JP2002177793A

JP2002177793A - セラミック担体およびセラミック触媒体

Info

Publication number: JP2002177793A
Application number: JP2001255611A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Koike; 和彦小池; Tomohiko Nakanishi; 友彦中西; Masaichi Tanaka; 政一田中; Toshiharu Kondo; 寿治近藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2002-06-25
Also published as: DE10147662A1; CN1365855A; US20020045541A1

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
用い、より優れた触媒性能を有するセラミック触媒体を
実現する。【解決手段】基材セラミック表面に触媒を直接担持可
能な多数の細孔または元素を有するセラミック担体で、
内部をガス流路とする略平行な多数のセルを有し、かつ
セル壁が表面に凹凸を有する形状とする。セル壁表面が
凹凸を有していると、表面積が増加するので、触媒担持
量の増加による浄化性能の向上、あるいは、触媒粒子間
隔を広くして劣化を防止する効果が得られる。また、表
面の凹凸で、触媒近傍を流れるガス流れが乱され、触媒
との接触機会が増して浄化性能が向上する。

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使用される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ハニカム構造体よりなる
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
ト層を形成すると、その効果が半減してしまうことか
ら、その改善が課題となっていた。また、各セルの開口
面積が低下するため圧損が増加し、担体としての熱膨張
係数がコーディエライトのみの場合より大きくなる不具
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）。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、
酸素欠陥や格子欠陥のような欠陥や、微細なクラック
等、比表面積として測定されない程度の微小な細孔を設
けているので、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
触媒成分を直接担持可能なセラミック担体を改良し、触
媒を担持させてより優れた浄化性能を発揮できるセラミ
ック担体を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１のセラミック担
体は、基材セラミック表面に触媒を直接担持可能なセラ
ミック担体であって、内部をガス流路とする略平行な多
数のセルを有し、上記セル壁が表面に凹凸を有している
ことを特徴とする。

【０００７】上記セル壁表面が凹凸を有していると、表
面積が増加するので、触媒担持量の増加による浄化性能
の向上、あるいは、触媒粒子間隔を広くして劣化を防止
する等の同様の効果が得られる。また、表面の凹凸で、
触媒近傍を流れるガス流れが乱され、触媒との接触機会
が増して浄化性能が向上する効果もある。

【０００８】表面に凹凸を有するセル壁の具体例には、
請求項２のセラミック担体のように、上記セル壁表面を
波形面または粗面としたものがある。この時、請求項３
のように、波形面のピッチは、通常、担体長さ以下とす
る。好ましくは、請求項４のように、波形面のピッチが
２０ｍｍ以下、より好ましくは、請求項５のように波形
面のピッチが５ｍｍ以下であるとよい。請求項６のよう
に、波形面の振れ幅は、セルピッチの１／２以下、好ま
しくは、請求項７のように、波形面の振れ幅がセルピッ
チの１／３ないし１／２であるのがよい。

【０００９】また、請求項８のセラミック担体のよう
に、上記セル壁の表面に内方に突出する複数の突起を設
けたものによっても、表面に凹凸を有することによる同
様の効果が得られる。この時、請求項９のように、突起
の断面積は、通常、セル開口面積の１／２以下とする。
好ましくは、請求項１０のように、上記突起の断面積が
セル開口面積の１／２０ないし１／３であるとよい。

【００１０】請求項１１のセラミック担体は、基材セラ
ミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック担体であ
って、内部をガス流路とする略平行な多数のセルを有
し、上記ガス流路が非直線状であることを特徴とする。

【００１１】セル内に形成されるガス流路を非直線状と
することで、ガス流れを乱す効果があり、触媒との接触
確率を高めて浄化性能を向上することができる。

【００１２】具体的には、請求項１２のセラミック担体
のように、上記多数のセルが流れ方向に湾曲する形状と
すると、ガス流路を非直線状とすることができる。この
時、請求項１３のように、上記担体の曲率半径が１０ｍ
以上となるようにするとよい。好ましくは、請求項１４
のように、上記担体の曲率半径が１ｍ以上、より好まし
くは、請求項１５のように、上記担体の曲率半径が２０
０ないし５００ｍｍであるとよい。

【００１３】または、請求項１６のセラミック担体のよ
うに、上記多数のセルが流れ方向に螺旋状に旋回してい
る形状として、上記ガス流路が曲線状となるようにして
もよい。具体的には、請求項１７のように、上記担体が
流路方向に１ｍ進む間に０．１度以上回転するようにす
る。好ましくは、請求項１８のように、上記担体が流路
方向に１ｍ進む間に１回転以上回転するようにし、より
好ましくは、請求項１９のように、上記担体が流路方向
に１ｍ進む間に２ないし４回転するようにするとよい。

【００１４】請求項２０のセラミック担体は、基材セラ
ミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック担体であ
って、内部をガス流路とする略平行な多数のセルを有
し、上記セル断面形状が、多角形、Ｌ字形、凸形、十字
形、Ｓ字形、鼓形、またはこれらを組み合わせた形状で
あることを特徴とする。

