(57)【要約】【課題】  装入作業性が良く、耐熱性、面圧保持性、そして耐風蝕性に優れ、しかも固着目的で使用する有機バインダの含浸量を低下させたにもかかわらず面圧の低下及びファイバ片の飛散を同時に防止することができる触媒担体保持材を提供すること。【解決手段】  所定の厚さをもった繊維材料のマットからなり、かつ該マットに、ガラス転移温度（Ｔｇ）を異にする少なくとも２種類のバインダが組み合わさって含浸されているように構成する。【選択図】      図３
2006223920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内で汚染コントロール要素を巻回して保持するためのものであって、所定の厚さをもった繊維材料のマットからなり、かつ該マットに、ガラス転移温度（Ｔｇ）を異にする少なくとも２種類のバインダが組み合わさって含浸されていることを特徴とする汚染コントロール要素の保持材。
【請求項２】
前記バインダがアクリル系ラテックスであることを特徴とする請求項１に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項３】
前記アクリル系ラテックスが、１５〜４５℃のＴｇを有する第１のアクリル系ラテックスと、−４５〜１５℃のＴｇを有する第２のアクリル系ラテックスの組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項４】
前記繊維材料のマットにおいて、前記アクリル系ラテックスの含有量が、合計して０．１〜５重量％の範囲にあることを特徴とする請求項２又は３に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項５】
前記繊維材料が、アルミナ繊維を含む無機繊維材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項６】
前記無機繊維材料が、アルミナ繊維と組み合わせてシリカ繊維及び（又は）ガラス繊維をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項７】
前記繊維材料のマットが乾式法で形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項８】
前記汚染コントロール要素が、触媒担体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項９】
前記汚染コントロール要素が、フィルター要素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染コントロール要素の保持材。
【請求項１０】
ケーシングと、該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汚染コントロール要素の保持材とを備える汚染コントロール装置であって、
前記汚染コントロール要素の保持材が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染コントロール要素の保持材であることを特徴とする汚染コントロール装置。
【請求項１１】
前記汚染コントロール要素が触媒担体であり、かつ当該汚染コントロール装置が触媒コンバータであることを特徴とする請求項１０に記載の汚染コントロール装置。
【請求項１２】
前記汚染コントロール要素がフィルター要素であり、かつ当該汚染コントロール装置が排気浄化装置であることを特徴とする請求項１０に記載の汚染コントロール装置。
【請求項１３】
エンジン用排気浄化装置であることを特徴とする請求項１２に記載の汚染コントロール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染コントロール要素の保持材に関し、さらに詳しく述べると、触媒担体やフィルター要素のような汚染コントロール要素の保持材に関する。本発明は特に、触媒担体を巻回し保持した状態で触媒コンバータのケーシングに挿入する時に作業性がよく、耐熱性、面圧保持性、そして耐風蝕性に優れ、しかも固着目的で使用する有機バインダの含浸量を低下させたにもかかわらず面圧の低下及びファイバの破損片や粉末等の飛散を同時に防止することができる触媒担体保持材に関する。本発明はまた、かかる汚染コントロール要素の保持材を備えた汚染コントロール装置、具体的には、触媒担体保持材を装填した触媒コンバータやフィルター要素の保持材を備えた排気浄化装置に関する。例えば、本発明の触媒コンバータは、自動車やその他の内燃機関において、その排気ガスの処理に有利に使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンからの排気ガスにおいて、それに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等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を用いた排気ガス浄化システムがよく知られている。セラミック触媒コンバータは、基本的に、金属製のケーシング、換言すればハウジング内に、例えばハニカム状のセラミック製触媒担体（「触媒要素」とも呼ばれる）を収容したものである。
【０００３】
