(57)【要約】【課題】加熱時における排ガスのリークや触媒担持体の脱落を防止できると共に、触媒担持体の破損を防止できる触媒コンバータを提供すること。【解決手段】排ガス浄化触媒を担体に担持してなる触媒担持体２と、その外方を覆う金属シェル３と、これらの間に狭持された保持シール材３とからなる排ガス浄化用の触媒コンバータである。温度１５〜１１００℃において、触媒担持体２の線熱膨張係数は２〜１５×１０-6／℃であり、金属シェル３の線熱膨張係数は１０〜２５×１０-6／℃である。保持シール材３は、無機繊維をマット状に配してなると共に、温度１５〜１１００℃における熱伝導率が０．０３〜０．３Ｗ／ｍＫである。触媒コンバータ１においては、温度１５〜１１００℃における触媒コンバータ１の外方への金属シェル３の熱伸び量（ｍｍ）と触媒担持体２の熱伸び量（ｍｍ）との差である熱伸び量差が、−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒を担体に担持してなる触媒担持体と、該触媒担持体の外方を覆う金属シェルと、該金属シェルと上記触媒担持体との間に狭持された保持シール材とからなる排ガス浄化用の触媒コンバータにおいて、
上記触媒担持体は、温度１５℃〜１１００℃における線熱膨張係数が２〜１５×１０-6／℃であり、上記金属シェルは、温度１５℃〜１１００℃における線熱膨張係数が１０〜２５×１０-6／℃であり、
上記保持シール材は、無機繊維をマット状に配してなると共に、温度１５℃〜１１００℃における熱伝導率が０．０３〜０．３Ｗ／ｍＫであり、
上記触媒コンバータにおいては、温度１５℃〜１１００℃における上記触媒コンバータの外方への上記金属シェルの熱伸び量（ｍｍ）と上記触媒担持体の熱伸び量（ｍｍ）との差である熱伸び量差が、−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
請求項１において、上記熱伸び量差は、−０．２〜０．２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記保持シール材は、厚み４〜１８ｍｍ、かさ密度０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3で上記金属シェルと上記触媒担持体との間に配置されていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記保持シール材は、厚み６〜１０ｍｍ、かさ密度０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3で上記金属シェルと上記触媒担持体との間に配置されていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記担体は、フォルステライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、チタニア、及びジルコニアから選ばれる１種以上からなることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記保持シール材の無機繊維は、結晶質アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維等から選ばれる１種以上であることを特徴とする触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等から排出される排気ガスを浄化する排ガス浄化用の触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車には、エンジンから排出される排ガスを浄化するための触媒コンバータが装備されている。
図７に示すごとく、触媒コンバータ９０は、排ガス浄化触媒をセラミックス等からなる担体に担持してなる触媒担持体９３と、その外方を覆う金属製のシェル９５と、両者の間に配置した保持シール材９１とを有している。また、シェル９５の両端には、それぞれ入口接続部９７、出口接続部９８が溶接により結合され、触媒コンバータ９０は、エンジン９２から排出される排気ガスの配管９９の途中に配置される。
【０００３】
触媒コンバータ９０において、保持シール材９１は、触媒担持体９３とシェル９５との間から排気ガスが漏出することを防止すると共に、触媒担持体９３がシェル９５と接触して損傷することを防止する役割を果たすことができる。また、保持シール材９１は、一定の面圧で触媒担持体９３とシェル９５との間に配置される。そのため、触媒担持体９３とシェル９５とを一体的に保持する役割を果たすことができる。
【０００４】
また、触媒担持体９３に担持されている白金やパラジウム等の排ガス浄化触媒は、一般に例えば３００℃以上という高温でその活性を発揮することができる。したがって、触媒コンバータ９０の排ガス浄化作用を機能させるためには、触媒コンバータ９０を加熱する必要がある。そして、その加熱には、一般にエンジン９０から排出される高温の排ガス等の熱が利用されていた。
【０００５】
一方、近年、環境問題が世界的に注目されるなか、省エネルギー化を図る目的で、エンジン９０の排気量を少なくしつつ、その回転数を高くすることにより出力を得ようとする傾向がある。そして、エンジン９０の回転数を高くすると、一般にエンジンから排出される排ガスの温度が高くなる。実際、近年の高性能のエンジン９０から排出される排ガス温度は約９５０〜１１００℃という高温に達する。
【０００６】
