特開 2019-152208 気体処理装置用保持材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-152208(P2019-152208A)

(43)【公開日】2019年9月12日

(54)【発明の名称】気体処理装置用保持材

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20190816BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/28 311N

   F01N3/28 311P

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-80631(P2019-80631)

(22)【出願日】2019年4月22日

(62)【分割の表示】特願2013-255067(P2013-255067)の分割

【原出願日】2013年12月10日

(31)【優先権主張番号】特願2013-66240(P2013-66240)

(32)【優先日】2013年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000110804

【氏名又は名称】ニチアス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】特許業務法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 大毅

(72)【発明者】

【氏名】友末 信也

(72)【発明者】

【氏名】坂根 忠司

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA17

3G091AA18

3G091AB01

3G091AB13

3G091BA04

3G091BA25

3G091BA39

3G091GA02

3G091GA06

3G091GB17X

(57)【要約】      （修正有）

【課題】保持力が効果的に維持される気体処理装置用保持材、気体処理装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】処理構造体と、前記処理構造体を収容するケーシングとを備えた気体処理装置において、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される無機繊維からなる保持材であって、前記保持材を、その嵩密度が所定の圧縮時嵩密度になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、前記保持材を、その嵩密度が前記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、前記サイクルを２５００回繰り返した時点の前記保持材の開放時面圧と前記圧縮時嵩密度とが、次の関係を満たすことを特徴とする気体処理装置用保持材。Ｐ≧１７．１０×Ｄ−１．６２（Ｐは前記開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を表し、Ｄは前記圧縮時嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。）
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理構造体と、前記処理構造体を収容するケーシングとを備えた気体処理装置において、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される無機繊維からなる保持材であって、
前記保持材を、その嵩密度が所定の圧縮時嵩密度になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、前記保持材を、その嵩密度が前記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、前記サイクルを２５００回繰り返した時点の前記保持材の開放時面圧と前記圧縮時嵩密度とが、次の関係を満たす
ことを特徴とする気体処理装置用保持材。
Ｐ≧１７．１０×Ｄ−１．６２
（Ｐは前記開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を表し、Ｄは前記圧縮時嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。）

【請求項2】

前記無機繊維が、７０重量％〜７５重量％のアルミナと３０重量％〜２５重量％のシリカからなるアルミナ繊維である
ことを特徴とする請求項１に記載の気体処理装置用保持材。

【請求項3】

前記無機繊維の真密度が３．０２ｇ／ｃｍ^３〜３．５０ｇ／ｃｍ^３である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体処理装置用保持材。

【請求項4】

前記無機繊維の真密度の、理論値に対する割合が、８６．９％以上である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。

【請求項5】

前記保持材は、湿式法又は乾式法により製造された保持材である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。

【請求項6】

前記保持材のウェットボリュームは、７５０ｍＬ／５ｇ以上である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。

【請求項7】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置された、請求項１乃至６のいずれかに記載の保持材と、
を備える
ことを特徴とする気体処理装置。

【請求項8】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置された保持材と、
を備える気体処理装置の製造方法であって、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に、請求項１乃至６のいずれかに記載の保持材を配置することを含む
ことを特徴とする気体処理装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体処理装置用保持材、気体処理装置及びその製造方法に関し、特に、保持材の保持力の維持に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両には、排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の有害物質を除去するための触媒コンバータが備えられる。従来、この触媒コンバータとしては、例えば、触媒担体と、当該触媒担体を収容する金属製ケーシングと、当該触媒担体と当該ケーシングとの間に配置されるマット状の無機繊維製保持材と、を備えたものがある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２１８２２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来、加熱及び冷却が繰り返される触媒コンバータの使用において、保持材の保持力が経時的に低下するという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、保持力が効果的に維持される気体処理装置用保持材、気体処理装置及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するための本発明の実施形態に係る気体処理装置用保持材等は以下の通りである。
１．処理構造体と、前記処理構造体を収容するケーシングとを備えた気体処理装置において、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される無機繊維からなる保持材であって、
前記保持材を、その嵩密度が所定の圧縮時嵩密度になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、前記保持材を、その嵩密度が前記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、前記サイクルを２５００回繰り返した時点の前記保持材の開放時面圧と前記圧縮時嵩密度とが、次の関係を満たす
ことを特徴とする気体処理装置用保持材。
Ｐ≧１７．１０×Ｄ−１．６２
（Ｐは前記開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を表し、Ｄは前記圧縮時嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。）
２．前記無機繊維が、７０重量％〜７５重量％のアルミナと３０重量％〜２５重量％のシリカからなるアルミナ繊維である
ことを特徴とする１に記載の気体処理装置用保持材。
３．前記無機繊維の真密度が３．０２ｇ／ｃｍ^３〜３．５０ｇ／ｃｍ^３である
ことを特徴とする１又は２に記載の気体処理装置用保持材。
４．前記無機繊維の真密度の、理論値に対する割合が、８６．９％以上である
ことを特徴とする１乃至３のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。
５．前記保持材は、湿式法又は乾式法により製造された保持材である
ことを特徴とする１乃至４のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。
６．前記保持材のウェットボリュームは、７５０ｍＬ／５ｇ以上である
ことを特徴とする１乃至５のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。
７．処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置された、１乃至６のいずれかに記載の保持材と、
を備える
ことを特徴とする気体処理装置。
８．処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置された保持材と、
を備える気体処理装置の製造方法であって、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に、１乃至６のいずれかに記載の保持材を配置することを含む
ことを特徴とする気体処理装置の製造方法。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、保持力が効果的に維持される気体処理装置用保持材、気体処理装置及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係る気体処理装置の一例を示す説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る気体処理装置を気体流通方向に切断した断面の一例を示す説明図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る保持材が示す繰り返し圧縮試験後の開放時面圧を示す説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る実施例において使用された試験装置を示す説明図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る実施例において保持材の繰り返し圧縮後の開放時面圧を測定した結果の一例を示す説明図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る実施例において保持材の初期面圧を測定した結果の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。

