JP6419708B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス浄化装置に関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、スス等のパティキュレートマター（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境及び人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境及び人体に及ぼす影響についても懸念されている。
そこで、排ガス中のＰＭを捕集したり、有害なガス成分を浄化したりする排ガス浄化装置として、炭化ケイ素又はコージェライト等の多孔質セラミックからなる排ガス処理体と、排ガス処理体を収容するケーシングと、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される無機繊維からなるマットとから構成される排ガス浄化装置が種々提案されている。
この排ガス浄化装置に用いられるマットは、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損することを防止すること、排ガス処理体をしっかりと保持して排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止すること、及び、排ガス処理体とケーシングとの間から排気ガスが漏れることを防止すること等を主な目的として配設されている。
マットが上記した機能を発揮することができるように、従来のケーシングは、排ガス処理体の外周面から一定の間隔となるような形状としていた。そして、上記ケーシングと上記排ガス処理体との間隔より若干厚めのマットを排ガス処理体に巻き付け、このマットが巻き付けられた排ガス処理体を上記した形状のケーシングの内部に圧入し、排ガス浄化装置としていた（特許文献１）。
特開２０１０−２２３０８２号公報
しかしながら、従来の排ガス処理体は、排ガス処理体を構成するセルの垂直方向の断面が円形のもののみでなく、楕円形のものや、長方形の角部（コーナー部）をＲ面取りした形状に近いものがある。特に長方形の角部（コーナー部）をＲ面取りした形状に近いものでは、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離が、排ガス処理体のコーナー部以外の部分からケーシングの内周面までの距離よりも小さくなる場合があった。
このような場合に、マットが巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに圧入すると、上記コーナー部に配設されたマットに対する負荷が大きくなり、マットに亀裂や圧壊が発生しやすいという問題がある。
このような問題が発生する結果、マットによる排ガス処理体の保持能力が低下し、また、排ガスの漏れを防止するガスシーリング性能も低下してしまう。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、マットにより排ガス処理体がしっかりと保持され、排ガスの漏れを防止することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の排ガス浄化装置は、柱状の排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する管状体からなるケーシングと、上記排ガス処理体と上記ケーシングとの間に挿入された無機繊維からなるマットとからなる排ガス浄化装置であって、上記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と上記コーナー部同士を連結する連結部とから構成され、上記コーナー部は曲線からなるとともに、上記連結部は直線又は曲線からなり、上記コーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離は、上記連結部から上記ケーシングの内周面までの距離よりも小さく、上記コーナー部に配設されている上記マットの面比重は、上記連結部に配設されている上記マットの面比重よりも小さいことを特徴とする。
本明細書において、排ガス処理体のコーナー部とは、以下の部分のことをいう。
まず、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、輪郭が曲線となる部分における曲率半径の最小値を求める。該輪郭が曲線となる部分において、曲率半径が上記曲率半径の最小値の８倍以下である連続する部分が、排ガス処理体のコーナー部である。
また、本明細書において、排ガス処理体の連結部とは、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭において、上記コーナー部同士を連結する曲線の部分又は直線の部分のことをいう。排ガス処理体の連結部は、直線のみ又は曲線のみから構成されていてもよく、直線と曲線との両方から構成されていてもよい。
本明細書において、排ガス処理体のコーナー部からケーシングの内周面までの距離とは、以下の方法により求めた距離のことである。
まず、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭において、コーナー部のある一点における法線を引く。次に、コーナー部と上記法線が交差する点から、ケーシングの内周面と上記法線が交差する点までの距離を求める。次に、法線を引くために用いた点を排ガス処理体のコーナー部に沿って移動させ、各点における法線を引く。次に各点から、ケーシングの内周面と法線が交差する点までの距離を求める。このように求めた距離のうち最大の距離が、コーナー部からケーシングの内周面までの距離である。
本明細書において、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離とは、排ガス処理体の連結部からケーシングの内周面までの距離のうち最小となる距離のことである。
本明細書において、コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、連結部からケーシングの内周面までの距離よりも小さいとは以下の場合を意味する。
まず、上記方法により、コーナー部からケーシングの内周面までの距離を求める。次に、そのコーナー部に隣接する２つの連結部を認定する。次に、認定された各連結部において、上記方法により連結部からケーシングの内周面までの距離を求める。
コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、いずれの連結部からケーシングの内周面までの距離よりも小さい場合が、コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、連結部からケーシングの内周面までの距離よりも小さい場合であることを意味する。
本発明の排ガス浄化装置では、上記コーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離が、上記連結部から上記ケーシングの内周面までの距離よりも小さく、上記コーナー部に配設されている上記マットの面比重は、上記連結部に配設されている上記マットの面比重よりも小さい。
コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、連結部からケーシングの内周面までの距離よりも小さく、マットの面比重が一定である場合には、コーナー部に配設されたマットが受けるケーシングからの圧力は、連結部に配設されたマットが受けるケーシングからの圧力よりも大きくなる。この場合、マットの嵩密度が高くなり、マットに亀裂や圧壊が発生しやすくなる。しかし、本発明の排ガス浄化装置では、コーナー部に配設されているマットの面比重が、連結部に配設されているマットの面比重よりも小さい。すなわち、コーナー部に配設されているマットの繊維の密度は、連結部に配設されているマットの繊維の密度よりも低い。従って、ケーシングからの圧力を受けたとしても、コーナー部に配設されたマットの嵩密度が高くなりにくい。このため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。
また、マットが巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに圧入する際にも、コーナー部に配設されたマットにかかる負荷が大きくなりにくく、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。
このため、本発明の排ガス浄化装置では、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損することを防止することができることは勿論、マットによる排ガス処理体の保持能力が高く、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れをしっかりと防止することができる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記コーナー部に配設されている上記マットの一部には、開口部が形成されていることが望ましい。
開口部が形成されていると、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が開口部に容易に移動することができ、コーナー部に配設されるマットが受ける圧力を軽減することができる。そのため、コーナー部に配設されたマットの嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記コーナー部に配設されている上記マットの一部には、上記マットの幅方向において、上記開口部が２つ以上形成されていることが望ましい。
マットの幅方向において、開口部が２つ以上形成されていると、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が開口部に均一に移動しやすくなる。
