JP5463009B2 - 触媒装置、及び、触媒装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する触媒装置、触媒装置の製造方法、及び、触媒担体の保持構造に関する。

従来、エンジン等の排気を浄化する触媒装置として、円筒形に形成されたセラミックス製の触媒担体を外筒に収容し、外筒と触媒担体との間に緩衝用の波板材を設けたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３３４１０号公報

ところで、上記の触媒装置においては、触媒担体における排気の下流側の端面に接するようにストッパ部材を設けることで、触媒担体が排気の圧力によって排気の下流側に移動することを阻止していた。しかしながら、ストッパ部材等の別部品を設けると部品点数が増え、構造も複雑になるので、より簡単に触媒担体を固定できるようにすることが望まれていた。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、触媒担体を外筒に収容した触媒装置において、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定することを目的とする。

上述課題を解決するため、本発明は、排気浄化機能を有する触媒を担持し、排気ガスが通過する多孔質の触媒担体（１０）と、前記触媒担体（１０）を収容する外筒（１３）と、前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間に設けられるマット（１２）と、を備え、前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間であって、前記外筒（１３）の内面において、前記マット（１２）の端部に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に、前記触媒担体（１０）に担持された触媒と同一の触媒と、前記触媒を担持させる材料とを含んだ触媒溶液を付着させた後に焼成して、前記排気ガスの圧力により前記マット（１２）がずれたとしても前記マット（１２）が引っ掛かる高摩擦部（１４）を設けた構造であって、前記触媒担体（１０）の外側に前記マット（１２）を巻き付けて前記外筒（１３）に収容し、前記マット（１２）の排気の下流側に位置する下流側端部（１２ｄ）が、前記外筒（１３）の両端よりも外筒（１３）の内側に位置するアッセンブリユニット（１５）を形成する第１工程と、前記触媒と前記触媒を担持させる材料とを含んだ前記触媒溶液を、排気の下流側から前記触媒担体（１０）に向けて圧送して、前記触媒溶液を、前記触媒担体（１０）の内部と、前記外筒（１３）の内面における前記マット（１２）の下流側端部（１２ｄ）に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に付着させる第２工程と、前記アッセンブリユニット（１５）を焼成する第３工程とによって製造されることを特徴とする触媒装置を提供する。
この構成によれば、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。また、前記高摩擦部は、前記触媒担体に担持された触媒と同一の触媒を付着させて形成されたものであるため、容易に形成できる。

また、マットの端部が外筒の内面の高摩擦部に接し、或いは、マットが排気の圧力によってずれようとした場合にマットと高摩擦部とが接するので、マットと外筒との摩擦により触媒担体を外筒に固定できる。従って、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。

また、マットが排気の下流側にずれようとした場合に、マットが、排気の下流側に設けられた高摩擦部に接触し、高摩擦部との摩擦によって止められる。このため、マットと外筒との摩擦により触媒担体を外筒に固定できる。

また、前記触媒担体（１０）の表面において、前記マット（１２）に接する部分に、前記触媒担体（１０）の内部に連通する貫通孔（１１ａ）を設け、前記第２工程で圧送される前記触媒溶液を、前記貫通孔（１１ａ）を通過させ、前記第３工程を経ることにより、排気ガスの圧力による前記マット（１２）に対する前記触媒担体（１０）の移動を阻止するための他の高摩擦部（１１４）を設けても良い。
この場合、他の高摩擦部を設けたため、触媒担体はマットに高摩擦部との摩擦によって固定される。このため、触媒担体とマットとの摩擦により触媒担体をマットに固定でき、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。

また、他の高摩擦部は、触媒担体と同一の触媒を触媒担体の表面に付着させて面粗度を粗くした部分であるため、容易に形成できる。また、他の高摩擦部を設けるためだけの工程が必要ないため、容易に高摩擦部を形成できる。

また、前記触媒担体（１０）は、セラミックスにより構成されても良い。
この場合、触媒担体をセラミックスで構成することにより、触媒担体を容易に軽量化できる。
さらに、セラミックスを焼結する前に、触媒担体の表面の面粗度を粗くしておき、その後、焼結しても良く、この場合、触媒担体の表面の面粗度を粗くでき、容易に高摩擦部を設けることができる。

また、本発明は、排気浄化機能を有する触媒を担持し、排気ガスが通過する多孔質の触媒担体（１０）と、前記触媒担体（１０）を収容する外筒（１３）と、前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間に設けられるマット（１２）と、を備え、前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間であって、前記外筒（１３）の内面において、前記マット（１２）の端部に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に、前記触媒担体（１０）に担持された触媒と同一の触媒と、前記触媒を担持させる材料とを含んだ触媒溶液を付着させた後に焼成して、前記排気ガスの圧力により前記マット（１２）がずれたとしても前記マット（１２）が引っ掛かる高摩擦部（１４）を設けた触媒装置の製造方法であって、前記触媒担体（１０）の外側に前記マット（１２）を巻き付けて前記外筒（１３）に収容し、前記マット（１２）の排気の下流側に位置する下流側端部（１２ｄ）が、前記外筒（１３）の両端よりも外筒（１３）の内側に位置するアッセンブリユニット（１５）を形成する第１工程と、前記触媒と前記触媒を担持させる材料とを含んだ前記触媒溶液を、排気の下流側から前記触媒担体（１０）に向けて圧送して、前記触媒溶液を、前記触媒担体（１０）の内部と、前記外筒（１３）の内面における前記マット（１２）の下流側端部（１２ｄ）に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に付着させる第２工程と、前記アッセンブリユニット（１５）を焼成する第３工程とによって製造されることを特徴とする触媒装置の製造方法を提供する。
この製造方法によれば、第１工程でアッセンブリユニットを形成した後、第２工程で触媒担体の内部に触媒を付着させると同時に、外筒の内面に触媒を付着させることができるため、外筒の内面に触媒を付着させるためだけの工程が必要ない。さらに、第３工程で焼成することにより、触媒を強固に付着させると同時に、加熱によってマットを外筒の内面に固着させてマットを外筒に固定できる。このため、加熱してマットを固着させるためだけの工程が必要ない。従って、製造の効率が良く、容易に触媒装置を製造できる。
また、外筒の内面に触媒を付着させる前に触媒担体及びマットを外筒に収容できるため、容易にアッセンブリユニットを形成できる。例えば、圧入により触媒担体及びマットを外筒に収容する場合に、外筒の内面に触媒が付着していないため、圧入の際の摩擦抵抗が小さく、容易に圧入できる。

