JPH0621551Y2 - 排気ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、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］ 排気ガ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、通常ロウ付けによって一体
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ほど流速が大きい。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、
中心部ほど高温で外周部ほ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膨張およ
び収縮量に差が生じるが、ハニカム体の径方向および軸
方向の膨張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。そして膨張・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が生じる場合が
あった。

［考案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
の軸方向の膨張・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膨張・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ある。

また、実開昭６２−１６９２１４号公報には、ハニカム
体の両端にリング状のキャップを固着し、断熱マットを
介してリング状凹部をもつハウジングに収納した触媒コ
ンバータが開示されている。この触媒コンバータによれ
ば、ハニカム体の軸方向および径方向の動きが比較的規
制されないので、熱応力の発生が防止される。しかしな
がら、ハニカム体のキャップの接合部には依然として熱
応力が発生する。また断熱マットは通常セラミックス系
複合材であり、ハニカム体やハウジングの金属とは線膨
張係数が大きく異なり、又引張り強度が低いため、冷熱
時にハニカム体が損傷したり、断熱マットが飛散したり
する場合がある。

本考案はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
一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］ 本考案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、よりな
る排気ガス浄化触媒用メタル担体において、 ハニカム体の外周面には円周方向に間隔を隔てて一周し
てハニカム体に固定され間隔を狭める方向および拡げる
方向に変形可能な少なくとも１つの略リング状の係合部
材をもち、外筒はその内周面を一周し係合部材と係合す
る少なくとも１つのリング状の係合溝をもち、ハニカム
体と外筒とは係合部材が係合溝に嵌合して一体化されて
い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Ａｌ
−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１〜２mm
程度である。

本考案の最大の特徴は、外筒とハニカム体との間に介在
するリング状の係合部材にある。この係合部材は、ハニ
カム体の外周面を一周し円周方向に間隔を隔ててハニカ
ム体の外表面に固定されている。そしてそれぞれの間隔
を狭める方向および拡げる方向に変形可能となってい
る。このような係合部材としては、例えばハニカム体の
軸方向に延びるスリットをもつ構成など、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。この係
合部材は１つでもよいし、ハニカム体の軸方向に並んで
複数個設けることもできる。

また外筒は、その内周面を一周し上記係合部材と係合す
る少なくとも１つのリング状の係合溝をもつ。そしてハ
ニカム体と外筒とは、係合部材が係合溝に嵌合して一体
化されている。

［考案の作用および効果］ 本考案のメタル担体では、ハニカム体の外周面に形成さ
れたリング状の係合部材と外筒の内周面に形成されたリ
ング状の係合溝とが嵌合することにより、ハニカム体と
外筒とが一体化されている。すなわち、ハニカム体と外
筒とは係合部材を介して機械的に係合しているのみで、
ロウ付けなどにより一体的に接合されたものではない。
このため、本考案のメタル担体では、ハニカム体は外筒
に対して軸方向に自由に膨張・収縮が可能である。

また、係合部材は円周方向に間隔を隔ててハニカム体と
固定されている。したがってハニカム体の膨張・収縮の
動きに対して係合部材は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ので、ハニカム体は径方向に
自由に膨張・収縮が可能である。

したがってハニカム体に熱応力が発生するのが防止され
るため、発生の破断が防止され耐久性が著しく向上す
る。

［実施例］ 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図に本考案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、係合部材３とより構成される。

ハニカム体１は、板厚０．０５mmのＡｌ−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はステンレス板を巻回し両端部を溶接して形成さ
れ、板厚１．５mmの円筒状をなしている。そして外筒１
の軸方向略中央部には、内周面にリング状の係合溝２０
が形成されている。

係合部材３は第３図にその展開図を示すように、一端部
からそれぞれ軸方向に延びるスリット３０が円周方向に
交互に形成されている。なお、係合部材３はＡｌ−Ｃｒ
−Ｆｅ合金から形成され、その板厚は１．２mmである。
そして係合部材３の線膨張率は１３．５×１０^−６／
℃、ハニカム体１は１５×１０^−６／℃、外筒２は１２
×１０^−６／℃であって、係合部材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。

係合部材３は、スリット３０どうしで挟まれた部分のう
ち、第３図の斜線部分の内周面が局部的にハニカム体１
の外周面とロウ付け接合されている。したがってスリッ
ト３０の両端の連結部分は自由に変形でき、ハニカム体
１の膨張・収縮の動きに追従して間隔が自在に変化可能
である。そして係合部材３が固定されたハニカム体１の
表面に未溶接状態の外筒２が被覆され、係合部材３と係
合溝２０とが嵌合されて外筒２の両端が溶接される。こ
れによりハニカム体１、外筒２および係合部材３が一体
的に結合される。この状態では、第２図に示すようにハ
ニカム体１の外表面と外筒２の内周面の間、および係合
部材３の外表面と係合溝２０の底面との間には、若干の
間隙４が形成されている。

