JP2002206421A

JP2002206421A - 触媒コンバータ用保持シール材、セラミック繊維及びセラミック繊維の製造方法

Info

Publication number: JP2002206421A
Application number: JP2001003889A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Tanahashi; 一智棚橋; Masahiro Doshita; 正景堂下
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】面圧の経時劣化が起こりにくい触媒コンバー
タ用保持シール材を提供すること。【解決手段】この触媒コンバータ用保持シール材４
は、マット状に集合したセラミック繊維６を構成要素と
し、触媒担持体２とその触媒担持体２の外周を覆う金属
製シェル３とのギャップに配置される。セラミック繊維
６は、その外表面６ａに無機質からなる凹凸構造を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒コンバータ用
保持シール材、セラミック繊維及びセラミック繊維の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用、特に自動車の動力源とし
て、ガソリンや軽油を燃料とする内燃機関が百年以上に
わたり用いられてきた。しかしながら、排気ガスが健康
や環境に害を与えることが次第に問題となってきてい
る。それゆえ、最近では排気ガス中に含まれているＣ
Ｏ、ＮＯｘ、ＨＣ等を除去する排気ガス浄化用触媒コン
バータや、ＰＭ等を除去するＤＰＦが各種提案されるに
至っている。通常の排気ガス浄化用触媒コンバータは、
触媒担持体と、前記触媒担持体の外周を覆う金属製シェ
ルと、両者間のギャップに配置される保持シール材とを
備えている。触媒担持体としてはハニカム状に成形した
コージェライト担体が用いられており、それには白金等
の触媒が担持されている。

【０００３】また最近では、石油を動力源としない次期
のクリーンな動力源の研究が進められており、そのうち
特に有望なものとして例えば燃料電池がある。燃料電池
とは、水素と酸素とが反応して水ができる際に得られる
電気を、動力源として用いるものである。酸素は空気中
からじかに取り出される反面、水素についてはメタノー
ル、ガソリン等を改質して用いている。この場合、メタ
ノール等の改質は触媒反応によって行われる。そして、
このような燃料電池にも、触媒担持体と、触媒担持体の
外周を覆う金属製シェルと、両者間のギャップに配置さ
れる保持シール材とを備える燃料電池用触媒コンバータ
が用いられている。触媒担持体としてはハニカム状に成
形したコージェライト担体が用いられており、それには
銅系の触媒が担持されている。

【０００４】上記の触媒コンバータを製造する方法をこ
こで簡単に説明しておく。まず、熔融法等によりセラミ
ック繊維を紡糸した後、そのセラミック繊維をマット状
に集合させてなる材料を作製する。この材料を金型で打
ち抜くことによって、帯状の保持シール材を作製する。
次に、この保持シール材を触媒担持体の外周面に巻き付
けた後、金属製シェル内に前記触媒担持体を収容する。
その結果、所望の触媒コンバータが完成する。このよう
な収容状態において保持シール材は厚さ方向に圧縮され
るため、保持シール材にはその圧縮力に抗する反発力
（面圧）が生じる。そして、この反発力が作用すること
により、触媒担持体が金属製シェル内に保持されるよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の保持シール材は使用時に振動や排気ガス等の高温に
晒されることから、時間が経つにつれて次第に面圧が低
下し、比較的早期のうちに触媒担持体の保持性やシール
性が悪くなるという欠点があった。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、面圧の経時劣化が起こりにくい触
媒コンバータ用保持シール材を提供することにある。ま
た、本発明の別の目的は、上記の優れた触媒コンバータ
用保持シール材の構成材料として好適なセラミック繊維
及びその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
すべく本願発明者らが鋭意研究を行ったところ、繊維集
合体を圧縮するような外部荷重を長時間加えた場合、繊
維集合体を構成する単繊維同士に滑り・ズレが生じ、そ
れが繊維集合体の面圧の低下を引き起こすという知見を
得た。そこで、本願発明者らは、単繊維同士の滑り・ズ
レという問題を何らかの手段により解消すれば好結果が
得られるであろうとの予測のもとに、繊維外表面の構造
に着目した。そして、かかる部位の構造を改良すべくさ
らに鋭意研究を行い、最終的に本願発明を想到するに至
ったのである。

【０００８】即ち、本発明の請求項１に記載の発明で
は、マット状に集合したセラミック繊維を構成要素と
し、触媒担持体とその触媒担持体の外周を覆う金属製シ
ェルとのギャップに配置される保持シール材であって、
前記セラミック繊維の外表面に無機質からなる凹凸構造
を有することを特徴とする触媒コンバータ用保持シール
材をその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記無機質からなる凹凸構造は、前記セラミック繊
維の外表面に付着した金属酸化物粒子からなるとした。
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記金属
酸化物粒子の平均粒径は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであ
るとした。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項２または
３において、前記金属酸化物粒子は、前記セラミック繊
維を構成する物質からなるとした。請求項５に記載の発
明は、請求項２または３において、前記セラミック繊維
はアルミナ−シリカ系繊維であり、前記金属酸化物粒子
はシリカ粒子であるとした。

