JP2788995B2 - 排気ガス浄化用触媒の製造方法 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は排気ガス浄化用触媒の製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) 排気ガス浄化用触媒の担体として、メタル担体はセラ
ミックス担体に比べて昇温特性や耐衝撃性に優れている
等の利点を有するので、近年、例えば車両用の排気ガス
浄化用触媒の担体として使用されている。メタル担体は
通常ハニカム体を外筒に収納した構造を有し、前記ハニ
カム体としては、例えば、平板と波板とを交互に重ね合
わせてなるもの、平板と波板とを重ね合わせて渦巻状に
巻き上げてなるもの等がある。
そのようなメタル担体として、例えば、特開昭56−43
73号公報、特公昭47−48109号公報、特公昭55−32424号
公報には、ハニカム体と外筒とをその接触部の周方向及
び軸方向で全体的に接合したメタル担体が開示されてお
り、また、例えば実開昭62−194436号公報には、ハニカ
ム体と外筒とをその接触部の周方向で全体的、また軸方
向で部分的に、例えば端面部においてのみ接合したメタ
ル担体が開示されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、メタル担体はセラミックス担体に比べ
膨張係数が大きいため、それを使用した排気ガス浄化用
触媒において排気ガスの流速の速い中央部と外周部との
間に温度差を生じるとハニカム体と外筒との接合部に応
力を生じ、ハニカム体が破断することがある。また、ハ
ニカム体と外筒との材質が異なるときには膨張係数に差
があるため、やはりハニカム体が破断することがある。
特に自動車の排気ガス浄化用触媒にメタル担体を使用し
た場合には冷熱耐久試験でハニカム部に破断を生じ易
い。さらに、ハニカム体と外筒とのろう付け部分に亀裂
が生じると、ハニカム体が外筒から剥離し、剥離したハ
ニカム体がエンジンの背圧等により外筒からずれるとい
う現象が生じ易い。外筒の両端には管径を絞ったコーン
部が溶接されているため、ずれたハニカム体がコーン部
に押しつけられるとハニカム体の端部外周が座屈し、そ
の部分の排気ガス通過が妨げられるため、触媒としての
性能を低下させるという点で問題となっていた。
前記従来技術におけるハニカム体と外筒とを接触部の
周方向及び軸方向で全体的に接合したメタル担体は、上
記の応力を緩和することができないため前記欠点を解消
することができない。また、実開昭62−194436号公報に
記載されたメタル担体においても、ハニカム体と外筒と
は周方向では全体的にろう付けされているため、やはり
前記欠点を解消することができない。
本発明は前記の如き従来技術における問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、熱や振
動による応力を受けても、ハニカム部に破断が生じにく
く、ハニカム部と外筒とが剥離しにくく、耐久性及び耐
久後の触媒性能に優れた排気ガス浄化用触媒を製造しう
る方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 従って、本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法は、
平板と波板とを重ね合わせて、渦巻状に巻き上げ、平板
または波板のうち最外周を構成する方の板のみを最外周
部においてさらに0.5周以上巻くことにより、最外周部
で平板同士または波板同士を全外周の1/2以上重ね合わ
せ、該重ね合わせた最外周部の平板同士または波板同士
を部分的にろう付けしてハニカム体を形成し、該ハニカ
ム体を外筒に挿入してメタル担体を作成し、該メタル担
体に触媒を担持することを特徴とする。
ハニカム体の材料としては、Cr30重量%以下及びAl20
重量%以下を含み、残部が主にFeからなる高耐熱ステン
レス鋼を使用するのが好ましい。
さらに好ましくは、重量比で20重量%以下のAlをメッ
キするとか、クラッド、溶射等で表面をAl富化した高耐
熱ステンレス鋼薄板を使用する。
ハニカム体の形成に使用される平板及び波板は、例え
ば上記高耐熱ステンレス鋼等の材料を、板状体、例えば
板厚10〜100μmの板状体に圧延し、平板または波板に
加工することにより得られる。
最外周部の平板同士または波板同士のろう付けは、ろ
