(57)【要約】【課題】本発明では、圧縮／復元の繰り返し負荷を受けた後にも、比較的良好な保持力を維持することが可能なマット材を提供することを目的とする。【解決手段】本発明では、  ガラス繊維を含むマット材であって、  前記ガラス繊維は、重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１７ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２７ｗｔ％のＣａＯ、０〜９ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にあり、  当該マット材を上部板と下部板の間に設置し、ＧＢＤ＝０．３５ｇ／ｃｍ３において、前記上部板を昇温速度１５℃／分で昇温すると同時に、前記下部板を昇温速度８．６℃／分で昇温し、前記上部板および前記下部板の温度がそれぞれ、７００℃および４００℃に到達時点で測定したときの最大面圧が１００ｋＰａ以上である、マット材が提供される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維を含むマット材であって、
前記ガラス繊維は、重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１７ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２７ｗｔ％のＣａＯ、０〜９ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にあり、
当該マット材を上部板と下部板の間に設置し、ＧＢＤ＝０．３５ｇ／ｃｍ３において、前記上部板を昇温速度１５℃／分で昇温すると同時に、前記下部板を昇温速度８．６℃／分で昇温し、前記上部板および前記下部板の温度がそれぞれ、７００℃および４００℃に到達時点で測定したときの面圧が１００ｋＰａ以上である、マット材。
【請求項２】
前記ガラス繊維は、実質的にフッ素を含まないことを特徴とする請求項１に記載のマット材。
【請求項３】
前記ガラス繊維は、重量比で、５９〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、１２〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、２０〜２４ｗｔ％のＣａＯ、１〜４ｗｔ％のＭｇＯ、０〜０．９ｗｔ％のＴｉＯ２を含み、ＺｎＯを実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のマット材。
【請求項４】
前記ガラス繊維は、重量比で、５６〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２５ｗｔ％のＣａＯ、０〜５ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のマット材。
【請求項５】
前記ガラス繊維の平均直径は、９μｍ〜１３μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマット材。
【請求項６】
前記ガラス繊維の平均長さは、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、または５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のマット材。
【請求項７】
さらに、有機バインダを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のマット材。
【請求項８】
さらに、膨張材を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のマット材。
【請求項９】
前記膨張材は、バーミキュライト、ベントナイト、金雲母、パーライト、膨脹性黒鉛、および膨脹性フッ化雲母からなる群から選定された少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項８に記載のマット材。
【請求項１０】
排気ガスの流通する２つの開口面を有する排気ガス処理体と、
前記排気ガス処理体の開口面を除く外周面の少なくとも一部に巻き付けて使用される保持シール材と、
該保持シール材が巻き回された前記排気ガス処理体を収容する筒状部材と、
で構成される排気ガス処理装置であって、
前記保持シール材は、請求項１乃至９のいずれか一つに記載のマット材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項１１】
前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであることを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維を含むマット材に関し、特に、車両等の排気ガス処理装置に使用されるマット材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の台数は、今世紀に入って飛躍的に増加しており、それに比例して、自動車の内燃機関から排出される排気ガスの量も急激な増大の一途を辿っている。特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる種々の物質は、汚染を引き起こす原因となるため、現在では、世界環境にとって深刻な影響を与えつつある。
【０００３】
このような事情の下、各種排気ガス処理装置が提案され、実用化されている。一般的な排気ガス処理装置は、エンジンの排気ガスマニホールドに連結された排気管の途上に筒状部材（ケーシング）を設け、その中に、排気ガスの入口および出口用の開口面を有し、内部に微細な気孔を多数有する排気ガス処理体を配置した構造となっている。排気ガス処理体の一例としては、触媒担持体、およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）のような排気ガスフィルタ等がある。例えばＤＰＦの場合、上述の構造により、排気ガスが排気ガス処理体の入口開口面から出口開口面を通って排出される間に、気孔の周囲の壁に微粒子がトラップされ、排気ガス中の微粒子を除去することができる。
