特許 7594270 排ガス浄化装置用マット及び排ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-26

(45)【発行日】2024-12-04

(54)【発明の名称】排ガス浄化装置用マット及び排ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20241127BHJP

【ＦＩ】

F01N3/28 311N

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020133174

(22)【出願日】2020-08-05

(65)【公開番号】P2021185310

(43)【公開日】2021-12-09

【審査請求日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】P 2019144390

(32)【優先日】2019-08-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020092409

(32)【優先日】2020-05-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】522123566

【氏名又は名称】マフテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】志楽 英之

【審査官】小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１２９８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１１１３１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００９／１３３６１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２９２０４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／００、 ３／０２、 ３／０４－ ３／３８、

９／００－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無機繊維成形体により構成される排ガス浄化装置用マットであって、
該排ガス浄化装置用マットの長手方向に延在する第１辺及び第２辺と、該第１辺及び第２辺の一端側同士を結ぶ第３辺と、前記第１辺及び前記第２辺の他端側同士を結ぶ第４辺と、を有し、
前記第３辺に凸部が突設され且つ前記第４辺に凹部が凹設され、
該第３辺及び第４辺のそれぞれの辺縁の長さＺが第１辺と第２辺との距離Ｗの２．８倍以上であることを特徴とする排ガス浄化装置用マット。

【請求項2】

ＺとＷとの比Ｚ／Ｗが２．８～１２．８であることを特徴とする請求項１の排ガス浄化装置用マット。

【請求項3】

前記凸部及び前記凹部がそれぞれ複数個設けられていることを特徴とする請求項１又は２の排ガス浄化装置用マット。

【請求項4】

前記無機繊維成形体は、厚み方向に延在したニードル痕を有し、該ニードル痕には、該厚み方向に延在した該無機繊維よりなる縦糸条が存在するニードリングマットであることを特徴とする請求項１～３のいずれかの排ガス浄化装置用マット。

【請求項5】

該無機繊維成形体は、下記剥離試験を行ったときに、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における、一方の剥離面及び他方の剥離面から突出する全ての縦糸条のうち、直径１００μｍ以上で突出長さ２ｍｍ以上である縦糸条を有効縦糸条と表した場合、
下記（Ｉ）及び（II）の少なくとも一方の特性を満たすことを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化装置用マット。
（Ｉ） 該範囲における有効縦糸条の、前記剥離面から突出した部分の総体積を該範囲におけるニードル痕の数で除した、ニードル痕１個あたりの有効縦糸条の平均体積が０．５ｍｍ^３以上である。
（II） 該範囲における有効縦糸条１条あたりの、前記剥離面から突出した部分の平均体積が１．０ｍｍ^３以上である。
＜剥離試験＞
無機繊維成形体から幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片を型抜きする。次いで、この試験片の一方の端面の厚み中央に３０ｍｍ深さの切り込みを入れ、切り込みにより形成されたその両端をつかみ治具に支持した後、引張試験機にセットする。５００ｍｍ／ｍｉｎの速度で、試験片の該両端をそれぞれ相反する厚み方向に引っ張って２つに裂く。

【請求項6】

前記ニードル痕の密度が１～１００個／ｃｍ^２である請求項４または５に記載の排ガス浄化装置用マット。

【請求項7】

前記剥離試験による荷重ピーク（Ｎ）として求められる最大剥離強度が３Ｎ以上である請求項５に記載の排ガス浄化装置用マット。

【請求項8】

前記無機繊維は、アルミナ／シリカ系繊維である請求項１～７のいずれかの排ガス浄化装置用マット。

【請求項9】

触媒担持体と、該触媒担持体の外側を覆うケーシングと、該触媒担持体と該ケーシングとの間に介装されたマットとを備える排ガス浄化装置において、該マットが請求項１～８のいずれかに記載のマットであることを特徴とする排ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無機繊維成形体にて構成された排ガス浄化装置用マット、即ち、排ガス浄化装置の触媒担持体の把持材、及びこの排ガス浄化装置用マットを備えた排ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミックファイバーに代表される無機繊維の成形体は、工業用断熱材、耐火材、パッキン材などの高温の状態に暴露される用途に用いられてきた。また、自動車用排ガス浄化装置用マット（触媒把持材）としても用いられている。触媒把持材は、触媒担持体を金属ケーシングに収容する際に、触媒担持体に巻回され、触媒担持体と金属ケーシングの間（ＧＡＰ）に介装される排ガス浄化装置用のクッション材である。したがって、ＧＡＰの広がりに対応し、排ガスのリークや触媒担持体の破損を防ぐことが求められている。

【0003】

無機繊維成形体により構成される触媒把持材として、特許文献１には、アルミナ／シリカの質量比が７２～１００／２８～０であるである無機短繊維成形体からなるハニカム固定用保持材が記載されている。

【0004】

特許文献２には、排ガス処理体と、前記排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、前記排ガス処理体と前記金属ケーシングの間に配設され、前記排ガス処理体を保持する無機繊維からなるマット状の保持シール材において、内外周差による隙間を生じることなく排ガス処理体に巻き付けることを目的として、前記保持シール材は、第１の主面と、第２の主面とを有するとともに、前記第１の主面を含む所定深さの第１の領域と、前記第２の主面を含む所定深さの第２の領域とを有し、前記第１の領域には、第１の有機バインダーが含浸され、前記第２の領域には、第２の有機バインダーが含浸されており、前記第１の有機バインダーのガラス転移温度は、前記第２の有機バインダーのガラス転移温度よりも高く、前記第１の主面が、前記排ガス処理体と接するように配設されることを特徴とする保持シール材が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－２９２０４０号公報

