(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる平箔及び波箔を巻き回すことにより形成されたハニカム体と、
前記ハニカム体の外周面を囲む位置に配置される外筒と、
を有する触媒担持用基材であって、
前記平箔と前記波箔には複数の孔が形成されており、
前記ハニカム体の巻き芯部には、前記平箔又は前記波箔の端部である梁状平坦部が延出しており、
前記複数の孔のうち一部は、前記梁状平坦部に形成されており、
前記巻き芯部の内径は３ｍｍ以下であることを特徴とする触媒担持用基材。
【請求項２】
前記巻き芯部の内径が２．５ｍｍ以下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。
【請求項３】
前記巻き芯部の内径が２ｍｍ以下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。
【請求項４】
前記金属箔の箔厚が７０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の触媒担持用基材。
【請求項５】
金属箔からなる平箔及び波箔を巻き回すことにより形成されるとともに、触媒が担持されたハニカム体と、
前記ハニカム体の外周面を囲む位置に配置される外筒と、
を有する触媒担体であって、
前記平箔と波箔には複数の孔が形成されており、
前記ハニカム体の巻き芯部には、前記平箔又は前記波箔の端部である梁状平坦部が延出しており、
前記複数の孔のうち一部は、前記梁状平坦部に形成されており、
前記巻き芯部の内径は３ｍｍ以下であることを特徴とする触媒担体。
【請求項６】
該触媒担体は、単気筒エンジンの排ガス浄化用であることを特徴とする請求項５に記載の触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒担持用基材及びこれに触媒を担持した触媒担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両から排気される排ガスの浄化用触媒担体として、耐熱合金によって構成された外筒の中にハニカム体を嵌入してなる触媒担体が広く知られている。ハニカム体には、主として積層タイプのハニカム体と捲回タイプのハニカム体とがある。積層タイプのハニカム体は、金属箔からなる平箔と、金属箔をコルゲート加工した波箔とを交互に積層することにより構成されている。捲回タイプのハニカム体は、平箔及び波箔を重ねた状態で渦巻状に巻き回すことにより構成されている。
【０００３】
捲回タイプの触媒担体には、製造工程の特性上、中心部に筒状の空洞（以下、巻き芯部ともいう）が形成される（例えば、特許文献１参照）。巻き芯部は、平箔及び波箔から構成される個々の流路（以下、浄化流路ともいう）と比較して開口面積が大きいため、未浄化の排ガスが巻き芯部から抜けやすい。巻き芯部から抜ける未浄化の排ガスが増加すると、浄化流路を通過する排ガスが減少するため、触媒担体の排ガス浄化性能を十分に発現させることができない。
【０００４】
そこで、巻き芯部からのガス抜けを防止する技術が提案されている。特許文献２には、巻き芯部の直径が３〜５ｍｍ（実施例は５ｍｍ）のメタル触媒担体において、巻き芯部に挿入物（金属製プラグ）を配置することによって、巻き芯部からのガスの抜けを抑制する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、中間にスリットを形成して２つの割片を有する巻軸に、金属製平箔の先端部分を通して挟み、この巻軸を１／４回転以上回転して平箔を巻回した後、波箔を平箔と巻軸との間に、或いは平箔と巻軸周りに巻回した平箔の間に挟み込みながら巻き込む初期巻き込みを行い、さらに引き続いて平箔と波箔を積層しながら渦巻状に巻回し、円筒状のハニカム体を形成してから前記巻軸を除去することを特徴とするメタル担体におけるハニカム体の製造方法が開示されている。また、特許文献３の図２には、平箔の端部（以下、「梁状平坦部」ともいう）を巻き芯部に延出させた工程図が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、波状の金属箔と平板状の金属箔の始端部同士を重ねて多重に巻回したハニカム体を備える金属触媒担体において、ハニカム体の巻芯部に、波箔及び平箔の両金属箔の始端部間を拡開してなる規制部を配置することにより、巻芯部における排気の流通を規制する技術が開示されている。特許文献４の図４には、巻芯部に延出した屈曲形状の金属箔が開示されている。
【０００７】
一方で、触媒として使用される貴金属価格の高騰に伴い、貴金属の使用量を削減した触媒担体が提案されている。例えば特許文献５、特許文献６には、ハニカム体を構成する箔に、厚み方向に貫通する孔を開けることで、貴金属の使用量を削減したハニカム体が開示されている。箔に孔が形成された触媒担体は、熱容量が小さくなるため、ハニカム体の昇温速度を上昇させて、触媒を早期に活性化することができる。特許文献６の図１に開示されている触媒担体は、特許文献３に開示されている製造方法で製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２５０９５０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１１１８号公報
【特許文献３】特開平８−１７３８２０号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０１４１３号公報
【特許文献５】特表２００５−５３５４５４号公報
