(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。
【請求項２】
金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。
【請求項３】
平板にも孔が形成される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタル担体。
【請求項４】
平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれの孔と、この孔に隣接する孔列を構成するそれぞれの孔との間に、所定の間隙を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のメタル担体。
【請求項５】
平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わない
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のメタル担体。
【請求項６】
金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。
【請求項７】
金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。
【請求項８】
孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔との組み合わせのうち、少なくとも１組の孔はセル通路方向から見て互いに重なりあう
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のメタル担体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化用の触媒コンバータに用いられるメタル担体、特に金属製の平板と波板を積層して構成するメタル担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス浄化用の触媒コンバータとして、特開平６−３１２１４１号公報のように、金属製の波板と平板とを重ねて巻回したメタル担体が知られている。このメタル担体は、波板と平板に形成されたスリットを境界として前段部と後段部とに分けられている。波板と平板に形成されたスリットはそれぞれが波板と平板の巻回方向に形成され、且つこれらスリットが互いに対応した位置に形成されることで、前段部と後段部とを形成している。また、前段部と後段部との間にはスリットの形成によって僅かに残された連結部が存在し、前段部と後段部は完全に分離されることなく、連結部を介して連結された状態を維持するようになっている。さらに、前段部と後段部を互いに周方向へ捻じることで脆弱な連結部を塑性変形させており、これにより、前段部内のセル通路と後段部内のセル通路との間にずれを形成し、前段部を通過した排気ガスが後段部に流入するときにスリットの部位において乱流を生起させて、排気浄化性能を向上させている。
【０００３】
また、実開平６−２９６２１号公報のようなメタル担体も知られている。このメタル担体は、波板と平板を巻回して構成され、排気流れ方向において前段部、中段部、後段部が形成されている。前段部と中段部との間、及び中段部と後段部との間にはそれぞれ空間部が形成されるが、これら空間部は、波板と平板とにその巻回方向に延びる２条のスリットを形成することで構成されている。また、２条のスリットは担体の最外周部を構成する部分を除いて形成されており、前段部、中段部、後段部が１つのメタル担体として一体となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気浄化性能を向上させるためには、メタル担体内を通過する排気に対して乱流を積極的に生起させ、排気ガスが触媒に接触する機会を増やすことが有効である。しかしながら、先に説明した前者のメタル担体にあっては、乱流による排気浄化性能の向上が、前段部と後段部との間に形成されるスリットの部分のみでしか得ることができないので、排気浄化性能を更に向上させようとすると、例えば、スリットの幅を広げたり、スリットの数を増加させることをしなければならない。
【０００５】
しかしながら、スリットの数を増やすと、波板と平板にはその巻回方向に延びるスリットを数多く併設することになり、また、担体を更に多段化する構成となり、金属板を波形加工する時や、平板と波板を巻回する時、あるいは乱流を生起させるために各担体部分を捻じる際に、歪みや亀裂等を生じる可能性がある。さらに、スリットの前後で担体をその周方向へ捻じることで乱流を生起させるため、スリットの数を増やして排気浄化性能を高めようとした場合、各段を捻じる回数が増加して、生産性が悪くなる。
【０００６】
また、スリットの幅を広げて排気ガスの乱流をより強化させて排気浄化性能を向上させようとすると、担体の開口率が高くなり浄化性能の向上は図ることができるが、例えば、高圧の排気ガスが一度に通過しようとしたような場合には、スリットを横断している連結部の強度が不足して、排気ガスの圧力に耐えられず座屈してしまう可能性がある。
【０００７】
