(57)【要約】【課題】平板や波板表面の触媒コート層に含まれている貴金属触媒の全体を有効に利用することができ、もって排ガス浄化性能に優れたメタル触媒担体を提供する。【解決手段】メタル製の平板１の表面にメタル製の波板２が配され、双方の接触箇所６が接続されてメタルハニカム体１０を構成しており、波板２の表面には凹凸（凸部３と凹部４）が形成されており、平板１と波板２の表面の一部もしくは全部に触媒コート層５が形成されているメタル触媒担体１００である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタル製の平板の表面にメタル製の波板が配され、双方の接触箇所が接続されてメタルハニカム体を構成しており、
波板の表面には凹凸が形成されており、平板と波板の表面の一部もしくは全部に触媒コート層が形成されているメタル触媒担体。
【請求項２】
平板の表面にも凹凸が形成されている請求項１に記載のメタル触媒担体。
【請求項３】
前記凹凸は、一定の幅を有した凹凸の帯が該帯の幅方向に併設されたものであり、
隣接する帯同士の凹凸が交互にずらされていることで対応する一方の帯の凹部と他方の帯の凸部の界面に開口が形成されている請求項１または２に記載のメタル触媒担体。
【請求項４】
前記メタルハニカム体が積層されてなる請求項１〜３のいずれかに記載のメタル触媒担体。
【請求項５】
前記メタルハニカム体が巻装されてなる請求項１〜３のいずれかに記載のメタル触媒担体。
【請求項６】
前記凹凸が平板をロール成形もしくはプレス成形して形成されたものである請求項１〜５のいずれかに記載のメタル触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化触媒として適用されるメタル触媒担体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種産業界においては、環境影響負荷低減に向けた様々な取り組みが世界規模でおこなわれており、中でも、自動車産業においては、燃費性能に優れたガソリンエンジン車は勿論のこと、ハイブリッド車や電気自動車等のいわゆるエコカーの普及とそのさらなる性能向上に向けた開発が日々進められている。このようなエコカーの開発に加えて、エンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化触媒に関する研究も盛んにおこなわれている。この排ガス浄化触媒には、酸化触媒や三元触媒、NOx吸蔵還元触媒などが含まれており、この排ガス浄化触媒において触媒活性を発現するのは、白金(Pt)やロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)などの貴金属触媒であり、貴金属触媒はアルミナなどの多孔質酸化物からなる担体に担持された状態で一般に用いられている。
【０００３】
上記する排ガス浄化触媒には、多孔質のセラミック基材の表面に触媒コート層（触媒担持層）が形成されたセラミック触媒担体や、金属箔基材の表面に触媒コート層が形成されたメタル触媒担体がある。
【０００４】
このうち、メタル触媒担体に関する技術が特許文献１に開示されている。ここで開示されるメタル触媒担体は、金属製の平板と波板を貼り合わせ、渦巻き状に巻装した後にこれを外筒ケースに圧入し、ロー付けして担体を構成し、この担体表面に触媒コート層が形成されたものである。このメタル触媒担体においては、渦巻き状の軸中心部にメタルハニカム体を貫通する中心孔が設けてあり、中心孔にガスの流通を阻害する挿入物が配置されている。このような構成により、中心孔を通過する排気ガスをわずかな量とすることができ、ハニカム体の軸中心部付近を通過した排気ガスの浄化性能をそれ以外の部分を通過した排気ガスの浄化性能と同程度とすることが可能になるとともに、酸素センサーによる排気ガス酸素濃度の検知を正常かつ安定的におこなうことができ、触媒反応制御を安定化させることができるとしている。
【０００５】
セラミック触媒担体に比してメタル触媒担体は、セルの壁厚を薄くでき（たとえば半分程度の厚みにできる）、同一サイズで比較した場合にガスが流通する開口部の面積を大きくできるため、排ガス浄化性能が優れているという利点がある。
【０００６】
しかしながら、メタル触媒担体は、その構成要素である波板が往々にして歪な三角形を呈し、この三角形の隅角部分のガス流れが悪いといった固有の課題を有している。
【０００７】