したがって、触媒コンバータ９は、約９５０〜１１００℃という高温の排ガスによって、従来よりも高温で加熱される。さらに、触媒担持体９の活性温度への到達時間をより短くするために、触媒コンバータ９をよりエンジン９０側に近い位置に配置する傾向がある。そのため、触媒コンバータ９は、従来よりも、高温でかつ急速に加熱され、触媒コンバータ９への熱の負荷がますます増大していた。
その結果、触媒コンバータ９の加熱時に、保持シール材９１によって金属シェル９５の内側に保持されていた触媒担持体９３が金属シェル９５から脱落するという問題が発生するおそれがあった。また、触媒担持体９３と金属シェル９５との間から排ガスがリークしたり、触媒担持体９３が破損したりするおそれがあった。
【０００７】
これまでに、触媒担持体の落下防止のためには、耐熱金属からなる補助部品を備えた触媒コンバータが開発されている（特許文献１）。かかる触媒コンバータにおいては、補助部品によって触媒担持体が金属シェルに保持されているため、加熱時における落下等の不具合を防止することができる。
しかしながら、補助部品を備えた触媒コンバータにおいても、上述の排ガスがリークする問題や触媒担持体が破損する問題を回避することはできなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−３１７５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、加熱時における排ガスのリークや触媒担持体の脱落を防止できると共に、触媒担持体の破損を防止できる触媒コンバータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒を担体に担持してなる触媒担持体と、該触媒担持体の外方を覆う金属シェルと、該金属シェルと上記触媒担持体との間に狭持された保持シール材とからなる排ガス浄化用の触媒コンバータにおいて、
上記触媒担持体は、温度１５〜１１００℃における線熱膨張係数が２〜１５×１０-6／℃であり、上記金属シェルは、温度１５〜１１００℃における線熱膨張係数が１０〜２５×１０-6／℃であり、
上記保持シール材は、無機繊維をマット状に配してなると共に、温度１５〜１１００℃における熱伝導率が０．０３〜０．３Ｗ／ｍＫであり、
上記触媒コンバータにおいては、温度１５〜１１００℃における上記触媒コンバータの外方への上記金属シェルの熱伸び量（ｍｍ）と上記触媒担持体の熱伸び量（ｍｍ）との差である熱伸び量差が、−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする触媒コンバータにある（請求項１）。
【００１１】
本発明の触媒コンバータは、上記特定の線熱膨張係数を有する上記触媒担持体及び上記金属シェルと、上記特定の熱伝導率を有する上記保持シール材とからなる。そして、上記触媒コンバータにおいては、温度１５〜１１００℃における上記金属シェルと上記触媒担持体との上記熱伸び量差を−０．５〜０．５ｍｍにしている。即ち、上記触媒コンバータにおいては、１５〜１１００℃という温度範囲において伸縮する上記金属シェルと上記触媒担持体との寸法変化量の差を−０．５〜０．５ｍｍという特定の範囲内にしている。
そのため、上記触媒コンバータにおいては、上記保持シール材と上記金属シェルとの接触面における面圧の変化、及び上記保持シール材と上記触媒担持体との接触面における面圧の変化を小さくすることができる。それ故、上記触媒コンバータにおいては、上記触媒担持体と上記金属シェルとの間から排ガスがリークしたり、上記金属シェルから上記触媒担持体が脱落することを防止することができる。また、上記触媒担持体が破壊されることを防止できる。
【００１２】
以下、従来の問題点と共に本発明の作用効果につきさらに詳細に説明する。
本発明は、従来の触媒コンバータにおける、上述の触媒担持体の脱落や排ガスのリーク、及び触媒担持体の破壊等という問題の原因が、上記のごとく、上記触媒担持体と上記金属シェルとの熱膨張の違いにある点に着目してなされたものである。
【００１３】
即ち、一般に、触媒コンバータに高温の排ガスが供給されると、触媒担持体と金属シェルとは熱により膨張する。触媒担持体と金属シェルとは、ほとんどの場合において異なる熱膨張係数を有し、また触媒担持体と金属シェルとの間には保持シール材が配されているため、高温の排ガスが触媒コンバータに供給されたときにおける触媒担持体の伸びと金属シェルの伸びとの間には差が生じ易くなる。
【００１４】
具体的には、例えばエンジン始動時等のように触媒担持体に排ガスが供給されたときにおいては、金属シェルまで充分に熱の移動が起こらないため、金属シェルより触媒担持体の熱膨張が大きくなり易い。その結果、保持シール材の面圧が上昇し、触媒担持体の破損が起こるおそれがある。また、例えばエンジン始動後充分に触媒コンバータ全体が加熱されたとき等には、触媒担持体よりも金属シェルの熱膨張が大きくなり易い。その結果、保持シール材の面圧が低下し、触媒担持体と金属シェルとの間から排ガスがリークするおそれが生じる。さらに面圧が低下すると触媒担持体の金属シェルからの脱落がおこる。
【００１５】
本発明の触媒コンバータにおいては、上記のごとく、温度１５〜１１００℃において、上記金属シェルと上記触媒担持体との上記熱伸び量差を、−０．５〜０．５ｍｍという特定の範囲にしている。そのため、上記のごとく面圧の変化を小さくすことができ、上記触媒担持体の脱落、排ガスのリーク、及び上記触媒担持体の破壊等の問題を回避することができる。
【００１６】
