JP4342646B2

JP4342646B2 - 触媒用金属担体の製造方法

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Publication number: JP4342646B2
Application number: JP22088199A
Authority: JP
Inventors: 潤也白畑; 安夫加藤; 真康佐藤
Original assignee: Cataler Corp
Current assignee: Cataler Corp
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2001038223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒成分を担持させる金属担体の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、自動車、自動二輪車、汎用エンジン等から排出される排気ガスを浄化するために使用される触媒用金属担体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球規模で環境問題が深刻化する昨今、大気汚染ガスや温室効果ガスの排出量が厳しく規制されている。特に、自動車、自動二輪車、汎用等のエンジンから出される排気ガスに関して、大気汚染ガス（一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ_x）、硫黄酸化物（ＳＯ_x）等）や温室効果ガス（二酸化炭素（ＣＯ₂）等）の排出規制が厳しい。
【０００３】
大気汚染ガスの浄化のために、酸化触媒、還元触媒、３元触媒等が開発された。特に、３元触媒により、ストイキ領域での排気ガス浄化が従来より為されている。一方、温室効果ガス、特に二酸化炭素については、現状、低燃費による排出量の削減しか有効な手段がなく、種々の低燃費エンジンが開発されるに至っている。ところが、低燃費エンジンには、直接噴射式等のリーンバーンによるものが多く、従来の３元触媒では、ＮＯ_xの低減が十分には行えなかった。そこで、最近は一時的にＮＯ_xを急増しておき、ストイキ領域やリッチ領域で、ＮＯ_xを還元するＮＯ_x吸蔵型３元触媒も開発されるに至っている。このような環境問題の高まりにより、触媒の存在が欠かせないものとなっている。
【０００４】
ところで、触媒は、白金等の触媒成分と、その触媒成分を担持する金属製若しくはセラミックス製の担体とを基本的構成要素としている。この触媒には、高温の排気ガス雰囲気下でも、排気ガスを効率良く酸化・還元し続ける耐久性が求められる。このため、基本的構造は比較的簡単にも拘らず、高品質な触媒を製造することは容易なことではない。特に、金属担体の製造は、技術的に困難な点も多いため、従来は、一品ごとに金属担体を製作していた。
【０００５】
以下に、従来の金属担体の製造方法の一例を示す。
▲１▼金属製の平板材と波板材とを重積したものを一括に渦巻状に巻回して、所定形状の金属ハニカムを得る。
▲２▼このハニカムを、金属製円筒ケースに挿入する。
▲３▼それらをろう付して金属担体を製造する。
さらに、金属担体に触媒成分を担持させれば触媒となる。
【０００６】
これは、あくまでも一例にすぎない。例えば、金属ハニカムには、巻回タイプのものあれば、積層タイプのものもあるし、金属ハニカムだけを先にろう付しておいても良い。ただ、何れにしても、所望の金属ハニカムと金属製円筒ケースとを用意し、金属ハニカムを１個づつ金属製円筒ケースに挿入して、金属担体を製作していた。その為コストが下がらず、このことが、小型エンジン用の触媒のように特に安価であることが要求される分野で、そのような触媒の実用化を拒む大きな要因となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の環境問題意識の高まりにより、自動車等の大型エンジンに限らず、小型エンジン等も触媒が装着されるようになってきた。従って、高性能な触媒の需要は増すばかりである。
【０００８】
このような状況にも拘らず、従来の金属担体の製造方法では生産効率が悪いため、増大する触媒の需要に応えきれない。また、従来の製造方法では触媒のコスト高を免れない。特に、小型エンジンを動力源とする機械は価格競争力が求められるから、触媒の低価格化への要求が強い。
【０００９】
