JP7085819B2

JP7085819B2 - 排気ガス処理装置用保持材、その製造方法及び排気ガス処理装置

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Publication number: JP7085819B2
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Inventors: 健二酒匂
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Description

本開示は、汚染コントロール装置のハウジング中に汚染コントロール要素を取り付けるための保持材、その製造方法及びその保持材等を備えた汚染コントロール装置に関する。

自動車のエンジンからの排気ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等を含む。ディーゼルエンジンから排出される排気ガスは、更にスス等のパティキュレートマターも含んでおり、これらの燃焼生成物を除去するための手段として、セラミック触媒コンバータやディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を用いた排気ガス浄化システムが知られている。また、ガソリンパーティキュレートフィルター（ＧＰＦ）の搭載も検討されている。これらのデバイスは一般には汚染コントロール装置と呼ばれる。

一般的に、汚染コントロール装置（例えば、セラミック触媒コンバータ）は、汚染コントロール要素（例えば、ハニカム状のセラミック製触媒担体）と、これらの汚染コントロール要素（例えば、触媒担体）を収容する金属製ケーシングと、汚染コントロール要素（例えば、触媒担体）の外周面とケーシングの内面との隙間に充填される保持材とを備える。保持材は、汚染コントロール要素（例えば、触媒担体）をケーシング内に保持し、衝撃、振動等による機械的なショックが汚染コントロール要素（例えば、触媒担体）に不用意に加わるのを防止する。このようにして、汚染コントロール要素（例えば、触媒担体）のケーシング内での移動やケーシングに抗した破壊を十分防止し、汚染コントロール要素の動作寿命期間において、望ましい効果を提供できる。このタイプの保持材は、一般的にはマウンティング材とも呼ばれている。これらの保持材は通常、汚染コントロール要素に巻きつける単一もしく複数の層のマットの形態をなしている。

保持材は、優れた断熱性及び耐熱性を達成する観点から、通常、無機繊維等の無機材料を主な構成材料とするものである。このような保持材（マウンティング材）の例は、例えば、特許文献１，２及び３に記載されている。しかしながら、ケーシング内に保持材とともに汚染コントロール要素を組み付ける際、無機繊維又はその破損片、粉末など（以下、これらを「ファイバ片」ともいう。）が周囲に飛散し、周囲環境及び取付け作業者に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、従来、保持材がマット形態である場合は、有機バインダをマットに含浸させたり塗布してファイバ片の飛散を防止することが検討されている。例えば、特許文献３には繊維材料のマットにガラス転移温度（Ｔｇ）が異なる少なくとも２種類の有機バインダを含浸してなる保持材が記載されている。

特開昭５７－６１６８６号公報特開２００２－６６３３１号公報特開２００６－２２３９２０号公報

繊維材料からなるマットに有機バインダを含浸させることはファイバ片の飛散抑制に有効である。しかし、年々厳しくなる排ガス規制に伴い、その使用量が制限される傾向にある。他方、保持材が汚染コントロール要素とともにケーシング内に収容された後においては、保持材が接する面（ケーシングの内面及び／又は汚染コントロール要素の外面）に対して十分に高い摩擦係数を有し、これにより、例えば、ケーシング内において汚染コントロール要素が所定の位置から移動することを防止する役割を果たすことが保持材に求められる。

本開示は、ケーシング内に汚染コントロール要素を組み付ける際に無機繊維の飛散を抑制できるとともに、高い摩擦係数を有する保持材を提供することを課題とする。

本開示の一側面は保持材に関する。この保持材は、直径が約３～約１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部と、本体部の少なくとも一方の表面上に設けられており、直径が約１～約１５ｎｍの第２無機繊維を含む表面層とを備える。

本開示の他の側面は汚染コントロール装置に関する。この装置は、ケーシングと、ケーシング内に設置された汚染コントロール要素と、ケーシングと汚染コントロール要素との間に配置された上記保持材とを備える。

本開示の更に他の側面は保持材の製造方法に関する。この製造方法は、直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部の表面に、直径が約１～約１５ｎｍの第２無機繊維を含むコロイド溶液を塗布する工程と、本体部の表面に塗布されたコロイド溶液を乾燥する工程とを含む。

本開示によれば、ケーシング内に汚染コントロール要素を組み付ける際に無機繊維の飛散を十分に抑制できるとともに、十分に高い摩擦係数を有する保持材が提供される。

図１は本開示の一実施形態に係る保持材を示す斜視図である。図２は図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った模式断面図である。図３は本開示に係る汚染コントロール装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。図４は保持材の静止摩擦係数を測定するための装置を模式的に示す断面図である。

本実施形態に係る保持材は、直径が約３～約１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部と、本体部の少なくとも一方の表面上に設けられており、直径が約１～約１５ｎｍの第２無機繊維を含む表面層とを備えることを主たる特徴とする。この保持材によれば、微小繊維である第２無機繊維を含む表面層を本体部の表面に設けたことで、ケーシング内に汚染コントロール要素を組み付ける際にファイバ片の飛散を抑制できる。また、本実施形態の保持材によれば、保持材が汚染コントロール要素とともにケーシング内に収容された後においては、ケーシングの内面及び／又は汚染コントロール要素の外面に上記表面層が接した状態であることで高い静止摩擦係数とを維持でき、結果として、ケーシング内において汚染コントロール要素が所定の位置から移動することを防止できる。

