(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒保持体と、その触媒保持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと、それらのギャップ間に配置される保持シール材とによって構成される触媒コンバータにおいて、
低有機成分含有量の無機繊維からなるマット状の保持シール材に、ニードリング処理または低有機成分含有量の繊維を用いた縫製処理を施すことにより、前記保持シール材を肉薄化した後、その肉薄化された保持シール材の外周面に対して係止可能な複数の突起を有するとともに、低有機成分含有量の材料からなる固定部品を用いて、同保持シール材を前記触媒保持体の外周に配置した状態で固定することを特徴とする触媒コンバータの製造方法。
【請求項２】
前記保持シール材は、有機成分が１ｗｔ％以下の無機繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータの製造方法。
【請求項３】
前記保持シール材は、前記ニードリング処理または前記縫製処理を施すことにより、前記触媒保持体と前記金属製シェルとの間のギャップに対して１．１倍〜４．０倍の厚さとなるように肉薄化されることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒コンバータの製造方法。
【請求項４】
前記固定部品は金属または無機材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
【請求項５】
肉薄化された前記保持シール材を前記触媒保持体の外周に配置・固定したものを、断面略Ｃ字状または略Ｕ字状をなす金属製シェルの内側に収容した後、前記金属製シェルを巻き締めてその端部同士を溶接等の手法により固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触媒コンバータの製造方法。
【請求項６】
前記固定部品は、前記金属製シェルの巻き締め時にその両端部間に前記保持シール材が噛み込まれるのを防止するための噛み込み防止部品を兼ねることを特徴とする請求項５に記載の触媒コンバータの製造方法。
【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、特に車両に搭載する燃料電池改質器用触媒コンバータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用、特に自動車の動力源として、ガソリンを燃料とする内燃機関が用いられてきた。しかし、石油埋蔵量の減少及び排ガス規制強化の観点から、最近では次期のクリーンな動力源の研究がなされている。その中の１つとして燃料電池がある。燃料電池とは、水素と酸素とが反応して水ができる際に得られる電気を、動力源として用いるものである。酸素は空気中からじかに取り出される反面、水素についてはメタノール、ガソリン等を改質して用いている。この場合、メタノール等の改質は触媒反応によって行われる。
【０００３】
従来における一般的な燃料電池は、触媒保持体と、触媒保持体の外周を覆う金属製シェルと、両者間のギャップに配置される保持シール材とによって構成される触媒コンバータを備えている。触媒保持体には銅系の触媒等が担持されている。触媒保持体としては、例えばハニカム状に成形したコージェライト担体が用いられる。触媒保持体の壁の厚さは、熱容量の低減及び背圧低減の観点から肉薄化の傾向にあり、現在では５０μｍ程度になってきている。
【０００４】
保持シール材は、自動車の走行中等における触媒保持体と金属製シェルとの当接による破損を防ぎつつ、金属製シェルと触媒保持体との隙間からのガスのリークを防ぐために用いられている。また、触媒活性は温度に依存するので、使用開始初期からの反応性の向上を図るため、保持シール材には断熱性能も要求されている。これらの要件を満たす材料としては、アルミナファイバー等の無機繊維からなるマット状物がある。
【０００５】
なお、無機繊維のマット状物は嵩高いものであるため、保持シール材については触媒保持体への組み付け性を改善する必要がある。例えば、特開昭５７−１４６９５４号公報には、有機フィルムを用いて触媒保持体を樹脂製バッグを用いて真空パックすることにより、無機繊維のマット状物を肉薄化する技術が開示されている。また、特開昭５９−１２６０２３号公報等には、無機繊維のマット状物に有機バインダーを含浸・塗布することにより、マット状物を肉薄化する技術が開示されている。
【０００６】
保持シール材を用いて触媒コンバータを製造する方法をここで簡単に説明しておく。
まず、保持シール材を触媒保持体の外周に固定する。その際には、ビニル等の有機テープを用いて保持シールの両端を固定するのが一般的である。次に、外周の金属製シェルを予め二分割しておいて、保持シール材が巻き付けられた触媒保持体をその金属製シェル内に配置して挟み込むようにする。このような方法はキャニング方式と呼ばれている。
