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発明の名称 触媒担持用多孔質基材及び排気浄化装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−21368(P2007−21368A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−207381(P2005−207381)
出願日 平成17年7月15日(2005.7.15)
代理人 【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
発明者 伊藤 和浩
要約 課題
触媒材料を有効に利用する。

解決手段
骨材粒子が、平均粒径が互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている。これにより、大径骨材粒子PC同士間に形成される空隙VSに、小径骨材粒子PFが配置され、大径骨材粒子PCの表面だけでなく、小径骨材粒子PFの表面にも触媒材料CATが担持される。
特許請求の範囲
【請求項1】
骨材粒子を焼成することにより形成される触媒担持用多孔質基材において、骨材粒子が、平均粒径の互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている多孔質基材。
【請求項2】
前記小径骨材粒子の平均粒径が前記大径骨材粒子の平均粒径の50パーセント以下に設定されている請求項1に記載の多孔質基材。
【請求項3】
前記小径骨材粒子の平均粒径が、前記大径骨材粒子の平均粒径から標準偏差を差し引いて得られる値以下に設定されている請求項1に記載の多孔質基材。
【請求項4】
前記小径骨材粒子の平均粒径が0.1μm以上に設定されている請求項1から3までのいずれか一項に記載の多孔質基材。
【請求項5】
前記骨材粒子が炭化珪素、燐酸ジルコニア、コージェライト、及びフェリエライトから選ばれた少なくとも一つから構成されている請求項1から4までのいずれか一項に記載の多孔質基材。
【請求項6】
請求項1から5までのいずれか一項に記載の多孔質基材の表面及び細孔内壁面上に触媒が担持されることにより構成される排気浄化装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は触媒担持用多孔質基材及び排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、多孔質基材の表面及び細孔内壁面上に触媒が担持されることにより構成される排気浄化装置が知られている。この多孔質基材は例えば、骨材粒子をバインダーなどと共に混合、混練して坏土を作成し、この坏土をハニカム構造に成形し、焼成することにより製造される(特許文献1参照)。
【0003】
次いで、触媒材料を含むスラリーが多孔質基材に適用され、かくして多孔質基材の表面及び細孔内壁面上、より具体的には骨材表面上に触媒が担持される。
【0004】
【特許文献1】特開2001−199777号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、詳しくは後述するが、一般的に骨材粒子同士の間には空隙が形成され、この空隙に触媒材料が集まっていわゆるダマになる場合がある。この場合、空隙の奥部に入り込んだ触媒材料を排気浄化のために有効に利用できないという問題点がある。
【0006】
そこで本発明は、触媒材料を有効に利用することができる触媒担持用多孔質基材及び排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、骨材粒子を焼成することにより形成される触媒担持用多孔質基材において、骨材粒子が、平均粒径の互いに異なる小径骨材粒子及び大径骨材粒子を含んで構成され、骨材粒子全体の粒径分布において小径骨材粒子及び大径骨材粒子の平均粒径に対応するピークがそれぞれ生ずるように、小径骨材粒子及び大径骨材粒子の粒径分布がそれぞれ予め設定されている。
【0008】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、前記小径骨材粒子の平均粒径が前記大径骨材粒子の平均粒径の50パーセント以下に設定されている。
【0009】
また、3番目の発明によれば1番目の発明において、前記小径骨材粒子の平均粒径が、前記大径骨材粒子の平均粒径から標準偏差を差し引いて得られる値以下に設定されている。
【0010】
