(57)【要約】  金属シェル（１２）の内周面と触媒担持体（１３）の外周面との間に保持マット（１４）を配置し、保持マット（１４）で金属シェル（１２）の内部に触媒担持体（１３）を保持して排ガス浄化用触媒コンバータ（１１）が構成される。金属シェル（１２）の内周面と触媒担持体（１３）の外周面との間のクリアランス（α）に対して、排ガスによる加熱後の保持マット（１４）の解放状態での厚さが２１０％以上であるので、保持マット（１４）の劣化による面圧低下を保持マット（１４）の充分な膨張による面圧上昇により補い、長期に亙って触媒担持体（１３）を確実に保持することができる。しかも、組付け時に保持マット（１４）を強く圧縮して面圧を高める必要がないため、過剰な面圧により触媒担持体（１３）が損傷する虞もない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属シェル（１２）の内周面と触媒担持体（１３）の外周面との間に配置した保持マット（１４）で前記金属シェル（１２）内部に前記触媒担持体（１３）を保持する排ガス浄化用触媒コンバータにおいて、
前記金属シェル（１２）の内周面と前記触媒担持体（１３）の外周面との間のクリアランス（α）に対して、排ガスによる加熱後の前記保持マット（１４）の解放状態での厚さが２１０％以上であることを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータ。
【請求項２】
金属シェル（１２）の内周面と触媒担持体（１３）の外周面との間に配置した保持マット（１４）で前記金属シェル（１２）内部に前記触媒担持体（１３）を保持する排ガス浄化用触媒コンバータにおいて、
排ガスによる加熱前の前記保持マット（１４）の解放状態での厚さに対して、排ガスによる加熱後の前記保持マット（１４）の解放状態での厚さが１７０％以上であることを特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータ。
【請求項３】
排ガスによる加熱前の前記保持マット（１４）の解放状態での密度が１００ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属シェルの内周面と触媒担持体の外周面との間に配置した保持マットで前記金属シェル内部に前記触媒担持体を保持する排ガス浄化用触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる排ガス浄化用触媒コンバータにおいて、組立て時の保持マットの嵩密度が所定の範囲内となるように、保持マットの厚さと保持マットの圧入後の締め代とから触媒担持体の直径を決定することで、保持マットの締め代を最小限に抑えて触媒担持体の直径を最大限に増加させ、また触媒担持体に作用する排ガスの荷重と保持マットの摩擦力とから、触媒担持体を金属シェル内に移動不能に保持するために必要な保持マットの軸方向長さを決定することで、長期の使用後にも触媒担持体の確実な保持を可能にするものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２０１３−２０４４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排ガス浄化用触媒コンバータの保持マットは長期の使用により次第に劣化して弾性が失われるため、その面圧が低下して触媒担持体を確実に保持できなくなる虞がある。これを防止するには、保持マットおよび触媒担持体を金属シェルの内部に圧入する際に、保持マットの締め代を大きくして強く圧縮した状態で組み付ければ良い。しかしながら、この方法では、保持マットを圧入する際の強い面圧で脆弱なセラミックス製の触媒担持体が損傷する可能性がある。【０００５】
また保持マットの軸方向寸法を拡大し、保持マットが触媒担持体および金属シェルに接触する接触面積を増加させることで、触媒担持体を保持する保持力を増加させようとしても、保持マットの軸方向寸法は触媒担持体の軸方向寸法により上限を規制されるため、この方法にも限界がある。【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、排ガス浄化用触媒コンバータの保持マットの劣化による面圧の低下を抑制して触媒担持体の確実な保持を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、金属シェルの内周面と触媒担持体の外周面との間に配置した保持マットで前記金属シェル内部に前記触媒担持体を保持する排ガス浄化用触媒コンバータにおいて、前記金属シェルの内周面と前記触媒担持体の外周面との間のクリアランスに対して、排ガスによる加熱後の前記保持マットの解放状態での厚さが２１０％以上であることを第１の特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータが提案される。【０００８】
