JP3262624B2 - メタル担体 - Google Patents

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管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ハ
ニカム体とケーシングから成るメタル担体（以下、単に
メタル担体という。）に関する。更に詳しくは、本発明
は、メタル担体のハニカム体を構成する平板状帯材と波
板状帯材とから成る最小構成単位において、該最小構成
単位の構造、特に該最小構成単位がハニカム体を外包す
る金属製ケーシングの内壁面に当接する部位の構造を耐
久性に優れたものにしたことを特徴とするメタル担体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の自動車の排気ガス浄化手
段として、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。一般に金属
製モノリスタイプの排気ガス浄化用の触媒を担持させる
ためのメタル担体（ＭＳ、メタルサポート）は、図８に
示されるように耐熱性の薄肉鋼板の平板状帯材（１' ）
と波板状帯材（２' ）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（以下、セルと
いう。）を有する巻回タイプのハニカム状積層体（以
下、ハニカム体という。）（Ｈ' ）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（４' ）とから構成されるものであ
る。なお、図８に示されるように前記平板状帯材（１'
）と波板状帯材（２' ）の巻回成形により自動的に排
気ガスの流通路となる多数の網目状通気孔路（３' ）
（セル）が形成される。

【０００３】そして、前記従来の巻回タイプのハニカム
体と金属製ケーシングとは、排気ガス自体の高温度及び
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
下で生起する熱膨張や熱的応力に耐えるように、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。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。

【０００４】前記した巻回タイプのハニカム体は、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壁面と当接するハニカム体の外
周部及びその近傍部位に、過大な熱応力が集積するた
め、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、破損や亀裂をおこしたりして耐久性を低下さ
せる。これは、ハニカム体の金属製ケーシングの内壁面
に当接する外周部が、一組の平板状帯材（１' ）と波板
状帯材（２' ）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、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。

【０００５】最近、前記した渦巻状巻回タイプのハニカ
ム体にかえて、ハニカム構造のハニカム体を構成する最
小構成単位、即ち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、金属ケーシングの内壁面に当接する
構造のメタルハニカム体が提案されている。例えば、特
開昭６２−２７３０５０号、特開昭６２−２７３０５１
号、特開平１−２１８６３７号、特公表３−５０２６６
０号、特開平４−２２７８５５号などに、放射状タイ
プ、Ｓ字状タイプ、巴状タイプ、Ｘ−ラップ（卍）状タ
イプのハニカム体が提案されている。なお、これら各種
の改良されたハニカム体は、図９〜図１１に図示されて
おり、図９は放射状タイプ、図１０はＳ字状タイプ、図
１１はＸ−ラップ（卍）状タイプを示すものである。

【０００６】この種のものは、前記した渦巻状巻回タイ
プのハニカム体においては、一つの最小構成単位の端部
が金属ケーシングの内壁面に沿って当接するのに対し、
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
グの内壁面に当接するため、各端部において熱応力を吸
収、緩和させることが出来、ハニカム体の耐久性を向上
させることができるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記した各種タイプの
ハニカム体、即ち放射状タイプ、Ｓ字状タイプ、巴状タ
イプ、及びＸ−ラップ（卍）状タイプのハニカム体は、
所定数の最小構成単位の夫々の端部が、金属製ケーシン
グの内壁面に当接し、ハニカム体の外周部及びその近傍
部位に集中する熱応力を各最少構成単位が分担して吸
収、緩和させることが出来るため、ハニカム体の耐久性
に一定の改善がなされているものである。しかしなが
ら、図９〜図１１に示されるように、最小構成単位の各
端部が金属製ケーシングの内壁面に当接する態様が、金
属製ケーシングの内壁面に沿うようにして当接している
ため、当該部位に集積される過大な熱応力に対して、ま
だ十分な耐久性を有しているとはいえないものである。

【０００８】本発明は、前記した従来の各種タイプのハ
ニカム体の欠点を改善すべく提案されたものであり、波
板状帯材の波形構造をハニカム担体の中心部領域とハニ
カム体の外周部及びその近傍部位の領域で相違させるこ
とにより、更には平板状帯材にマイクロウェイブ構造を
持たせることにより、前記欠点が解消されるという知見
をベースにして完成されたものである。本発明により、
耐久性の優れた前記した各種タイプのハニカム体を利用
したメタル担体が提供される。

