排ガス浄化用触媒
【課題】排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減可能とする。
【解決手段】本発明の排ガス浄化用触媒１は、端面ＥFの位置から位置Ｐ１へ向けて厚さが減少している触媒層１２Ｆと、端面ＥRの位置から位置Ｐ２へ向けて厚さが減少している触媒層１２Ｒとを具備し、端面ＥFの位置における触媒層１２Ｆの最小厚さｄF1と中間位置ＰＭにおける触媒層１２Ｆの最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMの貫通孔ＴＨの最小径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、端面ＥRの位置における触媒層１２Ｒの最小厚さｄR2と中間位置ＰＭにおける触媒層１２Ｒの最小厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMの最小径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にある。
【解決手段】本発明の排ガス浄化用触媒１は、端面ＥFの位置から位置Ｐ１へ向けて厚さが減少している触媒層１２Ｆと、端面ＥRの位置から位置Ｐ２へ向けて厚さが減少している触媒層１２Ｒとを具備し、端面ＥFの位置における触媒層１２Ｆの最小厚さｄF1と中間位置ＰＭにおける触媒層１２Ｆの最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMの貫通孔ＴＨの最小径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、端面ＥRの位置における触媒層１２Ｒの最小厚さｄR2と中間位置ＰＭにおける触媒層１２Ｒの最小厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMの最小径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハニカム基材と触媒層とを含んだ排ガス浄化用触媒が記載されている。この触媒層には、高い排ガス浄化効率を達成するべく、下層と上層とを含んだ多層構造を採用している。
【０００３】
このような排ガス浄化用触媒では、下層を厚くすると、触媒層全体の厚さが増加し、その結果、圧力損失が増大する。圧力損失が増大すると、エンジン性能が低下する可能性がある。
【０００４】
また、特許文献２に記載されているように、排ガス浄化用触媒では、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめることがある。このような構成は、排ガス浄化効率を向上させるための一手法として広く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３５０１号公報
【特許文献２】特開２００９−６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめる場合、触媒層の厚さを上流部及び下流部の双方で薄くすれば、排ガスの圧力損失を小さくすることができると考えられる。
【０００７】
しかしながら、本発明者らは、そのような排ガス浄化用触媒であっても、圧力損失に関して改善の余地があることを見出している。
本発明の目的は、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によると、第１及び第２端面を有し、前記第１端面から前記第２端面へと延びた貫通孔が設けられた基材と、前記貫通孔の側壁のうち前記第１端面の位置から前記第１及び第２端面間の第１位置までの部分を被覆し、前記第１端面の位置から前記第１位置へ向けて厚さが減少している第１触媒層と、前記貫通孔の前記側壁のうち前記第２端面の位置から前記第１及び第２端面間の第２位置までの部分を前記第１端面側の端部が前記第１触媒層と接触するように被覆し、前記第２端面の位置から前記第２位置へ向けて厚さが減少している第２触媒層とを具備し、前記第１端面の位置における前記第１触媒層の最小厚さｄF1と前記第１及び第２位置の中間位置における前記第１触媒層の最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、前記第２端面の位置における前記第２触媒層の最小厚さｄR2と前記中間位置における前記第２触媒層の最小厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にある排ガス浄化用触媒が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一態様に係る排ガス浄化用触媒を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示す排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図。
【図３】図２に示す構造の一部を拡大した断面図。
【図４】図２に示す構造の他の一部を拡大した断面図。
【図５】図２に示す構造を上流側から見た平面図。
【図６】図２に示す構造を下流側から見た平面図。
【図７】図２に示す構造の排ガスの流れ方向に垂直な一断面を描いた図。
【図８】比較例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図。
【図９】変形例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図。
【図１０】排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の一例を示すグラフ。
【図１１】排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の他の例を示すグラフ。
【図１２】排ガス浄化用触媒の構造が炭化水素浄化能に及ぼす影響の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、理解を容易にするために、一部の図では、構造を誇張又は簡略化している。
【００１２】
図１は、本発明の一態様に係る排ガス浄化用触媒を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図である。図３は、図２に示す構造の一部を拡大した断面図である。図４は、図２に示す構造の他の一部を拡大した断面図である。図５は、図２に示す構造を上流側から見た平面図である。図６は、図２に示す構造を下流側から見た平面図である。図７は、図２に示す構造の排ガスの流れ方向に垂直な一断面を描いた図である。
【００１３】
図１乃至図７に示す排ガス浄化用触媒１は、基材１１と第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとを含んでいる。なお、図２乃至図４には、排ガスの流れの向きを白抜きの矢印で示している。用語「上流」及び「下流」は、この排ガスの流れの向きを基準として使用する。
【００１４】
基材１１は、例えば、モノリスハニカム基材である。基材１１は、例えば、コージェライトなどの耐熱性セラミックスからなる。
【００１５】
基材１１は、円柱形状を有している。基材１１は、他の形状を有していてもよい。例えば、基材１１は、楕円柱形状又は角柱形状を有していてもよい。
【００１６】
基材１１は、図２に示すように、第１端面ＥFと第２端面ＥRとを有している。基材１１には、第１端面ＥFから第２端面ＥRへと各々が延び、隔壁ＰＷによって互いから仕切られた貫通孔ＴＨが設けられている。基材１１の排ガスの流れ方向に沿った長さＬは、例えば５０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲内にあり、典型的には９５ｍｍ乃至１５５ｍｍの範囲内にある。
【００１７】
排ガスの流れ方向に対して垂直な貫通孔ＴＨの断面は、図７に示すように正方形状を有している。これら断面は、他の形状を有していてもよい。例えば、これら断面は、六角形状を有していてもよく、円形状を有していてもよい。また、典型的には、先の断面の形状及び寸法は、貫通孔ＴＨの長さ全体に亘って一定である。
【００１８】
図５乃至図７に示すように、排ガスの流れ方向に対して平行な方向から観察した場合に、貫通孔ＴＨは、正方格子状に配列している。貫通孔ＴＨの配列には、他の構造を採用してもよい。例えば、貫通孔ＴＨは、六角格子状に配列していてもよい。
【００１９】
貫通孔ＴＨの最小径Ｒは、例えば０．７８５ｍｍ乃至１．２１ｍｍの範囲内にあり、典型的には０．９５ｍｍ乃至１．１５ｍｍの範囲内にある。隔壁ＰＷの最小厚さｄPWは、例えば０．０６５ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲内にあり、典型的には０．０９ｍｍ乃至０．１５ｍｍの範囲内にある。隔壁ＰＷの最小厚さｄPWに対する貫通孔ＴＨの最小径Ｒの比Ｒ／ｄPWは、例えば２．６乃至１８．６の範囲内にあり、典型的には６．３乃至１２．７の範囲内にある。
【００２０】
なお、貫通孔ＴＨの最小径Ｒは、貫通孔ＴＨの中心線を横切り且つ両端が隔壁ＰＷ上に位置した最も短い線分の長さである。また、隔壁ＰＷの最小厚さは、隣り合った貫通孔ＴＨ間の最短距離である。
【００２１】
第１触媒層１２Ｆは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち上流側の部分を被覆している。具体的には、第１触媒層１２Ｆは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち、第１端面ＥFの位置から第１端面ＥFと第２端面ＥRとの間の第１位置Ｐ１までの部分を被覆している。
【００２２】
基材１１の長さＬに対する排ガスの流れ方向に沿った第１触媒層１２Ｆの寸法の比、即ち長さＬに対する図２に示す長さＬFの比ＬF／Ｌは、例えば０．２乃至０．８の範囲内にあり、典型的には０．３乃至０．６の範囲内にある。
【００２３】
第１触媒層１２Ｆの厚さは、第１端面ＥFの位置から第１位置Ｐ１へ向けて減少している。第１端面ＥFの位置における第１触媒層１２Ｆの最小厚さｄF1と中間位置ＰＭにおける第１触媒層１２Ｆの最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMは、例えば１５μｍ乃至１７５μｍの範囲内にあり、典型的には５０μｍ乃至１５０μｍの範囲内にある。また、差ｄF1−ｄFMの長さＬFに対する比（ｄF1−ｄFM）／ＬFは、例えば０．０００１６乃至０．０１８の範囲内にあり、典型的には０．０００５乃至０．００２の範囲内にある。そして、差ｄF1−ｄFMの貫通孔ＴＨの径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは、０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、典型的には０．０２乃至０．０５の範囲内にある。
【００２４】
なお、第１端面ＥFの位置における第１触媒層１２Ｆの最小厚さｄF1は、必ずしも第１端面ＥFを含む平面における第１触媒層１２Ｆの最小厚さを意味しているものではない。例えば、排ガスの流れ方向に沿った第１触媒層１２Ｆの断面を観察した場合に、第１触媒層１２Ｆの第１端面ＥF側の端部が丸まっている場合には、この丸まっている端部は考慮しない。即ち、このような場合は、厚さｄF1は、第１端面ＥFを含む平面への正射影における第１触媒層１２Ｆの最小厚さと等しい。また、中間位置ＰＭは、ここでは、第１位置Ｐ１と後述する第２位置Ｐ２との間に介在し、端面ＥF及びＥRに平行であり且つ位置Ｐ１及びＰ２からの距離が等しい平面上の位置である。
【００２５】
第１触媒層１２Ｆは、例えば、貴金属粒子などの触媒金属粒子又は活性成分と、これらを担持したアルミナ粒子などの耐熱性担体とを含んでいる。第１触媒層１２Ｆは、他の成分を更に含んでいてもよい。例えば、第１触媒層１２Ｆは、酸化セリウムなどの酸素貯蔵材料を更に含んでいてもよい。
【００２６】