また、4番目の発明によれば1番目の発明において、前記小径骨材粒子の平均粒径が0.1μm以上に設定されている。
【0011】
また、5番目の発明によれば1番目の発明において、前記骨材粒子が炭化珪素、燐酸ジルコニア、コージェライト、及びフェリエライトから選ばれた少なくとも一つから構成されている。
【0012】
また、前記課題を解決するために6番目の発明によれば、1番目から5番目までのいずれか一つに記載の多孔質基材の表面及び細孔内壁面上に触媒が担持されることにより構成される排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【0013】
触媒材料を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下では、多孔質基材として排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルターを用い、このパティキュレートフィルターに触媒が担持されることにより排気浄化装置が構成される場合について説明する。
【0015】
図1にはパティキュレートフィルター1の構造が示されている。図1に示されるパティキュレートフィルター1はセラミック製ハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路10,11を具備する。これら排気流通路は下流端が栓12により閉塞された排気ガス流入通路10と、上流端が栓13により閉塞された排気ガス流出通路11とにより構成される。従って、排気ガス流入通路10及び排気ガス流出通路11は薄肉の隔壁14を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路10及び排気ガス流出通路11は各排気ガス流入通路10が4つの排気ガス流出通路11によって包囲され、各排気ガス流出通路11が4つの排気ガス流入通路10によって包囲されるように配置される。隔壁14は多孔性を有し、従って排気ガス流入通路10内に流入した排気ガスは図1に矢印で示されるように、周囲の隔壁14内を通って隣接する排気ガス流出通路11内に流出する。
【0016】
パティキュレートフィルター1を形成する多孔質材料としてさまざまなものを用いることができ、例えば炭化珪素、コージェライト、フェリエライト、ゼオライト、炭化窒素などを用いることができる。
【0017】
なお、排気流通路の上流端及び下流端が閉塞されていないモノリス基材を多孔質基材として用いることもできる。
【0018】
次に、図2を参照して排気浄化装置の製造方法を説明する。本発明による実施例では、まず骨材粒子が用意される。この骨材粒子は例えば炭化珪素、燐酸ジルコニア、コージェライト、及びフェリエライトから選ばれた少なくとも一つから構成することができる。次いで、この骨材粒子がバインダーなどと共に混合、混練して坏土が作成される。次いで、坏土がハニカム構造に成形された後に、焼成され、かくしてパティキュレートフィルター1が製造される。
【0019】
一方、触媒材料粒子を溶媒に分散させることによりスラリーが作成される。具体的には、触媒材料原料が水及びバインダーと共に混合され、かくしてスラリーが作製される。触媒材料として、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、シリカ・アルミナなどの多孔質酸化物、又は出発原料の1次粒子の粒径の小さいものを用いることができる。なお、白金のような触媒種を多孔質酸化物に予め担持させておいてスラリーを作成することもできるし、後述の焼成後に多孔質酸化物に担持させることもできる。
【0020】
次いで、上述のパティキュレートフィルターがこのスラリーに浸漬され、次いで例えばパティキュレートフィルターにエアーを吹き付け又は吸引することにより、余分なスラリーが除去される。次いで、パティキュレートフィルターが乾燥され、焼成され、かくして触媒を担持したパティキュレートフィルターからなる排気浄化装置が形成される。
【0021】
さて、本発明による実施例では、骨材粒子が複数の骨材粒子、例えば小径骨材粒子及び大径骨材粒子から構成されている。この場合、図3に示されるように、小径骨材粒子PFの平均粒径はdmfに設定され、大径骨材粒子PCの平均粒径はdmfよりも大きなdmcに設定される。
【0022】
更に、小径骨材粒子PF及び大径骨材粒子PCを混合したときの骨材粒子全体PTの粒径分布において、小径骨材粒子PF及び大径骨材粒子PCの平均粒径付近にそれぞれピークPKf,PKcが生ずるように、小径骨材粒子PF及び大径骨材粒子PCの粒径分布がそれぞれ設定されている。なお、小径骨材粒子PFの粒径分布は例えばその平均粒径dmf及び標準偏差σfによって決まり、大径骨材粒子PCの粒径分布は例えばその平均粒径dmc及び標準偏差σcによって決まる。
