JP7079390B2 - バインダー含有無機繊維成形体 - Google Patents

Description

本発明は、無機繊維成形体にバインダーが含有されてなるバインダー含有無機繊維成形体に関する。

セラミックファイバーに代表される無機繊維をマット状にした無機繊維成形体は、工業用断熱材、耐火材、パッキン材等の高温状態に暴露される用途に用いられている。近年では、上記無機繊維成形体は、自動車の排ガス浄化装置用のクッション材（シール部材）、すなわち、触媒担持体や粒子フィルタ等の排ガス処理体を金属製のケーシングに収容する際に排ガス処理体に巻回され、排ガス処理体とケーシングとの間に介装される排ガス浄化装置用保持材としても用いられている（特許文献１）。

排ガス処理体に排ガス浄化装置用の保持材を巻回した巻付体は、例えば、圧入方式（スタッフィング方式）、サイジング方式（スウェージング方式）、クラムシェル方式等の公知の方法によりケーシングに収容されるが、ケーシングへの収容の際に、上記巻付体における上記保持材が、ケーシングとの間で生じる摩擦力により層間剥離する場合がある。中でも圧入方式を用いる場合、上記巻付体がケーシングに圧入されるため、上記保持材において上述した不具合が生じやすい傾向にある。

このような不具合の発生を防ぐために、従来、無機繊維成形体に対してニードリング処理を施すことが知られている。ニードリング処理とは、ニードル等の繊維交絡手段を、無機繊維成形体の対向する２つの表面と交差方向に抜き差しする処理であり、上記処理により数本～数十本の無機繊維が上記交差方向（縦方向）に配向して３次元的に交絡した無機繊維束となることでニードル痕が形成される。無機繊維成形体は、このようなニードル痕が形成されることで、剪断力が高くなり層間剥離が生じにくくなる。

しかし、ニードリング処理がされた無機繊維成形体は、ニードル痕の数が少ないと、所望の剪断力が得られにくく、一方、ニードル痕の数が多すぎると反発力(弾性)が低下してしまい、排ガス浄化装置用保持材として用いた際に、ケーシング収容後の排ガス処理体の保持性が得られにくくなるという問題がある。

そこで反発力の低下を抑えつつ高い剪断力を得るために、無機繊維成形体に対してニードリング処理をすると共に、無機繊維成形体全域で均一な濃度となるようにバインダーを含有させて、上記バインダーで無機繊維を結着させる技術が用いられている。この技術によれば、無機繊維成形体内において無機繊維の交絡点がバインダーで結着されるため、ニードル痕の数を減らしても高剪断力を示すことができる。また、無機繊維がランダムに配向した状態で無機繊維間の交絡点がバインダーで結着されるため、高剪断力を有しつつ、反発力の低下を抑制することができる。なお、バインダーを含有した無機繊維成形体のことを、バインダー含有無機繊維成形体と称する。

特開２００７－１６２５８３号公報

しかし、ニードル痕を有するバインダー含有無機繊維成形体において、バインダー濃度を高くすると、剪断力の向上は図れるが、バインダー含有量の増加に伴い無機繊維成形体の表面全体での摩擦力が大きくなる。このため、例えば排ガス浄化装置用保持材として用いる際に、ケーシングとの間で生じる摩擦力が大きくなりキャニング性に劣る場合がある。また、ケーシングとの間で生じる摩擦力と上記バインダー含有無機繊維成形体の剪断力との大小関係によっては、ケーシングへ圧入する際に、上記バインダー含有無機繊維成形体に層間剥離が生じやすくなる場合がある。さらにバインダー含有無機繊維成形体は、バインダー濃度を高くすると面圧が小さくなり、排ガス浄化装置用保持材として用いた際に、ケーシング収容後の排ガス処理体の保持性が十分に得られない場合がある。

一方、バインダー含有無機繊維成形体は、バインダー濃度を低くすると表面全体での摩擦力が小さくなり、かつ面圧が大きくなるが、無機繊維間の結着箇所の減少に伴い剪断力が低くなり、層間剥離が生じやすくなる。このため、例えば排ガス浄化装置用保持材として用いる際に、ケーシングとの間で生じる摩擦力が小さくても、該摩擦力を受けてバインダー含有無機繊維成形体に層間剥離が生じやすくなる場合がある。

なお、特許文献１では、触媒コンバータ用のシール部材について、排気ガス流れ方向の上流側端部及び下流側端部のうち少なくとも一方の端部に対し、その他の領域に比べて有機系バインダーやニードルパンチング処理により補強の度合いを高くすることが開示されている。特許文献１では、シール部材を上記構造とすることで、上記端部でケーシング内部への挿入時の挿入抵抗等によって生じるずれを回避しつつ、上記その他の領域でシール部材の弾性を維持しその反発力によりシール部材の保持力を高く維持できるようにしている。しかし、特許文献１に開示される構造では、シール部材の表面全体で、表面摩擦力の低減と剪断力および面圧の向上との両立を図ることが困難であると推量される。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、表面全体での摩擦力が小さく、剪断力および面圧が高いバインダー含有無機繊維成形体を提供することを主目的とする。

本発明は、対向する第１面および第２面を有し、複数の凹部が形成された無機繊維成形体にバインダーが含有されてなる、バインダー含有無機繊維成形体であって、上記バインダー含有無機繊維成形体は、バインダー濃度が相対的に高い複数の高濃度バインダー領域と、上記高濃度バインダー領域以外の上記バインダー濃度が相対的に低い低濃度バインダー領域とを有し、上記複数の高濃度バインダー領域は、上記第１面と上記第２面と交差する方向に延在し、且つ少なくとも上記第１面において散在しており、上記複数の高濃度バインダー領域に対する上記低濃度バインダー領域の体積比が１．５以上６．０以下であることを特徴とする、バインダー含有無機繊維成形体を提供する。

本発明によれば、バインダー濃度の異なる２つの領域を有し、上記２つの領域のうち、複数の高濃度バインダー領域よりも低濃度バインダー領域が占める体積割合が大きいため、バインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力を小さくし、面圧を高くすることができる。一方、上記高濃度バインダー領域では、無機繊維や無機繊維束がバインダーにより強固に結着されている。このような上記高濃度バインダー領域が、上記第１面と上記第２面と交差する方向に延在することで、無機繊維成形体内において上記高濃度バインダー領域が柱状に存在することになり、且つ、柱状の高濃度バインダー領域が散在していることで、バインダー含有無機繊維成形体全体で高剪断力を有することができる。これにより、本発明のバインダー含有無機繊維成形体は、層間剥離が生じにくくなり、例えば排ガス浄化装置用保持材として用いる場合のキャニング性を良好とすることができる。

本発明においては、上記高濃度バインダー領域の上記バインダー濃度が５％超２５％以下であり、上記低濃度バインダー領域の上記バインダー濃度が０％以上５％以下であることが好ましい。低濃度バインダー領域によるバインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力の低減効果および面圧の向上効果と、複数の高濃度バインダー領域による剪断力の向上効果とのバランスを良好にとることができるからである。

本発明においては、上記凹部がニードル痕であることが好ましい。ニードル痕では、複数本の無機繊維が縦方向に配向して３次元的に交絡した無機繊維束が形成され、上記無機繊維束において無機繊維が拘束されるため、より高い剪断力を有することができるからである。

本発明においては、上記複数の高濃度バインダー領域の少なくとも一部に上記凹部が位置することが好ましい。凹部の箇所にバインダー液を塗布しやすく、凹部にバインダー液を塗布することで、ケーシングと接するバインダー添着領域を減少させることができ、結果として摩擦を低減できると推量されるからである。また、上記凹部がニードル痕である場合、上記ニードル痕を形成する無機繊維束にバインダー液が浸透しやすく、上記ニードル痕の位置に合わせて高濃度バインダー領域を容易に散在配置することができるからである。さらに、上記の場合、ニードル痕において上記無機繊維束にバインダーが高濃度で存在することで、ニードル痕の周辺繊維および無機繊維束がバインダーにより強固に結着されるため、より高い剪断力を有することが可能であると推量されるからである。

