JP6714680B2 - 排ガス浄化装置の断熱材、排ガス浄化装置の断熱構造体、排ガス浄化装置およびその製造方法 - Google Patents
排ガス浄化装置の断熱材、排ガス浄化装置の断熱構造体、排ガス浄化装置およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は断熱材、断熱構造体、排ガス浄化装置およびその製造方法に関する。特に、自動車エンジン等の内燃機関から排出される排気ガスを排出するための排気管等を保温するために使用さる断熱材、これを使用した断熱構造体、排ガス浄化装置およびこれらの製造方法に関する。
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中にはＰＭ（パティキュレートマター）が含まれており、近年、このＰＭが人体や環境に悪影響を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、ＣＯ、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人体や環境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を補修したり、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ケーシングと、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される無機繊維集合体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。
また、この排ガス浄化装置は、排ガス処理体の排ガス処理性能を有効に機能させるために、排ガス処理体を保温する保温性能が求められる。前述のＰＭを捕獲するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）においては、フィルター内に堆積したＰＭを燃焼させる再生処理を行う際に、ＤＰＦが保温されていることで、効果的にＰＭを燃焼させることができる。また、触媒機能を有する排ガス処理体においては、触媒活性温度以上に温度を保つために余剰な燃料噴射を必要とするが、排ガス処理体を保温することにより、燃料噴射を抑えることができ、燃費を改善することができる。
排ガス処理体の保温手段として、従来は、排気管シェルに対して半円状に分割した断熱材とメタルカバーとを組合せて、カバー断熱構造を形成し、断熱材とメタルカバーを予め嵌め込んで、排気管シェルへ取り付けることが行われている。また、特許文献１では３次元成形体で触媒保持とコーン断熱を行うことが提案されている。
しかしながら、複数に分割したカバー断熱構造では、断熱材を組み付ける際に位置ずれが生じやすく、また、その修正に時間を要する。また、３次元成形体では、異なる形状の配管シェルごとに異なる３次元の型を必要とするため、コスト増の要因となる。また、３次元形状であるため嵩張るため、梱包、搬送時の積載効率が悪いという問題がある。
しかしながら、複数に分割したカバー断熱構造では、断熱材を組み付ける際に位置ずれが生じやすく、また、その修正に時間を要する。また、３次元成形体では、異なる形状の配管シェルごとに異なる３次元の型を必要とするため、コスト増の要因となる。また、３次元形状であるため嵩張るため、梱包、搬送時の積載効率が悪いという問題がある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、排ガス等が通過する金属からなる管状構造体の保温手段として、断熱性能に優れ、かつ排ガス処理体への取り付時にずれが生じることなく作業性が良く、かつ梱包、搬送時に嵩張らない構造を有する断熱材を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明の一実施形態の断熱材は、金属からなる管状構造体を外側から覆う断熱材であり、無機繊維からなる短冊状のマット材を織り込んだ断熱材である。
本発明の断熱材は、無機繊維を含む複数の短冊状マット材が織り合せられた織物構造体から構成される断熱材であって、複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群と第一の方向と交差する第二の短冊群から構成され、織物構造体は第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が織物構造体の表面に交互に現れていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材にはニードルパンチが施されていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材は、さらに無機バインダーを含んでもよい。
本発明の断熱材において、無機繊維は、アルミナおよび／またはシリカを含んでもよい。
本発明の断熱材は、無機繊維を含む複数の短冊状マット材が織り合せられた織物構造体から構成される断熱材であって、複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群と第一の方向と交差する第二の短冊群から構成され、織物構造体は第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が織物構造体の表面に交互に現れていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材にはニードルパンチが施されていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材は、さらに無機バインダーを含んでもよい。
