JP2009085092A - マット材、排気ガス処理装置および消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無機繊維の飛散が生じにくく、実際に排気ガス処理装置に適用した際に、装置から排出される有機成分量の少ないマット材を提供する。
【解決手段】本発明では、無機繊維を含み、第1および第2の主表面を有するベース材と、前記第1および第2の主表面の少なくとも一方に設置されたシート材とを有するマット材であって、前記シート材は、面内の少なくとも一部に開口を有することを特徴とするマット材が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無機繊維を含むマット材に関し、特に、車両等の排気ガス処理装置および消音装置に使用されるマット材に関する。

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、各種排気ガス処理装置が提案され、実用化されている。一般的な排気ガス処理装置は、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筒状部材（ケーシング）を設け、その中に、排気ガスの入口および出口用の開口面を有し、内部に微細な気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、およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の排気ガスフィルタがある。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の入口開口面から出口開口面を通って排出される間に、気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。

このような排気ガス処理体とケーシングの間には、通常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とケーシングの当接による破損を防ぎ、さらにケーシング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、アルミナ系繊維等の無機繊維を含むマット材がある。

このマット材は、排気ガス処理体の開口面を除く外周面の少なくとも一部に巻き付けられ、テーピング等によって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、ケーシング内に圧入されて排気ガス処理装置が構成される。

なお、マット材は、微細な無機繊維（通常、直径約３μｍ〜８μｍ程度）を多量に含んでおり、その表面は、無機繊維が露出された状態となっている。このような無機繊維は、作業環境性を悪化させる要因となる。例えば、作業者が排気ガス処理装置を製作するため、マット材を排気ガス処理体に巻き回すときなど、マット材のハンドリングの際に、これらの無機繊維は、周囲に容易に飛散してしまう。

そこでこのようなハンドリング時の無機繊維の飛散の問題を軽減するため、表裏面に樹脂製のフィルムを設置したマット材が提案されている（特許文献１、２参照）。
特開平８−６１０５４号公報 特開２００３−２９３７５６号公報

しかしながら、特許文献１、２のような、表裏面に樹脂製のフィルムを設置したマット材を、排気ガス処理装置の保持シール材として使用した場合、排気ガス処理装置の実際の使用の際、特に初期使用時に、排気ガスの熱によってフィルムに含まれる有機成分が熱分解し、これが装置外に排出されてしまうという問題が生じる。近年、排気ガス中の有機成分に対する規制は、益々厳しくなってきており、このような有機成分の排出は、できる限り抑制することが望ましい。

なお、特許文献２においては、マット材の表裏面の樹脂フィルムおよび両者を融着させるピン状樹脂部材によって、樹脂フィルム間に挟まれたベース材部分が固定されるため、該ベース材自身に含有される有機バインダの量を軽減することができることが開示されている。

しかしながら、このようなマット材においても、フィルムおよびピン状部材に樹脂材料を使用している以上、マット材を排気ガス処理装置の保持シール材として使用した際には、これらの樹脂成分が排気ガスによって熱分解するため、相当量の有機成分が装置外に放出されてしまうことは避けられない。このように、従来のマット材には、相当の有機成分が含まれており、マット材を排気ガス処理装置の保持シール材のような高温部材として使用した場合、有機成分の排出量に関する問題が生じ得る。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、無機繊維の飛散が生じにくく、かつ実際に排気ガス処理装置および消音装置等に適用した際に、装置から排出される有機成分量の少ないマット材を提供することを目的とする。また、使用時に排出される有機成分量を抑制することが可能な排気ガス処理装置ならびに消音装置を提供することを目的とする。

本発明では、無機繊維を含み、第１および第２の主表面を有するベース材と、前記第１および第２の主表面の少なくとも一方に設置されたシート材とを有するマット材であって、
前記シート材は、面内の少なくとも一部に開口を有することを特徴とするマット材が提供される。

ここで、当該マット材の前記シート材は、複数の開口を有し、該複数の開口は、規則的に配置されていても良い。

また、前記シート材は複数の開口を有し、該複数の開口は、形状が実質的に同一であっても良い。

また、前記シート材は、前記開口と、該開口を取り囲む骨格部とで構成され、
前記骨格部は、少なくとも、実質的に第１の方向に延伸する第１の直線部分と、実質的に第２の方向に延伸する第２の直線部分とで構成されても良い。

また、当該マット材において、前記第１の直線部分は、実質的に前記第１の方向に延伸し、規則的周期で配置された複数の直線で構成され、
前記第２の直線部分は、実質的に前記第２の方向に延伸し、規則的周期で配置された複数の直線で構成されても良い。

特に、前記シート材の開口は、前記ベース材に含まれる無機繊維の繊維長分布の９５％下限値以下の最大長を有することが好ましい。

あるいは、前記シート材の開口は、６ｍｍ以下の最大長を有しても良い。

また、前記シート材は、有機物で構成されていても良く、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンテレフタレートのうちのいずれかで構成される。