このように、本発明によれば、加熱時における排ガスのリークや触媒担持体の脱落を防止できると共に、触媒担持体の破損を防止できる触媒コンバータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の触媒コンバータは、上記触媒担持体と、上記金属シェルと、上記保持シール材とからなる。そして、上記触媒コンバータにおいては、温度１５〜１１００℃における上記触媒コンバータの外方への上記金属シェルの熱伸び量（ｍｍ）と上記触媒担持体の熱伸び量（ｍｍ）との差である熱伸び量差が−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にある。
ここで、上記熱伸び量差は、後述のごとく、上記金属シェルの熱伸び量から上記触媒担持体の熱伸び量を引いた値である。
【００１８】
上記触媒コンバータの一般的な使用温度範囲である温度１５〜１１００℃において、上記触媒担持体の熱膨張係数は２〜１５×１０-6／℃である。また、温度１５〜１１００℃において、上記金属シェルの熱膨張係数は１０〜２５×１０-6／℃である。
上記触媒担持体の熱膨張係数が２×１０-6／℃未満の場合又は上記金属シェルの熱膨張係数が２５×１０-6／℃を越える場合には、上記触媒コンバータの加熱時に上記金属シェルと上記触媒担持体との上記熱伸び量差が大きくなり易く、温度１５〜１１００℃における上記熱伸び量差を０．５ｍｍ以下にすることが困難になるおそれがある。その結果、排ガスのリークや、上記触媒担持体の脱落が起こりやすくなるおそれがある。
一方、上記触媒担持体の熱膨張係数が２×１０-6／℃を越える場合又は上記金属シェルの熱膨張係数が１０×１０-6／℃未満の場合には、上記触媒コンバータの加熱時に上記金属シェルと上記触媒担持体との上記熱伸び量差が小さくなり易く、温度１５〜１１００℃における上記熱伸び量差を−０．５ｍｍ以上にすることが困難になるおそれがある。その結果、上記触媒担持体の破損が起こりやすくなるおそれがある。
【００１９】
また、温度１５〜１１００℃において、上記保持シール材の熱伝導率は０．０３〜０．３Ｗ／ｍＫである。熱伝導率０．０３Ｗ／ｍＫ未満の場合には、上記触媒コンバータの上記触媒担持体に排ガスが供給されて上記触媒コンバータが加熱される際に、上記金属シェルへの熱の移動が起こり難くなる。そのため、上記触媒コンバータの加熱時に上記金属シェルと上記触媒担持体との上記熱伸び量差が小さくなり易く、温度１５〜１１００℃における上記熱伸び量差を−０．５ｍｍ以上にすることが困難になるおそれがある。その結果、上記触媒担持体の破損が起こりやすくなるおそれがある。
一方、熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫを越える場合には、上記触媒コンバータの上記触媒担持体に排ガスが供給されて上記触媒コンバータが加熱される際に、上記金属シェルへの熱の移動が起こり易くなる。そのため、上記触媒コンバータの加熱時に上記金属シェルと上記触媒担持体との上記熱伸び量差が大きくなり易く、温度１５〜１１００℃における上記熱伸び量差を０．５ｍｍ以下にすることが困難になるおそれがある。その結果、排ガスのリークや、上記触媒担持体の脱落が起こりやすくなるおそれがある。
【００２０】
また、上記触媒コンバータにおいては、上記熱伸び量差が−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にある。上記熱伸び量差は、１５〜１１００℃という温度範囲における上記触媒コンバータの外方への上記金属シェルの熱伸び量（ｍｍ）と上記触媒担持体の熱伸び量（ｍｍ）との差である。
【００２１】
この熱伸び量差について、例えば上記触媒コンバータが略円柱状の場合について説明する（図１及び図２参照）。
触媒コンバータの加熱前における触媒担持体の直径をＬ0、加熱前における金属シェルの直径（内径又は外径）をＭ0とし、温度１５〜１１００℃の範囲内において加熱したときの触媒担持体の直径をＬ、金属シェルの直径をＭととすると、上記触媒担持体の熱伸び量はＬ−Ｌ0、上記金属シェルの熱伸び量はＭ−Ｍ0で表すことができる。そして、上記熱伸び量差をΔとすると、熱伸び量差は、下記の式（１）で表すことができる。
Δ＝（Ｍ−Ｍ0）−（Ｌ−Ｌ0）・・・（１）
【００２２】
上記触媒コンバータにおいて、上記熱伸び量差が−０．５ｍｍ未満の場合には、上記保持シール材の面圧が大きくなり、上記触媒担持体に破損が生じるおそれがある。一方０．５ｍｍを越える場合には、上記保持シール材の面圧が小さくなり、その結果、上記触媒担持体と上記金属シェルとの間から排ガスがリークしたり、上記触媒担持体が上記金属シェルから脱落するおそれがある。
【００２３】
より好ましくは、上記熱伸び量差は、−０．２〜０．２ｍｍの範囲内にあることがよい（請求項２）。
この場合には、保持シール材の面圧の変化をより小さくすることができる。その結果、上述の触媒担持体の破壊、排気ガスのリーク、及び触媒担持体の脱落という問題をより高い信頼性で回避することができる。
【００２４】
上記金属シェルと上記触媒担持体との間には、上記保持シール材が狭持されている。
好ましくは、上記保持シール材は、厚み４〜１８ｍｍ、かさ密度０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3で上記金属シェルと上記触媒担持体との間に配置されていることがよい（請求項３）。
この場合には、上記触媒コンバータにおいて、上記熱伸び量差を小さくすることができる。そのため、上記熱伸び量差を例えば−０．５〜０．５ｍｍという範囲内にすることが容易になる。
【００２５】
厚みが４ｍｍ未満の場合には、上記無機繊維からなる上記保持シール材が充分な断熱性を発揮できず、上記触媒コンバータの加熱時に金属シェルが容易に加熱される。その結果、金属シェルの熱膨張量が大きくなりやすく、排ガスのリークや、触媒担持体の脱落が起こり易くなるおそれがある。一方、１８ｍｍを越える場合には、保持シール材の断熱性高くなりすぎて、触媒担持体の熱膨張量が大きくなり易い。その結果、触媒担持体の破壊が起こりやすくなるおそれがある。