本実施形態に係る保持材は、直径が約３～約１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部の表面に、直径が約１～約１５ｎｍの第２無機繊維を含むコロイド溶液を塗布する工程と、本体部の表面に塗布されたコロイド溶液を乾燥する工程とを経て製造される。
ここで、第１無機繊維及び第２無機繊維の「直径」とは繊維断面の平均直径をいうものとし、「長さ」とは、繊維長手方向の平均長さ（平均繊維長）をいうものとする。また、第１無機繊維及び第２無機繊維のアスペクト比とは、繊維の長さを直径で割った比をいうものとする。本明細書において、無機繊維はアスペクト比が５以上の無機材料をいう。

汚染コントロール要素（例えば、触媒担体及びフィルター要素）は、保持材により汚染コントロール装置（例えば、触媒コンバータ）の中に保持される。このとき、汚染防止要素の保持力は面圧と静止摩擦係数の積に比例する。

そのため、保持材の圧縮量を増やすことにより保持材の面圧を増やすこと、又は保持材の静止摩擦係数を増加することによって、汚染コントロール要素の保持力を高めることができる。本実施形態の保持材によれば、直径が約１～約１５ｎｍの第２無機繊維を含む表面層がケーシングの内面及び／又は汚染コントロール要素の外面と当接する。この表面層は、保持材の本体部を構成する第１無機繊維又は他の無機繊維の表面より高い摩擦係数を示す表面形状を保持材に付与する。更に、こうした表面形状の存在のために、保持材の表面と汚染コントロール要素の表面又はケーシングの表面との間の摩擦係数は増加されることができる。この保持材とケーシングとの間の摩擦係数は、ケーシングが金属プレート、例えばステンレススチール（ＳＳ）からできている場合、特に増加する。他方、この保持材と汚染コントロール要素との間の摩擦係数は、汚染コントロール要素がセラミックからできている場合、特に増加する。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態の保持材の一例を示す斜視図である。同図に示す保持材１０は、円柱又は楕円柱の外形を有する汚染コントロール要素３０を巻回してケーシング２０内に保持するためのものである（図３参照）。保持材１０は、汚染コントロール要素３０の外周の長さに応じた長さを有する。保持材１０は、例えば、一端に凸部１０ａを有し、他端に凹部１０ｂを有しており、汚染コントロール要素３０に保持材１０を巻きつけたときに、互いに凸部１０ａと凹部１０ｂが嵌合する形状を有する。なお、嵌合部において有効に排気ガスの漏洩を防止できればよく、Ｌ字型等の他の形態をとることもでき、嵌合の形状等は特に限定されない。

保持材１０は、図２に示すように、厚さ約５～約１５ｍｍ程度のシート状の本体部１と、本体部１の両面上に設けられた厚さ約０．１～約２ｍｍ程度の表面層５とを備える。本体部１は直径（平均直径）が約３～約１０μｍの第１無機繊維と、必要に応じて配合される他の成分とによって構成されている。表面層５は、直径（平均直径）が約１～約１５ｎｍの第２無機繊維と、必要に応じて配合される他の成分とによって構成されている。なお、保持材１０はその一方の面のみに表面層５を有したものであってもよい。例えば、ケーシングの２０がステンレススチールからなる場合であって、その内面が高温条件下において酸化されることによってザラザラになり、これにより、保持材１０に対して十分に高い摩擦係数が確保できる場合、本体部１は汚染コントロール要素３０と接する側のみに表面層５を有していればよい。

上述のとおり、表面層５は、微小繊維である第２無機繊維と、必要に応じて配合される他の成分とによって構成されている。第２無機繊維の直径は、約１ｎｍ～約１５ｎｍであってよく、例えば、約１ｎｍ以上、約２ｎｍ以上、もしくは約３ｎｍ以上であり、約１５ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、もしくは約５ｎｍ以下であってもよい。直径が約１ｎｍ以上の第２無機繊維はこれよりも細い無機繊維と比較して入手しやすいという利点がある。これに加え、汚染コントロール装置の製造時に、ファイバ片の飛散を抑制できる傾向にある。他方、直径が約１５ｎｍ以下の第２無機繊維はこれよりも太い無機繊維と比較して汚染コントロール装置の製造時に、ファイバ片の発生自体を抑制できる傾向にある。第２無機繊維の平均長さは、例えば、約５００～約５０００ｎｍであり、約１０００～約４０００ｎｍ又は約１４００～約３０００ｎｍであってもよい。

なお、第２無機繊維の直径（平均直径）及び平均長さ（平均繊維長）は、顕微鏡写真像（ＴＥＭ像、ＳＥＭ像等）からランダムに抽出した繊維の太さ及び長さを、例えば、５０以上の測定し、その平均値を算出することで求めることができる。後述の第１無機繊維及び第３無機繊維についても同様である。無機繊維のアスペクト比は平均長さの値を直径の値で除すことによって算出される。

第２無機繊維のアスペクト比は、例えば、約６０～約２０００であり、約１００～約１５００又は約３００～約８００であってもよい。アスペクト比が約６０以上の第２無機繊維はこれよりもアスペクト比が小さい無機繊維と比較して汚染コントロール装置の製造時に、ファイバ片の飛散を抑制できる傾向にある。他方、アスペクト比が約２０００以下の第２無機繊維はこれよりもアスペクト比が大きい無機繊維と比較して入手しやすいという利点がある。

