WO2023112964A1 - 排気ガスの浄化に用いられる触媒担持用基材 - Google Patents

排気ガスの浄化に用いられる触媒担持用基材 Download PDF

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honeycomb
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catalyst
exhaust gas
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啓 村松
省吾 紺谷
徹 稲熊
昌文 大水
康秀 後藤
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日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
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    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
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    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
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    • F01N2330/02—Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
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    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a catalyst-supporting substrate used for purifying air pollutants contained in exhaust gas.
  • a catalytic converter As a purifying device for purifying exhaust gas emitted from an internal combustion engine, a catalytic converter is known which is configured by inserting a metal honeycomb body (catalyst-supporting base material) into a heat-resistant alloy outer cylinder. By arranging the catalytic converter in the exhaust gas path, the exhaust gas passing through the catalytic converter comes into contact with the catalyst over a wide area, so that the exhaust gas can be purified efficiently.
  • the honeycomb body includes a honeycomb body formed by alternately laminating flat metal foils and corrugated corrugated flat foils, or formed by winding flat metal foils and corrugated foils. A honeycomb body or the like is used.
  • Patent Literature 3 proposes a metal carrier (honeycomb body) in which, of flat foils and/or corrugated foils included in the honeycomb body, openings are provided only on the upstream side of the exhaust gas path.
  • the metal carrier the part on the exhaust gas inlet side that comes into contact with the heated exhaust gas at an early stage greatly contributes to the early activation of the catalyst. Therefore, by providing the opening on the upstream side of the exhaust gas path, it is possible to fully enjoy the effect of early activation of the catalyst described in (A) above.
  • As described in (B) above by forming openings in the foil, turbulence can be easily generated in the exhaust gas. Therefore, according to the configuration disclosed in Patent Document 3, purification performance can be improved. Further, by adopting a configuration in which no opening is provided on the downstream side of the exhaust gas path, it is possible to suppress an increase in pressure loss, which was a problem in Patent Documents 1 and 2.
  • the metal carrier had a region provided with openings (hereinafter referred to as an opening region) and a region having openings. A phenomenon was confirmed in which cracks were generated at the boundary between the non-opened region (hereinafter referred to as the non-opening region) and the metal carrier was broken.
  • the present invention provides a catalyst-supported catalyst that can (1) enhance purification performance, (2) suppress an increase in pressure loss, and (3) suppress breakage at the boundary between an open region and a non-open region.
  • the purpose is to provide a base material for
  • the present invention provides (1) a substrate for supporting a catalyst, which is composed of a plurality of honeycomb bodies and used for purifying exhaust gas from a vehicle, wherein the plurality of honeycomb bodies are composed of:
  • the metal foil of the first honeycomb body which is arranged side by side so that the central axes of the honeycomb bodies substantially coincide with each other, and which is arranged at the position closest to the exhaust gas inlet side among the plurality of honeycomb bodies, has a through hole. Through holes are not formed in the metal foils of the remaining other honeycomb bodies formed in a large number.
  • first non-opening region from the exhaust gas inlet side end of the first honeycomb body to the exhaust gas inlet side edge of the first honeycomb body;
  • second non-opening region up to the edge, the length in the axial direction of the first non-opening region is 2 mm or more and 10 mm or less, and the length in the axial direction of the second non-opening region is 10 mm or less.
  • the honeycomb body adjacent to the first honeycomb body in the axial direction is defined as the second honeycomb body
  • the first honeycomb body and the second honeycomb body are separated in the axial direction
  • the The separation distance in the axial direction between the first honeycomb body and the second honeycomb body is 2 mm or more and 20 mm or less
  • the ratio of the axial length of the opening region to the sum of the axial lengths of the plurality of honeycomb bodies. is 20% or more and 80% or less.
  • a honeycomb unit comprising the catalyst-supporting substrate according to any one of (1) to (3), and an outer cylinder accommodating the catalyst-supporting substrate.
  • a catalytic converter comprising the honeycomb unit according to (4) and a catalyst supported on the plurality of honeycomb bodies.
  • the catalyst-supporting substrate of the present invention (1) purification performance is enhanced, (2) increase in pressure loss is suppressed, and (3) breakage at the boundary between the open area and the non-open area is suppressed. can do.
  • FIG. 2 is a perspective view of a honeycomb unit according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the honeycomb unit shown in FIG. 1
  • Fig. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view of the first honeycomb body 4A shown in Fig. 1
  • FIG. 2 is a developed view of a flat foil 2 in the first honeycomb body 4A shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is an enlarged view of a region S surrounded by a dashed line in FIG. 4;
  • FIG. 1 is a perspective view of a honeycomb unit according to this embodiment.
  • 2 is a longitudinal sectional view of the honeycomb unit shown in FIG. 1.
  • FIG. The arrow shown in FIG. 2 indicates the conducting direction of the exhaust gas, and this direction coincides with the axial direction of the catalyst-supporting substrate.
  • the honeycomb unit 1 includes a catalyst-supporting substrate 4 and an outer cylinder 5 made of a heat-resistant metal that accommodates the catalyst-supporting substrate 4. As shown in FIG.
  • the catalyst-supporting base material 4 has a central axis that substantially coincides with that of the first honeycomb body 4A arranged on the upstream side of the exhaust gas passage, and an axis that is aligned with that of the first honeycomb body 4A. and a second honeycomb body 4B arranged downstream of the exhaust gas path adjacent to each other in the direction are arranged in series.
  • one or more honeycomb bodies having the same configuration as the second honeycomb body 4B may be further arranged in series on the downstream side of the second honeycomb body 2B.
  • the central axes are substantially coincident means not only the case where the central axes are completely overlapped, but also a slight deviation due to the manufacturing error of the honeycomb body is allowed.
  • the cell densities of the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B are preferably set to 100 to 600 cells per square inch. By increasing the cell density, the purification performance is improved, but the pressure loss is also increased accordingly. Therefore, the cell density value to be set may be appropriately selected according to the required output performance and exhaust gas level.
  • a flat foil 2 and a corrugated foil 3 made of a heat-resistant alloy are wound around an axis in a state of being superimposed, and the flat foil 2 and the corrugated foil 3 are joined to each other with brazing material. It is composed by Therefore, the flat foils 2 and the corrugated foils 3 are alternately laminated in the radial direction. According to the above configuration, a large number of gas passages extending in the axial direction can be formed inside the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B.
  • the corrugated foil 3 is formed by corrugating the flat foil 2 .
  • the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B are inserted into the outer cylinder 5, and the outermost peripheral surfaces of the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B and the inner peripheral surface of the outer cylinder 5 are joined with brazing material. By doing so, the honeycomb unit 1 is constructed.
  • the joining position between the flat foil 2 and the corrugated foil 3 and the joining position between the first honeycomb body 4A/second honeycomb body 4B and the outer cylinder 5 are not particularly limited. It can be bonded at known bonding locations as shown at 5 .
  • foil brazing can be used, for example, BNi-2.
  • a nickel-based brazing material such as BNi-5 or BNi-5 can be used.
  • a powdered or granular brazing material different from foil brazing can also be used.
  • Fe-20Cr-5Al-based stainless steel can be preferably used, but not limited to this, various heat-resistant stainless steels containing Al in the alloy composition Steel can be employed. Generally, an alloy containing 15 to 25% by mass of Cr and 2 to 8% by mass of Al can be used as the heat-resistant alloy. For example, Fe-20Cr-5Al alloy, Fe-18Cr-3Al alloy, Fe-20Cr-8Al alloy, etc. can be used.
  • the heat capacity of the honeycomb body is reduced, so that the catalyst can be activated earlier and the initial purification performance can be further improved.
  • the thicknesses of the flat foil 2 and the corrugated foil 3 can be appropriately set based on the required durability performance and purification performance.
  • the thickness of the flat foil 2 and corrugated foil 3 is set to 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • Stainless steel such as SUS436L, for example, can be adopted as the heat-resistant alloy used for the outer cylinder 5, but it is not limited to this, and various heat-resistant alloys can be used. It is preferable to set the thickness of the outer cylinder 5 to 1 mm to 2 mm.
  • a catalyst (not shown) is carried on the flat foil 2 and the corrugated foil 3 .
  • the catalyst can be supported on the flat foils 2 and the corrugated foils 3 by applying a predetermined washcoat liquid to the foil surfaces of the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B, followed by drying and firing.
  • a predetermined washcoat liquid for example, a slurry obtained by stirring ⁇ -alumina powder, lanthanum oxide, zirconium oxide, and cerium oxide in an aqueous solution of palladium nitrate can be used.
  • a honeycomb unit carrying a catalyst (that is, a catalytic converter) can be installed in the exhaust gas path of a vehicle so that the exhaust gas flowing in from the inlet end 1A is discharged to the outlet end 1B.
  • Vehicles include two-wheeled vehicles, four-wheeled vehicles, off-road vehicles, and the like.
  • FIG. 3 is an enlarged vertical cross-sectional view of the first honeycomb body 4A shown in FIG.
  • FIG. 4 is a developed view of the flat foil 2 in the first honeycomb body 4A shown in FIG. 4 corresponds to the lateral direction of the flat foil 2, and the circumferential direction of the first honeycomb body shown in FIG.
  • the flat foils 2 and the corrugated foils 3 of the first honeycomb body 4A are preliminarily provided with foils at corresponding positions in the exhaust gas conduction direction (the lateral direction of the flat foils 2 and the corrugated foils 3).
  • a plurality of through holes 410 are provided to penetrate in the thickness direction.
  • a region (opening region 41) in which the through holes 410 are provided in the axial direction is formed in the first honeycomb body 4A (Fig. 2, see Figure 3).
  • the through holes 410 are provided at positions separated from both edges of the flat foil 2 and the corrugated foil 3 in the lateral direction (see FIG. 4). That is, in the first honeycomb body 4A, the non-opening regions 46 in which the through holes 410 are not provided are formed before and after the opening region 41 in the axial direction.
  • the "entrance-side end of the opening region 41" means that the first honeycomb body 4A passes through the outer edge of the through-hole 410 formed at the position closest to the entrance-side edge of the first honeycomb body 4A. It refers to a boundary plane P orthogonal to the axial direction of the body 4A, and the "exit-side end of the opening region 41" is the end of the through-hole 410 formed at the position closest to the exit-side edge of the first honeycomb body 4A.
  • Boundary surfaces P and Q of the first honeycomb body 4A in FIG. 3 respectively correspond to P' and Q' indicated by dashed-dotted lines in FIG.
  • through holes 410 are arranged in a staggered manner along the axial direction.
  • staggered means that the arrangement relationship in which the through holes in the next row are arranged on an imaginary line extending in the axial direction through the intermediate position of the through holes adjacent in the circumferential direction is continuous in the axial direction. do.
  • the arrangement of the through holes 410 is not limited to the zigzag arrangement along the axial direction. It may be placement.
  • the through hole 410 may be provided in only one of the flat foil 2 and the corrugated foil 3 .
  • the position where the through holes 410 are provided in the flat foil 2 and the position where the through holes 410 are provided in the corrugated foil 3 may be different in the exhaust gas flow direction.
