(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通する複数のセル通路を有する多孔質材料からなる担体を用いた排気浄化用のハニカム型モノリス触媒であって、触媒金属を含む触媒スラリが浸透している上記担体の気孔率が、各セル通路の中間部よりも該セル通路の入口側の方が大きくなるように構成されており、上記複数のセル通路の各々のセル壁の表面には、触媒層が形成されており、各セル通路の入口側の触媒層の厚さが、該セル通路の中間部の触媒層の厚さよりも薄いことを特徴とするハニカム型モノリス触媒。
【請求項２】
軸方向に貫通する複数のセル通路を有する多孔質材料からなる担体を用いた排気浄化用のハニカム型モノリス触媒を製造する方法であって、
各セル通路の入口側の気孔率が各セル通路の中間部の気孔率よりも大きい上記担体を形成し、
上記担体を触媒スラリに浸漬して乾燥し、各セル通路の入口側の触媒層の厚さを、各セル通路の中間部の触媒層の厚さよりも薄く形成することを特徴とするハニカム型モノリス触媒の製造方法。
【請求項３】
各セル通路の上記入口側と上記中間部とで上記担体の焼成時間を変えることにより、上記入口側の気孔率が上記中間部の気孔率よりも大きい上記担体を形成することを特徴とする請求項２に記載のハニカム型モノリス触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質材料からなる担体を用いた排気浄化用のハニカム型モノリス触媒およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の排気通路に介装されるハニカム型モノリス触媒が開示されている。上記触媒は、軸方向に貫通した複数のセル通路を備えており、各セル通路の表面には、一定の厚さを有した触媒層が、軸方向に沿って連続的に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セル通路のセル壁の上流側の端面には、排気通路の上流側から運ばれてきた排気ガス中のリン等の粒子が堆積し経時的に増加する。そして、この端面における粒子の堆積量が多くなると、セル通路の入口を徐々に覆い、最終的にはセル通路の入口を閉塞させてしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、軸方向に貫通する複数のセル通路を有する多孔質材料からなる担体を用いた排気浄化用のハニカム型モノリス触媒に関し、触媒金属を含む触媒スラリが浸透している上記担体の気孔率が、各セル通路の中間部よりも該セル通路の入口側の方が大きくなるように構成されており、上記複数のセル通路の各々のセル壁の表面には、触媒層が形成されており、各セル通路の入口側の触媒層の厚さが、該セル通路の中間部の触媒層の厚さよりも薄い。
【０００６】
従って、セル通路のセル壁の上流側端面の実質的な幅が細くなり、粒子の堆積が抑制される一方で、セル通路の入口が拡大される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気通路の上流側から運ばれてきた排気ガス中のリン等の粒子のセル壁上流側端面への堆積量を減少するとともに、上記粒子の堆積によるセル通路の入口の閉塞を生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るハニカム型モノリス触媒の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の触媒の１つのセル通路を排気ガス流れ方向から見た説明図である。
【図３】本発明の第１の実施例におけるセル通路の断面図である。
【図４】触媒金属の粒径の大きさと触媒金属層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図５】セル間距離とセル通路の入口が閉塞されるまでの時間との関係を示すグラフである。
【図６】図３の実施例の触媒の製造方法を示す工程説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示す図３と同様の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施例を示す図３と同様の断面図である。
