JP2014233920A - 保持シール材、保持シール材の製造方法、排ガス浄化装置、及び、排ガス浄化装置の製造方法 - Google Patents

保持シール材、保持シール材の製造方法、排ガス浄化装置、及び、排ガス浄化装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際に、保持シール材が排ガス処理体からずれ、金属ケーシングの端部からはみ出すことを防止することができ、かつ、無機繊維の飛散を低減することができる保持シール材を提供する。
【解決手段】 無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれて順次長くなるように構成された積層マットからなる保持シール材であって、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面、及び、上記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されてなるとともに、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態で上記フィルムが貼着されてなることを特徴とする保持シール材。
【選択図】 図1

Description

本発明は、保持シール材、保持シール材の製造方法、排ガス浄化装置、及び、排ガス浄化装置の製造方法に関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、パティキュレートマター(以下、PMともいう)が含まれており、近年、このPMが環境や人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、COやHC、NOx等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境や人体に及ぼす影響についても懸念されている。
そこで、排ガス中のPMを捕集したり、有害なガス成分を浄化したりする排ガス浄化装置として、炭化ケイ素やコージェライトなどの多孔質セラミックからなる排ガス処理体と、排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、排ガス処理体と金属ケーシングとの間に配設される無機繊維からなる保持シール材とから構成される排ガス浄化装置が種々提案されている。この保持シール材は、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆う金属ケーシングと接触して破損するのを防止することや、排ガス処理体と金属ケーシングとの間から排気ガスが漏れることを防止すること等を主な目的として配設されている。
ここで、内燃機関については、燃費の向上を目的として理論空燃比に近い条件で運転するため、排ガスが高温化、高圧下している傾向にある。このような排ガスに保持シール材が曝されることにより、保持シール材を構成する無機繊維が熱により劣化することがある。そのため、保持シール材には優れた耐熱性が求められている。また、排ガス浄化装置に高温、高圧の排ガスが到達すると、排ガス処理体と金属ケーシングとの熱膨張率の差によってこれらの間の間隔が変動することもある。そのため、保持シール材には、このような間隔の変動があったとしても充分に排ガス処理体を保持できる保持力(膨張圧力)が求められている。さらに、排ガスが排ガス処理体と金属ケーシングとの間から漏れるのを防ぐために、保持シール材には充分なシール性が求められている。
また、保持シール材は、無機繊維からなるので、刺激性のある微細な無機繊維(例えば、直径約3〜8μm程度の繊維)を多量に含んでいる。このような保持シール材を用いて排ガス処理体を作製しようとすると、作業者が保持シール材を扱う際に、保持シール材から周囲に無機繊維が飛散し、作業環境が悪化するという問題がある。
さらに、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、保持シール材の外面に裂け目等が生じることがある。微小な無機繊維は、このような裂け目からも飛散することがある。
特許文献1には、排ガス処理体側に配置されるセラミックファイバからなるマットと、金属ケーシング側に配置されるセラミックファイバからなるマットにより構成される2層構造の保持シール材が開示されている。
特許文献1に開示された保持シール材では、高温となる排ガス処理体側には耐熱性が優れるマットを配置し、金属ケーシング側には柔軟性に優れるマットを配置することにより保持シール材の変形、品質の劣化を防止し、排ガス処理体や金属ケーシングとの密着性を向上させている。
また、特許文献1に開示された保持シール材では、曲率半径が小さい排ガス処理体側に配置されるマットの長手方向の長さを、曲率半径が大きい金属ケーシング側に配置されるマットの長手方向の長さよりも短くすることにより、保持シール材を排ガス処理体に巻き付けた際の係合部における隙間をなくし、シール性を向上させている。
さらに、特許文献1の保持シール材では、保持シール材が気密シートにより密閉されることにより、セラミックファイバが損傷することを防止し、金属ケーシングへの組み付けを容易にしている。
特許文献2には、保持シール材からの無機繊維の飛散を低減するために、包装材の内部空間に収容された保持シール材が開示されている。
特許文献3には、保持シール材を排ガス処理体に取り付ける際に保持シール材の外面に裂け目が生じることを防ぐために、保持シール材の外面に可撓性シート又はコーティングが取り付けられた保持シール材が開示されている。
特開2003−129832号公報 特開2010−101308号公報 特開2001−521847号公報
特許文献1に記載されたような構成の保持シール材を排ガス処理体に巻き付けると、保持シール材と、排ガス処理体との間には気密シートが存在するため、保持シール材と、排ガス処理体との密着性が低くなる。すなわち、保持シール材と、排ガス処理体とがずれやすくなる。特許文献1では、保持シール材を排ガス処理体に巻き付け、保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を、二つに分離された金属ケーシングで上下から挟み、上下より加圧し、分離された金属ケーシングを密着させ、金属ケーシングの外周部をクリンチ加工等し固定することにより排ガス浄化装置を作製している。このような方法で排ガス浄化装置を作製する場合には、保持シール材と、排ガス処理体との密着性はほとんど問題にならないが、例えば、特許文献1に記載されたような構成の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入しようとすると、保持シール材が排ガス処理体からずれ、金属ケーシングの端部からはみ出すという問題があった。すなわち、特許文献1に記載されたような構成の保持シール材は、圧入法に適していないという問題があった。特許文献2に記載されたような構成の保持シール材でも同様な問題があった。
特許文献3に記載されたような構成の保持シール材では、可撓性シートやコーティングが取り付けられた保持シール材の外面からの無機繊維の飛散は低減できるものの、保持シール材の側面からの無機繊維の飛散を充分に低減できないという問題があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際に、保持シール材が排ガス処理体からずれ、金属ケーシングの端部からはみ出すことを防止することができ、かつ、無機繊維の飛散を低減することができる保持シール材、保持シール材の製造方法、上記保持シール材が用いられた排ガス浄化装置、及び、上記保持シール材を用いた排ガス浄化装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれて順次長くなるように構成された積層マットからなる保持シール材であって、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面、及び、上記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されてなるとともに、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態で上記フィルムが貼着されてなることを特徴とする。
本発明の保持シール材は、通常、排ガス処理体と、排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、排ガス処理体と金属ケーシングとの間に配設される保持シール材とから構成される排ガス浄化装置に用いられる。本発明の保持シール材は、排ガス処理体に巻き付けられ、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体は、金属ケーシングに収容される。
本発明の保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれ順次長くなるように構成された積層マットからなる。
本発明の保持シール材は、通常、上記長手方向の長さが最も短いマットが、排ガス処理体に接するように巻き付けられる。そのため、排ガス処理体に巻き付けられた保持シール材を形成する各マットの長手方向の長さは、排ガス処理体と接しているマットから外側に向かうほど長くなる。従って、本発明の保持シール材を排ガス処理体に巻き付けた際に、本発明の保持シール材の端面同士が接合する部分には、内外周差による隙間が生じにくくなる。従って、本発明の保持シール材が用いられた排ガス浄化装置は、排ガスが漏れることに対し充分なシール性を有する。
本発明の保持シール材では、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面にはフィルムが貼着されている。
無機繊維は、マットの表面から飛散する。特に、積層マットの最外層に位置するマットは、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際、曲率半径が最も大きくなるので、引っ張り応力も最大になる。この引っ張り応力により無機繊維が千切れやすくなる。その結果、マット表面に裂け目等が生じ、無機繊維が飛散しやすくなる。
