JPH10131744A - セラミック製触媒担体支持方法及びセラミック製触媒担体付き排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックで構成した触媒担体を、支持部材
の腐食、振動による割れ、又は保護シートの形状破壊等
を考慮することなく、所望の位置に制約なく配置するこ
とのできるセラミック製触媒担体支持方法及びセラミッ
ク製触媒担体付き排気装置を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るセラミック製触媒担体支持
方法は、触媒を担持したセラミック製触媒担体(1)と、
該触媒担体(1)の外周面の一部を覆う担体保持金属筒(3)
との間に、アルミナを主成分とした保護マット(5)を加
熱膨張処理を施さずに圧縮した状態で介装し、前記担体
保持金属筒(3)を排気管(8)の内部に棒状フランジ(9)を
介して取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒を担持したセ
ラミック製触媒担体の支持方法及びセラミック製触媒担
体を備えた排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンからの排気ガスを浄
化するために排気系内に触媒を設けることが行われてい
る。触媒を設ける方法としては、図１１（ａ）に示すよ
うに、排気管４０の内壁４０ａに触媒４２を直接担持す
る、所謂エキパイ担持方法、触媒を担持させた触媒担体
４４を支持部材４６で排気管４０内に支持する方法、ま
た、図１１（ｂ）に示すように触媒を担持させた触媒担
体４４をマフラ装置４８の膨張室区画壁５０で支持する
方法等が挙げられる。前記触媒担体４４は、排気ガスが
通過し得る多数の網目状通気通路を形成したハニカム状
積層体に触媒金属を担持させ、それを両端が開口した筒
状の金属ケース内に収納して構成され、前記金属ケース
を介して支持部材４６や膨張室区画壁５０で支持されて
いる。また、触媒担体の材料としては、白金やロジウム
等の触媒金属を担持し易く、耐熱性が高く、また、金属
等のように酸化による腐食の心配のないセラミックがよ
く利用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した排気
管４０の内壁４０ａに触媒を直接担持させる方法は、エ
ンジン近くに触媒を配置できるので、排気ガスの温度が
高く触媒金属の酸化反応の効率が高いという利点を有す
るが、図１１（ａ）からも明らかなように、排気ガスが
触媒と接触する効率が非常に悪く、結果として浄化効率
が上がらないという問題がある。また、前記した触媒担
体４４を排気管４０又はマフラ装置４８内に支持する方
法は、前述のように触媒担体４４をハニカム状に形成す
れば触媒金属を担持させる面積が増え、排気ガスが触媒
金属と接触し酸化反応を生じさせる効率はよくなるとい
う利点を有するが、触媒担体の材料となるセラミックが
振動に弱く壊れやすいため、配置位置に制約があり、特
に振動の強いエンジン付近に配置することができないと
いう問題がある。また、触媒担体の材料としてのセラミ
ックは熱に強く金属等のように腐食しないので、腐食に
よる触媒金属の剥がれ等の問題は生じないが、当該触媒
担体を収納支持する金属ケース自体が腐食してしまう
と、金属ケースの触媒担体保持力が弱まり、使用中等に
振動等により触媒担体が金属ケースからずれ落ちて触媒
担体を破壊してしまうという問題もある。この問題を解
決するために、触媒担体と金属ケースとの間に保護シー
トとしてインタラムマットを介装することが考えられ
る。しかし、このインタラムマットは、非腐食性である
ので、前記したような腐食による保持力の低下の問題は
解消されるが、アルミナ薄膜を層状に積層して作られて
いるので、一度加熱処理を施して予め膨張させた状態
で、圧縮しなければ保持力を得ることができず、エンジ
ン始動中には高温の排気ガスが通り、エンジン停止中に
は外気により冷却される排気管の中で長期間使用する
と、温度差により膨張・収縮を繰り返して形状が破壊さ
れ、保持力を失ってしまうという問題がある。本発明
は、上記した従来のセラミック製触媒担体の支持方法に
関する問題点を解決し、セラミックで構成した触媒担体
を、支持部材の腐食、振動による割れ、又は保護シート
の形状破壊等を考慮することなく、所望の位置に制約な
く配置することのできるセラミック製触媒担体支持方法
及びセラミック製触媒担体付き排気装置を提供すること
を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【０００４】上記した課題を解決するために、本発明に
係るセラミック製触媒担体支持方法は、触媒を担持した
セラミック製触媒担体と、前記触媒担体をハウジングに
支持する支持部材との間に、アルミナを主成分とした保
護マットを加熱膨張処理を施さずに圧縮した状態で介装
し、該保護マットでセラミック触媒担体を前記支持部材
に保持することを特徴とするものである。また、本発明
に係るセラミック製触媒担体付き排気装置は、触媒を担
持したセラミック製触媒担体を、加熱処理を施さずに圧
縮した状態のアルミナを主成分とした保護マットを介し
て支持部材で排気装置の内部に支持したことを特徴とす
るものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示した幾つかの
実施例を参照しながら本発明に係るセラミック製触媒担
体支持方法（以下、単に支持方法と称する。）及びセラ
ミック製触媒担体付き排気装置の実施の形態について説
明していく。

