固着されていても
、熱による変形力を両端部間に形成されるスリットの長
孔部で吸収できるからである． 第６図は、別の態様で形成されたスリット（２２）を有
する平板状帯材（１１）の平面図である．この場合、ス
リッ｝　（２２）は、長孔状のもので平板状帯材（ｌ１
）の幅方向（ハニカムコア体としたとき、ハニカムコア
体の軸方向）に対して略４５°の角度をなすように、か
つ相互に平行な位置関係となるように設けられる．この
場合も、ハニカムコア体の軸方向からみたとき、該軸方
向に対する大きな熱変形力を効果的に吸収．ＩＮ和させ
るために夫々のスリット（２２）の一部が重なり合うよ
うにすることが重要である．また、第６図に示されるス
リット入りの帯材を用いて製作したハニカムコア体の各
帯材の当接部の固着は、前記したような態様で行なえば
よい．本発明において、平板状帯材（ｌ１）と波板状帯
材（１２）の少なくとも一方に形成されるスリットの形
状は、第７図〜第９図に示されるものでもよい．第８図
〜第９図のものは、非直線状のもの，断続した非直線状
のものである． 本発明において、前記したように平板状帯材（１ｌ）と
波板状帯材（１２）のうち少なくとも一方にスリッ｝　
（２，２１．２２・・・・）を形成した帯材を用いてハ
ニカムコア体（１）を製作し、該スリットによる熱によ
る変形力の吸収，緩和を阻害しないように両帯材の当接
部を固着して排気ガス浄化装置とされる．しかし，例え
ばスリット入りの平板状帯材（１１）が最外周面になる
ように波板状帯財（１２）とともに巻回積層して／＼ニ
アムコア体（１）が製作される場合、該スリット部から
排気ガスがリークしてしまうため金属ケースが必要とな
る． 本発明において、前記ハニカムコア体（１）を内部に填
装し、固着するための金属ケース（３）として，両端が
開口していれば、その形状に何らの制限を受けるもので
はない．第７図〜第８図には、断面円形状のものと、断
面レーストラック状（長円形状）のものが示されている
が、これに限定されない．例えば、車体下部のスペース
に適合させるために、断面略三角形状の金属ケースを用
いて排気ガス浄化装置を構成してもよい．金属ケースの
素材として、前記ハニカムコア体と同種の耐熱綱を用い
てもよいし、耐熱耐食性に富むものを用いてもよい．ま
た、外側部分の金属材料を内側部分より耐熱耐食性に富
むものとした二重構造のもの、具体的には内側部分にフ
エライト系ステンレス綱を、外側部分にオーステナイト
系ステンレス綱を用いたクラッド綱などを用いても良い
．なお、前記金属ケース（３）とスリット入り平板状帯
材（１１）及び／又は波板状帯材（１２）から製作した
ハニカムコア体（１）との固着は、スリット（２，２１
．２２・・・・）を介した熱による変形力の吸収，緩和
を阻害しないように行なわなけ・ればならないことはい
うまでもないことである． （実施例） Ｆｅ　−Ｇｒ２０％−ＡＪ１　　５％−Ｃｅ　Ｏ．０２
％の厚さ０．０４ｍｍ，幅３８層層の薄肉銅帯からなる
平板状帯材に、第４図に示される長孔状のスリットを形
成した．各スリットの長さを５０１鵬，長孔部の幅をｌ
ｍ層，スリットとスリットの長手方向間隔を１５ｍ履と
し、帯材の長手方向に直線状にスリットを形成した．こ
のような直線状のスリットを図示のように帯材の幅方向
にｌＯ厘層間隔で三組、それぞれ平行に、かつ帯材の幅
方向からみたとき各スリットが相互に重なり合うように
形成した．一方、前記スリット入り平板状帯材をフォー
ミングギアの間を通過させ、山と山のピッチ３．５■濡
，山の高さ１．８■の波形に加工して波板状帯材とした
． 前記スリット入り平板状帯材と波板状帯材を第５図に示
されるように巻回積層し，軸方向に多数の網目状通気孔
路を有する外径７０腸層のハニカムコア体を製作した． 次に、前記ハニカムコア体を内径約７０１鵬の耐熱綱（
ＪＩＳ　Ｇ４３０５　ＳＵＳ３１０）の金属ケース内に
填装し、ハニカムコア体の両端部及びその近傍部位（端
部より１０層層の領域）にニッケル系ろう材のスラリー
に浸漬し，乾燥後真空炉により熱処理してハニカムコア
体と金属ケースをろう付により固着した。

次に、以上のようにして製作した排気ガス浄化装置に触
媒担持層を次のようにして形成させた．即ち，ハニカム
コア体を構成する各帯材の表面に活性アルミナ（γ−Ａ
！；Ｌ２０３）粉末とアルミナゾルを配合したスラリー
を塗布し，これを６００℃に加熱処理して触媒相持層を
形成した．（性能評価） 前記した触媒担持層を有する排気ガス浄化装鐙を、常温
〜７００℃間の５０サイクルの急熱急冷試験、及び振動
試験を行なったところ、ハニカムコア体の構成部材はど
の部位におても亀裂，破損がみられず、また当接部の離
体も観察されなかった．さらに、触媒担持層の落下，剥
離も観察されなかった． 〔発明の効果〕 本発明の排気ガス浄化装置を構成する、薄肉金属板の平
板状帯材と波板状帯材とを相互に当接するように重積し
て製作した軸方向に多数の網目状通気孔路を有する排気
ガス浄化用触媒を担持させるためのハニカムコ７体は、
次の特徴を有するものである； （イ）ハニカムコア体の構成部材である平板状帯材と波
板状帯材の少なくとも一方が、ハニカムコア体の軸方向
に対して所定の角度で，かつ軸方向からみたとき相互に
重なり合う部分を有するように相互に平行な位置関係に
ある複数のスリットを形成したものを用いること、 （０）前記スリット入り平板状帯材及び／又は波板状帯
材の当接部の固着を、ハニカムコア体の軸方向への熱に
よる大きな変形力を該スリットにより吸収，ＩＩＩ＃さ