また、前記ベース材に含まれる前記無機繊維は、アルミナとシリカを含んでも良い。

また、前記ベース材は、さらに無機バインダおよび／または有機バインダを含んでも良い。

また、当該マット材に含まれる有機成分量は、４．５ｗｔ％以下であっても良い。

さらに、本発明では、
排気ガスの流通する２つの開口面を有する排気ガス処理体と、
前記排気ガス処理体の開口面を除く外周面の少なくとも一部に巻き付けて使用される保持シール材と、
該保持シール材が巻き回された前記排気ガス処理体を収容する筒状部材と、
で構成される排気ガス処理装置であって、
前記保持シール材は、前述の特徴を有するマット材で構成される、排気ガス処理装置が提供される。

さらに本発明では、
排気ガスの入口管および出口管と、
前記入口管および出口管の間に設置された排気ガス処理体と、
を備える排気ガス処理装置であって、
前記入口管の少なくとも一部には、断熱材が設置され、
該断熱材は、前述のマット材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置が提供される。

ここで、排気ガス処理装置の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。

さらに本発明では、インナーパイプと、該インナーパイプの外方を覆うアウターシェルと、前記インナーパイプとアウターシェルの間に設置された吸音材とを有する消音装置であって、
前記吸音材は、前述のマット材で構成されることを特徴とする消音装置が提供される。

本発明では、無機繊維の飛散が生じにくく、かつ実際に排気ガス処理装置および消音装置等に適用した際に、装置から排出される有機成分量の少ないマット材を提供することが可能となる。また、そのようなマット材を保持シール材および／または断熱材として備える排気ガス処理装置、さらにはそのようなマット材を吸音材として備える消音装置では、使用時に排出される有機成分量を、従来に比べて有意に抑制することが可能になる。

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。

図１には、本発明によるマット材の形態の一例を示す。また図２には、本発明に係るマット材を保持シール材として含む排気ガス処理装置の分解構成図を示す。

図１に示すように、本発明によるマット材３０は、ベース材３４０と、マット材３０の第１および第２の主表面２１０、２６０（従って、ベース材３４０の第１および第２の主表面でもある）のそれぞれの上に設置されたシート材３１０および３６０とを有する。ベース材３４０は、主として無機繊維で構成されるが、さらに無機バインダおよび／または有機バインダを含んでも良い。なお、図１の例では、マット材の第１および第２の主表面の両面上にシート材が設置されているが、シート材は、マット材の一方の主表面上のみに設置しても良い。

図１に示すように、本発明によるマット材３０は、長辺（Ｘ方向に平行な辺）と短辺（Ｙ方向に平行な辺）を有し、実質的に矩形状となるように形成される。短辺７０および７１には、それぞれ嵌合凸部５０および嵌合凹部６０が設置されている。また、短辺７１の嵌合凹部６０に隣接する位置には、２つの凸部６１が形成されている。ただし本発明のマット材の短辺７０、７１は、図１の形状に限られるものではなく、例えば、図のような嵌合部を全く有さないものや、各短辺が、それぞれ、嵌合凸部５０および嵌合凹部６０を複数有するもの等も使用できる。なお、本願において、「実質的に矩形状」とは、図１に示すような、短辺に１組の嵌合凸部５０と嵌合凹部６０を有する矩形を含む概念である。さらに、「実質的に矩形状」には、長辺と短辺の交差するコーナー部が、９０゜以外の角度を有する形状（例えば、曲率を有するもの）も含まれる。

このマット材３０は、保持シール材２４として使用する場合、長辺方向が巻回方向（図１のＸ方向）となるようにして使用される。またマット材３０が、保持シール材２４として触媒担持体等の排気ガス処理体２０に巻き付けられた際には、図２に示すように、マット材３０の嵌合凸部５０と嵌合凹部６０が嵌合され、マット材３０が排気ガス処理体２０に固定される。その後、保持シール材２４が巻き回された排気ガス処理体２０は、圧入等により、金属等で構成された筒状のケーシング１２内に圧入され、装着される。なお、図２では、マット材３０の第１のシート材３１０が簡略化され、斜線模様で示されていることに留意する必要がある。

再度図１を参照すると、本発明によるマット材３０は、第１および第２の主表面２１０、２６０に、それぞれ第１および第２のシート材３１０、３６０を有する。また、これらのシート材３１０、３６０には、面内の少なくとも一部に開口が設けられている。換言すれば、シート材３１０、３６０は、全面にわたって緻密で一様な構成ではなく、所定の開口率を有するように構成されている。

このようなシート材では、開口部の寄与により、開口率に対応した量だけ、シート材の総重量を抑制することができる。従って、仮にシート材３１０、３６０を高分子樹脂等の有機系材料で構成したとしても、本発明によるマット材３０では、従来のような表面に樹脂フィルムを設置したマット材に比べて、排気ガス処理装置の保持シール材として使用した際に、熱分解によって発生する有機成分量を有意に抑制することができる。

