JP4730497B2 - 触媒コンバータ用保持シール材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒コンバータ用保持シール材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ＣＯ、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の一例をここで簡単に紹介する。
あらかじめ作製された無機塩法用の紡糸原液を遠心ノズルに供給し、その遠心ノズルに働く遠心力により紡糸原液をノズル外部に吹き飛ばすことにより、前駆体繊維を形成する。次に、得られた前駆体繊維を集合させてマット状に集合させてる。このマット状集合体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】
ところが、上記のような吹き飛ばし法によるセラミック繊維の形成を行った場合、マット状集合体の坪量（単位面積あたりの重さ）の位置依存性が高くなる。即ち、繊維の集積度合いが一定でないため、マット状集合体を打ち抜く位置が異なると、得られる保持シール材の面圧値も異なってしまう。ゆえに、品質安定性に優れた保持シール材を得ることができなかった。
【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、品質安定性に優れた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、上記の触媒コンバータ用保持シール材を得るのに好適な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】
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−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の繊維径のバラツキが±３μｍ以内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をその要旨とする。
【０００８】
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−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内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をその要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内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をその要旨とする。
【００１０】
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、ショット含有量が３重量％以下であるとした。
請求項５に記載の発明では、マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の平均繊維径が５μｍ〜１５μｍかつ繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、平均繊維長が５ｍｍ〜２０ｍｍかつ繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であり、ショットを含有しない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６に記載の発明では、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、アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及び有機重合体を含む紡糸原液をノズルから連続的に吐出させることにより前駆体繊維の長繊維を得る紡糸工程と、前記長繊維を所定長さにチョップして短繊維を得る切断工程と、前記短繊維を三次元的に集合させてマット状繊維集合体にする成形工程と、前記マット状繊維集合体を加熱して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。
【００１２】
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、繊維径のバラツキが±３μｍ以内のアルミナ−シリカ系繊維を用いて構成された保持シール材の場合、繊維が均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が低くなる。ゆえに、面圧値のバラツキが小さくなり、品質的に安定したものとなる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内のアルミナ−シリカ系繊維を用いて構成された保持シール材の場合、繊維が均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が低くなる。ゆえに、面圧値のバラツキが小さくなり、品質的に安定したものとなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によると、繊維径バラツキ及び繊維長バラツキの両方を小さくしたことによる相乗効果によって、坪量の位置依存性がさらに低くなり、面圧値のバラツキがよりいっそう小さくなる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、保持シール材におけるショット（非繊維質）の含有量が３重量％以下であることから、坪量の位置依存性がさらに低くなり、面圧値のバラツキがよりいっそう小さくなる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によると、坪量の位置依存性が極めて低くなり、面圧値のバラツキがよりいっそう小さくなることに加え、面圧及びシール性の向上を図ることができる。
【００１７】
平均繊維径が５μｍ未満であると、繊維自体の強度が低くなり十分な面圧を得ることが困難になるばかりでなく、繊維が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。平均繊維径が１５μｍを超える場合、マット状繊維集合体にしたときに通気抵抗が小さくなり、シール性が悪くなる。それに加え、破壊強度の低下につながるおそれがある。これは、繊維表面積の増加に伴う小傷の増加に起因するものと考えられる。
【００１８】