一方、生産性の向上に伴う品質の低下は許されない。排気ガスの浄化性能は勿論であるが、それに加えて排気抵抗を低減する必要がある。特に、小型エンジンに触媒を装着した場合、排気抵抗の増加による出力の低下割合が大きい。従って、生産性の向上と共に、排気抵抗を増加させない金属担体の製造方法が求められている。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、触媒の性能に悪影響を及すことなく、触媒用金属担体の生産性を向上させることのできる触媒用金属担体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らはこの問題を解決すべく鋭意研究を重ね、試行錯誤の結果、本発明をなするに至ったものある。つまり、金属ケースに複数の金属ハニカムを保持させて金属担体素材を形成し、これを適切な箇所で切断することにより、金属担体を得ることを思い付いたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、所望の大きさに予めカットされた平板材と波板材とを巻回若しくは積層して金属ハニカムとし、複数の該金属ハニカムを間隔を空けて金属ケース内に保持した金属担体素材を形成する素材形成工程と、該金属担体素材のうち該金属ケースのみを該間隔の部分で切断して複数の金属担体を得る切断工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
素材形成工程により、所望の大きさに予めカットされた平板材と波板材とを巻回若しくは積層して金属ハニカムとし、複数の該金属ハニカムを間隔を空けて金属ケース内に保持した金属担体素材が形成される。切断工程により、この金属担体素材のうち該金属ケースのみを該間隔の部分で切断すると、複数の金属担体が一度に得られる。従って、金属担体を一品毎に製作していた場合に較べ、格段に金属担体の生産性が向上する。しかも、この切断部分に金属ハニカムが存在しないので、金属ケースのみを切断するだけであり、金属ハニカムは切断されない。
【００１４】
よって、切断が容易であり、また切断面の表面粗さも良好である。そして、切断工程後に、金属ハニカムの網目状排気ガス通路が、バリ等により遮蔽されたり、狭められたりすることもない。よって、排気抵抗も増加することがないから、従来と同等以上の性能が確保される。
【００１５】
また、金属ケースと金属ハニカムとに触媒成分を担持させた後の金属担体素材を切断する場合でも、金属ハニカムの存在しない間隔部分で切断を行うため、触媒成分の剥離等がなく、触媒の排気ガス浄化性能も損われることがない。また、触媒成分も無駄にならない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の触媒用金属担体の製造方法の具体的な実施の形態について説明する。
（１）素材形成工程
素材形成工程は、上述したように、所望の大きさに予めカットされた平板材と波板材とを巻回若しくは積層して金属ハニカムとし、複数の金属ハニカムを間隔を空けて金属ケース内に保持した金属担体素材を形成する工程である。
〈１〉「複数」の金属ハニカムとしたが、金属ハニカムが２個以上であればよい。従ってもっとも簡単なものには、金属ケースの両端からそれぞれ１個、合計２個の金属ハニカムをそれぞれ挿入若しくは填装したものがある。勿論、３個以上の金属ハニカムを一つの金属ケース内に保持させても良い。
【００１７】
▲２▼金属ハニカム間の間隔は、特に限定されるものではなく、目的とする金属担体や金属担体素材の大きさ、形状等、さらには切断手段や作業性の難易等を考慮して決めれば良い。
【００１８】
例えば、切断に高速カッター等を用いるのであれば、その刃具の厚みに応じて、間隔を決めれば良い。また、ワイヤー・カットを行うのであれば、ワイヤーの線径を考慮して、間隔を決めれば良い。さらに、レーザー・カットを行うのであれば、レーザー・ビームのビーム径を考慮して、間隔を決定する。また、バリ取り、研削、研磨等の切断後の処理も考慮して、間隔を決めると良い。
【００１９】
なお、この間隔を大きくすれば金属ケースのうち無駄になる部分が増えるので、素材の歩留りが下がる。また、その間隔が大きくなると、金属担体素材の寸法も大きくなり、取扱いやその後工程に不便である。従って、金属ハニカム間の間隔は、使用する切断装置、切断時の作業性、後処理、金属ケースの歩留り、金属担体素材の取扱い性などを考慮して適切な間隔とするのが良い。
【００２０】
一例を挙げれば、旋盤を用いて、金属担体の外径φ２０〜８０ｍｍのもを切断する場合であれば、間隔は２〜５ｍｍとすると良い。
なお、この間隔は等間隔である必要はなく、状況に応じて適宜選択すれば良い。
【００２１】
▲３▼金属ハニカムは、網目状排気ガス通路を多数もつ多格子体である。排気ガス通路の形状、大きさ、数、長さ等は、触媒が使用されるエンジンの仕様に応じて決定される。つまり、金属ハニカムの表面積が大きいほど、排気ガスと触媒との接触面積が増え、排気ガスの浄化機能が高まる。しかし、不必要にその面積が大きいと、排気抵抗が増大し、排気ガスの流動が妨げられ、エンジンの性能低下をもたらす。従って、排気ガスの浄化性と排気抵抗の両方を考慮して、金属ハニカムの形状等を決定すると良い。
【００２２】
