JPH08117612A

JPH08117612A - メタル担体

Info

Publication number: JPH08117612A
Application number: JP6278590A
Authority: JP
Inventors: Yuuzou Tsukiide; 雄三月出; Haruo Serizawa; 治夫芹沢
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1996-05-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】Ｓ字状または巴状タイプのメタルハニカム体
において、そお製造プロセスに関連した欠点を解消する
ことにより、この種のメタルハニカム体を主要な構成要
素とするメタル担体の特性向上を図る。【構成】薄肉金属板製の平板状帯材１と波板状帯材２
を所望段数に交互に重積して上下最外層が平板状帯材か
らなるスタックＳ１を形成するとともに、前記スタック
の所望数を巻回中心に配設された巻回成形用治具により
一括巻回成形して製作した排気ガス浄化用触媒を担持す
るためのメタルハニカム体、及び前記メタルハニカム体
を外包する金属製ケーシング、とからなるメタル担体に
おいて、前記各スタックの上下最外層の平板状帯材１
１，１２の板厚が、各スタックを構成する他の帯材の板
厚よりも薄く構成されたものである。

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メタルハ
ニカム体（以下、メタルハニカム体という。）と金属製
のケーシング（以下、金属製ケーシングという。）から
なるメタル担体に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、メタルハニカム
体の構造がＳ字状タイプまたは巴状タイプのメタルハニ
カム体を主要な構成要素とする排気ガス浄化能の優れた
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装
置として、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、
この種のメタル担体（ＭＳ、メタルサブストレート）
は、耐熱性の薄肉鋼板の平板状帯材と波板状帯材を相互
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（セル）を有する巻回タイプのメタルハニカ
ム体と、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とから構成さ
れるものである。なお、前記平板状帯材と波板状帯材の
巻回成形により自動的に軸方向に排気ガスの流通路とな
る多数の網目状通気孔路（セル）が形成される。

【０００４】そして、前記した従来の巻回タイプのメタ
ルハニカム体と金属製ケーシングとは、排気ガス自体の
高温度に加えて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。また、前記メタルハニカム体を構成する平板状
帯材と波板状帯材の当接部も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メタルハニカム体
は、セラミック製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周面と当接するメタル
ハニカム体の外周部及びその近傍部位に、過大な熱応力
が集中、集積するため、メタル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、破損や亀裂を起こ
したりして耐久性を低下させる。これは、前記した巻回
タイプのメタルハニカム体においては、金属製ケーシン
グの内周面に当接する外周部が、一組の平板状帯材と波
板状帯材で構成され、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、メタルハニカム体内部で発生する熱応力を
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メタル
ハニカム体にかえて、メタルハニカム体を構成する最小
構成単位、即ち相互に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、金属製ケーシングの内周面に当
接する構造のメタルハニカム体が提案されている。この
種の新しい構造のメタルハニカム体としては、例えば、
特開昭６２−２７３０５１号、特開平１−２１８６３７
号、特公表３−５０２５４４号、特公表３−５０２６６
０号、特開平４−２２７８５５号などに、Ｓ字状タイ
プ、巴状タイプ、及びＸ−ラップ（卍）状タイプのメタ
ルハニカム体が提案されている。

【０００７】前記したＳ字状タイプなどのメタルハニカ
ム体は、従来の渦巻状巻回タイプのメタルハニカム体と
比較して熱応力の吸収、緩和特性に優れたものである。
これは、従来の巻回タイプのメタルハニカム体において
は、前記したように一組の平板状帯材と波板状帯材で構
成される一つの最小構成単位の端部が金属ケーシングの
内周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周面に当
接していることから、各端部において熱応力を吸収、緩
和することができ、メタル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】しかしながら、前記し
た巻回タイプ以外の各種のメタルハニカム体において、
特にＳ字状タイプ及び巴状タイプのメタルハニカム体に
おいては、後述される製造プロセスに示されるように、
製造プロセスに関連した欠点（製造プロセスに結び付い
た欠点）を有するものである。より具体的には、この種
のＳ字状タイプ及び巴状タイプのメタルハニカム体は、
平板状帯材と波板状帯材を所望段位に交互に重積して構
成したスタック（stack ）を巻回成形用治具（ピン）を
中心に巻回成形して製作されるものであるが、前記巻回
成形時に両帯材に大きな加工応力が印加される。このた
め、平板状帯材と波板状帯材の間に形成される排気ガス
通路となる多数の網目状孔路（セル）の形状が不均一化
し、製作当初に設計した所望のセル密度のもの、従って
設計した通りの排気ガス浄化能をもつメタルハニカム体
が得られないという欠点を有する。