本発明においては、上記バインダーが有機バインダーを含むことが好ましい。有機バインダーは、無機繊維成形体へ容易に含浸させることができ、十分な厚み拘束力を発揮することができるため、柔軟で強度に優れたバインダー含有無機繊維成形体とすることができるからである。また、本発明のバインダー含有無機繊維成形体の使用温度条件下で、有機バインダーを容易に熱分解又は焼失させることができるからである。

本発明においては、表面全体での摩擦力が小さく、剪断力および面圧が高いバインダー含有無機繊維成形体を得ることができるという効果を奏する。

本発明のバインダー含有無機繊維成形体の一例を示す概略平面図である。 本発明のバインダー含有無機繊維成形体の一例を示す概略断面図である。 本発明のバインダー含有無機繊維成形体の一例を示す概略断面図である。 本発明のバインダー含有無機繊維成形体の他の例を示す概略平面図である。 本発明のバインダー含有無機繊維成形体の他の例を示す概略断面図である。 本発明のバインダー含有無機繊維成形体の他の例を示す概略断面図である。 集合部における高濃度バインダー領域の配置態様を示す説明図である。 集合部における高濃度バインダー領域の配置態様を示す説明図である。 ニードル痕の形状を示す模式図である。 ニードル痕の直径の測定方法を示す説明図である。 実施例１～２のバインダー含有無機繊維成形体の概略平面図である。 摩擦力の測定装置を示す概略側面図である。

以下、本発明のバインダー含有無機繊維成形体について詳細に説明する。本発明のバインダー含有無機繊維成形体は、対向する第１面および第２面を有し、複数の凹部が形成された無機繊維成形体にバインダーが含有されてなるものである。上記バインダー含有無機繊維成形体は、バインダー濃度が相対的に高い複数の高濃度バインダー領域と、上記高濃度バインダー領域以外の上記バインダー濃度が相対的に低い低濃度バインダー領域とを有し、上記複数の高濃度バインダー領域は、上記第１面と上記第２面と交差する方向に延在し、且つ少なくとも上記第１面において散在しており、上記複数の高濃度バインダー領域に対する上記低濃度バインダー領域の体積比が所定の範囲である。

図１は、本発明のバインダー含有無機繊維成形体の一例を示す概略平面図であり、図２および図３は、それぞれ図１のＸ１－Ｘ１線断面図およびＹ１－Ｙ１線断面図である。図１～図３で例示するバインダー含有無機繊維成形体１０は、対向する第１面１０ａおよび第２面１０ｂを有し、凹部２として貫通孔であるニードル痕が複数形成された無機繊維成形体１にバインダーが含有されてなる。バインダー含有無機繊維成形体１０は、バインダー濃度が相対的に高い複数の高濃度バインダー領域Ａと、高濃度バインダー領域Ａ以外の領域である、バインダー濃度が相対的に低い低濃度バインダー領域Ｂとを有する。複数の高濃度バインダー領域Ａは、第１面１０ａおよび第２面１０ｂと交差する方向（図２および図３においてＺ方向）に延在しており、且つ少なくとも第１面１０ａにおいて散在している。図１～図３では、複数の高濃度バインダー領域Ａが、第１面１０ａおよび第２面１０ｂにおいて散在している。また、バインダー含有無機繊維成形体１０は、複数の高濃度バインダー領域Ａに対する低濃度バインダー領域Ｂの体積比が所定の範囲にある。なお、図１～図３においては、高濃度バインダー領域Ａの１００％に、凹部（ニードル痕）２が位置している。すなわち、全ての高濃度バインダー領域Ａに凹部（ニードル痕）２が位置している。

図４は、本発明のバインダー含有無機繊維成形体の他の例を示す概略平面図であり、図５および図６は、それぞれ図４のＸ２－Ｘ２線断面図およびＹ２－Ｙ２線断面図である。図４～図６においては、凹部２として非貫通孔であるニードル痕が複数形成されており、高濃度バインダー領域Ａの５０％に、凹部（ニードル痕）２が位置している例を示している。

本発明のバインダー含有無機繊維成形体によれば、バインダー濃度の異なる２つの領域を有し、上記２つの領域のうち、複数の高濃度バインダー領域よりも低濃度バインダー領域が占める体積割合が大きいため、バインダー含有無機繊維成形体の表面全体で摩擦力を小さくすることができる。詳しくは、低濃度バインダー領域は、バインダー含有量が少ないため表面摩擦力が小さいが、高濃度バインダー領域は、バインダー含有量が多いため表面摩擦力が大きくなる。本発明のバインダー含有無機繊維成形体によれば、表面の一部に表面摩擦力が大きい高濃度バインダー領域が存在するが、バインダー含有無機繊維成形体において低濃度バインダー領域が占める割合が大きく、且つ高濃度バインダー領域は散在しているため、表面摩擦力の高低が表面全体で均一化され、その結果バインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力を小さくすることができる。
また、本発明のバインダー含有無機繊維成形体によれば、複数の高濃度バインダー領域よりも低濃度バインダー領域が占める体積割合が大きいため、バインダー含有無機繊維成形体の表面全体で面圧を高くすることができる。
さらに、本発明のバインダー含有無機繊維成形体によれば、上記高濃度バインダー領域では、無機繊維や無機繊維束がバインダーにより強固に結着されている。このような上記高濃度バインダー領域が、上記第１面と上記第２面と交差する方向に延在することで、無機繊維成形体内において上記高濃度バインダー領域が柱状に存在することになり、且つ、柱状の高濃度バインダー領域が散在していることで、バインダー含有無機繊維成形体全体で高剪断力を有することができる。
このように、本発明のバインダー含有無機繊維成形体は、表面全体での摩擦力が小さく、剪断力および面圧が高いことから、層間剥離が生じにくくなり、例えば排ガス浄化装置用保持材として用いる場合のキャニング性を良好とすることができる。

本発明においては、複数の高濃度バインダー領域が、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において散在している。すなわち、本発明のバインダー含有無機繊維成形体は、複数の高濃度バインダー領域が、無機繊維成形体の少なくとも第１面の面内方向に散在していることになる。

複数の高濃度バインダー領域が「第１面において散在」するとは、バインダー含有無機繊維成形体の第１面において、複数の高濃度バインダー領域が個々に所望の間隔を空けて散らばって設けられており、第１面に基準領域Ｒを設定したときに、基準領域Ｒを設定した面のいかなる位置においても、基準領域Ｒ内に複数の高濃度バインダー領域が所定の個数範囲で含まれることをいう。ここで、基準領域Ｒとは、仮想的に規定された領域であり、５ｃｍ四方の正方形とする。例えば、図１、図４において示される基準領域Ｒを、図１、図４に示すバインダー含有無機繊維成形体１０の第１面１０ａの面内位置からあらゆる方向に移動させたとしても、基準領域Ｒ内には、複数の高濃度バインダー領域が所定の個数範囲で含まれる。基準領域Ｒは、バインダー含有無機繊維成形体の第１面において、所望の位置に設定することができる。

ここで、複数の高濃度バインダー領域が「第１面において散在」するとは、具体的には、バインダー含有無機繊維成形体の第１面に基準領域Ｒを設定したときに、上記基準領域Ｒに含まれる高濃度バインダー領域の個数が所定の個数、具体的には１２個以上１２５個以下であることをいう。中でも基準領域Ｒ（５ｃｍ×５ｃｍ＝２５ｃｍ^２）に含まれる高濃度バインダー領域の個数が２０個以上１００個以下であることが好ましく、特に２５個以上７５個以下であることが好ましい。基準領域に１個の高濃度バインダー領域の一部が含まれる場合、その高濃度バインダー領域の平面視の面積の５０％以上が基準領域Ｒに含まれていれば、１個としてカウントすることができる。基準領域Ｒに含まれる高濃度バインダー領域の個数は、任意の方法で数えることができ、その方法は特に限定されない。例えばバインダー含有無機繊維成形体に含まれるバインダーが有機バインダーであれば、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱して有機バインダーを変色させた後、５ｃｍ四方のサンプルを切り出して、該サンプルの第１面に発現される黒色の変色部の数を、基準領域Ｒに含まれる高濃度バインダー領域の個数とすることができる。変色部が高濃度バインダー領域であることを示し、非変色部が低濃度バインダー領域であることを示す。なお、平面視とは、バインダー含有無機繊維成形体の第１面側から見ることをいう。