金属ハニカムは、金属製の平板材と金属製の波板材とを重積し、渦巻状に巻回して製造した巻回タイプのものや両板材を階層状に積層した階層タイプのもの等がある。網目状排気ガス通路の形状を略円形状にする場合には、波板材の波形状を略半円形状とすれば良い。また、網目状排気ガス通路の形状を略方形状とする場合は、波板材の波形状を矩形状とすれば良い。また、このとき、網目状排気ガス通路の形状に合わせて、平板材に多少の変形を加えても良い。平板材にも変形を加えることにより、両板材の接合面積が広がり、強固に接合された金属ハニカムが得られる。また、金属ハニカムを平板材と波板材とで形成する場合には、それの接合をろう付等で予め行っていても良い。また、巻回等された両板材を金属ケースに挿入後、それらと金属ケースとの接合を行っても良い。
【００２３】
金属ハニカムは、所望の金属担体の大きさに応じた大きさとするのは、当然である。このとき、所望の大きさに予めカットされた平板材と波板材とを巻回若しくは積層して、金属ハニカムとしても良い。
【００２４】
なお、金属ケース内に保持される金属ハニカムは、すべて等長である必要はない。従って、一つの金属担体素材から、複数種の金属担体を得ることも可能である。
〈４〉金属ケースは、その内部に金属ハニカムを保持するためのものであり、金属担体素材の外枠を形成するものである。金属ケースは、略筒状のものであると良い。また、円筒である必要はなく、角筒でも良い。また、全体が閉じた状態（閉管）である必要はなく、長手方向に延びる切れ目をもつもの、つまり一部に開いた部分がある開管若しくはパイプ管（以下では、「パイプ管」も含めて「開管」と呼ぶ。）であって良い。開管は、平板材を筒状に巻回したものでも良い。開管の場合、金属ケースに金属ハニカムを保持させる際、目視できるので作業が良い。特に、３個以上の金属ハニカムを金属ケース内に挿入する場合には好適である。
【００２５】
金属ケースの形状、大きさ等は、所望の金属担体に応じて決定されるのは当然である。もっとも、その長さは、金属ケース内に保持される金属ハニカムの長さと数及び金属ハニカム間の間隔に応じて決定される。また、金属ハニカムの外側面と金属ケースの内側面との間は、密着するか若しくは僅かな隙間ができる程度にすると、両者間のろう付が容易となり好ましい。
【００２６】
▲５▼金属担体素材は、金属ケースに複数の金属ハニカムを間隔をおいて保持させたものである。この金属担体素材を切断することにより複数の金属担体が得られる。
ここで、金属ケース内における複数の金属ハニカム間の間隔の調整方法（間隔調整工程）の一例を説明することとする。
（ａ）金属ハニカムが２個の場合
金属ケースの長さを次のように決定する。
（金属ケースの長さ）＝（金属ハニカムの長さ）×２＋（所望の間隔）×１
そして、金属ケースの両端から金属ハニカムを挿入し、金属ケースと金属ハニカムとの端面を揃える。この結果、自動的に所望の間隔をもった金属担体素材が形成されることとなる。
【００２７】
（ｂ）金属ハニカムが３個以上の場合
この場合は、金属ハニカム間の間隔を所望の値とするために、適宜、間隔調整治具等の間隔調整手段を用いて、金属ケース内の金属ハニカムの位置を調整すると良い。なお、間隔調整手段については後述することとする。
（切断工程）
切断工程は、素材形成工程により形成された金属担体素材のうち金属ケースのみを金属ハニカム間の間隔部分で切断する工程である。この結果、所望の金属担体が複数得られる。切断には、例えば、高速カッター、旋盤、ワイヤー・カット、レーザー・カット等を用いることができる。
【００２８】
ここで、高速カッターにより切断する場合を例にとり、説明する。
高速カッターによる切断は比較的簡易な設備で行え、作業も容易であり、しかも切断に要する時間も短い。従って、生産性の向上が望める。ところで、本発明の切断工程では、金属ハニカムの存在しない部分を切断するために、切断後に金属ハニカムの網目状排気ガス通路がバリ等により遮蔽されたり、狭められたりすることがない。また、切断部分は、比較的薄肉の金属ケースのみであるから、切断抵抗は小さくて切断が容易であり、バリや返り等の発生も少ない。従って、バリ取り等の工程の省略も可能である。この点からも、生産性の向上が望める。仮に、バリや返りが多少残ったとしても、その部分は排気ガスの通路ではないので、排気抵抗が増加することもない。勿論、切断後に、そのようなバリや返りをヤスリ等で削除する方が良い。このとき、切断部分が金属担体の外周部分のみであるから、作業が容易である。
【００２９】
以上、カッターによる切断を例に取り説明したが、旋盤、ワイヤー・カットやレーザー・カット等の場合でも同様である。旋盤、ワイヤー・カットまたはレーザー・カットを行う場合でも、金属ケースを切断するだけであるから、短時間に切断ができる。また、これらによる切断は、バリ等の発生も少なく好適である。
【００３０】
切断時には、金属ケースの熱歪みや組成変態を避けるために、冷却水等を噴出させて冷却しつつ行うと良い。もっとも、本切断工程では、切断対象が金属ケースであり、切断が容易であるため、冷却の必要は必ずしもない。このため、設備の簡略化、コスト削減も可能となる。