第２無機繊維としては、アルミナ又はその水和物等の材質からなるファイバが挙げられる。例えば、第２無機繊維がアルミナ水和物からなる場合、アルミニウムアルコキシドを原料として準備し、これをゾルゲル法に供することで、繊維状のアルミナ水和物（組成式：Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ（ｎ＝１～１．５））を合成することができる。このアルミナ水和物の結晶系はベーマイト又は擬ベーマイトである。第２無機繊維として、市販されているものを採用してもよい。その具体例として、川研ファインケミカル株式会社製のアルミゾルＦ－１０００及びアルミゾルＦ－３０００（いずれも商品名）が挙げられる。アルミゾルＦ－１０００は平均直径約４ｎｍであり且つ平均長さ約１０００ｎｍ（平均アスペクト比：約２５０）のアルミナ微小繊維であり、アルミゾルＦ－３０００は平均直径約４ｎｍであり且つ平均長さ約３０００ｎｍ（平均アスペクト比：約７５０）のアルミナ微小繊維である。

表面層５は、第２無機繊維の他に、第１無機微粒子を更に含んでいてもよく、あるいは、第２無機繊維のアスペクト比よりも小さいアスペクト比を有する第３無機繊維を更に含んでいてもよい。表面層５に第１無機微粒子又は第３無機繊維を配合することで、表面層５の摩擦係数を調整し得る。第１無機微粒子の形状に制限はなく、例えば、略球状、楕円形、不定形などが挙げられる。第１無機微粒子の平均粒径は、焼結性の観点から、好ましくは約１μｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下である。他方、取り扱い性及び入手の容易性の観点から、第１無機微粒子の平均粒径の下限値は、好ましくは約１ｎｍであり、より好ましくは約４ｎｍである。なお、第１無機微粒子の平均粒径は、例えば代表的には、ＢＥＴ法を用いて測定することができる。第１無機微粒子としては、例えば、日産化学工業株式会社製のＡＳ５２０を使用できる。ＡＳ５２０は平均粒径約１０～約２０ｎｍである。

第３無機繊維のアスペクト比は、例えば、約５～約３０であり、約１０～約２０であってもよい。アスペクト比が約５以上の第３無機繊維はこれよりもアスペクト比が小さい無機繊維と比較して汚染コントロール装置の製造時において第３無機繊維自体の飛散を抑制できる傾向にある。他方、アスペクト比が約３０以下の第３無機繊維はこれよりもアスペクト比が大きい無機繊維と比較して摩擦係数の向上に寄与しやすい。第３無機繊維の直径は、例えば、約１～約１５ｎｍであり、約５～約１０ｎｍであってもよい。

第３無機繊維としては、アルミナ又はその水和物等の材質からなるファイバが挙げられる。この具体例として、日産化学工業株式会社製のＡＳ１００及びＡＳ２００（いずれも商品名）が挙げられる。これらの平均直径は、約１０ｎｍであり且つ平均長さ約１００ｎｍ（平均アスペクト比約１０）のアルミナファイバである。

表面層５が第２無機繊維及び第１無機微粒子の両方を含有する場合、第２無機繊維と第１無機微粒子の合計質量（Ｗ_２＋Ｗ_ｐ１）に対する第１無機微粒子の質量（Ｗ_ｐ１）の比率（Ｗ_ｐ１／（Ｗ_２＋Ｗ_ｐ１））は、例えば、約０．１～約０．９であり、約０．２～約０．８又は約０．２５～約０．７５であってもよい。この比率が約０．１以上であることで、表面層５の摩擦係数をより向上しやすく、他方、約０．９以下であることで、汚染コントロール装置の製造時において第１無機微粒子自体の飛散を抑制できる。

表面層５が第２無機繊維及び第３無機繊維の両方を含有する場合、第２無機繊維と第３無機繊維の合計質量（Ｗ_２＋Ｗ_３）に対する第３無機繊維の質量（Ｗ_３）の比率（Ｗ_３／（Ｗ_２＋Ｗ_３））は、例えば、約０．１～約０．９であり、約０．２～約０．８又は約０．２５～約０．７５であってもよい。この比率が約０．１以上であることで、表面層５の摩擦係数をより向上しやすく、他方、約０．９以下であることで、汚染コントロール装置の製造時において第３無機繊維自体の飛散を抑制できる。

本体部１は、第１無機繊維を含む。第１無機繊維の具体例として、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維及びホウ素繊維が挙げられるが、必要であれば他の無機繊維が使用されてもよい。第１無機繊維として、上記から選ばれる１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用してもよく、複合繊維としてもよい。これらの中で特に好ましいのは、アルミナ繊維、シリカ繊維、及びアルミナ－シリカ繊維のようなセラミック繊維である。セラミック繊維は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用してもよく、複合繊維としてもよい。また、他の無機材料が、添加剤として、上記のセラミック繊維又は他の無機繊維と共に使用してもよい。好適な添加剤としては、例えば、ジルコニア、マグネシア、カルシア、酸化クロム、酸化イットリウム、及び酸化ランタンが挙げられる。添加剤は、通常、粉末又は微粒子の形態で使用し、１種を単独で又は２種以上の混合物として使用してもよい。

第１無機繊維の直径（平均直径）は約３～約１０μｍの範囲である。第１無機繊維の直径が約３μｍ以上であることで、十分な強度を有する本体部１が得られやすく、他方、約１０μｍ以下であることで、本体部１を成形しやすい傾向にある。

第１無機繊維の平均長さは、例えば、約０．５～約２００ｍｍである。無機繊維の平均長さが約０．５ｍｍ以上であることで、ファイバ片の飛散を抑制しやすく、他方、約２００ｍｍ以下であることで、取り扱い性が優れるという傾向にあり、保持材１０の製造プロセスをスムースに進行することが容易になる。

