JP2666192B2 - フレーム内に保持された内部構造物を備えたハニカム体 - Google Patents

フレーム内に保持された内部構造物を備えたハニカム体

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体がそれに沿って貫流する軸線を有し、
この軸線の方向に互いに対向して位置する少なくとも二
つの端面で境界づけられている少なくとも一つの板金を
有するハニカム体に関する。
本発明は特に例えば自動車の排気系統における触媒に
対する担体として適しているハニカム体に関する。
金属構造物特に少なくとも部分的にパターン化された
板金で形成されているハニカム体は、国際特許出願公開
第89/07488A1号公報および第90/023220A1号公報に記載
されている。かかるハニカム体を形成するために板金特
に波形板金が層状に積層され、軸線を中心に巻かれる。
機械的安定性を高めるためにその層は部分的に補強さ
れ、その補強部分はハニカム体の軸線に沿って全長にわ
たって延びる必要はなく、部分範囲特にハニカム体の端
面の近くの部分範囲に限定できる。
流体例えば内燃機関からの排気ガスがハニカム体を通
って流れる流量に所望の影響を与えるために、ハニカム
体を形成する板金は小さなパターンを備えている。かか
るパターンにおいて例えば乱流が生じ、この乱流は流体
とハニカム体との接触を改善し、従ってハニカム体上に
触媒によって生ずる流体内における反応を助成する。国
際特許出願公開第90/08249A1号公報におけるハニカム体
を形成する板金は、流体の流れ方向に対して直角にある
いは角度を成して延びる微細パターンを備えている。か
かる微細パターンは例えば条溝、窪み、突起あるいは溝
である。国際特許出願公開第91/01178A1号公報における
ハニカム体を形成する板金は開口を備えており、その開
口に流れ案内面が付設され、その流れ案内面はハニカム
体を貫流する流体の一部を開口を通して導き、従って境
膜効果を減少し、その開口および流れ案内面の系統的な
配置によってハニカム体内における流れプロフィルの標
準化が補助的に達成される。国際特許出願公開第91/018
07A1号公報におけるハニカム体内における波形板金は折
り曲げ部を備えており、この折り曲げ部はハニカム体の
内部において追加的な上流縁を形成し、これによって同
様に境膜効果が抑えられる。
ヨーロッパ特許出願公開第0279159A1号公報における
金属触媒担体は二つの異なった波形板金を交互に重ね合
わせた層から成っている。かかるハニカム体は特に大き
な機械的安定性によって特色づけられ、これは特に高い
熱的交番荷重が生ずる用途に対して適用される。
国際特許出願公開第89/10470A1号公報および第89/104
71A1号公報には、板金で形成され電気式に直接加熱でき
るハニカム体が記載されている。内燃機関の排気系統に
使用される通常の触媒は高温度例えば約300℃以上の温
度ではじめて有効に作用するので、低温の触媒を排気ガ
スが洗流し始める際には触媒反応は生じない。従って触
媒を十分に高い温度に予熱しておかねばならない。かか
る予熱を加速するために、または内燃機関の始動前に既
に予熱を実施するために、金属ハニカム体は、電流がそ
の中を流されることによって直接電気式に加熱される。
ハニカム体の電気抵抗は場合によっては使用される電源
の特性に合わす必要があり、自動車に採用されるハニカ
ム体においては電流を導くために約0.1オームの大きさ
の抵抗を有する電流経路が設けられなければならない。
これを達成するために、ハニカム体はその横断面および
／または軸方向広がりに関して間隙および／または電気
絶縁中間層によって電気的に分離される。国際特許出願
公開第90/12951A1号公報における電気式に直接加熱でき
るハニカム体の強度は、板金とセラミックス中間層との
かみ合い結合部がハニカム体に編入されることによって
高められ、その場合二つの板金の間にセラミックス中間
層が封じ込められている。
特に自動車の排気系統における触媒に対する担体とし
て使用するための電気式に加熱可能なハニカム体を形成
するための従来技術の開示内容は、いずれも十分に安定