【００３１】
なお、切断位置決定手段を用いて切断位置を決定し（切断位置決定工程）、切断工程を行うと一層好適である。切断位置決定手段は、例えば、金属ハニカムの長さと間隔の幅とから求めた長さをもつ簡易スケールである。これを金属担体素材の端面にあてると、そのスケールの一端が切断位置を示すことになる。金属ケース内に４個以上の金属ハニカムを含む場合には、スケールの長さを適宜、調整できるようにしておくと良い。勿論、複数の簡易スケールを用意しても良い。
（接合工程）
接合工程は、金属ケースが長手方向に延びる切れ目をもつ開管である場合に、その切れ目を接合するために行う工程である。上述したように、金属ケースは開管でもよいが、排気ガスの金属担体からの漏れを防ぐために、最終的には閉管にしておく必要がある。そこで、本接合工程は、その開管の切れ目を接合するものである。
【００３２】
接合工程は、素材形成工程に含まれるが、後述のろう付工程や触媒化工程との順序を特に問題とするものではない。但し、作業が容易になることから、接合工程はろう付工程や触媒化工程に先行すると良い。
【００３３】
この接合工程による接合は、排気ガス温度域での耐熱性をもつ必要がある。そのような接合方法には種々考えられるが、例えば、溶接がある。溶接には大別して融接、圧接、ろう付がある。何れを使用しても良い。また融接にはアーク溶接、ＭＩＧ／ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接、ガス溶接等があり、圧接には抵抗溶接等があり、ろう付には硬ろう付等あり、何れでもよい。
【００３４】
溶接継手の形状は特に拘らないが、用いる溶接継手に応じて使用する溶接方法も適宜選択する。また、それに応じて金属ケースの周方向の形状も、対応した形状とする。例えば、アーク溶接やガス溶接により突合せ継手を行う場合は、溶着金属である溶接棒を用いるので、金属ケースの切れ目が外周の一部にあっても良い。また、重ね継手を行う場合には、当然に金属ケースの外周部分に重合部分が必要となる。重合部分が必要なのは、融接の場合に限られず、圧接の場合も同様である。
【００３５】
なお、この接合工程を行う際に、保持手段を用いて、金属ケースを縮径させるようにすると良い（縮径工程）。保持手段は、バイスのようなものを利用しても良い。金属ハニカムを含む開管の金属ケースを縮径させることにより、接合工程が容易に行えるのは勿論のこと、金属ケースと金属ハニカムとの密着度が増し、ろう付工程によるろう付がより強固となる。
【００３６】
本発明の触媒用金属担体の製造方法では、金属ケースの外周部分の一部に隙間がある場合も、また、外周部分でオーバーラップしている場合も、接合されるまでは切れ目が存在し、その金属ケースは開管であるとした。また、接合工程にろう付を利用することも有効である。
【００３７】
以上から本発明の触媒用金属担体の製造方法は、金属ケースが長手方向に延びる切れ目をもつ開管であり、前記素材形成工程が、該開管の切れ目を接合する接合工程を含むものであっても良い。
（ろう付工程）
ろう付工程は、金属ケースと金属ハニカムとを接合して、一体の金属担体を得るために必要なものである。本発明の触媒用金属担体の製造方法では、このろう付工程を素材形成工程に含めることにより、複数の金属ハニカムに対してろう付工程を一体的に行うことができ、作業が非常に効率的となる。また、炉内のスペースも少なくてすむから、一度のろう付でより多くの金属担体を製造できることとなり、生産性が向上するし、省エネルギーを達成できる。
【００３８】
ここで、金属担体は高温の排気ガスに曝され、また自動車やエンジンの振動を受けるために、金属ケースと金属ハニカムとのろう付には耐熱性、耐久性が要求される。従って、一般に硬ろう付が使用される。ろう材には、ニッケル（Ｎｉ）系やニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）系のろう材が使用される。この場合のる耐熱温度は、１０５０〜１２００℃である。ろう付には、そのようなろう材を含むろう箔を用いても良いし、金属ケースや金属ハニカムに予め塗布しておいても良い。また、既にろう材が塗布された板材等で金属ケースや金属ハニカムを製作すれば好都合である。これは、前述の接合工程でろう付を利用する場合にも言える。
【００３９】
以上から、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、素材形成工程が、金属ハニカムと金属ケースとをろう付接合するろう付工程を含むものであると、好適である。
（触媒化工程）
触媒化工程は、上述のろう付工程後の金属ケースと金属ハニカムとに触媒成分を担持させるための工程である。触媒化工程は、金属担体素材に対して一括に触媒成分を担持させても良い。また、上述の切断工程で金属担体素材を切断して得た個々の金属担体に触媒成分を担持させても良い。
