(57)【要約】【課題】遮熱性の高い金属触媒体を提供する。【解決手段】外筒と、該外筒の内側に配置される内筒と、該内筒の内側に配置されるハニカム体とを有する金属触媒担体において、前記内筒には、径方向内側に向かって突出する内筒凸部が形成されており、前記外筒には、径方向外側に向かって突出する外筒凸部が形成されており、前記内筒凸部及び前記外筒凸部が径方向において向き合うことにより、前記内筒凸部及び前記外筒凸部の間に断熱層としての隙間を形成したことを特徴とする金属触媒担体。【選択図】図１
2014213232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と、該外筒の内側に配置される内筒と、該内筒の内側に配置されるハニカム体とを有する金属触媒担体において、
前記内筒には、径方向内側に向かって突出する内筒凸部が形成されており、
前記外筒には、径方向外側に向かって突出する外筒凸部が形成されており、
前記内筒凸部及び前記外筒凸部が径方向において向き合うことにより、前記内筒凸部及び前記外筒凸部の間に断熱層としての隙間を形成したことを特徴とする金属触媒担体。
【請求項２】
前記断熱層は空気層であり、前記空気層における内圧は大気圧と同じであることを特徴とする請求項１に記載の金属触媒担体。
【請求項３】
前記内筒は、前記内筒凸部と、該内筒の軸方向端部に形成され、前記内筒凸部よりも径方向外側に位置する内筒接合部と、前記内筒凸部及び前記内筒接合部を連設する内筒テーパー部と、を含み、
前記外筒は、前記外筒凸部と、該外筒の軸方向端部に形成され、前記外筒凸部よりも径方向内側に位置する外筒接合部と、前記外筒凸部及び前記外筒接合部を連設する外筒テーパー部と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属触媒担体。
【請求項４】
前記外筒及び前記内筒の軸方向一端部は互いに接合され、軸方向他端部は接合されていないことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の金属触媒担体。
【請求項５】
外筒と、該外筒の内側に配置される内筒と、該内筒の内側に配置されるハニカム体とを有する金属触媒担体の製造方法であって、
第１の筒状部材に対してプレス成形を行うことにより、径方向内側に向かって突出する内筒凸部と、前記第１の筒状部材の軸方向端部に形成され、前記内筒凸部よりも径方向外側に位置する内筒接合部と、前記内筒凸部及び前記内筒接合部を連設する内筒テーパー部とからなる前記内筒を形成する内筒形成ステップと、
前記第１の筒状部材よりも内径が大きい第２の筒状部材に対してプレス成形を行うことにより、径方向外側に向かって突出する外筒凸部と、前記第２の筒状部材の軸方向端部に形成され、前記外筒凸部よりも径方向内側に位置する外筒接合部と、前記外筒凸部及び前記外筒接合部を連設する外筒テーパー部とからなる前記外筒を形成する外筒形成ステップと、
前記ハニカム体を、前記内筒テーパー部に当接させながら前記内筒の内側に圧入する圧入ステップと、を含むことを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排ガス浄化触媒を担持する金属触媒担体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば車両排気系には、エンジンから排出された排気ガスを浄化する金属触媒担体が装着されている。金属触媒担体として、昨今、金属製の波体及び平板で成型されたハニカム体を内装するシェルを、内筒と外筒とからなる二重管構造とした金属触媒担体が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の金属触媒担体には、触媒の活性化を高めるために高い遮熱性が求められる。また、金属触媒担体には、高い耐久性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−４７２８５号公報
【特許文献２】特開平９−１０８５７６号公報