本発明に係る触媒装置では、少なくとも触媒担体とマットと摩擦、或いは、マットと外筒との擦部によって触媒担体を外筒に固定できるため、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。
また、マットと外筒との摩擦により触媒担体を外筒に固定できるため、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。また、マットの端部が外筒の内面の高摩擦部に接し、或いは、マットが排気の圧力によってずれようとした場合にマットと高摩擦部とが接するので、マットと外筒との摩擦により触媒担体を外筒に固定できる。従って、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。
また、マットが排気の下流側にずれようとした場合に、マットが、排気の下流側に設けられた高摩擦部との摩擦によって外筒に固定されるので、マットと外筒との摩擦により触媒担体を外筒に固定でき、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。
さらに、高摩擦部は、触媒担体と同一の触媒を外筒の内面に付着させて面粗度を粗くした部分であるため、簡単に形成できる。
さらにまた、触媒担体とマットとの摩擦によって触媒担体を外筒に固定できるため、簡単な構造により触媒担体を外筒に固定できる。
また、高摩擦部は、触媒担体と同一の触媒を触媒担体の表面に付着させて面粗度を粗くした部分であるため、簡単に形成できる。
また、触媒担体をセラミックスで構成したため、触媒担体を容易に軽量化できる。
さらに、触媒担体の内部と同時に触媒担体の表面にも触媒を付着させるため、高摩擦部を設けるためだけの工程が必要なく、容易に高摩擦部を形成できる。
また、外筒の内面に触媒を付着させるためのだけの工程、及び、加熱してマットを固着させるだけの工程が必要ないため、製造の効率が良く、容易に触媒装置を製造できる。さらに、外筒の内面に触媒を付着させる前に触媒担体及びマットを外筒に収容できるため、容易にアッセンブリユニットを形成できる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る触媒装置１を備えた排気マフラ１００を模式的に示す図である。排気マフラ１００は、自動二輪車に設けられ、自動二輪車のエンジン（不図示）から延びる排気管１１０の後端に接続され、排気管１１０を通った高温・高圧の排気ガスを減圧して外部に排出するサイレンサとして機能する。

排気マフラ１００は、エンジンから延びる単一の排気管１１０が接続される筒状本体１２０を有し、筒状本体１２０内に、セラミックス製の触媒担体１０を備える触媒装置１が支持されている。触媒装置１は、触媒を担持する触媒担体１０と、触媒担体１０を収容する外筒１３と、触媒担体１０と外筒１３との間に設けられる保持マット１２とを備えている。そして、触媒装置１は、保持マット１２が巻き付けられた触媒担体１０を、外筒１３に収容して構成されている。
筒状本体１２０は、複数（本例では２枚）の隔壁１３１、１３２を介して内部空間が複数（本例では３つ）の膨張室Ａ、Ｂ、Ｃに仕切られており、筒状本体１２０の前端部１２１を排気管１１０の端部１１０Ａが貫通して膨張室Ｂ内に固定され、排気管１１０の端部１１０Ａに最も近接する第１隔壁１３１に、触媒装置１が貫通して固定されている。

触媒装置１は、触媒担体１０に形成された多数の細孔５を介して排気管１１０の端部１１０Ａ側と膨張室Ａとを連通させ、端部１１０Ａから排出された排気ガスは、触媒担体１０を通過する際に浄化される。ここで、触媒装置１の外径は、排気管１１０の外径よりも大径に形成され、外筒１３の内面である外筒内面１３ａと端部１１０Ａの外面との間に、端部１１０Ａを、触媒担体１０と略同軸上に位置決めするための略環状の位置決め部材１０５が介挿されている。
また、第１隔壁１３１には、触媒装置１からずれた位置に、第１連通管１３５と第２連通管１３６とが貫通して固定され、第１連通管１３５は、膨張室Ａと膨張室Ｂとを連通し、第２連通管１３６は、膨張室Ａを横断して第２隔壁１３２を貫通し、膨張室Ｂと膨張室Ｃとを連通させる。筒状本体１２０の後端部１２２には、テールパイプを構成する管部材１３８が貫通して固定され、管部材１３８が膨張室Ｃと排気マフラ１００の外の空間とを連通する。

排気マフラ１００では、排気管１１０の端部１１０Ａから排出された排気ガスが、図１に矢印で示すように、触媒装置１を通過して排気マフラ１００内の膨張室Ａに流入し、流れ方向を反転して第１連通管１３５を通って膨張室Ｂに流入し、再び流れ方向を反転して第２連通管１３６を通って膨張室Ｃに流入し、テールパイプを構成する管部材１３８を通って外部へと排出される。
筒状本体１２０の断面積は、筒状本体１２０に挿入される排気管１１０よりも大きく形成されるため、排気ガスが各膨張室Ａ〜Ｃに流入する際に減圧される。また、触媒装置１を排気マフラ１００の筒状本体１２０内に配置したため、触媒装置１のレイアウトスペースが容易に確保される。また、触媒装置１を排気管１１０の端部１１０Ａと略同軸上に配置したため、排気管１１０の端部１１０Ａから排出された排気ガスをその流れ方向を変えることなく触媒装置１に流入させることができる。

