JP3271716B2 - 排気ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス浄
化触媒に用いられるメタル担体に関し、詳しくは、ハニ
カム体、中間筒及び外筒の３つの構成からなるメタル担
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス浄化触媒用メタル担体として
は、平板及び波板が重ねられてロール状に巻回されたハ
ニカム体と、そのハニカム体を収納する外筒とからなる
ものが多く用いられている。このメタル担体では、ハニ
カム体の平板と波板、及び外筒とハニカム体とは、ロウ
付け接合や拡散接合によって一体的に接合されている。

【０００３】ところがメタル担体では、高温の排気ガス
との接触、触媒反応による発熱、外筒からの外部への熱
の放出、ハニカム体と外筒との熱容量の差などにより、
温度の分布が生じその結果ハニカム体に熱応力が発生し
て、ハニカム体に亀裂が生じる場合があった。そこで特
開平３−１５７１３９号公報には、ハニカム体と外筒の
間に、少なくとも一端部に撓み部をもつ中間筒を介在さ
せた構成のメタル担体が開示されている。このメタル担
体によれば、ハニカム体及び外筒の径方向の膨張・収縮
により発生する熱応力は中間筒の撓み部の変形によって
吸収される。またハニカム体は一端部のみが中間筒と接
合されているので、他端は自由端となり軸方向の膨張・
収縮の動きは規制されず熱応力の発生もほとんどない。
したがって、ハニカム体に亀裂が発生するのが防止され
ている。また、中間筒の熱膨張率を、ハニカム体と外筒
の中間程度とすることが好ましいことも開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでメタル担体に
流入する排気ガスは、乱流であり脈動も生じている。そ
のためハニカム体の上流側端面では、箔状の平板と波板
とに排気ガスからの応力による変形や破損が生じる恐れ
がある。これを防止するには、少なくともハニカム体の
上流側端面近傍では平板と波板とを接合して強度をもた
せることが好ましい。またハニカム体中央部では、熱応
力緩和の意味から、平板と波板とは未接合とすることが
望ましい。

【０００５】ところがこのようなメタル担体では、排気
ガスとの接触などにより熱が加わると、平板と波板とが
接合された接合部位の方が未接合部位よりハニカム体の
径方向の膨張量が大きくなることがわかっている。未接
合部位ではハニカム体は周方向へも変形可能なため、膨
張の方向が分散されるからである。したがって中間筒を
もつメタル担体においては、ハニカム体は接合部位であ
る上流側端面近傍で径方向に特に大きく膨張することと
なり、中間筒に接触して自由端としての有利さが解消さ
れるとともに、中間筒から応力を受けることとなって、
繰り返し熱応力が加わると亀裂などが生じる恐れがあっ
た。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、中間筒をもつメタル担体において、ハニカ
ム体に熱応力が加わるのを一層防止することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化触媒用メタル担体は、平板及び波板が
重ねられてロール状に巻回されたハニカム体と、ハニカ
ム体を収納する外筒と、ハニカム体と外筒の間に介在す
る中間筒と、からなる排気ガス浄化触媒用メタル担体で
あって、ハニカム体は少なくとも排気ガスの上流側に位
置する上流側端面近傍で平板と波板とが接合された上流
側端面近傍接合部をもち、中間筒は排気ガスの上流側に
位置する上流側端部が外筒と接合されるとともに下流側
端部がハニカム体と接合され、中間筒の軸方向の長さは
ハニカム体の軸方向の長さより短く、中間筒の上流側端
部における外筒との接合部は、ハニカム体の上流側端面
近傍接合部より下流側に位置していることを特徴とす
る。

【０００８】ハニカム体は、平板と波板とを重ねた状態
でロール状に巻いて形成されている。波板は、通常平板
を波形状に曲折して形成され、通常平板と同材質で略同
一板厚を有している。この平板及び波板は、従来と同様
に例えばＡｌ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、ステンレス鋼などから
形成される。そして限られた体積中にできるだけ多くの
ハニカム通路の面積を確保することが好ましいことか
ら、板厚は例えば０．０５ｍｍなど比較的薄いものが用
いられる。このハニカム体は、例えば波板の頂部にロウ
材が塗布された状態で平板と重ねてロール状に巻かれて
形成され、その後加熱によりロウ付けされて一体的に接
合される。また、拡散接合により一体化することもでき
る。

