JP2002013415A

JP2002013415A - 断熱材及びそれを用いた触媒コンバータ

Info

Publication number: JP2002013415A
Application number: JP2000403073A
Authority: JP
Inventors: Takuma Aizawa; 琢磨相澤; Norihiro Kasai; 紀宏笠井; Takayuki Kawai; 貴之河合; Toshiyuki Watanabe; 俊行渡辺
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の触媒コンバータと同等又はそれ以上
に、断熱材中の有機繊維及び／又は有機バインダのよう
な有機物の含有量を減らしながら効率的に生産されると
ともに、作業者に対する不快感をできるかぎり回避して
触媒コンバータに適用される断熱材を提供すること。【解決手段】無機繊維の集合体によって形成された断
熱材本体と、この断熱材本体の少なくとも一面に設けら
れたコーティングとを含むように、構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱材及びそれを
用いた触媒コンバータ、特にモノリスの触媒要素をケー
シング内で保持した触媒コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（Ｈ
Ｃ）を含む自動車のエンジンからの排気ガスを浄化する
ため、セラミック触媒コンバータを用いる排気ガス浄化
システムがよく知られている。セラミック触媒コンバー
タは、基本的に、金属製のケーシング換言すればハウジ
ング内に、例えばハニカム状のセラミック製触媒担体
（触媒要素）を収容したものである。

【０００３】一般的に、セラミック触媒コンバータで
は、それに収容された触媒担体とケーシングとの隙間
を、例えば特開昭５７−６１６８６号公報、特開昭５９
−１０３４５号公報又は特開昭６１−２３９１００号公
報に開示されているように、無機繊維と、有機繊維及び
／又は一般的には液体又はペースト状の有機バインダと
を組み合わせて典型的に構成された断熱材によって埋め
ている。その結果、隙間を埋めた断熱材が触媒担体を保
持し、衝撃及び振動等による機械的なショックや、熱サ
イクルによる熱的なショックを、触媒担体に与えるのを
防止できる。このような構成の触媒コンバータでは、し
たがって、触媒担体の破壊や移動が起こらないので、所
望の作動を実現することができる。

【０００４】一般に、前述の排気ガス浄化システムには
酸素センサーが備えられており、排気ガス中の酸素濃度
を制御し、触媒コンバータによる排気ガスの最適な浄化
を行っている。触媒コンバータは、より高められた温度
で作動することが排気ガスの浄化の改善と燃費の改善の
ために望ましいとされている。特に、近年は、地球環境
の保護による排気ガス規制強化の動きの中から、作動温
度の上昇による排気ガスのさらなる浄化が行われる傾向
にある。しかし、他方では、作動温度の上昇により、排
気ガス中で窒素酸化物（ＮＯ_x）が容易に発生する傾向
にある。したがって、酸素センサーからの正確な信号に
よる空燃比制御が、排気ガス浄化システムに重要である
ことが知られている。

【０００５】しかしながら、上記した公開特許公報に開
示されているような断熱材は、この酸素センサーと共に
使用はでき難い。なぜなら、上記した断熱材には、有機
繊維及び／又は有機バインダのような有機物が、断熱材
の全量に対して比較的に多量に、すなわち、約４〜５０
重量％の割合でもって加えられているので、そのような
有機物が、触媒コンバータの初期作動時に排気ガス中に
容易に入り込み、排気ガス浄化システムの誤作動を招く
おそれがあるからである。

【０００６】それに対して、特開平１１−１６６４１４
号公報には、結晶質アルミナ繊維を主成分とした断熱材
であって、有機物含有量を１重量％以内に低減したもの
が開示されている。しかし、この断熱材は通常その表面
が保護シートでカバーされているので、触媒コンバータ
に適用するためにそのケーシングと触媒担体との間に配
置した後、保護シートの除去という余分で煩雑な工程を
実施しなければならない。さらに、取り外した保護シー
トのその後の処分も問題となる。

【０００７】また、特開平６−２３９６５６号公報に
は、多層構造の断熱材が開示されている。この公報は、
有機物からなるごく少量の高分子凝集剤を用いて多層構
造の断熱材を製造することを教示している。しかしなが
ら、断熱材を多層構造とするために、複数のマットを積
層させるという煩雑な工程が必要とされる。さらに、特
開平７−２８６５１４号公報には、結晶質アルミナ繊維
のような無機繊維の積層体をニードルパンチングをもっ
て処理した保持シール材（断熱材に相当）が開示されて
いる。この保持シール材は、積層体を焼成して有機物を
除去しているけれども、このような保持シール材は、一
般に、断熱材の表面から無機繊維の突出や飛散を招くお
それがある。その結果、上述の保持シール材が触媒コン
バータに組み入れられる際に、かかる無機繊維の端部が
作業者に直接接触して不快感を与える傾向にある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、従来から、触媒コンバータに適用するためのいろい
ろなタイプの断熱材が提案されているけれども、いずれ
の断熱材も改善すべき余地を残している。そこで、本発
明は、従来の触媒コンバータと同等又はそれ以上に、有
機繊維及び／又は有機バインダのような有機物の含有量
を減らしながら効率的に生産されると共に、作業者に対
する不快感をできるだけ回避して触媒コンバータに適用
される断熱材を提供することを目的とする。

【０００９】また、本発明のもう１つの目的は、そのよ
うに優れた断熱材を使用した触媒コンバータを提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、本発明
の１つの面によれば、断熱材を、無機繊維の集合体によ
って形成された断熱材本体と、前記断熱材の少なくとも
一面に設けられたコーティングとを備えるようにするこ
とによって、解決することができる。また、本発明によ
れば、ケーシング、前記ケーシング内に設置された触媒
要素、及び前記ケーシングと前記触媒要素との間に配置
された断熱材、を備える触媒コンバータであって、前記
断熱材が、無機繊維の集合体によって形成された断熱材
本体と、前記断熱材本体の少なくとも一面に設けられた
コーティングと、を備えることを特徴とする触媒コンバ
ータが提供される。

