JP4920341B2 - 排気ガス浄化用の触媒担体 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化用の触媒担体に関する。すなわち、ハニカム構造をなし触媒物質が付着せしめられる、排気ガス浄化用の触媒担体に関するものである。

《技術的背景》
例えば自動車のディーゼルエンジン、その他のエンジンの排気ガス中には、粒子状物質ＰＭ，窒素酸化物ＮＯ_Ｘ，その他の有害物質が含有されており、そのまま外気へ排出すると有害である。
そこで、エンジンの排気管には、その排気ガス中に含有された有害物質を除去する排気ガス浄化装置が、介装されている。
そして、この種の排気ガス浄化装置としては、ハニカム構造をなし触媒物質が付着された触媒担体が、多用されている。

《従来技術》
図４の（２）図は、この種従来例の正断面図である。同図にも示したように、従来の排気ガスＡ浄化用の触媒担体１は、帯状をなす金属箔製の波板２と平板３とが多層にロール状に巻き付けられたハニカム構造体４が、外筒５内に挿入された構造よりなる。
そして、エンジンからの排気ガスＡは、排気管６に介装された触媒担体１のハニカム構造体４の各セル空間７を通過する。そして、排気ガスＡ中に含有されていた有害物質が、ハニカム構造体４の各セル空間７を形成する波板２や平板３に付着された触媒物質と接触して、反応，除去される。もって、排気ガスＡが浄化されて、外気へと排出されていた。

さて触媒担体１は、このように高温の排気ガスＡに晒されると共に、エンジン等からの振動も加わり、非常に過酷な環境下で使用される。そこで、従来よりこれに対応すべく、様々な工夫が施されていた。
例えば、ハニカム構造体４の波板２と平板３間の接合や、ハニカム構造体４と外筒５間の接合に関し、ロウ付け接合，固相拡散接合，レーザー接合，高周波加熱接合、等々の各種方式が開発，工夫されていた。
又、これらによる接合箇所に関しても、全面接合や特定箇所接合等、各種方式が開発，工夫されていた。更に、ハニカム構造体４の波板２と平板３の巻き取りやセル空間７の形状等に関しても、各種の開発，工夫が行われていた。
このように、外筒５内に挿入されるハニカム構造体４について、その軸方向Ｘの動きを不動に規制する接合方式等に関し、様々な工夫，開発が行われていた。

《先行技術文献情報》
このような触媒担体１の従来例としては、例えば、次の特許文献１中に示されたものが挙げられる。
特開２００１−３２１６７８号公報

ところで、このような従来例の触媒担体１については、次の問題が指摘されていた。
《問題点について》
この種従来例の触媒担体１は、上述したように、高温や振動対策として、各種の開発，工夫が施されていたにもかかわらず、依然として、各種トラブルの発生が指摘されていた。すなわち、接合箇所における異常酸化，熱応力破壊，疲労破壊等が発生し、問題となっていた。
これらについて更に詳述すると、まず、排気ガスＡの温度分布、触媒担体１に流入する際の排気ガスＡの速度分布、触媒物質との反応による昇温、触媒担体１自身の固有振動数，排気系の固有振動数、等々の条件は、その総べてが、エンジン・排気系によって様々であり、前述したいずれかの方式を選択しただけでは、対応困難であった。
すなわち、高温の排気ガスＡの温度ムラや速度ムラ、触媒物質による昇温等が原因となって、触媒担体１の接合箇所が異常酸化したり、接合された触媒担体１が、内部温度ムラにより熱応力破壊し易かった。又、エンジンの振動が触媒担体１や排気系の固有振動数と重なることにより、接合された触媒担体１が、早期に疲労破壊され易かった。
しかも、このような異常酸化，熱応力破壊，疲労破壊等は、単独もしくは組み合わさってトラブル化するため、その原因を特定して対応することは、極めて困難な状況にあった。実際的には、特定のエンジンに合わせた仕様の触媒担体１を、その都度、試作し試験して選択する必要があり、対応が容易でなかった。

