JPH07232085A - 金属製担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属製触媒担体の強度を高め、スコーピング
による破損を防止して、耐久性を向上させる。 【構成】 触媒を担持するために耐熱金属製の波板２と
平板３を交互に積層し、それを渦巻き状に巻き上げてハ
ニカム体１を形成する際に、ハニカム体１の最外周層が
波板７となるようにすると共に、最外周部の波板７のピ
ッチＰ₂ が内部の波板２のピッチＰ₁ よりも小さくなる
ようにして、最外周部の波板７と外筒５の内面との接合
箇所である稜線部分の数を増加させることにより、ハニ
カム体１と外筒５との接合強度を増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用内燃機
関の排気ガス浄化のために排気通路に設けられる触媒の
担体として使用することができる金属製担体（メタル担
体）に係り、特に、波形に成形された帯状の金属薄板を
ハニカム状に巻き上げて積層してなる金属製担体の、所
謂スコーピングによる破損を防止するための改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平３−８０９３９号公報に
記載されているように、従来から自動車用内燃機関の排
気ガスを浄化する触媒の担体として、フェライト系の耐
熱ステンレス鋼のような耐熱性金属の薄い帯状片からな
る波板と平板とを交互に重ね合わせて積層し、層間を溶
接又は蝋付けによって接合して排気ガスの通過する多数
のセルを形成するハニカム体となし、このハニカム体を
金属製の外筒内に収納して、ハニカム体と外筒を溶接又
は蝋付けにより接合した構成の金属製担体が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の金属製担体にお
いては、加熱及び冷却によって生じる熱応力や、それを
搭載している自動車の走行時の激しい振動により、ハニ
カム体と外筒との接合箇所が破断し、ハニカム体が排気
ガスの流れの下流側に向かって後退する所謂スコーピン
グを起こして破損する場合がある。本発明は、ハニカム
体の強度を高めることによってこの問題を解決し、高い
耐久性を有する金属製担体を提供することを目的として
いる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、触媒を担持するために耐熱
金属製の波板と平板を交互に積層したハニカム体を金属
製の外筒の内部に収納している金属製担体であって、し
かも、前記外筒の内面に接触する前記ハニカム体の最外
周層が波板となるように前記波板と前記平板を積層した
ものを渦巻き状に巻き上げて前記ハニカム体を形成する
と共に、前記ハニカム体の最外周層の波板の波ピッチが
前記ハニカム体の内部の波板の波ピッチよりも小さくな
るように構成したことを特徴とする金属製担体を提供す
る。

【０００５】

【作用】ハニカム体と外筒を溶接や蝋付け等によって接
合する場合、接合箇所はハニカム体の最外周層の波板の
稜線部分と外筒の内面が接触する部分になるが、本発明
の金属製担体においては、ハニカム体の最外周層の波板
の波ピッチをハニカム体内部の波板の波ピッチよりも小
さくしているので、稜線部分の数、従って接触部分の数
がそれだけ多くなるから、その接触部分を接合すること
によって、ハニカム体と外筒との接合強度を増大させる
ことができる。

【０００６】

【実施例】図１〜図３は本発明の金属製担体である金属
製触媒担体の第１実施例を示すもので、第１実施例の金
属製触媒担体の要部は、従来のものと同様に耐熱金属か
らなる円柱形のハニカム体１からなっている。ハニカム
体１は、例えば、厚さが５０μｍ程度のフェライト系の
耐熱ステンレス鋼の薄い帯状片（ストリップ）を波形に
成形した波板２と、同じ材料の成形しない薄い帯状片か
らなる平板３とを重ね合わせて、全体として円柱形にな
るように、それらを渦巻き形に巻き上げることによって
波板２と平板３を交互に積層し、それらの接触箇所であ
る波板２の稜線部分２ａの一部又は全部を平板３の面に
溶接又は蝋付け４によって接合し、層間に内燃機関の排
気ガスが通過する多数のセルを形成したものであって、
このハニカム体１を円筒形の金属製外筒５の中に挿入し
て、波板２のうち最外周となる部分の稜線に沿った少な
くとも一部を、外筒５の内面に溶接又は蝋付けによって
接合して金属製触媒担体６を構成している。

【０００７】以上の説明による第１実施例の構成は従来
の金属製触媒担体と変わるところはないが、第１実施例
の金属製触媒担体６の特徴は、内部の波板２に接続して
いる最外周部の波板７のピッチが、内部の波板２のピッ
チよりも小さくなっている点にある。つまり、最外周部
の波板７の波のピッチを内部の波板２のピッチよりも小
さくすると共に、外筒５の内面に対する最外周部の波板
７の接合箇所を多くすることによって、波板２に接続す
る最外周部の波板７、従って、ハニカム体１と外筒５と
の接合強度を高めた点にある。

