JP2002129455A - 触媒コンバータ用保持シール材及びその製造方法、触媒コンバータ - Google Patents

触媒コンバータ用保持シール材及びその製造方法、触媒コンバータ

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JP2002129455A
JP2002129455A JP2000316798A JP2000316798A JP2002129455A JP 2002129455 A JP2002129455 A JP 2002129455A JP 2000316798 A JP2000316798 A JP 2000316798A JP 2000316798 A JP2000316798 A JP 2000316798A JP 2002129455 A JP2002129455 A JP 2002129455A
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silica
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義雄 西川
Koji Fukushima
浩司 福島
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啓二 山田
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性及び組み付け性に優れるにもかかわら
ず極めて低公害な触媒コンバータを実現するのに好適な
触媒コンバータ用保持シール材を提供すること。 【解決手段】 この触媒コンバータ用保持シール材１
は、触媒担持体３と、その触媒担持体３の外周を覆う筒
状の金属製シェル２とのギャップに配置される。保持シ
ール材１は、ムライト結晶含有量が１０重量％以下のア
ルミナ−シリカ系セラミックファイバを主成分とする繊
維集合体からなり、かつニードルパンチ処理が施されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒コンバータ用
保持シール材及びその製造方法、触媒コンバータに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両用、特に自動車の動力源とし
て、ガソリンや軽油を燃料とする内燃機関が百年以上に
わたり用いられてきた。しかしながら、排気ガスが健康
や環境に害を与えることが問題となり、それ以降は排気
ガス中に含まれているＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭ等を除去する
装置である排気ガス浄化用触媒コンバータが各種提案さ
れるに至っている。通常の排気ガス浄化用触媒コンバー
タは、触媒担持体と、触媒担持体の外周を覆う金属製シ
ェルと、両者間のギャップに配置される保持シール材と
を備えている。触媒担持体としてはハニカム状に成形し
たコージェライト担体が用いられており、それには白金
等の触媒が担持されている。
【０００３】触媒コンバータにおける保持シール材は、
自動車の走行中における触媒担持体と金属製シェルとの
当接による破損を防ぎつつ、金属製シェルと触媒担持体
とのギャップからのガスのリークを防ぐという役割を果
たしている。また、保持シール材は、使用開始初期から
触媒を効率よく反応させるべく、金属製シェルとの断熱
を図るという役割も果たしている。そして、これらの役
割を果たし得る好適な材料としては、アルミナ−シリカ
系セラミックファイバのマット状物が知られている。
【０００４】ところで、アルミナ−シリカ系セラミック
ファイバのマット状物は嵩高いものである。このため、
保持シール材については、触媒担持体への組み付け性を
改善する必要がある。上記の事情から、従来、無機繊維
のマット状物に有機バインダを含浸することによりマッ
ト状物を肉薄化する技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、有機バイン
ダの含浸を行った保持シール材の場合、ギャップに配置
した状態で使用すると、排気ガスの熱によって有機バイ
ンダが分解し、その分解ガスが大気中に放出されてしま
う。このような有機バインダは、組み付け性を改善する
ために最低でも数重量％以上含浸されている必要があ
る。ゆえに、従来においては、好適な組み付け性を維持
しつつ、従来までのレベルよりもさらに高度な低公害性
を実現することは非常に困難な状況にあった。
【０００６】また、近年ではエンジンの高性能化に伴
い、次第に排気ガスが高温化する傾向にある。例えば、
高燃費のリーンバーンエンジンでは排気ガス温度が１０
００℃近くにも達するため、高温に晒された保持シール
材の面圧が比較的短期間のうちに低下してしまう。よっ
て、早期のうちにギャップ部分のシール性や担持体の保
持性が悪化し、耐久性に劣る触媒コンバータとなってし
まう。
【０００７】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その第１の目的は、耐久性及び組み付け性に優
れるにもかかわらず極めて低公害な触媒コンバータを提
供することにある。
【０００８】その第２の目的は、上記の優れた触媒コン
バータを実現するうえで好適な触媒コンバータ用保持シ
ール材及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、触媒担持体と、その
触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェルとのギャッ
プに配置されるアルミナ−シリカ系セラミックファイバ
製の保持シール材において、ムライト結晶含有量が１０
重量％以下のアルミナ−シリカ系セラミックファイバを
主成分とする繊維集合体からなり、かつニードルパンチ
処理が施された触媒コンバータ用保持シール材をその要
旨とする。
