JPH1037743A - 内燃機関用の金属触媒担体とこれを用いた触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は内燃機関用の金属触媒担体とこれを
用いた触媒コンバータに関し、製造に当たり金属製薄板
の接合を不要として製造が容易でコストの低廉化を図っ
た金属触媒担体と、当該金属触媒担体を使用することで
応力歪みによる破断や脱落等の虞がなく、長期に亘って
排ガスの浄化性能を維持することができる触媒コンバー
タを提供することを目的とする。 【解決手段】 一枚の帯状の金属製薄板１３をつづら折
りして積層した内燃機関用の金属触媒担体に於て、上記
金属製薄板１３を複数の山部１５，１５′と谷部１７，
１７′とからなる波形形状に形成すると共に、積層され
た金属製薄板１３同士の山部１５，１５′と谷部１７，
１７′が同位相とならないように、各山部１５，１５′
と谷部１７，１７′を配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の金属
触媒担体とこれを用いた触媒コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の排気系には、排ガスを
浄化する触媒コンバータが装着されているが、この種の
触媒コンバータに用いる触媒担体として、昨今、Ｆｅ−
Ｃｒ−Ａｌ系フェライトステンレス箔材（２０Ｃｒ−５
Ａｌ−Ｌａ−Ｆｅ）等の金属製薄板からなる金属触媒担
体が広く用いられている。

【０００３】そして、金属触媒担体の製造方法として、
従来、以下の如き製造方法が知られている。先ず、第一
の製造方法は、金属製薄板からなる帯状の波板と平板を
交互に重ね、これらを多重に巻回して断面円形或いは断
面楕円形状のコアを形成した後、波板と平板の相対移動
をなくすため、波板と平板の当接部分をレーザー溶接又
はロー材でロー付けし、或いは又、コア全体を真空状態
で加熱して波板と平板を拡散接合させるものである。

【０００４】又、第二の製造方法は、金属製薄板からな
る帯状の波板と平板を定尺に裁断してこれらを交互に積
層してコアを成形していくものであり、そして、第三の
製造方法は、金属製薄板からなる帯状の波板をつづら折
りし乍ら、定尺に裁断した平板を各折り目毎に挿入して
コアを成形していくもので、これらの方法にあっても、
波板と平板の相対移動をなくすために波板と平板の当接
部分がロー付け等によって接合される。

【０００５】そして、斯かる金属触媒担体に貴金属触媒
の担持処理を施した後、これを外筒内に接合（ロー付け
等）して触媒コンバータが製造されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の金
属触媒担体は、波板と平板を多層に接合して排ガスが通
過するセルが形成されているが、平板を使用する分だけ
重量が重く、又、波板は高温の排ガスによる熱応力を吸
収できるが、平板は熱応力を吸収し難く、更に波板と平
板の接合箇所に応力歪みが発生して破断や脱落を引き起
こす虞があった。

【０００７】又、波板と平板との溶接，ロー付け，拡散
接合等の接合作業は面倒で、コストが嵩むといった欠点
が指摘され、然も、これらの接合が不十分であると、フ
ィルムアウトが発生して金属触媒担体の破損に繋がる虞
も指摘されている。

【０００８】そして、いずれの製造方法に於ても、波板
と平板の２種類の金属製薄板が必要となると共に、第二
の積層式の製造方法にあっては、波板と平板を何十枚も
定尺に裁断しなければならず、又、第三のつづら折り構
造の金属触媒担体にあっては、各折り目毎に平板を挿入
しなければならないため作業が煩雑であった。尚、特開
平１−２３６９４８号公報には、図１４に示すように一
枚の帯状の金属製薄板１に、所定の長さに亘って波板部
３と平板部５を交互に連続させて形成し、波形部３と平
板部５をその境界部でつづら折りして多重に積層した金
属触媒担体７が開示されている。

