JPH08986Y2 - 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
56-4373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。そして、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。この排気ガス浄化触媒は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。

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の中心部と外周
部との膨張及び収縮量、並びに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外周部、特に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メタル担体として、
特開昭63-55319号公報には、ハニカム体の最外周を平板
で形成し、この平板の最外周部分に平板の長手方向に対
して直角方向に向かう波状の凹凸を形成したものが開示
されている。

このメタル担体では、ハニカム体の最外周部分に形成
された凹凸によりハニカム体と外筒との間に波状の空隙
部が形成され、この空隙部内の空気が断熱作用を果す。
このため、ハニカム体の中心部と外周部とにおける温度
分布が小さくなり、ハニカム体の中心部と外周部との膨
張及び収縮量の差によるハニカム体の変形等を防ぐこと
ができる。

しかし、ハニカム体の最外周部分の凸面は外筒に接合
されて軸方向及び径方向に規制されている。このため、
膨張及び収縮の応力が上記接合部に繰返し加わると、上
記接合部で剥離、破損等が生じる恐れがあり、耐久性に
問題がある。

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、該ハニカム体を収容する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、その先端凸面が前記外筒
の内周面及び前記ハニカム体の外周面のうちの少なくと
も一方に当接して前記外筒及び前記ハニカム体のうちの
少なくとも一方との間に空隙部を形成する凸部と、複数
のスリットとをもつ筒状の中間板が前記ハニカム体と前
記外筒との間に介在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、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１〜2m
m程度である。

本考案の排気ガス浄化触媒用メタル担体の特徴となる
中間板は、ハニカム体と一体的に又は別体として形成す
ることができる。中間板をハニカム体と別体とした場
合、中間板の厚さはハニカム体を構成する平板及び波板
の厚さの0.8〜2.0倍とすることが好ましい。中間板の厚
さがハニカム体の各板の厚さの0.8倍より薄いと、中間
板の必要な剛性が確保できない。また、中間板の厚さが
ハニカム体の各板の厚さの2.0倍より厚いと、中間板と
ハニカム体との接触面及び非接触面に不連続な応力が発
生し、非接触面にハニカム体のはみ出しと局部的な座屈
が発生する。したがって、中間板の厚さはハニカム体の
各板の厚さと同一とすることがより好ましい。また、中
間板の材質は、ハニカム体の熱膨張率と同程度の熱膨張
率をもつものが好ましく、同一材質とすることがより好
ましい。なお、中間板をハニカム体と一体的に形成する
場合は、ハニカム体を構成する平板を一巻回分長くして
この部分に凸部及びスリットを形成すればよい。この場
合、中間板の材質及び板厚がハニカム体を構成する平板
及び波板と同じになるので、熱膨張率及び剛性が等しく
なり好ましい。

上記中間板は、その先端凸面が外筒の内周面及びハニ
カム体の外周面のうちの少なくとも一方に当接して外筒
及びハニカム体のうちの少なくとも一方との間に空隙部
を形成する凸部と複数のスリットとをもっている。

上記凸部は、外筒との間に空隙部を形成するものであ
れば、その数、形状及び配置等は特に限定されないが、
外筒との軸方向の抜け荷重及び半径方向の荷重を考慮し
て適宜設定することができる。なお、排気ガスがハニカ
ム体と外筒との間を通過して排気ガスが浄化されずに漏
れること（以下、リークという）を防ぐために、円周面
を一周する閉ループ状の凸部を少なくとも１条形成して
シール部とすることが好ましい。また、上記凸部を中間
板の外周側及び内周側の両方に形成して、その先端凸面
が外筒の内周面及びハニカム体の外周面の両方に当接し
て外筒及びハニカム体の両方との間に空隙部を形成する
ことが好ましい。これにより、ハニカム体と外筒との間
により大きな空隙部が形成されるとともに、中間板とハ
ニカム体及び外筒との接触面積が小さくなるので、ハニ
カム体の断熱効果をより高めることができるからであ
る。

