JPH02261518A - 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。

更に詳しくは、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、この種の排気ガス詐化装とは、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
重積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う接または溶接
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
しようとする動きがある。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
ットが生じることは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、これは、ハニカムコア
体の軸方向（即ち、排気ガスの流入、通過方向）はもと
より、該軸方向に対して直角な方向（以下、ハニカムコ
ア体の半径方向という、）において、前記した排気ガス
自体の高い温度や未燃焼ガスの触媒反応による発熱とい
う雰囲気下で生起する熱膨張や熱応力に基づく変形力が
、ハニカムコア体の構成部材（平板状帯材と波板状帯材
）を通じて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近傍
に集中することに基づくものである。即ち、前記した熱
膨張や熱応力に基づく大きな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近傍に集中するため、当該部位に
おいて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、また各帯材間の
当接部やハニカムコア体と金属ケース間の当接部の剥離
や離体が生じるという欠点によるものである。

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芒の欠点を
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（平板状帯材と波板状帯材）において、
波板状帯材の波形を特殊な形状にすることにより、ハニ
カムコア体の半径方向に伝達される熱膨張や熱応力に基
づく大きな変形力を効果的に吸収、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
浄化用触媒を相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、前記波板状帯材が、平板状
帯材と当接する当接点間に曲線状、折線状または段付状
の波形を有し、かつ、前記平板状帯材と当接する波形の
頂部が当接点において断面点状に固着され得る形状を有
する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、この種の金属製の排気ガス浄化装置は、！Ｉ！転
、停止と運転再開時にみられる加熱・冷却サイクルの負
荷は勿論のこと、走行中においても過酷な熱的環境にさ
らされるため、熱に対する耐久性の問題は極めて重要な
課題である。

この点、走行中の状況を考察すると、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担持されたＰ
ｔ、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、ハ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、一般には７００〜８００℃で
あるが、ＩＣ（炭化水素）が多く排出される場合には１
０００℃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、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、ハニカムコア体の高温サイドの中心部から
低温サイドのハニカムコア体の外周面近傍部位へ、即ち
ハニカムコア体の半径方向にハニカムコア体の構成部材
（平板状帯材と波板状帯材）の熱伝達に伴なって熱膨張
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。

コノハニカムコア体の半径方向におｔｔ　ル、％　ニよ
る大きな変形力は、特にハニカムコア体の外周面近傍部
位において、ハニカムコア体の構成部材（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、経時
的に剥離や離体を起こさせたり、各構成部材にヒビ割れ
や破損を生ぜしめる。

そして１．これら剥離、ヒビ割れ、破損と連動して、各
構成部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、特にハニカ
ムコア体の半径方向における熱膨張や熱応力に基づく変
形力を吸収、！ａ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、ハニカムコア体を構成す
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
帯材において、波板状帯材の波形形状を前記した熱によ
る変形力を吸収。

緩和しやすい形状のものにするという技術的構成を採用
する。より具体的には、波板状帯材の波形形状を、平板
状帯材と当接する当接点間の波形を正弦波形などの曲線
状、折線状あるいは段付状とし、かつ平板状帯材と当接
する当接点近傍部位の波形を平板状帯材と断面点状に固
着することができ得る形状のものとする。

従来、この種のハニカムコア体において、波板状帯材が
平板状帯材に当接する当接点近傍部位の波形は、大きな
曲率半径を有している。従って５例えばろう材を用いて
接合するとき、ろう材が当接点近傍の両帯材間の空隙部
に侵入し、第８図に示すように二つのクサビ状断面を突
合わせた様な大きなろう材溜り（以下、フィレットとい
う、）が形成されてしまう、これは、結果的に当接点間
の波板状帯材の剛性を高めてしまい、柔軟性を損なう結
果になる。即ち、従来のハニカムコア体においては、そ
の半径方向における熱による変形力は、各当接点間の波
板状帯材がろう材による大きなフィレットにより剛性を
高めてしまう結果、波板状帯材により吸収、緩和させる
ことがなく（波板状帯材自身の変形による）、ハニカム
コア体の外周部近傍へ集中することになる。

