JP2018008244A - 排ガス浄化触媒用担体 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製のハニカム基材を用ながらも高い耐熱構造安定性を示し、高負荷運転時であっても、ハニカム基材の破損、ハニカム基材の外筒からの脱落、といった不具合が生じる危険が低減された排ガス浄化触媒用担体を提供すること。【解決手段】金属製ハニカム基材１と外筒２とを有する排ガス浄化触媒用担体１０であって、ハニカム基材１の外周は、外筒２に囲まれた領域１１と、外筒２に囲まれていない領域１２と、を有し、外筒２に囲まれた領域１１の少なくとも一部の領域１３において外筒２に接合されており、外筒２に囲まれていないハニカム基材の領域１２は、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材１の全長の１５％以上８５％以下の長さにわたり、且つ外筒２に接合されたハニカム基材の領域１３は、ハニカム基材１の全長の１０％以上８５％以下の長さにわたる、前記排ガス浄化触媒用担体１０。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス浄化触媒用担体に関する。

排ガス浄化触媒は、一般に、ハニカム基材に貴金属粒子を含む触媒層がコーティングされた構成を有している。ハニカム基材を構成する素材としては、四輪車用の排ガス浄化装置においてはセラミック製が多く、二輪車用の排ガス浄化触媒においては金属製が多い。

これらのうち、金属製のハニカム基材を用いる排ガス浄化触媒は、外筒を介して、エンジンの排気管内に例えば溶接等の適当な固定手段によって固定されて使用される。

排ガス浄化触媒に供給される排ガスは、加熱されていることが通常であり、特に高負荷時には極めて高い温度に達する。そのため、該高温の排ガスと直接接触する金属製のハニカム基材は、優れた耐熱性、特に熱サイクルに対する構造安定性が要求される。この要求を満たすため、例えば二輪車用の排ガス浄化触媒におけるハニカム基材の素材としては、例えばＦｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ系の高耐熱ステンレス等が用いられている。

一方の外筒の素材としては、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３６等の、通常のステンレスが使用される。

このようにハニカム基材と外筒との素材は相違するから、両者の熱膨張率には差があることになる。従って、運転時に触媒が高温の排ガスによって加熱されたときには、ハニカム基材と外筒との接触界面に熱膨張率の差に起因する応力がかかることとなる。

このことに加えて、ハニカム基材は、上記のとおり高温の排ガスに直接さらされて運転時には比較的速やかに温度が上昇するのに対して、外筒は排気管を介して外気と近接する位置に配置される。そのため、運転時には両者間に温度差が生じ、この温度差によっても膨張の程度に差が生ずることになる。

そして一般には、ハニカム基材は外筒の全長にわたって内周にろう付け等の手段によって固着されている。

そのため、排ガス浄化触媒の運転時には、上述の素材及び温度の相違に起因してハニカム基材及び外筒の膨張率に大きな差が生じる。しかも両者が接合されていることから、その接合面には大きな応力がかかり、例えば、ハニカム基材の破損、ハニカム基材の外筒からの脱落、といった不具合が生ずる場合がある。

この点、特許文献１には、外筒の前後に、排気ガス流入側ディフューザ及び排気ガス流出側ディフューザを配置し、前記外筒内に、波板と平板とを巻回或いは積層してなる金属触媒担体を収容してなる金属触媒コンバータにおいて、前記金属触媒担体の排気ガスの流出側の外周のみを、前記排気ガス流出側ディフューザの排気ガス流入側に形成される支持部の内周に固着するとともに、前記排気ガス流出側ディフューザを、前記外筒の排気ガスの流出側に挿入固定してなることを特徴とする金属触媒コンバータが記載されており、該触媒コンバータによって、金属触媒担体の外周に発生する熱応力を大幅に低減することができると説明されている。

特開平７−９１２４０号公報

上記の特許文献１には、金属触媒担体が「外筒」に収納されているように記載されている。しかしながら特許文献１における「外筒」とは、該ガス流入口及び流出口の各外側に形成されたフランジ部材によって固定され、排気管の一部を構成することが予定された部材である。従って、特許文献１の技術は、排ガス浄化触媒分野の当業者が想起する通常の意味における「外筒」を有するものではない。

