JP6069538B2 - 触媒担持用基材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関等から排出される排ガス浄化触媒を担持する触媒担持用基材に関する。

ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素化合物）など、大気中に放出されると人体に害を及ぼし、問題となるガス成分を浄化するために触媒を担持して用いる排気ガス浄化用の触媒基材がある。

自動車や二輪車の排気ガス浄化に用いられ、内燃機関の排気ガスを浄化する目的で、排気ガス経路に触媒を担持した触媒コンバータが配置される。また、メタノール等の炭化水素化合物を水蒸気改質して水素リッチなガスを生成するメタノール改質装置や、ＣＯをＣＯ_２に改質して除去するＣＯ除去装置、あるいはＨ_２をＨ_２Ｏに燃焼して除去するＨ_２燃焼装置においても、同様に触媒を担持した基材が用いられる。これらの触媒基材は、金属製の平箔と波箔とを巻き回してなるハニカム体と、ハニカム体の径方向における外周面を覆う外筒とを部分的に接合することにより構成されている。ハニカム体には、軸方向に延びる多数の排ガス流路が形成されており、この排ガス流路の内部にハニカム体の入側端面から出側端面に向かって排ガスを導通させることにより排ガスを浄化することができる。

触媒基材は排ガスの熱を受熱することによって温度上昇するため、ハニカム体には箔伸びによる熱ひずみが発生する。また、触媒基材の軸方向の温度分布は一様ではなく、排ガス流路の上流側の部分は下流側の部分よりも温度が高くなりやすい。そのため、排ガス流路の上流側における熱ひずみがより大きくなるため、この上流側の部分においてハニカム体と外筒とを接合した場合には、加熱、冷却の熱サイクルによってハニカム体及び外筒の接合部に加わる負荷が大きくなり、ハニカム体が外筒から脱落するおそれがある。

一方、ハニカム体の浄化性能を高めるためには、ハニカム体のより広い面積に排ガスを接触させる必要がある。さらに、排ガスをハニカム体の内部に流入させる際の圧力損失が大きくなると、車両の出力低下を招く。

特許第４７１９１８０号明細書 特許第２５５８００５号明細書 特許第３１９９９３６号明細書

加熱、冷却の熱サイクルに伴うハニカム体の脱落を防止する方法として、接合部をハニカム体の入側端面からより離隔した位置、つまり、温度変化がより少ない出側端部にのみ設ける方法が考えられる。しかしながら、出側端部の限られたスペースに接合部を設けなければならないため、接合部の軸方向寸法が小さくなり、接合強度が低下する。そのため、車両走行時の振動が接合部に伝搬した場合には、ハニカム体が外筒から脱落するおそれがある。そこで、本願発明は、触媒担持用基材の冷熱耐久性と衝撃耐久性とを両立することを第１の目的とする。本願発明は、浄化性能を向上させることを第２の目的とする。本願発明は、圧力損失の低下を抑制することを第３の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、本願発明は、（１）金属製の平箔と波箔とを重ねて軸周りに巻き回したハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む金属製の外筒と、を備える触媒担持用基材において、入側接合部に配置される前記平箔と前記波箔とは互いに接合されており、前記入側接合部の前記軸方向端部に連設する外周接合部であって、前記外周接合部に配置される前記平箔と前記波箔とは互いに接合されており、前記入側接合部は、前記ハニカム体の入側端部から５ｍｍ以上軸方向全長の５０％以下まで、前記ハニカム体の径方向全層に亘って形成されており、前記外周接合部は、前記ハニカム体の最外周から径方向に２層以上、総層数の１／３以下まで前記入側接合部の前記軸方向端部から前記ハニカム体の出側端部に亘って形成されており、前記外筒及び前記ハニカム体は、前記外筒及び前記ハニカム体の間に形成される出側端部領域であって、前記ハニカム体の出側端部から前記軸方向に延びる前記出側端部領域に接合層を介在させることにより接合されており、前記接合層の前記軸方向における長さをＰとしたときに、Ｐは下記（Ａ）式を満足しており、前記波板は、前記軸方向の前後で波の位相が異なる衝撃緩和部を有しており、前記衝撃緩和部は、少なくとも前記入側接合部及び前記外周接合部に対応した領域に形成されていることを特徴とする。

２ｍｍ≦Ｐ≦５０ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ａ）
（２）上記（１）の構成において、Ｐに下記（Ｂ）式を満足させるとよい。

５ｍｍ≦Ｐ≦４５ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｂ）
上記第１及び第２の目的を達成するために、（３）前記衝撃緩和部は、台形状のガス流路を前記軸方向に対して直交する直交面内に連続させた連続体であって、この連続体を前記軸方向に位相をずらしながら連設することにより形成されており、前記軸方向視において、前記ガス流路を軸方向において隣り合う波板に対応する位置で領域分けしたときの一方の面積をＳ１、他方の面積をＳ２としたときに、面積Ｓ１及び面積Ｓ２は互いに異なることを特徴とする（１）又は（２）に記載の触媒担持用基材。

