WO1995007141A1

WO1995007141A1 - Support metallique monobloc

Info

Publication number: WO1995007141A1
Application number: PCT/JP1994/001483
Authority: WO
Inventors: Masayoshi Usui
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha, Ltd.
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1995-03-16
Also published as: GB2295557A; JPH0780323A; DE4496682T1; GB2295557B; GB9600105D0; KR960702349A; US5738833A

Description

明細

発明の名称

ュニット式メタル担体技術分野

本発明は、般に、自動車の排気ガス浄化装置において使用される、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担体に関する。

更に詳しくは、本発明は、金属製のメタル担体の構成部材として、従来の高価な耐熱鋼製の平板状帯材（箔材）または波板状帯材（箔材）に代えて、ケ一シングの機能とワイヤー材の係止機能を兼ねるワイヤー係止体、及び前記ワイヤー係止体に装着されるワイヤー材とから構成されたュニット部材（ワイヤ一配列体）を使用したことを特徴とする経済的でかつ耐久性などの特性に優れたュニット式のメタル担体に関するものである。背景技術

従来、この種の排気ガス浄化装置用の触媒担体として、コージュライトなどのセラミック材を用いたセラミック製のモノリスタイプ (セラミックモノリス）のものと、金属（メタル）製のモノリス夕イブ（メタルモノリス）のものが知られている。

特に最近においては、セラミックスモノリスの欠点を改善するために、即ち、機械的強度、耐久性、通気抵抗、浄化効率（装置の小型化）などの観点からメタルモノリスが盛んに研究開発されている o

この種の従来の金属製の触媒担体（メタル担体）（M S ' 、メタルサポート）は、図 10〜図 11に示されるものである。そして、この種のメタル担体は、一般に耐高温酸化性や耐熱性に優れた薄肉鋼板製の平板状帯材（1) と前記薄肉鋼板を波形形成した波板状帯材（2) とを、相互に当接部を有するように重積し、これを一括渦卷状に卷回積層するか、あるいは階層状に重積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（以下、セルという。）（3) を有する金属製のハニカム状の構造体（H) (以下、金属製ハ二カム体あるいは単にハニカム体という。）と、前記ハニカム体（H) を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ス（4) から構成製されるものである。

なお、図 10は巻回タイプのハニカム体（H) を示し、図 11は積層タイプのハニカム体（H) を示すものである。

そして、前記ハニカム体と金属製ケースとは、排気ガス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触媒（P t, P d， Rhなどの触媒）との発熱反応などによる熱膨張や熱的応力に耐え得るように、また自動車走行時の振動などに耐え得るようにろう接または溶接などにより強固に固着される。なお、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ということはいうまでもないことである。

前記した従来のハニカム体において、その構成部材である平板状帯材（1) と波板状帯材（2) として、例えばクロム鋼（クロム 1 3〜25%) 、 F e—C r 20%—A l 5%などの耐熱畦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を加えたステンレス鋼などの厚さが 0. 1mm以下の帯材（箔材）が使用される。なお、各帯材に A 1を含有したステンレス鋼は、耐高温酸化性が向上するとともに、熱処理により帯材表面にウイスカー状ないしマツシュルーム状などの種々の形状の α— A 1 ₂ 0 ₃ が析出し、これが排気ガス浄化用触媒を担持するためのゥォッシュコートを強固に固着するため極めて好ましい材料である。

しかしながら、前記した金属製ハニカム体（H ) を構成する平板状帯材（1 ) 及び波板状帯材（2 ) は、材料自体あるいはこの種の用途に適用するための箔材（厚さ 0 . 0 4 mn！〜 0 . 1 mm) とするのに圧延コストがかかるなど極めて高価なものであり、セラミック製のハニカム体に対する金属製のハニカム体の価格競争力を大きく低下させている。また、前記しょうとした金属製ハニカム体の製造において、各構成部材をろう接合する場合、 N i系などの高価な高温ろう材を使用するためコストがかさむものである。発明の開示

本発明は、前記した従来の高価格の帯材（箔材）を使用する金属製ハニカム体に対して、従来の帯材（箔材）の使用を排除し、ケーシングの機能とワイヤー材の係止機能を兼ねるワイャ一係止体、及び前記ワイヤー係止体に装着されるワイヤ一材とからュニット部材 (ワイヤー配設体）を構成し、前記ュニット部材（ワイヤ—配設体 ) によりメタル担体を構成しょうとするものである。