【００１５】同一断面積であれば、セル形状が円から離
れるほどセル壁表面積は大きくなる。そこで、セル断面
を円以外の種々の形状とし、またはこれらを組み合わせ
て、表面積を大きくすることができる。また、セル断面
形状が複雑となることにより、排ガスの流れが乱されや
すくなり、浄化性能が向上する。

【００１６】請求項２１のセラミック担体は、基材セラ
ミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック担体であ
って、内部をガス流路とする略平行な多数のセルを有
し、上記多数のセルが、セル壁に多数の貫通孔を有して
いることを特徴とする。

【００１７】セル壁に多数の貫通孔を設けると、隣接す
るセル間を排ガスが流通するために、排ガスの流れが乱
されやすくなり、浄化性能が向上する。

【００１８】この時、請求項２２のように、上記貫通孔
の流路方向の長さは、通常、セルピッチの５倍以下とす
る。好ましくは、請求項２３のように、上記貫通孔の流路
方向の長さがセルピッチの１倍以下とするとよい。ま
た、請求項２４のように、上記貫通孔の流路と垂直方向
の幅がセルピッチ未満であると好ましい。

【００１９】本発明の請求項２５のセラミック担体は、
基材セラミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック
担体であって、上記基材セラミックの気孔率が５％以上
であることを特徴とする。

【００２０】触媒を直接担持可能な上記セラミック担体
は、表面にコート層を形成する従来のセラミック担体に
比べると、排ガスの流れがセル壁表面に留まりにくい。
そこで、本発明では、基材セラミックの気孔率を５％以
上に高くする。これにより、セル壁表面に開口する気孔
によって排ガスの流れが乱されるので、セル壁表面の触
媒との接触機会を増し、浄化性能が向上する。

【００２１】好ましくは、請求項２６のセラミック担体
のように、基材セラミックの気孔率を１０％以上に高く
する。請求項２７のセラミック担体のように、基材セラ
ミックの気孔率を３０％以上に高くすると、より好まし
い。

【００２２】請求項２８のセラミック担体は、基材セラ
ミック表面に触媒を直接担持可能なセラミック担体であ
って、内部をガス流路とする略平行な多数のセルを有
し、セル密度が５０個／inch²以上であることを特徴と
する。

【００２３】セル密度を５０個／inch²以上の高密度と
すると、表面積が大きくなり、触媒を担持可能な面積が
増加する。すなわち、触媒粒径および触媒粒子間隔を一
定にしたまま、触媒担持量を増加できるため、浄化性能
が向上する。あるいは、触媒担持量を一定にした場合、
触媒粒子間隔を広くできるので、触媒の凝集等による劣
化が防止できる。

【００２４】好ましくは、請求項２９のセラミック担体
のように、セル密度を１００個／inch²以上の高密度と
するとよい。請求項３０のセラミック担体のように、セ
ル密度を４００個／inch²以上の高密度とすると、より
好ましい。

【００２５】請求項３１のセラミック担体は、内部をガ
ス流路とする略平行な多数のセルを有し、基材セラミッ
ク表面に触媒を直接担持可能な複数のセラミック担体
を、ガス流れ方向に直列に配設してなり、かつ上記複数
のセラミック担体のセル壁が接続部において不連続とな
るように配置したことを特徴とする。

【００２６】このようにすると、複数のセラミック担体
の連結部で、流路壁が不連続となるので、ガス流れが乱
され、浄化性能が向上する。

【００２７】請求項３２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。

【００２８】この場合、請求項３３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。

【００２９】請求項３４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。

【００３０】請求項３５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。

【００３１】請求項３６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。

【００３２】請求項３７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。

【００３３】請求項３８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。

【００３４】請求項３９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。

【００３５】この場合、請求項４０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金
属を担持可能となる。

【００３６】請求項４１の発明は、上記請求項１ないし
４０のいずれか記載のセラミック担体に、コート層を形
成することなく、触媒を直接担持してなるセラミック触
媒体であり、触媒性能を効果的に発揮して、優れた浄化
性能を実現する。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、基材セラミック表面に触媒を直接担持可能
なセラミック担体を用い、このセラミック担体に、触媒
を担持して、セラミック触媒体とする。セラミック担体
の基材には、例えば、理論組成が２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ
₃ ・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。コーディエライト
以外にも、アルミナ、ムライト、スピネル、チタン酸ア
ルミニウム、チタニア、炭化珪素、リン酸ジルコニウム
等のセラミックを用いることができる。担体形状は、略
平行な多数のセルを有するハニカム形状、あるいは多孔
質のフォーム形状とすることで、表面積を大きくしなが
ら、直接触媒を担持できる基材セラミックの特性を最大
限に活用できる。