し機械的に負荷できる構造を保証しておらず、空隙およ
び／または例えばセラミックス層のような電気絶縁層の
設置はハニカム体内における種々の層を互いに摩擦結合
的に結合するという課題を生じ、これによってハニカム
体の機械的な結合が場合によっては緩んでしまうおそれ
がある。
本発明の課題は、電気加熱に有用な抵抗が機械強度に
殆ど影響を与えないようなハニカム体を提供し、かかる
ハニカム体を製造する際に必要な摩擦結合的な結合部を
形成するために、電気式に加熱しないハニカム体の製造
法による単純で信頼のある方式が採用できるようにする
ことにある。
本発明によればこの課題は、 ａ）流体がそれに沿って貫流する軸線を有し、 ｂ）この軸線の方向において互いに対向して位置する少
なくとも二つの端面で境界づけられ、 ｃ）少なくとも一つの板金で形成され加熱のために電流
が導入される内部構造物を有し、 ｄ）各端面に内部構造物を保持する主として金属製のフ
レームを有し、内部構造物とフレームとの間に電気絶縁
体が設けられている、 ハニカム体によって解決される。
本発明に基づくハニカム体においては、機械的強度を
保証する構成部品は直接電気で加熱できる構造部品から
分離されており、このハニカム体は電気式に加熱できる
内部構造物から成り、その具体的な形成において、所定
の有用な電気抵抗の付与を保証するための既に公知のす
べての教示も利用できる。更に、ハニカム体の機械的強
度および荷重容量が本発明に基づいて二つのフレームに
よって規定できるので、内部構造物が特別な固有安定性
を必要としないことになり、それらのフレームはハニカ
ム体の各端面において内部構造物を保持し、しかもその
場合内部構造物から電気的に絶縁されている。
内部構造物への電気接続端子の接合は電流がそれに沿
って内部構造物を通って流れる電流経路の形状に応じて
行われるが、電気接続端子は内部構造物自体のような負
荷を全く受ける必要がなく、従って本発明に基づいて電
流経路および電気接続端子を設計するにあたり形状に関
し大きな自由度が与えられる。
各フレーム内における内部構造物の保持は本発明の有
利な実施態様において摩擦によって行われ、例えば内部
構造物を形成する板金が各フレームに押し込まれること
によって行われる。一般に摩擦による保持は、特にハニ
カム体がフレームにおいて配管系統の他の構成要素に結
合されているときに十分である。
内部構造物とフレームとの間の絶縁は有利には主とし
て少なくとも一つのセラミックス層であり、内側構造物
およびフレームの形状に応じて複数あるいは多数のセラ
ミックス層である。セラミックス層は熱的に特に安定
し、従って特に高い熱負荷に耐えねばならないようなハ
ニカム体に適している。セラミックス層は内部構造物の
板金およびフレームの被膜でよく、変形例においては、
セラミックス繊維マット、焼結ガラスセラミックス薄膜
などで形成される。焼結ガラスセラミックス薄膜は、こ
の薄膜が非常に薄く、非常に柔軟であり且つ脆性破壊傾
向が小さいので有利である。
各フレームにおける内側構造物の保持は有利には、板
金が内部構造物においてフレーム内に存在する縁金によ
って取り囲まれ締め付けられることによって行われ、勿
論この縁金は板金と共に相応した絶縁体をも包囲しなけ
ればならない。有利にはこの絶縁体は縁金に付着するセ
ラミックス層である。
縁金はそれが折り曲げられている端面において、それ
を構成している金属組織が非常に大きく変化している。
従来の運転荷重における脆性破壊などにより考えられる
材料の損傷を予防するために、縁金は端面の近くにろう
を含む特にろうから成るろう封入物を備えている。この
ろう封入物は縁金の互いに連続する部品のろう付けを行
い、縁金の引き裂きを確実に防止する。勿論ろう封入物
は内部構造物の絶縁すべき板金から間隔を隔てなければ
ならない。
有利には、特に配管系統におけるハニカム体の有利な
固定に関しては、各フレームが外被管によって取り囲ま
れ、これに固定されている。かかる外被管は他の管との
結合部を形成するために好適であり、必要に応じてこれ
はフランジを備えている。
有利には本発明に基づくハニカム体の内部構造物にお
ける板金は波形にされ、これによって波高および波長が