【００１０】請求項２に記載の発明では、触媒担持体
と、その触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと
のギャップに配置されるアルミナ−シリカ系セラミック
ファイバ製の保持シール材において、ムライト結晶含有
量が０．５重量％〜４重量％のアルミナ−シリカ系セラ
ミックファイバを主成分とする繊維集合体からなり、か
つニードルパンチ処理が施された触媒コンバータ用保持
シール材をその要旨とする。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記アルミナ−シリカ系セラミックファイ
バの化学組成は、アルミナ６８重量％〜８３重量％かつ
シリカ３２重量％〜１７重量％であるとした。
【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項において、前記ギャップに配置した状態
において発生する面圧が、０．０２ＭＰａ以上であると
した。
【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項において、前記ニードルパンチ箇所の存
在密度が、１００ｃｍ2あたり１０個〜５００個である
とした。
【００１４】請求項６に記載の発明では、触媒担持体
と、その触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと
のギャップに配置されるアルミナ−シリカ系セラミック
ファイバ製の保持シール材において、アルミニウム塩、
シリカゾル及び有機重合体を混合してなる水溶液を材料
として紡糸を行う工程と、紡糸により得られたアルミナ
−シリカ系セラミックファイバを積層する工程と、前記
アルミナ−シリカ系セラミックファイバを積層してなる
繊維集合体に対してニードルパンチ処理を施す工程と、
前記ニードルパンチ処理された繊維集合体をムライト結
晶含有量が１０重量％以下となるような条件で焼成する
工程とを経て製造された触媒コンバータ用保持シール材
をその要旨とする。
【００１５】請求項７に記載の発明では、触媒担持体
と、その触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと
のギャップに配置されるアルミナ−シリカ系セラミック
ファイバ製の保持シール材において、ムライト結晶含有
量が１０％以下のアルミナ−シリカ系セラミックファイ
バを主成分とする繊維集合体であって、前記セラミック
ファイバの一部のもの同士が前記繊維集合体の厚さ方向
に交絡している触媒コンバータ用保持シール材をその要
旨とする。
【００１６】請求項８に記載の発明では、触媒担持体
と、その触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと
のギャップに配置されるアルミナ−シリカ系セラミック
ファイバ製の保持シール材の製造方法において、アルミ
ニウム塩、シリカゾル及び有機重合体を混合してなる水
溶液を材料として紡糸を行う工程と、紡糸により得られ
たアルミナ−シリカ系セラミックファイバを積層する工
程と、前記アルミナ−シリカ系セラミックファイバを積
層してなる繊維集合体に対してニードルパンチ処理を施
す工程と、前記ニードルパンチ処理された繊維集合体を
ムライト結晶含有量が１０重量％以下となるような条件
で焼成する工程とを経て製造された触媒コンバータ用保
持シール材の製造方法をその要旨とする。
【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項８におい
て、前記焼成工程における焼成温度は１１００℃〜１３
００℃であるとした。請求項１０に記載の発明は、請求
項９において、前記焼成温度に設定したときにおける焼
成時間は１分〜６０分であるとした。
【００１８】請求項１１に記載の発明では、触媒担持体
と、その触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェル
と、それらのギャップに配置される請求項１乃至７のい
ずれか１項に記載の保持シール材とを備える触媒コンバ
ータをその要旨とする。
【００１９】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、ムライト結晶含有
量が１０重量％以下のアルミナ−シリカ系セラミックフ
ァイバを主成分とする繊維集合体からなり、かつニード
ルパンチ処理が施されている。
【００２０】請求項１〜６に記載の発明によると、ムラ
イト結晶含有量が１０重量％以下のアルミナ−シリカ系
セラミックファイバを主成分とする繊維集合体からなる
保持シール材であるため、耐熱性に優れかつ圧縮荷重印
加時の反発力が高い。従って、ギャップに配置された状
態で高温に遭遇したときであっても、発生する面圧の低
下が起こりにくい。ゆえに、本発明の保持シール材を用
いて触媒コンバータを構成した場合には、長期にわたっ
て高いシール性及び担持体保持性を維持することがで
き、耐久性に優れた触媒コンバータを得ることができ
る。
【００２１】また、前記繊維集合体はニードルパンチ処
理を施したものであるため、ニードルパンチ箇所におい
てセラミックファイバの一部のもの同士が繊維集合体の
厚さ方向に交絡し、厚さ方向に圧縮された状態で肉薄化
されている。ゆえに、この繊維集合体は嵩高さが解消さ
れていて、組み付け性に優れている。しかも、前記繊維
集合体を肉薄化するのに要する有機バインダ量は、ニー
ドルパンチ処理を施した分だけ少なくて済むようになっ
ている。従って、本発明の触媒シール材を用いて触媒コ
ンバータを構成した場合には、好適な組み付け性を維持
しつつ高度な低公害性を実現することができる。
【００２２】請求項３に記載の発明によると、アルミナ
−シリカ系セラミックファイバの化学組成を上記好適範
囲にて設定することにより、極めて耐熱性に優れ、かつ
圧縮荷重印加時の反発力が極めて高いものとすることが
