(57)【要約】薄板（１；１０、１１）で構成され軸長（Ｌ）を有する金属ハニカム体（１５）であって、薄板（１；１０、１１）が、ハニカム体（１５）が流体、特に内燃機関の排気ガスによって入口側端面（１２）から出口側端面（１３）に向かって流れ方向（Ｓ）に貫流されるように構造化され、その薄板（１；１０、１１）が少なくとも部分範囲に複数の開口（６）を有している金属ハニカム体（１５）において、ハニカム体（１５）は、さらに、その軸長（Ｌ）の少なくとも５５％と少なくとも２０ｍｍの半径方向寸法（２２）とで規定された部分容積（Ｔ）内で全薄板（１；１０、１１）に孔（６）を有し、各孔（６）がそれぞれ１〜１２０ｍｍ2の孔面積（２３）を有し、部分容積（Ｔ）内において薄板表面積（２４）が孔（６）によって孔無し薄板に比べて１０〜８０％、好ましくは３５〜６０％減少され、部分容積（Ｔ）は、孔（６）が薄板の端面側縁に接しないか又は交差しないように、ハニカム体の端面（１２、１３）から間隔（Ｒ２、Ｒ３）を隔てられている。
2005535454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板（１；１０、１１）で構成され軸長（Ｌ）を有する金属ハニカム体（１５）であって、薄板（１；１０、１１）が、ハニカム体（１５）が流体、特に内燃機関の排気ガスによって流れ方向（Ｓ）に入口側端面（１２）から出口側端面（１３）に向かって貫流されるように構造化され、薄板（１；１０、１１）が少なくとも部分範囲に複数の孔（６）を有している金属ハニカム体（１５）において、ハニカム体（１５）がその軸長（Ｌ）の少なくとも５５％と少なくとも２０ｍｍの半径方向寸法（２２）とで規定された部分容積（Ｔ）内で全薄板（１；１０、１１）に孔（６）を有し、各孔（６）がそれぞれ１〜１２０ｍｍ2の孔面積（２３）を有し、部分容積（Ｔ）内において薄板表面積（２４）が孔（６）によって孔無し薄板に比べて１０〜８０％、好ましくは３５〜６０％減少され、部分容積（Ｔ）は、孔（６）が薄板の端面側縁に接しないか又は交差しないように、ハニカム体の端面（１２、１３）から間隔（Ｒ２、Ｒ３）を隔てられていることを特徴とする金属ハニカム体（１５）。
【請求項２】
部分容積（Ｔ）がハニカム体総容積（Ｗ）の６０％以上、好ましくは９０％以上の大きさであることを特徴とする請求項１記載のハニカム体（１５）。
【請求項３】
孔（６）がそれぞれ５〜６０ｍｍ2の孔面積（２３）を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のハニカム体（１５）。
【請求項４】
孔（６）が丸みのある輪郭（２５）を有していることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項５】
孔（６）が円形、楕円形あるいは長円形であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項６】
孔（６）が完全に平らな薄板（１１）からの材料切除によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項７】
孔（６）が薄板（１）の製造時に既に開けられていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項８】
薄板（１；１０、１１）の厚さ（２６）が２０〜８０μｍ、好ましくは４０〜６０μｍであることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項９】
孔（６）がそれぞれ０．５ｍｍの最小間隔を有し、好ましくは全ての孔間隔（Ｄ７）がほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１０】
ハニカム体（１５）が平形薄板（１０）と波形薄板（１１）とを交互に配置して成るあるいは異なる波形薄板を交互に配置して成ることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１１】
ハニカム体（１５）が２００〜１０００ｃｐｓｉ（ｃｐｓｉ＝１平方インチ当たりのセル数）、好ましくは４００〜８００ｃｐｓｉのセル密度を有していることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１２】
薄板（１；１０、１１）が、流れに影響を与えるための補助ミクロ構造（２７）を有し、特に交差構造、突出部および流れ案内面の内の少なくとも１つを有していることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１３】
ハニカム体（１５）がセンサ、特にラムダプローブ（９）を収容するための空所（７）を有し、その空所（７）が部分容積（Ｔ）の内部あるいは部分容積（Ｔ）の下流に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１４】
薄板（１；１０、１１）の空所（７）を画成する縁（８）が、空所（７）までの１〜５ｍｍの幅（Ｂ）に亘って孔を有していないことを特徴とする請求項１３記載のハニカム体（１５）。
【請求項１５】
薄板（１；１０、１１）が端面（１２、１３）の少なくとも部分範囲で相互に接合技術により結合され、好ましくは特に孔無し縁範囲（２、３）で硬ロウ付けによって結合されていることを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１６】