  • the diameter (that is, opening area) of the through hole 410, the shape of the through hole 410, and the like can be appropriately set according to the width, length, and the like of the flat foil 2 and the corrugated foil 3.
  • the diameter of through hole 410 is preferably set to 0.2 mm or more and 8 mm or less.
  • each through hole 410 is preferably 0.031 mm 2 or more and 50.3 mm 2 or less. It should be noted that the same effect was obtained even if the opening area of each through-hole 410 was 0.031 mm 2 or more and 50.3 mm 2 or less, even if it had a shape other than a circle (for example, an ellipse, etc.).
  • the catalyst-supporting base material 4 is configured only by the first honeycomb body 4A, the axial temperature gradient in the vicinity of the boundary between the open area and the non-open area can be reduced. crack generation can be suppressed.
  • the axial length of the catalyst-supporting substrate 4 cannot be sufficiently ensured. Therefore, the absolute amount of the catalyst supported by the catalyst-supporting substrate 4 is insufficient, and the steady purification performance (purification performance after the initial stage) of the honeycomb unit 1 is lowered.
  • the axial length of the first honeycomb body 4A is excessively increased to ensure a sufficient axial length of the catalyst-supporting substrate 4, but in this configuration, as described above, the purification performance is poor. While improving, the pressure loss increases.
  • the above-described configuration of the present invention (configuration including the front-stage first honeycomb body 4A having an opening region and the rear-stage second honeycomb body 4B having no opening region), (1) Since the catalyst-carrying substrate 4 can have a sufficient length in the axial direction, the steady-state purification performance of the honeycomb unit 1 can be improved. Therefore, an increase in pressure loss can be suppressed.
  • the present inventors separately found that the presence or absence of through holes in the second honeycomb body 4B hardly affects the initial purification performance of the honeycomb unit 1 .
  • the first honeycomb body 4A if the axial length T of the first non-opening regions 44 is excessively long, cracks will occur at the boundaries P between the opening regions 41 and the first non-opening regions 44. there's a possibility that.
  • the axial length B of the second non-opening regions 45 if the axial length B of the second non-opening regions 45 is excessively long, cracks may occur at the boundaries Q between the opening regions 41 and the second non-opening regions 45. be. Therefore, in the first honeycomb body 4A, it is necessary to set the axial length T of the first non-opening regions 44 to 2 mm or more and 10 mm or less, and set the axial length B of the second non-opening regions 45 to 10 mm or less.
  • the length of T By setting the length of T to 2 mm or more, it is possible to suppress damage to the foil of the first honeycomb body 4A due to the pulsation of the exhaust gas.
  • the lower limit of the axial length B of the second non-opening region 45 is not particularly limited, it can be, for example, about 1 mm.
  • the sum of the axial lengths of the honeycomb bodies constituting the catalyst-supporting substrate 4 (in the present embodiment, the sum of the axial length L1 of the first honeycomb body 4A and the axial length L2 of the second honeycomb body 4B) ), the ratio of the axial length A of the opening region 41 of the first honeycomb body 4A is set to 20% or more and 80% or less. If X is less than 20%, the axial length of the opening region 41 becomes excessively short, and the initial purification performance of the honeycomb unit 1 cannot be sufficiently enhanced. On the other hand, if X is increased, the axial length of the opening region 41 is increased, so that the purification performance is improved, but the pressure loss is also increased accordingly.
  • X exceeds 80%, the axial length of the opening region 41 becomes excessively long, resulting in excessive pressure loss and almost no improvement in purification performance. In this way, pressure loss and purification performance are in a trade-off relationship, so the value of X should be appropriately set in the range of 20% or more and 80% or less based on the required output performance and exhaust gas level. can be done. In addition, it is more preferable to set X to 25% or more and 55% or less.
  • the axial length B of the second non-opening region 45 is preferably longer than the axial length T of the first non-opening region 44 .
  • the first honeycomb body 4A is divided into an exhaust gas inlet side region G1 present on the exhaust gas inlet side and an exhaust gas outlet side region G2 present on the exhaust gas outlet side at the center in the axial direction.
  • the opening regions 41 are unevenly distributed in the exhaust gas inlet side region G1 of the first honeycomb body 4A, so that the heat capacity of the exhaust gas inlet side region G1 can be reduced compared to the exhaust gas outlet side region G2. Therefore, the catalyst can be activated more quickly, and purification performance can be further improved.
  • the "center in the axial direction" corresponds to a boundary surface R that passes through the center in the axial direction of the first honeycomb body 4A and is orthogonal to the axial direction of the first honeycomb body 4A.
  • the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B are arranged apart from each other by a separation distance D (mm) in the axial direction of the catalyst-carrying substrate 4 .
  • the separation distance D (mm) can be set as appropriate.
  • the separation distance D (mm) is set to 2 ⁇ D ⁇ 20. The reason for this will be explained below.
  • the heat of the exhaust gas may cause the flat foils 2 and the corrugated foils 3 to extend.
  • the separation distance D (mm) should be 2 mm or more.
  • the heat of the exhaust gas is dissipated in the separation portion 6 between the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B. It is dispersed to the outside of the honeycomb unit 1 through the cylinder 5 . Therefore, the temperature of the exhaust gas when it flows into the second honeycomb body 4B is lower than the temperature of the exhaust gas when it is discharged from the first honeycomb body 4A. Since the second honeycomb body 4B is arranged downstream of the first honeycomb body 4A, it greatly contributes to steady-state purification performance. Activation of the catalyst supported on the catalyst is delayed, and improvement of steady purification performance is hindered.
  • the length of the separation portion 6 in the axial direction that is, the separation distance D (mm) to 20 mm or less
  • heat radiation from the separation portion 6 to the outside is suppressed, and the temperature of the exhaust gas flowing into the second honeycomb body 4B is reduced. decline can be suppressed.
  • the catalyst supported on the second honeycomb body 4B can be efficiently activated, and the purification performance can be improved.
  • the separation distance D (mm) is preferably set to 2 ⁇ D ⁇ 10.
  • the separation distance D (mm) is preferably set to 2 ⁇ D ⁇ 10.
  • Patent Documents 6 and 7 As disclosed in Patent Documents 6 and 7, as disclosed in Patent Documents 6 and 7, a through-hole is not formed in any honeycomb foil of a catalyst-supporting substrate having a structure in which two honeycomb bodies are arranged in series. A catalyst-supporting substrate is used.
  • the exhaust gas that has flowed into the upstream honeycomb body flows through the inside of the honeycomb body in a laminar flow (not a turbulent flow), so that it is difficult to improve the purification performance.
  • the separation distance D (mm) between the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B in the present invention can be set to less than 10 mm.
  • the first honeycomb body 4A of the present invention is provided with the opening regions 41 (the plurality of through holes 410), so that the exhaust gas can be turbulent in the first honeycomb body 4A.
  • sufficient purification performance can be obtained even if the separation distance between the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B is shortened. Therefore, compared to a conventional catalyst-supporting substrate in which two honeycomb bodies without through-holes formed in the foil are arranged in series, the novel effect is that the catalyst-supporting substrate can be made more compact. play.
  • the aperture ratio of the through-holes in the aperture region 41 can be appropriately set according to the use of the catalyst-supporting substrate 4 and the like.
  • the definition of aperture ratio will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a region S surrounded by a dashed line in FIG. Referring to FIG. 5, a triangle is drawn with the centers of gravity of three through holes 410 adjacent to each other (in this embodiment, the center C of the through holes 410) as vertices. The area of the portion overlapping the through hole is defined as the overlapping area. At this time, the aperture ratio is calculated as "the ratio of the overlapping area to the total area".
  • the aperture ratio can be defined using the center of gravity of the through hole. Further, even if the arrangement of the through holes is not staggered along the axial direction shown in FIG. 4 (for example, the matrix arrangement described above), the aperture ratio can be calculated according to the above definition.
  • the aperture ratio is set to 20% or more and 60% or less.
  • the open area ratio is set to 20% or more, the heat capacity of the first honeycomb body 4A can be appropriately reduced, so that the initial purification performance can be sufficiently improved.
  • the opening ratio is set to 60% or less, the foil in the opening regions 41 can be left more sufficiently, so that the durability of the first honeycomb body 4A can be further improved.
  • Example 1 to 4 catalytic converters using the honeycomb unit 1 according to the present invention were produced as follows. Two Fe-20Cr-5Al stainless steel foils with a width of 60 mm and a foil thickness of 50 ⁇ m were perforated with a diameter of 1 mm. The holes were arranged in a staggered arrangement, and the aperture ratio was set to 40%. The axial length T of the first non-opening region 44, the axial length A of the open region 41, and the axial length B of the second non-opening region 45 are described in Examples 1 to 4 shown in Table 1. Drilling was performed so as to obtain each value.
  • a first honeycomb body 4A having a diameter of 50 mm, a length of 60 mm and a cell density of 300 cells per inch was obtained by winding the flat foil 2 and the corrugated foil 3 in a superimposed state.
  • a second honeycomb body 4B having a cell density of 300 cells per inch was obtained. The same method as described above was used for corrugating the corrugated foil.
  • a brazing foil having a width of 20 mm and a thickness of 25 ⁇ m is wrapped once around predetermined positions of the obtained first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B, and is attached to an outer cylinder 5 having a length of 140 mm and a thickness of 1.5 mm.
  • the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B were inserted so that the separation distance D in the axial direction was 20 mm.
  • BNi-5 was used as the brazing foil
  • SUS436L was used for the outer cylinder.
  • the diameter of the outer cylinder 5 was reduced to 53 mm.
  • powder brazing material was applied to predetermined positions of the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B.
  • BNi-5 was used as the brazing powder.
  • the bonding structure in the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B and the bonding structure between the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B and the outer cylinder 5 are described in FIG.
  • a brazing filler metal was applied to obtain a joint structure that is solid. That is, in both the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B, two to three layers of corrugated foils 2 and flat foils 3 are joined from the outermost periphery in a region of 10 mm from the end face on the gas inlet side.
  • the first honeycomb body 4A and the outer cylinder 5 are joined in a region of 10 mm from the delivery side edge of the body 4A, and the second honeycomb body 4B and the outer cylinder 5 are joined in a region of 10 mm from the delivery side edge of the second honeycomb body 4B. ing.
  • a washcoat liquid containing ceria-zirconia-lanthana-alumina as a main component and containing 1.25 g of palladium per 100 g is passed through the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B provided in the honeycomb unit 1, and excess washcoat liquid is passed. is removed, dried at 180° C. for 1 hour, and then fired at 500° C. for 2 hours, in an amount of 200 g/L in post-dry weight per volume of the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B, A washcoat layer was carried on the metal foil to obtain a catalytic converter. The supported amount of palladium was 2.5 g/L.
  • Comparative example 1 As Comparative Example 1, a catalytic converter was produced as follows. Two Fe-20Cr-5Al stainless steel foils with a width of 120 mm and a foil thickness of 50 ⁇ m were drilled with a diameter of 1.0 mm. The holes were arranged in a staggered arrangement, and the aperture ratio was set to 40%. The axial length T of the first non-open area 44 is 6 mm, the axial length A of the open area 41 is 44.0 mm, and the axial length B of the second non-open area 45 is 70.0 mm. Perforated.
