セラミック触媒体
【課題】セラミック担体の外周部に排気ガスを流れ易くすることができ、セラミック担体全体における触媒の早期活性化を図ることができるセラミック触媒体を提供すること。
【解決手段】セラミック触媒体１は、エンジンの排気ガスを通す排気管３における通路径を上流側よりも拡大させた径大部３１に設置される。セラミック触媒体１は、ハニカム状のセル壁１２に囲まれたセル１３を多数設けてなるセラミック担体１１に触媒を担持させてなる。セラミック担体１１は、排気管３における径大部３１の直上に設けられた上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である中央部２１と、中央部２１の周囲に配された外周部２２とを有する。外周部２２の開口率は、中央部２１の開口率よりも大きく、かつ、外周部２２の吸水率は、中央部２１の吸水率よりも大きい。
【解決手段】セラミック触媒体１は、エンジンの排気ガスを通す排気管３における通路径を上流側よりも拡大させた径大部３１に設置される。セラミック触媒体１は、ハニカム状のセル壁１２に囲まれたセル１３を多数設けてなるセラミック担体１１に触媒を担持させてなる。セラミック担体１１は、排気管３における径大部３１の直上に設けられた上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である中央部２１と、中央部２１の周囲に配された外周部２２とを有する。外周部２２の開口率は、中央部２１の開口率よりも大きく、かつ、外周部２２の吸水率は、中央部２１の吸水率よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガス浄化用触媒等に用いられるセラミック触媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の内燃機関の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化用触媒としては、セル壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなるセラミック担体に触媒を担持させたセラミック触媒体が知られている。
このセラミック触媒体は、排気ガスの通路である排気管内に設置して用いられる。そして、高温の排気ガスをセラミック担体に流通させることにより、担持した触媒を活性化させ、排気ガスの浄化を行う。
【０００３】
一般に、セラミック触媒体は、排気管の通路径を上流側よりも拡大させた部分に設置されている。すなわち、セラミック触媒体が設置されている排気管の通路径は、セラミック触媒体のすぐ上流側にある排気管の通路径よりも大きい。したがって、上記セラミック触媒体の外周部分は、排気管の通路が上流側よりも拡大した部分に配置され、上記セラミック触媒体の中央部分に比べて排気ガスが流入し難い。
そのため、セラミック触媒体の外周部分は、中央部分に比べて昇温が遅く、触媒を早期に活性化することができない。これにより、セラミック触媒体の排気ガス浄化性能を効率よく有効に発揮することができない。
【０００４】
セラミック担体に担持された触媒を早期に活性化させるセラミック触媒体の構造としては、特許文献１等に開示されている。しかしながら、上記の構造は、排気管の通路径を拡大させた部分にセラミック触媒体を設置する構成を想定したものではないため、排気ガスをセラミック触媒体の外周部分に流れ易くすることはできない。
上記の問題を解決するため、セラミック触媒体内を排気ガスが均一な流量で流れるように、セラミック担体の外周部分から中央部分に向かってセル数が多くなるように構成したセラミック触媒体が特許文献２及び３に提案されている。しかしながら、上記の構造では、触媒の担持量にばらつきが生じてしまい、しいては、セル数の多い領域において目詰まりが発生してしまうという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９３５１２号公報
【特許文献２】特開２０００−９７０１９号公報
【特許文献３】特開平１０−２４４１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、セラミック担体の外周部に排気ガスを流れ易くすることができ、セラミック担体全体における触媒の早期活性化と共に触媒の目詰まり防止を図ることができるセラミック触媒体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気ガスを通す排気管における通路径を上流側よりも拡大させた径大部に設置される排気ガス浄化触媒用のセラミック触媒体において、
該セラミック触媒体は、ハニカム状のセル壁に囲まれたセルを多数設けてなるセラミック担体に触媒を担持させてなり、
上記セラミック担体は、上記排気管における上記径大部の直上に設けられた上流排気管部を上記セラミック担体の軸方向に投影した場合に、上記上流排気管部よりも内側の領域である中央部と、該中央部の周囲に配された外周部とを有し、
上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率よりも大きく、かつ、上記外周部の吸水率は、上記中央部の吸水率よりも大きいことを特徴とするセラミック触媒体にある（請求項１）。
【０００８】
本発明のセラミック触媒体において、上記セラミック担体の上記中央部は、上記上流排気管部を上記セラミック担体の軸方向に投影した場合に、上記上流排気管部よりも内側の領域である。そのため、上記中央部の周囲に配された上記外周部は、上記排気管の通路径を上記上流排気管から拡大させた部分、つまり該上流排気管部からの排気ガスが上記中央部よりも流入し難い部分に配置される。
【０００９】
本発明のセラミック触媒体では、上述したような排気ガスの流入し難い部分に配置される上記外周部の開口率を上記中央部の開口率よりも大きくしてある。そのため、上記外周部の通気抵抗は、上記中央部の通気抵抗よりも小さくなり、上記セラミック担体に流入する排気ガスは、通気抵抗のより小さな上記外周部に流れ易くなる。これにより、上記セラミック触媒体は、上記セラミック担体の上記外周部をより早く昇温させることができると共に、該外周部に担持された触媒をより早く活性化することができる。
【００１０】
また、上記セラミック触媒体は、上記セラミック担体の上記外周部に排気ガスを流れ易くすることにより、上記セラミック担体全体における排気ガスの流通量の偏りを低減することができると共に、上記セラミック担体における内部温度のばらつきを小さくすることができる。これにより、上記セラミック触媒体は、上記セラミック担体に担持されている触媒を全体的に効率よく早期に活性化することができる。
【００１１】
また、上記セラミック触媒体では、上記外周部の吸水率を上記中央部の吸水率よりも大きくしてある。そのため、上記セラミック担体に触媒を担持させる際に、上記中央部と上記外周部とのセル幅（上記セルの間隔）の違いによって生じる触媒の担持量の差を調整することができる。これにより、上記セルにおける触媒の目詰まりを防止することができ、触媒を均一に担持することができる。それ故に、上記セラミック触媒体は、触媒による排気ガス浄化性能のばらつきの少ない、優れたものとなる。
【００１２】
このように、本発明のセラミック触媒体は、上記セラミック担体の上記外周部に排気ガスを流れ易くすることができると共に触媒の目詰まりを防止することができる構造である。また、上記セラミック担体全体における触媒の早期活性化を図ることができ、優れた排気ガス浄化性能を有するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、「開口率」とは、上記セラミック担体の径方向断面における上記中央部及び上記外周部のそれぞれの領域に対して、上記セル壁が存在せずに開口している部分が占める割合である。
また、「吸水率」とは、上記中央部及び上記外周部のそれぞれの領域における上記セル壁の重量に対して、該セル壁が吸水できる量の割合である。
【００１４】
また、上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率の１．０１倍以上であることが好ましい（請求項２）。
上記外周部の開口率が上記中央部の開口率の１．０１倍未満である場合には、上記外周部に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができないおそれがある。
