JP2022032099A - 車両用排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス浄化触媒がマイクロ波吸収材として磁性材料を含有していても、触媒性能の劣化が抑制される車両用排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】基材と、基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置であって、マイクロ波吸収材が、センダストを含み、触媒コート層が、基材と接して形成されている下触媒コート層と、下触媒コート層の上に配置されている上触媒コート層との少なくとも２層を有し、センダストが、下触媒コート層にのみ配置され、上触媒コート層のコート量が、下触媒コート層のコート量よりも多い、前記車両用排ガス浄化装置に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用排ガス浄化装置、特にマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置に関するものである。

自動車などの内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分が含まれており、これらの有害成分は排ガス浄化触媒によって浄化されてから大気中に放出されている。

有害成分を浄化するために必要な排ガス浄化触媒の温度は、一般に２００℃以上である。そのため、排ガス浄化触媒の加熱には、排ガスの熱が利用される。

しかしながら、エンジンのコールドスタート直後など、排ガス浄化触媒の温度が浄化に必要な温度に達していない場合には、排ガス浄化触媒の活性が不十分であり、未浄化の有害成分（冷間エミッションともいう）が環境中に排出されてしまう恐れがある。また、近年の環境性能を考慮した自動車では、エンジンの高熱効率化、低燃費化に伴い、排ガス温度を低下させる傾向にあり、このため、排ガスの熱を利用しても、排ガス浄化触媒の温度を浄化に必要な温度まで加熱できない場合がある。

このような問題を解決するため、特許文献１には、排ガス浄化装置で使用され、電磁加熱により昇温される排ガス流路部材であって、キュリー温度が２５０℃～４５０℃であるフェライト製の粒子状の磁性体を含み、前記磁性体は、組成式（Ｎｉ_１－ｘＺｎ_ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４（ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする排ガス流路部材が記載されている。

特許文献２には、基材と基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むコート層とを有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と、を備える車両用排ガス浄化装置であって、マイクロ波吸収材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、貴金属担持触媒が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含み、コート層が、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）をさらに含む前記車両用排ガス浄化装置が記載されている。

国際公開第２０１６／０２１１８６号 特開２０１９－１７３５８３号公報

このような車両用排ガス浄化装置では、マイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱する材料であるマイクロ波吸収材が利用される。

マイクロ波吸収材としては、特許文献１及び２に記載されているもの以外にも、例えば、特開２０１８－６３９７０号公報には、非金属材料よりなるマトリクス中にセンダストを含む軟磁性材料よりなる粒子を分散させたシート状の電磁波吸収体において、前記電磁波吸収体は、α≧１／５を満たすことを特徴とする電磁波吸収体（ここで、αは、以下の式：α＝Ａｄ（εμ）^０．５／（μ’’＋ε’’μ／ε）で表されるパラメータであり、式において、ｄは前記電磁波吸収体の厚さ、ε、ε’’、μ、μ’’はそれぞれ前記電磁波吸収体の誘電率、誘電率の損失項、透磁率、透磁率の損失項であり、Ａ＝８×１０^４／π［Ω／ｍ］である）が記載されている。

また、特開２０１２－５７８２９号公報には、電磁波を吸収する発熱体であって、該発熱体が、Ｆｅ酸化物（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）：５３ｍｏｌ％～５７ｍｏｌ％、Ｚｎ酸化物（ＺｎＯ換算）：４ｍｏｌ％～１１ｍｏｌ％及びＮｉ酸化物（ＮｉＯ換算）：０．５ｍｏｌ％～４ｍｏｌ％を含み、残部がＭｎ酸化物からなるＭｎＺｎ系フェライトであることを特徴とする電磁波吸収発熱体が記載されている。

