(57)【要約】  排気ガスの流れの方向の担体の強度を均一化することができる触媒装置を提供する。平板（５２）および波板（５４）は、複数の孔（６４）を有し、複数の孔（６４）は、平板（５２）および波板（５４）が担体（４２）にされる前の平坦状態において、担体（４２）の軸線方向と平行する第１方向（Ｄ１）に沿って整列して複数の第１列（６６）を形成すると共に第１方向（Ｄ１）と直交する第２方向（Ｄ２）に沿って整列して複数の第２列（６８）を形成し、互いに隣接する２つの第２列（６８）のうち、一方の第２列（６８）上の孔（６４）と、他方の第２列（６８）上の孔（６４）は、第２方向（Ｄ２）からみて、互いに一部（６４ｐ）が重なる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔状の平板（５２）と波板（５４）とが重ねられて巻かれることにより形成され、かつ、触媒を担持する担体（４２）と、
前記担体（４２）を内部に収容すると共に、前記担体（４２）の一端部（４２ａ）を排気ガスの上流側に向け、前記担体（４２）の他端部（４２ｂ）を排気ガスの下流側に向けて、前記担体（４２）を支持する外筒（４４）と、
を備える触媒装置（３６）であって、
前記平板（５２）および前記波板（５４）は、複数の孔（６４）を有し、
複数の前記孔（６４）は、前記平板（５２）および前記波板（５４）が前記担体（４２）にされる前の平坦状態において、前記担体（４２）の軸線方向と平行する第１方向（Ｄ１）に沿って整列して複数の第１列（６６）を形成すると共に前記第１方向（Ｄ１）と直交する第２方向（Ｄ２）に沿って整列して複数の第２列（６８）を形成し、
互いに隣接する２つの前記第２列（６８）のうち、一方の前記第２列（６８）上の前記孔（６４）と、他方の前記第２列（６８）上の前記孔（６４）は、前記第２方向（Ｄ２）からみて、互いに一部（６４ｐ）が重なる、触媒装置（３６）。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒装置（３６）であって、
前記一部（６４ｐ）の長さは、前記孔（６４）の前記第１方向（Ｄ１）の長さの１０％以上である、触媒装置（３６）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の触媒装置（３６）であって、
前記一端部（４２ａ）側から所定番目までの前記第２列（６８）に含まれる前記孔（６４）の大きさは、前記所定番目より後の前記第２列（６８）に含まれる前記孔（６４）の大きさよりも小さい、触媒装置（３６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板と波板とが重ねられて巻かれることにより形成されかつ触媒を担持する担体を外筒に収容して支持する触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を備える車両は、内燃機関の燃焼工程で発生する排気ガスを車外へ排出させるための排気装置を備える。排気装置は、排気ガスを浄化する触媒装置を備える。特開２０１４−１４７８７９号公報には、自動二輪車に設けられる小型内燃機関のための触媒装置が開示される。この触媒装置は、触媒を担持する担体と担体を収容して支持する外筒とを備える。担体は、金属箔状の平板と波板とが重ねられて巻かれることにより形成される。平板と波板との接合位置および担体と外筒との接合位置は、排気ガスの上流側に寄せられる。特表２００５−５３５４５４号公報には、それぞれ孔を有する平形薄板（平板）と波形薄板（波板）とで形成される孔付きハニカム体（担体）が開示される。
【発明の概要】
【０００３】
孔付きの担体において、孔がある部分の強度は孔がない部分の強度よりも劣る。特表２００５−５３５４５４号公報に示されるように、排気ガスの流れの方向に孔がある部分と孔がない部分とが偏って分布すると、排気に伴い担体に発生する熱応力により、強度の劣る孔がある部分（孔と孔の間の板材）が座屈する虞がある。
【０００４】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、排気ガスの流れの方向の担体の強度を均一化することができる触媒装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は、
金属箔状の平板と波板とが重ねられて巻かれることにより形成され、かつ、触媒を担持する担体と、
前記担体を内部に収容すると共に、前記担体の一端部を排気ガスの上流側に向け、前記担体の他端部を排気ガスの下流側に向けて、前記担体を支持する外筒と、
を備える触媒装置であって、