【０００６】（第１実施例の説明）図１（ａ），（ｂ）
は本願発明の支持方法によって触媒担体を支持している
排気管の概略縦断面図、及び触媒担体保持部分の部分拡
大図であり、図２は図１の排気管の断面図を図１におけ
る左側から見た排気管の横断面図である。図中、符号１
は触媒担体を示している。この触媒担体１はセラミック
材料を、多数の網目状通気通路を形成するようにハニカ
ム状に形成したもので、その外周面１ａを含む全ての表
面に白金やロジウム等の触媒金属が担持されている。前
記触媒担体１には、一端が開放された有底担体保持金属
筒３が装着されている。この金属筒３は、触媒担体１の
外径Ｒより大きい内径ｒ１を有し、また、その底板３ａ
には、触媒担体１の直径Ｒより内径ｒ２が僅かに大きい
開口３ｂが形成されている。また、この担体保持金属３
は、触媒担体１の外面１ａ全体を覆わないように、少な
くとも触媒担体１より短く、好ましくは、触媒担体１を
保持できる最低限の長さに寸法決めされる。担体保持金
属３の内面３ｃと触媒担体１の外面１ａとの間には、ア
ルミナを主成分とした円筒状の保護マット５が介装され
ている。また、担体保持金属３の底板３ａと反対側の端
部にはリテナ７が装着されており、このリテナ７と担体
保持金属筒３の底板３ａとで保護マット５が振動等で前
後にずれて、担体保持金属筒３と触媒担体１との間から
外れるのを防止している。前記保護マット５は、アルミ
ナを主成分とした綿状体であり、図１（ｂ）に示すよう
に、その両端部がセラミック系接着剤６で固められ、使
用中に端部から解れないように構成されている。また、
この保護マット５は、加熱処理を施さない状態で、少な
くとも、その内径が触媒担体１の外径Ｒより小さくなる
ように形成されており、金属筒３に、この保護マット５
を装着した後、保護マット５を押し拡げるように触媒担
体１が圧入される。これにより、金属筒３に、触媒担体
１を組み付けた時に、保護マット５は十分に圧縮された
状態になり、その復元力で触媒担体１を金属筒３に保持
する。尚、図１（ｂ）に示すように、金属筒３を組み付
けた時に、リテナ７の内面と触媒担体１の外面１ａとの
間、及び金属筒３の底板３ａと触媒担体１の外面１ａと
の間には若干の隙間ができるように、リテナ７の内径及
び前記底板３ａの開口は寸法決めされており、従って、
触媒担体１は保護マット５のみで金属筒３に保持されて
いる。上記したように触媒担体１が組み付けられた金属
筒３は、排気管８の内面から径方向内方に延びる４つの
棒状フランジ９に溶接等の適当な手段で固定されてい
る。

【０００７】（第１実施例の効果）上記したように触媒
担体１が取り付けられた排気管８によれば、触媒担体１
を保持するフランジ９が棒状に形成されているので、排
気ガスが触媒担体１の内部及び外部の両方を通過でき、
触媒担体１を設けることによる排気抵抗を低くすること
ができる。また、ハニカム状に構成した触媒担体１を短
い金属筒３で保持して触媒担体１の外周面１ａが十分に
金属筒３から露出するようにしているので、排気ガスが
触媒担体１を通過する時に、排気ガスと触媒金属とが接
触する面積が非常に大きくとれ、排気ガスの浄化効率を
非常に高くすることができる。さらに、上記したよう
に、金属やインタラムマット等のように酸化腐食や熱に
よる形状破壊を生じることのないアルミナを主成分とし
た保護マット５のみで、触媒担体１を金属筒３に保持し
ているので、例えば、金属筒３で触媒担体１を直接保持
する場合に比べて、触媒担体１に対する保持力の持続期
間が非常に長くなり、その結果、触媒担体１を交換する
サイクルを長くすることができる。また、前記保護マッ
ト５が緩衝材として作用し、触媒担体自体に伝わる振動
を減衰するので、セラミックで形成した触媒担体を、例
えば、排気ガスの温度が高いエンジンの近く等の振動が
比較的大きな部分にも配置することができ、浄化効率を
高めることができる。