できる。従って、発生面圧の低下が起こりにくくなる。
【００２３】アルミナが６８重量％未満の場合またはシ
リカが３２重量％を超える場合には、耐熱性の向上及び
圧縮荷重印加時の反発力の向上を十分に達成できなくな
るおそれがある。アルミナが８３重量％を超える場合ま
たはシリカが１７重量％未満の場合についても同様であ
る。
【００２４】請求項４に記載の発明によると、保持シー
ル材の発生面圧が０．０２ＭＰａ以上であることから、
触媒担持体と金属製シェルとのギャップが確実に埋めら
れる。従って、長期にわたって高いシール性及び担持体
保持性を確実に維持することができる。
【００２５】請求項５に記載の発明によると、ニードル
パンチ箇所の存在密度を上記好適範囲にて設定したこと
により、十分な肉薄化を図って好適な組み付け性を維持
しながら、同時に高い発生面圧を得ることができる。
【００２６】ニードルパンチ箇所の存在密度が１００ｃ
ｍ2あたり１０個未満であると、保持シール材を厚さ方
向に確実に圧縮することができず、好適な組み付け性を
達成する程度まで十分に保持シール材を肉薄化できなく
なるおそれがある。一方、ニードルパンチ箇所の存在密
度が１００ｃｍ2あたり５００個を超えると、保持シー
ル材を十分に肉薄化することができる反面、多数のニー
ドルパンチ箇所の存在により、圧縮荷重印加時の反発力
を高くすることができなくなるおそれがある。
【００２７】請求項６に記載の発明によると、繊維同士
が確実にかつ均一に絡み合った状態となるため、ニード
ルパンチ箇所の存在密度を低めに設定したとしても、繊
維集合体を厚さ方向に十分に圧縮することができる。し
かも、ニードルパンチ箇所の存在密度を低めに設定可能
になる結果、圧縮荷重印加時の反発力を極力高くするこ
とができる。ゆえに本発明によれば、十分な肉薄化を図
って好適な組み付け性を維持しながら、同時に高い発生
面圧を得ることができる。
【００２８】請求項７に記載の発明によると、ムライト
結晶含有量が１０重量％以下のアルミナ−シリカ系セラ
ミックファイバを主成分とする繊維集合体からなる保持
シール材であるため、耐熱性に優れかつ圧縮荷重印加時
の反発力が高い。従って、ギャップに配置された状態で
高温に遭遇したときであっても、発生する面圧の低下が
起こりにくい。ゆえに、本発明の保持シール材を用いて
触媒コンバータを構成した場合には、長期にわたって高
いシール性及び担持体保持性を維持することができ、耐
久性に優れた触媒コンバータを得ることができる。
【００２９】また、セラミックファイバの一部のもの同
士が繊維集合体の厚さ方向に交絡していることから、前
記繊維集合体は厚さ方向に圧縮された状態で肉薄化され
ている。ゆえに、この繊維集合体は嵩高さが解消されて
いて、組み付け性に優れている。しかも、前記繊維集合
体を肉薄化するのに要する有機バインダ量は、前記交絡
がある分だけ少なくて済むようになっている。従って、
本発明の保持シール材を用いて触媒コンバータを構成し
た場合には、好適な組み付け性を維持しつつ高度な低公
害性を実現することができる。
【００３０】請求項８に記載の発明によると、繊維集合
体を焼成する工程の前段階において繊維は未だ硬化して
いない柔軟な状態にあるため、この段階でニードルパン
チ処理を施せば、繊維同士を確実にかつ均一に絡み合わ
せることができる。従って、繊維集合体を厚さ方向に十
分に圧縮して組み付け性に優れた保持シール材を得たい
場合において、ニードルパンチ箇所の存在密度を低めに
設定可能となる。
【００３１】さらに、ニードルパンチ処理された繊維集
合体をムライト結晶含有量が１０重量％以下となるよう
な条件で焼成していることから、耐熱性に優れかつ圧縮
荷重印加時の反発力が高い保持シール材を得ることがで
きる。なお、ニードルパンチ箇所の存在密度が低めに設
定可能であるということも、圧縮荷重印加時の反発力を
高くするうえで貢献している。
【００３２】請求項９に記載の発明によると、焼成工程
における焼成温度を上記好適範囲にて設定することによ
り、優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印加時の反発力を保
持シール材に確実に付与することができる。
【００３３】焼成温度が１１００℃未満であると、アル
ミナ−シリカ系セラミックファイバを完全に焼結させる
ことができず、優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印加時の
反発力を保持シール材に確実に付与できなくなるおそれ
がある。逆に、焼成温度が１３００℃を超えると、アル
ミナ−シリカ系セラミックファイバにおけるムライト結
晶化が進行しやすくなる。このため、ムライト結晶含有
量を１０重量％以下に抑えることが困難になり、優れた
耐熱性及び高い圧縮荷重印加時の反発力を保持シール材
に確実に付与できなくなるおそれがある。
【００３４】請求項１０に記載の発明によると、焼成温
度に設定したときにおける焼成時間を上記好適範囲にて
設定することにより、優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印
加時の反発力を保持シール材に確実に付与することがで
きる。
【００３５】焼成時間が１分未満であると、アルミナ−
シリカ系セラミックファイバを完全に乾燥・焼結させる
ことができず、優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印加時の
反発力を保持シール材に確実に付与できなくなるおそれ
がある。逆に、焼成時間が６０分を超えると、アルミナ
−シリカ系セラミックファイバにおけるムライト結晶化
が進行しやすくなる。このため、ムライト結晶含有量を
１０重量％以下に抑えることが困難になり、優れた耐熱
性及び高い圧縮荷重印加時の反発力を保持シール材に確