前記平板および前記波板は、複数の孔を有し、
複数の前記孔は、前記平板および前記波板が前記担体にされる前の平坦状態において、前記担体の軸線方向と平行する第１方向に沿って整列して複数の第１列を形成すると共に前記第１方向と直交する第２方向に沿って整列して複数の第２列を形成し、
互いに隣接する２つの前記第２列のうち、一方の前記第２列上の前記孔と、他方の前記第２列上の前記孔は、前記第２方向からみて、互いに一部が重なる。
【０００６】
本発明によれば、担体の強度を低下させることなく排気ガスの浄化を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は自動二輪車の左側面図である。
【図２】図２は排気装置の左側面図である。
【図３】図３は触媒収納部の断面図である。
【図４】図４は上流側からみた触媒装置を簡略化した模式図である。
【図５】図５は平板を簡略化した模式図である。
【図６】図６は上流側に径の小さい孔を有する平板を簡略化した模式図である。
【図７】図７はろう付け箇所の説明に供する説明図である。
【図８】図８は担体の製造方法の説明に供する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る触媒装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
なお、以下の説明で使用する上流、下流というのは、排気ガスの流れを対象とする。
【００１０】
［１．排気装置１４］
図１に示されるように、自動二輪車１０は、走行のための駆動源として内燃機関１２を有する。内燃機関１２には、排気装置１４が接続される。
【００１１】
図２に示されるように、排気装置１４は、フランジ１６と、上流側排気管１８と、触媒収納部２０と、下流側排気管２２（図３）と、遮熱カバー２４と、マフラ２６と、を有する。上流側排気管１８は、フランジ１６によって内燃機関１２のシリンダヘッドに接続される。触媒収納部２０は、上流側排気管１８の下流側端部に接続される。触媒収納部２０の構成については下記［２］で説明する。下流側排気管２２（図３）は、触媒収納部２０の下流側端部に接続される。遮熱カバー２４は、下流側排気管２２を覆うようにして触媒収納部２０の下流側端部に接続される。マフラ２６は、下流側排気管２２および遮熱カバー２４の下流側端部に接続される。排気装置１４は、１以上のステー２８により車体のフレームに取り付けられる。この構造により、内燃機関１２から排出される排気ガスは、上流側排気管１８、触媒収納部２０、下流側排気管２２、マフラ２６を通過して外部に排出される。
【００１２】
［２．触媒収納部２０］
図３に示されるように、触媒収納部２０は、外テーパ管３０と、遮熱管３２と、上流側内テーパ管３４と、触媒装置３６と、下流側内テーパ管３８と、を有する。外テーパ管３０は、上流側排気管１８の下流側端部に接続される。遮熱管３２は、外テーパ管３０の下流側端部に接続される。上流側内テーパ管３４は、外テーパ管３０と上流側排気管１８との接続箇所よりも下流側で上流側排気管１８の下流側端部に接続され、外テーパ管３０の内部に位置する。触媒装置３６は、上流側内テーパ管３４の下流側端部に接続され、遮熱管３２の内部に位置する。触媒装置３６の構成については下記［３］で説明する。下流側内テーパ管３８は、触媒装置３６の下流側端部に接続され、遮熱管３２の内部に位置する。
【００１３】
［３．触媒装置３６］
図３、図４に示されるように、触媒装置３６は、担体４２と、外筒４４と、を有する。担体４２は、ハニカム構造の略円柱形状であり、金属箔状の１以上の平板５２（図８）と、金属箔状の平板５２が波状に成形された１以上の波板５４（図８）と、が重ねられて巻かれることにより形成される。平板５２（および波板５４）は、ステンレス鋼で形成されており、一方の面から他方の面に貫通する複数の孔６４（図５）を有する。孔６４については下記［３．１］で説明する。
【００１４】
担体４２は触媒を担持する。例えば、担体４２の状態で、平板５２および波板５４の表面は、触媒物質（白金、パラジウム、ロジウム等の白金族元素等）を含む被膜で覆われる。平板５２と波板５４は互いに接合される。平板５２と波板５４との接合については下記［３．２］で説明する。
【００１５】
外筒４４は、担体４２の外径よりも若干大きな内径を呈する円筒である。外筒４４は、平板５２と同様にステンレス鋼で形成される。外筒４４は、内部に担体４２を収容する。外筒４４は、担体４２の一端部４２ａを排気ガスの上流側に向け、担体４２の他端部４２ｂを排気ガスの下流側に向けた状態で、担体４２を支持する。外筒４４が担体４２を支持する状態で、外筒４４の軸線と担体４２の軸線は一致する。図３に示されるように、両者の軸線を軸線Ａと称する。担体４２の外周面と外筒４４の内周面は互いに接合される。担体４２と外筒４４との接合については下記［３．２］で説明する。