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
により係合部材３がスリット３０を拡げるように変形す
る。また係合部材３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
の膨張の力は係合部材３の変形によって吸収され、ハニ
カム体１に熱応力が作用するのが防止される。そして冷
却時には係合部材３がスリット３０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と係合部材３とは略リング状にロウ
付けされているのみであるため、ハニカム体１の両端部
が軸方向に自由に膨張・収縮可能である。したがって軸
方向においてもハニカム体１に熱応力が作用するのが防
止されている。

さらに係合部材３と係合溝２０の接触部を除くハニカム
体１と外筒２の間、および外筒２と係合部材３との間に
は間隙４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
力が発生しにくい。

（実施例２） 本実施例は係合部材３の形状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の実施例に用いた係合部
材３の展開図を示す。この係合部材３では、スリット３
０は一端部からのみ形成され、全体として櫛歯状となっ
ている。本実施例においては、スリット３０が開口する
一端部（第４図の斜線部）を局部的にハニカム体１とロ
ウ付けすることにより、実施例１のメタル担体と同様の
作用効果を奏する。

（実施例３） 本実施例も係合部材３の形状が異なること以外は実施例
１と同様である。第５図に第３の実施例に用いた係合部
材３の展開図を示す。この係合部材３では、スリット３
０は端部に開口しない長穴状に形成され全体として梯子
状となっている。本実施例においては、スリット３０の
中央部分（第５図の斜線部）を局部的にハニカム体１と
ロウ付けすることにより、実施例１のメタル担体と同様
の作用効果を奏する。

（実施例４） 上記それぞれの実施例では、スリット３０により係合部
材３を変形可能としているが、第６図に断面で示すよう
に、スリット３０の代わりに撓み部３１を設けることで
係合部材３の変形を可能とすることもできる。

（実施例５） また、第７図に示すように、ハニカム体１表面に円周方
向に間隔を隔てて接合された円環状パイプを円周方向で
複数個に分割した形状の複数の小ピース３２からなる係
合部材３とすることもできる。なお係合部材３は、小ピ
ース３２を専用治具で位置決めした状態で、円周方向に
間隔を隔ててハニカム体１に接合して形成されている。
この場合はスリット３０は形成されず、小ピース３２の
間に軸方向に貫通する通路３３が形成され、ハニカム体
１の径方向の膨張・収縮に応じて通路３３の間隔が自在
に変化可能である。

（実施例６） 第８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、係合部材３の外径より大きい内径の拡
径部２１をもつ外筒２と、ハニカム体１に被嵌されたシ
ール部材５と、拡径部２１の内周表面に接合されたリン
グ６をもつ。このメタル担体では、係合部材３はリング
６で係止されたシール部材５と拡径部２１の末端の段部
２２との間に挟持された状態で固定されている。すなわ
ちシール部材５、拡径部２１および段部２２で係合溝２
０が形成されている。

このメタル担体を製造するには、まず拡径部２１の開口
より係合部材３をもつハニカム体１およびシール部材５
を挿入し、係合部材３と段部２２とを当接させて係止す
る。次に拡径部２１の開口よりリング６を挿入し、リン
グ６でシール部材５を軸方向に押圧して段部２２、係合
部材３、シール部材５およびリング６が軸方向に密接し
た状態で、リング６と外筒２とを溶接などで接合するこ
とにより形成される。

したがって本実施例のメタル担体では、シール部材５が
ハニカム体１と外筒２との間をシールしているため、そ
の間からの排気ガスの漏れが防止される。また、係合部
材３および拡径部２１の寸法は、他の実施例の係合溝２
０と係合部材３の寸法ほどの精度を必要としなくとも、
係合部材３を確実に固定することができるので、製造工
数を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案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図は係合部材の展開図である。第４図は第
２の実施例に用いた係合部材の展開図である。第５図は
第３の実施例に用いた係合部材の展開図である。第６図
は第４の実施例に用いた係合部材の要部断面図である。
第７図は第５の実施例のメタル担体の断面図である。第
８図は第６の実施例のメタル担体の断面図である。 １…ハニカム体、２…外筒、３…係合部材 ４…間隙、５…シール部材、６…リング １０…平板、１１…波板 ２０…係合溝、２１…拡径部、２２…段部 ３０…スリット、３１…撓み部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｕ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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、よりなる排気ガス浄化触媒用メタル
   担体において、 前記ハニカム体の外周面には円周方向に間隔を隔てて一
   周して該ハニカム体に固定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少なくとも１つの略リング状
   の係合部材をもち、前記外筒はその内周面を一周し該係
   合部材と係合する少なくとも１つのリング状の係合溝を
   もち、該ハニカム体と該外筒とは該係合部材が該係合溝
   に嵌合して一体化されていることを特徴とする排気ガス
   浄化触媒用メタル担体。