【０００４】
このような排気ガス処理体とケーシングの間には、保持シール材が設置されている。保持シール材は、車両走行中等における排気ガス処理体とケーシングの当接による破損を防ぎ、さらにケーシングと排気ガス処理体との隙間から排気ガスがリークすることを防止するために用いられる。また、保持シール材は、排気ガスの排圧により排気ガス処理体が脱落することを防止する役割を有する。さらに排気ガス処理体は、反応性を維持するため高温に保持する必要があり、保持シール材には断熱性能も要求される。これらの要件を満たす部材としては、アルミナ繊維などの無機繊維を含むマット材がある。
【０００５】
このマット材は、排気ガス処理体の開口面を除く外周面の少なくとも一部に巻き付けられ、テーピング等によって排気ガス処理体と一体固定化されることにより、保持シール材として機能する。その後、この一体品は、ケーシング内に圧入されて排気ガス処理装置が構成される。
【０００６】
一般に、マット材は、アルミナ繊維などの無機繊維と有機バインダ等とを含み、ニードル処理法または抄造法等により製作される。最近では、例えば低コスト化等のため、アルミナ繊維の代わりに、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用したマット材を使用することが提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００６−５１６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用した従来のマット材では、初期の保持力が低いという問題がある。
【０００９】
さらに、排気ガス処理装置内の排気ガス処理体は、排気ガスの流通および停止による温度上昇および低下に伴い、膨脹および収縮の繰り返しサイクルを受ける。従って、保持シール材は、使用中に、この排気ガス処理体の膨脹および収縮挙動に対応して、圧縮および復元の繰り返し負荷を受ける。しかしながら、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用したマット材では、このような圧縮および復元サイクルを繰り返すと、マット材の保持力が大きく低下してしまうという問題がある。
【００１０】
従って、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用したマット材を保持シール材に適用した場合、初期の保持力の不足、および／または経時的なマット材の保持力の低下によって、該マット材に保持される排気ガス処理体が脱落するおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、本発明では、ガラス繊維を含むマット材でありながら、初期保持力が高く、圧縮および復元の繰り返し負荷を受けた後にも、比較的良好な保持力を維持するマット材を提供することを目的とする。また、そのようなマット材を保持シール材として備える排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、ガラス繊維を含むマット材であって、
前記ガラス繊維は、重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１７ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２７ｗｔ％のＣａＯ、０〜９ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にあり、
当該マット材を上部板と下部板の間に設置し、ＧＢＤ＝０．３５ｇ／ｃｍ３において、前記上部板を昇温速度１５℃／分で昇温すると同時に、前記下部板を昇温速度８．６℃／分で昇温し、前記上部板および前記下部板の温度がそれぞれ、７００℃および４００℃に到達時点で測定したときの面圧が１００ｋＰａ以上であるマット材が提供される。
【００１３】
ここで、本発明によるマット材において、前記ガラス繊維は、実質的にフッ素を含んでいなくても良い。
【００１４】
また、本発明によるマット材において、前記ガラス繊維は、重量比で、５９〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、１２〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、２０〜２４ｗｔ％のＣａＯ、１〜４ｗｔ％のＭｇＯ、０〜０．９ｗｔ％のＴｉＯ２を含み、ＺｎＯを実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲にあっても良い。
【００１５】
また、本発明によるマット材において、前記ガラス繊維は、重量比で、５６〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２５ｗｔ％のＣａＯ、０〜５ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲にあっても良い。
【００１６】
また、本発明によるマット材において、前記ガラス繊維の平均直径は、９μｍ〜１３μｍの範囲にあっても良い。
【００１７】
また、本発明によるマット材において、前記ガラス繊維の平均長さは、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、または５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあっても良い。
【００１８】
また、本発明によるマット材は、さらに、有機バインダを有しても良い。
【００１９】