【００１１】さらに、上記した課題は、本発明のもう１
つの面によれば、無機繊維の集合体によって形成され、
有機物を実質的に含有しない断熱材本体からなるととも
に、前記断熱材本体が、少なくともその表面部分におい
て、前記無機繊維の熱変形に由来する非鋭利な先端と、
繊維間の部分的な結合とを備えた無機繊維からなること
を特徴とする断熱材によって解決することができる。

【００１２】さらにまた、本発明によれば、ケーシン
グ、前記ケーシング内に設置された触媒要素、及び前記
ケーシングと前記触媒要素との間に配置された断熱材、
を備える触媒コンバータであって、前記断熱材が、無機
繊維の集合体によって形成され、有機物を実質的に含有
しない断熱材本体からなるとともに、前記断熱材本体
が、少なくともその表面部分において、前記無機繊維の
熱変形に由来する非鋭利な先端と、繊維間の部分的な結
合とを備えた無機繊維からなることを特徴とする触媒コ
ンバータが提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に
したがって説明する。なお、本発明は、当業者ならば容
易に想到されるように、下記の形態に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内において種々の変更や改良を施
すことができる。図１は、本発明による触媒コンバータ
の典型的な一例を示した斜視図であり、構成の容易な理
解のため、触媒コンバータを展開した状態が示されてい
る。図示の触媒コンバータ１０は、金属ケーシング１１
と、その金属ケーシング１１内に配置されたモノリスの
固体触媒要素２０と、金属ケーシング１１と触媒要素２
０との間に配置された断熱材とを備える。

【００１４】断熱材は、前記しかつ以下において詳述す
るように、本発明に従い、無機繊維の集合体によって形
成された断熱材本体３０と、その表面に設けられたコー
ティング３１とからなるか（本発明の第１の面）、さも
なければ無機繊維の集合体によって形成され、有機物を
実質的に含有しない断熱材本体３０（コーティング３１
を有しない）からなる（本発明の第２の面）。なお、本
発明の断熱材は、大きく分けて上述の２つの構成形態を
有するけれども、作用面からはほぼ同一であるので、本
願明細書で「断熱材」といった場合、特に断りのある場
合を除いて、本発明の第１の面及び第２の面の両方に従
う断熱材を指すものとする。また、第１の面の断熱材に
おいて、断熱材本体３０のみでも、便宜上、「断熱材」
ということにする。

【００１５】第１の面に従う断熱材の断熱材本体３０
は、無機繊維の集積化成分をさらに含んでおり、また、
無機繊維の集積化成分は、断熱材本体、コーティング及
び集積化成分の全量を基準にして３質量％以内の範囲で
有機物を含有している。一方、第２の面に従う断熱材の
コーティング不含の断熱材本体３０は、少なくともその
表面部分において、無機繊維の熱変形に由来する非鋭利
な先端と、繊維間の部分的な結合とを備えた無機繊維か
らなっている。

【００１６】また、触媒コンバータ１０には、円錐台の
形をした排気ガス流入口１２及び排気ガス流出口１３が
取り付けられている。金属ケーシング内の固体触媒要素
は、複数の排気ガス流路（図示せず）を有するハニカム
構造のセラミック製触媒担体からなる。この触媒要素を
取り巻いて、本発明の断熱材が配置される。断熱材は、
触媒要素を金属ケーシングの内部に保持し、触媒要素と
金属ケーシングの間にできた隙間を封止しているので、
排気ガスが触媒要素をバイパスして流動することを防止
するかもしくは、少なくとも、そのような不所望な流動
を最小にすることができる。また、触媒要素は、金属ケ
ーシング内においてしっかりと、しかも弾性的に支持さ
れている。

【００１７】本発明の触媒コンバータにおいて、その金
属ケーシングは、当業界で公知のいろいろな金属材料か
ら、所望とする作用効果などに応じて任意の形状で作製
することができる。好適な金属ケーシングは、ステンレ
ス鋼製で、図１に示したような形状を備えたものであ
る。もちろん、必要に応じて、アルミニウム、チタンな
どの金属やその合金などから、任意の適当な形状に金属
ケーシングを作製してもよい。

【００１８】金属ケーシングと同様に、固体触媒要素
も、常用の触媒コンバータにおいて採用されているもの
と同様な材料から、同様な形状で作製することができ
る。適切な触媒要素は、当業者に周知であって、金属ま
たはセラミックから製造されたものを包含する。有用な
触媒要素は、例えば、米国再発行特許第２７，７４７号
明細書に開示されている。また、セラミック製の触媒要
素は、例えば、米国在のコーニング社（Corning Inc.）
から商業的に入手可能である。例えば、ハニカム状のセ
ラミック製触媒担体は、コーニング社から「CELCOR」の
商品名で、また、ＮＧＫ社（NGK Insulated Ltd.）から
「HONEYCERAM」の商品名で、それぞれ入手可能である。
金属製の触媒要素は、例えば、ドイツ在のベール社（Be
hr GmbH andCo. ）から商業的に入手可能である。な
お、触媒モノリスについての詳細な説明は、例えば、SA
E 技術書の文献第900500号のStroomらの「Systems Appr
oach toPackaging Design for Automotive Catalystic
Converters 」、SAE 技術書の文献第800082号のHowitt
の「Thin Wall Ceramics as Monolithic Catalyst Supp
ort 」及びSAE 技術書の文献第740244号のHowittらの
「Flow Effect in Monolithic Honeycomb Automotive C
atalystic Converter 」を参照されたい。

【００１９】上述のような触媒要素に担持されるべき触
媒は、通常、金属（例えば、白金、ルテニウム、オスミ
ウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムな
ど）及び金属酸化物（例えば、五酸化バナジウム、二酸
化チタンなど）であり、好ましくは、コーティングの形
で用いられる。なお、このような触媒のコーティングに
ついての詳細な説明は、例えば、米国特許第３，４４
１，３８１号明細書を参照されたい。