しかし、本発明の保持シール材のようにフィルムが貼着されていると、このような無機繊維の飛散を低減することができる。
保持シール材からの無機繊維の飛散は、保持シール材の主面からのみでなく、保持シール材の長手方向の側面からも生じる。長手方向の側面とは、上記マットを平面視した際に、矩形の長辺を形成する部分に位置する面のことである。特に、保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際、保持シール材は、厚さ方向に圧縮される。そのため、保持シール材の長手方向の側面から空気が抜けやすくなる。この空気が抜けることに伴い、無機繊維も飛散しやすくなる。このように保持シール材の長手方向の側面から飛散する無機繊維は、作業環境の改善にとって無視することができない。
本発明の保持シール材では、長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にフィルムが貼着されている。そのため、フィルムが貼着された部分から無機繊維が飛散することを低減することができる。従って、本発明の保持シール材を扱う際に無機繊維の飛散を低減することができる。
上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面が、フィルムにより完全に覆われていると、長手方向の長さが最も長いマットと、当該マットと接する他のマットとの密着性が低くなる。そのため、このような構成の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入しようとすると、長手方向の長さが最も長いマットと、当該マットと接する他のマットとがずれやすくなる。従って、金属ケーシングの端部からずれたマットがはみ出しやすくなる。しかし、本発明の保持シール材では、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち、上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態で上記フィルムが貼着されている。この露出部分では、長手方向の長さが最も長いマットが、他のマットと直接接することになる。すなわち、この部分では、各マットに含まれる無機繊維同士が直接接し絡み合うことにより、これらマット同士の密着性が向上する。さらに、無機繊維同士の摩擦に起因して、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際に、上記長手方向の長さが最も長いマットと、当該マットと接する他のマットとがずれにくくなる。従って、金属ケーシングの端部からマットがはみ出すことを防止することができる。
本発明の保持シール材では、上記長手方向の長さが最も長いマットの表面に、当該マットの長手方向と垂直な方向に上記フィルムが連続的に一周巻回して貼着されてなり、上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面に上記フィルムの巻回開始部、及び、巻回終了部が存在し、かつ、上記巻回開始部、及び、上記巻回終了部が離間されていることが望ましい。
一周とは、巻回開始部及び巻回終了部が同一主面上に存在し、巻回開始部から、巻回開始部に近い側の側面、巻回開始部及び巻回終了部が存在する主面と反対側の主面、巻回終了部に近い側の側面、巻回終了部まで順に通り、最初に巻回終了部を通る際にその部分で巻回が終了することを意味する。
離間とは、巻回開始部と、巻回終了部とが離れていることを意味しており、その結果、これらの間にはフィルムが存在しない。
上記構成の保持シール材では、貼着されるフィルムには継ぎ目がない。そのため、フィルムの継ぎ目から無機繊維が飛散することがない。従って、保持シール材からの無機繊維の飛散を低減することができる。
また、上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面に貼着される上記フィルムの部分は、上記長手方向の長さが最も長いマットと、他のマットとの間に挟まれることになる。そのため、フィルムが剥離することを防止することができる。
本発明の保持シール材では、上記積層マットは2枚のマットからなることが望ましい。
積層マットが3枚以上であると、保持シール材を作製する際や保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際等に保持シール材が嵩張り、作業が増加し効率よく保持シール材を扱うことが難しくなる。しかし、保持シール材が、2枚のマットが積層された積層マットであれば、容易に保持シール材を作製することができる。また、保持シール材を搬送する際や保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、保持シール材を容易に扱うことができる。
本発明の保持シール材では、上記フィルムの構成材料は、ポリエステル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種からなることが望ましい。
上記のように、本発明の保持シール材は、通常、排ガス処理体に巻き付けられ、金属ケーシングに圧入される。この際、上記積層マットの最外層に位置し長手方向の長さが最も長いマットが、フィルムを介し金属ケーシングと接することになる。
フィルムの構成材料が、ポリエステル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種からなっていると、このマットと金属ケーシングとの間の摩擦係数が小さくなる。そのため、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を滑らかに金属ケーシングに圧入することができる。
本発明の保持シール材では、上記フィルムは、接着材又は熱圧着により上記積層マットに固定されていることが望ましい。
接着材や熱圧着を用いると、フィルムを保持シール材にしっかりと固定することができる。
本発明の保持シール材では、上記積層マットを構成する複数のマットは、固着力を有していない、少なくとも1つの帯状体により結束されていることが望ましい。
上記構成の保持シール材では、マット同士が固定されていないため、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際、マットを長手方向にずらすことができる。そのため、マットの位置がずれている場合であっても、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、マット間の相対的な位置の微調整を行うことができる。その結果、保持シール材の端面同士が接合する部分には、隙間が生じにくくなる。
本発明の保持シール材では、上記帯状体は、紙又は樹脂からなることが望ましい。
紙又は樹脂は、マット表面と帯状体との間で固着力のない帯状体として好適に用いることができる。
本発明の保持シール材では、上記積層マットを構成する複数のマットは、少なくとも1箇所の固定部でお互いに固定されていることが望ましい。
複数のマットが、少なくとも1箇所の固定部で互いに固定されていると、各マットが分離することはないので、保持シール材が扱いやすくなる。また、各マットを個別に位置合わせすることなく、容易に保持シール材を排ガス処理体に巻き付けることができる。
本発明の保持シール材では、上記固定部は、上記積層マットの長手方向に垂直な方向に延在していることが望ましい。
上記固定部が、保持シール材の長手方向に垂直な方向に延在していると、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、各マットが保持シール材の長手方向に垂直な方向に位置ずれすることを防止することができる。
また、固定部が、保持シール材の長手方向に平行な方向に延在していると、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、保持シール材の外周部分に引っ張り応力が発生しやすくなり、保持シール材の内周部分にしわが発生しやすくなる。そのため、保持シール材と排ガス処理体との間に隙間が生じる原因となる。しかし、上記固定部が、保持シール材の長手方向に垂直な方向に延在していると、このような引っ張り応力の発生やしわの発生を防止することができるので、保持シール材と排ガス処理体との間に隙間が生じにくくなる。
本発明の保持シール材では、上記固定部は、糸、粘着テープ又は接着材からなることが望ましい。
糸、粘着テープ、又は、接着材は複数のマットを固定する固定部として好適に用いることができる。
本発明の排ガス浄化装置は、排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、上記排ガス処理体と上記金属ケーシングとの間に配設される保持シール材とから構成される排ガス浄化装置であって、上記保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれ順次長くなるように構成された積層マットであり、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットが上記金属ケーシング側になり、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も短いマットが上記排ガス処理体側となるように上記保持シール材が配置されており、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面、及び、上記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されてなるとともに、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態でフィルムが貼着されてなることを特徴とする。
