JP2002349255A - 触媒コンバータ用保持シール材及びその製造方法、触媒コンバータ - Google Patents

触媒コンバータ用保持シール材及びその製造方法、触媒コンバータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期面圧が高くて面圧の経時劣化を起こしに
くいことに加え、シール性にも優れた触媒コンバータ用
保持シール材を提供すること。 【解決手段】 この保持シール材４は、マット状に集合
したアルミナーシリカ系繊維を構成要素とし、触媒担持
体２と金属製シェル３とのギャップに配置される。保持
シール材４における第１面Ｓ１から第２面Ｓ２に行くに
従い、結晶化率が大きくなっている。

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
保持シール材及びその製造方法、触媒コンバータに関す
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、アルミナ源及びシリカ
源を含む出発材料を約２０００℃に加熱して熔融させた
状態で紡糸及び急冷を行い、アルミナ含有率及びシリカ
含有率が同程度のセラミック繊維を得る。この後、前記
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、この状態で金属製シェル
内に前記触媒担持体を収容する。その結果、触媒コンバ
ータが完成するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の触
媒コンバータの保持シール材には、触媒担持体を長期に
わたって確実に保持する性能が要求されている。
【０００６】しかしながら、上記熔融法により作製され
た従来のセラミック繊維は、非結晶成分が多いことに加
え、結晶化率（ムライト化率）が１重量％未満と、極め
て低い。このため、同繊維が長期にわたって高温に晒さ
れると、結晶化の進行によって熱収縮が生じ、繊維が脆
弱化して折れやすくなる。ゆえに、同繊維を用いて作製
された保持シール材の場合、十分高い初期面圧を期待で
きないばかりか、面圧の経時劣化の度合いも大きかっ
た。
【０００７】そこで、セラミック繊維の結晶化率を１０
重量％程度に上げるという対策が考えられる。ところ
が、この場合には繊維の硬質化に起因して保持シール材
の弾力性や伸縮性が損なわれ、シール性の悪化を来して
しまう。
【０００８】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、初期面圧が高くて面圧の経時劣化
を起こしにくいことに加え、シール性にも優れた触媒コ
ンバータ用保持シール材、触媒コンバータを提供するこ
とにある。
【０００９】また、本発明の別の目的は、上記の保持シ
ール材を得るうえで好適な製造方法を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、マット状に集合した
アルミナーシリカ系繊維の繊維集合体を構成要素とし、
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、第１
面側部位の結晶化率と第２面側部位の結晶化率とが異な
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。
【００１１】請求項２に記載の発明では、マット状に集
合したアルミナーシリカ系繊維の繊維集合体を構成要素
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、第１面側から第２面側に行くに従って結晶化率が大
きくなってい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。
【００１２】請求項３に記載の発明では、請求項２にお
いて、１枚の繊維集合体からなり、その繊維集合体の第
１面側から第２面側に行くに従って結晶化率が大きくな
っているとした。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項において、第１面側部位の結晶化率と第
２面側部位の結晶化率との差は３重量％以上であるとし
た。請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれ
か１項において、第１面側部位の結晶化率は０重量％〜
１重量％、第２面側部位の結晶化率は１重量％〜１０重
量％であるとした。
【００１４】請求項６に記載の発明では、マット状に集
合したアルミナーシリカ系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、結晶化率が
