(57)【要約】本発明の排ガス浄化装置は、柱状の排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する管状体からなるケーシングと、上記排ガス処理体と上記ケーシングとの間に挿入された無機繊維からなるマットとからなる排ガス浄化装置であって、上記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と上記排ガス処理体のコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、上記排ガス処理体のコーナー部は曲線からなるとともに、上記排ガス処理体の連結部は直線又は曲線からなり、上記排ガス処理体のコーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離が、上記排ガス処理体の連結部から上記ケーシングの内周面までの距離よりも大きいことを特徴とする。
2015056651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の排ガス処理体と、
前記排ガス処理体を収容する管状体からなるケーシングと、
前記排ガス処理体と前記ケーシングとの間に挿入された無機繊維からなるマットと
からなる排ガス浄化装置であって、
前記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と前記排ガス処理体のコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、前記排ガス処理体のコーナー部は曲線からなるとともに、前記排ガス処理体の連結部は直線又は曲線からなり、
前記排ガス処理体のコーナー部から前記ケーシングの内周面までの距離が、前記排ガス処理体の連結部から前記ケーシングの内周面までの距離よりも大きいことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排ガス処理体のコーナー部から前記ケーシングの内周面までの距離が、前記排ガス処理体の連結部から前記ケーシングの内周面までの距離の１倍より大きく、１．４倍より小さい請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、前記排ガス処理体の連結部は直線、又は、前記排ガス処理体の外側に凸となる曲線からなる請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記排ガス処理体のコーナー部の数は４個である請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記ケーシングの長手方向に対して垂直な断面の前記ケーシングの内周面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と、前記ケーシングのコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、
前記排ガス処理体は、前記排ガス処理体のコーナー部と、前記ケーシングのコーナー部とが、相対するように前記ケーシング内に収容されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排ガス処理体の連結部、及び、前記ケーシングの連結部は直線であり、以下の関係式（１）を満たす請求項５に記載の排ガス浄化装置。
前記排ガス処理体のコーナー部の曲率半径の最小値をｒ、
前記ケーシングのコーナー部の曲率半径の最小値をＲ、
前記排ガス処理体のコーナー部に隣接する２つの前記排ガス処理体の連結部における、各前記排ガス処理体の連結部から前記ケーシングの内周面までの距離の平均をｄとして、
Ｒ−ｒ＜ｄ・・・（１）
【請求項７】
前記ケーシングの長手方向に対して垂直な断面において、前記排ガス処理体のコーナー部と相対する前記ケーシングの内周面には、前記ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜７のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記マットには、さらに、ニードルパンチング処理が施されている請求項１〜８のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、スス等のパティキュレートマター（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境及び人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境及び人体に及ぼす影響についても懸念されている。【０００３】
そこで、排ガス中のＰＭを捕集したり、有害なガス成分を浄化したりする排ガス浄化装置として、炭化ケイ素又はコージェライト等の多孔質セラミックからなる排ガス処理体と、排ガス処理体を収容するケーシングと、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される無機繊維からなるマットとから構成される排ガス浄化装置が種々提案されている。【０００４】
この排ガス浄化装置に用いられるマットは、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損することを防止すること、排ガス処理体をしっかりと保持して排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止すること、及び、排ガス処理体とケーシングとの間から排気ガスが漏れることを防止すること等を主な目的として配設されている。【０００５】
マットが上記した機能を発揮することができるように、従来のケーシングは、排ガス処理体の外周面から一定の間隔となるような形状としていた。そして、上記ケーシングと上記排ガス処理体との間隔より若干厚めのマットを排ガス処理体に巻き付け、このマットが巻き付けられた排ガス処理体を上記した形状のケーシングの内部に圧入し、排ガス浄化装置としていた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２３０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の排ガス処理体は、排ガス処理体を構成するセルの垂直方向の断面が円形のもののみでなく、楕円形のものや、長方形の角部（コーナー部）をＲ面取りした形状に近いものがある。特に長方形の角部（コーナー部）をＲ面取りした形状に近いものでは、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体のコーナー部以外の部分からケーシングの内周面までの距離よりも小さくなる場合があった。
このような場合に、マットが巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに圧入すると、上記コーナー部に配設されたマットに対する負荷が大きくなり、マットに亀裂や圧壊が発生しやすいという問題がある。【０００８】
このような問題が発生する結果、マットによる排ガス処理体の保持能力が低下し、また、排ガスの漏れを防止するガスシーリング性能も低下してしまう。【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、マットにより排ガス処理体がしっかりと保持され、排ガスの漏れを防止することができる排ガス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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の排ガス浄化装置は、柱状の排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する管状体からなるケーシングと、上記排ガス処理体と上記ケーシングとの間に挿入された無機繊維からなるマットとからなる排ガス浄化装置であって、上記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と上記排ガス処理体のコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、上記排ガス処理体のコーナー部は曲線からなるとともに、上記排ガス処理体の連結部は直線又は曲線からなり、上記排ガス処理体のコーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離が、上記排ガス処理体の連結部から上記ケーシングの内周面までの距離よりも大きいことを特徴とする。【００１１】
本明細書において、排ガス処理体のコーナー部とは、以下の部分のことをいう。
まず、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、輪郭が曲線となる部分における曲率半径の最小値を求める。該輪郭が曲線となる部分において、曲率半径が上記曲率半径の最小値の８倍以下である連続する部分が、排ガス処理体のコーナー部である。
また、本明細書において、排ガス処理体の連結部とは、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭において、上記コーナー部同士を連結する曲線の部分又は直線の部分のことをいう。排ガス処理体の連結部は、直線のみ又は曲線のみから構成されていてもよく、直線と曲線との両方から構成されていてもよい。【００１２】
本明細書において、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離とは、以下の方法により求めた距離のことである。
まず、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭において、排ガス処理体のコーナー部のある一点における法線を引く。次に、排ガス処理体のコーナー部と上記法線が交差する点から、ケーシングの内周面と上記法線が交差する点までの距離を求める。次に、法線を引くために用いた点を排ガス処理体のコーナー部に沿って移動させ、各点における法線を引く。次に各点から、ケーシングの内周面と法線が交差する点までの距離を求める。このように求めた距離のうち最大の距離が、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離である。【００１３】
