JPH08141408A - 排ガス浄化用抵抗調整型ヒータ付触媒担体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械構造として脆弱部となる非溶接部や切欠
部を含む必要がなく、強度的に安定した排ガス浄化用抵
抗調整型ヒータ付触媒担体を提供する。 【構成】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体１に通
電のための２以上の電極３を設けた排ガス浄化用ヒータ
付触媒担体５であって、該ハニカム構造体１は組成比に
より比抵抗を変えた部分２ａ，２ｂ，７，９を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排ガス浄化用抵抗調整
型ヒータ付触媒担体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車排ガス浄化用の触媒担体として、
多数の貫通孔を有するハニカム構造体に通電のための２
以上の電極を設けたヒータ付触媒担体が知られている。
ヒータ付とした理由は、ＬＡ４モード等のコールドスタ
ート時に初期の排ガス中に比較的高濃度に含まれる炭化
水素や一酸化炭素を除去する必要があり、担体の一部を
通電により早期に昇温させ触媒を有効に作用させるため
である。また、担体全体の昇温を早めるには、小型化に
より熱容量を小さくすることも行われている。

【０００３】従来のヒータ付触媒担体の一つとしては、
中心電極棒に一端を溶接した耐熱金属箔の平板と波板を
熱処理して表面に酸化絶縁皮膜を形成した後、筒状に巻
き付けてハニカム筒体とし、中心電極と外周との間で通
電して加熱する方式のものがあった。このタイプの部分
通電法では、抵抗が材質と寸法によって決まるため、中
心部および外周部では金属の平板と波板を直接溶接して
低抵抗とし、中間部では金属の平板と波板とを酸化絶縁
皮膜を介して単に接触させるが溶接はせず高抵抗とする
方法が採られていた。しかし、高温の排ガスに晒される
と熱膨張により波板の山が潰れ、非溶接部である中間部
が抜け出るテレスコープ現象が起きる上、中心電極と溶
接部の存在により排ガスの圧損が増すという問題があっ
た。

【０００４】また、特開平３−２９５１８４号公報に
は、金属粉末を押し出し成形し焼結した一体型のハニカ
ム構造体における部分通電法が開示されており、セルを
一部切り取ったり、ハニカムにスリットを入れて絶縁体
を挿入し、通電経路を制御することを提案している。し
かしこの場合、ハニカム構造体が強度的に弱くなるとい
う欠点がある。

【０００５】このように従来の抵抗調整型ヒータ付触媒
担体は、ハニカム構造体に部分通電箇所を規定する手段
として、構成部材の接合を一部欠いたり、構成部材自体
を一部欠くことを必要としたため、これらが必然的に局
所的な脆弱部となり、機械構造として全体の強度が低下
することが避けられなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解消し、機械構造として脆弱部を含むことが
なく強度的に安定した排ガス浄化用抵抗調整型ヒータ付
触媒担体およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、多数の貫通孔を有するハニカム構
造体に通電のための２以上の電極を設けた排ガス浄化用
ヒータ付触媒担体であって、該ハニカム構造体は組成比
により比抵抗を変えた部分を備えていることを特徴とす
る排ガス浄化用抵抗調整型ヒータ付触媒担体が提供され
る。

【０００８】

【作用】本発明の排ガス浄化用抵抗調整型ヒータ付触媒
担体は、ハニカム構造体が組成比により比抵抗を変えた
部分を備えているので、通電により比抵抗の低い部分が
選択的に発熱して早期に触媒作用が開始する。これによ
り、従来のように機械構造として脆弱部を設けることな
く、コールドスタート時初期の排ガス中に比較的高濃度
に含まれる炭化水素や一酸化炭素を除去することができ
る。

【０００９】本発明のハニカム構造体は、ペロブスカイ
ト系、スピネル系等の従来公知の導電性セラミックス材
料で作製することができる。これらの内、特にペロブス
カイト材料は比抵抗が１０〜０．０１Ωで、ハニカム体
にしたときの抵抗値が調整しやすい。またハニカム表面
に設ける触媒担持物質として上記導電性セラミックスを
用いてもよく、一般にはγ−Ａｌ₂ Ｏ₃ が用いられる。
実際に触媒として作用する触媒活性物質としては、Ｐ
ｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ等
の卑金属が従来から知られている。

【００１０】本発明のハニカム構造体に用いる導電性ペ
ロブスカイト材料として典型的なものは、組成式（Ｌａ
_1-x Ａｄ_x ）_y ＭｎＯ₃ 〔但しＡｄはアルカリ土類金
属〕で表されるものであり、ｘおよびｙの値により組成
比を変えることにより、比抵抗を変えることができる。