図２は、触媒装置１の構成を示した分解斜視図である。
触媒担体１０は、円筒形状に形成され、その円筒形状の外郭の内部に、軸線方向に沿って延びる多数の細孔５を有するハニカム状の多孔構造体であり、内部の表面積が大きく構成されている。ここで、触媒担体１０の断面形状は任意であり、断面形状は円形に限らず、例えば、楕円形等であっても良い。
各細孔５の壁には、排気ガス成分を分解する白金、ロジウム及びパラジウムが触媒として担持されている。

触媒担体１０の基材は、多孔質のセラミックスが用いられているため、白金、ロジウム及びパラジウム等の触媒が担持され易い。ここで、セラミックスの材質の好ましい一例としては、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルカリ土類金属のアルミネート、炭化ケイ素、窒化ケイ素等、或いはこれらの類似物を含む各種耐熱性セラミックスを用いることが可能である。また、触媒担体１０の外周面は、面粗度を粗くして摩擦係数が高く形成されている。

保持マット１２は、セラミックス製の繊維を圧縮又は集積して長尺のマット状に形成したものであり、触媒担体１０の外周面に巻き付けられる。そして、保持マット１２の一端には凸状の合わせ部が形成され、他端には凹状の合わせ部が形成されているため、保持マット１２を触媒担体１０に巻き付ける際には、２つの合わせ部が合わさって確実に係合できる。また、保持マット１２は、繊維が絡み合った集合体であるため、比較的大きな弾性を有している。ここで、保持マット１２の材質は、耐熱性及び弾性を有するものであれば良く、繊維状の金属を集積したものやグラスウール等を用いることもできる。そして、保持マット１２は、弾性を有するため、セラミックス製の触媒担体１０を振動や衝撃から保護できる。
さらに、保持マット１２は、繊維が絡み合った集合体であり、その表面及び内部には微細な隙間が無数に形成されている。このため、保持マット１２の表面は、細かい凹凸が無数に形成された状態にあり、面粗度が粗いため、表面の摩擦係数が高くなっている。従って、触媒担体１０と保持マット１２との接触面は摩擦が大きいため、触媒担体１０は、保持マット１２に固定される。

外筒１３の材質は、強度及び耐熱性の高い金属が用いられ、例えばステンレスのような鋼材を用いることができる。
保持マット１２を巻き付けた触媒担体１０を外筒１３に収容するには、圧入、キャニング及び巻き締め等の方法がある。
触媒担体１０を外筒１３に圧入する場合には、予め円筒状に形成された外筒１３に、保持マット１２が巻き付けられた触媒担体１０が押し込まれる。
キャニングにより触媒担体１０を収容する場合には、円筒を軸線方向に沿って複数の片に分割するように形成した分割片により、保持マット１２が巻き付けられた触媒担体１０を囲い、分割片どうしを接合して外筒１３を形成する。
また、巻き締めにより触媒担体１０を収容する場合には、保持マット１２が巻き付けられた触媒担体１０に板材を巻き付けて、この板材の端部どうしを接合して外筒１３を形成する。ここで、キャニング及び巻き締めの接合は、溶接、接着及びボルト止め等により行われる。また、保持マット１２は、圧入、キャニング及び巻き締め等の方法によらず、外筒１３と触媒担体１０との間で狭持され、圧縮された状態で収容される。

図３は、触媒装置１の断面図である。
触媒装置１においては、排気ガスは図３に矢印Ｄで示す方向に流れる。
触媒装置１は、触媒担体１０及び保持マット１２を外筒１３に収容して構成されるアッセンブリユニット１５により構成されている。ここで、外筒１３及び触媒担体１０の軸線方向の長さは略等しく、一方、保持マット１２の軸線方向の長さは外筒１３及び触媒担体１０の長さよりも短く形成されている。

そして、アッセンブリユニット１５の状態では、外筒１３の両端と触媒担体１０の両端との位置は略一致するように組み立てられている。一方、保持マット１２においては、排気の上流側に位置する保持マット１２の上流側端部１２ｃ、及び、下流側に位置する保持マット１２の下流側端部１２ｄが、外筒１３の両端よりも外筒１３の内側に位置するように組み立てられている。従って、排気の流れに対して下流側に位置する外筒１３の一端は、保持マット１２の下流側端部１２ｄよりも先に延設するように形成された延設部分１６を構成している。また、外筒１３の他端も同様に、上流側端部１２ｃから外筒１３の他端が延設されるように延びている。

触媒装置１においては、下流側端部１２ｄの近傍の延設部分１６の内面に、面粗度が粗く摩擦係数が高い高摩擦部１４が設けられている。高摩擦部１４は、触媒担体１０の内部に担持された触媒と同一の触媒を外筒内面１３ａに付着させて形成される。高摩擦部１４は、付着した触媒がその表面に微細な凹凸を形成しているため面粗度が粗く、摩擦係数が高くなっている。

触媒担体１０に巻き付けられて円筒状に外筒１３に収容された保持マット１２は、その外周面である外面１２ａが外筒１３の内周面である外筒内面１３ａに当接し、その内周面である内面１２ｂが触媒担体１０の外周面に当接している。
保持マット１２は、圧縮された状態であるため、圧縮の反力により、外筒１３を外筒内面１３ａの側から圧縮する力、及び、触媒担体１０を圧縮する力を及ぼしている。そして、保持マット１２は、外面１２ａが外筒１３を外筒内面１３ａの側から圧縮し、外面１２ａと外筒内面１３ａとの間に生じる摩擦によって外筒１３に固定されている。
また、保持マット１２は、触媒担体１０の外周面を圧縮し、内面１２ｂと触媒担体１０の外周面との間に生じる摩擦によって触媒担体１０を固定している。

触媒装置１においては、外筒１３に進入した排気ガスは、触媒担体１０の各細孔５を通過して浄化された後、外筒１３を出る。ここで、保持マット１２は、繊維が高密度に集合しているため、触媒担体１０の保持部材としての機能の他に、排気ガスのシール材としての機能を有しているので、排気ガスは保持マット１２を通過できない。このため、全ての排気ガスがもれなく触媒装置１を通過するので、浄化の効率が高い。