【００１１】請求項６に記載の発明では、繊維集合体を
構成するセラミック繊維であって、その外表面に無機質
からなる凹凸構造を有することを特徴とするセラミック
繊維をその要旨とする。

【００１２】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のセラミック繊維を製造する方法であって、焼結状態に
あるセラミック繊維または少なくとも不溶化状態にある
前駆体繊維の外表面に無機粒子懸濁溶液を付着させた状
態で加熱することにより、前記懸濁溶液中に含まれる前
記無機粒子を前記外表面に固定することを特徴とするセ
ラミック繊維の製造方法をその要旨とする。

【００１３】請求項８に記載の発明は、請求項７におい
て、前記無機粒子懸濁溶液は、水溶性高分子を含む金属
酸化物粒子懸濁溶液であるとした。請求項９に記載の発
明は、請求項７において、焼結状態にあるアルミナ−シ
リカ系繊維の外表面に、平均粒径５０ｎｍ〜１０００ｎ
ｍのシリカ粒子及び水溶性高分子を含む懸濁溶液を付着
させ、この状態で加熱乾燥を行った後、さらに１２００
℃以上の温度で焼成することにより、前記懸濁溶液中に
含まれる前記シリカ粒子を前記外表面に固定することと
した。

【００１４】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１，６に記載の発明によると、外表面に凹凸
構造を有するセラミック繊維であると、外表面が滑面状
であるものに比べて確実に摩擦係数が増大するため、繊
維同士の引っ掛かりによって滑り・ズレが生じにくくな
る。従って、繊維集合体を圧縮するような外部荷重を長
時間加えた場合であっても、面圧の低下を引き起こしに
くくなる。また、無機質からなる凹凸構造は耐熱性にも
優れている。ゆえに、例えば保持シール材の使用温度に
凹凸構造が晒されたとしても、それが焼失等するような
ことはない。

【００１５】請求項２に記載の発明によると、金属酸化
物粒子がセラミック繊維と強固に結合することにより、
セラミック繊維の外表面に好適な凹凸形状が保持され
る。また、セラミック繊維の外表面の一部を除去するこ
と等により凹凸構造を形成したものとは異なり、繊維自
体の物理的性質の悪化を招くことがない。よって、繊維
の折れや変形等が生じにくくなり、面圧の低下も引き起
こしにくなる。

【００１６】請求項３に記載の発明によると、金属酸化
物粒子の平均粒径を上記好適範囲内に設定したことによ
り、製造の困難化を伴うことなく確実に繊維の摩擦係数
を増大させることができる。

【００１７】前記平均粒径が５０ｎｍ未満の粒子の場
合、得られる凹凸がそもそも小さいことから、繊維の摩
擦係数を増大させるためには多くの粒子を付着させる必
要性が生じ、保持シール材を製造しにくくなるおそれが
ある。逆に、前記平均粒径が１０００ｎｍを超える粒子
の場合、得られる凹凸が比較的大きいことから、繊維の
摩擦係数を増大させるためには好都合である。その反
面、粒子を付着させることが困難になり、やはり保持シ
ール材を製造しにくくなるおそれがある。

【００１８】請求項４に記載の発明によると、金属酸化
物粒子はセラミック繊維を構成している物質からなるた
め、繊維との親和性が高く、繊維との接合強度が高くな
る。ゆえに、金属酸化物粒子が繊維の外表面から脱落し
にくくなり、面圧の経時劣化を確実に防止することがで
きる。

【００１９】請求項５に記載の発明によると、非晶質成
分の少ないアルミナ−シリカ系繊維を用いているため、
繊維自体の耐熱性が向上し、高温での面圧の経時劣化を
少なくすることができる。また、シリカ粒子はアルミナ
−シリカ系繊維に対する親和性が極めて高いため、繊維
との接合部分のさらなる高強度化を図ることができる。

【００２０】請求項７に記載の発明によると、焼結状態
にあるセラミック繊維または少なくとも不溶化状態にあ
る前駆体繊維を用いているため、付着処理の際に繊維が
無機粒子懸濁液に溶けてしまうことはなく、繊維形状の
悪化が回避される。また、無機粒子は懸濁溶液において
均一に分散されている。このため、この溶液を用いれば
無機粒子を均一にかつ確実に付着させることができ、繊
維の外表面に好適な凹凸構造を付与することができる。

【００２１】請求項８に記載の発明によると、金属酸化
物粒子を付着させる際に水溶性高分子がバインダとして
働くため、繊維の外表面に粒子を確実に付着させること
ができる。なお、この水溶性高分子は加熱焼成時に焼失
するので、完成したセラミック繊維には殆ど残らない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の自動車排気ガス浄化装置用触媒コンバータを図１
〜図６に基づき詳細に説明する。