う付け部がメタル担体の軸方向もしくは周方向で部分的
に形成されるように、または軸方向及び周方向の両方で
部分的に形成されるように行われる。該ろう付け部の形
状は特に限定されないが、例えば直径1〜20mmの水玉
状、幅1〜20mmの格子状、幅1〜20mmのストライプ状等
とするとよい。ろう付けは、上記のろう付け部の形状の
パターン1種類で行っても、2種類以上のパターンを組
み合わせて行ってもよい。また、上記平板同士または波
板同士の接合部の未ろう付け部は、該接合部全面に対し
て10%以上であうのが好ましい。
上記最外周部の接合部より内側の平板と波板との接合
は、全体的に行っても、部分的に行ってもよいが、好ま
しくは全体的に行う。
メタル担体は、上記のハニカム体を、外筒、好ましく
は高耐熱ステンレス鋼から成る肉厚1〜2mmの外筒に挿
入し、全体的に、もしくは部分的にろう付けすることに
より製造される。
ろう材としては、例えばNi系ろう材を使用することが
できる。
ろう付け処理は、例えば真空中、H2ガス中または不活
性ガス中、1000〜1200℃で、0.5〜5時間行う。
メタル担体への触媒の担持は、従来公知の方法によっ
て行うことができ、例えばメタル担体に高比表面積アル
ミナコート層を形成し、これに貴金属触媒を担持させる
ことにより行われる。
上記アルミナコート層には、希土類元素、例えばCe、
Laが含まれていてもよい。
(作用) 本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法では、ハニカ
ム体の最外層部で平板同士または波板同士を1/2周以上
重ね合わせ、この重ね合わせ部分のろう付けを部分的に
行うため、ハニカム体にかかる熱応力が該平板同士また
は波板同士の未ろう付け部分により有効に緩衝される。
(実施例) 実施例1: 本発明の一実施例の方法により、排気ガス浄化用触媒
を製造する。
まず、下記の方法により、第1図に示すメタル担体1
を製造する。Cr20重量%、Al5重量%を含み、残部が主
にFeからなる高耐熱性ステンレス鋼を厚さ50μmの板状
に圧延し、平板2及び波板3に加工する。この平板2と
波板3を重ねて最外周が平板となるように渦巻状に巻き
上げる。平板2は、その下層の波板3の巻き終わり位置
からさらに一周巻き、これにより平板が最外周部で2層
重なるようにする(以下、最外周部の平板の1周目の層
(内周側)を2aと記し、2周目の層(外周側)を2bと記
す)。この平板の重ね合わせ部をろう付けして、直径97
mm、長さ100mmの円柱状のハニカム体4aを製造する。平
板2aより内周側の平板と波板とのろう付けは、両者の当
接部全体にわたって行われ、平板2aと平板2bとのろう付
けは、第2図のハニカム体4aに示すようにメタル担体の
軸に平行な幅10mmのろう付け部6aが、15mmの間隔でスト
ライプ状に形成されるように行われる。各ろう付け部6a
の間は未ろう付け部7aとなる。
得られたハニカム体4aを、肉厚1.5mm、外径100mm、長
さ100mmの高耐熱性ステンレス鋼、例えばSUS430からな
る外筒5に挿入し、ろう付けして、外径100mm、長さ100
mmのメタル担体1を得る。外筒5とハニカム体4aの平板
2bとのろう付けは全面で行う。
次に、活性アルミナ粉末、アルミナ系バインダー及び
水よりなるスラリー上記担体を浸漬し、取り出した後、
余分なスラリーを吹き払い、200℃で2時間乾燥した
後、600℃で2時間焼成して、活性アルミナ層を形成す
る。この活性アルミナ層には、Ce、La等を含んでいても
よい。
続いて、これにより得られた活性アルミナ層が形成さ
れたメタル担体を、白金アンミン水溶液及び塩化ロジウ
ム水溶液に浸漬し、触媒容積1あたり白金1.0g及びロ
ジウム0.2gの触媒が担持された排気ガス浄化用触媒を得
た。
実施例2: 第3図に示すように、平板2aと平板2bとのろう付け
を、直径10mmの円形状のろう付け部6bを、円と円との各
中心間の距離が25mmとなるように間隔をあけて形成し、
その他の部分を非ろう付け部7bとすること以外は、実施
例1と同様の方法によりハニカム体4bを製造し、これを
用いて上記と同様の方法により排気ガス浄化用触媒を製
造した。
実施例3: 第4図に示すように、平板2aと平板2bとのろう付け
を、巾10mmのろう付け部6cが、15mm間隔で縦横に交差し
た格子状とし、該ろう付け部以外の部分が非ろう付け部
となるように行うこと以外は、実施例1と同様の方法に
