(57)【要約】【課題】コーティング層の分布度を均一にでき、またセル密度を増大させることができ、さらに触媒コンバータの全体的な排気ガス浄化効率を向上させることができる、自動車用セラミック触媒担体のセル構造を提供する。【解決手段】本発明による自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造は、触媒担体の内側に、排気ガスを通過させながら酸化と還元作用をするコーティング層が形成されている複数個の貫通部を、押出成形工程により形成したものであって、セル通路隔壁により区分されている貫通部と、コーティング層とからなるセルが、触媒担体に一体型に形成されて、ハニカム配列に分布されていることを特徴とする。【選択図】図１
2004249283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担体（１０）の内側に、排気ガスを通過させながら酸化と還元作用をするコーティング層（１３）が形成されている複数個の貫通部（１２）を押出成形工程により構成した自動車用セラミック触媒担体のセル構造であって、
セル通路隔壁（１１）により区分されている貫通部（１２）とコーティング層（１３）とからなる円形のセル（１４）が、触媒担体（１０）に一体型に形成されて、ハニカム配列に分布されていることを特徴とする、自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造。
【請求項２】
前記セル（１４）は、その配列が等間隔に連続的に反復される正規互い違い配列からなることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造。
【請求項３】
前記セル通路隔壁（１１）の最小厚さの範囲は、セル（１４）の密度が４００ｃｐｓｉ以上の範囲内で、１６５μｍ以下の厚さを有するように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用セラミック触媒担体の構造に係り、さらに詳細には、コーティング層が形成されている複数個の貫通部をハニカム形状に構成した自動車用セラミック触媒担体のセル構造において、触媒担体に一体型に形成した円形断面のセルを押出成形し、コーティング層の分布度を均一にすると共に、セル行間の垂直高さも小さくしてセル密度を増大させることにより、触媒コンバータの全体的な排気ガスの浄化効率を向上させた、自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車は、揮発油などの化石燃料を用いて駆動に必要な動力を発生するようになっているが、その構造的特性上、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素と窒素酸化物など、人体に有害な排気ガスが発生されるため、揮発油などの燃料が燃焼される燃焼室、空気と燃料とが混合される吸気系統、排気ガスが排出される排気系統など、燃料の不完全燃焼による有害成分が発生する車体の各部分に多様な装置を具えて、前記有害ガスの発生量を最大限抑制するように設計されている。
【０００３】
特に、排気ガスを外部に排出する自動車の排気管には、触媒コンバータが装着されていて、排気ガスの有害成分を除去するようになっている。触媒コンバータには、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）とを酸化させて、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に変換する酸化触媒や、窒素化合物（ＮＯＸ）とを窒素（Ｎ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）とに各々還元させる還元触媒などが使用されている。
触媒反応に必要な温度、排気ガスの滞留時間などの要件を充足させるため、触媒コンバータの有効面積をより大きくすると共に、ハウジング内にその表面に触媒を付着した粒子状の触媒担体を取り付けている。
【０００４】
前記触媒担体は、排気ガスの有害成分が酸化及び還元反応を起こすような特別の構造体になっており、ここでは触媒が前記触媒担体の表面にコーティングされている。従って、前記排気管を経由してハウジングの内部に流入された排気ガスは、触媒担体にコーティングされた触媒と触媒反応を起こして流出口に進行する。
【０００５】
