JP4652554B2 - 触媒コンバータ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒コンバータ及びそ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問題となり、それ以降は排気ガス中に含まれているＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭ等を除去する装置である排気ガス浄化用触媒コンバータ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、セラミックファイバからなるマット材料２０を打ち抜くことによって、図７に示すような形状の保持シール材２１を作製する。この保持シール材２１は、長手方向における一端縁に凸状合わせ部２２を有し、他端縁に凹状合わせ部２３を有している。
【０００５】
次に、この保持シール材２１を触媒担持体２４の外周面２４ａに巻き付ける。その際、一般的には、ビニル等の有機テープ２５を用いて保持シール材２１の両方の巻き合わせ端同士を複数箇所にて固定する。このとき、凸状合わせ部２２と凹状合わせ部２３とが係合した状態となる。
【０００６】
次に、金属製シェルをあらかじめ二分割しておき、その中に保持シール材２１が巻き付けられた触媒担持体２４を配置して挟み込む。このようなキャニング作業を行う結果、触媒コンバータが完成するようになっている。上記のようなキャニング方式ばかりでなく、保持シール材２１が巻き付けられた触媒担持体２４をパイプ状の金属製シェルに圧入する方法（圧入方式）も従来実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記保持シール材２１を金属製シェル内に充填したときの密度が低いと、触媒担持体２４がガタついて破損しやすくなったり、シール部分からガスがリークしやすくなるという問題があった。従って、上記の問題を解消するためには、保持シール材２１全体を厚めに設定する等して、充填密度を高くすることが必要になる。
【０００８】
しかしながら、このようにすると圧入やキャニング等といった組み付け作業が困難になり、触媒コンバータの製造が困難になるという問題があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータを提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、上記構造の触媒コンバータを簡単にかつ確実に製造することができる触媒コンバータの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、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、それらのギャップに配置される保持シール材とを備える触媒コンバータにおいて、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する前記保持シール材を前記触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、前記触媒担持体の外周面に隣接する前記保持シール材の縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分を形成し、当該保持シール材を触媒担持体と金属製シェルとのギャップに配置することにより、前記重なり合い部分は圧縮されて充填密度の高い部分が触媒担持体の周方向に沿って延びるように形成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。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記保持シール材における重なり合い部分は、少なくとも前記触媒担持体の１周分以上の長さにわたって存在しているとした。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記保持シール材における重なり合い部分の幅は、５ｍｍ〜１５ｍｍであるとした。
【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、前記保持シール材における重なり合い部分の面積は、重なり合っていない部分の面積の１／３以下であるとした。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記保持シール材は、同保持シール材の片側面に接着層を備えているとした。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記ギャップ内に配置される前における前記重なり合い部分の高さは、前記ギャップ内に配置される前における前記保持シール材の厚さの１．１倍〜２．０倍であるとした。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する保持シール材を、触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、前記触媒担持体の外周面に隣接する前記保持シール材の縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分が形成されるように巻き付けて固定する工程と、前記保持シール材が巻き付け固定された触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容する工程とを含み、前記重なり合い部分は圧縮されて前記触媒担持体の周方向に沿って延びる充填密度の高い部分が形成されることを特徴とする触媒コンバータの製造方法をその要旨とする。
【００１７】
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、巻き付けられた保持シール材において縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分が、触媒担持体の周方向に沿って延びる突条となる。金属製シェルに触媒担持体を組み付けた場合、突条形成部分は厚さ方向に圧縮されるため、当該部分について特に保持シール材の充填密度が高くなる。このように突条形成部分において保持力が増大する結果、担持体保持性が向上して、触媒担持体がガタつきにくくなる。また、充填密度の高い部分は触媒担持体の周方向に沿って延びるものであるため、シール性も向上する。しかも、本発明では保持シール材全体を厚めに設定しているわけではないので、組み付け作業がそれほど困難にならず、簡単に製造可能な触媒コンバータとなる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によると、金属製シェルに触媒担持体を組み付けたときに充填密度の高い部分が略環状になるため、保持シール材の外表面にいわばＯリング状構造物を配設したような状態になる。このため、シール性がよりいっそう向上する。
【００２０】
請求項３に記載の発明によると、保持シール材における重なり合い部分の幅を好適範囲内にて設定したことにより、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
【００２１】
重なり合い部分の幅が５ｍｍ未満であると、充填密度の高い部分の幅が狭くなりすぎて、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなるおそれがある。逆に、重なり合い部分の幅が１５ｍｍを越えると、保持シール材において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるばかりでなく、保持シール材の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、重なり合い部分とそうでない部分との面積比を好適範囲内にて設定したことにより、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。前記面積比が１／３を越えると、保持シール材において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるばかりでなく、保持シール材の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、片側面に接着層を備えた保持シール材であるため、テープを用いなくても触媒担持体の外周面に対して固定されることができる。よって、巻き付け作業が容易なものとなる。