ハニカム体（１５）が外被管（１４）内に配置され、薄板（１；１０、１１）の結合部位（４、５）が外被管（１４）の内周面に接合技術、特に硬ロウ付けによって結合され、部分容積（Ｔ）が外被管（１４）に接せず、即ち、外被管（１４）に接する薄板（１；１０、１１）の結合部位（４、５）に孔（６）が存在しないことを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１７】
孔（６）の最長寸法（Ｒ６）が構造幅（Ａ）より大きく、特に、各最長寸法（Ｒ６）が構造幅（Ａ）より大きいことを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項１８】
少なくとも１つの部分容積（Ｔ）内における全ての孔（６）が構造幅（Ａ）より大きい寸法（Ｒ６）を有していることを特徴とする請求項１７記載のハニカム体（１５）。
【請求項１９】
孔（６）の寸法（Ｒ６）が構造幅（Ａ）の少なくとも２倍、好ましくは４倍、特に６倍の大きさであることを特徴とする請求項１７又は１８記載のハニカム体（１５）。
【請求項２０】
少なくとも一部の孔（６）が長孔として形成され、長孔の最長寸法（Ｒ６）はそれぞれ固有の主軸（３０）の方向に延び、長孔として形成された孔（６）はハニカム体（５）が異なった剛性の領域（３２、３３、３４）を有するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１９の１つに記載のハニカム体（１５）。
【請求項２１】
長孔として形成された孔（６）の少なくとも一部分が円周（３７）、半径（３６）および中心軸（３５）の内の少なくとも１つの方向に互いにずらされ、および／または、その主軸（３０）が互いに角度（３１）を成すように配置されていることを特徴とする請求項２０記載のハニカム体（１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ハニカム体、特に内燃機関の排気装置用のハニカム体に関する。このようなハニカム体は、触媒活性材料の担体として、および／または吸収材料および類似の用途のための担体として使用される。
【０００２】
特に自動車において排気ガスを浄化するために、金属ハニカム体は種々の多数の要件を満たさねばならず、一部で、互いに矛盾する要件の妥協を図らねばならない。そのようなハニカム体は、まず、所望の触媒反応あるいは吸収過程が進行するできるだけ大きな表面積を用意するために用いられる。多くの用途において、ハニカム体が速やかに所望の運転温度に加熱されるようにするために小さな熱容量を有することが望まれるが、また、ハニカム体が運転温度を長時間に亘って維持するが、過度に早く過大な温度に加熱されないようにするために大きな熱容量を有することも望まれる。勿論、そのような装置は、通常、機械的に強くなければならず、即ち、脈動するガス流に耐え、車両の動きによる機械的負荷に耐えることができねばならない。その材料は高温耐食性を有し、少なくとも所望のハニカム構造物が容易に且つ安価に製造できるように加工できねばならない。多くの場合、ハニカム体の内部に、例えば表面をガス流と良好に接触させるために、あるいはガス流を交差混合するために流れに影響を与える特別な構造物も必要とされる。さらにまた、適当なハニカム体が大量生産で安価に製造できなければならない。
【０００３】
従来の多くの文献に、上述した問題の個々の点が詳細に記載されている。
【０００４】
金属ハニカム体用として特に代表的な２つの構造形式がある。独国特許出願公開第２９０２７７９号明細書に代表的な例が示されている最近の１つの構造形式は、主として平形薄板と波形薄板が重ね合わされスパイラル状に巻回されているスパイラル構造形式である。他の１つの構造形式において、ハニカム体は、多数の平形薄板と波形薄板とが交互に配置されて成るあるいは多数の異なる波形薄板が交互に配置されて成り、その薄板層は少なくとも１つあるいは互いに絡み合わされる複数の積層体を形成している。全薄板の先端が外側に置かれ、ハウジングあるいは外被管に接続され、これによって、ハニカム体の耐久性を高める十分な結合が生ずる。この構造形式の代表例は欧州特許第０２４５７３７号明細書あるいは国際公開第９０／０３２２０号パンフレットに記載されている。流れに影響を与えるためおよび／または個々の流れ通路間の交差混合を達成するために、薄板に追加的な構造を設けることも古くから知られている。そのような形態の代表例は国際公開第９１／０１１７８号パンフレット、国際公開第９１／０１８０７号パンフレットおよび国際公開第９０／０８２４９号パンフレットである。また、場合によっては流れに影響を与えるほかの補助構造をも有する円錐状のハニカム体も存在している。そのようなハニカム体は例えば国際公開第９７／４９９０５号パンフレットに記載されている。さらにまた、ハニカム体に、センサ、特にラムダプローブを収容するための開口を設けることも知られている。その例は独国実用新案第８８１６１５４号明細書に記載されている。
【０００５】
ハニカム体用として、スロット付き薄板、特にエキスパンデットメタルおよび類似のスロット付き構造物を使用することも古くから知られている。触媒担体の薄板における開口の種々の形状および配置は米国特許第５５９９５０９号明細書とそこに引用された従来技術に記載されている。そこでの開口は、ハニカム体の前部における熱容量をその後部における熱容量に比べて小さくするために使用されている。
【０００６】
