JP3673537B2 - 触媒部材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、金属基材の表面に触媒層を形成した触媒部材の製造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒部材は、液体燃料または気体燃料を空気と混合し触媒燃焼させる燃焼装置、あるいは自動車のエンジンなどの燃焼機器から発生した排気ガスを浄化する触媒コンバータなどの触媒反応を利用した装置に用いられている。この種の触媒部材として、圧力損失を低減するためフェライト系ステンレス鋼などの金属基材に触媒被覆層を形成した波型形状のものが使用されるようになった。
【０００３】
この波型形状の触媒部材の構成、及び従来の触媒部材の製造方法について以下に図７を用いて説明する。図７の（ａ）は、従来の触媒部材をディップ法により作ったものの平面図であり、図７の（ｂ）は同じ触媒部材の側面図である。
従来のディップ法では、波型形状の成形触媒体３’は、図７の（ｂ）に示すように、予め断面が波型形状に作られた金属基材１と金属基材１の両面に形成された触媒層２とで構成される。一般的には金属基材１は、アルミニウムを添加したフェライト系ステンレス鋼などからなる厚さ５０μｍから１００μｍの金属薄体である。触媒層２は、例えば触媒担体粉末としてセラミック粉末ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯと、触媒としての白金を含む。
【０００４】
次に、従来の触媒部材の製造方法について説明する。従来の製造方法では、まず、金属薄体を金属製歯車により所定の波型形状に加工する。すなわち、この加工工程では、所定の大きさの矩形状の金属基材１、例えば厚さ５０μｍ、３０×３００ｍｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系ステンレス鋼が、金属製歯車により所定の波型形状に加工される。
続いて、金属基材１の両面に触媒層２を形成する。すなわち、この形成工程では触媒層２を形成するためのスラリーとして、触媒担体粉末のＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3 ・ＣｅＯ、１０００ｇ（比表面積１２０ｍ2／ｇ）に触媒金属塩のジニトロソアミン白金の水溶液を白金換算で４ｇ加えて、さらに結合剤として１００ｇのポリエチレングリコールを添加したものを用いる。なお、この有機結合剤は、スラリーに適当な粘性を与えて触媒層２の金属基材１の表面に製膜する工程で、上記スラリーが金属基材１への付着力を維持させるためのものであり、ＢａＯ・Ａｌ 2Ｏ3・ＣｅＯの触媒担体粉末の重量に対して５ｗｔ％から１０ｗｔ％用いられる。
上記のように調整したスラリーをディップ液とし、また金属基材１を電磁石（図示せず）などにより吊り下げて、例えば図７の（ａ）の紙面に向って上から下に金属基材１をスラリーの中に所定の時間浸して、触媒層２を金属基材１の両面に製膜する。
続いて、触媒層２を所定の温度で加熱する。すなわち、この加熱工程では触媒層２に含まれる有機結合剤をとばすこと、触媒金属塩を熱分解して活性触媒金属を担体表面に生成させること、及び触媒層２の強度の向上のために、例えば電気炉を用いて、金属基材１と触媒層２とを５００℃に加熱する。
従来の触媒部材は、以上のように製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の触媒部材の製造方法では、金属基材１を波型形状に加工した後で、触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液としたディップ法により触媒層２を金属基材１の両面に製膜しているので、例えば図７の（ａ）に示すように、部分的に所定の厚さより過剰に付着した触媒層１１（以下、過剰付着層１１と略称する）が、スラリーの表面張力により成形触媒体３’の波型形状の谷部のところに生じる。すなわち、従来の触媒部材の製造方法では、金属基材１の表面に均一な厚さを有する触媒層２を製膜できないという問題点があった。その結果、触媒燃焼を行なった場合に、過剰付着層１１を含む触媒層２と他の部分の触媒層２との触媒燃焼の大きさが異なり、触媒層２が金属基材１より剥離する恐れがあった。
さらに、従来の触媒部材の製造方法では、金属基材１を金属製歯車を用いて波型形状に加工する。従って、その次のディップ法による触媒層を形成する工程において、波型形状の１個の金属基材１毎に電磁石を用いてスラリーに浸す必要があり、大量の触媒部材を製造する際に、触媒層を形成する工程に多くの時間を要し、大量の触媒部材を短時間で製造できないという問題点があった。
【０００６】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、触媒部材の製造工程を煩雑なものにすることなく、金属基材の表面に均一な膜厚の触媒層を有する触媒部材の製造方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、金属基材の表面に均一な膜厚の触媒層を容易に製膜できて、大量の触媒部材を短時間で製造できる触媒部材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】
請求項１の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜する工程と、
前記触媒層を有する金属基材を一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜する工程と、
前記触媒層を有する金属基材を所定の厚さの柔軟な板状部材で挟んだ後、一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜する工程と、
前記触媒担体層を有する金属基材を一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を前記金属基材の触媒担体層に含浸する工程と、
前記金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜する工程と、
前記触媒担体層を有する金属基材を所定の厚さの柔軟な板状部材で挟んだ後、一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を前記金属基材の触媒担体層に含浸する工程と、
前記金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１〜４のいずれかに記載の触媒部材の製造方法は、
