JPH0725226Y2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、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、本考案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、熱膨脹や熱応力による変形や破損に対する耐久
性を改善したものを使用す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。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、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
などによる熱膨脹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のはいうまでもないことである。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、前記したハニカムコア体からのみ構成さ
れる、あるいはハニカムコア体と金属ケースとから構成
される従来の排気ガス浄化装置は、長期の使用に耐える
ものではない。特に、ハニカムコア体の軸方向（即ち、
排気ガスの流入、通過方向）において、前記した高い温
度雰囲気下による熱膨脹や熱応力に基づく変形力が、ハ
ニカムコア体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部に集中するため、ハ
ニカムコア体の外周部近傍において該ハニカムコア体を
構成する平板及び／又は波板の剥離，ヒビ割れ，破損が
大きく、またハニカムコア体と金属ケース間の剥離も大
きくなるという欠点がある。

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
ケースの内壁面との当接部を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。

本考案者は、前記した従来の排気ガス浄化装置の欠点に
鑑み、鋭意検討した結果、平板状帯材と波板状帯材とを
巻回積層して製作されるハニカムコア体を少なくとも二
つの同心円状に隣接される二以上のもの、例えば小径の
ものと大径のものというように二以上のものに区分し、
かつ隣接するハニカムコア体の巻回方向を逆方向にする
ことが極めて有効であることを見い出し本考案を完成す
るに至った。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案を概説すれば、本考案は、薄肉金属板の平板状帯
材と波板状帯材とを一括渦巻状に巻回積層して製作した
軸方向に多数の網目状通気孔路を有するハニカムコア体
から成る排気ガス浄化装置において、前記ハニカムコア
体が同心円状に隣接される少なくとも二つの平板状帯材
と波板状帯材との巻回積層体から構成され、かつ少なく
とも二つの隣接する巻回積層体の巻回方向が逆方向のも
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、本考案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、熱膨脹や熱応力（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、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Pt,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70
0〜800℃であるが、HC（炭化水素）が多く排出される場
合などには1200℃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、このことが起因し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、ハニカムコア体の外周
面近傍部位に熱膨脹や熱応力に基づく強い変形力が集中
することになる。これは、前記温度勾配の大きな分布差
によりハニカムコア体を構成する部材がその半径方向及
び軸方向に大きく変形し、この変形力が外周面近傍部位
に集積するためである。

従って、ハニカムコア体の外周面近傍の構成部材（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、前記した変形力により経時的に相互に剥離したり、
各構成部材がヒビ割れしたり破損したりする。

そして、これら剥離，ヒビ割れ，破損と連動して、各構
成部材の表面にコーティング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ことになる。この
ことは、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、熱膨脹や熱
応力に基づく変形力を緩和させる手段を講じることが不
可欠である。

このため、本考案においては、排気ガス浄化装置の主要
な構成要素である金属製ハニカムコア体を、平板状帯材
と波板状帯材とから一括渦巻状に巻回積層した単一（一
体型）のハニカムコア体とするのでなく、同心円状に隣
接される少なくとも二つの巻回積層体とし、かつ少なく
とも二つの隣接する巻回積層体の巻回方向を逆方向にす
るという技術的構成を採用する。

前記した構成により、ハニカムコア体が少なくとも二つ
の相互に隣接する巻回積層体に分割されるため、例えば
中心部（内側部）と外側部に分割される。そして、温度
分布において高い方に属し熱的変形の負荷が大きい中心
部巻回積層体は、その半径方向および軸方向に他部より
大きく伸縮しようとする。しかしながら中心部巻回積層
体の半径方向の変形力は巻回方向が逆の外側部巻回積層
体の半径方向の変形力と相殺するように作用しあうた
め、外側部巻回積層体の外周面近傍部位における変形力
の集積が抑制ないし阻止される。また、軸方向の変形力
はハニカムコア体が分割されているため、これも外周面
近傍部位への集積が抑制ないし阻止される。即ち、一体
型のハニカムコア体であれば、熱的変形力が全てハニカ
ムコア体の外周面あるいはその近傍部位に集中するが、
ハニカムコア体を少なくとも二つの巻回積層体に分割し
かつ少なくとも二つの隣接する巻回積層体の巻回方向を
逆にするようにした場合、これが有効に抑制ないし阻止
される。

本考案においては、ハニカムコア体を前記した様に中心
部（内側部）と外側部の二つに分割させる以外に、外側
部巻回積層体をさらに複数個に分割しても良いことはい
うまでもないことである。

本考案においては、ハニカムコア体を同心円状に隣接さ
れる少なくとも二つの巻回積層体に分割し、かつ少なく
とも二つの隣接する巻回積層体の巻回方向を逆方向のも
のにさせて構成するという点に特徴を有するものである
が、他の特徴点を付加させてもよい。例えば、この種の
排気ガス浄化装置において、中心部巻回積層体の排気ガ
ス流入速度が速いことに鑑み、中心部巻回積層体の排気
ガス浄化能を高めるために、その波板状帯材のピッチ幅
を他の巻回積層体よりも小さめにしてもよい。これによ
り、排気ガスの流量が多い中心部巻回積層体に排気ガス
浄化用の触媒を多く担持させることができ、排気ガス浄
化装置の全体として均一な浄化能を達成することができ
る。