《本発明について》
本発明の排気ガス浄化用の触媒担体は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべく、開発されたものである。
そして本発明は、異常酸化，熱応力破壊，疲労破壊等のトラブル発生が回避される、排気ガス浄化用の触媒担体を提案することを、目的とする。

《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、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、請求項１の排気ガス浄化用の触媒担体は、帯状をなす金属箔製の波板と平板とが多層に巻き付けられてロール状をなすハニカム構造体が、外筒内に挿入されると共に、該波板と平板に触媒物質が付着せしめられている。
そして該外筒は、該ハニカム構造体と軸方向長さがほぼ同一の本体部と、該本体部から前後の軸方向に突出した両端部と、を備えている。該ハニカム構造体は、規制セクションにより、該外筒の本体部内に軸方向に不動に位置決め保持されている。
該規制セクションは、該外筒の本体部と両端部との境目に設けられたスリットを利用し、該両端部について該スリットに対応する部分が、径方向の内側に向け押し込み折曲加工されて、形成されていること、を特徴とする。
次に、請求項２については次のとおり。すなわち、請求項２の排気ガス浄化用の触媒担体は、請求項１において、金属製の該外筒の規制セクションは、径方向の内側に向け押し込み折曲加工された突端部が、相互間で、又は該外筒の両端部の該スリットが形成されなかった部分に対し、当接されると共に溶着されていること、を特徴とする。

《作用等》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）エンジンからの排気ガスは、排気ガス浄化用の触媒担体に供給される。
（２）触媒担体は、ハニカム構造体が外筒に挿入された構造よりなり、ハニカム構造体は、波板と平板がロール状に多層に巻き付けられ、触媒物質が付着されている。
（３）そこで排気ガスは、ハニカム構造体を通過する際、含有されていた有害物質が触媒物質と接触，反応，除去され、もって浄化される。
（４）そして、この触媒担体のハニカム構造体は、規制セクションにより、外筒の本体部内に、軸方向に不動に位置決め保持されている。
すなわち外筒について、本体部と軸方向に突出した両端部との境目にスリットを設け、このスリットを利用して規制セクションが形成されており、規制セクションは、外筒の両端部のスリット対応部分を、径方向内側に向け押し込み折曲加工してなる。
（５）このようにハニカム構造体は、規制セクションの採用により、その波板と平板間や外筒との間について、軸方向の動きが不動に規制されている。特に、規制セクションの突端部を溶接した場合は、このような不動規則が一段と確実化する。また、径方向も外筒の本体部により、動きが不動に規制されている。なお、周方向の動きは、相互間の摩擦力により規制されている。
（６）そこでこの触媒担体では、ハニカム構造体内部や外筒間について、ロウ付けその他の接合方式は採用されていない。もって、接合箇所での異常酸化，熱応力破壊，疲労破壊等は、発生しない。
すなわち触媒担体は、高温の排気ガスに晒され、排気ガスは温度ムラや速度ムラを伴い、更に触媒物質での反応による昇温も加わるが、ロウ材が使用されていないので、接合箇所で異常酸化は発生しない。更に、接合箇所がないので、このような温度条件下でも熱応力破壊は発生せず、エンジン等からの振動も加わるが疲労破壊も回避される。
（７）さてそこで、本発明の触媒担体は、次の効果を発揮する。

本発明の排気ガス浄化用の触媒担体は、以上説明したように、外筒を利用した規制セクションを採用したことにより、ハニカム構造体が軸方向に不動に位置決め保持されており、ハニカム構造体内部や外筒との間において、ロウ付けその他の接合方式は採用されていない。
そこで、各種の接合方式が採用されていた前述したこの種従来例の触媒担体のように、接合箇所における異常酸化，熱応力破壊，疲労破壊等は発生せず、トラブルが回避されるようになる。
更にこれらは、スリット加工と外筒の折曲加工と、更には規制セクション突端部の溶着とにより、コスト面にも優れて実現される。すなわち、前述したこの種従来例のロウ付け接合方式のように、ろう材の材料費用や真空炉等の設備費用を要せず、又、固相拡散接合方式のように、真空炉等の設備費用も要せず、更に、レーザー接合方式や高周波加熱接合方式のように、レーザーや高周波用の設備費用を要することもなく、実現される。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。