【０００９】然し乍ら、斯かる金属触媒担体７にあって
は、仕様毎に波形部３と平板部５の長さを変更しなけれ
ばならず、又、依然として波板と平板の接合作業が必要
であると共に、その接合箇所に応力歪みによる破断や脱
落の虞等があった。本発明は斯かる実情に鑑み案出され
たもので、製造に当たり金属製薄板の接合を不要として
製造が容易でコストの低廉化を図った内燃機関用の金属
触媒担体と、斯かる金属触媒担体を使用することで応力
歪みによる破断や脱落等の虞がなく、長期に亘って排ガ
スの浄化性能を維持することのできる内燃機関用の触媒
コンバータを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、一枚の帯状の金属製薄板を
つづら折りして積層した内燃機関用の金属触媒担体に於
て、上記金属製薄板を複数の山部と谷部とからなる波形
形状に形成すると共に、積層された金属製薄板同士の山
部と谷部が同位相とならないように、各山部と谷部を配
置したものである。

【００１１】そして、請求項２に係る発明は、請求項１
記載の金属触媒担体に於て、山部が排ガスの流れ方向に
対し斜め方向へ、所定の規則性を以って順次配置されて
いることを特徴としている。

【００１２】又、請求項３に係る内燃機関用の触媒コン
バータは、外筒内に、請求項１又は請求項２の金属触媒
担体を収容し、当該金属触媒担体の両端部を保持部材で
保持したことを特徴とする。そして、請求項４に係る発
明は、請求項３記載の触媒コンバータに於て、保持部材
が外筒内に挿着したディフューザであることを特徴と
し、請求項５に係る発明は、請求項３記載の触媒コンバ
ータに於て、保持部材が、外筒の端部に設けた環状のフ
ランジであることを特徴としている。

【００１３】（作用）請求項１及び請求項２に係る発明
によれば、一枚の金属製薄板を所定の形状につづら折り
して積層することで金属触媒担体が形成され、この時、
積層された金属製薄板相互の山部と谷部が同位相となら
ず、対向する山部同士が当接して目つぶれを防止し乍ら
セルを形成する。

【００１４】そして、請求項３に係る発明によれば、外
筒内に収容された金属触媒担体を保持部材が保持して、
外筒に対する金属触媒担体全体のズレや積層した金属製
薄板相互のズレを防止することとなる。そして、請求項
４に係る発明では、ディフューザが保持部材として機能
し、その挿入側端部が金属触媒担体の両端部に夫々当接
して、外筒に対する金属触媒担体全体のズレや積層した
薄板相互のズレを防止し、又、請求項５に係る発明で
は、環状のフランジが外筒に対する金属触媒担体全体の
ズレや積層した薄板相互のズレを防止することとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき詳細に説明する。図１は請求項１及び請求項２の
第一実施形態に係る内燃機関用の金属触媒担体で、当該
金属触媒担体１１は、図２に示すように帯状に裁断した
一枚の金属（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金）製の薄板
１３がつづら折りされて、上下方向に積層した構造とな
っている。

【００１６】而して、上記薄板１３は、図３に示すよう
にルーバーコルゲート加工によって、同一の長さＬから
なる複数の山部１５と谷部１７が、夫々、排ガスＧの流
れ方向に対し斜め方向へ１／２Ｌ宛ずれて順次隣接，配
置された波形形状に形成されており、本実施形態は、斯
様に複数の山部１５と谷部１７を斜め方向へ所定の規則
性を以って順次配置することで、図４の如くつづら折り
して積層された薄板１３相互の山部１５と谷部１７が同
位相とならず、対向する山部１５同士が当接してセルの
目つぶれが生じないようになっている。

【００１７】尚、図４に示すように上記山部１５と谷部
１７は同一の長さＬを以って成形され、そして、排ガス
Ｇの流れ方向に対し斜め方向へ１／２Ｌ宛ずれて順次配
置されているため、薄板１３の両端部に配置された略半
数の山部１５′と谷部１７′は、他の山部１５や谷部１
７の１／２Ｌの長さとされている。その他、図１中、１
９は金属触媒担体１１を収容する外筒、そして、図３に
於て、符号２０で表示する太線部分は山部１５や谷部１
７を区画する平坦部である。

