(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを通過させる管路内で触媒を保持する触媒保持具であり、
弾性を有する金属メッシュで形成された筒状形状を有し、
その一方の開口端から前記触媒を挿入可能であるとともにその他方の開口端には肉厚部が形成されており、
その肉厚部は、前記触媒よりも排気ガスの通過方向下流側に配置され、前記触媒に排気ガスの通過方向下流側から当接しており、
前記肉厚部が形成されている開口端は、前記触媒が挿通不能な径であり、
前記肉厚部が形成されている開口端では前記金属メッシュが折り返され、その折り返し部にロープ材が挿通されており、
前記ロープ材は、前記触媒の排気ガスの通過方向下流側の端面の一部を覆っており、
前記ロープ材の密度は、０．６〜２．０ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記筒状形状の軸方向における少なくとも一部の区間で全周に亘って波付加工が施されていることを特徴とする触媒保持具。
【請求項２】
排気ガスを通過させる管路を有するケースと、
前記ケースの管路内に配置される触媒と、
前記管路内で前記触媒を保持する触媒保持具を備え、
前記触媒保持具は、
弾性を有する金属メッシュで形成された筒状形状を有し、
その一方の開口端から前記触媒が挿入されているとともにその他方の開口端には肉厚部が形成されており、
前記触媒保持具の肉厚部は、前記触媒よりも排気ガスの通過方向下流側に配置され、前記触媒に排気ガスの通過方向下流側から当接しており、
前記肉厚部が形成されている開口端は、前記触媒が挿通不能な径であり、
前記肉厚部が形成されている開口端では前記金属メッシュが折り返され、その折り返し部にロープ材が挿通されており、
前記ロープ材は、前記触媒の排気ガスの通過方向下流側の端面の一部を覆っており、
前記ロープ材の密度は、０．６〜２．０ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記筒状形状の軸方向における少なくとも一部の区間で全周に亘って波付加工が施されていていることを特徴とする触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを通過させる管路内で触媒を保持する触媒保持具とその製造方法に関する。また、触媒保持具を備える触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガスは、排気ガスが通過する管路内に配置されている触媒を通過することによって浄化される。触媒には、例えば、モノリス触媒が用いられる。モノリス触媒は非常にもろく破損しやすい。そのことから、触媒装置に配置されている触媒は、弾性を有する筒状形状の触媒保持具内に挿入され、管路の周壁に衝突しないように保持されている。
触媒には、管路内を通過する排気ガスから受ける圧力によって、排気ガスの通過方向下流側に向かう力が付与される。触媒が排気ガスから大きな圧力を受けた場合、触媒保持具内を触媒が排気ガスの通過方向下流側に移動し、触媒が管路の周壁に衝突して破損してしまう虞がある。そこで、触媒が管路内を移動しないように管路内に保持する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、モノリス触媒を有する触媒装置が記載されている。この触媒装置は、ケースと触媒と触媒保持具を備えている。ケースは排気ガスを通過させる管路を有し、触媒はその管路内で触媒保持具によって保持されている。触媒保持具は、サポータと弾性ワッシャとキャップを有している。サポータは、ワイヤメッシュを円筒状に成形したものであり、その外壁には波付加工が施されている。弾性ワッシャは、ワイヤメッシュを円環状に成形したものであり、その内径が触媒の径よりも小さくなっている。円筒形状のサポータは、その内部に触媒を収容し、触媒の側面と管路の壁面との間に介在する。弾性ワッシャは、触媒に対して排気ガスの通過方向の上流側及び下流側に配置され、触媒の両端面にそれぞれ当接する。弾性ワッシャは、キャップを用いて管路の壁面に固定されている。この触媒装置によると、触媒がサポータ内で移動することが禁止され、触媒が管路の周壁に衝突して破損することが防止される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６５８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の触媒装置では、サポータと弾性ワッシャとキャップを用いて触媒保持具を構成している。特許文献１の触媒装置では、触媒保持具を構成する部品点数が多く、管路内への組付けにも手間がかかってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされてものであり、触媒の移動を防止するとともに管路内への組付けが容易な触媒保持具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】
