JP2002177794A

JP2002177794A - セラミック触媒体およびセラミック担体

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Publication number: JP2002177794A
Application number: JP2001225985A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Kondo; 寿治近藤; Kazuhiko Koike; 和彦小池; Masaichi Tanaka; 政一田中; Tomohiko Nakanishi; 友彦中西
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2002-06-25
Also published as: DE10147338A1; ZA200107895B; CN1346694A; US20020042344A1

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒成分を直接担持可能なセラミック担体を
改良し、触媒性能が高く、実用性に優れたセラミック担
体およびセラミック触媒体を実現する。【解決手段】コーディエライト表面に触媒を直接担持
可能な多数の細孔や元素を有するモノリス状のセラミッ
ク担体２に、触媒成分を担持してなるセラミック触媒体
１において、ガス流れの多い担体中心部Ａに担持される
単位体積当たりの触媒量を、外周部Ｂの１．１倍以上、
好ましくは２倍以上とする。ガス流れの多い担体中心部
により多くの触媒を担持させることで、浄化率を向上さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジンの
排ガス浄化用触媒等において、触媒成分を担持する担体
として使用されるセラミック担体およびセラミック触媒
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】排ガス浄化用触媒として、従来より、高
耐熱衝撃性のコーディエライトよりなるモノリス状の担
体表面を、γ−アルミナで被覆（コート）し、貴金属触
媒を担持させたものが広く用いられている。コート層を
形成するのは、コーディエライトの比表面積が小さく、
そのままでは、必要な量の触媒成分を担持させることが
できないからで、γ−アルミナのような高比表面積材料
を用いて、担体の表面積を大きくしている。

【０００３】しかしながら、担体のセル壁表面をγ−ア
ルミナでコートすることは、重量増加による熱容量増加
をまねく。近年、触媒の早期活性化のために、セル壁を
薄くして熱容量を下げることが検討されているが、コー
ト層の形成により、その効果が半減してしまう。また、
各セルの開口面積が低下するため圧損が増加する、コー
ディエライトのみの場合より熱膨張係数が大きくなると
いった不具合があった。

【０００４】そこで、本発明者等は、先に、比表面積を
向上させるためのコート層を形成することなく、必要量
の触媒成分を担持可能なセラミック担体を提案した（特
願２０００−１０４９９４）。ここで、酸処理や熱処理
を行って特定成分を溶出させることによりコーディエラ
イト自体の比表面積を向上させる方法は、従来から検討
されているが（例えば、特公平５−５０３３８号公報
等）、酸処理や熱処理によりコーディエライトの結晶格
子が破壊されて強度が低下するなど、実用的ではなかっ
た。これに対し、特願２０００−１０４９９４のセラミ
ック担体は、結晶格子中の酸素欠陥や格子欠陥、幅１０
０ｎｍ以下の微細なクラックといった、比表面積として
測定できない程度の微小な細孔を設けて、触媒を担持さ
せるので、強度を保持しつつ、触媒成分を直接担持させ
ることが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
セラミック担体を改良して、触媒性能をより高め、高性
能で実用性に優れたセラミック担体およびセラミック触
媒体を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のセラ
ミック触媒体は、基材セラミック表面に触媒を直接担持
可能なセラミック担体に触媒成分を担持してなり、ガス
流れの多い担体中心部に担持される単位体積当たりの触
媒量を、外周部の１．１倍以上としたことを特徴とす
る。ガス流れの多い担体中心部により多くの触媒を担持
させることで、浄化率を向上させることができる。

【０００７】請求項２の発明は、基材セラミック表面に
触媒を直接担持可能なセラミック担体であって、ガス流
れの速い担体中心部の単位体積当たりの表面積を、外周
部の１．１倍以上としたことを特徴とする。セラミック
担体の表面積を変更することによっても、請求項１と同
様の効果が得られ、担体中心部の表面積を大きくしたセ
ラミック担体に触媒を担持させることによって、浄化率
を向上させることができる。

【０００８】請求項３のように、請求項２の構成におい
て、担体中心部の表面積を大きくするには、例えば、モ
ノリス状の担体形状とするとともに、上記担体中心部を
高セル密度とするかあるいは多角形ないし円形のセル形
状とする。逆に、上記外周部は低セル密度とするかある
いは四角形、六角形ないし三角形のセル形状とすればよ
い。

【０００９】請求項４のように、上記セラミック担体へ
のガス導入口の投影面積をＳとした時、上記担体中心部
は、ガス導入口の投影中心を中心とし、投影面積Ｓの
１．１倍以上、２倍以内の断面積を有する範囲で表され
る。エンジンの運転状態によって、ガス流れの多いまた
は速い領域は上記範囲で変化するので、この範囲で所望
の性能等に応じて、上記担体中心部と外周部を設定すれ
ばよい。

【００１０】請求項５の発明は、基材セラミック表面に
触媒を直接担持可能なセラミック担体に触媒成分を担持
してなるセラミック触媒体であって、担体の上流側端面
から全長の１／４〜１／３の範囲に、全触媒量の５０重
量％以上の触媒を配置したことを特徴とする。触媒反応
が開始される上流側１／４〜１／３の範囲の触媒密度を
高めることで、触媒反応を促進することができる。

【００１１】請求項６の発明は、基材セラミック表面に
触媒を直接担持可能なセラミック担体に触媒成分を担持
したセラミック触媒体であり、ガス流れの上流側に熱に
強い触媒を、下流側に熱に弱い触媒を配置したことを特
徴とする。複数の触媒を用いる場合、温度が上昇しやす
い上流側に、より熱に強い触媒を配置することで、触媒
の劣化を防止することができる。

【００１２】請求項７のように、具体的には、上記熱に
強い触媒は、浄化率５０％での入口温度が３００℃以下
の触媒であり、上記熱に弱い触媒は、浄化率５０％での
入口温度が３５０℃以上の触媒とする。このような複数
の触媒を組み合わせることで、上記請求項６の効果が容
易に得られる。

【００１３】請求項８のように、上記各請求項における
上記セラミック担体の断面積は、該セラミック担体に接
続されるガス導入用配管の断面積より大とすることが望
ましい。断面積が大きいと、担体体積を大きくして処理
量を増加できるが、担体中心部と外周部のガス流れ等に
起因する上記問題が起きやすくなるため、上記各請求項
の構成による効果が良好に発揮される。

【００１４】請求項９のセラミック触媒体は、基材セラ
ミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック担体に触
媒成分を担持してなり、上記触媒の粒子形状が、同一重
量の球または半球状粒子より表面積が大きくなる形状で
あることを特徴とする。

【００１５】排ガスの浄化性能には触媒の表面積が影響
し、表面積が大きいほど排ガスとの接触確率が高くなっ
て性能が向上する。同一の触媒担持量で表面積を大きく
するには、例えば、触媒粒子を微粒化する方法がある
が、限界がある。そこで、本発明では、触媒の粒子形状
に着目し、同一重量の球または半球状粒子より表面積が
大きくなる形状とした。触媒粒子１個の重量が同一の場
合、触媒粒子形状が球である場合に最も表面積が小さく
なるので、球（半球）以外のより表面積が大きい形状に
すれば、触媒反応に寄与する有効面積が増し、触媒性能
が向上する。

