JP3949265B2 - セラミック製ハニカム構造体の組み込み方法及び同方法に使用する保持部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関などの排ガス浄化システムとして使用される触媒コンバーターや熱交換体の製造方法及び同方法に使用される部材に関し、更に詳しくは、これら触媒コンバーターや熱交換体を製造するに際して、セラミック製ハニカム構造体を金属製缶体に組み込むときに、低摩擦性保持部材を該構造体に巻き付て、更に、この保持部材を圧縮して該金属製缶体に組み込む方法、及び同方法に使用する低摩擦性の保持部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製の保護構造物内に機械的衝撃に弱いセラミック製ハニカム構造体を組み込む方法については様々な方法が提案されている。最も一般的なものは、相互に対象な形状を有する一対の金属製のハーフシェル同士を向かい合わせに組み合わせ、これを溶接することより成るいわゆるクラムシェル方式である。その他の方法としては、セラミック製ハニカム構造体に保持部材を巻き付けた後、この上に金属製の板を円筒状に巻き締めて該板の重ね合わさった端部を溶接して保護構造物を形成するいわゆる巻き締め方法や、該構造体を保持部材と共に円筒状の金属製の保護構造物に押し込むいわゆる押し込み法がある。
クラムシェル方式の場合には、ハーフシェル同士のかみ合わせ部分では、その製造方法上の制約から保持部材の密度がそれ以外の部分と比較して低密度化するため、排ガスの攻撃を受け易くなりその部分での保持部材の劣化が起こり、機械的衝撃の吸収が十分でなくなるために、実装中に該ハニカム構造体が突然破壊されて本来の性能が発揮されなくなる等の耐久性の面で問題がある。さらに、溶接部から風蝕が起こるなどの問題がある。
巻き締め方法による場合には、クラムシェル方式と比較して溶接に手間が掛かり、工業的に製造する方法としては必ずしも適切な方法とはいえないと言う問題がある。
押し込み方式の場合には、溶接作業が必要でなく、その点では優れた方法と言えるが、保持部材として使用されるセラミック製の繊維マットと金属製缶体との摩擦が大きい為に、押し込み用ジグを使用して押し込んではいるが、現時点では触媒コンバーターとして実装中に繰り返し加えられる排ガスからの攻撃に耐え得るような均一な密度で保持部材を金属缶体に収納することが出来ないのが現状である。
例えば、特開平７−７７７０３６号公報に開示の押し込み構造のセラミックスハニカム触媒コンバータの製造に於いては、リテナーリングを用いることが前提となって居る。これは、高い面圧が発生するような条件、即ち、マットを高圧縮し、摩擦抵抗が大きくなるような条件では、押し込みが不可能なために、リテナーリングを利用し、マットだけではハニカム体の保持が出来ないのを補い、ハニカム体の軸のずれを防止している。
しかしながら、軸方向のずれ防止対策として、リテナーリングを利用したとしても、ハニカム端面の一部を塞ぐこととなり、排ガス浄化システムとしての性能の一部を失うこととなる。つまり、マットがハニカム端面にはみ出した場合と同様の悪影響が生ずることとなる。
従って、リテナーリング等の軸方向のずれ防止対策を施すこと無く、マットのみで充分ハニカム体を保持し得る面圧を発生させる条件下での押し込みが可能となる押し込み方法の出現が望まれているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上記のような従来技術が有している問題を解消できるセラミック製ハニカム構造体をその保護構造物である金属製缶体に組み込む方法と同組み込み方法に使用する保持部材を提供しようとするものである。即ち、ハニカム構造体の耐久性を保持し、内燃機関などの排ガスシステムや熱交換体として使用した場合のガス漏れを引き起こさない様な状態でハニカム構造体を金属製の保護構造物に組み込む方法を提供しようとするものである。
組み込み方法としては、耐久性の点では押し込み方法が一番優れた方法と考えられる。事実、特開平７−７７０３６号公報において本願発明の出願人は特定の性能を有するセラミック繊維マットを使用した押し込み方式で製造したセラミックハニカム触媒コンバーターを提案しているが、これを工場で実生産ラインで生産しようとすると、押し込み作業に時間がかかることや、押し込みの速度をあげるとマットのずれの発生率が加速度的に増加することから、より早くより完全な押し込み方式による生産方法の出現が望まれているのが現状である。なお、本願明細書において、この押し込み作業をキャニングと称することもある。