【0009】

図１は、本実施形態に係る気体処理装置１の一例を示す説明図である。図１に示すように、気体処理装置１は、処理構造体２０と、当該処理構造体２０を収容するケーシング３０と、当該処理構造体２０と当該ケーシング３０との間に配置された保持材１０とを備えている。図１においては、説明の便宜のため、ケーシング３０の一部を省略して、当該ケーシング３０に収容されている処理構造体２０及び保持材１０を露出させて示している。

【0010】

図２は、気体処理装置１を、矢印Ｘの指す方向に切断した断面の一例を示す説明図である。この矢印Ｘの指す方向は、気体処理装置１の処理構造体２０内を、処理対象となる気体が流通する方向（気体流通方向）である。

【0011】

気体処理装置１は、気体の浄化等、気体を処理するために使用される。すなわち、気体処理装置１は、例えば、気体に含まれる有害物質及び／又は粒子を除去するために使用される。

【0012】

具体的に、気体処理装置１は、例えば、排気ガスを浄化する排気ガス処理装置である。この場合、気体処理装置１は、例えば、自動車等の車両において、内燃機関（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等）から排出される排気ガスに含まれる有害物質及び／又は粒子を除去するために設けられる。

【0013】

すなわち、気体処理装置１は、例えば、ガソリンエンジンの排気ガスに含まれる有害物質を除去するために使用される触媒コンバータである。また、気体処理装置１は、例えば、ディールエンジンの排気ガスに含まれる粒子を除去するために使用されるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）である。

【0014】

気体処理装置１を使用した気体の処理方法においては、処理の対象となる気体を、当該気体処理装置１の処理構造体２０の内部に流通させることにより、当該気体を処理する。すなわち、図１及び図２に示す気体処理装置１においては、矢印Ｘで示す方向に、排気ガス等の気体がケーシング３０の一方端から流入し、当該気体は処理構造体２０の内部を流通する間に浄化され、浄化された気体は当該ケーシング３０の他方端から当該気体処理装置１外に流出する。

【0015】

なお、自動車等の車両に配置された気体処理装置１の一方端及び他方端には、排気ガス等の気体を上流側から当該気体処理装置１に導く配管、及び浄化された気体を当該気体処理装置１から下流側に導く配管がそれぞれ接続される。

【0016】

処理構造体２０は、気体を処理する機能を有する構造体である。すなわち、気体処理装置１が触媒コンバータである場合、処理構造体２０は、気体を浄化するための触媒と、当該触媒を担持する担体とを有する触媒担体である。触媒は、例えば、排気ガス等の気体に含まれる有害物質（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等）を除去するための触媒である。より具体的に、触媒は、例えば、貴金属触媒等の金属触媒である。触媒を担持する担体は、例えば、セラミックス（コージェライト等）製の無機材料製の筒状成形体（例えば、円筒状のハニカム状成形体）である。

【0017】

また、気体処理装置１が、ＤＰＦ等の気体に含まれる粒子を除去するための装置である場合には、処理構造体２０は、当該気体中の当該粒子を捕捉するフィルターを有する構造体である。この場合、処理構造体２０は、触媒をさらに含むこととしてもよいし、触媒を含まないこととしてもよい。

【0018】

ケーシング３０は、その内部に処理構造体２０を収容可能な空間が形成された筒状体である。ケーシング３０は、例えば、金属製である。ケーシング３０を構成する金属は、特に限られないが、例えば、ステンレス、鉄及びアルミニウムからなる群より選択される。

【0019】

また、ケーシング３０は、複数の部分に分割可能であることとしてもよいし、分割可能でない一体型であることとしてもよい。本実施形態において、ケーシング３０は、分割されない一体型の筒状体である。

