(57)【要約】【課題】安全性を確保しつつ、風蝕性に優れるマット材を提供する。【解決手段】アルミナ繊維からなる第１の無機繊維と、生体溶解性繊維からなる第２の無機繊維とを含むマット材であって、上記第１の無機繊維の平均繊維径は、４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径は、３．０μｍ以上であり、上記第２の無機繊維の最低繊維径は、３．０μｍ未満であることを特徴とするマット材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ繊維からなる第１の無機繊維と、
生体溶解性繊維からなる第２の無機繊維とを含むマット材であって、
前記第１の無機繊維の平均繊維径は、４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径は、３．０μｍ以上であり、
前記第２の無機繊維の最低繊維径は、３．０μｍ未満であることを特徴とするマット材。
【請求項２】
前記第２の無機繊維を構成する前記生体溶解性繊維は、生体溶解性セラミック繊維である請求項１に記載のマット材。
【請求項３】
前記第２の無機繊維を構成する前記生体溶解性繊維は、生体溶解性アルミナ繊維である請求項１に記載のマット材。
【請求項４】
前記生体溶解性アルミナ繊維は、６５〜９９重量％のＡｌ２Ｏ３及び１〜３５重量％のＳｉＯ２を含む請求項３に記載のマット材。
【請求項５】
前記第２の無機繊維の含有量は、前記第１の無機繊維及び前記第２の無機繊維の合計１００重量部に対して１〜５０重量部である請求項１〜４のいずれかに記載のマット材。
【請求項６】
前記第２の無機繊維の平均繊維径は、１．０〜４．０μｍである請求項１〜５のいずれかに記載マット材。
【請求項７】
前記第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維の組成比は、重量比で、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６５：３５〜９９：１である請求項１〜６のいずれかに記載のマット材。
【請求項８】
前記第２の無機繊維の少なくとも一部が溶融した溶融部が形成されており、
前記第１の無機繊維の少なくとも一部が、前記溶融部によって架橋されている請求項１〜７のいずれかに記載のマット材。
【請求項９】
ケーシングと、前記ケーシングに収容された排ガス処理体と、前記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、前記排ガス処理体及び前記ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置の前記保持シール材として使用される請求項１〜８のいずれかに記載のマット材。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載のマット材の製造方法であって、
抄造法により前記マット材を製造する第１の方法、又は、
ニードリング法により前記マット材を製造する第２の方法を行うことを特徴とするマット材の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の方法は、
前記第１の無機繊維を準備する工程と、
前記第２の無機繊維を準備する工程と、
前記第１の無機繊維及び前記第２の無機繊維を含むスラリーを調製する工程と、
前記スラリーを成形器に導入し、前記スラリー中の水分を脱水することにより、抄造マット中間体を作製する工程と、
前記抄造マット中間体を加熱圧縮する工程とを含む請求項１０に記載のマット材の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の方法は、
前記第１の無機繊維となる第１の無機繊維前駆体を作製する第１の紡糸工程と、
前記第２の無機繊維となる第２の無機繊維前駆体を作製する第２の紡糸工程と、
前記第１の無機繊維前駆体及び前記第２の無機繊維前駆体の混合物を堆積又は積層することにより、シート状物を作製する工程と、
前記シート状物の少なくとも一方の表面にニードリング処理を行うことにより、ニードリング処理体を作製する工程と、
前記ニードリング処理体を焼成する工程とを含む請求項１０に記載のマット材の製造方法。
【請求項１３】
ケーシングと、
前記ケーシングに収容された排ガス処理体と、
前記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、前記排ガス処理体及び前記ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、
前記保持シール材は、請求項１〜８のいずれかに記載のマット材であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マット材、マット材の製造方法、及び、排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、スス等のパティキュレート（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境又は人体に害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又は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環境又は人体に及ぼす影響についても懸念されている。
【０００３】
そこで、内燃機関と連結されることにより排ガス中のＰＭを捕集したり、排ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ又はＮＯｘ等の排ガス中の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、コージェライトや炭化ケイ素等の多孔質セラミックからなる排ガス処理体と、排ガス処理体を内部に収容するケーシング（金属容器）と、排ガス処理体及びケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置が種々提案されている。
【０００４】
排ガス浄化装置において、保持シール材は、排ガス処理体及びケーシングが接触することにより破損すること、並びに、ケーシング及び排ガス処理体の隙間から排ガスが漏出することを防止している。また、保持シール材は、排ガスの排圧により排ガス処理体が脱落することを防止している。さらに、排ガス浄化装置では、反応性を維持するために排ガス処理体を高温に保持する必要があるため、保持シール材には断熱性も要求される。
上記の要件を満たす保持シール材の部材として、アルミナ繊維等の無機繊維を含むマット材が挙げられる。
【０００５】
近年、無機繊維の安全性に関する規制が強化される動きがある。
そのような中、例えば、特許文献１には、所定の平均繊維径及び最低繊維径を有するアルミナ繊維からなるアルミナ繊維集合体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、平均繊維径が４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径が３．０μｍ以上であるアルミナ短繊維からなるアルミナ繊維集合体が開示されている。
特許文献１に記載された従来のアルミナ繊維集合体は、ハンドリングの際に繊維の飛散が少なく、取扱い性上及び作業環境衛生上の点で優れるとされている。
【０００８】
しかしながら、排ガス浄化装置の保持シール材として、特許文献１に記載された従来のアルミナ繊維集合体（マット材）を使用した場合、繊維が飛散することを防止する効果が充分ではないため、排ガスの流動に伴う応力によってマット材の表面付近において無機繊維の剥離、すなわち、マット材の風蝕が発生し、最終的には、マット材が破損するという問題が生じることが判明した。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、安全性を確保しつつ、風蝕性に優れるマット材を提供することを目的とする。また、本発明は、上記マット材の製造方法、及び、上記マット材を保持シール材として備える排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
なお、本発明のマット材は、排ガス浄化装置の保持シール材として使用する場合に適している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、排ガス浄化装置の保持シール材として、特許文献１に記載された従来のアルミナ繊維集合体（マット材）を使用した場合において、マット材の風蝕が発生する原因について検討した。
本発明者は、マット材の風蝕が発生するのは、特許文献１に記載された従来のアルミナ繊維集合体（マット材）を構成するアルミナ短繊維が太く折れやすいこと、及び、マット材の単位体積あたりの繊維の本数が少ないために繊維同士の拘束力が小さいことが原因ではないかと考えた。
【００１１】
上記の検討結果を踏まえて、本発明者は、最低繊維径が３．０μｍ未満である生体溶解性繊維を上記アルミナ短繊維とともに使用することによって、安全性及び風蝕性に優れるマット材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載のマット材は、
アルミナ繊維からなる第１の無機繊維と、
生体溶解性繊維からなる第２の無機繊維とを含むマット材であって、