特に、耐久性をより重視して、ハニカム構造体を比較的厚手の保持部材で包み込んだ状態や、あるいは保持部材の圧縮により発生する面圧の高い条件で金属製缶体に組み込もうとすると押し込みジグと該缶体との間に過大な摩擦が生じて、ハニカム体と保持部材とがずれてしまい、ハニカム体を該缶体に組み込むことが出来なくなる。ずれた状態で無理矢理押し込んでも、ハニカム体の一部分が均一な状態で保持部材に保持されず、一部に保持部材が充分に行き渡らないところが生ずる。この様に保持部材が充分に行き渡らないところではガス漏れが発生する。更に、保持部材が均一に行き渡らないところでは、絶えず反復的に加えられる機械的衝撃によりハニカム構造体を保持できなくなる。又、偏圧によりハニカム構造体が破損することがある。また、保持部材がセラミック製ハニカム構造体の端面部よりもはみ出している場合には、セラミック製ハニカム構造体の排ガス流入口を一部塞ぐこととなり、圧力損失の上昇を引き起こすこととなる。特に、排気ガス浄化システムの場合には、圧力損失の上昇に伴いエンジン負荷の増加、極端な場合はエンジンの停止、燃費及びドライバビリティの低下、有害ガスの排出の増加等をもたらす。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記の様な現状に鑑みて種々検討した結果、保持部材をセラミック製ハニカム構造体に巻き付け、保持部材を圧縮した状態で金属製缶体に組み込むに際して、該保持部材の金属製缶体と接する側の表面に低摩擦性層を設けることにより、保持部材が押し込みの際一部にずれが生じてハニカム構造体を均一に覆わなかったり、ハニカム構造体の端面部からはみ出したりすることなく組み込めることを見いだして、本願発明を完成したものである。
即ち、本願発明によれば、金属製缶体に保持部材を介してセラミック製ハニカム構造体を組み込む方法において、該保持部材として該金属製缶体と接する側の表面に低摩擦性層を設けた保持部材を、該セラミック製ハニカム構造体の両端部は、保持部材を巻き付けずにそのままの状態で残して、該セラミック製ハニカム構造体に緊密に巻き付け、このものを、押し込み用ジグに、該セラミック製ハニカム構造体に緊密に巻き付けた保持部材の先端部分が当接するように挿入し、次いで該保持部材を圧縮しながら金属製缶体に押し込めることを特徴とするセラミック製ハニカム構造体の組み込み方法が提供される。
また、本願発明によれば上記の方法により製造された内燃機関、ボイラー等の排ガス浄化システムとして使用される触媒コンバーターや熱交換体として使用される部材が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本願発明に係るセラミック製ハニカム構造体を同構造体を保持する保持部材と共に該構造体の保護構造物である金属製缶体に押し込み方式により組み込む方法においては、該保持部材として該部材の金属製缶体に接する側の表面に低摩擦性層を形成した保持部材を使用することを特徴とする。低摩擦性層としては、表面の静止摩擦係数がＪＩＳＫ７１２５により測定したとき０．１５以下、好ましくは、０．１０以下の低摩擦性の層が好ましい。静止摩擦係数としては、理想的には零であることが好ましいことは当然であるが、材料的な制約から通常は０．０１以下のものを入手することは困難である。
上記の様な静止摩擦係数を有する低摩擦性層は通常セラミック製ハニカム構造体の保持部材として一般に使用されているセラミック繊維マット上に形成される。低摩擦性層は該マット上に接着材層を介し、または介さずに設けることが出来る。低摩擦性層は、紙、合成紙、又はこれらの材料の上に合成樹脂又は油等の潤滑性を有するものをコーティング又は浸漬により処理したものを上記セラミック繊維の上に直接又は接着材層を介して設けても良く、また、シリコン樹脂等の合成樹脂と所望によりシリカ等の添加剤と共に直接上記セラミック繊維マットの上にコーティングするか、あるいはセラミック繊維マットをこれらの材料を含む溶液に浸漬して設けてもよい。接着材層としては各種合成接着材が使用出来る。液体又はゲル状のものの場合は、低摩擦性層及び／又はセラミック繊維マットに塗布したのち両者を押圧して接着させてもよく、また、フィルム状のものは低摩擦性層とセラミック繊維マットとの間に配置させたのち、三者を押圧して、これを強固に接着させてもよい。
【０００６】
保持部材の基体であるセラミック繊維マットは、繊維径が２μｍ以上６μｍ未満のもので、繊維はアルミナ、シリカ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素およびジルコニアから成る群から選ばれた少なくとも一種から成り、未圧縮時の公称厚さが５〜３０ｍｍで、嵩密度は０．０５ｇ／ｃｍ3〜０．５ｇ／ｃｍ3で、かつ特開平７−７７０３６号公報に記載の方法により、室温で２ｋｇｆ／ｃｍ2の初期面圧をかけた後、１０００℃迄昇温させたときに１ｋｇｆ／ｃｍ2程度の面圧を発生する圧縮特性を有するものが好適に使用される。
この様なセラミック繊維マットとしては、上述の特開平７−７７０３６号公報に記載されている様に発泡材を含まない非熱膨張性のセラミック繊維マットとして市販されている、三菱化学製マフテック１２００等があげられる。
【０００７】
