触媒担体
【課題】箔伸びを生じる環境下における構造耐久性を向上することができる触媒担体を提供する。
【解決手段】触媒担体１は、金属製の平箔２と波箔３とを巻き回してなるハニカム体４と、前記ハニカム体４の外周面を囲む金属製の外筒５とを、少なくとも一部で接合してなる。平箔２と波箔３とは、厚さ方向に貫通する孔８が複数形成され、かつ、入側接合部１２と外周接合部１３とにおいて互いに接合されてなる。
【解決手段】触媒担体１は、金属製の平箔２と波箔３とを巻き回してなるハニカム体４と、前記ハニカム体４の外周面を囲む金属製の外筒５とを、少なくとも一部で接合してなる。平箔２と波箔３とは、厚さ方向に貫通する孔８が複数形成され、かつ、入側接合部１２と外周接合部１３とにおいて互いに接合されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒担体に関し、特に自動車などの内燃機関の排ガスを浄化する触媒コンバータに用いられる触媒担体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの内燃機関の触媒コンバータ用触媒担体として、耐熱合金製の外筒に同合金製のハニカム体を嵌入してなる触媒担体（特に、メタル担体ともいう）が、近年多用されている。ハニカム体は、厚さ５０μｍ程度の平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔とを、交互に積層して形成され、平箔と波箔を交互に積層したものや、帯状の平箔と波箔を重ねて渦巻状に巻き回したもの等が使用されている。
【０００３】
近年、自動車排ガス規制が非常に厳しくなる傾向にあり、触媒を早期に活性化する必要性から、内燃機関としてのエンジン直下に触媒コンバータを配置する場合が多くなっている。これにより触媒コンバータは高温に曝される機会が増えるので、使用環境が非常に厳しくなり、したがってメタル担体に対する構造耐久性の要求も厳しくなっている。
【０００４】
平箔と波箔から構成されるメタル担体においては、平箔と波箔の間を接合しておく必要がある。ところが、平箔と波箔は、全体を接合してしまうと、熱応力が大きくなりすぎて、例えば、ハニカム体と外筒の接合部に亀裂が貫通し、ハニカム体が外筒から脱落してしまうなど、容易に破壊してしまうという欠点を有する。
【０００５】
これに対し、優れた構造耐久性を得るための手段として、メタル担体においては、熱応力の発生を制御するためにハニカム体を構成する箔同士の接合構造を工夫することが必要である。その具体的方法は熱変形を許容するために、部分的に箔同士が接合していない部分を設けることであって、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４７９５６１５号公報
【特許文献２】ＷＯ９０／０３８４２号公報
【特許文献３】特許第２５５８００５号公報
【特許文献４】特許第３１９９９３６号公報
【特許文献５】実用新案登録第２５４３６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近は排ガス成分のみならず、燃費に対する規制もさらに厳しくなっている。特に高速運転時の燃費を向上させようとすると、理論空燃比に近い状態で燃焼させなければならず、エンジン高回転時の排ガス温度が非常に高くなる。したがって高い浄化性能を得るため、エンジン始動直後の低回転時の触媒早期活性化を狙って触媒コンバータをエンジン直下に配置すると、その後エンジン高回転時には触媒コンバータは高温に曝される。なお、理論空燃比とは、混合気中の酸素と燃料とが過不足なく反応するときの空燃比をいう。また、空燃比とは、混合気における空気質量を燃料質量で除算したものである。
【０００８】
使用温度が高くなると、ハニカム体を構成する箔と、ハニカム体に担持された触媒とが相互作用を生じ、「箔伸び」という現象が生じる。「箔伸び」とは、具体的には触媒中に含まれる酸化物成分が、ハニカム体を構成する箔の表面に形成された酸化被膜中に拡散して酸化被膜が体積膨張を起こし、当該体積膨張による引張力によって箔素材自体が伸びる現象である。箔伸びは触媒コンバータの使用中に徐々に大きくなるが、箔伸びの程度が大きいと、特許文献１〜５で開示されている接合構造を以ってしても短時間で破壊に至ってしまい、構造耐久性が不十分である場合がある。
【０００９】
本発明は、このような箔伸びを生じる環境下における構造耐久性を向上することができる触媒担体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明は、金属製の平箔と波箔とを巻き回してなるハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む金属製の外筒とを、少なくとも一部で接合してなる触媒担体において、前記平箔と前記波箔とは、厚さ方向に貫通する孔が複数形成され、かつ、入側接合部と外周接合部とにおいて互いに接合されてなり、前記入側接合部が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接合されてなり、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以下まで前記ハニカム体の出側端部から前記入側接合部の下面に亘って接合されてなり、前記孔が、直径0.2mm以上4.0mm以下の円であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、前記孔が、直径0.2mm以上1.4mm以下の円であり、前記孔のピッチが、ひとつのセルにおける前記平箔の長さ以下に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、前記孔が千鳥状に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４に係る発明は、前記平箔と前記波箔とは、前記入側端部から3mm以上10mm以下の領域に、前記孔が形成されていない非加工部分が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の触媒担体は、従来の技術では対応できなかった、高温での搭載化で、熱応力が大きく、また箔伸びが顕著に生じる環境下での使用でも、構造耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る触媒担体の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るハニカム体と外筒との構成を示す部分斜視図である。
【図３】本実施形態に係る接合部の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】従来例を示す縦断面図である。
【図５】接合部の変形例を示す縦断面図である。
【図６】箔の変形例を示す正面図である。
【図７】箔の別の変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述したように、高温下においてハニカム体に触媒との相互作用による箔伸びが生じるような厳しい条件の場合、従来技術に基づく接合構造のハニカム体では、十分な構造耐久性を発揮せず、早期に破損してしまう。これは、箔伸びによる熱ひずみが蓄積して亀裂が進展して、最終的にはハニカム体が外筒から脱落するものである。したがって、この脱落を防止するには、ハニカム体の内部の温度差によって生じる熱ひずみを軽減することに加え、箔伸びによる熱ひずみを軽減することもまた必要となる。
【００１７】
本発明者らは、箔に孔開け加工を施すことが、ハニカム体の内部の温度差によって生じる熱ひずみと箔伸びによる熱ひずみの両方を抑制する有効な手段であることを見出した。箔伸びとは前述したように、酸化被膜の中に触媒成分が拡散し、酸化被膜が体積膨張するために、箔素材自体に引張応力が発生するために生じる現象である。この場合、箔に孔開け加工がなされていれば、部分的に孔の部分が箔伸びをある程度吸収できるため、箔伸びの全体量を大幅に減少させることができる。すなわち熱ひずみを軽減して引張力あるいは圧縮力を軽減するという効果（以下、「応力緩和効果」という）がある。
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
（全体構成）
図1に示す触媒担体１は、耐熱合金製でなり、平箔２と波箔３を巻き回してなるハニカム体４と、当該ハニカム体４の外周面を囲む外筒５とで構成される。この触媒担体１は、入側端部１Ａから流入した排気ガスが出側端部１Ｂへ排出され得るように、図示しない排気管に連通される。また、ハニカム体４には触媒が担持されている。この触媒と排気ガスが反応することにより、触媒担体１は、流入した排気ガスを浄化し得るようになされている。ここで、耐熱合金として最も好適なものとしては、Fe-20Cr-5Al系ステンレス鋼およびこれを耐熱性の高いNi基ろう材で接合したものが挙げられるが、Fe-20Cr-5Al系ステンレス鋼に限らず合金組成にAｌを含んだ耐熱性の各種ステンレス鋼を用いることができる。通常、メタル担体に用いられる箔は、Crを15-25質量%、Alを2-8質量%程度含有する。
例えば、Fe-18Cr-3Al合金や、Fe-20Cr-8Al合金なども耐熱合金として用いることができる
平箔２と波箔３とは、図2に示すように、それぞれ厚さ方向に貫通する複数の孔８が形成されている。孔８の配置は、種々のものが考えられるが、好ましくは、ハニカム体４全体に亘って均一に配置されるのがよい。本実施形態では、孔８は、平箔２および波箔３を形成する共通の箔（図示しない）の全体に、碁盤の目状に配置されている。
【００２０】
なお、ハニカム体４は、孔８の大きさや配置によって、箔伸びの全体量が異なる。例えば、同じ孔径であれば、応力緩和効果は開口率が大きいほど高まるが、当然のことながら箔に孔８を開けると開口率が大きいほど接合面積が小さくなるため、却って触媒担体１全体の構造耐久性が悪化する場合がある。したがって孔８の開け方は厳密に規定される。孔８の開け方で規定されるパラメータは孔８のサイズおよびピッチである。ここで、開口率とは、（孔の面積）／（平箔または波箔の面積）×１００（％）で算出される値をいう。
【００２１】
応力緩和効果は10mmの孔８で20mmピッチとした場合と、0.5mmの孔８で1mmピッチにした場合とで異なる。開口率はともに20％であるが、10mmの孔８で20mmピッチの場合、孔８間の距離が長いため、十分に応力の緩和ができない。この場合、応力緩和効果よりも、接合面積が低減する悪影響の方が大きいため、全体の耐久性としては、孔８を開けない場合よりも却って悪化する。また10mmの孔８で、ピッチを11mm程度にすれば、孔８間の距離が短くなるため、ピッチ20mmの場合よりも応力緩和効果は増大する。しかしながら、構造耐久性を確保するには、平箔と波箔の間の必要最低限の接合は確保しておかなければならない。この場合開口率は50%を超えるため平箔と波箔の接合面積が低減してしまうので、触媒担体１全体としては、やはり構造耐久性が悪化する。
【００２２】
したがって応力緩和効果は、孔径とピッチが細かければ細かいほど有利である。しかしながら、孔径が小さすぎると、触媒担持の際に触媒が孔８を塞いでしまうので、触媒が孔８を塞がずに塗布されるためには、孔径は0.2mm以上必要である。また、孔径は4mm以下である必要がある。
【００２３】
また、孔８は、ハニカム体４のセル９毎の平箔２に、少なくとも１個配置されるのが好ましく、さらにハニカム体４のセル９毎の波箔３に、少なくとも１個配置されるのが好ましい。ここで、セル９とは、波箔３の一つの波と、当該一つの波を閉塞するように設けられる平箔２とで形成される部分をいう。これにより、孔８はハニカム体４中に均一に配置される。孔８が、ハニカム体４のセル９毎の平箔２に、少なくとも１個配置される場合について具体例を示す。
【００２４】
なお、孔８は、平箔２および波箔３を形成する共通の箔において碁盤の目状に配置されているので、ハニカム体４の軸方向に複数配置されることになる。本明細書では、ハニカム体４のセル９毎の孔８の数は、ハニカム体４の軸方向の単位長さあたりにおける孔８の数を表すこととする。したがって、「ハニカム体４のセル９毎の平箔に１個」とは、「ハニカム体４の軸方向の単位長さにおけるセル９毎の平箔に１個」の意味である。
【００２５】
実際上、孔８は、ハニカム体４のセル９毎の平箔に、軸方向の全体に亘って設けられている。この場合の孔８の数は、孔８のピッチとハニカム体４の軸方向長さによって異なることはいうまでもない。
【００２６】
