JPH08338237A - セラミック触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温雰囲気において，セラミック製触媒担体
が安定かつ確実に保持されている，セラミック触媒コン
バータを提供すること。 【構成】 エンジン２５の排気経路中に配置され，通気
セル表面に触媒層を形成したセラミック製触媒担体１２
と，上記セラミック製触媒担体１２を収容する外筒１３
１，１３２と，上記セラミック製触媒担体１２と上記外
筒１３１，１３２との間の空隙に配設された保持材１１
とよりなる。上記保持材１１は，排気浄化時における，
セラミック製触媒担体１２の外周部１２０の外周温度に
おいて相変態しない材料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，自動車のエンジンより
排出される排気ガスを浄化するためのセラミック触媒コ
ンバータに関する。

【０００２】

【従来技術】従来，自動車のエンジンより排出される排
気ガスを浄化するためのセラミック触媒コンバータとし
ては，エンジンの排気経路中に配置され，通気セル表面
に触媒層を形成したセラミック製触媒担体と，上記セラ
ミック製触媒担体を収容する外筒とよりなる構成のもの
が知られている。

【０００３】上記触媒層は，排気ガス中に含まれる，Ｃ
Ｏ，ＨＣ，及びＮＯｘ等の有害成分を無害な気体あるい
は水に変換するための，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等の貴金属よ
り構成されている。

【０００４】上記セラミック製触媒担体の構成材料とし
ては，低熱膨張係数を有するコージェライト系セラミッ
ク（例えば，２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ₃ ・５ＳｉＯ₂ ）が
使用されており，十数年の市場実績がある。そして，上
記材料からなるセラミック製触媒担体は，じん性が低く
脆いので，特開昭５８−８４０３８号に示されるごと
く，保持材であるワイヤネットでくるんだ後，外筒内に
収納する。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記触媒層を
構成する貴金属は，最低でも３００℃〜３５０℃の触媒
活性温度まで加熱しないと，その能力が発揮されない。
このため，エンジン始動直後より，触媒層が３００℃〜
３５０℃に加熱されるまでの間は，未浄化の排気ガスが
セラミック触媒コンバータより排出されてしまうという
問題がある。

【０００６】上記問題の解決策として，セラミック触媒
コンバータを，より高温であるエンジン近傍に配置する
ことが考えられる。しかし，保持材である上記ワイヤネ
ットの耐熱性は，８００℃〜８５０℃程度であり，この
温度を超える高温雰囲気において，上述のセラミック触
媒コンバータを使用することはできない。従って，上述
のごとき，エンジン近傍の，排気ガスの最高温度が９０
０℃を超えるような場所に，セラミック触媒コンバータ
を配置することは，事実上，不可能である。

【０００７】そこで，従来，特開昭６１−７２８１８号
に示されるごとく，上記保持材として，更に高い耐熱性
を有するセラミックマット（後述の実施例３の比較品参
照）を用いることが提案されている。

【０００８】しかしながら，実際に９００℃を超える高
温雰囲気においては，セラミック製触媒担体の線膨張係
数と耐熱合金等により構成された外筒の線膨張係数との
間の相違により，双方の間にクリアランスが発生し，上
記保持材のセラミック製触媒担体を保持する力が低下す
るおそれがある。例えば，直径８０ｍｍのセラミック製
触媒担体においては，上述のクリアランスの大きさは，
実に１ｍｍ程度に達する。

【０００９】この場合，エンジンの回転等により生じる
振動等が，セラミック製触媒担体を外筒内で揺動させ
る。その結果，セラミック製触媒担体が破損してしまう
おそれがある。

【００１０】更に，９００℃を超える高温雰囲気におい
ては，セラミックマット自体の結晶化が進行し，該セラ
ミックマットの体積が減少するおそれがある。この場合
には，上記セラミックマットの弾力性が減少し，上記ク
リアランスを吸収することも，セラミック製触媒担体を
外筒内に保持することもできなくなるおそれがある。従
って，上記セラミックマットを保持材として用いたセラ
ミック触媒コンバータは，エンジン近傍に配置するに足
る，十分な耐熱性を持っているとはいえない。

【００１１】一方，実公平４−２６６４９号に示すごと
く，セラミック短繊維にバーミキュライト，マイカ等の
熱膨張物質を混入した熱膨張材により上記セラミックマ
ットを構成することにより，上述の問題を解決すること
が考案されており，一部で実用化されている。

【００１２】しかしながら，上記熱膨張材は，８５０℃
を越える排気ガスに晒されることにより，激しく劣化が
進行するおそれがあり，十分な信頼性を保証できるまで
には至っていない。