【0020】

保持材１０は、処理構造体２０をケーシング３０内に保持するために使用される。すなわち、保持材１０は、処理構造体２０とケーシング３０との間隙において圧縮された状態で配置されることにより、当該処理構造体２０を当該ケーシング３０内に安定して保持する。

【0021】

保持材１０には、例えば、気体処理装置１において振動等により処理構造体２０がケーシング３０に衝突して破損することを回避するよう当該ケーシング３０内で当該処理構造体２０を安全に保持する機能と、未だ浄化されていない気体が当該処理構造体２０とケーシング３０との間隙から下流側に漏出しないよう当該間隙を封止する機能と、を兼ね備えることが要求される。また、気体処理装置１内に排気ガス等の高温（例えば、２００〜９００℃）の気体が流通する場合、保持材１０には、耐熱性及び断熱性を備えることが要求される。

【0022】

このため、保持材１０は、無機繊維製の成形体である。すなわち、保持材１０は、無機繊維を主成分として含む。具体的に、保持材１０は、例えば、無機繊維を９０重量％以上含む。

【0023】

保持材１０を構成する無機繊維は、気体処理装置１の使用において劣化しない又は劣化しにくい無機繊維が好ましく、７０重量％〜７５重量％のアルミナと３０重量％〜２５重量％のシリカからなるアルミナ繊維を用いることができる。好ましくは、７２重量％〜７４重量％のアルミナと２８重量％〜２６重量％のシリカからなる繊維である。多結晶質繊維であってもよい。

【0024】

また、無機繊維は、例えば、当該無機繊維製の保持材１０を、その嵩密度が圧縮時嵩密度０．５（ｇ／ｃｍ^３）になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、その嵩密度が当該圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度０．４４（ｇ／ｃｍ^３）になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、当該サイクルを１０００回繰り返した時点の当該保持材１０の開放時面圧が８．５（Ｎ／ｃｍ^２）以上となるような無機繊維であることが好ましい。なお、この場合、保持材１０は、後述する湿式法により製造されたものであることとしてもよい。

【0025】

本発明の保持材に用いることのできる無機繊維は、真密度が高いことが望ましく、３．０２ｇ／ｃｍ^３以上又は３．０３ｇ／ｃｍ^３以上である。上限は限定されないが、３．５０ｇ／ｃｍ^３以下、３．３０ｇ／ｃｍ^３以下、３．１０ｇ／ｃｍ^３以下、３．０８ｇ／ｃｍ^３以下、３．０７ｇ／ｃｍ^３以下、又は３．０．６ｇ／ｃｍ^３以下としてよい。

【0026】

また、真密度は、理論値の８６．９％以上であることが好ましく、８７．０％以上、又は８７．１％以上が好ましい。上限は限定されないが、８８．２％以下、８８．０％以下、又は８７．９以下としてよい。
真密度が理論値に近いことは、繊維に含まれる空隙が少ないことを意味する。焼成の条件を変えることにより空孔量を低減することができる。真密度の理論値は、無機繊維が２以上の成分からなる場合、各成分の密度とその組成割合から求める。具体的に、無機繊維がアルミナとシリカからなる場合、下記式で求める。
真密度の理論値＝（アルミナの密度）×（アルミナの組成割合）＋（シリカの密度）×（シリカの組成割合）

【0027】

保持材１０は、無機繊維に加えて、バインダーを含むこととしてもよい。バインダーは、特に限られず、有機バインダー及び／又は無機バインダーが使用される。すなわち、例えば、保持材１０は、無機繊維製であって、有機バインダーを含むこととしてもよい。

【0028】

保持材は、無機繊維及び任意成分としてバインダーの合計を９５重量％以上、９８重量％以上、又は９９重量％以上とすることができる。また、不可避不純物を含んでもよく、１００重量％としてもよい。

【0029】

保持材１０の形状は、処理構造体２０をケーシング３０内に保持できれば特に限られない。すなわち、保持材１０は、例えば、板状体（フィルム、シート、ブランケット、マット等）であることとしてもよく、筒状体であることとしてもよい。

【0030】

保持材１０が板状体である場合、当該保持材１０の一方端と他方端とは嵌合可能な対応する形状に形成されることとしてもよい。すなわち、図１に示す例において、板状の保持材１０の一方端及び他方端は、対応する凸状及び凹状にそれぞれ形成され、当該保持材１０が処理構造体２０の外周面に巻き付けられた状態で、当該一方端と他方端とは嵌合される。

【0031】

保持材１０を製造する方法は、特に限られないが、当該保持材１０は、湿式法又は乾式法により製造された保持材であることとしてもよい。湿式法においては、例えば、まず、所定の形状を有する脱水成形用型内に、保持材１０を構成するための無機繊維と、有機バインダー（例えば、ゴム、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等）とを含む水性スラリーを流し込む。次いで、脱水成形を行うことにより、型の形状に対応する形状の無機繊維製の成形体（湿式成形体）を得る。その後、湿式成形体を、その嵩密度等の特性が所望の範囲となるように圧縮し、乾燥することにより、最終的に無機繊維製の成形体である保持材１０が得られる。