【００２０】本発明の実施において、触媒コンバータ
を、基本的に、金属製のケーシングに例えばハニカム状
のセラミック製触媒担体（触媒要素）を収容することに
よって作製し、かつ例えばハニカム状のセラミック製モ
ノリスに、白金、ロジウム及びパラジウムのような貴金
属からなる触媒層（触媒のコーティング）を担持させる
ことによって触媒要素を作製することが、特に好適であ
る。このような構成を採用することによって、比較的高
温で効果的な触媒作用を発現させることができる。

【００２１】本発明に従うと、金属ケーシングとその内
部の触媒要素との間に断熱材が配置される。断熱材は、
好ましくは、単層の断熱材からなる。詳細に述べると、
この断熱材は、基本的に、（本発明の第１の面）無機繊維の集合体によって形成さ
れた断熱材本体と、コーティングとを備えるか、さもな
ければ（本発明の第２の面）無機繊維の集合体によって形成さ
れ、有機物を実質的に含有しない断熱材本体からなると
ともに、その断熱材本体が、少なくともその表面部分に
おいて、無機繊維の熱変形に由来する非鋭利な先端と、
繊維間の部分的な結合とを備えた無機繊維からなる。

【００２２】断熱材を構成する無機繊維は、好ましくは
セラミック繊維、例えばアルミナ、シリカ、窒化珪素、
ロックウール、アルミノシリケート、ジルコニアなどか
らなり、遮熱性、耐熱性及び弾力性をもって触媒要素の
保持に供することができる。特に、無機繊維がアルミナ
からなる場合は、９００℃を超えるような高温に対して
も耐熱性、弾力性を保つことができる。このようなアル
ミナ製の無機繊維は、Dyson 社から「SAFFIL（サフィ
ル）」という商標の下で数種類が市販されている。ま
た、デンカ、ニチアス、三菱化学等の製造業者からも、
同様なアルミナ製の無機繊維が市販されている。

【００２３】本発明によれば、無機繊維は、特にその太
さ（平均直径）が限定されないけれども、好適には、２
〜４μm の平均直径を有する。無機繊維が約２μm より
小さい平均直径を有していると、脆くて強度不足になる
傾向にあり、反対に、約４μm より大きい平均直径を有
していると、断熱材の成形を困難にする傾向にある。ま
た、太さと同様に、無機繊維の長さも特に限定されるも
のではない。しかし、無機繊維は、好適には、０．５〜
５０mmの平均長さを有する。無機繊維の平均長さが約
０．５mmより小さいと、繊維形状の特徴も出すことがで
きなくなり、反対に、約５０mmより大きいと、断熱材の
製造プロセスをスムースに進行することが困難になる。

【００２４】本発明の第１の面の断熱材には、無機繊維
の集合体に追加して、無機繊維のための集積化成分がさ
らに含まれる。この集積化成分は、無機繊維を保持した
り、また、場合によっては、無機繊維の凝集を促進させ
たりする働きがある。本発明によれば、この集積化成分
は、捲縮した有機繊維（有機物）からなる結合媒体、す
なわち、バインダによって構成されうる。詳細に述べる
と、この捲縮した有機繊維は、好ましくは、耐熱性コア
と、そのコアを融着クラッドで覆った芯鞘構造（シース
−コア構造）をもって構成される。

【００２５】上述のような芯鞘構造をもった有機繊維の
融着クラッドは、１１０〜２２０℃の比較的低温で軟化
して、有機繊維どうし又は無機繊維と有機繊維とを互い
に接着・接合することを可能にする。耐熱性コアは、捲
縮しており、２００〜２５０℃の比較的高温までその形
状を維持して、無機繊維との物理的な絡み合いも可能に
する。

【００２６】かくして、本発明の実施においては、従来
の技術でその使用が必須の要件であった、断熱材に機械
的強度を付与するために必要とされた液体又はペースト
状の有機バインダは、必要とされない。したがって、本
発明で使用するバインダとしての捲縮した有機繊維は、
それ自体で、接着のみならず物理的な絡み合いでもって
無機繊維を強固に保持することができる。特に、排気ガ
ス浄化システムの誤作動をできるだけ回避するために、
そのバインダの含有量がたとえ約３質量％以内まで減少
しても、断熱材に対して従来と同等の機械的強度を与え
ることができることが分かった。

【００２７】捲縮した有機繊維の構成における典型的な
融着クラッドは、例えば、変性されたポリエチレンテレ
フタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプ
ロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリブチレンテレ
フタラートなどからなる。特に、変性ＰＥＴは、断熱材
を成形するときにおける乾燥工程の加熱（１２０〜１４
０℃）で融着するので、好適である。

【００２８】また、捲縮した有機繊維の構成における典
型的な耐熱性コアは、例えば、ＰＥＴ、ＰＥ、ポリプロ
ピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリブチレンテレフ
タラートなどからなる。特に、ＰＥＴは、上述した乾燥
過程の加熱に対する耐熱性（２５０℃）の観点から好適
である。バインダとして使用する捲縮した有機繊維は、
特にその長さが限定されるわけではないけれども、好適
には、１〜２０mmの平均長さを有する。平均長さが約１
mmより小さいと、有機繊維どうし又は有機繊維と無機繊
維との絡み合いが少なくなり、捲縮した繊維の形状に由
来する利点が活かせなくなる。反対に、平均長さが約２
０mmより大きいと、プロセス中での機具への巻き付き
や、ファイバどうしの絡み合いが激しくなって、組成分
布や厚さのばらつきが著しくなり、良好な断熱材の作製
がが困難になる。より好適には、有機繊維は、５〜１５
mmの平均長さを有する。