即ち、本発明は、従来の高価な帯材（箔材）を前記ュニット部材 (ワイヤー配設体）で置換することにより、コストメリットを引き出すとともに、ュニット化により各種排気ガス系統の排気ガス容量ゃ標目浄化度などに設計の自由度をもってメタル担体を構成することを可能とし、更には従来の帯材（箔材）を使用したものより優れた性能を有するメタル担体を提供しょうとするものである。

本発明を概説すれば、本発明は、耐熱鋼製の二以上の筒状ワイヤ一係止体〜C_n , η ： 2以上の整数）と、前記各係止体に配設された耐熱鋼製のメタルワイヤー（W) とから成るユニット部材 (u₁ 〜u_n ) を組合わせて構成された排気ガス浄化用触媒を担持するためのュニット式メタル担体において、前記ュニット部材（U

1 〜^Un ) が、

(i) 前記ュニット部材（Uj 〜U_n ) の構成要素である各筒状ワイヤー係止体〜C_n , n ： 2以上の整数）が、各筒状ワイヤー係止体相互の間において前記メタルワイヤ一（W) を平行状態に係止する係止部， o₂ ， …… o_n ) をその外周壁部に形成したもので構成され、

(ϋ) 前記係止部が、所望ピッチ（P) の所望数（m個）の係止手段（⁰ll〜⁰l_m， ⁰21〜⁰2_m' ……… ⁰nl〜⁰ _nm) で構成されたものであり、かつ、

(iii) 前記係止手段に前記メタルワイヤー（W) が配設されて構成されたものである、

ことを特徴とするュニット式メタル担体に関するものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明のュニット式メタル担体の一部を透視し、かつ一部を省略した斜視図である。

図 2は、前記図 1に示されるュニット式メタル担体の一部を省略した断面図である。

図 3は、第 1ュニット（Ι^ ) の第一実施態様のワイヤー係止体 { ) の一部を省略した斜視図である。

図 4は、第 1ュニット（U, ) の第二実施態様のワイヤ—係止体 (C₁ ) の一部を省略した斜視図である。図 5は、第 1ュニット（t^ ) の第三実施態様のワイヤー係止体 C c ₁ ) の一部を省略した斜視図である。

図 6は、第 1ュニット（1^ ) の第四実施態様のワイヤー係止体 ( C j ) の一部を省略した斜視図である。

図 7は、第 1ュニット（1^ ) のワイヤー係止体 ) に対するメタルワイヤーの配設方法と固着方法を説明する図である。図 8は、第 1ユニット（Ι^ ) のワイヤー係止体 ) に対するメタルワイヤーの配設方法を説明する図である。

図 9は、前記図 8に示されるワイヤー配列体に対する固着方法を説明する図である。

図 1 0は、従来の巻回タイプのメ夕ルハニカム体の斜視図である o

図 1 1は、従来の積層タイプのメタルハニカム体の斜視図であるなお、前記各図において、図中の符号の意味は次の通りである,

M S 'ュニット式メタル担体。

M S ' '従来のメタルハニカム体 _£ U 1 ' u,₂ ， .. —u _n … ュニット部材。

c … …

1 ' ， ……ワイヤ一係止体。

0 —o _n …

1 ， ° 2 , ·· ……ワイヤ一係止部。

0 …. …

11， ◦1.2， ·· ……ワイヤ一係止手段

D ワイヤ係止体の幅。

P ワイヤ係止手段のピッチ, w_} ， w 11' ^W12， ^W 13' メタルワイヤー。発明を実施するための最良の形態以下、本発明の技術的構成及び実施態様について、更に詳しく図面を参照して説明する。

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とである。

図 1〜図 3は、本発明の第一実施態様のュニット式メタル担体（ MS) の構成を説明する図である。

•図 1は、ュニット式メタル担体（MS) の一部を透視し、かつ一部を省略した斜視図であり、

•図 2は、図 1に示されるュニット式メタル担体（MS) の一部を省略した断面図であり、

•図 3は、ユニット部材（1^ ) の構成要素であるワイヤー係止体 ) の一部斜視図である。

図示されるように、本発明のュニット式メタル担体（MS) は、ヮィヤー材の係止機能とケーシング機能を兼ねる耐熱鋼製の所望幅 (D) の複数の筒状ワイヤー係止体， C₂ ……， C_n , n ： 2以上の整数）に対して、前記各ワイヤー係止体に耐熱鋼製のメタルワイヤー（W) を配設して構成したュニット部材（1^ ， U , u_n ) の所望数を使用することによって構成されるものであるより具体的には、本発明の前記ュニット部材（ι^， u₂ , …… u_n ) は、次のようにして構成されるものである。

