JP5139063B2 - 異なったくぼみを備えた金属箔 - Google Patents

Description

本発明は、金属箔の長さにわたって延び互いに隣り合って配置された波頂（***部）と波底（溝部）から成る組織を備え０．１５ｍｍ〜０．０２ｍｍの材料厚さを有する金属箔に関する。波頂あるいは波底の少なくとも一部が少なくとも１個のくぼみを有している。かかる金属箔は、例えば自動車用内燃機関の排気ガス処理装置において、排気ガスの流れ経路を境界づけるために利用されている。

例えば排気ガス処理装置における触媒担体として利用される多くの組織化金属箔が、既に知られている。金属箔の組織は、まず第１に、排気ガス処理装置の内部ないしそれを通過する流れ経路ないし流路を形成し境界づけるためなどに用いられる。排気ガス処理装置において、一般に、その流れ経路ないし流路は、平形金属箔と組織化金属箔で構成されている。その組織として、波形組織、断面矩形組織、断面Ω状組織、断面鋸歯状組織などが知られている。一般に、金属箔の全長にわたって延びるこの組織は、通常、刻印機あるいは互いにかみ合う波形成形ロールによって製造される。その場合、一般に規則的な組織が生じ、その最高部（ないし波頂）と最低部（ないし波底）は、通常、互いに等間隔で金属箔の全長にわたって延びている。その場合、波頂あるいは波底は、通常、金属箔の長さに対して平行に延びているが、湾曲して又は角張って延びる波頂あるいは波底も知られている。

さらに、かかる組織化金属箔に、二次組織を備えることも知られている。この二次組織（ないし第１くぼみ）は、波頂だけに、波底だけに、波頂と波底との間に、あるいはまた、波頂と波底にまたがって形成される。二次組織は、一般に、一次組織より低い高さで形成されている。この二次組織は、例えば金属箔に沿って導かれるガス流の流れに影響を与えるために用いられるが、接合技術継手の限定形成に対して利用することも知られている。

また、かかる二次組織が通常刻印加工され、その際、好適に二次組織の直ぐ隣に孔が打ち抜き加工される、ことも知られている。その場合、金属箔に、部分ガス流を分割して金属箔を貫通して隣の流路に目的に合わせて案内することを可能にする突出部が発生される。

上述の金属箔は、それぞれ種々の目的に利用され、浄化すべき排気ガス流に関して僅かな圧力損失と高い効率を有する点で優れた多くの排気ガス処理装置に既に使われている。それでもなお、効果的で長寿命で柔軟に採用できる排気ガス処理装置を常に開発する努力が払われている。

本発明の課題は、上述の目的を実現する金属箔を提供することにある。特に、従来技術で述べた問題を少なくとも部分的に解消することにある。その場合、特に排気ガス処理装置における柔軟な採用を可能にする構造をした金属箔を提供しようとしている。その場合、金属箔が簡単に製造でき、自動車用内燃機関の排気装置における熱的および動的負荷にも永続的に耐えられるようにしている。

この課題は請求項１に記載の特徴を有する金属箔によって解決される。この金属箔の有利な実施態様並びに特に有利な利用が従属請求項に記載されている。なお各請求項に個々に記載された特徴は、技術的に有意義に互いに任意に組み合わせることができ、本発明の他の実施態様を生じさせる。

ここで提案された金属箔は、０．１５ｍｍ〜０．０２ｍｍの材料厚さを有し、金属箔の長さにわたって延び互いに隣り合って配置された波頂（***部）と波底（溝部）から成る組織を有している。この金属箔は、少なくとも１個の第１くぼみに隣接して、少なくとも１個の第２くぼみが設けられ、この第２くぼみが、対応した波頂あるいは波底に対して第１くぼみと異なった深さ（距離）を有している、ことを特徴としている。

ここで挙げた材料厚さは、金属箔の排気ガス処理装置における有意義な採用を可能にする範囲を表している。金属箔は、一般に、耐熱性および耐食性材料から成り、特にクロムとアルミニウムを含む鋼から成っている。好ましくは、材料厚さは０．１ｍｍ〜０．０４ｍｍの範囲にある。