上記のようなセラミック繊維マットの上に形成される低摩擦性層としては、ＪＩＳＫ７１２５で試験したとき、０．１５以下の静止摩擦係数を有するものが好ましい。特に、０．１以下の静止摩擦係数を有するものがより好適に使用される。低摩擦性層を形成するのに使用する材料としては上記の段落番号０００５の欄に記載した材料で有れば、何れも好適に使用される。低摩擦性層を形成する材料は、本発明に係る部材の実使用時には、５００℃以上の温度の排ガスに曝されるので、燃焼により消失してしまうので、消失後に保持部材と金属製缶体との間にギャップが生じることのない様に充分な配慮が必要である。従って、接着材層を介してセラミック繊維マットの上に低摩擦性層を形成させる場合は、その接着材層の厚さを含め、低摩擦性層としての厚さが０．３ｍｍ以下であることが好ましい。しかしながら、押し込み作業の際に支障を生じない限り、低摩擦性層の厚さは、より好ましくは、０．２ｍｍ以下、更に好ましくは、０．１ｍｍ以下、最も好ましくは、０．０５ｍｍ以下である。
低摩擦性層としては、両面接着テープや各種の表示用ラベル等に使用される市販の剥離紙などの低摩擦性フィルムを使用しても良い。両面接着テープの接着テープ用フィルム部分を接着層とし、その上に形成されている剥離紙を本発明に係る低摩擦性層を有する保持部材の低摩擦性層としてそのまま使用してもよい。この様な製品としては、ニチバン株式会社製ナイスタック等があげられる。
かくして、本願発明に係るセラミック製ハニカム構造体のキャニングの際に使用する低摩擦性層を有する保持部材が提供される。
【０００８】
押し込み方式によるハニカム構造体の金属製缶体への組み込みは、上記の低摩擦性層を有する保持部材でセラミック製ハニカム構造体を包み、保持部材ごと金属製缶体に所定の圧力をかけながら押し込み、後は常法に従い金属製缶体を密封すればよい。保持部材は通常該ハニカム体の上端部、下端部に適当な幅のスペースを設けて緊密に包み込む。その際に、図２に示したように保持部材の長手方向に垂直な両端部のほぼ中央部において両端が相互に嵌合するように一方の端部には凸部を、一方の端部には凹部を設けると排ガスの漏れが起こりにくい。該ハニカム構造体を保持部材で包んだ状態で金属製缶体に収納するときに、該保持部材には、実装中に該ハニカム構造体が位置ずれなどを起こさないように、該金属製缶体との間で適度な圧力が加えられた状態に置かれていなければならない。その為には、金属製缶体とハニカム構造体とのクリアランスは、通常の保持部材の厚さの３０％から８５％の範囲内にあることが好ましい。勿論、上記の数値は、一つの目安で、セラミック繊維マットの材質や、最終製品の部材の用途等により上記のクリアランスと保持部材の厚さの関係は、定まるので、該マットに使用する材質や、最終製品としての部材の用途によりこの関係は適宜試験の上適切な選択をすることが好ましいことは言うまでもない。
【０００９】
保持部材の金属製缶体への押し込み速度は、通常、１５ｍｍ／秒〜５０ｍｍ／秒である。１５ｍｍ／秒未満の速度では、作業効率が上がらず、工業的な生産と言い難く、また、５０ｍｍ／秒を超えた押し込み速度では、保持部材を所定の範囲内に収納することが困難となり、不良品の発生率が高くなり実際的でない。保持部材を金属製缶体に収納するときの許容できる位置的なずれは、金属製缶体の大きさによっても異なるが、所定の位置からのずれが最大１０ｍｍ以下であることが好ましい。但し、金属製缶体の構造、大きさ等によっては、２０ｍｍ迄でも許容出来ることがある。押し込み作業は、押し込みジグを使用する。押し込みジグとしてはテーパー角度（θ）が２度から１０度程度で、その保持部材に接する側の表面の粗さが、押し込み作業を容易にするために、ＪＩＳＢ０６０１規格で中心線平均表面粗さが０．８μｍから１２．５μｍの範囲内にあることが好ましい。
なお、ここで金属製缶体とは、セラミック製ハニカム構造体の保護構造物であり、触媒コンバーターや熱交換体として使用するに適した材質と形状とから成る金属製の缶状のものでその使用目的に応じて必要な各種部品等が溶接、ボルトとナット等の固定手段を用い又は用いずに直接一体的に取り付けられていてもよい。
【００１０】
かくして、本願発明に係るセラミック製ハニカム構造体の押し込み方式によってキャニングされた、内燃機関等の排ガス浄化システムとして使用される触媒コンバーターや熱交換体等の部材として使用できるセラミック製ハニカム構造体は、保持部材により均一な状態でしっかりと保持されているので、高温条件下で且つ、振動などの機械的衝撃が絶えず加えられる実装条件下でも、長時間にわたり使用できることとなる。
【００１１】
【実施例】
以下実施例と比較例とを挙げて、本発明を説明するが、勿論、本発明は、これらの例により何等制限されるものではないことは言うまでもない。
（実施例）