広範な従来技術は多方面にわたる開発方向の開発を可能にしているが、なお幾つかの開発傾向が現出している。その開発傾向の１つは、少ない材料使用で且つ小さな熱容量で大きな表面積を用意するために、金属箔をますます薄くする開発にある。この開発方向には、薄い箔が機械的にますます敏感となりそれによって製造されたハニカム体の耐久性が低下するという明白な欠点が付随する。同時にセル密度をますます高くする傾向で開発がなされているが、これはますます薄くなる箔によって或る限界内に制限される。ハニカム体の表面との物質交換を改善するために、その表面に、流れに影響を与える構造、特にいわゆる横方向構造が設けられるか、あるいは、ハニカム体の内部に、流れ案内面あるいは補助衝突縁が形成されている。薄板における開口が交差混合にとって利点を有することは知られているが、従来において実際に、触媒容積の主要部に、流体が自由に貫流できる孔を系統的に設置することは考えられなかった。これは、ますます小さくなる容積においてますます大きな表面積を使用するという開発傾向と矛盾するからである。スロットおよび／または流れ案内面および類似の構造は、ハニカム体における表面積を減少させないが、多数の孔は表面積をかなり減少させ、さらに、少なくとも孔が材料削除によって生成される場合、表面積の増大なしに母材の多量消費を意味し、これは表面積増大の開発傾向と矛盾する。従って、ハニカム体の特定個所で孔に特定の機能、例えば交差混合機能あるいは他の範囲に比べての熱容量の低減機能を持たせようとする場合にのみ孔の設置が考えられた。
【０００７】
この考え方はそれだけを分離して考えれば金属ハニカム体に対して確かに当てはまるが、後に金属ハニカム体が触媒活性成分として通常高価な貴金属も含む被覆材料で被覆されることを無視することはできない。即ち、大きな表面積は多量の高価な被覆材料の消費を意味する。ハニカム体に対して多数の孔がその大きさ、分布および密度を所定に定めて設けられると、小さな表面積の場合、孔を持たず多量の被覆材料を有するハニカム体と同じ良好な触媒変換特性が生ずることが実験の結果新たに判明した。
【０００８】
本発明の課題は、孔の数、寸法および分布を適当に定めることによって、特に被覆材料を節約して利用する被覆用担体として特に適した金属ハニカム体を提供することある。
【０００９】
この課題を解決するために請求項１に記載の金属ハニカム体が用いられる。このハニカム体は、薄板で構成され軸長を有する金属ハニカム体であって、薄板が、ハニカム体が流体、特に内燃機関の排気ガスによって入口側端面から出口側端面に向かって流れ方向に貫流されるように構造化され、薄板が少なくとも部分範囲に複数の孔を有している。本発明に基づいて、このハニカム体はその軸長の少なくとも５５％と少なくとも２０ｍｍの半径方向寸法とで規定された部分容積内で全薄板に孔を有し、各孔がそれぞれ１〜１２０ｍｍ2の孔面積を有し、部分容積内において薄板表面積が孔によって孔無し薄板に比べて１０〜８０％、好ましくは３５〜６０％減少され、部分容積は、孔が薄板の端面側縁に接しないか又は交差しないように、ハニカム体の端面から間隔を隔てられていることを特徴とする。
【００１０】
実験の結果、本発明に基づく孔付きハニカム体の作用は、ハニカム体の内部における流れ特性の改善およびこれによって生ずる流れと表面との間の物質交換の改善によって孔無しハニカム体に相当し、それどころか場合によっては被覆材料が使用されていない場合でも優れていることが判明した。孔は、一方では被覆時に被覆材料によって閉鎖されず、他方では浄化すべき流体内における粒子によって塞がれない大きさである。即ち、孔は粒子を捕捉するためのフィルタにおけるような孔ではなく、浄化すべき流体、特に内燃機関の排気ガスが自由に貫流できる開口である。製造技術上の理由から、および後の耐久性のために、端面側縁が孔あるいは孔の一部によって切除されていないことが重要であり、このために孔は端面から間隔を隔てられていなければならない。
【００１１】
既に述べたように、孔は欠点よりもむしろ利点を有し、従って孔が設けられた部分容積は、ハニカム体総容積の６０％以上、好ましくは９０％以上の大きさにされる。このようにして最大の効果が発揮される。
【００１２】
機械的および流れ技術的な理由から、孔がそれぞれ５〜６０ｍｍ2の孔面積を有していると有利である。この大きさの孔は容易に作成でき、被覆過程を害さず、上述した物質交換の利点を生じる。この大きさの孔は、良好な交差混合を可能にし、さらに熱伝導だけでなく、孔を通ってさらに外側に位置する部位に達する熱放射によっても、ハニカム体の内部から外部への放熱をも可能にする。孔の総面積が薄板の残りの総面積に比べて大きくなればなるほど、その効果は当然大きくなる。
【００１３】
従来において相応の用途について、薄板における開口はほとんど専ら角張った輪郭を有していることが記載されている。その開口は、大きな交番荷重の際に孔の角から亀裂を生ずるので機械的観点から不利である。従って、本発明の場合、孔の境界線が角、特に鋭角を持たないように、孔が丸みのある輪郭を有していると有利である。特に、孔が円形、楕円形あるいは長円形であると有利であり、その非円形において最大直径と最小直径との比が２を超過していないことを推奨する。
【００１４】
そのような孔は当然に例えばエキスパンデッドメタルの場合のように材料を節約して作ることができず、完全に平らな薄板からの材料切除によって形成されねばならない。しかし、その特に打抜き加工あるいは切断加工された材料は新たな薄板を製造するために再利用できる。