【００２９】また、捲縮した有機繊維は、特にその太さ
（平均直径）が限定されるわけではないけれども、好適
には、１〜４デニール（約０．１１〜０．４４ｇ／km）
の平均直径を有する。有機繊維の平均直径が約１デニー
ルより小さいと、有機繊維表面の融着クラッドの量が減
少して、所望の強度に対して不足する傾向にある。反対
に、有機繊維の平均直径が約４デニールより大きいと、
重量に対する表面積が減少するため、効率的な融着がで
きなくなり、強度が不足するおそれがある。

【００３０】集積化成分には、無機又は有機の凝集剤
が、バインダに比べてごく少量含まれて、後述する断熱
材の製造における無機繊維の集合及び合体を促進しても
よい。例えば、無機の凝集剤は、以下に列挙するものに
特に限定されないが、例えば、セピオライト、モンモリ
ロナイト、ベントナイト、アルミナゾル、コロイダルシ
リカなどを包含する。特に、有機の凝集剤（有機物）
は、表面電荷を利用することで、無機繊維の合体を促進
して断熱材を薄くするだけでなく、有機繊維のバインダ
の使用量もそれに応じて減らすことができる。つまり、
無機繊維はマイナスに帯電しており、そこにプラスに帯
電した凝集剤を添加することで、反発しあっていた無機
繊維は、凝集剤を介して合体すると考えられる。有機の
凝集剤もまた、以下に列挙するものに特に限定されない
が、好適には、ポリアクリル酸アミド、ポリビニルアル
コール、アクリル酸ポリマー、ウレタン、酢酸ビニル、
ゴム、ラテックスなどを包含する。特に、ポリアクリル
酸アミドは、希釈生成物として、例えば三井サイテック
社から「アキュラック１３５」及び「アキュラック３０
４E 」という商品名で市販されている。

【００３１】また、本発明の実施においては、このよう
な凝集剤と組み合わせて、製紙の技術分野において一般
に紙力増強剤として使用されているものを添加すること
が好ましい。紙力増強剤は、紙の通常又は湿潤時の強度
を向上させるための添加剤であり、例えばポリアクリル
酸アミドなどからなるが、本発明の断熱材では、特に、
断熱材の乾燥強度を向上させるのに有効である。適当な
紙力増強剤は、希釈された形で、例えばハリマ化成社か
ら「ハーマイドＢ−１５」という商品名で市販されてい
る。

【００３２】しかしながら、断熱材を構成する断熱材本
体は、上記したものに限定されるわけではなく、断熱材
本体としての要件が満たされるのであるならば、上記し
た芯鞘構造をもった有機繊維に代えてガラス繊維からな
る無機結合媒体を、無機成分の集積化成分として使用し
てもよい。このような場合もまた、浄化システムの誤作
動を一層軽減するかあるいは回避することができる。本
発明によれば、かかるガラス繊維は、軟化・溶融により
無機繊維の隙間を埋めたとき、無機繊維を保持しながら
断熱材に一定の強度・耐久性を付与することができる。
このようなガラス繊維は、特に材料を限定しないが、好
適には、アルカリ元素の無機繊維への拡散による脆化の
防止の観点から、好適には無アルカリガラスからなって
いる。また、その長さも限定されないが、通常は約１〜
２５mm、好適には約８〜１２mmである。

【００３３】あるいは、断熱材本体は、例えば結晶質ア
ルミナの無機繊維の積層体を、ニードルパンチングでも
って処理した後に焼成したものでもよい。このような断
熱材本体は、触媒コンバータの保持シール材として、三
菱化学（株）から「マフテックブランケット」という商
品名で市販されている。さらに、上述した断熱材本体の
少なくとも一面に、望ましくは表裏両面に、コーティン
グがなされている。かかるコーティングは、断熱材の保
持もしくは結合のために用いられているのではなくて、
断熱材の機械的強度やその他の望ましい性質を低下させ
ることなく、断熱材本体の表面からの無機繊維の突出や
飛散を防止するために、すなわち、断熱材の表面の改良
のために用いられている。その結果、本発明の断熱材
は、触媒コンバータに組み入れる際に無機繊維の端部を
作業者に直接接触させることがないので、それにより作
業者に対する不快感を取り除くことができる。

【００３４】上記コーティングは、断熱材に含まれる有
機物の含有量をできるだけ少なくすることができる限り
において、材料が限定されるものではない。コーティン
グは、例えば日本ゼオン（株）から「ＬＸ−８１６」と
いう商品名で市販されているポリアクリル酸エステルの
アクリル系ポリマー、ウレタン系ポリマー、ポリアクリ
ロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）のようなゴム系
ポリマー又はポリビニルアルコールのような有機高分子
化合物によって構成されていてもよい。好ましくは、そ
のコーティングは、有機物の低減の観点から、珪酸カリ
ウム若しくは珪酸ナトリウムのような珪酸アルカリ、リ
ン酸アルミニウム又はそれらの組み合わせからなる無機
化合物によって構成されている。

【００３５】上述した断熱材は、いろいろな周知かつ慣
用の方法にしたがって製造することができる。例えば、
芯鞘構造をもった有機繊維を集積化成分として使用した
断熱材は、その好ましい１製造方法を説明すると、下記
の通りである。まず、無機繊維と有機繊維（バインダ）
とを水に入れて、それらの繊維の開繊及び混合を行う。

【００３６】つぎに、無機繊維と有機繊維をゆっくり攪
拌しながら、無機又は有機の凝集剤をそこに添加してス
ラリーを調製する。その後、得られたスラリーを抄紙し
て成形する。得られた成形体を絞って、余分な水分を除
去する。引き続いて、成形体をプレスしながら所定温度
で加熱及び乾燥して、有機繊維の表面の融着クラッドを
溶かして、有機繊維どうし又は無機繊維と有機繊維とを
接着・結合させて単層の断熱材（断熱材本体）を得る。
この作業は、例えば、成形体をオーブンに入れて、１７
０℃で５分間にわたって加熱及び乾燥することによって
実施することができる。