本発明においては、平板状帯材と波板状帯材の当接点を
断面点状とし最小のフィレットで固着することができる
ため、平板状帯材と波板状帯材の当接点間において、固
着後も波板状帯材の波形を正弦波、折線状、段付状に保
形維持される。従って、熱による変形力は波板状帯材の
波形を変化させることにより効果的に吸収、緩和させる
ことができる。この熱による変形力の吸収、＃和は、全
ての当接点間にある波板状帯材が参画するためハニカム
コア体の外周部近傍部位への変形力の伝達が阻止される
。

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１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は、第６図〜第
７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、１６１１ｆｆｌに示さ
れるように、耐熱性の薄肉綱板からなる厚さ０．０３〜
０．１ｍｍ程度の平板状帯材（１１）と、該平板状帯材
（１１）を後述する特殊な波形をもつように波形加工し
た波板状帯材（１２）を相互に当接部を有するように重
請し、次いで両者を一括渦巻状に、かつ最外周面が平板
状帯材（目）となるように巻回積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（１３）は自動的に形成される。ま
た、ハニカムコア体（１）は、第７図に示されるように
、平板状帯材（］ｌ）と後述する特殊な波形をもつよう
に波形加工した波板状帯材（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（１１）として、例えばクロム鋼（りｏ
ム１３〜２５％）　、　Ｆｅ−０ｒ２０Ｘ−ＡＪＩ　５
Ｘなどの耐熱性のステンレス鋼、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
鋼などの厚さ０．０４■ｍ〜０．１ｍｍのものが、そし
て波板状帯材（１２）として前記平板状帯材（１１）を
フォーミングギアの間を通過させるなどして後述する特
殊な波形をもつように波形加工したものが使用される。

各帯材にｌを含有したステンレス鋼を用いると、熱処理
により帯材表面にウィスカー状のγ−ＡＪＬｚ０３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。

次に、本発明の波形形状に特徴を有する波板状帯材（１
２）について説明する。

第１図は本発明の波板状帯材（１２）と平板状帯材Ｃ１
１）との所定の当接点において、波板状帯材（工２）の
波形形状を説明する図である。一方、第８図は従来技術
による波板状帯材（１２’）と平板状帯材（１１°）と
の所定の当接点において、波板状帯材（１２’）の波形
形状を説明する図である。

なお、第６は前記した第６図のＢ部位を拡大した関係に
ある。また、第９図は第８図の部分拡大図である。

従来の波板状帯材（！２°）は、第８図及び第９図に示
されるように当接点（Ｔｏ）で平板状帯材（１１°）に
対して大きな曲率半径で当接している。このため、両帯
材が当接点（Ｔｏ）でろう接されるとき、前記当接点（
Ｔｏ）両側で両帯材間のクサビ状空隙にろう材が侵入し
て大きなフィシ−２トが広範囲にわたり形成されてしま
う、即ち、従来の波板状帯材（１２°）は、当接点（Ｔ
ｏ）において両側のフィレットにより輻広くろう接され
てしまうため、当接点間（Ｔ’−Ｔ’）でろう接部以外
の部位の波形は略直線状となる。この結果、ハニカムコ
ア体の半径方向における熱による変形力を吸収、Ｗ和さ
せることができなくなる。

