JP2007071028A - 保持シール材および排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス浄化装置等に用いられる保持シール材の継合部に好適な継合状態を形成する。
【解決手段】本発明では、無機繊維からなるシート材で構成され、排気ガス処理体の外周面に円周状に巻回し、前記シート材の端部同士を継合して固定される保持シール材が提供される。前記シート材は、継合される前記端部に少なくとも一組の突起部および切り欠き部を有し、各組の突起部について突出長さＬと突出幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記各組の突起部の先端の角部と前記各組の突起部に対応する切り欠き部の側部の先端は、曲率半径Ｒ（ｍｍ）が０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲の曲面形状となっている。シート材をこのような形状とすることで、突起部と切り欠き部の嵌合部に生じる切れ残り繊維量を抑制することができ、継合部には段差等のない好適な継合状態が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に排気ガス浄化装置等に用いられる保持シール材および保持シール材を含む排気ガス浄化装置に関する。

自動車の台数は、今世紀に入って飛躍的に増加しており、それに比例して、自動車の内燃機関から排出される排気ガスの量も急激な増大の一途を辿っている。特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる種々の物質は、汚染を引き起こす原因となるため、現在では、世界環境にとって深刻な影響を与えつつある。

このような事情の下、従来より各種排気ガス浄化装置が提案され、実用化されている。一般的な排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ガスマニホールドに連結された排気管の途上にケーシング（金属シェル）を設け、その中に微細な孔を多数有する排気ガス処理体を配置した構造となっている。排気ガス処理体の一例としては、触媒担持体やディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の排気ガス浄化フィルタがある。例えばＤＰＦの場合、上述の構造により、排気ガスが排気ガス処理体を通過する際に、その孔の周囲の壁に微粒子がトラップされ、排気ガス中から微粒子を除去することができる。排気ガス処理体の構成材料は、金属や合金の他、セラミック等である。セラミックからなる排気ガス処理体の代表例としては、コーディエライト製のハニカムフィルタが知られている。最近では、耐熱性、機械的強度、化学的安定性等の観点から、多孔質炭化珪素焼結体が排気ガス処理体の材料として用いられている。

このような排気ガス処理体と金属シェルの間には、通常筒状の保持シール材が設置される。保持シール材は、車両走行中等における排気ガス処理体の金属シェルとの当接による破損を防ぎ、さらに金属シェルと排気ガス処理体との隙間から排気ガスがリークすることを防止するために用いられる。また、保持シール材は、排気ガスの排圧により排気ガス処理体が脱落することを防止する役割を有する。さらに排気ガス処理体は、反応性を維持するため高温に保持する必要があり、保持シール材には断熱性能も要求される。これらの要件を満たす部材としては、アルミナ系ファイバー等の無機繊維からなるシート材がある。

このシート材は、排気ガス処理体の開口面を除く外周面に巻き付けられ、排気ガス処理体と一体固定化されることにより、保持シール材として機能する。その後、この一体品は、金属シェル内に設置されて、排気ガス浄化装置の一部を構成する。

この一体品を金属シェル内に設置する方法としては、金属シェルを半円状の二ツ割にしておき、その中に、排気ガス処理体に保持シール材を巻回した一体品を入れ、次いで二ツ割の金属シェルを筒状に結合する方法がある。あるいは金属シェルを断面Ｃ形状、Ｕ形状としておき、その中に上記一体品を入れ、次いで金属シェルを筒状に塞ぐ方法がある。さらに近年では、作業性向上、工程簡略化のため、予め円筒状の金属シェルを準備しておき、その中へ上記一体品を圧入して組み付ける方法が採用されている。

また従来より、排気ガス処理体に保持シール材を巻回して一体化する方法としては、予め巻回しに必要な寸法のシート材２４を準備しておき、図１に示すように、このシート材２４の相互に継合される端部の一方に突起部を、また継合される端部の他方には切り欠き部を切断形成する方法が用いられる。このように切断加工したシート材を排気ガス処理体の外周面に円周状に巻回して、突起部を切り欠き部に嵌入させ、さらに端部同士でテーピングを行うことにより、排気ガス処理体の外周部に保持シール材を固定させることができる（例えば特許文献１）。
特開２００２−６８７０９号公報

