(57)【要約】      （修正有）【課題】  ハニカム構造体における中心部と外周部の温度差を少なくすることにより、温度差による熱応力が外周部に悪影響を及ぼすことを抑制することができる金属製触媒担体の提供。【解決手段】  金属製薄板の波板１１と平板１２を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体１を、金属製の外筒２内に圧入して熱処理することにより波板１１と平板１２との間および外筒２とハニカム構造体１との間を接合した金属製触媒担体において、ハニカム構造１体の中心部を除く外周側の巻き層部Ｂの波板１１と平板１２にのみハニカム構造体１における半径方向への排気ガスの流通を可能にする複数の孔１１ａ、１２ａが形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体を、金属製の外筒内に圧入して熱処理することにより前記大波板と小波板または平板との間および外筒とハニカム構造体との間を接合した金属製触媒担体において、
前記大波板と小波板または平板のうちの少なくともいずれか一方で、前記ハニカム構造体の中心部を除く外周側の巻き層の部分のみに前記ハニカム構造体における半径方向への排気ガスの流通を可能にする複数の排気ガス流通孔が形成されていることを特徴とする金属製触媒担体。
【請求項２】
請求項１記載の金属製触媒担体において、前記ハニカム構造体の最外周の巻き層で、前記大波板と小波板または平板のうち少なくと外周側に巻かれた板側に前記複数の排気ガス流通孔が形成されていることを特徴とする金属製触媒担体。
【請求項３】
請求項１記載の金属製触媒担体において、前記排気ガス流通孔の単位面積当たりの開口面積がハニカム構造体の外周部に向かうにつれて広くなるように構成されていることを特徴とする金属製触媒担体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属製触媒担体において、前記排気ガス流通孔の開口縁部にはハニカム構造体を軸方向に流れる排気ガスを排気ガス流通孔方向に案内可能な突出部が形成されていることを特徴とする金属製触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排気系に装着する金属製触媒担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図５に示すように、金属製薄板の波板と平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体１０１の一部外周にロー箔材１０２を巻回し、これらを金属製の外筒１０３内に圧入して熱処理することにより、波板と平板とを拡散接合させると共に、外筒１０３をロー箔材１０２で接合した金属製触媒担体において、交互に重ねた前記波板と平板のうち平板が外側になるように巻回してハニカム構造体１０１を形成し、波板のみもしくは波板と平板の両方に任意間隔のもとに複数の排気ガス流通孔を形成することにより、排気ガスの流通抵抗を増加させ、これにより、触媒作用の促進を図るようにした構造のものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４３６９３号公報  （第２頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来例の金属製触媒担体は、上述のように、ハニカム構造体１０１の中心部から外周部に至る全体に孔が形成された構造であったため、排気ガス流通孔が形成されていない金属製触媒担体の場合と同様に、以下に述べるような問題点があった。
【０００５】
即ち、外筒１０３とハニカム構造体１０１の接合部位は、担体の耐久性と関係が深くその内容を一般的な担体破壊メカニズムから説明すると、車両に適用された金属製触媒担体には、エンジンスタートと共に、入口から高温の排気ガスが流入してくる。その際、ハニカム構造体１０１の中心部が最も排気ガスの流速が早く、外筒１０３に近くなるにつれて遅くなり、このため、ハニカム構造体１０１の中心部により多くの排気ガスが流れ、中心程温度が高くなる。また、外筒１０３周辺は冷却、放熱等により内部に比較し温度が低くなっている。このような現象はエンジンスタートのみならず運転中の加速時においてもより高温の排気ガスが流入し、同様な触媒温度プロフィルを生じる。
【０００６】