例えば、ハニカム体４のセル密度が、１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル、400cpsi）の典型的なセル形状（二等辺三角形セル）であれば、ひとつのセル９の平箔２の長さが2.5mm、波箔３の一辺の長さ（上記二等辺三角形の一辺の長さ）が1.77ｍｍである。なお、波箔３は二等辺三角形の各頂点部分で平箔２に接合される。したがって、
(1)孔８ピッチが2.5mm以下であれば、孔８が平箔２に必ず１個以上、波箔３で形成される二等辺三角形の二辺のうち少なくとも一方に１個以上、
(2)孔８ピッチが1.77mm以下であれば、孔８が平箔２および波箔３の一辺に１個以上、
(3)孔８ピッチが1.25mm以下であれば、孔８が確実に平箔２に２個以上、波箔３の一辺に１個以上、
それぞれ配置される。
【００２７】
また、セル密度が、１平方センチあたり１５セル（１平方インチあたり１００セル、100cpsi）の典型的なセル形状（二等辺三角形セル）であれば、ひとつのセル９の平箔２の長さが5.0mm、波箔３の一辺の長さが3.54ｍｍであるが、
(1)孔８ピッチが5mm以下であれば、孔８が平箔２に必ず１個以上、波箔３で形成される二等辺三角形の二辺のうち少なくとも一方に１個以上、
(2)孔８ピッチが3.54mm以下であれば、孔８が平箔２および波箔３の一辺に１個以上、
(3)孔８ピッチが2.5mm以下であれば、孔８が確実に平箔２に２個以上、波箔３の一辺に１個以上、
それぞれ配置される。
【００２８】
平箔２と波箔３とは、図3に示すように、接合部で接合することにより、一体化されている。なお、ハニカム体４と外筒５とは、出側の接合面１０において接合されている。本実施形態の場合、接合部は、入側接合部１２と外周接合部１３とを有する。通常、平箔２と波箔３とは耐熱性の高いＮｉ基ろう材を用いたろう付け（図中、太線）により行われる。
【００２９】
前記入側接合部１２は、軸方向が、ハニカム体４の入側端部４Ａを基点とし、当該入側端部４Ａから5mm以上であって、軸方向の全長の５０％以下まで、径方向がハニカム体４の径方向全層に亘って接合されている必要がある。また、外周接合部１３は、径方向が、ハニカム体４の最外周から径方向内側に向かって２層以上であって、総層数の１／３以下まで、軸方向が、ハニカム体４の出側端部４Ｂを基点とし、当該出側端部４Ｂから前記入側接合部１２の下面１２Ａに亘って接合されている必要がある。ここで総層数とは、ハニカム体４の中心から最外周までの波箔の層数のことをいう。
（作用および効果）
上記のように構成された触媒担体１の作用および効果について説明する。触媒担体１は、図示しないエンジンの排気管に連通される。排気管内を流通する排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯＸは、入側端部１Ａから触媒担体１内に流入し出側端部１Ｂから排出される間に、触媒と反応し、浄化される。
【００３０】
これに伴い、触媒担体１は、排気ガスの熱によって温度が上昇する。この昇温過程において、触媒担体１は、中心部分のほうが外周部分に比べ高温の排気ガスに晒される時間が長くなる。従って、中心部と外周部の温度差による熱ひずみが発生し、さらに中心部の箔において箔伸びを生じるため、箔伸びによる熱ひずみも発生する。
【００３１】
因みに、図4に示す従来の触媒担体１００では、ハニカム体１０１の中心部分１０１Ａと外周部分１０１Ｂとで生じた温度差によって、中心部分１０１Ａに箔伸びが生じる（本図（Ｂ））。そのため中心部分１０１Ａには圧縮力、外周部分１０１Ｂには引張力が加わる。加熱、冷却の熱サイクルが負荷されると、これらの力が繰り返し加わることにより、ついにはハニカム体１０１が外筒５から脱落するに至る。
【００３２】
これに対し、本実施形態に係る触媒担体１では、平箔２および波箔３にそれぞれ形成された複数の孔８が、上記圧縮力あるいは引張力によってそれぞれ変形することにより、応力緩和効果を発揮することができる。したがって、触媒担体１は、構造耐久性を向上することができる。
【００３３】
本実施形態に係る触媒担体１は、孔径が0.2mm〜4mmの孔８を、ハニカム体４内に配置することにより、応力緩和効果を得ることができる。さらにセル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することとしたことにより、応力緩和効果を得ながら、有効な接合面積を確保することができ、より確実に優れた構造耐久性を得ることができる。
【００３４】
また、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、よりハニカム体４内に孔８を均一に分散できることになり、より優れた構造耐久性を得ることができる。
【００３５】
さらに、触媒担体１は、入側接合部１２と外周接合部１３とで平箔２と波箔３とを接合してハニカム体４を形成したことにより、出側の中心部分４Ｃにおいて平箔２および波箔３がそれぞれ独立して変形し得るので、応力緩和効果が向上する。したがって、触媒担体１は、より優れた構造耐久性を得ることができる。
【００３６】
ここで、入側接合部１２は、軸方向が、ハニカム体４の入側端部４Ａを基点とし、当該入側端部４Ａから5mm以上であって、軸方向の全長の５０％以下まで、径方向が、ハニカム体４の径方向全層に亘って接合されている。また、外周接合部１３は、径方向が、ハニカム体４の最外周から径方向内側に向かって２層以上であって、総層数の１／３以下まで、軸方向が、ハニカム体４の出側端部４Ｂを基点とし、当該出側端部４Ｂから前記入側接合部１２の下面１２Ａに亘って接合されていることにより、より確実に応力緩和効果を向上させることができる。
【００３７】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することができる。以下、具体例を示す。
【００３８】
図5に示す触媒担体２０は、本実施形態の変形例である。本変形例では、本実施形態に対し、ハニカム体２１に出側接合部２２が設けられている点のみが異なる。出側接合部２２は、軸方向がハニカム体２１の出側端部２１Ｂから０−２０mmの位置を基点として、当該基点から入側へ２ｍｍから、ハニカム体２１の軸方向の全長の３０％以下まで、径方向が外周接合部１３に至るまで接合されている必要がある。
【００３９】
この変形例に係る触媒担体２０は、ハニカム体２１が異常に高温となることによって入側接合部１２のろう材が溶解しても、ハニカム体２１の破損を防止することができる。
【００４０】
なお、ハニカム体２１が異常に高温になる場合として、エンジンの失火によるものが考えられる。失火が生ずると、未燃燃料や酸素が排気通路を介して入側端部２１Ａからハニカム体２１内に流入する。そうすると、ハニカム体２１で燃料と酸素が燃焼反応して、ハニカム体２１が異常な高温となる。
【００４１】
このような異常高温によって入側接合部１２のろう材が溶解した場合であっても、出側接合部２２で平箔２および波箔３の接合状態を保持することにより、平箔２または波箔３の抜けを防ぐことができる。したがって、出側接合部２２が設けられていることにより、ハニカム体２１の破損を防止することができる。
【００４２】
また、図6に示す箔２５は、千鳥状に孔８が配置されている。この箔２５を用いて平箔２および波箔３を形成することにより、触媒担体の構造耐久性をより向上することができる。なお、本図においては、孔８は、３０度の千鳥状に配置されているが、これに限られるものではない。
【００４３】
また、平箔２は、外筒５の内面と接合される最外層部分に孔８が形成されていない箔（図示しない）を用いることとしてもよい。孔８が形成されていない箔を最外層に用いることにより、ハニカム体４と外筒５との接合面積を増加させることができるので、振動などに対する構造耐久性を向上することができる。なお、このようなハニカム体４は、孔８が形成された平箔２と波箔３とを重ね合わせ渦巻状に巻き回していく際に、最外周を巻き回す前に、平箔２を切断し、孔８が形成されていない平箔２を接続して、連続的に巻き回すことにより、形成することができる。
【００４４】
また、図7に示す箔３０は、入側３０Ａおよび出側３０Ｂに孔８が形成されていない、非加工部分３１が設けられている。当該非加工部分３１を設けたことにより、入側端部１Ａおよび出側端部１Ｂにおける箔欠けを抑制することができる。この非加工部分３１は、入側端部１Ａおよび出側端部１Ｂからそれぞれ3mm以上10mm以下、より好ましくは3mm以上5mm以下の範囲で形成されていることが好ましい。
【００４５】
上記実施形態では、平箔と波箔とで同じ孔径の孔８を同じピッチで配置した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、孔径およびピッチのいずれか一方、または両方が異なる構成としてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、触媒担体はいずれも断面形状が円形のものについて説明したが、本発明はこれに限らず、楕円形、卵形、レーストラック形などその他の形状としてもよい。
【００４７】
（実施例）
本発明の実施例および比較例について説明する。まず、ハニカム体４のセル密度を１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル）とした場合について説明する。表１に示す実施例１−３６、および表２に示す比較例１−２６において、平箔２および波箔３の厚さは30μmである。
【００４８】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【００４９】
比較例１は、孔が形成されていない平箔と波箔とが用いられ、図４に示されるように平箔と波箔が全面的に接合されている（表中の接合方法の欄に「Ａ」と表示）。比較例２〜１３は、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜10mm、ピッチは孔径の２倍（0.4mm〜20mm）の孔開け加工が施されているが、ハニカム体の平箔２と波箔３とが、図４に示されるように全面的に接合されている。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の、出側の接合面１０において接合した。これらの接合はすべてろう付けで行うことにより、触媒担体１を作製した。
【００５０】
また、比較例１４においては、平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されている（表中の接合方法の欄に「Ｂ」と表示）が、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない場合である。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから接合長さ20mmとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして２〜３層目まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。
【００５１】
また、比較例１５〜２６は、比較例１４と同様に平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に形成された孔８の孔径が6mm以上の場合である。
【００５２】
実施例１〜９は、比較例１４と同様に平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜4.0mm、ピッチは孔径の２倍（0.40mm〜8.00mm）の孔開け加工が施されている。なお、開口率は、２０％に相当する。
【００５３】
実施例１０〜１８は、実施例１〜９に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の1.4倍（0.28mm〜5.60mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、４０％に相当する。
【００５４】
実施例１９〜２７は、実施例１〜９に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の2.5倍（0.50mm〜10.00mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、１０％に相当する。
【００５５】
実施例２８〜３６は、実施例１〜９に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８が３０度の千鳥状に配置されている点のみが異なる。
【００５６】