本第１の実施の形態では、図３に示すように、外筒内面１３ａにおいて、下流側端部１２ｄの近傍の延設部分１６に高摩擦部１４を設けている。これにより、保持マット１２が排気の下流側にずれようとした場合に、保持マット１２を、高摩擦部１４との摩擦によって外筒内面１３ａに固定できる。

排気ガスが排気管１１０を流れると、保持マット１２は、排気ガスの圧力等により排気の下流にずらされる力を受ける。しかし、触媒装置１の内部で圧縮された状態の保持マット１２は、下流側に微小な距離だけずらされたとしても、下流側端部１２ｄの近傍の延設部分１６の内面に形成された高摩擦部１４に引っ掛かることとなる。このとき、下流側端部１２ｄの近傍の保持マット１２の外面１２ａと高摩擦部１４との間では、大きな摩擦が得られるため、保持マット１２を外筒１３に固定することができる。このため、保持マット１２と外筒１３との摩擦によって触媒担体１０を外筒１３に固定できる。

また、第１の実施の形態では、ストッパ部材等を用いることなく簡単に保持マット１２及び触媒担体１０を外筒１３に固定でき、コンパクトに触媒装置１を構成できるため、例えばスペースが限られる傾向にある自動二輪車の排気マフラ１００や排気管の他の部分にも容易に触媒装置１を設置できる。さらに、外筒内面１３ａの面粗度を粗くして摩擦を高めることで、保持マット１２及び触媒担体１０を外筒１３に固定するため、外側に露出するような部品が無い。このため、例えば自動二輪車に触媒装置１を装着した場合に、外観性を損なうことが無いという利点がある。また、ストッパ部材等を触媒装置１の排気経路に配置しないため、ストッパ部材等により排気の流れを妨げて排気ガスの浄化の効率を低下させることがない。また、高摩擦部１４の摩擦係数が高いため、保持マット１２が圧縮されて生じる圧縮の反力を厳密に管理しなくても、十分な摩擦が得られる。このため、例えば、触媒担体１０の強度、保持マット１２の密度、及び、外筒１３の内径などに設定される公差を広くすることができるので、各部品の歩留りが向上し、製造コストを低減できる。

以上説明したように、本発明を適用した第１の実施の形態によれば、触媒担体１０と外筒１３との間に、保持マット１２と外筒１３との間の移動を阻止する高摩擦部１４を設けたため、触媒担体１０は、高摩擦部１４との摩擦によって外筒１３に固定される。このため、簡単な構造により触媒担体１０を外筒１３に固定できる。
また、外筒内面１３ａにおいて、保持マット１２の下流側端部１２ｄの近傍に高摩擦部１４を設けたため、保持マット１２は、高摩擦部１４との摩擦によって外筒内面１３ａに固定される。このため、保持マット１２と外筒１３との摩擦により触媒担体１０を外筒１３に固定でき、簡単な構造により触媒担体１０を外筒１３に固定できる。
また、保持マット１２が排気の下流側にずれようとした場合に、保持マット１２が、排気の下流側の延設部分１６の内面に設けられた高摩擦部１４に接触し、高摩擦部１４との摩擦によって固定される。このため、保持マット１２と外筒１３との摩擦により触媒担体１０を外筒１３に固定でき、簡単な構造により触媒担体１０を外筒１３に固定できる。

さらに、高摩擦部１４は、触媒担体１０と同一の触媒を外筒内面１３ａに付着させて面粗度を高めた部分であるため、容易に形成できる。
また、触媒担体１０をセラミックスで構成したため、触媒担体１０を容易に軽量化できる。

なお、上記第１の実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は第１の実施の形態に限定されない。
例えば、第１の実施の形態では、高摩擦部１４は、下流側端部１２ｄの近傍の延設部分１６の内面に設けるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、高摩擦部１４は、外筒内面１３ａにおいて、下流側端部１２ｄに接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に設けても良い。例えば、保持マット１２の外面１２ａと外筒内面１３ａとの接触面に高摩擦部１４を形成しても良い。さらに、上流側端部１２ｃよりも排気の上流側の外筒内面１３ａに高摩擦部１４を設けても良い。この場合、排気の上流側への保持マット１２のずれを阻止できる。

また、第１の実施の形態では、外筒１３の高摩擦部１４を、触媒を付着させることにより形成するものとして説明したが、別の摩擦を高める付着物を付着させて高摩擦部１４を形成しても良く、例えば、多孔質のセラミックスを付着させても良い。また、機械加工等により面粗度を粗くして高摩擦部１４を形成しても良い。また、第１の実施の形態では、触媒担体１０は、セラミックス製であるものとして説明したが、例えば金属により触媒担体１０を構成し、金属製の触媒担体１０の外表面６１の一部及び各細孔５に、面粗度の粗い多孔質のセラミックス層を焼結等により形成し、このセラミックス層に触媒を担持させても良い。
その他の細部構成についても任意に変更可能であることは勿論である。

［第２の実施の形態］
以下、図４から図６を参照して、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。
なお、この第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同様に構成される部分については、同符号を付して説明を省略する。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る触媒装置５０を備えた排気マフラ２００を模式的に示す図である。
第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態における触媒担体１０に代えて、排気マフラ２００の内部に触媒担体６０を配設している。本第２の実施の形態は、触媒担体６０を固定する高摩擦部６４が、触媒担体６０の表面に形成される点で、第１の実施の形態と異なっている。

図４に示すように、排気マフラ２００は、エンジンから延びる単一の排気管１１０が接続される筒状本体１２０を有し、筒状本体１２０内に、セラミックス製の触媒担体６０を備える触媒装置５０が支持されている。触媒装置５０は、触媒を担持する触媒担体６０と、触媒担体６０を収容する外筒６３と、触媒担体６０と外筒６３との間に設けられる保持マット６２とを備えている。そして、触媒装置５０は、保持マット６２が巻き付けられた触媒担体６０を、外筒６３に収容して構成されている。