【００１８】本実施形態に於ける薄板１３はこのように
構成されており、図２に示すように金属触媒担体１１は
一枚の薄板１３を所定の外形形状につづら折りして上下
方向に積層することで形成され、この時、図４に示すよ
うに積層された薄板１３相互の山部１５と谷部１７が同
位相とならず、対向する山部１５同士が当接して目つぶ
れを防止し乍らセルを形成する。

【００１９】図５は上記金属触媒担体１１を用いた請求
項３及び請求項４に係る内燃機関用の触媒コンバータの
一実施形態を示し、図中、１９は金属触媒担体１１を収
容する断面楕円形状の金属製の外筒で、その両端部にデ
ィフューザ２１，２３が夫々挿入，溶着されている。そ
して、本実施形態では、上記ディフューザ２１，２３を
金属触媒担体１１の保持部材として機能させ、その挿入
側端部２１ａ，２３ａの板厚で金属触媒担体１１の上流
側（エンジン側）端部１１ａと下流側端部１１ｂの周縁
部を夫々保持して、積層した薄板１３相互の接合及び金
属触媒担体１１と外筒１９との間の接合を不要としたも
のである。

【００２０】尚、外筒１９内に金属触媒担体１１を収容
するには、筒状の外筒１９内に金属触媒担体１１を挿入
する他、外筒１９を断面略Ｕ字状の一対の半割れ外筒と
して、両半割れ外筒で金属触媒担体１１を包み込んで、
その接合部分を溶接する等の方法が採られる。本実施形
態に係る触媒コンバータ２５はこのように構成されてい
るから、図５及び図６に示すように上記ディフューザ２
１，２３の挿入側端部２１ａ，２３ａが金属触媒担体１
１の両端部１１ａ，１１ｂに夫々当接して、外筒１９に
対する金属触媒担体１１全体のズレや積層した薄板１３
相互のズレを防止することとなる。

【００２１】既述したように、従来、一枚の波板をつづ
ら折りして金属触媒担体を成形するには、折り目毎に平
板を挿入してセルを形成しなければならず、又、斯かる
波板を一枚で巻回したり積層していくと、波板の山部と
谷部が同位相となる部分が存在するため、山部と谷部が
重なり合ってセルの目つぶれや表面積の減少が生じて、
通気抵抗や触媒による排気浄化作用が著しく悪化してし
まう欠点があった。

【００２２】そして、その対策としては、二枚の波板を
逆向きで合わせて巻回したり、積層の場合は一枚宛逆位
相となるように裏返す必要があったが、本実施形態によ
れば、一枚の薄板１３を単につづら折りしていくだけで
あらゆる仕様の金属触媒担体１１が製造でき、然も、従
来のように折り目毎に平板を挿入してセルを形成してい
く必要もないため、金属触媒担体１１が容易に製造で
き、そして、製造された金属触媒担体１１にセルの目つ
ぶれが発生することもない。

【００２３】又、上記金属触媒担体１１を用いた図５の
触媒コンバータ２５によれば、製造工程で、積層した薄
板１３同士の接合（ロー付け，拡散接合，レーザー溶
接）や金属触媒担体１１と外筒１３との接合が不要とな
るため、従来に比し容易に製造することができコストの
低廉化が可能となる。

【００２４】然も、上記金属触媒担体１１にあっては、
平板が不要となるため軽量化が図れ、その結果、触媒コ
ンバータ２５が低熱容量となって昇温時間が短縮できる
と共に、熱応力の吸収に優れ破断や脱落を引き起こす虞
もないし、積層した薄板１３がディフューザ２１，２３
で保持されて相対移動が防止されるため、フィルムアウ
ト現象が生ずることもない。

【００２５】尚、上記実施形態では、ディフューザ２３
の挿入側端部２３ａの板厚で金属触媒担体１１の下流側
端部１１ｂを保持したが、図７に示すようにディフュー
ザ２３の挿入側端部に環状のフランジ２６を内方に設け
て、当該フランジ２６で金属触媒担体１１の下流側端部
１１ｂの周縁部を保持させてもよい。図８及び図９は上
記金属触媒担体１１を用いた請求項３及び請求項５に係
る触媒コンバータの一実施形態を示し、この触媒コンバ
ータ２７は、金属触媒担体１１を収容する外筒２９の後
端側に、金属触媒担体１１の保持部材として環状のフラ
ンジ３１を内方に設け、当該フランジ３１で金属触媒担
体１１の下流側端部１１ｂを保持すると共に、上記触媒
コンバータ２５と同様、上流側端部１１ａを外筒２９内
に挿着したディフューザ２１の挿入側端部２１ａで保持
したものである。