ここで「組織」とは、上述したすべての一次組織を含み、特に組織は波形ないし正弦波形に形成されている。その場合、金属箔の全長にわたって好適に互いに平行に延びる波頂と波底が形成されている。従って、波頂および／又は波底の頂部は円形、角形あるいは他の形に形成される。

いまや組織は第１くぼみを有している。この第１くぼみは、一部あるいは全部の波頂、一部あるいは全部の波底、あるいは波底と波頂について形成される。その場合、波頂ないし波底に複数の第１くぼみを、好ましくは、金属箔ないし波頂あるいは波底の長さの方向に連続して形成することもできる。くぼみは、圧縮、ロール、あるいは類似した方式で製造される。くぼみは、波頂を（半径方向に）越えて延ばすこと、あるいは逆向きに向けることができる。このことは波底に対しても当てはまる。

本発明に基づいて、少なくとも１個の第１くぼみに隣接して、少なくとも１個の第２くぼみが設けられている、ことを提案する。この第２くぼみは、形状や広がりに関して第１くぼみと異ならされるが、これは必ずしも必要でない。しかしいずれの場合にも、第１くぼみと第２くぼみは、それらの対応した波頂あるいは波底に対して深さが異なっている。換言すれば、或る波頂における第１くぼみと第２くぼみの形態において、第１くぼみの波頂から最も離れた部分部位は波頂に対して、第２くぼみの最も離れた部分部位とは異なった深さを有している。その深さは、金属箔の広がり平面に対して垂直に規則的に決められている。これにより、波頂ないし波底は例えば段階構造で形成され、その場合、各段は第１くぼみと第２くぼみで形成されている。基本的には、対応した波頂ないし波底に対して異なった深さをした他のくぼみを設けることもでき、これにより、多段形状が発生される。

金属箔のかかる構造により、いまや、波頂ないし波底並びに第１くぼみと第２くぼみに、後での採用中における排気ガス流に、ないし金属箔の隣り合う別の金属箔および／又は排気ガス処理装置のケースへの柔軟な固定時に、非常に柔軟に影響を与えることを可能にする、種々の機能を与えることができる。なおこの点について以下に詳述する。

金属箔の他の実施態様において、くぼみは対応した波頂あるいは波底から一方向に延びている。換言すれば、第１くぼみが波頂を越えて（半径方向に）突出している場合、第２くぼみも同様に波頂を越えて突出している。その場合、好ましくは、第２くぼみの波頂に対する絶対深さは、第１くぼみの絶対深さより大きい。第１くぼみと第２くぼみが波頂あるいは波底を越えて延びておらず、逆向きに形成されている、金属箔の構造が特に有利である。これは、換言すれば、すべての波頂ないしすべての波底が、くぼみで破断されない（平坦ないし平滑な）境界面を規定している、ことを意味する。

また、少なくとも第１くぼみあるいは第２くぼみがプラトー（台地）の形を有している、ことを提案する。好ましくは、第１くぼみと第２くぼみがプラトーとして形成されている。ここで「プラトー」とは、くぼみのほぼ平らなないし平面的経過を意味し、即ち、特にくぼみが波形をしておらず、平面的ないしほぼ平らに延びる少なくとも１個の部分部位を有している、ことを意味する。このプラトーは、好ましくは、対応した波頂ないし波底に対する最大深さを有するくぼみの部分区域ともなっている。くぼみのこのようなプラトーとしての形成によって、後述するように後での採用に有利である所定の接触設置面が形成される。

さらに、少なくとも第１くぼみあるいは第２くぼみが通気性をもって形成されている、ことも提案する。これは特に、金属箔がくぼみの部位においてガスが貫流できる、ことを意味する。これを可能にするために、例えば金属箔にガスの貫流を可能にする開口が設けられる。これにより、かかる金属箔の排気ガス処理装置への採用時、例えば連通通路が形成され、その場合、通路から部分ガス流が、くぼみの開口を通して隣の通路に流れることができる。この形態は例えば、金属箔が排気ガス処理装置におけるフィルタ担体材料として採用されるときに提供するが、他の多くの用途に対して、金属箔を非通気性に形成することが有利である。