  • the foil used as the corrugated foil 3 was corrugated so that the cell density was 300 cells per inch.
  • a honeycomb body having a diameter of 50 mm, a length of 120 mm and a cell density of 300 cells per inch was obtained by winding the flat foil 2 and the corrugated foil 3 in a superimposed state.
  • foil brazing having a width of 20 mm and a thickness of 25 ⁇ m was wrapped once around a predetermined position of the obtained honeycomb body, and the honeycomb body was inserted into an outer cylinder 5 having a length of 120 mm and a thickness of 1.5 mm.
  • BNi-5 was used as the brazing foil
  • SUS436L was used for the outer cylinder.
  • the diameter of the outer cylinder 5 was reduced to 53 mm.
  • powder brazing material was applied to predetermined positions of the obtained honeycomb body.
  • BNi-5 was used as the brazing powder.
  • the bonding structure of the honeycomb body and the bonding structure of the honeycomb body and the outer cylinder 5 were the same as those of the first embodiment.
  • Example 2 After that, the same vacuum heat treatment as in Example 1 was performed to obtain a honeycomb unit, and the same catalyst supporting treatment as in Example 1 was performed to obtain a catalytic converter.
  • Comparative example 2 As Comparative Example 2, the axial length T of the first non-opening region 44 in Example 1 is 2 mm, the axial length A of the opening region 41 is 44.0 mm, and the axial length B of the second non-opening region 45 is 44.0 mm.
  • a catalytic converter was obtained under the same manufacturing conditions as in Example 1, except that a hole was formed so that the diameter was 14.0 mm.
  • Example 3 As Comparative Example 3, the axial length T of the first non-opening region 44 in Example 1 is 1 mm, the axial length A of the opening region 41 is 51.9 mm, and the axial length B of the second non-opening region 45 is 1 mm.
  • a catalyst converter was obtained under the same manufacturing conditions as in Example 1 except that the holes were drilled so that the diameter was 7.1 mm.
  • Comparative Example 4 As Comparative Example 4, the axial length T of the first non-opening region 44 in Example 1 is 15 mm, the axial length A of the opening region 41 is 44.0 mm, and the axial length B of the second non-opening region 45 is 44.0 mm.
  • a catalytic converter was obtained under the same manufacturing conditions as in Example 1, except that a hole was formed so that the diameter was 1.0 mm.
  • a temperature pattern in which the inlet temperature of the gas flowing into the catalyst-supporting substrate is changed between 1000°C and 100°C or less was selected as the cooling/heating cycle pattern. That is, by rotating the engine for 5 minutes from the engine stopped state, a temperature rising step for reaching the incoming gas temperature to 900 ° C in about 30 seconds, a holding step for holding the temperature (1000 ° C) after reaching, and stopping the engine , cooling to 100° C. in about 60 seconds by supplying room temperature air for 5 minutes, and then a cooling step consisting of a cooling step in which room temperature air is continuously supplied.
  • the honeycomb body was observed to confirm the occurrence of cracks in the boundary region between the open region 41 and the non-opening region 45 .
  • the honeycomb bodies of Comparative Examples 1 and 2 cracks were generated near the boundaries between the open regions 41 and the second non-open regions 45 .
  • the crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • the first honeycomb body 4A of Comparative Example 3 no cracks occurred near the boundary between the open area 41 and the second non-open area 45, but the foil at the entry side edge was damaged due to foil chipping. A problem has occurred.
  • the honeycomb body of Comparative Example 4 cracks were generated near the boundaries between the open regions 41 and the first non-open regions 44 .
  • the crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • the honeycomb bodies of Examples 1 to 4 cracks propagating in the radial direction were not observed.
  • the foil on the entry side edge was damaged due to chipping of the foil.
  • the axial length B of the second non-opening region 45 is 10 mm or less from the delivery side edge of the first honeycomb body 4A
  • the axial length T of the first non-opening region 44 is the same as that of the first honeycomb body. It was shown that when the distance is 2 mm or more and 10 mm or less from the entry side edge of the body 4A, the structural durability of the catalytic converter is improved and cracks near the boundary between the open area and the non-open area are suppressed.
  • catalytic converters were produced as follows. Two Fe-20Cr-5Al stainless steel foils with a foil thickness of 50 ⁇ m were perforated with a diameter of 1 mm. The holes were arranged in a staggered arrangement, and the aperture ratio was set to 40%.
  • the axial length T of the first non-opening region 41, the axial length A of the opening region 41, and the axial length B of the second non-opening region 45 are the values in each example and comparative example shown in Table 1. Holes were drilled so that The width of the two Fe-20Cr-5Al stainless steel foils was appropriately set so as to be the length L1 of the first honeycomb body 4A in each example and comparative example (see Table 1).
  • a first honeycomb body 4A having a diameter of 50 mm and a cell density of 300 cells per inch was obtained by winding the flat foil 2 and the corrugated foil 3 in a superimposed state.
  • a pair of flat foil and corrugated foil made of Fe-20Cr-5Al stainless steel foil with a foil thickness of 50 ⁇ m and not punched are overlapped and wound to obtain a diameter of 50 mm and a cell density per inch.
  • a second honeycomb body 4B with 300 cells was obtained. The same method as the above method was used for corrugating the corrugated foil.
  • the width of the two Fe-20Cr-5Al stainless steel foils was appropriately set so as to be the length L2 of the second honeycomb body 4B in each example and comparative example (see Table 1).
  • Example 2 After that, the same vacuum heat treatment as in Example 1 was performed to obtain a honeycomb unit, and the same catalyst supporting treatment as in Example 1 was performed to obtain a catalytic converter.
  • a catalytic converter for comparison of pressure loss and purification performance (hereinafter referred to as a reference catalytic converter)
  • a catalytic converter consisting only of the second honeycomb body 4B with a length of 100 mm was produced.
  • the manufacturing conditions of the reference catalytic converter are the same as those of Examples 5-11 and Comparative Examples 5-6, except that the first honeycomb body 4A is not included.
  • the pressure loss was evaluated by flowing room temperature air adjusted to a predetermined flow rate through the catalytic converter obtained in each example and comparative example and measuring the pressure difference before and after the catalytic converter.
  • pressure loss was evaluated by flowing air at a flow rate of 2.5 Nm 3 /min at 20°C. This translates to an average of about 21 m/s when converted to flow velocity.
  • the pressure loss of each example and comparative example was evaluated as an increase rate with respect to the pressure loss in the reference catalytic converter (hereinafter referred to as pressure loss increase rate).
  • a model heated to 300° C. was adjusted to a predetermined flow rate (in this example, 300 liters per minute under standard conditions) in the room temperature catalytic converter obtained in each example and comparative example.
  • Gas mixed gas consisting of carbon monoxide, propylene, nitric oxide, oxygen, carbon dioxide, water vapor, and nitrogen
  • 50% purification time was evaluated as purification performance at cold start.
  • each gas constituting the model gas were carbon monoxide: 5000 ppm, propylene: 500 ppm, nitrogen monoxide: 500 ppm, oxygen: 4500 ppm, carbon dioxide: 14%, water vapor: 10%, and the remainder was nitrogen.
  • the purification performance (50% purification time) of each example and comparative example is the reciprocal of the 50% purification time, and the rate of increase (hereinafter referred to as the purification performance increase rate) with respect to the reciprocal of the 50% purification time in the standard catalytic converter. evaluated.
  • the purification performance was evaluated by flowing a model gas (mixed gas consisting of carbon monoxide, propylene, nitric oxide, oxygen, carbon dioxide, water vapor, and nitrogen) heated to 300°C through a catalyst converter at room temperature at a predetermined flow rate, and the concentration of propylene was The time required for a 90% reduction was evaluated as the purification performance at steady state. Concentrations of each gas constituting the model gas were carbon monoxide: 5000 ppm, propylene: 500 ppm, nitrogen monoxide: 500 ppm, oxygen: 4500 ppm, carbon dioxide: 14%, water vapor: 10%, and the remainder was nitrogen. Purification performance was evaluated by flowing 300 liters per minute under standard conditions.
  • the purification performance evaluation the time required for the concentration of propylene to decrease by 90% (hereinafter referred to as 90% purification time) was evaluated as the steady-state purification performance.
  • the purification performance (90% purification time) of each example and comparative example was evaluated as a ratio to the 90% purification time in Comparative Example 9. Table 6 shows the evaluation results.
  • Example 16-17 As Example 16, as shown in Table 1, the axial length T of the first non-opening region 44 is 2 mm, the axial length A of the opening region 41 is 44.0 mm, and the axial length A of the second non-opening region 45 is 44.0 mm. A hole was formed so that the length B was 9.0 mm. As Example 17, as shown in Table 1, the axial length T of the first non-opening area 44 is 10 mm, the axial length A of the opening area 41 is 44.0 mm, and the axial length A of the second non-opening area 45 is 44.0 mm. A hole was formed so that the length B was 1.0 mm. Thereafter, the catalytic converters obtained in Examples 16 and 17 were evaluated for pressure loss and purification performance in the same manner as in Example 5. Table 7 shows the evaluation results of pressure loss and purification performance.
  • Example 16 improved purification performance compared to Example 17.
  • the ratio of the pressure loss increase rate to the purification performance increase rate was evaluated as " ⁇ " in Example 16 and as " ⁇ " in Example 17. That is, when the axial length T of the first non-opening region 44 is shorter than the axial length B of the second non-opening region 45, the relationship between pressure loss and purification performance is better. became.
  • Example 18-25, Comparative Examples 10-18 In Examples 18 to 25 and Comparative Examples 10 to 18, the effect of changing the hole diameter with respect to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 was investigated. In Examples 18-20 and Comparative Examples 10-12, the hole diameter was 2 mm. In Examples 21-23 and Comparative Examples 13-15, the hole diameter was 4 mm. In Examples 24-25 and Comparative Examples 16-18, the hole diameter was 8 mm. Other parameters were set as shown in Tables 1-4. A catalytic converter was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1, and tested by the same method as in Example 1 to investigate the structural durability of the catalytic converter.
  • first honeycomb bodies 4A in Comparative Examples 10, 13, and 16 cracks were generated in the vicinity of the boundaries between the open regions 41 and the second non-open regions 45. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • first honeycomb bodies 4A in Comparative Examples 11, 14, and 17 cracks did not occur in the vicinity of the boundary between the open region 41 and the second non-opening region 45, but the foil on the entry side edge A defect occurred due to chipping.
  • first honeycomb bodies 4A in Comparative Examples 12, 15, and 18 cracks were generated in the vicinity of the boundaries between the open regions 41 and the first non-open regions 44. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • the axial length B of the second non-opening region 45 is 10 mm or less from the delivery side edge of the first honeycomb body 4A, and the axial length T of the first non-opening region 44 is the same as that of the first honeycomb body.
  • the distance is 2 mm or more and 10 mm or less from the entrance edge of the body 4A, the structural durability of the catalytic converter is improved regardless of the hole diameter, and cracks near the boundary between the open area and the non-open area are suppressed. shown.
