JPH09155201A - メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス浄化用のメタル担体（ＭＳ）におい
て、その主要な構成要素であるメタルハニカム構造体
を、特殊構造のスパイラルオープンチューブにより構成
することにより、諸特性と経済性を向上させる。 【解決手段】 排気ガス浄化用触媒を担持するための金
属製のハニカム構造体（メタルハニカム構造体）を金属
製のケーシング（メタルケーシング）の内部に収容し、
かつ固着した排気ガス浄化用のメタル担体（ＭＳ）にお
いて、前記メタルハニカム構造体が、(i).軸芯線に対し
て、薄肉金属板製の平板状帯材を、その縁部の大部分が
相互に重合しないように所望幅の空間部を置いてスパイ
ラル状に巻回かつ並進させた構造の前記平板状帯材から
成るスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）と前記空間部
から成るスパイラル状溝部（ｔｂ）を有するスパイラル
オープンチューブ（ｔ）を最小構成部材として構成さ
れ、かつ、(ii).前記スパイラルオープンチューブ
（ｔ）の所望本数（ｔ₁ ＋ｔ₂ ＋………ｔ_n ；ｎは２以
上の整数）を集束させて製作したハニカム構造体により
構成したものである、ことを特徴とするメタル担体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製かつハニカ
ム構造の排気ガス浄化触媒を担持するためのハニカム構
造体（以下、単にメタルハニカム構造体という。）、及
び前記メタルハニカム構造体を外包する金属製のケーシ
ング（以下、単にメタルケーシングという。）、とから
なる排気ガス浄化用のメタル担体に関する。

【０００２】詳しくは、本発明は、新規な構造のメタル
ハニカム構造体を主要な構成要素とする排気ガス浄化用
装置（メタル担体）に関する。更に詳しくは、本発明
は、この種の排気ガス浄化用装置（メタル担体）の主要
な構成要素であるメタルハニカム構造体を、従来の平板
状帯材（平箔）と波板状帯材（波箔）を重積して構成し
たもの、あるいは所望本数のかつ単純構造の細径チュー
ブ（管体）を集束させて構成したものに代えて、特殊構
造のスパイラル状チューブの集束体で構成したことに特
徴を有するものである。

【０００３】

【従来の技術】前記したように、本発明の排気ガス浄化
用メタル担体の必須の構成要素であるメタルハニカム構
造体の構造は、特殊なものである。前記した本発明の特
殊構造のメタルハニカム構造体との関連において、以
下、従来技術を説明する。

【０００４】従来より提案されているメタルハニカム構
造体の典型例が、その構成部材を含めて図１２〜図１４
に示されている。図示されているように、この種のメタ
ルハニカム構造体（Ｈ´）は、耐熱性の薄肉金属板製の
平板状帯材（平箔）（１）と波板状帯材（波箔）（２）
を交互に重積するとともに（図１２参照）、これを巻回
成形して製作したハニカム構造体（図１３〜図１４参
照）であって、排気ガス浄化用触媒（例えばＰｔ，Ｒ
ｈ，Ｐｄなどを使用した触媒系）を担持するための母体
となるものである。そして、前記メタルハニカム構造体
（Ｈ´）は、図１３〜図１４に示されるようにメタルケ
ーシング（Ｃ）の内部に収容され、固着されてメタル担
体（ＭＳ）とされるものである。

【０００５】前記したメタル担体（ＭＳ）は、当業界に
おいては、メタルサポート（MetalSupport ）またはメ
タルサブストレート（Metal Substrate ）などといわれ
ており、略記号（ＭＳ）が使用されている。この意味
で、図１３〜図１４も前記した略記号（ＭＳ）を使用し
ている。また、メタルハニカム構造体は、ハニカム構造
（Honeycomb Structure ）に因んで、略記号（Ｈ）が使
用されている。なお、本発明と従来技術を区別するため
に、従来技術のものはダッシュ付き記号（Ｈ´）で示さ
れる。更に、メタルケーシングは、ケーシング（Casin
g）に因んで、略記号（Ｃ）が使用されている。

【０００６】前記した従来の排気ガス浄化用触媒を担持
するためのメタルハニカム構造体（Ｈ´）としては、種
々のものが提案されている。前記した図１２〜図１４に
示されるメタルハニカム構造体（Ｈ´）は、平箔（１）
と波箔（２）が巻回積層されて構成されていることか
ら、当業界においては巻回タイプと俗称されている。な
お、図１２は前記巻回タイプのメタルハニカム構造体
（Ｈ´）の構成部材である一組の平箔（１）と波箔
（２）の斜視図を示し、図１３は前記した従来の巻回タ
イプのメタルハニカム構造体（Ｈ´）をメタルケーシン
グ（Ｃ）内に収容し、固着して製作したメタル担体（Ｍ
Ｓ）の斜視図を示し、図１４は前記図１３のメタル担体
（ＭＳ）の正面図を示す。

【０００７】前記した従来のメタル担体（ＭＳ）の主要
な構成要素である巻回タイプのメタルハニカム構造体
（Ｈ´）は、例えば１００μｍ以下（好ましくは５０μ
ｍ以下）の耐熱性の薄肉鋼板からなる平箔（１）と波箔
（２）とを、交互に当接部を有するように重積し、これ
を一括渦巻き状に巻回成形して軸方向に排気ガス通路の
ための多数の網目状通気孔路（セル）（３）を持つハニ
カム構造体としたものである。

【０００８】このほか、排気ガス浄化用触媒を担持する
ためのメタルハニカム構造体（Ｈ´）として、前記した
巻回タイプのもの以外に、平箔（１）と波箔（２）から
ハニカム構造体を製造する方法の相違により、各種の構
造のものが提案されている。

【０００９】図示しないが、例えば、平箔と波箔を階層
状に相互に当接、重積した構造の階層タイプのもの、こ
のほか、放射状タイプ、Ｓ字状タイプ、巴状タイプ、及
びＸ−ラップ（卍状）タイプなどの種々の形状構造を有
するメタルハニカム構造体（Ｈ´）が知られている。

【００１０】また、前記した従来のメタル担体（ＭＳ）
の構成要素であるメタルケーシング（Ｃ）としては、内
部に前記メタルハニカム構造体（Ｈ´）を収容し、固着
するための筒状体が使用されている。前記メタルケーシ
ング（Ｃ）の正面（断面）形状は、図１３〜図１４に示
される円形のものに限定されず、メタルハニカム構造体
（Ｈ´）の正面（断面）形状に適合した形状のもの、例
えば楕円形、長円形、レーストラック形状、多角形、そ
の他の異形形状のものであってもよいものである。

【００１１】そして、前記した従来のメタルハニカム構
造体（Ｈ´）を主要な構成要素とするメタル担体（Ｍ
Ｓ）は、排気ガス系統という過酷な熱的環境条件のもと
で使用されるため、メタルハニカム構造体（Ｈ´）を構
成する両箔材（平箔と波箔）の当接部は強固に固着され
る。これは、メタルハニカム構造体（Ｈ´）が、排気ガ
ス自体の高温度、及び排気ガスと担持された排気ガス浄
化用触媒との発熱反応により高温度にさらされ、このよ
うな高温雰囲気のもとで大きな熱応力を発生するためで
あり、前記熱応力に耐え得るように前記当接部はろう接
合や溶接などの固着方式により強固に固着される。例え
ば、熱応力の吸収・緩和を考慮してハニカム構造体（Ｈ
´）内部の所望部位の平箔と波箔の当接部が、ろう接合
や溶接などの固着手段により固着される。

【００１２】一方、メタルハニカム構造体（Ｈ´）とメ
タルケーシング（Ｃ）の当接面部も、両構成要素の前記
熱応力及び振動に基づく離体の防止という観点などから
強固に固着されるものである。なお、メタルハニカム構
造体（Ｈ´）内部には大きな熱応力が発生し、これが両
構成要素の当接面部に集中・集積し両構成要素の離体を
誘発するが、前記した熱応力を吸収・緩和させるため
に、両構成要素の当接面部の特定部位をろう接合などに
より固着するという方式も提案されている。

【００１３】前記したように、従来のメタル担体（Ｍ
Ｓ）の主要な構成要素であるメタルハニカム構造体（Ｈ
´）において、その構成部材である平箔と波箔は、波箔
の山部及び谷部で相互に固着された構造のものである。
従って、前記当接部に触媒物質を担持させることができ
ないため、両箔材の全表面積に対する触媒担持のための
有効面積率は低いものである。

