JP2004124720A

JP2004124720A - 触媒コンバーター用保持材

Info

Publication number: JP2004124720A
Application number: JP2002285940A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Tanaka; 田中　真文; Tadashi Sakane; 坂根　忠司
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP4326773B2

Abstract

【課題】触媒担体への巻装作業を容易にし、かつ巻装状態で触媒担体との間で高い密着性が得られる触媒コンバーター用保持材を提供する。
【解決手段】筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ内径が下記の範囲にあることを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
触媒担体の外径≧内径≧触媒担体の外径×０．９
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車等の排気ガス浄化用触媒コンバーターに用いられる触媒担体をケーシング内に保持するための触媒コンバーター用保持材（以下、「保持材」とも言う）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、周知の如く、そのエンジンの排気ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の有害成分を除去するために、排気ガス浄化用触媒コンバーターが積載されている。このような触媒コンバーターは、一般に、図１に断面図にて示されるように、筒状に形成された触媒担体１と、触媒担体１を収容する金属製のケーシング２と、触媒担体１に装着されて触媒担体１とケーシング２との間隙に介装される保持材３とから構成されている。
【０００３】
触媒担体１としては、例えばコージェライト等かならなる円筒状のハニカム状成形体に貴金属触媒等が担持されたものが一般的であるため、触媒担体１とケーシング２との間隙に介装される保持材３には、自動車の走行中に振動等によって触媒担体１がケーシング２に衝突して破損しないように触媒担体１を安全に保持する機能と、触媒担体１とケーシング２との間隙から未浄化の排気ガスが漏れないようにシールする機能とを兼ね備えることが必要とされている。そこで、従来では、アルミナ繊維やムライト繊維、あるいはその他のセラミック繊維を所定厚でマット状に集成した保持材（例えば、特許文献１参照）、あるいはこのマット状保持材を円筒状に成形した保持材が主流であった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開２０００−６６３３１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４１０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記保持材３において、円筒状に成形された保持材は、触媒担体１に直接巻装できるため、触媒コンバーターの製造を容易するという利点を有している。しかし、保持材３は、装着後における触媒担体１とのズレを防止するために、その内径は触媒担体１の外径と等しい、もしくは若干小さく設定されており、触媒担体１への装着に際して、保持材３を拡径しながら触媒担体１に被嵌している。この巻装作業は、手作業で行われており、かなりの労力を要している。また、巻装に際して、触媒担体１の円周端部を破損することもある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、触媒担体への巻装作業を容易にし、かつ巻装状態で触媒担体との間で高い密着性が得られる触媒コンバーター用保持材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、無機繊維を円筒状に成形してなる保持材において、その内径を触媒担体の外径との間で所定範囲に規定するか、一方の開口部にスリットを形成するか、もしくは一方の開口部の内径を触媒担体の外径より小さく、かつ他方の開口部の内径を触媒担体の外径より大きく設定することにより、保持材の触媒担体への装着を容易かつ確実に行うことができ、更には触媒担体の保持力も良好に維持することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、下記に示す第１〜第３の触媒コンバーター用保持材（以下、「保持材」とも言う）を提供する。
（１）筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ内径が下記の範囲にあることを特徴とする、第１の触媒コンバーター用保持材。
触媒担体の外径≧内径≧触媒担体の外径×０．９
（２）筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ内径が前記触媒担体の外径より小さく設定されているとともに、一方の開口部にスリットが形成されていることを特徴とする、第２の触媒コンバーター用保持材。
（３）筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ一方の開口部の内径が前記触媒担体の外径より小さく、他方の開口部の内径が前記触媒担体の外径より大きく設定されていることを特徴とする、第３の触媒コンバーター用保持材。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１の触媒コンバーター用保持材）
図２に斜視図にて示すように、第１の触媒コンバーター用保持材３は、円筒状に成形されており、その内径Ｄ_０は触媒担体の外径と等しい、もしくは若干小さく設定されている。具体的には、保持材３の内径Ｄ_０は、触媒担体の挿入を容易にし、かつ触媒担体を良好に保持するのに十分な面圧を得るために、次式の範囲に規定される。
