触媒コンバーター用保持材及びその製造方法
【課題】触媒担体の保持能力を確保しつつ、不要な保持材構成材料を削減して安価な触媒コンバーター用保持材を提供する。
【解決手段】触媒担体と、触媒担体を収容する金属製ケーシングと、触媒担体に装着されて触媒担体と金属製ケーシングとの間隙に介装される保持材とを備えた触媒コンバーターに用いられる保持材であって、触媒担体に装着したときに該触媒担体の重量が最も加わる部分の坪量が最大で、前記部分から離間するのに伴って坪量が漸減することを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
【解決手段】触媒担体と、触媒担体を収容する金属製ケーシングと、触媒担体に装着されて触媒担体と金属製ケーシングとの間隙に介装される保持材とを備えた触媒コンバーターに用いられる保持材であって、触媒担体に装着したときに該触媒担体の重量が最も加わる部分の坪量が最大で、前記部分から離間するのに伴って坪量が漸減することを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートや一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等を除去する触媒コンバーターに用いられる触媒担体を金属製ケーシング内に保持するための触媒コンバーター用保持材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒コンバーター用保持材（以下、「保持材」ともいう）は、無機繊維と有機バインダーとを含有する水性スラリーを所定形状の脱水成形型を用いて湿式成形し、熱プレスして得られる。そして、触媒担体に装着した状態で金属製のケーシングに組み込まれ（以下、「キャニング」ともいう）、キャニング後に加えられた熱により、保持材に含まれる有機バインダーが焼失し、有機バインダーにより圧縮状態で拘束されていた無機繊維が厚み方向に膨張することにより、触媒担体とケーシングとの隙間をシールするとともに、触媒担体を保持する。
【０００３】
また、図１８に示すように、重力の影響により触媒担体１０の重量が下方に作用するため、通常、保持材１に加わる力は触媒担体１０の直下部分Ｇで最大となる。このため触媒担体１０の坪量は、触媒担体１０の直下部分Ｇを保持するのに必要な値で全体が一様に設定されている。そのため、保持材１の他の部分、特に触媒担体１０の重量が全く加わらない直上部分Ｕと接する部分では必要以上の坪量となっており、無機繊維をはじめとする保持材構成材料を必要以上に使用している。
【０００４】
尚、保持材は多種多様であり、特許出願も数多くされており、適当な従来技術を挙げることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、触媒担体の保持能力を確保しつつ、不要な保持材構成材料を削減して安価な触媒コンバーター用保持材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は下記に示す触媒コンバーター用保持材及びその製造方法を提供する。
（１）触媒担体と、触媒担体を収容する金属製ケーシングと、触媒担体に装着されて触媒担体と金属製ケーシングとの間隙に介装される保持材とを備えた触媒コンバーターに用いられる保持材であって、
触媒担体に装着したときに該触媒担体の重量が最も加わる部分の坪量が最大で、前記部分から離間するのに伴って坪量が漸減することを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
（２）最も深い領域を起点として漸次浅くなる脱水成形型に無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程と備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
（３）開口率が最も大きい領域を起点として開口率が漸減する脱水成形型に、無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程とを備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の保持材は、触媒担体の重量が最も加わる触媒担体の直下部分の坪量が最も大きく、上方に向かうのに従い漸減して触媒担体の直上部分で最小となるため、保持能力を良好に確保しつつ、保持材構成材料を削減することができ安価になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る断面円形の触媒担体用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【図２】本発明に係る断面楕円の触媒担体用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【図３】本発明に係る断面トラック形の触媒担体用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【図４】マット型保持材を示す斜視図である。
【図５】筒型保持材を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の製造方法に使用される脱水成形型を示す模式図である。
【図７】（Ａ）は第１の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の製造方法に使用される脱水成形型を示す模式図である。
【図９】（Ａ）は第２の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１１】（Ａ）は第３の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１３】（Ａ）は第４の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１５】第５の製造方法を説明するための模式図である。
【図１６】図１５に示す方法により得られた筒型湿潤成形体を示す模式図である。
【図１７】本発明の第６の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１８】従来の触媒コンバーター用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１０】
（保持材）
図１に断面図で示すように、保持材１は、触媒担体１０の重量が最も加わる触媒担体１の直下部分Ｇと接する部分が、その厚み方向（符号１１で示す部分；以下「坪量最大部分」ともいう）に沿って坪量が最も大きく、そこから直上部分Ｕと接する部分に向かって坪量が漸減し、直上部分Ｕで、その厚み方向（符号１２で示す部分）に沿って坪量が最も小さくなる（以下「坪量最小部分」ともいう）ように設定されている。
【００１１】
ここで、坪量とは単位面積あたりの繊維質量のことをいう。本発明の保持材においては、発明の効果を発揮できれば、その範囲は特に制限はなく、４５０〜４５００ｇ／ｍ２であればよい。より具体的には、その範囲は触媒担体１０とケーシング２０との隙間（以下、「ギャップ」ともいう）の大きさにより異なり、例えば、ギャップが２〜６ｍｍの場合には４５０〜１８００ｇ／ｍ２、６〜１０ｍｍの場合には１８００〜３６００ｇ／ｍ２、８〜１２ｍｍの場合には２２５０〜４５００ｇ／ｍ２であればよい。ケーシング２０は、触媒担体１０と相似形であり、ここでは断面が円形を呈する。
【００１２】
坪量最大部分の坪量と、坪量最小部分の坪量との比は、本発明の効果を得られるのであれば特に制限はないが、１．０５〜２．０倍であればよく、１．１〜１．８倍であることが好ましく、１．１〜１．６倍であればより好ましい。ケーシング２０の触媒担体１０とのギャップ差のばらつきは、ケーシング２０の寸法精度、残留応力、加熱温度などに左右されるが、一般的には１．５倍以下である。そのため、前記の坪量比にすることにより、このようなギャップ差があっても触媒担体１０の全周にわたり一様にシールすることができるようになる。
【００１３】
保持材１は、保持力や断熱性能、シール性能等を考慮すると、厚さが一定であることが好ましい。具体的には、厚さは５〜３０ｍｍであればよく、６〜１２ｍｍであることが好ましい。また、厚さの変動は±１５％以下であることが好ましく、より好ましくは±１０％以下、さらに好ましくは±５％以下である。