本発明の断熱材において、無機繊維は、アルミナおよび／またはシリカを含んでもよい。
本発明の断熱材は、織物構造体が複数積層されて構成されてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていてもよい。
本発明の断熱材において、織物構造体は筒状であってもよい。
本発明の断熱材において、織物構造体の端部には、織物構造体を端部において締め付可能なフック部が配設されていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の幅は５〜５０ｍｍであってもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の厚みは１〜２５ｍｍであってもよい。
本発明の断熱材において、複数の短冊状マット材が互いに隣接する隙間の幅は０．５〜３０ｍｍであってもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていてもよい。
本発明の断熱材において、織物構造体は筒状であってもよい。
本発明の断熱材において、織物構造体の端部には、織物構造体を端部において締め付可能なフック部が配設されていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の幅は５〜５０ｍｍであってもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の厚みは１〜２５ｍｍであってもよい。
本発明の断熱材において、複数の短冊状マット材が互いに隣接する隙間の幅は０．５〜３０ｍｍであってもよい。
本発明の断熱材の製造方法は、無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する工程と、複数の短冊状マット材を第一の方向と第一の方向と交差する第二方向に織り合せる工程とを有し、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせるものである。
本発明の断熱材の製造方法は、短冊状マット材を作製する工程は、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含んでもよい。
本発明の断熱構造体は、金属からなる管状構造体の外側の一部または全面に上記実施形態の断熱材が配設さるものである。
本発明の断熱構造体は、断熱材が金属からなる管状構造体の端部において、フック部を含むフック材により金属からなる管状構造体に固定されていてもよい。
本発明の断熱材の製造方法は、短冊状マット材を作製する工程は、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含んでもよい。
本発明の断熱構造体は、金属からなる管状構造体の外側の一部または全面に上記実施形態の断熱材が配設さるものである。
本発明の断熱構造体は、断熱材が金属からなる管状構造体の端部において、フック部を含むフック材により金属からなる管状構造体に固定されていてもよい。
本発明の一実施形態の排ガス浄化装置は、上記実施形態の断熱構造体を有し、金属からなる管状構造体は、排ガス処理体と、排ガス処理体を収容するケーシングと、排ガス処理体とケーシングの間に配設される保持シール材と、ケーシングの前後の少なくとも一方に配設されるコーン部とを備えた触媒コンバータであってもよい。
本発明の排ガス浄化装置は、断熱材の外側の少なくとも一部に耐熱テープが配設されていてもよい。
本発明の浄化装置は、断熱材の外側の少なくとも一部にカバーが配設されていてもよい。
本発明の排ガス浄化装置は、断熱材の外側の少なくとも一部に耐熱テープが配設されていてもよい。
本発明の浄化装置は、断熱材の外側の少なくとも一部にカバーが配設されていてもよい。
本発明の断熱構造体の製造方法は、金属からなる管状構造体と、該金属からなる管状構造体の外側の一部または全部に配設された断熱材を備える断熱構造体の製造方法であって、無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する工程と、複数の短冊状マット材を第一の方向と第一の方向と交差する第二方向に織り合せて、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れる筒状の織物構造体からなる断熱材を作製する工程と、金属からなる管状構造体に前記断熱材に被せる工程と、断熱材を金属からなる管状構造体の長手方向に引張り、断熱材を管状構造体に密着させる工程と、断熱材を金属からなる管状構造体に固定する工程とを含むものである。
本発明の断熱構造体の製造方法は、短冊状マット材を作製する工程が、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含んでもよい。
本発明の断熱構造体の製造方法は、短冊状マット材を作製する工程が、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含んでもよい。
本発明の断熱材、断熱構造体、排ガス浄化装置及びそれらの製造方法は、排気管等の保温手段として、断熱性能に優れ、かつ排気管や排ガス処理体を有するケーシングへの取り付時にずれが生じることなく作業性が良く、自由に伸縮するために異なる形状の部品に対しても共有化することができ、かつ梱包、搬送時に嵩張らなく積載効率が高いという効果を有する。
