(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる平板と波板を重ねてロール状に巻いて形成されたハニカム体と、該ハニカム体の外周に同軸的に配置され該ハニカム体を保持する外筒と、前記ハニカム体のハニカム通路表面にコーティングにより被覆した触媒担持層とからなるメタル担体触媒において、
前記金属箔の板厚は０．０４ｍｍ以下であり、かつ、前記ハニカム体と触媒担持層との全重量である触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積が４０ｃｍ２  ／ｇ以上であることを特徴とするメタル担体触媒。
【請求項２】
前記金属箔の板厚は０．０２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のメタル担体触媒。
【請求項３】
前記ハニカム体と触媒担持層との全重量である触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積が５５ｃｍ２  ／ｇ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメタル担体触媒。
【請求項４】
前記触媒担持層の前記ハニカム体に対する重量が０．０６〜０．１５ｇ／ｃｃであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のメタル担体触媒。
【請求項５】
前記ハニカム体のセル密度が２００〜６００セル／ｉｎ２  であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のメタル担体触媒。
【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の排気ガスを浄化するのに用いられる触媒を担持した金属製ハニカム構造体からなるメタル担体触媒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排出ガス規制の強化に伴い、自動車には排出ガス浄化装置が取り付けられるようになった。排出ガス浄化の方式には、サーマルリアクタ方式、希薄燃焼方式、エンジンモディフィケーション方式および触媒方式などがあるが、過半数が触媒方式を採用している。
【０００３】
自動車用触媒としては、Ｐｔ  、Ｐｄ  、Ｒｈ系触媒が用いられており、触媒の形状としては粒状とモノリスに大別される。モノリス触媒にはセラミックス製のものと金属製のものがある。セラミックス製のものはセラミックスをハニカム状に焼成したものを担体とし、これを金属筒に収めたものを基体とし、担体にＰｔ  等の触媒金属を担持させたγ−Ａｌ２Ｏ３  粉を付着させたものである。しかし、このセラミックス製モノリスは機械的な衝撃に弱く、排気抵抗が大きい等の欠点があるので、近時は排気系の圧力損失低減や担体耐熱性向上等の理由から、金属製モノリスが多用されている。
【０００４】
金属製モノリスコンバータは、Ｆｅ  −Ｃｒ  −Ａｌ系ステンレス  （２０Ｃｒ  −５Ａｌ）を数十ミクロンの厚さの箔に圧延し、この箔を波板状に加工したものと平板とを交互に積層するか、ロール状に巻くなどして、ハニカム構造体としこれを金属筒に収めたものを基体とし、γ−Ａｌ２Ｏ３  をコーティングしたのちＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒金属を付着させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら金属製モノリス触媒コンバータすなわちメタル担体触媒において、従来からエンジン始動直後の浄化率特性すなわち暖機特性の向上が叫ばれ、種々の試みがなされてきた。すなわち、メタル担体触媒の暖機特性の向上としては、メタル担体の低熱容量化が有効であり、ハニカム体の低セル密度化やハニカム体を構成する箔に穴を開けることが知られているが、反面メタル担体の幾何学的表面積が減少するという問題点がある。
【０００６】
一方、浄化率を向上させるためには、担体の幾何学的表面積の向上が有効であり、高セル密度化やハニカム体を構成する箔に突起あるいは小波を設けることが知られているが、メタル担体の熱容量が増大してしまい、暖機特性を損なってしまうという問題点がある。メタル担体触媒としては、暖機特性と高浄化率を兼ね備えたものが望まれるが、暖機特性を向上させれば浄化率が低下し、浄化率を向上させると暖機特性が劣化するため、これら特性を両立させることが困難であった。
【０００７】