また、本発明によるマット材は、さらに、膨張材を有しても良い。
【００２０】
膨張剤は、バーミキュライト、ベントナイト、金雲母、パーライト、膨脹性黒鉛、および膨脹性フッ化雲母からなる群から選定された少なくとも一つの材料を含んでも良い。
【００２１】
さらに、本発明では、
排気ガスの流通する２つの開口面を有する排気ガス処理体と、
前記排気ガス処理体の開口面を除く外周面の少なくとも一部に巻き付けて使用される保持シール材と、
該保持シール材が巻き回された前記排気ガス処理体を収容する筒状部材と、
で構成される排気ガス処理装置であって、
前記保持シール材は、前述の特徴を有するマット材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置が提供される。
【００２２】
ここで、当該排気ガス処理装置において、前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであっても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、ガラス繊維を含むマット材でありながら、初期保持力が高く、圧縮および復元の繰り返し負荷を受けた後にも、比較的良好な保持力を維持するマット材を提供することができる。また、そのようなマット材を保持シール材として備える排気ガス処理装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるマット材の一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】本発明によるマット材を使用して、排気ガス処理装置を構成するときの一構成図である。
【図３】本発明による排気ガス処理装置の一構成例を示す図である。
【図４】本発明によるマット材の製造方法のフローの一例を概略的に示した図である。
【図５】本発明によるマット材の別の製造方法のフローの一例を概略的に示した図である。
【図６】初期面圧評価用の試験装置の概略的な構成を示した図である。
【図７】実施例１、２および比較例１に係るサンプルにおける、上台６２０の温度とサンプル６５０の初期面圧の関係を示したグラフである。
【図８】実施例１、２および比較例１に係るサンプルの初期面圧（Ｐ０）の値を示したグラフである。
【図９】実施例１、２および比較例１に係るサンプルにおける、１０００サイクル後の面圧（Ｐ１０００）の値を示したグラフである。
【図１０】実施例３および比較例２に係るサンプルにおける初期面圧の温度変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。図１には、本発明によるマット材の概略的な斜視図を示す。また図２には、図１に示したマット材を保持シール材として使用し、排気ガス処理装置を構成する際の概略的な組立図を示す。
【００２６】
図１に示すように、本発明によるマット材３０は、長辺（Ｘ方向に平行な辺）と短辺（Ｙ方向に平行な辺）を有し、実質的に矩形状となるように形成される。短辺７０および７１には、それぞれ嵌合凸部５０および嵌合凹部６０が設置されている。また、短辺７１の嵌合凹部６０に隣接する位置には、２つの凸部６１が形成されている。ただし本発明のマット材の短辺７０、７１は、図１の形状に限られるものではなく、例えば、図１のような嵌合部を全く有さないものや、各短辺が、それぞれ、嵌合凸部５０および嵌合凹部６０を複数有するもの等も使用できる。なお、本願において、「実質的に矩形状」とは、図１に示すような、短辺に１組の嵌合凸部５０と嵌合凹部６０を有する矩形を含む概念である。さらに、「実質的に矩形状」には、長辺と短辺の交差するコーナー部が、９０゜以外の角度を有する形状（例えば、曲率を有するもの）も含まれる。
【００２７】
このマット材３０は、保持シール材２４として使用する場合、長辺方向が巻回方向（図１のＸ方向）となるようにして使用される。またマット材３０が、保持シール材２４として触媒担持体等の排気ガス処理体２０に巻き付けられた際には、図２に示すように、マット材３０の嵌合凸部５０と嵌合凹部６０が嵌合され、マット材３０が排気ガス処理体２０に固定される。その後、保持シール材２４が巻き回された排気ガス処理体２０は、圧入等により、金属等で構成された筒状のケーシング１２内に圧入され、装着される。
【００２８】
マット材としては、アルミナ繊維のような無機繊維と有機バインダとを含むマット材があるが、最近では、例えば低コスト化のため、無機繊維として、例えばＥ−ガラスのようなガラス繊維を使用することが提案されている。ここで、Ｅ−ガラスとは、表１の「Ｅ−ガラスの組成」の欄に示す組成を有するガラスの総称を意味する。
【００２９】
すなわち、Ｅ−ガラスは、重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、１２〜１６ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１６〜２５ｗｔ％のＣａＯ、０〜５ｗｔ％のＭｇＯ、５〜１０ｗｔ％のＢ２Ｏ３、０〜１．５ｗｔ％のＴｉＯ２を含み、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にあるガラスのことを言う。
【００３０】
しかしながら、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用したマット材では、アルミナ繊維を使用したマット材に比べて、初期の保持力が低いという問題がある。
【００３１】
さらに、排気ガス処理装置内の排気ガス処理体は、排気ガスの流通および停止による温度上昇および低下に伴い、膨脹および収縮の繰り返しサイクルを受ける。従って、保持シール材は、使用時に、この排気ガス処理体の膨脹および収縮挙動に対応して、圧縮および復元の繰り返し負荷を受ける。しかしながら、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用したマット材では、このような圧縮および復元サイクルを繰り返すと、マット材の保持力が大きく低下してしまうという問題がある。