本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の断熱材の平面図（a）と平面図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図（ｂ）を模式的に表したものである。図１
（ａ）に示すように、本実施形態の断熱材は無機繊維を含む複数の短冊状マット材１１〜２４が織り合せられた織物構造体から構成される。図１（ａ）において複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群１１、１２、１３、１４と第一の方向と交差する第二の短冊群２１、２２、２３、３４から構成されている。図１（ｂ）に示すように、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材１１、１２、１３、１４と第二の短冊群中の一部２３の短冊状マット材が織物構造体の表面に交互に現れている。
（ａ）に示すように、本実施形態の断熱材は無機繊維を含む複数の短冊状マット材１１〜２４が織り合せられた織物構造体から構成される。図１（ａ）において複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群１１、１２、１３、１４と第一の方向と交差する第二の短冊群２１、２２、２３、３４から構成されている。図１（ｂ）に示すように、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材１１、１２、１３、１４と第二の短冊群中の一部２３の短冊状マット材が織物構造体の表面に交互に現れている。
短冊状マットの一部とは、短冊状マットが一つの場合と複数並列した場合を含むことを意味しており、図１では、第一方向の短冊状マットと第二方向の短冊状マットが一つずつ表面に交互に現れている場合を示したが、複数の並列した短冊状マットが表面に交互に現れていてもよい。このように、織物構造体の表面に短冊状マットが交互に現れる構造により、表面に凹凸が形成され、管状構造体の取り付時に摩擦によりずれが生じにくくなる。また、このように形成された織物構造体は伸縮性があり、管状構造体に巻きつけ後長手方向に伸ばすことにより、管状構造体に固定しやすくなる。
断熱材を構成する短冊状マット材は無機繊維を含む。無機繊維としては、特に限定されないが、例えば、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、生体溶解性繊維等が挙げられる。このような無機繊維を使用することにより、短冊状マットは保持性に優れ、無機繊維の機械的特性にも優れているので、マットに亀裂や圧壊が発生しにくく、金属からなる管状構造体がしっかりと保持される。また、コロイダルシリカ、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニア等の無機バインダーを含んでもよい。さらに、例えば、ポリアクリルアミド等のアクリル樹脂、デンプン、エマルジョン、ラテックス等の有機バインダーを含んでもよい。
本発明の一実施形態の断熱材においては、短冊状マット材にニードルパンチが施すことができる。ニードルパンチとは、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。マット材にニ―ドルパンチ処理を施すことにより、無機繊維どうしの交絡が発生し、マットの強度が向上する。そのため、マットに亀裂や圧壊が発生しにくくなる。
本発明の短冊状マット材は、例えば抄造法を用いて製作することができる。抄造法とは、通常湿式処理とも呼ばれ、いわゆる「紙抄き」のように、繊維の混合、撹拌、開繊、スラリー化、抄紙成形、圧縮乾燥の各処理を経て保持シール材を製作する処理方法である。
本発明の短冊状マット材は、例えば抄造法を用いて製作することができる。抄造法とは、通常湿式処理とも呼ばれ、いわゆる「紙抄き」のように、繊維の混合、撹拌、開繊、スラリー化、抄紙成形、圧縮乾燥の各処理を経て保持シール材を製作する処理方法である。
まず、所定量の無機繊維原料と結合材を水に入れて、混合する。
次に得られた混合物を抄紙器等の混合器内で撹拌し、開繊されたスラリーを調製する。通常、撹拌開繊処理は、２０秒〜１２０秒程度行われる。その後、得られたスラリーを成型器に入れて所望の形状に成形し、さらに脱水を行うことにより短冊状マット材の原料マットが得られる。
さらにこの原料マットをプレス器等を用いて圧縮し、例えば９０〜１５０℃の温度で加熱、乾燥させることにより、マット材を得ることができる。なお通常、圧縮処理は、圧縮後の保持シール材の密度が０．１０ｇ／ｃｍ３〜０．４０ｇ／ｃｍ３程度となるように行われる。
このようにして製作されたマット材を裁断することによって短冊状マット材を得ることができる。
次に得られた混合物を抄紙器等の混合器内で撹拌し、開繊されたスラリーを調製する。通常、撹拌開繊処理は、２０秒〜１２０秒程度行われる。その後、得られたスラリーを成型器に入れて所望の形状に成形し、さらに脱水を行うことにより短冊状マット材の原料マットが得られる。
さらにこの原料マットをプレス器等を用いて圧縮し、例えば９０〜１５０℃の温度で加熱、乾燥させることにより、マット材を得ることができる。なお通常、圧縮処理は、圧縮後の保持シール材の密度が０．１０ｇ／ｃｍ３〜０．４０ｇ／ｃｍ３程度となるように行われる。
