技術 排ガス浄化用金属担体及びその触媒担体の製造方法

0001

この発明は、自動車エンジンなどの内燃機関からの排出ガスを浄化するための触媒を担持するようにした金属担体に関するものである。なお、この明細書において、触媒を担持した箔を触媒担体とし、その触媒担体をハニカム状に形成して、外筒内に収容したものを金属担体とする。

0002

公知の金属担体は、厚さ５０μｍ程度の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの金属よりなる平箔を、耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの金属などで製造された外筒に収納して製造されている。前記平箔は、コルゲート加工した波箔とを重ねて渦巻状に巻回したり、或いは交互に重ねて積層したりしてハニカム体を形成し、貴金属触媒を担持させた後、外筒に収納している。

0003

箔に対して貴金属触媒を担持させる方法としては、ハニカム体を貴金属触媒を含有したウォッシュコート溶液中に浸漬する方法が広く用いられている。しかしながら、図６に示すように、平箔と波箔との接合部位近傍の鋭角部１０１では、ウォッシュコート層１０２の肉厚（コーティング厚さ）がその他の部位のコーティング厚さに比較して非常に厚くなる現象が生じている。社団法人　自動車技術会学術講演会前刷集Ｎｏ．１０１−９８　Ｐ．１０の記述を借用すれば、図７（ａ）に示す如く四角形セル（鋭角部が存在しない）担体で厚さ１００μｍ以下にコーティングされた割合は約６６％であり、図７（ｂ）に示す六角形セルでは９０％であることが判明した。これは、ウォッシュコート溶液の表面張力により、開口部の形状が円に近づくという原理に起因しており、角部でコート溜りが生じてしまう現象として現れる結果となっている。

0004

このようにコート溜りができてしまうと、高価な貴金属触媒１０３が角部で浄化に関与しない状態で、不必要に使用されることになる。前述の前刷集の記述によれば、貴金属をコーティング層深さ５０μｍ＞．５０〜１００μｍ．＞１００μｍに担持したモデル触媒（コート全体に均一に担持）で硫黄脱離特性を解析した結果、１００μｍ以上の部分にのみ貴金属を担持したモデル触媒では、硫黄脱離量が著しく低いことが判明した、と記述されている。従って、前述のように貴金属触媒が極めて高価なことからコスト的に不都合であるばかりでなく、コート溜まりができてしまうと、流路断面積が小さくなって、排気の圧力損失を増大させるおそれもある。

0005

そこで特開２００１−１８２５３１号において本出願人が六角形断面セルの金属担体を提供した。しかし実験の結果、図８のごとき現象を経験することとなった。すなわち、波箔を積層して構成されている六角形断面セルが層と層（図８では上層と下層）との間の僅かな位相ずれによって開口部の面積が大きく減少してしまったのである。

0006

上記の開口部の面積の縮減を防止するために、すなわちコーティング厚さが六角形断面セルの周長上の部位によって異なることを防止する金属担体及びそれに使用される触媒担体の製造方法を提供するのが本発明の目的である。

0007

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの薄板からなる触媒担持用ハニカム担体に、排ガス浄化用金属触媒を担持させてなる触媒担体と、該触媒担体を収納する外筒とで構成された排ガス浄化用金属担体において、１／２六角形を等間隔で連続形成し、排ガス浄化用金属触媒をコーティングした触媒担体をハニカム状に組み合わせることにより、ハニカム担体のセル形状は六角形であり、該六角形を区画している６個の各辺が担持している触媒のコーティング厚さが略均質であり、かつ６個の角部に余分のコート溜りが殆どないようにしたことを特徴とする。

0008

請求項２に発明は、触媒担体の製造方法に関するものであって、長尺の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの薄板に１／２六角形を等間隔で連続形成して波箔とし、該波箔をコイル状に巻回して一時保管し、該コイル状波箔巻回体を垂直方向に立設し、駆動歯車群で波箔を搬送しながら洗浄、酸化物被覆及び貴金属触媒付着を行うことを特徴とした。

0009

請求項３の発明は、請求項２において、金属触媒付着前までの適当な場所で、１／２六角形の天井の辺、及び１／２六角形と１／２六角形を継ぐ辺に対して触媒付着防止剤を塗布することを特徴とした。

0010

請求項４の発明は、請求項２または３において、１／２六角形を形成した後に、波箔の所望長さごとに折り曲げ用Ｖ字押印を形成することを特徴とした。
請求項５の発明は、請求項２〜請求項４のいずれかにおいて、水平方向搬送の波箔を蛇行搬送させながら、９０度反転させて垂直方向に立設して洗浄工程に供給し、その後、金属触媒付着工程を通過させることを特徴とした。