しかし従来の方法では、シート材を上述の形状にプレス裁断加工した際に、切断面に切れ残り繊維が多数発生してしまう。この切れ残り繊維は、特にシート材の継合端面の突起部や切り欠き部のような凹凸形状の角部や隅部に多数存在する。このような切れ残り繊維は、シート材を排気ガス処理体に巻回して固定する際に、シート材の継合面での継合の障害となり、継合部に段差が生じたり、継合部の係合力が低下するという問題が生じる。またこのような継合面での継合が不十分な状態で、保持シール材と排気ガス処理体の一体品を金属シェルに圧入しようとすると、シート材に加わる剪断力によって、シート材に変形やずれが生じてしまう。従って、このような継合状態でシート材を組み付けた装置では、良好なシール性および保持力を維持できない場合がある。またこれを回避するためには、シートの巻回し固定の前に、作業者がシート材の切れ残り繊維を手作業で除去する必要が生じ、作業効率が著しく低下するという問題もあった。

なお、ＤＰＦ等の排気ガス処理体の比重は材質変更などの影響により、徐々に増加する傾向にあり、この排気ガス処理体を保持する保持シール材の厚さも、次第に厚くなる方向にある。従って、シート材の裁断加工時に生じる切れ残り繊維の問題は、今後顕在化する可能性がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、継合部に好適な継合状態を形成させることのできるシート材からなる保持シール材を提供すること、またこのような保持シール材を有し、排気ガス処理体に対する保持性に優れた排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の保持シール材は、無機繊維からなるシート材で構成される保持シール材であって、前記シート材は、一方の端に突起部を、他の端に前記突起部と勘合する切欠き部を有してなり、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端は、曲面形状となっていることを特徴とする。シート材をこのような形状を有するように裁断することにより、突起部や切り欠き部に生じる切れ残り繊維を低減することができる。また裁断後に多少の切れ残り繊維が生じても、切れ残り繊維は、上記箇所を曲面形状とすることによって、切り欠き部の内部に生じた隙間に収容され得るため、設計通りの状態で端部の継合を行うことができる。

特に、前記保持シール材においては、シート材の前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端に、その曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を形成することが好ましい。これによりシート材の嵌め合わせ部での係合力の低下を回避することができる。

前記保持シール材は、排気ガス処理体の外周面に円周状に巻回し、前記シート材の端部同士を継合して固定されて使用されることが好ましい。

なお、前記シート材は、前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、さらに前記突起部の付け根部および前記切り欠き部の底部にその曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を有することが好ましい。これにより、上記の各追加箇所に生じる切れ残り繊維量をさらに低減することができる。

また、前記曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、０．５≦Ｒ≦Ｐ／３の範囲であることが好ましい。これにより、シート材の上記各箇所に生じる切れ残り繊維量が低減されるとともに、接触領域の減少によるシート材の嵌め合わせ部での係合力の低下をより効果的に抑制することができる。

また、前記シート材は、無機繊維の積層状シートをニードリング処理して構成されることが好ましい。ニードリング処理により、シート材の厚さ方向に繊維が編みこまれて、シート材の密度が高くなるとともに、その厚さを薄くすることができるからである。

また、前記シート材は、結合材を含有することが好ましい。これにより、繊維同士が接着され、保持シール材を切断加工する際や排気ガス処理体に巻き回して金属シェルに封入する際に、繊維の飛散を防止することができる。結合材としては、有機結合材もしくは無機結合材を使用することができる。有機結合材としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ゴム系樹脂、スチレン系樹脂などを使用でき、また無機結合材としては、シリカゾル、アルミナゾルなどを使用することができる。特に有機結合材を使用することが好ましい。使用中に排気ガスの熱により樹脂が分解除去され、保持シール材の復元力によって、排気ガス処理体に対する保持シール材の保持力が向上するからである。

前記無機繊維の平均直径は、６μｍ以上であることが好ましい。これにより、シート材の切断が容易になる。

また、前記無機繊維は、アルミナとシリカの混合物であることが好ましい。これにより、保持シール材の断熱性能が向上する。

また、前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであっても良い。

本発明の排気ガス浄化装置は、排気ガス処理体と、無機繊維からなるシート材で構成された保持シール材であって、前記排気ガス処理体の外周面に円周状に巻回して使用される保持シール材と、前記排気ガス処理体を収容するシェルと、で構成される排気ガス装置であって、前記シート材は、一方の端に突起部を、他の端に前記突起部と勘合する切欠き部を有してなり、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端は、曲面形状となっていることを特徴とする。