【００１４】
ケーシング２０は、図示の例では上下２分割されているが、一体型のケーシングを用いてスタッフィング方式で保持材１をキャニングすることもでき、保持材１の厚さを一定にすることによりキャニングの生産性を向上させることが期待できる。
【００１５】
また、保持材１の外周全面に、摩擦係数０．１〜０．３の低摩擦シート３０が積層されてもよい。それにより、一体型のケーシングにキャニングする際の摩擦抵抗が小さくなり、キャニング作業が容易になる。
【００１６】
尚、触媒担体１０は、図示のような断面円形の他、断面形状が楕円やトラック形のような扁平であってもよい。
【００１７】
図２は、断面楕円の触媒担体１０Ａを保持する保持材１Ａを示す断面図であるが、触媒担体１０Ａの重量は、楕円と短径Ｈとが交差する下側の点Ｇにおいて最大となるため、その厚さ１１に沿った部分が坪量最大部分となり、触媒担体１０Ａの楕円と短径Ｈとが交差する上側の点Ｕと接する部分が、その厚さ１２に沿って坪量最小部分となる。また、坪量最大部分から坪量最小部分に向かって、坪量が漸減している。尚、図中の符号２０Ａはケーシングである。
【００１８】
尚、低摩擦シート３０を積層する場合は、保持材１Ａの外周全面であってもよいが、触媒担体１０Ａの楕円と長径Ｌとが交差する点Ｄ，Ｄと接する部分の外周面のみに設けてもよい。触媒担体１０Ａに保持材１Ａを装着したときに、点Ｄ，Ｄと接する部分の近傍は曲率半径が小さくなることから、この部分が外側（ケーシング側）に引っ張られて保持材１Ａの外表面に割れやしわが発生する不具合を回避することができる。こうした保持材１の外表面の割れやしわは、キャニングするときの妨げになるため好ましくない。
【００１９】
図３は、断面トラック形の触媒担体１０Ｂを保持する保持材１Ｂを示す断面図であるが、触媒担体１０Ｂの重量は、下側の平面部分１０ａと接する部分４０の全体が一様に最大となるため、この部分４０を坪量最大部分とする。また、上側の平面部分１０ｂと接する部分４１が坪量最小部分となる。更に、触媒担体１０Ｂの湾曲部１０ｃと接する部分５０では、坪量が、部分４０の端部Ｅ，Ｅから部分４１の端部Ｆ、Ｆに向かって漸減している。尚、図中の符号２０Ｂはケーシングであり、部分５０の外周面に低摩擦シート（図示せず）を積層してもよい。
【００２０】
触媒担体は、その他にも、図示は省略するが、触媒担体円を、直交する２つの直径側から押しつぶしたような扁平断面形状、あるいは楕円の曲率が各部で異なる断面形状であってもよい。
【００２１】
上記において、保持材１、１Ａ、１Ｂの構成材料には制限がなく、無機繊維や有機バインダーを含んでいればよい。また、必要に応じて、従来から使用されている、充填材や無機バインダー等を含んでいてもよい、これらの種類には制限はないが、以下に好ましい例を示す。
【００２２】
無機繊維としては、従来から保持材に用いられている種々の無機繊維を用いることができる。例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、あるいはその他のセラミック繊維等を適宜使用できる。より具体的には、アルミナ繊維としては、例えばＡｌ２Ｏ３が９０重量％以上（残りはＳｉＯ２分）であって、かつＸ線結晶学に基いて低結晶化度を有することが好ましく、結晶化度は３０％以下であればよく、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。また、その平均繊維径が３〜８μｍ、ウエットボリューム４００ｃｃ／５ｇ以上が好ましい。ムライト繊維としては、例えばＡｌ２Ｏ３分／ＳｉＯ２分重量比が７０／３０〜８０／２０程度のムライト組成であって、かつＸ線結晶学に基いて低結晶化度を有することが好ましく、結晶化度は３０％以下であればよく、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。また、その平均繊維径が３〜８μｍ、ウエットボリューム４００ｃｃ／５ｇ以上が好ましい。その他のセラミック繊維としては、シリカアルミナ繊維やシリカ繊維を挙げることができるが、何れも従来から保持材に使用されているもので構わない。また、ガラス繊維やロックウール、生体溶解性繊維を配合してもよい。
【００２３】
尚、上記ウエットボリュームは、次の方法で算出される。
１）乾燥した繊維材料５ｇを少数点２桁以上の精度を有する秤で計量する。
２）計量した繊維材料を５００ｇのガラスビーカーに入れる。
３）２）のガラスビーカーに温度２０〜２５℃の蒸留水を４００ｃｃ程度入れ、攪拌機を用いて繊維材料を切断しないように慎重に攪拌し、分散させる。この分散は超音波洗浄機を使用してもよい。
４）３）のガラスビーカーの中味を１０００ｍｌのメスシリンダーに移し、目盛で１０００ｃｃまで蒸留水を加える。
５）４）のメスシリンダーの口を手等で塞ぎ、水が漏れないように注意しながら上下逆さまにして攪拌する。これを計１０回繰り返す。
６）攪拌停止後、室温下で静置し、３０分経過後の繊維沈降体積を目視で計測する。
７）上記操作を３サンプルについて行い、その平均値を測定値とする。
【００２４】
有機バインダーも公知のもので構わず、ゴム類、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を使用できる。具体的には、ゴム類の例としては、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンゴム等がある。水溶性有機高分子化合物の例としては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等がある。熱可塑性樹脂の例としては、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の単独重合体及び共重合体、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がある。なお、これらの有機バインダーは二種以上を組み合わせて使用することもできる。有機バインダーの使用量は、無機繊維を結束し得る量であれば制限はないが、無機繊維１００質量部に対して０．１〜１０質量部であればよい。有機バインダーが０．１質量部未満では結束力が不足し、１０質量部を越えると相対的に無機繊維の量が減ってしまい、保持材として必要な保持性能及びシール性能が得られなくなることが懸念される。有機バインダーの好ましい量は０．２〜６質量部、さらに好ましい量は０．２〜４質量部である。
【００２５】
また、有機バインダーとしてパルプ等の有機繊維を少量配合することも可能である。有機繊維は細く長いものほどバインド力が高く、高度にフィブリル化したセルロースやセルロースナノファイバー等が好ましい。具体的には、繊維径が０．０１〜５０μｍ、繊維長が１〜５０００μｍであることが好ましく、繊維径が０．０２〜１μｍ、繊維長が１０〜１０００μｍであることがより好ましい。
【００２６】
こうしたフィブリル化した繊維の使用量は、無機繊維を結束し得る量であれば制限はないが、無機繊維１００質量部に対して０．１〜５質量部である。フィブリル化した繊維が０．１質量部未満では結束力が不足し、５質量部を越える場合は相対的に無機繊維の量が減り、保持材として必要な保持性能及びシール性能が得られない。フィブリル化した繊維の好ましい量は０．１〜２．５質量部、さらに好ましい量は０．１〜１質量部である。
【００２７】
また、こうしたフィブリル化した繊維と無機バインダーを併用してもよい。フィブリル化した繊維と無機バインダーの併用によれば、使用時おける有機成分の揮発が起因する上述した不具合を回避するために、フィブリル化した繊維の使用量を少なくした場合であっても、無機繊維を良好に結束でき、従来と同等の厚さを維持できる触媒コンバーター用保持材を提供することができる。こういった無機バインダーは公知のもので構わず、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、モンモリロナイトといった粘土鉱物、水ガラスなどが挙げられる。なお、これらの無機バインダーは二種以上を組み合わせて使用することもできる。無機バインダーの使用量は、無機繊維を結束し得る量であれば制限はないが、無機繊維１００質量部に対して０．１〜１０質量部である。無機バインダーが０．１質量部未満では結束力が不足し、５質量部を越える場合は相対的に無機繊維の量が減り、保持材として必要な保持性能及びシール性能が得られない。無機バインダーの好ましい量は０．２〜６質量部、さらに好ましい量は０．２〜４質量部である。