よりハニカム体4cを製造し、これを用いて上記と同様の
方法により排気ガス浄化用触媒を製造した。
比較例1: 平板2aと平板2bとのろう付けを、全面で行うこと以外
は、実施例1と同様の方法により排気ガス浄化用触媒を
製造した。
比較例2: 平板2bを含まず、平板2aと外筒とのろう付けを全面で
行うこと以外は実施例1と同様の方法により排気ガス浄
化用触媒を製造した。
比較例3: 平板2bを含まず、平板2aと外筒とのろう付けを、実施
例1の平板2aと平板2bのろう付けパターンと同じろう付
けパターンで行うこと以外は実施例1と同様の方法によ
り排気ガス浄化用触媒を製造した。
試験例: 上記実施例1、2及び3並びに比較例1、2及び3で
製造した排気ガス浄化用触媒の耐久試験を行った。ま
ず、3000ccの直列6気筒のエンジンの排気系に、上記の
排気ガス浄化用触媒を取り付け、空燃比(A/F)=14.6
で、触媒入ガス温度850℃×10分間、300℃×10分間のサ
イクルを300時間(900サイクル)行い、その間のハニカ
ム体と外筒とのズレの発生の有無を調べた。結果を下記
の表に示す。耐久後、排気ガス浄化性能を調べるため
に、同一のエンジンで、2000rpm×−360mmHgの条件で、
HC、CO及びNOxの浄化率(%)を測定した。結果を下記
の表に示す。
実施例1〜3は、耐久300時間後でもハニカム体のズ
レ等の問題を生じることがなく、他に比べ、構造信頼性
が格段に向上している。また、構造上の不具合に伴う触
媒コートの剥離もなく、触媒性能も著しく向上してい
る。
これに対し、比較例1は最外周を2層にしているが、
該層を全面で接合しているため、応力の緩衝が充分にな
されず、ハニカム体が外筒からずれる結果となる。ま
た、比較例2は最外周の平板が1層であり、しかも、該
層と外筒が全面で接合されているため、ハニカム体が外
筒からずれる結果となり、しかも排気ガス浄化率も低
い。また、比較例3は最外周の平板が1層であるため、
耐久性及び浄化性能の両方の点で実施例1〜3に劣る
が、該層と外筒は軸方向または周方向で部分的に接合さ
れているため、全面で接合された比較例2に比べると、
耐久性及び浄化性能の両方の点で優れている。
このことは、本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法
において、最外層の平板を2層にしたことと、ろう付け
を部分的に行うことの両方により、耐久性及び浄化性能
が向上していることが明らかである。
(発明の効果) 本発明の排気ガス浄化用触媒の製造方法は、メタル担
体のハニカム体の作成にあたり、平板と波板とを重ね合
わせて渦巻状に巻き、外周部においては平板同士または
波板同士を重ね合わせ、該重ね合わせ部を部分的にろう
付けしてないため、メタル担体に生ずる熱応力が有効に
緩衝され、ハニカム体の破断、ハニカム体と外筒とのズ
レが生じることがなく、従って、耐久性及び触媒性能に
優れている触媒が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例で製造したメタル担体の4分
の1部分を示す断面図、第2図は該メタル担体のハニカ
ム体を示す斜視図、第3図は本発明の他の実施例で製造
したハニカム体を示す斜視図、第4図は本発明の他の実
施例で製造したハニカム体を示す斜視図である。 1……メタル担体、2,2a,2b……平板 3……波板、4a,4b,4c……ハニカム体 5……外筒、6a,6b,6c……ろう付け部 7a,7b,7c……非ろう付け部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 21/00 - 38/74

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平板と波板とを重ね合わせて、渦巻状に巻
    き上げ、平板または波板のうち最外周を構成する方の板
    のみを最外周部においてさらに0.5周以上巻くことによ
    り、最外周部で平板同士または波板同士を全外周の1/2
    以上重ね合わせ、該重ね合わせた最外周部の平板同士ま
    たは波板同士を部分的にろう付けしてハニカム体を形成
    し、該ハニカム体を外筒に挿入してメタル担体を作成
    し、該メタル担体に触媒を担持することを特徴とする排
    気ガス浄化用触媒の製造方法。
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