  • first honeycomb bodies 4A in Comparative Examples 19 and 22 cracks were generated near the boundaries between the open regions 41 and the second non-open regions 45. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • first honeycomb bodies 4A in Comparative Examples 20 and 23 cracks did not occur in the vicinity of the boundary between the open area 41 and the second non-open area 45, but the foil on the entry side edge was chipped. A defect has occurred.
  • first honeycomb bodies 4A in Comparative Examples 21 and 24 cracks were generated in the vicinity of the boundaries between the open regions 41 and the first non-open regions 44. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • the axial length B of the second non-opening region 45 is 10 mm or less from the delivery side edge of the first honeycomb body 4A, and the axial length T of the first non-opening region 44 is the same as that of the first honeycomb body.
  • the distance is 2 mm or more and 10 mm or less from the entrance edge of the body 4A, the structural durability of the catalytic converter is improved regardless of the opening ratio, and cracks near the boundary between the opening area and the non-opening area are suppressed. shown.
  • Example 32-34 Comparative Examples 25-27
  • the effect of changing the foil thickness and cell density with respect to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 was investigated.
  • the foil thickness was 30 ⁇ m and the cell density was 400 cpsi.
  • Other parameters were set as shown in Tables 3 and 4.
  • a catalytic converter was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1, and tested by the same method as in Example 1 to investigate the structural durability of the catalytic converter.
  • first honeycomb body 4A in Comparative Example 25 cracks were generated in the vicinity of the boundaries between the open regions 41 and the second non-open regions 45. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • first honeycomb body 4A of Comparative Example 26 although cracks did not occur in the vicinity of the boundary between the open region 41 and the second non-opening region 45, the foil at the entry side edge was damaged due to foil chipping. A problem has occurred.
  • first honeycomb body 4A in Comparative Example 27 cracks were generated in the vicinity of the boundary between the open area 41 and the first non-open area 44. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • the axial length B of the second non-opening region 45 is 10 mm or less from the delivery side edge of the first honeycomb body 4A, and the axial length T of the first non-opening region 44 is the same as that of the first honeycomb body.
  • the distance is 2 mm or more and 10 mm or less from the entrance edge of the body 4A, the structural durability of the catalytic converter is improved and cracks near the boundary between the open area and the non-open area are suppressed regardless of the foil thickness and cell density. Rukoto has been shown.
  • Example 35-37, Comparative Examples 28-30 the effects of changing the diameter and length of the honeycomb body with respect to Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4 were investigated.
  • the first honeycomb body 4A and the second honeycomb body 4B had a diameter of 80 mm and an axial length of 40 mm.
  • Other parameters were set as shown in Tables 3 and 4.
  • a catalytic converter was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1, and tested by the same method as in Example 1 to investigate the structural durability of the catalytic converter.
  • first honeycomb body 4A in Comparative Example 28 cracks were generated in the vicinity of the boundaries between the open regions 41 and the second non-open regions 45. The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • first honeycomb body 4A in Comparative Example 29 although cracks did not occur in the vicinity of the boundary between the open area 41 and the second non-open area 45, the foil at the entry side edge was damaged due to foil chipping. A problem has occurred.
  • first honeycomb body 4A in Comparative Example 30 cracks were generated in the vicinity of the boundaries between the open regions 41 and the first non-open regions 44 . The crack propagated radially and penetrated to the center of the honeycomb body.
  • the axial length B of the second non-opening region 45 is 10 mm or less from the delivery side edge of the first honeycomb body 4A, and the axial length T of the first non-opening region 44 is the same as that of the first honeycomb body.
  • the distance is 2 mm or more and 10 mm or less from the entry side edge of the body 4A, regardless of the diameter and axial length of the honeycomb body, the structural durability of the catalytic converter is improved, It was shown that cracks were suppressed.
  • honeycomb unit 2 flat foil 3 corrugated foil 4 substrate for supporting catalyst 4A first honeycomb body 4B second honeycomb body 5 outer cylinder 6 separating portion 41 opening region 44 first non-opening region 45 second non-opening region 46 non-opening region 410 through hole

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Abstract

【課題】本発明は、（１）浄化性能を高め、（２）圧力損失の増加を抑制し、かつ（３）開口領域と非開口領域との境界部における破断を抑制することができる、触媒担持用基材を提供することを目的とする。 【解決手段】複数のハニカム体から構成され、車両の排気ガスを浄化するために用いられる触媒担持用基材であって、前記複数のハニカム体は、各ハニカム体の軸が略一致するように並んで配置され、前記複数のハニカム体のうち、最も排気ガス入側に近い位置に配置される第１ハニカム体の金属箔には、貫通穴が多数形成され、残りの他のハニカム体の金属箔には、貫通穴が形成されておらず、前記第１ハニカム体を、軸方向において、前記貫通穴が形成された開口領域と、前記開口領域の排気ガス入側端部から前記第１ハニカム体の排気ガス入側縁部までの第１非開口領域と、前記開口領域の排気ガス出側端部から前記第１ハニカム体の排気ガス出側縁部までの第２非開口領域と、に領域分けしたとき、前記第１非開口領域の軸方向における長さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、前記第２非開口領域の軸方向における長さが１０ｍｍ以下であり、前記軸方向において、前記第１ハニカム体と隣り合うハニカム体を第２ハニカム体と定義したとき、前記第１ハニカム体及び前記第２ハニカム体は、軸方向に離隔しており、前記第１ハニカム体と前記第２ハニカム体との軸方向における離隔距離は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記複数のハニカム体の軸方向長さの和に対する、前記開口領域の軸方向長さの割合は、２０％以上８０％以下であることを特徴とする、触媒担持用基材。

Description

排気ガスの浄化に用いられる触媒担持用基材
　本発明は、排気ガス中に含まれる大気汚染物質等を浄化するために用いられる触媒担持用基材に関する。
　内燃機関から排出される排気ガスを浄化する浄化装置として、耐熱合金製の外筒に、金属製のハニカム体（触媒担持用基材）を嵌入して構成される触媒コンバータが知られている。触媒コンバータを排気ガス経路に配置することにより、触媒コンバータを通過する排気ガスが触媒と広い面積で接触するため、効率的に排気ガスを浄化することができる。上記ハニカム体としては、金属製の平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔と、を交互に積層して構成されたハニカム体や、金属製の平箔及び波箔を巻き回して形成されたハニカム体などが用いられる。
