JP5872841B2 - マット材及び排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、マット材及び排ガス浄化装置に関する。

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。

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。

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。
また、アルミナ繊維の代わりに、ガラス繊維を含むマット材も提案されている。例えば、特許文献１には、Ｅ−ガラス等のガラス繊維を含むマット材が開示されている。

特表２００６−５１６０４３号公報

近年、排ガス中のＮＯｘを浄化するために、排ガス浄化装置の一種である尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、選択的触媒還元）装置が提案されている。
尿素ＳＣＲ装置では、以下の方法により、ＮＯｘを浄化することができる。まず、ゼオライト等の触媒が担持された排ガス処理体を備えた排ガス浄化装置内に尿素水を噴霧する。そして、尿素の熱分解によってアンモニアを発生させて、ゼオライトの作用によりアンモニア及びＮＯｘを還元させてＮ_２とする。

しかしながら、尿素ＳＣＲ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マット材を使用した場合、尿素ＳＣＲ装置の使用時間の経過に伴い、保持シール材の面圧（保持シール材の保持面に負荷される圧力）が低下する結果、保持シール材の保持力が低下するという問題が生じることが判明した。

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、保持力が低下しにくい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、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用する場合に適している。

本発明者は、尿素ＳＣＲ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マット材を使用した場合において、保持力が低下する原因について検討した。
本発明者は、特許文献１に記載された従来のマット材を構成するガラス繊維が、尿素ＳＣＲ装置内に存在する尿素及びアンモニア等のアルカリ成分と反応し、その結果、ガラス繊維が劣化するのではないかと考えた。

上記の検討結果を踏まえて、本発明者は、特定の組成を有するガラス繊維を使用することによって、保持力が低下しにくいマット材が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、請求項１に記載のマット材は、
ガラス繊維を含むマット材であって、
上記ガラス繊維は、ＳｉＯ_２を５２〜６６重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を９〜２６重量％、ＣａＯを１５〜２７重量％、ＭｇＯを０〜９重量％、ＴｉＯ_２を０〜４重量％、ＺｎＯを０〜５重量％、並びに、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを総和で０〜２重量％含み、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まないことを特徴とする。

請求項１に記載のマット材を排ガス浄化装置、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用すると、使用時間が経過しても、保持シール材の面圧が低下しにくいため、保持シール材の保持力が低下することを防止することができる。
その理由については明らかではないが、請求項１に記載のマット材では、マット材を構成するガラス繊維がＢ_２Ｏ_３を実質的に含まないことが影響していると考えられる。

請求項２に記載のマット材では、上記ガラス繊維の平均繊維径は、９〜１５μｍである。
ガラス繊維の平均繊維径が９〜１５μｍであると、ガラス繊維の強度及び柔軟性が充分に高くなり、保持シール材として使用する際のせん断強度を向上させることができる。

請求項３に記載のマット材では、さらに、有機バインダを含有する。
マット材に有機バインダが含有されていると、保持シール材として使用する際、保持シール材の嵩高さを抑えたり、排ガス浄化装置を組み立てる前の作業性を高めたりすることができる。

請求項４に記載のマット材では、さらに、膨張材を含有する。
また、請求項５に記載のマット材では、上記膨張材は、バーミキュライト、ベントナイト、金雲母、パーライト、膨張性黒鉛、及び、膨張性フッ化雲母からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む。
マット材に膨張材が含有されていると、４００〜８００℃の範囲でマット材が膨張するようになるため、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、保持シール材として使用する際の保持力を向上させることができる。

請求項６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。
また、請求項７に記載のマット材において、上記排ガス浄化装置は、尿素ＳＣＲ装置として機能する。
上述のように、請求項１〜５のいずれかに記載のマット材を、排ガス浄化装置、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用することにより、保持シール材の保持力が低下することを防止することができる。

請求項８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１〜５のいずれかに記載のマット材であることを特徴とする。