第１面において基準領域Ｒを占める複数の高濃度バインダー領域の総面積の割合は、上記基準領域Ｒに含まれる高濃度バインダー領域の個数が、上述した所定の個数範囲にあれば特に限定されないが、例えば１０％以上５０％以下であることが好ましく、中でも２０％以上４０％以下であることが好ましい。

以下、本発明のバインダー含有無機繊維成形体について構成ごとに説明する。

１．高濃度バインダー領域および低濃度バインダー領域
本発明における高濃度バインダー領域は、バインダー濃度が相対的に高い領域であり、バインダー含有無機繊維成形体の上記第１面と上記第２面と交差する方向に延在し、且つバインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において散在している。また、低濃度バインダー領域は、上記高濃度バインダー領域以外のバインダー濃度が相対的に低い領域である。

本発明においては、高濃度バインダー領域が散在していることから、高濃度バインダー領域および低濃度バインダー領域は、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において、複数の高濃度バインダー領域を島領域、低濃度バインダー領域を海領域として、海島状に存在することができる。

なお、バインダー濃度とは、無機繊維の質量あたりのバインダーの質量の割合をいい、高濃度バインダー領域のバインダー濃度であれば、上記高濃度バインダー領域に含まれる無機繊維の質量あたりの上記高濃度バインダー領域に含まれるバインダーの質量の割合（％）をいう。

本発明のバインダー含有無機繊維成形体においては、低濃度バインダー領域の体積が、複数の高濃度バインダー領域の体積よりも大きい。これにより、バインダー含有無機繊維成形体の表面において、表面摩擦力が低い低濃度バインダー領域が占める割合が大きくなるため、バインダー含有無機繊維成形体の表面全体で摩擦力を低減し、面圧を高くすることができる。

本発明においては、上記複数の高濃度バインダー領域の体積に対する上記低濃度バインダー領域の体積比が１．５以上６．０以下であればよく、中でも１．７以上５．０以下であることが好ましく、特に２．０以上４．０以下であることが好ましい。上記体積比を上記の範囲とすることで、上記低濃度バインダー領域によりバインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力が小さくなりかつ面圧が高くなり、一方で上記高濃度バインダー領域によりバインダー含有無機繊維成形体全体での剪断力を高くなるため、両方の物性のバランスを良好にとることができる。なお、上記体積比が上記範囲を超えると、バインダー含有無機繊維成形体に占める高濃度バインダー領域の割合が小さすぎて、上記高濃度バインダー領域による剪断力の向上効果が十分に得られない場合がある。一方、上記体積比が上記範囲を満たないと、バインダー含有無機繊維成形体の表面を占める低濃度バインダー領域の割合が小さくなり、上記低濃度バインダー領域による表面全体での摩擦力の低減効果や面圧向上効果が十分に得られない場合がある。

複数の高濃度バインダー領域に対する低濃度バインダー領域の体積比は、任意の方法で算出することができ、その方法は特に限定されないが、例えばバインダー含有無機繊維成形体に含まれるバインダーが有機バインダーであれば、以下の手順で算出することができる。すなわち、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱して有機バインダーを変色させた後、５ｃｍ四方のサンプルを切り出して、該サンプルの第１面に発現される複数の変色部についてそれぞれ、変色部の面積に該サンプルの厚み方向の縦断面における該変色部の高さ（すなわち高濃度バインダー領域の高さ）を乗し、該サンプルに含まれる複数の高濃度バインダー領域の体積の総和を算出する。また、非変色部の面積に該サンプルの厚みを乗することで低濃度バインダー領域の体積を算出する。そして、低濃度バインダー領域の体積を複数の高濃度バインダー領域の体積の総和で除することで、上記体積比を算出することができる。

また、本発明のバインダー含有無機繊維成形体においては、少なくとも第１面において、複数の高濃度バインダー領域の総面積に対する低濃度バインダー領域の面積比が２以上６以下であることが好ましく、中でも２以上５以下であることが好ましく、特に２以上４以下であることが好ましい。上記面積比を上記の範囲とすることで、上記低濃度バインダー領域によりバインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力を小さくして面圧を高くすることができ、上記高濃度バインダー領域によりバインダー含有無機繊維成形体全体での剪断力を高くすることができ、両方の物性のバランスを良好にとることができる。

複数の高濃度バインダー領域の総面積に対する低濃度バインダー領域の面積比は、任意の方法で算出することができ、その方法は特に限定されない。例えばバインダー含有無機繊維成形体に含まれるバインダーが有機バインダーであれば、以下の手順で算出することができる。すなわち、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱して有機バインダーを変色させた後、５ｃｍ四方のサンプルを切り出して、該サンプルの第１面に発現される複数の変色部の面積の総和、および上記第１面において変色部以外の領域である非変色部の面積をそれぞれ算出する。非変色部の面積を複数の変色部の面積の総和で除することで、上記面積比を算出することができる。

（１）高濃度バインダー領域
上記高濃度バインダー領域のバインダー濃度は、上記低濃度バインダー領域のバインダー濃度よりも高ければよく、例えば５％超２５％以下であることが好ましく、中でも７％以上２０％以下であることが好ましく、特に９％以上１８％以下であることが好ましい。上記高濃度バインダー領域のバインダー濃度を上記の範囲とすることで、上記高濃度バインダー領域において無機繊維や無機繊維束の結着力を高めることができ、上記高濃度バインダー領域を介して周囲の低濃度バインダー領域が連結されて、バインダー含有無機繊維成形体が高剪断力を有することができる。また、複数の高濃度バインダー領域による剪断力の向上効果と、低濃度バインダー領域による表面摩擦力の低減効果および面圧の向上効果とのバランスを良好にとることができる。なお、上記高濃度バインダー領域のバインダー濃度が上記範囲を超えると、バインダー含有無機繊維成形体の表面がバインダーによりベタついて、バインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力の低減効果や面圧の向上効果が得られにくくなる場合がある。また、有機バインダーであれば、熱分解しにくい、熱分解により生じるガスで作業環境が悪化する、クッション性が損なわれる等の不具合が想定される。一方、上記高濃度バインダー領域のバインダー濃度が上記範囲を満たないと、高濃度バインダー領域を設けることによる剪断力の向上効果が得られにくい場合がある。

高濃度バインダー領域のバインダー濃度の求め方は、特に限定されないが、例えばバインダーが有機バインダーであれば、以下の方法により算出することができる。すなわち、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱して有機バインダーを変色させた後、５ｃｍ四方のサンプルを切り出す。次に、該サンプルから変色部を切り出して該変色部の質量（バインダー焼失処理前の変色部の質量）を測定する。続いて該変色部に対して８００℃で１時間加熱するバインダー焼失処理を行い、該変色部中の有機バインダーを焼失し、バインダー焼失処理後の該変色部の質量を測定する。バインダー焼失処理後の該変色部の質量を、高濃度バインダー領域における無機繊維の質量とし、バインダー焼失処理前後での質量差を、該変色部に含まれるバインダーの質量として、高濃度バインダー領域の１つあたりのバインダー濃度（％）を求めることができる。

上記高濃度バインダー領域の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、正円形、楕円等の円形、正方形や長方形等の四角形、多角形、星形状等が挙げられる。中でも円形が好ましく、正円であることがより好ましい。

上記高濃度バインダー領域の直径は、特に限定されないが、例えば、１．０ｍｍ以上７．０ｍｍ以下とすることができ、中でも２．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であることが好ましく、特に２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。上記高濃度バインダー領域の平面視形状が正円以外である場合の高濃度バインダー領域の直径とは、平面視における高濃度バインダー領域の面積の円相当径とする。高濃度バインダー領域の直径とは、図１～図６においてφ１に示す部分をいう。

また、平面視において、上記高濃度バインダー領域の面積は、特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ^２以上４０．０ｍｍ^２以下とすることができ、中でも３．０ｍｍ^２以上３０．０ｍｍ^２以下とすることができ、特に３．０ｍｍ^２以上２５．０ｍｍ^２以下とすることができる。