周知のように、セラミック触媒コンバータにはいろいろな種類のものがあるが、通常、それに収容された触媒担体とケーシングとの隙間を、無機繊維と、有機繊維及び（又は）一般的には液体又はペースト状の有機バインダとを組み合わせて典型的に構成された断熱材によって埋め尽くす構成を採用している（特許文献１、２及び３）。その結果、隙間を埋めた断熱材が触媒担体を保持し、衝撃、振動等による機械的なショックが触媒担体に不用意に加わるのを防止できる。このような構成の触媒コンバータでは、したがって、触媒担体の破壊や移動が起こらないので、所期の作用を長期間にわたって実現することができる。また、有機バインダは、それを無機繊維に含浸したり塗布したりすることで、無機繊維の破損片や粉末など（以下、「ファイバ片」ともいう）が周囲に飛散し、周囲環境に悪影響を及ぼすことなどを防止することができ、また、触媒担体をケーシングに装填（キャニングという）する場合、触媒担体の変形も防止することができる。なお、上記のような断熱材は、触媒担体を保持する機能を有しているので、一般的には触媒担体保持材とも呼ばれている。
【０００４】
さらに具体的に説明すると、図１は、特許文献４に示されている排気ガス浄化用触媒コンバータの斜視図である。この排気ガス浄化用触媒コンバータ２０１は、触媒担体を気密シートで真空パックすることにより触媒担体のキャニング性を向上させかつファイバ片の飛散を防止することを実現したものであり、板状の無機繊維質不織布層２３１及びシール材９３２を気密シート２３２の中に入れ、内部を減圧することにより厚みを減少させ、無機繊維質不織布層２３１の嵩密度を０．１０〜０．４０ｇ／ｃｍ3とするとともに、触媒保持体２０４とシェル２０２（上シェル２２１，下シェル２２２）の組み立て後のクリアランスの１．０〜２．５倍の厚みとしたのち気密シート２３２を密閉し、その後、減圧密閉された無機繊維質不織布層２３１及びシール材９３２を触媒保持体２０４とシェル２２１，２２２の間に配置し、加圧組付けして製造することができる。しかし、この触媒コンバータの場合、有機バインダを使用しなくてもファイバ片の飛散を防止できるという利点があるけれども、真空パックを適用するために特別の装置が必要となり、製造工程が煩雑となり、かつ製造コストも増加する。また、上シェル２２１と下シェル２２２をフランジで接合する方式を採用しているので、触媒担体の外周に触媒担体保持材を巻回して一体化した後、それを円筒形ケーシングに加圧下に挿入する圧入方式に比べて作業性に劣るという欠点がある。
【０００５】
また、図２は、特許文献５に示されている排気ガス浄化用触媒コンバータの斜視図である。この排気ガス浄化用触媒コンバータ３００は、触媒担体３０１とシェル３９５の間に保持シール材３０２が配置されていることを特徴とする。保持シール材３０２は、無機繊維のマット状物からなり、０．５〜２０重量％の有機バインダ又は無機バインダからなるバインダを添着してなるとともに、組み付け後の充填密度が０．１〜０．６ｇ／ｃｍ3の範囲にあるように調整されている。また、保持シール材３０２は、その厚さ方向に３等分されており（上部３１１、中部３１２、下部３１３）、上部及び下部におけるバインダの固形分割合が中部のそれに較べて高いことを特徴とする。しかし、この触媒コンバータの場合、保持シール材を３等分してそれぞれの部分のバインダの固形分を調整しなければならないので、製造工程が煩雑となり、製造コストも増加する。また、この触媒コンバータの場合には０．５〜２０重量％の有機バインダを使用しなければならないけれども、その有機バインダの含有量が多いと自動車の内燃機関の制御システムの高度化を妨げるので、有機バインダの使用量を低減する必要がある。なぜなら、現在、内燃機関の制御システムの高度化に伴って、センサーへの悪影響を抑えるために触媒担体保持材の有機物含有量を低減する必要があるからである。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−６１６８６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開昭５９−１０３４５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開昭６１−２３９１００号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開平７−２６９３３４号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献５】特開２００２−４８４８号公報（特許請求の範囲、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
触媒担体の装入に圧入方式やその他の方式を採用した従来の触媒コンバータにおいては、上記したように、通常マットの形で使用される触媒担体保持材にいろいろな改良が施されているけれども、構造面、製造面、特性面などで依然として課題が残されている。特に大きな課題は、固着目的で使用する有機バインダの含浸量を低下させたにもかかわらず面圧の低下及びファイバの破損片や粉末等（ファイバ片）の飛散を同時に防止することである。
【０００８】