直径９３ｍｍ、長さ１１８ｍｍのセラミック製ハニカム構造体であって、触媒を担持させたものに、図２に示した形状を有する面重量が１２００ｇ／ｍ2で、長さ３４０ｍｍＸ幅１０３ｍｍＸ厚さ７．０ｍｍのセラミック繊維マットであって、該マットの長手方向にたいして垂直な両端部において、一方の端の中央部に切り込みの深さが４０ｍｍ、幅が３５ｍｍの凹部を、他端の中央部に長さ４０ｍｍ、幅が３５ｍｍの凸部を設けた三菱化学製マフテックに表１に示した各種低摩擦性のフィルムを接着層を介して張り付けて調製した低摩擦性層を有する保持部材で前記ハニカム構造体を、該ハニカム構造体の上端部で長さ１０ｍｍ、下端部で長さ５ｍｍの部分を残して緊密に包み、保持部材の長手方向に垂直な両端部設けた凸部と凹部とを嵌合し、嵌合部を薄さ０．０１ｍｍの粘着テープで固定し、かくして用意したものを図１に示した断面構造を有し、テーパー角度が５度、ＪＩＳＢ０６０１規格による保持部材と接する側の中心線平均表面粗さが１．６μｍ、下部の内径が９８．０ｍｍのＳ３５Ｃ製押し込み用ジグに挿入して、押し込み速度２８ｍｍ／秒の速度で内径９８．８ｍｍのコンバーター用として調製された金属製缶体に押し込み、触媒コンバーターを製造した。
【００１２】
かくして製造した触媒コンバーターについて、押し込み操作完了後の保持部材のずれの程度を所定の位置と実際に押し込み後の保持部材の位置とのずれを計測することにより測定し、その結果は表１に示す。
同時に、缶体を解体し保持部材の表面の状態も調査した。低摩擦性層の表面に荒れが全く観察されなかったものを良好、低摩擦性層の表面に若干乱れが認められたが全体としては問題の無かったものを普通、低摩擦性層が若干はがれかかったものを悪い、低摩擦性層の一部が剥がれて位置ずれを起こしているものを不可とそれぞれ判定した。
更に、同一条件で作製したものの高温加熱振動試験を下記の条件で行い、保持部材に全く異常が認められなかったものを良好、若干の劣化が認められたものを普通、該保持部材の一部または全部が劣化、飛散してハニカム構造体を保持できなくなったものを不可と判定した。
温度９００℃の高温のガスを２．６Ｎｍ3で強制的に各触媒コンバーター内に流しながら、ガス流と同一の方向に１８５Ｈｚ、６０Ｇの振動を与えた状態で、２０時間保持し、高温加熱振動試験を実施した。試験後の保持部材のずれが０．５ｍｍ未満を良好、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満のものを普通、１．０ｍｍ以上のものを不可と判断した。 上記の試験結果を表１に纏めて示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】
本願発明に係るキャニング法によれば、キャニングの際に低摩擦性層を設けた本願発明に係る保持部材を使用することにより速いキャニング速度で、 円滑にキャニングをすることが出来るので保持部材とセラミック製ハニカム構造体との実質的な位置的なずれもなく、従って、保持部材の位置ずれにより生ずる保持部材の局部的な劣化、低密度から生ずるガス漏れが防止されると共に、外部からの機械的な衝撃によるハニカム構造体が摩耗したりひび割れたりすることもなく、クラムシェル方式によるキャニングのように溶接部からの風蝕が起こることもないので耐久性に優れた金属製缶体に組み込まれたセラミックス製ハニカム構造体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係る押し込み方式によるキャニング方法を模式的に示す断面図である。
【図２】 本願発明に係る保持部材の形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１…セラミック製ハニカム構造体、２…低摩擦性層を有する保持部材、３…押し込み用ジグ、４…押し込み用ジグのテーパー部、５…金属製缶体、θ…押し込み用ジグのテーパー角、Ａ…押し込み圧の方向。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関などの排ガス浄化システムとして使用される触媒コンバーターや熱交換体の製造方法及び同方法に使用される部材に関し、更に詳しくは、これら触媒コンバーターや熱交換体を製造するに際して、セラミック製ハニカム構造体を金属製缶体に組み込むときに、低摩擦性保持部材を該構造体に巻き付て、更に、この保持部材を圧縮して該金属製缶体に組み込む方法、及び同方法に使用する低摩擦性の保持部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製の保護構造物内に機械的衝撃に弱いセラミック製ハニカム構造体を組み込む方法については様々な方法が提案されている。最も一般的なものは、相互に対象な形状を有する一対の金属製のハーフシェル同士を向かい合わせに組み合わせ、これを溶接することより成るいわゆるクラムシェル方式である。その他の方法としては、セラミック製ハニカム構造体に保持部材を巻き付けた後、この上に金属製の板を円筒状に巻き締めて該板の重ね合わさった端部を溶接して保護構造物を形成するいわゆる巻き締め方法や、該構造体を保持部材と共に円筒状の金属製の保護構造物に押し込むいわゆる押し込み法がある。
