JP2013155750A - 触媒コンバータ用保持シール材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無機塩法にて前駆体繊維を形成し、焼成した後、アルミナ−シリカ系繊維を三次元的に集合させてマット状の繊維集合体を成形する。次に、無機粒子懸濁溶液を繊維集合体内に供給したうえで加熱焼成することで、懸濁溶液中に含まれる無機粒子が前記アルミナ−シリカ系繊維の外表面に付着し固定した凹凸構造を形成する。この繊維集合体を所定形状に打ち抜いて保持シール材とする。
【選択図】図4
Description
まず、熔融法等によりセラミック繊維を紡糸した後、そのセラミック繊維をマット状に集合させてなる材料を作製する。この材料を金型で打ち抜くことによって、帯状の保持シール材を作製する。次に、この保持シール材を触媒担持体の外周面に巻き付けた後、金属製シェル内に前記触媒担持体を収容する。その結果、所望の触媒コンバータが完成する。このような収容状態において保持シール材は厚さ方向に圧縮されるため、保持シール材にはその圧縮力に抗する反発力(面圧)が生じる。そして、この反発力が作用することにより、触媒担持体が金属製シェル内に保持されるようになっている。
図3に示される本実施形態の触媒コンバータ1は、自動車の車体において、エンジンの排気管の途中に設けられる。エンジンから触媒コンバータ1までの距離は比較的短いため、触媒コンバータ1には約700℃〜900℃の高温の排気ガスが供給されるようになっている。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1には約900℃〜1000℃という、さらに高温の排気ガスが供給されるようになっている。
前記平均粒径が50nm未満の場合、得られる凹凸がそもそも小さい。従って、アルミナ−シリカ系繊維6の摩擦係数を増大させるためには、多くの金属酸化物粒子7を付着させる必要性が生じ、保持シール材4を製造しにくくなるおそれがある。逆に、前記平均粒径が1000nmを超える場合、得られる凹凸が比較的大きいことから、アルミナ−シリカ系繊維6の摩擦係数を増大させるためには好都合である。その反面、金属酸化物粒子7を均一に分散した懸濁溶液を作製することが難しく、金属酸化物粒子7を効率よく付着させることが困難になるため、やはり保持シール材4を製造しにくくなるおそれがある。
まず、アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及び有機重合体を混合し、紡糸原液を作製する。言い換えると、無機塩法により紡糸原液を作製する。アルミナ源であるアルミニウム塩水溶液は、紡糸原液に粘性を付与するための成分でもある。
まず、無機粒子懸濁溶液として、先に列挙した金属酸化物粒子7のゾルまたは分散水溶液を作製する。これにはポリビニルアルコール等のような水溶性高分子が添加されていることがよい。水溶性高分子があると、金属酸化物粒子7を付着させる際にそれが有機バインダとして働くため、繊維の外表面6aに金属酸化物粒子7を確実に付着させることができるからである。また、水溶性高分子は後述の加熱焼成時に焼失するので、完成したアルミナ−シリカ系繊維6には殆ど残らない。上記無機粒子懸濁溶液は、例えば、ポリビニルアルコールを10重量%含む水溶液に、所定分量のシリカゾル水溶液を加えることによって容易に作製することができる。この場合、シリカゾル水溶液の添加量を5重量%〜20重量%程度に設定することがよい。
実施例1では、以下のようにして保持シール材4の面圧評価用サンプルを作製した。
まず、塩基性塩化アルミニウム水溶液(23.5重量%)、シリカゾル(20重量%、シリカ粒径15μm)、ポリビニルアルコール(10重量%)及び消泡剤(n−オクタノール)を混合し、紡糸原液を作製した。次いで、得られた紡糸原液をエバポレータを用いて50℃で減圧濃縮し、濃度38重量%、粘度1000ポアズの紡糸原液に調製した。
さらに、空気雰囲気に保持された電気炉内で、上記前駆体繊維に対する250℃かつ30分間の加熱(前処理)を行った後、同じく電気炉内で1250℃かつ10分間の焼成を行った。