【００４０】
金属担体素材を一括で触媒化すれば、取扱いが容易で、作業工数が低減し、好都合である。一方、切断工程後の個々の金属担体に対して触媒化を行えば、貴重な触媒成分が無駄となる部分がなく、低コストで触媒が製造できることとなり、好都合である。
【００４１】
なお、厳密に言えば、触媒化工程により金属担体に触媒成分を担持させた結果物は、もはや金属担体ではなく、触媒というべきものかもしれない。しかし、そのような形式的な議論は、発明の本質的な議論ではなく、発明の理解を困難にするものである。そこで、本発明の触媒用金属担体の製造方法では、敢て、触媒化工程も金属担体の製造方法に含めて説明することとした。従って、本発明の各工程を実施した結果物には、本来の金属担体の他、通常「触媒」と呼ばれるものも含まれる。つまり、本発明の製造方法には、「触媒」自体の製造方法を広く含んでいるのであることを述べておく。
【００４２】
触媒成分には種々のものがあり、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれるＮＯ_x吸蔵材、セリア（セリア−ジルコニア複合酸化物等）などの酸素吸蔵・放出材などがある。排気ガスの浄化対象や使用エンジン等により適切な触媒成分やその担持量を適宜決定すると良い。
【００４３】
また、触媒成分を担持する触媒担持層には、活性アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、シリカ−アルミナ、ゼオライト、セリア、セリア−ジルコニアなどの材料を用いると良い。
【００４４】
また、触媒成分を触媒担持層に担持させる際には、貴金属化合物の水溶性塩、錯体、アルコキシドなどを溶解した溶液、ＮＯ_x吸蔵材化合物の水溶性塩、錯体、アルコキシドなどを溶解した溶液などの薬液を用い、吸着担持法、吸水担持法などを用いて触媒担持層に担持させることができる。
【００４５】
金属担体等に触媒担持層を形成した後に、それを介して触媒成分を金属担体等に担持させても良いし、触媒担持層を形成する材料粉末に予め所望の触媒成分を含有させておき、それらをスラリー化して触媒担持層を形成しても良い。
【００４６】
以下に、本発明に含まれる触媒化工程の一例を説明することとする。例えば、触媒化工程を細分すると、スラリー調整工程、ウォッシュ・コート工程、触媒成分担持工程に分けることができる。
▲１▼アルミナ粉末やシリカ粉末などの担体粉末からスラリーを調製する（スラリー調整工程）。
▲２▼そのスラリー中に金属ケースと金属ハニカム（若しくは金属担体）を浸漬した後、引き上げて乾燥・焼成する（ウォッシュ・コート工程）。
▲３▼この触媒担持層に、上記の薬液を用いて貴金属等の触媒成分を担持させる（触媒成分担持工程）。
【００４７】
なお、エンジン運転中の振動などによる触媒担持層の剥離を防止するため、スラリー中にアルミナゾルやシリカゾルなどの酸化物バインダを添加すると良い。また、チタニア繊維などの無機繊維を添加して触媒担持層に強度を付与しても良い。
【００４８】
以上から、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、前記素材形成工程が、ろう付工程後に、金属ハニカムおよび金属ケースに触媒成分を担持させる触媒化工程を含むものであると、好適である。
【００４９】
また、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、切断工程後に、さらに金属担体に触媒成分を担持させる触媒化工程を含むものでも、好適である。
（その他）
▲１▼間隔調整工程
前述したように、間隔調整工程は、金属ケース内における複数の金属ハニカムの間隔を調整するために行う工程である。
（ａ）金属ケース内に保持される金属ハニカムの数が２個である場合
所定の長さをもつ金属ケースを用意し、定盤等を用いて金属ケースと金属ハニカムとの端面を揃えることにより、自動的に間隔が調整されることを既に説明した。この場合、その定盤等が間隔調整治具（間隔調整手段）であり、それを用いて金属ケースと金属ハニカムの端面を揃える工程が間隔調整工程となる。
（ｂ）金属ケース内に保持される金属ハニカムの数が３個を越える場合
金属ケースの中央部分に挟まれる金属ハニカムとその両側の金属ハニカムとの間の間隔を調整する際には、例えば次のようにすれば良い。
【００５０】
金属ケースが開管である場合は、所望の厚みをもつ差込板を開管の切れ目から各金属ハニカム間に差込み、それを挟み込むように金属ハニカムを挿入すれば、それらの間隔が調整される。勿論、接合工程の前に差込板は抜取られる。この場合、その差込板が間隔調整治具（間隔調整手段）であり、金属ハニカムで差込板を挟持する工程が間隔調整工程に該当する。なお、本工程は金属ハニカムが２個の場合にも利用できる。
【００５１】
