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JP2000045759A - ハニカム構造体を有するガス流路 - Google Patents

ハニカム構造体を有するガス流路

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JP2000045759A
JP2000045759A JP10208016A JP20801698A JP2000045759A JP 2000045759 A JP2000045759 A JP 2000045759A JP 10208016 A JP10208016 A JP 10208016A JP 20801698 A JP20801698 A JP 20801698A JP 2000045759 A JP2000045759 A JP 2000045759A
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honeycomb structure
flow path
metal case
gas flow
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敏雄 山田
Toshihiko Hijikata
俊彦 土方
Yukiharu Morita
幸春 森田
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NGK Insulators Ltd
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    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハニカム構造体の体積を１００％有効利用で
き、圧力損失を低減することができるだけでなく、コス
ト低減にも寄与することができるハニカム構造体を有す
るガス流路を提供する。 【解決手段】 メタルケース２１と、メタルケース２１
内に収められたハニカム構造体２２と、ハニカム構造体
２２の外周面および前記メタルケース２１の内面の間に
配置された把持材２３と、メタルケース２１の少なくと
も一方の開口部にメタルケース２１と接続するコーン２
４とを備えたガス流路である。ハニカム構造体２２の少
なくとも一方の端面外周部２２ａとコーン２４とが当接
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、主に、自動車用
排ガス浄化システムに使用されるハニカム構造体を有す
るガス流路に関する。
【０００２】
【従来の技術】 現在、ハニカム構造体を有するガス流
路は、高い開口率に由来して排ガスを通過させる場合の
圧力損失が低く、優れた排ガス浄化性能を発現するもの
として広範に普及しており、例えば、自動車用排ガス浄
化システムに使用されるセラミックハニカム触媒コンバ
ータが広く知られている。
【０００３】 上記のようなハニカム触媒コンバータを
作製する場合、セラミックハニカム触媒の取り扱いを容
易にするために、コンバータケーシング内に装着する作
業（キャニング）が行われる。これは、例えば、図４に
示すように、メタルケース１１内にハニカム触媒１２を
確実に把持するとともに、外部からの衝撃を軽減するた
めに、ハニカム触媒１２の外面及びメタルケース１１の
内面との間にセラミック繊維マット１３を圧縮状態で挿
入した後、ハニカム触媒１２をメタルケース１１内にお
ける軸線方向を保持するため、メタルケース１１の一端
に半径方向内側に向けて突出する鍔１４と、メタルケー
ス１１の他端に溶接されたリテーナリング１５又はメタ
ルケースの他端から軸線方向に向けて突出する複数の突
起部１６（図５参照）を半径方向内向きに折り曲げたも
のをハニカム触媒１２に当接させた後、これを排ガスの
導入・導出機能を発揮するメタル部材であるコーン（図
示せず）をメタルケース１１の両端に溶接等で接続を行
うものである。
【０００４】 しかしながら、上記のようにメタルケー
ス１１内にハニカム触媒１２を把持した場合、メタルケ
ース１１に配設された鍔１４及びリテーナリング１５
が、ハニカム触媒１２の流路の一部を塞いでしまい、ハ