このようにして製作されたマット材を裁断することによって短冊状マット材を得ることができる。
断熱材は、織物構造体が単層であってもよく、複数積層されて構成されてもよい。複数層を積層する場合、上下の層において短冊状マットが表面に現れる部分と現れない部分の位置関係がずれていてもよい。
本発明の一実施形態の断熱材において、短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていてもよい。短冊状マットはマット材を裁断することにより形成した場合、裁断部の端面（側面）から無機繊維が飛散する可能性がある。このため、短冊状マットの表面の一部または全部に飛散抑制部を設けることができる。飛散抑制部の形成方法としては、例えば、マット材の表面にアルミ箔を蒸着、接着してから短冊状マットに裁断する方法や、短冊状マットの表面の一部または全部に無機系バインダーを塗布するなどの方法がある。無機系バインダーとしては、通常のコロイダルシリカ、アルミナゾル、チタニアゾル等が挙げられる。
本発明の一実施形態の断熱材において、短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていてもよい。短冊状マットはマット材を裁断することにより形成した場合、裁断部の端面（側面）から無機繊維が飛散する可能性がある。このため、短冊状マットの表面の一部または全部に飛散抑制部を設けることができる。飛散抑制部の形成方法としては、例えば、マット材の表面にアルミ箔を蒸着、接着してから短冊状マットに裁断する方法や、短冊状マットの表面の一部または全部に無機系バインダーを塗布するなどの方法がある。無機系バインダーとしては、通常のコロイダルシリカ、アルミナゾル、チタニアゾル等が挙げられる。
断熱材の織物構造体は筒状であってもよい。短冊状マット材を筒状に織込むことによって、金属からなる管状構造体を筒状の織物構造体中に挿入することにより容易に装着することができる。管状構造体を筒状の織物構造体に挿入後、織物構造体の端部に外側から、フック材によって固定することができる。また、断熱材の織物構造体は平板状であってもよい。この場合は、金属からなる管状構造体に平板状の織物構造体を巻き付け、紐、ホースクランプ等のフック材を使用するか、またはその他の方法によって管状構造体に適宜固定することができる。
この断熱材は、無機繊維を含む複数の短冊状マット材が織り合せられた織物構造体から構成されているため、種々の形状の排気管等に柔軟に装着することができる。例えば、図２（ａ）に示されるように、排ガス浄化装置のコーン部などの径が異なる部位にもシェル部と一体で巻きつけることができ、巻きつけ後、図２（ｂ）に示されるように、織物構造体を長手方向（管状構造体の軸方向）に引き伸ばすことにより、偏芯コーンに対しても柔軟に対応することができる。
断熱材としての織物構造体の端部には、織物構造体を端部において締め付可能なフック部があらかじめ配設されていてもよい。フック部としては、図３（ａ）に示されるように織物構造体の端部３１に紐が挿入される構造として、金属からなる管状構造体を挿入後、この紐に沿って筒状の織物構造体の端部を縮めることで金属構造体に固定する方法がある。この場合、紐３２は織物構造体の端部に固着されず、紐の長手方向に移動可能な状態とする。
また、断熱材としての織物構造体の端部は、図４（ｂ）および（ｃ）に見られるように短冊状マットの端部がそれぞればらばらの状態でもよいし、短冊状マット間を固定するために、図３（ａ）に示される紐３１を織物構造体（短冊状マット）の端部３１に接着剤などにより固定して形成してもよい。あるいは、図３（ｂ）に示されるように、金属等の留め具（ピン）３３によって固定してもよい。
断熱材としての織物構造体を構成する短冊状マット材の幅、厚み、および短冊状マット間の隙間は適宜決めることができるが、例えば、幅は、５〜５０ｍｍ、厚みは１〜２５ｍｍとすることができる。短冊状マットの幅は第一方向と第二方向で異なっていてもよい。特に、断熱材の伸縮性は短冊状マット材の幅およびその隙間の関係で調整することができる。以下、この点について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は短冊状マットからなる織物構造体２６をコーン部とシェル部を有する管状構造体２５に巻きつけた状態（引き伸ばす前）示しており、図２（ｂ）は巻きつけ後、織物構造体２６を管状構造体２５の長手方向に引き伸ばした状態を示している。
本発明の一実施形態の織物構造体は、図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群１と第一の方向と交差する第二の短冊群２から構成されるが、織物構造体２６を排気管２５に被せる際の長手方向をＸ軸、径方向をＹ軸とし、Ｘ軸と第一の方向との角度をθとする。また、全ての短冊状マットの幅を均一にｄ、全ての短冊状マット間の隙間を均一にｓとすると、近接した４つの交点を結んで形成される平行四辺形の一辺の長さはｄ＋ｓとなり、対角線の長さは、
Ｘ方向の対角線の長さ ２（ｄ＋ｓ）ｃｏｓθ・・・・（１）
Ｙ方向の対角線の長さ ２（ｄ＋ｓ）ｓｉｎθ・・・・（２）
となり、断熱材の現か伸び量は、式（２）の対角線の長さが短冊幅以下にならないことから、限界伸びとなるときの最小角度θlimitは、
２（ｄ＋ｓ）×（ｓｉｎθlimit）＝ｄ・・・・（３）となり、
θlimit＝ｓｉｎ―１（ｄ／２（ｄ＋ｓ））・・・・（４）で求められる。
Ｘ方向の対角線の長さ ２（ｄ＋ｓ）ｃｏｓθ・・・・（１）
