JPS5817335B2 - 排気ガス浄化用の一体型触媒コンポ−ネントの製造方法 - Google Patents

排気ガス浄化用の一体型触媒コンポ−ネントの製造方法

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JPS5817335B2
JPS5817335B2 JP50043772A JP4377275A JPS5817335B2 JP S5817335 B2 JPS5817335 B2 JP S5817335B2 JP 50043772 A JP50043772 A JP 50043772A JP 4377275 A JP4377275 A JP 4377275A JP S5817335 B2 JPS5817335 B2 JP S5817335B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車排気ガス浄化用の一体型触媒コンポー
ネントの製造方法に関するものである。
従来自動車排気ガスの有害成分の一酸化炭素、炭化水素
、窒素酸化物を除去する方法の一つとして、重金属や貴
金属等の触媒を利用する排気ガス浄化装置が使用されて
おり、この種の浄化装置を分類すると、二種に大別され
る。
その一つは、粒状の担体（一般にセラミックが使用され
る。
）に触媒金属を担持したペレット状触媒を金属製ケース
内に収めたいわゆるペレット触媒型浄化装置であり、他
の一つは円筒内部に排気ガス通路を多数有するセラミッ
ク担体に触媒金属を担持させたいわゆる一体型触媒を金
属ケース内に保持層を介して保持した浄化装置（米国特
許第３４４１３８１号公報および同第３４４１３８２号
公報参照。
）である。
ところで、前記両者の優劣であるが、後者の一体型触媒
を使用する排気ガス浄化装置は、触媒の保持方法が適切
であれば、前者のペレット触媒型浄化装置のようにペレ
ット表面の触媒金属が摩耗して逸散することも少なく、
また使用する容器も比較的簡単で小さなものであるから
、前者よりも優れている。
しかし、後者の浄化装置も触媒の保持方法が適切でない
場合は、走行時の振動によって前記一体型触媒は容易に
破壊されてしまう。
特に、排気ガスが高温の場合容器に使用した金属は、一
体型触媒よりも熱膨張量が太きいため、前記容器と一体
型触媒との間に介在する保持層の保持力が弱くなり、一
体型触媒は振動によって破壊し易くなる。
このため、保持層の保持力は、低温から高温に移行して
も、適切に保持されていなければならない。
前記保持層の性能としては、前述した保持力が適切であ
ること以外にも、次のような特性が要求される。
まず、保持層の保持力に耐久性があること、すなわち高
温における振動状態にあっても保持層の保持力が持続さ
れることが必要である。
また、保持層は排気ガスによって保持力が低下しないよ
うに、排気ガスが通過しない程度の密度が必要である。
この保持層に関しては、従来から数多くの研究が行なわ
れており、種々の構造のものが提案されているが、その
大半は前述の保持層としての必要な性能が、十分備えら
れていないのが実状である。
例えば、保持層として金属製の織物を使用しても、高温
時における保持力の持続性が問題であり、保持層の温度
が数百度に達すると自動車排気ガス浄化装置としては、
使用し得ない。
そこで、出現したのがセラミック・ファイバーの弾性を
利用した保持層であるが、現在までに知られたものには
、保持層としての性能を十分備えたものはまだ見出され
ていない、このように、セラミック・ファイバーによる
保持層が、十分な性能を発揮できない一つの原因は、セ
ラミック・ファイバーは取扱いが難しく、均一な高密度
の保持層が得られなかったためである。
すなわち、セラミック・ファイバーは、通常綿のように
、クッション性を有するマット状で破壊し易く取扱いに
くいものであるから、均一な高密度の保持層を形成する
ことは、なかなか困難である。
また、セラミラダファイバーに直接排気ガスが触れる場
合は、セラミック・ファイバーが逸散するので、排気ガ