更に、特許文献１の金属触媒担体は、排気ガス流入側ディフューザ及び排気ガス流出側ディフューザの存在が必須であり、排ガス流路に「絞り加工」を施す必要がある。従って、これらディフューザ前後の圧損は不可避であり、排ガス浄化効率の点で問題が生じ得る。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、金属製のハニカム基材を用ながらも高い耐熱構造安定性を示し、高負荷運転時であっても、ハニカム基材の破損、ハニカム基材の外筒からの脱落、といった不具合が生じる危険が低減された、排ガス浄化触媒用担体の提供を目的とする。

上記の目的を達成する本発明は、以下のように要約される。

［１］ 金属製ハニカム基材と外筒とを有する排ガス浄化触媒用担体であって、
前記ハニカム基材の外周は、前記外筒に囲まれた領域と、前記外筒に囲まれていない領域と、を有し、前記外筒に囲まれた領域の少なくとも一部の領域において前記外筒に接合されており、
前記外筒に囲まれていないハニカム基材の領域は、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材の全長の１５％以上８５％以下の長さにわたり、且つ
前記外筒に接合されたハニカム基材の領域は、ハニカム基材の全長の１０％以上８５％以下の長さにわたる、
前記排ガス浄化触媒用担体。

［２］ 前記外筒に囲まれていないハニカム基材の領域は、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材全長の３０％以上８０％以下の長さにわたる、［１］に記載の排ガス浄化触媒用担体。

［３］ 前記外筒に接合されたハニカム基材の領域は、ハニカム基材全長の２０％以上５０％以下の長さにわたる、［１］又は［２］に記載の排ガス浄化触媒用担体。

［４］ 前記外筒が、排ガス流れの上流側端部に、排ガス流れの上流側に行くに従って内径が漸増するテーパ領域を有する、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒用担体。

［５］ 前記テーパ領域の長さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、［４］に記載の排ガス浄化触媒用担体。

［６］ 前記外筒を介して排気管内に固定して用いるための、［１］〜［５］のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒用担体。

［７］ ［１］〜［６］のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒用担体と、該担体上の触媒コート層と、を有する、排ガス浄化触媒。

本発明の排ガス浄化触媒用担体は、金属製のハニカム基材を用いながら、高い耐熱構造安定性を示し、高負荷運転時であっても、ハニカム基材の破損、ハニカム基材の外筒からの脱落、といった不具合が生じる危険が低減されたものである。

従って、本発明の排ガス浄化触媒用担体は、例えば、二輪車等のエンジンの他；刈払機、ブロワ―、チェンソー等のハンドヘルドタイプの動力工具等に用いられる汎用エンジンにおける排気管内で、特に好適に用いることができる。

図１は、本発明の排ガス浄化触媒用担体の好ましい一例を説明するための概略断面図である。 図２は、本発明の排ガス浄化触媒用担体の好ましい別の一例を説明するための概略断面図である。 図３は、実施例及び比較例における外筒の排ガス流れ上流側端面形状の例を示す概略断面図である。 図４Ａは、実施例１〜１５及び比較例１〜３における冷熱サイクル試験の結果を示すグラフである。 図４Ｂは、実施例１６及び比較例４における冷熱サイクル試験の結果を示すグラフである。 図４Ｃは、実施例１７及び比較例５における冷熱サイクル試験の結果を示すグラフである。 図５は、実施例６及び１０、並びに比較例１における担体昇温試験の結果を示すグラフである。

＜排ガス浄化触媒用担体＞
以下、本発明の好ましい実施形態（本実施形態）の排ガス浄化触媒用担体について、詳説する。

本実施形態の排ガス浄化触媒用担体は、
金属製ハニカム基材と外筒とを有する排ガス浄化触媒用担体であって、
前記ハニカム基材の外周は、前記外筒に囲まれた領域と、前記外筒に囲まれていない領域と、を有し、前記外筒に囲まれた領域の少なくとも一部の領域において前記外筒に接合されており、
前記外筒に囲まれていないハニカム基材の領域は、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材の全長の１５％以上８５％以下の長さにわたり、且つ
前記外筒に接合されたハニカム基材の領域は、ハニカム基材の全長の１０％以上８５％以下の長さにわたる
ことを特徴とする。