【００２６】
また、かさ密度が０．１５ｇ／ｃｍ3未満の場合には、無機繊維からなる上記保持シール材を上記金属シェルと上記触媒担持体との間に配置する際に、上記保持シール材が上記触媒担持体を保持する程の充分な面圧を確保することが困難になり、触媒担持体の脱落が起こりやすくなるおそれがある。一方、１．０ｇ／ｃｍ3を越える場合には、無機繊維からなる上記保持シール材を配置する際に、高い面圧で上記金属シェルと上記触媒担持体との間に配置する必要が生じるため、触媒担持体が破損するおそれがある。また、この場合には、上記保持シール材の断熱性が小さくなり、上記触媒コンバータの加熱時に金属シェルの熱膨張量が大きくなりやすく、排ガスのリークや、触媒担持体の脱落が起こりやすくなるおそれがある。
【００２７】
より好ましくは、上記保持シール材は、厚み６〜１０ｍｍ、かさ密度０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3で上記金属シェルと上記触媒担持体との間に配置されていることよい（請求項４）。
この場合には、上記熱伸び量差を一層小さくすることができる。そのため、上記熱伸び量差を上記のごとく例えば−０．２〜０．２ｍｍという範囲内にすることが容易になる。
【００２８】
また、上記触媒担持体は、上記排ガス浄化触媒を担体に担持してなる。
上記担体は、フォルステライト、ムライト、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、チタニア、及びジルコニアから選ばれる１種以上からなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記触媒担持体の熱膨張係数を低くすることができ、上記触媒担持体の膨張により上記保持シール材が損傷することを防止することができる。また、その他にも、上記担体としては耐熱金属材料等からなるものを用いることができる。
上記触媒担持体の形状としては、略円柱状、楕円柱状、多角柱状等がある。
【００２９】
また、上記排ガス浄化触媒としては、例えば白金、パラジウム等の貴金属を主成分とするものを用いることができる。
また、上記金属シェルとしては、例えばステンレス合金鋼等の耐熱合金鋼からなるもの等を用いることができる。また、金属シェルとしては、例えば内径８０〜４００ｍｍの円筒状のもの等を用いることができる。
【００３０】
また、上記保持シール材は、無機繊維をマット状に配してなる。
上記無機繊維は、結晶質アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維等から選ばれる１種以上であることが好ましい（請求項６）。
この場合には、温度１５℃から１１００℃に至るまで、上記保持シール材が安定した発生面圧を維持することができる。
【００３１】
上記保持シール材は、例えば次のようにして無機繊維からなるマット状物を作製し、該マット状物に有機バインダーを添着させることにより作製することができる。
即ち、まず、焼成後にアルミナ繊維等の無機繊維を生成する無機繊維の前駆体と、ポリビニルアルコール等の有機重合体と、水とを含有する紡糸液を作製する。次いで、該紡糸液をブローイング法により紡糸し、得られる無機繊維の前駆体の集合体を焼成する。このようにして無機繊維からなるマット状物を得ることができる。
また、上記紡糸後に得られる上記前駆体の集合体を折りたたみ、積み重ねて積層状態にした後、ニードルパンチング処理を施し、焼成することによりマット状物を作製することもできる。ニードルパンチング処理を行うことにより、上記前駆体の積層体のかさ高さを解消して扱い易くすることができると共に、積層間を強化することができる。
【００３２】
上記マット状物は、上記無機繊維中に、所謂ショットと呼ばれる球状物質を含有する場合がある。上記マット状物中に含まれる直径（最大径）４５μｍ以上の上記球状物質の含有量は７ｗｔ％以下であることが好ましい。上記球状物質の含有量が７ｗｔ％を越える場合には、上記保護シール材を上記触媒担体及び上記シェルに、かさ密度（ＧＢＤ）０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3で組み付ける際に、上記無機繊維が損傷し、無機繊維が飛散し易くなり、作業環境を悪化させてしまうおそれがある。
【００３３】
また、上記無機繊維の平均繊維長は２５０μｍ以上であることが好ましい。
平均繊維長が２５０μｍ未満の場合には、無機繊維同士が充分に絡み合わず、上記保持シール材を上記触媒コンバータに用いた際に、排ガスにより上記保持シール材が風蝕され易くなるおそれがある。より好ましくは、平均繊維長は５００μｍ以上がよい。
【００３４】
次に、上記マット状物の無機繊維に有機バインダーを添着させることにより上記保持シール材を作製することができる。
上記有機バインダーとしては、例えば各種ゴム、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。
【００３５】
各種ゴムとしては、例えば天然ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム等を用いることができる。アクリルゴムとしては、例えばエチルアクリレートとクロロエチルビニルエーテルとの共重合体、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリルとの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリルとの共重合体等がある。ニトリルゴムとしては、例えばブタジエンとアクリロニトリルとの共重合体等がある。