【０００９】外筒は、例えばステンレス鋼製など従来と
同様のものを用いることができ、その板厚は従来と同様
に通常１〜２ｍｍ程度である。中間筒はハニカム体と同
程度の熱膨張率を有し、ハニカム体に発生する熱応力を
吸収可能であれば、その形状は特に制限されない。例え
ば一端部または両端部に撓み部をもつ構成とすることが
できる。この撓み部としては、周方向に溝が列設された
櫛歯状の構成、あるいは周方向にスリットが列設された
構成などとすることができる。

【００１０】中間筒は、上流側端部が外筒と接合される
とともに下流側端部がハニカム体と接合されている。こ
れによりハニカム体の径方向の膨張の応力、あるいは外
筒の収縮の応力は、中間筒の変形で吸収でき、熱応力の
発生が防止できる。本発明の最大の特徴は、中間筒の軸
方向の長さはハニカム体の軸方向の長さより短く、中間
筒の上流側端部における外筒との接合部は、ハニカム体
の上流側端面近傍接合部より下流側に位置しているとこ
ろにある。すなわちハニカム体の上流側端面近傍接合部
の外周側には中間筒は存在せず、ハニカム体は間隔を隔
てて外筒と直接対向している。これによりハニカム体と
外筒との間のクリアランスを大きく確保することがで
き、ハニカム体の径方向の膨張が規制されないので熱応
力の発生が一層防止できる。

【００１１】

【作用】ハニカム体の排気ガス上流側に位置する上流側
端面近傍は、排気ガスの脈動などによる応力を受けるた
め、平板と波板とを接合して強度をもたせる必要があ
る。しかしこのように接合すると、平板及び波板の熱膨
張は周方向への変形では吸収されず、ほとんどが径方向
の膨張となるため、接合されていない部位に比べて径方
向の膨張量が大きい。

【００１２】そこで本発明の排気ガス浄化触媒用メタル
担体では、ハニカム体は少なくとも排気ガスの上流側に
位置する上流側端面近傍で平板と波板とが接合された上
流側端面近傍接合部をもち、中間筒の軸方向の長さはハ
ニカム体の軸方向の長さより短く、中間筒の上流側端部
における外筒との接合部は、ハニカム体の上流側端面近
傍接合部より下流側に位置するように構成されている。

【００１３】このように構成することにより、ハニカム
体の上流側端面近傍接合部の外周には中間筒が存在しな
いため、ハニカム体と外筒との間のクリアランスを大き
く確保することができる。したがって上流側端面近傍接
合部が径方向に大きく熱膨張しても、外筒との接触を回
避することができ、上流側端面近傍接合部に熱応力が作
用するのが防止される。

【００１４】また本発明の排気ガス浄化触媒用メタル担
体では、特開平３−１５７１３９号公報に開示されたも
のと同様に、ハニカム体は外筒に対して基本的に１箇所
のみの接合であるため、軸方向の熱膨張が妨げられず、
軸方向の熱応力の発生も防止されている。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。図１
に本発明の一実施例のメタル担体の断面図を示す。この
メタル担体は、板厚０．０５ｍｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合
金製の平板と波板とが重ねられロール状に巻かれて形成
されたハニカム体１と、ハニカム体１と同程度の熱膨張
率を有し板厚０．３〜１ｍｍの中間筒２と、板厚１〜２
ｍｍのフェライト系ステンレス鋼製の外筒３とから構成
されている。

【００１６】ハニカム体１は、排気ガスの上流側に位置
する上流側端面近傍に、平板と波板とが接合された上流
側端面近傍接合部１０が形成され、下流側端面近傍に下
流側端面近傍接合部１１が形成されている。これらの中
間の中央部では、平板と波板とは接合されておらず、熱
応力が作用するのが防止されている。中間筒２は、図２
に示すように両端に周方向に間隔を隔てて列設された軸
方向に延びる複数の撓み溝２０をもち、この撓み溝２０
の存在により両端に撓み部２１が形成されている。撓み
部２１では、撓み溝２０の幅の拡大・縮小により拡径・
縮径が容易となっている。

