JPS63286221A - 巻き付け及び折り重ねハニカムコアにおいて使用される耐食波形金属薄片 - 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、特に、触媒コンバーター、ディーゼル・トラ
ップ、復熱装置、拡散装置及び同様な応用において使用
される、巻き付けられ折り重ねられたハニカムコア（ｈ
ｏｎｅｙｃｏｍｂ　　ｃｏｒｅ）の分野に関する。

従来の技術 １９７０年以来、例えば、ディーゼル・エンジンやター
ビンのような火花点火又は圧縮点火の内燃機関の排気に
おいて見いだされるような熱循環腐゛食雰囲気において
最大５０００時間の動作期間の後・構造的完舎さを有す
るパ°力６″アに対する需要が増大してきた。

参照のために記載する、１９８６年２月１８日提出の同
時係属出願第８３０．．６９’８号において開示された
ｊうに、これらの応用に使用されるハニカムコアは触媒
物質で被覆され、そして触媒コ−ンバーターとして使用
することができる。代替的に、そのようなコアは熱循環
腐食に耐えるように被覆することができ、そしてディー
ゼル・エンジンの微粒子トラップ、復熱装置又は拡散装
置として使用されうる。

ハニカムコアは、螺旋状巻き付は又は蛇腹状折り重ねの
いづれかで作製される。先行技術］アの幾つかは、交互
に平坦及び波形の基板層から成る。

代替的に、コアは、例えば０．００１インチ（約０−０
２５ｍｍ）乃至０．０１０インチ（約０．２５ｍｍ）（
薄金属）の最小厚の波形基板の隣接層から形成され、そ
して隣接層における波形のぴったりとした重なり合い（
ｎｅｓｔｉｎｇ）が生じないようなパターンを含む。例
えば、基板におけるヘリンボーン（ｈｅｒｒｉｎｇｂｏ
ｎｅ）又は正弦波パターンは、基板がそれ自身に折り重
ねられる時、それ自体にぴったりと重ならない。さらに
、一対の波形パターンの基板の一方が、折り返され又は
ひつくり返され、そして一対の他方に対し巻き付けられ
る時、ぴったりと重ならない。

ハニカムコアの大量生産においてぴったりとした重なり
が生じないことは重要である。というのは、隣接する波
形がぴったりと重なるならば、その場合波形積層に垂直
なコアの全断面は減少され、これは、閉じ込め容器中で
のコアの緩みにつながるためである。これは、実質的に
、支持されていない積層の振動につながる。積層の振動
は、コアの断面の周期的破損につながり、そして最終的
に全体としてコアの破局的破損につながる。

サラに、ハニカムコアの大量生産におイテ、基板材料は
、特に最も一般に使用されるセラミ・ンク３一 基板の費用に関して、高価であるために、材料の使用を
最少に保つことが絶対に必要である。コア構造が、「混
合流れセル構造」又は「混合流れコア」として公知の、
相似状に形成された波形の層の間に配置されしかも互い
に重なり合わないように１８０度だけ並置されたパター
ン化した波形を有する基板の交互の層から成り立つなら
ば、２０パーセント小さな基板が一定のコアサイズに対
し必要とされる。

混合流れセル構造は、流体の分子が傾斜したセル壁を打
ちそしてコアのセル壁によって保持された触媒によって
触媒作用を及ぼされるので、直線または環状セルと比較
して、より多数の接触が流体の分子に対し行われるとい
う利点をさらに有する。

ぴったりと重なり合うことは、隣接する平坦及び波形基
板の積層に対しては問題ではないが、ぴったりとした重
なり合いは、混合流れセル構造の場合において、上記の
理由のために、重要な問題である。それにも拘わらず、
混合流れセル構造は、結局、環状セル構造と比較して非
常に多数の利点を有するので、それは大量生産されるハ
ニカムコアのためにますます使用される。

ジェームズ・アール・モントは、「復熱式熱交換器用マ
トリックス」と題する１９６５年５月１８日発行の米国
特許第３．１８３．９６３号において、復熱装置のため
のヘリンポーン・パターンを記載している。チャツプマ
ンは、「巻き付は薄片構造」と題する米国特許第４．３
１８，８８８号において、コアに形成された時ぴったり
と重なり合わないヘリンポーン・パターンを記載してい
る。

ケルンズは、「本体製作の方法」と題する米国特許第４
．０９８．７２２号において、隣接面□がぴったりと重
なりが合わない可変ピッチの波形を記載している。ホイ
ッテンバーガーによる同時係属米国特許出願において、
ぴったりと重なり合わないように、ハニカムコアの隣接
層において混合流れ正弦波形及びヘリンポーン・パター
ンの設計を最適化する手段が記載されている。