そのため、ケーシングから受ける圧力がマットの一部のみにかかることを防止することができる。すなわち、マットの一部の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記開口部の形状は、略円形、略楕円形、略レーストラック形、略六角形、略五角形、略四角形、略三角形からなる群から選択される少なくとも１つの形状であることが望ましい。
排ガス処理体のコーナー部の曲率半径や、ケーシングの内周面の形状に合わせ開口部の形状を選択することにより、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際に、無機繊維が開口部に容易に移動することができる。これにより、ケーシングからマットが受ける圧力を分散することができ、マットの一部の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
さらに開口部がこれらの形状であると、容易に開口部を形成することができ、排ガス浄化装置を製造する上で有利である。
本発明の排ガス浄化装置では、上記マットの幅方向の上記開口部の長さは、上記マットの幅の１／１０〜９／１０の長さであることが望ましい。
本明細書において、マットの幅方向の開口部の長さとは、マットの幅方向の開口部の一方の端部から、もう一方の端部までの距離がマットの幅方向の開口部の長さのことをいう。
マットの幅方向の開口部の長さが、マットの幅の１／１０未満の長さであると、コーナー部に配設されているマットの面比重が充分に低くなりにくく、コーナー部に配設されているマットの嵩密度が充分に低くなりにくい。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得られにくくなる。
マットの幅方向の開口部の長さが、マットの幅の９／１０を超える長さであると、コーナー部に配設されているマットの面比重が小さくなりすぎるため、マットが千切れやすくなる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記マットの幅方向の上記開口部の長さは、１０ｍｍ〜７０ｍｍであることが望ましい。
マットの幅方向の開口部の長さが、１０ｍｍ未満の長さであると、コーナー部に配設されているマットの面比重が充分に低くなりにくく、コーナー部に配設されているマットの嵩密度が充分に低くなりにくい。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止する効果が得られにくくなる。
マットの幅方向の開口部の長さが、７０ｍｍを超える長さであると、コーナー部に配設されているマットの面比重が小さくなりすぎるため、マットが千切れやすくなる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記コーナー部に配設されている上記マットの連続する領域において、上記マットを平面視して、上記マットの長さ方向に垂直な第１の直線を上記マットの長さ方向の上記開口部の一方の端部と接触するように引き、上記マットの長さ方向に垂直な第２の直線を上記マットの長さ方向の上記開口部のもう一方の端部と接触するように引いた場合、上記第１の直線から上記第２の直線までの間の領域に存在する上記マットの面比重は、上記連結部に配設されている上記マットの面比重の３０〜９９．５％であることが望ましい。
第１の直線から第２の直線までの間の領域に存在するマットの面比重が、連結部に配設されているマットの面比重の３０％未満である場合、第１の直線から第２の直線までの間の領域に存在する無機繊維の量が少なくなりすぎるため、マットが千切れやすくなる。
第１の直線から第２の直線までの間の領域に存在するマットの面比重が、連結部に配設されているマットの面比重の９９．５％を超える場合、コーナー部に配設されているマットの無機繊維が開口部に移動しにくくなるので、コーナー部に配設されているマットの嵩密度が充分に低くなりにくい。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得られにくくなる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記コーナー部に配設されている上記マットの上記無機繊維の密度は、上記連結部に配設されている上記マットの上記無機繊維の密度よりも低いことが望ましい。
上記構成であると、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が密度の低い方に容易に移動することができ、コーナー部に配設されるマットが受ける圧力を軽減することができる。そのため、コーナー部に配設されたマットの嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
本発明の排ガス浄化装置では、上記無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることが望ましい。
本発明の排ガス浄化装置で上記した種類の無機繊維を使用することにより、上記無機繊維が使用されたマットは、保持力に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、排ガス処理体がしっかりと保持される。
本発明の排ガス浄化装置では、上記マットには、さらに、ニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。
本発明の排ガス浄化装置では、マットにニードルパンチング処理を施すことにより、無機繊維同士の交絡が発生し、マットの強度が向上する。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。
図１は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。 図３−１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。 図３−２（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。 図４−１（ａ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す斜視図である。 図４−２（ｂ）は、図４−１（ａ）に示すマットの平面図である。図４−２（ｃ）は、図４−２（ｂ）に示すマットにおいて、マットの面比重を求めるにあたってのマットの面積の算出方法を模式的に示す図である。 図５は、本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直に切断して模式的に示す断面図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、図５中の破線部を拡大して示す拡大図であり、コーナー部からケーシングの内周面までの距離の求め方を模式的に示す図である。 図７は、図５中の破線部を拡大して示す拡大図であり、排ガス処理体及びケーシングの位置関係を模式的に示す説明図である。 図８は、図５中の破線部を拡大して示す拡大図であり、コーナー部に配設されているマットを模式的に示す説明図である。 図９（ａ）は、図４−１（ａ）中の破線部を、開口部が通るようにＡ−Ａ線で切断して模式的に示す断面図である。図９（ｂ）は、本発明の排ガス浄化装置に配置されたマットの図９（ａ）に示す部分の状態を模式的に示す模式図である。 図１０（ａ）〜（ｇ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す平面図であり、種々の形状の開口部を有するマットを示している。図１０（ｈ）及び（ｉ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す平面図であり、側面から開口部が形成されているマットを示している。 図１１は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例に第１の直線及び第２の直線を引いた際の、第１の直線から第２の直線までの間の領域を示すマットの平面図である。 図１２は、排ガス処理体として排ガス浄化フィルタを用いた場合の本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して平行に切断して模式的に示す断面図である。 図１３は、本発明の排ガス浄化装置を構成する巻付体をケーシングに収納する工程の一例を模式的に示す斜視図である。 図１４（ａ）は、排ガス浄化フィルタの長手方向に対して垂直な断面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（ｒ））を模式的に示す断面図である。図１４（ｂ）は、ケーシングの長手方向に対して垂直な内壁面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（Ｒ））を模式的に示す断面図である。 図１５（ａ）は実験装置を模式的に示す上面図である。図１５（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
（発明の詳細な説明）
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
本発明の排ガス浄化装置である排ガス浄化装置１を例にあげ本発明を説明する。
図１は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の排ガス浄化装置１は、柱状の排ガス処理体１０と、排ガス処理体１０を収容する管状体からなるケーシング２０と、排ガス処理体１０とケーシング２０との間に挿入された無機繊維からなるマット３０とからなり、排ガス処理体１０の長手方向に対して垂直な断面の輪郭１１は、４個のコーナー部とコーナー部同士を連結する連結部とから構成され、コーナー部は曲線からなるとともに、連結部は直線からなり、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離が、各連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも小さく、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重は、各連結部に配設されているマット３０の面比重よりも小さいことを特徴とする。