【００１５】
また、上記中央部の吸水率は、１７〜２４％であることが好ましい。また、上記外周部の吸水率は、１８〜２５％であることが好ましい。そして、上記中央部と上記外周部との吸水率の差は、１％以上であることが好ましい。
この場合には、上記セラミック担体に触媒を担持させる際に、上記セルにおける触媒の目詰まりを防止し、触媒を均一に担持することができるという効果を充分に発揮することができる。
【００１６】
また、上記中央部及び上記外周部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの開口面積は、上記中央部の上記セルの開口面積に比べて大きいことが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記外周部に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
【００１７】
また、上記中央部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの形状は六角形状であることが好ましい（請求項４）。
六角形状の上記セルは、四角形状の上記セルよりも通気抵抗が小さい。そのため、上記外周部に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
【００１８】
また、上記外周部は、上記セラミック担体の外周に近づくに従って徐々に開口率が大きくなることが好ましい（請求項５）。
上記外周部は、上記セラミック担体の外周に近づくに従って排気ガスが流れ難い。そのため、このように上記外周部の開口率を上記セラミック担体の外周に近づくに従って大きくすることによって、上記外周部全体に効率よく排気ガスを流入させることができる。これにより、上記外周部においても、排気ガスの流通量の偏りが低減され、内部温度のばらつきが小さいものとなり、上記セラミック担体全体における触媒の早期活性化をさらに図ることができる。
【００１９】
また、上記中央部と上記外周部との間には、両者を隔てる内周壁が設けられていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記中央部と上記外周部との接合部分の強度を上記内周壁によって充分に確保することができる。また、上記セラミック触媒体全体の強度を充分に確保することができる。
なお、上記セラミック担体は、上記中央部と上記外周部との間に上記内周壁を設けない構成とすることもできる。また、いずれの構成においても、上記中央部と上記外周部とを一体的に成形することもできるし、両者を別々に成形して接合することもできる。ただし、別々に成形する場合には、上記両者の境界において、上記セル壁同士をしっかりと接合しておくことが好ましい。
【００２０】
また、上記セラミック担体は、コージェライトよりなることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記セラミック担体として熱膨張係数の低いコーディエライトを用いることにより、耐熱衝撃性に優れた上記セラミック触媒体となる。耐熱衝撃性に優れた上記セラミック触媒体は、熱応力による割れ等の発生を抑制することができる。また、コーディエライトは高温耐久性に優れる材料である。したがって、担持されている触媒の性能を長期に渡り維持することができる。さらに、コーディエライトは安価であり、製造コストの低減を実現することができる。
【００２１】
また、上記セラミック担体の形状は、断面形状が円形、楕円形等、一般的に用いられている形状を採用することができる。
また、上記セラミック担体に担持させる触媒としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｂａ、Ｋ等を用いることができる。また、助触媒としては、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2等を用いることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるセラミック触媒体について、図１、図２を用いて説明する。
本例のセラミック触媒体１は、図１に示すごとく、エンジンから排出される排気ガスを通す排気管３における通路径を上流側よりも拡大させた径大部３１に設置される。
セラミック触媒体１は、図１、図２に示すごとく、ハニカム状のセル壁１２に囲まれたセル１３を多数設けてなるセラミック担体１１に触媒を担持させてなる。そして、セラミック担体１１は、排気管３における径大部３１の直上に設けられた上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である中央部２１と、中央部２１の周囲に配された外周部２２とを有している。そして、外周部２２の開口率は、中央部２１の開口率よりも大きく、かつ、外周部２２の吸水率は、中央部２１の吸水率よりも大きい。
以下、これを詳説する。
【００２３】
本例のセラミック触媒体１は、図１に示すごとく、自動車エンジンの排気ガスを浄化するための排気ガス浄化用触媒として用いられるものであり、エンジンから排出される排気ガスの通路である排気管３内に設置されている。図１に示した矢線Ｚは、触媒を作用させる排気ガスの流路方向である。また、図１は、排気管３のみを軸方向に半分切り取って示してある。
【００２４】
また、同図に示すごとく、排気管３は、セラミック触媒体１を設置する径大部３１と、径大部３１の上流側及び下流側に設けられた上流排気管部３２及び下流排気管部３３とを有している。径大部３１は、通路径を上流排気管部３２及び下流排気管部３３よりも拡大させた部分である。
【００２５】
また、同図に示すごとく、径大部３１は、セラミック触媒体１が挿入固定されている固定部３１１を有している。また、径大部３１は、上流排気管部３２と固定部３１１との間に上流テーパ部３１２を有している。上流テーパ部３１２は、その通路径が固定部３１１に近づくに従って徐々に大きくなっている。また、径大部３１は、固定部３１１と下流排気管部３３との間に下流テーパ部３１３を有している。下流テーパ部３１３は、その通路径が固定部３１１から遠ざかるに従って徐々に小さくなっている。
【００２６】
なお、本例の排気管３において、径大部３１の最大通路径Ｘは、固定部３１１の通路径であり、１１０ｍｍである。また、上流排気管部３２及び下流排気管部３３の通路径Ｙは、４５ｍｍである。
【００２７】
また、図１、図２に示すごとく、セラミック触媒体１は、触媒を担持させる円柱形状のセラミック担体１１を有している。セラミック担体１１は、コーディエライトを主成分として構成されており、格子状に配設されたセル壁１２と、セル壁１２によって区画されている多数のセル１３とによって構成されたハニカム構造体である。また、セラミック担体１１は、その外周を円筒形状の外周壁１４により覆われている。
なお、本例のセラミック担体１１の外径は１０３ｍｍ、長さは１０５ｍｍである。また、外周壁１４の厚みは０．４ｍｍである。
【００２８】
また、図２に示すごとく、セラミック担体１１は、径方向断面において、その円形断面を４分割するように設けられた２本の分割セル壁１２１、１２２を有している。分割セル壁１２１、１２２は、セラミック担体１１の中心Ｏにおいて直交するように形成されている。また、分割セル壁１２１、１２２以外のセル壁１２は、分割セル壁１２１、１２２のどちらか一方に対して線対称となるように放物線状に形成されている。その放物線は、分割セル壁１２１、１２２と外周壁１４とが交わる４つの交点Ｐ1〜Ｐ4に近づくに従って傾きが大きくなっている。
【００２９】
また、同図に示すごとく、セラミック担体１１は、径方向断面において、中央部２１と中央部２１の周囲に配された外周部２２とを有している。ここで、中央部２１は、上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である（図１参照）。したがって、中央部２１の径Ｄは、上流排気管部３２の通路径Ｙと同じである。なお、図２では、中央部２１と外周部２２との境界線を点線で示してある。この点線は、上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した位置を示している。
【００３０】