【０００８】第１実施例の構成を更に詳細に説明する。
フェライト系耐熱ステンレス鋼の薄い平坦な帯状片であ
る長い平板３と、同じ材料の薄い帯状片を、例えば噛み
合っている複数個の歯車の歯の間を通すことによって、
ピッチ（波長）がＰ₁ の連続した波形を平板３よりも短
めの長さにわたって成形した波板２とを用意し、それら
を重ね合わせて外径が目標の外径よりも少し小さい略円
柱形のものに巻き上げて、外周部分に平板３が出るよう
にする。次に、波板２の外周側端部に対して溶接又は蝋
付けによって接合するという方法によって、同じ材料か
らなるがピッチがＰ₂ の小さい波形を有する波板７を接
続し、波板７をハニカム体１の最外周部分として、外周
部分の平板３上に目標の外径になるように巻付けてハニ
カム体１を完成させる。そして、このハニカム体１を外
筒５の中に挿入し、最外周部分となっているピッチＰ₂
の波板７の稜線部分７ａのうち、少なくとも一部を溶接
又は蝋付け８によって外筒５の内面に接合する。

【０００９】このように、ハニカム体１の内部の波板２
のピッチＰ₁ と、波板２に連続している最外周部の波板
７のピッチＰ₂ との関係を、Ｐ₁ ＞Ｐ₂ とすることによ
り、外筒５の内面に接合され得る最外周部の波板７の稜
線部分７ａの数を増加し、ハニカム体１と外筒５との接
合強度を高めている点に、第１実施例の金属製触媒担体
６の特徴がある。言うまでもなく、短めの波板２の外周
側端部に対して溶接又は蝋付けによって最外周部の波板
７を接合する代わりに、波板２の材料となる偏平な帯状
片にピッチＰ₁ の波形を平板３よりも短く形成すること
により、その外周側端部に未成形の偏平な部分を残して
おき、この未成形の部分に小さいピッチＰ₂ の波形を成
形して、波板２と最外周部の波板７が一連の薄い帯状片
として形成されるようにしてもよい。

【００１０】第１実施例の金属製触媒担体６はこのよう
に構成されているから、最外周部の波板７の全ての稜線
部分７ａで外筒５の内面と接合した場合は、従来の金属
製触媒担体において、最外周の波板２の外筒５に接する
全ての稜線部分２ａで外筒５の内面と接合した場合に比
して、Ｐ₁ ／Ｐ₂ 倍の接合箇所を有することになり、前
述のようにＰ₁ ＞Ｐ₂ であることから、第１実施例の金
属製触媒担体６は常に従来技術によるハニカム体よりも
接合強度の高いものになる。

【００１１】実際に、図４に略示したような試験装置に
より、第１実施例の金属製触媒担体６と従来技術による
金属製触媒担体について、接合箇所を色々に変えて荷重
試験を行った結果、図５の線図に整理して示したよう
に、前述のような両者の接合強度の差が確認された。こ
の試験に使用したハニカム体は、基本的に波板２のピッ
チＰ₁ が２．５ｍｍで、波の高さが１．３ｍｍのもので
あって、第１実施例の金属製触媒担体６については最外
周部の波板７のピッチＰ₂ が異なるハニカム体１を数種
類用意し、それらの最外周部の波板７の稜線部分７ａの
全てを外筒５の内面に溶接したものを試験材料として使
用した。

【００１２】従来技術の金属製触媒担体を試験する場合
も同様であるが、図４に示す試験装置によって第１実施
例の金属製触媒担体６を試験する場合について説明す
る。まず、円形の開口９を有する台座１０の上に第１実
施例の金属製触媒担体６の外筒５を載置し、円形の開口
９よりも十分小さい直径を有する押圧体１１をハニカム
体１の上に同心的に載せた状態で、押圧荷重を実測する
ことができるプレス装置を使用して押圧体１１を押圧し
ながら、押圧荷重を徐々に増加させることにより、ハニ
カム体１のどこかの部分が破断するときの押圧荷重（抜
け荷重）の値を測定した。