平均繊維長が５ｍｍ未満であると、繊維が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。また、もはや繊維としての特徴を実質上示さなくなり、マット状繊維集合体にしたときに繊維同士に好適な絡み合いが起こらず、十分な面圧を得ることが困難になる。平均繊維長が２０ｍｍを超える場合、繊維同士の絡み合いが強くなりすぎるため、マット状繊維集合体としたときに繊維が不均一に集積しやすくなる。即ち、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になる。
【００１９】
ショットを含有している場合、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になる。
請求項６に記載の発明によると、無機塩法による紡糸を行っているため、吐出部の形状・大きさを適宜設定することにより、繊維径を狭い範囲に制御することができる。よって、繊維径のバラツキを小さくすることができる。また、長繊維をチョップして短繊維を得る方法であるため、吹き飛ばしにより繊維を得る方法とは異なり、繊維長を狭い範囲に制御することができる。よって、繊維長のバラツキを小さくすることができる。これに加えて、ショットの発生も回避することができる。従って、この製造方法によれば、上記の保持シール材を簡単にかつ確実に得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した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３に基づき詳細に説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１１にちょうど係合するようになっている。
【００２７】
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。
【００２８】
アルミナ−シリカ系繊維６におけるアルミナ含有量の採り得る範囲は５０重量％〜１００重量％であり、シリカ含有量の採り得る範囲は０重量％〜５０重量％である。ただし、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。
【００２９】
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。
【００３０】
アルミナ−シリカ系繊維６の平均繊維径は５μｍ〜１５μｍであることがよく、繊維径のバラツキが±３μｍ以内であることがよい。この場合、平均繊維径が７μｍ〜１２μｍ、繊維径のバラツキが±２μｍ以内であることがよりよい。
【００３１】
平均繊維径が５μｍ未満であると、繊維自体の強度が低くなり十分な面圧を得ることが困難になるばかりでなく、繊維が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。平均繊維径が１５μｍを超える場合、マット状繊維集合体にしたときに通気抵抗が小さくなり、シール性が悪くなる。それに加え、破壊強度の低下につながるおそれがある。これは、繊維表面積の増加に伴う小傷の増加に起因するものと考えられる。なお、繊維径のバラツキが±３μｍを超える場合についても、繊維が不均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が高くなってしまう。
【００３２】
アルミナ−シリカ系繊維６の平均繊維長は５ｍｍ〜２０ｍｍであることがよく、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であることがよい。この場合、平均繊維長が８ｍｍ〜１３ｍｍ、繊維長のバラツキが±２ｍｍ以内であることがよりよい。
【００３３】
平均繊維長が５ｍｍ未満であると、繊維が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。また、もはや繊維としての特徴を実質上示さなくなり、マット状繊維集合体にしたときに繊維同士に好適な絡み合いが起こらず、十分な面圧を得ることが困難になる。平均繊維長が２０ｍｍを超える場合、繊維同士の絡み合いが強くなりすぎるため、マット状繊維集合体としたときに繊維が不均一に集積しやすくなる。即ち、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になる。なお、繊維長のバラツキが±４ｍｍを超える場合についても、繊維が不均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が高くなってしまう。
【００３４】
保持シール材４におけるショット含有量は３重量％以下であることがよく、特には０重量％であること、即ちショットを全く含有していないことが望ましい。
ショットを含有している場合、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になるからである。
【００３５】
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０．５ＧＰａ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、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／ｃｍ3〜０．３０ｇ／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。
【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】
なお、吐出条件、延伸条件、巻き取り条件を固定して、ノズル吐出部の断面形状・大きさを適宜設定することにより、繊維径を狭い範囲に制御することができる。このことは繊維径のバラツキ低減に寄与している。
【００４５】
続いて、上記工程を経て得られた前駆体繊維の長繊維を０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長さにチョップして短繊維化する。このような短繊維化法のメリットは、繊維長を狭い範囲に制御可能なため繊維長のバラツキを小さくできることと、ショットの発生を未然に回避できることである。つまり、得られる短繊維の長さは、基本的に切断装置の機械的精度に依存し、そのバラツキ幅は非常に小さい。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、焼成工程を行ってマット状繊維集合体をセラミック化（結晶化）することにより、前駆体繊維を硬化させてアルミナ−シリカ系繊維６とする。
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１０００℃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。
【００４８】
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。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。