上記第１の無機繊維の平均繊維径は、４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径は、３．０μｍ以上であり、
上記第２の無機繊維の最低繊維径は、３．０μｍ未満であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載のマット材には、まず、アルミナ繊維からなる第１の無機繊維が含まれている。そして、上記第１の無機繊維の平均繊維径は、４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径は、３．０μｍ以上である。第１の無機繊維は、その直径が比較的大きいため、マット材から繊維が飛散することをある程度抑制することができる。その結果、人体に無機繊維が取り込まれることをある程度防止することができる。
【００１４】
しかし、上述のとおり、アルミナ繊維からなる第１の無機繊維のみを含むマット材では、マット材から繊維が飛散することを防止する効果が充分ではないため、マット材の風蝕が発生するという問題がある。
そこで、請求項１に記載のマット材には、生体溶解性繊維からなり、最低繊維径が３．０μｍ未満である第２の無機繊維が含まれている。マット材に第２の無機繊維が含まれていると、マット材から繊維が飛散することを防止する効果を向上させることができるため、マット材の風蝕を防止することができる。
なお、第２の無機繊維は、その直径が第１の無機繊維よりも小さいため、人体に取り込まれた際の安全性が問題となる。しかし、第２の無機繊維は生体溶解性繊維からなるため、人体に取り込まれても溶解し、体外に排出される。
このように、請求項１に記載のマット材は、安全性及び風蝕性の両方に優れる。
【００１５】
第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維は、第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維よりも低い融点を有する傾向にある。従って、請求項１に記載のマット材を保持シール材等として高温で使用する場合、生体溶解性繊維の一部（例えば、繊維の表層）が溶融することにより、アルミナ繊維を架橋すると考えられる。
さらに、第２の無機繊維の最低繊維径を３．０μｍ未満と細くすることにより、マット材の単位重量又は単位体積あたりの繊維の表面積を大きくすることができる。そのため、生体溶解性繊維とアルミナ繊維との接点を多くすることができ、生体溶解性繊維がアルミナ繊維を強固に繋ぎ止めることができると考えられる。
その結果、マット材を構成する繊維が互いに融着するため、マット材から繊維が飛散しにくくなると考えられる。
【００１６】
また、第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維は、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維よりも高い融点を有し、かつ、太い最低繊維径を有している。そのため、第１の無機繊維は、マット材の基本骨格を構成する。
一方、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維は、第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維よりも細いため、柔軟性がある。そのため、第２の無機繊維は、マット材の基本骨格を構成する第１の無機繊維同士を柔軟に繋ぎ止めることができる。
このように、請求項１に記載のマット材では、第１の無機繊維及び第２の無機繊維を組み合わせることにより、それぞれの無機繊維単独からなるマット材からは予期し得ぬ効果が発揮される。
【００１７】
なお、請求項１に記載のマット材は、排ガス浄化装置の保持シール材として使用する場合に適している。
従来のマット材を保持シール材として使用する場合、マット材の端部は、排ガスに曝露される部分であるため、加熱されやすく、風蝕が発生しやすくなる。これに対し、請求項１に記載のマット材では、マット材の端部に存在する生体溶解性繊維が、加熱されることによって溶融されやすくなるため、アルミナ繊維を架橋する効果が得られやすくなる。従って、従来のマット材では風蝕が発生しやすいマット材の端部における風蝕を抑制することができる。
また、マット材の端部以外の部分では、マット材の端部に比べて、生体溶解性繊維が溶融する割合が少なく、その結果、アルミナ繊維が架橋される割合も少ない。しかし、アルミナ繊維が強固に架橋されていない分、マット材の保持力を維持することができる。
このように、請求項１に記載のマット材は、高い保持力を維持しつつ、風蝕性に優れた保持シール材として使用することができる。
【００１８】
請求項２に記載のマット材では、上記第２の無機繊維を構成する上記生体溶解性繊維は、生体溶解性セラミック繊維である。
また、請求項３に記載のマット材では、上記第２の無機繊維を構成する上記生体溶解性繊維は、生体溶解性アルミナ繊維である。
生体溶解性セラミック繊維又は生体溶解性アルミナ繊維は、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維として好適に使用することができる。
【００１９】
請求項４に記載のマット材では、上記生体溶解性アルミナ繊維は、６５〜９９重量％のＡｌ２Ｏ３及び１〜３５重量％のＳｉＯ２を含む。
上記の組成を有するアルミナ繊維を、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維として使用することができる。
【００２０】
請求項５に記載のマット材では、上記第２の無機繊維の含有量は、上記第１の無機繊維及び上記第２の無機繊維の合計１００重量部に対して１〜５０重量部である。
第２の無機繊維の含有量が１重量部未満であると、第２の無機繊維の含有量が少なすぎるため、マット材の風蝕を防止する効果が充分に得られにくくなる。一方、第２の無機繊維の含有量が５０重量部を超えると、第１の無機繊維の含有量が少なすぎるため、マット材の強度が得られにくくなる。
【００２１】
請求項６に記載のマット材では、上記第２の無機繊維の平均繊維径は、１．０〜４．０μｍである。
第２の無機繊維の平均繊維径が１．０μｍ未満の場合には、そのような生体溶解性繊維を製造するのが困難である。一方、第２の無機繊維の平均繊維径が４．０μｍを超えると、生体溶解性繊維とアルミナ繊維との接点が少なくなるため、生体溶解性繊維がアルミナ繊維を繋ぎ止める効果が充分に得られにくくなる。
【００２２】
請求項７に記載のマット材では、上記第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維の組成比は、重量比で、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６５：３５〜９９：１である。
Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６５：３５よりもＡｌ２Ｏ３が少ないと、高温時の耐熱温度が低下する傾向となる上、無機繊維の剛性が不足しやすくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝９９：１よりもＡｌ２Ｏ３が多いと、無機繊維の柔軟性が失われやすい。
【００２３】
請求項８に記載のマット材では、上記第２の無機繊維の少なくとも一部が溶融した溶融部が形成されており、上記第１の無機繊維の少なくとも一部が、上記溶融部によって架橋されている。
上述のとおり、請求項１に記載のマット材を高温で使用する場合、生体溶解性繊維の一部が溶融することにより、アルミナ繊維を架橋すると考えられる。しかし、請求項８に記載のマット材のように、高温で使用する前から、溶融した生体溶解性繊維によってアルミナ繊維の一部が架橋されていてもよい。
このようなマット材を保持シール材として使用する場合、保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに組み付ける前において、無機繊維の飛散を防止することができる。
【００２４】
請求項９に記載のマット材は、ケーシングと、上記ケーシングに収容された排ガス処理体と、上記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、上記排ガス処理体及び上記ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置の上記保持シール材として使用される。
上述のように、請求項１〜８のいずれかに記載のマット材を、排ガス浄化装置の保持シール材として使用することにより、安全性を確保しつつ、保持シール材の風蝕を防止することができる。
【００２５】
請求項１０に記載のマット材の製造方法は、
請求項１〜８のいずれかに記載のマット材の製造方法であって、
抄造法により上記マット材を製造する第１の方法、又は、
ニードリング法により上記マット材を製造する第２の方法を行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に記載のマット材の製造方法では、上記第１の方法は、上記第１の無機繊維を準備する工程と、上記第２の無機繊維を準備する工程と、上記第１の無機繊維及び上記第２の無機繊維を含むスラリーを調製する工程と、上記スラリーを成形器に導入し、上記スラリー中の水分を脱水することにより、抄造マット中間体を作製する工程と、上記抄造マット中間体を加熱圧縮する工程とを含む。