また本発明によれば、金属シェルの内周面と触媒担持体の外周面との間に配置した保持マットで前記金属シェル内部に前記触媒担持体を保持する排ガス浄化用触媒コンバータにおいて、排ガスによる加熱前の前記保持マットの解放状態での厚さに対して、排ガスによる加熱後の前記保持マットの解放状態での厚さが１７０％以上であることを第２の特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータが提案される。【０００９】
また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、排ガスによる加熱前の前記保持マットの解放状態での密度が１００ｇ／ｃｍ３以上であることを第３の特徴とする排ガス浄化用触媒コンバータが提案される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、排ガス浄化用触媒コンバータは、金属シェルの内周面と触媒担持体の外周面との間に配置した保持マットで金属シェルの内部に触媒担持体を保持して構成される。金属シェルの内周面と触媒担持体の外周面との間のクリアランスに対して、排ガスによる加熱後の保持マットの解放状態での厚さが２１０％以上であるので、保持マットの劣化による面圧低下を保持マットの充分な膨張による面圧上昇により補い、長期に亙って触媒担持体を確実に保持することができる。しかも、組付け時に保持マットを強く圧縮して面圧を高める必要がないため、過剰な面圧により触媒担持体が損傷する虞もない。【００１１】
また本発明の第２の特徴によれば、排ガス浄化用触媒コンバータは、金属シェルの内周面と触媒担持体の外周面との間に配置した保持マットで金属シェルの内部に触媒担持体を保持して構成される。排ガスによる加熱前の保持マットの解放状態での厚さに対して、排ガスによる加熱後の保持マットの解放状態での厚さが１７０％以上であるので、保持マットの劣化による面圧低下を保持マットの充分な膨張による面圧上昇により補い、長期に亙って触媒担持体を確実に保持することができる。しかも、組付け時に保持マットを強く圧縮して面圧を高める必要がないため、過剰な面圧により触媒担持体が損傷する虞もない。【００１２】
また本発明の第３の特徴によれば、排ガスによる加熱前の保持マットの解放状態での密度が１００ｇ／ｃｍ３以上であるので、膨張率に比べて測定が容易な密度を用いて第１膨張率を２１０％以上に管理することが可能となり、生産性の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は排ガス浄化用触媒コンバータの縦断面図である。（第１の実施の形態）
【図２】図２は保持マットが初期膨張するメカニズムの説明図である。（第１の実施の形態）
【図３】図３はエンジンの運転サイクル数と保持マットの面圧との関係を示すグラフである。（第１の実施の形態）
【図４】図４は保持マットの第２膨張率と面圧との関係を示すグラフである。（第１の実施の形態）
【図５】図５は保持マットの製品密度と第２膨張率との関係を示すグラフである。（第１の実施の形態）
【符号の説明】
【００１４】
１１        排ガス浄化用触媒コンバータ
１２        金属シェル
１３        触媒担持体
１４        保持マット
α          クリアランス
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【第１の実施の形態】
【００１６】
図１は、自動車用の排気管に設けられる排ガス浄化用触媒コンバータ１１の縦断面を示すもので、排ガス浄化用触媒コンバータ１１のケーシングを構成するステンレス製の金属シェル１２は、円筒状の本体部１２ａと、本体部１２ａの排ガス流れ方向上流側に接続される上流側テーパー部１２ｂと、本体部１２ａの排ガス流れ方向下流側に接続される下流側テーパー部１２ｃとを結合して構成される。金属シェル１２の本体部１２ａの内部には、円筒状の触媒担持体１３が保持マット１４を介して保持される。
【００１７】