【特許文献６】ＷＯ２０１９／０３１０８０Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に開示されたメタル担体では、巻き芯部におけるガス抜けを防止するためにプラグを配設する工程が必要となるため、製造工程が煩雑になり、製造コストの増大を招く。特許文献４に開示されたメタル担体についても、排気規制部を形成するための楔状治具が必要になるため、製造工程が煩雑になる。
【００１０】
特許文献３では、平箔の梁状平坦部を巻き芯部に延出させることにより、梁状平坦部を延出させない構成と比較して、巻き芯部の水力直径を６割程度まで減少させることができる。この構成によれば、巻き芯部における排ガスの抜けが抑制され、製造工程を簡素化することができる。ここで、特許文献３には、巻き芯部の開口径が記載されていないが、一般的には３〜５ｍｍ程度であることから（例えば、特許文献２参照）、同程度の開口径であると思われる。
【００１１】
特許文献３に開示されている製造方法を採用して、箔に孔が形成されたハニカム体（例えば特許文献５、６）を連続的に製造する場合、予め孔開け加工されてコイル状に巻かれた平箔を使用し、一つのハニカム体が完成した後に、該平箔を切断してから、次のハニカム体を製造することが好ましい。すなわち、梁状平坦部に対応する平箔の部分にも、必然的に孔が形成されることになる。
【００１２】
本発明者等は、この梁状平坦部に孔が形成されたハニカム体（巻き芯部の開口径が３〜５ｍｍ程度）を、排ガス浄化用の触媒コンバータとして使用したときに、梁状平坦部に開けられた孔を起点として亀裂が発生し、巻き芯部に延出した平箔の梁状平坦部が早期に疲労破壊する課題を発見した。梁状平坦部が疲労破壊すると、当然のことながら、巻き芯部の開口の水力直径が拡径するため、浄化性能が低下する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（本発明の開発経緯）
上述した本発明の開発経緯について、より詳細に説明する。
まず、本発明者らは、巻き芯部に延出した梁状平坦部を有し、該巻き芯部の内径が３ｍｍ〜５ｍｍである、従来の触媒担持用基材（上述の特許文献３に相当）について、その構造耐久性を評価すべく、エンジンベンチによる加熱冷却サイクル試験を実施した。加熱冷却サイクルのパターンとして、触媒担持用基材に流入させるガスの入側温度を「９００℃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選択した。その結果、梁状平坦部の疲労破壊が抑制され、十分な構造耐久性が得られた（後述の「実施例」欄における参考例参照）。
【００１４】
しかしながら、上述の「背景技術」の欄にて述べた通り、ハニカム体を構成する箔に孔が形成された触媒担持用基材も従来提案されている。そこで、本発明者らは、特許文献３に開示されている製造方法を採用して、箔に孔が形成された触媒担持用基材（巻き芯部の内径が３ｍｍ〜５ｍｍであり、梁状平坦部にも孔が形成されている構成）を製造し、この触媒担持用基材に対して、上述と同様の加熱冷却サイクル試験を実施した。その結果、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた通り、梁状平坦部に開けられた孔を起点として亀裂が伝搬し、梁状平坦部が早期に疲労破壊して、十分な構造耐久性が得られなかった。
【００１５】
そこで、本発明者らは、鋭意検討を行い、梁状平坦部に孔が形成されていても、巻き芯部の内径（すなわち、梁状平坦部の長さ）を３ｍｍ以下に設定することによって、梁状平坦部が早期に疲労破壊することを抑制できることを見出した。
【００１６】
本発明は、（１）金属箔からなる平箔及び波箔を巻き回すことにより形成されたハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む位置に配置される外筒と、を有する触媒担持用基材であって、前記平箔と前記波箔には複数の孔が形成されており、前記ハニカム体の巻き芯部には、前記平箔又は前記波箔の端部である梁状平坦部が延出しており、前記複数の孔のうち一部は、前記梁状平坦部に形成されており、前記巻き芯部の内径は３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
（２）巻き芯部の内径が２．５ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）に記載の触媒担持用基材。
【００１８】
（３）巻き芯部の内径が２ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）に記載の触媒担持用基材。
【００１９】
（４）前記金属箔の箔厚が７０μｍ以下であることを特徴とする上記（１）乃至（３）のうちいずれか一つに記載の触媒担持用基材。
【００２０】
（５）金属箔からなる平箔及び波箔を巻き回すことにより形成されるとともに、触媒が担持されたハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む位置に配置される外筒と、を有する触媒担体であって、前記平箔と波箔には複数の孔が形成されており、前記ハニカム体の巻き芯部には、前記平箔又は前記波箔の端部である梁状平坦部が延出しており、前記複数の孔のうち一部は、前記梁状平坦部に形成されており、前記巻き芯部の内径は３ｍｍ以下であることを特徴とする触媒担体。
【００２１】