本明細書において、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離とは、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離のうち最小となる距離のことである。【００１４】
本明細書において、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きいとは以下の場合を意味する。
まず、上記方法により、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離を求める。次に、その排ガス処理体のコーナー部に隣接する２つの排ガス処理体の連結部を認定する。次に、認定された各排ガス処理体の連結部において、上記方法により排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離を求める。
排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、いずれの排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きい場合が、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きい場合であることを意味する。【００１５】
本発明の排ガス浄化装置では、上記排ガス処理体のコーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離が、上記排ガス処理体の連結部から上記ケーシングの内周面までの距離よりも大きい。
そのため、上記排ガス処理体のコーナー部に配設されているマットは、上記排ガス処理体の連結部に配設されているマットと比較して、ケーシングから受ける圧力が小さい。
従って、上記排ガス処理体のコーナー部に配設されているマットの嵩密度が高くなりにくい。このため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。
また、マットが巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに圧入する際にも、排ガス処理体のコーナー部に配設されたマットにかかる負荷が大きくなりにくく、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。【００１６】
このため、本発明の排ガス浄化装置では、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損することを防止することができることは勿論、マットによる排ガス処理体の保持能力が高く、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れをしっかりと防止することができる。【００１７】
本発明の排ガス浄化装置では、上記排ガス処理体のコーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離が、上記排ガス処理体の連結部から上記ケーシングの内周面までの距離の１倍より大きく、１．４倍より小さいことが望ましい。【００１８】
排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離の１倍以下であると、本願発明の効果を得ることができない。
排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離の１．４倍以上であると、排ガス処理体のコーナー部に配設されたマットが受けるケーシングからの圧力が小さくなるので、マットによる排ガス処理体の保持能力が充分に高くなりにくく、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止しにくくなる。また、排ガスの漏れを充分に防止しにくくなる。【００１９】
本発明の排ガス浄化装置では、上記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、上記排ガス処理体の連結部は直線、又は、上記排ガス処理体の外側に凸となる曲線からなることが望ましい。【００２０】
排ガス処理体の形状が上記のような形状であると、マットが弛みなく排ガス処理体に巻き付けられることになる。
そのため、マットを介してケーシングから排ガス処理体にかかる圧力が減少しにくくなる。従って、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止しやすくなる。また、排ガスの漏れを充分に防止することができる。【００２１】
本発明の排ガス浄化装置では、上記排ガス処理体のコーナー部の数は４個であることが望ましい。【００２２】
排ガス処理体のコーナー部が４個である場合、排ガス処理体のコーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも短くなりやすい。そのため、背景技術で説明したように、排ガス処理体のコーナー部に配設したマットに亀裂や圧壊等が発生しやすい。しかし、本発明の排ガス浄化装置では、上記のように、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きい。そのため、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際、マットの嵩密度が高くなりにくくなる。従って、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【００２３】
本発明の排ガス浄化装置では、上記ケーシングの長手方向に対して垂直な断面の上記ケーシングの内周面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と、上記ケーシングのコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、上記排ガス処理体は、上記排ガス処理体のコーナー部と、上記ケーシングのコーナー部とが、相対するように上記ケーシング内に収容されてなることが望ましい。【００２４】
本明細書において、ケーシングのコーナー部とは、以下の部分のことをいう。
まず、ケーシングの長手方向に対して垂直な断面において、輪郭が曲線となる部分における曲率半径の最小値を求める。該輪郭が曲線となる部分において、曲率半径が上記曲率半径の最小値の８倍以下である連続する部分が、ケーシングのコーナー部である。
また、本明細書において、ケーシングの連結部とは、ケーシングの長手方向に対して垂直な断面の輪郭において、上記ケーシングのコーナー部同士を連結する直線の部分又は曲線の部分のことをいう。ケーシングの連結部は、直線のみ又は曲線のみから構成されていてもよく、直線と曲線との両方から構成されていてもよい。なお特に断らない場合には、ケーシングの長手方向に対して垂直な断面の輪郭とは、該ケーシングの内周面の輪郭を意味する。【００２５】
上記構成の排ガス浄化装置では、排ガス処理体のコーナー部と、ケーシングのコーナー部とが、相対しているので、排ガス処理体のコーナー部に配設されたマットにかかるケーシングからの圧力は均一になりやすい。そのため、マットの一部分の嵩密度が高くなることを防止することができ、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【００２６】
本発明の排ガス浄化装置では、上記排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な断面において、上記排ガス処理体の連結部、及び、上記ケーシングの連結部は直線であり、以下の関係式（１）を満たすことが望ましい。
上記排ガス処理体のコーナー部の曲率半径の最小値をｒ、
上記ケーシングのコーナー部の曲率半径の最小値をＲ、
上記排ガス処理体のコーナー部に隣接する２つの上記排ガス処理体の連結部における、各上記排ガス処理体の連結部から上記ケーシングの内周面までの距離の平均をｄとして、
Ｒ−ｒ＜ｄ・・・（１）【００２７】
本発明の排ガス浄化装置では、上記関係式（１）が成り立つように上記排ガス処理体及び上記ケーシングを設計することにより、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離を、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きくすることができる。そのため、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際に、マットに亀裂や圧壊が生じることを防ぐことができる。【００２８】
本発明の排ガス浄化装置では、上記ケーシングの長手方向に対して垂直な断面において、上記排ガス処理体のコーナー部と相対する上記ケーシングの内周面には、上記ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されていることが望ましい。【００２９】
このような突出部が形成されていると、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離を、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きくしやすくなる。そのため、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際、マットの嵩密度が高くなりにくくなる。従って、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【００３０】
本発明の排ガス浄化装置では、上記無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることが望ましい。
本発明の排ガス浄化装置で上記した種類の無機繊維を使用することにより、上記無機繊維が使用されたマットは、保持力に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、排ガス処理体がしっかりと保持される。【００３１】