【００３８】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、その詳細につい
ては後述する。

【００３９】まず、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に
ついて説明する。この細孔は、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種類からなる。これ
ら細孔は、少なくとも１種類がセラミック担体に形成さ
れていればよく、複数種類を組み合わせて形成すること
もできる。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には、これら
細孔の直径あるいは幅が、担持される触媒成分イオンの
直径（通常、０．１ｎｍ程度）の１０００倍（１００ｎ
ｍ）以下、好ましくは、１〜１０００倍（０．１〜１０
０ｎｍ）であることが望ましい。また、細孔の深さは、
触媒成分イオンの直径の１／２以上、通常、０．０５ｎ
ｍ以上であることが望ましい。また、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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。また、電気的中性を保つため、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ
の一部を放出し空孔子を形成する。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。

【００４３】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より小さくなり、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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】このようにして触媒成分を直接担持可能な
細孔または元素を表面に多数形成したセラミック担体
に、触媒成分を直接担持させたセラミック触媒体は、例
えば、エンジンの排ガス浄化触媒等に好適に用いられ
る。この場合、触媒成分としては、通常、Ｐｔ、Ｐｄ、
Ｒｈ等の貴金属触媒が使用される。ＣｅＯ₂等を助触媒
として用いることも、もちろんできる。

【００５４】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。溶媒は水でもよいが、本発明のセラミ
ック担体に形成される欠陥やクラック等の細孔が微細で
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。

【００５５】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
孔または元素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。

【００５６】ただし、触媒を直接担持可能な上記セラミ
ック担体は、表面にコート層を形成する従来のセラミッ
ク担体に比べると、排ガスの流れがセル壁表面に留まり
にくい。これを解決するには、例えば、基材セラミック
の気孔率を５％以上、好ましくは１０％以上、より好ま
しくは３０％以上に高くするのがよい。より好ましくは
４０％以上とする。気孔率は、セル壁表面に開口する気
孔を測定しているので、この数値が大きいことは排ガス
と接触するセル壁表面により多くの気孔が存在すること
を示し、排ガスの流れを乱してセル壁表面に乱流が生じ
やすくする。これにより、セル壁表面に担持される触媒
と排ガスとの接触確率が増加し、浄化性能が向上する。
所望の気孔率とするには、担体材料や添加材、成形・焼
成条件等を制御する方法、例えば、焼成温度で蒸散する
カーボン粒子等を所定量添加しておく方法や、焼成後に
後処理して表面に気孔を形成する方法等が、採用でき
る。

【００５７】図１は、気孔率を約５ないし５０％の範囲
で変化させたセラミック担体に、同一条件で触媒を担持
させて得たセラミック触媒体の浄化性能を測定した結果
である。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、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である。触媒に
は、ＰｔとＲｈを使用し、所定の触媒担持量（１．５ｇ
／Ｌ）となるように調製した。触媒溶液としては、塩化
白金酸と塩化ロジウムのエタノール溶液を用い、これに
セラミック担体を浸漬した後、８００℃で２時間の熱処
理（大気雰囲気）を行って触媒化した。

【００５８】図１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また、気孔率の測定は、水銀圧入法で行った。

【００５９】図１に明らかなように、気孔率１０％以上
で５０％浄化温度が３００℃以下となり、３０％以上で
５０％浄化温度が１８０℃以下、４０％以上で５０％浄
化温度が１６０℃以下となっている。このように、気孔
率が高くなるに従って５０％浄化温度が低くなり、浄化
性能が向上する。

【００６０】気孔率を制御する以外にも、例えば、セル
密度を高くして表面積を大きくすることによって、浄化
性能を高めることができる。具体的には、セル密度を５
０個／inch²以上、好ましくは１００個／inch²以上、
より好ましくは４００個／inch²以上にするのがよい。
より好ましくは９００個／inch²以上とする。セル密度
が高いほど、表面積が大きくなり、触媒を担持可能な面
積が増加する。よって、触媒粒径および触媒粒子間隔を
一定にしたまま、触媒担持量を増加できるため、浄化性
能が向上する。あるいは、触媒担持量を一定にした場合
には、触媒粒子間隔が広くなるので、触媒の凝集等によ
る劣化が防止できる。

【００６１】図２は、セラミック担体のセル密度と、劣
化試験後の浄化性能（５０％浄化温度）を測定した結果
である。セラミック担体の製作は、上記図１と同様の方
法で行い、成形用金型を変更することにより所定のセル
密度とした。触媒の担持も同様にして行い、塩化白金酸
と塩化ロジウムのエタノール溶液を用いて所定の触媒担
持量（１．５ｇ／Ｌ）となるように調製した。これを８
００℃で２時間の熱処理（大気雰囲気）を行って触媒化
した。

【００６２】図２のように、セル密度が１００個／inch
²以上であると、５０％浄化温度は４００℃以下でＣ₃
Ｈ₆の自然発火温度と同等以下となり、浄化性能を示
す。セル密度が４００個／inch²以上で、５０％浄化温
度が３００℃以下となり、セル密度が９００個／inch²
以上で、５０％浄化温度が２２０℃以下となる。このよ
うに、セル密度が大きくなるに従って５０％浄化温度が
低くなり、浄化性能が向上することがわかる。

