JPH0610133Y2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として排
気管の途中に介装される、排気ガス浄化用触媒を担持さ
せるための金属製ハニカムコア体と筒状金属ケースとか
ら構成される排気ガス浄化装置に関する。更に詳しく
は、本考案は過酷な条件下で使用されるこの種の排気ガ
ス浄化装置において、特に熱的応力による各構成部材間
の剥離や部材の割れ、破損を有効に防止することができ
る排気ガス浄化装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、耐熱性の薄肉鋼板
からの平板状帯材と前記薄肉鋼板を波形成形した波板状
帯材とを、相互に当接部を有するように重積し、これを
一括渦巻状に巻回積層して製作した軸芯方向に排気ガス
通路のための多数の網目状通気孔路を有するハニカム状
積層体（以下、ハニカムコア体という。）と、両端が開
口した筒状の金属ケースから構成されている。

そして、前記ハニカムコア体と金属ケースとは、高温の
排気ガス自体からの伝達熱及び排気ガスと浄化用触媒と
の発熱反応により加熱され、この加熱に伴なう高温雰囲
気下における熱応力及び熱変形に耐え得るように、また
自動車走行時の振動などに耐え得るように、ハニカムコ
ア体と金属ケースの当接面の全面に亘りろう接などによ
り強固に固着される。従って、ハニカムコア体の熱は速
かに金属ケースに伝達して放熱されるため、ハニカムコ
ア体の外周面近傍ほど熱応力を大きく受ける結果となっ
ている。なお、ハニカムコア体を構成する平板状帯材と
波板状帯材の当接部は種々の方法により固着されること
はいうまでもないことである。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、前記したハニカムコア体と金属ケースと
から構成される従来の排気ガス浄化装置は、長期の使用
に耐えるものではない。特に、ハニカムコア体の軸芯方
向（即ち、排気ガスの流れ方向）において、前記した高
い温度雰囲気下における熱応力及び熱変形により、その
最外周面と金属ケースの内壁面との剥離が大きく、また
ハニカムコア体を構成する平板及び／又は波板の剥離，
ヒビ割れ，破損も大きいという欠点がある。

これは、単純にハニカムコア体と金属ケースを強固に固
着すればよいという考え方に修正をせまるものである。
本考案者は、ハニカムコア体の最外周面と金属ケースの
内壁面の剥離，ハニカムコア体を構成する平板状帯材と
波板状帯材との間の剥離，これら帯材のヒビ割れ、破損
を長期に亘り防止する方策について鋭意検討を加えた。

その結果、単一のハニカムコア体とするのでなく複数の
ハニカムコア体を両端が開口し、かつ要所に拡径部を有
する金属ケース内に離間して配置させるとともに、ハニ
カムコア体の外周面と金属ケースの非拡径部の内壁面と
の当接面のうち、夫々のハニカムコア体の片端を固着し
他端を当接させるようにした場合、当接側の端部が軸方
向に伸縮可能となるため、熱膨張に基づく変形を極めて
有効に分散，緩和しうること、また複数のハニカムコア
体を離間させることにより形成される離間部、及びハニ
カムコア体と金属ケースの拡径部に形成される空隙部が
排気ガスの流れに乱れを生じさせる効果を付与して浄化
効率を改善したり装置内の温度分布をより均一化しうる
こと（これは、ハニカムコア体の外周面に対して断熱空
間となっている前記空隙部により一層助長される）、さ
らに夫々のハニカムコア体の外周面が金属ケースの内壁
面と片端が固着し他端が当接するために耐振性の低下を
壁けることができることを見い出し、本考案を完成する
に至った。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案を概説すれば、本考案は、薄肉金属板の平板状帯
材と波板状帯材を相互に当接するように重積して製作し
た軸方向に多数の網目状通気孔路を有する複数のハニカ
ムコア体を、両端が開口し、かつ、夫々のハニカムコア
体の両端部近傍の外周面に当接する部位とそれ以外が拡
径している部位とからなる金属ケース内に離間させて固
着してなる排気ガス浄化用触媒を担持するための排気ガ
ス浄化装置において、前記ハニカムコア体と金属ケース
との固着が、夫々のハニカムコア体の両端部近傍の外周
面と金属ケースの内壁面との当接面のうち、片端を固着
し他端を当接させるようにしてなされたものであること
を特徴とする排気ガス浄化装置に関するものである。