【００４９】
そして、前記保持シール材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。
【００５０】
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。
【００５１】
【実施例及び比較例】
（実施例）
実施例では、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。
【００５２】
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）、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〜２０００ポアズの紡糸原液に調製した。
【００５３】
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。
その際、繊維径を制御することを目的として、次のような条件を設定した。即ち、ノズル吐出部の直径を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、長さを０．３ｍｍ〜２．０ｍｍに設定するとともに、吐出速度を１．５ｃｍ／ｓ〜２．０ｃｍ／ｓに設定して、紡糸原液を吐出させた。紡糸原液に由来する前駆体繊維を前記吐出速度の１００倍〜２００倍の速度で延伸した後、それを直径約１２ｃｍのワインダにより巻き取った。ノズル吐出部とワインダとの間に２ｍ〜４ｍの筒を設け、その筒内に前駆体繊維を通すようにした。筒内上半分の温度を３５℃〜４０℃に設定し、筒内下半分の温度を２５℃〜３０℃に設定した。
【００５４】
続いて、ギロチンカッターを用いて、前駆体繊維の長繊維を１０ｍｍとなるよう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２５ｍｍ角のマット状繊維集合体を得た。
【００５５】
さらに、空気雰囲気に保持された電気炉内で、上記マット状繊維集合体に対する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。
【００５６】
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である真円状アルミナ−シリカ系繊維６からなる保持シール材４のサンプルを得た。
【００５７】
このようにして得られた実施例のサンプルにおける複数の箇所からアルミナ−シリカ系繊維６を採取し、平均繊維径（μｍ）及びその最小値・最大値、平均繊維長（ｍｍ）及びその最小値・最大値、ショット含有量（％）を求めた。その結果を表１に示す。これによると実施例では、繊維径のバラツキ及び繊維長のバラツキが極めて小さく、上記好適範囲内に入っていることが確認された。また、サンプル中にショットが全く含まれていなかった。
【００５８】
次に、大きな１枚のマット状繊維集合体から２５ｍｍ角のサンプルを複数個打ち抜き、それらの面積と重量とに基づき坪量をそれぞれ求めるとともに、オートグラフにより面圧をそれぞれ測定した。これらの結果も表１に示す。なお、ここでの面圧測定値はＧＢＤを０．３０ｇ／ｃｍ3に設定した場合のデータとなっている。これによると実施例では、坪量のバラツキ及び面圧のバラツキが小さく、品質的に安定していることが確認された。しかも、平均面圧値自体も高くなることがわかった。
（比較例）
比較例では、実施例と同じ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１０ポアズ〜１００ポアズの紡糸原液に調製した。
【００５９】
紡糸装置としては、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの吐出孔が等間隔に１６箇所配置された直径５０ｍｍ〜１００ｍｍの円盤状遠心ノズルを用いた。そして、このノズルを１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの回転数で回転させたときの遠心力により紡糸原液を吐出し、繊維化した。さらに、得られた前駆体繊維を０．５ｋＰａ〜１．０ｋＰａかつ３０℃のエアでブローし、集綿、積層してマット状繊維集合体とした。これを縦横２５ｍｍ角に成形した後、前記実施例と同じ条件で前処理及び焼成を行い、セラミック化させた。
【００６０】
このような吹き飛ばし法により得られた比較例のサンプルにおける複数の箇所からアルミナ−シリカ系繊維６を採取し、平均繊維径（μｍ）及びその最小値・最大値、平均繊維長（ｍｍ）及びその最小値・最大値、ショット含有量（％）を求めた。その結果を表１に示す。これによると比較例では、繊維径のバラツキ及び繊維長のバラツキが実施例に比べて相当大きくなることが確認された。また、サンプル中には３重量％以上のショットが含まれていた。
【００６１】
次に、大きな１枚のマット状繊維集合体から２５ｍｍ角のサンプルを複数個打ち抜き、それらの面積と重量とに基づき坪量をそれぞれ求めるとともに、オートグラフにより面圧をそれぞれ測定した。これらの結果も表１に示す。なお、ここでの面圧測定値はＧＢＤを０．３０ｇ／ｃｍ3に設定した場合のデータとなっている。これによると比較例では、坪量のバラツキ及び面圧のバラツキが実施例に比べて大きく、品質的に不安定なものであることが確認された。しかも、実施例に比べて平均面圧値が相当低かった。
【００６２】
【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。
【００６３】
（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の繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であることに加え、ショット含有量が３重量％以下になっている。従って、これらの相乗効果によって、坪量の位置依存性が極めて低くなり、面圧値のバラツキを非常に小さくすることができる。ゆえに、品質的に安定した保持シール材４を実現することができる。
【００６４】
（２）本実施形態の保持シール材４によると、面圧値バラツキが小さくなることに加えて、面圧値自体も向上することから、１枚の保持シール材４を作製するのに必要なアルミナ−シリカ系繊維６の量が少なくて済む。よって、保持シール材４の低コスト化を達成することが可能となる。
【００６５】
（３）本実施形態の製造方法によると、無機塩法による紡糸を行っているため繊維径を狭い範囲に制御することができ、繊維径のバラツキを小さくすることができる。また、長繊維を機械的にチョップして短繊維を得る方法であるため、吹き飛ばしにより繊維を得る方法とは異なり、繊維長を狭い範囲に制御することができる。よって、繊維長のバラツキを小さくすることができる。これに加えて、ショットの発生も回避することができる。従って、この製造方法によれば、上記の保持シール材４を簡単にかつ確実に得ることができる。