【文献】特開２０１４－２０２１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、排ガス規制の強化より、排ガス浄化装置における排ガスリークの更なる低減が求められている。排ガスリークは特に、排ガス浄化装置用マットを触媒把持材に巻きつけた際に形成される、マット同士の嵌合部から生じやすい。嵌合部は、エンジンからの振動や走行中の衝撃などによってずれやすく、これにより、マット同士の嵌合部に隙間が生じやすい。

【0007】

本発明は、排ガス浄化装置における排ガスリークが低減される排ガス浄化装置用マット及びこの排ガス浄化装置用マットを備えた排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者は、排ガス浄化装置用マットを触媒把持材に巻きつけた際に形成されるマット同士の嵌合部において、嵌合部の断面積比率を高めることによって、マット同士の摩擦力を向上させ、隙間が生じづらいマットとなることを見出した。さらに、嵌合部の断面積比率を高めることにより、排ガスリーク流路を延ばし、リークガス量が低減されることを見出した。

【0009】

本発明の排ガス浄化装置用マットは、かかる知見に基づくものであり、無機繊維成形体により構成される排ガス浄化装置用マットであって、該排ガス浄化装置用マットの長手方向に延在する第１辺及び第２辺と、該第１辺と第２辺とを結ぶ第３辺及び第４辺とを有し、該第３辺及び第４辺は、それぞれ、辺縁の長さＺが第１辺と第２辺との距離Ｗの２．８倍以上であることを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様では、ＺとＷとの比Ｚ／Ｗが２．８～１２．８である。

【0011】

本発明の一態様では、前記凸部及び凹部がそれぞれ複数個設けられている。

【0012】

本発明の一態様では、無機繊維成形体は、厚み方向に延在したニードル痕を有し、該ニードル痕には、該厚み方向に延在した該無機繊維よりなる縦糸条が存在する。

【0013】

本発明の一態様において、前記無機繊維成形体は、下記の剥離試験を行ったときに、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における、一方の剥離面及び他方の剥離面から突出する全ての縦糸条のうち、直径１００μｍ以上で突出長さ２ｍｍ以上である縦糸条を有効縦糸条として、下記（Ｉ）及び（II）の少なくとも一方の特性を満たす。

【0014】

＜剥離試験＞
無機繊維成形体から５０ｍｍ×１５０ｍｍの試験片を型抜きする。次いで、この試験片の一方の端面の厚み中央に３０ｍｍ深さの切り込みを入れ、切り込みにより形成されたその両端をつかみ治具に支持した後、引張試験機にセットする。５００ｍｍ／ｍｉｎの速度で、試験片の該両端をそれぞれ相反する厚み方向に引っ張って２つに裂く。
（Ｉ） 該範囲における有効縦糸条の、前記剥離面から突出した部分の総体積を該範囲におけるニードル痕の数で除した、ニードル痕１個あたりの有効縦糸条の平均体積が０．５ｍｍ^３以上である。
（II） 該範囲における有効縦糸条１条あたりの、前記剥離面から突出した部分の平均体積が１．０ｍｍ^３以上である。

【0015】

本発明の一態様ではニードル痕密度が１～１００個／ｃｍ^２である。

【0016】

本発明の一態様では、前記剥離強度試験による荷重ピーク（Ｎ）として求められる最大剥離強度が３Ｎ以上である。

【0017】

本発明の一態様では、前記無機繊維は、アルミナ／シリカ系繊維である。

【0018】

本発明の排ガス浄化装置は、触媒担持体と、該触媒担持体の外側を覆うケーシングと、該触媒担持体と該ケーシングとの間に介装された本発明の排ガス浄化装置用マットとを有する。

【発明の効果】

【0019】

本発明の排ガス浄化装置用マットは、第３辺と第４辺とを突き合わせて凸部と凹部とを嵌合させるので、マット同士の摩擦力が高まるとともに、第３辺と第４辺との接触面積が大きく、排ガスリーク流路が長いものとなる。これにより、本発明の排ガス浄化装置用マットを備える排ガス浄化装置において、排ガスリーク量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態に係る排ガス浄化装置用マットの斜視図である。

【図2】実施の形態に係る排ガス浄化装置用マットの平面図である。

【図3】実施の形態に係る排ガス浄化装置用マットの装着方法を示す斜視図である。

【図4】剥離強度試験の説明図である。

【図5】剥離強度試験片の説明図である。

【図6】別の実施の形態に係る排ガス浄化装置用マットの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

【0022】

図１，２に示す排ガス浄化装置用マット１０は、１対の平行な長辺（第１辺１及び第２辺２）と、それぞれ該第１辺１と第２辺２とを結ぶ短辺（第３辺３及び第４辺４）とを有した略々長方形状のものである。第３辺３からは凸部５が突設されている。第４辺４には凹部６が凹設されている。
凸部５は、第３辺３から第１辺１及び第２辺２と平行方向に延出している。この実施の形態では、長方形状の１個の凸部５が設けられているが、後述の通り凸部の形状は方形でなくてもよく、また２個以上の凸部が設けられてもよい。

【0023】

凸部５は、第１辺１から距離ａだけ離隔しており、第２辺２から距離ｃだけ離隔している。凸部５の第３辺３からの延出長さはｄであり、凸部５の延出方向と直交方向の幅はｂである。凸部５の延出長さｄは排ガス浄化装置用マット１０の全長Ｌの１３．５％～９０％、特に２６．５～４０％程度が好ましい。なお、ａとｃとは略同一であることが好ましいが、これに限定されない。（以下、排ガス浄化装置用マットの全長Ｌに対する凸部延出長さｄの比率を、「比ｄ/Ｌ」と表すことがある。）