部位により異な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。
【００１５】請求項７に記載の発明では、請求項１乃至
５のいずれか1項に記載の保持シール材の製造方法であ
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、前記前駆体繊維を積層してマット状
繊維集合体とする積層工程と、第１面側の焼成温度と第
２面側の焼成温度との間で差を設けるようにして前記繊
維集合体を焼結させる焼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をその要旨
とする。
【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項７におい
て、前記焼成温度の差を１００℃以上に設定することと
した。請求項９に記載の発明は、請求項７において、第
１面側の焼成温度を８００℃〜１１００℃に設定し、第
２面側の焼成温度を１１００℃〜１４００℃に設定する
こととした。
【００１７】請求項１０に記載の発明では、触媒担持体
と、その触媒担持体の外周を覆う筒状の金属製シェル
と、それらのギャップ間に配置され、マット状に集合し
たアルミナーシリカ系繊維を構成要素とする保持シール
材とを備える触媒コンバータにおいて、前記保持シール
材は、結晶化率が相対的に小さい第１面側を前記金属製
シェルに接触させ、かつ結晶化率が相対的に大きい第２
面側を前記触媒担持体に接触させた状態で、前記ギャッ
プ間に配置されていることを特徴とする触媒コンバータ
をその要旨とする。
【００１８】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、第１面側部位の結
晶化率と第２面側部位の結晶化率とが異なっている。こ
のため、結晶化率が相対的に大きくて耐熱性に優れた面
側を高温側に配置するとともに、結晶化率が相対的に小
さくて弾力性や伸縮性に優れた面側を低温側に配置する
ことができる。従って、高温側においては繊維が脆弱化
しにくくなる一方、低温側においては他部材との間に隙
間が生じにくくなる。よって、初期面圧が高くて面圧の
経時劣化を起こしにくいことに加え、シール性にも優れ
た触媒コンバータ用保持シール材を実現することができ
る。
【００１９】請求項２に記載の発明によると、第１面側
から第２面側に行くに従って結晶化率が大きくなってい
るため、耐熱性に優れた第２面側を高温側に配置すると
ともに、弾力性や伸縮性に優れた第１面側を低温側に配
置することができる。従って、高温側においては繊維が
脆弱化しにくくなる一方、低温側においては他部材との
間に隙間が生じにくくなる。よって、初期面圧が高くて
面圧の経時劣化を起こしにくいことに加え、シール性に
も優れた触媒コンバータ用保持シール材を実現すること
ができる。
【００２０】請求項３に記載の発明によると、例えば結
晶化率が異なる複数枚の繊維集合体により構成されたも
のとは異なり、繊維集合体同士を重ねて貼り合わせる等
の作業が不要になり、製造時の工数が少なくなる。ま
た、複数枚重ね構造のものに比べて肉薄にすることが可
能なため、狭いギャップに比較的容易に配置することが
できる。さらに、複数枚重ね構造のものでは繊維集合体
同士の界面を流体が通過する可能性があるのに対し、本
発明のような１枚構造であればそもそも界面がないた
め、流体の通過を心配する必要がなくなる。よって、シ
ール性に優れたものとなる。
【００２１】請求項５に記載の発明によると、第１面側
部位の結晶化率及び第２面側部位の結晶化率をそれぞれ
上記好適範囲内に設定したことにより、面圧特性及びシ
ール性を確実に向上させることができる。第１面側部位
の結晶化率が１重量％を超えた場合や、第２面側部位の
結晶化率が１重量％未満となった場合には、両者間の結
晶化率差が小さくなりすぎ、目的とする性質が得られな
くなってしまう。第２面側部位の結晶化率が１０重量％
を超えた場合には、かえって当該部位の耐熱性が低下す
るおそれがある。
【００２２】請求項６に記載の発明によると、結晶化率
が均一ではなく部位により異なっている。このため、結
晶化率が相対的に大きくて耐熱性に優れた部位を高温側
に配置するとともに、結晶化率が相対的に小さくて弾力
性や伸縮性に優れた部位を低温側に配置することができ
る。従って、高温側においては繊維が脆弱化しにくくな
る一方、低温側においては他部材との間に隙間が生じに
くくなる。よって、初期面圧が高くて面圧の経時劣化を
起こしにくいことに加え、シール性にも優れた触媒コン
バータ用保持シール材を実現することができる。