【０００９】更に大きな問題点は、前記巻回成形用治具
（ピン）は、巻回成形の後に抜去されるものであるが、
これにより巻回成形用治具（ピン）が抜去された部位
に、治具（ピン）の抜去孔が形成されるという点であ
る。前記メタルハニカム体内部に形成される治具（ピ
ン）の抜去孔は、相当に大きなものであり触媒担持量の
低減、従って排気ガス浄化能の低下をもたらすものであ
る。

【００１０】前記したＳ字状タイプ及び巴状タイプのメ
タルハニカム体固有の欠点の解消策について、本発明者
らは鋭意検討を加えた。その結果、一組の平板状帯材と
波板状帯材で構成される最小構成単位を所望段数に積層
して形成したスタック（stack ）（Ｓ）において、前記
スタックの最上層に配設される平板状帯材として他の帯
材よりも薄い肉厚のものを採用するとき、前記欠点が解
消されるとともに性能に優れたメタルハニカム体が得ら
れるという知見を得た。本発明は前記知見をベースにし
て完成されたものであり、本発明によりセル密度が均一
で、かつ巻回成形用治具（ピン）の抜去孔が可能な限り
小さな、従って排気ガス浄化用触媒の担持量を低下させ
ない排気ガス浄化能に優れたメタル担体が提供される。

【００１１】

【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、薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材を所望
段数に交互に重積して上下最外層が平板状帯材からなる
スタックを形成するとともに、前記スタックの所望数を
巻回中心に配設された巻回成形用治具により一括巻回成
形して製作した排気ガス浄化用触媒を担持するためのメ
タルハニカム体、及び前記メタルハニカム体を外包する
金属製ケーシング、とからなるメタル担体において、前
記各スタックの上下最外層の平板状帯材の板厚が、各ス
タックを構成する他の帯材の板厚よりも薄く構成された
ものであることを特徴とするメタル担体に関するもので
ある。

【００１２】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。

【００１３】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、その主要な構成要素であるメタル
ハニカム体が、Ｓ字状タイプまたは巴状タイプのメタル
ハニカム体で構成されるものである。

【００１４】そこで、本発明の理解を助けるために、ま
ず前記したＳ字状タイプまたは巴状タイプのメタルハニ
カム体について説明する。従来のＳ字状タイプのメタル
ハニカム体（Ｈ₁' ）とその製造プロセスを含めた概要
は、図６〜図８に示されている。即ち、図６は従来のＳ
字状タイプのメタルハニカム体（Ｈ₁' ）の正面図を示
し、図７は前記メタルハニカム体（Ｈ₁' ）を製造する
ために使用される従来のスタック（Ｓ₁' ）を示し、図
８は前記スタック（Ｓ₁' ）の略中央部の上下外面に二
つの巻回成形用治具（Ｗ₁，Ｗ₂）を配設し、該巻回成
形用治具を同一方向に巻回してＳ字状タイプのメタルハ
ニカム体（Ｈ₁' ）を製造する方法を示している。な
お、図６〜図８において、図を明確にするために、一部
の平板状帯材（１´）と波板状帯材（２´）が示されて
いるだけであり、他は省略されている。

【００１５】図示されるように、従来の前記Ｓ字状タイ
プのメタルハニカム体（Ｈ₁' ）は、薄肉鋼板製の一組
の平板状帯材（１´）と波板状帯材（２´）を最小構成
単位として製作される。即ち、図７に示されるように平
板状帯材（１´）と波板状帯材（２´）を交互に所望段
数に積層してスタック（Ｓ₁' ）を形成する。次いで図
８に示されるようにスタック（Ｓ₁' ）の外表面（上面
及び下面）に二つの巻回成形用治具（Ｗ₁，Ｗ₂）を配
設し、該治具を同一方向（例えば時計回り方向）に巻回
することにより、図６に示されるＳ字状タイプのメタル
ハニカム体（Ｈ₁' ）が製作される。図中、（３）はセ
ルを示す。