また、各金属ハニカムの外周側の平板材若しくは波板材に少なくとも一箇所突起（間隔調整手段）を設けておいても良い。その突起の長さを所望の間隔の長さに合わせて、金属ケース内に金属ハニカムを順次挿入していく（間隔調整工程）。すると、自動的に所望の間隔が形成されて、各金属ハニカムが金属ケース内に保持されることとなる。なお、この場合、金属ケースは開管でも、閉管でも良い。また、金属ハニカムが２個の場合にも、これは利用できる。さらに、その突起は、金属ハニカムの外周側の板材を利用すれば製作が容易である。
以上から、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、前記素材形成工程が、前記金属ケース内における複数の前記金属ハニカムの間隔を調整する間隔調整工程を含むものであると好適である。
また、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、前記間隔調整工程が、前記金属ケースの端面を基準にして前記金属ハニカムを前記金属ケース内に配置する工程であると好適である。
なお、本発明の触媒用金属担体の製造方法は、前記間隔調整工程が、間隔調整手段により隣接する前記ハニカム体間に間隔を付与する工程であっても良い。
【００５２】
以上、本発明の触媒用金属担体の製造方法に含まれる各工程について説明したが、その各工程を行う順序は金属担体を製造する上で矛盾がない限り記載の順序どおりである必要はない。従って、各工程を種々組合わせることができる。
【００５３】
【実施例】
以下に、具体的な実施例を例示しつつ、本発明の触媒用金属担体の製造方法について説明する。
【００５４】
先ず、本発明の素材形成工程により得られる金属担体素材の概略図を図１に示す。金属担体素材１００は、金属ケース１１０と、金属ハニカム１２０と、金属ハニカム間の間隔１３０とを基本的な構成とする。この金属担体素材１００は、３個の金属ハニカム１２０を金属ケース１１０内に保持させたものである。なお、切断工程において切断する部分は、図中に波線Ｃで示した。
【００５５】
発明の実施の形態で述べたように、本発明の製造方法に含まれる各工程を金属担体を製造する上で矛盾がない範囲で、適宜組合わせることができる。ここでは、いくつかの組合わせ例を挙げつつ説明する。
（１）第１実施例
本実施例は、次の工程を順次行うことにより、所望の金属担体を製造した。
▲１▼金属ケース
大きさ９１ｍｍ×６６ｍｍ×１．０ｍｍであるステンレス製の板材（ＳＵＳ４３０）を用いて、端部をＴＩＧ溶接することにより、φ３０ｍｍ×６６ｍｍの円筒（閉管）を製作した。これを本発明でいうところの金属ケースとした。
▲２▼金属ハニカム
大きさ４００ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍであるステンレス製の平板材（２０Ｃｒ−５Ａｌ）と、大きさ３６０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍで波形状が２００セル／ｉｎ²であるステンレス製の波板材（２０Ｃｒ−５Ａｌ）とを、平板材が内側に来るように巻回し、外径が約φ２８ｍｍで長さが２０ｍｍの金属ハニカムを製作した。これを３個用意した。これを本発明でいうところの金属ハニカムとした。
【００５６】
▲３▼金属ケースへの金属ハニカムの保持
先ず、次のような間隔調整治具を用意した。
１個の上記金属ハニカム長に所望の１間隔長（３ｍｍ）を加えた長さ（２３ｍｍ）と金属ハニカムの外径にほぼ等しい外径とをもつ第１段円筒と、金属ケースより大きな外径をもち第１段円筒に接続される第２円筒とをもつ樹脂製の間隔調整治具を用意した。
【００５７】
次に、１個の上記金属ハニカムの端面に、その間隔調整治具の第１円筒の端面を当接させながら、その金属ハニカムを上記金属ケースにゆっくりと押込んでいった。そして、間隔調整治具の第２段円筒が金属ケースの端面に当接したところで、その間隔調整治具を金属ケースから抜いた。その後、その金属ケースの両端開口から残り２個の金属ハニカムを挿入し、金属ケースの端面と金属ハニカムの端面とが面一になるようにした。
【００５８】
この結果、３個の金属ハニカムが等間隔（３ｍｍ）で金属ケース内に配置されることとなる。なお、このとき３個の金属ハニカムと金属ケースとは密着状態にあり、容易にそれらの位置がずれることなかった。
▲４▼ろう付工程
次に、ろう材を塗布し、その金属ケースと金属ハニカムとを真空炉中で、１２００℃×０．５時間加熱して、金属ケースと金属ハニカムとのろう付を行った。
▲５▼触媒化工程
ろう付された金属ケースと金属ハニカムとをアルミナ粉末とバインダを用いたスラリー中に浸漬してから引上げ、乾燥後、５００℃×１時間の焼成を行った。これにより、その金属ケースと金属ハニカムとの全域に触媒担持層を形成させた。
【００５９】
次に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）溶液にその金属ケースと金属ハニカムとを浸漬して、その触媒担持層に触媒成分を担持させた。
