JP2016050559A - 触媒コンバータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内管の軸方向の端部での絶縁層のヒビ割れの発生を抑制することが可能な触媒コンバータ装置を得る。
【解決手段】触媒コンバータ装置１２は、通電によって加熱される触媒担体１４と、筒状に形成されて内部に触媒担体１４が収容されると共に排気管１０に取り付けられるケース２８とを有している。ケース２８には、触媒担体１４よりも排気の流れ方向の上流側に配置された上流側円錐部材２０及び接続部材２２と、これらの内部に軸方向の上流端部３２Ｄが先細り形状とされると共に上流端部３２Ｄの先端面３３が曲面状に形成された上流側縮径部３２とが設けられている。上流側縮径部３２の少なくとも内側面と上流端部３２Ｄには、ガラスコート層４０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられる触媒コンバータ装置に関する。
下記特許文献１には、発熱体（触媒担体）を収容する外管における排気の流れ方向の上流側に先細り形状の内管を設けた電気加熱式触媒構造が開示されている。この電気加熱式触媒構造では、内管の表面に絶縁層が設けられている。
特開２０１３−１８５５７３号公報
上記のような電気加熱式触媒構造では、例えば、絶縁層は、内管の表面に絶縁層の材料を塗布し、焼成することによって形成することができる。しかし、焼成工程において内管の表面の絶縁層が収縮することで、内管の先端部分の絶縁層にヒビ割れが発生する可能性がある。より詳細に説明すると、内管の上流側の端部は、切断したままで角があり、その角から絶縁層のヒビ割れが発生すると考えられる。
本発明は上記事実を考慮し、内管の軸方向の端部での絶縁層のヒビ割れの発生を抑制することができる触媒コンバータ装置を得ることが目的である。
請求項１の発明に係る触媒コンバータ装置は、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられるケースと、前記ケースに設けられ、前記触媒担体よりも前記排気の流れ方向の少なくとも上流側に配置された外管と、前記ケースにおける前記外管の内部に設けられ、軸方向の端部が先細り形状とされると共に前記端部の先端面が曲面状に形成された内管と、前記内管の少なくとも内側面と前記端部に設けられた絶縁層と、を有する。
請求項１記載の本発明によれば、排気管に取り付けられる筒状のケースの内部に触媒担体が収容されており、通電によってケースの内部の触媒担体が加熱されることで、内燃機関から排出される排気が浄化される。ケースには、触媒担体よりも排気の流れ方向の少なくとも上流側に配置された外管と、外管の内部に軸方向の端部が先細り形状とされた内管とが設けられており、内管の端部の先端面が曲面状に形成されている。さらに、内管の少なくとも内側面と端部に絶縁層が設けられていることにより、触媒担体と内管との絶縁を保つことができる。この構成では、内管の端部の先端面が曲面状に形成されており、内管の先端面の角を無くすことで、内管の先端面での絶縁層のヒビ割れの発生を抑制することができる。より具体的には、絶縁層は、例えば、内管の少なくとも内側面と端部に絶縁層の材料を塗布し、焼成することにより形成される。その際、内管の先端面の角を無くすことで、焼成時の絶縁層の収縮により角からの絶縁層のヒビ割れが発生せず、結果として内管の先端面での絶縁層のヒビ割れの発生を抑制することができる。
請求項２の発明は、請求項１に記載の触媒コンバータ装置において、前記端部の先端面は、曲率半径をＲとしたとき、Ｒ≧０．５となるように面取り加工されている。
請求項２記載の本発明によれば、内管の端部の先端面は、曲率半径をＲとしたとき、Ｒ≧０．５となるように面取り加工されており、内管の端部の先端面がより滑らかな曲面状とされている。このため、内管の端部の先端面での絶縁層のヒビ割れの発生をより確実に抑制することができる。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータ装置において、前記絶縁層の厚みは、１００μｍ以上２００μｍ以下に設定されている。