【0032】

また、保持材１０は、上述の乾燥後の成形体を焼成して得られることとしてもよい。この場合、焼成温度は、特に限られないが、例えば、乾燥後の成形体に含まれる有機バインダーが消失する温度であることとしてもよい。

【0033】

具体的に、焼成温度は、例えば、３００℃以上であることとしてもよく、５００℃以上であることとしてもよい。焼成温度の上限値は、特に限られないが、当該焼成温度は、例えば、９００℃以下であることとしてもよい。

【0034】

乾式法においては、例えば、集綿された無機繊維をニードリング加工することにより、当該無機繊維製の成形体である保持材１０が得られる。すなわち、乾式法により製造された保持材１０は、いわゆるニードルマットであることとしてもよい。

【0035】

そして、本発明において特徴的なことの一つは、保持材１０を、その嵩密度が所定の圧縮時嵩密度になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、当該保持材１０を、その嵩密度が当該圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度（当該圧縮時嵩密度の０．８８倍である開放時嵩密度）になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、当該サイクルを２５００回繰り返した時点の当該保持材１０の開放時面圧と当該圧縮時嵩密度とが、次の関係を満たすことである：Ｐ≧１７．１０×Ｄ−１．６２（ただし、当該関係において、Ｐは当該開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を表し、Ｄは当該圧縮時嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。）。
所定の圧縮時嵩密度を、０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．４０ｇ／ｃｍ^３及び／又は０．５０ｇ／ｃｍ^３とすることができる。

【0036】

図３は、この圧縮時嵩密度と開放時面圧との関係を示す説明図である。図３において、横軸は、保持材の圧縮時の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を示し、縦軸は、２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を示し、３つの黒塗り三角印は、後述する実施例１において測定された、保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧を示す。

【0037】

また、図３において、破線Ｌ０は、黒塗り三角印で示される３つの実測値を直線近似して得られる直線である。この破線Ｌ０は、圧縮時嵩密度をＤ（ｇ／ｃｍ^３）で表し、２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧をＰ（Ｎ／ｃｍ^２）で表す場合、次のように表される：Ｐ＝２２．４２×Ｄ−２．３１。そして、同様に、図３において、実線Ｌ１は、次のように表される：Ｐ＝１７．１０×Ｄ−１．６２。

【0038】

すなわち、上述の関係（Ｐ≧１７．１０×Ｄ−１．６２）を満たす保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）は、図３において実線Ｌ１及び当該実線Ｌ１より上の領域にプロットされることとなる。

【0039】

また、上記繰り返し圧縮試験において、保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）と圧縮時嵩密度Ｄ（ｇ／ｃｍ^３）とは、例えば、次の関係を満たすこととしてもよい：Ｐ≧１９．５４×Ｄ−１．８５。なお、この関係に関する直線（Ｐ＝１９．５４×Ｄ−１．８５）は、図３において破線Ｌ０と実線Ｌ１との間にプロットされる。

【0040】

また、上記繰り返し圧縮試験において、保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）と圧縮時嵩密度Ｄ（ｇ／ｃｍ^３）とは、例えば、次の関係を満たすこととしてもよい：Ｐ≧２１．９８×Ｄ−２．０８。なお、この関係に関する直線（Ｐ＝２１．９８×Ｄ−２．０８）は、図３において、破線Ｌ０と、前段落の上記直線（Ｐ＝１９．５４×Ｄ−１．８５）との間にプロットされる。

【0041】

また、上記繰り返し圧縮試験において、保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）と圧縮時嵩密度Ｄ（ｇ／ｃｍ^３）とは、例えば、次の２つの関係を満たすこととしてもよい：Ｐ≧１７．１０×Ｄ−１．６２、且つＰ≦３１．７５×Ｄ−３．００。なお、図３において、実線Ｌ２は、次のように表される：Ｐ＝３１．７５×Ｄ−３．００。図３において、実線Ｌ２は、破線Ｌ０に対して、実線Ｌ１と対称に図示される。

【0042】

また、上記繰り返し圧縮試験において、保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）と圧縮時嵩密度Ｄ（ｇ／ｃｍ^３）とは、例えば、次の２つの関係を満たすこととしてもよい：Ｐ≧１９．５４×Ｄ−１．８５、且つＰ≦２９．３１×Ｄ−２．７７。なお、後者の関係に関する直線（Ｐ＝２９．３１×Ｄ−２．７７）は、図３において、破線Ｌ０に対して、前者の関係に関する直線（Ｐ＝１９．５４×Ｄ−１．８５）と対称に図示される。