上記高濃度バインダー領域の直径や面積が上記範囲を超えると、高摩擦力・低面圧の高濃度バインダー領域がバインダー含有無機繊維成形体の表面に局所的に存在することになり、低濃度バインダー領域による表面摩擦力の低減効果や面圧の向上効果が得られにくくなる場合がある。一方、上記高濃度バインダー領域の直径や面積が上記範囲を満たないと、高濃度バインダー領域の形成が困難な場合や、高濃度バインダー領域による剪断力の向上効果が十分に得られない場合がある。

上記高濃度バインダー領域は、バインダー含有無機繊維成形体の上記第１面と上記第２面と交差する方向に延在する。これにより、上記高濃度バインダー領域は、無機繊維成形体内で柱状に存在することができる。上記高濃度バインダー領域の延在方向は、上記第１面および第２面に対して直交していてもよく、斜交していてもよい。上記高濃度バインダー領域の高さは、高いほど好ましく、例えば、バインダー含有無機繊維成形体の平均厚みの５０％以上とすることができ、中でも８０％以上であることが好ましく、特に１００％、すなわち、上記高濃度バインダー領域がバインダー含有無機繊維成形体の厚み方向を貫通することが好ましい。バインダー含有無機繊維成形体の平均厚みに対する高濃度バインダー領域の高さを上記の範囲とすることで、剪断力を高くすることができるからである。なお、上記高濃度バインダー領域の高さが上記範囲よりも小さいと、バインダー含有無機繊維成形体の厚み方向において、バインダーにより無機繊維や無機繊維束が結着されていない領域が増えるため、上記高濃度バインダー領域による剪断力の向上効果が十分に得られない場合がある。なお、高濃度バインダー領域の高さとは、高濃度バインダー領域の延在方向によらず、バインダー含有無機繊維成形体の上記第１面および上記第２面と直交する方向における長さの平均値をいい、図２～３および図５～６においてＨで示す長さとする。高濃度バインダー領域の高さは、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱して有機バインダーを変色させた後、所望のサイズにサンプルを切り出して、該サンプルの縦断面（切断面）に発現される変色部の高さから特定することができる。

上記複数の高濃度バインダー領域は、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において散在するが、中でも上記高濃度バインダー領域が上記バインダー含有無機繊維成形体の厚み方向を貫通し、上記第１面および上記第２面の両面において散在していることが好ましい。周囲の低濃度バインダー領域との接触面が増え、上記高濃度バインダー領域を介して周囲の低濃度バインダー領域が連結されることで、バインダー含有無機繊維成形体が高剪断力を有することができるからである。なお、高濃度バインダー領域が「第２面において散在」するとは、第１面と同様に定義することができる。

図２、図３では、高濃度バインダー領域Ａがバインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通し、バインダー含有無機繊維成形体１０の第１面１０ａおよび第２面１０ｂにおいて散在している例を示している。また、図５、図６では、高濃度バインダー領域Ａがバインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通せず、バインダー含有無機繊維成形体１０の第１面１０ａにおいて散在している例を示している。

後述するように、高濃度バインダー領域は、バインダー含有無機繊維成形体が有する貫通孔または非貫通孔である凹部に位置していてもよく、上記凹部以外の領域に位置していてもよい。図２および図３で例示するように、貫通孔である凹部２に位置する高濃度バインダー領域Ａは、バインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通して第１面１０ａおよび第２面１０ｂの両面において散在していてもよく、図示しないが、バインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通せずに第１面１０ａのみにおいて散在していてもよい。同様に、図５で例示するように、非貫通孔である凹部２に位置する高濃度バインダー領域Ａは、バインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通せずに第１面１０ａのみにおいて散在していてもよく、図示しないが、バインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通して第１面１０ａおよび第２面１０ｂの両面において散在していてもよい。さらに、図６で例示するように、凹部２以外の領域に位置する高濃度バインダー領域Ａは、バインダー含有無機繊維成形体１０の厚み方向（Ｚ方向）を貫通せずに第１面１０ａのみにおいて散在していてもよく、図示しないが、バインダー含有無機繊維成形体の厚み方向（Ｚ方向）を貫通して第１面１０ａおよび第２面１０ｂの両面において散在していてもよい。

上記複数の高濃度バインダー領域は、近接する２つの高濃度バインダー領域間の間隔が、いずれも同じであってもよく、異なってもよい。近接する２つの高濃度バインダー領域間の平均間隔としては、特に限定されないが、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができ、中でも４ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが好ましく、特に５ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが好ましい。近接する２つの高濃度バインダー領域間の間隔とは、例えば図１、図４においてｄ１、ｄ２で示す部分の長さをいう。

上記複数の高濃度バインダー領域は、規則性を持って散在していてもよく、不規則に散在していてもよい。例えば図１、図４では、複数の高濃度バインダー領域Ａが規則性を持って散在している。具体的には、図１、図４では、高濃度バインダー領域Ａが、バインダー含有無機繊維成形体１０の第１面１０ａおよび第２面１０ｂの面内の第１の方向（図１、図４におけるＸ方向）に間隔ｄ１で等間隔離間して配置されており、上記第１の方向と直交する第２の方向（図１、図４におけるＹ方向）に間隔ｄ２で等間隔離間して配置されている。図１では、間隔ｄ１と間隔ｄ２とが同じであり、一方、図４では、間隔ｄ１と間隔ｄ２とが異なる。

上記複数の高濃度バインダー領域が、第１の方向および第２の方向に間隔ｄ１および間隔ｄ２で離間して配置される場合、間隔ｄ１と間隔ｄ２とは同じであってもよく、異なってもよい。また、第１の方向の列ごとに、間隔ｄ１が同じであってもよく異なってもよく、第２の方向の列ごとに、間隔ｄ２が同じであってもよく異なってもよい。

上記複数の高濃度バインダー領域が、第１の方向および第２の方向に間隔ｄ１および間隔ｄ２で離間して配置される場合、上記第１の方向および第２の方向の高濃度バインダー領域の数は、適宜設定することができる。第１の方向の列ごとまたは第２の方向の列ごとに、高濃度バインダー領域の数が同じであってもよく、異なっていてもよい。

上記複数の高濃度バインダー領域は、集合部を形成していてもよい。ここで、集合部とは、少なくとも２．５ｃｍ四方の領域内に高濃度バインダー領域が１５個以上含まれている領域をいい、中でも２０個以上含まれていることが好ましい。また、上記集合部における高濃度バインダー領域の個数の上限は特に限定されないが、例えば３０個とすることができる。

上記集合部において、複数の高濃度バインダー領域は散在しており、集合部内の高濃度バインダー領域以外の領域は、低濃度バインダー領域となる。上記集合部内において、複数の高濃度バインダー領域は規則性を持って散在していてもよく、不規則に散在していてもよい。上記集合部において、近接する高濃度バインダー領域間の平均間隔は、離間されていれば特に限定されない。

上記集合部内における複数の高濃度バインダー領域の配置態様としては、特に限定されないが、例えば、複数の高濃度バインダー領域が、バインダー含有無機繊維成形体の面内において設定した第１の方向および上記第１の方向と直交する第２の方向の少なくとも一方向に、所望の間隔を空けて１列または２列以上のライン状に配置された態様（第１の態様）とすることができる。また、他の配置態様として、例えば複数の高濃度バインダー領域が所望の間隔を空けて四角環状に配置されている態様（第２の態様）、複数の高濃度バインダー領域が円周方向に所望の間隔を空けて１重または２重以上の円環列状に配置されている態様（第３の態様）、複数の高濃度バインダー領域が所望の間隔を空けて楕円環状や多角形環状に配置されている態様（第４の態様）、複数の高濃度バインダー領域が所望の間隔を空けて星形形状のように凹多角形環状に配置されている態様（第５の態様）等が挙げられる。

図７(ａ)で例示する集合部Ｇは、複数の高濃度バインダー領域Ａが第１の態様で配置されている。すなわち、第１の方向（図７（ａ）におけるＸ方向）に、３つの高濃度バインダー領域Ａが間隔ｄ３で等間隔離間してライン状に配置されており、第１の方向と直交する第２の方向（図７（ａ）におけるＹ方向）に、３つの高濃度バインダー領域Ａが間隔ｄ４で等間隔離間してライン状に配置された、３列×３列の配置態様を有する。図７（ａ）において、近接する２つの集合部Ｇは、第１の方向（Ｘ方向）に間隔ｄ５で離間し、第２の方向（Ｙ方向）に間隔ｄ６で離間して配置されている。