【００３２】
従って、Ｅ−ガラスのようなガラス繊維を使用したマット材を保持シール材に適用した場合、初期の保持力の不足、および／または経時的なマット材の保持力の低下によって、該マット材に保持される排気ガス処理体が脱落するおそれがある。
【００３３】
このような問題の下、本願発明者等は、これまで鋭意研究開発を重ねてきた。そして、特定の組成および特性のガラス繊維を使用した場合、初期の保持力が有意に高く、圧縮および復元の繰り返し負荷を受けた後にも、比較的良好な保持力を維持することが可能なマット材が得られることを見出し、本発明に至った。
【００３４】
すなわち、本発明では、ガラス繊維を含むマット材であって、
前記ガラス繊維は、重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１７ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２７ｗｔ％のＣａＯ、０〜９ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にあり、
当該マット材を上台と下台の間に設置し、ＧＢＤ＝０．３５ｇ／ｃｍ３において、前記上台を昇温速度１５℃／分で昇温すると同時に、前記下台を昇温速度８．６℃／分で昇温し、前記上台および前記下台の温度がそれぞれ、７００℃および４００℃に到達時点で測定したときの面圧が１００ｋＰａ以上である、マット材が提供される。
【００３５】
なお、マット材の面圧の詳細な測定方法は、以降の実施例の欄で説明する。
【００３６】
後述の表１の「本発明のガラス繊維の組成」の欄には、本発明によるマット材に含まれるガラス繊維の組成を示す。ガラス繊維は、重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１７ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２７ｗｔ％のＣａＯ、０〜９ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にある。本発明によるマット材に使用されるガラス繊維は、Ｅ−ガラスとは異なり、Ｂ２Ｏ３を実質的に含まないという特徴を有する。一般に、Ｂ２Ｏ３は、ガラス繊維の軟化点を低下させる役割を有すると考えられる。本発明では、ガラス繊維からこのＢ２Ｏ３を排除しているため、ガラス繊維の軟化点の低下を抑制することができる。また、これにより、高温でのガラス繊維の強度を高めることができる。
【００３７】
このような本発明によるマット材は、初期の保持力が有意に高いという特徴を有する。また、高温の圧縮および復元の繰り返し負荷を受ける環境においても、保持力の低下が抑制され、長時間安定な保持力を発揮することができる。
【００３８】
なお、本発明によるマット材において、特に、ガラス繊維の組成は、重量比で、５９〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、１２〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、２０〜２４ｗｔ％のＣａＯ、１〜４ｗｔ％のＭｇＯ、０〜０．９ｗｔ％のＴｉＯ２を含み、ＺｎＯを実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲（「第１のガラス繊維組成」ともいう）にあることが好ましい。
【００３９】
あるいは、ガラス繊維の組成は、重量比で、５６〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２５ｗｔ％のＣａＯ、０〜５ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲（「第２のガラス繊維組成」ともいう）にあることが好ましい。
【００４０】
後述の表１には、本発明による第１および第２のガラス繊維組成を同時に示す。
【００４１】
なお、本発明によるマット材３０には、ガラス繊維の他、有機バインダが含まれても良い。
【００４２】
有機バインダとしては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ゴム系樹脂、スチレン系樹脂などが使用できる。有機バインダの含有量（マット材の総重量に対する有機バインダの重量）は、例えば、１〜１０ｗｔ％の範囲にあることが好ましい。ただし、マット材に含浸される有機バインダは、そのようなマット材を備える排気ガス処理装置を使用した際に、排気ガス処理装置から排出される有機成分量を増加させる一因となる。従って、有機バインダの含有量は、できるだけ少ないことが好ましく、例えば、マット材に全く含浸されていなくても良い。
【００４３】
なお、本発明において、マット材３０は、さらに膨張材を有しても良い。膨張材は、４００℃〜８００℃の範囲で膨脹する特性を有するものが好ましい。
【００４４】
膨張材としては、例えば、バーミキュライト、ベントナイト、金雲母、パーライト、膨脹性黒鉛、および膨脹性フッ化雲母等が挙げられる。
【００４５】
このような膨張材を使用した場合、マット材３０は、４００℃〜８００℃の範囲で膨脹するようになり、これにより、ガラス繊維の強度が低下する７００℃を超えるような高温域においても、マット材の保持力を向上させることが可能となる。
【００４６】
膨張材の添加量は、特に限られないが、例えば、マット材の全重量に対して１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲にあることが好ましい。
【００４７】
このような本発明によるマット材３０は、例えば、排気ガス処理装置１０の保持シール材として使用することができる。図３には、本発明による排気ガス処理装置１０の一構成例を示す。
【００４８】