【００２３】請求項７に記載の発明によると、第１面側
の焼成温度と第２面側の焼成温度との間で差を設けるよ
うにしてマット状繊維集合体を焼結させることにより、
両面の結晶化率の異なる保持シール材を比較的簡単にか
つ確実に製造することができる。また、このような製造
方法は、１枚の繊維集合体において第１面側から第２面
側に行くに従って結晶化率が大きくなっている保持シー
ル材の製造にも適している。しかも、この製造方法であ
れば、特殊な焼成用装置を用いるまでもなく既存の焼成
用装置を流用することが可能である。よって、設備コス
トの増大を回避することができる。
【００２４】請求項８に記載の発明によると、焼成温度
の差を１００℃以上に設定することにより、第１面側と
第２面側とで焼結しやすさに差異ができ、結晶化率に差
を持たせることが可能となる。よって、両面の結晶化率
の異なる保持シール材をより確実に製造することができ
る。
【００２５】請求項９に記載の発明によると、第１面側
の焼成温度のほうが第２面側の焼成温度よりも低く設定
されているため、焼成を行うと、第１面側から第２面側
に行くに従って結晶化率が大きくなっている保持シール
材を得ることができる。
【００２６】第１面側の焼成温度が８００℃未満である
と、そもそも焼結反応が十分に進まず、必要とされる機
械的強度を得ることができなくなる。第１面側の焼成温
度が１１００℃を超えたり、第２面側の焼成温度が１１
００℃未満の場合、両者間の結晶化率差が小さくなりす
ぎ、目的とする性質が得られなくなってしまう。第２面
側の焼成温度が１４００℃を越えると、結晶化が進行し
すぎてかえって機械的強度、耐熱性の低下につながって
しまうおそれがある。
【００２７】請求項１０に記載の発明の作用は以下のと
おりである。通常、触媒コンバータの使用時には、高温
の流体に直接晒される触媒担持体のほうが高温になる一
方、金属製シェルは触媒担持体ほど高温にはならない。
よって、触媒担持体に接する面側において特に高温耐久
性が要求される。本発明ではこの事実に鑑みて、結晶化
率が相対的に大きい第２面側、即ち耐熱性に優れた面側
を触媒担持体に接触させている。一方、結晶化率が相対
的に小さい第１面側、即ち耐熱性には劣るが弾力性や伸
縮性に優れた面側を金属製シェルに接触させている。そ
れゆえ、触媒担持体に接している部位の繊維が脆弱化し
にくくなり、結果として初期面圧が高くて面圧の経時劣
化を起こしにくい保持シール材となる。また、金属製シ
ェルに接している部位には弾性力が作用することから、
金属製シェルとの間に隙間が生じにくくなり、結果とし
てシール性に優れた保持シール材となる。
【００２８】以上のことから、触媒担持体の保持性に優
れるとともに、流体が漏れにくくて処理効率のよい触媒
コンバータを実現することができる。
【００２９】
【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５に基づき詳細に説明する。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】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。
【００３６】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Ｍ１）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。
【００３７】本実施形態の保持シール材４では、ムライ
ト結晶化率が均一ではなく部位により異なっている。即
ち、１枚の繊維集合体Ｍ１における第１面側Ｓ１部位の
結晶化率と第２面側Ｓ２部位の結晶化率とが異なり、具
体的には第１面側Ｓ１から第２面側Ｓ２に行くに従って
結晶化率が大きくなっている。
【００３８】なお、保持シール材４における第１面側Ｓ
１は、相対的に低温で焼成された面側であって、耐熱性
がそれほど要求されていない金属製シェル３側に接触す
るようにして配置されている。ゆえに、第１面側Ｓ１
は、低温焼成面またはシェル側接触面と把握することも
できる。一方、第２面側Ｓ２は、相対的に高温で焼成さ
れた面側であって、耐熱性が要求されている触媒担持体
２側に接触するようにして配置されている。ゆえに、第
２面側Ｓ２は、高温焼成面または担持体側接触面として
把握することもできる。
【００３９】ここで、第１面側Ｓ１の表層部位の結晶化
率と、第２面側Ｓ２の表層部位の結晶化率との差は、３
重量％以上であることが好ましい。より具体的には、第
１面側Ｓ１の表層部位の結晶化率は０重量％〜１重量
％、第２面側Ｓ２の表層部位の結晶化率は１重量％〜１
０重量％であることが好ましい。