上記第１、第２及び第３の目的を達成するために、（４）上記（３）の構成において、前記面積Ｓ１及び前記面積Ｓ２を、以下の条件式（Ｃ）を満足するように構成するとよい。

１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１０・・・・・・・・・・・・・・・（Ｃ）
（５）上記（３）又は（４）の構成において、前記波板は、前記ガス流路の側壁を形成する一対のテーパー形状部を有しており、前記一対のテーパー形状部のそれぞれの中点を結んだ線の長さに対応する前記ガス流路のピッチをＱ、前記一対のテーパー形状部の高さをＨ、前記径方向と前記テーパー形状部とのなす角度をαとしたときに、以下の条件式（Ｄ）又は（Ｅ）を満足する。

０．１５≦Ｈ／Ｑ≦０．８５・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｄ）
５°≦α≦４５°・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｅ）
（６）上記（３）乃至（５）の構成において、前記軸方向における前記ガス流路の長さをＬとしたときに、以下の条件式（Ｆ）を満足する。

０．１ｍｍ≦Ｌ≦１００ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｆ）

本願発明によれば、外筒及びハニカム体の接合領域をハニカム体の出側端部に限定することによって、触媒担持用基材の冷熱耐久性を高めることができる。また、軸方向の前後で波の位相が異なる衝撃緩和部を設けることによって、触媒担持用基材の衝撃耐久性を高めることができる。

触媒担持用基材の斜視図である。 触媒担持用基材の一部における拡大斜視図である。 触媒担持用基材の断面図である。 触媒担持用基材の断面図である（比較例）。 衝撃緩和部を構成する波箔の一部における拡大斜視図である。 衝撃緩和部を構成する波箔の一部における断面図である。 衝撃緩和部を製造する治具の概略断面図である。 ＲＴ形状のハニカム体を軸方向から視たときの概略図である。 波板（実施形態２）の一部における外観斜視図である。 軸方向において隣り合う波板の外観図である。 表４のグラフである。 表５のグラフである。 表６のグラフである。

発明の実施するための最良の形態

（実施形態１）
以下に本実施形態を図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る触媒担持用基材の斜視図である。図２は、触媒担持用基材の一部における拡大斜視図である。

触媒担持用基材１は、ハニカム体１０と、外筒２０とから構成される。触媒担持用基材１には、耐熱合金を用いることができる。耐熱合金には、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ系ステンレス鋼およびこれを耐熱性の高いろう材で接合したものを用いることができる。ただし、合金組成にＡｌを含んだ耐熱性の各種ステンレス鋼を用いることもできる。通常、触媒担持用基材１に用いられる箔には、Ｃｒが１５〜２５質量％、Ａｌが２〜８質量％含まれている。例えば、Ｆｅ−１８Ｃｒ−３Ａｌ合金、Ｆｅ−２０Ｃｒ−８Ａｌ合金なども耐熱合金として用いることができる。触媒担持用基材１は、車両の排気ガス経路に設置することができる。

ハニカム体１０は、長尺で波状の波箔５１と、平板状の平箔５２を重ねた状態で軸方向周りに多重に巻回すことによりロール状に形成されている。波箔５１、平箔５２を重ねた状態で多重に巻回すことで、波箔５１、平箔５２を側壁とした複数の流路が形成される。これら複数の流路はそれぞれ、触媒担持用基材１の軸方向に延びている。外筒２０は、円筒状に形成されており、ハニカム体１０の径方向における外周面を包囲する位置に配置される。外筒２０の内面及びハニカム体１０の外面は一部において接合されているが、詳細については後述する。なお、触媒担持用基材１は、断面形状が円形のものに限られない。たとえば、楕円形、卵形、レーストラック（以下、ＲＴという）形状などその他の形状によって触媒担持用基材１を形成することもできる。なお、図８は、ＲＴ形状のハニカム体を軸方向から視たときの概略図であり、Ｒ１が長径、Ｒ２が短径である。

ハニカム体１０には触媒を担持させてもよい。触媒担持を行う場合、ウォッシュコート液（γアルミナと添加剤及び貴金属触媒を成分とする溶液）をハニカム体１０の流路に供給し、高温熱処理によって焼き付けることでハニカム体１０に担持させることができる。排気ガスは、ハニカム体１０の流路を通過する際に、触媒と反応することで浄化される。

図３は触媒担持用基材１を軸方向に沿って切断した断面図である。ハニカム体１０の外周面と外筒２０の内周面との間には接合層３０が形成されており、この接合層３０を介してハニカム体１０及び外筒２０は部分的に接合されている。接合層３０は、ハニカム体１０の出側端部領域１０ａにのみ形成されており、ハニカム体１０（外筒２０）の周方向における複数個所に所定間隔を隔てて形成されている。ただし、接合層３０は、出側端部領域１０ａにおけるハニカム体１０（外筒２０）の周方向全体に形成することもできる。接合層３０には、耐熱性の高いＮｉ基のろう材を用いることができる。