前記スラリーが、前記触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含むことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００１３】
請求項２の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００１５】
請求項４の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００１６】
請求項５の発明に係る触媒部材の製造方法においては、スラリーが、触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含むので、触媒層に亀裂を生じることなく、波型形状に加工することができ、金属基材の表面上に均一な膜厚の触媒層を有する触媒部材を製造することができる。
【００１７】
【実施例】
［実施例１］
まず、触媒部材が取付けられる装置、例えば気体燃料と空気と混合させて触媒部材により燃焼させる燃焼装置の例について、図６を用いて以下に説明する。図６は、燃焼装置の一般的な構成を示す断面図である。この燃焼装置は、例えばアイロンあるいは吸入器などに用いられるものであり、触媒燃焼で得た熱エネルギーにより水蒸気を発生するものである。
図６において、燃焼装置１０は、一端部がろう斗状に形成された直方体の容器１０ａ内の空間に設けた２つの成形触媒体３’、３’、熱交換体６及び水気化室７で構成される。また、燃焼装置１０では、例えばイソブタンガスなどの気体燃料と空気との混合ガス８を容器１０ａの一端に設けた吸入口１０ｂから供給し、成形触媒体３’上で混合ガス８を触媒燃焼させ、その燃焼ガス９を排気口１０ｃから排出する。尚、混合ガス８は、波型形状に成形された成形触媒体３’の山部の稜線及び谷部の谷線と平行に容器１０ａ内を流れる。また、この燃焼装置１０は、図６に示すように２つの成形触媒体３’、３’がアルミニウムなどの金属製の熱交換体６の一端の両面とそれぞれ接触して容器１０ａ内に配置され、ボルトなどの取付け部材（図示せず）により容器１０ａに固定される。そして、触媒部材３’、３’は、上記触媒燃焼を行うことにより加熱され、熱交換体６の一端をそこの表面が９００℃〜１０００℃となるように加熱する。熱エネルギーは、加熱された熱交換体６の一端から他端に伝導される。熱交換体６の他端は、それに接触した水気化室７（加熱対象物）の表面を１００℃〜２００℃になるように加熱する。その結果、水気化室７の中に満たされた水は水蒸気となる。
【００１８】
次に、図１を用いて、触媒部材の構成について以下に説明する。図１の（ａ）は、本発明の方法により製造された触媒部材の平面図であり、図１の（ｂ）は、同触媒部材の側面図である。
図１の（ｂ）において、触媒体３は、金属基材１と、金属基材１の両面にそれぞれ所定の膜厚で製膜された触媒層２とで構成される。また、成形触媒体３’は、上記燃焼装置などに取付けられるように触媒体３を波型形状に成形して製造される。
一般的には金属基材１は、アルミニウムを添加したフェライト系ステンレスなどからなる厚さ５０μｍから１００μｍの金属薄体である。また、触媒層２は、例えば触媒体粉末としてセラミック粉末ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯと、触媒としての白金を含む。
【００１９】
次に、図２を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第１の実施例を以下に説明する。図２の（ａ）は、第１の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図であり、図２の（ｂ）は、上記成形工程で用いた歯車の拡大図である。
本実施例の触媒部材の製造方法では、まず、金属基材１の両面にディップ法により触媒層２をそれぞれ所定の膜厚に製膜し、触媒体３を形成する。すなわち、この形成工程では、金属基材１として、Ｃｒ含量２０ｗｔ％、Ａｌ含量５ｗｔ％のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼からなる厚さ５０μｍ、大きさ３０×３００ｍｍの矩形状の薄板を用いる。また、触媒層２を形成するためのスラリーとして、触媒体粉末のＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯ、１０００ｇ（比表面積１２０ｍ2／ｇ）に、触媒金属塩のジニトロソアミン白金の水溶液を白金換算で４ｇ加えて、結合剤として１００ｇ、２００ｇ、及び３００ｇのポリエチレングリコールをそれぞれ添加したものとポリエチレングリコールを全く添加しないものとの４種類のスラリーを用いた。尚、結合剤には、上記ポリエチレングリコールの代りにエチレングリコール、あるいはグリセリンポリオレフィンなどを用いてもよい。また、本実施例においては、この有機結合剤は触媒層２の亀裂を防止するためのものであり、亀裂防止効果を検証するために、上記のように４種類のスラリーをそれぞれ触媒層２の形成に用いた。
そして、上記のように調整したスラリーをディップ液とし、また金属基材１を電磁石（図示せず）などにより吊り下げて、金属基材１をスラリーの中に所定の時間浸して、所定の膜厚の触媒層２を金属基材１の両面にディップ法によりそれぞれ製膜し、触媒体３を形成した。尚、本実施例では、金属基材１をスラリーに浸した後、ハンドドライヤーを用いて触媒層２の乾燥を行った。この乾燥温度は６０〜１２０℃が適当である。この形成工程においては、従来例に示したものと異なり、波型形状に加工されていない平坦な金属基材１に製膜されるので、触媒層２は均一な膜厚で金属基材１に製膜することができる。
続いて、触媒体３を一対の歯車４により所定の波型形状に形成する。この成形工程では、図２の（ａ）に示すように、触媒体３を一対の歯車４の間で図２の（ａ）の紙面に向って左から右に通す。その結果、触媒体３は所定の波型形状を有する成形触媒体３’に加工される。尚、本実施例においては、口径７５ｍｍの歯車４を用い、一対の歯車４の中心間の距離を７０ｍｍに固定して図示しない駆動装置により一対の歯車４を同時に回転した。
【００２０】
また、本実施例においては、歯車の材質の違いによる触媒層２への影響の違いを検証するために、一対の歯車４には、６６ーナイロンで形成された合成樹脂製歯車と鉄で形成された金属製歯車とを用いて、それぞれ上記成形工程を行なった。さらに、合成樹脂製歯車と金属製歯車において、表１に示す３種類のモジュールＭを有する歯車をそれぞれ用いた。尚、周知のように、表１に示す全歯たけｈ、及び基準ピッチｔは、図２の（ｂ）の図面にそれぞれ対応する符号ｈ及びｔで示される寸法であり、これらとモジュールＭとの間には以下の等式（１）の関係がある。
【００２１】
【表１】
【００２２】
等式（１）
ｔ＝πＭ
【００２３】
