JPH06205989A

JPH06205989A - メタルハニカム体

Info

Publication number: JPH06205989A
Application number: JP5016819A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Usui; 正佳臼井
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1994-07-26

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の非ブロック型（単一型）メタルハニカ
ム体に代えて、特定形状の三つ以上のブロック体で構成
した、ブロック型メタルハニカム体により、耐久性や浄
化特性の向上に対する自由度を確保する。【構成】排気ガス浄化用触媒を担持するためのメタル
ハニカム体において、前記メタルハニカム体（Ｈ）が、
(i) 薄肉金属製の平板状帯材と波板状帯材から成る巻回
タイプのハニカム構造を有するハニカム・ブロック体の
三つ以上（Ｈ＝Ｈ₁〜Ｈ_n，ｎ≧３）で構成され、か
つ、(ii) 各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）は、
他のハニカム・ブロック体と面状に当接する二つ以上の
面状当接部を有するもので構成されること、を特徴とす
るメタルハニカム体。

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
メタルハニカム体に関する。更に詳しくは、本発明は、
排気ガス浄化用触媒を担持させるためのハニカム構造を
有するメタルハニカム体として、三つ以上のハニカム構
造を有するブロック体を相互に強固に固着して構成した
耐熱サイクル性などの耐久性に優れたメタルハニカム体
を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の自動車の排気ガスの浄化
手段として、セラミックス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（以下、セルとい
う。）を有するハニカム状積層体（以下、メタルハニカ
ム体という。）と、前記メタル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（以下、メタルケーシングという。）とから構成さ
れるものである。

【０００３】そして、前記メタルハニカム体とメタルケ
ーシングとは、排気ガス自体の高温度及び排気ガスと排
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、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てあ
る。

【０００４】前記した巻回タイプのメタルハニカム体
は、セラミックス製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、前記した厳しい熱的条件下で生起
する大きな熱応力に対してはまだ改善の余地を残すもの
である。特に、メタルケーシングの内壁面と当接するメ
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、破損や亀裂をおこし
たりして耐久性を低下させる。

【０００５】また、メタルハニカム体の温度分布の不均
一（ハニカム体中心部から周辺部に至る温度分布の相
違）により、ハニカム体の中心部が排気ガス流方向に飛
び出してしまい（フィルムアウト現象、またはスコーピ
ング現象といわれる。）ハニカム体の構成部材（平板状
帯材と波板状帯材）相互の剥離（固着部分の剥離）やそ
れに伴なう高価な触媒の脱落などの欠点が誘発される。

【０００６】前記した欠点を改善するために、幾つかの
提案がなされている。 (i) 実開平１−１３７７３３号には、平板と波板を巻回
成形してハニカム構造のハニカム体の単一担体を製作
し、この単一担体の複数本を筒状容器内にそれらの軸線
が相互に平行になるように配設した構造の触媒担体が開
示されている。前記提案においては、各単一担体は相互
に点状に当接するものであり、各単一担体間に形成され
る間隙にも波板が配設されるものである。前記提案にお
いて、従来の一つの巻回タイプのハニカム体ブロックか
ら成る触媒担体と比較して、各単一担体の外径が極めて
小さくなるため（従って、平板と波板の展開長が極めて
短く、かつ巻回数も小さくなるため）、各単一担体のフ
ィルムアウト量を小さくすることができるものである。

【０００７】そのほか、二つの独立したブロック体を一
体的に結合してハニカム体とするものとして、(ii)実開
平３−２６３４０号、(iii) 特開平４−１３５６４４号
などが提案されている。前記(ii)は、渦巻状巻回タイプ
の中心部用メタル触媒担体素子を、前記中心部用担体素
子の外径と近似する中空部を有する同様の外形部用メタ
ル触媒担体素子に圧入し、一体化するものである。ま
た、前記(iii) は、分割された二つの半楕円形ブロック
を中心部で一体的に接合するものであり、特に断面形状
が楕円形状（トラックフィールド型）のハニカム体にみ
られる中心部の穴（孔）部の形成を防止しようとするも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】前記したように種々
の改善提案が渦巻状巻回タイプのメタルハニカム体に対
してなされているが、不十分なものであり、厳しい熱的
及び振動が印加される使用条件下において、耐熱サイク
ル性などの耐久性に優れた特性を発揮するものが強く求
められている。