このような触媒担体には、例えば、セル断面の形状を三角形、四角形（図２に示す）、六角形とし、各セルの角部に所定の大きさのフィレット部を設けたハニカム構造体がある。（特許文献１参照）
また、他の例として、六角形セルのセル右部に湾曲部（１ｍｍ以上）を設けたハニカム構造体がある。（特許文献２参照）
さらにまた、隔壁の壁厚が０．０５〜０．１５ｍｍ、開口率が０．６５〜０．９５である上下限が定められた、高密度のハニカム構造体（セルは六角形）の例がある。（特許文献３参照）
この他にも、エンジン付近に配置された六角形セルからなるハニカム構造体（特許文献４参照）や、軸圧縮破壊強度比の平均が０．９以上である六角セルのハニカム構造体（図３に示す）が開示されている。（特許文献５参照）
【０００６】
図４と図５は、９００ｃｐｓｉ（ｃｅｌｌ  ｐｅｒ  ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ）／２．５ｍｉｌ（ｍｉｌｉ  ｉｎｃｈ）の密度の触媒担体の四角形セル構造を示した写真である。このような四角形セル構造では、図２の符号で示すように、セル１４０とセル通路隔壁１１０との間に貴金属を含むコーティング層（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）など）１３０がコーティングされている。
【０００７】
この図４、５の写真からわかるように、従来の四角形や六角形セル構造からなる触媒担体１００は、その構造上、各々の貫通部１２０の角部分にコーティング層１３０が集中して、その分布が不均一であるという問題点があった。
そのため、排気ガスがある一カ所に集中されたり、ある一方に偏るなど、触媒担体１００が、その機能を充分発揮できない。
【０００８】
また、図６〜図８に示すように、四角形セル構造及び六角形セル構造のセル通路隔壁１１０は、その壁厚が一定となるように形成された直線形構造からなる。そのため、排気ガス（酸化鉄）による破壊（ｅｒｏｓｉｏｎ）可能部位が全体的に広いという問題点があった。
特に、従来の六角形セル構造の場合、高密度なハニカム構造を形成するためにはセル密度の高い型を製作しなければならないが、６００ｃｐｓｉ以上の型は、構造的な問題により、その製作が難しいとの問題点があった。
【０００９】
このような多角形セル構造から発生する問題点を解決するために、円形セル構造からなる金属担体（Ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｓｕｐｐｏｒｔ）が提案されている。（特許文献６参照）
この金属担体を図９に示す。この金属担体は、円形からなる複数個の金属材パイプ１１０’を束ねて形成した担体であって、コーティング成分が金属材パイプ１１０’の内径面と外径面の両方にコーティングされる構造である。
しかし、金属材パイプの円形セル構造の金属担体は、次のような問題点がある。
【００１０】
第１に、材料の特性上、気孔がない。従って、コーティング成分が担体表面に緊密に粘り付かない。これを克服するために表面エッチングをしなければならない。図９に示すように、微細な金属材パイプ１１０’の結合からなるため、前記表面エッチングは容易ではなく費用が上昇する。
【００１１】
第２に、最小厚さの金属材パイプ１１０’を取り出し、これを積層した後、担体を製作するので、パイプとパイプとが重なり合う境界部位のセルが厚くて、貫通部（ＯＦＡ：Ｏｐｅｎ  Ｆｒｏｎｔａｌ  Ａｒｅａ）１１１’の面積が相対的に減少する。このような貫通部１１１’の減少は、触媒浄化効率を低下させる。また、排気ガスの排出を難しくし、背圧上昇を招来する。
逆に、セラミック触媒担体とできるだけ同一な通過断面を持つように貫通部１１１’を製作するため、金属材パイプ１１０’の厚さを薄くすると、９００℃以上の排気ガスに露出されて、金属材パイプ１１０’の薄い部位が熔けてしまうおそれがある。
【００１２】
第３に、前記のような理由により、セルを厚くすると触媒活性化到達時間が遅延される。
【００１３】
第４に、前記金属材パイプ１１０’の内径面と外径面とを全部コーティングする場合、コーティング量は、金属材パイプ１１０’の内径側に比べ外径側により多く塗布される。そのため、パイプとパイプとの外径面で囲まれた貫通部１１２’は、断面形状も円形にはほど遠く、断面積もさらに小さくなって、排気ガスの通過できない構造となってしまう。つまり、触媒剤である貴金属の活用度が非常に低くなる。
