JPH01119342A - 燃焼排ガス触媒担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃焼排ガスの浄化用触媒担体に関する。

（従来の技術） 自動車排ガスの浄化用触媒のうち、いわゆるモノリスタ
イプは、ハニカム状構造の触媒担持部（以下ハニカム体
と称する）を筒状容器に格納したものであり、このハニ
カム体をコープイライトを主としたセラミック製とした
場合、衝撃に対する抵抗が小さく、いわゆる搭載性が悪
いため、衝ｆｉ緩和を目的とした保護ネット等の付加的
な部品を要すると同時に１組立設置が比較的複雑なもの
となる。キらに、セラミック自体の熱容量が大きいため
、コールドスタート時の触媒の浄化作用が活発化するま
でに時間がかかることに加え、ハニカム体の個々のセル
を形成する隔壁が比較的厚いため、触媒担体の見かけの
体積当りの触媒担持部面積が小さい等の欠点がある。こ
れらの欠点を解消するためにハニカム体を金属箔に代替
する技術として特公昭５４−１５０３５．特公昭５８−
２３１３８．特開昭５６−１５２９６５　、特開昭５６
−９６７２６．特開昭５７−７１８９８号公報が公知で
ある。

しかしながら、これらの先行技術はいずれも触媒担体の
うち、ハニカム体を構成する箔について、その耐酸化性
及び触媒担持性を改善するための技術に関するものであ
る。なお、ここにいうハニカム体とは、排気ガス等の気
体を流通せしめるセル状の構造の集合体であり、例えば
平鋼板と波鋼板を交互に重ねてねたものを層状あるいは
渦巻状に積層したもの等がある。

（発明が解決しようとする問題点）　　　　　゛しかし
て、高温の燃焼排ガスに触媒担体がさらされた場合、ハ
ニカム体のみならず、それを格納している容器部分も同
時に酸化浸食を受け、それが触媒担持部であるハニカム
体に及ぼす悪影響も無視できないと同時に、加熱、冷却
のくり返しと高速高温の排ガス流による圧力を受ける部
品であるため、触媒担体全体としての構造的な耐久性も
実用上特に重要な性能である。

すなわち、ハニカム体の耐熱性が十分であっても、容器
部の耐熱性が不足し酸化が著しい場合には、容器部とハ
ニカム体との接合が、容器体側の酸化によって劣化し、
排ガス圧力によってハニカム体が徐々に抜は出る、いわ
ゆるズレという問題点がある。さらに、容器の耐熱性が
十分である場合でも、生成する酸化物がＣ「又はＦｅの
いずれか一方又は両方を主体とする場合には、これらの
酸化物がハニカム箔の表面に酸化生成した保護性のＡｌ
□０．３皮膜と接触して、これを物理的あるいは化学的
に破壊し、ハニカム体の異常酸化を誘発するという問題
点がある。

また、さらに触媒担体が高温、高速の排ガス流にさらさ
れながら、加熱冷却のくり返しを受けるような実用環境
下では、外側容器と内側ハニカム体との熱膨張の差によ
り、加熱・冷却の１回毎に、高温での強さが構造上より
低いハニカム側で永久変形が発生し、このくり返しによ
って次第に変形が苗植されて、筒状容器とハニカム体の
接合が切れ、排ガス圧力によって場合によってはハニカ
ム体が抜けたり、あるいはハニカム体が徐々にふくれて
筒状容器からとび出したり、内部の変形が進んでガス通
゛路をわん曲あるいは閉そくして排ガス流に対する抵抗
が大きくなって、エンジン出力を低下させる等の非常に
重大な問題がある。

本発明は、このような従来の問題点を解決するもので、
その目的は燃焼排ガス流にさらされ、加熱・冷却のくり
返しを受けながら使用される金属製触媒担体の耐久性を
向上させ、長期間安定使用できる信頼性の高い金属製触
媒担体を提供することである。

（問題を解決するための手段） すなわち本発明は、ハニカム状構造の触媒担持部（ハニ
カム体）と前記ハニカム体を格納する筒状容器とから成
る金属製触媒担体において、前記ハニカム体を格納する
筒状容器が、　Ａｌの酸化物を主体とする保護酸化皮膜
を形成し、かつ該容器を構成するステンレス鋼のＰＩ％
膨張率が前記ハニカム体を構成する金属基材の熱膨張率
とほぼ等しいかまたはそれ以下であるステンレス鋼から
成る金属製触媒担体であって、該容器体がフェライト系
ステンレス鋼の場合にはＡｌを２　ｗｔ＄以上含み、ま
た、オーステナイト系ステンレス鋼の場合にはＡｌを４
．５ｗｔＸ以上含むと同時にハエカム体をオーステナイ
ト系ステンレス鋼の箔で構成することを特徴とする燃焼
排ガス触媒担体である。

なお、本発明でいう「熱膨張率がほぼ等しい」とは、容
器体の基材とハニカム体の基材の室温か、ら１０００℃
付近までの平均の熱膨張係数の差がおおむね２　ｘ　１
０−’（１／　’Ｃ）以内であることを意味し、より具
体的にはステンレス鋼の場合同一の結晶系である場合に
は、この要件が達成される。