【００１３】図５に示す試験の結果に見られるように、
第１実施例の金属製触媒担体６におけるハニカム体１の
抜け荷重の大きさは、ハニカム体１と外筒５との接合点
数、即ち、最外周部の波板７の稜線部分７ａの数に略比
例して増加し、従来技術による金属製触媒担体のハニカ
ム体の抜け荷重に対して約Ｐ₁ ／Ｐ₂ 倍となる。しかし
ながら、最外周部の波板７のピッチＰ₂ を小さくして行
くと、抜け荷重がそれに応じて際限なく大きくなるとい
う訳ではなく、有効なＰ₂ ／Ｐ₁ の値には下限があり、
実験的にその下限値は０．３程度であることが確認され
た。

【００１４】Ｐ₂ ／Ｐ₁ の値が０．３以上の範囲におい
て、従来技術による金属製触媒担体の抜け荷重に対する
第１実施例の金属製触媒担体６の抜け荷重の大きさの比
が、それぞれの場合の第１実施例のハニカム体の最外周
部分における外筒５に対する接合点数の比に対応してい
ることから、従来のものに対する第１実施例の金属製触
媒担体６の「抜け難さ」が、ハニカム体１の最外周部の
波板７の接合箇所である稜線部分７ａの数の多いことに
起因していることが明らかであると言える。

【００１５】更に、図６に示すように、第１実施例のハ
ニカム体１を内燃機関１２の排気通路１３に設けられた
触媒容器１４内に接合して、ハニカム体１に加熱と冷却
が繰り返して作用する実際の内燃機関の使用状態に近似
する運転状態おいて実験を行った。この場合は、触媒容
器１４が第１実施例における金属製触媒担体６の外筒５
に相当する。勿論、従来技術による金属製触媒担体につ
いても、併せて同様な実験をおこなった。

【００１６】この実験によって、従来技術による金属製
触媒担体を使用した場合にはスコーピングが発生するよ
うな実験条件においても、Ｐ₂ ／Ｐ₁ の値が０．８以下
の範囲にある第１実施例の金属製触媒担体６においては
スコーピングが発生しないことが確認された。以上のこ
とから、金属製触媒担体６の高い強度を得るための有効
なＰ₂ ／Ｐ₁ の値の上限は０．８であって、下限は前述
のように０．３であることが判る。つまり、Ｐ₂ ／Ｐ₁
の値が０．３〜０．８の範囲にあるように、波板２のピ
ッチＰ₁ に対する最外周部の波板７のピッチＰ₂ を選定
すれば、ハニカム体１のスコーピングを防止することが
できる。

【００１７】図７に本発明の第２実施例の金属製触媒担
体１５の断面形を示す。第２実施例においては、先に詳
細に説明した第１実施例と共通の部分が多いので、それ
らに同じ参照符号を付すことにより重複する説明を省略
することにする。第２実施例の金属製触媒担体１５は、
ピッチＰ₁ の波板２と平板３を重ね合わせて、外筒５の
内径よりも少し小さい外径を有する円柱形のハニカム体
として一応巻き上げてから、その上に重ねて一層だけ小
さいピッチＰ₂ の波板７を巻き付けて、溶接又は蝋付け
によって相互に接合してハニカム体１６を形成し、その
ハニカム体１６を外筒５内に挿入して、最外周部の波板
７の稜線部分７ａと外筒５の内面を溶接又は蝋付けによ
って接合するもので、その特徴は波板２と平板３によっ
て予め円柱形のハニカム体を形成しておくことにある。

【００１８】従って、第２実施例による金属製触媒担体
１５においては、図７に見られるように、波板２の巻き
終わりの外周端において波の高さが漸次低くなっている
部分２ｃができ、その外側に最外周部の波板７を巻き付
けたときに、そのままでハニカム体１６が円筒形の外筒
５内へ挿入され得る完全な円柱形に成形されるという利
点等があるが、主な作用、効果は第１実施例の場合と同
様である。なお、第２実施例では部分２ｃを除いて内部
の波板２と最外周部の波板７の波の高さを略同一として
いるが、これらの波の高さが必ずしも同一である必要は
ない。

【００１９】図８及び図９は本発明の第３実施例を示す
ものである。この場合も第１実施例と共通の部分につい
ては同じ参照記号を付して重複する説明を省略する。第
１実施例及び第２実施例においては、ハニカム体１或い
はハニカム体１６の最外周部の波板７のピッチＰ₂ を、
内部の波板２のピッチＰ₁ よりも小さくしているため
に、波板２とは別にピッチの小さい波板７を最外周部に
接合したり、それを波板２の延長上に形成する必要があ
るが、第３実施例では、最外周部のピッチの小さい波板
を、内部の波板２を簡単に加工することによって形成し
ている点に特徴がある。