構造耐久性の試験は、バーナー試験装置（図示しない）による加熱冷却サイクル試験で評価した。バーナー試験装置に触媒担体１をセットし、ハニカム体４が外筒５から抜け落ちる現象（コアズレ等）のトラブルが発生する冷熱サイクル数を調べた。バーナーによるガスの入側には、外筒５をコーン（図示しない）を介して溶接、また出側にも、排気管と外筒５をコーンを介して溶接した。冷熱サイクルのパターンは、触媒担体１への入ガス温度が１０００℃と１００℃の間を繰り返す温度パターンを用いた。１サイクルは、１０秒で入ガスが１０００℃に達し、１分間保定し、３０秒間で１００℃まで冷却するものである。観察は５０サイクル毎にバーナーを停止し、触媒担体１を観察し、コアずれの有無を調査した。
【００５７】
比較例２〜７に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.4mm〜2.4mm）の場合、ハニカム体４の平箔２と波箔３とが全面的に接合されている場合であっても、孔８を形成しない場合（比較例１）に比べ、耐熱サイクル数が格段と向上することが確認できた。
【００５８】
比較例１４は、比較例１に比べ耐熱サイクル数が格段と向上した。このことは、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合された場合には、図４に示されるような全面的に接合された場合に比べ、構造耐久性が向上することを示している。
【００５９】
実施例１〜９に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.40mm〜8.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例１４に対し、耐熱サイクル数が向上した。
【００６０】
また、実施例１〜６に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.40mm〜2.40mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００６１】
さらに、実施例１〜４に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.40mm〜1.60mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００６２】
一方で、比較例１５〜１７に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ12.0mm〜20.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００６３】
実施例１０〜１８に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.28mm〜5.60mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例１４に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００６４】
また、実施例１０〜１６に示されるように、孔径が0.2mm〜1.4mm（ピッチ0.28mm〜1.96mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００６５】
さらに、実施例１０〜１５に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.28mm〜1.68mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００６６】
一方で、比較例１８〜２０に示されるように、孔径が6mm〜10mm（ピッチ8.4mm〜14mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００６７】
実施例１９〜２７に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.50mm〜10.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例１４に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００６８】
また、実施例１９〜２３に示されるように、孔径が0.2mm〜1.0mm（ピッチ0.50mm〜2.50mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００６９】
さらに、実施例１９〜２１に示されるように、孔径が0.2mm〜0.6mm（ピッチ0.50mm〜1.50mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００７０】
一方で、比較例２１〜２３に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ15.0mm〜25.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００７１】
実施例２８〜３６に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.4mm〜8.0mm）の場合、実施例１〜９に対しても耐熱サイクル数が向上した。また、実施例２８〜３３に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.4mm〜2.4mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００７２】
さらに、実施例２８〜３１に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.40mm〜1.60mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎のセル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００７３】
一方で、比較例２４〜２６に示されるように、孔径が6mm〜10mm（ピッチ12mm〜20mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００７４】
次に、ハニカム体４のセル密度を１平方センチあたり１６セル（１平方インチあたり１００セル）とした場合について説明する。表３に示す実施例３７−６３、および表４に示す比較例２７−３６において、平箔２および波箔３の厚さは30μmである。
【００７５】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【００７６】
比較例２７においては、平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない場合である。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから接合長さ20mmとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして２〜３層目まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。
【００７７】
また、比較例２８〜３６は、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に形成された孔８の孔径が6mm以上の場合である。
【００７８】
実施例３７〜４５は、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2mm〜4.0mm、ピッチは孔径の２倍（0.40mm〜8.00mm）の孔開け加工が施されている。なお、開口率は、２０％に相当する。
【００７９】
実施例４６〜５４は、実施例３７〜４５に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の1.4倍（0.28mm〜5.60mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、４０％に相当する。
【００８０】
実施例５５〜６３は、実施例３７〜４５に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の2.5倍（0.5mm〜10.00mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、１０％に相当する。
【００８１】
実施例３７〜４５に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.4mm〜8.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例２７に対し、耐熱サイクル数が向上した。
【００８２】
また、実施例３７〜４４に示されるように、孔径が0.2mm〜2.0mm（ピッチ0.40mm〜4.00mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００８３】
さらに、実施例３７〜４３に示されるように、孔径が0.2mm〜1.4mm（ピッチ0.40mm〜2.80mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００８４】
一方で、比較例２８〜３０に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ12.0mm〜20.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例２７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００８５】
実施例４６〜５４に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.28mm〜5.60mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例２７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００８６】
また、実施例４６〜５３に示されるように、孔径が0.2mm〜2.0mm（ピッチ0.28mm〜2.80mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００８７】
一方で、比較例３１〜３３に示されるように、孔径が6mm〜10mm（ピッチ8.4mm〜14.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例２７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００８８】
実施例５５〜６３に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.5mm〜10.0mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例２７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００８９】
また、実施例５５〜６２に示されるように、孔径が0.2mm〜2.0mm（ピッチ0.5mm〜5.0mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００９０】
さらに、実施例５５〜６１に示されるように、孔径が0.2mm〜1.4mm（ピッチ0.5mm〜3.5mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００９１】
一方で、比較例３４〜３６に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ15.0mm〜25.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例２７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００９２】
次に、ハニカム体４のセル密度を１平方センチあたり１４０セル（１平方インチあたり９００セル）とした場合について説明する。表５に示す実施例６４−９０、および表６に示す比較例３７−４６において、平箔２および波箔３の厚さは30μmである。
【００９３】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【００９４】