本発明は従来のメタル担体触媒の前記のごとき問題点を解決するためになされたものであって、排気ガスの浄化率を低下させないで暖機特性の向上を図ったメタル担体触媒を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、メタル担体のハニカム体と触媒担持層との全重量（以下触媒重量という。）が暖機特性に影響を及ぼし、メタル担体の幾何学的表面積が浄化率に影響を及ぼすことに鑑み、触媒機能を決定するメタル担体触媒の要因として、触媒重量と幾何学的表面積とを同時に勘案して、両者の比率と暖機特性及び浄化率との関連について鋭意研究を重ねた。その結果、触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積が一定の範囲内において、触媒暖機性が確保され、かつ浄化能力が最大限に発揮されることを見出して本発明を完成した。
【０００９】
さらに、メタル担体を構成する金属箔の厚さおよび触媒担持層のコーティング量が暖機特性および浄化率に及ぼす影響について研究を重ね、金属箔の厚さおよび触媒担持層のコーティング量が一定の範囲内において、浄化能力を低下させることなく暖機特性を向上できることを見出して本発明を完成した。
【００１０】
本発明の請求項１のメタル担体触媒は、金属箔からなる平板と波板を重ねてロール状に巻いて形成されたハニカム体と、該ハニカム体の外周に同軸的に配置され該ハニカム体を保持する外筒と、前記ハニカム体のハニカム通路表面にコーティングにより被覆した触媒担持層とからなるメタル担体触媒において、
前記金属箔の板厚は０．０４ｍｍ以下であり、かつ、前記ハニカム体と触媒担持層との全重量である触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積が４０ｃｍ２／ｇ以上であることを特徴とする。
本発明の請求項２のメタル担体触媒は、請求項１のメタル担体触媒の金属箔の板厚が０．０２ｍｍ以上であることを規定するものである。
【００１１】
本発明の請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ハニカム体と触媒担持層との全重量である触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積が５５ｃｍ２  ／ｇ以下であることを規定するものである。
本発明の請求項４の発明は、請求項１〜請求項３の発明において、触媒担持層のハニカム体に対する重量が０．０６〜０．１５ｇ／ｃｃであることを要旨とする。
さらに、本発明の請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の発明において、ハニカム体のセル密度が２００〜６００セル／ｉｎ２  であることを要旨とする。
【００１３】
本発明の請求項１の発明は、暖機特性に影響を及ぼす触媒重量と浄化率に影響を及ぼす幾何学的表面積とを同時に勘案し、金属箔の板厚を０．０４ｍｍ以下とすると共に、触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積を４０ｃｍ２／ｇ以上としたもので、これらにより触媒暖機性が確保され、かつ浄化能力を最大限に発揮することができる。なお、さらに暖機特性を向上させるためには、金属箔の板厚を０．０２ｍｍ以上、触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積を５５ｃｍ２／ｇ以下とすることが好ましい。
【００１４】
触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積を４０ｃｍ２／ｇ以上でかつ５５ｃｍ２／ｇ以下としたのは、この値が４０ｃｍ２／ｇ未満となると、触媒暖機性が低下するからであり、５５ｃｍ２／ｇを越えると、圧力損失が増大し、金属箔板厚が０．０２ｍｍ以下となるため、耐久性が低下するためである。
【００１５】
請求項１の発明においては、メタル担体触媒の触媒担持層のハニカム体に対する重量、すなわちメタル担体にコートする触媒層の重量は、０．０６〜０．３ｇ／ｃｃとすることが好ましい。この触媒担持層のハニカム体に対する重量が０．０６ｇ／ｃｃ未満であると、浄化率が低下するからであり、０．３ｇ／ｃｃを越えると、暖機特性が劣化するからである。
【００１６】
請求項１の発明においては、ハニカム体を構成する金属箔板厚を０．０２〜０．０４ｍｍとすることが好ましい。好ましくは０．０２５〜０．０３５ｍｍの範囲が良い。板厚が０．０２ｍｍ未満であるとハニカム体の耐熱強度が無く構造信頼性が確保できないからであり、０．０４ｍｍを越えるとハニカム体の箔厚の影響が大きく暖機特性を確保できないからである。
【００１７】
請求項１の発明においては、ハニカム体のセル密度を２００〜６００セル／ｉｎ２  とすることが好ましい。ハニカム体のセル密度が２００セル／ｉｎ２  未満であると所望の幾何学的表面積が確保できないからであり、６００セル／ｉｎ２  を越えると圧力損失が増大し、触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積を４０ｃｍ２／ｇ以上を確保するためには、金属箔板厚が０．０２ｍｍ以下となるため、耐久性が低下する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態を比較例と比較して説明し、本発明の効果を明らかにする。