本考案において、前記した分割型のハニカムコア体から
なる排気ガス浄化装置のほかに、分割型ハニカムコア体
を筒状金属ケース内に填装し、両者を固着して排気ガス
浄化装置を構成してもよい。

本考案において、前記した分割型のハニカムコア体から
なる排気ガス浄化装置において、両端面の少なくとも一
方にリブを固着してもよい。両端面にリブを設ける場合
は、中心部ハニカムコア体の熱的変形を十分に許容する
ようにすればよい。これらのリブを設けることにより排
気ガス浄化装置の耐振性や、中心部ハニカムコア体のス
コーピングを防止することができる。同様に金属ケース
を用いた場合、その開口端の少なくとも一方にリブを設
けることができる。

更に、本考案において、平板状帯材として波板状帯材よ
り小さな波形を形成したものを使用してもよい。この場
合、例えば平板状帯材にハニカムコア体の軸方向に対し
て垂直な方向に波板状帯材の波形より小さな波形を形成
させればよい。このようにすると、該平板状帯材に形成
された小さな波形は、ハニカムコア体の軸方向の熱的変
形力を効果的に吸収・緩和し、ハニカムコア体の耐久性
を向上させることができる。

実施例 以下、本考案を実施例を図面に基づいて更に詳しく説明
するが、本考案はこれら実施例により何等の制限を受け
るものではない。

（実施例１） 第１図〜第３図は、本考案の第一実施例の排気ガス浄化
装置（Ａ）を説明する図である。

第１図は本考案の分割型ハニカムコア体（１）を構成す
る中心部巻回積層体（右巻回）（11）の正面図、第２図
は本考案の分割型ハニカムコア体（１）を構成する外側
部巻回積層体（左巻回）（12）の正面図、第３図は第１
図及び第２図の巻回積層体を一体化して製作した分割パ
イプでかつ巻回方向が逆方向のハニカムコア体（１）か
ら成る本考案の排気ガス浄化装置（Ａ）の正面図であ
る。

前記巻回積層体（11,12）は、耐熱性の薄肉鋼板からな
る平板状帯材（ａ）と、該平板状帯材を波形加工した波
板状帯材（ｂ）を相互に当接部を有するように重積し、
次いで両者を一括渦巻状に、かつ最外周面が平板状帯材
となるように巻回積層することにより製作される。な
お、外側部ハニカムコア体（12）は、その巻回中心部に
中心部ハニカムコア体（11）が填装されうる径をもつよ
うに巻回成形されることはいうまでもないことである。
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（ｃ）は自動的に形成される。

前記平板状帯材として、例えばFe-Cr20％‐Al5％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
0.04mm,幅75mmのものが、そして波板状帯材として前記
平板状帯材を波形加工したものが使用される。各帯材に
Al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Al₂O₃が析出し、これが排気ガ
ス浄化用触媒を担持するためのウォッシュコートを強固
に担持するので好ましいものである。

（実施例２） 第４図は、本考案の第二実施例の排気ガス浄化装置
（Ａ）の正面図である。

第二実施例のものは、第１図〜第３図に示される分割型
ハニカムコア体（１）を筒状金属ケース（２）に填装，
固着したものである。

即ち、外径70mmのハニカムコア体（１）を内径約70mmの
耐熱鋼（JIS G4305 SUH310S）の金属ケース内に填装
し、ハニカムコア体（１）の両端部及びその近傍部位
（端部より10mmの領域）に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けにより固着したものである。

なお、以上のようにして製作した排気ガス浄化装置
（Ａ）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（１）を構成する各帯材の表面に活
性アルミナ（γ‐Al₂O₃）粉末ト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
担持層を形成した。

（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（Ａ）
を、250〜900℃間の50サイクルの急熱急冷試験、及び振
動試験を行ったところ、ハニカムコア体（１）の構成部
材はどの部位においても亀裂，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，剥離も観察されなかった。

（実施例３） 第５図は、本考案の第三実施例の排気ガス浄化装置
（Ａ）の正面図である。

第三実施例のものは、右巻回の中心部巻回積層体（11）
と左巻回の外側部巻回積層体（12）とから成るハニカム
コア体（１）を筒状金属ケース（２）内に填装固着する
とともに、筒状金属ケース（２）の端部に十字状の補強
リブ（５）を設けたものである。

（実施例４） 第６図は、本考案の排気ガス浄化装置（Ａ）に使用され
る中心部巻回積層体（左巻回）（11）の斜視図である。

他の巻回積層体と比較して特徴的な点は、平板状帯材
（ａ）に、波板状帯材（ｂ）の波形（W₁）より小さな波
形（W₂）が設けられているという点である。該波形
（W₂）は、中心部巻回積層体（11）の軸方向（排気ガス
の通過方向）に対して垂直な方向に形成される。従っ
て、軸方向の熱的変形力は、この波形（W₂）により効果
的に吸収・緩和される。