【００２８】
尚、含有する有機分は、保持材全量に対して０．３〜４．０質量％であることが好ましく、０．５〜３．０質量％であることがより好ましく、１．０〜２．５質量％であることが特に好ましい。有機分が少なくなるほど、キャニング後に熱が加えられた際に揮発ガスが少なくなるので好ましい。ここで、有機分は７００℃で３０分加熱した後の強熱減量率で代用できる。
【００２９】
上記の保持材１、１Ａ、１Ｂは、その形態には特に制限はなく、一枚のマット状（マット型保持材）であってもよく、断面形状が円形、楕円またはトラック形の筒型（筒型保持材）であってもよい。図４にマット型保持材１を示すが、一方の端部に凹部が形成され、他方の端部に凸部が形成され、凹部と凸部とが係合するように接合される。尚、凸部と凹部との接合部分が坪量最小部分となる。また、図５に、図１に示す断面が円形の筒型保持材を示す。尚、マット型保持材は、触媒担体に巻きつける作業が必要であるため、手間やコストを考慮すると筒型保持材の方が有利である。
【００３０】
以下に、上記の保持材の製造方法について説明する。
【００３１】
（第１の製造方法）
上記した断面円形の保持材１及び断面楕円の保持材１Ａを製造には、図６に示すように、底部１０１（最も深い領域）と、頂部１０２（最も浅い領域）とが等間隔で現れるように折り畳んだ脱水成形型１００を用い、図中上方から保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１００の全面に保持材構成材料を付着させる。ここで、底部１０１から頂部１０２に向かって漸次浅くなる領域が形成される。また、脱水成形型１００の開口率は、全面で一様である。
【００３２】
尚、脱水成形型１００は全体を取り囲む枠体を備えるが、ここでは枠体を省略して示す。以降の製造方法も同様である。また、脱水成形型１００は、水性スラリー中の水分を透過し、無機繊維等の保持材の構成材料を型面上に残すことができればよく、例えば金網や、微細な穴を多数形成した平板等を使用することができる。ここでは、金網を例示して説明する。
【００３３】
次いで、脱水成形型１００を取り除くと、図７（Ａ）に示すように、脱水成形型１００の底部１０１に対応する頂部Ｔと、脱水成形型１００の頂部１０２に対応する底部Ｂとが交互に連続して現れる断面形状を呈する湿潤成形体２００が得られる。
【００３４】
次いで、この湿潤成形体２００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、例えば１００〜２００℃で乾燥することにより、図７（Ｂ）に示すように、頂部Ｔに相当する部分の坪量が最も大きく、両端の底部Ｂに向かって坪量が漸減する長尺のシート２１０が得られる。
【００３５】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、シート２１０を「底部Ｂ−頂部Ｔ―底部Ｂ」を１ユニットとし、両端の底部Ｂに沿って切断することにより保持材１が得られる。この保持材１は、平坦なマット状であり、両端を図４に示すような凹凸形状に加工する。
【００３６】
尚、本製造方法において、脱水成形型１００は、図６のように底部１０１と頂部１０２とが屈曲した形状での他に、側面視で波形であってもよい。
【００３７】
（第２の製造方法）
本製造方法によっても、同様の保持材１、１Ａが得られる。即ち、図８に示すように、開口率が漸減する第１領域１１１と、開口率が漸増する第２領域１１２と交互に連接している平坦な脱水成形型１１０を用いる。脱水成形型１１０の第１領域１１１では、開口率が起点（Ａ点）を最大として漸次小さくなっており、第１領域１１１に連接する第２領域１１２では、開口率が第１領域１１１との連接部（Ｘ点）が最小で漸次大きくなる。脱水成形型１１０は、このような開口率の増減パターンを繰り返す。そして、この脱水成形型１１０に、保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１１０の全面に保持材構成材料を付着させる。ここで、脱水成形型１００は平坦（深さは全面で一様）であることが製造上好ましいが、部分的に深さを変えることもできる。
【００３８】
次いで、脱水成形型１１０を取り除くと、図９（Ａ）に示すように、頂部Ｔと底部Ｂとが交互に連続して現れる断面形状を呈する湿潤成形体２００が得られる。開口率が大きいほど水が多く吸引され、それに伴って無機繊維が吸い寄せられるため、Ａ点で繊維付着量が最も多くなり、Ｘ点で繊維付着量が最も少なくなり、湿潤成形体２００は図１１（Ａ）のような断面形状になる。
【００３９】
次いで、第１の製造方法と同様にして、この湿潤成形体２００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、乾燥することにより、図９（Ｂ）に示すように、頂部Ｔに相当する部分の坪量が最も大きく、両端の底部Ｂに向かって坪量が漸減する長尺のシート２１０が得られる。
【００４０】
次いで、図９（Ｃ）に示すように、シート２１０を「底部Ｂ−頂部Ｔ―底部Ｂ」を１ユニットとし、両端の底部Ｂに沿って切断することにより保持材１が得られる。この保持材１は、平坦なマット状であり、両端を図４に示すような凹凸形状に加工する。
【００４１】
（第３の製造方法）
図３に示したような断面トラック形の保持材１Ｂを製造するには、図１０に示すように、開口率が全面で一様で、平坦な底部領域１２１と、底部領域１２１の両端から徐々に上方に傾斜する傾斜領域１２２と、傾斜領域１２２の最高位置に連続する平坦な頂部領域１２３とが形成された脱水成形型１２０を用いる。底部領域１２１の幅はＥＥ間距離に相当し、傾斜領域１２２の幅は湾曲部５０の円弧長（ＥＦ間距離）に相当し、頂部領域１２３の幅はＦＦ間距離に相当する。そして、図中上方から保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１２０の全面に保持材構成材料を付着させる。
【００４２】
次いで、脱水成形型１２０を取り除くと、図１１（Ａ）に示すように、断面形状で、底部領域１２１に対応する（Ｔ１−Ｔ２）部分が厚く、その両端に傾斜領域１２２に対応して厚さが漸減する（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分が連続し、更に頂部領域１２３に対応して最も薄い（Ｂ−Ｂ）部分が形成された湿潤成形体３００が得られる。
【００４３】
次いで、この湿潤成形体３００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、乾燥することにより、厚みに応じて坪量が変化したシート３１０が得られる。即ち、図１１（Ｂ）に示すように、シート３１０は、湿潤成形体３００の（Ｔ１−Ｔ２）部分に対応する部分で最も坪量が大きくなり、（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分に対応する部分では坪量が漸減し、（Ｂ−Ｂ）部分に対応する部分で最も坪量が小さくなっている。
【００４４】
次いで、図１１（Ｃ）に示すように、（Ｂ−Ｂ）部分の半分の幅の位置で切断することにより保持材１Ｂが得られる。また、両端は図４に示したように、凹凸形状に加工される。
【００４５】
（第４の製造方法）
本製造方法によっても、同様の保持材１Ｂが得られる。即ち、図１２に示すように、開口率が最大で一様な第１領域１３１と、開口率が第１領域から離間するのに従って漸減する第２領域１３２と、第２領域１３２に連続して開口率が最小で一様な第３領域１３３とが形成された平坦な脱水成形型１３０を用いる。そして、この脱水成形型１３０の上方から保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１３０の全面に保持材構成材料を付着させる。
【００４６】
次いで、脱水成形型１２０を取り除くと、図１３（Ａ）に示すように、断面形状で、底部領域１３１に対応する（Ｔ１−Ｔ２）部分が厚く、その両端に傾斜領域１３２に対応して厚さが漸減する（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分が連続し、更に頂部領域１３３に対応して最も薄い（Ｂ−Ｂ）部分が形成された湿潤成形体４００が得られる。