【００２３】図３に示される本実施形態の触媒コンバー
タ１は、自動車の車体において、エンジンの排気管の途
中に設けられる。エンジンから触媒コンバータ１までの
距離は比較的短いため、触媒コンバータ１には約７００
℃〜９００℃の高温の排気ガスが供給されるようになっ
ている。エンジンがリーンバーンエンジンである場合に
は、触媒コンバータ１には約９００℃〜１０００℃とい
う、さらに高温の排気ガスが供給されるようになってい
る。

【００２４】図３に示されるように、本実施形態の触媒
コンバータ１は、基本的に、触媒担持体２と、触媒担持
体２の外周を覆う金属製シェル３と、両者２，３間のギ
ャップに配置される保持シール材４とによって構成され
ている。

【００２５】前記触媒担持体２は、コージェライト等に
代表されるセラミック材料を用いて作製されている。こ
の触媒担持体２は断面円形状をした柱状部材となってい
る。また、触媒担持体２は、軸線方向に沿って延びる多
数のセル５を有するハニカム構造体であることが好まし
い。セル壁には排気ガス成分を浄化しうる白金やロジウ
ム等の貴金属系触媒が担持されている。なお、触媒担持
体２として、上記のコージェライト担体のほかにも、例
えば炭化珪素、窒化珪素等のハニカム多孔質焼結体等を
用いてもよい。

【００２６】前記金属製シェル３としては、例えば組み
付けに際して圧入方式を採用する場合には、断面Ｏ字状
の金属製円筒部材が用いられる。なお、円筒部材を形成
するための金属材料としては、耐熱性や耐衝撃性に優れ
た金属（例えばステンレス等のような鋼材等）が選択さ
れることがよい。圧入方式に代えていわゆるキャニング
方式を採用する場合には、前記断面Ｏ字状の金属製円筒
部材を軸線方向に沿って複数片に分割したもの（即ちク
ラムシェル）が用いられる。

【００２７】そのほか、組み付けに際して巻き締め方式
を採用する場合には、例えば断面Ｃ字状ないしＵ字状の
金属製円筒部材、言い換えるといわば軸線方向に沿って
延びるスリット（開口部）を１箇所にのみ有する金属製
円筒部材が用いられる。この場合、触媒担持体２の組み
付けに際し、触媒担持体２に保持シール材４を固定した
ものを金属製シェル３内に収め、その状態で金属製シェ
ル３を巻き締めた後に開口端が接合（溶接、接着、ボル
ト締め等）される。溶接、接着、ボルト締め等といった
接合作業は、キャニング方式を採用したときにも同様に
行われる。

【００２８】図１に示されるように、この保持シール材
４は長尺状のマット状物であって、その一端には凹状合
わせ部１１が設けられ、他端には凸状合わせ部１２が設
けられている。図２に示されるように、触媒担持体２へ
の巻き付け時には、凸状合わせ部１２が凹状合わせ部１
１にちょうど係合するようになっている。

【００２９】本実施形態の保持シール材４は、マット状
に集合したセラミック繊維（即ち繊維集合体）を主要な
要素として構成されたものである。前記セラミック繊維
として、本実施形態ではアルミナ−シリカ系繊維６が用
いられている。この場合、ムライト結晶含有量が０重量
％以上かつ１０重量％以下のアルミナ−シリカ系繊維６
を用いることがより好ましい。このような化学組成であ
ると、非晶質成分が少なくなることから耐熱性に優れた
ものとなり、かつ圧縮荷重印加時の反発力が高いものと
なるからである。従って、ギャップに配置された状態で
高温に遭遇したときであっても、発生する面圧の低下が
比較的起こりにくくなる。

【００３０】アルミナ−シリカ系繊維６の化学組成は、
アルミナ６８重量％〜８３重量％かつシリカ３２重量％
〜１７重量％であることがよく、具体的にはＡｌ₂Ｏ₃：
ＳｉＯ₂＝７２：２８であることがなおよい。

【００３１】アルミナが６８重量％未満の場合またはシ
リカが３２重量％を超える場合には、耐熱性の向上及び
圧縮荷重印加時の反発力の向上を十分に達成できなくな
るおそれがある。アルミナが８３重量％を超える場合ま
たはシリカが１７重量％未満の場合についても同様に、
耐熱性の向上及び圧縮荷重印加時の反発力の向上を十分
に達成できなくなるおそれがある。

【００３２】図４にて概略的に示されるように、この保
持シール材４を構成するアルミナ−シリカ系繊維６は、
繊維の外表面６ａに無機質からなる凹凸構造を有してい
る。本実施形態においては、繊維の外表面６ａに金属酸
化物粒子７を付着させることにより凹凸構造が形成され
ている。

【００３３】前記金属酸化物粒子７の平均粒径は５０ｎ
ｍ〜１０００ｎｍ、特には５０ｎｍ〜５００ｎｍである
ことがよい。前記平均粒径が５０ｎｍ未満の場合、得ら
れる凹凸がそもそも小さい。従って、アルミナ−シリカ
系繊維６の摩擦係数を増大させるためには、多くの金属
酸化物粒子７を付着させる必要性が生じ、保持シール材
４を製造しにくくなるおそれがある。逆に、前記平均粒
径が１０００ｎｍを超える場合、得られる凹凸が比較的
大きいことから、アルミナ−シリカ系繊維６の摩擦係数
を増大させるためには好都合である。その反面、金属酸
化物粒子７を均一に分散した懸濁溶液を作製することが
難しく、金属酸化物粒子７を効率よく付着させることが
困難になるため、やはり保持シール材４を製造しにくく
なるおそれがある。