　触媒コンバータにおける排気ガスの浄化性能を向上させるために、箔全体に亘って穴が設けられたハニカム体が提案されている（特許文献１、２参照）。箔に穴を形成することにより、（Ａ）ハニカム体の熱容量が低まるため、排気ガスの熱を利用して、ハニカム体に担持された触媒を早期に活性化することができるとともに、（Ｂ）ハニカム体を通り抜ける排気ガスに乱流が生じやすくなり、より効率的に排気ガスの浄化を行うことができる。そのため、ハニカム体の浄化性能を向上させることができる。
　しかしながら、特許文献１及び２に開示されているハニカム体では、穴が箔全体に設けられるため、圧力損失が増加してしまう。
　この点に鑑み、特許文献３には、ハニカム体が備える平箔及び／または波箔のうち、排気ガス経路の上流側にのみ開口部が設けられたメタル担体（ハニカム体）が提案されている。メタル担体のうち、触媒の早期活性化に大きく寄与するのは、熱を帯びた排気ガスが早期に接触する排気ガス入側部分である。そのため、排気ガス経路の上流側に開口部を設けることにより、上記（Ａ）で説明した、触媒を早期活性化する効果を十分に享受することができる。また、上記（Ｂ）で説明した通り、箔に開口部を形成することによって、排気ガスに乱流を生じやすくすることができる。したがって、特許文献３に開示された構成によれば、浄化性能を向上させることができる。また、排気ガス経路の下流側に開口部を設けない構成とすることにより、特許文献１及び２において課題であった圧力損失の増加を、抑制することができる。
特開昭５５－１３２６４０号公報 特開昭６２－５３７４４号公報 特開平６－３２００１４号公報 国際公開第９０－０３８４２号 特開２０１１－１５６５０５号公報 実開平２－８３３２０号公報 特開平５－１９５７６３号公報
　しかしながら、特許文献３に提案されたメタル担体について、排気ガス導通による耐久試験を行った結果、メタル担体のうち、開口部が設けられた領域（以下、開口領域と称す）と、開口部が設けられていない領域（以下、非開口領域と称す）と、の境界部において亀裂が発生し、メタル担体が破断する現象が確認された。
　そこで、本発明は、（１）浄化性能を高め、（２）圧力損失の増加を抑制し、かつ（３）開口領域と非開口領域との境界部における破断を抑制することができる、触媒担持用基材を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は、（１）複数のハニカム体から構成され、車両の排気ガスを浄化するために用いられる触媒担持用基材であって、前記複数のハニカム体は、各ハニカム体の中心軸が略一致するように並んで配置され、前記複数のハニカム体のうち、最も排気ガス入側に近い位置に配置される第１ハニカム体の金属箔には、貫通穴が多数形成され、残りの他のハニカム体の金属箔には、貫通穴が形成されておらず、前記第１ハニカム体を、軸方向において、前記貫通穴が形成された開口領域と、前記開口領域の排気ガス入側端部から前記第１ハニカム体の排気ガス入側縁部までの第１非開口領域と、前記開口領域の排気ガス出側端部から前記第１ハニカム体の排気ガス出側縁部までの第２非開口領域と、に領域分けしたとき、前記第１非開口領域の軸方向における長さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、前記第２非開口領域の軸方向における長さが１０ｍｍ以下であり、前記軸方向において、前記第１ハニカム体と隣り合うハニカム体を第２ハニカム体と定義したとき、前記第１ハニカム体及び前記第２ハニカム体は、軸方向に離隔しており、前記第１ハニカム体と前記第２ハニカム体との軸方向における離隔距離は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記複数のハニカム体の軸方向長さの和に対する、前記開口領域の軸方向長さの割合は、２０％以上８０％以下であることを特徴とする、触媒担持用基材。
　（２）前記第１ハニカム体と前記第２ハニカム体との軸方向における離隔距離は、２ｍｍ以上１０ｍｍ未満であることを特徴とする（１）に記載の触媒担持用基材。
　（３）前記第２非開口領域の軸方向における長さは、前記第１非開口領域の軸方向における長さより長いことを特徴とする、（１）または（２）に記載の触媒担持用基材。
　（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の触媒担持用基材と、前記触媒担持用基材を収容する外筒と、を備えることを特徴とする、ハニカムユニット。
　（５）（４）に記載のハニカムユニットと、前記複数のハニカム体に担持された触媒と、を備えることを特徴とする、触媒コンバータ。
　本発明に係る触媒担持用基材によれば、（１）浄化性能を高め、（２）圧力損失の増加を抑制し、かつ（３）開口領域と非開口領域との境界部における破断を抑制することができる。
本実施形態におけるハニカムユニットの斜視図である。 図１に示すハニカムユニットの縦断面図である。 図１に示す第１ハニカム体４Ａの縦断面拡大図である。 図１に示す第１ハニカム体４Ａにおける平箔２の展開図である。 図４における破線で囲まれた領域Ｓの拡大図である。
（ハニカムユニットの基本構成）
　以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけるハニカムユニットの斜視図である。図２は、図１に示すハニカムユニットの縦断面図である。図２に示す矢印は、排気ガスの導通方向を示し、この方向は、触媒担持用基材の軸方向と一致する。図１及び図２を参照して、ハニカムユニット１は、触媒担持用基材４と、触媒担持用基材４を収容する耐熱金属製の外筒５と、を備える。本実施形態において、触媒担持用基材４は、排気ガス経路の上流側に配置された第１ハニカム体４Ａと、第１ハニカム体４Ａと中心軸が略一致し、第１ハニカム体４Ａと軸方向において隣り合って排気ガス経路の下流側に配置された第２ハニカム体４Ｂと、が直列に配置された構成を有する。ただし、第２ハニカム体４Ｂと同様の構成を有する１つ以上のハニカム体が、第２ハニカム体２Ｂの下流側にさらに直列に配置されてもよい。「中心軸が略一致」とは、中心軸が完全に重なり合う場合のみならず、ハニカム体の製造誤差等による多少のズレを許容することを意味する。第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂのセル密度は、１平方インチ当たり１００セル～６００セルに設定することが好ましい。セル密度を大きくすることで、浄化性能は向上するが、これに伴って圧力損失も増加する。そのため、設定するセル密度の値は、要求される出力性能や排出ガスのレベルに応じて適宜選択すればよい。
　第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂは、耐熱合金製の平箔２及び波箔３を重ねた状態で軸周りに巻き回し、ロウ材により平箔２と波箔３とを互いに接合することによって構成されている。したがって、径方向において平箔２と波箔３とが交互に積層している。上述の構成によれば、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂの内部に、軸方向に延びる多数のガス流路を形成することができる。なお、波箔３は平箔２を波付け加工することにより形成される。第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂを外筒５に内挿し、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂの最外周面と、外筒５の内周面と、をロウ材で接合することで、ハニカムユニット１が構成される。平箔２と波箔３との接合位置、及び、第１ハニカム体４Ａ・第２ハニカム体４Ｂと外筒５との接合位置は、特に限定されるものではないが、例えば、特許文献４、５に示すような既知の接合位置において接合することができる。平箔２と波箔３との接合及び第１ハニカム体４Ａ・第２ハニカム体４Ｂと外筒５との接合に用いられるロウ材としては、箔ロウを用いることができ、例えば、ＢＮｉ－２やＢＮｉ－５等のニッケル基のロウ材を用いることができる。ただし、箔ロウとは異なる、粉末状あるいは粒状のロウ材を用いることもできる。
　平箔２及び波箔３に用いられる耐熱合金には、Ｆｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌ系ステンレス鋼を好適に採用することができるが、これに限られず、合金組成にＡｌを含んだ耐熱性の各種ステンレス鋼を採用することができる。一般的に、耐熱合金としては、Ｃｒを１５～２５質量％、Ａｌを２～８質量％含む合金を用いることができる。例えば、Ｆｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌ合金、Ｆｅ－１８Ｃｒ－３Ａｌ合金、Ｆｅ－２０Ｃｒ－８Ａｌ合金などを用いることができる。なお、平箔２及び波箔３の箔厚を薄くすることで、ハニカム体の熱容量が小さくなるため触媒をより早期に活性化でき、初期浄化性能をさらに向上させることができる。一方、平箔２及び波箔３の箔厚を薄くすると、箔の強度が小さくなるため、ハニカム体の耐久性が低下する。そのため、平箔２及び波箔３の箔厚は、要求される耐久性能及び浄化性能に基づいて、適宜設定することができる。好ましくは、平箔２及び波箔３の箔厚は２０μｍ～１００μｍに設定する。外筒５に用いられる耐熱合金には、例えばＳＵＳ４３６Ｌなどのステンレス鋼を採用することができるが、これに限られず、種々の耐熱合金を用いることができる。なお、外筒５の厚さは、１ｍｍ～２ｍｍに設定することが好ましい。
　平箔２及び波箔３には、触媒（不図示）が担持されている。触媒は、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂの箔表面に所定のウォッシュコート液を塗布して乾燥・焼成することによって、平箔２及び波箔３に担持させることができる。ウォッシュコート液には、例えば、γアルミナ粉末、ランタン酸化物、ジルコニウム酸化物、セリウム酸化物を硝酸パラジウムの水溶液内で撹拌してスラリー状にしたものを用いることができる。
　触媒を担持したハニカムユニット（すなわち触媒コンバータ）は、入側端部１Ａから流入した排気ガスが出側端部１Ｂへ排出されるように、車両の排気ガス経路に設置することができる。車両には、二輪車、四輪車、オフロード車などが含まれる。ハニカム体のガス流路に流入した排気ガスが触媒に接触すると、排気ガスに含まれるＣＯ、炭化水素、ＮＯＸが無害化され、車外にクリーンなガスを排出することができる。
（第１ハニカム体及び第２ハニカム体の構成）
　図３は、図１に示す第１ハニカム体４Ａの縦断面拡大図である。図４は、図１に示す第１ハニカム体４Ａにおける平箔２の展開図である。図４に示す排気ガス導通方向は、平箔２の短手方向に相当し、図４に示す第１ハニカム体周方向は、平箔２の長手方向に相当する。図４を参照して、第１ハニカム体４Ａの平箔２及び波箔３には、予め、排気ガス導通方向（平箔２及び波箔３の短手方向）において対応する位置に、箔の厚み方向に貫通する複数の貫通穴４１０が設けられている。この平箔２及び波箔３を重ねた状態で軸周りに巻き回すことで、第１ハニカム体４Ａに、軸方向において貫通穴４１０が設けられた領域（開口領域４１）が形成される（図２、図３参照）。ここで、本実施形態において、貫通穴４１０は、平箔２及び波箔３の短手方向における両縁部から離隔した位置に設けられている（図４参照）。すなわち、第１ハニカム体４Ａにおいて、軸方向における開口領域４１の前後には、貫通穴４１０が設けられていない非開口領域４６が形成され、非開口領域４６は、開口領域４１の入側端部から第１ハニカム体４Ａの入側縁部までの第１非開口領域４４と、開口領域４１の出側端部から第１ハニカム体４Ａの出側縁部までの第２非開口領域４５と、から構成される。本実施形態においては、「開口領域４１の入側端部」とは、第１ハニカム体４Ａの入側縁部に最も近接した位置に形成された貫通穴４１０の外縁を通って、第１ハニカム体４Ａの軸方向に直交する境界面Ｐを指し、「開口領域４１の出側端部」とは、第１ハニカム体４Ａの出側縁部に最も近接した位置に形成された貫通穴４１０の外縁を通って、第１ハニカム体４Ａの軸方向に直交する境界面Ｑを指す。すなわち、境界面ＰとＱに挟まれた第１ハニカム体４Ａにおける領域が開口領域４１、境界面Ｐよりも第一ハニカム体４Ａの入側縁部側の領域が第１非開口領域４４、境界面Ｑよりも第一ハニカム体４Ａの出側縁部側の領域が第２非開口領域４５である。図３における第１ハニカム体４Ａの境界面Ｐ及びＱは、それぞれ、図４に一点鎖線で示すＰ´及びＱ´に相当する。なお、第１ハニカム体４Ａの入側縁部に第１非開口領域４４を設けることによって、排気ガスの脈動による、第１ハニカム体４Ａの箔の欠損をより抑制することができる。
　図４を参照して、本実施形態では、貫通穴４１０は軸方向に沿って千鳥状に配置されている。ここで「千鳥状」とは、周方向に隣接する貫通穴の中間位置を通って軸方向に延びる仮想線上に次列の貫通穴が配置される配置関係が、軸方向に連続することを意味する。ただし、貫通穴４１０の配置は、軸方向に沿った千鳥状配置に限られるものではなく、例えば、貫通穴を、軸方向及び第１ハニカム体の周方向に沿って直線状に配列したマトリックス状配置であってもよい。また、貫通穴４１０は、平箔２または波箔３のいずれか一方にのみ設けられた構成であってもよい。さらに、平箔２において貫通穴４１０が設けられる位置と、波箔３において貫通穴４１０が設けられる位置と、は、排気ガス導通方向において異なってもよい。
　貫通穴４１０の直径（すなわち開口面積）、貫通穴４１０の形状等については、平箔２及び波箔３の幅や長さ等に応じて適宜設定することができる。貫通穴４１０の直径は、０．２ｍｍ以上８ｍｍ以下に設定することが好ましい。貫通穴４１０の直径を０．２ｍｍ以上とすることにより、貫通穴４１０が触媒によって閉塞する可能性を低めることができるため、排気ガスに乱流をより発生させやすくなり、より効率的に排気ガスを浄化することができる。貫通穴４１０の直径を８ｍｍ以下とすることにより、貫通穴４１０が適度に小さくなるため、排気ガスに乱流をより発生させやすくなり、より効率的に排気ガスを浄化することができる。貫通穴４１０は円形であるため、好適な各貫通穴４１０の開口面積は０．０３１ｍｍ２以上５０．３ｍｍ２以下である。なお、各貫通穴４１０の開口面積が０．０３１ｍｍ２以上５０．３ｍｍ２以下であれば、円以外の形状（例えば、楕円等）であっても同様の効果が得られた。