【００１６】なお、図６にみられるように、メタルハニ
カム体（Ｈ₁' ）の中心部において、スタックを構成す
る平板状帯材（１´）と波板状帯材（２´）がＳ字状に
わん曲した形状となるため、当業界においてはこの種の
メタルハニカム体をＳ字状タイプと俗称している。従っ
て、本発明においてＳ字状タイプのメタルハニカム体と
は、前記製造プロセスによって製造されるものの総称で
あることに留意するべきである。即ち、本発明のＳ字状
タイプのメタルハニカム体は、次に説明する巴状タイプ
のものを包含する概念であり、使用するスタック数は、
所望のものであってもよいことはいうまでもないことで
ある。

【００１７】そして、前記のようにして製作された従来
のＳ字状タイプのメタルハニカム体（Ｈ₁' ）は、図６
に示されるように金属製ケーシング（Ｃ）内に填装さ
れ、固着されてメタル担体（ＭＳ´）とされる。

【００１８】次に、本発明の理解を助けるために、従来
のメタル担体（ＭＳ´）の主要な構成要素である巴状タ
イプのメタルハニカム体（Ｈ₂' ）について説明する。
従来の巴状タイプのメタルハニカム体（Ｈ₂' ）とその
製造プロセスを含めた概要は、図９〜図１０に示されて
いる。なお、図９は、巴状タイプのメタルハニカム体
（Ｈ₂' ）の正面図であるが、図を明確にするために一
部の平板状帯材（１´）と波板状帯材（２´）が示され
ているだけであり、他は省略されている。前記巴状タイ
プのメタルハニカム体（Ｈ₂' ）は、図１０に示される
ように、次のようにして製造されるものである。即ち、
平板状帯材（１´）と波板状帯材（２´）を所望段数に
積層して形成した三つのスタック（Ｓ₁' 、Ｓ₂' 、Ｓ
₃' ）を使用し、各スタックの中心角が１２０°になる
ように当接させて組合わせる。次いで、各スタックの略
中央部の外表面に一つづつ、合計三つの巻回成形用治具
（Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₃）を図１０に示されるように配設
し、該治具を同一方向（例えば時計回り方向）に巻回す
ることにより、図９に示される巴状タイプのメタルハニ
カム体（Ｈ₂' ）が製作される。なお、図９に示される
ように、メタルハニカム体（Ｈ₂' ）の中心部におい
て、三つのスタックが巴状（三つ巴状）になっているた
め、当業者においてはこの種のメタルハニカム体を巴状
タイプと略称している。なお、いうまでもないことであ
るが、前記Ｓ字状及び巴状タイプのメタルハニカム体に
おいて、正面（断面）形状は図示の円形のものに限定さ
れず、レーストラック形状などの任意形状のものであっ
てもよい。

【００１９】そして、図１０に示されるように、前記従
来の巴状タイプのメタルハニカム体（Ｈ₂' ）は金属製
ケーシング（Ｃ）内に填装され固着されてメタル担体
（ＭＳ´）とされる。

【００２０】次に、本発明の技術的構成と実施態様を図
面を参照して説明する。図１は、本発明のメタル担体
（ＭＳ）の主要な構成要素であるＳ字状タイプのメタル
ハニカム体（Ｈ₁）を製造するために使用されるスタッ
ク（Ｓ₁）の一部斜視図である。また、図２は、前記ス
タック（Ｓ₁）の一部正面図である。なお、いうまでも
ないことであるが、図１は前記図７（従来技術）に対応
するものである。