【００３４】この場合、金属酸化物粒子７としては、セ
ラミック繊維を構成している物質からなることが好まし
い。繊維との親和性が高く、接着部分の強度が高くなる
ため、面圧の経時劣化を確実に防止することができるか
らである。このような事情のもと、アルミナ−シリカ系
繊維６を選択した本実施形態では、シリカ粒子（ＳｉＯ
₂粒子）を用いている。上記シリカ粒子に代えて、例え
ばアルミナ、ジルコニア、チタニア、イットリア、セリ
ア、カルシア、マグネシア等を用いることも可能であ
る。

【００３５】アルミナ−シリカ系繊維６の平均繊維径
は、３μｍ〜２５μm程度であることがよく、さらには
１０μｍ〜２０μm程度であることがなおよい。平均繊
維径を小さくしすぎると、呼吸器系に吸い込まれやすく
なるという不都合が生じるからである。アルミナ−シリ
カ系繊維６の平均繊維長は、０．１mm〜１００mm程度で
あることがよく、さらには２mm〜５０mm程度であること
がなおよい。また、アルミナ−シリカ系繊維６の繊維自
体の引っ張り強度は、０．１ＧＰａ以上、特には０．５
ＧＰａ以上であることがよい。アルミナ−シリカ系繊維
６の断面形状は、図４にて示されたもののような真円形
状でもよいほか、異形断面形状（例えば楕円形状、長円
形状、略三角形状等）でも構わない。

【００３６】組み付け前の状態における保持シール材４
の厚さは、触媒担持体２と金属製シェル３とがなすギャ
ップの１．１倍〜４．０倍程度、さらには１．５倍〜
３．０倍程度であることが望ましい。前記厚さが１．１
倍未満であると、高い担持体保持性を得ることができ
ず、触媒担持体２が金属製シェル３に対してズレたりガ
タついたりするおそれがある。勿論、この場合には高い
シール性も得られなくなるため、ギャップ部分からの排
気ガスのリークが起こりやすくなり、高度な低公害性を
実現できなくなってしまう。また、前記厚さが４．０倍
を超えると、特に圧入方式を採用した場合には、触媒担
持体２の金属製シェル３への配置が困難になってしま
う。よって、組み付け性の向上を達成できなくなるおそ
れがある。

【００３７】また、組み付け後における保持シール材４
のＧＢＤ（嵩密度）は、０．１０ｇ／ｃｍ³〜０．３０
ｇ／ｃｍ³、さらには０．１０ｇ／ｃｍ³〜０．２５ｇ／
ｃｍ³となるように設定されることが好ましい。ＧＢＤ
の値が極端に小さいと、十分に高い初期面圧を実現する
ことが困難になる場合がある。一方、ＧＢＤが大きすぎ
ると、材料として使用すべきアルミナ−シリカ系繊維６
の量が増え、コスト高を招きやすくなる。

【００３８】組み付け状態における保持シール材４の初
期面圧は５０ｋＰａ以上、さらには７０ｋＰａ以上であ
ることが好ましい。初期面圧の値が高ければ、面圧の経
時劣化が起こったとしても、触媒担持体２の好適な保持
性を維持することができるからである。

【００３９】なお、保持シール材４に対し必要に応じ
て、ニードルパンチ処理や樹脂含浸処理等を施してもよ
い。これらの処理を施すことにより、保持シール材４を
厚さ方向に圧縮して肉薄化することが可能となるからで
ある。

【００４０】次に、触媒コンバータ１を製造する手順を
説明する。まず、アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及
び有機重合体を混合し、紡糸原液を作製する。言い換え
ると、無機塩法により紡糸原液を作製する。アルミナ源
であるアルミニウム塩水溶液は、紡糸原液に粘性を付与
するための成分でもある。なお、このような水溶液とし
て、塩基性アルミニウム塩の水溶液を選択することがよ
い。シリカ源であるシリカゾルは、繊維に高い強度を付
与するための成分でもある。有機重合体は紡糸原液に曳
糸性を付与するための成分である。

【００４１】紡糸原液には消泡剤等が添加されていても
よい。なお、アルミニウム塩及びシリカゾルの比率を変
更することにより、アルミナ−シリカ系繊維６の化学組
成をある程度コントロールすることができる。

【００４２】次いで、得られた紡糸原液を減圧濃縮する
ことにより、紡糸に適した濃度・温度・粘度等に調製し
た紡糸原液とする。ここでは、２０重量％程度であった
紡糸液を濃縮して３０重量％〜４０重量％程度にするこ
とがよい。また、粘度を１０ポアズ〜２０００ポアズに
設定することがよい。