【０００９】本発明者らは、前記した従来技術の現状に
鑑み、巻回タイプのメタルハニカム体の耐久性などの特
性改善について鋭意、検討した。その結果、メタルハニ
カム体を三つ以上のブロック体を構成要素とし、かつ各
ブロックを他のブロックと当接面が大きくなるように面
状に当接する二つ以上の面状当接部を有するように構成
したとき、優れた特性を発揮することを見い出した。本
発明により、厳しい熱的及び振動が印加される使用条件
下において、耐熱サイクル性などの耐久性に優れたメタ
ルハニカム体を提供しようとするものである。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明を概説すれば、
本発明は、排気ガス浄化用触媒を担持するためのメタル
ハニカム体において、前記メタルハニカム体（Ｈ）が、
(i) 薄肉金属製の平板状帯材と波板状帯材から成る渦巻
状巻回タイプのハニカム構造を有するハニカム・ブロッ
ク体の三つ以上（Ｈ＝Ｈ₁〜Ｈ_n，ｎ≧３）で構成さ
れ、かつ、(ii)各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）
は、他のハニカム・ブロック体と面状に当接する二つ以
上の面状当接部を有するもので構成されること、を特徴
とするメタルハニカム体に関するものである。

【００１１】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。

【００１２】図１は、本発明の第一実施例の断面形状が
楕円形状のメタル・ハニカム体（Ｈ）の正面図である。
図示されるように、本発明のメタルハニカム体（Ｈ）
は、４個のハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ₄）から構
成される（Ｈ＝Ｈ₁〜Ｈ₄）。より、具体的には、本発
明の第一実施例のメタルハニカム体（Ｈ）は次のように
して製作される。 (i) 薄肉金属板製の平板状帯材（１）と波板状帯材
（２）を巻回成形して製作した４個のハニカム・ブロッ
ク体（Ｈ₁〜Ｈ₄）であって、かつ、(ii) 前記各ハニ
カム・ブロック体が、他のハニカム・ブロック体と面状
に当接する二つの面状当接部を有すように構成され、こ
れを第１ハニカムブロック体（Ｈ₁）に注目すると、面
状当接部（Ｈ₁₁、Ｈ₁₂）を有するものを準備し、(iii)
次いで、前記４個のハニカム・ブロック体を面状当接部
で相互に一体的に固着してメタルハニカム体（Ｈ）を製
作する。

【００１３】前記本発明の第一実施例を示す図１におい
て、第１ハニカム・ブロック体（Ｘ₁）以外のものの詳
細は省略されているが、これは本発明の特徴点を明確化
することと、他のハニカム・ブロック体も全く同じ構成
であるということからなされたものである。なお、この
点は、第２図以降も同じである。図１において、平板状
帯材（１）と波板状帯材（２）の巻回成形により排気ガ
スの通路となる網目状通気孔路（セル）（３）が自動的
に形成される。

【００１４】本発明において、排気ガス浄化用の触媒を
担持させるためのメタルハニカム体（Ｈ）の断面形状
は、図１の楕円形状のものに限定されず、以下の実施例
が示すように所望の断面形状のものであってよい。ま
た、メタルハニカム体（Ｈ）の構成要素であるハニカム
・ブロック体の数も、メタルハニカム体（Ｈ）の断面形
状との関連などから、図１の４個に限定されず３個以上
のものであれば所望の数（Ｈ＝Ｈ₁〜Ｈ_n，ｎ≧３）の
ものであってよい。本発明において、各ハニカム・ブロ
ック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）の断面形状は、各ハニカム・ブロ
ック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）の面状当接部で相互に一体化した
とき、最終のメタルハニカム体（Ｈ）の断面形状となる
ものであることはいうまでもないことである。

【００１５】前記した各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜
Ｈ_n）において、所望の断面形状を有するものを製作す
るには、・各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）の断面形状
と相似形の巻回案内型枠を利用して平板状帯材（１）と
波板状帯材（２）を巻回成形する方式、・巻回中心部に後工程で圧潰される所望の大きさの穴
部を持った平板状帯材（１）と波板状帯材（２）の巻回
タイプのブロック体を製作し、次いで所望の断面形状の
ものに圧潰成形する方式（この方式は、レーストラック
形状のものなどを製作するのに有効である。）、・特公平３−７０５４８号のに開示されるように、平
板状帯材（１）と波板状帯材（２）を巻回成形すると
き、密に巻回する領域と粗に巻回する領域（帯材層の間
に間隙をもたせて巻回する領域）を設けながら巻回し、
後工程で所望形状のものに押圧成形する方式、など、所望の方式により製作すればよい。

【００１６】本発明において、前記したハニカム・ブロ
ック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）の構成部材である平板状帯材
（１）と波板状帯材（２）として、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
２０％−Ａｌ５％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
帯材が使用される。また、波板状帯材（２）として、前
記平板状帯材（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。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、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（Ａｌ₂Ｏ₃）層を析出させたもの
が好ましい。前記ウィスカー状などのアルミナ層は、Ｐ
ｔ，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。

