特許 6245441 金属ハニカム触媒装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6245441

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】金属ハニカム触媒装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 37/02 20060101AFI20171204BHJP

   B01J 35/04 20060101ALI20171204BHJP

   B01D 53/86 20060101ALI20171204BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20171204BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   B01J37/02 301C

   B01J35/04 321A

   B01D53/86 100

   B01D53/94 100

   H01M8/06 G

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-22926(P2014-22926)

(22)【出願日】2014年2月10日

(65)【公開番号】特開2015-147202(P2015-147202A)

(43)【公開日】2015年8月20日

【審査請求日】2016年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】特許業務法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土田 修三

(72)【発明者】

【氏名】三田 友紀

(72)【発明者】

【氏名】中村 雅俊

(72)【発明者】

【氏名】堀川 晃宏

【審査官】 壷内 信吾

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５２４６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０４３６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０１８４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０１４９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３８０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１７６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４７１１００９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２６４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２３４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００２８８０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−３１５６４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｊ２１／００−３８／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒金属と触媒金属の担持体および金属酸化物前駆体からなる溶液を、波形状に形成された金属箔のコルゲート基板と平形状の金属箔の平形基板に塗布する塗布工程と、
塗布された前記溶液を乾燥して触媒層を形成する乾燥工程と、
前記触媒層が形成された前記コルゲート基板と前記平形基板を積層して巻き取り、巻き取った前記コルゲート基板と前記平形基板を溶接して螺旋構造のハニカム構造体とする巻き取り工程とからなり、
前記塗布工程の塗布方法が、スプレー塗布方法であり、
前記巻き取り工程において前記平形基板と接触する前記コルゲート基板の頂点に対し、前記塗布工程の後で前記乾燥工程の前において、前記コルゲート基板の頂点に接触物を接触させ、平らな平坦個所を形成する、
金属ハニカム触媒装置の製造方法。

【請求項2】

前記溶接の後、前記ハニカム構造体を２００〜７００℃の温度に昇温する焼成工程を有することを特徴とする、
請求項１に記載の金属ハニカム触媒装置の製造方法。

【請求項3】

前記塗布工程の塗布方法が、溶液に電荷を印加して塗布する静電スプレー塗布方法であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の金属ハニカム触媒装置の製造方法。

【請求項4】

前記溶接は、前記平形基板と前記コルゲート基板の頂点をレーザー溶接する、
請求項１〜３の何れかに記載の金属ハニカム触媒装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば、燃料電池などに用いられるガス処理装置、または自動車、二輪車などに用いられる排ガス処理装置に適用される触媒装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池には燃料ガスを改質する触媒装置が用いられている。自動車、自動二輪車などには、排気ガスを改質する触媒装置が用いられている。
燃料電池における触媒装置のガス通過経路は、図１１（ａ）のように構成されている。燃料ガス１０１が、ガス中の硫黄を除去する水素脱硫触媒１０２，炭化水素を水素に水蒸気改質する改質触媒１０３，ＣＯ濃度を低下させる変成触媒１０４，ＣＯを除去する選択酸化触媒１０５を、順に通過して生成された水素が、燃料電池のスタック１０６へ導入されている。

【0003】

自動二輪車の排ガスを改質する触媒装置のガス通過経路は、図１１（ｂ）のように構成されている。自動二輪車のエンジン１０７より排出された排気ガス１０８は、排ガス処理触媒１０９を通過して大気１１０へ排出している。

【0004】

ここで、図１１（ａ）（ｂ）の各種触媒は、それぞれのガスに活性を有する材料、一般的に金属微粒子を含む材料が用いられており、金属微粒子とガスとが接触するように形成されている。

【0005】

一般的に触媒となる金属微粒子を担持させた触媒装置には、次のものがある。
図１２〜図１４は各種の触媒装置の断面構造を示している。
例えば、図１２に示す触媒装置は、触媒金属１１１を担持させた直径数ｍｍ〜数十ｍｍ程度のセラミックボール１１２を敷詰め、そこに被反応体であるガス１１３を通過させて改質している。

【0006】

また、図１３に示す触媒装置は、セラミックス製の多孔質体１１４の表面に触媒金属１１１が担持されており、そのセラミックス多孔質体１１４をガス１１５が通過させて改質している。