ニカム触媒１２の全体積を有効利用できないだけでな
く、圧力損失の増加を引き起こすという問題点があっ
た。これは、ハニカム触媒コンバータとして使用した場
合、エミッションの増大やエンジン性能の低下につなが
る。また、メタルケース１１に鍔１４やリテーナリング
１５を配設するため、ハニカム触媒コンバータの加工コ
スト及び材料コストが増加するという問題点もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ハニカム構造体の体積を１０
０％有効利用でき、圧力損失を低減することができるだ
けでなく、コスト低減にも寄与することができるハニカ
ム構造体を有するガス流路を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、メタルケースと、該メタルケース内に収められた
ハニカム構造体と、該ハニカム構造体の外周面および前
記メタルケースの内面の間に配置された把持材と、メタ
ルケースの少なくとも一方の開口部にメタルケースと接
続するコーンとを備えたガス流路であって、前記ハニカ
ム構造体の少なくとも一方の端面外周部と前記コーンと
が当接していることを特徴とするハニカム構造体を有す
るガス流路が提供される。
【０００７】 このとき、本発明では、ハニカム構造体
の端面外周部とコーンとの当接角が、４５〜８５°であ
ることが好ましい。また、本発明では、ハニカム構造体
の端面外周部が、面取りされており、その面取り寸法又
は面取り半径が、０．１〜１ｍｍであることが好まし
い。
【０００８】 尚、本発明のハニカム構造体を有するガ
ス流路は、次のような形態であることが好ましい。ハニ
カム構造体が、セラミックス又は金属で形成されたもの
であり、排ガス浄化用触媒、排ガス中の粒子状物質を捕
集するためのフィルター又は熱交換体のいずれかである
こと。把持材が、セラミック繊維マット又は金属製のワ
イヤメッシュであること。メタルケースが、押込み構
造、巻締め構造又はクラムシェル構造のいずれかである
こと。
【０００９】
【発明の実施の形態】 本発明のハニカム構造体を有す
るガス流路は、メタルケースと、メタルケース内に収め
られたハニカム構造体と、ハニカム構造体の外周面およ
びメタルケースの内面の間に配置された把持材と、メタ
ルケースの少なくとも一方の開口部にメタルケースと接
続するコーンとを備えたガス流路であって、ハニカム構
造体の少なくとも一方の端面外周部とコーンとが当接し
ているものである。
【００１０】 以下、図面に基づき本発明を詳細に説明
する。図１は、本発明のハニカム構造体を有するガス流
路の一例を示す概略説明図である。図１に示すハニカム
構造体を有するガス流路は、メタルケース２１と、メタ
ルケース２１内に収められたハニカム構造体２２と、ハ
ニカム構造体２２の外周面およびメタルケース２１の内
面の間に配置された把持材２３と、メタルケース２１の
両端の開口部にメタルケース２１と接続するコーン２４
と、メタルケース２１を覆うように配設された断熱・保
温用のカバー２６を備えたものである。
【００１１】 ここで、本発明のハニカム構造体を有す
るガス流路の主な特徴は、ハニカム構造体２２の少なく
とも一方の端面外周部２２ａとコーン２４とが当接して
いることにある（図１〜３参照）。これにより、従来、
用いられてきた図４〜５に示すような鍔１４、リテーナ
リング１５及び複数の突起部１６の代わりに、コーン２
４で直接、ハニカム構造体を挟持することができるた
め、ハニカム構造体２２の流路の一部を塞ぐことなく、
ハニカム構造体２２の体積を１００％有効利用でき、圧
力損失を低減することができるだけでなく、コストの低
減にも寄与することができる。また、従来と比較して、
より小さなハニカム構造体で同一性能を得ることもでき
るため、コスト的に有利である。更に、振動によるハニ
カム構造体２２の位置ずれ（これは、主に把持材２３の
剪断変形に起因するものと考えられる。）を防止すると
ともに、高温排ガスと把持材２３との接触を阻止するこ
とができるため、把持材２３の劣化を抑制することがで
きる。
【００１２】 また、本発明では、ハニカム構造体２２
の端面外周部２２ａとコーン２４との当接角θが、４５
〜８５°であることが好ましい。これは、上記当接角が
４５°未満の場合、圧力損失の低減効果が小さく、一