【００１７】本発明の第一実施例のメタルハニカム体
（Ｈ）は、図１に示されるように、一般には、メタルケ
ーシング（Ｃ）内に填装され、固着されてメタル担体(M
C)とされて使用される。本発明において、メタル担体
（ＭＣ）の耐久性を向上させるために、第一実施例のメ
タルハニカム体（Ｈ）を構成する各ハニカム・ブロック
体（Ｈ₁〜Ｈ₄）は、その面状当接部において相互に強
固に固着されること、更にメタルケーシング（Ｃ）の内
壁面部に強固に固着されることが必要である。このた
め、第１ハニカム・ブロック体（Ｈ₁）に注目すると、
その外周部をそれ以外の部位より板厚の厚い平板状帯材
で構成し、かつ面状当接部（Ｈ₁₁，Ｈ₁₂）及びメタルケ
ーシング（Ｃ）と当接する部位（Ｈ₁₃）を強固に固着す
ることは好ましいことである。

【００１８】なお、前記したメタルケーシング（Ｃ）
は、メタルハニカム体（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、メタルハニカム体
（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。前記したメタルケーシング
（Ｃ）の素材として、前記メタルハニカム体（Ｈ）のハ
ニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ₄）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
耐蝕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。

【００１９】図２は、本発明の第二実施例のメタルハニ
カム体（Ｈ）の正面図である。第二実施例のハニカム体
（Ｈ）は、前記図１に示される第一実施例のものの変形
例であり、各ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ₄）の断面形状が相
違するだけであり、その他の技術的構成は第一実施例と
同じである。

【００２０】図３は、本発明の第三実施例の断面形状が
三角形のメタルハニカム体（Ｈ）の正面図である。第三
実施例のメタルハニカム体（Ｈ）は、その断面形状が三
角形である点に特徴を有するが、その他の技術的構成は
第一実施例と同じである。

【００２１】本発明のメタルハニカム体（Ｈ）は、その
中心部に中心ハニカム・ブロック体（Ｈ_a）、及び該中
心ハニカム・ブロック体（Ｈ_a）の周囲に周囲ハニカム
・ブロック体（Ｈ_b）を配設した構造のものであっても
よい。以下、このような実施態様を図面を引用して説明
する。

【００２２】図４は、本発明の第四実施例の断面形状が
円形のメタルハニカム体（Ｈ）の正面図である。第四実
施例のメタルハニカム体（Ｈ）は、その中心部に中心ハ
ニカム・ブロック体（Ｈ_a）、及び該中心ハニカム・ブ
ロック体（Ｈ_a）の周囲に４個の周囲ハニカム・ブロッ
ク体（Ｈ_b＝Ｈ_b1〜Ｈ_b4）が配設されて構成される。各
ブロック体（Ｈ_a，Ｈ_b）同士が面状当接部により強固
に固着され、かつハニカム・ブロック（Ｈ_b＝Ｈ_b1〜Ｈ
_b4）とメタルケーシング（Ｃ）が強固に固着される。第
四実施例のメタルハニカム体（Ｈ）（Ｈ＝Ｈ_a＋Ｈ_b）
の構造においては、中心ハニカム・ブロック体（Ｈ_a）
と、周囲ハニカム・ブロック体（Ｈ_b）のセル（３）の
密度を簡単に相違させることが出来るというメリットを
享受することができる。例えば、メタル担体（ＭＣ）中
の排気ガス流の流速分布の相違に応じて、中心ハニカム
・ブロック体（Ｈ_a）のセル密度を周囲ハニカム・ブロ
ック体（Ｈ_b）より大きくしたりすることが容易であ
る。

【００２３】図５は、本発明の第五実施例の断面形状が
楕円形のメタルハニカム体（Ｈ）の正面であり、該ハニ
カム体（Ｈ）は、中心ハニカム・ブロック体（Ｈ_a）と
３個の周囲ハニカム・ブロック体（Ｈ_b）で構成され
る。第五実施例のものは、前記第四実施例のものと比較
して、周囲ハニカム・ブロック体（Ｈ_b＝Ｈ_b1〜Ｈ_b3）
の断面形状が相違するだけでその他の技術的構成は同じ
である。

【００２４】図６は、本発明の第六実施例の断面形状が
三角形のメタルハニカム体（Ｈ）の正面図であり、該ハ
ニカム体（Ｈ）は、中心ハニカム・ブロック体（Ｈ_a）
と３個の周囲ハニカム・ブロック体（Ｈ_b＝Ｈ_b1〜
Ｈ_b3）で構成される。その他の技術的構成は第四実施例
と同じである。