続いて、アルミナ−シリカ系繊維6の長繊維を5mm長にチョップして短繊維化した。その後、この短繊維(約1.0g)を水に分散させ、得られた繊維分散液を成形型枠内に流し込んで加圧・乾燥することにより、縦横25mm角のマット状繊維集合体を得た。
(実施例2〜7)
実施例2,3,4では、シリカ粒子の平均粒径をそれぞれ50nm,300nm,450nmに設定した。実施例5では、シリカ粒子に代えて平均粒径300nmのアルミナ粒子(Al2O3粒子)を含む無機粒子懸濁溶液を作製し、これを用いて凹凸構造形成工程を行った。実施例6では、シリカ粒子に代えて平均粒径300nmのジルコニア粒子(ZrO2粒子)を含む無機粒子懸濁溶液を作製し、これを用いて凹凸構造形成工程を行った。実施例7では、シリカ粒子に代えて平均粒径300nmのチタニア粒子(TiO2粒子)を含む無機粒子懸濁溶液を作製し、これを用いて凹凸構造形成工程を行った。
(比較例)
比較例では、凹凸構造形成工程を実施しないことを除き、基本的には実施例1に準じて面圧評価用サンプルを作製した。そして、オートグラフを用いて実施例1と同じく面圧測定試験を行った。その結果を図5のグラフに示す。
(試験結果)
図5のグラフによると、初期面圧値については、実施例1のほうが比較例に比べて高かった。しかも、100時間経過後における面圧の低下度合いは、実施例1のほうが比較例に比べて明らかに小さかった。具体的なデータは省略するが、実施例2〜7について同様の試験を行ったところ、明らかに実施例1に近い好結果を得ることができた。
(1)本実施形態の保持シール材4では、アルミナ−シリカ系繊維6の短繊維の外表面6aに無機質からなる凹凸構造が設けられている。従って、外表面6aが滑面状であるものに比べて繊維の摩擦係数が大きくなる。ゆえに、繊維同士の引っ掛かりによって滑り・ズレが生じにくくなる。従って、繊維集合体を圧縮するような外部荷重を長時間加えた場合であっても、面圧の低下を引き起こしにくくなる。また、無機質からなる凹凸構造は耐熱性にも優れている。ゆえに、保持シール材4が使用時に1000℃程度の高温に晒されたとしても、凹凸構造が焼失・脱落等するようなことはない。よって、大きな摩擦係数が確実に維持され、この点からしても面圧の低下を引き起こしにくい構造となる。
・ 実施形態にて例示したアルミナ−シリカ系繊維6の代わりに、例えば結晶質アルミナ繊維、シリカ繊維等のような他のセラミック繊維を用いて、保持シール材4を作製してもよい。
・ 無機質からなる粒子として、金属酸化物粒子の代わりに金属単体粒子(具体的には金、白金、銀、パラジウム等の貴金属粒子など)を用いてもよい。
(1) 請求項1に記載の触媒コンバータ用保持シール材を製造する方法であって、セラミック繊維紡糸原液を材料として前駆体繊維を得る紡糸工程と、前記前駆体繊維を加熱して焼結させる焼成工程と、得られたセラミック繊維を三次元的に集合させてマット状にする成形工程と、前記集合体に無機粒子懸濁溶液を含浸させたうえで加熱する凹凸構造形成工程とを含むことを特徴とする触媒コンバータ用保持シール材の製造方法。従って、この技術的思想1に記載の発明によれば、上記の優れた触媒コンバータ用保持シール材を確実に製造することができる。
Claims (1)
- マット状に集合したセラミック繊維を構成要素とし、触媒担持体とその触媒担持体の外周を覆う金属製シェルとのギャップに配置される保持シール材であって、セラミック繊維であるアルミナ−シリカ系繊維から成形されたマット状の繊維集合体に対し、無機粒子懸濁溶液を供給したうえで加熱焼成することにより、前記懸濁溶液中に含まれる無機粒子が前記アルミナ−シリカ系繊維の外表面にムライト相を介して付着固定してなる凹凸構造を形成し、当該繊維集合体を所定形状に打ち抜いた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。
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