TWI813856B - 排氣淨化用的金屬基材、及使用該金屬基材的排氣淨化裝置 - Google Patents

排氣淨化用的金屬基材、及使用該金屬基材的排氣淨化裝置 Download PDF

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Abstract

一種有孔金屬基材(10)，其為具有孔(1a)的波狀箔片(1)及具有孔(2a)的平面箔片(2)被層合而成為筒狀形狀之排氣淨化用的有孔金屬基材(10)，前述波狀箔片(1)及/或前述平面箔片(2)具有：在前述筒狀形狀的整個軸方向具有孔的軸方向有孔部分(11、21)；及在前述筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分(12、22)。

Description

排氣淨化用的金屬基材、及使用該金屬基材的排氣淨化裝置
本發明係關於排氣淨化用的金屬基材、及使用該金屬基材的排氣淨化裝置。特別是，本發明係關於具有高淨化性能及機械強度之排氣淨化用的金屬基材、及使用該金屬基材的排氣淨化裝置。
使用金屬製基材(金屬基材)的排氣淨化裝置被廣泛使用作為二輪車用、發電機用、農作機械用等內燃機的排氣淨化裝置。金屬基材一般而言為加工成波狀的金屬箔與平坦金屬箔的層合體之筒狀體。例如，如圖3所示，一般而言，金屬基材(10)藉由將金屬箔加工成波狀而得到波狀箔片(1)，再將波狀箔片(1)與平坦金屬箔也就是平面箔片(2)一起捲繞，而成為筒狀。如此得到的筒狀體被隨意插入外筒(4)。
包含波狀箔片與平面箔片的金屬基材係如圖4所示，從筒狀體的軸方向觀看時，具有多個小室。在於金屬基材形成有觸媒層的排氣淨化裝置，排氣會通過該小室內部，並且接觸位在小室的壁面之觸媒層而受到淨化。
專利文獻1及2分別揭露在上述的波狀箔片及平面箔片雙方具有孔的有孔金屬基材、及使用該金屬基材的排氣淨化裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2004/022937號 [專利文獻2]日本特開2009-178647號
[發明所欲解決之課題]
使用此種有孔金屬基材的排氣淨化裝置藉由具有孔而使熱容量相應減少，故暖機時的排氣淨化性能會變良好。又，使用有孔金屬基材的排氣淨化裝置可藉由孔的存在而影響氣體流動，進而提高淨化性能。然而，可知由於孔的存在，基材在軸方向的機械耐久性並不足夠。
於是，本發明之目的在於提供具有高淨化性能及足夠的機械耐久性之排氣淨化用的金屬基材、及使用該金屬基材的的排氣淨化裝置。 [用於解決課題之手段]
本發明者們發現可藉由具有以下態樣的本發明，而解決上述課題。 《態樣1》 一種有孔金屬基材，其為具有孔的波狀箔片及具有孔的平面箔片被層合而成為筒狀形狀之排氣淨化用的有孔金屬基材， 前述波狀箔片及/或前述平面箔片具有：在前述筒狀形狀的整個軸方向具有孔的軸方向有孔部分；及在前述筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分。 《態樣2》 如態樣1的有孔金屬基材，其中， 前述波狀箔片及/或前述平面箔片的前述軸方向無孔部分之面積比率為10%～80%。 《態樣3》 如態樣1或2中任一項的有孔金屬基材，其中， 前述波狀箔片及/或前述平面箔片的前述軸方向有孔部分之開孔率為20～80%。 《態樣4》 如態樣1或3中任一項的有孔金屬基材，其中， 前述波狀箔片及前述平面箔片具有：前述軸方向有孔部分；及前述軸方向無孔部分， 前述波狀箔片及前述平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率分別為20%～70%，並且 前述軸方向有孔部分的開孔率為20～80%。 