【００２０】即ち、第３実施例のハニカム体１７は、内
部の波板２と最外周部の波板１８が始めから一連のもの
であって、最外周部の波板１８は内部の波板２の最外周
部分の稜線に切り目２ｂを入れ、切り目２ｂの一方が小
さい波形になるように内側へ変形させることにより、波
板２のピッチＰ₁ の２分の１のピッチＰ₂ を有する最外
周部の波板１８を形成する。最外周部の波板１８の稜線
部分１８ａの数は、その部分の波板２の稜線部分２ａを
含めて内部の波板２の稜線部分２ａの数の２倍になるか
ら、それらの全てを外筒５の内面に溶接又は蝋付け１９
によって接合すれば、接合箇所が大幅に増加する結果、
ハニカム体１７のスコーピングに対する強度が著しく増
大する。

【００２１】第３実施例の利点は、最外周部の波板１８
が波板２を加工することによって得られるので、別の波
板を接合する必要がないことの他に、第１実施例や第２
実施例では最外周部の波板７のピッチＰ₂ が波板２のピ
ッチＰ₁ よりも小さいため、最外周部における波板の密
度が高くなって、その部分を流れる排気ガスに及ぼす抵
抗が僅かに増加するが、第３実施例のハニカム体１７に
おける最外周部の波板１８は、波板２の一部を切り起こ
したものであって、全体としてハニカム体１７の流れの
抵抗は増加しないから、第３実施例の金属製触媒担体２
０の排気ガスに及ぼす抵抗は増加しないで、接合強度の
みが増大するという点にある。

【００２２】なお、第３実施例の特異な場合として、波
板２に切り目２ｂを設けないで、波板２の最外周部分の
一層において、波板２の内側に向かう全ての稜線部分２
ａの全長を外側に向かって突出するように変形させるこ
とにより稜線部分１８ａを形成して、第３実施例のハニ
カム体１７を、実質的に第１実施例における最外周部の
波板７と同様なものを有するハニカム体１に近いものと
することもできる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の金属製担体によれば、ハニカム
体と外筒との接合強度を従来よりも増加させることが可
能になるから、スコーピングの発生を抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１のうちハニカム体と外筒の接合箇所を拡大
して示す断面図である。

【図３】第１実施例のハニカム体の製作過程を示す断面
図である。

【図４】ハニカム体の抜け荷重を試験する装置の断面図
である。

【図５】抜け荷重試験の結果によって本発明の効果を示
す線図である。

【図６】触媒担体の耐久性を試験するシステムの構成を
示す一部縦断正面図である。

【図７】第２実施例のハニカム体の構造を示す断面図で
ある。

【図８】第３実施例のハニカム体の特徴とする部分を拡
大して示す断面図である。

【図９】図８に示す部分の斜視図である。

【符号の説明】

１…ハニカム体（第１実施例） ２…波板 ２ａ…稜線部分 ２ｂ…切り目 ３…平板 ４…溶接又は蝋付けの接合箇所 ５…外筒 ６…金属製触媒担体（第１実施例） ７…最外周部の波板（第１実施例及び第２実施例） ８…溶接又は蝋付けによるハニカム体と外筒との接合箇
所 １５…金属製触媒担体（第２実施例） １６…ハニカム体（第２実施例） １７…ハニカム体（第３実施例） １８…最外周部の波板（第３実施例） １９…溶接又は蝋付けによるハニカム体と外筒との接合
箇所 ２０…金属製触媒担体（第３実施例）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 養 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 小島 昭和 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒を担持するために耐熱金属製の波板
   と平板を交互に積層したハニカム体を金属製の外筒の内
   部に収納している金属製担体において、前記外筒の内面
   に接触する前記ハニカム体の最外周層が波板となるよう
   に前記波板と前記平板を積層したものを渦巻き状に巻き
   上げて前記ハニカム体を形成すると共に、前記ハニカム
   体の最外周層の波板の波ピッチが前記ハニカム体の内部
   の波板の波ピッチよりも小さくなるように構成したこと
   を特徴とする金属製担体。
2. 【請求項２】 前記ハニカム体の最外周層の波板の波ピ
   ッチが前記ハニカム体の内部の波板の波ピッチの０．３
   乃至０．８倍となるように構成したことを特徴とする請
   求項１記載の金属製担体。
3. 【請求項３】 前記ハニカム体の最外周層の波板に切り
   目を加えて、前記切り目の一側の前記波板を変形させる
   ことにより、その部分の波ピッチが前記ハニカム体の内
   部の波板の波ピッチよりも小さくなるように構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載の金属製担体。