第１無機繊維のアスペクト比は、例えば、約１０００～約７００００であり、約５０００～約５００００又は約１００００～約３００００であってもよい。アスペクト比が約１０００以上の第１無機繊維はこれよりもアスペクト比が小さい無機繊維と比較して汚染コントロール装置の製造時に、ファイバ片の飛散を抑制できる傾向にある。他方、アスペクト比が約７００００以下の第１無機繊維はこれよりもアスペクト比が大きい無機繊維と比較して入手しやすいという利点がある。

本体部１として、主としてアルミナ繊維の積層シートからなるアルミナ質繊維シートを使用してもよい。このようなアルミナ質繊維シートにおいて、アルミナ繊維の平均長さは、好ましくは約２０～約２００ｍｍの範囲であり、繊維の直径（平均直径）は、好ましくは約１～約４０μｍの範囲であり、アスペクト比は、好ましくは約５０００～約５００００の範囲である。また、アルミナ質繊維は、Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２質量比（Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２）＝約７０／約３０～約７４／約２６のムライト組成であることが好ましい。

上記のアルミナ質繊維のシートは、例えば、オキシ塩化アルミニウム等のアルミナ源、シリカゾル等のシリカ源、ポリビニルアルコール等の有機バインダ及び水の混合物から成る紡糸原液を使用して製造することができる。すなわち、紡糸したアルミナ繊維前駆体を積層してシート化し、通常、約１０００～約１３００℃の高温で焼成することによって上記シートを製造できる。このシートは、その後ニードルパンチを施した成形物とすることが好ましい。このようなシートであれば、シートを構成する無機繊維材料が絡み合うことによって、シート単独での形状保持性を確保できる。

本体部１の内部には、必要に応じて、有機バインダ及び／又は第２無機微粒子が分散した状態で含有されていてもよい。有機バインダ及び第２無機微粒子は、本体部１の内部においてほぼ均一に分散していることが好ましい。

有機バインダは、本体部１を構成する無機繊維に付着してファイバ片の飛散を抑制する。保持材１０の全質量を基準とする有機バインダの量は、例えば約３質量％以下であり、約０．５～約２質量％の範囲であってもよい。有機バインダの適当な例としては、天然もしくは合成の高分子材料、例えばブタジエン－スチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料あるいはポリビニルアルコール等の有機材料を挙げることができる。有機バインダとして、好ましくはアクリル系ラテックスを使用することができる。

アクリル系ラテックスは多数の種類があるが、保持材１０の構成及び汚染コントロール要素３０に求められている特性などを考慮して、好適なガラス転移温度（Ｔｇ）を有するものを選択することが好ましい。アクリル系ラテックスとして、通常、Ｔｇが約－７０～約５０℃の範囲のものが知られているが、本実施形態においては、Ｔｇが約１５℃以下のものが好ましく、約１℃以下、あるいは約－１０℃以下のものも使用できる。Ｔｇが約１５℃以下のアクリル系ラテックスを使用すれば、ケーシング２０内に汚染コントロール要素３０を組み付け作業を行う一般的な作業温度（２５℃）で、マット内の無機繊維に対し、十分高い濡れ性を発揮するため、ファイバ片の飛散を効果的に抑制できる。

本実施形態で使用する有機バインダは、保持材１０の特性などに悪影響がでない限り、いろいろなアクリル系ラテックスを使用することができ、所望ならば、商業的に入手しうるアクリル系ラテックスをそのままの形で、あるいは、保持材が使用される環境にあわせて任意に変性した後で使用してもよい。適当なアクリル系ラテックスは、アクリル系樹脂を水性媒体あるいはその他の媒体に分散させて得たコロイド状分散液である。

第２無機微粒子は、有機バインダとともに本体部１内に含浸されてもよい。この場合、第２無機微粒子は、本体部１内に分散した状態で存在していることが好ましい。より具体的には、第２無機微粒子は、保持材１０に対して熱が加わる前、有機バインダとともに無機繊維の表面や交絡点に付着して存在する。その後、有機バインダが燃焼するような高温条件に保持材１０が曝されると、第２無機微粒子の焼結が進行し、無機繊維の表面に付着していた第２無機微粒子は無機繊維に固着し、焼結体となり、無機繊維の表面の粗度を高めて無機繊維同士を滑りにくくする役割を果たしうるだろうと考えられる。他方、無機繊維の交絡点に付着していた第２無機微粒子は、焼結体となり、当該交絡点を拘束し、無機繊維の立体的形状を維持する役割を果たすだろうと考えられる。このような第２無機微粒子の機能により保持材１０が厚さ方向に圧縮されにくくなり、十分に高い面圧が維持可能となると考えられる。

第２無機微粒子は、無機繊維に固着可能なものであればよいが、好適な具体例として、金属酸化物、窒化物、炭化物及びそれらの複合材料からなる微粒子により形成される粒子が挙げられる。これらの微粒子は一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。本体部１がアルミナ繊維を含有するものを採用した場合、アルミナ繊維との結合性の点から、第２無機微粒子はシリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子及びジルコニア微粒子から選択される微粒子により形成されることが好ましい。これらの微粒子はコロイド溶液の状態で入手することができる。本体部１に含まれる第２無機微粒子は、表面層５に含まれる第１無機微粒子と同一であっても異なるものであってもよい。

