JPS5813683A - 自動車排気ガス浄化器用パツキン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明線、自動車排気ガス浄化器用パツキンに関する
もので、とくにバーミキュライトを原料とする膨張性シ
ート材から構成されるパツキンの改良に関するものであ
る。バーミキュライトを主材とする膨張性シート＃（あ
るい拡打抜き、裁断加工したパラやン）は、高１１に対
して優れた耐熱性があｐ、かつ熱によって膨張（膨積と
呼ばれる）すゐ性質があることから。

高温を扱う機器の充填用パツキン材として注腸され、そ
の用途開発が行われてい、る、たとえば貴会１４触媒を
担持させたセラミック製の毫ノリス麿触媒体を金属製筒
形容器内に収容して構成さ、れる自動車排気ガス浄化Ｉ
ＩＫあっては、前記膨張性シートはモノリスｌＩ触謀体
（以後モノリスと略称する）と筒形容Ｗｈ（外筒と略称
する）との間の充填用として、あるい蝶モノリスを支持
する保持材として使用されている。

上記の自動車排気ガス浄化器に使われている前記モノリ
スは耐熱、耐熱衝撃、多接触表閏積の５つのｌＩ＆求を
それぞれ満足させるように、ｔ！Ｘ　１０”−”Ｃｌ！
の低熱膨張率を持つセランツク素地からなル、ハニカム
壁（Ｌ１５鵬〜ａ３編機の押出し成形品が最適とされて
いるが、この浄化器金体の技術的難点は、モノリスと外
筒との間に大暑な熱膨張収縮率差があって、モノリスを
外筒内に保持するのに特別・な工夫を必要とすることで
ある。骨に最近の傾向として、排気ガス浄化。

ｖ！ｋｆ：エンジン排気マニホールド近傍のよシ高温部
で使用するーが増え、森場合前記外筒材質に熱膨張係数
が鋳鋼のｔ５倍ある耐熱鋼材を採□用した夛、前記５つ
の性能向上ｔ−図るため、ノー二力ム壁が薄くて強度の
弱いモノリスの採用を考える場合には、従来にも増して
柔かく、かククツシ冒ン性に富むパツキンが要求きれ、
更にモノリスの性能を向上する理由で、モノリスと外筒
との間を未浄化排気ガスがバイパスしないようなガスシ
ール′性−ＭＬ＜’要求されるようになつそきた。

・　　　　　　　　、、、！、、′：・；上記要求を一
部あるいははＡ完全に満すこと！１ ので自るモノリス用保持材−（ツキンとして、樵々の材
質・構造を持つものが提案されておシ、その一つとして
耐熱鋼製のスプリング中ベローズで弾力的に保持したシ
、また同材質の金属細線をメリヤス編みにして圧縮成形
したものが、弾力性ある保持材として一部実用化されて
いるが、排気ガスの異状などで、しばしば担持体の温度
が過熱して６ＯＯ℃以上の高温に主ると、スプリングや
ベローズ成形品は金属の弾力性が失なわれ、保持材の役
目をはださなくなシ、さらに排気ガスの圧力やエンジン
等の碌動によシ、モノリスががたつき、最終的に破壊し
てしまう欠点がある。また前記ｌ１１８１ｉ！成形品は
、排気ガスをシールするには粗すぎて、完全な浄化が期
待できない点にも欠点がある。

また、金属材′Ｉ＃＋ｔ−使用しない手段としては、耐
熱性のある無機質繊維材料をモノリスと外筒との間に充
□填する１段が提案されており、この４０Ｕ町″＝、＝
　＝、、、、ｉ、、、、＜・１ゞ＝ｅ、ｔ９ｘｈ９＞ｆ
ｔ１ｈ１．１ の隙間を完全にシート、ルし、未処理排ガスが漏れない
ことなどが利率とされているが、モノリスをエンジンや
走行時の振動や熱冷ナイクル下で長期間にわたシ有効に
保持させるには、パツキンの充填！！度を充分寓くする
必要があシ、またパツキン充填に特別な外筒、例えば被
数分割型−金属製筒型容ａｔ用意□し、モノリスを中Ｋ
＜るんだ厚いｉット状繊維材料を強く圧！ＩＬ、ネジ１
バンド等で固定するよ゛う飯−繍嫌浄イビ装置となる欠
点がある。