ここで、前記シート材は、前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端に、その曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を有することが好ましい。

また前記シート材は、前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の付け根部および前記切り欠き部の底部にその曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を有することが好ましい。

また、前記シート材の前記曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、０．５≦Ｒ≦Ｐ／３の範囲であることがより好ましい。

本発明の排気ガス浄化装置では、先に示したような保持シール材の特徴により、保持シール材と排気ガス処理体の一体品を金属シェルに圧入した後も、各部材間には所定の位置関係が維持される。

ここで、排気ガス浄化装置の保持シール材を構成するシート材は、前述の各特徴を有するものであっても良い。また、前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであっても良く、この場合、ガスシール性および触媒担持体または排気ガスフィルタに対する保持性に優れた排気ガス浄化装置が提供される。

本発明の保持シール材では、シート材の継合部に好適な継合状態を形成することが可能となる。またこのような保持シール材を排気ガス浄化装置に使用することにより、排気ガス処理体に対する保持性に優れた排気ガス浄化装置が得られる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。

本発明の保持シール材１５は、無機繊維からなるシート材２４で構成され、例えば排気ガス処理体２０の外周面に円周状に巻回して使用される。

図２には、本発明の保持シール材１５に用いられる、シート材２４の形状の一例を示す。この図には、シート材２４の継合される両端部７０、７１の拡大図も示されている。シート材２４は、排気ガス処理体２０の外周面に巻回した際に継合される端部の一方７０に少なくとも一つの突起部５０を有し、他の端部７１には、前記突起部５０が嵌入される少なくとも一つの切り欠き部６０を有する。

ここで、シート材２４の突起部５０の先端の角部５３と切り欠き部６０の側部６５の先端は、曲面形状となっている。シート材２４の両端部７０、７１をこのような曲面形状で裁断加工することにより、突起部５０を切り欠き部６０に嵌入する際に段差等は生じず、両端部を設計通りの状態で継合させることができる。これは、（１）上述の箇所を曲面形状とすることにより、シート材２４の裁断が容易となるため、突起部や切り欠き部に切れ残り繊維が生じにくくなること、および（２）仮に切り欠き部６０の底部６２の隅や突起部５０の付け根部５２等に切れ残り繊維が生じても、これらの位置と対向する、突起部５０の先端の角部５３や切り欠き部６０の側部６５の先端が曲面形状となっているため、これにより生じた隙間に切れ残り繊維が収容され得ることによる。従って、図３に示すように、裁断後のシート材２４を保持シール材１５として、排気ガス処理体２０の外周部に円筒状に巻回して、端部７０、７１を継合、固定化する際に、保持シール材１５には、切れ残り繊維に起因する段差、緩み、外れ等は生じない。またこの場合、作業者が予めシート材２４の切れ残り繊維を手作業で除去することも必要ではなくなる。また保持シール材がこのように好適な継合状態を有するため、排気ガス処理体２０との一体品を金属シェルに圧入することが容易となり、さらに圧入後の各部材間には設計通りの位置関係が維持される。従って、排気ガス処理体に対する保持力の良好な排気ガス浄化装置１０が得られる。

ここで、シート材２４の上記箇所（突起部５０の先端の角部５３と切り欠き部６０の側部６５の先端）は、突起部５０の突出長さＬと突出幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、曲率半径Ｒ（ｍｍ）を０．５≦Ｒ≦Ｐ／２となるように裁断加工することが好ましい。シート材２４の曲率半径をＲ≧０．５とすることにより、シート材を保持シール材として使用したときに、前述の効果を効果的に発揮させることができる。また曲率半径Ｒ≦Ｐ／２とするのは、図３のように、裁断後のシート材２４を保持シール材１５として、排気ガス処理体２０の外周部に円筒状に巻回して、端部７０、７１を継合、テーピング固定する際に、突起部５０と切り欠き部６０を一定の領域で接触させるためである。すなわち、曲率半径ＲがＲ＞Ｐ／２である場合、突起部５０と切り欠き部６０が実質的に接触できなくなり、係合力が生じなくなる。また嵌め合わせ部に生じた隙間からガスが通り抜けてしまうため、シール性が著しく低下してしまう。これに対して曲率半径Ｒ≦Ｐ／２とした場合は、嵌め合わせ部に一定の係合力が生じ、保持シール材１５としての保持力が向上する。また突起部と切り欠き部の嵌め合わせ部にはガスの貫通経路は生じず、良好なシール性を維持することができる。