【００１４】より具体的には、この種の平箔及び波箔と
して使用されている厚さ５０μｍ以下の耐熱性のＦｅ−
Ｃｒ２０％−Ａｌ ５％系などの耐熱鋼箔は、重量ベー
スの価格が厚さ１．５ｍｍ程度のＳＵＳ３０４の材料の
５倍前後と極めて高価なものであり、前記当接部による
触媒担持のための有効面積率の低下は、非経済的なもの
である。因みに、メタル担体（ＭＳ）全体の原価に対す
る前記耐熱鋼箔の材料費の比率は５０％にも及ぶもので
あり、耐熱鋼箔の排気ガス浄化用触媒を担持するための
有効面積率を増大化すること、あるいは所定の有効面積
率のもとで排気ガス浄化能を向上させて耐熱鋼箔の使用
量を低減化すること、などが経済性の観点から強く求め
られている。

【００１５】更に、従来のメタル担体（ＭＳ）において
検討されなければならない点は、メタル担体（ＭＳ）の
製造に適用される固着手段である。前記したように、メ
タル担体（ＭＳ）の製造において、メタルハニカム構造
体（Ｈ´）を構成する両箔材（平箔と波箔）の当接部、
及びメタルハニカム構造体（Ｈ´）とメタルケーシング
（Ｃ）の当接面部は、耐久性の観点からろう接合（ろう
付け）や溶接などの固着手段が適用されて固着されるも
のである。そして、前記固着手段としては、一般に生産
性や固着強度の均一性などの観点から、ろう接合方式が
採用されている。しかしながら、前記ろう接合方式にお
いて、使用されているろう材は、メタル担体（ＭＳ）の
高温雰囲気下での使用条件ということから、例えばＮｉ
系、Ｎｉ−Ｃｒ系などの高価な高温用ろう材であり、経
済性の観点から、その使用量の低減化が強く求められて
いる。また、前記したろう材使用量の低減化の点は、前
記したように両箔材（波箔と平箔）の当接面積が大きな
ものであることから、使用されるろう材が多くなり、こ
のためろう材成分と両箔材の金属成分との合金化反応や
拡散反応による両箔材の耐熱性の低下、更には触媒の死
活化などの問題が誘発され、この面からもろう材使用量
の低減化が強く求められている。

【００１６】当業界において、メタルハニカム構造体
（Ｈ´）を前記した平箔と波箔で構成するアプローチの
ほかに、細管チューブの集束体で構成するというアプロ
ーチも提案されている。この種の細管チューブの集束体
からなるメタルハニカム構造体（Ｈ´）及び前記メタル
ハニカム構造体（Ｈ´）を利用したメタル担体（ＭＳ）
の典型例が図１５〜図１７に示されている。即ち、図１
５は、メタルハニカム構造体（Ｈ´）の構成部材である
単純構造の細径チューブ（ｔ´）を示し、図１６は前記
細径チューブ（ｔ´）の集束体からなるメタルハニカム
構造体（Ｈ´）と前記メタルハニカム構造体（Ｈ´）を
外包するメタルケーシング（Ｃ）とからなるメタル担体
（ＭＳ）の斜視図を示し、図１７は前記図１６に示され
るメタル担体（ＭＳ）の正面図を示すものである。

【００１７】後述するように、本発明のメタルハニカム
構造体（Ｈ）は、前記した平箔と波箔を利用したメタル
ハニカム構造体（Ｈ´）（図１２〜図１４参照）、及び
前記した単純構造の細管チューブ（ｔ´）の集束体から
なるメタルハニカム構造体（Ｈ´）（図１５〜図１７参
照）と比較すると、全く異質のものであり新しい構造の
ものである。なお、管体（チューブ）とは、流体または
物体を輸送する際に使用される「閉じた」横断面を持つ
導管であると定義することができる。従って、前記した
定義には、後述する本発明のスパイラルオープンチュー
ブ（ｔ）は含まれないことはいうまでもないことであ
る。というのは、詳しくは後述するが、前記「オープ
ン」という用語は、「閉じた系（閉塞系）」という概念
を包含しないからである。従って、前記した定義との関
連において、本発明のメタルハニカム体（Ｈ）の構成部
材を、「スパイラルオープンチューブ（ｔ）」と命名す
るのは不適切であるが、前記命名法は便宜上のものであ
り、チューブ状をなしているものと理解されるべきであ
る。

【００１８】前記したように、後述する本発明の「スパ
イラルオープンチューブ（ｔ）」を構成部材とするメタ
ルハニカム構造体（Ｈ）は、従来のメタルハニカム構造
体（Ｈ´）、特に、単純構造の細管チューブ（ｔ´）を
使用したメタルハニカム構造体（Ｈ´）とは異質のもの
であり、かつ、後知恵（Hindsight ）的に後者から予想
されるものでもない全く新規の構成のものである。ここ
で、本発明の位置づけ（従来技術に対する相違性）を評
価するために、前記した単純構造の細管チューブの集束
体からなるメタルハニカム構造体（Ｈ´）（図１５〜図
１７参照）の具体的な技術内容をみる必要がある。以
下、従来より提案されている単純構造の細管チューブの
集束体からなるメタルハニカム体（Ｈ´）の幾つかの具
体的な技術内容を説明する。

【００１９】１．特開昭６３−１３６８４号 (i).厚肉大径管内に、前記大径管よりも小径の複数本の
薄肉小径管を管軸方向を合致させて稠密に挿入し、(i
i).前記小径管の両端面をその管軸方向に機械的加圧手
段により加圧するとともに、真空中又は不活性ガス中で
加熱すること、を特徴とするハニカム構造の筒体の製造
方法を開示している。前記先行技術において、大径管内
に配設された小径管は、加圧方向に対して直交する方向
に外力を得ることにより隣接した小径管相互の接触部は
強固に拡散接合されるものである。このため、前記先行
技術において、比強度、比剛性の高いハニカム構造の筒
体が製造される。

【００２０】２．特開昭６３−２７３５１７号 (i).易溶解性粉体を充填したステンレス鋼管を、大径の
耐熱鋼管の中に密に装入し、(ii).熱間加工により断面
積を減少させ、(iii).次いで、所定の長さに切断し、(i
v).更に、前記易溶解性粉体を化学的（又は電気化学
的）処理により除去すること、を特徴とする自動車排気
ガス浄化装置用基体の製造方法を開示している。前記提
案において、ステンレス鋼管はステンレス鋼帯を連続的
に造管、溶接することにより製作されたものであり、ま
た易溶解性粉体は、ハニカム構造体の穴（セル）に対応
する空間を確保するものであり、前記(iv)工程において
完全に除去されるものでなくてはならないものである。
前記易溶解性粉体は、熱間加工時に、前記粉体を被覆し
ているステンレス鋼管を均一に変形させることが必要で
あり、このため高温で流動性を有する金属粉、酸化物、
炭化物などで構成されるものである。

【００２１】３．特公平３−３４９８０号 (i).ステンレス鋼により予め被覆された易溶削鋼線材
を、耐熱鋼管（ケーシング）中に密に装入し、(ii).熱
間加工により断面積を１／４以下に減少させ、(iii).次
いで、所定の長さに切断し、(iv).更に、易溶削鋼線材
を化学的（又は電気化学的）処理により溶解除去するこ
と、を特徴とする自動車排気ガス浄化装置用基体の製造
方法を開示している。前記提案のものは、前記した特開
昭６３−２７３５１７号に関連するものである。前記提
案のものにおいて、易溶削鋼線材とは、ステンレス鋼よ
り化学的又は電気化学的処理により溶け易く、また熱間
加工性の良好なものであることが望ましく、例えば低炭
素〜高炭素鋼、低合金鋼、高Ｍｎ鋼、高Ｎｉ鋼などが使
用される。より具体的には、前記易溶削鋼線材として炭
素鋼を使用した場合、硝酸溶液中で超音波をかけつつ処
理し、炭素鋼を溶解除去する。

【００２２】４．特開昭６３−３１５１５０号 (i).耐食性かつ金属製の多数の細管を相互にろう付けす
ることにより結束してメタルハニカム構造体とし、(i
i).前記メタルハニカム構造体を筒状のケーシング内に
収納するとともに両要素（メタルハニカム構造体とケー
シング）をろう付けすること、を特徴とする自動車排気
ガス用触媒担体を開示している。前記提案のものは、多
数の細管を溶接により一体化したもの（例えば特開昭５
２−２４６１６号）と比較して、細管寸法が溶接可能の
寸法であることを要せず、従って細管寸法を小さくする
ことができ、細管内面の触媒と流通する排気ガスを効率
よく接触させることができる。