なお、本実施形態において、第２無機微粒子の大きさや形状は、無機繊維に付着し、更に、保持材が汚染コントロール装置内で使用されることで、有機バインダが燃焼した後にもシート内に残留できるものであればよく、限定はないが、第２無機微粒子の平均粒径は、焼結性の観点から、好ましくは約１μｍ以下であり、より好ましくは約５００ｎｍ以下である。他方、取り扱い性及び入手の容易性の観点から、第２無機微粒子の平均粒径の下限値は、好ましくは約１ｎｍであり、より好ましくは約４ｎｍである。なお、平均粒径は、例えば代表的には、ＢＥＴ法を用いて測定することができる。

本実施形態の保持材１０は、第２無機繊維を含む表面層５を備えるため、ケーシング２０内に汚染コントロール要素３０を組み付ける際にファイバ片の飛散を十分に抑制できる。具体的には、保持材１０によれば、ファイバ片飛散率を約０．０９質量％以下とすることができ、この値は約０．０７質量％以下であることがより好ましい。ここでいう「ファイバ片飛散率」は実施例の欄に記載の「ファイバ片飛散率の測定」による測定値を意味する。

保持材１０は、第２無機繊維を含む表面層５を備えるため、高い静止摩擦係数を有する。保持材１０のケーシング２０（例えば、ステンレススチール製）の内面に対する静止摩擦係数は、例えば、約０．３０以上であり、約０．３５～約１．０であることがより好ましい。保持材１０の汚染コントロール要素３０（例えば、日本ガイシ株式会社製触媒担体）の外面に対する静止摩擦係数は、例えば、約０．６０以上であることがより好ましい。

次に、保持材１０の製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、平均太さが約３～約１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部１の表面に、アスペクト比が約６０～約２０００の第２無機繊維を含むコロイド溶液を塗布する工程と、コロイド溶液が表面に塗布された本体部１に熱を加える工程とを含む。上記製造方法によれば、本体部１の少なくとも一方の表面上に表面層５が形成された保持材１０を得ることができる。

表面層５の形成に用いるコロイド溶液は、水溶液中に第２無機繊維が分散したものである。第２無機繊維の安定剤として塩酸、硝酸又は酢酸を添加することで水溶液中に第２無機繊維が高度に分散した状態を維持できる。

本体部１の表面に対するコロイド溶液の塗布は、例えば、スプレーコーティング、ロールコーティング、フィルム転写及びカーテンコーティングなどによって実施すればよい。単位面積当たりの塗布量（固形分質量）は、例えば、約０．５～約２０ｇ／ｍ^２であり、約０．８～約１６ｇ／ｍ^２であってもよい。塗布後の乾燥工程は、水分を揮発させることによって表面層５を形成させるためのものである。例えば、コロイド溶液を塗布後の本体部１を、約８０～約２５０℃に設定した温風乾燥機の中で約１０～約１８０分間乾燥させればよい。これにより、本体部１の表面に表面層５が形成される。

なお、本体部１として、有機バインダ及び第２無機微粒子を含む無機繊維からなるシートを使用する場合、表面層５の形成に先立ち、以下の工程を実施すればよい。
（ａ）第１無機繊維からなるシートに、第２無機微粒子及び有機バインダを含有するコロイド溶液を含浸させる工程。
（ｂ）コロイド溶液が含浸されたシートを乾燥することによって本体部１を得る工程。

工程（ａ）は、シートの内部において、第２無機微粒子の量が、本体部１の全質量を基準として約１～約１０質量％となるように、コロイド溶液の組成を調整することが好ましい。第２無機微粒子の量が約１質量％以上であることで十分な面圧が得られやすく、約１０質量％以下であることで、保持材１０を汚染コントロール要素に巻回させるのに十分な柔軟性が得られやすい。

工程（ｂ）としては、工程（ａ）により得られたシートを乾燥できるものであればよい。例えば、工程（ａ）により得られたシートを、約８０～約２５０℃に設定した温風乾燥機の中で約１０～約１８０分間乾燥させてもよい。

保持材１０は、図３に示すとおり、汚染コントロール装置５０内において汚染コントロール要素３０を保持するのに使用される。汚染コントロール要素３０の具体例としては、エンジンからの排ガス浄化用の触媒担体やフィルター要素などが挙げられる。汚染コントロール装置５０の具体例としては、触媒コンバータ及び排気浄化装置（例えば、ディーゼルパーティキュレートフィルター装置）が挙げられる。

図３に示す汚染コントロール装置５０は、ケーシング２０と、ケーシング２０内に設置された汚染コントロール要素３０と、ケーシング２０の内面と汚染コントロール要素３０の外面との間に配置された保持材１０とを備える。汚染コントロール装置５０は、汚染コントロール要素３０に排ガスを導入するガス流入口２１と、汚染コントロール要素３０を通過した排気ガスを排出するガス流出口２２とを更に備える。

ケーシング２０の内面と、汚染コントロール要素３０の外面との隙間の幅は、気密性の確保及び保持材１０の使用量の低減の観点から、好ましくは約１．５～約１５ｍｍである。保持材１０は、ケーシング２０と汚染コントロール要素３０との間で適切な嵩密度となるように、適度に圧縮されている状態であるのが好ましい。汚染コントロール要素３０の保持に保持材１０を使用することで、その製造過程において無機繊維材料の飛散を十分に抑制できるとともに、ケーシング２０の内面と汚染コントロール要素３０との間で十分に高い面圧及び静止摩擦係数を維持できる。また、従来と比較して組み付け時の嵩密度を低く設定することができ、比較的高価な無機繊維材料の使用量を削減できる。保持材１０を圧縮して組み付ける手法には、クラムシェル法、スタッフィング法、ターニキット法などがある。