しかしながら、特開２０１８－６３９７０号公報及び特開２０１２－５７８２９号公報には、マイクロ波吸収材を車両用排ガス浄化装置に搭載することは記載されていない。さらに、一般的な自動車用の排ガス浄化触媒に用いられる貴金属の担体としてのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やセリア－ジルコニア複合酸化物（ＣｅＯ_２－ＺｒＯ_２）は、貴金属との親和力が強く、高温、例えば約８００℃～９００℃になっても、貴金属同士のシンタリングを抑制する効果を有し得るのに対して、鉄（Ｆｅ）を主成分とする磁性材料は、比表面積が低く、さらに貴金属との親和力も低いため、当該磁性材料を添加して製造された排ガス浄化触媒では、高温、例えば約８００℃～９００℃になると、貴金属同士のシンタリングが促進されて、結果として、触媒性能の劣化が引き起こされ得る。

したがって、本発明は、排ガス浄化触媒がマイクロ波吸収材として磁性材料を含有していても、触媒性能の劣化が抑制される車両用排ガス浄化装置を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、マイクロ波により加熱を行う排ガス浄化触媒を備える車両用排ガス浄化装置において、排ガス浄化触媒の触媒コート層を２層以上で構成し、マイクロ波吸収材としての磁性材料であるセンダストを触媒コート層の下層にのみ配置し、上層のコート量を下層のコート量よりも多くすることによって、排ガス浄化触媒がマイクロ波吸収材として磁性材料を含有していても、触媒性能の劣化を抑制することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）基材と、基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒と、
排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と
を備える車両用排ガス浄化装置であって、
マイクロ波吸収材が、センダストを含み、
触媒コート層が、基材と接して形成されている下触媒コート層と、下触媒コート層の上に配置されている上触媒コート層との少なくとも２層を有し、
センダストが、下触媒コート層にのみ配置され、
上触媒コート層のコート量が、下触媒コート層のコート量よりも多い、
前記車両用排ガス浄化装置。

本発明により、排ガス浄化触媒がマイクロ波吸収材として磁性材料を含有していても、触媒性能の劣化が抑制される車両用排ガス浄化装置を提供することが可能となる。

本発明の車両用排ガス浄化装置の一実施形態を示す図である。 比較例１～５及び実施例１～４の排ガス浄化触媒について、上触媒コート層の下触媒コート層に対する重量比（上触媒コート層／下触媒コート層）と４００℃におけるＨＣ浄化率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。図面では、明確化のために各部の寸法及び形状を誇張しており、実際の寸法及び形状を正確に描写してはいない。それ故、本発明の技術的範囲は、これら図面に表された各部の寸法及び形状に限定されるものではない。なお、本発明の車両用排ガス浄化装置は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。

本発明は、基材と、基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置であって、マイクロ波吸収材が、センダストを含み、触媒コート層が、基材と接して形成されている下触媒コート層と、下触媒コート層の上に配置されている上触媒コート層との少なくとも２層を有し、センダストが、下触媒コート層にのみ配置され、上触媒コート層のコート量が、下触媒コート層のコート量よりも多い、前記車両用排ガス浄化装置に関する。

本発明において、基材とは、触媒コート層が塗布される材料であり、例えば、限定されないが、公知のハニカム形状を有する基材、例えば、ハニカム形状のモノリス基材でセル形状は六角や四角などである。このような基材の材質は、マイクロ波を反射してしまう金属以外で、セラミックス、例えば、コーディエライト、シリカ、アルミナ及びムライト、炭化ケイ素などがある。また、ハニカム形状のモノリス基材のセル数は、限定されないが、通常１平方インチ当たり３００個～９００個、好ましくは１平方インチ当たり４００個～７５０個である。本発明では、基材として、１平方インチ当たり４００個～７５０個のセルを有するコーディエライトからなるハニカム形状のモノリス基材を使用することが好ましい。

基材の排ガスの流れ方向の長さは、限定されないが、通常４０ｍｍ～１５０ｍｍ、好ましくは６０ｍｍ～１１０ｍｍである。

基材の排ガス流入口の直径（基材の排ガス流入口の形状が円でない場合には、円相当直径）は、所望の触媒容量に応じて適宜変更することができ、限定されないが、通常２０ｍｍ～１２０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ～１１０ｍｍである。