また、他の課題として、貴金属触媒を含んだ触媒コート層が上記三角形の隅角部分に必要以上に溜まり易く、この部分に溜まった触媒コート層に含まれる貴金属触媒が有効に利用され難いといった課題もある。なお、仮に鋭角な隅角を有する三角形ではなくて角が丸みを帯びた略三角形の場合であっても角部に触媒コート層が溜まり易い傾向に変わりはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２８１１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、平板や波板表面の触媒コート層に含まれている貴金属触媒の全体を有効に利用することができ、もって排ガス浄化性能に優れたメタル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】
前記目的を達成すべく、本発明によるメタル触媒担体は、メタル製の平板の表面にメタル製の波板が配され、双方の接触箇所が接続されてメタルハニカム体を構成しており、波板の表面には凹凸が形成されており、平板と波板の表面の一部もしくは全部に触媒コート層が形成されているものである。
【００１１】
本発明のメタル触媒担体は、平板に一体に接続される波板の表面に凹凸が形成されたものであり、この凹凸によって担体の表面積を増加させることができ、一定寸法の担体における貴金属触媒担持量を増やしたり、同一量の貴金属触媒を担持する場合においては担体の寸法を小さくすることができるものである。
【００１２】
さらに、波板と平板の間の空間や波板の表面をガスが流れる際に、波板の表面の凹凸によってガス流れに乱流を生ぜしめることができ、三角形状、もしくは隅角が丸みを帯びた略三角形状の波板の隅角部分にも乱流をなしたガスが良好に提供されるために、隅角部分の触媒コート層に含まれる貴金属触媒を有効に利用することが可能となる。
【００１３】
また、凹凸によって生ぜしめられた乱流ガスによって熱伝達が良好になり、特にエンジン始動時の触媒昇温性を向上させることができる。
【００１４】
ここで、平板や波板はいずれも、SUSをはじめとするメタル素材からなり、いずれも、厚みが数十μm程度かそれ以下の薄い箔（平箔、波箔）であるのがよい。
【００１５】
平板と波板の接触箇所は、ロー付けや拡散接合、接着など、所望の接続強度（メタルハニカム体を巻装した際に平板と波板が分離しない程度の接合強度など）を保証できる適宜の接続方法で接続がおこなわれて、平板と波板から構成されるメタルハニカム体（平板と波板で画成される多数のセルを有するハニカム体）が構成される。
【００１６】
そして、凹凸が付与されていることで波板の剛性が高くなるため、凹凸のない場合の波板の剛性を確保するという観点からその厚みが30μm程度である場合に、この波箔に凹凸を付与することによって高剛性となるため、その厚みを20μm程度に薄くすることが可能となる。このように波板（波箔）の厚みが薄くなることで熱容量を低減することができ、このことによっても触媒昇温性の向上に繋がる。
【００１７】
平板や波板の表面、より具体的には、平板と波板によって画成される多数のセルの表面には、アルミナ等からなるバインダ層に白金(Pt)やロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等の貴金属触媒が担持された触媒コート層が配されている。
【００１８】
波板に設けられる凹凸の形態は任意であり、多様な形状でかつ多様なピッチの凹凸が適用でき、この凹凸形状や凹凸のピッチを変更することで触媒の担持密度を変更でき、ガス流れの乱流態様を調整することも可能となる。
【００１９】
ここで、表面に凹凸を有する波板の製作方法は、平板にロール成形やプレス成形等を施して所望形状および所望ピッチの凹凸を形成した後、波状に折り曲げ加工することで製作できる。
【００２０】
また、メタルハニカム体を構成する波板のほかに、平板の表面にも凹凸が形成された実施の形態であってもよい。この形態によれば、同一寸法の担体における担体表面積をより一層大きくすることができる。
【００２１】
また、凹凸の実施の形態として、一定の幅を有した凹凸の帯が該帯の幅方向に併設され、隣接する帯同士の凹凸が交互にずらされていることで対応する一方の帯の凹部と他方の帯の凸部の界面に開口が形成されている形態を挙げることができる。
【００２２】