実に付与できなくなるおそれがある。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の自動車排気ガス浄化装置用触媒コンバータを図１
〜図４に基づき詳細に説明する。
【００３７】図１に示されるように、触媒コンバータ５
は、自動車の車体９２において、エンジン９の排気管９
１の途中に設けられる。なお、エンジン９から触媒コン
バータ５までの距離は比較的短いため、触媒コンバータ
５には約７００℃〜９００℃の高温の排気ガスが供給さ
れる。エンジンがリーンバーンエンジンである場合に
は、触媒コンバータ５には約９００℃〜１０００℃とい
う、さらに高温の排気ガスが供給される。
【００３８】図２に示されるように、本実施形態の触媒
コンバータ５は、基本的に、触媒担持体３と、触媒担持
体３の外周を覆う金属製シェル２と、両者２，４間のギ
ャップに配置される保持シール材１とによって構成され
ている。
【００３９】前記触媒担持体３は、コージェライト等に
代表されるセラミック材料を用いて作製されている。ま
た、触媒担持体３は、軸線方向に沿って延びる多数のセ
ル３１，３２を有するハニカム構造体であることが好ま
しい。なお、セル壁には排気ガス成分を浄化しうる白金
やロジウム等の触媒が担持されている。
【００４０】前記金属製シェル２としては、例えば組み
付けに際して圧入方式を採用する場合には、断面Ｏ字状
の金属製円筒部材が用いられる。なお、円筒部材を形成
するための金属材料としては、耐熱性や耐衝撃性に優れ
た金属が選択されることがよい。圧入方式に代えていわ
ゆるキャニング方式を採用する場合には、前記断面Ｏ字
状の金属製円筒部材を軸線方向に沿って複数片に分割し
たもの（即ちクラムシェル）が用いられる。
【００４１】そのほか、組み付けに際して巻き締め方式
を採用する場合には、例えば断面Ｃ字状ないしＵ字状の
金属製円筒部材、言い換えるといわば軸線方向に沿って
延びるスリット（開口部）を１箇所にのみ有する金属製
円筒部材が用いられる。この場合、触媒担持体３の組み
付けに際し、触媒担持体３に保持シール材１を固定した
ものを金属製シェル２内に収め、その状態で金属製シェ
ル２を巻き締めた後に開口端が接合（溶接、接着、ボル
ト締め等）される。溶接、接着、ボルト締め等といった
接合作業は、キャニング方式を採用したときにも同様に
行われる。
【００４２】図３（ａ）に示されるように、この保持シ
ール材１は長尺状のマット状物であって、その一端には
凹状合わせ部１１が設けられ、他端には凸状合わせ部１
２が設けられている。触媒担持体３への巻き付け時に
は、凸状合わせ部１２が凹状合わせ部１１にちょうど係
合するようになっている。
【００４３】本実施形態の保持シール材１は、ムライト
結晶含有量が０重量％以上かつ１０重量％以下のアルミ
ナ−シリカ系セラミックファイバを主成分とする繊維集
合体からなる必要がある。言い換えると、本実施形態の
保持シール材１は、ムライト結晶を含有しないまたは１
０重量％以下含有するアルミニウム−シリコンスピネル
型化合物からなるセラミックファイバを主成分とする繊
維集合体からなる必要がある。このような化学組成であ
ると、耐熱性に優れたものとなり、かつ圧縮荷重印加時
の反発力が高いものとなるからである。従って、ギャッ
プに配置された状態で高温に遭遇したときであっても、
発生する面圧の低下が起こりにくくなる。この場合、ム
ライト結晶含有量は０．５重量％〜４重量％であること
がより好ましい。また、上記のアルミニウム−シリコン
スピネル型化合物としては、例えばγ−アルミナ、δ−
アルミナ、χ−アルミナ等が挙げられる。
【００４４】アルミナ−シリカ系セラミックファイバの
化学組成は、アルミナ６８重量％〜８３重量％かつシリ
カ３２重量％〜１７重量％であることがよく、具体的に
はＡｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝７２：２８であることがなおよ
い。
【００４５】アルミナが６８重量％未満の場合またはシ
リカが３２重量％を超える場合には、耐熱性の向上及び
圧縮荷重印加時の反発力の向上を十分に達成できなくな
るおそれがある。アルミナが８３重量％を超える場合ま
たはシリカが１７重量％未満の場合についても同様に、
耐熱性の向上及び圧縮荷重印加時の反発力の向上を十分
に達成できなくなるおそれがある。
【００４６】本実施形態の繊維集合体は、繊維交絡処理
の一種であるニードルパンチ処理を施したものとなって
いる。このため、ニードルパンチ箇所においてセラミッ
クファイバの一部のもの同士が繊維集合体の厚さ方向に
交絡していて、繊維集合体は厚さ方向に圧縮された状態
で肉薄化されている。なお、ニードルパンチ処理におい
ては、例えば多数の針を立設させた板状治具（ニードル
ボード）が用いられる。
【００４７】ニードルパンチ箇所の存在密度は、１００
ｃｍ2あたり１０個〜５００個であることが好ましく、
さらには２０個〜２５０個であることがより好ましい。
ニードルパンチ箇所の存在密度が１００ｃｍ2あたり１
０個未満であると、保持シール材１を厚さ方向に確実に
圧縮することができず、好適な組み付け性を達成する程
度まで十分に保持シール材１を肉薄化できなくなるおそ
れがある。一方、ニードルパンチ箇所の存在密度が１０
０ｃｍ2あたり５００個を超えると、保持シール材１を
十分に肉薄化することができる反面、多数のニードルパ
ンチ箇所の存在により、圧縮荷重印加時の反発力を高く
することができなくなるおそれがある。
【００４８】上記のニードルパンチ処理が施された状態
かつ組み付け前における保持シール材１の嵩密度（ＧＢ
Ｄ）は、０．１ｇ／ｃｍ3〜０．６ｇ／ｃｍ3、さらには
０．２ｇ／ｃｍ3〜０．４ｇ／ｃｍ3となるように設定さ
れることが好ましい。また、前記保持シール材１の組み
付け状態における充填密度も同程度に設定されることが
好ましい。嵩密度や充填密度が小さすぎると、発生面圧
が低下することにより触媒担持体３を確実に保持できな
くなるおそれがある。一方、嵩密度や充填密度が大きす