【００１６】
［３．１．孔６４を有する平板５２］
図５を用いて平板５２を説明する。図５に示される平板５２は、担体４２にされる前の平坦状態である。平板５２は、第１方向Ｄ１に長さＬであり、第２方向Ｄ２に長さＷ（＞Ｌ）である略矩形の金属箔状部材である。第１方向Ｄ１は、排気ガスの流れの方向、および、担体４２の軸線方向（軸線Ａの延伸方向）と平行する。図５では紙面上から下に向かう方向を第１方向Ｄ１とする。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する。図５では紙面左から右に向かう方向を第２方向Ｄ２とする。平板５２の第１方向Ｄ１の長さＬは担体４２の軸線方向の長さとなる。平板５２の第２方向Ｄ２の長さＷは担体４２の径に関係する。したがって、長さＬおよび長さＷは担体４２の設計に応じて決定される。
【００１７】
平板５２は、孔形成部６０と、孔形成部６０を囲む縁部６２と、を有する。平板５２は、孔形成部６０に、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に沿って整列する複数の孔６４を有する。第１方向Ｄ１に沿う孔６４の列を第１列６６と称する。第２方向Ｄ２に沿う孔６４の列を第２列６８と称する。第１列６６において、孔６４の中心を繋いだ線を列の中心線６６ｃとすると、各中心線６６ｃが等間隔となるように各孔６４は配置される。第２列６８において、孔６４の中心を繋いだ線を列の中心線６８ｃとすると、各中心線６８ｃが等間隔となるように各孔６４は配置される。
【００１８】
第１列６６に対して、第２方向Ｄ２に向けて順に番号を付す。ｎ番目の第１列６６上の各孔６４とｎ＋１番目の第１列６６上の各孔６４は、第２方向Ｄ２の一方（または他方）からみて、交互に並ぶ。つまり、第２方向Ｄ２の一方（または他方）からみて、ｎ番目の第１列６６で互いに隣接する２つの孔６４の間にｎ＋１番目の第１列６６の１つの孔６４が配置され、ｎ＋１番目の第１列６６で互いに隣接する２つの孔６４の間にｎ番目の第１列６６の１つの孔６４が配置される。
【００１９】
同様に、第２列６８に対して、第１方向Ｄ１の一方から他方に向けて順に番号を付す。ｎ番目の第２列６８上の各孔６４とｎ＋１番目の第２列６８上の各孔６４は、第１方向Ｄ１の一方（または他方）からみて、交互に並ぶ。つまり、第１方向Ｄ１の一方（または他方）からみて、ｎ番目の第２列６８で互いに隣接する２つの孔６４の間にｎ＋１番目の第２列６８の１つの孔６４が配置され、ｎ＋１番目の第２列６８で互いに隣接する２つの孔６４の間にｎ番目の第２列６８の１つの孔６４が配置される。
【００２０】
互いに隣接する２つ（ｎ番目とｎ＋１番目）の第１列６６のうち、一方（ｎ番目）の第１列６６上の孔６４と、他方（ｎ＋１番目）の第１列６６上の孔６４は、第１方向Ｄ１からみて、互いに離間する。対して、互いに隣接する２つ（ｎ番目とｎ＋１番目）の第２列６８のうち、一方（ｎ番目）の第２列６８上の孔６４と、他方（ｎ＋１番目）の第２列６８上の孔６４は、第２方向Ｄ２からみて、互いに一部６４ｐが重なる。重なる一部６４ｐの第１方向Ｄ１の長さは、０よりも大きく、かつ、孔６４の第２方向Ｄ２の長さ（例えば直径２ａ）の２０％以下である。
【００２１】
ここで、平板５２の具体例を説明する。孔６４の形状は円形である。孔６４の半径ａは４．０ｍｍ（φ８．０）である。互いに隣接する第１列６６の間隔ｉ１（すなわちｎ番目の第１列６６とｎ＋１番目の第１列６６の間隔ｉ１）は９．５２ｍｍである。互いに隣接する２つの孔６４の端部間の距離ｂは３ｍｍである。一部６４ｐの長さは、孔６４の第１方向Ｄ１の長さの１０％以上である。
【００２２】
なお、これらの形状および数値は一例であり、他の形状または数値であってもよい。例えば、孔６４の形状は楕円であってもよく、その場合は、長軸と短軸のいずれかが第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２と平行してもよい。
【００２３】
また、一部６４ｐの領域に配置される孔６４の大きさ（例えば直径２ａ）が、他の領域に配置される孔６４の大きさ（例えば直径２ａ）よりも小さくてもよい。特に、上流側、すなわち担体４２の一端部４２ａとなる第１端部５２ａ側から所定番目（１番目〜ｋ番目）の第２列６８に含まれる孔６４の大きさを小さくするとよい。具体的には、孔６４が円形である場合、距離ｂ＞半径ａの関係が成立するように、孔６４の大きさと配置を設定するとよい。上流側の孔６４の大きさを小さくすることにより、排気ガスの脈動に起因する担体４２の振動（フラッタリングという）に対する耐久性が向上する。
