(57)【要約】【課題】ハニカム体とケースとの相対移動を確実に防止する。【解決手段】マット３に線材３０を埋設し、ハニカム体１の外周表面及びケース２の内周表面の少なくとも一方には線材３０に係止される係止爪１１を形成した。係止爪１１が線材３０に係止されることでハニカム体１とマット３との相対移動が規制され、マット３は自身の弾性と線材３０の付勢力による面圧でケース２との相対移動が規制される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体と、該ハニカム体を同軸的に収容する略筒状のケースと、該ハニカム体の外周面と該ケースの内周面との間に介装されたマットとからなる排ガス浄化装置において、
該マットには線材が埋設され、該ハニカム体の外周表面及び該ケースの内周表面の少なくとも一方には係止爪が形成され、該係止爪が該線材に係止されることで該ハニカム体と該ケースとの相対移動が規制されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記係止爪は前記ハニカム体の外周表面に形成されている請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ハニカム体は、金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが交互に積層されてなるメタルハニカム体である請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記ケースの内周面は凹凸形状である請求項２又は請求項３に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記線材はバネ弾性を備え、前記マットを拡径方向に付勢している請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体と、該ハニカム体を同軸的に収容する筒状のケースとよりなる排ガス浄化装置の該ハニカム体と該ケースとの間に介装されるマットであって、
該ハニカム体の外周表面及び該ケースの内周表面の少なくとも一方に形成された係止爪が係止される線材が埋設されていることを特徴とするマット。
【請求項７】
軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体と、該ハニカム体を同軸的に収容する筒状のケースと、該ハニカム体の外周面と該ケースの内周面との間に介装されたマットとからなる排ガス浄化装置に用いられるハニカム体であって、
金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが交互に積層されてなり、外周表面に該マットに係止される係止爪を有することを特徴とするハニカム体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの排ガス流路に配置される排ガス浄化装置に関し、ハニカム体と、ケースと、両者の間に介装されるマットと、からなる排ガス浄化装置の各部材の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排ガス流路には、三元触媒，酸化触媒などの排ガス浄化用触媒が配置されている。この排ガス浄化用触媒は、軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体のハニカム隔壁の表面に触媒担持層を形成したものである。ハニカム体は、コージェライトなどのセラミックから形成されたもの、あるいは金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが交互に積層されてなるものであり、強度が低いという欠点を有している。そのためハニカム体は、一般に筒状のケース内に収容されて用いられている。
【０００３】
しかしケースとハニカム体が相対移動自在では、排ガスの圧力などによってハニカム体がケースから外れてしまったり、振動時にケースとの衝突によってハニカム体が変形する場合もある。そのため、ハニカム体とケースとは保持固定する必要があり、各種の保持固定手段が用いられている。
【０００４】
ケースは耐熱金属から形成されているのが一般的であるので、ハニカム体が金属製の場合には、ロウ付けなどでハニカム体とケースとを接合することが行われている。またハニカム体がセラミック製の場合には、セラミックファイバーなどから形成されたマットをハニカム体とケースの間に介装させ、マットの弾性によりハニカム体とケースとを固定することも行われている。マットを用いて保持固定するのは、金属製ハニカム体の場合にも用いられている。
【０００５】
ところがハニカム体とケースとをロウ付けにより接合したものにおいては、ハニカム体の熱がケースを介して放出されやすいため、始動時などにハニカム体の暖機が阻害され浄化活性が低いという問題がある。またハニカム体とケースとで熱膨張率が異なるために、ロウ付け部分に応力が集中し、使用中の膨張と収縮の繰り返しによってハニカム体に破断やつぶれが生じる場合がある。さらにロウ材を用いるため、必然的に高価となるという不具合もある。これらの点では、マットを介装したものの方が有利である。