【００２５】
請求項６に記載の発明によると、前記重なり合い部分の高さと前記保持シール材の厚さとの比を好適範囲にて設定しているため、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化の防止を確実に達成することができる。
【００２６】
前記高さと厚さとの比が１．１倍未満であると、突条の圧縮度合いが小さくなりすぎてしまい、突条形成部分における充填密度を十分高くすることができなくなる。従って、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなる。逆に、前記高さと厚さとの比が２．０倍を超えると、突条の圧縮度合いが大きくなりすぎてしまい、組み付け作業が困難になるおそれがある。従って、製造の困難化を十分に防止することができなくなる。
【００２７】
請求項７に記載の発明では、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する保持シール材を触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、触媒担持体の外周面に隣接する保持シール材の縁部同士が一部重なり合った状態で巻き付けて固定することにより、保持シール材の外表面に好適な形状の重なり合い部分を形成することができる。次いで、前記触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容することにより、突条形成部分を厚さ方向に圧縮して、部分的に充填密度の高い箇所を形成することができる。以上の結果、所望の触媒コンバータを簡単にかつ確実に得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
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４に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図４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。
【００３０】
図４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（パイプ状）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。
【００３３】
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。
【００３４】
本実施形態の保持シール材４は、耐熱性無機繊維のマット状物を主材料として形成されたものである。好適な耐熱性無機繊維としては、例えばアルミナ−シリカ系セラミックファイバ等がある。この他、例えば結晶質アルミナファイバ、シリカファイバ、ロックウール、ガラスファイバ、カーボンファイバ等を用いてもよい。なお、保持シール材４中には、副材料として有機バインダ等が含まれていてもよい。
【００３５】
図２に示されるように、本実施形態の保持シール材４は細長い帯状を呈している。また、図１，図４に示されるように、この保持シール材４は、触媒担持体２の外周面２ａに螺旋状かつ連続的に巻き付けられる。
【００３６】
保持シール材４の幅Ｗ１は、その両端部４ａを除いて一定の大きさとなっている。保持シール材４の幅Ｗ１は、具体的には触媒担持体２の軸線方向長さＬ１の１／２以下、より好ましくは１／３以下、さらに好ましくは１／３〜１／１０であることがよい。
【００３７】
また、この保持シール材４の長さは、触媒担持体２の円周よりも長く、具体的には円周の２倍以上の長さであることがよく、より好ましくは円周の３倍以上の長さであることがよい。保持シール材４が触媒担持体２の円周よりも長いと、保持シール材４を触媒担持体２の外周面２ａに複数周巻き付けることが可能となるからである。
【００３８】
図２に示されるように、この保持シール材４には接着層６があらかじめ設けられている。好適な接着層６としては、例えば樹脂基材の両面に粘着剤を塗布してなる両面テープ等が挙げられる。本実施形態では、両面テープからなる接着層６が、保持シール材４の片側面における両縁部に一対設けられている。前記両面テープは両縁部において、保持シール材４の長手方向に沿って連続的に設けられている。もっとも、接着層６は、保持シール材４の片側面全体に設けられていても差し支えない。ただし、さらなる低コスト化を達成するうえでは、前者のごとく保持シール材４の片側面の一部の領域のみに接着層６を設けた構成のほうが有利である。なお、保持シール材４はこの接着層６を介して触媒担持体２の外周面２ａに接着されるようになっている。
【００３９】
図１に示されるように、保持シール材４における両方の端部４ａは、保持シール材４におけるそれ以外の部位に比べて幅狭に形成されている。より具体的にいうと、保持シール材４における両方の端部４ａは、保持シール材４の長手方向に対して斜めにかつ直線的にカットされた形状になっている。即ち、本実施形態の保持シール材４は、両端部に合わせ部を持たないため、凹凸のない極めて単純な形状となっている。
【００４０】
図１，図３等に示されるように、本実施形態の保持シール材４は、自身の縁部４ｂ同士が一部重なり合うような状態で、触媒担持体２の外周面２ａに巻き付けられている。
【００４１】
保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１は、少なくとも触媒担持体の１周分以上の長さ、好ましくは２周分以上の長さにわたって存在していることがよい。その理由は、組み付け時に充填密度の高い部分が略環状になるため、保持シール材４の外表面にいわばＯリング状構造物を配設したような状態になるからである。このため、シール性をよりいっそう向上させることができる。
【００４２】
保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２は、保持シール材４自体の幅Ｗ１よりもかなり小さく設定されることがよく、具体的には５ｍｍ〜１５ｍｍ程度に設定されることが好ましい。
【００４３】
重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２が５ｍｍ未満であると、充填密度の高い部分の幅が狭くなりすぎて、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなるおそれがある。逆に、重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２が１５ｍｍを越えると、保持シール材４において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるおそれがある。そればかりでなく、保持シール材４の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００４４】
また、保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１の面積は、重なり合っていない部分の面積の１／３以下、好ましくは１／４以下、さらに好ましくは１／５以下であることがよい。
【００４５】
重なり合い部分Ｐ１とそうでない部分との面積比が１／３を越えると、保持シール材４において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるおそれがある。そればかりでなく、保持シール材４の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００４６】
次に、触媒コンバータ１を製造する手順を説明する。
まず、従来公知の手法により、細長かつ等幅の保持シール材４を作製する。この場合、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て、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。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、アクリル樹脂等を用いることができる。含浸法としては、浸漬法、スプレー法、ロールコータ法等といった従来公知の手法を採用することができる。なお、このようにして得た細長かつ等幅の保持シール材４は、巻き付け作業を行うまでの間、ロール状にして保管しておく。
【００４７】