【００１５】
好適には、薄板の製造様式に応じて、孔はその薄板の製造過程で既に開けられ、これは特に電鋳（または電型）法で製造された材料に対して用いられる。まず、安価な材料を製造し後に例えばアルミニウムおよび／またはクロムによる被覆によって仕上げ加工する製造方法の場合、他の材料による仕上げ加工が行われる前に孔を開けることを推奨する。
【００１６】
本発明の他の利点は、孔付きハニカム体の熱容量が孔無しハニカム体の熱容量より勿論小さいことにある。これは逆に、本発明に基づくハニカム体を、孔無しの薄肉薄板から成るハニカム体に比べて熱容量が増大することなしに、厚肉薄板で製造することを可能にする。本発明に基づいて、薄板の厚さは２０〜８０μｍであり、好ましくは４０〜６０μｍである。この好適な範囲は、特にハニカム体の端面における機械的強度を向上させ、非常に薄い箔では簡単には適用できない確実な製造法の利用を可能にする。それにもかかわらず、作成されたハニカム体の熱容量は孔無しの薄い箔から成るハニカム体と同じであるか、それより僅かに小さい。
【００１７】
本発明に基づくハニカム体の機械的強度を保証するために、孔は０．５ｍｍの最小間隔を有し、好適には、機械的弱点個所が生じないようにするために、全ての孔の相互間隔はほぼ同じ大きさにされる。そのように形成された箔は、問題なしに波形にでき、スパイラル状ハニカム体あるいは積層され且つ絡み合わされたハニカム体を製造するための残りの工程において利用できる。
【００１８】
特に、本発明に基づくハニカム体も、従来において通常知られているように、平形薄板と波形薄板とを交互に配置して成るかあるいは異なる波形薄板を交互に配置して成る。そのような構造によって、ハニカム体内に典型的な流れ通路が生ずる。
【００１９】
ハニカム体から後に製造される触媒コンバータの良好な変換特性にとって、本発明に基づくハニカム体は、孔の効果的な作用のために、極めて高いセル密度を有することを必要としない。本発明に基づいて、セル密度は２００〜１０００ｃｐｓｉ（ｃｐｓｉ＝１平方インチ当たりのセル数）、好ましくは４００〜８００ｃｐｓｉである。
【００２０】
薄板における本発明に基づく孔の使用は、従来技術の説明で既に述べたような流れに影響を与えるための従来通常知られている追加的構造に対する薄板の有用性を害さない。特に孔開き薄板に、横方向構造、突出部および／または流れ案内面も設けられる。一般に孔はそのような構造の作用をも支援する。何故ならば、場合によって通路内に生ずる圧力差が孔によって平衡され、追加的な渦流が生じ、ハニカム体の内部における流れ分布が一様化されるからである。
【００２１】
ハニカム体の空所内に嵌め込まれたセンサ、特にラムダプローブの従来提案されている利用に関して、ハニカム体の本発明に基づく形成は特に効果的に作用する。測定プローブ、特に酸素測定プローブは、ハニカム体内を流れる流体のできるだけ代表的な値を測定しなければならないので、プローブの上流における交差混合が非常に有利である。従って、本発明に基づくハニカム体は、ラムダプローブがハニカム体の空所内に嵌め込まれねばならない用途に対して特に適している。
【００２２】
これは、組立後に薄板に適当な空所を形成するために、薄板の製造に際して製造技術上或る経費を必要とする。しかしこの経費は今日において数値制御式製造装置で対処できる。これは同時に、薄板の空所を画成する縁の近くに、そこでも当該縁の切除を防止するために、孔を置かないようにすることを可能にする。従って、測定プローブ用空所の周囲１〜５ｍｍの範囲に孔が存在しないと特に有利である。
【００２３】
ハニカム体の耐久性のために、個々の薄板が相互に接合技術、好ましくは硬ロウ付けによって結合されていると有利であり、その結合は典型的にハニカム体の端面近くで行われる。この理由は、孔が薄板の端面側縁範囲を切除していないことにもある。他方で、孔はまた、端面に着けられた接着剤あるいは端面に着けられたロウ材が薄板間の接触線に沿ってハニカム体の内部に侵入することを的確に防止する。そのような接着剤およびロウ材の浸入は機械的理由から通常望ましくない。ここでは孔が毛管作用を終えさせる働きをし、これによってハニカム体の端面と孔との距離はロウ付けによって結合される範囲を限定するためにも的確に設定される。
【００２４】
同じことは外被管への薄板の結合に対しても適用される。ここでも、外被管に対する非常に安定した所望の結合のために、縁範囲が孔によって切除されていないと有利である。ここでもまた、孔はなお、ロウ材が毛管作用によってハニカム体の内部に深く侵入できず、ロウ材が薄板を固定するために運ばれた場所に正確にとどまるように作用する。
【００２５】
触媒コンバータにおけるハニカム体容積の大きさ（薄板の容積並びに封入ないし形成された通路、開口、孔などの合計）は、例えば排気ガス装置における触媒コンバータの位置に左右される。即ち、触媒コンバータがエンジン室内に、あるいはエンジンの直ぐ近くに（０．５ｍ以内に）配置されるとき、その容積は通常、エンジンの排気量より小さく、例えば排気量の５０％より小さく、特に１リットルあるいは０．５リットルより小さい。触媒コンバータが乗用車の床下に配置されるとき、ハニカム体容積はエンジン排気量より大きくすることもでき、好適には１〜５リットルにすることもできる。また、例えばトラック、オートバイ、芝刈り機、手動機械（刈り込み鋏、電動鋸など）などに採用する場合のような用途においてはさらに異なった値が生ずる。そこではそれぞれの専門家がそれに応じて適当に設計する。同じことは、排気装置における熱交換器、流れ混合器、吸収器、粒子捕捉器、すすフィルタ、電気加熱器として採用されるハニカム体にも適用される。ここでも、ハニカム体容積の適当な設計を可能にする一連の試験が専門家において知られている。