【図９】担体の気孔率の大きさと触媒金属層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４の実施例を示す図３と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明に係るモノリス触媒の一例を示している。触媒１は、多孔質セラミックスで形成された円柱状の担体２を備えている。担体２は、軸方向に貫通する複数のセル通路３を備えており、全体としてハニカム状に形成されている。セル通路３は、図２に示すように、薄いセル壁４によって断面矩形状に囲まれており、該セル壁４の表面４ａには、触媒金属を適宜分散した触媒スラリで一様にコーティングすることにより、上流側入口部を除き一定の厚さを有した触媒金属層５が形成されている。このように構成された触媒１は、触媒コンバータの耐熱容器内で保持され、例えば三元触媒としてガソリン機関の排気通路に介装される。
【００１０】
図３は、本発明の第１の実施例における触媒１の１つのセル通路３の上流側部分を示す、軸方向に沿った断面図である。ここで、図の左側が、上記セル通路３の上流側に対応しており、図の矢印６で示すように、排気通路の上流側からの排気が、セル通路３の入口へと流れる。セル壁４の表面４ａには、セル壁４の上流側端面４ｂから軸方向に沿って第１の所定の長さＬ１までは、第１の触媒金属層７が形成されており、ここから下流側端面４ｃまで（軸方向に沿ったセル通路３の残部となる第２の所定の長さＬ２）は、第２の触媒金属層８が形成されている。第１の触媒金属層７および第２の触媒金属層８は、同じ触媒金属からなり、触媒スラリのコーティングにより形成される層７，８の一部がセル壁４の細孔へと浸透している。ここで、第１の触媒金属層７となる触媒スラリは、第２の触媒金属層８よりもセル壁４の内部へと浸透し易いものとなっている。従って、各々のスラリの乾燥後の最終的な状態では、第１の触媒金属層７のセル壁４の表面４ａからの厚さＴ１が、第２の触媒金属層８の表面４ａからの厚さＴ２よりも薄く形成されている。
【００１１】
次に、図４のグラフを参照して、多孔質セラミックスからなる担体２の気孔率を一定とした場合の触媒金属の粒径の大きさと触媒金属層の厚さとの関係を説明する。ここで、担体２の気孔率とは、セル壁４の体積に対するセル壁４の細孔の空間の割合を示すものである。図示するように、触媒金属の粒径が小さいほど、セル壁４の表面４ａからの触媒金属層の厚さは薄くなる。これは、セル壁４の表面４ａに触媒スラリをコーティングしたときに、相対的に小さい粒径を有した触媒金属の方が、相対的に大きい粒径を有した触媒金属よりもセル壁４の細孔に浸透し易いためである。
【００１２】
このような触媒金属の粒径の大きさと触媒金属層の厚さとの関係に基づいて、第１の触媒金属層７の触媒金属の粒径を相対的に小さくするともに、第２の触媒金属層８の触媒金属の粒径を相対的に大きくすることにより、図３に示すように、セル通路３の入口側の相対的に薄い第１の触媒金属層７と、セル通路３の残部の相対的に厚い第２の触媒金属層８とが形成されている。
【００１３】
セル通路３の入口側の第１の触媒金属層７が、セル通路３の残部の第２の触媒金属層８よりも薄く形成されているので、結果として、セル壁４の上流側端面４ｂの実質的な幅Ｗ１が細くなり、触媒金属層７，８の内側に構成される実質的なセル通路３の入口側のセル間距離Ｄ１がセル通路３の残部のセル間距離Ｄ２よりも拡大される。従って、排気通路の上流側から運ばれてきた排気ガス中のリン等の粒子の上記上流側端面４ｂへの堆積量が減少するとともに、端面４ｂにおける粒子の堆積の増加に伴うセル通路３の入口の閉塞を生じにくくすることができる。
【００１４】
図５には、セル間距離とセル通路３の入口が閉塞されるまでの時間との関係が示されている。図示するように、セル間距離が長いほど、セル通路３の入口がリン等の粒子により閉塞されるまでの時間が長くなる。
【００１５】
次に、図６を参照して、図３の実施例の触媒１の製造方法を説明する。まず、工程（ａ）において、担体２を焼成する。このとき、担体２は、気孔率が上流側端面４ｂから下流側端面４ｃまで全体的に一定になるように焼成される。次に、工程（ｂ）において、セル壁４の上流側端面４ｂが下側となる向きで、焼成後の担体２の下端部のみを、相対的に小さい粒径を有した触媒金属を含む第１の触媒スラリ９に浸漬する。つまり、セル壁４の表面４ａに、上流側端面４ｂから上記第１の所定の長さＬ１（図３）だけ第１の触媒スラリ９によってコーティングを行う。次に、工程（ｃ）において、セル壁４の表面４ａにコーティングされた第１の触媒スラリ９を乾燥する。これにより、セル通路３の入口側におけるセル壁４の表面４ａに、相対的に薄い第１の触媒金属層７が形成される。次に、工程（ｄ）において、担体２を工程（ａ）の向きから反転させてセル壁４の下流側端面４ｃが下側となる向きとし、相対的に大きい粒径を有した触媒金属を含む第２の触媒スラリ１０に長さＬ２の範囲で浸漬する。これにより、セル壁４の表面４ａは、下流側端面４ｃから上記第２の所定の長さＬ２だけ第２の触媒スラリ１０によってコーティングされる。そして、工程（ｅ）において、セル壁４の残りの表面４ａにコーティングされた第２の触媒スラリ１０を乾燥する。これにより、セル通路３の入口部を除く残りの表面４ａに、相対的に厚い第２の触媒金属層８が形成される。なお、触媒金属の粒径の大きさは、触媒金属を複数の金属製ボールと一緒に撹拌して粉砕処理を施すことにより調整される。なお、図３に示すように、第１の触媒金属層７および第２の触媒金属層８が、境界面で僅かに重なるようにすることが望ましい。
