(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担持前のセラミックハニカム構造体の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料を付着させてなり、前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、前記触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有するセラミックハニカム構造体。
【請求項２】
前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、γ−Ａｌ2Ｏ3、α−Ａｌ2Ｏ3、ムライトのいずれか１つを主成分とする請求項１に記載のセラミックハニカム構造体。
【請求項３】
前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、防水性である請求項１又は２に記載のセラミックハニカム構造体。
【請求項４】
セラミックハニカム構造体の隔壁厚さが、０．１２ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックハニカム構造体。
【請求項５】
セラミックハニカム触媒担体の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料を付着させてなり、前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、前記触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有するセラミックハニカム触媒担体。
【請求項６】
前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、γ−Ａｌ2Ｏ3、α−Ａｌ2Ｏ3、ムライトのいずれか１つを主成分とする請求項５に記載のセラミックハニカム触媒担体。
【請求項７】
セラミックハニカム構造体の隔壁厚さが、０．１２ｍｍ以下である請求項５又は６に記載のセラミックハニカム触媒担体。
【請求項８】
請求項１〜４に記載のセラミックハニカム構造体を、メタルケース内に保持材で固定した後、触媒担持させてなることを特徴とするセラミックハニカム触媒コンバータ。
【請求項９】
保持材が、非膨脹性セラミック繊維マットである請求項８に記載のセラミックハニカム触媒コンバータ。
【請求項１０】
請求項５〜７に記載のセラミックハニカム触媒担体を、メタルケース内に保持材で固定させてなることを特徴とするセラミックハニカム触媒コンバータ。
【請求項１１】
保持材が、非膨脹性セラミック繊維マットである請求項１０に記載のセラミックハニカム触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等から排出される有害燃焼ガス浄化装置である触媒コンバータに関し、更に詳細には、セラミックハニカム構造体、セラミックハニカム触媒担体及びこれらを用いたセラミックハニカム触媒コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、セラミックハニカム触媒コンバータは、自動車用排ガス浄化装置として広く使用されている（図３参照）。
近年の環境問題から、より一層の排ガス規制強化に伴い、エンジン始動直後の排ガス温度の低い、いわゆるコールドスタート時においても触媒を機能させる必要に迫られている。
このため、触媒担体（セラミックハニカム触媒担体）の隔壁厚さを、従来の１／２〜１／６まで薄くすることにより、触媒担体の熱容量を下げ、触媒担体の昇温を早めるとともに、圧力損失によるエンジン性能の低下を防ぐことが行われている。
【０００３】
しかしながら、上記の触媒担体は、触媒が担持された外周壁内側と、触媒が担持されていない外周壁外側との熱膨脹差が大きくなるため、実使用時における高温の排ガスにより、触媒担体の外周部にクラックが生じ易く、更に熱的・機械的に使用条件が厳しい場合、外周部のクラックが触媒担体内部に進展し、触媒担体の破損や触媒機能を失ってしまうという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実使用時におけるセラミックハニカム触媒担体の外周部で発生するクラックを防止することにより、セラミックハニカム触媒担体の破損を確実に防止することができるセラミックハニカム構造体、セラミックハニカム触媒担体及びこれらを用いたセラミックハニカム触媒コンバータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、触媒担持前のセラミックハニカム構造体の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料を付着させてなり、前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、前記触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有するセラミックハニカム構造体が提供される。
このとき、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料は、防水性であることが好ましい。
【０００６】
また、本発明によれば、セラミックハニカム触媒担体の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料を付着させてなり、前記触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、前記触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有するセラミックハニカム触媒担体が提供される。