請求項９に記載の排ガス浄化装置は、尿素ＳＣＲ装置として機能する。

請求項１０に記載の排ガス浄化装置では、上記排ガス処理体は、触媒担体又は排ガスフィルタである。

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２は、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を示す工程図である。 図３は、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を示す工程図である。 図４は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。 図５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６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７は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の別の一例を模式的に示す断面図である。 図８は、実施例１及び比較例１における面圧及び面圧の減少率を示すグラフである。

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。

（第一実施形態）
以下、本発明のマット材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。

（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。

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。

本発明の第一実施形態に係るマット材は、ガラス繊維を含んでいる。このようなマット材は、ガラス繊維を絡み合わせることにより製造することができる。

上記ガラス繊維は、ＳｉＯ_２を５２〜６６重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を９〜２６重量％、ＣａＯを１５〜２７重量％、ＭｇＯを０〜９重量％、ＴｉＯ_２を０〜４重量％、ＺｎＯを０〜５重量％、並びに、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを総和で０〜２重量％含み、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まないことを特徴としている。

本明細書において、「Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まない」とは、ＩＣＰ質量分析により測定したガラス繊維中のＢ_２Ｏ_３含有量が、１重量％未満であることをいう。
なお、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、ガラス繊維中に総和で０〜２重量％含まれていればよい。従って、ガラス繊維中にＮａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの両方が含まれる場合、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏのいずれか一方が含まれる場合、並びに、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏがともに含まれない場合のいずれであってもよい。

本発明の第一実施形態に係るマット材においては、ガラス繊維の組成が上記数値範囲内である限り、具体的なガラス繊維の組成は限定されない。
例えば、ガラス繊維は、５２〜６２重量％のＳｉＯ_２を含んでいてもよいし、６２重量％超（すなわち、６２．１〜６６重量％）のＳｉＯ_２を含んでいてもよい。
また、ガラス繊維は、９〜１７重量％のＡｌ_２Ｏ_３を含んでいてもよいし、１７重量％超（すなわち、１７．１〜２６重量％）のＡｌ_２Ｏ_３を含んでいてもよい。
ガラス繊維は、１７〜２７重量％のＣａＯを含んでいてもよいし、１７重量％未満（すなわち、１５〜１６．９重量％）のＣａＯを含んでいてもよい。
さらに、ガラス繊維は、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２及びＺｎＯの少なくとも１種を実質的に含んでいなくてもよい。なお、「ＭｇＯを実質的に含まない」とは、ＩＣＰ質量分析により測定したガラス繊維中のＭｇＯ含有量が、１重量％未満であることをいう。ＴｉＯ_２及びＺｎＯについても同様である。また、ＩＣＰ質量分析により測定したガラス繊維中のＮａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総和の含有量が、１重量％未満であってもよい。
このように、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、任意成分である。

本発明の第一実施形態に係るマット材において、ガラス繊維は、実質的に上記成分からなるが、上記成分以外のその他の成分を合計で５重量％まで含有してもよい。
その他の成分としては特に限定されないが、例えば、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２又はＳＯ_３等が挙げられる。

そして、本発明の第一実施形態に係るマット材において、ガラス繊維は、その他の成分を含む各成分の合計が１００重量％となるように構成されている。

本発明の第一実施形態に係るマット材を構成するガラス繊維の具体例としては、例えば、オーウェンスコーニング社製のアドバンテックスガラス等が挙げられる。

本発明の第一実施形態に係るマット材には、ガラス繊維の他、有機バインダ等のバインダが含有されていてもよい。
マット材に有機バインダ等のバインダが含有されていると、保持シール材として使用する際、保持シール材の嵩高さを抑えたり、排ガス浄化装置を組み立てる前の作業性を高めたりすることができる。