【０００６】
マットを介装させたものにおいては、マットの弾性による面圧と摩擦抵抗とによってハニカム体とケースとを保持固定する。したがってハニカム体の外径，ケースの内径，マットの繊維密度，マットの厚さなどによって決定される面圧の調整が設計上の重要な要素となるが、因子が多いために、これらを最適に設計することが困難である。
【０００７】
そこで特開２００１−２８９０２８号公報には、内周表面に螺旋溝が形成された金属ケースにハニカム構造のディーゼルパティキュレートフィルタを収容し、フィルタとケースとの間に保持シール材を介装させた排ガス浄化装置が提案されている。この排ガス浄化装置によれば、螺旋溝によってケース内におけるディーゼルパティキュレートフィルタの軸方向の相対移動を防止でき、ディーゼルパティキュレートフィルタをケース内に安定して保持することができる。
【０００８】
また特開２００２−２２７６３３号公報には、内周表面に複数の突起物が形成された金属ケースにセラミック製のハニカム体を収容し、ケースとハニカム体の間にマット状保持シール材を介装した排ガス浄化装置が開示されている。この排ガス浄化装置においては、突起物によってマット状保持シール材にアンカー効果が得られるので、ケース内におけるハニカム体の軸方向の相対移動を防止でき、ハニカム体をケース内に安定して保持することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２８９０２８号
【特許文献２】特開２００２−２２７６３３号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが近年では、ハニカム体のハニカム通路の数が多くなったり触媒担持層が厚くなったりする傾向にあり、排ガスの流通抵抗が高くなっている。またエンジンの高回転化も進んでいる。そのため、排ガス圧力によってハニカム体がケースからずれやすくなる可能性が高まっている。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、上記特許文献に記載の技術をさらに改良し、設計を容易とするとともに、ハニカム体とケースとの相対移動をさらに確実に防止することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化装置の特徴は、軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体と、ハニカム体を同軸的に収容する略筒状のケースと、ハニカム体の外周面とケースの内周面との間に介装されたマットとからなる排ガス浄化装置において、マットには線材が埋設され、ハニカム体の外周表面及びケースの内周表面の少なくとも一方には係止爪が形成され、係止爪が線材に係止されることでハニカム体とケースとの相対移動が規制されていることにある。
【００１３】
また本発明のマットの特徴は、軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体と、ハニカム体を同軸的に収容する筒状のケースとよりなる排ガス浄化装置のハニカム体とケースとの間に介装されるマットであって、ハニカム体の外周表面及びケースの内周表面の少なくとも一方に形成された係止爪が係止される線材が埋設されていることにある。
【００１４】
さらに本発明のハニカム体の特徴は、軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するハニカム体と、ハニカム体を同軸的に収容する筒状のケースと、ハニカム体の外周面とケースの内周面との間に介装されたマットとからなる排ガス浄化装置に用いられるハニカム体であって、金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが交互に積層されてなり、外周表面にマットに係止される係止爪を有することにある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の排ガス浄化装置は、ハニカム体と、ケースと、ハニカム体の外周面とケースの内周面との間に介装されたマットとからなり、マットには線材が埋設され、ハニカム体の外周表面及びケースの内周表面の少なくとも一方には係止爪が形成され、係止爪が線材に係止される。この作用がマットからの面圧と相乗的に奏され、ハニカム体とケースとの相対移動が規制されている。
【００１６】
ハニカム体は軸方向に延びる多数のハニカム通路を有するものであり、コーディエライトなどのセラミック製のもの、あるいは金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが交互に積層されてなるメタルハニカム体を用いることができる。ハニカム通路が全て開放されたストレートフローセルのみをもつものでもよいし、ハニカム通路の端面が交互に目封じされたウォールフローセルのみをもつフィルタを用いることもできる。あるいはストレースフローセルとウォールフローセルの両方を備えたハニカム体であってもよい。なおその外形は、ハニカム通路に対して直角方向の断面が円形、楕円形、四角形などとすることができ、特に制限されない。