第２触媒層１２Ｒは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち下流側の部分を被覆している。具体的には、第２触媒層１２Ｒは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち、第２端面ＥRの位置から第１端面ＥFと第２端面ＥRとの間の第２位置Ｐ２までの部分を、その第１端面ＥF側の端部が第１触媒層１２Ｆと接触するように被覆している。第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとの重複部の排ガスの流れ方向に沿った長さＬovlは、例えば０ｍｍ乃至１２０ｍｍの範囲内にあり、典型的には１０ｍｍ乃至４０ｍｍの範囲内にある。
【００２７】
基材１１の長さＬに対する排ガスの流れ方向に沿った第２触媒層１２Ｒの寸法の比、即ち長さＬに対する図２に示す長さＬRの比ＬR／Ｌは、例えば０．４乃至０．８の範囲内にあり、典型的には５０乃至７０の範囲内にある。
【００２８】
第２触媒層１２Ｒの厚さは、第２端面ＥRの位置から第２位置Ｐ２へ向けて減少している。第２端面ＥRの位置における第２触媒層１２Ｒの厚さｄR2と中間位置ＰＭにおける第２触媒層１２Ｒの厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMは、例えば１５μｍ乃至１７５μｍの範囲内にあり、典型的には５０μｍ乃至１５０μｍの範囲内にある。また、差ｄR2−ｄRMの長さＬRに対する比（ｄR2−ｄRM）／ＬRは、例えば０．０００１６乃至０．０１８の範囲内にあり、典型的には０．０００５乃至０．００２の範囲内にある。そして、差ｄR2−ｄRMの貫通孔ＴＨの径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは、０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、典型的には０．０２乃至０．０５の範囲内にある。
【００２９】
なお、第２端面ＥRの位置における第２触媒層１２Ｒの最小厚さｄR2は、必ずしも第２端面ＥRを含む平面における第２触媒層１２Ｒの最小厚さを意味しているものではない。例えば、排ガスの流れ方向に沿った第２触媒層１２Ｒの断面を観察した場合に、第２触媒層１２Ｒの第２端面ＥR側の端部が丸まっている場合には、この丸まっている端部は考慮しない。即ち、このような場合は、最小厚さｄR2は、第２端面ＥRを含む平面への正射影における第２触媒層１２Ｒの最小厚さと等しい。
【００３０】
第２触媒層１２Ｒは、第１触媒層１２Ｆと組成が等しくてもよいが、典型的には、第１触媒層１２Ｆとは組成が異なっている。第２触媒層１２Ｒは、例えば、貴金属粒子などの触媒金属粒子と、これらを担持したアルミナ粒子などの耐熱性担体とを含んでいる。第２触媒層１２Ｒは、他の成分を更に含んでいてもよい。例えば、第２触媒層１２Ｒは、酸化セリウムなどの酸素貯蔵材料を更に含んでいてもよい。
【００３１】
図１乃至図７に示す排ガス浄化用触媒１は、例えば、以下の方法により製造することができる。
まず、第１触媒層１２Ｆを形成するための第１スラリーを準備する。第１スラリーは、第１触媒層１２Ｆの成分又はその原料を含んでいる。第１スラリーは、一般的な排ガス浄化用触媒の製造において使用されているスラリーと比較して、遥かに高い粘度を有している。第１スラリーは、例えば、コーン・アンド・プレート型の粘度計を使用し、剪断速度を１００ｓ-1として測定を行ったときに１００ｍＰａ・Ｓ乃至１６０Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように、及び、剪断速度を１ｓ-1として測定を行ったときに２５００ｍＰａ・Ｓ乃至４０００Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように調製する。第１スラリーの粘度調整には、増粘剤を利用してもよい。
【００３２】
次に、筒型のガイド部材の一方の開口に基材１１の一端、即ち第１端面ＥF側の端部を嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置する。なお、このガイド部材は、典型的には、基材１１が嵌め込まれた端から他方の端へ向けて拡径している。ガイド部材は、基材１１の上方に液溜めを形成する。
【００３３】
次いで、この液溜めに所定量の第１スラリーを供給し、必要に応じて、第１スラリーの液面を平らにするために、ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させる。続いて、基材１１の第２端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥF側から端面ＥR側への第１スラリーの移動を促進する。ここで、第１スラリーの粘度と吸引力及び吸引時間とを最適化すると、上述した第１触媒層１２Ｆと同様に第１端面ＥFの位置から第１位置Ｐ１へ向けて厚さが減少している第１塗膜が得られる。
【００３４】
その後、基材１１からガイド部材を取り外し、必要に応じて第１塗膜を乾燥させる。更に、任意にこの塗膜をか焼又は焼成する。これにより、第１触媒層１２Ｆ又はその前駆体を得る。
【００３５】
次に、第２触媒層１２Ｒを形成するための第２スラリーを準備する。第２スラリーは、第２触媒層１２Ｒの成分又はその原料を含んでいる。第２スラリーも、第１スラリーと同様に、一般的な排ガス浄化用触媒の製造において使用されているスラリーと比較して、遥かに高い粘度を有している。第２スラリーは、例えば、コーン・アンド・プレート型の粘度計を使用し、剪断速度を１００ｓ-1として測定を行ったときに１００ｍＰａ・Ｓ乃至１６０Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように、及び、剪断速度を１ｓ-1として測定を行ったときに２５００ｍＰａ・Ｓ乃至４０００Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように調製する。第２スラリーの粘度調整には、増粘剤を利用してもよい。
【００３６】
次いで、基材１１の反対側の端、即ち第２端面ＥR側の端部をガイド部材に嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置する。そして、ガイド部材が基材１１の上方に形成している液溜めに所定量の第２スラリーを供給し、必要に応じて、第１スラリーの液面を平らにするために、ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させる。続いて、基材１１の第１端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥR側から端面ＥF側への第２スラリーの移動を促進する。ここで、第２スラリーの粘度と吸引力及び吸引時間とを最適化すると、上述した第２触媒層１２Ｒと同様に第２端面ＥRの位置から第２位置Ｐ２へ向けて厚さが減少している第２塗膜が得られる。
【００３７】
その後、基材１１からガイド部材を取り外し、塗膜を乾燥させる。更に、この塗膜をか焼又は焼成する。これにより、第２触媒層１２Ｒを又は第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとを得る。
以上のようにして、図１乃至図７に示す排ガス浄化用触媒１を完成する。
【００３８】
この排ガス浄化用触媒１は、排ガスの圧力損失が比較的小さい。これについて、図２及び図８を対比しながら説明する。
【００３９】
図８は、比較例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図である。
図８には、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた従来の排ガス浄化用触媒に一般的な構造を描いている。なお、図８に示す排ガス浄化用触媒１’は、例えば、以下の方法により得られる。
【００４０】
まず、触媒層１２Ｆを形成するための第３スラリーを準備する。第３スラリーは、触媒層１２Ｆの成分又はその原料を含んでいる。第３スラリーは、排ガス浄化用触媒１について上述した第１スラリーと比較して、遥かに低い粘度を有している。
【００４１】
次に、第３スラリーに基材１１の一端、即ち端面ＥF側の端部を浸漬させ、基材１１の他端、即ち端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥF側から端面ＥR側へと第３スラリーを吸い上げる。第３スラリーが所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止する。吸引を停止すると、貫通孔ＴＨ内の第３スラリーは、その一部を隔壁ＰＷ上に残して、端面ＥF側の開口から排出される。このようにして、隔壁ＰＷのうち上流側の部分に第３塗膜を形成する。
【００４２】
その後、必要に応じて第３塗膜を乾燥させ、任意にこの塗膜をか焼又は焼成する。これにより、触媒層１２Ｆ又はその前駆体を得る。
【００４３】
次に、触媒層１２Ｒを形成するための第４スラリーを準備する。第４スラリーは、触媒層１２Ｒの成分又はその原料を含んでいる。第４スラリーは、排ガス浄化用触媒１について上述した第２スラリーと比較して、遥かに低い粘度を有している。
【００４４】
次いで、第４スラリーに基材１１の反対側の端、即ち第２端面ＥR側の端部を浸漬させ、基材１１の他端、即ち端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥR側から端面ＥF側へと第４スラリーを吸い上げる。第４スラリーが所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止する。吸引を停止すると、貫通孔ＴＨ内の第４スラリーは、その一部を隔壁ＰＷ上に残して、端面ＥR側の開口から排出される。このようにして、隔壁ＰＷのうち下流側の部分に第４塗膜を形成する。
【００４５】
その後、塗膜を乾燥させ、更に塗膜をか焼又は焼成する。これにより、触媒層１２Ｒを又は触媒層１２Ｆと触媒層１２Ｒとを得る。
以上のようにして、図８に示す排ガス浄化用触媒１を完成する。
【００４６】
上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた従来の排ガス浄化用触媒では、一般に、図８に示す排ガス浄化用触媒１’のように、上流側の触媒層１２Ｆの厚さは、基材１１の上流側端面ＥFの位置から下流側へ向けて増加している。他方、下流側の触媒層１２Ｒの厚さは、基材１１の下流側端面ＥRの位置から上流側へ向けて増加している。また、熱伝導が不十分であることに起因した割れを防ぐため、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒは、互いに接触するように設けられている。そして、通常、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒの位置誤差を見込んで、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒが部分的に重なり合う設計を採用している。
【００４７】
このため、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた排ガス浄化用触媒に一般的な構造においては、上流側の触媒層１２Ｆと下流側の触媒層１２Ｒとが重なり合った位置における排ガスの流路の径と、上流側端面ＥFの近傍又は下流側端面ＥRの近傍における排ガスの流路の径との差が大きい。このような理由で、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた従来の排ガス浄化用触媒では、排ガスの圧力損失が比較的大きかったものと考えられる。
【００４８】
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１では、第１触媒層１２Ｆの厚さは第１端面ＥFの位置から第１位置Ｐ１へ向けて減少しており、第２触媒層１２Ｒの厚さは第２端面ＥRの位置から第２位置Ｐ２へ向けて減少している。それ故、第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとが重なり合った位置で、排ガスの流路が著しく狭くなることはない。それ故、この排ガス浄化用触媒１では、排ガスの圧力損失が比較的小さい。即ち、図１乃至図７を参照しながら説明した構造を採用すると、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減することが可能となる。