【００４０】第１面側Ｓ１の表層部位の結晶化率が１重
量％を超えた場合や、第２面側Ｓ２の表層部位の結晶化
率が１重量％未満となった場合には、両者間の結晶化率
差が小さくなりすぎ、目的とする性質が得られなくなっ
てしまう。第２面側Ｓ２の表層部位の結晶化率が１０重
量％を超えた場合には、かえって当該部位の耐熱性が低
下するおそれがある。なお、第１面側Ｓ１の表層部位の
結晶化率が０重量％であること、言い換えると当該部位
は非晶質からなるものであることが望ましい。
【００４１】アルミナ−シリカ系繊維６におけるアルミ
ナ量は４０重量％〜１００重量％であることがよく、シ
リカ量は０重量％〜６０重量％であることがよい。ま
た、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５μｍ〜１
５μm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。
【００４２】第２面側Ｓ２に存在するアルミナ−シリカ
系繊維６については、繊維引張強度が１．０ＧＰａ以
上、繊維曲げ強度が０．８ＧＰａ以上、弾性率が９．５
×１０ 10Ｎ／ｍ2以上であることがよい。第１面側Ｓ１
に存在するアルミナ−シリカ系繊維６については、繊維
引張強度が２．０ＧＰａ以上、繊維曲げ強度が１．５Ｇ
Ｐａ以上、弾性率が１１．０×１０10Ｎ／ｍ2以上であ
ることがよい。その理由は、繊維引張強度や繊維曲げ強
度等が大きくなると、引っ張りや曲げに対して極めて強
いアルミナ−シリカ系繊維６となるからである。
【００４３】なお、アルミナ−シリカ系繊維６の断面形
状は、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。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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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
糸性付与剤としての役割を果たす成分であって、本実施
形態においては例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）
等が用いられている。
【００４８】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
紡糸原液を濃縮して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。
【００４９】さらに、調製後の紡糸原液を紡糸装置のノ
ズルから空気中に吐出すると、ノズルの開口形状に相似
の断面形状を有する前駆体繊維が連続的に得られる。こ
のようにして紡出された前駆体繊維を延伸しながら順次
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。
【００５０】続いて、前駆体繊維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Ｍ
１を得る。
【００５１】上記積層工程に続いて繊維集合体Ｍ１の焼
成工程を行い、前駆体繊維を焼結してセラミック化（結
晶化）する。これにより前駆体繊維を硬化させ、アルミ
ナ−シリカ系繊維６とする。図４には、本実施形態にお
いて使用される焼成用装置としての電気炉２１が例示さ
れている。
【００５２】この電気炉２１は、被焼成物を水平方向に
搬送しながら連続的に加熱・焼成するための装置であ
る。電気炉２１を構成する本体２２内には、搬送手段と
してのネットコンベア２３が収容されている。ネットコ
ンベア２３上には、被焼成物である前記マット状繊維集
合体Ｍ１が載置されている。ネットコンベア２３の上方
には第１加熱手段としての上側電熱ヒータ２４が離間配
置され、ネットコンベア２３の下方には第２加熱手段と
しての下側電熱ヒータ２５が離間配置されている。これ
らの電熱ヒータ２４，２５は、図示しない温度制御手段
を介して電源に接続されている。この装置では２種つの
電熱ヒータ２４，２５の温度制御を個別に行うことがで
きるようになっている。
【００５３】そして焼成工程では、大気かつ常圧に保持
された電気炉２１内で、上記繊維集合体Ｍ１に対する予
備加熱（前処理）を行った後、同じく大気かつ常圧に保
持された電気炉２１内で本加熱（焼成）を行う。
【００５４】このとき、２種の電熱ヒータ２４，２５の
温度設定を変え、ある程度の温度差を与えるようにす
る。即ち、第１面側Ｓ１の焼成温度と第２面側Ｓ２の焼
成温度との間で、差を設けるようにして繊維集合体Ｍ１