《態樣5》 如態樣1或4中任一項的有孔金屬基材，其中， 前述波狀箔片的軸方向無孔部分之面積比率比前述平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率還大。 《態樣6》 如態樣1或5中任一項的有孔金屬基材，其中， 在前述筒狀形狀的最外周，具有前述軸方向無孔部分。 《態樣7》 如態樣1或6中任一項的有孔金屬基材，其中， 在前述波狀箔片及/或前述平面箔片的整個周方向，具有不具有孔的周方向無孔部分。 《態樣8》 如態樣1或7中任一項的有孔金屬基材，其中， 具有50個/平方英吋～800個/平方英吋的小室， 前述波狀箔片具有多個第1孔，其具有前述小室的平均開孔面積之2.0倍以上50倍以下的面積， 前述平面箔片具有多個第2孔，其具有前述小室的平均開孔面積之3.0倍以上100倍以下的面積，並且 前述波狀箔片的前述第1孔之面積的平均值比前述平面箔片的前述第2孔之面積的平均值還小。 《態樣9》 如態樣8的有孔金屬基材，其中， 至少滿足下述條件(1)及(2)的至少一者： (1)前述波狀箔片的前述第1孔之合計面積為前述波狀箔片的所有孔之合計面積的60%以上；及 (2)前述平面箔片的前述第2孔之合計面積為前述平面箔片的所有孔之合計面積的60%以上。 《態樣10》 一種排氣淨化裝置，其包含： 如態樣1～9中任一項的有孔金屬基材；及 形成在前述有孔金屬基材上的觸媒層。 《態樣11》 如態樣10的排氣淨化裝置，其中， 前述有孔金屬基材被插入外筒。
本發明的排氣淨化用之有孔金屬基材係具有孔的波狀箔片及具有孔的平面箔片被層合而成為筒狀形狀，波狀箔片及/或平面箔片具有：筒狀形狀的整個軸方向具有孔的軸方向有孔部分；及在前述筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分。
本發明者們在使用以往的有孔金屬基材之排氣淨化裝置，假設長期間使用的話，則發現基材的軸方向之機械強度並不足夠。也就是說，在使用有孔金屬基材的排氣淨化裝置，於使用期間，可觀察到軸方向發生變形的現象。原因可能是排氣淨化裝置持續接受高壓的排氣。這種現象在使用無孔的金屬基材之排氣淨化裝置不會發生。
相較之下，本發明者們發現，如上述沿著金屬基材的軸方向以帶狀在一部分地方給予無孔的部分，使該帶狀部分發揮「柱」的功能，藉此，可得到藉由有孔部分維持高淨化性能，但也提升軸方向的強度之有孔金屬基材。本發明的有孔金屬基材可在長期間下具有足夠的機械耐久性，同時可具有作為有孔金屬基材的低熱容量(也就是高暖機性能)、及高淨化性能，故非常有用。
如圖1所示，本發明的排氣淨化用之有孔金屬基材(10)具有已層合而成為筒狀的波狀箔片(1)及平面箔片(2)，並且具有波狀箔片(1)及平面箔片(2)所構成的小室(3)。波狀箔片(1)具有第1孔(1a)，平面箔片(2)具有第2孔(2a)。波狀箔片(1)具有：在筒狀形狀的整個軸方向具有孔(1a)的軸方向有孔部分(11)；及在筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分(12)。平面箔片(2)也具有：在筒狀形狀的整個軸方向具有孔(2a)的軸方向有孔部分(21)；及在筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分(22)。
圖2(a)表示一般的有孔金屬基材所使用的平面箔片之概略圖。在該平面箔片，孔整體上平均分布。