本発明の排ガス浄化装置１を構成する排ガス処理体１０について説明する。
上記排ガス処理体１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中のＰＭを捕集する機能を有するもの、又は、上記排ガス中の有害なガス成分を無害なガス成分に転換する機能を有するものであるが、上述した２つの機能を有するものであってもよい。
本発明では、上記排ガス中のＰＭを捕集する機能を有するものを排ガス浄化フィルタといい、上記排ガス中の有害なガス成分を無害なガス成分に転換する機能を有するものを触媒コンバータということとする。
上記排ガス浄化フィルタは、特に限定されるものではなく、例えば、炭化ケイ素又はコージェライト等の多孔質セラミックからなる、いわゆる、ハニカムフィルタと呼ばれるもので、長手方向に多数のセルが併設され、各セルの排ガスの入口側か出口側のいずれかが目封止されたもの、板状のものを重ねてフィルタとしたもの、３次元網目構造を有する金属多孔質体からなるもの、セラミックファイバの積層体からなるもの等があげられる。板状のものを重ねてフィルタとしたもの、３次元網目構造を有する金属多孔質体からなるもの、セラミックファイバの積層体からなるもの等は、これらの部材が所定形状の耐熱性容器に収容されており、この場合、上記耐熱性容器が柱状である。
これらのなかでは、炭化ケイ素又はコージェライト等の多孔質セラミックからなり、長手方向に多数のセルが併設され、各セルの排ガスの入口側か出口側のいずれかが目封止されたハニカムフィルタが望ましい。
上記ハニカムフィルタは、コージェライト等からなり、一つの多孔質セラミックから一体的に形成された一体型ハニカムフィルタであってもよく、炭化ケイ素等からなる柱状の多孔質セラミックを主にセラミックを含む接着材層を介して複数個結束してなる集合型ハニカムフィルタであってもよい。
上記触媒コンバータは、特に限定されるものではなく、例えば、長手方向に多数のセルが併設された多孔質セラミックに触媒を担持したもの、ペレット状の多孔質セラミックに触媒を担持したもの、金属製の薄いシートを波状に加工したものを担体とし、この担体に触媒を担持したものも等があげられる。ペレット状の担体や金属製のシートを担体としたものでは、これらの担体が耐熱性の容器に収容されており、この場合、上記耐熱性容器が柱状である。
これらのなかでは、長手方向に多数のセルが併設された多孔質セラミックに触媒を担持した触媒コンバータが望ましい。
排ガス処理体に担持されている触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、バリウム等のアルカリ土類金属、又は、酸化セリウム等の金属酸化物等があげられる。これらの触媒は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
本発明の排ガス浄化装置１を構成する排ガス処理体１０の形状について説明する。
図２は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
図２に示すように、排ガス処理体１０の長手方向に対して垂直な断面の輪郭１１は、正方形の角部がＲ面取りされた形状である。すなわち、輪郭１１は、４つの曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄと、これらを連結する４つの直線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄとから構成されている。
曲線１２ａ及び１２ｂ、曲線１２ｂ及び１２ｃ、曲線１２ｃ及び１２ｄ、並びに、曲線１２ｄ及び１２ａは、それぞれ、直線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄにより連結されている。
ここで、排ガス処理体１０のコーナー部を決定する方法を以下に説明する。
まず、曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄにおける曲率半径の最小値（ｒ１０）ｍｉｎを求める。曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄにおいて、曲率半径が、曲率半径の最小値（ｒ１０）ｍｉｎの８倍以下である連続する部分が、排ガス処理体のコーナー部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄである。
なお、曲率半径とは、曲線や曲面の曲がり具合を表す量である。ある曲線において、その局所的な曲がり具合は円に近似することができ、近似した円の半径を曲率半径という。例えば、半径ｒの円周に近似できる場合は、曲率は１／ｒであり、曲率半径はｒである。曲線の曲がり具合がきついほど曲率は大きくなり曲率半径は小さくなる。
また、株式会社東京精密の３次元座標測定機 ＲＶＡ８００Ａ−Ｘ１等を使用し、排ガス処理体の複数点の位置を測定することにより、曲線を特定することができ、この曲線が円弧である場合には、円弧の曲率半径を求めることができる。
さらに、排ガス処理体の曲率半径を所定の値となるように設計している場合には、断面の写真を撮影して、設計時の曲率半径の曲線と一致しているか否かを確認することにより、曲率半径を得ることができる。
排ガス処理体１０では、曲線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの曲率が一定のため、それぞれの曲線が、コーナー部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄである。すなわち、各曲線の始点及び終点が、各コーナー部の始点及び終点である。
また、直線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄがそれぞれ連結部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄである。
排ガス処理体１０において、コーナー部１４ａ及び１４ｂ、コーナー部１４ｂ及び１４ｃ、コーナー部１４ｃ及び１４ｄ、並びに、コーナー部１４ｄ及び１４ａは、それぞれ、連結部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄにより連結されている。
また、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、図３−１（ａ）及び（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示すような形状であってもよい。
図３−１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。図３−２（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な方向に切断して模式的に示す断面図である。
図３−１（ａ）に示す、排ガス処理体１１０の長手方向に対して垂直な断面の輪郭１１１は、正方形の角部がＲ面取りされ、該正方形の直線部が外側に凸になるように削られた形状である。すなわち、曲率が大きい４つの曲線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄと、これらを連結する曲率の小さい４つの曲線１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄとから構成されている。
曲線１１２ａ及び１１２ｂ、曲線１１２ｂ及び１１２ｃ、曲線１１２ｃ及び１１２ｄ、並びに、曲線１１２ｄ及び１１２ａは、それぞれ、曲線１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄにより連結されている。
ここで、排ガス処理体１１０のコーナー部を決定する方法を以下に説明する。
まず、曲線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄにおける曲率半径の最小値（ｒ１１０）ｍｉｎを求める。
曲線１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄにおいて、曲率半径が、曲率半径の最小値（ｒ１１０）ｍｉｎの８倍以下である連続する部分が、排ガス処理体のコーナー部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄである。
排ガス処理体１１０において、コーナー部１１４ａ及び１１４ｂ、コーナー部１１４ｂ及び１１４ｃ、コーナー部１１４ｃ及び１１４ｄ、並びに、コーナー部１１４ｄ及び１１４ａは、それぞれ、連結部１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ及び１１５ｄにより連結されている。
このように、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体において、連結部は、直線のみ又は曲線のみから構成されていてもよい。また、連結部は、直線と曲線との両方から構成されていてもよい。
また、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、図３−１（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示すような３〜６個のコーナー部を有する形状であってもよい。
図３−１（ｂ）並びに図３−２（ｃ）及び（ｄ）に示す排ガス処理体２１０、３１０及び４１０は、排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面において、それぞれ、正三角形、正五角形、正六角形の各部がＲ面取りされた形状である。