【００２７】
請求項１２に記載のマット材の製造方法では、上記第２の方法は、上記第１の無機繊維となる第１の無機繊維前駆体を作製する第１の紡糸工程と、上記第２の無機繊維となる第２の無機繊維前駆体を作製する第２の紡糸工程と、上記第１の無機繊維前駆体及び上記第２の無機繊維前駆体の混合物を堆積又は積層することにより、シート状物を作製する工程と、上記シート状物の少なくとも一方の表面にニードリング処理を行うことにより、ニードリング処理体を作製する工程と、上記ニードリング処理体を焼成する工程とを含む。
【００２８】
請求項１０〜１２に記載のマット材の製造方法によれば、請求項１〜８に記載のマット材を好適に製造することができる。
【００２９】
請求項１３に記載の排ガス浄化装置は、
ケーシングと、
上記ケーシングに収容された排ガス処理体と、
上記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、上記排ガス処理体及び上記ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、
上記保持シール材は、請求項１〜８のいずれかに記載のマット材であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係るマット材の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の製造方法の一例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
【００３２】
（第一実施形態）
以下、本発明のマット材、マット材の製造方法、及び、排ガス浄化装置の一実施形態である第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（マット材）
まず、本発明の第一実施形態に係るマット材について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係るマット材の一例を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の第一実施形態に係るマット材１０は、所定の長さ（以下、図１中、矢印Ｌで示す）、幅（図１中、矢印Ｗで示す）及び厚さ（図１中、矢印Ｔで示す）を有する平面視略矩形の平板状の形状を有している。
【００３４】
図１に示すマット材１０では、マット材１０の長さ方向側の端部のうち、一方の端部には凸部１１が形成されており、他方の端部には凹部１２が形成されている。マット材１０の凸部１１及び凹部１２は、後述する排ガス浄化装置を組み立てるために排ガス処理体にマット材１０を巻き付けた際に、ちょうど互いに嵌合するような形状となっている。
【００３５】
本発明の第一実施形態に係るマット材は、アルミナ繊維からなる第１の無機繊維と、生体溶解性繊維からなる第２の無機繊維とを含んでいる。このようなマット材は、第１の無機繊維及び第２の無機繊維を絡み合わせることにより製造することができる。
【００３６】
本発明の第一実施形態に係るマット材では、第１の無機繊維及び第２の無機繊維が、マット材全体にわたって混じり合い、絡み合っていることが望ましい。
従って、本発明の第一実施形態に係るマット材は、第１の無機繊維を含むシート及び第２の無機繊維を含むシートの２層からなるマット材とは異なる。また、本発明の第一実施形態に係るマット材は、上記２層からなるマット材の界面のみにおいて第１の無機繊維及び第２の無機繊維が混じり合い、絡み合っている構成とも異なる。
【００３７】
本発明の第一実施形態に係るマット材を構成する第１の無機繊維について説明する。
第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のみを含んでもよいし、アルミナの他にシリカ（ＳｉＯ２）を含んでいてもよい。
具体的には、上記アルミナ繊維の組成比は、重量比で、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６５：３５〜９９：１であることが好ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７０：３０〜９９：１であることがより好ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８〜９８：２であることがさらに好ましい。
また、第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維は、その他の無機化合物を含んでいてもよい。その他の無機化合物としては、例えば、ＣａＯ、ＭｇＯ又はＺｒＯ２等が挙げられる。これらの無機化合物は、単独で含まれていてもよく、２種以上含まれていてもよい。
【００３８】
第１の無機繊維を構成するアルミナ繊維としては、例えば、三菱化学社製のマフテックＭＬＳ−２等が挙げられる。
【００３９】
第１の無機繊維の平均繊維径の下限は、４．０μｍであり、好ましくは５．０μｍであり、より好ましくは６．０μｍである。一方、第１の無機繊維の平均繊維径の上限は、１０．０μｍであり、好ましくは８．０μｍである。
【００４０】
第１の無機繊維の最低繊維径は、３．０μｍ以上であり、好ましくは４．０μｍ以上であり、より好ましくは５．０μｍ以上である。また、第１の無機繊維の最低繊維径は、好ましくは９．０μｍ未満であり、より好ましくは７．０μｍ未満である。
【００４１】
本明細書において、第１の無機繊維の平均繊維径及び最低繊維径は、以下の方法により測定する。
まず、第１の無機繊維をシリンダーに入れ、２０．６ＭＰａで加圧粉砕する。次に、この試料をふるい網に載せ、ふるいを通過した試料を電子顕微鏡観察用試験体とする。この試験体の表面に金等を蒸着させた後、倍率約１５００倍程度の電子顕微鏡写真を撮影する。得られた写真から少なくとも４０本の繊維の径を測定する。この操作を５試料について繰り返し、測定値の平均値を第１の無機繊維の平均繊維径とし、測定値の最小値を第１の無機繊維の最低繊維径とする。
【００４２】
本発明の第一実施形態に係るマット材を構成する第２の無機繊維について説明する。
第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維とは、短期吸入試験による生体内滞留試験で２０μｍより長い繊維が１０日未満の荷重半減期となるもの、又は、気管内注入による短期の生体内滞留試験で２０μｍより長い繊維が４０日未満の荷重半減期となるものをいう。これらの荷重半減期を満たすものは、生体溶解性繊維が生体内に取り込まれた際の発がん性の危険性を低くすることができるからである。
【００４３】
第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維は、生体溶解性セラミック繊維又は生体溶解性アルミナ繊維であることが好ましい。
【００４４】
上記生体溶解性セラミック繊維は、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、及び、ホウ素化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、アルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を含むことがより好ましい。
【００４５】
上記アルカリ金属化合物としては、例えば、ナトリウム、カリウムの酸化物又は塩が挙げられる。上記アルカリ土類金属化合物としては、マグネシウム、カルシウム、バリウムの酸化物又は塩が挙げられる。上記ホウ素化合物としては、ホウ素の酸化物又は塩が挙げられる。無機繊維の材料として用いられるシリカ、アルミナ、シリカアルミナ、ガラス等に、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ホウ素の酸化物又は塩を含ませて得られる繊維は、生体溶解性の効果を高めることができる。
生体溶解性セラミック繊維は、少なくとも酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を１５〜３０重量％含むか、又は、少なくとも酸化カルシウム（ＣａＯ）を１５〜３５重量％含むことが好ましい。
【００４６】
上記生体溶解性セラミック繊維は、上記アルカリ金属化合物等の他にシリカを６０〜８５重量％含むことが好ましく、７０〜８０重量％含むことがより好ましい。生体溶解性セラミック繊維中のシリカの含有量が６０重量％未満であると、生体溶解性セラミック繊維の強度が弱くなりやすい。一方、生体溶解性セラミック繊維中のシリカの含有量が８５重量％を超えると、生体溶解性セラミック繊維中の無機化合物の含有量が少なくなるため、生体溶解性の効果が低下しやすくなる。
【００４７】
第２の無機繊維を構成する生体溶解性セラミック繊維としては、例えば、ニチアス株式会社製のファインフレックスＥ、ＢＩＯＯＬ、新日本サーマルセラミックス株式会社製のＳＷ６０７、ＳＷ６０７ＨＴ、ユニフラックス社製のＩｓｏｆｒａｘ、Ｉｎｓｕｌｆｒａｘ等が挙げられる。
【００４８】
上記生体溶解性アルミナ繊維は、６５〜９９重量％のＡｌ２Ｏ３及び１〜３５重量％のＳｉＯ２を含むことが好ましい。
【００４９】
