(57)【要約】【課題】本発明は、高い浄化性能と十分な機械的耐久性とを有する排ガス浄化用のメタル基材を提供する。【解決手段】本発明は、孔（１ａ）を有する波箔（１）と孔（２ａ）を有する平箔（２）とが積層されて筒状形状となっている排ガス浄化用の孔あきメタル基材（１０）であって、前記波箔（１）及び／又は前記平箔（２）は、前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分（１１，２１）、及び前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有していな軸方向孔なし部分（１２，２２）を有する、孔あきメタル基材（１０）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔を有する波箔と孔を有する平箔とが積層されて筒状形状となっている排ガス浄化用の孔あきメタル基材であって、
前記波箔及び／又は前記平箔は、前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分、及び前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有していない軸方向孔なし部分を有する、孔あきメタル基材。
【請求項２】
前記波箔及び／又は前記平箔の前記軸方向孔なし部分の面積比率が、１０％〜８０％である、請求項１に記載の孔あきメタル基材。
【請求項３】
前記波箔及び／又は前記平箔の前記軸方向孔あき部分の開口率が、２０〜８０％である、請求項１又は２に記載の孔あきメタル基材。
【請求項４】
前記波箔及び前記平箔は、前記軸方向孔あき部分と前記軸方向孔なし部分とを有しており、前記波箔及び前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、それぞれ２０％〜７０％であり、かつ前記軸方向孔あき部分の開口率が、２０〜８０％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項５】
前記波箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項６】
前記筒状形状の最外周に、前記軸方向孔なし部分が存在している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項７】
前記波箔及び／又は前記平箔の周方向の全体にわたって孔を有していない周方向孔なし部分が存在している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項８】
５０個／平方インチ〜８００個／平方インチのセルを有し、
前記波箔が、前記セルの平均開孔面積の２．０倍以上５０倍以下の面積を有する複数の第１の孔を有し、
前記平箔が、前記セルの平均開孔面積の３．０倍以上１００倍以下の面積を有する複数の第２の孔を有し、かつ
前記波箔の前記第１の孔の面積の平均値が、前記平箔の前記第２の孔の面積の平均値よりも小さい、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項９】
前記波箔の前記第１の孔の合計面積が、前記波箔の全ての孔の合計面積の６０％以上であり、かつ／又は前記平箔の前記第２の孔の合計面積が、前記平箔の全ての孔の合計面積の６０％以上である、請求項８に記載の孔あきメタル基材。
【請求項１０】
触媒層がその表面に形成されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材、及び前記メタル基材が挿入されている外筒を有する、排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化用のメタル基材及びそれを用いた排ガス浄化装置に関する。特に、本発明は、高い浄化性能と機械的強度とを有する排ガス浄化用のメタル基材及びそれを用いた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製の基材（メタル基材）を用いた排ガス浄化装置が、二輪車用、発電機用、農作機械用等の内燃機関の排ガス浄化装置として広く使用されている。メタル基材は、一般的には、波状に加工した金属箔と平らな金属箔との積層体の筒状体である。例えば、図３に示すように、一般的には、メタル基材（１）は、金属箔を波状に加工して波箔（２）を得て、そして波箔（２）と平らな金属箔である平箔（３）とを一緒にロール化することによって筒状にされる。このようにして得られた筒状体は、随意に、外筒（４）に挿入される。
【０００３】
波箔と平箔とを含むメタル基材は、図４に示されるように、筒状体の軸方向からみた場合に、多数のセルを有している。メタル基材に触媒層が形成された排ガス浄化装置では、排ガスは、このセル内を通過し、セルの壁面に存在する触媒層と接触することで浄化される。
【０００４】
特許文献１及び２は、上記のような波箔及び平箔に孔を有する、孔あきメタル基材並びにそれを用いた排ガス浄化装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０２２９３７号