圖2(b)表示本發明的1個態樣之有孔金屬基材所使用的平面箔片之概略圖。該平面箔片(2)具有有孔部分(21)及無孔部分(22)，在該平面箔片成為筒狀時，有孔部分(21)成為在筒狀形狀的整個軸方向具有孔的軸方向有孔部分(21)，並且無孔部分(22)成為筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分(22)。在平面箔片，於周方向的兩端部，具有孔不存在的端部分(23)，但這種端部分(23)也可不存在，即使存在，也不對應到本說明書的無孔部分。
圖2(c)表示本發明的另一個態樣之有孔金屬基材所使用的平面箔片之概略圖。在該平面箔片(2)，具有多個軸方向有孔部分(21)及軸方向無孔部分(22)。又，在該平面箔片(2)，具有在整個周方向存在的周方向無孔部分。
在本說明書，「有孔部分」係指多個孔鄰接存在的矩形區域或梯形區域。如圖2(b)及(c)所示，「有孔部分」的外緣通過在區域的最外側存在的多個孔的外周。在此，「鄰接」係指在孔實質上規則分布的情況，根據該規則性而判斷是否鄰接。在孔未規則存在的情況，無孔部分為在筒狀形狀的整個軸方向，孔不存在的區域，有孔部分為無孔部分及端部分以外的箔全體之部分。在有孔部分的整個區域，可於筒狀形狀的任一個軸方向具有孔，但在有孔部分的一部分區域，可於筒狀形狀的整個軸方向，具有孔不存在的區域。
又，在本說明書，提及波狀箔片的部分之尺寸時，該尺寸為延伸波狀箔片而成為平面箔片狀的狀態之尺寸。進一步，在本說明書，提及某些特徵時，只要未特別說明，即是提及平面箔片及波狀箔片這兩者的特徵。
軸方向無孔部分的寬度(筒狀形狀的周方向之長度)及軸方向有孔部分的寬度之尺寸，可為基材所具有的孔之平均直徑的2倍、5倍、或10倍以上。具體而言，軸方向無孔部分及軸方向有孔部分的寬度分別可為3.0mm以上、5.0mm以上、10mm以上、或15mm以上，可為80mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下、20mm以下、15mm以下、或10mm以下。例如，軸方向無孔部分及軸方向有孔部分的寬度分別可為5.0mm以上80mm以下，或者10mm以上50mm以下。
平面箔片及波狀箔片的一方可不具有軸方向無孔部分。呈現軸方向無孔部分愈大，則淨化性能愈降低的傾向。然而，本發明者們發現，僅在平面箔片及波狀箔片的一方具有軸方向無孔部分的情況，淨化性能不發生實質上的降低。在平面箔片及波狀箔片的兩方具有軸方向無孔部分及軸方向有孔部分的情況，軸方向無孔部分及軸方向有孔部分的面積比率(軸方向無孔部分或軸方向有孔部分的面積相對於箔片的全面積)分別可為10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、或50%以上，可為80%以下、70%以下、60%以下、或50%以下。例如，軸方向無孔部分及軸方向有孔部分的面積比率分別可為10%以上80%以下、20%以上70%以下、或30%以上60%以下。
本發明者們發現，相較於平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率，波狀箔片的軸方向無孔部分之面積比率更容易帶給金屬基材的機械強度強大的影響。也就是說，波狀箔片的軸方向無孔部分之面積比率比起平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率大，從機械強度的觀點來看較佳。例如，波狀箔片的軸方向無孔部分之面積比率為10%～80%或15～50%，平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率為0%～50%或0～30%，並且波狀箔片的軸方向無孔部分之面積比率比起平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率大的情況，可充分兼具機械強度及淨化性能而較佳。