本発明にあっては、筒状容器材料の耐熱性を十分確保し
、なおかつ、その内側に格納されたハニカム体を構成す
る箔表面に形成するＡｌ□０３保護酸化皮膜への物理的
及び化学的な悪影響を防止する必要上筒状容器材料は、
少なくともＡｌｘＯｓを主体とする保護酸化皮膜を形成
するステンレス鋼である必要かあり、より具体的にはフ
ェライト系の場合Ａｌを２ｗＱ以上、オーステナイト系
の場合には同じ＜Ａｌを４．５ｗｔ＄以上含有するステ
ンレス鋼とする必要がある。しかしながら、筒状の容器
体に加工する上で多量のＡｌ添加は加工性を低下させる
ため、いずれの場合もその上限は６ｗｔ＄までか望まし
い。

さらに、本発明にあっては触媒担体の加熱・冷却のくり
返しの際、ハニカム体と筒状容器の熱膨張率の差によっ
て生ずるハニカム体の変形や筒状容器からの抜は出しを
抑えるために、筒状容器の熱膨張率をハニカム体の熱膨
張率とほぼ等しいか又は小さいものとする必要がある。

また、本発明にあってはハニカム体は通常の金属製触媒
担体と同様表面にへ９□０３主体の保護酸化皮膜を形成
する金属箔てあれば、もともとＡｌを含有する°箔であ
ってもまた、表面にＡ２又は昼合金層をメツキあるいは
クラッド等の常法に従って富化し、これを箔内部に拡散
浸透させた箔であってもよく、またその素地はフェライ
ト系でもオーステナイト系でもよいが、フェライト系の
基材箔でハニカム体を構成した場合は、筒状容器もフェ
ライト系とする必要があり、ハニカム体をオーステナイ
ト系とした場合には筒状容器はフェライト系。

オーステナイト系のいずれでもよい、なぜなら、Ａｌｔ
（ｈを主体とする健全な保護酸化皮膜を形成して耐熱性
が十分確保されている箔でハニカム体か構成されていれ
ば、筒状容器とハニカム体の熱膨張差によって生ずるハ
ニカム体の変形は、筒状容器の熱膨張の方がハニカム体
のそれよりも大きい場合に著しく大きく、逆に筒状容器
の熱膨張の方がハニカム体よりも小さい場合にはハニカ
ム体の変形は小さいからであるが、筒状容器とハニカム
体との熱膨張率がほぼ等しい場合にはハニカム体の変形
はほとんど起こらないため、筒状容器とハニカム体とを
同一の結晶系の素材で構成する、すなわちフェライト系
同志又はオーステナイト系同志とすることか望ましい。

さらに本発明にあっては、ハニカム体と該容器との接合
は常法に従つて、ろう付け、溶接、固相接合、接着によ
る接合等を用いることが出来る。

また該容器自体は容器体とする際に常法に従って、板を
筒状に加工後継ぎ目を溶接する方法、かしめ加工する方
法、あるいは熱間押出等により筒状に直接成形する方法
を用いることができる。

このように、本発明の範囲内に従って構成された排ガス
触媒担体は、高温の排ガス流にさらされて加熱・冷却の
くり返しを受けても、それ自体の耐熱性が十分であるば
かりでなく、ハニカム体との接合部の酸化による接合劣
化がなく、かつ容器体表面に生ずる酸化物によってハニ
カム体の耐熱性が損なわれることもない。さらに加えて
、この筒状容器とハニカム体との熱膨張差によって生ず
るハニカム体の変形やハニカム体と筒状容器との接合劣
化及びハニカム体の筒状容器からの抜は出しを抑えるこ
とか可能となる。

以下実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。

（実施例） 第１表に化学組成を示す調香旧を常法に従って厚さ４８
μ麿程度の冷間圧延箔とした。また調香Ｈ２については
厚さ０．４ｍｍの冷延鋼板とした後、溶融Ａ２メツキし
て片面に４０〜４６μｍのＡλメツキ層を付けた後ざら
に冷間圧延して厚さ５１μｍ程度の箔を作成した。さら
に調香（１３については通常の単ロール法にて溶湯から
直接急冷凝固させ、厚さ４６〜５３ＩＪｍの箔とした。

これらの箔をピッチ２　＋ｎｍ、高さ１．２ｍｍ程度の
正弦波形状にコルゲート加工したものと平板のままのも
のを粉状のろう付材を付着させつつ重ね合わせて壱き込
み、いわゆるハニカム体を作成した。

