JP3751270B2

JP3751270B2 - シール材およびそれを用いた排気ガス浄化用コンバーター

Info

Publication number: JP3751270B2
Application number: JP2002212732A
Authority: JP
Inventors: 敬一阪下; 浩司福島
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2003129832A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガス浄化用コンバーターの断熱シール材に係り、特に、触媒保持体周囲とシェルとの間に配置されるシール材およびそれを用いた排気ガス浄化用コンバーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すごとく、主として車両に搭載する排気ガス浄化用コンバーター９においては、触媒保持体９４と該触媒保持体９４の外方を覆う金属製のシェル９２と、両者の間に配置した緩衝シール材９３とよりなる。上記触媒保持体９４には白金等の触媒が担持されている。触媒保持体９４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。なお、図４において、符号９１０は排気パイプ９５取付用のフランジである。
【０００３】
次に、上記緩衝シール材９３は、図５に示すごとく、金属ネット９３１により外周部分を補強した無機シート９３２を用いる。無機シート９３２はバーミキュライトとセラミックファイバーとの混合物をシート状に成形したものである。上記緩衝シール材９３は、自動車の走行中等において触媒保持体９４が外周の金属製のシェルと当接した際の損傷を防ぎ、また、シェル９２と触媒保持体９４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。また、近年金属ネット９３１を用いる事なく、無機シート９３２のみを用いたコンバータも用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記緩衝シール材９３に使用されているバーミキュライトは、排気ガスの高い温度において、その内部に含まれている水分が徐々に蒸発していく。そのため、緩衝シール材は長期間の使用中に、膨張圧力が低下してしまう。このため、シェル９２と触媒保持体９４との間に隙間ができ、緩衝性及びシール性が低下してしまう。特に、バーミキュライトは、８５０℃を越えると、上記の水分蒸発が著しい。更に、近年燃費向上の為に普及しつつあるリーンバーンエンジンにおいては、排気ガス温度が９５０℃を越えることがある。このため、一層、バーミキュライトの膨張圧力の低下が問題になる。
【０００５】
そこで、耐熱性に優れ、かつ膨張圧力の低下のないセラミックファイバー層による緩衝シール材を使用することが考えられる。この場合には、図６に示すごとく、セラミックファイバー層９６により触媒保持体９４の周囲を布団のようにして覆い、これらを上シェル９２１と下シェル９２２との間に埋没させようとするものである。しかし、セラミックファイバーは大変脆い物質である。このため、図７に示すごとく、上シェル９２１及び下シェル９２２と触媒保持体９４との間にセラミックファイバー層９６を組入れる際に、強い力を加えたり、擦ったりすると、容易に粉体化してしまう。特に上記のごとく、触媒保持体９４の周囲をセラミックファイバー層９６で覆ったものを、下シェル９２２と上シェル９２１との間に無理に入れようとすると、両シェルの角部９２０とセラミックファイバー層の当接部分９６１において著しい摩擦や押圧力が働き、その当接部分９６１におけるセラミックファイバー層が崩れてしまい、緩衝シール材としての役目を果たさなくなってしまう。
【０００６】
そこで、従来のバーミキュライトを用いたシール材（（商品名：インタラムマット（３Ｍ社製）、イビウールフレックス（イビデン社製））に於いては、セラミックファイバーとバーミキュライトに、エマルジョンラテックス等のバインダーを添加し湿式抄造成形し、更に加圧プレス、乾燥といった工程をとり、セットするときの厚みを薄くし、通常排気ガスコンバーターに取り付け易いようにしていたが、前記耐熱性の問題のみでなく、複雑な工程をとる為、製造コストが高いという欠点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、高温で劣化することなく、かつ損傷を受けることなく低コストで組付けることができるシール性に優れたシール材と、そのようなシール材を用いた排気ガス浄化用コンバーターを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、触媒保持体とその触媒保持体の外方を覆うシェルとの間に配置されたセラミックファイバー層から構成されるシール材において、