【００４７】
次いで、この湿潤成形体４００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、乾燥することにより、厚みに応じて坪量が変化したシート４１０が得られる。即ち、図１３（Ｂ）に示すように、シート４１０は、湿潤成形体４００の（Ｔ１−Ｔ２）部分に対応する部分で最も坪量が大きくなり、（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分に対応する部分では坪量が漸減し、（Ｂ−Ｂ）部分に対応する部分で最も坪量が小さくなっている。
【００４８】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、（Ｂ−Ｂ）部分の半分の幅の位置で切断することにより保持材１Ｂが得られる。また、両端は図４に示したように、凹凸形状に加工される。
【００４９】
（第５の製造方法）
本製造方法は、図５に示す筒型保持材１を製造する方法である。図１４に使用する脱水形成型１１０Ａを示すが、図８に示した平板型の脱水成形型１１０の第１領域１１１と第２領域１１２とを切り出し、両端のＡ点同士を連結して円筒状に形成したものである。従って、連結部となるＢ点では開口率が最小となる。そして、図１５に示すように、筒型脱水成形金型１１０Ａを、スラリー溜め１０５に貯留された水性スラリー１０６に浸漬し、筒型脱水成形型１１０Ａの内側から吸引ポンプ１０７で吸引する。これにより、図１６に示すように、筒型脱水成形型１１０Ａの表面に無機繊維１０８が付着して筒型湿潤成形体４０１が得られる。次いで、脱型した後、筒状を保持して同一厚さに圧縮し、乾燥することにより、断面円形の筒型の保持材が得られる。
【００５０】
(第６の製造方法)
本製造方法は、断面トラック形の筒型保持材（断面形状については図３を参照）を製造する方法である。図１７に使用する脱水成形型１３０Ａを示すが、図１２に示した平板型の脱水成形型１３０の「第３領域１３３−第２領域１３２−第１領域１３１−第２領域１３２−第３領域１３３」を切り出し、両端の第３領域１３３，１３３の半分の幅の位置で切断して連結したものである。そして、第５の製造方法と同様にしてスラリー溜めに貯留された水性スラリーに浸漬し、内側から吸引ポンプで吸引して筒型湿潤成形体が得られる。次いで、脱型した後、筒状を保持して同一厚さに圧縮し、乾燥することにより、断面トラック形の筒型の保持材が得られる。
【実施例】
【００５１】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。尚、何れも、直径１００mmの断面円形の触媒担体用の保持材を作製した。
【００５２】
（実施例１）
アルミナ繊維（アルミナ９６質量％、シリカ４質量％）１００質量部に対し、有機バインダーとしてのアクリル樹脂０．５質量部、無機バインダーとしてコロイダルシリカを３質量部、水１００００質量部の水性スラリーを作製した。次いで、図６に示すような、開口率が全面で一様で、頂部と底部とが等間隔で現れるように折り畳んだ脱水成形型を用い、水性スラリーを流し込み、脱水成形して湿潤成形体を得た。なお、頂部と底部との最大差は１０ｍｍとした。そして、湿潤成形体全体を厚み方向に同一厚さになるように圧縮しながら１００℃で乾燥し、図７（Ｂ）に示すような幅４０ｍｍで、脱水成形型の底部に相当する部分で坪量が最も大きく、両側に向かって坪量が漸減するシートを得た。そして、図７（Ｃ）に示すように、底部を挟む２つの頂部に沿って切断し、マット状の保持材を得た。得られた保持材の厚さはほぼ一定で平均６．７ｍｍであり、±０．５ｍｍ以下であった。底部に相当する部分の坪量は１１００ｇ／ｃｍ2、底部に相当する部分の坪量は１０００ｇ／ｃｍ2であり、坪量比は１．１倍であった。また、保持材全量に対して、無機繊維９６．６質量％、有機バインダー０．５質量％、無機バインダー２．９質量％含まれており、強熱減量率を測定したところ、有機分は０．５質量％であった。
【００５３】
得られた保持材を、図１に示すように、底部に相当する部位が触媒担体の直上部分と一致するように触媒担体に巻き付けて触媒担体ユニットを得た。この触媒担体ユニットを、外径１１１mm、肉厚１．５ｍｍ（ギャップ４．０ｍｍ）の楕円型筒状のＳＵＳ製ケーシングに圧入して触媒コンバーターを作成した。
【００５４】
（実施例２）
無機繊維としてのアルミナ繊維（アルミナ８０質量％、シリカ２０質量％）１００質量部に対し、有機バインダーとしてのアクリル樹脂０．５質量部、無機バインダーとしてコロイダルシリカを３質量部、水１００００質量部の水性スラリーを作製した。次いで、図８に示すような、開口率が５０%から７５%に連続的に変化する平坦な脱水成形型を用い、水性スラリーを流し込み、脱水成形して湿潤成形体を得た。そして、湿潤成形体全体を厚み方向に同一厚さになるように圧縮しながら１００℃で乾燥し、図９（Ｂ）に示すような幅４０ｍｍで、開口率が最も大きくなる部分で坪量が最も大きく、両側に向かって坪量が漸減するシートを得た。そして、図９（Ｃ）に示すように、頂部を挟む２つの底部に沿って切断し、マット状の保持材を得た。得られた保持材の厚さはほぼ一定で平均６．７ｍｍであり、±０．５ｍｍ以下であった。頂部に相当する部分の坪量は１１００ｇ／ｃｍ2、底部に相当する部分の坪量は１０００ｇ／ｃｍ2であり、坪量比は１．１倍であった。また、保持材全量に対して、無機繊維９６．６質量％、有機バインダー０．５質量％、無機バインダー２．９質量％含まれており、強熱減量率を測定したところ、有機分は０．５質量％であった。
【００５５】
得られた保持材を、図１に示すように、底部に相当する部位が触媒担体の直上部分と一致するように触媒担体に巻き付けて触媒担体ユニットを得た。この触媒担体ユニットを、外径１１１ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ（ギャップ４．０ｍｍ）の楕円型筒状のＳＵＳ製ケーシングに圧入して触媒コンバーターを作成した。
【００５６】
（比較例１）
実施例１と同様の水性スラリーを平坦な脱水成形型に流し込み、脱水成形、圧縮及び乾燥して、厚さ６．７ｍｍで、坪量が１０００ｇ／ｍ2で一様の保持材を得た。
【００５７】
得られた保持材を触媒担体に巻き付けて触媒担体ユニットを得た。そして、外短径９１mm、外長径１３１ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ（ギャップ４．０ｍｍ）の楕円型筒状のＳＵＳ製ケーシングに圧入して触媒コンバーターを作製した。
【００５８】
（保持力評価）
実施例１、２及び比較例１の触媒コンバーターについて、実施例１，２では保持材の坪量が最も大きい部分が真下に位置するように触媒コンバーターを置いた状態で加熱加振機に装着し、保持材の保持力を評価した。尚、比較例１では保持材全体で坪量が一様であるため、配置を考慮することなく触媒コンバーターを加熱加振機に装着した。評価条件は以下の通りであり、結果を表１に示した。
・試験温度：９００℃
・加速度：６０G
【００５９】
【表１】
【００６０】
以上の結果から、本発明に従う実施例１、２の保持材は全周方向から均一な力で担体を保持できることがわかる。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ、１Ｂ 保持材
１０、１０Ａ、１０Ｂ 触媒担体
２０ ケーシング
３０ 低摩擦シート
１００、１１０、１２０、１３０ 平板型脱水成形型
１１０Ａ、１３０Ａ 筒型脱水成形型
２００、３００ 湿潤成形体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートや一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等を除去する触媒コンバーターに用いられる触媒担体を金属製ケーシング内に保持するための触媒コンバーター用保持材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒コンバーター用保持材（以下、「保持材」ともいう）は、無機繊維と有機バインダーとを含有する水性スラリーを所定形状の脱水成形型を用いて湿式成形し、熱プレスして得られる。そして、触媒担体に装着した状態で金属製のケーシングに組み込まれ（以下、「キャニング」ともいう）、キャニング後に加えられた熱により、保持材に含まれる有機バインダーが焼失し、有機バインダーにより圧縮状態で拘束されていた無機繊維が厚み方向に膨張することにより、触媒担体とケーシングとの隙間をシールするとともに、触媒担体を保持する。
