JPH09155484A - メタルハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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）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
構成されたものである、ことを特徴とするメタルハニカ
ム構造体。

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。）に関
する。

【０００２】詳しくは、本発明は、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
構造体の新規な構成に関する。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１０〜図１２
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１０参照）、これを巻回
成形して製作したハニカム構造体（図１１〜図１２参
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１１〜図１２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１１〜図１２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１１〜図１２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１０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１１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１２は前記図１１のメタル担体
（ＭＳ）の正面図を示す。

【０００７】前記した従来の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５０μｍ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１１〜図１２に示
される円形のものに限定されず、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１３〜図１５に示されている。即ち、図１
３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１４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１５は前記図１４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１０〜図１２参照）、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１３〜図１５参
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１３〜図
１５参照）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
（ｔ´）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。本発明により、経済的でかつ諸特性に
優れた排気ガス浄化用メタル担体（ＭＳ）の主要な構成
要素であるメタルハニカム構造体（Ｈ）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）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）を最小構成単位として構成され、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されたもの
である、ことを特徴とするメタルハニカム構造体に関す
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３は、本発明の第一実施態様のメ
タルハニカム構造体（Ｈ）の構成を説明する図である。
図１は、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２は、図１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３
は、図２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〜図２に示されるように、本発明の第
一実施態様の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１参照）の所
望本数からなる集束体（図２参照）で構成されるもので
ある。即ち、本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）は、
図１に示され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）して製作したハニカム
構造体で構成される。なお、図２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。

【００３４】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１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、平板状帯材の側縁部分
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、
(ii).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。

【００３５】図１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１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。

【００３６】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。

【００３７】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）
のスパイラル状チューブ本体部（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、スパイラル状チューブ本体部（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（ｗ
ａ）＞（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
のである。即ち、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、前記スパイラル状溝部（ｔｂ）
の存在は必須のものである。

【００３８】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、前記スパイラル
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）は、例えば１．０〜１５ｍｍ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（出発材料）は、
０．７ｍｍ〜１０ｍｍの幅のものを使用すればよい。ま
た、前記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（ｔａ）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。

【００３９】本発明において、前記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）の大きさと略
同じものでよく、一般に１ｍｍ〜５．０ｍｍである。ま
た、前記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３００ｃｐｓｉ（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１１〜図１２
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
て製作した外径が９０ｍｍの従来のメタルハニカム構造
体（Ｈ´）の総セル数は、約３０００個である。従っ
て、前記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混合、攪拌効果、
乱流化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、前記スパイラルオープンチューブ
（ｔ）は、前記したスパイラル状溝部（ｔｂ）により排
気ガスの混合、攪拌、及び乱流化付与効果に優れている
ため、別言すれば排気ガス浄化能に優れているため、ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）の使用本数を大幅に低
減化することができる。

【００４０】本発明において、前記スパイラルオープン
チューブ（ｔ）の全長は、メタルハニカム構造体（Ｈ）
の幅（排気ガスの通過方向にみた幅）を決定するもので
ある。前記スパイラルオープンチューブ（ｔ）の全長
は、排気ガス浄化度（目標とする排気ガス浄化度）や排
気ガス浄化装置を収容するスペースの大きさなどから所
望に設定すればよい。

【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、例えば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構造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】本発明の前記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、非経済的な方法ではあるが、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
８参照）、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、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）の使用形態を例示する。

【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、
まず所望本数のスパイラルオープンチューブ（ｔ）を集
束してハニカム構造体を製作し、その後、ろう材を塗布
あるいはメッキすることによって供給してもよい。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) 〜(ii
i) 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メタルハニカム構造体
（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３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。なお、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。また、前記(ii)の外部空間部（ｔｅ）は、各ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）の外側において、各ス
パイラルオープンチューブ（ｔ）により囲繞される外側
空間部ということができる。

【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４で詳しく説明される。

【００５４】図４〜図５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４は、図
２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４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３参照）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３参照）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
（ｔ）の内側空間（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６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（Ｘ）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)〜(v) の分流（Ｆｄ，Ｆｅ）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生成
させることができる。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、テレ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５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）
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５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
・緩和能に優れている。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量を
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、隣接す
るスパイラルオープンチューブ（ｔ）の間において前記
図４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、攪拌、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】図６〜図７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６〜図
７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。

【００６１】図６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１と同
様に軸芯線（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
６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。前記右巻回ス
パイラルチューブ（ｔ）において、排気ガスは、右巻回
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、右旋回（時計回り）しながら進行す
る。

【００６２】また、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軸芯線
（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７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６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７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。