本発明の排ガス浄化装置では、上記本発明の保持シール材が用いられているので、上記効果を奏する。
本発明の排ガス浄化装置では、上記長手方向の長さが最も長いマットの表面に、当該マットの長手方向と垂直な方向にフィルムが連続的に一周巻回して貼着されてなり、上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面に上記フィルムの巻回開始部、及び、巻回終了部が存在し、かつ、上記巻回開始部、及び、上記巻回終了部が離間されていることが望ましい。
上記構成の排ガス浄化装置では、保持シール材に貼着されるフィルムに継ぎ目がない。そのため、フィルムの継ぎ目から無機繊維が飛散することがない。従って、排ガス浄化装置を製造する際に保持シール材からの無機繊維の飛散を低減することができる。
本発明の排ガス浄化装置の製造方法は、排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、上記排ガス処理体と上記金属ケーシングとの間に配設される保持シール材とからなり、上記保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれ順次長くなるように構成された積層マットであり、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットが上記金属ケーシング側になり、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も短いマットが上記排ガス処理体側となるように上記保持シール材が配置された排ガス浄化装置を製造する方法であって、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち一方の主面の一部が露出するように、当該マットの両主面及び長手方向の側面にフィルムを貼着する工程と、各マットの長手方向の長さが積層されるにつれ順次長くなるように上記各マットを積層し、最上層に配置される上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち主面の一部が露出している側の主面が他のマットと接するように、上記長手方向の長さが最も長いマットを配置して上記積層マットを得る工程と、上記長手方向の長さが最も長いマットが上記金属ケーシング側になり、上記長手方向の長さが最も短いマットが上記排ガス処理体側となるように、上記積層マットを上記排ガス処理体に巻き付ける工程と、上記積層マットが巻き付けられた上記排ガス処理体を上記金属ケーシングの内部に圧入する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の排ガス浄化装置の製造方法では、上記本発明の保持シール材を用いるので、上記効果を奏する。
本発明の排ガス浄化装置の製造方法では、上記長手方向の長さが最も長いマットの表面に、当該マットの長手方向と垂直な方向に上記フィルムを連続的に一周巻回して貼着させるとともに、上記主面の一部が露出している側の主面に上記フィルムの巻回開始部、及び、巻回終了部を存在せしめ、かつ、上記巻回開始部、及び、上記巻回終了部を互いに離間させることが望ましい。
このようにフィルムを貼着すると、長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち一方の主面の一部が露出するように、当該マットの主面及び長手方向の側面に、一度の動作でフィルムを貼着することができる。そのため、効率よくフィルムを貼着することができる。
また、このようにフィルムを貼着すると、継ぎ目なくフィルムを貼着することができる。フィルムに継ぎ目がないと、継ぎ目から無機繊維が飛散することがない。従って、積層マットを排ガス処理体に巻き付ける工程や、積層マットが巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに内部に圧入する工程において、無機繊維の飛散を低減することができる。
図1は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。 図2(a)は、本発明の保持シール材の一例を模式的に示す斜視図である。図2(b)は、本発明の保持シール材を構成する上層マットの一例を模式的に示す斜視図である。図2(c)は、本発明の保持シール材を構成する下層マットの一例を模式的に示す斜視図である。 図3(a)は、上層マットの全長と、下層マットの全長とが略等しい保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を長手方向に垂直な方向に切断した断面を模式的に示した図であり、保持シール材の端面同士が接合する部分を拡大した拡大図である。図3(b)は、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を長手方向に垂直な方向に切断した断面を模式的に示した図であり、本発明の保持シール材の端面同士が接合する部分を拡大した拡大図である。 図4は、図2(a)のA−A線断面図である。 図5(a)〜(c)は、本発明の保持シール材に貼着されるフィルムの形状の一例を模式的に示す図である。 図6は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を模式的に示す斜視図である。 図7は、金属ケーシングに、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を収容する工程の一例を模式的に示す斜視図である。 図8(a)〜(c)は、本発明の比較例に係る保持シール材を長手方向に垂直な方向で切断した断面の一例を模式的に示す断面図である。 図9(a)は、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体が正常に金属ケーシングに圧入された状態を示す写真である。図9(b)は、積層マットからなる保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際に、保持シール材を形成するマットがずれ、ずれたマットが金属ケーシングの端部からはみ出した状態を示す写真である。
(発明の詳細な説明)
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、本発明の排ガス浄化装置の一例である排ガス浄化装置1は、排ガス処理体10と、排ガス処理体10の外方を覆う金属ケーシング20と、排ガス処理体10と金属ケーシング20との間に配置された保持シール材30とから構成されており、金属ケーシング20の排ガスが導入される側の端部には、エンジン等の内燃機関に連結された導入管21が接続されており、金属ケーシング20の他端部には、外部に連結された排出管22が接続されている。
なお、図1に示す排ガス浄化装置1では、排ガス処理体10として、各々のセルにおけるいずれか一方が封止材13によって目封じされた排ガスフィルタ(ハニカムフィルタ)を用いている。
上記の構成を有する排ガス浄化装置1を排ガスが通過する場合について、図1を参照して以下に説明する。
図1に示すように、内燃機関から排出され、排ガス浄化装置1に流入した排ガス(図1中、排ガスをGで示し、排ガスの流れを矢印で示す)は、排ガス処理体10の排ガス流入側端面10aに開口した一のセル11に流入し、セル11を隔てるセル壁12を通過する。この際、排ガス中のPMがセル壁12で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス流出側端面10bに開口した他のセル11から流出し、外部に排出される。
次に、本発明の保持シール材30について説明する。
図2(a)は、本発明の保持シール材の一例を模式的に示す斜視図である。図2(b)は、本発明の保持シール材を構成する上層マットの一例を模式的に示す斜視図である。図2(c)は、本発明の保持シール材を構成する下層マットの一例を模式的に示す斜視図である。
図2(a)に示す本発明の保持シール材30は、所定の長手方向の長さ(以下、単に全長ともいう。図2(a)中、矢印Lで示す)、幅(図2(a)中、矢印Wで示す)及び厚さ(図2(a)中、矢印Tで示す)を有し、無機繊維を含む平面視矩形の上層マット40及び下層マット50の2枚が積層されている。
上層マット40は、下層マット50と接しない第1の主面41と、第1の主面41の反対側の主面であり下層マット50と接する第2の主面42とを備えている。また、上層マット40は、凸部43aが形成された端面43と、凹部44aが形成された端面44と、長手方向の側面である第1の側面45と、第1の側面45の反対側の側面である第2の側面46とを備えている。長手方向の側面とは、上層マット40を平面視した際に、矩形の長辺を形成する部分に位置する面のことである。凸部43a及び凹部44aは、排ガス浄化装置1を製造するために保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付けた際に、ちょうど互いに嵌合するような形状である。
下層マット50は、上層マット40と接する第1の主面51と、第1の主面51の反対側の主面であり上層マット40と接しない第2の主面52とを備えている。また、下層マット50は、凸部53aが形成された端面53と、凹部54aが形成された端面54と、長手方向の側面である第1の側面55と、第1の側面55の反対側の側面である第2の側面56とを備えている。長手方向の側面とは、下層マット50を平面視した際に、矩形の長辺を形成する部分に位置する面のことである。凸部53a及び凹部54aは、排ガス浄化装置1を製造するために保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付けた際に、ちょうど互いに嵌合するような形状である。
本発明の排ガス浄化装置1において、上層マット40は、金属ケーシング20側に配置されるマットであり、下層マット50は、排ガス処理体10側に配置されるマットである。