クラムシェル方式の場合には、ハーフシェル同士のかみ合わせ部分では、その製造方法上の制約から保持部材の密度がそれ以外の部分と比較して低密度化するため、排ガスの攻撃を受け易くなりその部分での保持部材の劣化が起こり、機械的衝撃の吸収が十分でなくなるために、実装中に該ハニカム構造体が突然破壊されて本来の性能が発揮されなくなる等の耐久性の面で問題がある。さらに、溶接部から風蝕が起こるなどの問題がある。
巻き締め方法による場合には、クラムシェル方式と比較して溶接に手間が掛かり、工業的に製造する方法としては必ずしも適切な方法とはいえないと言う問題がある。
押し込み方式の場合には、溶接作業が必要でなく、その点では優れた方法と言えるが、保持部材として使用されるセラミック製の繊維マットと金属製缶体との摩擦が大きい為に、押し込み用ジグを使用して押し込んではいるが、現時点では触媒コンバーターとして実装中に繰り返し加えられる排ガスからの攻撃に耐え得るような均一な密度で保持部材を金属缶体に収納することが出来ないのが現状である。
例えば、特開平７−７７７０３６号公報に開示の押し込み構造のセラミックスハニカム触媒コンバータの製造に於いては、リテナーリングを用いることが前提となって居る。これは、高い面圧が発生するような条件、即ち、マットを高圧縮し、摩擦抵抗が大きくなるような条件では、押し込みが不可能なために、リテナーリングを利用し、マットだけではハニカム体の保持が出来ないのを補い、ハニカム体の軸のずれを防止している。
しかしながら、軸方向のずれ防止対策として、リテナーリングを利用したとしても、ハニカム端面の一部を塞ぐこととなり、排ガス浄化システムとしての性能の一部を失うこととなる。つまり、マットがハニカム端面にはみ出した場合と同様の悪影響が生ずることとなる。
従って、リテナーリング等の軸方向のずれ防止対策を施すこと無く、マットのみで充分ハニカム体を保持し得る面圧を発生させる条件下での押し込みが可能となる押し込み方法の出現が望まれているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上記のような従来技術が有している問題を解消できるセラミック製ハニカム構造体をその保護構造物である金属製缶体に組み込む方法と同組み込み方法に使用する保持部材を提供しようとするものである。即ち、ハニカム構造体の耐久性を保持し、内燃機関などの排ガスシステムや熱交換体として使用した場合のガス漏れを引き起こさない様な状態でハニカム構造体を金属製の保護構造物に組み込む方法を提供しようとするものである。
組み込み方法としては、耐久性の点では押し込み方法が一番優れた方法と考えられる。事実、特開平７−７７０３６号公報において本願発明の出願人は特定の性能を有するセラミック繊維マットを使用した押し込み方式で製造したセラミックハニカム触媒コンバーターを提案しているが、これを工場で実生産ラインで生産しようとすると、押し込み作業に時間がかかることや、押し込みの速度をあげるとマットのずれの発生率が加速度的に増加することから、より早くより完全な押し込み方式による生産方法の出現が望まれているのが現状である。なお、本願明細書において、この押し込み作業をキャニングと称することもある。
特に、耐久性をより重視して、ハニカム構造体を比較的厚手の保持部材で包み込んだ状態や、あるいは保持部材の圧縮により発生する面圧の高い条件で金属製缶体に組み込もうとすると押し込みジグと該缶体との間に過大な摩擦が生じて、ハニカム体と保持部材とがずれてしまい、ハニカム体を該缶体に組み込むことが出来なくなる。ずれた状態で無理矢理押し込んでも、ハニカム体の一部分が均一な状態で保持部材に保持されず、一部に保持部材が充分に行き渡らないところが生ずる。この様に保持部材が充分に行き渡らないところではガス漏れが発生する。更に、保持部材が均一に行き渡らないところでは、絶えず反復的に加えられる機械的衝撃によりハニカム構造体を保持できなくなる。又、偏圧によりハニカム構造体が破損することがある。また、保持部材がセラミック製ハニカム構造体の端面部よりもはみ出している場合には、セラミック製ハニカム構造体の排ガス流入口を一部塞ぐこととなり、圧力損失の上昇を引き起こすこととなる。特に、排気ガス浄化システムの場合には、圧力損失の上昇に伴いエンジン負荷の増加、極端な場合はエンジンの停止、燃費及びドライバビリティの低下、有害ガスの排出の増加等をもたらす。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記の様な現状に鑑みて種々検討した結果、保持部材をセラミック製ハニカム構造体に巻き付け、保持部材を圧縮した状態で金属製缶体に組み込むに際して、該保持部材の金属製缶体と接する側の表面に低摩擦性層を設けることにより、保持部材が押し込みの際一部にずれが生じてハニカム構造体を均一に覆わなかったり、ハニカム構造体の端面部からはみ出したりすることなく組み込めることを見いだして、本願発明を完成したものである。