【0043】

また、上記繰り返し圧縮試験において、保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）と圧縮時嵩密度Ｄ（ｇ／ｃｍ^３）とは、例えば、次の２つの関係を満たすこととしてもよい：Ｐ≧２１．９８×Ｄ−２．０８、且つＰ≦２６．８６×Ｄ−２．５４。なお、後者の関係に関する直線（Ｐ＝２６．８６×Ｄ−２．５４）は、図３において、破線Ｌ０に対して、前者の関係に関する直線（Ｐ＝２１．９８×Ｄ−２．０８）と対称に図示される。

【0044】

また、上述した保持材１０の２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧Ｐ（Ｎ／ｃｍ^２）と圧縮時嵩密度Ｄ（ｇ／ｃｍ^３）との関係において、当該圧縮時嵩密度Ｄは、例えば、０．２５ｇ／ｃｍ^３以上、０．５５ｇ／ｃｍ^３以下であることとしてもよく、０．３０ｇ／ｃｍ^３以上、０．５５ｇ／ｃｍ^３以下であることとしてもよく、０．３０ｇ／ｃｍ^３以上、０．５０ｇ／ｃｍ^３以下であることとしてもよい。

【0045】

また、後述する実施例では初期面圧として評価されている、保持材１０を、その嵩密度が所定の圧縮時嵩密度となるまで圧縮した場合に当該保持材１０が示す面圧は、例えば、圧縮時嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３である場合には２１Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３である場合には３３Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３である場合には４６Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．４５ｇ／ｃｍ^３である場合には６０Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．５０ｇ／ｃｍ^３である場合には７３Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。

【0046】

また、この保持材１０の初期面圧は、例えば、圧縮時嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３である場合には２２Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３である場合には３６Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３である場合には５３Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．４５ｇ／ｃｍ^３である場合には７０Ｎ／ｃｍ^２以上であり、圧縮時嵩密度が０．５０ｇ／ｃｍ^３である場合には８６Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。

【0047】

また、上述したいずれかの場合において、保持材１０の初期面圧は、例えば、圧縮時嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３である場合には３０Ｎ／ｃｍ^２以下であり、圧縮時嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３である場合には５０Ｎ／ｃｍ^２以下であり、圧縮時嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３である場合には８０Ｎ／ｃｍ^２以下であり、圧縮時嵩密度が０．４５ｇ／ｃｍ^３である場合には１１０Ｎ／ｃｍ^２以下であり、圧縮時嵩密度が０．５０ｇ／ｃｍ^３である場合には１５０Ｎ／ｃｍ^２以下であることとしてもよい。

【0048】

また、保持材１０のウェットボリュームは、特に限られないが、例えば、７５０ｍＬ／５ｇ以上であることとしてもよく、８００ｍＬ／５ｇ以上であることとしてもよく、８５０ｍＬ／５ｇ以上であることとしてもよく、９００ｍＬ／５ｇ以上であることとしてもよく、９５０ｍＬ／５ｇ以上であることとしてもよい。

【0049】

さらに、保持材１０のウェットボリュームは、例えば、１０００ｍＬ／５ｇ以上であることとしてもよく、１０５０ｍＬ／５ｇ以上であることが好ましく、１１００ｍＬ／５ｇ以上であることがより好ましい。

【0050】

本実施形態に係る保持材１０は、上述のとおり、繰り返し圧縮後においても、その高い保持力を維持することができる。このため、例えば、保持材１０の効果的な軽量化が可能となる。すなわち、例えば、保持材１０の幅（気体処理装置１の気体処理方向の長さ）及び／又は坪量（ｇ／ｍ^２）を従来製品に比べて低減することにより、その重量を低減することができる。

【0051】

具体的に、例えば、処理構造体２０の外側表面２１の面積に対する保持材１０の内側表面１１の面積の割合は、８０％以下であることとしてもよく、７０％以下であることとしてもよく、６０％以下であることとしてもよい。

【0052】

これらの場合、処理構造体２０の外側表面２１の面積に対する保持材１０の内側表面１１の面積の割合の下限値は、気体処理装置１において当該保持材１０が所望の役割を果たす範囲であれば特に限られないが、例えば、４０％以上であることとしてもよい。

【0053】

気体処理装置１は、処理構造体２０と、当該処理構造体２０を収容するケーシング３０と、当該処理構造体２０と当該ケーシング３０との間に配置された、上述した保持材１０と、を備える。

【0054】

上述のとおり、この保持材１０は、繰り返し圧縮後においても、高い保持力を維持することができる。したがって、この保持材１０を備える気体処理装置１においては、加熱及び冷却を伴う長期間の使用において、当該保持材１０の保持力を効果的に維持することができる。

【0055】

また、上述のとおり、保持材１０の幅（気体処理装置１の気体処理方向の長さ）を低減することにより、当該保持材１０の重量を低減する場合には、例えば、処理構造体２０の外側表面２１の面積に対する、当該保持材１０により覆われている当該外側表面２１の部分の面積の割合は、８０％以下であることとしてもよく、７０％以下であることとしてもよく、６０％以下であることとしてもよい。また、この処理構造体２０の外側表面２１の面積に対する、当該保持材１０により覆われている当該外側表面２１の部分の面積の割合は、例えば、４０％以上であることとしてもよい。