(0前記ュニット部材（ι^〜u_n )の構成要素である各筒状ワイヤ—係止体， c₂ ……， c_n )において、各筒状ワイヤ一係止体は、各筒状ワイヤ一係止体相互の間において前記メタルヮィャ— （W) を平行状態に係止する係止部 , o₂ …… o_n ) をその外周壁部に有するもので構成される。 (ii) そして、前記各筒状ワイヤ—係止部〜C_n ) の各係止部（0 〜O_n ) は、所望ピッチ（P) の間隔をおいて所望数（ m個）の係止手段（0_} =O_u〜0_lm， 0₂ = 0₂₁〜0_2πι，

o_n =o_nl〜o_nm)を有するものである。

(ϋί) 次に、前記のようにして構成された各筒状ワイヤー係止体 (c₁ 〜c_n ) の係止手段に対して、メタルワイヤ一（W) を配設することによりュニット部材（l^〜c_n ) を製作する。

本発明において、前記各ワイヤー係止体〜c_n ) の係止部に形成される係止手段の一例が、図 3に例示されている。

図 3に示されるワイヤー係止体（C ) は、円筒体であるとともに、その外周壁部に沿ってメタルワイヤーの係止部 ) が画成され、該係止部（0, ) に係止手段として m個の穴（O_u， 0₁₂, 0₁₃…… 0_lm) が所望のピッチ（p) で形成されたものであることを示している。

なお、図 3は円筒体の一部しか示していない。

図 4〜図 6は、本発明のュニット式メタル担体（MS) に適用されるワイヤー係止体〜c_n ) の他の実施態様を示すものである。即ち、図 4〜図 6のものは、前記図 3で示されるものの変形例

Cあ

図 4は、筒状ワイヤー係止体 ) の係止部 ) に形成される係止手段が、円筒体の外周壁部に形成された m個の凹溝（O_u

， o₁₂， o₁₃…… o_lm)であることを示す。

図 5は、筒状ワイヤー係止体 ) の係止部 ) に形成される係止手段が、円筒体の外周壁部の前側部に形成された m個の小突片（o_u, o₁₂, o₁₃, …… o_lm)であることを示す。

図 6は、筒状ワイヤー係止体 ) において、相互に平行関係にある円筒状の外周壁部に画成された二条の係止部（〇i ， o' i

) に形成される係止手段が、 m個の穴（O_u， 0₁₂, …… 0_lm ; 0 ' _u， o' _r, …… o' _lm) であることを示す。

本発明の前記各ュニット部材（ι^ , υ。， υ_η ) において、メタルワイヤ一（W) の配設方法と固着方法は、図 7〜図 9に示される。

図 7〜図 9は、第一ュニット部材（l^ ) の第一ワイヤー係止体 (C_l ) に対するメタルワイヤー（W) の配設方法と固着方法を説明するものである。従って、残余のュニット部材（u₂ 〜u_n ) の構成も同様なものである。

図 7は、第 1ワイヤー係止体（C ) の係止部 ) に形成された所望ピッチ（P) の m個の穴（Ο^ Ο^) において、対向する穴の間に一本づっ複数本のワイヤー（w_u， w₁ , w₁₃…… )を張設するとともに、穴部とその近傍部位において溶接により固着した態様を説明するものである。

図 8〜図 9は、第一ワイヤー係止体 ) の係止部（Oj ) に形成された所望ピッチ（p) の m個の穴（0_u〜0_lm) において、対向する穴間に一本のワイヤー（w_u)を順次、つづら折り状に織成するように張設し（図 8) 、次いで穴部とその近傍部位においてろう接合により固着した態様（図 9) を説明するものである。

本発明の各ュニット部材（l^ 〜u_n ) の構成は、例えば図 10 〜図 11に示される従来の平板状帯材と波板状帯材で構成される巻回または積層タイプのメタルハニカム体（MS' ) と同程度の排気ガス浄化能がュニット全体（11 = 1^ +u₂ +…… u_n ) で達成されるように設計され、そのために張設するメタルワイヤ一（W) の配設本数、ワイヤー係止体の幅（D) 、更には係止部（〇i , On , …… ο_η ) の間隔（同一ワイヤー係止体に複数条の係止部を設ける場合も含む。）を適宜に決めればよい。

なお、前記従来の卷回または積層タイプのメタルハニカム体（Μ S' ) との関連において、次の数値設定が参考になる。

例えば、 060. 5mm、長さ 40mmの円筒状の巻回タイプのメタルハニカム体（セル密度、 lOOcpsi ) と同等の浄化能を達成するためには、同等の排気ガス浄化用触媒を担持するための担持表面積を持つことが必要である。