（本発明に至った経緯）
　まず、本発明者らは、特許文献３のメタル担体における、開口領域と非開口領域との境界部の亀裂が発生するメカニズムについて、鋭意検討を行った。その結果、開口領域と非開口領域とでは、実質的な熱容量及び熱伝導度が相違するため、開口領域と非開口領域との境界部近傍における軸方向の温度勾配が大きくなり、応力が集中して破断するものと考えた。当該メカニズムに基づいて、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、開口領域を有する前段のハニカム体と、開口領域を有しない後段のハニカム体と、に分ける構成に想到した。この構成によれば、特許文献３に開示されたメタル担体と同様の「浄化性能の向上」及び「圧力損失の増大の抑制」の効果を享受できるとともに、開口領域と非開口領域との境界部近傍における軸方向の温度勾配を小さくすることができるため、該境界部における亀裂の発生を抑制することができる。
　ここで、触媒担持用基材４を第１ハニカム体４Ａのみで構成する構成であっても、開口領域と非開口領域との境界部近傍における軸方向温度勾配を小さくすることができるため、上述の亀裂発生を抑制することができる。しかしながら、この構成では、例えば特許文献３に記載のメタル担体と比較して、触媒担持用基材４の軸方向長さを十分に確保することができない。そのため、触媒担持用基材４が担持する触媒の絶対量が不足し、ハニカムユニット１の定常浄化性能（初期以降の浄化性能）が低下してしまう。第１ハニカム体４Ａの軸方向長さを過度に長くすることで触媒担持用基材４の軸方向長さを十分に確保することも考えられるが、この構成では、上述の通り、浄化性能が向上する一方で圧力損失が増大する。これに対し、上述の本発明の構成（開口領域を有する前段の第１ハニカム体４Ａと、開口領域を有しない後段の第２ハニカム体４Ｂと、を備える構成）とすることにより、（１）触媒担持用基材４の軸方向長さを十分に確保できるため、ハニカムユニット１の定常浄化性能を向上させることができるとともに、（２）第１ハニカム体４Ａの軸方向長さが過度に長くならないため、圧力損失の増大を抑制することができる。なお、本発明者らは、第２ハニカム体４Ｂに対する貫通穴の有無が、ハニカムユニット１の初期浄化性能にほとんど影響を及ぼさないことを、別途見出している。
　上記経緯に鑑みると、第１ハニカム体４Ａにおいて、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが過度に長いと、開口領域４１と第一非開口領域４４との境界部Ｐで亀裂が発生する可能性がある。また、第１ハニカム体４Ａにおいて、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが過度に長いと、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界部Ｑで亀裂が発生する可能性がある。そこで、第１ハニカム体４Ａにおいて、第１非開口領域４４の軸方向長さＴを２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定し、第２非開口領域４５の軸方向長さＢを１０ｍｍ以下に設定する必要がある。なお、Ｔの長さを２ｍｍ以上に設定することにより、排気ガスの脈動による第１ハニカム体４Ａの箔の欠損を抑制することができる。第２非開口領域４５の軸方向長さＢの下限値は、特に限定されるものではないが、例えば１ｍｍ程度とすることができる。
　触媒担持用基材４を構成する各ハニカム体の軸方向長さの和（本実施形態では、第１ハニカム体４Ａの軸方向長さＬ１及び第２ハニカム体４Ｂの軸方向長さＬ２の和）に対する、第１ハニカム体４Ａが有する開口領域４１の軸方向長さＡの割合をＸとすると、Ｘは２０％以上８０％以下に設定する。Ｘを２０％未満とすると、開口領域４１の軸方向長さが過度に短くなるため、ハニカムユニット１の初期浄化性能を十分に高めることができない。一方、Ｘを大きくすると、開口領域４１の軸方向長さが長くなるため、浄化性能が向上するが、これに伴って圧力損失も増大する。Ｘを８０％超とすると、開口領域４１の軸方向長さが過度に長くなるため、圧力損失が過大となることに加え、浄化性能がほとんど向上しなくなる。このように、圧力損失と浄化性能はトレードオフの関係にあるため、Ｘの値は、要求される出力性能や排出ガスのレベルに基づいて、２０％以上８０％以下の範囲において適宜設定することができる。なお、Ｘは、２５％以上５５％以下に設定することがより好ましい。
　ここで、図３を参照して、第２非開口領域４５の軸方向長さＢは、第１非開口領域４４の軸方向長さＴより長いことが好ましい。この構成によれば、第１ハニカム体４Ａを、軸方向の中央で、排気ガス入側に存する排気ガス入側領域Ｇ１と、排気ガス出側に存する排気ガス出側領域Ｇ２と、に領域分けしたとき、開口領域４１が、第１ハニカム体４Ａの排気ガス入側領域Ｇ１に偏在するため、排気ガス出側領域Ｇ２と比べて排気ガス入側領域Ｇ１の熱容量を低めることができる。そのため、触媒をより早期に活性化させることができ、浄化性能をより向上させることができる。なお、「軸方向の中央」は、第１ハニカム体４Ａの軸方向の中央を通って、第１ハニカム体４Ａの軸方向に直交する境界面Ｒに相当する。
　ここで、図２を参照して、第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂとは、触媒担持用基材４の軸方向において離隔距離Ｄ（ｍｍ）だけ互いに離隔して配置されている。離隔距離Ｄ（ｍｍ）は、適宜設定することができる。
　ただし離隔距離Ｄ（ｍｍ）は、２≦Ｄ≦２０に設定する。以下、この理由について説明する。
　排気ガスが触媒担持用基材４を通り抜ける際、排気ガスの熱によって平箔２及び波箔３が延びる可能性がある。この場合、第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂとが過度に近接していると、第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂとが接触して破損するおそれがある。そのため、離隔距離Ｄ（ｍｍ）は２ｍｍ以上確保する。
　一方、第１ハニカム体４Ａから排出された排気ガスが第２ハニカム体４Ｂに流入する際、第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂとの間の離隔部６において、排気ガスの熱が外筒５を介してハニカムユニット１の外部へと放散される。そのため、第２ハニカム体４Ｂに流入する際の排気ガス温度は、第１ハニカム体４Ａから排出された際の排気ガス温度より低下する。第２ハニカム体４Ｂは第１ハニカム体４Ａより下流に配置されるため、定常浄化性能への寄与度が大きいが、第２ハニカム体４Ｂに流入する排気ガス温度が低下すると、第２ハニカム体４Ｂに担持された触媒の活性化が遅延し、定常浄化性能の向上が阻害される。離隔部６の軸方向長さ、すなわち離隔距離Ｄ（ｍｍ）を２０ｍｍ以下に設定することにより、離隔部６における外部への放熱を抑制して、第２ハニカム体４Ｂに流入する排気ガス温度の低下を抑えることができる。これにより、第２ハニカム体４Ｂに担持された触媒を効率的に活性化させ、浄化性能を向上させることができる。
　離隔距離Ｄ（ｍｍ）は、２≦Ｄ＜１０に設定することが好ましい。離隔距離Ｄ（ｍｍ）を１０ｍｍ未満に設定することにより、離隔部６における外部への放熱をさらに抑制して、第２ハニカム体４Ｂに流入する排気ガス温度の低下をさらに抑えることができる。これにより、第２ハニカム体４Ｂに担持された触媒をより効率的に活性化させ、浄化性能をより向上させることができる。
　従来、２つのハニカム体を直列に配置した構成を備える触媒担持用基材としては、特許文献６や７に開示されているように、いずれのハニカム体の箔にも貫通穴が形成されていない触媒担持用基材が用いられている。この従来の構成では、上流のハニカム体に流入した排気ガスはハニカム体内部を（乱流でなく）層流で流れるため、浄化性能が向上しにくい。この構成で十分な浄化性能を得るためには、ハニカム体同士の離隔距離を広げる必要がある。この構成によれば、上流のハニカム体と下流のハニカム体との間の離隔部を流れる際に排気ガスに乱流が生じるため、下流のハニカム体において浄化性能を向上させることができる。ただし、上述の通り、ハニカム体同士の離隔距離を広げすぎると、この離隔部において、排気ガスの熱が外筒５を介して過度に放熱され、第２ハニカム体４Ｂに流入する排気ガス温度が過度に低下してしまう。これらのトレードオフの関係に鑑み、ハニカム体同士の離隔距離は、一般的に１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定する必要があると考えられる（例えば特許文献７を参照）。
　一方、上述の通り、本発明における第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂとの離隔距離Ｄ（ｍｍ）は、１０ｍｍ未満に設定することができる。これは、本発明が有する第１ハニカム体４Ａには開口領域４１（複数の貫通穴４１０）が設けられているため、第１ハニカム体４Ａ内において排気ガスに乱流を生じさせることができ、第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂとの離隔距離を短くしても、十分な浄化性能が得られるためである。そのため、従来の、箔に貫通穴が形成されていない２つのハニカム体を直列に配置した触媒担持用基材と比べて、触媒担持用基材をより小型化することができる、という新規な効果を奏する。
　開口領域４１における貫通穴の開口率は、触媒担持用基材４の用途等に応じて適宜設定することができる。ここで、開口率の定義について、図５を参照して説明する。図５は、図４における破線で囲まれた領域Ｓの拡大図である。図５を参照して、互いに隣接する三つの貫通穴４１０の重心（本実施形態では、貫通穴４１０の中心Ｃ）を頂点とする三角形を描くとともに、当該三角形の面積を全体面積、当該三角形と貫通穴とが重なる部分の面積を重複面積と定義する。このとき、開口率は、「全体面積に対する重複面積の比」として算出される。貫通穴が円形以外の形状であっても同様に、貫通穴の重心を用いて開口率を定義することができる。また、貫通穴の配置が、図４に示す軸方向に沿った千鳥状配置でない場合（例えば上述のマトリックス状配置）であっても、上記定義に即して開口率を算出することができる。
　好適には、開口率は２０％以上６０％以下に設定する。開口率を２０％以上に設定すると、第１ハニカム体４Ａの熱容量を適度に小さくすることができるため、初期浄化性能をより十分に向上させることができる。開口率を６０％以下に設定すると、開口領域４１における箔をより十分に残存させることができるため、第１ハニカム体４Ａの耐久性をより向上させることができる。
　次に、実施例を示しながら、本発明について具体的に説明する。以下に記載する実施例において、名称及び符号は、上述の実施形態における名称及び符号に対応している。
　本実施例では、本発明に基づく触媒担持用基材４に触媒を担持した触媒コンバータについて、構造耐久性、浄化性能及び圧力損失を評価した。表１～４に、各実施例及び各比較例におけるパラメータ条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  
＜構造耐久性の評価＞
（実施例１～４）
　実施例１～４として、本発明に係るハニカムユニット１を用いた触媒コンバータを、次のように作成した。幅６０ｍｍで箔厚が５０μｍの２枚のＦｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔に、直径１ｍｍの穴開け加工を施した。穴の配置は千鳥配置とし、開口率は４０％に設定した。第１非開口領域４４の軸方向長さＴ、開口領域４１の軸方向長さＡ及び第２非開口領域４５の軸方向長さＢが、表１に示す実施例１～４に記載された各値となるように、穴開け加工を施した。
　穴開け加工が施された２枚の箔のうち、一方を平箔２、他方を波箔３として用いた。波箔３として使用する箔には、セル密度が１インチ当たり３００セルになるように波付け加工を施した。このように作成した平箔２と波箔３を重ね合わせた状態で巻き回すことにより、直径５０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、セル密度１インチあたり３００セルの第１ハニカム体４Ａを得た。
　一方、幅６０ｍｍで箔厚が５０μｍの穴開け加工されていない、Ｆｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔からなる一対の平箔と波箔を重ね合わせた状態で巻きまわすことにより、直径５０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、セル密度が１インチあたり３００セルの第２ハニカム体４Ｂを得た。波箔に対する波付け加工は、上記と同様の方法を用いた。
  その後、得られた第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂの所定の位置に、幅２０ｍｍ、厚さ２５μｍの箔ロウを１周巻き付け、長さ１４０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの外筒５に、軸方向における第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂの離隔距離Ｄが２０ｍｍになるように挿入した。箔ロウとしてＢＮｉ－５を用い、外筒にはＳＵＳ４３６Ｌを用いた。挿入後、外筒５の外径が５３ｍｍになるように縮径処理を施した。その後、第１ハニカム体４Ａおよび第２ハニカム体４Ｂの所定の位置に粉ロウ材を付与した。粉ロウ材としてＢＮｉ－５を用いた。