【0024】

排ガス浄化装置用マットの短手幅（第１辺１と第２辺２との距離）はＷであり、Ｗ＝ａ＋ｂ＋ｃである。凸部５の幅ｂは、短手幅Ｗの１０～８０％特に３０～６０％程度が好ましい。

【0025】

凹部６は凸部５と同一形状及び同一大きさであり、第４辺４から深さｄだけ後退している。凹部６と第１辺１との距離はａであり、凹部６と第２辺２との距離はｃであり、凹部６の幅はｂである。

【0026】

この排ガス浄化装置用マット１０の厚みはｔである。

【0027】

本発明において、排ガス浄化装置用マットの短手幅方向の断面積Ｓは、第１辺と第２辺との距離Ｗと厚みｔとの積である。例えば、図２の排ガス浄化装置用マット１０の凸部５及び凹部６以外の部分における短手幅方向の断面積Ｓは、Ｓ＝ｔ・Ｗ＝ｔ・（ａ＋ｂ＋ｃ）で表わされる。

【0028】

本発明において、辺縁の長さＺは、勘合部断面の全長である。例えば、図２の実施の形態では、第３辺３及び第４辺４は、それぞれ、辺縁の長さ（道のり長さ）Ｚが、Ｚ＝ａ＋ｄ＋ｂ＋ｄ＋ｃ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋２ｄである。第３辺３及び第４辺４における端面の面積Ｔは、Ｔ＝ｔ・Ｚ＝ｔ・（ａ＋ｂ＋ｃ＋２ｄ）で表わされる。

【0029】

この実施の形態では、第３辺３及び第４辺４の辺縁の合計長さＺは、排ガス浄化装置用マット１０の短手幅Ｗの２．８倍以上であり、好ましくは２．８～１２．８倍、より好ましくは３．１倍～１０．６倍、更に好ましくは４．４倍～８．０倍、特に好ましくは５．０倍～６．２倍である。

【0030】

この排ガス浄化装置用マット１０は、触媒担持体としての排ガスフィルタ（図示略）の外周に巻き付け、図３の通り、第３辺３と第４辺４とを突き合わせ、凸部５と凹部６とを嵌合させて円筒形とする。この排ガス浄化装置用マット１０付き排ガスフィルタを排ガス浄化装置の円筒形ケーシング２０内に挿入配置する。排ガス浄化装置用マット１０は排ガスフィルタ（触媒担持体）の外周面とケーシング２０の内周面との間をシールする。

【0031】

この実施の形態では、第３辺３及び第４辺４の辺縁の合計長さＺを排ガス浄化装置用マット１０の短手幅Ｗの２．８倍以上とすることにより、第３辺３及び第４辺４の端面積Ｔ＝ｔ・Ｚが排ガス浄化装置用マット１０の短手幅方向の断面積Ｓ＝ｔ・Ｗの２．８倍以上となる。

【0032】

このため、図３のように第３辺３と第４辺４とを突き合わせて凸部５と凹部６とを嵌合させたときの第３辺３と第４辺４との接触面積が大きくなり、シート材のシール特性が向上する。また、第３辺３と第４辺４とのズレが防止される。

【0033】

図１，２では、凸部５及び凹部６は１個ずつ設けられているが、複数個ずつ設けられてもよい。

【0034】

図６の排ガス浄化装置用マット１０Ａはその一例を示すものであり、長辺形状の凸部５及び凹部６が３個ずつ設けられている。図６では、第３辺３、第４辺４の辺縁の合計長さＺはそれぞれ図中の寸法ｅ～ｋ及びｍを用いて、Ｚ＝ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ＋６・ｍで表わされる。Ｚ／Ｗは前述の通り、２．８以上である。

【0035】

複数個の凸部５及び凹部６を有する排ガス浄化装置用マットにおいては、各凸部５の幅ｆ，ｈ，ｊはほぼ等しいことが好ましく、また凸部５の幅ｆ，ｈ，ｊと各寸法ｅ，ｇ，ｉ，ｋがほぼ等しいことが好ましい。

【0036】

上記排ガス浄化装置用マット１０，１０Ａでは、凸部５及び凹部６は長方形状であるが、非方形であってもよい。

【0037】

排ガス浄化装置用マット１０Ａのその他の構成は排ガス浄化装置用マット１０と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

【0038】

本発明の排ガス浄化装置用マットは、上記以外の各種形状の凸部及び凹部を有することができる。

【0039】

本発明の排ガス浄化装置用マットは、例えば、マット状の無機繊維成形体をトムソン刃で打ち抜くこと等によって製造することができる。

【0040】

［無機繊維成形体］
本発明の排ガス浄化装置用マットを構成する無機繊維成形体は、無機繊維で構成されたものであれば限定されないが、例えば、ニードリング処理が施された無機繊維成形体であることが好ましい。無機繊維成形体の主面（厚み方向と垂直な面）を以下、表面ということがある。また、無機繊維成形体の切断面（厚み方向）を端面ということがある。

【0041】

＜無機繊維＞
無機繊維成形体を構成する無機繊維としては、特に制限はなく、シリカ、アルミナ／シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア等の単独、又は複合繊維が挙げられるが、特に好ましいのはアルミナ／シリカ系繊維、特に結晶質アルミナ／シリカ系繊維である。アルミナ／シリカ系繊維のアルミナ／シリカの組成比（重量比）は６０～９５／４０～５の範囲にあるのが好ましく、さらに好ましくは７０～８４／３０～１６の範囲、特に好ましくは７０～７６／３０～２４の範囲である。