以下、本考案の構成について詳しく説明する。

前記した如く、従来の排気ガス浄化装置は、一般に両端
が開口した筒状金属ケース内に一個のハニカムコア体を
填装し、ハニカムコア体の外周面と金属ケースの内壁面
を強固に固着して製造される。しかし、このような構造
の排気ガス浄化装置は長期の使用に耐え得るものではな
い。

特に、排気ガス浄化装置は熱応力による変形（歪）を受
けやすく、これが耐久性を低下させる大きな要因であ
る。

即ち、排気ガス浄化装置は、運転・停止と負荷の高低に
よる加熱・冷却サイクルにより、その構成部材は大きな
熱応力及び熱変形を受けることはいうまでもなく、走行
中であっても同様である。

この点、走行中の状況を考察すると、排気ガス浄化装置
は、排気ガスの流量分布の相違（中央部の流量が周辺部
より多い）、及びハニカムコア体の表面部に担持された
排気ガス浄化用触媒（Pt,Pd,Rhなどの触媒）と排気ガス
との接触反応（発熱反応）により、ハニカムコア体の中
央部は周辺部より高温にさらされる。

前記したハニカムコア体内部の温度勾配をさらに詳しく
みると、ハニカムコア体の外周面とそれより少し内側の
部位間における温度勾配は、中央部近傍における同じ距
離間における温度勾配より著しく大きなものとなる。こ
のことは、ハニカムコア体の外周面が外気と接している
筒状金属ケースに固着されていることから、ハニカムコ
ア体から金属ケースとの固着当接面を介して伝達された
熱が外部へ放熱されるため、より一層、助長されること
となる。

従って、このことが起因して大きな熱応力による歪が生
じ、金属ケースの内壁面にハニカムコア体の最外周面が
ろう接などにより固着されていても、特にハニカムコア
体の軸方向において経時的に両者は剥離しようとする。

同様に、前記した熱応力にもとづく変形力（歪）により
金属ケースの内壁面にろう付けなどにより固着されてい
るハニカムコア体の外周面とそれより少し内側の部位間
において、ハニカムコア体を構成する平板状帯材と波板
状帯材との当接部の剥離，これら帯材のヒビ割れ，破損
などが生起する。

前記した剥離などを抑制ないし防止するためには、特に
ハニカムコア体の外周面近傍において熱応力に基づく変
形力（歪）の緩和策を講じる必要がある。

このため、本考案においては、両端が開口し、かつ、要
所に拡径部を有する金属ケース内に、複数のハニカムコ
ア体を所望の幅を離間させて配置し、両者をろう接など
により固着するという技術的構成を採用する。本考案に
おいて、前記した金属ケースとして、填装して固着され
る夫々のハニカムコア体の両端部近傍部位を除いた部位
に拡径部を有するものが使用される。本考案において
は、金属ケースとして前記した拡径部を有するものに限
定されず、前記した構造の拡径部とともに金属ケースの
両端部を除いて中央部に跨設された拡径部を有するもの
も使用することができる。

本考案において、前記した両者の固着、即ち、夫々のハ
ニカムコア体の前記拡径部を有する金属ケースの内壁面
への固着は、夫々のハニカムコア体の片端の外周面を金
属ケースの非拡径部の内壁面に固着するようにして行な
う。一方、ハニカムコア体の他端の外周面は、金属ケー
スの非拡径部の内壁面に当接（ろう接などにより固着を
行なわない。）させて非固着部とし、この非固着部を軸
方向に伸縮可能としておく。