排気ガス処理装置１０は、保持シール材２４が外周面に巻き回された排気ガス処理体２０と、該排気ガス処理体を収容するケーシング１２と、該ケーシングの入口側および出口側のそれぞれに接続された、排気ガスの入口管２および出口管４とを有する。入口管２および出口管４は、ケーシング１２と接続される位置で径が拡張されるように、テーパ形状となっている。この図３の例では、排気ガス処理体２０は、排気ガスの入口と出口用の開口面を有し、ガス流と平行な方向に多数の貫通孔を有する触媒担持体である。触媒担持体は、例えばハニカム状のコージェライト等で構成される。ただし、本発明の排気ガス処理装置１０は、このような構成に限られるものではない。例えば、排気ガス処理体２０を貫通孔の一部が目封じされた排気ガスフィルタ、例えば多孔質炭化珪素、多孔質コージェライト、または多孔質チタン酸アルミニウム等のＤＰＦとすることも可能である。
【００４９】
ここで、保持シール材２４は、前述のようなガラス繊維を含むマット材で構成される。従って、保持シール材２４は、初期の段階において、排気ガス処理体２０に対して良好な保持力を有する。また、このような排気ガス処理装置１０では、排気ガスの流通および停止の繰り返しによって、保持シール材２４に圧縮および復元の繰り返し負荷が加わっても、保持シール材２４の保持力の低下率が有意に抑制される。従って、長時間使用後に、排気ガス処理体２０が所定の位置からずれたり、脱落したりすることが抑制され、排気ガス処理装置１０の信頼性が向上する。
【００５０】
（本発明によるマット材の製造方法１）
次に、図４を参照して、本発明によるマット材の製造方法の一例について説明する。
【００５１】
図４は、本発明によるマット材の製造フローの一例を概略的に示した図である。
【００５２】
本発明によるマット材の製造方法は、
（Ａ）前述のような組成を有するガラス繊維を準備するステップ（Ｓ１１０）と、
（Ｂ）このガラス繊維を用いて、積層シートを調製するステップ（Ｓ１２０）と、
（Ｃ）前記積層シートから、ニードリング法によりマット材を形成するステップ（Ｓ１３０）と、
を有する。
【００５３】
この方法では、いわゆる「ニードリング法」により、マット材が製作される。「ニードリング法」とは、無機繊維を含む積層シートにニードルを抜き差しして、マット材を製作する方法の総称である。
【００５４】
以下、各ステップについて、詳しく説明する。
【００５５】
（ステップＳ１１０）
ステップＳ１１０では、前述のような組成を有するガラス繊維が準備される。ガラス繊維の長さは、特に限られない。ただし、後のニードリング処理の際に、繊維同士が容易に絡み合うよう、ガラス繊維は、比較的長いものが好ましい。ガラス繊維の「平均長さ」は、例えば、５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲（例えば５０ｍｍ）が好ましい。なお、「平均長さ」は、ランダムに採取した１００本の繊維の全長を平均した値である。
【００５６】
ガラス繊維の直径は、特に限られない。ガラス繊維の平均直径は、例えば、９μｍ〜１３μｍの範囲（例えば１１μｍ）であることが好ましい。この「平均直径」は、ランダムに採取した３００本の繊維の直径をＳＥＭにより測定し、これらを平均した値である。
【００５７】
（ステップＳ１２０）
次に、前述のガラス繊維を用いて開繊処理が行われ、これにより、綿状の積層シートが形成される。開繊処理は、例えば、カーディング法により、実施されても良い。この方法では、ウェブと呼ばれる不織布が形成され、これが多数積層されることにより、積層シートが形成される。
【００５８】
（ステップＳ１３０）
次に、前記積層シートから、「ニードリング法」により、マット材が形成される。
【００５９】
通常の場合、ニードリング法には、ニードリング装置が用いられる。
【００６０】
通常、ニードリング装置は、突き刺し方向（通常は上下方向）に往復移動可能なニードルボードと、積層シートの表面および裏面の両面側に設置された一対の支持板とで構成される。ニードルボードには、積層シートに突き刺すための多数のニードルが、例えば約２５〜５０００個／１００ｃｍ２の密度で取り付けられている。また各支持板には、ニードル用の多数の貫通孔が設けられている。従って、一対の支持板によって積層シートを両面から押さえつけた状態で、ニードルボードを積層シートの方に近づけたり遠ざけたりすることにより、ニードルが積層シートに抜き差しされ、ガラス繊維が交絡されたマット材が形成される。
【００６１】
また、別の構成として、ニードリング装置は、２組のニードルボードを備えていても良い。各ニードルボードは、それぞれの支持板を有する。２組のニードルボードを、それぞれ、積層シートの表面および裏面に配設して、各支持板で積層シートを両面から固定する。ここで、一方のニードルボードには、ニードリング処理時に他方のニードルボードのニードル群と位置が重ならないように、ニードルが配置されている。また、それぞれの支持板には、両方のニードルボードのニードル配置を考慮して、積層シートの両面側からのニードリング処理時に、ニードルが支持板に当接しないように、多数の貫通孔が設けられている。このような装置を用いて、２組の支持板で積層シートを両面側から挟み、２組のニードリングボードで積層シートの両側からニードリング処理が行われても良い。このような方法でニードリング処理を行うことにより、処理時間が短縮される。
【００６２】
次に、このガラス繊維を熱処理する。熱処理温度は、例えば、６００℃〜８００℃の範囲が好ましく（例えば７００℃）、熱処理の時間は、例えば、１０分〜２４時間の範囲が好ましい（例えば２０分）。
【００６３】
最後に、このようにして製造されたマット材が所定の形状に裁断され（例えば図１に示すような、直方体の端面に凹部と凸部を有する形状）、本発明によるマット材が製作される。
【００６４】
（本発明によるマット材の製造方法２）
次に、図５を参照して、本発明によるマット材の別の製造方法（第２の方法）の一例について説明する。
【００６５】
図５は、本発明によるマット材の別の製造フローの一例を概略的に示した図である。