0011

以下、この発明を具体化した実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。

0012

図２（ａ）に示すように、厚さ５０μｍ以下で１０μｍ以上の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼の長尺の薄板を構成する平箔１０に１／２六角形１１を形成する。次に、１／２六角形１１の一辺の長さ相当分の間隔（水平部）１２を空けた位置に再び１／２六角形１１を形成し、１／２六角形１１と１／２六角形１１とが水平部１２を介して継がれた状態（この状態を平箔に対して波箔１３という）の成形が続けられる。従って、波箔１３には、１／２六角形１１が等間隔をおいて連続形成されている。そして、その成形の途中で積層タイプのハニカム担体の層毎の長さ、例えば長さｌの間隔地点で波箔１３に対して折り曲げ用のＶ字押印１４を行う。このＶ字押印１４は、金属担体の外形形状の相違等に応じて、その押印間隔や向きが適宜に選択される。

0013

なお、波箔１３には、図２（ｂ）に示す如く水平部１２に例えば３ｍ／ｍ程度の長さに亙って切除した切欠溝１５が設けられている。この切欠溝１５には、図４に示すように、積層された波箔１３の層間の位相ズレを防止するガイド１７が嵌合される。このガイド１７は、金属担体１におけるフィルムアウトを防止するストッパの保持の役目も果たすことができる。

0014

波箔１３は、図２（ｃ）に示す駆動歯車２０と補助歯車２１とにより挟持搬送される。駆動歯車２０の歯付部分は、その形状が波箔１３の凹凸形状に適合し、軸線方向の長さが波箔１３の幅に適合している。この歯付部分の両端には、歯付部分より外形寸法が大きいヘッド部２０ａとボトム部２０ｂとが設けられており、波箔１３の幅方向の蛇行を規制防止する。搬送された波箔１３は公知の方法（図示しない）で巻き取られてコイル状波箔巻回体を構成するコイル体１６として一時保管される。

0015

次に、図３に示すように、一時保管されたコイル体１６は垂直方向に立設されて、駆動歯車３０及び補助歯車３１により引き出され、洗浄工程を構成する洗浄室３２に送られる。洗浄室３２では、波箔１３の表面に付着している油脂類などの汚れを、ほぼ６００℃位まで昇温して洗浄する。洗浄室３２を出た所に設けられている駆動歯車４０及び補助歯車４１が前記駆動歯車３０と同速度で洗浄された波箔１３を洗浄室３２から次の酸化物被覆装置４４へ送り出す。ここで、酸化物被覆装置４４以降の工程が金属触媒付着工程である。酸化物被覆装置４４は、酸化物被覆槽４２と加熱室４３とで構成されており、酸化物被覆槽４２では耐熱性酸化金属、例えばαアルミナやγアルミナなどのスラリーを波箔１３上に噴霧付着させる。引き続いて加熱室４３で５００℃前後の温度で完全に水分が除去される。加熱室４３を出たところに設けられている駆動歯車５０及び補助歯車５１が前記の駆動歯車４０，３０と同速度で酸化物被覆された波箔１３を加熱室４３から次の第１貴金属触媒付着装置５４へ送り出す。

0016

金属触媒付着装置５４は金属触媒付着槽５２と加熱室５３とで構成されており、金属触媒付着槽５２では、波箔１３に対し、白金＋ロジウム水溶液をスポンジアプリケータで付着させるか又は噴霧して付着させることができる。加熱室５３では波箔１３に対する５００℃前後の加熱温度で貴金属触媒本来の触媒作用状態にすることができる。加熱室５３を出た所に設けられている駆動歯車６０及び補助歯車６１が前記の駆動歯車５０、４０、３０と同速度で白金＋ロジウム（第１貴金属触媒成分）が付着された波箔１３を加熱室５３から次の第２貴金属触媒付着装置６４へ送り出す。第２貴金属触媒付着装置６４は、第２貴金属触媒付着槽６２と加熱室６３とで構成されており、前段の装置５４と異なるのは貴金属触媒の内容だけである。すなわち、波箔１３に対してパラジウム＋ロジウム（第２貴金属触媒成分）を付着させて、波箔１３が駆動歯車７０及び補助歯車７１により引き取られて一連の被覆工程を終了する。このようにすれば、波箔１３の両側面に排ガス浄化用金属触媒２がコーティングされる。