本発明の目的は、したがって、触媒担体を巻回し保持した状態で触媒コンバータのケーシングに装入する時に作業性がよく、耐熱性、面圧保持性、そして耐風蝕性に優れ、しかも固着目的で使用する有機バインダの含浸量を低下させたにもかかわらず面圧の低下及びファイバ片の飛散を同時に防止することができる触媒担体保持材を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、構造が簡単であり、製造が容易であり、しかも触媒担体保持材が耐熱性、面圧保持性、ファイバ片の飛散防止性、そして耐風蝕性に優れた触媒コンバータを提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、触媒担体以外の汚染コントロール要素、例えばフィルター要素などを保持するための汚染コントロール要素の保持材や、そのような保持材を備えた汚染コントロール装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の上記した目的やその他の目的は、以下の詳細な説明から容易に理解することができるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、その１つの面において、ケーシング内で汚染コントロール要素を巻回して保持するためのものであって、所定の厚さをもった繊維材料のマットからなり、かつ該マットに、ガラス転移温度（Ｔｇ）を異にする少なくとも２種類のバインダが組み合わさって含浸されていることを特徴とする汚染コントロール要素の保持材にある。
【００１３】
また、本発明は、そのもう１つの面において、ケーシングと、該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汚染コントロール要素の保持材とを備える汚染コントロール装置であって、
前記汚染コントロール要素の保持材が、上記のような本発明による汚染コントロール要素の保持材であることを特徴とする汚染コントロール装置にある。
【００１４】
本発明の汚染コントロール要素及び汚染コントロール装置は、それぞれ、いろいろな形態で有利に実施することができる。例えば、１つの好ましい形態において、汚染コントロール要素は触媒担体であり、かつ、したがって、汚染コントロール装置は触媒コンバータである。また、もう１つの好ましい形態において、汚染コントロール要素はフィルター要素であり、かつ、したがって、汚染コントロール装置は排気浄化装置である。好ましくは、この廃棄浄化装置は、自動車のエンジンやその他の内燃機関の排気浄化装置である。
【発明の効果】
【００１５】
以下に詳細に説明するように、本発明によれば、触媒担体を巻回し保持した状態で触媒コンバータのケーシングに装入する時に作業性がよく、耐熱性、面圧保持性、そして耐風蝕性に優れるとともに、固着目的で使用する有機バインダの含浸量を低下させたにもかかわらず面圧の低下及びファイバの破損片や粉末等の飛散を同時に防止することができる触媒担体保持材を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、構造が簡単であり、製造が容易であり、しかも触媒担体保持材が耐熱性、面圧保持性、ファイバ片の飛散防止性、そして耐風蝕性に優れた触媒コンバータを提供することができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、自動車のエンジンやその他の内燃機関において、その排気ガスの浄化処理に有利に使用することができる触媒コンバータを提供することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明は、触媒コンバータ以外の汚染コントロール装置、例えばディーゼルパティキュレートフィルターやその他の排気浄化装置などに適用しても、上述のようなすぐれた作用効果を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明による汚染コントロール要素保持材及び汚染コントロール装置は、それぞれ、いろいろな形態で有利に実施することができる。例えば、汚染コントロール要素は、触媒担体（あるいは触媒要素）、フィルター要素（例えば、エンジン用排気浄化フィルターなど）あるいはその他の任意の汚染コントロール要素であることができる。同様に、汚染コントロール装置は、それに取り付けられた汚染コントロール要素に応じて、触媒コンバータ、排気浄化装置、例えばエンジン用排気浄化装置（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルター装置）あるいはその他の任意の汚染コントロール装置であることができる。以下では特に、触媒担体保持材と触媒コンバータを参照して本発明の実施を説明するが、本発明はこれらの形態にのみ限定されるものではない。
【００２０】
本発明による触媒コンバータは、自動車のエンジンやその他の内燃機関において排気ガスを浄化処理するために特に有利に用いることができる。触媒コンバータは、通常、ケーシングと、ケーシング内に設置された触媒担体（触媒要素）とを少なくとも含んでなるように構成される。また、ケーシングと触媒担体との間には、触媒担体の外周面を巻回するようにして、以下において詳細に説明するところの本発明による触媒担体保持材が装着される。また、従来の触媒コンバータの場合と同様に、触媒担体と触媒担体保持材とを接着剤、粘着テープ等の接合手段を介在させて接合してもよい。さらに、触媒担体保持材は、通常、触媒担体の実質的に全部を巻回して用いられるけれども、必要ならば、触媒担体の一部のみに装着して用いてもよい。さらにまた、必要に応じて、ワイヤメッシュなどの固定手段を補助的に使用してもよい。