【0056】

気体処理装置１は、処理構造体２０とケーシング３０との間に、上述した保持材１０を配置することを含む方法により製造される。すなわち、ケーシング３０が、分割されない一体型である場合、例えば、まず、処理構造体２０の外側表面２１に保持材１０を巻きつけ、次いで、当該保持材１０で覆われた当該処理構造体２０を、当該ケーシング３０に挿入することにより、気体処理装置１を組立てる（いわゆるスタッフィング方式）。

【0057】

また、ケーシング３０が分割可能である場合、まず、処理構造体２０の外側表面２１に保持材１０を巻きつけ、次いで、当該保持材１０で覆われた当該処理構造体２０を、分割された当該ケーシング３０の一部と他の一部とで挟み、その後、当該ケーシング３０の一部と他の一部とを一体化する（いわゆるクラムシェル方式）。この一体化は、例えば、ボルト及びナット等の締付け部材の使用及び／又は溶接により行われる。

【0058】

気体処理装置１においては、図１及び図２に示すように、保持材１０の内側表面１１は、処理構造体２０の外側表面２１と接し、当該保持材１０の外側表面１２は、ケーシング３０の内側表面３１と接する。また、気体処理装置１において、保持材１０は、処理構造体２０とケーシング３０との間に配置される前よりも圧縮された状態で、当該処理構造体２０と当該ケーシング３０との間に配置される。

【実施例】

【0059】

次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
実施例１
無機繊維製の保持材１０を湿式法（脱水成形法）により製造した。すなわち、まず、無機繊維１００質量部と、有機バインダー（アクリル樹脂）３質量部とを水に分散させることにより、水性スラリーを調製した。
この無機繊維は、７３．０重量％のＡｌ_２Ｏ_３及び２７．０重量％のＳｉＯ_２からなるアルミナ繊維であり、真密度の測定値が３．０６ｇ／ｃｍ^３であった。真密度の測定値は理論値（３．４８ｇ／ｃｍ^３）の８７．９％であった。

【0060】

次いで、金網を有する脱水成形型に水性スラリーを流し込み、脱水成形することにより、湿潤成形体を得た。さらに、湿潤成形体の全体を、その厚さが均一となるように圧縮しながら、１０５℃で乾燥して成形体を得た。

【0061】

成形体を円板形状に加工し、７００℃で１時間加熱して焼成することにより、直径が５０．８ｍｍ、厚さが１０．０ｍｍの円板形状であって、嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３である無機繊維製マットを、実施例１に係る保持材として得た。

【0062】

実施例２
無機繊維として、７３．０重量％のＡｌ_２Ｏ_３及び２７．０重量％のＳｉＯ_２からなり、真密度の測定値が３．０３ｇ／ｃｍ^３である無機繊維を用いた他は、実施例１と同様にして保持材を製造した。この無機繊維は、真密度の測定値が理論値（３．４８ｇ／ｃｍ^３）の８７．１％であった。

【0063】

比較例１
無機繊維として、９６．０重量％のＡｌ_２Ｏ_３及び４．０重量％のＳｉＯ_２からなり、真密度の測定値が３．２３ｇ／ｃｍ^３である無機繊維を用いた他は、実施例１と同様にして保持材を製造した。この無機繊維は、真密度の測定値が理論値（３．８８ｇ／ｃｍ^３）の８３.２％であった。

【0064】

比較例２
無機繊維として、８０．０重量％のＡｌ_２Ｏ_３及び２０．０重量％のＳｉＯ_２からなり、真密度の測定値が３．０７ｇ／ｃｍ^３である無機繊維を用いた他は、実施例１と同様にして保持材を製造した。この無機繊維は、真密度の測定値が理論値（３．６０ｇ／ｃｍ^３）の８５．３％であった。

【0065】

評価例１［繰り返し圧縮後の面圧の測定］
図４に示す試験装置４０を使用して、保持材の繰り返し圧縮試験を行い、当該保持材の面圧を測定した。試験装置４０は、インコネル（登録商標）製の円板（直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ）である第一治具４１（触媒担体等の処理構造体に相当する部材）と、当該第一治具４１に対向して配置されるインコネル（登録商標）製の円板（直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ）である第二治具４２（ケーシングに相当する部材）とを備えていた。

【0066】

この試験装置４０においては、上述のようにして製造した保持材を、第一治具４１と第二治具４２とによって、当該第一治具４１と当該第二治具４２との距離（すなわち、第一治具４１と第二治具４２とに挟まれている保持材の厚さ）が１０ｍｍとなるように挟んだ。

