JPH02280842A - 排ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排ガス浄化触媒に用いられるメタ
ル担体に関する。

［従来の技術］ 排ガス浄化触媒用メタル担体として、例えば特開昭５６
−４３７３号公報などにみられるように、第４図に示す
ような平板１０１と波板１０２とを重ねてロール状に巻
いてハニカム部１００を形成し、そのハニカム部１００
を金属製外筒２００内に収納したものが知られている。

このメタル担体では、ハニカム部１００の平板１０１と
波板１０２、および外筒２００とハニカム部１００とは
、通常ロウ付けによって一体的に接合されている。

このメタル担体では、ハニカム部１００のハニカム通路
表面にアルミナなどからなる触媒担持層が形成され、そ
の触媒担持層に貴金属触媒が担持されて排ガス浄化触媒
とされる。そして内燃機関の排気通路に配置され、排気
ガス中のＨＣ，Ｃｏ、ＮＯＸなどを浄化する。なお、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
確保するのが望ましいことから、平板１０１および波板
１０２の厚さは強度を維持できる範囲でできるだけ薄く
されている。

ところで、ハニカム部を通過する排気ガスは、ハニカム
部の外周部に比べて中心部はど流速が大きい。したがっ
てメタル担体では、高温の排気ガスとの接触および触媒
反応による発熱により、中６部はと高温で外周部はど低
温となる温度分布が生じる。このためハニカム部の中心
部はど熱による彫版および冷却時の収縮量が大きく、外
筒の彫版および収縮量が最も小さい。ここでハニカム部
を構成する平板と波板の板厚は、一般に外筒の板厚より
もかなり小さい。また、ハニカム部と外筒とは一般に材
質が異なるため、熱膨張率も異なる。

したがって彫版および収縮の最の差により発生する応力
は、第３図Ａに示すように、ハニカム部と外筒の境界部
分に集中する。しかしながらハニカム部と外筒の境界部
分では、ハニカム部の波板の剛性が小さいため、第５図
に示すように外筒２００と接合されている頂部の両側の
部分で波板１０２が破断する場合があった。

また、冷熱耐久試験を長時間行なった場合にも、最外周
の波板の部分で破断が生じる場合があった。

すなわち加熱時には熱膨張率の違いにより、ハニカム部
と外筒との彫版量に差が生じる。一般にハニカム部の方
が大きく彫版するが、最外周の波板の彫版は外筒で規制
されるため、最外周の波板に塑性変形が生じる場合があ
る。特に高温の状態では塑性変形が生じやすい。そして
メタル担体が冷却されると、ハニカム部は外筒に比べて
一般に大きく収縮する。したがって彫版、収縮の繰返し
により、ハニカム部の最外周の波板には金属疲労が生じ
、最終的には第５図に示すのと同じ部分で破断が生じる
場合があった。さらに、メタル担体製造時のロウ付けの
際にはメタル担体は１２００’Ｃもの高温となり、ハニ
カム部と外筒との彫版の差が一層生じやすく、上述と同
様にハニカム部の最外周波板に塑性変形が生じ、冷却時
に外筒と接合された波板頂部の両側の部分が破断する場
合があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、ハ
ニカム部と外筒との間の温度分布の違いおよび熱膨張率
の違いから生じる応力の集中を緩和して、ハニカム部の
破断を防止することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の排ガス浄化触媒用メタル担体は、平板と波板と
を重ねてロール状に巻いて形成されたハニカム部と、ハ
ニカム部が収納される外筒とよりなるメタル担体におい
て、 ハニカム部の外周表面と外筒の内周表面との間には、ハ
ニカム部の外周表面を少なくとも一周し平板および波板
の板厚より厚く外筒の板厚より薄い板厚の補強波板が介
在していることを特徴とする。

ハニカム部は、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同一板厚を有して
いる。この平板および波板は、従来と同様に例えばＡＱ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金、ステンレス鋼などから形成される。