【０００３】
また、図１８に示すように、重力の影響により触媒担体１０の重量が下方に作用するため、通常、保持材１に加わる力は触媒担体１０の直下部分Ｇで最大となる。このため触媒担体１０の坪量は、触媒担体１０の直下部分Ｇを保持するのに必要な値で全体が一様に設定されている。そのため、保持材１の他の部分、特に触媒担体１０の重量が全く加わらない直上部分Ｕと接する部分では必要以上の坪量となっており、無機繊維をはじめとする保持材構成材料を必要以上に使用している。
【０００４】
尚、保持材は多種多様であり、特許出願も数多くされており、適当な従来技術を挙げることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、触媒担体の保持能力を確保しつつ、不要な保持材構成材料を削減して安価な触媒コンバーター用保持材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は下記に示す触媒コンバーター用保持材及びその製造方法を提供する。
（１）触媒担体と、触媒担体を収容する金属製ケーシングと、触媒担体に装着されて触媒担体と金属製ケーシングとの間隙に介装される保持材とを備えた触媒コンバーターに用いられる保持材であって、
触媒担体に装着したときに該触媒担体の重量が最も加わる部分の坪量が最大で、前記部分から離間するのに伴って坪量が漸減することを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
（２）最も深い領域を起点として漸次浅くなる脱水成形型に無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程と備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
（３）開口率が最も大きい領域を起点として開口率が漸減する脱水成形型に、無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程とを備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の保持材は、触媒担体の重量が最も加わる触媒担体の直下部分の坪量が最も大きく、上方に向かうのに従い漸減して触媒担体の直上部分で最小となるため、保持能力を良好に確保しつつ、保持材構成材料を削減することができ安価になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る断面円形の触媒担体用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【図２】本発明に係る断面楕円の触媒担体用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【図３】本発明に係る断面トラック形の触媒担体用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【図４】マット型保持材を示す斜視図である。
【図５】筒型保持材を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の製造方法に使用される脱水成形型を示す模式図である。
【図７】（Ａ）は第１の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の製造方法に使用される脱水成形型を示す模式図である。
【図９】（Ａ）は第２の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１１】（Ａ）は第３の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１３】（Ａ）は第４の製造方法により得られた湿潤成形体を示す断面図であり、（Ｂ）は圧縮・乾燥後に得られるシートを示す断面図であり、（Ｃ）はシートを切断して得られるマット状の保持材を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１５】第５の製造方法を説明するための模式図である。
【図１６】図１５に示す方法により得られた筒型湿潤成形体を示す模式図である。
【図１７】本発明の第６の製造方法に使用される脱水成形型を示す斜視図である。
【図１８】従来の触媒コンバーター用保持材を、触媒担体の断面形状に沿って示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１０】
（保持材）
図１に断面図で示すように、保持材１は、触媒担体１０の重量が最も加わる触媒担体１の直下部分Ｇと接する部分が、その厚み方向（符号１１で示す部分；以下「坪量最大部分」ともいう）に沿って坪量が最も大きく、そこから直上部分Ｕと接する部分に向かって坪量が漸減し、直上部分Ｕで、その厚み方向（符号１２で示す部分）に沿って坪量が最も小さくなる（以下「坪量最小部分」ともいう）ように設定されている。
【００１１】
ここで、坪量とは単位面積あたりの繊維質量のことをいう。本発明の保持材においては、発明の効果を発揮できれば、その範囲は特に制限はなく、４５０〜４５００ｇ／ｍ２であればよい。より具体的には、その範囲は触媒担体１０とケーシング２０との隙間（以下、「ギャップ」ともいう）の大きさにより異なり、例えば、ギャップが２〜６ｍｍの場合には４５０〜１８００ｇ／ｍ２、６〜１０ｍｍの場合には１８００〜３６００ｇ／ｍ２、８〜１２ｍｍの場合には２２５０〜４５００ｇ／ｍ２であればよい。ケーシング２０は、触媒担体１０と相似形であり、ここでは断面が円形を呈する。
【００１２】
坪量最大部分の坪量と、坪量最小部分の坪量との比は、本発明の効果を得られるのであれば特に制限はないが、１．０５〜２．０倍であればよく、１．１〜１．８倍であることが好ましく、１．１〜１．６倍であればより好ましい。ケーシング２０の触媒担体１０とのギャップ差のばらつきは、ケーシング２０の寸法精度、残留応力、加熱温度などに左右されるが、一般的には１．５倍以下である。そのため、前記の坪量比にすることにより、このようなギャップ差があっても触媒担体１０の全周にわたり一様にシールすることができるようになる。
【００１３】
保持材１は、保持力や断熱性能、シール性能等を考慮すると、厚さが一定であることが好ましい。具体的には、厚さは５〜３０ｍｍであればよく、６〜１２ｍｍであることが好ましい。また、厚さの変動は±１５％以下であることが好ましく、より好ましくは±１０％以下、さらに好ましくは±５％以下である。
【００１４】
ケーシング２０は、図示の例では上下２分割されているが、一体型のケーシングを用いてスタッフィング方式で保持材１をキャニングすることもでき、保持材１の厚さを一定にすることによりキャニングの生産性を向上させることが期待できる。
【００１５】
また、保持材１の外周全面に、摩擦係数０．１〜０．３の低摩擦シート３０が積層されてもよい。それにより、一体型のケーシングにキャニングする際の摩擦抵抗が小さくなり、キャニング作業が容易になる。
【００１６】
尚、触媒担体１０は、図示のような断面円形の他、断面形状が楕円やトラック形のような扁平であってもよい。
【００１７】
図２は、断面楕円の触媒担体１０Ａを保持する保持材１Ａを示す断面図であるが、触媒担体１０Ａの重量は、楕円と短径Ｈとが交差する下側の点Ｇにおいて最大となるため、その厚さ１１に沿った部分が坪量最大部分となり、触媒担体１０Ａの楕円と短径Ｈとが交差する上側の点Ｕと接する部分が、その厚さ１２に沿って坪量最小部分となる。また、坪量最大部分から坪量最小部分に向かって、坪量が漸減している。尚、図中の符号２０Ａはケーシングである。
【００１８】
尚、低摩擦シート３０を積層する場合は、保持材１Ａの外周全面であってもよいが、触媒担体１０Ａの楕円と長径Ｌとが交差する点Ｄ，Ｄと接する部分の外周面のみに設けてもよい。触媒担体１０Ａに保持材１Ａを装着したときに、点Ｄ，Ｄと接する部分の近傍は曲率半径が小さくなることから、この部分が外側（ケーシング側）に引っ張られて保持材１Ａの外表面に割れやしわが発生する不具合を回避することができる。こうした保持材１の外表面の割れやしわは、キャニングするときの妨げになるため好ましくない。
【００１９】
図３は、断面トラック形の触媒担体１０Ｂを保持する保持材１Ｂを示す断面図であるが、触媒担体１０Ｂの重量は、下側の平面部分１０ａと接する部分４０の全体が一様に最大となるため、この部分４０を坪量最大部分とする。また、上側の平面部分１０ｂと接する部分４１が坪量最小部分となる。更に、触媒担体１０Ｂの湾曲部１０ｃと接する部分５０では、坪量が、部分４０の端部Ｅ，Ｅから部分４１の端部Ｆ、Ｆに向かって漸減している。尚、図中の符号２０Ｂはケーシングであり、部分５０の外周面に低摩擦シート（図示せず）を積層してもよい。
【００２０】
触媒担体は、その他にも、図示は省略するが、触媒担体円を、直交する２つの直径側から押しつぶしたような扁平断面形状、あるいは楕円の曲率が各部で異なる断面形状であってもよい。
【００２１】
上記において、保持材１、１Ａ、１Ｂの構成材料には制限がなく、無機繊維や有機バインダーを含んでいればよい。また、必要に応じて、従来から使用されている、充填材や無機バインダー等を含んでいてもよい、これらの種類には制限はないが、以下に好ましい例を示す。
【００２２】
無機繊維としては、従来から保持材に用いられている種々の無機繊維を用いることができる。例えば、アルミナ繊維、ムライト繊維、あるいはその他のセラミック繊維等を適宜使用できる。より具体的には、アルミナ繊維としては、例えばＡｌ２Ｏ３が９０重量％以上（残りはＳｉＯ２分）であって、かつＸ線結晶学に基いて低結晶化度を有することが好ましく、結晶化度は３０％以下であればよく、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。また、その平均繊維径が３〜８μｍ、ウエットボリューム４００ｃｃ／５ｇ以上が好ましい。ムライト繊維としては、例えばＡｌ２Ｏ３分／ＳｉＯ２分重量比が７０／３０〜８０／２０程度のムライト組成であって、かつＸ線結晶学に基いて低結晶化度を有することが好ましく、結晶化度は３０％以下であればよく、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。また、その平均繊維径が３〜８μｍ、ウエットボリューム４００ｃｃ／５ｇ以上が好ましい。その他のセラミック繊維としては、シリカアルミナ繊維やシリカ繊維を挙げることができるが、何れも従来から保持材に使用されているもので構わない。また、ガラス繊維やロックウール、生体溶解性繊維を配合してもよい。
【００２３】
尚、上記ウエットボリュームは、次の方法で算出される。
１）乾燥した繊維材料５ｇを少数点２桁以上の精度を有する秤で計量する。
２）計量した繊維材料を５００ｇのガラスビーカーに入れる。
３）２）のガラスビーカーに温度２０〜２５℃の蒸留水を４００ｃｃ程度入れ、攪拌機を用いて繊維材料を切断しないように慎重に攪拌し、分散させる。この分散は超音波洗浄機を使用してもよい。
４）３）のガラスビーカーの中味を１０００ｍｌのメスシリンダーに移し、目盛で１０００ｃｃまで蒸留水を加える。
５）４）のメスシリンダーの口を手等で塞ぎ、水が漏れないように注意しながら上下逆さまにして攪拌する。これを計１０回繰り返す。
６）攪拌停止後、室温下で静置し、３０分経過後の繊維沈降体積を目視で計測する。
７）上記操作を３サンプルについて行い、その平均値を測定値とする。
【００２４】
有機バインダーも公知のもので構わず、ゴム類、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を使用できる。具体的には、ゴム類の例としては、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体、ブタジエンゴム等がある。水溶性有機高分子化合物の例としては、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等がある。熱可塑性樹脂の例としては、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の単独重合体及び共重合体、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がある。なお、これらの有機バインダーは二種以上を組み合わせて使用することもできる。有機バインダーの使用量は、無機繊維を結束し得る量であれば制限はないが、無機繊維１００質量部に対して０．１〜１０質量部であればよい。有機バインダーが０．１質量部未満では結束力が不足し、１０質量部を越えると相対的に無機繊維の量が減ってしまい、保持材として必要な保持性能及びシール性能が得られなくなることが懸念される。有機バインダーの好ましい量は０．２〜６質量部、さらに好ましい量は０．２〜４質量部である。
【００２５】
また、有機バインダーとしてパルプ等の有機繊維を少量配合することも可能である。有機繊維は細く長いものほどバインド力が高く、高度にフィブリル化したセルロースやセルロースナノファイバー等が好ましい。具体的には、繊維径が０．０１〜５０μｍ、繊維長が１〜５０００μｍであることが好ましく、繊維径が０．０２〜１μｍ、繊維長が１０〜１０００μｍであることがより好ましい。
【００２６】
こうしたフィブリル化した繊維の使用量は、無機繊維を結束し得る量であれば制限はないが、無機繊維１００質量部に対して０．１〜５質量部である。フィブリル化した繊維が０．１質量部未満では結束力が不足し、５質量部を越える場合は相対的に無機繊維の量が減り、保持材として必要な保持性能及びシール性能が得られない。フィブリル化した繊維の好ましい量は０．１〜２．５質量部、さらに好ましい量は０．１〜１質量部である。
【００２７】
また、こうしたフィブリル化した繊維と無機バインダーを併用してもよい。フィブリル化した繊維と無機バインダーの併用によれば、使用時おける有機成分の揮発が起因する上述した不具合を回避するために、フィブリル化した繊維の使用量を少なくした場合であっても、無機繊維を良好に結束でき、従来と同等の厚さを維持できる触媒コンバーター用保持材を提供することができる。こういった無機バインダーは公知のもので構わず、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、モンモリロナイトといった粘土鉱物、水ガラスなどが挙げられる。なお、これらの無機バインダーは二種以上を組み合わせて使用することもできる。無機バインダーの使用量は、無機繊維を結束し得る量であれば制限はないが、無機繊維１００質量部に対して０．１〜１０質量部である。無機バインダーが０．１質量部未満では結束力が不足し、５質量部を越える場合は相対的に無機繊維の量が減り、保持材として必要な保持性能及びシール性能が得られない。無機バインダーの好ましい量は０．２〜６質量部、さらに好ましい量は０．２〜４質量部である。
【００２８】
尚、含有する有機分は、保持材全量に対して０．３〜４．０質量％であることが好ましく、０．５〜３．０質量％であることがより好ましく、１．０〜２．５質量％であることが特に好ましい。有機分が少なくなるほど、キャニング後に熱が加えられた際に揮発ガスが少なくなるので好ましい。ここで、有機分は７００℃で３０分加熱した後の強熱減量率で代用できる。
【００２９】
上記の保持材１、１Ａ、１Ｂは、その形態には特に制限はなく、一枚のマット状（マット型保持材）であってもよく、断面形状が円形、楕円またはトラック形の筒型（筒型保持材）であってもよい。図４にマット型保持材１を示すが、一方の端部に凹部が形成され、他方の端部に凸部が形成され、凹部と凸部とが係合するように接合される。尚、凸部と凹部との接合部分が坪量最小部分となる。また、図５に、図１に示す断面が円形の筒型保持材を示す。尚、マット型保持材は、触媒担体に巻きつける作業が必要であるため、手間やコストを考慮すると筒型保持材の方が有利である。
【００３０】
以下に、上記の保持材の製造方法について説明する。
【００３１】
（第１の製造方法）
上記した断面円形の保持材１及び断面楕円の保持材１Ａを製造には、図６に示すように、底部１０１（最も深い領域）と、頂部１０２（最も浅い領域）とが等間隔で現れるように折り畳んだ脱水成形型１００を用い、図中上方から保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１００の全面に保持材構成材料を付着させる。ここで、底部１０１から頂部１０２に向かって漸次浅くなる領域が形成される。また、脱水成形型１００の開口率は、全面で一様である。