図１に、本実施態様の排ガス浄化触媒用担体の典型的な一例を説明するための概略断面図を示した。

図１の排ガス浄化触媒用担体１０は、金属製のハニカム基材１と外筒２とを有し、
ハニカム基材１は、外筒２に囲まれた領域１１と、外筒２に囲まれていない領域１２と、を有し、
該外筒２に囲まれていないハニカム基材の領域１２は、排ガス流れ３０の上流側端部にあり、そして
ハニカム基材１は、該ハニカム基材１のうちの外筒２に囲まれた領域１１の一部である領域１３において外筒２に接合されている。

ハニカム基材１が外筒２に接合されている領域１３の長さは、ハニカム基材１が外筒２に囲まれた領域１１の長さと同じであってもよいし、これよりも短くてもよい。

［ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域（排ガス流れの上流側）］
ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域を有することにより、運転時にハニカム基材が加熱されて膨張した場合に、外筒との間に発生する応力を小さくすることができ、排ガス浄化触媒用担体に高い耐熱構造安定性を与えることができる。

上記の効果を確保する観点から、ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域の長さは、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材の全長の１５％以上であることを要し、好ましくは、１５％以上、２０％以上、２５％以上、又は３０％以上である。一方で、ハニカム基材と外筒との間に有意の長さの接合領域を確保し、ハニカム基材を所定の位置に維持する必要を満たすため、ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域の長さは、ハニカム基材の全長の８５％以下であることを要し、好ましくは、８０％以下、７５％以下、７０％以下、又は６５％以下である。

［ハニカム基材が外筒に囲まれた領域、及びハニカム基材が外筒に接合されている領域］
本実施形態の排ガス浄化触媒用担体における金属製のハニカム基材は、外筒に囲まれた領域を有し、該外筒に囲まれた領域の少なくとも一部である一定の領域において該外筒に接合されていることによって、両者間の高い一体性が確保されている。従って該担体は、運転（特に高負荷運転）と停止（又は低付加運転）とを繰り返した場合であっても、ハニカム基材が外筒から脱落する危険が極めて低減されている。

上記ハニカム基材と外筒との接合領域の長さは、ハニカム基材と外筒との接合を十分に強固なものとし、ハニカム基材を所定の位置に維持する必要を満たすため、ハニカム基材全長の１０％以上であることを要し、好ましくは、１５％以上、２０％以上、又は２５％以上である。一方で、上述の応力緩和の効果発現のため、ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域に有意の長さを確保する必要から、接合領域の長さはハニカム基材全長の８５％以下であることを要し、好ましくは、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５５％以下、又は５０％以下である。

ハニカム基材と外筒との接合は、例えば、ろう付け、拡散接合等の公知の方法によって行われてよい。

［排ガス流れの下流側の態様］
（ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域（排ガス流れの下流側））
本実施形態の排ガス浄化触媒用担体において、排ガス流れの下流側には、ハニカム基材が外筒に囲まれていない領域を有していても有していなくてもよい。

外筒の長さをできるだけ短くし、排ガス浄化触媒用担体、及びこれを用いて得られる排ガス浄化触媒の軽量化を図るとともに、該担体又は触媒の熱容量を低下させる観点からは、排ガス流れの下流側にハニカム基材が外筒に囲まれていない領域を設ける利益が認められる。しかし、ハニカム基材と外筒との間に有意の長さの接合領域を確保し、ハニカム基材を所定の位置に維持する必要を満たすためには、排ガス流れの下流側におけるハニカム基材が外筒に囲まれていない領域の長さは、ハニカム基材の全長の３５％以下、２５％以下、１５％以下、又は５％以下に留めることが好ましく、０％であってもよい。

