JP4457457B2

JP4457457B2 - 排気ガス浄化用触媒コンバータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4457457B2
Application number: JP2000058618A
Authority: JP
Inventors: 啓二山田; 浩司福島
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: JP2001248431A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，自動車等の内燃機関に用いられる排気ガス浄化触媒コンバータ及びその製造方法に関し，特に保持シール材の組み付け方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両に搭載する排気ガス浄化用触媒コンバータは，排気ガスを浄化する触媒を担持した触媒保持体と，触媒保持体の外方を覆う金属シェルと，両者の間に配置した保持シール材とからなる。
保持シール材は，バーミキュライトとセラミックファイバー等との混合物を主成分とするものであったが，近年，環境への影響及び排ガス温度の上昇を考慮して，耐熱性に優れる無機質繊維のみからなる保持シール材も用いられている。
保持シール材は，自動車の走行中において，触媒保持体が外周の金属シェルと当接したときの触媒保持体の破損を防ぐ。また，金属シェルと触媒保持体との間から排気ガスがリークすることも防止する。
ここで，無機繊維からなる保持シール材は，初期状態が極めて嵩高いため，組み付け性が著しく低下する。
【０００３】
そこで，発明者らは，かかる保持シール材を有機フィルムを用いて真空包装し厚みを減少させることにより，触媒保持体への組み付け性を改善することを提案した（特開昭５７−１４６９５４号公報，特開昭５９−１２６０２３号公報）。また，保持シール材を触媒保持体へ巻きつけ触媒保持体ごと真空包装する方法も提案した（特開昭５０−６３５４９号公報）。これらの方法では，真空包装された触媒保持体は，予め二分割した金属シェルの間に挟み込まれる。
【０００４】
また，作業性向上のため，金属シェルを最初からパイプ状にしておき，触媒保持体に巻きつけた保持シール材を圧入することが考えられる。この場合，保持シール材を金属シェルへ圧入するにあたっては，予め保持シールを有機フィルムで真空パックして厚みを減少させる方法や保持シール材に予め有機バインダーを添加して所定厚みに成形する方法をとることができる。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，保持シール材の厚みを薄くするために用いていた有機フィルム及び有機バインダーからは，燃焼ガスが発生する。このため，環境への影響が懸念され，可能な限り有機量を”０（ゼロ）”に近づける必要がある。
しかし，この場合，有機フィルムの気密性に問題が生じたり，保持シール材の厚みを調整することが困難になる。このため，保持シール材の金属シェルへの組み付け性が悪くなってしまう。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，金属シェルへの触媒保持体の組み付け性に優れ，環境への影響を配慮した排気ガス浄化用触媒コンバータ及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，排ガスを浄化するための触媒を担体に担持させてなる触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆うパイプ状の金属シェルと，上記触媒保持体と上記金属シェルとの間に介設された保持シール材とからなる排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法において，
無機質繊維マットからなる保持シール材を，触媒保持体の外周に巻きつける工程と，
上記保持シール材の外周に，更に無機質長繊維を巻きつけて巻回体を得るとともに，上記無機質長繊維の巻き締め加減を調整して，上記保持シール材の厚みＴを，金属シェルと触媒保持体との間の所定のクリアランスＣに対して−２ｍｍ〜＋５ｍｍの範囲になるようにする工程と，
上記巻回体を金属シェルの中に挿入または圧入する工程とからなる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である。
【０００８】
本発明において最も注目すべきことは，無機質長繊維により保持シール材を巻き締めることにより，保持シール材の厚みを薄くし，金属シェル内に挿入または圧入することである。
無機質繊維マットからなる保持シール材は，無機質長繊維により巻き締められると，厚みが薄くなる。そこで，無機質長繊維を保持シール材に巻回する際に，巻き締め力を加減して，保持シール材の厚みＴが，金属シェルとの間の所定のクリアランスＣに対して−２ｍｍ（Ｔ＜Ｃ）〜＋５ｍｍ（Ｔ＞Ｃ）の範囲になるようにする。これにより，巻回体が金属シェル内に挿入（Ｔ≦Ｃの場合）または圧入（Ｔ＞Ｃの場合）しやすくなる。
したがって，本製造方法によれば，保持シール材を金属シェルへ容易に組み付けることができる。
【０００９】
