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JP2509478B2 - ハニカム構造体およびその製造方法 - Google Patents

ハニカム構造体およびその製造方法

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JP2509478B2
JP2509478B2 JP3135784A JP13578491A JP2509478B2 JP 2509478 B2 JP2509478 B2 JP 2509478B2 JP 3135784 A JP3135784 A JP 3135784A JP 13578491 A JP13578491 A JP 13578491A JP 2509478 B2 JP2509478 B2 JP 2509478B2
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Japan
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honeycomb structure
flat plate
sheet material
corrugated
flat
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哲郎 豊田
克憲 松岡
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Showa Aircraft Industry Co Ltd
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Showa Aircraft Industry Co Ltd
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Priority to TW081107883A priority patent/TW201340B/zh
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
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    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/02—Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
    • F01N2330/04—Methods of manufacturing
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/22—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温環境下で使用され
るハニカム構造体およびその製造方法に関する。すなわ
ち、例えば自動車エンジン等の排気ガスを清浄化する触
媒コンバータに用いられ担持母体として触媒が付着され
る、ハニカム構造体およびその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】このようなハニカム構造体としては、一
般に、波形の凹凸が連続的に折曲形成された帯状をなす
波板材と平坦な帯状をなす平板材とが、交互に位置する
よう多層にろう材にて接合され、全体がロール状，積層
ブロック状等の所定形状をなすものが用いられている。
そして母材たる波板材および平板材としては、従来一般
に均一肉厚のものが用いられ、かつ高温環境下での使用
に耐えるべく、多くの場合ステンレス箔等が用いられ、
ろう材としては、ニッケル基ろう材，鉄基ろう材等が用
いられていた。そして、このようなハニカム構造体は高
温環境下、特に加熱と冷却のサイクルが繰り返される環
境下で使用されていた。例えばこのハニカム構造体は、
自動車エンジン等の排気ガスを清浄化する触媒コンバー
タに用いられ、担持母材としてその波板材および平板材
の表面に触媒が付着せしめられ、もって車輌運転時等に
おいて自動車エンジンからの有害物質を含む高温の排気
ガスが、そのハニカム構造中を通過することにより付着
せしめられた触媒と反応し清浄化されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のハニカム構造体にあっては、次の問題が指摘され