【００１７】
ケースは耐熱性を有する金属製のものであり、ハニカム体を収容するものであるので、用いるハニカム体の形状に応じた形状とされる。ケースにハニカム体及びマットを収容した状態で触媒コンバータ内に配置してもよいし、触媒コンバータ自体をケースとすることもできる。
【００１８】
マットは、アルミナ、シリカなどの耐熱性材料からなるセラミックファイバーを集積したものであり、弾性を有することが望ましい。織布あるいは不織布のいずれも用いることができるが、不織布の場合にはニードルパンチなどで処理されたものが望ましい。これにより繊維どうしが絡み合い、弾性が向上するので、ハニカム体を保持する力が向上する。またバインダーが含浸されていてもよい。その厚さは特に制限ない。
【００１９】
またこのマットは、ハニカム体の外周表面の全面を被覆するように配置してもよいし、ハニカム体の一部表面のみを被覆するように配置することもできる。例えばハニカム体の一端部のみを一周して覆うように配置することもできる。この場合、それだけで保持強度が確保できれば、ハニカム体の他端部側には何も介装しなくてよいし、保持強度に不安があれば、他端部側にマットあるいはセラミックフォームなどを介装してもよい。
【００２０】
本発明の最大の特色は、マットに線材が埋設され、ハニカム体の外周表面及びケースの内周表面の少なくとも一方には係止爪が形成され、係止爪が線材に係止されることでハニカム体とケースとの相対移動が規制されていることにある。この線材は、少なくともハニカム体の周方向に延びていることが望ましい。このようにすれば、係止爪の係止によってケースとハニカム体の軸方向の相対移動を確実に規制することができる。
【００２１】
線材としては、耐熱性を有し、かつ係止爪を係止できる強度を有すればよく、金属線材を代表的に用いることができる。少なくともハニカム体の周方向に延びるようにするには、ケースとハニカム体の間にマットが介装された状態で、円形状、螺旋状などとすることができる。複数の線材をハニカム体の周方向に互いに平行に延びるように埋設したり、線材から形成された網体を埋設してもよい。また埋設されるマットの位置は、係止爪が係止可能な位置であれば特に制限されない。
【００２２】
また線材はバネ弾性を備え、ケースに収容状態でマットを拡径方向に付勢していることが望ましい。このようにすれば、マットとケースとの相対移動をさらに規制することができる。またハニカム体の収縮時にも、線材によってマットの形状復元力が向上するのでケースとの面圧を高く維持することができ、マットとケースとの相対移動を規制することができる。
【００２３】
係止爪は、ハニカム体の外周表面及びケースの内周表面の少なくとも一方に設けられるが、ハニカム体の外周表面に形成されていることが好ましい。排ガス浄化装置の製造時には、予めマットがハニカム体に巻き付けられた状態でケースに挿入されるので、もしケースの内周表面に係止爪が存在すると挿入がきわめて困難な作業になるからである。
【００２４】
ハニカム体がセラミック製の場合には、その外周表面に係止爪を形成することが難しく、係止爪が破損する可能性も大きい。しかし金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが交互に積層されてなるメタルハニカム体であれば、外周表面に係止爪を形成することは容易である。この場合、ハニカム体とマットとは、係止爪の線材への係止によって相対移動が規制され、マットとケースとはマットの弾性，線材の付勢力及び摩擦抵抗によって相対移動が規制される。
【００２５】
また、ケースの内周面に凹凸形状を形成しておくことも好ましい。このようにすれば、マットが凹凸形状に係合することでマットケースとの相対移動が規制されるので、ハニカム体の相対移動をさらに防止することができる。さらに線材を凹凸形状に係合可能に配置すれば、マットとケースの相対移動をさらに確実に規制することができる。この凹凸形状としては、従来技術に記載した特許文献１，２などと同様の構成とすることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１に本実施例の排ガス浄化装置の断面図を示す。この排ガス浄化装置は、金属箔よりなる平板と金属箔よりなる波板とが重ねられた状態で巻回されてなるメタル製のハニカム体１（容量　７００ＣＣ）と、ハニカム体１が同軸的に収容された金属製のケース２と、ハニカム体１と触媒コンバータケース２の間に介装されたセラミック繊維製のマット３とから構成されている。
【００２８】
ハニカム体１は、図２に示すように最外周に平板１０が位置し、その外周表面に多数の係止爪１１が形成されている。係止爪１１は、最外周の平板１０を内周側表面からプレス加工によって外周表面に突出するように形成される。係止爪１１が形成された部分の平板１０をさらに巻回し、終端部を点溶接することでハニカム体１が形成されている。そしてハニカム体１は、排ガス流れ方向の上流側から下流側に向かって係止爪１１の外周側への突出高さが高くなる向きとなるように、ケース２内に収容されている。