【特許文献３】特開２００９−１８３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本願発明は、遮熱性の高い金属触媒体を提供することを第１の目的とする。本願発明は、耐久性の高い金属触媒体を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記第１の目的を達成するために本願発明に係る金属触媒担体は、（１）外筒と、該外筒の内側に配置される内筒と、該内筒の内側に配置されるハニカム体とを有する金属触媒担体において、前記内筒には、径方向内側に向かって突出する内筒凸部が形成されており、前記外筒には、径方向外側に向かって突出する外筒凸部が形成されており、前記内筒凸部及び前記外筒凸部が径方向において向き合うことにより、前記内筒凸部及び前記外筒凸部の間に断熱層としての隙間を形成したことを特徴とする。
【０００７】
（２）上記（１）の構成において、前記断熱層は空気層であり、前記空気層における内圧は大気圧と同じであってもよい。（２）の構成によれば、断熱層の内圧が大気圧と同じであるため、断熱層を真空とした場合よりも、内筒及び外筒に加わる負圧負荷を軽減することができる。これにより、内筒及び外筒を薄肉に形成できるため、コストの削減及び小型化を図ることができる。また、内筒が薄肉になることにより、内筒の熱容量が低下するため、ハニカム体から内筒に逃げる熱量を減少させることができる。これにより、ハニカム体における触媒の活性化を図ることができる。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記内筒は、前記内筒凸部と、該内筒の軸方向端部に形成され、前記内筒凸部よりも径方向外側に位置する内筒接合部と、前記内筒凸部及び前記内筒接合部を連設する内筒テーパー部と、を含み、前記外筒は、前記外筒凸部と、該外筒の軸方向端部に形成され、前記外筒凸部よりも径方向内側に位置する外筒接合部と、前記外筒凸部及び前記外筒接合部を連設する外筒テーパー部と、を含んでいてもよい。（３）の構成によれば、内筒が内筒テーパー部を有することにより、ハニカム体の圧入時に加わる負荷を軽減することができる。
【０００９】
（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記外筒及び前記内筒の軸方向一端部は互いに接合され、軸方向他端部は接合されていなくてもよい。（４）の構成によれば、排気ガス流れ方向（つまり、内筒の軸方向）における内筒の熱膨張・熱収縮が、外筒によって拘束されなくなるため、高温と低温とが繰り返される熱サイクルによる疲労破壊の進展を効果的に抑制することができる。
【００１０】
（５）上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明に係る金属触媒担体の製造方法は、外筒と、該外筒の内側に配置される内筒と、該内筒の内側に配置されるハニカム体とを有する金属触媒担体の製造方法であって、第１の筒状部材に対してプレス成形を行うことにより、径方向内側に向かって突出する内筒凸部と、前記第１の筒状部材の軸方向端部に形成され、前記内筒凸部よりも径方向外側に位置する内筒接合部と、前記内筒凸部及び前記内筒接合部を連設する内筒テーパー部とからなる前記内筒を形成する内筒形成ステップと、前記第１の筒状部材よりも内径が大きい第２の筒状部材に対してプレス成形を行うことにより、径方向外側に向かって突出する外筒凸部と、前記第２の筒状部材の軸方向端部に形成され、前記外筒凸部よりも径方向内側に位置する外筒接合部と、前記外筒凸部及び前記外筒接合部を連設する外筒テーパー部とからなる前記外筒を形成する外筒形成ステップと、前記ハニカム体を、前記内筒テーパー部に当接させながら前記内筒の内側に圧入する圧入ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）の発明によれば、遮熱性の高い金属触媒体を提供することができる。上記（５）の発明によれば、遮熱性及び耐久性の高い金属触媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】金属触媒担体の断面図である。
【図２】ハニカム体の製造方法を説明するための斜視図である。
【図３】第１の筒状部材の断面図である。
【図４】内筒の断面図である。
【図５】第２の筒状部材の断面図である。
【図６】外筒の断面図である。
【図７】内筒を外筒に挿入する挿入作業の動作説明図である。
【図８】内筒にハニカム体を圧入する圧入作業の動作説明図である。
【図９】変形例１の金属触媒担体の断面図である。