上記第１の態様においては、図７（ａ）で例示した３列×３列の配列態様の他に、例えば図７（ｂ）に例示する１列×５列の配列態様や、その他配列態様が挙げられる。配列態様については特に限定されない。上記第１の態様においては、第１の方向および第２の方向の各列の高濃度バインダー領域の数は同一であってもよく異なってもよい。

図８（ａ）で例示する集合部Ｇは、複数の高濃度バインダー領域Ａが第２の態様で配置されており、隣接する高濃度バインダー領域Ａは間隔ｄ７で離間して配置されている。また、図８（ｂ）で例示する集合部Ｇは、複数の高濃度バインダー領域Ａが第３の態様で配置されており、隣接する高濃度バインダー領域Ａは間隔ｄ８で離間して配置されている。

集合部を構成する高濃度バインダー領域の数は、特に限定されない。また、上記集合部の平面視形状、上記集合部１つあたりの大きさ等は、集合部を構成する高濃度バインダー領域の大きさや数に応じて適宜設定することができる。

上記集合部は、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において散在していることが好ましく、第１面および第２面の両面において散在していてもよい。上記集合部の散在態様は特に限定されず、規則性を持って設けられていてもよく、不規則に設けられていてもよい。近接する集合部間の離間間隔は特に限定されず、集合部の大きさ、散在態様等に応じて適宜設定することができる。

上記集合部は、例えば図８（ａ）、（ｂ）で例示するように、１つの集合部Ｇに含まれる複数の高濃度バインダー領域Ａの少なくとも一部が、無機繊維成形体が有する凹部２に位置していてもよく、図示しないが、１つの集合部に含まれる複数の高濃度バインダー領域のすべてが上記凹部に位置していなくてもよい。

（２）低濃度バインダー領域
上記低濃度バインダー領域のバインダー濃度は、上記高濃度バインダー領域のバインダー濃度よりも低ければよく、具体的には０％以上５．０％以下であることが好ましく、中でも０％以上４．５％以下であることが好ましく、特に０％以上４．０％以下であることが好ましい。なお、バインダー濃度が０％であるとは、無機繊維成形体にバインダーが含有されていないことを意味する。上記低濃度バインダー領域のバインダー濃度が上記範囲よりも大きいと、上記低濃度バインダー領域での表面摩擦力が大きくなり、上記低濃度バインダー領域によるバインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力の低減効果を得られにくい場合や、面圧が低くなる場合がある。

低濃度バインダー領域のバインダー濃度の求め方は、特に限定されないが、例えばバインダーが有機バインダーであれば、以下の方法により算出することができる。すなわち、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱して有機バインダーを変色させた後、５ｃｍ四方のサンプルを切り出す。次に、該サンプルの変色部以外の領域（非変色領域）を分離して非変色領域の質量（バインダー焼失処理前の非変色部の質量）を測定する。続いて該非変色領域に対して８００℃で１時間加熱するバインダー焼失処理を行い、該非変色領域中の有機バインダーを焼失し、バインダー焼失処理後の該非変色部の質量を測定する。バインダー焼失処理後の該非変色領域の質量を、低濃度バインダー領域における無機繊維の質量とし、バインダー焼失処理前後での質量差を、該非変色領域に含まれるバインダーの質量として、低濃度バインダー領域のバインダー濃度を求めることができる。

（３）バインダー
本発明におけるバインダーは、無機繊維成形体に含まれ、無機繊維や無機繊維束を結着する。上記バインダーとしては、有機バインダーおよび無機バインダーのいずれも用いることができる。

上記有機バインダーとしては、各種のゴム、水溶性高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。具体的には、アクリルゴム、ニトリルゴム等の合成ゴム；カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子化合物；またはアクリル樹脂が挙げられる。有機バインダーは、１種単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。中でもアクリルゴム、ニトリルゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリルゴムに含まれないアクリル樹脂が好ましい。これらのバインダーは、有機バインダー液の調製等が容易であり、後述する有機バインダーによる効果を発揮しやすいからである。

一方、上記無機バインダーとしては、例えば無機酸化物が挙げられる。具体的にはアルミナ、スピネル、ジルコニア、マグネシア、チタニア、カルシア、および上記無機繊維と同質の組成を有する材料が挙げられる。無機バインダーは、１種単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。無機酸化物の平均粒径は、特に限定されないが、例えば１μｍ以下とすることができる。

上記無機繊維成形体に含まれる上記バインダーは、有機バインダーを含むことが好ましい。この場合、上記バインダーは有機バインダーのみであってもよく、有機バインダーおよび無機バインダーの両方を含んでいてもよい。有機バインダーは、無機繊維成形体へ容易に含浸させることができ、比較的低含有量であっても十分な厚み拘束力を発揮することができる。このため、柔軟で強度に優れたバインダー含有無機繊維成形体とすることができるからである。また、バインダー含有無機繊維成形体の使用温度条件下で、有機バインダーを容易に熱分解又は焼失させることができるからである。

ここで、有機バインダーを用いる場合、無機繊維成形体の面方向に対しバインダー濃度が均一かつ高濃度となるように、無機繊維成形体がバインダーを含有すると、有機バインダーの熱分解等により生じるガス量が増加し、作業環境の悪化を招くおそれがある。これに対し、本発明のバインダー含有無機繊維成形体では、高濃度バインダー領域が散在しており、且つ高濃度バインダー領域よりも低濃度バインダー領域の占める割合が大きいため、バインダー含有無機繊維成形体全体でのバインダー濃度の上昇を抑えることができる。これにより、有機バインダーを用いる場合であっても、有機バインダーの熱分解等によるガス発生量を抑えつつ、剪断力を向上させることができる。

また、上記無機繊維成形体に含まれる上記バインダーは、無機バインダーを含むことが好ましい。この場合、上記バインダーが無機バインダーのみであってもよく、有機バインダーおよび無機バインダーの両方を含んでいてもよい。

上記バインダーが有機バインダーと無機バインダーとの両方である場合、無機バインダーと有機バインダーとの配合比は、特に限定されないが、例えば質量比で無機バインダー：有機バインダー＝１：９９～９０：１０の範囲内とすることができる。

上記無機繊維成形体の全体に含まれるバインダー量（バインダー全量）は、上述した高濃度バインダー領域および低濃度バインダー領域を有し、上記高濃度バインダー領域が散在可能となる量であれば特に限定されず、例えば、固形分換算で上記無機繊維成形体中の無機繊維１００質量部に対して０．５質量部以上１５．０質量部以下とすることができる。バインダー全量が少なすぎると、バインダー含有無機繊維成形体の厚みが得られない場合がある。一方、バインダー全量が多いと、有機バインダーであれば、熱によりバインダーが分解等されにくくなる、有機バインダーの分解によって生じるガスにより作業環境が悪化する等の不具合が想定され、一方、無機バインダーであれば、クッション性が損なわれる場合がある。また、バインダー含有無機繊維成形体の表面全体での摩擦力が大きくなり、面圧が小さくなるため、ケーシングに圧入する際に不具合が生じやすくなる。さらに、コスト高になる場合がある。無機繊維あたりのバインダーの質量の割合（無機繊維成形体全体に対するバインダー濃度）としては、例えば０．５質量％以上１５．０質量％以下とすることができる。無機繊維成形体全体に対するバインダー濃度は、例えばバインダーが有機バインダーであれば、所望のサイズのバインダー含有無機繊維成形体の試験片に対し、電気炉内において８００℃で１時間加熱するバインダー焼失処理を行い、試験片中の有機バインダーを焼失し、バインダー焼失処理前後の試験片の質量差を該試験片に含まれるバインダーの質量とし、該バインダーの質量、ならびに無機繊維成形体の坪量および試験片のサイズから算出することができる。

上記バインダーは、着色されていてもよい。高濃度バインダー領域および低濃度バインダー領域を目視で容易に視認することができるからである。着色バインダーは、特に限定されないが、例えば、上述した有機バインダーに顔料等の公知の色材が添加されたものが挙げられる。