【００４９】
なお、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ又は比（ｄR2−ｄRM）／Ｒが小さい場合、第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとが重なり合った位置における排ガスの流路の広さは不十分である可能性がある。即ち、この場合、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を十分に低減できない可能性がある。
【００５０】
また、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ又は比（ｄR2−ｄRM）／Ｒを大きくすると、端面ＥF又はＥRの位置において排ガスの流路が狭くなる。端面ＥF又はＥRの位置における排ガスの流路が狭い場合も、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を十分に低減できない。
【００５１】
そして、排ガスの流路の形状を変更すると、排ガス中の浄化すべき成分と触媒金属などとの接触の頻度が変化する。即ち、排ガスの流路の形状変更は、排ガス浄化用触媒の排ガス浄化能に影響を及ぼす。
【００５２】
比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び比（ｄR2−ｄRM）／Ｒが上記の範囲内にある場合、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を十分に低減することができる。加えて、この場合、優れた排ガス浄化能を達成することができる。
【００５３】
この排ガス浄化用触媒１には、様々な変形が可能である。
例えば、第１触媒層１２Ｆの下流側端部を第２触媒層１２Ｒの上流側端部と基材１１との間に介在させる代わりに、第２触媒層１２Ｒの上流側端部を第１触媒層１２Ｆの下流側端部と基材１１との間に介在させてもよい。或いは、排ガス浄化用触媒１には、図９に示す構造を採用してもよい。
【００５４】
図９は、一変形例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図である。
図９に示す排ガス浄化用触媒１は、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒが重なり合っておらず、それらの端面同士が接触するように設けられていること以外は、図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１と同様である。なお、この構造を採用した場合、中間位置ＰＭは、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒ間の界面内の位置を意味する。
【００５５】
図９に示す設計を採用した場合、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒには、より高い位置精度が要求される。但し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒが部分的に重なり合うような位置誤差を生じたとしても、それらが重なり合った部分において排ガスの流路が過剰に狭くなることはない。従って、この場合も、図１乃至図７を参照しながら説明した構造を採用した場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００５６】
以下に本発明の例を記載する。
＜触媒Ｃ１の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００５７】
まず、１．５ｇのパラジウムを含んだ硝酸パラジウム水溶液と、１００ｇのアルミナ粉末とを混合した。この混合液を２５０℃で８時間に亘って乾燥させ、次いで、これにより得られた粉末を５００℃で２時間に亘って焼成した。以下、このようにして得られた粉末を「粉末Ｐ１」と呼ぶ。
【００５８】
次に、１００ｇの粉末Ｐ１と５０ｇのセリア粉末とを４００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１」と呼ぶ。
【００５９】
次いで、上述したガイド部材の一方の開口に基材１１の第１端面ＥF側の端部を嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置した。ここでは、基材１１として、円柱形状を有しているコージェライト製のモノリスハニカム基材を使用した。ここで使用した基材１１の直径は１０３ｍｍであり、長さは１０５ｍｍであった。また、この基材１１は、貫通孔ＴＨの排ガスの流れ方向に対して垂直な断面が正方形状を有している貫通孔ＴＨが１平方インチ当り６００個の密度で設けられており、１Ｌの容積を有していた。そして、貫通孔ＴＨの最小径Ｒは０．９５ｍｍであり、隔壁ＰＷの最小厚さは０．０９ｍｍであった。
【００６０】
次に、ガイド部材が基材１１の上方に形成している液溜めに、３００ｇのスラリーＳ１を供給した。ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させてスラリーＳ１の液面を平らにした後、基材１１の第２端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。この吸引は、４０ｍ／秒の風速で５秒間に亘って行った。
【００６１】
次に、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、５０ｇのアルミナ粉末と、５０ｇのジルコニア粉末とを、２５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ２」と呼ぶ。
【００６２】
次に、上述したガイド部材の一方の開口に先の基材１１の第２端面ＥR側の端部を嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置した。次いで、ガイド部材が基材１１の上方に形成している液溜めに、３００ｇのスラリーＳ２を供給した。ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させてスラリーＳ２の液面を平らにした後、基材１１の第１端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。この吸引は、４０ｍ／秒の風速で５秒間に亘って行った。
【００６３】
その後、基材１１からガイド部材を取り外し、塗膜を１５０℃で１時間に亘って乾燥させた。更に、これを５００℃で１時間に亘って焼成した。
【００６４】
以上のようにして、図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を得た。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ１」と呼ぶ。
【００６５】
次に、触媒Ｃ１の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６５ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．０７ｍｍであり、最小厚さｄFMは４ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６５ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．０５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０３ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００６６】
＜触媒Ｃ２の製造＞
図８を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１’を、以下の方法により製造した。
【００６７】
まず、１．５ｇの粉末Ｐ１と１００ｇのセリア粉末とを４００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ３」と呼ぶ。
【００６８】
次に、スラリーＳ３に基材１１の端面ＥF側の端部を浸漬させ、基材１１の端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。これにより、端面ＥF側から端面ＥR側へとスラリーＳ３を吸い上げた。スラリーＳ３が所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止した。このようにして、隔壁ＰＷのうち上流側の部分に、触媒Ｃ１と長さＬFが等しい触媒層１２Ｆが得られるように塗膜を形成した。
【００６９】
次いで、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、５０ｇのアルミナ粉末と、５０ｇのジルコニア粉末とを、２５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ４」と呼ぶ。
【００７０】
続いて、スラリーＳ４に基材１１の端面ＥR側の端部を浸漬させ、基材１１の端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。これにより、端面ＥR側から端面ＥF側へとスラリーＳ４を吸い上げた。スラリーＳ４が所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止した。このようにして、隔壁ＰＷのうち下流側の部分に、触媒Ｃ１と長さＬRが等しい触媒層１２Ｒが得られるように塗膜を形成した。
【００７１】
その後、塗膜を１５０℃で１時間に亘って乾燥させた。更に、これを５００℃で１時間に亘って焼成した。
【００７２】
以上のようにして、図８を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を得た。以下、この排ガス浄化用触媒１’を「触媒Ｃ２」と呼ぶ。
【００７３】
次に、触媒Ｃ２の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、最小厚さｄF1は０．０７ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．１ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、最小厚さｄR2は０．０５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０８ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００７４】
＜触媒Ｃ３の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００７５】
２０ｇの粉末Ｐ１と１０ｇのセリア粉末とを７５ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ５」と呼ぶ。
【００７６】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、２０ｇのアルミナ粉末と、２０ｇのジルコニア粉末とを、１００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ６」と呼ぶ。
【００７７】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ５及びＳ６をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ５の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行い、スラリーＳ６の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ３」と呼ぶ。
【００７８】
次に、触媒Ｃ３の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．００８ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．００８ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００７９】
