JPH0416241A - 触媒担体の製造方法 - 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、自動車のエンジン排気ガス系に設置され、該
排気ガス中に含まれるＮＯｘ、ＳＯｘを処理するために
用いられる触媒を担持するメタル担体の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 自動車の排気ガスの規制が実施されてから１０年以上が
経過するか、現在の排気ガス対策は、エンジンの改良と
触媒による排気ガスの浄化によって行われている。排気
ガス浄化用の触媒はコージオライト等のセラミックスハ
ニカムの上に白金等の貴金属触媒を担持するものか主流
を占めている。

しかし、これらのセラミックスハニカムは強度確保のた
めに本体の壁厚が厚いため、体積を大きくして通気性を
確保する必要かあり、設置スペースが相対的に大きくな
る欠点がある。

また、このハニカムは外筒に挿入支持され、エンジン排
ガス系に取付けられるか、ハニカム自体の耐熱衝撃力や
、ハニカムを支える外筒との間に振動による衝撃や、熱
膨張係数の差によって生ずる応力を吸収させるために挿
入する緩衝用ステンレスメツシュの耐熱性の制約から、
使用温度を低くせざるを得ない欠点を有する。

これらの欠点を改善するものとして、近年ステンレス箔
からなる金属製触媒担体が使用され始めている。これら
の金属担体は当然反応中の高温、高速の排気ガスに耐え
る耐熱耐蝕性、かつ激しい加熱、冷却サイクルに耐える
耐熱疲労特性が要求される。

第２図に示すように、一般にこの種の金属担体１は、５
〇−前後の厚さを有するステンレス平箔と、コルゲート
加工したステンレス波箔とを重ねて円筒形または楕円柱
状に巻き込みハニカム体２を形成し、これを耐熱ステン
レス製の外筒管３に挿入して後、平箔〜波箔〜外筒管を
相互にロウ付けあるいは抵抗溶接等により接合、製造さ
れる。

（発明が解決しようとする課題） 従来の方法では、内部担体部の金属箔が薄いため、空隙
部が軸方向に真っ直ぐな構造の担体しか製造できなかっ
た。また、製造した直管担体を曲げることは極めて困難
で内部の金属箔が破断してしまうために、曲げ管担体は
、技術的には実用化の目処が立っていない。

曲げ加工に耐えるものにするためには、内部の金属箔を
厚めの金属板にする必要があり、そうなると空隙率、比
表面積が低下して触媒担体としての機能が大幅に劣化す
るという問題点がある。

本発明はこのような従来技術の問題点を解消し、良好な
機能を有し、かつ実用化可能な所望の形状を有する触媒
担体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） 上記目的を達成するための本発明の主旨は、（１）　　
型枠内に基体を配列し、該基材に金属微粉末を低温溶射
して成形体をつくり、然る後、非酸化性雰囲気で焼成す
ることを特徴とする触媒担体の製造方法。

（２）基材を予め金属箔に接着剤等で固定し、該基材に
金属微粉末を低４Ａ溶射して成形体をつくり、これを型
枠で包囲する如く支持し、然る後、非酸化性雰囲気で焼
成することを特徴とする触媒担体の製造方法。

（３）型枠内に基体を層状に配置し、該基体に金属微粉
末を低温溶射して被覆し、このような金属粉末を低温溶
射した基体層を重ねて成形体を形成し、この型枠に支持
した成形体を非酸化性雰囲気で焼成することを特徴とす
る触媒担体の製造方法。

（４）予め基材に触媒を担持させることを特徴とする前
記（１）　、　（２）または（３）記載の触媒担体の製
造方法である。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明は基本的には、紐状の基材に金属を低温溶射して
成形固化し、成形体をつくり、その成形体を非酸化性雰
囲気で焼成することにより、基材を液化ないし気化させ
て除去すると共に溶射金属の焼結を更に強固になるよう
にし、境界が薄く、細長い一定形状の曲った通孔か集合
した、かつその全体を包む外筒も曲管となる触媒担体の
製造方法である。

本発明の方法では、溶射技術を応用して、より複雑な形
状の金属製触媒担体を製造することができる。具体的に
は、ウレタンゴムやナイロン等の樹脂を基材として用い
、成形体を想定した数量、長さ及び形状に揃える。基材
は溶射金属の成形体形状を維持するための材料であり、
焼成段階で大きな体積変化を起こさず金属の接着を破壊
しない物で、かつ、焼結反応が終了するまでに気化する
材料であれば採用できる。また、基材は可撓性を有し、
成形体（ハニカム体）の長さ方向の形状に合致するよう
、任意の曲率に変形できることが好ましい。

その基材に金属を低温溶射法によってコーティングする
。

次に本発明に用いる低温溶射法はエアをアーク円周のス
リット部から噴射し、このエアで形成される円椎形の減
圧層内で２本の溶封（ワイヤー）を交差し、この先端部
でアークを発生させて溶封を溶融させる。そして溶融金
属は噴射低温気流内からエア気流中にバキュームされ、
低温圧力気流中で粉砕微粒子化され、そしてこの瞬時に
粒子温度は低温化され、エアと共に基材に激突付着させ
るものである。