【００６６】
この第２の製造方法は、
（Ａ）前述のような組成を有するガラス繊維を準備するステップ（Ｓ２１０）と、
（Ｂ）このガラス繊維を用いて、スラリーを調製するステップ（Ｓ２２０）と、
（Ｃ）前記スラリーから、抄造法によりマット材を形成するステップ（Ｓ２３０）と、
を有する。
【００６７】
この方法では、いわゆる「抄造法」により、マット材が製作される。「抄造法」とは、抄造型に無機繊維のスラリーを流し込み、この抄造型を吸引脱水してマット材を得る方法の総称である。
【００６８】
以下、各ステップについて、詳しく説明する。
【００６９】
（ステップＳ２１０）
ガラス繊維を準備するステップは、前述のニードリング法におけるステップＳ１１０の工程と実質的に等しいため、説明は省略する。
【００７０】
なお、「抄造法」の場合、ガラス繊維は、比較的短いものが好ましい。ガラス繊維の「平均長さ」は、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲（例えば３ｍｍ）が好ましい。ガラス繊維の直径は、特に限られないが、「平均直径」は、例えば、９μｍ〜１３μｍの範囲が好ましい（例えば１１μｍ）。
【００７１】
（ステップＳ２２０）
次に、ステップＳ２１０で得られたガラス繊維を用いて、以下の方法により、スラリーが調製される。
【００７２】
まず、所定量のガラス繊維と、有機バインダとを水に入れて、混合する。さらに、これに、無機バインダおよび／または凝集剤を添加しても良い。また、前述のような材料からなる膨脹材を添加しても良い。
【００７３】
無機バインダとしては、例えばアルミナゾルおよびシリカゾル等が使用される。また有機バインダとしては、ラテックス等が使用される。有機バインダの含有量は、２０重量％以内であることが好ましい。２０重量％よりも多くなると、排気ガス処理装置から排出される有機成分の量が有意に増加する。
【００７４】
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、撹拌は、２０秒〜１２０秒程度行われることが好ましい。
【００７５】
（ステップＳ２３０）
次に、得られたスラリーを用いて、抄造法により、マット材が製作される。
【００７６】
まず、スラリーが、例えば底部に微細な孔の開いた成形器に導入される。さらに、例えば、成形器の下側から、吸引装置等により、水分を吸引し、脱水処理を行うことにより、所定の形状の原料マットが得られる。
【００７７】
次に、この原料マットをプレス器等を用いて圧縮し、所定の温度で加熱、乾燥させることにより、マット材が製作される。圧縮処理は、通常圧縮後のシート密度が０．１０ｇ／ｃｍ３〜０．４０ｇ／ｃｍ３程度となるように行われることが好ましい。加熱乾燥処理は、原料マットをオーブン等の熱処理器内に設置し、例えば９０〜１８０℃の温度で、５〜６０分程度行うことが好ましい。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の効果を実施例により説明する。
【００７９】
（実施例１）
まず、平均直径１１μｍφの市販のガラス繊維を準備した。このガラス繊維の公称組成は、表１において、「第１のガラス繊維組成」の欄に示したものであり、具体的には、重量比で、５９〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、１２〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、２０〜２４ｗｔ％のＣａＯ、１〜４ｗｔ％のＭｇＯ、０〜０．９ｗｔ％のＴｉＯ２を含み、ＺｎＯを実質的に含まず、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲にあるものである。なお、このガラス繊維には、実質的にＢ２Ｏ３は、含まれていない。
【００８０】
【表１】
2011026755.tif 000003
ガラス繊維は、平均繊維長が３ｍｍとなるように切断し、さらに、７００℃で２０分間保持してから使用した。
【００８１】
次に、このガラス繊維３０ｇを、６Ｌの水の入った混合器に入れ、１分間撹拌し、繊維を開繊した。開繊後のガラス繊維を含む水中に、ラテックス３．５ｇ（固形分５０％）、アルミナゾル１．２ｇ（固形分２０％）、および凝集剤３０ｇ（固形分０．５％）を添加し、さらに１分間撹拌し、スラリーを調製した。
【００８２】
次に、得られたスラリーを抄紙機に注入し、水分をろ過し、原料マットを得た。この原料マットを、プレス機を用いて圧縮した状態で、１０５℃に保持し、乾燥させた。これにより、シート密度が０．１４ｇ／ｃｍ３程度のマット材が得られた。
【００８３】
その後、マット材を所定の寸法に切断し、マット材のサンプル（以下、「実施例１に係るサンプル」という）を得た。
【００８４】
（実施例２）
実施例１と同様の方法により、実施例２に係るマット材を製作した。ただし、実施例２では、ガラス繊維として、前述の表１において、「第２のガラス繊維組成」の欄に示した公称組成を有する市販のガラス繊維（平均直径１１μｍφ）を使用した。具体的には、ガラス繊維組成は、重量比で、５６〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、９〜１５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１７〜２５ｗｔ％のＣａＯ、０〜５ｗｔ％のＭｇＯ、０〜４ｗｔ％のＴｉＯ２、および０〜５ｗｔ％のＺｎＯを含み、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜１ｗｔ％の範囲にある。また、ガラス繊維は、平均繊維長が３ｍｍとなるように切断し、さらに、７００℃で２０分間保持してから使用した。
【００８５】
（比較例１）
実施例１と同様の方法により、比較例１に係るマット材を製作した。ただし、比較例１では、ガラス繊維として、市販のＥ−ガラス繊維（一般的なＥ−ガラス）（平均直径１１μｍφ）を使用した。また、ガラス繊維は、平均繊維長が３ｍｍとなるように切断し、さらに、７００℃で２０分間保持してから使用した。
【００８６】
使用したＥ−ガラス繊維の公称組成は、前述の表１に示したものであり、具体的には、
重量比で、５２〜６２ｗｔ％のＳｉＯ２、１２〜１６ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３、１６〜２５ｗｔ％のＣａＯ、０〜５ｗｔ％のＭｇＯ、５〜１０ｗｔ％のＢ２Ｏ３、０〜１．５ｗｔ％のＴｉＯ２を含み、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの総和が０〜２ｗｔ％の範囲にあるものである。
【００８７】
（初期面圧評価試験）
マット材の高温での保持力を評価するため、各サンプルを用いて、初期面圧評価試験を行った。
【００８８】
評価試験は、図６に示す試験装置を用いて実施した。
【００８９】
図６に示す試験装置６００は、下台６１０と、該下台６１０の上部に配置される上台６２０と、を備える。下台６１０および上台６２０は、同一の形状および寸法を有し、鉛直方向に揃うように配置される。また下台６１０および上台６２０は、いずれも内蔵ヒータ（図示されていない）を有しており、下台６１０および上台６２０のそれぞれを、所定の温度まで昇温することができる。下台６１０は、該下台６１０の下面で支持体６３０と接続されている。支持体６３０は、非可動式であり、このため、下台６１０も固定されている。一方、上台６２０は、該上台６２０の上面で支持体６４０と接続されている。支持体６４０は、鉛直方向に移動することが可能であり、このため、上台６２０も上下に可動である。また、上台６２０は、ロードセルとなっており、上台６２０と下台６１０が接触された状態では、上台６２０の下面に加わる荷重を測定することができる。
【００９０】
このような試験装置６００を用いて、以下の手順により、各サンプルの保持力（面圧）を測定した。
【００９１】
まず、試験装置６００において、下台６１０の上面に、前述のいずれかのサンプル６５０（５６．４２ｍｍφ）が設置される。次に、支持体６４０を下降させることにより、上台６２０が下降される。上台６２０は、サンプル６５０の見かけの密度ＧＢＤが０．３５ｇ／ｃｍ３となるまで下降される。なお、ＧＢＤは、（サンプル６５０の質量／サンプル６５０の面積／サンプル６５０の厚さ）で求められる指標値である。
【００９２】
次に、見かけの密度ＧＢＤを０．３５ｇ／ｃｍ３に維持したまま、下台６１０および上台６２０の温度がそれぞれ、４００℃および７００℃となるように（すなわち、サンプル６５０の下面側の温度が４００℃となり、上面側の温度が７００となるように）、下台６１０および上台６２０内のヒータを加熱する。下台６１０の昇温速度は、８．６℃／分とし、上台６２０の昇温速度は、１５℃／分とした。
【００９３】
下台６１０および上台６２０の温度がそれぞれ、４００℃および７００℃となったときのサンプル６５０の荷重を、ロードセルで測定する。測定は、下台６１０および上台６２０の温度が所定の温度になった後、少なくとも５分以内に測定する。得られた値の最大値を、サンプル６５０の初期面圧（Ｐ０）とする。
【００９４】
図７には、初期面圧評価試験の際に得られた上台６２０の温度と、実施例１、２、および比較例１のサンプル６５０の初期面圧の関係を示す。また、図８には、実施例１、２、および比較例１のサンプルの初期面圧（Ｐ０）の値をグラフにして示す。
【００９５】
これらの結果から、比較例１に係るサンプルの場合、初期面圧（Ｐ０）は、約８０ｋＰａ程度であるのに対して、実施例１および実施例２に係るサンプルの初期面圧（Ｐ０）は、１００ｋＰａを超えることがわかった。
【００９６】
このことから、本発明に係るマット材は、従来のＥ−ガラスを使用したマット材に比べて、有意に高い初期保持力を有することが確認された。
【００９７】
（高温サイクル試験）
次に、マット材の圧縮および復元の繰り返し負荷後の保持力の変化を把握するため、実施例１、実施例２および比較例１の各サンプルを用いて、高温サイクル試験を行った。
【００９８】
高温サイクル試験は、図６に示した前述の試験装置を用いて、以下の手順で行った。
【００９９】
まず、試験装置６００において、下台６１０の上面に、前述のいずれかのサンプル６５０（５６．４２ｍｍφ）が設置される。次に、支持体６４０を下降させることにより、上台６２０が下降される。上台６２０は、サンプ６５０の見かけの密度ＧＢＤが０．３８ｇ／ｃｍ３となるまで下降される。
【０１００】
次に、下台６１０および上台６２０の温度がそれぞれ、４００℃および７００℃となるように（すなわち、サンプル６５０の下面側の温度が４００℃となり、上面側の温度が６００となるように）、下台６１０および上台６２０内のヒータを加熱する。下台６１０の昇温速度は、８．６℃／分とし、上台６２０の昇温速度は、１５℃／分とした。
【０１０１】
昇温中は、上台６２０を徐々に上昇させ、サンプル６５０がこれらの所定の温度に昇温された際に、サンプルの見かけの密度ＧＢＤが０．３５ｇ／ｃｍ３となるように、サンプルの圧縮を徐々に開放する。
【０１０２】
下台６１０および上台６２０の温度がそれぞれ、４００℃および７００℃となった状態で、見かけの密度ＧＢＤを０．３５ｇ／ｃｍ３に維持したまま、サンプル６５０を５分間保持する。次に、サンプル６５０の見かけの密度ＧＢＤが０．３８ｇ／ｃｍ３となるまで、上台６２０を下降させる。そして、この状態に到達したら、すかさず上台６２０を上昇させる。このとき上台６２０は、見かけの密度ＧＢＤが０．３５ｇ／ｃｍ３となるまで上昇させる。この状態に到達したら、サンプル６５０の荷重をロードセルで測定し、これを１サイクル後のサンプルの面圧（Ｐ１）（単位ｋＰａ）とする。
【０１０３】
このような操作を１０００回繰り返す。１０００回目に、サンプル６５０の見かけの密度ＧＢＤが０．３５ｇ／ｃｍ３となるまで、上台６２０を上昇させたときのロードセルの荷重（Ｐ１０００）（単位ｋＰａ）を測定する。
