(57)【要約】【課題】高温域では触媒温度の過度の上昇を抑制して触媒の熱劣化を低減することができ、且つ低温域では触媒を所望の温度域に保持することができる触媒コンバータを提供すること。【解決手段】外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳが１００μｍ以上であり且つＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊が２０以下である触媒コンバータ用ケーシングと、このケーシングに収容された触媒とを備えることを特徴とする触媒コンバータ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳが１００μｍ以上であり且つＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊が２０以下であることを特徴とする触媒コンバータ用ケーシング。
【請求項２】
前記外表面が、ブラスト処理と、酸化処理および／またはブラック塗装とが施された面であることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ用ケーシング。
【請求項３】
請求項１または２に記載の触媒コンバータ用ケーシングと、前記ケーシングに収容された触媒とを備えることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項４】
触媒コンバータ用ケーシング素材の外表面にブラスト処理を施す工程と、
ブラスト処理された前記外表面に酸化処理および／またはブラック塗装を施す工程と、
を含むことを特徴とする触媒コンバータ用ケーシングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒コンバータ用ケーシングおよびその製造方法、ならびにこのケーシングを備える触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンなどの内燃機関の排気ガスを浄化するために排気ガス管には排気浄化用触媒コンバータが設置されている。この触媒コンバータには排気ガスなどにより高温の熱が伝わるため、従来から高温域での触媒の熱劣化が問題となっていた。そこで、触媒の熱劣化を防止するために触媒コンバータを冷却する様々な方法が提案されている。
【０００３】
実開昭５５−６４４２６号公報（特許文献１）には、フロントガラスの面と対向する部分と触媒収納部との間を連通させるダクトの途中に送風機を設け、触媒収納部で加熱された温風をフロントガラス側に送風させたり、触媒収納部の温度が規定温度以上になった場合にはダクトを通じて冷却用空気を送風することによって触媒収納部の温度を低下させる方法が提案されている。
【０００４】
実開昭５９−３９７２０号公報（特許文献２）には、触媒コンバータに熱発電素子を取付け、この熱発電素子で発電した電力により送風ファンを駆動させて触媒コンバータを冷却する方法が提案されている。
【０００５】
特開平４−２９８６６６号公報（特許文献３）には、触媒温度を検出し、これが所定温度よりも高くなると排気路とは別に設けられた排気還流路を流れる排気還流量を増量させて触媒温度を低下させる排気還流量増量手段が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの方法では、触媒収納部や触媒コンバータの温度を検出する手段や送風量などを制御する手段といった複雑な冷却機構が必要であり、システムの信頼性や経済的な面でより簡便な触媒コンバータの冷却手段が求められている。
【特許文献１】実開昭５５−６４４２６号公報
【特許文献２】実開昭５９−３９７２０号公報
【特許文献３】特開平４−２９８６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高温域では触媒温度の過度の上昇を抑制して触媒の熱劣化を低減することができ、且つ低温域では触媒を所望の温度域に保持することができる触媒コンバータを提供することを目的とする。
【０００８】
なお、自動車用エンジンなどの内燃機関において、高温域の一般的な温度範囲は７００〜１０００℃であり、低温域の一般的な温度範囲は２００〜５００℃である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、触媒コンバータに使用するケーシングの外表面を粗面化し、さらに前記外表面の明度を低下させることにより、高温域では触媒温度の過度の上昇を抑制することが可能であり、且つ低温域では触媒を所望の温度域に保持することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の触媒コンバータ用ケーシングは、外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳが１００μｍ以上であり且つＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊が２０以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