【００１６】請求項１０のように、具体的には、上記触
媒の粒子形状を、多面体形状、円錐体またはその一部を
欠いた形状、凹凸または突起を有する略球状、針状、中
空形状のうちの少なくとも１つとすることができる。こ
れらは、いずれも、球（半球）形状の触媒粒子より表面
積が大きくなる。

【００１７】請求項１１のセラミック触媒体は、基材セ
ラミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック担体に
触媒成分を担持してなるセラミック触媒体であって、上
記触媒が、触媒活性の高い面に配向していることを特徴
とする。

【００１８】同一形状の触媒粒子であっても、触媒活性
の高い面に配向していると、浄化性能が向上する。従っ
て、表面積を大きくする代わりに、触媒活性の高い面に
配向を揃えることによっても、触媒性能を向上する効果
が得られる。

【００１９】請求項１２の構成において、上記触媒は、
上記セラミック担体に溶液状態で含浸、焼付けされるこ
とによって、上記細孔内に担持されている。溶液を用い
ると、上記細孔内に触媒成分が入り込みやすく、また、
触媒成分がイオンとして担持されるので、微粒化しやす
い。

【００２０】請求項１３のように、上記セラミック担体
としては、基材セラミックを構成する元素のうち少なく
とも１種類またはそれ以上の元素を構成元素以外の元素
と置換することにより、この置換元素に対して触媒成分
を直接担持可能とした担体を用いることができる。

【００２１】この場合、請求項１４のように、上記置換
元素上に上記触媒成分が化学的結合により担持されるこ
とが好ましい。触媒成分が化学的に結合されることによ
り、保持性が向上し、また、触媒成分が担体に均一分散
して、凝集しにくくなるので、長期使用による劣化も小
さい。

【００２２】請求項１５のように、上記置換元素には、
その電子軌道にｄまたはｆ軌道を有する少なくとも１種
類またはそれ以上の元素を用いることができる。電子軌
道にｄまたはｆ軌道を有する元素は、触媒成分と結合し
やすいため、好ましい。

【００２３】請求項１６のように、上記セラミック担体
として、基材セラミック表面に触媒を直接担持可能な多
数の細孔を有しており、この細孔に対して触媒成分を直
接担持可能である担体を用いることもできる。

【００２４】請求項１７のように、上記細孔は、具体的
には、セラミック結晶格子中の欠陥、セラミック表面の
微細なクラック、およびセラミックを構成する元素の欠
損のうち、少なくとも１種類からなる。

【００２５】請求項１８のように、上記微細なクラック
の幅が１００ｎｍ以下であると、担体強度を確保する上
で好ましい。

【００２６】請求項１９のように、触媒成分を担持可能
とするには、上記細孔が、担持する触媒イオンの直径の
１０００倍以下の直径あるいは幅を有するとよく、この
時、上記細孔の数が、１×１０¹¹個／Ｌ以上であると、
従来と同等な量の触媒成分を担持可能となる。

【００２７】請求項２０のように、上記基材セラミック
には、コーディエライトを主成分とするセラミックが用
いられ、上記細孔は、コーディエライトの構成元素の一
部を価数の異なる金属元素で置換することにより形成さ
れる欠陥とすることができる。コージェライトは耐熱衝
撃性に優れるため、自動車排ガス用の触媒体として好適
である。

【００２８】この場合、請求項２１のように、上記欠陥
は酸素欠陥および格子欠陥の少なくとも１種類からな
る。そして、コーディエライトの単位結晶格子に上記欠
陥を１個以上有するコーディエライト結晶を４×１０^-6
％以上含有するようにすると、従来と同等な量の触媒成
分を担持可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１により、本発明の第１の実施
の形態について説明する。本発明のセラミック触媒体１
は、エンジンの排ガス浄化触媒等に用いられるもので、
触媒を直接担持可能なセラミック担体２を有している。
セラミック担体２は、ガス流れ方向に多数のセル２１が
平行に形成されている円筒モノリス状に成形されてお
り、表面には、触媒成分が直接担持されている。セラミ
ック担体２の基材には、通常、理論組成が２ＭｇＯ・２
Ａｌ₂ Ｏ₃ ・５ＳｉＯ₂ で表されるコーディエライトを
主成分とするセラミックが好適に用いられる。基材セラ
ミックが、コーディエライト以外の、アルミナ、スピネ
ル、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、ムライト、シリ
カ−アルミナ、ゼオライト、ジルコニア、窒化珪素、リ
ン酸ジルコニウム等のセラミックを主成分とするもので
あってももちろんよい。

【００３０】セラミック担体は、基材セラミックの表面
に、触媒成分を直接担持可能な多数の細孔ないし元素を
有しており、この細孔ないし元素に対して触媒成分を直
接担持可能となっている。触媒成分を直接担持可能な細
孔は、具体的には、セラミック結晶格子中の欠陥（酸素
欠陥または格子欠陥）、セラミック表面の微細なクラッ
ク、およびセラミックを構成する元素の欠損のうち、少
なくとも１種類からなり、複数種類を組み合わせて形成
することもできる。触媒成分を直接担持可能な元素は、
基材セラミックを構成する元素のうち少なくとも１種類
またはそれ以上の元素を、構成元素以外の元素と置換す
ることにより導入される元素である。このような細孔な
いし元素を有することによって、γ−アルミナ等の高比
表面積のコート層を形成することなく、触媒成分を担持
可能とする。

【００３１】本実施の形態の特徴は、セラミック担体２
に担持させる触媒の量を、ガス流れの多い担体中心部Ａ
で多く、ガス流れの少ない担体外周部Ｂで少なくしたこ
とにある。具体的には、担体中心部Ａに配置する単位体
積当たりの触媒量（重量）を、外周部Ｂの１．１倍以
上、好ましくは２倍以上とするのがよく、これにより、
浄化性能を向上させることができる。これについては、
詳細を後述する。

【００３２】触媒成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の
貴金属触媒が好適に使用される。触媒成分を担持させる
場合には、触媒金属の化合物を溶媒に溶解した溶液に、
セラミック担体を浸漬させるとよい。触媒成分を担持さ
せるための溶媒は水でもよいが、本発明のセラミック担
体２が細孔を有する場合、細孔を形成する欠陥やクラッ
ク等が微細であるため、水よりも表面張力の小さな溶
媒、例えばエタノール等のアルコール系溶媒を用いると
より好ましい。水のように表面張力の大きい溶媒は、細
孔内に浸透しにくいため、細孔を十分に活用できない場
合があるが、表面張力の小さな溶媒を用いることで、微
細な細孔内にも入り込むことができ、細孔を十分に活用
して、０．５ｇ／Ｌ以上の触媒成分を担持することが可
能である。

