JPH03157139A - 排気ガス浄化触媒用メタル担体 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排気ガス浄化触媒に用いられるメ
タル担体に関する。

［従来の技術］ 排気カス浄化触媒用メタル担体として、例えば特開昭５
６−４３７３号公報などにみられるように、平板と波板
とを重ねてロール状に巻いてハニカム体を形成し、その
ハニカム体を金属製外筒内に収納したものが知られてい
る。このメタル担体では、ハニカム体の平板と波板、お
よび外筒とハニカム体とは、通常ロウ付げによって一体
的に接合されている。このメタル担体では、ハニカム体
のハニカム通路表面にアルミナなどからなる触媒担持層
が形成され、その触媒担持層に貴金属触媒が担持されて
排気ガス浄化触媒とされる。そして内燃機関の排気通路
に配置され、排気ガス中のＨＣ，Ｃｏ、ＮＯＸなどを浄
化する。なお、限られた体積中にできるだけ多くのハニ
カム通路の面積を確保するのが望ましいことから、平板
および波板の厚さは強度を維持できる範囲でできるだけ
薄くされている。

ところで、ハニカム体を通過する排気ガスは、ハニカム
体の外周部に比べて中心部はど流速が大きい。したがっ
てメタル担体では、高温の排気ガスとの接触、触媒反応
による発熱、および外筒からの外気への熱放出により、
中心部はど高温で外周部はど低温となる温度分布が生じ
る。この温度分布によりハニカム体と外筒との彫版およ
び収縮量に差が生じるが、ハニカム体の径方向および軸
方向の彫版および収縮の動きは外筒で規制されているこ
と、またハニカム体を構成する平板と波板の板厚は一般
に外筒の板厚よりもかなり小さいことから、ハニカム体
に熱応力が作用する。そして彫版・収縮の繰返しにより
ハニカム体の最外周の波板が塑性変形して金属疲労が生
じ、最終的にはハニカム体の波板に破断か生じる場合が
あった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したような不具合を回避するために、実開昭６２−
１９４４３６号公報には、ハニカム体の一端部のみを外
筒と接合し他端部は接合しない自由端としたメタル担体
が開示されている。このメタル担体によればハニカム体
の軸方向の彫版・収縮はほとんど規制されないが、接合
されている一端部では肝腎な径方向の彫版・収縮は従来
と同様に外筒で規制されているため、その部分で波板に
破断が生じる恐れがおる。

また、実開昭６３−７７６３４号公報には、ハニカム体
の平板の厚さを波板より厚くしたメタル担体が開示され
ている。このメタル担体では平板により剛性が確保され
るので彫版・収縮の量が小さくなり、波板は全体にほぼ
均一に変形するので、局部的な変形による破断が防止さ
れる。しかしながら平板を厚くすることにより排気通路
内における平板の抵抗が大きくなり、排気性能、圧力損
失に対して不利となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
−層確実にハニカム体の破断を防止することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の排気ガス浄化触媒用メタル担体は、平板と波板
とを重ねてロール状に巻いて形成されたハニカム体と、
ハニカム体の外周に同軸的に配置された外筒と、ハニカ
ム体と外筒との間に介在する中間筒とよりなり、中間筒
は少なくとも一端部に円周方向に間隔を隔てて列設され
間隔を狭める方向および拡げる方向に変形可能な複数の
撓み部をもら撓み部がハニカム体および外筒の一方に接
合されるとともに中間筒の他端部がハニカム体および外
筒の他方に接合されてなることを特徴とする。

ハニカム体は、平板と波板とを重ねた状態でロール状に
巻いて形成されている。波板は、通常平板を波形状に曲
折して形成され、通常平板と同材質で同一板厚を有して
いる。この平板および波板は、従来と同様に例えばＡＱ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金、ステンレス鋼などから形成される。

そして上記したように限られた体積中にできるだけ多く
のハニカム通路の面積を確保することが好ましいことか
ら、板厚は例えば０．０５ｍｍなど比較的薄いものが用
いられる。このハニカム体は、例えば波板の頂部にロウ
材が塗布された状態で平板と重ねてロール状に巻上げら
れて形成され、その後加熱される。これにより平板と波
板とはロウ付けされて一体的に接合される。また、拡散
接合により一体化することもできる。