そして上記したように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。このハニカム部は、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上げら
れて形成され、外筒に収納後加熱される。これにより平
板と波板とは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。

外筒は例えばステンレスｗＡ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、通常１〜２
ｍｍ程度である。

本発明の最大の特徴は、ハニカム部の外周表面と外筒の
内周表面との間に補強波板が介在しているところにある
。

補強波板は、その板厚がハニカム部を構成する平板およ
び波板の板厚より厚くされる。例えば平板および波板の
１．１〜１０倍程度の板厚が好ましい。これにより補強
波板はハニカム部より剛性が高くなり、破断を防止する
ことができる。なお、補強波板の板厚は外筒の板厚、よ
り小さいことが必要である。外筒の板厚と同等以上とな
ると、補強波板の剛性が高くなり過ぎて変形が困難とな
り、ハニカム部に発生した応力を吸収するのが困難とな
る。

補強波板は波板形状をなしている。これにより補強波板
は、ハニカム部の膨張または収縮の力を受けて弾性変形
可能であり、ハニカム部への応力集中を緩和することが
できる。補強波板の弾性変形を容易とするために、例え
ば補強波板の波のピッチをハニカム部の波板のピッチよ
り大きくするのが好ましい。あるいは、補強波板の波の
高さをハニカム部より大きくすることも好ましい。この
ように構成することにより補強波板が弾性変形しやすく
なって、ハニカム部に発生した応力を一層吸収しやすく
なる。ざらに、補強波板にざらに小さな波を設けてもよ
い。このようにすれば、補強波板が一層弾性変形しやす
くなる。

また、補強波板の材質はハニカム部または外筒と同様と
することもできるが、熱膨張率が外筒とハニカム部の中
間の値となるような材質を選択することが望ましい。こ
のように構成することにより、補強波板の膨張または収
縮の量がハニカム部と外筒の中間程度となり、膨張また
は収縮の量の急変が防止される。これによりハニカム部
と補強波板との間、および補強波板と外筒との間にそれ
ぞれ発生する応力を小さくすることができる。

補強波板はハニカム部の外周表面を少なくとも一周する
ように形成される。その際巻き層数は、ハニカム部の外
径およびハニカム部と外筒の彫版係数の差によって最適
な層数に設定する。なお、−周以上とする場合は、補強
波板と同等の板厚の平板を介在させてもよい。

補強波板はハニカム部の波板表面に形成することもでき
るが、ハニカム部に発生する応力を充分受けるためには
、ハニカム部の平板表面に形成するのが望ましい。なお
、補強波板とハニカム部とは、一体としてもよいし別体
とすることもできる。

［作用］ 本発明の排ガス浄化触媒用メタル担体では、ハニカム部
と外筒との間に平板および波板より板厚が厚い補強波板
が介在している。したがってハニカム部の膨張または収
縮の動きによる応力が最も集中する外筒との境界部分に
は補強波板が介在し、その剛性が大きいためその境界部
分における破断が阻止されている。

また補強波板は波板形状である。したがって高温に加熱
された場合に膨張したハニカム部の力が補強波板に作用
すると、補強波板はハニカム部と外筒の間で弾性変形し
てハニカム部の変形に追従する。これによりハニカム部
に生じた応力は、ハニカム部と補強波板との接触部分と
補強波板と外筒との接触部分に分散され、ハニカム部に
作用する応力が小さくなる。また冷却時にハニカム部が
収縮すると、それに伴って補強波板も変形するためハニ
カム部に発生する応力が小さくなる。すなわち補強波板
の変形によりハニカム部と外筒との接触部への応力集中
が緩和され、ハニカム部の破断が防止されている。

すなわち本発明のメタル担体によれば、ロウ付は時や冷
熱耐久試験においてもハニカム部の破断が生じることが
防止され、排ガス浄化触媒として使用時の耐久性が著し
く向上する。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。

第１図に本発明の一実施例の排ガス浄化触媒用メタル担
体の構成を説明する斜視図を、第２図にその要部断面図
を示す。このメタル担体は、ハニカム部１と、補強波板
２と、外筒３とより構成される。