また、当然のことながら、シート材３１０、３６０は、開口部以外の領域（以下、「骨格部」と称する）も有するため、この骨格部により、ベース材３４０の無機繊維を押さえ付け、これを拘束することができる。従って、このようなシート材を有するマット材では、シート材を設置していないマット材に比べて、ハンドリング時の無機繊維の飛散量を有意に抑制することができる。なお、本願において、「骨格部」とは、シート材の開口部を除く部分を意味することに留意する必要がある。

ここで、本発明によるマット材において、シート材に形成される開口の数は、特に限られない。同様に、シート材の開口率も特に限られるものではない。例えば、シート材は、複数の開口を有し、該複数の開口（さらには骨格部）は、面内に規則的に配置されていても良い。また、それぞれの開口の形状は、実質的に同一であっても、異なっていても良い。例えば、開口の形状は、実質的に、円形、楕円形、三角形、矩形、正方形、菱形、多角形などであっても良い。

このようなシート材は、例えば、有機高分子系材料等で構成することができる。有機高分子系材料の種類は、特に限られないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。特にシート材は、例えば、ポリエチレン（例えば、ワリフ（登録商標）、新日石プラスト（株）社製、およびコンウェッド（登録商標））のような、熱融着が可能な材料を含むことが好ましい。この場合、接着剤を使用しなくても、シート材を加熱することによって、シート材をベース材の主表面上に固着させることができる。従って、作業性が向上する上、有機成分の放出量をより一層抑制することが可能となる。さらに、この場合、ベース材の主表面に露出している無機繊維と、シート材とが熱融着されるため、ベース材側からの無機繊維の飛散をより一層抑制することが可能になる。

次に、本発明によるマット材の特徴的効果である有機成分量の低減と無機繊維の飛散量の低減について、さらに詳しく説明する。
（有機成分量の低減について）
自動車業界では、排気ガス処理装置からの有機成分の排出量を低減するため、保持シール材に含まれる総有機成分量を４．５ｗｔ％以下に抑制することが推奨されている。

一般に、有機材料系のシート材に含まれる有機成分量Ｍ１（ｇ）は、シート材の見かけの面積Ｓ（ｃｍ^２）、厚さｔ（ｃｍ）、シート材の真密度ρ（ｇ／ｃｍ^３）、開口率αに依存し、
Ｍ１＝Ｓ×ｔ×ρ×（１−α） （１）
で表される。

なお通常の場合、マット材のベース材には、ハンドリング性を向上するため、製造過程で所定量の（例えば１ｗｔ％程度）の有機バインダが添加されている。従って、このベース材に含まれる有機成分量Ｍ２（ｇ）を考慮すると、マット材からの有機成分の排出量を４．５ｗｔ％以下に抑制するための関係式として、
｛（Ｍ１＋Ｍ２）／（Ｍ１＋Ｗ＋Ｍ２）｝×１００≦４．５（ｗｔ％） （２）
が得られる。Ｗは、有機バインダの重量を除いたベース材の重量（ｇ）である（従って、ベース材の重量は、Ｗ＋Ｍ２である）。

ここで、本発明によるマット材に含まれ得る総有機量を試算するため、例えば、ベース材の坪量を１１６０ｇ／ｍ^２とし、面積を１００ｃｍ^２とし、ベース材に含まれる有機バインダ量をベース材総重量（ベース材重量＋有機バインダ量）の１ｗｔ％とし、シート材の材質としてポリプロピレン（密度０．９１ｇ／ｃｍ^３）を選定し、この厚さを０．１５ｍｍ、開口率を９３％とした場合、Ｍ１＝０．０９６ｇ、Ｍ２＝０．１１７ｇ、Ｗ＝１１．６ｇとなる。この結果、本発明に係るマット材に含まれる総有機量は、シート材が１枚の場合（すなわち、マット材の一方の主表面にのみシート材を設置した場合）、およびシート材が２枚の場合（すなわち、マット材の両主表面にシート材を設置した場合）、それぞれ、１．８ｗｔ％および２．６ｗｔ％となる。従って、いずれの場合も、（２）式を十分に満足する。

これに対して、従来のシート材（開口率α＝０）を有するマット材では、同様の計算により、Ｍ１＝１．３６５ｇ、Ｍ２＝０．１１７ｇ、Ｗ＝１１．６ｇとなる。その結果、マット材に含まれる総有機量は、シート材が１枚および２枚の場合、それぞれ、１１．３ｗｔ％および１９．７ｗｔ％となる。従って、シート材が片面にしか設置されていないマット材においても、（２）式を満足することはできない。また、従来のマット材において、（２）式を満足させようとすると、シート材が１枚の場合、シート材の厚さｔを、０．０４７ｍｍ未満まで薄くする必要があり、シート材が２枚の場合は、シート材の厚さｔを、０．０２４ｍｍ未満まで薄くしなければならない。しかしながら、このようなシート材は、薄すぎてハンドリングが煩雑である。