規定される。本発明に基づくハニカム体を形成するため
の波形板金の使用は、それ自体公知の多数の構造形状の
特徴を実現するために重要である。更に本発明に基づく
ハニカム体を構成するために利用される板金における波
は、各フレームに板金を保持するための縁金の使用と関
連して特別な利点を有している。一般にハニカム体にお
ける波形板金の波は軸線に対して平行に向けられてお
り、フレーム内において本発明に基づくハニカム体の端
面で公知の形式の波形板金を包囲する縁金はそれ自体波
形にされなければならない。有利には板金およびこの板
金を包囲する縁金は同時に波形にされ、即ち平滑な縁金
は平滑な板金の上に押し被せられ、続いて波がそれ自体
公知の方式で設けられる。波形縁金は、これが巻かれる
か絡められたハニカム体を形成するために曲げられると
きに、これが全くあるいはほとんど折り曲げられないと
いう利点を有する。平滑な縁金はそのような巻回あるい
は絡め合わせの際に容易に折り曲げられ、それにより事
情によってはかかる縁金で形成されたフレームの強度の
減少が避けられることが判明している。
波形板金の使用により生ずる利点は、特にハニカム体
を形成するために波形板金だけを、殊に交互に積層され
る二つの異なった波の形をした波形板金だけが使用され
るときに得られる。
第１の波長と第１の波高を備えた第１の波形板金並び
に第２の波長と第２の波高を備えた第２の波形板金から
本発明に基づくハニカム体を形成する場合、有利には第
１の波長は第２の波高とほぼ同じに選ばれ、このように
して波が互いにかみ合わされる。これは大きな機械的強
度を得るために重要である。その上、波が巻回されるか
絡められるときは、二つの波のかみ合わせは必ずしも一
様ではなく、波長の相応した決定によってかみ合わせは
場合によって最適化される。好適には、波が十分に大き
な通路を自由に開けることなしに大きな範囲にわたって
互いに直接接触することを避けるために、第１の波高お
よび第２の波高は互いにはっきりと異なって選択され
る。第１の波高は有利には第２の波高より大きく選択さ
れ、しかも特に少なくとも２倍の大きさ、好適には約３
倍の大ききさに選択される。
ハニカム体の内部構造物並びにフレームは有利には
（特殊な場合について既に述べたように）層の形に積層
され、層はスパイラルあるいはインボリュートの形式に
軸線を中心として巻回されている。かかる実施形態はそ
れ自体公知の多数の形状があり、本発明の実施態様に取
り入れることができる。
特に有利な実施態様の枠内において内部構造物は層の
間で電気絶縁によって分離されている。既に述べたよう
に本発明は内部構造物の機械的安定性について非常に僅
かな要件しか課せられず、従って、内部構造物を特に所
定の電源に適合された電気抵抗の形をした電流経路を形
成するために適しており、そのために絶縁層および間隙
の形をした分割部が設けられる。本発明によれば、加熱
用に2kWの電気出力が用いられなければならないような
自動車の排気系統に使用するための電気式に加熱可能な
ハニカム体において、電気抵抗を0.05オーム（約12Vの
電源に対して有用である）と20オーム（約200Vの電圧−
ヨーロッパにおける公共電源系統の電圧の電源に対して
有用である）との間で実現することが考えられる。
実施態様に応じてフレームはハニカム体の支持部分と
なっているので、有利には各フレームにおいて層は十分
に完全に互いに強制的に結合され、特にろう付けによっ
て結合される。フレームはハニカム体の端面に配置され
ているので、これはろうを予め着けずに組み立てられ、
ろうを着けるためにろうを含んでいる浴あるいは流動床
の中に漬けられ、場合によってはろうを溶かすために熱
処理される。単純なハニカム体を製造するために知られ
ているこの方式も本発明の意味において複雑に組み合わ
され電気式に加熱できるハニカム体を製造するために利
用できる。
追加的な実施態様においてハニカム体の各フレームに
おいて、層、詳しくは積層された縁金などを意味する層
の間に平滑な板金テープおよびまたは波形板金テープが
挿入され、層に摩擦結合的に結合されている。かかる板
金テープの挿入によって一方では内部構造物に安定した
空隙が形成され、これは電気式に加熱可能な内部構造物