【0042】

また、無機繊維は、短繊維であることが好ましい。無機繊維の平均繊維径は３～１０μｍ、特に５～８μｍであることが好ましい。無機繊維の平均繊維径が大き過ぎると繊維集合体の反発力が失われ、細過ぎると空気中に浮遊する発塵量が多くなる。

【0043】

＜坪量等＞
無機繊維成形体の坪量（単位面積当りの質量）は、用途に応じて適宜決定されるが、好ましくは、６００ｇ／ｍ^２以上、より好ましくは７００ｇ／ｍ^２超、より好ましくは８００ｇ／ｍ^２超、更に好ましくは９００ｇ／ｍ^２超、特に好ましくは１０００ｇ／ｍ^２超である。また、本発明の無機繊維成形体の坪量は、特段の制限はないが、好ましくは５０００ｇ／ｍ^２以下、より好ましくは４５００ｇ／ｍ^２以下、さらに好ましくは４０００ｇ／ｍ^２以下、特に好ましくは３５００ｇ／ｍ^２以下である。

【0044】

無機繊維成形体の厚みは、好ましくは４ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、特に６ｍｍ以上である。また、本発明の無機繊維成形体の厚みは、好ましくは４０ｍｍ以下、さらに好ましくは３５ｍｍ以下、特に好ましくは３０ｍｍ以下である。

【0045】

無機繊維成形体は、単位面積当りの坪量や厚みが高いほど、優れた保温・断熱効果を有することができる。また、単位面積当りの坪量や厚みが高いほど、一般に層間剥離強度は低下傾向にあり有効縦糸条体積を大きくする本願発明の効果は大きくなる。

【0046】

無機繊維成形体の単位面積当りの坪量や厚みは、該無機繊維成形体を構成する無機繊維集積体を折り畳み装置にて積層する際、より多くの層を積層させることによって、上記の範囲とすることができる。また、本発明の無機繊維成形体は、複数の無機繊維成形体を接着した構成であっても、単一の構成であってもよいが、ハンドリング性や接着界面における剥離強度の点から、単一の構成であることが好ましい。

【0047】

無機繊維成形体は、ニードリング処理により形成されたニードル痕を有することが好ましい。即ち、バーブが付いたニードルを無機繊維集積体に抜き刺しするニードリング処理を施すと、ニードルが抜き刺しされた箇所においては、少なくとも一部の繊維がニードルによって略厚み方向に延在せしめられる。これによって、無機繊維成形体の表面にニードル痕が形成される。一方、ニードリング処理をされた無機繊維成形体の内部に存在する、略厚み方向に形成される無機繊維の束を縦糸条という。

【0048】

＜有効縦糸条＞
無機繊維成形体の内部に存在する、縦糸条のうち、特定の径及び長さを有する縦糸条を有効縦糸条とする。具体的には、剥離試験を行ったときに、単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりにおける、剥離両面（一方の剥離面及び他方の剥離面）から突出する全ての縦糸条のうち、直径１００μｍ以上で突出長さ２ｍｍ以上である縦糸条を有効縦糸条とする。ニードリング処理は、縦糸条の形成により、無機繊維成形体の嵩密度や剥離強度、面圧（高温サイクル後の面圧）、反発力の耐久性（高温サイクル後の面圧保持率）を調整するために行われる。すなわち、本発明において、有効縦糸条は、無機繊維成形体の内部において、略厚み方向に存在する縦糸条のうち、縦糸条として機能しうる径及び長さを有するものを意味する。また、本発明において、有効縦糸条の体積は、剥離面から突出する領域の体積を意味する。

【0049】

ニードル痕1個当たりの縦糸条の平均体積とは、剥離試験を行ったときに、単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりの剥離両面（一方の剥離面及び他方の剥離面）に存在する、全ての有効縦糸条の体積の和（総体積）を、単位面積あたりのニードル痕の数で除した値である。すなわち、ニードル痕１個あたりの縦糸条の平均体積が高いほど、ニードリング処理が効果的に行われ、より強固な有効縦糸条が形成される無機繊維成形体であることを意味する。

【0050】

また、有効縦糸条１条あたりの平均体積とは、剥離試験を行ったときに、単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりの剥離両面（一方の剥離面及び他方の剥離面）に存在する、全ての有効縦糸条の体積の和（総体積）を、同範囲の有効縦糸の数で除した値である。すなわち、有効縦糸条１条あたりの平均体積が高いほど、ニードリング処理が効果的に行われ、より強固な有効縦糸条が形成される無機繊維成形体であることを意味する。

【0051】

本発明の一実施形態における排ガス浄化装置用マットを構成する無機繊維成形体は、ニードリング処理が効果的に行われ、より強固な有効縦糸条が形成されることが好ましい。これによれば、無機繊維成形体の剥離強度が向上し、無機繊維成形体の切断加工に対する強度が向上するため、嵌合部の形状加工性が高まり、より複雑な形状に加工することができる。特に、比Ｚ／Ｗが高い態様の排ガス浄化装置用マットや、比ｄ/Ｌが高い態様の排ガス浄化装置用マット、凸部及び凹部がそれぞれ複数個設けられる態様の排ガス浄化装置用マットに適している。