このように、本発明によるマット材では、従来のマット材に比べて、有機成分量を有意に抑制することができるとともに、業界で推奨される値範囲（４．５ｗｔ％以下）を容易に達成することができる。なお、前述の試算は、本発明の効果を説明するための単純化された一例である。実際の場合、マット材から熱分解により放出される有機成分の量は、様々な因子によって、例えば、ベース材に含まれる有機バインダの面内分布の不均一性などによって、変動することに留意する必要がある。
（無機繊維の飛散量の低減について）
図３には、本発明によるマット材に使用されるシート材３１０、３６０（以下、両者を区別する必要がない場合、単にシート材３１０と言う）の一部の拡大図を模式的に示す。

図３に示すシート材３１０は、骨格部３１２および開口３１５で構成されている。特に図３の例では、この骨格部３１２は、Ｘ_１方向に沿って延伸する複数の直線３１２Ｘ_１の組と、Ｙ_１方向に沿って延伸する複数の直線３１２Ｙ_１の組とで構成されており、両者に囲まれた領域が開口３１５を構成している。

なお当然のことながら、シート材３１０の開口３１５部分では、ベース材３４０の主表面が露出している。しかしながら、本発明によるマット材では、以下の理由により、ベース材３４０に含まれる無機繊維３４２が、開口３１５を介して脱落したり飛散したりすることが抑制される。

すなわち、シート材３１０は、骨格部３１２（３１２Ｘ_１および３１２Ｙ_１）により、シート材３１０に隣接するベース材３４０の主表面側に存在する無機繊維３４２を押さえ、これを拘束している。通常、ベース材３４０に含まれる無機繊維３４２は、１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の全長を有する。このため、骨格部３１２によって、ベース材３４０に含まれる各無機繊維の少なくとも一部が押さえられている限り、開口部３１５からの無機繊維３４２の落下、飛散は、それ程顕著には生じないことになる。特に、以下に示す手順に従って、開口３１５の「最大長」を選定した場合、開口部からの無機繊維の脱落および飛散を、極めて有効に抑制することが可能となる。なお、開口の「最大長」とは、２次元平面において、開口の一端から他端までの距離のうち最大の長さを意味することに留意する必要がある。例えば、図３の開口形状（四角形状）の場合、開口の「最大長」は、開口の対角線うち最大のものの長さに相当する。

特に、開口３１５の最大長は、ベース材３４０に含まれる無機繊維３４２の繊維長の「９５％下限値」Ｍ_９５％以下とすることが好ましい。

ここで、無機繊維の繊維長の「９５％下限値」Ｍ_９５％は、ベース材３４０に含まれる無機繊維３４２の繊維長分布から、以下のようにして定めることができる。

まず、ベース材３４０に含まれる無機繊維をランダムに１００本採取し、光学顕微鏡を用いて、それぞれの長さＬ_ｉ（ｉ＝１〜１００）を測定する。次に、それぞれのＬ_ｉ値の自然体数値ｌｎ（Ｌ_ｉ）を求める。次に、ｌｎ（Ｌ_ｉ）の平均値Ａと標準偏差σを求める。さらに、
Ｋ＝Ａ−２×σ （３）
からＫを求める。このＫは、「９５％下限値」に相当し、すなわち、Ｋ以上の値の範囲に、９５％の確率で、無機繊維の繊維長データが含まれることを意味する。最後に、Ｋを元の次元に戻すため、指数関数ｅ^Ｋで変換することにより、無機繊維の繊維長の「９５％下限値」Ｍ_９５％が得られる。

開口３１５の最大長を、ベース材３４０に含まれる無機繊維３４２の繊維長の９５％下限値Ｍ_９５％以下とした場合、ベース材３４０に含まれる無機繊維３４２のほとんどが、シート材３１０の骨格部３１２に拘束されることになる。従って、この場合、開口３１５を介して脱落および飛散する無機繊維の量を、極めて有意に抑制することができる。

このように、本発明によるマット材では、従来の表裏面にシート材を有するマット材に比べて、有機成分量を抑制することができるとともに、従来のマット材に匹敵する無機繊維の飛散低減効果を得ることができる。

なお、図３の例では、シート材３１０の骨格部３１２は、Ｘ_１方向に沿って延伸する複数の直線３１２Ｘ_１の組と、Ｙ_１方向に沿って延伸する複数の直線３１２Ｙ_１の組とで構成されている。これらの直線３１２Ｘ_１および／または直線３１２Ｙ_１は、一定の間隔で配置されていても良く、あるいは無秩序な間隔で配置されていても良い。また、直線３１２Ｘ_１および直線３１２Ｙ_１は、必ずしも直交している必要はなく、両者が成す角度は、０゜を除くいかなる角度であっても良い。またシート材３１０の骨格部は、さらに、第３、第４の方向等に延伸する第３、第４の直線等を有しても良い。

例えば、シート材３１０は、網状のシート状部材であっても良い。この網状のシート状部材は、交差部が結節された網（いわゆる蛙又網）のような形態であっても良く、あるいはラッセル網または無結節網のような結節部を有さない形態であっても良い。また、この網状のシート状部材は、２方向に延伸する直線部分が相互に織り込まれて骨格部が構成された、いわゆる織網の形態であっても良い。

