JP2711732B2

JP2711732B2 - 拝気ガス触媒コンバーターにおける弾性支持部材

Info

Publication number: JP2711732B2
Application number: JP1244329A
Authority: JP
Inventors: 弘島村; 正博相原
Original assignee: カルソニック株式会社; 加藤発条株式会社
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH03107518A

Description

【発明の詳細な説明】《産業上の利用分野》本発明は、自動車排気ガスの浄化に使用されている触
媒コンバーターにあって、その構成部材であるセラミッ
クハニカム体を、弾性的に支持するための弾性支持部材
に関する。

《従来の技術》既知の如く触媒コンバーター１は第４図のようにＡ−
Ａ線上において上下に２分割され、かつ耐熱性ステンレ
ス材により形成されているケーシング２と、その内部に
収納された浄化機能をもつセラミックハニカム体６と、
当該ハニカム体６を、その両円周端縁にてケーシング２
の内周壁３に支持する弾性支持部材5,5とによって構成
されたものであり、従って両支持部材5,5間には、セラ
ミックハニカム体６と上記内周壁３との間に空隙路４が
形成されている。

このため排気ガスは、この触媒コンバーター１にあっ
て、ケーシング２の一方の端管部２′より送入され、セ
ラミックハニカム体６の内部に形成された図示しない既
知のハニカム通孔を通り、この際当該通孔の表面に塗布
されている触媒に接して浄化され、次いで他方の端管部
２″から排出されることとなる。

しかし触媒コンバーター１は上記構成を有しているか
ら、流入した排気ガスは、その全量がセラミックハニカ
ム体６の内部を通過するのではなく、その一部は端管部
２′から一方の弾性支持部材５を通過し、空隙路４を経
由した後他方の同支持部材５を通過して、浄化されるこ
となく、そのまま排気ガス体として他の端管部２″より
排出されてしまうことになる。

そこで、上記の難点を解消するため、既に、本願人は
特公昭61−13083号に係る弾性支持部材を提案した。

当該弾性支持部材なるものは、第５図乃至第９図に示
す如く、先ずステンレス製の金属細線金属７をメリアス
編みとすることで第４図（ａ）の通りシームレスの網目
筒原体７′を形成し、これを同図（ｂ）に示す如く、所
要寸法の長さに切断して得た網目筒体８につき、その端
末部8aを同図（ｃ）のように外方へ向け折り返し、さら
に同図（ｄ）の通り巻き込むようにして上記の折り返し
を繰り返すことで重装曲成部8bを形成する。

一方、セラミックファイバにより帯状に形成された薄
板体９を予め用意しておき、これを重装曲成部8bの内側
に第４図（ｄ）のように挿入し、同図（ｅ）の如く網目
筒体８の他端である端末部8cを外方へ折り返して、重装
曲成部8bの外側に曲成重積させることで、環状の曲成重
積体10を形成するのである。

ここで、上記セラミックファイバによる薄板体９なる
ものは、既知の通り次のような手段により形成されたも
のである。

すなわち、セラミックファイバは、アルミナ（Al
₂O₃）とシリカ（SiO₃）を細粒子状に加工し、これを略
同一量だけ混合した後、電気炉で加熱溶融し、これによ
り得られた液状体を加圧することで、ノズルから細流状
に噴出させて羽毛状のバルクを生成し、さらに当該羽毛
状のバルクを板状体に成形して圧縮することにより得ら
れるものであるが、当該圧縮に際しては有機硬化剤（有
機バインダー）が使用されている。

次に、前記のようにして得られた曲成重積体10は、第
６図に例示するようにプレス加工されるのであり、図示
の如き雄型11を、上記曲成重積体10が嵌装された雌型12
の保持溝穴13に嵌入するのであるが、この際、第６図
（ｄ）′に示す如く薄板体９は、同上保持溝穴13の外周
壁13′側に配される。

上記雄型11は基部11′の内周側から下方へ突設条14が
突設され、かつその下端面に凹弧端面14′が形成されて
いるから、当該プレス加工によって、この曲成重積体10
は断面Ｌ字状に圧潰成形されると共に、雄型11は薄板体
９を次第にＵ字状となるよう変形していき、かくして得
られた弾性支持部材15は、第７図乃至第９図に示す如
く、その通口16を形成する周縁基部17と、同基部17から
直立する起立周端部18を具備すると共に、当該起立周端
部18の先端部には、断面Ｕ字状に変形された薄板体９
が、周縁基部17側へ向けて開口するよう配設されること
となる。