【特許文献２】特開２００９−１７８６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような孔あきメタル基材を用いた排ガス浄化装置は、孔を有することによって、その分だけ熱容量が小さいため、暖機時での排ガス浄化性能が良好になる。また、孔あきメタル基材を用いた排ガス浄化装置は、孔が存在することによってガス流れに影響を与え、高い浄化性能を与えることができる。しかし、孔が存在することによって、基材の軸方向の機械的耐久性が不十分となることが分かった。
【０００７】
そこで、本発明は、高い浄化性能と十分な機械的耐久性とを有する排ガス浄化用のメタル基材、及びそれを用いた排ガス浄化装置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】
【０００８】
本発明者らは、以下の態様を有する本発明により、上記課題を解決できることを見出した。
《態様１》
孔を有する波箔と孔を有する平箔とが積層されて筒状形状となっている排ガス浄化用の孔あきメタル基材であって、
前記波箔及び／又は前記平箔は、前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分、及び前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有していない軸方向孔なし部分を有する、孔あきメタル基材。
《態様２》
前記波箔及び／又は前記平箔の前記軸方向孔なし部分の面積比率が、１０％〜８０％である、態様１に記載の孔あきメタル基材。
《態様３》
前記波箔及び／又は前記平箔の前記軸方向孔あき部分の開口率が、２０〜８０％である、態様１又は２に記載の孔あきメタル基材。
《態様４》
前記波箔及び前記平箔は、前記軸方向孔あき部分と前記軸方向孔なし部分とを有しており、前記波箔及び前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、それぞれ２０％〜７０％であり、かつ前記軸方向孔あき部分の開口率が、２０〜８０％である、態様１〜３のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
《態様５》
前記波箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも大きい、態様１〜４のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
《態様６》
前記筒状形状の最外周に、前記軸方向孔なし部分が存在している、態様１〜５のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
《態様７》
前記波箔及び／又は前記平箔の周方向の全体にわたって孔を有していない周方向孔なし部分が存在している、態様１〜６のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
《態様８》
５０個／平方インチ〜８００個／平方インチのセルを有し、
前記波箔が、前記セルの平均開孔面積の２．０倍以上５０倍以下の面積を有する複数の第１の孔を有し、
前記平箔が、前記セルの平均開孔面積の３．０倍以上１００倍以下の面積を有する複数の第２の孔を有し、かつ
前記波箔の前記第１の孔の面積の平均値が、前記平箔の前記第２の孔の面積の平均値よりも小さい、
態様１〜７のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
《態様９》
前記波箔の前記第１の孔の合計面積が、前記波箔の全ての孔の合計面積の６０％以上であり、かつ／又は前記平箔の前記第２の孔の合計面積が、前記平箔の全ての孔の合計面積の６０％以上である、態様８に記載の孔あきメタル基材。
《態様１０》
触媒層がその表面に形成されている態様１〜９のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材、及び前記メタル基材が挿入されている外筒を有する、排ガス浄化装置。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明のメタル基材の１つの態様を概略的に示している。
【図２】図２（ａ）は、通常の孔あきメタル基材に使用される平箔の概略図を示している。図２（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本発明の１つの態様の孔あきメタル基材に使用される平箔の概略図を示している。
【図３】図３は、波箔及び平箔からなるメタル基材の一般的な製造工程を示す概略図である。
【図４】図４は、波箔及び平箔からなるメタル基材を軸方向から観察した場合の一例の写真を示している。
【図５】図５は、実施例で用いた箔の孔を示している。
【図６】図６は、実施例で用いた箔の孔を示している。
【図７】図７は、３００個／平方インチのセルを用いた、参考例と比較参考例の圧力損失と浄化性能とを示している。
【図８】図８は、１００個／平方インチのセルを用いた、参考例と比較参考例の圧力損失と浄化性能とを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の排ガス浄化用の孔あきメタル基材は、孔を有する波箔と孔を有する平箔とが積層されて筒状形状となっており、波箔及び／又は平箔は、筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分、及び筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有していない軸方向孔なし部分を有する。