【００６６】
以上のことから明らかなように、本実施形態の製造方法は、上記の保持シール材４を得るのに極めて好適な方法であると言うことができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００６７】
・ 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。
【００６８】
・ 紡糸原液の組成は実施形態にて例示されたもののみに限定されることはなく、紡糸性や繊維の物性の大幅な低下を来さない限り、任意に変更しても構わない。
【００６９】
・ 前駆体繊維の長繊維をチョップして短繊維化した後に焼成を行う実施形態の方法に代えて、長繊維をチョップして短繊維化する前にあらかじめ焼成を行ってもよい。
【００７０】
・ ギロチンカッター以外の機械的切断装置を用いて長繊維を切断することとしてもよい。
・ 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。
【００７１】
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） アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及び有機重合体を含む紡糸原液をノズルから連続的に吐出させることにより前駆体繊維の長繊維を得る紡糸工程と、前記長繊維を所定長さにチョップして短繊維を得る切断工程と、前記短繊維を加熱して焼結させる焼成工程とを含むことを特徴とする、繊維長バラツキ・繊維径バラツキの小さいセラミック短繊維の作製方法。
【００７２】
【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、品質安定性に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。
【００７３】
請求項６に記載の発明によれば、上記の触媒コンバータ用保持シール材を得るのに好適な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部分断面図。
【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−シリカ系繊維。
【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ＣＯ、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の一例をここで簡単に紹介する。
あらかじめ作製された無機塩法用の紡糸原液を遠心ノズルに供給し、その遠心ノズルに働く遠心力により紡糸原液をノズル外部に吹き飛ばすことにより、前駆体繊維を形成する。次に、得られた前駆体繊維を集合させてマット状に集合させてる。このマット状集合体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】
ところが、上記のような吹き飛ばし法によるセラミック繊維の形成を行った場合、マット状集合体の坪量（単位面積あたりの重さ）の位置依存性が高くなる。即ち、繊維の集積度合いが一定でないため、マット状集合体を打ち抜く位置が異なると、得られる保持シール材の面圧値も異なってしまう。ゆえに、品質安定性に優れた保持シール材を得ることができなかった。
【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、品質安定性に優れた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、上記の触媒コンバータ用保持シール材を得るのに好適な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】
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−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の繊維径のバラツキが±３μｍ以内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をその要旨とする。
【０００８】
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−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内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をその要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内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をその要旨とする。
【００１０】
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、ショット含有量が３重量％以下であるとした。
請求項５に記載の発明では、マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の平均繊維径が５μｍ〜１５μｍかつ繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、平均繊維長が５ｍｍ〜２０ｍｍかつ繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であり、ショットを含有しない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６に記載の発明では、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、アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及び有機重合体を含む紡糸原液をノズルから連続的に吐出させることにより前駆体繊維の長繊維を得る紡糸工程と、前記長繊維を所定長さにチョップして短繊維を得る切断工程と、前記短繊維を三次元的に集合させてマット状繊維集合体にする成形工程と、前記マット状繊維集合体を加熱して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。
【００１２】