本発明の保持シール材30では、保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付けた際に保持シール材の端面に隙間が生じないように上層マット40の全長は、下層マット50の全長よりも長くなっている。このことを、図3(a)及び(b)を用いて説明する。
図3(a)は、上層マットの全長と、下層マットの全長とが略等しい保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を長手方向に垂直な方向に切断した断面を模式的に示した図であり、保持シール材の端面同士が接合する部分を拡大した拡大図である。図3(b)は、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を長手方向に垂直な方向に切断した断面を模式的に示した図であり、本発明の保持シール材の端面同士が接合する部分を拡大した拡大図である。
図3(a)に示すように、保持シール材30´を構成する上層マット40´の全長と、下層マット50´の全長とが略等しいと、保持シール材30´を排ガス処理体10´に巻き付けた際に、内外周差による隙間が生じる。すなわち、下層マット50´の端面53´と端面54´とは、略隙間なく嵌合するが、上層マット40´の端面43´と端面44´との間には内外周差による隙間が生じることになる。
一方、図3(b)に示すように、本発明の保持シール材30では、上記の内外周差による隙間を埋めるように、保持シール材30を構成する上層マット40の全長が、下層マット50の全長よりも長くなっている。そのため、保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付けた際に、上層マット40の端面43と端面44とは略隙間なく嵌合する。
従って、本発明の保持シール材30が用いられた排ガス浄化装置1は、排ガスが漏れることに対し充分なシール性を有する。上層マット40の全長は、下層マット50の全長の
1.05〜1.10倍であることが望ましい。
上層マット40及び下層マット50は、無機繊維からなる素地マットに対してニードリング処理を施して得られるニードルマットである。なお、ニードリング処理とは、ニードル等の繊維交絡手段を素地マットに対して抜き差しすることをいう。上層マット40及び下層マット50では、比較的平均繊維長の長い無機繊維がニードリング処理により3次元的に交絡している。このマットは、長手方向に垂直な幅方向でニードリング処理されている。
なお、交絡構造を呈するために、無機繊維はある程度の平均繊維長を有しており、例えば、無機繊維の平均繊維長は、50μm〜100mm程度であればよい。
上層マット40及び下層マット50を構成する無機繊維の平均繊維径は、1〜20μmであることが望ましく、3〜10μmであることがより望ましい。
無機繊維の平均繊維径が1〜20μmであると、無機繊維の強度及び柔軟性が充分に高くなり、上層マット40及び下層マット50のせん断強度を向上させることができる。
無機繊維の平均繊維径が1μm未満であると、無機繊維が細く切れやすいので、無機繊維の引っ張り強度が不充分となる。一方、無機繊維の平均繊維径が20μmを超えると、無機繊維が曲がりにくいため、柔軟性が不充分となる。
上層マット40及び下層マット50の目付量(単位面積あたりの重量)は、特に限定されないが、200〜4000g/mであることが望ましく、1000〜3000g/mであることがより望ましい。上層マット40及び下層マット50の目付量が200g/m未満であると、保持力が充分ではなく、上層マット40及び下層マット50の目付量が4000g/mを超えると、上層マット40及び下層マット50の嵩が低くなりにくい。そのため、このような上層マット40及び下層マット50を用いて排ガス浄化装置1を製造する場合、排ガス処理体10が脱落しやすくなる。
また、上層マット40及び下層マット50の嵩密度(巻き付ける前の保持シール材の嵩密度)については、特に限定されないが、0.10〜0.30g/cmであることが望ましい。上層マット40及び下層マット50の嵩密度が0.10g/cm未満であると、無機繊維の絡み合いが弱く、無機繊維が剥離しやすいため、上層マット40及び下層マット50の形状を所定の形状に保ちにくくなる。
また、各マットの嵩密度が0.30g/cmを超えると、上層マット40及び下層マット50が硬くなり排ガス処理体10への巻き付け性が低下し、各マットが割れやすくなる。
上層マット40及び下層マット50には、嵩高さを抑えたり、排ガス処理装置1の組み立て前の作業性を高めたりするために、さらに有機バインダ等のバインダが含まれていてもよい。
また、上層マット40及び下層マット50の厚さは1.5〜15mmであることが望ましい。
図4は、図2(a)のA−A線断面図である。
図4に示すように保持シール材30には、フィルム60が貼着されている。フィルム60は1枚のシートであり、上層マット40の第2の主面42の巻回開始部47から巻回終了部48まで上層マット40の長手方向と垂直な方向に連続的に一周巻回して貼着されている。すなわち、フィルム60は、上層マット40の第2の主面42の巻回開始部47を巻回の開始部として、上層マット40の第2の主面42、第1の側面45、第1の主面41、第2の側面46、及び、第2の主面42に沿って、上層マット40の第2の主面42の巻回終了部48まで連続的に巻回されている。また、上層マット40の第2の主面42の一部が露出するように巻回開始部47及び巻回開始部48は離間している。
本発明の保持シール材30では、上層フィルム40の第2の主面42には、第2の主面42の一部を露出させた状態でフィルム60が貼着されているので、この露出部分では上層マット40の第2の主面42と、下層マット50の第1の主面51とが直接接し、各マットに含まれる無機繊維同士が直接絡み合うことになる。そのため、上層マット40と下層マット50との密着性が向上する。さらに、各マットに含まれる無機繊維同士の摩擦に起因して、本発明の保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10を金属ケーシング20に圧入する際に、各マットがずれにくくなる。従って、金属ケーシング20の端部から上層マット40がずれてはみ出すことを防止することができる。
上層マット40の第2の主面42と直接接する下層マット50の第1の主面51の面積は、下層マット50の第1の主面51の面積の40〜90%であることが望ましく、80〜90%であることがより望ましい。この範囲であると、各マット同士がずれることを充分に抑制することができる。
上層マット40の第1の主面41にはフィルム60が貼着されている。
保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付ける際、上層マット40の方が下層マット50より外側に位置することになる。そのため、上層マット40の曲率半径が、下層マット50の曲率半径よりも大きくなるので、引っ張り応力も大きくなる。
この引っ張り応力により無機繊維が千切れやすくなる。その結果、上層マット40の第1の主面41に裂け目等が生じ、無機繊維が飛散しやすくなる。
しかし、本発明の保持シール材30にはフィルム60が貼着されている。そのため、第1の主面41からの無機繊維の飛散を低減することができる。
本発明の保持シール材30では、上層マット40の第1の側面45及び第2の側面46には、フィルム60が貼着されている。
保持シール材30からの無機繊維の飛散は、上層マット40の第1の主面41からのみでなく、上層マット40の第1の側面45及び第2の側面46からも生じる。
特に、保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10を金属ケーシング20に圧入する際、保持シール材30は、厚さ方向に圧縮される。そのため、上層マット40の第1の側面45及び第2の側面46から空気が抜けやすくなる。この空気が抜けることに伴い、無機繊維も飛散しやすくなる。
本発明の保持シール材30のように、上層マット40の第1の側面45及び第2の側面46にフィルム60が貼着されていると、フィルム60が貼着された部分から無機繊維が飛散することを低減することができる。そのため、保持シール材30を扱う際に無機繊維の飛散を低減することができる。
上記の通り、フィルム60は1枚のシートであり、上層マット40の第2の主面42の巻回開始部47から巻回終了部48まで上層マット40の長手方向と垂直な方向に連続的に一周巻回して貼着されている。そのため、貼着されるフィルム60には継ぎ目がない。従って、継ぎ目から無機繊維が飛散することがない。その結果、保持シール材30からの無機繊維の飛散を低減することができる。
また、上層マット40の第2の主面42に貼着されるフィルム60の部分は、上層マット40と、下層マット50との間に挟まれることになる。そのため、フィルム60が剥離することを防止することができる。
図5(a)〜(c)は、本発明の保持シール材に貼着されるフィルムの形状の一例を模式的に示す図である。図5(a)〜(c)では、各フィルムを保持シール材に貼着させた状態を斜視している。
フィルム60の形状としては、図5(a)〜(c)に示すような任意の形状を採用することができる。
図5(a)に示すフィルム60aは略矩形であり、長辺61aと短辺62aとを有する。
フィルム60aの一方の短辺62aには、凸部63aが形成されている。
フィルム60aを上層マット40に貼着する際には、フィルム60aの凸部63aが上層マット40の凸部43aを覆うように、フィルム60aが、上層マット40に貼着されることになる。
図5(b)に示すフィルム60bは略矩形であり、長辺61bと短辺62bとを有する。
フィルム60bの一方の短辺62bには、凹部64bが形成されている。
フィルム60bを上層マット40に貼着する際には、フィルム60bの凹部64bが上層マット40の凹部44aを覆うように、フィルム60bが、上層マット40に貼着されることになる。
図5(c)に示すフィルム60cは略矩形であり、長辺61cと短辺62cとを有する。
フィルム60cの一方の短辺62cには、凸部63cが形成されており、もう一方の短辺62cには、凹部64cが形成されている。