【００１１】
本発明者らは、従来の孔あきメタル基材を用いた排ガス浄化装置では、長期間の使用を想定すると、基材の軸方向の機械的強度が不十分となることが分かった。すなわち、孔あきメタル基材を用いた排ガス浄化装置では、使用している間に、軸方向に変形が発生する現象が見られた。これは、排ガス浄化装置が高い圧力の排ガスを受け続けたことが原因であると考えられるが、このような現象は、孔のないメタル基材を用いた排ガス浄化装置では発生していなかった。
【００１２】
それに対して、本発明者らは、上記のように、メタル基材の軸方向に孔のない部分を帯状に部分的に与え、その帯状部分を柱として機能させることによって、孔あき部分による高い浄化性能を維持しつつも、軸方向の強度を向上させた本発明の孔あきメタル基材を見出した。本発明の孔あきメタル基材は、長期間の機械的耐久性を十分に有していながら、孔あきメタル基材としての低い熱容量（すなわち、高い暖機性能）及び高い浄化性能を有することができるため、非常に有用である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の排ガス浄化用の孔あきメタル基材（１０）は、積層されて筒状になっている波箔（１）と平箔（２）とを有し、波箔（１）と平箔（２）とから構成されるセル（３）を有する。波箔（１）は、第１の孔（１ａ）を有し、平箔（２）は、第２の孔（２ａ）を有する。波箔（１）は、筒状形状の軸方向の全体にわたって孔（１ａ）を有する軸方向孔あき部分（１１）と筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有していない軸方向孔なし部分（１２）とを有し、平箔（２）も、筒状形状の軸方向の全体にわたって孔（２ａ）を有する軸方向孔あき部分（２１）と筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有していない軸方向孔なし部分（２２）とを有する。
【００１４】
図２（ａ）は、通常の孔あきメタル基材に使用される平箔の概略図を示している。この平箔には、孔が全体的に均一に分布している。
【００１５】
図２（ｂ）は、本発明の１つの態様の孔あきメタル基材に使用される平箔の概略図を示している。この平箔（２）は、孔あき部分（２１）及び孔なし部分（２２）を有しており、この平箔が筒状となった場合に、孔あき部分（２１）は、筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分（２１）となり、かつ孔なし部分（２２）は、筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有さない軸方向孔なし部分（２２）となる。この平箔には、周方向の両端部に、孔が存在していない端部分（２３）が存在しているが、このような端部分（２３）は存在していなくてもよく、存在していたとしても本明細書の孔なし部分には該当しない。
【００１６】
図２（ｃ）は、本発明の他の１つの態様の孔あきメタル基材に使用される平箔の概略図を示している。この平箔（２）には、軸方向孔あき部分（２１）と軸方向孔なし部分（２２）とが複数存在している。また、この平箔（２）には、周方向の全体にわたって存在している、周方向孔なし部分を有する。
【００１７】
本明細書において、「孔あき部分」とは、複数の孔が隣接して存在している矩形領域又は台形領域をいう。図２（ｂ）及び（ｃ）で示されるように、その領域の外縁は、領域の最も外側に存在している複数の孔の外周を通る。ここで、「隣接」とは、孔が実質的に規則的に分布している場合に、その規則性に基づいて隣接しているかどうかが判断される。孔が規則的に存在していない場合、孔なし部分は、筒状形状の軸方向の全体にわたって、孔が存在していない領域であり、孔あき部分は、孔なし部分及び端部分以外の箔全体の部分である。孔あき部分の全ての領域で、筒状形状の軸方向のいずれかに孔が存在していてもよいが、孔あき部分の一部の領域で筒状形状の軸方向の全体にわたって、孔が存在していない領域が存在していてもよい。
【００１８】
また、本明細書において、波箔の部分の寸法について言及している場合、その寸法は、波箔を引き伸ばして平箔状にした状態の寸法である。さらに、本明細書において、なんらかの特徴について言及している場合、特記していない限り、それらは平箔及び波箔の両方の特徴について言及している。
【００１９】
軸方向孔なし部分の幅（筒状形状の周方向の長さ）及び軸方向孔あき部分の幅の寸法は、基材に存在する孔の平均直径の２倍、５倍、又は１０倍以上であってもよく、具体的には、軸方向孔なし部分及び軸方向孔あき部分の幅は、それぞれ、３．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、又は１５ｍｍ以上であってもよく、８０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、４０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、又は１０ｍｍ以下であってもよい。例えば、軸方向孔なし部分及び軸方向孔あき部分の幅は、それぞれ、５．０ｍｍ以上８０ｍｍ以下、又は１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。