一方、減速時においては、空気に近い排気組成の低温排気ガスが流入してくる。その排気ガスの流れ分布は、エンジンスタート時および加速時と同様に中心部により多く流れる。即ち、中心部が早く冷却されることになる。このような温度履歴を受けているハニカム構造体１０１の内部に発生する応力は、特に外筒１０３と接合されている外周部位に集中する。その理由は、外筒１０３の温度に比べ、内部温度が高くハニカム構造体１０１の中心部から外筒１０３に向かって膨張しようとするハニカム構造体１０１が外筒１０３に拘束され外周部が圧縮されると共に、冷却時にはハニカム構造体１０１の中心部分から縮小し、外筒１０３と接合している即ち拘束されている外周部が引き伸ばされることになる。このように外筒１０３とハニカム構造体１０１の接合部位は圧縮、引っ張りの繰り返し応力を受けるため、熱疲労破損が発生し易い部位となる。
【０００７】
以上のように、ハニカム構造体１０１における排気ガスの温度分布は、図６に示すように、その中心部が最も高温でその外周側に向かうにつれて温度が低くなるため、中心部と外周部との温度差が大きく、この温度差による熱応力が外周部に悪影響を及ぼし、ハニカム構造体に亀裂・破損を生じさせる虞がある。この問題は、排気ガス流通孔の有無とは関係なく発生する問題である。
このような金属製触媒担体においては、耐久性の観点からその熱応力が小さくなるように設計することが必要である。
【０００８】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、ハニカム構造体における中心部と外周部の温度差を少なくすることにより、温度差による熱応力が外周部に悪影響を及ぼすことを抑制することができる金属製触媒担体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため請求項１記載の金属製触媒担体は、金属製薄板の大波板と小波板または平板を交互に重ねて多重に巻回して形成したハニカム構造体を、金属製の外筒内に圧入して熱処理することにより前記大波板と小波板または平板との間および外筒とハニカム構造体との間を接合した金属製触媒担体において、前記大波板と小波板または平板のうちの少なくともいずれか一方で、前記ハニカム構造体の中心部を除く外周側の巻き層の部分のみに前記ハニカム構造体における半径方向への排気ガスの流通を可能にする複数の排気ガス流通孔が形成されていることを特徴とする手段とした。
【００１０】
請求項２記載の金属製触媒単体は、請求項１記載の金属製触媒担体において、前記ハニカム構造体の最外周の巻き層で、前記大波板と小波板または平板のうち少なくと外周側に巻かれた板側に前記複数の排気ガス流通孔が形成されていることを特徴とする手段とした。
【００１１】
請求項３記載の金属製触媒単体は、請求項１記載の金属製触媒担体において、前記排気ガス流通孔の単位面積当たりの開口面積がハニカム構造体の外周部に向かうにつれて広くなるように構成されていることを特徴とする手段とした。
【００１２】
請求項４記載の金属製触媒単体は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属製触媒担体において、前記排気ガス流通孔の開口縁部にはハニカム構造体を軸方向に流れる排気ガスを排気ガス流通孔方向に案内可能な突出部が形成されていることを特徴とする手段とした。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の金属製触媒担体では、上述のように、前記大波板と小波板または平板のうちの少なくともいずれか一方で、前記ハニカム構造体の中心部を除く外周側の巻き層の部分のみに前記ハニカム構造体における半径方向への排気ガスの流通を可能にする複数の排気ガス流通孔が形成されている構成とすることにより、複数の排気ガス流通孔を介してハニカム構造体における半径方向に排気ガスが流通するようになるため、複数の排気ガス流通孔が形成された外周部の熱交換作用が促進され、その結果、ハニカム構造体の外周部の温度を高めることができるようになる。
従って、ハニカム構造体における中心部と外周部との温度差が少なくなり、これにより、温度差による熱応力が外周部に悪影響を及ぼすことを抑制することができるようになる。
【００１４】
請求項２記載の金属製触媒単体では、上述のように、前記ハニカム構造体の最外周の巻き層で、前記大波板と小波板または平板のうち少なくと外周側に巻かれた板側に前記複数の排気ガス流通孔が形成された構成とすることにより、外筒に対する熱の伝達効率が高まり、これにより、外筒とハニカム構造体外周部との熱膨張差による熱応力を緩和することができるようになる。
【００１５】