【０００７】
また、作業性の向上等を図る観点から、金属製シェルを最初からパイプ状にしておき、それに対して保持シール材が巻き付けられた触媒保持体を圧入する方法（圧入方式）も実施されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、キャニング方式では、組み付け時に嵩高の保持シール材がシェル両端部間に噛み込まれてしまい、両端部同士を溶接することができなくなるという問題があった。一方、圧入方式では、組み付け時に嵩高の保持シール材が金属製シェルにひっかかってしまい、触媒保持体をシェル内にスムーズに入れることができないという問題があった。
【０００９】
さらに、上記の樹脂製バッグ、有機バインダー、保持シール材、有機テープの中には、有機成分（特には塩素、リン、硫黄等の微量元素を含む有機成分）が含まれている。従って、有機成分を含んだものを用いて触媒コンバータを構成した場合、塩素、リン、硫黄等が触媒保持体の触媒を劣化させてしまい、装置の性能を低下させるという問題もあった。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み付け性に優れかつ触媒が劣化しにくい触媒コンバータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、触媒保持体と、その触媒保持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと、それらのギャップ間に配置される保持シール材とによって構成される触媒コンバータにおいて、低有機成分含有量の無機繊維からなるマット状の保持シール材に、ニードリング処理または低有機成分含有量の繊維を用いた縫製処理を施すことにより、前記保持シール材を肉薄化した後、その肉薄化された保持シール材の外周面に対して係止可能な複数の突起を有するとともに、低有機成分含有量の材料からなる固定部品を用いて、同保持シール材を前記触媒保持体の外周に配置した状態で固定することを特徴とする触媒コンバータの製造方法をその要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記保持シール材は、有機成分が１ｗｔ％以下の無機繊維からなるとした。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２において、前記保持シール材は、前記ニードリング処理または前記縫製処理を施すことにより、前記触媒保持体と前記金属製シェルとの間のギャップに対して１．１倍〜４．０倍の厚さとなるように肉薄化されるとした。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか1項において、前記固定部品は金属または無機材料からなるとした。
請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか1項において、肉薄化された前記保持シール材を前記触媒保持体の外周に配置・固定したものを、断面略Ｃ字状または略Ｕ字状をなす金属製シェルの内側に収容した後、前記金属製シェルを巻き締めてその端部同士を溶接等の手法により固定することとした。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、請求項５において、前記固定部品は、前記金属製シェルの巻き締め時にその両端部間に前記保持シール材が噛み込まれるのを防止するための噛み込み防止部品を兼ねるとした。
【００１５】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１〜６に記載の発明によると、マット状の保持シール材にニードリング処理を施した場合、無機繊維同士が保持シール材の厚さ方向に交絡し、嵩高であった保持シール材が圧縮されて肉薄になる。マット状の保持シール材に低有機成分含有量の繊維を用いた縫製処理を施すと、低有機成分含有量の繊維によって保持シール材がその厚さ方向に縫い合わされ、嵩高であった保持シール材が圧縮されて肉薄になる。従って、このように肉薄化された保持シール材を用いれば、それを触媒保持体に巻き付けた状態での全体の外径を確実に低減することができる。なお、前記保持シール材はそもそも低有機成分含有量の無機繊維からなるので、触媒コンバータに使用したとしても、それが有機成分の発生源になるという心配もない。また、上記の肉薄化のための処理においては、例えば有機テープのような、有機成分を多く含む部品や部材を何ら用いていない。従って、前記処理を実施したことにより有機成分が発生するという心配も勿論ない。
【００１６】