【００２０】
平箔及び波箔の一方は、軸方向孔なし部分が存在していなくてもよい。軸方向孔なし部分が大きければ大きいほど浄化性能は低下する傾向にあるものの、本発明者らは、平箔及び波箔の一方のみに軸方向孔なし部分が存在している場合には、浄化性能の実質的な低下が起こらないことを見出した。平箔及び波箔の両方に軸方向孔なし部分と軸方向孔あき部分が存在する場合、軸方向孔なし部分及び軸方向孔あき部分の面積比率（箔の全面積に対する軸方向孔なし部分又は軸方向孔あき部分の面積）は、それぞれ、１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、又は５０％以上であってもよく、８０％以下、７０％以下、６０％以下、又は５０％以下であってもよい。例えば、軸方向孔なし部分及び軸方向孔あき部分の面積比率は、それぞれ、１０％以上８０％以下、２０％以上７０％以下、又は３０％以上６０％以下であってもよい。
【００２１】
本発明者らは、平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも、波箔の軸方向孔なし部分の面積比率の方が、メタル基材の機械的強度に強い影響を与えることを見出した。すなわち、波箔の軸方向孔なし部分の面積比率は、平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも大きいことが機械的強度の観点から好ましい。例えば、波箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、１０％〜８０％又は１５〜５０％であり、平箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、０％〜５０％又は０〜３０％であり、かつ波箔の軸方向孔なし部分の面積比率は、平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも大きい場合には、機械的強度と浄化性能とが特に高度に両立できるため好ましい。
【００２２】
平箔及び波箔の軸方向孔あき部分の開孔率（孔が存在することによって減少する体積の割合）は、それぞれ、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、又は６０％以上であってもよく、８０％以下、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、又は３０％以下であってもよい。例えば、平箔及び波箔の軸方向孔あき部分の開孔率は、２０％以上８０％以下、３０％以上７０％以下、又は４０％以上６０％以下であってもよい。
【００２３】
また、筒状形状のメタル基材の最外周に、軸方向孔なし部分が存在することが好ましい。最外周に軸方向孔なし部分が存在すると、外筒とメタル基材とを接合する際に、軸方向孔なし部分において接合面積を広く取ることができ、外筒とメタル基材との接合強度を高くすることができる。なお、メタル基材の最外周は、波箔であってもよく、平箔であってもよい。
【００２４】
本発明のメタル基材には、特許文献２に記載のような、周方向の全体にわたる周方向孔なし部分が存在していてもよい。この周方向孔なし部分の幅（筒状形状の軸方向の長さ）は、それぞれ、３．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、又は１５ｍｍ以上であってもよく、４０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、又は１０ｍｍ以下であってもよい。例えば、周方向孔なし部分の幅は、それぞれ、３．０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、又は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であってもよい。
なお、本明細書において、軸方向の全体にわたって存在する軸方向孔あき部分と、周方向の全体にわたって存在する周方向孔なし部分とが重複する領域は、軸方向孔あき部分として考慮される。
【００２５】
本発明の孔あきメタル基材のさらに好ましい態様は、積層されて筒状になっている波箔と平箔とを有し、５０個／平方インチ〜８００個／平方インチのセルを有する。この場合、波箔は、セルの平均開孔面積の２．０倍以上５０倍以下の面積を有する複数の第１の孔を有し、平箔は、セルの平均開孔面積の３．０倍以上１００倍以下の面積を有する複数の第２の孔を有する。また、波箔の第１の孔の面積の平均値は、平箔の第２の面積の平均値よりも小さいことが好ましい。
【００２６】
従来の孔あきメタル基材を用いた排ガス浄化装置では、孔が存在することで、浄化性能は向上するが、圧力損失は悪化する傾向にあった。
【００２７】
孔が存在すると浄化性能が向上する理由としては、以下の理由が考えられる。すなわち、孔が存在すると波箔及び平箔の幾何学的表面積が小さくなり、排ガスと触媒層との接触面積も小さくなるが、同時に排ガス流れの拡大及び収縮が発生し、壁面付近の流れが乱れることになる。これにより、排ガスと触媒層との層界面の境膜が薄くなって、その界面での物質移動速度が向上する。接触面積の減少以上に、物質移動速度の向上が強く寄与するため、孔が存在することにより、浄化性能は向上すると考えられる。また、孔が存在することによって、隣接セル間で排ガスが拡散することが可能になる。内燃機関においては、排ガス配管断面の流速分布が不均一となっているため径方向で排ガス流れの偏りがあり、その結果、排ガス浄化が非効率となっているが、隣接セル間でのガス拡散によって、この排ガス流れの偏りが解消されるため、排ガス浄化性能が向上すると考えられる。