また、同図に示すごとく、外周部２２全体の開口率は、中央部２１全体の開口率よりも大きくなっている。本例の中央部２１全体の開口率は８３％、外周部２２全体の開口率は８５％であり、外周部２２の開口率は、中央部２１の約１．０２倍である。
また、外周部２２は、部分的に見た開口率がセラミック担体１１の外周、つまり外周壁１４に近づくに従って徐々に大きくなっている。さらに、本例では、上述した形状のセル壁１２が形成されていることにより、部分的に見た開口率が中心Ｏから外周壁４に近づくに従って徐々に大きくなっている。
【００３１】
また、外周部２２の吸水率は、中央部２１の吸水率よりも大きくなっている。本例の中央部２１の吸水率は１９％、外周部２２の吸水率は２０％であり、中央部２１と外周部２２との吸水率の差は１％である。
【００３２】
なお、吸水率は、以下のように測定した（ＪＡＳＯ Ｍ５０５−８７に準拠）。
まず、中央部２１及び外周部２２を所定の大きさに切り出し、この試料を１５０℃、２時間の条件で乾燥させ、重量を測定する（乾燥重量Ｗ１）。次いで、セル１３が形成されている方向（セル方向）を垂直にして試料を常圧下３０℃の恒温水槽に１分間浸漬する。試料を取り出して軽く水切りをした後、再び上記恒温水槽に１分間浸漬する。その後、試料を再び取り出し、セル方向を垂直にして３０秒間放置する。
【００３３】
次いで、ワイヤメッシュ製コンベアにセル方向を垂直にして試料を載せ、コンベアの進行方向に垂直に往復運動するエアノズルの下を一回通過させ、セル１３内の水を除去する。その後、重量を測定する（吸水後重量Ｗ２）。そして、吸水率＝１００×（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１の式によって中央部２１及び外周部２２の吸水率を求める。ここで、エアノズルの条件は、ノズルスロート径：４０ｍｍ、エアノズル流量：１１８Ｌ／ｍｉｎ、エアノズル位置：試料上端面から１２．７ｍｍ上方、エアノズル速度：４５サイクル／ｍｉｎである。また、コンベア移動速度は、３０．５ｃｍ／ｍｉｎである。
【００３４】
また、セラミック担体１１において、セル壁１２の壁面には、触媒（図示略）が担持されている。本例の触媒としては、Ｐｔ、Ｒｈを用いた。また、助触媒としては、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2を用いた。
なお、触媒としては、上記以外にもＰｄ、Ｂａ、Ｋ等を用いることができる。
【００３５】
次に、本例のセラミック触媒体１の製造方法について、簡単に説明する。
セラミック触媒体１を製造するに当たっては、製造工程そのものは従来と同様の工程を採用することができる。まず、セラミック担体１１を構成するコーディエライト原料をハニカム状に成形体として押出成形する。そして、その成形体を所定の長さに切断し、乾燥後、焼成する。これにより、セラミック担体１１を得る。
なお、押出成形を行う際の金型としては、セル壁１２の配設形状に対応する形状のスリット溝を設けた押出成形用金型（図示略）を用いた。上記スリット溝は、放電加工、レーザー加工等の方法により形成することができる。
【００３６】
次に、得られたセラミック担体１１に触媒を担持する。
まず、助触媒としてのＣｅＯ2／ＺｒＯ2化合物を水中で撹拌しながら、触媒としてのＰｔ、Ｒｈを含有する硝酸薬液を添加した後、水分を蒸発させる。これにより、ＣｅＯ2／ＺｒＯ2化合物の表面にＰｔ、Ｒｈを担持させた担持粉末を得る。次いで、この担持粉末を２５０℃で１時間焼成し、上記担持粉末に含まれる硝酸塩を除去する。次いで、上記担持粉末にアルミナ、バインダ等を加えてスラリー状とし、ボールミルで処理することによりスラリーに含まれる粉末（例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、アルミナ、バインダ等）の粒径をそろえる。
【００３７】
次いで、上記スラリーにセラミック担体１１を浸漬し、セラミック担体１１の表面に上記スラリーを付着させる。その後、セラミック担体１１を引き上げ、１２０℃で２０分間乾燥させ、５００℃で２時間焼成する。以上により、セラミック担体１１に触媒を担持させてなるセラミック触媒体１を得る。なお、本例のセラミック触媒体１は、セラミック担体１１の容積に対する触媒の担持量を２７０ｇ／Ｌとした。
【００３８】
次に、本例のセラミック触媒体１（本発明品Ｅ）について、図１に示すごとく、実際に排気ガス浄化用触媒として自動車エンジンの排気管３内に設置した場合における、セラミック担体１１の内部温度の分布を調べた。
セラミック担体１１の内部温度は、セラミック担体１１の両端面から軸方向に１０ｍｍの位置にそれぞれ熱電対を設けて測定を行った。測定箇所は、セラミック担体１１における中心Ｏ、外周壁１４における交点Ｐ1、Ｐ3、中心Ｏと交点Ｐ1、Ｐ3との中間点Ｍ1、Ｍ3の５点とした。
【００３９】
また、比較のために、図３に示すごとく、全領域において開口率が同じ、つまり中央部９２１及び外周部９２２の開口率が同じセラミック担体９１１に触媒を担持してなる従来のセラミック触媒体９１（従来品Ｃ）を作製し、本発明品Ｅと同様の測定を行った。
なお、セラミック担体９１１は、四角形格子状に配設されたセル壁９１２と、セル壁９１２によって区画されている多数の四角形状のセル９１３とによって構成されており、セル壁９１２及びセル９１３は、規則正しく配設されている。また、セラミック担体９１１は、その外周を円筒形状の外周壁９１４により覆われている。
【００４０】
セラミック担体１１（９１１）の内部温度の測定結果を図４に示す。図４は、セラミック担体１１（９１１）における内部位置（Ｏ、Ｐ1、Ｐ3、Ｍ1、Ｍ3）と内部温度（℃）との関係を示したものである。
同図から知られるように、従来品Ｃは、中心Ｏと交点Ｐ1、Ｐ3との温度差の平均である温度差ΔＴが約１５０℃である。これに対して、本発明品Ｅは、温度差ΔＴが約５０℃と従来品Ｃに比べて非常に小さく、また内部温度の極端なばらつきもみられない。
【００４１】
以上の結果から、本発明品Ｅであるセラミック触媒体１は、従来品Ｃに比べて、中心Ｏと外周壁１４（交点Ｐ1、Ｐ3）との温度差ΔＴを小さくすることができると共に、セラミック担体１１の内部温度のばらつきを小さくすることができるということわかる。
【００４２】
次に、本例のセラミック触媒体１（本発明品Ｅ）における作用効果について説明する。
本例のセラミック触媒体１において、セラミック担体１１の中央部２１は、上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である。そのため、中央部２１の周囲に配された外周部２２は、排気管３の通路径を上流排気管３２から拡大させた部分、つまり上流排気管部３２からの排気ガスが中央部２１よりも流入し難い部分に配置される。
【００４３】
本例のセラミック触媒体１では、上述したような排気ガスの流入し難い部分に配置される外周部２２全体の開口率を、中央部２１全体の開口率よりも大きくしてある。そのため、外周部２２の通気抵抗は、中央部２１の通気抵抗よりも小さくなり、セラミック担体１１に流入する排気ガスは、通気抵抗のより小さな外周部２２に流れ易くなる。これにより、セラミック触媒体１は、セラミック担体１１の外周部２２をより早く昇温させることができると共に、外周部２２に担持された触媒をより早く活性化することができる。
【００４４】
また、セラミック触媒体１は、セラミック担体１１の外周部２２に排気ガスを流れ易くすることにより、セラミック担体１１全体における排気ガスの流通量の偏りを低減することができる。そして、セラミック担体１１の中心Ｏと外周壁１４との温度差ΔＴ及び内部温度のばらつきを小さくすることができる。これにより、セラミック触媒体１は、セラミック担体１１に担持されている触媒を全体的に効率よく早期に活性化することができる。
【００４５】
また、セラミック触媒体１では、外周部２２の吸水率を中央部２１の吸水率よりも大きくしてある。そのため、セラミック担体１１に触媒を担持させる際に、中央部２１と外周部２２とのセル幅（セル１３の間隔）の違いによって生じる触媒の担持量の差を調整することができる。これにより、セル１３における触媒の目詰まりを防止することができ、触媒を均一に担持することができる。それ故に、セラミック触媒体１は、触媒による排気ガス浄化性能のばらつきの少ない、優れたものとなる。
【００４６】
また、本例では、外周部２２全体の開口率は、中央部２１全体の開口率の約１．０２倍である。そのため、外周部２２に排気ガスを流れ易くする効果をより一層得ることができる。