そこで、このような弾性支持部材15を用いて触媒コン
バーター１を組立てるには、これを第９図に示す如く前
掲セラミックハニカム体６の両円周端部縁に被嵌し、前
記のように、これに２分割のケーシング２を被着すれば
よく、かくして、Ｕ字状の前記薄板体９は、その両脚周
部９′,9″が夫々ケーシング２の内周壁３とセラミック
ハニカム体６の外周面との間に押圧状態にて収納される
こととなり、この結果当該薄板体９がケーシング２の端
管部２′より空隙路４に進入しようとする排気ガスを阻
止することとなる。

従って、上記弾性支持部材15を用いれば、従前のもの
と同等の弾性をもってセラミックハニカム体６をケーシ
ング２に弾持できるのはもちろんＵ字状の薄板体９がセ
ラミックハニカム体とケーシング間に挟持され、このた
め従来のように排気ガスが空隙路に進入することなく、
これを確実に阻止し、触媒コンバーターの排気ガス浄化
能を飛躍的に向上させることができる。

しかし、上記の場合にも、これを実際に使用した結
果、或程度の実車期間で、排気ガスの浄化機能が低下し
てくることを確認した。

《発明が解決しようとする課題》そこで、その原因につき究明した結果、前記弾性支持
部材に用いた薄板体、すなわち、既述の如く有機バイン
ダー入りであるセラミックファイバが、700℃〜800℃と
いった高温の排気ガスに晒されることにより、薄板体の
弾力性が損なわれていき、さらに、セラミックファイバ
が飛散して、排気ガスを通し易くしてしまうばかりか、
遂には第10図（ａ）の状態から、同図（ｂ）のように欠
落箇所9aを生ずるに至り、このため排気ガスは、この薄
板体９を通過してしまうこととなり、排気ガスの浄化機
能が急激に低下することとなる。

本発明は、上記の如き薄板体の劣化が何故生ずるのか
につき検討の結果、前記のような高温排気ガスのため、
有機バインダーが酸化して減少して行くことから、セラ
ミックファイバが飛散してしまうことに起因することに
着目し、この薄板体に単なるセラミックファイバを用い
ることなく、請求項（１）の弾性支持部材にあっては、
上記薄板体にシリカゾル、アルミナゾルの選択的水溶液
を含浸するだけでなく、さらにこれを乾燥処理して、当
該薄板体に、外側であるゾル集中硬質表面層と、内側で
あるゾル過疎化軟質内心層とを形成するようにし、前者
である表面層によって薄板体からセラミックファイバ
を、当該無機バインダーにより飛散しないようにすると
共に、後者である内心層によって薄板体に適度の軟質性
を保有させ、これによって耐久性と軟質性による密封性
との兼備された弾性支持部材を提供しようとするのがそ
の目的である。

請求項（２）にあっては、請求項（１）に係る薄板体
につき、その前記乾燥処理に関するタイミングを問題と
しており、薄板体と金属細線による網目筒体とをプレス
加工により環状の曲成重積体としてしまった後に、乾燥
処理を行うようにすることで、上記プレス加工による成
形以前に乾燥処理を実施してしまう場合の如く、プレス
加工時に乾燥処理済の薄板体に割れが発生してしまい、
触媒用シール材として支障が生ずるといった問題を解消
しようとしている。

請求項（３）では、薄板体に含浸すべき無機バインダ
ーの水溶液濃度、その含浸に要する時間、そして乾燥処
理の温度と時間を適切なものとすることで、最も望まし
い弾力性と耐久性の共存化を計るようにしている。