▲６▼切断工程
上記▲１▼〜▲５▼の各工程を経ることにより得られた金属担体素材を、金属ハニカム間の間隔に相当する位置（２箇所）で、旋盤を用いて切断した。
切断位置は、金属担体素材の端面から切断位置までの長さをもつ簡易スケール（切断位置検出治具）を金属担体素材の端面にあてて検出した。
【００６０】
なお、切断対象である金属ケースは比較的薄肉であり切断が容易であるから、冷却水による冷却等を行わずに、乾式で金属ケースのみを切断した。このようにして、本実施例では、φ３０ｍｍ×２１ｍｍの金属担体を３個得た。
▲７▼仕上工程
こうして得られた３個の金属担体のそれぞれについて、それらの切断端面を軽く研磨して、表面粗さを整えた。このとき、合わせて切断工程の際に発生したバリ等も除去した。
（２）第２実施例
本実施例は、次の工程を順次行うことにより、所望の金属担体を製造した。所望の金属担体の仕様は第１実施例と同様である。
▲１▼金属ケース
大きさ９１ｍｍ×６６ｍｍ×１．０ｍｍであるステンレス製の板材（ＳＵＳ４３０）をφ３０ｍｍの略円筒状に塑性加工した。このとき、端部には、約３ｍｍの切れ目を設けた。これを本発明でいうところの金属ケースとした。
▲２▼金属ハニカム
第１実施例と同様にして３個の金属ハニカムを製作した。
▲３▼金属ケースへの金属ハニカムの保持、接合工程
本実施例では、第１実施例とは異なり、金属ケースに切れ目があることから、その切れ目と等しい幅をもち、厚さが３ｍｍの差込板（間隔調整治具）を２枚用意した。
【００６１】
次に、１個の金属ハニカムを金属ケースの端面からその中央部へと挿入した。なお、このとき、開管である金属ケースは金属ハニカムの外周に対して僅かに大きな内径をもているから、その金属ハニカムの挿入は容易である。そして、前記差込板をその金属ハニカムの両端に差込み、この差込板を金属ハニカム同士で挟持するように、金属ケースの両端から残りの金属ハニカムを挿入した。これにより、金属ハニカムの間隔は３ｍｍに調整される。なお、このとき金属ケースの切れ目から金属ハニカムの位置を目視することができるので、作業性が良い。
【００６２】
次に、それらの差込板を抜取り、金属ケースを縮径させて金属ケースと各金属ハニカムとを密着させた状態で、金属ケースの切れ目部分を接合した。接合はＴＩＧ溶接により行った。
▲４▼ろう付工程、触媒化工程、切断工程、仕上工程
金属ケース内に金属ハニカムを保持した後の工程（ろう付工程、触媒化工程、切断工程、仕上工程）は、第１実施例と同様である。
（３）第３実施例
本実施例は、次の工程を順次行うことにより、所望の金属担体を製造した。所望の金属担体の仕様は第１実施例と同様である。また、各工程も第１実施例に類似する。但し、次の工程が第１実施例とは異なる。
【００６３】
第１実施例では、触媒化工程の後に切断工程を行ったが、本実施例では、切断工程を先に行い、切断面の仕上工程後に、触媒化工程工程を行った。
これにより、高価な触媒成分を無駄にすることなく、コストの低減が図れる。
【００６４】
（４）第４実施例
本実施例は、次の工程を順次行うことにより、所望の金属担体を製造した。所望の金属担体の仕様は第２実施例と同様である。また、各工程も第２実施例に類似する。但し、次の工程が第２実施例とは異なる。
第２実施例では、触媒化工程の後に切断工程を行ったが、本実施例では、切断工程を先に行い、切断面の仕上工程後に、触媒化工程工程を行った。
これにより、高価な触媒成分を無駄にすることなく、コストの低減が図れる。
【００６５】
（５）第５実施例
本実施例は、次の工程を順次行うことにより、所望の金属担体を製造した。各工程は第１実施例と同様である。但し、所望の金属担体の大きさをφ６３．５ｍｍ×４２ｍｍとしたところが第１実施例とは異なる。
▲１▼金属ケース
大きさ２００ｍｍ×１３０ｍｍ×１．５ｍｍであるステンレス製の板材（ＳＵＳ４３０）を用いて、端部をＴＩＧ溶接することにより、φ６３．５ｍｍ×１３０ｍｍの円筒（閉管）を製作した。
【００６６】
▲２▼金属ハニカム
大きさ１２００ｍｍ×４０ｍｍ×０．１ｍｍであるステンレス製の平板材（２０Ｃｒ−５Ａｌ）と、大きさ１１００ｍｍ×４０ｍｍ×０．１ｍｍであり波形状が１００セル／ｉｎ²であるステンレス製の波板材（２０Ｃｒ−５Ａｌ）とを、平板材が内側に来るように巻回し、外径が約φ６０．５ｍｍで長さが４０ｍｍの金属ハニカムを３個製作した。
▲３▼金属ケースへの金属ハニカムの保持
基本的には、第１実施例と同様であるが、金属ハニカムの外径に応じて間隔調整治具の第１円筒の外径を調整し、また、金属ハニカム間の間隔が５ｍｍとなるようにその長さを調整した。
以降の工程は、第１実施例と同様である。
【００６７】
（６）第６実施例
本実施例は、次の工程を順次行うことにより、所望の金属担体を製造した。各工程は第５実施例と同様である。但し、所望の金属担体の大きさをφ２５ｍｍ×２０．５ｍｍとし、金属ケースに５個の金属ハニカムを挿入して金属担体素材としたところが第５実施例とは異なる。