次に、成形触媒体３’を所定の温度で加熱する。すなわち、この加熱工程では、触媒層２に含まれる有機結合剤をとばすとともに、触媒金属塩を熱分解して触媒担体粉末に活性触媒金属を生成させ、さらに触媒担体粉末を凝集させて触媒層２の強度の向上するものである。加熱温度は４００〜９００℃が適当である。この例では、電気炉を用いて、成形触媒体３’を５００℃に加熱した。触媒部材は、以上の工程により製造される。
次に、歯車の複数の材質と歯車の複数のモジュール及びスラリー中の有機結合剤の触媒担体粉末に対する複数の含有率を、種々組合せて、多数のサンプルの成形触媒体３’を作った。これらのサンプルを目視によりそれぞれ検証し、目視で触媒層２の剥離が認められないものについては、さらに走査線電子顕微鏡により触媒層２の表面を観察した。その各触媒層２の検証結果を表２及び表３に示す。尚、表２は、一対の歯車４に６６ーナイロンで形成された合成樹脂製歯車を用いた場合の検証結果を示し、表３は、一対の歯車４に鉄で形成された金属製歯車を用いた場合の検証結果を示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】
表２及び表３から明らかなように、合成樹脂製歯車を用いて加工工程を行なった場合は、触媒層２に亀裂、及び剥離がほとんど生じておらず、金属製歯車を用いて成形工程を行なった場合に比べて優れているのがわった。この理由は、触媒体３を加工する際に、金属製歯車は加工により触媒層２に生じる力を分散することができずに触媒層２に亀裂、あるいは剥離を生じているのに対して、合成樹脂製歯車は触媒層２に亀裂、あるいは剥離を生じことなく、加工により触媒層２に生じる力を分散することができるためと考えられる。
また、表２から明らかなように、触媒体粉末の重量に対して２０％及び３０％の量の有機結合剤をスラリーに加えたものは、触媒体３を波型形状に加工しても触媒層２に亀裂を全く生じておらず、有機結合剤が触媒層２の亀裂に対して有効に機能していることがわかった。尚、スラリーの触媒体粉末の重量に対して５０％の量の有機結合剤をスラリーに添加した場合は、触媒体３の形成工程において、触媒層２の表面を平滑に形成することができなかった。また、亀裂や剥離のある、又は平滑でない表面に仕上がった触媒層２では、触媒燃焼をした場合に不均一な触媒燃焼を生じて、触媒層２が金属基材１から剥離する恐れがある。
【００２７】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、実質的に平坦な金属基材１の表面に実質的に平坦な触媒層２を製膜した触媒体３を形成し、触媒体３を合成樹脂製歯車により波型形状に加工するので、金属基材１の表面に均一な膜厚の触媒層２を有する成形触媒体３’を容易に製造することができる。
また、金属基材１を波型形状に加工する前に、即ち平坦な形のままディップ法により触媒層２を製膜するので、大きい寸法の金属基材１に一度のディップ法で触媒層２を製膜することができ、従って大量の成形触媒体３’を短時間で製造することができる。
【００２８】
［実施例２］
図３を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第２の実施例を以下に説明する。図３は、第２の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図である。実施例１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。実施例１との違いは、上記成形工程において、平坦な触媒体３を柔軟な板状部材５で挟んで、一対の歯車４により波型形状に加工する点である。
すなわち、図３に示すように、実施例１と同様に形成した平坦な触媒体３の両面を、例えば厚さ０．３ｍｍの上質紙、あるいは厚さ０．０３ｍｍのポリエチレン樹脂などからなる板状部材５で挟んだまま、触媒体３を一対の歯車４の間で図３の紙面に向って左から右に通す。そして、所定の波型形状を有する成形触媒体３’に加工する。
【００２９】
歯車の複数の材質と歯車の複数のモジュール及びスラリー中の有機結合剤の触媒担体粉末に対する複数の含有率を、実施例１の場合と同様に種々組合せて、多数のサンプルの成形触媒体３’を作った。これらのサンプルを、実施例の場合と同様に、目視及び走査線電子顕微鏡で検証した。表４は、一対の歯車４に６６ーナイロンで形成された合成樹脂製歯車を用いた場合の検証結果を示し、表５は、一対の歯車４に鉄で形成された金属製歯車を用いた場合の検証結果を示す。尚、板状部材５としては、厚さ０．３ｍｍの上質紙を用いた。
【００３０】
【表４】
【００３１】
【表５】
【００３２】
本実施例の触媒部材の製造方法では、実施例１のものに比べて、表４及び表５から明らかなように、板状部材５が一対の歯車４から触媒層２へ加えられる圧力を低減しているのがわかる。
次に、本実施例の表４の有機結合剤を３０％添加した成形触媒体３’と従来例に示した成形触媒体３’との燃焼寿命について、図６に示す燃焼装置を用いた燃焼寿命の検証結果を示す。まず、本実施例による成形触媒体３’では、７００時間の触媒燃焼を続けても触媒層２の剥離は認められなかった。これに対して、従来例に示した成形触媒体３’では、３００時間の触媒燃焼により上述の過剰付着層１１（図７）の箇所を中心に触媒層２が金属基材１から剥離していた。このように、本実施例の成形触媒体３’の製造方法で製造された成形触媒体３’の燃焼寿命は、従来例のものに比べて非常に優れていることがわかった。
【００３３】
［実施例３］
図４を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第３の実施例を以下に説明する。図４は、第３の実施例での製造方法の触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図である。実施例１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。実施例１との違いは、金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、合成樹脂製歯車により波型形状に成形した後で、触媒金属塩の水溶液に浸すことにより触媒担体層に触媒金属塩を塗着、担持して触媒層を形成したことである。
本実施例の触媒部材の製造方法では、まず、金属基材１の両面にディップ法により触媒担体層１２をそれぞれ所定の膜厚に製膜し、触媒担体１３を形成する。すなわち、この形成工程で、ディップ液として、例えば触媒体粉末のＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯ、１０００ｇ（比表面積１２０ｍ2／ｇ）に、ディップ液のｐＨが４程度になるまで硝酸アルミニウム粉末と水とを適宜添加し、さらに結合剤として３００ｇのポリエチレングリコールを混合しスラリーを用いた。この形成工程においては、触媒担体層１２が波型形状に加工されていない平坦な金属基材１に製膜されるので、触媒担体層１２は均一な膜厚で金属基材１に製膜することができる。尚、本実施例では、触媒担体層１２の乾燥にはハンドドライヤーを用いて行った。