《課題を解決するための手段》本願は上記の目的を達成するために、請求項（１）で
は、セラミックハニカム体の両端外周と、当該セラミッ
クハニカム体を収納するケーシングとの間隙を遮断可能
に装着され、このセラミックハニカム体を上記ケーシン
グに弾持するため、金属細線によりメリヤス編みして得
られた網目筒体を折返してセラミックファイバによる薄
板体を巻込むことにより環状の曲成重積体となし、当該
重積体をプレス加工により押圧成形して、通口を形成す
る周縁基部から起立周端部を直立させたＬ字状断面とな
し、かつ前記薄板体を起立周端部の先端部にあって、周
端基部側へ向け開成した断面Ｕ字状となるよう変形配在
させた弾性支持部材において、前記セラミックファイバ
による薄板体には、当該薄板体にシリカゾル、アルミナ
ゾルの一方または双方の水溶液が含浸されたものを、乾
燥処理することにより得られたゾル集中硬質表面層とゾ
ル過疎化軟質内心層とが形成されていることを特徴とす
る排気ガス触媒コンバーターにおける弾性支持部材を提
供しようとするものであるある。

請求項（２）では、前記請求項（１）における当該薄
板体に対する乾燥処理が、プレス加工による押圧成形の
処理後に行われるようにしたことを、その内容とし、請
求項（３）にあっては同上請求項（１）のシリカゾル、
アルミナゾルの一方または双方の水溶液が１〜５％の濃
度であり、当該水溶液への薄板体浸漬時間が10〜20分程
度、乾燥処理が150℃〜300℃で30〜60分であることを、
その内容としている。

《作用》請求項（１）の弾性支持部材を用いた触媒コンバータ
ーによるときは、これに使用されているセラミックファ
イバにより形成された薄板体には、シリカゾル（Si
O₃）、アルミナゾル（Al₂O₃）の一方または双方が集約
されているゾル集中硬質表面層が存在しているため、高
温である排気ガスに晒されても、上記ゾルである無機バ
インダーが外界へ放出されてしまうことなく薄板体中に
残り、特に当該薄板体の表面層におけるセラミックファ
イバの飛散を阻止し、長期にわたっての排気ガス遮断効
果を維持し得る。

さらに、この薄板体には上記ゾル集中硬質表面層の内
部に、前記無機バインダーの少ないゾル過疎化軟質内心
層が形成されており、従って当該内心層の軟質性によっ
て当該弾性支持部材がクッション作用を発揮し、金属細
線による網目筒体の存在と相俟って、ケーシングとセラ
ミックハニカム体とのにおけるパッキングとしての効用
を果し、当該薄板体とケーシングまたはセラミックハニ
カム体との接触不良による排気ガスの漏出といったこと
も阻止される。

請求項（２）による薄板体にあっては、予め、無機バ
インダの含浸そして、乾燥処理を施したものを用いて、
金属細線による網目筒体に、これを装入してプレス加工
することなく、当該プレス加工により得た弾性支持部材
につき、前記無機バインダーの含浸、乾燥処理を行って
いるので、プレス加工時に薄板体に割れなどが生ずる心
配が全くなくなり、排気ガスが当該割れから漏出してし
まうといった心配もない。

請求項（３）では、これまた薄板体に関し、シリカゾ
ル、アルミナゾルの一方または双方の水溶液が１〜５％
の濃度としたので、製品の軟質性を適度に保有でき、上
記水溶液への薄板体浸漬時間を10〜20分程度とすること
で、上記無機バインダの含浸量も必要かつ十分となり、
かつ乾燥処理が150℃〜300℃で30〜60分としたので、ゾ
ル集中硬質表面層とゾル過疎化軟質内心層との満足すべ
き層形成が行われることとなる。

《実施例》本願につき第１図乃至第３図を参照して、これを詳記
すれば、前記の第５図乃至第８図により説示した既提案
例と以下の内容までは同じである。

すなわち、既提案例と同一の部材については、同一符
合をもって説示するように、セラミックハニカム体６の
両端外周と、当該セラミックハニカム体６を収納するケ
ーシング２との間隙を遮断可能に装着され、このセラミ
ックハニカム体６を上記ケーシング２に弾持するため
に、金属細線７によりメリアス編みして得られた網目筒
原体７′を折返してセラミックファイバによる薄板体９
を巻込むことにより環状の曲成重積体10となし、これを
プレス加工により押圧成形して、通口16を形成する周縁
基部17から起立周端部18を直立させたＬ字状断面とな
し、かつ前記薄板体９を起立周端部18の先端部にあっ
て、周縁基部17側へ向け開成した断面Ｕ字状となるよう
変形配在させることは、当該既提案例と同じである。