【００２３】５．特開昭６３−３１５１５１号 (i).耐食金属製の多数の細管を相互にろう付けにより結
束するとともに、その外周に金属バンドをろう付けで固
着してメタルハニカム構造体を形成し、(ii).前記メタ
ルハニカム構造体をケーシングに収容し、前記金属バン
ドとケーシングを溶接（例えば点溶接）すること、を特
徴とする自動車用触媒装置を開示している。前記提案の
ものは、細管として注射針のような極めて細い金属管の
使用を可能とするものであり、かつ多数の細管を空洞を
生じることなく密に一体化結合したメタルハニカム構造
体を提供する。

【００２４】６．特開平３−７２９５４号 (i).基材（例えば、ウレタンゴムや発泡スチレンなど）
に微粉末金属を塗着させ、前記基材を焼成することによ
り薄肉パイプを製造し、(ii).前記薄肉パイプを枠体
（ケーシング）に組込むこと、を特徴とする自動車用排
気ガスなどの処理に用いられる触媒担体の製造方法を開
示している。従来のセル（空隙部）が排気ガス通過方向
にみてストレート構造（真っ直ぐな構造）のものであ
り、この種の直管状担体を曲げ加工する場合、その構成
部材である金属箔が破断してしまうという欠点を有す
る。しかしながら、前記提案のものは、前記欠点を解消
しようとするものである。即ち、粉末冶金技術を利用し
て予め最終的に枠体（ケーシング）に組込んだときの形
状（最終製品としての触媒担体の形状）に対応する薄肉
厚のパイプを製造し、前記薄肉パイプの所望本数を枠体
（肉厚のケーシング）で外包することにより、曲管部に
装着可能な軽量の触媒担体を提供しようとするものであ
る。

【００２５】しかしながら、前記した各種の単純構造の
細管チューブ（ｔ´）を利用した従来技術は、細径チュ
ーブ（ｔ´）同士をその外周面を相互に密着させてメタ
ルハニカム構造体（Ｈ´）とするため、排気ガスの浄化
用触媒を担持するための有効表面積が著しく減ぜられる
ものであり、かつ、細径チューブ（ｔ´）の集束体内部
に発生する熱応力の吸収・緩和能力の観点、あるいは高
価なろう材の低減率の観点などからみて改善の余地を残
すものである。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来の排気ガス浄化用メタル担体（ＭＳ）、特にその主要
な構成要素である排気ガス浄化用触媒を担持するための
メタルハニカム構造体（Ｈ´）の限界に鑑み、創案され
たものである。本発明者らは、新しい構造のメタルハニ
カム構造体について鋭意、検討を加えた。その結果、従
来の前記した「閉じた」横断面を持つ細径チューブ（剛
性管体または可撓性管体）に代えて、特殊構造のスパイ
ラル状のオープンチューブ（前記「閉じた」横断面とい
う用語に対して「オープン」という用語を用いてい
る。）を採用したとき、前記した従来技術の問題点や限
界点が克服され、かつ付加価値の高いメタルハニカム構
造体が得られること、従って高性能のメタル担体（Ｍ
Ｓ）が得られることを見い出した。

【００２７】即ち、前記スパイラル状のオープンチュー
ブとは、所望幅かつ長尺の薄肉金属板製の平板状帯材
が、軸芯線の回りに、その大部分の縁部が相互に重合し
ないように（縁部が重なり合わないように）所望幅の空
間部を置いてスパイラル状に巻回かつ並進する構造のも
のであり、 ・ 前記平板状帯材から成るスパイラル状チューブ本体
部、及び、 ・ 前記空間部から成るスパイラル状溝部、とから構成
されるものである。

【００２８】そして、本発明者らは、前記特殊構造のス
パイラル状のオープンチューブにおいて、スパイラル状
溝部を存在させるとともにスパイラル状溝部の幅（空間
部の幅）を所望に設定することにより、オープン（非閉
塞系）のチューブ状物であるにもかかわらずメタルハニ
カム構造体を製作するときのハンドリング性、製作され
たメタルハニカム構造体の強度、スパイラル状溝部を介
しての排気ガスの混合、攪拌、乱流化特性、スパイラル
状溝部での熱応力の吸収・緩和能力、などの諸点におい
て優れた効果を発現させることができる、ということを
見い出した。

【００２９】本発明は、前記知見をベースにして完成さ
れたものである。本発明は、特殊構造のスパイラル状の
オープンチューブから成る排気ガス浄化触媒を担持する
ためのメタルハニカム構造体（Ｈ）を主要な構成要素と
するメタル担体（ＭＳ）に関するものであり、本発明に
より経済的でかつ諸特性に優れた排気ガス浄化用のメタ
ル担体（ＭＳ）が提供される。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は、排気ガス浄化用触媒を担持するための金属製の
ハニカム構造体（メタルハニカム構造体）を金属製のケ
ーシング（メタルケーシング）の内部に収容し、かつ固
着した排気ガス浄化用のメタル担体において、前記メタ
ルハニカム構造体が、(i).軸芯線に対して、薄肉金属板
製の平板状帯材を、その縁部の大部分が相互に重合しな
いように所望幅の空間部を置いてスパイラル状に巻回か
つ並進させた構造の前記平板状帯材から成るスパイラル
状チューブ本体部（ｔａ）と前記空間部から成るスパイ
ラル状溝部（ｔｂ）を有するスパイラルオープンチュー
ブ（ｔ）を最小構成部材として構成され、かつ、(ii).
前記スパイラルオープンチューブ（ｔ）の所望本数（ｔ
₁ ＋ｔ₂ ＋………ｔ_n ；ｎは２以上の整数）を集束させ
て製作したハニカム構造体により構成したものである、
ことを特徴とするメタル担体に関するものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の技術的構成及び実
施態様を図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明
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。

【００３２】図１〜図４は、本発明の第一実施態様のメ
タル担体（ＭＳ）の構成を説明する図である。図１は、
本発明の第一実施態様のメタル担体（ＭＳ）の斜視図で
ある。なお、図１は、従来技術の前記図１６に対応する
図であるということができる。図２は、図１のメタル担
体（ＭＳ）に適用されたメタルハニカム構造体（Ｈ）の
構成部材（最小構成部材）である略円筒状のスパイラル
オープンチューブ（ｔ）の平面図を示す。図３は、図２
のスパイラルオープンチューブ（ｔ）を所望本数、集束
（結束）して製作したメタルハニカム構造体（Ｈ）の斜
視図を示す。図４は、図３のメタルハニカム構造体
（Ｈ）の一端面の一部拡大正面図を示す。

【００３３】図１に示されるように、本発明の第一実施
態様のメタル担体（ＭＳ）は、詳しくは後述する所望長
かつ所望径のスパイラルオープンチューブ（ｔ）の所望
本数（ｔ₁ ＋ｔ₂ ＋………ｔ_n ；ｎは２以上の整数）を
集束（結束）して製作したメタルハニカム構造体
（Ｈ）、及び前記メタルハニカム構造体（Ｈ）を外包す
るメタルケーシング（Ｃ）とから構成されるものであ
る。

【００３４】図２〜図３は、前記第一実施態様のメタル
担体（ＭＳ）の製造のために適用されるメタルハニカム
構造体（Ｈ）の構成を説明する図である。図示されるよ
うに、メタルハニカム構造体（Ｈ）は、略円筒状のスパ
イラルオープンチューブ（ｔ）（図２参照）の所望本数
（ｔ₁ ＋ｔ₂ ＋………ｔ_n ；ｎは２以上の整数）を集束
（結束）して製作したメタルハニカム構造体（図３参
照）で構成されるものである。なお、図３のメタルハニ
カム構造体（Ｈ）の端面部において、各スパイラルオー
プンチューブ（ｔ）の端部は図示明確化のために正確に
は示されていない。正確にはスパイラル状溝部（ｔｂ）
が示されるべきである。

【００３５】本発明において、前記メタルハニカム構造
体（Ｈ）の最小構成部材である一本のスパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）は、図２に示されるように、(i).所望
幅かつ長尺の薄肉金属板製の平板状帯材が、軸芯線
（Ｘ）に対して、相互に重合しないように（平板状帯材
をスパイラル状に巻回する時に、平板状帯材の側縁分が
相互に重なり合わないように）所望幅の空間部を置いて
スパイラル状に巻回かつ並進する構造のものであり、(i
i).より具体的には、前記平板状帯材から成るスパイラ
ル状チューブ本体部（ｔａ）と、前記空間部から成るス
パイラル状溝部（ｔｂ）とから構成されるものである。