0017

なお、ここで、前記駆動歯車３０、４０、５０、６０、７０及び補助歯車３１，４１，５１，６１，７１は、図２（ｃ）の駆動歯車２０及び補助歯車２１と同じ構成である。また、前記洗浄室３２、加熱室４３、加熱室５３及び加熱室６３内において、波箔１３は蛇行状に搬送される。

0018

引き取られた波箔はＶ字押印１４の部分で折り曲げられたり、所定のところで切断されたりして、図１（ａ）に示すように、水平部１２が対接重合される。このため、１／２六角形１１同士は六角形の開口部を形成する位置で対向配置され、全体としてハニカム状を呈し、触媒担持用ハニカム担体となる。そして、図４及び図５に示すように、このハニカム体を、ガイド１７を用いて外筒１８内に収容し、溶接等で固定し、この実施形態の排ガス浄化用金属担体１を完成した。なお、図４においては、理解を容易にするために、波箔１３の枚数を少なくして描いた。

0019

このようにして構成された排ガス浄化用金属担体１は、六角形の開口が形成された後にコーティングが施されたものではない。このため、図１（ａ）から明らかなように、六角開口の６個の各辺が担持している触媒２のコーティング厚さが略均質であり、かつ６個の角部に余分のコート溜りが殆ど存在しない。また、仮に、図８にように対接する波箔１３がずれたとしても、開口面積の縮減は僅かである。

0020

なお、波箔１３に対する金属触媒２付着前までの適当な場所で、図１（ｂ）に示すように、１／２六角形の天井及び底部の辺１３ａの外面、及び１／２六角形と１／２六角形を継ぐ辺１３ｂの内面に対して触媒付着防止剤を塗布してもよい。

0021

また、Ｖ字押印１４を行わず第２貴金属触媒付着後、波箔１３を長さｌの間隔地点ごとに切断し、奇数層または偶数層に対して偶数層または奇数層の波箔１３を反転させて、それらを対向配置することも可能である。

0022

さらに、水平方向搬送の波箔１３を蛇行搬送させながら、９０度反転させて垂直方向に立設して洗浄工程に供給し、その後、金属触媒付着工程を通過させるようにすることも可能である。

0023

請求項１の発明では、ハニカム担体を貴金属触媒を含有するウォッシュコート溶液に浸漬して、閉曲線のセルにコートする従来工法に替えて、波箔を開放状態でコートするので直線部、角部を問わずコート厚さを極めて均一に規制した。このため、高価な貴金属触媒の量を少なくできるとともに、六角の開口面積を大きくして、排気の流路抵抗を小さくすることができた。

0024

請求項２の発明では、波箔を垂直方向に立設して走行させるので、コート溜りの発生が防止できた。立体的に上下方向に走行させるのに比較して、保守・作業性などで優れているだけでなく、凹凸のある波箔のコート厚さの均一性確保のために最適である。

0025

請求項３の発明では、金属触媒付着前までの適当な場所で、１／２六角形の天井の辺、及び１／２六角形と１／２六角形を継ぐ辺に対して触媒付着防止剤を塗布するため、貴金属触媒の使用量をさらに削減できた。

0026

請求項４の発明では、波箔の所望長さごとに折り曲げ用Ｖ字押印を形成するため、波箔を所要の位置で確実に折り曲げることができ、組み付けを簡単にすることができた。

0027

請求項５の発明では、水平方向搬送の波箔を蛇行搬送させながら、９０度反転させて垂直方向に立設して洗浄工程に供給し、その後、金属触媒付着工程を通過させるため、一貫連続工程とすることができた。

【図１】
（ａ）は実施形態の触媒担体を示す正面図、（ｂ）は変形例を示す正面図。
【図２】
（ａ）は波箔の形成工程を示す平面図、（ｂ）は波箔の一部斜視図、（ｃ）は駆動歯車及び補助歯車の側面図。
【図３】
コーティング工程を示す平面図。
【図４】
金属担体の一部拡大正面図。
【図５】
金属担体の一部正面図。
【図６】
従来構成を示す一部正面図。
【図７】
（ａ）（ｂ）はそれぞれ図６とは異なった従来構成を示す一部正面図。
【図８】
図６及び図７とは異なった従来構成を示す一部正面図。
【符号の説明】
１…排ガス浄化用金属担体、２…排ガス浄化用金属触媒、１３…波箔、１４…Ｖ字押印。