比較例３７においては、平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない場合である。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから接合長さ20mmとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして２〜３層目まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。
【００９５】
また、比較例３８〜４６は、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に形成された孔８の孔径が6mm以上の場合である。
【００９６】
実施例６４〜７２は、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜4.0mm、ピッチは孔径の２倍（0.40mm〜8.00mm）の孔開け加工が施されている。なお、開口率は、２０％に相当する。
【００９７】
実施例７３〜８１は、実施例６４〜７２に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の1.4倍（0.28mm〜5.60mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、４０％に相当する。
【００９８】
実施例８２〜９０は、実施例６４〜７２に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の2.5倍（0.50mm〜10.00mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、１０％に相当する。
【００９９】
実施例６４〜７２に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.40mm〜8.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例３７に対し、耐熱サイクル数が向上した。
【０１００】
また、実施例６４〜６７に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.40mm〜1.60mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０１】
さらに、実施例６４〜６６に示されるように、孔径が0.2mm〜0.6mm（ピッチ0.40mm〜1.20mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎のセル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【０１０２】
一方で、比較例３８〜４０に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ12.0mm〜20.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例３７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【０１０３】
実施例７３〜８１に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.28mm〜5.60mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例３７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【０１０４】
また、実施例７３〜７８に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.28mm〜1.68mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０５】
さらに、実施例７３〜７６に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.28mm〜1.12mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０６】
一方で、比較例４１〜４３に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ8.4mm〜14.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例３７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【０１０７】
実施例８２〜９０に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.50mm〜10.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例３７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【０１０８】
また、実施例８２〜８４に示されるように、孔径が0.2mm〜0.6mm（ピッチ0.50mm〜1.50mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０９】
さらに、実施例８２、８３に示されるように、孔径が0.2mm〜0.4mm（ピッチ0.50mm〜1.00mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【０１１０】
一方で、比較例４４〜４６に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ15.0mm〜25.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例３７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【０１１１】
次に、入側接合部１２の接合長さと外周接合部１３による効果について確認した実施例について説明する。表７に示す実施例９１−９５、および表８に示す比較例４７−６０において、平箔２および波箔３の厚さは30μmであり、ハニカム体４のセル密度は１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル）である。
【０１１２】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【０１１３】
平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜10mm、ピッチは孔径の２倍（0.4mm〜20mm）の孔開け加工が施されているが、ハニカム体の平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されている。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから2mm〜75mmの接合長さとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして０層〜全層数の１／３まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の、出側の接合面１０において接合した。これらの接合はすべてろう付けで行うことにより、触媒担体１を作製した。
【０１１４】
比較例４７〜５０は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから2mmの場合の構造耐久性試験の結果を示すが、外周接合部１３の層数に関わらず、比較例１４よりも構造耐久性が劣っており、入側接合部１２の接合長さが不足していることを示している。
【０１１５】
比較例５１、５２は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから5mmの場合の構造耐久性試験の結果を示すが、外周接合部１３を設けない場合（比較例５１）は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５２に示されるように、外周接合部１３の層数が総層数の１／２である場合もハニカム全体を接合している比較例１４と同等の構造耐久性であった。それに対し、実施例９１〜９２に示されるように外周接合部１３の層数が２層以上で総層数の１／３以下の場合は、構造耐久性が向上することがわかった。
【０１１６】
比較例５３、５４は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから20mmの場合の構造耐久性試験の結果を示すが、外周接合部１３を設けない場合（比較例５３）は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５４に示されるように、外周接合部１３の層数が総層数の１／２である場合もハニカム全体を接合している比較例１４と同等の構造耐久性であった。それに対し、実施例２と実施例９３に示されるように外周接合部１３の層数が２層以上で総層数の１／３以下の場合は、構造耐久性が向上することがわかった。
【０１１７】
比較例５５、５６は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから50mmの場合の構造耐久性試験の結果を示す。この場合入側接合部１２の接合長さは、ハニカム長の50%である。比較例５５に示されるように、外周接合部１３を設けない場合は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５６に示されるように、外周接合部１３の層数が総層数の１／２である場合もハニカム全体を接合している比較例１４と同等の構造耐久性であった。それに対し、実施例９４〜９５に示されるように外周接合部１３の層数が２層以上で総層数の１／３以下の場合は、構造耐久性が向上することがわかった。
【０１１８】
比較例５７〜６０は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから75mmの場合の構造耐久性試験の結果を示す。この場合入側接合部１２の接合長さは、ハニカム長の75%である。比較例５７に示されるように、外周接合部１３を設けない場合は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５８〜６０に示されるように、外周接合部１３の層数が２層以上の場合でも、構造耐久性は比較例１４と同等レベルであり、入側接合部１２の接合長さがハニカム長の７５％では、接合長さが長すぎて、十分に応力緩和ができないことがわかった。
【０１１９】
【表１】
【０１２０】
【表２】
【０１２１】
【表３】
【０１２２】
【表４】
【０１２３】
【表５】
【０１２４】
【表６】
【０１２５】
【表７】
【０１２６】
【表８】
【符号の説明】
【０１２７】
１ 触媒担体
２ 平箔
３ 波箔
４ ハニカム体
４Ａ 入側端部
４Ｂ 出側端部
５ 外筒
８ 孔
１２ 入側接合部
１３ 外周接合部
３１ 未加工部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒担体に関し、特に自動車などの内燃機関の排ガスを浄化する触媒コンバータに用いられる触媒担体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの内燃機関の触媒コンバータ用触媒担体として、耐熱合金製の外筒に同合金製のハニカム体を嵌入してなる触媒担体（特に、メタル担体ともいう）が、近年多用されている。ハニカム体は、厚さ５０μｍ程度の平箔と、該平箔をコルゲート加工した波箔とを、交互に積層して形成され、平箔と波箔を交互に積層したものや、帯状の平箔と波箔を重ねて渦巻状に巻き回したもの等が使用されている。
【０００３】
近年、自動車排ガス規制が非常に厳しくなる傾向にあり、触媒を早期に活性化する必要性から、内燃機関としてのエンジン直下に触媒コンバータを配置する場合が多くなっている。これにより触媒コンバータは高温に曝される機会が増えるので、使用環境が非常に厳しくなり、したがってメタル担体に対する構造耐久性の要求も厳しくなっている。
【０００４】
平箔と波箔から構成されるメタル担体においては、平箔と波箔の間を接合しておく必要がある。ところが、平箔と波箔は、全体を接合してしまうと、熱応力が大きくなりすぎて、例えば、ハニカム体と外筒の接合部に亀裂が貫通し、ハニカム体が外筒から脱落してしまうなど、容易に破壊してしまうという欠点を有する。