溶射に際し、基材の表面が滑らか過ぎると金属の溶着効
率が低下し、また基材が熱によって変形し易い場合は溶
着によって成形した物の寸法精度が悪くなるので、必要
に応じて有機バインダー澱粉など表面の粗度を上げるか
接着率を改善する物質、熱に強い物質等を塗布しておく
と良い。塗布剤は基材と同様に金属の焼結が完了するま
でに気化消滅する材料であれば採用できる。

低温溶射する金属の酸化を極力抑制するために、搬送ガ
スは窒素、アルゴン等の非酸化性ガスを使用する。また
、できれば遠隔操作または自動機器を用いて窒素、アル
ゴン等の中性ガスで雰囲気調整された専用室内で低温溶
射作業を完了させることが好ましい。

そのようにして基材表面に金属を溶着する作業は、−回
に一層の膜しか成形できないのでそれを繰り返して最終
製品となる超薄肉厚（はぼ４０〜１００ｗ）の細長い管
が集合し層状に積み重なった成形体に仕上げる。この成
形体は、金属例えばステンレス等の耐熱鋼よりなる型枠
（本発明触媒担体の外筒を構成する）に固定支持され、
この型枠は筒を半割りにしたものを用いるのが製造上便
利である（以後半割り型枠に固定支持した成形体を半割
り構造体と呼ぶ）が、本発明は、これに限定されるもの
ではない。

前記層の境界には金属箔を入れることができ、それによ
って構造体の強度のバラツキを小さくできる。基材と溶
着金属あるいはこれと金属箔により構成された半割り構
造体をＮ２ガス、Ｎ２ガス、Ｎ２とＮ２の混合ガス、真
空等の非酸化性雰囲気下で焼成する。溶着金属あるいは
金属箔が鉄とＣ「の合金の場合、１４００℃×２時間、
鉄とＮｉの合金の場合で１２００℃×２時間の焼結時間
を確保することにより、超薄肉厚の細長い萱が集合した
触媒担体用素材か焼成できる。

その後に、上記処理をした半割り構造体の対を溶接して
一体化することにより触媒担体か製造でる。

次に第１図により本発明の触媒担体の製造フローの一例
を説明する。

例えば、合成樹脂からなる紐状の基材４（第１図（ａ）
参照）を、半割り型枠８内に微小間隙（４０〜１００−
程度）をあけ型枠形状に沿って平行に接着剤で並列固定
し、ステンレス鋼を低温溶射する（第１図（ｂ）参照）
。基材４表面に塗布する接着剤は、基材を固定する目的
と、溶射金属の溶着効率を改善する効果を持つものを使
用する。

従って、接着剤にベントナイト、アルミナ微粉末等を混
ぜる場合かある。触媒の耐熱性が極めて高い場合は最終
製品を想定して、直接触媒を接着することもできる。例
えば、ＰＬ、Ｐｄ、Ｃｏ。

Ｒｈ　、Ａｇ３０ｉ等の遷移金属あるいはその酸化物、
またはそれらの複合酸化物を、ＰＶＡ。

ＣＭＣ等の接着剤で基材表面に接着し、接着剤か固化す
る前にそれを型枠に貼り付ける。然る後、触媒担体とな
る金属を低温溶射で溶射し、成形する。

このようにして基材４にステンレス鋼５を低温溶射した
ら、半割り型枠８が埋まるまで基材層の固定、金属の低
温溶射を繰り返す（第１図（Ｃ）参照）。該型枠８の内
側には、成形体の溶着をより強固にするために金属ロウ
剤を塗布することが好ましい。

また、予めステンレス製の箔９の上に基材４を固定して
おいてその上にステンレスを低温溶射したもの（第１図
（ｄ）参照）を型枠内に積み重ねても良い（第１図（ｅ
）参照）。その場合、必要に応じて゛金属ロウを接着剤
で塗布し、燐酸後の溶射金属と金属箔との接着強度を向
上させることができる。

このようにして、成形した半割り構造体を上記雰囲気で
焼成すると、基材４は除去され、超薄肉厚の細長い管が
集合したハニカム構造の触媒担体用素材ｌＯが焼成でき
る。これを第１図（「）に示すように対の構造体を型枠
８同士で溶接して触媒担体１１を製造する。

上記第１図には、半割り構造体を焼成後、型枠を溶接し
た場合を示したが、本発明は別の態様により、製造して
もよい。すなわち型枠の対を溶接して外筒を形成し、こ
の外筒内に支持された金属被覆した基体層を有する担体
素材を上記した雰囲気で焼成する方法でもよく、これに
よって基体を除去すると共に被覆金属層を焼結させ、除
去された基材部が通孔となるハニカム体が外筒と一体形
成される。