続いて、触媒担体１３を一対の歯車４により所定の波型形状に成形する工程を行なう。この触媒担体１３を波型形状に成形する工程では、図４に示すように、触媒担体１３を一対の歯車４の間で図４の紙面に向って左から右に通す。その結果、触媒担体１３は所定の波型形状に成形される。尚、本実施例においては、一対の歯車４として口径７５ｍｍの合成樹脂製歯車を用い、一対の歯車４の中心間の距離を７０ｍｍに固定して図示しない駆動装置により一対の歯車４を同時に回転した。また、一対の歯車４のモジュールは、実施例１の表１に示した歯車のモジュール、Ｍ＝０．５のものを用いた。
次に、触媒担体１３を所定の温度で加熱する。すなわち、この加熱工程では、触媒担体層１２に含まれる有機結合剤の分解または蒸発させること、及び触媒担体層１２の強度の向上のために、例えば電気炉を用いて、触媒担体１３を５００℃に加熱する。
次に、触媒金属塩の水溶液、例えばジニトロソアミン白金の水溶液をディップ液に用いて、ディップ法により波型形状の触媒担体１３の表面に含浸させる。その結果、実施例１に示した成形触媒体３’と同一のものが形成される。
続いて、活性触媒金属を生成させるために、例えば電気炉を用いて、成形触媒体３’を５００℃に加熱する。以上の工程により、成形触媒体３’は製造される。
【００３４】
本実施例の触媒部材の製造方法では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液として用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜した触媒担体を形成し、触媒担体を合成樹脂製歯車により波型形状に成形する。このためスラリーが、触媒担体１３の波型形状の谷部に過剰に付着することがない。そして、少なくとも触媒金属塩の水溶液をディップ液として用いたディップ法により触媒担体の表面に触媒を担持させた。このため金属基材上の膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造を簡単にできる。
【００３５】
［実施例４］
図５を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第４の実施例を以下に説明する。図５は、第４の実施例での触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図である。実施例３と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。実施例３との違いは、触媒担体１３を一対の合成樹脂製歯車により所定の波型形状に成形する工程において、触媒担体１３を柔軟な板状部材５で挟んで、一対の合成樹脂製歯車により波型形状に加工することである。
すなわち、図５に示すように、実施例３と同様に形成した触媒担体１３の両面を、例えば厚さ０．３ｍｍの紙で挟んだ後、一対の歯車４の間で図３の紙面に向って左から右に触媒担体１３を通す。そして、触媒担体１３を所定の波型形状に成形する。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００３７】
請求項２の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００３８】
請求項３の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００３９】
請求項４の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００４０】
請求項５の発明に係る触媒部材の製造方法においては、スラリーが、触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含むので、触媒層に亀裂を生じることなく、波型形状に加工することができ、金属基材の表面上に均一な膜厚の触媒層を有する触媒部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法により製造された触媒部材の平面図、及び側面図。
【図２】この発明の触媒部材の製造方法の第１の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図、及びこの成形工程で用いた歯車の拡大図。
【図３】この発明の触媒部材の製造方法の第２の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図。
【図４】この発明の触媒部材の製造方法の第３の実施例での触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図。
【図５】この発明の触媒部材の製造方法の第４の実施例での触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図。
【図６】触媒燃焼装置の一般的な構成を示す断面図。
【図７】従来の方法でのディップ法による触媒層形成後の触媒部材の平面図、及び側面図。
【符号の説明】
１ 金属基材
２ 触媒層
４ 歯車
５ 板状部材
１２ 触媒担体層
【産業上の利用分野】
この発明は、金属基材の表面に触媒層を形成した触媒部材の製造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒部材は、液体燃料または気体燃料を空気と混合し触媒燃焼させる燃焼装置、あるいは自動車のエンジンなどの燃焼機器から発生した排気ガスを浄化する触媒コンバータなどの触媒反応を利用した装置に用いられている。この種の触媒部材として、圧力損失を低減するためフェライト系ステンレス鋼などの金属基材に触媒被覆層を形成した波型形状のものが使用されるようになった。
【０００３】
この波型形状の触媒部材の構成、及び従来の触媒部材の製造方法について以下に図７を用いて説明する。図７の（ａ）は、従来の触媒部材をディップ法により作ったものの平面図であり、図７の（ｂ）は同じ触媒部材の側面図である。
従来のディップ法では、波型形状の成形触媒体３’は、図７の（ｂ）に示すように、予め断面が波型形状に作られた金属基材１と金属基材１の両面に形成された触媒層２とで構成される。一般的には金属基材１は、アルミニウムを添加したフェライト系ステンレス鋼などからなる厚さ５０μｍから１００μｍの金属薄体である。触媒層２は、例えば触媒担体粉末としてセラミック粉末ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯと、触媒としての白金を含む。
