(57)【要約】【課題】目的は、簡易な構成によって巻き付け時におけるマットの割れを抑制しつつその保持力を高く維持できる排気浄化装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置１は、柱状のハニカム基材２と、繊維材及び無機バインダを含む帯状でありハニカム基材２に巻き付けられたマット３と、マット３が巻き付けられたハニカム基材２を収容する管状のケーシング５と、を備える。マット３は、ハニカム基材２に接する内側層３１と、内側層３１よりもケーシング５側に設けられかつ内側層３１よりも無機バインダの含有率が低い外側層３２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の排気浄化体と、
前記排気浄化体に巻き付けられた帯状のマットと、
前記マットが巻き付けられた前記排気浄化体を収容する管状のケーシングと、を備える排気浄化装置であって、
前記マットは、繊維材及び無機バインダを含み、
前記マットにおける前記無機バインダの含有率は、前記排気浄化体側よりも前記ケーシング側の方が低いことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記マットは、前記排気浄化体に接する内側層と、前記内側層よりも前記ケーシング側に設けられかつ前記内側層よりも前記無機バインダの含有率が低い外側層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関する。より詳しくは、マットで巻かれた排気浄化体をケーシング内に収容して構成される排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気流路には、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘ等のガス成分を浄化したり、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう）を捕集したりすることにより排気を浄化する排気浄化装置が設けられる。この排気浄化装置は、排気を浄化する機能を有する柱状の排気浄化体を、排気流路の一部となる管状のケーシング内に収容することによって構成される。この際、振動や衝撃によってケーシング内の排気浄化体が破損したり、排気がケーシングと排気浄化体との間の隙間から排気が漏れたりするのを防止するため、排気浄化体は、厚みのある繊維質のマットが巻き付けられた状態でケーシング内に圧入される。またこのマットによる排気浄化体の保持力を向上したり、保持力の経年劣化による低下を抑制したりするため、マットは無機バインダを含有するものが多い（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０５６６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでマットの保持力を向上するために無機バインダの含有率を高くすると、繊維同士がバインダによって強く接続され、マットが硬くなる。マットが硬くなると、排気浄化装置の製造時にマットを排気浄化体の外周面に沿って巻き付けにくくなり、巻き付け時にマットに割れが発生する場合がある。このようなマットの割れを防ぐためには、マットの外側にさらに不織布を巻き付けることも提案されているが、不織布を用いるとその分だけ製造コストが上昇してしまう。
【０００５】
図６は、従来の排気浄化装置１００の巻き付け時における様子を示す図である。排気浄化体１０１にマット１０２及び不織布１０３を巻き付けて構成される従来の排気浄化装置１００は、巻き付け時にマット１０２及び不織布１０３が排気浄化体１０１の円周になじみにくく、マット合わせ部の面圧が極端に増加するおそれがある。
【０００６】
本発明は、簡易な構成によって巻き付け時におけるマットの割れを抑制しつつその保持力を高く維持できる排気浄化装置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】
【０００７】
（１）本発明に係る排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）は、柱状の排気浄化体（例えば、後述のハニカム基材２）と、前記排気浄化体に巻き付けられた帯状のマット（例えば、後述のマット３）と、前記マットが巻き付けられた前記排気浄化体を収容する管状のケーシング（例えば、後述のケーシング５）と、を備え、前記マットは、繊維材及び無機バインダを含み、前記マットにおける前記無機バインダの含有率は、前記排気浄化体側よりも前記ケーシング側の方が低い。
【０００８】
（２）この場合、前記マットは、前記排気浄化体に接する内側層（例えば、後述の内側層３１）と、前記内側層よりも前記ケーシング側に設けられかつ前記内側層よりも前記無機バインダの含有率が低い外側層（例えば、後述の外側層３２）と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