金属箔の他の実施態様において、波頂と波底が金属箔の高さを形成し、第１くぼみの深さは高さの５０％〜２０％の範囲にある。これにより、製造中に波頂ないし波底にほんの僅かな変形しか生じないことが実現され、従って、後での自動車工業分野において生ずるような大きな熱的および動的負荷のもとで事情によって生ずる材料損傷ないし形状欠陥が防止される。

この関係において、波頂と波底が金属箔の高さを形成し、第２くぼみの深さが高さの１００％〜４０％の範囲にある、ことも提案する。特に、第２くぼみが、第１くぼみの深さのほぼ２倍である深さで形成されている形態が有利である。

金属箔の他の実施態様に応じて、第１くぼみが金属箔の端面に続いている。換言すれば、少なくとも片側端面において波頂ないし波底に第１くぼみが直接形成されている。これにより、例えば後での採用時に、隣接する金属箔あるいはケースに対する接触部位が精確に規定され、その場合、正に金属箔の端面近くにおいて、そのような接触が防止される。

また、フィルタ材料と支持構造物から成る複合体を提案し、その場合、支持構造物は上述した形態に応じた本発明に基づく金属箔を有し、少なくとも第１くぼみあるいは第２くぼみが、フィルタ材料の受け部を形成している。フィルタ材料が例えば一定材料厚さで形成されているとき、それぞれ第１くぼみあるいは第２くぼみがフィルタ材料の受け部として用いられる。材料厚さが変化するフィルタ材料に対して、すべてのくぼみがフィルタ材料に対する受け部ないし接触支持面として用いられる。かかる複合体の形態は、例えば波頂および波底の方向へのフィルタ材料の変位が防止されるようにする。同時に、フィルタ材料の縁は、少なくとも部分的に直接排気ガス洗流から保護される。それでも、金属箔として形成された支持構造物へのフィルタ材料の非脱落固定を用意する補助的な結合技術的継手を利用することができる。好ましくは、このフィルタ材料は、複数の波頂および／又は波底のくぼみにわたって延びている。ここで「受け部」とは、特に金属箔とフィルタ材料の少なくとも部分的なかみ合い結合が形成されるようなくぼみの形態を意味する。

かかる複合体において、フィルタ材料が、少なくとも部分的に第１くぼみあるいは第２くぼみの深さに相当した材料厚さを有している、ことが有利である。これは、例えば複数のかかる複合体を相互に積層する際、接触が専ら金属箔を介して行われるので、隣接する支持構造物とフィルタ材料との接触が防止されるようにする。

有利な用途分野として、ハニカム体が提案される。このハニカム体は、少なくとも部分的に組織化された金属箔を有し、この金属箔は、多数の通路が形成されるように配置されている。このハニカム体は、ここで述べた本発明に基づいて組織化された少なくとも１枚の金属箔を有している。好ましくは、かかるハニカム体は、多数の組織化（波形）金属箔と平形金属箔が互い違いに重ね合わされ、続いて互いに結合ないし巻回されて構成されている。その場合、ハニカム体の所望の横断面形状、例えば円形、楕円形、多角形などが生ずる。基本的には、互いに隣接して配置された通路の相互接続が形成されるように、平形金属箔および／又は組織化（波形）金属箔に貫通路を設けることができる。好ましくは、平方インチ当たりの通路個数は、２００〜１６００ｃｐｓｉ（”cell per square inch”）の範囲にある（１ｃｐｓｉは約６．４５１６ｃｍ^２に相当する）。通路は完全に貫流可能にできるが、通路を例えば交互に閉鎖して形成することもできる。その閉鎖は補助手段によって実施できるが、くぼみをそのために利用することもできる。平形金属箔および／又は組織化（波形）金属箔に加えて、ハニカム体の中に他の構成要素例えばフィルタ材料を一体に組み込むこともできる。