【０００４】
次に、従来の触媒部材の製造方法について説明する。従来の製造方法では、まず、金属薄体を金属製歯車により所定の波型形状に加工する。すなわち、この加工工程では、所定の大きさの矩形状の金属基材１、例えば厚さ５０μｍ、３０×３００ｍｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系ステンレス鋼が、金属製歯車により所定の波型形状に加工される。
続いて、金属基材１の両面に触媒層２を形成する。すなわち、この形成工程では触媒層２を形成するためのスラリーとして、触媒担体粉末のＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3 ・ＣｅＯ、１０００ｇ（比表面積１２０ｍ2／ｇ）に触媒金属塩のジニトロソアミン白金の水溶液を白金換算で４ｇ加えて、さらに結合剤として１００ｇのポリエチレングリコールを添加したものを用いる。なお、この有機結合剤は、スラリーに適当な粘性を与えて触媒層２の金属基材１の表面に製膜する工程で、上記スラリーが金属基材１への付着力を維持させるためのものであり、ＢａＯ・Ａｌ 2Ｏ3・ＣｅＯの触媒担体粉末の重量に対して５ｗｔ％から１０ｗｔ％用いられる。
上記のように調整したスラリーをディップ液とし、また金属基材１を電磁石（図示せず）などにより吊り下げて、例えば図７の（ａ）の紙面に向って上から下に金属基材１をスラリーの中に所定の時間浸して、触媒層２を金属基材１の両面に製膜する。
続いて、触媒層２を所定の温度で加熱する。すなわち、この加熱工程では触媒層２に含まれる有機結合剤をとばすこと、触媒金属塩を熱分解して活性触媒金属を担体表面に生成させること、及び触媒層２の強度の向上のために、例えば電気炉を用いて、金属基材１と触媒層２とを５００℃に加熱する。
従来の触媒部材は、以上のように製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の触媒部材の製造方法では、金属基材１を波型形状に加工した後で、触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液としたディップ法により触媒層２を金属基材１の両面に製膜しているので、例えば図７の（ａ）に示すように、部分的に所定の厚さより過剰に付着した触媒層１１（以下、過剰付着層１１と略称する）が、スラリーの表面張力により成形触媒体３’の波型形状の谷部のところに生じる。すなわち、従来の触媒部材の製造方法では、金属基材１の表面に均一な厚さを有する触媒層２を製膜できないという問題点があった。その結果、触媒燃焼を行なった場合に、過剰付着層１１を含む触媒層２と他の部分の触媒層２との触媒燃焼の大きさが異なり、触媒層２が金属基材１より剥離する恐れがあった。
さらに、従来の触媒部材の製造方法では、金属基材１を金属製歯車を用いて波型形状に加工する。従って、その次のディップ法による触媒層を形成する工程において、波型形状の１個の金属基材１毎に電磁石を用いてスラリーに浸す必要があり、大量の触媒部材を製造する際に、触媒層を形成する工程に多くの時間を要し、大量の触媒部材を短時間で製造できないという問題点があった。
【０００６】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、触媒部材の製造工程を煩雑なものにすることなく、金属基材の表面に均一な膜厚の触媒層を有する触媒部材の製造方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、金属基材の表面に均一な膜厚の触媒層を容易に製膜できて、大量の触媒部材を短時間で製造できる触媒部材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】
請求項１の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜する工程と、
前記触媒層を有する金属基材を一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜する工程と、
前記触媒層を有する金属基材を所定の厚さの柔軟な板状部材で挟んだ後、一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜する工程と、
前記触媒担体層を有する金属基材を一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を前記金属基材の触媒担体層に含浸する工程と、
前記金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明に係る触媒部材の製造方法は、
少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜する工程と、
前記触媒担体層を有する金属基材を所定の厚さの柔軟な板状部材で挟んだ後、一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を前記金属基材の触媒担体層に含浸する工程と、
前記金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１〜４のいずれかに記載の触媒部材の製造方法は、
前記スラリーが、前記触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含むことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００１３】
請求項２の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００１５】
請求項４の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００１６】
請求項５の発明に係る触媒部材の製造方法においては、スラリーが、触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含むので、触媒層に亀裂を生じることなく、波型形状に加工することができ、金属基材の表面上に均一な膜厚の触媒層を有する触媒部材を製造することができる。
【００１７】
【実施例】
［実施例１］
まず、触媒部材が取付けられる装置、例えば気体燃料と空気と混合させて触媒部材により燃焼させる燃焼装置の例について、図６を用いて以下に説明する。図６は、燃焼装置の一般的な構成を示す断面図である。この燃焼装置は、例えばアイロンあるいは吸入器などに用いられるものであり、触媒燃焼で得た熱エネルギーにより水蒸気を発生するものである。