上記手段の改良と考えられるも′ｄとして□ン無□ 一質繊細社科にバーきキエライト粒を抄きこんだパツキ
ンを使用し、こ゛れｔ−４□ノリ餐と容器□との間に充
填し、エンジンめ１気熱によ；′ソバー建命エツイトが
膨積して無機質教ｍＷ料を強く圧細し、それによってモ
ノリスを保持する手段が提案され、一部実用化されてい
る。しかしながら、このバーンキーライト抄きこ゛みパ
ツキンを実１１に充填使用する場ｉでも、各゛種条件が
厳しくなった現時点で線、苛酷な実車秦件下で確実にモ
ノリスを保持できる場合は、パツキン厚さのｓＯ〜６０
％程度にまで強圧して充填しなければならず、その強圧
作用でモノリス肯ｍｔ−破損する事故がしばしば発生し
ている。

また、さきに本発明は、バーζキｊ−２イト粒が熱によ
シ膨検する性質をそのまま利用し、パー建辱ヱライト粒
をシート化し、−ツミックペー　バーなどと張シ合わせ
たシートを提案したが、このパツキンは優れた保持力耐
久性を示す反面、材質が固く、寸法公差の大きいモノリ
スの外径寸法を測定し□て充填量を決め、巻装挿入する
工程上の繁雑さがある。

本発明者は、前述した各槍パツキンの長所難所を検゛討
し、本発明者が先に提案したバーミキ□ ユライ□トシート材が大きな保持力耐久性を発揮する特
性を活かし、寸法公差の大１い前記モノリスとそれを保
持する外筒との関め狭い隙間に容易に挿入できる＃ｌど
柔かく、かつ排気ガス滲化時の高温・エンジン停止時の
常温間の熱冷サイクル□による隙間寸法熱ｍ！Ｉｌ繰返
し変化下に４長期間にわたって保持力が保てるパツキン
を一発する目的でこの発明ｔ−提供したものである。

□更に、仁の褪明をなすに飼った′Ｉりかけは、本発明
者が提案したバー々キエライト粒シートとセラ擢ツク７
アイパー゛な′ど・シートが別々に作成しうることに着
目し、バーミキュライトを抄きこむシートの製造法では
、抄造技術上均一に抄暑こめないような大粒のバー７キ
エライトについても検討し、また多くのセラ建ツクファ
イバーについて実際の使用状況に近い耐久性試験を繰返
して行ったと仁ろ、試験初期の保持力は同ａｔでも長期
試験後の保持力に変化が認められ、ある範囲にあるのも
ののみが優れた性能を示すことを見出し、またセ２ンツ
クファイバ一層の弾性Ｉｉ！Ｉ會材として天然ゴムとポ
リブテンとの組合わ一１Ｋ１９．実際の挿入装置に充分
適合で龜る龜軟性・耐屈曲性を付与できることを見出し
、その知見にもとづいて、この発明を完成したものであ
る。

：１ 仁の発１ｊｉにおいて使用されるバーζキエツイ：：１
・ｉ″１ ト（ひる石）は雲母鉱吻の一種で、加熱すると多量に含
有する層間水を発散させる過程で原石時の厚さの数百倍
以上に膠検してブック状またはアコーデオン状となり、
吸音断熱性に富む、嵩高な粒状物が得られることが知ら
れてお夛、これに有ＩＩＩまたは無ｆａ系の種々な結合
Ｗｔ−混合したものはａｍｏｒ・耐火材などに多量に利
用されている。また、パー０１ライト原石を鉄板などの
隙間に充填して加熱膨積さゼた板状体紘りツシ璽ン性に
富み、自動車用排気ガス浄化器モノリスの保持体として
使用できることは、本発明者が先Ｋｉｌ案したとおりで
ある。これらのバー７キエライトは、現在南ア・パツボ
ツＩｌメるｉは北米モンタナｍが入ｔで寝、用造に応じ
て種々の粒径・彫積＠度のものが利用されている。これ
らバー建キ：Ｓ−ライト粒の性状ｔｌ！１に示す。