なお、排ガス処理体の形状は、上記の形状に限定されず、収容スペース等との関係から好適な形状を選択することが望ましい。
次に、排ガス浄化装置１を構成するマット３０について説明する。
図４−１（ａ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す斜視図である。図４−２（ｂ）は、図４−１（ａ）に示すマットの平面図である。図４−２（ｃ）は、図４−２（ｂ）に示すマットにおいて、マットの面比重を求めるにあたってのマットの面積の算出方法を模式的に示す図である。
図４−１（ａ）に示すように、マット３０は、所定の長手方向の長さ（以下、単に全長ともいう。図４−１（ａ）中、矢印Ｌで示す）、幅（図４−１（ａ）中、矢印Ｗで示す）及び厚み（図４−１（ａ）中、矢印Ｔで示す）を有する無機繊維を含む平面視矩形のマットである。
また、マット３０は、凸部３１ａが形成された端面３１と、凹部３２ａが形成された端面３２とを備えている。後述するように、マット３０は排ガス処理体１０に巻き付けられることになる。凸部３１ａ及び凹部３２ａは、マット３０を排ガス処理体１０に巻き付けた際に、ちょうど互いに嵌合するような形状となっている。
さらに、マット３０には略長方形の開口部３３が４つ形成されている。マット３０における開口部３３は、マット３０を排ガス処理体１０に巻き付けた際に排ガス処理体１０の各コーナー部に配置されることになる部分である。
このことを、以下に図面を用いて詳しく説明する。
図４−２（ｂ）に示すように、マット３０は開口部３３が形成された第１の領域３４と、開口部が形成されていない第２の領域３５とに分けることができる。
第１の領域３４は、マット３０を排ガス処理体１０に巻き付けた際に、各コーナー部に配設される領域である。
第２の領域３５は、マット３０を排ガス処理体１０に巻き付けた際に、各接続部に配設される領域である。
マット３０では、第１の領域３４に開口部３３が形成されているので、第１の領域３４の面比重は、第２の領域３５の面比重より小さい。
排ガス処理体１０の各連結部に配設されることになるマット３０の第２の領域３５では、マット３０の第２の領域３５の部分の重量をマットの第２の領域３５の面積で割った値が面比重である。
排ガス処理体１０の各コーナー部に配設されることになるマット３０の第１の領域３４では、以下のように面比重を求める。
第１の領域３４には開口部３３が形成されている。マット３０の第１の領域３４の面比重を求める場合には、まず、開口部３３に繊維等があるものとして第１の領域３４の面積を求める。次に、マット３０の第１の領域３４の部分の重量を、開口部３３に繊維等があるものとして求めた第１の領域３４の面積で割る。この値がマット３０の第１の領域３４の部分の面比重である。
すなわち、第１の領域３４において、マットの面比重を求めるにあたっての「第１の領域３４の面積」とは、図４−２（ｃ）において、右斜め斜線で囲まれた平面３３´の面積と、左斜め斜線で囲まれた平面３６の面積との合計である。図４−２（ｃ）における平面３３´は、図４−２（ｂ）におけるマット３０において、開口部３３の部分と一致する。図４−２（ｃ）における平面３６は、図４−２（ｂ）におけるマット３０において、開口部３３以外の第１の領域３４の部分と一致する。
マットの面比重が小さい領域では、マットが圧力を受けたとしてもマットの嵩密度が高くなりにくい。このため、このような圧力を受けた場合であってもマットに亀裂や圧壊が発生しにくい。
なお、本発明の排ガス浄化装置に係るマットを構成する無機繊維としては、特に限定されないが、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種であることが望ましい。
これら種類の無機繊維が使用されたマットは、保持力に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、排ガス処理体がしっかりと保持される。
無機繊維の種類は、耐熱性や耐風蝕性等、マットに要求される特性等に応じて変更すればよく、各国の環境規制に適合できるような太径繊維や繊維長のものを使用するのが望ましい。
この中でも、低結晶性アルミナ質の無機繊維が望ましく、ムライト組成の低結晶性アルミナ質の無機繊維がより望ましい。加えて、スピネル型化合物を含む無機繊維がさらに望ましい。高結晶性アルミナ質であると、硬く脆いため、クッション材として用いられるマットには不向きである。
さらに低結晶性アルミナ質かつスピネル型化合物を含む無機繊維の場合、結晶化比率は０．１〜３０％の範囲が望ましく、さらには結晶化比率０．４〜２０％の範囲がさらに望ましい。この範囲の無機繊維で製作されたマットの反発力及び耐久試験後の復元面圧は高く、性能が良い。しかし、結晶化比率が０．１％未満又は３０％を超えると、反発力や復元面圧は急激に低下してしまう。結晶化比率の測定方法は、ムライト回析線（２θ＝２６．４°）とγアルミナ回析線（２θ＝４５．４°）の積分強度比より算出することができる。
マットは、無機繊維からなる素地マットに対してニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。ニードルパンチング処理とは、ニードル等の繊維交絡手段を素地マットに対して抜き差しすることをいう。
マットにニードルパンチング処理を施すことにより、無機繊維同士の交絡が発生し、マットの強度が向上する。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。
なお、交絡構造を呈するために、無機繊維はある程度の平均繊維長を有していることが望ましく、例えば、無機繊維の平均繊維長は、４ｍｍ〜１２０ｍｍであることが望ましい。この範囲の平均繊維長であると、ニードル処理を施した箇所で繊維同士が絡まり、マットの強度を増加させる。好ましいニードルパンチの存在密度は、１００ｃｍ２あたり１０〜５００個である。ニードルパンチの存在密度が１００ｃｍ２あたり１０個未満であると、マットが引き裂かれて分離してしまう。また、ニードルパンチの存在密度が１００ｃｍ２あたり５００個を超えるとマットを曲げにくくなり、排気ガス処理体への巻回時に平面状にマットがなろうとし、紐状部材を付与した際に、紐状部材に大きな張力がかかってしまい、紐状部材が破断したりするので好ましくはない。
また、排ガス処理体の連結部に配設されることになる部分のマットの面比重は、４００ｇ／ｍ２〜２０００ｇ／ｍ２であることが望ましい。マットの面比重が４００ｇ／ｍ２未満であると排ガス浄化装置作動時の振動から排ガス処理体を充分に保護することができないため、排ガス処理体の欠損や、ケーシングから脱落するといった不具合が生じる。また、２０００ｇ／ｍ２を超えると、マットの復元力が強すぎるため、排ガス処理体の強度を上回って破損させてしまう。
また、排ガス処理体のコーナー部に配設されることになる部分のマットの面比重は、３９０ｇ／ｍ２〜１９９０ｇ／ｍ２であることがより望ましい。
マットは、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。マットが多層構造からなる場合には、引掛け部は、複数のマットの同じ位置に形成されていることが望ましい。そうすることで、紐状部材が複数あるマット同士を、はがれないようにさせることができる。通常の多層マットでは、ステッチや接着剤を使用するなどするので、有機分の増加が懸念されるほか、工数が複雑となるので不良の増加や作業効率の低下を招く。
マットが単層構造のマットからなる場合は、マットの厚みＴが５〜１５ｍｍであることが望ましい。
次に、排ガス浄化装置１を構成するケーシング２０について説明する。
ケーシング２０は、主にステンレス等の金属からなり、その内部に排ガス処理体１０を収容できるように、内部は、排ガス処理体１０の形状よりも若干大きな空間を有する管状体の形状となっている。
ケーシングの形状は、排ガス処理体１０を収容できる形状に限られず、排ガス処理体の形状に合わせ選択することが望ましい。
次に、排ガス浄化装置１を構成する排ガス処理体１０と、ケーシング２０と、マット３０との位置関係について図面を用いながら説明する。
なお、以下の排ガス浄化装置１の説明では、コーナー部１４ａ付近の構造等に着目して説明する場合もあるが、特に断りがない場合には、他のコーナー部１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄ付近の構造等は、コーナー部１４ａ付近の構造等と同様である。
図５は、本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して垂直に切断して模式的に示す断面図である。
図５に示すように、排ガス処理体１０の各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離は、排ガス処理体１０の各連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも小さい。
ここで、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離を、コーナー部１４ａ付近に着目して説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は、図５中の破線部を拡大して示す拡大図であり、コーナー部からケーシングの内周面までの距離の求め方を模式的に示す図である。
コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離とは以下の距離のことをいう。
まず、図６（ａ）に示すように、排ガス処理体１０の長手方向に対して垂直な断面において、コーナー部１４ａのある一点１４ａ１における法線α１を引く。次に、コーナー部１４ａと法線α１が交差する点１４ａ１から、ケーシング２０の内周面と法線α１が交差する点２４ａ１までの距離Ｉ１を求める。
次に、図６（ｂ）に示すように、点１４ａｎをコーナー部１４ａに沿って移動させながら各点における法線αｎを引く。点１４ａｎから、ケーシング２０の内周面と法線αｎが交差する点までの距離Ｉｎを求める。
