JP2003269153A - 触媒担体保持マット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 局部的な巻き皺によりキャニング状態で触媒
担体に対するマットの面圧が局部的に上昇することを抑
え、強度が低い触媒担体でも的確にキャニングすること
ができる触媒担体保持マットを提供する。 【解決手段】 巻き方向の一端に巻き方向に突出する凸
部２１を有し、巻き方向の他端に凸部２１が嵌合する凹
部２２を有する。凸部２１と凹部２２は、互いに嵌合し
た状態で巻き径が調整可能なるよう巻き方向と平行に延
びている。そして、凸部２１と凹部２２を形成する凹状
の角部２１ａ，２２ａを、５ｍｍ以上のＲ形状あるいは
直線角取り形状に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、触媒コンバータの
触媒担体に巻かれて該触媒担体をケーシングに保持する
マットに関する。 【０００２】 【従来の技術】ガソリンエンジンの排気ガス浄化の手段
としては、排気通路の途中に設ける三元触媒コンバータ
の使用が一般的である。この三元触媒コンバータは、ア
ルミナ等、またはアルミナ等にプラチナ・ロジウム等の
貴金属を担持した触媒によって、排気ガス中の有害成分
とされる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素
酸化物（ＮＯ_Ｘ）の三つの有害成分を化学反応により一
括して無害な成分に変化させるものである。前記触媒を
担持する触媒担体は、外観が円筒状で、内部にハニカム
状の断面を有する小さなセルが多数形成されており、そ
れらセルを形成するセル壁に触媒がコーティングされて
いる。上記有害三成分は、排気ガスによって活性化温度
（例えば２００℃）に達している状態の触媒担体を通過
することにより、コーティングされた触媒上で化学反応
が起こって無害化され、排気ガスは浄化される。 【０００３】図９は、このような触媒担体を備えた従来
の触媒コンバータの一例を示しており、触媒担体１は円
筒状の金属製ケーシング２に収納され、触媒担体１の外
周面中央には、セラミック繊維をバインダで結合してな
る帯状のマット１０が周方向に一重に巻かれている。マ
ット１０はケーシング２に収納された状態で圧縮されて
おり、これによって触媒担体１がケーシング２に保持さ
れている。図９で矢印は排気ガスの流れ方向である。 【０００４】上記マット１０は、図１０に示すように、
巻き方向の一端に巻き方向に突出する凸部１１が形成さ
れ、他端には凹部１２が形成されており、マット１０を
触媒担体１に巻いた状態で、凸部１１を凹部１２に嵌合
させて端部どうしを突き合わせている。このように凸部
１１を凹部１２に嵌合させることで、端部どうしの合わ
せ目の隙間を凸部１１で遮断してその隙間を排気ガスが
流れないようにするとともに、端部が軸方向にずれない
ようになされている。このようなマットは、特開平７−
２１７４２６号公報にも開示されており、同公報による
と、凸部の両側の隙間の位置を巻き方向にずれたものと
して、飛散するマットの繊維の流出を抑えている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】図１０に示した従来の
マット１０にあっては、触媒担体の径が異なっても凸部
１１と凹部１２とが互いに嵌合するように、すなわち巻
き径が調整可能なように、凸部１１と凹部１２は巻き方
向と平行に延びている。したがって、これら凸部１１と
凹部１２を形成する凹状の各角部１１ａ，１２ａは、僅
かにＲ状を呈するもののほぼ直角に形成されている。と
ころで、マット１０を触媒担体に巻くと、マット１０の
内面に軸方向に延びる巻き皺が発生することは避けられ
ず、そのような巻き皺は、凹状の各角部１１ａ，１２ａ
を起点として局部的に発生しやすかった。図１１は、触
媒担体に上記マット１０のような従来のマットを巻いた
状態を示しており、幾つかの巻き皺が局部的に発生して
いる。これら巻き皺は、マットが角部を起点として折れ
曲がることにより発生している。 【０００６】上記のように巻き皺１３が局部的に発生し
た状態で、図１０に示すように触媒担体１およびマット
１０がキャニングされる、すなわちケーシング２内に充
填されると、圧縮されたマット１０における巻き皺１３
の周辺部分の触媒担体１に対する面圧は高くなり、その
面圧が破壊強度を上回ると触媒担体１の破損を招く。し
たがって、面圧の低減のために巻き皺１３は周方向に均
等に発生することが望ましいが、上記のように角部１１
ａ，１２ａが存在することによってそれは困難であっ
た。 【０００７】特に近年の触媒担体にあっては、浄化性能
を向上させるとともに排気ガスの通過断面積を増やして
排気抵抗の低減を図るために、セル壁を薄くしてセルを