【００２５】図７は、本発明の第七実施例の断面形状が
レーストラック形状（トラックフィールド形状）のメタ
ルハニカム体（Ｈ）の正面図であり、該ハニカム体
（Ｈ）は、断面形状がレーストラック形状の中心ハニカ
ム・ブロック体（Ｈ_a）とその周囲に配設される４個の
周囲ハニカム・ブロック体（Ｈ_b＝Ｈ_b1〜Ｈ_b4）で構成
される。その他の技術的構成は第四実施例と同じであ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用の触媒を担持さ
せるためのメタルハニカム体は、耐熱性で薄肉金属板製
の平板状帯材と波板状帯材とから成る巻回タイプの三つ
以上のブロック体であって、かつ各ブロック体はブロッ
ク体相互が面状に当接し、固着される少なくとも二つ以
上の面状当接部を有するものであり、前記ブロック体を
面状当接部において、相互に強固に固着して構成される
ものである。即ち、本発明のメタルハニカム体は、従来
の非ブロック型のものに対して、特定形状のブロック体
からなるブロック型のものである。このため、次のよう
な優れた効果を奏する。 (1) 従来の非ブロック型メタルハニカム体と比較して、
各ブロックが強固に固着されることと各ブロックが独立
しているため、耐久性が向上する。例えば、メタルハニ
カム体の中心部にみられるスコーピング（フィルムアウ
ト）現象が防止されたり、また、熱応力などによる変形
力は独立された各ブロック内で効果的に吸収・緩和され
る。 (2) 各ブロック体の最外周を他部より板厚い厚の平板状
帯材で構成することにより、各ブロック同士の面状当接
部における固着、及び各ブロックとメタルケーシングの
当接面における固着を強固なものとすることができ、メ
タル担体（メタルハニカム体とメタルケーシングから構
成される）の耐久性を向上させることができる。 (3) メタルハニカム体を、中心部の中心ハニカム・ブロ
ック体、及び該中心ハニカム・ブロック体の周囲に配設
される周囲ハニカム・ブロック体で構成することによ
り、メタルハニカム体の耐久性や浄化特性を向上させる
ための自由度を得ることができる。例えば、メタルハニ
カム体内部の温度分布や流通する排気ガスの流速分布を
考慮して中心ハニカム・ブロック体を他のブロック体よ
りも高強度のものにしたり、あるいはセル密度を相違さ
せたりすることができる。これにより、スコーピング防
止はもとより、中心部での耐熱性や浄化率を改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【図２】本発明の第二実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【図３】本発明の第三実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【図４】本発明の第四実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【図５】本発明の第五実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【図６】本発明の第六実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【図７】本発明の第七実施例のメタルハニカム体の正
面図である。

【符号の説明】

ＭＣ……………メタル担体Ｈ………………メタルハニカム体Ｃ………………メタルケーシングＨ₁〜Ｈ_n……ハニカム・ブロック体Ｈ_a……………中心ハニカム・ブロック体Ｈ_b……………周囲ハニカム・ブロック体Ｈ₁₁，Ｈ₁₂………ハニカム・ブロック体の面状当接部Ｈ_b11，Ｈ_b12，Ｈ_b13………周囲ハニカム・ブロック
体の面状当接部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス浄化用の触媒を担持するための
メタルハニカム体において、前記メタルハニカム体
（Ｈ）が、 (i) 薄肉金属製の平板状帯材と波板状帯材から成る巻回
タイプのハニカム構造を有するハニカム・ブロック体の
三つ以上（Ｈ＝Ｈ₁〜Ｈ_n，ｎ≧３）で構成され、か
つ、 (ii)各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）は、他のハ
ニカム・ブロック体と面状に当接する二つ以上の面状当
接部を有するもので構成されること、を特徴とするメタ
ルハニカム体。
【請求項２】メタルハニカム体（Ｈ）が、中心部の中
心ハニカム・ブロック体（Ｈa ）、及び該中心ハニカム
・ブロック体の周囲に配設された周囲ハニカム・ブロッ
ク体（Ｈb ）から成るものである請求項１に記載のメタ
ルハニカム体。
【請求項３】中心ハニカム・ブロック体のハニカム構
造のセル密度が、周囲ハニカム・ブロック体のセル密度
と異なるものである請求項２に記載のメタルハニカム
体。
【請求項４】各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）
の外周面が、他の部位よりも板厚の厚い平板状帯材で構
成されるものである請求項１に記載のメタルハニカム
体。
【請求項５】各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）
同士が、面状当接部において他の部位よりも強固に接合
されるものである請求項１に記載のメタルハニカム体。
【請求項６】メタルハニカム体（Ｈ）が、メタルケー
シング（Ｃ）内に固着されたものである請求項１に記載
のメタルハニカム体。
【請求項７】各ハニカム・ブロック体（Ｈ₁〜Ｈ_n）
同士、及び各ハニカム・ブロックとケーシングとが、ハ
ニカム・ブロック体の他の部位よりも強固に接合される
ものである請求項６に記載のメタルハニカム体。