ハニカム部１は、板厚０．０５ｍｍのＡ３２−Ｃｒ−Ｆ
ｅ合金製平板１０と、この平板１０を波状に曲折して形
成された波板１１とから構成されている。そして平板１
０と波板１１とを重ね、平板１０を表側にしてロール状
に巻いて形成されている。なお、波板１１の頂部と平板
１ｏとの間にはロウが介在し、平板１０と波板１１とは
ロウ付けにより一体的に接合されている。

補強波板２は、ＡＱ−Ｃｒ−Ｆｅ合金がら形成され、そ
の板厚は０．１ｍｍである。そして波のピッチは波板１
１より大きく、波の高さも波板１１より大きくなってい
る。この補強波板２は、ハニカム部１の外周表面に１周
を僅かに超えて巻がれ、ハニカム部１とロウ付けにより
一体的に接合されている。

外筒３はステンレス鋼から形成され、板厚１゜５ｍｍの
円筒状をなしている。そして外筒３内に補強波板２が巻
かれたハニカム部１が収納され、外筒３と補強波板２は
ロウ付けにより一体的に接合されている。

なお、補強波板２の線彫版率は１．３５Ｘ１０−６／℃
、ハニカム部１は１５Ｘ１０−６／”Ｃ１外筒３は１２
Ｘ１０″″６／’Ｃであって、補強波板２はハニカム部
１と外筒３のほぼ中間の値を示している。

本実施例のメタル担体では、ハニカム部の膨張または収
縮の動きによる応力がもつとも集中する外筒３との境界
部には、板厚が平板１０および波板１１より厚い補強波
板２が介在している。したがってその部分の剛性が大き
いので、破断が防止されている。また、補強波板２は波
板形状であり、かつ波のピッチおよび高さは波板１１よ
り大きく、しかも熱彫版率がハニカム部１と外筒３の中
間にある。したがってハニカム部１の膨張または収縮の
動きにより補強波板２は容易に弾性変形し、ハニカム部
１と外筒３との接触部への応力集中を緩和する。これに
よりハニカム部１の破断も防止されている。ちなみに本
実施例のメタル担体の、外周部分から内周に向かう膨張
または収縮の応力の分布を第３図Ｂに示す。第３図から
、本実施例のメタル担体は従来品に比べて応力の集中が
緩和されていることが明らかである。なお、補強波板２
とハニカム部１の材質を同じにしても（線膨服係数が同
じ）、波形状を変更した効果が残り、中間の線膨張係数
を用いた場合と同様の効果が確保できる。しかしその際
は、補強波板の巻き層数は、中間の線膨張係数を用いた
場合に対し１．５〜２倍程度とすることが望ましい。

したがって本実施例のメタル担体においては、ロウ付時
に破断が生じず製品不良率が低減される。

またこのメタル担体から形成された排ガス浄化触媒にあ
っては、長期間の使用においても破断が生じず、耐久性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例のメタル担体に
関し、第１図はその構成を示す斜視図、第２図はその要
部断面図である。第３図はメタル担体の厚さ方向の応力
分布を示すグラフである。 第４図は従来のメタル担体の側面図、第５図は従来のメ
タル担体の破断部分を示す要部断面図である。 １・・・ハニカム部　　２・・・補強波板　　３・・・
外筒１０・・・平板　　　　　　　　　１１・・・波板
特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　　弁理士　　　大川　宏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　平板と波板とを重ねてロール状に巻いて形成さ
   れたハニカム部と、該ハニカム部が収納される外筒とよ
   りなるメタル担体において、 該ハニカム部の外周表面と該外筒の内周表面との間には
   該ハニカム部の外周表面を少なくとも一周し該平板およ
   び該波板の板厚より厚く該外筒の板厚より薄い板厚の補
   強波板が介在していることを特徴とする排ガス浄化触媒
   用メタル担体。