Ｙ方向の対角線の長さ ２（ｄ＋ｓ）ｓｉｎθ・・・・（２）
となり、断熱材の現か伸び量は、式（２）の対角線の長さが短冊幅以下にならないことから、限界伸びとなるときの最小角度θlimitは、
２（ｄ＋ｓ）×（ｓｉｎθlimit）＝ｄ・・・・（３）となり、
θlimit＝ｓｉｎ―１（ｄ／２（ｄ＋ｓ））・・・・（４）で求められる。
また、図２（ａ）に示されるように、織物構造体を引き伸ばす前の最初のθをθ０とすると、織物構造体の長手方向の伸び率（短冊状マットの最大長さ（最大伸び）となるときの織物構造体の長手方向の伸び率は（ｃｏｓθlimit）／（ｃｏｓθ０）、織物構造体の
径方向の縮小率（短冊状マットの幅の縮小率）は（ｓｉｎθlimit）／(ｓｉｎθ０)で表される。
径方向の縮小率（短冊状マットの幅の縮小率）は（ｓｉｎθlimit）／(ｓｉｎθ０)で表される。
以上より、短冊状マットの幅ｄが小さく、短冊状マット間の隙間ｓが大きくなるほど変形しやすくなることがわかる。したがって、排気管の形状、寸法に応じて、短冊状マットの幅ｄと短冊状マット間の隙間ｓを調整することにより、排気管に適応した織物構造体の設計が可能となる。ただし、隙間ｓが大きいと断熱材による被覆面積が減少し（開口率が大きくなる）、断熱性が損なわれる点に配慮する必要がある。
保持シール材を構成する短冊状マットの第一方向と第二方向の金属からなる管状構造体の長手方向に対する角度（上記θ０）は４５°であってもよい。また、同角度（上記θ０）は４５°未満であっても、４５°を超えていてもよい。
本発明の一実施形態の織物構造体を金属からなる管状構造体の周囲に装着した際の、伝熱状態のイメージを図５に示した。管状構造体５１を通過する排ガスにより発生した熱は管状構造体５１から断熱材の織物構造５２を伝わり放熱される。図５に示されるように織物構造５２は管状構造体５１との接触面積が小さくなり、熱が逃げる接点が少なくなる上に、短冊状マットの交差点から交差点への伝熱については距離が長くなり、伝熱しにくくなる。ここで、図２に示した短冊状マットの幅ｄと短冊状マット間の隙間ｓを用いると、管状構造体５１と断熱材５２の接点の面積率はｄ２／（ｓ＋ｄ）２となり、隙間ｓを大きくすることで接点の面積率を小さくすることができる。したがって、例えば、管状構造体が自動車用の排ガス浄化装置の場合において、初期暖機時において断熱材に奪われる熱量を低下することができる。
本発明の一実施形態の織物構造体を金属からなる管状構造体の周囲に装着した際の、伝熱状態のイメージを図５に示した。管状構造体５１を通過する排ガスにより発生した熱は管状構造体５１から断熱材の織物構造５２を伝わり放熱される。図５に示されるように織物構造５２は管状構造体５１との接触面積が小さくなり、熱が逃げる接点が少なくなる上に、短冊状マットの交差点から交差点への伝熱については距離が長くなり、伝熱しにくくなる。ここで、図２に示した短冊状マットの幅ｄと短冊状マット間の隙間ｓを用いると、管状構造体５１と断熱材５２の接点の面積率はｄ２／（ｓ＋ｄ）２となり、隙間ｓを大きくすることで接点の面積率を小さくすることができる。したがって、例えば、管状構造体が自動車用の排ガス浄化装置の場合において、初期暖機時において断熱材に奪われる熱量を低下することができる。
断熱材の製造方法は、無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する工程と、複数の短冊状マット材を第一の方向と第一の方向と交差する第二方向に織り合せる工程とを有する。この際、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせる。短冊状マットの一部とは、短冊状マットが一つの場合と複数の編列した場合を含むことを意味しており、例えば、第一方向の短冊状マットと第二方向の短冊状マットが一つずつ表面に交互に現れるように織り合せてもよいし、複数の並列した短冊状マットが表面に交互に現れるように織り合せてもよい。また、短冊状マット材を作製する工程は、上述の方法により大面積のマット材を作製して裁断することにより作製してもよいし、最初から短冊状のマットの形状に作製してもよい。
断熱材は、金属からなる管状構造体の外側の一部または全面に配設することができる。金属からなる管状構造体としては、例えば、自動車の排ガスパイプや排ガス浄化処理材を収容した排ガス浄化装置等がある。
図４には、図４（ａ）に示される自動車の排ガスパイプの金属からなる管状構造体４１に、図４（ｂ）に示されるように筒状の織物構造体からなる断熱材４２を被せた後、図４（ｃ）に示されるように、長手方向に引っ張ることにより自動車用排ガスパイプに簡易に密着して装着した例を示している。
図４には、図４（ａ）に示される自動車の排ガスパイプの金属からなる管状構造体４１に、図４（ｂ）に示されるように筒状の織物構造体からなる断熱材４２を被せた後、図４（ｃ）に示されるように、長手方向に引っ張ることにより自動車用排ガスパイプに簡易に密着して装着した例を示している。
次に、本発明の実施形態の断熱材を適用する排ガス浄化装置について説明する。図６（ａ）は排ガス浄化装置の一例を模式的に示す斜視図である。図６（ｂ）は図６（ａ）に示される排ガス浄化装置のＡ−Ａ線断面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示される排ガス処理装置に本発明の実施形態の断熱材を装着する過程をも模式的に示したものである。図６（ｂ）に示されるように、排ガス浄化装置は排ガス処理体６１と、排ガス処理体６１を収容するケーシング６２と、排ガス処理体６１とケーシング６２の間に配設される保持シール材６３と、ケーシング５２の前後の少なくとも一方に配設されるコーン部６４とを備えた触媒コンバータである。