【0007】

触媒装置が理想の触媒効果を発揮するためには一定の温度に保持することが必要であり、例えば燃料電池用途で使用する場合、触媒装置の外部から温度調節装置により温度を制御することが重要である。しかし、セラミックスを用いた触媒装置は、セラミックス自体は熱伝導性が悪く、外部の温度調節装置からの温度を伝達しにくく、触媒効果を十分に発揮しにくい。また、セラミックスは衝撃に弱いという問題があり、振動が大きい箇所に使用することは望ましくない。

【0008】

そのため図１４に示す金属ハニカム触媒装置１１８が開発されている。これは、金属ハニカム構造体１１６に金属触媒１１７を担持させたものである。
金属ハニカム触媒装置１１８は、図１５（ａ）に示すように、金属製の波板１１９と平板１２０を交互に積層しながら巻いた構造である。波板１１９と平板１２０の表面には、触媒となる金属微粒子およびその金属微粒子を固定化する担持体からなる触媒層（図示せず）が形成された構造である。

【0009】

金属ハニカム触媒装置１１８は、つぎのようにして製造されている。
まず、図１５（ｂ）のように、金属製の波板１１９および平板１２０を重ねながら巻きとり、波形状と平形状の積層からなるハニカム構造体１２２を形成する。ここで、波板１１９と平板１２０の接触面１２１には、例えば波状１１９の頂点と平板１２０の接する箇所に接着の効果がある材料である接着剤やロウなどを形成しておき、巻き取り後に高温処理することで接着している。

【0010】

次に、図１５（ｃ）のように、上記製造方法で形成されたハニカム構造体１２２を、触媒金属を溶解した溶液１２３に含浸させることでハニカム構造体の内部の波状箔および平状箔の壁面に触媒金属を含有した触媒溶液を塗布した後、エアー１２４などで余分な触媒溶液を吹き飛ばして乾燥させる工程を繰り返し、所定量の触媒金属を波状箔および平状箔の表面に塗布している。

【0011】

しかしこの方法では、以下の問題点がある。
図１６（ａ）は波板と平板の接触部を表す断面図、図１６（ｂ）は金属ハニカム触媒の斜視図である。

【0012】

図１６（ａ）に示すように、波板１１９と平板１２０の接点付近では、狭くなった領域（図中のＡ）に触媒層が入り込み、被反応ガスと接触する触媒の面積が小さくなり触媒として機能しにくい部分が発生して、材料の無駄になっている。

【0013】

また、図１６（ｂ）のように、ハニカム構造体１２２の内部の波板１１９および平板１２０に塗布された触媒溶液が乾燥中に垂れて、ハニカム構造体１２２の開口部１２６に触媒溶液の玉１２７を発生させる。そのため、その分の触媒が無駄になるとともに、ハニカム構造体１２２におけるガスの通過を妨げるため、圧力損失が増加する原因になる。

【0014】

また、塗布工程で含浸と、吹き飛ばしと、乾燥を、何度も繰り返すため、ハニカム構造体１２２の側面にも触媒溶液が付着する箇所１２８が形成され、最終的に洗浄する必要がある。その結果、材料ロスが大きい。さらに、塗布−吹き飛ばし−乾燥の操作を繰り返すため、非常に長い時間を要するという問題がある。

【0015】

上記問題を解決するためには、触媒溶液を予め波板および平板に塗布してから巻き取ることが望ましい。ここで波板に接着剤を塗布する先行技術文献として特許文献１に示すダンボールの製造方法がある。特許文献１に示す内容について図１７を用いて説明する。

【0016】

特許文献１では、まずダンボールの材質となる紙シート１２９に、凹凸形状を有するロール１３０を押し当てることで波形状１３１を形成し、その表面に、接着剤１３２を塗布しておいたアプリケーターロール１３３を押し当てることで、波形状１３１の頂点に接着剤を塗布している。その後、別の紙シート１３４と重ねロール１３５により押し付けることで、貼り合せて波板と平板の積層構造１３６を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】特開２００９−１２６１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