【００４３】さらに、調製後の紡糸原液を紡糸装置のノ
ズルから空気中に連続的に噴出するとともに、形成され
た前駆体繊維を延伸しながら巻き取るようにする。この
場合、例えば乾式圧力紡糸法などが採用されることが好
ましい。

【００４４】次に、第１回目の焼成工程を行って前駆体
繊維をセラミック化（結晶化）することにより、前駆体
繊維を硬化させ、アルミナ−シリカ系繊維６を得る。こ
の時点においては、まだ繊維外表面６ａは平滑であるた
め、その摩擦係数も比較的小さい。

【００４５】前記焼成工程においては、得られるアルミ
ナ−シリカ系繊維６におけるムライト結晶含有量が１０
重量％以下となるような焼成条件を設定することが望ま
しい。例えば、焼成工程における焼成温度は１０００℃
〜１３００℃に設定されることがよい。焼成温度が１０
００℃未満であると、前駆体繊維を完全に乾燥・焼結さ
せることができず、優れた耐熱性及び高い圧縮荷重印加
時の反発力を保持シール材４に確実に付与できなくなる
おそれがある。逆に、焼成温度が１３００℃を超える
と、アルミナ−シリカ系繊維６におけるムライト結晶化
が進行しやすくなる。このため、ムライト結晶含有量を
１０重量％以下に抑えることが困難になり、優れた耐熱
性及び高い圧縮荷重印加時の反発力を保持シール材４に
確実に付与できなくなるおそれがある。

【００４６】続いて、上記の各工程を経て得られたアル
ミナ−シリカ系繊維６の長繊維を所定長さにチョップし
てある程度短繊維化する。この後、短繊維を集綿、解繊
及び積層することにより、あるいは、短繊維を水に分散
させて得た繊維分散液を成形型内に流し込んで加圧・乾
燥することにより、マット状の繊維集合体を得る。さら
に、この繊維集合体を所定形状に打ち抜いて保持シール
材４とする。

【００４７】上記の成形工程の後、凹凸構造形成工程を
行って繊維集合体を構成するアルミナ−シリカ系繊維６
の外表面６ａに凹凸構造を形成する。具体的には以下の
ように行う。

【００４８】まず、無機粒子懸濁溶液として、先に列挙
した金属酸化物粒子７のゾルまたは分散水溶液を作製す
る。これにはポリビニルアルコール等のような水溶性高
分子が添加されていることがよい。水溶性高分子がある
と、金属酸化物粒子７を付着させる際にそれが有機バイ
ンダとして働くため、繊維の外表面６ａに金属酸化物粒
子７を確実に付着させることができるからである。ま
た、水溶性高分子は後述の加熱焼成時に焼失するので、
完成したアルミナ−シリカ系繊維６には殆ど残らない。
上記無機粒子懸濁溶液は、例えば、ポリビニルアルコー
ルを１０重量％含む水溶液に、所定分量のシリカゾル水
溶液を加えることによって容易に作製することができ
る。この場合、シリカゾル水溶液の添加量を５重量％〜
２０重量％程度に設定することがよい。

【００４９】次いで、この無機粒子懸濁溶液をアルミナ
−シリカ系繊維６の外表面６ａに付着させることを目的
として含浸を行う。このような含浸に代えて、例えば繊
維集合体を溶液に浸漬して内部に含浸させたり、スプレ
ー噴霧によりミスト状の溶液を繊維集合体内に供給する
等の方法を採ってもよい。なお、含浸法によれば、無機
粒子懸濁溶液を繊維集合体の内部にまで確実にかつ均一
に入り込ませることが可能である。

【００５０】含浸の後、繊維集合体を加熱して乾燥する
ことが好ましい。加熱乾燥を行うことにより、原料溶液
中の余分な水分がある程度除去されるため、次工程にお
ける焼成を安定的に行うことができるからである。

【００５１】次いで、乾燥された繊維集合体を高温下で
再び焼成することにより、アルミナ−シリカ系繊維６と
金属酸化物粒子７との間での固相反応を促し、繊維外表
面６ａに金属酸化物粒子７を強固な結合をもって固定す
る。その結果、繊維外表面６ａに微細な凹凸構造が形成
され、摩擦係数の増大が図られる。なお、繊維外表面６
ａと金属酸化物粒子７との界面には、図４にて概略的に
示されるようにムライト層８が形成されるものと考えら
れる。

【００５２】焼成時の温度は１２００℃以上であること
がよく、好ましくは１２００℃〜１４００℃程度である
ことがよい。このときの温度が低すぎると、固相反応を
十分に促すことができず、結合強度が不十分になって、
金属酸化物粒子７が脱落しやすくなるおそれがあるから
である。一方、このときの温度を必要以上に高くして
も、固相反応の顕著な促進にはつながらず、かえってエ
ネルギーの無駄になり不経済的になるからである。