なお、シート材の突起部５０が突出長さＬ＝突出幅Ｗの形状となっている場合は、曲率半径Ｒは０．５≦Ｒ＜Ｐ／２の範囲にする必要がある。この場合、曲率半径Ｒ（ｍｍ）＝Ｐ／２とは、突起部５０と切り欠き部６０の嵌め合わせ部が図４に示すような形状になっていることを意味する。このような突起部５０の形状では、突起部５０と切り欠き部６０が実質的に面同士で接触しなくなり（Ｒ＝Ｐ／２で点接触となる）、嵌め合わせ部に係合力が生じなくなるとともに、シート材２４の嵌め合わせ部に生じる隙間によって、ガスリークが生じてしまう。従って突起部がこのような形状の場合には、上記箇所の曲率半径は、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２の範囲となるようにシート材を裁断加工する必要がある。

さらに、前記各箇所の曲率半径Ｒは、０．５≦Ｒ≦Ｐ／３の範囲であることが好ましい。このようなシート材２４を保持シール材１５として使用することにより、突起部５０と切り欠き部６０の間に十分な接触領域が確保され、さらに良好な係合力が得られる。

なお上述の例では、シート材２４の突起部５０の先端の角部５３と切り欠き部６０の側部６５の先端の曲率半径Ｒのみを曲面形状とした場合について説明した。しかしながら本発明では、必要に応じて、シート材２４のその他の箇所についても、曲面形状とすることが可能である。例えば、シート材２４の突起部５０の付け根部５２および切り欠き部６０の底部６２の隅の曲率半径Ｒが、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）を満たす曲面形状となるようにしても良い（図５参照）。これにより、シート材の裁断時に生じる切れ残り繊維をさらに低減させることができる。

なお、図２および図５の例では、シート材２４の巻回し固定される端部の継合形状は、１組の突起部５０と切り欠き部６０で構成されているが、シート材２４の端部７０、７１の形状は、これに限られるものではない。例えば複数組の突起部５０と切り欠き部６０で継合部を構成しても良い。あるいは図６に示すように、シート材２４の巻回し固定される両端部７０、７１のそれぞれが、１対の突起部５１と切り欠き部６１を有するようにして、両端部７０、７１を突き合わせてからテーピング等により固定させても良い。この場合、突起部５１の先端のうち、少なくとも他方の端部の付け根部５２と対向する角部５３を上記値に制御することにより、上述のような効果を得ることができる。

このような保持シール材１５は、図３に示すように、排気ガス処理体２０の外周に巻回し固定され、この一体品は、例えば圧入方式によって金属シェル１２内に設置される。このようにして構成される排気ガス浄化装置１０の一構成例を図７に示す。この図の例では、排気ガス処理体２０は、ガス流と平行な方向に多数の貫通孔を有する触媒担持体である。触媒担持体は、例えばハニカム状の多孔質炭化珪素等で構成される。なお、本発明の排気ガス浄化装置１０は、このような構成に限られるものではない。例えば、排気ガス処理体２０を貫通孔の一部が目封じされたＤＰＦとすることもできる。このような排気ガス浄化装置１０に、上述のような保持シール材１５を使用することにより、金属シェル１２に圧入した後も、各構成部材が所定の位置関係を維持することが可能となる。従って、ガスシール性に優れた排気ガス浄化装置が提供される。また排気ガス処理体が排気ガス圧力で脱落することがなく、排気ガス処理体に対する保持性に優れた排気ガス浄化装置が提供される。

以下、本発明の保持シール材１５の製作方法の一例を説明する。

本発明の保持シール材１５はシート材２４からなり、このシート材２４は、以下のように製作することができる。

まず、無機繊維からなる積層状シートを製作する。なお以下の説明では、無機繊維としてアルミナとシリカの混合物を用いるが、無機繊維材料は、これに限られるものではなく、例えば、アルミナ繊維またはシリカ繊維を単独で使用することもできる。アルミニウム含有量７０ｇ／ｌ、Ａｌ／Ｃｌ＝１．８（原子比）の塩基性塩化アルミニウム水溶液に、アルミナ−シリカ組成比が６０〜８０：４０〜２０となるようにシリカゾルを添加し、無機繊維の前駆体を調製する。特にアルミナ−シリカ組成比は、７０〜７４：３０〜２６程度であることがより好ましい。アルミナ組成比が６０％以下では、アルミナとシリカから生成されるムライトの組成比率が低くなるため、シート材の熱伝導度が高くなり、十分な断熱性能が得られないからである。