請求項３記載の本発明によれば、絶縁層の厚みは、１００μｍ以上２００μｍ以下に設定されており、絶縁層の厚みを適切に設定することで、内管の端部の先端面で絶縁層のヒビ割れが発生することを抑制することができる。例えば、絶縁層の厚みが１００μｍより薄い場合は、焼成時の絶縁層の収縮により絶縁層にヒビ割れが発生する可能性があり、絶縁層の厚みが２００μｍより厚い場合は、より均一な厚みの絶縁層を形成することが困難である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の触媒コンバータ装置において、前記端部は、前記排気の流れ方向の上流側に向かって配置された上流端部である。
請求項４記載の本発明によれば、内管の端部は、排気の流れ方向の上流側に向かって配置された上流端部であり、内管の上流端部に設けられた絶縁層のヒビ割れの発生を抑制することができる。
本発明の触媒コンバータ装置によれば、内管の軸方向の端部での絶縁層のヒビ割れの発生を抑制することができる。
本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置の排気の流れ方向の上流側を示す断面図である。 図１に示す触媒コンバータ装置に用いられる上流側縮径部の上流端部を示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置に用いられる上流側縮径部の上流端部を示す、図２に対応する拡大断面図である。 本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置に用いられる上流側縮径部の上流端部を示す、図２に対応する拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図４に示す上流側縮径部の上流端部の製造工程を示す拡大断面図である。 第１実施例の上流側縮径部の上流端部と第３比較例の上流側縮径部の上流端部におけるガラスコート層のチッピングの有無を比較した図である。 第２実施例の上流側縮径部の上流端部、及び第１〜第３比較例の上流側縮径部の上流端部の冷熱時に発生する最大引張り応力を示すグラフである。
図１には、本発明の第１実施形態の触媒コンバータ装置１２が排気管１０への装着状態で示されている。排気管１０には、内燃機関（図示省略）から排出される排気が流れるようになっている。以下において、単に「上流側」及び「下流側」というときは、排気管１０内での排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）における上流側及び下流側をそれぞれいうものとする。触媒コンバータ装置１２は、上流側排気管１０Ａと下流側排気管（図示省略）の間に取り付けられる。
図１に示されるように、触媒コンバータ装置１２は、導電性及び剛性を有する材料によって形成された触媒担体１４を有している。触媒担体１４を構成する材料としては、導電性セラミック、導電性樹脂や金属等を適用可能であるが、本実施形態では特に導電性セラミックとしている。
触媒担体１４は、例えば、ＳｉＣで形成されている。触媒担体１４の表面には触媒（白金、パラジウム、ロジウム等）が付着されて担持されている。
触媒は、排気管１０内を流れる排気中の物質（炭化水素等）を浄化する作用を有している。
触媒担体１４には２枚の電極１６Ａ、１６Ｂが貼着され、さらに電極１６Ａ、１６Ｂにはそれぞれ端子１８Ａ、１８Ｂが接続されている。端子１８Ａ、１８Ｂから電極１６Ａ、１６Ｂを通じて触媒担体１４に通電することで、触媒担体１４を加熱できる。この加熱により、表面に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用を高く発揮させることができるようになっている。すなわち、触媒コンバータ装置１２は、通電によって触媒担体１４が加熱される電気加熱式触媒（Electrically Heated Catalyst：ＥＨＣ）を構成している。
触媒担体１４は、外周に配置された保持マット２６を介して、筒状のケース２８の内部に収容された状態で保持されている。保持マット２６は、たとえばアルミナマットや樹脂マット、セラミックウール、インタラムマットやムライト等により、絶縁性と所定の弾性を有する繊維状に形成されている。触媒担体１４に通電したときに、保持マット２６により、ケース２８に電流が流れることが抑制されるようになっている。