外筒は例えばステンレス鋼製など従来と同様のものを用
いることができ、その板厚は従来と同様、通常１〜２ｍ
ｍ程度である。

本発明の最大の特徴は、外筒とハニカム体との間に介在
する中間筒におる。この中間筒は、少なくとも一端部に
撓み部が形成されている。この撓み一部は、円周方向に
間隔を隔てて列設され、それぞれの間隔を狭める方向お
よび拡げる方向に変形可能に構成されている。このよう
な撓み部としては、例えば櫛歯状の構成、長穴状のスリ
ブ１〜をもつ構成など、後述の実施例にも示すように種
々の形状とすることができる。この撓み部がハニカム体
の外周表面および外筒の内周表面の一方に接合される。

そしてハニカム体または外筒から彫版・収縮の力が中間
筒に作用すると、撓み部かそれぞれの間隔を拡げる方向
および狭める方向に変形する。これにより彫版・収縮の
力は撓み部の変形により吸収される。

中間筒は、一端部に存在する撓み部がハニカム体および
外筒の一方に接合され、他端部がハニカム体および外筒
の他方に接合されている。すなわち、軸に垂直な平面で
切断した同一断面上において外筒、中間筒およびハニカ
ム体が一体的に接合されることはなく、中間筒は外筒に
、ハニカム体は中間筒に、それぞれ片持ち状に保持され
ている。

これによりハニカム体の径方向および軸方向の膨張・収
縮の動きが外筒で規制されるのが防止され、熱応力の発
生が防止されるのでハニカム体の破断が確実に防止され
る。

撓み部は中間筒の一端部のみに形成してもよいが、両端
部に形成するのが望ましい。これによりハニカム体およ
び外筒の両方の膨張・収縮の力が撓み部の変形で吸収で
きるので、中間筒にも熱応力が発生するのが防止される
。なお、撓み部が中間筒の一端部にのみ形成されている
場合は、撓み部をハニカム体の外周面と接合することが
好ましい。ハニカム体の方が膨張・収縮の量が大きいか
らである。

中間筒の材質としては特に制限されないが、外筒とハニ
カム体の材質の中間の線膨張係数をもつ材料から形成す
るのが好ましい。このようにすれば中間筒のもつ作用効
果を最大に引き出すことができる。

［発明の作用および効果］ 本発明のメタル担体では、中間筒の一端部がハニカム体
および外筒の一方に接合され、他端部がハニカム体およ
び外筒の他方に接合されている。

そして少なくとも一端部に円周方向に列設された撓み部
をもつ。この撓み部は、ハニカム体および外筒の少なく
とも一方の膨張・収縮の動きにより互いに間隔を拡げる
方向または狭める方向に変形する。

例えば撓み部がハニカム体と接合されている場合、熱に
よりハニカム体が膨張すると撓み部は互いの間隔を拡げ
るように変形し、中間筒の一端部は拡径する。また冷却
時にハニカム体が収縮すると撓み部は互いの間隔を狭め
るように変形し、中間筒の一端部は縮径する。ここで中
間筒の一端部は外筒には接合されていないので、その動
きが外筒で規制されることがない。したがってハニカム
体の径方向の膨張・収縮の動きは撓み部の変形で吸収さ
れることとなる。

また、ハニカム体は一端部のみが中間筒に接合されてい
る。したがって他端部は自由端となり、軸方向の膨張・
収縮の動きは規制されない。

すなわち、本発明のメタル担体によれば、ハニカム体と
外筒とは直接接合されておらず、ハニカム体は軸方向お
よび径方向に自由に膨張・収縮できるので、熱応力が発
生するのが確実に防止され、ハニカム体の破断が防止さ
れるため耐久性が著しく向上する。

さらに、中間筒は軸方向の両端部でハニカム体と外筒に
それぞれ接合されているので、接合面積が小さい。また
接合されていない部分の外筒と中間筒の間、中間筒とハ
ニカム体との間には間隙が形成される。したがってハニ
カム体と外筒との間の熱伝導性が小ざく、ハニカム体に
断熱効果が得られる。すなわち触媒として使用時のエン
ジン胎動時にはハニカム体の昇温速度が大きいので、始
動時の浄化性能が向上する。また外筒により冷却される
のが防止されハニカム体内部の温度分布が均一となるた
め、熱応力の発生が一層防止され耐久性が一層向上する
。

ざらに加えて、従来ハニカム体表面または外筒内周面に
ロウ材を塗布したりロウ箔を巻いたりしてから両者を組
付けて加熱することにより接合していたが、塗布ムラや
剥れなどにより接合の信頼度が低かった。しかし本発明
のメタル担体では、必要な部分にロウ材が被覆された中
間筒を用いることができるので、接合品質が向上し接合
作業も容易となる。

