JP3269533B2 - 排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メタル担体を収納した
排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法に関する。本
発明の製造方法によれば、容器とメタル担体との相対移
動を確実に防止できる。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンなどからの排気ガスを浄
化する排気ガス浄化用触媒コンバータとして、メタル担
体に触媒金属を担持し、それを容器内に収納したものが
知られている。この種の触媒コンバータの製造方法とし
ては、アルミニウム含有フェライト系合金などから形成
された箔状の平板と波板を巻回してメタル担体を形成す
る。そしてメタル担体の表面に活性アルミナからなる触
媒担持層を形成し、その触媒担持層に触媒金属を担持さ
せて触媒化する。この触媒化されたメタル担体を容器内
に収納し、触媒コンバータとしている。このメタルハニ
カム触媒は担体が箔状の金属製であるため、モノリス担
体などに比べて熱伝動率が高くかつ熱容量が小さいので
早期に温度が上昇し、始動時の浄化性能に優れている。

【０００３】ところで、メタル担体は薄肉であるため
に、その固定方法に種々の工夫が凝らされている。例え
ば、板厚１．５ｍｍ程度の金属製外筒に挿入しロウ付け
により接合して固定することが行われている。しかしこ
の方法では、メタル担体と外筒との熱膨張率の違いによ
り熱応力が生じ、メタル担体に破断が生じる場合があっ
た。そのためロウ付け位置などを工夫して対処する必要
がある。さらに、メタル担体の熱が外筒に伝わり易く伝
熱による熱損失が生じ、また、排気脈動による放射音も
大きくなる傾向にある。

【０００４】そこで、メタル担体の両端をリテーナで固
定する方法がある。またセラミックハニカム体の固定方
法として、特開平２−４３９５５号公報、特開平２−８
６８４７号公報などに開示されているように、セラミッ
クウールなどのシール材でメタル担体を被覆し、それを
容器内に収納して固定する方法が考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】メタル担体の両端をリ
テーナで固定する方法では、熱膨張によりメタル担体に
発生する応力を吸収できず、リテーナを通じての熱損失
も生じる。一方、セラミックウールなどのシール材を用
いれば、その断熱効果及び吸音効果により暖気性向上と
放射音低減に効果がある。また適度な弾力も備えている
ため、メタル担体の熱膨張による応力も吸収することが
でき、メタル担体の破断も防止できる。

【０００６】ところがシール材を用いる固定方法におい
ては、メタル担体自体の強度が小さいため強く締着する
ことができず、シール材とメタル担体の間における固定
強度が本質的に小さいために、使用時の振動などにより
メタル担体がシール材に対して軸方向あるいは周方向に
相対移動するという不具合が生じる。 なお、上記した
特開平２−４３９５５号には、シール材と接触するセラ
ミックハニカム担体表面を粗面化した溶射面とし、シー
ル材が溶射面に食い込むことでセラミックハニカム担体
とシール材とを強固に固定することが開示されている。
また特開平２−８６８４７号公報には、サンドブラスト
処理などによりセラミックハニカム担体表面を粗面化し
て固定強度を向上させることが開示されている。しかし
ながらメタル担体の平板及び波板の厚さは極めて薄いた
めに、上記公報に記載の方法をそのままメタル担体とシ
ール材との結合に利用することは困難である。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、シール材とメタル担体とを強固に固定する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法は、ハニ
カム形状をなしアルミニウム含有合金から形成されたメ
タル担体の最外周表面を除いて活性アルミナ層を形成し
触媒化する第１工程と、触媒化されたメタル担体の最外
周表面をセラミックシール材で筒状に被覆するとともに
容器内に収納する第２工程とからなり、第２工程は、セ
ラミックシール材で被覆されたメタル担体を加熱しメタ
ル担体の最外周表面にアルミナウィスカを成長させセラ
ミックシール材とアルミナウィスカを一体的に結合させ
る工程を含むことを特徴とする。

【０００９】第１工程において、メタル担体の最外周表
面を除いて活性アルミナ層を形成するには、メタル担体
全体に活性アルミナ層を形成し、その後最外周表面の活
性アルミナ層を研磨などで除去する方法、あるいは最外
周表面をマスキングした状態で活性アルミナ層を全体に
形成する方法などがある。これによってメタル担体の最
外周表面はアルミニウム含有合金が表出した状態とな
る。なお活性アルミナ層には、従来と同様に白金、ロジ
ウムなどの貴金属系触媒金属あるいは卑金属系触媒金属
が担持され、触媒化される。

【００１０】第２工程では、メタル担体をセラミックシ
ール材で被覆した後、あるいはセラミックシール材で被
覆されたメタル担体が容器内に収納されて触媒コンバー
タとされた後、メタル担体が加熱される。この加熱は加
熱工程として意図的に行ってもよいし、排気ガス浄化触
媒として使用時に排気ガスにより加熱されることで行う
こともできる。この加熱により、メタル担体のアルミニ
ウム含有合金が表出した表面ではアルミナウィスカが生
成し、セラミックシール材のセラミック繊維を取り込む
ように成長するため、メタル担体とセラミックシール材
とは一体的に結合する。したがって、セラミックシール
材としては、アルミナウィスカと親和性の高いものが望
ましく、アルミナを含んだものが望ましい。例えば、未
膨張ひる石、無機繊維、有機弾性結合材等からなるシー
ル材（「イビウール」イビデン（株）製）、アルミナ、
シリカ等のセラミックファイバからなる断熱材（「カオ
ウール１４００」イソライト工業（株）製）等がある。