《図面について》
以下、本発明の排気ガス浄化用の触媒担体を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。図１，図２は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供する。
そして図１の（１）図は、第１例の正面図及び側面図、（２）図は、第２例の側面図、（３）図は、第３例の側面図である。（４），（５）図は、第３例の正面図２形態である。図２の（１）図は、第４例の正面図及び側面図、（２）図は、第５例の正面図及び側面図である。
図３は、排気ガス浄化用の触媒担体の説明に供し、斜視図であり、（１）図は、用いられる波板や平板を示し、（２）図は、巻き付けられる波板や平板を示し、（３）図は、触媒担体を示す。図４の（１）図は、その要部を拡大した側断面図である。

《触媒担体１について》
まず、図３や図４の（１）図を参照して、排気ガスＡ浄化用の触媒担体１について、一般的に説明する。
自動車のエンジンや、発電機，機関車，各種機械設備等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスＡ中には、粒子状物質ＰＭ，窒素酸化物ＮＯ_Ｘ，その他の有害物質が含有されており、そのまま外気に排出されると人体や環境に有害である。
そこで、エンジンの排気管６（図４の（２）図を参照）には、排気ガスＡ中に含有された有害物質を除去する排気ガス浄化装置の一環として、排気ガスＡ浄化用の触媒担体１が用いられている。
そして、この触媒担体１は、帯状をなす金属箔製の波板２と平板３とが多層に巻き付けられてロール状をなすハニカム構造体４が、外筒５内に挿入されると共に、波板２と平板３に触媒物質Ｂが付着せしめられている。

このような触媒担体１について、更に詳述する。まず、図３の（１）図に示したように、波板２や平板３は、例えばステンレス箔その他の金属箔製よりなり、帯状をなす。波板２は、波形の凹凸が、帯の長辺に対して直角をなす短手方向に直線的に平行で、長手方向に繰り返し連続的に、所定ピッチと高さで折曲形成されている。
そして、図３の（２）図に示したように、このような波板２と平板３とが、軸を中心に、順次交互に重ね合わせられつつ多層に巻き付けられている。
もって、図３の（３）図に示したように、このような波板２と平板３にて、ハニカム構造体４が構成されている。ハニカム構造体４は、全体が例えば略円柱状のロール状をなすと共に、波板２と平板３をセル壁とし、軸方向Ｘに沿い各々独立空間に区画形成された中空柱状のセル空間７の平面的集合体よりなり、その両端面が開口されている。
触媒担体１は、このようなハニカム構造体４が、ケースである外筒５内に挿入されている。
又、図４の（１）図に示したように、セル壁である波板２や平板３の外表面には、触媒物質Ｂが付着されている。すなわち、単位容積当たりの表面積が大であるという特徴を備えたハニカム構造体４のセル壁、つまり波板２と平板３の外表面を利用して、触媒物質Ｂが皮膜状に付着せしめられ、もって排気ガスＡとの接触面積が広く確保されている。触媒物質Ｂとしては、例えば、酸化反応用の白金その他の貴金属や、還元反応用の物質が使用される。
触媒担体１は、概略このようになっている。

《本発明について》
以下、図１，図２を参照して、本発明の排気ガスＡ浄化用の触媒担体８の特徴について、説明する。
この触媒担体８は、ハニカム構造体９と外筒１０とからなる。外筒１０は、ハニカム構造体９と軸方向Ｘの長さがほぼ同一の本体部１１と、本体部１１から前後の軸方向Ｘに延長されて突出した両端部１２と、を備えている。ハニカム構造体９は、規制セクション１３により、外筒１０の本体部１１内に、軸方向Ｘに不動に位置決め保持されている。
そして、この規制セクション１３は、外筒１０の本体部１１と両端部１２との境目に設けられたスリット１４を利用して、形成される。すなわち、外筒１０の両端部１２について、スリット１４に対応する部分が、径方向Ｙの内側に向け押し込み折曲加工されて、形成されている。
本発明の触媒担体８は、このようになっている。