また，無機質長繊維の巻き締めにより保持シール材の厚みを減少させることができ，有機バインダーや有機フィルムを用いる必要はない。よって，保持シール材から有機バインダの燃焼ガスが発生することもなく，環境への影響も少なくなる。
【００１０】
本発明において，所定の「クリアランス」Ｃとは，図４（ａ）に示すごとく，触媒保持体３を金属シェル２の中心に配置したときに，金属シェル２の内壁と触媒保持体３の表面との間に形成される空間部をいう。
また，「巻回体を金属シェルの中に圧入する」とは，巻回体６に圧力を加えて金属シェル２の中に入れることをいい，図４（ａ）に示すごとく，保持シール材１の厚みＴが，所定のクリアランスＣよりも厚い場合（Ｔ＞Ｃ）に行われる。
一方，「巻回体を金属シェルの中に挿入する」とは，巻回体６に圧力を加えることなく金属シェル２の中に入れることをいい，図４（ｂ）に示すごとく，保持シール材１の厚みＴが，所定のクリアランスＣと同じかまたはそれよりも小さい場合（Ｔ≦Ｃ）に行われる。
【００１１】
請求項２の発明のように，上記巻回体を上記金属シェルに挿入した後には，無機質長繊維の端部を切断することが好ましい。これにより，保持シール材は，無機質長繊維による拘束力を解かれ，金属シェル内において触媒保持体を安定して保持することができる。圧力をかけずに巻回体を金属シェルの中に挿入した場合には，上記無機質長繊維の端部の切断は特に必要である。
【００１２】
保持シール材は，バインダーが含浸されていない無機質繊維マットであることが好ましい。これにより，保持シール材の金属シェル保持力が増大する。また，バインダを含まないため，保持シール材から有機成分が排ガスとして排出されることはない。
【００１３】
保持シール材を構成している無機質繊維マットは，アルミナ，シリカ，アルミナ−シリカなどの無機質繊維から作製することができる。また，使用温度領域によってはガラス繊維金属を用いることもできる。無機質繊維マットは，初期状態では極めて嵩高い状態にあるため，作業性の面からニードルパンチング処理を施したものが好適である。
【００１４】
触媒保持体における触媒は，排気ガスを浄化することができるものであればよく，たとえば，白金，ロジウムなどを用いることができる。触媒を担持する担体は，たとえばハニカム状であり，コージェライト，アルミナ，金属などにより作製することができる。
金属パイプは，例えば断面が楕円形，円形の筒であり，ＳＵＳ４０９などの耐熱性が高い材質で作製する。
【００１５】
保持シール材に巻きつける無機質長繊維は，アルミナ，シリカ，またはガラス繊維からなる長繊維が用いられる。なお，ガラス繊維は，実使用に際して排気ガスの熱により軟化して，保持シール材を拘束する力が弱くなる。このため，保持シール材による触媒保持体の保持力が得られやすく，好適である。
【００１６】
請求項３の発明は，請求項１または２の方法により製造された浄化用触媒コンバータであって，上記巻回体を挿入または圧入した後の保持シール材の充填密度が，０．１５〜０．６０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータである。
【００１７】
保持シール材の充填密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３未満の場合には，保持力が得られにくくなり，触媒保持体が使用時の振動などにより後方にずれて，金属シェルと接触する可能性がある。また，０．６０ｇ／ｃｍ^３を超える場合には，保持シール材を構成している繊維が圧壊してしまい，保持力が低下し，上記と同様に触媒保持体が後方にずれる可能性がある。
【００１８】
開放後の保持シール材の充填密度は，０．３〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。これにより，触媒保持体を金属シェル内に安定して保持することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法について，図１〜図３を用いて説明する。
本例の排気ガス浄化用触媒コンバータ５は，図１に示すごとく，排気ガスを浄化し得る触媒保持体３と，触媒保持体３の側面を被覆する金属シェル２と，触媒保持体３と金属シェル２との間に配置された保持シール材１とよりなる。保持シール材１の外周には，ガラス繊維からなる無機質長繊維１０が巻きつけられている。
排気ガス浄化用触媒コンバータ５は，エンジン９の排気管９１の途中に設けられている。
【００２０】
触媒保持体３は，セラミックの一種であるコージェライトモノリスであり，排気ガスの排気成分を浄化し得る白金などの触媒が担持されている。触媒保持体３の外形は１３０ｍｍであり，長さは１００ｍｍである。金属シェル２は，ＳＵＳ４０９からなり，内径１３８ｍｍ，肉厚１．５ｍｍ，長さ３００ｍｍである。
【００２１】
触媒保持体３は，排気系の上流側かまたは下流側の一方が開口し，他方が閉塞された多数のセルの集合体からなるハニカム構造体である。触媒保持体３は，上流側開口セル３１から下流側開口セル３２へと，多孔性のセル壁を通じて排気ガスを通過させる。この際に，排気ガスに含まれている排ガス成分が触媒により浄化される。
【００２２】
次に，本例の排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法について説明する。