【0067】

そして、第一治具４１と第二治具とで保持材を挟んだ状態で、当該第一治具４１と当該第二治具４２との距離の低減及び増加を繰り返すことにより当該保持材を繰り返し圧縮及び開放する試験を開始した。

【0068】

すなわち、まず、第一治具４１と第二治具４２との距離を１０ｍｍ／分の速度で低減することにより、保持材を、その嵩密度が所定の圧縮時嵩密度（０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．４０ｇ／ｃｍ^３又は０．５０ｇ／ｃｍ^３）になるまで当該１０ｍｍ／分の速度で圧縮した。次いで、保持材を圧縮状態（当該保持材の嵩密度が上記圧縮時嵩密度に維持された状態）で１０秒間維持した。

【0069】

その後、第一治具４１と第二治具４２との距離を１０ｍｍ／分の速度で増加させることにより、保持材を、その嵩密度が上記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度（上記圧縮時嵩密度０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．４０ｇ／ｃｍ^３及び０．５０ｇ／ｃｍ^３にそれぞれ対応する開放時嵩密度０．２７ｇ／ｃｍ^３、０．３６ｇ／ｃｍ^３及び０．４４ｇ／ｃｍ^３）になるまで当該１０ｍｍ／分の速度で開放した。さらに、この圧縮及び開放からなるサイクルを２５００回繰り返した。

【0070】

そして、上記サイクルを２５００回繰り返した時点の開放時面圧を測定した。すなわち、２５００回目のサイクルが終了した時点において、第一治具４１と第二治具とに挟まれた開放状態の保持材（嵩密度が開放時嵩密度である保持材）から当該第一治具４１が受ける単位面積当たりの反発力を、２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）として測定した。

【0071】

図５には、繰り返し圧縮後の面圧を測定した結果を示す。図５において、横軸は、保持材の圧縮時の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を示し、縦軸は、２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を示す。
図５において、黒塗り三角印は実施例１に係る保持材の結果を示し、黒塗り丸印は実施例２に係る保持材の結果を示し、白抜き菱形印は比較例１に係る保持材の結果を示し、白抜き四角印は比較例２に係る保持材の結果を示す。

【0072】

図５に示すように、圧縮時嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．４０ｇ／ｃｍ^３及び０．５０ｇ／ｃｍ^３のいずれの場合においても、実施例１、２に係る保持材の開放時面圧は、比較例１、２に係る保持材のそれよりも顕著に大きかった。

【0073】

また、図５に示す３つの黒塗り三角印を直線近似すると、得られた近似直線は、圧縮時嵩密度をＤ（ｇ／ｃｍ^３）で表し、２５００回繰り返し圧縮後の開放時面圧をＰ（Ｎ／ｃｍ^２）で表す場合、次のように表された：Ｐ＝２４．４２×Ｄ−２．３１（Ｒ^２＝９．６２）。なお、この近似直線は、上述のとおり、図３に示した破線Ｌ０と一致する。また、図５に示す比較例１、２で測定された開放時面圧は、図３において、実線Ｌ１（Ｐ＝１７．１０×Ｄ−１．６２）より下方にプロットされる。

【0074】

評価例２［初期面圧の測定］
上述した繰り返し圧縮後の面圧の場合と同様、図４に示す試験装置４０を使用して、保持材の初期面圧を測定した。すなわち、まず、上述のようにして製造した保持材を、試験装置４０の第一治具４１と第二治具４２とで挟んだ。

【0075】

次いで、第一治具４１と第二治具とで保持材を挟んだ状態で、当該第一治具４１と当該第二治具４２との距離を１０ｍｍ／分の速度で低減することにより、当該保持材を、その嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３から０．５０ｇ／ｃｍ^３に増加するまで圧縮した。

【0076】

そして、圧縮の過程において、嵩密度が所定の圧縮時嵩密度である保持材から第一治具４１が受ける単位面積当たりの反発力を、当該圧縮時嵩密度に対応する初期面圧（Ｎ／ｃｍ^２）として測定した。

【0077】

図６には、初期面圧を測定した結果を示す。図６において、横軸は、保持材の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を示し、縦軸は、初期面圧（Ｎ／ｃｍ^２）を示す。
図６において、実線は実施例１に係る保持材の結果を示し、破線は比較例１に係る保持材の結果を示し、一点鎖線は比較例２に係る保持材の結果を示す。

【0078】

図６に示すように、広い嵩密度範囲（特に、嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３以上、０．５０ｇ／ｃｍ^３以下の範囲）において、実施例１に係る保持材の初期面圧は、比較例１、２に係る保持材のそれよりも顕著に大きかった。