次にこのアルミナ系繊維の前駆体にポリビニルアルコール等の有機重合体を加える。その後この液体を濃縮し、紡糸液を調製する。さらにこの紡糸液を使用して、ブローイング法により紡糸する。ブローイング法とは、エアーノズルから吹き出される空気流と紡糸液供給ノズルから押し出される紡糸液流とによって、紡糸を行う方法である。エアーノズルからのスリットあたりのガス流速は、通常４０〜２００ｍ／ｓである。また紡糸ノズルの直径は通常０．１〜０．５ｍｍであり、紡糸液供給ノズル１本あたりの液量は、通常１〜１２０ｍｌ／ｈ程度であるが、３〜５０ｍｌ／ｈ程度であることが好ましい。このような条件では、紡糸液供給ノズルから押し出される紡糸液は、スプレー状（霧状）となることなく十分に延伸され、繊維相互で溶着しにくいので、紡糸条件を最適化することにより、繊維径分布の狭い均一なアルミナ繊維前駆体を得ることができる。

ここで、製作されるアルミナ系繊維の平均繊維長は、２５０μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上であることがより好ましい。平均繊維長が２５０μｍ未満では、繊維同士が十分に絡み合わず、十分な強度が得られないからである。また無機繊維の平均直径は、特に限られない。ただし、本発明は、無機繊維の平均直径が６μｍ以上であっても効果を奏することに留意する必要がある。

紡糸が完了した前駆体を積層して、積層状シートを製作する。さらに積層状シートに、ニードリング処理を行う。ここで、ニードリング処理とは、ニードルを積層状シートに抜き差しして、シートの肉薄化を行うことをいう。ニードリング処理には、通常ニードリング装置が用いられる。ニードリング装置は、通常、突き刺し方向に往復移動可能なニードルボードと積層状シートの両面に設置された一対の支持板とで構成される。ニードルボードには、積層状シートに突き刺すための多数のニードルが、例えば約１００〜５０００個／１００ｃｍ^２の密度で固定されている。また支持板には、ニードル用の貫通孔が設けられている。このようなニードリング装置を用いて、ニードルを積層状シートに抜き差しして、ニードリング処理を行うことにより、複雑に絡み合った繊維が積層方向に配向し、積層状シートの積層方向の強化を図ることができる。

このようにニードリング処理の施された積層状シート（以下シート材という）を常温から加熱し、最高温度１２５０℃程度で連続焼成することで、所定の目付け量のシート材が得られる。

ハンドリングの容易化のため、このようにして得られたシート材は、所定の寸法に裁断される。

次に、裁断されたシート材には、樹脂のような有機系結合材が含浸されることが好ましい。これにより、シート材２４の嵩高さを抑制することができ、シート材２４を排気ガス浄化装置１０の排気ガス処理体２０の保持シール材１５として利用する際の組み付け性が改善されるからである。またシート材２４から無機繊維が脱離して、保持力が低下することを防止することができる。さらに、排気ガス浄化装置１０に高温排気ガスが導入された場合、保持シール材１５の有機バインダが消失するため、圧縮されていた保持シール材１５が復元され、金属シェルと排気ガス処理体２０の間に存在する可能性のあるわずかの隙間も塞がれることとなり、保持シート材の保持力および、シール性が向上する。

有機系結合材の含有量は、１．０〜１０．０重量％の範囲であることが好ましい。１．０重量％未満では、十分に無機繊維の離脱を防止することができないからである。また１０．０重量％よりも多くなると、柔軟性が得られなくなり、シート材を排気ガス処理体２０に巻き付けることが難しくなるからである。

なお有機系結合材としては、例えばアクリル系（ＡＣＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）樹脂等を用いることが好ましい。

このような有機系結合材と水とで調製した水分散液を用いて、スプレー塗布により、シート材２４に樹脂を含浸させる。なおシート材中に含まれる余分な添着固形分および水分は、次工程で除去される。