【００２８】
孔が存在すると圧力損失が高くなる理由としては、以下の理由が考えられる。孔が存在することによって、波箔及び平箔の幾何学的表面積が小さくなり、排ガスと触媒層との接触面積も小さくなるため圧力損失は小さくなるが、一方で、浄化装置内で径方向に排ガス流れが拡大、縮小、分岐、合流等をするため、それぞれの圧力損失が発生する。その圧力損失の寄与が大きいため、圧力損失が高くなると考えられる。
【００２９】
このようなことから、従来の孔あきメタル基材を用いた排ガス浄化装置では、圧力損失と浄化性能とはトレードオフの関係になっていた。
【００３０】
それに対して、本発明者らは、上記のような孔あきメタル基材が、低い圧力損失と高い浄化性能とを両立できる排ガス浄化装置を予想外にも提供できることを見出した。理論に拘束されないが、これは、平箔の孔と波箔の孔とで、それぞれ圧力損失と浄化性能に与える影響が異なっていることに起因すると考えられる。すなわち、波箔の孔を大きくすると、圧力損失が改善（低下）すると共に浄化性能も悪化するのに対して、平箔の孔を大きくしても、圧力損失の改善（低下）は効果的なままで、浄化性能の悪化はそれほど大きくなかったためと推測される。そして、特定の面積の範囲において、波箔の孔が小さく、平箔の孔が大きい場合には、低い圧力損失と高い浄化性能とを両立させることができたものと考えられる。
【００３１】
波箔及び平箔に存在する孔は、それぞれ、その全てが同じ大きさであってもよく、また本発明の効果が得られる範囲で異なる大きさであってもよい。また、波箔及び平箔に存在する孔の全てが、それぞれ、上記第１の孔及び上記第２の孔であることが好ましい。ただし、本発明の有利な効果が得られる範囲で、波箔及び平箔に存在する孔の一部は、それぞれ上記第１の孔及び上記第２の孔である必要はない。例えば、波箔の第１の孔の合計面積は、波箔の全ての孔の合計面積の６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、若しくは９５％以上であり、かつ／又は平箔の第２の孔の合計面積は、平箔の全ての孔の合計面積の６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、若しくは９５％以上である。
【００３２】
波箔は、セルの平均開孔面積の２．０倍以上５０倍以下の面積を有する複数の第１の孔を有することができる。例えば、第１の孔の面積は、３．０ｍｍ２以上、４．０ｍｍ２以上、５．０ｍｍ２以上、１０ｍｍ２以上、２０ｍｍ２以上、又は５０ｍｍ２以上であってもよく、１００ｍｍ２以下、８０ｍｍ２以下、６０ｍｍ２以下、４０ｍｍ２以下、又は２０ｍｍ２以下であってもよい。例えば、第１の孔の面積は、３．０ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下、又は１０ｍｍ２以上８０ｍｍ２以下であってもよい。
【００３３】
波箔の孔は、その全てが又はその一部が、円形又は楕円形であってもよく、非円形、例えば多角形であってもよい。波箔の孔の等価直径及び／又は波箔の第１の孔の等価直径は、２．０ｍｍ以上、２．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以上、又は７．０ｍｍ以上であってもよく、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、７．０ｍｍ以下、５．０ｍｍ以下、又は４．０ｍｍ以下であってもよい。なお、等価直径とは、その面の外周長さと等しい外周長さを有する正円の直径をいう。例えば、波箔の孔の等価直径及び／又は波箔の第１の孔の等価直径は、２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下、又は３．０ｍｍ２以上１０ｍｍ以下であってもよい。
【００３４】
平箔は、セルの平均開孔面積の３．０倍以上１００倍以下の面積を有する複数の第２の孔を有することができる。例えば、第２の孔の面積は、３．０ｍｍ２以上、５．０ｍｍ２以上、１０ｍｍ２以上、２０ｍｍ２以上、５０ｍｍ２以上、又は１００ｍｍ２以上であってもよく、３００ｍｍ２以下、２００ｍｍ２以下、１５０ｍｍ２以下、１００ｍｍ２以下、８０ｍｍ２以下、又は６０ｍｍ２以下であってもよい。例えば、第２の孔の面積は、１０ｍｍ２以上３００ｍｍ２以下、又は５０ｍｍ２以上２００ｍｍ２以下であってもよい。
【００３５】
平箔の孔は、その全てが又はその一部が、円形又は楕円形であってもよく、非円形、例えば多角形であってもよい。平箔の孔の等価直径及び／又は平箔の第２の孔の等価直径は、３．０ｍｍ以上、３．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以上、８．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、又は１２ｍｍ以上であってもよく、２５ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、７．０ｍｍ以下、又は５．０ｍｍ以下であってもよい。例えば、平箔の孔の等価直径及び／又は平箔の第２の孔の等価直径は、３．０ｍｍ以上２５ｍｍ以下、又は５．０ｍｍ２以上１５ｍｍ以下であってもよい。