この場合、一辺が 53. 6 、各ワイヤー間の間隔が 1. 0關（ p = d = l. 0 mm) の矩形タイプの本発明のメタル担体を考えると、単純計算によりメタルワイヤ一の線径 00. 2 のとき 1 00段 (n = 1 00、ワイヤーの全長 29 0 m) 、メタルワイヤーの線径 Φ = 0. 3 mmのとき 68段（n = 68、ワイヤーの全長 1 95 m) となる。

本発明のュニット式メタル担体（MS) において、前記ワイヤー係止体〜C_n ) の素材としては、図 1 0〜図 1 1で示される従来のメタルハニカム体の製造に際して使用されているもの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ユライト系ステンレス鋼を、外側部分にオースラナイト系ステンレス鋼を使用したものを用いてもよい。

本発明のュニット式メタル担体（MS) において、前記メタルヮィヤー（W) の素材としては、図 1 0〜図 1 1で示される従来のメタルハニカム体の製造に使用されている平板状帯材（箔材）または波板状帯材（箔材）と同等の特性、即ち耐高温酸化性に優れた材質のものが好ましい。例えば、 F e — 2 0 C r— 5 A 1製、またはこれに R E Mを添加したものなどのワイヤ一材が使用される。

また、前記メタルワイヤ一（W) の線径としては、帯材（箔材）の厚さ程度でよく、例えば一般に 0 . 1〜1 . 0 mmのものが使用される。この場合、必ずしも同一径に揃える必要はなく、例えば大径のものと小径のものを交互に使用してもよい。

なお、ワイヤーの断面形状は、一般に円形であるが、楕円形、多角形、長方形などの異形のものでも良く、あるいはこれらを撚り合わせたり、または組み合わせてもよい。更には扁平のリボン材であつてもよい。

本発明のユニット式メタル担体（M S ) の正面形状は、図 1に示される円形のものに限定されず、矩形状、楕円状、三角形状など、適用部位、例えば車体の下部などの空間スペースの形状に適合させて、任意な形状をとり得る。そして、これら正面形状に適合させて、前記メタルワイヤー（W) が配設きれる。

本発明のュニット式メタル担体（M S ) の第二実施態様は、図 1 に同時に点線部をもって示されている。

即ち、本発明の第二実施態様は、各ュニット部材（l^ 〜u _n ) に張設されるメタルワイヤー（W) の配設方向が、異方向のものであることを特徴とする。

図 1において、前記した点は、第 1ュニット（1^ ) のメタルヮィヤー（w) と第 1 0ユニット（u _{1 0}) のメタルワイヤー（W) が直交していることで示されている。

第 1列〜第 n列のワイヤー張設体、即ち各ュニット部材（1^ 〜 u _n ) において、張設されるメタルワイヤ一（W) の配設方向が相互に直交するなど、異方向であると、メタル担体内部で排気ガス流がワイヤー材に衝突することにより排気ガスは攪拌混合され、かつ乱流化する。従って、メタルワイヤー（W) の表面に担持された排気ガス浄化用触媒と排気ガスとの接触反応が効率化されるため、排気ガス浄化能に優れたものとなる。

本発明において、排気ガスの浄化能との関連で、例えば浄化能を低く設定できる場合、即ち各ュニット部材（i^ 〜u _n ) の間の間隔を広くしてもよい場合、各ュニット部材間にスぺ一サ材を挿入してメタル担体とすることが出来ることはいうまでもないことである

。そして、前記スぺーサ材は、ユニット部材の一つの構成部材となるすることはいうまでもないことである。発明の効果

本発明の排気ガス浄化用触媒を担持するための'ュニット式メタル担体（M S ) は、従来の平板状帯材（箔材）と波板上帯材（箔材）から構成される各種タイプのハニカム構造を有するメタルハニカム体と比較して、前記帯材（箔材）の使用を排除し、ュニット化されたワイヤー係止体にメタルワイヤ一を配設したワイヤー配設体を使用して製造されるものであることから、以下のような優れた効果を奏する。

(i) 従来の平板状帯材または波板状帯材（箔材）に対して、本発明はュニット化されたュニット部材（ワイヤー配列体）を採用していることから、ハニカム体の使用時に印加される大きな熱応力に基づく変形力を、各ワイヤー材で効果的に吸収、緩和させることが出来るため、耐久性に優れたメタル担体とすることができる。

(ϋ ) 従来の帯材（箔材）に対して、本発明はュニット化されたュニット部材（ワイヤー配列体）を採用していることから、各ワイヤーとワイヤーの間において排気ガスを乱流化させることができるため、排気ガスと担持触媒の接触効率が改善され、浄化能力を向上させることができる。

(H i ) 従来の帯材（箔材）が極めて高価のものであるが、本発明のュニット化されたュニット部材（ワイヤ一配列体）は安価であり、コストメリットを得ることができる。

(i v) ュニット化されたュニット部材（ワイヤー配列体）でメタル担体が構成させるため、排気ガス系統の排気ガス容量や目標浄化度などに対して設計の自由度をもってメタル担体を構成することが出来るため、極めて経済的なメタル担体が提供される。産業上の利用可能性

本発明のュニッ'ト式メタル担体は、ュニット化されたュニット部材としてワイヤー配列体を採用していることから、従来の平板状帯材と波板状帯材（箔材）とからなるメタルハニカム体を主要な構成要素とするメタル担体と比較して、耐久性、浄化特性、経済性などに優れたものである。

従って、本発明のュニット式メタル担体は、排気ガス浄化装置に好適に使用されるものである。

Claims

請求の範囲

1. 耐熱鋼製の二以上の筒状ワイヤー係止体〜C_n ， n ： 2 以上の整数）と、前記各係止体に配設された耐熱鋼製のメタルワイヤー（W) から成るュニット部材〜u_n ) を組合わせて構成される排気ガス浄化用触媒を担持するためのュニット式メタル担体において、前記ュニット部材（l^ 〜u_n ) が、

(i) 前記ュニット部材（l^ 〜u_n ) の構成要素である各筒状ワイヤー係止体〜C_n ， n ： 2以上の整数）が、各筒状ワイヤー係止体相互の間において前記メタルワイヤー（W) を平行状態に係止する係止部（〇i ， 0₂ ， …… O_n ) をその外周壁部に有するもので構成され、

(ϋ) 前記係止部が、所望ピッチ（P) の所望数（m個）の係止手段（⁰ll〜⁰lm， ⁰21〜⁰2_m， ⁰ _nl〜⁰ _nm) を有するもので構成され、

ことを特徴とするュニット式メタル担体。

2. メタルワイヤ一（W) を係止するための各係止部（0_} ， O₀ , …… oo_nn )) にに形形成成さされれるる係係止止手手段が、穴、溝、突片である請求項 1に記載のュニット式メタル担体

3. 各ワイヤー係止体（Cj 〜C_n ) において、その外周壁部にメタルワイヤ一（W) を係止するための係止部が、一列の所望ピッチ (P) で形成された穴である請求項 1に記載のュニット式メタル担体 (

4. 各ワイヤー係止体（C 〜C_n ) において、その外周壁部にメタルワイヤー（W) を係止するための係止部が、相互に平行関係にある二列以上の夫々が所望ピッチ（p) で形成された穴である請求項 1に記載のュニット式メタル担体。

5. 各ワイヤー係止体（じ〗〜C_n ) において、夫々の係止手段に配設されたメタルワイヤー（W) の配設方向が、同方向のものである請求項 1に記載のュニット式メタル担体。

6. 各ワイヤー係止体〜C_n ) において、夫々の係止手段に配設されたメタルワイヤー（W) の配設方向が、異方向のものである請求項 1に記載のュニット式メタル担体。

7. メタルワイヤー（W) が、各ワイヤ一係止体〜C_n ) の係止手段及びその近傍部位で固着されたものである請求項 1に記載のュニット式メタル担体。

8. 固着手段が、ろう接または溶接である請求項 7に記載のュニット式メタル担体。

4 一要約書本発明は、従来の高価な平板状帯材と波板状帯材（箔材）とから成る排気ガス浄化用触媒を担持するためのハニカム構造のメタルハ二カム体にかえて、ワイヤー係止体にメタルワイヤーを配設したュニット部材から構成される耐久性や経済性に優れるュニット式のメタル担体を提供するものである。

即ち、本発明において、二以上の筒状ワイヤ一係止体〜c _n ， n≥ 2) と、該ワイヤー係止体に配設されるメタルワイヤー（ W) とから成るメタル担体用のユニット部材は、

(i) 前記ュニット部材の構成要素である各ワイヤ—係止体（C ！〜C_n , n≥ 2) カ、各ワイヤー係止体相互の間において前記メタルワイヤー（W) を平行状態に係止する係止部（0, ， o₂ , … 〜o_n ) をその外周壁部に有するもので構成ざれ、

(ϋ) 前記係止部が、所望ピッチ（P) の所望数（m個）の係止手段（⁰ll〜⁰ l_m， ⁰21〜⁰2m， * ···'···· ⁰ _nl〜⁰ ) を有するもので構成され、

(iii) 前記係止手段に前記メタルワイヤ一（W) が配設されて構成されたものである。