（６）該触媒担体は、単気筒エンジンの排ガス浄化用であることを特徴とする上記（５）に記載の触媒担体。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、巻き芯部に延出する、孔が形成された梁状平坦部の長さを３ｍｍ以下とする（すなわち、巻き芯部の内径を３ｍｍ以下とする）ことにより、梁状平坦部の疲労破壊を起こりにくくすることができる。これにより、梁状平坦部の早期欠落による巻き芯部の拡径が抑制され、浄化性能が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の触媒担体を軸方向から視た平面図である。
【図２】平箔２の展開図である。
【図３】図２における破線で囲まれた領域Ａの拡大図である。
【図４】巻き軸の斜視図である。
【図５】触媒担持用基材の製造工程（ただし、初期工程のみ）を示す工程図である。
【図６】図５（ａ）に対応した触媒担持用基材（変形例）の一部における工程図である。
【図７】ハニカム体の概略透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明の一実施形態である触媒担体を軸方向から視た平面図である。軸方向は、触媒担体に流入する排ガスの導通方向と一致する。
図１を参照して、触媒担体１は、ハニカム体４及び外筒５を含む。ハニカム体４は、平箔２及び波箔３を重ねて巻き回した捲回体として構成されている。平箔２及び波箔３を巻き回す方法については、後述する。
【００２５】
ハニカム体４の中心には、軸方向に沿って筒状に延びる巻き芯部６が形成されている。巻き芯部６には、平箔２の端部（後述）を延出させた梁状平坦部２ａが形成されている。梁状平坦部２ａは、巻き芯部６を径方向に横断するように、軸方向の一端部から他端部までの全体に亘って配設されている。梁状平坦部２ａを巻き芯部６に配設することにより、巻き芯部６の開口に流入する排ガスの流量が低下して、ハニカム体４の排ガス浄化流路（言い換えると、ハニカム体４のセル）を流れる排ガスの流量が増加するため、触媒担体１の浄化性能を高めることができる。
【００２６】
図２は、平箔２の展開図である。図２のＸ軸方向は、ハニカム体４における排ガス導通方向（すなわち、ハニカム体４の軸方向）に相当する。同図のＹ軸方向は、Ｘ軸と垂直に交わる方向であって、平箔２の長尺方向に相当する。図２を参照して、後述する巻き回し方法に従って平箔２及び波箔３を巻き回すことによって、二点鎖線で挟まれた平箔２のＹ軸方向端部Ｓが、梁状平坦部２ａとして巻き芯部６に延出する。
【００２７】
ハニカム体４の熱容量を低減するために、ハニカム体４の平箔２及び波箔３に孔開け加工が施されて、厚み方向に貫通する孔８が複数形成される。以下、平箔２に形成された孔８について説明するが、波箔３にも同様の孔８が形成されているものとする。孔８は、平箔２のうち、排ガス導通方向のガス入側端部Ｔを除いた領域に、Ｘ軸方向に沿って千鳥状に形成することができる。したがって、梁状平坦部２ａに対応する平箔２のＹ軸方向端部Ｓにも、孔８が形成される。ここで、「千鳥状」とは、Ｙ軸方向に隣接する孔８の中間位置を通ってＸ軸方向に延びる仮想線上に次列の孔８が配置され、この配置関係がＹ軸方向に連続することを意味する。なお、孔８の配置は、Ｘ軸方向に沿った千鳥状配置に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って孔８を直線状に配列したマトリックス状配置であってもよい。
【００２８】
本実施形態においては、孔８は円形に形成されている。孔８の直径は、０．５ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。孔８の直径が０．５ｍｍ未満である場合、孔８が触媒によって閉塞されるおそれがある。一方、孔８の直径が６ｍｍ超である場合、浄化性能が低下するおそれがある。そのため、孔８の直径は、０．５ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。なお、孔８の形状は、円形以外（例えば四角形状や楕円形状）であってもよいが、孔開け加工の加工性を考慮すると円形が好ましい。
【００２９】
梁状平坦部２ａにおける孔８の開口率は、２０％以上６０％以下であることが好ましい。開口率を２０％未満とすると、触媒担体１の熱容量を十分に低減することができない。一方、開口率を６０％超とすると、ハニカム体４自体の強度が低下する恐れがある。そのため、梁状平坦部２ａにおける孔８の開口率は、２０％以上６０％以下であることが好ましい。ここで、開口率について、図３を参照して説明する。図３は、図２における破線で囲まれた領域Ａの拡大図である。図３を参照して、互いに隣接する三つの孔８の重心（本実施形態では、孔８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、当該三角形と孔８とが重なる部分の面積を孔面積と定義する。このとき、開口率は、「全体面積に対する孔面積の比」として算出される。孔８が円形以外の形状であっても同様に、孔８の重心を用いて開口率を定義することができる。また、孔８の配置が、図２に示すＸ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。なお、梁状平坦部２ａにおける孔８は、平箔２に孔８を開ける過程で必然的に形成されることから、梁状平坦部２ａにおける孔８の開口率は、平箔２における孔８の開口率と略一致する。
【００３０】
ここで、梁状平坦部２ａの早期疲労破壊を抑制するためには、「梁状平坦部２ａに対応する平箔部分（Ｙ軸方向端部Ｓ）への孔開け加工を避ける」という手段も考えられる。しかしながら、この場合、Ｙ軸方向端部Ｓを除いた箔部分に孔開け加工を施した平箔を、ハニカム体一つにつき１本準備しなければならず、ハニカム体を連続的に製造できないため、製造が煩雑になる。この点に鑑み、本発明は、ハニカム体を連続的に製造する際の煩雑さを回避しつつ、梁状平坦部が早期に疲労破壊することを抑制することができる触媒担持用基材及びこれに触媒を担持した触媒担体を提供するものである。
