(57)【要約】【課題】コストを増加させることなく、熱応力による破損を防ぐことのできる金属触媒担体を提供する。【解決手段】平板（２１）と波板（２２）とが多重に巻回されて構成されたコア（２０）と、前記コア（２０）を内装する円筒形状のシェル（３０）と、を備え、前記シェル（３０）は、その外周が、周方向の波形形状を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板（２１）と波板（２２）とが多重に巻回されて構成されたコア（２０）と、前記コア（２０）を内装する円筒形状のシェル（３０）と、を備え、
前記シェル（３０）は、その外周が、周方向の波形形状を有することを特徴とする金属触媒担体。
【請求項２】
請求項１に記載の金属触媒担体において、
前記シェル（３０）は、その内周が、周方向の波形形状を有し、
前記コア（２０）の外周は、前記シェル（３０）の内周面に、前記波形形状の隆起部で接することを特徴とする金属触媒担体。
【請求項３】
請求項２に記載の金属触媒担体において、
前記コア（２０）は、その最外周側に前記波板（２２）が配置され、
前記シェル（３０）の内周面の波形形状の間隔が、前記コア（３０）の最外周側の波板（２２）の波形形状の間隔の整数倍であることを特徴とする金属触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に用いられる内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒担体に関し、より詳細には、熱応力による破損を防ぐことのできる金属触媒担体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に自動車等のエンジンの排気系には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータが配置されている。この触媒コンバータには、金属製の平板と波板とから形成されたコアと、このコアを内装するシェルとからなる金属触媒担体が広く用いられている。
【０００３】
ところで、コアを通過する排気ガスはコアの外周部に比べて中心部ほど流速が大きい。従って、金属触媒担体では、高温の排気ガスとの接触、触媒反応による発熱、及び外筒からの外気への熱放出により、中心部ほど高温で外周部ほど低温となる温度分布が生じる。この温度分布によりコアと外筒との膨張及び収縮量に差が生じるが、コアを構成する平板と波板の板厚は、一般的に外筒の板厚よりもかなり薄いことから、熱容量差からコアに熱応力が作用する。そして、膨張・収縮の繰り返しによりコアの平板及び波板が塑性変形して金属疲労が生じ、最終的にコアの平板及び波板に破断が生じる場合があった。
【０００４】
このような問題に対して、シェルを二重化し、内筒と外の熱膨張差により発生する応力を軽減して触媒コンバータの耐久性を図った触媒コンバータの金属担体が開示されている（特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開平０９−１０８５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１の触媒担体は、熱応力によるコアの破損を防止するものであるが、シェルを二重化し、さらに内筒と外筒との材質を異なるものとするので、コスト面において問題があった。また、シェルを二重化したために、触媒担体におけるコアの断面積が減少し、触媒の容量が小さくなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、コストを増やすことなく、熱応力による破損を防ぐことのできる金属触媒担体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、平板と波板とが多重に巻回されて構成されたコアと、前記コアを内装する円筒形状のシェルと、を備え、前記シェルは、その外周が、周方向の波形形状を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シェルは、その内周が、周方向の波形形状を有し、前記コアの外周は、前記シェルの内周面に、前記波形形状の隆起部で接することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記コアは、その最外周側に前記波板が配置され、前記シェルの内周面の波形形状の間隔が、前記コアの最外周側の波板の波形形状の間隔の整数倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によると、シェルは、その外周が、周方向の波形形状を有するので、シェルの熱を外気等に放出する効率が高まり、これにより、比較的熱容量の小さいシェルに内装されるコアとの温度差が小さくなるので、熱応力の発生を小さく出来るからコアの破損を防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明によると、シェルは、その内周が、周方向の波形形状を有し、コアの外周は、前記シェルの内周面に、前記波形形状の隆起部で接するので、シェルとコアとの接触部分の面積を小さくすることができ、シェルとコアとの熱伝導率が小さくなる。これにより、比較的熱容量の大きなシェルと接するコアの外周部とコアの中心部との温度差が小さくなるので、熱応力の発生を小さく出来るからコアの破損を防止することができる。
【００１２】