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、スチレン系樹脂等を使用することができる。
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、２０重量％以下であることが好ましく、０．５〜１０重量％であることがより好ましく、０．５〜２．０重量％であることがさらに好ましい。
ただし、マット材に含有される有機バインダは、そのようなマット材を備える排ガス処理装置を使用した際に、排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、マット材に全く含有されていなくてもよい。

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。

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。

本発明の第一実施形態に係るマット材には、さらに膨張材が含有されていてもよい。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。
マット材に膨張材が含有されていると、４００〜８００℃の範囲でマット材が膨張するようになるため、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、保持シール材として使用する際の保持力を向上させることができる。

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、及び、膨脹性フッ化雲母等が挙げられる。これらの膨張材は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
膨張材の添加量は、特に限定されないが、マット材の全重量に対して５〜５０重量％であることが好ましく、１０〜３０重量％であることがより好ましい。

（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（以下、第１のマット材の製造方法ともいう）を説明する。
図２は、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を示す工程図である。

本発明の第一実施形態に係る第１のマット材の製造方法は、
（Ａ）上述した組成を有するガラス繊維を準備するステップ（Ｓ１１０）と、
（Ｂ）上記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）上記積層シートから、ニードリング法によりマット材を形成するステップ（Ｓ１３０）とを含む。

第１のマット材の製造方法では、いわゆる「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。

以下、各ステップについて、詳しく説明する。

（ステップＳ１１０）
ステップＳ１１０では、上述した組成を有するガラス繊維を準備する。

ガラス繊維の繊維径は、特に限定されない。ガラス繊維の平均繊維径は、９〜１５μｍ（例えば、１１μｍ）であることが好ましく、９〜１３μｍであることがより好ましい。
ガラス繊維の平均繊維径が９〜１５μｍであると、ガラス繊維の強度及び柔軟性が充分に高くなり、保持シール材として使用する際のせん断強度を向上させることができる。
なお、「繊維の平均繊維径」とは、ランダムに採取した３００本の繊維の直径をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により測定し、これらの直径を平均した値をいう。

（ステップＳ１２０）
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で得られたガラス繊維を用いて、開繊処理を行うことにより、綿状の積層シートを形成する。
開繊処理は、例えば、カーディング法により行うことができる。カーディング法では、ウェブと呼ばれる不織布を形成し、この不織布を多数積層することにより、積層シートを形成することができる。

（ステップＳ１３０）
ステップＳ１３０では、上記積層シートから、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／１００ｃｍ^２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。

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。

次に、ガラス繊維を熱処理する。
熱処理温度は、６００〜８００℃（例えば、７００℃）であることが好ましい。また、熱処理時間は、１０分間〜２４時間（例えば、２０分間）であることが好ましい。

最後に、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）に裁断することにより、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。

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（以下、第２のマット材の製造方法ともいう）を説明する。
図３は、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を示す工程図である。

本発明の第一実施形態に係る第２のマット材の製造方法は、
（Ａ）上述した組成を有するガラス繊維を準備するステップ（Ｓ２１０）と、
（Ｂ）上記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）上記スラリーから、抄造法によりマット材を形成するステップ（Ｓ２３０）とを含む。

第２のマット材の製造方法では、いわゆる「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。

以下、各ステップについて、詳しく説明する。

（ステップＳ２１０）
ステップＳ２１０は、第１のマット材の製造方法におけるステップＳ１１０の工程と実質的に等しいため、説明を省略する。

ガラス繊維の繊維径は、特に限定されない。ガラス繊維の平均繊維径は、第１のマット材の製造方法と同様に、９〜１５μｍ（例えば、１１μｍ）であることが好ましく、９〜１３μｍであることがより好ましい。

（ステップＳ２２０）
ステップＳ２２０では、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、スラリーを調製する。

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。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。また、上述した材料からなる膨脹材を添加してもよい。

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。有機バインダの含有量は、２０重量％以下であることが好ましい。有機バインダの含有量が２０重量％よりも多くなると、排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。