スに対しセラミック・ファイバーを密閉構造にすること
も考慮する必要がある。
例えば、第１図の如く、排気ガスが直接セラミック・フ
ァイバー成形体に触れる従来の一体型触媒浄化装置の断
面図のように、一体型触媒１の外側にセラミック・ファ
イバー成形体２をもけて、アウタケース４内に収納しエ
ンドコア３で該アウタケース４を固定した場合、前記セ
ラミック・ファイバー成形体２は直接高温の排気ガスに
さらされて、セラミック・ファイバーは容易に逸散して
しまう。
本発明者等は、一体型触媒の外側に保持層としてセラミ
ック・ファイバー成形体を使用し、前述の保持層として
の必要な各種の性能を具備する採種々研究を進めた結果
、本発明の自動車排気ガス浄化用の一体型触媒コンポー
ネントの製造方法を開発し、ここに提案するものである
。
本発明の一体型触媒コンポーネントの製造方法は、一体
型触媒の軸方向外周に、複数個に分割したセラミック・
ファイバー成形体を巻着した状態において、その外周よ
り複数個に分割した圧縮リングを介してこれを圧縮して
締めつけ、その状態のまま該圧縮リングの端部外周に前
記セラミック・ファイバー成形体の端面を被うように保
持リングを被着し、該一体型触媒を該セラミック・ファ
イバーの復元力により該圧縮リングと該保持リングとに
よって構成される枠体内に保持することを特徴とするも
のである。
本発明の一体型触媒コンポーネントの製造方法を、図面
によって説明する。
第２図は、本発明による一体型触媒コンポーネントの横
断面図であり、第３図は該コンポーネントの縦断面図で
ある。
また、第４図および第５図は本発明の一体型触媒コンポ
ーネントの製造方法の説明図である。
第４図に示すように、円筒内部に排気ガス通路を多数有
する一体型触媒１の外周に二分割したセラミックファイ
バー成形体２を巻きつけて後二分割した圧縮リング５を
介して締付治具７により締め付けて後、第５図に示すよ
うに、保持リング６を一体型触媒１の軸方向上・下から
該圧縮リング５の端部外周にセラミック・ファイバー成
形体２の端面を被う形状の保持リング６を被着して組付
け、組付後に該圧縮リング５と該保持リング６の重合せ
部分を溶接して固着し、第２図および第３図に示すよう
な本発明の一体型触媒コンポーネントとするものである
。
なお、一体型触媒コンポーネントは、第６図の製造工程
図の順序に従い製造されるが、本発明のセラミック・フ
ァイバー成形体２の成形に使用されるセラミック・ファ
イバーは、綿のような形状のものでくずれ易いため、一
体型触媒の形状にあわせて成形する必要がある。
この成形法には、第６図に示すように、ブランケット成
形法、真空パック法、真空成形法が通常採用される。
前記ブランケット成形法は、セラミック・ファイバーに
熱硬化性のフェノール樹脂等の溶液を浸透し、モールド
中でプレス成形した後約２００℃で乾燥硬化させて成形
体とするものであり、真空パック法はビニールまたはナ
イロン等の通気性の少ない軟らかい袋にセラミック・フ
ァイバーを入札袋内を真空状態としパックして成形する
方法である。
また、真空成形法は第７図の説明図に示すように、セラ
ミック・ファイバー９の原綿を分散した水溶液１０中に
モールド１１をおき、該モールド１１をパイプ１２を介
してポンプ１３で吸引して、水溶液１０中のセラミック
・ファイバー９を該モールドに吸着して成形する方法で
ある。
次に、セラミック・ファイバーの材質であるが、本発明
においては振動を吸収する保持力を高温においても持続
できる耐久性が必要であり、この高温時の耐久性を附与
するために可成り強く締付ける必要があるが、締付けが
強過ぎるとセラミック・ファイバーが破壊されてクッシ
ョン性が失われ、一体型触媒まで破壊されてしまう。
このため、本発明においてはカオール（イソライト工業
ＫＫ社・製）とシリカファイバー（日本硝子繊維ＫＫ社
製）を使用した。
カオールおよびシリカファイバーの特性を第１表に示す
。
前記カオールとシリカファイバーのクッション性につい
て、第８〜１０図を参照して説明する。
第８図は幅１００ｍ−長さ１００ｕ厚さ２５關のカオー