【００１１】本発明のハニカム構造体は、その前駆体と
しての仮焼成体を形成し、それとは異なる組成比の溶液
を仮焼成体の所定部位に含浸させた後に、焼成して作製
することができる。これにより、ハニカム構造体の所定
部分の組成比を変えて、その部分と他の部分とで比抵抗
を変えることができる。以下に、添付図面を参照して、
実施例により本発明を更に詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】

〔実施例１〕導電性ペロブスカイト材料を用いて以下の
手順で本発明のハニカム構造体を作製した。まず、Ｌａ
₂ Ｏ₃ 粉末、ＳｒＣＯ₃ 粉末、Ｍｎ₂ Ｏ₃ 粉末を組成式
（Ｌａ_0.7Ｓｒ_0.3)ＭｎＯ₃ の組成比となるように秤量
し、ボールミルにて２４時間湿式混合した。得られた混
合物を１５０℃で２４時間乾燥してから、アルミナ坩堝
中で９００℃で７時間仮焼成した。得られた粉末をボー
ルミルにて２４時間粉砕乾燥して原料粉末とした。

【００１３】この原料粉末に、メチルセルロース（例え
ば信越化学工業(株)製６５ＳＨ１５０００）、グリセリ
ン、およびイオン交換水を加え混練機にて混練して粘土
状とし、ロータリーポンプによる減圧下で圧縮成形し丸
棒とした。

【００１４】この丸棒をハニカム成形型（例えば＃４０
０、壁厚０．４ｍｍ）を通して押し出し成形し、乾燥後
切断して所定の形状（例えばφ８６×ｔ２０）とした。
これを１０００℃で脱脂および仮焼成することにより、
図１に示したハニカム構造体１の前駆体としてハニカム
成形体を得た。

【００１５】このハニカム成形体の両端面を２〜４ｍｍ
の深さで硝酸マンガン３０％水溶液に浸漬した後、乾燥
した。これにより、ハニカム成形体の両端面は、前記組
成式で示される組成比に対してマンガン量が高い組成比
となった。ハニカム成形体の他の部分は前記組成式で示
される組成比になっている。

【００１６】次に、空気中１３００〜１４００℃で４時
間焼結し、図１に示した両端部に低比抵抗部２ａおよび
２ｂを備えたハニカム構造体１を得た。

【００１７】このハニカム構造体１の両端面に、リード
部を持つＰｔ電極３をそれぞれ設け、抵抗調整型ヒータ
とした。

【００１８】この抵抗調整型ヒータに触媒活性物質（例
えばＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の貴金属）を担持させて抵抗調
整型ヒータ付触媒担体５とした。

【００１９】〔実施例２〕実施例１の脱脂および仮焼成
したハニカム成形体の両端面を２〜４ｍｍの深さで硝酸
マンガン３０％水溶液に浸漬した後、乾燥した。これに
より、ハニカム成形体の両端面は、前記組成式で示され
る組成比に対してマンガン含有量が多い組成比となっ
た。ハニカム成形体の他の部分は前記組成式で示される
組成比になっている。

【００２０】次に、一般試薬のパラフィン（融点６８〜
７０℃）で、図２に示したように両端面の中央部７以外
の外周部をマスクし、硝酸ストロンチウム２０％水溶液
に含浸した後、乾燥した。これにより、両端面は中央部
７が外周部よりも更にマンガン含有量が多い組成比とな
った。

【００２１】次に、空気中１３００〜１４００℃で４時
間焼結し、図２に示した両端部に低比抵抗部２ａおよび
２ｂを備え且つ外周部よりも中央部が更に低比抵抗の発
熱部７を備えたハニカム構造体１を得た。

【００２２】このハニカム構造体１の両端面に、リード
部を持つＰｔ電極３をそれぞれ設け、抵抗調整型ヒータ
とした。

【００２３】この抵抗調整型ヒータに触媒活性物質（例
えばＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の貴金属）を担持させて抵抗調
整型ヒータ付触媒担体５とした。

【００２４】〔実施例３〕実施例１の脱脂および仮焼成
したハニカム成形体の片端面の図３に示した領域８を一
般試薬パラフィン（融点６８〜７０℃）でマスクし、２
〜４ｍｍの深さで硝酸マンガン３０％水溶液に浸漬した
後、乾燥した。これにより、ハニカム成形体の片端面
は、マスクした領域８以外の領域９においては、ハニカ
ム成形体の他の部分によりもマンガン含有量が多い組成
比となった。ハニカム成形体の他の部分は前記組成式で
示される組成比になっている。