本発明の排ガス浄化装置では、上記マットには、さらに、ニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。【００３２】
本発明の排ガス浄化装置では、マットにニードルパンチング処理を施すことにより、無機繊維同士の交絡が発生し、マットの強度が向上する。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
【図３−１】図３−１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
【図３−２】図３−２（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の排ガス浄化装置を構成するケーシングの一例を、ケーシングの長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直に切断して模式的に示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、図６中の破線部を拡大して示す拡大図であり、コーナー部からケーシングの内周面までの距離の求め方を模式的に示す図である。
【図８】図６中の破線部を拡大して示す拡大図であり、排ガス処理体及びケーシングの位置関係を模式的に示す説明図である。
【図９】図９は、関係式（１）を満たす本発明の排ガス浄化装置の一例を示した図であり、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な方向に切断した断面において、１のコーナー部に着目した図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、排ガス処理体のコーナー部と相対するケーシングの内周面に、ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されているケーシングが用いられた排ガス浄化装置の一例、を排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図１１】図１１は、排ガス処理体として排ガス浄化フィルタを用いた場合の本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して平行に切断して模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の排ガス浄化装置を構成する巻付体をケーシングに収納する工程の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１３（ａ）は、排ガス浄化フィルタの長手方向に対して垂直な断面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（ｒ））を模式的に示した断面図である。図１３（ｂ）は、ケーシングの長手方向に対して垂直な内壁面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（Ｒ））を模式的に示した断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｅ）は、実施例１で用いたマットの状態を撮影した写真である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｅ）は、比較例１で用いたマットの状態を撮影した写真である。
【００３４】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。【００３５】
本発明の排ガス浄化装置である排ガス浄化装置１を例にあげ本発明を説明する。【００３６】
図１は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の排ガス浄化装置１は、柱状の排ガス処理体１０と、排ガス処理体１０を収容する管状体からなるケーシング２０と、排ガス処理体１０とケーシング２０との間に挿入された無機繊維からなるマット３０とからなり、排ガス処理体１０の長手方向に対して垂直な断面の輪郭１１は、４個のコーナー部とコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、コーナー部は曲線からなるとともに、連結部は直線からなり、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離が、各連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも大きいことを特徴とする。【００３７】
本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体について説明する。
上記排ガス処理体は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中のＰＭを捕集する機能を有するもの、又は、上記排ガス中の有害なガス成分を無害なガス成分に転換する機能を有するものであるが、上述した２つの機能を有するものであってもよい。【００３８】
本発明では、上記排ガス中のＰＭを捕集する機能を有するものを排ガス浄化フィルタといい、上記排ガス中の有害なガス成分を無害なガス成分に転換する機能を有するものを触媒コンバータということとする。【００３９】
上記排ガス浄化フィルタは、特に限定されるものではなく、例えば、炭化ケイ素又はコージェライト等の多孔質セラミックからなる、いわゆる、ハニカムフィルタと呼ばれるもので、長手方向に多数のセルが併設され、各セルの排ガスの入口側か出口側のいずれかが目封止されたもの、板状のものを重ねてフィルタとしたもの、３次元網目構造を有する金属多孔質体からなるもの、セラミックファイバの積層体からなるもの等があげられる。板状のものを重ねてフィルタとしたもの、３次元網目構造を有する金属多孔質体からなるもの、セラミックファイバの積層体からなるもの等は、これらの部材が所定形状の耐熱性容器に収容されており、この場合、上記耐熱性容器が柱状である。
これらのなかでは、炭化ケイ素又はコージェライト等の多孔質セラミックからなり、長手方向に多数のセルが併設され、各セルの排ガスの入口側か出口側のいずれかが目封止されたハニカムフィルタが望ましい。【００４０】
上記ハニカムフィルタは、コージェライト等からなり、一つの多孔質セラミックから一体的に形成された一体型ハニカムフィルタであってもよく、炭化ケイ素等からなる柱状の多孔質セラミックを主にセラミックを含む接着材層を介して複数個結束してなる集合型ハニカムフィルタであってもよい。【００４１】
上記触媒コンバータは、特に限定されるものではなく、例えば、長手方向に多数のセルが併設された多孔質セラミックに触媒を担持したもの、ペレット状の多孔質セラミックに触媒を担持したもの、金属製の薄いシートを波状に加工したものを担体とし、この担体に触媒を担持したものも等があげられる。ペレット状の担体や金属製のシートを担体としたものでは、これらの担体が耐熱性の容器に収容されており、この場合、上記耐熱性容器が柱状である。
これらのなかでは、長手方向に多数のセルが併設された多孔質セラミックに触媒を担持した触媒コンバータが望ましい。【００４２】
排ガス処理体に担持されている触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、バリウム等のアルカリ土類金属、又は、酸化セリウム等の金属酸化物等があげられる。これらの触媒は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。【００４３】
本発明の排ガス浄化装置１を構成する排ガス処理体１０の形状について説明する。
図２は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。【００４４】
図２に示すように、排ガス処理体１０の長手方向に対して垂直な断面の輪郭１１は、正方形の角部がＲ面取りされた形状である。すなわち、輪郭１１は、４つの曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄと、これらを連結する４つの直線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄとから構成されている。
曲線１２ａ及び１２ｂ、曲線１２ｂ及び１２ｃ、曲線１２ｃ及び１２ｄ、並びに、曲線１２ｄ及び１２ａは、それぞれ、直線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄにより連結されている。【００４５】
ここで、排ガス処理体１０のコーナー部を決定する方法を以下に説明する。
まず、曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄにおける曲率半径の最小値（ｒ１０）ｍｉｎを求める。曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄにおいて、曲率半径が、曲率半径の最小値（ｒ１０）ｍｉｎの８倍以下である連続する部分が、排ガス処理体のコーナー部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄである。【００４６】
なお、曲率半径とは、曲線や曲面の曲がり具合を表す量である。ある曲線において、その局所的な曲がり具合は円に近似することができ、近似した円の半径を曲率半径という。例えば、半径ｒの円周に近似できる場合は、曲率は１／ｒであり、曲率半径はｒである。曲線の曲がり具合がきついほど曲率は大きくなり曲率半径は小さくなる。
また、株式会社東京精密の３次元座標測定機  ＲＶＡ８００Ａ−Ｘ１等を使用し、排ガス処理体の複数点の位置を測定することにより、曲線を特定することができ、この曲線が円弧である場合には、円弧の曲率半径を求めることができる。
さらに、排ガス処理体の曲率半径を所定の値となるように設計している場合には、断面の写真を撮影して、設計時の曲率半径の曲線と一致しているか否かを確認することにより、曲率半径を得ることができる。【００４７】