フィルム60cを上層マット40に貼着する際には、フィルム60cの凸部63cが上層マット40の凸部43aを覆うように、かつ、フィルム60cの凹部64cが上層マット40の凹部44aを覆うように、フィルム60cが、上層マット40に貼着される。
このように、フィルム60に覆われていない上層マット40の面積を減少させることにより、上層マット40から無機繊維が飛散することをより低減することができる。そのため、これらの中ではフィルム60cの形状が最も望ましい。
本発明の保持シール材30では、下層マット50の第2の主面52には、フィルム60が存在していない。
そのため、下層マット50に含まれる無機繊維が排ガス処理体10と直接接し、無機繊維が排ガス処理体10の表面に絡むことになる。従って、この下層マット50と、排ガス処理体10との間の密着性が向上する。その結果、無機繊維と排ガス処理体10との摩擦に起因して、保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10を金属ケーシング20に圧入する際に、下層マット50と、排ガス処理体10とがずれにくくなり、金属ケーシング20の端部から下層マット50がはみ出すことを防止することができる。
本発明の保持シール材30では、フィルム60の構成材料は、ポリエステル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種からなることが望ましい。
上記のように、本発明の保持シール材30は、排ガス処理体10に巻き付けられ、金属ケーシング20に圧入される。この際、上層マット40が、フィルム60を介し、金属ケーシング20と接することになる。
フィルム60の構成材料が、ポリエステル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種からなっていると、この上層マット40と金属ケーシング20との間の摩擦係数が小さくなる。そのため、保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10を滑らかに金属ケーシング20に圧入することができる。
本発明の保持シール材30では、フィルム60の厚さは30〜60μmであることが望ましい。
フィルム60の厚さが、30μm未満であると、フィルム60が薄すぎるため破れやすくなる。
フィルム60の厚さが、60μmを超えると、無機繊維単位重量当たりの貼着量が多くなりすぎ、ケーシングへの圧入は問題なく行うことができるものの、分解により発生する炭化水素ガス等の量が多くなりすぎる。
本発明の保持シール材30では、フィルム60は、接着材又は熱圧着により保持シール材30に固定されることが望ましい。
接着材や熱圧着を用いると、フィルム60を保持シール材30にしっかりと固定することができる。
本発明の保持シール材30では、上層マット40と下層マット50とは、2箇所の固定部32で互いに固定されており、2箇所の固定部32は、保持シール材30の長手方向に垂直な方向に延在している。
上層マット40と下層マット50とが、2箇所の固定部32で互いに固定されていると、各マットが分離することはなく、各マットの位置ずれが防止されることになる。そのため、保持シール材30が扱いやすくなる。また、各マットを個別に位置合わせすることなく、容易に保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付けることができる。
さらに、2箇所の固定部32が、保持シール材30の長手方向に垂直な方向に延在していると、保持シール材30を排ガス処理体10に巻き付ける際に、各マットが保持シール材30の長手方向に垂直な方向に位置ずれすることを防止することができる。また、固定部が、保持シール材の長手方向に平行な方向延在していると、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、保持シール材の外周部分に引っ張り応力が発生しやすくなり、保持シール材の内周部分にしわが発生しやすくなる。しかし、固定部が、保持シール材30の長手方向に垂直な方向に延在していると、このような引っ張り応力の発生やしわの発生を防止することができるので、保持シール材30と排ガス処理体10との間に隙間が生じにくくなる。
本発明の保持シール材30では、2箇所の固定部32の間の距離は、全長が最も短いマット、すなわち、下層マット50の全長の1/20〜3/4であることが望ましい。
2箇所の固定部32の間の距離が、下層マット50の全長の1/20未満である場合、マット全体の広がりに対して2つの固定部が1箇所に集中するように存在しているために、各マットの幅方向での位置ずれを防止しにくくなる場合がある。
2箇所の固定部32間の距離が下層マット50の全長の3/4を超えると、2箇所の固定部32の間の領域が広くなってしまう。この領域は、両端が2箇所の固定部32により固定されているので、排ガス処理体10に保持シール材30を巻き付けた際に、内外周差による歪みが発生しやすくなる。そのため、上層マット40側で引っ張り応力が生じやすくなり、下層マット50側でしわが発生しやすくなる。
本発明の保持シール材30では、固定部32は、糸、粘着テープ、又は、接着材からなることが望ましい。
糸、粘着テープ、又は、接着材は複数のマットを固定する固定部32として好適に用いることができる。
次に、本発明の排ガス浄化装置1を構成する排ガス処理体10について説明する。
図6は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を模式的に示す斜視図である。
図6に示すように、排ガス処理体10は、主に多孔質セラミックからなり、その形状は略円柱状である。また、排ガス処理体10の外周には、排ガス処理体10の外周部を補強したり、形状を整えたり、排ガス処理体10の断熱性を向上させたりする目的で、外周コート層14が設けられている。
なお、排ガス処理体10の内部の構成については、本発明の排ガス浄化装置1の説明で既に述べた通りである(図1参照)。
排ガス処理体10は、炭化ケイ素や窒化ケイ素などの非酸化多孔質セラミックであってもく、サイアロン、アルミナ、コーデェライト、ムライト等の酸化多孔質セラミックであってもよい。これらの中では、炭化ケイ素であることが望ましい。
排ガス処理体10が炭化ケイ素質の多孔質セラミックである場合、多孔質セラミックの気孔率は特に限定されないが、35〜60%であることが望ましい。
気孔率が35%未満であると、排ガス処理体がすぐに目詰まりを起こすことがあり、一方、気孔率が60%を超えると、排ガス処理体の強度が低下して容易に破壊されることがあるからである。
また、上記多孔質セラミックの平均気孔径は5〜30μmであることが望ましい。
平均気孔径が5μm未満であると、PMが容易に目詰まりを起こすことがあり、一方、平均気孔径が30μmを超えると、PMが気孔を通り抜けてしまい、PMを捕集することができず、フィルタとして機能することができないことがあるからである。
なお、上記気孔率及び気孔径は、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定の従来公知の方法により測定することができる。
排ガス処理体10の断面におけるセル密度は、特に限定されないが、望ましい下限は、31.0個/cm(200個/inch)、望ましい上限は、93.0個/cm(600個/inch)、より望ましい下限は、38.8個/cm(250個/inch)、より望ましい上限は、77.5個/cm(500個/inch)である。
排ガス処理体10には、排ガスを浄化するための触媒を担持させてもよく、担持させる触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が望ましく、この中では、白金がより望ましい。また、その他の触媒として、例えば、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、バリウム等のアルカリ土類金属を用いることもできる。これらの触媒は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
これら触媒が担持されていると、PMを燃焼除去しやすくなり、有毒な排ガスの浄化も可能になる。
次に、本発明の排ガス浄化装置1を構成する金属ケーシング20について説明する。
図7は、金属ケーシングに、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を収容する工程の一例を模式的に示す斜視図である。
図7では、上層マット40が金属ケーシング20側になり、下層マット50が排ガス処理体10側になるように、本発明の保持シール材30は、排ガス処理体10に巻き付けられている。
本発明の保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10は、金属ケーシング20に圧入されることになる。
金属ケーシング20は、主にステンレス等の金属からなり、その形状は、図1に示すように、両端部の内径が中央部の内径よりも小さい略円筒状であってもよいし、また、図7に示すように、内径が一定である略円筒状であってもよい。
金属ケーシング20の内径(排ガス処理体を収容する部分の内径)は、排ガス処理体10の端面の直径と排ガス処理体10に巻付けられた状態の保持シール材30の厚さとを合わせた長さより若干短くなっていることが望ましい。
次に、本発明の保持シール材30、及び、本発明の排ガス浄化装置1の製造方法の一例について説明する。
(a)マット準備工程
まず、ニードルパンチング処理が施された無機繊維からなるマットを準備する工程を行う。
マットは、種々の方法により得ることができるが、例えば、以下の方法により製造することができる。すなわち、まず、例えば、塩基性塩化アルミニウム水溶液とシリカゾル等とを原料とする紡糸用混合物をブローイング法により紡糸して3〜10μmの平均繊維径を有する無機繊維前駆体を作製する。続いて、上記無機繊維前駆体を圧縮して所定の大きさの連続したシート状物を作製し、これにニードルパンチング処理を施し、その後、焼成処理を施する。このような工程を経て上層マット40及び下層マット50の準備が完了する。
