JPH06346726A - メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平板状帯材と波板状帯材を最小構成単位と
し、該最小構成単位の夫々が外包するケーシングの内壁
面に当接する構造の排気ガス浄化触媒を担持するための
ハニカム体（Ｈ）に対し、軽量化、経済性及び省資源性
に優れるケーシング（Ｃ）を適用し、前記効果とともに
耐久性に優れるメタル担体（ＭＳ）を提供する。 【構成】 前記構造のハニカム体（Ｈ）をケーシング
（Ｃ）に収納させてなるメタル担体（ＭＳ）において、
該ケーシング（Ｃ）が、（ｉ）ハニカム体（Ｈ）の外周
部全域あるいは両端近傍部位を除く外周部に周設される
薄肉ケーシング（Ｃ１）、及び、（ii）ハニカム体
（Ｈ）の両端近傍部に周設される厚肉ケーシング（Ｃ
２）、で構成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、自動車の排気
ガス浄化手段として排気管系統に介装されて使用される
排気ガス浄化用触媒を担持させるための金属製のハニカ
ム体とケーシングから成る金属製メタル担体（以下、単
にメタル担体という。）に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、平板状帯材と波
板状帯材から成る最小構成単位とし、かつ前記最小構成
単位の複数組を巻回形成して各最小構成単位の端部が外
包する金属製ケーシングの内壁面に当接する構造のハニ
カム体とケーシングから成るメタル担体において、特に
前記ケーシングの構造を改良した耐久性と経済性に優れ
るメタル担体に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の自動車の排気ガス浄化手
段として、セラミック製のモノリスタイプの排気ガス浄
化用の触媒を担持するための担体に代って、メタル製の
モノリスタイプのものが注目されて来ている。一般に金
属製モノリスタイプの排気ガス浄化用の触媒を担持させ
るためのメタル担体（ＭＳ、メタルサブストレート）
は、図１０に示されるように耐熱性の薄肉鋼板の平板状
帯材（１´）と波板状帯材（２´）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成形して製作した
軸方向に排気ガス通路のための多数の網目状通気孔路
（以下、セルという。）を有する巻回タイプのハニカム
状積層体（以下、ハニカム体という。）（Ｈ´）と、前
記ハニカム体を内部に填装し、固着するための両端が開
口した筒状の金属製ケーシング（４´）とから構成され
るものである。なお、図１０に示されるように前記平板
状帯材（１´）と波板状帯材（２´）の巻回成形により
自動的に排気ガスの流通路となる多数の網目状通気孔路
（３´）（セル）が形成される。

【０００４】そして、前記従来の巻回タイプのハニカム
体と金属製ケーシングとは、排気ガス自体の高温度、及
び該排気ガスと排気ガス浄化用触媒との発熱反応による
高い温度雰囲気下で生起する熱膨脹や熱的応力に耐え得
るように、また自動車走行時の激しい振動に耐え得るよ
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、ハニカム体（Ｈ´）を構成する平板状帯材（１´）
と波板状帯材（２´）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。

【０００５】前記した巻回タイプのハニカム体は、セラ
ミック性のモノリスタイプのものより種々の点で優れて
いるものの、前記した激しい熱的条件下で生起する大き
な熱応力に対してまだ改善の余地を残すものである。特
に、金属ケーシングの内壁面と当接するハニカム体の外
周部及びその近傍部位に、過大な熱応力が集積するた
め、ハニカム体を構成する平板状帯材や波板状帯材が座
屈したり、破損や亀裂をおこしたりして耐久性を低下さ
せる。これは、ハニカム体の金属製ケーシングの内壁面
に当接する外周部が、一組の平板状帯材（１´）と波板
状帯材（２´）で構成され、かつ該一組の帯材が金属製
ケーシングの内壁面に沿うように当接しており、即ち面
状に接合しており、熱応力を十分に吸収、緩和すること
ができないためである。