【００３６】図２において、スパイラルオープンチュー
ブ（ｔ）の諸元は、所望に設定すればよい。本発明にお
いて、スパイラル状チューブ本体部（ｔａ）の軸芯線
（Ｘ）方向にみた巻回かつ並進部分の幅（ｗａ）、及び
スパイラル状溝部（ｔｂ）の軸芯線（Ｘ）方向にみた巻
回かつ並進部分の幅（ｗｂ）は、各々所望に設定すれば
よい。なお、図２に示される態様で測定される場合、前
記したスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）の幅（ｗ
ａ）は、スパイラルオープンチューブ（ｔ）を製作する
ために使用される平板状帯材（出発材料）の幅と異なる
ことはいうまでもないことである。ただし、スパイラル
状チューブ本体部（ｔａ）の幅がスパイラル状チューブ
本体部の中心線に対して直角方向に測定される場合、ス
パイラル状チューブ本体部（ｔａ）の幅と平板状帯材
（出発材料）の幅が等しくなることはいうまでもないこ
とである。

【００３７】本発明において、前記スパイラル状チュー
ブ本体部（ｔａ）の軸芯線（Ｘ）に対する角度（スパイ
ラル角）（図示せず）も所望に設定すればよい。別言す
れば、軸芯線（Ｘ）に対して平板状帯材をスパイラル状
に巻回する角度は、所望に設定すればよい。また、本発
明のスパイラルオープンチューブ（ｔ）において、スパ
イラル状溝部（ｔｂ）の幅（ｗｂ）は、前記平板状帯材
のスパイラル角とも関連するが、均一な幅のものであっ
ても不均一な幅のものであってもよい。

【００３８】本発明において、スパイラルオープンチュ
ーブ（ｔ）の所望本数（ｔ₁ ＋ｔ₂＋……ｔ_n ；ｎは２
以上の整数）を集束させて集束体（ハニカム構造体）と
するとき、各スパイラルオープンチューブ（ｔ）のチュ
ーブ本体部（ｔａ）が、排気ガス浄化触媒を担持させる
ための十分な表面積を提供し、かつ、スパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）の所望本数を集束させたときにチュー
ブ本体部（ｔａ）が、他のスパイラルオープンチューブ
（ｔ）のスパイラル状溝部（ｔｂ）に落ち込まないよう
にするために（相互に嵌入しないようにするために）、
一般的には（ｗａ）＞（ｗｂ）の条件が満足されること
が好ましい。また、後述するように、スパイラル状溝部
（ｔｂ）は、当該部位において排気ガスを混合、攪拌、
乱流化する上で、あるいはメタルハニカム構造体（Ｈ）
の内部に発生する大きな熱応力を吸収・緩和する上で極
めて重要なものであり、本発明のスパイラルオープンチ
ューブ（ｔ）の構成においては必須のものである。

【００３９】前記したことから、（ｗａ）と（ｗｂ）の
相対関係は、（ｗａ）＞（ｗｂ）＞０、あるいは１＞
（ｗｂ）／（ｗａ）＞０の条件を満足するように規定さ
れることが好ましい。本発明において、スパイラルオー
プンチューブ（ｔ）のスパイラル状チューブ本体部（ｔ
ａ）の幅（ｗａ）は、例えば１．０ｍｍ〜１５ｍｍのも
のを使用する。従って、スパイラルオープンチューブ
（ｔ）を製造するための平板状帯材は、０．７〜１０ｍ
ｍの幅のものを使用すればよい。また、スパイラルオー
プンチューブ（ｔ）のスパイラル状溝部（ｔｂ）の幅
（ｗｂ）は、前記したスパイラル状チューブ本体部（ｔ
ａ）の幅（ｗａ）との関連で、かつ排気ガスを効果的に
混合、攪拌、乱流化する観点から所望に決定すればよ
い。

【００４０】本発明において、スパイラルオープンチュ
ーブ（ｔ）の外径（Ｄ）及び使用本数も、所望に設定す
ればよい。前記スパイラルオープンチューブ（ｔ）の外
径（Ｄ）は、従来の巻回タイプのメタルハニカム構造体
（Ｈ´）のセル（排気ガス通気孔路）の大きさと同じで
よく、一般に１ｍｍ〜５．０ｍｍである。また、スパイ
ラルオープンチューブ（ｔ）の使用本数は、一応の目安
として、従来の巻回タイプのメタルハニカム構造体（Ｈ
´）のセル数が参考になる。例えば、厚さが５０μｍの
平箔（１）と波箔（２）を利用した従来のセル密度が３
００ｃｐｓｉ（平方インチ当たりのセル数）のメタルハ
ニカム構造体（Ｈ´）（図１２〜図１４参照）、より具
体的には、波箔として波高１．３〜１．４ｍｍ、波長
３．２ｍｍ（半波長１．６ｍｍ）を利用し、外径が９０
ｍｍの従来のメタルハニカム体（Ｈ´）の総セル数は、
約３０００個である。従って、スパイラルオープンチュ
ーブ（ｔ）のスパイラル状溝部（ｔｂ）における排気ガ
スの攪拌効果、乱流化付与効果による排気ガス浄化率の
向上を無視したとき、前記波箔の半波長（１．６ｍｍ）
と等しい外径（Ｄ）を有するスパイラルオープンチュー
ブ（ｔ）の使用本数は、前記と略同様のものとなる。し
かしながら、本発明においては、前記したスパイラル状
（ｔｂ）における優れた混合、攪拌、及び乱流化付与効
果によりスパイラルオープンチューブ（ｔ）の使用本数
を低減化することができる。

【００４１】本発明において、前記スパイラルオープン
チューブ（ｔ）は、この種のメタルハニカム構造体の用
途に適用されている平箔または波箔と同種の耐熱鋼製の
薄肉金属板（平板状帯材）で構成すればよい。前記スパ
イラルオープンチューブ（ｔ）を製作するために使用さ
れる平板状帯材としては、通常のメタルモノリスタイプ
のメタルハニカム体を製作するときに使用されている帯
材、例えばクロム鋼（クロム１３％〜２５％）、Ｆｅ−
Ｃｒ２０％−Ａｌ ５％などの耐熱性ステンレス鋼、あ
るいはこれに耐高温酸化性を改善するために希土類金属
（ＣｅやＹなどのＲＥＭ）を加えた耐熱性のステンレス
鋼など、厚さが２０μｍ〜２５０μｍ程度の帯材が使用
される。特に、平板状帯材にＡｌを含有させたものやあ
るいはその表面にＡｌ層を設けたものを熱処理して、そ
の表面にウィスカー状もしくはマッシュルーム状のアル
ミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を析出させたものが好ましい。前記
ウィスカー状などのアルミナ層は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈな
どの排気ガス浄化用触媒を担持するためのウォッシュコ
ート層を強固に保持することができるので好ましいもの
である。

【００４２】本発明のスパイラルオープンチューブ
（ｔ）は、前記した所望幅かつ長尺の平板状帯材を出発
材料として、これを軸芯線（Ｘ）の回りに巻回かつ並進
させることによって経済的に製造することができる。ま
た、非経済的であるが、細管チューブを出発材料とし、
これにスパイラル状溝部（ｔｂ）を形成することによっ
て製造してもよい。本発明において、前記スパイラルオ
ープンチューブ（ｔ）は、後述するように（図９参
照）、平板状帯材を軸芯線に対して巻回かつ並進させる
ときに、その縁部の一部が相互に当接もしくはオーバー
ラップする態様のものを包含するものである。前記した
意味において、本発明のスパイラルオープンチューブ
（ｔ）、即ち、「平板状帯材を、その縁部の大部分が相
互に重合しないように所望幅の空間部を置いてスパイラ
ル状に巻回かつ並進させた構造」のスパイラルオープン
チューブ（ｔ）を、解釈すべきである。

【００４３】本発明において、前記スパイラルオープン
チューブ（ｔ）の所望本数（ｔ₁ ＋ｔ₂ ＋………ｔ_n ；
ｎは２以上の整数）を集束（結束）してハニカム構造体
が製作される。本発明において、前記スパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）の所望本数を集束（結束）してハニカ
ム構造体を製作するとき、所望の集束（結束）手段を採
用すればよい。なお、以下の説明において、スパイラル
オープンチューブ（ｔ）の所望本数を集束（結束）して
ハニカム構造としたものをハニカム構造体（集束体、結
束体）といい、メタルハニカム構造体（Ｈ）と区別する
場合がある。前記ハニカム構造体とメタルハニカム構造
体（Ｈ）の用語は、前者は所望本数のスパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）を単に集束した状態のものを意味し、
後者は、前記ハニカム構造体の各構成部材が所望の固着
手段により、かつ所望部位が固着された状態のものを意
味する。しかしながら、前記したようにハニカム構造体
（集束体、結束体）は、メタルハニカム構造体（Ｈ）の
前駆体（プリカーサー、Precursor ）であるということ
から、両者を同意義で用いてもよい。従って、本発明に
おいては、とくに区別しないときは、両者は同意義で用
いられる。