【0052】

このような無機繊維成形体としては、例えば、ニードル痕１個あたりの縦糸条の平均体積が高いニードリングマットや、有効縦糸条１条あたりの平均体積が高いニードリングマットが挙げられる。

【0053】

本発明の排ガス浄化装置用マットを構成する無機繊維成形体は、剥離試験を行ったときに、単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりにおける、剥離両面（一方の剥離面及び他方の剥離面）に存在する、ニードル痕１個あたりの縦糸条の平均体積が０．５ｍｍ^３以上であることが好ましい。これにより、無機繊維成形体の内部において、略厚み方向の繊維同士が強固に絡み合い、高い坪量と優れた剥離強度を両立することができる。坪量の低い無機繊維成形体であれば、無機繊維成形体の剥離強度を向上させるために、ニードル痕密度を高めることで、略厚み方向の繊維同士の絡みを増強させる手段が考えられる。しかしながら、坪量の高い無機繊維成形体においては、ニードル痕密度を高めると、他の物性が低下する恐れがあり、剥離強度を向上させる手段がなかった。そこで、他の物性を維持しつつ剥離強度を向上させるために、ニードル痕密度は維持しつつ、効果的なニードリング処理を行うことで、縦糸条の平均体積（ニードル痕１個あたりの縦糸条の平均体積、または、有効縦糸条１条あたりの平均体積）を高める。

【0054】

ニードリング処理により形成される縦糸条をより強固にすることにより、ニードリング処理による糸切れを低減することができる。縦糸条をより強固にする手段としては、特段限定されないが、次にあげる具体的な手段が考えられる。例えば、（Ｉ）無機繊維前駆体の集合体の表面に、太い無機繊維前駆体の糸条物を配材し、この太い糸条物をニードリング処理の時にニードルによって無機繊維前駆体の集合体中に押し込むようにして、縦糸条を形成しても良い。太い糸条物をニードリングするニードルの種類は、特に限定はしないが、フォークニードルが好ましい。この太い糸条物は、無機繊維前駆体と同材質であることが好ましく、特に無機繊維前駆体の集合体を集積させるときに集積装置内に副生する、前駆体の繊維が一方向に配向した太い紐状の糸条物が好ましい。また、この太い紐状の糸状物は短繊維の集合体であることが好ましい。この太い紐状の糸状物の平均直径は、有効縦糸条の平均直径の１．２～４倍、特に１．５～３倍であることが好ましい。

【0055】

また、別の方法として、（ＩＩ）ニードリング処理に先行して、無機繊維前駆体の集合体の表面に、ニードリング助剤液を噴霧等により付着（添着）させることにより、縦糸条を構成する無機繊維前駆体の物性を強化する手法が挙げられる。ニードリング助剤としては、無機繊維前駆体集合体のマット面付近の糸条を強化する作用を有するものであれば、特に限定されず、各種コーティング剤、例えば、アクリル系ポリマーコーティング剤などを用いることができる。ニードリング助剤を付着後に、無機繊維前駆体マット状集合体を乾燥させてもよい。すなわち、ニードリング助剤は、ドライコーディングとすることが好ましい。ニードリング助剤は、無機繊維前駆体を集積するときに付着させてもよい。なお、ニードリング助剤と併用して、ニードルと繊維との摩擦を低減させる作用を有する減摩剤（界面活性剤やエマルジョン）を使用しても良い。その場合、ニードリング助剤と減摩剤とを使用する順序は特に限定されないが、例えば、ニードリング助剤液を付着後に、減摩剤を溶媒に溶かしたり、分散させたりして塗布（ウェットコーティング）することなどが好ましい。

【0056】

無機繊維成形体のニードル痕１個あたりの縦糸条の平均体積は、好ましくは０．５ｍｍ^３以上であり、より好ましくは、１．０ｍｍ^３以上、さらに好ましくは、２．０ｍｍ^３以上、特に好ましくは、２．５ｍｍ^３以上である。縦糸条の平均体積が上記の範囲であれば、剥離強度を向上させることができる。そして、排ガス浄化装置用の触媒担持体とその把持材（排ガス浄化装置用マット）を金属ケーシングに圧入する際、該マットが剥離するのを防ぐことができる。一方で、本発明の無機繊維成形体のニードル痕1個あたりの縦糸条の平均体積は、好ましくは、５０ｍｍ^３以下、さらに好ましくは、３０ｍｍ^３以下、特に好ましくは、２０ｍｍ^３以下である。

【0057】

無機繊維成形体の有効縦糸条１条あたりの平均体積は、好ましくは１．０ｍｍ^３以上であり、より好ましくは、２．０ｍｍ^３以上、さらに好ましくは、３．０ｍｍ^３以上、特に好ましくは、４．０ｍｍ^３以上である。縦糸条の平均体積が上記の範囲であれば、剥離強度を向上させることができる。そして、排ガス浄化装置用の触媒担持体とその把持材（排ガス浄化装置用マット）を金属ケーシングに圧入する際、該マットが剥離するのを防ぐことができる。一方で、無機繊維成形体の有効縦糸条１条あたりの縦糸条の平均体積は、好ましくは、１００ｍｍ^３以下、さらに好ましくは、５０ｍｍ^３以下、特に好ましくは、４０ｍｍ^３以下である。有効縦糸条１条あたりの体積は、剥離面から突出する有効縦糸条の平均太さ（直径）と平均長さから求める。有効縦糸条の長さは、剥離面から突出した部分の長さであって、直径１００μｍ以上の部分を計測する。有効縦糸条の直径は、剥離面から突出した部分の長さ方向中間部で測定された値である。