上記するように当初はフラットなメタルの平板に対してロール成形やプレス成形をおこなうことにより、一定幅の凹凸が連続して帯を成し、隣接する帯同士がそれぞれの凹凸をずらした態様で併設した平板を製作する。すなわち、実際に加工された状態で、一定幅の凹凸の連続体がそれぞれの凹凸をずらした態様で形成されているために、あたかも複数の帯が併設しているように見えるのであり、すべての帯はあくまでも一枚の平板にせん断加工等で凹凸を形成してできたものである。凹凸を備えた複数の帯が併設してなる平板をメタルハニカム体構成用の平板として使用することができ、この平板に曲げ加工を施すことでメタルハニカム体を構成する波板を製作することができる。
【００２３】
隣接する帯の凹凸がずらされてできる開口（切欠き）がさらにガスの流通路となり、この開口を介したガス流れによってガスの乱流生成効果は一層高められる。
【００２４】
さらに、開口が形成されることで触媒コート層を形成する表面積をより一層大きくすることができ、排ガス浄化性能を一層向上させることができる。そしてこのことは、排ガス浄化性能を一定の値に設定した際に従来のメタル触媒担体に比して貴金属触媒量を低減できることを意味している。
【００２５】
本発明のメタル触媒担体は、上記するように、平板と波板が一体とされたメタルハニカム体のほかにも、このメタルハニカム体を巻装して円柱体を形成し、この円柱体が外筒ケースに圧入されてロー付けされた形態や、２以上のメタルハニカム体が積層された形態などであってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から理解できるように、本発明のメタル触媒担体によれば、メタル製の平板と波板が一体とされたメタルハニカム体において、少なくとも波板の表面に凹凸が形成されていることにより、担体の表面積を増加させることができ、凹凸によってガス流れに乱流を生ぜしめることによって波板の隅角部分にガスを良好に提供でき、貴金属触媒の全体を有効に利用することができる。また、凹凸によって生ぜしめられるガスの乱流によって熱伝達が良好になり、触媒昇温性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明のメタル触媒担体の実施の形態１を説明した模式図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ部を拡大した図である。
【図２】波板の実施の形態１のうち、一つの波を拡大した斜視図であって、ガス流れをともに示した図である。
【図３】波板の実施の形態２のうち、一つの波を拡大した斜視図であって、ガス流れをともに示した図である。
【図４】メタル触媒担体の実施の形態２を説明した模式図である。
【図５】メタル触媒担体の実施の形態３を説明した模式図である。
【図６】メタル触媒担体の実施の形態４を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明のメタル触媒担体の実施の形態を説明する。なお、図１ａ、図２〜図６においては、説明を容易とするために波板表面の触媒コート層の図示を省略している。
【００２９】
（メタル触媒担体の実施の形態１）
図１は本発明のメタル触媒担体の実施の形態１を説明した模式図であり、図２は波板の実施の形態１のうち、一つの波を拡大した斜視図であり、図３は波板の実施の形態２のうち、一つの波を拡大した斜視図である。
【００３０】
図示するメタル触媒担体１００は、耐熱性を有するSUSをはじめとするメタル素材の平板１の表面に、同様にメタル素材で表面に凸部３と凹部４を交互に備えた凹凸を有する波板２が接触箇所６でロー付けにて接続されてなるメタルハニカム体１０において、このメタルハニカム体１０の表面（平板１と波板２で画成される多数のセルや波板の外表面）に触媒コート層５が形成されてその全体が大略構成されている。
【００３１】
平板１や波板２は、たとえば30μm程度の厚みの薄い平箔や波箔からなるが、波板２は、その表面に凹凸を有していることで剛性が増し、したがってより一層薄い箔(たとえば20μm程度)を適用することができる。
【００３２】
また、波板２がその表面に凹凸を有していることで担体の表面積が増加し、触媒コート層のコート量を増加させることができ、排ガス浄化性能を向上させることができる。
【００３３】