前記セラミックファイバー層は、触媒保持体側のセラミックファイバーと前記シェル側のセラミックファイバーの２層構造とすると共に、前者の長辺を後者の長辺よりも長くし、かつ前記セラミックファイバー層を気密シートにより密閉したことを特徴とする。
上記シール材において、前記触媒保持体側のセラミックファイバーは、アルミナファイバーから構成されることが望ましい。
上記シール材を、触媒保持体とその触媒保持体の外方を覆うシェルとの間に配置して、排気ガス浄化用コンバーターを形成することが望ましく、その排気ガス浄化用コンバータを組立てる際には、板状のセラミックファイバーを気密シートの中に入れて、円筒状の型に配し、その気密シートの内部を減圧することによりセラミックファイバーの厚みを減少させ、セラミックファイバーの嵩密度を０．１０〜０．４０ｇ／ｃｍ³とするとともに、触媒保持体とシェルの組みたて後のクリアランスの１．０〜２．５倍の厚みとしたのち気密シートを密閉し、その後、この減圧密閉されたセラミックファイバーを触媒保持体とシェルの間に配置し、加圧組付けすることによって行いことが望ましい。
さらに、前記気密シートは、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンアイオノマー樹脂等の有機合成シートから構成することが望ましい。
【０００９】
まず、上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、上記触媒保持体は、例えばコージェライト、アルミナまたはクロム系ステンレス等により作成する。また、上記シェルは、例えば断面が長円形、円形の筒である。また、上記シェルは、例えば金属製である。また、上記気密シートは、上記セラミックファイバー層を被覆しているものであり、後述のごとく、セラミックファイバーをシェルの間に容易に埋没するため、あるいはセラミックファイバーを触媒保持体に容易に巻き付けるために用いられたものである。また、上記構造のコンバーターは、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、上記気密シートは焼却されてしまう。或いは、上記気密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。
【００１０】
次に、上記セラミックファイバー層の製作においては、円筒状の型に前記気密シートを配し、その後、板状のセラミックファイバーを継ぎ目に一定の間隔を有するように配し、さらに気密シートを配して、気密シートの減圧開口部を除いてホットメルトや接着剤等により両気密シートのセラミックファイバー周囲を貼り合わせファイバーシール体となし、該ファイバーシール体の内部を減圧し、気密シートの減圧開口部をホットメルトや接着剤等により貼り合わせ、完全密閉する。これにより、上記セラミックファイバー層の厚みが減少した円筒形のファイバーシール体が得られる。次に、前記一定の間隔を有するように配した継ぎ目間で気密シートを切断しておく。
【００１１】
前記ファイバーシール体の組み付け前厚みは、触媒保持体とシェルとのクリアランスの１．０〜２．５倍の厚さにしなけれはならない。上記ファイバーシール体の組み付け前厚みが上記クリアランスの１倍未満、即ち薄いと、コンバーター組立後の取り扱い、輸送時に、触媒保持体の位置がずれてしまったり、セラミック製の触媒保持体の場合、まれには、破損してしまう為である。また、２．５倍を越える厚さの場合は前述した如く、組立ての作業性が極めて悪くなるばかりか、セラミックファイバー層が崩れてしまうからである。
【００１２】
また、この減圧密閉時のセラミックファイバーの嵩密度は、０．１０〜０．４０ｇ／ｃｍ³の範囲でなければならない。嵩密度が小さすぎると、セラミックファイバーの復元力が弱く、自動車のエンジン振動または走行振動により、触媒保持体４が踊り、セラミックファイバー層が粉化したり、摩滅するばかりでなく、排気ガスが、セラミックファイバー層を貫通してしまうからである。逆に、嵩密度が大きすぎると、後工程である加圧組立時の圧力でセラミックファイバー自体が圧壊したり、触媒保持体が、破損、変形してしまうからである。
【００１３】
次に、上記気密シートにより厚みを薄くしたセラミックファイバーを、触媒保持体にとりつけたのち、上シェルと下シェルを当て、上下より加圧して、上シェルと下シェルを密着させ、シェルの外周部をクリンチ加工したり、ボルト・ナットにて固定する。
【００１４】
次に、前記のごとく、上記気密シートは上記排気ガス浄化用コンバーターの製作終了後に加熱焼却することもできる。また、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、上記気密シートの一部または全部が残留していても構わない。
【００１５】
上記セラミックファイバー層は、アルミナ繊維、シリカ−アルミナ繊維、シリカ繊維の不織布から選ばれる材料によりなることが好ましい。これらはいずれも耐熱性に優れた物質である。さらに、上記セラミックファイバー層は、材料コストを考慮して、高温となる触媒保持体側に比較的高価ではあるがより耐熱性に優れたアルミナ繊維を配し、その外側の低温側にアルミナ繊維よりも相対的に耐熱性に劣るが比較的安価なシリカ−アルミナ繊維を配する等の２層構造とすることができる。