ぎると、剛性が高くなる反面可撓性が失われるため、組
み付け作業が困難になるおそれがある。
【００４９】保持シール材１を構成するセラミックファ
イバ中に含まれる有機成分（有機バインダ）は、１重量
％以下、さらには０．１重量％％以下、特には０．０１
重量％以下であることが望ましい。有機バインダの含有
量が多くなって数重量％以上になると、排気ガスの熱に
よって分解した結果大気中に放出されるガスの量が増加
してしまう。ゆえに、従来までのレベルよりもさらに高
度な低公害性を実現することが非常に困難になる。
【００５０】組み付け前の状態における保持シール材１
の厚さは、触媒担持体３と金属製シェル２とがなすギャ
ップの１．１倍〜４．０倍程度、さらには１．５倍〜
３．０倍程度であることが望ましい。前記厚さが１．１
倍未満であると、高い担持体保持性を得ることができ
ず、触媒担持体３が金属製シェル２に対してズレたりガ
タついたりするおそれがある。勿論、この場合には高い
シール性も得られなくなるため、ギャップ部分からの排
気ガスのリークが起こりやすくなり、高度な低公害性を
実現できなくなってしまう。また、前記厚さが４．０倍
を超えると、特に圧入方式を採用した場合には、触媒担
持体３の金属製シェル２への配置が困難になってしま
う。よって、組み付け性の向上を達成できなくなるおそ
れがある。
【００５１】また、保持シール材１を構成するアルミナ
−シリカ系セラミックファイバの平均繊維径は、５μｍ
〜２０μm程度であることがよく、さらには７μｍ〜１
３μm程度であることがなおよい。同セラミックファイ
バの平均繊維長は、０．１mm〜１００mm程度であること
がよく、さらには２mm〜５０mm程度であることがなおよ
い。同セラミックファイバの繊維自体の引っ張り強度
は、０．１ＧＰａ以上、特には０．５ＧＰａ以上である
ことがよい。
【００５２】次に、本実施形態に用いられる保持シール
材１を製造する手順を説明する。まず、アルミニウム
塩、シリカゾル及び有機重合体を溶媒である水に混合
し、紡糸液を作製する。この場合、紡糸液に消泡剤等が
添加されていてもよい。なお、アルミニウム塩及びシリ
カゾルの比率を変更することにより、アルミナ−シリカ
系セラミックファイバの化学組成をある程度コントロー
ルすることができる。
【００５３】次いで、得られた紡糸液を減圧濃縮するこ
とにより、紡糸に適した濃度・温度・粘度等に調製した
紡糸液とする。ここでは、２０重量％程度であった紡糸
液を濃縮して３０重量％〜４０重量％程度にすることが
よい。
【００５４】さらに、調製後の紡糸液を紡糸装置のノズ
ルから空気中に連続的に噴出するとともに、形成された
アルミナ−シリカ系セラミックファイバを延伸しながら
巻き取るようにする。この場合、例えば乾式圧力紡糸法
などが採用されることが好ましい。
【００５５】上記の紡糸工程を経て得られたアルミナ−
シリカ系セラミックファイバの長繊維を所定長さにチョ
ップしてある程度短繊維化した後、これを水に分散させ
る。得られたファイバ分散液を成形治具内に流し込んで
加圧・乾燥することにより、前記繊維が積層された状態
で存在するマット状物を得る。
【００５６】上記の積層工程を経て得られたマット状物
（繊維集合体）に対して、上述した治具等を用いてニー
ドルパンチ処理を施す。この処理により、未硬化かつ柔
軟な繊維同士が確実にかつ均一に絡み合った状態とな
る。
【００５７】次に、ニードルパンチ処理を経た繊維集合
体を焼成することにより、未硬化かつ柔軟であった繊維
を乾燥・焼結させ、硬化させる。この場合、焼成によっ
て得られる繊維集合体におけるムライト結晶含有量が１
０重量％以下となるような焼成条件を設定する必要があ
る。
【００５８】例えば、焼成工程における焼成温度は１１
００℃〜１３００℃に設定されることがよい。焼成温度
が１１００℃未満であると、アルミナ−シリカ系セラミ
ックファイバを完全に乾燥・焼結させることができず、
優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印加時の反発力を保持シ
ール材１に確実に付与できなくなるおそれがある。逆
に、焼成温度が１３００℃を超えると、アルミナ−シリ
カ系セラミックファイバにおけるムライト結晶化が進行
しやすくなる。このため、ムライト結晶含有量を１０重
量％以下に抑えることが困難になり、優れた耐熱性及び
高い圧縮荷重印加時の反発力を保持シール材１に確実に
付与できなくなるおそれがある。
【００５９】また、前記焼成温度に設定したときにおけ
る焼成時間は１分〜６０分に設定されることがよい。焼
成時間が１分未満であると、アルミナ−シリカ系セラミ
ックファイバを完全に乾燥・焼結させることができず、
優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印加時の反発力を保持シ
ール材１に確実に付与できなくなるおそれがある。逆
に、焼成時間が６０分を超えると、アルミナ−シリカ系
セラミックファイバにおけるムライト結晶化が進行しや
すくなる。このため、ムライト結晶含有量を１０重量％
以下に抑えることが困難になり、優れた耐熱性及び高い
圧縮荷重印加時の反発力を保持シール材１に確実に付与
できなくなるおそれがある。
【００６０】このほか、１１００℃〜１３００℃という
高温で焼成を行う際、前処理として２００℃〜４００℃
かつ１０分〜６０分程度の加熱を行っておくことが好ま
しい。
【００６１】なお、上記の焼成工程の後、必要に応じて
保持シール材１に対する有機バインダの含浸を行った
後、さらに保持シール材１を厚さ方向に圧縮成形しても
よい。この場合の有機バインダとしては、アクリルゴム
やニトリルゴム等のようなラテックス等のほか、ポリビ
ニルアルコール、アクリル樹脂等が挙げられる。含浸法
としては、浸漬法、スプレー法、ロールコータ法等とい
った従来公知の手法を採用することができる。
【００６２】そして、上記各工程を経て作製された保持