そしてこの後、保持シール材を触媒保持体の外周に配置するとともに、この状態で固定部品を用いて固定する。そのとき、固定部品における複数の突起は、肉薄化された保持シール材の外周面に対して係止する。よって、保持シール材は触媒保持体の外周に巻き付けられた状態を確実に保持し、緩んでしまうことが防止される。従って、保持シール材を触媒保持体の外周に配置した状態のものを、金属製シェル内に容易に入れることができるようになる。なお、固定部品自体は低有機成分含有量の材料からなるので、触媒コンバータに使用したとしても、それが有機成分の発生源になるという心配もない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の燃料電池改質器用触媒コンバータ１を図１〜図３に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１に示されるように、この触媒コンバータ１は、触媒保持体４と、触媒保持体４の外周を覆う金属製シェル２と、両者２，４間のギャップに配置される保持シール材３とによって構成されている。
【００１９】
触媒保持体４としては、例えばハニカム状のものが用いられる。また、前記触媒保持体４は、例えばコージェライト等により作製される。
保持シール材３としては、低有機成分含有量の無機繊維からなるマット状物をニードリング処理して得られるニードリング処理品が用いられるほか、同マット状物を金属材料または無機材料からなる繊維で縫製してなる縫製品が用いられる。一般的に、無機繊維のマット状物は嵩高いため、所定のギャップに収めるには、初期厚みを薄くするような調整が必要となるからである。
【００２０】
無機繊維中に含まれる有機成分は、１ｗｔ％以下、さらには０．１ｗｔ％以下、特には０．０１ｗｔ％以下であることが望ましい。また、縫製品の製造に用いられる金属材料からなる繊維としては、例えば銅や鉄等の繊維が挙げられる。同じく無機材料からなる繊維としては、例えばカーボンやセラミック等からなる繊維が挙げられる。
【００２１】
さらに、前記保持シ−ル材３の厚みは、触媒保持体４と金属製シェル２とがなすギャップに対して１．１倍〜４．０倍の厚み、さらには２．０倍〜３．０倍の厚みであることが望ましい。厚みがギャップに対して１．１倍未満の場合、触媒保持体４が金属製シェル２に対してズレたりガタついたりするおそれがある。また、厚みがギャップに対して４．０倍を超えると、触媒保持体４の金属製シェル２への挿入が困難になってしまう。
【００２２】
前記保持シール材３は、組み付け時の充填密度が０．１ｇ／ｃｍ3〜０．５ｇ／ｃｍ3の範囲、さらには０．２ｇ／ｃｍ3〜０．４ｇ／ｃｍ3の範囲となるように設定されていることが好ましい。
【００２３】
本実施形態では、触媒保持体４に保持シール材３を固定するために固定部品５が用いられる。この固定部品５は、保持シール材３を触媒保持体４に巻き付けた際、両端部にあるその合わせ部分を互いに固定する役割を果たす。固定部品５は金属板の片側面に突起５ａを備えてなるものである。金属板には全体的にＲ（アール）がつけられていることがよい。言い換えると、金属板は若干湾曲していることがよい。突起５ａは金属板の凹面側における離間した複数箇所において垂直に突設されている。金属板に設けられるＲは、組み付け後の金属製シェル２の内径に近くなるような値に設定されていることが好ましい。また、突起５ａの長さはギャップよりも短いことが好ましい。その理由は、突起５ａが組み付け時のギャップよりも長いと、突起５ａの先端が触媒保持体４にまで達してしまい、触媒保持体４を傷付ける可能性があるからである。固定部品５は金属または無機材料からなることが望ましい。金属の例としては、ステンレス鋼等の鉄系合金、またはアルミニウム等の非鉄金属などが挙げられる。無機材料の例としては、カーボンやセラミック等が挙げられる。
【００２４】
また、金属製シェル２の巻き締めによって組み付けを行う場合には、固定部品５を保持シール材３の噛み込み防止部品として使用することもできる。この場合、金属製シェル２において固定部品５は、金属製シェル２の両端部に対応した位置に配設される。
【００２５】
金属製シェル２としては、例えば断面Ｃ字状またはＵ字状の円筒状のもの、言い換えるといわば外周面が開口した形状をなすものが用いられる。この場合、触媒保持体４に保持シール材３を固定したものを金属製シェル２内に収めて、その状態で金属製シェル２を巻き締めた後に溶接する方法を採用することが好ましい。圧入方式であると、保持シール材３が金属製シェル２に引っ掛かり、スムーズに挿入することができないからである。
【００２６】
【実施例及び比較例】
以下、実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明する。
［実施例］