自動車現場業務の苛酷さに耐えることが期待されるハニ
カムコアの生産において、波形の幾何学的配列及びパタ
ーンの設計と共に、波形混合流れ基板製造プロセスが考
慮されなければならない。

薄い波形基板を製造する最も実際的手段は、対向して互
いにかみ合うはすば歯車により、先端及び後端部分を有
する金属薄片の細片をロール形成することである。対向
する歯車の歯の設計は、基板に刻印される波形の波形パ
ターン、ピッチ及び大きさを指示する。パターンの性質
は、薄片基板中の内部応力を順次指示する。基板が回転
する対向した歯車に引き込まれる時基板が引張り状態に
ある場合、基板の薄板化（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）が常に行
われ、又は代替的に、基板が圧縮状態にある場合、厚板
化又は集束化（ｂｕｎｃｈｉｎｇ）が行われる。

小直径ロール形成歯車の間の波形の成形方法は、上記の
出願第８．３０．６９８号において説明される。

基板材料の性質は、「ハニカム構造を有する金属触媒担
体及び同一物を作製するための方法」と題するレタリン
グの米国特許第４．４０２．８７１号において記載され
る。この基板は、金属が対向する歯車を通って加工され
る時、波形の領域においてステンレス鋼ベース材料と共
に外側のアルミニウム被覆を薄くする傾向があり、この
波形の領域において、引き伸ばし又はぢ１張りが小直径
歯車による形成製造プロセスにおいて発生する。ハニカ
ムコアのためのステンレス鋼金属薄片において現行技術
の別の見地を表す別の基板（即ち、アルミニウムが薄片
状でありそしてアルミニウム酸化皮膜を形成するために
外側に拡散する）は、「鉄−クロム−アルミニウム合金
と物品とその方法」と題する米国特許第４，４１４．０
２３号においてアゲン及びポーンマンにより示される。

発明が解決しようとする問題点 上記の２つの特許によって扱われた材料の場合、こうし
て形成された金属は、交互するパターン全体中に、薄片
の幅に渡りかつ長さに沿って、交互に引き伸ばされかつ
圧縮される。交互するヘリンボーン・パターンの場合、
最も引き伸ばされ圧縮される位置は、パターンの頂点に
あるか又はバター８＝ −ンが方向を変える位置である。

起伏する反復の波形パターンは、それらの幾何学的配列
に拘わらず、正弦波、ヘリンポーン又は他の波形又はパ
ターンであっても、圧縮及び引張り状態の交互する頂点
によって特徴づけられる。

引張り状態の頂点において金属は薄くされ、金属は、局
所化された応力立ち上がり（ｒｉｓｅｒ）の生成に加え
て、内燃機関の排気流又はディーゼル微粒子トラップ及
びタービン・エンジンの復熱装置に関連した高温再生モ
ードにおいて先に述べ遭遇した、コアにおける熱循環腐
食破損及び構造的弱点を被る傾向がある。

このため、最少の引張り及び圧縮応力立ち上がりを有す
るパターンを記載することが、本発明の主な目的である
。

問題点を解決するだめの手段 簡単に言えば、本発明は、縦に延びる平行な周辺縁を有
する、ぴったりと重なり合わない蛇腹状に折り重ねられ
又は螺旋状に巻き付けられた波形薄金属細片の、高温に
おける腐食による破損を最少化する（又は寿命を長くす
る）方法において、波形付は歯車の間を該金属細片を通
過させることにより縦Ｉこ走行する連続した山と溝で該
薄金属細片に波形を付けることから成り、該山及び溝の
各々は該金属細片の縦周辺縁の間に延びる直線から偏向
しかつその直線に戻る１つの縦に延びる変位を含み、該
偏向は波形付は歯車を通過する該細片の移動方向に延び
、これによって縦に延びる偏向の最大部は、かみ合う波
形付は歯車に接触する最初の部分であり、そしてその結
果圧縮されることを特徴とする方法である。

本発明のさらに特定の実施態様においては、変位は平行
な周辺縁の間に垂直に延びる仮想線からの変位であり、
そして多くの場合変位は頂点を有するＶ形状又は山形形
状の形式であり、又は該仮想線からの最大の偏向は、回
転する波形付は歯車に接触する最初の部分でありかつ歯
車を離れる最初の部分である。これは、後に示されるよ
うに、破損の点である頂点の回りの金属を、引張り状態
の代わりに圧縮状態に置く。波形はまた、びったりと重
なり合わないためのシヌソイド・パターンとすることが
でき、そしてそのパターンにおいて方向を逆転する領域
を離れる最後の部分において同様な種類の破損を表す。