また、外周部２２は、部分的に見た開口率がセラミック担体１１の外周に近づくに従って徐々に大きくなる。外周部２２は、セラミック担体１１の外周に近づくに従って排気ガスが流れ難い。そのため、このように外周部２２の開口率をセラミック担体１１の外周に近づくに従って大きくすることによって、外周部２２全体に効率よく排気ガスを流入させることができる。これにより、外周部２２においても、排気ガスの流通量の偏りが低減され、内部温度のばらつきが小さいものとなり、セラミック担体１１全体における触媒の早期活性化をさらに図ることができる。
【００４７】
また、セラミック担体１１は、コージェライトよりなる。すなわち、セラミック担体１１として熱膨張係数の低いコーディエライトを用いることにより、耐熱衝撃性に優れたセラミック触媒体１となる。耐熱衝撃性に優れたセラミック触媒体１は、熱応力による割れ等の発生を抑制することができる。また、コーディエライトは高温耐久性に優れる材料である。したがって、担持されている触媒の性能を長期に渡り維持することができる。さらに、コーディエライトは安価であり、製造コストの低減を実現することができる。
【００４８】
このように、本例のセラミック触媒体１は、セラミック担体１１の外周部２２に排気ガスを流れ易くすることができると共に触媒の目詰まりを防止することができる構造である。また、セラミック担体１１全体における触媒の早期活性化を図ることができ、優れた排気ガス浄化性能を有するものとなる。
【００４９】
（実施例２）
本例は、実施例１のセラミック触媒体１において、セラミック担体１１の中央部２１と外周部２２との開口率の差を変化させた場合における、中心Ｏと外周壁１４との温度差ΔＴを調べたものである。
【００５０】
本例では、外周部２２の開口率が中央部２１の開口率に対してどれだけ大きいかということを表す開口率比を０〜３％の範囲で変化させ、それぞれの温度差ΔＴを測定した。なお、開口率比（％）は、中央部２１の開口率をＡ、外周部２２の開口率をＢとした場合に、１００×（Ｂ−Ａ）／Ａの式で表される。また、セラミック担体１１の内部温度の測定は、実施例１と同様である。
【００５１】
温度差ΔＴの測定結果を図５に示す。図５は、開口率比（％）と温度差ΔＴ（℃）との関係を示したものである。
同図から知られるように、開口率比が大きくなればなるほど、温度差ΔＴは小さくなる傾向にあることがわかる。例えば、セラミック触媒体１を自動車エンジンの排気ガス浄化用触媒として用いる場合には、この温度差ΔＴを１００℃以下とすることが望ましい。そのため、開口率比は、１％以上であることが好ましい。すなわち、外周部２２の開口率が中央部２１の開口率の１．０１倍以上であることが好ましい。
【００５２】
（実施例３）
本例は、実施例１のセラミック触媒体１において、セラミック担体１１における中央部２１及び外周部２２のセル１３の形状や大きさを変化させた場合の例である。以下、図６〜図１１を用いて説明する。
【００５３】
図６、図７は、中央部２１及び外周部２２のセル１３はいずれも四角形状であり、外周部２２のセル１３の開口面積が、中央部２１のセル１３の開口面積に比べて大きい例である。この場合には、外周部２２に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
図８、図９は、中央部２１のセル１３は四角形状であり、外周部２２のセル１３が六角形状である例である。六角形状のセル１３は、四角形状のセル１３よりも通気抵抗が小さい。そのため、外周部２２に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
【００５４】
図１０、図１１は、外周部２２の開口率がセラミック担体１１の外周壁１４に近づくに従って徐々に大きくなる例である。本例においては、中央部２１のセル１３は四角形状であり、外周部２２のセル１３は外周壁１４に近づくに従ってセル１３の開口面積が大きくなるように放射状に設けられている。外周部２２は、セラミック担体１１の外周壁１４に近づくに従って排気ガスが流れ難くなる。そのため、このように外周部２２の開口率を外周壁１４に近づくに従って大きくすることによって、外周部２２全体に効率よく排気ガスを流入させることができる。これにより、外周部２２における排気ガスの流通量の偏り及び内部温度のばらつきが低減され、セラミック担体１１全体における触媒の早期活性化をさらに図ることができる。
【００５５】
また、図６、図８、図１０では、中央部２１と外周部２２との間に、両者を隔てる内周壁１５が設けてある。中央部２１と外周部２２とを内周壁１５を介して接合することにより、両者の間の接合強度を向上させることができる。また、これにより、セラミック担体１１全体の強度を向上させることができる。
【００５６】
これに対して、図７、図９、図１１は、中央部２１と外周部２２との間に、内周壁１５を設けない構成である。これらは、中央部２１と外周部２２との境界において、両者のセル壁１２が途切れることなく、セル壁１２同士をしっかりと接合することにより、両者の間の接合強度及びセラミック担体１１全体の強度を確保している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１における、排気管内に設置されたセラミック触媒体を示す説明図。
【図２】実施例１における、セラミック触媒体の径方向断面を示す説明図。
【図３】実施例１における、従来品のセラミック触媒体の径方向断面を示す説明図。
【図４】実施例１における、内部位置と内部温度との関係を示す説明図。
【図５】実施例２における、開口率比と温度差との関係を示す説明図。
【図６】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図７】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図８】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図９】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図１０】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図１１】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【符号の説明】
【００５８】
１ セラミック触媒体
１１ セラミック担体
１２ セル壁
１３ セル
２１ 中央部
２２ 外周部
３ 排気管
３１ 径大部
３２ 上流排気管部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガス浄化用触媒等に用いられるセラミック触媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の内燃機関の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化用触媒としては、セル壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなるセラミック担体に触媒を担持させたセラミック触媒体が知られている。
このセラミック触媒体は、排気ガスの通路である排気管内に設置して用いられる。そして、高温の排気ガスをセラミック担体に流通させることにより、担持した触媒を活性化させ、排気ガスの浄化を行う。
【０００３】
一般に、セラミック触媒体は、排気管の通路径を上流側よりも拡大させた部分に設置されている。すなわち、セラミック触媒体が設置されている排気管の通路径は、セラミック触媒体のすぐ上流側にある排気管の通路径よりも大きい。したがって、上記セラミック触媒体の外周部分は、排気管の通路が上流側よりも拡大した部分に配置され、上記セラミック触媒体の中央部分に比べて排気ガスが流入し難い。
そのため、セラミック触媒体の外周部分は、中央部分に比べて昇温が遅く、触媒を早期に活性化することができない。これにより、セラミック触媒体の排気ガス浄化性能を効率よく有効に発揮することができない。
【０００４】
セラミック担体に担持された触媒を早期に活性化させるセラミック触媒体の構造としては、特許文献１等に開示されている。しかしながら、上記の構造は、排気管の通路径を拡大させた部分にセラミック触媒体を設置する構成を想定したものではないため、排気ガスをセラミック触媒体の外周部分に流れ易くすることはできない。