【００４４】前記したように、この種のメタルハニカム
構造体（Ｈ）は、メタルケーシング（Ｃ）内に填装さ
れ、固着されてメタル担体（ＭＳ）とされるものであ
る。このため、例えば、本発明のメタルハニカム構造体
（Ｈ）は、ハニカム構造体の外周部の所望部位に所望幅
の帯状（ベルト状）ろう材箔を適用し、前記帯状（ベル
ト状）ろう材箔により集束（結束）して構成されたもの
であってもよい。この場合、メタル担体（ＭＳ）の製作
時において、メタルハニカム構造体（Ｈ）とメタルケー
シング（Ｃ）の当接面部へのろう材の塗布作業が省略さ
れることはいうまでもない。

【００４５】前記したことから明らかのように、前記し
たハニカム構造体の外周部へ帯状（ベルト状）ろう材箔
を適用してメタルハニカム構造（Ｈ）を構成する態様
は、次工程においてメタル担体（ＭＳ）を製造するとい
う観点からみると、仮止め固定ということになる。前記
した仮止め固定においては、帯状（ベルト状）ろう材箔
の代りに、他の仮止め材（例えばワイヤー材など）を適
用してメタルハニカム構造体（Ｈ）を構成することがで
きる。なお、メタル担体（ＭＳ）の製造時に、例えば前
記仮止め材を除去しベルト状ろう材箔に置換し、前記ベ
ルト状ろう材箔を介してメタルハニカム構造体（Ｈ）と
メタルケーシング（Ｃ）を固着してメタル担体（ＭＳ）
としてもよい。

【００４６】本発明において、メタルハニカム構造体
（Ｈ）を構成する各スパイラルオープンチューブ（ｔ）
は、予め所望部位にろう材が塗布あるいはメッキされた
ものであってもよい。この種の予めろう材が塗布あるい
はメッキされたスパイラルオープンチューブ（ｔ）は、
所望の形態で利用すればよい。以下にその応用例を例示
する。

【００４７】(i).所望本数の予め所望部位にろう材が塗
布あるいはメッキされたスパイラルオープンチューブ
（ｔ）を集束（結束）し、この集束体（ハニカム構造
体）をメタルケーシング（Ｃ）内に填装するとともに、
加熱処理して両構成要素（メタルハニカム構造体とメタ
ルケーシング）を一体化させてメタル担体（ＭＳ）を製
造する。

【００４８】(ii).所望本数の予め所望部位にろう材が
塗布あるいはメッキされたスパイラルオープンチューブ
（ｔ）を集束（結束）し、この集束体（ハニカム構造
体）を加熱処理してろう接合し、メタルハニカム構造体
（Ｈ）を製造する。次いで、前記ろう接合されたメタル
ハニカム構造体（Ｈ）からメタル担体（ＭＳ）を製造す
るには、前記メタルハニカム構造体をメタルケーシング
（Ｃ）内に填装し、メタルケーシングとともに押圧（プ
レス）成形やロール成形により縮径加工（絞り加工）
し、両構成要素（メタルハニカム構造体及びメタルケー
シング）が強固に一体化したメタル担体（ＭＳ）を製造
すればよい。

【００４９】(iii). 前記(ii)のプロセスにおいて、両
構成要素（メタルハニカム構造体及びメタルケーシン
グ）の固着に際して、電気抵抗溶接、レーザビーム溶接
や電子ビーム溶接などの溶接法を適用してよいことはい
うまでもないことである。

【００５０】本発明において、前記各スパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）の所望部位へのろう材供給の態様は、
スパイラルオープンチューブ（ｔ）によりハニカム構造
体を製作し、その後、ろう材を塗布あるいはメッキによ
り供給してもよい。即ち、所望本数のスパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）を集束（結束）し、この集束体（ハニ
カム構造体）を、例えばろう材微粒子の水性スラリー
（水性分散液）中へ浸漬処理し、集束体（ハニカム構造
体）の所望部位へろう材を塗布する。前記したろう材が
所望部位へ供給された集束体（ハニカム構造体）の利用
形態は、前記(i) 〜(iii) に従えばよい。

【００５１】本発明の所望本数のスパイラルオープンチ
ューブ（ｔ）を集束させて製作したハニカム構造体にお
いて、その所望部位を固着してハニカム構造体（Ｈ）と
する場合、前記したろう接合法に限定されず、溶接や機
械的固着などの所望の固着手段を適用することができる
ことはいうまでもないことである。例えば、所望本数の
スパイラルオープンチューブ（ｔ）を集束させてハニカ
ム構造体を形成し、前記ハニカム構造体の端面部を溶接
して最終のメタルハニカム構造体（Ｈ）を製作してもよ
い。

【００５２】図４は、本発明の第一実施態様のメタルハ
ニカム構造体（Ｈ）の一部正面拡大図を示す。図示され
るように、メタルハニカム構造体（Ｈ）の最小の構成部
材である各スパイラルオープンチューブ（ｔ）は、当接
点（ｔｃ）において相互に当接しながら最密状態で配設
される。各スパイラルオープンチューブ（ｔ）の断面形
状が略円形であるため、その最密配列構造のもとにおい
て、排気ガス通路は、(i).各スパイラルオープンチュー
ブ（ｔ）の内側空間部（ｔｄ）、及び、(ii).各スパイ
ラルオープンチューブ（ｔ）が相互に当接する当接点
（ｔｃ）を除いた外側空間部（ｔｅ）、となることはい
うまでもないことである。また、本発明のメタルハニカ
ム構造体（Ｈ）において、前記した排気ガス通路を構成
する各スパイラルオープンチューブ（ｔ）の表面に排気
ガス浄化用触媒が担持されることはいうまでもないこと
である。

【００５３】本発明において、前記排気ガス通路（ｔ
ｄ，ｔｅ）のそれぞれは、スパイラル状溝部（ｔｂ）の
存在により閉塞した系ではなく開放した系を構成する。
別言すれば、各排気ガス通路（ｔｄ，ｔｅ）は相互に連
通した構造のものであり、排気ガスはメタルハニカム構
造体（Ｈ）内部において、効率的に混合、攪拌、乱流化
される。なお、前記した排気ガス通路内での排気ガスの
攪拌効果等は、後述する図５で詳しく説明される。

【００５４】図５〜図６は、本発明のスパイラルオープ
ンチューブ（ｔ）を利用したメタルハニカム構造体
（Ｈ）の優位性を説明する図である。なお、図５は、図
３に示されるメタルハニカム構造体（Ｈ）の第１〜第３
スパイラルオープンチューブ（ｔ₁ 〜ｔ₃ ）の三本のみ
が示されている。図５に示されるように、メタルハニカ
ム構造体（Ｈ）内を通過する排気ガスは、排気ガス通過
方向（Ｆ）にみて、(i).各スパイラルオープンチューブ
（ｔ）の内側空間部（ｔｄ）（図４参照）を直進する成
分（Ｆａ）、(ii).各スパイラルオープンチューブ
（ｔ）のスパイラル状溝部（ｔｂ）を介して、隣接する
スパイラルオープンチューブ（ｔ）の前記直進成分（Ｆ
ａ）が相互に回り込む成分（Ｆｂ）、(iii).図示明確化
のために図示しないが、各スパイラルオープンチューブ
（ｔ）が当接して配設されたときに形成される外側空間
部（ｔｅ）（図４参照）内を直進する成分（Ｆｃ）、(i
v).各スパイラルオープンチューブ（ｔ）の直進成分
（Ｆａ）が前記外側空間部（ｔｅ）へ回り込む成分（Ｆ
ｄ）、(v).前記（iv）とは逆に外側空間部（ｔｅ）内の
直進成分（Ｆｃ）が各スパイラルオープンチューブの内
側空間部（ｔｄ）へ回り込む成分（Ｆｅ）、などに分流
される。前記した各種の分流成分により、メタルハニカ
ム構造体（Ｈ）内部において排気ガスと担持された排気
ガス浄化用触媒との接触反応が促進され、排気ガスの浄
化能が向上する。