排ガス処理体１０では、曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの曲率が一定のため、それぞれの曲線が、コーナー部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄである。すなわち、各曲線の始点及び終点が、各コーナー部の始点及び終点である。
また、直線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄがそれぞれ連結部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄである。
排ガス処理体１０において、コーナー部１４ａ及び１４ｂ、コーナー部１４ｂ及び１４ｃ、コーナー部１４ｃ及び１４ｄ、並びに、コーナー部１４ｄ及び１４ａは、それぞれ、連結部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄにより連結されている。【００４８】
また、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、図３−１（ａ）及び（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示すような形状であってもよい。
図３−１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。図３−２（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
図３−１（ａ）に示す、排ガス処理体１１０の長手方向に対して垂直な断面の輪郭１１１は、正方形の角部がＲ面取りされ、該正方形の直線部が外側に凸になるように削られた形状である。すなわち、曲率が大きい４つの曲線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄと、これらを連結する曲率の小さい４つの曲線１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄとから構成されている。
曲線１１２ａ及び１１２ｂ、曲線１１２ｂ及び１１２ｃ、曲線１１２ｃ及び１１２ｄ、並びに、曲線１１２ｄ及び１１２ａは、それぞれ、曲線１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄにより連結されている。【００４９】
ここで、排ガス処理体１１０のコーナー部を決定する方法を以下に説明する。
まず、曲線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄにおける曲率半径の最小値（ｒ１１０）ｍｉｎを求める。
曲線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄにおいて、曲率半径が、曲率半径の最小値（ｒ１１０）ｍｉｎの８倍以下である連続する部分が、排ガス処理体のコーナー部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄである。【００５０】
排ガス処理体１１０において、コーナー部１１４ａ及び１１４ｂ、コーナー部１１４ｂ及び１１４ｃ、コーナー部１１４ｃ及び１１４ｄ、並びに、コーナー部１１４ｄ及び１１４ａは、それぞれ、連結部１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ及び１１５ｄにより連結されている。【００５１】
このように、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体において、連結部は、直線のみ又は曲線のみから構成されていてもよい。また、連結部は、直線と曲線との両方から構成されていてもよい。【００５２】
また、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、図３−１（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示すような３〜６個のコーナー部を有する形状であってもよい。
図３−１（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示す排ガス処理体２１０、３１０及び４１０は、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、それぞれ、正三角形、正五角形、正六角形の各部がＲ面取りされた形状である。【００５３】
なお、排ガス処理体の形状は、上記の形状に限定されず、収容スペース等との関係から好適な形状を選択することが望ましい。【００５４】
本発明の排ガス浄化装置では、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、排ガス処理体の連結部は図２、図３−１（ａ）及び（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示すような、直線、又は、排ガス処理体の外側に凸となる曲線からなることが望ましい。【００５５】
後述するように、排ガス処理体にはマットが巻き付けられることになる。
排ガス処理体の形状が上記のような形状であると、マットが弛みなく排ガス処理体に巻き付けられることになる。
そのため、マットを介してケーシングから排ガス処理体にかかる圧力が減少しにくくなる。従って、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止しやすくなる。また、排ガスの漏れを充分に防止することができる。【００５６】
次に、排ガス浄化装置１を構成するマット３０について説明する。【００５７】
図４は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す斜視図である。
図４に示すように、マット３０は、所定の長手方向の長さ（以下、単に全長ともいう。図４中、矢印Ｌで示す）、幅（図４中、矢印Ｗで示す）及び厚み（図４中、矢印Ｔで示す）を有する無機繊維を含む平面視矩形のマットである。【００５８】
また、マット３０は、凸部３１ａが形成された端面３１と、凹部３２ａが形成された端面３２とを備えている。後述するように、マット３０は排ガス処理体１０に巻き付けられることになる。凸部３１ａ及び凹部３２ａは、マット３０を排ガス処理体１０に巻き付けた際に、ちょうど互いに嵌合するような形状となっている。【００５９】
なお、本発明の排ガス浄化装置に係るマットを構成する無機繊維としては、特に限定されないが、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることが望ましい。【００６０】
これら種類の無機繊維が使用されたマットは、保持力に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、排ガス処理体がしっかりと保持される。
無機繊維の種類は、耐熱性や耐風蝕性等、マットに要求される特性等に応じて変更すればよく、各国の環境規制に適合できるような太径繊維や繊維長のものを使用するのが望ましい。【００６１】
この中でも、低結晶性アルミナ質の無機繊維が望ましく、ムライト組成の低結晶性アルミナ質の無機繊維がより望ましい。加えて、スピネル型化合物を含む無機繊維がさらに望ましい。高結晶性アルミナ質であると、硬く脆いため、クッション材として用いられるマットには不向きである。【００６２】
さらに低結晶性アルミナ質かつスピネル型化合物を含む無機繊維の場合、結晶化比率は０．１〜３０％の範囲が望ましく、さらには結晶化比率０．４〜２０％の範囲がさらに望ましい。この範囲の無機繊維で製作されたマットの反発力及び耐久試験後の復元面圧は高く、性能が良い。しかし、結晶化比率が０．１％未満又は３０％を超えると、反発力や復元面圧は急激に低下してしまう。結晶化比率の測定方法は、ムライト回析線（２θ＝２６．４°）とγアルミナ回析線（２θ＝４５．４°）の積分強度比より算出することができる。【００６３】
マットは、無機繊維からなる素地マットに対してニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。ニードルパンチング処理とは、ニードル等の繊維交絡手段を素地マットに対して抜き差しすることをいう。【００６４】
マットにニードルパンチング処理を施すことにより、無機繊維同士の交絡が発生し、マットの強度が向上する。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。【００６５】
なお、交絡構造を呈するために、無機繊維はある程度の平均繊維長を有していることが望ましく、例えば、無機繊維の平均繊維長は、４ｍｍ〜１２０ｍｍであることが望ましい。この範囲の平均繊維長であると、ニードル処理を施した箇所で繊維同士が絡まり、マットの強度を増加させる。好ましいニードルパンチの存在密度は、１００ｃｍ２あたり１０〜５００個である。ニードルパンチの存在密度が１００ｃｍ２あたり１０個未満であると、マットが引き裂かれて分離してしまう。また、ニードルパンチの存在密度が１００ｃｍ２あたり５００個を超えるとマットを曲げにくくなり、排気ガス処理体への巻回時に平面状にマットがなろうとし、紐状部材を付与した際に、紐状部材に大きな張力がかかってしまい、紐状部材が破断したりするので好ましくはない。【００６６】
また、マットの面比重は、４００ｇ／ｍ２〜２０００ｇ／ｍ２であることが望ましい。マットの面比重が４００ｇ／ｍ２未満であると排ガス浄化装置作動時の振動から排ガス処理体を充分に保護することができないため、排ガス処理体の欠損や、ケーシングから脱落するといった不具合が生じる。また、２０００ｇ／ｍ２を超えると、マットの復元力が強すぎるため、排ガス処理体の強度を上回って破損させてしまう。【００６７】
マットは、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。マットが多層構造からなる場合には、引掛け部は、複数のマットの同じ位置に形成されていることが望ましい。そうすることで、紐状部材が複数あるマット同士を、はがれないようにさせることができる。通常の多層マットでは、ステッチや接着剤を使用するなどするので、有機分の増加が懸念されるほか、工数が複雑となるので不良の増加や作業効率の低下を招く。