【0023】
本発明による実施例がこのような構成を採用しているのは次の理由による。即ち、骨材粒子を例えば大径骨材粒子PCのみから構成した場合、大径粒子PC同士の間には図4(B)にVSで示されるような空隙が形成される。ところが、この空隙VS内に触媒材料が集まっていわゆるダマになる場合がある。この場合、空隙VSの奥部に入り込んだ触媒材料を排気浄化のために有効に利用できない。
【0024】
そこで、本発明による実施例では、図4(A)に示されるようにこの空隙VSに小径骨材粒子PFを配置し、大径骨材粒子PCの表面だけでなく、小径骨材粒子PFの表面にも触媒材料CATを担持するようにしている。その結果、触媒材料がダマになるのを阻止し、従って触媒材料を均一に担持させることができ、触媒材料を排気浄化のために有効に利用することができる。
【0025】
また、触媒担持量を増大させることができる。更に、小径骨材粒子PFが補強材として作用し、熱衝撃時にパティキュレートフィルターに大きなクラックが生ずるのを阻止することもできる。
【0026】
この場合、空隙VS内に配置された小径骨材粒子PF同士間には図5に示されるように細孔MPが形成されている。そうすると、空隙VSには、小径骨材粒子PFにより多孔質層が形成されていると見ることもできる。排気ガスはこの細孔MP内に取り込まれることにより浄化される。
【0027】
空隙VSにできるだけ多くの小径骨材粒子PFを配置することを考えると、小径骨材粒子PFの平均粒径dmfを或る上限値以下に設定するのが好ましい。この上限値は、例えば大径骨材粒子PCの平均粒径dmcの50パーセント、又は大径骨材粒子PCの平均粒径dmcから標準偏差σcを差し引いて得られる値(dmc−σc)に設定することができる。
【0028】
一方、小径骨材粒子PFの平均粒径dmfが小さすぎると、上述した細孔MPが実質的に存在しなくなる。そこで、小径骨材粒子PFの平均粒径dmfを下限値、例えば0.1μm以上に設定するのが好ましい。また、小径骨材粒子PFの平均粒径dmfが小さすぎると、触媒材料粒子が小径骨材粒子PF上に担持されにくくなる。そこで、小径骨材粒子PFの平均粒径dmfを触媒材料粒子の平均粒径の10パーセント以上に設定するのが好ましい。即ち、触媒材料粒子の平均粒径が1μmのときには、小径骨材粒子PFの平均粒径dmfを0.1μm以上に設定するのが好ましい。
【0029】
小径骨材粒子PFと大径骨材粒子PCとは同じ材質であっても異なる材質であってもよい。また、骨材粒子を、平均粒径が互いに異なる3つ以上の粒子から構成することもできる。
【0030】
ところで、骨材粒子が従来のように1種類の骨材粒子から構成される場合であっても、図6に示されるように小径粒子部分PF’と大径粒子部分PC’とが含まれており、大径粒子部分PC’同士間の空隙に小径粒子部分PF’が入り込んでいると考えられる。しかしながら、小径粒子部分PF’の粒径ないし粒径分布は、大径粒子部分PC’が形成する空隙に上述した多孔質層を形成するのに、必ずしも最適なものではない。
【0031】
これに対し、本発明による実施例では、大径骨材粒子PCが形成する空隙VSに多孔質層を形成するのに最適になるように、小径骨材粒子PFの粒径ないし粒径分布が設定ないし選択されている。このことは、図3に示される骨材粒子全体の粒径分布において、小径骨材粒子PF及び大径骨材粒子PCの平均粒径付近にそれぞれピークPKf,PKcが生ずるように、小径骨材粒子PF及び大径骨材粒子PCの粒径分布がそれぞれ設定されていることからもわかる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】パティキュレートフィルターの断面図である。
【図2】本発明による実施例の排気浄化装置の製造方法を説明するための図である。
【図3】骨材粒子の粒径分布を示す図である。
【図4】本発明による実施例を説明するための図である。
【図5】小径骨材粒子同士間の細孔MPを説明するための図である。
【図6】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
【0033】
1 パティキュレートフィルター
PF 小径骨材粒子
PC 大径骨材粒子
CAT 触媒材料
VS 空隙




 

 


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