（外筒が内側にハニカム基材を有さない領域）
本実施形態の排ガス浄化触媒用担体において、排ガス流れの下流側には、外筒の内側にハニカム基材を有さない領域を有していてもよい。この場合の排ガス浄化触媒用担体は、排ガス流れの下流側に、外筒がハニカム基材の長さを超えて伸びる「ツバ」の領域を有することとなる。しかし、排ガス浄化触媒用担体及びこれを用いて得られる排ガス浄化触媒の軽量化を図るとともに、該担体又は触媒の熱容量を低下させるとの観点からは、上記の「ツバ」領域の長さを、ハニカム基材の全長の２０％以下、１５％以下、１０％以下、又は５％以下に留めることが好ましく、「ツバ」の領域を有さなくてもよい。

［ハニカム基材の構成］
本実施形態の排ガス浄化触媒用担体におけるハニカム基材は金属製である。この金属としては、排ガス温度に耐える耐熱性と、排ガスの熱を素早く触媒コート層に伝達する熱伝導性と、を具備する金属であることが好ましい。より好ましくは高耐熱性の金属であり、高耐熱性ステンレスが更に好ましい。具体的には例えば、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ系、Ｆｅ−１８Ｃｒ−３Ａｌ系等の使用が推奨される。

ハニカム基材の形状は、典型的には、略円柱状又は略多角柱状の外形を有し、軸方向に連通する多数のセルを有する。ハニカム基材における、排ガス流れの上流側及び下流側の端面（上記の略円柱又は略多角中の両底面）の形状は、それぞれ、平面であっても非平面であってもよい。

ハニカム基材の有するセル数は、その内部表面に形成される触媒コート層と排ガスとの接触面積を大きくする観点から、５セル／ｃｍ^２以上、１０セル／ｃｍ^２以上、又は２０セル／ｃｍ^２以上とすることができ；高い排ガス浄化性能を発現可能な程度に触媒コート層の膜厚を大きくすることを可能とし、且つ排ガスの流通性を大きく維持する観点から、１５０セル／ｃｍ^２以下、１００セル／ｃｍ^２以下、又は５０セル／ｃｍ^２以下とすることができる。

ハニカム基材の有するセルの壁厚は、ハニカムの強度を確保するために５０μｍ以上又は８０μｍ以上とすることができ；排ガスの流通性を大きく維持するために２００μｍ以下又は１５０μｍ以下とすることが適切である。

ハニカム基材における上記のようなセル構造は、例えば、所定の材料から成る板を２枚準備し、１枚を平板のまま用い、もう１枚を波板状に加工したうで、これら２枚を重ね合わせてロール状に巻回する方法等により、得ることができる。この場合、ハニカム基材の最外周面は波板状に加工されていない平板が露出する態様とすることが、外筒との間に、十分高い接着強度を確保する観点から好ましい。

ハニカム基材の端面の大きさは、排ガス浄化触媒としたときに適用が予定される排気管、及び該ハニカム基材を囲うことが予定される外筒の内径に応じて適宜に設定されるべきである。ハニカム基材の端面の大きさは、上記略円柱又は略多角柱の底面の円相当径として、例えば、２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の範囲を例示することができる。

ハニカム基材の長さは、上記略円柱又は略多角柱の高さとして、排ガス浄化触媒としたときに、触媒コート層と排ガスとの接触面積を高くし、排ガス浄化能を十分に高くするとの観点から、例えば、３０ｍｍ以上、４０ｍｍ以上、又は５０ｍｍ以上とすることができ、排気管内における設置位置の自由度を高め、効率的な排ガス流通のための排気管デザインの自由度を高めるとの観点から、４５０ｍｍ以下、３００ｍｍ以下、又は２００ｍｍ以下とすることができる。このハニカム基材の長さとは、該ハニカム基材の軸方向における外周部分の長さをいう。

［外筒の構成］
上記ハニカム基材の外側を囲う外筒は、好ましくは中空の筒状であり、好ましくは金属製である。この外筒を構成する金属としては、パイプ触媒に従来から用いられている耐熱性金属を制限なく使用することができる。例えばステンレスが例示される。