【００３３】触媒溶液に浸漬させたセラミック担体は、
次いで、乾燥し、５００℃ないし９００℃程度で焼付け
る。これにより、排ガスと接触する担体セル壁表面の細
孔に触媒成分が担持されたセラミック触媒体が得られ
る。従来のγ−アルミナ等のコート層を用いるセラミッ
ク触媒体は、排ガスが入り込めない部分にも触媒成分が
存在することがあったが、本発明のセラミック触媒体
は、排ガスとの接触機会の多いセル壁表面に触媒成分が
集中担持されるので、排ガス浄化に有効に活用できる。
また、溶液を用いて担持しているため、触媒粒子が微粒
化できるとともに、溶液が入り込める細孔には、気体が
容易に侵入するから、排ガスと接触する部分にのみ効率
よく触媒成分を担持できることになる。

【００３４】ここで、基材セラミックの表面に、触媒成
分を直接担持可能な多数の細孔を有するセラミック担体
２について説明する。担持される触媒成分イオンの直径
は、通常、０．１ｎｍ程度であるので、コーディエライ
トの表面に形成される細孔は、直径あるいは幅が、０．
１ｎｍ以上であれば、触媒成分イオンを担持可能であ
り、セラミックの強度を確保するには、細孔の直径ある
いは幅が触媒成分イオンの直径の１０００倍（１００ｎ
ｍ）以下で、できるだけ小さい方が好ましい。細孔の深
さは、触媒成分イオンを保持するために、その直径の１
／２倍（０．０５ｎｍ）以上とする。この大きさで、従
来と同等な量の触媒成分（１．５ｇ／Ｌ）を担持可能と
するには、細孔の数が、１×１０¹¹個／Ｌ以上、好まし
くは１×１０¹⁶個／Ｌ以上、より好ましくは１×１０¹⁷
個／Ｌ以上であるとよい。

【００３５】具体的には、コーディエライトハニカム構
造体が、酸素欠陥あるいは格子欠陥の少なくとも１種類
を単位結晶格子に１個以上有するコーディエライト結晶
を４×１０^-6％以上、好ましくは、４×１０^-5％以上含
有する、あるいは、酸素欠陥あるいは格子欠陥の少なく
とも１種類をコーディエライトの単位結晶格子当たり４
×１０^-8個以上、好ましくは、４×１０^-7個以上含有す
ると、セラミック担体の細孔の数が上記所定数以上とな
る。次にこの細孔の詳細と形成方法について説明する。

【００３６】セラミック表面に形成される細孔のうち、
結晶格子の欠陥には、酸素欠陥と格子欠陥（金属空格子
点と格子歪）がある。酸素欠陥は、セラミック結晶格子
を構成するための酸素が不足することにより生ずる欠陥
で、酸素が抜けたことにより形成される細孔に触媒成分
を担持できる。格子欠陥は、セラミック結晶格子を構成
するために必要な量以上の酸素を取り込むことにより生
じる格子欠陥で、結晶格子の歪みや金属空格子点によっ
て形成される細孔に触媒成分を担持することが可能とな
る。

【００３７】結晶格子に酸素欠陥を形成するには、特願
２０００−１０４９９４に記載したように、Ｓｉ源、Ａ
ｌ源、Ｍｇ源を含むコーディエライト化原料を成形、脱
脂した後、焼成する工程において、焼成雰囲気を減圧
または還元雰囲気とする、原料の少なくとも一部に酸
素を含まない化合物を用い、低酸素濃度雰囲気で焼成す
ることにより、焼成雰囲気または出発原料中の酸素を不
足させるか、酸素以外のセラミックの構成元素の少な
くとも１種類について、その一部を該元素より価数の小
さな元素で置換する方法が採用できる。コーディエライ
トの場合、構成元素は、Ｓｉ（４＋）、Ａｌ（３＋）、
Ｍｇ（２＋）と正の電荷を有するので、これらを価数の
小さな元素で置換すると、置換した元素との価数の差と
置換量に相当する正の電荷が不足し、結晶格子としての
電気的中性を維持するため、負の電荷を有するＯ（２
−）を放出し、酸素欠陥が形成される。

【００３８】また、格子欠陥については、酸素以外の
セラミック構成元素の一部を該元素より価数の大きな元
素で置換することにより形成できる。コーディエライト
の構成元素であるＳｉ、Ａｌ、Ｍｇの少なくとも一部
を、その元素より価数の大きい元素で置換すると、置換
した元素との価数の差と置換量に相当する正の電荷が過
剰となり、結晶格子としての電気的中性を維持するた
め、負の電荷を有するＯ（２−）を必要量取り込む。取
り込まれた酸素が障害となって、コーディエライト結晶
格子が整然と並ぶことができなくなり、格子歪が形成さ
れる。あるいは、電気的中性を維持するために、Ｓｉ、
Ａｌ、Ｍｇの一部を放出し、空孔が形成される。この場
合の焼成雰囲気は、大気雰囲気として、酸素が十分に供
給されるようにする。なお、これら欠陥の大きさは数オ
ングストローム以下と考えられるため、窒素分子を用い
たＢＥＴ法のような通常の比表面積の測定方法では、比
表面積として測定できない

【００３９】酸素欠陥および格子欠陥の数は、コーディ
エライトハニカム構造体中に含まれる酸素量と相関があ
り、上記した必要量の触媒成分の担持を可能とするに
は、酸素量が４７重量％未満（酸素欠陥）または４８重
量％より多く（格子欠陥）なるようにするのがよい。酸
素欠陥の形成により、酸素量が４７重量％未満になる
と、コーディエライト単位結晶格子中に含まれる酸素数
は１７．２より少なくなり、コーディエライトの結晶軸
のｂ_o軸の格子定数は１６．９９より小さくなる。ま
た、格子欠陥の形成により、酸素量が４８重量％より多
くなると、コーディエライト単位結晶格子中に含まれる
酸素数は１７．６より多くなり、コーディエライトの結
晶軸のｂ_o軸の格子定数は１６．９９より大きくまたは
小さくなる。

【００４０】触媒担持能を有する細孔のうち、セラミッ
ク表面の微細なクラックは、コーディエライトハニカム
構造体に、熱衝撃または衝撃波を与えることによって、
アモルファス相と結晶相の少なくとも一方に多数形成さ
れる。ハニカム構造体の強度を確保するためには、クラ
ックは小さい方がよく、幅が約１００ｎｍ以下、好まし
くは約１０ｎｍ程度ないしそれ以下であるとよい。

【００４１】熱衝撃を与える方法としては、コーディエ
ライトハニカム構造体を加熱した後、急冷する方法が用
いられる。熱衝撃を与えるのは、コーディエライトハニ
カム構造体内に、コーディエライト結晶相およびアモル
ファス相が形成された後であればよく、通常の方法で、
Ｓｉ源、Ａｌ源、Ｍｇ源を含むコーディエライト化原料
を成形、脱脂した後、焼成して得られたコーディエライ
トハニカム構造体を、所定温度に再加熱し、次いで急冷
する方法、あるいは、焼成して冷却する過程で、所定温
度から急冷する方法のいずれを採用することもできる。
熱衝撃によるクラックを発生させるには、通常、加熱温
度と急冷後の温度の差（熱衝撃温度差）が約８０℃以上
であればよく、クラックの大きさは熱衝撃温度差が大き
くなるのに伴い大きくなる。ただし、クラックが大きく
なりすぎると、ハニカム構造体としての形状の維持が困
難になるため、熱衝撃温度差は、通常、約９００℃以下
とするのがよい。