【００５５】本発明においては、後述する図７に示され
るように、スパイラルオープンチューブ（ｔ）の内側空
間部（ｔｄ）において、排気ガスは軸芯線の回りを旋回
しながら進行するため、例えば前記(ii)の分流（Ｆｂ）
成分及び(iv)の分流（Ｆｄ）成分は従来技術にはみられ
ない大きなものとなる。また、前記した各種の分流成分
は、背圧を高めることなく達成することができる。これ
は、内燃機関の効率を低下させないことを意味し、重要
な意義を有するものである。

【００５６】本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）にお
いて、内部に発生する大きな熱応力は、本発明のスパイ
ラルオープンチューブ（ｔ）の構造のもとで効果的に吸
収・緩和される。これは、特にスパイラル状溝部（ｔ
ｂ）の存在により、熱応力印加時にスパイラルオープン
チューブ（ｔ）の各々が自由に変形できるためであり、
メタルハニカム構造体（Ｈ）の耐久性が大幅に向上す
る。別言すれば、本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）
においては、従来技術が遭遇する中心部のフィルムアウ
ト現象（熱応力により、中心部が外側に飛び出してしま
う現象のことで、スコーピング現象ともいわれてい
る。）を効果的に防止することができる。なお、前記フ
ィルムアウト現象は、例えば自動車の内燃機関の停止、
作動などの冷熱サイクル下で繰り返されるものであり、
メタル担体（ＭＳ）、特にメタルハニカム構造体（Ｈ）
の耐久性を大きく損ねるものである。

【００５７】図６は、本発明のスパイラルオープンチュ
ーブ（ｔ）で構成されるメタルハニカム構造体（Ｈ）を
利用したメタル担体（ＭＳ）と、従来の平箔（１）と波
箔（２）で構成されるメタルハニカム構造体（Ｈ´）の
相違を説明する図である。本発明のメタルハニカム構造
体（Ｈ）は所望本数の略円筒状のスパイラルオープンチ
ューブ（ｔ）を最密状態に集束（結束）して製作される
ため、各スパイラルオープンチューブ（ｔ）が相互に当
接する当接部の面積は大きくなる。しかしながら、各ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）に配設されたスパイラ
ル状溝部（ｔｂ）により、前記当接部の面積を減少させ
ることができる。これに対し、従来の平箔（１）と波箔
（２）で構成されるメタルハニカム構造体（Ｈ´）にお
いては、両箔材の当接部は少ないものの、両箔材はメタ
ルハニカム構造体（Ｈ´）の軸方向にみて面状に当接す
るものである。なお、前記した状態が図６に図示されて
いる。

【００５８】以上の点から、本発明のメタルハニカム構
造体（Ｈ）において、各スパイラルオープンチューブ
（ｔ）の排気ガス浄化用触媒を担持するための有効面積
率は、従来の高価な平板状帯材及び波板状帯材を利用し
たメタルハニカム構造体（Ｈ´）と比較して劣らないも
のである。これは、経済性に優れていることを意味す
る。また、本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）は、ス
パイラル状溝部（ｔｂ）が存在するため、熱応力の吸収
・緩和能にすぐれている。このため、従来のメタルハニ
カム構造体（Ｈ´）に要求されるろう付け強度に比較し
て、かなり低いろう付け強度であっても耐久性を保持す
ることができる。これにより、高価なろう材の使用料を
従来よりも低減化させることができる。

【００５９】前記した点に加えて、本発明のスパイラル
オープンチューブ（ｔ）を利用したメタルハニカム構造
体（Ｈ）においては、従来のメタルハニカム体（Ｈ´）
にはみられない以下の優れた効果を発現させることがで
きる。 (i).スパイラル状溝部（ｔｂ）の存在により、スパイラ
ルオープンチューブ（ｔ）の各々に注目したとき、軸芯
線方向にみて、排気ガスは各スパイラルオープンチュー
ブ（ｔ）内を旋回しながら進行するため、効率よく混
合、攪拌され、担持触媒との接触効率が改善される。こ
れは、排気ガス浄化能の向上をもたらすものである。 (ii).スパイラル状溝部（ｔｂ）の存在により、前記図
５を参照して説明したように、メタルハニカム構造体
（Ｈ）の内部で排気ガス流を背圧を高めることなく効率
的に混合、拡散、乱流化することができるため、排気ガ
ス浄化能を向上させることができる。これは、メタルハ
ニカム構造体（Ｈ）のコンパクト化をもたらすものであ
る。 (iii).スパイラル状溝部（ｔｂ）の存在により、メタル
ハニカム構造体（Ｈ）の内部に発生する大きな熱応力
を、前記スパイラル状溝部（ｔｂ）において効率的に吸
収・緩和させることができる。これはメタルハニカムの
耐久性の大幅な向上をもたらすものである。

【００６０】本発明において、前記排気ガス浄化用触媒
を担持するためのメタルハニカム構造体（Ｈ）は、メタ
ルケーシング（Ｃ）内に填装され、固着されて排気ガス
浄化用のメタル担体（ＭＳ）とされるものである。前記
したメタルケーシング（Ｃ）は、メタルハニカム構造体
（Ｈ）を内部に収容し固着するものであり、両端が開口
し、メタルハニカム構造体（Ｈ）の断面形状と同じ形状
のものであれば、何等の制約を受けるものではない。即
ち、メタルハニカム構造体（Ｈ）の正面（断面）形状に
合致させた形状のもの、例えば、後述する図１０に示さ
れるように円形のみならず、レーストラック形状、楕円
形、多角形、その他の異形形状のものであってもよい。
前記したメタルケーシング（Ｃ）の材料として、２５％
Ｃｒ−２０％Ｎｉステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）、メ
タルハニカム構造体（Ｈ）を構成する帯材（１、２）と
同種の耐熱鋼（２０％Ｃｒ−５％Ａｌ系）を使用しても
よい。あるいは、耐熱耐食性に富む二重構造としたも
の、具体的には内側部分にフェライト系ステンレス鋼
を、外側部分にオーステナイト系ステンレス鋼を使用し
た二重構造のメタルケーシングを使用してもよい。

【００６１】図７〜図８は、本発明のメタルハニカム構
造体（Ｈ）の最小構成部材であるスパイラルオープンチ
ューブ（ｔ）の変形例を示す図である。特に、図７〜図
８は、各スパイラルオープンチューブ（ｔ）において、
スパイラル状チューブ本体部（ｔａ）とスパイラル状溝
部（ｔｂ）の軸芯線（Ｘ）に対する巻回及び並進方向の
異なった態様を説明するものである。

【００６２】図７のスパイラルオープンチューブ（ｔ）
のスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）とスパイラル状
溝部（ｔｂ）は、図示の位置関係において前記図２と同
様に、スパイラル軸（Ｘ）に対して左下から右上方向に
巻回するように形成されている。以下、本発明におい
て、前記図７に示されるスパイラルオープンチューブ
（ｔ）を右巻回スパイラルオープンチューブという。

【００６３】また、図８のスパイラルオープンチューブ
（ｔ）のスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）とスパイ
ラル状溝部（ｔｂ）は、図示の位置関係において、スパ
イラル溝（Ｘ）に対して右下から左上方向に巻回するよ
うに形成されている。以下、本発明において、前記図８
に示されるスパイラルオープンチューブ（ｔ）を左巻回
スパイラルオープンチューブという。前記した左巻回ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）において、排気ガス
は、左巻回されたスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）
に案内されて、スパイラルオープンチューブ（ｔ）内を
軸芯線（Ｘ）方向にみて、左旋回（反時計回り）しなが
ら進行する。本発明においては、前記した図７の右巻回
方向のスパイラルオープンチューブ（ｔ）を使用するこ
とも、あるいは図８の左巻回方向のスパイラルオープン
チューブ（ｔ）を使用することもできることはいうまで
もないことである。