【０００６】最近、前記した渦巻状巻回タイプのハニカ
ム体にかえて、ハニカム構造のハニカム体を構成する最
小構成単位、即ち当接関係にある一組の平板状帯材と波
板状帯材から成る最小構成単位において、その最小構成
単位の端部が夫々、金属ケーシングの内壁面に当接する
構造のハニカム体が提案されている。例えば、特開昭６
２−２７３０５０号、特開昭６２−２７３０５１号、特
開平１−２１８６３７号、特公表３−５０２６６０号、
特開平４−２２７８５５号などに、放射状タイプ、Ｓ字
状タイプ、巴状タイプ、Ｘ−ラップ（卍）状タイプのハ
ニカム体が提案されている。なお、前記した各種の改良
されたハニカム体は、後述するように本発明のハニカム
担体（ＭＳ）を構成するハニカム体（Ｈ）として採用さ
れるものであり、図６〜図９にそれぞれの正面図や断面
図が開示されている。即ち、図６は放射タイプ、図７は
Ｓ字状タイプ、図８は巴状タイプ、及び図９はＸ−ラッ
プ（卍）状タイプのハニカム体（Ｈ）を示すものであ
る。

【０００７】前記した放射状タイプ、Ｓ字状タイプなど
のハニカム体は、従来の渦巻状巻回タイプのハニカム体
より優れたものである。これは、従来の巻回タイプのハ
ニカム体においては、前記したように一つの最小構成単
位の端部が金属ケーシングの内壁面に沿って当接してい
るのに対し、所定の数の複数の最小構成単位の各端部が
金属ケーシングの内壁面に当接するため、各端部におい
て熱応力を吸収、緩和されることができ、ハニカム体の
耐久性を向上させることができるためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記したように放射状
タイプ、Ｓ字状タイプ、巴状タイプ、及びＸ−ラップ
（卍）タイプのハニカム体は、所定数の最小構成単位の
夫々の端部が、金属製ケーシングの内壁面に当接し、ハ
ニカム体の外周部及びその近傍部位に集中する熱応力を
各最小構成単位が分担して吸収、緩和することが出来る
ため、ハニカム体の耐久性が改善される。

【０００９】しかしながら、従来においてはハニカム体
自体の構造改良を追求するあまり、メタル担体、即ち該
ハニカム体とケーシングとからなるメタル担体の全体的
な利点を発現させるための検討がなされていないのが現
状である。本発明者らは、前記構造のハニカム体との関
連で、ケーシングの構造について鋭意検討した結果、ケ
ーシングの構造を特殊なものにすることにより、耐久性
に優れるとともに省資源的で経済性に富むメタル担体が
得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は、平板状帯材と波板状帯材を最小構成単位とし、
かつ、前記最小構成単位の複数組を巻回成形して各最小
構成単位の端部が外包するケーシングの内壁面に当接す
る構造の排気ガス浄化用触媒を担持するためのハニカム
体（Ｈ）とケーシング（Ｃ）から成るメタル担体（Ｍ
Ｓ）において、前記ケーシング（Ｃ）が、（ｉ）ハニカ
ム体（Ｈ）の外周部全域あるいは両端近傍部位を除く外
周部に周設される薄肉ケーシング（Ｃ１）、及び、（i
i）ハニカム体（Ｈ）の両端近傍部に周設される厚肉ケ
ーシング（Ｃ２）、で構成されることを特徴とするメタ
ル担体（ＭＳ）に関するものである。

【００１１】以下、本発明の技術的構成及び実施態様を
図面を参照して詳しく説明する。なお、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。

【００１２】前記したように、本発明が改良の対象とし
ているメタル担体は、後述する図５〜図８などに示され
る放射状タイプ、Ｓ字状タイプ、巴状タイプ、及びＸ−
ラップ（卍）状タイプなどの特定構造のハニカム体と、
該ハニカム体を外包する金属製ケーシングから成るもの
がある。そして、本発明は特にこの特定構造のハニカム
体を利用したメタル担体において、該ハニカム体を外包
するメタルケーシングの構造を改良し、耐久性に優れる
とともに省資源的、かつ経済性に優れたメタル担体を提
供しようとするものである。

【００１３】本発明は、前記特定構造のハニカム体が熱
応力に基づく大きな変形力を効果的に吸収、緩和する特
性を有していることから、ケーシングを、従来のように
均一な肉厚のものとせずにハニカム体の両端近傍部を他
部よりも肉厚のもので構成した場合でも、ハニカム体の
耐久性を長期に亘り維持することが出来ること、かつケ
ーシング全体の薄肉化を通じて省資源的、経済的なメタ
ル担体が得られるという知見をベースとするものであ
る。