マットが単層構造のマットからなる場合は、マットの厚みＴが５〜１５ｍｍであることが望ましい。【００６８】
次に、排ガス浄化装置１を構成するケーシング２０について説明する。【００６９】
ケーシング２０は、主にステンレス等の金属からなり、その内部に排ガス処理体１０を収容できるように、内部は、排ガス処理体１０の形状よりも若干大きな空間を有する管状体の形状となっている。【００７０】
排ガス浄化装置１を構成するケーシング２０の形状を以下に図面を用いて説明する。
図５は、本発明の排ガス浄化装置を構成するケーシングの一例を、ケーシングの長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。【００７１】
図５に示す、ケーシング２０では、ケーシング２０の長手方向に対して垂直な断面において、ケーシング２０の内周面の輪郭２１は、正方形の角部がＲ面取りされた形状である。
すなわち、輪郭２１は、４つの曲線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄと、これらを連結する４つの直線２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄとから構成されている。
曲線２２ａ及び２２ｂ、曲線２２ｂ及び２２ｃ、曲線２２ｃ及び２２ｄ、並びに、曲線２２ｄ及び２２ａは、それぞれ、直線２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄにより連結されている。【００７２】
ここで、ケーシング２０の内周面のコーナー部を決定する方法を以下に説明する。
まず、曲線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄにおける曲率半径の最小値（ｒ２０）ｍｉｎを求める。曲線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄにおいて、曲率半径が、曲率半径の最小値（ｒ２０）ｍｉｎの８倍以下である連続する部分が、ケーシングのコーナー部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄである。
ケーシングの曲率半径は、上記排ガス処理体の曲率半径と同様に測定することができる。【００７３】
ケーシング２０では、曲線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄの曲率が一定のため、それぞれの曲線が、コーナー部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄである。すなわち、各曲線の始点及び終点が、各コーナー部の始点及び終点である。
また、直線２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄがそれぞれ連結部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄである。
ケーシング２０において、コーナー部２４ａ及び２４ｂ、コーナー部２４ｂ及び２４ｃ、コーナー部２４ｃ及び２４ｄ、並びに、コーナー部２４ｄ及び２４ａは、それぞれ、連結部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄにより連結されている。【００７４】
後述するように、ケーシング２０には、排ガス処理体１０が収容されることになる。しかし、本発明の排ガス浄化装置を構成するケーシングは、排ガス処理体１０を収容することができるケーシング２０の形状に限られず、排ガス処理体の形状に合わせ選択することができる。
なお、ケーシング２０の長手方向に対して垂直な断面において、ケーシング２０の内周面のコーナー部は、ケーシング２０の外側に凸となる曲線からなることが望ましく、ケーシング２０の内周面の連結部は直線、又は、ケーシング２０の外側に凸となる曲線からなることが望ましい。【００７５】
排ガス浄化装置１における排ガス処理体１０とケーシング２０との位置関係について説明する。
なお、以下の排ガス浄化装置１の説明では、コーナー部１４ａ付近の構造等に着目して説明する場合もあるが、特に断りがない場合には、他のコーナー部１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄ付近の構造等は、コーナー部１４ａ付近の構造等と同様である。【００７６】
図６は、本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直に切断して模式的に示す断面図である。
図６に示すように、排ガス浄化装置１では、排ガス処理体１０は、排ガス処理体の各コーナー部と、ケーシング２０の各コーナー部とが、相対するようにケーシング２０内に収容されている。
また、排ガス浄化装置１では、各コーナー部から、ケーシング２０の内周面までの距離は、それぞれ、各連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも大きい。【００７７】
ここで、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離を、コーナー部１４ａ付近に着目して説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は、図６中の破線部を拡大して示す拡大図であり、コーナー部からケーシングの内周面までの距離の求め方を模式的に示す図である。【００７８】
コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離とは以下の距離のことをいう。
まず、図７（ａ）に示すように、排ガス処理体１０の長手方向に対して垂直な断面において、コーナー部１４ａのある一点１４ａ１における法線α１を引く。次に、コーナー部１４ａと法線α１が交差する点１４ａ１から、ケーシング２０の内周面と法線α１が交差する点２４ａ１までの距離Ｉ１を求める。
次に、図７（ｂ）に示すように、点１４ａｎをコーナー部１４ａに沿って移動させながら各点における法線αｎを引く。点１４ａｎから、ケーシング２０の内周面と法線αｎが交差する点までの距離Ｉｎを求める。
図７（ｃ）に示すように、上記方法で求めた距離のうち最大の距離Ｉｍａｘが、コーナー部１４からケーシング２０の内周面までの距離である。【００７９】
また、排ガス処理体１０の連結部からケーシング２０の内周面までの距離とは、排ガス処理体１０の連結部からケーシング２０の内周面までの距離のうち最小となる距離ｉｍｉｎのことである。【００８０】
排ガス浄化装置１において、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離が、各コーナー部に隣接する連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも大きいことを、コーナー部１４ａ付近に着目して説明する。
図８は、図６中の破線部を拡大して示す拡大図であり、排ガス処理体及びケーシングの位置関係を模式的に示す説明図である。
図８に示すように、コーナー部１４ａは、連結部１５ａ及び１５ｄに隣接している。また、コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離は、連結部１５ａからケーシング２０の内周面までの距離（ｉ１５ａ）ｍｉｎ、及び、連結部１５ｄからケーシング２０までの距離（ｉ１５ｄ）ｍｉｎのいずれよりも大きい。このような場合、各コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、各コーナー部に隣接する連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きいという。【００８１】
そのため、コーナー部１４ａに配設されているマット３０は、連結部１５ａ及び連結部１５ｄにそれぞれ配設されているマット３０と比較して、ケーシング２０から受ける圧力が小さい。
従って、コーナー部１４ａに配設されているマット３０の嵩密度が高くなりにくい。このため、マット３０に亀裂や圧壊が発生しにくい。
また、マット３０が巻き付けられた排ガス処理体１０をケーシング２０に圧入する際にも、排ガス処理体２０のコーナー部１４ａに配設されたマット３０にかかる負荷が大きくなりにくく、マット３０に亀裂や圧壊が発生しにくい。【００８２】
このため、排ガス浄化装置１では、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体１０がその外周を覆うケーシング２０と接触して破損することを防止することができることは勿論、マット３０による排ガス処理体１０の保持能力が高く、排ガス浄化装置１の内部から排ガス処理体１０が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れをしっかりと防止することができる。【００８３】
また、コーナー部１４ａ付近に着目すると、排ガス浄化装置１では、コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離Ｉｍａｘは、連結部１５ａからケーシング２０の内周面までの距離（ｉ１５ａ）ｍｉｎ、及び、連結部１５ｄからケーシング２０の内周面までの距離のそれぞれの距離（ｉ１５ｄ）ｍｉｎより、１倍より大きく、１．４倍より小さいことが望ましい。【００８４】
コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離Ｉｍａｘが、連結部１５ａからケーシング２０の内周面までの距離（ｉ１５ａ）ｍｉｎ、及び、連結部１５ｄからケーシング２０の内周面までの距離のそれぞれの距離（ｉ１５ｄ）ｍｉｎの１倍以下であると、本願発明の効果を得ることができない。
コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離Ｉｍａｘが、連結部１５ａからケーシング２０の内周面までの距離（ｉ１５ａ）ｍｉｎ、及び、連結部１５ｄからケーシング２０の内周面までの距離のそれぞれの距離（ｉ１５ｄ）ｍｉｎの１．４倍以上であると、コーナー部１４ａに配設されたマット３０の部分３０ａが受けるケーシング２０からの圧力が小さくなるので、マット３０による排ガス処理体３０の保持能力が充分に高くなりにくく、排ガス浄化装置１の内部から排ガス処理体１０が抜け出るのを防止しにくくなる。また、排ガスの漏れを充分に防止しにくくなる。【００８５】