【００３１】
金属箔の箔厚は、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上７０μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０μｍ以上５０μｍ以下である。このように箔厚の薄い金属箔を用いることにより、排ガス浄化時にハニカム体４の昇温速度を上昇させて、触媒を活性化したり、触媒担体１を軽量化することができる。ただし、金属箔の箔厚を過度に薄くすると、当然のことながら強度が低下し、「発明が解決しようとする課題」の欄で取り上げた疲労破壊が起こりやすくなる。
【００３２】
金属箔の板幅は、好ましくは１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。金属箔のサイズは、触媒担体１の用途に応じて適宜変更することができる。波箔３は、金属箔を例えばコルゲート加工することによって製造することができる。
【００３３】
平箔２及び波箔３には、耐熱合金からなる金属箔を用いることができる。金属箔に用いられる耐熱合金には、Ｃｒ：２０質量％、Ａｌ：５質量％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス（言い換えると、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ合金）を用いることができる。また、このフェライト系ステンレスを耐熱性の高いＮｉ基ろう材で接合したものを用いることもできる。ただし、本発明に適用可能な耐熱合金は前述のフェライト系ステンレスに限るものではなく、合金組成にＡｌを含む耐熱性の各種ステンレス鋼を広く用いることができる。すなわち、通常、ハニカム体４に用いられる金属箔は、Ｃｒを１５−２５質量％、Ａｌを２−８質量％含有しており、上記以外に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。
【００３４】
触媒は、ハニカム体４の金属箔表面に所定のウォッシュコート液を塗布して、それを乾燥、焼成することによって、金属箔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たスラリー状の液体を用いることができる。
【００３５】
外筒５には例えばＳＵＳ４３６ＬやＳＵＳ４３０のようなＣｒが１３〜２０質量％程度含有されているフェライト系ステンレスを用いることができる。外筒５の肉厚は、好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。ハニカム体４のセル密度は、好ましくは１平方センチメートルあたり１５．５セルから９３セル（１平方インチあたり１００セルから６００セル）である。
【００３６】
巻き芯部６の径（直径）は、３ｍｍ以下であり、好ましくは２．５ｍｍ以下であり、より好ましくは２ｍｍ以下である。巻き芯部６を小径に設計することにより、梁状平坦部２ａの長さ（巻き芯部６の径方向における長さ）を３ｍｍ以下に制限することができる。梁状平坦部２ａの長さを３ｍｍ以下に制限することにより、梁状平坦部２ａが排気ガスの脈動によって振動しにくくなるため、梁状平坦部２ａが早期に疲労破壊することを抑制できる。
【００３７】
梁状平坦部２ａには、巻き芯部６の形状（径）を維持する梁としての役割がある。したがって、梁状平坦部２ａが破壊されると巻き芯部６が拡径して、巻き芯部６の開口に流入する排ガスが増加するため、触媒担体１の浄化性能が低下してしまう。本実施形態の構成によれば、梁状平坦部２ａが早期に疲労破壊することを抑制できるため、巻き芯部６が拡径することによる浄化性能の低下を長期に亘って抑制することができる。なお、巻き芯部６の径（直径）の下限値は、特に限定されないが、好ましくは１ｍｍである。
【００３８】
本実施形態の触媒担体１は、単気筒エンジン用の触媒コンバータとして好適に用いることができる。４ストロークエンジンの場合、吸気→圧縮→燃焼→排気のサイクル工程において、排ガスが排気管に流出する工程は排気工程のみである。多気筒エンジンでは各気筒の排気工程のタイミングが気筒ごとにずれており、脈動は緩和される。これに対して、単気筒エンジンの場合には、排気のタイミングは４工程のうち１回のみであるため、排ガスの脈動が相対的に大きくなる。以上の理由から、本実施形態の触媒担体１は、単気筒エンジンの排ガス浄化用途により好適に用いることができる。ただし、多気筒エンジンであっても、脈動は起こるため、本実施形態の触媒担体１は多気筒エンジンにも適用することができる。
【００３９】
次に、図４及び図５を参照しながら、触媒担持用基材の製造方法について説明する。図４は、平箔２及び波箔３を巻き回すときに使用する巻軸１０の斜視図である。図５は、触媒担持用基材の製造工程（ただし、初期工程のみ）を示す工程図である。巻軸１０は、丸棒形状（軸方向視において円形）に形成されており、巻軸１０の長手方向における一端部には、他端側に向かって延びる長尺のスリット１０ａが形成されている。
【００４０】