【００１３】また，特開平７−７７０３６号に示される
ごとく，セラミック製触媒担体を外筒内に保持する保持
材として耐熱・非熱膨張性のセラミック繊維を用いるこ
とが提案されている。しかしながら，上記開示には，保
持材についての特性は記載されているものの，セラミッ
ク触媒コンバータの設計に関しての具体的な記述が示さ
れていない。つまり，セラミック触媒コンバータが高温
雰囲気において耐久性を有するための保持材の設計仕様
が開示されていない。以上により，９００℃を越える高
温雰囲気において，長時間使用可能なセラミック製触媒
担体の保持材は未だに提供されるに至っていない。

【００１４】本発明は，かかる問題点に鑑み，高温雰囲
気において，セラミック製触媒担体が安定かつ確実に保
持されている，セラミック触媒コンバータを提供しよう
とするものである。

【００１５】

【課題の解決手段】本発明は，エンジンの排気経路中に
配置され，通気セル表面に触媒層を形成したセラミック
製触媒担体と，該セラミック製触媒担体を収容する外筒
と，上記セラミック製触媒担体と上記外筒との間の空隙
に配設された保持材とよりなるセラミック触媒コンバー
タにおいて，上記保持材は，排気浄化時におけるセラミ
ック製触媒担体の外周部の外周温度において相変態しな
い材料であることを特徴とするセラミック触媒コンバー
タにある。

【００１６】本発明において最も注目すべきことは，上
記保持材が排気浄化時に相変態しない材料であることに
ある。上記相変態とは，例えば上記保持材の結晶性が，
非晶質から結晶質に変化すること，あるいは単斜晶が正
方晶や立方晶に変化すること等を示す。

【００１７】次に，上記保持材は，Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ
₂ 組成のアルミナ繊維よりなり，上記Ａｌ₂ Ｏ₃ は７０
重量％〜９５重量％含有されていることが好ましい。上
記Ａｌ₂ Ｏ₃ の含有量が７０重量％未満である場合に
は，高温雰囲気において上記アルミナ繊維が相変態し，
保持材の単位面積あたりの復元力，即ち面圧が低下して
しまうおそれがある。この場合には，上記保持材がセラ
ミック製触媒担体を外筒内に確実に保持できなくなるお
それがある。

【００１８】一方，上記Ａｌ₂ Ｏ₃ の含有量が９５重量
％を越えた場合には，アルミナ繊維の製造に際して，純
度を高めるための精練工程が複雑となり，製造コストが
増大するおそれがある。

【００１９】上記アルミナ繊維は，１０００℃という高
温雰囲気においても，相変態しない，また結晶構造も変
化しない，安定した物質である（後述の図３，図５参
照）。従って，高温雰囲気において，上記アルミナ繊維
は面圧が大きく減少することもない（後述の図４参
照）。よって，上記アルミナ繊維よりなる保持材は，広
い温度範囲にわたり，安定かつ確実に，セラミック製触
媒担体を外筒の内部に保持することができる。

【００２０】また，上記アルミナ繊維は，セラミック製
触媒担体と外筒との間におけるクリアランスに対する面
圧の変化が緩やかである（後述の図７，図８参照）。従
って，上記アルミナ繊維よりなる保持材は，特に高温雰
囲気において，セラミック製触媒担体と外筒との線膨張
係数の相違により双方の間に大きなクリアランスが発生
した場合においても，安定かつ確実に，セラミック製触
媒担体を保持することができる。

【００２１】次に，上記アルミナ繊維は，その組付け後
のかさ密度が０．１７ｇ／ｃｍ³ 〜０．５３ｇ／ｃｍ³
であることが好ましい。上記かさ密度が０．５３ｇ／ｃ
ｍ³ を越えた場合には，組付け時にアルミナ繊維に対し
て過剰な圧縮が加えられ，アルミナ繊維が破断し，該ア
ルミナ繊維の復元力が低下しているおそれがある。つま
り，保持材のかさ密度の上限値は，セラミック触媒コン
バータの組付時に保持材の繊維が破損しない限界値によ
り決定することが非常に重要となる。

【００２２】そして，上述するごとくアルミナ繊維が破
断等した場合には，セラミック触媒コンバータ内におい
て，セラミック製触媒担体と外筒との間にクリアランス
が発生し，エンジンの回転等により生じる振動が，上記
セラミック製触媒担体を外筒内において揺動させ，これ
を破損させるおそれがある。

【００２３】また，セラミック製触媒担体の破壊強度よ
りも大きな面圧が，アルミナ繊維に対する上記過剰な圧
縮により発生し，組付け時に，セラミック製触媒担体の
破損を生じるおそれがある。

【００２４】一方，上記かさ密度が，０．１７ｇ／ｃｍ
³ 未満である場合には，アルミナ繊維に対する圧縮が不
十分であるため，セラミック製触媒担体を保持するに足
る復元力が，アルミナ繊維に生じないおそれがある。な
お，この値は，後述の排気浄化時におけるかさ密度の下
限の値から具体的に求まる。なお，上記組付け後のかさ
密度の更に好ましい上限は０．４１ｇ／ｃｍ³ である。