即ち、本願発明によれば、金属製缶体に保持部材を介してセラミック製ハニカム構造体を組み込む方法において、該保持部材として該金属製缶体と接する側の表面に低摩擦性層を設けた保持部材を、該セラミック製ハニカム構造体の両端部は、保持部材を巻き付けずにそのままの状態で残して、該セラミック製ハニカム構造体に緊密に巻き付け、このものを、押し込み用ジグに、該セラミック製ハニカム構造体に緊密に巻き付けた保持部材の先端部分が当接するように挿入し、次いで該保持部材を圧縮しながら金属製缶体に押し込めることを特徴とするセラミック製ハニカム構造体の組み込み方法が提供される。
また、本願発明によれば上記の方法により製造された内燃機関、ボイラー等の排ガス浄化システムとして使用される触媒コンバーターや熱交換体として使用される部材が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本願発明に係るセラミック製ハニカム構造体を同構造体を保持する保持部材と共に該構造体の保護構造物である金属製缶体に押し込み方式により組み込む方法においては、該保持部材として該部材の金属製缶体に接する側の表面に低摩擦性層を形成した保持部材を使用することを特徴とする。低摩擦性層としては、表面の静止摩擦係数がＪＩＳＫ７１２５により測定したとき０．１５以下、好ましくは、０．１０以下の低摩擦性の層が好ましい。静止摩擦係数としては、理想的には零であることが好ましいことは当然であるが、材料的な制約から通常は０．０１以下のものを入手することは困難である。
上記の様な静止摩擦係数を有する低摩擦性層は通常セラミック製ハニカム構造体の保持部材として一般に使用されているセラミック繊維マット上に形成される。低摩擦性層は該マット上に接着材層を介し、または介さずに設けることが出来る。低摩擦性層は、紙、合成紙、又はこれらの材料の上に合成樹脂又は油等の潤滑性を有するものをコーティング又は浸漬により処理したものを上記セラミック繊維の上に直接又は接着材層を介して設けても良く、また、シリコン樹脂等の合成樹脂と所望によりシリカ等の添加剤と共に直接上記セラミック繊維マットの上にコーティングするか、あるいはセラミック繊維マットをこれらの材料を含む溶液に浸漬して設けてもよい。接着材層としては各種合成接着材が使用出来る。液体又はゲル状のものの場合は、低摩擦性層及び／又はセラミック繊維マットに塗布したのち両者を押圧して接着させてもよく、また、フィルム状のものは低摩擦性層とセラミック繊維マットとの間に配置させたのち、三者を押圧して、これを強固に接着させてもよい。
【０００６】
保持部材の基体であるセラミック繊維マットは、繊維径が２μｍ以上６μｍ未満のもので、繊維はアルミナ、シリカ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素およびジルコニアから成る群から選ばれた少なくとも一種から成り、未圧縮時の公称厚さが５〜３０ｍｍで、嵩密度は０．０５ｇ／ｃｍ3〜０．５ｇ／ｃｍ3で、かつ特開平７−７７０３６号公報に記載の方法により、室温で２ｋｇｆ／ｃｍ2の初期面圧をかけた後、１０００℃迄昇温させたときに１ｋｇｆ／ｃｍ2程度の面圧を発生する圧縮特性を有するものが好適に使用される。
この様なセラミック繊維マットとしては、上述の特開平７−７７０３６号公報に記載されている様に発泡材を含まない非熱膨張性のセラミック繊維マットとして市販されている、三菱化学製マフテック１２００等があげられる。
【０００７】
上記のようなセラミック繊維マットの上に形成される低摩擦性層としては、ＪＩＳＫ７１２５で試験したとき、０．１５以下の静止摩擦係数を有するものが好ましい。特に、０．１以下の静止摩擦係数を有するものがより好適に使用される。低摩擦性層を形成するのに使用する材料としては上記の段落番号０００５の欄に記載した材料で有れば、何れも好適に使用される。低摩擦性層を形成する材料は、本発明に係る部材の実使用時には、５００℃以上の温度の排ガスに曝されるので、燃焼により消失してしまうので、消失後に保持部材と金属製缶体との間にギャップが生じることのない様に充分な配慮が必要である。従って、接着材層を介してセラミック繊維マットの上に低摩擦性層を形成させる場合は、その接着材層の厚さを含め、低摩擦性層としての厚さが０．３ｍｍ以下であることが好ましい。しかしながら、押し込み作業の際に支障を生じない限り、低摩擦性層の厚さは、より好ましくは、０．２ｍｍ以下、更に好ましくは、０．１ｍｍ以下、最も好ましくは、０．０５ｍｍ以下である。
低摩擦性層としては、両面接着テープや各種の表示用ラベル等に使用される市販の剥離紙などの低摩擦性フィルムを使用しても良い。両面接着テープの接着テープ用フィルム部分を接着層とし、その上に形成されている剥離紙を本発明に係る低摩擦性層を有する保持部材の低摩擦性層としてそのまま使用してもよい。この様な製品としては、ニチバン株式会社製ナイスタック等があげられる。