巻き付け工程においては、保持シール材４を引き出して所定長さとなるようにカットする。その際、図２にて二点鎖線で示すように、端部４ａを斜めにカットする。カットのための手段としては基本的に何でもよく、特に金型のみに限定されるようなことはない。
【００４８】
次いで、カットされた保持シール材４を、触媒担持体２の外周面２ａに螺旋状かつ連続的に巻き付ける。このとき、接着層６がある面を外周面２ａ側に向けて、縁部４ｂ同士が一部重なり合うような状態で外周面２ａへの巻き付けを行う。その結果、接着層６を介して保持シール材４が触媒担持体２の外周面２ａ及び隣接するものの縁部４ｂに対して固定される。また、これにより巻き付けられた保持シール材４の外表面には、触媒担持体２の周方向に沿って延びる突条（即ち前記重なり合い部分Ｐ１）が形成された状態となる。なお、巻き付けられた保持シール材４の両端部４ａを有機テープで止めて固定することは、ここでは特に必須ではない。
【００４９】
ギャップ内に配置される前における前記突条の高さは、ギャップ内に配置される前における保持シール材４の厚さの１．１倍〜２．０倍、好ましくは１．５倍〜２．０倍に設定されることがよい。
【００５０】
前記高さと厚さとの比が１．１倍未満であると、突条の圧縮度合いが小さくなりすぎてしまい、突条形成部分における充填密度を十分高くすることができなくなる。従って、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなる。逆に、前記高さと厚さとの比が２．０倍を超えると、突条の圧縮度合いが大きくなりすぎてしまい、組み付け作業が困難になるおそれがある。従って、製造の困難化を十分に防止することができなくなる。
【００５１】
ギャップ内に配置される前における保持シール材４の厚さ（重なり合っていない部分の厚さ）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倍程度に設定されることが望ましい。
【００５２】
また、触媒担持体２の外周面２ａにおいて保持シール材４が巻き付けられている部分の面積（保持シール材４による被覆部分の面積）は、外周面２ａの総面積の８０％〜１００％程度に設定されることがよい。
【００５３】
上記のように保持シール材４を巻き付けて固定した後、圧入、キャニングまたは巻き締めを行うことにより、所望の触媒コンバータ１が完成するようになっている。
【００５４】
ギャップ内に配置された状態における突条形成部分の充填密度は、０．１ｇ／ｃｍ3〜０．６ｇ／ｃｍ3、さらには０．２ｇ／ｃｍ3〜０．４ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。前記充填密度が小さすぎると、発生面圧が低下することにより触媒担持体２を確実に保持できなくなるおそれがあるからである。一方、前記充填密度が大きすぎると、組み付け作業が困難になるおそれがあるほか、突条形成部分における繊維が折損して外部に飛散するおそれもあるからである。
【００５５】
以下、実施例について詳細に述べる。
（実施例）
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１．５ｍｍ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。保持シール材４としては、アルミナ−シリカ系セラミックファイバからなるマット状長尺材に、５重量％の樹脂バインダ（ラテックス）を含浸させたものを用いた。含浸後における保持シール材４の厚さは８ｍｍであった。
【００５６】
保持シール材４の幅Ｗ１については、触媒担持体２の軸線方向長さＬ１の１／３強の大きさである約３５ｍｍに設定した。また、保持シール材４の巻き付け周数については３周強とした（図１参照）。
【００５７】
外周面２ａに螺旋状かつ連続的に巻き付けられた保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１は、触媒担持体２の２周分以上の長さにわたって存在していた。また、重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２については約７ｍｍに設定した。ギャップ内に配置される前における前記突条の高さは、ギャップ内に配置される前における保持シール材４の厚さの２．０倍となっていた。
【００５８】
そして、保持シール材４が巻き付け固定された触媒担持体２を金属製シェル３内に圧入して、触媒コンバータ１を得た。このような組み付け状態では、突条形成部分が厚さ方向に圧縮されており、当該部分における保持シール材４の充填密度が特に高くなっていた。即ち、ギャップ内に配置された状態における突条形成部分の充填密度は約０．３ｇ／ｃｍ3であり、それ以外の部分の充填密度は約０．１５ｇ／ｃｍ3であった。
【００５９】
なお、本実施例の保持シール材４は、全体を厚めに設定しているわけではないので、組み付け作業がそれほど困難なものにはならなかった。しかも、この保持シール材４は合わせ部のない単純な形状であるため、その作製時に打ち抜き金型による打ち抜き作業を必要としなかった。よって、以上のことから触媒コンバータ１を安価にかつ簡単に製造することが可能であった。
【００６０】
次に、上記のように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。その後、分解して観察を行ったところ、触媒担持体２及び保持シール材４に特に破損や損傷は見られず、排気ガスがリークした痕跡も何ら見られなかった。また、走行時に異音も発生せず、触媒担持体２がガタつくことなく確実に保持されていた。
【００６１】
即ち、この触媒コンバータ１は、安価であって簡単に製造できるばかりでなく、性能的にも優れていた。
従って、第１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。
【００６２】
（１）本実施形態では、触媒担持体２を組み付けたときに突条形成部分が厚さ方向に圧縮されるため、当該部分について特に保持シール材４の充填密度が高くなる。このように突条形成部分において保持力が増大する結果、担持体保持性が向上して、触媒担持体２がガタつきにくくなる。また、充填密度の高い部分は触媒担持体２の周方向に沿って延びるものであるため、排気ガスが通過しにくくなりシール性も向上する。しかも、本実施形態では保持シール材４全体を厚めに設定しているわけではないので、組み付け作業がそれほど困難にならず、簡単に製造可能な触媒コンバータ１とすることができる。
【００６３】
（２）この触媒コンバータ１では、組み付け時において充填密度の高い部分が略環状になる。そのため、保持シール材４の外表面にいわばＯリング状構造物を配設したような状態になり、結果としてシール性がよりいっそう向上する。
【００６４】
（３）この触媒コンバータ１では、保持シール材４が螺旋状かつ連続的に巻き付けられている。ゆえに、保持シール材４を断続的に巻き付けた場合と比べて、固定箇所が少なくて済み、巻き付け作業が容易になる。また、低コスト化を図るうえでも有利である。
【００６５】
（４）この触媒コンバータ１では、重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２を好適範囲内にて設定しているため、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。また、前記重なり合い部分Ｐ１とそうでない部分との面積比を好適範囲内にて設定しているため、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
【００６６】
（５）この触媒コンバータ１を構成する保持シール材４は、片側面に接着層６を備えるものであるため、テープを用いなくても外周面２ａに対して固定されることができる。よって、巻き付け作業が容易なものとなる。しかも、このような接着層６が少なくとも両縁部にあれば、縁部４ｂ同士の接合（即ち突条形成部分の接合）を確実に行うことができ、両者４ｂ，４ｂ間に隙間が生じにくくなる。
【００６７】
（６）本実施形態の帯状の保持シール材４によれば、触媒担持体２のサイズや断面形状が変わったとしても、その変更に確実に対応することができ、所望の触媒コンバータ１を確実に製造することができる。従って、この保持シール材４は比較的汎用性の高いものであるということができる。
【００６８】