本実施態様の排ガス浄化触媒用担体における外筒は、上記のハニカム基材を囲って配置され、該ハニカム基材との接触領域の少なくとも一部で該ハニカム基材と接合されて使用されることが予定されている。従って、このような用途に使用するのに適切な形状及びサイズを有することが好ましい。

具体的には、外筒の中空部分を軸に垂直な面で切った断面が、上記ハニカム基材の断面と、同じサイズの同一形状を有するか、或いはこれよりも少し大きいサイズの相似形状を有することが好ましい。

外筒の壁厚は、本実施形態の排ガス浄化触媒用担体に十分な強度を与える観点から、例えば、０．３ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、又は０．７５ｍｍ以上とすることができ、担体を過度に重くすることを避ける観点から、例えば、３ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下とすることができる。

外筒の長さは、これとともに使用するハニカム基材の長さに応じて、適宜に決定される。具体的には、ハニカム基材の長さから、該ハニカム基材のうちの外筒に囲まれていない領域の長さを減じた値が典型である。しかしながら本実施態様では、外筒における排ガス流れ下流側の端面が、ハニカム基材における排ガス流れ下流側の端面からはみ出して配置される態様も禁止されない。従って、外筒の長さは上記典型例の場合より長くてもよく、当業者によって適宜に設定されることができる。

（テーパ領域）
本実施形態の排ガス浄化触媒用担体における外筒は、排ガス流れの上流側端部に、排ガス流れの上流側に行くに従って内径が漸増するテーパ領域を有することが好ましい。外筒がこのようなテーパ領域を有することにより、運転時に金属製のハニカム基材が加熱されて膨張した場合に、該ハニカム基材と外筒との界面に発生する応力が低減される程度を、より大きくすることができる。

外筒が、排ガス流れの上流側端部に、上記のようなテーパ領域を有する場合には、ハニカム基材が外筒によって拘束されている拘束領域と外筒に囲われていない非拘束領域との間に、ハニカム基材の外周面と外筒の内壁面との距離が漸増する緩衝領域が存在することになる。従って、ハニカム基材が加熱されて膨張した場合でも、応力が一点に集中することはないから、構造的不都合が生ずる危険が大幅に減少する。

これに対して、テーパ領域を有さずに、外筒の端面がハニカム基材の外周面に直交する状態で接している場合には、上記の拘束領域と非拘束領域とが緩衝領域を介さずに直接隣接することとなる。この場合に、金属製のハニカム基材が加熱されて外側に（直径が増大する方向に）膨張すると、上記隣接点の一点に大きな応力がかかる場合がある。そのため、このような構造においては、ハニカム基材又は外筒の破壊、ハニカム基材の外筒からの脱落等の構造的不都合が生ずる可能性が皆無ではない。

テーパ領域の形状は、例えば中空円筒状の外筒を、その軸を含む面で切断したときの壁内面の断面形状として、曲線及び直線のいずれであってもよいが、曲線状の断面形状を有することが好ましい。ハニカム基材外周と外筒内壁との距離の隔離をできるだけ緩やかにして、応力の集中をできるだけ抑制するためには、少なくとも外筒内径の漸増が開始する地点において、外筒の壁の断面形状が凸状に膨らむ形状で（ｃｏｎｖｅｘ（コンベックス）状に）外筒内径が漸増する態様であることが好ましい。

外筒内径の漸増が開始する地点における外筒の壁の断面形状をコンベックス状とする具体的な形状としては、例えば、二次関数、指数関数、放物線、シグモイド曲線等を挙げることができる。

テーパ領域の長さ（外筒の内径の増大が始まる地点から外筒端部までの距離）は、応力の集中を効果的に抑制する観点から、例えば、１．０ｍｍ以上、１．２５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、１．７５ｍｍ以上、又は２．０ｍｍ以上とすることができ、外筒の長さを抑制して排ガス浄化触媒の軽量化を図るとの観点から、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、１２ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、７．５ｍｍ以下、又は５ｍｍ以下とすることができる。

テーパによって外筒の壁厚が減少する程度は、通常の面取りにおける一般的な値である０．２ｍｍ程度を超える値とすることが好ましく、例えば、０．３ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以上、又は０．４ｍｍ以上とすることができる。一方で、外筒の膜厚減少の程度を過度に増大しても、本発明の所期する効果が無制限に向上するものではないから、テーパによって外筒の壁厚が減少する程度は、例えば、１．５ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、又は０．８ｍｍ以下とすることが適切である。