ここで、接合層３０はハニカム体１０の出側端部から軸方向に延びている。接合層３０の軸方向における長さをＰとしたときに、Ｐは５０ｍｍ以下であり、好ましくは４５ｍｍ以下である。

図３及び図４を比較参照しながら、接合層３０の形成領域を、出側端部領域１０ａに限定した理由を説明する。図４は、比較例の触媒担持用基材の断面図であり、図３に対応している。図４を参照して、比較例の触媒担持用基材では、接合層３００をハニカム体１００の入側端部、あるいはハニカム体１００の軸方向中央に形成している。昇温過程におけるハニカム体には以下のような温度特性がある。排ガスは、触媒担持用基材の入り側端部からハニカム体の流路に流入し、ハニカム体と熱交換をしながら徐々に温度低下する。したがって、昇温過程における触媒担持用基材の軸方向における温度分布は一様ではなく、入り側端部から出側端部に向かって徐々に温度が低くなる。つまり、触媒担持用基材は入り側に近づくほど、温度変化が大きくなるため、触媒担持用基材の入側端部、軸方向中央に接合層３００を形成した場合には、冷熱耐久性が悪くなる。そのため、比較例の構成では、昇温過程を繰り返すことで、ハニカム体１００が外筒２００から脱落し易くなる。

したがって、触媒担持用基材の冷熱耐久性を高めるためには、ハニカム体の出側端部に接合層３０を形成する必要がある。一方、接合層３０の軸方向における寸法が長尺化すると、接合面積の増大によりハニカム体１０の拘束領域が増加するとともに、接合層３０の軸方向端部が温度変化の大きい入側端部に接近するため、冷熱耐久性が悪くなる。

そこで、本願発明では、接合層３０の形成領域を出側端部に限定するとともに、接合層３０の軸方向長さＰの上限値を５０ｍｍに制限した。すなわち、これらの条件を満足することにより、接合層３０の形成領域が温度変化の小さい領域に限定されるため、冷熱耐久性を向上させることができる。

また、本願発明では、触媒担持用基材１の冷熱耐久性をさらに高めるために、ハニカム体１０の入側接合部１１及び外周接合部１２における波箔５１、平箔５２を互いに接合している。接合には、ろう材を用いることができる。ろう材には、耐熱性の高いＮｉ基のろう材を用いることができる。入側接合部１１は、ハニカム体１０の入側端部から軸方向に延びて形成されており、その長さをＸとしたとき、Xは５ｍｍ以上、かつ、軸方向全長の５０％以下の長さであり、ハニカム体１０の径方向全層に亘って形成されている。なお、図３では入側接合部１１の形成される領域を一点鎖線で囲んでいる。外周接合部１２は、ハニカム体１０の最外周から径方向に２層以上、総層数の１／３以下まで入側接合部１１の軸方向端部１１ａからハニカム体１０の出側端部に亘って形成されている。なお、図３では、外周接合部１２の形成される領域を二点鎖線で囲んでいる。入側接合部１１の軸方向端部１１ａとは、入側接合部１１の軸方向における入側端部とは異なる反対側の端部のことであり、言い換えると、入側接合部１１の下面のことである。総層数とは、ハニカム体１０の中心から最外周までの波箔５１の層数のことである。

触媒担持用基材１の昇温過程において、触媒担持用基材１は中心部分が外周部分よりも高温の排ガスに晒される時間が長くなる。したがって、ハニカム体１０の中心部と外周部の温度差による熱ひずみが発生し、さらに中心部分において箔伸を生じるため、箔伸びによる熱ひずみも発生する。ハニカム体１０の入側接合部１１及び外周接合部１２における波箔５１、平箔５２を互いに接合することにより、出側の径方向における中心部分１０ｂの波箔５１、平箔５２がそれぞれ独立して変形し得るので、応力を緩和することができる。これにより、触媒担持用基材１の冷熱耐久性をより高めることができる。

本発明者は、上述の冷熱耐久性とともに衝撃耐久性を向上させるハニカム体１０の構造についても鋭意検討し、下記の知見を得るに至った。触媒担持用基材１には、車両走行時に振動が加わり、この振動が波箔５１を介して接合層３０に伝搬することで、ハニカム体１０及び外筒２０の接合力を低下させる。特に、本発明では、冷熱耐久性を高めるために接合層３０の軸方向長さＰを５０ｍｍ以下に制限しているため、接合層３０の軸方向長さを長尺化することによって衝撃耐久性を高めることはできない。そこで、本発明者は、ハニカム体１０に加わる振動を接合層３０に伝搬しにくくする構造について鋭意検討し、波箔５１の少なくとも一部に軸方向の前後で位相が異なる衝撃緩和部１３を設けることを知見した。