　第１ハニカム体４Ａ内及び第２ハニカム体４Ｂ内の接合構造、及び、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂと外筒５との接合構造については、特許文献４の図７に記載されている接合構造が得られるように、ロウ材を付与した。すなわち、第１ハニカム体４Ａ、第２ハニカム体４Ｂともに、ガス入側端面から１０ｍｍの領域で最外周から２～３層の波箔２と平箔３が接合されており、また、第１ハニカム体４Ａの出側縁部から１０ｍｍの領域で第１ハニカム体４Ａと外筒５が、及び第２ハニカム体４Ｂの出側縁部から１０ｍｍの領域第２ハニカム体４Ｂと外筒５が接合されている。
　その後、真空雰囲気で１２００℃、１０分間の真空熱処理を行い、その後冷却して、ハニカムユニット１を得た。
　ハニカムユニット１が備える第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂに、セリア－ジルコニア－ランタナ－アルミナを主成分とし、１００ｇあたりパラジウムを１．２５ｇ含有する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、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂの体積当たり乾燥後重量で２００ｇ／Ｌの量で、金属箔にウォッシュコート層を担持させ、触媒コンバータを得た。パラジウムの担持量は２．５ｇ／Ｌであった。
（比較例１）
　比較例１として、触媒コンバータを次のように作成した。幅１２０ｍｍで箔厚が５０μｍの２枚のＦｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔に、直径１．０ｍｍの穴開け加工を施した。穴の配置は千鳥配置とし、開口率は４０％に設定した。第１非開口領域４４の軸方向長さＴが６ｍｍ、開口領域４１の軸方向長さＡが４４．０ｍｍ、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが７０．０ｍｍとなるように、穴開け加工を施した。
　穴開け加工が施された２枚の箔のうち、一方を平箔２、他方を波箔３として用いた。波箔３として使用する箔には、セル密度が１インチ当たり３００セルになるように波付け加工を施した。このように作成した平箔２と波箔３を重ね合わせた状態で巻き回すことにより、直径５０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、セル密度１インチあたり３００セルのハニカム体を得た。
　その後、得られたハニカム体の所定の位置に幅２０ｍｍ、厚さ２５μｍの箔ロウを１周巻き付け、長さ１２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの外筒５に、ハニカム体を挿入した。箔ロウとしてＢＮｉ－５を用い、外筒にはＳＵＳ４３６Ｌを用いた。挿入後、外筒５の外径が５３ｍｍになるように縮径処理を施した。その後、得られたハニカム体に粉ロウ材を所定の位置に付与した。粉ロウ材としてＢＮｉ－５を用いた。ハニカム体の接合構造、及び、ハニカム体と外筒５との接合構造については、実施例１と同様とした。
　以降は、実施例１と同様の真空熱処理を施してハニカムユニットを得、さらに実施例１と同様の触媒担持処理を施して触媒コンバータを得た。
（比較例２）
　比較例２として、実施例１における第１非開口領域４４の軸方向長さＴが２ｍｍ、開口領域４１の軸方向長さＡが４４．０ｍｍ、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが１４．０ｍｍとなるように、穴開け加工を施し、その他の製造条件を実施例１と同様にして触媒コンバータを得た。
（比較例３）
　比較例３として、実施例１における第１非開口領域４４の軸方向長さＴが１ｍｍ、開口領域４１の軸方向長さＡが５１．９ｍｍ、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが７．１ｍｍとなるように、穴開け加工を施し、その他の製造条件を実施例１と同様にして触媒コンバータを得た。
（比較例４）
　比較例４として、実施例１における第１非開口領域４４の軸方向長さＴが１５ｍｍ、開口領域４１の軸方向長さＡが４４．０ｍｍ、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが１．０ｍｍとなるように、穴開け加工を施し、その他の製造条件を実施例１と同様にして触媒コンバータを得た。
　このようにして得た、実施例１～４、比較例１～４の触媒コンバータに対して、エンジンベンチによる加熱冷却サイクル試験を実施することにより、構造耐久性を評価した。試験装置と触媒担持用基材はコーンを介して接続した。接続方法には、溶接を使用した。エンジンには排気量：４００ｃｃの単気筒ガソリンエンジンを使用した。
　触媒担持用基材に流入させるガスの入側温度を１０００℃と１００℃以下の温度との間で温度変化させる温度パターンを、冷熱サイクルのパターンとして選択した。すなわち、エンジン停止状態からエンジンを５分間回転させることにより、およそ３０秒で入ガス温度を９００℃に到達させる昇温ステップ、到達後の温度（１０００℃）を保定する保定ステップ及びエンジンを停止し、５分間室温の空気を送ることで、およそ６０秒間で１００℃まで冷却し、その後室温の空気を流し続ける冷却ステップからなる冷熱サイクルを１サイクルとした。
　この冷熱サイクルを１０００サイクル繰り返した後、ハニカム体を観察して、開口領域４１と非開口領域４５との境界領域における亀裂の発生状況を確認した。その結果、比較例１と比較例２におけるハニカム体には、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。また、比較例３における第１ハニカム体４Ａでは、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍には亀裂が発生しなかったものの、入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合が生じた。比較例４におけるハニカム体には、開口領域４１と第１非開口領域４４との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。一方、実施例１～４におけるハニカム体では、径方向に伝播するような亀裂は認められなかった。また、入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合も発生しなかった。以上から、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが第１ハニカム体４Ａの出側縁部から１０ｍｍ以下であり、かつ、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが第１ハニカム体４Ａの入側縁部から２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合、触媒コンバータの構造耐久性が向上し、開口領域と非開口領域との境界近傍の亀裂が抑制されることが示された。
＜圧力損失及び浄化性能の評価＞
（実施例５～１１、比較例５～６）
　次に、Ｘの値（第１ハニカム体４Ａの軸方向長さＬ１及び第２ハニカム体４Ｂの軸方向長さＬ２の和に対する、第１ハニカム体４Ａが有する開口領域４１の軸方向長さＡの割合）を種々変化させ、圧力損失および浄化性能について評価を行った。
　実施例５～１１及び比較例５、６として、触媒コンバータを、次のように作成した。箔厚が５０μｍの２枚のＦｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔に、直径１ｍｍの穴開け加工を施した。穴の配置は千鳥配置とし、開口率は４０％に設定した。第１非開口領域４１の軸方向長さＴ、開口領域４１の軸方向長さＡ、及び第２非開口領域４５の軸方向長さＢが、表１に示す各実施例及び比較例における値となるように、穴開け加工を施した。２枚のＦｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔の幅は、各実施例及び比較例における第１ハニカム体４Ａの長さＬ１となるように（表１参照）、適宜設定した。
　穴開け加工が施された２枚の箔のうち、一方を平箔２、他方を波箔３として用いた。波箔３として使用する箔には、セル密度が１インチ当たり３００セルになるように波付け加工を施した。このように作成した平箔２と波箔３を重ね合わせた状態で巻き回すことにより、直径５０ｍｍ、セル密度１インチあたり３００セルの第１ハニカム体４Ａを得た。
　一方、箔厚が５０μｍの穴開け加工されていない、Ｆｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔からなる一対の平箔と波箔を重ね合わせた状態で巻きまわすことにより、直径５０ｍｍ、セル密度が１インチあたり３００セルの第２ハニカム体４Ｂを得た。波箔に対する波付け加工は、上記方法と同様の方法を用いた。２枚のＦｅ－２０Ｃｒ－５Ａｌステンレス箔の幅は、各実施例及び比較例における第２ハニカム体４Ｂの長さＬ２となるように（表１参照）、適宜設定した。
　以降は、実施例１と同様の真空熱処理を施してハニカムユニットを得、さらに実施例１と同様の触媒担持処理を施して触媒コンバータを得た。
　圧力損失及び浄化性能の比較用の触媒コンバータ（以下、基準触媒コンバータと称す）として、長さ１００ｍｍの第２ハニカム体４Ｂのみからなる触媒コンバータを作製した。基準触媒コンバータの製造条件は、第１ハニカム体４Ａが含まれていないこと以外は、実施例５～１１、比較例５～６と同様である。
　圧力損失は、各実施例及び比較例で得られた触媒コンバータに、所定流量に調整された常温の空気を流し、触媒コンバータ前後の圧力差を測定することにより評価した。本実施例においては、２．５Ｎｍ３／分の流量の２０℃の空気を流すことにより、圧力損失を評価した。これは、流速に換算すると平均で約２１ｍ／ｓになる。各実施例及び比較例の圧力損失は、基準触媒コンバータにおける圧力損失に対する増加率（以下、圧力損失増加率と称す）として評価した。
　一方、浄化性能については、各実施例及び比較例で得られた常温の触媒コンバータに、所定流量（本実施例では、標準状態において毎分３００リットル）に調整された、３００℃に加熱したモデルガス（一酸化炭素、プロピレン、一酸化窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気、窒素からなる混合ガス）を流し、プロピレンの濃度が５０％低下するまでに要した時間（以下、５０％浄化時間と称す）を、コールドスタート時の浄化性能として評価した。モデルガスを構成する各ガスの濃度は、一酸化炭素：５０００ｐｐｍ、プロピレン：５００ｐｐｍ、一酸化窒素：５００ｐｐｍ、酸素：４５００ｐｐｍ、二酸化炭素：１４％、水蒸気：１０％とし、残部を窒素とした。各実施例及び比較例の浄化性能（５０％浄化時間）は、５０％浄化時間の逆数を取り、基準触媒コンバータにおける５０％浄化時間の逆数に対する増加率（以下、浄化性能増加率と称す）として評価した。
　浄化性能と圧力損失はトレードオフの関係にあり、各ハニカム体の軸方向の長さの和に対する開口領域の軸方向長さの割合Ｘが大きくなるにともない、圧力損失は増加するが、浄化性能（５０％浄化時間の逆数）も増加する。そこで、浄化性能増加率に対する圧力損失増加率の比が２．５を超える場合は、「圧力損失の増加分と比べて浄化性能が十分に向上していない」として評価を「×」とした。浄化性能増加率に対する圧力損失増加率の比が２．５以下の場合は「圧力損失の増加分と比べて浄化性能が十分に向上している」として評価を「〇」とした。さらに、浄化性能増加率に対する圧力損失増加率の比が２以下である場合は「圧力損失の増加代と比べて浄化性能がより十分に向上している」として評価を「◎」とした。圧力損失及び浄化性能の評価結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
  
　比較例５及び６を参照して、Ｘが２０％よりも小さい場合、および８０％よりも大きい場合は、圧力損失の増加分に対して浄化性能が十分に向上しておらず、評価は「×」であった。一方、実施例５～１１を参照して、Ｘの値が２０％以上８０％以下の場合は、圧力損失の増加分に対して浄化性能が十分に向上しており、評価は「〇」以上であった。さらに、実施例６～８を参照して、Ｘの値が２５％以上５５％以下の場合は、圧力損失の増加分に対してさらに浄化性能が向上しており、評価は「◎」であった。
＜離隔距離Ｄの影響＞
（実施例１２～１５、比較例７～９）
　次に第１ハニカム体４Ａと第２ハニカム体４Ｂの離隔距離Ｄと、浄化性能と、の関係を調査した。具体的には、実施例１２～１５、比較例７～９において、離隔距離Ｄを種々変更し（表１参照）、各実施例及び比較例における浄化性能を比較した。その他の製造条件は、表１に示す各実施例及び比較例の値となるように、実施例１と同様の方法で製造し、触媒コンバータを得た。
　浄化性能は、３００℃に加熱したモデルガス（一酸化炭素、プロピレン、一酸化窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気、窒素からなる混合ガス）を常温の触媒コンバータに所定の流量流し、プロピレンの濃度が９０％低下するまでに要した時間を、定常時の浄化性能として評価した。モデルガスを構成する各ガスの濃度は、一酸化炭素：５０００ｐｐｍ、プロピレン：５００ｐｐｍ、一酸化窒素：５００ｐｐｍ、酸素：４５００ｐｐｍ、二酸化炭素：１４％、水蒸気：１０％とし、残部を窒素とした。標準状態で毎分３００リットルを流して浄化性能を評価した。浄化性能評価としては、プロピレンの濃度が９０％低下するまでに要した時間（以下、９０％浄化時間と称す）を、定常時の浄化性能として評価した。各実施例及び比較例の浄化性能（９０％浄化時間）は、比較例９における９０％浄化時間に対する比として評価した。評価結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
  