【００２６】
薄板における孔パターンの設計ないしは形成の際、同様に、ハニカム体の所望の利用目的に狙いを定めねばならない。これに関して経験値に頼ることはできないので、実験を行なった結果、孔の最長寸法が波形の構造幅より大きく、特に、孔の両側輪郭間の最小間隔が構造幅より大きい孔付き薄板箔において、触媒材料の使用が著しく減少された状態で、混合ないしは触媒変換の作用が意外に良好であることが明らかになった。これは、好適には、波形あるいは構造が孔と重なり合うように、少なくとも部分的に構造化された薄板の孔に対して当てはまる。特に、全ての孔が少なくとも１つの部分容積において、構造幅より大きい広がり寸法を有していると有利である。孔の広がり寸法が構造幅の少なくとも２倍、好ましくは４倍、特に６倍の大きさである孔付き薄板箔から成るハニカム体によって、意外に良好な結果が得られる。
【００２７】
ハニカム体の有利な実施態様において、少なくとも一部の孔が長孔として形成さ、長孔の最長寸法は固有の主軸の方向に延び、長孔として形成された孔はハニカム体が異なった剛性の領域を有するように配置されている。これに関連して、ここで長孔とは特に、両端が丸みのある形、特に半円形をしている長孔を意味し、その主軸は先端部の最大点ないし変換点を結ぶ線によって規定される。その長孔は、好適には、両先端間を互いに平行に延びる両側縁を有している。主軸の方向における最長寸法は、好適には、主軸に対して垂直な広がり寸法の少なくとも２倍の大きさである。その結果、隣接する長孔間に薄板壁部分が形成される。ここで、これらの長孔は、ハニカム体ないしは薄板の円周、半径、中心軸の方向に関して、あるいは、それらのうちの少なくとも２つの方向に関して、ハニカム体の複数の領域で剛性が異なるように向けられていることが提案される。これに関して、剛性とは、上述した少なくとも１つの方向の外力に対する各領域のたわみ特性を意味する。即ち、長孔は例えば、第１の（特にガス入口側）領域において、および場合によっては第３の（特にガス出口側）領域においても、ハニカム体が非常に小さな剛性を有するように配置されている。一方でハニカム体は、その第２の（特に内側に位置する）領域が比較的硬くされている。例えば自動車の排気装置におけるそのようなハニカム体の熱膨張挙動を考慮すると、端面が熱的交番荷重のためにハニカム体の中央部よりもかなり強く膨張ないしは収縮することが示される。そのような熱膨張差あるいは（例えば排気ガスの脈動による）種々の作用力も、その異なった領域によって、補償ないしは中断される。
【００２８】
長孔として形成された孔の少なくとも一部分は円周、半径および中心軸の内の少なくとも１つの方向に互いにずらされ、および／または、その主軸が角度を成すように配置されていると有利である。これは例えば次のことを意味する。
−  孔が縁範囲に対して平行に列を成して配置され、結合部位に対して平行な方向に隣接  する列（あるいは隣接する列のグループ）が、縁範囲の方向に互いにずらされている（  同じあるいは異なった相対間隔で）。
−  孔が結合部位に対して平行に列を成すように配置され、縁範囲に対して平行な方向に  隣接する列（あるいは隣接する列のグループ）が、結合部位の方向に互いにずらされて  いる（同じあるいは異なった相対間隔で）。
−  孔が互いに傾斜され、特に主軸が縁範囲ないしは結合部位の方向に関して垂直でない  角度を成している。
−  孔が領域の少なくとも部分範囲において格子細工を形成している。
−  孔が種々の幅の薄板壁部分および／またはハニカム体に対する薄板壁部分の種々の向  きを形成している。
−  ハニカム体の軸長および／または半径および／または円周に亘ってハニカム体の種々  の剛性特性を発生するために、孔が上述の組合せに応じて配置されている。
【００２９】
以下において本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
図１は本発明に基づくハニカム体を製造するための薄板の正面図、
図２は本発明に基づくハニカム体を一部破断して示す斜視図、
図３は本発明に基づくハニカム体とラムダプローブ用空所とを備えた触媒コンバータを一部破断して示す側面図、
図４は孔付き波形薄板の概略斜視図、
図５は本発明に基づくハニカム体の製造方法の流れを示す概略図、
図６は長孔付き薄板の実施例の概略図、
図７は異なった剛性の複数の領域を備えたハニカム体の概略図である。
【００３０】
図１には、本発明に基づくハニカム体１５を構成するために使用されるような平形あるいは波形の薄板１が示されている。この薄板１は幅Ｌを有し、この幅Ｌが後にこの薄板１から作られたハニカム体１５の軸長Ｌを決定する。薄板１の別の方向における寸法は製造すべきハニカム体１５の構造形式に左右される。即ち、この寸法は、薄板１がスパイラル状に巻回されたハニカム体１５が製造される場合は非常に長く、多数の薄板１が積層体の形に重ね合わされ、後に絡み合わせてハニカム体１５を構成する場合は非常に短い。薄板１の厚さ２６は２０〜８０μｍであり、好ましくは４０〜６０μｍである。
【００３１】