表　　１ また、この本発明で使用される−に２ミツク７アイパ〜
はアル建すとシリカの重量比がはｔ！１の配合原料を電
孤炉によって溶融し、高速気＊１＊用して、あるいは高
速回転円板を利用して細繊線化したものである。これら
セラ建ツクファイバーは目的とされる耐熱温［Ｋより、
ムｊ雪へ・８４偽配合比を変え、Ｓ融液の温度・繊維化
方式の違いによシ、繊維長２５〜２５０厘繊維＠ｔＳ〜
６−のバルク状集合体をして生産され。

ガラス軟化温度約８５０’ｃ、＊周温ｊ［１１００−１
５００℃の高温用断熱材としてペーパーブランケット・
紡織品などの形態で利用されている。

この発明による篭ノリス履触媒保持用パツキンは基本的
には１本発明者が先Ｋｉｌ案したバーミキエライトシ一
ト即ち未膨積のパー建キエライト粒と膨積さゼたパー建
キエライト粒と有機弾性細會材とからなる混合物が１５
〜ｔｅａｍ程の厚さに加圧成形されたシートで６って、
とくにバー櫂キエライトに所定の粒径のものが選択され
、そのシートの片面もしくは両面にセライックファイバ
ーと特殊な結合剤とからなる柔軟性に富んだシートが張
〕付けられた構成に轡黴があｐ、この構成によシ荀酷な
蒙用命件下でも保持力を失なわないよ５改良したもので
弗る。

この発明におｉて、前記バー建キエライトシートの形成
に用いる未膨積パーミキエライト粒は、七〇粒径が３ｓ
メツシュ以上のものが選択使用され、セフンツクファイ
バーシートは、平均繊細長ｓＯ−以上、平均繊ｍ径２〜
４μからなるセラ建ツクファイバーが選択使用され、ま
たその結合剤として嬬、天然ゴムとポリブテンとをｆｆ
１合わせたものが使用される。

次にこの発明の内容を、その実施試験に基いて詳細に説
明する。

この尭−のパツキンが装着される自動車排気ガス浄化−
の使用状態は、モノリス外４１？４５土Ｌ５ｍ、モノリ
ス１ＩＩＩｌｉＩｋ高温度４００〜ａｓｏ℃、金属製外
筒内４１１００編、最高温［３００〜５５０℃で、エン
ジンの振動による加速ｌ［をｓＧ＠直受ける例が代表的
な例である。モノリスと外筒とのＴｏｉだの隙間（Ｌ口
〜＆　５　ｍｍ　）に充填するパツキン量については、
パツキンｔｍ小間隙寸法２．０■に圧縮した時の面圧が
モノリス＠壁の耐圧強度以上になる量では、モノリスを
破壊するおそれがあｐ、逆に少い場合はモノリスの保持
力が低下するので、最小原間寸法に圧縮したパツキンの
面圧がモノリスａｍ耐圧強度になる場曾を許容最大充填
量としてパツキンの試験厚さく面密釦を決定した。

前記の実車条件を満足させるべく、試験機器・試験方法
を検討し、外径？　！ｉ’ｍの石英ガラス製円筒の外局
に試験すべきモノリス用パツキン（２５腸巾）をｅ＊、
テーパのついた採針の底を抜いたような形状の挿入治具
をブｒして内＃に１００諷、肉厚６繻の耐熱鋼製外筒内
にパツキンを巻いたモノリスを挿入して試験体とし、こ
の試験体にｌｉｔして、モノリスが紳１気ガスに押出さ
れる力α７〜とモノリスがＩＯＧに加！ａされる時に受
けると推定される力（４２ＫｊＩ）に相幽するずｐ応力
がかかるように、耐熱鋼製外筒に錘を加えて常時載荷し
ておき、加熱冷却は石英ガラス内部よｐ外筒ノｆＩＡ＊
−ｈｉｓ　ｏ分テ３５０℃に昇るように、供給電′力量
を調節し、続く３０分で闘℃まで下るように、石英ガラ
ス筒内部よｐ吹きつける圧縮空気量を調節し、この加熱
冷却［−１サイクルとして繰返して行い、４？麺の＠＊
により、石英ガラス筒と耐熱鋼製外筒との間に２鳳のず
れが生じた時にりξットスイッチが働き、耐久した熱冷
サイクルの回数を記鍮さぞ、熱冷サイクルを５０回耐え
た試ＰＦを合格とした・なお石英ガラス円筒の熱膨張係
数はα５　Ｘ　Ｎ）／′ｃで、モノリスのＬＯＸ１０／
℃よｐ小さく、また載荷している荷重も大きく、実車よ
り同等以上の厳し％Ａ秦件とした。