汚染コントロール装置５０は、高い静止摩擦係数を有する保持材１０を備えることにより、ケーシング２０内に汚染コントロール要素３０を強固に保持することができる。

例えば、汚染コントロール装置５０として触媒コンバータを構成した場合、触媒コンバータは、好ましくは、モノリス状に成形された触媒要素を備えた触媒コンバータ、すなわち、モノリス型触媒コンバータである。この触媒コンバータは、ハニカム状の断面の小さな通路を有する触媒要素からなるので、従来のペレット型触媒コンバータに比較して小型であり、排気ガスとの接触面積を十分に確保しながら、排気抵抗を小さく抑えることができ、よって、より効率よく排気ガスの処理を行うことができる。当該触媒コンバータは、各種の内燃機関と組み合わせて、その排気ガスの処理に有利に使用することができる。特に、乗用車、バス、トラック等の自動車の排気システムに当該構成の触媒コンバータを搭載した時に、その優れた作用効果を十分に発揮させることができる。

触媒担体に担持されるべき触媒は、通常、金属（例えば、白金、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムなど）及び金属酸化物（例えば、五酸化バナジウム、二酸化チタンなど）であり、好ましくは、コーティングの形で用いられる。なお、触媒担体の代わりにフィルター要素を適用することにより、ディーゼルパーティキュレートフィルターとして汚染コントロール装置を構築することもできる。

本発明をその実施例を参照して説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。

（実施例１）
＜本体部の作製＞
攪拌されている１０Ｌの水に、以下の薬品を１分間隔で投入し、有機バインダ及び第２無機微粒子を含むコロイド溶液を調製した。
（１）硫酸アルミニウム（固形分濃度４０％水溶液）：６ｇ
（２）有機バインダ（アクリル系ラテックスＬＸ８７４（商品名）、日本ゼオン株式会社製）：２．６ｇ
（３）コロイダルシリカ（スノーテックスＯ（商品名）、日産化学工業株式会社製）：１０ｇ
（４）液体アルミン酸ナトリウム（固形分４０％）：３．５ｇ

ニードルパンチ処理を施したアルミナファイバーブランケット（三菱ケミカル株式会社製、マフテックＭＬＳ－２ブランケット（商品名））を１５ｃｍ×４０ｃｍに裁断した。これを金属メッシュの上に置き、上から上記コロイド溶液を注いだ後、更に金属メッシュ上で１５秒間吸引脱水した。このようにしてブランケットに上記コロイド溶液を含浸させた後、温度１７０℃に設定した温風乾燥機で４５分間にわたって乾燥処理をした。これにより、保持材の本体部を作製した。

＜表面層の形成＞
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００（川研ファインケミカル株式会社製、固形分濃度：５質量％）を準備した。この第２無機繊維の平均直径は４ｎｍ、平均長さは３０００ｎｍであり、アスペクト比（長さ／直径）は、７５０であった。このアルミナゾル４０質量部に対して水７２質量部を加えた後、１分間攪拌することにより、表面層形成用のコロイド溶液を調製した。スプレーガンＰＳ－９５１３（商品名、アネスト岩田株式会社製）を用いて、このコロイド溶液を本体部の表面に塗布した。塗布量は単位面積当たりの固形分の質量が１６ｇ／ｍ^２となるように調整した。これを温度１７０℃に設定した温風乾燥機で４５分間にわたって乾燥処理することによって、本体部の一方の面上に表面層を形成した。本体部の他方の面上にも同様にして表面層（固形分の質量：１６ｇ／ｍ^２と）を形成することにより、本例に係る保持材を得た。なお、得られた保持材の加熱減量（ＬＯＩ）は１．１質量％であった。この量を保持材に含まれる有機バインダの含有量とした。

（実施例２）
本体部の両面にそれぞれ塗布する表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに、８ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例３）
本体部の両面にそれぞれ塗布する表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに、０．８ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例４）
本体部の両面にそれぞれ塗布する表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに、０．４ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例５）
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、アルミゾルＦ－１０００（川研ファインケミカル株式会社製、固形分濃度：５質量％）を使用したことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。この第２無機繊維の平均直径は４ｎｍ、平均長さは１４００ｎｍであり、アスペクト比（長さ／直径）は、３５０であった。

（実施例６）
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、アルミゾルＦ－１０００（川研ファインケミカル株式会社製、繊維サイズ４ｎｍ×１４００ｎｍ）を使用したことの他は、実施例２と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例７）
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、アルミゾルＦ－１０００（川研ファインケミカル株式会社製、繊維サイズ４ｎｍ×１４００ｎｍ）を使用したことの他は、実施例３と同様にして本例に係る保持材を得た。

（比較例１）
実施例１と同様にして作製した本体部（表面層なし）を本例に係る保持材とした。

（比較例２）
アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、粒状微粒子であるアルミナゾルＡＳ５２０（日産化学工業株式会社製、固形分濃度：２０質量％）を使用して表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。なお、アルミゾルＦ－３０００は固形分濃度が５質量％であるのに対し、アルミナゾルＡＳ５２０は固形分濃度が２０質量％であるため、この固形分濃度が５質量％となるように希釈して用いた。アルミナゾルＡＳ５２０の平均粒径は、１０～２０ｎｍであった。

（比較例３）
本体部の両面にそれぞれ塗布する表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに、８ｇ／ｍ^２としたことの他は、比較例２と同様にして本例に係る保持材を得た。