【００４２】コーディエライトハニカム構造体におい
て、アモルファス相は結晶相の周りに層状に存在してい
る。コーディエライトハニカム構造体を加熱した後、急
冷することにより熱衝撃を与えると、アモルファス相と
結晶相では熱膨張係数に差があるために、この熱膨張係
数の差と熱衝撃の温度差に相当する熱応力が、アモルフ
ァス相と結晶相の界面付近に作用する。この熱応力にア
モルファス相あるいは結晶相が耐えられなくなると、微
細なクラックが発生する。微細なクラックの発生量は、
アモルファス相の量によって制御でき、アモルファス相
の形成に寄与すると考えられる原料中の微量成分（アル
カリ金属元素やアルカリ土類金属等）を、通常量以上添
加することによって、クラックの発生量を増加すること
ができる。また、熱衝撃の代わりに、超音波や振動等の
衝撃波を与えることもでき、コーディエライト構造内の
強度の低い部分が衝撃波のエネルギーに耐えられなくな
った時に、微細なクラックが発生する。この場合の微細
なクラックの発生量は、衝撃波のエネルギーにより制御
できる。

【００４３】触媒担持能を有する細孔のうち、セラミッ
クを構成する元素の欠損は、液相法によりコーディエラ
イト構成元素や不純物が溶出することによって形成され
る。例えば、コーディエライト結晶中のＭｇ、Ａｌとい
った金属元素、アモルファス相に含まれるアルカリ金属
元素やアルカリ土類金属またはアモルファス相自身が、
高温高圧水、超臨界流体、あるいはアルカリ溶液等の溶
液に溶出することによって形成され、これら元素の欠損
が細孔となって、触媒を担持可能とする。または、気相
法により、化学的または物理的に欠損を形成することも
できる。例えば、化学的方法としてはドライエッチング
が、物理的方法としてはスパッタエッチングが挙げら
れ、エッチング時間や供給エネルギー等により、細孔量
を制御できる。

【００４４】次に、元素置換によって、基材セラミック
の表面に、触媒成分を直接担持可能な多数の元素を配置
した担体について説明する。この場合、セラミックの構
成元素（例えば、コージェライトであれば、Ｓｉ、Ａ
ｌ、Ｍｇ）と置換される元素は、これら構成元素よりも
担持される触媒成分との結合力が大きく、触媒成分を化
学的結合により担持可能な元素が用いられる。具体的に
は、これら構成元素と異なる元素で、その電子軌道にｄ
またはｆ軌道を有する元素が挙げられ、好ましくはｄま
たはｆ軌道に空軌道を有するか、または酸化状態を２つ
以上持つ元素が用いられる。ｄまたはｆ軌道に空軌道を
有する元素は、担持される触媒成分とエネルギー準位が
近く、電子の授与が行われやすいため、触媒成分と結合
しやすい。また、酸化状態を２つ以上持つ元素も、電子
の授与が行われやすく、同様の作用が期待できる。

【００４５】ｄまたはｆ軌道に空軌道を有する元素の具
体例には、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｉｒ、Ｐｔ等が挙
げられ、これら元素のうちの少なくとも１種類またはそ
れ以上を用いることができる。これら元素のうち、Ｗ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｃｅ、Ｉｒ、Ｐｔは、酸化状態を２つ以上持つ元素
であり。酸化状態を２つ以上持つ元素の具体例として
は、その他、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａ
ｕ等が挙げられる。

【００４６】これら置換元素で、セラミックの構成元素
を置換する場合には、上述したように、セラミック原料
中に置換元素を添加、混練する方法を採用することもで
きるが、予め、置換される構成元素の原料の一部を置換
量に応じて減らしておき、通常の方法で、混練、成形、
乾燥させた後、置換元素を含む溶液に含浸させることも
できる。これを溶液から取り出し、乾燥させた後、大気
雰囲気中で脱脂、焼成する。このように成形体に含浸さ
せる方法を用いると、成形体表面に置換元素を多く存在
させることができ、その結果、焼成時に表面で元素置換
がおきて固溶体を生じやすくなるので、好ましい。

【００４７】置換元素の量は、総置換量が、置換される
構成元素の原子数の０．０１％以上５０％以下、好まし
くは５〜２０％の範囲となるようにするのがよい。な
お、置換元素が、基材セラミックの構成元素と価数の異
なる元素である場合には、上記したように、価数の差に
応じて格子欠陥または酸素欠陥が同時に生じるが、置換
元素を複数使用し、置換元素の酸化数の和と、置換され
る構成元素の酸化数の和と等しくなるようにすれば、欠
陥は生成しない。このように、全体として価数の変化が
ないようにし、触媒成分を置換元素との結合によっての
み担持させるようにしてもよい。

【００４８】次に、本実施の形態の特徴部分について説
明する。本実施の形態では、セラミック担体２に担持さ
せる触媒の量（単位体積当たり）を、ガス流れの多い担
体中心部Ａで外周部Ｂの１．１倍以上、好適には２倍以
上とする。図２は、触媒の担持をセラミック担体全体に
均一に行った従来のセラミック触媒体１におけるガス流
れと浄化率の関係を示すもので（エンジン２０００ｃｃ
とした場合）、ガス流量の少ないアイドリング時（図２
上段）、セラミック触媒体１を収容する排気管３の直径
ｄのガス導入口３１から導入されるガスは、排気管３の
全体に拡がる。この時、セラミック触媒体１の全面（直
径Ｄの範囲、Ｄ＞ｄ）にガスが流れ、浄化率は９０％
（未浄化１０％）である。一方、ガス流量が多いフルス
ロットル時（図２下段）、セラミック触媒体１を収容す
る容器体３のガス導入口３１から導入されるガスは、担
体中心部Ａに集中して流れ、浄化率は８０％（未浄化２
０％）に低下する。担体中心部Ａは、直径ｄに対応する
領域よりやや広く、セラミック担体へのガス導入口３１
の投影面積をＳとした時に、投影面積Ｓの１．１倍で表
される。なお、投影面積Ｓは、ここではガス導入口３１
の断面積と一致する。

【００４９】すなわち、担体中心部Ａ（投影面積Ｓの
１．１倍の領域）にガスが集中して流れた時の未浄化分
は２０％、外周部Ｂを含めた全体で浄化した時の未浄化
分は１０％である。そこで、ガス流れの多い担体中心部
Ａで触媒量を多く、ガス流れの少ない担体外周部Ｂで少
なくする。ここで、担体中心部Ａは、セラミック担体へ
のガス導入口３１の投影中心を中心とし、最小で投影面
積Ｓの１．１倍〜最大で投影面積Ｓの２倍の範囲とす
る。担体中心部Ａの範囲に幅があるのは、アイドリング
時、フルスロットル時以外の中低速では、ガス流れが集
中する領域が投影面積Ｓの２倍の範囲に拡がるためで、
この領域で９０％以上の浄化が行われる。