ルブランケット及びシリカファイバーのカサ密度の異な
るものを加圧した場合の加圧圧力とその厚さとの関係を
示す。
第９図はそれぞれの加圧圧力を解放した場合の厚さを示
す。
図から知られるように、セラミック・ファイバーには加
圧圧力１ ｋｇ／ｃｒ／１以上の場合にもクッション性
があり、一体型触媒の大きな保持力を示す。
第１０図は加圧圧力と加圧時のカサ密度との関係を示す
。
これによれば、セラミック・ファイバーの種類によって
加圧時のカサ密度は異なるが、同じセラミック・ファイ
バーであれば、加圧圧力が３に９／ｄ以上になるとカサ
密度はほぼ同一となる。
次に実施例により本発明を更に詳細に説明する。
実施例 １ 本実施例は、ブランケット成形法によりセラミック・フ
ァイバーを成形して、次の順序により一体型触媒コンポ
ーネントを製作した例を示す。
１、セラミック・ファイバーは、第１表のカオールおよ
びシリカファイバーの二種を使用し、各種の厚さのもの
を所定の大きさに切断した。
セラミック・ファイバーの厚さは、組付後の密度を変え
るため各種の厚さとした。
また、セラミック・ファイバーの所定の大きさとは、一
体型触媒に応じたその半周の大きさをいう。
２、所定の大きさに切断したセラミック・ファイバーを
、フェノール樹脂３係、ポリビニルアルコール（以下Ｐ
ＶＡという。
）１係の水溶液に浸漬後一体型触媒と同じ曲率のモール
ドでプレース成形し、一体型触媒の外半周を覆う形状と
し、約２５０℃で乾燥硬化して成形体とした。
３、前記成形体を第４図のセラミック・ファイバー成形
体２のように、一体型触媒１の外周に巻きつけ、更にそ
の外側より圧縮リング５を介して締付治具７を用いて締
付ける。
この締付は力は、セラミック・ファイバーの密度によっ
て異なるが、保持層の耐久性を左右するので、適切な力
を選ぶ必要がある。
すなわち、締付は力が小さいと、一体型触媒を十分に保
持できず、走行時の振動によって一体型触媒は破壊して
しまう。
また、締付は力が大きいと、セラミック・ファイバー保
持層が破壊し、一体型触媒が破壊したり、また高温時に
おけるセラミック・ファイバー成形体の耐久性が著しく
劣ることとなる１４、次に、前記締付治具７で締付けた
状態で、第５図のように、保持リング６を一体型触媒の
軸方向上・下から圧縮リング５の端部外周に被着して組
付ける。
５、組付後、締付治具Ｉを外すと、セラミック・ファイ
バー成形体２の復元力によって該圧縮リング５を押し広
げる力が動き、該保持リング６が固定する。
以上で一体型触媒コンポーネントの組付けが完了するが
、該コンポーネントを６００℃で約１５分間加熱してセ
ラミック・ファイバーの結合材として使用したフェノー
ル樹脂およびＰＶＡを分解、除去する。
６、該コンポーネントは必要に応じて、該保持リング６
と該圧縮リングの組合せ部分を溶接して固着する。
なお、本発明においては、セラミック・ファイバー成形
体２を二分割しないで一体型触媒に巻きつけた場合、締
付工程で外側から圧縮リング５を締付けた際に該圧縮リ
ング５は移動するがセラミック・ファイバー成形体２は
移動できないため、締付後セラミック・ファイバー成形
体２の密度が均一にできなかったり、圧縮リング５の接
合部にセラミック・ファイバー成形体２が喰い込んだり
する等の不具合を生ずるので留意する必要がある。
実施例 ２ 本実施例は、真空パック成形法によりセラミック・ファ
イバーを成形して、次の順序により一体型触媒コンポー
ネントを製作した例を示す。
１、セラミック・ファイバーは、実施例１と同様に第１
表に示した二種を使用し、各種の厚さのものを所定の大
きさに切断した。
２、所定の大きさに切断したセラミック・ファイバーを
、ナイロン・ポリエチレンラミネート袋（ナイロン−１
５μ厚、ポリエチレン−５０μ厚、古川製作新製）に入
れ、袋内を真空ポンプで減圧した状態で封印して真空パ
ックする。
このとき、セラミック・ファイバーはそのカサ密度によ
って異なるが、袋の内・外の圧力差によって１／２〜１
１５に収縮する。
３、前記のようにして成形したセラミック・ファイバー
