JP2004098059A

JP2004098059A - 結晶質アルミナ繊維マットを巻いた触媒保持体、排気ガス用コンバータ

Info

Publication number: JP2004098059A
Application number: JP2003306282A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Sakashita; 阪下　敬一; Yoshio Nishikawa; 西川　義雄
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】圧入した後の結晶質アルミナ繊維マットの充填嵩密度を０．２５〜０．５０ｇ／cm³の範囲で触媒保持体とマットを提供することができ、金属製パイプ内の所定の位置へ容易に設置することができる排気ガス用触媒コンバーターを提供すること。
【解決手段】触媒保持体と、その外方を覆う金属製パイプとの間に配置される結晶質アルミナ繊維マットと、該結晶質アルミナ繊維マットよりも幅方向で大きく形成された有機シートとを備え、金属製パイプの充填前の嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ³以上で、金属製パイプ内に圧入した後の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ³〜０．５０ｇ／ｃｍ³となるように、外側に配された有機シートで前記結晶質アルミナ繊維マットを前記触媒保持体に巻き付けてなることを特徴とする結晶質アルミナ繊維マットを巻いた触媒保持体とした。
【選択図】図２

Description

　本発明は、結晶質アルミナ繊維マット、排気ガス浄化用コンバーターに関する。

　従来、主として車両に搭載する排気ガス浄化用コンバーターにおいては、触媒保持体と前記触媒保持体の外方を覆う金属製シェルと、両者の間に配置した無機繊維シートよりなる。前記触媒保持体には白金等の触媒が担持されている。触媒保持体としては、例えばその断面をハニカム状に成形したコージェライト担体を用いる。

　次に、無機繊維シートは、バーミキュライトとセラミックファイバー等との混合物が主であるが、無機繊維のみからなるものも用いられている。前記無機繊維シートは、自動車の走行中等において触媒保持体が外周の金属製シェルと当接した際の破損を防ぎ、また、金属製シェルと触媒保持体との間から排気ガスがリークすることを防ぐために用いられている。又、前記無機繊維シートをフィルムで真空パックし厚みを減少させることにより、前記触媒保持体への組付け性を改善する方法が、特開平７−１８９６７７等に、また、前記無機繊維シートをプラスチック材料で被覆して前記触媒保持体へ巻き付ける方法が、特開平５−５０８８９７等に挙げられている。
特開平７−１８９６７７号公報特開平５−５０８８９７号公報

　前記フィルムで真空パックされた無機繊維シートを用いて排気ガス浄化用コンバーターを製造する方法に於いては、一般のフィルムは少なからず通気性があるため、真空パック直後に触媒保持体へ組付けないと、真空パック内に空気が浸入し、無機繊維シートの厚みが復元し、触媒保持体へ組付けできないという問題があった。これに対し、真空パックのフィルムを三層とし、通気性を無くしたものが用いられているが、フィルムの厚みが厚くなるため、触媒保持体に極めて巻き付け難いという問題があった。

　また、前記無機繊維シートをプラスチック材料で被覆して前記触媒保持体へ巻き付ける方法においては、外周の金属製シェルを予め二分割しておいて、触媒保持体に巻き付けた無機繊維シートを挟み込む方法（キャニング）では有効であるが、作業性の向上等から、金属製シェルを最初からパイプ状にしておき、触媒保持体に巻き付けた無機繊維シートを圧入する方法においては、圧入時に触媒保持体と前記無機繊維シートがずれてしまうという問題があった。

　さらに、前記無機繊維のみからなる結晶質アルミナ繊維マットを排気ガス浄化用コンバーターに用いる場合の充填密度は、排気ガスのシール性、触媒保持体の保持、及び結晶質アルミナ繊維マット自体の嵩密度のばらつきを考慮し０．２５ｇ／cm³は必要であるが、前記フィルム内部を真空に減圧しておく方法では、大気圧が限界な為結晶質アルミナ繊維マットの嵩密度は０．２３ｇ／cm³が限界であり、金属パイプへの充填嵩密度は０．３ｇ／cm³が限界である。また、特開平５−５０８８９７においては、繊維材料がその両端部で好ましくは重なっているとあるが、金属パイプ状物に圧入する方法に於いては、部分的に高密度部分が発生するため、圧入が困難であるという問題があった。

　また、前記触媒保持体は通常セラミック製であり、外径寸法が直径で数％ばらついている。さらに、前記パイプ状の金属製シェルの内径も真円で製造することは困難であり、内径寸法は直径で数％ばらついている。従って、触媒保持体と、パイプ状の金属製シェルとのクリアランスに合わせた取り付け治具を設計することが困難であるという問題があった。