＜触媒Ｃ４の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００８０】
１００ｇの粉末Ｐ１と８０ｇのセリア粉末とを４５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ７」と呼ぶ。
【００８１】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、１００ｇのアルミナ粉末と、１００ｇのジルコニア粉末とを、５００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ８」と呼ぶ。
【００８２】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ７及びＳ８をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ７の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行い、スラリーＳ８の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ４」と呼ぶ。
【００８３】
次に、触媒Ｃ４の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．１ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．０６ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．１ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０６ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００８４】
＜触媒Ｃ５の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００８５】
２００ｇの粉末Ｐ１と１５０ｇのセリア粉末とを９００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ９」と呼ぶ。
【００８６】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、２００ｇのアルミナ粉末と、１７０ｇのジルコニア粉末とを、９００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１０」と呼ぶ。
【００８７】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ９及びＳ１０をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ９の吸引を４０ｍ／秒の風速で１０秒間に亘って行い、スラリーＳ１０の吸引を４０ｍ／秒の風速で１０秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ５」と呼ぶ。
【００８８】
次に、触媒Ｃ５の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．１７５ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．１ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．１７５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．１ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００８９】
＜触媒Ｃ６の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００９０】
２０ｇの粉末Ｐ１と１０ｇのセリア粉末とを７５ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１１」と呼ぶ。
【００９１】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、１００ｇのアルミナ粉末と、１００ｇのジルコニア粉末とを、５００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１２」と呼ぶ。
【００９２】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ１１及びＳ１２をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ１１の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行い、スラリーＳ１２の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ６」と呼ぶ。
【００９３】
次に、触媒Ｃ６の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．００８ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．１ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０６ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００９４】
＜触媒Ｃ７の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００９５】
１００ｇの粉末Ｐ１と８０ｇのセリア粉末とを４５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１３」と呼ぶ。
【００９６】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、２０ｇのアルミナ粉末と、２０ｇのジルコニア粉末とを、１００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１４」と呼ぶ。
【００９７】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ１３及びＳ１４をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ１３の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行い、スラリーＳ１４の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ７」と呼ぶ。
【００９８】
次に、触媒Ｃ７の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．１ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．０６ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．００８ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００９９】
触媒Ｃ１乃至Ｃ７の各種寸法を、以下の表１に纏める。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
＜性能評価１＞
触媒Ｃ１及びＣ２の各々に、その端面ＥF側から１ｈＰａの空気を５ｍ3／分の流量で供給して、端面ＥF側における空気の圧力と端面ＥR側における空気の圧力とを測定し、それら圧力の差を圧力損失として求めた。ここでは、空気の温度及び相対湿度はそれぞれ２０℃及び６５％に設定した。図１０に、その結果を示す。
【０１０２】
図１０は、排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の一例を示すグラフである。図１０に示すように、触媒Ｃ１は、触媒Ｃ２と比較して、排ガスの圧力損失が小さかった。
【０１０３】
＜性能評価２＞
触媒Ｃ３及びＣ７の各々に、その端面ＥF側から１ｈＰａの空気を５ｍ3／分の流量で供給して、端面ＥF側における空気の圧力と端面ＥR側における空気の圧力とを測定し、それら圧力の差を圧力損失として求めた。ここでは、空気の温度及び相対湿度はそれぞれ２０℃及び６５％に設定した。図１１に、その結果を示す。
【０１０４】
図１１は、排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の他の例を示すグラフである。触媒Ｃ３乃至Ｃ５について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの各々を大きくすると圧力損失は大きくなり、それらの各々を小さくすると圧力損失は小さくなった。また、触媒Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６及びＣ７について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの一方のみを大きくすると圧力損失は大きくなり、それらの一方のみを小さくすると圧力損失は小さくなった。
【０１０５】
＜性能評価３＞
触媒Ｃ３乃至Ｃ７の各々を流通式の耐久試験装置内に配置し、触媒床に窒素を主成分としたガスを５００ｍＬ／分の流量で５時間流通させた。この間、触媒の温度は１０００℃に維持した。また、触媒に流通させるガスとしては、リーンガスとリッチガスとを使用し、これらガスは５分毎に切り替えた。なお、リーンガスは、窒素に酸素を５％加えてなる混合ガスに１０％の水蒸気をさらに加えてなるガスであり、リッチガスは、窒素に一酸化炭素を１０％加えてなる混合ガスに１０％の水蒸気をさらに加えてなるガスである。
【０１０６】
その後、これら排ガス浄化用触媒を、常圧固定床流通反応装置内に配置した。次いで、触媒床にモデルガスを流通させながら、触媒床温度を１００℃から５００℃まで１２℃／分の速度で昇温させ、その間の排ガス浄化率を連続的に測定した。なお、モデルガスとしては、酸化性成分（酸素及び窒素酸化物）と還元性成分（一酸化炭素、炭化水素、水素）とを化学量論的に当量としたガスを使用した。その結果を、図１２に示す。
【０１０７】
図１２は、排ガス浄化用触媒の構造が炭化水素浄化能に及ぼす影響の一例を示すグラフである。図１２において、「ＨＣ−Ｔ５０％」は、モデルガスに含まれる炭化水素の５０％以上を浄化できた触媒の最低温度、即ち炭化水素の５０％浄化温度を意味している。
【０１０８】
触媒Ｃ３乃至Ｃ５について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの各々を大きくすると炭化水素の５０％浄化温度は低くなり、それらの各々を小さくすると炭化水素の５０％浄化温度は高くなった。また、触媒Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６及びＣ７について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの一方のみを大きくすると炭化水素の５０％浄化温度は低くなり、それらの一方のみを小さくすると炭化水素の５０％浄化温度は高くなった。
【符号の説明】
【０１０９】
１…排ガス浄化用触媒、１１…基材、１２Ｆ…第１触媒層、１２Ｒ…第２触媒層、ＥF…第１端面、ＥR…第２端面、Ｐ１…位置、Ｐ２…位置、ＰＭ…位置、ＰＷ…隔壁、ＴＨ…貫通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハニカム基材と触媒層とを含んだ排ガス浄化用触媒が記載されている。この触媒層には、高い排ガス浄化効率を達成するべく、下層と上層とを含んだ多層構造を採用している。
【０００３】
このような排ガス浄化用触媒では、下層を厚くすると、触媒層全体の厚さが増加し、その結果、圧力損失が増大する。圧力損失が増大すると、エンジン性能が低下する可能性がある。