触媒コート層５は、アルミナ等からなるバインダ層に白金(Pt)やロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等の貴金属触媒が担持された触媒コート層が配されている。なお、これらの貴金属触媒は一種のみが担持されてもよいし、二種以上が混合されて担持されてもよい。また、これらの貴金属触媒に加えて、セリア（CeO2）やジルコニア（ZrO2）、アルミナ（Al2O3）、CeO2-ZrO2化合物、Al2O3-CeO2-ZrO2三元系複合酸化物などの助触媒が担持されてもよい。
【００３４】
ここで、触媒コート層５の形成方法を概説すると、メタルハニカム体１０が製作された後、平板１と波板２で画成される多数のセルや波板の外表面にウォッシュコート液をコーティングし、これを熱処理して焼付けた後、貴金属触媒をコートすることによって触媒コート層５が形成される。
【００３５】
次に、凹凸を具備する波板２の製作方法を概説する。波板２の表面に形成された凸部３や凹部４はロール成形やプレス成形によって形成する。
【００３６】
ここで、ロール成形を用いた場合の凹凸の形成方法を説明すると、上下２基の回転ロールから構成される不図示のロール型を用いて、この２基の回転ロールの間にメタル素材の平板を流し込んで平板の表面に凹凸を形成する。ここで、下回転ロールはゴムダイであり、上回転ロールは金属素材のロール面に所定ピッチで突起が設けられている。ロール型を平板が通過する過程で平板は上下のロールに挟圧され、上回転ロールの突起によって平板が順次せん断加工されることにより、平板１には所定ピッチで凸部３と凹部４が交互に設けられた凹凸が形成される。
【００３７】
このロール型を用いることにより、図２で示す波板を曲げ加工する前の状態、すなわち、平板の表面に所定ピッチで凸部３と凹部４が繰り返し設けられた波板前駆体が製作される。
【００３８】
この波板前駆体を図１ａで示す連続した波型となるように曲げ加工することにより、表面に凹凸を備えた波板２（図２で示す波板２の実施の形態１）が製作される。
【００３９】
なお、上回転ロールのロール表面において、一定幅ごとに連続した凹凸の帯が隣接する帯同士で一方の突起と他方の突起が相互にずらされた態様のロール型を使用することにより、図３で示す別途の形態の波板２（実施の形態２）が製作される。
【００４０】
図３で示す波板２は、一定の幅を有した凹凸の帯２Ａが帯の幅方向に併設されたものであり、隣接する帯２Ａ、２Ａ同士の凹凸が交互にずらされていることで、対応する一方の帯の凹部４と他方の帯の凸部３の界面に開口が形成されている。
【００４１】
図２で示す実施の形態の波板２を備えたメタル触媒担体では、同図で示すように、排ガスが波板２と不図示の平板１で画成されたセル内に入ってきた後（Ｘ１方向）、排ガスは凸部３の内側を流れたり（Ｘ２方向）、あるいは凹部４の表面を流れ（Ｘ３方向）、さらに、波板２の表面の凹凸で乱流を生ぜしめられたりしながら流通する（Ｘ４方向）。
【００４２】
この排ガスの乱流により、排ガスの流れを多方向とすることができ、触媒コート層全体に排ガスを提供することが可能となり、貴金属触媒を有効に利用することで排ガス浄化性能が向上する。
【００４３】
また、波板２の隅角部分（図２における波板２の頂部内側の領域）に触媒コート層が他の部位に比して多く溜まっている場合であっても、排ガスが乱流しながら多方向に流れていることから、隅角部分の触媒コート層へのガス提供性が良好となり、この部分の貴金属触媒を有効に利用することができる。
【００４４】
なお、図３で示す実施の形態の波板２を備えたメタル触媒担体では、同図で示すように、排ガスが波板２と不図示の平板１で画成されたセル内に入ってきた後（Ｘ１方向）、排ガスは凸部３の内側を流れたり（Ｘ２方向）、あるいは凹部４の表面を流れ（Ｘ３方向）、さらに、Ｘ２方向で流れた排ガスは凸部３から流れ出た後に下流側の帯２Ａの凹部４を流通し、次に、さらに下流側の帯２Ａの凸部３内を流通するほかにも、凸部３の端面に衝突した排ガスが該凸部３の側方へ回り込むようにして流れる乱流となる（Ｘ５方向）。
【００４５】
図３で示す実施の形態の波板２においては、隣接する帯２Ａ，２Ａ間に多数の開口が形成されるが、この開口によって、既述する波の隅角部分に形成され易い触媒コート層溜まり（他の部位よりも触媒コート層の厚みが厚い領域）を解消することもできる。すなわち、波の隅角部分に触媒コート層溜まりが生じるのは波板から受ける表面張力の影響が大きいが、一定幅の凸部３の端面には隣接する帯２Ａの凹部４が存在して開口（切欠き）が形成されているため、波板の表面張力が効果的に緩和される。さらに、この開口が適所に存在していることでガソリン燃料中のMnがメタル触媒担体に堆積することや、ディーゼルエンジンの場合に問題となるPMの堆積によるセルの目詰まりを効果的に低減することができる。