に対して重要である。他方ではかかる金属テープの挿入
によってフレームの熱容量が減少される。これも電気式
に加熱可能な内部構造物を備えたハニカム体にとって
は、内部構造物と同時に各フレームも加熱されなければ
ならず、これはフレームの熱容量が大きくなればなる程
大きなエネルギーが必要であるので、重要である。
本発明は本発明に基づく対象の特徴を有するハニカム
体を製造する方法にも関する。この方法の枠内において
はまず、互いに両側に位置し軸線に対してほぼ直角に向
けられている２つの端縁を備えたほぼ矩形の少なくとも
一つの板金が用意され、各端縁が、板金に被覆すべきセ
ラミックス層を有する縁金で包囲され、板金および縁金
が鈍角に、好適には軸線に対してほぼ垂直に波形にさ
れ、板金が縁金と層の形に積層され軸線を中心として巻
きつけられ、フレームを形成する縁金が外被管で取り囲
まれ、最後に縁金で形成された層の間のフレーム内に摩
擦結合的な結合部が形成される。かかる摩擦結合的な結
合部はろう付けであり、このろう付けは例えば、フレー
ムがろうの浴あるいは流動床の中に漬けられ、続いてろ
うを溶かすために熱処理されることにより行われる。
有利には本発明に基づくハニカム体の製造は複数の、
好適には多数の板金から行われ、場合によってはすべて
の板金が一つあるいは二つの波で波形にされる。
本発明の詳細な説明を図面に示されている実施例を参
照して行う。本発明の特別な特徴を明瞭にするために図
面は部分的に概略的および／または誇張して示されてい
る。
図１は本発明の枠内で使用するための縁金を備えた波
形板金の斜視図、 図２は本発明に基づくハニカム体の実施例の軸断面
図、 図３は他の実施例の部分概略斜視図、 図４は種々の波形板金から成るハニカム体構造の横断
面図、 図５は本発明に基づくハニカム体のフレームの部分断
面図、および 図６は補助的なろう封入物を備えた縁金の断面図であ
る。
図１はその端縁16が縁金９で包囲されている板金３を
示している。縁金９と板金３との間に絶縁層７、例えば
各縁金９にセラミックス層が存在している。板金３およ
び縁金９は波形にされ、しかも板金３で構成すべきハニ
カム体の軸線１に対して垂直に波形にされている。
図２は本発明に基づくハニカム体の実施例の概略軸断
面図である。
ハニカム体は軸線１の方向に端面２で境界づけられて
いる。各端面２にはフレーム６があり、このフレーム６
は層の形に積層され巻かれた板金３で形成された内部構
造物５を支持している。各フレーム６は板金３の端縁16
を包囲する縁金９を含んでいる。縁金９は板金３からセ
ラミックス絶縁層７および間隙８によって絶縁されてい
る。各フレーム６において縁金９で与えられた二つの層
の間に板金テープ14が挿入されている。この板金テープ
14は一方ではフレーム６における熱容量を低減し、他方
では内部構造物５内において隣接する層の間隔を保証す
る。これによって内部構造物５に絶縁体11,12を設ける
ことができる。かかる絶縁体は間隙12であり、また板金
３の隣接する二つの層の間にセラミックス絶縁層11など
を挿入することもできる。かかる絶縁層11は、二つの層
の間に挿入されるセラミックス繊維マットであるかある
いは板金３におけるセラミックス層である。各フレーム
６は外被管10によって取り囲まれ、これによいハニカム
体は補助的に安定化されている。
図３は本発明に基づくハニカム体の斜視図である。ハ
ニカム体は軸線１の方向において端面２で境界づけられ
ている。各端面２にはフレーム６があり、これは外被管
10によって取り囲まれている。互いに間隔を隔てられた
フレーム６の間に電気式に直接加熱できる内部構造物５
が位置している。加熱のために必要な電流を導入および
導出するために内部構造物５は接続端子17を備えてお
り、図面では選択された斜面に応じて一つの接続端子17
しか見えていない。
図４は互いに積層された種々の波形板金３、４の複合
状態を示している。第１の板金３はその波の方向に規定
すべき波長d1と波の振幅である波高h1とを有している。
第２の板金４は相応した波長d2および波高h2を有し、そ
の第２の板金の波高h2は第１の板金３の波高h1の約３分
の１に相応している。第２の板金４の波長d2は第１の板