図６において、燃焼装置１０は、一端部がろう斗状に形成された直方体の容器１０ａ内の空間に設けた２つの成形触媒体３’、３’、熱交換体６及び水気化室７で構成される。また、燃焼装置１０では、例えばイソブタンガスなどの気体燃料と空気との混合ガス８を容器１０ａの一端に設けた吸入口１０ｂから供給し、成形触媒体３’上で混合ガス８を触媒燃焼させ、その燃焼ガス９を排気口１０ｃから排出する。尚、混合ガス８は、波型形状に成形された成形触媒体３’の山部の稜線及び谷部の谷線と平行に容器１０ａ内を流れる。また、この燃焼装置１０は、図６に示すように２つの成形触媒体３’、３’がアルミニウムなどの金属製の熱交換体６の一端の両面とそれぞれ接触して容器１０ａ内に配置され、ボルトなどの取付け部材（図示せず）により容器１０ａに固定される。そして、触媒部材３’、３’は、上記触媒燃焼を行うことにより加熱され、熱交換体６の一端をそこの表面が９００℃〜１０００℃となるように加熱する。熱エネルギーは、加熱された熱交換体６の一端から他端に伝導される。熱交換体６の他端は、それに接触した水気化室７（加熱対象物）の表面を１００℃〜２００℃になるように加熱する。その結果、水気化室７の中に満たされた水は水蒸気となる。
【００１８】
次に、図１を用いて、触媒部材の構成について以下に説明する。図１の（ａ）は、本発明の方法により製造された触媒部材の平面図であり、図１の（ｂ）は、同触媒部材の側面図である。
図１の（ｂ）において、触媒体３は、金属基材１と、金属基材１の両面にそれぞれ所定の膜厚で製膜された触媒層２とで構成される。また、成形触媒体３’は、上記燃焼装置などに取付けられるように触媒体３を波型形状に成形して製造される。
一般的には金属基材１は、アルミニウムを添加したフェライト系ステンレスなどからなる厚さ５０μｍから１００μｍの金属薄体である。また、触媒層２は、例えば触媒体粉末としてセラミック粉末ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯと、触媒としての白金を含む。
【００１９】
次に、図２を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第１の実施例を以下に説明する。図２の（ａ）は、第１の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図であり、図２の（ｂ）は、上記成形工程で用いた歯車の拡大図である。
本実施例の触媒部材の製造方法では、まず、金属基材１の両面にディップ法により触媒層２をそれぞれ所定の膜厚に製膜し、触媒体３を形成する。すなわち、この形成工程では、金属基材１として、Ｃｒ含量２０ｗｔ％、Ａｌ含量５ｗｔ％のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系のステンレス鋼からなる厚さ５０μｍ、大きさ３０×３００ｍｍの矩形状の薄板を用いる。また、触媒層２を形成するためのスラリーとして、触媒体粉末のＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯ、１０００ｇ（比表面積１２０ｍ2／ｇ）に、触媒金属塩のジニトロソアミン白金の水溶液を白金換算で４ｇ加えて、結合剤として１００ｇ、２００ｇ、及び３００ｇのポリエチレングリコールをそれぞれ添加したものとポリエチレングリコールを全く添加しないものとの４種類のスラリーを用いた。尚、結合剤には、上記ポリエチレングリコールの代りにエチレングリコール、あるいはグリセリンポリオレフィンなどを用いてもよい。また、本実施例においては、この有機結合剤は触媒層２の亀裂を防止するためのものであり、亀裂防止効果を検証するために、上記のように４種類のスラリーをそれぞれ触媒層２の形成に用いた。
そして、上記のように調整したスラリーをディップ液とし、また金属基材１を電磁石（図示せず）などにより吊り下げて、金属基材１をスラリーの中に所定の時間浸して、所定の膜厚の触媒層２を金属基材１の両面にディップ法によりそれぞれ製膜し、触媒体３を形成した。尚、本実施例では、金属基材１をスラリーに浸した後、ハンドドライヤーを用いて触媒層２の乾燥を行った。この乾燥温度は６０〜１２０℃が適当である。この形成工程においては、従来例に示したものと異なり、波型形状に加工されていない平坦な金属基材１に製膜されるので、触媒層２は均一な膜厚で金属基材１に製膜することができる。
続いて、触媒体３を一対の歯車４により所定の波型形状に形成する。この成形工程では、図２の（ａ）に示すように、触媒体３を一対の歯車４の間で図２の（ａ）の紙面に向って左から右に通す。その結果、触媒体３は所定の波型形状を有する成形触媒体３’に加工される。尚、本実施例においては、口径７５ｍｍの歯車４を用い、一対の歯車４の中心間の距離を７０ｍｍに固定して図示しない駆動装置により一対の歯車４を同時に回転した。
【００２０】
また、本実施例においては、歯車の材質の違いによる触媒層２への影響の違いを検証するために、一対の歯車４には、６６ーナイロンで形成された合成樹脂製歯車と鉄で形成された金属製歯車とを用いて、それぞれ上記成形工程を行なった。さらに、合成樹脂製歯車と金属製歯車において、表１に示す３種類のモジュールＭを有する歯車をそれぞれ用いた。尚、周知のように、表１に示す全歯たけｈ、及び基準ピッチｔは、図２の（ｂ）の図面にそれぞれ対応する符号ｈ及びｔで示される寸法であり、これらとモジュールＭとの間には以下の等式（１）の関係がある。
【００２１】
【表１】
等式（１）
ｔ＝πＭ
【００２３】
次に、成形触媒体３’を所定の温度で加熱する。すなわち、この加熱工程では、触媒層２に含まれる有機結合剤をとばすとともに、触媒金属塩を熱分解して触媒担体粉末に活性触媒金属を生成させ、さらに触媒担体粉末を凝集させて触媒層２の強度の向上するものである。加熱温度は４００〜９００℃が適当である。この例では、電気炉を用いて、成形触媒体３’を５００℃に加熱した。触媒部材は、以上の工程により製造される。
次に、歯車の複数の材質と歯車の複数のモジュール及びスラリー中の有機結合剤の触媒担体粉末に対する複数の含有率を、種々組合せて、多数のサンプルの成形触媒体３’を作った。これらのサンプルを目視によりそれぞれ検証し、目視で触媒層２の剥離が認められないものについては、さらに走査線電子顕微鏡により触媒層２の表面を観察した。その各触媒層２の検証結果を表２及び表３に示す。尚、表２は、一対の歯車４に６６ーナイロンで形成された合成樹脂製歯車を用いた場合の検証結果を示し、表３は、一対の歯車４に鉄で形成された金属製歯車を用いた場合の検証結果を示す。
【００２４】
【表２】
【表３】
表２及び表３から明らかなように、合成樹脂製歯車を用いて加工工程を行なった場合は、触媒層２に亀裂、及び剥離がほとんど生じておらず、金属製歯車を用いて成形工程を行なった場合に比べて優れているのがわった。この理由は、触媒体３を加工する際に、金属製歯車は加工により触媒層２に生じる力を分散することができずに触媒層２に亀裂、あるいは剥離を生じているのに対して、合成樹脂製歯車は触媒層２に亀裂、あるいは剥離を生じことなく、加工により触媒層２に生じる力を分散することができるためと考えられる。