ケース２８は、上流側から下流側まで一定の径を有する円筒状の収容筒３０と、この収容筒３０の上流端からさらに上流側に連続し、径が段階的に縮径された内管としての上流側縮径部３２と、を備えている。言い換えると、上流側縮径部３２は、上流側に向かって先細り形状となるように構成されている。図１に示した例では、上流側縮径部３２は２か所の縮径部３２Ｃで２段階に縮径されているが、縮径部３２Ｃの数は１つでも３つ以上でもよい。本実施形態では、収容筒３０及び上流側縮径部３２は、一体の部材により構成されており、例えば、ステンレス等の金属で成形された金属管とされている。収容筒３０の内部に、触媒担体１４が保持されている。
ケース２８は、収容筒３０と上流側排気管１０Ａとの間に、排気の流れ方向の上流側から順に配置された上流側円錐部材２０及び接続部材２２を備えている。上流側円錐部材２０及び接続部材２２により本発明の外管が構成されている。上流側円錐部材２０は、上流側排気管１０Ａの外側に、溶接等により全周で固定される固定筒２０Ａと、接続部材２２の内側に溶接等により全周で固定される固定筒２０Ｂを有している。固定筒２０Ｂは固定筒２０Ａよりも大径であり、固定筒２０Ａと固定筒２０Ｂの間は、固定筒２０Ａから固定筒２０Ｂへと次第に拡径された円錐台部２０Ｃによって連続している。固定筒２０Ａの内側では、上流側排気管１０Ａが円錐台部２０Ｃの内側で下流側に突出しており、突出部１０Ｂが構成されている。
そして、触媒担体１４よりも上流側で、且つ円錐台部２０Ｃよりも下流側に、上流側縮径部３２が位置している。上流側縮径部３２は、外管としての上流側円錐部材２０及び接続部材２２の内部に配置されている。したがって、上流側から下流側に向かって拡径される円錐台形状の部材（円錐台部２０Ｃと上流側縮径部３２）が、排気の流れ方向に並んで２つ備えられていることになる。
上流側縮径部３２の軸方向の端部としての上流端部３２Ｄは、上流側排気管１０Ａ（突出部１０Ｂ）の下流端部１０Ｃよりも下流側に位置している。これにより、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）において上流側排気管１０Ａと上流側縮径部３２とが重ならない（ラップしない）ようになっている。そして、上流側円錐部材２０及び接続部材２２と上流側縮径部３２との間に、貯水領域３６が構成されている。後述するように、貯水領域３６は、排気中の水分が凝縮された凝縮水（液状の水）が貯留される領域である。
上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの内径は、上流側排気管１０Ａの下流端部１０Ｃの内径よりも大きい。
ケース２８の収容筒３０の内周面から、上流側縮径部３２の内周面（内側面）を経て外周面に至る範囲（実質的に上流側縮径部３２の全面）には、絶縁層としてのガラスコート層４０が施されている。本実施形態では、ガラスコート層４０は、ガラス材料等の無機物を含有しており、ケース２８よりも熱伝導率が低い材料で、且つ所定の気孔率に形成されている。さらに、ガラスコート層４０は、電気絶縁性を有している。なお、本実施形態では、ガラスコート層４０が設けられているが、これに代えて、セラミック等の他の材料からなる絶縁層を設けてもよい。
図２にも示されるように、上流側縮径部３２は、上流端部３２Ｄの先端面３３が曲面状（Ｒ面状）に形成されている。言い換えると、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄは、切断した状態では略直角形状の角があるが、角を曲面状（Ｒ面状）に面取り加工することで、角を無くすようにしている。上流側縮径部３２の板厚ｔは、例えば、１．４〜１．９ｍｍに設定されている。上流端部３２Ｄの先端面３３は、曲率半径をＲとしたとき、Ｒ≧０．５となるように面取り加工されていることが好ましく、また、Ｒ≧０．７となるように面取り加工されていることがより好ましい。本実施形態では、上流端部３２Ｄの先端面３３は、曲率半径Ｒ（図２中のＲ）が約０．７５に設定されている（Ｒ０．７５）。
本実施形態では、収容筒３０の内周面から上流側縮径部３２の内周面を経て外周面に至る範囲にガラスコート層の材料を塗布した後、これらの材料を焼成することによりガラスコート層４０が形成されている。その際、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３の角を無くすことで、焼成時のガラスコート層４０の収縮により角からのガラスコート層４０のヒビ割れの発生が抑制されるようになっている。