　そこで、本発明は、触媒保持体と、その外方を覆う金属製パイプとの間に配置される結晶質アルミナ繊維マットと、該結晶質アルミナ繊維マットよりも幅方向で大きく形成された有機シートとを備え、
　金属製パイプの充填前の嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ³以上で、金属製パイプ内に圧入した後の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ³〜０．５０ｇ／ｃｍ³となるように、外側に配された有機シートで前記結晶質アルミナ繊維マットを前記触媒保持体に巻き付けてなることを特徴とする結晶質アルミナ繊維マットを巻いた触媒保持体、を提供するとともに、これを前記触媒保持体に巻き付けた際、触媒保持体の外径の公差を吸収し、かつ排気ガス浄化用コンバーターに組み付けた場合に、排気ガスが漏れないように嵌合部を設けてなるものを提供する。

　また、この触媒保持体を金属製パイプ内に圧入した後、金属製パイプの両端をプレス加工で絞り、又はコーンなる金属製パイプを溶接してなることを特徴とする排気ガス浄化用コンバーターを提供する。

　そして、本明細書においては同時に、触媒保持体と、その外方を覆う金属製パイプとの間に配置する結晶質アルミナ繊維マットよりなる排気ガス浄化用コンバーターの組立方法において、予め嵌合部を設けた結晶質アルミナ繊維マットの外側を張力下で有機シートを用いて嵩密度０．１０ｇ／ｃｍ³以上となるように被覆固定した後、前記有機シートの端部を前記触媒保持体の端面側で固定し、次に、前記金属製パイプの端部に周長が変わるようにスリット及び重ね合わせ部を有する漏斗状の取り付け治具をセットした後、前記触媒と有機シートを用いて被覆固定された結晶質アルミナ繊維マットを圧入し、圧入した後の結晶質アルミナ繊維マットの充填嵩密度を０．２５ｇ／ｃｍ³〜０．５０ｇ／ｃｍ³とする排気ガス浄化用コンバーターの組立方法について開示するものである。

　又、前記有機シートは、好ましくは、プラスチックフィルム、織布、不織布、紙のいずれか一種又は二種以上から選ばれる。

　本発明の排気ガス浄化用触媒コンバーターにおいては、触媒保持体と、前記触媒保持体の外方を覆う金属製パイプとの間に配置する結晶質アルミナ繊維マットよりなる排気ガス浄化用コンバーターにおいて、予め嵌合部を設けた結晶質アルミナ繊維マットの外側を張力下で有機シートを用いて嵩密度を０．１０ｇ／cm³以上となるように被覆固定した後、前記有機シートの端部を前記触媒保持体の端面側で固定する。次に、前記金属製パイプの端部に周長が変わるようにスリット及び重ね合わせ部を有する漏斗状の取り付け治具をセットした後、前記触媒と有機シートを用いて被覆固定された結晶質アルミナ繊維マットを圧入し、圧入した後の結晶質アルミナ繊維マットの充填嵩密度を０．２５〜０．５０ｇ／cm³の範囲で触媒保持体とマットを提供することができ、金属製パイプ内の所定の位置へ容易に設置することができる排気ガス用触媒コンバーターを提供することができる。

　しかも、マットに剪断力が加わらないため、マツトは長期間にわたり優れた保持性及びシ−ル性を維持する事が出来る。前記のごとく、本発明によれば、保持、シ−ル層が高温で劣化することのない排気ガス浄化用コンバーターを提供することができる。

　まず、前記触媒保持体としては、例えばハニカム状のものを用いる。また、前記触媒保持体は、例えばコージェライト、アルミナ、金属等により作成する。

　次に、前記金属製パイプは、例えば断面が楕円形、円形の筒である。

　次に、前記結晶質アルミナ繊維マットは、前記触媒保持体に巻き付けた際、触媒保持体の外径の公差を吸収し、かつ排気ガス浄化用コンバーターに組み立てた場合、排気ガスが漏れないように嵌合部を設ける。嵌合部の長さは、組立時の作業性から、２０〜３０mmが好適である。また、前記結晶質アルミナ繊維マットは、作業性の面から予め樹脂を添加したものを用いてもよい。

　　次に、前記結晶質アルミナ繊維マットの外側に有機シートを配して、張力をかけ前記触媒保持体に巻き付けつける。この際、有機シートの寸法は、張力をかけるためと、前記触媒保持体の端面側に固定するために、前記結晶質アルミナ繊維マットよりも幅方向で大きいことが必要である。

　取り付け方法としては、例えばテーブル上にまず有機シートを置き、その上の中央部に前記結晶質アルミナ繊維マットを置き、マットの端部に前記触媒保持体を置く。次に、有機シートの端部を前記触媒保持体に粘着テープ等で固定しておき、テーブル上方向に前記触媒保持体を加圧しながら、のり巻きずしを作る要領で前記触媒保持体を回転させて有機シートと結晶質アルミナ繊維マットを巻き付けた後、有機シートの端部を有機シートに粘着テープ等で固定する。また、粘着テープの他に、接着剤を使用したり、熱融着等の方法をとることもできる。