【００２５】上記アルミナ繊維は，その排気浄化時にお
けるかさ密度が０．１６ｇ／ｃｍ³〜０．５１ｇ／ｃｍ
³ であることが好ましい。上記かさ密度が，０．１６ｇ
／ｃｍ³ 未満である場合には，排気浄化時における保持
材の面圧が低下し，セラミック触媒コンバータ内におい
て，エンジンの回転等による振動が上記セラミック製触
媒担体を外筒内においてがたつかせ，これを破損させる
おそれがある。つまり，保持材のかさ密度の下限値は，
セラミック触媒コンバータの排気浄化時にセラミック製
触媒担体をがたつかせない限界値により決定することが
非常に重要となる。

【００２６】一方，上記かさ密度が，０．５１ｇ／ｃｍ
³ を越えた場合には，常温まで温度が低下した場合，保
持材の面圧が大きくなり，保持材のアルミナ繊維及びセ
ラミック製触媒担体が破損するおそれがある。なお，上
記排気浄化時におけるかさ密度の更に好ましい下限は
０．２０ｇ／ｃｍ³ である。

【００２７】上記セラミック製触媒担体と上記外筒と
の，組付け後における間隙の幅をｔ１，排気浄化時の最
高温度における間隙の幅をｔ２とした場合，ｔ２／ｔ１
の比が１．０２〜１．１７であることが好ましい。

【００２８】上記ｔ２／ｔ１の比が，１．１７を越えた
場合には，排気浄化時の最高温度において，セラミック
製触媒担体と外筒との間のクリアランスが増大し，保持
材の復元力で上記クリアランスを吸収することが困難と
なるおそれがある。この場合には，エンジンの回転等に
よる振動が上記セラミック製触媒担体を揺動させ，これ
を破損させるおそれがある。つまり，セラミック触媒コ
ンバータにおいて，間隙の幅の比ｔ２／ｔ１の上限を限
定することは，常温時及び排気浄化時のセラミック製触
媒担体の保持力を安定する上で非常に重要となる。

【００２９】一方，上記ｔ２／ｔ１の比が，１．０２未
満である場合には，ｔ１の値を十分に大きくする（例；
口径φ５０ｍｍのセラミック製触媒担体において，ｔ１
≧１０ｍｍ）必要があり，触媒コンバータが大型化する
おそれがある。

【００３０】また，上記保持材としては，他の無機耐熱
性繊維を使用することもできる。かかる無機耐熱性繊維
としては，チラノ繊維，炭化珪素繊維，チタン酸カリウ
ム繊維等を使用することができる。次に本発明は，排気
浄化時における，上記セラミック製触媒担体の外周温度
が８５０℃以上の場合に特にその効果を発揮する。

【００３１】

【作用及び効果】本発明のセラミック触媒コンバータに
おいて，保持材は，排気浄化時におけるセラミック製触
媒担体の外周部の外周温度において，相変態しない材料
である。

【００３２】これにより，上記保持材は高温雰囲気にお
いて，その面圧等が大きく変化することがない。従っ
て，上記保持材は，常温から高温まで，セラミック製触
媒担体を外筒内に安定かつ確実に保持することができ
る。

【００３３】更に，セラミック触媒コンバータの高温雰
囲気における耐久性が向上するため，該セラミック触媒
コンバータを，より排気経路の上流側（エンジン近傍）
に取付けることができ，エンジン始動時における昇温性
が高まる。これにより，セラミック触媒コンバータのエ
ンジン始動時における排気ガスの浄化効率が高まる。

【００３４】上記のごとく，本発明によれば，高温雰囲
気において，セラミック製触媒担体が安定かつ確実に保
持されている，セラミック触媒コンバータを提供するこ
とができる。

【００３５】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかるセラミック触媒コンバータにつ
き，図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２に示す
ごとく，本例のセラミック触媒コンバータ１は，自動車
エンジン２５の排気経路中に配置され，通気セル表面に
触媒層を形成したセラミック製触媒担体１２と，上記セ
ラミック製触媒担体１２を収容する外筒１３１，１３２
と，上記セラミック製触媒担体１２と上記外筒１３１，
１３２との間の空隙に配設された保持材１１とよりな
る。上記保持材１１は，排気浄化時における，セラミッ
ク製触媒担体１２の外周部１２０の外周温度において相
変態しない材料である。

【００３６】上記セラミック製触媒担体１２は，直径７
１ｍｍ，長さ６０ｍｍの円柱形状であり，内部にはハニ
カム状の多数の通気セルが形成され，またその壁厚は
０．０８〜０．１３ｍｍである。そして，低熱膨張係数
のコージェライト系セラミック（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ
₃ ・５ＳｉＯ₂ ）よりなる薄肉セラミックにより構成さ
れている。また，上記セラミック製触媒担体１２の通気
セルには，排気ガス中の有害成分を浄化させるための触
媒が担持されてある。