触媒保持体４としては、外径φ１３０ｍｍ、長さ１００ｍｍのコージェライトモノリスを用いた。金属製シェル２としては、断面がＣ字状のものを用いた。このような金属製シェル２は、ＳＵＳ４０９製かつ板厚１．５ｍｍの長方形状金属板をロール加工して断面Ｃ字状に成形することにより製造した（図２参照）。金属製シェル２のサイズは、巻き締め時に外径φ１４１ｍｍとなるように設定した。マット状の保持シール材３としては、嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ3、厚みが８ｍｍの結晶質アルミナ繊維のニードリング処理品を用いた。固定部品５としては、板厚０．５ｍｍかつ１３８のＲがかったＳＵＳ４０９製の長方形状金属板に複数の突起５ａを有するものを用いた。図３に示されるように、ここでは前記金属板の４つのコーナー部にそれぞれ突起５ａを設けている。
【００２７】
そして、前記保持シール材３を触媒保持体４に巻き付けたのち、保持シール材３の両端にある合わせ部分を固定部品５で固定した。その後、固定部品５を両端部にちょうど対応させるようにして金属製シェル２内に触媒保持体４を収容し、かつ噛み込みを防ぎながら巻き締め、この状態で溶接を行なった。従って、このような実施例では、各部品の組み付けを容易に行なうことが可能であった。
【００２８】
上記のように作製した触媒コンバータ１を用い、反応性能に関する試験を行ったところ、長期にわたって触媒性能が維持できることが確認できた。
［比較例１］
金属製シェル２、保持シール材３及び触媒保持体４については実施例と同じ構造とする反面、保持シール材３を巻き付けた触媒保持体４を固定部品５を用いずに金属製シェル２内に収めて、金属製シェル２を巻き締めようとした。しかしながら、この場合には保持シール材３が緩んでしまい、金属製シェル２における合わせ部分で保持シール材３を噛み込んでしまう結果となった。ゆえに、この方法では金属製シェル２の両端部を溶接することが不可能であった。
［比較例２］
金属製シェル２及び触媒保持体４については実施例と同じ構造とする反面、固定部品５を用いることなく、保持シール材３に有機バインダー１０ｗｔ％を含浸させたものを用い、かつ保持シール材固定用に有機テープを用いた。その結果、組み付けは一応可能であったが、触媒の反応性を確認したところ、初期より所定の性能を出すことができなかった。
【００２９】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、肉薄化のための処理を施したマット状の保持シール材３を用いている。このため、その保持シール材３を触媒保持体４に巻き付けた状態での全体の外径を確実に低減することができ、従来に比べて組み付け性の向上を図ることができる。
【００３０】
なお、この保持シール材３はそもそも低有機成分含有量の無機繊維からなるので、触媒コンバータ１に使用したとしても、それが有機成分の発生源になるという心配もない。また、上記の肉薄化のための処理においては、例えば有機テープのような、有機成分を多く含む部品や部材を何ら用いていない。従って、前記処理を実施したことにより有機成分が発生するという心配も勿論ない。ゆえに、以上のことは触媒が劣化しにくい触媒コンバータ１の実現に貢献している。
【００３１】
また、保持シール材３を触媒保持体４の外周に配置した状態で、固定部品５を用いて固定がなされるようになっている。そのとき、固定部品５における４つの突起５ａが、肉薄化された保持シール材３の外周面に対して突き刺さるようにして係止する。よって、保持シール材３は触媒保持体４の外周に巻き付けられた状態を確実に保持し、緩んでしまうことが防止される。従って、保持シール材３を触媒保持体４の外周に配置した状態のものを、金属製シェル２内に容易に入れることができるようになる。勿論、このことも組み付け性の向上に貢献している。なお、固定部品５自体は低有機成分含有量の材料からなるので、触媒コンバータ１に使用したとしても、それが有機成分の発生源になるという心配もない。即ち、このことも触媒が劣化しにくい触媒コンバータ１の実現に貢献している。
【００３２】
（２）本実施形態では、保持シール材３が好適範囲内の厚さとなるように、上記ニードリング等の処理を施している。従って、金属製シェル２へ触媒保持体４を挿入する際に支障を来すことなく、触媒保持体４のズレやガタつきを防止することができる。
【００３３】
（３）本実施形態における固定部材５は金属または無機材料からなるため、触媒コンバータ１に使用したとしても、それ自体が有機成分の発生源になるという心配も小さい。従って、触媒の劣化を確実に防止することができる。
【００３４】
（４）本実施形態では、肉薄化された保持シール材３を触媒保持体４の外周に配置・固定したものを、断面略Ｃ字状等をなす金属製シェル２の内側に収容した後、金属製シェル２を巻き締めてその端部同士を溶接により固定している。つまり、圧入方式ではなくむしろキャニング方式に近い方式を採用しているため、圧入方式特有の問題（即ち、組み付け時に保持シール材３が金属製シェル２にひっかかるという問題）は解消されてしまう。しかも、保持シール材３が金属製シェル２の両端部によって噛み込まれてしまうこともなく、それに起因する溶接不良を確実に防止することができる。従って、組み付け性のさらなる向上及び金属製シェル２における接合部の信頼性向上を図ることができる。