【００５０】担体中心部Ａの触媒量を外周部Ｂより多く
するには、触媒成分の担持工程を２段階に分けて行えば
よい。例えば、図３に示すセラミック担体２（φ８６×
Ｌ１２０）について、触媒担持工程の一例を説明する。
まず、（１）工程で、担体外周部Ｂの上下端面にマスキ
ング部材４１を施し、担体中心部Ａ（直径ｄの部分）に
触媒成分を含む溶液を流して全触媒量の５０％〜８０％
を担持させる。具体的には、マスキング部材４１として
マイクロクリスタリン酸系ワックスが用いられ、触媒溶
液として、例えば、Ｐｔ０．０９ｍｏｌ／Ｌ、Ｒｈ０．
０６ｍｏｌ／Ｌとしたエタノール溶液が用いられる。こ
の触媒溶液中に担体を１０分間浸し（常温処理）、次い
で、溶液から取り出した担体をエアブローしてセル中に
ある余分な溶液を飛ばした後、９０℃、２時間の条件で
乾燥し、水分を飛ばすことで、担体中心部Ａに触媒が担
持される。

【００５１】次に、（２）工程で、担体外周部Ｂに施さ
れていたマスキング部材４１を除去して担体中心部Ａに
マスキング４２を施し、担体外周部Ｂに触媒溶液を流し
て残りの触媒を担持させる。具体的には、マスキング部
材４２としてマイクロクリスタリン酸系ワックスが、触
媒溶液として、例えば、Ｐｔ０．０４５ｍｏｌ／Ｌ、Ｒ
ｈ０．０３ｍｏｌ／Ｌとしたエタノール溶液が用いられ
る。この触媒溶液中に、同様に担体を１０分間浸し（常
温処理）、次いで、溶液から取り出した担体をエアブロ
ーしてセル中にある余分な溶液を飛ばした後、９０℃、
２時間の条件で乾燥し、水分を飛ばすことで、担体外周
部Ｂに触媒が担持される。各工程とも、触媒溶液中に担
体を１０分間浸し（常温処理）、次いで、溶液から取り
出した担体をエアブローしてセル中にある余分な溶液を
飛ばした後、９０℃、２時間の条件で乾燥し、水分を飛
ばすことで、触媒を担持させることができる。

【００５２】その後、５００〜８００℃の温度で触媒を
焼き付けて、セラミック触媒体１とする。このセラミッ
ク触媒体１は、中心部Ａの触媒量が３．０ｇ／Ｌで、外
周部Ｂの触媒量１．５ｇ／Ｌの２倍となっている。ま
た、同様の方法で、中心部Ａを浸漬する触媒溶液の濃度
を変更することにより、中心部Ａの触媒量を１．５ｇ／
Ｌ、２．２５ｇ／Ｌ、３．７５ｇ／Ｌ、４．５ｇ／Ｌと
し、外周部Ｂの触媒量を１．５ｇ／Ｌで固定としたセラ
ミック触媒体１を作製し、それぞれの浄化性能を調べ
た。担体中心部Ａと外周部Ｂの触媒量の比Ａ／Ｂと浄化
率の関係を図４に示した。中心部Ａは直径ｄ（φ５０）
の範囲とし、浄化率の測定条件は、エンジン排気量：２
０００ｃｃ、ガス流量：４０００Ｌ／ｍｉｎとした。

【００５３】図４に明らかなように、触媒量比Ａ／Ｂ＝
１：１では、浄化率が８０％であり、中心部Ａの触媒量
が増加するに従い、浄化率が向上している。従って、Ａ
／Ｂ＝１．１以上とすれば、触媒量の増加による効果が
得られるので、目標性能とコストに応じて触媒量比Ａ／
Ｂを決定すればよい。さらに、Ａ／Ｂ＝２で浄化率が９
０％となっており、好ましくは、Ａ／Ｂ＝２以上とする
と、未浄化分を１０％以下にすることができる。

【００５４】なお、図５に示すように、担体中心部Ａの
中心は、排気管３のセラミック触媒体１への接続位置が
変化しても、基本的にガス導入口３１の中心（投影中
心）と略一致するように設定される。すなわち、上記実
施の形態のように、排気管３のガス導入口３１とセラミ
ック触媒体１が同軸上に位置する場合、図５（ａ）のよ
うに、担体中心部Ａの中心はガス導入口３１の中心と一
致し、かつセラミック触媒体１の中心と一致する。図５
（ｂ）のように、排気管３とセラミック触媒体１の軸が
オフセットしている場合も、担体中心部Ａの中心がガス
導入口３１の中心と一致するように設けられる。ただ
し、この時、担体中心部Ａとセラミック触媒体１は同心
に位置しない。

【００５５】図５（ｃ）のように、セラミック担体２へ
の排気管３のガス導入口３１がセラミック触媒体１に対
して斜めに接続する場合には、ガス導入口３１の中心の
延長上（投影中心）に、担体中心部Ａの中心が位置する
ように設ける。また、セラミック担体２へのガス導入口
３１の投影面積Ｓ´は、ガス導入口３１の断面積Ｓか
ら、下記式により求める。投影面積Ｓ´＝断面積Ｓ×（１／ｃｏｓθ）

【００５６】また、図６に示すように、セラミック担体
２の断面形状は、図６（ａ）のような円形断面の他、オ
ーバル状断面（図６（ｂ））、レーストラック状断面
（図６（ｃ））、三角断面（図６（ｄ））、異形断面
（図６（ｅ））等の形状としてもよい。セル２１の形状
も、図７（ａ）のような四角形の他、六角形（図７
（ｂ））、三角形（図７（ｃ））等、他の形状としても
もちろんよい。これら異なる形状の場合も、担体中心部
Ａの中心位置や領域は、上記と同様にして設定すること
ができる。

【００５７】図８（ａ）に本発明の第２の実施の形態を
示す。本実施の形態では、担体中心部Ａの触媒量を外周
部Ｂより多くする代わりに、ガス流れの速い担体中心部
Ａの単位体積当たりの表面積を、外周部Ｂより大きくす
る。具体的には、担体中心部Ａの単位面積当たりの表面
積が、外周部Ｂの１．１倍以上、好ましくは、２倍以上
となるようにし、例えば、図８（ｂ）のように、担体中
心部Ａのセル密度（単位面積当たりのセル数）を大きく
（高メッシュ）、外周部Ｂは、担体中心部Ａよりセル密
度を小さくする（低メッシュ）。あるいは、図８（ｃ）
〜（ｇ）のように、担体中心部Ａのセル形状を表面積の
大きい多角形または円形セルとし、外周部のセル形状を
表面積の小さい三角形または四角形セルとすることもで
きる。

【００５８】図８（ａ）はその具体的構成の一例を示す
もので、担体中心部Ａは、セル形状：四角形セル、セル壁厚さ：０．０６５ｍｍメッシュ：１５００セル／ｉｎ²、直径：φ５０容積：２３６ｃｃ、触媒量：１．５ｇ／Ｌとなっている。一方、担体外周部Ｂは、セル形状：四角形セル、セル壁厚さ：０．１１５ｍｍメッシュ：４００セル／ｉｎ² 容積：４６１ｃｃ、触媒量：１．５ｇ／Ｌとし、担体中心部Ａを高セル密度として、表面積を大き
くしている。