また、表２から明らかなように、触媒体粉末の重量に対して２０％及び３０％の量の有機結合剤をスラリーに加えたものは、触媒体３を波型形状に加工しても触媒層２に亀裂を全く生じておらず、有機結合剤が触媒層２の亀裂に対して有効に機能していることがわかった。尚、スラリーの触媒体粉末の重量に対して５０％の量の有機結合剤をスラリーに添加した場合は、触媒体３の形成工程において、触媒層２の表面を平滑に形成することができなかった。また、亀裂や剥離のある、又は平滑でない表面に仕上がった触媒層２では、触媒燃焼をした場合に不均一な触媒燃焼を生じて、触媒層２が金属基材１から剥離する恐れがある。
【００２７】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、実質的に平坦な金属基材１の表面に実質的に平坦な触媒層２を製膜した触媒体３を形成し、触媒体３を合成樹脂製歯車により波型形状に加工するので、金属基材１の表面に均一な膜厚の触媒層２を有する成形触媒体３’を容易に製造することができる。
また、金属基材１を波型形状に加工する前に、即ち平坦な形のままディップ法により触媒層２を製膜するので、大きい寸法の金属基材１に一度のディップ法で触媒層２を製膜することができ、従って大量の成形触媒体３’を短時間で製造することができる。
【００２８】
［実施例２］
図３を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第２の実施例を以下に説明する。図３は、第２の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図である。実施例１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。実施例１との違いは、上記成形工程において、平坦な触媒体３を柔軟な板状部材５で挟んで、一対の歯車４により波型形状に加工する点である。
すなわち、図３に示すように、実施例１と同様に形成した平坦な触媒体３の両面を、例えば厚さ０．３ｍｍの上質紙、あるいは厚さ０．０３ｍｍのポリエチレン樹脂などからなる板状部材５で挟んだまま、触媒体３を一対の歯車４の間で図３の紙面に向って左から右に通す。そして、所定の波型形状を有する成形触媒体３’に加工する。
【００２９】
歯車の複数の材質と歯車の複数のモジュール及びスラリー中の有機結合剤の触媒担体粉末に対する複数の含有率を、実施例１の場合と同様に種々組合せて、多数のサンプルの成形触媒体３’を作った。これらのサンプルを、実施例の場合と同様に、目視及び走査線電子顕微鏡で検証した。表４は、一対の歯車４に６６ーナイロンで形成された合成樹脂製歯車を用いた場合の検証結果を示し、表５は、一対の歯車４に鉄で形成された金属製歯車を用いた場合の検証結果を示す。尚、板状部材５としては、厚さ０．３ｍｍの上質紙を用いた。
【００３０】
【表４】
【表５】
本実施例の触媒部材の製造方法では、実施例１のものに比べて、表４及び表５から明らかなように、板状部材５が一対の歯車４から触媒層２へ加えられる圧力を低減しているのがわかる。
次に、本実施例の表４の有機結合剤を３０％添加した成形触媒体３’と従来例に示した成形触媒体３’との燃焼寿命について、図６に示す燃焼装置を用いた燃焼寿命の検証結果を示す。まず、本実施例による成形触媒体３’では、７００時間の触媒燃焼を続けても触媒層２の剥離は認められなかった。これに対して、従来例に示した成形触媒体３’では、３００時間の触媒燃焼により上述の過剰付着層１１（図７）の箇所を中心に触媒層２が金属基材１から剥離していた。このように、本実施例の成形触媒体３’の製造方法で製造された成形触媒体３’の燃焼寿命は、従来例のものに比べて非常に優れていることがわかった。
【００３３】
［実施例３］
図４を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第３の実施例を以下に説明する。図４は、第３の実施例での製造方法の触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図である。実施例１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。実施例１との違いは、金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、合成樹脂製歯車により波型形状に成形した後で、触媒金属塩の水溶液に浸すことにより触媒担体層に触媒金属塩を塗着、担持して触媒層を形成したことである。
本実施例の触媒部材の製造方法では、まず、金属基材１の両面にディップ法により触媒担体層１２をそれぞれ所定の膜厚に製膜し、触媒担体１３を形成する。すなわち、この形成工程で、ディップ液として、例えば触媒体粉末のＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯ、１０００ｇ（比表面積１２０ｍ2／ｇ）に、ディップ液のｐＨが４程度になるまで硝酸アルミニウム粉末と水とを適宜添加し、さらに結合剤として３００ｇのポリエチレングリコールを混合しスラリーを用いた。この形成工程においては、触媒担体層１２が波型形状に加工されていない平坦な金属基材１に製膜されるので、触媒担体層１２は均一な膜厚で金属基材１に製膜することができる。尚、本実施例では、触媒担体層１２の乾燥にはハンドドライヤーを用いて行った。
続いて、触媒担体１３を一対の歯車４により所定の波型形状に成形する工程を行なう。この触媒担体１３を波型形状に成形する工程では、図４に示すように、触媒担体１３を一対の歯車４の間で図４の紙面に向って左から右に通す。その結果、触媒担体１３は所定の波型形状に成形される。尚、本実施例においては、一対の歯車４として口径７５ｍｍの合成樹脂製歯車を用い、一対の歯車４の中心間の距離を７０ｍｍに固定して図示しない駆動装置により一対の歯車４を同時に回転した。また、一対の歯車４のモジュールは、実施例１の表１に示した歯車のモジュール、Ｍ＝０．５のものを用いた。
次に、触媒担体１３を所定の温度で加熱する。すなわち、この加熱工程では、触媒担体層１２に含まれる有機結合剤の分解または蒸発させること、及び触媒担体層１２の強度の向上のために、例えば電気炉を用いて、触媒担体１３を５００℃に加熱する。
次に、触媒金属塩の水溶液、例えばジニトロソアミン白金の水溶液をディップ液に用いて、ディップ法により波型形状の触媒担体１３の表面に含浸させる。その結果、実施例１に示した成形触媒体３’と同一のものが形成される。
続いて、活性触媒金属を生成させるために、例えば電気炉を用いて、成形触媒体３’を５００℃に加熱する。以上の工程により、成形触媒体３’は製造される。
