(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする触媒コンバータのシール材の製造方法。
（１）無機短繊維積層体の前駆体を、その縦方向１ｍ、横方向１ｍの面積当たり少なくとも１０本の連続無機繊維糸の前駆体で縫製して連続繊維糸縫製前駆体マットする。
（２）上記連続繊維糸縫製前駆体マットを焼成して無機繊維成形体とする。
（３）上記無機繊維成形体の上方から樹脂ラテックスを散布する一方、下方から吸引を行って樹脂含浸させる。
（４）この樹脂含浸された無機繊維成形体を上下から圧縮しながら乾燥し樹脂分を固化させる。
【請求項２】
無機短繊維積層体の前駆体及び連続無機繊維糸の前駆体の組成が、いずれもアルミナ成分６０〜１００重量％、シリカ成分４０〜０重量％であることを特徴とする請求項１記載のシール材の製造方法。
【請求項３】
連続無機繊維糸の前駆体による縫製が、無機短繊維積層体の前駆体の縦方向１ｍ、横方向１ｍの面積当たり、１０〜４０本であることを特徴とする請求項１又は２記載のシール材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒コンバータのシール材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車排気ガス浄化用触媒コンバータは、内燃機関からの排気ガス中に含まれるＣＯ，ＮＯx等の有害成分を無害化させるものとして車両用内燃機関に広く利用されている。このような触媒コンバータは、主としてセラミック製触媒担体と触媒担体の外側を覆う金属製シェルとの間に配置され、セラミック製触媒担体の振動等による破損を防止すると共に排気ガスのリークを防止するための無機シート層とから構成されている。
【０００３】
近年、燃費向上のための排気ガス高温化への対応、及び長時間の使用安定性等の観点から、無機シート層としてはアルミナ質の繊維積層体が普及しつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、無機シート層として使用されているアルミナ質繊維積層体は積層体内部で繊維層間の剥離が起こりやすく、ハニカム状触媒担体と金属製シェルとの間に組み付けるためには特殊な治具を必要とし、またアルミナ質繊維積層体を予めフィルムで真空パックするなど特殊な加工を行い、剥離を防止する必要があった。また、組み付けた後の使用中においても繊維層間の剥離のため触媒担体が無機シート層から抜け落ちるといった問題があった。
【０００５】
このような剥離を防止するための手段としては、アルミナ繊維の焼成前の前駆体積層体にニードルパンチを施し、ブランケット状成形体を得る方法が提案されている。この方法は強度の高い成形体を得ることができるとされているが、この方法においても剥離強度は１ｇ／ｃｍ２以下と低いものであった。
【０００６】
一方、アルミナ質繊維積層体を触媒担体と金属製シェルとの間に組み付けるための加工法として、一般に積層体に樹脂を含浸させ積層体の厚みを薄くしてから組み付ける方法がある。しかし、この場合、通常のアルミナ質繊維積層体では、樹脂含浸させる際に剥離が起こりやすい問題があった。また、厚みが大きく、部分的に吸水率が異なるため、樹脂が均一に含浸されず、樹脂の接着力が作用しない部分が生じ、厚みを薄く保持することが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂含浸させる際の剥離を少なくし、樹脂の均一含浸を行って、繊維層間の剥離強度を高め、特殊な治具を用いることやコスト高となるような加工を行う必要がなく、使用中も安定した保持力を維持する触媒コンバータのシール材の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の工程を含むことを特徴とする触媒コンバータのシール材の製造方法である。
（１）無機短繊維積層体の前駆体を、その縦方向１ｍ、横方向１ｍの面積当たり少なくとも１０本の連続無機繊維糸の前駆体で縫製して連続繊維糸縫製前駆体マットする。
（２）上記連続繊維糸縫製前駆体マットを焼成して無機繊維成形体とする。
（３）上記無機繊維成形体の上方から樹脂ラテックスを散布する一方、下方から吸引を行って樹脂含浸させる。
（４）この樹脂含浸された無機繊維成形体を上下から圧縮しながら乾燥し樹脂分を固化させる。
【０００９】
本発明においては、無機短繊維積層体の前駆体及び連続無機繊維糸の前駆体の組成が、いずれもアルミナ成分６０〜１００重量％、シリカ成分４０〜０重量％であることが好ましい。
【００１０】
また、連続無機繊維糸の前駆体による縫製が、無機短繊維積層体の前駆体の縦方向１ｍ、横方向１ｍの面積当たり、１０〜４０本であることが好ましい。
【００１１】
本発明で製造された触媒コンバータのシール材は、触媒担体とこの触媒担体の外側を覆う金属製シェルとの間に配置されて自動車排気ガス浄化用触媒コンバータとなる（図１参照）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１３】