【００３２】
尚、脱水成形型１００は全体を取り囲む枠体を備えるが、ここでは枠体を省略して示す。以降の製造方法も同様である。また、脱水成形型１００は、水性スラリー中の水分を透過し、無機繊維等の保持材の構成材料を型面上に残すことができればよく、例えば金網や、微細な穴を多数形成した平板等を使用することができる。ここでは、金網を例示して説明する。
【００３３】
次いで、脱水成形型１００を取り除くと、図７（Ａ）に示すように、脱水成形型１００の底部１０１に対応する頂部Ｔと、脱水成形型１００の頂部１０２に対応する底部Ｂとが交互に連続して現れる断面形状を呈する湿潤成形体２００が得られる。
【００３４】
次いで、この湿潤成形体２００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、例えば１００〜２００℃で乾燥することにより、図７（Ｂ）に示すように、頂部Ｔに相当する部分の坪量が最も大きく、両端の底部Ｂに向かって坪量が漸減する長尺のシート２１０が得られる。
【００３５】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、シート２１０を「底部Ｂ−頂部Ｔ―底部Ｂ」を１ユニットとし、両端の底部Ｂに沿って切断することにより保持材１が得られる。この保持材１は、平坦なマット状であり、両端を図４に示すような凹凸形状に加工する。
【００３６】
尚、本製造方法において、脱水成形型１００は、図６のように底部１０１と頂部１０２とが屈曲した形状での他に、側面視で波形であってもよい。
【００３７】
（第２の製造方法）
本製造方法によっても、同様の保持材１、１Ａが得られる。即ち、図８に示すように、開口率が漸減する第１領域１１１と、開口率が漸増する第２領域１１２と交互に連接している平坦な脱水成形型１１０を用いる。脱水成形型１１０の第１領域１１１では、開口率が起点（Ａ点）を最大として漸次小さくなっており、第１領域１１１に連接する第２領域１１２では、開口率が第１領域１１１との連接部（Ｘ点）が最小で漸次大きくなる。脱水成形型１１０は、このような開口率の増減パターンを繰り返す。そして、この脱水成形型１１０に、保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１１０の全面に保持材構成材料を付着させる。ここで、脱水成形型１００は平坦（深さは全面で一様）であることが製造上好ましいが、部分的に深さを変えることもできる。
【００３８】
次いで、脱水成形型１１０を取り除くと、図９（Ａ）に示すように、頂部Ｔと底部Ｂとが交互に連続して現れる断面形状を呈する湿潤成形体２００が得られる。開口率が大きいほど水が多く吸引され、それに伴って無機繊維が吸い寄せられるため、Ａ点で繊維付着量が最も多くなり、Ｘ点で繊維付着量が最も少なくなり、湿潤成形体２００は図１１（Ａ）のような断面形状になる。
【００３９】
次いで、第１の製造方法と同様にして、この湿潤成形体２００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、乾燥することにより、図９（Ｂ）に示すように、頂部Ｔに相当する部分の坪量が最も大きく、両端の底部Ｂに向かって坪量が漸減する長尺のシート２１０が得られる。
【００４０】
次いで、図９（Ｃ）に示すように、シート２１０を「底部Ｂ−頂部Ｔ―底部Ｂ」を１ユニットとし、両端の底部Ｂに沿って切断することにより保持材１が得られる。この保持材１は、平坦なマット状であり、両端を図４に示すような凹凸形状に加工する。
【００４１】
（第３の製造方法）
図３に示したような断面トラック形の保持材１Ｂを製造するには、図１０に示すように、開口率が全面で一様で、平坦な底部領域１２１と、底部領域１２１の両端から徐々に上方に傾斜する傾斜領域１２２と、傾斜領域１２２の最高位置に連続する平坦な頂部領域１２３とが形成された脱水成形型１２０を用いる。底部領域１２１の幅はＥＥ間距離に相当し、傾斜領域１２２の幅は湾曲部５０の円弧長（ＥＦ間距離）に相当し、頂部領域１２３の幅はＦＦ間距離に相当する。そして、図中上方から保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１２０の全面に保持材構成材料を付着させる。
【００４２】
次いで、脱水成形型１２０を取り除くと、図１１（Ａ）に示すように、断面形状で、底部領域１２１に対応する（Ｔ１−Ｔ２）部分が厚く、その両端に傾斜領域１２２に対応して厚さが漸減する（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分が連続し、更に頂部領域１２３に対応して最も薄い（Ｂ−Ｂ）部分が形成された湿潤成形体３００が得られる。
【００４３】
次いで、この湿潤成形体３００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、乾燥することにより、厚みに応じて坪量が変化したシート３１０が得られる。即ち、図１１（Ｂ）に示すように、シート３１０は、湿潤成形体３００の（Ｔ１−Ｔ２）部分に対応する部分で最も坪量が大きくなり、（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分に対応する部分では坪量が漸減し、（Ｂ−Ｂ）部分に対応する部分で最も坪量が小さくなっている。
【００４４】
次いで、図１１（Ｃ）に示すように、（Ｂ−Ｂ）部分の半分の幅の位置で切断することにより保持材１Ｂが得られる。また、両端は図４に示したように、凹凸形状に加工される。
【００４５】
（第４の製造方法）
本製造方法によっても、同様の保持材１Ｂが得られる。即ち、図１２に示すように、開口率が最大で一様な第１領域１３１と、開口率が第１領域から離間するのに従って漸減する第２領域１３２と、第２領域１３２に連続して開口率が最小で一様な第３領域１３３とが形成された平坦な脱水成形型１３０を用いる。そして、この脱水成形型１３０の上方から保持材構成材料を含有する水性スラリーを流し込み、脱水成形により脱水成形型１３０の全面に保持材構成材料を付着させる。
【００４６】
次いで、脱水成形型１２０を取り除くと、図１３（Ａ）に示すように、断面形状で、底部領域１３１に対応する（Ｔ１−Ｔ２）部分が厚く、その両端に傾斜領域１３２に対応して厚さが漸減する（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分が連続し、更に頂部領域１３３に対応して最も薄い（Ｂ−Ｂ）部分が形成された湿潤成形体４００が得られる。
【００４７】
次いで、この湿潤成形体４００を図中の上方から押圧して同一厚さとし、乾燥することにより、厚みに応じて坪量が変化したシート４１０が得られる。即ち、図１３（Ｂ）に示すように、シート４１０は、湿潤成形体４００の（Ｔ１−Ｔ２）部分に対応する部分で最も坪量が大きくなり、（Ｂ−Ｔ１）部分及び（Ｔ２−Ｂ）部分に対応する部分では坪量が漸減し、（Ｂ−Ｂ）部分に対応する部分で最も坪量が小さくなっている。
【００４８】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、（Ｂ−Ｂ）部分の半分の幅の位置で切断することにより保持材１Ｂが得られる。また、両端は図４に示したように、凹凸形状に加工される。
【００４９】
（第５の製造方法）
本製造方法は、図５に示す筒型保持材１を製造する方法である。図１４に使用する脱水形成型１１０Ａを示すが、図８に示した平板型の脱水成形型１１０の第１領域１１１と第２領域１１２とを切り出し、両端のＡ点同士を連結して円筒状に形成したものである。従って、連結部となるＢ点では開口率が最小となる。そして、図１５に示すように、筒型脱水成形金型１１０Ａを、スラリー溜め１０５に貯留された水性スラリー１０６に浸漬し、筒型脱水成形型１１０Ａの内側から吸引ポンプ１０７で吸引する。これにより、図１６に示すように、筒型脱水成形型１１０Ａの表面に無機繊維１０８が付着して筒型湿潤成形体４０１が得られる。次いで、脱型した後、筒状を保持して同一厚さに圧縮し、乾燥することにより、断面円形の筒型の保持材が得られる。
【００５０】
(第６の製造方法)