【００２６】その他、図８中、３３は外筒２９の後端側
の外周に溶着したディフューザである。而して、本実施
形態に係る触媒コンバータ２７によっても、上記触媒コ
ンバータ２５と同様、金属触媒担体１１を構成する薄板
１３同士の接合や金属触媒担体１１と外筒２９との接合
が不要となるため、従来に比し容易に製造することがで
きコストの低廉化が可能となる。

【００２７】図１０は外筒１９内に収容された請求項１
及び請求項２の第二実施形態に係る金属触媒担体を示
し、当該金属触媒担体３５は、帯状に裁断した一枚の金
属製の薄板３７が垂直方向につづら折りされて横方向に
積層された構造となっている。

【００２８】而して、上記薄板３７は、図１１に示すよ
うにルーバーコルゲート加工によって、薄板３７の送り
方向（矢印Ａ方向）へ連続して成形された各谷部３９
に、同一の長さＭからなる山部４１が、夫々、排ガスＧ
の流れ方向に対し斜め方向へその長さＭ宛ずれて順次隣
接，配置された波形形状に形成されており、本実施形態
も、斯様に複数の山部４１を斜め方向へ所定の規則性を
以って順次配置することで、図１２の如くつづら折りし
て積層された薄板３７相互の山部４１と谷部３９が同位
相とならず、対向する山部４１同士が当接してセルの目
つぶれが生じないようになっている。

【００２９】尚、図１１に示すように本実施形態では、
総ての山部４１は同一の長さＭに設定されている。又、
図１１中、符号４３で表示する太線部分は山部４１や谷
部３９を区画する平坦部である。本実施形態の薄板３７
はこのように構成されており、図１０に示すように金属
触媒担体３５は一枚の当該薄板３７を垂直方向につづら
折りしてこれを横方向に積層することで製造され、この
時、図１２に示すように積層された薄板３７相互の山部
４１と谷部３９が同位相とならず、対向する山部４１同
士が当接して目つぶれを防止し乍らセルを形成する。

【００３０】このように、本実施形態によっても、一枚
の薄板３７を単につづら折りしていくだけで金属触媒担
体３５が製造でき、然も、従来のように折り目毎に平板
を挿入してセルを形成していく必要もないため、金属触
媒担体３５が容易に製造でき、又、製造された金属触媒
担体３５にセルの目つぶれが発生することもない。上記
各薄板１３，３７等に代えて、図１３に示す薄板４５の
ように長さの異なる数種の山部４７，４９，５１，５３
を、排ガスの流れ方向に対し斜め方向へその長さ分宛ず
らして規則的に隣接，配置し、そして、これをつづら折
りして金属触媒担体や触媒コンバータを形成してもよ
い。

【００３１】又、上記実施形態に代え、山部と谷部の配
置を不規則として、積層された金属製薄板同士の山部と
谷部が同位相とならないようにしてもよい。更に又、金
属触媒担体を収容する触媒コンバータの外筒は、断面楕
円形状に限定されるものではなく、断面円形状や断面矩
形状の外筒を用いてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１及び請求項
２に係る発明によれば、一枚の薄板を単につづら折りし
ていくだけであらゆる仕様の金属触媒担体が製造でき、
然も、従来のように折り目毎に平板を挿入してセルを形
成していく必要もないため、金属触媒担体が容易に製造
でき、又、製造された金属触媒担体にセルの目つぶれが
発生することもない。