特許文献１を金属ハニカム触媒の塗布方法に適用するためには、以下の問題がある。
特許文献１の波形状の基材は紙であり、アプリケーターロールに対して押し付けることでアプリケーターロール上の接着剤を転写している。しかし、金属ハニカム触媒への適用を考えた場合、基材は金属製であり、基材自体に剛性があるため、波形状のバラツキに対して、アプリケーターロールへの正確な押し付けが困難である。また、特許文献１のように基材が紙の場合は、塗布された接着剤の水分もしくは溶剤成分が基材に浸み込むため、塗布された接着剤の流動が起きにくい。しかし金属ハニカム触媒への適用を考えた場合、基材が金属であり塗布された触媒溶液の溶媒成分を吸収できず、塗布された触媒溶液は表面張力の影響を受け、波形状の谷部へ触媒溶液が流動し、膜厚バラツキや、塗布膜にクラックが発生し、均一、かつ安定に触媒溶液を塗布することが難しい。

【0019】

また、触媒溶液を塗布、乾燥することで表面に触媒層を形成された波板と平板を巻き取る工程において、基材が紙であれば、波板が変形して波板と平板の接点が安定して接触するが、基材が金属の場合、変形しにくいため、強く押し付ければ波板と平板の接点で、触媒層に応力がかかることによる膜はがれが発生、逆に押し付けが弱いと、波板の形状バラツキにより波板と平板の間に隙間が発生する。そのため金属ハニカム触媒として使用する際、振動や温度変換による使用環境によってその隙間が接触したり離れたりすることで、膜が剥れる問題が発生する。

【0020】

また、波板と平板を接着するためには、先行例のような接着剤やロウを塗布することは触媒層の触媒機能を妨げるため使用できず、レーザー溶接やスポット溶接などの溶接方法が考えられる。しかし、波板と平板の接触部に触媒層が存在すると、波板と平板との溶接が安定に形成できないという課題がある。

【0021】

本発明は、金属ハニカム触媒装置を安定に製造することができる、金属ハニカム触媒装置の製造方法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】

【0022】

本発明の金属ハニカム触媒装置の製造方法は、触媒金属と触媒金属の担持体および金属酸化物前駆体からなる溶液を、波形状に形成された金属箔のコルゲート基板と平形状の金属箔の平形基板に塗布する塗布工程と、塗布された前記溶液を乾燥して触媒層を形成する乾燥工程と、前記触媒層が形成された前記コルゲート基板と前記平形基板を積層して巻き取り、巻き取った前記コルゲート基板と前記平形基板を溶接して螺旋構造のハニカム構造体とする巻き取り工程とからなり、前記塗布工程の塗布方法が、スプレー塗布方法であり、前記巻き取り工程において前記平形基板と接触する前記コルゲート基板の頂点に対し、前記塗布工程の後で前記乾燥工程の前において、前記コルゲート基板の頂点に接触物を接触させ、平らな平坦個所を形成する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

この構成によると、表面に触媒性能を有した触媒層が形成された金属製のコルゲート基板と平形基板を重ねて巻き取った金属ハニカム触媒装置を安定に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施の形態における金属ハニカム触媒の製造方法の工程図

【図2】本発明の実施の形態における塗布工程を示す図

【図3】一般的な塗布方法による触媒層の膜質を示す比較例の説明図

【図4】本発明の実施の形態における触媒層の膜質を示す図

【図5】本発明の実施の形態における巻き取り工程を示す図

【図6】巻き取り工程の要部の拡大断面図

【図7】巻き取り工程の別の具体例の要部の拡大断面図

【図8】本発明の実施の形態における触媒層の塗布状態を示すコルゲート基板の斜視図

【図9】本発明の実施の形態における巻き取り工程のより具体的な説明図

【図10】本発明の実施の形態における金属ハニカム触媒装置の要部の拡大断面図

【図11】触媒装置の使用例を示す図

【図12】従来の触媒装置の断面図

【図13】従来の別の触媒装置の断面図

【図14】従来の更に別の触媒装置の断面図

【図15】従来の金属ハニカム触媒装置の説明図

【図16】従来の金属ハニカム触媒装置の問題点を説明する拡大断面と斜視図

【図17】従来の波板および平板を積層する製造方法の説明図

【発明を実施するための形態】

【0026】

金属ハニカム触媒装置は、図１に示した工程で製造される。
この金属ハニカム触媒装置は、波形状に形成された金属箔のコルゲート基板１と、平形状の金属箔の平形基板２とを重ねながら巻いて、内側にガス通路が形成されたハニカム構造体２８に加工されている。

