JP2004124719A - 触媒コンバーター用保持材 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒担体の保持能力を維持しつつ、排気ガスによる風蝕作用に対する耐久性に優れる触媒コンバーター用保持材を提供する。
【解決手段】筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維をマット状もしくは円筒状に成形してなり、かつ、坪量が、少なくとも排気ガスが流入する側の端部で、軸線方向所定長にわたり、他の領域よりも小さく設定されていることを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車等の排気ガス浄化用触媒コンバーターに用いられる触媒担体をケーシング内に保持するための触媒コンバーター用保持材（以下、「保持材」とも言う）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両には、周知の如く、そのエンジンの排気ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の有害成分を除去するために、排気ガス浄化用触媒コンバーターが積載されている。このような触媒コンバーターは、一般に、図６に断面図にて示されるように、筒状に形成された触媒担体１と、触媒担体１を収容する金属製のケーシング２と、触媒担体１に装着されて触媒担体１とケーシング２との間隙に介装される保持材３とから構成されている。
【０００３】
触媒担体１としては、例えばコージェライト等かならなる円筒状のハニカム状成形体に貴金属触媒等が担持されたものが一般的であるため、触媒担体１とケーシング２との間隙に介装される保持材３には、自動車の走行中に振動等によって触媒担体１がケーシング２に衝突して破損しないように触媒担体１を安全に保持する機能と、触媒担体１とケーシング２との間隙から未浄化の排気ガスが漏れないようにシールする機能とを兼ね備えることが必要とされている。そこで、従来では、アルミナ繊維やムライト繊維、あるいはその他のセラミック繊維を所定厚でマット状に集成したマット型保持材（例えば、特許文献１参照）、あるいは円筒状に成形したモールド型保持材（例えば、特許文献２参照）が主流となっている。特に、モールド型保持材は、マット型保持材のように触媒担体１に巻き付けてテープ等で保持する必要がなく、触媒担体１に直接巻装できるため、触媒コンバーターの製造を容易するという利点を有している。
【特許文献１】
特開２０００−６６３３１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４１０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
保持材３は、触媒担体１を保持するために必要な面圧を得るために、ある一定以上の坪量（密度）となるように形成されている。特に、排気ガスの規制が厳しいディーゼル車では触媒担体１も大径で、重量も大きく、かつ排気ブレーキの影響により排気圧も高いために、保持材３にはより大きな保持力が要求されており、かなりの高坪量で形成されている。
【０００５】
ところで、保持材３は無機繊維を主成分としているため、坪量が高くなると繊維間の隙間が殆ど無くなり、保持材３の排気ガス流入側の端面（例えば、図６において左側の厚み部分３ａ）で排気ガスが堰き止められる状態となる。排気ガスはＮＯｘやＳＯｘ等の酸性成分を多量に含み、しかもかなりの高温かつ高圧で流入してくるため、高坪量の保持材３では、排気ガス流入側端面３ａが排気ガスによる風蝕作用を強く受け、その結果、触媒担体１を保持する力が低下して触媒担体１のズレが発生し、最悪の場合は触媒担体１の破損に至る。
【０００６】
従って、本発明の目的は、触媒担体の保持能力を維持しつつ、排気ガスによる風蝕作用に対する耐久性に優れる触媒コンバーター用保持材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、保持材の排気ガス流入側端面に坪量の小さい部分を設けることにより排気ガスによる風蝕作用を軽減できるとともに、他の部分で触媒担体を従来と同様に保持できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維をマット状もしくは円筒状に成形してなり、かつ、坪量が、少なくとも排気ガスが流入する側の端部で、軸線方向所定長にわたり、他の領域よりも小さく設定されていることを特徴とする触媒コンバーター用保持材を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明をモールド型保持材に適用した例を示す斜視図である。図示されるように、モールド型保持材３は円筒状に成形されており、その排気ガス流入側の端面３ａから軸線方向に所定長（ａ）にわたり、他の領域Ｂよりも坪量が小さい領域Ａが形成されている。尚、以降の説明において、領域Ａを低坪量領域と呼び、領域Ｂを高坪量領域と呼ぶ。