上記のテーパは、公知の切削方法を適宜に選択して形成することができる。

外筒のうち、排ガス流れの上流側の端部外側、並びに排ガス流れ下流側の内側及び外側の端面は、テーパ領域を有する必要はない。これらの部位には通常の面取り（例えば、端面の角部を２辺が各０．２ｍｍの直角二等辺三角形で切り取る「Ｃ０．２」の面取り）が施されていてもよい。

図２に、外筒がテーパ領域を有する場合の排ガス浄化触媒用担体の一例を示した。

図２の排ガス浄化触媒用担体１０は、金属製のハニカム基材１と外筒２とを有し、
ハニカム基材１は、外筒２に囲まれた領域１１と、外筒２に囲まれていない領域１２と、を有し、
該外筒２に囲まれていないハニカム基材の領域１２は、排ガス流れ３０の上流側端部にあり、
ハニカム基材１のうちの外筒２に囲まれた領域１１の一部である領域１３において、ハニカム基材１が外筒２に接合されている点では、上述の図１の場合と同じである。

しかしながら図２の排ガス浄化触媒用担体１０においては、外筒２は、排ガス流れ３０の上流側端部の内側（ハニカム基材１側）に、該排ガス流れ３０の上流側に行くに従って内径が漸増するテーパ領域２１を有している。このテーパ領域２１においては、外筒２の壁内面の断面形状が放物線を描いて凸状に膨らむコンベックス状で、外筒の内径が漸増している。

＜排ガス浄化触媒＞
本実施態様の排ガス浄化触媒用担体は、該担体上に触媒コート層を形成することにより、排ガス浄化触媒として適用することができる。すなわち、本実施形態の排ガス浄化触媒は、上記のような排ガス浄化触媒用担体と、該担体上の触媒コート層と、を有する。

上記触媒コート層は、例えば、貴金属及び金属酸化物を含むことができる。貴金属としては、例えば、パラジウム、白金、及びロジウムから選択される１種以上を使用することが好ましく；金属酸化物としては、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、イットリウム、希土類元素等から成る群より選択される１種以上を使用することが好ましい。

触媒コート層の形成には、担体として本実施形態の排ガス浄化触媒用担体と使用する他は、公知の方法を適宜選択して採用することができる。具体的には、例えば、本実施形態の排ガス浄化触媒用担体を、金属酸化物及びその前駆体を含有する溶液又は分散液を例えば浸漬法により塗布した後、必要に応じて加熱焼成し、次いで、貴金属前駆体を含有する溶液を例えば浸漬法により塗布した後、必要に応じて加熱焼成する手法によることができる。

上記のようにして得られる本実施態様の排ガス浄化触媒は、例えば、外筒を介して排気管の、例えば排気管内に固定して用いる場合に、本発明が所期する効果が極めて有効に発現される。

排ガス浄化触媒を排気管内に固定するには、例えば、外筒を排気管内部に溶接する手法等によることができる。

本実施態様の排ガス浄化触媒は、例えば、二輪車等；刈払機、ブロワ―、チェンソー等のハンドヘルドタイプの動力工具における等；のエンジンにおける排気管内における使用に、特に好適である。

＜実施例１〜１７及び比較例１〜５＞
［外筒の製造］
表１に記載の外径及び内径を有するステンレス（ＳＵＳ４３６Ｌ）製のパイプを所定の長さで切断した。実施例１４及び１５、並びに比較例１、４、及び５については、切断したパイプの外側及び内側にそれぞれＣ０．２の面取りを行ったうえで、これをそのまま外筒として用いた（テーパ領域なし）。実施例１〜１３、１６、及び１７、並びに比較例２及び３については、切断したパイプの外側についてはＣ０．２の面取りを行い、内側には切削加工によって長さ３ｍｍのテーパ領域を形成したうえで、外筒として用いた（テーパ領域あり）。