本発明で用いられる無機短繊維積層体の前駆体は、例えば、紡糸原液と呼ばれるアルミナ成分とシリカ成分を含み、有機高分子等の紡糸助剤によって粘度を調整した粘調なゾル分散体を、押し出し法、遠心法などの紡糸法で紡糸し、それを一定面積内に集積させることによって製造できる。この短繊維積層体の前駆体を焼成すると短繊維積層体となる。紡糸法の一例として、紡糸原液を０．１〜１．０ｍｍのノズルより液糸として押し出し、１５０〜６００℃の乾燥気流によって乾燥固化させたものを吸引集積する方法がある。この際、紡糸原液中のアルミナ成分とシリカ成分の混合割合を任意に変えることにより所望のアルミナ／シリカ比の無機短繊維積層体とすることができる。本発明ではアルミナ成分６０〜１００重量％、シリカ成分４０〜０重量％、特にアルミナ成分７０〜９８重量％、シリカ成分３０〜２重量％が好ましい。
【００１４】
また、本発明で用いられる連続無機繊維糸の前駆体は、上記無機短繊維積層体の前駆体の製造におけるよりも高粘度の紡糸原液を、低速で紡糸することによって製造することができる。これを焼成する連続無機繊維糸となるものであり、繊維長が無限の糸状繊維である。連続無機繊維糸の前駆体の組成は、アルミナ成分６０〜１００重量％、シリカ成分４０〜０重量％、特にアルミナ成分７０〜９８重量％、シリカ成分３０〜２重量％が好ましい。連続無機繊維糸の前駆体は、無機短繊維積層体の前駆体の縦方向１ｍ、横方向１ｍの面積当たり、少なくとも１０本の割合で縫製されていることが好ましい。
【００１５】
連続無機繊維糸の前駆体は、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維等の高強度連続繊維、シリカゾル、アルミナゾル等の無機質結合剤、ポリビニルアルコール、ラテックスエマルジョン等の有機質結合剤などの補強物質で複合化されていることが好ましい。
【００１６】
連続無機繊維糸の前駆体による縫製は、無機短繊維積層体の前駆体中に連続無機繊維糸の前駆体が残存するのであれば、その方法、装置は問わない。例えば、上下糸による縫合、上糸のみによる植糸等いずれも採用することができる。また、縫製装置としては、例えばキルティングマシン等があり、無機短繊維積層体の前駆体をローラーで連続的に送り込みながらミシン針で縫製する装置が好都合である。
【００１７】
ついで、連続無機繊維糸の前駆体で縫製された無機短繊維積層体の前駆体（連続繊維糸縫製前駆体マット）は焼成されて無機繊維成形体した後、樹脂含浸される。樹脂含浸された無機繊維成形体は、樹脂含浸前の無機繊維成形体に比較して、全体の体積が小さくなっていることが好ましい。樹脂含浸量は、シール材の厚みを、圧縮力を付与して１０％以上減少できる量であることが好ましく、その含有率はおよそ３〜２０重量％、特に４〜１０重量％程度である。樹脂含浸は、無機繊維成形体の上方から樹脂ラテックスを散布する一方、下方から吸引して行われる。
【００１８】
樹脂ラテックスとしては、例えばアクリレート系ラテックス，ブタジエン重合ラテックス，スチレン・ブタジエン共重合ラテックス，カルボキシ変性スチレン・ブタジエン共重合ラテックス，アクリロニトリル・ブタジエンラテックス，ビニルピリジン・スチレン・ブタジエン共重合ラテックス，ポリ塩化ビニル系ラテックス，クロロプレンラテックス，ポリビニルアルコールなどをあげることができ、これらの少なくとも一種が使用される。
【００１９】
その後、樹脂含浸された無機繊維成形体は、その上下から圧縮しながら乾燥し樹脂分を固化させることによって、触媒コンバータのシール材となる。
【００２０】
本発明によって製造された触媒コンバータのシール材は、触媒担体とこの触媒担体の外側を覆う金属製シェルとの間に配置されて自動車排気ガス浄化用触媒コンバータとなる（図１参照）。触媒担体としては、例えばコージェライト，アルミナ，炭化珪素、窒化珪素等のセラミックス製ハニカムが一般的である。金属製シェルは、断面が長円形，円形等の筒もしくは半割りである。これらの間に、シール材を配置するには、筒の場合は、シール材を触媒担体の外側に巻き付けて一体化し、それを金属製シェル内に挿入する方法等が採用され、また半割り金属製シェルの場合は、その合わせ目は溶接される。樹脂含浸のシール材を使用したときは、排気ガスの熱により樹脂成分は焼失され、触媒担体の把持機能と排気ガスシール機能が発現する。
【００２１】
以下、実施例をあげてさらに具体的に本発明を説明する。
【００２２】
実施例１
アルミナ分としてオキシ塩化アルミニウム水溶液、シリカ分としてシリカゾル（日産化学社製スノーテックス−Ｏ）を用い、その成分割合がアルミナ６０重量％、シリカ４０重量％となるように両者を混合し、更に紡糸助剤としてポリビニルアルコールを添加して、粘度４５００ｃｐの紡糸原液を調製した。
【００２３】