次に、余分な固形分の除去および乾燥処理を行う。余分な固形分の除去は、吸引法で行われる。また余分な水分の除去は、加熱圧縮乾燥法によって行われる。この方法では、シート材に押圧を付加するため、余分な水分が除去されると共に、シート材が肉薄化される。乾燥は、９５〜１５５℃程度の温度で行われる。９５℃よりも温度が低いと、乾燥時間が長くなり生産効率が低下する。また１５５℃を超える乾燥温度では、有機系結合材自身の分解が開始され、有機系結合材による接着性が損なわれる。

最後に、シート材は、所定の形状に裁断される。このとき突起部５０と切り欠き部６０の所定の箇所が前述のような曲面形状を有するように、シート材を裁断することにより、継合部に切れ残り繊維の少ないシート材２４を得ることができる。

このようにして得られたシート材２４は、排気ガス浄化装置１０の排気ガス処理体２０の保持シール材１５として使用される。すなわち、シート材２４を排気ガス処理体２０に巻回し、端部の突起部と切り欠き部とを勘合、固定することにより、保持シール材１５と排気ガス処理体２０の一体品が提供される。次にこの一体品は、ステンレス鋼等で構成される金属シェル内に例えば圧入等により設置され、排気ガス浄化装置１０が得られる。

以下、本発明の効果を実施例により説明する。

シート材２４は以下の手順により製作した。
［シート材の製作］
アルミニウム含有量７０ｇ／ｌ、Ａｌ／Ｃｌ＝１．８（原子比）の塩基性塩化アルミニウム水溶液に、アルミナ系繊維の組成がＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝７２：２８となるように、シリカゾルを配合し、アルミナ系繊維の前駆体を形成した。

次にアルミナ系繊維の前駆体に、ポリビニルアルコール等の有機重合体を添加した。さらに、この液を濃縮して紡糸液とし、この紡糸液を用いてブローイング法にて紡糸した。

その後アルミナ系繊維の前駆体を折りたたんだものを積層して、アルミナ系繊維の積層状シートを製作した。この積層状シートに対して、針数５００個／１００ｃｍ^２のニードリング冶具で、ニードリング処理を行った。その後得られたシート材２４を常温から最高温度１２５０℃で連続焼成し、目付け量１１６０ｇ／ｃｍ^２のアルミナ系繊維のシート材を得た。アルミナ系繊維の平均直径は７．２μｍであり、最小直径は３．２μｍであった。またシート材の厚さは９ｍｍであった。

なお繊維の平均直径は、以下の方法により測定した。まず、アルミナ系繊維をシリンダーに入れ、２０．６ＭＰａで加圧粉砕する。次にこの試料をふるい網に載せ、ふるいを通過した試料を電子顕微鏡観察用試験体とする。この試験体の表面に金等を蒸着させた後、倍率約１５００倍程度の電子顕微鏡写真を撮影する。得られた写真から少なくとも４０本の繊維の径を測定する。この操作を５試料について繰り返し、測定値の平均を繊維の平均直径とした。
［シート材の裁断］
上記工程で作製されたシート材を、寸法が縦１２７０ｍｍ、横１２８０ｍｍとなるように裁断した。
［有機系結合材含浸］
裁断されたシート材に有機系結合材の含浸を行った。アクリル系樹脂水分散液（日本ゼオン製Ｌ×８０３；固形分濃度５０±１０％、ｐＨ５．５〜７．０）を樹脂濃度が１．０〜１０．０重量％の範囲となるように調製して、含浸液を得た。次に、スプレー塗布により、シート材にこの含浸液を含浸させた。
［固形分の吸引工程］
有機系結合材を含浸させた後のシート材には、所定量を超える固形分が付着しているため、固形物の吸引処理（３秒程度）によって、余分な固形分を除去した。この処理後に、秤量法にて確認した結果、シート材の有機系結合材の含浸率は１０ｗｔ％であった。
［加熱圧縮乾燥工程］
吸引工程後のシート材を用いて、乾燥温度９５〜１５５℃の加熱圧縮乾燥処理を行う。ここでは、シート材２４を上下から冶具で狭設して、加熱圧縮乾燥を行った。これにより処理後に、平均厚さが８ｍｍ程度のシート材が得られた。
［打ち抜き切断工程］
得られたシート材は、図５の形状となるようにプレス切断した。シート材の巻回し方向（Ｘ方向）の最大長さは２３０ｍｍ、幅（Ｙ方向長さ）８０ｍｍ、突起部５０の突出長さＬおよび幅Ｗはそれぞれ３０ｍｍおよび１５ｍｍとし、切り欠き部６０の深さは３１ｍｍ、幅は１５ｍｍとした。従ってこの例では、上述のＰ＝（Ｗ＝）１５ｍｍである。ここで、突起部５０の角部５３と付け根部５２、および切り欠き部６０の側部６５の先端と底部６２の隅の各曲率半径（以下、これらをまとめて、各部の曲率半径という）は、Ｒ＝３ｍｍの形状とした（実施例１）。