本発明の触媒保持具は、排気ガスを通過させる管路内で触媒を保持する触媒保持具であり、弾性を有する金属メッシュで形成された筒状形状を有し、その一方の開口端から触媒を挿入可能であるとともにその他方の開口端には肉厚部が形成されている。その肉厚部は、触媒よりも排気ガスの通過方向下流側に配置され、触媒に排気ガスの通過方向下流側から当接している。肉厚部が形成されている開口端は、触媒が挿通不能な径であり、肉厚部が形成されている開口端では金属メッシュが折り返され、その折り返し部にロープ材が挿通されており、ロープ材は、触媒の排気ガスの通過方向下流側の端面の一部を覆っており、ロープ材の密度は、０．６〜２．０ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、筒状形状の軸方向における少なくとも一部の区間で全周に亘って波付加工が施されていることを特徴とする。
本明細書で開示される別の触媒保持具は、排気ガスを通過させる管路内で触媒を保持する。この触媒保持具は、弾性を有する金属メッシュで形成された筒状形状を有している。触媒保持具の一方の開口端は、触媒を挿入可能であり、その他方の開口端には肉厚部が形成されている。そして、その肉厚部は、触媒よりも排気ガスの通過方向下流側に配置され、触媒に排気ガスの通過方向下流側から当接することを特徴とする。
【０００８】
この触媒保持具では、他方の開口端に形成されている肉厚部が、排気ガスの通過方向下流側から触媒に当接する。これにより、触媒は、排気ガスから大きな圧力を受けた場合でも、触媒保持具内を下流側に移動することが防止される。この触媒保持具によれば、他の部品を必要とすることなく、触媒が移動することを防止することができる。
【０００９】
この触媒保持具では、肉厚部が形成されている他方の開口端は、触媒が挿通不能な径であることが好ましい。
この構成によれば、触媒は、肉厚部を越えて下流側に移動することができない。これにより、触媒をより安定して保持することができる。触媒が挿通不能な径とは、開口端の全長が触媒の外周の周長よりも短くなるように設定された径を意味する。
【００１０】
この触媒保持具では、肉厚部が形成されている他方の開口端では金属メッシュが折り返され、その折り返し部にロープ材が挿通されていることが好ましい。
この構成によれば、使用するロープ材の材質や構造によって、肉厚部の特性を適宜決定することができる。
【００１１】
この触媒保持具では、筒状形状の軸方向における少なくとも一部の区間で全周に亘って波付加工が施されていることが好ましい。
この構成によれば、触媒保持具の弾性変形能を高くすることができる。そのため、触媒保持具によって触媒が破損されることを抑制することができる。
【００１２】
本明細書では、上述した触媒保持具を好適に製造することができる新規な製造方法を提供する。この触媒保持具の製造方法は、金属製の線材をメリヤス編みして筒状の金属メッシュを作製する工程と、その筒状の金属メッシュを扁平に折り畳むとともに、形成される一対の折り返し部の内側にロープ材を挿通することによって、肉厚部が一辺に沿って伸びるシート状の金属メッシュを作製する工程と、そのシート状の金属メッシュを、その肉厚部の両端に位置する一対の辺を接合することによって、一方の開口端に肉厚部を有する筒状の金属メッシュに成形する工程を備える。
この製造方法によれば、上記した触媒保持具を容易に製造することができる。
この製造方法では、シート状の金属メッシュを作製する工程と筒状の金属メッシュに成形する工程との間に、シート状の金属メッシュの肉厚部を除く範囲の少なくとも一部に波付加工を施す工程をさらに備えていてもよい。
【００１３】
また、本発明では、上記した触媒保持具を用いた新規な触媒装置を提供する。この触媒装置は、排気ガスを通過させる管路を有するケースと、ケースの管路内に配置される触媒と、管路内で触媒を保持する触媒保持具を備える。触媒保持具は、弾性を有する金属メッシュで形成された筒状形状を有し、その一方の開口端から触媒が挿入されているとともにその他方の開口端には肉厚部が形成されている。触媒保持具の肉厚部は、触媒よりも排気ガスの通過方向下流側に配置され、触媒に排気ガスの通過方向下流側から当接している。肉厚部が形成されている開口端は、触媒が挿通不能な径であり、肉厚部が形成されている開口端では金属メッシュが折り返され、その折り返し部にロープ材が挿通されており、ロープ材は、触媒の排気ガスの通過方向下流側の端面の一部を覆っており、ロープ材の密度は、０．６〜２．０ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、筒状形状の軸方向における少なくとも一部の区間で全周に亘って波付加工が施されていていることを特徴とする。