最初に平箔２の長尺方向における端部を巻軸１０のスリット１０ａに滑り込ませて、平箔２を巻軸１０の径方向から挟持する（図５（ａ）参照）。なお、平箔２を固定するために、平箔２の先端を巻軸１０から若干突出させることが望ましい。このスリット１０ａに挟持された平箔２の部分（図２におけるＹ軸方向端部Ｓ）が、ハニカム体４の巻き芯部６に延出する梁状平坦部２ａになる。平箔２に対して適度な張力を付与しながら、巻軸１０をその長手方向軸周りに１回転させることにより、平箔２を巻軸１０に約１周分だけ巻き付ける（図５（ｂ）参照）。ただし、巻軸１０を１回転超回転させることにより、平箔２を１周超巻き付けてもよい。次に、巻軸１０と平箔２の間に波箔３を滑り込ませる（図５（ｃ）参照）。巻軸１０を長手方向軸周りに更に回転させ、ハニカム体４が所定の径に達したところで、巻軸１０による巻き取り動作を停止して、巻軸１０をハニカム体４から抜く。
図５（ｄ）は、図５（ｃ）に図示する状態から巻軸１０を約４５度回転させた状態を示している。本実施形態では、巻軸１０の径を約３ｍｍ以下に設定することにより、巻き芯部６の径を、３ｍｍ以下に調整している。
【００４１】
ハニカム体４を外筒５に内挿して、ろう材などで接合したり、加締めたりして、互いに固着することにより触媒担持用基材が得られる。その後、ハニカム体４に触媒を担持させることにより、触媒担体１が得られる。触媒については、上述したので、説明を繰り返さない。
【００４２】
（変形例）
上述の実施形態では、平箔２の端部（Ｙ軸方向端部Ｓ）を梁状平坦部としたが、本発明はこれに限るものではなく、波箔３の端部を梁状平坦部としてもよい。図６は、図５に示す工程図の（ａ）に対応している。同図を参照して、波箔３の端部には、凹凸がない平坦部が形成されており、この部分を梁状平坦部３ａとすることができる。巻軸１０のスリット１０ａに波箔３の梁状平坦部３ａを挟持させて、平箔２とともに巻き取ることにより、巻き芯部６に波箔３の梁状平坦部３ａが延出した触媒担体を製造することができる。製造工程の詳細は、上述の実施形態とほぼ同様であるから、説明を省略する。
【００４３】
（実施例）
実施例を示して、本発明について詳細に説明する。
＜実施例１−５，比較例１−３＞
まず、厚さ５０μｍ、幅１００ｍｍのフェライト系ステンレス箔（Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ合金）からなる２枚の平板に、所定の径を有する円形の孔（上述の実施形態における孔８に相当）を所定の開口率で形成した。このとき、ガス入側端部（上述の実施形態におけるガス入側端部Ｔに相当）を避けた位置に孔を形成した。なお、開口率の定義については上述したため、説明を省略する。本実施例では、孔径を０．５ｍｍ、開口率を４０％とし、孔は千鳥状に配置した。
次に、図５に示す工程図にしたがって、一方の平板（上述の実施形態における平箔２に相当）と、他方の平板を波状に加工して形成した波板（上述の実施形態における波箔３に相当）と、を巻き回すことにより、ハニカム体を製造した。したがって、製造されたハニカム体の梁状平坦部にも孔が形成されている構成となった。巻軸の径（「巻き芯部の内径」、「梁状平坦部の長さ」と言い換えることができる）を６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍのいずれかに設定した。外径８０ｍｍ，厚さ１．５ｍｍ，長さ１００ｍｍの外筒を用意して、この外筒に対してハニカム体を内挿することにより、触媒担体の母材となる触媒担持用基材を製造した。外筒には、フェライト系のステンレス鋼（ＳＵＳ４３６Ｌ）を使用した。ハニカム体のセル密度は１平方センチあたり６２セル（１平方インチあたり４００セル）とした。またハニカム体を構成する平箔と波箔は互いにろう付けにより接合した。また、ハニカム体と外筒もろう付けにより接合した。
【００４４】
それぞれの試料を１０個ずつ用意し、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。試験装置に触媒担持用基材をセットして、梁状平坦部が破損するかどうかを調べた。
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。
【００４５】
触媒担持用基材に流入させるガスの入側温度を９００℃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（９００℃）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。
【００４６】
この冷熱サイクルを１０００サイクル繰り返した後、触媒担持用基材を観察して、巻き芯部に配設された梁状平坦部の破損状況を確認した。図７（ｂ）に示すように梁状平坦部２ａが軸方向全体に亘って欠損した場合には「全長欠損」と評価し、図７（ａ）に示すように梁状平坦部２ａの一端側（ガス入側）のみが部分的に欠損した場合には「一部欠損」と評価した。表１はその評価結果である。なお、表中の「ガス入側端部」は、ハニカム体のガス入側の縁を始点とした軸方向長さで表す。
【００４７】
【表１】
0006975359.tif 000002
【００４８】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例１〜３）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例１）。巻き芯径を２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例２〜５）。
以上の試験結果から、梁状平坦部に孔径０．５ｍｍの孔が形成されていても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００４９】
＜実施例６−１０，比較例４−６＞