【0058】

無機繊維成形体の有効縦糸条１条あたりの縦糸条の平均太さ（直径）は、特段の制限はないが、好ましくは５５０μｍ以上、より好ましくは６００μｍ以上、特に好ましくは７００μｍ以上である。単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりにおける、縦糸条の平均太さが上記の範囲であれば、有効縦糸条に外力が加わった際に破断しにくく、剥離強度の高いブランケットとなる。一方、該縦糸条の平均太さは、好ましくは３０００μｍ以下、より好ましくは２８００μｍ以下、特に好ましくは２５００μｍ以下である。

【0059】

無機繊維成形体の単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりにおける、一方の剥離面及び他方の剥離面（剥離両面）に存在する有効縦糸条の総体積（体積の和）は、好ましくは５０ｍｍ^３以上、より好ましくは１００ｍｍ^３以上、さらに好ましくは２００ｍｍ^３以上、特に好ましくは３００ｍｍ^３以上である。有効縦糸条の総体積が、上記の範囲であることは、無機繊維成形体の内部に、縦糸条がさらに強固に存在することを意味し、略厚み方向における層間剥離強度をさらに改善することができる。有効縦糸条の総体積を算出するための、縦糸条の直径、長さ及び本数等は、剥離試験後の無機繊維成形体の剥離面をデジタルマイクロスコープで観察して測定することが好ましい。このとき、倍率は１０～２０倍とすることが好ましい。本発明において、有効縦糸条の総体積は、有効縦糸条１条あたりの体積と、有効縦糸条の数（条）の積である。

【0060】

無機繊維成形体の縦糸条は、一方の剥離面における有効縦糸条１条あたりの平均長さが、他方の剥離面の厚み（縦糸条の長さの期待値）に対して、特定の比率の範囲内にあることが好ましい。すなわち、剥離試験を行ったときに、単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりにおける、一方の剥離面の有効縦糸条１条あたりの縦糸条の平均長さを、他方の剥離面の厚みで除した、有効縦糸条１条あたりの縦糸条の平均長さ比率は、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、特に好ましくは７０％以上である。有効縦糸条１条あたりの縦糸条の平均長さ比率が上記の範囲にあると、剥離強度をさらに向上することができるため、好ましい。一方、該有効縦糸条の平均長さ比率は、好ましくは２００％以下、さらに好ましくは１５０％以下である。ニードル痕１個あたりの縦糸条の平均長さ比率が上記範囲内であれば、閉ループの突出を小さく抑えられるため、工程上のトラブルを軽減することができる。なお、縦糸条の長さは、突出する縦糸条の先端（先細り部分、解け部分）から剥離面までの、長さの値を測定する。

【0061】

無機繊維成形体の有効縦糸条の数は、単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）あたりにおける、剥離両面に存在する有効縦糸条の合計が、好ましくは２０条以上、より好ましくは４０条以上、特に好ましくは６０条以上である。有効縦糸条の数が上記の範囲であれば、剥離強度をさらに向上できるため好ましい。一方、該有効縦糸条の数は、好ましくは５００条以下、より好ましくは４００条以下、特に好ましくは２５０条以下である。有効縦糸条の数の上限が上記の範囲であれば、無機繊維成形体の面圧を低下させることなく剥離強度を向上させることができるため、特に、面圧が要求される用途等において好ましい。

【0062】

＜ニードル痕＞
本発明において、無機繊維成形体の主面の単位面積（１ｃｍ^２）当りのニードル痕の数（ニードル痕密度）は、主面全体の平均値として、特段の制限はないが、好ましくは１個／ｃｍ^２以上、より好ましくは３個以上、さらに好ましくは５個／ｃｍ^２以上、特に好ましくは８個／ｃｍ^２以上であり、好ましくは１００個／ｃｍ^２以下、より好ましくは５０個／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは４０個／ｃｍ^２以下、特に好ましくは３０個／ｃｍ^２以下である。ニードル痕の数がこのような範囲にあれば、無機繊維成形体の面圧が高く保持され、排ガス浄化装置用マットのような反発力の耐久性が要求される用途に特に好ましく用いられる。

【0063】

本発明では、ニードル痕は、無機繊維成形体を貫通していてもよく、一方のマット面から貫入し、他方のマット面に達しないように延在してもよい。

【0064】

貫通状、非貫通状のどちらのニードル痕が存在する場合であっても、単位面積当りのニードル痕の数は、無機繊維成形体を単位面積当りに切り取った無機繊維成形体の厚み中央より剥離させた一方の剥離面のニードル痕の数と、他方の剥離面のニードル痕の数の平均値とする。なお、縦糸条の存在する部分はニードル痕としてカウントする。

【0065】

実際には、無機繊維成形体の一方の面に可視光を当てると、剥離面で透過光が観察される。この剥離面への透過による光点と縦糸条の数をカウントすることにより、単位面積当りのすべてのニードル痕の数をカウントすることができる。

【0066】

＜剥離試験＞
無機繊維成形体から５０ｍｍ×１５０ｍｍの試験片を型抜きし、図４，５のようにこの試験片１１の一方の端面の厚み中央に３０ｍｍ深さの切り込みを入れ、切り込みにより形成されたその両端をつかみ治具１２，１２に支持した後、引張試験機にセットし、５００ｍｍ／ｍｉｎの速度でマット面と垂直な相反方向に引っ張って試験片を２つに裂く。なお、縦糸条に関する各数値の測定を行う単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）は、試験片（１５０ｍｍ×５０ｍｍ）のうち、厚み中央に３０ｍｍ深さの切り込みを入れた部分を避け、任意の領域とする。