(b)フィルム貼着工程
次に、上層マット40にフィルム60を貼着する工程を行う。
まず、フィルム60を所定の形状となるように裁断する。続いて、フィルム60を、上層マット40の第2の主面42の巻回開始部47から巻回終了部48まで上層フィルム40の長手方向と垂直な方向に連続的に一周巻回して貼着する。この際、上層マット40の第2の主面42の一部が露出するように巻回開始部47及び巻回終了部48を離間させる。
フィルム60の貼着については、あらかじめフィルム60に接着材を塗布し、上層マット40をフィルム60が覆うと同時に貼着させてもよく、上層マット40をフィルム60で覆った後に熱圧着により貼着してもよい。
(c)積層工程
この工程では、まず、下層マット50の第1の主面51と、上層マット40の第2の主面42とが接するように、下層マット50の上に上層マット40を積層する。次に、糸縫いにより2箇所の固定部32を設け、積層された各マットを互いに固定する。固定部32を設ける位置は、既に説明しているので省略する。
これまでの工程を経た積層マットは、本発明の保持シール材の一例である保持シール材30となる。
上記(a)マット準備工程には、有機バインダ及び無機バインダを無機繊維に付着させる工程が含まれていてもよい。
有機バインダ及び無機バインダを無機繊維に付着させる方法及び手順は特に限定されないが、例えば、焼成処理の後に、マットをバインダ含む溶液に浸漬することにより、マットにバインダを含浸させてもよく、カーテンコート法等の方法でバインダをマット上に落下させることにより、マットにバインダを含浸させてもよい。その後、バインダが付着したマットを吸引脱水することにより、バインダの付着量を調整することができる。
次に、上記保持シール材30を用いて、本発明の排ガス浄化装置の一例である排ガス浄化装置1を製造する方法の一例を説明する。
本発明の排ガス浄化装置1の製造方法は、排ガス処理体10と、排ガス処理体10を収容する金属ケーシング20と、上記排ガス処理体10と金属ケーシング20との間に配設される保持シール材30とから構成される排ガス浄化装置1を製造する方法であって、保持シール材30は、上記本発明の保持シール材の製造方法により製造された保持シール材であり、上層マット40が金属ケーシング20側になり、下層マット50が排ガス処理体10側となるように、積層マット(保持シール材30)を排ガス処理体10に巻き付ける工程と、積層マット(保持シール材30)が巻き付けられた排ガス処理体10を金属ケーシング20の内部に圧入する工程とを含むことを特徴とする。
(d)巻き付け工程
本発明の保持シール材30を、排ガス処理体10の周囲に巻き付ける工程を行う。
この工程では、従来公知の方法により作製した略円柱形状の排ガス処理体10の外周に、本発明の保持シール材30を構成する下層マット50の第2の主面52が接するように、保持シール材30を巻き付ける。この際、下層マット50の凸部53aと、凹部54aとを嵌合させ、上層マット40の凸部43aと、凹部44aとを嵌合させる。
(e)圧入工程
次に、図7に示すように、保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10を、所定の大きさを有する略円筒状であって、主に金属等からなる金属ケーシング20の内部に圧入方式(スタッフィング方式)により圧入する工程を行う。
これまでの工程を経て、本発明の排ガス浄化装置の一例である排ガス浄化装置1が製造される。
さらに、本発明の保持シール材、及び、本発明の排ガス浄化装置は、以下の構成を有していてもよい。
これまでの本発明の保持シール材の説明では、保持シール材は、2枚のマットが積層された積層マットであったが、本発明の保持シール材は、2枚以上のマットが積層された積層マットであってもよい。
このような場合において、複数枚のマットのうち全長が最も短いマットが排ガス処理体
と接するマットであり、複数枚のマットのうち全長が最も長いマットが金属ケーシングと接するマットである。
これまでの本発明の保持シール材の説明では、保持シール材を構成するマットは、2箇所の固定部で固定されていたが、1箇所の固定部で固定されていてもよく、3箇所以上の固定部で固定されていてもよい。
これまでの本発明の保持シール材の説明では、保持シール材を構成するマットは、固定部により固定されていたが、本発明の保持シール材では、固着力を有していない、少なくとも1つの帯状体により結束されていてもよい。上記構成の保持シール材では、マット同士が固定されていないため、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際、マットを長手方向にずらすことができる。そのため、マットの位置がずれている場合であっても、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に、マット間の相対的な位置の微調整を行うことができる。その結果、保持シール材の端面同士が接合する部分には、隙間が生じにくくなる。
また、上記帯状体は、紙又は樹脂からなることが望ましい。紙又は樹脂は、マット表面と帯状体との間で固着力のない帯状体として好適に用いることができる。
これまでの本発明の排ガス浄化装置の説明では、排ガス処理体は、一体型の排ガス処理体であったが、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、複数のユニットが接着材層を介して結束されてなる集合型の排ガス処理体であってもよい。
本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の形状は、円柱形状に限定されるものでなく、例えば、楕円柱形状、角柱形状等の任意の形状であっても良い。
これまで、排ガス処理体としては、セルのいずれか一方の端部が封止されているフィルタについて説明を行ったが、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、セルの端部が封止されていなくてもよい。このような排ガス処理体は、触媒担体として好適に使用することが可能となる。
以下に、本発明の保持シール材、保持シール材の製造方法、排ガス浄化装置、及び、排ガス浄化装置の製造方法の作用効果について列挙する。
(1)本発明の保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれ順次長くなるように構成された積層マットからなる。従って、本発明の保持シール材を排ガス処理体に巻き付けた際に、本発明の保持シール材の端面同士が接合する部分には、内外周差による隙間が生じにくくなる。従って、本発明の保持シール材が用いられた排ガス浄化装置は、排ガスが漏れることに対し充分なシール性を有する。
(2)本発明の保持シール材では、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面にはフィルムが貼着されている。
無機繊維は、マットの表面から飛散する。特に、積層マットの最外層に位置するマットは、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際、曲率半径が最も大きくなるので、引っ張り応力も最大になる。この引っ張り応力により無機繊維が千切れやすくなる。その結果、マット表面に裂け目等が生じ、無機繊維が飛散しやすくなる。
しかし、本発明の保持シール材のようにフィルムが貼着されていると、このような無機繊維の飛散を低減することができる。
(3)本発明の保持シール材では、上記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されている。
保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際、保持シール材は、厚さ方向に圧縮される。そのため、保持シール材の側面から空気が抜けやすくなる。この空気が抜けることに伴い、無機繊維も飛散しやすくなる。本発明の保持シール材のように、長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にフィルムが貼着されていると、フィルムが貼着された部分から無機繊維が飛散することを低減することができる。そのため、本発明の保持シール材を扱う際に無機繊維の飛散を低減することができる。
(4)本発明の保持シール材では、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態で上記フィルムが貼着されている。この露出部分では、長手方向の長さが最も長いマットが、他のマットと直接接することになる。すなわち、この部分では、各マットに含まれる無機繊維同士が直接接し絡み合うことにより、これらマット同士の密着性が向上する。さらに、無機繊維同士の摩擦に起因して、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際に、上記長手方向の長さが最も長いマットと、当該マットと接する他のマットとがずれにくくなる。従って、金属ケーシングの端部からマットがはみ出すことを防止することができる。
(実施例)
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1)
(a)マット準備工程
(a−1)紡糸工程
Al含有量が70g/lであり、Al:Cl=1:1.8(原子比)となるように調製した塩基性塩化アルミニウム水溶液に対して、焼成後の無機繊維における組成比が、Al:SiO=72:28(重量比)となるようにシリカゾルを配合し、さらに、有機重合体(ポリビニルアルコール)を適量添加して混合液を調製した。
得られた混合液を濃縮して紡糸用混合物とし、この紡糸用混合物をブローイング法により紡糸して平均繊維長が100mm、平均繊維径が5.1μmである無機繊維前駆体を作製した。
(a−2)圧縮工程