ていた。例えば、排気ガス浄化装置用の触媒の担体とし
て使用された場合、車輌運転時等において通過する排気
ガスは均一に高温であり、ハニカム構造体は高温の排気
ガスにてその全体、つまりケース側である外側部および
中心側である内側部が共に加熱される。さてここで、ハ
ニカム構造体の外側部はケースを介し外気にて冷やされ
るので、加熱による温度上昇が比較的少なく車輌エンジ
ン停止時等には急速に低温化する。これに対し、ハニカ
ム構造体の内側部は外気にて冷やされず、加熱による温
度上昇が顕著であり車輌エンジン停止時等でも高温状態
が長く維持される。このように高温環境下、特に加熱と
冷却のサイクルが繰り返される環境下で使用されるハニ
カム構造体では、係る大きな温度差に基づき、その外側
部と内側部間に熱膨張・収縮量の差そして応力が発生す
る。
【０００４】そしてハニカム構造体の外側部、特に外側
から１，２層の範囲において、平板材の接合箇所付近に
応力が集中するようになる。図４の（２）図は、このよ
うな従来例のハニカム構造体の外側部の要部拡大図であ
り、同図にも示すように平板材１は、その両側にてろう
材２を介し波板材３と接合されていたので、このように
両側から固定された接合箇所付近に前述の応力Ａが集中
し、亀裂Ｂ，剥離等が発生しやすかった。すなわち、波
板材３の方は変形により係る応力Ａを吸収できるが、平
板材１は接合箇所で両側から固定されているので応力Ａ
を吸収しにくく、特に、外側から１，２層の範囲の平板
材１においてはこれが顕著となっていた。もって、その
接合箇所付近に応力Ａが集中して亀裂Ｂ，剥離等が発生
しやすく、コアの脱落を生じることがある等、ハニカム
構造体の耐熱強度，耐久性，信頼性等に問題が指摘され
ていた。なお従来、このような応力Ａの集中対策とし
て、平板材１と波板材３との接合箇所を両者の当接部分
の一部のみに限定したり、平板材１の肉厚を厚くしたり
することも行われていたが、根本的な解決策とはなら
ず、依然として前述により平板材１の接合箇所付近に応
力Ａが集中し亀裂Ｂ，剥離等が発生しやすかった。
【０００５】又図５は、このようなハニカム構造体の外
側部付近における応力Ａの方向等を示す、斜視説明図で
ある。例えば、排気ガス浄化装置用の触媒の担体として
使用した場合、前述したように、ハニカム構造体のケー
ス４側である外側部と中心側である内側部とで大きな温
度差が生じるとともに、ケース４は平板材１，波板材３
より肉厚が厚いとともに材質が異なっている。そこで、
ケース４そしてハニカム構造体の外側部と、ハニカム構
造体の内側部とは、加熱・冷却による熱膨張・収縮方向
は共通であるもののその量が異なるので、結果的に応力
Ａは両者間では逆方向に働らくようになる。例えば加熱
された場合、熱膨張つまり伸び方向は共に排気ガスＣの
通過方向と共通であるものの、その量は前者が小で後者
は大と異なる。そこで図示のごとく、ケース４そしてハ
ニカム構造体の外側部と、ハニカム構造体の内側部と
は、外側から例えば１，２層目を境に、前者では排気ガ
スＣの通過方向と逆方向に後者では排気ガスＣの通過方
向に沿って、それぞれ応力Ａが作用するようになる。そ
こでハニカム構造体の外側部、特に外側から１，２層の
範囲において、平板材１と波板材３の接合箇所付近に応
力Ａが集中して、コアの脱落を生じることがあり、ハニ
カム構造体の耐熱強度，耐久性，信頼性に問題が生じて
いた。
【０００６】本発明は、このような実情に鑑み上記従来
例の問題点を解決すべくなされたものであって、少なく
とも外側から２層以上の範囲において、平板材を２枚重
ねかつ両者間を接合しないで用いたことにより、この平
板材間で応力が吸収されて集中せず亀裂，剥離，コアの
脱落等が防止される、ハニカム構造体およびその製造方
法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明の技術手段は、次のとおりである。まず請求項１につ
いては次のとおり。すなわちこのハニカム構造体は、波
形の凹凸が連続的に折曲形成され帯状をなす金属製の波
板材と、平坦な帯状をなす金属製の平板材とが交互に位
置するよう多層に接合され、全体が所定形状をなす。そ
して、少なくとも外側から２層以上の範囲において該平
板材は２枚重ねて用いられ、該２枚の平板材間は接合さ
れることなく単に重ねられている。請求項２については
次のとおり。すなわちこの製造方法は、波形の凹凸が連
続的に折曲形成され帯状をなす金属製の波板材と、平坦
な帯状をなす金属製の平板材とを準備する工程と、しか