【００１６】
図７は、本発明の第２の実施例における触媒１の１つのセル通路３の上流側部分を示す、軸方向に沿った断面図である。図３の実施例とは異なり、図７のセル壁４の内側には、触媒金属が殆ど浸透していない。上記セル壁４の表面４ａには、セル通路３の入口側部分には相対的に薄い第１の触媒金属層７が形成され、セル通路３の中間部を含む残部には相対的に厚い第２の触媒金属層８が形成されている。この実施例では、第１の触媒金属層７は、乾燥した状態で層７の嵩密度が高くなり、かつ厚さが相対的に薄くなる触媒スラリを用いて形成されている。一方、第２の触媒金属層８は、乾燥した状態で層８の嵩密度が低くなり、かつ厚さが相対的に厚くなる触媒スラリを用いて形成されている。
【００１７】
図８は、本発明の第３の実施例における触媒１の１つのセル通路３の上流側部分を示す、軸方向に沿った断面図である。図８のセル壁４の表面４ａには、単一の触媒金属層１１が、セル壁４の上流側端面４ｂから下流側端面４ｃまで連続的に形成されている。この実施例では、多孔質セラミックスからなる担体２の気孔率を部分的に異ならせることで、セル通路３の入口側の薄肉部１１ａと、セル通路３の残部の厚肉部１１ｂと、が形成されている。
【００１８】
具体的には、図８の触媒１では、図６の工程（ａ）において、担体２の焼成時間を第１の所定の長さＬ１の部分と第２の所定の長さＬ２の部分とで変えることにより、担体２の気孔率を、第１の所定の長さＬ１の部分で相対的に大きくするとともに、第２の所定の長さＬ２の部分で相対的に小さくしてある。このように構成された担体２を、所定の大きさの粒径を有した触媒金属を含む触媒スラリに、セル壁４の上流側端面４ｂから下流側端面４ｃまで全体的に浸漬することにより、触媒スラリが、気孔率の大きい担体２の長さＬ１の部分ではより浸透し易くなる。従って、上記のような厚さの異なる薄肉部１１ａと厚肉部１１ｂとが形成される。なお、担体２の気孔率の大きさは、該担体２の材料の配合を変えることによっても調整することができる。
【００１９】
次に、図９を参照して、担体２の気孔率の大きさと触媒金属層の厚さとの関係を説明する。図示したように、担体２の気孔率が大きいほど、細孔内にスラリが浸透するため、触媒金属層の厚さが薄くなる。
【００２０】
図１０は、本発明の第４の実施例における触媒１の１つのセル通路３の上流側部分を示す、軸方向に沿った断面図である。図１０では、図３の実施例と同様の担体２のセル壁４の表面４ａに、下流側端面４ｃから第２の所定の長さＬ２まで第３の触媒金属層１２が形成されている。即ち、表面４ａには、セル通路３の入口側の長さＬ１を除いて、第３の触媒金属層１２が形成されている。そして、セル壁４の残りの表面４ａおよび第３の触媒金属層１２の上面１２ａの上に重ねて、同じ触媒スラリからなる第４の触媒金属層１３が形成されている。従って、セル通路３の入口側の層の厚さＴ１が、セル通路３の残部の層の厚さＴ２よりも相対的に薄く形成されている。
【００２１】
図１０の触媒１は、所定の大きさの粒径を有した触媒金属を含む触媒スラリに、セル壁４の下流側端面４ｃから第２の所定の長さＬ２だけ焼成後の担体２を浸漬して乾燥した後に、この担体２の下流側端面４ｃから上流側端面４ｂまでの全体を上記触媒スラリに浸漬して乾燥することにより製造される。
【００２２】
なお、図６に示した実施例では、相対的に薄い第１の触媒金属層７を先に形成する例を開示したが、相対的に厚い第２の触媒金属層８を先に形成するようにしても良い。
【００２３】
また、触媒組立時の方向性をなくすために、入口側端部のみでなく、出口側端部を含む両端部について触媒層を中間部よりも薄く形成するようにしても良い。
【符号の説明】
【００２４】
２・・・担体
３・・・セル通路
４・・・セル壁
７・・・第１の触媒金属層
８・・・第２の触媒金属層
１１・・・触媒金属層
１２・・・第３の触媒金属層
１３・・・第４の触媒金属層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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