【０００５】
これに対し、優れた構造耐久性を得るための手段として、メタル担体においては、熱応力の発生を制御するためにハニカム体を構成する箔同士の接合構造を工夫することが必要である。その具体的方法は熱変形を許容するために、部分的に箔同士が接合していない部分を設けることであって、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４７９５６１５号公報
【特許文献２】ＷＯ９０／０３８４２号公報
【特許文献３】特許第２５５８００５号公報
【特許文献４】特許第３１９９９３６号公報
【特許文献５】実用新案登録第２５４３６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近は排ガス成分のみならず、燃費に対する規制もさらに厳しくなっている。特に高速運転時の燃費を向上させようとすると、理論空燃比に近い状態で燃焼させなければならず、エンジン高回転時の排ガス温度が非常に高くなる。したがって高い浄化性能を得るため、エンジン始動直後の低回転時の触媒早期活性化を狙って触媒コンバータをエンジン直下に配置すると、その後エンジン高回転時には触媒コンバータは高温に曝される。なお、理論空燃比とは、混合気中の酸素と燃料とが過不足なく反応するときの空燃比をいう。また、空燃比とは、混合気における空気質量を燃料質量で除算したものである。
【０００８】
使用温度が高くなると、ハニカム体を構成する箔と、ハニカム体に担持された触媒とが相互作用を生じ、「箔伸び」という現象が生じる。「箔伸び」とは、具体的には触媒中に含まれる酸化物成分が、ハニカム体を構成する箔の表面に形成された酸化被膜中に拡散して酸化被膜が体積膨張を起こし、当該体積膨張による引張力によって箔素材自体が伸びる現象である。箔伸びは触媒コンバータの使用中に徐々に大きくなるが、箔伸びの程度が大きいと、特許文献１〜５で開示されている接合構造を以ってしても短時間で破壊に至ってしまい、構造耐久性が不十分である場合がある。
【０００９】
本発明は、このような箔伸びを生じる環境下における構造耐久性を向上することができる触媒担体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明は、金属製の平箔と波箔とを巻き回してなるハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む金属製の外筒とを、少なくとも一部で接合してなる触媒担体において、前記平箔と前記波箔とは、厚さ方向に貫通する孔が複数形成され、かつ、入側接合部と外周接合部とにおいて互いに接合されてなり、前記入側接合部が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接合されてなり、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以下まで前記ハニカム体の出側端部から前記入側接合部の下面に亘って接合されてなり、前記孔が、直径0.2mm以上4.0mm以下の円であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、前記孔が、直径0.2mm以上1.4mm以下の円であり、前記孔のピッチが、ひとつのセルにおける前記平箔の長さ以下に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、前記孔が千鳥状に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４に係る発明は、前記平箔と前記波箔とは、前記入側端部から3mm以上10mm以下の領域に、前記孔が形成されていない非加工部分が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の触媒担体は、従来の技術では対応できなかった、高温での搭載化で、熱応力が大きく、また箔伸びが顕著に生じる環境下での使用でも、構造耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る触媒担体の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るハニカム体と外筒との構成を示す部分斜視図である。
【図３】本実施形態に係る接合部の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】従来例を示す縦断面図である。
【図５】接合部の変形例を示す縦断面図である。
【図６】箔の変形例を示す正面図である。
【図７】箔の別の変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述したように、高温下においてハニカム体に触媒との相互作用による箔伸びが生じるような厳しい条件の場合、従来技術に基づく接合構造のハニカム体では、十分な構造耐久性を発揮せず、早期に破損してしまう。これは、箔伸びによる熱ひずみが蓄積して亀裂が進展して、最終的にはハニカム体が外筒から脱落するものである。したがって、この脱落を防止するには、ハニカム体の内部の温度差によって生じる熱ひずみを軽減することに加え、箔伸びによる熱ひずみを軽減することもまた必要となる。
【００１７】
本発明者らは、箔に孔開け加工を施すことが、ハニカム体の内部の温度差によって生じる熱ひずみと箔伸びによる熱ひずみの両方を抑制する有効な手段であることを見出した。箔伸びとは前述したように、酸化被膜の中に触媒成分が拡散し、酸化被膜が体積膨張するために、箔素材自体に引張応力が発生するために生じる現象である。この場合、箔に孔開け加工がなされていれば、部分的に孔の部分が箔伸びをある程度吸収できるため、箔伸びの全体量を大幅に減少させることができる。すなわち熱ひずみを軽減して引張力あるいは圧縮力を軽減するという効果（以下、「応力緩和効果」という）がある。
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
（全体構成）
図1に示す触媒担体１は、耐熱合金製でなり、平箔２と波箔３を巻き回してなるハニカム体４と、当該ハニカム体４の外周面を囲む外筒５とで構成される。この触媒担体１は、入側端部１Ａから流入した排気ガスが出側端部１Ｂへ排出され得るように、図示しない排気管に連通される。また、ハニカム体４には触媒が担持されている。この触媒と排気ガスが反応することにより、触媒担体１は、流入した排気ガスを浄化し得るようになされている。ここで、耐熱合金として最も好適なものとしては、Fe-20Cr-5Al系ステンレス鋼およびこれを耐熱性の高いNi基ろう材で接合したものが挙げられるが、Fe-20Cr-5Al系ステンレス鋼に限らず合金組成にAｌを含んだ耐熱性の各種ステンレス鋼を用いることができる。通常、メタル担体に用いられる箔は、Crを15-25質量%、Alを2-8質量%程度含有する。
例えば、Fe-18Cr-3Al合金や、Fe-20Cr-8Al合金なども耐熱合金として用いることができる
平箔２と波箔３とは、図2に示すように、それぞれ厚さ方向に貫通する複数の孔８が形成されている。孔８の配置は、種々のものが考えられるが、好ましくは、ハニカム体４全体に亘って均一に配置されるのがよい。本実施形態では、孔８は、平箔２および波箔３を形成する共通の箔（図示しない）の全体に、碁盤の目状に配置されている。
【００２０】
なお、ハニカム体４は、孔８の大きさや配置によって、箔伸びの全体量が異なる。例えば、同じ孔径であれば、応力緩和効果は開口率が大きいほど高まるが、当然のことながら箔に孔８を開けると開口率が大きいほど接合面積が小さくなるため、却って触媒担体１全体の構造耐久性が悪化する場合がある。したがって孔８の開け方は厳密に規定される。孔８の開け方で規定されるパラメータは孔８のサイズおよびピッチである。ここで、開口率とは、（孔の面積）／（平箔または波箔の面積）×１００（％）で算出される値をいう。
【００２１】
応力緩和効果は10mmの孔８で20mmピッチとした場合と、0.5mmの孔８で1mmピッチにした場合とで異なる。開口率はともに20％であるが、10mmの孔８で20mmピッチの場合、孔８間の距離が長いため、十分に応力の緩和ができない。この場合、応力緩和効果よりも、接合面積が低減する悪影響の方が大きいため、全体の耐久性としては、孔８を開けない場合よりも却って悪化する。また10mmの孔８で、ピッチを11mm程度にすれば、孔８間の距離が短くなるため、ピッチ20mmの場合よりも応力緩和効果は増大する。しかしながら、構造耐久性を確保するには、平箔と波箔の間の必要最低限の接合は確保しておかなければならない。この場合開口率は50%を超えるため平箔と波箔の接合面積が低減してしまうので、触媒担体１全体としては、やはり構造耐久性が悪化する。
【００２２】
したがって応力緩和効果は、孔径とピッチが細かければ細かいほど有利である。しかしながら、孔径が小さすぎると、触媒担持の際に触媒が孔８を塞いでしまうので、触媒が孔８を塞がずに塗布されるためには、孔径は0.2mm以上必要である。また、孔径は4mm以下である必要がある。
【００２３】
また、孔８は、ハニカム体４のセル９毎の平箔２に、少なくとも１個配置されるのが好ましく、さらにハニカム体４のセル９毎の波箔３に、少なくとも１個配置されるのが好ましい。ここで、セル９とは、波箔３の一つの波と、当該一つの波を閉塞するように設けられる平箔２とで形成される部分をいう。これにより、孔８はハニカム体４中に均一に配置される。孔８が、ハニカム体４のセル９毎の平箔２に、少なくとも１個配置される場合について具体例を示す。
【００２４】
なお、孔８は、平箔２および波箔３を形成する共通の箔において碁盤の目状に配置されているので、ハニカム体４の軸方向に複数配置されることになる。本明細書では、ハニカム体４のセル９毎の孔８の数は、ハニカム体４の軸方向の単位長さあたりにおける孔８の数を表すこととする。したがって、「ハニカム体４のセル９毎の平箔に１個」とは、「ハニカム体４の軸方向の単位長さにおけるセル９毎の平箔に１個」の意味である。
【００２５】
実際上、孔８は、ハニカム体４のセル９毎の平箔に、軸方向の全体に亘って設けられている。この場合の孔８の数は、孔８のピッチとハニカム体４の軸方向長さによって異なることはいうまでもない。
【００２６】
例えば、ハニカム体４のセル密度が、１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル、400cpsi）の典型的なセル形状（二等辺三角形セル）であれば、ひとつのセル９の平箔２の長さが2.5mm、波箔３の一辺の長さ（上記二等辺三角形の一辺の長さ）が1.77ｍｍである。なお、波箔３は二等辺三角形の各頂点部分で平箔２に接合される。したがって、
(1)孔８ピッチが2.5mm以下であれば、孔８が平箔２に必ず１個以上、波箔３で形成される二等辺三角形の二辺のうち少なくとも一方に１個以上、
(2)孔８ピッチが1.77mm以下であれば、孔８が平箔２および波箔３の一辺に１個以上、
(3)孔８ピッチが1.25mm以下であれば、孔８が確実に平箔２に２個以上、波箔３の一辺に１個以上、
それぞれ配置される。
【００２７】
また、セル密度が、１平方センチあたり１５セル（１平方インチあたり１００セル、100cpsi）の典型的なセル形状（二等辺三角形セル）であれば、ひとつのセル９の平箔２の長さが5.0mm、波箔３の一辺の長さが3.54ｍｍであるが、
(1)孔８ピッチが5mm以下であれば、孔８が平箔２に必ず１個以上、波箔３で形成される二等辺三角形の二辺のうち少なくとも一方に１個以上、
(2)孔８ピッチが3.54mm以下であれば、孔８が平箔２および波箔３の一辺に１個以上、
(3)孔８ピッチが2.5mm以下であれば、孔８が確実に平箔２に２個以上、波箔３の一辺に１個以上、
それぞれ配置される。
【００２８】
平箔２と波箔３とは、図3に示すように、接合部で接合することにより、一体化されている。なお、ハニカム体４と外筒５とは、出側の接合面１０において接合されている。本実施形態の場合、接合部は、入側接合部１２と外周接合部１３とを有する。通常、平箔２と波箔３とは耐熱性の高いＮｉ基ろう材を用いたろう付け（図中、太線）により行われる。
【００２９】
前記入側接合部１２は、軸方向が、ハニカム体４の入側端部４Ａを基点とし、当該入側端部４Ａから5mm以上であって、軸方向の全長の５０％以下まで、径方向がハニカム体４の径方向全層に亘って接合されている必要がある。また、外周接合部１３は、径方向が、ハニカム体４の最外周から径方向内側に向かって２層以上であって、総層数の１／３以下まで、軸方向が、ハニカム体４の出側端部４Ｂを基点とし、当該出側端部４Ｂから前記入側接合部１２の下面１２Ａに亘って接合されている必要がある。ここで総層数とは、ハニカム体４の中心から最外周までの波箔の層数のことをいう。