る後、該波板材と平板材とを交互に位置するよう多層に
配するとともに、少なくとも外側から２層以上の範囲に
おいて該平板材は２枚重ねて配する工程と、該波板材と
平板材間を接合するとともに該２枚の平板材間は接合し
ないで全体が所定形状をなすハニカム構造体を成形する
工程と、を有してなる。
【０００８】
【作用】本発明は、このような手段よりなるので次のよ
うに作用する。まず請求項１のハニカム構造体では、少
なくとも外側から２層以上の範囲において、平板材を２
枚重ねかつこの平板材間を接合しないで用いてなる。又
請求項２の製造方法では、準備された波板材と平板材を
交互に多層に配するとともに平板材を上述により配した
後、波板材と平板材間を接合し所定形状に成形すること
により、このようなハニカム構造体が容易に製造され
る。そしてこのハニカム構造体は、高温環境下、特に加
熱と冷却のサイクルが繰り返される環境下で使用された
場合、その外側部は常時外気で冷却され、加熱時の温度
上昇が比較的少なく冷却時は急速に低温化するのに対
し、その内側部は外気で冷やされず、加熱時の温度上昇
が顕著で冷却時でも高温状態が長く維持される。
【０００９】そこでこのような温度差に基づき、その熱
膨張・収縮量の差そして逆方向の応力が発生するが、こ
のハニカム構造体では、少なくとも外側から２層以上の
範囲において、平板材を２枚重ねかつ両者間を接合しな
いで用いてなる。従って、応力はこの２枚の平板材間で
吸収されるので、波板材との接合箇所付近での平板材へ
の応力の集中が回避され、その付近での平板材の亀裂，
剥離等が防止されるとともにコアの脱落も防止される。
【００１０】
【実施例】以下本発明を、図面に示すその実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施例の説明に
供し、（１）図はロール状のハニカム構造体５の斜視
図、（２）図は積層ブロック状のハニカム構造体５の斜
視図である。
【００１１】まず製造方法について説明する。この製造
方法では、まず図６の斜視図に示した波形の凹凸が連続
的に折曲形成され帯状をなす金属製の波板材３と、平坦
な帯状をなす金属製の平板材１とが準備される。波板材
３は、帯状をなすステンレス箔等の金属箔をコルゲート
加工，プレス加工等することにより、所定ピッチと高さ
の直線的な波形の凹凸つまり山と谷とが、平行かつ連続
的に多数折曲形成されてなる。平板材は、帯状をなすス
テンレス箔等の金属箔がそのまま用いられる。しかる
後、このように準備された波板材３と平板材１とを交互
に位置するよう多層に配するとともに、少なくとも外側
から２層以上の範囲において平板材１は２枚重ねて配す
る。そして、波板材３と平板材１間を接合するとともに
２枚の平板材１間は接合しないで、全体が所定形状をな
すハニカム構造体１が成形される。
【００１２】これらについて詳述すると、まず図１の
（１）図のハニカム構造体５では、同幅で各１枚の波板
材３と平板材１とが、一定中心から交互に位置するよう
に重ねて多層に巻き付けられるとともに、この波板材３
と平板材１の当接部分の全部又は一部にニッケル基ろう
材，鉄基ろう材等のろう材２が介装される。又図示例で
は、外側から中心に向かって１層目と２層目つまり１周
目と２周目の平板材１は、２枚が重ねて配され、この２
枚の平板材１間にはろう材２は介装されない。それか
ら、このように配置された波板材３と平板材１につい
て、加熱により介装されたろう材２を溶融させたのち硬
化させることにより、波板材３と平板材１間が接合さ
れ、もって、全体の断面形状が真円，楕円等のロール状
のハニカム構造体５が成形される。
【００１３】又、図２の（２）図のハニカム構造体５で
は、同幅で所定長さ毎にそろえられプレート状をなす複
数枚の波板材３と平板材１とが、順次交互に位置するよ
うに上下多層に重ねられるとともに、この波板材３と平
板材１の各当接部分の全部又は一部にろう材２が介装さ
れる。又図示例では、上側から下へ向かって１層目と２
層目の平板材１は２枚が重ねて配されるとともに、下側
から上へ向かって１層目と２層目の平板材１も２枚が重
ねて配され、かつ、これら２枚の平板材１間にはろう材
２は介装されない。それから、このように配置された波
板材３と平板材１について、これを上下から加熱加圧
し、介装されたろう材２を溶融させたのち硬化させるこ
とにより、波板材３と平板材１間が接合され、もって全
体が積層ブロック状のハニカム構造体５が成形される。