【００２１】
触媒担体保持材は、それをケーシング内に装着した場合に適切な嵩密度となるように、適度に圧縮して使用するのが好ましい。圧縮の手法には、クラムシェル圧縮、スタッフィング圧縮、ターニキット圧縮などがある。本発明の触媒担体保持材は、例えば、スタッフィング圧縮などのように、例えば円筒形のケーシングに触媒担体保持材を加圧下に押し込む、いわゆる圧入構造の触媒コンバータの製造において有利に使用することができる。
【００２２】
本発明の触媒コンバータは、いろいろなタイプの触媒コンバータを包含することができる。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。
【００２３】
本発明の触媒コンバータは、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本発明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。
【００２４】
図３は、本発明による触媒コンバータの典型的な一例を示した側面図であり、構成の容易な理解のため、触媒コンバータの主要部を切断した状態が示されている。また、図４は、図３の触媒コンバータを線分Ａ−Ａにそって切断した断面図である。これらの図面から理解されるように、触媒コンバータ１０は、金属ケーシング４と、その金属ケーシング４内に配置されたモノリスの固体触媒担体１と、金属ケーシング４と触媒担体１との間に配置された本発明の触媒担体保持材２とを備える。触媒担体保持材２は、以下において詳細に説明するように、所定の厚さをもった繊維材料のマットからなり、かつガラス転移温度（Ｔｇ）を異にする少なくとも２種類のアクリル系ラテックスが一緒に含浸されていることを特徴とする。触媒コンバータ１０には、円錐台の形をした排気ガス流入口１２及び排気ガス流出口１３が取り付けられている。
【００２５】
先に説明したように、本発明の触媒コンバータ１０の場合、基本的には触媒担体１と触媒担体保持材２との間に接着剤や粘着シートのような接合手段を介在させることは不要である。しかし、もしも本発明の作用効果に対して悪影響がでず、むしろ触媒担体１と触媒担体保持材２の密着性を改善し、キャニング作業を促進する効果が期待されるのであるならば、そのような接合手段を補助的に使用してもよい。接合手段は、通常、部分的に使用するのが好ましい。また、触媒担体保持材２は、一般的には必要ないけれども、その表面を損傷などから保護するために保護コーティングを備えていてもよい。
【００２６】
さらに具体的に説明すると、金属ケーシング内の固体触媒担体は、通常、複数の排気ガス流路を有するハニカム構造のセラミック製触媒担体からなる。この触媒担体を巻回して、本発明の触媒担体保持材が配置される。触媒担体保持材は、断熱材として機能することの他、触媒担体を金属ケーシングの内部に保持し、触媒担体と金属ケーシングの間にできた隙間を封止しているので、排気ガスが触媒担体をバイパスして流動することを防止するかもしくは、少なくとも、そのような不所望な流動を最小にすることができる。また、触媒担体は、金属ケーシング内においてしっかりと、しかも弾性的に支持される。
【００２７】
本発明の触媒コンバータにおいて、その金属ケーシングは、当業界で公知のいろいろな金属材料から、所望とする作用効果などに応じて任意の形状で作製することができる。好適な金属ケーシングは、ステンレス鋼製で、図３に示したような形状を備えたものである。もちろん、必要に応じて、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属やその合金などから、任意の適当な形状をもった金属ケーシングを作製してもよい。
【００２８】
金属ケーシングと同様に、固体触媒担体も、常用の触媒コンバータにおいて採用されているものと同様な材料から、同様な形状で作製することができる。適切な触媒担体は、当業者に周知であって、金属、セラミックなどから製造されたものを包含する。有用な触媒担体は、例えば、米国再発行特許第２７，７４７号明細書に開示されている。また、セラミック製の触媒担体は、例えば、米国在のコーニング社（Corning Inc.）から商業的に入手可能である。例えば、ハニカム状のセラミック製触媒担体は、コーニング社から「CELCOR」の商品名で、また、ＮＧＫ社（NGK Insulated Ltd.）から「HONEYCERAM」の商品名で、それぞれ入手可能である。金属製の触媒担体は、例えば、ドイツ在のベール社（Behr GmbH and Co. ）から商業的に入手可能である。なお、触媒モノリスについての詳細な説明は、例えば、SAE 技術書の文献第900500号のStroomらの「Systems Approach to Packaging Design for Automotive Catalytic Converters 」、SAE 技術書の文献第800082号のHowittの「Thin Wall Ceramics as Monolithic Catalyst Support 」及びSAE 技術書の文献第740244号のHowittらの「Flow Effect in Monolithic Honeycomb Automotive Catalytic Converter 」を参照されたい。