【００３６】
波箔の第１の孔の面積の平均値に対する平箔の第２の孔の面積の平均値の比（第１の孔の面積の平均値／第２の孔の面積の平均値）は、１．０超であってもよく、例えば１．２以上、１．５以上、２．０以上、３．０以上、又は５．０以上であってもよく、１５以下、１０以下、８．０以下、６．０以下、４．０以下、又は３．０以下であってもよい。例えば、この比は、１．０超１５以下であってもよく、１．５以上６．０以下であってもよい。
【００３７】
孔の大きさ、孔なし部分及び孔あき部分の大きさにも依存するが、本発明の有利な効果が得られる範囲において、筒状のメタル基材の軸方向に隣接する孔のピッチ（隣接する孔の中心間距離）は、平箔及び波箔の孔それぞれで、５．０ｍｍ以上、６．０ｍｍ以上、８．０ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以上、１２ｍｍ以上、又は１５ｍｍ以上であってもよく、２５ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、７．０ｍｍ以下、又は５．０ｍｍ以下であってもよい。
【００３８】
孔の大きさ、孔なし部分及び孔あき部分の大きさにも依存するが、筒状のメタル基材の周方向に隣接する孔のピッチは、平箔及び波箔の孔それぞれで、５．０ｍｍ以上、６．０ｍｍ以上、８．０ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以上、１２ｍｍ以上、又は１５ｍｍ以上であってもよく、２５ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、７．０ｍｍ以下、又は５．０ｍｍ以下であってもよい。
【００３９】
平箔及び波箔の開孔率は、それぞれ、１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、又は６０％以上であってもよく、７０％以下、６０％以下、５０％以下、４０％以下、又は３０％以下であってもよい。
【００４０】
本発明のメタル基材は、５０個／平方インチ〜８００個／平方インチのセルを有する。例えば、セルは、８０個／平方インチ以上、１００個／平方インチ以上、１５０個／平方インチ以上、２００個／平方インチ以上、又は３００個／平方インチ以上であってもよく、６００個／平方インチ以下、４００個／平方インチ以下、３００個／平方インチ以下、又は２００個／平方インチ以下であってもよい。
【００４１】
セルの平均開孔面積は、上記のセル数から計算することができ、０．５０ｍｍ２以上、０．８０ｍｍ２以上、１．０ｍｍ２以上、１．５ｍｍ２以上、２．０ｍｍ２以上、３．０ｍｍ２以上、又は５．０ｍｍ２以上であってもよく、１３ｍｍ２以下、１０ｍｍ２以下、７．０ｍｍ２以下、５．０ｍｍ２以下、３．５ｍｍ２以下、又は２．０ｍｍ２以下であってもよい。
【００４２】
本発明のメタル基材では、波箔と平箔とが積層されて筒状になっている。本発明のメタル基材では、波箔と平箔との１つの積層体又は複数の積層体が単純にロールされて筒状体にされていてもよく、又は特許文献１に記載のように、複数の積層体がＳ字状等にロールされて筒状体にされていてもよい。
【００４３】
本発明のメタル基材で使用される波箔の波形形状は、図４に記載のような波形形状に限定されるわけではなく、オメガ波状又はジグザク状の形状で形成されていてもよい。
【００４４】
波箔及び平箔の厚みは、特に限定されないが、それぞれ、２０μｍ以上、４０μｍ以上、８０μｍ以上、又は１００μｍ以上であってもよく、５００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、又は８０μｍ以下であってもよい。
【００４５】
孔は、パンチングマシン等を用いて所望の開孔率となるよう金属箔を全体的にパンチングすることにより設けることができる。尚、その孔の形状は特に限定されない。
【００４６】
本発明のメタル基材は、随意に、外筒を有していてもよい。筒状の波箔及び平箔を外筒の内側に配置し、ロウ付け等の手段によって、これらを接合してもよい。
【００４７】
本発明のメタル基材の製造方法は、パンチングマシン等によって、金属箔を穿孔して上記のような平箔を得ること；平箔を波状に加工して上記のような波箔を得ること；及び平箔と波箔とを積層して筒状化することを含むことができる。また、この方法は、随意に、筒状化した波箔及び平箔を、外筒に挿入して固定することを含んでもよい。
【００４８】
本発明の排ガス浄化装置は、上記の孔あきメタル基材、及び孔あきメタル基材上に形成された触媒層を含む。触媒層としては、排ガス浄化能を有する触媒層として本分野で公知の構成をとることができ、例えば、触媒層は、メタル基材の表面に設けられた金属酸化物担体とその担体に担持された貴金属とを有することができる。
【００４９】
金属酸化物担体としては、例えば、セリア、ジルコニア、アルミナ、希土類金属酸化物等、及びこれらの複数から成る複合酸化物等を挙げることができる。
【００５０】
貴金属の例としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等を挙げることができる。これらの貴金属は、例えば粒径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子として金属酸化物担体に担持されていることができる。