上記の問題を解決するため、セラミック触媒体内を排気ガスが均一な流量で流れるように、セラミック担体の外周部分から中央部分に向かってセル数が多くなるように構成したセラミック触媒体が特許文献２及び３に提案されている。しかしながら、上記の構造では、触媒の担持量にばらつきが生じてしまい、しいては、セル数の多い領域において目詰まりが発生してしまうという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９３５１２号公報
【特許文献２】特開２０００−９７０１９号公報
【特許文献３】特開平１０−２４４１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、セラミック担体の外周部に排気ガスを流れ易くすることができ、セラミック担体全体における触媒の早期活性化と共に触媒の目詰まり防止を図ることができるセラミック触媒体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気ガスを通す排気管における通路径を上流側よりも拡大させた径大部に設置される排気ガス浄化触媒用のセラミック触媒体において、
該セラミック触媒体は、ハニカム状のセル壁に囲まれたセルを多数設けてなるセラミック担体に触媒を担持させてなり、
上記セラミック担体は、上記排気管における上記径大部の直上に設けられた上流排気管部を上記セラミック担体の軸方向に投影した場合に、上記上流排気管部よりも内側の領域である中央部と、該中央部の周囲に配された外周部とを有し、
上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率よりも大きく、かつ、上記外周部の吸水率は、上記中央部の吸水率よりも大きいことを特徴とするセラミック触媒体にある（請求項１）。
【０００８】
本発明のセラミック触媒体において、上記セラミック担体の上記中央部は、上記上流排気管部を上記セラミック担体の軸方向に投影した場合に、上記上流排気管部よりも内側の領域である。そのため、上記中央部の周囲に配された上記外周部は、上記排気管の通路径を上記上流排気管から拡大させた部分、つまり該上流排気管部からの排気ガスが上記中央部よりも流入し難い部分に配置される。
【０００９】
本発明のセラミック触媒体では、上述したような排気ガスの流入し難い部分に配置される上記外周部の開口率を上記中央部の開口率よりも大きくしてある。そのため、上記外周部の通気抵抗は、上記中央部の通気抵抗よりも小さくなり、上記セラミック担体に流入する排気ガスは、通気抵抗のより小さな上記外周部に流れ易くなる。これにより、上記セラミック触媒体は、上記セラミック担体の上記外周部をより早く昇温させることができると共に、該外周部に担持された触媒をより早く活性化することができる。
【００１０】
また、上記セラミック触媒体は、上記セラミック担体の上記外周部に排気ガスを流れ易くすることにより、上記セラミック担体全体における排気ガスの流通量の偏りを低減することができると共に、上記セラミック担体における内部温度のばらつきを小さくすることができる。これにより、上記セラミック触媒体は、上記セラミック担体に担持されている触媒を全体的に効率よく早期に活性化することができる。
【００１１】
また、上記セラミック触媒体では、上記外周部の吸水率を上記中央部の吸水率よりも大きくしてある。そのため、上記セラミック担体に触媒を担持させる際に、上記中央部と上記外周部とのセル幅（上記セルの間隔）の違いによって生じる触媒の担持量の差を調整することができる。これにより、上記セルにおける触媒の目詰まりを防止することができ、触媒を均一に担持することができる。それ故に、上記セラミック触媒体は、触媒による排気ガス浄化性能のばらつきの少ない、優れたものとなる。
【００１２】
このように、本発明のセラミック触媒体は、上記セラミック担体の上記外周部に排気ガスを流れ易くすることができると共に触媒の目詰まりを防止することができる構造である。また、上記セラミック担体全体における触媒の早期活性化を図ることができ、優れた排気ガス浄化性能を有するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において、「開口率」とは、上記セラミック担体の径方向断面における上記中央部及び上記外周部のそれぞれの領域に対して、上記セル壁が存在せずに開口している部分が占める割合である。
また、「吸水率」とは、上記中央部及び上記外周部のそれぞれの領域における上記セル壁の重量に対して、該セル壁が吸水できる量の割合である。
【００１４】
また、上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率の１．０１倍以上であることが好ましい（請求項２）。
上記外周部の開口率が上記中央部の開口率の１．０１倍未満である場合には、上記外周部に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができないおそれがある。
【００１５】
また、上記中央部の吸水率は、１７〜２４％であることが好ましい。また、上記外周部の吸水率は、１８〜２５％であることが好ましい。そして、上記中央部と上記外周部との吸水率の差は、１％以上であることが好ましい。
この場合には、上記セラミック担体に触媒を担持させる際に、上記セルにおける触媒の目詰まりを防止し、触媒を均一に担持することができるという効果を充分に発揮することができる。
【００１６】
また、上記中央部及び上記外周部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの開口面積は、上記中央部の上記セルの開口面積に比べて大きいことが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記外周部に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
【００１７】
また、上記中央部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの形状は六角形状であることが好ましい（請求項４）。
六角形状の上記セルは、四角形状の上記セルよりも通気抵抗が小さい。そのため、上記外周部に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
【００１８】
また、上記外周部は、上記セラミック担体の外周に近づくに従って徐々に開口率が大きくなることが好ましい（請求項５）。
上記外周部は、上記セラミック担体の外周に近づくに従って排気ガスが流れ難い。そのため、このように上記外周部の開口率を上記セラミック担体の外周に近づくに従って大きくすることによって、上記外周部全体に効率よく排気ガスを流入させることができる。これにより、上記外周部においても、排気ガスの流通量の偏りが低減され、内部温度のばらつきが小さいものとなり、上記セラミック担体全体における触媒の早期活性化をさらに図ることができる。
【００１９】
また、上記中央部と上記外周部との間には、両者を隔てる内周壁が設けられていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記中央部と上記外周部との接合部分の強度を上記内周壁によって充分に確保することができる。また、上記セラミック触媒体全体の強度を充分に確保することができる。
なお、上記セラミック担体は、上記中央部と上記外周部との間に上記内周壁を設けない構成とすることもできる。また、いずれの構成においても、上記中央部と上記外周部とを一体的に成形することもできるし、両者を別々に成形して接合することもできる。ただし、別々に成形する場合には、上記両者の境界において、上記セル壁同士をしっかりと接合しておくことが好ましい。
【００２０】
また、上記セラミック担体は、コージェライトよりなることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記セラミック担体として熱膨張係数の低いコーディエライトを用いることにより、耐熱衝撃性に優れた上記セラミック触媒体となる。耐熱衝撃性に優れた上記セラミック触媒体は、熱応力による割れ等の発生を抑制することができる。また、コーディエライトは高温耐久性に優れる材料である。したがって、担持されている触媒の性能を長期に渡り維持することができる。さらに、コーディエライトは安価であり、製造コストの低減を実現することができる。
