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技術 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

出願人 株式会社キャタラー
発明者 横山直記久保田晃夫板東伸晃糟谷知弘
出願日 2019年2月5日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2019-019151
公開日 2020年8月20日 (6ヶ月経過) 公開番号 2020-124688
状態 特許登録済
技術分野 触媒 排気の後処理
主要キーワード 周方向孔 アムスラー試験機 平均開孔面積 パンチングマシン ジグザク状 孔ピッチ 台形領域 メタル基材
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

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。

概要

背景

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平らな金属箔との積層体筒状体である。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。

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。

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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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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

技術分野

0001

本発明は、排ガス浄化用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平らな金属箔との積層体筒状体である。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

0005

国際公開第2004/022937号
特開2009−178647号公報

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(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は、実施例で用いた箔の孔を示している。
図6は、実施例で用いた箔の孔を示している。
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。

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。

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

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開放し、他方を負圧ポンプ減圧し、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

実施例

0070

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

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