請求項３の発明によると、コアは、その最外周側に前記波板が配置され、シェルの内周面の波形形状の間隔が、前記コアの最外周側の波板の波形形状の間隔の整数倍であるので、シェルとコアとが確実に固定される。これにより、組み付け時の作業性が向上し、金属触媒担体の製造コストが低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態の金属触媒担体について図面を用いて説明する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の金属触媒担体１０を示す斜視図である。
【００１５】
金属触媒担体１０は、円筒形状のシェル３０に、コア２０が内装されて構成される。コア２０は、板状の箔材からなる平板２１と、板状の箔材が波型に加工された部材である波板２２とが多重に巻回されて構成される。シェル３０は、後述するように、その外周側及び内周側が周方向の波形形状を有している。
【００１６】
金属触媒担体１０は、エンジン等の排気管中に備えられ、コア２０の表面に貴金属粒子等からなる触媒材を担持させることにより、排気ガス中の未燃焼成分や窒素酸化物等を還元させる触媒コンバータとして機能する。
【００１７】
ここで、コア２０を通過する排気ガスは、コア２０の外周部に比べて中心部ほど流速が大きい。一方、コアを内装するシェル３０は、板厚がコア２０と比較して大きいことから熱容量が大きい。また、外周が外気に接するため熱を放出しやすい。このため、コア２０の中心部と、シェル３０に接しているコア２０の外周部とで温度差が生じる。
【００１８】
また、排気ガス温度は、エンジンの運転状況によって大きく変動する。例えば、理想空燃比付近や高負荷時には排気ガス温度は高くなる。一方、燃料カット時にはエンジンに吸入された空気がそのまま排気管へと排出されるため排気ガス温度は低くなる。
【００１９】
このような構造により、例えば排気ガス温度が急激に上昇した場合は、コア２０の中心部の温度は排気ガス温度に伴って急激に上昇するが、シェル３０に接しているコア２０の外周部は、シェル３０の熱容量により中心部ほど上昇しない。同様に、排気ガス温度が急激に下降した場合は、コア２０の中心部側の温度は排気ガス温度に伴って急激に下降するが、シェル３０に接しているコア２０の外周部は、シェル３０の熱容量により中心部ほど下降しない。
【００２０】
従来、このような排気ガス温度の変動によりコア２０の中心部と外周部とで大きな温度差が生じ、また排気ガス温度の変動による熱膨張・収縮による応力が働き、コア２０の破損の原因となっていた。
【００２１】
そこで、本発明の第１の実施形態では、以降に具体的に説明するように、シェル３０を、周方向に波形形状を有する構造とすることによって、コア２０の中心部と外周部との温度差を小さくする金属触媒担体１０を構成した。
【００２２】
図２は、本願の第１の実施形態のシェル３０を示す斜視図である。
【００２３】
図２に示すように、シェル３０は、その外周側及び内周側が周方向に波形形状を有する円筒形状の筒材である。
【００２４】
金属触媒担体１０は、図１に示すように、周方向に波形形状を有するシェル３０に円筒形状のコア２０が内装されて構成される。コア２０の最外周部は平板２１となっているので、シェル３０の内周面の波形形状の突起部分（凸部）とコア２０の最外周部の平板２１とが接する。なお、シェル３０とコア２０とは、ロウ接合等によって接合される。
【００２５】
このシェル３０は、図３に示すような波形形状が加工された板状の部材である板材３１によって構成される。より具体的には、波形形状が加工された板材３１を円筒状に折り曲げ加工し、長辺方向の両端部を互いにロウ接合等によって接合することによって、円筒形状のシェル３０が構成される。
【００２６】
なお、この板材３１は、より好ましくは以下に示すような形状とする（図４参照）。
【００２７】
波形のピッチｐ＝２ｔ〜５ｔ
波形の先端の半径ｒ＝０．５ｔ〜２ｔ
波形の高さｈ＝０．２ｔ〜２ｔ
（なお、板材の厚さをｔとする）
また、板材３１の長辺方向の長さは、ピッチｐの整数倍とする。また、波形形状は、排気ガス流れ方向と平行、すなわち、板材の短辺方向と平行とする。
【００２８】
このように加工された板材３１からシェル３０を構成することにより、シェル３０の外周側の表面積を増すことができる。また、シェル３０としての強度を著しく低下させることなく、径方向の剛性を若干低下させることができる。
【００２９】
なお、シェル３０は、外形が略真円の形状を有するシェルと比較すると、部材が１割程度増加する。しかし、前述の引用文献１のように異なる材質の部材により二重化することと比較すると、コストを低くできる。
【００３０】
また、シェル３０は、必ずしも板材３１を円筒形状に加工することにより構成される必要はない。例えば、外形が略真円の円筒形状の部材を、ハイドロフォーミング等によって波形形状を加工することにより、シェル３０を構成してもよい。
【００３１】
また、本実施形態の金属触媒担体１０は、シェル３０の波形形状とコア２０の最外周部の平板２１との間に空隙が存在する。これは、金属触媒担体１０を排気管に組み込む際に、例えば溶接等により、排気ガスがこの空隙を通過しないように構成される。
【００３２】
以上のように、本発明の第１の実施形態の金属触媒担体１０は、シェル３０を、周方向の波形形状を有する円筒形状とした。これにより、シェル３０の外周側の表面積が、真円、楕円または長楕円形状と比較して増すため、シェル３０の放熱性が高まる。これにより、比較的熱容量の大きいシェル３０に接するコア２０の外周部と熱容量の小さいコア中心部との温度差を小さくできる。