以下に述べる本発明は、添付の図面を参照してさらに良
く理解されるであろう。

図面において、歯の右側の長い矢印は、波形付は歯車を
通る薄金属細片の移動方向であり、そして波形パターン
の方位を示す。

上記のように、アルミニウム金属の非常に薄い被覆を有
するフェライト物質を含む、薄金属細片の波形付けにお
いて、個々の波形の方向における変化の数と方向に注意
をすることは決定的に重要であることが分かっている。

薄金属細片の幅を横断する仮想直線からのそのような方
向の変化又は偏向は、ぴったりと重なり合わない特性の
達成にとり本質的であり、その重要性は上記で注意され
た。不幸にも、ぴったりとした重なり合い問題を陳述す
る先行技術の方法は、加速された腐食検査（第５図）の
下で腐食の問題を示す。起伏する反復波形パターンは、
薄金属の幅を横切る仮想直線のいづれかの側に対する最
大偏向点又は変位点の交互する頂点により特徴づけられ
る。波形付は歯車の回転の効果のために、起伏する波形
パターンは、圧縮と引張りの交互する点を生成する。こ
の効果は、正弦波、ヘリンボーン又は他の波形又は反復
パターンであっても、波形のラインの幾何学的配置に独
立である。

試験により、圧縮された点又は領域は、引張りにある点
よりもずっと長い腐食条件への露出に耐えることが示さ
れた。添付の図面において、第１−４図は、種々の程度
の応力立ち上がりを生成する多数の波形パターンを示す
。一様な圧縮応力立ち上がりが存在する程度に、（触媒
コンバーターにおけるように）波形薄金属触媒基板が極
度の熱循環及び腐食環境に置かれる時、ある程度の腐食
が発生する。こうして、不連続な数とそれらが形成され
る方向を制限することだけでなく、偏向の角度を制限す
ることも又重要である。これらの３つの条件に注目する
時、極度の排気条件の下で腐食に対する耐性において最
良の結果が獲得される。

今、さらに具体的に第１図と第２図を参照すると、図式
的断片の平面図と断面図で、本発明の好ましい実施態様
が示される。薄金属細片ＩＯ１望ましくはフェライト・
ステンレス鋼細片が提供され、これは、内燃機関の排気
を処理する際に有用な触媒部材を形成するための触媒的
に活性なコア材料を形成するために、同時係属出願第８
３０゜６９８号において開示されたプロセスにより処理
されている。細片ｌＯは、平行な周辺縁１２と１４を有
し、そして実際に、例えば４インチ（約１０ｃｉｎ）所
定幅のロールから出て来る。波形１６は、前述の第８３
０，６９８号において十分に記載されたように、小直径
の分割されかつ対向して配置された螺旋波形付はロール
の間を細片ＩＯを通過させることによって細片中に刻印
される。歯車を通論する移動方向はライン１７によって
示され、そして先端部分１１が最初に歯車を通って進行
し、そして後端部分１３が続く。添付の図面において、
第２図を除いて、波形の山のみが示され、第２図におい
ては山１６と谷１８が示される。実際に、波形の山から
山のピッチは約２ｍｍであり、そして深さは約１ｍｍで
ある。

第１図における山１６は、■形状又は山形形状を有し、
周辺縁１２と１４の間に延びる仮想直線２２からの単一
の偏向２０を有する。第１図に示された実施態様におい
て、仮想直線２２は点線で示され、そして周辺縁１２と
１４に垂直であり、本質的ではないにも拘わらず好まし
い構成である。

細片ＩＯの移動の方向は、図の右側にライン１７によっ
て示される。

偏向２０の各々は、単一の頂点２４を有し、好ましくは
、金属細片の共通縦軸２６に沿ってあり、そして平行な
周辺縁１２と１４の間の中間にかつそれらに平行に位置
する。ライン１６．２２によって示された角度は、一般
に、約２．５度乃至７度であり、そして好ましくは、図
示されたように３度乃至５度である。この角度を極めて
小さく保つことによって、山１６のラインに対する方向
変化の領域における金属の応力の程度は最少に保たれる
が、それにも拘わらず、それは、例えば、有限長の該細
片１０から触媒部材を構成するために、波形金属薄板が
螺旋状に巻き付けられるか又はジグザグ式に前後にそれ
自身に蛇腹状に折り重ねられる時、対向する表面のぴっ
たりとした重なり合いを防ぐために十分である。

第３図は第１図に類似する。図示された金属細片３０は
平行な周辺縁３２と３４を備えている。

この実施態様において、山３６の外形は、曲線、好まし
くはシヌソイドの弧の形状であり、そして周辺縁３４か
ら周辺縁３２に延びる。仮想直線、例えば、点線４０、
に沿った最大偏向点３８は、望ましくは、再び、平行周
辺縁３２と３４から等距離で平行な中央線４２に沿っで
ある。この実施態様において、曲線３６に対する接線４
３は、上記と同様に３度乃至５度の好ましい角度を有す
る。