ここで、本発明ではセラミックファイバとしての上記
薄板体９をそのまま用いるのではなく、第１図に示す実
施例の如く、上記のようにして得た弾性支持部材原体20
につき、これを、第１図に示す通り容器21に収納された
シリカゾル、アルミナゾルの一方または双方の水溶液22
中に浸漬するなどの手段により、当該水溶液22を薄板体
９に含浸させるのである。

ここで、上記水溶液22としては無機バインダーとして
のシリカゾル、アルミナゾルの双方を用いなくとも、そ
の一方だけで目的を達することができ、この際の濃度は
１〜５％以内のものを使用するのがよく、特に１〜３％
のものが最も望ましく、上記の浸漬時間としては、常温
下10〜20分程度が好ましい。

上記無機バインダーの水溶液22による含浸工程が終れ
ば、第２図（ａ）に示す如く、SiO₃またはAl₂O₃等の水
溶液22が、当該薄板体９に対して、その内心位置までゾ
ルが浸入し、略均一な含有材となる。

本発明では、さらに上記含浸処理物を乾燥工程に移す
のであるが、この際の乾燥温度としては150℃〜300℃、
乾燥時間は30〜60分が好適である。

このような乾燥処理を行うことで、薄板体９の内心部
から水分が蒸発して行うこととなり、これと一緒にゾル
部分としてのSiO₃またはAl₂O₃が表面に浮き出してくる
ことで、最終的には、内心部にあって実質的にゾル部分
が残らなくなり、当該ゾル部分が外表面に集中すること
となり、この結果、第２図（ｂ）のように薄板体９の外
面側にゾル集中硬質表面層23aが、内心側にはゾル過疎
化軟質内心量23bが形成されることとなり、本発明に係
る弾性支持部材24が完成する。

ここで、上記の実施例ではプレス加工等を終って得た
弾性支持部材原体20につき、薄板体９に対する乾燥処理
を行うようにしており、このようにすることが、薄板体
９に対する乾燥処理後に、プレス加工を施すことで、乾
燥処理にて硬化した薄板体に割れが入るといった支障を
生じさせない点で勝っているが、もちろん、ゾル濃度を
低くすることで、硬化の程度を下げるようにすれば、予
め、セラミックファイバとしての薄板体にシリカゾル、
アルミナゾルを含浸、そして乾燥処理し、これを網目筒
体８に巻込んで曲成重積体10となし、次いで、プレス加
工するといった手順の採択も可能である。

このようにして得られた薄板体９は、その外面側にゾ
ル部分の集約された前記ゾル集中硬質表面層23aが形成
されるので、高温である排気ガスに晒されても、無機バ
インダーが不本意に放散され、これによりセラミックフ
ァイバが外界へ飛散して、通気遮断の性能が劣化してし
まうことなく、しかも内心側にゾル過疎化軟質内心層23
bが存することから、ここに軟質性が保持され、当該薄
板体９に、クッション作用を保有させることができるの
であり、この際、ゾル濃度を高くして前記の浸漬加工を
行うと、当該ゾル過疎化軟質内心層23bの部分が小さく
なり、全体のクッション性を低下させることができる。

《発明の効果》本願は、以上のようにして構成することのできるもの
であるから、請求項（１）の弾性支持部材によれば、こ
れに採択されている薄板体が、ゾル集中硬質面層だけで
なくゾル過疎化軟質内心層をも有していることから、全
体として適度のクッション性を保有し、従って網目筒体
になじみ易く、しかもセラミックハニカム体との密着性
もよいので排気ガスの漏出がなく、排気ガスの遮断効果
は良好となる。

さらに、上記薄板体におけるゾル集中硬質表面層の形
成により、無機バインダーによるセラミックファイバの
飛散が阻止され、長期にわたり高温排気ガスの遮断性能
を保持させることができた。

因に、上記弾性支持部材を用いて実車テストを行うこ
とで、第３図の図表に示されている通り、排気ガスによ
る加熱温度を上昇させた際の、SiO₃またはAl₂O₃の放出
量（弾性支持部材の全重量を測定することにより測知）
に基づく当該弾性支持部材（薄板体）の酸化減量率
（％）を確認した。