シール材１を、触媒担持体３の外周面に巻き付けて固定
した後、圧入、キャニングまたは巻き締めを行うことに
より、所望の触媒コンバータ５が完成するようになって
いる。
【００６３】
【実施例及び比較例】（実施例１の作製）実施例１で
は、触媒担持体３として、外径φ１３０ｍｍ、長さ１０
０ｍｍのコージェライトモノリスを用いた。また、金属
製シェル２として、ＳＵＳ３０４製であって、板厚１．
５ｍｍかつ内径φ１４０ｍｍの円筒状シェルを用いた。
そして、マット状の保持シール材１を以下のようにして
作製した。
【００６４】まず、塩基性塩化アルミニウム２３．５重
量％、コロイダルシリカ２０重量％、ポリビニルアルコ
ール１０重量％及び少量の消泡剤（ｎ−オクタノール）
を水に混合し、よく攪拌して、紡糸液を作製した。
【００６５】次いで、得られた紡糸液をエバポレータを
用いて減圧濃縮することにより、紡糸液の濃度・温度・
粘度を調製した。本実施例では、紡糸液の濃度を３８重
量％、温度を５０℃、粘度を１０００poiseに設定する
とともに、これを１日静置させておいた。
【００６６】次いで、１日以上経過した調製後の紡糸液
を、乾式圧力紡糸装置のノズルから空気中（２０℃，湿
度５０％）に連続的に噴出し、積層させた。次に、上記
の積層工程を経て得られた繊維集合体に対して、上述し
た治具等を用いてニードルパンチ処理を施した。ここで
は、ニードルパンチ箇所の存在密度を、１００ｃｍ2あ
たり１００個に設定した。
【００６７】さらに、ニードルパンチ処理が施された繊
維集合体に対し、前処理として２５０℃，３０分の加熱
を行った後、箱型電気炉内において通常の酸化雰囲気の
下、１２５０℃，１０分の焼成を行った。その結果、ア
ルミナ−シリカ系セラミックファイバにおけるムライト
結晶含有量が２重量％になるようにした。
【００６８】ちなみに、焼成を経て得られたアルミナ−
シリカ系セラミックファイバの平均繊維径は９．１μ
m、平均繊維長は５mm、繊維形態は断面略真円状かつ直
線状であった。また、同セラミックファイバの繊維自体
の密度は３．０ｇ／ｃｍ3、引っ張り強度は０．６５Ｇ
Ｐａであった。同セラミックファイバはＡｌ2Ｏ3：Ｓｉ
Ｏ2＝７２：２８の化学組成となり、かつγ−アルミナ
及びχ−アルミナを主成分とするものとなっていた。
【００６９】上記の焼成工程の後、浸漬法によって、保
持シール材１に対する有機バインダの含浸を行った後、
保持シール材１を厚さ方向に圧縮成形した。ここでは、
有機バインダとしてラテックスを選択するとともに、ラ
テックスの濃度がこの時点で１重量％以下となるように
設定した。
【００７０】得られた保持シール材１の嵩密度は、この
時点で約０．１５ｇ／ｃｍ3であった。そして、上記各
工程を経て作製された保持シール材１を、前記触媒担持
体３の外周面に巻き付けて固定した後、金属製シェル２
への圧入を行って触媒コンバータ５を完成させた。 （実施例２〜５の作製）実施例２〜５においても、基本
的には前記実施例１の手順・条件に従って保持シール材
１を作製したうえで、同様の組み付けを行って触媒コン
バータ５を完成させた。実施例２，３では、実施例１の
ときよりも焼成時の温度を高く設定することにより、ム
ライト結晶含有量がそれぞれ３重量％、９．８重量％に
なるようにした。逆に、実施例４，５では、実施例１の
ときよりも焼成時の温度を低く設定することにより、ム
ライト結晶含有量がそれぞれ０重量％、１重量％になる
ようにした。ただし、焼成温度及び焼成時間を、１１０
０℃〜１３００℃かつ１分〜６０分の範囲内で設定し
た。 （比較例１，２の作製）比較例１，２においても、基本
的には前記実施例１の手順・条件に従って保持シール材
１を作製したうえで、同様の組み付けを行って触媒コン
バータ５を完成させた。ただし、比較的１，２では温度
を１３００℃よりも高く設定して焼成を行った。その結
果、ムライト結晶含有量はそれぞれ１５重量％、２０重
量％と、各実施例よりも多くなっていた。 （比較例３の作製）比較例３においても、基本的には前
記実施例１の手順・条件に従って保持シール材１を作製
したうえで、同様の組み付けを行って触媒コンバータ５
を完成させた。ただし、ここではニードルパンチ処理を
行わない代わりに有機バインダの量を１５重量％に増や
して、保持シール材１を作製した。なお、ムライト結晶
含有量は１５重量％に設定した。 （比較試験の方法及び結果）上記各実施例及び各比較例
の触媒コンバータ５を、試験装置にセットして、１００
℃の排気ガスを３０分間流した後、保持シール材１の発
生面圧（ＭＰａ）を測定した。その結果を図４のグラフ
に示す。
【００７１】このグラフによると、とりわけ実施例１，
２，５において高い面圧が発生し、次いで実施例３，４
において高い面圧が発生することがわかった。一方、比
較例１，２，３では、発生面圧が各実施例の値より下回
っていたため、明らかに各実施例よりも劣ることがわか
った。なお、排気ガスをさらに長い時間流して発生面圧
を測定したところ、少なくとも各実施例においては発生
面圧の低下が起こりにくくなっていた。
【００７２】また、保持シール材１の組み付け性につい
ては、いずれも好適であった。さらに、触媒コンバータ
５を実際の自動車に搭載して走行試験を行った後に観察
したところ、各実施例については触媒担持体３に位置ズ
レや割れは全く生じておらず、排気ガスのガスリークも
全く起こっていなかった。一方、発生面圧が相対的に低
い各比較例については、触媒担持体３に位置ズレや割れ
が発生しやすかった。しかも、排気ガスのガスリークが
起こっているものもあった。
【００７３】次に、走行試験を行った際に触媒コンバー
タ５を通ってマフラから外部に放出されたガスをサンプ
リングし、成分分析を行った。その結果、各実施例のも
のについては大気汚染の原因となるＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ
等が極めて少なかったのに対し、各比較例では上記化合