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、繊維径のバラツキが±３μｍ以内のアルミナ−シリカ系繊維を用いて構成された保持シール材の場合、繊維が均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が低くなる。ゆえに、面圧値のバラツキが小さくなり、品質的に安定したものとなる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内のアルミナ−シリカ系繊維を用いて構成された保持シール材の場合、繊維が均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が低くなる。ゆえに、面圧値のバラツキが小さくなり、品質的に安定したものとなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によると、繊維径バラツキ及び繊維長バラツキの両方を小さくしたことによる相乗効果によって、坪量の位置依存性がさらに低くなり、面圧値のバラツキがよりいっそう小さくなる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、保持シール材におけるショット（非繊維質）の含有量が３重量％以下であることから、坪量の位置依存性がさらに低くなり、面圧値のバラツキがよりいっそう小さくなる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によると、坪量の位置依存性が極めて低くなり、面圧値のバラツキがよりいっそう小さくなることに加え、面圧及びシール性の向上を図ることができる。
【００１７】
平均繊維径が５μｍ未満であると、繊維自体の強度が低くなり十分な面圧を得ることが困難になるばかりでなく、繊維が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。平均繊維径が１５μｍを超える場合、マット状繊維集合体にしたときに通気抵抗が小さくなり、シール性が悪くなる。それに加え、破壊強度の低下につながるおそれがある。これは、繊維表面積の増加に伴う小傷の増加に起因するものと考えられる。
【００１８】
平均繊維長が５ｍｍ未満であると、繊維が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。また、もはや繊維としての特徴を実質上示さなくなり、マット状繊維集合体にしたときに繊維同士に好適な絡み合いが起こらず、十分な面圧を得ることが困難になる。平均繊維長が２０ｍｍを超える場合、繊維同士の絡み合いが強くなりすぎるため、マット状繊維集合体としたときに繊維が不均一に集積しやすくなる。即ち、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になる。
【００１９】
ショットを含有している場合、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になる。
請求項６に記載の発明によると、無機塩法による紡糸を行っているため、吐出部の形状・大きさを適宜設定することにより、繊維径を狭い範囲に制御することができる。よって、繊維径のバラツキを小さくすることができる。また、長繊維をチョップして短繊維を得る方法であるため、吹き飛ばしにより繊維を得る方法とは異なり、繊維長を狭い範囲に制御することができる。よって、繊維長のバラツキを小さくすることができる。これに加えて、ショットの発生も回避することができる。従って、この製造方法によれば、上記の保持シール材を簡単にかつ確実に得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した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３に基づき詳細に説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１１にちょうど係合するようになっている。
【００２７】
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。
【００２８】
アルミナ−シリカ系繊維６におけるアルミナ含有量の採り得る範囲は５０重量％〜１００重量％であり、シリカ含有量の採り得る範囲は０重量％〜５０重量％である。ただし、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。
【００２９】
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。
【００３０】
アルミナ−シリカ系繊維６の平均繊維径は５μｍ〜１５μｍであることがよく、繊維径のバラツキが±３μｍ以内であることがよい。この場合、平均繊維径が７μｍ〜１２μｍ、繊維径のバラツキが±２μｍ以内であることがよりよい。
【００３１】
平均繊維径が５μｍ未満であると、繊維自体の強度が低くなり十分な面圧を得ることが困難になるばかりでなく、繊維が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。平均繊維径が１５μｍを超える場合、マット状繊維集合体にしたときに通気抵抗が小さくなり、シール性が悪くなる。それに加え、破壊強度の低下につながるおそれがある。これは、繊維表面積の増加に伴う小傷の増加に起因するものと考えられる。なお、繊維径のバラツキが±３μｍを超える場合についても、繊維が不均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が高くなってしまう。
【００３２】
アルミナ−シリカ系繊維６の平均繊維長は５ｍｍ〜２０ｍｍであることがよく、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であることがよい。この場合、平均繊維長が８ｍｍ〜１３ｍｍ、繊維長のバラツキが±２ｍｍ以内であることがよりよい。
【００３３】
平均繊維長が５ｍｍ未満であると、繊維が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。また、もはや繊維としての特徴を実質上示さなくなり、マット状繊維集合体にしたときに繊維同士に好適な絡み合いが起こらず、十分な面圧を得ることが困難になる。平均繊維長が２０ｍｍを超える場合、繊維同士の絡み合いが強くなりすぎるため、マット状繊維集合体としたときに繊維が不均一に集積しやすくなる。即ち、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になる。なお、繊維長のバラツキが±４ｍｍを超える場合についても、繊維が不均一に集積しやすくなり、坪量の位置依存性が高くなってしまう。
【００３４】
保持シール材４におけるショット含有量は３重量％以下であることがよく、特には０重量％であること、即ちショットを全く含有していないことが望ましい。
ショットを含有している場合、坪量の位置依存性が高くなり、面圧値のバラツキの低減を阻害する要因になるからである。
【００３５】