《その詳細について》
このような触媒担体８について、更に詳述する。まずスリット１４は、外筒１０の本体部１１と、前後の軸方向Ｘに突出した両端部１２との境目（つまり、内部に挿入されたハニカム構造体９の前後端面位置付近）に、それぞれ形成される。その形成は、プレス，のこ盤，ウォータージェット，レーザー，その他の各種方式を用いて行われる。
そしてスリット１４は、両端部１２の片面毎に適宜本数が形成されるが、１本から３本程度が代表的である。図１の（１）図，（２）図，図２の（２）図の例では、２本形成され、図１の（３）図，（４）図，（５）図の例では、１本形成され、図２の（１）図の例では、３本形成されている。
又、スリット１４の形成長さ、つまり筒状をなす外筒１０の外周に沿った穿設長さ寸法は、各種可能である。例えば、両端部１２の片面当り２本以上形成される場合において、図１の（２）図の例に示したように、各本毎の長さ寸法が異なるようにしてもよいが、その他の図示例のように、各本共通の長さ寸法としてもよい。

そして、外筒１０の本体部１１から前後の軸方向Ｘに突出した両端部１２は、このように形成されたスリット１４を利用して、スリット１４に対応する部分（スリット１４の外側に位置する部分）が、図１の（１）図，（２）図，（３）図、図２の（１）図，（２）図に示したように、径方向Ｙの中心側に向け外側から押し込まれて折曲され、もって規制セクション１３となる。
そこで、両端部１２について、スリット１４の数に対応した数の規制セクション１３が、それぞれ形成される。すなわち規制セクション１３は、外筒１０の両端部１２の両面についてそれぞれ、図１の（１）図，（２）図，図２の（２）図の例では、２個形成され、図１の（３）図，（４）図，（５）図の例では、１個形成され、図２の（１）図の例では、３個形成される。

そして、このようにスリット１４を利用して、押し込み折曲加工して形成される規制セクション１３の形状は、各種可能である。例えば、図１の（１）図，（２）図、図２の（１）図，（２）図に示したように、直線部分を備えたり、これによらず、図１の（３）図のように、アール部分が連続した形状も可能である。
又、スリット１４の本数や位置、そして形成される規制セクション１３の個数，位置，形状等は、外筒１０の両端部１２の両面について、同一である必要はない。例えば、図１の（５）図の例では、形成されるスリット１４そして規制セクション１３の位置が、両端部１２の一方面と他方面とで、周廻りで１８０度ずらされている。
なお、外筒１０の両端部１２の内、スリット１４に対応しない部分、つまり押し込まれず規制セクション１３を形成しなかった部分は、そのままの状態つまり外筒１０の周上に突出したままの状態となる。

さて、外筒１０内に挿入されたハニカム構造体９は、このように径方向の中心側に向けて押し込まれた規制セクション１３にて、軸方向Ｘの外側から前後両端面が係止され、もって前後の軸方向Ｘに、不動に位置決め保持される。
なお、ハニカム構造体９の前後両端面は、フラット面つまり径方向Ｙに平行なフラット面に限定されるものではなく、例えば、図２の（２）図の例に示したように一方の端面、又は図示例によらず双方の端面を、中央凸形状に形成することも考えられる。この場合、外筒１０の本体部１１と両端部１２の境目も、対応した湾曲状とされ、もってその境目にスリット１４が湾曲形成され、規制セクション１３も内側に湾曲を伴って形成される。
触媒担体８は、このようになっている。

《作用等について》
本発明の排気ガスＡ浄化用の触媒担体８は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）エンジンからの排気ガスＡは、有害物質を含有しており、排気ガスＡ浄化用の触媒担体８に供給される。

（２）触媒担体８は、ハニカム構造体９が外筒１０内に挿入された構造よりなる。そしてハニカム構造体９は、帯状をなす金属箔製の波板２と平板３とが、多層にロール状に巻き付けられ、もって波板２と平板３にて、セル空間７が多数形成されると共に、波板２と平３板に、触媒物質Ｂが付着せしめられている（図３，図４の（１）図を参照）。