図６（ｃ）に示すように、上記方法で求めた距離のうち最大の距離Ｉｍａｘが、コーナー部１４からケーシング２０の内周面までの距離である。
また、排ガス処理体１０の連結部からケーシング２０の内周面までの距離とは、排ガス処理体１０の各連結部からケーシング２０の内周面までの距離のうち最小となる距離ｉｍｉｎのことである。
排ガス浄化装置１において、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離が、各コーナー部に隣接する連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも小さいことを、コーナー部１４ａ付近に着目して説明する。
図７は、図５中の破線部を拡大して示す拡大図であり、排ガス処理体及びケーシングの位置関係を模式的に示す説明図である。
図７に示すように、コーナー部１４ａは、連結部１５ａ及び１５ｄに隣接している。また、コーナー部１４ａからケーシング２０の内周面までの距離は、連結部１５ａからケーシング２０の内周面までの距離（ｉ１５ａ）ｍｉｎ、及び、連結部１５ｄからケーシングまでの距離（ｉ１５ｄ）ｍｉｎのいずれよりも小さい。この場合、各コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、各コーナー部に隣接する連結部からケーシング２０の内周面までの距離よりも小さいことをいう。
また、排ガス浄化装置１では、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重は、各連結部に配設されているマット３０の面比重よりも小さい。
ここで、コーナー部に配設されているマット３０について、コーナー部１４ａ付近に着目して説明する。
図８は、図５中の破線部を拡大して示す拡大図であり、コーナー部に配設されているマットを模式的に示す説明図である。
コーナー部１４ａに配設されているマット３０の領域を決定するには、まず、図８に示すように、コーナー部１４ａの両端部に法線α１４ａを引く。この法線α１４ａにより区切られる領域が、コーナー部１４ａに配設されているマット３０の領域、すなわちマット３０の第１の領域３４である。
排ガス浄化装置において、各コーナー部からケーシング２０の内周面までの距離が、各連結部からケーシングの２０内周面までの距離よりも小さく、マットの面比重が一定である場合には、各コーナー部に配設されたマットが受けるケーシングからの圧力は、各連結部に配設されたマットが受けるケーシング２０からの圧力よりも大きくなる。この場合、マットの嵩密度が高くなり、マットに亀裂や圧壊が発生しやすくなる。しかし、排ガス浄化装置１では、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重が、各連結部に配設されているマット３０の面比重よりも小さい。すなわち、各コーナー部に配設されているマット３０の繊維の密度は、各連結部に配設されているマット３０の繊維の密度よりも低い。従って、ケーシング２０からの圧力を受けたとしても、各コーナー部に配設されたマット３０の嵩密度が高くなりにくい。このため、マット３０に亀裂や圧壊が発生しにくい。
また、マット３０が巻き付けられた排ガス処理体１０をケーシング２０に圧入する際にも、各コーナー部に配設されたマット３０にかかる負荷が大きくなりにくく、マット３０に亀裂や圧壊が発生しにくい。
このため、排ガス浄化装置１では、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体１がその外周を覆うケーシング２０と接触して破損することを防止することができることは勿論、マット３０による排ガス処理体１０の保持能力が高く、排ガス浄化装置１の内部から排ガス処理体１０が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れをしっかりと防止することができる。
すなわち、排ガス浄化装置１では、各コーナー部に配設されているマット３０の無機繊維の密度は、各連結部に配設されているマット３０の無機繊維の密度よりも低い。
そのため、マット３０が巻き付けられた排ガス処理体１０を圧入する際、無機繊維が密度の低い方に容易に移動することができ、各コーナー部に配設されるマット３０が受ける圧力を軽減することができる。そのため、各コーナー部に配設されたマット３０の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
また、排ガス浄化装置１では、各コーナー部に配設されたマット３０には開口部３３が形成されている。このような開口部３３が形成されていると、マット３０が巻き付けられた排ガス処理体１０を圧入する際、無機繊維が開口部３３に容易に移動することができる。すなわち、また、無機繊維が開口部３３に容易に移動すると、図８に示すように、マット３０の第１の領域３４の厚みは、マット３０の第２の領域３５の厚みより薄くなる。
これにより、各コーナー部に配設されるマット３０が受ける圧力を軽減することができる。
そのため、各コーナー部に配設されたマット３０の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マット３０に亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
無機繊維が開口部３３に容易に移動することができることを以下に図面を用いて説明する。
図９（ａ）は、図４−１（ａ）中の破線部を、開口部が通るようにＡ−Ａ線で切断して模式的に示す断面図である。図９（ｂ）は、本発明の排ガス浄化装置に配置されたマットの図９（ａ）に示す部分の状態を模式的に示す模式図である。
図９（ａ）に示すように、マット３０の第１の領域３４には開口部３３が形成されており厚みＴを有している。また、マット３０には、無機繊維３７が開口部３３の周囲に存在している。
図９（ｂ）に示すように、マット３０が排ガス処理体１０に巻き付けられ、ケーシング２０に収容されると、マット３０はこれらから圧力を受け圧縮される。排ガス浄化装置に配設されたマット３０の厚みは薄くなる。
このような圧縮があった場合、マットに開口部が形成されていないと、マットの繊維が移動できる場所が少ないので、マットの嵩密度が高くなる。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生しやすくなる。
しかし、マット３０のように開口部３３が形成されていると、開口部３３の周囲の無機繊維３７は、開口部３３の空間に容易に移動することができる（図９（ｂ）中、無機繊維３７が移動する方向を矢印で示す）。すなわち、マットの厚み方向の中心部が窪んだ形になる。そのため、マット３０の嵩密度が高くなりにくい。
特に、各コーナー部に配設されたマット３０の第１の領域３４では、強い圧力を受けることになる。
このような場合であっても、上記の説明のようにマット３０の第１の領域３４では、開口部３３の周囲の無機繊維３７が開口部３３の空間に容易に移動することができる。そのため、各コーナー部に配設されたマット３０の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マット３０に亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
排ガス浄化装置１では、マット３０の開口部３３は、マット３０の幅方向において１つのみ形成されていたが、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットでは、各コーナー部に配設されているマットの一部には、マットの幅方向において開口部が２つ以上形成されていてもよい。
マットの幅方向において、開口部が２つ以上形成されていると、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が開口部に均一に移動しやすくなる。
そのため、ケーシングから受ける圧力がマットの一部のみにかかることを防止することができる。すなわち、マットの一部の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
また、マット３０を平面視した際の開口部３３の形状は略長方形であったが、図１０（ａ）〜（ｇ）に示すように、本発明の排ガス浄化装置では、開口部の形状は、特に限定されず、略円形、略楕円形、略レーストラック形、略六角形、略五角形、略四角形、略三角形からなる群から選択される少なくとも１つの形状であってもよい。
図１０（ａ）〜（ｇ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す平面図であり、種々の形状の開口部を有するマットを示している。
図１０（ａ）に示すマット３０ａは、略円形の開口部３３ａを有している。
図１０（ｂ）に示すマット３０ｂは、略楕円形の開口部３３ｂを有している。
図１０（ｃ）に示すマット３０ｃは、略レーストラック形の開口部３３ｃを有している。
図１０（ｄ）に示すマット３０ｄは、略六角形の開口部３３ｄを有している。
図１０（ｅ）に示すマット３０ｅは、略五角形の開口部３３ｅを有している。
図１０（ｆ）に示すマット３０ｆは、略平行四辺形の開口部３３ｆを有している。
図１０（ｇ）に示すマット３０ｇは、略三角形の開口部３３ｇを有している。
また、本発明の排ガス浄化装置では、開口部が、マットの側面から形成されていてもよい。
図１０（ｈ）及び（ｉ）は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例を模式的に示す平面図であり、側面から開口部が形成されているマットを示している。
図１０（ｈ）では、マット３０ｈの一方の側面から略長方形の開口部３３ｈが形成されている。
図１０（ｉ）では、マット３０ｉの両方の側面から略長方形の開口部３３ｉが形成されている。すなわち、マット３０ｉの幅方向において開口部３３ｉが存在する部分では、マット３０ｉは、マット３０ｉの幅方向の中心部分が繋がっている。