【００１４】図１は、本発明のメタル担体（ＭＳ）の斜
視図であり、図２は該メタル担体（ＭＳ）の軸方向の断
面図である。図１のメタル担体（ＭＳ）は、図示される
ように金属製のハニカム担体（Ｈ）とケーシング（Ｃ）
の二つの主要な構成要素から構成されるものである。図
１に示される前記ハニカム体（Ｈ）は、後述の図６との
関連で詳述される放射状タイプのものであり、平板状帯
材（１）と波板状帯材（２）から構成される。なお、図
１の３は、両帯材（１、２）により形成される排気ガス
の流通路（セル）を示す。

【００１５】図１〜図２に示される、本発明の第一実施
態様のケーシング（Ｃ）は、次の構成を有するものであ
る。即ち、本発明のケーシング（Ｃ）は、（ｉ）前記ハ
ニカム体（Ｈ）の外周部全域に周設される薄肉ケーシン
グ（Ｃ１）、及び（ii）前記ハニカム体（Ｈ）の両端近
傍部にのみ周設される厚肉ケーシング（Ｃ２）、から構
成されるものである。前記態様のケーシング（Ｃ）にお
いて、薄肉ケーシング（Ｃ１）は、ハニカム体（Ｈ）を
構成する平板状帯材（１）を最外周層として複回数、巻
回させて構成してもよいし、別体の薄肉筒状体で構成し
てもよい。

【００１６】前記薄肉ケーシング（Ｃ１）と厚肉ケーシ
ング（Ｃ２）の肉厚は、相対的なものであり、一般に前
者の肉厚は０．１mm〜１．５mm、後者の肉厚は１．０mm
〜５．０mmのものである。また、前記厚肉ケーシング
（Ｃ２）において、ハニカム体（Ｈ）の両端近傍部の外
包幅（端面から外包されている幅）は、ハニカム体に対
する補強性、ハニカム体の全長、外径などを考慮して適
宜に決めればよい。一般に、１０mm〜５０mmの外包幅で
あれば十分である。

【００１７】前記した金属製ケーシング（Ｃ）は、ハニ
カム体（Ｈ）を内部に収容し固着するためのものであ
り、両端が開口し、ハニカム体（Ｈ）の断面形状と同じ
形状のものであれば何らの制約を受けるものではない。
即ち、円形のみならずレーストラック、楕円、多角形、
その他の異形断面のものであってもよい。前記した金属
製ケーシング（Ｃ）の素材、即ち薄肉ケーシング（Ｃ
１）と厚肉ケーシング（Ｃ２）の素材として、前記ハニ
カム体（Ｈ）を構成する帯材（１、２）と同種の耐熱鋼
を用いてもよいし、更に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
耐蝕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使用たものを用いてもよ
い。

【００１８】図３は、本発明の第二実施態様のケーシン
グ（Ｃ）の構成を示すものである。図２の第一実施態様
のケーシング（Ｃ）の構成と大きく相違する点は、
（イ）図２の第一実施態様のケーシング（Ｃ）が、薄肉
ケーシング（Ｃ１）をハニカム体（Ｈ）の外周部全域に
周設しているのに対し、（ロ）図３の第二実施態様のケ
ーシング（Ｃ）においては、薄肉ケーシング（Ｃ１）を
ハニカム体（Ｈ）の両端近傍部を除く外周部に周設して
いる点である。なお、前記第二実施態様のケーシング
（Ｃ）において、薄肉ケーシング（Ｃ１）と厚肉ケーシ
ング（Ｃ２）は別体のもので構成されている。

【００１９】図４は、本発明の第三実施態様のケーシン
グ（Ｃ）の構成を示すものである。前記図３に示される
第二実施態様のケーシング（Ｃ）と大きく相違する点
は、薄肉ケーシング（Ｃ１）と厚肉ケーシング（Ｃ２）
が一体化したケーシングを使用している点である。

【００２０】図５は、本発明の第四実施態様のケーシン
グ（Ｃ）の構成を示すものである。図５に示される第四
実施態様のものは、薄肉ケーシング（Ｃ１）の胴部にフ
ィン（Ｆ）が形成されているものであり、前記フィン
（Ｆ）により薄肉ケーシング（Ｃ１）の剛性が改善され
る。