保持シール材としての結晶質アルミナ繊維のマット状物（厚み２５ｍｍ，嵩密度０．０５ｇ／ｃｍ^３）を準備する。図２（ａ）に示すごとく，保持シール材１に切断加工を施して，長尺体とするとともに，その両端に，触媒保持体３の外周を巻回したときに互いに係合し合う凹部１１と凸部１２とを形成する。
【００２３】
次に，図２（ｂ）に示すごとく，保持シール材１を，触媒保持体３の外周部に巻き付けて，凹部１１と凸部１２とを突き合わせる。
次に，図２（ｃ）に示すごとく，保持シール材１の外周にガラス繊維の無機質長繊維１０を巻回して，巻回体６を形成する。また，この際に，図３（ａ）に示すごとく，無機質長繊維１０を巻き締めて，保持シール材１の厚みＴを上記２５ｍｍの状態から８ｍｍまで薄くし，保持シール材１の厚みＴを，金属シェル２と触媒保持体３との間のクリアランスＣに対し−２ｍｍ（Ｔ＜Ｃ）〜＋５ｍｍ（Ｔ＞Ｃ）の範囲になるようにする。保持シール材１の充填密度は０．３１ｇ／ｃｍ^３である。
なお、Ｔ＜Ｃの状態を図３（ａ）に、一方Ｔ＞Ｃの状態を図３（ｂ）に図示した。
【００２４】
次に，図３（ｃ）に示すごとく，巻回体６を，金属シェル２の中に挿入又は圧入することにより、配置する。
その後，図１に示すごとく，金属シェル２の両端部にスピニング加工を施して，排気管９１接続用のフランジ部２９を形成する。
以上により，排気ガス浄化用触媒コンバータ５を得る。
【００２５】
得られた排気ガス浄化用触媒コンバータを３００Ｈｚ，４０Ｇの条件で６００万回振動させる試験を行ったところ，触媒保持体にズレが生じることなく定位置に留まっていた。
【００２６】
実施形態例２
本例においては，ガラス繊維の無機質長繊維を巻きつけた状態での保持シール材の厚みＴを３ｍｍにした点，保持シール材の外周に上記無機質長繊維を巻き付けた巻回体を，金属シェル内に挿入した後に，無機質長繊維の端部をカッターなどにより切断し拘束力を開放した点を除いて，実施形態例１と同様の方法で排気ガス浄化用触媒コンバータを製造した。
無機質長繊維の端部を切断したあとの保持シール材の充填密度は，０．３１ｇ／ｃｍ^３であった。
【００２７】
得られた排気ガス浄化用触媒コンバータを３００Ｈｚ，４０Ｇの条件で６００万回振動させる試験を行ったところ，触媒保持体にズレが生じることなく定位置に留まっていた。
【００２８】
比較例１
本例においては，無機質長繊維を用いることなくマット状物のみから保持シール材を構成し，これを巻き付けた触媒保持体を，金属シェルの中に圧入しようとした。しかし，嵩高のマット状物が圧入を妨げ，圧入はできなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば，金属シェルへの触媒保持体の組み付け性に優れ，環境への影響を配慮した排気ガス浄化用触媒コンバータ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の排気ガス浄化用触媒コンバータの断面図。
【図２】実施形態例１における，排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法を示す説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図３】図２に続く，排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法を示す説明図（ａ）〜（ｃ）。
【図４】本発明における，金属シェルと触媒保持体との間のクリアランスＣと，保持シール材の厚みＴとの関係を示す説明図（ａ），（ｂ）。
【符号の説明】
１．．．保持シール材，
１０．．．無機質長繊維，
２．．．金属シェル，
３．．．触媒保持体，
５．．．排気ガス浄化用触媒コンバータ，
６．．．巻回体，
Ｃ．．．クリアランス，
Ｔ．．．保持シール材の厚み，

Claims

排ガスを浄化するための触媒を担体に担持させてなる触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆うパイプ状の金属シェルと，上記触媒保持体と上記金属シェルとの間に介設された保持シール材とからなる排気ガス浄化用触媒コンバータの製造方法において，
無機質繊維マットからなる保持シール材を，触媒保持体の外周に巻きつける工程と，
上記保持シール材の外周に，更に無機質長繊維を巻きつけて巻回体を得るとともに，上記無機質長繊維の巻き締め加減を調整して，上記保持シール材の厚みＴを，金属シェルと触媒保持体との間の所定のクリアランスＣに対して−２ｍｍ〜＋５ｍｍの範囲になるようにする工程と，
上記巻回体を金属シェルの中に挿入または圧入する工程とからなる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。
請求項１において，上記巻回体を上記金属シェルに挿入した後には，無機質長繊維の端部を切断する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。
請求項１または２の方法により製造された浄化用触媒コンバータであって，上記巻回体を挿入または圧入した後の保持シール材の充填密度が，０．１５〜０．６０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータ。