(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内に設置されて、排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害する拡散部材であって、
前記拡散部材はセラミック部材と金属部材とからなり、
前記金属部材は棒状体であり、
前記セラミック部材が、前記棒状体の両端部が露出するように前記金属部材の周囲を覆っており、
前記拡散部材を構成する前記セラミック部材の体積は前記金属部材の体積よりも大きいことを特徴とする拡散部材。
【請求項２】
前記拡散部材の最表面において、前記セラミック部材の露出面積が前記金属部材の露出面積よりも大きい請求項１に記載の拡散部材。
【請求項３】
前記セラミック部材には気孔が形成されている請求項１又は２に記載の拡散部材。
【請求項４】
前記セラミック部材の気孔率は５〜６０％である請求項３に記載の拡散部材。
【請求項５】
前記セラミック部材には連通気孔が形成されていない請求項３又は４に記載の拡散部材。
【請求項６】
前記セラミック部材に形成された気孔は閉気孔である請求項３〜５のいずれかに記載の拡散部材。
【請求項７】
前記金属部材と前記セラミック部材の間には隙間が存在する請求項１〜６のいずれかに記載の拡散部材。
【請求項８】
前記セラミック部材は、結晶性無機材及び／又は非晶性無機材からなる請求項１〜７のいずれかに記載の拡散部材。
【請求項９】
前記結晶性無機材はアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項８に記載の拡散部材。
【請求項１０】
前記結晶性無機材はジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項８又は９に記載の拡散部材。
【請求項１１】
窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、
前記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、
前記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置であって、
前記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、前記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に請求項１〜１０のいずれかに記載の拡散部材が１つ以上配置されており、
前記拡散部材は、金属部材が露出する部分で前記排気管と溶接されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記金属部材が露出する部分と前記排気管との溶接部には、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されている請求項１１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１３】
窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、前記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、前記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、前記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、前記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位において、
前記排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害し、かつ、前記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び／又は前記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止するための請求項１〜１０のいずれかに記載の拡散部材の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散部材、排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置における拡散部材の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関においてはＮＯｘの発生が不可避であるため、これを除去する方法が必須となっている。ＮＯｘの除去としては、還元剤として尿素を用いた選択的触媒還元システム（尿素ＳＣＲシステム）が実用化されている。
【０００３】
尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水を排気管内に噴射する。噴射された尿素水は排ガスの熱により加水分解及び熱分解を起こしてアンモニアとなり、ＮＯｘをＮ２へと還元する還元剤として作用する。従って、排ガス中のＮＯｘを充分に還元するためには、還元剤であるアンモニアと排ガスを充分に混合する必要がある。
なお、排気管内において排ガスを充分に混合することは、尿素ＳＣＲシステムに限らず、各種センサと併用する場合にも重要である。
【０００４】
上述した尿素ＳＣＲシステム等において、排気管の内径が充分に大きい場合や排気管の長さが充分に長い場合は、排ガスは充分に混合されるが、車両構造の制限等のため、排気管の内径を充分に大きくできないことや、排気管の長さを充分に長くできないことがある。このような場合に排ガスを混合する方法として、特許文献１には、排気管内に静止ミキサを設ける方法が開示されており、特許文献２には、排気管内に混合器やスワラーを設け、排ガスに旋回流を発生させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５１６６３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８０８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された静止ミキサや特許文献２に記載された混合器・スワラーを用いた場合、排ガスの熱エネルギーが静止ミキサ、混合器及びスワラーに奪われてしまうことによって、排ガスの温度が低下してしまうという問題があった。排ガスの温度が、下流に搭載された排ガス浄化触媒の作動温度域よりも低下した場合、充分な浄化作用を発揮することができないことがあった。特許文献１には、静止ミキサがプラスチック或いは金属からなることが開示されているが、プラスチックからなる静止ミキサでは、耐熱性及び耐久性に問題があり、金属からなる静止ミキサでは、尿素水及びアンモニアによる腐食が懸念されるだけでなく、上述したように排ガスの温度を低下させるという問題があった。
【０００７】
なお、尿素ＳＣＲシステムにおいては排気管内に尿素水を噴射し、排ガスの熱により加水分解を起こして還元剤となるアンモニアを生成するが、このとき、排気管内部の温度が低すぎると尿素水の加水分解及び熱分解が正常に進行せずに副生成物（以下、尿素水の副生成物ともいう）が生じやすくなる。尿素水の副生成物はアンモニアよりも腐食性が強いため、特許文献１に記載された金属からなる静止ミキサを尿素ＳＣＲシステムに用いた場合、排ガスの温度が低下することによって触媒担体におけるＮＯｘ浄化反応の効率が低下するだけでなく、尿素水の副生成物により静止ミキサがより腐食されやすくなるという問題があった。そのため、尿素ＳＣＲシステムにおいて使用される静止ミキサとしては、上述した排ガスの温度低下の問題だけでなく、尿素水の副生成物に対する耐腐食性の問題をも解決することが求められている。
【０００８】
なお、静止ミキサがプラスチック製の場合には上述した腐食を受けにくいが、プラスチック製の静止ミキサは、そのままでは排気管内部に固定することができない。そのため、プラスチック製の静止ミキサを別途金属部材等に固定し、この金属部材を排気管内部に溶接等することによって固定する必要が生じるという課題があった。
【０００９】
なお、特許文献２には、混合器やスワラーをどのような材料で製造するか、及び、混合器やスワラーによって排ガスの温度低下が発生することについてはなんら開示されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題に鑑みて本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、拡散部材を棒状形状の金属部材（棒状体ともいう）と、該棒状体の両端部が露出するように該棒状体の周囲を覆うセラミック部材で構成することで、金属製の拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができ、尿素水の副生成物に対する耐腐食性に優れ、排気管との接続が容易で、排気管の形状や流路に応じて極めて容易に設計変更が可能となることを見出し、本発明に到達したものである。