前記外表面は、ブラスト処理と、酸化処理および／またはブラック塗装とが施された面であることが好ましい。
【００１２】
本発明の触媒コンバータは、本発明の触媒コンバータ用ケーシングと、前記ケーシングに収容された触媒とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の触媒コンバータ用ケーシングの製造方法は、触媒コンバータ用ケーシング素材の外表面にブラスト処理を施す工程と、ブラスト処理された前記外表面に酸化処理および／またはブラック塗装を施す工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
なお、本発明の触媒コンバータによって高温域では触媒温度の過度の上昇を抑制することができ、且つ低温域では触媒を所望の温度域に保持することができる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。
【００１５】
例えば、従来の触媒コンバータを高温用触媒コンバータおよび低温用触媒コンバータとして２つ直列に接続した場合、排気ガスの熱などにより高温用触媒コンバータの触媒温度が過度に上昇する。このため、従来は、排気ガスに冷却用空気を混合したり、還流操作などにより触媒コンバータへの排気ガス供給量を低減して、高温用触媒コンバータの触媒温度の過度の上昇を抑制していた。しかしながら、この場合、高温用触媒コンバータの触媒温度の過度の上昇は抑制できるものの、低温用触媒コンバータの触媒温度が十分に上昇せず、低温用触媒を所望の温度域に保持することが困難であり、排気ガスを十分に浄化できないことがあった。また、高温用触媒コンバータを外部から冷却して高温用触媒の過度の温度上昇を抑制した場合には、低温用触媒コンバータにも別個の冷却手段が必要であった。
【００１６】
一方、本発明の触媒コンバータでは、触媒コンバータ用ケーシングの外表面を所定の表面粗さまで粗くし、且つ明度を所定の値まで低下させることによって、前記ケーシングの熱放射率が高められるものと推察する。その結果、高温用触媒コンバータでは熱放射率が高まった影響が大きく触媒コンバータから熱が十分に放射され、触媒温度の過度の上昇が抑制されるのに対して、低温用触媒コンバータでは熱放射率が高くなった影響が小さく触媒コンバータから熱が適度に放射され、触媒を所望の温度域に保持することができるものと推察する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高温域での触媒の熱劣化を抑制し、さらに低温域では触媒を所望の温度域に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
【００１９】
先ず、本発明の触媒コンバータ用ケーシングについて説明する。本発明の触媒コンバータ用ケーシングは、外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳが１００μｍ以上であり且つＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における明度Ｌ＊が２０以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
前記十点平均粗さＲＺＪＩＳは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：１９９４に記載の方法に準拠して求められる値であり、具体的には、表面粗さ測定器で測定した粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から最も高い山頂から５番目までの山頂の標高（Ｙｐ）の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和で表される値である（下記式（１）参照）。
ＲＺＪＩＳ＝（｜Ｙｐ１＋Ｙｐ２＋Ｙｐ３＋Ｙｐ４＋Ｙｐ５｜
＋｜Ｙｖ１＋Ｙｖ２＋Ｙｖ３＋Ｙｖ４＋Ｙｖ５｜）／５          （１）
式（１）中、Ｙｐiは最も高い山頂からｉ番目の山頂の標高を示し、Ｙｖjは最も低い谷底からｊ番目の谷底の標高を示す。
【００２１】
また、前記Ｌ＊ａ＊ｂ*表色系における明度Ｌ*は分光式色差計を用いてＪＩＳ  Ｚ８７２２に記載の方法に準拠して測定される値である。
【００２２】
本発明の触媒コンバータ用ケーシングにおいて、前記ＲＺＪＩＳが上記下限未満になると高温域での触媒コンバータの内部温度の過度の上昇を抑制することが困難となる。また、このような観点から前記ＲＺＪＩＳの下限は５０μｍであることが好ましい。一方、触媒コンバータ用ケーシングの強度保持、耐久性保持および加工時間の短縮の観点から前記ＲＺＪＩＳの上限は２００μｍであることが好ましい。
【００２３】
また、Ｌ＊ａ＊ｂ*表色系における明度Ｌ*が上記上限を超えると高温域での触媒コンバータの内部温度の過度の上昇を抑制することが困難となる。また、このような観点から前記Ｌ*の上限は２０であることが好ましい。なお、明度Ｌ*の下限については特に制限はない。