排ガス処理体のコーナー部の曲率半径や、ケーシングの内周面の形状に合わせ開口部の形状を選択することにより、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際に、無機繊維が開口部に容易に移動することができる。これにより、ケーシングからマットが受ける圧力を分散することができ、マットの一部の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
さらに開口部がこれらの形状であると、容易に開口部を形成することができ、排ガス浄化装置を製造する上で有利である。
排ガス浄化装置１では、マット３０の幅方向の開口部３３の長さは、マット３０の幅の１／１０〜９／１０の長さであることが望ましい。
本明細書において、マットの幅方向の開口部の長さとは、マット３０の幅方向の開口部３３の一方の端部から、もう一方の端部までの距離のことをいう。
また、マットの幅方向において開口部が２つ以上ある場合には、マット３０の幅方向の各開口部の長さが、上記範囲内であることが望ましい。
マット３０の幅方向の開口部３３の長さが、マット３０の幅の１／１０未満の長さであると、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重が充分に低くなりにくく、各コーナー部に配設されているマット３０の嵩密度が充分に低くなりにくい。そのため、マット３０に亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得られにくくなる。
マット３０の幅方向の開口部３３の長さが、マット３０の幅の９／１０を超える長さであると、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重が小さくなりすぎるため、マット３０が千切れやすくなる。
排ガス浄化装置１では、マット３０の幅方向の開口部３３の長さは、１０ｍｍ〜７０ｍｍであることが望ましい。
排ガス浄化装置１では、マット３０の幅方向の開口部３３の長さが、１０ｍｍ未満の長さであると、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重が充分に低くなりにくく、各コーナー部に配設されているマット３０の嵩密度が充分に低くなりにくい。そのため、マット３０に亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得られにくくなる。
マット３０の幅方向の開口部３３の長さが、７０ｍｍを超える長さであると、各コーナー部に配設されているマット３０の面比重が小さくなりすぎるため、マット３０が千切れやすくなる。
排ガス浄化装置１では、各コーナー部に配設されているマット３０の連続する領域において、マット３０を平面視して、マット３０の長さ方向に垂直な第１の直線３８をマット３０の長さ方向の開口部３３の一方の端部と接触するように引き、マット３０の長さ方向に垂直な第２の直線３９をマット３０の長さ方向の開口部３３のもう一方の端部と接触するように引いた場合、第１の直線３８から第２の直線３９までの間の領域に存在するマット３０の面比重は、各連結部に配設されているマット３０の面比重の３０〜９９．５％であることが望ましい。
このことを、図面を用いて説明する。
図１１は、本発明の排ガス浄化装置を構成するマットの一例に第１の直線及び第２の直線を引いた際の、第１の直線から第２の直線までの間の領域を示すマットの平面図である。
図１１に示すように、マット３０には開口部３３が形成されている。上記範囲を求めるために、まず、開口部３３の一方の端部と接触するよう、マット３０の長さ方向に垂直な第１の直線３８を引く。次に、開口部３３の一方の端部と接触するよう、マット３０の長さ方向に垂直な第２の直線３９を引く。
第１の直線３８から第２の直線３９までの間の領域に存在するマット３０とは、第１の直線３８及び第２の直線３９に区切られた範囲に存在するマットのことである。
第１の直線３８から第２の直線３９までの間の領域に存在するマット３０の面比重が、各連結部に配設されているマット３０の面比重の３０％未満である場合、第１の直線３８から第２の直線３９までの間の領域に存在する無機繊維の量が少なくなりすぎるため、マット３０が千切れやすくなる。
第１の直線３８から第２の直線３９までの間の領域に存在するマット３０の面比重が、各連結部に配設されているマット３０の面比重の９９．５％を超える場合、各コーナー部に配設されているマット３０の無機繊維が開口部３３に移動しにくくなるので、各コーナー部に配設されているマット３０の嵩密度が充分に低くなりにくい。そのため、マット３０に亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得られにくくなる。
本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体については、前に説明したが、排ガス処理体１０として排ガス浄化フィルタ５０を使用した場合について、図面を用いてさらに詳しく説明する。
図１２は、排ガス処理体として排ガス浄化フィルタを用いた場合の本発明の排ガス浄化装置の一例を、排ガス浄化装置の長手方向に対して平行に切断して模式的に示す断面図である。
図１２に示すように、内燃機関から排出され、排ガス浄化装置１に流入した排ガス（図１２中、排ガスを矢印Ｇで示し、排ガスの流れを矢印で示す）は、排ガス処理体（ハニカムフィルタ）５０の排ガス流入側端面５０ａに開口した一のセル５１に流入し、セル５１を隔てるセル隔壁５２を通過する。この際、排ガス中のＰＭがセル隔壁５２で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス流出側端面５０ｂに開口した他のセル５１から流出し、外部に排出される。なお、５３は、目封止部を示している。
図１２に示すように、排ガス浄化フィルタ５０は、主に炭化ケイ素等の多孔質セラミックからなり、柱状であるが、具体的な形状は特に限定されず、例えば、略三角柱状、略四角柱状、略五角柱等があげられる。また、排ガス浄化フィルタ５０の側面（外周）には、排ガス浄化フィルタ５０の側面を補強したり、形状を整えたり、排ガス浄化フィルタ５０の断熱性を向上させたりする目的で、外周コート層５４が設けられている。
次に、排ガス浄化装置１の製造方法の一例について説明する。
本発明の排ガス浄化装置を製造するには、まず、排ガス浄化装置を構成するマットを作製する。
マットを作製する場合には、まず、所定の大きさのマット材を準備する。マット材の材料等については、上述したので、ここでは、その説明を省略する。
上述した構成のマット材には、必要に応じてバインダを付着させる。マット材にバインダを付着させることで、無機繊維同士の交絡構造をより強固なものとすることができるとともに、マット材の嵩高さを抑えることができる。バインダの添着量としては、マット材の重量を基準として、０．０１〜１０．０％が望ましい。０．０５〜３．０％がさらに望ましく、０．１〜１．５％の範囲が最も望ましい。
バインダとしては、アクリル系ラテックスやゴム系ラテックス等を水に分散させて調製したエマルジョンを用いることができる。このバインダをスプレー等を用いてマット材全体に均一に吹きかけて、バインダをマット材に付着させる。また、上記バインダは有機成分であるが、アルミナ粒子などを含んでいる無機バインダも上記有機バインダと一緒に使用しても良く、上記有機バインダを使用せずに無機バインダのみの使用でも良い。
その後、バインダ中の水分を除去するために、マット材を乾燥させる。乾燥条件としては、例えば、９５〜１５０℃で１〜３０分間乾燥させればよい。乾燥工程を経ることでマット材を作製することができる。乾燥は通気乾燥機を使用することが望ましい。通気乾燥機を使用することでマット材の乾燥速度が増加し、さらにマット材の厚み方向にバインダの添着量が一様にならずに樹脂のマイグレーションにより分布ができる。例えば、通気乾燥機の通気速度や温度など様々な条件設定により、マット材の厚み方向中央部に樹脂量を多く、又は少なくするなどの分布調節をすることも可能である。
また、圧縮や減圧環境下の乾燥でも可能であり、乾燥時間を削減することができる。
次に、打ち抜き工程を行い、例えば、図４−１（ａ）に示すような輪郭のマット３０を作製する。
さらに、後の工程において、排ガス処理体１０の各コーナー部に配設されるマット３０の部分に開口部３３が形成されるようにマット３０を打ち抜く。
排ガス処理体１０の各コーナー部に配設されるマット３０の部分は、排ガス処理体１０の大きさ等からあらかじめ計算することができる。
本発明の排ガス浄化装置を作製する際には、図４−１（ａ）に示す形状のマット３０を作製した後、マット３０の凸部３１ａと凹部３２ａとが嵌合された状態となるようにマット３０を排ガス処理体１０の周囲に巻き付け、図１３に示す巻付体４０を作製する。
なお、排ガス処理体１０は従来公知の方法により作製することができる。作製する排ガス処理体の形状は、既に述べているのでここでの説明では省略する。
この工程の後、収容工程を行う。
図１３は、本発明の排ガス浄化装置を構成する巻付体をケーシングに収納する工程の一例を模式的に示す斜視図である。
図１３に示すように、マット３０を巻き付けた排ガス処理体１０（巻付体４０）を所定の大きさを有する円筒状であって、主に金属等からなるケーシング２０に圧入する。
圧入後にマット３０が圧縮して所定の反発力（すなわち、ハニカムフィルタを保持する力）を発揮するために、ケーシング２０の内径は、マット３０を巻き付けた排ガス処理体１０のマット３０の厚みを含めた最外径より少し小さくなっている。
マットを巻きつけた排ガス処理体をケーシング２０内に収容させる方法は、圧入方式（スタッフィング方式）に限定されるものではなく、サイジング方式（スウェージング方式）、及び、クラムシェル方式等もあげられる。
サイジング方式（スウェージング方式）では、マットを巻きつけた排ガス処理体をケーシングの内部に挿入した後、ケーシングの内径を縮めるように外周側から圧縮する。クラムシェル方式では、ケーシングを、第１のケーシング及び第２のケーシングの２つの部品に分離可能な形状としておき、マットを巻きつけた排ガス処理体を第１のケーシング上に載置した後に第２のケーシングを被せて密封する。