【００１１】
すなわち、本発明の拡散部材は、排気管内に設置されて、排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害する拡散部材であって、上記拡散部材はセラミック部材と金属部材とからなり、上記金属部材は棒状体であり、上記セラミック部材が上記棒状体の両端部が露出するように上記金属部材の周囲を覆っており、上記拡散部材を構成する上記セラミック部材の体積は上記金属部材の体積よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい。すなわち、拡散部材を構成する材料の多くはセラミックとなっている。そのため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っている。すなわち、本発明の拡散部材は、この金属部材が露出した部分を排気管内部に溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
そして、上述した金属部材が露出した箇所以外については、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。
【００１４】
本発明の拡散部材は、棒状形状の金属部材（棒状体ともいう）と該金属部材の両端部が露出するように金属部材の周囲を覆っているセラミック部材からなる。
拡散部材が上述した形状であると、拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置することにより、拡散部材による効果を、設置する排気管の形状ごとに最適化することが容易となる。そのため、構成の異なる排ガス浄化装置ごとに新たな金型等を準備する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【００１５】
本発明の拡散部材では、上記拡散部材の最表面において、上記セラミック部材の露出面積が上記金属部材の露出面積よりも大きいことが好ましい。
本発明の拡散部材の最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きければ、排ガスの熱が拡散部材に伝わりにくくなり、さらに、尿素水の副生成物による腐食もより受けにくくなる。
【００１６】
本発明の拡散部材において、上記セラミック部材には気孔が形成されていることが好ましい。
セラミック部材に気孔が形成されていると、気孔がセラミック部材内部の熱伝導を妨げるため、優れた断熱性が得られ、排ガスの温度が低下することをさらに抑制することができる。
【００１７】
本発明の拡散部材において、上記セラミック部材の気孔率は５〜６０％であることが好ましい。
セラミック部材の気孔率が５〜６０％であると、拡散部材の機械的強度及び排ガスの温度低下を抑制する効果を両立させる観点から特に好ましい。
【００１８】
本発明の拡散部材において、上記セラミック部材には連通気孔が形成されていないことが好ましい。
セラミック部材に連通気孔が形成されていると、セラミック部材の機械的強度が低下しやすくなる。さらに、連通気孔が存在すると、拡散部材と接触した排ガスがセラミック部材中を移動して金属部材と接触し易くなるため、金属部材の腐食を抑制する観点から、セラミック部材に連通気孔が形成されていないことが好ましい。
なお、連通気孔とは、セラミック部材の排ガスと接触し得る表面からセラミック部材の金属部材と接触する界面まで連続的に形成された気孔である。セラミック部材と金属部材との間に隙間が形成されている場合にあっては、セラミック部材の排ガスと接触し得る表面からセラミック部材の該隙間に露出する表面まで連続的に形成された気孔である。
【００１９】
本発明の拡散部材において、上記セラミック部材に形成された気孔は閉気孔であることが好ましい。
セラミック部材に形成された気孔が閉気孔であると、排ガスがセラミック部材の内部に浸透して金属部材を腐食させることを防止することができる。
【００２０】
本発明の拡散部材において、上記金属部材と上記セラミック部材の間には隙間が存在することが好ましい。
金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在すると、セラミック部材と金属部材の熱膨張係数の差に由来するクラックの発生を抑制しやすくなる。
【００２１】
本発明の拡散部材において、上記セラミック部材は、結晶性無機材及び／又は非晶性無機材からなることが好ましい。
セラミック部材が結晶性無機材を含んでなると、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
セラミック部材が非晶性無機材を含んでなると、セラミック部材中に粗大気孔及び連通気孔が形成されにくくなるため、金属部材が排ガスと接触することを抑制しやすくなる。
さらに、セラミック部材が非晶性無機材及び結晶性無機材からなると、結晶性無機材が非晶性無機材からなるセラミック部材を機械的に強化する役割を果たすため、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
【００２２】
本発明の拡散部材において、上記結晶性無機材はアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
結晶性無機材がアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなると、セラミック部材が耐熱性及び断熱性能に優れたものとなる。
【００２３】
本発明の拡散部材において、上記結晶性無機材はジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
結晶性無機材がジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも一種からなると、セラミック部材が耐熱性及び断熱性に特に優れたものとなる。
【００２４】
本発明の排ガス浄化装置は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置であって、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に本発明の拡散部材が１つ以上配置されており、上記拡散部材は、金属部材が露出する部分で上記排気管と溶接されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の排ガス浄化装置は、尿素噴射装置よりも下流側、かつ、触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に本発明の拡散部材が１つ以上配置されている。
そのため、本発明の排ガス浄化装置は、尿素噴射装置から噴射した尿素水の副生成物によって拡散部材が腐食しにくく、さらに、排ガスの温度低下が抑制されるため、触媒担体におけるＳＣＲ反応の反応効率がよい。加えて、製造時に拡散部材を設置することが容易である。
なお、拡散部材の金属部材が露出する部分と排気管とを溶接する際には、拡散部材を構成する金属部材と排気管とを直接溶接してもよく、ろう付け等により溶接してもよい。
【００２６】
本発明の排ガス浄化装置において、上記金属部材が露出する部分と上記排気管との溶接部には、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていることが好ましい。
金属部材が露出する部分と排気管との溶接部に、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていると、溶接部が尿素水の副生成物による腐食を受けることを抑制することができる。
【００２７】
本発明の拡散部材の使用は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位において、上記排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害し、かつ、上記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び／又は上記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止するための本発明の拡散部材の使用である。
【００２８】
上述したように、本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい。そのため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。さらに、本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っている。そのため、この金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