増やす傾向にあり、このため、触媒担体の破壊強度は従
来より低くなっている。図１２（ａ）は、浄化性能を向
上させた薄壁タイプの触媒担体の端面を示しており、こ
のような触媒担体は、通常、押出し成形によって製造さ
れる。その押出し成形時には、スリット加工された押出
し金型の口金を材料が通過する際の流量の不均一に起因
して、セル壁に変形が生じやすい。この変形は、特に外
壁付近に生じやすく、図１２（ｂ）はその変形が外壁付
近に生じた触媒担体の一例を示している。このように変
形したセル壁は外圧を受けた際に座屈しやすいので、一
層の強度低下を招くことになる。したがって、近年の薄
壁タイプの触媒担体においては、キャニング状態でマッ
トから受ける面圧がケーシングに保持され得る最低必要
面圧を大きく上回らないことが求められ、そのために
は、上記のような角部を起点とした局部的な巻き皺の発
生は抑える必要がある。 【０００８】したがって本発明は、マットの巻き皺が局
部的に発生することが抑えられることにより、キャニン
グ状態で触媒担体に対するマットの局部的な面圧の上昇
が抑えられ、その結果、強度が低い触媒担体でも破壊を
招くことなく確実にキャニングすることができる触媒担
体保持マットを提供することを目的としている。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、筒状のケーシ
ングに収納される触媒担体の外周面に周方向に沿って巻
かれ、触媒担体とケーシングとの間で圧縮状態とされる
ことにより触媒担体をケーシングに保持する触媒担体保
持マットであって、巻き方向の一端には巻き方向に突出
する凸部を有し、巻き方向の他端には凸部が嵌合する凹
部を有し、これら凸部と凹部は、互いに嵌合した状態で
巻き径が調整可能なるよう巻き方向と平行に延びてお
り、さらにこれら凸部と凹部を形成する角部が、５ｍｍ
以上のＲ形状あるいは直線角取り形状に形成されている
ことを特徴としている。 【００１０】本発明によれば、凸部と凹部を形成する角
部は、従来のように直角ではなくＲ形状あるいは直線角
取り形状に形成されているので、角部を起点としたマッ
トの折れ曲がりは生じにくく、巻き皺は発生しにくい。
つまり、角部を起点とした局部的な巻き皺の発生が抑え
られる。このため、キャニング状態では、触媒担体に対
するマットの面圧が局部的な巻き皺によって局部的に上
昇することが抑えられる。その結果、強度が低い触媒担
体でも、破壊を招くことなく確実にキャニングすること
ができる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照して
本発明の一実施形態を説明する。図１は、一実施形態の
マットが適用された触媒コンバータを示しており、符号
２０がそのマット、符号１、２は、それぞれ図９で示し
たものと同様の触媒担体、ケーシング、矢印は排気ガス
の流れ方向である。マット２０はセラミック繊維をバイ
ンダで結合してなる帯状のもので、触媒担体１の外周面
中央に、周方向に沿って一重に巻かれている。触媒担体
１は、マット２０が巻かれた状態でケーシング２内にキ
ャニングされている。このキャニング状態で、マット２
０は圧縮されており、所定の面圧で触媒担体１に当接し
ていることにより、触媒担体１はケーシング２に保持さ
れている。 【００１２】マット２０は、図２に示すように、巻き方
向（長手方向）の一端に巻き方向に突出する凸部２１が
形成され、他端には凸部２１が嵌合する凹部２２が形成
されている。凸部２１および凹部２２はマット２０の幅
方向の中央に形成され、いずれもその幅はマット２０の
幅の１／３とされている。マット２０の幅は触媒担体１
の軸方向長さに応じて適宜選択され、通常は約４５〜１
２０ｍｍであり、長さは触媒担体１の周長に見合った長
さとされている。凸部２１および凹部２２は、触媒担体
１の径が異なっても互いに嵌合するように、すなわち巻
き径が調整可能なように、巻き方向と平行に延びてい
る。 【００１３】凸部２１からマット２０の主部（凸部２１
および凹部２２が形成された端部を除いた部分）２０Ａ
に移行する凸部２１の両側の凹状の角部２１ａは、それ
ぞれ５ｍｍ以上のＲ（半径）で１／４円弧状に形成され
ている。また、凸部２１の先端における両側の凸状の角
部２１ｂも、それぞれ５ｍｍ以上のＲで１／４円弧状に
形成されている。一方、凹部２２の奥側の先端からマッ
ト２０の主部２０Ａに移行する凹部２２の両側の凹状の
角部２２ａは、それぞれ５ｍｍ以上のＲで１／４円弧状
に形成されている。また、凹部２２を挟む一対の端部片
２２Ａの先端における凹部２２側の凸状の角部２２ｂ
も、それぞれ５ｍｍ以上のＲで１／４円弧状に形成され
ている。 【００１４】上記マット２０は、触媒担体１の外周面に
周方向に沿って巻かれ、図２に示すように、凸部２１を