マットを巻きつけた排ガス処理体をケーシングに収容する方法の中では、圧入方式（スタッフィング方式）又はサイジング方式（スウェージング方式）が望ましい。圧入方式（スタッフィング方式）又はサイジング方式（スウェージング方式）では、ケーシングとして２つの部品を用いる必要がないため、製造工程の数を少なくすることができるからである。
以下に、本発明の排ガス浄化装置の作用効果について列挙する。
（１）本発明の排ガス浄化装置では、コーナー部からケーシングの内周面までの距離が、連結部からケーシングの内周面までの距離よりも小さく、コーナー部に配設されているマットの面比重は、連結部に配設されているマットの面比重よりも小さい。
従って、ケーシングからの圧力を受けたとしても、コーナー部に配設されたマットの嵩密度が高くなりにくい。このため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。
また、マットが巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに圧入する際にも、コーナー部に配設されたマットにかかる負荷が大きくなりにくく、マットに亀裂や圧壊が発生しにくい。このため、本発明の排ガス浄化装置では、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損することを防止することができることは勿論、マットによる排ガス処理体の保持能力が高く、排ガス浄化装置の内部から排ガス処理体が抜け出るのを防止することができる。また、排ガスの漏れをしっかりと防止することができる。
（２）本発明の排ガス浄化装置で、コーナー部に配設されているマットの一部に、開口部が形成されていると、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が開口部に容易に移動することができ、コーナー部に配設されるマットが受ける圧力を軽減することができる。そのため、コーナー部に配設されたマットの嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
（３）本発明の排ガス浄化装置で、コーナー部に配設されているマットの一部に、マットの幅方向において、開口部が２つ以上形成されていると、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が開口部に均一に移動しやすくなる。
そのため、ケーシングから受ける圧力がマットの一部のみにかかることを防止することができる。すなわち、マットの一部の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
（４）本発明の排ガス浄化装置で、上記開口部の形状は、略円形、略楕円形、略レーストラック形、略六角形、略五角形、略四角形、略三角形からなる群から選択される少なくとも１つの形状であると、排ガス処理体のコーナー部の曲率半径や、ケーシングの内周面の形状に合わせ開口部の形状を選択することができる。この場合、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際に、無機繊維が開口部に容易に移動することができる。これにより、ケーシングからマットが受ける圧力を分散することができ、マットの一部の嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
（５）本発明の排ガス浄化装置で、マットの幅方向の開口部の長さが、マットの幅の１／１０〜９／１０の長さであると、コーナー部に配設されているマットの面比重が充分に低くなり、コーナー部に配設されているマットの嵩密度が充分に低くなる。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得ることができる。また、コーナー部に配設されているマットの面比重が小さくなりすぎず、マットが千切れにくくなる。
（６）本発明の排ガス浄化装置で、マットの幅方向の開口部の長さが、１０ｍｍ〜７０ｍｍであると、コーナー部に配設されているマットの面比重が充分に低くなり、コーナー部に配設されているマットの嵩密度が充分に低くなる。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得ることができる。また、コーナー部に配設されているマットの面比重が小さくなりすぎず、マットが千切れにくくなる。
（７）本発明の排ガス浄化装置で、コーナー部に配設されているマットの連続する領域において、マットを平面視して、マットの長さ方向に垂直な第１の直線をマットの長さ方向の開口部の一方の端部と接触するように引き、マットの長さ方向に垂直な第２の直線をマットの長さ方向の開口部のもう一方の端部と接触するように引いた場合、第１の直線から第２の直線までの間の領域に存在するマットの面比重が、連結部に配設されている上記マットの面比重の３０〜９９．５％であると、第１の直線から第２の直線までの間の領域に存在する無機繊維の量が少なくなりすぎず、マットが千切れにくくなる。また、コーナー部に配設されているマットの無機繊維が開口部に移動しにくくならず、コーナー部に配設されているマットの嵩密度が充分に低くなりやすい。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止する効果を得ることができる。
（８）本発明の排ガス浄化装置で、コーナー部に配設されているマットの無機繊維の密度が、連結部に配設されているマットの無機繊維の密度よりも低いと、マットが巻き付けられた排ガス処理体を圧入する際、無機繊維が密度の低い方に容易に移動することができ、コーナー部に配設されるマットが受ける圧力を軽減することができる。そのため、コーナー部に配設されたマットの嵩密度が高くなることを防止することができる。その結果、マットに亀裂や圧壊が発生することを防止することができる。
（９）本発明の排ガス浄化装置で、マットを構成する無機繊維が、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の無機繊維であると、上記無機繊維が使用されたマットは、保持力に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、排ガス処理体がしっかりと保持される。
（１０）本発明の排ガス浄化装置で、マットに、さらに、ニードルパンチング処理が施されていると、無機繊維同士の交絡が発生し、無機繊維が移動しにくくなるので、排ガス処理体側面のコーナー部にマットが集まりにくくなり、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。
（実施例）
以下に、本発明の実施形態をより具体的に開示した実施例を示すが、本発明の実施形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
アルミナ−シリカ組成を有するアルミナ繊維製の素地マットとして、組成比がＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８である素地マットを用意した。この素地マットに対し、ニードルパンチング処理を施すことで、嵩密度が０．２０ｇ／ｃｍ３、目付量が１５９１ｇ／ｍ２のニードルマットを作製した。
別途、アクリル系ラテックスを水に充分に分散させることで、アクリル系ラテックスエマルジョンを調製しておき、これをバインダとして用いた。
次に、ニードルマットを平面視寸法で全長１１００ｍｍ×幅１２８０ｍｍに裁断した。裁断したニードルマットのアルミナ繊維量に対し１．０重量％となるように、裁断したニードルマットに対してバインダを含浸させた。
その後、バインダを付着させたニードルマットを１４０℃の温度で６分間通気乾燥させることにより、マット材を作製した。
続いて、マット材から図４−１（ａ）に示すような形状の輪郭を有するマット材の打ち抜きを行った。
マット材の打ち抜きは、トムソン刃及び油圧プレス機を用いて行った。
打ち抜いたマットの寸法は、長手方向の長さＬ＝５４５ｍｍ、幅Ｗ＝１１０ｍｍ、厚みＴ＝９．１ｍｍ、凹形状及び凸形状の嵌合部の長手方向の長さがＤ＝５０ｍｍである。
続いて、排ガス処理体のコーナー部に配設されることになるマット材の部分に、開口部が形成されるようマット材の打ち抜きを行いマットを作製した。
開口部の形状は略長方形であり、開口長さ＝１０ｍｍ、開口幅＝７０ｍｍである。また、マットの両側面のそれぞれから開口部までの長さは２０ｍｍである。
なお、開口長さとは、マット材の長手方向の開口部の長さである。開口幅とはマット材の幅方向の長さである。
また、表１に実施例１に係るマットの「第１の領域に開口部が占める割合」、「マット全体に開口部が占める割合」、「第１の領域の面比重」、「第２の領域の面比重」及び「マット全体の面比重」を示す。
図１４（ａ）は、排ガス浄化フィルタの長手方向に対して垂直な断面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（ｒ））を模式的に示す断面図である。
図１４（ｂ）は、ケーシングの長手方向に対して垂直な内壁面の形状を特定するための基準となる寸法（縦、横、対角１、対角２、コーナー部の曲率半径（Ｒ））を模式的に示す断面図である。
本実施例で使用したＳｉＣ製の排ガス浄化フィルタは、図１４に示す基準で表わすと、縦：１４３．８ｍｍ、横：１４３．８ｍｍ、対角１：１７９．６ｍｍ、対角２：１７９．６ｍｍ、コーナー部の曲率半径：２０ｍｍである。
上記形状の排ガス浄化フィルタに上述の特性を有するマットを巻き付けた。
最後に、巻付体を、圧入方式を用いてケーシング内に収容し排ガス浄化装置を製造した。ケーシングの形状は、縦：１５１．８ｍｍ、横：１５１．８ｍｍ、対角１：１８６．８ｍｍ、対角２：１８６．８ｍｍ、コーナー部の曲率半径Ｒ：２５ｍｍである。
（マットの状態評価）
圧入の後、２４時間後にマットをケーシングから取り出し、目視により観察し、以下のように評価した。結果を表２に示す。
◎：マットに切れが生じていない。
○：マットの繊維が押し潰されているものの、マットに切れが生じていない。