【００３７】上記触媒の担持に際しては，上記セラミッ
ク製触媒担体１２をγ−Ａｌ₂ Ｏ₃を含有したスラリー
中に含浸させ，焼成する。そして，触媒金属であるＰ
ｔ，Ｒｈ等を溶解した水溶液中に含浸させ，再度焼成す
る。

【００３８】上記保持材１１は，Ａｌ₂ Ｏ₃ が７２重量
％，ＳｉＯ₂ が２８重量％のアルミナ繊維からなり，各
繊維１本の繊維径は２〜４μｍである。また，上記保持
材１１の組付け前の厚さは１５ｍｍ，かさ密度は０．０
８ｇ／ｃｍ³ ，組付け後の厚さは４．５ｍｍ，かさ密度
は０．２７ｇ／ｃｍ³ である。更に，後述の排気浄化時
における，上記保持材１１のかさ密度は０．２６ｇ／ｃ
ｍ³ である。

【００３９】上記外筒１３１，１３２はフェライト系耐
熱ステンレス鋼よりなり，内径８０ｍｍ，幅７５ｍｍ，
板厚１．５ｍｍで，プレス加工により成形した半割の円
筒形状である。フランジ１５１は，フェライト系耐熱ス
テンレス鋼よりなり，内径６７ｍｍ，外径９４ｍｍ，板
厚８ｍｍである。一方，フランジ１５２はフェライト系
耐熱ステンレス鋼よりなり，内径６７ｍｍ，外径９４ｍ
ｍ，板厚６ｍｍである。なお，上記フェライト系耐熱ス
テンレス鋼はすべて，ＳＵＳ４３０である。

【００４０】上記セラミック触媒コンバータ１の組み立
てについて説明する。まず，上記セラミック製触媒担体
１２に保持材を略５ｍｍ突出した状態において１回巻回
する。次に，保持材１１により覆われた上記セラミック
製触媒担体１２に，半割の外筒１３１，１３２を被せ，
保持材１１を圧縮した状態とし，該半割の外筒１３１，
１３２をそれぞれの合わせ目において溶接する。この
時，上記セラミック製触媒担体１２の位置は，上記外筒
１３１，１３２の中央である。

【００４１】次に，上記フランジ１５１，１５２を外筒
１３１，１３２の両端にはめ込み溶接する。なお，上記
フランジ１５１，１５２は，フランジ１５１，１５２と
外筒１３１，１３２との間の排気ガス漏れを防ぐため
に，全周接合されている。

【００４２】なお，上記セラミック触媒コンバータ１
は，排気浄化時において，最高約９００℃の排気ガスが
通気セルを通過する。この時の外周部１２０の温度は，
約９００℃，また保持材１１のかさ密度は０．２６ｇ／
ｃｍ³ ，一方，上記セラミック製触媒担体１２と上記外
筒１３１，１３２との，組付け後における間隙の幅をｔ
１，上記温度における間隙の幅をｔ２とした場合，ｔ２
／ｔ１はおよそ１．０４となる。

【００４３】次に，図２に示すごとく，本例のセラミッ
ク触媒コンバータ１は自動車用エンジン２５の排気経路
中に設置されている。上記セラミック触媒コンバータ１
は，エキゾストマニホルド２６１，２６２の取付けフラ
ンジ２４１とスタートキャタリスト２１の取付けフラン
ジ２４２との間に，図示されていないガスケットを介
し，ボルトにより連結固定される

【００４４】上記エンジン２５は排気量４０００ｃｃで
あり，該エンジン２５より導出される８本のマニホルド
２６は，４本づつ集合し，２本のエキゾーストマニホル
ド２６１，２６２となる。そして，上記エキゾーストマ
ニホルド２６１，２６２において，それぞれセラミック
触媒コンバータ１が，更にその下流に１３００ｃｃの容
量を有するスタートキャタリスト２１がそれぞれ配置さ
れている。なお，上記セラミック触媒コンバータ１は，
エキゾーストマニホルド２６１，２６２の直下に配置さ
れている。

【００４５】上記スタートキャタリスト２１は，スター
トキャタリスト用の外筒２１１内にワイヤネットあるい
はセラミックファイバマットを介して，保持固定されて
ある。上記外筒２１１の下流側フランジ２４３は，排気
管２２１，２２２に設けたフランジ２４４に対し，連結
固定されてある。また，上記排気管２２１，２２２は上
記スタートキャタリスト２１よりも更に下流側において
合流し，図示しない容量１０００ｃｃのメインキャタリ
ストに接続されている。

【００４６】上記の構成にて，エンジン２５を始動する
ことにより，本例のセラミック触媒コンバータ１は，始
動より約１０〜１５秒後（エンジンはアイドリング状
態）には，エンジン２５より排出される排気ガス及びエ
キゾーストマニホルド２６１，２６２より伝導される熱
のために，４００℃〜５００℃に昇温される。これによ
り，セラミック製触媒担体１２に担持された触媒層が活
性化され，排気ガスの浄化が行なわれる。