従って、本発明の拡散部材を、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に使用することで、上記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び／又は上記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止することができる。ここで、尿素の分解物とは、アンモニア及び尿素水の副生成物を指す。
なお本発明の拡散部材の使用にあたっては、拡散部材のうち金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、排気管内に容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の拡散部材の一例を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、本発明の拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置した例を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の拡散部材の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の排ガス浄化装置を模式的に示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における破線部領域Ｈの拡大図である。
【００３０】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の拡散部材について詳述する。
【００３１】
本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい。すなわち、拡散部材を構成する材料の多くはセラミックとなっている。そのため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。
【００３２】
本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っている。すなわち、本発明の拡散部材は、この金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
そして、上述した金属部材が露出した箇所以外については、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。
【００３３】
本発明の拡散部材の形状について説明する。
本発明の拡散部材は、円柱形状、多角柱形状等の棒状形状の金属部材（棒状体ともいう）と、該棒状体の両端部が露出するように該棒状体の周囲を覆うセラミック部材からなる。このような形状の拡散部材を排気管内に１個以上、適当な配置で固定することにより、各排ガス浄化装置の構成（排ガスの温度、排気管の形状、触媒担体までの距離、尿素水噴射ノズルの位置及び噴射角度など）に応じて、拡散部材の配置を最適化させることができるため、あらゆる構成の排ガス浄化装置に適用することができる。さらに、構成の異なる排ガス浄化装置ごとに新たな金型等を準備する必要がないため、製造コストを抑制することができる。
【００３４】
本発明の拡散部材は、金属部材とセラミック部材との間に隙間が形成されていることが好ましい。
金属部材とセラミック部材との間に隙間が存在すると、セラミック部材と金属部材の熱膨張係数の差に由来するクラックの発生を抑制しやすくなる。
【００３５】
本発明の拡散部材において、金属部材を構成する材料としては、アルミニウム、ステンレス、鋼、鉄、銅、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）、インバー（登録商標）等が挙げられる。
金属部材がこれらの材料から構成されていると、拡散部材の機械的強度を向上させることができ、さらに、排気管との接合が容易となる。
【００３６】
本発明の拡散部材において、金属部材を構成する材料の熱膨張係数は、セラミック部材を構成する材料の熱膨張係数に近いことが好ましく、金属部材を構成する材料の熱膨張係数とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差が１０．０×１０−６Ｋ−１以下であることが好ましい。
本発明の拡散部材において、金属部材を構成する材料の熱膨張係数とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差が１０．０×１０−６Ｋ−１以下であると、金属部材を構成する材料とセラミック部材を構成する材料の熱膨張の差に起因したクラックの発生を抑制することができる。
【００３７】
本発明の拡散部材において、金属部材は、連続した単一の金属部材で構成されていてもよく、複数個の金属部材から構成されていてもよい。
【００３８】
本発明の拡散部材は、拡散部材の最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きいことが好ましい。
本発明の拡散部材の最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きければ、排ガスの熱が拡散部材に伝わりにくくなり、さらに、尿素水の副生成物による腐食もより受けにくくなる。
本発明の拡散部材の最表面におけるセラミック部材の面積及び金属部材の面積の割合は、目視で判定することができる。より精密に測定したい場合には、拡散部材を撮影した画像データを拡散部材の形状に応じて補正して算出することができる。
なお、セラミック部材の露出面積及び金属部材の露出面積を算出するにあたっては、セラミック部材と金属部材とが隙間を挟んで対向している領域を考慮しないこととする。
【００３９】
本発明の拡散部材におけるセラミック部材の体積及び金属部材の体積の割合は、セラミック部材及び金属部材からなる拡散部材を切断した断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することによって測定することができる。セラミック部材及び金属部材の厚さ方向の全域が入るようにＳＥＭの倍率を調整し、セラミック部材の厚さが３００μｍ未満の場合は５００倍、３００以上５００μｍ未満の場合は２００倍、５００μｍ以上１０００μｍ未満の場合は１５０倍とする。また１０００μｍ以上の場合は１５０倍以下とする。なお、セラミック部材と金属部材との間に隙間が形成されている部分については、セラミック部材と金属部材とを別々に観察してもよい。
上記方法により撮影されたＳＥＭ画像により求めた、セラミック部材の厚さ及び金属部材とセラミック部材との接触部の形状と、拡散部材の外形寸法から、金属部材及びセラミック部材の体積を求める。撮影するＳＥＭ画像の数は、セラミック部材及び金属部材の形状を正確に把握できる数であれば特に限定されず、セラミック部材及び金属部材の形状の複雑さに応じて測定箇所を適宜増やしてもよい。なお、セラミック部材中に形成された気孔の体積はセラミック部材の体積に含め、セラミック部材と金属部材との間の隙間の体積はセラミック部材及び金属部材のいずれの体積にも含めない。
【００４０】
セラミック部材に連通気孔が形成されているかどうかは、金属部材の表面の法線方向に拡散部材を切断した断面図を、セラミック部材の体積及び金属部材の体積を測定する方法と同様の条件で撮影したＳＥＭ画像により判断する。ランダムに撮影された１０枚のＳＥＭ画像全てに、セラミック部材の表面から金属部材の表面まで連続する気孔が形成されていない場合、当該セラミック部材に連通気孔は形成されていないと判断する。ランダムに選択された１０枚のＳＥＭ画像のいずれか１箇所でも、セラミック部材の表面から金属部材の表面まで連続する気孔が形成されている場合、当該セラミック部材には連通気孔が形成されていると判断する。
【００４１】
本発明の拡散部材において、セラミック部材を構成する材料としては、非晶性無機材及び結晶性無機材等が挙げられ、いずれか１種又はこれら２種以上の混合物又は複合物であってもよいが、セラミック部材の断熱性及び耐腐食性の観点から、セラミック部材は非晶性無機材を含んでいることが好ましく、非晶性無機材と結晶性無機材を含んでいることがより好ましく、非晶性無機材中に結晶性無機材の粒子が分散している材料であることがさらに好ましい。
セラミック部材が結晶性無機材を含んでなると、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
セラミック部材が非晶性無機材を含んでなると、セラミック部材中に粗大気孔及び連通気孔が形成されにくくなるため、金属部材が排ガスと接触することを抑制しやすくなる。
【００４２】
本発明の拡散部材において、セラミック部材を構成する材料が非晶性無機材と結晶性無機材を含んでなると、結晶性無機材の粒子がセラミック部材を機械的に強化する役割を果たすため、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
【００４３】