細片３０の断面は第２図に示された如くである。

第４図は、■形状の山ラインの頂点が切り詰められたこ
とを除いて、第１図及び第３図と同様である。こうして
、周辺縁５１と５３の間の中間の中点ライン５４に沿っ
て、一様に縦に間隔をあけて配置された複数の山ライン
５２を有する、薄金属細片５０が示される。しかし、波
形山ライン５２の各々は、平行な周辺縁５１と５３から
等距離の各端部５８．６０において線分５６を提供する
ために切り詰められる。角度をなして配置された線分６
２と６４の傾斜は上記のように３度乃至５度であ葛が、
線分６２と線分５６の間の角度は第１図の２４における
頂点角度の場合よりも大きいことが注目される。このた
め、第４図の頂点５８における応力立ち上がりは、第１
図よりも小さく、そしてこのため腐食を受けにくい。そ
れにも拘わらず、外形は、上記のように折り重ねられ又
は巻き付けられた時、ぴったりしたと重なり合いを防ぐ
ために適切である。

第５図は、先行技術の波形細片７０の実施例を示す。こ
の細片は平行な周辺縁７２及び７４と、仮想中央線７６
と、周辺縁７２と７４の間に垂直に延びる仮想直線７８
とを有する。各波形は、図示された実施態様において、
波形付はロール（図示されていない）を通過する細片７
０の移動方向に延びる２つの山形頂点８０を有すること
が観察される。また、逆山形頂点８２が存在する。頂点
８０と８２を有する山形は仮想直線７８に沿っである。

第５図に示された形状の波形を有する有限長の波形薄金
属細片から準備されたコアが、蛇腹状に折り重ねられ、
そして混合流れハニカムとして触媒コンバーターに挿入
され、そして故意に濃厚にされた自動車エンジンの排気
流において約４時開平氏約２１００度（約１１４９℃）
において運転される時、ピンホール腐食位置８４（第５
図）は、頂点８２が引張り状態にある仮想線７８の一行
おきにのみ出現することが見いだされた。

第１−５図に示された断片的細片の総ては、第２図に示
されたような断面を有した。

こうして、応力立ち上がり点（山形形状波形における頂
点）の数、波形付はロールを通る移動方向に対するその
方向及び頂点の鋭さは、総て、一連の波形を有する薄金
属板から形成された触媒媒体の耐腐食性に影響を与える
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により、■形状又は山形形状波形を有
する、波形薄金属細片の断片的な概略平面図。 第２図は、波形を形成又は規定する山と谷を示し、第１
図に示された細片の断面図。 第３図は、本発明により、波形を形成又は規定する弓形
の山と谷を有する波形薄金属細片の断片的な概略平面図
。 第４図は、波形を形成又は規定する切り詰められたＶ形
状又は切り詰められた山形形状の山と谷を有する波形薄
金属細片の断片的な概略平面図。 第５図は、薄金属細片の幅に渡って複数のＶ形状又は山
形形状の山と谷を有する従来の波形薄金属細片の断片的
な概略平面図。 図中、１Ｏ１３０，５０及び７０は薄金属細片、１２．
１４．３２．３４は平行な周辺縁、１６は波形の山、２
２は仮想直線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、縦に延びる周辺縁を有する、ぴったりと重なり合わ
   ない蛇腹状に折り重ねられ又は巻き付けられた波形薄金
   属細片の、高温における腐食による破損を防止する方法
   において、波形付け歯車の間を該金属細片を通過させる
   ことにより縦に走行する連続した山と溝で該薄金属細片
   に波形を付けることから成り、該山及び溝の各々は該金
   属細片の縦周辺縁の間に延びる直線から偏向しかつその
   直線に戻る１つの縦に延びる変位を含み、該偏向は波形
   付け歯車を通る該細片の移動方向に延び、これによって
   縦に延びる偏向の最大部は、最初にかみ合う波形付け歯
   車に接触しそしてその結果圧縮される方法。 ２、縦に延びる周辺縁を有しかつ高温において耐腐食性
   がある、所定長さの波形薄金属細片において、該細片は
   、縦に走行する連続した交互する山と谷を備えるために
   、先端部分から後端部分の長さ全体にわたって縦軸に沿
   って波形が付けられ、山と谷の各々は該周辺縁の間で横
   に延びる直線から偏向しかつその直線に戻る軸方向に延
   びた変位を含み、該偏向は先端部分の方向に延び、そし
   て該直線からの該偏向の最大部は圧縮される波形薄金属
   細片。 ３、波形が山形形状を有し、頂点の夾角が約１６０度乃
   至約１７６度である特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。