基材の容量は、限定されないが、通常０．０３Ｌ～１．５Ｌ、好ましくは０．３Ｌ～１．５Ｌ、より好ましくは０．４Ｌ～１．０Ｌである。

基材の重量は、限定されないが、通常１５ｇ～４００ｇ、好ましくは６０ｇ～４００ｇ、より好ましくは８０ｇ～３００ｇである。

基材として前記で説明する材料を使用することにより、排ガスを浄化するために十分な排ガスの流通経路を確保し、基材に塗布した触媒コート層中の触媒成分との反応を確保することができる。また、マイクロ波を吸収する成分（マイクロ波吸収材）を触媒成分と同様に保持し、昇温を確保することができる。

本発明において、基材には、触媒コート層がコートされている。触媒コート層は、基材と接して形成されている下触媒コート層と、下触媒コート層の上に配置されている上触媒コート層との少なくとも２層を有する。

下触媒コート層は、マイクロ波吸収材及び場合により貴金属担持触媒を含む。上触媒コート層は、貴金属担持触媒を含む。下触媒コート層は、マイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むことが好ましい。

ここで、マイクロ波吸収材とは、マイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱する材料である。本発明では、マイクロ波吸収材は、磁性材料であるセンダストを含む。センダストとは、鉄（センダストの全重量に対して元素換算で通常８４重量％～８８重量％）、ケイ素（センダストの全重量に対して元素換算で通常６重量％～１０重量％）及びアルミニウム（センダストの全重量に対して元素換算で通常４重量％～６重量％、例えば４重量％～５．５重量％）を主成分とする強磁性の三元合金を意味する。

マイクロ波吸収材がセンダストを含むことにより、マイクロ波吸収材は、マイクロ波発生装置から照射されるマイクロ波を効率よく吸収し、熱に変換することができる。さらに、センダストは、自動車排ガスの９００℃以上の条件でも他の触媒材料（アルミナやセリア、ジルコニア等）との反応が少なく、マイクロ波吸収性能の低下が少ない利点がある。

センダストの量は、基材の容量に基づいて、通常２０ｇ／Ｌ～９０ｇ／Ｌ、好ましくは３０ｇ／Ｌ～７０ｇ／Ｌである。

センダストの量が前記範囲であることにより、マイクロ波を十分にセンダストに吸収させることができ、吸収したマイクロ波から生じたセンダストの熱によって排ガス浄化触媒が加熱され、良好な浄化性能を確保することができる。

センダストの平均粒径は、限定されないが、通常１μｍ～１００μｍ、好ましくは５μｍ～５０μｍである。ここで、センダストの平均粒径は、レーザー粒度分布計で測定することができる。

センダストのＢＥＴによる比表面積は、限定されないが、通常０．１ｍ^２／ｇ～１０ｍ^２／ｇ、好ましくは０．５ｍ^２／ｇ～５ｍ^２／ｇである。

センダストの平均粒径又は比表面積が前記範囲であることにより、マイクロ波発生装置から照射されるマイクロ波をセンダストに効率よく吸収させることができ、排ガス浄化触媒の昇温をさらに向上させることができる。

センダストは、下触媒コート層にのみ配置される。

センダストが下触媒コート層にのみ配置されることにより、下触媒コート層に含まれるセンダストによる上触媒コート層に含まれる貴金属のシンタリング、特にマイクロ波による加熱を使用しない高温下、例えば９００℃以上の高温下における貴金属のシンタリングが抑制され、排ガス浄化触媒の触媒性能の劣化を抑制することができる。

本発明では、マイクロ波吸収材は、センダスト以外に、他のマイクロ波吸収材を含んでいてもよい。他のマイクロ波吸収材としては、限定されないが、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）（例えば、β－ＳｉＣ）、ペロブスカイト型複合酸化物（例えば、ランタン（Ｌａ）・コバルト（Ｃｏ）系複合酸化物、ストロンチウム（Ｓｒ）・コバルト系複合酸化物及びランタン・ストロンチウム・コバルト系複合酸化物）、フェライト（酸化鉄を含む）、酸化マンガン、酸化コバルト、硼化ジルコニウムなどが挙げられる。