【００２１】
また、上記セラミック担体の形状は、断面形状が円形、楕円形等、一般的に用いられている形状を採用することができる。
また、上記セラミック担体に担持させる触媒としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｂａ、Ｋ等を用いることができる。また、助触媒としては、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2等を用いることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるセラミック触媒体について、図１、図２を用いて説明する。
本例のセラミック触媒体１は、図１に示すごとく、エンジンから排出される排気ガスを通す排気管３における通路径を上流側よりも拡大させた径大部３１に設置される。
セラミック触媒体１は、図１、図２に示すごとく、ハニカム状のセル壁１２に囲まれたセル１３を多数設けてなるセラミック担体１１に触媒を担持させてなる。そして、セラミック担体１１は、排気管３における径大部３１の直上に設けられた上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である中央部２１と、中央部２１の周囲に配された外周部２２とを有している。そして、外周部２２の開口率は、中央部２１の開口率よりも大きく、かつ、外周部２２の吸水率は、中央部２１の吸水率よりも大きい。
以下、これを詳説する。
【００２３】
本例のセラミック触媒体１は、図１に示すごとく、自動車エンジンの排気ガスを浄化するための排気ガス浄化用触媒として用いられるものであり、エンジンから排出される排気ガスの通路である排気管３内に設置されている。図１に示した矢線Ｚは、触媒を作用させる排気ガスの流路方向である。また、図１は、排気管３のみを軸方向に半分切り取って示してある。
【００２４】
また、同図に示すごとく、排気管３は、セラミック触媒体１を設置する径大部３１と、径大部３１の上流側及び下流側に設けられた上流排気管部３２及び下流排気管部３３とを有している。径大部３１は、通路径を上流排気管部３２及び下流排気管部３３よりも拡大させた部分である。
【００２５】
また、同図に示すごとく、径大部３１は、セラミック触媒体１が挿入固定されている固定部３１１を有している。また、径大部３１は、上流排気管部３２と固定部３１１との間に上流テーパ部３１２を有している。上流テーパ部３１２は、その通路径が固定部３１１に近づくに従って徐々に大きくなっている。また、径大部３１は、固定部３１１と下流排気管部３３との間に下流テーパ部３１３を有している。下流テーパ部３１３は、その通路径が固定部３１１から遠ざかるに従って徐々に小さくなっている。
【００２６】
なお、本例の排気管３において、径大部３１の最大通路径Ｘは、固定部３１１の通路径であり、１１０ｍｍである。また、上流排気管部３２及び下流排気管部３３の通路径Ｙは、４５ｍｍである。
【００２７】
また、図１、図２に示すごとく、セラミック触媒体１は、触媒を担持させる円柱形状のセラミック担体１１を有している。セラミック担体１１は、コーディエライトを主成分として構成されており、格子状に配設されたセル壁１２と、セル壁１２によって区画されている多数のセル１３とによって構成されたハニカム構造体である。また、セラミック担体１１は、その外周を円筒形状の外周壁１４により覆われている。
なお、本例のセラミック担体１１の外径は１０３ｍｍ、長さは１０５ｍｍである。また、外周壁１４の厚みは０．４ｍｍである。
【００２８】
また、図２に示すごとく、セラミック担体１１は、径方向断面において、その円形断面を４分割するように設けられた２本の分割セル壁１２１、１２２を有している。分割セル壁１２１、１２２は、セラミック担体１１の中心Ｏにおいて直交するように形成されている。また、分割セル壁１２１、１２２以外のセル壁１２は、分割セル壁１２１、１２２のどちらか一方に対して線対称となるように放物線状に形成されている。その放物線は、分割セル壁１２１、１２２と外周壁１４とが交わる４つの交点Ｐ1〜Ｐ4に近づくに従って傾きが大きくなっている。
【００２９】
また、同図に示すごとく、セラミック担体１１は、径方向断面において、中央部２１と中央部２１の周囲に配された外周部２２とを有している。ここで、中央部２１は、上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である（図１参照）。したがって、中央部２１の径Ｄは、上流排気管部３２の通路径Ｙと同じである。なお、図２では、中央部２１と外周部２２との境界線を点線で示してある。この点線は、上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した位置を示している。
【００３０】
また、同図に示すごとく、外周部２２全体の開口率は、中央部２１全体の開口率よりも大きくなっている。本例の中央部２１全体の開口率は８３％、外周部２２全体の開口率は８５％であり、外周部２２の開口率は、中央部２１の約１．０２倍である。
また、外周部２２は、部分的に見た開口率がセラミック担体１１の外周、つまり外周壁１４に近づくに従って徐々に大きくなっている。さらに、本例では、上述した形状のセル壁１２が形成されていることにより、部分的に見た開口率が中心Ｏから外周壁４に近づくに従って徐々に大きくなっている。
【００３１】
また、外周部２２の吸水率は、中央部２１の吸水率よりも大きくなっている。本例の中央部２１の吸水率は１９％、外周部２２の吸水率は２０％であり、中央部２１と外周部２２との吸水率の差は１％である。
【００３２】
なお、吸水率は、以下のように測定した（ＪＡＳＯ Ｍ５０５−８７に準拠）。
まず、中央部２１及び外周部２２を所定の大きさに切り出し、この試料を１５０℃、２時間の条件で乾燥させ、重量を測定する（乾燥重量Ｗ１）。次いで、セル１３が形成されている方向（セル方向）を垂直にして試料を常圧下３０℃の恒温水槽に１分間浸漬する。試料を取り出して軽く水切りをした後、再び上記恒温水槽に１分間浸漬する。その後、試料を再び取り出し、セル方向を垂直にして３０秒間放置する。
【００３３】
次いで、ワイヤメッシュ製コンベアにセル方向を垂直にして試料を載せ、コンベアの進行方向に垂直に往復運動するエアノズルの下を一回通過させ、セル１３内の水を除去する。その後、重量を測定する（吸水後重量Ｗ２）。そして、吸水率＝１００×（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１の式によって中央部２１及び外周部２２の吸水率を求める。ここで、エアノズルの条件は、ノズルスロート径：４０ｍｍ、エアノズル流量：１１８Ｌ／ｍｉｎ、エアノズル位置：試料上端面から１２．７ｍｍ上方、エアノズル速度：４５サイクル／ｍｉｎである。また、コンベア移動速度は、３０．５ｃｍ／ｍｉｎである。
【００３４】
また、セラミック担体１１において、セル壁１２の壁面には、触媒（図示略）が担持されている。本例の触媒としては、Ｐｔ、Ｒｈを用いた。また、助触媒としては、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2を用いた。
なお、触媒としては、上記以外にもＰｄ、Ｂａ、Ｋ等を用いることができる。
【００３５】
次に、本例のセラミック触媒体１の製造方法について、簡単に説明する。
セラミック触媒体１を製造するに当たっては、製造工程そのものは従来と同様の工程を採用することができる。まず、セラミック担体１１を構成するコーディエライト原料をハニカム状に成形体として押出成形する。そして、その成形体を所定の長さに切断し、乾燥後、焼成する。これにより、セラミック担体１１を得る。
なお、押出成形を行う際の金型としては、セル壁１２の配設形状に対応する形状のスリット溝を設けた押出成形用金型（図示略）を用いた。上記スリット溝は、放電加工、レーザー加工等の方法により形成することができる。
【００３６】
次に、得られたセラミック担体１１に触媒を担持する。