【００６３】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）の別の変形例を示す図である。図８（１）は、
前記図１及び図６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８（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、前記した当接もしくはオーバラップ部位（ｔ
ｏ）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、本発明でいう前記した「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。

【００６４】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
なく小さい（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。

【００６５】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１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）の平板状帯材を巻回かつ並進させた
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。

【００６６】図９は、本発明のメタルハニカム構造体
（Ｈ）の正面（断面）形状の変形例を説明する図であ
る。即ち、図９は本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）
の一部を省略した正面図である。なお、図９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９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。

【００６７】本発明の前記図９に示したメタルハニカム
構造体（Ｈ）の正面形状または断面形状は、一例と解す
べきであり、図示のものに限定されない。図示から明ら
かのように、本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）は、
その最小構成部材としてスパイラルオープンチューブ
（ｔ）を採用していることから、正面形状を任意、所望
形状のものに構成することが極めて容易である。このこ
との意義は極めて重要である。即ち、本発明のメタルハ
ニカム構造体（Ｈ）を主要な構成要素とするメタル担体
（ＭＳ）は、内燃機関の排気ガス浄化装置、例えば自動
車排気ガス浄化装置として使用されるが、その場合、排
気系統や車体の床下構造の空間スペースに制約があるの
が常態である。しかしながら、本発明のメタルハニカム
構造体（Ｈ）、従ってメタル担体（ＭＳ）は、前記空間
スペースの制約条件に対して極めて高い自由度をもって
対応することができ、経済的な排気ガス浄化装置を構成
することができる。

【００６８】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用のメタル担体
（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もの
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。

【００６９】特に、本発明の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）して製作し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巻回かつ並進させた構造のもの
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（ｔａ）と前記空間部から成るスパ
イラル状溝部（ｔｂ）とから構成されること、に特徴を
有する。

【００７０】前記したメタルハニカム構造体（Ｈ）の最
小構成部材である前記スパイラルオープンチューブ
（ｔ）の構造により、本発明のメタルハニカム構造体
（Ｈ）は、以下に示すような従来にない優れた効果を有
することができる。

【００７１】メタルハニカム構造体（Ｈ）の内部におい
て、前記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、メタルハニカム構造体（Ｈ）のコンパクト化、小
型化を図ることができる。

【００７２】本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）の最
小構成部材である前記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、高温の排気ガスが前記スパイラル
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
数を集束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。

【００７３】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）の構造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
り前記熱応力を効果的に吸収・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）の構造をミク
ロ的にみたとき、各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１参照）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、メタルハ
ニカム構造体（Ｈ）の耐久性にとって極めて重要であ
る。

【００７４】本発明の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）し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）の使用本数を大幅に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。

【００７５】更に、本発明の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量を節減するこ
とができる。

【００７６】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）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２】 図１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第一実施態様のメタルハニ
カム構造体（Ｈ）の一部を省略した斜視図である。

【図３】 図２のメタルハニカム構造体（Ｈ）の一部正
面図である。

【図４】 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５】 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）と、従来の平箔
（１）と波箔（２）から成るメタルハニカム構造体（Ｈ
´）の相違を説明する図である。

【図６】 本発明の第一実施態様のメタルハニカム構造
体（Ｈ）に適用された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７】 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８】 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９】 本発明のメタルハニカム構造体（Ｈ）の正面
（断面）形状を説明する図である。

【図１０】 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１１】 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１２】 図１１の従来のメタル担体（ＭＳ）の正面
図である。

【図１３】 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１４】 図１３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１５】 図１４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 ，……ｔ_n ………… スパイラルオー
プンチューブ ｔａ ………… スパイラル状チューブ本体部 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） ｔ´ ………… （従来技術）細管チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ

Claims (9)

【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）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されたもの
   である、ことを特徴とするメタルハニカム構造体。
2. 【請求項２】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）のス
   パイラル状オープンチューブ本体部（ｔａ）が、所望の
   幅（ｗａ）を有するものである請求項１に記載のメタル
   ハニカム構造体。
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に記載のメタルハニカム構造体。
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
   記載のメタルハニカム構造体。
5. 【請求項５】 （ｗａ）と（ｗｂ）の関係が、ｏ＜（ｗ
   ｂ）／（ｗａ）＜１である請求項４に記載のメタルハニ
   カム構造体。
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
   のメタルハニカム構造体。
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に記載のメタルハニカム構造
   体。
8. 【請求項８】 スパイラルオープンチューブ（ｔ）の外
   径が、１ｍｍ〜５ｍｍである請求項１に記載のメタルハ
   ニカム構造体。
9. 【請求項９】 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に記載のメタルハニカム構
   造体。