【００６４】図９は、本発明のメタル担体（ＭＳ）の最
小構成部材であるスパイラルオープンチューブ（ｔ）の
別の変形例を示す図である。図９（１）は、前記図２及
び図７と全く同じ構造のスパイラルオープンチューブ
（ｔ）を示すものである。図９（２）は、平板状帯材を
巻回かつ並進させてスパイラルオープンチューブ（ｔ）
を構成するときに、その縁部の一部が相互に当接もしく
はオーバラップした態様のスパイラルオープンチューブ
（ｔ）を示すものである。前記当接もしくはオーバラッ
プした部位は図中、（ｔｏ）で示されている。前記した
オーバラップ部位（ｔｏ）を有するスパイラルオープン
チューブ（ｔ）は、スパイラル状溝部（ｔｂ）により発
現される前記した種々の効果を低下させてしまうため、
前記したオーバラップ部位（ｔｏ）の形成は、極力、小
さくするべきである。前記した意味において、前記した
「平板状帯材の縁部の大部分が相互に重合しないように
（重なり合わないように）」という用語が解釈されるべ
きである。これは、前記した当接もしくはオーバラップ
部位（ｔｏ）が、スパイラルオープンチューブ（ｔ）の
全長に亘り存在した場合、排気ガスの混合、攪拌、乱流
化の作用効果が望み難くなるからである。

【００６５】本発明において、前記した当接もしくはオ
ーバラップ部位（ｔｏ）に関連するが、スパイラルオー
プンチューブ（ｔ）のスパイラル状溝部（ｔｂ）が限り
なく小さく（ゼロ）に近づく場合であっても（即ち、ス
パイラル状溝部（ｔｂ）の幅（ｗｂ）が限りなく小さく
（ゼロ）に近づく場合であっても）、前記スパイラル状
溝部（ｔｂ）が存在することによりメタルハニカム構造
体（Ｈ）は柔構造のものとなり、ある程度の熱応力の吸
収・緩和能を保持することができる。しかしながら、前
記したように排気ガスの混合、攪拌、乱流化の作用効果
は望み難くなる。

【００６６】本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）の最
小構成部材であるスパイラルオープンチューブ（ｔ）
は、図２に示されるように、軸芯線に対して一本の長尺
かつ所望幅（ｗａ）の平板状帯材を回転かつ並進させた
構造のものに限定されない。図示しないが、本発明のス
パイラルオープンチューブ（ｔ）には、二本以上（ｎ
本）の長尺かつ所望幅（ｗａ₁ ，ｗａ₂ ，………ｗ
ａ_n ）の平板状帯材を所望の間隔（ｗｂ₁ ，ｗｂ₂ ，…
……ｗｂ_n ）を置いて同時に軸芯線（Ｘ）に対して巻回
かつ並進させた構造のものも包含されると理解されるべ
きである。なお、前記した幅（ｗａ₁ ，ｗａ₂ ，………
ｗａ_n ）及び間隔（ｗｂ₁ ，ｗｂ₂ ，………ｗｂ_n ）
は、それぞれが同一の大きさのものであっても、あるい
は異なった大きさのものであってもよい。更にまた、二
本以上の長尺の平板状帯材が、同一の材質のもので構成
されたものであっても、あるいは異なった材質のもので
構成されたものであってもよい。

【００６７】図１０は、本発明のメタル担体（ＭＳ）の
正面（断面）形状の変形例を説明する図である。即ち、
図１０は本発明のメタル担体（ＭＳ）の一部を省略した
正面図である。なお、図１０において、図示明確化のた
め、各スパイラルオープンチューブ（ｔ）の端部に示さ
れるべきスパイラル状溝部（ｔｂ）が省略されている。
本発明のメタル担体（ＭＳ）、特にその主要な構成要素
であるメタルハニカム構造体（Ｈ）は、細径のスパイラ
ルオープンチューブ（ｔ）の所望本数を集束して構成さ
れるものである。このため、図示されるように、正面ま
たは断面形状が所望形状のメタルハニカム構造体（Ｈ）
を効率的かつ経済的に製造することができる。図１０に
おいて、それぞれ正面形状が（ａ）は円形状、（ｂ）は
長円形状（レーストラック形状）、（ｃ）は三角形状、
（ｄ）は矩形形状のメタルハニカム構造体（Ｈ）を示
す。従って、メタル担体（ＭＳ）の正面形状も前記形状
を倣ったものとなることはいうまでもないことである。
なお、本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）の正面（断
面）形状は、図１０のものに限定されず、例えば自動車
の排気系の空間スペースに適合した所望形状のものであ
ってもよいことはいうまでもないことである。

【００６８】図１１は、前記細径のスパイラルオープン
チューブ（ｔ）の所望本数を集束（結束）して構成した
メタルハニカム構造体（Ｈ）をメタルケーシング（Ｃ）
内に填装し、固着してメタル担体（ＭＳ）を製造すると
きの、両構成要素（メタルハニカム構造体部とメタルケ
ーシング部）の固着態様を説明する図である。

【００６９】本発明において、両構成要素（メタルハニ
カム構造体部とメタルケーシング部）を固着してメタル
担体（ＭＳ）を製造する場合、前記固着手段（方法）と
しては、当業界において公知の全ての固着手段（方法）
が何等の制限なく採用することができる。図１１は、前
記固着手段の一例と解すべきである。図１１（ａ）は、
両構成要素、即ちメタルハニカム構造体（Ｈ）とメタル
ケーシング（Ｃ）が、領域（４）においてろう接合によ
り固着されたことを示し、図１１（ｂ）は領域（５）に
おいてプレスによりかしめ又はスピニング加工等で固定
されたことを示す。

【００７０】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用のメタル担体
（ＭＳ）は、その主要な構成要素として従来にない新し
い構造のメタルハニカム構造体（Ｈ）を採用する点に最
大の特徴点がある。即ち、本発明のメタル担体（ＭＳ）
の主要な構成要素であるメタルハニカム構造体（Ｈ）
は、従来の平箔及び波箔を利用して製造したメタルハニ
カム構造体（Ｈ´）や単純構造の細径管を集束（結束）
して製造したメタルハニカム構造体（Ｈ´）とは全く構
造を異にする新規なものである。

【００７１】特に、本発明のメタル担体（ＭＳ）の主要
な構成要素であるメタルハニカム構造体（Ｈ）は、所望
本数のスパイラルオープンチューブ（ｔ）を集束（結
束）させたハニカム構造体から成るものであって、前記
各スパイラルオープンチューブ（ｔ）が、(1).所望幅か
つ長尺の薄肉金属製の平板状帯材を、軸芯線に対して、
その縁部の大部分が相互に重合しないように（重なり合
わないように）所望幅の空間部を置いてスパイラル状に
回転かつ並進させた巻回のもので構成され、(2).即ち、
前平板状帯材から成るスパイラル状チューブ本体部（ｔ
ａ）と前記空間部から成るスパイラル状溝部（ｔｂ）と
から構成されること、に特徴を有する。

【００７２】前記したメタルハニカム構造体（Ｈ）の最
小構成部材であるスパイラルオープンチューブ（ｔ）の
構造により、本発明のメタル担体（ＭＳ）は、従来にな
い優れた効果を有することができる。即ち、特に、その
主要な構成要素であるメタルハニカム構造体（Ｈ）の部
位において、以下に示すような従来にない優れた効果を
発現させることができる。

【００７３】メタルハニカム構造体（Ｈ）の内部におい
て、スパイラルオープンチューブ（ｔ）のスパイラル状
溝部（ｔｂ）の存在により、排気ガス流を背圧を高める
ことなしに効率的に混合、攪拌、乱流化させることがで
きる。これは、内燃機関の効率を低下させることなく、
排気ガスの浄化効率を向上させることを意味するもので
ある。また、前記排気ガスの浄化効率の改善に関連し
て、メタル担体（ＭＳ）のコンパクト化、小型化を図る
ことができる。

【００７４】本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）の最
小構成部材であるスパイラルオープンチューブ（ｔ）
は、その構造からして昇温（暖機）特性に優れたもので
ある。これは、高温の排気ガスがスパイラルオープンチ
ューブ（ｔ）のスパイラル状に巻回かつ並進させた構造
のスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）の全長にわたる
両側の全ての縁部に衝突し、当該部位が昇温開始点とな
り、このためスパイラル状チューブ本体部（ｔａ）が瞬
時かつ全体的に昇温されるためである。従って、前記ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）の所望本数を集中させ
て製作した本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）は、従
来のメタルハニカム構造体（Ｈ´）と比較して格段に昇
温（暖機）特性に優れたものである。前記した昇温（暖
機）特性に優れているということは、内燃機関のコール
ドスタート時（エンジン始動時）における低い排気ガス
浄化度の問題に鑑み、重要な意義を有する。なお、前記
したコールドスタート時の問題点は、コールドスタート
時において、メタルハニカム構造体の壁面に担持された
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの排気ガス浄化用触媒が最適な温
度条件に達しておらず、エンジンから排出されるＣＯ
（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素化合物）などの有害物
質がほとんど浄化されずに大気中に放出されることであ
り、この点は、公害防止の観点から規制の対象にされよ
うとしている。