【００２４】
図６で示される平板５２は、上流側となる第１端部５２ａ側から３番目（１番目〜３番目）の第２列６８に含まれる孔６４の大きさが小さくされている。例えば、孔６４の半径ａは３．４ｍｍ（φ６．８）である。互いに隣接する第１列６６の間隔ｉ１は９．５２ｍｍである。互いに隣接する２つの孔６４の端部間の距離ｂは４．２ｍｍである。
【００２５】
波板５４は、平板５２を第２方向Ｄ２に長くした形態の金属箔状部材を、第２方向Ｄ２に向かう波形状に加工することにより形成される。波板５４は、平面視において、平板５２と略同じ外形を呈する。波板５４の波形状は、振幅が漸増、漸減する形状、例えば正弦波形状である。波板５４は、平板５２と同じ配置の孔６４を有する。但し、平板５２よりも第２方向Ｄ２に長い分、孔形成部６０は第２方向Ｄ２に広く、孔６４の数は多い。
【００２６】
平板５２および波板５４に孔６４が形成されると、担体４２を流れる排気ガスに乱流（渦流）が発生しやすくなる。排気ガスに乱流が発生すると、触媒に対する排気ガスの接触機会が増えるため、排気ガスの浄化効率が向上する。更に、平板５２および波板５４に孔６４が形成されると、排気ガスの流路が実質的に長くなる。排気ガスの流路が長くなると、触媒に対する排気ガスの接触機会が増えるため、排気ガスの浄化効率が向上する。
【００２７】
［３．２．各部材の接合］
図７を用いて、平板５２と波板５４との接合、および、担体４２と外筒４４との接合について説明する。図７は、図３に示される触媒装置３６における各部材の接合範囲を示す。平板５２と波板５４および担体４２と外筒４４は、共にろう付けにより接合される。
【００２８】
本実施形態では、平板５２と波板５４との上流側のろう付けの箇所を第１上流範囲７０とし、担体４２と外筒４４とのろう付けの箇所を第２上流範囲７２とする。第１上流範囲７０は、担体４２の一端部４２ａの位置から軸線方向に沿って下流側に長さＬ１だけ離れた位置まで拡がる範囲である。第２上流範囲７２は、担体４２の一端部４２ａの位置から軸線方向に沿って下流側に長さＬ２だけ離れた位置まで拡がる範囲である。長さＬ２は長さＬ１よりも長い。つまり、第２上流範囲７２は、第１上流範囲７０よりも軸線方向の下流側に広い。
【００２９】
第１上流範囲７０に位置する担体４２は、中心から外周にわたって平板５２と波板５４とが互いにろう付けされる。第１上流範囲７０には、平板５２と波板５４のそれぞれの縁部６２と、１番目〜所定番目までの第２列６８上の複数の孔６４と、が含まれる。波板５４に含まれる各波部分の略頂点部位が平板５２にろう付けされる。但し、第１上流範囲７０に含まれる平板５２と波板５４との全ての接触箇所をろう付けすることは難しい。このため、本実施形態では、全ての接触箇所をろう付けすることを必須とはしない。
【００３０】
第２上流範囲７２に位置する担体４２と外筒４４は互いにろう付けされる。具体的には、担体４２の外周面と外筒４４の内周面とがろう付けされる。
【００３１】
触媒装置３６の振動は上流側ほど大きい。本実施形態のように、平板５２と波板５４とを第１上流範囲７０で接合し、担体４２と外筒４４とを第２上流範囲７２で接合することにより、担体４２の振動を効率的に抑制することができる。更に、各部材が担体４２の全長にわたって接合されないため、各部材が熱の影響で伸縮することにより担体４２が破損することを防止することができる。
【００３２】
［４．触媒装置３６の製造方法］
図８に示されるように、波板５４の両面に平板５２を重ねた積層体５０の中央部分Ｃを支持具で支持しつつ、支持具を回転させて中央部分Ｃを一方向Ｒに回転させることにより、中心から径方向に積層体５０が重ねられた担体４２が形成される。この際、平板５２と波板５４とをろう付けし、担体４２を略円柱形状にする。
【００３３】
なお、積層体５０は、複数の平板５２と複数の波板５４とが交互に積層された複数層であってもよい。また、前述した特開２０１４−１４７８７９号公報に示されるように、積層体５０の端部を支持具で支持しつつ、支持具をＲ方向に回転させて担体４２を形成してもよい。
【００３４】
次に、略円柱形状の担体４２を、外筒４４に挿入し、担体４２と外筒４４とをろう付けする。
【００３５】
次に、触媒物質を含む粘性の高い混合液を担体４２の一端部４２ａ側に配置し、他端部４２ｂ側の気圧を一端部４２ａ側の気圧よりも低くして圧力差を発生させる。すると、混合液は、他端部４２ｂ側に吸引されるため、一端部４２ａ側からハニカム状の担体４２の内部に浸入する。混合液は、担体４２の内部を通過する際に、平板５２と波板５４の表面に接触しつつ他端部４２ｂ側に吸引される。その結果、担体４２の内表面（平板５２と波板５４の表面）は、触媒物質を含む被膜で覆われる。