【００２４】
このような触媒コンバータ用ケーシングは、表面が未処理の触媒コンバータ用ケーシング素材の外表面にブラスト処理を施した後、この外表面に酸化処理および／またはブラック塗装を施すことによって製造することができる。
【００２５】
本発明に用いられる触媒コンバータ用ケーシング素材としては従来公知のものが挙げられる。また、ケーシング素材の材質としては、ステンレス、セラミックス、アルミニウムなど従来公知のものが挙げられる。これらのうち、耐衝撃性および耐熱性の観点からステンレスが好ましい。
【００２６】
前記ブラスト処理としては、研削砥粒として砂、ガラスなどの非金属粒子や鉄、アルミナなどの金属粒子を用いる従来公知の方法を適用することができる。ブラスト処理を施したケーシング素材の外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは５０〜２００μｍであることが好ましい。このＲＺＪＩＳが上記下限未満になると酸化処理後やブラック塗装後の触媒コンバータ用ケーシングの外表面のＲＺＪＩＳが小さくなり、高温域での触媒コンバータの内部温度の過度の上昇を抑制することが困難となる傾向にある。他方、上記上限を超えると加工時間が長くなったり、加工によりケーシングの強度が低下する傾向にある。前記ケーシング素材の外表面の表面粗さは前記研削砥粒の種類や量などを適宜選定することにより調整することができる。
【００２７】
前記酸化処理としては、前記ブラスト処理を施したケーシング素材の外表面に黒染め剤を用いて黒色の酸化皮膜を形成する方法や、単に空気中で例えば６００℃で焼成することにより黒色の酸化皮膜を形成する方法などが挙げられる。この酸化処理を前記ケーシング素材の外表面に施すと、外表面のＬ＊ａ＊ｂ*表色系における明度Ｌ*が０を超えて２０以下、好ましくは３を超えて５以下の触媒コンバータ用ケーシングを得ることができる。また、前記酸化処理のうち、表面に一様なＬ＊の低い酸化皮膜を形成できることから黒染め剤を用いて黒色の酸化皮膜を形成する方法が好ましい。
【００２８】
前記酸化皮膜の膜厚は０．５〜５μｍであることが好ましい。酸化皮膜の膜厚が上記下限未満になるとケーシングの外表面の明度が十分に低下しない傾向にある。他方、上記上限を超えると外表面の十点平均粗さが低下し、前記ブラスト処理の効果が損なわれる傾向にある。
【００２９】
前記ブラック塗装としては、前記ブラスト処理または前記酸化処理を施したケーシング素材の外表面に黒色塗料を塗布して黒色皮膜を形成する方法や、メッキにより黒色皮膜を形成する方法などが挙げられる。このブラック塗装を前記ケーシング素材の外表面に施すと、外表面のＬ＊ａ＊ｂ*表色系における明度Ｌ*が好ましくは０を超えて２０以下、より好ましくは３を超えて５以下の触媒コンバータ用ケーシングを得ることができる。また、前記ブラック塗装のうち、耐熱性の観点から黒色塗料を塗布して黒色皮膜を形成する方法が好ましい。
【００３０】
前記黒色塗料としては、耐熱性のものが好ましく、耐熱温度が１１００℃以上のものがより好ましい。耐熱温度が上記下限未満になると触媒コンバータ使用時に前記黒色皮膜が剥離する傾向にある。
【００３１】
前記黒色皮膜の膜厚は１〜５μｍであることが好ましい。黒色皮膜の膜厚が上記下限未満になるとケーシングの外表面の明度が十分に低下しない傾向にある。他方、上記上限を超えると外表面の十点平均粗さが低下し、前記ブラスト処理の効果が損なわれる傾向にある。
【００３２】
本発明では、前記ブラスト処理を施したケーシング素材の外表面に、前記酸化処理または前記ブラック塗装のうちのいずれか一方を施してもよいが、外表面の明度をより低減できる点で、酸化処理とブラック塗装の両方を施すことが好ましく、酸化処理を施した後、ブラック塗装を施すことがより好ましい。酸化処理とブラック塗装の両方を前記ケーシング素材の外表面に施すと、外表面のＬ＊ａ＊ｂ*表色系における明度Ｌ*が好ましくは０以上５以下、より好ましくは０以上４以下の触媒コンバータ用ケーシングを得ることができる。
【００３３】
次に、本発明の触媒コンバータについて説明する。本発明の触媒コンバータは、本発明の触媒コンバータ用ケーシングと、このケーシングに収容された触媒とを備えることを特徴とするものである。
【００３４】
前記触媒としては、特に制限はなく、従来公知のものを使用できる。例えば、自動車用エンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられる三元触媒、選択還元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＰＭ酸化触媒などが挙げられる。
【００３５】