【００４７】更に，上記の構成にて，エンジン２５を，
１００℃−９００℃（５分），１サイクル１８分の冷熱
サイクルを１０００回以上繰り返した。しかし，本例の
セラミック触媒コンバータ１におけるセラミック製触媒
担体１２には，まったく破損がみられない。

【００４８】次に，本例の作用効果につき説明する。本
例のセラミック触媒コンバータ１における保持材１１
は，上述のアルミナ繊維より構成されている。上記アル
ミナ繊維は，図３に示すごとく，温度が１８００℃を越
えなくては相変態しない，安定した物質である。このた
め，エンジン２５から排出される排気ガスにより加熱さ
れた程度では，上記アルミナ繊維は，体積が減少した
り，面圧が低下することにより（後述の実施例２参
照），セラミック製触媒担体１２を保持できなくなると
いうことはない。

【００４９】また，上記セラミック触媒コンバータ１
は，エキゾーストマニホルド２６１，２６２の直下に配
置されており，特に，従来の床下に配置される触媒コン
バータと比較し，排気ガスの持つ熱エネルギーを多く受
け取ることができる。また，上記セラミック製触媒担体
１２は，薄壁のモノリスより構成されているため，比較
的熱容量が小さい。

【００５０】以上の理由により，本例のセラミック触媒
コンバータ１は，エンジンの始動直後，短時間で昇温
し，触媒を活性化状態とすることができる。つまり，エ
ンジン始動直後における高い排気浄化効率を有する。

【００５１】また，本例のセラミック触媒コンバータ１
では，セラミック製触媒担体１２と外筒１３１，１３２
との間の，常温時における空隙の幅ｔ１と排気浄化時に
おける幅ｔ２の比，ｔ２／ｔ１は１．０４である。従っ
て，セラミック触媒コンバータ１の温度が上昇し，外筒
１３１，１３２とセラミック製触媒担体１２との間にお
いて，両者の線膨張係数の差より生じたクリアランスは
アルミナ繊維の復元力により吸収することができる（後
述の実施例６参照）。

【００５２】これにより，エンジン２５の回転等による
振動が吸収され，上記セラミック製触媒担体１２が揺動
することがなく，その破損を防止することができる。な
お，本例のセラミック触媒コンバータ１の取付け位置
は，自動車走行中に高温の排気ガス，エンジン２５によ
る振動に晒される，厳しい環境である。しかし，上述す
るごとく，本例のセラミック製触媒コンバータ１におい
ては，常温から高温に至るまで，振動による負荷に対し
極めて高い信頼性を有し，耐久性に優れる。

【００５３】また，本例のアルミナ繊維の組付け後のか
さ密度は０．２７ｇ／ｃｍ³ ，排気浄化時のかさ密度は
０．２６ｇ／ｃｍ³ である。これにより，上記アルミナ
繊維より生じる面圧は，常温から高温までの広い温度範
囲において，セラミック製触媒担体１２の破壊強度より
も小さく保たれ，これを必要以上に圧迫することがな
く，しかもアルミナ繊維の破断も生じない。また，エン
ジン振動により，触媒担体が揺動することもない（後述
の実施例４及び５参照）。

【００５４】従って，本例によれば，高温雰囲気におい
て，セラミック製触媒担体を安定かつ確実に保持可能な
保持材を有する，セラミック触媒コンバータを提供する
ことができる。

【００５５】実施例２ 本例は，本発明にかかる保持材として使用されるアルミ
ナ繊維に対し，高温雰囲気における面圧の時間変化及び
Ｘ線回折強度分布を，セラミック繊維と共に測定し，両
者を，図４〜図６を用いて，比較説明するものである。
上記アルミナ繊維の組成は，Ａｌ₂ Ｏ₃ ７２重量％，Ｓ
ｉＯ₂ ２８重量％である。一方，上記セラミック繊維の
組成はＡｌ₂ Ｏ₃ ４７重量％，ＳｉＯ₂ ５２重量％，そ
の他の鉱物（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ 等）１重量％であ
る。

【００５６】まず，上記高温雰囲気における面圧の時間
変化の測定に当たっては，上記アルミナ繊維及びセラミ
ック繊維を，高温雰囲気炉内（１０００℃）にて圧縮，
放置する。その後，時間の経過と共に変化する面圧をセ
ラミック製の圧縮棒により高温雰囲気炉の外部にセット
されたロードセルに伝達することにより測定し，その測
定結果を図４に示す。なお，両者の初期面圧は１．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ² である。

【００５７】同図より，アルミナ繊維の面圧は，測定開
始後より徐々に低下するものの，１０００分後には漸近
値，０．５８ｋｇｆ／ｃｍ² に到達することが判る。一
方，セラミック繊維の面圧は，測定開始後６分で，初期
値の１０％（０．１７ｋｇｆ／ｃｍ² ）まで低下するこ
とが判る。