薄板１は部分領域（ここでは区域２９として示されている）に、それぞれ１〜１２０ｍｍ2の孔面積２３を持つ多数の孔６を有している。孔６が３〜８ｍｍ、好ましくは４〜６ｍｍの直径を有していると有利である。これらの孔６は少なくとも領域的に規則的なパターンで配置され、好ましくは互いに等間隔Ｄ７を隔てて配置されている。しかし、その配置パターンを入口側端面１２から出口側端面１３に向かって変化させることもでき、例えば多孔度、孔直径および／または間隔Ｄ７が増大される。この増大は連続的にあるいはステップ的に行われる。特定の使用目的のために、これらの値を中央領域において増大させた後、出口側端面１３に向けて再び減少させると有利である。好適には、孔６は円形あるいは最大直径Ｒ６が８ｍｍまでの楕円形あるいは長円形である。孔６の間隔Ｄ７は、薄板表面積２４が孔無し表面積に比べて１０〜８０％、好ましくは３０〜６０％減少されるように選定されている。
【００３２】
薄板１は孔６が存在しない入口側縁範囲２を有している。好適には出口側縁範囲３にも孔６が存在しない。これは薄板１の加工を単純化し、この縁範囲において薄板相互の結合を可能にし、ハニカム体１５の構成時に乱れた形状の入口側縁端面１２あるいは出口側端面１３が生ずることを防止する。入口側縁範囲２は１〜５ｍｍの幅Ｒ２を有し、出口側縁範囲３は１〜５ｍｍの幅Ｒ３を有する。薄板１はさらに、薄板１を後に外被管１４に固定する少なくとも１つの結合部位４を有している。幅Ｒ４のこの結合部位４にも好適には孔６が存在しない。薄板１の両端が外被管４に固定されているハニカム体１５を構成するために、幅Ｒ５の第２結合部位４にも孔６が存在しない。
【００３３】
測定プローブ９を収容するための空所７を有するハニカム体１５が薄板１から製造される場合、薄板１に相応の空所７を設けねばならない。この空所７は本発明に基づいて孔無し縁８で包囲されている。この孔無し縁８はまた薄板１の加工を容易にし、一様な空所７を製造するために用いられる。後にハニカム体１５を貫流する流体の流れ方向Ｓが図に矢印で示されている。孔無し縁８の幅Ｂは好適には空所の全周に亘って少なくとも１ｍｍである。
【００３４】
図２には、本発明に基づくハニカム体１５が斜視図で示され、孔開き部分容積Ｔの寸法２２が概略的に示されている。寸法２２はハニカム体の横断面の中心を含み、そこから出発している。しかし、部分容積Ｔを、ハニカム体内部に位置する環状中空の形に形成することもでき、その場合の寸法２２は横断面の直径ないしは半径における任意の一部となる。例示されたハニカム体１５は、１枚の平形薄板１０と１枚の波形薄板１１とが重ね合わされスパイラル状に巻回されて構成され、その両薄板１０、１１は結合部位４で外被管１４に結合されている。
【００３５】
図３には、ラムダプローブ９を収容するための空所７を備えた触媒コンバータ２８が、一部を破断した概略側面図で示されている。排気ガスが触媒コンバータ２８を流れ方向Ｓに入口側端面１２から入って出口側端面１３に向かって貫流する。入口側端面１２に孔無し縁範囲２が位置し、出口側端面１３に孔無し縁範囲３が位置している。両孔無し縁範囲２，３間に孔開き部分容積Ｔが存在し、従ってこの孔開き部分容積Ｔはハニカム体１５のほぼ全長Ｌに亘って延びている。ハニカム体１５は空所７を有している。この空所７は、ハニカム体１５の製造後に作られるか、または予め個々の薄板１０、１１の適当位置に空所７を設けることによって作られる。この空所７の中に、測定プローブ９、特に酸素測定プローブ９が嵌め込まれる。空所７の一様な縁取りを保証するために、空所７を孔無し縁８が包囲している。薄板１０、１１は孔無し縁８に孔６を有していない。ハニカム体１５と孔６および測定プローブ９用の空所７とのここに図示された組合せは、孔６が測定プローブ９の上流でハニカム体１５内における交差混合を可能にし、従って、測定プローブ９がハニカム体１５全体における流体の組成に対する代表的な測定値を測定できるので、特に有利である。
【００３６】
図４には、孔６を備えた波形薄板１が概略斜視図で示されている。薄板１の波形すなわち構造は例えば構造高さＨおよび構造幅Ａで説明される。特に排気ガス流の交差混合並びにそのようなハニカム体１５の安価な製造に関する上述した利点は、孔６の最長寸法Ｒ６が構造高さＨより大きいことによって特に良好に実現される。図示された実施例において、孔６は薄板１における正弦波状波形の構造幅Ａの約３倍に相当する寸法Ｒ６つまり直径を有している。それらの孔６は規則的なパターンが生ずるように配置されている。その各波頂ないしは各波底は、薄板１の孔無し縁Ｒ３、Ｒ２、Ｒ５（図示されていないＲ４）によって画成されかつハニカム体１５内に部分容積Ｔを形成する区域２９の内部において、軸長に亘って少なくとも１つの孔６によって中断されている。なお、薄板表面積２４における孔６の割合に関して、特に区域２９の内部の薄板表面積２４は３０〜６０％減少され、総薄板表面２４（即ち、縁を含む）は好ましくは２０〜４０％減少される。
【００３７】
区域２９においてできるだけ高い多孔度を得るために、図４に示されているように、孔間の間隔Ｄ７が薄板１の数個の構造幅Ａより大きくないようにされ、特に５個の構造幅Ａより小さく、好ましくは３個の構造幅Ａより小さくされていると有利である。事情によっては特にハニカム体１５の特別な用途において、強度上の理由から、孔間隔Ｄ７の大きさを異なった方向（例えば縦方向および横方向）に互いに相違させることもでき、１つの方向では好ましくは孔６間の等間隔Ｄ７が保たれる。
【００３８】