を焼結させるようにする。なお、本実施形態では、上側
電熱ヒータ２４の設定温度を下側電熱ヒータ２５の設定
温度よりも高くなるようにしている。
【００５５】この場合、焼成時に設定する温度の差を１
００℃以上に設定することがよく、特には２００℃以上
にすることがよりよい。前記温度差が１００℃未満であ
ると、第１面側Ｓ１と第２面側Ｓ２とで焼結しやすさに
十分な差異を設けることができず、結晶化率に差を持た
せることが困難になるからである。
【００５６】また、第１面側Ｓ１の焼成温度を８００℃
〜１１００℃に設定し、第２面側Ｓ２の焼成温度を１１
００℃〜１４００℃に設定することがよい。第１面側Ｓ
１の焼成温度が８００℃未満であると、そもそも焼結反
応が十分に進まず、必要とされる機械的強度を得ること
ができなくなる。第１面側Ｓ１の焼成温度が１１００℃
を超えたり、第２面側Ｓ２の焼成温度が１１００℃未満
の場合、両者間の結晶化率差が小さくなりすぎ、目的と
する性質が得られなくなる。第２面側Ｓ２の焼成温度が
１４００℃を越えると、結晶化が進行しすぎてかえって
機械的強度、耐熱性の低下につながってしまうおそれが
ある。
【００５７】さらに、焼成時間（具体的には最高加熱温
度にて保持する時間）は１０分〜６０分に設定すること
がよい。焼成時間が短すぎると、十分高い温度が設定さ
れていたとしても、焼結反応が十分に進まなくなるおそ
れがある。よって、必要とされる機械的強度を得ること
ができなくなる。焼成時間が長すぎると、生産効率の低
下を来すばかりでなく、結晶化が進行しすぎてかえって
機械的強度、耐熱性の低下につながってしまうおそれが
ある。
【００５８】続く打ち抜き工程では、焼成工程を経たマ
ット状繊維集合体Ｍ１を所定形状に打ち抜いて保持シー
ル材４とする。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。
【００５９】そして、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。
【００６０】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。
【００６１】
【実施例及び比較例】（実施例）実施例では、まず、塩
基性塩化アルミニウム水溶液（２３．５重量％）、シリ
カゾル（２０重量％、シリカ粒径１５ｎｍ）及び曳糸性
付与剤であるポリビニルアルコール（１０重量％）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１５００ポアズの紡糸原液に調製した。
【００６２】調製後の紡糸原液を紡糸装置のノズル（断
面真円状）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。続い
て、前駆体繊維の長繊維を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、マット状の繊維集合体Ｍ１を得た。
【００６３】上記積層工程に続く焼成工程では、大気か
つ常圧に保持された電気炉２１内で、上記繊維集合体Ｍ
１に対する２５０℃、３０分間の加熱（前処理）をあら
かじめ行った後、同じく大気かつ常圧に保持された電気
炉２１内でその焼成を行った。
【００６４】本実施例では、焼成時における第１面側Ｓ
１の表面温度が１２５０℃となるように上側電熱ヒータ
２４の温度を高めに設定し、第２面側Ｓ２の表面温度が
１０００℃となるように下側電熱ヒータ２５の温度を低
めに設定した。つまり、２５０℃の焼成温度差を設け
た。焼成時間は３０分間とした。
【００６５】このようにして得られた繊維集合体Ｍ１の
第１面側Ｓ１の表層部位及び第２面側Ｓ２の表層部位の
アルミナ−シリカ系繊維６をそれぞれ採取し、いくつか
の項目について調査を行った。その結果を表１に示す。
【００６６】アルミナ−シリカ系繊維６の結晶化率につ
いては、第１面側Ｓ１の表層部位のほうが第２面側Ｓ２
の表層部位に比べて明らかに小さくなっていた。逆に、
アルミナ−シリカ系繊維６の繊維引張強度、繊維曲げ強
度、弾性率及び伸度については、第１面側Ｓ１の表層部
位のほうが第２面側Ｓ２の表層部位に比べて大きくなっ
ていた。
【００６７】なお、アルミナ／シリカの重量比は７２：
２８、平均繊維径は１０．５μｍ、繊維の断面形状は真
円状であった。上記マット状繊維集合体Ｍ１を２５ｍｍ
角に打ち抜いて面圧測定用サンプルとし、これを専用の
治具にて挟持し、嵩密度（ＧＢＤ）が０．３ｇ／ｃｍ3
となるようにした。この状態の面圧測定用サンプルを１
０００℃の大気圧中に保持し、１時間後、１０時間後、
１００時間後の面圧を測定した。なお、１時間後の面圧
を「初期面圧」として位置付け、１００時間後の面圧を