（７）本実施形態の製造方法は、保持シール材４を自身の縁部４ｂ同士が一部重なり合うような状態で触媒担持体２の外周面２ａに巻き付けて固定することを特徴としている。従って、比較的簡単な作業であるにも関わらず、保持シール材４の外表面に好適な形状の突条を形成することができる。このため、所望の触媒コンバータ１を簡単にかつ確実に得ることができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態２を図５に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００６９】
実施形態２では、分割された３本の保持シール材４が用いられている。これらの保持シール材４の長さは、いずれも触媒担持体２の円周と同じ長さに設定されている。従って、３本の保持シール材４のトータルの長さは前記円周の３倍である。そして、これらの保持シール材４は、触媒担持体２の外周面２ａにおける３箇所にて個別に、つまり非連続的に巻き付けられている。なお、保持シール材４の縁部４ｂ同士は実施形態１と同じく、一部が重なり合った状態となっている。
【００７０】
また、保持シール材４の端部４ａは斜め状にカットされておらず、保持シール材４の長手方向に対して垂直にカットされている。即ち、この保持シール材４は完全に等幅になっている。
【００７１】
従って、本実施形態の構成であっても、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータ１とすることができる。
［第３の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態３を図６に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００７２】
実施形態３では、接着層６としての両面テープを持たない保持シール材４が用いられている。その代わりに、巻き付け作業を行った後、保持シール材４の両端部４ａに対して有機テープ７が貼り付けられている。その結果、保持シール材４が外周面２ａに固定されている。
【００７３】
従って、本実施形態の構成であっても、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータ１とすることができる。
また、この構成であると、有機テープ７の貼り付けが必要な分だけ巻き付け作業の作業性が若干低下する一方で、接着層６の省略により保持シール材４自体の構成を簡略化することができる。このため、保持シール材４のさらなる低コスト化を図ることが可能となる。
【００７４】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 触媒担持体２の断面形状は図１等のような真円状に限定されることはなく、例えば楕円状や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や長円状等に変更することがよい。
【００７５】
・ 金属製シェル３内への触媒担持体２の収容後に、金属製シェル３を巻き締めてその両端部同士を固定する手法としては、溶接に限定されることはなく、それ以外の手法を採用することも可能である。
【００７６】
・ 保持シール材４は、外周面２ａに対して螺旋状かつ断続的に巻き付けられていてもよい。
・ 保持シール材４における接着層６は、実施形態１等のような両面テープに限定されることはない。例えば、保持シール材４の片側面に接着剤を塗布し、それを乾燥させてなる接着剤層などであっても構わない。なお、接着層６は保持シール材４にあらかじめ設けられていなくてもよく、巻き付けの際に保持シール材４または触媒担持体２の外周面２ａのいずれかに塗布されるようにしてもよい。
【００７７】
・ 実施形態では本発明を自動車排気ガス浄化装置用触媒コンバータ１に具体化したが、それに限定されることはなく、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として具体化することも勿論許容される。
【００７８】
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） 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、それらのギャップに配置されるとともに、セラミックファイバを主成分として有機バインダが含浸されてい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、自身の縁部同士が一部重なり合うような状態で、前記触媒担持体の外周面に巻き付けられていることを特徴とする触媒コンバータ。
【００７９】
（２） 触媒担持体の軸線方向長さの１／２以下の幅を有する帯状の保持シール材を、自身の縁部同士が一部重なり合うような状態で前記触媒担持体の外周面に巻き付けて固定する工程と、前記保持シール材が巻き付け固定された触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容する工程とを含む触媒コンバータの製造方法。
【００８０】
【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、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータを提供することができる。
【００８１】
請求項２に記載の発明によれば、シール性のよりいっそうの向上を図ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、より簡単に製造可能なものとすることができる。
【００８２】
請求項３に記載の発明によれば、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
請求項４に記載の発明によれば、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
【００８３】
請求項６に記載の発明によると、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化の防止を確実に達成することができる。
請求項７に記載の発明によれば、上記構造の触媒コンバータを簡単にかつ確実に製造することができる触媒コンバータの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第１実施形態の触媒コンバータにおいて、触媒担持体に保持シール材を巻き付けたものを示す斜視図。
【図２】第１実施形態の保持シール材の部分斜視図。
【図３】第１実施形態の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの部分拡大断面図。
【図４】第１実施形態の触媒コンバータの部分断面図。
【図５】第２実施形態の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの斜視図。
【図６】第３実施形態の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの斜視図。
【図７】従来技術の保持シール材の作製方法を説明するための斜視図。
【図８】従来技術の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの斜視図。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ、２…触媒担持体、２ａ…外周面、３…金属製シェル、４…保持シール材、４ｂ…縁部、６…接着層、Ｐ１…重なり合い部分、Ｗ２…重なり合い部分の幅。
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒コンバータ及びそ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問題となり、それ以降は排気ガス中に含まれているＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭ等を除去する装置である排気ガス浄化用触媒コンバータ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、セラミックファイバからなるマット材料２０を打ち抜くことによって、図７に示すような形状の保持シール材２１を作製する。この保持シール材２１は、長手方向における一端縁に凸状合わせ部２２を有し、他端縁に凹状合わせ部２３を有している。
【０００５】
次に、この保持シール材２１を触媒担持体２４の外周面２４ａに巻き付ける。その際、一般的には、ビニル等の有機テープ２５を用いて保持シール材２１の両方の巻き合わせ端同士を複数箇所にて固定する。このとき、凸状合わせ部２２と凹状合わせ部２３とが係合した状態となる。