上記生体溶解性アルミナ繊維としては、例えば、特開２００４−１８３１５３号公報に記載されている無機繊維、すなわち、紡糸液を紡糸することによって作製される繊維前駆体を加熱処理して得られる、Ａｌ２Ｏ３成分が６５〜９９重量％、ＳｉＯ２成分が１〜３５重量％からなる無機繊維において、上記加熱処理の温度が８００〜１１００℃（好ましくは９００〜１１００℃）であって、上記無機繊維の生理食塩水中での溶解率が１％以上であることを特徴とする無機繊維等が挙げられる。
特開２００４−１８３１５３号公報に記載されている無機繊維は、１１００℃以上の熱履歴を有しても、遊離ケイ酸の１種であるクリストバライトを生成していないことを特徴としている。また、この無機繊維は、構成結晶層としてγ−アルミナを含むことを特徴としている。
【００５０】
第２の無機繊維の平均繊維径の下限は、１．０μｍである。一方、第２の無機繊維の平均繊維径の上限は、４．０μｍであり、好ましくは２．０μｍであり、より好ましくは１．５μｍであり、さらに好ましくは１．０μｍである。
【００５１】
第２の無機繊維の最低繊維径は、３．０μｍ未満であり、好ましくは２．５μｍ未満であり、より好ましくは２．０μｍ未満である。また、第２の無機繊維の最低繊維径は、好ましくは０．５μｍ以上であり、より好ましくは１．０μｍ以上である。
【００５２】
第２の無機繊維の平均繊維径及び最低繊維径の測定方法は、上述した第１の無機繊維の平均繊維径及び最低繊維径の測定方法と同様である。
【００５３】
本発明の第一実施形態に係るマット材において、第２の無機繊維の含有量は、第１の無機繊維及び第２の無機繊維の合計１００重量部に対して１〜５０重量部であることが好ましく、３〜２０重量部であることがより好ましい。
また、第１の無機繊維の含有量は、第１の無機繊維及び第２の無機繊維の合計１００重量部に対して５０〜９９重量部であることが好ましく、８０〜９７重量部であることがより好ましい。
【００５４】
本発明の第一実施形態に係るマット材では、第２の無機繊維の少なくとも一部が溶融した溶融部が形成されており、第１の無機繊維の少なくとも一部が溶融部によって架橋されていてもよい。
具体的には、第２の無機繊維の表層が溶融した溶融部が形成されていてもよい。また、マット材の端部に存在する第２の無機繊維の表層が溶融した溶融部が形成されていてもよい。
このようなマット材を保持シール材として使用する場合、保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに組み付ける前において、無機繊維の飛散を防止することができる。
マット材に溶融部を形成する方法としては、例えば、ケーシングに組み付ける前のマット材を熱処理する方法等が挙げられる。
【００５５】
本発明の第一実施形態に係るマット材には、有機バインダ等のバインダが付与されていてもよい。マット材に付与されたバインダによって、マット材を構成する無機繊維同士を互いに固着することができる。従って、保持シール材として使用する際、保持シール材をケーシングに圧入する際の保持シール材の嵩を低減させたり、無機繊維の飛散を防止したりすることができる。
【００５６】
マット材にバインダを付与する方法としては、例えば、スプレー等を用いてマット材にバインダ溶液を所定量吹きかけることにより、マット材にバインダを付着させる方法、及び、マット材にバインダ溶液を含浸させる方法等が挙げられる。
【００５７】
上記バインダ溶液としては、アクリル系樹脂等の有機バインダを水に分散させて調製したエマルジョンを用いることができる。また、上記バインダ溶液には、アルミナゾル等の無機バインダが適宜含まれていてもよい。
【００５８】
本発明の第一実施形態に係るマット材には、無機繊維同士の絡み合いを形成するためのニードリング処理が施されていてもよい。
ニードリング処理を行うことによって、マット材を構成する第１の無機繊維及び第２の無機繊維がより強く絡み合う。従って、保持シール材として使用する際、無機繊維の飛散を効果的に防止することができる。
【００５９】
（マット材の製造方法）
本発明の第一実施形態に係るマット材の製造方法の一例として、抄造法によりマット材を製造する方法（以下、単に「第１の方法」ともいう）を説明する。
【００６０】
上記第１の方法は、
（１−１）上記第１の無機繊維を準備する工程と、
（１−２）上記第２の無機繊維を準備する工程と、
（１−３）上記第１の無機繊維及び上記第２の無機繊維を含むスラリーを調製する工程と、
（１−４）上記スラリーを成形器に導入し、上記スラリー中の水分を脱水することにより、抄造マット中間体を作製する工程と、
（１−５）上記抄造マット中間体を加熱圧縮する工程とを含む。
【００６１】
第１の方法では、「抄造法」により、マット材を作製する。「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することによりマット材を得る方法の総称である。
【００６２】
以下、第１の方法の各工程について詳しく説明する。
【００６３】
工程（１−１）では、上述した第１の無機繊維を準備する。
【００６４】
第１の無機繊維は、例えば、以下の方法により作製することができる。
まず、Ａｌ含有量、及び、ＡｌとＣｌとの原子比が所定の値となるように調製された塩基性塩化アルミニウム水溶液に、焼成後の無機繊維における組成比が所定の値となるようにケイ素化合物を添加する。さらに、成形性向上を目的として有機重合体を適量添加して混合液を調製する。得られた混合液を濃縮し、紡糸液を調製する。
【００６５】
塩基性塩化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３−ｘＣｌｘ）は、例えば、塩酸又は塩化アルミニウム水溶液に金属アルミニウムを溶解させることにより調製することができる。上記化学式におけるｘの値は、好ましくは０．４５〜０．５４であり、より好ましくは０．５０〜０．５３である。
【００６６】
ケイ素化合物としては、シリカゾルを好適に使用することができるが、シリカゾルの他にテトラエチルシリケート又は水溶性シロキサン誘導体等の水溶性ケイ素化合物を使用することもできる。
【００６７】
有機重合体としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール又はポリアクリルアミド等の水溶性高分子化合物を好適に使用することができる。有機重合体の重合度は、好ましくは１０００〜３０００である。
【００６８】
第１の無機繊維は、上記紡糸液として、アルミニウムとケイ素との比が、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２との重量比に換算してＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６５：３５〜９９：１、アルミニウムの濃度が１８０〜２００ｇ／Ｌ、有機重合体の濃度が２０〜４０ｇ／Ｌである紡糸液を使用することにより作製することができる。
【００６９】
Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝９９：１よりもＳｉＯ２が少ない場合には、第１の無機繊維を構成するアルミナがα−アルミナ化しやすくなり、また、アルミナ粒子の粗大化による繊維の脆化が生じやすくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６５：３５よりもＳｉＯ２が多い場合には、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）とともに生成するシリカ（ＳｉＯ２）の量が増えるため、耐熱性が低下しやすくなる。
Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２との重量比に換算したアルミニウムとケイ素との比は、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝９９：１〜６５：３５であることが好ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７０：３０〜９９：１であることがより好ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８〜９８：２であることがさらに好ましい。
【００７０】
アルミニウムの濃度が１８０ｇ／Ｌ未満である場合、又は、有機重合体の濃度が２０ｇ／Ｌ未満である場合には、いずれも、適性な粘度が得られないため、繊維径が小さくなる。
一方、アルミニウムの濃度が２００ｇ／Ｌを超える場合、又は、有機重合体の濃度が４０ｇ／Ｌを超える場合には、いずれも、粘度が高くなりすぎるため、紡糸液にはならない。アルミニウムのより好ましい濃度は１８５〜１９５ｇ／Ｌであり、有機重合体のより好ましい濃度は３０〜４０ｇ／Ｌである。
【００７１】
上記紡糸液は、塩基性塩化アルミニウム及び有機重合体の濃度が上記の範囲となるように濃縮することによって調製される。紡糸液の常温における粘度は、１〜１０００ポイズであることが好ましく、１０〜１００ポイズであることがより好ましい。
【００７２】
次に、調製した紡糸液を使用して、ブローイング法により紡糸を行う。この紡糸により、数十ｍｍ〜数百ｍｍの長さを有するアルミナ繊維前駆体が得られる。
ブローイング法とは、エアーノズルから吹き出される空気流と紡糸液供給ノズルから押し出される紡糸液流とによって、紡糸を行う方法である。ブローイング法では、キャリアガス（空気）の流速と紡糸液の供給量とを制御することにより、アルミナ繊維前駆体の平均直径および最低直径を制御することができる。