本発明の拡散部材において、セラミック部材を構成する材料中に結晶性無機材が存在していると、セラミック部材が高温になった際に、結晶性無機材の粒子がセラミック部材中に存在する気孔の移動を妨げるため、気孔の合体により断熱性能が低下することを防止することができる。
【００４４】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の機械的強度が増加すると、排気管の振動による衝撃やエンジンから排出される排ガスに含まれる溶接スパッタ等の異物の衝突によってセラミック部材が破壊されることを抑制することができる。
【００４５】
本発明の拡散部材において、セラミック部材は、第１のセラミック部材と、第１のセラミック部材の表面に形成された第２のセラミック部材とから構成されていてもよい。
第１のセラミック部材及び第２のセラミック部材を構成する材料は、上述したセラミック部材を構成する材料を好適に用いることができ、例えば、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材は、結晶性無機材からなる第１のセラミック部材と非晶性無機材からなる第２のセラミック部材から構成されていてもよく、非晶性無機材からなる第１のセラミック部材と非晶性無機材からなる第２のセラミック部材から構成されていてもよい。
第１のセラミック部材の製造方法と、第２のセラミック部材の製造方法は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４６】
本発明の拡散部材において、セラミック部材の材料として用いることのできる非晶性無機材は、非晶質シリカを含むことが好ましく、非晶質シリカを２０重量％以上含有していることがより好ましく、軟化点が３００〜１０００℃である低軟化点ガラスであることがさらに好ましい。
【００４７】
上記低軟化点ガラスの種類は特に限定されるものではないが、ソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、チタンクリスタルガラス、バリウムガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス等が挙げられる。
これらの低軟化点ガラスは、単独で用いてもよいし、２種類以上が混合されていてもよい。
【００４８】
本発明の拡散部材において、セラミック部材の材料として用いる非晶性無機材が、軟化点が３００〜１０００℃である低軟化点ガラスであると、セラミック部材の成形段階において低軟化点ガラスを溶融又は軟化させることが容易となる。溶融又は軟化した低融点ガラスは金属部材の表面に密着するため、金属部材との密着性に優れたセラミック部材を容易に形成することができる。
ただし、金属部材の材料をアルミニウムとし、金属部材の表面に直接セラミック部材を形成する場合、非晶性無機材は軟化点が３００〜５５０℃の低軟化点ガラスであることが好ましい。
非晶性無機材が軟化点３００〜５５０℃の低軟化点ガラスであると、金属部材であるアルミニウムが溶融する温度よりも低い温度で非晶性無機材が軟化するため、金属部材を劣化させることなく、セラミック部材を形成することができる。
【００４９】
非晶性無機材の軟化点が３００℃未満であると、軟化点の温度が低すぎるため、加熱処理の際に、軟化した非晶性無機材が溶融等により流れ易く、セラミック部材の形状を所望の形状とすることが困難となる。一方、非晶性無機材の軟化点が１０００℃を超えると、逆に、加熱処理の温度を極めて高く設定する必要があるため、加熱により金属部材の機械的特性が劣化するおそれが生じる。
【００５０】
なお、本発明の拡散部材において、セラミック部材の材料として用いる非晶性無機材の軟化点は、ＪＩＳ  Ｒ  ３１０３−１：２００１に規定される方法に基づき、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置（ＳＳＰＭ−３１）を用いて測定することができる。
【００５１】
上記硼珪酸ガラスの種類は、特に限定されないが、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３系ガラス等が挙げられる。上記クリスタルガラスは、ＰｂＯを含むガラスであり、その種類は特に限定されないが、ＳｉＯ２−ＰｂＯ系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系ガラス等が挙げられる。上記バリウムガラスの種類は、特に限定されないが、ＢａＯ−ＳｉＯ２系ガラス等が挙げられる。
また、非晶性無機材は、上述した低軟化点ガラスのうちの一種類のみからなるものであってもよいし、複数種類の低軟化点ガラスからなるものであってもよい。
【００５２】
軟化点が３００〜５５０℃の低軟化点ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ系ガラス、ＳｉＯ２−ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系ガラス、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系ガラス、Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５−ＳｉＯ２系ガラス等が挙げられる。
【００５３】
続いて、結晶性無機材について説明する。
【００５４】
本発明の拡散部材において、セラミック部材に結晶性無機材を含む場合、結晶性無機材としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、ハフニア、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、チタン酸カリウム及びマイカからなる群より選択される少なくとも１種から構成されていることが好ましく、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも１種から構成されていることがより好ましく、ジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも１種から構成されていることがさらに好ましい。
さらに、結晶性無機材は、セラミック部材の機械的強度及び耐腐食性の観点から、少なくともジルコニアを含有していることが好ましく、ジルコニアを２０重量％以上含有していることがより好ましく、ジルコニアを５０重量％以上含有していることがさらに好ましい。
【００５５】
ジルコニアは、イットリア、カルシア、マグネシア、アルミナ、セリア等の安定化剤を添加した安定化ジルコニアであることが好ましい。
安定化ジルコニアとしては、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、アルミナ安定化ジルコニア、セリア安定化ジルコニアなどが挙げられる。
安定化剤の含有量は、安定化ジルコニア全量の５〜３０重量％が好ましい。
なお、ジルコニアを構成するジルコニウムの一部がハフニウムに置換されていてもよい。
【００５６】
マイカは、天然マイカ、人工マイカのいずれであってもよい。また、マイカと他の結晶性無機材との複合体であってもよい。マイカと他の結晶性無機材との複合体としては、例えば、マイカとガラスの混合物を熱間成形したマイカレックス（登録商標）などが挙げられる。
【００５７】
シリカは、非晶質シリカを含んでいてもよい結晶質シリカであり、これらと他の結晶性無機材及び／又は無機繊維等を混合して成形した成形体並びにこの粉末であってもよい。
シリカ微粒子と無機繊維を混合して成形した成形体及びこの粉末としては、マイクロサーム（登録商標）などが挙げられる。
【００５８】
本発明の拡散部材において、セラミック部材はさらに、無機繊維を含んでいてもよい。無機繊維としては、シリカアルミナ繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、ジルコニア繊維及びチタン酸カリウム繊維等が挙げられる。
セラミック部材が無機繊維を含むと、セラミック部材の機械的強度を向上させることができる。
【００５９】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材には、気孔が形成されていることが好ましい。
セラミック部材に気孔が形成されていると、気孔がセラミック部材内部の熱伝導を妨げるため、優れた断熱性が得られ、排ガスの温度が低下することをさらに抑制することができる。
【００６０】
本発明の拡散部材におけるセラミック部材の気孔率は、５〜６０％であることが好ましく、１０〜５５％であることがより好ましく、１５〜５０％であることがさらに好ましい。本発明の拡散部材におけるセラミック部材の気孔率が５〜６０％であると、拡散部材の機械的強度及び排ガスの温度低下を抑制する効果を両立させる観点から特に好ましい。
【００６１】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率が５〜６０％であり、さらにセラミック部材中の気孔が均一に分散していると、セラミック部材中の熱の伝達をさらに効果的に遮断することができるため、特に良好な断熱性を発揮することができる。