一方、本発明の波板状帯材（１２）は、第１図に示され
るように当接点（Ｔ）で平板状帯材（１１）に対して小
さな曲率半径をもつ曲面で当接する。

このため、両帯材が当接点（Ｔ）でろう接されるとき、
フィレットの形成による前記した欠点は解消される。即
ち、両帯材の当接点（Ｔ）におけるろう接による固着は
、当接点（Ｔ）−及びその近傍φ城に限られ広範囲に及
ぶフィレットの形成は阻止され蚤、最小のフィレットと
なる１本発明において、前記した従来技術との比較にお
いて、この状態の固着を断面点状に固着されたと称する
。従って１本発明においては当接点間（Ｔ−７）におい
て、ろう接部以外の部位の波板状帯材（１２）の波形は
、図示されるように曲線形状を保持する。この結果、ハ
ニカムコア体の半径方向における熱による変形力は、該
曲線部で曲線部が変形することにより効果的に吸収、緩
和される。

本発明の波板状帯材（１２）の平板状帯材（１１）と当
接する部位の波形形状を、小さな曲率半径をもつ曲面と
して説明し、たが、より定量的に説明すると次のように
なる。第１図の当接点（Ｔ）における法線（Ｐ）に対し
、当接点（Ｔ）の近傍部位の波板状帯材（１２）の波形
となす角度（θ）が、４５°以下、好ましくは３０″以
下、更に好ましくは１５″以下であれば所期の目的を達
成する。

本発明において、当接点（丁）で波板状帯材（１２）を
平板状帯材（１１）に断面点状に固着させるためには、
前記したように波板状帯材（１２）の山部及び谷部に頂
部の波形が小さな曲率半径を有する曲面であることが重
要であるが、それ以外に種々の波形のものが考えられる
０例えば第２図には正弦波形に形成された波板状帯材（
１２）を押し潰して頂部を一旦密着させ、これを再び広
げて当接点（Ｔ）間を曲線状にしたものが示されている
。また、第３図には正弦波形に形成された波板状帯材（
１２）の山部及び谷部を潰して小さな凸部を形成し、そ
れ以外の部位は略正弦波形としたものが示されている。

また第４図には。

第３図より大きな凸部を形成したものが示されている。

更に第５図には、第４図と同様に大きな凸部を有するが
、凸部間の波形に段部を設けているものが示されている
。第１図〜第５図に示される波板状帯材（１２）の頂部
は、平板状帯材（１１）との当接点において、いずれも
断面点状に固着することができる。

本発明の前記した特殊な波形形状を有する波板状帯材（
１２）と平板状帯材（ｌりから製作したハニカムコア体
は、それ自体で排気ガス浄化装置として使用することが
できる。その際、ハニカムコア体（りの最外周に平板状
帯材（１１）を所望の回数だけ巻回し、金属ケースの代
りとしてもよい、更に、別体の筒状金属ケースにハニカ
ムコア体（１）を填装し、固着して排気ガス浄化装置と
してもよい。

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（２）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６図〜第７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０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鋼を用い
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
ェライト系ステンレス鋼を、外側部分にオーステナイト
系ステンレス鋼を用いたクラツド鋼などを用いても良い
。

（実施例） Ｆｅ−Ｃｒ２０％−ＡｆＬ５％−Ｃｅ０．０２＄系耐熱
鋼の厚さ０．０４ｍ騰、輻３８麿鳳の薄肉鋼帯からなる
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腸層、山の高さ１．８１の波板状帯材を
製作した。その際、波板状帯材の山部及び谷部を潰して
、第３図に示されるような小さな凸部（凸部の高さは、
山の高さの１／１０とした）を同時に形成するようにし
た。

このようにして製作した波板状帯材と前記平板状帯材を
相互に当接するように重精し、これを一括渦巻状に巻回
して軸方向に多数の網目状通気孔路を有する外径７０ｍ
ｍの／＼ニカムコ７体を製作した。

次に、前記ハニカムコア体を内径約７０■膣の耐熱鋼（
ＪＩＳ　Ｇ４３０５５ＵＳ３１０）の金属ケース内に積
装し、ハこカムコア体の両端部およびその近傍部位（端
部より１０ｒａｍの領域）を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
ｆ２Ｃｈ）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置を、　１
５０℃〜８００℃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、／＼ニカムコア体の構成
部材はどの部位におても帛裂、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ｒｓ察されなかった。