成形体を、実施例１と同様に一体型触媒に巻きつけ、締
付工程において締付治具を３００〜５００℃に加熱して
ナイロン・ポリエチレンラミネート袋を焼失させ、以下
実施例１と同様に処理する。
４、組付後の溶接は、実施例１と同様に必要に応じ行う
。
実施例 ３ 本実施例は、真空成形法によりセラミック・ファイバー
を成形して、次の順序により一体型触媒コンポーネント
を製作した例を示す。
１、セラミック・ファイバーは第１表に示したカオール
の原綿を、ＰＶＡ１％（林純薬社製）を添加した水溶液
に分散させた。
２、前記水溶液を第１図に示すように、容器８にセラミ
ックファイバーの原綿９を分散した水溶液１０を入れ、
この水溶液中の所定形状のモールド１１をパイプ１２を
介してポンプ１３に連結して水分を吸引し、水溶液１０
に分散しているセラミック・ファイバー９を該モールド
１１の表面に吸着させ、セラミック・ファイバー９の成
形体を形成する。
なお、均一な成形体とするには、セラミック・ファイバ
ー９を均一に分散させるため、撹拌機′１４により水溶
液１０を撹拌する必要がある。
３、次に、セラミック・ファイバー９の成形体を、モー
ルド１１から外して、１００〜１５０℃で乾燥する。
４、前記セラミック・ファイバー９の成形体により、実
施例１と同様にして一体型触媒コンポーネントを製作し
た。
前記実施例１〜３により製作した各種の一体型触媒コン
ポーネントを用いて、下記試験を行い本発明による一体
型触媒コンポーネントの保持層の性能を評価した。
試験例 １ Ａ・・・・・・高温振動試験の方法。
ガスバーナー（プロパンガスを使用。
）で触媒床をＳＯＯ〜８５０℃に加熱し、一体型触媒の
軸方向および径方向に振動加速度４５Ｇおよび振動加速
度９０Ｈ２でそれぞれ３時間加振する。
Ｂ・・・・・・高温加熱冷却サイクル試験の方法。
ガスバーナー（プロパンガスを使用。
）で触媒床を８５０〜９００℃で３０分間加熱して後、
圧搾空気により室温に冷却する。
この操作を、１００回繰返す。
上記高温振動試験Ａと高温加熱冷却サイクル試験Ｂとを
、Ａ−）Ｂ→Ａの順序に行い、本発明の一体型触媒の保
持性能を比較した。
その結果を第２表に示す。
なお、表２において一体型触媒の型Ｔは日本電装社製の
Ｔ型触媒担体に、そしてＭは３Ｍ社のサーマコームＡｌ
Ｓ ｉＭａｇ ７９５触媒相体にそれぞれ白金、パラジ
ウム触媒を担持させたものを使用した。
セラミック・ファイバーの充てん量は表示しである充て
ん量の±０．２ｇであるようにした。
平均密度は次式： から計算した。
圧縮圧と平均密度との関係を予め求めておき（第５図）
、上記平均密度から圧縮圧を求めた。
試験結果において、×は試験開始後５分以内に一体型触
媒が破損したもの、△は試験開始後５分以上試験終了ま
でに一体型触媒が破損したもの、そして○は試験終了時
まで異常のなかったものをそれぞれ示す。
また評価欄の×は一体型触媒の保持力が小さく、第１回
目のＡの試験で一体型触媒が破損したもの、△は一体型
触媒の保持力の耐久性が不充分で第２回目のＡの試験で
開始直後に一体型触媒が破損したもの、○は従来の触媒
装置（米国特許第３，４４１，３８１号に基いて製作し
たもの）よりも一体型触媒の保持力がすぐれているが、
耐久性が不安定なもの、そして◎は一体型触媒の保持力
が極めてすぐれているものをそれぞれ示す。
試験例 ２ 前記実施例１〜３により製作した各種の一体型触媒コン
ポーネントを、第１１図に示すように、アウタケース４
内に収納して後、該アウタケース４の両端にエンドコア
３を嵌入し、両者の接合部１５を溶接により固着して、
自動車排気ガスの浄化装置を製作した。
該浄化装置のうち、第２表の試料Ａ４，１０，１５，２
０，２５，３０，３５゜４０．４５，５０，５５，６０
を使用したものを、実車に塔載し５０００Ｋｍの悪路走
行耐久試験（平均速度４０Ｋｍ／ｖｆ間）を行ったが、
いずれも異常は認められなかった。
参考例 １ 本発明による一体型触媒コンポーネントとそのセラミッ
ク・ファイバー保持層の耐久性を比較するため、直接排