従って、紡糸液の粘度、及び、紡糸条件により、第１の無機繊維の平均繊維径及び最低繊維径が定められる。
【００７３】
エアーノズルからのスリットあたりのガス流速は、４０〜２００ｍ／ｓであることが好ましい。
紡糸ノズルの直径は、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。
紡糸液供給ノズル１本あたりの液量は、１〜１２０ｍｌ／ｈ程度であることが好ましいが、３〜５０ｍｌ／ｈ程度であることがより好ましい。
上記の条件では、紡糸液供給ノズルから押し出される紡糸液は、スプレー状（霧状）となることなく充分に延伸され、繊維相互で溶着されにくくなる。そのため、紡糸条件（及び／又は紡糸液の粘度）を最適化することにより、４．０〜１０．０μｍの平均繊維径及び３．０μｍ以上の最低繊維径を有するアルミナ繊維となるアルミナ繊維前駆体を得ることができる。
【００７４】
また、紡糸の際、まず、水分の蒸発又は紡糸液の分解が抑制された条件において、紡糸液から充分に延伸された繊維が形成され、次いで、この繊維が速やかに乾燥されることが好ましい。
【００７５】
続いて、上記アルミナ繊維前駆体を常温から加熱し、最高温度１２５０℃程度で、０．５〜２時間連続焼成する。
焼成温度は、５００℃以上であることが好ましく、７００〜１４００℃であることがより好ましい。焼成温度が５００℃未満である場合には、結晶化が不十分であるため、強度の小さい脆弱な繊維しか得られない。一方、焼成温度が１４００℃を超える場合には、繊維の結晶の粒成長が進行するため、強度の小さい脆弱な繊維しか得られない。
以上の方法により、第１の無機繊維を作製することができる。
【００７６】
工程（１−２）では、上述した第２の無機繊維を準備する。
【００７７】
第２の無機繊維の一例である生体溶解性セラミック繊維は、例えば、以下の方法により作製することができる。
第１には、生体溶解性セラミック繊維は、液相状態になるような高温まで加熱及び溶融した原料をブローイング法を用いて紡糸することにより作製することができる。
第２には、生体溶解性セラミック繊維は、第１の無機繊維と同様、所定の組成を有する紡糸液を調製し、上記紡糸液を紡糸して生体溶解性セラミック繊維前駆体を作製した後、生体溶解性セラミック繊維前駆体を焼成する方法によっても作製することができる。
【００７８】
第２の無機繊維の別の一例である生体溶解性アルミナ繊維は、例えば、以下の方法により作製することができる。
まず、Ａｌ含有量、及び、ＡｌとＣｌとの原子比が所定の値となるように調製された塩基性塩化アルミニウム水溶液に、焼成後の無機繊維における組成比が所定の値となるようにケイ素化合物を添加する。さらに、成形性向上を目的として有機重合体を適量添加して混合液を調製する。得られた混合液を濃縮し、紡糸液を調製する。
【００７９】
塩基性塩化アルミニウム水溶液、ケイ素化合物、及び、有機重合体としては、第１の無機繊維を作製する際に用いたものと同様のものを使用することができる。
【００８０】
ただし、上記紡糸液において、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２との重量比に換算したアルミニウムとケイ素との比は、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝８０：２０〜６０：４０であることが好ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７４：２６〜７０：３０であることがより好ましい。
【００８１】
次に、調製した紡糸液を使用して、ブローイング法により紡糸を行う。この紡糸により、数十ｍｍ〜数百ｍｍの長さを有するアルミナ繊維前駆体が得られる。
【００８２】
続いて、上記アルミナ繊維前駆体を、８００〜１１００℃で、５分間〜１時間加熱する。
加熱温度は、９００〜１１００℃であることが好ましい。また、加熱処理の昇降温速度は、５〜３０℃／ｍｉｎであることが好ましい。
上記の温度範囲で加熱処理を行った無機繊維のＸ線回折スペクトルは、構成結晶相としてγ−アルミナを含む。
【００８３】
通常、アルミナ繊維前駆体を加熱すると、ポリエチレングリコール等の有機重合体が焼失し、その際、繊維に微細孔が生じる。
加熱温度が１２５０℃程度であると、加熱処理後に微細孔はほぼ消失するが、加熱温度が８００〜１１００℃であると、加熱処理後においても微細孔が多く残存する。この残存する微細孔によって、無機繊維の生体溶解性が向上すると推測されている。
以上の方法により、生体溶解性アルミナ繊維を作製することができる。
【００８４】
なお、第２の無機繊維の繊維径の調整は、以下の方法により行うことができる。
一般に、紡糸液の粘度が低いほど、エアーノズルからのスリットあたりのガス流速が早いほど、紡糸ノズルの直径が小さいほど、又は、紡糸液供給ノズル１本あたりの液量が少ないほど、繊維径を小さくすることができる。
従って、紡糸液の粘度及び／又は紡糸条件を最適化することにより、３．０μｍ未満の最低繊維径を有する第２の無機繊維を作製することができる。
【００８５】
工程（１−３）では、工程（１−２）で準備した第１の無機繊維、及び、工程（１−２）で準備した第２の無機繊維を用いて、以下の方法により、スラリーを調製する。
【００８６】
まず、所定量の第１の無機繊維と第２の無機繊維と有機バインダとを水に入れて、混合する。この際、無機バインダ及び／又は凝集剤をさらに添加してもよい。
【００８７】
無機バインダとしては、例えば、アルミナゾル及びシリカゾル等を使用することができる。
また、有機バインダとしては、ラテックス等を使用することができる。
【００８８】
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。
【００８９】
工程（１−４）では、得られたスラリーを、例えば底部に微細な孔の開いた成形器に導入する。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（抄造マット中間体）を作製する。
【００９０】
工程（１−５）では、上記原料マット（抄造マット中間体）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、マット材を作製する。
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分間程度行うことが好ましい。
【００９１】
以上のステップにより、本発明の第一実施形態に係るマット材を製造することができる。
【００９２】
なお、第２の無機繊維の少なくとも一部が溶融した溶融部が形成されたマット材を製造する場合には、工程（１−５）の後、マット材を熱処理するか、又は、マット材をレーザー切断すること等により、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維を溶融させる工程を行えばよい。
上記の工程を行うことにより、マット材に溶融部を容易に形成することができる。
【００９３】
次に、本発明の第一実施形態に係るマット材の製造方法の別の一例として、ニードリング法によりマット材を製造する方法（以下、単に「第２の方法」ともいう）を説明する。
【００９４】
上記第２の方法は、
（２−１）上記第１の無機繊維となる第１の無機繊維前駆体を作製する第１の紡糸工程と、
（２−２）上記第２の無機繊維となる第２の無機繊維前駆体を作製する第２の紡糸工程と、
（２−３）上記第１の無機繊維前駆体及び上記第２の無機繊維前駆体の混合物を堆積又は積層することにより、シート状物を作製する工程と、
（２−４）上記シート状物の少なくとも一方の表面にニードリング処理を行うことにより、ニードリング処理体を作製する工程と、
（２−５）上記ニードリング処理体を焼成する工程とを含む。
【００９５】
第２の方法では、「ニードリング法」により、マット材を作製する。「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することにより、マット材を作製する方法の総称である。
【００９６】
以下、第２の方法の各工程について詳しく説明する。
【００９７】
工程（２−１）では、上述した第１の無機繊維となる第１の無機繊維前駆体を作製する。
第１の無機繊維前駆体は、例えば、第１の方法の工程（１−１）において、焼成処理を行わないことにより作製することができる。
その他の条件等は、第１の方法の工程（１−１）と同様である。
【００９８】
工程（２−２）では、上述した第２の無機繊維となる第２の無機繊維前駆体を作製する。
第２の無機繊維前駆体は、例えば、第１の方法の工程（１−２）において、焼成処理を行わないことにより作製することができる。
その他の条件等は、第１の方法の工程（１−２）と同様である。
【００９９】
工程（２−３）では、工程（２−１）で作製した第１の無機繊維前駆体、及び、工程（２−２）で作製した第２の無機繊維前駆体の混合物を堆積又は積層することにより、所定の大きさの連続したシート状物を作製する。
【０１００】
工程（２−４）では、上記シート状物の少なくとも一方の表面にニードリング処理を行うことにより、ニードリング処理体を作製する。
ニードリング処理を行うことによって、マット材を構成する第１の無機繊維及び第２の無機繊維をより強く絡み合わせることができる。従って、保持シール材として使用する際、無機繊維の飛散を効果的に防止することができる。
【０１０１】
ニードリング法には、ニードリング装置を用いることができる。