【００３７】その後、得られた断熱材本体をドライヤで
もって完全に乾燥させる。この最終乾燥工程の過程で、
先の加熱及び乾燥工程で開始され、進行した有機繊維ど
うし又は無機繊維と有機繊維との接着・結合が完結する
ものと理解される。つぎに、この断熱材本体の少なくと
も一面に、上述したコーティング材料を周知・慣用の技
術すなわち噴霧又は塗布によってコーティングする。通
常は、このコーティング材料を溶媒（例えば水又は有機
溶媒）で２〜１０倍に希釈した後に断熱材本体の少なく
とも一面、望ましくは表裏両面にコーティングする。こ
のようにして、目的とする断熱材が得られる。

【００３８】本発明の第２の面の断熱材は、無機繊維の
集合体によって形成された断熱材本体からなるととも
に、その内部に有機物を実質的に含有していない。ここ
で断熱材本体に形成に使用する無機繊維は、第１の面の
断熱材と同様に、好ましくはセラミック繊維、例えばア
ルミナ繊維などである。適当な無機繊維とその集合体の
製造について、詳細は前述の記載を参照されたい。

【００３９】無機繊維の集合体からの断熱材本体の形成
は、その本体から夾雑物等として含まれる有機物の実質
的な量が除去されるような条件で実施することが好まし
く、具体的には、例えば、無機繊維の集合体を焼成によ
って高温加熱することが好ましい。さらに具体的には、
セラミック繊維の積層体をニードルパンチなどによって
フェルト化処理して積層間の結合強度を高めたセラミッ
ク繊維の集合体を形成した後に、そのセラミック繊維の
集合体を、含まれる有機物がそのままあるいは分解して
飛散せしめられるような高められた温度で焼成すること
が好ましい。セラミック繊維の集合体の焼成温度は、セ
ラミックの種類や集合体の積層条件等によっていろいろ
に変更可能であるというものの、通常、約３００〜８０
０℃の範囲である。なお、このようにして断熱材本体を
製造することに代えて、商業的に入手可能な製品、例え
ば、触媒コンバータの保持シール材として市販されてい
る、先に参照した「マフテックブランケット」（商品
名）などを活用してもよい。「マフテックブランケッ
ト」は、結晶質アルミナの無機繊維の積層体をニードル
パンチングで処理した後に焼成してあるので、マット状
であって、しかも有機物をまったくに含まないという特
徴がある。

【００４０】断熱材本体の製造において、本発明に従う
と、無機繊維、好ましくはセラミック繊維の変形温度を
上回る温度で加熱処理が実施される。ここで、「変形温
度」は、本明細書中、上記加熱処理によって、断熱材本
体を構成する無機繊維が、特にその表面部分において、
軟化又は溶融といった熱変形を少なくとも部分的に伴っ
て、鋭利な先端が、非鋭利な、一般には丸みを帯びた形
状に熱的に変化せしめられる温度で定義される。かくし
て、得られる断熱材本体の表面からは鋭利な部分が除か
れるので、断熱材の使用者は、接触時の不快感を伴わず
に必要な作業を行うことができる。同時に、無機繊維が
熱変形する時、隣接する繊維どうしが少なくとも部分的
に融着して結合するので、たとえ無機繊維の一部が破損
してもその飛散を防止することができる。無機繊維の飛
散が防止されることは、作業者の衛生管理の面から着目
に値する。

【００４１】断熱材本体の加熱処理は、通常、無機繊維
の変形温度を上回る温度で行われる。すなわち、この加
熱処理の温度は、使用する無機繊維の種類（例えば、元
素、組成比、結晶構造等）に依存して変更可能であり、
例えば、断熱材本体が「マフテックブランケット」であ
る場合、適当な加熱温度は、約１５９４〜１８４０℃で
ある。また、この加熱処理には各種の加熱手段を利用す
ることができるけれども、高温加熱に鑑みて、適当な加
熱手段は、例えば、ガスバーナー、例えば酸素−水素ガ
スバーナー、プロパンガスバーナーなどである。このよ
うな加熱手段を使用して、断熱材本体をほぼ瞬間的にガ
スバーナーの火炎にさらすだけで、所期の加熱処理を完
了することができる。

【００４２】上述のような断熱材本体の加熱処理におい
て、次のようなことが考察される。断熱材本体の形成に
集合体の形で使用した無機繊維は、すでに酸化物の形態
を有しているので、上記のような加熱処理の間に燃焼し
たりさらに酸化されたりすることがなく、原理的にみれ
ば、初期の繊維の飛散以外の重量減少はない。加熱処理
の間、バーナーの火炎に瞬間的にさらされた後、しばら
く放置して冷却されるけれども、その軟化・溶融、冷却
の過程により、断熱材本体の最表面にある無機繊維に
は、形状の変化、結晶性の変化が起こると考えられる。
ここで、瞬間的に溶融した繊維は、２つの役割を果たす
ことができる。１つは、無機繊維そのものがバインダと
して機能する役割である。すなわち、溶融繊維は周囲の
繊維どうしを結合させ、１本１本ほぼまっすぐで枝別れ
のなかった繊維が、大きなネットワーク構造を完成す
る。ネットワーク構造は、破損した繊維の飛散を抑える
効果を持っていると期待できる。また、もう１つの役割
は、溶融繊維の表面張力により、繊維の先端が丸くな
り、鋭利な繊維先端を減少させ、不快感を軽減させるこ
とができる。これらの２つの役割が同時に達成されるこ
とは、無機繊維からなる断熱材の表面の改善に非常に効
果的である。