上記バインダーは、例えば、バインダーを溶媒に分散させたバインダー液を無機繊維成形体に塗布等して無機繊維成形体に含浸させることで、無機繊維成形体の内部に含ませることができる。バインダー液は、調製してもよく、例えば有機バインダー液として市販される水溶液、水分散型のエマルジョン、ラテックス、有機溶媒溶液等をそのまま又は水等で希釈して用いることができる。

（４）その他
本発明のバインダー含有無機繊維形成体において、上記高濃度バインダー領域の位置の特定方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、バインダー含有無機繊維成形体の第１面の面内において、第１の方向（例えばバインダー含有無機繊維成形体の原反の幅方向）と、第１の方向と直交する第２の方向（例えばバインダー含有無機繊維成形体の原反の長さ方向）とを規定し、各方向において離間せずにまたは所望の間隔で離間して複数のサンプルを切り出し、各サンプルの燃焼前後の質量の変化量と各サンプルの切り出し位置から、高濃度バインダー領域の位置を特定することができる。また、バインダーが有機バインダーであれば、バインダー含有無機繊維成形体を電気炉内において約４００℃で６０秒間熱することで発現される変色部の位置から高濃度バインダー領域の位置を特定することができる。

２．無機繊維成形体
本発明における無機繊維成形体は、無機繊維の集合体であり、例えばマット、ブランケットまたはブロック等と称される。上記無機繊維成形体は、対向する第１面および第２面を有し、複数の凹部が形成されている。すなわちバインダー含有無機繊維成形体における第１面および第２面は、上記無機繊維成形体における上記第１面および上記第２面に相当する。なお、無機繊維成形体の第１面および第２面のことを、マット面と称する場合がある。

（１）凹部
上記無機繊維成形体における上記凹部は、上記無機繊維成形体の少なくとも第１面に形成され、上記第１面の面内において周囲よりも他方の面側に向かって窪んでいる部分である。すなわち、上記バインダー含有無機繊維形成体は、少なくとも第１面が凹凸面であり、上記凹部は少なくとも第１面に開口する。

上記凹部は、無機繊維成形体における第１面と第２面と交差する方向に延在する。上記凹部の延在方向は、上記第１面および第２面に対して直交していてもよく、斜交していてもよい。また、上記凹部は、無機繊維成形体における第１面と第２面と交差する方向に貫通する貫通孔であってもよく、貫通していない非貫通孔であってもよい。上記凹部が貫通孔である場合、上記凹部は第１面および第２面の両面に開口する。

上記凹部としては、例えば、ニードル痕、圧縮凹部、溝切り凹部等が挙げられる。圧縮凹部とは、平滑な成形板をマットの一面にあてがい且つ溝に相当する凸条を備えた成形板をマットの他の面にあてがって圧縮することにより形成される凹部である。また、溝切り凹部とは、無機繊維成形体に溝切り加工を施すことにより形成される凹部である。中でも上記凹部は、ニードル痕であることが好ましい。ニードル痕では、複数本の無機繊維が縦方向に配向して３次元的に交絡した無機繊維束が形成され、上記無機繊維束において無機繊維が拘束されるため、より高い剪断力を有することができるからである。特に、低濃度バインダー領域にニードル痕が位置する場合、上記低濃度バインダー領域において、バインダーが含有されていなくても比較的高い剪断力を有することができるからである。

図９（ａ）、（ｂ）は、ニードル痕の形状を説明するための模式図である。ニードル痕２は、図９（ａ）に例示するように、バインダー含有無機繊維成形体１０の第１面１０ａおよび第２面１０ｂに開口する貫通孔であってもよく、図９（ｂ）に例示するように、バインダー含有無機繊維成形体１０の第１面１０ａにのみ開口する非貫通孔であってもよい。図９（ａ）、（ｂ）においてニードル痕２は、第１面１０ａおよび第２面１０ｂに対して直交方向に延在している。

上記凹部の深さは、特に限定されず、凹部の種類や形状、凹部の形成方法等に応じて適宜設定することができる。例えば、上記凹部がニードル痕であれば、上記ニードル痕の深さとしては、バインダー含有無機繊維成形体（または無機繊維成形体）の平均厚みの５０％以上であることが好ましく、中でも８０％以上であることが好ましい。また、上記ニードル痕の深さが、バインダー含有無機繊維成形体（または無機繊維成形体）の平均厚みの１００％、すなわちニードル痕がバインダー含有無機繊維成形体の厚み方向を貫通していてもよい。

上記凹部の平面視形状は、特に限定されず、凹部の種類や形状、凹部の形成方法等に応じて適宜設定することができる。例えば、正円形、楕円等の円形、正方形や長方形等の四角形、多角形、星形状等が挙げられる。上記凹部がニードル痕であれば、上記ニードル痕の平面視形状は、通常、円形であり、好ましくは正円形である。

上記凹部の大きさは、特に限定されず、凹部の種類や形状、凹部の形成方法等に応じて適宜設定することができる。上記凹部がニードル痕である場合、上記ニードル痕の直径は、例えば４５０μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましく、中でも４９０μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましい。ニードル痕の直径は、バインダー含有無機繊維成形体（または無機繊維成形体）の一方の面に可視光を当てたときに、他方の面に投影される黒点の、直径方向に測定した明度分布（ピーク）の半値幅で規定され、図１０においてφ２で示される長さをいう。なお、上記黒点は、ニードル痕が貫通孔であっても非貫通孔であっても確認することができる。

また、バインダー含有無機繊維成形体（または無機繊維成形体）の単位面積当りの凹部の数（凹部密度とする。）は、特に限定されず、凹部の種類や形状、凹部の形成方法等に応じて適宜設定することができる。上記凹部がニードル痕である場合、バインダー含有無機繊維成形体（または無機繊維成形体）の単位面積当りのニードル痕の数（以下、ニードル痕密度とする。）は、大きいほど剪断力は高くなるが面圧が低下し、小さいほど面圧は大きくなるが剪断力が低くなる。よって、上記ニードル痕密度は、剪断力と面圧とのバランスを良好にとることが可能な大きさであることが好ましい。上記ニードル痕密度としては、例えば１.０個／ｃｍ^２以上５０．０個／ｃｍ^２以下であることが好ましく、中でも１５．０個／ｃｍ^２以上４０．０個／ｃｍ^２以下であることが好ましく、特に２０．０個／ｃｍ^２以上３５．０個／ｃｍ^２以下あることが好ましい。ニードル痕の数は、バインダー含有無機繊維成形体または無機繊維成形体の一方の面に可視光を当てたときに他方の面に投影される黒点の数とすることができる。なお、上記黒点は、ニードル痕が貫通孔であっても非貫通孔であっても確認することができる。

上記凹部は、平面視において等間隔に形成されていてもよく、ランダムに設けられてもよい。上記凹部がニードル痕である場合、近接する２つのニードル痕間の平均距離としては、例えば０．１ｃｍ～４ｃｍの範囲内とすることができ、好ましくは０．１ｃｍ～３ｃｍの範囲内とすることができ、より好ましくは０．１ｃｍ～２ｃｍの範囲内とすることができる。

また、上記凹部がニードル痕である場合、複数のニードル痕が集合してニードル痕集合部を形成していてもよい。このときニードル痕集合部は散在していることが好ましい。ニードル痕集合部におけるニードル痕の配置態様については、特に限定されず、例えば上述した高濃度バインダー領域の集合部における高濃度バインダー領域の配置態様と同様とすることができる。

上記凹部は、高濃度バインダー領域に位置していてもよく、低濃度バインダー領域に位置していてもよく、高濃度バインダー領域および低濃度バインダー領域の両方に位置していてもよい。ここで、高濃度バインダー領域に凹部が位置するとは、バインダー含有無機繊維成形体の平面視において、凹部が高濃度バインダー領域に包含されることをいう。具体的には、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において、凹部を包含するように５ｃｍ四方の基準領域を設定したときに、上記基準領域内に含まれる上記凹部の、中心から半径４ｍｍの範囲内のバインダー濃度が、上述した高濃度バインダー領域のバインダー濃度の範囲にあることをいう。凹部が高濃度バインダー領域に位置していれば、図１～図６で例示するように、平面視において高濃度バインダー領域Ａが凹部（ニードル痕２）よりも大きくてもよく、図示しないが、平面視において高濃度バインダー領域と凹部とが同等の大きさであってもよい。