方、上記当接角が８５°を超過する場合、軸線方向の保
持力が低減してしまうからである。
【００１３】 更に、本発明では、ハニカム構造体の端
面外周部が、図２〜３に示すように、面取りされている
ことが好ましい。これは、ハニカム構造体２２の端面外
周部２２ａを面取りすることにより、コーン２４との当
接時に発生するハニカム構造体２２の「ふち欠け」を防
止することができるからである。
【００１４】 また、ハニカム構造体２２の端面外周部
２２ａの面取り寸法Ｃ（図２参照）又は面取り半径Ｒ
（図３参照）は、０．１〜１ｍｍであることが好まし
い。これは、上記の面取り寸法Ｃ又は面取り半径Ｒが
０．１ｍｍ未満である場合、十分な効果が発揮されず、
一方、上記の面取り寸法Ｃ又は面取り半径Ｒが１ｍｍを
超過する場合、加工コストが高くなってしまうからであ
る。
【００１５】 尚、本発明で用いる把持材２３は、セラ
ミック繊維マット又は金属製のワイヤメッシュであるこ
とが好ましい。
【００１６】 また、本発明で用いるハニカム構造体２
２は、セラミックス又は金属で形成されたものであるこ
とが好ましい。ここで、本発明で用いるハニカム構造体
は、多角形断面を有する多数の流路方向貫通孔を、周壁
の内側に配設された隔壁を隔てて隣接させてなるもので
あり、排ガス浄化用触媒、排ガス中の粒子状物質を捕集
するためのフィルター又は熱交換体として用いられる。
更に、圧力損失のより一層の低減のためには、ハニカム
構造体の流路方向貫通孔の断面形状が三角形であること
が好ましい。尚、ハニカム構造体の形状は、特に限定さ
れないが、流路方向に垂直な断面における断面形状が円
形（ラウンド形）、楕円形（オーバル形）、長円形（レ
ーストラック形）等が用いられる。
【００１７】 更に、本発明で用いるメタルケース２１
は、押込み構造、巻締め構造又はクラムシェル構造のい
ずれかであることが好ましい。これは、上記のハニカム
構造体２２の形状によって適宜選択されるものであり、
例えば、押込み構造及び巻締め構造は、ラウンド形ハニ
カム構造体の場合に、キャニングを比較的容易に行うこ
とができる。また、クラムシェル構造は、オーバル形、
レーストラック形等の場合に、キャニングを比較的容易
に行うことができる。
【００１８】
【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳
細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるも
のではない。
【００１９】 （実施例１〜３、比較例１〜４）図１に
示すように、コーン２４ａを全周溶接したメタルケース
２１に、ハニカム構造体２２を挿入し、ハニカム構造体
２２の外面及びメタルケース２１の内面との間に把持材
２３を圧縮状態で挿入した後、メタルケース２１の開口
部にコーン２４ｂを挿入し、ハニカム構造体２２の端面
外周部２２ａとコーン２４ｂとを表１に示す当接角θで
当接させながら、メタルケース２１とコーン２４ｂをス
ポット溶接（４点）で仮止めし、更に全周溶接をした
後、メタルケース２１を覆うようにカバー２６をスポッ
ト溶接（８点）することにより、ハニカム構造体を有す
るガス流路２０をそれぞれ作製した（実施例１〜３、比
較例１〜２）。
【００２０】
【表１】
【００２１】 また、図４に示すように、メタルケース
１１内にハニカム構造体１２を確実に把持するととも
に、ハニカム構造体１２の外面及びメタルケース１１の
内面との間にセラミック繊維マット１３を圧縮状態で挿
入した後、ハニカム構造体１２をメタルケース１１内に
おける軸線方向を保持するため、メタルケース１１の一
端に半径方向内側に向けて突出する鍔１４と、メタルケ
ース１１の他端に溶接されたリテーナリング１５をハニ
カム構造体１２に当接させた後、これを排ガスの導入・
導出機能を発揮するメタル部材であるコーン（図示せ
ず）をメタルケース１１の両端に溶接で接続することに
より、ハニカム構造体を有するガス流路を作製した（比
較例３）。尚、比較例４は、比較例３から鍔１４とリテ
ーナリング１５を使用しないで作製したハニカム構造体
を有するガス流路である。
【００２２】 次に、それぞれ得られたハニカム構造体
を有するガス流路（実施例１〜３、比較例１〜４）につ
いて、以下に示す試験を行った。