上記スリットは、中間板の膨張及び収縮に対する追従
能力を高めるもので、中間板としての剛性を確保する範
囲内で、その数、形状及び配置等が適宜設定される。な
お、排気ガスのリークを防ぐためには、上記凸部により
形成されたシール部を貫通しないようにスリットを形成
することが好ましい。この一方で、凸部により形成され
たシール部にもスリットを形成し、かつ中間板をハニカ
ム体の各板と同材質として触媒を担持させることによ
り、中間板に通気性及び浄化性能を付与させることがで
き、外筒にハニカム体を直接接合したメタル担体と外径
寸法を変えずに同等の浄化性能を得ることができる。

上記中間板はロウ付け、拡散接合等によりハニカム
体、外筒に一体的に接合される。

［考案の作用および効果］ 本考案のメタル担体では、その先端凸面が外筒の内周
面及びハニカム体の外周面のうちの少なくとも一方に当
接して外筒及びハニカム体のうちの少なくとも一方との
間に空隙部を形成する凸部と、複数のスリットとをも
つ。

上記凸部は、ハニカム体と外筒との間に断熱作用を果
す空隙部を形成するとともに、中間板とハニカム体及び
外筒との接触面積を小さくする。このため、ハニカム体
と外筒との熱の伝導性が低下し、ハニカム体に断熱効果
が得られる。

これにより、ハニカム体の中心部と外周部とにおける
温度分布が小さくなる。したがって、ハニカム体の中心
部と外周部との膨張及び収縮量の差によるハニカム体の
変形等が確実に防止されるので、ハニカム体の耐久性が
向上する。また、ハニカム体が均一かつ必要な活性温度
を維持することができるので、浄化効率の向上も期待で
きる。さらに、上記ハニカム体の断熱効果により、ハニ
カム体の昇温が早くなり、エンジン始動時の浄化性能を
向上させることもできる。

また、上記スリットの形成により中間板の膨張及び収
縮に対する追従能力が高まるので、中間板は膨張及び収
縮の応力を吸収することができる。

［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図から第３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、中間板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、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はステンレス鋼から形成され、板厚1.5mmの円
筒状をなしている。

中間板３は第３図に示すように、波板11より１巻回分
長くした平板10により、ハニカム体１と一体的に形成さ
れている。この中間板３の外周面にはハニカム体１の円
周面を一周する閉ループ状の凸部31が等間隔に３条形成
されている。この各凸部31の先端凸面が外筒２の内周面
に当接してロウ付けにより一体的に接合されている。こ
れにより、ハニカム体１と外筒２との間で、各凸部31の
両端、各凸部31の間、及び各凸部31の内周側に複数の空
隙部33が形成される。また、中間板３にはハニカム体１
の軸方向にスリット32が多数形成されている。このスリ
ット32は、中間板３の両端まで到達し各凸部31を貫通し
ないように形成された４本の長さ:0.5P〜0.9P（Ｐ＝凸
部のピッチ間寸法）の短スリット32aと、３条の凸部31
のうち両側の２条の凸部31を貫通し中間板３の両端に到
達しないよう形成された２本の長さ:l/3〜l/4（ｌ＝ハ
ニカム体の長さ寸法）の長スリット32bとが円周方向に
交互に円周面全面に配置されている。したがって、３条
の凸部31のうち真中の凸部31はスリット32により貫通さ
れることなく円周面を一周する閉ループ状のシール部と
なっている。

このように構成された本実施例のメタル担体では、ハ
ニカム体１と外筒２との間に複数の空隙部33が形成さ
れ、かつハニカム体１は中間板３の各凸部31を介して外
筒２に間接的に接触しており、その接触面積は小さい。
このため、ハニカム体１と外筒２との熱の伝導性が低
く、ハニカム体１に断熱効果が得られる。これにより、
ハニカム体１の中心部と外周部とにおける温度分布が小
さくなる。したがって、ハニカム体１の中心部と外周部
との膨張及び収縮量の差によるハニカム体１の変形等が
確実に防止されるので、ハニカム体１の耐久性が向上す
る。また、ハニカム体１が均一かつ必要な活性温度を維
持することができるので、浄化効率の向上も期待でき
る。さらに、上記ハニカム体１の断熱効果により、ハニ
カム体１の昇温が早くなり、エンジン始動時の浄化性能
を向上させることもできる。