凹部２２に嵌合させて端部どうしを突き合わせた状態を
保持して、図１に示すように触媒担体１とともにケーシ
ング２内にキャニングされる。図１に示す触媒コンバー
タによれば、触媒担体１が排気ガスによって活性化温度
以上に加熱された状態で排気ガスが触媒担体１の多数の
セルを通過すると、排気ガス中の有害成分が化学反応に
より無害化され、排気ガスは浄化される。マット２０に
あっては、凸部２１が凹部２２に嵌合しているので、マ
ット２０の端部どうしの合わせ目の隙間が凸部２１で遮
断され、その隙間を排気ガスが流れないとともに、端部
が軸方向にずれない。 【００１５】さて、本実施形態のマット２０は、凸部２
１および凹部２２を形成することによって形成される凹
状の各角部２１ａ，２２ａが、５ｍｍ以上のＲで半円弧
状に形成されている。これら角部２１ａ，２２ａは、従
来のように直角であると、触媒担体１に巻いた状態で巻
き皺の起点となっていたが、Ｒ形状に形成されているこ
とにより角部２１ａ，２２ａを起点としてマット２０が
折れ曲がる巻き皺は発生しにくい。つまり、角部２１
ａ，２２ａを起点とした局部的な巻き皺の発生が抑えら
れる。このため、キャニング状態では、触媒担体１に対
するマット２０の面圧が局部的な巻き皺によって局部的
に上昇することが抑えられ、その結果、触媒担体１の強
度が低くても破壊を招くことなく確実にキャニングする
ことができる。 【００１６】換言すると、触媒担体１のセルを形成する
壁を薄くして強度を下げても、本実施形態のマット２０
を用いることによりキャニングすることができる。よっ
て、排気ガス通過時の圧力損失の低減に伴うエンジン出
力の向上や、熱容量の低減に伴い触媒担体１の早期活性
化が可能となってエンジン始動時の有害成分を含む排気
ガスの排出量の低減が可能となる。 【００１７】次に、図３を参照して本発明の他の実施形
態を説明する。図３に示すマット３０は、上記一実施形
態で半円弧状に形成された各角部２１ａ，２１ｂ，２２
ａ，２２ｂが、５ｍｍ以上で直線角取り形状に形成され
ている。直線角取り形状とは、凹状の角部２１ａ，２２
ａの場合には角部を形成する２つの端縁を直線で結んで
角部を埋める形状であり、凸状の角部２１ｂ，２２ｂの
場合には角部を形成する２つの端縁間を直線でカットし
た形状である。また、５ｍｍ以上といった寸法は、図３
のＬで示すように、凹状の角部２１ａ，２２ａを埋める
部分か、あるいは凸状の角部２１ｂ，２２ｂのカット部
分である二等辺三角形の頂辺に相当する長さを言う。 【００１８】図３に示した他の実施形態によっても、上
記一実施形態と同様に、マット３０を触媒担体１に巻い
た際に凹状の角部２１ａ，２２ａを起点とした局部的な
巻き皺の発生が抑えられ、キャニング状態では、その巻
き皺によって触媒担体１に対するマット３０の面圧が局
部的に上昇することが抑えられ、その結果、強度が低い
触媒担体でも破壊を招くことなく確実にキャニングする
ことができるといった効果が奏される。 【００１９】なお、巻き皺が周方向に均等に発生するよ
うに、予めマット２０の内周面に幅方向に延びる複数の
溝を長手方向に等間隔をおいて形成しておくと、局部的
な巻き皺の発生を抑えることができるのでより好まし
い。図４は、そのように加工した触媒担体の内面を示し
ている。 【００２０】 【実施例】（１）巻き皺の発生試験 幅６０ｍｍ、長さ３６５ｍｍ、厚さ１１ｍｍ、凸部およ
び凹部の幅２０ｍｍ、凸部および凹部の長さ６５ｍｍ
で、各角部のＲ（半径）を５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、
１５ｍｍとした図２と同形状の４種類のマットを、実施
例１〜４として作製した。一方、各角部のＲを２ｍｍと
した比較例のマットを作製した。これら実施例および比
較例のマットを、直径１０６ｍｍの触媒担体に巻いて凸
部を凹部に嵌合させた。この巻き作業を、各マットにつ
き５回繰り返し、その都度角部における巻き皺の発生の
有無を目視で確認した。その結果を、表１に示す。 【００２１】 【表１】 【００２２】表１によれば、角部のＲが７ｍｍ以上の大
きさであれば、確実に巻き皺の発生が抑えられ、５ｍｍ
である場合には、巻き皺の発生が抑えられる場合もあっ
た。また、角部のＲが２ｍｍでは必ず巻き皺が発生して
いた。したがって、角部のＲが５ｍｍ以上であれば、巻
き皺の発生を抑えることが可能であることが確かめられ
た。 【００２３】（２）巻き皺による面圧上昇が触媒担体の
破壊に及ぼす影響の検証 セルを形成する壁の厚さが１１０μｍと６５μｍの２種
類の触媒担体につき、外圧をかけて破壊強度を調べた。
壁の厚さが１１０μｍの厚壁タイプの触媒担体は比較的
浄化性能が低い従来品であり、破壊強度試験に供したサ
ンプル数は４９７個であった。また、壁の厚さが６５μ