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から構成される。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。
【０１０２】
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よい。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。このようなニードリング装置を用いて、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を行ってもよい。上記の方法でニードリング処理を行うことにより、処理時間を短縮することができる。
【０１０３】
工程（２−５）では、上記ニードリング処理体を常温から加熱し、最高温度１２５０℃程度で、０．５〜２時間連続焼成する。
【０１０４】
最後に、必要に応じて、上記のように製造したマット材を所定の形状（例えば、図１に示すような形状）に裁断する。
以上のステップにより、本発明の第一実施形態に係るマット材を製造することができる。
【０１０５】
なお、第２の無機繊維の少なくとも一部が溶融した溶融部が形成されたマット材を製造する場合には、工程（２−５）の後、マット材を熱処理するか、又は、マット材をレーザー切断すること等により、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維を溶融させる工程を行えばよい。
上記の工程を行うことにより、マット材に溶融部を容易に形成することができる。
【０１０６】
（排ガス浄化装置）
本発明による第一実施形態に係るマット材は、排ガス浄化装置の保持シール材として使用することが好ましい。
【０１０７】
以下、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置について説明する。
図２は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
図２に示すように、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置１００は、多数のセル１３１がセル壁１３２を隔てて長手方向に並設された柱状の排ガス処理体１３０と、排ガス処理体１３０を収容するケーシング１２０と、排ガス処理体１３０とケーシング１２０との間に配設され、排ガス処理体１３０を保持する保持シール材１１０とから構成されている。
ケーシング１２０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浄化装置を通過した排ガスが外部に排出される排出管とが接続されることになる。
なお、図２に示す排ガス浄化装置１００では、排ガス処理体１３０として、各々のセルにおけるいずれか一方が封止材１３３によって目封じされた排ガスフィルタ（ハニカムフィルタ）を用いている。
【０１０８】
図２に示す排ガス浄化装置１００では、保持シール材１１０として、図１に示したマット材１０が用いられている。
【０１０９】
上述した構成を有する排ガス浄化装置１００を排ガスが通過する場合について、図２を参照して以下に説明する。
図２に示すように、内燃機関から排出され、排ガス浄化装置１００に流入した排ガス（図２中、排ガスをＧで示し、排ガスの流れを矢印で示す）は、排ガス処理体（ハニカムフィルタ）１３０の排ガス流入側端面１３０ａに開口した一のセル１３１に流入し、セル１３１を隔てるセル壁１３２を通過する。この際、排ガス中のＰＭがセル壁１３２で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス流出側端面１３０ｂに開口した他のセル１３１から流出し、外部に排出される。
【０１１０】
この際、排ガスの熱によって、保持シール材中の第２の無機繊維（生体溶解性繊維）の一部が溶融して溶融部を形成し、保持シール材中の第１の無機繊維（アルミナ繊維）が溶融部によって架橋されると考えられる。
マット材に予め溶融部が形成されていない場合、排ガスの熱を利用して保持シール材に溶融部を形成すると、マット材（保持シール材）の柔軟性を維持したまま排ガス処理体をケーシングに組み付けることができる点において望ましい。
なお、溶融部は、第２の無機繊維の表層、特に、マット材の端部に存在する第２の無機繊維の表層に形成されると考えられる。
【０１１１】
ただし、上述のように、予め溶融部が形成されたマット材を保持シール材として用いてもよい。この場合、保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体をケーシングに組み付ける前において、無機繊維の飛散を防止することができる。
【０１１２】
次に、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体（ハニカムフィルタ）及びケーシングについて説明する。
なお、排ガス浄化装置を構成する保持シール材の構成については、本発明の第一実施形態に係るマット材として既に説明しているので省略する。
【０１１３】
まず、排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体について説明する。
図３は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を模式的に示す斜視図である。
図３に示すように、排ガス処理体（ハニカムフィルタ）１３０は、主に多孔質セラミックからなり、その形状は略円柱状である。また、ハニカムフィルタ１３０の外周には、ハニカムフィルタ１３０の外周部を補強したり、形状を整えたり、ハニカムフィルタ１３０の断熱性を向上させたりする目的で、外周コート層１３４が設けられている。
なお、ハニカムフィルタ１３０の内部の構成については、上述した本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の説明で既に述べた通りである（図２参照）。
【０１１４】
次に、排ガス浄化装置を構成するケーシングについて説明する。
ケーシングは、主にステンレス等の金属からなり、その形状は、図２に示すように、両端部の内径が中央部の内径よりも小さい略円筒状であってもよいし、また、図４に示すように、内径が一定である略円筒状であってもよい。
ケーシングの内径（排ガス処理体を収容する部分の内径）は、排ガス処理体の端面の直径と排ガス処理体に巻付けられた状態の保持シール材（マット材）の厚さとを合わせた長さより若干短くなっていることが好ましい。
【０１１５】
続いて、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の製造方法について説明する。
図４は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の製造方法の一例を模式的に示す斜視図である。図４では、内径が一定である略円筒状のケーシングを用いた例を示している。
【０１１６】
まず、図１に示したマット材１０を排ガス処理体（ハニカムフィルタ）１３０の周囲に巻き付けることにより、巻付体（保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体）１５０を作製する巻き付け工程を行う。
巻き付け工程では、従来公知の方法により作製した略円柱形状の排ガス処理体１３０の外周に、マット材１０を凸部１１と凹部１２とが嵌合するようにして巻き付ける。
その結果、保持シール材１１０が巻き付けられた排ガス処理体１３０である巻付体１５０を作製することができる。
【０１１７】
次に、作製した巻付体１５０を、所定の大きさを有する略円筒状であって、主に金属等からなるケーシング１４０に収容する収容工程を行う。
収容後に保持シール材が圧縮して所定の反発力（すなわち、排ガス処理体を保持する力）を発揮するために、ケーシング１４０の内径は、保持シール材１１０を巻き付けた排ガス処理体１３０の保持シール材１１０の厚さを含めた最外径より少し小さくなっている。
以上の方法により、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置を製造することができる。
【０１１８】
収容工程において、巻付体をケーシングに収容する方法としては、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）、及び、クラムシェル方式等が挙げられる。
圧入方式（スタッフィング方式）では、圧入治具等を用いて、ケーシングの内部の所定の位置まで巻付体を圧入する。サイジング方式（スウェージング方式）では、巻付体をケーシングの内部に挿入した後、ケーシングの内径を縮めるように外周側から圧縮する。クラムシェル方式では、ケーシングを、第１のケーシング及び第２のケーシングの２つの部品に分離可能な形状としておき、巻付体を第１のケーシング上に載置した後に第２のケーシングを被せて密封する。
巻付体をケーシングに収容する方法の中では、圧入方式（スタッフィング方式）又はサイジング方式（スウェージング方式）が望ましい。圧入方式（スタッフィング方式）又はサイジング方式（スウェージング方式）では、ケーシングとして２つの部品を用いる必要がないため、製造工程の数を少なくすることができるからである。
【０１１９】
以下に、本発明の第一実施形態に係るマット材、マット材の製造方法、及び、排ガス浄化装置の作用効果について列挙する。