（実施例１）
板厚０．０２〜０．０４ｍｍに圧延したＦｅ  −Ｃｒ  −Ａｌ系ステンレス  （２０Ｃｒ  −５Ａｌ）からなる箔を波板状に加工したものと平板とを交互にロール状に巻いてセル密度２００〜６００セル／ｉｎ２  のハニカム体としこれを金属筒に収めてメタル担体を作製した。この担体にγ−Ａｌ２Ｏ３をコーティングしたのちＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒金属を付着させて触媒担持層を形成し、図１に示すような触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積（図１において、「ＧＳＡ／触媒重量」と表記）を有するメタル担体触媒を得た。
【００２１】
得られたメタル担体触媒について、初期浄化率（エンジン始動直後２０秒間における浄化率）を測定したところ、図１に示すような初期浄化率を得た。図１から明らかなように、ＧＳＡ／触媒重量が４０ｃｍ２／ｇ未満であると、初期浄化率は１７．５％程度であるのに対し、ＧＳＡ／触媒重量が４０ｃｍ２／ｇ以上の範囲においては、初期浄化率が２０％以上であって、本発明の効果が確認された。特に、ＧＳＡ／触媒重量が４０〜５５ｃｍ２／ｇのメタル担体触媒について、浄化率を測定したところ、２０〜３０％の浄化率が維持されていることが判明した。
【００２２】
（実施例２）
板厚０．０１５〜０．０５ｍｍに圧延したＦｅ  −Ｃｒ  −Ａｌ系ステンレス  （２０Ｃｒ  −５Ａｌ）からなる箔を波板状に加工したものと平板とを交互にロール状に巻いてセル密度４００セル／ｉｎ２のハニカム体としこれを金属筒に収めてメタル担体を作製した。この担体にγ−Ａｌ２Ｏ３をメタル担体に対して６０〜１８０ｇ／ｌの厚さでコーティングしたのちＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒金属を付着させて触媒担持層を形成し、メタル担体触媒を得た。
【００２３】
得られたメタル担体触媒について、初期浄化率（エンジン始動直後２０秒間における浄化率）を測定したところ、図２に示すような初期浄化率を得た。図２から明らかなように、ハニカム体を構成する金属箔板厚が０．０２〜０．０４ｍｍであり、かつ触媒担持層のハニカム体に対する重量が６０〜１５０ｇ／ｌであるメタル担体触媒が優れた初期浄化率を示すことが判明し、本発明の効果が確認できた。なお、上記本発明の範囲の金属箔板厚および触媒担持層の重量を有するメタル担体触媒について、通常の浄化率を測定したところ、高浄化率が維持されていることが判明した。
【００２４】
（実施例３）
板厚０．０２〜０．０４ｍｍに圧延したＦｅ  −Ｃｒ  −Ａｌ系ステンレス  （２０Ｃｒ  −５Ａｌ）からなる箔を波板状に加工したものと平板とを交互にロール状に巻いてセル密度２００〜６００セル／ｉｎ２  のハニカム体としこれを金属筒に収めてメタル担体を作製した。この担体にγ−Ａｌ２Ｏ３をコーティングしたのちＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒金属を付着させて触媒担持層を形成し、図１に示すような触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積（図１において、「ＧＳＡ／触媒重量」と表記）を有するメタル担体触媒を得た。
【００２５】
得られたメタル担体触媒について、初期浄化率（エンジン始動直後２０秒間における浄化率）を測定したところ、図１に示すような初期浄化率を得た。図１から明らかなように、ＧＳＡ／触媒重量が４０ｃｍ２／ｇ未満であると、初期浄化率は１７．５％程度であるのに対し、ＧＳＡ／触媒重量が４０ｃｍ２／ｇすなわち４０〜６５ｃｍ２／ｇの範囲においては、初期浄化率が２０〜５０％であって、本発明の効果が確認された。なお、ＧＳＡ／触媒重量が４０〜６５ｃｍ２／ｇのメタル担体触媒について、通常の浄化率を測定したところ、高浄化率が維持されていることが判明した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のメタル担体触媒は以上説明したように、金属箔からなる平板と波板を重ねてロール状に巻いて形成されメタル担体触媒において、触媒重量の単位重量当たりの幾何学的表面積を４０ｃｍ２  ／ｇ以上とし、好ましくは４０〜５５ｃｍ２  ／ｇとすることによって、触媒暖機性が確保され、かつ浄化能力を最大限に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メタル担体触媒の単位重量当たりの幾何学的表面積と初期浄化率の関係を示す線図である。
【図２】ハニカム体を構成する金属箔厚さと初期浄化率の関係を示す線図である。
【図１】
0003582806.tif 000002
【図２】
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