【００１１】
低坪量領域Ａでは、坪量を小さくして低密度に設定して繊維の折れを防止し、排気ガス流入側端面３ａでの風蝕作用を緩和させる。
【００１２】
低坪量領域Ａと高坪量領域Ｂとは、それぞれの坪量及び割合が相対的に設定される。坪量については、低坪量領域Ａの坪量を１とすると、高坪量領域Ｂの坪量は１．１５以上であることが好ましい。また、両領域の形成割合については、軸線方向に沿った長さ（以下、「幅」という）で、低坪量領域Ａの幅（ａ）：高坪量領域Ｂの幅（ｂ）＝１：９〜９：１の範囲が好ましい。そして、風蝕作用の緩和と保持力とを両立できるように、これらの範囲で低坪量領域Ａと高坪量領域Ｂの坪量及び形成割合を適宜選択する。
【００１３】
また、低坪量領域Ａは、排気ガス流入側端部３ａでの坪量を最小とし、高坪量領域Ｂに接近するのに従って連続的に坪量が増大するように形成してもよい。この場合、低坪量領域Ａの坪量については、平均値で上記の範囲とする。
【００１４】
更に、低坪量領域Ａは、図２に示すように、モールド型保持材３の両側端部に設けてもよい。この場合、２つの低坪量領域Ａにおいて、それぞれの坪量及び幅（ａ１，ａ２）は同一でもよいし、異なっていてもよい。但し、高坪量領域Ｂによる触媒担体の保持力を確保するために、２つの低坪量領域の幅は合計（ａ１＋ａ２）で上記の範囲にする。また、上記と同様に、低坪量領域Ａにおいて、坪量が開口側端部を最小とし高坪量領域Ｂに向かって連続的に増加していてもよい。
【００１５】
また、本発明は、図３に平面図を示すマット型保持材３０にも適用することができる。このマット型保持材３０は、触媒担体の外周長とほぼ一致するように規定された第１の辺（ここでは、紙面左右方向）と、触媒担体の長さとほぼ一致するにように規定された第２の辺（ここでは、紙面左右方向）とからなる略長方形の平面形状を呈しており、更に第２の辺の一方には係止片３１が、他方には係止片３１と同形状の凹部３２がそれぞれ形成されている。また、第１の辺に沿って所定幅で低坪量領域Ａが形成されている。
【００１６】
このマット型保持材３０は、触媒担体の外周面に巻き付け、係止片３１と凹部３２とを係合させてテープ等により固定して使用される。この装着状態において、マット型保持材３０は、図１に示したモールド型保持材３と同様に低坪量領域Ａが触媒担体の一方の端面側に位置する。尚、低坪量領域Ａの幅等は、図１に示したモールド型保持器３と同様に規定される。
【００１７】
また、マット型保持材３０は、図４に示すように、低坪量領域Ａを上下の第１の辺に沿って形成してもよい。このマット型保持材３０は、触媒担体への装着状態において、図２に示したモールド型保持材３と同様に２つの低坪量領域Ａがそれぞれ触媒担体の両端面側に位置する。尚、２つの低坪量領域Ａの幅等は、図２に示したモールド型保持器３と同様に規定される。
【００１８】
上記モールド型保持材３及びマット型保持材３０はともに、その構成材料には制限が無く、従来の保持材と同様で構わず、無機繊維を主成分とし、バインダーで結着させる。無機繊維としては、従来から保持材に用いられている種々の無機繊維を用いることができる。例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、あるいはその他のセラミック繊維等を適宜使用できる。より具体的には、アルミナ繊維としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３が９０重量％以上（残りはＳｉＯ_２分）であって、かつＸ線的には低結晶化度のものが好ましく、また、その平均繊維径が３〜７μｍ、ウｒットボリューム４００〜１０００ｃｃ／５ｇが好ましい。ムライト繊維としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３分／ＳｉＯ_２分重量比が７２／２８〜８０／２０程度のムライト組成であって、かつＸ線的には低結晶化度のものが好ましく、また、その平均繊維径が３〜７μｍ、ウエットボリューム４００〜１０００ｃｃ／５ｇが好ましい。
【００１９】
尚、上記ウエットボリュームは、次の方法で算出される。
（１）乾燥した繊維材料５ｇを少数点２桁以上の精度を有する秤で計量する。
（２）計量した繊維材料を５００ｇのガラスビーカーに入れる。
（３）（２）のガラスビーカーに温度２０〜２５℃の蒸留水を４００ｃｃ程度入れ、攪拌機を用いて繊維材料を切断しないように慎重に攪拌し、分散させる。この分散は超音波洗浄機を使用してもよい。
（４）（３）のガラスビーカーの中味を１０００ｍｌのメスシリンダーに移し、目盛で１０００ｃｃまで蒸留水を加える。
（５）（４）のメスシリンダーの口を手等で塞ぎ、水が漏れないように注意しながら上下逆さまにして攪拌する。これを計１０回繰り返す。