（１）本実施形態のマット材は、アルミナ繊維からなる第１の無機繊維と、生体溶解性繊維からなる第２の無機繊維とを含むマット材であって、上記第１の無機繊維の平均繊維径は、４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径は、３．０μｍ以上であり、上記第２の無機繊維の最低繊維径は、３．０μｍ未満であることを特徴とする。
まず、第１の無機繊維は、その直径が比較的大きいため、マット材から繊維が飛散することをある程度抑制することができる。その結果、人体に無機繊維が取り込まれることをある程度防止することができる。
さらに、第２の無機繊維が含まれていることにより、マット材から繊維が飛散することを防止する効果を向上させることができるため、マット材の風蝕を防止することができる。
なお、第２の無機繊維は、その直径が第１の無機繊維よりも小さいため、人体に取り込まれた際の安全性が問題となる。しかし、第２の無機繊維は生体溶解性繊維からなるため、人体に取り込まれても溶解し、体外に排出される。
このように、本実施形態のマット材は、安全性及び風蝕性の両方に優れる。
【０１２０】
（２）本実施形態のマット材を、排ガス浄化装置の保持シール材として使用することにより、安全性を確保しつつ、保持シール材の風蝕を防止することができる。
【０１２１】
（３）本実施形態のマット材の製造方法は、抄造法により上記マット材を製造する第１の方法、又は、ニードリング法により上記マット材を製造する第２の方法を行うことを特徴とする。
本実施形態のマット材の製造方法によれば、本実施形態のマット材を好適に製造することができる。
【０１２２】
（４）本実施形態の排ガス浄化装置では、本実施形態のマット材を、排ガス浄化装置の保持シール材として使用することにより、安全性を確保しつつ、保持シール材の風蝕を防止することができる。
【実施例】
【０１２３】
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【０１２４】
（実施例１）
（マット材の作製）
（１）スラリー調製工程
まず、第１の無機繊維として、三菱化学社製のマフテックＭＬＳ−２（平均繊維径：６μｍ、最低繊維径：３．５μｍ）を準備した。また、第２の無機繊維として、新日本サーマルセラミックス株式会社製のＳＷ６０７（生体溶解性セラミック繊維、平均繊維径：４μｍ、最低繊維径：１μｍ）を準備した。
【０１２５】
次に、上記第１の無機繊維を２９７ｇと、上記第２の無機繊維を２９７ｇと、アクリル系ラテックスを３６ｇと、アルミナゾルを４．８ｇと、水とを、原料液中の無機繊維（第１の無機繊維及び第２の無機繊維）の含有量が０．５重量％となるように混合し、攪拌機で６０秒間攪拌することでスラリーを調製した。
【０１２６】
（２）抄造マット中間体作製工程
次に、底面にろ過用のメッシュが形成された成形槽（長さ９３０ｍｍ×幅５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍ）に得られたスラリーを流し込んだ後に、スラリー中の水をメッシュを介して脱水することにより、抄造マット中間体を作製した。
【０１２７】
（３）加熱圧縮工程
さらに、抄造マット中間体を１２０℃、３０分間加熱圧縮することにより、実施例１のマット材を作製した。
【０１２８】
（耐風蝕性試験）
以下の風蝕性測定装置を用いて、耐風蝕性試験を行った。
風蝕性測定装置は、上下方向から耐風蝕性試験用サンプルを挟み込むことにより、サンプルを所定の圧縮密度で保持することのできる上板部材及び下板部材と、外部から供給される空気を連続的に所定の風圧でサンプルの側面に吹きつけるように調整可能なエアノズルとから構成されている。
本明細書において、圧縮密度とは、圧縮後のサンプルの嵩密度を圧縮前のサンプルの嵩密度を用いて算出した計算値を示すものとする。例えば、見かけの体積が半分となるようにサンプルを圧縮すると、圧縮密度は、圧縮前のサンプルの嵩密度の二倍となる。
【０１２９】
耐風蝕性試験は、以下の手順で行った。
まず、実施例１のマット材を２５ｍｍ角に切断して耐風蝕性試験サンプルとした。
次に、サンプルの両表面が上板部材及び下板部材に接するようにして、上板部材と下板部材とでサンプルを挟み込んで保持した。この時、サンプルの圧縮密度が０．３ｇ／ｃｍ３となるように調整した。さらに、サンプルの側面からエアノズルの先端までの距離が３．６ｍｍとなるようにエアノズルの位置を調整した。この状態で、空気を風圧１３５ｋＰａの条件で連続して３時間吹きつけることによりサンプルを風蝕させた。なお、この操作は、７００℃の温度条件下で行った。
風蝕されたサンプルの側面に形成された孔について、サンプルの表面から孔の底までの距離を測定し、風蝕量（ｍｍ）とした。
その結果、実施例１のマット材における風蝕量は、１ｍｍであった。
【０１３０】
（比較例１）
実施例１の工程（１）で、第１の無機繊維を５９４ｇ用い、かつ、第２の無機繊維を用いなかったこと以外は、実施例１と同様の方法により、比較例１のマット材を作製した。
【０１３１】
（比較例２）
第２の無機繊維の代わりに、Ｓａｆｆｉｌ  ＬＤＭ（生体溶解性繊維ではないアルミナ繊維、平均繊維径：３μｍ、最低繊維径：１．７μｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法により、比較例２のマット材を作製した。
【０１３２】
比較例１及び比較例２のマット材について、実施例１と同様にして耐風蝕性試験を行い、風蝕量について評価した。
その結果、比較例１のマット材における風蝕量は、１０ｍｍであった。また、比較例２のマット材における風蝕量は、８ｍｍであった。
【０１３３】
実施例１、比較例１及び比較例２について、マット材の構成、及び、風蝕量について表１に示す。
【０１３４】
【表１】
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【０１３５】
表１より、実施例１のマット材は、比較例１及び比較例２のマット材よりも耐風蝕性が高いことが判明した。そのため、実施例１のマット材を排ガス浄化装置の保持シール材として用いる場合には、保持シール材に風蝕が発生しにくく、排気ガス処理体の脱落を防止することができると考えられる。
【０１３６】
一方、比較例１のマット材は、第１の無機繊維のみを含み、マット材から繊維が飛散することを充分に防止することができないため、耐風蝕性が低いと考えられる。
また、比較例２のマット材は、最低繊維径の小さい繊維を含んでいるものの、耐風蝕性が低かった。その理由は明らかではないが、最低繊維径の小さい繊維が生体溶解性繊維でないと、繊維が溶融することにより第１の無機繊維を架橋する効果が得られないためであると考えられる。
【０１３７】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態に係るマット材を構成する第２の無機繊維は、生体溶解性繊維からなっていればよく、生体溶解性繊維の組成は特に限定されない。
第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維は、上述したように、生体溶解性セラミック繊維又は生体溶解性アルミナ繊維であることが好ましいが、生体溶解性セラミック繊維及び生体溶解性アルミナ繊維の両方を含んでいてもよい。また、第２の無機繊維を構成する生体溶解性繊維は、生体溶解性セラミック繊維及び生体溶解性アルミナ繊維の少なくとも１種に、その他の生体溶解性繊維をさらに含んでいてもよい。
【０１３８】
本発明の実施形態に係るマット材には、本発明の第一実施形態で説明した第１の無機繊維及び第２の無機繊維以外に、ガラス繊維等が含まれていてもよい。
ただし、本発明の実施形態に係るマット材においては、本発明の第一実施形態で説明した第１の無機繊維及び第２の無機繊維が、マット材を構成する繊維全体の８０重量％以上含まれていることが好ましい。また、本発明の実施形態に係るマット材は、繊維として、本発明の第一実施形態で説明した第１の無機繊維及び第２の無機繊維のみを含むことがより好ましい。
【０１３９】
本発明の実施形態に係るマット材を構成する第１の無機繊維及び第２の無機繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、１０ｍｍ〜５００ｍｍであることが好ましい。
なお、「繊維の平均繊維長」とは、ランダムに採取した１００本の繊維の全長を平均した値をいう。
【０１４０】
本発明の実施形態に係るマット材の端面に形成された凹部及び凸部の形状は、凹部と凸部とが嵌合することができる形状であれば特に限定されないが、一組の凹部及び凸部からなる場合には、一方の端面の一部に幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ〜幅３００ｍｍ×長さ１００ｍｍの大きさに渡って突出した凸部が形成されており、他方の端面の一部にそれに嵌合する形状の凹部が形成されていることが望ましい。
このような凹部及び凸部の形状を有するマット材を保持シール材として用いて排ガス浄化装置を製造する場合には、保持シール材で排ガス処理体を確実に保持することができるので、取り扱い性に優れることとなる。
凸部の大きさが、幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍよりも小さい場合、及び、幅３００ｍｍ×長さ１００ｍｍよりも大きい場合には、排ガス処理体にマット材を巻き付けた際に、マット材の端面同士との接触面積が少ないため、マット材の端面同士が当接されにくくなる。その結果、保持シール材が排ガス処理体を保持しにくくなる。