（３）そこで排気ガスＡは、このようなハニカム構造体９のセル空間７を通過し、その際、含有されていた有害物質が、触媒物質Ｂと接触して、例えば酸化反応や還元反応することにより除去，無害化される。もって排気ガスＡは、浄化されて外気へと排出される。

（４）ところで、この触媒担体８のハニカム構造体９は、規制セクション１３により、外筒１０の本体部１１内に、軸方向Ｘに不動に位置決め保持されている。
すなわち、この触媒担体８の外筒１０は、ハニカム構造体９と軸方向Ｘ長さがほぼ同一の本体部１１と、本体部１１から前後の軸方向Ｘに突出した両端部１２と、からなる。本体部１１は、ハニカム構造体９の前後端面がフラット面をなす場合（図１および図２の（１）図の例参照）では、ハニカム構造体９と軸方向Ｘ長さが、同一となる。これに対し、ハニカム構造体９の前後端面が中央凸形状をなす場合（図２の（２）図の例参照）では、図の通りスリット１４も曲線となり、ハニカム構造体９の方が、本体部１１の軸方向Ｘ長さより常に長くなる。
そして規制セクション１３は、このような外筒１０の本体部１１と両端部１２との境目に設けられたスリット１４を利用して、形成されている。すなわち、外筒１０の両端部１２について、スリット１４に対応する部分（スリット１４の外側部分）を、径方向Ｙの内側に向け押し込み折曲加工してなる（図１，図２を参照）。

（５）このようにして、この触媒担体８のハニカム構造体９では、その内部関係面つまり波板２と平板３間の関係や、その外部関係面つまり外筒１０との間の関係において、ロウ付け等の接合方式を用いることなく、軸方向Ｘの動きが不動に規制されている。
つまり、このハニカム構造体９では、軸方向Ｘに関しては、外筒１０の両端部１２を利用した規制セクション１３の採用により、動きが不動に規制されている。又、径方向Ｙに関しては、外筒１０の本体部１１により、動きが不動に規制され、周方向に関しては、相互間（波板２と平板３間や、ハニカム構造体９と外筒１０の本体部１１間）の摩擦力により、回転等の動きが規制されている。

（６）そこで、本発明の排気ガスＡ浄化用の触媒担体８によると、次のようになる。すなわち、この触媒担体８では、ハニカム構造体９の波板２と平板３間、およびハニカム構造体９と外筒１０間において、ロウ付けその他の接合方式は採用されていない。
もって、接合箇所における異常酸化，熱応力破壊，疲労破壊等は、この触媒担体８では発生しない。
すなわち触媒担体８は、高温の排気ガスＡに晒されると共に、排気ガスＡは温度ムラや速度ムラを伴い、更に触媒物質Ｂでの反応による昇温も加わるが、この触媒担体８では、ロウ材は使用されておらず、接合箇所で異常酸化は発生しない。更に、このような温度条件に加え、エンジン等からの振動も加わるが、このように接合箇所がないので、内部引張応力や内部圧縮応力は発生せず、熱応力破壊は回避される。叉、疲労破壊が早期に発生することもない。

《その他の例》
なお本発明は、以上説明した例に限定されるものではなく、更に、次の例も可能である。図５は、その他の例の側面図であり、規制セクション１３が（１）図，（２）図では２個、（３）図では３個、（４）図では１個形成されている。
そして、これらの例では、金属製の外筒１０の規制セクション１３は、径方向Ｙの内側に向け押し込み折曲加工された突端部１５が、複数相互間で、又は外筒１０の両端部１２のスリット１４が形成されなかった部分に対し、当接されると共に溶着されている。