ガラスコート層４０の厚みは、１００μｍ以上２００μｍ以下に設定することが好ましく、１２０μｍ以上１８０μｍ以下に設定することがより好ましい。ガラスコート層４０の厚みを適切な範囲に設定することで、上流側縮径部３２における上流端部３２Ｄの先端面３３でのガラスコート層４０のヒビ割れの発生をより効果的に抑制することができる。例えば、ガラスコート層の厚みが１００μｍより薄い場合は、焼成時のガラスコート層の収縮により、上流端部の先端面のガラスコート層にヒビ割れが発生する可能性に加えて、十分な電気絶縁性が確保できない可能性がある。また、ガラスコート層の厚みが２００μｍより厚い場合は、より均一な厚みのガラスコート層を形成することが困難となる。
また、触媒コンバータ装置１２では、排気中には水分が含まれているため、触媒コンバータ装置１２よりも上流側では、排気管１０内の水分が凝縮し水滴となることがある。本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、排気の流れ方向で上流側排気管１０Ａと上流側縮径部３２とは重なっていない。このため、排気中の凝縮水は、上流側排気管１０Ａと上流側縮径部３２の間を通り、上流側円錐部材２０及び接続部材２２と上流側縮径部３２との間の貯水領域３６に貯留されるようになっている。凝縮水が触媒担体１４に付着することが抑制されるため、凝縮水によって電極１６Ａ、１６Ｂ間が短絡することが抑制される。これにより、触媒担体１４への通電量を確保し、触媒担体１４を効果的に昇温させるようになっている。
特に、本実施形態では、上流側縮径部３２を収容筒３０から一体的に延出しており、上流側縮径部３２と収容筒３０との間に継ぎ目がないため、貯水領域３６に溜まった水が、上流側縮径部３２と収容筒３０との継ぎ目から触媒担体１４側に浸入することがない。
また、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの内径が、上流側排気管１０Ａの下流端部１０Ｃの内径より大きい。排気中には、たとえばエンジンの低温始動時等にカーボンが含まれることがあるが、上流側排気管１０Ａを流れた排気中のカーボンが、貯水領域３６に流入することが抑制されるようになっている。これにより、上流側縮径部３２の外周面へのカーボンの付着が抑制されるので、このカーボンによって電極１６Ａ、１６Ｂ間が短絡することが抑制される。これにより、触媒担体１４への通電量を確保し、触媒担体１４を効果的に昇温させるようになっている。
さらに、本実施形態の触媒コンバータ装置１２では、上流側縮径部３２の径が上流側に向かって縮径されている。これにより、上流側縮径部３２の内側を流れる排気に渦が生じるので、上流側縮径部３２が排気から熱を受けやすくなる。上流側縮径部３２の温度が上昇しやすくなるので、上流側縮径部３２に付着したカーボンの燃焼を促進できる。
次に、本実施形態の触媒コンバータ装置１２の作用を説明する。
図１に示すように、触媒コンバータ装置１２は、ケース２８が排気管１０の途中（上流側排気管１０Ａと図示しない下流側排気管の間）で、排気管１０と同芯になるように取り付けられている。触媒担体１４の内部を排気が通過すると、触媒担体１４に担持された触媒により、排気中の物質（炭化水素）等が浄化される。
触媒コンバータ装置１２では、端子１８Ａ、１８Ｂ及び電極１６Ａ、１６Ｂによって触媒担体１４に通電し、触媒担体１４を加熱することで、触媒担体１４に担持された触媒を昇温させ、浄化作用をより高く発揮させることができる。たとえば、エンジンの始動直後等、排気の温度が低い場合には、あらかじめ触媒担体１４への通電加熱を行うことで、エンジン始動初期における触媒の浄化性能を確保できる。
また、ケース２８の収容筒３０の内周面から上流側縮径部３２の内周面を経て外周面に至る範囲（実質的に上流側縮径部３２の全面）には、ガラスコート層４０が施されており、ケース２８（収容筒３０及び上流側縮径部３２）の絶縁性が高められている。したがって、触媒担体１４への通電時に電流がケース２８（収容筒３０及び上流側縮径部３２）へ漏れることが抑制される。これにより、触媒担体１４への通電量を確保し、触媒担体１４を効果的に昇温させることができる。