【００２１】図示されるように、本発明のスタック（Ｓ
₁）は、平板状帯材（１）と波板状帯材（２）を所望段
数に交互に重積して構成されるとともに、その上下最外
層に他の帯材（１、２）より薄肉の平板状帯材（１１、
１２）を適用して構成されるものである。本発明におい
て、前記上側最外層の平板状帯材（１１）と下側最外層
の平板状帯材（１２）の肉厚（ｔ₁）が同じであって
も、あるいは異なっていてもよい。そして、本発明にお
いて特に重要な点は、前記上下最外層の平板状帯材（１
１、１２）の肉厚（ｔ₁）が、他の平板状帯材（１）ま
たは波板状帯材の肉厚（ｔ₂ ）より薄いということで
ある（ｔ₁＜ｔ₂）。

【００２２】本発明において、前記肉厚の関係（ｔ₁＜
ｔ₂）は、適宜に設定すればよい。前記製造プロセスの
説明から明らかのように、最外層の平板状帯材、例えば
上側最外層の平板状帯材（１１）は巻回成形時に折畳ま
れて二枚重ねになる。従って、二枚重ねになったとき、
他の平板状帯材（１）と同じ厚さになる場合、メタルハ
ニカム体の強度維持などに好ましいものである。従っ
て、前記肉厚の関係をｔ₁＝１／２・ｔ₂にすることは
１つの態様である。

【００２３】図３は、本発明の前記スタック（Ｓ₁）を
使用して製造したＳ字状タイプのメタルハニカム体（Ｈ
₁）と金属製ケーシング（Ｃ）から構成した本発明のメ
タル担体（ＭＳ）の正面図である。なお、図３は、前記
図６（従来技術）に対応するものであることはいうまで
もないことである。

【００２４】本発明の最大の特徴点は、図４に示されて
いる。図４は、前記図３のＡ部（点線で示されたサーク
ル部）の拡大図である。本発明のＳ字状メタルハニカム
体（Ｈ₁）部は、前記図６〜図８を引用して説明した製
造プロセスに従って製造され、かつ巻回成形用治具（Ｗ
₁，Ｗ₂）が抜去されて製造されるものであり、図示さ
れるように必然的に巻回成形用治具（Ｗ₁，Ｗ₂）の抜
去孔（４）を有するものである。一方、図５は、従来の
メタル担体（ＭＳ´）の図４に対応する図であり、これ
も製造プロセスからみて必然的に巻回成形用治具
（Ｗ₁，Ｗ₂）の抜去孔（４´）を有するものである。
図４〜図５に示されるように、本発明はスタック
（Ｓ₁）の上下最外層の平板状帯材（１１、１２）（な
お、図４は上側最外層の平板状帯材を示している。）を
薄肉のもので構成しているため、抜去孔（４）は従来の
抜去孔（４´）と比較して極めて小さいものである。

【００２５】前記したように製造プロセス上、必然的に
形成される抜去孔は、排気ガス浄化の観点から極力、小
さい方が良いことはいうまでもないことである。また、
本発明においては、スタックの上下最外層の平板状帯材
（１１、１２）を薄肉のもので構成しているため、前記
図６〜図８を引用して説明した製造プロセスにおいて、
上下最外層の平板状帯材（１１、１２）が容易に巻回成
形されるため、当接する波板状帯材（２）には過度の加
工応力が印加されないこと、別言すれば波板状帯材
（２）の波形変形が防止されて均一なセル形状のメタル
ハニカム体を製造することが出来る。この状態が、図４
〜図５に示されている。

【００２６】本発明において、前記Ｓ字状タイプ及び巴
状タイプのメタルハニカム体を製造するために使用され
る平板状帯材（１、１１、１２）と波板状帯材（２）
は、この種の用途において、通常、使用されている材質
のもので構成される。例えば、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造す
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０．０３mm〜０．１mm程度の
帯材が使用される。また、平板状帯材（１）と波板状帯
材（２）としては、前記平板状帯材（１）から所定の略
正弦波、略三角形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）にＡｌ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（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）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】本発明において、前記Ｓ字状タイプ及び巴
状タイプのメタルハニカム体は、金属製ケーシング
（Ｃ）内に填入、固着されるものである。前記した金属
製ケーシング（Ｃ）の材質としては、前記メタルハニカ
ム体を構成する帯材（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したものを用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明のメタル担体の主要な構成要素で
あるＳ字状タイプ及び巴状タイプのメタルハニカム体
は、この種の従来のＳ字状タイプ及び巴状タイプのメタ
ルハニカム体に見られる欠点、即ち、その製造プロセス
との関連で誘発されるセル（排気ガス通路のための網目
状通気孔路）の形状の不均一、セル密度の不均一を解消
したもので構成される。即ち、当初設計した通りの均一
なセル密度の排気ガス浄化能に優れたＳ字状タイプ及び
巴状タイプのメタルハニカム体で構成されるものであ
る。