【００２１】次に、本発明の前記したケーシング（Ｃ）
内に填装され、固着されるハニカム体（Ｈ）について説
明する。本発明におけるハニカム体（Ｈ）は、平板状帯
材（１）と波板状帯材（２）とから成る最小構成単位の
所望数を使用して製作され、各最小構成単位の端部が外
包するケーシングの内壁面に当接する構造のものであ
る。前記したように、この種の構造のハニカム体（Ｈ）
としては、放射状タイプ、Ｓ字状タイプ、巴状タイプ、
及びＸ−ラップ（卍）状タイプのものなどがあり、これ
らは常法に従って製作される。

【００２２】図６は、放射状タイプのハニカム体（Ｈ）
の断面図を示す。前記放射状タイプのハニカム体（Ｈ）
は、平板状帯材（１）と波板状帯材（２）から成る最小
単位を、巻回中心部（４）に所望数を配設し、これを巻
回成形して製作されるものである。

【００２３】図７は、Ｓ字状タイプのハニカム体（Ｈ）
の断面図を示す。前記Ｓ字状タイプのハニカム体（Ｈ）
は、該最小構成単位の所望数を積重ねて形成した１箇の
スタック（stack ） において、その上下最外層に二つ
の巻回成形治具を配設し（図中、４と５に配設し）、同
一方向に巻回成形することによって製作されるものであ
る。

【００２４】図８は、巴状タイプのハニカム体（Ｈ）の
正面図を示す。前記巴状タイプのハニカム体（Ｈ）は、
該最小構成単位の所望数を積重ねて形成した３箇のスタ
ック（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）において、各スタックの中央
部を夫々１２０°に折曲げて３箇当接させ、夫々のスタ
ックの最外層に三つの巻回成形治具を配設し（図中、
４、５、６に配設し）、同一方向に巻回成形することに
よって製作されるものである。

【００２５】図９は、Ｘ−ラップ（卍）状タイプのハニ
カム体（Ｈ）の正面図を示す。前記Ｘ−ラップ（卍）状
タイプのハニカム体（Ｈ）は、該最小構成単位の所望数
を積重ねて形成した４箇のスタック（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
３、Ｓ４）において、各スタックを一端で相互に当接さ
せ、該当接部を中心に巻回成形することによって製作さ
れるものである。なお、図示の構造のハニカム体（Ｈ）
がＸ−ラップ（卍）状タイプといわれるのは、巻回成形
の中心部（即ち、各スタックが一端で当接される部位）
の形状が、Ｘ字状（卍）状であるからである。前記Ｘ−
ラップ（卍）状タイプのハニカム体（Ｈ）において、各
スタックの側面からみた断面形状が長方形、台形、平行
四辺形などであることによって、ハニカム体（Ｈ）の断
面形状が円形、楕円形、トーストラック形状など各種の
ものが製作される。

【００２６】本発明において、前記各種タイプのハニカ
ム体を製作するために使用される平板状帯材（１）とし
ては、通常のメタルモノリスタイプのハニカム体を製作
するときに使用されている帯材、例えばクロム鋼（クロ
ム１３％〜２５％）、Ｆｅ−Ｃｒ２０％−Ａｌ５％など
の耐熱性のステンレス鋼、あるいはこれに耐高温酸化性
を改善するために希土類金属（ＲＥＭ）を加えた耐熱性
のステンレス鋼など、厚さが０．０４mm〜０．１mmの帯
材が使用される。また、波板状帯材（２）としては、前
記平板状帯材（１）から所定の略正弦波もしくは略台形
波を有するように波付加工したものが使用される。な
お、平板状帯材（１）と波板状帯材（２）は互いに異な
った板厚でもよく、また異なった材質のものであっても
よい。特に、平板状帯材（１）と波板状帯材（２）にＡ
ｌを含有させたものやあるいはその表面にＡｌ層を設け
たものを熱処理して、その表面にウィスカー状もしくは
マッシュルーム状のアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）層を析出さ
せたものが好ましい。前記ウィスカー状などのアルミナ
層は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの排気ガス浄化用触媒を担
持するためのウォッシュコート層を強固に保持すること
ができるので好ましいものである。

【００２７】前記した各種タイプのハニカム体（Ｈ）
は、本発明のメタルハニカム担体（ＭＳ）の主要な構成
要素である。前記メタル担体（ＭＳ）は、該ハニカム体
（Ｈ）を前記メタルケーシング（Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２）内に
収容され、所望部位をろう接合や溶接などにより固着さ
れて製作される。