本明細書で開示される別の触媒装置は、ケースと触媒と触媒保持具を備えている。ケースは、排気ガスを通過させる管路を有する。触媒は、ケースの管路内に配置される。触媒保持具は、管路内で触媒を保持する。この触媒保持具は、弾性を有する金属メッシュで形成された筒状形状を有し、その一方の開口端から前記触媒が挿入されているとともにその他方の開口端には肉厚部が形成されている。そして、触媒保持具の肉厚部は、触媒よりも排気ガスの通過方向下流側に配置され、触媒に排気ガスの通過方向下流側から当接していることを特徴とする。
この触媒装置によれば、管路内への組付けが容易な触媒保持具によって、触媒が移動することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の触媒保持具によれば、触媒は、排気ガスから大きな圧力を受けた場合でも、触媒保持具内を下流側に移動することが防止される。したがって、触媒が管路の壁面に当接して破損すること防止することができる。また、触媒保持具を構成する部品点数が少なく、管路内への組付けにかかる手間を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
下記の実施例に記載の技術の主要な特徴について列記する。
（形態１）  本実施例の触媒保持具では、金属製の線材を編成することによって作製されている。
（形態２）  本実施例の触媒保持具では、ロープ状部材は、金属メッシュをロープ状に加工して作製されている。
（形態３）  本実施例の触媒装置では、管路の中間部の径が管路の両端部よりも大きく形成されている。管路の中間部と両端部との間には、管路の径が漸次的に変化する管路変化部が形成されている。
【実施例】
【００１６】
本発明を具現化した実施例にかかる触媒装置を図面に基づいて説明する。図１は、触媒装置１０の縦断面図である。触媒装置１０は、ケース１２と触媒１８と触媒保持具１６を備えている。
図１に示すように、ケース１２は、円筒形状を有している。ケース１２の内側には、管路１４が形成されている。ケース１２の左端（図１において左側）には、例えば、自動車のエンジン等（図示省略）が接続されている。ケース１２の右端（図１において右側）には、排気ガスを大気に放出する排気管（図示省略）が接続されている。即ち、排気ガスは、ケース１２の左端から右端に向かってケース１２の管路１４を通過する。
管路１４の中間部１４ｂの径は、両端部の径と比較して大きく形成されている。中間部と両端部の間の管路変化部１４ａ，１４ｃでは、管路１４の径が漸次的に変化している。管路変化部１４ａ，１４ｃは、ケース１２をスピニング加工し、ケース１２の径を絞ることによって形成される。
【００１７】
管路１４の中間部１４ｂには、触媒１８が収容されている。触媒１８は、いわゆるモノリス触媒である。触媒１８は、略円柱形状を有している。触媒１８は、その軸方向が管路１４内を通過する排気ガスの通過方向に平行な状態で配置されている。触媒１８には、その軸方向に沿って、排気ガスの上流端から下流端まで伸びる無数の貫通孔（図示省略）が形成されている。排気ガスは、触媒１８の貫通孔内を通って触媒１８内を通過する。
【００１８】
触媒１８の側面と管路１４の周面との間には触媒保持具１６が配置されている。図２に示すように、触媒保持具１６は、筒状形状を有している。触媒保持具１６は、ステンレス等の金属線で作製されている。触媒保持具１６は、触媒挿入部２０と肉厚部２２で構成されている。触媒挿入部２０は、その外壁が金属メッシュで形成されている。図３に示すように、触媒挿入部２０の外壁には、触媒挿入部２０の軸方向に対して斜めに傾斜した波付加工が施されている。これにより、触媒挿入部２０の弾性変形能が高められる。触媒挿入部２０には、触媒１８が挿入されている。触媒挿入部２０は、触媒１８と管路１４の壁面の間に介在している。肉厚部２２は、触媒挿入部２０の下流端に形成されている。図４に示すように、肉厚部２２は、筒状部２２ａとロープ２２ｂで構成されている。筒状部２２ａは、触媒挿入部２０と同一の金属で作製されている。筒状部２２ａは、触媒挿入部２０と一体で形成されている。筒状部２２ａの中空部は、触媒挿入部２０の周方向に沿って一巡する。筒状部２２ａの中空部には、ロープ２２ｂが挿入されている。ロープ２２ｂは、例えば、ステンレス等の金属製のメッシュをロープ状に加工して作製されている。また、ロープ２２ｂは、例えば、耐熱性のセラミックファイバであってもよい。肉厚部２２の内径は、触媒１８の径よりも小さい。肉厚部２２は、その内径が拡大するように弾性変形可能であってもよい。この場合、弾性変形後の拡大された肉厚部２２の内径が触媒１８の径よりも小さい。