本製造方法は、断面トラック形の筒型保持材（断面形状については図３を参照）を製造する方法である。図１７に使用する脱水成形型１３０Ａを示すが、図１２に示した平板型の脱水成形型１３０の「第３領域１３３−第２領域１３２−第１領域１３１−第２領域１３２−第３領域１３３」を切り出し、両端の第３領域１３３，１３３の半分の幅の位置で切断して連結したものである。そして、第５の製造方法と同様にしてスラリー溜めに貯留された水性スラリーに浸漬し、内側から吸引ポンプで吸引して筒型湿潤成形体が得られる。次いで、脱型した後、筒状を保持して同一厚さに圧縮し、乾燥することにより、断面トラック形の筒型の保持材が得られる。
【実施例】
【００５１】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。尚、何れも、直径１００mmの断面円形の触媒担体用の保持材を作製した。
【００５２】
（実施例１）
アルミナ繊維（アルミナ９６質量％、シリカ４質量％）１００質量部に対し、有機バインダーとしてのアクリル樹脂０．５質量部、無機バインダーとしてコロイダルシリカを３質量部、水１００００質量部の水性スラリーを作製した。次いで、図６に示すような、開口率が全面で一様で、頂部と底部とが等間隔で現れるように折り畳んだ脱水成形型を用い、水性スラリーを流し込み、脱水成形して湿潤成形体を得た。なお、頂部と底部との最大差は１０ｍｍとした。そして、湿潤成形体全体を厚み方向に同一厚さになるように圧縮しながら１００℃で乾燥し、図７（Ｂ）に示すような幅４０ｍｍで、脱水成形型の底部に相当する部分で坪量が最も大きく、両側に向かって坪量が漸減するシートを得た。そして、図７（Ｃ）に示すように、底部を挟む２つの頂部に沿って切断し、マット状の保持材を得た。得られた保持材の厚さはほぼ一定で平均６．７ｍｍであり、±０．５ｍｍ以下であった。底部に相当する部分の坪量は１１００ｇ／ｃｍ2、底部に相当する部分の坪量は１０００ｇ／ｃｍ2であり、坪量比は１．１倍であった。また、保持材全量に対して、無機繊維９６．６質量％、有機バインダー０．５質量％、無機バインダー２．９質量％含まれており、強熱減量率を測定したところ、有機分は０．５質量％であった。
【００５３】
得られた保持材を、図１に示すように、底部に相当する部位が触媒担体の直上部分と一致するように触媒担体に巻き付けて触媒担体ユニットを得た。この触媒担体ユニットを、外径１１１mm、肉厚１．５ｍｍ（ギャップ４．０ｍｍ）の楕円型筒状のＳＵＳ製ケーシングに圧入して触媒コンバーターを作成した。
【００５４】
（実施例２）
無機繊維としてのアルミナ繊維（アルミナ８０質量％、シリカ２０質量％）１００質量部に対し、有機バインダーとしてのアクリル樹脂０．５質量部、無機バインダーとしてコロイダルシリカを３質量部、水１００００質量部の水性スラリーを作製した。次いで、図８に示すような、開口率が５０%から７５%に連続的に変化する平坦な脱水成形型を用い、水性スラリーを流し込み、脱水成形して湿潤成形体を得た。そして、湿潤成形体全体を厚み方向に同一厚さになるように圧縮しながら１００℃で乾燥し、図９（Ｂ）に示すような幅４０ｍｍで、開口率が最も大きくなる部分で坪量が最も大きく、両側に向かって坪量が漸減するシートを得た。そして、図９（Ｃ）に示すように、頂部を挟む２つの底部に沿って切断し、マット状の保持材を得た。得られた保持材の厚さはほぼ一定で平均６．７ｍｍであり、±０．５ｍｍ以下であった。頂部に相当する部分の坪量は１１００ｇ／ｃｍ2、底部に相当する部分の坪量は１０００ｇ／ｃｍ2であり、坪量比は１．１倍であった。また、保持材全量に対して、無機繊維９６．６質量％、有機バインダー０．５質量％、無機バインダー２．９質量％含まれており、強熱減量率を測定したところ、有機分は０．５質量％であった。
【００５５】
得られた保持材を、図１に示すように、底部に相当する部位が触媒担体の直上部分と一致するように触媒担体に巻き付けて触媒担体ユニットを得た。この触媒担体ユニットを、外径１１１ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ（ギャップ４．０ｍｍ）の楕円型筒状のＳＵＳ製ケーシングに圧入して触媒コンバーターを作成した。
【００５６】
（比較例１）
実施例１と同様の水性スラリーを平坦な脱水成形型に流し込み、脱水成形、圧縮及び乾燥して、厚さ６．７ｍｍで、坪量が１０００ｇ／ｍ2で一様の保持材を得た。
【００５７】
得られた保持材を触媒担体に巻き付けて触媒担体ユニットを得た。そして、外短径９１mm、外長径１３１ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ（ギャップ４．０ｍｍ）の楕円型筒状のＳＵＳ製ケーシングに圧入して触媒コンバーターを作製した。
【００５８】
（保持力評価）
実施例１、２及び比較例１の触媒コンバーターについて、実施例１，２では保持材の坪量が最も大きい部分が真下に位置するように触媒コンバーターを置いた状態で加熱加振機に装着し、保持材の保持力を評価した。尚、比較例１では保持材全体で坪量が一様であるため、配置を考慮することなく触媒コンバーターを加熱加振機に装着した。評価条件は以下の通りであり、結果を表１に示した。
・試験温度：９００℃
・加速度：６０G
【００５９】
【表１】
【００６０】
以上の結果から、本発明に従う実施例１、２の保持材は全周方向から均一な力で担体を保持できることがわかる。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ、１Ｂ 保持材
１０、１０Ａ、１０Ｂ 触媒担体
２０ ケーシング
３０ 低摩擦シート
１００、１１０、１２０、１３０ 平板型脱水成形型
１１０Ａ、１３０Ａ 筒型脱水成形型
２００、３００ 湿潤成形体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担体と、触媒担体を収容する金属製ケーシングと、触媒担体に装着されて触媒担体と金属製ケーシングとの間隙に介装される保持材とを備えた触媒コンバーターに用いられる保持材であって、
触媒担体に装着したときに該触媒担体の重量が最も加わる部分の坪量が最大で、前記部分から離間するのに伴って坪量が漸減することを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
【請求項２】
最も深い領域を起点として漸次浅くなる脱水成形型に無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程と備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
【請求項３】
開口率が最も大きい領域を起点として開口率が漸減する脱水成形型に、無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程とを備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
【請求項１】
触媒担体と、触媒担体を収容する金属製ケーシングと、触媒担体に装着されて触媒担体と金属製ケーシングとの間隙に介装される保持材とを備えた触媒コンバーターに用いられる保持材であって、
触媒担体に装着したときに該触媒担体の重量が最も加わる部分の坪量が最大で、前記部分から離間するのに伴って坪量が漸減することを特徴とする触媒コンバーター用保持材。
【請求項２】
最も深い領域を起点として漸次浅くなる脱水成形型に無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程と備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
【請求項３】
開口率が最も大きい領域を起点として開口率が漸減する脱水成形型に、無機繊維を含有する水性スラリーを流し込む工程と、水性スラリーを脱水成形して湿潤成形体を得る工程と、湿潤成形体全体を厚さ方向に圧縮しながら乾燥する工程とを備えることを特徴とする触媒コンバーター用保持材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−２０８５１９（Ｐ２０１１−２０８５１９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５０２１（Ｐ２０１０−７５０２１）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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