　有機シートの材質は、ポリエチレン、シリコン樹脂、ポリ塩化ビニル、等のプラスチックフィルム。また、木綿、ナイロン、ポリエステル等の織布または不織布、クラフト紙、ボール紙等の紙のいずれか一種または二種以上から選べばよい。但し、加熱分解時、発生するガスが有害でない成分のフィルムを選択する。　また、金属製パイプ内へのシール材の組付けが容易に行われるためには、有機シートの表面が良好な潤滑性を有することが好ましい、即ち表面の摩擦係数の低い材料を用いることが好ましい。

　かかる点より、前記有機シートの材料の中でポリ塩化ビニル、ポリエチレンが最も好ましい。

　次に、結晶質アルミナ繊維マットの嵩密度は、通常０．０６〜０．１０ｇ／cm³であるが、金属製パイプ内への充填後の嵩密度を０．２５ｇ／cm³以上とするためには、充填前の状態で前記結晶質アルミナ繊維マットの外側を張力下で拘束し嵩密度を０．１０ｇ／cm³以上にしておく必要がある。嵩密度が０．１０ｇ／cm³未満であると、前記金属製パイプ内へ圧入時にマットの厚みが厚すぎて、圧入できないからである。

　嵩密度は、０．１５ｇ／cm³〜０．２０ｇ／cm³が好適である。

　次に、前記有機シートで前記結晶質アルミナ繊維マットの外側を張力下で拘束して巻き付けてある触媒保持体の端面側に、前記有機シートのはみ出している部分を粘着テープ等で固定する。固定していないと、前記金属製パイプ内への圧入時にマットがずれてしまうためである。

　ついで、前記触媒保持体の外周に結晶質アルミナ繊維マットを有機シートで巻き付けたものを金属製パイプ内にプレス機を用いて圧入する。

　この際、圧入後のマットの嵩密度を、０．２５ｇ／cm³以上とする為に漏斗状の取り付け治具が必要である。

　また、圧入後のマットの嵩密度は、０．５ｇ／cm³以下とする必要がある。０．５ｇ／cm³以上にすると、結晶質アルミナ繊維マットの繊維が圧壊し、マットの復元力が低下してしまうためである。０．３〜０．４ｇ／cm³が好適である。

　漏斗状の取り付け治具は、触媒保持体の外径と金属製パイプの内径の公差を吸収できるよう周長が変わるようにスリット部及び重ね合わせ部を有する必要がある。触媒保持体の外径と金属製パイプの内径寸法にはばらつきがあり、漏斗状の取り付け治具がこの公差を吸収できることが必要である。また、金属製パイプの端部には通常バリ等が存在し、結晶質アルミナ繊維マットの外周に配した有機シートの未圧入部分が膨張してしまうのを防ぐため、前記漏斗状の取り付け治具の先端部は、金属製パイプ内へ部分的に入っていることが必要である。

　また、圧入時に有機シートが破損することを防ぐため、前記取り付け治具の重ね合わせ部を「さね加工」しておいたり、端部をＲ加工しておくことが好ましい。

　次に、触媒保持体と結晶質アルミナ繊維マットを圧入した後、金属製パイプの両端をプレス加工で絞ったり、コーンと呼ばれる金属製のパイプを溶接し、排気ガス浄化用コンバーターを製造する。

　次に、前記構造の排気ガス浄化用コンバーターは、自動車製造工場において、排気ガスパイプに接続される。そして、試運転の際には、高温度の排気ガスによって、前記有機シートは焼却されてしまう。或いは、前記有機シートは、コンバーターを排気ガスパイプに接続する前に焼却しても良い。

　また、前記構造の排気ガス浄化用コンバーターが車両等へ組付けられた際においても、前記有機シートの一部または全部が残留しても構わない。

　触媒保持体としてコージェライトモノリス外形１３０mm、長さ１００mm、金属製パイプとして内径１３８mm、肉厚１．５mm、ＳＵＳ４０９、長さ３００mm、結晶質アルミナ繊維マットとして厚み２０mm、嵩密度０．０６ｇ／cm³の結晶質アルミナ繊維（商品名デンカアルセン　電気化学工業株式会社製）、有機シートとして、厚さ５０μｍのポリエチレンシート、取り付け治具として、厚み０．６mmの金属板を、大径側の内径を１６０mm、小径側の外径を１３８mm、高さ５０mm、周長が変わるように重ね合わせ部分を３０mm設けた漏斗状のものを用いて、排気ガス浄化用コンバーターに断熱シール材を取り付けた。

　次に、取り付け方法について説明する。

　図１に示すように、結晶質アルミナ繊維マット３を幅１００mm、両端部に２５mmの嵌合部を設けて長さ４２０mmの寸法にカットしたものを、幅２００mm、長さ５００mmの寸法にカットした有機シート５の中央部に置く。