本考案の前記した構成の排気ガス浄化装置は、夫々のハ
ニカムコア体が所定の幅を離間して要所に拡径部を有す
る金属ケース内に配置されるとともに、そのハニカムコ
ア体の外周面が金属ケースの内壁面に片端が固着される
が他端が当接しているだけであるため、特にハニカムコ
ア体の外周部近傍における大きな熱応力に基づく軸方向
への変形を効果的に吸収することができる。そして、ハ
ニカムコア体の離間部近傍の外周面は金属ケースの内壁
面に固着または当接しているため、自動車走行時の振動
に対して耐久性がある。また、ハニカムコア体間で形成
される離間部は、排気ガスの流れに乱れを生じさせる効
果を付与することができ、これにより排気ガスの浄化能
力をハニカムコア体の各部において、より均一化するこ
とができる。さらに、夫々のハニカムコア体の外周面と
金属ケースの拡径部間で形成される空隙部は、断熱保温
作用を果たし、金属ケース内の温度分布をより均一なも
のとするため、熱応力変形の局部的偏在を抑制するこ
と、即ち、排気ガス浄化装置の耐久性を向上させること
ができる。なお、金属ケースとして、金属ケース内に固
着される複数のハニカムコア体の夫々の両端部近傍の外
周面に当接し、それ以外の部位が拡径部を有する構造の
ものだけでなく、さらに金属ケースの両端部近傍を除い
て中央部に跨設された拡径部を有するものを使用した場
合、離間部の高温の排気ガスをハニカムコア体外周面の
空隙部に導くことができるため、さらにハニカムコア体
内の温度分布を均一なものにすることができる。

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明するが、本
考案は図示のものに限定されないことはいうまでもない
ことである。

第１図〜第２図は、本考案に係る排気ガス浄化装置の一
実施例を示すものであり、第１図は排気ガス浄化装置の
一部切欠斜視図を、また第２図は一部縦断面図を示す。

図示されるように、本考案に係る排気ガス浄化装置(1)
は、２個のハニカムコア体(2,2)が、両端が開口し、か
つ、両端部と中央部を除いた部位に拡径部(31,32)を有
する金属ケース(3)内に、所定の幅を離間させて配置さ
れ、夫々のハニカムコア体(2,2)と金属ケース(3)を固着
することにより製造される。

固着において、夫々のハニカムコア体(2,2)と金属ケー
ス(3)の固着は、第２図に示されるように夫々のハニカ
ムコア体(2,2)の該金属ケース(3)の開口部近傍における
外周面をろう付により固着し、他方、離間部近傍の外周
面は金属ケースの中央部の内壁面に当接させるようにす
る。

前記ハニカムコア体(2)は、耐熱性の薄肉鋼板からなる
平板状帯材(21)と、該平板状帯材(21)を波形加工した波
板状帯材(22)を相互に当接部を有するように重積し、次
いで両者を一括渦巻状に巻回積層することにより製作さ
れる。この巻回積層により、排気ガスの通路となる多数
の網目状通気孔路(23)は自動的に形成される。

前記平板状帯材(21)として、例えばCr20%,Al5%の耐熱鋼
の厚さ0.05mm，幅30mmのものが、そして波板状帯材(22)
として前記平板状帯材(21)を波形加工したものが使用さ
れる。本実施例においては、これらの部材を巻回積層し
て製作した軸方向長さの短かいハニカムコア体を二個使
用してハニカムコア体(2,2)とした。

第３図は、本考案の第二実施例になる排気ガス浄化装置
の一部縦断面図である。前記第一実施例のものと比較し
て、金属ケースの拡径部(31′，32′）の形状が相違す
るだけである。

第４図〜第５図は、本考案の第三実施例になる排気ガス
浄化装置を示すものであり、第４図は斜視図、第５図は
第４図のＡ・Ａ線断面図である。この第三実施例におい
て、筒状金属ケースとして、両端が開口し、かつ両端部
と中央部を除いた部位に拡径部を有し、さらに、中央部
に跨設された拡径部を有するものが使用される。この第
三実施例の排気ガス浄化装置は、前記第一〜第二実施例
のものと比較して、離間部の高温の排気ガスが金属ケー
スの拡径部(31,32)に形成された空隙部に導びかれるた
め、更に大きな断熱保温効果を発揮して金属ケース内の
ハニカムコア体内部の温度をより均一なものにすること
ができる。

第６図は本考案の第四実施例になる排気ガス浄化装置の
正面図である。これは前記第一実施例のものと比較し
て、ハニカムコア体として平板状帯材と波板状帯材を階
層状に積層して製作したものを用い、金属ケースとして
断面レーストラック形状のものを用いている点が相違し
ている。