【００３５】
（５）本実施形態の固定部品５は、噛み込み防止部品を兼ねたものとなっている。従って、このような固定部品５を金属製シェル２の両端部に対応させて配置した状態で巻き締めを行なえば、金属製シェル２の両端部による保持シール材３の噛み込みを確実に防止することができる。従って、溶接不良を確実に防止することができ、ひいては接合部の信頼性向上を図ることができる。
【００３６】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・  実施形態では本発明を燃料電池改質器用触媒コンバータ１に具体化したが、それに限定されることはなく、燃料電池改質器以外のものとして具体化することも勿論許容される。
【００３７】
・  マット状をした保持シール材３の構成材料としては、アルミナファイバーのみに限定されることはなく、例えば、ロックウール、ガラスファイバー、アルミナ−シリカ系セラミックファイバー、シリカファイバー、カーボンファイバー等といったその他の無機繊維が用いられてもよい。
【００３８】
・  金属板に突設される突起５ａの形状、数、配置等は任意に変更可能である。また、金属板自体の外形形状も長方形状に限定されることはなく、その他の形状であってもよい。
【００３９】
・  触媒保持体３の断面形状は真円状に限定されることはなく、例えば楕円状等であってもよい。この場合、金属製シェル２の断面形状も、それに合わせて楕円状等に変更してもよい。
【００４０】
・  触媒保持体３には触媒として銅系以外のものが担持されていてもよい。
・  触媒保持体３としては、例えばハニカム状に成形したコージェライト担体が用いられるほか、炭化珪素、窒化珪素等のハニカム多孔質焼結体などを用いてもよい。
【００４１】
・  金属製シェル２内への触媒保持体４の収容後に、金属製シェル２を巻き締めてその両端部同士を固定する手法としては、溶接に限定されることはない。即ち、有機成分を多く含んだ材料を必要としないものであれば、それ以外の手法を採用することも可能である。
【００４２】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１）  触媒保持体と、その触媒保持体の外周を覆う筒状の金属製シェルと、それらのギャップ間に配置される保持シール材とによって構成される触媒コンバータにて使用される部品であって、前記保持シール材の外周面に対して係止可能な複数の突起を有するとともに、低有機成分含有量の材料からなる触媒コンバータ用の固定部品。従って、この技術的思想１に記載の発明によれば、触媒の劣化を引く起こすことなく、触媒保持体の外周に保持シール材を巻き付けた状態で確実に固定することができる。
【００４３】
（２）  技術的思想１のいずれか１つにおいて、前記固定部品は、若干湾曲した金属板と、その金属板の凹面側における離間した複数箇所に突設された突起とを備えること。
【００４４】
（３）  技術的思想１，２において、前記突起の長さは、前記触媒保持体と前記金属製シェルとがなすギャップよりも短くなるように設定されていること。従って、この技術的思想３に記載の発明によれば、触媒保持体を傷付けにくくなる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によれば、組み付け性に優れかつ触媒が劣化しにくい触媒コンバータを提供することができる。
【００４６】
請求項３に記載の発明によれば、金属製シェルへ触媒保持体を挿入する際に支障を来すことなく、触媒保持体のズレやガタつきを防止することができる。
請求項４に記載の発明によれば、固定部品自体が有機成分の発生源になるという心配もないので、触媒の劣化を確実に防止することができる。
【００４７】
請求項５に記載の発明によれば、組み付け性のさらなる向上及び金属製シェルにおける接合部の信頼性向上を図ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、溶接不良を確実に防止することができ、ひいては接合部の信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態における触媒コンバータの一部を切り欠いて示した分解斜視図。
【図２】実施形態における金属製シェル成形工程を示す説明図。
【図３】実施形態における保持シール材の固定器具を示す斜視図。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ、２…金属製シェル、３…保持シール材、４…触媒保持体、５…保持シール材の固定器具、５ａ…突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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