【００７５】メタルハニカム構造体（Ｈ）の内部に発生
する熱応力を、効果的に吸収・緩和させることができ
る。これは、各スパイラルオープンチューブ（ｔ）の相
互の固着方式（態様）にも依存するが、各スパイラルオ
ープンチューブ（ｔ）の構成をミクロ的にみたとき、ス
パイラル状溝部（ｔｂ）の存在により、軸芯線方向及び
これに直交する方向において、各スパイラルオープンチ
ューブ（ｔ）が柔構造となるためであり、その変形によ
り前記熱応力を吸収・緩和するためである。更に、各ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）の構成をミクロ的にみ
たとき、スパイラルオープンチューブ（ｔ）のスパイラ
ル状チューブ本体部（ｔａ）は、熱応力印加時に、軸芯
線方向にみて、その前後に位置するスパイラル状溝部
（ｔｂ）の溝幅（ｗｂ，図２参照）を狭めるように変形
することができるためである。前記した熱応力の吸収・
緩和特性に優れているという利点は、メタル担体（Ｍ
Ｓ）の耐久性にとって極めて重要である。

【００７６】本発明のメタル担体（ＭＳ）の主要な構成
要素であるメタルハニカム体（Ｈ）は、所望本数のスパ
イラルオープンチューブ（ｔ）を最密状態に密に当接さ
せて構成されるものである。しかしながら、スパイラル
状溝部（ｔｂ）の存在により排気ガスの混合、攪拌、乱
流化が促進されて排気ガス浄化能が向上するため、本発
明においては、使用するスパイラルオープンチューブ
（ｔ）の使用本数を低減化することができる。これは、
メタルハニカム構造体（Ｈ）のコンパクト化、経済性を
実現するものである。

【００７７】更に、メタルハニカム構造体（Ｈ）を製造
する上で、スパイラル状溝部（ｔｂ）の存在により、各
スパイラルオープンチューブ（ｔ）の固着に適用される
高価な高温用ろう材の使用料を節減することができる。

【００７８】前記したことから明らかのように、本発明
により排気ガス浄化特性、耐久性及び経済性に優れた特
殊構造のメタルハニカム構造体（Ｈ）を採用した排気ガ
ス浄化用のメタル担体（ＭＳ）が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施態様のメタル担体（ＭＳ）
の一部を省略し、かつ一部を透視した斜視図である。

【図２】 図１のメタル担体（ＭＳ）に適用されたメタ
ルハニカム構造体（Ｈ）の構成部材（最小構成部材）で
あるスパイラルオープンチューブ（ｔ）の平面図であ
る。

【図３】 図２のスパイラルオープンチューブ（ｔ）の
所望数を集束させて構成したメタルハニカム構造体
（Ｈ）の一部を省略した斜視図である。

【図４】 図２のメタルハニカム構造体（Ｈ）の一部拡
大正面図である。

【図５】 図２のメタルハニカム構造体（Ｈ）を構成す
る三本のスパイラルオープンチューブ（ｔ₁ 〜ｔ₃ ）が
集束した部位の一部斜視図である。

【図６】 本発明のスパイラルオープンチューブ（ｔ）
から成るメタルハニカム構造体（Ｈ）を利用したメタル
担体（ＭＳ）と、従来の平箔（１）と波箔（２）から成
るメタルハニカム体（Ｈ´）を利用したメタル担体（Ｍ
Ｓ）の相違を説明する図である。

【図７】 図２のスパイラルオープンチューブ（ｔ）の
構造と排気ガス流の関係を説明する図である。

【図８】 本発明の他の態様のスパイラルオープンチュ
ーブ（ｔ）の構造と排気ガス流の関係を説明する図であ
る。

【図９】 本発明の更に他の態様のスパイラルオープン
チューブ（ｔ）の構造を説明する図である。

【図１０】 本発明のメタル担体（ＭＳ）の正面（断
面）形状を説明する図である。

【図１１】 本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）とメ
タルケーシング（Ｃ）を固着させてメタル担体（ＭＳ）
を製造するときの固着手段（方法）を説明する図であ
る。

【図１２】 従来の巻回タイプのメタルハニカム構造体
の製造に使用される構成部材（平箔と波箔）の斜視図で
ある。

【図１３】 従来の巻回タイプのメタルハニカム構造体
（Ｈ´）とメタルケーシングとから成るメタル担体（Ｍ
Ｓ）の斜視図である。

【図１４】 図１３の従来のメタル担体（ＭＳ）の正面
図である。

【図１５】 従来の細径管（チューブ）により構成され
るメタルハニカム構造体（Ｈ´）において、その構成部
材である細径管（ｔ´）の斜視図を示す。

【図１６】 図１５の細径管（ｔ´）で構成したメタル
ハニカム構造体（Ｈ´）を利用したメタル担体（ＭＳ）
の一部を省略し、かつ一部を透視した斜視図である。

【図１７】 図１６のメタル担体（ＭＳ）の正面図であ
る。

【符号の説明】

ＭＳ ………… メタル担体 Ｈ ………… （本発明）メタルハニカム構造体 ｔ，ｔ₁ ，ｔ₂ ，……ｔｎ ………… スパイラルオー
プンチューブ ｔａ ………… スパイラルチューブ本体部 ｔｂ ………… スパイラル状溝部 ｔｃ ………… 当接点 ｔｄ ………… 各スパイラルオープンチューブの内側
空間部 ｔｅ ………… 各スパイラルオープンチューブの外側
空間部 ｔｏ ………… オーバラップ部 Ｘ ………… 軸芯線 ｗａ ………… スパイラルチューブ本体部の幅 ｗｂ ………… スパイラル状溝部の幅 Ｄ ………… スパイラルオープンチューブの外径 Ｆ ………… 排気ガス通過方向 Ｆａ，Ｆｂ ………… 排気ガスの分流成分 Ｈ´ ………… （従来技術）メタルハニカム構造体 １ ………… 平箔 ２ ………… 波箔 ３ ………… セル（排気ガス通気孔路） ４，５ ………… 固着部 ｔ´ ………… （従来技術）細管チューブ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガス浄化用触媒を担持するための金
   属製のハニカム構造体（メタルハニカム構造体）を金属
   製のケーシング（メタルケーシング）の内部に収容し、
   かつ固着した排気ガス浄化用のメタル担体において、前
   記メタルハニカム構造体が、 (i).軸芯線に対して、薄肉金属板製の平板状帯材を、そ
   の縁部の大部分が相互に重合しないように所望幅の空間
   部を置いてスパイラル状に巻回かつ並進させた構造の前
   記平板状帯材から成るスパイラル状チューブ本体部（ｔ
   ａ）と前記空間部から成るスパイラル状溝部（ｔｂ）を
   有するスパイラルオープンチューブ（ｔ）を最小構成部
   材として構成され、かつ、 (ii).前記スパイラルオープンチューブ（ｔ）の所望本
   数（ｔ₁ ＋ｔ₂ ＋………ｔ_n ；ｎは２以上の整数）を集
   束させて製作したハニカム構造体により構成したもので
   ある、ことを特徴とするメタル担体。
2. 【請求項２】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）のス
   パイラル状チューブ本体部（ｔａ）が、所望の幅（ｗ
   ａ）を有するものである請求項１に記載のメタル担体。
3. 【請求項３】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）のス
   パイラル状溝部（ｔｂ）が、所望の幅（ｗｂ）を有する
   ものである請求項１に記載のメタル担体。
4. 【請求項４】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）のス
   パイラル状チューブ本体部（ｔａ）の幅（ｗａ）が、ス
   パイラルオープンチューブ（ｔ）のスパイラル状溝部
   （ｔｂ）の幅（ｗｂ）より大きいものである請求項１に
   記載のメタル担体。
5. 【請求項５】 （ｗａ）と（ｗｂ）の関係が、ｏ＜（ｗ
   ｂ）／（ｗａ）＜１である請求項４に記載のメタル担
   体。
6. 【請求項６】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）のス
   パイラル状チューブ本体部（ｔａ）が、肉厚２０〜２５
   ０μｍの長尺の平板状帯材で構成される請求項１に記載
   のメタル担体。
7. 【請求項７】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）のス
   パイラル状チューブ本体部（ｔａ）の幅が、１．０ｍｍ
   〜１５ｍｍである請求項１に記載のメタル担体。
8. 【請求項８】 メタルハニカム構造体が、各スパイラル
   オープンチューブ（ｔ）の所望部位を相互に固着して構
   成されたものである請求項１に記載のメタル担体。