【００３３】そして、上記金属触媒担体を用いた請求項
３乃至請求項５に係る触媒コンバータによれば、製造工
程で、積層した薄板同士の接合（ロー付け，拡散接合，
レーザー溶接）や金属触媒担体と外筒との接合が不要と
なるため、従来に比し製造が容易でコストの低廉化が図
れることとなる。然も、これらの発明に係る触媒コンバ
ータにあっては、平板が不要となるため軽量化が可能と
なり、その結果、低熱容量となって昇温時間が短縮でき
ると共に、熱応力の吸収に優れ破断や脱落を引き起こす
虞もないし、積層した薄板が保持部材で保持されて相対
移動が防止されるため、フィルムアウト現象が生ずるこ
ともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】外筒内に収容された請求項１及び請求項２の第
一実施形態に係る金属触媒担体の端部の正面図である。

【図２】図１に示す金属触媒担体の製造方法を示す説明
図である。

【図３】図１の金属触媒担体を形成する薄板の部分斜視
図である。

【図４】図１の金属触媒担体の製造時に於ける薄板の積
層状態を示す説明図である。

【図５】請求項３及び請求項４の一実施形態に係る触媒
コンバータの要部断面図である。

【図６】外筒内に収容された金属触媒担体の端部の正面
図である。

【図７】ディフューザの変形例を用いた請求項３及び請
求項４の他の実施形態に係る触媒コンバータの要部断面
図である。

【図８】請求項３及び請求項５の一実施形態に係る触媒
コンバータの外筒内に収容した金属触媒担体の側面図で
ある。

【図９】図８に示す外筒と金属触媒担体の下流側端部の
正面図である。

【図１０】外筒内に収容された請求項１及び請求項２の
第二実施形態に係る金属触媒担体の端部の正面図であ
る。

【図１１】図１０の金属触媒担体を形成する薄板の部分
斜視図である。

【図１２】図１０の金属触媒担体の製造時に於ける薄板
の積層状態を示す説明図である。

【図１３】請求項１及び請求項２の他の実施形態に係る
金属触媒担体の製造に用いる薄板の一部平面図である。

【図１４】従来の金属触媒担体の製造工程を示す説明図
である。

【符号の説明】

１１，３５ 金属触媒担体 １１ａ 上流側端部 １１ｂ 下流側端部 １３，３７，４５ 薄板 １５，１５′，４１，４７，４９，５１，５３ 山部 １７，１７′，３９ 谷部 １９，２９ 外筒 ２１，２３ ディフューザ ２５，２７ 触媒コンバータ ２６，３１ フランジ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一枚の帯状の金属製薄板（１３，３７，
   ４５）をつづら折りして積層した内燃機関用の金属触媒
   担体に於て、上記金属製薄板（１３，３７，４５）を複
   数の山部（１５，１５′，４１，４７，４９，５１，５
   ３）と谷部（１７，１７′，３９）とからなる波形形状
   に形成すると共に、積層された金属製薄板（１３，３
   ７，４５）同士の山部（１５，１５′，４１，４７，４
   ９，５１，５３）と谷部（１７，１７′，３９）が同位
   相とならないように、各山部（１５，１５′，４１，４
   ７，４９，５１，５３）と谷部（１７，１７′，３９）
   を配置したことを特徴とする内燃機関用の金属触媒担
   体。
2. 【請求項２】 山部（１５，１５′，４１，４７，４
   ９，５１，５３）は、排ガスの流れ方向に対し斜め方向
   へ、所定の規則性を以って順次配置されていることを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関用の金属触媒担体。
3. 【請求項３】 外筒（１９，２９）内に、請求項１又は
   請求項２記載の金属触媒担体（１１，３５）を収容し、
   当該金属触媒担体（１１，３５）の両端部（１１ａ，１
   １ｂ）を保持部材で保持したことを特徴とする内燃機関
   用の触媒コンバータ。
4. 【請求項４】 保持部材は、外筒（１９）内に挿着する
   ディフューザ（２１，２３）であることを特徴とする請
   求項３記載の内燃機関用の触媒コンバータ。
5. 【請求項５】 保持部材は、外筒（２９）の端部に設け
   た環状のフランジ（３１）であることを特徴とする請求
   項３記載の内燃機関用の触媒コンバータ。