図５は、触媒装置５０の構成を示した分解斜視図である。図６は、触媒装置５０の断面図である。
触媒担体６０は、円筒形状に形成され、その円筒形状の外郭の内部に、軸線方向に沿って延びる多数の細孔５を有するハニカム状の多孔構造体であり、内部の表面積が大きく構成されている。ここで、触媒担体６０の断面形状は任意であり、断面形状は円形に限らず、例えば、楕円形等であっても良い。
各細孔５の壁には、排気ガス成分を分解する白金、ロジウム及びパラジウムが触媒として担持されている。また、触媒担体６０の外周の表面である外表面６１の一部においても、触媒担体６０の内部に付着した触媒と同一の触媒が付着した高摩擦部６４が形成されている。

保持マット６２を巻き付けた触媒担体６０を外筒６３に収容するには、圧入、キャニング及び巻き締め等の方法があり、いずれの方法によっても、保持マット６２は外筒６３と触媒担体６０との間で狭持され、圧縮された状態で収容される。
触媒担体６０及び保持マット６２の軸線方向の長さは略等しく、触媒装置５０が組み立てられた状態では、触媒担体６０及び保持マット６２の両端は一致している。また、外筒６３の長さは、触媒担体６０及び保持マット６２の長さよりも長く、触媒担体６０及び保持マット６２の両端は、外筒６３の内側に位置している。

保持マット６２は、圧縮された状態であるため、圧縮の反力により、触媒担体６０を圧縮する力、及び、外筒６３を外筒６３の内周側から圧縮する力を及ぼしている。そして、触媒担体６０は、外表面６１の全面に保持マット６２による圧縮力を受けて、触媒担体６０と保持マット６２との間に生じる摩擦によって保持マット６２に固定されている。また、保持マット６２は、外筒６３の内周面に圧縮力を及ぼし、外筒６３と保持マット６２との間に生じる摩擦によって外筒６３に固定されている。

触媒装置５０においては、排気ガスは図６に矢印Ｄで示す方向に流れ、外筒６３に進入した排気ガスは、触媒担体６０の各細孔５を通過して浄化された後、外筒６３を出る。ここで、保持マット６２は、触媒担体６０の保護部材としての機能の他に、排気ガスのシール材としても機能するように繊維が高密度に集合しているため、排気ガスは保持マット６２を通過できない。このため、排気ガスは、各細孔５のみを通過するので浄化の効率が高い。

本第２の実施の形態では、図５及び図６に示すように、触媒担体６０の外表面６１の少なくとも一部に摩擦係数を高めた高摩擦部６４を設けている。詳細には、高摩擦部６４は、触媒担体６０において排気の流れの上流側の端である上流側端部６０ａに形成されている。
これにより、触媒担体６０を高摩擦部６４との摩擦によって保持マット６２に固定できる。

触媒装置５０の内部では、触媒担体６０は圧縮された状態の保持マット６２により圧縮力を受けている。そして、触媒担体６０には高摩擦部６４が形成されており、圧縮力を受けると摩擦係数が高い高摩擦部６４と保持マット６２との間では大きな摩擦が得られる。また、高摩擦部６４は、触媒担体６０において排気の流れの上流側の端に形成されているため、例えば、触媒担体６０が下流側にずれようとした場合に、高摩擦部６４は保持マット６２の全長に亘って摩擦を生じながらずれることとなる。このため、触媒担体６０のずれを阻止する効果が高い。
このように、触媒担体６０は、高摩擦部６４と保持マット６２との間の摩擦により保持マット６２に固定されるため、排気管１１０からの排気ガスによる圧力を受けても保持マット６２からずれることがない。ここで、高摩擦部６４は、触媒担体６０を保持マット６２に確実に固定可能な摩擦を得られる範囲に亘って形成されている。

また、第２の実施の形態では、ストッパ等を用いることなく簡単に触媒担体６０を保持マット６２に固定でき、コンパクトに触媒装置５０を構成できるため、例えばスペースが限られる傾向にある自動二輪車の排気マフラ２００や排気管の他の部分にも容易に触媒装置５０を設置できる。さらに、触媒担体６０の面粗度を粗くして摩擦を高めることで、触媒担体６０を保持マット６２に固定するため、外側に露出するような部品が無い。このため、例えば自動二輪車に触媒装置５０を装着した場合に、外観性を損なうことが無いという利点がある。また、ストッパ部材等を触媒装置５０の排気経路に配置しないため、ストッパ部材等により排気の流れを妨げて排気ガスの浄化の効率を低下させることがない。また、高摩擦部６４の摩擦係数が高いため、保持マット６２が圧縮されて生じる圧縮の反力を厳密に管理しなくても、十分な摩擦が得られる。このため、触媒装置５０を構成する各部品の寸法公差を大きくできるので、各部品の歩留りが向上し、製造コストを低減できる。

以上説明したように、本発明を適用した第２の実施の形態によれば、触媒担体６０と外筒６３との間に、保持マット６２と外筒６３との間の移動を阻止する高摩擦部６４を設けたため、触媒担体６０は、高摩擦部６４との摩擦によって外筒６３に固定される。このため、簡単な構造により触媒担体６０を外筒６３に固定できる。
また、触媒担体６０の外表面６１の一部に摩擦係数が高い高摩擦部６４を形成したため、触媒担体６０は、高摩擦部６４と保持マット６２との摩擦により外筒６３に固定される。このため、触媒担体６０と保持マット６２との摩擦により触媒担体６０を外筒６３に固定でき、簡単な構造により、触媒担体６０を外筒６３に固定できる。
また、高摩擦部６４は、触媒担体６０と同一の触媒を外表面６１に付着させて面粗度を粗くした部分であるため、容易に形成できる。さらに、外表面６１の一部に触媒を付着させ、触媒担体６０の固定に必要な量だけ触媒を使用するため、触媒を節約できる。
さらに、触媒担体６０をセラミックスで構成したため、触媒担体６０を容易に軽量化できる。