▲１▼金属ケース
大きさ７５ｍｍ×１０８ｍｍ×１．０ｍｍであるステンレス製の板材（ＳＵＳ４３０）を用いて、端部をＴＩＧ溶接することにより、φ２５ｍｍ×１０８ｍｍの円筒（閉管）を製作した。
【００６８】
▲２▼金属ハニカム
大きさ３００ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍであるステンレス製の平板材（１８Ｃｒ−３Ａｌ）と、大きさ２４０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍで波形状が２００セル／ｉｎ²であるステンレス製の波板材（１８Ｃｒ−３Ａｌ）とを、平板材が内側に来るように巻回し、外径が約φ２３ｍｍで長さが２０ｍｍの金属ハニカムを５個製作した。
▲３▼金属ケースへの金属ハニカムの保持
基本的な方法は、第１実施例と同様であるが、金属ハニカムの個数が５個であるので、２種類の第１間隔調整治具と第２間隔調整治具とを用意した。両者とも、金属ハニカムに応じた外径をもつ第１円筒と、それに接続される第２円筒とからなるが、第１円筒の長さが異なる。第１間隔調整治具の第１円筒は、金属ハニカム２個分と間隔（２ｍｍ）２つ分との長さをもつ。第２間隔調整治具の第１円筒は、金属ハニカム１個分と間隔（２ｍｍ）１つ分の長さをもつ。
【００６９】
これらの間隔調整治具を用いて、次のように金属ケース内に各金属ハニカムを保持させる。先ず、第１間隔調整治具で１個の金属ハニカムを金属ケースの中央に挿入する。次に、第２間隔調整治具を用いて、金属ケースの両端開口から金属ハニカムをそれぞれ挿入する。最後に、金属ケースの両端開口から残りの金属ハニカムをそれぞれ挿入して、金属ケースの端面と金属ハニカムの端面とが面一になるようにした。詳細は第１実施例と同様であるので、ここでは、手順のみ示した。
【００７０】
このようにして、金属ケース内に５個の金属ハニカムが所望の間隔（２ｍｍ）をおいて保持されることになる。
以降の工程は、第１実施例と同様である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の触媒用金属担体の製造方法によれば、一つの金属担体素材から複数の金属担体が得られるので、格段に金属担体の生産性が向上する。
【００７２】
しかも、金属ハニカムの存在しない金属担体素材の部分を切断するために、切断が容易であり、また切断面の表面状態も良好である。また、金属ハニカムは切断しないので、金属ハニカムの損傷もない。
【００７３】
また、金属担体素材に触媒成分を担持させた後に切断を行っても、金属ハニカムの存在しない間隔部分で切断を行うため、触媒成分の剥離等がない。従って、本発明の製造方法により得られた金属担体からなる触媒は、排気ガス浄化性能を損うことも排気抵抗を増加させることもない。
【００７４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒用金属担体の製造方法により得られる金属担体素材の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１００金属担体素材
１１０金属ケース
１２０金属ハニカム
１３０間隔

Claims

所望の大きさに予めカットされた平板材と波板材とを巻回若しくは積層して金属ハニカムとし、複数の該金属ハニカムを間隔を空けて金属ケース内に保持した金属担体素材を形成する素材形成工程と、
該金属担体素材のうち該金属ケースのみを該間隔の部分で切断して複数の金属担体を得る切断工程と、
を有することを特徴とする触媒用金属担体の製造方法。
前記金属ケースは長手方向に延びる切れ目をもつ開管またはパイプ管であり、
前記素材形成工程は、該切れ目を接合する接合工程を含むものである請求項１記載の触媒用金属担体の製造方法。
前記素材形成工程は、前記金属ハニカムと前記金属ケースとをろう付接合するろう付工程を含むものである請求項１記載の触媒用金属担体の製造方法。
前記素材形成工程は、前記ろう付工程後に、前記金属ハニカムおよび前記金属ケースに触媒成分を担持させる触媒化工程を含むものである請求項３記載の触媒用金属担体の製造方法。
前記切断工程後に、さらに前記金属担体に触媒成分を担持させる触媒化工程を含む請求項１記載の触媒用金属担体の製造方法。
前記素材形成工程は、前記金属ケース内における複数の前記金属ハニカムの間隔を調整する間隔調整工程を含むものである請求項１ないし５のいずれかに記載の触媒用金属担体の製造方法。
前記間隔調整工程は、前記金属ケースの端面を基準にして前記金属ハニカムを前記金属ケース内に配置する工程である請求項６記載の触媒用金属担体の製造方法。
前記間隔調整工程は、間隔調整手段により隣接する前記ハニカム体間に間隔を付与する工程である請求項６または７記載の触媒用金属担体の製造方法。