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０．５ＧＰａ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、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／ｃｍ3〜０．３０ｇ／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。
【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】
なお、吐出条件、延伸条件、巻き取り条件を固定して、ノズル吐出部の断面形状・大きさを適宜設定することにより、繊維径を狭い範囲に制御することができる。このことは繊維径のバラツキ低減に寄与している。
【００４５】
続いて、上記工程を経て得られた前駆体繊維の長繊維を０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長さにチョップして短繊維化する。このような短繊維化法のメリットは、繊維長を狭い範囲に制御可能なため繊維長のバラツキを小さくできることと、ショットの発生を未然に回避できることである。つまり、得られる短繊維の長さは、基本的に切断装置の機械的精度に依存し、そのバラツキ幅は非常に小さい。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、焼成工程を行ってマット状繊維集合体をセラミック化（結晶化）することにより、前駆体繊維を硬化させてアルミナ−シリカ系繊維６とする。
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１０００℃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。
【００４８】
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。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。
【００４９】
そして、前記保持シール材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。
【００５０】
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。
【００５１】
【実施例及び比較例】
（実施例）
実施例では、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。
【００５２】
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）、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〜２０００ポアズの紡糸原液に調製した。
【００５３】
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。
その際、繊維径を制御することを目的として、次のような条件を設定した。即ち、ノズル吐出部の直径を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、長さを０．３ｍｍ〜２．０ｍｍに設定するとともに、吐出速度を１．５ｃｍ／ｓ〜２．０ｃｍ／ｓに設定して、紡糸原液を吐出させた。紡糸原液に由来する前駆体繊維を前記吐出速度の１００倍〜２００倍の速度で延伸した後、それを直径約１２ｃｍのワインダにより巻き取った。ノズル吐出部とワインダとの間に２ｍ〜４ｍの筒を設け、その筒内に前駆体繊維を通すようにした。筒内上半分の温度を３５℃〜４０℃に設定し、筒内下半分の温度を２５℃〜３０℃に設定した。
【００５４】
続いて、ギロチンカッターを用いて、前駆体繊維の長繊維を１０ｍｍとなるよう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２５ｍｍ角のマット状繊維集合体を得た。
【００５５】
さらに、空気雰囲気に保持された電気炉内で、上記マット状繊維集合体に対する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。
【００５６】
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である真円状アルミナ−シリカ系繊維６からなる保持シール材４のサンプルを得た。
【００５７】
このようにして得られた実施例のサンプルにおける複数の箇所からアルミナ−シリカ系繊維６を採取し、平均繊維径（μｍ）及びその最小値・最大値、平均繊維長（ｍｍ）及びその最小値・最大値、ショット含有量（％）を求めた。その結果を表１に示す。これによると実施例では、繊維径のバラツキ及び繊維長のバラツキが極めて小さく、上記好適範囲内に入っていることが確認された。また、サンプル中にショットが全く含まれていなかった。
【００５８】
次に、大きな１枚のマット状繊維集合体から２５ｍｍ角のサンプルを複数個打ち抜き、それらの面積と重量とに基づき坪量をそれぞれ求めるとともに、オートグラフにより面圧をそれぞれ測定した。これらの結果も表１に示す。なお、ここでの面圧測定値はＧＢＤを０．３０ｇ／ｃｍ3に設定した場合のデータとなっている。これによると実施例では、坪量のバラツキ及び面圧のバラツキが小さく、品質的に安定していることが確認された。しかも、平均面圧値自体も高くなることがわかった。
（比較例）
比較例では、実施例と同じ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１０ポアズ〜１００ポアズの紡糸原液に調製した。
【００５９】
紡糸装置としては、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの吐出孔が等間隔に１６箇所配置された直径５０ｍｍ〜１００ｍｍの円盤状遠心ノズルを用いた。そして、このノズルを１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの回転数で回転させたときの遠心力により紡糸原液を吐出し、繊維化した。さらに、得られた前駆体繊維を０．５ｋＰａ〜１．０ｋＰａかつ３０℃のエアでブローし、集綿、積層してマット状繊維集合体とした。これを縦横２５ｍｍ角に成形した後、前記実施例と同じ条件で前処理及び焼成を行い、セラミック化させた。
【００６０】
このような吹き飛ばし法により得られた比較例のサンプルにおける複数の箇所からアルミナ−シリカ系繊維６を採取し、平均繊維径（μｍ）及びその最小値・最大値、平均繊維長（ｍｍ）及びその最小値・最大値、ショット含有量（％）を求めた。その結果を表１に示す。これによると比較例では、繊維径のバラツキ及び繊維長のバラツキが実施例に比べて相当大きくなることが確認された。また、サンプル中には３重量％以上のショットが含まれていた。