物が各実施例よりもいくぶん多く含まれていた。
【００７４】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 （１）本実施形態の保持シール材１は、ムライト結晶含
有量が１０重量％以下のアルミナ−シリカ系セラミック
ファイバを主成分とする繊維集合体からなる。このた
め、耐熱性に優れかつ圧縮荷重印加時の反発力が高い。
従って、ギャップに配置された状態で高温に遭遇したと
きであっても、発生する面圧の低下が起こりにくい。ゆ
えに、本実施形態の保持シール材１を用いて触媒コンバ
ータ５を構成した場合には、長期にわたって高いシール
性及び担持体保持性を維持することができ、耐久性に優
れた触媒コンバータ５を得ることができる。
【００７５】（２）また、この保持シール材１の繊維集
合体はニードルパンチ処理を施したものである。このた
め、ニードルパンチ箇所においてセラミックファイバの
一部のもの同士が繊維集合体の厚さ方向に交絡し、厚さ
方向に圧縮された状態で肉薄化されている。ゆえに、こ
の繊維集合体は嵩高さが解消されていて、組み付け性に
優れている。しかも、前記繊維集合体を肉薄化するのに
要する有機バインダ量は、ニードルパンチ処理を施した
分だけ少なくて済むようになっている。従って、本発明
の保持シール材１を用いて触媒コンバータ５を構成した
場合には、好適な組み付け性を維持しつつ高度な低公害
性を実現することができる。
【００７６】（３）本実施形態の製造方法によれば、繊
維同士を確実にかつ均一に絡み合わせることができるた
め、ニードルパンチ箇所の存在密度を低めに設定するこ
とが可能となる。以上のこと等から、この製造方法によ
れば、上記の触媒コンバータ用保持シール材１を簡単に
かつ確実に得ることができる。
【００７７】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 実施形態において実施したニードルパンチ処理以外
の機械的な繊維交絡処理法により繊維を交絡させてもよ
い。さらには、水やエア等の勢いを利用した、非機械的
な繊維交絡処理法を採用することも可能である。
【００７８】・ 保持シール材１の形状は任意に変更す
ることが可能である。例えば、凹凸状の位置合わせ部１
１，１２を省略して、より単純な形状にしてもよい。 ・ 触媒担持体３の断面形状は真円状に限定されること
はなく、例えば楕円状または長円状等であってもよい。
この場合、金属製シェル２の断面形状も、それに合わせ
て楕円状または長円状等に変更してもよい。
【００７９】・ 触媒担持体３には触媒として貴金属以
外のものが担持されていてもよい。 ・ 触媒担持体３としては、実施形態のようなハニカム
状に成形したコージェライト担体が用いられるほか、例
えば炭化珪素、窒化珪素等のハニカム多孔質焼結体など
が用いられてもよい。
【００８０】・ 実施形態では、本発明の保持シール材
１を排気ガス浄化装置用触媒コンバータ５に使用した例
を示した。勿論、本発明の保持シール材１は、排気ガス
浄化装置用触媒コンバータ５以外のもの、例えばディー
ゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や、燃料電池
改質器用触媒コンバータ等に使用することも許容され
る。
【００８１】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想を以下に列挙する。 （１） 請求項１または２において、前記アルミナ−シ
リカ系セラミックファイバの化学組成が、Ａｌ2Ｏ3：Ｓ
ｉＯ2＝７２：２８であることを特徴とする触媒コンバ
ータ用保持シール材。
【００８２】（２） 請求項１乃至７、技術的思想１の
いずれか１つにおいて、有機成分含有量が１重量％以下
（好ましくは０．１重量％以下）であることを特徴とす
る触媒コンバータ用保持シール材。
【００８３】（３） 請求項１乃至７、技術的思想１，
２のいずれか１つにおいて、前記保持シール材は、自動
車排気ガス浄化装置用触媒コンバータに用いられるもの
であることを特徴とする触媒コンバータ用保持シール
材。
【００８４】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜７に記
載の発明によれば、耐久性及び組み付け性に優れるにも
かかわらず極めて低公害な触媒コンバータを実現するの
に好適な触媒コンバータ用保持シール材を提供すること
ができる。
【００８５】請求項８〜１０に記載の発明によれば、上
記の触媒コンバータ用保持シール材を簡単にかつ確実に
得ることができる製造方法を提供することができる。請
求項１１に記載の発明によれば、耐久性及び組み付け性
に優れるにもかかわらず極めて低公害な触媒コンバータ
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の触媒コンバー
タの使用状態説明図。
【図２】実施形態の触媒コンバータの概略断面図。
【図３】（ａ）は実施形態の触媒コンバータに用いられ
る保持シール材の平面図、（ｂ）は同触媒コンバータの
組み付け方法を説明するための概略斜視図、（ｃ）は組
み付けが完成した触媒コンバータの概略斜視図。
【図４】前記触媒コンバータに用いられる保持シール材
におけるムライト結晶含有量と面圧との関係を示したグ
ラフ。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ用保持シール材、２…金属製シェ