【００２９】
上述のような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、このような触媒のコーティングについての詳細な説明は、例えば、米国特許第３，４４１，３８１号明細書を参照されたい。
【００３０】
本発明の実施において、触媒コンバータは、本発明の範囲を逸脱しない限り、いろいろな構成及び方法で任意に製造することができる。触媒コンバータは、基本的に、金属製のケーシングに、例えばハニカム状のセラミック製触媒担体を収容することによって作製し、かつ例えばハニカム状のセラミック製モノリスに、白金、ロジウム及びパラジウムのような貴金属からなる触媒層（触媒のコーティング）を担持させることによって最終的な触媒担体（触媒要素）を作製することが、特に好適である。このような構成を採用することによって、比較的高温で効果的な触媒作用を発現させることができる。
【００３１】
本発明に従うと、金属ケーシングとその内部の触媒要素との間に、本発明による触媒担体保持材が配置される。触媒担体保持材は、所定の厚さをもった繊維材料のマット、ブランケット等からなる。触媒担体保持材は、１個の部材から構成されていてもよく、２個もしくはそれ以上の部材から、積層、接合などで構成されていてもよい。触媒担体保持材は、通常、マット、ブランケットなどの形態を有しているのが、取り扱い性などの面から有利であるが、必要ならば、その他の形態であってもよい。触媒担体保持材のサイズは、その使用目的などに応じて、広い範囲で変更することができる。例えば、マット状の触媒担体保持材を自動車の触媒コンバータに装填して使用するような場合には、その保持材は、通常、約１．５〜１５ｍｍのマット厚、約２００〜５００ｍｍの幅、そして約１００〜１５００ｍｍの長さである。かかる保持材は、必要に応じて、はさみ、カッター等で所望の形状及びサイズに切断して使用してもよい。
【００３２】
触媒担体保持材は、好ましくは、無機繊維材料から構成され、さらに好ましくは、アルミナ繊維を含む無機繊維材料から構成される。また、無機繊維材料は、２種類以上のアルミナ繊維を組み合わせて使用してもよいけれども、必要ならばアルミナ繊維をその他の無機材料と組み合わせて使用してもよい。併用可能な無機材料は、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、シリカ繊維、ガラス繊維、ベントナイト、バーミキュライト、黒鉛などを包含する。これらの無機材料は、単独で使用してもよく、２種以上を混合して一緒に使用してもよい。
【００３３】
触媒担体保持材を構成する無機繊維は、好ましくは、アルミナ（Al2O3）とシリカ（SiO2）を含む無機繊維から構成される。ここで、無機繊維は、アルミナ繊維とシリカ繊維の２成分からなり、その際、アルミナ繊維とシリカ繊維の配合比率が、約４０：６０〜９６：４の範囲にあることが好ましい。アルミナ繊維とシリカ繊維の配合比率がこのような範囲を外れると、例えばアルミナ繊維の配合比率が４０％を下回ると、耐熱性の低下といった不具合が発生する。
【００３４】
無機繊維は、特にその太さ（平均直径）が限定されるものではないけれども、約２〜７μm の平均直径を有するのが好適である。無機繊維が約２μm より小さい平均直径を有していると、脆くて強度不足になる傾向にあり、反対に、約７μm より大きい平均直径を有していると、保持材の成形を困難にする傾向にある。
【００３５】
また、太さと同様に、無機繊維の長さも特に限定されるものではない。しかし、無機繊維は、約０．５〜５０mmの平均長さを有するのが好適である。無機繊維の平均長さが約０．５mmより小さいと、それを使用して保持材を形成した効果などを出すことができなくなり、反対に、約５０mmより大きいと、取り扱い性が劣ってくるので、保持材の製造プロセスをスムースに進行することが困難になる。
【００３６】
別法によれば、本発明の実施において、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マットもまた触媒担体保持材として有利に使用することができる。このようなアルミナ質繊維マットにおいて、アルミナ繊維の平均長さは、通常、約２０〜２００ｍｍの範囲であり、また、繊維の太さ（平均直径）は、通常、約１〜４０μｍの範囲である。また、アルミナ繊維は、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比（Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2）＝約７０／３０〜７４／２６のムライト組成であることが好ましい。
【００３７】
上記のアルミナ質繊維のマットは、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、次いで、好ましくはニードルパンチングを施した後、通常、約１０００〜１３００℃の高温で焼成する。
【００３８】