【0027】

図１では、ロールＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を経由して搬送したコルゲート基板１と、ロールＲ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９を経て搬送した平形基板２とを重ねて円柱状のハニカム構造体に加工されている。

【0028】

ロールＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられている第１塗布工程Ｓ１では、コルゲート基板１がロールＲ１，Ｒ２の間を通過する間に、塗布装置３がコルゲート基板１の下面に向かって、触媒層となる触媒溶液を塗布する。そして、コルゲート基板１がロールＲ３，Ｒ４の間を通過する間に、塗布装置４がコルゲート基板１の上面に向かって、触媒層となる触媒溶液を塗布する。

【0029】

ロールＲ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９が設けられている第２塗布工程Ｓ２では、平形基板２がロールＲ６，Ｒ７の間を通過する間に、塗布装置５が平形基板２の上面に向かって、触媒層となる触媒溶液を塗布する。そして、平形基板２がロールＲ８，Ｒ９の間を通過する間に、塗布装置６が平形基板２の下面に向かって、触媒層となる触媒溶液を塗布する。

【0030】

ロールＲ４とロールＲ５の間の第１乾燥工程Ｓ３には、コルゲート基板１が通過する乾燥炉７が配置されており、コルゲート基板１の両面に塗布された触媒溶液をヒーターやランプ、熱風などで乾燥する。

【0031】

ロールＲ９を通過した平形基板２は、第２乾燥工程Ｓ４の乾燥炉８を通過して、平形基板２の両面に塗布された触媒溶液をヒーターやランプ、熱風などで乾燥する。
乾燥炉７，８を通過してそれぞれの両面に触媒層が形成されたコルゲート基板１と平形基板２は、巻き取り工程Ｓ５において前記ハニカム形状に巻き取る。ここでは軸芯を用いずに巻き取る内容を図示したが、軸芯に巻きつけることで中空状に巻き取ることも可能である。

【0032】

さらに、巻き取り工程Ｓ５では、所定のタイミングで溶接を実行する。この溶接は、レーザなどの加熱装置９を用いてコルゲート基板１と平形基板２との接触個所の一部を溶接して、金属ハニカム触媒装置を形成する。

【0033】

なお、巻き取り工程Ｓ５で前記溶接を完了した金属ハニカム触媒装置を、その後、焼成工程を実行して所定の温度で焼成することも可能である。
− 触媒層となる触媒溶液 −
第１，第２塗布工程Ｓ１，Ｓ２において、前記塗布装置３〜６によって塗布されて触媒層となる触媒溶液には、触媒金属およびセラミックスの微粒子および金属酸化物の前駆体を混合させた水溶液を用いた。ここで触媒金属はＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｎｉなどの少なくとも一つを使用、セラミックス微粒子は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの少なくとも一つを用い、所定の粒子径に粉砕したものを使用した。また金属酸化物の前駆体としては、アルミナゾルやシリカゾルなど縮合反応することによりセラミック構造を形成する材料を用いた。

【0034】

ここで完成する触媒層における各材料の粒子径として、触媒金属は０．１〜３０ｎｍ、セラミックス微粒子は０．１〜３０μｍ、金属酸化物前駆体は１〜１００ｎｍを用いた。特に材料の種類、粒子径、配合比に限定はなく、第１，第２塗布工程Ｓ１，Ｓ２や巻き取り工程Ｓ５について後述する具体的な工程、製品としての触媒性能に合わせて調整して良い。

【0035】

また、前記焼成工程を実施する場合には、前記金属酸化物の前駆体の縮合反応を十分に進行させるため、焼成工程の温度と金属酸化物の前駆体の反応温度に合せた、触媒層となる溶液の材料選定および温度設定が必要である。本実施の形態では、２００〜７００℃で縮合反応が進行する材料を用いた。