保持シール材６３は、排ガス処理体６１の周りに巻きつけられており、保持シール材６３によって排ガス処理体６１がケーシング６２内に保持されている。ケーシング６２の端部には、必要に応じて、内燃機関から排出された排ガスを導入する導入管と排ガス処理体を６１通過した排ガスが外部に排出される排出管（図示しない）とが接続される。
排ガス処理体６１は、通常、主として多孔質セラミックからなり、その形状は略円筒状である。また、排ガス処理体６１は、隔壁を隔てて長手方向に多数の貫通孔は併設されたはにかむ構造体とされている。排ガス処理体６１では、ハニカム構造体の隔壁に排ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害なガス成分を浄化するための触媒が担持されている。触媒としては、白金などが使用される。
排ガス処理体６１は、通常、主として多孔質セラミックからなり、その形状は略円筒状である。また、排ガス処理体６１は、隔壁を隔てて長手方向に多数の貫通孔は併設されたはにかむ構造体とされている。排ガス処理体６１では、ハニカム構造体の隔壁に排ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害なガス成分を浄化するための触媒が担持されている。触媒としては、白金などが使用される。
排ガス浄化装置を構成するケーシング６２は、通常、ステンレス等の金属からなり、その形状は略円筒である。ケーシング６２にはセンサーを貫通するための孔（図示しない）が設けられていてもよい。ケーシング６２の内径は排ガス処理体６１の端面の直径と、排ガス処理体に巻きつけられた状態の保持シール材の厚さとを合わせた長さより若干短くなっている。なお、ケーシングの長さは、排ガス処理体の長手方向における長さより若干長くてもよいし、排ガス処理体の長手方向における長さと略同一であってもよい。
排ガス浄化装置は、図６（ｃ）に示されるように筒状に織りあわされた織物構造体からなる断熱材６５内に挿入される。その後、織物構造体６５を排ガス浄化装置の軸方向に伸長することによって排ガス浄化装置に装着される。断熱材の外側の少なくとも一部に耐熱テープが配設されていてもよい。耐熱テープは、ガラスクロス、アルミまたはアルミガラスクロス等から選ばれる基材にシリコーン系粘着材等の粘着剤を塗布して構成することができる。また、断熱材の外側の少なくとも一部にカバーが配設されていてもよい。カバーはステンレス板、アルミメッキ鋼板または合成樹脂板等から構成されることができ、断熱材への風当たりを防止する機能を果たす。
断熱構造体の製造方法について説明する。断熱構造体は、金属からなる管状構造体と、金属からなる管状構造体の外側の一部または全部に配設された断熱材を備える。金属からなる管状構造体としては、例えば、図４に示した排ガス用パイプや図６に示した排ガス浄化装置（特に、外側のケーシング）等がある。ケーシングの素材としてはステンレス鋼などの金属を使用することができる。
まず、無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する。短冊状マット材を作製するには、上述の方法により大面積のマット材を作製してこれを裁断することにより作製してもよいし、最初から短冊状のマットの形状に作製してもよい。
次に、複数の短冊状マット材を第一の方向と第一の方向と交差する第二方向に織り合せて、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れる筒状の織物構造体からなる断熱材を作製する。この際、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせる。短冊状マットの一部とは、短冊状マットが一つの場合と複数の編列した場合を含むことを意味しており、例えば、第一方向の短冊状マットと第二方向の短冊状マットが一つずつ表面に交互に現れるように織り合せてもよいし、複数の並列した短冊状マットが表面に交互に現れるように織り合せてもよい。
次いで、例えば、図４（ｂ）に示されるように、金属からなる管状構造体４１に断熱材４２を被せた後、図４（ｃ）に示されるように断熱材４２を金属からなる管状構造体４１の長手方向に引張り、断熱材４２を管状構造体４１に密着させる。これにより断熱材を金属からなる管状構造体に簡易に固定することができる。
次に、複数の短冊状マット材を第一の方向と第一の方向と交差する第二方向に織り合せて、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れる筒状の織物構造体からなる断熱材を作製する。この際、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせる。短冊状マットの一部とは、短冊状マットが一つの場合と複数の編列した場合を含むことを意味しており、例えば、第一方向の短冊状マットと第二方向の短冊状マットが一つずつ表面に交互に現れるように織り合せてもよいし、複数の並列した短冊状マットが表面に交互に現れるように織り合せてもよい。
次いで、例えば、図４（ｂ）に示されるように、金属からなる管状構造体４１に断熱材４２を被せた後、図４（ｃ）に示されるように断熱材４２を金属からなる管状構造体４１の長手方向に引張り、断熱材４２を管状構造体４１に密着させる。これにより断熱材を金属からなる管状構造体に簡易に固定することができる。