【００６２】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率は、アルキメデス法により、具体的には、例えば以下の方法で求めることができる。
まず、前処理として、気孔率測定の対象となる試料を、イオン交換水及びアセトンを用いて超音波で洗浄を行った後、１００℃で乾燥する。
次に、前処理を終了した試料をイオン交換水とともに３時間煮沸して飽水試料を作製する。続いて、飽水試料を水中にて糸で吊るして飽水試料の浮力（Ｗ１）を電子天秤で測定する。また、飽水試料の質量（Ｗ２）を電子天秤で測定し、１２０℃、６０分間乾燥した後、乾燥試料の質量（Ｗ３）を測定する。
上記方法により得られた結果を用い、以下の計算式により、気孔率を算出する。
｛［飽水試料の質量（Ｗ２）−乾燥試料の質量（Ｗ３）］／飽水試料の浮力（Ｗ１）｝×１００（％）
なお、セラミック部材が第１のセラミック部材及び第２のセラミック部材から構成されている場合には、第１のセラミック部材の気孔率及び第２のセラミック部材の気孔率をそれぞれ個別に測定し、セラミック部材を構成する体積割合を乗じた値の合計値をセラミック部材の気孔率とする。
【００６３】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率が５％未満であると、気孔の割合が少なすぎるため、断熱性が充分でないことがある。一方、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率が６０％を超えると、気孔の割合が多くなりすぎるため、気孔同士の合体による断熱性能の低下及び機械的強度の低下がおこりやすくなる。
【００６４】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径は、小さいほうが、気孔内の放射伝熱、対流伝熱による熱移動を低減することができる。具体的には、０．１〜１５０μｍであることが好ましく、０．１〜５０μｍがより好ましく、０．１〜５μｍがさらに好ましい。気孔の平均気孔径が０．１〜１５０μｍであると、セラミック部材中の熱伝達を気孔により有効に阻止することができ、セラミック部材の高断熱性を維持することができる。
【００６５】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径を０．１μｍ未満とすることは技術的に難しく、このような気孔を形成するには、非常に小さな造孔材を使用するなど特別な材料を使う必要があるため、材料コストが急激に増加してしまい、好ましくない。一方、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径が５０μｍを超えているとセラミック部材の固体部分が少ないため、セラミック部材の機械的特性が低下する。また、１５０μｍを超える径の気孔は、気孔内で対流熱伝達によって放熱効果が促進されるため、断熱性が低下するおそれがある。
【００６６】
本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径は、拡散部材を切断して断面をデジタルマイクロスコープもしくはＳＥＭ等を用いて観察することによって測定することができる。
【００６７】
具体的には、デジタルマイクロスコープ画像もしくはＳＥＭ画像をセラミック部材の所定の領域（５００μｍ×５００μｍ）が入るように撮影して、所定の領域に存在する全ての気孔についての気孔径を測定し、平均値を求めることにより平均気孔径が得られる。気孔の形状が略球状でない場合、その気孔の直径は、投影面積円に相当する直径（ヘイウッド径）とする。
なお、セラミック部材が第１のセラミック部材及び第２のセラミック部材から構成されている場合には、第１のセラミック部材中の気孔の平均気孔径及び第２のセラミック部材中の気孔の平均気孔径をそれぞれ個別に測定し、セラミック部材を構成する体積割合を乗じた値の合計値をセラミック部材中の気孔の平均気孔径とする。
【００６８】
本発明の拡散部材において、セラミック部材には連通気孔が形成されていないことが好ましい。
セラミック部材に連通気孔が形成されていると、セラミック部材の機械的強度が低下しやすくなる。さらに、連通気孔が存在すると、拡散部材と接触した排ガスがセラミック部材中を移動して金属部材と接触し易くなるため、金属部材の腐食を抑制する観点から、セラミック部材に連通気孔が形成されていないことが好ましい。
【００６９】
本発明の拡散部材において、セラミック部材に形成された気孔は閉気孔であることが好ましい。
セラミック部材に形成された気孔が閉気孔であると、排ガスがセラミック部材の内部に浸透して金属部材を腐食させることを防止することができる。
【００７０】
本発明の拡散部材は、その最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きいことが好ましい。
拡散部材の最表面におけるセラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きいと、排ガスの温度低下を効果的に抑制することができる。
拡散部材の最表面におけるセラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積以下の場合には、金属部材の露出面積が大きすぎるため、排ガスの温度が低下し過ぎてしまうことがある。さらに、金属部材は尿素水の副生成物による腐食を受けやすいため、拡散部材の腐食の進行を充分に抑制できないことがある。
【００７１】
本発明の拡散部材において、拡散部材の最表面におけるセラミック部材の表面粗さ（Ｒｚｊｉｓ）は０．１〜１０μｍであることが好ましい。
拡散部材の最表面におけるセラミック部材の表面粗さ（Ｒｚｊｉｓ）が０．１〜１０μｍであると、拡散部材の表面を通過した排ガスの流れを充分に乱すことができるため、排ガス中に含まれる成分の偏りを充分に低減することができる。
なお、本明細書において表面粗さ（Ｒｚｊｉｓ）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２０１３の附属書ＪＡに規定された、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４に準拠する方法により測定される十点平均粗さ（Ｒｚ）である。
【００７２】
本発明の拡散部材は、金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在することが好ましい。
金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在すると、セラミック部材と金属部材の熱膨張係数の差に由来するクラックの発生を抑制しやすくなる。
なお、金属部材を構成する材料の熱膨張係数とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差が１０．０×１０−６Ｋ−１を超えるとき、金属部材を構成する材料とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差に起因したクラックが発生しやすくなるため、これを抑制するために、金属部材とセラミック部材の間に隙間を設けることが特に好ましい。
【００７３】
本発明における金属部材及びセラミック部材の熱膨張係数は、以下の方法により測定した線熱膨張係数を指す。
【００７４】
＜熱膨張係数の測定方法＞
金属部材及びセラミック部材を３ｍｍ×３ｍｍ×１５ｍｍの大きさで切り出して測定用サンプルとし、この測定用サンプルを、測定装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製  熱膨張計  ＴＤ５０００ＳＡ）に設置して、熱膨張係数を測定する。
測定条件は、大気雰囲気、昇温速度は１０℃／分、温度範囲は２５〜４３０℃とする。
【００７５】
本発明の拡散部材の形状についてさらに詳述する。
本発明の拡散部材の形状としては、例えば、図１に示す形状が挙げられる。
図１（ａ）は、本発明の拡散部材の一例を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す拡散部材１０は、棒状の金属部材１１と、その周囲を覆うセラミック部材１２からなり、金属部材１１の両端部１１ａ及び１１ｂはセラミック部材に覆われておらず、最表面に露出している。
拡散部材１０を排気管内に設置する場合には、最表面に露出している金属部材１１の両端部１１ａ及び１１ｂを排気管内部に溶接することにより、容易に固定することができる。
なお、拡散部材１０は所望の効果を得るために排気管内に複数個設置してもよい。
【００７６】
本発明の拡散部材を排気管内部に配置する方法としては、特に限定されず、排気管の形状、尿素水の噴射位置、及び、触媒担体までの位置等を考慮し、１つ以上の拡散部材を適宜組み合わせて配置してもよく、例えば、図２のように複数個の拡散部材を組み合わせて排気管内部に配置してもよい。図２は、本発明の拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置した例を示す斜視図である。