【００３６】
［５．実施形態から得られる発明］
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
【００３７】
本発明は、
金属箔状の平板５２と波板５４とが重ねられて巻かれることにより形成され、かつ、触媒を担持する担体４２と、
担体４２を内部に収容すると共に、担体４２の一端部４２ａを排気ガスの上流側に向け、担体４２の他端部４２ｂを排気ガスの下流側に向けて、担体４２を支持する外筒４４と、
を備える触媒装置３６であって、
平板５２および波板５４は、複数の孔６４を有し、
複数の孔６４は、平板５２および波板５４が担体４２にされる前の平坦状態において、担体４２の軸線方向と平行する第１方向Ｄ１に沿って整列して複数の第１列６６を形成すると共に第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に沿って整列して複数の第２列６８を形成し、
互いに隣接する２つの第２列６８のうち、一方の第２列６８上の孔６４と、他方の第２列６８上の孔６４は、第２方向Ｄ２からみて、互いに一部６４ｐが重なる。
【００３８】
上記構成によれば、一方の第２列６８上の孔６４と、他方の第２列６８上の孔６４が、第２方向Ｄ２からみて、互いに一部６４ｐが重なるように配置される。言い換えると、第１方向Ｄ１（排気ガスの流れの方向）に沿って各第２列６８が重なり合って並ぶ。すると、第２方向Ｄ２からみて、孔６４がない部分がなくなるため、第１方向Ｄ１の担体４２の強度が均一化される。
【００３９】
本発明において、
一部６４ｐの長さは、孔６４の第１方向Ｄ１の長さの１０％以上であってもよい。
【００４０】
第２方向Ｄ２からみて、一部６４ｐの長さを孔６４の第１方向Ｄ１の長さの１０％以上にすると、担体４２を形成した場合に、担体４２の強度の不均一化をより効果的に抑制することができる。
【００４１】
本発明において、
一端部４２ａ側から所定番目までの第２列６８に含まれる孔６４の大きさは、所定番目より後の第２列６８に含まれる孔６４の大きさよりも小さくてもよい。
【００４２】
なお、本発明に係る触媒装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図１】
2020032003.tif 000003
【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】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月8日(2020.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔状の平板（５２）と波板（５４）とが重ねられて巻かれることにより形成され、かつ、触媒を担持する担体（４２）と、
前記担体（４２）を内部に収容すると共に、前記担体（４２）の一端部（４２ａ）を排気ガスの上流側に向け、前記担体（４２）の他端部（４２ｂ）を排気ガスの下流側に向けて、前記担体（４２）を支持する外筒（４４）と、
を備える触媒装置（３６）であって、
前記平板（５２）および前記波板（５４）は、複数の孔（６４）を有し、
複数の前記孔（６４）は、前記平板（５２）および前記波板（５４）が前記担体（４２）にされる前の平坦状態において、前記担体（４２）の軸線方向と平行する第１方向（Ｄ１）に沿って整列して複数の第１列（６６）を形成すると共に前記第１方向（Ｄ１）と直交する第２方向（Ｄ２）に沿って整列して複数の第２列（６８）を形成し、
互いに隣接する２つの前記第２列（６８）のうち、一方の前記第２列（６８）上の前記孔（６４）と、他方の前記第２列（６８）上の前記孔（６４）は、前記第２方向（Ｄ２）からみて、互いに一部（６４ｐ）が重なり、
前記一端部（４２ａ）側から所定番目までの前記第２列（６８）に含まれる前記孔（６４）の大きさは、前記所定番目より後の前記第２列（６８）に含まれる前記孔（６４）の大きさよりも小さい、触媒装置（３６）。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒装置（３６）であって、
前記一部（６４ｐ）の長さは、前記孔（６４）の前記第１方向（Ｄ１）の長さの１０％以上である、触媒装置（３６）。
【国際調査報告】
2020032003.tif 000011
2020032003.tif 000012