セラミックスアーカイブズ

自動車排ガス浄化用コージェライトハニカム（1976 年～現在）

見学可能：
財団法人ファインセラミックスセンター（JFCC）
愛知県名古屋市
Key-words：排ガス浄化， 触 媒 コ ン バ ー タ，ハニカム，コージェラ
イト

ハニカムセラミックス（図１）は，薄い隔壁で囲まれた多数の貫通孔を有する，蜂の巣状の押出し成形体である．1970 年代より米国，日本，欧州，中国，インド，その他の世界中でガソリン自動車排ガスの有害成分である HC（炭化水素）注１），CO，NOx の規制が進み，これに対して，触媒を用いた排ガス浄化システムが確立された．その触媒担体として，熱膨張率が小さいために，耐熱性，耐熱衝撃性に優れたコージェライトを利用したハニカムセラミックスが今日まで広く使用されている．
１．製品適用分野

自動車エンジンの改良は絶えず進められ，同時に自動自動車排ガス浄化システム

車排ガス浄化装置の開発と改良も進められてきた．
自動車排ガス浄化装置の画期的な進歩は，触媒コ２．適用分野の背景

ンバータの採用にあり，とくに有害成分である HC，大気汚染に対する世界的懸念の拡がりのもと 1970
注２）

年米国にて成立したマスキー法
注 1 炭素原子（C）と水素原子（H），あるいはこれらと他の原子から成り立っている化合物の総称．

を手始めに，米国・日本・欧州，中国，インド，その他の世界中で独自のCO，NOx の３成分を同時に除去する三元触媒の登場とその改良が今日の厳しい規制対応技術の主役を演じている．

ガソリン自動車排ガス規制を導入し，年々その規制はこれらの触媒コンバータの触媒を担持する担体とし厳しいものとなっている． その規制に対応するためにて，ハニカムセラミックスが大量かつ広汎に実用化されている．図２に自動車に搭載される触媒コンバータの使用位置を示す．

注２ 1970 年に米国民主党のマスキー上院議員（E.S. Muskie） が 提案した「1970 年大気浄化法改正法」．

３．製品の特徴と仕様
ハニカムセラミックスとは，一般に蜂の巣状に四角形や六角形の形状をしたセルが多数かつ均一に分布したセラミックス製品を総称している．自動車用触媒
コンバータとしては通常貴金属を含む
γ - アルミナがハニカムセラミックスのセル内部の表面に被覆担持され，三元

図１ 自動車排ガス浄化用コージェライトハニカムと触媒コンバータ
自動車排ガス浄化用触媒を担持する蜂の巣状のハニカムは耐熱衝撃性に優れたコージェライトの押出し成形によって製造される．

触媒機能を発現する仕組みとなっており，ハニカムセラミックスの構造的特徴を生かし，浄化すべき排ガスとの接触効率を高めることと，排ガスの通気抵抗を低くしてエンジンの出力低下をできるだ
け抑えることが可能である．実用的な観点からは，排ガス温度に耐える耐熱性，頻繁な急熱・急冷に耐える耐熱衝撃性，金属ケーシングへの組み込みや車両振動に耐える機械的強度，触媒との密着性などが要求され，自動車排ガス浄化用の触媒担体の材料としては熱膨張率が小さい多孔質のコージェライトが用いられ

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図２ 自動車における触媒コンバータの使用場所ている．表１にハニカム担体の特性例を自動車のエンジンから排出された排気ガスはマフラーを通って外気に放出されるまでの間に高温の状態で触媒コンバータを通過し，浄化される．

しては， セルの壁厚とセル数の表示が一示す．ハニカムの構造を区分する方法と般的であり，壁厚はミル (mil) の単位でセラミックス

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表１ ハニカム担体の特性例

12mil/200cpsi

6mil/400cpsi

4mil/400cpsi

4mil/600cpsi

2mil/600cpsi

2mil/900cpsi（１ミルは 1/1000 インチ）
，セル数は 1 平方インチ当

ハニカムセラミックスができあがる．用いる原料は，たりの個数 (cpsi) が用いられる．歴史的には 12 ミル

タルク（３MgO・４SiO2・H2O），カオリン（Al2O3・２200cpsi から採用が開始され，1980 年以降長年にわた

SiO2・２H2O），アルミナ（Al2O3）でこれらをコーディ

り 6 ミル 400cpsi が主流であったが，近年 4 ミル，３エライト組成（２MgO・２Al2O3・５SiO2）になるようミル，2 ミルの薄壁品も実用化された．