【００４３】ところで、本発明の断熱材を触媒担体を保
持するために使用する場合には、必要に応じて所定の形
状に裁断する。このように、得られる断熱材は単層であ
るので、多層の断熱材のように煩雑な製造工程を必要と
せず、周知かつ慣用の方法により製造することができ
る。また、この断熱材は、特開平１１−１６６４１４号
公報に記載のように保護シートを用いることなく、形状
を一定に維持することができる。したがって、この断熱
材は、保護シートを取り付ける必要もなければそれを取
り除く必要もなく、金属ケーシングと触媒担体との隙間
に配置するだけでよい。すなわち、この断熱材を使用し
た場合には、触媒コンバータの組み立ては、現行通り、
何らの余計な装置を使用しないで容易に行うことができ
る。

【００４４】本発明による断熱材は、以下の実施例の項
においても説明するように、触媒担体の保持に十分な嵩
密度と、触媒担体への巻き付けに耐えうる引張り強度及
び伸び率とを有しており、取り付けマットとして有利に
機能することができる。また、この機能は、断熱材の表
面に上述のようなコーティングが施されたとしても、損
なわれるものではない。

【００４５】

【実施例】引き続いて、本発明をその実施例にしたがっ
て説明する。なお、本発明は、下記の実施例によって限
定されるものではない。実施例１：まず、ポリアクリル酸のコーティング材料
（日本ゼオン製、商品名「ＬＸ−８１６」、固形分４２
％）を水で５倍に希釈してコーティング溶液を調製し
た。このコーティング溶液を、主として結晶質アルミナ
の無機繊維の積層体からなる断熱材本体（三菱化学製、
商品名「マフテックブランケット」）の表裏両面にスプ
レーで塗布した。コーティング溶液の塗布量は、上記コ
ーティング材料を含む有機物の重量が全体の重量に対し
て１％以内になるように調整した。コーティング溶液を
乾燥させて断熱材を得た。実施例２：本例では、主としてケイ酸カリウム水溶液の
コーティング溶液（オーデック製、商品名「セラコート
２２−Ｔ」）を、断熱材本体の表裏両面にスプレーで約
０．３ｇ塗布して乾燥させた以外は、実施例１と同様の
手順で断熱材を作製した。実施例３：本例では、上述した０．３ｇのケイ酸カリウ
ム水溶液を断熱材本体の表裏両面へ塗布及び乾燥させた
後、りん酸アルミニウム水溶液のコーティング溶液（オ
ーデック製、商品名「マスターシール」）を約０．３ｇ
スプレーでさらに塗布して乾燥させた以外は、実施例２
と同様の手順で断熱材を作製した。比較例１：本例では、比較のため、実施例１〜実施例３
で使用した断熱材本体をそのまゝ断熱材として使用し
た。このような断熱材本体は、それ自体で触媒コンバー
タの保持シール材としてよく知られており、０．０９〜
０．１１ｇ／cm³の嵩密度、１０００〜１５００MPa の
引張り強度を有する。実施例４：まず、主として結晶質アルミナの無機繊維の
集合体（三菱化学製、商品名「マフテックバルク」）を
４７．６ｇ水中で解繊した。つぎに、この無機繊維に、
６ｇのガラス繊維（日本板硝子製、商品名「マイクログ
ラス」）からなる無機結合媒体と、２．４ｇのセピオラ
イトからなる無機凝集剤とを断熱材本体の形成のために
単純に混合し、抄紙法によりマットに成形した。得られ
たマットをプレスして乾燥させた。

【００４６】つぎに、マットの表裏両面に実施例２で使
用したケイ酸カリウム水溶液のコーティング溶液をスプ
レーによって約０．３ｇ塗布した後に乾燥させた。この
コーティング溶液付きのマットを電気炉に入れて８００
℃で１時間加熱すると、ガラス繊維が軟化して無機繊維
を融着した断熱材が得られた。比較例２：本例では、比較のため、コーティング溶液を
スプレーによってマットに塗布しない以外は、実施例４
と同様の手順で断熱材を作製した。実施例５：本例では、６ｇのガラス繊維（マイクログラ
ス）からなる無機結合媒体及び２．４ｇのセピオライト
からなる無機凝集剤の代わりに、下記のような結合媒
体、凝集剤及び紙力増強剤の均一な混合物を使用した以
外は、実施例４と同様にマットを作製した。（結合媒体）有機繊維（太さ０．１１ｇ／km、ユニチカファイバー社
製、商品名「メルティ４０８０」）有機バインダ（商品名「ＬＸ−８１６」）（凝集剤）無機凝集剤（セピオライト）有機凝集剤（三井サイテック社製、商品名「アキュラッ
ク１３５」）有機凝集剤（三井サイテック社製、商品名「アキュラッ
ク３０４Ｅ」）（紙力増強剤）ハリマ化成製、商品名「ハーマイドＢ−１５」なお、ここで使用した凝集剤及び紙力増強剤の有機物の
含有量を計算したところ、断熱材の全量（重量）を基準
にして、アキュラック１３５、アキュラック３０４Ｅ及
びハーマイドＢ−１５があわせて３％であった。次い
で、得られたマットの表裏両面に、りん酸アルミニウム
水溶液のコーティング溶液をスプレーによって約０．０
３ｇ塗布した後乾燥させて、断熱材を得た。比較例３：本例では、比較のため、コーティング溶液を
スプレーによってマットに塗布しない以外は、実施例５
と同様の手順で断熱材を作製した。〔断熱材の観察〕前記実施例１〜５及び比較例１〜３で
作製した断熱材の表面を走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、図２〜図９に示すような顕微鏡（ＳＥＭ）写真が
得られた。

【００４７】実施例１〜実施例５の断熱材は、それぞれ
図２〜図４、図６及び図８に示されるように、表面にお
いて無機繊維を横たえていることが分かる。さらに、無
機繊維どうしは、有機及び無機の結合媒体によって密に
結合していることも観察される。したがって、このよう
な断熱材は、従来の触媒コンバータと同等又はそれ以上
に、有機繊維及び／又は有機バインダのような有機物の
含有量を減らしながら、無機繊維の突出や飛散を防止す
ることができる。かくして、この断熱材を触媒コンバー
タに作業者が組み入れるときに、上述した突出や飛散に
より無機繊維の端部と直接接触して不快感を受けること
を回避することができる。また、排気ガス浄化システム
の誤作動も生じ難くなる。