この紡糸原液を、円周面に直径０．５ｍｍの孔を３００個設けられてなる直径２５０ｍｍの中空円盤内に入れ、この円盤を回転させることにより遠心力により紡糸原液を繊維状とした。回転円盤より繊維状として飛び出る紡糸原液を５００℃の熱風により乾燥固化させ、積層し、無機短繊維積層体の前駆体を得た。
【００２４】
この無機短繊維積層体の前駆体を、アルミナ成分８０重量％、シリカ成分２０重量％からなる連続無機繊維糸の前駆体でキルティングマシンを用い縫製し、連続繊維糸縫製前駆体マットを製造した。連続無機繊維糸の前駆体の存在密度は、無機短繊維積層体の前駆体の縦方向１ｍ、横方向１ｍの面積１ｍ２当たり、４０本とした。
【００２５】
その後、得られた連続繊維糸縫製前駆体マットを、トンネル炉にて温度１２５０℃で焼成し、スピネル／ムライト質の耐熱性無機繊維成形体を製造した。この耐熱性無機繊維成形体は、厚み１５ｍｍ、嵩密度０．１５ｇ／ｃｍ２であった。
【００２６】
つぎに、この耐熱性無機繊維成形体を、その上方より、水で５倍に希釈された市販のアクリル樹脂エマルジョンを散布し、下方から吸引を行って樹脂成分を含浸させた後、上下からパンチング穴開きプレートで７ｍｍの厚みとなるよう圧縮をしながら挟み込み、そのままのクリアランスを保持して熱風乾燥機により１２０℃で乾燥し、樹脂分を固化させ、触媒コンバータのシール材を製造した。シール材の樹脂成分の含有率は約６％であった。
【００２７】
ついで、図１に示されるように、外径１００ｍｍのコージェライト製ハニカムからなる触媒担体１に、上記で得られたシール材２を巻き付け、その外側に内径１０８ｍｍの金属製シェルを半割りとしたもの３、４を被せ、金属製シェルの合わせ目を溶接して、触媒コンバータを作製した。組み立て時には、シール材の剥離やずれは起こらず、外観上良好な仕上がりであった。
【００２８】
その後、触媒コンバータを実際の使用を想定して評価を実施した。評価条件は、触媒コンバータを４００℃で１時間加熱した後、４００Ｈｚで１００時間の振動試験を実施した。
【００２９】
その結果、触媒コンバータは、シール材の剥離、損傷は全くなく、触媒担体のシール材からのずれもなく、触媒担体の割れ等の損傷もなかった。
【００３０】
実施例２
無機短繊維積層体を、アルミナ成分１００重量％、α−アルミナ結晶質したこと以外は、実施例１に準じてシール材を製造し、触媒コンバータを作製した。その結果、実施例１と同等の好結果であった。
【００３１】
比較例１
実施例１で製造された無機短繊維積層体の前駆体をトンネル炉にて１２５０℃で焼成し、スピネル／ムライト質の無機短繊維積層体を製造した。この無機短繊維積層体の厚みは４０ｍｍ、嵩密度は０．０５６ｇ／ｃｍ３であった。これに、実施例１と同様にして、樹脂含浸させてシール材を製造し、触媒コンバータの作製を試みた。
【００３２】
その結果、触媒担体にシール材を巻き付ける際に、シール材の外側の面に、繊維層間の低剥離強度及び樹脂含浸の不均一に起因する剥離が生じた。剥離は、幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、深さ３ｍｍ程度であり、シール材から完全に剥がれ落ちたので、触媒コンバータの作製を中止した。
【００３３】
比較例２
実施例１で製造された無機短繊維積層体の前駆体を、ニードリングマシンにより、５０打／ｃｍ２でニードルパンチを施した後、トンネル炉にて１２５０℃で焼成し、スピネル／ムライト質の無機短繊維積層体を製造した。この無機短繊維積層体の厚みは１５ｍｍ、嵩密度は０．１５ｇ／ｃｍ３であった。
【００３４】
これをシール材として、実施例１と同様にして触媒コンバータの作製をしたが、シール材の外側の面に、幅２０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、深さ２ｍｍ程度の剥離亀裂が生じた。また、得られた触媒コンバータは、触媒担体がシール材から抜け落ち、金属製シェルにぶつかり、触媒担体が損傷した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒コンバータを組み立てる際に、特殊な治具を用いることやコスト高となる加工を行わなくても、シール材の剥離やずれがなくなる触媒コンバータのシール材を製造することができる。その結果、本発明で製造された触媒コンバータのシール材を用いた自動車排気ガス浄化用触媒コンバータは、シール材の剥離や損傷がなく、また触媒担体のずれや割れもない、高能率・高耐久性のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  自動車排気ガス浄化用触媒コンバータの構成を示す分解図
【符号の説明】
１  触媒担体
２  シール材
３  半割り金属製シェルの部分
４  半割り金属製シェルの他の部分
【図１】
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