【００１６】
また、上記気密シートは、シリコン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、アイオノマー樹脂等の有機合成シートを用いる。特に、シェル内へのファイバーシール体の組付けが更に容易に行われるためには、気密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、上記気密シートは、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、上記の気密シートの材料の中でポリ塩化ビニル、ポリエチレン、アイオノマー樹脂が最も好ましい。また、上記気密シートの外面に潤滑油等をコーティングし、潤滑性を増加させる事も効果的である。
【００１７】
【作用及び効果】
本発明にかかるシール材を構成するセラミックファイバー層および排気ガス浄化用コンバーターのシール層として配設されるセラミックファイバー層は、耐熱性に優れているため、排気ガス、特に高温のリーンバーン排気ガスに曝されても、従来のバーミキュライト製の緩衝シール材のように膨張圧力の低下による変形、品質の劣化を起こすことがない。
また、上記セラミックファイバー層を、高温となる触媒保持体側の部分（曲率半径が小さい内側）および比較的低温となるシェル側の部分 ( 曲率半径が大きい外側 ) との２層構造とする、たとえば、高温となる内側部分には耐熱性に優れたセラミックファイバーを配し、低温となる外側部分には耐熱性の若干劣るセラミックファイバーを配することによって、セラミックファイバー層の変形、品質の劣化の防止と材料コストの低減を図ることができる。
また、低温となる外側部分には、より柔軟性に富むセラミックファイバーを配し、高温となる内側部分には、比較的に柔軟性に劣るセラミックファイバーを配することによって、触媒保持体やシェルとの密着性をより向上させることができる。
さらに、セラミックファイバー層を構成する触媒保持体側のセラミックファイバーの長辺を、シェル側のセラミックファイバーの長辺よりも長くすることによって、触媒保持体に巻き付けた際に、係合部において隙間を無くすことができるので、シール性を向上させることができる。
【００１８】
本発明にかかるシール材を用いて排気ガス浄化用コンバーターを製造する際には、上記セラミックファイバー層は、気密シートで被覆され、気密シート内部が減圧された状態にある。そのため、上記セラミックファイバーはその厚みが減少し、触媒保持体とシェルとの間の間隔と同等乃至それより１５０％大きい厚みとなる。それ故、上記セラミックファイバー層は複雑な工程を必要とすることなく、しかも確実容易にシェルと触媒保持体との間に組み付ける事ができるとともに、排気ガス浄化用コンバーター組立て後の取り扱い、輸送時に於いても、触媒保持体がシェルの内で動いたり、破損することがない。このように、脆いセラミックファイバー層は、これに損傷を与えることなく、容易にシェル内に組付けることができる。さらに、前記ファイバーシール体は、触媒保持体の外周とシェルの内周に近似の長さで円筒状に形成されるため、継ぎ目付近のセラミックファイバー充填密度が他部位に比べ低下することがなく触媒保持体の全周に渡って均一な充填密度となる。
【００１９】
上記のごとく、本発明によれば、耐熱性および柔軟性に優れたシール材を損傷させることなく、低コストで確実容易に、排気ガス浄化用コンバーターに組み付けすることができ、シール層が高温で劣化することのないシール特性に優れた排気ガス浄化用コンバーターを提供することができる。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
まず、本発明の実施例により製造される排気ガス浄化用コンバーターにつき、図１を用いて説明する。図１に示すごとく、本例の排気ガス浄化用コンバーター１は、触媒保持体４と、該触媒保持体４の外方を覆うシェル２と、両者の間に配置したセラミックファイバー層３１とよりなり、上記セラミックファイバー層３１は、気密シート３２により被覆されている。そして、上記セラミックファイバー層３１は、触媒保持体４側をアルミナファイバー、シェル側をシリカ−アルミナセラミックファイバーの２層構造、上記気密シート３２はポリエチレン、上記触媒保持体４はコージェライトよりなる。なお、符号３９は、上記セラミックファイバー層３１を配置する際に生じた継目である。上記シェル２は上シェル２１と下シェル２２とからなる。上記上シェル２１と下シェルと２２は、共に断面が半長円形の殻である。その両端には、ボルト穴２１１を有するフランジ２１０、２２０が設けられている。また、上記触媒保持体４は、断面が格子状のハニカム体である。上記断面は長円で、その大きさは、長径が１５０ｍｍ、短径が１００ｍｍである。本例の排気ガス浄化用コンバーター１においては、触媒保持体４とシェル２との間にシール層として、セラミックファイバー層３１を配設している。また、上記セラミックファイバー層３１は気密シート３２で被覆されている。これにより、耐熱性に優れてはいるが、脆く、摩擦等に弱い、セラミックファイバー層３１を損傷することなく、シェル２内に組付けることができる。このため、本例のセラミックファイバー層３１は、排気ガス、特に高温のリーンバーン排気ガスに曝されても、従来のバーミキュライト製の緩衝シール材のように膨張圧力の低下による変形、品質の劣化を起こすことがない。