【００２３】 （圧力損失の評価試験１）実施例１およ
び比較例３について、室温における空気流量の変化に伴
う圧力損失の変化をそれぞれ測定した。その結果を図６
に示す。
【００２４】 （圧力損失の評価試験２）空気流量：４
Ｎｍ3／ｍｉｎの時におけるハニカム構造体の端面外周
部とコーンとの当接角θを３０〜９０°に変化させた時
の圧力損失の変化をそれぞれ測定した（実施例１〜３、
比較例１〜２）。その結果を図７に示す。
【００２５】 （加熱振動試験）ハニカム構造を有する
ガス流路を振動方向と同一方向になる様に加熱振動試験
機に取り付け、ガス温度：２００〜１０００℃の冷熱サ
イクル、１８５Ｈｚの振動下でメタルケースを各種の振
動加速度で４時間加振した後、メタルケース内でのハニ
カム構造体の位置ずれ量を測定することにより、それぞ
れのハニカム構造を有するガス流路（実施例１及び実施
例３、比較例３〜４）を評価した。その結果を図８に示
す。
【００２６】 尚、諸条件は、以下に示す通りである。 ハニカム構造体は、サイズ：φ１０３ｍｍ×１２０ｍ
ｍＬ、リブ厚：０．１７ｍｍ，セル密度：６２セル／ｃ
ｍ2のハニカムセラミックス（材質：［コーディライ
ト］）を用いた。 セラミック繊維マットは、三菱化学（株）製「マフテ
ック」（商品名）を用いた。 メタルケースは、押し込み構造であり、その材質は、
ＳＵＨ４０９を用いた。 コーン及びリテーナリングの材質は、ＳＵＨ４０９を
用いた。
【００２７】 （考察：実施例１〜３、比較例１〜４）
図６に示すように、実施例１は、比較例３と同様の軸線
方向の保持力を維持しながら、圧力損失を約１５％低減
することができた。これにより、本発明は、エンジン排
ガスのような高温下やハニカム外周部の温度低下等のた
めに把持材を巻いたメタルハニカムにも適用することが
できる。また、図７に示すように、ハニカム構造体の端
面外周部とコーンとの当接角θが、４５〜８５°の範囲
にある時、軸線方向の保持力を維持しながら、圧力損失
を低減させることが判明した。更に、図８に示すよう
に、比較例４（リテーナリング未使用）は、振動加速
度：５０Ｇでハニカム構造体にズレが発生したが、実施
例１及び実施例３は、比較例３（リテーナリング使用）
と同等の耐振動性を有していることが判明した。
【００２８】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明のハニカ
ム構造を有するガス流路は、ハニカム構造体の体積を１
００％有効利用でき、圧力損失を低減することができる
だけでなく、コスト低減にも寄与することができる。
【００２９】 また、本発明のハニカム構造を有するガ
ス流路は、振動によるハニカム構造体の位置ずれを防止
するとともに、高温排ガスと把持材との接触を阻止する
ことができるため、把持材の劣化を抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のハニカム構造体を有するガス流路の
一例を示す説明図である。
【図２】 本発明のハニカム構造体の端面外周部とコー
ンとが当接した状態の一例を示す部分断面図である。
【図３】 本発明のハニカム構造体の端面外周部とコー
ンとが当接した状態の他の例を示す部分断面図である。
【図４】 従来のハニカム構造体を有するガス流路（セ
ラミックハニカム触媒コンバータ）の一例を示す説明図
である。
【図５】 従来のハニカム構造体の端面外周部と突起部
とが当接した状態の一例を示したものであり、（ａ）
は、斜視図、（ｂ）は、部分断面図である。
【図６】 実施例１及び比較例３における空気流量の変
化に伴う圧力損失の変化を示すグラフである。
【図７】 ハニカム構造体の端面外周部とコーンとの当
接角θを３０〜９０°に変化させた時の圧力損失の変化
を示すグラフである。
【図８】 実施例１、実施例３及び比較例３〜４におけ
る加熱振動試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…従来のハニカム構造体を有するガス流路（ハニカ
ム触媒コンバータ）、１１…メタルケース、１２…ハニ
カム触媒（ハニカム構造体）、１３…把持材、１４…
鍔、１５…リテーナリング、１６…突起部、２０…本発
明のハニカム構造体を有するガス流路、２１…メタルケ
ース、２２…ハニカム構造体、２２ａ…ハニカム構造体