仮に、金属材パイプ１１０’の外径面にコーティング成分が塗布されないとするなら、外径の成す貫通部１１２’を排気ガスが浄化されずに通過するから、全体的に触媒浄化性能が低下する結果となる。これを防止するため、貫通部１１２’を遮断しようとするなら、加工が非常に複雑になり、高い費用が誘発される。
【００１４】
第５に、金属担体１００’の製作上、パイプとパイプとを積層して製作しなければならないが、特に、密度が９００ｃｐｓｉ／２．５ｍｉｌで、直径が１１０ｍｍである触媒の場合、セルの数が１３５００にもなる。これを熔接やその他の方法により束ねて担体を製作すると、莫大な生産単価の上昇を招来する。
【００１５】
【特許文献１】特開昭５６−１４７６３７号公報
【特許文献２】特開昭６２−２２５２５０号公報
【特許文献３】特開平７−３９７６０号公報
【特許文献４】特開平８−１９３５１２号公報
【特許文献５】特開平１１−３２０７２３号公報
【特許文献６】特開平７−２４３３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記のような問題点を解決するため、本発明の目的は、コーティング層の分布度を均一にでき、セル密度を増大させることができ、さらに、触媒コンバータの全体的な排気ガス浄化効率を向上することができる、自動車用セラミック触媒担体の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による、自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造は、触媒担体（１０）の内側に、排気ガスを通過させながら酸化と還元作用をするコーティング層（１３）が形成されている複数個の貫通部（１２）を、押出成形工程によりハニカム形状に構成した自動車用セラミック触媒担体のセル構造であって、セル通路隔壁（１１）により区分されている貫通部（１２）とコーティング層（１３）とからなる円形のセル（１４）が、触媒担体（１０）に一体型に形成されて、ハニカム配列に分布されていることを特徴とする。
【００１８】
特に、前記セル１４は、そのハニカム配列が等間隔に連続的に反復される正規互い違い配列からなることが好ましい。
【００１９】
また、前記セル通路隔壁１１の最小厚さの範囲は、セル１４密度４００ｃｐｓｉ以上の範囲内で、１６５μｍ以下の厚さを有するように形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造は、コーティング層の分布度を均一に改善して、セル行間の垂直高さを低くしてセル密度を増大させたので、触媒担体と排気ガスとの間の接触反応条件を十分確保し、触媒の全体的な排気ガスの浄化効率を向上させることができる。また、同一な排気浄化のために所要とされる触媒貴金属量を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し本発明の構成について詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明による自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造を示した図である。
【００２３】
本発明による好ましい実施例のセルは、セラミック原料を圧出器に供給して金型から押し出す押出成形工程により、触媒担体を一定な断面を有する連続体に変換することにより製作されるものである。
また、排気ガスとの接触面積を最大限確保できるように、各セルを蜂の巣のように隙間なく配置したハニカム（ｈｏｎｅｙ  ｃｏｍｂ）配列として、前記ハニカム配列の貫通部１２を利用して排気ガスを通過させることにより、接触による酸化及び還元作用が起こり排気浄化性能を向上させる。特に、セル通路隔壁１１により区分されているセル構造は、その形状と材質の差により、その性能が大いに異なる。
【００２４】
図１に示すように、実施例１のセル構造は、押出成形工程を通じて、触媒担体１０に円形断面の貫通部１２を一体型に形成した円形のセル構造からなっている。
また、この円形断面の構造からなる貫通部１２の内径面には、貴金属を含むコーティング層１３が設けられている。このコーティング層は、触媒担体１０表面に容易に付着できるようたくさんの気孔を含むことはもちろん、高温の排気ガスにもよく耐えられるようセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）材質からなっている。