【００２９】
マット３は、アルミナ繊維とシリカ繊維の混合繊維が例えばニードルパンチによって集積された不織布であり、無負荷時の厚さは約８ｍｍである。マット３は図３に示す展開形状に形成され、その内部には、複数本のＳＵＳ製の金属線材３０がそれぞれ長手方向に平行に埋設されている。そして図３の矢印方向に巻かれ、図４に示すようにハニカム体１の外周表面に巻き付けられる。
【００３０】
その状態では、金属線材３０はそれぞれハニカム体１の周方向に延びてハニカム体１を１周し、そのバネ弾性によってマット３を拡径方向へ付勢している。また金属線材３０は、図１に示すように、ハニカム体１から外周方向へ突出する係止爪１１と係合している。
【００３１】
本実施例の排ガス浄化装置は、マット３が巻き付けられたハニカム体１を、ケース２に挿入することで形成されている。挿入時には、金属線材３０の付勢力に抗してマット３を縮径しながら挿入する。挿入後には、金属線材３０のバネ弾性によってマット３が拡径し、ケース２の内周表面に圧接される。
【００３２】
したがって本実施例の排ガス浄化装置では、マット３の弾性及び金属線材３０のバネ弾性によって、マット３はケース２に高い面圧で圧接され、摩擦抵抗も加わるため、マット３とケース２とは相対移動が規制されたいる。そして係止爪１１がマット３に食い込む及び／又は金属線材３０に係止されているため、ハニカム体１は図１の右方向への移動が確実に規制されている。
【００３３】
そのため、排ガスからハニカム体１に大きな圧力が作用しても、ハニカム体１がケース２に対して相対移動するような不具合がない。またハニカム体１の膨張時には、マット３の弾性変形によってその応力が吸収されるので、ハニカム体１が変形するような不具合が防止される。そしてハニカム体１の収縮時には、金属線材３０のバネ弾性によってマット３がケース２に圧接された状態が維持され、かつ係止爪１１がマット３に食い込んでいるので、ハニカム体１の移動が規制された状態が維持される。
【００３４】
（比較例１）
係止爪１１をもたないこと以外は実施例１と同様のハニカム体１に、金属線材３０をもたないこと以外は実施例１と同様のマット３を巻き付け、実施例１と同様のケース２に挿入したものを比較例１とした。
【００３５】
（比較例２）
係止爪をもたないコーディエライト製のハニカム体（ハニカム体１と同じ大きさ）に、金属線材３０をもたないこと以外は実施例１と同様のマット３を巻き付け、実施例１と同様のケース２に挿入したものを比較例２とした。
【００３６】
（比較例３）
係止爪１１をもたないこと以外は実施例１と同様のハニカム体１を、マット３を用いずに、ケース１にロウ付け接合したものを比較例３とした。
【００３７】
＜試験・評価＞
実施例１及び比較例１，２の各排ガス浄化装置をそれぞれ触媒コンバータに配置し、４０００ｃｃエンジンの排気系に搭載した。そして　１５０℃と　９５０℃の排ガスを　分間ずつ交互に流す冷熱繰り返し試験を行い、ハニカム体とケースとのずれ量を経時的に測定した。結果を図５に示す。
【００３８】
図５より、比較例１では１２００サイクルでずれが生じ、比較例２では２５００サイクルでずれが生じたのに対し、実施例１では３０００サイクル以上経過してもずれが生じなかった。
【００３９】
また、実施例１及び比較例１，２の各排ガス浄化装置をそれぞれ触媒コンバータに配置し、４０００ｃｃエンジンの排気系に搭載した。そして　９５０℃の排ガスを流しながら、エンジン回転数を徐々に上げ、ハニカム体とケースとのずれ量を経時的に測定した。結果を図６に示す。
【００４０】
図６より、比較例１では約　５００回転の排ガス圧力でずれが生じ、比較例２では約７３００回転の排ガス圧力でずれが生じたのに対し、実施例１では７５００回転以上でもずれが生じなかった。
【００４１】
さらに実施例１及び比較例２，３の各排ガス浄化装置をそれぞれ触媒コンバータに配置し、４０００ｃｃエンジンの排気系に搭載した。そしてエンジン始動時からハニカム体が　３００℃に到達するまでの時間を測定し、結果を図７に示す。その後エンジンを停止し、　３００℃からの降温状態を経時的に測定した結果を図８に示す。
【００４２】
比較例３では、ハニカム体がケースにロウ付けされているため、放熱量が大きい。そのため　３００℃に到達するまでの時間が長く、降温速度も大きい。また比較例２では、ハニカム体がセラミック製であるため熱容量が大きい。そのため降温速度は小さいものの　３００℃に到達するまでの時間が長い。したがってこれらの排ガス浄化装置では、触媒として使用時には、活性化温度に到達するまでの時間が長く、その間は浄化が困難となるという不具合がある。
【００４３】
しかし実施例１の排ガス浄化装置によれば、マット３による断熱作用が奏されるため放熱量が小さく、　３００℃に到達する時間がきわめて短い。したがって触媒が活性化温度に到達するまでの時間もきわめて短く、降温速度も小さいので触媒が活性化状態にある時間を長くすることができる。したがって浄化効率が大きく向上する。
【００４４】
（実施例１の他の態様）