衝撃緩和部１３は、入側接合部１１及び外周接合部１２に形成されている。図５は、波箔５１に形成された衝撃緩和部１３の一部における展開図である。波箔５１は、径方向の前後に交互に屈曲しており、衝撃緩和部１３は、軸方向前後における波の位相を異ならせることにより構成されている。つまり、衝撃緩和部１３は、軸方向に並ぶ波の位相を所定範囲ずらしたオフセット構造によって構成されている。衝撃緩和部１３を設けることで、位相が異なる波の間で衝撃力を寸断（緩和）することができる。これにより、触媒担持用基材１の冷熱耐久性及び衝撃耐久性を両立することができる。また、オフセット構造を採用することにより、排ガスがハニカム体１０の壁部に衝突して撹拌されるため、浄化性能を高めることができる。特に、入側接合部１１に衝撃緩和部１３が設けられることで、浄化性能の向上効果を高めることができる。

上述の衝撃緩和部１３が設けられることで、接合層３０の軸方向長さＰの下限値を２ｍｍに制限することができる。つまり、接合層３０の軸方向長さＰを少なくとも２ｍｍ確保すれば、衝撃耐久性を確保することができる。上記の知見を纏めると、接合層３０の軸方向長さＰは、下記（Ａ）式を満足しており、好ましくは下記（Ｂ）式を満足している。

２ｍｍ≦Ｐ≦５０ｍｍ・・・・・・・・・・・・（Ａ）
５ｍｍ≦Ｐ≦４５ｍｍ・・・・・・・・・・・・（Ｂ）
（Ａ）式を満足することにより、触媒担持用基材１の冷熱耐久性及び衝撃耐久性を両立することができる。（Ｂ）式を満足することによって、上述の効果をより高めることができる。

本実施形態における衝撃緩和部１３は、ハニカム体１０の入側接合部１１及び外周接合部１２のみに形成されており、ハニカム体１０の他の部分は軸方向前後における波の位相が全て同じに構成されている。このように、波箔５１及び平箔５２を接合する接合する接合領域と、軸方向前後において波の位相が異なる衝撃緩和部１３とを重複した位置に形成することにより、衝撃緩和部１３による衝撃緩和効果を高めることができる。すなわち、接合領域は、波箔５１及び平箔５２が一体化されることにより、振動が伝わりやすくなっているため、接合領域に衝撃緩和部１３を形成することにより、接合層３０に伝搬する振動をより効果的に抑制することができる。また、接合領域及び衝撃緩和部１３を重複した位置に形成することにより、接合領域の判別が容易となるため、接合工程を簡素化することができる。つまり、衝撃緩和部１３及び他の領域（波箔５１の衝撃緩和部が設けられていない領域）は互いに視覚的に区別し易いため、ろう付けする範囲を容易に判別することができる。

ただし、衝撃緩和部１３は、入側接合部１１及び外周接合部１２の外部領域まで拡張することもできる。この場合、ハニカム体１０の構造が複雑化するため製造工程が煩雑となるが、接合層３０に伝搬する衝撃力をより確実に緩和することができる。

図５及び図６を参照しながら、衝撃緩和部１３の寸法条件について説明する。図６は、衝撃緩和部１３の一部における断面図であり、軸方向に隣接する一方の波を実線で示し、他方の波を点線で示している。本実施形態の衝撃緩和部１３は、軸方向視においてサインカーブ形状に形成されている。これらの図において、Ｔ１はオフセット巾であり、Ｔ２は位相ずれであり、Ｔ３は波ピッチであり、Ｔ４は波高さである。オフセット巾Ｔ１とは、位相が同一である波の軸方向長さのことである。オフセット巾Ｔ１は、好ましくは０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。オフセット巾Ｔ１が０．５ｍｍ未満になると、圧力損失が増大する。オフセット巾Ｔ１が５０ｍｍ超になると、衝撃力を寸断するためのオフセット箇所の個数が少なくなるため、衝撃緩和能力が低下する。位相ずれＴ２とは、軸方向に隣接する波の位相のずれ量のことである。位相ずれＴ２は、好ましくは０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。位相ずれＴ２が０．０５ｍｍ未満になると、軸方向に隣接する波の重なり領域が増大するため、衝撃力緩和能力が低下する。位相ずれＴ２が５ｍｍ超になると、ハニカム体１０と排気ガスとの接触面積が小さくなり、浄化性能が低下する。波ピッチＴ３とは、波の山（又は谷）の周方向（ハニカム体１０の周方向）における長さのことである。波の形状が正弦波である場合には、波の半波長の長さが波ピッチＴ３となる。波ピッチＴ３は、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。波ピッチＴ３が０．１ｍｍ未満になると、排ガス流路が狭小化し、圧力損失が増大する。波ピッチＴ３が５ｍｍ超になると、ハニカム体１０と排気ガスとの接触面積が小さくなり、浄化性能が低下する。波高さＴ４とは、波の山と谷との高低差のことである。波高さＴ４は、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。波高さＴ４が０．１ｍｍ未満になると、排ガス流路が狭小化し、圧力損失が増大する。波高さＴ４が５ｍｍ超になると、ハニカム体１０と排気ガスとの接触面積が小さくなり、浄化性能が低下する。