「耐久後面圧」として位置付けた。また、（耐久後面圧
／初期面圧）×１００（％）を計算し、面圧経時劣化率
とした。それらの結果を図５のグラフに示す。
【００６８】これによると、実施例のサンプルでは、初
期面圧も耐久後面圧も１００ｋＰａを超えており、面圧
経時劣化率も比較的小さかった。また、前記マット状繊
維集合体Ｍ１を所定形状に打ち抜いて実際に保持シール
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１３０ｍｍφ、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１．５ｍ
ｍかつ内径１４０ｍｍφであって断面Ｏ字状のＳＵＳ３
０４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
タつきも認められず、初期面圧の向上及び面圧の経時劣
化の防止が確実に図られていることが実証された。ま
た、排気ガスの漏れも認められずシール性に優れていた
ことに加え、風蝕性能についても好適であった。 （比較例）比較例では、焼成温度差を何ら設けることな
く一律に１２５０℃で３０分間焼成した。そして、これ
以外の点については基本的に実施例と同様の条件に設定
して繊維集合体Ｍ１を作製した。
【００６９】比較例において、アルミナ−シリカ系繊維
６の物性（結晶化率、繊維引張強度、繊維曲げ強度、弾
性率及び伸度）は、実施例の第２面側Ｓ２の表層部位に
存在するアルミナ−シリカ系繊維６の物性とほぼ同じで
あった。即ち、部位による結晶化度等の差は特になかっ
た。
【００７０】また、実施例に従い面圧測定用サンプルを
作製した後、初期面圧、耐久後面圧及び面圧経時劣化率
を測定した。その結果、図５のグラフに示すように、比
較例のサンプルは実施例よりも明らかに劣っていた。
【００７１】
【表１】 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。
【００７２】（１）通常、触媒コンバータ１の使用時に
は、高温の排気ガスに直接晒される触媒担持体２のほう
が高温になる一方、金属製シェル３は触媒担持体２ほど
高温にはならない。よって、触媒担持体２に接する面側
において特に高温耐久性が要求される。本実施形態では
この事実に鑑みて、結晶化率が相対的に大きい第２面側
Ｓ２、即ち耐熱性に優れた面側を触媒担持体２に接触さ
せている。一方、結晶化率が相対的に小さい第１面側Ｓ
１、即ち耐熱性には劣るが弾力性や伸縮性に優れた面側
を金属製シェル３に接触させている。それゆえ、触媒担
持体２に接している部位の繊維が脆弱化しにくくなり、
結果として初期面圧が高くて面圧の経時劣化を起こしに
くい保持シール材４となる。また、金属製シェル３に接
している部位には弾性力が作用することから、金属製シ
ェル３との間に隙間が生じにくくなり、結果としてシー
ル性に優れた保持シール材４となる。
【００７３】以上のことから、触媒担持体２の保持性に
優れるとともに、排気ガスが漏れにくくて処理効率のよ
い触媒コンバータ１を実現することができる。 （２）本実施形態の保持シール材４は、１枚の繊維集合
体Ｍ１からなり、その繊維集合体Ｍ１の第１面側Ｓ１か
ら第２面側Ｓ２に行くに従って結晶化率が徐々に大きく
なっている。従って、結晶化率が異なる複数枚の繊維集
合体Ｍ１により構成されたものとは異なり、繊維集合体
Ｍ１同士を重ねて貼り合わせる等の作業が不要になり、
製造時の工数が少なくなる。ゆえに、製造しやすい保持
シール材４とすることができる。
【００７４】また、複数枚重ね構造のものに比べて肉薄
にすることが可能なため、狭いギャップに比較的容易に
配置することができる。ゆえに、キャニング時において
巻き締めのみならず圧入も容易に行うことができる。
【００７５】さらに、複数枚重ね構造のものでは繊維集
合体Ｍ１同士の界面を排気ガスが通過する可能性があ
る。これに対し、この保持シール材４のような１枚構造
であれば、そもそも界面がないため、排気ガスの通過を
心配する必要がなくなる。よって、シール性に優れたも
のとなる。
【００７６】（３）この保持シール材４では、第１面側
Ｓ１部位の結晶化率及び第２面側Ｓ２部位の結晶化率が
上記好適範囲内にて設定されている。従って、面圧特性
及びシール性を確実に向上させることができ、高性能の
触媒コンバータ１を実現することができる。
【００７７】（４）本実施形態の製造方法では、マット
状の繊維集合体Ｍ１の第１面側Ｓ１の焼成温度と第２面
側Ｓ２の焼成温度との間で差を設けるようにして焼成を
行っている。このため、表裏における結晶化率が異なる
保持シール材４を比較的簡単にかつ確実に製造すること