　次に、図２に示すように、前記マット３の端部に前記触媒保持体１を置く。次に、有機シートの端部を前記触媒保持体に粘着テープ４等で固定しておき、テーブル上方向に前記触媒保持体を加圧しながら、のり巻きずしを作る要領で前記触媒保持体を回転させて有機シートと結晶質アルミナ繊維マットを巻き付けた後、有機シートの端部を有機シートに粘着テープ等で固定する。巻き付けた後のマットの嵩密度は０．１５ｇ／cm³、厚みは８mmであった。

　次に、図３に示すように触媒保持体１と、前記有機シートで巻き付けた結晶質アルミナ繊維マット３がずれないように圧入側の端部を粘着テープ４によって固定する。

　次に図５に示す漏斗状の取り付け治具６の小径側を金属製パイプ２にセットし、前記触媒保持体１の外周部に、前記有機シート５で巻き付け固定した結晶質アルミナ繊維マット３を油圧プレスを用いて金属製パイプ２の中央まで圧入する。尚、圧入前に漏斗状の取り付け治具６と金属製パイプ２の内面及び、前記有機シートで巻き付けた結晶質アルミナ繊維マット３の外周部に潤滑油を塗布しておいた。圧入した状態を図７に示す。尚、この時の圧入荷重は、２５０〓ｋｇｆであり、マットの充填密度は０．３ｇ／cm³であった。

　更に、金属製パイプ２の両端部をスピニング加工し、排気ガス浄化用コンバーターとした。

　（比較例１）
　実施例１と同様の構成及び方法で、結晶質アルミナ繊維マット３を有機シートで巻き付け嵩密度を０．０８ｇ／cm³として金属製パイプ２に圧入しようとしてみたが、触媒保持体１と金属製パイプ２のクリアランスが４mmに対して、巻き付けた後のマットの厚みは１５mmであり、圧入した後金属製パイプ２をカットして結晶質アルミナ繊維マット３の装着状態を確認したところ、マット端部が偏っていた。

　（比較例２）
　実施例１と同様の構成及び方法で、有機シートで巻き付けた結晶質アルミナ繊維マット３の圧入側の端部を粘着テープで固定せずに金属製パイプ２に圧入してようとしてみたが、圧入側の端部がめくれてしまい圧入できなかった。

　（比較例３）
　実施例１と同様の構成及び方法で、漏斗状の取り付け治具６を用いずに金属製パイプ２に圧入しようとしてみたが、比較例２と同様に圧入側の端部がめくれてしまい圧入できなかった。

結晶質アルミナ繊維マットを有機シートの上に置いた状態を示す平面図。図１の状態を触媒保持体に巻き付けている状態を示す側面図。触媒保持体に結晶質アルミナ繊維マットを有機シートで巻き付けた状態を示す正面図。図３の状態を圧入側からみた状態を示す平面図。漏斗状の取り付け治具の斜視図。漏斗状の取り付け治具を金属製パイプにセットした状態を示す正面図。結晶質アルミナ繊維マット、触媒保持体を金属製パイプに圧入した状態を示す正面図。金属製パイプ両端部を加工した排気ガス浄化用コンバーターの正面図。

符号の説明

　１・・・触媒保持体
　２・・・金属製パイプ
　３・・・結晶質アルミナ繊維マット
　４・・・粘着テープ
　５・・・有機シート
　６・・・漏斗状の取り付け治具
　６１・・・漏斗状の取り付け治具のスリット及び重ね合わせ部

Claims

触媒保持体と、その外方を覆う金属製パイプとの間に配置される結晶質アルミナ繊維マットと、該結晶質アルミナ繊維マットよりも幅方向で大きく形成された有機シートとを備え、
　金属製パイプの充填前の嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ³以上で、金属製パイプ内に圧入した後の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ³〜０．５０ｇ／ｃｍ³となるように、外側に配された有機シートで前記結晶質アルミナ繊維マットを前記触媒保持体に巻き付けてなることを特徴とする結晶質アルミナ繊維マットを巻いた触媒保持体。
前記結晶質アルミナ繊維マットは、前記触媒保持体に巻き付けた際、触媒保持体の外径の公差を吸収し、かつ排気ガス浄化用コンバーターに組み付けた場合に、排気ガスが漏れないように嵌合部を設けてなることを特徴とする請求項１記載の結晶質アルミナ繊維マットを巻いた触媒保持体。
請求項１又は２に記載の結晶質アルミナ繊維マットを巻いた触媒保持体を金属製パイプ内に圧入した後、
　金属製パイプの両端をプレス加工で絞って、又はコーンからなる金属製パイプを溶接してなることを特徴とする排気ガス浄化用コンバーター。