（比較例４）
本体部の両面にそれぞれ塗布する表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに、０．８ｇ／ｍ^２としたことの他は、比較例２と同様にして本例に係る保持材を得た。

（比較例５）
本体部の両面にそれぞれ塗布する表面層形成用のコロイド溶液の量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに、０．４ｇ／ｍ^２としたことの他は、比較例２と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例８）
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、アルミゾルＦ－３０００（７５体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（２５体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液を使用し、当該コロイド溶液の塗布量（固形分）を８ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例９）
アルミゾルＦ－３０００（７５体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（２５体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液の塗布量（固形分）を８ｇ／ｍ^２とする代わりに０．８ｇ／ｍ^２したことの他は、実施例８と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例１０）
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、アルミゾルＦ－３０００（５０体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（５０体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液を使用し、当該コロイド溶液の塗布量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例１１）
アルミゾルＦ－３０００（５０体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（５０体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液の塗布量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに８ｇ／ｍ^２したことの他は、実施例８と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例１２）
アルミゾルＦ－３０００（５０体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（５０体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液の塗布量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに０．８ｇ／ｍ^２したことの他は、実施例８と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例１３）
第２無機繊維を含むコロイド溶液として、アルミゾルＦ－３０００を使用する代わりに、アルミゾルＦ－１０００（７５体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（２５体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液を使用し、当該コロイド溶液の塗布量（固形分）を１８ｇ／ｍ^２としたことの他は、実施例１と同様にして本例に係る保持材を得た。なお、アルミゾルＦ－１０００は固形分濃度が５質量％であるのに対し、アルミナゾルＡＳ５２０は固形分濃度が２０質量％であるため、この固形分濃度が５質量％となるように希釈して用いた。

（実施例１４）
アルミゾルＦ－１０００（７５体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（２５体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液の塗布量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに８ｇ／ｍ^２したことの他は、実施例１３と同様にして本例に係る保持材を得た。

（実施例１５）
アルミゾルＦ－１０００（７５体積部）と、固形分濃度５質量％に希釈したアルミナゾルＡＳ５２０（２５体積部、第１無機微粒子）とを混合したコロイド溶液の塗布量（固形分）を１６ｇ／ｍ^２とする代わりに０．８ｇ／ｍ^２したことの他は、実施例１３と同様にして本例に係る保持材を得た。

上記のようにして得た実施例及び比較例に係る保持材に対して以下の測定を行った。表１に結果を示す。

＜ファイバ片飛散率の測定＞
日本工業規格（ＪＩＳＫ－６８３０）に記載の衝撃試験機を用意し、同規格に記載される指針に従って衝撃試験を実施した。
（１）保持材（サイズ：１５ｃｍ×４０ｃｍ）から、試験片（サイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ）を打ち抜き型にて作製し、その質量を測定した。
（２）試験片をＪＩＳＫ－６８３０に記載の衝撃試験機にセットし、６０°の角度から衝撃を加えた。
（３）試験後の試験片を衝撃試験機から取り外し、その質量を再び測定した。
（４）試験の前後における試験片の質量変化からファイバ片の飛散量（質量％）を計算した。

＜保持材の静止摩擦係数の測定（ステンレススチール側）＞
ステンレススチール（ＳＳ）プレートと保持材との間の静止摩擦係数は、オートグラフＡＧＳ１００Ｄ（登録商標、株式会社島津製作所製）を用いて、下記の手順により測定した。すなわち、実施例及び比較例に係る各保持材を５０ｍｍ角となるように切り出し、試験片を調製した。図４に示されるように、静止摩擦係数を測定する表面１２の反対側の試験片１１の表面を、両面接着テープ６２を介してＳＳプレート６６に接着することで、試験片１１を固定した。

約１ｍのＳＳコード６３の一方の端部をＳＳプレート６６に固定し、もう一方の端部を滑車ブロック６５を介してロードセル６４に固定した。この際、滑車ブロック６５をロードセル６４の真下に配置し、ロードセル６４が持ち上げられたときに、試験片１１に固定したＳＳプレート６６が地面に対して平行に移動するようにした。

次に、地面に平行且つ滑車ブロック６５の中心軸に対し、ＳＳコード６３が垂直になる位置に、試験片１１をプレート６１（ＳＳプレート）上に設置した。プレート６１として、ケーシングの代わりとなるＳＳプレートを使用し、具体的には、プレート表面に２Ｂ処理（冷間圧延処理）を施し、表面が０．２～０．５μｍの表面粗さＲａを有するように機械加工したものを使用した。ロードセル６４の高さは、試験片１１が滑車ブロック６５から最大距離の位置となるように調整した。

ＳＳプレート６６の上に、１２ｋｇの荷重６７を設置した。その後、ロードセル６４を持ち上げ、ＳＳコード６３を矢印方向に１００ｍｍ／分の牽引速度で牽引した。プレート６１の表面から試験片１１が滑り始める直前に測定された荷重を、静止摩擦力（Ｎ）として記録した。静止摩擦係数は、ＳＳプレート６６を含む試験片１１に適用された荷重（Ｎ）で、静止摩擦力を除すことで算出した。

＜保持材の静止摩擦係数の測定（触媒担体側）＞
触媒コンバータで使用される触媒担体と保持材との間の静止摩擦係数は、オートグラフＡＧＳ１００Ｄ（登録商標、株式会社島津製作所製）を用いて、下記の手順により測定した。すなわち、実施例及び比較例に係る各保持材を５０ｍｍ×２５ｍｍとなるように切り出し、試験片を調製した。図４に示すように、静止摩擦係数を測定する表面１２の反対側の試験片１１の表面を、両面接着テープ６２を介してＳＳプレート６６に接着することで、試験片１１を固定した。