【００５９】このように、ガス流れの速い担体中心部Ａ
の単位面積当たりの表面積を、外周部Ｂより大きくする
ことによっても、同様の効果が得られる。この時、上記
具体例では、担体中心部Ａと外周部Ｂの触媒量を同じに
したが、同等としても、上記第１の実施の形態のように
中心部Ａの触媒量を多くしてもかまわない。なお、図８
（ｃ）〜（ｇ）のようなセル形状とするには、図８
（ｈ）のように、所望のセルパターンに加工した電極を
用意して、金型のスリット部を放電加工し、この金型を
用いて成形を行えばよい。

【００６０】図９に本発明の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態では、セラミック担体２の上流側端面から
全長の１／４〜１／３（２５％〜３３．３％）の範囲
に、全触媒量の５０重量％以上、好適には８０％以上の
触媒を配置する（図９の下段）。図９の上段のように、
触媒を直接担持したセラミック触媒体１は、γ−アルミ
ナをコートする従来の触媒体より熱容量が小さいため、
反応開始が早く、温度も上昇しやすい。そこで、より上
流側に触媒を集中担持することにより、初期の反応を促
進する。図９の中段のセラミック担体２は、上流側端面
から全長の１／４の範囲に、全触媒量の５０重量％を担
持した例である。触媒の反応は、担体の上流から開始
し、ガス流れによって、触媒反応によって上流で発生す
る熱が担体下流へ流れるため、担体下流では触媒量を低
減しても排ガス浄化は十分に行われる。

【００６１】上記構成のセラミック触媒体１の製造方法
を図１０で説明する。図１０（ａ）において、まず、高
濃度に設定した触媒溶液に、担体の全長の１／４〜１／
３を浸漬し、全触媒量の５０重量％以上（好適には８０
％以上）を担持する。触媒溶液の調製、浸漬後の乾燥等
の工程は上述した第１の実施の形態と同様に行う。次
に、担体を反転し、低濃度に設定した触媒溶液に、担体
の全長の３／４〜２／３を浸漬して、残りの触媒を担持
させればよい。あるいは、図１０（ｂ）のように、担体
を複数に分割し、担体毎に触媒量を変更して、触媒量が
多く長さの短い担体が上流側となるように配置すること
もできる。本発明のセラミック触媒体は、圧損が低いた
め、このように複数の担体を直列配置しても支障が生じ
ることはない。

【００６２】図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のセラミッ
ク担体（φ８３×Ｌ１２０）の上流部（Ｌ３６、全長の
３０％）に全触媒量の３０、５０、８０、９０、１００
％の触媒を担持し、下流部に残りの触媒を担持させた時
の浄化性能を比較したグラフである。浄化率の測定条件
は、エンジン排気量：２０００ｃｃ、ガス流量：４００
０Ｌ／ｍｉｎとした。上流部の触媒担持量を全触媒量の
５０％とすることにより浄化率の未浄化分を１０％以下
にでき、８０、９０％にすることで最大の効果が得られ
る。ただし、９５％を越えると下流部の反応の悪くなり
浄化率が低下するので、より好ましくは、９５％以下と
するのがよい。

【００６３】図１２（ａ）に本発明の第４の実施の形態
を示す。本実施の形態のセラミック触媒体１は、セラミ
ック担体２に複数の触媒を担持する際に、ガス流れの上
流側に熱に強い触媒を、下流側に熱に弱い触媒を配置す
る。本発明のように、セラミック担体２にγ−アルミナ
コートを介さずに触媒を直接担持する構成では、触媒は
担体のセル壁表面に集中的に担持され、触媒粒子間距離
が短くなるので、熱による触媒劣化、例えば、触媒粒子
同士がくっついてしまうシンタリング現象、触媒が蒸散
する現象が起きる可能性がある。そこで、本実施の形態
では、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等を触媒として用いる
場合、これらをセラミック担体２に均一に担持せず、表
１に示される各触媒の融点、シンタリング温度から、よ
り熱に強いＲｈを上流側に、Ｐｔ（またはＰｄ）を下流
側に配置する。上流部と下流部に別々の触媒を担持する
方法は、上記第４の実施の形態と同様に行うことがで
き、図１２（ｂ）のように、担体を分割して、それぞれ
に触媒を担持させ、直列配置することもできる。

【００６４】

【表１】

【００６５】ここで、熱に強い触媒、熱に弱い触媒の評
価法および判定法を、以下に示す。まず、評価しようと
する触媒を本発明のセラミック担体２に担持し、１００
０℃で２４時間エージングする。その後、上記したのと
同様の方法で、浄化性能を測定する。図１３のような触
媒入口温度と浄化率の関係を調べ、浄化率５０％（Ｔ５
０）での入口温度を見て、３００℃以下であれば熱に強
い触媒、３５０℃以下であれば熱に弱い触媒である。

【００６６】さらに、セラミック触媒体の触媒性能を向
上させるには、触媒の粒子形状を、同一重量の球または
半球状粒子より表面積が大きくなる形状とするのがよ
い。。触媒粒子が同一重量の場合、図１４に示すような
球（半球）状粒子が最も表面積が小さくなる。従って、
本発明では、触媒粒子を、球（半球）以外の形状とし、
表面積がより大きくなるようにして、触媒性能を向上さ
せる。

【００６７】具体的には、触媒の粒子形状を、多面体形
状、円錐体またはその一部を欠いた形状、凹凸または突
起を有する略球状、針状、板状、中空形状のうちの少な
くとも１つとすることができる。図１５ないし２０はこ
れらの形状の例を示すもので、図１５（ａ）、（ｂ）に
示す六面体、四面体は、多面体形状の、図１６の砲台状
は、円錐体または円錐体の一部を欠いた形状の、図１７
（ａ）、（ｂ）の表面に凹凸を有する球状、球面から突
出する星型の突起を有する形状は、凹凸または突起を有
する略球状の例である。また、図１８のような針状や、
図１９の平板状等の板状とすることもできる。図２０は
中空形状の例で、図２０（ａ）はチューブ状、図２０
（ｂ）は開口を有する袋状の粒子となっており、いずれ
も中空部の内表面によって表面積が大きくなる。

【００６８】排ガスの浄化性能には触媒の表面積が影響
し、表面積が大きいほど排ガスとの接触確率が高くなっ
て性能が向上する。従って、このように、触媒粒子形状
を、球より表面積が大きい形状にすることで、触媒担持
量を増加させることなく、触媒性能を向上可能である。

【００６９】触媒粒子の形状の制御は、触媒成分を担持
させる際の条件を変化させたり、担持してから後処理す
る等によって行うことが可能である。担持条件として
は、例えば、触媒成分の前駆体、触媒成分を溶解させる
溶媒、焼付け雰囲気等があり、これらを変化させること
によって、特定の形状の粒子を得ることが可能である。
あるいは、担持、焼付けした後に酸処理、ドライエッチ
ング等の後処理を行うこともできる。