また、低濃度バインダー領域に凹部が位置するとは、バインダー含有無機繊維成形体の平面視において、凹部が低濃度バインダー領域に包含されることをいう。具体的には、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において、凹部を包含するように５ｃｍ四方の基準領域を設定したときに、上記基準領域内に含まれる上記凹部の、中心から半径４ｍｍの範囲内のバインダー濃度が、上述した低濃度バインダー領域のバインダー濃度の範囲にあることをいう。

本発明においては、上記高濃度バインダー領域の少なくとも一部に上記凹部が位置することが好ましく、上記高濃度バインダー領域の少なくとも一部にニードル痕が位置することがより好ましい。具体的には、バインダー含有無機繊維成形体の少なくとも第１面において、５ｃｍ四方の基準領域を設定したときに、上記基準領域内に含まれる高濃度バインダー領域の全個数の２５％以上に凹部が位置することが好ましく、中でも５０％以上に凹部が位置することが好ましく、特に８０％以上に凹部が位置することが好ましい。また、上記高濃度バインダー領域の１００％、すなわち全ての高濃度バインダー領域に凹部が位置していてもよい。上記高濃度バインダー領域に上記凹部が位置することで、凹部の箇所にバインダー液を塗布しやすいからである。また、上記凹部がニードル痕である場合、上記ニードル痕を形成する無機繊維束にバインダー液が浸透しやすく、上記ニードル痕の位置に合わせて高濃度バインダー領域を容易に散在配置することができるからである。さらに、上記ニードル痕において上記無機繊維束にバインダーが高濃度で存在することで、上記無機繊維束の無機繊維を強固に結着することができるため、より高い剪断力を有することが可能であると推量されるからである。

（２）無機繊維成形体
上記無機繊維成形体を構成する上記無機繊維としては、例えばシリカ、アルミナ／シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア等の単独繊維または複合繊維が挙げられる。中でも上記無機繊維は、アルミナ／シリカ繊維が好ましく、特に結晶質アルミナ／シリカ繊維が好ましい。アルミナ／シリカ繊維は、アルミナおよびシリカを主成分とするセラミック繊維であり、単に「アルミナ繊維」と称される。上記無機繊維がアルミナ／シリカ繊維（アルミナ繊維）である場合、アルミナ／シリカの組成比（質量比）は、６０～９８／４０～２の範囲内であることが好ましく、中でも７０～７４／３０～２６の範囲内であることが好ましい。

上記無機繊維は、短繊維であることが好ましい。上記無機繊維成形体の厚みを損なわず、靭性を高めることができるからである。上記無機繊維が短繊維であるとは、具体的には、無機繊維の平均繊維長が２１０μｍ～１０００μｍの範囲内であることをいう。

上記無機繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、例えば３μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、中でも５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。無機繊維の反発力や靭性が向上し、繊維の強度を高めることができるからである。なお、上記無機繊維の平均繊維径が大きすぎると、無機繊維成形体の常温圧縮サイクル特性（コールドコンプレッション）が失われ、一方、上記平均繊維径が小さすぎると空気中に浮遊する発塵量が多くなるおそれがある。

３．その他
本発明のバインダー含有無機繊維成形体の平均厚みは、特に限定されず、用途等に応じて適宜設定することができる。上記平均厚みは、例えば２ｍｍ～５０ｍｍ程度とすることができる。

４．製造方法
本発明のバインダー含有無機繊維成形体の製造方法としては、高濃度バインダー領域が散在するように形成可能な方法であれば特に限定されない。凹部がニードル痕であるバインダー含有無機繊維成形体であれば、例えば、無機繊維を紡糸して無機繊維成形体を形成する無機繊維成形体形成工程と、無機繊維成形体の第１面からニードル針を通してニードル痕を形成するニードリング処理工程と、上記ニードル痕が形成された無機繊維成形体の上記第１面にバインダー液をスポット塗布し、上記第１面に対向する第２面側から脱液して高濃度バインダー領域および低濃度バインダー領域を形成するバインダー液塗布工程と、バインダー液が塗布された後の無機繊維成形体を乾燥する乾燥工程と、を経て製造することができる。

上記無機繊維成形体形成工程による無機繊維成形体の形成方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、国際公開第２０１６/１５２７９５号に開示される紡糸工程によるアルミナ／シリカ繊維前駆体のマット状集合体の形成方法と同様とすることができる。また、ニードリング処理工程によるニードル痕の形成方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、国際公開第２０１６/１５２７９５号に開示されるニードリング処理工程によるニードル痕の形成方法と同様とすることができる。

上記バインダー液塗布工程において、バインダー液をスポット塗布する方法としては、特に限定されないが、例えば、上記ニードル痕が形成された無機繊維成形体の第１面から、スポイト等を用いてバインダー液を注入し、第２面側から脱液する方法を用いることができる。この方法によれば、バインダー液の注入領域は、バインダー液が塗布されるため高濃度バインダー領域となり、上記注入領域以外の領域は、バインダー液が塗布されないため低濃度バインダー領域となる。また、他の方法としては、例えば、上記ニードル痕が形成された無機繊維成形体の第１面に、複数の開口が形成されたマスクを配置し、上記マスクの上記無機繊維成形体とは反対側の面からバインダー液を全面塗布し、上記無機繊維成形体の第２面側から脱液する方法が挙げられる。この方法によれば、上記無機繊維成形体の上記マスクの開口と重なる領域は、バインダー液が塗布されるため高濃度バインダー領域とすることができ、一方、上記無機繊維成形体の上記マスクの開口と重ならない領域は、バインダー液が塗布されないため低濃度バインダー領域とすることができる。脱液方法は、特に限定されず、例えば吸引、加圧、圧縮等の各種脱液方法を用いることができる。

上記乾燥工程による乾燥方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば国際公開第２０１６/０８０３８８号に開示される乾燥方法を適用することができる。

５．用途
本発明のバインダー含有無機繊維成形体は、例えば断熱材、耐火材、クッション材（保持材）、シール材等に適用することができる。中でも、ケーシングに圧入する際に摩擦による層間剥離が発生しにくく、また、排ガス処理体の保持性が良好となることから、排ガス浄化装置用保持材として好適である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

［実施例１］
第１面に複数のニードル痕を有するアルミナ繊維成形体原反ロール（商品名：マフテック（登録商標）、三菱ケミカル株式会社製、坪量１５００ｇ／ｍ^２）から２００ｍｍ×３００ｍｍの試験片を切り出した。上記試験片において、凹部はニードル痕であり、ニードル痕は貫通孔であった。また、ニードル痕密度は２個／ｃｍ^２、ニードル痕の平均直径は６５４μｍ、ニードル痕の平均深さは無機繊維成形体の平均厚みの１００％（約８．０ｍｍ）、近接する２個のニードル痕間の平均距離は１．０ｃｍであった。

コンベア上に上記試験片の第１面を上にして置き、第２面側で吸引ブロワを５０Ｈｚの出力で作動しながら、図１１（ａ）で示すように、試験片Ｓが有するニードル痕（凹部）２の全個数の１００％に対し、１箇所あたりの滴下量を０．０５ｇとして、バインダー液を第１面にスポット滴下し、第１面側から第２面側へバインダー液を浸透させた。バインダー液の滴下領域が高濃度バインダー領域Ａであり、それ以外の領域が低濃度バインダー領域Ｂである。バインダー液は、有機バインダー液（アクリレート系ラテックス、商品名：Ｎｉｐｏｌ（登録商標）、日本ゼオン製、濃度１５質量％）を用い、２ｍＬシリンジを用いてスポット滴下した。その後、治具により所定の厚みまで拘束した状態で１４０℃、１５分間乾燥してバインダー含有無機繊維成形体を得た。得られたバインダー含有無機繊維成形体を、電気炉内において約４００℃で６０秒間熱し、有機バインダーを変色させて変色部を発現させたところ、高濃度バインダー領域の全個数のうち１００％がニードル痕に位置していることが確認された。また、変色部から特定される高濃度バインダー領域は、平面視で円形であり、平均直径が４．２ｍｍ、平均面積が１３．８ｍｍ^２、平均高さが約８．０ｍｍ、バインダー濃度（平均）が１５質量％であった。一方、変色部以外の領域である低濃度バインダー領域のバインダー濃度（平均）は、０質量％であった。また、複数の高濃度バインダー領域に対する上記低濃度バインダー領域の体積比は２．２であった。さらに、加熱後のバインダー含有無機繊維成形体の第１面において、一辺が５ｃｍ四方の正方形（２５ｃｍ平米）の基準領域Ｒを１つ設定したところ、基準領域Ｒに含まれる高濃度バインダー領域の個数は５６個であり、第１面において高濃度バインダー領域が散在していることが確認された。なお、実施例１のバインダー含有無機繊維成形体は、無機繊維あたりのバインダーの質量の割合（無機繊維成形体全体に対するバインダー濃度）が、５．１３質量％であった。