一方、先に説明した後者のメタル担体にあっては、排気流れ方向の担体全体の長さを変えずにスリットの数を増やして乱流が形成される空間部を多数形成すると、その分だけ担体を構成する部分の幅が狭くなるので、金属板同士、つまり、波板と平板との溶接代の幅が狭くなり、やはり高圧の排気ガスの圧力がかかった場合に、その溶接部分が剥がれてしまう可能性もある。
【０００８】
本発明では、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属製の波板と、金属製の平板とを積層したメタル担体において、担体内で排気ガスの流れを乱流化させて排気浄化性能を向上させ、しかも、生産性の良い触媒コンバータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、第１の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【００１０】
第２の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【００１１】
第３の発明にかかるメタル担体は、第１または第２の発明において、平板にも孔が形成されるものとした。
【００１２】
第４の発明にかかるメタル担体は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれの孔と、この孔に隣接する孔列を構成するそれぞれの孔との間に、所定の間隙を有するものとした。
【００１３】
第５の発明にかかるメタル担体は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わないものとした。
【００１４】
第６の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【００１５】
第７の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【００１６】
第８の発明にかかるメタル担体は、第１から第７までのいずれか１つの発明において、孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔との組み合わせのうち、少なくとも１組の孔はセル通路方向から見て互いに重なりあうものとした。
【００１８】
【発明の作用・効果】
第１または第２あるいは第６または第７の発明によれば、セル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有する、または、セル通路方向から見て互いに重なり合わないものとしたので、波板または平板に孔を設ける際、あるいは波板であれば波板加工する際、波板あるいは平板に歪みや亀裂が生じない。また、各セル通路内を通過する排気ガスが隣接するセル通路へスリット孔を介して出入りするので、排気ガスの流れが乱流化されて排気浄化性能が向上できる。さらに、スリット孔の長手方向の長さを前記間隙よりも長いものとしたので、セル通路を通過する排気ガスの流れが乱流化する機会をさらに増やすことができる。
【００１９】
第３あるいは第４、第５の発明によれば、波板に加えて平板にも孔を設けたため、セル通路内で乱流化する機会が増加するので排気浄化性能がさらに向上する。とりわけ第４、第５の発明によれば、セル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれの孔と、この孔に隣接する孔列を構成するそれぞれの孔との間に、所定の間隙を有している、または、セル通路方向から見て互いに重なり合わないものとしたので、平板に孔を設ける際、波板と平板とを積層して巻回するような際でも平板に歪みや亀裂が生じない。
【００２０】
第８の発明によれば、孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔とが、セル通路方向から見て重なり合う構成としたので、各セル通路内を通過する排気ガスが隣接するセル通路へ出入りする頻度が高まり、従って、排気ガスの流れが乱流化される割合が高くなるので、排気浄化性能が確実に向上できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用するメタル担体の一実施形態である。図１に示すようなハニカム構造のメタル担体１は、図示しない金属製の触媒ケース内に担体保持材を介して組み込まれ、内燃機関から排出される排気ガス中の有害物質を除去するために内燃機関下流の排気通路内に設けられる。特に、メタル担体はセラミック担体に比べると熱容量が低いため、排気ガスの熱により温められやすく、触媒が活性化するのが早い。したがって排気通路途中の内燃機関に比較的近い位置に設置されることが多い。
【００２３】
メタル担体１は、図２のように、金属製の平板２と金属製の平板を波形に成形した波板３とを重ね合わせて巻回し、平板２と波板３との間に多数の略三角形のセル通路４を有している。ここでは、メタル担体１は平板２と波板３とを積層して巻回した円筒形となっているが、メタル担体の形状は、楕円形またはレーストラック型、あるいは、単に平板２と波板３とを何重にも積層しただけの直方体の担体でも構わない。
【００２４】