【図１０】変形例５の筒状部材の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る金属触媒体の断面図であり、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸を示している。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の定義は、他の図面においても同様である。図２は、ハニカム体の製造方法を説明するための斜視図である。図１を参照して、金属触媒体１は、ハニカム体２、内筒３及び外筒４を有する。金属触媒体１は、車両、二輪車の内燃機関排気系に接続されて使用される。排気系から排気されるガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｎｏｘ等）は、金属触媒体１のハニカム体２を通過する際に触媒の浄化作用によって、無害成分（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等）に浄化される。
【００１４】
図２を参照して、ハニカム体２は、長尺で波状の金属箔２１と、平板状（または小波状）の金属箔２２を重ねた状態で多重に巻回すことによりロール状に形成されている。その後、金属箔２１、２２の終端部を固定して、所望のハニカム体２を形成する。なお、触媒は、金属箔２１、２２の表面に担持される。担持処理には、白金等の貴金属触媒を含有するウッシュコート溶液（γアルミナと添加剤及び貴金属触媒を成分とする溶液）を塗布して薄い塗膜を形成する方法を用いることができる。ただし、ハニカム体２の構成は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、様々な改良、変形を加えることができる。
【００１５】
再び図１を参照して、内筒３は、径方向内側に突出する内筒凸部３１と、内筒凸部３１の端部に連設するとともに、内筒凸部３１から離隔する程径方向外側に拡開する内筒テーパー部３２と、内筒テーパー部３２の端部に連設するとともに、内筒３の軸方向に延びる内筒接合部３３とを有する。ここで、「径方向」はＸ軸方向に対応しており、「内筒３の軸方向」はＺ軸方向に対応している。
【００１６】
外筒４は、径方向外側に突出する外筒凸部４１と、外筒凸部４１の端部に連設するとともに、外筒凸部４１から離隔する程径方向内側に縮径する外筒テーパー部４２と、外筒テーパー部４２の端部に連設するとともに、外筒４の軸方向に延びる外筒接合部４３とを有する。ここで、「外筒４の軸方向」はＺ軸方向に対応している。
【００１７】
内筒３の内筒凸部３１及び外筒４の外筒凸部４１は径方向において向き合っており、これらの内筒凸部３１及び外筒凸部４１に挟まれた空間には、空気による断熱層５が形成されている。断熱層５の内圧は、大気圧と同様である。内筒３の内筒接合部３３及び外筒４の外筒接合部４３は径方向において接触しており、これらの接触面において互いに接合されている。ハニカム体２は、内筒３の内側に収容されており、内筒凸部３１の内面に圧接している。
【００１８】
上述の構成によれば、内筒凸部３１が径方向内側に突出し、外筒凸部４１が径方向外側に突出することにより、断熱層５を径方向に拡大することができる。これにより、ハニカム体１から外筒４への熱移動が抑制されるため、触媒をより活性化することができる。また、他の構成として、断熱層５を真空層によって構成する方法も考えられるが、この構成では負圧により内筒３及び外筒４に大きな負荷が加わるため、内筒３及び外筒４を厚肉にしなければならない。内筒３及び外筒４が厚肉になると熱容量が増大するため、触媒の初期昇温性能が低下する。本実施形態では、断熱層５が空気層により形成され、内圧が大気圧と同じであるため、内筒３及び外筒４を薄肉に形成することができる。その結果、内筒３及び外筒４の熱容量が低下するため、触媒の初期昇温性能を向上させることができる。
【００１９】
次に、図３乃至図８を参照しながら、金属触媒体の製造方法について説明する。図３は、第１の筒状部材の断面図である。図４は、内筒の断面図である。図５は、第２の筒状部材の断面図である。図６は、外筒の断面図である。図７は、内筒を外筒に挿入する挿入作業の動作説明図である。図８は、内筒にハニカム体を圧入する圧入作業の動作説明図である。
【００２０】
図３及び図４を参照して、径寸法が一定である円筒形状の第１の筒状部材３´に対してプレス成形を行うことにより、第１の筒状部材３´の軸方向（Ｚ軸方向）両端部を矢印で示す径方向外側に押圧して、内筒凸部３１、内筒テーパー部３２及び内筒接合部３３からなる内筒３を成形する。ｄ及びｄ´はそれぞれ、内筒接合部３３の内径寸法及び内筒凸部３１（第１の筒状部材３´）の内径寸法を示している。