【００５８】更に，上記アルミナ繊維及びセラミック繊
維のＸ線回折強度分布を高温雰囲気放置前後においてそ
れぞれ測定し，その測定結果を，図５，図６に示す。ま
ず，上記アルミナ繊維は高温雰囲気放置前（図５
（ａ）），放置１０００分経過後（図５（ｂ）），いず
れにおいても，Ｘ線回折強度分布の形状が殆ど変化しな
い。これにより，高温雰囲気放置前後において，上記ア
ルミナ繊維は，その結晶構造が変化しないことが判る。

【００５９】一方，上記セラミック繊維の高温雰囲気放
置前（図６（ａ））のＸ線回折強度分布は，全体として
なだらかで，際立ったピークを持たない形状である。ま
た，放置１０００分経過後（図６（ｂ））のＸ線回折強
度分布は，鋭いいくつかのピークを有する形状である。
これにより，元来結晶構造を持たないセラミック繊維
が，高温雰囲気に放置されることにより，結晶化したこ
とが判る。

【００６０】実施例３ 本例は，本発明にかかる保持材として使用されるアルミ
ナ繊維の面圧等の特性について，従来品であるセラミッ
ク繊維及びセラミックマットと共に，図７及び図８を用
いて比較説明する。上記アルミナ繊維の組成は実施例２
と同様で，その厚さは１５ｍｍ，かさ密度は０．０８ｇ
／ｃｍ³ である。

【００６１】上記セラミック繊維の組成も実施例２と同
様で，その厚さは１５ｍｍ，かさ密度は０．１３ｇ／ｃ
ｍ³ である。上記セラミックマットは，Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｓ
ｉＯ₂ 組成のセラミック繊維にバーミキュライト等の熱
膨張物質を混入した，厚さ５．７ｍｍのインタラムマッ
ト（商品名，米国３Ｍ社製）である。

【００６２】次に，異なる温度雰囲気におけるクリアラ
ンスと面圧との変化を，上記セラミック繊維，アルミナ
繊維及びセラミックマットを所定のクリアランスまで順
次圧縮しつつ，面圧を実施例２と同様の方法により測定
する。これを温度雰囲気を違えて幾度か繰り返す。上記
測定結果をぞれぞれ，図７，図８に示す。

【００６３】図７，図８より知れるごとく，上記アルミ
ナ繊維は，常温２５℃においても，高温１０００℃にお
いても，共に面圧とクリアランスとの間の関係が変化し
ない。更に，クリアランスに対する面圧の変化も比較的
緩やかである。しかしながら，図７に示すごとく，上記
セラミック繊維は，８００℃〜１０００℃と，温度が上
昇するにつれて，大きく面圧が低下することが判る。更
に，上記セラミック繊維はクリアランスに対する面圧の
変化が大きいことが判る。

【００６４】また，図８に示すごとく，上記セラミック
マットも，上記セラミック繊維と同様に，８００℃〜１
０００℃と，温度が上昇するにつれて，大きく面圧が低
下することが判る。

【００６５】よって，上記アルミナ繊維は，高温雰囲気
において，面圧が低下しないため，これにより構成され
た保持材はセラミック製触媒担体を安定かつ確実に保持
できることが判る。

【００６６】また，上記アルミナ繊維は，クリアランス
に対する面圧の変化も小さいため，外筒とセラミック製
触媒担体と間の幅が多少バラついてもよい。このため，
これらの寸法管理についても，他の材料よりなる保持材
を使用する場合に比べ，緩やかな基準とすることができ
る。

【００６７】実施例４ 本例は，セラミック触媒コンバータにおける，保持材の
組付け後のかさ密度とセラミック製触媒担体の保持状態
との間の関係について，図９及び表１を用いて説明す
る。本例の各セラミック触媒コンバータは実施例１と同
様の構成を有しており，該セラミック触媒コンバータに
おいて保持材として使用するアルミナ繊維は，実施例２
に示すものと同様の組成を有している。そして，上記各
セラミック触媒コンバータは，組付け時における保持材
のかさ密度の値がそれぞれ異なる。

【００６８】次に，上記各セラミック触媒コンバータを
温度９００℃の高温雰囲気に晒し，この状態における抜
け荷重値と，触媒担体−保持材間の摩擦係数によって保
持材の面圧を算出し，組付時のかさ密度に対してプロッ
トした結果を，図９に示す。

【００６９】次に，上記各セラミック触媒コンバータを
振動試験機に取付け，常温雰囲気，加速度１０〜４２
Ｇ，周波数５０〜１７５０Ｈｚの条件にて６時間加振す
る。その後，外筒よりセラミック製触媒担体を取り出
し，その損傷状態について調べ，その結果を表１に示
す。なお，上記外筒はステンレスよりなり（ＳＵＳ３４
０），その板厚は１．５ｍｍである。