メタル担体１は、ステンレスとアルミニウムを含む合金の帯状金属製平板に複数の孔５を設けた平板２と、ステンレスとアルミニウムを含む合金の帯状金属製平板に複数の孔５を設けた後、波形成形した波板３とから構成されるが、平板２と波板３に形成された本実施形態に係る孔５については、その説明を後述する。
【００２５】
メタル担体１のセル通路４は内燃機関の排気ガスが通過するようになっており、一端に排気ガスの流入口を有し、他端から排気ガスが排出される構成になっている。セル通路４の内面には触媒が担持させてあり、排気ガスがセル通路を通過する際に有害物質が浄化される。
【００２６】
ここで、平板及び波板に対して孔を設けないメタル担体を考えると、担体の一端から流入した排気ガスは、それぞれのセル通路を、他のセル通路を通過する排気ガスの影響を受けることなく流れ、他端から排出されることになる。このような、孔の設けられていない波板および平板を用いたメタル担体では、セル通路が長いと、排気ガスの流れがセル通路内で層流化してしまい、排気ガス中の有害物質と触媒成分とが接触する機会が少なくなり排気浄化性能が低下してしまうおそれがある。
【００２７】
これに対して、波板３にあるいは平板２に孔を設けた場合、あるいは、波板３と平板２の両方に孔を設けた場合には、各孔がセル通路とそのセル通路に隣接するセル通路との間に排気ガスが通過できる流路を形成することになるため、排気ガスは隣接するセル通路間を自由に移動できるようになる。排気ガスはメタル担体流入口から流入し、セル通路４を通過する途中で存在する各孔５を通過して隣接するセル通路へと流れることが可能であるので、排気ガスの流れは隣接するセル通路同士で影響し合いセル通路４内で乱流状態となる。排気ガスの流れが乱流状態になると、排気ガス中の有害物質が触媒と接触する機会が増えるので、排気浄化性能を向上させることができる。
【００２８】
そこで、波板に図３のような構成の孔を設けた比較例を考えた。この比較例においては、セル通路を通過する排気ガスが、波板３に設けられた孔と出会う機会を増加させ、セル通路４内で乱流状態を多く発生できるように、孔５の形状をセル通路４方向と直交する方向に長いスリット孔６形状とし、そして、複数のスリット孔６からなる孔列７を形成した。また、波板３に形成されたスリット孔列７を構成する各スリット孔６の端部位置については、図３中の５Aに囲まれた部分のように隣接するスリット孔６がセル通路４方向から見て重なった構成とした。
【００２９】
しかしながら、この比較例においてはスリット孔列７を形成した後、波形３に成形する際やあるいは平板２と積層して巻回する際に波板３のスリット孔６の周辺に裂け目、切れ目や捻じれ等が発生してしまうという問題が生じた。
【００３０】
そこで、本発明の実施形態１では、平板２および波板３に形成する孔列を図４のような構成とした。以下にその構成を詳しく述べる。各孔はセル通路４方向に対して直交する方向に長いスリット孔６として、平板２および波板３は複数のスリット孔６から構成される孔列８を複数列有したものとした。スリット孔Ｈ１の長手方向長さＬ１は、隣接する孔列８１を構成する最も近いスリット孔Ｈ２との間に形成される所定の間隙Ｌ２の３倍程度で、所定の間隙Ｌ２に比べて十分に大きくしてある。スリット孔６の孔列８は、セル通路４方向に対して直交しており、複数の孔列８はセル通路４方向に一定の間隔をもった平行列群になっている。そして、隣接する孔列８を構成する各スリット孔６同士は、５Bの部分に示すようにセル通路４方向から見て重ならないように設けられている。また、ある孔列８１を構成するスリット孔と、このスリット孔が構成する孔列８１には隣接しない１列先の孔列８２のスリット孔がセル通路４方向から見て重なるように設けられている。
【００３１】
したがって、波板３に波型加工をする際や平板２あるいは波板３を積層して巻回する際でも波板３のスリット孔６の周囲に裂け目、切れ目あるいは捻じれ等が発生することを防止できる上に、排気ガスがセル通路４内で乱流を生じるので、排気ガス中の有害物質が触媒と反応する機会が増加し排気浄化性能を向上させることができる。
【００３２】
また、前記の平板２および波板３に形成する孔列８がセル通路４方向から見て重ならないようというものは実施形態２の図５中５Cの部分に示すような構成も含まれているものとする。すなわち、５Cのように隣接する孔列を構成している最も近いスリット孔の端同士がセル通路４方向の直線上で接するように設けられている場合も含まれるものとする。
【００３３】
したがって、実施形態２では、すべてのセル通路４にスリット孔６が存在するので、排気ガスがセル通路４を通過する際に確実に排気の乱流状態を生じるので、実施形態１の効果に加えて、さらに排気浄化性能を向上させることができる。
【００３４】
また、図６に記載の本発明の別の実施形態３では、ある孔列９１を構成するスリット孔Ｈ３と、孔列９１に隣接する孔列９２を構成しているスリット孔６のうちＨ３に最も近い位置に設けられているスリット孔Ｈ４との間に、セル通路４と直交する方向、つまりスリット長手方向に所定の間隙Ｌ３を有している。その所定の間隙Ｌ３部分をセル通路４方向から見たときに、孔列９１、および９２とは異なり、且つこれらの孔列９１、および９２のどちらにも隣接しない孔列９４、つまり孔列９２に隣接する孔列９３ではなく、孔列９２の１列先の孔列９４を構成しているスリット孔Ｈ５が前記所定の間隙部分Ｌ３と重なるように設けられている。
【００３５】
したがって実施形態３では実施形態２と同様、セル通路４方向から見てスリット孔６が存在する構成となるので、排気ガスがセル通路４を通過する際に確実に排気の乱流状態を生じ触媒との反応機会を与えるので、排気浄化性能を向上させることができる。
【００３６】
図６に示すように、すべてのスリット孔がＨ３、Ｈ４、Ｈ５の関係を持っているので、スリット孔６がセル通路４方向から見たすべての場所で存在することになる。つまり、平板２と波板３を積層して形成されるすべてのセル通路４の途中に必ず１つ以上のスリット孔６が存在し、隣接するセル通路４と繋がる構造となる。したがって、波板３または平板４に孔を設ける際、波板３と平板２とを積層して巻回する際、あるいは波板３であれば波板加工する際、波板３あるいは平板２に歪みや亀裂がさらに生じにくい上に、各セル通路４途中で必ず排気ガスが乱流状態となる機会が存在するので、各セル通路４にて確実に排気浄化性能を向上することができる。
【００３７】
以上説明した各実施形態では、平板２と波板３の両板にスリット孔６を設け、さらに、スリット孔６の配置を上記のような配置で設けることとしたが、波板３のみ、または平板２のみに上記のような配置のスリット孔６を形成した担体１でもスリット孔の周囲に裂け目、切れ目あるいは捻じれ等が発生することを防止しかつ排気の乱流状態を生じ、排気浄化性能を向上させることが可能なことは明白である。
【００３８】
また、平板２に対しても、波板３同様な配置でスリット孔６を設ける構成としたが、平板２については波形成形の工程が無いため、波板３と積層して巻回する際でも裂け目、切れ目あるいは捻じれ等は波板に比較して発生しにくい。したがって、平板２については隣接する孔列のスリット孔６がセル通路４方向から見て互いに重なることを許して比較的自由にスリット孔６を設けたものでも、切れ目あるいは捻じれ等を発生することは少ない。
【００３９】
また、円筒形に巻回した後に、波板３と平板２とを接合してメタル担体を得るが、接合の方法としては、ロウ材や溶接治具等を用いることが一般的である。しかしながら、このような方法だと、波板３および平板２にスリット孔６を設けているため、孔の部分を避けつつ接合できる部分を考慮しなければならないので、生産性が落ちる可能性がある。したがって、本発明による担体の場合は、高真空下あるいは非酸化雰囲気下で高温加熱することにより接合する拡散接合が好ましい。
【００４０】
エンジン性能等の条件で排気浄化性能の特性を変更しようとした場合を考えると、排気ガス流れの乱流化による排気性能向上を図った従来の多段のメタル担体においては、各メタル担体段の幅あるいは断面の大きさを変更したり、段と段との間の空間の容積を変更したりしなければならず、触媒コンバータ自体の大きさを変更しなければならなくなる場合等も考えられるため、非常にコストがかかる可能性がある。
【００４１】
しかしながら、本発明の実施形態で挙げているメタル担体においては、排気浄化性能を変更する場合であっても、孔５の位置ならびに数を変更するだけで排気浄化性能を変更できる。したがって、浄化性能の特性を変化させる際でも、生産性の良いコストを抑えた変更が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタル担体の一実施形態を示す図。
【図２】本発明のメタル担体の一実施形態を示す構成図。
【図３】メタル担体を構成する金属板の孔位置の比較例。
【図４】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形態１。
【図５】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形態２。
【図６】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形態３。
【符号の説明】
１    メタル担体
２    平板
３    波板
４    セル通路
５    孔
５A  比較例中の孔位置関係を示す部分
５B  実施形態１中の孔位置関係を示す部分
５C  実施形態２中の孔位置関係を示す部分
６    スリット孔
７    比較例中の孔列
８、８１、８２  実施形態１中の孔列
９１、９２、９３ 実施形態３中の孔列
Ｈ１、Ｈ２     実施形態１中のスリット孔
Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５ 実施形態３中のスリット孔
Ｌ１   実施形態１中のスリット孔長さ
Ｌ２   実施形態１中のスリット孔間の間隙
Ｌ３   実施形態３中のスリット孔間の間隙
【図１】
0003932798.tif 000002
【図２】
0003932798.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003932798.tif 000005
【図５】
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【図６】
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