【００１４】又図２は、このようなロール状のハニカム
構造体５の１例を示し、（１）図はその配置段階の斜視
図、（２）図はその成形段階の斜視図である。この図２
のハニカム構造体５では、波板材３と平板材１の当接部
分の全部に、両者とほぼ同幅で帯状のろう材２が介装さ
れ接合されるとともに、図１の（１）図の例とは異なり
平板材１は、全層つまり全周にわたり２枚が重ねて配さ
れている。更に図３は、ロール状のハニカム構造体５の
他例を示し、（１）図はその配置段階の斜視図、（２）
図はその成形段階の斜視図である。この図３のハニカム
構造体５では、波板材３と平板材１の当接部分の一部の
みに、２本のろう材２が間隔を置き介装され接合される
とともに、図１の（１）図の例および図２の例とは異な
り、２枚が重ねて配された平板材１のうち１枚について
は、細帯状のものが用いられている。つまり、上述によ
り部分的にろう材２が介装された場合は、そのろう材２
をカバーできる範囲だけについてのみ、平板材１を２枚
重ねるようにしてもよい。又このような図２，図３の例
に準じ、図１の（２）図に示した積層ブロック状のハニ
カム構造体５についても、平板材１を全層にわたり２枚
重ねるようにしてもよく、又、部分的にろう材２を介装
し、その範囲だけ平板材１を２枚重ねるようにしてもよ
い。更に以上説明した各図示例では、外側の１周目，１
層目等の最外面に平板材１が位置していたが、勿論これ
によらず、最外面に波板材３が位置するようにしてもよ
い。
【００１５】さてこのような製造方法により、ハニカム
構造体５が製造される。すなわちこのハニカム構造体５
は、波形の凹凸が連続的に折曲形成され帯状をなす金属
製の波板材３と、平坦な帯状をなす金属製の平板材１と
が交互に位置するよう多層に接合され、全体がロール
状，積層ブロック状等の所定形状をなす。そして、少な
くとも外側から２層以上の範囲において平板材１は２枚
重ねて用いられ、この２枚の平板材１間は接合されるこ
となく単に重ねられている。図４の（１）図は、このよ
うなハニカム構造体５の外側部の要部拡大図である。そ
してこのハニカム構造体５はハニカム構造をなす。すな
わち、波板材３と平板材１がセル壁を形成し、略三角
形，略四角形，略台形，略半六角形，その他各種形状の
多数の中空柱状のセル６の平面的集合体よりなる。もっ
てハニカム構造体５は、重量比強度に優れ軽量性ととも
に高い剛性・強度を備え、又流体の整流効果にも優れか
つ成形が容易でコスト面にも優れる、等々の特性が知ら
れている。そして更に、単位体積当りの表面積が大、つ
まりセル壁たる波板材３と平板材１の表面積が大である
等により、例えば、自動車エンジン等の排気ガスＣ（図
５参照）を清浄化する触媒コンバータに用いられ、担持
母体としてセル壁たる波板材３と平板材１の表面に、高
温の排気ガスＣ中の有害物質を反応除去する還元用の触
媒（図示せず）が付着せしめられる。図中４はケースで
あり、この外筒たるケース４は円筒状，角筒状等をな
し、内部にハニカム構造体５が収納保持され、両者はろ
う材２にて接合される。
【００１６】本発明に係るハニカム構造体５およびその
製造方法は、以上説明したごとく構成されているので、
以下のようになる。まずこのハニカム構造体５では、少
なくとも外側から２層以上の範囲において、平板材１を
２枚重ね、かつこの２枚の平板材１間を接合しないで用
いてなる。又その製造方法では、準備された波板材３と
平板材１を交互に多層に配するとともに、平板材１を上
述により２枚配した後、波板材３と平板材１間を接合し
ロール状，積層ブロック状等に成形することにより、こ
のようなハニカム構造体５が容易に製造される。そして
このハニカム構造体５は、高温環境下、特に加熱と冷却
のサイクルが繰り返される環境下で使用される。例えば
ハニカム構造体５は、自動車エンジン等の排気ガスＣ
（図５参照）を清浄化する触媒コンバータに用いられ、
担持母体としてその波板材３および平板材１の表面に触
媒が付着せしめられ、もって車輌運転時等において、自
動車エンジンからの有害物質を含む高温の排気ガスＣ
が、そのセル６中を通過することにより、付着せしめら
れた触媒と反応し清浄化される。
【００１７】そしてハニカム構造体５は、通過する均一
に高温の排気ガスＣ、更にはこれと反応する触媒の発熱
作用もあって、その外側部も内側部も共に加熱される。
さてここで、ハニカム構造体５の外側部はケース４を介
し常時外気にて冷やされ、加熱時の温度上昇が比較的少
なく、車輌エンジン停止時等の冷却時には急速に低温化