【００５１】
本発明の排ガス浄化装置の製造方法は、上記の孔あきメタル基材を提供すること；上記の孔あきメタル基材に金属酸化物担体の層を形成すること；及び金属酸化物担体に貴金属を担持させることを含むことができる。
【００５２】
孔あきメタル基材に金属酸化物担体の層を形成する工程は、例えば、金属酸化物及び／又はその前駆体から選択される１種以上を含有する溶液又はスラリーを調製すること、孔あきメタル基材にその溶液又はスラリーをコートすること、及び随意にこれを焼成することを含むことができる。
【００５３】
金属酸化物担体に貴金属を担持させる工程は、貴金属前駆体を含有する溶液に金属酸化物担体の層を含浸すること、及びこれを焼成することを含むことができる。また、孔あきメタル基材をコートする溶液又はスラリー中の金属酸化物及び／又はその前駆体に予め貴金属を担持しておいてもよい。
【００５４】
本発明の排ガス浄化装置は、二輪車用、発電機用、農作機械用等の内燃機関の排ガス浄化装置として使用することができる。
【００５５】
本発明を以下の実施例でさらに具体的に説明をするが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【実施例】
【００５６】
《実験Ａ：孔あき部分及び孔なし部分を有する箔を用いたメタル基材について実験》
図５（ａ）〜（ｄ）に示されているような、軸方向孔なし部分の面積比率が０％の箔Ａ（図５（ａ））、２０％の箔Ｂ（図５（ｂ））、４７％の箔Ｃ（図５（ｃ））、及び７５％の箔Ｄ（図５（ｄ））の箔を用意した。これらの箔は、２０Ｃｒ−５Ａｌのステンレス製で、５０μｍの厚みを有しており、図５（ｅ）に示すように、パンチング孔の直径が４．５ｍｍで、孔ピッチが６．２ｍｍで、６０°千鳥の孔配列であった。
【００５７】
また、図６に示されているような、軸方向孔なし部分の面積比率が０％の箔Ｅも製造した。
【００５８】
これらの箔Ａ〜Ｅを用いて、様々な波箔及び平箔を作製し、これらを積層して４００個／平方インチのセル（セルの平均開孔面積：約１．６ｍｍ２）を有する直径４０ｍｍで長さ６０ｍｍの筒状形状の孔あきメタル基材を製造した。
【００５９】
これらの孔あきメタル基材に対して、アムスラー試験機によって片側端面から荷重を掛けて、基材が座屈する強度を測定した。結果を表１に示す。
【００６０】
また、これらの孔あきメタル基材に同一の条件で触媒層を形成し、同一の排ガス浄化性能の試験を行った。比較例１のＮＯｘ排出量を「１」とした場合の、各例のＮＯｘ排出量を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2020124688.tif 000003
【００６２】
軸方向孔なし部分が存在していない箔で波箔と平箔を構成した比較例１及び２のメタル基材は、座屈強度が低く、この程度の強度の場合、高い圧力の排ガスを長期間受け続けると軸方向に変形が発生する。それに対して、実施例１〜３のメタル基材は、非常に高い座屈強度を有しており、十分な機械的耐久性を有している。実施例４と実施例５のメタル基材を比較すると、波箔と平箔とでは、波箔の孔なし部分の方が機械的強度に与える影響が大きいことがわかった。
【００６３】
波箔及び平箔の一方に孔なし部分を有する実施例４〜６については、比較例１と比較して浄化性能の実質的な低下はみられなかった。波箔及び平箔の両方に孔なし部分を有する実施例２及び３については、比較例１と比較して浄化性能の低下があったものの、許容範囲内であった。
【００６４】
《実験Ｂ：波箔及び平箔の孔の大きさに差がある場合の参考的実験》
以下の表２に記載の孔を有する波箔及び平箔を用いて、３００個／平方インチのセル（セルの平均開孔面積：約２ｍｍ２）を有する孔あきメタル基材を製造した。さらに、これらの孔あきメタル基材に同一の触媒層を形成して、参考例１〜３及び比較参考例１〜９の排ガス浄化装置を製造した。比較参考例１〜５（グループＡ）では、波箔と平箔の孔を同じ大きさとした。比較参考例６〜７（グループＢ）では、波箔の孔を平箔の孔よりも大きくした。比較参考例８〜９（グループＣ）は、波箔の孔を平箔の孔よりも小さくしたものの、波箔の孔をセルの開孔径よりもわずかに大きい程度とした。なお、波箔及び平箔の孔は、円形で、かつそれぞれで同じ大きさとした。また、波箔及び平箔の開孔率は、５０％であった。
【００６５】
また、表３に記載の孔を有する波箔及び平箔を用いて、１００個／平方インチのセル（セルの平均開孔面積：約６．５ｍｍ２）を有する孔あきメタル基材を製造した。さらに、これらの孔あきメタル基材に同一の触媒層を形成して、参考例４〜５及び比較参考例１０〜１２の排ガス浄化装置を製造した。なお、波箔及び平箔の孔は、円形で、かつ同じ大きさとした。また、波箔及び平箔の開孔率は、５０％であった。
【００６６】
これらの排ガス浄化装置を、１２５ｃｃのスクーターに搭載して、「ＷＭＴＣ  Ｓｔａｇｅ  ２  ｃｌａｓｓ  １」モードに準拠して、排ガス浄化性能をＮＯｘ排出量の点から評価した。
【００６７】
また、これらの排ガス浄化装置の一方を大気に開放し、他方を負圧ポンプで減圧し、規定空気流量を流した場合の圧力損失を室温下で測定した。この際の空間速度（ＳＶ）は、４５万［１／ｈ］であった。
【００６８】