以下実施例に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
アルミナ−シリカ組成を有するアルミナ繊維性の素地マットとして、組成比がＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８である素地マットを用意した。この素地マットに対し、ニードリング処理を施すことで、嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ３であり、坪量が４３０ｇ／ｃｍ２であるニードル処理マットを作製した。次に、ニードル処理マットを全長９００ｍｍ、幅２０ｍｍに裁断し、短冊状マットを得た。
アルミナ−シリカ組成を有するアルミナ繊維性の素地マットとして、組成比がＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８である素地マットを用意した。この素地マットに対し、ニードリング処理を施すことで、嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ３であり、坪量が４３０ｇ／ｃｍ２であるニードル処理マットを作製した。次に、ニードル処理マットを全長９００ｍｍ、幅２０ｍｍに裁断し、短冊状マットを得た。
実施例１では、短冊状マットの隙間を５ｍｍとして織り込み、直径１３０ｍｍ、長さ２８０ｍｍの筒状構造となる織物構造体を得た。実施例２〜５では、同様の短冊状マットを使用して、短冊状マット間の隙間をそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍとして、直径１３０ｍｍ、長さ２８０ｍｍの筒状構造となる織物構造体を得た。実施例６及び７では、実施例１で得られた織物構造体をそれぞれ２個、３個積層して断熱材として使用した。実施例８では、短冊状マットの隙間を５ｍｍとして、平板状（幅４１０ｍｍ×長さ２８０ｍｍ）の構造体を得た。図７（ａ）には、実施例２により形成した筒状構造体の写真を示した。この筒状構造体は、梱包時または運搬時には図７（ｂ）のように平板状の形にすることができるため、積載性が良好となる。
比較例１では、ブランケット（厚さ６ｍｍ）を長方形（長さ４０５ｍｍ×幅１８７ｍｍ）と扇形（コーン部に使用）に裁断したものを使用した。また、比較例２では、アルミナ繊維スラリーを図７に示される形状の排気管に沿った形状の脱水成形型に供給して同配管の形状に合う２分割構造の３次元成形体を作製した。
図８に示される円筒部およびコーン部を有する排気管内に直径１０１．６ｍｍ、長さ１２７ｍｍの形状のコーディエライト製三元触媒からなる排ガス処理体を設置した。次に、実施例１〜８および比較例１および２の断熱材を排気管の外周に装着して、以下の評価指標により、（１）組み付け時の搭載性、（２）保温性、（３）梱包時の積載性を評価した。評価結果を表１に示した。表１において、それぞれの評価指標に基づいて、◎は非常に評価が高い、○は評価が高い、△は普通、×は評価が低い、ことを示している。
図８に示される円筒部およびコーン部を有する排気管内に直径１０１．６ｍｍ、長さ１２７ｍｍの形状のコーディエライト製三元触媒からなる排ガス処理体を設置した。次に、実施例１〜８および比較例１および２の断熱材を排気管の外周に装着して、以下の評価指標により、（１）組み付け時の搭載性、（２）保温性、（３）梱包時の積載性を評価した。評価結果を表１に示した。表１において、それぞれの評価指標に基づいて、◎は非常に評価が高い、○は評価が高い、△は普通、×は評価が低い、ことを示している。
（１）組み付け時の搭載性
排気管に組み付ける際の搭載性を装着時間として評価した。断熱材を固定するためのホースクランプを用いて、断熱材を直接固定した。装着開始から排気管に装着、固定されるまでに要した時間を測定し、搭載性の評価指標とした。装着時間が１５秒未満を◎、１５秒以上２０秒未満を○、２０秒以上３０秒未満を△、３０秒以上×とした。
排気管に組み付ける際の搭載性を装着時間として評価した。断熱材を固定するためのホースクランプを用いて、断熱材を直接固定した。装着開始から排気管に装着、固定されるまでに要した時間を測定し、搭載性の評価指標とした。装着時間が１５秒未満を◎、１５秒以上２０秒未満を○、２０秒以上３０秒未満を△、３０秒以上×とした。
（２）保温性
組みたてた排気管に、所定温度６００℃のガスを流入し、排気管から排出されるガスの温度計測し、保温性の評価指標とした。計測された温度が５９５℃以上を◎、５８９℃以上５９５℃未満を○、５８０℃以上５８９℃未満を△、５８０℃未満を×とした。
（３）梱包時の積載性
実施例１〜８の織物構造体の断熱材、比較例１のブランケット、比較例２の３次元成形体について、図８に示される排気管に使用される分量を断熱材１個として、幅３００ｍｍ×長さ４２０ｍｍ×深さ１８０ｍｍの箱の中に積載できる断熱材の個数により積載性の評価指標とした。１４個以上を◎、１１〜１３個を○、８〜１０個を△、７個以下を×とした。
組みたてた排気管に、所定温度６００℃のガスを流入し、排気管から排出されるガスの温度計測し、保温性の評価指標とした。計測された温度が５９５℃以上を◎、５８９℃以上５９５℃未満を○、５８０℃以上５８９℃未満を△、５８０℃未満を×とした。
（３）梱包時の積載性