【００２８】

【発明の効果】本発明のメタル担体（ＭＳ）は、特定構
造のハニカム体（Ｈ）と特定構造のケーシング（Ｃ）と
の結合関係により構成されるものである。即ち、本発明
のメタル担体（ＭＳ）は、ハニカム体（Ｈ）として、平
板状帯材と波板状帯材とから成る最小構成単位におい
て、各最小構成単位の端部が外包するケーシングの内壁
面に当接する構造のものを使用する関係上、ケーシング
として、従来の肉厚が厚く、かつ均一肉厚のケーシング
でない構造のものが使用される。

【００２９】これは、前記構造のハニカム体（Ｈ）が、
従来の例えば巻回タイプのものに比較して熱応力に対す
る耐久性が優れているという特性を考慮し、ケーシング
の経済性、省資源的観点から発案されたものである。即
ち、本発明のメタル担体（ＭＳ）を構成するケーシング
（Ｃ）は、所望な限り最小の幅の厚肉ケース部、及びそ
の他の部位が肉厚の薄い薄肉ケース部とから構成される
ものである。以上のような構成により、本発明のメタル
担体（ＭＳ）は、長期に亘り優れた耐久性を示すととも
に、軽量化、経済性、省資源性に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のメタル担体の斜視図である。

【図２】 図１に示されるメタル担体の軸方向の断面図
であり、第一実施態様のケーシングの構造を説明するも
のである。

【図３】 図２に対応する図であり、第二実施態様のケ
ーシングの構造を説明するものである。

【図４】 図２に対応する図であり、第三実施態様のケ
ーシングの構造を説明するものである。

【図５】 図２に対応する図であり、第四実施態様のケ
ーシングの構造を説明するものである。

【図６】 本発明のメタル担体に適用される第一実施態
様のハニカム体の断面図である。

【図７】 本発明のメタル担体に適用される第二実施態
様のハニカム体の断面図である。

【図８】 本発明のメタル担体に適用される第三実施態
様のハニカム体の正面図である。

【図９】 本発明のメタル担体に適用される第四実施態
様のハニカム体の正面図である。

【図１０】 従来のメタル担体の斜視図である。

【符号の説明】

ＭＳ……………メタル担体（メタルサブストレート） Ｈ ……………ハニカム体 １ ……………平板状帯材 ２ ……………波板状帯材 ３ ……………網目状通気孔路（セル） Ｃ ……………ケーシング Ｃ１……………薄肉ケーシング Ｃ２……………厚肉ケーシング ４、５、６……………巻回成形点 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…………スタック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状帯材と波板状帯材を最小構成単位
   とし、かつ、前記最小構成単位の複数組を巻回成形して
   各最小構成単位の端部が外包するケーシングの内壁面に
   当接する構造の排気ガス浄化用触媒を担持するためのハ
   ニカム体（Ｈ）とケーシング（Ｃ）から成るメタル担体
   （ＭＳ）において、前記ケーシング（Ｃ）が、 （ｉ）ハニカム体（Ｈ）の外周部全域あるいは両端近傍
   部位を除く外周部に周設される薄肉ケーシング（Ｃ
   １）、及び、 （ii）ハニカム体（Ｈ）の両端近傍部に周設される厚肉
   ケーシング（Ｃ２）、で構成されることを特徴とするメ
   タル担体（ＭＳ）。
2. 【請求項２】 薄肉ケーシング（Ｃ１）と厚肉ケーシン
   グ（Ｃ２）が固着されたものである請求項１に記載のメ
   タル担体（ＭＳ）。
3. 【請求項３】 薄肉ケーシング（Ｃ１）と厚肉ケーシン
   グ（Ｃ２）が一体のものである請求項１に記載のメタル
   担体（ＭＳ）。
4. 【請求項４】 薄肉ケーシング（Ｃ１）がフィンを有す
   るものである請求項１に記載のメタル担体（ＭＳ）。
5. 【請求項５】 薄肉ケーシング（Ｃ１）の肉厚が０．１
   〜１．５mmのものであり、厚肉ケーシング（Ｃ２）の肉
   厚が１．０〜５．０mmのものである請求項１に記載のメ
   タル担体（ＭＳ）。