図２に示す排気管の内部には、３個×３個の合計９個の拡散部材１０が互いに略直角となり格子を形成するよう、配置されている。
【００７７】
本発明の拡散部材の形状としては、例えば、図３に示す形状が挙げられる。
図３（ａ）は、本発明の拡散部材の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
図３（ａ）に示す拡散部材２０は、棒状の金属部材２１と、その周囲を覆うセラミック部材２２からなり、金属部材２１の両端部２１ａ及び２１ｂはセラミック部材２２に覆われておらず、最表面に露出している。さらに、図３（ｂ）に示すように、金属部材２１とセラミック部材２２との間には隙間２３が形成されている。
【００７８】
なお、セラミック部材の露出面積及び金属部材の露出面積を算出するにあたっては、セラミック部材と金属部材とが隙間を挟んで対向している領域を考慮しないこととする。
すなわち、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す拡散部材２０にあっては、セラミック部材２２の表面のうち隙間２３を挟んで金属部材２１と対向している領域２２ａをセラミック部材２２の露出面積とはみなさず、金属部材２１の表面のうち隙間２３を挟んでセラミック部材２２と対向している領域２１ｃを金属部材２１の露出面積としてみなさない。
【００７９】
次に、本発明の拡散部材を製造する方法について説明する。
本発明の拡散部材を製造する方法としては、例えば、所望する拡散部材の寸法よりも小さい寸法に加工した金属部材の表面に、セラミック部材の原料となる原料組成物（セラミック原料ともいう）を塗布して乾燥、焼成する方法や、金属部材を金型内に設置して原料組成物を金型内に流し込み、乾燥、焼成する方法、セラミック部材となる材料を金属部材の表面に溶射して皮膜を形成する方法などが挙げられる。
なお、セラミック部材は必ずしも金属部材の表面で形成される必要はなく、金属部材とセラミック部材を別々に作成して最後に組み合わせることによって拡散部材を製造してもよい。
【００８０】
［金属部材準備工程］
金属部材は、原料となる金属材料を所望の形状に加工することにより得ることができる。
金属部材を所望の形状に加工する方法としては、従来公知の金属加工技術を用いることができ、例えば、プレス機による成形や、切削加工による成形等が挙げられる。また、複数の金属材料を溶接等により接合してもよい。
【００８１】
本発明の拡散部材を製造する方法において、金属部材準備工程では、必要に応じて、金属部材の表面の不純物を除去するための洗浄処理を行ってもよい。洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理を行うことができ、具体的には、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法などを用いることができる。
【００８２】
本発明の拡散部材を製造する方法において、金属部材準備工程では、必要に応じて、金属部材の表面を粗化する粗化処理を行ってもよい。金属部材の表面を粗化することにより、金属部材の比表面積が増加するため、セラミック部材との密着性が向上する。
また、粗化処理の後に上述した洗浄処理を行ってもよい。
【００８３】
［セラミック部材準備工程］
セラミック部材を形成する方法としては、セラミック部材となる原料組成物を焼成する方法や、セラミック部材となる原料を金属部材の表面に溶射して皮膜を形成する方法が挙げられる。
【００８４】
まず、原料組成物を用いる方法について説明する。
金属部材の表面にセラミック部材となる原料組成物を塗布して焼成する場合、原料組成物の塗布と焼成を複数回繰り返して、セラミック部材を積層させてもよい。
【００８５】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物としては、セラミック部材を構成する非晶性無機材及び／又は結晶性無機材等と、必要に応じて、無機バインダ、有機バインダ、造孔材、分散媒、成形助剤等を混合した混合物を用いることができる。このとき、セラミック部材の機械的強度を向上させる為に、原料組成物に無機繊維等を添加してもよい。
【００８６】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい無機バインダとしては、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイト、ベーマイト等が挙げられ、これらを２種類以上併用してもよい。
【００８７】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、これらを２種類以上併用してもよい。
【００８８】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい分散媒としては、水や、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒等が挙げられる。
【００８９】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい成形助剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられ、これらを２種以上併用してもよい。
【００９０】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい造孔材としては、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーン、球状アクリル粒子、グラファイト等のカーボン及び炭酸塩等の発泡剤等が挙げられる。
これらのうち、セラミック部材に高い断熱性を付与する観点からは、小さい径の気孔がセラミック部材中に均一に分散していることが好ましいため、グラファイト等のカーボン及び炭酸塩等の発泡剤が好ましい。
【００９１】
炭酸塩の発泡剤としては、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、（ＮＨ４）２ＣＯ３等が挙げられる。
【００９２】
これらの造孔材のなかでは、グラファイト等のカーボンがより好ましい。カーボンは、粉砕等の処理により、拡散部材用塗料中に細かい粒子として分散させることができ、加熱、焼成により分解し、好適な気孔径を有する気孔を形成することができるからである。
【００９３】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の形成に用いられる原料組成物を調製する際には、各原料を調合した後、湿式粉砕を行うが、非晶性無機材及び結晶性無機材は、最初に適当な粒子径に調節したものを用いてもよく、原料の調合後、湿式粉砕により目的の粒子径のものを得てもよい。
【００９４】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する非晶性無機材の最終的な平均粒子径は、０．１〜１００μｍが好ましく、１〜２０μｍがより好ましい。１〜２０μｍの範囲では、粒子表面に帯電している電気による影響が少ないためと推測されるが、粒子が均一に分散しやすい。
【００９５】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する結晶性無機材の最終的な平均粒子径は０．１〜１５０μｍであることが好ましい。
【００９６】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する造孔材の平均粒子径は０．１〜２５μｍであることが好ましく、０．５〜１０μｍであることがより好ましい。
原料組成物を構成する造孔材の平均粒子径が０．１〜２５μｍであると、セラミック部材中の平均気孔径を、０．１〜１５０μｍに調整しやすくなる。
【００９７】
本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する造孔材の粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、原料組成物中に造孔材を良好に分散することが難しくなり、その結果、形成されるセラミック部材中の気孔の分散度合いが低下し、高温になった際、気孔が合体し易くなる。
【００９８】
一方、本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する造孔材の粒子の平均粒子径が２５μｍを超えた場合には、セラミック部材中に形成される気孔の径が大きくなりすぎ、セラミック部材の断熱性及び機械的強度が低下し易くなる。
【００９９】
本発明の拡散部材を製造するにあたって、金属部材の周囲にセラミック部材を形成する方法としては、上述した原料組成物を金属部材の表面に塗布する方法などが挙げられる。