【０００８】（第２実施例の説明）図３及び図４は、本
発明の支持方法によって触媒担体を支持している排気管
の第２の実施例を示しており、図３は排気管の概略縦断
面図を、図４は、図３における左側から見た排気管の横
断面図を各々示している。図中、符号１１は触媒担体を
示している。この触媒担体１１は第１実施例の触媒担体
１と同様、セラミック材料をハニカム状に形成し、その
外周面１１ａを含む全ての表面に触媒金属を担持させた
ものである。この触媒担体１１の両端部には、一端が開
放された二つの有底担体保持金属筒１３が装着されてい
る。これら二つの金属筒１３は、各々触媒担体１１の直
径Ｒ’より大きい内径ｒ１’を有し、また、それらの底
板１３ａには、各々触媒担体１１の直径Ｒ’より内径ｒ
２’が小さい開口１３ｂが形成されている。また、これ
ら金属筒１３は、触媒担体１１の端部付近だけを覆い、
触媒担体１１の外面１１ａが可能な限り広く露出できる
ように短い寸法で形成されている。これらの二つの金属
筒１３の内面１３ｃと触媒担体１１の外面１１ａとの間
にも、第１実施例と同様、アルミナを主成分とした保護
マット１５が介装されており、また、各金属筒１３の開
放端には、前記保護マット１５は抜け落ちないように、
抜け止めのリテナ１７が各々取り付けられている。前記
保護マット１５自体の構成は、第１実施例の保護マット
５の構成と同じであり、また、保護マット１５、金属筒
１３、及び触媒担体１１の組み立て行程は、第１実施例
の組み立て行程とほぼ同様であるので、ここでは説明を
省略する。触媒担体１１が組み付けられた二つの金属筒
１３の外面１３ｄには、それら二つの金属筒１３を掛け
渡すように４つの棒状支持部材１４が９０度間隔に固定
されており、排気管１８の内面から径方向内方に延びる
前後に各々４つの棒状フランジ１９が前記棒状支持部材
１４の外面に溶接等の適当な方法で固定されている。

【０００９】（第２実施例の効果）上記したように触媒
担体１１が取り付けられた排気管１８によれば、全体と
して第１の実施例とほぼ同様の効果が生じる。さらに、
この第２の実施例の排気管１８によれば、二つの金属筒
１３で触媒担体１１の両端部を支持し、これら二つの金
属筒１３に掛け渡すように設けられた４つの棒状支持部
材１４を介して８つの棒状フランジ１９で前記触媒担体
１１を排気管１８内に支持しているので、第１の実施例
における触媒担体１より支持強度が高いという効果を奏
する。