【０００６】
次に、金属製シェルをあらかじめ二分割しておき、その中に保持シール材２１が巻き付けられた触媒担持体２４を配置して挟み込む。このようなキャニング作業を行う結果、触媒コンバータが完成するようになっている。上記のようなキャニング方式ばかりでなく、保持シール材２１が巻き付けられた触媒担持体２４をパイプ状の金属製シェルに圧入する方法（圧入方式）も従来実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記保持シール材２１を金属製シェル内に充填したときの密度が低いと、触媒担持体２４がガタついて破損しやすくなったり、シール部分からガスがリークしやすくなるという問題があった。従って、上記の問題を解消するためには、保持シール材２１全体を厚めに設定する等して、充填密度を高くすることが必要になる。
【０００８】
しかしながら、このようにすると圧入やキャニング等といった組み付け作業が困難になり、触媒コンバータの製造が困難になるという問題があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータを提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、上記構造の触媒コンバータを簡単にかつ確実に製造することができる触媒コンバータの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、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、それらのギャップに配置される保持シール材とを備える触媒コンバータにおいて、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する前記保持シール材を前記触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、前記触媒担持体の外周面に隣接する前記保持シール材の縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分を形成し、当該保持シール材を触媒担持体と金属製シェルとのギャップに配置することにより、前記重なり合い部分は圧縮されて充填密度の高い部分が触媒担持体の周方向に沿って延びるように形成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。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記保持シール材における重なり合い部分は、少なくとも前記触媒担持体の１周分以上の長さにわたって存在しているとした。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記保持シール材における重なり合い部分の幅は、５ｍｍ〜１５ｍｍであるとした。
【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、前記保持シール材における重なり合い部分の面積は、重なり合っていない部分の面積の１／３以下であるとした。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記保持シール材は、同保持シール材の片側面に接着層を備えているとした。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記ギャップ内に配置される前における前記重なり合い部分の高さは、前記ギャップ内に配置される前における前記保持シール材の厚さの１．１倍〜２．０倍であるとした。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する保持シール材を、触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、前記触媒担持体の外周面に隣接する前記保持シール材の縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分が形成されるように巻き付けて固定する工程と、前記保持シール材が巻き付け固定された触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容する工程とを含み、前記重なり合い部分は圧縮されて前記触媒担持体の周方向に沿って延びる充填密度の高い部分が形成されることを特徴とする触媒コンバータの製造方法をその要旨とする。
【００１７】
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、巻き付けられた保持シール材において縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分が、触媒担持体の周方向に沿って延びる突条となる。金属製シェルに触媒担持体を組み付けた場合、突条形成部分は厚さ方向に圧縮されるため、当該部分について特に保持シール材の充填密度が高くなる。このように突条形成部分において保持力が増大する結果、担持体保持性が向上して、触媒担持体がガタつきにくくなる。また、充填密度の高い部分は触媒担持体の周方向に沿って延びるものであるため、シール性も向上する。しかも、本発明では保持シール材全体を厚めに設定しているわけではないので、組み付け作業がそれほど困難にならず、簡単に製造可能な触媒コンバータとなる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によると、金属製シェルに触媒担持体を組み付けたときに充填密度の高い部分が略環状になるため、保持シール材の外表面にいわばＯリング状構造物を配設したような状態になる。このため、シール性がよりいっそう向上する。
【００２０】
請求項３に記載の発明によると、保持シール材における重なり合い部分の幅を好適範囲内にて設定したことにより、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
【００２１】
重なり合い部分の幅が５ｍｍ未満であると、充填密度の高い部分の幅が狭くなりすぎて、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなるおそれがある。逆に、重なり合い部分の幅が１５ｍｍを越えると、保持シール材において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるばかりでなく、保持シール材の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、重なり合い部分とそうでない部分との面積比を好適範囲内にて設定したことにより、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。前記面積比が１／３を越えると、保持シール材において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるばかりでなく、保持シール材の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、片側面に接着層を備えた保持シール材であるため、テープを用いなくても触媒担持体の外周面に対して固定されることができる。よって、巻き付け作業が容易なものとなる。
【００２５】
請求項６に記載の発明によると、前記重なり合い部分の高さと前記保持シール材の厚さとの比を好適範囲にて設定しているため、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化の防止を確実に達成することができる。
【００２６】
前記高さと厚さとの比が１．１倍未満であると、突条の圧縮度合いが小さくなりすぎてしまい、突条形成部分における充填密度を十分高くすることができなくなる。従って、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなる。逆に、前記高さと厚さとの比が２．０倍を超えると、突条の圧縮度合いが大きくなりすぎてしまい、組み付け作業が困難になるおそれがある。従って、製造の困難化を十分に防止することができなくなる。
【００２７】