（作用および効果）
上記のように構成された触媒担体１の作用および効果について説明する。触媒担体１は、図示しないエンジンの排気管に連通される。排気管内を流通する排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯＸは、入側端部１Ａから触媒担体１内に流入し出側端部１Ｂから排出される間に、触媒と反応し、浄化される。
【００３０】
これに伴い、触媒担体１は、排気ガスの熱によって温度が上昇する。この昇温過程において、触媒担体１は、中心部分のほうが外周部分に比べ高温の排気ガスに晒される時間が長くなる。従って、中心部と外周部の温度差による熱ひずみが発生し、さらに中心部の箔において箔伸びを生じるため、箔伸びによる熱ひずみも発生する。
【００３１】
因みに、図4に示す従来の触媒担体１００では、ハニカム体１０１の中心部分１０１Ａと外周部分１０１Ｂとで生じた温度差によって、中心部分１０１Ａに箔伸びが生じる（本図（Ｂ））。そのため中心部分１０１Ａには圧縮力、外周部分１０１Ｂには引張力が加わる。加熱、冷却の熱サイクルが負荷されると、これらの力が繰り返し加わることにより、ついにはハニカム体１０１が外筒５から脱落するに至る。
【００３２】
これに対し、本実施形態に係る触媒担体１では、平箔２および波箔３にそれぞれ形成された複数の孔８が、上記圧縮力あるいは引張力によってそれぞれ変形することにより、応力緩和効果を発揮することができる。したがって、触媒担体１は、構造耐久性を向上することができる。
【００３３】
本実施形態に係る触媒担体１は、孔径が0.2mm〜4mmの孔８を、ハニカム体４内に配置することにより、応力緩和効果を得ることができる。さらにセル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することとしたことにより、応力緩和効果を得ながら、有効な接合面積を確保することができ、より確実に優れた構造耐久性を得ることができる。
【００３４】
また、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、よりハニカム体４内に孔８を均一に分散できることになり、より優れた構造耐久性を得ることができる。
【００３５】
さらに、触媒担体１は、入側接合部１２と外周接合部１３とで平箔２と波箔３とを接合してハニカム体４を形成したことにより、出側の中心部分４Ｃにおいて平箔２および波箔３がそれぞれ独立して変形し得るので、応力緩和効果が向上する。したがって、触媒担体１は、より優れた構造耐久性を得ることができる。
【００３６】
ここで、入側接合部１２は、軸方向が、ハニカム体４の入側端部４Ａを基点とし、当該入側端部４Ａから5mm以上であって、軸方向の全長の５０％以下まで、径方向が、ハニカム体４の径方向全層に亘って接合されている。また、外周接合部１３は、径方向が、ハニカム体４の最外周から径方向内側に向かって２層以上であって、総層数の１／３以下まで、軸方向が、ハニカム体４の出側端部４Ｂを基点とし、当該出側端部４Ｂから前記入側接合部１２の下面１２Ａに亘って接合されていることにより、より確実に応力緩和効果を向上させることができる。
【００３７】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することができる。以下、具体例を示す。
【００３８】
図5に示す触媒担体２０は、本実施形態の変形例である。本変形例では、本実施形態に対し、ハニカム体２１に出側接合部２２が設けられている点のみが異なる。出側接合部２２は、軸方向がハニカム体２１の出側端部２１Ｂから０−２０mmの位置を基点として、当該基点から入側へ２ｍｍから、ハニカム体２１の軸方向の全長の３０％以下まで、径方向が外周接合部１３に至るまで接合されている必要がある。
【００３９】
この変形例に係る触媒担体２０は、ハニカム体２１が異常に高温となることによって入側接合部１２のろう材が溶解しても、ハニカム体２１の破損を防止することができる。
【００４０】
なお、ハニカム体２１が異常に高温になる場合として、エンジンの失火によるものが考えられる。失火が生ずると、未燃燃料や酸素が排気通路を介して入側端部２１Ａからハニカム体２１内に流入する。そうすると、ハニカム体２１で燃料と酸素が燃焼反応して、ハニカム体２１が異常な高温となる。
【００４１】
このような異常高温によって入側接合部１２のろう材が溶解した場合であっても、出側接合部２２で平箔２および波箔３の接合状態を保持することにより、平箔２または波箔３の抜けを防ぐことができる。したがって、出側接合部２２が設けられていることにより、ハニカム体２１の破損を防止することができる。
【００４２】
また、図6に示す箔２５は、千鳥状に孔８が配置されている。この箔２５を用いて平箔２および波箔３を形成することにより、触媒担体の構造耐久性をより向上することができる。なお、本図においては、孔８は、３０度の千鳥状に配置されているが、これに限られるものではない。
【００４３】
また、平箔２は、外筒５の内面と接合される最外層部分に孔８が形成されていない箔（図示しない）を用いることとしてもよい。孔８が形成されていない箔を最外層に用いることにより、ハニカム体４と外筒５との接合面積を増加させることができるので、振動などに対する構造耐久性を向上することができる。なお、このようなハニカム体４は、孔８が形成された平箔２と波箔３とを重ね合わせ渦巻状に巻き回していく際に、最外周を巻き回す前に、平箔２を切断し、孔８が形成されていない平箔２を接続して、連続的に巻き回すことにより、形成することができる。
【００４４】
また、図7に示す箔３０は、入側３０Ａおよび出側３０Ｂに孔８が形成されていない、非加工部分３１が設けられている。当該非加工部分３１を設けたことにより、入側端部１Ａおよび出側端部１Ｂにおける箔欠けを抑制することができる。この非加工部分３１は、入側端部１Ａおよび出側端部１Ｂからそれぞれ3mm以上10mm以下、より好ましくは3mm以上5mm以下の範囲で形成されていることが好ましい。
【００４５】
上記実施形態では、平箔と波箔とで同じ孔径の孔８を同じピッチで配置した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、孔径およびピッチのいずれか一方、または両方が異なる構成としてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、触媒担体はいずれも断面形状が円形のものについて説明したが、本発明はこれに限らず、楕円形、卵形、レーストラック形などその他の形状としてもよい。
【００４７】
（実施例）
本発明の実施例および比較例について説明する。まず、ハニカム体４のセル密度を１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル）とした場合について説明する。表１に示す実施例１−３６、および表２に示す比較例１−２６において、平箔２および波箔３の厚さは30μmである。
【００４８】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【００４９】
比較例１は、孔が形成されていない平箔と波箔とが用いられ、図４に示されるように平箔と波箔が全面的に接合されている（表中の接合方法の欄に「Ａ」と表示）。比較例２〜１３は、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜10mm、ピッチは孔径の２倍（0.4mm〜20mm）の孔開け加工が施されているが、ハニカム体の平箔２と波箔３とが、図４に示されるように全面的に接合されている。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の、出側の接合面１０において接合した。これらの接合はすべてろう付けで行うことにより、触媒担体１を作製した。
【００５０】
また、比較例１４においては、平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されている（表中の接合方法の欄に「Ｂ」と表示）が、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない場合である。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから接合長さ20mmとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして２〜３層目まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。
【００５１】
また、比較例１５〜２６は、比較例１４と同様に平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に形成された孔８の孔径が6mm以上の場合である。
【００５２】
実施例１〜９は、比較例１４と同様に平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜4.0mm、ピッチは孔径の２倍（0.40mm〜8.00mm）の孔開け加工が施されている。なお、開口率は、２０％に相当する。
【００５３】
実施例１０〜１８は、実施例１〜９に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の1.4倍（0.28mm〜5.60mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、４０％に相当する。
【００５４】
実施例１９〜２７は、実施例１〜９に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の2.5倍（0.50mm〜10.00mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、１０％に相当する。
【００５５】
実施例２８〜３６は、実施例１〜９に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８が３０度の千鳥状に配置されている点のみが異なる。
【００５６】
構造耐久性の試験は、バーナー試験装置（図示しない）による加熱冷却サイクル試験で評価した。バーナー試験装置に触媒担体１をセットし、ハニカム体４が外筒５から抜け落ちる現象（コアズレ等）のトラブルが発生する冷熱サイクル数を調べた。バーナーによるガスの入側には、外筒５をコーン（図示しない）を介して溶接、また出側にも、排気管と外筒５をコーンを介して溶接した。冷熱サイクルのパターンは、触媒担体１への入ガス温度が１０００℃と１００℃の間を繰り返す温度パターンを用いた。１サイクルは、１０秒で入ガスが１０００℃に達し、１分間保定し、３０秒間で１００℃まで冷却するものである。観察は５０サイクル毎にバーナーを停止し、触媒担体１を観察し、コアずれの有無を調査した。
【００５７】
比較例２〜７に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.4mm〜2.4mm）の場合、ハニカム体４の平箔２と波箔３とが全面的に接合されている場合であっても、孔８を形成しない場合（比較例１）に比べ、耐熱サイクル数が格段と向上することが確認できた。
【００５８】
比較例１４は、比較例１に比べ耐熱サイクル数が格段と向上した。このことは、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合された場合には、図４に示されるような全面的に接合された場合に比べ、構造耐久性が向上することを示している。
【００５９】
実施例１〜９に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.40mm〜8.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例１４に対し、耐熱サイクル数が向上した。
【００６０】
また、実施例１〜６に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.40mm〜2.40mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００６１】
さらに、実施例１〜４に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.40mm〜1.60mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００６２】