平面箔片及波狀箔片的軸方向有孔部分之開孔率(由於孔存在而減少的體積之比例)分別可為20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、或60%以上，可為80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、40%以下、或30%以下。例如，平面箔片及波狀箔片的軸方向有孔部分之開孔率可為20%以上80%以下、30%以上70%以下、或者40%以上60%以下。
又，筒狀形狀的金屬基材之最外周具有軸方向無孔部分為較佳。在最外周具有軸方向無孔部分的話，將外筒與金屬基材接合時，在軸方向無孔部分可得到較大的接合面積，而可提高外筒與金屬基材之間的接合強度。尚且，金屬基材的最外周可為波狀箔片，也可為平面箔片。
在本發明的金屬基材，如同專利文獻2所記載，可在整個周方向具有周方向無孔部分。該周方向無孔部分的寬度(筒狀形狀的軸方向之長度)分別可為3.0mm以上、5.0mm以上、10mm以上、或15mm以上，可為40mm以下、30mm以下、20mm以下、15mm以下、或10mm以下。例如，周方向無孔部分的寬度分別可為3.0mm以上40mm以下、或5mm以上20mm以下。 尚且，在本說明書，將在整個軸方向存在的軸方向有孔部分、及在整個周方向存在的周方向無孔部分重複的區域作為軸方向有孔部分。
本發明的有孔金屬基材之更佳的態樣具有被層合而成為筒狀的波狀箔片及平面箔片，並且具有50個/平方英吋～800個/平方英吋的小室。此時，波狀箔片具有多個第1孔，其具有小室的平均開孔面積之2.0倍以上50倍以下的面積，平面箔片具有多個第2孔，其具有小室的平均開孔面積之3.0倍以上100倍以下的面積。又，波狀箔片的第1孔之面積的平均值比起平面箔片的第2孔之面積的平均值小。
在具有以往的有孔金屬基材之排氣淨化裝置，藉由孔存在，而使淨化性能提升，但壓力損失呈現惡化的傾向。
孔存在的話，淨化性能即提升的理由如下。
也就是說，孔存在的話，波狀箔片及平面箔片的幾何學表面積會變小，排氣與觸媒層之間的接觸面積也會變小。然而，與此同時，排氣流動的擴大及收縮會發生，壁面附近的流動會變紊亂。藉此，排氣與觸媒層之間的層界面之邊界膜會變薄，該界面的物質移動速度會提升。在此，相較於排氣與觸媒層之間的接觸面積之減少，排氣與觸媒層之間的層界面中之物質移動速度的提升造成的影響較為顯著，故藉由孔存在，而可使淨化性能提升。
進一步，藉由孔存在，而可在鄰接小室間使排氣擴散。在內燃機，排氣配管剖面之流速分布成為不均勻，故在徑方向，排氣流動會偏移，結果，排氣淨化的效率變得不彰，然而，孔存在的話，在鄰接小室間，氣體變得能夠擴散，該排氣流動的偏移會緩解，故排氣淨化性能會向上。
孔存在的話，壓力損失變高的理由如下。藉由孔存在，而使波狀箔片及平面箔片的幾何學表面積變小，排氣與觸媒層之間的接觸面積也會變小，故壓力損失會變小。然而，另一方面，在淨化裝置內，排氣流動會在徑方向擴大、縮小、分歧、合流等，故分別有相應的壓力損失發生。這些壓力損失造成的影響比起排氣與觸媒層之間的接觸面積之減少大，故由於孔存在，壓力損失會變高。
藉由以上論證，在使用以往的有孔金屬基材的排氣淨化裝置，壓力損失及淨化性能成為取捨的關係。
相較之下，本發明者們發現上述般的有孔金屬基材意外地可提供可兼具低壓力損失及高淨化性能的排氣淨化裝置。不受理論限制，原因在於平面箔片的孔及波狀箔片的孔分別對於壓力損失及淨化性能的影響相異。也就是說，推測如下：擴大波狀箔片的孔的話，壓力損失會改善(降低)，同時淨化性能也會惡化，相較之下，即使增大平面箔片的孔，壓力損失的改善(降低)效果也會維持，淨化性能的惡化不會如此顯著。然後，在特定的面積之範圍，波狀箔片的孔變小、平面箔片的孔變大的情況，可兼具低壓力損失及高淨化性能。