ができる。また、このような製造方法は、１枚の繊維集
合体Ｍ１において第１面側Ｓ１から第２面側Ｓ２に行く
に従って結晶化率が大きくなっている保持シール材４の
製造に極めて適している。しかも、この製造方法であれ
ば、特殊な焼成用装置を用いるまでもなく既存の焼成用
装置を流用することが可能である。よって、設備コスト
の増大を回避することができる。
【００７８】（５）本実施形態では、第１面側Ｓ１及び
第２面側Ｓ２の焼成温度を上記好適範囲内にて設定して
焼成を行っている。従って、第１面側Ｓ１から第２面側
Ｓ２に行くに従って結晶化率が徐々に大きくなっている
本実施形態の保持シール材４を確実に製造することがで
きる。
【００７９】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 図６に示される別例の触媒コンバータ１のように、
保持シール材４を結晶化率が異なる複数枚（ここでは２
枚）の繊維集合体Ｍ１により構成し、これら繊維集合体
Ｍ１同士を重ねて貼り合わせてもよい。この場合、結晶
化率の小さい繊維集合体Ｍ１を金属製シェル３に接触さ
せ、かつ結晶化率が大きい繊維集合体Ｍ１を触媒担持体
２に接触させるようにする必要がある。
【００８０】・ 実施形態にて例示した電気炉２１以外
の焼成用装置を用いて焼成工程を実施してもよい。 ・ 実施形態にて例示した保持シール材４は、いわば厚
さ方向に沿って結晶化率が異なるものとなっていた。こ
れに対し、長さ方向に沿って結晶化率が異なる保持シー
ル材や、幅方向に結晶化率が異なる保持シール材として
もよい。例えば後者の保持シール材を触媒担持体２に巻
き付けた場合、触媒担持体２の一端部と他端側とで結晶
化率が異なったものとなる。言い換えると、一端部にて
耐熱性に優れ、他端部にて弾力性や伸縮性に優れたもの
となる。従って、結晶化率が大きくて耐熱性に優れた側
の端部を排気ガス流入側に向けて配置すれば、耐久性や
風蝕性に優れた触媒コンバータ１を実現することができ
る。
【００８１】・ 保持シール材４の形状は任意に変更す
ることが可能である。例えば、凹凸状の位置合わせ部１
１，１２を省略して、より単純な形状にしてもよい。 ・ 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。
【００８２】・ 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。
【００８３】・ 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。
【００８４】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
術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） マット状に集合したアルミナーシリカ系繊維を
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、第１面側部位が非晶質でありかつ第２面側部
位が結晶質であることを特徴とする触媒コンバータ用保
持シール材。従って、この技術的思想１に記載の発明に
よれば、初期面圧が高くて面圧の経時劣化を起こしにく
いことに加え、シール性にも優れた触媒コンバータ用保
持シール材を提供できる。
【００８５】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜６に記
載の発明によれば、初期面圧が高くて面圧の経時劣化を
起こしにくいことに加え、シール性にも優れた触媒コン
バータ用保持シール材を提供することができる。
【００８６】請求項７〜９に記載の発明によれば、上記
の保持シール材を得るうえで好適な製造方法を提供する
ことができる。請求項１０に記載の発明によれば、初期
面圧が高くて面圧の経時劣化を起こしにくいことに加
え、シール性にも優れた触媒コンバータを提供すること
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】前記実施形態の触媒コンバータの製造工程を説
明するための斜視図。
【図３】前記実施形態の触媒コンバータの断面図。
【図４】実施形態においてマット状繊維集合体の焼成工
程を説明するための概略図。
【図５】実施例及び比較例における面圧の経時劣化を示
すグラフ。
【図６】別例の触媒コンバータの断面図。
【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…アルミナ
ーシリカ系繊維、Ｍ１…繊維集合体、Ｓ１…第１面側、