そこで、モノリスの耐圧強Ｉｊ２５Ｋｆ／−と設定して
許容し得る最大の充填量を求めるため、内 モノリス保持力１＊求試験条件に合わ（るには、２゜４
．１２．ｈや−、イ４７．い、。

たクツシ曹ン性のある上２ミックファイバーをどれ程多
量に組合わぜることがで龜るか、下記表２に示す配合量
のセラミックファイバーシートおよびバーンキュライト
シートを作成して圧縮試験を行い、モノリス・外筒隙間
の最小寸法であル犀さｌＯｍＫ＄けルｇｌｉ圧＄２５１
１４１ｇｄ付近の組合せを選定した。

表　　２ （セツミックファイバーシートおよびパーミキエライト
シートの配合は後記する実施例参照）上記の表より、モ
ノリス用パツキンの面密ｆがＬ７麺／−程の場合はＩＰ
）の組合せが過当で、ビ）の場合はパーミキエライトシ
ートの量が少なく、モノリス保持力耐久性が不足し、（
ハ）の場合は耐圧強度以上でモノリスを外筒に挿入する
時モノリス貴壁が破壊されたので、以後（−の＊１ｉｔ
ｊｔｔ−持うものを供試体とした。

次にこの発ＥＡＫよるパツキンの主−成材料であるパー
ミキエライト粒およびセラミックファイバーについて、
耐久試験を行った。バーンキュライトは前記表１に掲げ
た１柄、セラミックファイバーは平均繊ｍ長と平均繊細
径の異なるファイバーをシート化したものである。七ッ
ンツクファイバーのシートおよびパーミキエライトシー
トの面密度は前に述べたとおシで、前述した加熱冷却の
繰返しによる耐久試験結果は表３のとおりである・ 表　　５ バーｆ今為うイトシートｌ！ＩＩ！Ｆ度　１．ｓｓ　Ｋ
ｇ７ｄｌセランツタファイバー　＃ｔＪ５ｚ 括弧内の数字は加熱冷却サイクルの回数。

Ｘ印は、石英ガラス製円筒と外筒とのあいだに２腸のず
れが生じたもの。

◎印は５０回の加熱冷却サイクルでずれが生じなかった
もの。

総じてバーミキュライトは粒怪の大暑な４のが有効で、
またセラミック７アイパーの繊細兼は長くて繊ａｌｌの
２−２μ付近のものが秀れることが判明した。また、従
来の技術でめるバーミキュライト細粒をセラミックファ
イバーに抄きこんだ場合（配付、シート面密夏同等で）
をこの発明の例と対比すると、表３の比較例に示すよう
に、保持力耐久性が不足し、苛酷なモノリス用パツキン
の条件下では使用できないことが認められた。

この発明線前記の如くバーきキュライト層とセラ（ツタ
ファイバ一層とからなり、未膨張のバーミキュライトが
膨張して陣、性のある、元厚の数倍の膨張性シートとな
ることが期待されているため、高熱面であるモノリス＊
ａｉに密着して装着されている場合と、バーミキュライ
ト層がモノリス胃壁と外筒内壁との中間にある場合とで
保持力の耐久性が異なると予想され、モノリス儒１１１
ＩＩより「セラミックファイバーシートＸ　Ｋｆ／　ｍ
”＋バーミキュライトシートＹＩＬｆ／ｍ”＋セラ建ツ
クファイバーシート２〜／ｍ”Ｊの面密度をもつ張り合
わせパツキンを下記表４のように作成して耐久試験を行
った結果、表中（４）の）の組合わせ時のみ、即ちバー
ミキュライト層がモノリス冑に近い時のみ保持力耐久性
があることが判明した。