【００５３】この後、必要に応じて保持シール材４に対
する有機バインダの含浸を行った後、さらに保持シール
材４を厚さ方向に圧縮成形してもよい。この場合の有機
バインダとしては、アクリルゴムやニトリルゴム等のよ
うなラテックス等のほか、ポリビニルアルコール、アク
リル樹脂等が挙げられる。

【００５４】そして、前記繊維集合体を所定形状に打ち
抜いて得た保持シール材４を、触媒担持体２の外周面に
巻き付けて有機テープ１３を固定する。その後、圧入、
キャニングまたは巻き締めを行えば、所望の触媒コンバ
ータ１が完成する。

【００５５】以下、上記実施形態をより具体化した実施
例及びその比較例について説明する。

【００５６】

【実施例及び比較例】（実施例１）実施例１では、以下
のようにして保持シール材４の面圧評価用サンプルを作
製した。

【００５７】まず、塩基性塩化アルミニウム水溶液（２
３．５重量％）、シリカゾル（２０重量％、シリカ粒径
１５μｍ）、ポリビニルアルコール（１０重量％）及び
消泡剤（ｎ−オクタノール）を混合し、紡糸原液を作製
した。次いで、得られた紡糸原液をエバポレータを用い
て５０℃で減圧濃縮し、濃度３８重量％、粘度１０００
ポアズの紡糸原液に調製した。

【００５８】調製後の紡糸原液を紡糸装置のノズルから
空気中に連続的に噴出するとともに、形成された前駆体
繊維を延伸しながら巻き取った。さらに、空気雰囲気に
保持された電気炉内で、上記前駆体繊維に対する２５０
℃かつ３０分間の加熱（前処理）を行った後、同じく電
気炉内で１２５０℃かつ１０分間の焼成を行った。

【００５９】その結果、ムライト結晶含有量が約８重量
％、アルミナ／シリカの重量比が７２：２８、平均繊維
径が９μｍの真円状アルミナ−シリカ系繊維６を得た。
続いて、アルミナ−シリカ系繊維６の長繊維を５ｍｍ長
にチョップして短繊維化した。その後、この短繊維（約
１．０ｇ）を水に分散させ、得られた繊維分散液を成形
型枠内に流し込んで加圧・乾燥することにより、縦横２
５ｍｍ角のマット状繊維集合体を得た。

【００６０】そして、ポリビニルアルコールを１．０重
量％含む水溶液に、シリカを４０重量％含むシリカゾル
水溶液（シリカ粒子の平均粒径：１５０ｎｍ）を添加し
て、無機粒子懸濁溶液を作製した。そして、この懸濁溶
液に繊維集合体を１秒〜６０秒程度含浸した後、繊維集
合体を１００℃で１０分以上加熱乾燥した。さらに、乾
燥された繊維集合体を１２３０℃で１０分焼成し、前記
短繊維の繊維外表面６ａに多数の金属酸化物粒子７から
なる微細な凹凸構造を形成した。図６のＳＥＭ写真は、
凹凸構造を有する本実施例のアルミナ−シリカ系繊維６
を示すものである。

【００６１】この繊維集合体を面圧評価用サンプルとし
て用い、そのサンプルをオートグラフの圧縮治具内に収
容した。そして、同サンプルに対して厚さ方向から押圧
力を加えて３ｍｍ厚にしたときの、１，１０，１００時
間後の面圧（ＭＰａ）を測定した。その結果を図５のグ
ラフに示す。（実施例２〜７）実施例２，３，４では、シリカ粒子の
平均粒径をそれぞれ５０ｎｍ，３００ｎｍ，４５０ｎｍ
に設定した。実施例５では、シリカ粒子に代えて平均粒
径３００ｎｍのアルミナ粒子（Ａｌ₂Ｏ₃粒子）を含む無
機粒子懸濁溶液を作製し、これを用いて凹凸構造形成工
程を行った。実施例６では、シリカ粒子に代えて平均粒
径３００ｎｍのジルコニア粒子（ＺｒＯ₂粒子）を含む
無機粒子懸濁溶液を作製し、これを用いて凹凸構造形成
工程を行った。実施例７では、シリカ粒子に代えて平均
粒径３００ｎｍのチタニア粒子（ＴｉＯ₂粒子）を含む
無機粒子懸濁溶液を作製し、これを用いて凹凸構造形成
工程を行った。（比較例）比較例では、凹凸構造形成工程を実施しない
ことを除き、基本的には実施例１に準じて面圧評価用サ
ンプルを作製した。そして、オートグラフを用いて実施
例１と同じく面圧測定試験を行った。その結果を図５の
グラフに示す。（試験結果）図５のグラフによると、初期面圧値につい
ては、実施例１のほうが比較例に比べて高かった。しか
も、１００時間経過後における面圧の低下度合いは、実
施例１のほうが比較例に比べて明らかに小さかった。具
体的なデータは省略するが、実施例２〜７について同様
の試験を行ったところ、明らかに実施例１に近い好結果
を得ることができた。