【0067】

＜最大剥離強度＞
無機繊維成形体は、加工する際、成形時の作業性悪化、密度分布差を最小限に抑えるため、剥離強度に優れるものであることが好ましい。また、自動車等に使用される排ガス浄化装置用マットとして触媒担持体に巻回し、金属ケーシングに組み付けたときにマットの層間ずれを発生させないため、剥離強度に優れるものであることが好ましい。

【0068】

無機繊維成形体は、上記に記載の剥離試験による荷重ピーク（Ｎ）として求められる最大剥離強度が３．０Ｎ以上であることが好ましく、５．０Ｎ以上であることがより好ましく、６．０Ｎ以上であることがより好ましく、６．５Ｎ以上であることが特に好ましい。無機繊維成形体の剥離強度は高い程有利であるが、５０．０Ｎ以下が好ましく、４５．０Ｎ以下がより好ましく、４０.０Ｎ以下であることが特に好ましい。

【0069】

［無機繊維成形体の製造方法］
無機繊維成形体の製造方法には特に制限はないが、通常、ゾル－ゲル法により無機繊維前駆体のマット状集合体を得る工程と、得られた無機繊維前駆体のマット状集合体にニードリング処理を施す工程と、ニードリング処理された無機繊維前駆体のマット状集合体を焼成して無機繊維成形体とする焼成工程が行われる。本発明の排ガス浄化装置用マットを構成する無機繊維成形体は、好ましくは無機繊維成形体の焼成体である。

【0070】

以下、無機繊維成形体の製造方法を、アルミナ／シリカ系繊維成形体の製造方法を例示して説明するが、本発明の無機繊維成形体は、アルミナ／シリカ系繊維成形体に何ら限定されず、前述の如く、シリカ、ジルコニア、スピネル、チタニア或いはこれらの複合繊維よりなる成形体であってもよい。

【0071】

＜紡糸工程＞
ゾル－ゲル法によりアルミナ／シリカ系繊維のマット状集合体を製造するには、まず、塩基性塩化アルミニウム、ケイ素化合物、増粘剤としての有機重合体及び水を含有する紡糸液をブローイング法で紡糸してアルミナ／シリカ繊維前駆体の集合体を得る。

【0072】

＜紡糸液の調製＞
塩基性塩化アルミニウム；Ａｌ（ＯＨ）_３－ｘＣｌ_ｘは、例えば、塩酸又は塩化アルミニウム水溶液に金属アルミニウムを溶解させることにより調製することができる。上記の化学式におけるｘの値は、通常０．４５～０．５４、好ましくは０．５～０．５３である。ケイ素化合物としては、シリカゾルが好適に使用されるが、その他にはテトラエチルシリケートや水溶性シロキサン誘導体などの水溶性ケイ素化合物を使用することもできる。有機重合体としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド等の水溶性高分子化合物が好適に使用される。これらの重合度は、通常１０００～３０００である。

【0073】

紡糸液は、塩基性塩化アルミニウム由来のアルミニウムとケイ素化合物由来のケイ素の比が、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の重量比に換算して、通常９９：１～６５：３５、好ましくは９９：１～７０：３０で、アルミニウムの濃度が１７０～２１０ｇ／Ｌで、有機重合体の濃度が２０～５０ｇ／Ｌであるものが好ましい。

【0074】

紡糸液中のケイ素化合物の量が上記の範囲より少ない場合は、短繊維を構成するアルミナがα－アルミナ化し易く、しかも、アルミナ粒子の粗大化による短繊維の脆化が起こり易い。一方、紡糸液中のケイ素化合物の量が上記の範囲よりも多い場合は、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）と共に生成するシリカ（ＳｉＯ_２）の量が増えて耐熱性が低下しやすい。

【0075】

紡糸液中のアルミニウムの濃度が１７０ｇ／Ｌ未満の場合又は有機重合体の濃度が２０ｇ／Ｌ未満の場合は、何れも、紡糸液の適当な粘度が得られずに得られるアルミナ／シリカ系繊維の繊維径が小さくなる。すなわち、紡糸液中の遊離水が多すぎる結果、ブローイング法による紡糸の際の乾燥速度が遅く、延伸が過度に進み、紡糸された前駆体繊維の繊維径が変化し、所定の平均繊維径で且つ繊維径分布がシャープな短繊維が得られない。しかも、アルミニウムの濃度が１７０ｇ／Ｌ未満の場合は、生産性が低下する。一方、アルミニウムの濃度が２１０ｇ／Ｌを超える場合又は有機重合体の濃度が５０ｇ／Ｌを超える場合は、何れも、粘度が高すぎて紡糸液にはならない。紡糸液中のアルミニウムの好ましい濃度は１８０～２００ｇ／Ｌであり、有機重合体の好ましい濃度は３０～４０ｇ／Ｌである。

【0076】

上記の紡糸液は、塩基性塩化アルミニウム水溶液に上記Ａｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２比となる量のケイ素化合物と有機重合体を添加し、アルミニウム及び有機重合体の濃度が上記の範囲となるように濃縮することによって調製される。

【0077】

紡糸（紡糸液の繊維化）は、通常、高速の紡糸気流中に紡糸液を供給するブローイング法によって行われ、これにより、アルミナ短繊維前駆体が得られる。上記の紡糸の際に使用する紡糸ノズルの構造は、特に制限はないが、例えば、特許第２６０２４６０号公報に記載されているような、エアーノズルより吹き出される空気流と紡糸液供給ノズルより押し出される紡糸液流とは並行流となり、しかも、空気の並行流は充分に整流されて紡糸液と接触する構造のものが好ましい。