気ガスがセラミック・ファイバー成形体に触れる第１図
に示す従来の一体型触媒による排気ガスの浄化装置を製
作した。
すなわち、一体型触媒１の外周にセラミックファイバー
成形体（第１表のカオールを使用）２を形成し、二分割
したアウタケース４に収納し、該アウタケース４にエン
ドコア３を組付けて浄化装置とした。
該浄化装置を、エンジンベンチに組付は耐久試験を行っ
たところ、４００ Ｏｒ、ｐ、ｍ％ ３時間でセラミッ
ク・ファイバー成形体２は逸散し、一体型触媒１は落下
し、破壊した。
以上説明したような本発明方法によれば、締付治具で圧
縮リングの外側から圧縮リング内側のセラミック・ファ
イバー成形体を締付け、この圧縮リングの端部外周に保
持リングを被着することにより一体型触媒コンポーネン
トを容易に製造することができる。
しかもコンポーネント製造時にボルト類を一切使用しな
いから、本発明方法によれば、コンポーネントの構造を
コンパクト化でき、従ってコンポーネントの浄化装置へ
の組込みを容易にできる非常に薄いものの製作を可能に
してかつ量産化をも可能にすることができる。
また、本発明方法によれば、触媒が劣化した場合容易に
交換することもできる一体型触媒コンポーネントを製造
できるので、工業的にその価値は大きいものである。
また、本発明方法により得られた一体型触媒コンポーネ
ントは、保持リングによりセラミック・ファイバー成形
体が排気ガスに直接接触しないようにしである、ので、
排気ガスが直接セラミック・ファイバー成形体に触れる
従来の一体型触媒の保持層よりも触媒の保持性能が良く
、高温時においても耐久性を有するので、セラミック・
ファイバー成形体が逸散することがなく、走行時の振動
を吸収して一体型触媒を保持できるので、該触媒を破壊
するようなことがない。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の一体型触媒浄化装置の一部を破断した側
面図、第２図は本発明による一体型触媒コンポーネント
の横断面図、第３図は本発明による一体型触媒コンポー
ネントの縦断面図、第４図および第５図は本発明の一体
型触媒コンポーネントの組付は方法の説明図、第６図は
本発明の一体型触媒コンポーネントの工程図、第７図は
セラミック・ファイバー成形体の真空成形法の説明図、
第８図はセラミック・ファイバーの加圧圧力と加圧時の
厚さとの関係を示すグラフ、第９図は第８図の加圧解放
後の厚さと加圧圧力との関係を示すグラフ、第１０図は
加圧圧力と圧縮時のセラミック・ファイバーのカサ密度
との関係を示すグラフ、第１１図は本発明の一体型触媒
コンポーネントを収納した浄化装置の一部を破断した側
面図、である。 図中の１・・・・・・一体型触媒、２・・・・・・セラ
ミックファイバー成形体、３・・・・・・エンドコア、
４・・・・・・アウタケース、５・・・・・・圧縮リン
グ、６・・・・・・保持リング、Ｔ・・・・・・締付治
具、８・・・・・・容器、９・・・・・・セラミックフ
ァイバー、１０・・・・・・水溶液、１１・・・・・・
モールド、１２・・・・・・パイプ、１３・・・・・・
ポンプ、１４・・・・・・撹拌機、１５・・・・・・接
合部、をあられす。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一体型触媒の軸方向外周に、複数個に分割したセラ
    ミック・ファイバー成形体を巻着した状態において、そ
    の外周より複数個に分割した圧縮リングを介してこれを
    圧縮して締めつけ、その状態のまま該圧縮リングの端部
    外周に前記セラミック・ファイバー成形体の端面を被う
    ように保持リングを被着し、該一体型触媒を該セラミッ
    ク・ファイバーの復元力により該圧縮リングと該保持リ
    ングとによって構成される枠体内に保持することを特徴
    とする排気ガス浄化用の一体型触媒コンポーネントの製
    造方法。 ゛
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