（６）攪拌停止後、室温下で静置し、３０分経過後の繊維沈降体積を目視で計測する。
（７）上記操作を３サンプルについて行い、その平均値を測定値とする
【００２０】
その他のセラミック繊維としては、シリカアルミナ繊維やシリカ繊維を挙げることができるが、何れも従来から保持材に使用されているもので構わない。また、ガラス繊維やロックウール、生体溶解性繊維を配合してもよい。
【００２１】
バインダーは有機バインダーが一般的であり、ゴム類、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、天然繊維（木綿、麻等）等を使用できる。具体的には、ゴム類の例としては、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンゴム等がある。水溶性有機高分子化合物の例としては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等がある。熱可塑性樹脂の例としては、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等の単独重合体および共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等がある。熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等がある。
【００２２】
また、成形方法としては、例えば、無機繊維と有機バインダーとを含む水性スラリーを調製し、モールド型保持材３を成形する場合は円筒状のメッシュ部材（例えば、円筒状金網）を用い、マット型保持材３０を成形する場合は平板状のメッシュ部材を用いて水性スラリーを吸引脱水成形した後、乾燥すればよいが、その際、低坪量領域Ａと低坪量領域Ｂとで成形条件を変えて、上記の坪量比率となるように調整する。また、全領域で坪量が均一となるようにマット状または円筒状に成形し、高坪量領域Ｂの形成箇所に、別途成形した坪量の高いマット材を積層して一体化してもよい。一体化は、有機バインダー、接着剤、両面テープ等を用いて貼り合わせる方法の他、縫製加工やニードル加工を採用することができる。尚、縫製加工で使用する縫製糸は無機製でも有機製でもよい。
【００２３】
尚、モールド型保持材３及びマット型保持材３０はともに、その厚さは適用する触媒コンバーターのサイズや使用温度等に応じて適宜設定することができる。
【００２４】
上記の如く形成されるモールド型保持材３及びマット型保持材３０は、図５（但し、図１に示したモールド型保持材３または図３に示したマット型保持材３０を示す）に示すように、触媒担体１に巻装され、低坪量領域Ａが排気ガス流入側となるようにケーシング２との間隙に介装される。
【００２５】
尚、このケーシング２に介装された状態におけるモールド型保持材３またはマット型保持材３０の密度（ギャップ密度）は、低坪量領域Ａで０．２５〜０．４ｇ／ｃｍ^３、高坪量領域Ｂで０．３５〜０．６ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、触媒担体１とケーシング２との隙間に応じて、各保持材３，３０の低坪量領域Ａ及び低坪量領域Ｂのそれぞれの坪量を適宜設定する。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
繊維径約４μｍ、繊維長約３ｍｍ、Ａｌ_２Ｏ_３分が９６重量％（残りはＳｉＯ_２分）で、ウエットボリューム８００ｃｃ／５ｇのアルミナ繊維１００重量部と、有機バインダー（アクリルエマルジョン）９重量部とを水に分散させて水性スラリーを調製した。そして、円筒状金網を用いた吸引脱水成形法により、図１に示すような、内径２２５ｍｍ、厚さ８ｍｍ、低坪量領域Ａの幅（ａ）が５０ｍｍ、高坪量領域Ｂの幅（ｂ）が１００ｍｍの円筒状のモールド型保持材を得た。尚、成形に際し、低坪量領域Ａの坪量が１３００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．３２５ｇ／ｃｍ^３）、高坪量領域Ｂの坪量が１８００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．３５ｇ／ｃｍ^３）となるように吸引力及び圧縮力を調整した。
【００２８】
（実施例２）
実施例１に従い、図２に示すように両端部に低坪量領域Ａが設けられたモールド型保持材を作製した。尚、２つの低坪量領域の坪量は共に１３００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．３２５ｇ／ｃｍ^３）とし、幅（ａ１）、（ａ２）は共に２５ｍｍとした。尚、高坪量領域Ｂの坪量及び幅（ｂ）、並びに保持材の内径、厚さは実施例１と同様である。
【００２９】
（実施例３）