【0036】

− 触媒溶液の塗布方法 −
第１，第２塗布工程Ｓ１，Ｓ２において、塗布装置３〜６による触媒溶液の塗布方法を説明する。

【0037】

図２は、コルゲート基板１に触媒溶液１０をスプレー塗布する場合を示している。平形基板２に触媒溶液を塗布する場合も同様である。
先ず、触媒溶液１０をノズル１１から所定速度で吐出させる。このとき、搬送中のコルゲート基板１の裏面に背面電極１３を設置し、ノズル１１と背面電極１３の間に電圧１４を印加する。すると、ノズル１１から吐出された触媒溶液１０は帯電し、背面電極１３の方向へ飛翔する。その際、飛翔する触媒溶液１０は乾燥しながら静電爆発を起こし、微粒子化する。そのため、触媒溶液は飛翔中に微粒子化および乾燥が促進され、高固形分な微粒子液滴となってコルゲート基板１の表面へ付着する。その結果、コルゲート基板１に付着したときには触媒溶液１０の流動性は低減し、表面張力による塗布膜厚の変動が発生せず、コルゲート基板１に均一にスプレー塗布することが可能である。

【0038】

ここで必要に応じて、ノズル１１の先端にエアーブローを吹き付けて触媒溶液１０の微粒子化を促進させることも可能である。また、背面電極１３を用いずに、コルゲート基板１に直接に電圧を印加することも可能である。触媒が微細化しやすい場合は、電圧１４を印加せずにエアーブローのみで触媒溶液をスプレー塗布することも可能である。

【0039】

さらに、ノズル１１とコルゲート基板１の距離は調整事項であり、この距離が遠い程、液滴の乾燥が促進されるため、使用する触媒溶液の固形分、溶媒種類に合せて距離を調整する必要がある。

【0040】

この方法でコルゲート基板１，平形基板２に形成した触媒層の膜質には、図４に示すような特徴がある。これを図３に示した通常の塗布方法で形成された触媒層と比較して説明する。

【0041】

− 比較例 −
図３は、浸漬法（ディッピング法）など通常の塗布方法でコルゲート基板１に形成された触媒層の膜質を示す比較例である。平形基板２の場合もコルゲート基板１の場合と同様である。

【0042】

この通常の方法では、塗布工程中にレベリングがおこり、図３（ａ）のように、溶媒１５（比較例で使用した溶液では水）中にセラミックの粒子１６、触媒金属１７（この比較例の触媒金属は固形微粒子状態、もしくはイオン化して溶媒の溶解している状態）、金属酸化物前駆体１８がレベリングされる。

【0043】

そのため、後工程で乾燥させると図３（ｂ）のように、セラミックス微粒子１６がコルゲート基板１の上に敷き詰まった状態で、セラミックス微粒子１６の表面および隙間に触媒金属１７および金属酸化物前駆体１８が詰まった膜になる。そのため、触媒層の表面にはセラミックス微粒子１６の粒子径以下の凹凸が形成され、膜内部の密度は、後述する図４に示した実施例の膜質より密になる。

【0044】

− 実施例 −
図４は、図２に示した方法で触媒層をコルゲート基板１に塗布した場合を示している。平形基板２の場合もコルゲート基板１の場合と同様である。

【0045】

図４（ａ）のように、第１塗布工程Ｓ１において、セラミックス微粒子１６の表面に溶媒１５、触媒金属１７および金属酸化物の前駆体１８を有した高固形分な触媒溶液の液滴として、コルゲート基板１へスプレー塗布されると、乾燥が促進された高固形分な触媒溶液の液滴がコルゲート基板１に堆積する。

【0046】

すると、乾燥後には、図４（ｂ）のように触媒層１９の表面にはセラミックス微粒子１６の径よりも大きな凹凸を形成することができ、被反応気体と接触する箇所における触媒層１９の表面粗さが、触媒層１９におけるセラミックス微粒子１６の粒子径より大きくなる。さらに、膜内も空隙が大きな膜、つまり、疎な膜質の膜を実現することができる。