上記工程(a−1)で得られた無機繊維前駆体を圧縮し、連続したシート状物を作製した。
(a−3)ニードルパンチング処理工程
上記工程(a−2)で得られたシート状物に対して、以下に示す条件を用いて連続的にニードルパンチング処理を行ってニードルパンチング処理体を作製した。
まず、ニードルが21個/cmの密度で取り付けられたニードルボードを準備した。次に、このニードルボードをシート状物の一方の表面の上方に配設し、ニードルボードをシート状物の厚さ方向に沿って一回上下させることによりニードルパンチング処理を行い、ニードルパンチング処理体を作製した。この際、ニードルの先端部分に形成されたバーブがシート状物の反対側の表面に完全に貫出するまでニードルを貫通させた。
(a−4)焼成工程
上記工程(a−3)で得られたニードルパンチング処理体を最高温度1250℃で連続して焼成し、アルミナとシリカとを含む無機繊維からなる焼成シート状物を作製した。無機繊維の平均繊維径は、5.1μmであり、無機繊維径の最小値は、3.2μmであった。このようにして得られたアルミナ繊維製保持シール材は、嵩密度が0.15g/cmであり、目付量が1400g/mである。
(a−5)切断工程
上記工程(a−4)で得られた焼成シート状物を切断し、切断シート状物を作製した。
(a−6)含浸工程
上記工程(a−5)で得られた切断シート状物に、有機バインダとしてアクリル系樹脂を含む有機バインダ溶液(アクリル系ラテックス)をフローコートして、切断シート状物に有機バインダを含浸させることにより、含浸シート状物を作製した。
(a−7)乾燥工程
上記工程(a−6)で得られた含浸シート状物から過剰な有機バインダ溶液を吸引除去した後に、圧縮乾燥させてその厚さを薄くし、その厚さが6.8mmのニードルパンチング処理マットを作製した。
(a−8)裁断工程
上記工程(a−7)で得られたマットを、平面視寸法が全長1089mm×幅371mmであって、一端に、長さが24.5mm、幅が100mmの凸部43aが形成され、他端にこの凸部43aと嵌合する凹部44aが成形されるように裁断することにより、上層マット40を成形した。同様に、(a−7)工程を経て得られたマットを、平面視寸法が全長1023mm×幅371mmとなるように裁断することにより下層マット50を成形した。
(b)フィルム貼着工程
ポリエステル粘着材付きフィルム(厚さ40μm;カトー精工社製)を、全長1050mm×幅422mmの略長方形となるように裁断した。
続いて、上層マット40の第2の主面42の巻回開始部47を巻回の開始部として、フィルムを上層マット40の第2の主面42、第1の側面45、第1の主面41、第2の側面46、及び、第2の主面42に沿って、上層マット40の第2の主面42の巻回終了部48まで連続的に巻回し貼着した。また、巻回開始部47は、上層マット40の第1の側面45から第2の側面46の方向に25mmのところに位置させ、巻回終了部48は、上層マット40の第2の側面46から第1の側面45の方向に25mmのところに位置させた。
(c)積層工程
下層マット50の第1の主面51と、上層マット40の第2の主面42とが接するように、下層マット50の上に上層マット40を積層した。
次に、糸縫いにより2箇所の固定部を設け上層マット40及び下層マット50を固定した。
なお、2箇所の固定部は、積層マットの長手方向に垂直な方向に延在し、各固定部間の距離が70mmとなるようにした。
このようにして作製された保持シール材は、実施例1に係る保持シール材30となる。実施例1に係る保持シール材30の長手方向に垂直な方向で切断すると、図4に示すような断面となる。
(d)巻き付け工程
(d−1)排ガス処理体の成形体の作製
平均粒子径22μmを有する炭化ケイ素の粗粉末52.8重量%と、平均粒子径0.5μmの炭化ケイ素の微粉末22.6重量%とを混合し、得られた混合物に対して、アクリル樹脂2.1重量%、有機バインダ(メチルセルロース)4.6重量%、潤滑剤(日油(株)製 ユニルーブ)2.8重量%、グリセリン1.3重量%、及び、水13.8重量%を加えて混練して湿潤混合物を得た後、押出成形し、図6に示す排ガス処理体10の成形体を作製した。
(d−2)乾燥工程
上記工程(d−1)で得られた排ガス処理体10の成形体を、マイクロ波乾燥機を用いて上記生の排ガス処理体10の成形体を乾燥させ、排ガス処理体10の乾燥体とした。
(d−3)脱脂工程
上記工程(d−2)で得られた排ガス処理体10の乾燥体を400℃で脱脂し、排ガス処理体10の脱脂体とした。
(d−4)焼成工程
上記工程(d−3)で得られた排ガス処理体10の脱脂体を常圧のアルゴン雰囲気下2200℃、3時間の条件で焼成工程を行い、気孔率が45%、平均気孔径が15μm、セルの数(セル密度)が300個/inch、セル壁の厚さが0.25mm(10mil)の排ガス処理体10の炭化ケイ素焼結体を製造した。
(d−5)触媒担持工程
上記工程(d−4)で得られた排ガス処理体10の炭化ケイ素焼結体を、硝酸白金溶液に浸漬した後、600℃で1時間保持することにより、排ガス処理体10の炭化ケイ素焼結体のセル壁12に白金触媒を担持させた。
このようにして作製された炭化ケイ素焼結体は、実施例1の保持シール材30が巻き付けられる排ガス処理体10となる。排ガス処理体10は全長350mmの略円柱状であり、外径は326mmであった。
(d−6)保持シール材巻き付け工程
上記工程(d−5)で得られた排ガス処理体10の周囲に、本実施例の保持シール材30を巻き付けた。この際、本実施例の保持シール材30を構成する下層マット50の第2の主面52が、排ガス処理体10と接するように保持シール材50を巻き付けた。さらに、下層マット50の凸部53aと、凹部54aとを嵌合させ、上層マット40の凸部43aと、凹部44aとを嵌合させた。
(e)圧入工程
圧入方式(スタッフィング方式)により、保持シール材30が巻き付けられた排ガス処理体10を金属ケーシング20に圧入した。保持シール材10の隙間嵩密度(GBH)は0.4g/cmとした。
このようにして作製された排ガス浄化装置は、実施例1に係る排ガス浄化装置となる。
(比較例)
図8(a)〜(c)は、本発明の比較例に係る保持シール材を長手方向に垂直な方向で切断した断面の一例を模式的に示す断面図である。
(比較例1)
保持シール材の長手方向に垂直な方向で切断すると、図8(a)に示すような断面とするために、実施例1における(b)フィルム貼着工程を以下のように変更した他は、実施例1と同様にして比較例1に係る排ガス浄化装置を作製した。
(b)フィルム貼着工程
ポリエステル粘着材付きフィルムを、全長1050mm×幅780mmの略長方形となるように裁断した。
続いて、フィルムが上層マット40の第2の主面42、第1の側面45、第1の主面41、及び、第2の側面46を全て覆うように、上層マット40にフィルムを連続的に巻回し貼着した。
比較例1に係る保持シール材では、フィルム60が上層マット40と、下層マット50とを完全に遮っている。
(比較例2)
保持シール材の長手方向に垂直な方向で切断すると、図8(b)に示すような断面とするために、実施例1における(b)フィルム貼着工程、及び、(c)積層工程の順番及び処理を以下のように変更した他は、実施例1と同様にして比較例2に係る排ガス浄化装置を作製した。
(b)積層工程
下層マット50の第1の主面51と、上層マット40の第2の主面42とが接するように、下層マット50の上に上層マット40を積層した。
(c)フィルム貼着工程
ポリエステル粘着材付きフィルムを、全長1000mm×幅780mmの略長方形となるように裁断した。
続いて、フィルムが上層マット40の第2の主面42、第1の側面45及び第2の側面46、並びに、下層マット50の第1の側面55、第1の主面51及び第2の側面56を全て覆うように、上層マット40及び下層マット50にフィルムを連続的に巻回し貼着した。
次に、糸縫いにより2箇所の固定部を設け上層マット40及び下層マット50を固定した。
なお、2箇所の固定部は、積層マットの長手方向に垂直な方向に延在し、各固定部間の距離が70mmとなるようにした。
比較例2に係る保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際、フィルム60が排ガス処理体と下層マット50とを完全に遮ることになる。
(比較例3)
保持シール材の長手方向に垂直な方向で切断すると、図8(c)に示すような断面とするために、実施例1における(b)フィルム貼着工程を以下のように変更した他は、実施例1と同様にして比較例3に係る排ガス浄化装置を作製した。
(b)フィルム貼着工程
ポリエステル粘着材付きフィルムを、全長1050mm×幅780mmの略長方形となるように裁断した。
続いて、このフィルムが上層マット40の第2の主面42、第1の側面45、第1の主面41、及び、第2の側面46を全て覆うように、上層マット40にフィルムを連続的に巻回し貼着した。
次に、別のポリエステル粘着材付きフィルムを、全長1000mm×幅780mmの略長方形となるように裁断した。
続いて、このフィルムが、下層マット50の第2の主面52、第1の側面55、第1の主面51、及び、第2の側面56を全て覆うように、下層マット50にフィルムを連続的に巻回し貼着した。
比較例3に係る保持シール材では、フィルムが60、上層マット40と下層マット50とを完全に遮っている。また、比較例3に係る保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際、フィルム60が排ガス処理体と下層マット50とを完全に遮ることになる。
実施例1及び各比較例に係る保持シール材を排ガス処理体に巻き付け、金属ケーシングに圧入し、保持シール材が金属ケーシングの端部からはみ出しているか否かを目視で確認し、以下の評価方法にて保持シール材の収容評価をした。
(評価方法)
図9(a)は、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体が正常に金属ケーシングに圧入された状態を示す写真である。図9(b)は、積層マットからなる保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入する際に、保持シール材を形成するマットがずれ、ずれたマットが金属ケーシングの端部からはみ出した状態を示す写真である。
