(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒保持体と該触媒保持体の外方を覆うシェルと、両者の間にセラミックファイバー層よりなる断熱シール材を配置してなる自動車用排気ガス浄化用コンバーターにおいて、前記断熱シール材は、アルミナ繊維不織布からなるセラミックファイバー層の上下面を熱融着フィルムで挟み減圧すると同時に該フィルムの周囲を熱融着して被覆したものからなり、かつその減圧被覆した時の嵩密度が0.10〜0.40ｇ／cm3で、前記触媒保持体と前記シェルとのクリアランスの1.0〜2.5倍の厚みを有することを特徴とする自動車用排気ガス浄化用コンバーター。
【請求項２】
前記セラミックファイバー層は、突き合わせ接合する端部に、凸状係合部もしくは凹状係合部とを設けてなるものである請求項１に記載の自動車用排気ガス浄化用コンバーター。
【請求項３】
触媒保持体と該触媒保持体の外方を覆うシェルと、両者の間にセラミックファイバー層よりなる断熱シール材を配置してなるコンバーターへの断熱シール材の取り付け方法において、
板状のアルミナ繊維の不織布からなるセラミックファイバー層を、熱融着フィルムで上下を挟んだのち減圧することにより厚みを減少させ、該セラミックファイバーの層の嵩密度を0.10〜0.40ｇ／cm3とするとともに、前記触媒保持体と前記シェルの組みたて後のクリアランスの1.0〜2.5倍の厚みとしたのち、該熱融着フィルムの周囲をホットメルトによって貼り合わせて密閉し、
その後、前記セラミックファイバー層を減圧密閉してなる断熱シール材を、前記触媒保持体と前記シェルとの間に配置し、加圧して組付けることを特徴とする、自動車用排気ガス浄化用コンバーターへの断熱シール材の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化用コンバーターおよびそのコンバーター用断熱シール材の取り付け方法、特に触媒保持体周囲とシェルとの間のシール材の組付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載する排気ガス浄化用コンバーター９は、図４に示すごとく、触媒保持体９４と該触媒保持体９４の外方を覆う金属製のシェル９２と、両者の間に配置した緩衝シール材９３とよりなるものが用いられている。上記触媒保持体９４には白金等の触媒が担持されている。触媒保持体９４としては、例えばその断面をハニカム状に成形したコージェライト担体を用いる。なお、図４において、符号９１０は排気パイプ９５取付用のフランジである。
【０００３】
上記緩衝シール材９３は、図５に示すごとく、金属ネット９３１により外周部分を補強した無機シート９３２を用いられていた。無機シート９３２はバーミキュライトとセラミックファイバーとの混合物をシート状に成形したものである（例えば、特許文献１）。上記緩衝シール材９３は、自動車の走行中等において触媒保持体９４が外周の金属製のシェルと当接した際の損傷を防ぎ、また、シェル９２と触媒保持体９４との間から排気ガスがリークすることを防ぐために用いられている。また、近年金属ネット９３１を用いる事なく、無機シート９３２のみを用いたコンバータも用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平２−５５３８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている上記緩衝シール材９３に使用されているバーミキュライトは、排気ガスの高い温度において、その内部に含まれている水分が徐々に蒸発していく。そのため、緩衝シール材は長期間の使用中に、膨張圧力が低下してしまう。このため、シェル９２と触媒保持体９４との間に隙間ができ、緩衝性及びシール性が低下してしまう。特に、バーミキュライトは、８５０℃を越えると、上記の水分蒸発が著しい。更に、近年燃費向上の為に普及しつつあるリーンバーンエンジンにおいては、排気ガス温度が９５０℃を越えることがある。このため、一層、バーミキュライトの膨張圧力の低下が問題になる。
【０００６】