なお、第２の実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は第２の実施の形態に限定されない。
例えば、第２の実施の形態では、触媒担体６０は、セラミックス製であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば金属により触媒担体６０を構成し、金属製の触媒担体６０の外表面６１の一部及び各細孔５に、面粗度の粗い多孔質のセラミックス層を焼結等により形成し、このセラミックス層に触媒を担持させても良い。この場合、セラミックス層を形成するだけで外表面６１の面粗度が粗くなるため、このセラミックス層に高摩擦部６４としての機能を持たせることができる。また、触媒担体６０を金属により構成する場合の触媒担体６０の材料の好ましい例としては、ステンレス、鉄−アルミニウム−クロム系合金等が挙げられる。
また、第２の実施の形態では、触媒担体６０の外表面６１において上流側端部６０ａに高摩擦部６４を設けるものとして説明したが、外表面６１の少なくとも一部に高摩擦部６４を設ければ良く、外表面６１の全面に亘って高摩擦部６４を設けても良い。また、高摩擦部６４を設ける部分は上流側端部６０ａに限定されず、例えば、外表面６１の中央部に高摩擦部６４を設けても良い。さらに、第２の実施の形態では、外表面６１の高摩擦部６４を、触媒を付着させることにより構成するものとして説明したが、例えば、セラミックス製の触媒担体６０を焼結する際に、焼結前の加工が容易な触媒担体６０の外表面６１に梨地等の面粗度の粗い面を形成し、その後、触媒担体６０を焼結して高摩擦部６４を形成しても良い。また、機械加工等により外表面６１の面粗度を粗くしても良い。その他の細部構成についても任意に変更可能であることは勿論である。

［第３の実施の形態］
以下、図７から図９を参照して、本発明を適用した第３の実施の形態について説明する。なお、この第３の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同様に構成される部分については、同符号を付して説明を省略する。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る触媒装置１５０を備えた排気マフラ３００を模式的に示す図である。
上記第１の実施の形態では、外筒内面１３ａの下流側端部１２ｄに高摩擦部１４を形成しているが、本第３の実施の形態は、高摩擦部１４に加え、第１の実施の形態の触媒担体１０の外周面である外表面１１に高摩擦部１１４を形成した点で、第１の実施の形態と異なっている。

図８は、触媒装置１５０の構成を示した分解斜視図である。図９は、触媒装置１５０の断面図である。
触媒装置１５０においては、高摩擦部１４が外筒内面１３ａの下流側端部１２ｄに形成されている。さらに、触媒装置１５０では、保持マット１２の上流側端部１２ｃの近傍において、保持マット１２と触媒担体１０の外表面１１とが接する部分に、高摩擦部１１４が形成されている。そして、高摩擦部１１４及び高摩擦部１４は、触媒担体１０の内部に付着した触媒と同一の触媒が付着して形成されている。

以上説明したように、本発明を適用した第３の実施の形態によれば、外筒内面１３ａにおいて、保持マット１２の下流側端部１２ｄの近傍に高摩擦部１４を設けたため、保持マット１２は、高摩擦部１４との摩擦によって外筒内面１３ａに固定される。さらに、触媒担体１０の外表面１１の一部に摩擦係数が高い高摩擦部１１４を形成したため、触媒担体１０は、高摩擦部１４と保持マット１２との摩擦により外筒１３に固定される。すなわち、触媒担体１０は、外筒１３と保持マット１２との摩擦、及び、触媒担体１０と保持マット１２との摩擦により外筒１３に固定されるので、簡単な構造により、触媒担体１０を外筒１３に固定できる。

なお、第３の実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は第３の実施の形態に限定されない。
例えば、第３の実施の形態では、高摩擦部１１４は、保持マット１２の上流側端部１２ｃの近傍において、保持マット１２と触媒担体１０の外表面１１とが接する部分に形成するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上流側端部１２ｃの近傍において触媒担体１０と保持マット１２とが接しない部分にも高摩擦部が設けられても良い。その他の細部構成についても任意に変更可能であることは勿論である。

［第４の実施の形態］
以下、図３に示した触媒装置１の製造方法の一例について説明する。
図１０は、触媒装置１の製造方法を模式的に示した図である。
この方法は、触媒装置１の下側から触媒が溶けた溶液を供給し、触媒装置１に触媒を付着させる方法である。
触媒装置１は、以下の３工程を含む製造方法により製造される。
第１工程は、触媒担体１０及び保持マット１２を外筒１３に収容して構成されるアッセンブリユニット１５を形成する工程である。具体的には、まず、円筒形状の触媒担体１０の外周面に保持マット１２を巻き付ける。次いで、触媒担体１０を保持マット１２とともに外筒１３に圧入し、アッセンブリユニット１５を形成する。

第２工程は、アッセンブリユニット１５に収容された触媒担体１０の内部、及び、外筒内面１３ａの一部に触媒を付着させる工程である。具体的には、まず、図１０に示すように、アッセンブリユニット１５を筒状体５００に接続し、白金、ロジウム及びパラジウムを含有するように調整された触媒溶液を、筒状体５００内を介して矢印Ａで示すように圧送し、図１０中の触媒担体１０の上端まで触媒溶液が達するよう調整する。すると、触媒溶液が、触媒担体１０の内部の各細孔５、及び、外筒内面１３ａにおける下流側端部１２ｄの近傍に付着する。

第３工程は、アッセンブリユニット１５を焼成する工程である。具体的な一例としては、アッセンブリユニット１５を筒状体５００から取り外して、例えば１００℃にて１０分間熱風乾燥した後、４５０℃にて１時間焼成する。これにより、下流側端部１２ｄ及び延設部分１６の内面と、各細孔５の表面とに触媒が担持され、触媒装置１が完成する。そして、延設部分１６の内面に触媒が付着して形成された高摩擦部１４は、付着した触媒がその表面に微細な凹凸を形成しているため面粗度が粗く、摩擦係数が高くなっている。また、４５０℃で焼成することにより、保持マット１２は外筒内面１３ａに固着するため、保持マット１２を外筒１３に固定する効果が得られる。