【0047】

そのため、膜へ応力がかかっても、その空隙が応力を緩和する効果があり、クラックが発生しにくいという特徴が得られる。
触媒性能に関しても、触媒層の表面凹凸が大きくなる、かつ、膜内に空隙が多くなると、被反応ガスとの接触面積が向上するため、触媒性能を向上させる効果もある。

【0048】

− 巻き取り工程 −
図５（ａ）は図１における巻き取り工程Ｓ５の拡大図を示す。
触媒層２２，２３が形成されたコルゲート基板１と、触媒層２４，２５が形成された平形基板２とを、巻き取り工程Ｓ５で巻き取ると、コルゲート基板１の頂点と平形基板２とが当接する箇所Ｂにおいて応力が強くかかるため、触媒層の膜質が図３（ｂ）の比較例の触媒層のように密であった場合には、触媒層が剥れる、もしくは空間ができる、という前述した課題に対する対策が必要である。

【0049】

この実施例では、図２と図４（ａ）（ｂ）に示した塗布方法によって触媒層を形成しているため、触媒層の膜質は疎であり、表面の凹凸も大きいという特徴があるため、外力が作用した場合に触媒層がつぶれ易くなっており、コルゲート基板１の頂点と平形基板２とが当接する箇所Ｂにおいて、平形基板２の触媒層２３とコルゲート基板１の触媒層２４が適度に変形するため、コルゲート基板１の頂点と平形基板２が接触することにより発生する膜応力による剥れが無く、コルゲート基板１の頂点と平形基板２が接触せずに空間が発生する問題も解決できる。また、コルゲート基板１の頂点と平形基板２が近接し易くなるため、前記溶接において、コルゲート基板１と平形基板２の溶接がより安定にできる効果がある。

【0050】

ここでコルゲート基板１と平形基板２を安定に巻き取るためには、それぞれの基材に所定の張力で保持しながら巻き取ることが望ましい。さらに、コルゲート基板１と平形基板２の接触部において、よりコルゲート基板１と平形基板２の距離を近くする、つまり触媒層のつぶれ具合を多くするためには、図５（ａ）において平形基板２を引く張力Ｙを、コルゲート基板１を引く張力Ｘより強くすることが望ましい。ただし、平形基板２の形状が変形してしまわない程度の張力Ｙにする調整は必要である。

【0051】

なお、上記のように張力Ｘ，Ｙを適切にしてコルゲート基板１と平形基板２を巻き取るだけでも、上記のように巻き取り工程における問題を回避できるが、図５（ｂ）に示すように、コルゲート基板１の表面に形成され触媒層２４のうち、波形状の頂点部（段頂）のみを予め平らに潰して平坦個所Ｐを形成しておくことによって、コルゲート基板１と平形基板２をさらに安定に巻き取ることが可能である。

【0052】

その理由について、図６，図７を用いて説明する。
図６（ａ）は、平坦個所Ｐを形成しなかった図５（ａ）の場合において、触媒層２３と触媒層２４が接触する直前の状態を示している。図６（ｂ）は図５（ａ）の場合において、触媒層２３と触媒層２４が接触した後の状態を示している。

【0053】

図７（ａ）は、平坦個所Ｐを形成した図５（ｂ）の場合において、触媒層２３と触媒層２４が接触する直前の状態を示している。図７（ｂ）は、図５（ｂ）の場合において、触媒層２３と触媒層２４が接触した後の状態を示している。

【0054】

なお、平坦個所Ｐの形成は、塗布工程後で乾燥工程前において、少なくともコルゲート基板１の頂点に接触物を接触させることによって平坦化できる。
図６（ａ）のように触媒層２４の頂点部を潰していない場合は、図６（ｂ）のように、コルゲート基板１の触媒層２３と平形基板２の触媒層２４とが変形しながら接触するため、触媒層へ横方向のせん断応力が強くかかる。そのため、接触部で触媒層が剥離する可能性がある。

【0055】

これに対して図７（ａ）のように、触媒層２４に平坦個所Ｐを形成しておくと、図７（ｂ）のように接触部において触媒層２３，２４へ横方向のせん断応力の発生を抑制する効果があるため、触媒層の剥離を低減できる。

【0056】

− 巻き取り工程での溶接 −
巻き取り工程において前記溶接を実施することによって、コルゲート基板１と平形基板２の距離を近づけることができ、溶接を安定にすることができる。