触媒担体の外径≧内径Ｄ_０≧触媒担体の外径×０．９
【００１０】
内径Ｄ_０が触媒担体の外径より大きいと、十分な保持力が得られない。一方、内径Ｄ_０が触媒担体の外径の９０％よりも小径になると、触媒担体への挿入作業がかなり困難になり、保持材が裂けてしまう。
【００１１】
保持材３の構成材料には制限が無く、従来の保持材と同様で構わない。代表的には無機繊維を主成分とし、これをバインダーで円筒形に成形して得られる。無機繊維としては、従来から保持材に用いられている種々の無機繊維を用いることができる。例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、あるいはその他のセラミック繊維等を適宜使用できる。より具体的には、アルミナ繊維としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３が９０重量％以上（残りはＳｉＯ_２分）であって、かつＸ線的には低結晶化度のものが好ましく、また、その平均繊維径が２〜７μｍ、ウｒットボリューム４００〜１０００ｃｃ／５ｇが好ましい。ムライト繊維としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３分／ＳｉＯ_２分重量比が７２／２８〜８０／２０程度のムライト組成であって、かつＸ線的には低結晶化度のものが好ましく、また、その平均繊維径が３〜７μｍ、ウエットボリューム４００〜１０００ｃｃ／５ｇが好ましい。
【００１２】
尚、上記ウエットボリュームは、次の方法で算出される。
乾燥した繊維材料５ｇを少数点２桁以上の精度を有する秤で計量する。
計量した繊維材料を５００ｇのガラスビーカーに入れる。
（２）のガラスビーカーに温度２０〜２５℃の蒸留水を４００ｃｃ程度入れ、攪拌機を用いて繊維材料を切断しないように慎重に攪拌し、分散させる。この分散は超音波洗浄機を使用してもよい。
（３）のガラスビーカーの中味を１０００ｍｌのメスシリンダーに移し、目盛で１０００ｃｃまで蒸留水を加える。
（４）のメスシリンダーの口を手等で塞ぎ、水が漏れないように注意しながら上下逆さまにして攪拌する。これを計１０回繰り返す。
攪拌停止後、室温下で静置し、３０分経過後の繊維沈降体積を目視で計測する。上記操作を３サンプルについて行い、その平均値を測定値とする
【００１３】
その他のセラミック繊維としては、シリカアルミナ繊維やシリカ繊維を挙げることができるが、何れも従来から保持材に使用されているもので構わない。また、ガラス繊維やロックウール、生体溶解性繊維を配合してもよい。
【００１４】
バインダーは有機バインダーが一般的であり、ゴム類、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、天然繊維（木綿、麻等）等を使用できる。具体的には、ゴム類の例としては、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンゴム等がある。水溶性有機高分子化合物の例としては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等がある。熱可塑性樹脂の例としては、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等の単独重合体および共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等がある。熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等がある。
【００１５】
また、成形方法としては、例えば、無機繊維と有機バインダーとを含む水性スラリーを、円筒状のメッシュ部材（例えば、円筒状金網）に保持させ、吸引脱水成形した後、乾燥すればよい。保持材３の厚さは、適用する触媒コンバーターのサイズや使用温度等に応じて適宜設定することができる。保持材３の密度は、１００〜３００ｋｇ／ｍ^３の範囲が好ましい。密度が１００ｋｇ／ｍ^３より小さいと、厚さが厚くなり、ケーシング２への挿入時に保持材３がズレるといった問題が生じる。他方、密度が３００ｋｇ／ｍ^３より大きいと、保持材３が硬くなりすぎ、バインダーとしての効果が大きく、初期の担体保持力が十分でなくなる。
【００１６】
（第２の触媒コンバーター用保持材）
図３に斜視図にて示すように、第２の触媒コンバーター用保持材３は、上記した第１の触媒コンバーター用保持材３の一方の開口部にスリット３０を形成したものである。その他の要件は第１の触媒コンバーター用保持材３と同一で構わず、その内径Ｄ_０、構成材料、密度等は同様である。
【００１７】
尚、スリット３０は、スリット３０が形成された開口部を通じて触媒担体の挿入を容易にするためのものである。従って、この目的に合致している限りにおいてスリット３０の本数や切り込み長さを適宜選択することができるが、図示されるように、等間隔で３〜４箇所に、全長の２０〜３０％の切り込み長さで形成するのが適当である。
【００１８】
（第３の触媒コンバーター用保持材）
図４に斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）にて示されるように、第３の触媒コンバーター用保持材３は、外周面は同一径で、一方の開口部の内径Ｄ_１が触媒担体の外径より小さく（以下、内径Ｄ_１を「小径」という）、かつ他方の開口部の内径Ｄ_２が触媒担体の外径より大きく（以下、内径Ｄ_２を「大径」という）設定されている。ここで、保持材３の小径Ｄ_１は、触媒担体を良好に保持するのに十分な面圧を得るために、次式の範囲であることが好ましい。
触媒担体の外径≧内径Ｄ_１≧触媒担体の外径×０．９
【００１９】
一方、大径Ｄ_２は触媒担体の外径よりも若干大きくする。好ましくは、保持材３と触媒担体とが緩やかに嵌合する程度に設定する。尚、内周面３１は、その内径が小径Ｄ_１と大径Ｄ_２との間で連続的に変化するテーパ状に形成されてもよいし、所定の深さまでは大径Ｄ_２のまま一定で、途中から小径Ｄ_１へと連続的に変化するように形成されてもよい。