【００１１】

【作用】本発明の製造方法では、最外周表面にアルミニ
ウム含有合金が表出したメタル担体にセラミックシール
材が被覆され、その状態で加熱される。すると表出した
アルミニウム含有合金表面が酸化され、アルミナウィス
カが成長する。アルミナウィスカはセラミックシール材
の繊維を取り込むように成長し、かつアルミナウィスカ
がシール材中に食い込むことによる投錨効果も得られる
ため、メタル担体とセラミックシール材とは一体的に強
固に結合される。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例１） 〔第１工程〕アルミニウム含有フェライト系合金（Ｆｅ
−２０Ｃｒ−５Ａｌ）からなる板厚５０μｍの箔を用い
て平板及び波板を作製し、重ねてロール状に巻回して直
径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍのメタル担体とした。次
に活性アルミナ、水及びバインダからなるスラリーにこ
のメタル担体を浸漬し、引き上げて余分なスラリーを吹
き払った後、１００℃で１時間乾燥後７００℃で２時間
焼成して、メタル担体の全表面に活性アルミナからなる
触媒担持層を形成した。

【００１３】そしてジニトロジアンミン白金水溶液中に
全体を１時間浸漬し、引き上げて余分な水滴を吹き飛ば
した後、１２０℃で２時間乾燥して担体１リットル当た
り１ｇの白金を担持させた。次いで塩化ロジウム水溶液
に浸漬し、同様にして担体１リットル当たり０．２ｇの
ロジウムを担持させてメタル担体触媒を得た。 〔第２工程〕上記メタル担体触媒の最外周表面をサンド
ペーパで研磨し、貴金属触媒を含む触媒担持層を除去し
て合金面を表出させた。なお、ここではサンドペーパを
用いたが、ショットブラスト、バフ研磨などの方法で研
磨することもできる。

【００１４】次に、有機アミン処理された未膨張ひる石
６９．２重量％と、アルミナ系セラミック繊維（「イビ
ウール」イビデン（株）製）２６．０重量％と、アクリ
ロニトリルブタジエン２．８重量％と、モンモリロナイ
ト２．０重量％とからなるセラミックシール材２を用意
し、図２に示すように上記で研磨されたメタル担体触媒
１の最外周表面に巻き付けた後、図１に示すように２分
割のクラムシェルタイプの容器３に収納し、加圧下で容
器３を溶接して本実施例の触媒コンバータとした。

【００１５】この触媒コンバータを直列６気筒・３００
０ｃｃのガソリンエンジンの排気系に装着し、表１に示
す２種類の運転条件を６００サイクル繰り返す耐久試験
を行った。

【００１６】

【表１】 耐久試験中１００サイクル毎に触媒コンバータを取り外
し、メタル担体触媒１のずれの有無を目視で観察した。
結果を表２に示す。なお本実施例では、６００サイクル
経過後に、セラミックシール材２とメタル担体触媒１と
が強固に密着していることが確認された。これはメタル
担体表面にアルミナウィスカが成長し、アルミナ繊維を
含むセラミックシール材と結合したことによるものであ
る。 （比較例１）第２工程でメタル担体の表面を研磨しなか
ったこと以外は実施例１と同様にして触媒コンバータを
製造し、同様に耐久試験を行った。結果を表２に示す。 （比較例２）実施例１の第１工程において、触媒担持層
をもつメタル担体の最外周表面に突起を形成し、その後
貴金属触媒を同様に担持した。そして実施例１と同様の
第２工程を行って触媒コンバータを製造し、同様に耐久
試験を行った。結果を表２に示す。なお、突起は直径２
ｍｍ，高さ１ｍｍであり、突起中心を５ｍｍ間隔で格子
状に最外周表面全体に設けた。 （評価）

【００１７】

【表２】 実施例１の方法によれば、耐久試験中すなわち使用時に
排気ガスの熱で加熱されることにより、メタル担体の研
磨された最外周表面が酸化されてアルミナウィスカが成
長する。このアルミナウィスカがセラミックシール材の
繊維を取り込みながら成長し、セラミックシール材とメ
タル担体とを強固に結合する。したがって耐久試験にお
いて熱応力が作用してもセラミックシール材と一体化
し、ずれが生じない。

【００１８】一方、研磨工程が行われなかった比較例で
は、突起を形成することで若干の効果は見られるもの
の、実施例ほどの結合強度が得られず熱応力によりずれ
が生じている。

【００１９】

【発明の効果】したがって本発明の製造方法によれば、
加熱するだけでメタル担体とセラミックシール材を容易
に一体化することができる。したがって工数の増大もほ
とんどなく、コスト面で有利である。使用時の排気ガス
の熱で加熱するようにすれば、工数を一層低減すること
ができる。さらに外筒を用いず分割タイプの容器中にロ
ウ付け接合せずに収納することができるので、高価なロ
ウ材や高温高真空熱処理が不要となり、一層安価に製造
することができる。

【００２０】そして得られた触媒コンバータによれば、
セラミックシールをもつため暖気性の向上および放射音
の低減を図ることができる。またアルミナウィスカによ
り一体的に結合しているため、使用時にセラミックシー
ル材とメタル担体が相対移動するような不具合が確実に
防止されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で製造された触媒コンバータ
の断面図である。

【図２】実施例においてメタル担体にセラミックシール
材を巻き付けた状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１：メタル担体触媒 ２：セラミックシール材
３：容器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハニカム形状をなしアルミニウム含有合
   金から形成されたメタル担体の最外周表面を除いて活性
   アルミナ層を形成し触媒化する第１工程と、 触媒化された該メタル担体の最外周表面をセラミックシ
   ール材で筒状に被覆するとともに容器内に収納する第２
   工程と、からなり、 該第２工程は、該セラミックシール材で被覆された該メ
   タル担体を加熱し該メタル担体の最外周表面にアルミナ
   ウィスカを成長させ該セラミックシール材と該アルミナ
   ウィスカを一体的に結合させる工程を含むことを特徴と
   する排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法。