排ガス浄化装置１では、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な断面において、以下の関係式（１）を満たすことが望ましい。
排ガス処理体のコーナー部の曲率半径の最小値をｒ、
ケーシングのコーナー部の曲率半径の最小値をＲ、
排ガス処理体のコーナー部に隣接する２つの排ガス処理体の連結部における、各排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離の平均をｄとして、
Ｒ−ｒ＜ｄ・・・（１）【００８６】
上記関係式（１）が成り立つ場合を説明する。
図９は、関係式（１）を満たす本発明の排ガス浄化装置の一例を示した図であり、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な方向に切断した断面において、１のコーナー部に着目した図である。【００８７】
図９に示す、排ガス浄化装置５０１は、排ガス処理体５１０と、排ガス処理体５１０を収容するケーシング５２０と、排ガス処理体５１０とケーシング５２０の間に挿入されたマット５３０からなる。
排ガス処理体５１０は、コーナー部５１４ａを有しており、コーナー部５１４ａの曲率半径は、ｒ５１４ａである。図９中の破線の円ｃ５１４ａは、半径ｒ５１４ａを有しており、コーナー部５１４ａは、円ｃ５１４ａの一部である。コーナー部５１４ａには、連結部５１５ａ及び５１５ｄが連結されており、連結部５１５ａ及び５１５ｄは直線である。連結部５１５ａ及び５１５ｄを延長した直線は点５６１で交わる。連結部５１５ａ及び５１５ｄは、点５６１から円ｃ５１４ａに引いた接線の一部である。
ケーシング５２０は、コーナー部５２４ａを有しており、コーナー部５２４ａの曲率半径は、Ｒ５２４ａである。図９中の破線の円Ｃ５２４ａは、半径Ｒ５２４ａを有しており、コーナー部５２４ａは、円Ｃ５２４ａの一部である。コーナー部５２４ａには、連結部５２５ａ及び５２５ｄが連結されており、連結部５２５ａ及び５２５ｄは直線である。
連結部５２５ａ及び５２５ｄは平行でなく、連結部５２５ａ及び５２５ｄを延長した直線は点５６２で交わる。連結部５２５ａ及び５２５ｄは、点５６２から円Ｃ５２４ａに引いた接線の一部である。
図９においては、円ｃ５１４ａの中心点５６３、円Ｃ５２４ａの中心点５６４、点５６１、及び、点５６２は排ガス処理体５１０の断面の中心から外側にかけてこの順で同一直線β上にあり、排ガス処理体５１０の連結部５１５ａとケーシング５２０の連結部５２５ａとは平行であり、排ガス処理体５１０の連結部５１５ｄとケーシング５２０の連結部５２５ｄとは平行である。
ここで、直線βとコーナー部５１４ａとが交差する点を点５６５とし、直線βとコーナー部５２４ａとが交差する点を点５６６とする。また、円ｃ５１４ａと連結部５１５ｄとが接する点を５６７とする。さらに、中心点５６４、及び、円Ｃ５２４ａと連結部５２５ｄとが接する点５６８を通る直線γを引き、直線γと連結部５１５ｄが交差する点を点５６９とする。直線βと直線γとが形成する角をθとする。なお、直線γと連結部５１５ｄとは直交する。
そして、円ｃ５１４ａの中心点５６３から円Ｃ５２４ａの中心点５６４までの距離をＬとする。この場合、ガス処理体５１０のコーナー部５１４からケーシング５２０の内周面までの距離、すなわち点５６５から点５６６までの距離Ｄ５００は、Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＋Ｌと表すことができる。
さらに、点５６５から点５６１までの距離をａとすると、点５６１、５６３、５６７は直角三角形を形成するので、ｒ５１４ａ／（ｒ５１４ａ＋ａ）＝ｃｏｓθとなる。これを変形すると、ａ＝ｒ５１４ａ（１−ｃｏｓθ）／ｃｏｓθとなる。また、点５６４から点５６５までの距離は、ｒ５１４ａ−Ｌとなる。これらを用いて点５６４から点５６９までの距離を求めると、（ａ＋ｒ５１４ａ−Ｌ）ｃｏｓθ、すなわち｛ｒ５１４ａ（１−ｃｏｓθ）／ｃｏｓθ＋ｒ５１４ａ−Ｌ｝ｃｏｓθとなる。これを変形すると、点５６４から点５６９までの距離はｒ５１４ａ−Ｌｃｏｓθとなる。これらを用いると、点５６９から点５６８までの距離は、Ｒ５２４ａ−（ｒ５１４ａ−Ｌｃｏｓθ）と算出できる。この値は、排ガス処理体５１０の連結部５１５ａからケーシング５２０の内周面までの距離ｄ５００である。すなわち、ｄ５００＝Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＋Ｌｃｏｓθである。
本発明の排ガス浄化装置では、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きいことを特徴とする。
排ガス浄化装置５０１において、距離Ｄ５００＞距離ｄ５００となる場合、すなわち、Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＋Ｌ＞Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＋Ｌｃｏｓθとなる場合が、本発明の排ガス浄化装置である。上記不等式を変形すると、Ｌ（１−ｃｏｓθ）＞０となる。排ガス浄化装置の構造上ｃｏｓθが取り得る範囲は０＜ｃｏｓθ＜１であるので、Ｌ＞０の時に本発明の排ガス浄化装置となる。Ｌが０より大きいとは、排ガス浄化装置５０１の中心から外側にかけて、直線β上に、中心点５６３、中心点５６４の順に並ぶ場合のことである。なお、排ガス浄化装置５０１の中心から外側にかけて、直線β上に、中心点５６４、中心点５６３の順に並ぶ場合は、Ｌが０より小さくなることを意味する。
さらに、排ガス浄化装置５０１の構造上、排ガス処理体５１０の連結部５１５からケーシング５２０の内周面までの距離、すなわち、点５６９から点５６８までの距離は０より大きくならなければならないので、ｄ５００＝Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＋Ｌｃｏｓθ＞０でなければならない。
また、本発明の排ガス浄化装置ではＬ＞０であり、ｃｏｓθの取り得る範囲が０＜ｃｏｓθ＜１なので、Ｌｃｏｓθは０より大きくなる。従って、本発明の排ガス浄化装置ではＲ５２４ａ−ｒ５１４ａ＜Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＋Ｌｃｏｓθ＝ｄ５００、すなわち、Ｒ５２４ａ−ｒ５１４ａ＜ｄ５００となる。【００８８】
本発明の排ガス浄化装置では、上記関係式（１）が成り立つように上記排ガス処理体及び上記ケーシングを設計することにより、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離を、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きくすることができる。そのため、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際に、マットに亀裂や圧壊が生じることを防ぐことができる。【００８９】
これまで、排ガス浄化装置を構成するケーシングとして、ケーシング２０を例に説明してきた。
しかし、本発明の排ガス浄化装置を構成するケーシングには、ケーシングの長手方向に対して垂直な断面において、排ガス処理体のコーナー部と相対するケーシングの内周面には、ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されていてもよい。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、排ガス処理体のコーナー部と相対するケーシングの内周面に、ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されているケーシングが用いられた排ガス浄化装置の一例、を排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。【００９０】
図１０（ａ）に示すように、本発明の排ガス浄化装置の一例である、排ガス浄化装置６０１は、排ガス処理体１０と、排ガス処理体１０を収容するケーシング６２０と、排ガス処理体１０とケーシング６２０との間に挿入されたマット３０とからなる。排ガス浄化装置６０１では、排ガス処理体１０のコーナー部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄと相対するケーシング６２０の内周面には、ケーシングの外側に向かって膨張する円弧状の突出部６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ及び６２６ｄがそれぞれ形成されている。また各突出部は直線状の連結部６２５により連結されている。【００９１】
このような突出部６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ及び６２６ｄが形成されていると、排ガス処理体１０の各コーナー部からケーシング６２０の内周面までの距離を、排ガス処理体１０の各連結部からケーシング６２６の内周面までの距離よりも大きくしやすくなる。そのため、マット３０が配設された排ガス浄化装置６０１を使用した際、マット３０の嵩密度が高くなりにくくなる。従って、マット３０に亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【００９２】
ケーシングの内周面に、ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されているケーシングとしては、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示す、ケーシング７２０、ケーシング８２０であってもよい。
図１０（ｂ）に示すケーシング８２０は、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、各突出部が略四角形であることを除いて、ケーシング６２０と同様の形状である。