【００６２】そして、前記実施例については、さらに上
記繊維集合体を所定形状に打ち抜いて保持シール材４を
作製した後、これを触媒担持体２に巻き付けて金属製シ
ェル３内に圧入した。触媒担持体２としては、外径１３
０ｍｍφ、長さ１００ｍｍのコージェライトモノリスを
用いた。金属製シェル３としては、肉厚１．５ｍｍかつ
内径１４０ｍｍφであって断面Ｏ字状のＳＵＳ３０４製
円筒部材を用いた。このようにして組み立てられた触媒
コンバータ１を、３リットルのガソリンエンジンに実際
に搭載して連続運転するという試験を行った。その結
果、走行時における異音の発生も触媒担持体２のガタつ
きも認められなかった。

【００６３】従って、本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。（１）本実施形態の保持シール材４では、アルミナ−シ
リカ系繊維６の短繊維の外表面６ａに無機質からなる凹
凸構造が設けられている。従って、外表面６ａが滑面状
であるものに比べて繊維の摩擦係数が大きくなる。ゆえ
に、繊維同士の引っ掛かりによって滑り・ズレが生じに
くくなる。従って、繊維集合体を圧縮するような外部荷
重を長時間加えた場合であっても、面圧の低下を引き起
こしにくくなる。また、無機質からなる凹凸構造は耐熱
性にも優れている。ゆえに、保持シール材４が使用時に
１０００℃程度の高温に晒されたとしても、凹凸構造が
焼失・脱落等するようなことはない。よって、大きな摩
擦係数が確実に維持され、この点からしても面圧の低下
を引き起こしにくい構造となる。

【００６４】（２）本実施形態の保持シール材４では、
無機質からなる凹凸構造は、繊維外表面６ａに付着した
金属酸化物粒子７からなる。従って、金属酸化物粒子７
がアルミナ−シリカ系繊維６と強固に結合することによ
り、繊維外表面６ａに好適な凹凸形状が保持される。ま
た、エッチング等により繊維外表面６ａの一部を除去す
ること等により凹凸構造を形成したものとは異なり、繊
維自体の外表面形状が保持されるため、繊維自体の物理
的性質の悪化を招くことがない。よって、アルミナ−シ
リカ系繊維６に折れや変形等が生じにくくなり、面圧の
低下も引き起こしにくなる。

【００６５】また、金属酸化物粒子７としてシリカ粒子
を選択した場合、アルミナ−シリカ系繊維６との親和性
が極めて高いことから、両者間に高い接合強度が確保さ
れる。即ち、ムライト相８を介してシリカ粒子が強固に
結合された状態となる結果、シリカ粒子が繊維外表面６
ａから脱落しにくくなり、面圧の経時劣化を確実に防止
することができる。

【００６６】（３）本実施形態の保持シール材４では、
金属酸化物粒子７の平均粒径を上記好適範囲内に設定し
ている。従って、製造の困難化を伴うことなく、確実に
アルミナ−シリカ系繊維６の摩擦係数を増大させること
ができる。

【００６７】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。・実施形態にて例示したアルミナ−シリカ系繊維６の
代わりに、例えば結晶質アルミナ繊維、シリカ繊維等の
ような他のセラミック繊維を用いて、保持シール材４を
作製してもよい。

【００６８】・凹凸構造を形成する無機質は粒子状の
みに限定されることはなく、例えば繊維状であっても構
わない。・無機質からなる粒子として、金属酸化物粒子の代わ
りに金属単体粒子（具体的には金、白金、銀、パラジウ
ム等の貴金属粒子など）を用いてもよい。

【００６９】・前記実施形態では、焼結状態にあるア
ルミナ−シリカ系繊維６の外表面６ａに対し、無機粒子
懸濁溶液を付着させた状態で加熱することを行ってい
た。このような処理を、より早期の段階で、例えば数百
℃程度の仮焼成を行って不溶化した前駆体繊維の状態で
実施してもよい。

【００７０】・触媒担持体２の断面形状は真円状に限
定されることはなく、例えば楕円状または長円状等であ
ってもよい。この場合、金属製シェル３の断面形状も、
それに合わせて楕円状または長円状等に変更してもよ
い。

【００７１】・触媒担持体２としては、実施形態のよ
うなハニカム状に成形したコージェライト担体が用いら
れるほか、例えば炭化珪素、窒化珪素等のハニカム多孔
質焼結体などが用いられてもよい。

【００７２】・実施形態では、本発明の保持シール材
４を排気ガス浄化装置用触媒コンバータ１に使用した例
を示した。勿論、本発明の保持シール材４は、排気ガス
浄化装置用触媒コンバータ１以外のもの、例えばディー
ゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や、燃料電池
改質器用触媒コンバータ等に使用することも許容され
る。