請求項７に記載の発明では、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する保持シール材を触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、触媒担持体の外周面に隣接する保持シール材の縁部同士が一部重なり合った状態で巻き付けて固定することにより、保持シール材の外表面に好適な形状の重なり合い部分を形成することができる。次いで、前記触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容することにより、突条形成部分を厚さ方向に圧縮して、部分的に充填密度の高い箇所を形成することができる。以上の結果、所望の触媒コンバータを簡単にかつ確実に得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
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４に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図４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。
【００３０】
図４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（パイプ状）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。
【００３３】
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。
【００３４】
本実施形態の保持シール材４は、耐熱性無機繊維のマット状物を主材料として形成されたものである。好適な耐熱性無機繊維としては、例えばアルミナ−シリカ系セラミックファイバ等がある。この他、例えば結晶質アルミナファイバ、シリカファイバ、ロックウール、ガラスファイバ、カーボンファイバ等を用いてもよい。なお、保持シール材４中には、副材料として有機バインダ等が含まれていてもよい。
【００３５】
図２に示されるように、本実施形態の保持シール材４は細長い帯状を呈している。また、図１，図４に示されるように、この保持シール材４は、触媒担持体２の外周面２ａに螺旋状かつ連続的に巻き付けられる。
【００３６】
保持シール材４の幅Ｗ１は、その両端部４ａを除いて一定の大きさとなっている。保持シール材４の幅Ｗ１は、具体的には触媒担持体２の軸線方向長さＬ１の１／２以下、より好ましくは１／３以下、さらに好ましくは１／３〜１／１０であることがよい。
【００３７】
また、この保持シール材４の長さは、触媒担持体２の円周よりも長く、具体的には円周の２倍以上の長さであることがよく、より好ましくは円周の３倍以上の長さであることがよい。保持シール材４が触媒担持体２の円周よりも長いと、保持シール材４を触媒担持体２の外周面２ａに複数周巻き付けることが可能となるからである。
【００３８】
図２に示されるように、この保持シール材４には接着層６があらかじめ設けられている。好適な接着層６としては、例えば樹脂基材の両面に粘着剤を塗布してなる両面テープ等が挙げられる。本実施形態では、両面テープからなる接着層６が、保持シール材４の片側面における両縁部に一対設けられている。前記両面テープは両縁部において、保持シール材４の長手方向に沿って連続的に設けられている。もっとも、接着層６は、保持シール材４の片側面全体に設けられていても差し支えない。ただし、さらなる低コスト化を達成するうえでは、前者のごとく保持シール材４の片側面の一部の領域のみに接着層６を設けた構成のほうが有利である。なお、保持シール材４はこの接着層６を介して触媒担持体２の外周面２ａに接着されるようになっている。
【００３９】
図１に示されるように、保持シール材４における両方の端部４ａは、保持シール材４におけるそれ以外の部位に比べて幅狭に形成されている。より具体的にいうと、保持シール材４における両方の端部４ａは、保持シール材４の長手方向に対して斜めにかつ直線的にカットされた形状になっている。即ち、本実施形態の保持シール材４は、両端部に合わせ部を持たないため、凹凸のない極めて単純な形状となっている。
【００４０】
図１，図３等に示されるように、本実施形態の保持シール材４は、自身の縁部４ｂ同士が一部重なり合うような状態で、触媒担持体２の外周面２ａに巻き付けられている。
【００４１】
保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１は、少なくとも触媒担持体の１周分以上の長さ、好ましくは２周分以上の長さにわたって存在していることがよい。その理由は、組み付け時に充填密度の高い部分が略環状になるため、保持シール材４の外表面にいわばＯリング状構造物を配設したような状態になるからである。このため、シール性をよりいっそう向上させることができる。
【００４２】
保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２は、保持シール材４自体の幅Ｗ１よりもかなり小さく設定されることがよく、具体的には５ｍｍ〜１５ｍｍ程度に設定されることが好ましい。
【００４３】
重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２が５ｍｍ未満であると、充填密度の高い部分の幅が狭くなりすぎて、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなるおそれがある。逆に、重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２が１５ｍｍを越えると、保持シール材４において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるおそれがある。そればかりでなく、保持シール材４の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００４４】
また、保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１の面積は、重なり合っていない部分の面積の１／３以下、好ましくは１／４以下、さらに好ましくは１／５以下であることがよい。
【００４５】
重なり合い部分Ｐ１とそうでない部分との面積比が１／３を越えると、保持シール材４において肉厚な部分の割合が高くなる結果、組み付け作業が困難になるおそれがある。そればかりでなく、保持シール材４の使用量が増えて高コスト化するおそれがある。
【００４６】
次に、触媒コンバータ１を製造する手順を説明する。
まず、従来公知の手法により、細長かつ等幅の保持シール材４を作製する。この場合、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て、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。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、アクリル樹脂等を用いることができる。含浸法としては、浸漬法、スプレー法、ロールコータ法等といった従来公知の手法を採用することができる。なお、このようにして得た細長かつ等幅の保持シール材４は、巻き付け作業を行うまでの間、ロール状にして保管しておく。
【００４７】
巻き付け工程においては、保持シール材４を引き出して所定長さとなるようにカットする。その際、図２にて二点鎖線で示すように、端部４ａを斜めにカットする。カットのための手段としては基本的に何でもよく、特に金型のみに限定されるようなことはない。
【００４８】
次いで、カットされた保持シール材４を、触媒担持体２の外周面２ａに螺旋状かつ連続的に巻き付ける。このとき、接着層６がある面を外周面２ａ側に向けて、縁部４ｂ同士が一部重なり合うような状態で外周面２ａへの巻き付けを行う。その結果、接着層６を介して保持シール材４が触媒担持体２の外周面２ａ及び隣接するものの縁部４ｂに対して固定される。また、これにより巻き付けられた保持シール材４の外表面には、触媒担持体２の周方向に沿って延びる突条（即ち前記重なり合い部分Ｐ１）が形成された状態となる。なお、巻き付けられた保持シール材４の両端部４ａを有機テープで止めて固定することは、ここでは特に必須ではない。
【００４９】
ギャップ内に配置される前における前記突条の高さは、ギャップ内に配置される前における保持シール材４の厚さの１．１倍〜２．０倍、好ましくは１．５倍〜２．０倍に設定されることがよい。
【００５０】