表　４ 括弧内の数字は加熱冷却サイクルの回数。

Ｘ印は、石英ガフス義円筒と外筒とのめ％ｎ１ｅｆｇ　
ｊ！　ｍのずれが生じたもの。

Ｏ印は５ｔＪ−の加熱冷却ナイクルでずれが生じなかっ
たもの。

次にセラミックファイバーの結合剤について述べる。こ
の発明のパツキンにおいては、前述したように１面＠［
ｔｓＳＪＬｇＳ根のバーミやエライトをシート化する必
要が６１仁れに張ｐ合わされる囃ラミックファイバーシ
ートは、晋過のセラミック７アイパープツンケツトでは
高比重がα１ｓルーであるから、厚さとして１０−機で
、かつ強直が弱く、モノリス用パツキンとして１＠扱い
ができない、ま社ペーパーとして手に入るものは嵩比重
がαｉｆｆ／−であるから、犀８４５■で、！ＩＩｌ鼠
も参るが、前記バーミキュライトシートと９Ｉｋシ合わ
せると、両署合わせて６■ＩｉＫ＆！７、仁れｔモノリ
ス周囲に善きつけると、外層であるセ９ｆツタファイバ
ーペーパーに伸俵力がかか夛、バーミキュライト層のＩ
ＩＭが剥れるか、剥れｔ−場合でもバーミキュライト層
にしわが寄る難点が生じた。これらの点を解決するため
、種々の結合剤例えば踵Ｊ返、縄等のゴム系接着を検討
したところ、結局、■とポリブテン（ＰＢ）　ｔ−組合
わせた時のみ上記難点が生じないことを見い出した。即
ちＮＲとＰＢ　　を下記表５のようＫａｌ曾わぜたもの
は、同じ面密度のセラミックファイバーのシートでも、
シート厚を薄くでき、モノリス径９５■に屈−した状態
でもキレンあるいはバーミキュライトシートとの接着も
完全でシートとして伸び易く、またキレンも生じない。

籍に下記表５の例（＃５のように、ＮＲとＰＢｔ倍量に
増加したもの線、層が薄く面密度が高く、かつ強ＩＩＫ
も充分娶って、シート柔軟性があシ、１だ良く伸びる性
状を示しておシ、このようなセラミックファイバーシー
トは、従来存在しなかったものである。

表　　５ 以上の実施試験データをもとに総合した結果を下記実施
例として示す。

笑施例 平均ａｍ長５０ｍ、平均繊維径Ｚ２μのバルク状セラミ
ックファイバーα６１１４１１００ｊの試験用ビータ−
に入れてビーデーエツジに荷重をかけずに５分間叩解し
、ビータの底に沈澱した未Ｓ紬分（ショット）を除いて
、α４５ＬＩのセラミックファイバーパルプｔ−得て、
これに４５ｆの日本石油Ｗ＊ポリブテン（Ｈｙ−ｚｏｏ
、動粘度１００°下ｓｚ、ｏｏｏ）とレバーテックス社
製天然ゴム（ＬＣ８レバーテックス）　２２．５Ｆ　（
どちらもエマルジ冒ンー）を入れ、アルミナゾル・硫酸
バンドを小量入れて定着させ、このセラミックファイバ
ーパルプを１ｍＸα３５ｍの手抄き抄造磯でシート化し
、面圧１０１ｔ−ｆ／−で圧搾して乾燥し、このセラミ
ックファイバーシートの上に、北米モンタナ産　バーミ
キュライト粒＃２・・・−・−・Ｃ１５５ＫｇＮＲ（Ｌ
Ｃ８Ｌ／バーテックス６０Ｉｓ固形分）−−−−−−−
−−（ＬＯ１２４水・−・・−・−・・−・−・−・−
・・・・・・・・・・・・・・・−・・−・−・−・−
・・−−−・−・・−・α０７０７を混合した半湿潤粉
末を約５ｍｓ厚に散布し、ローラーで均一に伸展し、そ
の上にα２　Ｋｆ／−の面密度を持つ前記セラミックフ
ァイバーシートと同配合の薄￥ｋｌ：、、、　）をかぷ
ぜて組合わせたシート両面を金網ではさみ、面圧１５Ｍ
４／−で加圧し、バーミキュライト半湿＃ＩＭＩ末層か
らにじみ出したゴムラテックスでシート間ｔｉ！会し、
この積層シートを乾燥さぞ、２５謔巾に截断してテープ
状とし、モノリス用パツキンとした。