〔発明の効果〕

本発明の排気ガス浄化装置において、その主要な構成要
素であるハニカムコア体は、ハニカムコア体の半径方向
への熱による大きな変形力を吸収、緩和させるに適した
特殊形状の波板状帯材と平板状帯材とを相互に当接する
ように重請して製作される。即ち、本発明においてハニ
カムコア体を構成する波板状帯材として、平板状帯材と
当接する当接点間の波形が曲線状、折線状または段付状
であり、かつ当接点近傍の波形が当接点において平板状
帯材と固着されるとき、断面点状に固着され得る形状を
有するものが使用される。従って、本発明の排気ガス浄
化装置は、次にような優れた効果を奏するものである。

（ｉ）平板状帯材と波板状帯材とが断面点状に固着する
ため、当接点間の波板状帯材の波形が曲線状または段付
状に保形される。従って、ハニカムコア体の半径方向に
発生する大きな熱による変形力は各当接点間の波形部に
伝達され、ここで波形自体が変形することにより効果的
に吸収、緩和させることができる。即ち、熱による変形
力をハニカムコア体の外周部近傍に集中させないため、
外周部近傍部位でのハニカムコア体の構成部材の亀裂、
破損、部材間の当接部の剥離や離体を防止することがで
きる。

（ｉｉ）前記（ｉ）の耐久性の改善と関連して、ノ＼ニ
カムコア体の構成部材のヒビ割れ、破損が効果的に防止
されるため、ノ＼ニカムコア体の壁面に担持された高価
な触媒層も剥離せず、長期に安定した浄化効率を維持す
ることができる。

（ｉｉｉ）波板状帯材と平板状帯材の当接点において、
断面点状に固着されるためろう材を節約することができ
る。

（ｉＶ）波板状帯材が曲線状または段付状の波形を維持
するため、表面積が大きく浄化効率を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一の態様による波板状帯材と平板
状帯材との当接点における波板状帯材の波形形状を説明
する図である。 第２図は１本発明の第二の態様による当接点における波
板状帯材の波形形状を説明する図である。 第３図は、本発明の第三の態様による当接点における波
板状帯材の波形形状を説明する図である。 第４図は１本発明の第四の態様による当接点における波
板状帯材の波形形状を説明する図である。 第５図は１本発明の第五の態様による当接点における波
板状帯材の波形形状を説明する図である。 第６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一
部を省略した正面図である。第７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一部を省略した正面図で
ある。 第８図は、従来の波板状帯材と平板状帯材との当接点に
おける波板状帯材の波形形状を説明する図であり、第９
図は第８図の部分拡大図である。 Ａ・・・・・・・・・・排気ガス浄化装置ｌ・・・・・
・・・・・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・・・・・・・・・・金属ケース 特許出願人　　臼井国際産業株式会社

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、
   前記波板状帯材が平板状帯材と当接する当接点間に曲線
   状、折線状または段付状の波形を有し、かつ、前記平板
   状帯材と当接する波形の頂部が当接点において断面点状
   に固着され得る形状を有するものであることを特徴とす
   る排気ガス浄化装置。 ２、波板状帯材の平板状帯材との当接点近傍の傾斜が、
   当接点における法線に対して４５°以下の角度をなすも
   のである請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。 ３、波板状帯材が、平板状帯材と当接する当接点間にお
   いて曲線状、折線状または段付状の波形を有し、かつ波
   板状帯材の山部及び谷部の少なくとも一方の頂点部に平
   板状帯材と当接する方向に凸部を形成したものである請
   求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。 ４、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。 ５、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。 ６、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。 ７、金属ケースが、断面円形である請求項６に記載の排
   気ガス浄化装置。 ８、金属ケースが、断面レーストラック形状である請求
   項６に記載の排気ガス浄化装置。