外筒の排ガス流れ上流側端面形状につき、テーパ領域を有さない場合を図３（ａ）に、テーパ領域を有する場合を図３（ｂ）に、それぞれ示した。図３（ａ）中のｄ１及びｄ２の値は、実施例１４及び１５、並びに比較例１及び５の場合にはそれぞれ１．５ｍｍ及び１．１ｍｍであり、比較例４の場合にはそれぞれ１．０ｍｍ及び０．６ｍｍである。図３（ｂ）中のｄ１及びｄ３の値は、実施例１〜１３及び１７、並びに比較例２９及び３の場合はそれぞれ１．５ｍｍ及び０．８ｍｍであり、実施例１６の場合はそれぞれ１．０ｍｍ及び０．３ｍｍである。図３（ｂ）において、テーパ領域は外筒内側の断面形状が凸状の放物線状であり、破線丸印で囲った２点において直線と放物線とが略一致する。

［ハニカム基材の製造］
高耐熱ステンレス（Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ）製の帯状の板（板厚：５０μｍ）を２枚準備し、１枚を平板のまま用い、もう１枚を波板状に加工した。これら２枚を重ね合わせてロール状に巻回し、セル数が４６．５セル／ｃｍ^２（３００セル／インチ^２）であり、直径が使用する外筒の内径と同じであるハニカム筒状体を作製した。このとき、ハニカム筒状体の最外周には平板状のステンレス板が配置されるようにした。

上記で得られたハニカム筒状体を表１に記載の長さに切断したものを、ハニカム基材として用いた。切断面は両端面とも平面状とした。

［排ガス浄化触媒用担体の製造］
ハニカム基材の所定箇所に厚み２５μｍのニッケルろう箔を巻き付けたうえで外筒内の所定箇所に挿入し、ニッケルろうの溶融温度以上に加熱してハニカム基材と外筒とを前記ろう箔部分において接合することにより、排ガス浄化触媒用担体を製造した。ここで、テーパ領域を有する外筒の場合には、テーパ領域が排ガス流れの上流側となるように配置して使用した。

［排ガス浄化触媒用担体の耐久性評価（冷熱サイクル試験）］
各担体を冷熱耐久試験器にセットし、排ガス流れの上流側から下記のガスを流通させて、担体が繰り返し加熱及び冷却されるサイクルを繰り返し、ハニカム筒状体が外筒から脱落するまでのサイクル数を調べた。試験で採用した条件は以下のとおりとした。
流通ガス種：燃焼ガス（加熱時）、空気（冷却時）
温度範囲：１５０℃〜９５０℃
１サイクルの所要時間：６０秒

本冷熱サイクル試験において、各排ガス浄化触媒用担体のハニカム基材が外筒から脱落するまでのサイクル数を、
実施例１〜１５及び比較例１〜３（外筒の外径が５３．５ｍｍの場合）については比較例１の場合を１００とする相対値として図４Ａに、
実施例１６及び比較例４（外筒の外径が４５．０ｍｍの場合）については比較例４の場合を１００とする相対値として図４Ｂに、
実施例１７及び比較例５（外筒の外径が６９．５ｍｍの場合）については比較例５の場合を１００とする相対値として図４Ｃに、それぞれ示した。

［担体昇温試験］
本実施形態の排ガス浄化触媒用担体は、従来技術における担体と比較して、外筒の必要量が少なくて軽量化されており、熱容量が大幅に低減されている。従って、コールドスタート時におけるハニカム外周部の昇温速度が速くなると期待される。

そこで、実施例６及び１０で製造した排ガス浄化触媒用担体についてコールドスタート時の昇温速度についてのモデル実験を行い、比較例１の担体と比較した。

具体的な試験方法は以下のとおりとした。

各排ガス浄化触媒用担体につき、排ガス流れの上流側端部から１１０ｍｍの位置にフランジを取り付け、二輪車の排気管内に固定した。そして、下記の条件で排ガスの流通を開始（コールドスタート）し、担体の排ガス流れの上流側端部から６０ｍｍ、径中心から２２ｍｍ外側（外周側）に寄った位置の温度が、５０℃から３００℃に達するまでの時間を調べた。試験条件は以下のとおりとした。
入りガス温度：４００℃一定
ガス流量：２０ｍ^３／ｈ、一定（アクセル開度を一定に保持）
触媒コート層なし（反応熱の寄与なし）