センダスト以外のマイクロ波吸収材の量は、基材の容量に基づいて、通常５ｇ／Ｌ～５０ｇ／Ｌ、好ましくは１０ｇ／Ｌ～３０ｇ／Ｌである。

マイクロ波吸収材がセンダスト以外のマイクロ波吸収材、特にＳｉＣのような誘電材を含むことにより、センダストで吸収できない電場成分を吸収でき、マイクロ波の吸収効率を向上できる利点がある。

貴金属担持触媒とは、貴金属が担体に担持されている触媒である。

ここで、担体とは、主触媒として機能する貴金属を担持する材料であり、例えば、限定されないが、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２、セリア）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２、ジルコニア）、酸化珪素（ＳｉＯ_２、シリカ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３、イットリア）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、及びこれらからなる複合酸化物などがある。本発明では、担体として、Ａｌ_２Ｏ_３とＣｅＯ_２とＺｒＯ_２の複合酸化物（ＡＣＺ）、ＣｅＯ_２とＺｒＯ_２の複合酸化物（ＣＺ）及びＡｌ_２Ｏ_３を使用することが好ましい。

担体として前記に挙げたものを使用することにより、排ガス浄化触媒の耐熱性を向上させることができる。またこれらの材料、特にＡＣＺ、ＣＺなどで酸素吸蔵性能を制御することで触媒浄化性能を向上させることができる。

貴金属とは、排ガス中の有害成分を浄化することができる主触媒として機能する材料である。本発明では、貴金属は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含む。貴金属は、その他にも、例えば、限定されないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及びこれらの混合物を含んでもよい。

貴金属として前記に挙げたものを使用することにより、排ガスを効率的に浄化することができる。また厳しい排ガス環境下においても長期間にわたり浄化性能を維持することができる。

担体に担持される貴金属の量は、限定されないが、貴金属換算で、担体総重量に基づいて、通常０．２重量％～２．０重量％、好ましくは０．４重量％～１．０重量％である。

貴金属担持触媒の量は、限定されないが、排ガス浄化触媒の総重量に基づいて、通常２０重量％～６０重量％、好ましくは３５重量％～６０重量％、より好ましくは４５重量％～５６重量％である。

貴金属担持触媒は、従来の製造方法により製造することができる。例えば、貴金属担持触媒は、５℃～３０℃において、水中に、担体と、貴金属の塩酸塩や硝酸塩などの貴金属前駆体とを添加し、撹拌機により撹拌しながら、均一に分散させ、その後、蒸発乾固などの乾燥、場合により粉砕、さらに、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で、１時間～３時間焼成（熱処理）を行うことにより製造される。粉砕には従来の粉砕技術、例えば乳鉢、ハンマーミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ローラーミルなど、乾式、湿式を問わず用いることができる。

あるいは、貴金属担持触媒は、基材上に予めコートされた担体に、貴金属の塩酸塩や硝酸塩などの貴金属前駆体（例えば、硝酸パラジウム水溶液など）を吸収させ、例えば、大気中、１１０℃～１５０℃で、１時間～３時間乾燥後、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で、１時間～３時間焼成を行うことにより製造してもよい。

貴金属担持触媒として前記で説明する材料を使用することにより、排ガス中の有害成分を効率よく浄化することができる。

本発明において、触媒コート層は、バインダー、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）バインダー、アルミナゾルなど、添加剤、例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）などをさらに含んでもよい。触媒コート層は、それ自身がマイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱することができるＮｉＯをさらに含むことが好ましい。