×：マットに切れが生じている。
（保持性に関する耐久試験）
保持性に関する耐久試験として、実施例１を用いて、台上試験機にてエンジン回転数をアップダウンさせるサーマルサイクル評価を実施した。具体的には、エンジン回転数を１０００ｒｐｍと５０００ｒｐｍとの間でアップダウンさせ、これを１０００サイクル繰り返した。この際の排ガス処理体の状態を以下のように評価した。結果を表２に示す。
◎：排ガス処理体の移動量が、０．５ｍｍ未満である。
○：排ガス処理体が移動しているが、移動量が０．５ｍｍ以上〜３．０ｍｍ未満である。
×：排ガス処理体がずれており、移動量が３．０ｍｍ以上である。
（ガスシール性試験）
図１５はガスシール性試験の説明図であり、図１５（ａ）は実験装置を模式的に示す上面図である。図１５（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。ここで用いた実験装置は、扁平容器６０にエア配管６１を取り付け、このエア配管６１を通じて扁平容器６０にエアを流入させるようにしたものである。ガスシール性試験とは、扁平容器６０にマットの一部を挿入し、その状態で扁平容器６０とマットの一部で囲まれたスペースＳにエアを注入したときのそのスペースＳの静圧を圧力計６２で測定することにより行われる。なお、扁平容器６０は幅１１０ｍｍ、高さ３．６ｍｍ、奥行き１２０ｍｍとした。
実施例１の排ガス浄化装置から、圧入後２４時間後のマットをケーシングから取り出した。
次に、排ガス浄化装置のコーナー部に配設されていた部分を切断し、扁平容器６０に挿入し、上記方法により静圧を測定した。
また、比較試料として、排ガス浄化装置に圧入されていないマットを準備して同様に切断し、扁平容器６０に挿入し、上記方法により静圧を測定した。
マットのガスシール性を以下のように評価した。結果を表２に示す。
◎：実施例を用いた静圧が、比較試料を用いた静圧の９０％以上である。
○：実施例を用いた静圧が、比較試料を用いた静圧の７０％以上、９０％未満である。
×：実施例を用いた静圧が、比較試料を用いた静圧の７０％未満である。
（実施例２）
開口部の打ち抜きにおいて、開口長さ＝１０ｍｍ、開口幅＝２５ｍｍの開口部をマットの幅方向に２つ形成した以外は、実施例１と同様にして実施例２に係る排ガス浄化装置を製造した。
（実施例３）
開口部の打ち抜きにおいて、開口長さ＝１０ｍｍ、開口幅＝１０ｍｍの開口部をマットの幅方向に３つ形成した以外は、実施例１と同様にして実施例３に係る排ガス浄化装置を製造した。
（実施例４）
開口部の打ち抜きにおいて、直径１０ｍｍの円形の開口部をマットの幅方向に３つ形成した以外は、実施例１と同様にして実施例４に係る排ガス浄化装置を製造した。
（実施例５〜７）
開口部の打ち抜きにおいて、開口部の大きさを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして実施例５〜７に係る排ガス浄化装置を製造した。
（比較例１）
開口部の打ち抜きを行わないこと以外は、実施例１と同様にして比較例１に係る排ガス浄化装置を製造した。
実施例２〜７及び比較例１について、実施例１と同様に圧入後のマットの状態の評価、保持性に関する耐久試験及びガスシール性試験を行った。結果を表２に示す。
Figure 0006419708
Figure 0006419708
表２に示すように、圧入後のマットの状態評価において、実施例１〜７ではマットの状態は良好であった。特に、実施例１及び２、並びに、５〜６では、マットにほとんど変化がなかった。一方、比較例１では、マットに切れが生じていた。
表２に示すように、保持性に関する耐久試験において、実施例１〜７では排ガス処理体の保持性が良好であった。特に、実施例１〜６では、排ガス処理体がずれた形跡がなかった。また、比較例１も保持性は良好であった。
表２に示すように、ガスシール性試験において、実施例１〜７ではガスシール性が良好であった。一方、比較例１では、排ガス浄化装置に配設された後のマットのガスシール性が著しく低下していた。
本発明の排ガス浄化装置は、柱状の排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する管状体からなるケーシングと、上記排ガス処理体と上記ケーシングとの間に挿入された無機繊維からなるマットとからなり、上記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と上記コーナー部同士を連結する連結部とから構成され、上記コーナー部は曲線からなるとともに、上記連結部は直線又は曲線からなり、上記コーナー部から上記ケーシングの内周面までの距離は、上記連結部から上記ケーシングの内周面までの距離よりも小さく、上記コーナー部に配設されている上記マットの面比重は、上記連結部に配設されている上記マットの面比重よりも小さいことを必須の構成要件としている。
係る必須の構成要素に、本発明の詳細な説明で詳述した種々の構成（例えば、開口部の形成、開口部の形状、開口部の長さ、マットの面比重、無機繊維の密度、無機繊維の種類、マットへのニードルパンチング等）を適宜組み合わせることにより所望の効果を得ることができる。
１ 排ガス浄化装置
１０、１１０、２１０、３１０、４１０ 排ガス処理体
１１、１１１ 輪郭
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ 曲線
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 直線
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ コーナー部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ 連結部
２０ ケーシング
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ マット
３１、３２ 端面
３１ａ 凸部
３２ａ 凹部
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｉ 開口部
３３´、３６ 平面
３４ 第１の領域
３５ 第２の領域
３７ 無機繊維
３８ 第１の直線
３９ 第２の直線
４０ 巻付体
５０ 排ガス浄化フィルタ
５０ａ 排ガス流入側端面
５０ｂ 排ガス流出側端面
５１ セル
５２ セル壁
５３ 目封止部
５４ 外周コート層
６０ 扁平容器
６１ エア配管
６２ 圧力計

Claims (10)

  1. 柱状の排ガス処理体と、
    前記排ガス処理体を収容する管状体からなるケーシングと、
    前記排ガス処理体と前記ケーシングとの間に挿入された無機繊維からなるマットと
    からなる排ガス浄化装置であって、
    前記排ガス処理体の長手方向に対して垂直な断面の輪郭は、３〜６個のコーナー部と前記コーナー部同士を連結する連結部とから構成され、前記コーナー部は曲線からなるとともに、前記連結部は直線又は曲線からなり、
    前記コーナー部から前記ケーシングの内周面までの距離は、前記連結部から前記ケーシングの内周面までの距離よりも小さく、
    前記コーナー部に配設されている前記マットの面比重は、前記連結部に配設されている前記マットの面比重よりも小さいことを特徴とする排ガス浄化装置。
  2. 前記コーナー部に配設されている前記マットの一部には、開口部が形成されている請求項１に記載の排ガス浄化装置。
  3. 前記コーナー部に配設されている前記マットの一部には、前記マットの幅方向において、前記開口部が２つ以上形成されている請求項２に記載の排ガス浄化装置。
  4. 前記開口部の形状は、略円形、略楕円形、略レーストラック形、略六角形、略五角形、略四角形、略三角形からなる群から選択される少なくとも１つの形状である請求項２又は３に記載の排ガス浄化装置。
  5. 前記マットの幅方向の前記開口部の長さは、前記マットの幅の１／１０〜９／１０の長さである請求項２〜４のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
  6. 前記マットの幅方向の前記開口部の長さは、１０ｍｍ〜７０ｍｍである請求項２〜５のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
  7. 前記コーナー部に配設されている前記マットの連続する領域において、
    前記マットを平面視して、前記マットの長さ方向に垂直な第１の直線を前記マットの長さ方向の前記開口部の一方の端部と接触するように引き、前記マットの長さ方向に垂直な第２の直線を前記マットの長さ方向の前記開口部のもう一方の端部と接触するように引いた場合、
    前記第１の直線から前記第２の直線までの間の領域に存在する前記マットの面比重は、前記連結部に配設されている前記マットの面比重の３０〜９９．５％である請求項２〜６のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
  8. 前記コーナー部に配設されている前記マットの前記無機繊維の密度は、前記連結部に配設されている前記マットの前記無機繊維の密度よりも低い請求項１〜７のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
  9. 前記無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、及び、生体溶解性繊維からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜８のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
  10. 前記マットには、さらに、ニードルパンチング処理が施されている請求項１〜９のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
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