【０００４】
また、特許文献２に記載されているように、排ガス浄化用触媒では、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめることがある。このような構成は、排ガス浄化効率を向上させるための一手法として広く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３５０１号公報
【特許文献２】特開２００９−６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめる場合、触媒層の厚さを上流部及び下流部の双方で薄くすれば、排ガスの圧力損失を小さくすることができると考えられる。
【０００７】
しかしながら、本発明者らは、そのような排ガス浄化用触媒であっても、圧力損失に関して改善の余地があることを見出している。
本発明の目的は、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によると、第１及び第２端面を有し、前記第１端面から前記第２端面へと延びた貫通孔が設けられた基材と、前記貫通孔の側壁のうち前記第１端面の位置から前記第１及び第２端面間の第１位置までの部分を被覆し、前記第１端面の位置から前記第１位置へ向けて厚さが減少している第１触媒層と、前記貫通孔の前記側壁のうち前記第２端面の位置から前記第１及び第２端面間の第２位置までの部分を前記第１端面側の端部が前記第１触媒層と接触するように被覆し、前記第２端面の位置から前記第２位置へ向けて厚さが減少している第２触媒層とを具備し、前記第１端面の位置における前記第１触媒層の最小厚さｄF1と前記第１及び第２位置の中間位置における前記第１触媒層の最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、前記第２端面の位置における前記第２触媒層の最小厚さｄR2と前記中間位置における前記第２触媒層の最小厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にある排ガス浄化用触媒が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一態様に係る排ガス浄化用触媒を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示す排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図。
【図３】図２に示す構造の一部を拡大した断面図。
【図４】図２に示す構造の他の一部を拡大した断面図。
【図５】図２に示す構造を上流側から見た平面図。
【図６】図２に示す構造を下流側から見た平面図。
【図７】図２に示す構造の排ガスの流れ方向に垂直な一断面を描いた図。
【図８】比較例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図。
【図９】変形例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図。
【図１０】排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の一例を示すグラフ。
【図１１】排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の他の例を示すグラフ。
【図１２】排ガス浄化用触媒の構造が炭化水素浄化能に及ぼす影響の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、理解を容易にするために、一部の図では、構造を誇張又は簡略化している。
【００１２】
図１は、本発明の一態様に係る排ガス浄化用触媒を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図である。図３は、図２に示す構造の一部を拡大した断面図である。図４は、図２に示す構造の他の一部を拡大した断面図である。図５は、図２に示す構造を上流側から見た平面図である。図６は、図２に示す構造を下流側から見た平面図である。図７は、図２に示す構造の排ガスの流れ方向に垂直な一断面を描いた図である。
【００１３】
図１乃至図７に示す排ガス浄化用触媒１は、基材１１と第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとを含んでいる。なお、図２乃至図４には、排ガスの流れの向きを白抜きの矢印で示している。用語「上流」及び「下流」は、この排ガスの流れの向きを基準として使用する。
【００１４】
基材１１は、例えば、モノリスハニカム基材である。基材１１は、例えば、コージェライトなどの耐熱性セラミックスからなる。
【００１５】
基材１１は、円柱形状を有している。基材１１は、他の形状を有していてもよい。例えば、基材１１は、楕円柱形状又は角柱形状を有していてもよい。
【００１６】
基材１１は、図２に示すように、第１端面ＥFと第２端面ＥRとを有している。基材１１には、第１端面ＥFから第２端面ＥRへと各々が延び、隔壁ＰＷによって互いから仕切られた貫通孔ＴＨが設けられている。基材１１の排ガスの流れ方向に沿った長さＬは、例えば５０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲内にあり、典型的には９５ｍｍ乃至１５５ｍｍの範囲内にある。
【００１７】
排ガスの流れ方向に対して垂直な貫通孔ＴＨの断面は、図７に示すように正方形状を有している。これら断面は、他の形状を有していてもよい。例えば、これら断面は、六角形状を有していてもよく、円形状を有していてもよい。また、典型的には、先の断面の形状及び寸法は、貫通孔ＴＨの長さ全体に亘って一定である。
【００１８】
図５乃至図７に示すように、排ガスの流れ方向に対して平行な方向から観察した場合に、貫通孔ＴＨは、正方格子状に配列している。貫通孔ＴＨの配列には、他の構造を採用してもよい。例えば、貫通孔ＴＨは、六角格子状に配列していてもよい。
【００１９】
貫通孔ＴＨの最小径Ｒは、例えば０．７８５ｍｍ乃至１．２１ｍｍの範囲内にあり、典型的には０．９５ｍｍ乃至１．１５ｍｍの範囲内にある。隔壁ＰＷの最小厚さｄPWは、例えば０．０６５ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲内にあり、典型的には０．０９ｍｍ乃至０．１５ｍｍの範囲内にある。隔壁ＰＷの最小厚さｄPWに対する貫通孔ＴＨの最小径Ｒの比Ｒ／ｄPWは、例えば２．６乃至１８．６の範囲内にあり、典型的には６．３乃至１２．７の範囲内にある。
【００２０】
なお、貫通孔ＴＨの最小径Ｒは、貫通孔ＴＨの中心線を横切り且つ両端が隔壁ＰＷ上に位置した最も短い線分の長さである。また、隔壁ＰＷの最小厚さは、隣り合った貫通孔ＴＨ間の最短距離である。
【００２１】
第１触媒層１２Ｆは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち上流側の部分を被覆している。具体的には、第１触媒層１２Ｆは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち、第１端面ＥFの位置から第１端面ＥFと第２端面ＥRとの間の第１位置Ｐ１までの部分を被覆している。
【００２２】
基材１１の長さＬに対する排ガスの流れ方向に沿った第１触媒層１２Ｆの寸法の比、即ち長さＬに対する図２に示す長さＬFの比ＬF／Ｌは、例えば０．２乃至０．８の範囲内にあり、典型的には０．３乃至０．６の範囲内にある。
【００２３】
第１触媒層１２Ｆの厚さは、第１端面ＥFの位置から第１位置Ｐ１へ向けて減少している。第１端面ＥFの位置における第１触媒層１２Ｆの最小厚さｄF1と中間位置ＰＭにおける第１触媒層１２Ｆの最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMは、例えば１５μｍ乃至１７５μｍの範囲内にあり、典型的には５０μｍ乃至１５０μｍの範囲内にある。また、差ｄF1−ｄFMの長さＬFに対する比（ｄF1−ｄFM）／ＬFは、例えば０．０００１６乃至０．０１８の範囲内にあり、典型的には０．０００５乃至０．００２の範囲内にある。そして、差ｄF1−ｄFMの貫通孔ＴＨの径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは、０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、典型的には０．０２乃至０．０５の範囲内にある。
【００２４】
なお、第１端面ＥFの位置における第１触媒層１２Ｆの最小厚さｄF1は、必ずしも第１端面ＥFを含む平面における第１触媒層１２Ｆの最小厚さを意味しているものではない。例えば、排ガスの流れ方向に沿った第１触媒層１２Ｆの断面を観察した場合に、第１触媒層１２Ｆの第１端面ＥF側の端部が丸まっている場合には、この丸まっている端部は考慮しない。即ち、このような場合は、厚さｄF1は、第１端面ＥFを含む平面への正射影における第１触媒層１２Ｆの最小厚さと等しい。また、中間位置ＰＭは、ここでは、第１位置Ｐ１と後述する第２位置Ｐ２との間に介在し、端面ＥF及びＥRに平行であり且つ位置Ｐ１及びＰ２からの距離が等しい平面上の位置である。
【００２５】
第１触媒層１２Ｆは、例えば、貴金属粒子などの触媒金属粒子又は活性成分と、これらを担持したアルミナ粒子などの耐熱性担体とを含んでいる。第１触媒層１２Ｆは、他の成分を更に含んでいてもよい。例えば、第１触媒層１２Ｆは、酸化セリウムなどの酸素貯蔵材料を更に含んでいてもよい。
【００２６】
第２触媒層１２Ｒは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち下流側の部分を被覆している。具体的には、第２触媒層１２Ｒは、貫通孔ＴＨの側壁ＰＷのうち、第２端面ＥRの位置から第１端面ＥFと第２端面ＥRとの間の第２位置Ｐ２までの部分を、その第１端面ＥF側の端部が第１触媒層１２Ｆと接触するように被覆している。第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとの重複部の排ガスの流れ方向に沿った長さＬovlは、例えば０ｍｍ乃至１２０ｍｍの範囲内にあり、典型的には１０ｍｍ乃至４０ｍｍの範囲内にある。
【００２７】
基材１１の長さＬに対する排ガスの流れ方向に沿った第２触媒層１２Ｒの寸法の比、即ち長さＬに対する図２に示す長さＬRの比ＬR／Ｌは、例えば０．４乃至０．８の範囲内にあり、典型的には５０乃至７０の範囲内にある。
【００２８】
第２触媒層１２Ｒの厚さは、第２端面ＥRの位置から第２位置Ｐ２へ向けて減少している。第２端面ＥRの位置における第２触媒層１２Ｒの厚さｄR2と中間位置ＰＭにおける第２触媒層１２Ｒの厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMは、例えば１５μｍ乃至１７５μｍの範囲内にあり、典型的には５０μｍ乃至１５０μｍの範囲内にある。また、差ｄR2−ｄRMの長さＬRに対する比（ｄR2−ｄRM）／ＬRは、例えば０．０００１６乃至０．０１８の範囲内にあり、典型的には０．０００５乃至０．００２の範囲内にある。そして、差ｄR2−ｄRMの貫通孔ＴＨの径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは、０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、典型的には０．０２乃至０．０５の範囲内にある。
【００２９】
なお、第２端面ＥRの位置における第２触媒層１２Ｒの最小厚さｄR2は、必ずしも第２端面ＥRを含む平面における第２触媒層１２Ｒの最小厚さを意味しているものではない。例えば、排ガスの流れ方向に沿った第２触媒層１２Ｒの断面を観察した場合に、第２触媒層１２Ｒの第２端面ＥR側の端部が丸まっている場合には、この丸まっている端部は考慮しない。即ち、このような場合は、最小厚さｄR2は、第２端面ＥRを含む平面への正射影における第２触媒層１２Ｒの最小厚さと等しい。
【００３０】
第２触媒層１２Ｒは、第１触媒層１２Ｆと組成が等しくてもよいが、典型的には、第１触媒層１２Ｆとは組成が異なっている。第２触媒層１２Ｒは、例えば、貴金属粒子などの触媒金属粒子と、これらを担持したアルミナ粒子などの耐熱性担体とを含んでいる。第２触媒層１２Ｒは、他の成分を更に含んでいてもよい。例えば、第２触媒層１２Ｒは、酸化セリウムなどの酸素貯蔵材料を更に含んでいてもよい。