衝撃緩和部１３は、例えば、図７の治具を用いて製造することができる。図７は、治具の断面図であり、断面に表れない要素を点線で透視して図示する。矢印Ａは治具の回転方向を示しており、矢印Ｂは波箔５１の母材となる母材箔の搬送方向を示している。治具７０は、ロール状に形成されており、紙面法線方向に延びる軸部７１周りに回転する。治具７０の外周面には、衝撃緩和部１３の形状に応じた凹凸形状部７２が形成されている。実線及び点線で示す凹凸形状部７２は、軸部７１方向において隣り合う位置に形成されており、それぞれが軸部７１方向に延びている。母材箔に凹凸形状部７２を当接させた状態で、治具７０を矢印Ａ方向に回転させるとともに、母材箔を矢印Ｂ方向に繰り出すことで、波箔５１の入側接合部１１及び外周接合部１２に対応した領域に衝撃緩和部１３を形成することができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、衝撃緩和部の形状が第１実施形態と異なる。図９は波板の一部における外観斜視図である。図１０は軸方向において隣り合う波板の外観図である。衝撃緩和部８０は、台形状のガス流路Ｇを軸方向に対して直交する直交面内に連続させた連続体８０Ａであって、この連続体８０Ａを軸方向に位相をずらしながら（オフセットしながら）連設することにより構成されている。台形状のガス流路Ｇは、層状に重ねられた波箔８１と平箔８２との間に形成されている。波箔８１は、第１フラット形状部８１ａ、第２フラット形状部８１ｂ、第１テーパー形状部８１ｃ及び第２テーパー形状部８１ｄから構成されている。第１及び第２フラット形状部８１ａ、８１ｂは、軸方向に対して直交する方向に延びており、第１フラット形状部８１ａは第２フラット形状部８１ｂよりもハニカム体の径方向外側に位置している。第１及び第２テーパー形状部８１ｃ、８１ｄは、第１フラット形状部８１ａの両端から径方向内側に向かって末広がりに延びており、その先端側が第２フラット形状部８１ｂに連設している。これにより、軸周りに上底と下底とが交互に入れ替わる台形状のガス流路Ｇが連続的に形成される。

ここで、図１０に図示するように、ガス流路Ｇを軸方向において隣り合う波箔８１に対応する位置で領域分けしたときの一方の面積をＳ１、他方の面積をＳ２としたときに、面積Ｓ１及び面積Ｓ２が互いに異なるように軸方向に隣接する波箔８１のオフセット量を調整しておくことが好ましい。これにより、面積Ｓ１及び面積Ｓ２にそれぞれ流入するガスの間に流速差が発生し、乱流を生成することができる。乱流が生成されることで、ガスが波箔８１及び平箔８２に接触する面積が増大し、浄化性能をより向上させることができる。

面積Ｓ１及び面積Ｓ２が互いに異なることで、乱流を生成できるが、以下の条件式（Ｃ）を満足することでより好ましくなる。

１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１０・・・・・・・・・・・・・・・（Ｃ）
Ｓ１／Ｓ２を１．２以上とすることで、乱流を生成することによる浄化性能の向上効果を十分に高めることができる。Ｓ１／Ｓ２を１０以下に制限することで、面積Ｓ１の面積低下による圧力損失の増大を抑制することができる。

また、ガス流路ＧのピッチをＱ、第１テーパー形状部８１ｃ（第２テーパー形状部８１ｄ）の高さをＨ、積層方向と第１テーパー形状部８１ｃ（第２テーパー形状部８１ｄ）とのなす角度をαとしたときに、以下の条件式（Ｄ）又は（Ｅ）を満足させるのが好ましい。ピッチＱとは、第１テーパー形状部８１ｃ及び第２テーパー形状部８１ｄのそれぞれの中点を結んだ線の長さのことである。第１テーパー形状部８１ｃ（第２テーパー形状部８１ｄ）の高さＨとは、積層方向（言い換えると、ハニカム体の径方向）における高さのことである。

０．１５≦Ｈ／Ｑ≦０．８５・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｄ）
５°≦α≦４５°・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｅ）
すなわち、本発明者等は、各ガス流路Ｇを扁平状に形成することで、圧力損失の増大を抑制しながら、層流から乱流へ遷移する流速等の条件を緩和できることを知見した。Ｈ／Ｑが条件式（Ｄ）の範囲を満足することで、上記緩和効果が高められ、浄化性能を向上させることができる。Ｈ／Ｑのより好ましい条件は、０．２５以上０．８０以下である。なお、Ｈは好ましくは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、Ｓは好ましくは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