実施例１−５，比較例１−３の触媒担持用基材に対して、孔径を１ｍｍに変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表２はその評価結果である。
【００５０】
【表２】
0006975359.tif 000003
【００５１】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例４〜６）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例６）。巻き芯径を２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例７〜１０）。
以上の試験結果から、梁状平坦部に孔径１ｍｍの孔が形成されていても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００５２】
＜実施例１１−１５，比較例７−９＞
実施例１−５，比較例１−３の触媒担持用基材に対して、孔径を２ｍｍに変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表３はその評価結果である。
【００５３】
【表３】
0006975359.tif 000004
【００５４】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例７〜９）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例１１）。巻き芯径を２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例１２〜１５）。
以上の試験結果から、梁状平坦部に孔径２ｍｍの孔が形成されていても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００５５】
＜実施例１６−２０，比較例１０−１２＞
実施例１−５，比較例１−３の触媒担持用基材に対して、孔径を３ｍｍに変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表４はその評価結果である。
【００５６】
【表４】
0006975359.tif 000005
【００５７】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例１０〜１２）。一方、巻き芯径を３ｍｍ、２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例１６〜１７）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例１８〜２０）。
以上の試験結果から、梁状平坦部に孔径３ｍｍの孔が形成されていても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００５８】
＜実施例２１−２５，比較例１３−１５＞
実施例１−５，比較例１−３の触媒担持用基材に対して、孔径を４ｍｍに変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表５はその評価結果である。
【００５９】
【表５】
0006975359.tif 000006
【００６０】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例１３〜１５）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か２０％確認されただけであった（実施例２１）。巻き芯径を２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例２２）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例２３〜２５）。
以上の試験結果から、梁状平坦部に孔径４ｍｍの孔が形成されていても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００６１】
＜実施例２６−３０，比較例１６−１８＞
実施例１−５，比較例１−３の触媒担持用基材に対して、孔径を６ｍｍに変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表６はその評価結果である。
【００６２】
【表６】
0006975359.tif 000007
【００６３】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例１６〜１８）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か３０％確認されただけであった（実施例２６）。巻き芯径を２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か２０％確認されただけであった（実施例２７）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例２８〜３０）。
以上の試験結果から、梁状平坦部に孔径６ｍｍの孔が形成されていても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００６４】
＜実施例３１−３５，比較例１９−２１＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対し、ハニカム体を構成する平箔と波箔の孔の開口率を２０％に変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表７はその評価結果である。