触媒担持体１３は、コージュライト、ムライト、アルミナ、アルカリ土類金属のアルミネート、炭化ケイ素、窒化ケイ素、あるいはこれらの類似物を含む耐熱性セラミックス製であり、軸方向に貫通して排ガスが通過可能な多数の細孔を有しており、排ガスが接触する表面に白金、ロジウム、パラジウムなどよりなる排ガス浄化触媒を担持する。
【００１８】
保持マット１４は、アルミナ繊維を集積して一定厚さのマット状に形成したもので、耐熱性および弾性を有している。矩形状に切断された保持マット１４を触媒担持体１３の外周面に一重に巻き付けたものを、保持マット１４を圧縮しながら金属シェル１２の本体部１２ａの内周面の軸方向に挿入すると、元の形状に復元しようとする保持マット１４の弾性により、金属シェル１２の本体部１２ａの内周面に保持マット１４を介して触媒担持体１３の外周面が保持される。
【００１９】
かかる保持マット１４は、以下のような工程で製造される。先ず、水中にアルミナの不連続繊維を投入して攪拌したものを水槽内に供給し、水槽内でアルミナ繊維を沈殿させてシート状に成形する。続いて、シートを脱水した後に所定厚さになるように熱プレスし、それを所定形状に裁断して保持マット１４を完成する。完成した保持マット１４のアルミナ繊維はバインダで固められているため、保持マット１４の厚さは一定に維持される。しかしながら、保持マット１４が例えば６００゜Ｃの排ガスに１時間程度晒されると、熱によってバインダが蒸発して保持マット１４は自己の弾性で初期膨張する。
【００２０】
保持マット１４を構成するアルミナ繊維の繊維長が短すぎると、繊維どうしが絡み合わないために反発力（弾性）が小さくなり、アルミナ繊維の繊維長が長すぎると、繊維が一方向に配向し易いために反発力（弾性）が小さくなり、アルミナ繊維の繊維長が適切であると反発力（弾性）が大きくなる。
【００２１】
従って、保持マット１４を製造する際の繊維長さや分量を調整することにより、保持マット１４を排ガスで加熱したときの初期膨張量を任意に設定することができる。更に、図２に示すように、比較例の保持マット１４のアルミナ繊維は、保持マット１４の長さ方向および幅方向を向いているものが多いため、バインダが機能を失ったときに厚さ方向に伸展するアルミナ繊維が少なくなって初期膨張量が小さく抑えられてしまうが、本実施の形態の保持マット１４のアルミナ繊維は、保持マット１４の厚さ方向を向いているものが多いため、バインダが機能を失ったときにアルミナ繊維を厚さ方向に伸展させて初期膨張量を大きくすることができる。
【００２２】
【表１】
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表１に示すように、本実施の形態の保持マット１４の厚さは、保持マット１４の状態に応じて変化する。すなわち、未使用状態（排ガス浄化用触媒コンバータ１１に組み付ける前の状態）の保持マット１４の厚さは７ｍｍ〜１８ｍｍであり（状態Ａ）、これを圧縮しながら金属シェル１２の本体部１２ａの内周面の軸方向に挿入すると、その厚さは金属シェル１２の本体部１２ａの内周面と触媒担持体１３の外周面との間のクリアランスα（図１参照）に等しい３ｍｍ〜７ｍｍに減少する（状態Ｂ）。未使用状態の保持マット１４は、高温の排ガスに晒されるとバインダが蒸発するために初期膨張するが、保持マット１４は実際には金属シェル１２の本体部１２ａの内周面と触媒担持体１３の外周間との間に挟まれて拘束されているため、面圧が変化するだけで厚さは変化しない。しかしながら、初期膨張した保持マット１４を金属シェル１２の本体部１２ａの内周面と触媒担持体１３の外周面との間から取り出すと、拘束を解かれて解放状態となった保持マット１４は自己の弾性で膨張して厚さが１５ｍｍ以上に増加する（状態Ｃ）。
【００２３】
本実施の形態では、保持マット１４の膨張率を第１膨張率および第２膨張率で定義する。第１膨張率は、状態Ｂの保持マット１４の厚さを１００％としたときの膨張率であり、状態Ｃでは保持マット１４が加熱されて膨張するために膨張率は状態Ｂに対して２１０％以上に増加する。
【００２４】
また第２膨張率は、状態Ａの保持マット１４の厚さを１００％としたときの膨張率であり、状態Ｂでは保持マット１４が圧縮されて金属シェル１２内に挿入されるために膨張率は状態Ａに対して１５％〜７０％に減少し、状態Ｃでは保持マット１４が加熱されて膨張するために膨張率は状態Ａに対して１７０％以上に増加する。従って、第１膨張率における膨張率２１０％は、第２膨張率における膨張率１７０％に対応することになる。
【００２５】
