(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形凹凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板からなる平板材とが、相互に当接して重なり合い、かつろう材によって接合され、ロール状に巻かれて形成された多数の網目状通路を備えたハニカム体と、該ハニカム体の外側面を覆う外筒とを有する触媒装置用メタル担体において、
前記波板材と平板材及び前記ハニカム体と前記外筒とを接合するろう材のろう付部領域が、前記ハニカム体の軸方向中央部からガス出口部までの範囲にあり、
前記ハニカム体の触媒を担持する範囲が、ガス入口部から前記ろう付部領域の手前までの間にあることを特徴とする触媒装置用メタル担体。
【請求項２】
前記外筒が、ハニカム体の前記軸方向中央部から下流側を覆い、かつ前記ハニカム体の前記ろう付部領域でろう材によってハニカム体に接合される、請求項１に記載の触媒装置用メタル担体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に用いられるハニカム体をなす触媒装置用メタル担体に関し、特にロール状ハニカム体の触媒装置用メタル担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気ガス浄化装置に用いられる触媒装置用メタル担体は、図２に示すように、薄い金属の平板材３２と波板材３１の間に、板材の軸方向全長に亘る範囲Ｘにおいてろう材３３を介在させて、平板材３２と波板材３１を重ねて、図２（Ｂ）に示すように、中心からロール状に巻き込んでハニカム体３４を形成し、真空炉を使用してろう材３３を溶融させ、板材の触媒部分において接合を行っていた。ろう材にはＮｉ基ろう材を用い、かつ平板材と波板材にはフェライト系ステンレス材料が使用されていた。そのようにして形成されたハニカム体３４を金属製外筒３５内に収容したものが触媒装置用メタル担体３０として知られている（例えば特開昭５６−４３７３号公報）。
【０００３】
ハニカム体のハニカム通路表面には軸方向全長に亘ってアルミナ等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気ガス浄化触媒の役目をなす。そして内燃機関の排気通路に配設されて排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯX等を浄化する。なお限られた容積中にできるだけ多くのハニカム通路面積を確保する必要から、平板材及び波板材の厚さは強度を維持できる範囲内でできるだけ薄くなっている。
【０００４】
上述した従来の触媒装置用メタル担体においては、ハニカム体を通過する排気ガスの流速がハニカム体の外層部より内層部に至るほど大きく、したがってハニカム体では高温の排気ガスとの接触、触媒反応による発熱及び外筒からの熱放散により、内層部ほど高温で外層部ほど低温となる温度分布を生じる。さらにまた、ハニカム体のガス入口側は、高温度の排気ガスの流入によって触媒反応が特に活発に起こるため、ろう付け部にかかる昇温および冷却の速度が速く、ろう付け部に熱衝撃がかかりやすい。
【０００５】
したがって、メタル担体のガス入口側では出口側に比べ、板材および板材のろう付け部に生じる熱応力が大きくなって、図３（Ａ）に示すように、ろう付け位置が２箇所以上設けられた場合には熱応力による歪の逃げ場が無くなって、図３（Ｂ）に示すように、ハニカム体の変形やろう付け部の亀裂による破断が生じ易く、また図４（Ａ）に示すように、ろう付け部のろう材３３およびろう付け影響部３７が、高温による酸化のために劣化して強度が弱くなるという欠点がある。
【０００６】
これらの欠点を除くために、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、外側から２層以上の範囲において平板材３２を２枚重ねとし、その２枚の間は接合せず単に重ねられている、いわゆる部分的平板二重構造のハニカム体３４ａを含むメタル担体４０が開示されており、さらに、ハニカム体の巻き始めから巻き終りまでの平板材を２重にした、いわゆる全層平板二重構造のハニカム体を含むメタル担体も開示されている。これら２種の平板二重構造のハニカム体においては、いずれも平板材と平板材の間はろう材による接合は行われず、加熱冷却により発生する熱応力を２枚の平板材の間のスベリによって吸収緩和して、ろう付け部の亀裂を防止している。
【０００７】