坪量が開口側端部を１３００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．３２５ｇ／ｃｍ^３）とし、漸次１８００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．４５ｇ／ｃｍ^３）まで連続的に増加するように低坪量領域Ａを形成した以外は実施例１と同様のモールド型保持材を作製した。
【００３０】
（比較例１）
保持材全体が坪量１８００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．４５ｇ／ｃｍ^３）一定で、実施例１と同形状のモールド型保持材を作製した。
【００３１】
（比較例２）
保持材全体が坪量１３００ｇ／ｍ^２（ギャップ密度０．３２５ｇ／ｃｍ^３）一定で、実施例１と同形状のモールド型保持材を作製した。
【００３２】
上記の各保持材を、外径２２９ｍｍ、長さ１５０ｍｍの筒形ハニカム構造のコージェライト製触媒担体に装着し、更に内径２３７ｍｍ（即ち、触媒担体との隙間４ｍｍ）、長さ１８０ｍｍのステンレス製ケーシングに挿入して触媒コンバーターを作製した。尚、実施例の保持材については低坪量領域が排気ガス流入側となるように配置した。そして、この触媒コンバーターをガソリンエンジンの排気筒に接続して３００時間連続して排気ガスを流通させた。
【００３３】
排気ガス流通後、触媒コンバーターを分解し、保持材の風蝕の有無を目視により評価し、更に触媒担体のケーシング中における移動距離を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１から明らかなように、本発明に従う実施例の保持材は何れも、風蝕が見られず、また触媒担体もほとんど移動せず良好な保持性を有している。これに対して、比較例１の保持材では、全体を高坪量で形成したため排気ガス流入側端部で風蝕による破損がひどく、触媒担体がケーシング中で移動してしまい保持性能に劣っている。また、比較例２の保持材では、全体を低坪量としたため、風蝕は起こらないものの、保持力が不十分で触媒担体がケーシング中で大きく移動している。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の保持材は、触媒担体の保持能力を維持しつつ、排気ガスによる風蝕作用に対する耐久性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をモールド型保持材に適用した実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明のモールド型保持材の他の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明をマット型保持材に適用した実施形態を示す上面図である。
【図４】本発明のマット型保持材の他の実施形態を示す上面図である。
【図５】本発明の保持材を装着した触媒コンバーターの構成を模式的に示す断面図である。
【図６】従来の触媒コンバーターの構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１　触媒担体
２　ケーシング
３　（モールド型）保持材
３０　マット型保持材
３１　係止片
３２　凹部
Ａ　低坪量領域
Ｂ　高坪量領域

Claims (5)

1. 筒状に形成された触媒担体と、該触媒担体を収容するケーシングと、前記触媒担体に装着されて前記触媒担体と前記ケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成される触媒コンバーターにおける前記保持材であって、無機繊維をマット状もしくは円筒状に成形してなり、かつ、坪量が、少なくとも排気ガスが流入する側の端部で、軸線方向所定長にわたり、他の領域よりも小さく設定されていることを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
2. 坪量の小さい領域の坪量を１とするとき、他の領域の坪量が１．１５以上であることを特徴とする請求項１記載の触媒コンバーター用保持材。
3. 坪量の小さい領域において、開口端部の坪量が最も小さく、他の領域まで連続的に坪量が増加していることを特徴とする請求項１記載の触媒コンバーター用保持材。
4. 坪量の小さい領域の平均坪量を１とするとき、他の領域の平均坪量が１．１５以上であることを特徴とする請求項３記載の触媒コンバーター用保持材。
5. 坪量の小さい領域と他の領域との軸線方向に沿った長さの比が、１：９〜９：１であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の触媒コンバーター用保持材。

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