次に、地面に平行且つ滑車ブロック６５の中心軸に対し、ＳＳコード６３が垂直になる位置に、試験片１１をプレート６１（モノリス体）上に設置した。プレート６１として、触媒担体の代わりとなるモノリス体を使用し、具体的には、日本ガイシ株式会社のモノリス体を使用した。ロードセル６４の高さは、試験片１１が滑車ブロック６５から最大距離の位置となるように調整した。

ＳＳプレート６６の上に、５ｋｇの荷重６７を設置した。その後、ロードセル６４を持ち上げ、ＳＳコード６３を矢印方向に１００ｍｍ／分の牽引速度で牽引した。プレート６１の表面から試験片１１が滑り始める直前に測定された荷重を、静止摩擦力（Ｎ）として記録した。静止摩擦係数は、ＳＳプレート６６を含む試験片１１に適用された荷重（Ｎ）で、静止摩擦力を除すことで算出した。

１…本体部、５…表面層、１０…保持材、１０ａ…凸部、１０ｂ…凹部、１１…試験片、１２…静止摩擦係数を測定する表面、２０…ケーシング、２１…ガス流入口、２２…ガス流出口、３０…汚染コントロール要素、５０…汚染コントロール装置、６１…プレート（ＳＳプレート又はモノリス体）、６２…両面接着テープ、６３…ＳＳコード、６４…ロードセル、６５…滑車ブロック、６６…ＳＳプレート、６７…荷重

Claims

直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部と、
前記本体部の少なくとも一方の表面上に設けられており、直径が１～１５ｎｍの第２無機繊維と、第１無機微粒子とを含む表面層と、
を備える、排気ガス処理装置用保持材。
前記第１無機微粒子の平均粒径が１μｍ以下である、請求項１に記載の保持材。
前記第１無機微粒子の材質がアルミナである、請求項１又は２に記載の保持材。
前記第２無機繊維及び前記第１無機微粒子の合計質量（Ｗ_２＋Ｗ_ｐ１）に対する前記第１無機微粒子の質量（Ｗ_ｐ１）の比率（Ｗ_ｐ１／（Ｗ_２＋Ｗ_ｐ１））が０．１～０．９の範囲である、請求項１～３のいずれか一項に記載の保持材。
前記本体部の内部に分散している第２無機微粒子を更に備え、
前記第２無機微粒子は、前記第１無機微粒子と同一又は異なる、請求項１～４のいずれか一項に記載の保持材。
前記第２無機微粒子の平均粒径は１μｍ以下である、請求項５に記載の保持材。
直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部と、
前記本体部の少なくとも一方の表面上に設けられており、直径が１～１５ｎｍの第２無機繊維と、第３無機繊維とを含む表面層と、
を備え、
前記第３無機繊維は、前記第２無機繊維のアスペクト比よりも小さいアスペクト比を有する、排気ガス処理装置用保持材。
直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部と、
前記本体部の少なくとも一方の表面上に設けられており、直径が１～１５ｎｍの第２無機繊維を含む表面層と、
前記本体部の内部に分散している有機バインダと、
を備え、
前記有機バインダがアクリル系ラテックスである、排気ガス処理装置用保持材。
前記有機バインダの量は、当該保持材の全質量基準で３質量％以下である、請求項８に記載の保持材。
前記第２無機繊維のアスペクト比が６０～２０００である、請求項１～９のいずれか一項に記載の保持材。
前記第２無機繊維の材質がアルミナである、請求項１～１０のいずれか一項に記載の保持材。
前記本体部は、ニードルパンチされた成形物である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の保持材。
ケーシングと、
前記ケーシング内に設置された汚染コントロール要素と、
前記ケーシングと前記汚染コントロール要素との間に配置された請求項１～１２のいずれか一項に記載の保持材と、
を備え、
前記汚染コントロール要素が触媒担体及びフィルター要素のいずれかである、排気ガス処理装置。
直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部の表面に、直径が１～１５ｎｍの第２無機繊維と、第１無機微粒子とを含むコロイド溶液を塗布する工程と、
前記本体部の表面に塗布された前記コロイド溶液を乾燥し、前記本体部に表面層を形成する工程と、
を含む、排気ガス処理装置用保持材の製造方法。
直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部の表面に、直径が１～１５ｎｍの第２無機繊維と、前記第２無機繊維のアスペクト比よりも小さいアスペクト比を有する第３無機繊維とを含むコロイド溶液を塗布する工程と、
前記本体部の表面に塗布された前記コロイド溶液を乾燥し、前記本体部に表面層を形成する工程と、
を含む、排気ガス処理装置用保持材の製造方法。
直径が３～１０μｍの第１無機繊維からなるシート状の本体部の表面に、直径が１～１５ｎｍの第２無機繊維を含むコロイド溶液を塗布する工程と、
前記本体部の表面に塗布された前記コロイド溶液を乾燥し、前記本体部に表面層を形成する工程と、
を含み、
前記本体部の内部に有機バインダが分散しており、前記有機バインダがアクリル系ラテックスである、排気ガス処理装置用保持材の製造方法。
スプレーコート、ロールコート又はカーテンコートによって、前記本体部の表面に前記コロイド溶液を塗布する、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置用保持材の製造方法。