熱可塑性樹脂としては、アクリル系樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等を用いることができる。具体的には、例えばアクリル酸、アクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等から選ばれる１種の単独重合体、又は／及び２種以上の共重合体等がある。
熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００３６】
好ましくは、上記有機バインダーは、アクリル又はアクリル系樹脂であることがよい。
この場合には、上記マット状物の無機繊維表面に、上記有機バインダーをより均一に添着させることができる。また、乾燥工程後の上記有機バインダーの伸びが良くなり、繊維を無理に拘束することを防止できる。そのため、上記触媒担体及び上記シェルへの組み付け作業時等における無機繊維の折れを防止し、無機繊維の空中への飛散を抑制することができる。
【００３７】
上記有機バインダーの上記無機繊維への添着は、上記有機バインダーを水に分散してなる水分散液を作製し、該水分散液を上記マット状物に含浸させる含浸工程と、水分散液を含むマット状物を乾燥させる乾燥工程とを行うことにより実施できる。
上記乾燥工程においては、加熱及び圧縮を行うことが好ましい。
この場合には、上記マット状物から余分な水分を容易に除去することができる。また、上記有機バインダーの接着力を利用して圧縮状態の上記保持シール材を得ることができる。このように圧縮状態にすることにより、上記保持シール材の上記触媒担体及び金属シェルへの組み付け作業を容易に行うことができる。
さらに、圧縮状態の上記保持シール材を用いた上記触媒コンバータに排ガスを供給すると、熱により上記保持シール材に含まれる有機バインダーを焼失させることができる。その結果、圧縮された上記保持シール材が復元するため、該保持シール材を上記触媒担体と上記シェルとの間により強固に保持させることができる。
【００３８】
上記乾燥工程は、例えば温度９５〜１５５℃で行うことができる。
乾燥の温度が９５℃未満の場合には、乾燥時間が長くなり生産効率が悪くなるおそれがある。一方１５５℃を越える場合には、上記有機バインダーの分解が始まり、上記有機バインダーの粘着能力が損なわれるおそれがある。また、乾燥時間は１００秒以上が好ましい。１００秒未満の場合には充分に乾燥ができないおそれがある。
また、圧縮は、上述のごとく、上記保持シール材を上記金属シェルと上記触媒担持体との間に狭持させたときの上記保持シール材の厚みが４〜１８ｍｍ、かさ密度が０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3となるように行うことが好ましい。
【００３９】
また、上記保持シール材における上記有機バインダーの添着率は、０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％であることが好ましい。
添着率が０．５ｗｔ％未満の場合には、上記保持シール材の表面から上記無機繊維が飛散するおそれがある。一方、１．５ｗｔ％を越える場合には、有機バインダー量が多くなり、上記保持シール材から非メタン炭化水素、窒素酸化物等の有害ガスが発生するおそれがある。
【００４０】
また、上記含浸工程と上記乾燥工程との間に、上記マット状物に添着された上記有機バインダーの余分な固形分を取り除く固形分除去工程を行うことができる。これにより、上記含浸工程において上記マット状物に必要量以上に添着した上記有機バインダーの余分な固形分を取り除くことができる。上記固形分除去工程は、例えば吸引等により行うことができる。
【００４１】
このようにして得られる上記保持シール材を上記触媒担持体に被覆し、保持シール材によって被覆された触媒担持体を金属シェル内に配置することによって上記触媒コンバーターを作製することができる。このとき、金属シェルの配置構造としては、圧入構造、クラムシェル構造、巻〆構造、縮管構造等をとることができる。
圧入構造は、シール材によって被覆された上記触媒担持体を円筒状の金属シェルに加圧挿入する構造のことである。かかる構造によれば、金属シェルの装着を容易に行うことができる。また、クラムシェル構造は、二つに分割された金属シェル内に、保持シール材によって被覆された触媒担持体を装着し、金属シェルの合わせ部分を溶接する構造のことである。かかる構造によれば、円柱形状のみならず、多角柱形状等の多様な形状の触媒担持体の装着が可能となる。巻〆構造は、保持シール材によって被覆された触媒担持体に金属板を巻〆る構造のことである。かかる構造によれば緩みのない装着が可能となる。縮管構造は、保持シール材によって被覆された触媒担持体を例えば円筒状の金属シェル内に配置し、該金属シェルを縮管により縮めて密着させた構造のことである。かかる構造によれば最適に保持圧力を調整することができる。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
次に、本発明の実施例にかかる触媒コンバータにつき、図１〜図６を用いて説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例の触媒コンバータ１は、触媒担持体２と、金属シェル３と、保持シール材４とからなる。
触媒担持体２は、排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒を略円柱状の担体に担持してなる。金属シェル３は、略円筒状であり、触媒担持体の外方を覆うように配置されている。また、保持シール材４は、触媒担持体２と金属シェル３との間に狭持されている。