原料組成物を金属部材の表面に塗布する方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、インクジェット、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り、又は、電着塗装等の方法を用いることができる。
また、原料組成物中に金属部材を浸漬することにより、金属部材の表面に原料組成物を塗布してもよい。
このとき、金属部材の一部に原料組成物を塗布しない領域を作ることで、金属部材の一部を拡散部材の表面に露出させることができる。
金属部材の一部に原料組成物を塗布しない領域を作る方法としては、従来公知の方法を用いることができ、マスキングテープやマスキングゾル等のマスキング剤を使用する方法が挙げられる。
【０１００】
金属部材の表面に塗布された原料組成物は、乾燥後に加熱焼成することにより、セラミック部材となる。
なお、原料組成物の乾燥には、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等の乾燥機を用いることができる。
【０１０１】
原料組成物に有機バインダ等の有機物を含む場合、原料組成物の乾燥後に脱脂処理を施しても良い。
脱脂処理の条件は、乾燥後に原料組成物に含まれる有機物の種類及び量によって適宜選択することができ、例えば、２００〜５００℃で２〜６時間加熱することが好ましい。
【０１０２】
焼成温度は、原料組成物を構成する結晶性無機材及び非晶性無機材の物性にもよるが、非晶性無機材を含む場合には、非晶性無機材の軟化点以上の温度に加熱することが好ましい。具体的には、金属部材が劣化しない温度であればよく、７００〜１１００℃が好ましく、７００〜１０００℃がより好ましく、７５０〜９５０℃がさらに好ましい。
ただし、金属部材を構成する材料がアルミニウムであって、原料組成物に非晶性無機材を含む場合、非晶性無機材として軟化点が３００〜５５０℃の低軟化点ガラスを用いて、３００〜６００℃で加熱することが好ましい。
【０１０３】
続いて、溶射を用いた本発明の拡散部材の製造方法について説明する。
溶射とは、皮膜となる材料（溶射材ともいう）を加熱により溶融又は軟化させ、微粒子状にして加速し、対象物の表面に吹き付ける方法である。
溶射では、加熱により溶融又は軟化する材料であれば、ほとんどあらゆる材料の皮膜を形成することができると考えられる。そのため、溶射により、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材を容易に形成することができる。
【０１０４】
溶射材は、結晶性無機材を含むことが好ましく、さらに非晶性無機材及び無機バインダを含んでいてもよい。
【０１０５】
溶射材を構成する結晶性無機材としては、ジルコニア又はアルミナがより好ましい。ジルコニアの組成として、より具体的には、カルシア安定化ジルコニア（５ｗｔ％ＣａＯ−ＺｒＯ２、８ｗｔ％ＣａＯ−ＺｒＯ２、３１ｗｔ％ＣａＯ−ＺｒＯ２）、マグネシア安定化ジルコニア（２０ｗｔ％ＭｇＯ−ＺｒＯ２、２４ｗｔ％ＭｇＯ−ＺｒＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（６ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、７ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、８ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、１０ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、１２ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２、２０ｗｔ％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）、ジルコン（ＺｒＯ２−３３ｗｔ％ＳｉＯ２）、セリア安定化ジルコニア等が挙げられる。安定化剤の含有量は、安定化ジルコニア全量の５〜３０重量％が好ましい。なお、ジルコニアを構成するジルコニウムの一部がハフニウムに置換されていてもよい。
また、アルミナの組成として、より具体的には、ホワイトアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、グレイアルミナ（Ａｌ２Ｏ３−１．５〜４ｗｔ％ＴｉＯ２）、アルミナ・チタニア（Ａｌ２Ｏ３−１３ｗｔ％ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３−２０ｗｔ％ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３−４０ｗｔ％ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３−５０ｗｔ％ＴｉＯ２）、アルミナ・イットリア（３Ａｌ２Ｏ３・５Ｙ２Ｏ３）、アルミナ・マグネシア（Ｍｇ・Ａｌ２Ｏ４）、アルミナ・シリカ（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）等が挙げられる。
これらの中では、耐熱性及び耐腐食性に優れ、２５℃での熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以下である低熱伝導率のジルコニアが好ましく、イットリア安定化ジルコニアがより好ましい。
【０１０６】
溶射材を構成する結晶性無機材の平均粒子径は、特に限定されないが、０．１〜１００μｍが好ましく、１〜２０μｍがより好ましい。
【０１０７】
溶射材に含まれていてもよい非晶性無機材としては、本発明の拡散部材においてセラミック部材を構成する非晶性無機材と同様のものを好適に用いることができる。
【０１０８】
溶射材に含まれていてもよい無機バインダとしては、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイト、ベーマイト等が挙げられ、これらを２種類以上併用してもよい。
【０１０９】
溶射法としては、プラズマ溶射、フレーム溶射、高速フレーム溶射、減圧溶射、アーク溶射、ワイヤー溶射、又は、爆発溶射等の方法を用いることができる。これらの中では、耐熱性に優れるセラミック部材を形成することができるプラズマ溶射が好ましく、ガスプラズマ溶射がより好ましい。
ガスプラズマ溶射を用いた方法では、金属部材の表面上に、Ａｒ−Ｈ２等のガスプラズマを用いて、セラミック部材を構成する結晶性無機材の粉末を溶射することにより、セラミック部材を形成する。
ガスプラズマ溶射を用いてセラミック部材を形成する場合、溶射電流、溶射電圧、溶射距離、粉末供給量、及び、Ａｒ／Ｈ２量等の溶射条件は、溶射粒子（溶融又は軟化した結晶性無機材の粒子）の温度、目的とするセラミック部材の厚さ等に応じて適宜決定される。
【０１１０】
溶射によりセラミック部材を形成する場合、金属部材のうちセラミック部材を形成したくない領域にマスキングを施してもよい。マスキングを施すことにより、セラミック部材が形成されない領域を作成し、セラミック部材の形状を制御することができる。マスキングの方法としては、マスキングテープやマスキングゾル等のマスキング剤を使用する方法が挙げられる。
【０１１１】
なお、溶射によりセラミック部材を形成する場合、金属部材の表面に直接材料を溶射することによってセラミック部材を形成してもよく、上述した原料組成物を用いた方法によって形成された第１のセラミック部材の表面に、溶射により第２のセラミック部材を形成してもよい。
【０１１２】
なお、第１のセラミック部材上に第２のセラミック部材を形成する際、第１のセラミック部材を加熱し、第１のセラミック部材を構成する非晶性無機材（ガラス等）を軟化させた状態で溶射を行うことがより好ましい。第１のセラミック部材を構成する非晶性無機材を軟化させた状態で溶射を行うことにより第１のセラミック部材に溶射層となる溶射粒子がより食い込み、第１のセラミック部材及び第２のセラミック部材をさらに強固に密着させることができるためである。
【０１１３】
本発明の拡散部材を製造する方法において、金属部材の周囲に形成されたセラミック部材は、必要に応じて、切削や研磨等を行ってもよい。金属部材の周囲に形成されたセラミック部材を切削することで、拡散部材の形状を調整することができる。また、金属部材の周囲に形成されたセラミック部材を研磨することにより、セラミック部材の表面粗さ（Ｒｚｊｉｓ）を調整することができる。
【０１１４】
なお、上述した方法では、本発明の拡散部材を構成する金属部材とセラミック部材の間に隙間を形成することが困難である。
金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在する拡散部材を製造する場合には、想定される金属部材よりも寸法の大きい構造体に対して隙間が無いような形状にセラミック部材を作製することにより、金属部材との間に隙間を設けることができる。
【０１１５】
上記手順により、本発明の拡散部材を製造することができる。
【０１１６】
本発明の排ガス浄化装置について説明する。