【００２１】
第１の筒状部材３´（内筒３）の肉厚は、好ましくは０．３〜０．８ｍｍである。内筒３の肉厚を０．８ｍｍ以下に制限することにより、内筒３の熱容量が小さくなるため、ハニカム体２から内筒３への熱移動をより効果的に抑制することができる。これにより、ハニカム体２の温度低下が抑制され、ハニカム体２における触媒反応を活性化することができる。また、内筒３の肉厚を０．３ｍｍ以上に制限することにより、内筒３の剛性が確保され、実用時の振動による熱サイクル負荷への耐久性を向上させることができる。
【００２２】
ここで、内筒３の拡径代（ｄ−ｄ´）は、好ましくは、０．３〜３ｍｍである。内筒３の拡径代（ｄ−ｄ´）が３ｍｍを超えると、プレス成形時の塑性変形が大きくなりすぎて、内筒３の耐久性が低下する。内筒３の拡径代（ｄ−ｄ´）を０．３ｍｍ以上に設定することにより、プレス成形の際に内筒テーパー部３２を形成しやすくなる。
【００２３】
図５及び図６を参照して、径寸法が一定である円筒形状の第２の筒状部材４´に対してプレス成形を行うことにより、第２の筒状部材４´の軸方向（Ｚ軸方向）両端部を矢印で示す径方向内側に押圧して、外筒凸部４１、外筒テーパー部４２及び外筒接合部４３からなる外筒４を成形する。第２の筒状部材４´は、第１の筒状部材３´よりも厚肉に形成されている。Ｄ及びＤ´はそれぞれ、外筒接合部４３の内径寸法及び第２の筒状部材４´（外筒凸部４１）の内径寸法を示している。第２の筒状部材４´の内径Ｄ´は、第１の筒状部材３´の内径ｄ´よりも大きい。
【００２４】
外筒４の肉厚は、好ましくは１〜３ｍｍである。外筒４の肉厚が１〜３ｍｍに制限されることにより、プレス成形時に発生する外筒４の歪みを効果的に抑制することができる。
【００２５】
ここで、プレス成形時に縮径された縮径部（つまり、外筒接合部４３のことである）の軸方向の長さをＡ（以下、縮径長さＡという）としたとき、縮径長さＡは、好ましくは１〜２０ｍｍであり、より好ましくは５〜１５ｍｍである。外筒４の縮径長さＡが１ｍｍ未満になると、外筒４を塑性変形できなくなるおそれがある。外筒４の縮径長さＡが５ｍｍ未満になると、内筒３及び外筒４の接合面積が小さくなり、接合強度の低下を招く。外筒４の縮径長さＡが２０ｍｍを超えると、内筒３及び外筒４の接触面積が大きくなり、内筒３から外筒４に熱が逃げやすくなる。なお、内筒３及び外筒４を製造する工程順序は、問わない。
【００２６】
図７を参照して、内筒３及び外筒４を製造した後に、軸方向から内筒３を外筒４の内側に挿入し、内筒３の内筒接合部３３及び外筒４の外筒接合部４３を接合する。接合方法として、例えば、ロウ材、溶接を用いることができる。内筒接合部３３の径方向外側の面に予めロウ材を塗布しておくことにより、内筒３の挿入時に内筒接合部３３及び外筒接合部４３が接触して、内筒３及び外筒４を接合することができる。これにより、接合時の負担を軽減することができる。
【００２７】
図８を参照して、内筒３を外筒４の内側に挿入した後、ハニカム体２を、軸方向から内筒３の内部に向かって挿入する。ハニカム体２をさらに押し込むと、内筒テーパー部３２に当接することによりハニカム体２は徐々に縮径する。つまり、ハニカム体２が内筒３の内部に圧入され、ハニカム体２と内筒３との密着面積が十分に確保されるため、面圧を所定レベルに維持することができる。これにより、金属触媒担体の耐久性を向上させることができる。
【００２８】
ここで、内筒テーパー部３２が設けられていない内筒に対してハニカム体２を圧入する場合、ハニカム体２を縮径するためのテーパーガイド部を外部に設置しなければならないため、コストが増大する。本実施形態によれば、テーパーガイド部を有する外部装置が省略できるため、製造コストを削減することができる。さらに、外筒４を縮径する縮径工程と、内筒を拡径する拡径工程とが連続的に実施されるため、はめ合い部の寸法精度を向上させることができる。
【００２９】
（変形例１）
上述の実施形態では、内筒３の軸方向両端部に内筒テーパー部３２を形成したが、本発明はこれに限るものではなく、いずれか一方の端部に形成してもよい。この場合、内筒テーパー部３２が形成された側の軸方向端部からハニカム体２を圧入することにより、圧入作業を容易に行うことができる。また、軸方向一端部のみに内筒テーパー部３２を形成する場合、図９に図示するように、外筒４の縮径代を大きくして、内筒３の他方の端部に接触（若しくは接合）させてもよい。
【００３０】