かくして、本願発明に係るセラミック製ハニカム構造体のキャニングの際に使用する低摩擦性層を有する保持部材が提供される。
【０００８】
押し込み方式によるハニカム構造体の金属製缶体への組み込みは、上記の低摩擦性層を有する保持部材でセラミック製ハニカム構造体を包み、保持部材ごと金属製缶体に所定の圧力をかけながら押し込み、後は常法に従い金属製缶体を密封すればよい。保持部材は通常該ハニカム体の上端部、下端部に適当な幅のスペースを設けて緊密に包み込む。その際に、図２に示したように保持部材の長手方向に垂直な両端部のほぼ中央部において両端が相互に嵌合するように一方の端部には凸部を、一方の端部には凹部を設けると排ガスの漏れが起こりにくい。該ハニカム構造体を保持部材で包んだ状態で金属製缶体に収納するときに、該保持部材には、実装中に該ハニカム構造体が位置ずれなどを起こさないように、該金属製缶体との間で適度な圧力が加えられた状態に置かれていなければならない。その為には、金属製缶体とハニカム構造体とのクリアランスは、通常の保持部材の厚さの３０％から８５％の範囲内にあることが好ましい。勿論、上記の数値は、一つの目安で、セラミック繊維マットの材質や、最終製品の部材の用途等により上記のクリアランスと保持部材の厚さの関係は、定まるので、該マットに使用する材質や、最終製品としての部材の用途によりこの関係は適宜試験の上適切な選択をすることが好ましいことは言うまでもない。
【０００９】
保持部材の金属製缶体への押し込み速度は、通常、１５ｍｍ／秒〜５０ｍｍ／秒である。１５ｍｍ／秒未満の速度では、作業効率が上がらず、工業的な生産と言い難く、また、５０ｍｍ／秒を超えた押し込み速度では、保持部材を所定の範囲内に収納することが困難となり、不良品の発生率が高くなり実際的でない。保持部材を金属製缶体に収納するときの許容できる位置的なずれは、金属製缶体の大きさによっても異なるが、所定の位置からのずれが最大１０ｍｍ以下であることが好ましい。但し、金属製缶体の構造、大きさ等によっては、２０ｍｍ迄でも許容出来ることがある。押し込み作業は、押し込みジグを使用する。押し込みジグとしてはテーパー角度（θ）が２度から１０度程度で、その保持部材に接する側の表面の粗さが、押し込み作業を容易にするために、ＪＩＳＢ０６０１規格で中心線平均表面粗さが０．８μｍから１２．５μｍの範囲内にあることが好ましい。
なお、ここで金属製缶体とは、セラミック製ハニカム構造体の保護構造物であり、触媒コンバーターや熱交換体として使用するに適した材質と形状とから成る金属製の缶状のものでその使用目的に応じて必要な各種部品等が溶接、ボルトとナット等の固定手段を用い又は用いずに直接一体的に取り付けられていてもよい。
【００１０】
かくして、本願発明に係るセラミック製ハニカム構造体の押し込み方式によってキャニングされた、内燃機関等の排ガス浄化システムとして使用される触媒コンバーターや熱交換体等の部材として使用できるセラミック製ハニカム構造体は、保持部材により均一な状態でしっかりと保持されているので、高温条件下で且つ、振動などの機械的衝撃が絶えず加えられる実装条件下でも、長時間にわたり使用できることとなる。
【００１１】
【実施例】
以下実施例と比較例とを挙げて、本発明を説明するが、勿論、本発明は、これらの例により何等制限されるものではないことは言うまでもない。
（実施例）
直径９３ｍｍ、長さ１１８ｍｍのセラミック製ハニカム構造体であって、触媒を担持させたものに、図２に示した形状を有する面重量が１２００ｇ／ｍ2で、長さ３４０ｍｍＸ幅１０３ｍｍＸ厚さ７．０ｍｍのセラミック繊維マットであって、該マットの長手方向にたいして垂直な両端部において、一方の端の中央部に切り込みの深さが４０ｍｍ、幅が３５ｍｍの凹部を、他端の中央部に長さ４０ｍｍ、幅が３５ｍｍの凸部を設けた三菱化学製マフテックに表１に示した各種低摩擦性のフィルムを接着層を介して張り付けて調製した低摩擦性層を有する保持部材で前記ハニカム構造体を、該ハニカム構造体の上端部で長さ１０ｍｍ、下端部で長さ５ｍｍの部分を残して緊密に包み、保持部材の長手方向に垂直な両端部設けた凸部と凹部とを嵌合し、嵌合部を薄さ０．０１ｍｍの粘着テープで固定し、かくして用意したものを図１に示した断面構造を有し、テーパー角度が５度、ＪＩＳＢ０６０１規格による保持部材と接する側の中心線平均表面粗さが１．６μｍ、下部の内径が９８．０ｍｍのＳ３５Ｃ製押し込み用ジグに挿入して、押し込み速度２８ｍｍ／秒の速度で内径９８．８ｍｍのコンバーター用として調製された金属製缶体に押し込み、触媒コンバーターを製造した。
【００１２】
かくして製造した触媒コンバーターについて、押し込み操作完了後の保持部材のずれの程度を所定の位置と実際に押し込み後の保持部材の位置とのずれを計測することにより測定し、その結果は表１に示す。
同時に、缶体を解体し保持部材の表面の状態も調査した。低摩擦性層の表面に荒れが全く観察されなかったものを良好、低摩擦性層の表面に若干乱れが認められたが全体としては問題の無かったものを普通、低摩擦性層が若干はがれかかったものを悪い、低摩擦性層の一部が剥がれて位置ずれを起こしているものを不可とそれぞれ判定した。