【００６３】セル密度が同一である場合には、例えば、
図３のように、セル壁１表面全体が、押出軸方向または
押出軸と垂直な方向に波打つ波形面となっていると、表
面積がより大きくなる。また、表面の凹凸によって排ガ
スの流れが乱されるので、触媒と接触しやすくなる利点
がある。波形面のピッチは、通常、担体長さ以下とす
る。好ましくは、波形面のピッチが２０ｍｍ以下、より
好ましくは、波形面のピッチが５ｍｍ以下であるとよ
い。また、波形面の振れ幅は、セルピッチの１／２以
下、好ましくは、セルピッチの１／３ないし１／２であ
るのがよい。波形面とするには、例えば、ハニカム成形
時の成形速度等を調整すればよい。波形面のような規則
的な形状以外にも、表面処理を行って粗面とする等、セ
ル壁１表面が凹凸を有していれば、同様の効果が得られ
る。

【００６４】排ガスの流れを乱す手段として、セル内に
形成されるガス流路を非直線状とすることもできる。具
体的には、図４（ａ）のように、押出軸が円弧状の曲線
となるようにセラミック担体２全体を湾曲させると、ガ
ス流路が曲線状となるので、流入する排ガスが乱流とな
りやすい。この時、担体２の曲率半径が１０ｍ以上とな
るようにするとよい。好ましくは、曲率半径が１ｍ以上、
より好ましくは、２００ないし５００ｍｍとする。

【００６５】または、担体２の外形は通常の円筒形状と
し、その内部に形成される多数のセルが、流れ方向に湾
曲するようにしてもよい。例えば、図４（ｂ）のよう
に、押出軸を中心にセル３が螺旋状に回転するように形
成すると、同様に、ガス流路が曲線状となる。このよう
にしても、触媒との接触確率を高めて浄化性能を向上す
ることができる。具体的には、担体が流路方向に１ｍ進
む間に０．１度以上回転するようにする。好ましくは、
担体が流路方向に１ｍ進む間に１回転以上回転するよう
にし、より好ましくは、流路方向に１ｍ進む間に２ない
し４回転するようにするとよい。

【００６６】セル断面の形状は、同一断面積であれば、
セル形状が円から離れるほどセル壁表面積は大きくな
る。そこで、セル断面を円以外の種々の形状とし、また
はこれらを組み合わせて、表面積を大きくすることがで
きる。具体的には、図５（ａ）〜（ｅ）に示す正方形、
正三角形、正六角形、長方形、二等辺三角形等の多角
形、正六角形内に他の形状を組み合わせた形状（図５
（ｆ））、Ｌ字形（図５（ｇ））、凸形（図５
（ｈ））、十字形（図５（ｉ））、Ｓ字形（図５
（ｊ））、鼓形（図５（ｋ）、（ｌ））等が挙げられ
る。セル断面形状が複雑となることにより、排ガスの流
れが乱されやすくなり、浄化性能が向上する。

【００６７】これらセル形状において、さらにセル壁表
面から内方に突出する複数の突起を形成することもでき
る。例えば、図６（ａ）〜（ｃ）には、正方形、正三角
形、正六角形のセル３の各内表面に流路方向に延びる突
起としてのフィン４を設けており、これにより、ガス流
れを乱すことができる。また、フィン４表面に触媒を担
持させれば、触媒担持面積が増加し触媒性能が向上す
る。図６（ｄ）、（ｅ）のように、各セル内表面に設け
るフィン４を２本ないしそれ以上としたり、十字形状の
フィン４を設けることもできる。さらに、図６（ｆ）の
ように、セル壁１をギザギサな形状に形成してもよい。
この時、突起の断面積は、通常、セル開口面積の１／２
以下とする。好ましくは、上記突起の断面積がセル開口
面積の１／２０ないし１／３であるとよい。

【００６８】図７のように、セル壁１を貫通して多数の
貫通孔５を形成することもできる。セル壁１に多数の貫
通孔５を設けると、隣接するセル３間を排ガスが流通す
るために、排ガスの流れが乱されやすくなる。また、排
ガスが担体内に長く留まり、触媒との接触機会が増すた
めに、浄化性能が向上する。貫通孔５の大きさは、３０
μｍ以上であることが好ましい。この時、貫通孔５の流
路方向の長さは、通常、セルピッチの５倍以下とし、好
ましくは、セルピッチの１倍以下とするとよい。また、
貫通孔５の流路と垂直方向の幅がセルピッチ未満となる
ようにすると好ましい。