前記高さと厚さとの比が１．１倍未満であると、突条の圧縮度合いが小さくなりすぎてしまい、突条形成部分における充填密度を十分高くすることができなくなる。従って、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図ることができなくなる。逆に、前記高さと厚さとの比が２．０倍を超えると、突条の圧縮度合いが大きくなりすぎてしまい、組み付け作業が困難になるおそれがある。従って、製造の困難化を十分に防止することができなくなる。
【００５１】
ギャップ内に配置される前における保持シール材４の厚さ（重なり合っていない部分の厚さ）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倍程度に設定されることが望ましい。
【００５２】
また、触媒担持体２の外周面２ａにおいて保持シール材４が巻き付けられている部分の面積（保持シール材４による被覆部分の面積）は、外周面２ａの総面積の８０％〜１００％程度に設定されることがよい。
【００５３】
上記のように保持シール材４を巻き付けて固定した後、圧入、キャニングまたは巻き締めを行うことにより、所望の触媒コンバータ１が完成するようになっている。
【００５４】
ギャップ内に配置された状態における突条形成部分の充填密度は、０．１ｇ／ｃｍ3〜０．６ｇ／ｃｍ3、さらには０．２ｇ／ｃｍ3〜０．４ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。前記充填密度が小さすぎると、発生面圧が低下することにより触媒担持体２を確実に保持できなくなるおそれがあるからである。一方、前記充填密度が大きすぎると、組み付け作業が困難になるおそれがあるほか、突条形成部分における繊維が折損して外部に飛散するおそれもあるからである。
【００５５】
以下、実施例について詳細に述べる。
（実施例）
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１．５ｍｍ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。保持シール材４としては、アルミナ−シリカ系セラミックファイバからなるマット状長尺材に、５重量％の樹脂バインダ（ラテックス）を含浸させたものを用いた。含浸後における保持シール材４の厚さは８ｍｍであった。
【００５６】
保持シール材４の幅Ｗ１については、触媒担持体２の軸線方向長さＬ１の１／３強の大きさである約３５ｍｍに設定した。また、保持シール材４の巻き付け周数については３周強とした（図１参照）。
【００５７】
外周面２ａに螺旋状かつ連続的に巻き付けられた保持シール材４における重なり合い部分Ｐ１は、触媒担持体２の２周分以上の長さにわたって存在していた。また、重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２については約７ｍｍに設定した。ギャップ内に配置される前における前記突条の高さは、ギャップ内に配置される前における保持シール材４の厚さの２．０倍となっていた。
【００５８】
そして、保持シール材４が巻き付け固定された触媒担持体２を金属製シェル３内に圧入して、触媒コンバータ１を得た。このような組み付け状態では、突条形成部分が厚さ方向に圧縮されており、当該部分における保持シール材４の充填密度が特に高くなっていた。即ち、ギャップ内に配置された状態における突条形成部分の充填密度は約０．３ｇ／ｃｍ3であり、それ以外の部分の充填密度は約０．１５ｇ／ｃｍ3であった。
【００５９】
なお、本実施例の保持シール材４は、全体を厚めに設定しているわけではないので、組み付け作業がそれほど困難なものにはならなかった。しかも、この保持シール材４は合わせ部のない単純な形状であるため、その作製時に打ち抜き金型による打ち抜き作業を必要としなかった。よって、以上のことから触媒コンバータ１を安価にかつ簡単に製造することが可能であった。
【００６０】
次に、上記のように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。その後、分解して観察を行ったところ、触媒担持体２及び保持シール材４に特に破損や損傷は見られず、排気ガスがリークした痕跡も何ら見られなかった。また、走行時に異音も発生せず、触媒担持体２がガタつくことなく確実に保持されていた。
【００６１】
即ち、この触媒コンバータ１は、安価であって簡単に製造できるばかりでなく、性能的にも優れていた。
従って、第１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。
【００６２】
（１）本実施形態では、触媒担持体２を組み付けたときに突条形成部分が厚さ方向に圧縮されるため、当該部分について特に保持シール材４の充填密度が高くなる。このように突条形成部分において保持力が増大する結果、担持体保持性が向上して、触媒担持体２がガタつきにくくなる。また、充填密度の高い部分は触媒担持体２の周方向に沿って延びるものであるため、排気ガスが通過しにくくなりシール性も向上する。しかも、本実施形態では保持シール材４全体を厚めに設定しているわけではないので、組み付け作業がそれほど困難にならず、簡単に製造可能な触媒コンバータ１とすることができる。
【００６３】
（２）この触媒コンバータ１では、組み付け時において充填密度の高い部分が略環状になる。そのため、保持シール材４の外表面にいわばＯリング状構造物を配設したような状態になり、結果としてシール性がよりいっそう向上する。
【００６４】
（３）この触媒コンバータ１では、保持シール材４が螺旋状かつ連続的に巻き付けられている。ゆえに、保持シール材４を断続的に巻き付けた場合と比べて、固定箇所が少なくて済み、巻き付け作業が容易になる。また、低コスト化を図るうえでも有利である。
【００６５】
（４）この触媒コンバータ１では、重なり合い部分Ｐ１の幅Ｗ２を好適範囲内にて設定しているため、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。また、前記重なり合い部分Ｐ１とそうでない部分との面積比を好適範囲内にて設定しているため、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
【００６６】
（５）この触媒コンバータ１を構成する保持シール材４は、片側面に接着層６を備えるものであるため、テープを用いなくても外周面２ａに対して固定されることができる。よって、巻き付け作業が容易なものとなる。しかも、このような接着層６が少なくとも両縁部にあれば、縁部４ｂ同士の接合（即ち突条形成部分の接合）を確実に行うことができ、両者４ｂ，４ｂ間に隙間が生じにくくなる。
【００６７】
（６）本実施形態の帯状の保持シール材４によれば、触媒担持体２のサイズや断面形状が変わったとしても、その変更に確実に対応することができ、所望の触媒コンバータ１を確実に製造することができる。従って、この保持シール材４は比較的汎用性の高いものであるということができる。
【００６８】
（７）本実施形態の製造方法は、保持シール材４を自身の縁部４ｂ同士が一部重なり合うような状態で触媒担持体２の外周面２ａに巻き付けて固定することを特徴としている。従って、比較的簡単な作業であるにも関わらず、保持シール材４の外表面に好適な形状の突条を形成することができる。このため、所望の触媒コンバータ１を簡単にかつ確実に得ることができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態２を図５に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００６９】
実施形態２では、分割された３本の保持シール材４が用いられている。これらの保持シール材４の長さは、いずれも触媒担持体２の円周と同じ長さに設定されている。従って、３本の保持シール材４のトータルの長さは前記円周の３倍である。そして、これらの保持シール材４は、触媒担持体２の外周面２ａにおける３箇所にて個別に、つまり非連続的に巻き付けられている。なお、保持シール材４の縁部４ｂ同士は実施形態１と同じく、一部が重なり合った状態となっている。
【００７０】
また、保持シール材４の端部４ａは斜め状にカットされておらず、保持シール材４の長手方向に対して垂直にカットされている。即ち、この保持シール材４は完全に等幅になっている。
【００７１】
従って、本実施形態の構成であっても、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータ１とすることができる。
［第３の実施形態］