【００３１】
図１乃至図７に示す排ガス浄化用触媒１は、例えば、以下の方法により製造することができる。
まず、第１触媒層１２Ｆを形成するための第１スラリーを準備する。第１スラリーは、第１触媒層１２Ｆの成分又はその原料を含んでいる。第１スラリーは、一般的な排ガス浄化用触媒の製造において使用されているスラリーと比較して、遥かに高い粘度を有している。第１スラリーは、例えば、コーン・アンド・プレート型の粘度計を使用し、剪断速度を１００ｓ-1として測定を行ったときに１００ｍＰａ・Ｓ乃至１６０Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように、及び、剪断速度を１ｓ-1として測定を行ったときに２５００ｍＰａ・Ｓ乃至４０００Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように調製する。第１スラリーの粘度調整には、増粘剤を利用してもよい。
【００３２】
次に、筒型のガイド部材の一方の開口に基材１１の一端、即ち第１端面ＥF側の端部を嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置する。なお、このガイド部材は、典型的には、基材１１が嵌め込まれた端から他方の端へ向けて拡径している。ガイド部材は、基材１１の上方に液溜めを形成する。
【００３３】
次いで、この液溜めに所定量の第１スラリーを供給し、必要に応じて、第１スラリーの液面を平らにするために、ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させる。続いて、基材１１の第２端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥF側から端面ＥR側への第１スラリーの移動を促進する。ここで、第１スラリーの粘度と吸引力及び吸引時間とを最適化すると、上述した第１触媒層１２Ｆと同様に第１端面ＥFの位置から第１位置Ｐ１へ向けて厚さが減少している第１塗膜が得られる。
【００３４】
その後、基材１１からガイド部材を取り外し、必要に応じて第１塗膜を乾燥させる。更に、任意にこの塗膜をか焼又は焼成する。これにより、第１触媒層１２Ｆ又はその前駆体を得る。
【００３５】
次に、第２触媒層１２Ｒを形成するための第２スラリーを準備する。第２スラリーは、第２触媒層１２Ｒの成分又はその原料を含んでいる。第２スラリーも、第１スラリーと同様に、一般的な排ガス浄化用触媒の製造において使用されているスラリーと比較して、遥かに高い粘度を有している。第２スラリーは、例えば、コーン・アンド・プレート型の粘度計を使用し、剪断速度を１００ｓ-1として測定を行ったときに１００ｍＰａ・Ｓ乃至１６０Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように、及び、剪断速度を１ｓ-1として測定を行ったときに２５００ｍＰａ・Ｓ乃至４０００Ｐａ・Ｓの範囲内の剪断粘度を有するように調製する。第２スラリーの粘度調整には、増粘剤を利用してもよい。
【００３６】
次いで、基材１１の反対側の端、即ち第２端面ＥR側の端部をガイド部材に嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置する。そして、ガイド部材が基材１１の上方に形成している液溜めに所定量の第２スラリーを供給し、必要に応じて、第１スラリーの液面を平らにするために、ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させる。続いて、基材１１の第１端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥR側から端面ＥF側への第２スラリーの移動を促進する。ここで、第２スラリーの粘度と吸引力及び吸引時間とを最適化すると、上述した第２触媒層１２Ｒと同様に第２端面ＥRの位置から第２位置Ｐ２へ向けて厚さが減少している第２塗膜が得られる。
【００３７】
その後、基材１１からガイド部材を取り外し、塗膜を乾燥させる。更に、この塗膜をか焼又は焼成する。これにより、第２触媒層１２Ｒを又は第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとを得る。
以上のようにして、図１乃至図７に示す排ガス浄化用触媒１を完成する。
【００３８】
この排ガス浄化用触媒１は、排ガスの圧力損失が比較的小さい。これについて、図２及び図８を対比しながら説明する。
【００３９】
図８は、比較例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図である。
図８には、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた従来の排ガス浄化用触媒に一般的な構造を描いている。なお、図８に示す排ガス浄化用触媒１’は、例えば、以下の方法により得られる。
【００４０】
まず、触媒層１２Ｆを形成するための第３スラリーを準備する。第３スラリーは、触媒層１２Ｆの成分又はその原料を含んでいる。第３スラリーは、排ガス浄化用触媒１について上述した第１スラリーと比較して、遥かに低い粘度を有している。
【００４１】
次に、第３スラリーに基材１１の一端、即ち端面ＥF側の端部を浸漬させ、基材１１の他端、即ち端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥF側から端面ＥR側へと第３スラリーを吸い上げる。第３スラリーが所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止する。吸引を停止すると、貫通孔ＴＨ内の第３スラリーは、その一部を隔壁ＰＷ上に残して、端面ＥF側の開口から排出される。このようにして、隔壁ＰＷのうち上流側の部分に第３塗膜を形成する。
【００４２】
その後、必要に応じて第３塗膜を乾燥させ、任意にこの塗膜をか焼又は焼成する。これにより、触媒層１２Ｆ又はその前駆体を得る。
【００４３】
次に、触媒層１２Ｒを形成するための第４スラリーを準備する。第４スラリーは、触媒層１２Ｒの成分又はその原料を含んでいる。第４スラリーは、排ガス浄化用触媒１について上述した第２スラリーと比較して、遥かに低い粘度を有している。
【００４４】
次いで、第４スラリーに基材１１の反対側の端、即ち第２端面ＥR側の端部を浸漬させ、基材１１の他端、即ち端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引する。これにより、端面ＥR側から端面ＥF側へと第４スラリーを吸い上げる。第４スラリーが所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止する。吸引を停止すると、貫通孔ＴＨ内の第４スラリーは、その一部を隔壁ＰＷ上に残して、端面ＥR側の開口から排出される。このようにして、隔壁ＰＷのうち下流側の部分に第４塗膜を形成する。
【００４５】
その後、塗膜を乾燥させ、更に塗膜をか焼又は焼成する。これにより、触媒層１２Ｒを又は触媒層１２Ｆと触媒層１２Ｒとを得る。
以上のようにして、図８に示す排ガス浄化用触媒１を完成する。
【００４６】
上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた従来の排ガス浄化用触媒では、一般に、図８に示す排ガス浄化用触媒１’のように、上流側の触媒層１２Ｆの厚さは、基材１１の上流側端面ＥFの位置から下流側へ向けて増加している。他方、下流側の触媒層１２Ｒの厚さは、基材１１の下流側端面ＥRの位置から上流側へ向けて増加している。また、熱伝導が不十分であることに起因した割れを防ぐため、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒは、互いに接触するように設けられている。そして、通常、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒの位置誤差を見込んで、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒが部分的に重なり合う設計を採用している。
【００４７】
このため、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた排ガス浄化用触媒に一般的な構造においては、上流側の触媒層１２Ｆと下流側の触媒層１２Ｒとが重なり合った位置における排ガスの流路の径と、上流側端面ＥFの近傍又は下流側端面ＥRの近傍における排ガスの流路の径との差が大きい。このような理由で、上流部と下流部とで触媒層の組成を異ならしめた従来の排ガス浄化用触媒では、排ガスの圧力損失が比較的大きかったものと考えられる。
【００４８】
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１では、第１触媒層１２Ｆの厚さは第１端面ＥFの位置から第１位置Ｐ１へ向けて減少しており、第２触媒層１２Ｒの厚さは第２端面ＥRの位置から第２位置Ｐ２へ向けて減少している。それ故、第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとが重なり合った位置で、排ガスの流路が著しく狭くなることはない。それ故、この排ガス浄化用触媒１では、排ガスの圧力損失が比較的小さい。即ち、図１乃至図７を参照しながら説明した構造を採用すると、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を低減することが可能となる。
【００４９】
なお、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ又は比（ｄR2−ｄRM）／Ｒが小さい場合、第１触媒層１２Ｆと第２触媒層１２Ｒとが重なり合った位置における排ガスの流路の広さは不十分である可能性がある。即ち、この場合、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を十分に低減できない可能性がある。
【００５０】
また、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ又は比（ｄR2−ｄRM）／Ｒを大きくすると、端面ＥF又はＥRの位置において排ガスの流路が狭くなる。端面ＥF又はＥRの位置における排ガスの流路が狭い場合も、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を十分に低減できない。
【００５１】
そして、排ガスの流路の形状を変更すると、排ガス中の浄化すべき成分と触媒金属などとの接触の頻度が変化する。即ち、排ガスの流路の形状変更は、排ガス浄化用触媒の排ガス浄化能に影響を及ぼす。
【００５２】
比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び比（ｄR2−ｄRM）／Ｒが上記の範囲内にある場合、排ガス浄化用触媒における排ガスの圧力損失を十分に低減することができる。加えて、この場合、優れた排ガス浄化能を達成することができる。
【００５３】
この排ガス浄化用触媒１には、様々な変形が可能である。
例えば、第１触媒層１２Ｆの下流側端部を第２触媒層１２Ｒの上流側端部と基材１１との間に介在させる代わりに、第２触媒層１２Ｒの上流側端部を第１触媒層１２Ｆの下流側端部と基材１１との間に介在させてもよい。或いは、排ガス浄化用触媒１には、図９に示す構造を採用してもよい。
【００５４】
図９は、一変形例に係る排ガス浄化用触媒の一部を示す断面図である。
図９に示す排ガス浄化用触媒１は、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒが重なり合っておらず、それらの端面同士が接触するように設けられていること以外は、図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１と同様である。なお、この構造を採用した場合、中間位置ＰＭは、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒ間の界面内の位置を意味する。