また、本第４の実施の形態の方法により、図９に示す触媒装置１５０を製造することもできる。
図９に示す触媒装置１５０を製造する場合には、図１０に示すように、触媒担体１０の外表面１１において、上流側端部１２ｃの近傍の部分に、貫通孔１１ａが複数形成されている。貫通孔１１ａは、触媒担体１０の内部に連通した孔であり、圧送されて触媒担体１０の内部を通る上記溶液は、貫通孔１１ａからにじみ出る。これにより、触媒担体１０の外表面１１において、図９に示した上流側端部１２ｃの近傍の部分に、溶液を付着させて高摩擦部１１４を形成できる。また、貫通孔１１ａは所望の位置に配置できるため、所望の位置に高摩擦部１１４を形成できる。

触媒担体１０にパラジウム、ロジウム、白金を担持させるための触媒溶液は、これら金属を含む化合物を所定溶媒に溶解させたものである。パラジウムを担持させるために用いる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジクロロテトラアンミンパラジウム等）等が挙げられる。また、白金を担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジニトロジアンミン白金、トリクロロトリアンミン白金等）等が挙げられる。また、触媒担体１０にロジウムを担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、錯塩（ペンタアンミンクロロロジウム、ヘキサアンミンロジウム等）等が挙げられる。そして、これらの材料の溶液を調整し、この溶液に上述した触媒担体１０を含浸させることにより、触媒担体１０にパラジウム、白金、ロジウムを担持させることができる。溶媒としては、水や有機溶媒を用いることが可能であるが、溶解度や廃液処理の容易性、入手容易性等を考慮すると水が好ましい。また、上記溶液に触媒担体１０を含浸させた後、触媒担体１０を、例えば２５０℃程度に加熱して乾燥させることで、触媒担体１０が有する多孔構造にパラジウム、ロジウム、白金が担持され、排気ガス中の窒素酸化物、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等を分解浄化することができる。なお、要求される排ガス浄化性能によっては、パラジウム、ロジウム、白金のいずれか１または２種のみを触媒担体１０に担持させて触媒を構成してもよい。また、パラジウム、ロジウム、白金の他に、触媒として機能する金属や金属化合物（例えば、イリジウム、セリウム、ジルコニウム、チタン又はこれらの酸化物等）等を触媒担体１０に担持させてもよい。

以上説明したように、本発明を適用した第４の実施の形態によれば、第１工程でアッセンブリユニット１５を形成した後、第２工程で触媒担体１０に触媒を付着させると同時に、外筒内面１３ａに触媒を付着させることができるため、外筒内面１３ａに触媒を付着させるためだけの工程が必要ないので、製造の効率が良く、容易に触媒装置１を製造できる。さらに、第３工程で焼成することにより、触媒を強固に付着させると同時に、加熱によって保持マット１２を外筒内面１３ａに固着させて保持マット１２を外筒１３に固定できる。このため、加熱して保持マット１２を固着させるためだけの工程が必要ないので、製造の効率が良く、容易に触媒装置１を製造できる。また、第１工程において、外筒内面１３ａに触媒が付着していない状態で、触媒担体１０及び保持マット１２を外筒１３に圧入できるため、圧入の際の摩擦抵抗が小さく、容易に圧入できる。

なお、第４の実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は第４の実施の形態に限定されない。
例えば、第４の実施の形態では、高摩擦部１４は、アッセンブリユニット１５を形成した後に形成するものとして説明したが、予め外筒内面１３ａに高摩擦部１４を形成しておき、その後、キャニングや巻き締め等により触媒担体１０及び保持マット１２を外筒１３に収容しても良い。また、予め外筒内面１３ａの延設部分１６の内面に高摩擦部１４を形成しておき、その後、触媒担体１０及び保持マット１２を外筒１３に圧入しても良い。この場合、高摩擦部１４の側とは反対側の外筒１３の端から、保持マット１２及び触媒担体１０を容易圧入できる。その他の細部構成についても任意に変更可能であることは勿論である。また、第４の実施の形態では、アッセンブリユニット１５に筒状体５００を接続して、触媒溶液を下方から圧送するものとして説明したが、例えば、アッセンブリユニット１５の下端を触媒溶液に浸漬し、上端から触媒溶液を吸上げて触媒溶液を付着させても良い。

［第５の実施の形態］
以下、図６に示す触媒担体６０の製造方法の一例について説明する。
図１１は、触媒担体６０に触媒を付着させる方法を模式的に示した図である。
この方法は、触媒担体６０の上側から触媒溶液を供給し、触媒担体６０に触媒を付着させる方法である。
まず、触媒担体６０の上流側端部６０ａが下方を向くように配置し、図１１中の触媒担体６０の上端に接するようにホッパー６００を設ける。ホッパー６００には触媒溶液が供給され、ホッパー６００を介して触媒担体６０に流れる触媒溶液は、触媒担体６０の内部を矢印Ｂで示すように流れ、触媒担体６０の内部の各細孔５に触媒溶液が付着する。

そして、触媒担体６０の外表面６１において、上流側端部６０ａの近傍には、複数の貫通孔６１ａが形成されている。貫通孔６１ａは、触媒担体６０の内部に連通した孔であり、触媒担体６０の内部を流れる触媒溶液は、貫通孔６１ａからにじみ出る。これにより、触媒担体６０の外表面６１において、上流側端部６０ａの近傍の部分に、触媒溶液を付着させて高摩擦部１４を形成できる。
このように、触媒担体６０の外表面６１に貫通孔６１ａを形成することで、所望の位置に高摩擦部１４を簡単に形成できる。

以上説明したように、本発明を適用した第５の実施の形態によれば、触媒担体６０の内部に触媒を担持させる工程において、同時に外表面６１に触媒を付着させて高摩擦部６４を形成するので、簡単に高摩擦部６４を形成できる。