ハニカム体は、有利に、通路の少なくとも一部が、少なくとも第１くぼみあるいは第２くぼみに対して通気性をもって形成される、ように設計されている。好ましくは、すべての通路が両くぼみに対して通気性をもって形成されている。その通気性は、好ましくは、特に粒子、すすなどに対するフィルタ作用を有する多孔性材料が存在することによって達成される。その多孔率は例えば適当なフリース、発泡材料、セラミック材料などの利用によって所望の浄化作用に合わされ、それらの材料は、自動車用内燃機関の排気装置における周辺条件に永続的に耐えることができる。

最後に、本発明に基づく少なくとも１枚の金属箔、フィルタ材料と支持構造物から成る上述した本発明に基づく少なくとも１個の複合体、あるいは上述した本発明に基づく少なくとも１個のハニカム体を有する、自動車用内燃機関の排気ガス処理装置も提案する。排気ガス処理装置は、触媒コンバータ、流れ混合器、粒子トラップ、フィルタ、吸収器などとして形成される。特にこの排気ガス処理装置において、好ましくは、利用された金属箔が少なくとも部分的に（触媒）被覆されている。

以下、本発明の特に有利な実施例並びに技術分野を、図を参照して詳細に説明する。しかし、本発明は図示の実施例に限定されるものではない。

図１は、組織３を備えた金属箔１を概略的に示している。この組織３は金属箔１の長さ４にわたって延び互いに隣り合って配置された波頂（***部）５と波底（溝部）６で形成されている。図１の上部は平面図を示し、下部は正面図を示している。

図示された実施例において、互いに隣り合って配置されたすべての波頂５は、２個の第１くぼみ７を有し、その両第１くぼみ７間に、第２くぼみ８が設けられている。波頂５と波底６は金属箔１の端面１１から全長４にわたって反対側端面１１まで延びているが、くぼみ７、８は波頂５の一部にわたってしか形成されていない。

正面図（図１の下部）から理解できるように、第１くぼみ７と第２くぼみ８は波頂５から波底６の方向に延び、即ち、波頂５に対して逆向きに延びている。波頂５と波底６により、金属箔１の高さ１０が限定づけられ、くぼみ７、８の深さ（距離）９は高さ１０より小さい。正面図から理解できるように、第１くぼみ７の第１深さ９は、第２くぼみ８の第２深さ９より小さく形成されている。

かかる金属箔１の有利な利用分野を明瞭にするために、図２にハニカム体１７の詳細が示されている。この実施例において、金属箔１はケース２１に対してハニカム体１７の外側境界部としてスリーブのように形成されている。その場合、波頂５はケース２１に対する接点として形成され、これにより、波頂５とケース２１との結合区域２５が形成されている。結合区域２５は、好ましくは、例えばろう材料による接合技術的継手を有している。熱的交番荷重によるハニカム体１７のできるだけ支障のない膨張ないし収縮を可能にするために、結合区域２５間に他の接点は設けられない。これは、部分的に金属箔１がその端面１１まで続く第１くぼみ７を有することによって達成される。このようにして同時に、例えば製造中における結合区域２５から漏出するろう材料が追加的結合点を発生しない、ことが保証される。

さらに、金属箔１は、排気ガスが流れ方向２４に少なくとも部分的に貫流できる通路１８の境界部となっている。第２くぼみ８を備えた金属箔１の形成によって、矢印で示されているように、排気ガスの流れ挙動が影響される。排気ガス流の一部は例えば強制的に隣の金属箔を貫通して通され、その排気ガス流は同時にフィルタ材料１３を透過する。

フィルタ材料１３は、第１くぼみだけを有する金属箔によって固定されている。その第１くぼみはいまや波頂５から、あるいはフィルタ材料１３の材料厚さ１６にほぼ相当した平形金属箔が利用されるときには、表面から、深さ９を有している。また金属箔は受け部１５として形成された第１くぼみ７の部位に、フィルタ材料１３および金属箔１の隣の通路１８への貫流を可能にする多数の開口２２が設けられている。これにより、フィルタ材料１３は例えば排気ガスに含まれる固形粒子を除去するために用いられ、その金属箔１は、排気ガスに含まれる特にガス状有害物を転換する被覆層２６が設けられている。