【００６９】図８に示すように、複数のセラミック担体
２１、２２、２３を、流路方向に直列に配置することも
できる。この時、上流のセラミック担体２１に対し、下
流側のセラミック担体２２を、押出軸を中心に相対回転
させて（例えば４５°程度）配置し、連結部においてセ
ル壁１が連続した面とならないようにする。セラミック
担体２２とセラミック担体２３も同様にする。このよう
にするとセル３内に形成される流路壁が連続しないの
で、セラミック担体２１を通過した排ガスが、下流側の
セラミック担体２２に流入する際に乱され、また、異な
る複数の流路に連通するので、触媒との接触機会が増し
て、浄化性能が向上する。なお、表面に触媒を直接担持
するセラミック担体は、コート層が不要で、圧損が小さ
いため、複数のセラミック担体２１、２２、２３を直列
に接続しても、圧損増による不具合は生じない。

【００７０】

【実施例】以下に本発明の効果を確認するための実施例
および比較例を示す。１）セル壁表面が波形面である場合（実施例１〜４、比
較例１、２）コーディエライト化原料として、タルク、カオリン、ア
ルミナおよび水酸化アルミニウムと、Ｓｉ源の５％に相
当するＷＯ₃、Ｓｉ源の５％に相当するＣｏＯを使用
し、これら原料の粉末をコーディエライトの理論組成点
付近となるように調合した。この原料に、バインダ、潤
滑剤および保湿剤、水分を適量添加し、混練して粘土化
させたものを、セル壁厚１００μｍ、セル密度４００ｃ
ｐｓｉ（１平方インチ当たりのセル個数）、直径１０３
ｍｍ、長さ１３０ｍｍのハニカム形状に押出成形した
（セル壁は平坦な面）。得られたハニカム成形体を乾燥
させ、大気雰囲気で、１３９０℃で焼成した（比較例
１）。

【００７１】また、比較例１と同様にして得た粘土を用
い、ハニカム形状に押出成形する際に、金型の原料供給
側に供給速度を調整する板を挿入することで、セル壁を
波形面状としたハニカム成形体を得た。この時、供給速
度を調整することにより、波形面のピッチ（波の谷と谷
の間隔）、振れ幅（波の山の高さ）を表１に示すように
変更した種々のハニカム成形体を作成し、同様の方法
で、乾燥、焼成した（実施例１〜４、比較例２）。

【００７２】実施例１〜４、比較例１、２のコーディエ
ライトハニカム構造体を、それぞれ塩化白金酸０．０３
５ｍｏｌ／Ｌ、塩化ロジウム０．０２５ｍｏｌ／Ｌを溶
解させたエタノール溶液に５分間、浸漬し、余剰の溶液
を取り除いた後、乾燥させた。これを大気雰囲気、６０
０℃で焼き付けることで金属化させた。次いで、このよ
うにして触媒成分を担持させたコーディエライトハニカ
ム構造体（セラミック触媒体）の浄化性能を評価した。
評価条件は、反応ガス組成〔Ｃ₃Ｈ₆：５００ｐｐｍ、
Ｏ₂：５％Ｏ₂、Ｎ₂バランス〕、流速ＳＶ＝１０００
０ｈ^-1とし、この時のＣ₃Ｈ₆の５０％浄化温度を測定
した。表１にコーディエライトハニカム構造体のセル壁
の波形面のピッチと振れ幅、５０％浄化温度、圧力損失
を示した。圧力損失は、図９に示すように、実施例１〜
４、比較例１、２のコーディエライトハニカム構造体
（直径１０３ｍｍ、長さ１３０ｍｍ）を、測定容器内に
挿入配置し、２０００Ｌ／ｍｉｎの空気を流した時の、
ハニカム構造体の上流側の大気に対する圧力差として求
めた。

【００７３】

【表１】

【００７４】表１のように、セル壁が波形面でない比較
例１に比べ、セル壁を波形面とした実施例１〜４で５０
％浄化温度が低くなっており、かつ波形面のピッチが小
さくなるほど５０％浄化温度を低くする効果を大きいこ
とが分かる。これは、セル壁が波面状となることで、ガ
スの流れが乱されて触媒成分との接触確率が高くなり、
浄化性能が向上したためである。さらに波形面の振れ幅
が大きくなることで５０％浄化温度は低下するが、波形
面の振れ幅がセルピッチ（１．２７ｍｍ）の１／２を超
えると、圧力損失が、従来のγ−アルミナを２００ｇ／
Ｌコートした場合の圧力損失（０．５５ｋＰａ）より大
きくなってしまい、圧力損失が小さいというメリットが
なくなってしまう（比較例２）。

【００７５】２）セル壁表面に突起を形成した場合（実
施例５〜７、比較例３）コーディエライト化原料として、タルク、カオリン、ア
ルミナおよび水酸化アルミニウムと、Ｓｉ源の５％に相
当するＷＯ₃、Ｓｉ源の５％に相当するＣｏＯを使用
し、これら原料の粉末をコーディエライトの理論組成点
付近となるように調合した。この原料に、バインダ、潤
滑剤および保湿剤、水分を適量添加し、混練して粘土化
させたものを、セル壁厚１００μｍ、セル密度４００ｃ
ｐｓｉ、直径１０３ｍｍ、長さ１３０ｍｍのハニカム形
状かつセル壁に突起を有する形状に押出成形し、乾燥さ
せた後、大気雰囲気で、１３９０℃で焼成した。