図２に示されるように、上流側縮径部３２は、上流端部３２Ｄの先端面３３が曲面状（Ｒ面状）に形成されている。上流端部３２Ｄの先端面３３は、曲率半径をＲとしたとき、Ｒ≧０．５となるように面取り加工されていることが好ましい。本実施形態では、上流端部３２Ｄの先端面３３は、曲率半径Ｒが約０．７５に設定されている（Ｒ０．７５）。
本実施形態では、収容筒３０の内周面から上流側縮径部３２の内周面を経て外周面に至る範囲にガラスコート層の材料を塗布した後、これらの材料を焼成することにより、ガラスコート層４０が形成されている。その際、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３が曲面状に形成（Ｒ面取り加工）されており、先端面３３の角を無くすことで、焼成時のガラスコート層４０の収縮による角からのガラスコート層４０のヒビ割れが抑制される。このため、結果として上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３のガラスコート層４０のヒビ割れの発生を抑制することができる。
より詳細に説明すると、上流側縮径部の上流端部は、切断したままの状態では先端面に角があり、焼成時にガラスコート層が収縮することで、その角からガラスコート層にヒビ割れが発生する可能性がある。ガラスコート層のヒビ割れが発生すると、絶縁できない部分が発生し、短絡によって触媒担体の通電量を確保できない可能性がある。これに対し、本実施形態では、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３が曲面状に形成（Ｒ面取り加工）されているため、焼成時に上流端部３２Ｄの先端面３３のガラスコート層４０が収縮しても、ガラスコート層４０にヒビ割れが発生することを抑制することができる。
また、ガラスコート層４０の厚みは、１００μｍ以上２００μｍ以下に設定されており、ガラスコート層４０が適切な厚みを有していることで、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３でのガラスコート層４０のヒビ割れの発生を抑制することができる。言い換えると、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３が曲面状（Ｒ面状）に形成されているため、ガラスコート層４０の厚みをほぼ均一に形成することができる。例えば、上流側縮径部の上流端部に角がある場合は、角付近のガラスコート層の厚みが薄くなる可能性がある。例えば、ガラスコート層の厚みが１００μｍより薄い場合は、焼成時のガラスコート層の収縮により、上流端部の先端面付近でのガラスコート層にヒビ割れが発生する可能性に加えて、十分な電気絶縁性が確保できない可能性がある。また、ガラスコート層の厚みが２００μｍより厚い場合は、より均一な厚みのガラスコート層を形成することが困難となる。これに対し、本実施形態では、ガラスコート層４０の厚みを１００μｍ以上２００μｍ以下に設定することで、上流側縮径部３２の上流端部３２Ｄの先端面３３でのガラスコート層４０の厚みをほぼ均一にでき、ガラスコート層４０のヒビ割れの発生をより効果的に抑制することができる。
図３には、本発明の第２実施形態の触媒コンバータ装置に用いられるケースの上流側縮径部の上流端部が拡大断面図にて示されている。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
図３に示されるように、ケースの内管としての上流側縮径部５２は、側断面視にて上流端部５２Ａの先端面５３の角部の２箇所が曲面状に形成（Ｒ面取り加工、Ｒ加工という場合もある）されたＲ面取り部５３Ａ、５３Ｂを備えている。言い換えると、側断面視にて上流側縮径部５２の上流端部５２Ａは、切断した状態では図３中の上下の２箇所に略直角形状の角があるが、角を曲面状に加工してＲ面取り部５３Ａ、５３Ｂとすることで、角を無くすようにしている。上流側縮径部５２の板厚ｔは、例えば、１．４〜１．９ｍｍに設定されている。また、本実施形態では、上流端部５２Ａの先端面５３は、図３中の上下の２箇所のＲ面取り部５３Ａ、５３Ｂの曲率半径Ｒ（図３中のＲ）が約０．５に設定されている（２−Ｒ０．５程度）。なお、触媒コンバータ装置の他の構成は、第１実施形態と同じである。