【００５５】
図９に示す設計を採用した場合、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒには、より高い位置精度が要求される。但し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒが部分的に重なり合うような位置誤差を生じたとしても、それらが重なり合った部分において排ガスの流路が過剰に狭くなることはない。従って、この場合も、図１乃至図７を参照しながら説明した構造を採用した場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００５６】
以下に本発明の例を記載する。
＜触媒Ｃ１の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００５７】
まず、１．５ｇのパラジウムを含んだ硝酸パラジウム水溶液と、１００ｇのアルミナ粉末とを混合した。この混合液を２５０℃で８時間に亘って乾燥させ、次いで、これにより得られた粉末を５００℃で２時間に亘って焼成した。以下、このようにして得られた粉末を「粉末Ｐ１」と呼ぶ。
【００５８】
次に、１００ｇの粉末Ｐ１と５０ｇのセリア粉末とを４００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１」と呼ぶ。
【００５９】
次いで、上述したガイド部材の一方の開口に基材１１の第１端面ＥF側の端部を嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置した。ここでは、基材１１として、円柱形状を有しているコージェライト製のモノリスハニカム基材を使用した。ここで使用した基材１１の直径は１０３ｍｍであり、長さは１０５ｍｍであった。また、この基材１１は、貫通孔ＴＨの排ガスの流れ方向に対して垂直な断面が正方形状を有している貫通孔ＴＨが１平方インチ当り６００個の密度で設けられており、１Ｌの容積を有していた。そして、貫通孔ＴＨの最小径Ｒは０．９５ｍｍであり、隔壁ＰＷの最小厚さは０．０９ｍｍであった。
【００６０】
次に、ガイド部材が基材１１の上方に形成している液溜めに、３００ｇのスラリーＳ１を供給した。ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させてスラリーＳ１の液面を平らにした後、基材１１の第２端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。この吸引は、４０ｍ／秒の風速で５秒間に亘って行った。
【００６１】
次に、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、５０ｇのアルミナ粉末と、５０ｇのジルコニア粉末とを、２５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ２」と呼ぶ。
【００６２】
次に、上述したガイド部材の一方の開口に先の基材１１の第２端面ＥR側の端部を嵌め込み、これらを、ガイド部材が基材１１の上方に位置するように設置した。次いで、ガイド部材が基材１１の上方に形成している液溜めに、３００ｇのスラリーＳ２を供給した。ガイド部材を取り付けた基材１１を歳差運動させてスラリーＳ２の液面を平らにした後、基材１１の第１端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。この吸引は、４０ｍ／秒の風速で５秒間に亘って行った。
【００６３】
その後、基材１１からガイド部材を取り外し、塗膜を１５０℃で１時間に亘って乾燥させた。更に、これを５００℃で１時間に亘って焼成した。
【００６４】
以上のようにして、図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を得た。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ１」と呼ぶ。
【００６５】
次に、触媒Ｃ１の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６５ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．０７ｍｍであり、最小厚さｄFMは４ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６５ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．０５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０３ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００６６】
＜触媒Ｃ２の製造＞
図８を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１’を、以下の方法により製造した。
【００６７】
まず、１．５ｇの粉末Ｐ１と１００ｇのセリア粉末とを４００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ３」と呼ぶ。
【００６８】
次に、スラリーＳ３に基材１１の端面ＥF側の端部を浸漬させ、基材１１の端面ＥR側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。これにより、端面ＥF側から端面ＥR側へとスラリーＳ３を吸い上げた。スラリーＳ３が所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止した。このようにして、隔壁ＰＷのうち上流側の部分に、触媒Ｃ１と長さＬFが等しい触媒層１２Ｆが得られるように塗膜を形成した。
【００６９】
次いで、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、５０ｇのアルミナ粉末と、５０ｇのジルコニア粉末とを、２５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ４」と呼ぶ。
【００７０】
続いて、スラリーＳ４に基材１１の端面ＥR側の端部を浸漬させ、基材１１の端面ＥF側の端部から貫通孔ＴＨ内の気体を吸引した。これにより、端面ＥR側から端面ＥF側へとスラリーＳ４を吸い上げた。スラリーＳ４が所定の位置まで達するまで吸引を継続し、その後、吸引を停止した。このようにして、隔壁ＰＷのうち下流側の部分に、触媒Ｃ１と長さＬRが等しい触媒層１２Ｒが得られるように塗膜を形成した。
【００７１】
その後、塗膜を１５０℃で１時間に亘って乾燥させた。更に、これを５００℃で１時間に亘って焼成した。
【００７２】
以上のようにして、図８を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を得た。以下、この排ガス浄化用触媒１’を「触媒Ｃ２」と呼ぶ。
【００７３】
次に、触媒Ｃ２の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、最小厚さｄF1は０．０７ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．１ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、最小厚さｄR2は０．０５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０８ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００７４】
＜触媒Ｃ３の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００７５】
２０ｇの粉末Ｐ１と１０ｇのセリア粉末とを７５ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ５」と呼ぶ。
【００７６】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、２０ｇのアルミナ粉末と、２０ｇのジルコニア粉末とを、１００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ６」と呼ぶ。
【００７７】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ５及びＳ６をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ５の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行い、スラリーＳ６の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ３」と呼ぶ。
【００７８】
次に、触媒Ｃ３の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．００８ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．００８ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００７９】
＜触媒Ｃ４の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００８０】
１００ｇの粉末Ｐ１と８０ｇのセリア粉末とを４５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ７」と呼ぶ。
【００８１】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、１００ｇのアルミナ粉末と、１００ｇのジルコニア粉末とを、５００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ８」と呼ぶ。
【００８２】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ７及びＳ８をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ７の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行い、スラリーＳ８の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ４」と呼ぶ。
【００８３】
次に、触媒Ｃ４の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．１ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．０６ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．１ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０６ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００８４】
＜触媒Ｃ５の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００８５】
２００ｇの粉末Ｐ１と１５０ｇのセリア粉末とを９００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ９」と呼ぶ。
【００８６】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、２００ｇのアルミナ粉末と、１７０ｇのジルコニア粉末とを、９００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１０」と呼ぶ。
【００８７】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ９及びＳ１０をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ９の吸引を４０ｍ／秒の風速で１０秒間に亘って行い、スラリーＳ１０の吸引を４０ｍ／秒の風速で１０秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ５」と呼ぶ。