【００４３】
本例において、触媒担持体２は、１５℃〜１１００℃の温度範囲における線熱膨張係数が２〜１５×１０-6／℃内にある。また、金属シェル３は、１５℃〜１１００℃の温度範囲における線熱膨張係数が１０〜２５×１０-6／℃にある。
保持シール材４は、無機繊維をマット状に配してなり、１５℃〜１１００℃の温度範囲における熱伝導率が０．０３〜０．３Ｗ／ｍＫにある。
また、触媒コンバータ１においては、１５℃〜１１００℃の温度範囲における触媒コンバータ１の外方への金属シェル３の熱伸び量（ｍｍ）と触媒担持体２の熱伸び量（ｍｍ）との差である熱伸び量差が、−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にある。
【００４４】
以下、本例の触媒コンバータについて、さらに詳細に説明する。
図１〜図３に示すごとく、触媒コンバータ１において、触媒担持体２の上記担体としては、略円柱状（常温（温度１５℃）における外径（直径）Ｌ0約２５０ｍｍ、長さ３００ｍｍ）で、その横断面をハニカム状に成形した炭化珪素担体を用いた。この担体には、その軸方向に沿って多数の角状穴（セル）２２が設けてある。そして、このセル２２の間には、その隔壁である多数のハニカム壁２１が形成されている（図１参照）。担体のセルサイズは１２ｍｉｌであり、セル数は２００である。また、担体には、白金又はパラジウムを主成分とする排ガス浄化触媒が担持されている（図示略）。
触媒担持体２は、温度１５〜１１００℃における線熱膨張係数が２〜１５×１０-6／℃の範囲内にある。
【００４５】
また、金属シェル３は、円筒状（常温（温度１５℃）における外径Ｍ0約２６９ｍｍ、厚み約１．５ｍｍ）で、耐熱合金鋼（ステンレス合金鋼、ＳＵＳ４０９）からなる。この金属シェル３は、温度１５〜１１００℃における線熱膨張係数が１０〜２５×１０-6／℃にある。
【００４６】
保持シール材４は、結晶質アルミナ繊維からなるマット状物と、該マット状物に添着されたアクリル系樹脂とからなる。保持シール材は、厚み８ｍｍ、かさ密度０．３５ｇ／ｃｍ3で金属シェル３と触媒担持体２との間に狭設されている。そして、この保持シール材４によって、触媒担持体２は金属シェル３内に保持されている。
【００４７】
触媒コンバータ１においては、その外方への金属シェルの熱伸び量（ｍｍ）と触媒担持体の熱伸び量（ｍｍ）との差である熱伸び量差が、温度１５〜１１００℃の温度範囲において−０．５〜０．５ｍｍとなるように、上記のごとく保持シール材４の厚み及びかさ密度が調整されている。
【００４８】
次に、本例の触媒コンバータの製造方法につき、説明する。
まず、上記保持シール材を準備する。
具体的には、まず、アルミニウム含有量７０ｇ／ｌ、Ａｌ／Ｃｌ＝１．８（原子比）の塩基性塩化アルミニウム水溶液を準備した。この塩化アルミニウム水溶液に、シリカゾルを配合し、アルミナ繊維の前駆体を形成した。なお、シリカゾルは、アルミナ繊維の組成がＡｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝７２±２：２８±２となるように配合した。
【００４９】
次いで、アルミナ繊維の前駆体にポリビニルアルコール等の有機重合体を加えた。その後、濃縮して紡糸液を調整し、この紡糸液を用いてブローイング法により紡糸した。
その後アルミナ繊維前駆体を折りたたみ、折りたたんだものを積み重ねてアルミナ繊維前駆体の積層シートを作製した。
【００５０】
次に、図４に示すごとく、積層シート４０にニードルパンチング処理（ニードリング）を施した。このニードルパンチング処理は、突き刺し方向に往復運動可能なニードルボード５１と、この処理を行おうとする積層シート４０の表裏両面を支持する一対の支持板５２とを有するニードルパンチ装置５によって行われる。
【００５１】
ニードルボード５１には、積層シート４０に突き刺すための多数のニードル５３が固定されている。ニードル５３は、ニードルボード１００ｃｍ2の中に約５００個の密度で固定されている。また、支持板５２には、ニードル用の通過穴５２０が設けられている。
そして、一対の支持板５２の間に積層シート４０を通過させると共に、ニードルボード５１を往復運動させると、積層シート４０にニードル５３が突き刺さり、積層シート２１０内の繊維同士に絡み合いが形成される。
【００５２】
次いで、ニードルパンチング処理後の積層シートを焼成し、目付け量約１５００±１５０ｇ／ｃｍ2のアルミナ繊維のマット状物を得た。なお、焼成は、常温から昇温し、最高温度１２５０±５０℃で連続焼成することにより行った。
【００５３】
次に、上記マット状物を、縦５００〜１４００ｍｍ×横５１０００〜５２５００ｍｍ、厚み１６．８ｍｍの寸法に裁断した。また、マット状物について、篩と秤量計を用いてφ４５ｍｍ以上のショット含有率を測定したところ、７ｗｔ％未満であった。
【００５４】
次に、裁断後のマット状物に有機バインダーの水分散液を含浸させる。
具体的には、有機バインダーの水分散液としては、アクリル系樹脂水分散液（日本ゼオン社製の「Ｌｘ８１１」、固形分濃度５０±１０％、５．５〜７．０ｐＨ）を樹脂濃度が０．５〜３０ｗｔ％になるように調整したものを用いた。この水分散液をコンベアー上に配置した上記マット状物に、かけ流し方式で含浸させた。
【００５５】
次いで、マット状物に付着した過剰の有機バインダーの固形分を取り除くため、１秒以上の吸引を行った。吸引後、秤量計により有機バインダーの含浸率を測定したところ、含浸率は５５ｗｔ％であった。
【００５６】