【００６１】
次に、大きな１枚のマット状繊維集合体から２５ｍｍ角のサンプルを複数個打ち抜き、それらの面積と重量とに基づき坪量をそれぞれ求めるとともに、オートグラフにより面圧をそれぞれ測定した。これらの結果も表１に示す。なお、ここでの面圧測定値はＧＢＤを０．３０ｇ／ｃｍ3に設定した場合のデータとなっている。これによると比較例では、坪量のバラツキ及び面圧のバラツキが実施例に比べて大きく、品質的に不安定なものであることが確認された。しかも、実施例に比べて平均面圧値が相当低かった。
【００６２】
【表１】
【００６３】
（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の繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であることに加え、ショット含有量が３重量％以下になっている。従って、これらの相乗効果によって、坪量の位置依存性が極めて低くなり、面圧値のバラツキを非常に小さくすることができる。ゆえに、品質的に安定した保持シール材４を実現することができる。
【００６４】
（２）本実施形態の保持シール材４によると、面圧値バラツキが小さくなることに加えて、面圧値自体も向上することから、１枚の保持シール材４を作製するのに必要なアルミナ−シリカ系繊維６の量が少なくて済む。よって、保持シール材４の低コスト化を達成することが可能となる。
【００６５】
（３）本実施形態の製造方法によると、無機塩法による紡糸を行っているため繊維径を狭い範囲に制御することができ、繊維径のバラツキを小さくすることができる。また、長繊維を機械的にチョップして短繊維を得る方法であるため、吹き飛ばしにより繊維を得る方法とは異なり、繊維長を狭い範囲に制御することができる。よって、繊維長のバラツキを小さくすることができる。これに加えて、ショットの発生も回避することができる。従って、この製造方法によれば、上記の保持シール材４を簡単にかつ確実に得ることができる。
【００６６】
以上のことから明らかなように、本実施形態の製造方法は、上記の保持シール材４を得るのに極めて好適な方法であると言うことができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００６７】
・ 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。
【００６８】
・ 紡糸原液の組成は実施形態にて例示されたもののみに限定されることはなく、紡糸性や繊維の物性の大幅な低下を来さない限り、任意に変更しても構わない。
【００６９】
・ 前駆体繊維の長繊維をチョップして短繊維化した後に焼成を行う実施形態の方法に代えて、長繊維をチョップして短繊維化する前にあらかじめ焼成を行ってもよい。
【００７０】
・ ギロチンカッター以外の機械的切断装置を用いて長繊維を切断することとしてもよい。
・ 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。
【００７１】
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） アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及び有機重合体を含む紡糸原液をノズルから連続的に吐出させることにより前駆体繊維の長繊維を得る紡糸工程と、前記長繊維を所定長さにチョップして短繊維を得る切断工程と、前記短繊維を加熱して焼結させる焼成工程とを含むことを特徴とする、繊維長バラツキ・繊維径バラツキの小さいセラミック短繊維の作製方法。
【００７２】
【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、品質安定性に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。
【００７３】
請求項６に記載の発明によれば、上記の触媒コンバータ用保持シール材を得るのに好適な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部分断面図。
【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−シリカ系繊維。
Claims (6)
- マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の平均繊維径が７μｍ〜１５μｍかつ繊維径のバラツキが±３μｍ以内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。
- マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の平均繊維径が７μｍ〜１５μｍであり、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内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。
- マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の平均繊維径が７μｍ〜１５μｍかつ繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内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。
- ショット含有量が３重量％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用保持シール材。
- マット状に集合したアルミナ−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触媒コンバータ用保持シール材であって、前記アルミナ−シリカ系繊維の平均繊維径が７μｍ〜１５μｍかつ繊維径のバラツキが±３μｍ以内であり、平均繊維長が５ｍｍ〜２０ｍｍかつ繊維長のバラツキが±４ｍｍ以内であり、ショットを含有しない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、アルミニウム塩水溶液、シリカゾル及び有機重合体を含む紡糸原液をノズルから連続的に吐出させることにより前駆体繊維の長繊維を無機塩法にて得る紡糸工程と、前記長繊維を所定長さにチョップして短繊維を得る切断工程と、前記短繊維を三次元的に集合させてマット状繊維集合体にする成形工程と、前記マット状繊維集合体を加熱して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。
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