【００７０】図９に示すごとく，保持材の組付け後のか
さ密度が０．５ｇ／ｃｍ³ を越えたあたりより，その面
圧が著しく低下する。これは，組付け時に保持材が過剰
に圧縮され，保持材を構成するアルミナ繊維が破断し，
その復元力が低下したためである。

【００７１】そして，表１に示すごとく，かさ密度が
０．８５ｇ／ｃｍ³ に達すると，振動試験において，セ
ラミック製触媒担体の損傷が生じてしまう。これは，上
述の面圧の低下により，保持材が，セラミック製触媒担
体を外筒内に完全固定することができなくなったからで
ある。また，組付け時に過剰の力が加えられたため，外
筒の変形が生じてしまう。

【００７２】以上により，アルミナ繊維の破断によるセ
ラミック製触媒担体の損傷を防ぐためには，保持材の組
付け時のかさ密度を０．５３ｇ／ｃｍ³ 以下，さらに好
ましくは，図９における変曲点（Ａ）０．４１ｇ／ｃｍ
³ 以下とすればよいことが判る。即ち，保持材のかさ密
度の上限値は，セラミック触媒コンバータの組付時に保
持材のアルミナ繊維が破損しない限界値により決定する
ことが非常に重要となる。なお，上記変曲点とは曲線の
カーブが下に凸から上に凸に変化する点を示す。

【００７３】

【表１】

【００７４】実施例５ 本例は，セラミック触媒コンバータにおける，保持材の
排気浄化時の最高温度におけるかさ密度とセラミック製
触媒担体の保持状態との間の関係について，図１０及び
表２を用いて説明する。

【００７５】本例の各セラミック触媒コンバータは実施
例１と同様の構成を有しており，該セラミック触媒コン
バータにおいて保持材として使用するアルミナ繊維は，
実施例２に示すものと同様の組成を有している。そし
て，上記各セラミック触媒コンバータは，組付け時にお
ける保持材のかさ密度の値がそれぞれ異なる。このた
め，上記各セラミック触媒コンバータが高温雰囲気に晒
された場合における，各保持材のかさ密度もそれぞれ異
なる。

【００７６】次に，実施例４と同様の方法にて，上記各
セラミック触媒コンバータの温度９００℃の高温雰囲気
における面圧を算出し，セラミック製触媒担体と外筒の
線膨張係数から求めた高温時のかさ密度に対してプロッ
トした結果を図１０に示す。更に，組付後に上記高温時
のかさ密度となる各セラミック触媒コンバータを振動試
験機に取付け，実施例４と同様の条件及び方法にて加振
試験を行い，セラミック製触媒担体の損傷状態について
調べ，その結果を表２に示す。

【００７７】図１０に示すごとく，上記高温雰囲気にお
いて，保持材は，そのかさ密度の増大に伴い，面圧が単
調増加することが判る。そして，表２に示すごとく，上
記高温雰囲気におけるかさ密度が０．１６ｇ／ｃｍ³ 未
満である場合には，セラミック製触媒担体の損傷が生じ
る。

【００７８】このため，面圧不足によるセラミック製触
媒担体の損傷を防ぐためには，保持材の高温雰囲気のか
さ密度を０．１６ｇ／ｃｍ³ 以上とすればよいことが判
る。

【００７９】尚，かさ密度０．１６ｇ／ｃｍ³ におい
て，セラミック製触媒担体１２は，保持材１１とフラン
ジ１５２により軸方向に保持されるが，かさ密度を０．
２０ｇ／ｃｍ³ 以上とすることにより，保持材１１のみ
でセラミック製触媒担体１２をがたつきなく保持するこ
とが可能となる。すなわち，保持材のかさ密度の下限値
は，セラミック触媒コンバータの排気浄化時にセラミッ
ク製触媒担体をがたつかせない限界値により決定するこ
とが非常に重要となる。

【００８０】

【表２】

【００８１】実施例６ 本例は，セラミック触媒コンバータにおける，外筒とセ
ラミック製触媒担体との間に形成されるクリアランスと
保持材の面圧との関係について，図１１及び表３を用い
て説明する。本例の各セラミック触媒コンバータは実施
例１と同様の構成を有しており，該セラミック触媒コン
バータにおいて保持材として使用するアルミナ繊維は，
実施例２に示すものと同様の組成を有している。

【００８２】上記アルミナ繊維を厚さ３ｍｍまで圧縮し
た後の解放率と上記面圧の低下との関係について，温度
９００℃の高温雰囲気において，実施例２と同様の方法
により測定し，その測定結果を図１１に示す。

【００８３】また，上記アルミナ繊維を保持材として組
付けたセラミック触媒コンバータにおける，上記保持材
の解放時の面圧とセラミック触媒担体の損傷との関係に
ついて，組付け後に，上記解放率の面圧となる各セラミ
ック触媒コンバータを振動試験機に取付け，実施例と同
様の条件及び方法にて加振することにより測定し，その
測定結果を表３に示す。