（１）本発明の排気浄化装置は、繊維材及び無機バインダを含む帯状のマットを柱状の排気浄化体に巻き付け、これを管状のケーシングの中に収容することによって形成される。ここでマットに無機バインダを含有させることにより、繊維同士を接続し、ひいてはマットによる排気浄化体の保持力を向上できる。またマットを排気浄化体に巻き付けると、マットは、外側となるケーシング側において内側となる排気浄化体側よりもその厚みに応じた分だけ大きく延びる。そこで本発明の排気浄化装置では、マットにおける無機バインダの含有率を、巻き付け時の延びが小さい排気浄化体側よりも、延びが大きいケーシング側の方で低くする。これによりマットは、排気浄化体側よりもケーシング側の方が柔らかくなるので、巻き付け時にケーシング側で割れが生じるのを抑制できる。また排気浄化体側の無機バインダの含有率をケーシング側の無機バインダの含有率よりも高くすることにより、マット全体としては十分な量の無機バインダを設けることができるので、マットによる保持力を向上することができ、かつ劣化による保持力の低下を緩やかにできる。以上により、本発明の排気浄化装置によれば、簡易な構成でマットの割れを抑制しつつ高い保持力を維持できる。
【００１０】
（２）本発明の排気浄化装置では、マットは、排気浄化体に接する内側層と、内側層よりもケーシング側に設けられかつ内側層よりも無機バインダの含有率が低い外側層と、を備える２層以上の多層構造とする。このような多層構造のマットは、例えば、無機バインダの含有率が異なる２枚のマットを重ねることによって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の斜視図である。
【図２】マットの展開図である。
【図３】マットを触媒コンバータに巻き付けている状態を示す図である。
【図４】各層で無機バインダの含有率が異なる２層構造のマットを製造する手順を模式的に示す図である。
【図５】マットの保持力の劣化特性を示す図である。
【図６】従来の排気浄化装置の劣化による変化を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置１の斜視図である。排気浄化装置１は、図示しないエンジンの排気通路に配置され、このエンジンから排出される排気を排気浄化触媒の作用下で浄化する。より具体的には、排気浄化装置１は、エンジンの排気通路のうちエンジン直下と呼称される区間内（例えば、エンジンが納められるエンジンルーム内の区間内）において、車両の搭載姿勢で縦、すなわちその排気の流れ方向１ａと鉛直方向とが略平行になるように設けられる。
【００１３】
排気浄化装置１は、円柱状のハニカム基材２と、このハニカム基材２に巻き付けられた帯状のマット３と、マット３が巻き付けられたハニカム基材２を収容する管状のケーシング５と、を備える。
【００１４】
ハニカム基材２は、流入側端部２３から流出側端部２４まで排気の流れ方向１ａに沿って延びる複数のセル２１と、これらセル２１を区画形成する隔壁２２とを備えた円柱状であり、各セル２１の両端部２３，２４には目封じが設けられていないフロースルー型のハニカム構造体である。隔壁２２には、排気浄化触媒が担持されている。流入側端部２３から各セル２１内に流入した排気は、各セル２１内を流れ方向１ａに沿って流れる過程で排気浄化触媒の作用下で浄化される。
【００１５】
図２は、マット３の展開図である。マット３は、帯状であり、繊維材と、繊維材同士を接続する無機バインダとを含んで構成される。繊維材には、アルミナ繊維、ムライト繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、セラミックガラス繊維等の耐熱性を有する無機繊維が用いられる。また無機バインダには、例えばアルミナ粒子を含むものが用いられる。マット３は、円柱状のハニカム基材２の外周面に沿ってローラ６によって巻き付けられる（図３参照）。またマット３が巻き付けられたハニカム基材２は、ケーシング５内に収容される（図１参照）。
【００１６】
マット３の無機バインダの含有率には、その厚み方向に沿ってハニカム基材２に接する方とケーシング５に接する方とで差が設けられている。より具体的には、マット３のうち、厚み方向に沿ってケーシング５に接する方の無機バインダの含有率は、ハニカム基材２に接する方の無機バインダの含有率よりも低い。
【００１７】
このように厚み方向に沿って無機バインダの含有率が異なるマット３は、例えば、それぞれ無機バインダの含有率が異なる複数の層体を重ねて得られる多層構造とすることによって、形成される。より具体的には、マット３は、ハニカム基材２に接する内側層３１と、ケーシング５に接する外側層３２と、を重ねて構成される２層構造を有する。また外側層３２の無機バインダの含有率は、内側層３１の無機バインダの含有率よりも低い。例えば、内側層３１における無機バインダの含有率は、繊維材と無機バインダとを合わせた内側層３１の全体に対し３．５質量％であり、外側層３２における無機バインダの含有率は、繊維材と無機バインダとを合わせた外側層３２の全体に対し０．８質量％である。
【００１８】
図４は、各層で無機バインダの含有率が異なる２層構造のマット３を製造する手順を模式的に示す図である。始めに、水と繊維材と無機バインダとを所定の割合で混合及び撹拌して得られる繊維撹拌液Ａを成形槽７内に投入し、この成形槽７内において繊維撹拌液Ａに含まれる水を脱水及び乾燥によって除去することにより、後に内側層３１となる単層マット３７を形成する。
【００１９】
次に、上述のように先に形成した単層マット３７を予め敷いておいた成形槽７内に、水と繊維材と無機バインダとを所定の割合で混合及び撹拌して得られる繊維撹拌液Ｂを投入し、この成形槽７内において繊維撹拌液Ｂに含まれる水を脱水及び乾燥によって除去することにより、成形槽７内の底面側を内側層３１とし上面側を外側層３２としたマット３が形成される。ここで先に形成した単層マット３７には、繊維撹拌液Ｂに含まれていた無機バインダの一部が染み込む。このため、外側層３２は内側層３１と無機バインダによって接続され、また無機バインダの含有率は上面側の外側層３２よりも底面側の内側層３１の方が高くなる。