さらに言えば、骨格部は、必ずしも直線状の配列で構成される必要はなく、骨格部は、例えば、曲線状の配列で構成されても良い。あるいはシート材は、パンチ加工によって面内に所定の周期で、または無秩序に、１または２以上の孔が開口されたものであっても良い。すなわち、本発明によるマット材に適用されるシート材において重要なことは、シート材が開口を有していることであり、これが満たされる限り、シート材、ならびに該シート材を構成する骨格部および開口の形状は、いかなる形状であっても良い。

このような本発明によるマット材は、例えば、排気ガス処理装置１０の保持シール材および／または断熱材として使用することができる。図４には、本発明による排気ガス処理装置１０の一構成例を示す。

排気ガス処理装置１０は、保持シール材２４が外周面に巻き回された排気ガス処理体２０と、該排気ガス処理体を収容するケーシング１２と、該ケーシングの入口側および出口側のそれぞれに接続された、排気ガスの入口管２および出口管４とを有する。入口管２および出口管４は、ケーシング１２と接続される位置で径が拡張されるように、テーパ形状となっている。また、入口管２のテーパ形状部には、断熱材２６が設置されており、これにより、排気ガス処理装置１０内部の熱が入口管２を介して外部に伝達することが抑制される。この図の例では、排気ガス処理体２０は、排気ガスの入口と出口用の開口面を有し、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。ただし、本発明の排気ガス処理装置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とすることも可能である。

ここで、保持シール材２４および断熱材２６は、本発明によるマット材３０で構成されている。このような排気ガス処理装置では、マット材３０のハンドリングの際、例えばマット材３０を保持シール材２４として排気ガス処理体２０に巻き回す際、あるいは断熱材として排気ガス処理装置に取り付ける際に、無機繊維の飛散が有意に抑制される。さらに、排気ガス処理装置１０の使用の際（特に初期使用の際）に、排気ガスからの熱によって分解放出される有機成分の量を有意に抑制することができる。

次に、本発明によるマット材の別の適用例を説明する。図５には、本発明によるマット材を備える消音装置を示す。この消音装置は、例えば自動車等のエンジンの排気管の途中に設けられる。消音装置７０は、インナーパイプ７２（例えばステンレス鋼等の金属製）と、その外方を覆うアウターシェル７６（例えばステンレス鋼等の金属製）と、両者の間に設置された吸音材７４とを有する。通常の場合、インナーパイプ７２の表面には、小孔が穿設されている。このような消音装置７０では、インナーパイプ７２の内部に排気ガスを流通させた際に、吸音材７４により、排気中に含まれる騒音成分を減衰させることができる。

ここで、吸音材７４には、前述の本発明によるマット材３０を使用することができる。吸音材７４に本発明によるマット材を使用することにより、吸音材７４を消音装置７０に取り付ける際に生じ得る、無機繊維の飛散を有意に抑制することができる。

以下、本発明のマット材３０の製作方法の一例を説明する。

まず、主として無機繊維からなるベース材を製作する。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、例えばアルミナまたはシリカのみで構成されても良い。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、例えばアルミナ−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、完成後のベース材の熱伝導度が高くなる傾向にある。

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、繊維相互で溶着されにくいので、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。

紡糸が完了した前駆体を積層して、ベース材を製作する。さらにベース材に対してニードリング処理を行う。ニードリング処理とは、ニードルをベース材に抜き差しして、シートの肉薄化を行う処理である。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。

通常、ニードリング装置は、突き刺し方向（通常は上下方向）に往復移動可能なニードルボードと、ベース材の表面および裏面の両面側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、ベース材に突き刺すための多数のニードルが、例えば約２５〜５０００個／１００ｃｍ^２の密度で取り付けられている。また各支持板には、ニードル用の多数の貫通孔が設けられている。従って、一対の支持板によってベース材を両面から押さえつけた状態で、ニードルボードをベース材の方に近づけたり遠ざけたりすることにより、ニードルがベース材に抜き差しされ、繊維の交絡された多数の交絡点が形成される。

また、別の構成として、ニードリング装置は、２組のニードルボードを備えても良い。各ニードルボードは、それぞれの支持板を有する。２組のニードルボードを、それぞれ、ベース材の第１の表面および第２の表面に配設して、各支持板でベース材を両面から固定する。ここで、一方のニードルボードには、ニードリング処理時に他方のニードルボードのニードル群と位置が重ならないように、ニードルが配置されている。また、それぞれの支持板には、両方のニードルボードのニードル配置を考慮して、ベース材の両面側からのニードリング処理時に、ニードルが支持板に当接しないように、多数の貫通孔が設けられている。このような装置を用いて、２組の支持板でベース材を両面側から挟み、２組のニードリングボードでベース材の両側からニードリング処理が行われても良い。このような方法でニードリング処理を行うことにより、処理時間が短縮される。

このようなニードリング処理によって生じた交絡点では、複雑に絡み合った繊維が積層方向に配向されており、ベース材の積層方向の強化を図ることができる。

次に、このようにニードリング処理の施されたベース材を常温から加熱し、最高温度１２５０℃程度で連続焼成することで、所定の坪量（単位面積当たりの重量）のベース材が得られる。