触媒コート層中のバインダーの量は、限定されないが、基材の容量に基づいて、通常１ｇ／Ｌ～１０ｇ／Ｌ、好ましくは２ｇ／Ｌ～５ｇ／Ｌである。

触媒コート層がバインダーをさらに含むことにより、バインダーが、触媒材料粉末間及び触媒材料と基材の空隙を充填、密着させることでコートの剥離を抑制することができる。

触媒コート層中の添加剤の量は、限定されないが、基材の容量に基づいて、通常２０ｇ／Ｌ～１００ｇ／Ｌ、好ましくは４０ｇ／Ｌ～８０ｇ／Ｌである。

触媒コート層が添加剤、例えばＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３をさらに含むことにより、マイクロ波吸収性能を向上でき、さらに、排気ガス臭の問題となるＨ_２Ｓの生成を抑制できる。

触媒コート層を構成する上触媒コート層及び下触媒コート層は、それぞれ少なくとも１層、例えば、１層、２層及び３層以上である。例えば、上触媒コート層及び下触媒コート層は、それぞれ１層からなる。触媒コート層は、貴金属担持触媒及びマイクロ波吸収材を含む１層からなる下触媒コート層と、貴金属担持触媒を含む１層からなる上触媒コート層とから構成されることが好ましい。

触媒コート層が前記構成を有することにより、下触媒コート層に含まれるマイクロ波吸収材であるセンダストによる上触媒コート層に含まれる貴金属のシンタリング、特にマイクロ波による加熱を使用しない高温下、例えば９００℃以上の高温下における貴金属のシンタリングが抑制され、排ガス浄化触媒の触媒性能の劣化を抑制することができる。

本発明の触媒コート層において、上触媒コート層のコート量は、下触媒コート層のコート量よりも多い。例えば、上触媒コート層のコート量は、下触媒コート層のコート量の通常１．１倍～２．５倍、好ましくは１．１倍～２．０倍である。言い換えれば、上触媒コート層の下触媒コート層に対する重量比（上触媒コート層／下触媒コート層）は、通常１．１～２．５、好ましくは１．２～２．０である。

例えば、上触媒コート層のコート量は、下触媒コート層のコート量よりも多ければ限定されないが、基材の容量に基づいて、通常８０ｇ／Ｌ～２００ｇ／Ｌ、好ましくは１００ｇ／Ｌ～１５０ｇ／Ｌである。

例えば、下触媒コート層のコート量は、上触媒コート層のコート量よりも少なければ限定されないが、基材の容量に基づいて、通常４０ｇ／Ｌ～１８０ｇ／Ｌ、好ましくは５０ｇ／Ｌ～１３５ｇ／Ｌである。

上触媒コート層のコート量が下触媒コート層のコート量よりも多くなることで、下触媒コート層に含まれるマイクロ波吸収材であるセンダストによる上触媒コート層に含まれる貴金属のシンタリング、特にマイクロ波による加熱を使用しない高温下、例えば９００℃以上の高温下における貴金属のシンタリングが抑制され、排ガス浄化触媒の触媒性能の劣化を抑制することができる。

下触媒コート層全てを合わせた厚さは、上触媒コート層のコート量が下触媒コート層のコート量よりも多くなれば限定されないが、基材の平滑部で通常５μｍ～６０μｍ、好ましくは１０μｍ～５０μｍである。

上触媒コート層全てを合わせた厚さは、上触媒コート層のコート量が下触媒コート層のコート量よりも多くなれば限定されないが、基材の平滑部で通常２０μｍ～１４０μｍ、好ましくは３０μｍ～１００μｍである。

下触媒コート層及び上触媒コート層の厚さが前記範囲になることにより、排ガスの浄化をマイクロ波により行う際に、下触媒コート層に含まれるセンダストがマイクロ波を十分に吸収し、そこからの発熱を下触媒コート層及び／又は上触媒コート層中の貴金属に伝播して排ガス浄化性能を確保することができると共に、コート層に含まれる貴金属担持触媒と排ガスとの接触を促進し、さらに排ガス浄化触媒の圧損の上昇を抑えることができる。