次に、本発明を具体化した実施形態３を図６に基づいて説明する。ここでは実施形態１と相違する点を主に述べ、共通する点については同一部材番号を付すのみとしてその説明を省略する。
【００７２】
実施形態３では、接着層６としての両面テープを持たない保持シール材４が用いられている。その代わりに、巻き付け作業を行った後、保持シール材４の両端部４ａに対して有機テープ７が貼り付けられている。その結果、保持シール材４が外周面２ａに固定されている。
【００７３】
従って、本実施形態の構成であっても、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータ１とすることができる。
また、この構成であると、有機テープ７の貼り付けが必要な分だけ巻き付け作業の作業性が若干低下する一方で、接着層６の省略により保持シール材４自体の構成を簡略化することができる。このため、保持シール材４のさらなる低コスト化を図ることが可能となる。
【００７４】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 触媒担持体２の断面形状は図１等のような真円状に限定されることはなく、例えば楕円状や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や長円状等に変更することがよい。
【００７５】
・ 金属製シェル３内への触媒担持体２の収容後に、金属製シェル３を巻き締めてその両端部同士を固定する手法としては、溶接に限定されることはなく、それ以外の手法を採用することも可能である。
【００７６】
・ 保持シール材４は、外周面２ａに対して螺旋状かつ断続的に巻き付けられていてもよい。
・ 保持シール材４における接着層６は、実施形態１等のような両面テープに限定されることはない。例えば、保持シール材４の片側面に接着剤を塗布し、それを乾燥させてなる接着剤層などであっても構わない。なお、接着層６は保持シール材４にあらかじめ設けられていなくてもよく、巻き付けの際に保持シール材４または触媒担持体２の外周面２ａのいずれかに塗布されるようにしてもよい。
【００７７】
・ 実施形態では本発明を自動車排気ガス浄化装置用触媒コンバータ１に具体化したが、それに限定されることはなく、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として具体化することも勿論許容される。
【００７８】
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） 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、それらのギャップに配置されるとともに、セラミックファイバを主成分として有機バインダが含浸されてい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、自身の縁部同士が一部重なり合うような状態で、前記触媒担持体の外周面に巻き付けられていることを特徴とする触媒コンバータ。
【００７９】
（２） 触媒担持体の軸線方向長さの１／２以下の幅を有する帯状の保持シール材を、自身の縁部同士が一部重なり合うような状態で前記触媒担持体の外周面に巻き付けて固定する工程と、前記保持シール材が巻き付け固定された触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容する工程とを含む触媒コンバータの製造方法。
【００８０】
【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、担持体保持性及びシール性に優れるにも関わらず、簡単に製造できる触媒コンバータを提供することができる。
【００８１】
請求項２に記載の発明によれば、シール性のよりいっそうの向上を図ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、より簡単に製造可能なものとすることができる。
【００８２】
請求項３に記載の発明によれば、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
請求項４に記載の発明によれば、製造困難化及び高コスト化の防止を確実に達成することができる。
【００８３】
請求項６に記載の発明によると、担持体保持性及びシール性の向上を十分に図りつつ、製造困難化の防止を確実に達成することができる。
請求項７に記載の発明によれば、上記構造の触媒コンバータを簡単にかつ確実に製造することができる触媒コンバータの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第１実施形態の触媒コンバータにおいて、触媒担持体に保持シール材を巻き付けたものを示す斜視図。
【図２】第１実施形態の保持シール材の部分斜視図。
【図３】第１実施形態の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの部分拡大断面図。
【図４】第１実施形態の触媒コンバータの部分断面図。
【図５】第２実施形態の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの斜視図。
【図６】第３実施形態の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの斜視図。
【図７】従来技術の保持シール材の作製方法を説明するための斜視図。
【図８】従来技術の保持シール材を触媒担持体に巻き付けたものの斜視図。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ、２…触媒担持体、２ａ…外周面、３…金属製シェル、４…保持シール材、４ｂ…縁部、６…接着層、Ｐ１…重なり合い部分、Ｗ２…重なり合い部分の幅。
Claims (7)
- 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、それらのギャップに配置される保持シール材とを備える触媒コンバータにおいて、セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する前記保持シール材を前記触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、前記触媒担持体の外周面に隣接する前記保持シール材の縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分を形成し、当該保持シール材を触媒担持体と金属製シェルとのギャップに配置することにより、前記重なり合い部分は圧縮されて充填密度の高い部分が触媒担持体の周方向に沿って延びるように形成されていることを特徴とする触媒コンバータ。
- 前記保持シール材における重なり合い部分は、少なくとも前記触媒担持体の１周分以上の長さにわたって存在していることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
- 前記保持シール材における重なり合い部分の幅は、５ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒コンバータ。
- 前記保持シール材における重なり合い部分の面積は、重なり合っていない部分の面積の１／３以下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。
- 前記保持シール材は、同保持シール材の片側面に接着層を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
- 前記ギャップ内に配置される前における前記重なり合い部分の高さは、前記ギャップ内に配置される前における前記保持シール材の厚さの１．１倍〜２．０倍であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
- セラミックファイバを含んでなる帯状を呈する保持シール材を、触媒担持体の外周面に螺旋状かつ連続的に複数周巻き付け、前記触媒担持体の外周面に隣接する前記保持シール材の縁部同士が一部重なり合った重なり合い部分が形成されるように巻き付けて固定する工程と、前記保持シール材が巻き付け固定された触媒担持体を筒状の金属製シェル内に収容する工程とを含み、前記重なり合い部分は圧縮されて前記触媒担持体の周方向に沿って延びる充填密度の高い部分が形成されることを特徴とする触媒コンバータの製造方法。
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