【0057】

溶接する箇所を詳しく説明する。
前述したスプレー方式で触媒溶液を塗布して形成したコルゲート基板１の触媒層２４は触媒溶液が放射状に塗布されるため、コルゲート基板１に形成された触媒層２４の厚みは、図８に示すように幅方向の端部Ｃが、幅方向の中央部に比べて薄くなる。その結果を利用し、コルゲート基板１と平形基板２とを溶接する箇所を、基材の幅方向の端部Ｃに部分的に設けることが好ましい。

【0058】

これにより、コルゲート基板１と平形基板２の間の触媒層の厚みが薄く、より安定した溶接を実現できる効果がある。
なお、コルゲート基板１の波形状の頂点の稜線Ｚ−ＺＺにおいて平形基板２と溶接した場合には、製品として使用する際の温度衝撃、物理的衝撃による歪が溶接部にかかり易く、使用中に触媒層が剥離する可能性があるが、これに対して、端部Ｃを部分的に溶接することは、製品寿命をより向上させることができる。

【0059】

図９は前記溶接における溶接手段、認識手段と、コルゲート基板１と平形基板２の位置関係を示している。
コルゲート基板１および平形基板２を所定長さ巻き取ったハニカム構造体２８の外周部の両端付近に、レーザーなどを照射するように加熱装置９を配置し、平形基板２の外周側、つまり、平形基板２のコルゲート基板１と接触していない方の面から溶接処理を実施した。コルゲート基板１と金属平板２の接触部を確実に認識して加熱装置９で溶接処理するために、ハニカム構造体２８の開口部側、つまりコルゲート基板１と金属平板２の巻き取り方向と直交する方向から見たハニカム構造体２８の端面が確認できる場所にカメラなどの認識装置２７を設置し、加熱装置９によって溶接する箇所を認識しながら処理した。

【0060】

− 金属ハニカム触媒構造 −
図１０は本実施の形態により作成された金属ハニカム触媒における触媒層の形状を表す断面図である。

【0061】

触媒層２４，２５が形成されたコルゲート基板１と、触媒層２２，２３が形成された平形基板２の接触部Ｄにおいて、触媒層２４の内壁が円弧形状になっておらず、鋭角な形状になる。そのため、触媒装置として使用する際に、被反応ガスとの接触面積が従来の含浸による塗布方法と比べて増加しており、触媒性能が向上する。

【0062】

さらに、コルゲート基板１および平形基板２の接触部Ｅは、それ以外の部分、つまり、波形状の山の頂点と山の頂点との間の中央部分Ｆよりも触媒層の密度が密になっている。図４で説明したように巻き取り工程Ｓ５で巻き取る前のコルゲート基板１の表面には、図３で説明した比較例に較べて密度が疎の触媒層２４，２５が形成されているため、これを巻き取り工程で巻き取ることによって、平形基板２とコルゲート基板１の触媒層２４，２５の山の頂点との接触部には圧縮力が作用して触媒層の密度が巻き取る前よりも密になり、山の頂点のような前記圧縮力が作用しない前記中央部分Ｆの触媒層の密度は疎状態のままであるためである。

【0063】

そのため、コルゲート基板１および平形基板２の接触部では、触媒装置として使用した際の機械的振動に対する強度が強くなり、製品としての信頼性性能が向上する。また、それ以外の部分の膜密度が疎であるため、被反応ガスとの接触面積を確保することができ、触媒性能が向上する効果が得られる。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明は、燃料電池などに用いられるガス処理装置、または自動車、二輪車などに用いられる排ガス処理装置などの性能向上に寄与する。

【符号の説明】

【0065】

１ コルゲート基板
２ 平形基板
３，４，５，６ 塗布装置
７，８ 乾燥炉
９ 溶接装置
Ｓ１，Ｓ２ 第１，第２塗布工程
Ｓ３，Ｓ４ 第１，第２乾燥工程
Ｓ５ 巻き取り工程
１７ 触媒金属
１６ 触媒金属の担持体
１８ 金属酸化物前駆体
２２，２３，２４，２５ 触媒層
２８ ハニカム構造体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】