まず、助触媒としてのＣｅＯ2／ＺｒＯ2化合物を水中で撹拌しながら、触媒としてのＰｔ、Ｒｈを含有する硝酸薬液を添加した後、水分を蒸発させる。これにより、ＣｅＯ2／ＺｒＯ2化合物の表面にＰｔ、Ｒｈを担持させた担持粉末を得る。次いで、この担持粉末を２５０℃で１時間焼成し、上記担持粉末に含まれる硝酸塩を除去する。次いで、上記担持粉末にアルミナ、バインダ等を加えてスラリー状とし、ボールミルで処理することによりスラリーに含まれる粉末（例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、アルミナ、バインダ等）の粒径をそろえる。
【００３７】
次いで、上記スラリーにセラミック担体１１を浸漬し、セラミック担体１１の表面に上記スラリーを付着させる。その後、セラミック担体１１を引き上げ、１２０℃で２０分間乾燥させ、５００℃で２時間焼成する。以上により、セラミック担体１１に触媒を担持させてなるセラミック触媒体１を得る。なお、本例のセラミック触媒体１は、セラミック担体１１の容積に対する触媒の担持量を２７０ｇ／Ｌとした。
【００３８】
次に、本例のセラミック触媒体１（本発明品Ｅ）について、図１に示すごとく、実際に排気ガス浄化用触媒として自動車エンジンの排気管３内に設置した場合における、セラミック担体１１の内部温度の分布を調べた。
セラミック担体１１の内部温度は、セラミック担体１１の両端面から軸方向に１０ｍｍの位置にそれぞれ熱電対を設けて測定を行った。測定箇所は、セラミック担体１１における中心Ｏ、外周壁１４における交点Ｐ1、Ｐ3、中心Ｏと交点Ｐ1、Ｐ3との中間点Ｍ1、Ｍ3の５点とした。
【００３９】
また、比較のために、図３に示すごとく、全領域において開口率が同じ、つまり中央部９２１及び外周部９２２の開口率が同じセラミック担体９１１に触媒を担持してなる従来のセラミック触媒体９１（従来品Ｃ）を作製し、本発明品Ｅと同様の測定を行った。
なお、セラミック担体９１１は、四角形格子状に配設されたセル壁９１２と、セル壁９１２によって区画されている多数の四角形状のセル９１３とによって構成されており、セル壁９１２及びセル９１３は、規則正しく配設されている。また、セラミック担体９１１は、その外周を円筒形状の外周壁９１４により覆われている。
【００４０】
セラミック担体１１（９１１）の内部温度の測定結果を図４に示す。図４は、セラミック担体１１（９１１）における内部位置（Ｏ、Ｐ1、Ｐ3、Ｍ1、Ｍ3）と内部温度（℃）との関係を示したものである。
同図から知られるように、従来品Ｃは、中心Ｏと交点Ｐ1、Ｐ3との温度差の平均である温度差ΔＴが約１５０℃である。これに対して、本発明品Ｅは、温度差ΔＴが約５０℃と従来品Ｃに比べて非常に小さく、また内部温度の極端なばらつきもみられない。
【００４１】
以上の結果から、本発明品Ｅであるセラミック触媒体１は、従来品Ｃに比べて、中心Ｏと外周壁１４（交点Ｐ1、Ｐ3）との温度差ΔＴを小さくすることができると共に、セラミック担体１１の内部温度のばらつきを小さくすることができるということわかる。
【００４２】
次に、本例のセラミック触媒体１（本発明品Ｅ）における作用効果について説明する。
本例のセラミック触媒体１において、セラミック担体１１の中央部２１は、上流排気管部３２をセラミック担体１１の軸方向に投影した場合に、上流排気管部３２よりも内側の領域である。そのため、中央部２１の周囲に配された外周部２２は、排気管３の通路径を上流排気管３２から拡大させた部分、つまり上流排気管部３２からの排気ガスが中央部２１よりも流入し難い部分に配置される。
【００４３】
本例のセラミック触媒体１では、上述したような排気ガスの流入し難い部分に配置される外周部２２全体の開口率を、中央部２１全体の開口率よりも大きくしてある。そのため、外周部２２の通気抵抗は、中央部２１の通気抵抗よりも小さくなり、セラミック担体１１に流入する排気ガスは、通気抵抗のより小さな外周部２２に流れ易くなる。これにより、セラミック触媒体１は、セラミック担体１１の外周部２２をより早く昇温させることができると共に、外周部２２に担持された触媒をより早く活性化することができる。
【００４４】
また、セラミック触媒体１は、セラミック担体１１の外周部２２に排気ガスを流れ易くすることにより、セラミック担体１１全体における排気ガスの流通量の偏りを低減することができる。そして、セラミック担体１１の中心Ｏと外周壁１４との温度差ΔＴ及び内部温度のばらつきを小さくすることができる。これにより、セラミック触媒体１は、セラミック担体１１に担持されている触媒を全体的に効率よく早期に活性化することができる。
【００４５】
また、セラミック触媒体１では、外周部２２の吸水率を中央部２１の吸水率よりも大きくしてある。そのため、セラミック担体１１に触媒を担持させる際に、中央部２１と外周部２２とのセル幅（セル１３の間隔）の違いによって生じる触媒の担持量の差を調整することができる。これにより、セル１３における触媒の目詰まりを防止することができ、触媒を均一に担持することができる。それ故に、セラミック触媒体１は、触媒による排気ガス浄化性能のばらつきの少ない、優れたものとなる。
【００４６】
また、本例では、外周部２２全体の開口率は、中央部２１全体の開口率の約１．０２倍である。そのため、外周部２２に排気ガスを流れ易くする効果をより一層得ることができる。
また、外周部２２は、部分的に見た開口率がセラミック担体１１の外周に近づくに従って徐々に大きくなる。外周部２２は、セラミック担体１１の外周に近づくに従って排気ガスが流れ難い。そのため、このように外周部２２の開口率をセラミック担体１１の外周に近づくに従って大きくすることによって、外周部２２全体に効率よく排気ガスを流入させることができる。これにより、外周部２２においても、排気ガスの流通量の偏りが低減され、内部温度のばらつきが小さいものとなり、セラミック担体１１全体における触媒の早期活性化をさらに図ることができる。
【００４７】
また、セラミック担体１１は、コージェライトよりなる。すなわち、セラミック担体１１として熱膨張係数の低いコーディエライトを用いることにより、耐熱衝撃性に優れたセラミック触媒体１となる。耐熱衝撃性に優れたセラミック触媒体１は、熱応力による割れ等の発生を抑制することができる。また、コーディエライトは高温耐久性に優れる材料である。したがって、担持されている触媒の性能を長期に渡り維持することができる。さらに、コーディエライトは安価であり、製造コストの低減を実現することができる。
【００４８】
このように、本例のセラミック触媒体１は、セラミック担体１１の外周部２２に排気ガスを流れ易くすることができると共に触媒の目詰まりを防止することができる構造である。また、セラミック担体１１全体における触媒の早期活性化を図ることができ、優れた排気ガス浄化性能を有するものとなる。
【００４９】
（実施例２）
本例は、実施例１のセラミック触媒体１において、セラミック担体１１の中央部２１と外周部２２との開口率の差を変化させた場合における、中心Ｏと外周壁１４との温度差ΔＴを調べたものである。
【００５０】
本例では、外周部２２の開口率が中央部２１の開口率に対してどれだけ大きいかということを表す開口率比を０〜３％の範囲で変化させ、それぞれの温度差ΔＴを測定した。なお、開口率比（％）は、中央部２１の開口率をＡ、外周部２２の開口率をＢとした場合に、１００×（Ｂ−Ａ）／Ａの式で表される。また、セラミック担体１１の内部温度の測定は、実施例１と同様である。
【００５１】
温度差ΔＴの測定結果を図５に示す。図５は、開口率比（％）と温度差ΔＴ（℃）との関係を示したものである。
同図から知られるように、開口率比が大きくなればなるほど、温度差ΔＴは小さくなる傾向にあることがわかる。例えば、セラミック触媒体１を自動車エンジンの排気ガス浄化用触媒として用いる場合には、この温度差ΔＴを１００℃以下とすることが望ましい。そのため、開口率比は、１％以上であることが好ましい。すなわち、外周部２２の開口率が中央部２１の開口率の１．０１倍以上であることが好ましい。
【００５２】
（実施例３）
本例は、実施例１のセラミック触媒体１において、セラミック担体１１における中央部２１及び外周部２２のセル１３の形状や大きさを変化させた場合の例である。以下、図６〜図１１を用いて説明する。
【００５３】
図６、図７は、中央部２１及び外周部２２のセル１３はいずれも四角形状であり、外周部２２のセル１３の開口面積が、中央部２１のセル１３の開口面積に比べて大きい例である。この場合には、外周部２２に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