【００８８】
次に、触媒Ｃ５の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．１７５ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．１ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．１７５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．１ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００８９】
＜触媒Ｃ６の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００９０】
２０ｇの粉末Ｐ１と１０ｇのセリア粉末とを７５ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１１」と呼ぶ。
【００９１】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、１００ｇのアルミナ粉末と、１００ｇのジルコニア粉末とを、５００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１２」と呼ぶ。
【００９２】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ１１及びＳ１２をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ１１の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行い、スラリーＳ１２の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ６」と呼ぶ。
【００９３】
次に、触媒Ｃ６の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．００８ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．１ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．０６ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００９４】
＜触媒Ｃ７の製造＞
図１乃至図７を参照しながら説明した排ガス浄化用触媒１を、以下の方法により製造した。
【００９５】
１００ｇの粉末Ｐ１と８０ｇのセリア粉末とを４５０ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１３」と呼ぶ。
【００９６】
また、０．１５ｇのロジウムを含んだ硝酸ロジウム水溶液と、２０ｇのアルミナ粉末と、２０ｇのジルコニア粉末とを、１００ｍＬの脱イオン水中に分散させた。以下、このようにして得られたスラリーを「スラリーＳ１４」と呼ぶ。
【００９７】
スラリーＳ１及びＳ２の代わりにスラリーＳ１３及びＳ１４をそれぞれ使用し、触媒層１２Ｆ及び１２Ｒを形成するためのスラリーの吸引条件を以下のように変更したこと以外は、触媒Ｃ１について上述したのと同様の方法により排ガス浄化用触媒１を製造した。即ち、ここでは、スラリーＳ１３の吸引を４０ｍ／秒の風速で６秒間に亘って行い、スラリーＳ１４の吸引を４０ｍ／秒の風速で３秒間に亘って行った。以下、この排ガス浄化用触媒１を「触媒Ｃ７」と呼ぶ。
【００９８】
次に、触媒Ｃ７の各種寸法を測定した。触媒層１２Ｆについては、長さＬFは６０ｍｍであり、最小厚さｄF1は０．１ｍｍであり、最小厚さｄFMは０．０６ｍｍであった。また、触媒層１２Ｒについては、長さＬRは６０ｍｍであり、最小厚さｄR2は０．０１５ｍｍであり、最小厚さｄRMは０．００８ｍｍであった。なお、基材１１の各種寸法は、触媒層１２ａ及び１２ｂの形成前後で変化はなかった。
【００９９】
触媒Ｃ１乃至Ｃ７の各種寸法を、以下の表１に纏める。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
＜性能評価１＞
触媒Ｃ１及びＣ２の各々に、その端面ＥF側から１ｈＰａの空気を５ｍ3／分の流量で供給して、端面ＥF側における空気の圧力と端面ＥR側における空気の圧力とを測定し、それら圧力の差を圧力損失として求めた。ここでは、空気の温度及び相対湿度はそれぞれ２０℃及び６５％に設定した。図１０に、その結果を示す。
【０１０２】
図１０は、排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の一例を示すグラフである。図１０に示すように、触媒Ｃ１は、触媒Ｃ２と比較して、排ガスの圧力損失が小さかった。
【０１０３】
＜性能評価２＞
触媒Ｃ３及びＣ７の各々に、その端面ＥF側から１ｈＰａの空気を５ｍ3／分の流量で供給して、端面ＥF側における空気の圧力と端面ＥR側における空気の圧力とを測定し、それら圧力の差を圧力損失として求めた。ここでは、空気の温度及び相対湿度はそれぞれ２０℃及び６５％に設定した。図１１に、その結果を示す。
【０１０４】
図１１は、排ガス浄化用触媒の構造が圧力損失に及ぼす影響の他の例を示すグラフである。触媒Ｃ３乃至Ｃ５について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの各々を大きくすると圧力損失は大きくなり、それらの各々を小さくすると圧力損失は小さくなった。また、触媒Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６及びＣ７について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの一方のみを大きくすると圧力損失は大きくなり、それらの一方のみを小さくすると圧力損失は小さくなった。
【０１０５】
＜性能評価３＞
触媒Ｃ３乃至Ｃ７の各々を流通式の耐久試験装置内に配置し、触媒床に窒素を主成分としたガスを５００ｍＬ／分の流量で５時間流通させた。この間、触媒の温度は１０００℃に維持した。また、触媒に流通させるガスとしては、リーンガスとリッチガスとを使用し、これらガスは５分毎に切り替えた。なお、リーンガスは、窒素に酸素を５％加えてなる混合ガスに１０％の水蒸気をさらに加えてなるガスであり、リッチガスは、窒素に一酸化炭素を１０％加えてなる混合ガスに１０％の水蒸気をさらに加えてなるガスである。
【０１０６】
その後、これら排ガス浄化用触媒を、常圧固定床流通反応装置内に配置した。次いで、触媒床にモデルガスを流通させながら、触媒床温度を１００℃から５００℃まで１２℃／分の速度で昇温させ、その間の排ガス浄化率を連続的に測定した。なお、モデルガスとしては、酸化性成分（酸素及び窒素酸化物）と還元性成分（一酸化炭素、炭化水素、水素）とを化学量論的に当量としたガスを使用した。その結果を、図１２に示す。
【０１０７】
図１２は、排ガス浄化用触媒の構造が炭化水素浄化能に及ぼす影響の一例を示すグラフである。図１２において、「ＨＣ−Ｔ５０％」は、モデルガスに含まれる炭化水素の５０％以上を浄化できた触媒の最低温度、即ち炭化水素の５０％浄化温度を意味している。
【０１０８】
触媒Ｃ３乃至Ｃ５について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの各々を大きくすると炭化水素の５０％浄化温度は低くなり、それらの各々を小さくすると炭化水素の５０％浄化温度は高くなった。また、触媒Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６及びＣ７について得られたデータから明らかなように、比（ｄF1−ｄFM）／Ｒ及び（ｄR2−ｄRM）／Ｒの一方のみを大きくすると炭化水素の５０％浄化温度は低くなり、それらの一方のみを小さくすると炭化水素の５０％浄化温度は高くなった。
【符号の説明】
【０１０９】
１…排ガス浄化用触媒、１１…基材、１２Ｆ…第１触媒層、１２Ｒ…第２触媒層、ＥF…第１端面、ＥR…第２端面、Ｐ１…位置、Ｐ２…位置、ＰＭ…位置、ＰＷ…隔壁、ＴＨ…貫通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２端面を有し、前記第１端面から前記第２端面へと延びた貫通孔が設けられた基材と、
前記貫通孔の側壁のうち前記第１端面の位置から前記第１及び第２端面間の第１位置までの部分を被覆し、前記第１端面の位置から前記第１位置へ向けて厚さが減少している第１触媒層と、
前記貫通孔の前記側壁のうち前記第２端面の位置から前記第１及び第２端面間の第２位置までの部分を前記第１端面側の端部が前記第１触媒層と接触するように被覆し、前記第２端面の位置から前記第２位置へ向けて厚さが減少している第２触媒層と
を具備し、
前記第１端面の位置における前記第１触媒層の最小厚さｄF1と前記第１及び第２位置の中間位置における前記第１触媒層の最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、前記第２端面の位置における前記第２触媒層の最小厚さｄR2と前記中間位置における前記第２触媒層の最小厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にある排ガス浄化用触媒。
【請求項２】
前記第１及び第２触媒層は組成が互いに異なっている請求項１に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項３】
前記第１及び第２触媒層は部分的に重なり合っている請求項１又は２に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項１】
第１及び第２端面を有し、前記第１端面から前記第２端面へと延びた貫通孔が設けられた基材と、
前記貫通孔の側壁のうち前記第１端面の位置から前記第１及び第２端面間の第１位置までの部分を被覆し、前記第１端面の位置から前記第１位置へ向けて厚さが減少している第１触媒層と、
前記貫通孔の前記側壁のうち前記第２端面の位置から前記第１及び第２端面間の第２位置までの部分を前記第１端面側の端部が前記第１触媒層と接触するように被覆し、前記第２端面の位置から前記第２位置へ向けて厚さが減少している第２触媒層と
を具備し、
前記第１端面の位置における前記第１触媒層の最小厚さｄF1と前記第１及び第２位置の中間位置における前記第１触媒層の最小厚さｄFMとの差ｄF1−ｄFMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄF1−ｄFM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にあり、前記第２端面の位置における前記第２触媒層の最小厚さｄR2と前記中間位置における前記第２触媒層の最小厚さｄRMとの差ｄR2−ｄRMの前記貫通孔の最小径Ｒに対する比（ｄR2−ｄRM）／Ｒは０．０１乃至０．０６の範囲内にある排ガス浄化用触媒。
【請求項２】
前記第１及び第２触媒層は組成が互いに異なっている請求項１に記載の排ガス浄化用触媒。
【請求項３】
前記第１及び第２触媒層は部分的に重なり合っている請求項１又は２に記載の排ガス浄化用触媒。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１２５０８（Ｐ２０１１−２１２５０８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０１４０（Ｐ２０１０−８０１４０）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１０４６０７）株式会社キャタラー (161)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１０４６０７）株式会社キャタラー (161)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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