肉厚部２２は、下流側の管路変化部１４ｃと触媒１８の下流端面との間に介在している。肉厚部２２は、管路変化部１４ｃと触媒１８の下流端面の両者に当接している。触媒１８は、肉厚部２２によって、触媒保持具１６に対して下流側に移動することを抑止されている。
【００１９】
次に、触媒保持具１６の製造方法について図面を参照して説明する。図５は、触媒保持具１６の製造手順を示すフローチャートである。
触媒保持具１６の製造は、まず、ステンレス製の鋼線をメリヤス編みして図６に示す筒体３０を作製する（ステップＳ１２）。筒体３０の周壁はステンレス製のメッシュ状である。次に、作製された筒体３０を筒体３０の軸方向の全長に亘って扁平に折り畳む（ステップＳ１４）。図７は、筒体３０がステップＳ１４で扁平に折り畳まれた状態を示す。図７に示すように、筒体３０は、扁平に折り畳まれて、筒体３０の外壁が二重に重なっているシート部３２と、筒体３０の軸方向の一方の端から他方の端まで貫通する筒状部２２ａに加工される。続いて、シート部３２に波付加工を施し（ステップＳ１６）、筒状部２２ａにロープ２２ｂを挿入する（ステップＳ１８）。ステップＳ１６とステップＳ１８は、順序が逆であってもよい。即ち、筒状部２２にロープ２２ｂを挿入してから、シート部３２に波付加工を施してもよい。あるいは、ステップＳ１８をステップＳ１４の前に実施してもよい。即ち、筒体３０にロープ２２ｂを挿入してから筒体３０を扁平に折り畳み、シート部３２に波付加工を施してもよい。シート部３２に波付加工され、筒状部２２ａにロープ２２ｂが挿入されると、シート部３２の筒状部２２ａの軸方向の両側の端部がスポット溶接され（図２に示す点３４は、スポット溶接箇所を示す）、触媒保持具１６が作製される。これにより、図２に示す触媒保持具１６が作製される。
【００２０】
触媒保持具１６では、触媒１８の下流側への移動が肉厚部２２によって抑止されている。触媒保持具１６は、触媒挿入部２０と肉厚部２２が一体で作製されている。そのため、触媒保持具１６を管路１４内に容易に取り付けることができる。
触媒保持付１６の肉厚部２２の内径は、触媒１８の径よりも小さい。そのため、触媒１８は、肉厚部２２を通過して下流側に押し出されることがない。
触媒保持具１６の肉厚部２２は、メッシュ状の筒状部２２ａとメッシュ状のロープ２２ｂで構成されている。そのため、肉厚部２２は弾性変形能を高くすることができる。触媒１８は、管路１４を通過する排気ガスによって下流側に向けて大きな圧力が付与されて、触媒１８が肉厚部２２に押し付けられる。肉厚部２２は、弾性変形することによって、触媒１８にかかる圧力を緩和することができる。これにより、肉厚部２２によって、触媒１８が破損されることを抑制することができる。
触媒装置１０の管路１４は、管路変化部１４ｃが形成されている。肉厚部２２は、管路変化部１４ｃと触媒１８の下流側端面の間に介在し、それら両者に当接している。そのため、触媒１８が排気ガスによって下流側に移動するのをより安定して抑止することができる。
【００２１】
管路変化部１４ｃを形成するために、ケース１２はスピニング加工等によって成形される。この成形工程は、触媒１８を管路１４に収容してから行われる。触媒１８の下流側への移動を停止する停止部材がケース１２に固定されている従来の構成では、成形工程において、ケース１２の成形位置を厳密に決めなければならない。ケース１２の成形位置が予め決められた位置からずれると、触媒１８と停止部材とが予め決められた位置関係にならないことがある。例えば、成形位置が触媒１８から離れた位置にずれた場合、触媒１８と停止部材とが当接せず、触媒１８の下流側への移動を停止することができない。また、例えば、成形位置が触媒１８に近づく位置にずれた場合、触媒１８が停止部材と強く当接してしまう虞がある。特に、停止部材が角柱状の場合、触媒１８が停止部材の角部に当接してしまい、触媒が破損してしまう虞もある。一方、触媒保持具１６は、触媒１８の下流側への移動を停止する肉厚部２２が触媒保持具１６と一体である。そして、触媒１８は、肉厚部２２に接触した状態で管路１４に収容される。そのため、成形位置が若干ずれたとしても、触媒１８は肉厚部２２に当接されている状態を維持することができる。また、肉厚部２２が円柱状に形成されているため、触媒１８が肉厚部２２の角部に当接されることはない。
【００２２】
また、肉厚部２２は、メッシュ状の筒状部２２ａとメッシュ状のロープ２２ｂで構成されている。そのため、肉厚部２２は、排気ガスの通気性が高い。肉厚部２２が触媒１８の貫通孔の下流側に位置していても、貫通孔内を通過する排気ガスの妨げになることを抑制することができる。これにより、触媒１８の端面の一部が肉厚部２２によって覆われていても、触媒１８の浄化性能が低下されることを抑制することができる。