またろう付け部分が酸化による劣化のため強度が低下する欠点を除くため、図４（Ｂ）に示すように、ろう材３３の母材３６への拡散深さ、すなわちろう付け影響部３７の深さを母材３６の板厚未満に抑える接合方法が開発されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の平板二重構造をなすハニカム体においては、二重構造の平板材の間がろう材による接合が行われていないために、波板材と平板材との間のろう付け部分の亀裂の発生は防止できるが、激しい振動を伴うような厳しい運転条件の場合には、接合されていない２枚の平板材が軸方向にずれる、図６に示すようないわゆるテレスコーピング現象を生じるという欠点があり、特にハニカム体の軸方向長さが短い（例えば３０ｍｍ以下）場合や、ハニカム体の外径が大きい場合にはテレスコーピング現象を生じやすいという欠点がある。
【０００９】
この欠点を除くため、平板二重構造を有するハニカム体に接してその下流に直列に、板材間がろう材で接合されかつ触媒を担持しない別のハニカム体を配列して、前者のハニカム体に生じるテレスコーピング現象を抑える方法があるが、製作コストが高くなるという欠点がある。
【００１０】
またろう付け部分が酸化によってその強度が低下することを防止するための、ろう材の母材への拡散深さを抑制する上述の処理方法においては、ろう付け部の酸化寿命を延長しうるもののその効果は充分でなく、ハニカム体が脱落するという欠点は解消されていない。
【００１１】
本発明の目的は、ハニカム体に生じる熱応力を緩和して、ハニカム体の変形やろう付け部の亀裂を防止しうるメタル担体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の触媒装置用メタル担体は、帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形凹凸を形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板からなる平板材とが、相互に当接して重なり合い、かつろう材によって接合され、ロール状に巻かれて形成された多数の網目状通路を備えたハニカム体と、ハニカム体の外側面を覆う外筒とを有する触媒装置用メタル担体において、
波板材と平板材及びハニカム体と外筒とを接合するろう材のろう付部領域が、ハニカム体の軸方向中央部からガス出口部までの範囲に設けられており、またハニカム体の触媒を担持する範囲が、ガス入口部からろう付部領域の手前までの範囲に設けられている。また外筒が、ハニカム体の軸方向中央部から下流側を覆い、かつハニカム体のろう付部領域でろう材によってハニカム体に接合されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の触媒装置用メタル担体の実施の形態の図であって、図１（Ａ）は軸を含む縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を構成する各部材の関係を示す模式的縦断面図、図１（Ｃ）は別の実施の形態の軸を含む縦断面図である。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）において、波板材１は、帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形の凹凸を形成した板材、平板材２は、平坦な帯状の薄い金属板より形成した板材であって、幅の狭い箔状の２本のろう材３ａ，３ｂをそれらの板材の間に挟んで重なり合い、重なり合ったこれら板材を長手方向の一方の端部から軸の周りにロール状に巻いてハニカム体４が形成されている。
【００１５】
ろう材３ａ，３ｂによって形成されるろう付部領域３の軸方向の範囲は、ハニカム体４の軸方向中央部からガス出口部４ｂの範囲内とする。但しハニカム体４のガス出口部４ｂの端縁より軸方向５ｍｍの範囲内にはろう付けを施さない。これはろう材の溶融特に溶けたろう材が出口部４ｂの端縁より外部へ流出することを防止する為である。ろう付け部領域３の軸方向の巾は、ハニカム体４の軸方向長さの１０〜３０％が好適である。図１においては、平板材２と波板材１との間に挟まれた各１本のろう材３ａ，３ｂについて記載してあるが、必ずしも１本に限定されるものでない。
【００１６】
ハニカム体４が触媒を担持する範囲Ｗは、ハニカム体４のガス入口部４ａからハニカム体４の軸方向長さの５０〜８０％迄の範囲とする。但し触媒がろう付け部に掛らないように、ろう付け部領域３から５ｍｍ以上離すようにする。
【００１７】
外筒５は、ハニカム体４の外側面を覆う厚さ１〜３ｍｍの金属板で形成された円筒形の筒で、ハニカム体４にろう付け部領域３においてろう付けされ、さらにハニカム体４を保持するために不図示のマフラー等に溶接によって固定されている。