【0079】

すなわち、比較例２に係る保持材の嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．３５ｇ／ｃｍ^３、０．４０ｇ／ｃｍ^３、０．４５ｇ／ｃｍ^３及び０．５０ｇ／ｃｍ^３の場合における当該保持材の初期面圧は、それぞれ２０Ｎ／ｃｍ^２、３１Ｎ／ｃｍ^２、４２Ｎ／ｃｍ^２、５４Ｎ／ｃｍ^２及び６６Ｎ／ｃｍ^２であった。
これに対し、実施例１に係る保持材の嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．３５ｇ／ｃｍ^３、０．４０ｇ／ｃｍ^３、０．４５ｇ／ｃｍ^３及び０．５０ｇ／ｃｍ^３の場合における当該保持材の初期面圧は、それぞれ２３Ｎ／ｃｍ^２、３９Ｎ／ｃｍ^２、５８Ｎ／ｃｍ^２、８１Ｎ／ｃｍ^２及び１０６Ｎ／ｃｍ^２であった。

【0080】

評価例３［ウェットボリュームの測定］
保持材のウェットボリュームを測定した。すなわち、まず、保持材の一部（実施例１、２については２ｇ、比較例１、２については５ｇ）をサンプルとして採取し、当該サンプルを容積５００ｍＬの容器内の水道水中で撹拌することにより、当該サンプルを構成する無機繊維を分散させた。

【0081】

次いで、分散された無機繊維を含む溶液を、１０００ｍＬ用メスシリンダーに移し、撹拌により当該無機繊維を分散させながら、当該溶液の体積が１０００ｍＬになるまで水道水を加えた。

【0082】

メスシリンダーを３０分以上静置することにより、１０００ｍＬの溶液中で無機繊維を沈降させた。沈降した無機繊維塊の上端面の位置に相当する、メスシリンダーの目盛（ｍＬ）を読み取った。そして、読み取られた目盛に対応する体積（ｍＬ）を、保持材５ｇあたりのウェットボリューム（ｍＬ／５ｇ）として得た。なお、実施例１、２については、５ｇのサンプルを使用すると溶液の体積が１０００ｍＬを超えるため、２ｇのサンプルを使用して得られた値を、５ｇあたりの値に換算して、ウェットボリューム（ｍＬ／５ｇ）を算出した。

【0083】

その結果、実施例１に係る保持材のウェットボリュームは、１５００ｍＬ／５ｇであった。実施例２に係る保持材のウェットボリュームは、１５００ｍＬ／５ｇであった。一方、比較例１に係る保持材のウェットボリュームは、７００ｍＬ／５ｇであった。比較例２に係る保持材のウェットボリュームは、６００ｍＬ／５ｇであった。

【産業上の利用可能性】

【0084】

本発明の気体処理装置用保持材は、自動車等の触媒コンバータに使用することができる。

【符号の説明】

【0085】

１ 気体処理装置
１０ 保持材
１１ 保持材の内側表面
１２ 保持材の外側表面
２０ 処理構造体
２１ 処理構造体の外側表面
３０ ケーシング
３１ ケーシングの内側表面
４０ 試験装置
４１ 第一治具
４２ 第二治具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2019年5月22日

【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】

処理構造体と、前記処理構造体を収容するケーシングとを備えた気体処理装置において、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される無機繊維からなる保持材であって、
前記無機繊維が、７０重量％〜７５重量％のアルミナと３０重量％〜２５重量％のシリカからなるアルミナ繊維のみであり、
前記保持材を、その圧縮時嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ^３になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、前記保持材を、その嵩密度が前記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、前記サイクルを２５００回繰り返した時点の前記保持材の開放時面圧Ｐが３．５１Ｎ／ｃｍ^２以上、６．５２５Ｎ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする気体処理装置用保持材。

【請求項2】

前記開放時面圧Ｐが３．５１Ｎ／ｃｍ^２以上、６．０２３Ｎ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の気体処理装置用保持材。

【請求項3】

前記保持材を、その圧縮時嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ^３になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、前記保持材を、その嵩密度が前記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、前記サイクルを２５００回繰り返した時点の前記保持材の開放時面圧Ｐが５．２２Ｎ／ｃｍ^２以上、９．７Ｎ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体処理装置用保持材。

【請求項4】

前記保持材を、その圧縮時嵩密度が０．５ｇ／ｃｍ^３になるまで圧縮して１０秒維持し、その後、前記保持材を、その嵩密度が前記圧縮時嵩密度より１２％小さい開放時嵩密度になるまで開放するサイクルを繰り返す試験において、前記サイクルを２５００回繰り返した時点の前記保持材の開放時面圧Ｐが６．９３Ｎ／ｃｍ^２以上、１２．８７５Ｎ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。

【請求項5】

前記保持材は、湿式法又は乾式法により製造された保持材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。

【請求項6】

前記保持材のウェットボリュームは、７５０ｍＬ／５ｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気体処理装置用保持材。

【請求項7】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置された、請求項１乃至６のいずれかに記載の保持材と、
を備えることを特徴とする気体処理装置。

【請求項8】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置された保持材と、
を備える気体処理装置の製造方法であって、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に、請求項１乃至６のいずれかに記載の保持材を配置することを含むことを特徴とする気体処理装置の製造方法。