【００７０】例えば、図１４のような球状の粒子は、塩
化白金酸アンモニウム０．０７ｍｏｌ／Ｌ、塩化ロジウ
ム０．０５ｍｏｌ／Ｌのエタノール溶液に、セラミック
担体を浸漬し、乾燥させた後、８００℃で２時間大気雰
囲気で焼付けして触媒化することにより得られる。これ
に対し、図１５（ａ）に示した六面体の粒子を得るに
は、触媒成分の前駆体および溶媒を変更し、テトラクロ
ロ白金酸アンモニウム０．０７ｍｏｌ／Ｌ、酢酸ロジウ
ム二量体０．０１ｍｏｌ／Ｌの３ＮのＨＣｌ溶液を用い
る。この溶液に、同様にしてセラミック担体を浸漬、乾
燥させた後、８００℃で２時間大気雰囲気で焼付けして
触媒化すると、粒子形状が六面体となる。

【００７１】また、図１７（ａ）に示したような凹凸形
状の粒子を得るには、球状の粒子と同様にして、塩化白
金酸アンモニウム０．０７ｍｏｌ／Ｌ、塩化ロジウム
０．０５ｍｏｌ／Ｌのエタノール溶液に、浸漬、乾燥
し、８００℃で２時間大気雰囲気で焼付けした後、後処
理する。後処理は、王水（２０℃）に１０分間浸すこと
により表面に凹凸を形成した粒子が得られる。

【００７２】セラミック触媒体の触媒性能を向上させる
他の方法として、触媒の結晶面を、触媒活性の高い面に
配向させることも有効である。同一形状の触媒粒子で表
面積が同じであっても、触媒活性の高い面に配向してい
ると、触媒反応が促進されて浄化性能が向上する。図２
１は、Ｐｔを触媒成分として用い、ＮＯの直接分解に最
も活性が高い面：Ｐｔ（１００）面に配向させた場合
で、触媒粒子は、六面体形状となる。このようにして、
触媒活性をより高くし、触媒性能を向上させることが可
能である。

【００７３】触媒粒子の配向の制御は、触媒成分を担持
させる際の条件を変化させることによって行うことがで
きる。担持条件としては、例えば、触媒成分の前駆体、
触媒成分を溶解させる溶媒、焼付け雰囲気等があり、こ
れらを変化させることによって、特定の面に配向させた
粒子を得ることが可能である。上記図２１のＰｔ（１０
０）の配向の場合、例えば、塩化白金酸アンモニウム
０．０７ｍｏｌ／Ｌ、塩化ロジウム０．０５ｍｏｌ／Ｌ
のエタノール溶液に、セラミック担体を浸漬し、乾燥さ
せた後、８００℃で２時間水素雰囲気で焼付けして触媒
化することにより、Ｐｔ（１００）面に配向させた触媒
粒子を得ることができる。

【００７４】図２２は、表面に多数の細孔を有するセラ
ミック担体に、種々の粒子形状の触媒を担持させた触媒
体の浄化性能を比較して示したものである。触媒には、
ＰｔとＲｈを使用し、上記したように担持条件を変化さ
せることによって、種々の粒子形状とした。触媒担持量
は、いずれも１．５ｇ／Ｌとなるようにした。また、セ
ラミック担体は、タルク、カオリン、アルミナ等のコー
ディエライト化原料のうち、Ａｌ源の１０重量％を価数
の異なるＷ化合物で置換し、バインダー等を添加して混
練したものをハニカム状に成形し、乾燥（９０℃、６時
間）した後、１３００℃以上で、２、５時間焼成して細
孔となる欠陥を形成したものを使用した。

【００７５】図２２の縦軸の５０％浄化温度は、浄化性
能の評価の指標となるもので、以下の方法で求めた。ま
ず、浄化性能評価用のセラミック触媒体のサンプル（サ
イズφ１５×Ｌ１０ｍｍ）に、ＨＣ（炭化水素）を含む
モデルガスを導入するとともに、サンプルの温度を徐々
に上げていき、以下の計算式から求められるＨＣ浄化率
が５０％となる温度を、５０％浄化温度とした。ＨＣ浄化率＝〔入ＨＣの濃度−出ＨＣの濃度〕／〔入Ｈ
Ｃの濃度〕×１００

【００７６】図２２のように、粒子形状が球状のセラミ
ック触媒体に対し、六面体、凹凸を有する形状、突起を
有する形状、針状、チューブ状のいずれも５０％浄化温
度が低くなっており、浄化性能が向上している。このよ
うに、同一の担持量であっても、粒子形状を変更して表
面積を増加させることで、より高い触媒性能を発揮させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のセラミック触媒体
の全体構成図である。

【図２】ガス流れと浄化率の関係を説明するための図で
ある。

【図３】第１の実施の形態のセラミック触媒体の製造工
程を説明する図である。

【図４】触媒量比と浄化率の関係を示す図である。

【図５】セラミック担体へのガス導入口の接続構造例を
示す図で、（ａ）はガス導入口とセラミック担体が同軸
に配置される場合、（ｂ）はガス導入口とセラミック担
体の軸がオフセットしている場合、（ｃ）はガス導入口
が斜めに接続している場合の図である。

【図６】セラミック担体の断面形状の例を示す図で、
（ａ）は円形断面、（ｂ）はオーバル状断面、（ｃ）は
レーストラック状断面、（ｄ）は三角断面、（ｅ）は異
形断面の図である。

【図７】セラミック担体のセル形状の例を示す図で、
（ａ）は四角セル、（ｂ）は六角セル、（ｃ）は三角セ
ルの図である。

【図８】（ａ）は本発明の第２の実施の形態のセラミッ
ク触媒体の全体構成図、（ｂ）〜（ｇ）はセルパターン
を示す図、（ｈ）は金型の形成方法を説明するための図
である。

【図９】本発明の第３の実施の形態のセラミック触媒体
の全体構成と、セラミック触媒体内の温度分布、触媒分
布を示す図である。

【図１０】（ａ）は第３の実施の形態のセラミック触媒
体の製造工程を説明する図、（ｂ）は、セラミック触媒
体の他の構成を示す図である。

【図１１】（ａ）は第３の実施の形態のセラミック触媒
体の具体的構成例を示す図、（ｂ）は、上流部触媒担持
量と浄化率の関係を示す図である。

【図１２】（ａ）は本発明の第４の実施の形態のセラミ
ック触媒体の全体構成図、（ｂ）は、セラミック触媒体
の他の構成を示す図である。

【図１３】熱に強い触媒、熱に弱い触媒の触媒入口温度
と浄化率の関係を示す図である。

【図１４】セラミック担体に球状の触媒粒子を担持させ
た従来のセラミック触媒体の構造を示す模式的な図であ
る。

【図１５】セラミック担体に多面体形状の触媒粒子を担
持させた本発明のセラミック触媒体の構造を示す図で、
（ａ）は六面体、（ｂ）は四面体の粒子形状を示す。

【図１６】セラミック担体に砲台状の触媒粒子を担持さ
せた本発明のセラミック触媒体の構造を示す図である。

【図１７】セラミック担体に凹凸状または突起を有する
形状の触媒粒子を担持させた本発明のセラミック触媒体
の構造を示す図で、（ａ）は凹凸状、（ｂ）は突起を設
けたの粒子形状を示す。