【０００７】
尚、本発明では、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、γ−Ａｌ２Ｏ３、α−Ａｌ２Ｏ３、ムライトのいずれか１つを主成分とすることが好ましい。
また、本発明では、セラミックハニカム構造体の隔壁厚さが、０．１２ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
次に、本発明によれば、上記セラミックハニカム構造体を、メタルケース内に保持材で固定した後、触媒担持させてなることを特徴とするセラミックハニカム触媒コンバータが提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、上記セラミックハニカム触媒担体を、メタルケース内に保持材で固定させてなることを特徴とするセラミックハニカム触媒コンバータが提供される。
【００１０】
このとき、本発明で用いる保持材は、非膨脹性セラミック繊維マットであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックハニカム構造体は、図１に示すように、触媒担持前のセラミックハニカム構造体１０の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料を付着させてなり、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有するものである。
【００１２】
また、本発明のセラミックハニカム触媒担体は、図２に示すように、セラミックハニカム触媒担体２５の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料を付着させてなり、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料が、触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有するものである。
【００１３】
このとき、上記触媒とほぼ同等の熱膨脹率を有する材料５０の付着厚さｔは、セラミックハニカム触媒担体の内部の隔壁に担持された触媒の厚さとほぼ同等の厚さでも良いが、セラミックハニカム触媒担体の外周壁の内側と外側との熱膨張率がほぼ等しくなるように決めることがより好ましい。
具体的には、コージェライト製のセラミックハニカム構造体（隔壁厚さ：０．０６ｍｍ、貫通孔：１４０個／ｃｍ２）に、Ｐｄ触媒（貴金属量：１５０ｇ／ｆｔ３、ウォッシュコート量：２００ｇ／リットル）を担持した場合、セラミックハニカム構造体の外周全面に１０〜５０μｍの厚さで付着させることが好ましい。
【００１４】
以上のことから、本発明のセラミックハニカム構造体又はセラミックハニカム触媒担体を用いることにより、セラミックハニカム触媒担体の外周壁の内側と外側における熱膨脹差をほぼ解消することができる。
これにより、実使用時におけるセラミックハニカム触媒担体の外周部に発生するクラックを防止することができるため、セラミックハニカム触媒担体の破損を確実に防止することができる。
【００１５】
また、本発明のセラミックハニカム構造体を、キャニング構造体（触媒担持前のセラミックハニカム構造体を予めメタルケース内に保持材で圧縮固定したもの）で用いる場合、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料は、防水性であることが好ましい。
これは、触媒担持工程で、セラミックハニカム構造体の外周部の隔壁を通し、保持材が吸水することにより、セラミックハニカム構造体の最外周のセルが触媒により目詰まりすることを抑制することができるからである。
【００１６】
本発明で用いる触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料（触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有する材料）は、ウォッシュコート（セラミックハニカム構造体の内部を活性アルミナ層で被膜形成するために用いるもの）の主成分であるγ−Ａｌ2Ｏ3の熱膨張率と同等又は近いγ−Ａｌ2Ｏ3、α−Ａｌ2Ｏ3、ムライトのいずれか１つを主成分とすることが好ましい。
また、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料（触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有する材料）に防水性を付与する場合、水溶性アクリル系樹脂やポリエチレン系樹脂等を適宜添加することにより実現することができる。
【００１７】
本発明は、セラミックハニカム構造体の隔壁厚さが薄い程、効果的であり、０．１２ｍｍ以下であるものに適用することが好ましい。
これは、隔壁厚さが薄い程、セラミックハニカム構造体の外周部にクラックが発生しやすいためである。
【００１８】
次に、本発明のセラミックハニカム触媒コンバータは、上記セラミック構造体を、メタルケース内に保持材で固定した後、触媒担持させてなるものである。
【００１９】
また、本発明のセラミックハニカム触媒コンバータは、上記セラミックハニカム触媒担体を、メタルケース内に保持材で固定させてなるものである。
【００２０】
ここで、本発明は、セラミックハニカム触媒コンバータに用いる保持材が、非膨脹性セラミック繊維マットであるものに適用することが好ましい。
これは、従来の膨脹性保持材と比較して、保持圧が１／３〜１／１０と低く、セラミックハニカム構造体の外周面にクラックが発生しやすいためである。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
（実施例１〜３）