また、中間板３の円周面全面に均等に配置されて形成
されたスリット32により中間板３の膨張及び収縮に対す
る追従能力が高まるので、中間板３に作用する膨張及び
収縮の応力は偏りなく確実に吸収される。したがって、
中間板３の破損等が確実に防止され中間板３の耐久性が
向上する。特に、本実施例のメタル担体では、スリット
32が軸方向に伸びて形成されているので、中間板３は半
径方向の変位が容易となり、半径方向の膨張及び収縮の
応力を確実に吸収することができる。また、中間板３
は、ハニカム体１を構成する平板10と一体的に形成され
ており、平板10と同一材質及び同一板厚であるので、こ
れらが違うことによって中間板３に作用する応力がなく
なり、中間板３の破損等を確実に防止することができ
る。

（実施例２） 本実施例は中間板３の構成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の実施例のメタル担体の
断面図を示し、第５図に第２の実施例のハニカム体１及
び中間板３の斜視図を示す。

この中間板３では、中間板３の外周側及び内周側の両
方に交互に凸部31が形成され、かつこの各凸部31はハニ
カム体１の軸直角面に対して任意の角度だけ傾いた構造
となっている。また、スリット32は各凸部31と直角に交
差する方向に形成されている。

本実施例のメタル担体では、中間板３の凸部31が中間
板の外周面及び内周面の両方に形成されているので、ハ
ニカム体１と外筒２との間により大きな空隙部が形成さ
れるとともに、中間板３とハニカム体１及び外筒２との
接合面積が小さくなるので、ハニカム体１の断熱効果を
より高めることができる。

また、スリット32が軸直角面に対して任意の角度だけ
傾いて形成されているので、中間板３は半径方向と軸方
向の２方向に変位が容易となり、中間板３に作用する上
記２方向の膨張及び収縮の応力を確実に吸収することが
できる。

（その他の実施例） 上記実施例１及び２で用いられた中間板３の他に、凸
部31の形状及び配置、並びにスリット32の形状及び配置
を種々変更したメタル担体の例を第６図から第10図に示
す。

第６図は中間板３及びハニカム体１の斜視図を示し、
中間板３の凸部31を中間板３の外周面に円周面を一周す
る閉ループ状で波状に形成したもので、スリット32は軸
方向に形成されている。

第７図から第10図は中間板３に凸部31及びスリット32
を形成し、中間板３をハニカム体１に巻終える前の状態
を示す斜視図である。第７図に示すメタル担体では、中
間板３の凸部31が軸直角面に対して任意の角度だけ傾い
て形成され、スリット32が軸と平行に配置されている。
第８図に示すメタル担体は、第７図に示す中間板３のス
リット32を各凸部31と平行に配置したものである。第９
図に示すメタル担体では、ハニカム体１が楕円の横断面
形状を有し、中間板３の凸部31がジグザグ条に形成さ
れ、かつスリット32が軸と平行に配置されている。第10
図に示すにメタル担体は、第９図に示す中間板３のスリ
ット32を各凸部31と平行に配置したものである。

【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図はその断面図、第２図はハニカム体及び中間
板の斜視図、第３図は中間板に凸部及びスリットを形成
した状態を示す斜視図である。第４図及び第５図は第２
の実施例のメタル担体に関し、第４図はその断面図、第
５図はハニカム体及び中間板の斜視図である。第６図は
第３の実施例に用いたハニカム体及び中間板の斜視図で
ある。第７図〜第10図はさらに他の実施例のメタル担体
に関し、それぞれ中間板に凸部及びスリットを形成した
状態を示す斜視図である。 １……ハニカム体、２……外筒 ３……中間板、10……平板 11……波板、31……凸部 32……スリット

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、該ハニカム体を収容する外筒と
   よりなる排気ガス浄化触媒用メタル担体において、 その先端凸面が前記外筒の内周面及び前記ハニカム体の
   外周面のうちの少なくとも一方に当接して前記外筒及び
   前記ハニカム体のうちの少なくとも一方との間に空隙部
   を形成する凸部と、複数のスリットとをもつ筒状の中間
   板が前記ハニカム体と前記外筒との間に介在されている
   ことを特徴とする排気ガス浄化触媒用メタル担体。