縁範囲Ｒ２の近くに、さらに、構造高さＨよりも明らかに小さな高さを有するミクロ構造２７が示されている。このミクロ構造２７は例えば結合部位を画成するために用いられ、このようにして隣接して配置された薄板１間に小さな隙間が生じ、この隙間が、ロウ付け過程中に液状ロウ材が毛管作用のために区域２９に付着し、そこで事情によっては望ましくない結合が発生することを防止する。
【００３９】
図５には、触媒コンバータの特に最適な製造方法が概略的に示されている。第１の工程で薄板１に孔６が開けられ、ここでは打抜き装置１６によって機械式に実施される。次の工程で２つのプロフィルロール１７から成る波形成形機によって孔開き薄板１に構造が形成され、これによって構造高さＨおよび構造幅Ａを有する波形薄板１１が生ずる。この少なくとも部分的な孔開き波形薄板１１は、その後、（孔開きあるいは孔無し）平形薄板１０に積層されてハニカム体１５を構成する。これらの薄板１０、１１は互いに絡み合わせられ、外被管１４の中に挿入される。薄板１０、１１の積層後および／または巻回後、場合によっては、隣接する薄板１０、１１の孔６が互いにどのように配置されるかが重要である。基本的には、孔が（ほぼぴったり）一致するように孔を互いに整列させることが提案される。これは例えば、（強い乱流時に生ずるような）大きな圧力損失が防止されねばならない場合に有利である。これに対して、ハニカム体１５への流入時にほぼ一様な流れが存在する場合、渦流を生じさせる衝突縁をできるだけ多くハニカム体１５の内部に設けると有利である。即ち、後者の場合、隣接する薄板１０、１１の孔６を互いにずらして配置することが重要である。孔６の相対位置を変化させることのほかに、孔６が重なり合うときでも種々の形状の孔６を利用すると有利である。即ち、例えば、種々の孔間隔Ｄ７、孔６自体の種々の最長寸法Ｒ６あるいは輪郭２５、隣接して配置された薄板１０、１１の相対位置を相互に組み合わせることができる。
【００４０】
特に孔無し部位つまり縁範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４にロウ材が着けられるロウ材着け工程（図示せず）後に、薄板が相互に並びに外被管１４と共に炉１８の中で加熱処理され、特に真空中および／または保護雰囲気中で高温ロウ付けされる。そのようにして製造された担体１９は、さらに、この担体１９を最終的に自動車の排気装置における触媒コンバータとして使用できるようにするために、触媒活性被膜２０を設けられる。
【００４１】
担体１９は非常に亀裂の多い表面を有するいわゆるウオッシュコートで被覆される。この非常に亀裂の多い表面は、一方では触媒（例えば白金、ロジウムなど）を定着するために十分大きな場所の提供を保証し、他方では貫流する排気ガスを渦巻かせるために用いられ、これによって触媒との特に強い接触が生じさせられる。ウオッシュコートは通常、遷移系の酸化アルミニウムと、例えば希土類酸化物、酸化ジルコニウム、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化ゲルマニウムおよび酸化バリウムのような少なくとも１つの助触媒酸化物との混合物から成っている。
【００４２】
触媒の作用を促進する高表面積のウオッシュコート層の設置は、公知のように、ハニカム体１５つまり担体１９が液状ウオッシュコート分散系の中に漬けられるか、または液状ウオッシュコート分散系が吹き付けられて行われる。しかし、孔開き薄板１１の場合には正に、ウオッシュコート分散系が孔６を覆い閉鎖する虞れがある。それゆえ、ハニカム体１５の部分容積Ｔにおける多孔度（又は有孔率）を小さくすることが望まれるであろうが、しかしこれにより、一方ではハニカム体１５の端面１２のハニカム形状部に排気ガスが衝突することによって形成される多数の排気ガス部分流の交差混合が減少し、他方では多量のウオッシュコート分散系が必要とされる。この理由から、被覆過程は、ウオッシュコート分散系と担体１９との相対運動を生じさせる振動装置２１を用いて行われる。その相対運動は、担体１９の特に連続的および／または間欠的な振動、（例えばハンマー衝撃のような）衝撃的励振あるいは類似した刺激を含み、これらは互いに任意の順序でおよび／または異なった向きで組み合わせることができる。
【００４３】
ウオッシュコート分散系が直接励振される場合、例えば、超音波範囲の周波数が特に有利である。励振は２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲で行われた。特に間接的な励振の場合、即ち、例えば担体１９の振動に基づく励振の場合、可聴範囲の周波数が有利であり、特に２０Ｈｚ〜１５ｋＨｚの周波数による励振は、非常に長時間に亘ってウオッシュコート分散系の粘性低下を保証する。その結果、ウオッシュコート分散系の一様な分配が保証される。さらに、孔６がウオッシュコート分散系で覆われないことを保証するために、担体１９を最後に、特に被覆浴から取り出した後、もう一度衝撃的に励振すると特に有利であることが明らかになっている。
【００４４】
余分なウオッシュコート分散系が除去された後、ハニカム体内のウオッシュコートは乾燥され、最終的に４５０℃以上の温度でか焼される。か焼中、ウオッシュコート
分散系の揮発性成分は排除され、これによって高い比表面を持つ耐熱性の触媒反応促進層が作成される。この過程は場合によっては所望の層厚さを得るために数回繰り返される。
【００４５】