【００４８】それに対して、比較例１〜比較例３の断熱
材では、それぞれ図５、図７及び図９に示されるよう
に、無機繊維がその表面に対して起立してしまう。した
がって、このような断熱材を触媒コンバータに作業者が
組み入れるとき、無機繊維の端部に直接接触してそれに
より不快感を受けることとなる。〔断熱材の評価試験〕実施例４及び５で作製した断熱材
を、嵩密度（ｇ／cm³）、引張り強度（ＭＰａ）、そし
て伸び率（％）に関して評価した。嵩密度は、断熱材を
２２０ｍｍ四方の正方形にカットして得たサンプルの隅
近くの４点と中央１点の計５点から平均厚さを求めた
後、この平均厚さで上記面密度を割って算出した。ま
た、断熱材を幅２５mm及び長さ１８０mmの矩形に裁断し
た後、島津製作所社製のオートグラフを用いて引張り強
度及び伸び率を室温で測定した。このとき、引張り速度
は、２０mm／分の条件とした。

【００４９】実施例４の断熱材は、０．１４ｇ／cm³の
嵩密度、０．０３４MPa の引張り強度及び０．９％の伸
び率を有することが分かった。また、実施例５の断熱材
は、０．１６ｇ／cm³の嵩密度、０．０４５MPa の引張
り強度及び３．３９％の伸び率を有することが分かっ
た。このような測定値から理解されるように、これらの
断熱材は、有機物の含有量を減らしながら、触媒担体の
保持に十分な嵩密度と、触媒担体への巻き付けに耐えう
る引張り強度及び伸び率とを有している。実施例６：主として結晶質アルミナからなる無機繊維の
積層体（三菱化学製、商品名「マフテックブランケッ
ト」）を用意し、これを矩形（幅１５cm×長さ２０cm）
に細断して断熱材の出発物質とした。一方、酸素−水素
ガスバーナーを用意し、ガスの供給量を、酸素２０リッ
トル／分及び水素４０リットル／分に調整しながら、そ
の火炎が安定となるように燃焼させた。この火炎（全長
約２０cm）の中央部付近の比較的に高温な部分（最低約
２０００℃）に先に作製した断熱材の出発物質を差し込
み、約８秒間にわたって火炎にかざした。次いで、出発
物質を裏返しし、再び約８秒間にわたって火炎にかざし
た。上記のようにして表裏両面を加熱処理した後、得ら
れた断熱材の表面を目視で観察したところ、加熱処理前
の「マフテックブランケット」（商品名）に比較して、
毛羽立ちが減少し、表面が若干平らになったようであっ
た。また、断熱材の表面を直接に手で触れると、加熱処
理前の表面に比較して、チクチク感に代表される不快感
は認められなかった。

【００５０】また、同じ断熱材の表面を光学顕微鏡で観
察したところ、図１０に示すような顕微鏡写真が得られ
た。なお、この写真では、無機繊維の状態の理解を容易
にするため、表面の一部を拡大して示してある。写真か
ら理解されるように、断熱材の表層において、無機繊維
が溶融・固化したために、繊維どうしが交差したところ
で融着が起こり、緻密なネットワーク構造が形成されて
いる。このネットワーク構造は、断熱材になんらかの衝
撃が加わって繊維の一部が損傷を受けたとしても、残さ
れたネットワーク構造でもって繊維の破損部位をそのま
ま保持でき、繊維片の不所望な飛散を防止できる。ま
た、さらに強い衝撃が加わって繊維の破損が顕著とな
り、断熱材の破片の分離が発生したとしても、その破片
は、１本の繊維からなるのではなく、複数本の繊維が融
着してできた固まりであるので、繊維の微細粉などに認
められるような空気中での長時間の浮遊を防止できる。
さらに、ネットワーク構造に取り込まれたためであるの
か、本来ならば容易に認められるはずである繊維の先端
をあまり認めることができず、さらに加えて、認められ
る繊維の先端は、それぞれ、溶融・冷却工程を経て、形
状が丸みを帯びている。さらに、この断熱材では、その
表層部分においてのみ繊維の形状を変化させているだけ
であるので、断熱材の全体として見た場合、各種の好ま
しい特性が悪影響を受けることもない。

【００５１】図１２は、参考のため、上記のような加熱
処理を行わなかった無機繊維の積層体（商品名「マフテ
ックブランケット」）の表面の顕微鏡写真を示したもの
である。写真から理解されるように、この積層体も多数
本の無機繊維から構成されているというものの、繊維相
互の絡み合いによるネットワーク構造は形成されておら
ず、また、多数の先端が繊維に認められるものの、先端
が丸くなったものは存在していない。実施例７：主として結晶質アルミナからなる無機繊維の
積層体（三菱化学製、商品名「マフテックブランケッ
ト」）を用意し、これを矩形（幅１５cm×長さ２０cm）
に細断して断熱材の出発物質とした。一方、酸素−水素
ガスバーナーを用意し、ガスの供給量を、酸素３０リッ
トル／分及び水素６０リットル／分に調整しながら、そ
の火炎が安定となるように燃焼させた。この火炎（全長
約３０cm）の中央部付近の比較的に高温な部分（最低約
２０００℃）に先に作製した断熱材の出発物質を差し込
み、約６秒間にわたって火炎にかざした。次いで、出発
物質を裏返しし、再び約６秒間にわたって火炎にかざし
た。上記のようにして表裏両面を加熱処理した後、得ら
れた断熱材の表面を目視で観察したところ、前記実施例
６の場合と同様に、加熱処理前の「マフテックブランケ
ット」（商品名）に比較して、毛羽立ちが減少し、表面
が若干平らになったようであった。また、断熱材の表面
を直接に手で触れると、加熱処理前の表面に比較して、
チクチク感に代表される不快感は認められなかった。