上記のニードルパンチング処理は、繊維の一部を積層面に対して縦方向に配向させる効果がある。従って、シート内のアルミナ繊維前駆体の一部がシートを貫通して縦方向に配向してシートを緊縛するため、シートの嵩比重が高められ、また、層間の剥離や層間のずれが防止される。ニードルパンチングの密度は、広い範囲にわたって変更することができるけれども、通常、約１〜５０打／ｃｍ2の範囲であり、ニードルパンチングの密度により、マットの厚さ、嵩比重、強度などが調節される。
【００３９】
上記したようなアルミナ質繊維マットの製造において、アルミナ繊維にその他のセラミック繊維や無機膨張材を補助的に添加してもよい。この場合、添加材をマットに均一に混合してもよいが、特に加熱される個所を避けて局在させることにより、添加材の性能を維持しつつ低コスト化することが可能である。上記のセラミック繊維としては、シリカ繊維、ガラス繊維などが挙げられ、無機膨張材としては、ベントナイト、膨張性バーミキュライト、膨張性黒鉛などが挙げられる。
【００４０】
本発明による触媒担体保持材は、好ましくは乾式法で製造される。これは、従来の触媒担体保持材が湿式法（無機繊維と有機バインダの混合、無機繊維の開繊、スラリーの調製、抄紙による成形、成形体のプレスの各工程を含む）によって製造されていたのとは対照的である。乾式法は、基本的に、周知かつ慣用の方法に従って実施することができる。典型的には、上記したように、ニードルパンチ等を利用した乾式法が有利である。
【００４１】
本発明の触媒担体保持材は、上記したように、ケーシングと、そのケーシングの内部に装填され触媒担体との間に、触媒担体の外周面を巻回した状態で挿入された、所定の厚さをもった繊維材料のマットからなる。このマット状触媒担体保持材は、本発明に従い、ガラス転移温度（Ｔｇ）を異にする少なくとも２種類のバインダが一緒に含浸されていることを特徴とする。
【００４２】
本発明の実施において、繊維材料を結合させ、固定するために様々な常用のバインダを使用することができる。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。バインダとして、好ましくはアクリル系のラテックスを使用することができる。
【００４３】
すなわち、本発明の触媒担体保持材では、その繊維材料のマットにバインダとして特にアクリル系ラテックスを含浸させるとともに、そのアクリル系ラテックスとして、少なくとも１種類の比較的に低Ｔｇのアクリル系ラテックスと、そのもしくはそれらのアクリル系ラテックスよりも高Ｔｇの少なくとも１種類のアクリル系ラテックスとを組み合わせて使用することが好ましい。本発明によると、Ｔｇを異にするアクリル系ラテックスを使い分けすることで、従来のアクリル系ラテックス含浸触媒担体保持材においてまったく予想されなかった顕著な作用及び機能を得ることができる。具体的には、比較的に低Ｔｇのアクリル系ラテックスを使用することでファイバ片の飛散を効果的に防止することができ、かつ比較的に高Ｔｇのアクリル系ラテックスを使用することで面圧の低下を防止し、高面圧を安定に維持することができる。特に、ファイバ片の飛散防止を目的としてアクリル系ラテックスを触媒担体保持材の内部深くまで含浸した場合には面圧が低下してしまうのが一般的であるが、本発明では、高Ｔｇのアクリル系ラテックスを組み合わせて使用することでこの問題を解決することができた。さらに注目すべきことには、このように機能の使い分けを実行することで、従来の技術では十分な固着機能を得るために比較的に多量に含浸させる必要のあったアクリル系ラテックスを、わずかな量だけ含浸するだけで十分に満足すべき固着機能を達成することができ、よって、アクリル系ラテックスに由来するセンサーへの悪影響などを未然に回避することができる。
【００４４】
本発明の触媒担体保持材において、それに含浸せしめられるアクリル系ラテックスは、上記したような所期の作用及び効果を奏することができ、触媒担体保持材の特性などに悪影響がでないかぎり、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、あるいは本発明の使用目的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。
【００４５】
本発明の実施において、使用するアクリル系ラテックスのガラス転移温度（Ｔｇ）は、通常、約−５０〜５０℃の範囲である。このような広範囲のＴｇを有するアクリル系ラテックスのなかから、触媒担体保持材の構成、触媒コンバータに求められている特性などの種々のファクタを考慮して、高Ｔｇのアクリル系ラテックスと低Ｔｇのアクリル系ラテックスの最適な組み合わせを決定することができる。本発明者らの知見によると、本発明は以下の組み合わせに限定されるわけではないけれども、約１５〜４５℃のＴｇを有する第１のアクリル系ラテックスと、−４５〜１５℃のＴｇを有する第２のアクリル系ラテックスの組み合わせが好適である。
【００４６】
アクリル系ラテックスは、通常、触媒担体保持材にほぼ均一に分散させて使用することが好ましい。すなわち、触媒担体を取り囲んだマット状の触媒担体保持材を厚さに関して観察した場合、アクリル系ラテックスが触媒担体保持材の厚さ方向にほぼ均一に分散せしめられていることが好ましい。
【００４７】