これらの結果を表２及び表３並びに図７及び図８に示す。図７及び図８を参照すると、参考例による排ガス浄化装置が、低い圧力損失と低いＮＯｘ排出量（高い浄化性能）とを両立できていることが分かる。また、孔なし部分と孔あき部分とを有する本発明のメタル基材においても、波箔及び平箔の孔の大きさに差を与えた場合には、この参考的実験と同様の結果が得られることを当業者は理解することができる。
【００６９】
【表２】
2020124688.tif 000004
【００７０】
【表３】
2020124688.tif 000005
【符号の説明】
【００７１】
１０    メタル基材
１    波箔
１ａ    第１の孔
１１    軸方向孔あき部分
１２    軸方向孔なし部分
２    平箔
２ａ    第２の孔
２１    軸方向孔あき部分
２２    軸方向孔なし部分
２３    端部分
２４    周方向孔なし部分
３    セル
４    外筒
【図１】
2020124688.tif 000006
【図２】
2020124688.tif 000007
【図３】
2020124688.tif 000008
【図４】
2020124688.tif 000009
【図５】
2020124688.tif 000010
【図６】
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【図７】
2020124688.tif 000012
【図８】
2020124688.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月7日(2020.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔を有する波箔と、孔を有する平箔とが積層されて筒状形状となっている、排ガス浄化用の孔あきメタル基材であって、
前記波箔及び／又は前記平箔は、前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分、及び前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有さない軸方向孔なし部分を有し、
前記波箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも大きい、
孔あきメタル基材。
【請求項２】
孔を有する波箔と、孔を有する平箔とが積層されて筒状形状となっている、排ガス浄化用の孔あきメタル基材であって、
前記孔あきメタル基材が、５０個／平方インチ〜８００個／平方インチのセルを有し、
前記波箔及び／又は前記平箔は、前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有する軸方向孔あき部分、及び前記筒状形状の軸方向の全体にわたって孔を有さない軸方向孔なし部分を有し、
前記波箔が、前記セルの平均開孔面積の２．０倍以上５０倍以下の面積を有する複数の第１の孔を有し、
前記平箔が、前記セルの平均開孔面積の３．０倍以上１００倍以下の面積を有する複数の第２の孔を有し、かつ、
前記波箔の前記第１の孔の面積の平均値が、前記平箔の前記第２の孔の面積の平均値よりも小さい、
孔あきメタル基材。
【請求項３】
前記波箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率よりも大きい、請求項２に記載の孔あきメタル基材。
【請求項４】
前記波箔及び／又は前記平箔の前記軸方向孔なし部分の面積比率が、１０％〜８０％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項５】
前記波箔及び／又は前記平箔の前記軸方向孔あき部分の開口率が、２０〜８０％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項６】
前記波箔及び前記平箔は、前記軸方向孔あき部分と前記軸方向孔なし部分とを有しており、前記波箔及び前記平箔の軸方向孔なし部分の面積比率が、それぞれ２０％〜７０％であり、かつ前記軸方向孔あき部分の開口率が、２０〜８０％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項７】
前記筒状形状の最外周に、前記軸方向孔なし部分が存在している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項８】
前記波箔及び／又は前記平箔の周方向の全体にわたって孔を有していない周方向孔なし部分が存在している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材。
【請求項９】
下記条件（１）及び（２）：
（１）前記波箔の前記第１の孔の合計面積が、前記波箔の全ての孔の合計面積の６０％以上であること、及び
（２）前記平箔の前記第２の孔の合計面積が、前記平箔の全ての孔の合計面積の６０％以上であること、
の少なくとも一方を満たす、
請求項２に記載の孔あきメタル基材。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の孔あきメタル基材、及び
前記孔あきメタル基材上に形成された触媒層
を含む、
排ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記孔あきメタル基材が、外筒に挿入されている、請求項１０に記載の排ガス浄化装置。