ｍの薄壁タイプの触媒担体は浄化性能が従来品よりも高
い最近の製品であり、破壊強度試験に供したサンプル数
は７２０個であった。厚壁タイプの試験結果を図５に、
また、薄壁タイプの試験結果を図６に示す。図５に示す
ように、厚壁タイプの触媒担体では、圧力が２０ｋｇｆ
／ｃｍ^２まででは破壊されず、破壊強度の平均値は７
４．９ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。一方、薄壁タイプの触
媒担体は、図６に示すように、圧力が６ｋｇｆ／ｃｍ ^２
を超えると破壊され、破壊強度の平均値は２３．２ｋｇ
ｆ／ｃｍ^２であった。 【００２４】次に、触媒担体に面圧分布測定装置のシー
ト状のタクタイルセンサ（株式会社ユニッタ）を巻いて
からマットを巻き、これを円筒状のケーシング内に装入
してケーシングを縮径するキャニングを、角部のＲが１
０ｍｍの上記実施例３のマットと、角部のＲが２ｍｍの
上記比較例のマットについて行った。ケーシングの縮径
時の圧力は同じとした。図７および図８は、それぞれ実
施例３および比較例のマットにおける角部を含む測定箇
所と、この測定箇所のタクタイルセンサから出力された
面圧分布データを示している。これら図を比較すると、
触媒担体に対するマットの面圧は最大でも５．５〜６．
０ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲であったのに対し、比較例のマ
ットの面圧は最大で７．５〜８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２の範
囲であった。したがって、比較例のマットは図６に示し
た破壊強度を示す薄壁タイプの触媒担体には適用不可能
である。これに対し、実施例３のマットは触媒担体に与
える面圧が小さいので、薄壁タイプの触媒担体にも適用
することができる。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の触媒担体
保持マットによれば、触媒担体に巻いた際に互いに嵌合
させられる凸部と凹部を形成する角部が、５ｍｍ以上の
Ｒ形状あるいは直線角取り形状に形成されているので、
巻き皺が局部的に発生することが抑えられ、これによっ
てキャニング状態で触媒担体に対するマットの局部的な
面圧の上昇が抑えられ、その結果、強度が低い触媒担体
でも破壊を招くことなく確実にキャニングすることがで
きるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の一実施形態に係るマットが適用され
た触媒コンバータの断面図である。 【図２】 本発明の一実施形態に係るマットの両端部を
示す平面図である。 【図３】 本発明の他の実施形態に係るマットの両端部
を示す平面図である。 【図４】 本発明のさらに他の実施形態に係るマットの
内面を示す写真である。 【図５】 触媒担体（厚壁タイプ）の破壊強度の測定結
果を示すグラフである。 【図６】 触媒担体（薄壁タイプ）の破壊強度の測定結
果を示すグラフである。 【図７】 実施例のマットの面圧分布測定結果を示す写
真である。 【図８】 比較例のマットの面圧分布測定結果を示す写
真である。 【図９】 従来の触媒コンバータの断面図である。 【図１０】 従来の触媒コンバータのマットの両端部を
示す平面図である。 【図１１】 従来の触媒コンバータの断面写真である。 【図１２】 （ａ）は薄型タイプの触媒担体の端面を示
す写真、（ｂ）はセル壁が変形した薄型タイプの触媒担
体の端面を示す写真である。 【符号の説明】 １…触媒担体、２…ケーシング、２０，３０…マット、
２１…凸部、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…角部、
２２…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA07 GA02 HA27 HA29 4D048 BB18 CC02 CC08 4G069 AA20 EE01

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 筒状のケーシングに収納される触媒担体
   の外周面に周方向に沿って巻かれ、触媒担体とケーシン
   グとの間で圧縮状態とされることにより触媒担体をケー
   シングに保持する触媒担体保持マットであって、 巻き方向の一端には巻き方向に突出する凸部を有し、巻
   き方向の他端には凸部が嵌合する凹部を有し、これら凸
   部と凹部は、互いに嵌合した状態で巻き径が調整可能な
   るよう巻き方向と平行に延びており、さらにこれら凸部
   と凹部を形成する角部が、５ｍｍ以上のＲ形状あるいは
   直線角取り形状に形成されていることを特徴とする触媒
   担体保持マット。