せるように断続的に固着させること、 という特徴を有する． 従って、本発明の排気ガス浄化装置においては，特に過
酷な熱的条件下にさらされるハニカムコア体部は、その
構成部材にスリットを入れたものを使用していることか
らスリット部で熱による変形力を吸収，緩和させること
ができる． 特に、外気あるいは金属ケースと接するハニカムコア体
の最外周面部及びその近傍部位に熱による変形力が集中
することになるが、ハニカムコア体の構成部材にスリッ
トを形成するとともに部材間の当接部の固着を断続的に
行なうという技術的構成を採用することにより、前記し
た熱による大きな変形力を効果的に吸収，緩和させるこ
とができる．これは、各部材の亀裂，破損を防止するに
とどまらず、各部材間の当接の離体を防止する．さらに
、ハニカムコア体の壁面に形成される排気ガス浄化用触
媒を担持するための相持層の落下．剥離も防止する．従
って、本発明の排気ガス浄化装置は長期に亘り安全に使
用することができ、かつ高い浄化能力を維持することが
できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の態様でスリット（２）が形成さ
れた平板状帯材の平面図、第２図はスリット（２）が形
成された波板状帯材の平面図、第３図は第１図と第２図
で示される帯材からハニカムコア体を製作する工程を説
明する図である． 第４図は本発明の第二の態様で長孔状のスリッ｝　（２
１）が形成された平板状帯材の平面図、第５図は第４図
に示されるスリット入り波板状帯材と平板状帯材からハ
ニカムコア体を製作する工程を説明する図である． 第６図は、本発明の第三の態様でスリット（２２）が形
成された平板状帯材の平面図である．第７図は本発明の
第四の態様でスリッ｝　（２３）が形成された平板状帯
材の平面図である．第８図は本発明の第五の態様でスリ
ッ｝　（２４）が形成された平板状帯材の平面図である
．第９図は本発明の第六の態様でスリッ｝　（２５）が
形成された平板状帯材の平面図である．第ｌθ図は、平
板状帯材と波板状帯材を巻回積層して製作したハニカム
コア体を金属ケース内で固着したものの正面図である．
第１１図は、平板状帯材と波板状帯材を階層状に積層し
て製作したハニカムコア体を金属ケース内で固着したも
のの正面図である． １・・・・・・・・・・・・ハニカムコア体１１・・・
・・・平板状帯材 １２・・・・・・波板状帯材 １３・・・・−・網目状通気孔路 ２　，　２１，　２２，　２３，　２４．　２５・・・
スリット３・・・・・・・・・・・・・金属ケース第　
　１ 図 第　　２ 図 第　　３ 図 第 図 第 図 第 図 菓 ア 図 躬 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを相互に当
   接するように重積して製作した軸方向に多数の網目状通
   気孔路を有する排気ガス浄化用触媒を担持させるための
   ハニカムコア体からなる排気ガス浄化装置において、前
   記ハニカムコア体の構成部材である平板状帯材と波板状
   帯材の少なくとも一方が、ハニカムコア体の任意の位置
   において、軸方向からみて相互に重なり合う部分を有す
   る複数のスリットを形成したものであり、更に前記平板
   状帯材と波板状帯材との当接部が断続的に固着されたも
   のであることを特徴とする排気ガス浄化装置。 ２、所定の長さのスリットが、ハニカムコア体の軸方向
   に対し直角の方向に形成されたものである請求項第１項
   に記載の排気ガス浄化装置。 ３、所定の長さのスリットが、ハニカムコア体の軸方向
   に対し４５°の方向に形成されたものである請求項第１
   項に記載の排気ガス浄化装置。 ４、各スリットが、直線状のものである請求項第１項に
   記載の排気ガス浄化装置。 ５、各スリットが、断続した直線状のものである請求項
   第４項に記載の排気ガス浄化装置。 ６、各スリットが、非直線状のものである請求項第１項
   に記載の排気ガス浄化装置。 ７、各スリットが、断続した非直線状のものである請求
   項第６項に記載の排気ガス浄化装 置。 ８、ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯材とを相
   互に当接するように重積し、これを一括渦巻状に巻回積
   層して製作したものである請求項第１項に記載の排気ガ
   ス浄化装置。 ９、ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯材とを相
   互に当接するように階層状に重積して製作したものであ
   る請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。 １０、平板状帯材と波板状帯材との当接部において、ハ
   ニカムコア体の少なくとも一方の端部近傍部位の当接部
   が固着されたものである請求項第１項に記載の排気ガス
   浄化装置。 １１、平板状帯材と波板状帯材との当接部において、ハ
   ニカムコア体の少なくとも一方の端部近傍部位および中
   央部位の当接部が固着されたものである請求項第１項に
   記載の排気ガス浄化装置。 １２、ハニカムコア体が金属ケース内で固着されたもの
   である請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。 １３、金属ケースが、断面円形である請求項１２に記載
   の排気ガス浄化装置。 １４、金属ケースが、断面レーストラック形状である請
   求項１２に記載の排気ガス浄化装置。