［実施例１ 以下、実施例により具体的に説明する。

（実施例１） 第１図および第２図に本発明の一実施例の排気ガス浄化
触媒用メタル担体を示す。このメタル担体は、ハニカム
体１と、外筒２と、中間筒３とより構成される。

ハニカム体１は、板厚０．０５ｍｍのＡ！；２−Ｃｒ−
Ｆｅ合金製平板１０と、この平板１０を波状に曲折して
形成された波板１１とから構成されている。そして平板
１０と波板１１とを重ね、平板１０を表側にしてロール
状に巻いて形成されている。なお、波板１１の頂部と平
板１０との間にはロウ材が介在し、平板１０と波板１１
とはロウ付けにより一体的に接合されている。

外筒２はステンレス鋼から形成され、板厚１゜５ｍｍの
円筒状をなしている。

中間筒３は第３図にその展開図を示すように、一端部３
１および他端部３２にそれぞれ軸方向に延びるスリット
３１ａ、３２ａが円周方向に交互に形成され、スリット
３１ａの両側に略櫛歯状の撓み部３１ｂが、スリット３
１ａの両側に略櫛歯状の撓み部３２ｂが、それぞれ円周
方向に列設されて複数個形成されている。なお、中間筒
３はＡ３２−Ｃｒ−Ｆｅ合金から形成され、その板厚は
０゜３ｍｍである。そして中間筒３の線膨張率は１３゜
５Ｘ１０−６／℃、ハニカム体１は１５Ｘ１０−６／°
Ｃ１外筒２は１２Ｘ１０−６／’Ｃであって、中間筒３
はハニカム体１と外筒２のほぼ中間の値を示している。

中間筒３はハニカム体１と外筒２の間に介在され、一端
部３１の撓み部３１ｂの内周面がハニカム体１の外周面
とロウ付は接合されている。また他端部３２の撓み部３
２ｂの外周面が外筒２の内周面とロウ付は接合されてい
る。一端部３１と他端部３２の間の中間部は、ハニカム
体１にも外筒２にも接合されていない。なおロー付は部
４は、第１図に斜線で示す中間筒３の所定部分に予めリ
ング状に被覆されたロー材から形成され、その軸方向の
幅は端面からスリット３１ａ、３２ａの艮ざより短く形
成されている。

このように構成された本実施例のメタル担体では、熱に
よりハニカム体１が径方向に膨張すると、その膨張の力
により撓み部３１ｂがスリット３１ａを拡げるように変
形する。また撓み部３１ｂは外筒２とは接合されておら
ず、その拡径の動きは妨げられない。したがってハニカ
ム体１の膨張の力は撓み部３１ｂの変形により吸収され
、ハニカム体１に熱応力が作用するのが防止される。ま
た中間筒３の他端部３２は撓み部３２ｂを介して外筒２
と接合されているので、外筒２の膨張および中間筒３の
膨張の力は撓み部３２ｂの変形で吸収され、中間筒３に
も熱応力が作用するのが防止されている。そして冷却時
には撓み部３１ｂ、３２ｂがスリット３１ａ、３２ａを
狭める方向に変形することにより、同様にハニカム体１
１３よび中間筒３に熱応力が作用するのが防止されてい
る。

また、ハニカム体１は一端部のみが中間筒３の一端部３
１と接合され、他端部は自由端となっている。したかつ
て軸方向の膨張・収縮の動きは規制されず、これによっ
てもハニカム体１に熱応力が作用するのが防止されてい
る。

ざらにロウ付は部４を除くハニカム体１と中間筒３の間
、および外筒２と中間筒３との間には、約０．１ｍｍの
間隙がそれぞれ形成され空気層が介在している。したが
ってハニカム体１は外筒２と断熱的に配置されているの
で、触媒として使用時の始動時の浄化性能が向上し、ハ
ニカム体１内部の温度が均一となるので一層熱応力か発
生しにくい。

（実施例２） 本実施例は中間筒３の構成が異なること以外は実施例１
と同様である。第４図に第２の実施例に用いた中間筒３
の展開図を示す。この中間筒３では、スリット３１ａと
スリット３２ａは互いに向かい合って形成され、撓み部
３１ｂと撓み部３２ｂとは一直線上に形成されている。

本実施例においても、ロウ付は部４の幅はスリット３１
ａ、３２ａの長さを越えない範囲にする。スリット３１
ａ、３２ａを越えてロウ付（ブされると、撓み部３１ｂ
、３２ｂの変形かロウ付は部４によって妨げられるから
である。