本発明において、排ガス浄化触媒における、基材のセル上への触媒コート層の形成は、従来のコーティング技術により実施することができる。例えば、排ガス浄化触媒は、コートする部分以外をマスキングした基材上に、貴金属担持触媒及びマイクロ波吸収材を含む下触媒コート層スラリーをウォッシュコートして被覆し、余分なスラリーを吹き払った後、例えば、大気中、１１０℃～１５０℃で、１時間～３時間乾燥して溶媒分を除去し、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で１時間～３時間焼成を行い、下触媒コート層を形成させ、続いて、下触媒コート層を形成させた基材上に、貴金属担持触媒を含む上触媒コート層スラリーをウォッシュコートして被覆し、余分なスラリーを吹き払った後、例えば、大気中、１１０℃～１５０℃で、１時間～３時間乾燥して溶媒分を除去し、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で１時間～３時間焼成を行い、上触媒コート層を形成させることで製造することができる。

あるいは、排ガス浄化触媒は、コートする部分以外をマスキングした基材上に、貴金属担持触媒の担体及びマイクロ波吸収材を含む下触媒コート層スラリーをウォッシュコートして被覆し、余分なスラリーを吹き払った後、例えば、大気中、１１０℃～１５０℃で、１時間～３時間乾燥して溶媒分を除去し、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で１時間～３時間焼成を行い、貴金属を含まない下触媒コート層を形成させ、続いて、貴金属を含まない下触媒コート層を形成させた基材上に、貴金属担持触媒の担体を含む上触媒コート層スラリーをウォッシュコートして被覆し、余分なスラリーを吹き払った後、例えば、大気中、１１０℃～１５０℃で、１時間～３時間乾燥して溶媒分を除去し、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で１時間～３時間焼成を行い、貴金属を含まない上触媒コート層を形成させ、その後、貴金属を含まない下触媒コート層及び上触媒コート層がコートされた基材に、貴金属原料、例えば、硝酸パラジウム水溶液を吸収させ、例えば、大気中、１１０℃～１５０℃で、１時間～３時間乾燥して溶媒分を除去し、例えば、大気中、４５０℃～５５０℃で１時間～３時間焼成を行うことで製造することができる。

排ガス浄化触媒において、基材上に２層以上の下触媒コート層及び／又は上触媒コート層を形成する場合は、前記コート層の形成を繰り返せばよい。

本発明において、マイクロ波発生装置とは、マイクロ波吸収材が吸収し得るマイクロ波を発生する装置を示し、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置する。

ここで、マイクロ波発生装置は、排ガスの流れ方向に対する排ガス浄化触媒の前方において、マイクロ波吸収材が配置されている基材を有する排ガス浄化触媒に向かってマイクロ波を照射できる位置、すなわち、排ガスの流れ方向に対して水平（排ガス流入口と排ガス浄化触媒の中心とを結んだ線と、マイクロ波発生装置のマイクロ波照射口と排ガス浄化触媒の中心とを結んだ線により形成される角度（本明細書等では、マイクロ波照射角度ともいう）＝０°）から排ガスの流れ方向に対して垂直（マイクロ波照射角度＝９０°）の間に位置すれば限定されない。マイクロ波照射角度は、通常３０°～９０°、好ましくは４５°～９０°である。

マイクロ波発生装置の位置を前記で説明する位置にすることにより、マイクロ波を効率よく排ガス浄化触媒に照射することができる。

マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波の周波数は、適宜変更することができ、限定されないが、通常１．５ＧＨｚ～３ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ～２．５ＧＨｚである。本発明では、マイクロ波の周波数として、工業用マイクロ波電源の周波数である２．４５ＧＨｚを使用することがより好ましい。

マイクロ波発生装置の出力は、使用する車両用排ガス浄化装置の規模や、所望する暖機性能などにより適宜変更することができ、限定されないが、通常２００Ｗ～１０ｋＷ、好ましくは５００Ｗ～２ｋＷである。また、マイクロ波発生装置は、シングルモード、マルチモードともに使用可能である。本発明は、シングルモードで実施することが好ましい。