こうして得られたハニカム体のうち、１箔製のものは第
１表に化学組成を示す調香Ｃ−Ｄの板で、またＨ２箔製
のハニカム体は同じく調香Ａ、　Ｂの板でＨ３箔製のハ
ニカム体は調香Ａ、Ｃ，Ｈの板でそれぞれハニカム体外
周をろう付材を付着させつつ包み込・んで円筒状とし、
突合せ部をＴＩＧナメ付溶接して円筒状の触媒担体を作
成した。この際調香Ａ−Ｈの鋼板はいずれも厚さ１．５
＋＋ｏｎであり、円筒状触媒担体は直径６１〜６３Ｉｆ
ｆｍ、長さ１０５ｍｍ程度であった。また、ろう付材は
いずれも１０〜１２ｗｔ９６のＡｌを含むＮｉ基のパウ
ダーである。この後常法に従って真空中で、　１１５０
〜１２２０℃に加熱してろう材処理を行なった。

これらの触媒担体を、いずれも実験室ベンチ上に設置し
た公称１８００ｃｃ、４気筒ガソリンエンジンの排気管
の途中に取り付け、エンジンからの排ガスの全量がこの
内部を通過するようにした。なお、このとき各触媒担体
の耐久性を評価することを目的としたため、各触媒担体
には触媒処理を施さなかった。

このようにして設置した触媒担体の使用耐久性能を評価
するため、エンジンを５０００ｒｐ■、出力３０馬力に
て運転し、さらに進角を調整して取付けた触媒担体の入
口側端面中心部の温度が９８０〜１０２０℃となるよう
にして、３０分間運転した後、１５分回アイドリング状
態とするくり返し運転を最大６００回までくり返した後
、各々の触媒担体の損傷状態を調査した。なおこのとき
いくつかのものは、６００回以前で損傷が激しく、排気
管内の圧損が大きくなってそれ以上の試験継続が困難で
あった。

これらの結果を第２表に示す。ハニカム体をフェライト
系としかつ容器体をオーステナイト系のＣ鋼及びＥ鋼で
作成した試験Ｎ　ｏ、３及び５では、試験中に損傷が激
しく、背圧抵抗が大きくなったため、それぞれ２４７回
及び３１１回で試験を中断した。このうちＮｏ、３ては
、試験後容器体は粉状となって剥離しやすい黒色の酸化
物に覆われており、内側のハニカム体とろう付けされて
いた部分では、このろう付が切れて排ガス流の下流側に
１５鳳■抜は出した状態になつており、ハニカム体を容
易にずらすことができるほどで、さらにハニカム体の最
外周部の、容器とろう付けあるいは接触していた部分で
は、局部的に箔の厚みすべてが酸化物となる、いわゆる
完全酸化が多発しており、−部では欠落して穴のあいた
状態となっていた。また、Ｎｏ、５では筒状容器及びそ
れと接合あるいは接触していたハニカム体の最外周部と
も酸化状態は比較的健全で、いずれもＡｌ、０３を主体
とする灰色系の皮膜が形成していたが、接合部はほとん
どが切れておりハニカム体はやはりＮｏ、３と同様排ガ
スの下流側にｌＯ■■程度抜は出すと同時に、もともと
平坦であったハニカム体端面が凸レンズ状に１０ｍ５程
もふくれる視角が認められた。

また、フェライト系のハニカム体に対し筒状容器もフェ
ライト系てはあるが、　Ａｌ含有量が１ｚ程度の調香Ｂ
て作成した第２表試験ＮＯ１２及びオーステナイト系の
箔Ｈ３のハニカム体に対しオーステナイト系のではある
がＡｌをほとんど含まない調香Ｅで筒状容器を作成した
第２表試験Ｎ０６７では、やはり酸化による損傷が激し
く、ハニカム体のズレや変形も認められた。

これに対し、本発明に従って作成した第２表試験Ｎｏ、
１．４．６及び８では、試験後も表面に密着性のきわめ
て良好な灰色の酸化皮膜が形成するのみで、ハニカム体
の変形は１〜２１１程度のごくわずかなフクレはあるも
のの、他の構造的な損傷はほとんど全く認められなかっ
た。

（発明の効果） 以上の実施例からも明らかな如く、本発明によれば燃焼
排ガスの触媒担体として、高温の排ガスにさらされ断続
的に加熱、冷却のくり返しを受けても損傷が少なく、長
期間安定使用可能な金属製触媒担体が得られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハニカム状構造の触媒担持部と該担持部を格納す
   る筒状容器とから成る金属製燃焼排ガス触媒担体におい
   て、前記触媒担持部を格納する筒状容器が、Ａｌの酸化
   物を主体とする保護酸化皮膜を形成し、熱膨張率が前記
   触媒担持部を構成する金属基材の熱膨張率とほぼ等しい
   かまたはそれ以下であるステンレス鋼から成ることを特
   徴とする燃焼排ガス触媒担体。
2. （２）筒状容器が少なくとも２ｗｔ％以上のＡｌを含む
   フェライト系のステンレス鋼からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の燃焼排ガス触媒担体。
3. （３）筒状容器が少なくとも４．５ｗｔ％以上のＡｌを
   含むオーステナイト系のステンレス鋼からなり、かつ触
   媒担持部を構成する金属基材がオーステナイト系のステ
   ンレス鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の燃焼排ガス触媒担体。