その後、マット状物の加熱圧縮乾燥を行った。加熱圧縮乾燥は、温度９５〜１５５℃、乾燥時間１００秒以上、乾燥時の加圧狭設間隔６．５ｍｍという条件で行った。
このようにして、樹脂添着率１．５ｗｔ％、厚み１４．４ｍｍの保持シール材を得た。
なお、本例において作製した保持シール材は、その後打ち抜き等を行うことにより、所望の大きさ・形状に調整することができる。
【００５７】
次に、外径（直径）Ｌ0約２５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの略円柱状で、その横断面がハニカム状の炭化珪素担体（セルサイズは１２ｍｉｌ、セル数は２００）に、白金又はパラジウムを主成分とする排ガス浄化触媒が担持された触媒担持体を準備した。また、ＳＵＳ４０９からなり、常温（温度１５℃）における外径Ｍ0約２６９ｍｍ、厚み約１．５ｍｍである金属シェルを準備した。
【００５８】
そして、触媒担持体２に、上記のようにして作製した保持シール材４を巻き付け（図５（Ａ）、（Ｂ）参照）、その巻き付けを行った一体品１０を金属シェル３の内部に圧入により組み付けた（図６参照）。圧入条件は、圧入加重１００００Ｎ、圧入スピード６０００ｍｍ／ｓｅｃである。このとき、触媒担持体２と金属シェル３との間に狭持された保持シール材４の厚みは、８ｍｍで、かさ密度は０．３５ｇ／ｃｍ3であった。
このようにして、図１〜図３に示すごとく金属シェル３と、触媒担持体２と、両者の間に狭持された保持シール材４とからなる排ガス浄化用の触媒コンバータ１を作製した。これを試料Ｅ１とする。
【００５９】
なお、本例においては、厚み１４．４ｍｍの保持シール材を作製し、この保持シール材を触媒担持体と金属シェルとの間（隙間８ｍｍ）に狭持させているが、例えば厚み７．２ｍｍの保持シール材を２枚準備し、これらを積層させた状態で狭持させることもできる。
【００６０】
（実施例２）
次に、本例においては、触媒担持体と金属シェルとの間に狭設する保持シール材の厚み、及び触媒担持体の材質等が実施例１の試料Ｅ１とは異なる複数の触媒コンバータ（試料Ｅ２〜試料Ｅ８、及び試料Ｃ１〜試料Ｃ６）を作製する。
【００６１】
試料Ｅ２は、保持シール材を金属シェルと触媒担持体との間に厚み１０ｍｍ、かさ密度０．３５ｇ／ｃｍ3で狭設して作製した触媒コンバータである。
その作製にあたっては、まず、実施例１とは厚みの異なる保持シール材を作製した。即ち、まず実施例１と同様に、結晶質アルミナ繊維からなるマット状物を作製し、該マット状物を縦５００〜１４００ｍｍ×横５１０００〜５２５００ｍｍ、厚み２０．４ｍｍの寸法に裁断した。次いで、実施例１と同様にして、マット状物に有機バインダーの水分散液を含浸し、吸引後、加熱圧縮乾燥して、樹脂含浸率１．５ｗｔ％、厚み１９．４ｍｍの保持シール材を作製した。
【００６２】
次に、実施例１と同様に、横断面がハニカム状に成形された炭化珪素担体に、白金又はパラジウムを主成分とする排ガス浄化触媒が担持された触媒担持体を準備した。本例において、触媒担持体は、常温（温度１５℃）における外径約２５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状である。
また、実施例１と同様に、ＳＵＳ４０９からなる金属シェルを準備した。本例において金属シェルは、常温（温度１５℃）における外径約２７３ｍｍ、厚み約１．５ｍｍの円筒状である。
【００６３】
次いで、実施例１と同様にして、触媒担持体に、保持シール材を巻き付けた一体品を金属シェルの内部に圧入により組み付け、触媒コンバータ（試料Ｅ２）を作製した。試料Ｅ２において、触媒担持体と金属シェルとの間に狭持された保持シール材の厚みは、１０ｍｍで、かさ密度は０．３５ｇ／ｃｍ3であった。
【００６４】
また、試料Ｅ３〜試料Ｅ８、試料Ｃ１、試料Ｃ２も、上記試料Ｅ２と同様に、実施例１の試料Ｅ１とは、実施例１の上記試料Ｅ１とは異なる厚みで保持シール材を狭持させて作製したものである。その作製にあたっては、上記試料Ｅ２と同様に、金属シェルの外径及び内径、触媒担持体の外径、組み付け前の保持シール材の厚み等を変更することにより、上記試料Ｅ１とは異なる厚みで保持シール材を狭持させて作製した。各試料における保持シール材の厚みを後述の表１に示す。
【００６５】
また、試料Ｃ３〜試料Ｃ６の触媒コンバータは、触媒担持体の担体として、コージェライトからなる担体を用いて作製したものである。さらに、試料Ｃ３〜試料Ｃ６は、上記試料Ｅ２と同様に、金属シェルの外径及び内径、触媒担持体の外径、組み付け前の保持シール材の厚み等を変更することにより、実施例１の上記試料Ｅ１とは異なる厚みで保持シール材を狭持させて作製したものである。各試料における保持シール材の厚みを後述の表１に示す。
【００６６】
なお、本例においては、触媒担持体と金属シェルとの間に狭持させる保持シール材として、一枚の保持シール材を用いたが、２枚以上の保持シール材を積層させた状態で狭持させることもできる。
【００６７】
（実験例）
次に、本例においては、実施例１及び実施例２において作製した各試料（試料Ｅ１〜試料Ｅ８及び試料Ｃ１〜試料Ｃ６）の触媒コンバータについて熱間荷重試験を行い、各試料における触媒担持体のズレ及び破損の評価を行った。
即ち、熱間抜き荷重試験機に各試料を装着し、試験機に内蔵の電熱線により各試料を加熱すると共に、一定の荷重（圧力）を負荷し、このときの触媒担持体のズレ及び破損を目視にて調べた。
【００６８】