【００５２】また、同じ断熱材の表面を光学顕微鏡で観
察したところ、図１１に示すような、図１０の写真に類
似の顕微鏡写真が得られた。すなわち、本例の断熱材の
表層においても、繊維どうしが交差したところで融着が
起こり、緻密なネットワーク構造が形成されている。こ
のネットワーク構造は、断熱材になんらかの衝撃が加わ
ったとしても、繊維片の不所望な飛散を防止できる。ま
た、さらに強い衝撃が加わって繊維の破損が顕著となっ
たとしても、その破片の空気中での長時間の浮遊を防止
できる。さらに、繊維の先端は、それぞれ、溶融・冷却
工程を経て、形状が丸みを帯びている。さらに、この断
熱材では、その表層部分においてのみ繊維の形状を変化
させているだけであるので、断熱材の全体として見た場
合、各種の好ましい特性が悪影響を受けることもない。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、従来の触媒コンバータと同等又はそれ以上に、断熱
材中の有機繊維及び／又は有機バインダのような有機物
の含有量を減らしながら効率的に生産されるとともに、
作業者に対する不快感をできるかぎり回避して触媒コン
バータに適用することができる断熱材を提供することが
できる。

【００５４】また、本発明によれば、断熱材を無機繊維
の集合体のみから構成することによって、断熱材本体を
覆うコーティングの省略に由来する製造工数及びコスト
の削減を図るとともに、手触り感を改善し、かつ繊維の
飛散を防止して作業者の衛生管理に配慮した断熱材を提
供することができる。さらに、本発明によれば、そのよ
うな優れた断熱材を使用して、高性能で排気ガス浄化シ
ステムの誤動作を招かない触媒コンバータを効率的に生
産し、提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるの触媒コンバータの好ましい一例
を展開して示した斜視図である。

【図２】実施例１で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図３】実施例２で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図４】実施例３で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図５】比較例１で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図６】実施例４で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図７】比較例２で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図８】比較例３で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図９】実施例５で作製した断熱材の表面のＳＥＭ写真
である。

【図１０】実施例６で作製した断熱材の表面の光学顕微
鏡写真である。

【図１１】実施例７で作製した断熱材の表面の光学顕微
鏡写真である。

【図１２】市販の触媒コンバータ用保持シール材の表面
の光学顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１０…触媒コンバータ１１…金属ケーシング１２…排気ガス流入口１３…排気ガス流出口２０…触媒要素３０…断熱材３１…コーティング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｄ０６Ｍ 15/263 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ // Ｄ０６Ｍ 101:00 Ｄ０６Ｍ 11/06 (72)発明者河合貴之神奈川県相模原市南橋本３−８−８住友スリーエム株式会社内 (72)発明者渡辺俊行神奈川県相模原市南橋本３−８−８住友スリーエム株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA07 BA09 BA10 BA39 GA06 GB01W GB01X GB01Z GB05W GB06W GB07W GB10W GB10X GB16Z GB17Z GB19Z HA27 HA28 HA29 HA31 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 BA10X BA30X BA31X BA33X BB02 BB18 CA01 CC04 CC06 CC63 4L031 AA24 AA26 AB34 BA19 BA33 DA00 DA17 4L033 AA09 AB07 AC05 CA18 4L047 AA02 BA21 CA05 CB06 CC12 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機繊維の集合体によって形成された断
熱材本体と、前記断熱材本体の少なくとも一面に設けられたコーティ
ングと、を備えることを特徴とする断熱材。
【請求項２】前記コーティングが、有機高分子化合物
からなることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】前記コーティングが、無機化合物からな
ることを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
【請求項４】前記断熱材本体が、前記無機繊維の集積
化成分をさらに含んでおり、かつ、前記集積化成分が、
前記断熱材本体、前記コーティング及び該集積化成分の
全量を基準に３質量％以内の範囲で有機物を含有してい
る、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の断熱材。
【請求項５】前記集積化成分が、凝集剤をさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載の断熱材。
【請求項６】前記断熱材本体が、前記無機繊維の集積
化成分をさらに含んでおり、かつ、前記集積化成分が、
ガラス繊維からなる結合媒体を有している、ことを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の断熱材。
【請求項７】前記集積化成分が、凝集剤をさらに含む
ことを特徴とする請求項６に記載の断熱材。
【請求項８】無機繊維の集合体によって形成され、有
機物を実質的に含有しない断熱材本体からなるととも
に、前記断熱材本体が、少なくともその表面部分におい
て、前記無機繊維の熱変形に由来する非鋭利な先端と、
繊維間の部分的な結合とを備えた無機繊維からなること
を特徴とする断熱材。
【請求項９】前記断熱材本体が、セラミック繊維の積
層体をフェルト化処理した後に焼成し、さらに前記セラ
ミック繊維の変形温度を上回る温度で加熱処理したもの
であることを特徴とする請求項８に記載の断熱材。
【請求項１０】ケーシング、前記ケーシング内に設置された触媒要素、及び前記ケー
シングと前記触媒要素との間に配置された断熱材、を備
える触媒コンバータであって、前記断熱材が、無機繊維の集合体によって形成された断
熱材本体と、前記断熱材本体の少なくとも一面に設けられたコーティ
ングと、を備えることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項１１】ケーシング、前記ケーシング内に設置された触媒要素、及び前記ケー
シングと前記触媒要素との間に配置された断熱材、を備
える触媒コンバータであって、前記断熱材が、無機繊維の集合体によって形成され、有
機物を実質的に含有しない断熱材本体からなるととも
に、前記断熱材本体が、少なくともその表面部分におい
て、前記無機繊維の熱変形に由来する非鋭利な先端と、
繊維間の部分的な結合とを備えた無機繊維からなること
を特徴とする触媒コンバータ。