なお、第５の実施の形態は、本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は第５の実施の形態に限定されない。
例えば、第５の実施の形態では、ホッパー６００から触媒溶液を触媒担体６０に流すものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、触媒担体６０の上流側端部６０ａの側の端を触媒溶液に浸漬し、上流側端部６０ａとは反対側の端から触媒溶液を吸上げて触媒溶液を付着させても良い。この場合、貫通孔６１ａを設けなくても良い。

［第６の実施の形態］
以下、図６に示す触媒担体６０の製造方法の他の例について説明する。
図１２は、触媒担体６０に触媒を付着させる方法を模式的に示した図である。
この方法は、触媒担体６０の上側から触媒溶液を供給し、触媒担体６０に触媒を付着させる方法である。
触媒担体６０において、図１２中の上端には、空間を空けてホッパー６００が設けられている。ホッパー６００には触媒溶液が供給され、ホッパー６００から流下する触媒溶液は、触媒担体６０の内部を矢印Ｃで示すように流れるとともに、触媒担体６０の上面から外表面６１に流れ、外表面６１をつたって下方に流下する。このため、触媒担体６０の内部の各細孔５及び外表面６１の大部分に触媒溶液が付着し、高摩擦部６４を外表面６１の大部分に亘って簡単に形成できる。

本発明の第１の実施の形態に係る触媒装置を備えた排気マフラを模式的に示す図である。 触媒装置の構成を示した分解斜視図である。 触媒装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る触媒装置を備えた排気マフラを模式的に示す図である。 触媒装置の構成を示した分解斜視図である。 触媒装置の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る触媒装置を備えた排気マフラを模式的に示す図である。 触媒装置の構成を示した分解斜視図である。 触媒装置の断面図である。 触媒装置の製造方法を模式的に示した図である。 触媒担体に触媒を付着させる方法を模式的に示した図である。 触媒担体に触媒を付着させる方法を模式的に示した図である。

符号の説明

１、５０、１５０ 触媒装置
５ 細孔
１０、６０ 触媒担体
１１、６１ 外表面
１２、６２ 保持マット
１２ａ 外面
１２ｂ 内面
１３、６３ 外筒
１３ａ 外筒内面
１４、６４、１１４ 高摩擦部
１５ アッセンブリユニット
１６ 延設部分
１００、２００、３００ 排気マフラ

Claims (4)

1. 排気浄化機能を有する触媒を担持し、排気ガスが通過する多孔質の触媒担体（１０）と、
   前記触媒担体（１０）を収容する外筒（１３）と、
   前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間に設けられるマット（１２）と、を備え、
   前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間であって、前記外筒（１３）の内面において、前記マット（１２）の端部に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に、前記触媒担体（１０）に担持された触媒と同一の触媒と、前記触媒を担持させる材料とを含んだ触媒溶液を付着させた後に焼成して、前記排気ガスの圧力により前記マット（１２）がずれたとしても前記マット（１２）が引っ掛かる高摩擦部（１４）を設けた構造であって、
   前記触媒担体（１０）の外側に前記マット（１２）を巻き付けて前記外筒（１３）に収容し、前記マット（１２）の排気の下流側に位置する下流側端部（１２ｄ）が、前記外筒（１３）の両端よりも外筒（１３）の内側に位置するアッセンブリユニット（１５）を形成する第１工程と、
   前記触媒と前記触媒を担持させる材料とを含んだ前記触媒溶液を、排気の下流側から前記触媒担体（１０）に向けて圧送して、前記触媒溶液を、前記触媒担体（１０）の内部と、前記外筒（１３）の内面における前記マット（１２）の下流側端部（１２ｄ）に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に付着させる第２工程と、
   前記アッセンブリユニット（１５）を焼成する第３工程とによって製造されることを特徴とする触媒装置。
2. 前記触媒担体（１０）の表面において、前記マット（１２）に接する部分に、前記触媒担体（１０）の内部に連通する貫通孔（１１ａ）を設け、前記第２工程で圧送される前記触媒溶液を、前記貫通孔（１１ａ）を通過させ、前記第３工程を経ることにより、排気ガスの圧力による前記マット（１２）に対する前記触媒担体（１０）の移動を阻止するための他の高摩擦部（１１４）を設けたこと、
   を特徴とする請求項１に記載の触媒装置。
3. 前記触媒担体（１０）は、セラミックスにより構成されたこと、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の触媒装置。
4. 排気浄化機能を有する触媒を担持し、排気ガスが通過する多孔質の触媒担体（１０）と、
   前記触媒担体（１０）を収容する外筒（１３）と、
   前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間に設けられるマット（１２）と、を備え、
   前記触媒担体（１０）と前記外筒（１３）との間であって、前記外筒（１３）の内面において、前記マット（１２）の端部に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に、前記触媒担体（１０）に担持された触媒と同一の触媒と、前記触媒を担持させる材料とを含んだ触媒溶液を付着させた後に焼成して、前記排気ガスの圧力により前記マット（１２）がずれたとしても前記マット（１２）が引っ掛かる高摩擦部（１４）を設けた触媒装置の製造方法であって、
   前記触媒担体（１０）の外側に前記マット（１２）を巻き付けて前記外筒（１３）に収容し、前記マット（１２）の排気の下流側に位置する下流側端部（１２ｄ）が、前記外筒（１３）の両端よりも外筒（１３）の内側に位置するアッセンブリユニット（１５）を形成する第１工程と、
   前記触媒と前記触媒を担持させる材料とを含んだ前記触媒溶液を、排気の下流側から前記触媒担体（１０）に向けて圧送して、前記触媒溶液を、前記触媒担体（１０）の内部と、前記外筒（１３）の内面における前記マット（１２）の下流側端部（１２ｄ）に接する部分又はその近傍の少なくともいずれかを含む領域に付着させる第２工程と、
   前記アッセンブリユニット（１５）を焼成する第３工程とによって製造されることを特徴とする触媒装置の製造方法。

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