【００７３】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想を以下に列挙する。（１）請求項１乃至５に記載の触媒コンバータ用保持
シール材を製造する方法であって、セラミック繊維紡糸
原液を材料として前駆体繊維を得る紡糸工程と、前記前
駆体繊維を加熱して焼結させる焼成工程と、得られたセ
ラミック繊維を三次元的に集合させてマット状にする成
形工程と、前記集合体に無機粒子懸濁溶液を含浸させた
うえで加熱する凹凸構造形成工程とを含むことを特徴と
する触媒コンバータ用保持シール材の製造方法。従っ
て、この技術的思想１に記載の発明によれば、上記の優
れた触媒コンバータ用保持シール材を確実に製造するこ
とができる。

【００７４】（２）セラミック繊維の外表面に無機粒
子懸濁溶液を付着させた状態で加熱することにより、前
記懸濁溶液中に含まれる前記無機粒子を前記外表面に固
定することを特徴とするセラミック繊維外表面の摩擦係
数増大方法。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜５に記
載の発明によれば、面圧の経時劣化が起こりにくい触媒
コンバータ用保持シール材を提供することができる。

【００７６】請求項６に記載の発明によれば、上記の優
れた触媒コンバータ用保持シール材の構成材料として好
適なセラミック繊維を提供することができる。請求項７
〜９に記載の発明によれば、上記の優れた触媒コンバー
タ用保持シール材の構成材料として好適なセラミック繊
維を簡単にかつ確実に得ることができる製造方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態の触媒コンバー
タ用保持シール材の斜視図。

【図２】実施形態の触媒コンバータを製造工程を説明す
るための斜視図。

【図３】実施形態の触媒コンバータの部分断面図。

【図４】実施形態のセラミック繊維の要部拡大断面図。

【図５】実施例及び比較例についての比較試験の結果を
示すグラフ。

【図６】保持シール材を構成するセラミック繊維のＳＥ
Ｍ写真。

【符号の説明】

１…触媒コンバータ、２…触媒担持体、３…金属製シェ
ル、４…触媒コンバータ用保持シール材、６…セラミッ
ク繊維としてのアルミナ−シリカ系繊維、７…凹凸構造
を構成する金属酸化物粒子。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｄ０１Ｆ 9/08 Ｄ０４Ｈ 1/42 Ｄ４Ｌ０４７Ｄ０４Ｈ 1/42 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＣＤ０６Ｍ 11/79 Ｄ０６Ｍ 11/12 Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA09 BA10 BA39 GA06 HA26 HA27 HA28 HA29 4D048 BA03X BA06X BA41X BA42X BB02 BB18 4G069 AA08 AA11 AA12 BA01B BA02B BA03A BA03B BA04B BA05B CA03 DA06 EA01X EA01Y EA03X EA09 EB18X EB18Y FB33 4L031 AA24 AA29 AB34 BA09 BA20 DA00 4L037 AT02 CS19 FA03 PA40 PA41 PA45 PF19 PS02 UA20 4L047 AA04 AB02 BA21 BA24 CA02 CB10 CC16 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マット状に集合したセラミック繊維を構成
要素とし、触媒担持体とその触媒担持体の外周を覆う金
属製シェルとのギャップに配置される保持シール材であ
って、前記セラミック繊維の外表面に無機質からなる凹
凸構造を有することを特徴とする触媒コンバータ用保持
シール材。
【請求項２】前記無機質からなる凹凸構造は、前記セラ
ミック繊維の外表面に付着した金属酸化物粒子からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ用保
持シール材。
【請求項３】前記金属酸化物粒子の平均粒径は、５０ｎ
ｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記
載の触媒コンバータ用保持シール材。
【請求項４】前記金属酸化物粒子は、前記セラミック繊
維を構成する物質からなることを特徴とする請求項２ま
たは３に記載の触媒コンバータ用保持シール材。
【請求項５】前記セラミック繊維はアルミナ−シリカ系
繊維であり、前記金属酸化物粒子はシリカ粒子であるこ
とを特徴とする請求項２または３に記載の触媒コンバー
タ用保持シール材。
【請求項６】繊維集合体を構成するセラミック繊維であ
って、その外表面に無機質からなる凹凸構造を有するこ
とを特徴とするセラミック繊維。
【請求項７】請求項６に記載のセラミック繊維を製造す
る方法であって、焼結状態にあるセラミック繊維または
少なくとも不溶化状態にある前駆体繊維の外表面に無機
粒子懸濁溶液を付着させた状態で加熱することにより、
前記懸濁溶液中に含まれる前記無機粒子を前記外表面に
固定することを特徴とするセラミック繊維の製造方法。
【請求項８】前記無機粒子懸濁溶液は、水溶性高分子を
含む金属酸化物粒子懸濁溶液であることを特徴とする請
求項７に記載のセラミック繊維の製造方法。
【請求項９】焼結状態にあるアルミナ−シリカ系繊維の
外表面に、平均粒径５０ｎｍ〜１０００ｎｍのシリカ粒
子及び水溶性高分子を含む懸濁溶液を付着させ、この状
態で加熱乾燥を行った後、さらに１２００℃以上の温度
で焼成することにより、前記懸濁溶液中に含まれる前記
シリカ粒子を前記外表面に固定することを特徴とする請
求項７に記載のセラミック繊維の製造方法。