金３の波長d1にほぼ相応している。第１の板金３および
第２の板金４の複合状態は、これらの板金３、４が補助
的に層の形に巻かれるか否かに左右されることが明らか
であり、そのような場合、図示したパターンの変化も生
ずる。しかし波長d1、d2および波高h1、h2に対する上述
の選択が一般に有利であることが実証されている。
図５は本発明に基づくハニカム体のフレーム６の部分
図であり、フレーム６は互いに積層された縁金９、平滑
な板金テープ14および波形板金テープ15から成ってい
る。各縁金９は内部構造物（図示せず）の板金（図示せ
ず）を取り囲み、板金テープ14、15は内部構造物の中に
突出しておらず、フレーム６上に限られている。図５は
本発明の特に有利な実施例の特長を示し、即ちフレーム
６の完全なろう付けを示している。実際に縁金９と板金
テープ14、15との間の接触個所に硬ろう付け13が施され
ている。これによってフレーム６は著しく安定化し、そ
れにも拘わらず依然として、内部構造物を間隙、絶縁層
などの挿入によって、加熱の付与に相応した大きな電気
抵抗を備えた電流経路が得られるように形成することが
できる。本発明に基づくハニカム体の頑丈性はこの間隙
などによって阻害されない。
図６は絶縁層７で取り囲まれた板金３を包囲している
縁金９を示している。縁金９は端面18において折り曲げ
られ、その近くに板金３の端縁16から間隔を隔ててろう
封入物19を有している。ろう封入物19は縁金９の互いに
上下に位置する範囲をろう付けし、そのようにして補助
的な強度を与え、折り曲げによって制限されるおそれが
ある縁金９の端面18の強度を有利に補充する。なお折り
曲げられた縁金９の代わりに、互いに上下に位置し端面
18でろう付けされた部品から成る縁金９を本発明の枠内
において利用することもできる。
本発明に基づくハニカム体において機械的強度を保証
する構成部品は、直接電気式に加熱できるとともに電気
抵抗の付与に応じて形成されている構造部品から分離さ
れている。ハニカム体は簡単に製造でき、特に大きな堅
牢性を有する。

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ａ）流体がそれに沿って貫流する軸線
    （１）を有し、 ｂ）この軸線（１）の方向において互いに対向して位置
    する二つの端面（２）で境界づけられ、 ｃ）少なくとも一つの板金（３、４）で形成され加熱の
    ために電流を導入される内部構造物（５）を有するハニ
    カム体において、 ｄ）各端面（２）に内部構造物（５）を保持する金属フ
    レーム（６）を有し、 ｅ）内部構造物（５）とフレーム（６）との間に電気絶
    縁体（７、８）が設けられている ハニカム体。
  2. 【請求項２】板金（３、４）が各フレーム（６）に摩擦
    によって保持されている請求の範囲１記載のハニカム
    体。
  3. 【請求項３】各フレーム（６）において絶縁体（７、
    ８）が少なくとも一つのセラミックス層（７）で形成さ
    れている請求の範囲１または２記載のハニカム体。
  4. 【請求項４】各フレーム（６）が絶縁体（７、８）およ
    び板金（３、４）を包囲する少なくとも一つの縁金
    （９）を有している請求の範囲１ないし３の１つに記載
    のハニカム体。
  5. 【請求項５】絶縁体（７、８）が縁金（９）に付着する
    セラミックス層（７）によって形成されている請求の範
    囲４記載のハニカム体。
  6. 【請求項６】縁金（９）が端面（18）と板金（３、４）
    との間にろう封入物（19）を有し、その際ろう封入物
    （19）が板金（３、４）に対して間隔を隔てられている
    請求の範囲４または５記載のハニカム体。
  7. 【請求項７】各フレーム（６）が付設の外被管（10）で
    取り囲まれ、これに固定されている請求の範囲１ないし
    ６の１つに記載のハニカム体。
  8. 【請求項８】板金（３、４）が波形にされ、波高（h1、
    h2）並びに波長（d1、d2）を有している請求の範囲１な
    いし７の１つに記載のハニカム体。