【００７６】突起は、各セル壁中央からセル中心に向か
って一本形成し、ハニカム形状に押出成形する際にサイ
ズの異なる金型を用いることによって、突起物の断面積
を表２に示すように制御した（実施例５〜７、比較例
３）。実施例５〜７、比較例３のコーディエライトハニ
カム構造体に、それぞれ実施例１と同様の方法で触媒成
分を担持し、浄化性能および圧力損失を評価した結果を
表２に示す。

【００７７】

【表２】

【００７８】表２のように、突起物を設けることで、突
起物のない比較例１より５０％浄化温度が低下する。突
起物の断面積を大きくすると、５０％浄化温度は低下す
る傾向にあるが、詳しくは、突起物の断面積がセル開口
面積（１．３７ｍｍ²）の１／２０〜１／３の範囲で、
５０％浄化温度は最も低くなり、さらに断面積が大きく
なると５０％浄化温度は若干高くなる。さらに、突起物
の断面積がセル開口面積の１／２より大きくなると、圧
力損失が、従来のγ−アルミナを２００ｇ／Ｌコートし
た場合の圧力損失（０．５５ｋＰａ）より大きくなって
しまい、圧力損失が小さいというメリットがなくなって
しまう（比較例３）。

【００７９】３）ガス流路が湾曲している場合（実施例
８〜１０、比較例４）コーディエライト化原料として、タルク、カオリン、ア
ルミナおよび水酸化アルミニウムと、Ｓｉ源の５％に相
当するＷＯ₃、Ｓｉ源の５％に相当するＣｏＯを使用
し、これら原料の粉末をコーディエライトの理論組成点
付近となるように調合した。この原料に、バインダ、潤
滑剤および保湿剤、水分を適量添加し、混練して粘土化
させたものを、セル壁厚１００μｍ、セル密度４００ｃ
ｐｓｉ、直径１０３ｍｍ、長さ１３０ｍｍのハニカム形
状で、セル内に形成されるガス流路が湾曲する形状に押
出成形した。成形する際に、金型の原料供給側に粘土の
供給速度を制御する板を挿入することで、ハニカム成形
体の曲率を制御した（実施例８〜１０、比較例４）。得
られたハニカム成形体を、それぞれ乾燥させた後、大気
雰囲気で、１３９０℃で焼成した。

【００８０】実施例８〜１０、比較例４のコーディエラ
イトハニカム構造体に、それぞれ実施例１と同様の方法
で触媒成分を担持し、浄化性能および圧力損失を評価し
た結果を表３に示す。

【００８１】

【表３】

【００８２】表３のように、ガス流路を湾曲させること
で、ガス流路が直線状の比較例１より５０％浄化温度が
低くなり、浄化性能が向上する。コーディエライトハニ
カム構造体の曲率半径が小さくなるほど、５０％浄化温
度は低下するが、圧力損失が大きくなる傾向がある。特
に、曲率半径が２００ｍｍより小さくなると、圧力損失
が、従来のγ−アルミナを２００ｇ／Ｌコートした場合
の圧力損失（０．５５ｋＰａ）より大きくなってしま
い、圧力損失が小さいというメリットがなくなってしま
う（比較例４）。

【００８３】４）ガス流路が螺旋状の場合（実施例１１
〜１３、比較例５）コーディエライト化原料として、タルク、カオリン、ア
ルミナおよび水酸化アルミニウムと、Ｓｉ源の５％に相
当するＷＯ₃、Ｓｉ源の５％に相当するＣｏＯを使用
し、これら原料の粉末をコーディエライトの理論組成点
付近となるように調合した。この原料に、バインダ、潤
滑剤および保湿剤、水分を適量添加し、混練して粘土化
させたものを、セル壁厚１００μｍ、セル密度４００ｃ
ｐｓｉ、直径１０３ｍｍ、長さ１３０ｍｍのハニカム形
状で、セル内に形成されるガス流路が螺旋状に旋回する
形状に押出成形した。成形する際に、ハニカム成形体の
受け台を回転させることで、ガス流路の回転を制御した
（実施例１１〜１３、比較例５）。得られたハニカム成
形体を、それぞれ乾燥させた後、大気雰囲気で、１３９
０℃で焼成した。

【００８４】実施例１１〜１３、比較例５のコーディエ
ライトハニカム構造体に、それぞれ実施例１と同様の方
法で触媒成分を担持し、浄化性能および圧力損失を評価
した結果を表４に示す。