更に、同一条件で作製したものの高温加熱振動試験を下記の条件で行い、保持部材に全く異常が認められなかったものを良好、若干の劣化が認められたものを普通、該保持部材の一部または全部が劣化、飛散してハニカム構造体を保持できなくなったものを不可と判定した。
温度９００℃の高温のガスを２．６Ｎｍ3で強制的に各触媒コンバーター内に流しながら、ガス流と同一の方向に１８５Ｈｚ、６０Ｇの振動を与えた状態で、２０時間保持し、高温加熱振動試験を実施した。試験後の保持部材のずれが０．５ｍｍ未満を良好、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満のものを普通、１．０ｍｍ以上のものを不可と判断した。 上記の試験結果を表１に纏めて示す。
【００１３】
【表１】
【発明の効果】
本願発明に係るキャニング法によれば、キャニングの際に低摩擦性層を設けた本願発明に係る保持部材を使用することにより速いキャニング速度で、 円滑にキャニングをすることが出来るので保持部材とセラミック製ハニカム構造体との実質的な位置的なずれもなく、従って、保持部材の位置ずれにより生ずる保持部材の局部的な劣化、低密度から生ずるガス漏れが防止されると共に、外部からの機械的な衝撃によるハニカム構造体が摩耗したりひび割れたりすることもなく、クラムシェル方式によるキャニングのように溶接部からの風蝕が起こることもないので耐久性に優れた金属製缶体に組み込まれたセラミックス製ハニカム構造体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係る押し込み方式によるキャニング方法を模式的に示す断面図である。
【図２】 本願発明に係る保持部材の形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１…セラミック製ハニカム構造体、２…低摩擦性層を有する保持部材、３…押し込み用ジグ、４…押し込み用ジグのテーパー部、５…金属製缶体、θ…押し込み用ジグのテーパー角、Ａ…押し込み圧の方向。
Claims (8)
- 金属製缶体に保持部材を介してセラミック製ハニカム構造体を組み込む方法において、該保持部材として該金属製缶体と接する側の表面に低摩擦性層を設けた保持部材を、該セラミック製ハニカム構造体の両端部は、保持部材を巻き付けずにそのままの状態で残して、該セラミック製ハニカム構造体に緊密に巻き付け、このものを、押し込み用ジグに、該セラミック製ハニカム構造体に緊密に巻き付けた保持部材の先端部分が当接するように挿入し、次いで該保持部材を圧縮しながら金属製缶体に押し込めることを特徴とするセラミック製ハニカム構造体の組み込み方法。
- 該低摩擦性層が０．１５以下の静止摩擦係数を有するものである保持部材を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 該低摩擦性層が紙、合成紙、紙に合成樹脂を含浸させたもの、紙に合成樹脂をコーティングしたもの、紙に油脂を含浸させたもの、及び合成紙に油脂を含浸させたもの内のいずれか一つから形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 該低摩擦性層が接着層を介して保持部材の上に形成されたものであるか、または接着層を介さずに保持部材の上に直接形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- 該低摩擦性層の厚さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- 該保持部材がアルミナ、シリカ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素及びジルコニアからなる群より選ばれた少なくとも１種類のセラミック繊維から構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 該保持部材が非熱膨張性のものであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 該セラミック製ハニカム構造体が内燃機関、ボイラー等の排ガス浄化システム用の浄化用の触媒担体として使用されるものであるかまたはディーゼルパティキュレートフィルターとして使用されるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP08462698A JP3949265B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | セラミック製ハニカム構造体の組み込み方法及び同方法に使用する保持部材 |
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