図６には、長孔として形成された孔６を備えた薄板１の形態が概略的に示されている。ここでは、薄板１はその結合部位４、５およびその縁範囲２、３を含めて示されている。なお孔６は薄板１の全長および／または全幅に亘って延びている必要はない。薄板１は、概略的に４つの区域（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶで表示）に分けられている。長孔として形成された孔６は区域ごとに異なって配置されている。孔６の最長寸法Ｒ６はそれぞれ固有の主軸３０の方向に延びている。長孔として形成された孔６の少なくとも一部分は円周３７、半径３６および中心軸３５の内の少なくとも１つの方向に互いにずらされ、および／または、その主軸３０が角度３１を成すように配置されている。第１区域において、それらの主軸３０は同じ向きを有し、従って互いに平行に延びている。図示された孔６の列は、領域３２、３３、３４の内部において一定して繰り返せるが、その孔列を互いに傾斜して配置すること、および／または、孔６の列を互いにずらすこともできる。隣接する長孔６間に薄板壁部分３８が形成されている。第２区域において、長孔は第１区域における長孔とは異なった向きにされ、第２区域における孔列はずれ３９で示されているように互いにずらされている。第３区域において、上述した長孔を組み合わせて配置できることが理解できる。
【００４６】
第４区域に、長孔の比較的剛性の配置すなわち格子細工が示されている。隣接する孔６の主軸３０は互いに角度３１を成し、その角度３１は好ましくは３０〜６０°である。そのような格子細工は、長孔として形成された孔６が列を成しその主軸３０が縁範囲２、３に対して傾斜されていることによっても形成できる。その場合、孔列の内部において全ての長孔は同じ向きを有し、平行に延びる隣の孔列はずらして配置され、その長孔は縁範囲２、３に対して異なった角度を成している。好適には、隣の孔列の長孔は、第１列の孔６の主軸が隣の孔列に配置された長孔の主軸に対して垂直に向けられ、および／または、第１列の長孔の主軸が隣の長孔の長孔中心を横切るように配置されている。
【００４７】
孔６の配列に応じて、薄板１は区域ごとに外力に対して種々の感度で反応する。薄板１は第１区域において、結合部位５、４の方向からの力に関して比較的剛性を有するが、それに対して垂直な力に関してはむしろ弾性を有する。区域ＩＩにおいてはそれと逆の振る舞いをする。従って、孔６の向きに応じて、ハニカム体１５の剛性特性が領域３２、３３、３４ごとに設定される。領域３２、３３、３４はハニカム体を軸長Ｌ、円周３７あるいは半径３６の方向に区分けする。確かに図７には３つの領域が示されているが、事情によっては２つの領域あるいは４つ以上の領域に区分けすることもできる。
【００４８】
本発明は、ハニカム体の従来公知の通常の構造形状において、被覆材料の使用量を減少させ、流体の処理に対する被覆の高い有効性を得ることを可能にし、しかもハニカム体の機械的強度、熱容量、熱伝導率などについての特性も、個々の用途の要件に的確に合わせることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に基づくハニカム体を製造するための薄板の正面図。
【図２】本発明に基づくハニカム体の一部破断斜視図。
【図３】本発明に基づくハニカム体とラムダプローブ用空所とを備えた触媒コンバータの一部破断側面図。
【図４】孔付き波形薄板の概略斜視図。
【図５】本発明に基づくハニカム体を製造する工程の概略説明図。
【図６】長孔付き薄板の実施例の概略図。
【図７】異なった剛性の複数の領域を備えたハニカム体の概略斜視図。
【符号の説明】
【００５０】
１    薄板
２    入口側縁範囲
３    出口側縁範囲
４    結合部位
５    結合部位
６    孔
７    空所
８    孔無し縁
９    ラムダプローブ
１０    平形薄板
１１    波形薄板
１２    入口側端面
１３    出口側端面
１４    外被管
１５    ハニカム体
１６    打ち抜き装置
１７    形状成形機
１８    炉
１９    担体
２０    被膜
２１    振動装置
２２    寸法
２３    孔面積
２４    薄板表面積
２５    輪郭
２６    厚さ
２７    ミクロ構造
２８    触媒コンバータ
２９    区域
３０    主軸
３１    角度
３２    第１領域
３３    第２領域
３４    第３領域
３５    中心軸
３６    半径
３７    円周
３８    薄板壁部分
３９    ずれ
Ａ      構造幅
Ｈ      構造高さ
Ｂ      縁取り縁幅
Ｌ      軸長
Ｒ２    入口側縁範囲の幅
Ｒ３    出口側縁範囲の幅
Ｒ４    結合部位の幅
Ｒ５    結合部位の幅
Ｒ６    孔の最長寸法
Ｄ７    孔６の孔間隔
Ｓ      流れ方向
Ｔ      部分容積
【図１】
2005535454.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005535454.tif 000009
【国際調査報告】
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2005535454.tif 000011
2005535454.tif 000012
2005535454.tif 000013
2005535454.tif 000014
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