同様に、実施例２〜４、６〜９および比較例１のシート材２４を作製した。これらは、基本的に上述の実施例１の場合と同じ処理により作製した。ただしこれらのシート材では、各部の曲率半径Ｒを、Ｒ＝０．４〜７．５ｍｍの範囲で変化させている。なお、実施例５は、実施例４とほぼ同仕様のシート材を用いているが、無機繊維直径が５．７μｍである点のみが異なる。表１には、各実施例および比較例のシート材２４の各部の曲率半径Ｒと、Ｐ（すなわち突起部の突出幅Ｗ）に対する曲率半径Ｒの倍率等を示す。

次に、同様の方法で実施例１１〜１９、比較例１１のシート材２４を作製した。ただし、これらの実施例および比較例では、突起部５０の突出長さＬおよび幅Ｗをそれぞれ１５ｍｍおよび３０ｍｍとし、切り欠き部６０の深さを１６ｍｍ、幅を３０ｍｍとした。表２には、これらの実施例１１〜１９および比較例１１のシート材２４の各部の曲率半径Ｒと、Ｐ（すなわち突起部の突出長さＬ）に対する曲率半径Ｒの倍率等を示す。

次に、同様の方法で実施例２１〜２８、比較例２１、２２のシート材２４を作製した。ただし、これらの実施例および比較例では、突起部５０の突出長さＬおよび幅Ｗをいずれも３０ｍｍとし、切り欠き部６０の深さを３１ｍｍ、幅を３０ｍｍとした。また、各部の曲率半径Ｒは、Ｒ＝０．４〜１５ｍｍの範囲とした。表３には、これらの実施例２１〜２８および比較例２１、２２のシート材２４の各部の曲率半径Ｒと、Ｐ（すなわち突起部の突出長さＬあるいは突出幅Ｗ）に対する曲率半径Ｒの倍率等を示す。

［抜き荷重試験］
上記実施例１〜２８および比較例１、１１、２１、２２の各シート材を、直径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの触媒担持体の外周に巻回して突起部と切り欠き部とを嵌め合わせ、さらに継合される端部同士のテーピングにより、各シート材を触媒担持体と一体化させた。次にこの一体品を内径８４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ２００ｍｍのＳＵＳ３０４製の円筒状金属シェルに圧入して試験体を製作した。この試験体を２４時間以上そのまま保持した後、万能試験機を用いて試験体の抜き荷重試験を行った。ここで抜き荷重とは、金属シェルに圧入された触媒担持体を押し出すために必要な最大荷重を意味する。これまでの実験の結果から、抜き荷重が２００Ｎを越えれば、保持シール材の排気ガス処理体に対する保持力は、実用上十分であると言われている。測定結果を表１〜３、および図８に示す。これらの結果から、シート材の各部の曲率半径Ｒが、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲にあるときに、試験体の抜き荷重が２００Ｎを超え、保持シール材１５が良好な保持力を示すことがわかった。特に、シート材２４の各部の曲率半径Ｒが０．５≦Ｒ≦Ｐ／３の範囲にある場合、抜き荷重は３００Ｎを超え、このシート材を用いた保持シール材１５が、極めて良好な保持力を示すことがわかった。

図９には、シート材の切断試験によって得られた、シート材の平均繊維径と切断荷重の関係を示す。この切断試験は、切断治具を用いて、前述の方法で製作した５０ｍｍ×５０ｍｍのシート材を切断するのに必要な荷重を測定する試験であり、この試験で得られた最大荷重を切断荷重とした。この結果から、シート材の平均繊維径が大きい程、切断荷重は低下し、シート材が切断しやすくなることがわかる。これは、繊維径が太くなると、シート材に含まれる欠陥の存在率が高くなるためであると考えられる。このことから、本発明は、平均直径が６μｍを超えるシート材を用いる場合に、顕著な効果を奏するといえる。