【００４６】
図１〜３で示す波板２を構成するそれぞれの波には、４つの凸部３が形成されているが、凸部３の基数や凸部３の形状や大きさは、波板の表面積（ひいては担体全体の表面積）や乱流態様に影響を与えるため、所望する表面積や乱流態様となるようにこれらを設計するのが好ましい。
【００４７】
また、波板２のピッチや高さに応じて凸部３の高さ（大きさ）を設計することも重要である。たとえば、波板２の波のピッチを2.5mm、波板２の波の高さを1.25mmに設計した際に、波の表面に形成される凸部３の高さは、波板２の波の高さの1/6〜1/4の範囲で設定することができる。そして、波の内側（セル空間）や凸部３の内側に形成される触媒コート層５の厚みは30〜40μm程度に設定することができる。
【００４８】
（メタル触媒担体の実施の形態２）
図４はメタル触媒担体の実施の形態２を説明した模式図である。同図で示すメタル触媒担体１００Ａは、平板１Ａの表面にも凸部３Ａが設けられたものであり、この平板１Ａと波板２が一体となってメタルハニカム体１０Ａを構成し、波板２と平板１Ａで画成されるセル内や波板２の有する凸部３内のほか、平板１の有する凸部３Ａ内にも触媒コート層５（図示略）が形成されてその全体が構成されている。
【００４９】
メタル触媒担体１００Ａによれば、担体の表面積を一層大きくすることができ、さらに、排ガスの乱流生成効果を一層促進させることができ、貴金属触媒利用率を一層高めることができる。
【００５０】
（メタル触媒担体の実施の形態３）
図５はメタル触媒担体の実施の形態３を説明した模式図である。同図で示すメタル触媒担体１００Ｂは、図１ａで示す複数（図では３基）のメタルハニカム体１０が積層され、最上段のメタルハニカム体１０の上に平板１が配されてその全体が構成されている。
【００５１】
図示するメタル触媒担体１００Ｂにおいても、構成要素である平板に凸部３Ａを備えた平板１Ａを適用してもよい。
【００５２】
（メタル触媒担体の実施の形態４）
図６はメタル触媒担体の実施の形態４を説明した模式図である。同図で示すメタル触媒担体１００Ｃは、図１ａで示すメタルハニカム体１０を渦巻き状に巻装したものである。
【００５３】
メタル触媒担体１００Ｃにおいても、構成要素である平板に凸部３Ａを備えた平板１Ａを適用した形態であってもよい。また、図示するメタル触媒担体１００Ｃを不図示の外筒ケースに圧入し、ロー付けして全体を構成してもよい。
【００５４】
このように、図示するいずれの形態のメタル触媒担体１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃであっても、従来の平板と波板から構成されるメタル触媒担体に比して担体の表面積を格段に大きくすることができ、触媒コート層のコート量を増加させることができ、あるいは、波板や平板の表面に形成された凹凸によって排ガス流れに乱流を生ぜしめることができ、これらのことから排ガス浄化性を向上させることができる。また、この排ガス流れの乱流による効果に関してさらに言及すると、従来のメタル触媒担体で問題となっていた波板隅角部分の触媒コート層溜まりへの排ガス提供性が排ガス流れの乱流によって良好になることから、貴金属触媒の有効利用に繋がるものである。そして、このように貴金属触媒を有効に利用できることは、排ガス浄化性能を一定の値に設定した場合には、貴金属触媒の使用量を従来のメタル触媒担体に比して低減できることを意味している。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１、１Ａ…平板、２…波板、３、３Ａ…凸部、４…凹部、５…触媒コート層、６…接触箇所、１０、１０Ａ…メタルハニカム体、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…メタル触媒担体
【図１】
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【図２】
2013244436.tif 000004
【図３】
2013244436.tif 000005
【図４】
2013244436.tif 000006
【図５】
2013244436.tif 000007
【図６】
2013244436.tif 000008