図３のグラフは、エンジンを始動してから停止するまでのサイクル数、つまり自動車の走行回数と、保持マット１４の面圧との関係を示すもので、実線は第２膨張率が２５８％のもの、破線は第２膨張率が１６３％のもの、鎖線は第２膨張率が１４２％のものに対応している。
【００２６】
サイクル数が数回あるいは数十回の間に、高温の排ガスに晒された保持マット１４はバインダが熱により蒸発することで柔らかくなり、金属シェル１２の本体部１２ａの内周面および触媒担持体１３の外周面に対する保持マット１４の面圧が急激に減少するが、第２膨張率が最も小さいもの（鎖線参照）は面圧の低下が最大である。またサイクル数が数百回あるいは数千回に増加すると、保持マット１４が劣化して次第に弾性が失われることで面圧が徐々に低下するが、第２膨張率が最も小さいもの（鎖線参照）は面圧の低下率が最大である。
【００２７】
一方、第２膨張率が中間のもの（破線参照）は、初期における面圧の低下は大きいものの、その後の面圧の低下率は極めて低く抑えられ、第２膨張率が最大のもの（実線参照）は、初期における面圧の低下が最小であり、その後の面圧の低下率も極めて低く抑えられることが分かる。
【００２８】
このように、加熱による保持マット１４の第２膨張率を１７０％以上（言い換えると、第１膨張率を２１０％以上）に設定することにより、保持マット１４の面圧を長期にわたって高い値に維持し、金属シェル１２の内部に保持マット１４を確実に保持することができる。その理由は、加熱によりバインダが蒸発し、保持マット１４が軟化して面圧が低下しても、それを保持マット１４の膨張による面圧の上昇で補うことで、面圧の最小値を触媒担持体１３の保持に必要な値以上に維持できるからである。
【００２９】
その後、サイクル数の増加に伴って保持マット１４の面圧が徐々に低下するが、第２膨張率（あるいは第１膨張率）が高い実施の形態の保持マット１４は、保持マット１４の劣化による面圧の低下を高い膨張率で抑制し、長期に亙って必要な面圧を維持することができる。
【００３０】
図４のグラフは、保持マット１４の第２膨張率と、保持マット１４の熱間時の初期面圧との関係を示すものである。ここで言う熱間時の初期面圧とは、加熱によりバインダが蒸発して保持マット１４が軟化し、その面圧が急激に低下した直後のものである。このグラフから、第２膨張率の増加に伴って保持マット１４の初期面圧が次第に増加し、第２膨張率が１７０％に達すると初期面圧は最大値に達し、第２膨張率が１７０％以上に増加しても初期面圧は前記最大値に維持されることが分かる。
【００３１】
図５のグラフは、保持マット１４の製品密度と第２膨張率との関係を示すグラフである。保持マット１４の製品密度は、加熱前の保持マット１４の解放状態での展開体積、すなわち保持マット１４が触媒担持体１３の外周面に巻き付く部分の体積で、保持マット１４の重量を除したものであり、その単位はｇ／ｃｍ３である。このグラフから明らかなように、製品密度は第２膨張率と相関関係を持っており、製品密度が１００ｇ／ｃｍ３であれば第２膨張率が１７０％以上（あるいは第１膨張率が２１０％以上）であることが保証される。製品密度は膨張率に比べて容易に測定可能であるため、膨張率に代えて製品密度を用いることにより、保持マット１４の膨張率を容易に管理して生産性を高めることができる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、排ガス浄化用触媒コンバータ１１の金属シェル１２の内周面と触媒担持体１３の外周面との間に配置される保持マット１４の第１膨張率を２１０％以上に設定したので、言い換えると保持マット１４の第２膨張率を１７０％以上に設定したので、排ガスによる加熱で保持マット１４を充分に膨張させ、保持マット１４の劣化による面圧の低下を補償することで、長期に亙って面圧を一定に維持して触媒担持体１３を確実に保持することができる。しかも、触媒担持体１３および保持マット１４を金属シェル１２の内部に装着するときに、触媒担持体１３の保持力を高めるべく、保持マット１４を過剰に圧縮する必要がないため、過剰な面圧による触媒担持体１３の損傷が発生する虞がない。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３４】
例えば、保持マット１４の繊維はアルミナ繊維に限定されるものではない。
【００３５】
また保持マット１４の厚さは表１に記載されたもの限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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