一方で、比較例１５〜１７に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ12.0mm〜20.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００６３】
実施例１０〜１８に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.28mm〜5.60mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例１４に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００６４】
また、実施例１０〜１６に示されるように、孔径が0.2mm〜1.4mm（ピッチ0.28mm〜1.96mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００６５】
さらに、実施例１０〜１５に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.28mm〜1.68mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００６６】
一方で、比較例１８〜２０に示されるように、孔径が6mm〜10mm（ピッチ8.4mm〜14mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００６７】
実施例１９〜２７に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.50mm〜10.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例１４に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００６８】
また、実施例１９〜２３に示されるように、孔径が0.2mm〜1.0mm（ピッチ0.50mm〜2.50mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００６９】
さらに、実施例１９〜２１に示されるように、孔径が0.2mm〜0.6mm（ピッチ0.50mm〜1.50mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００７０】
一方で、比較例２１〜２３に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ15.0mm〜25.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００７１】
実施例２８〜３６に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.4mm〜8.0mm）の場合、実施例１〜９に対しても耐熱サイクル数が向上した。また、実施例２８〜３３に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.4mm〜2.4mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００７２】
さらに、実施例２８〜３１に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.40mm〜1.60mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎のセル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００７３】
一方で、比較例２４〜２６に示されるように、孔径が6mm〜10mm（ピッチ12mm〜20mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例１４に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００７４】
次に、ハニカム体４のセル密度を１平方センチあたり１６セル（１平方インチあたり１００セル）とした場合について説明する。表３に示す実施例３７−６３、および表４に示す比較例２７−３６において、平箔２および波箔３の厚さは30μmである。
【００７５】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【００７６】
比較例２７においては、平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない場合である。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから接合長さ20mmとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして２〜３層目まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。
【００７７】
また、比較例２８〜３６は、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に形成された孔８の孔径が6mm以上の場合である。
【００７８】
実施例３７〜４５は、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2mm〜4.0mm、ピッチは孔径の２倍（0.40mm〜8.00mm）の孔開け加工が施されている。なお、開口率は、２０％に相当する。
【００７９】
実施例４６〜５４は、実施例３７〜４５に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の1.4倍（0.28mm〜5.60mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、４０％に相当する。
【００８０】
実施例５５〜６３は、実施例３７〜４５に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の2.5倍（0.5mm〜10.00mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、１０％に相当する。
【００８１】
実施例３７〜４５に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.4mm〜8.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例２７に対し、耐熱サイクル数が向上した。
【００８２】
また、実施例３７〜４４に示されるように、孔径が0.2mm〜2.0mm（ピッチ0.40mm〜4.00mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００８３】
さらに、実施例３７〜４３に示されるように、孔径が0.2mm〜1.4mm（ピッチ0.40mm〜2.80mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００８４】
一方で、比較例２８〜３０に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ12.0mm〜20.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例２７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００８５】
実施例４６〜５４に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.28mm〜5.60mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例２７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００８６】
また、実施例４６〜５３に示されるように、孔径が0.2mm〜2.0mm（ピッチ0.28mm〜2.80mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００８７】
一方で、比較例３１〜３３に示されるように、孔径が6mm〜10mm（ピッチ8.4mm〜14.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例２７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００８８】
実施例５５〜６３に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.5mm〜10.0mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例２７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【００８９】
また、実施例５５〜６２に示されるように、孔径が0.2mm〜2.0mm（ピッチ0.5mm〜5.0mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【００９０】
さらに、実施例５５〜６１に示されるように、孔径が0.2mm〜1.4mm（ピッチ0.5mm〜3.5mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【００９１】
一方で、比較例３４〜３６に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ15.0mm〜25.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例２７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【００９２】
次に、ハニカム体４のセル密度を１平方センチあたり１４０セル（１平方インチあたり９００セル）とした場合について説明する。表５に示す実施例６４−９０、および表６に示す比較例３７−４６において、平箔２および波箔３の厚さは30μmである。
【００９３】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【００９４】
比較例３７においては、平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない場合である。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから接合長さ20mmとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして２〜３層目まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。
【００９５】
また、比較例３８〜４６は、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されているが、平箔２および波箔３に形成された孔８の孔径が6mm以上の場合である。
【００９６】
実施例６４〜７２は、平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜4.0mm、ピッチは孔径の２倍（0.40mm〜8.00mm）の孔開け加工が施されている。なお、開口率は、２０％に相当する。
【００９７】
実施例７３〜８１は、実施例６４〜７２に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の1.4倍（0.28mm〜5.60mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、４０％に相当する。
【００９８】
実施例８２〜９０は、実施例６４〜７２に対し、平箔２および波箔３に形成された孔８のピッチが孔径の2.5倍（0.50mm〜10.00mm）である点のみが異なる。なお、開口率は、１０％に相当する。
【００９９】
実施例６４〜７２に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.40mm〜8.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例３７に対し、耐熱サイクル数が向上した。