【００１０】（第３実施例の説明）図５及び図６は、本
発明の支持方法によって触媒担体を支持している排気管
の第３の実施例を示しており、図５は排気管の概略縦断
面図を、図６は、図５における左側から見た排気管の横
断面図を各々示している。図中、符号２１は触媒担体を
示している。この触媒担体２１はセラミック材料を多数
の網目状通気通路を形成するようにハニカム状に積層し
て円筒状にしたもので、その外周面２１ａを含む全ての
表面に触媒金属が端持されている。この触媒担体２１の
貫通孔には筒状に形成された保護マット２３が設けられ
ている。この保護マット２３は、第１及び第２の実施例
と同様、アルミナを主成分とした綿状体であり、その端
部はセラミック系接着材２４で固められ、使用中に端部
から解れないように処理されている。この保護マット２
５は、始めから円筒状に形成してもよいが、図７（ａ）
〜（ｄ）に示すように、複数のスリットが形成された板
状の保護マット２５を丸めて円筒状にして、触媒担体２
１の貫通孔に挿入してもよい。また、前記触媒担体２１
の両端には各々支持リング２６が設けられている。これ
らの支持リング２６は、各々触媒担体２１の外周縁を覆
う外リング２６ａと、触媒担体２１の貫通孔を塞ぎ、該
貫通孔内に設けられた保護マット２５が抜け落ちるのを
防止するように設けられた内リング２６ｂとを４つの連
結フランジ２６ｃで連結して構成されている。上記した
ように、保護マット２５及び二つの支持リング２６が装
着された触媒担体２１には、担体保持棒２７が取り付け
られる。この担体保持棒２７は、その外径Ｒ１が、少な
くとも、触媒担体２１の貫通孔に挿入された円筒状の保
護マット２５の内径ｒ３より大きくなるように寸法決め
され、保護マット２５の貫通孔に、保護マット２５を押
し拡げるように圧入される。これにより、担体保持棒２
７を触媒担体２１に組み付けた時に、保護マット２５は
圧縮された状態になり、その復元力で、触媒担体２１を
担体保持棒２７に保持する。尚、図面には示していない
が、担体保持棒２７を触媒担体２１に組み付けた時に、
支持リング２６における内リング２６ｂの内面と担体保
持棒２７の外面との間には若干の隙間ができるように、
内リング２６ｂの内径は寸法決めされており、これによ
り、触媒担体２１は保護マット２５のみで担体保持棒２
７に保持される。上記したように、触媒担体２１に組み
付けられた担体保持棒２７は、排気管２８の内面から径
方向内方に延びる前後に各々４つの棒状フランジ２９に
溶接等の適当な手段で固定されている。

【００１１】（第３実施例の効果）上記したように触媒
担体２１が取り付けられた排気管２８によれば、全体と
して第１の実施例とほぼ同様の効果が生じる。さらに、
この第３の実施例の排気管２８によれば、触媒担体２１
に担体保持棒２７を貫通させ、該担体支持棒２７を触媒
担体２１の前後で、棒状フランジ２９を介して排気管２
８に支持しているので、第１及び第２の実施例に比べ、
排気管の形状による触媒担体の外径形状や排気管内の配
置への影響が少ない。

【０００１２】（第４実施例の説明）図８は、前記した
第３の実施例における支持リング２６の代わりに、リテ
ナを用いて保護マット２５の抜け止めを行う実施例を示
す触媒担体３１の縦断面図であり、図中、符号３３はリ
テナを示している。このように、リテナ３３だけで、保
護マット２５の抜け止めを行うように構成すれば、触媒
担体３１の露出面積を、図５，６に示した第３の実施例
の触媒担体２１よりさらに広く取ることができ、浄化作
用をさらに高めることができる。尚、この図８は、リテ
ナ３３を除いて、図５に示した第３の実施例と同じ構成
であるので、第３の実施例と同じ部材には同じ符号を付
して、各部の詳細な説明は省略する。

【００１３】（排気管のテーパ状部分に触媒担体を設け
る例の説明）図９は、第１の実施例の構成を用いて、排
気管のテーパ状部分に触媒担体を配置する例を示す排気
管のテーパ状部分の概略図であり、本図における符号は
図１及び図２に示した第１の実施例と同じ符号を用い
る。上記した第１の実施例の構成によれば、触媒担体１
を棒状フランジ９で排気管８の内部に支持することがで
きるので、触媒担体１を設けることによる排気抵抗を非
常に低くでき、この図９に示すように複数の触媒担体１
を連続して設けることも可能になる。尚、これは、第
２、第３の実施例についても同様のことがいえる。

【００１４】（その他）上記した実施例では、保護マッ
ト５，１５，２５の端部をセラミック系接着材で固め
て、使用中に保護マットが端部から解れることを防止し
ているが、この解れ防止処理は、本実施例に限定される
ことなく種々の方法が考えられ得、例えば、図１０に示
すように、保護マットの端部に金属箔を取り付けて、解
れを防止するようにしてもよい。また、上記した実施例
では、担体保持金属筒３，１３（又は担体保持棒２７）
と棒状フランジ９，１９，２９とを別体に構成している
が、これは本実施例に限定されることなく、触媒担体を
保持する部材と、該部材を排気管に支持する部材とを一
体に構成してもよい。さらに、上記した実施例では、保
護マットはアルミナを主成分としているが、保護マット
の成分は、アルミナを主成分とすれば任意の成分でよ
く、例えば、アルミナのみ、又はアルミナシリカ等が考
えられ得る。