【００２０】
図１に戻り、ケーシング５は、円筒状であり、上述のようにマット３が巻き付けられたハニカム基材２をその内部に収容する。ケーシング５は、その中心軸を含む面によって２つのケース半体５１，５２に分割される所謂クラムシェル方式のケース部材である。各ケース半体５１，５２の内径は、ハニカム基材２に巻き付けられた状態におけるマット３の外径よりもやや小さい。ケーシング５は、２つのケース半体５１，５２の間にマット３が巻き付けられたハニカム基材２を配置し、ケース半体５１，５２によってマット３をその厚み方向に沿って圧縮しながら各ケース半体５１，５２に設けられたフランジ部５３，５４で突き合わせ、これらフランジ部５３，５４を溶接することによって一体化形成される。このようにマット３を圧縮することにより、ハニカム基材２の外周面にはマット３による面圧が作用し、これによりハニカム基材２はケーシング５の内部の規定の位置に保持される。
【００２１】
本実施形態の排気浄化装置１によれば、以下の効果を奏する。
（１）排気浄化装置１は、繊維材及び無機バインダを含む帯状のマット３をハニカム基材２に巻き付け、これをケーシング５の中に収容することによって形成される。マット３には、無機バインダを含有させることにより、繊維同士を接続し、ひいてはマット３によるハニカム基材２の保持力を向上できる。また排気浄化装置１では、マット３における無機バインダの含有率を、巻き付け時の延びが小さいハニカム基材２側の内側層３１よりも延びが大きいケーシング５側の外側層３２の方で低くする。これによりマット３は、内側層３１よりも外側層３２の方が柔らかくなるので、巻き付け時に外側層３２で割れが生じるのを抑制できる。
【００２２】
図５は、マットの保持力の劣化特性を示す図である。より具体的には、図５は、無機バインダの含有率の異なる２種類のマットに対し排気の熱を想定した熱負荷を複数回のテストサイクルに亘り繰り返し加えたときにおける各マットの保持力［ｋｇｆ］の変化を示す図である。図５において実線は無機バインダの含有率が３．５質量％のマットを示し、破線は無機バインダの含有率が０．８質量％のマットを示す。
【００２３】
図５に示すように、製造当初のマットの保持力は、無機バインダの含有率に関わらずほぼ同じである。また各マットの保持力は、熱負荷を加えると速やかに低下した後、緩やかに低下する特性がある。図５に示すように、無機バインダの含有率が高いマットは、無機バインダの含有率が低いマットよりも、全テストサイクルに亘り強い保持力が維持される。また無機バインダの含有率が高いマットは、無機バインダの含有率が低いマットよりも保持力の低下が緩やかである。
【００２４】
ここで排気浄化装置１によれば、内側層３１の無機バインダの含有率を外側層３２の無機バインダの含有率よりも高くすることにより、マット３全体としては十分な量の無機バインダを設けることができるので、マット３によるハニカム基材２の保持力を強くでき、かつ劣化による保持力の低下を緩やかにできる。以上により、排気浄化装置１によれば、簡易な構成でマット３の割れを抑制しつつ、高い保持力を維持できる。
【００２５】
（２）排気浄化装置１では、マット３は、ハニカム基材２に接する内側層３１と、内側層３１よりもケーシング５側に設けられかつ内側層３１よりも無機バインダの含有率が低い外側層３２と、を備える２層構造とする。これにより、上述のようにマット３の割れを抑制しつつ、高い保持力を維持できる。またこのような２層構造のマット３は、図４を参照して説明したように、無機バインダの含有率が異なる２枚のマットを重ねることによって容易に製造することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【００２７】
例えば上記実施形態では、マット３をフロースルー型のハニカム基材２に巻き付け、これをケーシング５に収容して構成される排気浄化装置を例に説明したが、マット３を巻き付ける対象物はこれに限らない。マットを巻き付ける対象物は、上述のようなハニカム基材の他、各セルにおける排気の流入側端部及び流出側端部のそれぞれにおいて、隣接するセルごとに交互に目封じを設けることによって構成されるウォールフロー型のフィルタ基材としてもよい。
【００２８】
また上記実施形態では、ハニカム基材２側よりもケーシング５側の方が無機バインダの含有率が低いマット３を、内側層３１とこれよりも無機バインダの含有率が低い外側層３２とを重ねることによって構成したが、本発明はこれに限らない。例えば、無機バインダの含有率をハニカム基材２側からケーシング５側へマットの厚み方向に沿って連続的に低くすることによって、ハニカム基材２側とケーシング５側とで無機バインダの含有率に差があるマットを形成してもよい。
【００２９】
また上記実施形態では、内側層３１と外側層３２とを有する２層構造のマット３を例に説明したが、本発明はこれに限らない。マットは、３層以上としてもよい。この場合、各層の無機バインダの含有率は、内側の層から外側の層に向かって低くすることが好ましい。
【符号の説明】
【００３０】
１…排気浄化装置
２…ハニカム基材（排気浄化体）
３…マット
３１…内側層
３２…外側層
５…ケーシング
【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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