【００８４】図１１に示すごとく，解放率の増大と共
に，アルミナ繊維の面圧は単調減少する。そして，表３
に示すごとく，解放率が１７％を越えた場合に，セラミ
ック製触媒担体の損傷が生じる。

【００８５】ところで，セラミック触媒コンバータにお
いて，外筒とセラミック製触媒担体との間には，線膨張
係数の差より，高温雰囲気に晒された場合に，クリアラ
ンスが生じる。このクリアランスが生じる過程は，上述
の測定における，保持材の圧縮後の解放に相当する。

【００８６】従って，セラミック製触媒担体の損傷を防
ぐためには，上記セラミック製触媒担体と上記外筒と
の，組付け後における間隙の幅をｔ１，排気浄化時の最
高温度における間隙の幅をｔ２とした場合，ｔ２／ｔ１
の比を１．１７以下とすればよいことが判る。すなわ
ち，セラミック触媒コンバータにおいて，間隙の幅の比
ｔ２／ｔ１の上限を限定することは，常温及び排気浄化
時のセラミック製触媒担体の保持力を安定する上で非常
に重要となる。

【００８７】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，セラミック触媒コンバータ
の一部切欠き断面説明図。

【図２】実施例１における，自動車用エンジンの排気経
路中における，セラミック触媒コンバータの配置説明
図。

【図３】実施例１における，アルミナ−シリカ系の状態
図。

【図４】実施例２における，アルミナ繊維及びセラミッ
ク繊維における，高温雰囲気での放置時間と面圧との関
係を示す線図。

【図５】実施例２における，アルミナ繊維における，
（ａ）高温雰囲気放置前，（ｂ）温度１０００℃，１０
００分の高温雰囲気放置後，におけるＸ線回折強度分布
を示す線図。

【図６】実施例２における，セラミック繊維における，
（ａ）高温雰囲気放置前，（ｂ）温度１０００℃，１０
００分の高温雰囲気放置後，におけるＸ線回折強度分布
を示す線図。

【図７】実施例３における，アルミナ繊維及びセラミッ
ク繊維の，各温度ごとのクリアランスと面圧との関係を
示す線図。

【図８】実施例３における，アルミナ繊維及びセラミッ
クマットの，各温度ごとのクリアランスと面圧との関係
を示す線図。

【図９】実施例４における，保持材を構成するアルミナ
繊維の組付け時におけるかさ密度と面圧との関係を示す
線図。

【図１０】実施例５における，保持材を構成するアルミ
ナ繊維の高温雰囲気時におけるかさ密度と面圧との関係
を示す線図。

【図１１】実施例６における，保持材を構成するアルミ
ナ繊維の解放率と面圧との関係を示す線図。

【符号の説明】

１．．．セラミック触媒コンバータ， １１．．．保持材， １２．．．セラミック製触媒担体， １２０．．．外周部， １３１，１３２．．．外筒，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 養 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 徳田 浩次郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気経路中に配置され，通気
   セル表面に触媒層を形成したセラミック製触媒担体と，
   該セラミック製触媒担体を収容する外筒と，上記セラミ
   ック製触媒担体と上記外筒との間の空隙に配設された保
   持材とよりなるセラミック触媒コンバータにおいて，上
   記保持材は，排気浄化時におけるセラミック製触媒担体
   の外周部の外周温度において相変態しない材料であるこ
   とを特徴とするセラミック触媒コンバータ。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記保持材は，Ａｌ
   ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 組成のアルミナ繊維よりなり，上記Ａ
   ｌ₂ Ｏ₃ は７０重量％〜９５重量％含有されていること
   を特徴とするセラミック触媒コンバータ。
3. 【請求項３】 請求項２において，上記アルミナ繊維
   は，その組付け後のかさ密度が０．１７ｇ／ｃｍ³ 〜
   ０．５３ｇ／ｃｍ³ であることを特徴とするセラミック
   触媒コンバータ。
4. 【請求項４】 請求項２において，上記アルミナ繊維
   は，その排気浄化時におけるかさ密度が０．１６ｇ／ｃ
   ｍ³ 〜０．５１ｇ／ｃｍ³ であることを特徴とするセラ
   ミック触媒コンバータ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項において，
   上記セラミック製触媒担体と上記外筒との，組付け後に
   おける間隙の幅をｔ１，排気浄化時の最高温度における
   間隙の幅をｔ２とした場合，ｔ２／ｔ１の比が１．０２
   〜１．１７であることを特徴とするセラミック触媒コン
   バータ。
6. 【請求項６】 請求項３において，上記アルミナ繊維
   は，その組付け後のかさ密度が０．４１ｇ／ｃｍ³ 以下
   であることを特徴とするセラミック触媒コンバータ。
7. 【請求項７】 請求項４において，上記アルミナ繊維
   は，その排気浄化時におけるかさ密度が０．２０ｇ／ｃ
   ｍ³ 以上であることを特徴とするセラミック触媒コンバ
   ータ。