【０００９】

【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、平板状帯材と波板状帯材を最小構成単位とし、
かつ、前記最小構成単位の複数組を巻回成形して各最小
構成単位の端部が外包するケーシングの内壁面に当接す
る構造の排気ガス浄化用触媒を担持するためのハニカム
体とケーシングから成るメタル担体において、(i). 前記ハニカム体の最小構成単位である波板状帯材
が、ハニカム体の中心部よりもケーシングに当接する外
周部領域において高い波高を有するもので構 成され、か
つ、 (ii). 前記ハニカム体の最小構成単位である平板状帯材
が、少なくともケーシ ングに当接する外周部領域におい
て前記波板状帯材のハニカム体の中心部の 波高より小さ
いマイクロウェイブを有するもので構成されること、を
特徴とするメタル担体に関するものである。

【００１０】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。

【００１１】前記したように、本発明が改良の対象とし
ているメタル担体を構成するハニカム体は、前記したよ
うに図９〜図１１などに示される放射状タイプ、Ｓ字状
タイプ、巴状タイプ、及びＸ−ラップ（卍）状タイプの
ハニカム体である。そして、特にこの種のタイプのハニ
カム体において、該ハニカム体を外包する金属製ケーシ
ングの内壁面に当接する該ハニカム体の外周部及びその
近傍部位の熱応力に対する耐久性を改善しようとするも
のである。そのために、本発明においては、前記した各
種タイプのハニカム体において、その最小の構成単位で
ある平板状帯材と波板状帯材に注目してみれば、波板状
帯材の構造、特に波形の波高をハニカム体の中心部領域
と外周部及びその近傍部位の領域において、後者の領域
で大きくするという手段を採用する。

【００１２】更に、前記波高を相違させるという手段に
加えて、平板状帯材のサイドに対しても、ハニカム体の
外周部及びその近傍部位の領域において、波板状帯材の
波高より小さい波形（マイクロコルゲーション，マイク
ロウェイブ）を有するように、あるいは全領域にマイク
ロウェイブを形成する場合でも、ハニカム体の外周部及
びその近傍部位の領域において、相対的に波高の高いマ
イクロウェイブを有するように平板状帯材を構成すると
いう手段を採用する。前記した本発明の特徴点を、図面
を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明のハニカム体（Ｈ）の構造
を、その最小構成単位の観点から説明するための参考図
であり、平板状帯材（１）と波板状帯材（２）とから成
る最小構成単位を複数組重積したものを示す。図１の参
考図は、ハニカム体（Ｈ）の製作に適用される最小構成
単位のうち、特に波板状帯材（２）の構成に注目したも
のである。即ち、波板状帯材（２）は、図示のように、
ハニカム体とされたときに、ハニカム体の中心部領域の
波高（ｈｃ）に対し、ハニカム体の外周部及びその近傍
部位の領域の波高（ｈｏ）が高くなるような波形を有す
るもので構成される。 なお、本発明は、波板状帯材
（２）のみならず平板状帯材（１）の構成にも特徴があ
ることは前記した通りである。

【００１４】一方、従来の最小構成単位は図４に示され
るものである。図４は図１の対応図である。従来のもの
は、波板状帯材（２）の波高に注目すると、同一波高の
波形を有するもので構成される。

【００１５】前記した図１（参考図）に示される平板状
帯材（１）と波板状帯材（２）から成る最小構成単位を
使用して、例えば図５に示されるＳ字状タイプのハニカ
ム体（Ｈ）が製作される。なお、図５と図１０に示され
るハニカム体は同種のＳ字状タイプのものである。図５
に示されるＳ字状タイプのハニカム体は、通常の方法で
製作すればよい。例えば、前記図１（参考図）に示され
る最小構成単位の所望数を積重してスタック(Stack) と
し、該スタックの上下面の所望位置に巻回成形棒を配設
し（図５では、５、６で示される位置に配設され
る。）、該巻回成形棒により巻回成形して製作すればよ
い。なお、前記スタックの最外層は平板状帯材で構成さ
れても波板状帯材で構成されてもよい。そして、図５の
点線で囲まれたＡ部分の拡大図が図６に示されている。
一方、前記した図４に示される従来の平板状帯材（１'
）と波板状帯材（２'）から成る最小構成単位を使用し
て、同種のＳ字状タイプのハニカム体を製作したもの
の、図５のＡ部分に対する部分が図７に示されている。

【００１６】図６と図７に、波形（波高）構造の相違す
る波板状帯材（２）（２´）を使用して製作したＳ字状
タイプのハニカム体の特徴点が示されている。即ち、図
６においては、前記した（ｈｃ）や（ｈｏ）の波形構造
の波板状帯材（２）と平板状帯材（１）とから成る最少
構成単位は、ケーシング（４）の内壁面に接触する角度
が大きくなり、該接触部において熱応力を吸収、緩和し
やすくなる。一方、図７においては、前記した同一波高
の波形構造の波板状帯材（２' ）と平板状帯材とから成
る最少構成単位の端部は、ケーシング（４' ）の内壁面
に接触する角度が小さく、別言すれば両帯材（１',２'
）は、ケーシング（４' ）に沿うように接触するた
め、該接触部において熱応力を十分に吸収、緩和するこ
とができない。従って、該接触部において両帯材（１',
２' ）に座屈が生じたり、両帯材（１',２' ）とケーシ
ング（４' ）の間で離体が生じやすく、かつ前記座屈や
離体に連動して両帯材（１',２' ）の間で離体が生じた
り帯材の破損、亀裂が生じたりする。

【００１７】前記したように図５に示されるハニカム体
の例示は、図１（参考図）に示される平板状帯材（１）
と波板状帯材（２）から成る最小構成単位を使用して製
作したＳ字状タイプのハニカム体である。しかしなが
ら、本発明のハニカム体（Ｈ）は、前記した図５に示さ
れるＳ字状タイプのものに限定されず、放射状タイプ、
巴状タイプあるいはＸ−ラップ（卍）状タイプのハニカ
ム体であってもよいことはいうまでもないことである。
この種のハニカム体は常法に従って製作すればよい。

【００１８】本発明において、前記各種タイプのハニカ
ム体を製作するために使用されるマイクロウェイブを有
する平板状帯材（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作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 −Ｃr ２
０％−Ａl ５％など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〜０．１mmの帯
材、をマイクロウェイブ加工したものを使用すればよ
い。また、波板状帯材（２）としては、前記マイクロウ
ェイブ加工する前の平板状帯材（１）から所定の略正弦
波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）は互いに異なった板厚でもよく、また異なった材
質のものであってもよい。特に、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（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）層を折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層は、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。

【００１９】本発明の前記した各種タイプのハニカム体
（Ｈ）は、前記したようにメタル担体（ＭＳ）の主要な
構成要素である。前記メタル担体（ＭＳ）は、該ハニカ
ム体（Ｈ）を金属製のケーシング（４）内に収容し、固
着して製作されるものである。前記した金属製ケーシン
グ（４）は、ハニカム体（Ｈ）を内部に収容し固着する
ためのものであり、両端が開口し、ハニカム体（Ｈ）の
断面形状と同じ形状のものであれば何らの制約を受ける
ものではない。即ち、円形のみならずレーストラック、
楕円、多角形、その他の異形断面のものであってもよ
い。前記した金属製ケーシング（４）の素材として、前
記ハニカム体（Ｈ）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。

【００２０】図２は、本発明のハニカム体（Ｈ）を構成
する第１実施態様の平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）から成る最小構成単位を示している。図２は図１
の対応図であり、次の点が相違する。平板状帯材（１）
として、ハニカム体（Ｈ）としたときにケーシングに当
接する領域（その近傍部位を含む。）にマイクロウェイ
ブ（１１）を設けたものを使用する。いうまでもないこ
とであるが、この種のマイクロウェイブは、波板状帯材
の波形より小さいものであることはいうまでもない。ま
た、前記マイクロウェイブ（１１）は、平板状帯材の全
面に設けたものであってもよいことはいうまでもないこ
とである。前記した本発明のマイクロウェイブ構造を有
する平板状帯材（１）と特定の波高構造を有する波板状
帯材（２）とからなる最小構成単位のもとにおいて、前
記図６で説明した最小構成単位とケーシングとの接触角
を大きくすることができ、従って優れた熱応力の吸収、
緩和効果を得ることができる。更に、マイクロウェイブ
（１１）により、熱応力の吸収、緩和効果が改善され、
かつ、単位体積当りの触媒担持量の増大、従って排気ガ
ス浄化能の改善が図られる。

【００２１】図３は、本発明のハニカム体（Ｈ）を構成
する第２実施態様の平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）から成る最小構成単位を示す。図３は図１の対応
図であり、次の点が相違する。平板状帯材（１）とし
て、その全面にマイクロウェイブ（１１）を設けるとと
もに、ハニカム体（Ｈ）としたときにケーシングに当接
する領域（その近傍部位を含む。）に他の領域のマイク
ロウェイブ（１１）よりも波形の大きい別のマイクロウ
ェイブ（１２）を設けたものを使用する。このような構
成においても、図６で説明した最小構成単位とケーシン
グとの接触角を大きくすることができ、従って優れた熱
応力の吸収、緩和効果を得ることができる。更に、マイ
クロウェイブ（１１，１２）により、熱応力の吸収、緩
和効果が改善され、かつ、単位体積当りの触媒担持量の
増大、従って排気ガス浄化能の改善が図られる。なお、
第２実施態様のマイクロウェイブ構造は、最小構成単位
がケーシングに当接する領域において第１実施態様のも
のよりも熱応力の吸収、緩和効果に優れていることはい
うまでもないことである。

【００２２】

【発明の効果】ハニカム体を構成する平板状帯材と波板
状帯材とからなる最小構成単位の夫々が、ハニカム体を
外包する金属製ケーシングの内壁面に当接する構造のメ
タル担体において、 ・ 前記最小構成単位の波板状帯材として、ハニカム体
としたときに、ケーシングの内壁面に当接する外周部近
傍において、中心部より高い波高とした波形構造のもの
を使用することにより、更に、 ・ 前記波板状帯材の波形構造の改善に加えて、平板状
帯材として、マイクロウェイブをハニカム体としたとき
に少なくともケーシングの内壁面に当接する外周部近傍
に配設したものを使用することにより、各最小構成単位
がケーシングの内壁面に当接する接触角を大きくするこ
とができる。従って、本発明によりハニカム体内に発生
し、かつハニカム体の外周部及びその近傍部位に集積す
る大きな熱応力を効果的に吸収、緩和することができ
る。本発明により、放射状タイプ、Ｓ字状タイプ、巴状
タイプ、及びＸ−ラップ（卍）状タイプの各種ハニカム
体を使用したメタル担体の耐久性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ハニカム体の最小構成単位である平板状帯材
と波板状帯材の組合せを説明する参考図である。

【図２】 本発明の第１実施態様のハニカム体の最小構
成単位である平板状帯材と波板状帯材の組合せを示す図
である。

【図３】 本発明の第２実施態様のハニカム体の最小構
成単位である平板状帯材と波板状帯材の組合せを示す図
である。

【図４】 従来のハニカム体の最小構成単位である平板
状帯材と波板状帯材の組合せを示す図である。

【図５】 本発明の第１実施態様の平板状帯材と波板状
帯材を使用して製作したＳ字状タイプのハニカム体を使
用したメタル担体の正面図である。

【図６】 図５のＡ部分の拡大図である。

【図７】 従来のＳ字状タイプのハニカム体を使用した
メタル担体における図６の対応図である。

【図８】 従来の巻回タイプのハニカム体を使用したメ
タル担体の斜視図である。

【図９】 従来の放射状タイプのハニカム体を使用した
メタル担体の正面図である。

【図１０】 従来のＳ字状タイプのハニカム体を使用し
たメタル担体の正面図である。

【図１１】 従来のＸ−ラップ（卍）状タイプのハニカ
ム体を使用したメタル担体の一部を省略した正面図であ
る。

【符号の説明】

１………………平板状帯材 １１，１２…………マイクロウェイブ ２………………波板状帯材 ３………………網目状通気孔路（セル） ４………………ケーシング ＭＳ……………メタル担体 Ｈ………………ハニカム体

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状帯材と波板状帯材を最小構成単位
   とし、かつ、前記最小構成単位の複数組を巻回成形して
   各最小構成単位の端部が外包するケーシングの内壁面に
   当接する構造の排気ガス浄化用触媒を担持するためのハ
   ニカム体とケーシングから成るメタル担体において、(i). 前記ハニカム体の最小構成単位である波板状帯材
   が、ハニカム体の中心部よりもケーシングに当接する外
   周部領域において高い波高を有するもので構 成され、か
   つ、 (ii). 前記ハニカム体の最小構成単位である平板状帯材
   が、少なくともケーシ ングに当接する外周部領域におい
   て前記波板状帯材のハニカム体の中心部の 波高より小さ
   いマイクロウェイブを有するもので構成されること、 を特徴とするメタル担体。