するのに対し、ハニカム構造体５の内側部は外気から離
れており外気にて冷やされず、車輛エンジン停止時等の
冷却時でも高温状態が長く維持される。このように、加
熱と冷却のサイクルが繰り返される環境下で使用される
ハニカム構造体５では、係る大きな温度差に基づき、そ
の外側部と内側部間に熱膨張・収縮量の差、そして応力
Ａが発生する。又この応力Ａは、先に図５に関し詳述し
たように、ハニカム構造体５の外側から例えば１，２層
目を境に、逆方向に作用するようになる。
【００１８】さてここで、このハニカム構造体５では少
なくとも外側から２層以上の範囲において、平板材１を
２枚重ね、かつこの平板材１間を接合しないで用いてな
る。従って、応力Ａはこのような僅かに相互に摺動変形
可能な２枚の平板材１間で吸収されるので、外側から
１，２層の範囲等において、波板材３との接合箇所付近
での平板材１への応力Ａの集中が回避される。つまりこ
のハニカム構造体５では、従来は両側から接合固定され
応力Ａが集中しやすかった箇所について、応力Ａの集中
が回避される。もって、その付近での平板材１の亀裂，
剥離等が防止されるとともに、コアの脱落も防止される
ようになる。
【００１９】
【発明の効果】本発明に係る請求項１および請求項２の
ハニカム構造体およびその製造方法は、以上説明したご
とく、少なくとも外側から２層以上の範囲において、平
板材を２枚重ねかつ両者間を接合しないで用いたことに
より、次の効果を発揮する。すなわち高温環境下、特に
加熱と冷却のサイクルが繰り返される環境下で使用され
る場合、例えば排気ガス浄化装置用の触媒の担体として
使用された場合、外側から１，２層の範囲等の外側部に
おいて、波板材との接合箇所付近での平板材への応力の
集中は回避される。従って、その付近での平板材の亀
裂，剥離等が防止されるとともにコアの脱落も防止され
るので、このハニカム構造体は耐熱強度，耐久性，信頼
性等が高く、しかもその製造も容易であり、この種従来
例に存した問題点が一掃される等、本発明の発揮する効
果は顕著にして大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハニカム構造体およびその製造方
法の実施例の説明に供し、（１）図はロール状のハニカ
ム構造体の斜視図、（２）図は積層ブロック状のハニカ
ム構造体の斜視図である。
【図２】同ロール状のハニカム構造体の１例を示し、
（１）図はその配置段階の斜視図、（２）図はその成形
段階の斜視図である。
【図３】同ロール状のハニカム構造体の他例を示し、
（１）図はその配置段階の斜視図、（２）図はその成形
段階の斜視図である。
【図４】ハニカム構造体の外側部の要部拡大図であり、
（１）図は本発明に関するもの、（２）図は従来例に関
するものである。
【図５】ハニカム構造体の外側部付近における応力の方
向等を示す、斜視説明図である。
【図６】波板材および平板材を示し、（１）図は波板材
の斜視図、（２）図は平板材の斜視図である。
【符号の説明】
１ 平板材 ２ ろう材 ３ 波板材 ４ ケース ５ ハニカム構造体 ６ セル Ａ 応力 Ｂ 亀裂 Ｃ 排気ガス

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波形の凹凸が連続的に折曲形成され帯状
    をなす金属製の波板材と、平坦な帯状をなす金属製の平
    板材とが交互に位置するよう多層に接合され、全体が所
    定形状をなすハニカム構造体であって、少なくとも外側
    から２層以上の範囲において該平板材は２枚重ねて用い
    られ、該２枚の平板材間は接合されることなく単に重ね
    られていること、を特徴とするハニカム構造体。
  2. 【請求項２】 波形の凹凸が連続的に折曲形成され帯状
    をなす金属製の波板材と、平坦な帯状をなす金属製の平
    板材とを準備する工程と、しかる後、該波板材と平板材
    とを交互に位置するよう多層に配するとともに、少なく
    とも外側から２層以上の範囲において該平板材は２枚重
    ねて配する工程と、該波板材と平板材間を接合するとと
    もに該２枚の平板材間は接合しないで全体が所定形状を
    なすハニカム構造体を成形する工程と、を有してなるこ
    とを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
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