請求項３記載の金属製触媒単体では、上述のように、前記排気ガス流通孔の単位面積当たりの開口面積がハニカム構造体の外周部に向かうにつれて広くなるように構成されることにより、外周部に向かうにつれて熱交換作用の促進率が高くなり、その結果、排気ガス流通孔が形成されていない中心部と排気ガス流通孔が形成された外周部との境界部分に大きな温度差ができることを抑制することができるため、最外周部における熱交換作用の促進率を高めつつ、前記境界部分に発生する熱応力を緩和することができるようになると共に、排気ガス流通孔が形成された外周部の部分における温度も滑らかに変化させることができるようになる。
【００１６】
請求項４記載の金属製触媒単体では、上述のように、前記排気ガス流通孔の開口縁部にはハニカム構造体を軸方向に流れる排気ガスを排気ガス流通孔方向に案内可能な突出部が形成された構成とすることにより、外周部における熱交換作用の促進効果を高めることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
この実施例１は、請求項１、２に記載の発明に対応するものである。
まず、この実施例１の金属製触媒担体を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１の金属製触媒担体を示す一部切欠斜視図、図２は大波板と平板を重ねて巻回する途中の状態を示す斜視図であり、図３は金属製触媒担体におけるハニカム構造体の温度分布状態を示す実験データ図である。
【００１９】
この実施例１の金属製触媒担体は、ハニカム構造体１と、外筒２と、ロー箔材３とで構成されている。
前記ハニカム構造体１は、数十ミクロンの金属製薄板の波板（大波板）１１と平板（小波板または平板）１２を交互に重ね、平板１２を外側にして多重に巻回したハニカム状に形成されたもので、このハニカム通路（セル通路）表面には、アルミナ等からなる触媒担持体層が形成され、この触媒担体層に触媒金属が担持されることにより、排ガス浄化触媒とされ、内燃機関の排気経路に配置されることにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化させる働きをする。
【００２０】
前記波板１１には波状に成形する前に、ハニカム構造体１の中心部分を除く外周の複数の巻き層を構成する部分に、予め所定間隔のもとに複数の孔（排気ガス流通孔）１１ａが形成され、また、前記平板１２にも、同じくハニカム構造体１の中心部分を除く外周の複数の巻き層を構成する部分に、所定間隔のもとに複数の孔（排気ガス流通孔）１２ａが形成されている。
【００２１】
なお、図３に示すように、波板１１および平板１２における複数の孔１１ａ、１２ａが形成されていない巻き層部Ａ１がハニカム構造体１の中心部に形成され、複数の孔１１ａ、１２ａが形成されている巻き層部Ａ２がハニカム構造体１の外周側に形成された状態となっている。
【００２２】
前記外筒２は、１〜２mmの板厚のＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス板材等で円筒形状に形成され、この円筒の内径として、これに圧入される前記ハニカム構造体１の外形より小径に形成されている。
【００２３】
前記ロー箔材３は、前記ハニカム構造体１を前記外筒２に圧入する前に、平板１２で構成されるハニカム構造体１の外周面に巻回しておくもので、この実施例１では、このロー箔材３が、ハニカム構造体１における排ガス流出側（図面左側）端部寄りの中途部に部分的に巻回されている。
【００２４】
次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１の金属製触媒担体では、上述のように、波板１１および平板１２における複数の孔１１ａ、１２ａが形成されていない巻き層部Ａ１がハニカム構造体１の中心部に形成され、複数の孔１１ａ、１２ａが形成されている巻き層部Ａ２がハニカム構造体１の外周側に形成された状態となっているため、複数の孔１１ａ、１２ａが形成されている外周側の巻き層部Ａ２においては、複数の排気ガス流通孔１１ａ、１２ａを介してハニカム構造体１における半径方向に排気ガスが流通するようになるもので、その結果、複数の排気ガス流通孔１１ａ、１２ａが形成された外周側の巻き層部Ａ２の熱交換作用が促進されてハニカム構造体１の外周部の温度を高めることができるようになる。
【００２５】
従って、図３の細線で示す従来例に比べ、太線で示すように、ハニカム構造体１における中心部と外周部との温度差が少なくなり、これにより、温度差による熱応力が外周部に悪影響を及ぼすことを抑制することができるようになるという効果が得られる。