図１には、本発明の車両用排ガス浄化装置の一実施形態を示す。図１では、排ガス浄化触媒（２）と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒（２）の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置（１）と、を備える車両用排ガス浄化装置が示されており、車両用排ガス浄化装置の排ガスの流れ方向に対して後方に、別の触媒が設置されている。別の触媒を設置することにより、浄化性能をさらに向上することができる。排ガスは、排ガス流入管から車両用排ガス浄化装置に入り、排ガス浄化触媒（２）を通って、排ガス流出管から排出される。図１では、マイクロ波照射角度は、約４５°である。

本発明の排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置は、当該技術分野において従来知られている車両用排ガス浄化装置に使用することができ、限定されないが、ガソリン車のエンジン、ハイブリッド車のエンジン及びプラグインハイブリッド車のエンジンでは、三元触媒として、ディーゼル車のエンジンでは、酸化触媒として利用することができる。

本発明の排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置を利用することにより、加熱効率が向上し、消費電力が低減できるため、燃費向上につながる。

以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

１．試料調製
実施例１．下触媒コート層がセンダストを含み、上触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層の下触媒コート層に対する重量比（上触媒コート層／下触媒コート層）が１．９である排ガス浄化触媒の調製

（１）センダストを含む触媒スラリーＡの調製
センダストと、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ａｌ_２Ｏ_３ゾルと、水とを、表１に示すとおりに量り取り、ボールミルを使用して８時間混合することで、触媒スラリーＡを調製した。

（２）センダストを含まない触媒スラリーＢの調製
Ａｌ_２Ｏ_３と、ＡＣＺと、Ａｌ_２Ｏ_３ゾルと、水とを、表１に示すとおりに量り取り、ボールミルを使用して８時間混合することで、触媒スラリーＢを調製した。

（３）貴金属を含まない下触媒コート層の形成
基材（φ３０ｍｍ×Ｌ５０ｍｍ）に、下触媒コート層としての（１）で調製した触媒スラリーＡをコートし、１２０℃で２時間乾燥させた後、５００℃で２時間焼成することで貴金属を含まない下触媒コート層を形成した。

（４）貴金属を含まない上触媒コート層の形成
下触媒コート層を形成した基材に、上触媒コート層としての（２）で調製した触媒スラリーＢをコートし、１２０℃で２時間乾燥させた後、５００℃で２時間焼成することで貴金属を含まない下触媒コート層の上に貴金属を含まない上触媒コート層を形成した。

なお、上触媒コート層／下触媒コート層は、１．９になるように調製した。

（５）排ガス浄化触媒の調製
（４）で調製した貴金属を含まない下触媒コート層及び上触媒コート層を形成した基材に、Ｐｄを金属として０．０７ｇ含む硝酸パラジウム水溶液１５ｇを吸収させ、１２０℃で２時間乾燥させた後、５００℃で２時間焼成することで排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは１０μｍであり、上触媒コート層の厚さは１０２μｍであった。

実施例２．下触媒コート層がセンダストを含み、上触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層／下触媒コート層が１．１である排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が１．１になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは１０μｍであり、上触媒コート層の厚さは４０μｍであった。

実施例３．下触媒コート層がセンダストを含み、上触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層／下触媒コート層が２．２である排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が２．２になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは１０μｍであり、上触媒コート層の厚さは１２６μｍであった。

実施例４．下触媒コート層がセンダストを含み、上触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層／下触媒コート層が１．４である排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が１．４になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは１０μｍであり、上触媒コート層の厚さは６０μｍであった。

比較例１．下触媒コート層及び上触媒コート層がセンダストを含まない排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）において、「下触媒コート層としての（１）で調製した触媒スラリーＡをコートし」を「下触媒コート層としての（２）で調製した触媒スラリーＢをコートし」に変更し、実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が１．３になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。

比較例２．下触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層がセンダストを含む排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）において、「下触媒コート層としての（１）で調製した触媒スラリーＡをコートし」を「下触媒コート層としての（２）で調製した触媒スラリーＢをコートし」に変更し、実施例１の（４）において、「上触媒コート層としての（２）で調製した触媒スラリーＢをコートし」を「上触媒コート層としての（１）で調製した触媒スラリーＡをコートし」に変更し、実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が２．１になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは９μｍであり、上触媒コート層の厚さは１９μｍであった。