Ｓ２…第２面側。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ０１Ｊ 35/06 Ｄ０４Ｈ 1/42 Ｄ Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ Ｄ０４Ｈ 1/42 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｋ Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AB01 GA06 GB06W GB10Z GB15X GB17X HA27 HA29 4D048 BA03X BA06X BA42X BB08 BB18 4G069 AA01 AA08 BA03A BA03B CA03 DA06 EA19 EC22X EC26 EC28 ED03 FB33 4L047 AA04 AB10 CB01 CC14

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マット状に集合したアルミナーシリカ系繊
    維の繊維集合体を構成要素とし、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、第１面側部位の結晶化率と
    第２面側部位の結晶化率とが異なることを特徴とする触
    媒コンバータ用保持シール材。
  2. 【請求項２】マット状に集合したアルミナーシリカ系繊
    維の繊維集合体を構成要素とし、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、第１面側から第２面側に行
    くに従って結晶化率が大きくなっていることを特徴とす
    る触媒コンバータ用保持シール材。
  3. 【請求項３】１枚の繊維集合体からなり、その繊維集合
    体の第１面側から第２面側に行くに従って結晶化率が大
    きくなってい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。
  4. 【請求項４】第１面側部位の結晶化率と第２面側部位の
    結晶化率との差は３重量％以上であることを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触媒コンバータ
    用保持シール材。
  5. 【請求項５】第１面側部位の結晶化率は０重量％〜１重
    量％、第２面側部位の結晶化率は１重量％〜１０重量％
    であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
    に記載の触媒コンバータ用保持シール材。
  6. 【請求項６】マット状に集合したアルミナーシリカ系繊
    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、結晶化率が部位により異なることを特徴
    とする触媒コンバータ用保持シール材。
  7. 【請求項７】請求項１乃至５のいずれか1項に記載の保
    持シール材の製造方法であって、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
    体繊維を積層してマット状繊維集合体とする積層工程
    と、第１面側の焼成温度と第２面側の焼成温度との間で
    差を設けるようにして前記繊維集合体を焼結させる焼成
    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。
  8. 【請求項８】前記焼成温度の差を１００℃以上に設定す
    ることを特徴とする請求項７に記載の触媒コンバータ用
    保持シール材の製造方法。
  9. 【請求項９】第１面側の焼成温度を８００℃〜１１００
    ℃に設定し、第２面側の焼成温度を１１００℃〜１４０
    ０℃に設定することを特徴とする請求項７に記載の触媒
    コンバータ用保持シール材の製造方法。
  10. 【請求項１０】触媒担持体と、その触媒担持体の外周を
    覆う筒状の金属製シェルと、それらのギャップ間に配置
    され、マット状に集合したアルミナーシリカ系繊維を構
    成要素とする保持シール材とを備える触媒コンバータに
    おいて、 前記保持シール材は、結晶化率が相対的に小さい第１面
    側を前記金属製シェルに接触させ、かつ結晶化率が相対
    的に大きい第２面側を前記触媒担持体に接触させた状態
    で、前記ギャップ間に配置されていることを特徴とする
    触媒コンバータ。
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