本発明の触媒コンバータは、例えば、自動車用エンジンシステムにおいてはフロント触媒コンバータとアンダーフロア触媒コンバータのいずれにも使用することができる。通常、フロント触媒コンバータは非常に高温となるが、本発明の触媒コンバータは高温時の熱放射性能に優れているため、フロント触媒コンバータとして使用すると触媒コンバータの内部温度の過度の上昇を抑制ことができ、触媒の熱劣化を防止することができる。また、低温域での触媒温度の保持性能にも優れているため、低温域で触媒を所望の温度域に保持する必要があるアンダーフロア触媒コンバータとしても使用することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、物性測定および触媒調製は以下の方法に従って実施した。
【００３７】
＜十点平均粗さＲＺＪＩＳの測定＞
表面粗さ測定器（（株）サンコウ電子製、型番「ＳＪ−３０１」）を用いて粗さ曲線を測定し、得られた粗さ曲線からＪＩＳ  Ｂ０６０１：１９９４に記載の方法に準拠して求めた。
【００３８】
＜明度Ｌ＊の測定＞
分光式色差計（日本電色工業（株）製、型番「ＳＱ２０００」）を用いてＪＩＳ  Ｚ８７２２に記載の方法に準拠して測定した。
【００３９】
＜排気ガス浄化用触媒の調製＞
γ−アルミナ粉末（比表面積２２０ｍ２／ｇ）２００ｇ、Ｐｔを１質量％担持したセリア粉末（比表面積３０ｍ２／ｇ）２０ｇ、Ｒｈを１質量％担持したジルコニア粉末（比表面積８０ｍ２／ｇ）５０ｇ、アルミナゾルバインダ（固形分濃度９質量％）１３６ｇ、およびイオン交換水３００ｇを混合し、ボールミルを用いて粒度１０μｍ以下になるまで粉砕してスラリーを得た。
【００４０】
このスラリーを体積２５００ｃｍ３のコージェライト製ハニカムモノリス基材（（株）デンソー製）に基材体積１０００ｃｍ３当たり１５０ｇの割合でコーティングした後、５００℃で３時間焼成した。
【００４１】
その後、この基材に濃度２．７質量％のＰｔ（ＮＯ２）２（ＮＨ３）２水溶液を含浸させ、次いで３００℃で３時間焼成してＰｔを担持し、排気ガス浄化用触媒を得た。Ｐｔ担持量は基材体積１０００ｃｍ３当たり１．５ｇであった。
【００４２】
（実施例１）
ＳＵＳ３０４製の触媒コンバータ用ケーシング素材の外表面に、直圧式汎用手動サンドブラスト装置（（株）不二製作所製、型番「ＦＤ−５−５０１」）によりアルミナ粉（（株）不二製作所製、商品名「フジランダムＡ」、粒番号２０、粒度範囲１０００〜８５０μｍ）を用いて１０ｃｍ２当たり約１分間ブラスト処理を施した。得られたケーシング素材の外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは１５０μｍであった。
【００４３】
このケーシング素材を黒染め剤（メルテックス（株）製、商品名「エボノールＳＳ−５２）に浸漬して１４０℃で３０分間煮沸した。その後、ケーシング素材を水洗し、乾燥窒素中、５００℃で加熱して、ブラスト処理した前記外表面に約２μｍ厚の四酸化三鉄皮膜を形成させた。得られたケーシングの外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは１２０μｍであり、明度Ｌ＊は７であった。
【００４４】
このケーシングを２個用意し、それぞれに上記排気ガス浄化用触媒を充填してフロント触媒コンバータおよびアンダーフロア触媒コンバータを準備した。図１に示すように、自動車用エンジン１の排気口に前記フロント触媒コンバータ２を接続し、前記フロント触媒コンバータの排気口に前記アンダーフロア触媒コンバータ３を接続した。なお、前記自動車用エンジンとしては総排気量２．０リットル、シリンダ数４本のガソリンエンジンを使用した。
【００４５】
前記自動車用エンジン１を始動させ、触媒コンバータの内部温度が定常状態となったときのフロント触媒コンバータ２およびアンダーフロア触媒コンバータ３の内部温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４６】
（比較例１）
触媒コンバータ用ケーシングとして旋盤加工後のＳＵＳ３０４製の触媒コンバータ用ケーシングをそのまま使用した。このケーシングの外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは１２．５μｍであり、明度Ｌ＊は３２であった。
【００４７】
このケーシングを２個用意し、これらをフロント触媒コンバータ用ケーシングおよびアンダーフロア触媒コンバータ用ケーシングとして使用した以外は実施例１と同様にして触媒コンバータの内部温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４８】
（実施例２）
ＳＵＳ３０４製の触媒コンバータ用ケーシング素材の代わりにＳＵＳ３０９Ｓ製の触媒コンバータ用ケーシング素材を使用した以外は実施例１と同様にしてその外表面にブラスト処理および酸化処理を施した。得られたケーシングの外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは１２０μｍであり、明度Ｌ＊は６であった。
【００４９】
このケーシングを２個用意し、これらをフロント触媒コンバータ用ケーシングおよびアンダーフロア触媒コンバータ用ケーシングとして使用した以外は実施例１と同様にして触媒コンバータの内部温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００５０】