本発明の排ガス浄化装置は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置であって、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に本発明の拡散部材が１つ以上配置されており、上記拡散部材は金属部材が露出する部分で上記排気管と溶接されていることを特徴とする。
【０１１７】
本発明の排ガス浄化装置においては、耐熱性に優れた本発明の拡散部材が、尿素噴射装置よりも下流側かつ触媒担体よりも上流側に設けられているため、尿素噴射装置より噴射された尿素を窒素酸化物を含む排ガスと充分に混合することができる。さらに、本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きいため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。さらに、本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っているため、金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。そして、上述した金属部材が露出した箇所以外については、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。
【０１１８】
本発明の排ガス浄化装置においては、拡散部材を構成する金属部材のうち最表面に露出している部分を排気管と溶接することにより、拡散部材が排気管内に固定されている。
拡散部材を構成する金属部材と排気管とを溶接する方法は、従来公知の溶接方法を好適に用いることができ、例えば、アーク溶接、レーザー溶接、抵抗溶接、ろう接等を用いることができる。
【０１１９】
なお、本発明の排ガス浄化装置を構成する排気管、尿素噴射装置、触媒担体については、従来公知のものを好適に使用することができる。
【０１２０】
本発明の排ガス浄化装置において、金属部材が露出する部分と排気管との溶接部には、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていることが好ましい。
金属部材が露出する部分と排気管との溶接部に、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていると、溶接部が尿素水の副生成物による腐食を受けることを抑制することができる。
【０１２１】
本発明の排ガス浄化装置において、排気管内部に固定された拡散部材に金属部材が露出している箇所がある場合、金属部材が露出しないように、当該箇所にもセラミックコート層が形成されていることがより好ましい。
排気管内部に固定された拡散部材の金属部材が露出している箇所にセラミックコート層が形成されている場合、拡散部材を構成する金属部材が実質的に排ガスと接触することがなくなるため、排ガスによる拡散部材の腐食を抑制することができる。
【０１２２】
本発明の排ガス浄化装置において、溶接部を覆うセラミックコート層は、セラミックコート層の原料となるセラミックコート原料を該溶接部に塗布し、加熱することにより形成することができる。
セラミックコート原料としては、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の原料と同様のものを好適に用いることができ、非晶性無機材と結晶性無機材を含んでなることがより好ましい。
【０１２３】
本発明の拡散部材の働きについてさらに詳述する。
図４（ａ）は、本発明の排ガス浄化装置を模式的に示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における破線部領域Ｈの拡大図である。
図４（ａ）に示すように、排ガス浄化装置１は、排ガスが流通する排気管１００と、排気管１００の上流側に設けられ、尿素を排気管１００内に噴射する尿素噴射装置５００と、排気管１００の下流側に設けられた触媒担体４００からなり、尿素噴射装置５００よりも下流側、かつ、触媒担体４００よりも上流側で排ガスが接触する部分に拡散部材１０が配置されている。
拡散部材１０を排気管１００内に設置した場合、排気管上流から流入する排ガスは、拡散部材１０を通過する際に、その流れの一部が阻害されて、排ガスが混合される（排ガスの流れを矢印Ｇで模式的に示す）。
従って、拡散部材１０を通過した排ガスは、旋回しながらケーシング２００内部に流入するため、保持シール材３００によってケーシング２００内部に配置された触媒担体４００の排ガス流入側端面４００ａに排ガスが到達する際には、排ガス中の成分の偏り及び／又は温度分布の偏りが低減されることとなる。
そして、尿素水噴射装置５００から噴射された尿素水は、排ガス中に充分に分散した状態で触媒担体４００へと到達するため、尿素ＳＣＲシステムを充分に作用させることができる。そして、拡散部材１０におけるセラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きいため、排ガスの熱が拡散部材へと伝わりにくく、排ガス温度の低下を抑制することができる。
さらに、図４（ｂ）に示すように、拡散部材１０を構成する金属部材１１が排気管１００と溶接されており、溶接部６００を形成している。さらに、溶接部６００及び金属部材１１の表面には、セラミックコート層７００が設けられている。
【０１２４】
上述の理由から、本発明の拡散部材は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位において、上記排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害し、かつ、上記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び／又は上記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止するために好適に使用することができる。
【０１２５】
なお、排ガス浄化装置に用いられる触媒担体としては、セラミック製のハニカム触媒等、従来からこの分野で用いられている触媒担体を使用することができる。
【０１２６】
また、尿素水噴射装置を備えていない排気管であっても、排ガス中の成分及び／又は温度の偏りを低減するために上記拡散部材は有効である。
【０１２７】
以下に、本発明の拡散部材の作用効果について列挙する。
（１）本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きいため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。
【０１２８】
（２）本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っているため、金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
【０１２９】
（３）本発明の拡散部材は、上述した金属部材が露出した箇所以外は、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。
【０１３０】
（４）本発明の拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置することにより、拡散部材による効果を、設置する排気管の形状ごとに最適化することが容易となる。そのため、構成の異なる排ガス浄化装置ごとに新たな金型等を準備する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【０１３１】
（５）本発明の排ガス浄化装置は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい拡散部材を備えているため、拡散部材が排ガスの熱エネルギーを吸収しにくく、排ガスの温度低下を抑制することができる。
【０１３２】
（６）本発明の拡散部材は、上述したように、尿素噴射装置より噴射された尿素を窒素酸化物を含む排ガスと充分に混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減することができ、かつ、排ガスの温度が低下することを抑制することができるため、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の尿素噴射装置よりも下流側、かつ、触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１  排ガス浄化装置
１０、２０  拡散部材
１１、２１  金属部材
１２、２２  セラミック部材
２３  隙間
１００  排気管
２００  ケーシング
３００  保持シール材
４００  触媒担体
５００  尿素水噴射装置
６００  溶接部
７００  セラミックコート層
【図１】
0006634327.tif 000002
【図２】
0006634327.tif 000003
【図３】
0006634327.tif 000004
【図４】
0006634327.tif 000005