【００２０】
この第３の保持材３の構成材料は、上記した第１の保持材３と同様で構わない。また、成形方法については、内周面３１の形状に合わせたテーパ状のメッシュ部材を用いて吸引脱水成形すればよい。
【００２１】
上記の如く形成される第１〜第３の保持材３は、図１に示すように、従来と同様に触媒担体１に巻装されてケーシング２との間隙に介装される。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００２３】
（実施例１）
繊維径約４μｍ、Ａｌ_２Ｏ_３分が９６重量％（残りの主成分はＳｉＯ_２分）で、ウエットボリューム８００ｃｃ／５ｇのアルミナ繊維１００重量部と、有機バインダー（アクリルエマルジョン）９重量部とを水に分散させて水性スラリーを調製した。そして、この水性スラリーを円筒状の金網を用いて吸引脱水成形した後乾燥し、内径１０８．５ｍｍ、厚さ８ｍｍ、長さ９０ｍｍの円筒状の成形体を得た。尚、密度は１５２ｋｇ／ｍ^３であった。そして、図２に示すように、成形体の一方の開口部に、等間隔で３箇所に、切り込み長さ２０ｍｍのスリットを形成し保持材とした。
【００２４】
（実施例２）
保持材の内径を１０６ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして保持材を作製した。尚、密度は１５５ｋｇ／ｍ^３であった。
【００２５】
（比較例１）
保持材の内径を１００ｍｍとし、スリットを形成しないこと以外は、実施例１と同様にして保持材を作製した。尚、密度は１５３ｋｇ／ｍ^３であった。
【００２６】
（比較例２）
保持材の内径を１１２ｍｍとし、スリットを形成しないこと以外は、実施例１と同様にして保持材を作製した。尚、密度は１５４ｋｇ／ｍ^３であった。
【００２７】
（実施例３）
実施例１と同様の材料を用いて吸引脱水成形、乾燥し、図４に示すような小径Ｄ_１を１０６ｍｍ、大径Ｄ_２を１１２ｍｍとするテーパ状の内周面を有する保持材を作製した。尚、密度は１５２ｋｇ／ｍ^３であった。
【００２８】
（触媒担体の挿入性評価）
上記各保持材に、外径１１０ｍｍ、長さ９５ｍｍの円柱形ハニカム構造のコージェライト製触媒担体を挿入し、そのときの挿入作業の容易性を評価した。尚、実施例１及び実施例２についてはスリットが形成された側の開口部から、実施例３については大径側の開口部から触媒担体を挿入した。結果を表１に示す。
【００２９】
（触媒担体の保持性評価）
上記各保持材を装着した触媒担体を、内径１１８ｍｍ、長さ１１０ｍｍのステンレス製ケーシングに挿入して触媒コンバーターを作製した。そして、そのときの挿入作業の容易性から保持材の保持性を評価した。結果を表１に示す。
【００３０】
（シール性評価）
上記各保持材を装着した触媒担体を、内径１１８ｍｍ、長さ１１０ｍｍのステンレス製ケーシングに挿入して触媒コンバーターを作製し、電気炉中７００℃で８時間焼成した。その後、触媒担体の通孔を合成樹脂で塞ぎ、触媒コンバーターの入口より加圧空気（３ｋｇｆ／ｃｍ２）を流入し、出口側における空気の漏れ量（バイパス率）を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１から明らかなように、本発明に従う実施例では何れも、触媒担体の保持材への挿入が容易であり、ケーシングへの装着性も良好で、保持材のシール性にも優れる。これに対して、比較例１のようにスリットも無く、保持材の内径が触媒担体の外径より小さすぎると、触媒担体の保持材への挿入が不可能、もしくは保持材が裂けてしまう。逆に、比較例２のように保持材の内径が触媒担体の外径より大きすぎると、触媒担体の挿入は容易でも、ケーシングへの装着時に触媒担体と保持材とがズレるいった問題が起こる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の保持材は、従来の保持材と同様にシール性能や触媒担体保持性能に優れるとともに、触媒コンバーターの製造工程において、触媒担体への装着が容易であり、かつ触媒担体と保持材との間に高い密着性が得られることから、触媒コンバーターの生産効率を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】触媒コンバーターの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る第１の触媒コンバーター用保持材を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る第２の触媒コンバーター用保持材を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る第３の触媒コンバーター用保持材を示す斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１　触媒担体
２　ケーシング
３　保持材
３０　スリット
３１　内周面

Claims

筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ内径が下記の範囲にあることを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
触媒担体の外径≧内径≧触媒担体の外径×０．９
筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ内径が前記触媒担体の外径より小さく設定されているとともに、一方の開口部にスリットが形成されていることを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維を円筒状に成形してなり、かつ一方の開口部の内径が前記触媒担体の外径より小さく、他方の開口部の内径が前記触媒担体の外径より大きく設定されていることを特徴とする触媒コンバーター用保持材。