【００２１】
次に、本発明である排気ガス浄化用コンバーターの製作方法を示す。図２（Ａ）に示すごとく、触媒保持体側に短辺１００ｍｍ、長辺４００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、嵩密度０．１０ｇ／ｃｍ³の板状のアルミナファイバーとシェル側に短辺１００ｍｍ、長辺４２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのシリカ−アルミナセラミックファイバーからなるセラミックファイバー３１を準備する。上記セラミックファイバー３１には端部に凹状係合部３１０、及び該凹状係合部３１０に噛合させる凸状係合部３１１を設ける。なお、本例のセラミックファイバー３１は、触媒保持体にまきつけた時にその周長の差から係合部で隙間ができぬよう、シリカ−アルミナセラミックファイバーの長辺をアルミナファイバーの長辺より若干長く形成し、シール性を向上させた構成とした。一方、図２（Ｂ）に示すごとく、ポリエチレンよりなる熱融着フィルム３２を準備する。次いで、図２（Ｃ）の示すごとく、上下面長円形状（長径１６０ｍｍ、短径１１０ｍｍ）の円筒状金型５１０側面に気密シート３２を配し、さらに、前記セラミックファイバー３１をその凹状係合部３１０と凸状係合部３１１に一定の間隔を有するように配し、さらに、気密シート３２を配する。これを真空パック装置により、内部を減圧すると同時に、セラミックファイバー３１の周囲のフィルム３２をホットメルトにより貼り合わせ、完全密閉する。次いで、フィルムの余分な部分を切断する。これにより、図２（Ｄ）に示すごとく、セラミックファイバー３１の厚みが減少し、厚み１０ｍｍ、嵩密度０．２５ｇ／ｃｍ³となるファイバーシール体３ができる。この後、ファイバーシール体３の外面に潤滑油をコーティングした。次に、図３（Ａ）に示すごとく、触媒保持体４を上記ファイバーシール体３で覆う。次いで、図３（Ｂ）に示すごとく、該ファイバーシール体３を触媒保持体４の周囲に密着被覆する。この時、上記セラミックファイバー３１の両端の凹状係合部３１０と凸状係合部３１１を互いに噛合させる。この部分が継目３９である。次いで、図３（Ｃ）に示すごとく、上記ファイバーシール体３を下シェル２２の上部に置く。更にファイバーシール体３の上に上シェル２１を載置し加圧する。その後、フランジのボルト穴にボルトを挿入し、上シェル２１と下シェル２２とを固定する（図１）。上記のごとく、本例によれば、セラミックファイバー３１に損傷を与えることなく、セラミックファイバー３１を容易にシェル２と触媒保持体４との間に取付けることができ、かつ継ぎ目３９のセラミックファイバー充填密度が低下することなく、排気ガス浄化用コンバーター１を容易に製作することができる。尚、このときの、触媒保持体４とシェル２のクリアランスは６ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される排気ガス浄化用コンバーターの断面斜視図。
【図２】実施例１の製作方法の説明図。
【図３】図２に続く、実施例１の製作方法の説明図。
【図４】従来における排気ガス浄化用コンバーターの縦断面図。
【図５】従来における排気ガス浄化用コンバーターの緩衝シール材の構成図。
【図６】従来における緩衝シール材の取付に関する説明図。
【図７】図６に続く、緩衝シール材の取付に関する問題点の説明図。
【符号の説明】
１排気ガス浄化用コンバーター
２シェル
２１上シェル
２２下シェル
３ファイバーシール体
３１セラミックファイバー層
３２気密シート
４触媒保持体

Claims

触媒保持体と該触媒保持体の外方を覆うシェルとの間に配置されたセラミックファイバー層から構成されるシール材であって、
前記セラミックファイバー層は、触媒保持体側のセラミックファイバーと前記シェル側のセラミックファイバーの２層構造とすると共に、触媒保持体側のセラミックファイバーの長辺を、シェル側のセラミックファイバーの長辺よりも長くし、かつ前記セラミックファイバー層を気密シートにより密閉したことを特徴とするシール材。
前記触媒保持体側のセラミックファイバーは、アルミナファイバーから構成されることを特徴とする請求項１に記載のシール材。
請求項１または２に記載のシール材を、触媒保持体と該触媒保持体の外方を覆うシェルとの間に配置して構成した排気ガス浄化用コンバーター。