【００２５】次に、空気中１３００〜１４００℃で４時
間焼結し、片端面に高比抵抗部８と低比抵抗部９とを備
えたハニカム構造体１を得た。

【００２６】このハニカム構造体１の片端面の低比抵抗
部９内の２か所に、リード部を持つＰｔ電極３をそれぞ
れ設け、抵抗調整型ヒータとした。

【００２７】この抵抗調整型ヒータに触媒活性物質（例
えばＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の貴金属）を担持させて抵抗調
整型ヒータ付触媒担体５とした。

【００２８】上記実施例１〜３で作製した本発明の触媒
担体の昇温性能テストを行った。図４に、本発明の抵抗
調整型ヒータ付触媒担体５を排気経路に搭載した状態を
示す。左方に配置したエンジン（図示せず）の排ガス
は、排気管４から本発明の触媒担体５を通ってから触媒
担体６を通り、右方の外部へ排出される。即ち本発明の
抵抗調整型ヒータ付触媒担体５はメイン触媒担体６より
も排ガス流に関して上流側に配置してある。

【００２９】エンジン始動直前に抵抗調整型ヒータ付触
媒担体５に通電して、これを早急に加熱する。これによ
り、排ガスの熱によりメイン触媒担体６が昇温して浄化
作用を開始する前の低温時に、排ガス中の炭化水素ガス
や一酸化炭素ガスを抵抗調整型ヒータ付触媒担体５によ
り除去する。そのためには、低消費電力（１．５ｋＷ以
下）で、触媒活性温度（典型的には３５０℃程度）まで
短時間（７秒以内）で、昇温することが好ましい。

【００３０】実施例１で作製した、両端面を低比抵抗と
した抵抗調整型ヒータ付触媒担体５は、中央部を３５０
℃まで７秒で昇温させるのに要した消費電力は１．５ｋ
Ｗであった。

【００３１】実施例２で作製した、両端面を低比抵抗と
した上で中央部７の比抵抗を更に低くした抵抗調整型ヒ
ータ付触媒担体５は、中央部７に電流が集中して選択的
に急速昇温される。この場合、中央部７を３５０℃まで
７秒で昇温させるのに要した消費電力は０．８ｋＷであ
った。

【００３２】実施例３で作製した、片端面に高比抵抗部
８と低比抵抗部９とを設けた抵抗調整型ヒータ付触媒担
体５は、低比抵抗部９を電流が流れて部分加熱される。
この場合、低比抵抗部９の中央部を３５０℃まで７秒で
昇温させるのに要した消費電力は０．５ｋＷであった。

【００３３】以上説明した実施例においては、組成式
（Ｌａ_0.7 Ｓｒ_0.3)ＭｎＯ₃ で表されるペロブスカイト
材料を部分的にＭｎ含有量を高め、その部分を低比抵抗
化したが、Ｌａ、Ｓｒ、Ｍｎの３元素について前記組成
式に対してそれぞれ含有量を増減して組成比を調整し、
比抵抗の高い部分、低い部分を形成することができるこ
とは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のように機械構造として脆弱部を含むことがなく、
強度的に安定した排ガス浄化用抵抗調整型ヒータ付触媒
担体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による排ガス浄化用抵抗調整
型ヒータ付触媒担体を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例２による排ガス浄化用抵抗調整
型ヒータ付触媒担体を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例３による排ガス浄化用抵抗調整
型ヒータ付触媒担体を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例１〜３による排ガス浄化用抵抗
調整型ヒータ付触媒担体を排気経路に搭載した状態を示
す断面図である。

【符号の説明】

１…ハニカム構造体 ２ａ、２ｂ…溶液含浸による低比抵抗部 ３…ハニカム構造体に通電するための電極 ７…溶液を再度含浸させて更に低比抵抗にした部分 ８…溶液を含浸させずに残した高抵抗部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の貫通孔を有するハニカム構造体に
   通電のための２以上の電極を設けた排ガス浄化用ヒータ
   付触媒担体であって、該ハニカム構造体は組成比により
   比抵抗を変えた部分を備えていることを特徴とする排ガ
   ス浄化用抵抗調整型ヒータ付触媒担体。
2. 【請求項２】 前記ハニカム構造体が導電性セラミック
   スであることを特徴とする請求項１記載の触媒担体。
3. 【請求項３】 前記導電性セラミックスがペロブスカイ
   ト形結晶構造を有することを特徴とする請求項２記載の
   触媒担体。
4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項に記
   載の触媒担体を製造する方法であって、前記ハニカム構
   造体の前駆体としての仮焼成体を形成し、該ハニカム構
   造体とは異なる組成比の溶液を該仮焼成体の所定部位に
   含浸させた後に、焼成することを特徴とする排ガス浄化
   用抵抗調整型ヒータ付触媒担体の製造方法。