【００８５】

【表４】

【００８６】表４のように、ガス流路を螺旋状とするこ
とで、ガス流路が直線状の比較例１より５０％浄化温度
が低くなり、浄化性能が向上する。コーディエライトハ
ニカム構造体が、流路方向に１ｍ進む間に流路が回転す
る程度（回転量）が大きくなるほど、５０％浄化温度は
低下するが、圧力損失が大きくなる傾向がある。特に、
回転量が４回転を超えると、圧力損失が、従来のγ−ア
ルミナを２００ｇ／Ｌコートした場合の圧力損失（０．
５５ｋＰａ）より大きくなってしまい、圧力損失が小さ
いというメリットがなくなってしまう（比較例５）。

【００８７】５）セル壁に貫通孔を形成した場合（実施
例１４〜１６、比較例６）コーディエライト化原料として、タルク、カオリン、ア
ルミナおよび水酸化アルミニウムと、Ｓｉ源の５％に相
当するＷＯ₃、Ｓｉ源の５％に相当するＣｏＯを使用
し、これら原料の粉末をコーディエライトの理論組成点
付近となるように調合した。この原料に、バインダ、潤
滑剤および保湿剤、水分を適量添加し、混練して粘土化
させたものを、セル壁厚１００μｍ、セル密度４００ｃ
ｐｓｉ、直径１０３ｍｍ、長さ１３０ｍｍのハニカム形
状で、セル壁に貫通孔を有する形状に押出成形した。成
形する際に、金型の原料供給側に粘土の供給速度を制御
する板を挿入することで、セル壁に異なる長さの貫通孔
を形成した（実施例１４〜１６、比較例６）。得られた
ハニカム成形体を、それぞれ乾燥させた後、大気雰囲気
で、１３９０℃で焼成した。

【００８８】実施例１４〜１６、比較例６のコーディエ
ライトハニカム構造体に、それぞれ実施例１と同様の方
法で触媒成分を担持し、浄化性能、圧力損失およびＡ軸
強度を評価した結果を表５に示す。Ａ軸強度は、コーデ
ィエライトハニカム構造体を流路方向にくり抜いて、直
径１インチ、長さ１インチの評価サンプルを得、流路方
向に圧縮した時の破壊強度を測定した。

【００８９】

【表５】

【００９０】表５のように、セル壁の貫通孔を形成する
ことで、貫通孔を有しない比較例１より５０％浄化温度
は低下する。貫通孔の長さが長くなると、５０％浄化温
度は低くなるが、長くなりすぎると浄化性能が悪化する
傾向にある。表５から、貫通孔の長さがセルピッチ
（１．２７ｍｍ）の０．１〜１倍で最も浄化性能がよい
ことが分かる。また、貫通孔の長さがセルピッチ（１．
２７ｍｍ）の５倍を超えると、Ａ軸強度が、ハニカム構
造体を触媒コンバータに組み付ける時に必要とされる強
度（１０ＭＰａ）より低くなってしまう（比較例６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】気孔率と５０％浄化温度の関係を示す図であ
る。

【図２】セル密度と５０％浄化温度の関係を示す図であ
る。

【図３】凹凸を有するセル壁形状の一例を示す図で、表
面を波形面としたセル壁の模式的な図である。

【図４】ガス流路を非直線状としたセラミック担体の例
を示す図で、（ａ）は全体を湾曲させたセラミック担体
の模式的な図、（ｂ）はセルを湾曲させたセラミック担
体の模式的な図である。

【図５】（ａ）〜（ｌ）はセル断面形状の例をそれぞれ
示すセル断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｆ）はセル壁に突起を形成した例を
それぞれ示すセル断面図である。