【図１８】セラミック担体に針状の触媒粒子を担持させ
た本発明のセラミック触媒体の構造を示す図である。

【図１９】セラミック担体に平板状の触媒粒子を担持さ
せた本発明のセラミック触媒体の構造を示す図である。

【図２０】セラミック担体に中空形状の触媒粒子を担持
させた本発明のセラミック触媒体の構造を示す図で、
（ａ）はチューブ状、（ｂ）は開口を有する袋状の粒子
形状を示す。

【図２１】セラミック担体に触媒活性の高い面に配向す
る触媒粒子を担持させた本発明のセラミック触媒体の構
造を示す図である。

【図２２】粒子形状と５０％浄化温度の関係を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｂ０１Ｊ 35/08 Ａ 35/08 Ｚ 37/00 Ｋ 37/00 37/02 １０１Ｃ 37/02 １０１Ｃ０４Ｂ 41/85 ＤＣ０４Ｂ 41/85 Ｆ０１Ｎ 3/28 ＱＦ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｐ３０１３０１Ｑ３１１Ｒ３１１Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ (72)発明者小池和彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者田中政一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者中西友彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB01 BA01 GA06 GA16 GA18 GB05W GB06W GB07W GB17X 4D048 BB01 BB02 BB04 BB05 BB06 BB12 BB15 BB16 BB17 CC32 CC46 4G069 AA01 AA03 AA08 CA03 DA05 EA02X EA03X EA04X EA06 EA19 EA25 EA27 EB01 EC09X EC27 EC29 EE08 FA01 FA03 FB13 FB30 FB80

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材セラミック表面に触媒を直接担持可
能なセラミック担体に触媒成分を担持してなるセラミッ
ク触媒体であって、ガス流れの多い担体中心部に担持さ
れる単位体積当たりの触媒量を、外周部の１．１倍以上
としたことを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項２】基材セラミック表面に触媒を直接担持可
能なセラミック担体であって、ガス流れの速い担体中心
部の単位体積当たりの表面積を、外周部の１．１倍以上
としたことを特徴とするセラミック担体。
【請求項３】モノリス状の担体形状を有しており、上
記担体中心部を高セル密度とするかあるいは多角形ない
し円形のセル形状とし、上記外周部を低セル密度とする
かあるいは四角形、六角形ないし三角形のセル形状とし
た請求項２記載のセラミック担体。
【請求項４】上記セラミック担体へのガス導入口の投
影面積をＳとした時に、上記担体中心部が、ガス導入口
の投影中心を中心とし、投影面積Ｓの１．１倍以上、２
倍以内の断面積を有する範囲を表す請求項１ないし３の
いずれか記載のセラミック触媒体またはセラミック担
体。
【請求項５】基材セラミック表面に触媒を直接担持可
能なセラミック担体に触媒成分を担持してなるセラミッ
ク触媒体であって、担体の上流側端面から全長の１／４
〜１／３の範囲に、全触媒量の５０重量％以上の触媒を
配置したことを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項６】基材セラミック表面に触媒を直接担持可
能なセラミック担体に複数の触媒成分を担持してなるセ
ラミック触媒体であって、ガス流れの上流側に熱に強い
触媒を、下流側に熱に弱い触媒を配置したことを特徴と
するセラミック触媒体。
【請求項７】上記熱に強い触媒が、浄化率５０％での
入口温度が３００℃以下の触媒であり、上記熱に弱い触
媒が、浄化率５０％での入口温度が３５０℃以上の触媒
である請求項６記載のセラミック触媒体。
【請求項８】上記セラミック担体の断面積が、該セラ
ミック担体に接続されるガス導入用配管の断面積より大
である請求項１ないし７のいずれか記載のセラミック触
媒体またはセラミック担体。
【請求項９】基材セラミック表面に触媒を直接担持
可能なセラミック担体に触媒成分を担持してなるセラミ
ック触媒体であって、上記触媒の粒子形状が、同一重量
の球または半球状粒子より表面積が大きくなる形状であ
ることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項１０】上記触媒の粒子形状が、多面体形状、
円錐体またはその一部を欠いた形状、凹凸または突起を
有する略球状、針状、中空形状のうちの少なくとも１つ
である請求項９記載のセラミック触媒体。
【請求項１１】基材セラミック表面に触媒を直接担持
可能なセラミック担体に触媒成分を担持してなるセラミ
ック触媒体であって、上記触媒が、触媒活性の高い面に
配向していることを特徴とするセラミック触媒体。
【請求項１２】上記触媒が、上記セラミック担体に溶
液状態で含浸、焼付けされることによって、上記細孔内
に担持されている請求項９ないし１１のいずれか記載の
セラミック触媒体。
【請求項１３】上記セラミック担体は、基材セラミッ
クを構成する元素のうち少なくとも１種類またはそれ以
上の元素が構成元素以外の元素と置換されており、この
置換元素に対して触媒成分を直接担持可能であることを
特徴とする請求項１ないし１２のいずれかセラミック触
媒体またはセラミック担体。
【請求項１４】上記置換元素上に上記触媒成分が化学
的結合により担持されている請求項１３記載のセラミッ
ク触媒体またはセラミック担体。
【請求項１５】上記置換元素はその電子軌道にｄまた
はｆ軌道を有する少なくとも１種類またはそれ以上の元
素である請求項１３または１４記載のセラミック触媒体
またはセラミック担体。
【請求項１６】上記セラミック担体は、基材セラミッ
ク表面に触媒を直接担持可能な多数の細孔を有してお
り、この細孔に対して触媒成分を直接担持可能であるこ
とを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか記載のセ
ラミック触媒体またはセラミック担体。
【請求項１７】上記細孔が、セラミック結晶格子中の
欠陥、セラミック表面の微細なクラック、およびセラミ
ックを構成する元素の欠損のうち、少なくとも１種類か
らなる請求項１６記載のセラミック触媒体またはセラミ
ック担体。
【請求項１８】上記微細なクラックの幅が１００ｎｍ
以下である請求項１７記載のセラミック触媒体またはセ
ラミック担体。
【請求項１９】上記細孔が、担持する触媒イオンの直
径の１０００倍以下の直径あるいは幅を有し、上記細孔
の数が、１×１０¹¹個／Ｌ以上である請求項１７記載の
セラミック触媒体またはセラミック担体。
【請求項２０】上記基材セラミックがコーディエライ
トを主成分とし、上記細孔が、コーディエライトの構成
元素の一部を価数の異なる金属元素で置換することによ
り形成される欠陥からなる請求項１７記載のセラミック
触媒体またはセラミック担体。
【請求項２１】上記欠陥は酸素欠陥および格子欠陥の
少なくとも１種類からなり、コーディエライトの単位結
晶格子に上記欠陥を１個以上有するコーディエライト結
晶を４×１０^-6％以上含有する請求項２０記載のセラミ
ック触媒体またはセラミック担体。