また、アクリル系ラテックスは、前記したように、従来の触媒コンバータに比較して減量した形で触媒担体保持材に含浸させることができる。アクリル系ラテックスの含浸量は、少量の範囲のなかでもいろいろに変更することができるけれども、通常、合計して約０．１〜５重量％の範囲であり、好ましくは約０．１〜３重量％の範囲である。
【００４８】
触媒担体保持材に対するアクリル系ラテックスの上述のような含浸は、周知・慣用の技術、すなわち、浸漬、噴霧、塗布等によって有利に実施することができる。特に浸漬法は、アクリル系ラテックスを入れた容器を用意して、その溶液に触媒担体保持材をドブ漬けするだけでよいので、作業が簡単であり、経済的でもある。また、浸漬法を使用すると、触媒担体保持材の全体にアクリル系ラテックスをほぼ均一に含浸させる効果も得られる。含浸後のラテックスなどは、自然乾燥してもよく、適温まで加熱して乾燥してもよい。
【実施例】
【００４９】
引き続いて、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：
マット面密度が０．４ｇ／ｃｍ3であるニードルパンチされたアルミナ繊維マット（商品名「マフテック」、三菱化学産資社製）を用意した。このアルミナ繊維マットのサイズは、長さ２６０ｍｍ×幅９０ｍｍ×厚さ１２．５ｍｍであった。次いで、下記の第１表に記載する合計８種類のアクリル系ラテックス（有機バインダ）をそれぞれ１０Ｌの水に希釈し、ラテックス浸漬浴を調製した。それぞれのラテックス浸漬浴に上記アルミナ繊維マットを浸漬し、そのマットの全体にアクリル系ラテックスをほぼ均一に分散させた。余分なアクリル系ラテックスをメッシュ上で脱水した後、アクリル系ラテックスを含浸させたアルミナ繊維マットを１８０℃のオーブンに入れ、水分含有量が５０％程度となるまで乾燥し、その後さらに、１４５℃に設定したシリンダードライヤで絶対乾燥した。乾燥後のバインダ含浸アルミナ繊維マットにおいて、アクリル系ラテックスの含浸量を示す有機分の含有量は、それぞれ共通で、０．５重量％であった。得られたバインダ含浸アルミナ繊維マットを室温で保存した。
【００５０】
別に用意した円筒形状で、外径７８ｍｍ×長さ１００ｍｍの日本碍子社製モノリス体の外周に乾燥後のバインダ含浸アルミナ繊維マットを巻き付けた。次いで、アルミナ繊維マットで巻回された触媒担体を、内径８４ｍｍ×長さ１２０ｍｍの円筒形ステンレス製ケーシングの内部にガイドコーンを用いて４０ｍｍ／秒で圧入したが、触媒担体の保持に支障をきたすマットのズレや変形といった不具合はみられなかった。
【００５１】
【表１】
2006223920.tif 000003
【００５２】
評価試験：
上記の手法で作製したいろいろな有機バインダを含浸したアルミナ繊維マット（有機分：０．５重量％）について、ファイバ片の飛散率と常温（室温）時での面圧を下記の手順に従って実施したところ、添付の図５及び図６にプロットするような測定結果が得られた。
〔ファイバ片の飛散率の測定〕
日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ−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。試験方法は、下記の通りである。
（１）上記の手法で合計８種類のバインダ含浸アルミナ繊維マット（サイズ：２５０ｍｍ      ×２５０ｍｍ）を作製した。次いで、このアルミナ繊維マットから、試験片（サイ      ズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ）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ＪＩＳ  Ｋ−６８３０に記載の衝撃試験機にセットし、３０°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を計算した。図５に      プロットしたファイバ片飛散率（重量％）が得られた。
〔常温時での面圧の測定〕
（１）上記の手法で合計８種類のバインダ含浸アルミナ繊維マット（サイズ：２５０ｍｍ      ×２５０ｍｍ）を作製した。次いで、このアルミナ繊維マットから、円形試験片（      直径：４５ｍｍ）を打ち抜き型にて作製し、その質量を測定した。
（２）得られた質量から、充填密度が０．３ｇ／ｃｃになるマット厚を計算した。
（３）試験片を圧縮試験機（型番「９７６．２９−３２」、ＭＴＳ社製）の圧縮板の中心      に載置し、上記の計算で求めた所定のマット厚になるまで２０ｍｍ／分の速度で圧      縮し、そのピーク時の圧力（面圧）を常温でＸ−Ｙレコーダより読み取った。図６      にプロットした常温時面圧（ＫＰａ）が得られた。
〔考察〕
図５にプロットしたファイバ片飛散率のグラフと図６にプロットした常温時面圧のグラフから、バインダとして比較的に低いＴｇを有するアクリル系ラテックスを用いた場合にはファイバ片の飛散は抑制できるけれども、面圧の低下が起こることがわかる。反対に、比較的に高いＴｇを有するアクリル系ラテックスを用いた場合には、面圧を増加させることができるけれども、ファイバ片の飛散が増加することがわかる。換言すると、比較的に低いＴｇを有するアクリル系ラテックスと比較的に高いＴｇを有するアクリル系ラテックスを組み合わせて使用すると、ファイバ片の飛散を抑制しつつ面圧を高く保持し得るということがわかる。
実施例２：