図１０（ｃ）に示すケーシング８２０は、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、各連結部がケーシングの内側に向かって窪んでいる曲線であることを除いて、ケーシング６２０と同様の形状である。
これら形状のケーシングであっても上記効果を奏する。【００９３】
本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体については、前に説明したが、排ガス処理体１０として排ガス浄化フィルタ５０を使用した場合について、図面を用いてさらに詳しく説明する。
図１１は、排ガス処理体として排ガス浄化フィルタを用いた場合の本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して平行に切断して模式的に示す断面図である。
図１１に示すように、内燃機関から排出され、排ガス浄化装置１に流入した排ガス（図１１中、排ガスを矢印Ｇで示し、排ガスの流れを矢印で示す）は、排ガス処理体（ハニカムフィルタ）５０の排ガス流入側端面５０ａに開口した１のセル５１に流入し、セル５１を隔てるセル隔壁５２を通過する。この際、排ガス中のＰＭがセル隔壁５２で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス流出側端面５０ｂに開口した他のセル５１から流出し、外部に排出される。なお、５３は、目封止部を示している。【００９４】
図１１に示すように、排ガス浄化フィルタ５０は、主に炭化ケイ素等の多孔質セラミックからなり、柱状であるが、具体的な形状は特に限定されず、例えば、略三角柱状、略四角柱状、略五角柱等があげられる。また、排ガス浄化フィルタ５０の側面（外周）には、排ガス浄化フィルタ５０の側面を補強したり、形状を整えたり、排ガス浄化フィルタ５０の断熱性を向上させたりする目的で、外周コート層５４が設けられている。【００９５】
以下、本発明の排ガス浄化装置の製造方法の一例について説明する。【００９６】
本発明の排ガス浄化装置を製造するには、まず、排ガス浄化装置を構成するマットを作製する。
マットを作製する場合には、まず、所定の大きさのマット材を準備する。マット材の材料等については、上述したので、ここでは、その説明を省略する。【００９７】
上述した構成のマット材には、必要に応じてバインダを付着させる。マット材にバインダを付着させることで、無機繊維同士の交絡構造をより強固なものとすることができるとともに、マット材の嵩高さを抑えることができる。バインダの添着量としては、マット材の重量を基準として、０．０１〜１０．０％が望ましい。０．０５〜３．０％がさらに望ましく、０．１〜１．５％の範囲が最も望ましい。【００９８】
バインダとしては、アクリル系ラテックスやゴム系ラテックス等を水に分散させて調製したエマルジョンを用いることができる。このバインダをスプレー等を用いてマット材全体に均一に吹きかけて、バインダをマット材に付着させる。また、上記バインダは有機成分であるが、アルミナ粒子などを含んでいる無機バインダも上記有機バインダと一緒に使用しても良く、上記有機バインダを使用せずに無機バインダのみの使用でも良い。【００９９】
その後、バインダ中の水分を除去するために、マット材を乾燥させる。乾燥条件としては、例えば、９５〜１５０℃で１〜３０分間乾燥させればよい。乾燥工程を経ることでマット材を作製することができる。乾燥は通気乾燥機を使用することが望ましい。通気乾燥機を使用することでマット材の乾燥速度が増加し、さらにマット材の厚さ方向にバインダの添着量が一様にならずに樹脂のマイグレーションにより分布ができる。例えば、通気乾燥機の通気速度や温度など様々な条件設定により、マット材の厚み方向中央部に樹脂量を多く、又は、少なくするなどの分布調節をすることも可能である。
また、圧縮や減圧環境下の乾燥でも可能であり、乾燥時間を削減することができる。【０１００】
次に、打ち抜き工程を行い、例えば、図４に示すような形状のマットを作製する。【０１０１】
本発明の排ガス浄化装置を作製する際には、図４に示す形状のマットを作製した後、マットの凸形状と凹形状の嵌合部が嵌合された状態となるように上記マットを排ガス処理体の周囲に巻き付け、図１２に示す巻付体４０を作製する。
なお、排ガス処理体は従来公知の方法により作製することができる。作製する排ガス処理体の形状は、既に述べているのでここでの説明では省略する。【０１０２】
この工程の後、収容工程を行う。
図１２は、本発明の排ガス浄化装置を構成する巻付体をケーシングに収納する工程の一例を模式的に示す斜視図である。
図１２に示したように、マット３０を巻き付けた排ガス処理体１０（巻付体４０）を所定の大きさを有する円筒状であって、主に金属等からなるケーシング２０に圧入する。【０１０３】
圧入後にマット３０が圧縮して所定の反発力（すなわち、ハニカムフィルタを保持する力）を発揮するために、ケーシング２０の内径は、マット３０を巻き付けた排ガス処理体１０のマット３０の厚さを含めた最外径より少し小さくなっている。【０１０４】
マットを巻きつけた排ガス処理体をケーシング２０内に収容させる方法は、圧入方式（スタッフィング方式）に限定されるものではなく、サイジング方式（スウェージング方式）、及び、クラムシェル方式等もあげられる。
サイジング方式（スウェージング方式）では、マットを巻きつけた排ガス処理体をケーシングの内部に挿入した後、ケーシングの内径を縮めるように外周側から圧縮する。クラムシェル方式では、ケーシングを、第１のケーシング及び第２のケーシングの２つの部品に分離可能な形状としておき、マットを巻きつけた排ガス処理体を第１のケーシング上に載置した後に第２のケーシングを被せて密封する。
マットを巻きつけた排ガス処理体をケーシングに収容する方法の中では、圧入方式（スタッフィング方式）又はサイジング方式（スウェージング方式）が望ましい。圧入方式（スタッフィング方式）又はサイジング方式（スウェージング方式）では、ケーシングとして２つの部品を用いる必要がないため、製造工程の数を少なくすることができるからである。【０１０５】
以下に、本発明の排ガス浄化装置の作用効果について列挙する。【０１０６】
（１）本発明の排ガス浄化装置では、ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きい。
そのため、排ガス処理体のコーナー部に配設されているマットは、排ガス処理体の連結部に配設されているマットと比較して、ケーシングから受ける圧力が小さい。
従って、排ガス処理体のコーナー部に配設されているマットの嵩密度が高くなりにくい。このため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。【０１０７】
（２）本発明の排ガス浄化装置では、マットが巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに圧入する際にも、コーナー部にかかる負荷が大きくなりにくく、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。
このため、本発明の排ガス浄化装置では、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損することを防止することができることは勿論、マットによる排ガス処理体の保持能力が高く、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れをしっかりと防止することができる。【０１０８】
（３）本発明の排ガス浄化装置で、ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離の１倍より大きいと上記本発明の効果を奏する。また、ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離の１．４倍より小さいと、ガス処理体のコーナー部に配設されたマットが受けるケーシングからの圧力が小さくならないので、マットによる排ガス処理体の保持能力が充分に高くなり、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れを充分に防止することができる。【０１０９】
（４）本発明の排ガス浄化装置で、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、排ガス処理体の連結部が直線、又は、排ガス処理体の外側に凸となる曲線からなると、マットが弛みなく排ガス処理体に巻き付けられることになる。そのため、マットを介してケーシングから排ガス処理体にかかる圧力が減少しにくくなる。従って、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止しやすくなる。また、排ガスの漏れを充分に防止することができる。【０１１０】
（５）本発明の排ガス浄化装置で、排ガス処理体のコーナー部の数が４個であると、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも短くなりやすく、排ガス処理体のコーナー部に配設したマットに亀裂や圧壊等が発生しやすかった。しかし、本発明の排ガス浄化装置では、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きい。そのため、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際、マットの嵩密度が高くなりにくくなる。従って、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【０１１１】
（６）本発明の排ガス浄化装置で、排ガス処理体のコーナー部と、ケーシングのコーナー部とが、相対するようにケーシング内に排ガス処理体が収容されてなると、排ガス処理体のコーナー部に配設されたマットにかかるケーシングからの圧力は均一になりやすい。そのため、マットの一部分の嵩密度が高くなることを防止することができ、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【０１１２】