実施例１では、係止爪１１をハニカム体１の外周表面のほぼ全面に形成し、金属線材３０もマット３のほぼ全体に埋設していた。しかし図９に示すように、係止爪１１をハニカム体１の両端部のみに形成し、かつ金属線材３０をマット３の両端部のみに埋設してもよい。
【００４５】
また図１０に示すように、マット３をハニカム体１の両端部のみに介装し、中間に断熱空気層４を形成することもできる。この場合、図１１に示すように、マット３をハニカム体１の一端部のみに介装し、他端部にワイヤーネット５を充填した構造としてもよい。
【００４６】
さらに、実施例１では係止爪１１の形状を図１２に示す形状としたが、図１３に示すくさび形状，図１４に示す四角形状，図１５に示すリブ形状あるいは図１６に示す蒲鉾形のトンネル状などとしても同様の作用効果が奏される。
【００４７】
（実施例２）
図１７に本実施例の排ガス浄化装置を示す。本実施例の排ガス浄化装置は、金属線材３０をマット３の厚さ方向に２段に埋設したこと以外は実施例１と同様の構成である。
【００４８】
本実施例によれば、内周側に埋設された金属線材３０と、外周側に埋設された金属線材３０とが、マット３を拡径方向に付勢しているので、マット３はより強くケース２に圧接されている。したがってマット３及びハニカム体１のケース２に対する相対移動をさらに規制することができる。
【００４９】
（実施例３）
図１８に本実施例の排ガス浄化装置を示す。本実施例の排ガス浄化装置は、ケース２の内周表面に螺旋状の溝２０を形成し、マット３の外周側に埋設された金属線材３０が溝２０に対向していること以外は実施例２と同様の構成である。
【００５０】
本実施例によれば、外周側に埋設された金属線材３０の付勢力によってマット３が溝２０内に押し込められ、かつ金属線材３０が溝２０と係合する場合もあるので、マット３とケース２との相対移動をさらに規制することができる。
【００５１】
【発明の効果】
すなわち本発明の排ガス浄化装置とそれに用いられるマット及びハニカム体によれば、設計が容易であるとともに、ハニカム体とケースとの相対移動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の排ガス浄化装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施例の排ガス浄化装置に用いたハニカム体の斜視図である。
【図３】本発明の一実施例の排ガス浄化装置に用いたマットを展開状態で示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施例の排ガス浄化装置に用いたハニカム体とマットを組付け状態で示す斜視図である。
【図５】実施例及び比較例の排ガス浄化装置の冷熱繰り返し数とずれ量との関係を示すグラフである。
【図６】実施例及び比較例の排ガス浄化装置のエンジン回転数とずれ量との関係を示すグラフである。
【図７】実施例及び比較例の排ガス浄化装置の　３００℃到達時間を示すグラフである。
【図８】実施例及び比較例の排ガス浄化装置の降温速度を示すグラフである。
【図９】実施例１の排ガス浄化装置の他の態様を示す断面図である。
【図１０】実施例１の排ガス浄化装置の他の態様を示す断面図である。
【図１１】実施例１の排ガス浄化装置の他の態様を示す断面図である。
【図１２】実施例１の排ガス浄化装置の係止爪を示す要部斜視図である。
【図１３】実施例１の排ガス浄化装置の係止爪の他の態様を示す要部斜視図である。
【図１４】実施例１の排ガス浄化装置の係止爪の他の態様を示す要部斜視図である。
【図１５】実施例１の排ガス浄化装置の係止爪の他の態様を示す要部斜視図である。
【図１６】実施例１の排ガス浄化装置の係止爪の他の態様を示す要部斜視図である。
【図１７】本発明の第２の実施例の排ガス浄化装置の断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施例の排ガス浄化装置の断面図である。
【符号の説明】
１：ハニカム体　　　　２：ケース　　　　　３：マット
１０：平板　　　　　　　１１：係止爪　　　　　３０：金属線材
【図１】
2004143956.tif 000003
【図２】
2004143956.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004143956.tif 000008
【図７】
2004143956.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004143956.tif 000011
【図１０】
2004143956.tif 000012
【図１１】
2004143956.tif 000013
【図１２】
2004143956.tif 000014
【図１３】
2004143956.tif 000015
【図１４】
2004143956.tif 000016
【図１５】
2004143956.tif 000017
【図１６】
2004143956.tif 000018
【図１７】
2004143956.tif 000019
【図１８】
2004143956.tif 000020