　比較例９（離隔距離５０ｍｍ）に対して、離隔距離Ｄを３０ｍｍにしても、９０％浄化時間は改善されなかった（比較例８）。一方、離隔距離Ｄを２０ｍｍにした場合、９０％浄化時間は１５％程度短縮された（実施例１５）。離隔距離Ｄを１０ｍｍにした場合、９０％浄化時間は２５％程度短縮された（実施例１４）。離隔距離Ｄを５ｍｍにした場合、９０％浄化時間は３５％程度短縮された（実施例１３）。離隔距離Ｄを２ｍｍにした場合、９０％浄化時間は３８％程度短縮された（実施例１２）。これは、離隔距離Ｄを２０ｍｍ以下とすることで、離隔部での放熱が十分に小さくなったためであると考えられる。
　離隔距離Ｄを１ｍｍにした場合、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂが破損したため、９０％浄化時間を測定することができなかった。これは、第１ハニカム体４Ａを構成する箔に箔伸びが生じ、第１ハニカム体４Ａの出側縁部と第２ハニカム体４Ｂの入側縁部が接触したためである。
　以上から、離隔距離Ｄを２ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが必要であることがわかった。
＜Ｔの長さの影響＞
（実施例１６～１７）
　実施例１６として、表１に示すように、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが２ｍｍ、開口領域４１の軸方向長さＡが４４．０ｍｍ、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが９．０ｍｍとなるように、穴開け加工を施し、その他の製造条件は実施例５と同様にして触媒コンバータを得た。実施例１７として、表１に示すように、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが１０ｍｍ、開口領域４１の軸方向長さＡが４４．０ｍｍ、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが１．０ｍｍとなるように、穴開け加工を施し、その他の製造条件は実施例５と同様にして触媒コンバータを得た。その後、実施例１６及び実施例１７において得られた触媒コンバータに対し、実施例５に対して行った方法と同様の方法で、圧力損失及び浄化性能の評価を行った。圧力損失及び浄化性能の評価結果を表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
  
　圧力損失増加率は、実施例１６と実施例１７とで変化しなかった一方、実施例１６では実施例１７に対して浄化性能が向上した。その結果、浄化性能増加率に対する圧力損失増加率の比を、実施例１６では「◎」、実施例１７では「○」と評価した。すなわち、第１非開口領域４４の軸方向長さＴの長さが、第２非開口領域４５の軸方向長さＢの長さよりも短い方が、圧力損失と浄化性能との関係がより良好となった。
＜穴径の影響＞
（実施例１８～２５、比較例１０～１８）
　実施例１８～２５及び比較例１０～１８では、実施例１～４、比較例１～４に対し、穴径を変えた場合の影響を調査した。実施例１８～２０、比較例１０～１２では、穴径を２ｍｍとした。実施例２１～２３、比較例１３～１５では、穴径を４ｍｍとした。実施例２４～２５、比較例１６～１８では、穴径を８ｍｍとした。その他のパラメータは表１～４に示す通りに設定した。実施例１と同様の製造方法で触媒コンバータを製造し、実施例１と同様の方法で試験を行い、触媒コンバータの構造耐久性を調査した。
　比較例１０、１３、１６における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。また、比較例１１、１４、１７における第１ハニカム体４Ａでは、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍には亀裂が発生しなかったものの、入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合が生じた。比較例１２、１５、１８における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第１非開口領域４４との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。一方、実施例１８～２５におけるハニカム体では、径方向に伝播するような亀裂は認められず、また入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合も発生しなかった。以上から、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが第１ハニカム体４Ａの出側縁部から１０ｍｍ以下であり、かつ、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが第１ハニカム体４Ａの入側縁部から２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合、穴径に関わらず、触媒コンバータの構造耐久性が向上し、開口領域と非開口領域との境界近傍の亀裂が抑制されることが示された。
＜開口率の影響＞
（実施例２６～３１、比較例１９～２４）
　実施例２６～３１、比較例１９～２４では、実施例１～４、比較例１～４に対し、開口率を変えた場合の影響を調査した。実施例２６～２８、比較例１９～２１では、開口率を２０％とした。実施例２９～３１、比較例２２～２４では、開口率を６０％とした。その他のパラメータは表３及び４に示す通りに設定した。実施例１と同様の製造方法で触媒コンバータを製造し、実施例１と同様の方法で試験を行い、触媒コンバータの構造耐久性を調査した。
　比較例１９、２２における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。また、比較例２０、２３における第１ハニカム体４Ａでは、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍には亀裂が発生しなかったものの、入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合が生じた。比較例２１、２４における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第１非開口領域４４との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。一方、実施例２６～３１におけるハニカム体では、径方向に伝播するような亀裂は認められず、また入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合も発生しなかった。以上から、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが第１ハニカム体４Ａの出側縁部から１０ｍｍ以下であり、かつ、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが第１ハニカム体４Ａの入側縁部から２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合、開口率に関わらず、触媒コンバータの構造耐久性が向上し、開口領域と非開口領域との境界近傍の亀裂が抑制されることが示された。
＜箔厚とセル密度の影響＞
（実施例３２～３４、比較例２５～２７）
　実施例３２～３４、比較例２５～２７では、実施例１～４、比較例１～４に対し、箔厚とセル密度を変えた場合の影響を調査した。実施例３２～３４、比較例２５～２７では、箔厚を３０μｍ、セル密度を４００ｃｐｓｉとした。その他のパラメータは表３及び４に示す通りに設定した。実施例１と同様の製造方法で触媒コンバータを製造し、実施例１と同様の方法で試験を行い、触媒コンバータの構造耐久性を調査した。
　比較例２５における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。また、比較例２６における第１ハニカム体４Ａでは、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍には亀裂が発生しなかったものの、入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合が生じた。比較例２７における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第１非開口領域４４との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。一方、実施例３２～３４におけるハニカム体では、径方向に伝播するような亀裂は認められず、また入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合も発生しなかった。以上から、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが第１ハニカム体４Ａの出側縁部から１０ｍｍ以下であり、かつ、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが第１ハニカム体４Ａの入側縁部から２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合、箔厚及びセル密度に関わらず、触媒コンバータの構造耐久性が向上し、開口領域と非開口領域との境界近傍の亀裂が抑制されることが示された。
＜ハニカム体の径及び長さの影響＞
（実施例３５～３７、比較例２８～３０）
　実施例３５～３７、比較例２８～３０では、実施例１～４、比較例１～４に対し、ハニカム体の径及び長さを変えた場合の影響を調査した。実施例３５～３７、比較例２８～３０では、第１ハニカム体４Ａ及び第２ハニカム体４Ｂの直径を８０ｍｍ、軸方向長さを４０ｍｍとした。その他のパラメータは表３及び４に示す通りに設定した。実施例１と同様の製造方法で触媒コンバータを製造し、実施例１と同様の方法で試験を行い、触媒コンバータの構造耐久性を調査した。
　比較例２８における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。また、比較例２９における第１ハニカム体４Ａでは、開口領域４１と第２非開口領域４５との境界の近傍には亀裂が発生しなかったものの、入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合が生じた。比較例３０における第１ハニカム体４Ａには、開口領域４１と第１非開口領域４４との境界の近傍に亀裂が発生していた。該亀裂は径方向に伝播し、ハニカム体の中心部まで貫通していた。一方、実施例３５～３７におけるハニカム体では、径方向に伝播するような亀裂は認められず、また入側縁部の箔が箔欠けにより欠損する不具合も発生しなかった。以上から、第２非開口領域４５の軸方向長さＢが第１ハニカム体４Ａの出側縁部から１０ｍｍ以下であり、かつ、第１非開口領域４４の軸方向長さＴが第１ハニカム体４Ａの入側縁部から２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合、ハニカム体の径及び軸方向長さに関わらず、触媒コンバータの構造耐久性が向上し、開口領域と非開口領域との境界近傍の亀裂が抑制されることが示された。
  １　ハニカムユニット　　２　平箔　　３　波箔　　４　触媒担持用基材　　４Ａ　第１ハニカム体　　４Ｂ　第２ハニカム体　　５　外筒　　６　離隔部　４１　開口領域　　４４　第１非開口領域　　４５　第２非開口領域　　４６　非開口領域　　４１０　貫通穴
 

Claims (5)

  1. 　複数のハニカム体から構成され、車両の排気ガスを浄化するために用いられる触媒担持用基材であって、
    　前記複数のハニカム体は、各ハニカム体の中心軸が略一致するように並んで配置され、
    　前記複数のハニカム体のうち、最も排気ガス入側に近い位置に配置される第１ハニカム体の金属箔には、貫通穴が多数形成され、残りの他のハニカム体の金属箔には、貫通穴が形成されておらず、
    　前記第１ハニカム体を、軸方向において、前記貫通穴が形成された開口領域と、前記開口領域の排気ガス入側端部から前記第１ハニカム体の排気ガス入側縁部までの第１非開口領域と、前記開口領域の排気ガス出側端部から前記第１ハニカム体の排気ガス出側縁部までの第２非開口領域と、に領域分けしたとき、前記第１非開口領域の軸方向における長さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、前記第２非開口領域の軸方向における長さが１０ｍｍ以下であり、
    　前記軸方向において、前記第１ハニカム体と隣り合うハニカム体を第２ハニカム体と定義したとき、
    　前記第１ハニカム体及び前記第２ハニカム体は、軸方向に離隔しており、
    　前記第１ハニカム体と前記第２ハニカム体との軸方向における離隔距離は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
    　前記複数のハニカム体の軸方向長さの和に対する、前記開口領域の軸方向長さの割合は、２０％以上８０％以下である
    　ことを特徴とする、触媒担持用基材。
  2. 　前記第１ハニカム体と前記第２ハニカム体との軸方向における離隔距離は、２ｍｍ以上１０ｍｍ未満である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の触媒担持用基材。
  3. 　前記第２非開口領域の軸方向における長さは、前記第１非開口領域の軸方向における長さより長い
    　ことを特徴とする、請求項１または２に記載の触媒担持用基材。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１つに記載の触媒担持用基材と、
    　前記触媒担持用基材を収容する外筒と、
    　を備えることを特徴とする、ハニカムユニット。
  5. 　請求項４に記載のハニカムユニットと、
    　前記複数のハニカム体に担持された触媒と、
    　を備えることを特徴とする、触媒コンバータ。
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