直径：１０６ｍｍ、長さ：１１４ｍｍ、隔壁厚さ：０．０６ｍｍ、貫通孔：１４０個／ｃｍ２、熱膨脹係数：０．６×１０−６／℃であるコージェライト製のセラミックハニカム構造体をそれぞれ用意した。
上記セラミックハニカム構造体の内部に、２００ｇ／リットルのウォッシュコートを用いて活性アルミナ層を被膜形成させた後、Ｐｄ触媒（貴金属量：１５０ｇ／ｆｔ３）を担持した。
次に、上記セラミックハニカム構造体の外周壁外側全面に、表１に示す物質を主成分とする材料を、表１に示す厚さでそれぞれ塗布することにより、本発明のセラミックハニカム触媒担体をそれぞれ作製した（実施例１〜３）。
【００２２】
（実施例４）
直径：１０６ｍｍ、長さ：１１４ｍｍ、隔壁厚さ：０．０６ｍｍ、貫通孔：１４０個／ｃｍ２、熱膨脹係数：０．６×１０−６／℃であるコージェライト製のセラミックハニカム構造体の外周壁外側全面に、表１に示す物質を主成分とする材料を、表１に示す厚さでそれぞれ塗布することにより、本発明のセラミックハニカム構造体を作製した。
次に、上記セラミックハニカム構造体をメタルケース内に保持材（非膨脹性セラミック繊維マット）で固定することにより、キャニング構造体とし、上記キャニング構造体の内部に、２００ｇ／リットルのウォッシュコートを用いて活性アルミナ層を被膜形成させた後、Ｐｄ触媒（貴金属量：１５０ｇ／ｆｔ３）を担持することにより、セラミックハニカム触媒コンバータを製造した（実施例４）。
【００２３】
【表１】
0003553424.tif 000002
【００２４】
（比較例１）
直径：１０６ｍｍ、長さ：１１４ｍｍ、隔壁厚さ：０．１７ｍｍ、貫通孔：６２個／ｃｍ２、熱膨脹係数：０．６×１０−６／℃であるコージェライト製のセラミックハニカム構造体を用意した。
上記セラミックハニカム構造体の内部に、２００ｇ／リットルのウォッシュコートを用いて活性アルミナ層を被膜形成させた後、Ｐｄ触媒（貴金属量：１５０ｇ／ｆｔ３）を担持することにより、セラミックハニカム触媒担体を作製した（比較例１）。
【００２５】
（比較例２）
直径：１０６ｍｍ、長さ：１１４ｍｍ、隔壁厚さ：０．０６ｍｍ、貫通孔：１４０個／ｃｍ２、熱膨脹係数：０．６×１０−６／℃であるコージェライト製のセラミックハニカム構造体を用意した。
上記セラミックハニカム構造体の内部に、２００ｇ／リットルのウォッシュコートを用いて活性アルミナ層を被膜形成させた後、Ｐｄ触媒（貴金属量：１５０ｇ／ｆｔ３）を担持することにより、セラミックハニカム触媒担体を作製した（比較例２）。
【００２６】
上記のように作製したセラミックハニカム触媒担体（実施例１〜３、比較例１〜２）は、メタルケース内に保持材（非膨脹性セラミック繊維マット）で固定することにより、セラミックハニカム触媒コンバータとした。
【００２７】
それぞれ得られた触媒コンバータ（実施例１〜４、比較例１〜２）について、台上エンジンを用いて耐久試験を行った。
尚、耐久試験は、加熱１５分（最大温度：９００℃）、冷却１５分（最低温度：１２０℃）の工程を１サイクルとして、計５００サイクル行った。
【００２８】
耐久試験後、触媒コンバータからメタルケースを取り外し、実体顕微鏡を用いてセラミックハニカム触媒担体のクラック観察を行った。
その結果を図４に示す。
【００２９】
（考察：実施例１〜４、比較例１〜２）
図４の結果から、実施例１〜４は、セラミックハニカム触媒担体２５の外周壁外側全面に、触媒とほぼ同等の熱膨張率を有する材料５０として触媒の５．３／７．３〜８．０／７．３倍の熱膨脹率を有する材料を付着させることにより、実使用時におけるセラミックハニカム触媒担体２８の外周部で発生するクラックは、全く認められなかった。
一方、比較例１は、セラミックハニカム触媒担体２５ａの外周部にわずかであるが３本のクラックが認められた。
これは、触媒が担持された外周壁内側と、触媒が担持されていない外周壁外側との熱膨脹差が大きくなるからである。
また、比較例２のように、薄壁のセラミックハニカム触媒担体２５ｂである場合、セラミックハニカム触媒担体２５ｂの外周部に網の目状のクラックが数多く認められた。
更に、クラックの一部は、セラミックハニカム触媒担体２５ｂの内部へ２０ｍｍ程度進展していることが判明した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のセラミックハニカム構造体、セラミックハニカム触媒担体及びこれらを用いたセラミックハニカム触媒コンバータは、実使用時におけるセラミックハニカム触媒担体の外周部で発生するクラックを防止することができるため、セラミックハニカム触媒担体の破損を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックハニカム構造体の一例を示すものであり、（ａ）は、概略斜視図、（ｂ）は、正面図である。
【図２】本発明のセラミックハニカム触媒担体の一例を示すものであり、（ａ）は、概略斜視図、（ｂ）は、正面図である。
【図３】セラミックハニカム触媒コンバータの一例を示す概略説明図である。
【図４】耐久試験後におけるセラミックハニカム触媒担体のクラック観察の結果を示すものであり、（ａ）は実施例１〜４の場合、（ｂ）は比較例１の場合、（ｃ）は比較例２の場合における模式図である。
【符号の説明】
１…セラミックハニカム触媒コンバータ、１０…セラミックハニカム構造体（セラミック担体）、１１…メタルケース、１３…保持材，１７…コーン部、１８…フランジ、２５…従来のセラミックハニカム触媒担体、２６…本発明のセラミックハニカム構造体、２８…本発明のセラミックハニカム触媒担体、３５…セラミックハニカム触媒担体（触媒担体）、５０…触媒とほぼ同等の熱膨脹率を有する材料。
【図１】
0003553424.tif 000003
【図２】
0003553424.tif 000004
【図３】
0003553424.tif 000005
【図４】
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