【図７】セル壁に貫通孔を形成したセラミック担体の部
分拡大図である。

【図８】複数のセラミック担体を直列配置した例を示す
図である。

【図９】圧力損失の測定方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１セル壁２セラミック担体３セル４フィン５貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── 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 32/00 Ｂ０１Ｊ 37/02 １０１Ａ 37/02 １０１Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ (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 (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)発明者近藤寿治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4D048 BA30X BA33X BB02 BB12 BB13 BB15 BB17 4G069 AA01 AA03 AA08 BC71B BC75B CA03 DA06 EA19 EA25 EA27 FA01 FA02 FB14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材セラミック表面に触媒成分を直接担
持可能なセラミック担体であって、内部をガス流路とす
る略平行な多数のセルを有し、上記セル壁が表面に凹凸
を有していることを特徴とするセラミック担体。
【請求項２】上記セル壁表面を波形面または粗面とし
た請求項１記載のセラミック担体。
【請求項３】上記波形面のピッチが担体長さ以下であ
る請求項２記載のセラミック担体。
【請求項４】上記波形面のピッチが２０ｍｍ以下であ
る請求項２記載のセラミック担体。
【請求項５】上記波形面のピッチが５ｍｍ以下である
請求項２記載のセラミック担体。
【請求項６】上記波形面の振れ幅がセルピッチの１／
２以下である請求項２ないし５のいずれか記載のセラミ
ック担体。
【請求項７】上記波形面の振れ幅がセルピッチの１／
３ないし１／２である請求項２ないし５のいずれか記載
のセラミック担体。
【請求項８】上記セル壁の表面から内方に突出する複
数の突起を設けた請求項１記載のセラミック担体。
【請求項９】上記突起の断面積がセル開口面積の１／
２以下である請求項８記載のセラミック担体。
【請求項１０】上記突起の断面積がセル開口面積の１
／２０ないし１／３である請求項８記載のセラミック担
体。
【請求項１１】基材セラミック表面に触媒成分を直接
担持可能なセラミック担体であって、内部をガス流路と
する略平行な多数のセルを有し、上記ガス流路が非直線
状であることを特徴とするセラミック担体。
【請求項１２】上記多数のセルが流れ方向に湾曲して
いる請求項１１記載のセラミック担体。
【請求項１３】上記担体の曲率半径が１０ｍ以上であ
る請求項１１または１２記載のセラミック担体。
【請求項１４】上記担体の曲率半径が１ｍ以上である
請求項１１または１２記載のセラミック担体。
【請求項１５】上記担体の曲率半径が２００ないし５
００ｍｍである請求項１１または１２記載のセラミック
担体。
【請求項１６】上記多数のセルが流れ方向に螺旋状に
旋回している請求項１１記載のセラミック担体。
【請求項１７】上記担体が流路方向に１ｍ進む間に
０．１度以上回転する請求項１１または１６記載のセラ
ミック担体。
【請求項１８】上記担体が流路方向に１ｍ進む間に１
回転以上回転する請求項１１または１６記載のセラミッ
ク担体。
【請求項１９】上記担体が流路方向に１ｍ進む間に２
ないし４回転する請求項１１または１６記載のセラミッ
ク担体。
【請求項２０】基材セラミック表面に触媒成分を直接
担持可能なセラミック担体であって、内部をガス流路と
する略平行な多数のセルを有し、上記セル断面形状が、
多角形、Ｌ字形、凸形、十字形、Ｓ字形、鼓形、または
これらを組み合わせた形状であることを特徴とするセラ
ミック担体。
【請求項２１】基材セラミック表面に触媒成分を直接
担持可能なセラミック担体であって、内部をガス流路と
する略平行な多数のセルを有し、上記多数のセルが、セ
ル壁に多数の貫通孔を有していることを特徴とするセラ
ミック担体。
【請求項２２】上記貫通孔の流路方向の長さがセルピ
ッチの５倍以下である請求項２１記載のセラミック担
体。
【請求項２３】上記貫通孔の流路方向の長さがセルピ
ッチの１倍以下である請求項２１記載のセラミック担
体。
【請求項２４】上記貫通孔の流路と垂直方向の幅がセ
ルピッチ未満である請求項２１ないし２３のいずれか記
載のセラミック担体。
【請求項２５】基材セラミック表面に触媒成分を直接
担持可能なセラミック担体であって、上記基材セラミッ
クの気孔率が５％以上であることを特徴とするセラミッ
ク担体。
【請求項２６】上記基材セラミックの気孔率が１０％
以上である請求項２５記載のセラミック担体。
【請求項２７】上記基材セラミックの気孔率が３０％
以上である請求項２５記載のセラミック担体。
【請求項２８】基材セラミック表面に触媒成分を直接
担持可能なセラミック担体であって、内部をガス流路と
する略平行な多数のセルを有し、セル密度が５０個／in
ch²以上であることを特徴とするセラミック担体。
【請求項２９】上記セル密度が１００個／inch²以上
である請求項２８記載のセラミック担体。
【請求項３０】上記セル密度が４００個／inch²以上
である請求項２８記載のセラミック担体。
【請求項３１】内部をガス流路とする略平行な多数の
セルを有し、基材セラミック表面に触媒成分を直接担持
可能な複数のセラミック担体を、ガス流れ方向に直列に
配設してなり、かつ上記複数のセラミック担体のセル壁
が接続部において不連続となるように配置したことを特
徴とするセラミック担体。
【請求項３２】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３１のいずれか記載のセラミ
ック担体。
【請求項３３】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３２記載のセラミッ
ク担体。
【請求項３４】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３２または３３記載のセラミック担体。
【請求項３５】上記セラミック担体は、基材セラミッ
ク表面に触媒成分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３１のいずれか記載の
セラミック担体。
【請求項３６】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３５記載のセラミック担体。
【請求項３７】上記微細なクラックの幅が１００ｎｍ
以下である請求項３６記載のセラミック担体。
【請求項３８】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３６記載の
セラミック担体。
【請求項３９】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３６記載のセラミック
担体。
【請求項４０】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３９記載のセラミ
ック触媒体。
【請求項４１】請求項１ないし４０のいずれか記載の
セラミック担体に、コート層を形成することなく、触媒
成分を直接担持してなるセラミック触媒体。