【００３３】
また、シェル３０の内周側が波形形状を有するので、コア２０との接触部分の面積が小さくなる。すなわち、シェル３０の波形形状のうち内周側への隆起部分（凸部分）のみが、コア２０の最外周部の平板２１に接する。そのため、シェル３０とコア２０との間での熱伝達が小さくなるので、シェル３０に接するコア２０の中心部と外周部との温度差を小さくできる。
【００３４】
これらにより、シェル３０に接するコア２０の中心部と外周部との温度差が小さくなるため、熱膨張差により発生する熱応力を低減し、コア２０の破損が発生しにくい金属触媒担体１０を構成することができる。
【００３５】
また、シェル３０が波形形状を有することで、真円、楕円または長楕円形状と比較して径方向の剛性が小さくなる。そのため、熱膨張・収縮によるコア２０における径方向の応力を吸収できる。
【００３６】
また、シェル３０の内周側が波形形状を有するので、コア２０との接触部分の面積が小さくなることにより、シェル３０とコア２０とを接合させるためのロウ材の量が少なくてすむ。これにより、金属触媒担体１０の製造コストを小さくできる。
【００３７】
また、シェル３０の波形形状は、前述のように板厚の０．５倍から２倍程度とするので、金属触媒担体１０の断面積のうちシェル３０が占める断面積は、真円、楕円または長楕円形状と比較しても、その増加分はわずかである。従って、金属触媒担体１０におけるコア２０の断面積を減少させることがなく、触媒の容量を低下させることがない。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態の金属触媒担体１０について説明する。
【００３９】
前述の第１の実施形態では、金属触媒担体１０を、周方向の波形形状を有するシェル３０と最外周部が平板２１であるコア２０とによって構成した。
【００４０】
これに対して第２の実施形態では、金属触媒担体１０を、周方向の波形形状を有するシェル３０と最外周部が波形形状である波板２２であるコア２０とによって構成した。なお、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施の形態の金属触媒担体１０の要部の説明図である。
【００４２】
シェル３０は、前述の第１の実施の形態と同様の形状を有する。すなわち、周方向の波形形状を有する円筒状の板材３１を円筒状に折り曲げ加工し、長辺方向の両端部を互いにロウ接合することによって、周方向の波形形状を有する略円筒形状のシェル３０が構成される。
【００４３】
一方、コア２０は、その最外周部が波形形状を有する。すなわち、平板２１と波板２２とを多重に巻き回し、コア２０の最外周部が波板２２となるように構成した。
【００４４】
そして、シェル３０の波形形状の内周側のピッチ（波形形状の隆起部の間隔）が、コア２０の最外周部の波板２２のピッチ（波形形状の隆起部の間隔）の整数倍となるように、より好ましくはピッチが同一となるように、シェル３０及びコア２０を構成した。
【００４５】
一般的に、コア２０をシェル３０に組み付ける工程では、まず、コア２０の平板２１及び波板２２を巻締めてシェル３０に挿入する。そして、この巻締めを解いて、平板２１及び波板２２の弾性によりコア２０をシェル３０に密着させる。その後、シェル３０とコア２０とをロウ接合する。
【００４６】
この工程において、図５に示すように、シェル３０の内周側の波形形状の陥没部分（凹部分）に、コア２０の波板２２の隆起部分（凸部分）が係合することにより、コア２０がシェル３０の周方向に確実に固定されることとなり、組み付け時の作業性が向上するのである。
【００４７】
以上のように、本発明の第２の実施形態の金属触媒担体１０は、前述の第１の実施形態と同様の構成によって、前述の第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４８】
そしてさらに、シェル３０の内周側の波形形状の陥没部分に、コア２０の波板２２の隆起部分が係合する。これによって、シェル３０とコア２０とが確実に固定されるため、組み付け時の作業性が向上し、金属触媒担体１０の製造コストが低下する。
【００４９】
なお、本発明の金属触媒担体１０は自動車に限定されるものではなく、さまざまな内燃機関の排気ガスの浄化に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態の金属触媒担体の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のシェルの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のシェルを構成する板材の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のシェルを構成する板材の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の金属触媒担体の説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０    金属触媒担体
２０    コア
２１    平板
２２    波板
３０    シェル
３１    板材
【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】
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