比較例３．下触媒コート層がセンダストを含み、上触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層／下触媒コート層が１．０である排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が１．０になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは１０μｍであり、上触媒コート層の厚さは２０μｍであった。

比較例４．下触媒コート層がセンダストを含み、上触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層／下触媒コート層が０．９である排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が０．９になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。下触媒コート層の厚さは１１μｍであり、上触媒コート層の厚さは１７μｍであった。

比較例５．上触媒コート層及び下触媒コート層がセンダストを含む排ガス浄化触媒の調製

実施例１の（４）において、「上触媒コート層としての（２）で調製した触媒スラリーＢをコートし」を「上触媒コート層としての（１）で調製した触媒スラリーＡをコートし」に変更し、実施例１の（３）及び（４）において、上触媒コート層／下触媒コート層が１．２になるように調製する以外は、実施例１と同様にして、排ガス浄化触媒を調製した。

実施例１～４及び比較例１～５の排ガス浄化触媒の触媒仕様を表２にまとめる。

２．耐久試験
実施例１～４及び比較例１～５の排ガス浄化触媒に、ＣＯ １％（Ｈ_２Ｏ １０％、Ｎ_２希釈）－Ｏ_２ ５％（Ｈ_２Ｏ １０％、Ｎ_２希釈）の組成を有する流量２０Ｌ／分のガスを５分サイクルで切り替えて流しながら、１０００℃×５時間の耐久試験を実施した。

３．評価
２．耐久試験を実施した実施例１～４及び比較例１～５の排ガス浄化触媒にストイキモデルガス１０Ｌ／分を流通させ、１００℃から５００℃まで５０℃／分で昇温し、４００℃においてＨＣの浄化率を測定した。結果を図２に示す。

図２は、比較例１～５及び実施例１～４の排ガス浄化触媒について、上触媒コート層／下触媒コート層と４００℃におけるＨＣ浄化率との関係を示す。ここで、センダストを含まない比較例１、下触媒コート層がセンダストを含まず、上触媒コート層がセンダストを含む比較例２、並びに上触媒コート層及び下触媒コート層がセンダストを含む比較例５の４００℃におけるＨＣ浄化率の結果は、上触媒コート層／下触媒コート層がゼロの位置にプロットした。図２より、下触媒コート層のみがセンダストを含み、上触媒コート層／下触媒コート層が１．０よりも大きい１．１以上である実施例１～４の排ガス浄化触媒の４００℃におけるＨＣ浄化率は、下触媒コート層及び上触媒コート層がセンダストを含まない比較例１の排ガス浄化触媒の４００℃におけるＨＣ浄化率と同等になることがわかった。したがって、マイクロ波吸収材を含む触媒コート層を有する排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置において、触媒コート層を下触媒コート層及び上触媒コート層の少なくとも２層で構成し、マイクロ波吸収材としてのセンダストを下触媒コート層にのみ配置し、上触媒コート層／下触媒コート層を１よりも大きく、例えば１．１以上にすることによって、触媒コート層に含まれる磁性材料であるセンダストによる約１０００℃での貴金属のシンタリングを抑制することができることがわかった。つまり、当該構成を採用すれば、車両用排ガス浄化装置において、マイクロ波吸収材として磁性材料であるセンダストを使用することができることがわかった。

１．マイクロ波発生装置、２．排ガス浄化触媒

Claims (1)

1. 基材と、基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む触媒コート層とを有する排ガス浄化触媒と、
   排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と
   を備える車両用排ガス浄化装置であって、
   マイクロ波吸収材が、センダストを含み、
   触媒コート層が、基材と接して形成されている下触媒コート層と、下触媒コート層の上に配置されている上触媒コート層との少なくとも２層を有し、
   センダストが、下触媒コート層にのみ配置され、
   上触媒コート層のコート量が、下触媒コート層のコート量よりも多い、
   前記車両用排ガス浄化装置。
   

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