（実施例３）
実施例２と同様にしてＳＵＳ３０９Ｓ製の触媒コンバータ用ケーシング素材の外表面にブラスト処理および酸化処理を施した。得られたケーシングの四酸化三鉄皮膜の表面に超高温耐熱黒色塗料（（株）三栄コーポレーション製、商品名「アクセラコート１５００」）を乾燥膜厚が約２μｍとなるように塗布し、塗膜を大気中、室温で乾燥させた。得られたケーシングの外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは１０５μｍであり、明度Ｌ＊は３であった。
【００５１】
このケーシングを２個用意し、これらをフロント触媒コンバータ用ケーシングおよびアンダーフロア触媒コンバータ用ケーシングとして使用した以外は実施例１と同様にして触媒コンバータの内部温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００５２】
（比較例２）
触媒コンバータ用ケーシングとして旋盤加工後のＳＵＳ３０９Ｓ製の触媒コンバータ用ケーシングをそのまま使用した。このケーシングの外表面の十点平均粗さＲＺＪＩＳは１２．５μｍであり、明度Ｌ＊は３０であった。
【００５３】
このケーシングを２個用意し、これらをフロント触媒コンバータ用ケーシングおよびアンダーフロア触媒コンバータ用ケーシングとして使用した以外は実施例１と同様にして触媒コンバータの内部温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００５４】
（比較例３）
比較例２と同様に、旋盤加工後のＳＵＳ３０９Ｓ製の触媒コンバータ用ケーシングをそのまま使用した。このケーシングを２個用意し、それぞれに上記排気ガス浄化用触媒を充填してフロント触媒コンバータおよびアンダーフロア触媒コンバータを準備した。
【００５５】
図２に示すように、自動車用エンジン１の排気口に前記フロント触媒コンバータ２を接続し、前記フロント触媒コンバータの排気口に前記アンダーフロア触媒コンバータ３を接続した。また、自動車用エンジン１とフロント触媒コンバータ２との間の排気管と、自動車用エンジン１の吸気管とをバイパス状に接続して排気還流路４を設けた。なお、自動車用エンジン１は実施例１と同様のものを使用した。
【００５６】
前記自動車用エンジン１を始動させ、フロント触媒コンバータ２の内部温度が８７０℃となるように排気還流量制御弁５を調節した。触媒コンバータの内部温度が定常状態となったときのフロント触媒コンバータ２およびアンダーフロア触媒コンバータ３の内部温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2009068362.tif 000002
【００５８】
表１に示した結果から明らかなように、フロント触媒コンバータ用ケーシングとして、外表面にブラスト処理および酸化処理を施した本発明の触媒コンバータ用ケーシングを用いた場合（実施例１〜２）ならびに更にブラック塗装を施した場合（実施例３）は、旋盤加工後のケーシングをそのまま用いた場合（比較例１〜２）に比べてその内部温度が２０〜７５℃低下し、高温域での触媒温度の過度の上昇を抑制することが可能であることが確認された。一方、アンダーフロア触媒コンバータ用ケーシングとして本発明の触媒コンバータ用ケーシングを用いた場合（実施例１〜３）は、旋盤加工後のケーシングをそのまま用いた場合（比較例１〜２）に比べてその内部温度が５〜１０℃しか低下せず、低温域で触媒を所望の温度域に保持することが可能であることが確認された。
【００５９】
一方、排気還流路に排気ガスを還流させてフロント触媒コンバータの内部温度の上昇を防止してフロント触媒コンバータの内部温度を８７０℃に保持した場合（比較例３）には、高温域での触媒温度の過度の上昇を抑制することは可能であったが、アンダーフロア触媒コンバータの内部温度も著しく低下し、低温域での触媒温度保持性が劣るものであった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明によれば、高温時の触媒温度の低減が可能となり、また低温時の触媒温度の保持も可能となる。
【００６１】
したがって、本発明の触媒コンバータは、触媒の熱劣化が少なく、排気ガス浄化率の低下も少ないため、自動車用エンジンなどの内燃機関の触媒コンバータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１〜３および比較例１〜２で使用したエンジンシステムを示す概略図である。
【図２】比較例３で使用した排気還流路を備えるエンジンシステムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…自動車用エンジン、２…フロント触媒コンバータ、３…アンダーフロア触媒コンバータ、４…排気還流路、５…排気還流量制御弁。
【図１】
2009068362.tif 000003
【図２】
2009068362.tif 000004