次に、ベース材には、ベース材のハンドリング性を向上させるため、樹脂のような有機バインダが含浸されても良い。有機バインダの使用量は、できる限り抑制することが好ましく、例えば、１．０ｗｔ％程度である。

なお有機バインダとしては、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が使用できる。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。

次に、ベース材の第１および／または第２の主表面に、少なくとも一部に開口を有するシート材が設置される。前述のように、シート材として熱融着性の材料（例えばポリエチレン）を使用した場合、接着剤を使用せずに、ベース材の主表面に容易にシート材を固着することができ、作業操作上有意である。また、このようにして構成されたマット材を排気ガス処理装置に組み込んで使用した際に、有機成分の排出量をより一層抑制することができる。熱融着性の材料を含むシート材を、ベース材の両主表面上に設置する場合、最初にベース材の第１の主表面にシート材を置載後、これを温度約１４０℃〜２７０℃で１分間、１０〜１００ｋＰａの加圧下で加熱して、第１の主表面にシート材を固着させる。その後、第２の主表面に、前述のまたは別の熱融着性の材料を含むシート材を置載してから、ベース材を温度約１４０℃〜２７０℃で１分間、１０〜１００ｋＰａの加圧下で加熱する。これにより、ベース材の両方の主表面に、シート材を固着させることができる。ただし、ベース材の両方の主表面に、一度にシート材を固着させることも可能である。

このような工程を経て、第１および／または第２の主表面に開口を有するシート材が設置されたマット材を得ることができる。

なお、得られたマット材は、最終的に所定の形状に裁断される（例えば図１に示す形状）。ただし、このマット材の最終裁断工程は、シート材の設置前に（すなわちベース材の段階で）実施しても良い。

以下、本発明の効果を実施例により説明する。
（実施例１）
まず、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紡糸処理で紡糸した。搬送キャリアガス（空気）流量は、５２ｍ／ｓであり、紡糸液の供給速度は、５．３ｍｌ／ｈである。

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、アルミナ系繊維のベース材を製作した。

次に、このベース材に対して、ニードル処理を行った。ニードル処理は、８０個／１００ｃｍ^２の密度でニードルが設置されたニードルボードを、ベース材の一方の側にのみ配設し、ベース材の片面側からニードルを貫通させて行った。

その後、得られたベース材を常温から最高温度１２５０℃で、１時間、連続焼成した。次に、得られたベース材に、第１の主表面側から有機バインダを含浸させた。有機バインダには、アクリル系ラテックスエマルジョンを使用し、含浸量は、ベース材の総量（有機バインダを含む）に対して１ｗｔ％とした。得られたベース材の坪量は、１１６０ｇ／ｍ^２であった。

次に、ベース材に含まれる無機繊維の１００本分の繊維長を測定し、前述の方法で、無機繊維の「９５％下限値」Ｍ_９５％を算出した。Ｍ_９５％は、６．０８ｍｍであった。

次に、ベース材の一方の主表面（第１の主表面）のみに、開口を有するポリプロピレン製のシート材（厚さ０．１５ｍｍ）を設置した。シート材は、ベース材の第１の主表面全面に置載後、これを２００℃で１分間、約１５ｋＰａの加圧下で加熱することにより設置した。シート材は、骨格部が、図３に示すような、直交する２方向に延伸する規則的な直線状構造を有するものであり、直線部の太さ（幅）は、Ｘ_１方向Ｙ_１方向とも、０．１５ｍｍであり、直線のピッチ（中心部同士の間隔）は、Ｘ_１方向Ｙ_１方向とも、２．８ｍｍであった。シート材の開口の最大長は、４．０ｍｍであった。また、シート材の開口率は、９３％であった。このようにして得られたマット材を、実施例１とする。
（実施例２〜４）
実施例１と同様の方法により、第１の主表面に開口を有するシート材が設置されたマット材（実施例２〜４）を製作した。ただし実施例２では、シート材の骨格部を構成する直線のピッチ（中心部同士の間隔）は、Ｘ_１方向Ｙ_１方向とも、４ｍｍであり、シート材の開口の最大長は、５．７ｍｍであった。なお開口率は、９３％であった。また、実施例３では、直線のピッチ（中心部同士の間隔）は、Ｘ_１方向Ｙ_１方向とも、６ｍｍであり、シート材の開口の最大長は、８．５ｍｍであった。なお開口率は、９５％であった。また、実施例４では、直線のピッチ（中心部同士の間隔）は、Ｘ_１方向が８ｍｍで、Ｙ_１方向が９ｍｍであり、シート材の開口の最大長は、１２．０ｍｍであった。なお開口率は、９６％であった。
（実施例５）
実施例２と同様の方法により、マット材（実施例５）を製作した。ただし実施例５では、ベース材の第１の主表面に開口を有するシート材を設置してから、ベース材を反転し、同様の方法により、ベース材の第２の主表面の全面にも、開口を有するシート材を設置した。なお両主表面に設置されたシート材は、いずれも実施例２で使用したシート材と同一のものである。すなわち、シート材の骨格部を構成する直線のピッチ（中心部同士の間隔）は、Ｘ_１方向Ｙ_１方向とも、４ｍｍであり、シート材の開口の最大長は、５．７ｍｍであった。また開口率は、９３％であった。
（実施例６）
実施例５と同様の方法により、マット材（実施例６）を製作した。ただし実施例６では、ベース材の両方の主表面の他、ベース材の端面全周にわたって、同一のシート材を、同様の方法で設置した。
（比較例１）
実施例１と同様の方法により、第１の主表面にシート材が設置されたマット材を製作した。ただし比較例１では、シート材には、開口を有さないポリプロピレンフィルムを使用した。フィルムの厚さは、０．０５ｍｍであった。
（比較例２）
実施例１と同様の方法により製作した、ベース材のみからなるマット材を準備した。これを比較例２とする。
（有機量測定）
前述の各マット材を用いてマット材に含まれる有機成分量の測定を行った。有機成分量は、以下のようにして測定した。