ル、３…触媒担持体、５…触媒コンバータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 啓二 岐阜県大垣市河間町３丁目200番地 イビ デン 株式会社河間工場内 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AB01 AB13 BA00 BA07 BA14 BA15 BA19 BA39 FB03 FB10 FC08 GA06 GA20 GB01X GB01Z GB05W GB06W GB10X GB10Z GB17X GB17Z GB19Z HA27 HA29 HA31 4D048 BA10X BA30X BA33X BA39X BB02 CA01 CC04 CC06 4G069 AA03 AA11 BA13A BA13B BB02A BB02B BC71A BC71B BC75A BC75B CA03 EA19 EA26 EB14Y ED03 ED06 EE01 4L047 AA04 BA03 CA02 CB05 CC14

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を覆
    う筒状の金属製シェルとのギャップに配置されるアルミ
    ナ−シリカ系セラミックファイバ製の保持シール材にお
    いて、 ムライト結晶含有量が１０重量％以下のアルミナ−シリ
    カ系セラミックファイバを主成分とする繊維集合体から
    なり、かつニードルパンチ処理が施された触媒コンバー
    タ用保持シール材。
  2. 【請求項２】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を覆
    う筒状の金属製シェルとのギャップに配置されるアルミ
    ナ−シリカ系セラミックファイバ製の保持シール材にお
    いて、 ムライト結晶含有量が０．５重量％〜４重量％のアルミ
    ナ−シリカ系セラミックファイバを主成分とする繊維集
    合体からなり、かつニードルパンチ処理が施された触媒
    コンバータ用保持シール材。
  3. 【請求項３】前記アルミナ−シリカ系セラミックファイ
    バの化学組成は、アルミナ６８重量％〜８３重量％かつ
    シリカ３２重量％〜１７重量％であることを特徴とする
    請求項１または２に記載の触媒コンバータ用保持シール
    材。
  4. 【請求項４】前記ギャップに配置した状態において発生
    する面圧が、０．０２ＭＰａ以上であることを特徴とす
    る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触媒コンバー
    タ用保持シール材。
  5. 【請求項５】前記ニードルパンチ箇所の存在密度が、１
    ００ｃｍ2あたり１０個〜５００個であることを特徴と
    する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触媒コンバ
    ータ用保持シール材。
  6. 【請求項６】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を覆
    う筒状の金属製シェルとのギャップに配置されるアルミ
    ナ−シリカ系セラミックファイバ製の保持シール材にお
    いて、 アルミニウム塩、シリカゾル及び有機重合体を混合して
    なる水溶液を材料として紡糸を行う工程と、紡糸により
    得られたアルミナ−シリカ系セラミックファイバを積層
    する工程と、前記アルミナ−シリカ系セラミックファイ
    バを積層してなる繊維集合体に対してニードルパンチ処
    理を施す工程と、前記ニードルパンチ処理された繊維集
    合体をムライト結晶含有量が１０重量％以下となるよう
    な条件で焼成する工程とを経て製造された触媒コンバー
    タ用保持シール材。
  7. 【請求項７】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を覆
    う筒状の金属製シェルとのギャップに配置されるアルミ
    ナ−シリカ系セラミックファイバ製の保持シール材にお
    いて、 ムライト結晶含有量が１０％以下のアルミナ−シリカ系
    セラミックファイバを主成分とする繊維集合体であっ
    て、前記セラミックファイバの一部のもの同士が前記繊
    維集合体の厚さ方向に交絡している触媒コンバータ用保
    持シール材。
  8. 【請求項８】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を覆
    う筒状の金属製シェルとのギャップに配置されるアルミ
    ナ−シリカ系セラミックファイバ製の保持シール材の製
    造方法において、 アルミニウム塩、シリカゾル及び有機重合体を混合して
    なる水溶液を材料として紡糸を行う工程と、紡糸により
    得られたアルミナ−シリカ系セラミックファイバを積層
    する工程と、前記アルミナ−シリカ系セラミックファイ
    バを積層してなる繊維集合体に対してニードルパンチ処
    理を施す工程と、前記ニードルパンチ処理された繊維集
    合体をムライト結晶含有量が１０重量％以下となるよう
    な条件で焼成する工程とを経て製造された触媒コンバー
    タ用保持シール材の製造方法。
  9. 【請求項９】前記焼成工程における焼成温度は１１００
    ℃〜１３００℃であることを特徴とする請求項８に記載
    の触媒コンバータ用保持シール材の製造方法。
  10. 【請求項１０】前記焼成温度に設定したときにおける焼
    成時間は１分〜６０分であることを特徴とする請求項９
    に記載の触媒コンバータ用保持シール材の製造方法。
  11. 【請求項１１】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を
    覆う筒状の金属製シェルと、それらのギャップに配置さ
    れる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の保持シール
    材とを備える触媒コンバータ。
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