在波狀箔片及平面箔片存在的孔分別可為全部具有相同大小，另外在得到本發明的效果之範圍內可為相異的大小。又，在波狀箔片及平面箔片存在的所有孔分別為上述第1孔及上述第2孔為較佳。然而，在得到本發明的有利效果之範圍，在波狀箔片及平面箔片存在的孔之一部分不必分別為上述第1孔及上述第2孔。例如，波狀箔片的第1孔之合計面積為波狀箔片的所有孔之合計面積的60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、或者95%以上，並且/或平面箔片的第2孔之合計面積為平面箔片的所有孔之合計面積的60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、或者95%以上。
波狀箔片可具有多個第1孔，其具有小室的平均開孔面積之2.0倍以上50倍以下的面積。例如，第1孔的面積可為3.0mm2 以上、4.0mm2 以上、5.0mm2 以上、10mm2 以上、20mm2 以上、或50mm2 以上，可為100mm2 以下、80mm2 以下、60mm2 以下、40mm2 以下、或20mm2 以下。例如，第1孔的面積可為3.0mm2 以上100mm2 以下，或10mm2 以上80mm2 以下。
波狀箔片的孔係其全部或其一部分可為圓形或橢圓形，非圓形例如可為多角形。波狀箔片的孔之等價直徑及/或波狀箔片的第1孔之等價直徑可為2.0mm以上、2.5mm以上、3.0mm以上、4.0mm以上、5.0mm以上、或7.0mm以上，可為20mm以下、15mm以下、10mm以下、7.0mm以下、5.0mm以下、或4.0mm以下。尚且，等價直徑係指具有與該面的外周長相等的外周長的正圓之直徑。例如，波狀箔片的孔之等價直徑及/或波狀箔片的第1孔之等價直徑可為2.0mm以上20mm以下、或3.0mm以上10mm以下。
平面箔片可具有多個第2孔，其具有小室的平均開孔面積之3.0倍以上100倍以下的面積。例如，第2孔的面積可為3.0mm2 以上、5.0mm2 以上、10mm2 以上、20mm2 以上、50mm2 以上、或100mm2 以上，可為300mm2 以下、200mm2 以下、150mm2 以下、100mm2 以下、80mm2 以下、或60mm2 以下。例如，第2孔的面積可為10mm2 以上300mm2 以下、或50mm2 以上200mm2 以下。
平面箔片的孔係其全部或其一部分可為圓形或橢圓形，非圓形例如可為多角形。平面箔片的孔之等價直徑及/或平面箔片的第2孔之等價直徑可為3.0mm以上、3.5mm以上、5.0mm以上、8.0mm以上、10mm以上、或12mm以上，可為25mm以下、20mm以下、15mm以下、10mm以下、7.0mm以下、或5.0mm以下。例如，平面箔片的孔之等價直徑及/或平面箔片的第2孔之等價直徑為3.0mm以上25mm以下、或5.0mm以上15mm以下。
波狀箔片的第1孔之面積的平均值相對於平面箔片的第2孔之面積的平均值之比(第1孔的面積之平均值/第2孔的面積之平均值)可超過1.0，例如1.2以上、1.5以上、2.0以上、3.0以上、或5.0以上，可為15以下、10以下、8.0以下、6.0以下、4.0以下、或3.0以下。例如，該比可超過1.0並且15以下，可為1.5以上6.0以下。
孔的大小取決於無孔部分及有孔部分的大小，在得到本發明的有利效果之範圍，鄰接筒狀的金屬基材之軸方向的孔之間距(鄰接的孔之中心間距離)，針對平面箔片及波狀箔片的各個孔，分別可為5.0mm以上、6.0mm以上、8.0mm以上、10.0mm以上、12mm以上、或15mm以上，可為25mm以下、20mm以下、15mm以下、10mm以下、7.0mm以下、或5.0mm以下。