本発明者等は、第１テーパー形状部８１ｃ（第２テーパー形状部８１ｄ）を設ける（つまり、ガス流路Ｇの形状を矩形ではなく台形にする）ことによって、圧力損失の増大を抑制しながら、浄化性能を向上できることを知見した。この浄化性能の向上効果は、αの増加によるガス流路Ｇの表面積増大と、ガス流の乱流化促進が得られるものと推察される。すなわち、αが５°以上になると、ガス流路Ｇ内における乱流化が起こりやすくなるとともに、表面積の増加が十分であるため、より浄化性能が向上する。αを４５°以下に制限することで、第１テーパー形状部８１ｃ（第２テーパー形状部８１ｄ）の先端と平箔８２との間に形成されたハッチングで示す微小な隙間を広くすることができる。これにより、この隙間にガスが流入し易くなるとともに、この隙間に担持された触媒とガスとの接触が確保されるため、浄化性能をより高めることができる。ただし、本実施形態の構成では、ガス流が乱流となることで、前記微小な隙間にもガスが流入し易くなるため、αが４５°超の場合であっても、浄化性能の低下を緩和できる。

各ガス流路Ｇの軸方向における長さをＬとしたときに、好ましくは以下の条件式（Ｆ）を満足する。 ０．１ｍｍ≦Ｌ≦１００ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｆ）
Ｌを０．１ｍｍ以上にすることで、圧力損失を少なくすることができる。Ｌを１００ｍｍ以下にすることで、連続体８０Ａをオフセットさせることによる浄化性能の向上効果を高めることができる。
（実施例１）
次に、実施例を示して、本発明についてより具体的に説明する。本実施例１は、実施形態１に対応している。円筒形やＲＴ形状の触媒担持用基材を各種仕様で作成して、冷熱耐久性と衝撃耐久性を評価することで、本発明の効果を調べた。表１〜表３に各種仕様と其々の評価結果を示した。

冷熱耐久性は、触媒担持用基材に対して熱風、冷風を交互に流入させ、繰り返し冷熱させることにより評価した。繰り返し冷熱によって外筒‐ハニカム体間の接合部が破壊されて、ハニカム体の脱落等が生じる。ハニカム体が脱落するまでの冷熱の繰り返し回数をカウントし、このカウント数が６００回以上である場合には、冷熱耐久性が大変良好であるとして○で評価し、カウント数が４００〜６００回である場合には、冷熱耐久性が良好であるとして△で評価し、カウント数が４００回未満である場合には、冷熱耐久性が不良であるとして×で評価した。なお、冷熱処理として、９５０℃まで昇温する昇温処理と、９５０℃の温度に保温する保温処理と、１５０℃以下まで冷却する冷却処理とを実施した。昇温処理では、昇温時間を１分間、最大加熱速度を１２０℃／秒に設定した。保温処理では、保温時間を４分間に設定した。冷却処理では、冷却温度を１５０℃以下、冷却時間を２．５分間、最低冷却速度を−４０℃／秒に設定した。

衝撃耐久試験は、冷熱耐久試験に引き続いて実施した。加速度１００Ｇの振動（基材の軸方向に対して４５°方向）を周波数２００Ｈｚで触媒担持用基材へ付与しながら、冷熱耐久試験と同じ温度変化を与えて、外筒‐ハニカム体間の接合部の健全性を評価した。評価は、冷熱耐久性試験の場合と同様、ハニカム体が脱落するまでの冷熱の繰り返し回数をカウントし、このカウント数が６００回以上である場合には、衝撃耐久性が大変良好であるとして○で評価し、カウント数が４００〜６００回である場合には、衝撃耐久性が良好であるとして△で評価し、カウント数が４００回未満である場合には、衝撃耐久性が不良であるとして×で評価した。

表１〜３において、「箔厚み」とは、平箔及び波箔を重ねた二層の総厚みのことである。円筒形状のハニカム体において、「Ｒ」とはハニカム体の直径のことであり、「Ｌ」とはハニカム体の軸方向における長さのことである。ＲＴ形状のハニカム体において、長径及び短径は図８に図示するとおりであり、「Ｌ」とは軸方向における長さのことである。条件１とは、請求項１に記載された「入側接合部は、ハニカム体の入側端部から５ｍｍ以上軸方向全長の５０％以下まで、ハニカム体の径方向全層に亘って形成されており」に対応しており、この条件１を満足する場合には○と評価し、この条件１を満足しない場合には×と評価した。条件２とは、請求項１に記載された「前記外周接合部は、前記ハニカム体の最外周から径方向に２層以上、総層数の１／３以下まで前記入側接合部の前記軸方向端部から前記ハニカム体の出側端部に亘って形成されており、」に対応しており、この条件２を満足する場合には○と評価し、この条件２を満足しない場合には×と評価した。条件３とは、請求項１に記載された「２ｍｍ≦Ｐ≦５０ｍｍ」に対応しており、「５ｍｍ≦Ｐ≦４５ｍｍ」（つまり、請求項２に記載された数値条件）を満足している場合には◎で評価し、「２ｍｍ≦Ｐ＜５ｍｍ」又は「４５ｍｍ＜Ｐ≦５０ｍｍ」を満足している場合には○で評価し、これらのいずれの条件も満足していない場合には×で評価した。また、接合層がハニカム体の出側端部に形成されていない場合も、×と評価した。条件４とは、請求項１に記載された「前記軸方向の前後で波の位相が異なる衝撃緩和部を有しており」に対応しており、波の位相が異なる（つまり、Ｔ２＞０）場合には○で評価し、波の位相が同じ（つまり、Ｔ２＝０）である場合には、×で評価した。つまり、オフセット構造を備える場合には○で評価し、オフセット構造を備えていない場合には×で評価した。