【００２５】
前述のように、コーティング剤の付着が容易となるように、円形断面からなる貫通部１２の内径面には、コーティング層１３がセル断面形状と同様な円形のリング（ｒｉｎｇ）構造で形成されている。このコーティング層は、排気ガスの通る内径部位だけとしており、さらに、そのコーティング層１３を薄く成形することができるため、従来の円形セル構造（図９）の金属担体１００’に比べ、貴金属活用度が非常に高くなり、これによってコーティング剤の節減も図れるとの長所がある。
【００２６】
このような構造は、図２と図３に示すような四角形または六角形に形成されて、その貫通部１２０の角にコーティング層１３０の分布が集中または偏り、貴金属の活用度が低くなって、触媒浄化効率を低下させてしまう従来のセル構造の問題点を解決する。
【００２７】
また、セル通路隔壁１１は、セル１４とセル１４、即ち、二つのセル１４を共有しているため、図９のような従来の円形パイプ構造の金属担体に比べ、前記セル通路隔壁１１の厚さを薄くすることができる。そのため、触媒活性化到達時間を減らすことができる。その分は排気浄化性能が向上する。
【００２８】
この実施例１では、セル通路隔壁１１の最小厚さの範囲は、セル１４密度４００ｃｐｓｉ以上の範囲内で、１６５μｍ以下の厚さを有するように形成することが好ましい。
【００２９】
また、セル通路隔壁１１は、セル１４とセル１４との間において、中央部が最小間隔を有する構造で、両側部が最大間隔を有する構造である。この構造は、従来の、一定な直線形構造からなる多角形構造の触媒担体に比べ、排気ガス（酸化鉄）による破壊（ｅｒｏｓｉｏｎ）可能部位（強度の弱い部位）が最小間隔を有する中央部部位にあるものの、全体的には狭くて、大部分は厚みのある構造に形成されているから、機械的特性であるセル構造の強度の面からは優れた効果を奏する。
【００３０】
また、このようなセラミック触媒担体のセル構造は、一体型に触媒担体１０に構成されていて、その配列が等間隔に連続的に反復される正規互い違い配列としている。これは、セル１４間の垂直高さを縮小してセル密度を増大させたものである。図１に示すように、ａをセル１４の直径、ｔをセル通路隔壁１１の厚さとすると、セル１４の行間の垂直高さｈ２が、三角比の定理を用いて、（ａ＋ｔ）ｓｉｎ６０°、すなわち、（ｓｑｒｔ（３）／２）（ａ＋ｔ）となるように形成している。
【００３１】
これは、図２に示すセル１４０の行間高さｈ１の（ａ＋ｔ）より小さい。これがセル密度を増大させる原因となって、触媒担体１０と排気ガスとの間の接触反応条件を十分確保し、触媒コンバータの全体的な排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、車両の排気ガス浄化装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による自動車用セラミック触媒担体の一体型円形セル構造を示した実施例の図である。
【図２】従来の触媒担体の四角形セル構造を示した図である。
【図３】従来の触媒担体の六角形セル構造を示した図である。
【図４】従来の９００ｃｐｓｉ／２．５ｍｉｌ密度の触媒担体の四角形セル構造を示した写真である。
【図５】コーティング層の分布が分かる図４の拡大図である。
【図６】従来の四角形セル構造のセル通路隔壁の破壊（ｅｒｏｓｉｏｎ）状態を示した図である。
【図７】従来の四角形セル構造のセル通路隔壁の破壊（ｅｒｏｓｉｏｎ）状態を示した図である。
【図８】従来の六角形セル構造のセル通路隔壁の破壊（ｅｒｏｓｉｏｎ）状態を示した図である。
【図９】従来の円形セル構造の金属担体を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    触媒担体
１１    セル通路隔壁
１２    貫通部
１３    コーティング層
１４    セル
【図１】
2004249283.tif 000003
【図２】
2004249283.tif 000004
【図３】
2004249283.tif 000005
【図４】
2004249283.tif 000006
【図５】
2004249283.tif 000007
【図６】
2004249283.tif 000008
【図７】
2004249283.tif 000009
【図８】
2004249283.tif 000010
【図９】
2004249283.tif 000011