そこで、耐熱性に優れ、かつ膨張圧力の低下のないセラミックファイバー層による緩衝シール材を使用することが考えられる。この場合には、図６に示すごとく、セラミックファイバー層９６により触媒保持体９４の周囲を布団のようにして覆い、これらを上シェル９２１と下シェル９２２との間に埋没させようとするものである。しかし、セラミックファイバーは大変脆い物質である。このため、図７に示すごとく、上シェル９２１及び下シェル９２２と触媒保持体９４との間にセラミックファイバー層９６を組入れる際に、強い力を加えたり、擦ったりすると、容易に粉体化してしまう。特に上記のごとく、触媒保持体９４の周囲をセラミックファイバー層９６で覆ったものを、下シェル９２２と上シェル９２１との間に無理に入れようとすると、両シェルの角部９２０とセラミックファイバー層の当接部分９６１において著しい摩擦や押圧力が働き、その当接部分９６１におけるセラミックファイバー層が崩れてしまい、緩衝シール材としての役目を果たさなくなってしまう。
【０００７】
そこで、従来のバーミキュライトを用いたシール材（（商品名：インタラムマット（３Ｍ社製）、イビウールフレックス（イビデン社製））に於いては、セラミックファイバーとバーミキュライトに、エマルジョンラテックス等のバインダーを添加し湿式抄造成形し、更に加圧プレス、乾燥といった工程をとり、セットするときの厚みを薄くし、通常排気ガスコンバーターに取り付け易いようにしていたが、前記耐熱性の問題のみでなく、複雑な工程をとる為、製造コストが高いという欠点があった。
【０００８】
本発明の目的は、かかる問題点に鑑み、断熱シール層が高温で劣化することなく、かつこの断熱シール層を損傷させることなく低コストで組付けることができる、排気ガス浄化用コンバータと、該コンバーターへの断熱シール材の取り付け方法を提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、触媒保持体と該触媒保持体の外方を覆うシェルと、両者の間にセラミックファイバー層よりなる断熱シール材を配置してなる自動車用排気ガス浄化用コンバーターにおいて、前記断熱シール材は、アルミナ繊維不織布からなるセラミックファイバー層の上下面を熱融着フィルムで挟み減圧すると同時に該フィルムの周囲を熱融着して被覆したものからなり、かつその減圧被覆した時の嵩密度が0.10〜0.40ｇ／cm3で、前記触媒保持体と前記シェルとのクリアランスの1.0〜2.5倍の厚みを有することを特徴とする自動車用排気ガス浄化用コンバータである。
【００１０】
また、本発明は、触媒保持体と該触媒保持体の外方を覆うシェルと、両者の間にセラミックファイバー層よりなる断熱シール材を配置してなるコンバーターへの断熱シール材の取り付け方法において、板状のアルミナ繊維の不織布からなるセラミックファイバー層を、熱融着フィルムで上下を挟んだのち減圧することにより厚みを減少させ、該セラミックファイバーの層の嵩密度を0.10〜0.40ｇ／cm3とするとともに、前記触媒保持体と前記シェルの組みたて後のクリアランスの1.0〜2.5倍の厚みとしたのち、該熱融着フィルムの周囲をホットメルトによって貼り合わせて減圧密閉し、その後、前記セラミックファイバー層を減圧密閉してなる断熱シール材を、前記触媒保持体と前記シェルとの間に配置し、加圧して組付けることを特徴とする、自動車用排気ガス浄化用コンバーターへの断熱シール材の取り付け方法である。
【００１１】
まず、上記触媒保持体としては、例えばハニカム状のものを用いる。また、上記触媒保持体は、例えばコージェライト、アルミナまたはクロム系ステンレス等により作成する。また、上記シェルは、例えば断面が長円形、円形の筒である。また、上記シェルは、例えば金属製である。また、上記断熱シール材は、上記セラミックファイバー層を熱融着フィルムで完全被覆してなるものであり、後述のごとく、触媒保持体とシェルの間に容易に埋設するものである。また、上記構造のコンバーターは、自動車製造工場において排気ガスパイプに接続される。そして、試運転の際には高温度の排気ガスによって、上記気密シートは焼却されてしまう。上記気密シートはコンバーターを排気ガスパイプに接続する前に焼却してもよい。
【００１２】
次に、上記断熱シール材の製作方法としては、上記セラミックファイバーを熱融着フィルムで上下から挟み、次いで真空パック装置の内部を減圧しながら該セラミックファイバー層の周囲をホットメルトにより貼り合わせ、完全密閉し、ファイバーシール体（断熱シール材）とし、これにより、上記セラミックファイバー層の厚みを減少させる。
【００１３】
前記断熱シール材の組み付け前厚みは、触媒保持体とシェルとの間に形成させるクリアランスの１．０〜２．５倍の厚さにしなけれはならない。上記ファイバーシール体の組み付け前厚みが上記クリアランスの１倍未満、即ち薄いと、コンバーター組立後の取り扱い、輸送時に、触媒保持体の位置がずれてしまったり、セラミック製の触媒保持体の場合、まれには、破損してしまうためである。また、２．５倍を越える厚さの場合は前述した如く、組立ての作業性が極めて悪くなるばかりか、セラミックファイバー層が崩れてしまうからである。