また、金属箔に基材を接着剤等で固定し、金属微粉末を
低温溶射する際、長尺の金属箔を用いこれに目的とする
担体の長さ形状に合致する如く基材を配列し、低温溶射
を行い、その後、金属箔を担体形状に合うよう、そして
層状に重ね合わせられるように所要寸法に切断し、型枠
内に積層しても良く、又、所定の曲げ形状の基材を配列
固定した長尺の金属箔に、金属微粉末を低温溶射し、そ
の長尺の金属箔を渦巻状に巻回し、この渦巻体を半分に
切断後半割りの型枠に挿入するか、前記渦巻体を筒状内
或は半割りの型枠内に挿入支持せしめても良い。

以上説明したように、本発明は特に曲管タイプの触媒担
体を製造するのに有利であり、型枠８を曲管にしておけ
ば良い。

なお、基材の断面形状は円、角等種々の形が考えられ、
特に限定されるものではない。

（実　施　例） 次に本発明の実施例について述べる。

（実施例１） 第１表に示した成分のステンレスを用い、ステンレス製
の枠（半割り状の外筒）内に接着剤ＰＶＡで固定した合
成ゴム紐に低温溶射した（第１図（ｂ）参照）。合成ゴ
ムの固定と低温溶射を型枠が埋まるまで繰り返し、成形
体を作った（第１図（ｃ）参照）、それを・Ｈ２雰囲気
下で１３５０℃×３時間焼成して超薄肉厚の細長い管が
集合した半割り構造の触媒担体用素材の対を作り、その
対を溶接して一体構造の担体を製作した。完成後の成品
寸法を第３表に、圧損測定結果を第４表に示す。

（実施例２） 予め厚さ５０μのステンレス箔に接着剤ＰＶＡて合成ゴ
ム紐を固定し、第２表に示した成分のステンレスを低温
溶射して、ステンレス箔にステンレスを溶射した板状１
８２４４体を成形した（第１図（ｄ）参照）。予め、最
終構造を設計して製作した板状構造体を、外枠となる半
割りのステンレス管に並べてセットし、成形体を作った
（第１図（ｅ）参照）。それをＨ２雰囲気下で９００℃
×１時間焼成して超薄肉厚の細長い管が集合した半割り
構造の触媒担体用素材の対を作り、更に焼結強度を上げ
るために真空炉で１３８０℃×２時間焼成した。その対
を溶接して一体構造体を製作した。完成後の成品寸法を
第３表に、圧損測定結果を第４表に示す。

（実施例３） 断面が一辺の長さ３■■の正三角形の合成ゴム紐を、Ｐ
ＶＡ５％溶液に浸し、その表面に平均粒度がｌＯμのＰ
Ｌ粉末を粉体塗装機を使って噴霧し表面に固着させた。

然る後、厚さ６０μのステンレス箔にＰＶＡ５％溶液を
塗って貼りつけ第２表に示した成分のステンレスを低温
溶射した。ステンレス箔に合成ゴムを貼り、その合成ゴ
ムの表面はＰｔ粉で覆われ、更にその表面にステンレス
を溶射した板状構造体を成形した。予め、最終構造を設
計して製作した板状構造体を、外枠となる半割りのステ
ンレス管に並べてセットし、成形体を作った。それをＨ
２雰囲気下で９００℃×１時間焼成して超薄肉厚の細長
い管が集合した半割り構造の触媒担体用素材の対を作り
、更に焼結強度を上げるために真空炉で１３８０℃×２
時間焼成した。その対を溶接して一体構造体を製作した
。完成後の成品寸法、圧損測定結果はほぼ実施例２と同
等で、触媒効果も実施例２にＰ【をめっきして製作した
ものとほぼ同等の効果を上げた。

（本発明の効果） 本発明により、従来のメタル担体では技術的に不可能で
あった距離まで触媒押体を排気配管内のエンジン直近部
まで近づけることができる。それにより、排気ガスの温
度かより高い状態のまま、触媒を作用させることができ
るので、触媒反応効率か上がり、エンジンの効率、出力
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の触媒担体の製造フローを示す説明図、
第２図は従来の金属担体の説明図である。 １・・・金属担体　　　　　２・・・ハニカム体３・・
・外　筒　　　　　４・・・基　材５・・・低温溶射機
　　　　６・・・低温溶射溶融金属７・・・搬送ガス　
　　　　８・・・外　筒９・・・金属箔 １０・・・細長い管が集合した触媒担体用素材１１・・
・触媒担体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）型枠内に基体を配列し、該基材に金属微粉末を低
   温溶射して成形体をつくり、然る後、非酸化性雰囲気で
   焼成することを特徴とする触媒担体の製造方法。
2. （２）基材を予め金属箔に固定し、該基材に金属微粉末
   を低温溶射して成形体をつくり、これを型枠で包囲する
   如く支持し、然る後、非酸化性雰囲気で焼成することを
   特徴とする触媒担体の製造方法。
3. （３）型枠内に基体を層状に配置し、該基体に金属微粉
   末を低温溶射して被覆し、このような金属粉末を低温溶
   射した基体層を重ねて成形体を形成し、この型枠に支持
   した成形体を非酸化性雰囲気で焼成することを特徴とす
   る触媒担体の製造方法。
4. （４）予め基材に触媒を担持させることを特徴とする請
   求項１，２または３記載の触媒担体の製造方法。