孔的大小也取決於無孔部分及有孔部分的大小，鄰接筒狀的金屬基材之周方向的孔之間距，針對平面箔片及波狀箔片的孔，分別可為5.0mm以上、6.0mm以上、8.0mm以上、10.0mm以上、12mm以上、或15mm以上，可為25mm以下、20mm以下、15mm以下、10mm以下、7.0mm以下、或5.0mm以下。
平面箔片及波狀箔片的開孔率分別為10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、或60%以上，可為70%以下、60%以下、50%以下、40%以下、或30%以下。
本發明的金屬基材具有50個/平方英吋～800個/平方英吋的小室。例如，小室可為80個/平方英吋以上、100個/平方英吋以上、150個/平方英吋以上、200個/平方英吋以上、或300個/平方英吋以上，可為600個/平方英吋以下、400個/平方英吋以下、300個/平方英吋以下、或200個/平方英吋以下。
小室的平均開孔面積可從上述的小室數計算，可為0.50mm2 以上、0.80mm2 以上、1.0mm2 以上、1.5mm2 以上、2.0mm2 以上、3.0mm2 以上、或5.0mm2 以上，可為13mm2 以下、10mm2 以下、7.0mm2 以下、5.0mm2 以下、3.5mm2 以下、或2.0mm2 以下。
在本發明的金屬基材，波狀箔片及平面箔片被層合而成為筒狀。在本發明的金屬基材，可將波狀箔片及平面箔片的1個層合體或多個層合體直接捲繞而成為筒狀體，或可如專利文獻1所記載，將多個層合體以S字狀等捲繞而成為筒狀體。
在本發明的金屬基材所使用的波狀箔片之波形形狀並非限定於圖4所記載的波形形狀，可形成為Ω波狀或鋸齒狀的形狀。
波狀箔片及平面箔片的厚度並未特別受限，分別可為20μm以上、40μm以上、80μm以上、或100μm以上，可為500μm以下、300μm以下、200μm以下、100μm以下、或80μm以下。
孔可藉由使用沖床等而對金屬箔整體穿孔以得到期望的開孔率而設置。尚且，該孔的形狀並未特別受限。
本發明的金屬基材可任意具有外筒。可將筒狀的波狀箔片及平面箔片配置在外筒的內側，藉由硬焊等手段予以接合。
本發明的金屬基材之製造方法可包含：藉由沖床等將金屬箔穿孔而得到上述般的平面箔片；將平面箔片加工成波狀而得到上述般的波狀箔片；及將平面箔片及波狀箔片層合而成為筒狀化。又，該方法可任意將已筒狀化的波狀箔片及平面箔片插入到外筒予以固定。
本發明的排氣淨化裝置包含上述的有孔金屬基材、及在有孔金屬基材上所形成的觸媒層。作為觸媒層，可使用本領域已公知的構成作為具有排氣淨化能的觸媒層，例如，觸媒層可具有在金屬基材的表面所設置的金屬氧化物載體及在該載體載持的貴金屬。
作為金屬氧化物載體，例如，可舉出氧化鈰、二氧化鋯、氧化鋁、稀土類金屬氧化物等、及由該等的多個所構成的複合氧化物等。
作為貴金屬的範例，例如，可舉出白金、鈀、銠等。這些貴金屬例如可作為粒徑1nm以上100nm以下的粒子載持於金屬氧化物載體。
本發明的排氣淨化裝置之製造方法可包含：提供上述的有孔金屬基材；在上述的有孔金屬基材形成金屬氧化物載體的層；及在金屬氧化物載體載持貴金屬。
在有孔金屬基材形成金屬氧化物載體的層之工程，例如可包含以下工程：調製含有從金屬氧化物及/或其前驅物選擇的1種以上的溶液或糊料；對有孔金屬基材塗佈該溶液或糊料；及任意予以燒結。
在金屬氧化物載體載持貴金屬的工程，可包含以下工程：在含有貴金屬前驅物的溶液含浸金屬氧化物載體之層；及予以燒結。又，在塗佈有孔金屬基材的溶液或糊料中的金屬氧化物及/或其前驅物預先載持貴金屬。