本発明の保持シール材および排気ガス浄化装置は、車両用の排ガス浄化装置等に利用することができる。

従来の保持シール材に用いられるシート材の形状を示す図である。 本発明の保持シール材に用いられるシート材の形状およびその端部の拡大図の一例を示す図である。 本発明の保持シール材２４を排気ガス処理体２０に巻回し固定し、金属シェル１２に圧入して、排気ガス浄化装置を構成するときの説明図である。 シート材の突起部５０の突出長さＬと突出幅Ｗが等しい場合の、シート材の突起部５０の先端の角部５３および切り欠き部６０の側部６５の先端の曲率半径Ｒが、Ｐ／２のとき（すなわちＲ＝Ｌ／２＝Ｗ／２のとき）の、シート材の突起部５０と切り欠き部６０の嵌合状態を示す図である。 本発明の保持シール材に用いられる別のシート材の形状を示す図である。 本発明の保持シール材に使用されるさらに別のシート材の形状を示す図である。 本発明の排気ガス浄化装置の一構成例を示す図である。 シート材の突起部５０および切り欠き部６０の各部の曲率半径Ｒと抜き荷重の関係を示す図である。 シート材の平均繊維径と切断荷重の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 排気ガス浄化装置
１２ 金属シェル
１５ 保持シール材
２０ 排気ガス処理体
２４ シート材
５０、５１ 突起部
５２ 付け根部
５３ 角部
５５ 先端
６０、６１ 切り欠き部
６２ 底部
６５ 側部
７０、７１ 端部

Claims (19)

1. 無機繊維からなるシート材で構成される保持シール材であって、前記シート材は、一方の端に突起部を、他の端に前記突起部と勘合する切欠き部を有してなり、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端は、曲面形状となっていることを特徴とする保持シール材。
2. 前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端に、その曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を形成した請求項１に記載の保持シール材。
3. 前記保持シール材は、排気ガス処理体の外周面に円周状に巻回し、前記シート材の端部同士を継合して固定されて使用される請求項１または２に記載の保持シール材。
4. 前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の付け根部および前記切り欠き部の底部にその曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を形成した請求項１乃至３のいずれか１に記載の保持シール材。
5. 前記曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、０．５≦Ｒ≦Ｐ／３の範囲である請求項１乃至４のいずれか１に記載の保持シール材。
6. 前記シート材は、無機繊維の積層状シートをニードリング処理して構成される請求項１乃至５のいずれか１に記載の保持シール材。
7. 前記シート材は、結合材を含有する請求項１乃至６のいずれか１に記載の保持シール材。
8. 前記無機繊維の平均直径は、６μｍ以上である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の保持シール材。
9. 前記無機繊維は、アルミナとシリカの混合物である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の保持シール材。
10. 前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタである請求項３乃至９のいずれか１に記載の保持シール材。
11. 排気ガス処理体と、無機繊維からなるシート材で構成された保持シール材であって、前記排気ガス処理体の外周面に円周状に巻回して使用される保持シール材と、前記排気ガス処理体を収容するシェルと、で構成される排気ガス装置であって、
    前記シート材は、一方の端に突起部を、他の端に前記突起部と勘合する切欠き部を有してなり、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端は、曲面形状となっていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
12. 前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の先端の角部および前記切り欠き部の側部の先端に、その曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を形成した請求項１１に記載の排気ガス浄化装置。
13. 前記突起部の長さＬと突起部の幅Ｗのうち小さい方の長さをＰとしたとき、前記突起部の付け根部および前記切り欠き部の底部にその曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．５≦Ｒ≦Ｐ／２（ただし、Ｌ＝Ｗのときは、０．５≦Ｒ＜Ｐ／２）の範囲となっている曲面形状を形成した請求項１１または１２に記載の排気ガス処理装置。
14. 前記曲率半径Ｒ（ｍｍ）は、０．５≦Ｒ≦Ｐ／３の範囲である請求項１１乃至１３のいずれか１に記載の排気ガス処理装置。
15. 前記シート材は、無機繊維の積層状シートをニードリング処理して構成される請求項１１乃至１４のいずれか１に記載の排気ガス処理装置。
16. 前記シート材は、結合材を含有する請求項１１乃至１４のいずれか１に記載の排気ガス処理装置。
17. 前記無機繊維の平均直径は、６μｍ以上である請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の排気ガス処理装置。
18. 前記無機繊維は、アルミナとシリカの混合物である請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の排気ガス処理装置。
19. 前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタである請求項１１乃至１７のいずれか１に記載の排気ガス処理装置。

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