なお、本発明の実施形態に係るマット材において、上記マット材の端面には、互いに嵌合する複数の凹部及び凸部が形成されていてもよいし、凹部及び凸部が形成されていなくてもよい。
【０１４１】
本発明の第一実施形態に係るマット材において説明した「平面視略矩形」とは、図１に示したような、凸部及び凹部を含む概念である。また、「平面視略矩形」には、マット材の角部が、９０°以外の角度を有する形状も含まれる。例えば、マット材の角部が、鋭角又は鈍角を有する形状であってもよいし、曲率を有する形状であってもよい。
【０１４２】
本発明の実施形態に係るマット材の目付量（単位面積あたりの重量）は、特に限定されないが、２００〜５０００ｇ／ｍ２であることが望ましく、１０００〜３０００ｇ／ｍ２であることがより望ましい。マット材の目付量が２００ｇ／ｍ２未満であると、保持シール材としての保持力が充分ではなく、マット材の目付量が５０００ｇ／ｍ２を超えると、マット材の嵩が低くなりにくい。そのため、このようなマット材を保持シール材として用いて排ガス浄化装置を製造する場合、排ガス処理体がケーシングから脱落しやすくなる。
また、マット材の嵩密度（巻付体をケーシングに圧入する前の保持シール材の嵩密度）についても、特に限定されないが、０．１０〜０．３０ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。マット材の嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ３未満であると、繊維の絡み合いが弱く、繊維が剥離しやすいため、マット材の形状を所定の形状に保ちにくくなる。また、マット材の嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ３を超えると、マット材が硬くなり、排ガス処理体への巻き付け性が低下し、マット材が割れやすくなる。
【０１４３】
本発明の実施形態に係るマット材の厚さは、特に限定されないが、２〜５０ｍｍであることが望ましく、６〜２０ｍｍであることがより望ましい。
マット材の厚さが２ｍｍ未満であると、保持シール材としての保持力が充分ではない。そのため、このようなマット材を保持シール材として用いて排ガス浄化装置を製造する場合、排ガス処理体がケーシングから脱落しやすくなる。また、マット材の厚さが５０ｍｍを超えると、マット材が厚すぎるため、排ガス処理体への巻き付け性が低下し、マット材が割れやすくなる。
【０１４４】
本発明の実施形態に係るマット材を排ガス浄化装置の保持シール材として用いる場合、排ガス浄化装置を構成する保持シール材の枚数は特に限定されず、１枚の保持シール材であってもよいし、互いに結合された複数枚の保持シール材であってもよい。
複数枚の保持シール材を結合する方法としては、特に限定されず、例えば、ミシン縫いで保持シール材同士を縫合する方法、粘着テープ又は接着材等で保持シール材同士を接着する方法等が挙げられる。
【０１４５】
本発明の実施形態に係るマット材において、マット材の製造に用いられる有機バインダとしては、アクリル系樹脂に限られず、例えば、アクリルゴム等のゴム、カルボキシメチルセルロース又はポリビニルアルコール等の水溶性有機重合体、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等であってもよい。これらの中では、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムが特に望ましい。
また、有機バインダの配合量は、第１の無機繊維と第２の無機繊維と有機バインダと無機バインダとの合計に対して０．５〜１５重量％であることが好ましい。
有機バインダの配合量が、上記合計に対して０．５重量％未満であると、有機バインダの量が少なすぎて、無機繊維が飛散しやすくなるため、保持シール材の強度が低下しやすくなる。一方、有機バインダの配合量が、上記合計に対して１５重量％を超えると、保持シール材を電気加熱式排ガス浄化装置に用いた場合に、排出される排ガス中の、有機バインダに由来して排出される有機成分の量が増加することになるので、環境に負荷がかかりやすくなる。
【０１４６】
本発明の実施形態に係るマット材において、マット材の製造に用いられるエマルジョン（バインダ溶液）には、上述した有機バインダが複数種類含まれていてもよい。
また、上記バインダ溶液としては、上述した有機バインダを水に分散させたラテックスの他に、上述した有機バインダを水又は有機溶媒に溶解させた溶液等であってもよい。
【０１４７】
上記バインダ溶液に無機バインダが含まれる場合、無機バインダとしては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル等が挙げられる。
また、無機バインダの配合量は、無機繊維同士を結合することができるのであれば、特に限定されないが、第１の無機繊維と第２の無機繊維と有機バインダと無機バインダとの合計に対して０．５〜１５重量％であることが好ましい。
無機バインダの配合量が、上記合計に対して０．５重量％未満であると、無機バインダの量が少なすぎて、無機繊維が飛散しやすくなるため、保持シール材の強度が低下しやすくなる。一方、無機バインダの配合量が、上記合計に対して１５重量％を超えると、保持シール材が固くなりすぎるため、保持シール材が割れやすくなる。
【０１４８】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を構成するケーシングの材質は、耐熱性を有する金属であれば特に限定されず、具体的には、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属類が挙げられる。
【０１４９】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を構成するケーシングの形状は、略円筒型形状の他、クラムシェル型形状、ダウンサイジング型形状等を好適に用いることができる。
【０１５０】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の形状は、柱状であれば特に限定されず、略円柱状の他に、例えば、略楕円柱状や略角柱状等任意の形状、大きさのものであってもよい。
【０１５１】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体としては、コージェライト等からなり、図３に示したように一体的に形成された一体型ハニカム構造体であってもよく、あるいは、炭化ケイ素等からなり、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム焼成体を主にセラミックを含む接着材層を介して複数個結束してなる集合型ハニカム構造体であってもよい。
【０１５２】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体には、触媒が担持されていてもよい。
排ガス処理体に担持されている触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、バリウム等のアルカリ土類金属、又は、酸化セリウム等の金属酸化物等が挙げられる。これらの触媒は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【０１５３】
本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置において、排ガス処理体がハニカム構造体である場合、セルに封止材が設けられずに、セルの端部が封止されていなくてもよい。この場合、排ガス処理体は、白金等の触媒を担持させることによって、排ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ又はＮＯｘ等の有害なガス成分を浄化する触媒担体として機能する。
【０１５４】
本発明のマット材においては、マット材がアルミナ繊維からなる第１の無機繊維と、生体溶解性繊維からなる第２の無機繊維とを含むこと、上記第１の無機繊維の平均繊維径が、４．０〜１０．０μｍであり、かつ、最低繊維径は、３．０μｍ以上であること、及び、上記第２の無機繊維の最低繊維径が、３．０μｍ未満であることを必須の構成要素としている。
また、本発明のマット材の製造方法においては、本発明のマット材を製造することを必須の構成要素としている。
さらに、本発明の排ガス浄化装置においては、本発明のマット材を保持シール材として用いることを必須の構成要素としている。
係る必須の構成要素に、本発明の第一実施形態、及び、本発明のその他の実施形態で詳述した種々の構成（例えば、第１の無機繊維の組成、第２の無機繊維の組成、マット材の形状、排ガス浄化装置の構成等）を適宜組み合わせることにより所望の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１０  マット材
１００  排ガス浄化装置
１１０  保持シール材
１２０、１４０  ケーシング
１３０  排ガス処理体
【図１】
2013170338.tif 000004
【図２】
2013170338.tif 000005
【図３】
2013170338.tif 000006
【図４】
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