【0078】

また、紡糸に際しては、先ず、水分の蒸発や紡糸液の分解が抑制された条件下において、紡糸液から充分に延伸された繊維が形成され、次いで、この繊維が速やかに乾燥されることが好ましい。そのためには、紡糸液から繊維が形成されて繊維捕集器に到達するまでの過程において、雰囲気を水分の蒸発を抑制する状態から水分の蒸発を促進する状態に変化させることが好ましい。

【0079】

アルミナ／シリカ系繊維前駆体は、紡糸気流に対して略直角となるように金網製の無端ベルトを設置し、無端ベルトを回転させつつ、これにアルミナ／シリカ系繊維前駆体を含む紡糸気流を衝突させる構造の集積装置により捕集して集積させ、アルミナ／シリカ系繊維前駆体の連続シート状の集積体（薄層シート）として回収することができる。

【0080】

上記の集積装置より回収された薄層シートは、連続的に引出して折畳み装置に送り、所定の幅に折り畳んで積み重ねつつ、折り畳み方向に対して直角方向に連続的に移動させることにより積層シート（無機繊維集積体）にすることが好ましい。このように薄層シートを積層させることにより、積層シートの坪量（目付量）がシート全体に亘って均一となる。上記の折畳み装置としては、特開２０００－８０５４７号公報に記載のものを使用することができる。

【0081】

＜ニードリング助剤添着工程＞
紡糸により得られたアルミナ／シリカ系繊維前駆体のマット状集合体のマット面に必要に応じ前述のニードリング助剤を添着する。ニードリング助剤は、双方のマット面に添着することが好ましい。

【0082】

＜ニードリング処理工程＞
紡糸により得られたアルミナ／シリカ系繊維前駆体のマット状集合体に、必要に応じニードリング助剤を添着した後、ニードルを用いてニードリング処理を施す。ニードルによるニードリング処理の方向は、いずれか一方の面からのみの処理でもよく、両面からの処理でも良い。好ましくは、両面からの処理である。

【0083】

＜焼成工程＞
ニードリング処理後の焼成は、通常９００℃以上、好ましくは１０００～１３００℃の温度で行う。焼成温度が９００℃未満の場合は結晶化が不十分なため強度の小さい脆弱なアルミナ／シリカ系繊維しか得られず、焼成温度が１３００℃を超える場合は繊維の結晶の粒成長が進行して強度の小さい脆弱なアルミナ／シリカ系繊維しか得られない。

【0084】

＜バインダーの含有量＞
本発明の排ガス浄化装置用マットは、有機バインダーを含まないか、或いは有機バインダーを含む場合であっても、その含有量が１０重量％未満であることが好ましく、５重量％未満がより好ましく、２．５重量％未満が特に好ましい。

【0085】

マット中の有機バインダーの含有量が１０重量％以上であると、エンジン燃焼時の排ガスの高熱による有機バインダーの分解で、ＮＯ_ｘ、ＣＯ、ＨＣ等の分解ガス発生の問題が大きくなり、好ましくない。

【0086】

本発明のマットに有機バインダーを用いる場合、その有機バインダーとしては、各種のゴム、水溶性高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを使用することができる。

【0087】

上記の有機バインダーを有効成分とする水溶液、水分散型のエマルション、ラテックス、又は有機溶媒溶液が市販されており、これらの有機バインダー液は、そのまま又は水等で希釈して用いることができ、マット中に有機バインダーを含有させるのに好適に使用することができる。なお、マット中に含有されている有機バインダーは、必ずしも１種である必要はなく、２種以上の混合物であっても何等差し支えない。

【0088】

上記有機バインダーの中では、アクリルゴム、ニトリルゴム等の合成ゴム；カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子化合物；又はアクリル樹脂が好ましく、中でもアクリルゴム、ニトリルゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリルゴムに含まれないアクリル樹脂が特に好ましい。これらのバインダーは、有機バインダー液の調製又は入手が容易であり、またマット中への含浸操作も簡単であり、比較的低含有量としても十分な厚み拘束力を発揮し、得られる成形体が柔軟で強度に優れ、使用温度条件下で容易に分解又は焼失されることから好適に使用することができる。

【0089】

［排ガス浄化装置］
本発明の排ガス浄化装置は、触媒担持体と、該触媒担持体の外側を覆うケーシングと、該触媒担持体と該ケーシングとの間に介装されたマットとを備える。本発明の排ガス浄化装置は、このマットとして、本発明の排ガス浄化装置用マットを用いたものであり、第３辺３と第４辺４とを突き合わせて凸部５と凹部６とを嵌合させたときの第３辺３と第４辺４との接触面積が大きくいので、マット同士の摩擦力が高まるとともに、排ガスリーク流路が長くすることができる。また、これにより、本発明の排ガス浄化装置において、排ガスリーク量を低減することができる。

【0090】

なお、この排ガス浄化装置の構成自体には特に制限はなく、本発明は、触媒担持体とケーシングと触媒担持体の把持体としてのマットとを備える一般的な排ガス浄化装置に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0091】

１ 第１辺
２ 第２辺
３ 第３辺
４ 第４辺
５，５Ｂ，５Ｃ 凸部
６，６Ｂ，６Ｃ 凹部
１０，１０Ａ 排ガス浄化装置用マット
１１ 無機繊維成形体の試験片
１２ つかみ治具
２０ ケーシング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】