まずマット材サンプル（１００ｍｍ×１００ｍｍ）を１１０℃で１時間乾燥させた後、サンプルの重量（ｍｇ）を測定する（焼成前重量）。次にサンプルを６００℃で１時間焼成する。その後、室温まで降温し、再度重量（ｍｇ）を測定する（焼成後重量）。得られた値を用いて、以下の式
有機成分量（％）＝
｛（焼成前重量−焼成後重量）／（焼成前重量）｝×１００ （４）
からマット材の有機成分量が求められる。

表１には、各マット材に対して得られた有機成分量の測定結果を示す。また、図６には、第１の主表面のみにシート材が設置された各マット材（実施例１〜４）における有機成分量を、第１の主表面のみにフィルムが設置された従来のマット材（比較例１）およびシート材を有さない従来のマット材（比較例２）と比較して示す。さらに図７には、シート材の設置場所と有機成分量の関係を示す。

この表１、図６および図７から、本発明によるマット材（実施例１〜６）では、比較例１に係るマット材に比べて、有機成分量が有意に低下していることがわかる。また、マット材の両主表面上にシート材を設置した実施例５、およびさらにマット材の端面全周にもシート材を設置した実施例６に係るマット材においても、マット材に含まれる有機成分量は、４．５ｗｔ％未満であり、前述の（２）式を十分に満たすことがわかる。
（無機繊維の飛散性試験）
前述の各マット材を用いて無機繊維の飛散性試験を行った。試験装置の一部を図８に示す。

飛散性試験は以下のように実施した。まず、前述の各マット材（１００ｍｍ×１００ｍｍ）を試験サンプル１６０として使用する。図８に示すように、２個のクリップ１３０を用いて、この試験サンプル１６０を試験装置１１０から突出したアーム枠１４０（全長９１５ｍｍ、幅３２２ｍｍ）の先端に固定する。アーム枠１４０は、他方の先端が試験装置１１０の垂直枠１５０と接続されている。垂直枠１５０は、土台枠部分１５１の上に、直立するように設置されている。また、垂直枠１５０は、図８のＸＺ平面に延伸する主平面（Ｚ方向の高さ（土台枠部分１５１の高さを除く）１０１６ｍｍ×Ｘ方向の長さ３２２ｍｍ）を有する。図において、垂直枠１５０を構成する２本の金属柱１５３のＸ方向の幅は、
２５ｍｍで、Ｙ方向の幅は、２５ｍｍである。アーム枠１４０は、垂直枠１５０の上端（図示されていない）に接続された先端部を支点として、垂直枠の主表面に対して垂直な平面（ＹＺ平面）上で回転することができる。この回転は、垂直枠の主表面から、少なくとも、この主表面に対して９０゜以下の角度範囲で行うことができる。試験の際に、アーム枠１４０を鉛直方向に対して９０゜の角度（すなわち水平状態）に保持した状態から落下させると、アーム枠１４０は、ＹＺ平面に沿って、矢印の向きに９０゜回転し、これに伴って、サンプル１６０も矢印の向きに回転する。アーム枠１４０は、最終的に垂直枠１５０の金属柱１５３に衝突する。このときの衝撃によって、サンプル１６０から無機繊維の一部が飛散する。試験後、サンプル１６０をクリップ１３０から静かに取り外す。その後、以下の式を用いて、無機繊維の飛散率を求めた：
無機繊維の飛散率（ｗｔ％）＝（試験前のマット材サンプルの重量−試験後のマット材サンプルの重量）／（試験前のマット材サンプルの重量）×１００ （５）
前述の表１には、各マット材に対して得られた飛散性試験の結果を示す。また、図９には、開口の最大長に対する無機繊維飛散率の関係を示す。さらに図１０には、シート材の設置場所と無機繊維飛散率の関係を示す。