調合する．
ハニカムの押出製造プロセスで最も特徴的な点は押４．製法

出しのダイスにある．その構造を図４に示す．坏土

自動車排ガス用触媒担体としてハニカムセラミック（混練物）はダイス裏面の供給孔からダイスに入り，途スが初めて用いられた 1975 年には，押出し法，コル中から出口側のハニカム構造を形成する溝（スリット）ゲート法，エンボス法などの製法があった．1977 年に入り十文字に拡がり，隣り同士の坏土が圧縮合体しには浄化性能の向上を目的に 12 ミル 300cpsi の多セて一体のハニカム構造になる．

ル品が要求され，この時点から押出し法のみが残る形となった．押出し法は，均質かつ高強度のハニカムが５．将来展望得やすく，量産性に優れている．その概略プロセスを排ガス規制強化の動きは日欧米に加え，中国やイン図３に示す．原料を粉砕・粒度調整し，所定の化学組ドなど全世界で大きく進展している．排ガスの浄化性成になるように調合して，水とバインダーを加え，混能をより一層向上するために，薄壁化，高気孔化，セ練した後に押出し機に入れ，ダイスを通して押出す．

ル数の増加は有効である．薄壁化，高気孔率化は触媒

ハニカム状に押出成形されたものを乾燥，焼成しての重量の減少，すなわち熱容量の低減となり，触媒機

図４ ハニカムセラミックスの押出しダイス

図３ ハニカムセラミックスの製造プロセス
タルク，カオリン，アルミナを原料とし，調合後，水とバインダーを混ぜて混練し粘土状の混練物にする．これを押出し機にかけて押出し成形し，乾燥，焼成して製品とする．

セラミックス42（2007）No. 9(2023 年 7 月改訂 )坏土（混練物）がダイス裏面の供給孔からダイスに入り，途中から出口側のハニカム構造を形成する溝（スリット）に入り十文字に拡がり，隣り同士の坏土が圧縮合体して一体のハニカム構造になる．

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能が発現する温度まで排ガスによって短時間で温まる

おいても DOC（ディーゼル用酸化触媒）や SCR（選択還ことが可能となる．また排ガスの圧力損失も低減でき元型触媒）用担体として利用されている．

る．壁厚は，6 ミル，4 ミル，3 ミルと薄くなり，ティッ文 献１） 北川 潤，工業材料，38［9］49-53（1990）.
２） 梅原一彦，セラミックス，33，530-533（1998）.
３） 安部文夫，未来材料，1［7］26-33（2001）.
４） 日本ガイシ 75 年史，437-438（1995）．

シュペーパー 1 枚分の厚さに相当する 2 ミルまで実用化されている（図５）．セル数を多くすることは，触媒
注３ NOx を還元し窒素と水に還元する触媒方式で，酸化雰囲気中で還元しなければならないためにアンモニアあるいは尿素等の還元剤の投入が必要．の幾何学的表面積を増やすことができ，したがって排ガスが分解する触媒の面積が多くなることから浄化性能が向上する．こうした薄壁化や高気孔率化，セル数の増加により高められた触媒の排ガス処理能力は，触媒量の低減，触媒コンバータの小型化目的でも活用されている．
本技術はディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に［連絡先］ 山田 直仁
日本ガイシ（株）） 研究開発本部〒 467 ─ 8530 名古屋市瑞穂区須田町 2 ─ 56

図５ 各種セル構造概観
四角形の蜂の巣状のハニカム構造．壁厚が 6 ミルから 4 ミル，3 ミル，2 ミルへと薄くなるとともに，セル数が増えて幾何学的表面積が増加する．

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