試験結果を図５に示した。

上記の結果から、以下のことが理解される。

前記ハニカム基材が、外筒に囲まれている領域と外筒に囲まれていない領域とを有し、外筒に囲まれている領域のうちの一部の領域は外筒に接合されており、そして各領域の長さが本実施形態所定の範囲内にある実施例１〜１５の排ガス浄化触媒用担体は、冷熱サイクル試験において、従来技術に属する比較例１と比較して優れた耐久性を示すことが確認された。

この点、外筒に囲まれている領域及び外筒に囲まれていない領域の双方を有し、外筒に囲まれている領域のうちの一部の領域が外筒に接合されているが、外筒に囲まれていない領域の長さが本実施形態所定範囲に満たない比較例２、及び接合領域の長さが本実施形態所定範囲に満たない比較例３の排ガス浄化触媒用担体は、いずれも、冷熱サイクル耐久性向上の効果が発現せず、比較例１と略同等の耐久性しか示さなかった。

これらのことから、各領域の長さについての本実施形態所定の範囲は、本発明が所期する効果の発現に対して、臨界的に有効であることが確認された。

また、外筒径の小さい場合についての実施例１６と比較例４との比較、及び外筒径の大きい場合についての実施例１７と比較例５との比較においても、本実施形態所定の構成における冷熱サイクル耐久性向上の効果が確認されたことから、本発明の効果が広い範囲の担体サイズに適用可能であることが確認された。

更に、担体昇温試験の結果からは、各領域の長さが本実施形態所定の範囲内にある実施例６及び１０の排ガス浄化触媒用担体は、運転開始から一定の温度に達するまでに要する時間が、比較例１と比較して短いことが分かった。従って、本実施形態の排ガス浄化触媒用担体は、例えばエンジン始動直後等のコールド条件下でも、速やかに効率的な排ガス浄化性能を発揮することが期待される。このことは、本実施形態の排ガス浄化触媒用担体における外筒の長さが従来技術におけるものよりも短いことに起因して、担体としての熱容量が低下したことによると考えられる。

１ ハニカム基材
２ 外筒
１０ 排ガス浄化触媒用担体
１１ ハニカム基材が外筒２に囲まれている領域
１２ ハニカム基材が外筒２に囲まれていない領域
１３ ハニカム基材が外筒２と接合された領域
２１ テーパ領域
３０ 排ガス流れ

Claims (7)

1. 金属製ハニカム基材と外筒とを有する排ガス浄化触媒用担体であって、
   前記ハニカム基材の外周は、前記外筒に囲まれた領域と、前記外筒に囲まれていない領域と、を有し、前記外筒に囲まれた領域の少なくとも一部の領域において前記外筒に接合されており、
   前記外筒に囲まれていないハニカム基材の領域は、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材の全長の１５％以上８５％以下の長さにわたり、且つ
   前記外筒に接合されたハニカム基材の領域は、ハニカム基材の全長の１０％以上８５％以下の長さにわたる、
   前記排ガス浄化触媒用担体。
2. 前記外筒に囲まれていないハニカム基材の領域は、排ガス流れの上流側端部からハニカム基材全長の３０％以上８０％以下の長さにわたる、請求項１に記載の排ガス浄化触媒用担体。
3. 前記外筒に接合されたハニカム基材の領域は、ハニカム基材全長の２０％以上５０％以下の長さにわたる、請求項１又は２に記載の排ガス浄化触媒用担体。
4. 前記外筒が、排ガス流れの上流側端部に、排ガス流れの上流側に行くに従って内径が漸増するテーパ領域を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒用担体。
5. 前記テーパ領域の長さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項４に記載の排ガス浄化触媒用担体。
6. 前記外筒を介して排気管内に固定して用いるための、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒用担体。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒用担体と、該担体上の触媒コート層と、を有する、排ガス浄化触媒。

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