これらについて更に詳述する。まず、図１，図２を参照して説明した本発明の各例では、規制セクション１３は、外筒１０両端部１２のスリット１４対応部分が、径方向Ｙの内側に向け押し込み折曲加工されて形成されるに止まっていたが、この図５の例では、更に、このように押し込み折曲加工された突端部１５が、溶接Ｚにより溶着されている。
そして、図５の（１）図，（２）図の例では、２個形成された規制セクション１３の突端部１５相互間が、当接されると共に溶接Ｚにより溶着されている。図５の（３）図の例では、３個形成された規制セクション１３の突端部１５相互間が、当接されると共に溶接Ｚにより溶着されている。
これに対し、図５の（４）図の例では、規制セクション１３は１個形成されており、この１個の規制セクション１３の突端部１５が、外筒１０の両端部１２のスリット１４が形成されなかった部分（つまり、スリット１４に対応しない部分，規制セクション１３を形成しなかった部分）に対して、溶接Ｚにより溶着されている。

そして、この図５の例のように、規制セクション１３の突端部１５を溶着しておくと、前述したハニカム構造体９の不動規制が、一段と確実化するようになる。
すなわちハニカム構造体９は、軸方向Ｘの外側から、このように突端部１５の溶着により連続化，綿密化，規制強化され，補強された規制セクション１３にて、前後両端面がより確実に係止される。
もって、外筒１０内に挿入されたハニカム構造体９は、前後の軸方向Ｘに、より確実に動きが規制され、排気ガスＡの流れに基づき軸方向Ｘに変位することもない。このように、規制セクション１３の溶着により、より確実な不動位置決め保持が実現される。
図５の例は、このようになっている。

本発明に係る排気ガス浄化用の触媒担体について、発明を実施するための最良の形態の説明に供し、（１）図は、第１例の正面図及び側面図、（２）図は、第２例の側面図、（３）図は、第３例の側面図である。（４），（５）図は、第３例の正面図２形態である。 同発明を実施するための最良の形態の説明に供し、（１）図は、第４例の正面図及び側面図、（２）図は、第５例の正面図及び側面図である。 排気ガス浄化用の触媒担体の説明に供し、斜視図である。そして（１）図は、用いられる波板や平板を示し、（２）図は、巻き付けられる波板や平板を示し、（３）図は、触媒担体を示す。 排気ガス浄化用の触媒担体の説明に供し、（１）図は、要部を拡大した側断面図である。（２）図は、この種従来例の全体の正断面図である。 本発明に係る排気ガス浄化用の触媒担体について、発明を実施するための最良の形態の説明に供し、その他の例の側面図である。そして規制セクションが、（１）図，（２）図の例では２個形成され、（３）図の例では３個形成され、（４）図の例では１個形成されている。

符号の説明

１ 触媒担体（従来例）
２ 波板
３ 平板
４ ハニカム構造体（従来例）
５ 外筒（従来例）
６ 排気管
７ セル空間
８ 触媒担体（本発明）
９ ハニカム構造体（本発明）
１０ 外筒（本発明）
１１ 本体部
１２ 両端部
１３ 規制セクション
１４ スリット
１５ 突端部
Ａ 排気ガス
Ｂ 触媒物質
Ｘ 軸方向
Ｙ 径方向
Ｚ 溶接

Claims (2)

1. 帯状をなす金属箔製の波板と平板とが多層に巻き付けられてロール状をなすハニカム構造体が、外筒内に挿入されると共に、該波板と平板に触媒物質が付着せしめられた、排気ガス浄化用の触媒担体であって、
   該外筒は、該ハニカム構造体と軸方向長さがほぼ同一の本体部と、該本体部から前後の軸方向に突出した両端部と、を備えており、
   該ハニカム構造体は、規制セクションにより、該外筒の本体部内に軸方向に不動に位置決め保持されており、
   該規制セクションは、該外筒の本体部と両端部との境目に設けられたスリットを利用し、該両端部について該スリットに対応する部分が、径方向の内側に向け押し込み折曲加工されて、形成されていること、を特徴とする排気ガス浄化用の触媒担体。
2. 請求項１に記載した排気ガス浄化用の触媒担体において、金属製の該外筒の規制セクションは、径方向の内側に向け押し込み折曲加工された突端部が、相互間で、又は該外筒の両端部の該スリットが形成されなかった部分に対し、当接されると共に溶着されていること、を特徴とする排気ガス浄化用の触媒担体。

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