図８、図９は、中央部２１のセル１３は四角形状であり、外周部２２のセル１３が六角形状である例である。六角形状のセル１３は、四角形状のセル１３よりも通気抵抗が小さい。そのため、外周部２２に排気ガスを流れ易くする効果を充分に得ることができる。
【００５４】
図１０、図１１は、外周部２２の開口率がセラミック担体１１の外周壁１４に近づくに従って徐々に大きくなる例である。本例においては、中央部２１のセル１３は四角形状であり、外周部２２のセル１３は外周壁１４に近づくに従ってセル１３の開口面積が大きくなるように放射状に設けられている。外周部２２は、セラミック担体１１の外周壁１４に近づくに従って排気ガスが流れ難くなる。そのため、このように外周部２２の開口率を外周壁１４に近づくに従って大きくすることによって、外周部２２全体に効率よく排気ガスを流入させることができる。これにより、外周部２２における排気ガスの流通量の偏り及び内部温度のばらつきが低減され、セラミック担体１１全体における触媒の早期活性化をさらに図ることができる。
【００５５】
また、図６、図８、図１０では、中央部２１と外周部２２との間に、両者を隔てる内周壁１５が設けてある。中央部２１と外周部２２とを内周壁１５を介して接合することにより、両者の間の接合強度を向上させることができる。また、これにより、セラミック担体１１全体の強度を向上させることができる。
【００５６】
これに対して、図７、図９、図１１は、中央部２１と外周部２２との間に、内周壁１５を設けない構成である。これらは、中央部２１と外周部２２との境界において、両者のセル壁１２が途切れることなく、セル壁１２同士をしっかりと接合することにより、両者の間の接合強度及びセラミック担体１１全体の強度を確保している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１における、排気管内に設置されたセラミック触媒体を示す説明図。
【図２】実施例１における、セラミック触媒体の径方向断面を示す説明図。
【図３】実施例１における、従来品のセラミック触媒体の径方向断面を示す説明図。
【図４】実施例１における、内部位置と内部温度との関係を示す説明図。
【図５】実施例２における、開口率比と温度差との関係を示す説明図。
【図６】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図７】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図８】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図９】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図１０】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【図１１】実施例３における、中央部及び外周部のセル形状を変更した例を示す説明図。
【符号の説明】
【００５８】
１ セラミック触媒体
１１ セラミック担体
１２ セル壁
１３ セル
２１ 中央部
２２ 外周部
３ 排気管
３１ 径大部
３２ 上流排気管部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを通す排気管における通路径を上流側よりも拡大させた径大部に設置される排気ガス浄化触媒用のセラミック触媒体において、
該セラミック触媒体は、ハニカム状のセル壁に囲まれたセルを多数設けてなるセラミック担体に触媒を担持させてなり、
上記セラミック担体は、上記排気管における上記径大部の直上に設けられた上流排気管部を上記セラミック担体の軸方向に投影した場合に、上記上流排気管部よりも内側の領域である中央部と、該中央部の周囲に配された外周部とを有し、
上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率よりも大きく、かつ、上記外周部の吸水率は、上記中央部の吸水率よりも大きいことを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項２】
請求項１において、上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率の１．０１倍以上であることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記中央部及び上記外周部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの開口面積は、上記中央部の上記セルの開口面積に比べて大きいことを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記中央部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの形状は六角形状であることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記外周部は、上記セラミック担体の外周に近づくに従って徐々に開口率が大きくなることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記中央部と上記外周部との間には、両者を隔てる内周壁が設けられていることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記セラミック担体は、コーディエライトよりなることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを通す排気管における通路径を上流側よりも拡大させた径大部に設置される排気ガス浄化触媒用のセラミック触媒体において、
該セラミック触媒体は、ハニカム状のセル壁に囲まれたセルを多数設けてなるセラミック担体に触媒を担持させてなり、
上記セラミック担体は、上記排気管における上記径大部の直上に設けられた上流排気管部を上記セラミック担体の軸方向に投影した場合に、上記上流排気管部よりも内側の領域である中央部と、該中央部の周囲に配された外周部とを有し、
上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率よりも大きく、かつ、上記外周部の吸水率は、上記中央部の吸水率よりも大きいことを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項２】
請求項１において、上記外周部の開口率は、上記中央部の開口率の１．０１倍以上であることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記中央部及び上記外周部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの開口面積は、上記中央部の上記セルの開口面積に比べて大きいことを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記中央部の上記セルの形状は四角形状であり、上記外周部の上記セルの形状は六角形状であることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記外周部は、上記セラミック担体の外周に近づくに従って徐々に開口率が大きくなることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記中央部と上記外周部との間には、両者を隔てる内周壁が設けられていることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記セラミック担体は、コーディエライトよりなることを特徴とするセラミック触媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１８３７０（Ｐ２００８−１８３７０Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９３７２０（Ｐ２００６−１９３７２０）
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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