本実施形態では、上流側縮径部５２の内周面及び外周面に至る範囲にガラスコート層の材料を塗布した後、これらの材料を焼成することにより、ガラスコート層４０が形成されている。その際、側断面視にて上流側縮径部５２の上流端部５２Ａの先端面５３の２箇所が曲面状に加工されたＲ面取り部５３Ａ、５３Ｂとされており、先端面５３の角を無くすことで、焼成時のガラスコート層４０の収縮による角からのガラスコート層４０のヒビ割れが抑制される。このため、上流側縮径部５２の上流端部５２Ａの先端面５３のガラスコート層４０のヒビ割れの発生を抑制することができる。
図４には、本発明の第３実施形態の触媒コンバータ装置に用いられるケースの上流側縮径部の上流端部が拡大断面図にて示されている。また、図５には、図４に示す上流側縮径部の上流端部の製造工程が示されている。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
図４に示されるように、ケースの内管としての上流側縮径部６２の上流端部６２Ａの先端面６３は、角が斜め方向に面取り加工（Ｃ面取り加工）された後、Ｃ面取り加工による角が曲面状に形成（Ｒ面取り加工）されている。より具体的には、図５（Ａ）に示されるように、側断面視にて上流側縮径部６２の上流端部６２Ａは、切断したままの状態では先端面６４に略直角形状の角６４Ａ、６４Ｂがある。図５（Ｂ）に示されるように、側断面視にて先端面６４の２箇所の角６４Ａ、６４Ｂを斜め方向に略平面状に面取り加工（Ｃ面取り加工）することで、２箇所にＣ面取り部６６が形成される。このとき、上流側縮径部６２の軸方向と直交する方向のＣ面取り部６６の長さＤは、０．５ｍｍに設定されている（２−Ｃ０．５）。このとき、側断面視にて上流端部６２Ａの先端面６４には、Ｃ面取り部６６により４箇所の角６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄがある。
さらに、図５（Ｃ）に示されるように、Ｃ面取り部６６の４箇所の角６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄを曲面状に加工（Ｒ面取り加工、Ｒ加工という場合もある）することで、Ｒ面取り部６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄを形成する。これにより、上流端部６２Ａに滑らかな曲面状の先端面６３が形成される（図４参照）。本実施形態では、Ｒ面取り部６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄは、曲率半径Ｒが約０．５となるように面取り加工されている（４−Ｒ０．５）。なお、触媒コンバータ装置の他の構成は、第１実施形態と同じである。
本実施形態では、上流側縮径部６２の内周面及び外周面に至る範囲にガラスコート層の材料を塗布した後、これらの材料を焼成することにより、ガラスコート層４０が形成されている。その際、上流側縮径部６２の上流端部６２Ａの先端面６３は、Ｃ面取り加工の後にＲ面取り加工を行うことで、滑らかな曲面状とされている。これにより、上流側縮径部６２の上流端部６２Ａの先端面６３の角を無くすことで、焼成時のガラスコート層４０の収縮による角からのガラスコート層４０のヒビ割れが抑制される。このため、上流側縮径部６２の上流端部６２Ａの先端面６３のガラスコート層４０のヒビ割れの発生を抑制することができる。
図６には、上流側縮径部の上流端部の形状によるガラスコート層のチッピング（ヒビ割れ）の有無を検査した結果が示されている。
図６に示されるように、第３比較例では、上流側縮径部の上流端部の２箇所をＣ面取り加工し（Ｃ０．５面取り）、Ｒ加工を行わない例が示されている。また、第１実施例では、上流側縮径部の上流端部の２箇所をＣ面取り加工し（Ｃ０．５面取り）、４箇所の角のＲ加工（Ｒ０．５）を行なった例が示されている。図６に示されるように、第３比較例では、上流側縮径部の上流端部に形成されたガラスコート層にチッピングが発生していることが分かる。これに対し、第１実施例では、上流側縮径部の上流端部に形成されたガラスコート層にチッピングが発生していないことが分かる。
図７には、上流側縮径部の上流端部の形状と最大引張り応力との関係がグラフにて示されている。