図３は、金属箔１として形成された支持構造物１４とフィルタ材料１３とを有する複合体１２を斜視図で示している。ここで、支持構造物１４に第１くぼみ７と第２くぼみ８（図示せず）が設けられている。基本的には、ここで述べた本発明に基づく金属箔１と無関係に、かかる支持構造物１４を第１くぼみ７しか持たない金属箔１で製造することもできる。また、金属箔１ないし支持構造物１４の組織３は、波頂５と波底６を備えた規則的構造を有している。組織３は少なくとも部分的に排気ガスが流れ方向２４に貫流できる通路１８を境界づけている。支持構造物１４ないし金属箔１は、０．１５ｍｍ〜０．０２ｍｍの材料厚さ２を有している。フィルタ材料１３の材料厚さ１６はほぼ第１くぼみ７の波頂５からの第１深さ９の範囲にある。ここで、フィルタ材料１３は繊維２３を含む材料を備えたフリースとして構成され、その繊維２３は同様に被覆されている（被覆２６）。繊維２３として、好ましくは、金属繊維２３が利用され、これは耐熱性と耐食性を有する。

図４は、自動車用内燃機関２０の排気ガス処理装置１９の構造を概略的に示している。内燃機関２０で発生された排気ガスは、排気管２９を通して、複数の排気ガス処理構成要素に向けて流れる。ここでは流れ方向２４において、例えば触媒コンバータ２７、ハニカム体１７、吸収器２８およびもう１つの触媒コンバータ２７が設けられている。排気ガス内にまず含まれる有害物質は、排気ガスのこれらの構成要素の貫流に応じ、大部分が除去される。

図５は、ハニカム体１７の形態の一部を概略的に斜視図で示している。ハニカム体１７は互い違いに重ね合わせて配置された金属箔１とフィルタ材料１３で構成されている。金属箔１に組織３が形成されているが、フィルタ材料１３はほぼ平らな層を有している。断面図で理解できるように、第１くぼみ７と第２くぼみ８は連続して案内羽根のように形成され、ここではその両者間に開口２２が設けられている。図示された実施例の場合、すべてのくぼみ７、８がそのような中間に配置された開口２２を有しているが、これは必ずしも必要でない。

第１くぼみ７および第２くぼみ８に対して、通路１８は通気性をもって形成され、ここではその壁がフィルタ材料１３で形成されている。この組合せは、排気ガス流を特に効果的に浄化させる。これは、流れ方向２２が多種多様に影響され、これにより、常に新たな部分ガス流が生じ、これらの部分ガス流が、フィルタ材料１３を通って隣の通路１８に流入し、時折フィルタ材料１３に対して平行に透過し、および／又は通路１８内だけで単純にくぼみ７、８に沿って流れる。その場合、繰り返して流れ渦流が発生され、これは、排気ガス内に含まれる粒子３０とフィルタ材料との緊密に接触を生じさせ、最終的にそこに粒子３０が付着される。そして、この沈着ないし付着した粒子３０は化学的に気体成分に転換される。

金属箔の第１実施例の平面図と側面図。 ハニカム体の詳細断面図。 複合体の実施例の斜視図。 自動車用内燃機関における排気ガス処理装置を備えた排気装置の構造の概略図。 ハニカム体の形態の一部の概略斜視図。

符号の説明

１ 金属箔
２ 材料厚さ
３ 組織
４ 長さ
５ 波頂（***部）
６ 波底（溝部）
７ 第１くぼみ
８ 第２くぼみ
９ 深さ
１０ 高さ
１１ 端面
１２ 複合体
１３ フィルタ材料
１４ 支持構造物
１５ 受け部
１６ 材料厚さ
１７ ハニカム体
１８ 通路
１９ 排気ガス処理装置
２０ 内燃機関
２１ ケース
２２ 開口
２３ 繊維
２４ 流れ方向
２５ 結合区域
２６ 被覆
２７ 触媒コンバータ
２８ 吸収器
２９ 排気管
３０ 粒子