〔考案の効果〕

本考案の排気ガス浄化装置において、平板状帯材と波板
状帯材とを一括渦巻状に巻回積層して製作した排気ガス
浄化用触媒を担持させるための金属製ハニカムコア体
を、同心円状に隣接される少なくとも二つの巻回積層体
とし、かつこれらの巻回積層体において少なくとも二つ
の隣接する巻回積層体の巻回方向を逆にしているため、
次のような優れた効果を奏する。

（ｉ）この種の金属製排気ガス浄化装置において、中心
部と外周部における宿命的な大きな温度差に基づく熱的
変形力の外周部近傍への集中を、ハニカムコア体を少な
くとも二つ以上の巻回積層体に分割するとともに巻回方
向を逆にすることにより効果的に分断させることができ
る。即ち、従来の一体型のハニカムコア体を使用するも
のにおいては、熱的変形力が半径方向及び軸方向に集積
されてハニカムコア体の外周面及び外周面近傍部位へ集
中するのを避けることができず、ここでの各部材の剥
離，ヒビ割れ，破損が大きな問題であったが、本考案に
おいてはこれらの欠点が改善される。

（ii）前記（ｉ）と関連して、排気ガス浄化装置の構成
部材の剥離，ヒビ割れ，破損が効果的に防止されるた
め、ハニカムコア体の壁面にコーティングされた高価な
触媒層が剥離せず、長期に安定した浄化効率を維持する
ことができる。

（iii）分割型ハニカムコア体を金属ケース内に填装
し、固着してなるタイプの排気ガス浄化装置において
も、金属ケース面、金属ケースとハニカムコア体の当接
部、外側部ハニカムコア体の外周面及びその近傍部位へ
の熱的変形力の集中を同様に分断することができる。従
って、本考案の排気ガス浄化装置は、これら部位の部材
のヒビ割れ，破損，部材間の剥離が抑制されるために長
期に安定した浄化効率を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第一実施例になる排気ガス浄化装置
において、ハニカムコア体を構成する右巻回の中心部巻
回積層体の正面図であり、第２図はハニカムコア体を構
成する左巻回の外側部巻回積層体の正面図であり、第３
図は、第１図と第２図に示される巻回積層体を一体化し
たハニカムコア体の正面図である。 第４図は、本考案の第二実施例になる排気ガス浄化装置
の正面図である。 第５図は、本考案の第三実施例になる排気ガス浄化装置
の正面図である。 第６図は、小さな波形（W₂）を有する平板状帯材と波板
状帯材とから中心部巻回積層体が構成されていることを
説明する図である。 Ａ……排気ガス浄化装置 １……ハニカムコア体 11……右巻回の中心部巻回積層体 12……左巻回の外側部巻回積層体 ２……筒状金属ケース ３……リブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｐ

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状帯材と波板状帯材を重積したものを
   一括渦巻状に巻回積層して製作した軸方向に多数の網目
   状通気孔路を有するハニカムコア体から成る排気ガス浄
   化装置において、前記ハニカムコア体が同心円状に隣接
   される少なくとも二つの平板状帯材と波板状帯材との巻
   回積層体から構成され、かつ隣接する夫々の巻回積層体
   の巻回方向が逆方向のものであるを特徴とする排気ガス
   浄化装置。
2. 【請求項２】平板状帯材と波板状帯材を重積したものを
   一括渦巻状に巻回積層して製作した軸方向に多数の網目
   状通気孔路を有するハニカムコア体を筒状金属ケース内
   に固着して成る排気ガス浄化装置において、前記ハニカ
   ムコア体が同心円状に隣接される少なくとも二つの平板
   状帯材と波板状帯材との巻回積層体から構成され、かつ
   隣接する夫々の巻回積層体の巻回方向が逆方向のもので
   あることを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】ハニカムコア体または筒状金属ケースの少
   なくとも一つの端部に一本または複数本のリブを設けた
   ものである請求項第１項または第２項に記載の排気ガス
   浄化装置。
4. 【請求項４】同心円状に隣接される少なくとも二つの平
   板状帯材と波板状帯材との巻回積層体において、巻回積
   層体を構成する波板状帯材の山と山（谷と谷）のピッチ
   幅が異なるものである請求項第１項に記載の排気ガス浄
   化装置。
5. 【請求項５】中心部に配置される巻回積層体において、
   該巻回積層体を構成する波板状帯材の山と山（谷と谷）
   のピッチ幅を他の巻回積層体のものより小さくしたもの
   である請求項第４項に記載の排気ガス浄化装置。
6. 【請求項６】平板状帯材が、波板状帯材の波形よりも小
   さい波形を有するものである請求項第１項に記載の排気
   ガス浄化装置。