比較例１〜３、１１〜１３、２１〜２３は、条件１〜３を満足しているため、冷熱耐久性の評価が○になったが、条件４を満足していない（つまり、オフセット構造がない）ため、衝撃耐久性の評価が×になった。比較例４、１４、２４は条件３を満足しない、つまり、接合層がハニカム体の出側端部から離隔した位置に形成されているため、冷熱耐久性及び衝撃耐久性の評価が×になった。比較例５、１５、２５は条件３を満足しない、つまり、接合層の軸方向における長さＰが短すぎるため、冷熱耐久性の評価が△、衝撃耐久性の評価が×になった。比較例６、１６、２６は条件３を満足しない、つまり、接合層の軸方向長さＰが長すぎるため、冷熱耐久性及び衝撃耐久性の評価が×になった。比較例７、１７、２７は条件２を満足しない、つまり、外周接合部の層数が少なすぎるため、冷熱耐久性及び衝撃耐久性の評価が×になった。比較例８、１８、２８は条件２を満足しない、つまり、外周接合部の層数が、総層数の１／３超であるから、冷熱耐久性及び衝撃耐久性の評価が×になった。比較例９、１９、２９は条件１を満足しない、つまり、入側接合部がないから、冷熱耐久性及び衝撃耐久性の評価が×になった。比較例１０、２０、３０は条件１を満足しない、つまり、入側接合部がハニカム体の軸方向全長の５０％超であるから、冷熱耐久性及び衝撃耐久性の評価が×になった。

（実施例２）
本実施例２は第２実施形態に対応している。円筒形やＲＴ形状の触媒担持用基材を各種仕様で作成して、浄化性能と圧力損失を評価することで、本発明の効果を調べた。触媒は以下の方法で担持させた。試作した金属基材にセリア−ジルコニア−アルミナを主成分とするウォッシュコート層を形成した。金属基材にウォッシュコート液を通し、余分なウォッシュコート液を除去した後、１８０℃で１時間乾燥し、続いて５００℃で２時間焼成することにより、金属基材にウォッシュコート層を基材体積当たりで１８０ｇ／Ｌで形成した。このウォッシュコート層を形成した金属担体を蒸留水に浸漬して十分吸水させた後、引き上げて余分な水分を吹き払い、パラジウムを含む水溶液に浸漬した。取り出して乾燥することにより、パラジウムを基材体積当たりで４ｇ／Ｌ担持させた。

この各触媒担持用基材を触媒容器に装填して、下記に示す方法で浄化性能評価、圧損評価を行った。この際、触媒担持用基材は予め水蒸気１０％含有の大気を９８０℃まで加熱した雰囲気に暴露させ、４時間保定して劣化模擬処理を施した。浄化性能評価は、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを含有するモデル排気ガスを使用して、各触媒担持用基材について評価を行った。このモデルガス成分の条件はストイキ成分とした。流量ＳＶ＝１０万ｈ^-1で各触媒担持用基材にモデル排気ガスを流しながら、入り側の前段でヒータを用いてモデルガスを加熱して昇温過程における浄化率の変化を測定した。浄化率は入り側と出側のガス組成を分析して、その減少率とした。昇温過程において、浄化率が５０％となった入りガス温度Ｔ５０を評価値とした。本実施例では、ＨＣ成分のＴ５０を評価値とした。圧損評価は、室温のＮ_２ガスを触媒担持用基材へ流し、この際に触媒担持用基材で生じる圧損をピトー管法で測定した。Ｎ_２ガスの流量は、以下の表４では９０５Ｌ/ｍｉｎ、表５では５４０Ｌ/ｍｉｎ、表６では７８０Ｌ/ｍｉｎとした。