【０１００】
また、実施例６４〜６７に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.40mm〜1.60mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０１】
さらに、実施例６４〜６６に示されるように、孔径が0.2mm〜0.6mm（ピッチ0.40mm〜1.20mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎のセル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【０１０２】
一方で、比較例３８〜４０に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ12.0mm〜20.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例３７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【０１０３】
実施例７３〜８１に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.28mm〜5.60mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例３７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【０１０４】
また、実施例７３〜７８に示されるように、孔径が0.2mm〜1.2mm（ピッチ0.28mm〜1.68mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０５】
さらに、実施例７３〜７６に示されるように、孔径が0.2mm〜0.8mm（ピッチ0.28mm〜1.12mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０６】
一方で、比較例４１〜４３に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ8.4mm〜14.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例３７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【０１０７】
実施例８２〜９０に示されるように、孔径が0.2mm〜4.0mm（ピッチ0.50mm〜10.00mm）の場合、平箔２および波箔３に孔８が形成されていない比較例３７に対し耐熱サイクル数が向上した。
【０１０８】
また、実施例８２〜８４に示されるように、孔径が0.2mm〜0.6mm（ピッチ0.50mm〜1.50mm）の場合、より顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の平箔２に少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がより向上することを示している。
【０１０９】
さらに、実施例８２、８３に示されるように、孔径が0.2mm〜0.4mm（ピッチ0.50mm〜1.00mm）の場合、さらなる顕著な効果が得られることが確認できた。このことは、孔８を、セル９毎の波箔３の一辺に上記孔８を少なくとも１個配置することにより、構造耐久性がさらに向上することを示している。
【０１１０】
一方で、比較例４４〜４６に示されるように、孔径が6.0mm〜10.0mm（ピッチ15.0mm〜25.0mm）では、接合面積が小さくなることにより、比較例３７に比べてもかえって耐熱サイクル数が減少することが確認された。
【０１１１】
次に、入側接合部１２の接合長さと外周接合部１３による効果について確認した実施例について説明する。表７に示す実施例９１−９５、および表８に示す比較例４７−６０において、平箔２および波箔３の厚さは30μmであり、ハニカム体４のセル密度は１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル）である。
【０１１２】
幅100mmのFe-20Cr-5Al系ステンレスの平箔２と波箔３を重ねて巻いたハニカム体４を、外径80mm、厚さ1.5mm、長さ100mmのステンレス鋼で形成した外筒５に収め、触媒担体１を形成し実施例とした。
【０１１３】
平箔２および波箔３に予め、孔径0.2ｍｍ〜10mm、ピッチは孔径の２倍（0.4mm〜20mm）の孔開け加工が施されているが、ハニカム体の平箔２と波箔３の接合は、図３に示される構造になっており、平箔２と波箔３とが入側接合部１２と外周接合部１３で接合されている。ハニカム体４の平箔２と波箔３の入側接合部１２は、入側端部１Ａから2mm〜75mmの接合長さとした。また外周接合部１３は、ハニカム体４の最外周から平箔２と波箔３とを、波箔の層数にして０層〜全層数の１／３まで接合して形成した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の出側の接合面１０において接合した。またハニカム体４と外筒５は、ガス出側端部から25mm幅の、出側の接合面１０において接合した。これらの接合はすべてろう付けで行うことにより、触媒担体１を作製した。
【０１１４】
比較例４７〜５０は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから2mmの場合の構造耐久性試験の結果を示すが、外周接合部１３の層数に関わらず、比較例１４よりも構造耐久性が劣っており、入側接合部１２の接合長さが不足していることを示している。
【０１１５】
比較例５１、５２は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから5mmの場合の構造耐久性試験の結果を示すが、外周接合部１３を設けない場合（比較例５１）は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５２に示されるように、外周接合部１３の層数が総層数の１／２である場合もハニカム全体を接合している比較例１４と同等の構造耐久性であった。それに対し、実施例９１〜９２に示されるように外周接合部１３の層数が２層以上で総層数の１／３以下の場合は、構造耐久性が向上することがわかった。
【０１１６】
比較例５３、５４は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから20mmの場合の構造耐久性試験の結果を示すが、外周接合部１３を設けない場合（比較例５３）は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５４に示されるように、外周接合部１３の層数が総層数の１／２である場合もハニカム全体を接合している比較例１４と同等の構造耐久性であった。それに対し、実施例２と実施例９３に示されるように外周接合部１３の層数が２層以上で総層数の１／３以下の場合は、構造耐久性が向上することがわかった。
【０１１７】
比較例５５、５６は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから50mmの場合の構造耐久性試験の結果を示す。この場合入側接合部１２の接合長さは、ハニカム長の50%である。比較例５５に示されるように、外周接合部１３を設けない場合は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５６に示されるように、外周接合部１３の層数が総層数の１／２である場合もハニカム全体を接合している比較例１４と同等の構造耐久性であった。それに対し、実施例９４〜９５に示されるように外周接合部１３の層数が２層以上で総層数の１／３以下の場合は、構造耐久性が向上することがわかった。
【０１１８】
比較例５７〜６０は入側接合部１２の接合長さが入側端部１Ａから75mmの場合の構造耐久性試験の結果を示す。この場合入側接合部１２の接合長さは、ハニカム長の75%である。比較例５７に示されるように、外周接合部１３を設けない場合は、明らかに耐久性が不足する。また比較例５８〜６０に示されるように、外周接合部１３の層数が２層以上の場合でも、構造耐久性は比較例１４と同等レベルであり、入側接合部１２の接合長さがハニカム長の７５％では、接合長さが長すぎて、十分に応力緩和ができないことがわかった。
【０１１９】
【表１】
【０１２０】
【表２】
【０１２１】
【表３】
【０１２２】
【表４】
【０１２３】
【表５】
【０１２４】
【表６】
【０１２５】
【表７】
【０１２６】
【表８】
【符号の説明】
【０１２７】
１ 触媒担体
２ 平箔
３ 波箔
４ ハニカム体
４Ａ 入側端部
４Ｂ 出側端部
５ 外筒
８ 孔
１２ 入側接合部
１３ 外周接合部
３１ 未加工部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の平箔と波箔とを巻き回してなるハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む金属製の外筒とを、少なくとも一部で接合してなる触媒担体において、
前記平箔と前記波箔とは、
厚さ方向に貫通する孔が複数形成され、かつ、入側接合部と外周接合部とにおいて互いに接合されてなり、
前記入側接合部が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接合されてなり、
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以下まで前記ハニカム体の出側端部から前記入側接合部の下面に亘って接合されてなり、
前記孔が、直径0.2mm以上4.0mm以下の円である
ことを特徴とする触媒担体。
【請求項２】
前記孔が、直径0.2mm以上1.4mm以下の円であり、
前記孔のピッチが、ひとつのセルにおける前記平箔の長さ以下に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の触媒担体。
【請求項３】
前記孔が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒担体。
【請求項４】
前記平箔と前記波箔とは、前記入側端部から3mm以上10mm以下の領域に、前記孔が形成されていない非加工部分が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項１】
金属製の平箔と波箔とを巻き回してなるハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む金属製の外筒とを、少なくとも一部で接合してなる触媒担体において、
前記平箔と前記波箔とは、
厚さ方向に貫通する孔が複数形成され、かつ、入側接合部と外周接合部とにおいて互いに接合されてなり、
前記入側接合部が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接合されてなり、
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以下まで前記ハニカム体の出側端部から前記入側接合部の下面に亘って接合されてなり、
前記孔が、直径0.2mm以上4.0mm以下の円である
ことを特徴とする触媒担体。
【請求項２】
前記孔が、直径0.2mm以上1.4mm以下の円であり、
前記孔のピッチが、ひとつのセルにおける前記平箔の長さ以下に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の触媒担体。
【請求項３】
前記孔が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒担体。
【請求項４】
前記平箔と前記波箔とは、前記入側端部から3mm以上10mm以下の領域に、前記孔が形成されていない非加工部分が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒担体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１５６５０５（Ｐ２０１１−１５６５０５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７３６（Ｐ２０１０−２１７３６）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
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