  9. 【請求項９】第１の波高（h1）と第１の波長（d1）を備
    えた少なくとも一つの第１の波形板金（３）と、第２の
    波高（h2）と第２の波長（d1）を備えた少なくとも一つ
    の第２の波形板金（４）とを有している請求の範囲８記
    載のハニカム体。
  10. 【請求項１０】第１の波高（h1）が第２の波高（h2）よ
    り大きく、特に少なくとも２倍の大きさ好適には約３倍
    の大きさをしている請求の範囲９記載のハニカム体。
  11. 【請求項１１】内部構造物（５）および支持フレーム
    （６）が層の形に積層されている請求の範囲１ないし10
    の１つに記載のハニカム体。
  12. 【請求項１２】層が軸線（１）を中心として巻かれてい
    る請求の範囲11記載のハニカム体。
  13. 【請求項１３】内部構造物（５）を形成する板金（３）
    が層の間で電気絶縁体（11、12）によって分けられてい
    る請求の範囲11または12記載のハニカム体。
  14. 【請求項１４】各フレーム（６）内において層が互いに
    摩擦結合的に結合されている請求の範囲11ないし13の１
    つに記載のハニカム体。
  15. 【請求項１５】各フレーム（６）内において層が互いに
    硬ろう付け（13）によって結合されている請求の範囲11
    ないし13の１つに記載のハニカム体。
  16. 【請求項１６】各フレーム（６）において平滑な板金テ
    ープ（14）および／または波形板金テープ（15）が層の
    間に挿入され、そしてこれに結合されている請求の範囲
    11ないし15の１つに記載のハニカム体。
  17. 【請求項１７】各フレーム（６）におてい平滑な板金テ
    ープ（14）および／または波形板金テープ（15）が層の
    間に挿入され、そして硬ろう付け（13）によってこれに
    結合されている請求の範囲11ないし15の１つに記載のハ
    ニカム体。
  18. 【請求項１８】ａ）互いに両側に位置し軸線（１）に対
    してほぼ直角に向けられている２つの端縁（16）を備え
    たほぼ矩形の少なくとも一つの板金（３、４）を用意
    し、 ｂ）フレーム（６）を形成するため、各端縁（16）を、
    板金（３、４）に被覆すべきセラミックス層（７）を有
    する縁金（９）で包囲し、 ｃ）板金（３、４）および縁金（９）を鈍角に好適には
    軸線（１）に対してほぼ垂直に波形にし、 ｄ）板金（３、４）および縁金（９）を層（11、12）の
    形に積層し、この層を軸線（１）を中心として巻きつ
    け、 ｅ）フレーム（６）を外被管（10）で取り囲み、 ｆ）縁金で形成された層の間のフレーム（６）内に摩擦
    結合的な結合部（13）を形成する ハニカム体の製造方法。
  19. 【請求項１９】ａ）互いに両側に位置し軸線（１）に対
    してほぼ直角に向けられている２つの端縁（16）を備え
    たほぼ矩形の少なくとも一つの板金（３、４）を用意
    し、 ｂ）フレーム（６）を形成するため、各端縁（16）を、
    板金（３、４）に被覆すべきセラミックス層（７）を有
    する縁金（９）で包囲し、 ｃ）板金（３、４）および縁金（９）を鈍角に好適には
    軸線（１）に対してほぼ垂直に波形にし、 ｄ）板金（３、４）および縁金（９）を層（11、12）の
    形に積層し、この層を軸線（１）を中心として巻きつ
    け、 ｅ）縁金で形成された層の間のフレーム（６）内に硬ろ
    う付け結合部（13）を形成し、 ｆ）フレーム（６）を外被管（10）で取り囲む ハニカム体の製造方法。
  20. 【請求項２０】少なくとも一つの第１の板金（３）およ
    び少なくとも一つの第２の板金（４）が用意され、縁金
    （９）で包囲され、波形にされ、そして層の形に積層さ
    れる請求の範囲18または19記載の方法。
  21. 【請求項２１】多数の板金（３、４）が用意される請求
    の範囲18ないし20の１つに記載の方法。
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