この結果、同図の如く前記の既提案例による弾性支持
部材の場合には、上記の加熱温度が上昇するに従って、
急激に酸化減量率（２％〜４％）が、ラインＡの如く大
きくなるのに対し、本発明によるときは、ラインＢの通
りで酸化減量率（２％以下）も低く、しかも加熱温度の
変化に伴う当該酸化減量率の変動も小さいことがわか
り、このデータにより長期間の実車使用によっても性能
劣化が少ないことを確認し得た。

請求項（２）によるときは、上記薄板体につきその無
機バインダーに関する乾燥処理を、プレス加工後に選定
したので、薄板体に割れが生ずるといった不測の障害発
生を皆無とすることができ、請求項（３）では、その薄
板体形成に際し、ゾル水溶液濃度、その浸漬時間、乾燥
処理の温度と時間とを適切に設定することで、そのクッ
ション作用と耐久性につき最も望ましい結果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る排気ガス触媒コンバーターにおけ
る弾性支持部材に関し、未完成品である弾性支持部材原
体をシリカゾル等の水溶液に浸漬した状態を示す一部切
欠の斜視説明図、第２図（ａ）（ｂ）は、夫々同上浸漬
処理後の弾性支持部材原体と、これを乾燥処理した完成
弾性支持部材を示す各縦断説明図、第３図は上記弾性支
持部材による排気ガスコンバーターの実車テストによる
高温排気ガス温度と酸化減量率（％）との関係を示す図
表、第４図は旧来の弾性支持部材を用いた排気ガスコン
バーターの縦断正面図、第５図（ａ）〜（ｅ）は、既提
案例に係る弾性支持部材の未完成品である環状の曲成重
積体製造工程を示す各略示断面図、第６図（ａ）
（ｄ）、（ｂ）（ｅ）、（ｃ）（ｆ）は上記曲成重積体
のプレス加工工程を示すプレス金型の各略示断面図と、
これに対応する変形された曲成重積体の各略示断面図、
第７図は同上弾性支持部材の斜視図、第８図は第７図の
VIII−VIII線断面図、第９図は第７図の弾性支持部材を
施した排気ガスコンバーターの部分縦断正面図、第10図
（ａ）（ｂ）は同上支持部材の薄板体を示す夫々使用前
と長期使用後を示す部分斜視図である。２……ケーシング６……セラミックハニカム体７……金属細線８……網目筒体９……薄板体 10……曲成重積体 16……通口 17……周縁基部 22……シリカゾル、アルミナゾルの一方または双方の水
溶液 23a……ゾル集中硬質表面層 23b……ゾル過疎化軟質内心層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックハニカム体の両端外周と、当該
セラミックハニカム体を収納するケーシングとの間隙を
遮断可能に装着され、このセラミックハニカム体を上記
ケーシングに弾持するため、金属細線によりメリヤス編
みして得られた網目筒体を折返してセラミックファイバ
による薄板体を巻込むことにより環状の曲成重積体とな
し、当該重積体をプレス加工により押圧成形して、通口
を形成する周縁基部から起立周端部を直立させたＬ字状
断面となし、かつ前記薄板体を起立周端部の先端部にあ
って、周縁基部側へ向け開成した断面Ｕ字状となるよう
変形配在させた弾性支持部材において、前記セラミック
ファイバによる薄板体には、当該薄板体にシリカゾル、
アルミナゾルの一方または双方の水溶液が含浸されたも
のを、乾燥処理することにより得られたゾル集中硬質表
面層とゾル過疎化軟質内心層とが形成されていることを
特徴とする排気ガス触媒コンバーターにおける弾性支持
部材。
【請求項２】薄板体に対する乾燥処理が、プレス加工に
よる押圧成形の処理後に行われるようにした請求項
（１）記載の排気ガス触媒コンバーターにおける弾性支
持部材。
【請求項３】シリカゾル、アルミナゾルの一方または双
方の水溶液が１〜５％の濃度であり、当該水溶液への薄
板体浸漬時間が10〜20分程度、乾燥処理が150℃〜300℃
で30〜60分である請求項（１）記載の排気ガス触媒コン
バーターにおける弾性支持部材。