【００２３】
本発明の発明者らは、メッシュ状のロープ２２ｂの通気性を検討するための実験を実施した。図９は、実験装置１００の構成を示すブロック図である。実験装置１００は、ガス送出装置１０２とバルブ１０６と圧力計１０８と冶具１１０と流量計１１２を備えている。本実験では、ガス送出装置１０２から送出されたガスをガス管１０４を介して冶具１１０内に導入し、冶具１１０を通過したガスの流量を流量計１１２で測定し、その測定結果を通気量（ｍ／ｓ）に換算した。冶具１１０に導入されるガスを冶具１１０の上流側に設置された圧力計１０８で測定した。本実験では、９．８ｋＰａの圧力のガスを冶具１１０に導入した。実験に用いられたロープはステンレス製の鋼線で作成されたメッシュ状のロープであって、その長さが５０ｍｍであり、その直径が６．０ｍｍであった。本実験では、自然状態（外部から力を受けていない状態）での嵩密度（ｇ／ｃｍ３）が異なる複数のロープを用いて実施した。
【００２４】
図１０は、冶具１１０にロープ１２０をセットした状態の冶具１１０の縦断面図である。冶具１１０は、上冶具１１０ａと下冶具１１０ｂで構成されている。上冶具１１０ａと下冶具１１０ｂとの間には、ロープ１２０を収容するロープ収容室１１６と、ロープ収容室１１６とガス管１０４とを連通するガス導入路１１４とガス導出路１１８が形成されている。本実験では、ロープ１２０をロープ収容室１１６の上面と下面によって、上下方向に４．０ｍｍ圧縮した状態で冶具１１０にセットした。図１１は、上冶具１１０ａを取り外して、下冶具１１０ｂを上方から見た図である。本実験では、ロープ１２０をガス導入管１１４とガス導出路１１８に垂直に、かつ、ロープ１２０の両端がロープ収容室１１６の対向する一対の内壁にそれぞれ隙間無くセットした。
本実験の結果、ロープ１２０の自然状態の嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ３のときの通気量が３０ｍ／ｓであり、２．０ｇ／ｃｍ３のときの通気量が１５ｍ／ｓであった。
本実験の結果から、ロープ２２ｂの密度を０．６〜２．０ｇ／ｃｍ３であれば、肉厚部２２が触媒１８の貫通孔の下流側に位置していても、貫通孔内を通過する排気ガスの大きな妨げとはならず、触媒１８の端面の一部が肉厚部２２によって覆われていても、触媒１８の浄化性能が低下されることを抑制することができる。
【００２５】
上記した触媒保持具１６では、下流側の開口端にのみ肉厚部２２が配置されている。しかしながら、肉厚部は触媒保持具１６の両方の開口端に形成してもよい。図８に示すように、触媒保持具１６には、上流側の開口端に肉厚部５０が配置されている。肉厚部５０は、肉厚部２２と同様の構成で形成されている。この肉厚部５０は、その内径が広がるように弾性変形することが好ましい。肉厚部５０の自然状態での内径は、触媒１８の径よりも小さい。触媒１８を触媒保持具１６の触媒挿入部２０に挿入する場合、肉厚部５０を弾性変形させて内径を広げて触媒１８を挿入する。
この構成によれば、触媒保持具１６は、触媒１８の上流側への移動も抑止することができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例に係る触媒装置の縦断面図。
【図２】実施例に係る触媒保持具の斜視図。
【図３】図２のIII領域の拡大図。
【図４】図１のIV領域の拡大図。
【図５】触媒保持具の製造手順を示すフローチャート。
【図６】触媒保持具の製造途中の状態を示す斜視図。
【図７】触媒保持具の製造途中の状態を示す斜視図。
【図８】その他の実施例に係る触媒装置の縦断面図。
【図９】ロープの通気性に関する実験装置の構成を示すブロック図。
【図１０】実験装置の冶具の縦断面図。
【図１１】実験装置の冶具にセットされたロープの状態を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１０：触媒装置
１２：ケース
１４：管路
１６：触媒保持具
１８：触媒
２０：触媒挿入部
２２：肉厚部
【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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【図７】
0005105998.tif 000008
【図８】
0005105998.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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