Claims (12)

1. 金属箔（１）の長さ（４）にわたって延び互いに隣り合って配置された波頂（５）と波底（６）から成る組織（３）を備え、０．１５ｍｍ〜０．０２ｍｍの材料厚さ（２）を有し、波頂（５）あるいは波底（６）の少なくとも一部が少なくとも１個の第１くぼみ（７）を有する金属箔（１）において、少なくとも１個の第１くぼみ（７）に隣接して、少なくとも１個の第２くぼみ（８）が設けられ、該第２くぼみ（８）が、対応した波頂（５）あるいは波底（６）に対して第１くぼみ（７）と異なった深さ（９）を有しており、波頂（５）ないし波底（６）は段階構造で形成され、その際各段は第１くぼみと第２くぼみで形成され、第１くぼみ（７）および第２くぼみ（８）は相応する波頂（５）あるいは波底（６）に対して反対方向に形成され、第２くぼみ（８）は２つの第１くぼみ（７）の間に備えられていることを特徴とする金属箔（１）。
2. くぼみ（７、８）が対応した波頂（５）あるいは波底（６）から一方向に延び、すべての波頂およびすべての波底が、それぞれくぼみで破断されない平面を規定していることを特徴とする請求項１に記載の金属箔（１）。
3. 第１くぼみ（７）あるいは第２くぼみ（８）がプラトー（台地）の形を有し、このプラトーは、対応した波頂ないし波底に対する最大深さを有するくぼみの部分区域を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属箔（１）。
4. 少なくとも隣接する波頂（５）あるいは波底（６）の１つのまたは複数の範囲において、第１くぼみ（７）あるいは第２くぼみ（８）が通気性をもって形成されて、その際金属箔（１）にガスの貫流を可能にする開口が備えられ、残りの第１くぼみ（７）あるいは第２くぼみ（８）が非通気性であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の金属箔（１）。
5. 波頂（５）と波底（６）が金属箔（１）の高さ（１０）を形成し、第１くぼみ（７）の深さ（９）が高さ（１０）の５０％〜２０％の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の金属箔（１）。
6. 波頂（５）と波底（６）が金属箔（１）の高さ（１０）を形成し、第２くぼみ（８）の深さ（９）が高さ（１０）の１００％〜４０％の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の金属箔（１）。
7. 第１くぼみ（７）が金属箔（１）の端面（１１）に続いていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の金属箔（１）。
8. フィルタ材料（１３）と支持構造物（１４）から成る複合体（１２）において、支持構造物（１４）が請求項１ないし７のいずれか１つに記載の金属箔（１）を有し、少なくとも第１くぼみ（７）あるいは第２くぼみ（８）がフィルタ材料（１３）の受け部（１５）を形成していることを特徴とする複合体（１２）。
9. フィルタ材料（１３）が、少なくとも部分的に第１くぼみ（７）あるいは第２くぼみ（８）の深さ（９）に相当した材料厚さ（１６）を有していることを特徴とする請求項８に記載の複合体（１２）。
10. 少なくとも部分的に組織化された金属箔を有し、該金属箔が多数の通路（１８）が形成されるように配置されているハニカム体（１７）において、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の組織化された少なくとも１枚の金属箔（１）を有していることを特徴とするハニカム体。
11. 通路（１８）の少なくとも一部が、少なくとも第１くぼみ（７）あるいは第２くぼみ（８）に対して通気性をもって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のハニカム体。
12. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の少なくとも１枚の金属箔（１）、請求項８又は９に記載の少なくとも１個の複合体（１２）、あるいは請求項１０又は１１に記載の少なくとも１個のハニカム体（１７）を有することを特徴とする自動車用内燃機関（２０）の排気ガス処理装置（１９）。

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