【００１４】
また、この減圧密閉後のセラミックファイバーの嵩密度は、０．１０〜０．４０ｇ／ｃｍ3 の範囲でなければならない。嵩密度が小さすぎると、セラミックファイバーの復元力が弱く、自動車のエンジン振動または走行振動により、触媒保持体４が踊り、セラミックファイバー層が粉化したり、摩滅するばかりでなく、排気ガスが、セラミックファイバー層を貫通してしまうからである。逆に、嵩密度が大きすぎると、後工程である加圧組立時の圧力でセラミックファイバー自体が圧壊したり、触媒保持体が、破損、変形してしまうからである。
【００１５】
次に、上記減圧密閉により厚みを薄くした断熱シール材を、触媒保持体にまきつけたのち、上シェルと下シェルを当て、上下より加圧して、上シェルと下シェルを密着させ、シェルの外周部をクリンチ加工したり、ボルト・ナットにて固定する。
【００１６】
次に、前記のごとく、上記断熱シール材のセラミックファイバー層を覆う気密シートは、上記排気ガス浄化用コンバーターの製作終了後に加熱焼却することもできる。また、排気ガス浄化用コンバーターが車両等へ組付けられた際においても、上記気密シートの一部または全部が残留していても構わない。
【００１７】
上記セラミックファイバー層としては、アルミナ繊維やシリカ−アルミナ繊維の不織布から選ばれる材料を用いる。これらの材料は耐熱性に優れた物質である。さらに、上記セラミックファイバー層は、材料コストを考慮して、高温となる触媒保持体側に高価ではあるがより耐熱性に優れたアルミナ繊維を配し、その外側の低温側に若干耐熱性に劣るが安価なシリカ−アルミナ繊維を配する等の２層構造とすることができる。
【００１８】
また、上記気密シートは、シリコン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、アイオノマー樹脂等の有機合成シートを用いる。特に、シェル内へのファイバーシール体の組付けが更に容易に行われるためには、気密シートの表面が良好な潤滑性を有することが好ましい。即ち、上記気密シートは、表面の摩擦係数の低い材料を用いることが好ましい。かかる点より、上記の気密シートの材料の中でポリ塩化ビニル、ポリエチレン、アイオノマー樹脂が最も好ましい。また、上記気密シートの外面に潤滑油等をコーティングし、潤滑性を増加させることも効果的である。
【００１９】
【作用及び効果】
本発明にかかる排気ガス浄化用コンバーターにおいては、触媒保持体とシェルとの間にシール層として断熱シール材が設けられるが、この断熱シール材は耐熱性に優れている。とくに、この断熱シール材のセラミックファイバー層は、排気ガス、特に高温のリーンバーン排気ガスに曝されても、従来のバーミキュライト製の緩衝シール材のように膨張圧力の低下による変形、品質の劣化を起こすことがない。
【００２０】
本発明の製造方法にあっては、上記排気ガス浄化用コンバーターにおける上記セラミックファイバー層は、気密シートで被覆され、気密シート内部が減圧された状態にある。そのため、上記セラミックファイバーはその厚みが減少するものの、触媒保持体とシェルとの間のクリアランスの1.0〜2.5倍大きい厚みとなる。それ故、上記セラミックファイバー層は複雑な工程を必要とすることなく、しかも確実容易にシェルと触媒保持体との間に組み付ける事ができるとともに、排気ガス浄化用コンバーター組立て後の取り扱い、輸送時に於いても、触媒保持体がシェルの内で動いたり、破損することがない。このように、脆いセラミックファイバー層は、これに損傷を与えることなく、容易にシェル内に組付けることができる。
【００２１】
上記のごとく、本発明によれば、シール層が高温で劣化することのない排気ガス浄化用コンバーターを、シール層を損傷させることなく低コストで確実容易に組付けることができる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