（７）本発明の排ガス浄化装置で、下記関係式（１）が成り立つように排ガス処理体及びケーシングを設計することにより、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きくすることができ、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際に、マットに亀裂や圧壊が生じることを防ぐことができる。
上記排ガス処理体のコーナー部の曲率半径の最小値をｒ、
上記ケーシングのコーナー部の曲率半径の最小値をＲ、
上記排ガス処理体のコーナー部に隣接する２つの上記排ガス処理体の連結部における、各上記排ガス処理体の連結部から上記ケーシングの内周面までの距離の平均をｄとして、
Ｒ−ｒ＜ｄ・・・（１）【０１１３】
（８）本発明の排ガス浄化装置で、ケーシングの長手方向に対して垂直な断面において、排ガス処理体のコーナー部と相対するケーシングの内周面に、ケーシングの外側に向かって膨張する突出部が形成されていると、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離を、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離よりも大きくしやすくなる。そのため、マットが配設された排ガス浄化装置を使用した際、マットの嵩密度が高くなりにくくなる。従って、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。【０１１４】
（９）本発明の排ガス浄化装置で、マットを構成する無機繊維が、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の無機繊維であると、上記無機繊維が使用されたマットは、保持力に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、排ガス処理体がしっかりと保持される。【０１１５】
（１０）本発明の排ガス浄化装置で、マットに、さらに、ニードルパンチング処理が施されていると、無機繊維同士の交絡が発生し、無機繊維が移動しにくくなるので、排ガス処理体側面のコーナー部にマットが集まりにくくなり、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。【０１１６】
（実施例）
以下に、本発明の実施形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本発明の実施形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。【０１１７】
（実施例１）
アルミナ−シリカ組成を有するアルミナ繊維製の素地マットとして、組成比がＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８である素地マットを用意した。この素地マットに対し、ニードルパンチング処理を施すことで、嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３、目付量が１５９１ｇ／ｍ２のニードルマットを作製した。【０１１８】
別途、アクリル系ラテックスを水に充分に分散させることで、アクリル系ラテックスエマルジョンを調製しておき、これをバインダとして用いた。【０１１９】
次に、ニードルマットを平面視寸法で全長１１００ｍｍ×幅１２８０ｍｍに裁断した。裁断したニードルマットのアルミナ繊維量に対し１．０重量％となるように、裁断したニードルマットに対してバインダを含浸させた。【０１２０】
その後、バインダを付着させたニードルマットを１４０℃の温度で６分間通気乾燥させることにより、マット材を作製した。【０１２１】
続いて、マット材から図４に示すような形状のマットの打ち抜きを行った。
マット材の打ち抜きは、トムソン刃及び油圧プレス機を用いて行った。
打ち抜いたマットの寸法は、長手方向の長さＬ＝５４５ｍｍ、幅Ｗ＝１１０ｍｍ、厚さＴ＝９．１ｍｍ、凹形状及び凸形状の嵌合部の長手方向の長さがＤ＝５０ｍｍである。【０１２２】
図１３（ａ）は、排ガス浄化フィルタの長手方向に対して垂直な断面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（ｒ））を模式的に示した断面図である。
図１３（ｂ）は、ケーシングの長手方向に対して垂直な内壁面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（Ｒ））を模式的に示した断面図である。
本実施例で使用したＳｉＣ製の排ガス浄化フィルタは、図１３に示す基準で表わすと、縦：１４３．８ｍｍ、横：１４３．８ｍｍ、対角１：１７９．６ｍｍ、対角２：１７９．６ｍｍ、コーナー部の曲率半径ｒ：２０ｍｍである。
上記形状の排ガス浄化フィルタに上述の特性を有するマットを巻き付けた。【０１２３】
最後に、巻付体を、圧入方式を用いてケーシング内に収容した。ケーシングの形状は、縦：１５１．８ｍｍ、横：１５１．８ｍｍ、対角１：１８９．４ｍｍ、対角２：１８９．４ｍｍ、コーナー部の曲率半径Ｒ：２２ｍｍ、長手方向の長さ１５０ｍｍである。
このようにして製造された排ガス浄化装置において、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な断面では、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離は、４．８３ｍｍであり、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離は、４．００ｍｍであった。
圧入の後、２４時間後にマットをケーシングから取り出し、マットの状態を観察し、写真撮影した。図１４（ａ）〜（ｅ）は、実施例１で用いたマットの状態を撮影した写真である。【０１２４】
（比較例１）
ケーシングの形状が異なるほかは、実施例１と同様に、マットを作製し、実施例１と同じ排ガス浄化フィルタの側面にマットを巻き付けて巻付体を作製し、該巻付体をケーシングに圧入した。ケーシングの形状は、縦：１５１．８ｍｍ、横：１５１．８ｍｍ、対角１：１８７．７ｍｍ、対角２：１８７．７ｍｍ、コーナー部の曲率半径Ｒ：２４ｍｍ、長手方向の長さ１５０ｍｍである。
このようにして製造された排ガス浄化装置において、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直な断面では、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離は、４．００ｍｍであり、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離は、４．００ｍｍであった。
圧入の後、２４時間後にマットをケーシングから取り出し、マットの状態を観察し、写真撮影した。
そして、実施例１と同様に、圧入の後、２４時間後にマットをケーシングから取り出し、マットの状態を観察し、写真撮影した。図１５（ａ）〜（ｅ）は、比較例１で用いたマットの状態を撮影した写真である。【０１２５】
図１４（ａ）〜（ｅ）と図１５（ａ）〜（ｅ）との比較より明らかなように、実施例１で用いられたマットは、少し皺の跡は見られるものの、亀裂や圧壊の様子は見られず、マットに問題は発生していないことがわかった。一方、比較例１で用いられたマットは、亀裂や圧壊が見られ、マットに保持力の低下や排ガスの漏れが発生するおそれがあることがわかった。
【符号の説明】
【０１２６】
１、５０１、６０１  排ガス浄化装置
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０  排ガス処理体
１１、２１、１１１  輪郭
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ  曲線
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ  直線
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、５１４ａ  排ガス処理体のコーナー部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、５１５ａ、５１５ｄ  排ガス処理体の連結部
２０、５２０、６２０、７２０、８２０  ケーシング
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、５２４ａ  ケーシングのコーナー部
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、５２５ａ、５２５ｄ、６２５  ケーシングの連結部
３０、５３０  マット
３１、３２  端面
３１ａ  凸部
３２ａ  凹部
４０  巻付体
５０  排ガス浄化フィルタ
５０ａ  排ガス流入側端面
５０ｂ  排ガス流出側端面
５１  セル
５２  セル壁
５３  目封止部
５４  外周コート層
６２６ａ、６２６ｂ、６２６ｃ、６２６ｄ  突出部
ｃ５１４ａ、Ｃ５２４ａ  円
ｒ５１４ａ、Ｒ５２４ａ  曲率半径
【図１】
2015056651.tif 000003
【図２】
2015056651.tif 000004
【図３−１】
2015056651.tif 000005
【図３−２】
2015056651.tif 000006
【図４】
2015056651.tif 000007
【図５】
2015056651.tif 000008
【図６】
2015056651.tif 000009
【図７】
2015056651.tif 000010
【図８】
2015056651.tif 000011
【図９】
2015056651.tif 000012
【図１０】
2015056651.tif 000013
【図１１】
2015056651.tif 000014
【図１２】
2015056651.tif 000015
【図１３】
2015056651.tif 000016
【図１４】
2015056651.tif 000017
【図１５】
2015056651.tif 000018
【国際調査報告】
2015056651.tif 000019
2015056651.tif 000020
2015056651.tif 000021
2015056651.tif 000022