前記パツキンをモノリスに見立てた外径？３■の石英ガ
ラス製円筒の外周に巻き、テーバのついた纏針の底を抜
いたような形状の挿入治具を介して内径１００腸、肉厚
６ｍの耐熱鋼製円筒内にパツキンを巻いたモノリスを挿
入して試験体し、この試験体Ｋｆｉｔして、実際のモノ
リスが排気ガスに押出される力ａ７４とモノリスが１０
Ｑに加振される時に受けると推定される力（４２〜）に
相当するずシ応力がかかるように、耐熱鋼製外筒に錘４
９初を加えて常時載荷しておき、加熱冷却は石英ガラス
内部より外筒の装置が５０分でｓ５０℃になるように、
供給電力量を調節し、絖〈５０分で５０℃まで下るよう
に、石英ガラス筒内部より吹きつける圧ａ空気量を調節
し、この加熱冷却を１サイク羨とし、５０ナイクル繰返
して行った後も、石英ガラス筒と外筒との間でずれがな
く、合格であった。また前記パツキンをモノリスに前後
２テープで充填した浄化器を自動車エンジンに組みこみ
、エンジンフル回転２００時間の台上試験を行っても、
モノリスに損傷が認められず、またモノリスがずれた跡
も認められず良好であった。

以上に述べたように、この発明によれば、バーミキュラ
イトシートとセラミックファイバーシートとを張シ合わ
せて成る自動車排気ガス浄化器用パツキンにおいて、前
記バーミキュライトシートは、影Ｓｔさせたバーミキュ
ライト粒と粒径３５メツシュ以上の未ｌｌ積バーミキュ
ライト粒と有機弾性結合剤とからなる混合物が所要の面
密度をもつシート状に加圧成形されたものであり、前記
セラミックファイバーシートは、平均繊維長５０−以上
、平均繊維径２〜４μよりなるセラミックファイバーが
天然ゴムとポリブテンとを組合わせた結合剤でシート状
に形成されているものであるから、自動車排気ガス浄化
器のモノリスと外筒との隙間に義人配置するパツキンと
して、扶い隙間に容易に挿入させることができ排気ガス
浄化時の高温・エンジン停正時の常温間の熱冷サイクル
による隙間寸法熱膨張繰返し変化に４長期間にわたって
適正なモノリス保持力が維持されるパツキンが得られる
ものであって、それによ少目動車排気ガス浄化器の耐久
性向上に大きく寄与することができる。

特許出願人　日本アスベスト株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バーきキエライトシートとセラミックファイバーシート
   とを帳シ合わせて成る自動車排気ガス浄化器用パツキン
   ＫＴｈいて、前記バーミキュライトシートは、膨積させ
   たバーミキュライト粒と粒＠ＳＳメツシュ以上の未ｊｌ
   ＆パーミキエライト粒と有機弾性結合剤とからなる混合
   物がＩｆｒ費の■密Ｊ［ｔ−もってシート状に加圧成形
   されたものであタ、ｗＩ記セ２ミックファイバーシート
   は、平均繊維長５０−以上、平均繊維径２〜４ｊよｐな
   るセラミックファイバーが天然ゴムとポ、リプデンとを
   岨会わせた結合剤でシート状に形成されていることｔｑ
   ＃黴とする自動車排気ガス浄化器用パツキン。