まず、本発明の実施例により製造される排気ガス浄化用コンバーターにつき、図１を用いて説明する。図１に示すごとく、本例の排気ガス浄化用コンバーター１は、触媒保持体４と、該触媒保持体４の外方を覆うシェル２と、両者の間に配置した断熱シール材を構成するセラミックファイバー層３１とよりなる。上記セラミックファイバー層３１は、気密シート３２により被覆されている。そして、上記セラミックファイバー層３１は、全体をアルミナファイバーとするか、触媒保持体４側をアルミナファイバー、シェル側をシリカ−アルミナセラミックファイバーの２層構造としたものを用い、上記気密シート３２はポリエチレン、上記触媒保持体４はコージェライトよりなるものとする。なお、符号３９は、上記セラミックファイバー層３１を配置する際に生じた継目である。上記シェル２は上シェル２１と下シェル２２とからなる。上記上シェル２１と下シェルと２２は、共に断面が半長円形の殻である。その両端には、ボルト穴２１１を有するフランジ２１０、２２０が設けられている。また、上記触媒保持体４は、断面が格子状のハニカム体である。上記断面は長円で、その大きさは、長径が１５０ｍｍ、短径が１００ｍｍである。本例の排気ガス浄化用コンバーター１においては、触媒保持体４とシェル２との間にシール層として、セラミックファイバー層３１を配設している。また、上記セラミックファイバー層３１は気密シート３２で被覆されている。これにより、耐熱性に優れてはいるが、脆く、摩擦等に弱い、セラミックファイバー層３１を損傷することなく、シェル２内に組付けることができる。このため、本例のセラミックファイバー層３１は、排気ガス、特に高温のリーンバーン排気ガスに曝されても、従来のバーミキュライト製の緩衝シール材のように膨張圧力の低下による変形、品質の劣化を起こすことがない。
【００２３】
次に、本発明である排気ガス浄化用コンバーターの製作方法を示す。図２（Ａ）に示すごとく、短辺１００ｍｍ、長辺４００ｍｍ、厚さ２５ｍｍ、嵩密度０．１０ｇ／ｃｍ3 の板状のセラミックファイバー３１を準備する。上記セラミックファイバー３１には端部に凹状係合部３１０、及び該凹状係合部３１０に突き合わせ接合させる凸状係合部３１１を設ける。一方、図２（Ｂ）に示すごとく、ポリエチレンよりなる熱融着フィルム３２を準備する。次いで、図２（Ｃ）の示すごとく、セラミックファイバー３１を上下から熱融着フィルム３２で挟み、これを真空パック装置により、内部を減圧すると同時に、セラミックファイバー３１の周囲のフィルム３２をホットメルトにより貼り合わせ、完全密閉する。次いで、フィルムの余分な部分を切断する。これにより、図２（Ｄ）に示すごとく、セラミックファイバー３１の厚みが減少し、厚み１０ｍｍ、嵩密度０．２５ｇ／ｃｍ3 となるファイバーシール体３ができる。この後、ファイバーシール体３の外面に潤滑油をコーティングした。次に、図３（Ａ）に示すごとく、触媒保持体４を上記ファイバーシール体３の上に載置する。次いで、図３（Ｂ）に示すごとく、該ファイバーシール体３を触媒保持体４の周囲に環状に被覆する。この時、上記セラミックファイバー３１の両端の凹状係合部３１０と凸状係合部３１１を互いに突き合わせ接合させる。この部分が継目３９である。次いで、図３（Ｃ）に示すごとく、上記ファイバーシール体３を下シェル２２の上部に置く。更にファイバーシール体３の上に上シェル２１を載置し加圧する。その後、フランジのボルト穴にボルトを挿入し、上シェル２１と下シェル２２とを固定する（図１）。上記のごとく、本例によれば、セラミックファイバー３１に損傷を与えることなく、セラミックファイバー３１を容易にシェル２と触媒保持体４との間に取付けることができ、排気ガス浄化用コンバーター１を容易に製作することができる。尚、このときの、触媒保持体４とシェル２のクリアランスは６ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により製造される排気ガス浄化用コンバーターの断面斜視図。
【図２】  実施例１の製作方法の説明図。
【図３】  図２に続く、実施例１の製作方法の説明図。
【図４】  従来における排気ガス浄化用コンバーターの縦断面図。
【図５】  従来における排気ガス浄化用コンバーターの緩衝シール材の構成図。
【図６】  従来における緩衝シール材の取付に関する説明図。
【図７】  図６に続く、緩衝シール材の取付に関する問題点の説明図。
【符号の説明】
１：排気ガス浄化用コンバーター
２：シェル
２１：上シェル
２２：下シェル
３：ファイバーシール体
３１：セラミックファイバー層
３２：気密シート
４：触媒保持体
【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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