（実施例３） 本実施例も中間筒３の構成が異なること以外は実施例１
と同様でおる。第５図に第３の実施例のメタル担体に用
いた中間筒３の展開図を示す。本実施例では、ハニカム
体１と接合される一端部３１のみにスリット３１ａおよ
び撓み部３１ｂが形成され、外筒２と接合される他端部
３２は何も形成されていない板状をなしている。このよ
うにハニカム体１と接合される一端部３１のみに撓み部
３１ａを形成しても、実施例１と比べれば若干効果は小
さくなるが、従来と比べて格段にハニカム体１の破断が
防止され耐久性が向上している。

なお、本実施例の場合、中間筒３の板厚は均一としても
よいが、第６図に示す第５図のＡ−Ａ断面図のように、
撓み部３１ｂの厚さを他端部３２より薄くすることも好
ましい。このようにすれば撓み部３１ｂの変形が一層容
易となるので、ハニカム体１の破断が一層防止される。

（実施例４） 上記それぞれの実施例では、スリット３１ａ（３２ａ）
を設けることで撓み部３１　（３２）を変形可能として
いるが、第７図に断面で示すように、撓み部３１ｂ（３
２ｂ）の間に断面０字状の変形部３１ｃを設けることで
撓み部３１ｂ（３２ｂ）の変形を可能としてもよい。こ
のようにしても撓み部３１ｂ（３２ｂ）は、容易に間隔
を狭める方向および拡げる方向へ変形することができる
。

（実施例５） また、第８図に示すように長穴状のスリット３１ｄを設
け、それぞれのスリット３１ｄで挟まれた梯子状の部分
を撓み部３１ｂとすることもできる。なおこの場合、撓
み部３１ｂの変形を容易とするためには、第８図に斜線
で示すように撓み部３１ｂを部分的にロウ付けすること
が望ましい。

（実施例６） 第９図に第６の実施例のメタル担体の断面図を示す。こ
のメタル担体は、中間筒３の軸方向中央部分の外周表面
に円周方向に延びるリング状の溝３３が形成され、その
溝３３にリング状のシール部材５が保持されている。ま
た中間筒３の形状が、一端部から他端部に向かって段階
的に径が大きくなるように形成されている。その他は実
施例２と同様である。すなわち本実施例のメタル担体で
は、段階的に径を変えることにより中間筒３の径方向の
拡がり量を一層大きくしたものである。なお、ハニカム
体１と中間筒３、外筒２と中間筒３との間には間隙が形
成されているが、その間隙の厚さが大きくなると間隙を
通じて排気ガスが浄化されずに排出される場合がある。

しかし本実施例ではシール部材５が外筒２と中間筒３と
に弾接し、また溝３３の底部が中間筒３とハニカム体１
の間隙を狭くすることで、その間隙からの排気ガスの流
出を防止している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例のメタル担体に関し
、第１図はその構成を説明する斜視図、第２図はその断
面図、第３図は中間筒の展開図である。第４図は第２の
実施例に用いた中間筒の展開図である。第５図は第３の
実施例に用いた中間筒の展開図、第６図は第３の実施例
の中間筒の池の態様を示し第５図のＡ−Ａ断面相当の断
面図でみる。第７図は第４の実施例に用いた中間筒の、
展開状態の要部断面図である。第８図はＭ５の実施例に
用いた中間筒の展開図で必る。第９図は第６の実施例の
メタル担体の断面図で必る。 つ・・・ハニカム体　　　　２・・・外筒３・・・中間
筒　　　　　　４・・・ロウ付は部１０・・・平板　　
　　　　１１・・・波板３１・・・一端部　　　　　３
２・・・他端部３１ａ、３２ａ・・・スリット ３１ｂ、３２ｂ・・・撓み部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板と波板とを重ねてロール状に巻いて形成され
   たハニカム体と、該ハニカム体の外周に同軸的に配置さ
   れた外筒と、該ハニカム体と該外筒との間に介在する中
   間筒とよりなり、該中間筒は少なくとも一端部に円周方
   向に間隔を隔てて列設され該間隔を狭める方向および拡
   げる方向に変形可能な複数の撓み部をもち該撓み部が該
   ハニカム体および該外筒の一方に接合されるとともに該
   中間筒の他端部が該ハニカム体および該外筒の他方に接
   合されてなることを特徴とする排気ガス浄化触媒用メタ
   ル担体。