の端面外周部、２３…把持材、２４…コーン、２６…カ
バー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ (72)発明者 森田 幸春 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA02 EA03 3G091 AA02 AB01 AB13 BA38 BA39 CA07 GA06 GA21 GB01X GB01Z GB17X GB17Z HA27 HA28 HA29 HA31 4D048 BA10X BA39X BB02 CA07 CA08 CC38 CD05 4D058 JA32 JB03 JB06 KA06 KA08 KA23 SA08 4G069 AA01 AA08 AA11 BA13A BA13B BB02A BB02B CA03 DA06 EA03X EA03Y EA09 EA18 EA26 EA27 EB07 EB10 FB72

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 メタルケースと、該メタルケース内に収
    められたハニカム構造体と、該ハニカム構造体の外周面
    および前記メタルケースの内面の間に配置された把持材
    と、メタルケースの少なくとも一方の開口部にメタルケ
    ースと接続するコーンとを備えたガス流路であって、 前記ハニカム構造体の少なくとも一方の端面外周部と前
    記コーンとが当接していることを特徴とするハニカム構
    造体を有するガス流路。
  2. 【請求項２】 前記ハニカム構造体の端面外周部と前記
    コーンとの当接角が、４５〜８５°である請求項１に記
    載のハニカム構造体を有するガス流路。
  3. 【請求項３】 前記ハニカム構造体の端面外周部が、面
    取りされている請求項１又は２に記載のハニカム構造体
    を有するガス流路。
  4. 【請求項４】 前記ハニカム構造体の端面外周部の面取
    り寸法又は面取り半径が、０．１〜１ｍｍである請求項
    ３に記載のハニカム構造体を有するガス流路。
  5. 【請求項５】 前記ハニカム構造体が、セラミックスで
    形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のハ
    ニカム構造体を有するガス流路。
  6. 【請求項６】 前記ハニカム構造体が、金属で形成され
    ている請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構
    造体を有するガス流路。
  7. 【請求項７】 前記ハニカム構造体が、排ガス浄化用触
    媒である請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム
    構造体を有するガス流路。
  8. 【請求項８】 前記ハニカム構造体が、排ガス中の粒子
    状物質を捕集するためのフィルターである請求項１〜６
    のいずれか１項に記載のハニカム構造体を有するガス流
    路。
  9. 【請求項９】 前記ハニカム構造体が、熱交換体である
    請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム構造体を
    有するガス流路。
  10. 【請求項１０】 前記把持材が、セラミック繊維マット
    である請求項１に記載のハニカム構造体を有するガス流
    路。
  11. 【請求項１１】 前記把持材が、金属製のワイヤメッシ
    ュである請求項１に記載のハニカム構造体を有するガス
    流路。
  12. 【請求項１２】 前記メタルケースが、押込み構造であ
    る請求項１に記載のハニカム構造体を有するガス流路。
  13. 【請求項１３】 前記メタルケースが、巻締め構造であ
    る請求項１に記載のハニカム構造体を有するガス流路。
  14. 【請求項１４】 前記メタルケースが、クラムシェル構
    造である請求項１に記載のハニカム構造体を有するガス
    流路。
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