【００１５】

【発明の効果】以上説明した本発明に係るセラミック製
触媒担体支持方法によれば、アルミナを主成分とした保
護マットを加熱膨張処理を施さずに圧縮した状態で、支
持部材とセラミック製触媒担体との間に介装するので、
前記保護マットの温度変化に依存する膨張・収縮の割合
を低くすることができ、その結果、温度変化による形状
破壊が生じにくくなり、触媒担体に対する安定した保持
能力が得られる。従って、セラミック製触媒担体を安定
した保持能力を有する保護マットで保持することができ
るので、セラミック製触媒担体を、所望の位置、例え
ば、触媒金属の反応効率が高いエンジン付近等に、制約
なく配置することが可能になる。また、本発明に係るセ
ラミック製触媒担体付き排気装置によれば、セラミック
製触媒担体を加熱処理を施さずに圧縮した状態のアルミ
ナを主成分とした保護マットを介して支持部材で内部に
支持しているので、保護マットの耐久期間が長くなり、
その結果、触媒担体の使用期間を十分に長くとれるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本願発明の支持方法によって触媒担
体を支持している排気管の概略縦断面図、（ｂ）は図１
（ａ）の部分拡大図である。

【図２】 図１の排気管の断面図を図１における左側か
ら見た排気管の横断面図である。

【図３】 第２実施例に係る排気管の概略縦断面図であ
る。

【図４】 図３における左側から見た排気管の横断面図
である。

【図５】 第３実施例に係る排気管の概略縦断面図であ
る。

【図６】 図５における左側から見た排気管の横断面図
である。

【図７】 （ａ）〜（ｄ）は、複数のスリットが形成さ
れた板状の保護マット２５を丸めて円筒状にして、触媒
担体２１の貫通孔に挿入する行程を示す図である。

【図８】 第３実施例の一部を変更した第４実施例に係
る排気管の概略縦断面図である。

【図９】 第１の実施例の構成を用いて、排気管のテー
パ状部分に触媒担体を配置する例を示す排気管のテーパ
状部分の概略図である。

【図１０】 保護マットの端部の解れ防止方法の別の実
施例を示す図である。

【図１１】 （ａ），（ｂ）は共に従来の支持方法を示
す排気装置の概略図である。

【符号の説明】

（第１実施例） １ 触媒担体 １ａ 外周面 ３ 担体保持金属筒 ３ａ 底板 ３ｂ 開口 ３ｃ 内面 ５ 保護マット ６ セラミック系接着剤 ７ リテナ ８ 排気管 ９ 棒状フランジ Ｒ 触媒担体の外径 ｒ１ 担体保持金属筒の内径 ｒ２ 底板の開口の内径 （第２実施例） １１ 触媒担体 １１ａ 外周面 １３ 担体保持金属筒 １３ａ 底板 １３ｂ 開口 １３ｃ 内面 １３ｄ 外面 １５ 保護マット １７ リテナ １８ 排気管 １９ 棒状フランジ Ｒ’ 触媒担体の外径 ｒ１’ 担体保持金属筒の内径 ｒ２’ 底板の開口の内径 （第３実施例） ２１ 触媒担体 ２１ａ 外周面 ２３ 保護マット ２４ セラミック系接着材 ２５ 保護マット ２６ 支持リング ２６ａ 外リング ２６ｂ 内リング ２６ｃ 連結フランジ ２７ 担体保持棒 ２８ 排気管 ２９ 棒状フランジ Ｒ１ 担体保持棒の外径 ｒ３ 円筒状保護マットの内径 （第４実施例） ３１ 触媒担体 ３３ リテナ （従来技術） ４０ 排気管 ４０ａ 内壁 ４２ 触媒 ４４ 触媒担体 ４６ 支持部材 ４８ マフラ装置 ５０ 膨張室区画壁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒を担持したセラミック製触媒担体
   と、前記触媒担体をハウジングに支持する支持部材との
   間に、アルミナを主成分とした保護マットを加熱膨張処
   理を施さずに圧縮した状態で介装し、該保護マットでセ
   ラミック触媒担体を前記支持部材に保持することを特徴
   とするセラミック製触媒担体支持方法。
2. 【請求項２】 触媒を担持したセラミック製触媒担体
   を、加熱処理を施さずに圧縮した状態のアルミナを主成
   分とした保護マットを介して支持部材で排気装置の内部
   に支持したことを特徴とするセラミック製触媒担体付き
   排気装置。