（変形例２）
上述の実施形態では、内筒３及び外筒４の軸方向両端部をそれぞれ接合したが、本発明はこれに限るものではなく、いずれか一方の端部（つまり、一方の内筒接合部３３及び外筒接合部４３）のみを接合してもよい。本変形例によれば、排気ガス流れ方向（つまり、内筒３の軸方向）における内筒３の熱膨張・熱収縮による変形が、外筒４によって拘束されにくくなるため、高温と低温とが繰り返される熱サイクルによる疲労破壊の進展を効果的に抑制することができる。
【００３１】
（変形例３）
上述の実施形態では、断熱層５を空気層により形成したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、真空層により形成することもできる。この場合、断熱層５が負圧になるため、内筒３及び外筒４を厚肉にしなければならないが、上記実施形態と同様、断熱層５が拡大することにより、内筒３から外筒４への熱移動を抑制することができる。
【００３２】
（変形例４）
上述の実施形態では、第１の筒状部材３´の軸方向端部を径方向外側に向かってプレスすることにより、内筒３を形成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第１の筒状部材３´における軸方向端部以外の部分を径方向内側に向かってプレスすることにより、内筒３を成形してもよい。上述の実施形態では、第２の筒状部材４´の軸方向端部を径方向内側に向かってプレスすることにより、外筒４を形成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第２の筒状部材４´における軸方向端部以外の部分を径方向外側に向かってプレスすることにより、外筒４を成形してもよい。
【００３３】
（変形例５）
上述の実施形態では、第１の筒状部材３´及び第２の筒状部材４´を円筒により形成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図１０に図示するように、軸方向（Ｚ軸方向）に直交する方向の断面形状が、互いに平行な直線形状部７１と、これらの直線形状部７１の端部を繋ぐ弧形状部７２とからなる筒状部材を第１の筒状部材３´及び第２の筒状部材４´として用いることができる。すなわち、本願発明は、Ｚ軸方向において並ぶ各内面領域部の半径Ｒ（例えば、半径Ｒ１及びＲ２）が同一（誤差を含む）である筒状部材に適用することができる。なお、半径Ｒとは、筒状部材の中心軸Ｃ１（一点鎖線で示す中心軸であって、Ｚ軸方向と平行な方向に延びる軸）から筒状部材の内面までの距離を意味する。
【００３４】
（変形例６）
上述の実施形態では、外筒４の内部に内筒３を挿入した後に、ハニカム体２を内筒３の内部に圧入したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ハニカム体２が圧入された内筒３を外筒４に挿入してもよい。
【００３５】
（変形例７）
上述の実施形態では、第１の筒状部材３´及び第２の筒状部材４´をそれぞれ内筒３及び外筒４にプレス成形した後に、外筒４の内部に内筒３を挿入したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第１の筒状部材３´を第２の筒状部材４´の内部に挿入して二重管構造とした後に、それぞれの筒状部材３´、４´に対してプレス成形を行うことにより、内筒３及び外筒４を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１     金属触媒担体
２     ハニカム体
３     内筒
３´第１の筒状部材
４     外筒
４´第２の筒状部材
５     断熱層
２１  ２２  金属箔
３１  内筒凸部
３２  内筒テーパー部
３３  内筒接合部
４１  外筒凸部
４２  外筒テーパー部
４３  外筒接合部
【図１】
2014213232.tif 000003
【図２】
2014213232.tif 000004
【図３】
2014213232.tif 000005
【図４】
2014213232.tif 000006
【図５】
2014213232.tif 000007
【図６】
2014213232.tif 000008
【図７】
2014213232.tif 000009
【図８】
2014213232.tif 000010
【図９】
2014213232.tif 000011
【図１０】
2014213232.tif 000012