【００３４】
本実施例の触媒部材の製造方法では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液として用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜した触媒担体を形成し、触媒担体を合成樹脂製歯車により波型形状に成形する。このためスラリーが、触媒担体１３の波型形状の谷部に過剰に付着することがない。そして、少なくとも触媒金属塩の水溶液をディップ液として用いたディップ法により触媒担体の表面に触媒を担持させた。このため金属基材上の膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造を簡単にできる。
【００３５】
［実施例４］
図５を用いて、本発明の触媒部材の製造方法の第４の実施例を以下に説明する。図５は、第４の実施例での触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図である。実施例３と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。実施例３との違いは、触媒担体１３を一対の合成樹脂製歯車により所定の波型形状に成形する工程において、触媒担体１３を柔軟な板状部材５で挟んで、一対の合成樹脂製歯車により波型形状に加工することである。
すなわち、図５に示すように、実施例３と同様に形成した触媒担体１３の両面を、例えば厚さ０．３ｍｍの紙で挟んだ後、一対の歯車４の間で図３の紙面に向って左から右に触媒担体１３を通す。そして、触媒担体１３を所定の波型形状に成形する。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００３７】
請求項２の発明では、少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜し、触媒層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
また、触媒層を実質的に平坦な金属基材の表面に製膜するので、大きい寸法の金属基材に一度のディップ法で触媒層を形成することができ、従って大量の触媒部材を短時間で製造することができる。
【００３８】
請求項３の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を有する金属基材を合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００３９】
請求項４の発明では、少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜し、触媒担体層を柔軟な板状部材で挟んで合成樹脂製歯車により波型形状に加工する。そして、少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を金属基材の触媒担体層に含浸する。このため金属基材の表面に膜厚の均一な触媒層を有する触媒部材の製造工程が簡単となる。
【００４０】
請求項５の発明に係る触媒部材の製造方法においては、スラリーが、触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含むので、触媒層に亀裂を生じることなく、波型形状に加工することができ、金属基材の表面上に均一な膜厚の触媒層を有する触媒部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法により製造された触媒部材の平面図、及び側面図。
【図２】この発明の触媒部材の製造方法の第１の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図、及びこの成形工程で用いた歯車の拡大図。
【図３】この発明の触媒部材の製造方法の第２の実施例での触媒体を波型形状に成形する工程を示す説明図。
【図４】この発明の触媒部材の製造方法の第３の実施例での触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図。
【図５】この発明の触媒部材の製造方法の第４の実施例での触媒担体を波型形状に成形する工程を示す説明図。
【図６】触媒燃焼装置の一般的な構成を示す断面図。
【図７】従来の方法でのディップ法による触媒層形成後の触媒部材の平面図、及び側面図。
【符号の説明】
１ 金属基材
２ 触媒層
４ 歯車
５ 板状部材
１２ 触媒担体層
Claims (5)
- 少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜する工程と、
前記触媒層を有する金属基材を一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備する触媒部材の製造方法。 - 少なくとも触媒金属塩と触媒担体粉末とを含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒層を製膜する工程と、
前記触媒層を有する金属基材を所定の厚さの柔軟な板状部材で挟んだ後、一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備する触媒部材の製造方法。 - 少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜する工程と、
前記触媒担体層を有する金属基材を一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を前記金属基材の触媒担体層に含浸する工程と、
前記金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備する触媒部材の製造方法。 - 少なくとも触媒担体粉末を含んだスラリーをディップ液に用いたディップ法により実質的に平坦な金属基材の表面に実質的に平坦な触媒担体層を製膜する工程と、
前記触媒担体層を有する金属基材を所定の厚さの柔軟な板状部材で挟んだ後、一対の合成樹脂製歯車のかみ合う歯の間を通して波型形状に成形する工程と、
前記波型形状に成形した金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
少なくとも触媒金属塩を含んだ水溶液を前記金属基材の触媒担体層に含浸する工程と、
前記金属基材を所定の温度で加熱する工程と、
を具備する触媒部材の製造方法。 - 前記スラリーが、前記触媒担体粉末の重量に対して２０％以上３０％以下の量の有機結合剤を含む請求項１〜４のいずれかに記載の触媒部材の製造方法。
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