表４〜表６に各種仕様と其々の評価結果を示した。触媒担持用基材は以下の仕様とした。表４のハニカム体は、形状を円筒、箔厚みを３０μｍ、直径を１１０ｍｍ、軸方向長さを９８ｍｍとした。表４の外筒の厚みは１．５ｍｍとした。表４の入側接合部の長さ（つまり、Ｘ）は２５ｍｍ、外周接合の層数は３層とした。表４のハニカム体の外周接合の長さであるＰは２０ｍｍ、出側端面からの位置は０ｍｍとした。表５のハニカム体は、形状を円筒、箔厚みを５０μｍ、直径を８５ｍｍ、軸方向長さを１１０ｍｍとした。表５の外筒の厚みは１．５ｍｍとした。表５の入側接合部の長さ（つまり、Ｘ）は２０ｍｍ、外周接合の層数は３層とした。表５のハニカム体の外周接合の長さであるＰは２５ｍｍ、出側端面からの位置は０ｍｍとした。表６のハニカム体は、形状をＲＴ形状、箔厚みを４０μｍ、直径を１４０ｍｍ、軸方向長さを９０ｍｍ、長径を１４０ｍｍ、短径を６５ｍｍとした。表６の外筒の厚みは２．０ｍｍとした。表６の入側接合部の長さ（つまり、Ｘ）は１５ｍｍ、外周接合の層数は２層とした。表６のハニカム体の外周接合の長さであるＰは１５ｍｍ、出側端面からの位置は０ｍｍとした。

表４の試験結果を図１１に示し、表５の試験結果を図１２に示し、表６の試験結果を図１３に示した。

１ 触媒担持用基材
１０ ハニカム体
１１ 入側接合部
１２ 外周接合部
１３ 衝撃緩和部
２０ 外筒
３０ 接合層
５１ 波箔
５２ 平箔

Claims (6)

1. 金属製の平箔と波箔とを積層したハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む金属製の外筒と、を備え、
   入側接合部に配置される前記平箔と前記波箔とは互いに接合されており、
   前記入側接合部の軸方向端部に連設する外周接合部であって、前記外周接合部に配置される前記平箔と前記波箔とは互いに接合されており、
   前記入側接合部は、前記ハニカム体の入側端部から５ｍｍ以上軸方向全長の５０％以下まで、前記ハニカム体の径方向全層に亘って形成されており、
   前記外周接合部は、前記ハニカム体の最外周から径方向に２層以上、総層数の１／３以下まで前記入側接合部の前記軸方向端部から前記ハニカム体の出側端部に亘って形成されており、
   前記外筒及び前記ハニカム体は、前記外筒及び前記ハニカム体の間に形成される出側端部領域であって、前記ハニカム体の出側端部から前記軸方向に延びる前記出側端部領域に接合層を介在させることにより接合されており、前記接合層の前記軸方向における長さをＰとしたときに、Ｐが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、車両から排気される排ガスを浄化するために用いられる触媒担持用基材において、
   前記波箔は、前記軸方向の前後で波の位相が異なる衝撃緩和部を有しており、前記衝撃緩和部は、少なくとも前記入側接合部及び前記外周接合部に対応した領域に形成されており、
   前記衝撃緩和部において、位相が同一である波部の前記軸方向の長さであるオフセット巾は５０ｍｍ以下であり、前記軸方向に隣接する波部の位相のずれ量が０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする触媒担持用基材。
2. Ｐは下記（Ｂ）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の触媒担持用基材。
   ５ｍｍ≦Ｐ≦４５ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｂ）
3. 前記衝撃緩和部は、台形状のガス流路を前記軸方向に対して直交する直交面内に連続させた連続体であって、この連続体を前記軸方向に位相をずらしながら連設することにより形成されており、
   前記衝撃緩和部における前記波箔は、前記軸方向において隣り合う一方の波部及び他方の波部を有し、
   前記軸方向視において、前記一方の波部のガス流路のうち、前記他方の波部のガス流路と重なる領域の面積をＳ２、前記他方の波部のガス流路と重ならない領域の面積をＳ１としたとき、面積Ｓ１及び面積Ｓ２は互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒担持用基材。
4. 前記面積Ｓ１及び前記面積Ｓ２は、以下の条件式（Ｃ）を満足することを特徴とする請求項３に記載の触媒担持用基材。
   １．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１０・・・・・・・・・・・・・・・（Ｃ）
5. 前記波箔は、前記ガス流路の側壁を形成する一対のテーパー形状部を有しており、
   前記一対のテーパー形状部のそれぞれの中点を結んだ線の長さに対応する前記ガス流路のピッチをＱ、前記一対のテーパー形状部の高さをＨ、前記径方向と前記テーパー形状部とのなす角度をαとしたときに、
   以下の条件式（Ｄ）又は（Ｅ）を満足することを特徴とする請求項３又は４に記載の触媒担持用基材。
   ０．１５≦Ｈ／Ｑ≦０．８５・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｄ）
   ５°≦α≦４５°・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｅ）
6. 前記軸方向における前記ガス流路の長さをＬとしたときに、以下の条件式（Ｆ）を満足することを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか一つに記載の触媒担持用基材。
   ０．１ｍｍ≦Ｌ≦１００ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（Ｆ）