実施例１〜８の織物構造体の断熱材、比較例１のブランケット、比較例２の３次元成形体について、図８に示される排気管に使用される分量を断熱材１個として、幅３００ｍｍ×長さ４２０ｍｍ×深さ１８０ｍｍの箱の中に積載できる断熱材の個数により積載性の評価指標とした。１４個以上を◎、１１〜１３個を○、８〜１０個を△、７個以下を×とした。
表１に示されるように、実施例１〜４、６及び７は、搭載性、保温性、梱包時の積載性のいずれの評価も高く、実施例５では保温性の評価が普通であったが、搭載性と積載性の評価は高く、実施例８では搭載性の評価が普通であったが、保温性の評価は高く、積載性の評価は非常に高かった。
これに対して、比較例１では特に扇型部の搭載性が良くないため搭載性の評価が低く、また、比較例２では積載性の評価が低かった。
これに対して、比較例１では特に扇型部の搭載性が良くないため搭載性の評価が低く、また、比較例２では積載性の評価が低かった。
１ 第一の短冊群
２ 第二の短冊群
１１ 第一の短冊群の短冊状マット
１２ 第一の短冊群の短冊状マット
１３ 第一の短冊群の短冊状マット
１４ 第一の短冊群の短冊状マット
２２ 第二の短冊群の短冊状マット
２３ 第二の短冊群の短冊状マット
２４ 第二の短冊群の短冊状マット
２５ 排気管
２６ 織物構造体（断熱材）
３１ 短冊状マット
３２ ひも
３３ ピン
４１ 金属からなる管状構造体（排ガス管）
４２ 断熱材
５１ 管状構造体
５２ 断熱材（織物構造体）
６０ 排ガス浄化装置
６１ 排ガス処理体
６２ ケーシング
６３ 保持シール材
６４ コーン部
６５ 断熱材（織物構造体）
ｓ 短冊状マット間の隙間
ｄ 短冊状マットの幅
θ０ Ｘ軸と第１方向の角度（引き伸ばし前）
θ Ｘ軸と第１方向の角度（引き伸ばし後）
２ 第二の短冊群
１１ 第一の短冊群の短冊状マット
１２ 第一の短冊群の短冊状マット
１３ 第一の短冊群の短冊状マット
１４ 第一の短冊群の短冊状マット
２２ 第二の短冊群の短冊状マット
２３ 第二の短冊群の短冊状マット
２４ 第二の短冊群の短冊状マット
２５ 排気管
２６ 織物構造体（断熱材）
３１ 短冊状マット
３２ ひも
３３ ピン
４１ 金属からなる管状構造体（排ガス管）
４２ 断熱材
５１ 管状構造体
５２ 断熱材（織物構造体）
６０ 排ガス浄化装置
６１ 排ガス処理体
６２ ケーシング
６３ 保持シール材
６４ コーン部
６５ 断熱材（織物構造体）
ｓ 短冊状マット間の隙間
ｄ 短冊状マットの幅
θ０ Ｘ軸と第１方向の角度（引き伸ばし前）
θ Ｘ軸と第１方向の角度（引き伸ばし後）
Claims (10)
- 無機繊維を含む複数の短冊状マット材が織り合せられた織物構造体から構成される断熱材であって、
前記複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群と前記第一の方向と交差する第二の短冊群から構成され、
前記織物構造体は前記第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と前記第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が前記織物構造体の表面に交互に現れており、
前記織物構造体は筒状であり、かつ前記第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と前記第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が前記織物構造体の表面に交互に現れており、前記複数の短冊状マット材が互いに隣接する隙間の幅は０．５〜３０ｍｍであることを特徴とする排ガス浄化装置の断熱材。 - 前記短冊状マット材にはニードルパンチが施されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材は、さらに無機バインダーを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記無機繊維は、アルミナおよび／またはシリカを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記織物構造体が複数積層されて構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記織物構造体の端部には、前織物構造体を前記端部において締め付可能なフック部が配設されていることを特徴とする請求項６に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材の幅は５〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する工程と、
前記複数の短冊状マット材を第一の方向と前記第一の方向と交差する第二方向に織り合せる工程とを有する断熱材の製造方法であって、
前記第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と前記第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせ、前記複数の短冊状マット材が互いに隣接する隙間の幅が０．５〜３０ｍｍである筒状となることを特徴とする排ガス浄化装置の断熱材の製造方法。 - 前記短冊状マット材を作製する工程は、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化装置の断熱材の製造方法。
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