図9(a)に示すように、金属ケーシングの端部からマットがはみ出していない状態を「合格」と評価した。図9(b)に示すように、金属ケーシングの端部からずれたマットがはみ出した状態を「不合格」と評価した。
実施例1に係る保持シール材の収容評価の結果は「合格」であり、保持シール材が金属ケーシングの端部からはみ出していなかった。
比較例1に係る保持シール材の収容評価の結果は「不合格」であり、上層マット40と、下層マット50との間にずれが生じており、上層マット40が金属ケーシングの端部からはみ出していた。これは、フィルム60が上層マット40と、下層マット50とを完全に遮るので、これらの間の密着性が充分とならず、上層マット40と下層マット50とがずれたためと考えられる。
比較例2に係る保持シール材の収容評価の結果は「不合格」であり、上層マット40と、下層マット50との間にずれは生じていなかったものの、上層マット40及び下層マット50が金属ケーシングの端部からはみ出していた。これは、フィルム60が排ガス処理体と、下層マット50とを完全に遮るので、これらの間の密着性が充分とならず、排ガス処理体と下層マット50とがずれたためと考えられる。
比較例3に係る保持シール材の収容評価の結果は「不合格」であり、上層マット40と、下層マット50との間にずれが生じており、さらに、上層マット40及び下層マット50が金属ケーシングの端部からはみ出していた。これは、フィルム60が排ガス処理体と、上層マット40と、下層マット50とを完全に遮るので、これらの間の密着性が充分とならず、排ガス処理体と、上層マット40と、下層マット50とがずれたためと考えられる。
本発明の保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれて順次長くなるように構成された積層マットからなり、上記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち、上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面、及び、上記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されてなるとともに、上記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち、上記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、主面の一部を露出させた状態で上記フィルムが貼着されてなることを必須の構成要素としている。
係る必須の構成要素に、本発明の詳細な説明で詳述した種々の構成(例えば、フィルムの形状、フィルムの配置位置、フィルムの構成材料、積層マットの固定方法等)を適宜組み合わせることにより所望の効果を得ることができる。
1 排ガス浄化装置
10 排ガス処理体
11 セル
12 セル壁
13 封止材
14 外周コート層
20 金属ケーシング
30 保持シール材
40 上層マット
41、51 第1の主面
42、52 第2の主面
43、44、53、54 端面
43a、53a 凸部
44a、54a 凹部
45、55 第1の側面
46、56 第2の側面
50 下層マット
60 フィルム

Claims (14)

  1. 無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれて順次長くなるように構成された積層マットからなる保持シール材であって、
    前記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち前記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面、及び、前記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されてなるとともに、
    前記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち前記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態で前記フィルムが貼着されてなることを特徴とする保持シール材。
  2. 前記長手方向の長さが最も長いマットの表面に、当該マットの長手方向と垂直な方向に前記フィルムが連続的に一周巻回して貼着されてなり、前記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面に前記フィルムの巻回開始部、及び、巻回終了部が存在し、かつ、前記巻回開始部、及び、前記巻回終了部が離間されている請求項1に記載の保持シール材。
  3. 前記積層マットは2枚のマットからなる請求項1又は2に記載の保持シール材。
  4. 前記フィルムの構成材料は、ポリエステル、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも1種からなる請求項1〜3のいずれか1に記載の保持シール材。
  5. 前記フィルムは、接着材又は熱圧着により前記積層マットに固定されている請求項1〜4のいずれか1に記載の保持シール材。
  6. 前記積層マットを構成する複数のマットは、固着力を有していない、少なくとも1つの帯状体により結束されている請求項1〜5のいずれか1に記載の保持シール材。
  7. 前記帯状体は、紙又は樹脂からなる請求項6に記載の保持シール材。
  8. 前記積層マットを構成する複数のマットは、少なくとも1か所の固定部でお互いに固定されている請求項1〜5のいずれか1に記載の保持シール材。
  9. 前記固定部は、前記積層マットの長手方向に垂直な方向に延在している請求項8に記載の保持シール材。
  10. 前記固定部は、糸、粘着テープ又は接着材である請求項8又は9に記載の保持シール材。
  11. 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との間に配設される保持シール材とから構成される排ガス浄化装置であって、
    前記保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれ順次長くなるように構成された積層マットであり、前記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットが前記金属ケーシング側になり、前記積層マットを構成する長手方向の長さが最も短いマットが前記排ガス処理体側となるように前記保持シール材が配置されており、
    前記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち前記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側とは反対側の主面、及び、前記長手方向の長さが最も長いマットの長手方向の側面にはフィルムが貼着されてなるとともに、
    前記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち前記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面には、当該主面の一部を露出させた状態でフィルムが貼着されてなることを特徴とする排ガス浄化装置。
  12. 前記長手方向の長さが最も長いマットの表面に、当該マットの長手方向と垂直な方向にフィルムが連続的に一周巻回して貼着されてなり、前記長手方向の長さが最も長いマットが他のマットと接する側の主面に前記フィルムの巻回開始部、及び、巻回終了部が存在し、かつ、前記巻回開始部、及び、前記巻回終了部が離間されている請求項11に記載の排ガス処理装置。
  13. 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との間に配設される保持シール材とからなり、前記保持シール材は、無機繊維を含む平面視矩形のマットが複数枚積層され、各マットの長手方向の長さが、積層されるにつれ順次長くなるように構成された積層マットであり、前記積層マットを構成する長手方向の長さが最も長いマットが前記金属ケーシング側になり、前記積層マットを構成する長手方向の長さが最も短いマットが前記排ガス処理体側となるように前記保持シール材が配置された排ガス浄化装置を製造する方法であって、
    前記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち、一方の主面の一部が露出するように、当該マットの両主面及び長手方向の側面にフィルムを貼着する工程と、
    各マットの長手方向の長さが積層されるにつれ順次長くなるように前記各マットを積層し、最上層に配置される前記長手方向の長さが最も長いマットの主面のうち主面の一部が露出している側の主面が他のマットと接するように、前記長手方向の長さが最も長いマットを配置して前記積層マットを得る工程と、
    前記長手方向の長さが最も長いマットが前記金属ケーシング側になり、前記長手方向の長さが最も短いマットが前記排ガス処理体側となるように、前記積層マットを前記排ガス処理体に巻き付ける工程と、
    前記積層マットが巻き付けられた前記排ガス処理体を前記金属ケーシングの内部に圧入する工程とを含むことを特徴とする排ガス浄化装置の製造方法。
  14. 前記長手方向の長さが最も長いマットの表面に、当該マットの長手方向と垂直な方向に前記フィルムを連続的に一周巻回して貼着させるとともに、前記主面の一部が露出している側の主面に前記フィルムの巻回開始部、及び、巻回終了部を存在せしめ、かつ、前記巻回開始部、及び、前記巻回終了部を互いに離間させる請求項13に記載の排ガス浄化装置の製造方法。
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