【００２９】更に、本発明の前記メタルハニカム体は、
巻回成形用治具（ピン）を使用する製造プロセスとの関
連で必然的に形成される治具（ピン）の抜去孔を、従来
のものと比較して著しく小さくすることが出来るため、
触媒担持量を低減させることがなく、浄化能に優れたも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタル担体の主要な構成要素である
Ｓ字状タイプのメタルハニカム体を製造するために使用
されるスタックの一部斜視図である。

【図２】図１に示されるスタックの一部正面図であ
る。

【図３】図１に示されるスタックを使用して製造した
Ｓ字状タイプのメタルハニカム体と金属製ケーシングか
らなる本発明のメタル担体の正面図である。

【図４】図３のＡ部拡大図である。

【図５】従来技術のＳ字状タイプのメタルハニカム体
における図４に対応する図（図６のＡ´部拡大図）であ
る。

【図６】従来のＳ字状タイプのメタルハニカム体（Ｈ
₁' ）を主要な構成要素とするメタル担体（ＭＳ´）の
一部を省略した正面図である。

【図７】図６に示される従来のメタルハニカム体（Ｈ
₁' ）を製造するために使用されるスタック（Ｓ₁' ）
の斜視図である。

【図８】図７に示されるスタック（Ｓ₁' ）の正面図
を示すとともに巻回成形用治具による巻回成形を説明す
る図である。

【図９】従来の巴状タイプのメタルハニカム体（Ｈ₂
' ）を主要な構成要素とするメタル担体（ＭＳ´）の一
部を省略した正面図である。

【図１０】図９のメタルハニカム体（Ｈ₂' ）を構成
する三つのスタック（Ｓ₁' ，Ｓ₂' ，Ｓ₃' ）の巻回
成形用治具による巻回成形を説明する図である。

【符号の説明】

ＭＳ ………… 本発明のメタル担体１ ………… 平板状帯材１１、１２ ………… 上下最外層の平板状帯材２ ……… 波板状帯材３ ………… セル４ ………… 巻回成形用治具（ピン）の抜去孔ＭＳ´ ………… 従来のメタル担体

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ０１Ｄ 53/86 ＺＡＢ 53/94 Ｆ０１Ｎ 3/28 ＺＡＢ３０１Ｕ３１１Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄肉金属板製の平板状帯材と波板状帯材
を所望段数に交互に重積して上下最外層が平板状帯材か
らなるスタックを形成するとともに、前記スタックの所
望数を巻回中心に配設された巻回成形用治具により一括
巻回成形して製作した排気ガス浄化用触媒を担持するた
めのメタルハニカム体、及び前記メタルハニカム体を外
包する金属製ケーシング、とからなるメタル担体におい
て、前記各スタックの上下最外層の平板状帯材の板厚
が、各スタックを構成する他の帯材の板厚よりも薄く構
成されたものであることを特徴とするメタル担体。
【請求項２】メタルハニカム体が、巻回中心部に巻回
成形用治具の抜去孔を有するものである請求項１に記載
のメタル担体。
【請求項３】上下最外層の平板状帯材の板厚が、各ス
タックを構成する平板状帯材の板厚よりも薄いものであ
る請求項１に記載のメタル担体。
【請求項４】上下最外層の平板状帯材の板厚が、各ス
タックを構成する平板状帯材の板厚の略半分（１／２）
である請求項３に記載されたメタル担体。
【請求項５】メタルハニカム体が、一個のスタックを
使用して製作されたＳ字状タイプのメタルハニカム体で
ある請求項１に記載のメタル担体。
【請求項６】メタルハニカム体が、三個のスタックを
使用して製作された巴状タイプのメタルハニカム体であ
る請求項１に記載のメタル担体。