【００６５】
【表７】
0006975359.tif 000008
【００６６】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例１９〜２１）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例３１）。巻き芯径を２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例３２〜３５）。
以上の試験結果から、ハニカム体を構成する平箔と波箔の孔の開口率を２０％にしても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００６７】
＜実施例３６−４０，比較例２２−２４＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対し、ハニカム体を構成する平箔と波箔の孔の開口率を６０％に変えて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表８はその評価結果である。
【００６８】
【表８】
0006975359.tif 000009
【００６９】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例２２〜２４）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か３０％確認されただけであった（実施例３６）。巻き芯径を２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か２０％確認されただけであった（実施例３７）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例３８〜４０）。
以上の試験結果から、ハニカム体を構成する平箔と波箔の孔の開口率を６０％にしても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００７０】
＜実施例４１−４５、比較例２５−２７＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対して、ハニカム体と外筒の長さを４０ｍｍに短縮して、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表９はその評価結果である。
【００７１】
【表９】
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【００７２】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例２５〜２７）。一方、巻き芯径を３ｍｍ、２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例４１、４２）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例４３〜４５）。
以上の試験結果から、ハニカム体と外筒の長さを４０ｍｍに短縮しても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００７３】
＜実施例４６−５５、比較例２８−３３＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対して、ハニカム体の径を４０ｍｍ、１１７ｍｍに変化させて、構造耐久性を評価した。評価方法については説明を繰り返さない。表１０及び１１はその評価結果である。
【００７４】
【表１０】
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【００７５】
【表１１】
0006975359.tif 000012
【００７６】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例２８〜３３）。一方、巻き芯径を３ｍｍ、２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、僅か１０％の試料で「一部欠損」が確認されたに過ぎなかった（実施例４６〜４７、５１〜５２）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例４８〜５０、５３〜５５）。
以上の試験結果から、ハニカム体の径を変えても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００７７】
＜実施例５６−６０、比較例３４−３６＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対し、ハニカム体のセル密度を１平方センチあたり４６．５セル（１平方インチあたり３００セル）に変化させて、構造耐久性を評価した。評価方法については、説明を繰り返さない。表１２はその評価結果である。
【００７８】
【表１２】
0006975359.tif 000013
【００７９】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例３４〜３６）。一方、巻き芯径を３ｍｍ、２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例５６〜５７）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例５８〜６０）。