【００２６】
また、波板１１と平板１２の両方に複数の孔１１ａ、１２ａが形成された構成とすることにより、外周側の巻き層部Ａ２の熱交換作用を促進する効果を更に高めることができるもので、これにより、ハニカム構造体１における中心部と外周部との温度差を更に少なくすることができるようになる。
【００２７】
また、ハニカム構造体１の最外周の巻き層Ａ２で外筒２と対面する平板１２側に複数の孔１１ａが形成されることで、外筒２に対する熱の伝達効率が高まり、これにより、特に外筒２とハニカム構造体１の外周部との熱膨張差による熱応力を緩和することができるようになる。
【００２８】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００２９】
この実施例２の金属製触媒担体は、請求項４に記載の発明に対応したものである。
この実施例２の金属製触媒担体は、図４の要部拡大断面図を示すように、平板
１２および波板１１に複数の孔１２ａ、１１ａをプレス成形する際にその開口縁部にバリ（突出部）１３が形成されるように打ち抜き形成するようにした点が、前記実施例１とは相違したものである。
【００３０】
この実施例２では、複数の孔１２ａ、１１ａの開口縁部にバリ１３が形成された構成とすることにより、ハニカム構造体１の外周部における半径方向への排気ガスの流通が促進され、これにより、外周部における熱交換作用の促進効果を更に高めることができるようになる。
従って、ハニカム構造体１における中心部と外周部との温度差を更に少なくでき、これにより、温度差による熱応力が外周部に悪影響を及ぼすことを抑制する効果を更に高めることができるようになる。
【００３１】
以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、波板１１と平板１２の両方に複数の孔１１ａ、１２ａを形成したが、いずれか一方のみであっても所定の効果を得ることができる。
【００３２】
また、実施例では、複数の孔１１ａ、１２ａをハニカム構造体１の円周方向に長い長孔状に形成したが、その形状や配置は任意である。
また、実施例では、平板１２を用いた例を示したが、小さな波形状の小波板を用いても、同様の効果が獲られる。
【００３３】
また、実施例では、平板１２が外周側になるように巻回したが、逆に、波板１１が外周側になるように巻回させるようにしてもよい。
【００３４】
また、実施例では、同じ開口面積の複数の孔１１ａ、１２ａを全て等間隔のもとに形成し、ハニカム構造体１の円周方向における単位面積当たりの開口面積を全て同じに形成したが、ハニカム構造体１の外周部に向かうにつれて単位面積当たりの開口面積が広くなるように孔１１ａ、１２ａの数や大きさを変えたり、孔１１ａ、１２ａの配置間隔を変えた構成とすることにより、外周部に向かうにつれて熱交換作用の促進率が高くなり、その結果、複数の孔１１ａ、１２ａが形成されていない中心部の巻き層部Ａ１と、複数の孔１１ａ、１２ａが形成された巻き層部Ａ２との境界部分に大きな温度差ができることを抑制することができるようになるため、最外周部における熱交換作用の促進率を高めつつ、前記境界部分に発生する熱応力を緩和することができるようになると共に、複数の孔１１ａ、１２ａが形成された外周部の巻き層部Ａ２における温度も滑らかに変化させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１の金属製触媒担体を示す一部切欠斜視図である。
【図２】実施例１の金属製触媒担体における波板と平板を重ねて巻回する途中の状態を示す斜視図である。
【図３】実施例１の金属製触媒担体におけるハニカム構造体の温度分布を示す実験データ図である。
【図４】実施例２の金属製触媒担体を示す要部拡大断面図である。
【図５】従来例の金属製触媒担体を示す断面図である。
【図６】従来例の金属製触媒担体におけるハニカム構造体の温度分布を示す実験データ図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ハニカム構造体
１１  波板（大波板）
１１ａ  孔（排気ガス流通孔）
１２  平板（小波板または平板）
１２ａ  孔（排気ガス流通孔）
２  外筒
３  ロー箔材
１３  バリ（突出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005081306.tif 000007
【図６】
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