【００１８】
上述の図１（Ａ）、（Ｂ）に示すメタル担体においては、巾の狭いろう付部領域３におけるろう付けが、ハニカム体４の軸方向中央部から出口部４ｂの範囲内で行われ、さらにろう付部領域３の軸方向巾がハニカム体４の軸方向長さの１０〜３０％と狭いために、ろう付部領域３より上流側のハニカム体４を形成する波板材１と平板材２の熱による伸びが、ガス入口側へ向かって自由に伸びることが出来るので、板材間およびハニカム体４と外筒５との間の熱歪による応力は解放されることになる。
【００１９】
さらに、触媒の担持される範囲Ｗを、ハニカム体４のガス入口部４ａからろう付部領域３の手前までの範囲としたため、触媒反応による発熱がろう付部領域３に於て発生せず、したがってろう付部領域３の温度が他の部分より低く保たれるので、ろう付部の酸化が防止される。
【００２０】
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）における外筒５を短縮して外筒５ａとし、ハニカム体４の軸方向中央部から下流側を覆うようにした実施例の縦断面略図である。この場合の外筒５ａの軸方向長さは、ハニカム体４の出口部４ｂの端縁からハニカム体４の１０〜６０％を覆うようにする。このように短縮した外筒５ａを使用して、ハニカム体４のガス入口側外周面を外筒による押えから開放すれば、ガス入口側におけるハニカム体４の熱による膨張・収縮による応力がさらに緩和され、したがってろう付け部の応力も減少することになってハニカム体４の寿命に好影響を及ぼすこととなる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、波板材と平板材とを重ねてロール状に巻いて形成したハニカム体と、ハニカム体を覆う外筒とを含むメタル担体において、板材同士及びハニカム体と外筒とを接合するろう材のろう付部領域を、ハニカム体の中央部からガス出口部までの範囲内に設け、さらに触媒の担持範囲を、ガス入口部からろう付部領域の手前までの間とすることにより、ハニカム体の軸方向への伸びが容易となり、板材相互間に応力が発生せず、またろう付部領域が触媒反応による発熱作用を受けぬため温度が低く保たれ、ハニカム体の耐久性の向上に効果があり、さらに外筒の長さを、ハニカム体の軸方向中央部から下流側を覆うように設ければ、ハニカム体の半径方向への伸張が妨げられないので、上流側のハニカム体に加わる熱応力を減らすことができ、ハニカム体の耐久性がさらに向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による触媒装置用メタル担体の縦断面を示す図であって、図１（Ａ）は軸を含む縦断面略図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を構成する各部材の関係を示す模式的縦断面図、図１（Ｃ）は別のメタル担体の軸を含む縦断面略図である。
【図２】  従来の技術による触媒装置用メタル担体の図であって、図２（Ａ）は板材の構成を示す軸に直角な模式的断面略図、図２（Ｂ）はメタル担体の外観の斜視図、図２（Ｃ）はろう材を介在させる範囲Ｘを示す図である。
【図３】  従来の技術によるハニカム体の、軸を含む縦断面の模式図であって、図３（Ａ）はろう付けの位置を示す図、図３（Ｂ）は板材の変形及び破断の状態を示す図である。
【図４】  従来の技術による板材のろう付け部分の断面を示す略図であって、図４（Ａ）は通常のろう付け方法、図４（Ｂ）はろう材の拡散深さを制限した接合方法の図である。
【図５】  従来の技術による平板二重構造のハニカム体の図であって、図５（Ａ）は板材の構成を示す摸式的断面略図、図５（Ｂ）はメタル担体の外観の斜視図である。
【図６】ハニカム体のテレスコーピングを示す外観の斜視略図である。
【符号の説明】
１、３１    波板材
２、３２    平板材
３    ろう付部領域
３ａ、３ｂ、３３    ろう材
４、３４、３４ａ    ハニカム体
４ａ    ガス入口部
４ｂ    ガス出口部
５、５ａ、３５    外筒
１０、３０、４０    メタル担体
３６    母材
３７    ろう付け影響部
Ｗ    触媒担持範囲
Ｘ    ろう材を介在させる範囲
【図１】
0003716031.tif 000002
【図２】
0003716031.tif 000003
【図３】
0003716031.tif 000004
【図４】
0003716031.tif 000005
【図５】
0003716031.tif 000006
【図６】
0003716031.tif 000007