図７において、第１比較例（ＢＬ）は、上流側縮径部の上流端部の先端面は、切り離したままのブロック形状で角が有る状態である。また、第２比較例（Ｃ０．２）は、側断面視にて上流側縮径部の上流端部の先端面の角の２箇所をＣ面取り加工（Ｃ０．２面取り）した状態である。第３比較例（Ｃ０．５）は、側断面視にて上流側縮径部の上流端部の先端面の角の２箇所をＣ面取り加工（Ｃ０．５面取り）した状態である。第２実施例（Ｒ０．５）は、側断面視にて上流側縮径部の上流端部の先端面の角の２箇所を曲率半径Ｒが０．５となるようにＲ加工（Ｒ面取り加工）した状態である。また、図７において、最大引張り応力（ＭＰａ）は、上流側縮径部の上流端部の冷熱時に発生する熱応力のコンピューター数値解析による予測結果である。
図７に示されるように、第２比較例（Ｃ０．２）、第３比較例（Ｃ０．５）では、上流側縮径部の上流端部の先端面の角の２箇所をＣ面取り加工することで、第１比較例（ＢＬ）の上流側縮径部の上流端部の先端面に角がある状態と比較して、最大引張り応力を約２５％程度低減できることが分かる。また、第２実施例（Ｒ０．５）では、上流側縮径部の上流端部の先端面の角の２箇所を曲率半径が０．５となるようにＲ加工することで、第１比較例（ＢＬ）の上流側縮径部の上流端部の先端面に角がある状態と比較して、最大引張り応力を約５０％以上低減できることが分かる。このため、触媒コンバータ装置では、上流側縮径部の上流端部の先端面の曲率半径Ｒを０．５以上とすることで、最大引張り応力を約５０％以上低減することができる。これにより、上流側縮径部の上流端部の冷熱時に発生する熱応力を低減できるため、上流側縮径部の上流端部の先端面に形成されたガラスコート層のヒビ割れの発生を抑制することができる。
なお、上流側縮径部の上流端部の先端面の形状は、第１〜第３実施形態に限定するものではなく、曲面状に形成されていれば、他の形状に変更することが可能である。
また、第１〜第３実施形態では、ケースの内管を構成する上流側縮径部の上流端部の先端面に絶縁層が設けられた例が示されているが、本発明は第１〜第３実施形態に限定するものではない。例えば、ケースの内部の触媒担体の下流側に配置されると共にケースの内管を構成する下流側縮径部の軸方向の端部（下流端部）の先端面に絶縁層を設ける場合にも、本発明を適用することができる。また、上流側縮径部と下流側縮径部の両方の先端面に絶縁層を設ける場合にも、本発明を適用することができる。
１０ 排気管
１２ 触媒コンバータ装置
１４ 触媒担体
２０ 上流側円錐部材（外管）
２２ 接続部材（外管）
２８ ケース
３０ 収容筒（ケース）
３２ 上流側縮径部（内管）
３２Ｄ 上流端部（端部）
３３ 先端面
４０ ガラスコート層（絶縁層）
５２ 上流側縮径部（内管）
５２Ａ 上流端部（端部）
５３ 先端面
６２ 上流側縮径部（内管）
６２Ａ 上流端部（端部）
６３ 先端面

Claims (4)

  1. 内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、
    筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられるケースと、
    前記ケースに設けられ、前記触媒担体よりも前記排気の流れ方向の少なくとも上流側に配置された外管と、
    前記ケースにおける前記外管の内部に設けられ、軸方向の端部が先細り形状とされると共に前記端部の先端面が曲面状に形成された内管と、
    前記内管の少なくとも内側面と前記端部に設けられた絶縁層と、
    を有する触媒コンバータ装置。
  2. 前記端部の先端面は、曲率半径をＲとしたとき、
    Ｒ≧０．５となるように面取り加工されている請求項１に記載の触媒コンバータ装置。
  3. 前記絶縁層の厚みは、１００μｍ以上２００μｍ以下に設定されている請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータ装置。
  4. 前記端部は、前記排気の流れ方向の上流側に向かって配置された上流端部である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の触媒コンバータ装置。
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