本發明的排氣淨化裝置可使用作為二輪車用、發電機用、農作機械用等內燃機的排氣淨化裝置。
將本發明在以下的實施例進一步具體說明，但本發明並不限於此。 [實施例]
《實驗A：針對使用具有有孔部分及無孔部分的箔片之金屬基材的實驗》 如圖5(a)～(d)所示，準備軸方向無孔部分的面積比率為0%的箔片A(圖5(a))、20%的箔片B(圖5(b))、47%的箔片C(圖5(c))、及75%的箔片D(圖5(d))的箔片。這些箔片為20Cr－5Al的不鏽鋼製，並且具有50μm的厚度，如圖5(e)所示，沖孔的直徑為4.5mm，孔間距為6.2mm，並且為60°交錯的孔排列。
又，如圖6所示，也製造軸方向無孔部分的面積比率為0%的箔片E。
使用這些箔片A～E，製作各種波狀箔片及平面箔片，予以層合而製造具有400個/平方英吋的小室(小室的平均開孔面積：約1.6mm2 )之直徑40mm並且長度60mm的筒狀形狀之有孔金屬基材。
對於該等的有孔金屬基材，由疲勞試驗機從片側端面懸掛負載，測定基材屈曲的強度。結果如表1表示。
又，在這些有孔金屬基材以相同的條件形成觸媒層，進行相同的排氣淨化性能之實驗。將比較例1的NOx排出量設為「1」時的各例之NOx排出量如表1所示。
在軸方向無孔部分不存在的箔片，構成波狀箔片及平面箔片的比較例1及2之金屬基材係曲屈強度低，這種程度的強度之情況，長期間持續承受高壓力的排氣的話，在軸方向發生變形。相較之下，實施例1～3的金屬基材具有非常高的曲屈強度，具有足夠的機械耐久性。比較實施例4及實施例5的金屬基材的話，可知在波狀箔片及平面箔片，波狀箔片的無孔部分帶給機械強度的影響較大。
針對在波狀箔片及平面箔片的一方具有無孔部分的實施例4～6，相較於比較例1，未發現淨化性能實質降低。針對波狀箔片及平面箔片的兩方具有無孔部分的實施例2及3，相較於比較例1，雖然淨化性能降低，但為容許範圍內。
《實驗B：波狀箔片及平面箔片的孔洞大小具有差異時的參考實驗》 使用具有以下表2所記載的孔之波狀箔片及平面箔片，製造具有300個/平方英吋的小室(小室的平均開孔面積：約2mm2 )之有孔金屬基材。進一步，在這些有孔金屬基材形成相同的觸媒層，製造參考例1～3及比較參考例1～9的排氣淨化裝置。在比較參考例1～5(群組A)，使波狀箔片及平面箔片的孔成為相同大小。在比較參考例6～7(群組B)，使波狀箔片的孔比起平面箔片的孔大。比較參考例8～9(群組C)雖然使波狀箔片的孔比起平面箔片的孔小，但設為使波狀箔片的孔比起小室的開孔徑略大的程度。尚且，波狀箔片及平面箔片的孔為圓形並且分別為相同大小。又，波狀箔片及平面箔片的開孔率為50%。
又，使用具有表3所記載的孔之波狀箔片及平面箔片，製造具有100個/平方英吋的小室(小室的平均開孔面積：約6.5mm2 )之有孔金屬基材。進一步，在這些有孔金屬基材形成相同的觸媒層，製造參考例4～5及比較參考例10～12的排氣淨化裝置。尚且，波狀箔片及平面箔片的孔為圓形並且為相同大小。又，波狀箔片及平面箔片的開孔率為50%。
將這些排氣淨化裝置載置在125cc的機車，依照「WMTC Stage 2 class 1」模式，從NOx排出量的觀點評估排氣淨化性能。
又，將這些排氣淨化裝置的一方向大氣開放，另一方藉由負壓泵浦減壓，在室溫下測定規定空氣流量流通時的壓力損失。此時的空間速度(SV)為45萬[1/h]。
這些結果表示於表2及表3、以及圖7及圖8。參考圖7及圖8的話，可知依照參考例的排氣淨化裝置兼具低壓力損失及低NOx排出量(高淨化性能)。又，即使在具有無孔部分及有孔部分的本發明之金屬基材，在波狀箔片及平面箔片的孔之大小出現差異的情況，該領域之相關人士可理解得到與該參考實驗相同的結果。