前記実施例１に記載の手法に従って合計８種類のバインダ含浸アルミナ繊維マットを作製し、それぞれのアルミナ繊維マットのファイバ片の飛散率と常温時での面圧を前記実施例１に記載の手順に従って測定した。なお、本例の場合、ファイバ片飛散率と常温時面圧に対してアクリル系ラテックス含浸量が及ぼす影響をあわせて評価するため、アルミナ繊維マット中の有機分の含有量を０．５重量％及び３．５重量％に変更した。下記の第２表に記載するような測定結果が得られた。
【００５３】
【表２】
2006223920.tif 000004
【００５４】
〔考察〕
上記第２表に記載の測定結果から、バインダとして使用するアクリル系ラテックスの含浸量を増加させた場合には、周知のように、ファイバ片の飛散を防止できるということがわかる。また、Ｔｇが室温（２０℃）以下のアクリル系ラテックスをバインダとして使用すると、そのファイバ片飛散の防止効果が大きいということがわかる。さらに、Ｔｇが低温（おそらくは１０℃以下の温度）のアクリル系ラテックスをバインダとして使用すると、常温時の面圧が低下することがわかる。反対に、Ｔｇが室温程度以上のアクリル系ラテックスをバインダとして使用することで、常温時の面圧を増加できるということがわかる。
実施例３：
前記実施例１に記載の手法に従ってバインダ含浸アルミナ繊維マットを作製し、それぞれのアルミナ繊維マットのファイバ片の飛散率と常温時での面圧を前記実施例１に記載の手順に従って測定した。なお、本例の場合、ファイバ片飛散率及び常温時面圧に対してアクリル系ラテックスの組み合わせ使用が及ぼす影響を評価するため、アクリル系ラテックス（第１表に記載のＬＸ８１６及びＬＸ８４４）を、添付の図７に示すように単独又は混合して（混合比率＝１：１、１：４、１：７）使用した。また、本例で使用したアルミナ繊維マット中の有機分の含有量は、それぞれ共通で、３重量％であった。ファイバ片の飛散率の測定結果及び常温時での面圧の測定結果をまとめたところ、図７にプロットするようなグラフが得られた。
〔考察〕
図７にプロットしたファイバ片飛散率と常温時面圧の関係を示すグラフから、Ｔｇの異なる２種類のアクリル系ラテックスを組み合わせてバインダとして使用すると、図中点線で囲まれた領域で示されるように、１種類のアクリル系ラテックスの使用では実現不可能であった高い面圧と低いファイバ片飛散量を同時に実現できるというということがわかる。
実施例４：
前記実施例１に記載の手法に従ってバインダ含浸アルミナ繊維マットを作製し、それぞれのアルミナ繊維マットのファイバ片の飛散率と常温時での面圧を前記実施例１に記載の手順に従って測定した。なお、本例の場合、ファイバ片飛散率及び常温時面圧に対してアクリル系ラテックスの組み合わせ使用が及ぼす影響を評価するため、アクリル系ラテックス（第１表に記載のＬＸ８１６、ＬＸ８１４、ＬＸ８４４及びＫ−３）を下記の第３表に示すように２種類ずつ混合して（混合比率＝１：１）使用した。また、本例の場合、ファイバ片飛散率と常温時面圧に対してアクリル系ラテックス含浸量が及ぼす影響を評価するため、アルミナ繊維マット中の有機分の含有量を０．５重量％及び３．５重量％に変更してそれぞれの測定を実施した。下記の第３表は、ファイバ片の飛散率の測定結果及び常温時での面圧の測定結果をまとめたものである。
【００５５】
【表３】
2006223920.tif 000005
【００５６】
〔考察〕
上記第３表に記載の測定結果から、面圧向上に寄与するアクリル系ラテックスとファイバ片飛散の抑制に寄与するアクリル系ラテックスを組み合わせて使用することで、高面圧とファイバ片飛散の抑制を同時に達成し得るということがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の排気ガス浄化用触媒コンバータの１構成例を示した斜視図である。
【図２】従来の排気ガス浄化用触媒コンバータのもう１つの構成例を示した斜視図である。
【図３】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータの好ましい１構成例を示した側面図である。
【図４】図３の触媒コンバータの線分Ａ−Ａにそった断面図である。
【図５】Ｔｇを異にするアクリル系ラテックスを含浸した触媒担体保持材の、衝撃試験によるファイバ片の飛散量の測定結果をプロットしたグラフである。
【図６】Ｔｇを異にするアクリル系ラテックスを含浸した触媒担体保持材の常温時での面圧の測定結果をプロットしたグラフである。
【図７】Ｔｇを異にするアクリル系ラテックスを一緒に含浸した触媒担体保持材の、ファイバ片の飛散量と常温時での面圧の関係をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１    触媒担体
２    触媒担体保持材
４    ケーシング
１０    触媒コンバータ
【図１】
2006223920.tif 000006
【図２】
2006223920.tif 000007
【図３】
2006223920.tif 000008
【図４】
2006223920.tif 000009
【図５】
2006223920.tif 000010
【図６】
2006223920.tif 000011
【図７】
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