以上の試験結果から、ハニカム体のセル密度を変えても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００８０】
＜実施例６１−６５、比較例３７−３９＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対し、ハニカム体を構成する箔厚を３０μｍに変化させて、構造耐久性を評価した。評価方法については、説明を繰り返さない。表１３はその評価結果である。
【００８１】
【表１３】
0006975359.tif 000014
【００８２】
巻き芯径を４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍにした場合には、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例３７〜３９）。一方、巻き芯径を３ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か２０％確認されただけであった（実施例６１）。巻き芯径を２．５ｍｍにした場合には、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料が僅か１０％確認されただけであった（実施例６２）。巻き芯径を２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例６３〜６５）。
以上の試験結果から、ハニカム体の箔厚を３０μｍに変えても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損防止効果が大きく向上することがわかった。
【００８３】
＜実施例６６−７０、比較例４０−４２＞
実施例１６−２０、比較例１０−１２の触媒担持用基材に対し、ハニカム体を構成する箔厚を７０μｍに変化させて、構造耐久性を評価した。評価方法については、説明を繰り返さない。表１４はその評価結果である。
【００８４】
【表１４】
0006975359.tif 000015
【００８５】
巻き芯径を６ｍｍにした場合は、全ての試料で「全長欠損」が確認された（比較例４０）。巻き芯径を５ｍｍにした場合には、９０％の試料で「全長欠損」が確認され、「一部欠損」した試料が１０％確認された（比較例４１）。巻き芯径を４ｍｍにした場合には、８０％の試料で「全長欠損」が確認され、「一部欠損」した試料が２０％確認された（比較例４２）。一方、巻き芯径を３ｍｍ、２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合には、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（実施例６６〜７０）。
以上の試験結果から、ハニカム体の箔厚を７０μｍに変えても、巻き芯径を３ｍｍ以下に設定することにより、梁状平坦部の欠損抑制効果が大きく向上することがわかった。
【００８６】
＜参考例１〜８＞
参考例１〜８では、孔が形成されていない平箔及び波箔を使用して、実施例１−５，比較例１−３と同様の工程で触媒担持用基材を製造し、構造耐久性を評価した。すなわち、参考例１〜８のハニカム体が有する梁状平坦部には、孔が形成されていない。平箔及び波箔における孔の有無以外の条件は、実施例１−５，比較例１−３の触媒担持用基材と同様とした。評価方法については、説明を繰り返さない。表１５はその評価結果である。
【００８７】
【表１５】
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【００８８】
巻き芯径が４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの場合、「全長欠損」した試料はなく、「一部欠損」した試料がわずか１０％確認されただけであった（参考例１〜３）。一方、巻き芯径を３ｍｍ、２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍにした場合、「全長欠損」は勿論のこと「一部欠損」すら確認されなかった（参考例４〜８）。
【００８９】
以上説明したように、本発明によれば、孔開け加工された梁状平坦部の長さを３ｍｍ以下とするように、巻き芯部６の径を小径に形成することにより、梁状平坦部が振動しにくくなり、早期疲労破壊を抑制できる。
【符号の説明】
【００９０】
１  メタル担体      ２  平箔      ２ａ、３ａ  梁状平坦部      ３  波箔
４  ハニカム体      ５  外筒      ６  巻き芯部      ８  孔      １０  巻軸
【要約】
【課題】  本発明は、巻き芯部に延出する、孔が形成された梁状平坦部を有する触媒担持用基材であって、簡素な方法で梁状平坦部の疲労破壊を抑制する触媒担持用基材及びこれに触媒を担持した触媒担体を提供することを目的とする。
【解決手段】  金属箔からなる平箔及び波箔を巻き回すことにより形成されたハニカム体と、前記ハニカム体の外周面を囲む位置に配置される外筒と、を有する触媒担持用基材であって、前記平箔と波箔には複数の孔が形成されており、前記ハニカム体の巻き芯部には、前記平箔又は前記波箔の端部である梁状平坦部が延出しており、前記複数の孔のうち一部は、前記梁状平坦部に形成されており、前記巻き芯部の内径は３ｍｍ以下であることを特徴とする触媒担持用基材。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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