10:金屬基材 1:波狀箔片 1a:第1孔 11:軸方向有孔部分 12:軸方向無孔部分 2:平面箔片 2a:第2孔 21:軸方向有孔部分 22:軸方向無孔部分 23:端部分 24:周方向無孔部分 3:小室 4:外筒
[圖1]概略表示本發明的金屬基材之1個態樣。 [圖2(a)]表示一般的有孔金屬基材所使用的平面箔片之概略圖。[圖2(b)及(c)]分別表示本發明的1個態樣之有孔金屬基材所使用的平面箔片之概略圖。 [圖3]為表示由波狀箔片及平面箔片所構成的金屬基材之一般製造工程的概略圖。 [圖4]表示將由波狀箔片及平面箔片所構成的金屬基材從軸方向觀察時的一例之照片。 [圖5]表示實施例所用的箔片之孔。 [圖6]表示實施例所用的箔片之孔。 [圖7]表示使用300個/平方英吋的小室之參考例及比較參考例的壓力損失及淨化性能。 [圖8]表示100個/平方英吋的小室之參考例及比較參考例的壓力損失及淨化性能。
1:波狀箔片
1a:第1孔
2:平面箔片
2a:第2孔
3:小室
10:金屬基材
11:軸方向有孔部分
12:軸方向無孔部分
21:軸方向有孔部分
22:軸方向無孔部分

Claims (11)

  1. 一種有孔金屬基材，其為具有孔的波狀箔片及具有孔的平面箔片被層合而成為筒狀形狀之排氣淨化用的有孔金屬基材，具有50個/平方英吋~800個/平方英吋的小室，前述波狀箔片及前述平面箔片各別具有：在前述筒狀形狀的整個軸方向具有孔的軸方向有孔部分；及在前述筒狀形狀的整個軸方向不具有孔的軸方向無孔部分，前述波狀箔片具有多個第1孔，其具有前述小室的平均開孔面積之2.0倍以上50倍以下的面積，前述平面箔片具有多個第2孔，其具有前述小室的平均開孔面積之3.0倍以上100倍以下的面積，並且前述波狀箔片的前述第1孔之面積的平均值比前述平面箔片的前述第2孔之面積的平均值還小。
  2. 如請求項1的有孔金屬基材，其中，前述波狀箔片及/或前述平面箔片的前述軸方向無孔部分之面積比率為10%~80%。
  3. 如請求項1的有孔金屬基材，其中，前述波狀箔片及/或前述平面箔片的前述軸方向有孔部分之開孔率為20~80%。
  4. 如請求項1的有孔金屬基材，其中，前述波狀箔片及前述平面箔片具有：前述軸方向有孔部分；及前述軸方向無孔部分，前述波狀箔片及前述平面箔片的軸方向無孔部分之面 積比率分別為20%~70%，並且前述軸方向有孔部分的開孔率為20~80%。
  5. 如請求項1至4中任一項的有孔金屬基材，其中，前述波狀箔片的軸方向無孔部分之面積比率比前述平面箔片的軸方向無孔部分之面積比率還大。
  6. 如請求項1至4中任一項的有孔金屬基材，其中，在前述筒狀形狀的最外周，具有前述軸方向無孔部分。
  7. 如請求項5的有孔金屬基材，其中，在前述筒狀形狀的最外周，具有前述軸方向無孔部分。
  8. 如請求項1至4中任一項的有孔金屬基材，其中，在前述波狀箔片及/或前述平面箔片的整個周方向，具有不具有孔的周方向無孔部分。
  9. 如請求項1至4中任一項的有孔金屬基材，其中，至少滿足下述條件(1)及(2)的至少一者：(1)前述波狀箔片的前述第1孔之合計面積為前述波狀箔片的所有孔之合計面積的60%以上；及(2)前述平面箔片的前述第2孔之合計面積為前述平面箔片的所有孔之合計面積的60%以上。
  10. 一種排氣淨化裝置，其包含：如請求項1~9中任一項的有孔金屬基材；及形成在前述有孔金屬基材上的觸媒層。
  11. 如請求項10的排氣淨化裝置，其中，前述有孔金屬基材被插入外筒。
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