より具体的には、各試料を荷重試験機に装着し、電熱線により温度８５０℃で加熱し、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量を直尺によって測定し、熱伸び量差を調べた。熱伸び量差は、加熱前後における金属シェルの内径の変化量から加熱前後における触媒担持体の直径の変化量を引くことによって算出した。その結果を表１に示す。なお、加熱温度８５０℃は、エンジンを始動させ、回転数約８０００ｒｐｍでエンジンの回転を維持したときにかかる温度に相当する。
また、加熱と共に、各試料を圧力５０ｋＰａで加圧し、触媒担持体の金属シェルからのズレと触媒担持体の破損の有無を目視にて観察した。その結果を表１に示す。なお、圧力５０ｋＰａは、回転数約８０００ｒｐｍでエンジンを回転させたときの排ガスによる排圧の大きさに相当する。
【００６９】
【表１】
2006299966.tif 000003
【００７０】
表１より知られるごとく、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差が−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にある試料Ｅ１〜試料Ｅ８の触媒コンバータは、触媒担持体の金属シェルからのズレや触媒担持体の破損等の不具合は観察されなかった。これに対し、熱伸び量差が−０．５〜０．５ｍｍの範囲から外れる試料Ｃ１〜試料Ｃ６は、触媒担持体のズレ又は破損が観察された。
したがって、触媒コンバータにおいては、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差を−０．５〜０．５ｍｍの範囲内にすることにより、金属シェルから触媒担持体がズレて排ガスがリークしたり、触媒担持体が金属シェルから脱落したりすることを防止できると共に、触媒担持体が破損することを防止できることがわかる。
【００７１】
また、試料Ｅ１〜試料Ｅ８においては、かさ密度０．３５ｇ／ｃｍ3装着したときの保持シール材の厚みが４〜１８ｍｍの範囲内にある。そして、保持シール材の厚みを４〜１８ｍｍという特定の範囲に調整することにより、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差を−０．５〜０．５ｍｍという範囲内に容易に制御できることがわかる。
表１には明確に示していないが、上記金属シェルと上記触媒担持体との間に狭持された保持シール材の厚みを４〜１８ｍｍ、かさ密度を０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3という範囲に調整することにより、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差を−０．５〜０．５ｍｍという範囲内に容易に制御できることを確認している。
【００７２】
また、上述のごとく、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差が−０．５〜０．５ｍｍという範囲を越えると、目視にて確認できる程度の触媒担持体のズレや破損が発生する（試料Ｃ１〜試料Ｃ６）。したがって、上記熱伸び量差を例えば−０．２〜０．２ｍｍという範囲内にすることにより、より確実に触媒担持体のズレや破損を防止できると考えられる。
【００７３】
表１より知られるごとく、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差が−０．２〜２．０ｍｍの範囲内にある試料Ｅ１〜試料Ｅ３においては、かさ密度０．３５ｇ／ｃｍ3で装着したときの保持シール材の厚みが６〜１０ｍｍの範囲内にある。したがって、保持シール材の厚みを６〜１０ｍｍという特定の範囲に調整することにより、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差を−０．２〜０．２ｍｍという範囲内に容易に制御できることがわかる。
なお、表１には明確に示していないが、上記金属シェルと上記触媒担持体との間に狭持された保持シール材の厚みを６〜１０ｍｍ、かさ密度を０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ3という範囲に調整することにより、金属シェルと触媒担持体との熱伸び量差を−０．２〜０．２ｍｍという範囲内に容易に制御できることを確認している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１にかかる、触媒コンバータの全体を示す斜視図。
【図２】実施例１にかかる、触媒コンバータの正面図。
【図３】実施例１にかかる、触媒コンバータの側面図。
【図４】実施例１にかかる、ニードルパンチング装置を示す説明図。
【図５】実施例１にかかる、（Ａ）保持シール材を触媒担持体に巻き付ける前の状態（Ｂ）保持シール材を触媒担持体に巻き付けている状態を示す説明図。
【図６】実施例１にかかる、保持シール材を触媒担持体に巻き付けて形成した一体品を金属シェルに配置する状態を示す説明図。
【図７】従来の排気ガス浄化用の触媒コンバータをエンジンの排気管の途中に配置した状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００７５】
１  触媒コンバータ
２  触媒担持体
２１  隔壁
２２  セル
３  金属シェル
４  保持シール材
【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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【図６】
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【図７】
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