この表、図９および図１０から、本発明に係るマット材（実施例１〜６）では、比較例２に係るマット材に比べて無機繊維飛散率が有意に低減されていることがわかる。特に、実施例１および２に係るマット材では、比較例１に係るマット材と比べても、無機繊維の飛散率は、それほど増加しておらず、極めて有効な無機繊維飛散抑制効果が得られている（図９）。さらに、実施例５、６に係るマット材では、比較例１に係るマット材よりも無機繊維飛散率が低下している（図１０）。これらの結果から、開口を有するシート材を設置するベース材の領域を第１の主表面→第１および第２の主表面→両方の主表面＋端面、と拡張することにより、無機繊維の飛散に対して、より一層大きな抑制効果を得ることができる。

なお、図９において、シート材の開口の最大長が５．７ｍｍ以下の場合と、８．５ｍｍ以上の場合の間で、無機繊維飛散率が急激に変化している。本実施例では、ベース材の無機繊維の９５％下限値Ｍ_９５％は、６．０８ｍｍである。従って、この結果は、シート材の開口の最大長を、ベース材の無機繊維の９５％下限値Ｍ_９５％以下とすることにより、より一層、無機繊維の飛散を低減することが可能となることを示唆している。

本発明のマット材および排気ガス処理装置は、車両用の排気ガス処理装置等に利用することができる。

本発明のマット材の一形態を示す図である。 本発明のマット材を保持シール材として使用して、排気ガス処理装置を構成するときの構成図である。 本発明によるマット材を構成するシート材の概略的な部分拡大図の一例である。 本発明の排気ガス処理装置の一構成例を示す図である。 本発明による消音装置の一構成例を示す図である。 第１の主表面のみにシート材が設置された各マット材（実施例１〜４）における有機成分量を、第１の主表面のみにフィルムが設置された従来のマット材（比較例１）およびシート材を有さない従来のマット材（比較例２）と比較して示したグラフである。 シート材の設置場所と有機成分量の関係を示したグラフである。 無機繊維の飛散性試験装置の一部を概略的に示した図である。 各マット材におけるシート材の開口の最大長に対する無機繊維飛散率を示したグラフである。 シート材の設置場所と無機繊維飛散率の関係を示したグラフである。

符号の説明

２ 導入管
４ 排気管
１０ 排気ガス処理装置
１２ ケーシング
２０ 排気ガス処理体
２４ 保持シール材
３０ マット材
５０ 嵌合凸部
６０ 嵌合凹部
２１０ 第1の主表面
２６０ 第２の主表面
３０ マット材
３１０、３６０ シート材
３４０ ベース材
３１２、３１２Ｘ_１、３１２Ｙ_１ 骨格部
３１５ 開口
３４２ 無機繊維

Claims (16)

1. 無機繊維を含み、第１および第２の主表面を有するベース材と、前記第１および第２の主表面の少なくとも一方に設置されたシート材とを有するマット材であって、
   前記シート材は、面内の少なくとも一部に開口を有することを特徴とするマット材。
2. 前記シート材は複数の開口を有し、該複数の開口は、規則的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマット材。
3. 前記シート材は複数の開口を有し、該複数の開口は、形状が実質的に同一であることを特徴とする請求項１または２に記載のマット材。
4. 前記シート材は、前記開口と、該開口を取り囲む骨格部とで構成され、
   前記骨格部は、少なくとも、実質的に第１の方向に延伸する第１の直線部分と、実質的に第２の方向に延伸する第２の直線部分とで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のマット材。
5. 前記第１の直線部分は、実質的に前記第１の方向に延伸し、規則的周期で配置された複数の直線で構成され、
   前記第２の直線部分は、実質的に前記第２の方向に延伸し、規則的周期で配置された複数の直線で構成されることを特徴とする請求項４に記載のマット材。
6. 前記シート材の開口は、前記ベース材に含まれる無機繊維の繊維長分布の９５％下限値以下の最大長を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のマット材。
7. 前記シート材の開口は、６ｍｍ以下の最大長を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のマット材。
8. 前記シート材は、有機物で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のマット材。
9. 前記シート材は、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンテレフタレートのうちのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項８に記載のマット材。
10. 前記無機繊維は、アルミナとシリカを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマット材。
11. 前記ベース材は、さらに無機バインダおよび／または有機バインダを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載のマット材。
12. 当該マット材に含まれる有機成分量は、４．５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項1乃至１１のいずれか一つに記載のマット材。
13. 排気ガスの流通する２つの開口面を有する排気ガス処理体と、
    前記排気ガス処理体の開口面を除く外周面の少なくとも一部に巻き付けて使用される保持シール材と、
    該保持シール材が巻き回された前記排気ガス処理体を収容する筒状部材と、
    で構成される排気ガス処理装置であって、
    前記保持シール材は、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載のマット材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置。
14. 排気ガスの入口管および出口管と、
    前記入口管および出口管の間に設置された排気ガス処理体と、
    を備える排気ガス処理装置であって、
    前記入口管の少なくとも一部には、断熱材が設置され、
    該断熱材は、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載のマット材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置。
15. 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ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の排気ガス処理装置。
16. インナーパイプと、該インナーパイプの外方を覆うアウターシェルと、前記インナーパイプとアウターシェルの間に設置された吸音材とを有する消音装置であって、
    前記吸音材は、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載のマット材で構成されることを特徴とする消音装置。

Images