【００１７】そして、中間筒２の上流側端部２２の外周
面（図２斜線部）と外筒３の内周面とが、上流側ロウ付
け部４０により接合され、ハニカム体１の下流側端面近
傍接合部１１の外周面と中間筒２の下流側端部２３の内
周面とが、下流側ロウ付け部４１により接合されてい
る。このように片持ち状に接合することで、ハニカム体
１の膨張・収縮の動きが妨げられず、熱応力の発生が防
止されている。

【００１８】ハニカム体１と外筒３の軸長は同一であ
り、中間筒２の軸長はハニカム体１より短くされてい
る。そして中間筒２の下流側端部２３の端面とハニカム
体１及び外筒３の下流側端面とは同一平面にあって一致
している。すなわち、中間筒２の上流側端部２２の端面
は、ハニカム体１及び外筒２の上流側端面より内部に位
置し、ハニカム体１の上流側端面近傍接合部１０の外周
には中間筒２が存在せず、ハニカム体１と外筒３の間に
筒状の空間５が形成されている。

【００１９】この空間５におけるハニカム体１と外筒３
との距離は、中間筒２の厚さに上流側ロウ付け部４０と
下流側ロウ付け部４１の厚さを加えたものとなり、使用
時にハニカム体１の上流側端面近傍接合部１０の径が熱
膨張しても、外筒３との当接が生じない充分な大きさと
なっている。すなわち本実施例のメタル担体によれば、
ハニカム体１は上流側端面近傍接合部１０により排気ガ
スの脈動などの外力に対抗する充分な強度を有してい
る。そして上流側端面近傍接合部１０が径方向に大きく
熱膨張しても、空間５の存在により外筒３との当接が防
止されているので、上流側端面近傍接合部１０に熱応力
が作用するのが防止されている。

【００２０】またハニカム体１の中央部分は、平板と波
板とが未接合であるため、たとえ膨張して中間筒２に当
接したとしても熱応力は平板と波板の相対移動などで吸
収される。さらに、下流側端面近傍接合部１１は中間筒
２に接合されているが、下流側端面近傍接合部１１の熱
膨張は、撓み部２１の変形により吸収され熱応力の発生
が防止される。

【００２１】そしてハニカム体１は下流側ロウ付け部４
１でのみ中間筒２に接合され、中間筒２は上流側ロウ付
け部４０でのみ外筒３に接合されている。したがってハ
ニカム体１は軸方向に自由に伸縮可能であるため、軸方
向の熱応力の発生も防止されている。

【００２２】

【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化触媒用メ
タル担体によれば、従来のメタル担体に比べて熱応力の
発生が一段と防止されているため、ハニカム体の亀裂の
発生などを一層防止することができ、さらに長寿命とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の排気ガス浄化触媒用メタル
担体の縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例の排気ガス浄化触媒用メタル
担体の構成を説明する斜視図である。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：中間筒
３：外筒 １０：上流側端面近傍接合部 ４０，４１：ロウ付
け部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 敬三 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−157139（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−222636（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−27443（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−41727（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−79838（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86 F01N 3/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板及び波板が重ねられてロール状に巻
   回されたハニカム体と、該ハニカム体を収納する外筒
   と、該ハニカム体と該外筒の間に介在する中間筒と、か
   らなる排気ガス浄化触媒用メタル担体であって、 該ハニカム体は少なくとも排気ガスの上流側に位置する
   上流側端面近傍で該平板と該波板とが接合された上流側
   端面近傍接合部をもち、 該中間筒は排気ガスの上流側に位置する上流側端部が該
   外筒と接合されるとともに下流側端部が該ハニカム体と
   接合され、 該中間筒の軸方向の長さは該ハニカム体の軸方向の長さ
   より短く、該中間筒の該上流側端部における該外筒との
   接合部は、該ハニカム体の該上流側端面近傍接合部より
   下流側に位置していることを特徴とする排気ガス浄化触
   媒用メタル担体。