〔考案の効果〕

本考案の排気ガス浄化装置は、複数のハニカムコア体を
所定の幅を離間させて、両端が開口し、かつ要所に拡径
部を有する金属ケース内に配置し、夫々のハニカムコア
体と金属ケースとの固着をハニカムコア体の両端部近傍
の外周面と金属ケースの非拡径部の内壁面との当接面の
うち、片端を固着し他端を当接させるようにして製作さ
れるものであり、金属ケース内部にはハニカムコア体間
の離間部と、ハニカムコア体外周面と金属ケースの拡径
部との間の空隙部が形成される。なお、金属ケースとし
て要所に拡径部を有するとともに、さらに金属ケースの
中央部に跨設した拡径部を有するものを使用すると、離
間部と空隙部を連通させることができる。

そして、本考案の排気ガス浄化装置は、前記した固着手
段の活用、空間部の形成により次のような優れた効果を
奏する。

(i)複数のハニカムコア体間に設けられた離間部が、該
離間部近傍におけるハニカムコア体の軸方向の伸縮を可
能とするためハニカムコア体の軸方向の熱応力に基づく
変形（歪）を効果的に吸収することができる。このた
め、ハニカムコア体と金属ケース間の剥離はもとより、
特に熱応力歪を集中的に受けるハニカムコア体の外周面
近傍のハニカムコア体を構成する平板状帯材と波板状帯
材間の剥離，これら部材のヒビ割れ，破損を効果的に防
止することができる。

(ii)ハニカムコア体間に離間部を設けたことにより、排
気ガスの流れに乱れを生じさせる効果を付与することが
できるため、排気ガスの浄化能を均一化し、かつハニカ
ムコア体内の温度分布を均一化することができる。

(iii)ハニカムコア体の外周部と金属ケースの拡径部間
に設けられた空隙部が断熱保温作用を果たすため、ハニ
カムコア体内の温度分布がより均一化される。また、筒
状金属ケースとして両端が開口し、かつ要所に拡径部を
有するとともに、さらに中央部に跨設された拡径部を有
するものを使用する場合、前記空隙部は離間部と連通す
ることになり、離間部の高温の排気ガスが該空隙部に導
びかれるため、更に大きな断熱保温効果が発現され温度
分布の均一化はより一層改善される。これは、排気ガス
浄化装置の熱応力歪の偏在による耐久性の低下を改善す
るうえで重要な点である。

(iv)ハニカムコア体の非固着端部を金属ケースの内壁面
に当接させているので、自動車走行時の振動に対して耐
振性を低下させない排気ガス浄化装置とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第一実施例の排気ガス浄化装置の一
部切欠斜視図であり、第２図は第一実施例の排気ガス浄
化装置の一部縦断面図である。第３図は第二実施例の排
気ガス浄化装置の一部縦断面図である。第４図は第三実
施例の排気ガス浄化装置の斜視図であり、第５図は第４
図のＡ・Ａ線断面図である。第６図は第四実施例の排気
ガス浄化装置の正面図である。 １…排気ガス浄化装置 ２…ハニカムコア体 ２１…平板状帯材 ２２…波板状帯材 ２３…網目状通気孔路 ３…金属ケース ３１，３２…金属ケースの拡径部

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材を相
   互に当接するように重積して製作した軸方向に多数の網
   目状通気孔路を有する複数のハニカムコア体を、両端が
   開口し、かつ、夫々のハニカムコア体の両端部近傍の外
   周面に当接する部位とそれ以外が拡径している部位とか
   らなる金属ケース内に離間させて固着してなる排気ガス
   浄化用触媒を担持するための排気ガス浄化装置におい
   て、前記ハニカムコア体と金属ケースとの固着が、夫々
   のハニカムコア体の両端部近傍の外周面と金属ケースの
   内壁面との当接面のうち、片端を固着し他端を当接させ
   るようにしてなされたものであることを特徴とする排気
   ガス浄化装置。
2. 【請求項２】ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯
   材を相互に当接するように重積し、これを一括渦巻状に
   巻回積層して製作したものである請求項１に記載の排気
   ガス浄化装置。
3. 【請求項３】ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯
   材を階層状に積層して製作したものである請求項１に記
   載の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】金属ケースが、断面円形である請求項１に
   記載の排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】金属ケースが、断面レーストラック形状で
   ある請求項１に記載の排気ガス浄化装置。