［実施例２］
実施例１で用いたものと同じアルミナ繊維成形体原反ロールから２００ｍｍ×３００ｍｍの試験片を切り出した。上記試験片におけるニードル痕の詳細については、実施例１と同様であった。コンベア上に上記試験片の第１面を上にして置き、第２面側で吸引ブロワを５０Ｈｚの出力で作動しながら、２ｍＬシリンジを用いて、図１１（ｂ）に示すように、試験片Ｓが有するニードル痕（凹部）２の全個数のうち５０％に対し、１箇所あたりの滴下量を０．０５ｇとして、バインダー液（アクリレート系ラテックス、商品名：Ｎｉｐｏｌ（登録商標）、日本ゼオン製、濃度１５質量％）を第１面にスポット滴下し、第１面側から第２面側へバインダー液を浸透させた。また、近接する２つのバインダー液が滴下されていないニードル痕２間に１箇所ずつ、１箇所あたりの滴下量を０．０５ｇとしてバインダー液を第１面にスポット滴下し、第１面側から第２面側へバインダー液を浸透させた。その後、治具により所定の厚みまで拘束した状態で１４０℃、１５分間乾燥してバインダー含有無機繊維成形体を得た。得られたバインダー含有無機繊維成形体を、電気炉内において約４００℃で６０秒間熱し、有機バインダーを変色させて変色部を発現させたところ、高濃度バインダー領域の全個数のうち５０％がニードル痕に位置し、５０％がニードル痕以外の領域に位置していることが確認された。また、変色部から特定される高濃度バインダー領域は、平面視で円形であり、平均直径が３．６ｍｍ、平均面積が１０．２ｍｍ^２、平均高さが約８．０ｍｍ、バインダー濃度（平均）が１５質量％であった。一方、変色部以外の領域である低濃度バインダー領域のバインダー濃度（平均）は０質量％であった。また、複数の高濃度バインダー領域に対する上記低濃度バインダー領域の体積比は３．４であった。さらに、加熱後のバインダー含有無機繊維成形体の第１面において、一辺が５ｃｍの２５ｃｍ平米の正方形の基準領域Ｒを１つ設定したところ、基準領域Ｒに含まれる高濃度バインダー領域の個数は５６個であり、第１面において高濃度バインダー領域が散在していることが確認された。なお、実施例２のバインダー含有無機繊維成形体は、無機繊維あたりのバインダーの質量の割合（無機繊維成形体全体に対するバインダー濃度）が、５．７４質量％であった。

［比較例］
実施例１で用いたものと同じアルミナ繊維成形体原反ロールから２００ｍｍ×３００ｍｍの試験片を切り出し、第１面の面内においてバインダー濃度が均一化するように、バインダー液（アクリレート系ラテックス、商品名：Ｎｉｐｏｌ（登録商標）、日本ゼオン製、濃度１５質量％）を第１面全域に均一に塗布したこと以外は、実施例１と同様にしてバインダー含有無機繊維成形体を得た。すなわち、比較例のバインダー含有無機繊維成形体は、第１面において高濃度バインダー領域が散在していないものであった。比較例のバインダー含有無機繊維成形体は、無機繊維あたりのバインダーの質量の割合（無機繊維成形体全体に対するバインダー濃度）が、４．７１質量％であった。

［評価］
実施例１～２および比較例のバインダー含有無機繊維成形体について、以下の方法で摩擦力、剪断力、面圧を測定した。評価結果を下記表１に示す。

（摩擦力）
図１２は、摩擦力の測定装置を模式的に示す側面図である。まず、作製したバインダー含有無機繊維成形体から４０ｍｍ×４０ｍｍの試験片を型抜きし、摩擦力測定用サンプル（３１）２つを作製した。次に、一対のステンレス鋼板（３２）にそれぞれ、摩擦力測定用サンプル（３１）を粘着テープ（３３）（ニチバン社製、ナイスタックＮＷ－４０（普通））により接着させた。その後、引張試験用ステンレスシート（３４）（ＥＮ １．４５０９ 表面処理２Ｂ仕上げ）を摩擦力測定用サンプル（３１）同士で挟みこむように、ステンレス鋼板（３２）を設置した。摩擦力測定用サンプル（３１）の無機繊維の嵩密度（ＧＢＤ）が０．３ｇ／ｃｍ^３となるように適宜ステンレス鋼板の幅を幅調整留め具（３５）により調節した。その後、室温（２５℃）にて引張試験用ステンレスシート（３４）を測定装置（Ｔｅｃｈｎｏｇｒａｐｈ社、ＴＧ）に接続し、１０００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、そのピーク荷重Ｆ（摩擦力、Ｎ）を測定した。

（剪断力）
図１２に示す摩擦力の測定装置において、さらに摩擦力測定用サンプル（３１）と引張試験用ステンレスシート（３４）とを粘着テープ（３３）により接着した以外は、摩擦力の測定方法と同様に測定した。その際に、得られたピーク荷重Ｓ（剪断力、Ｎ）を測定した。

（面圧）
作製したバインダー含有無機繊維成形体から４０ｍｍ×４０ｍｍの試験片を型抜きし、面圧測定用サンプルを３つ作製した。３つの面圧測定用サンプルをそれぞれ、嵩密度（ＧＢＤ）が０．２５ｇ／ｃｍ^３、０．３０ｇ／ｃｍ^３、０．３５ｇ／ｃｍ^３になるまで圧縮した後、５分保持後の反発力（５分後緩和面圧）を測定した。

上記表１より、実施例１～２のバインダー含有無機繊維成形体は、高濃度バインダー領域と低濃度バインダー領域を有し、少なくとも第１面において上記高濃度バインダー領域が散在しているため、バインダー濃度が均一化された比較例のバインダー含有無機繊維成形体よりも表面全体での摩擦力が小さく且つ剪断力が高いことが示された。また、５分後緩和面圧についても、嵩密度の大きさによらず、実施例１～２のバインダー含有無機繊維成形体は、比較例のバインダー含有無機繊維成形体よりも高い値を示した。

１ … 無機繊維成形体
２ … 凹部、ニードル痕
１０ … バインダー含有無機繊維成形体
１０ａ … 第１面
１０ｂ … 第２面
Ａ … 高濃度バインダー領域
Ｂ … 低濃度バインダー領域

Claims (4)

1. 対向する第１面および第２面を有し、複数の凹部が形成された無機繊維成形体にバインダーが含有されてなる、バインダー含有無機繊維成形体であって、
   前記バインダー含有無機繊維成形体は、バインダー濃度が相対的に高い複数の高濃度バインダー領域と、前記高濃度バインダー領域以外の前記バインダー濃度が相対的に低い低濃度バインダー領域とを有し、
   前記複数の高濃度バインダー領域は、前記第１面と前記第２面と交差する方向に延在し、且つ少なくとも前記第１面において散在しており、
   前記複数の高濃度バインダー領域に対する前記低濃度バインダー領域の体積比が１．５以上６．０以下であり、
   前記高濃度バインダー領域の前記バインダー濃度が５％超２５％以下であり、
   前記低濃度バインダー領域の前記バインダー濃度が０％以上５％以下であることを特徴とする、バインダー含有無機繊維成形体。
2. 前記凹部がニードル痕であることを特徴とする、請求項１に記載のバインダー含有無機繊維成形体。
3. 前記複数の高濃度バインダー領域の少なくとも一部に前記凹部が位置することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のバインダー含有無機繊維成形体。
4. 前記バインダーが有機バインダーを含む、請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のバインダー含有無機繊維成形体。

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