【０１０４】
得られた結果から、以下の式により、サンプルの保持力の低下率を測定した。
保持力の低下率Ｄ（％）
＝｛（Ｐ１−Ｐ１０００）／（Ｐ１）｝×１００      （１）式
表２には、各サンプルの高温サイクル試験によって得られた、１サイクル後の面圧（Ｐ１）、１０００サイクル後の面圧（Ｐ１０００）、および保持力の低下率Ｄ（％）をまとめて示す。
【０１０５】
【表２】
2011026755.tif 000004
また、図９には、実施例１、２、および比較例１のサンプルにおいて得られた、１０００サイクル後の面圧（Ｐ１０００）をグラフにして示す。
【０１０６】
これらの結果から、実施例１および実施例２に係るサンプルは、比較例１に係るサンプルに比べて、１０００サイクル後の面圧（Ｐ１０００）が大きくなっており、また保持力の低下率Ｄ（％）が有意に小さくなっていることがわかる。特に、実施例１に係るサンプルの場合、１０００サイクル後の面圧（Ｐ１０００）は、約７０ｋＰａとなっており、この値は、無機繊維としてアルミナ繊維を用いた一般的なマット材において得られる値（４５ｋＰａ〜７０ｋＰａ）に匹敵するものであった。 
以上の試験結果から、本発明によるマット材を使用することにより、従来のＥ−ガラスを使用したマット材に比べて、有意に高い初期保持力が得られることが確認された。また、本発明によるマット材は、圧縮／復元の繰り返し負荷を受けた後にも、比較的良好な保持力を維持することが確認された。
【０１０７】
（実施例３）
平均直径１１μｍφの市販のガラス繊維、および市販のバーミキュライト（オーストラリアＡＶＩ社製、Ｇｒａｄｅ１）を準備した。
【０１０８】
ガラス繊維の公称組成は、前述の表１において、「第１のガラス繊維組成」の欄に示したものである。このガラス繊維には、実質的にＢ２Ｏ３は、含まれていない。
【０１０９】
ガラス繊維は、平均繊維長が３ｍｍとなるように切断した。また、ガラス繊維は、７４０℃で１０分間保持した後、６５０℃まで１０℃／分の速度で降温してから使用した。
【０１１０】
バーミキュライトは、水５００ｍｌ中に６．４ｇ添加し、これを混合器（ＴＭＤ１０００Ｅ５型番、ＴＥＳＣＯＭ社製）で１分間粉砕処理してから使用した。
【０１１１】
次に、ガラス繊維２４．７ｇと、バーミキュライト６．４ｇとを、５Ｌの水の入った混合器に入れ、１分間撹拌し、繊維を開繊した。開繊後のガラス繊維を含む水中に、ラテックス３．５ｇ（固形分５０％）、アルミナゾル１．２ｇ（固形分２０％）、および凝集剤３０ｇ（固形分０．５％）を添加し、さらに１分間撹拌し、スラリーを調製した。
【０１１２】
次に、得られたスラリーを抄紙機に注入し、水分をろ過し、原料マットを得た。この原料マットを、プレス機を用いて圧縮した状態で、１０５℃に保持し、乾燥させた。これにより、シート密度が０．１４ｇ／ｃｍ３程度のマット材が得られた。
【０１１３】
その後、マット材を所定の寸法に切断し、マット材のサンプル（以下、「実施例３に係るサンプル」という）を得た。なお、本マット材において、バーミキュライトの含有量は、
２５ｗｔ％である。
【０１１４】
（比較例２）
実施例３と同様の方法により、比較例２に係るマット材を製作した。ただし、比較例２では、ガラス繊維として、市販のＥ−ガラス繊維（一般的なＥ−ガラス）（平均直径１１μｍφ）を使用した。その他の製作条件は、実施例３と同様である。
【０１１５】
（高温面圧評価試験）
実施例３および比較例２に係るマット材の高温での保持力を評価するため、両サンプルを用いて、高温面圧評価試験を行った。この試験方法は、前述の（初期面圧評価試験）の欄に示した方法と同様である。ただし、ここでは、初期の見かけの密度ＧＢＤを０．４０ｇ／ｃｍ３とした。また、上台６２０は、室温から８００℃まで昇温させ、下台６１０は、室温から４５６℃まで昇温させた。上台６２０の昇温速度は、１５℃／分とし、下台６１０の昇温速度は、８．６℃／分とした。
【０１１６】
図１０には、実施例３および比較例２において得られた初期面圧の測定結果をまとめて示す。
【０１１７】
この図に示すように、膨張材を添加した実施例３のマット材では、５００℃〜８００℃の範囲において、膨張材の添加効果による面圧の向上が観測された。
【０１１８】
この結果から、本発明によるマット材に、さらに膨張材を添加することにより、特に５００℃〜８００℃の範囲で、マット材の初期面圧がより一層向上することが示された。
【０１１９】
一方、ガラス繊維として一般的なＥ−ガラスを使用した比較例２の場合も、５００℃〜７００℃の範囲において、膨張材の添加効果による初期面圧の向上が観測された。しかしながら、その他の温度域では、十分な初期面圧は、得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明のマット材は、車両等に使用される排気ガス処理装置の保持シール材に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０      排気ガス処理装置
１２      金属ケーシング
２０      排気ガス処理体
２４      保持シール材
３０      マット材
５０      嵌合凸部
６０      嵌合凹部
６００    試験装置
６１０    下台
６２０    上台
６３０、６４０    支持体
６５０    サンプル。
【図１】
2011026755.tif 000005
【図２】
2011026755.tif 000006
【図３】
2011026755.tif 000007
【図４】
2011026755.tif 000008
【図５】
2011026755.tif 000009
【図６】
2011026755.tif 000010
【図７】
2011026755.tif 000011
【図８】
2011026755.tif 000012
【図９】
2011026755.tif 000013
【図１０】
2011026755.tif 000014