トヨタが世界初、新設計「FLAD」基材

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トヨタ自動車は、自動車排出ガス浄化触媒の基材で、触媒の中心部と周辺部で断面積が異なるセルを一体成形した、世界初となる新設計「FLAD」基材を用いた新型の触媒を製品化することに成功した。2017年春に発売予定のレクサス「LC500h」を皮切りに新型車両に順次搭載していくという。

　現在、一般的に使用されているガソリンエンジン用の排出ガス浄化触媒の基材は、セラミックス（コージェライト）を材料とし、四角形や六角形のセルで構成されたハニカム構造となっている。

　この基材内部のセルの壁面に、触媒機能を付与するための白金（Pt）やロジウム（Rh）、パラジウム（Pd）などの貴金属を含む触媒材料を塗布し、排出ガス中の有害な一酸化炭素（CO）、未燃炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）を浄化（酸化・還元）し、無害化している。

　従来型の触媒は、セルの断面積が均一で、排出ガスの流路が均一だった。が、新たに開発した「FLAD」基材は、中心部と周辺部でセルの断面積が異なる構造をしており、中心部はセルの断面積が小さく排出ガスの流路が狭く、密度が高い。これを一体成形する世界初の設計・製造技術により量産化できた。

　排気管に搭載された触媒内部の排出ガスの流れが均一であれば、塗布した貴金属などの触媒材料を有効に排出ガス浄化に利用できる。しかし、触媒中心部の排出ガスの流れは周辺部よりも速く、多くの排出ガスが流れるため、セル断面積が均一な従来型基材では、排出ガスの流れに偏りが発生する。このため、排出ガス通過量が多い中心部は、浄化性能を確保するために多くの量の触媒材料を必要としていた。しかし、現在の触媒材料の塗布技術では、すべてのセル壁面に一律に塗布する工程とならざるを得ないため、排出ガス通過量の少ない部分にも排出ガス通過量の多い部分と同量の触媒材料を塗布しているのが現状だった。

　大気汚染改善に向け排出ガスをクリーン化するために、触媒貴金属の使用量を増加させることはコストアップや資源枯渇問題など課題が多い。このため、触媒貴金属の浄化性能を効率化する対策として、トヨタでは最適な基材の形状・長さ、セルの壁厚、セル断面積の改良、貴金属を含む触媒材料の塗り分け、排出ガスの流れに合わせて触媒基材のセル密度を変えるなどの研究・開発を行なってきた。

　今回、デンソーと共同で開発した「FLAD」基材は、排出ガスの流れの均一化を追求。従来型と同等の排出ガス浄化性能を維持しながら、貴金属使用量を約20％低減させた。同時に触媒容量の約20％小型化した。また、設計・製造技術の革新により、世界初となる一体成形を実現したことにより、量産を可能にしたという。（編集担当：吉田恒）