次に、得られた混合物を抄紙器等の混合器内で攪拌し、開繊されたスラリーを調製する。通常、攪拌は、２０秒〜１２０秒程度行われることが好ましい。

（ステップＳ２３０）
ステップＳ２３０では、得られたスラリーを用いて、抄造法によりマット材を作製する。

まず、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を得る。

次に、上記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。
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。

（排ガス浄化装置）
本発明の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く、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用することが好ましい。

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４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４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４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。

図４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。

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４を参照して以下に説明する。
図４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４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。

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。

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５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５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４参照）。

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４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、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。

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６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６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。

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。

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。

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。

続いて、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の別の一例として、尿素ＳＣＲ装置について説明する。
図７は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の別の一例を模式的に示す断面図である。
図７に示す尿素ＳＣＲ装置２００は、尿素噴霧口２１０が設けられている以外は、図４に示した排ガス浄化装置１００と同様の構成を有している。
尿素ＳＣＲ装置２００において、尿素噴霧口２１０は、排ガスＧが排ガス処理体１３０内に流入する前段部分（排ガスＧの上流側）に設けられており、尿素噴霧口２１０からは尿素水２２０が噴霧される。

このような尿素ＳＣＲ装置２００を用いて排ガスを浄化する方法について、図７を参照して以下に説明する。
なお、排ガス中のＰＭを捕集する方法については、図４に示した排ガス浄化装置１００を用いる場合と同様であるため、その説明を省略する。

次に、排ガス中のＮＯｘを浄化する方法について説明する。
尿素ＳＣＲ装置２００においては、尿素水２２０を排ガス処理体（ハニカムフィルタ）１３０に向けて噴霧する。すると、尿素水２２０に含まれる尿素が、排ガスの熱によって熱分解してアンモニア（図示せず）が生じる。
このアンモニアは、尿素ＳＣＲ装置２００に導入された排ガスＧとともに排ガス処理体１３０を通過する。そして、アンモニア及び排ガス中のＮＯｘは、ゼオライト等の触媒が担持されたセル壁１３２を通過する際、ゼオライト等の作用により還元されてＮ_２となる。その結果、ＮＯｘの浄化が達成される。
その後、ＮＯｘが浄化された排ガスＧは、尿素ＳＣＲ装置２００から排出される。

上記の尿素ＳＣＲ装置は、排ガスがハニカムフィルタ内に流入する前段部分（排ガスの上流側）に尿素噴霧口を設ける以外は、上述した排ガス浄化装置と同様の方法により製造することができる。

以下に、本発明の第一実施形態に係るマット材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を排ガス浄化装置、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用すると、使用時間が経過しても、保持シール材の面圧が低下しにくいため、保持シール材の保持力が低下することを防止することができる。
その理由については明らかではないが、本実施形態のマット材では、マット材を構成するガラス繊維がＢ_２Ｏ_３を実質的に含まないことが影響していると考えられる。

（２）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、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用することにより、保持シール材の保持力が低下することを防止することができる。

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。

（マット材の作製）
（実施例１）
まず、ガラス繊維（オーウェンスコーニング社製、アドバンテックスガラス、平均繊維長：６ｍｍ、平均繊維径：１２μｍ）を準備した。
上記ガラス繊維は、７４０℃で１０分間加熱してから使用した。

次に、上記ガラス繊維１３４．７ｇを水６０Ｌに投入し、６０Ｈｚで３０分間攪拌した。攪拌後のガラス繊維を含む水中にラテックス（日本ゼオン社製、ＬＸ８５２）を１５．０ｇ投入し、６０Ｈｚで１分間攪拌した。続いて、アルミナゾル（日産化学社製、ＡＬ５２０）を５．４ｇ投入し、６０Ｈｚで１分間攪拌した。さらに、高分子凝集剤として、非イオン性ポリアクリルアミド（アライドコロイド社製、パーコール４７）の０．５重量％水溶液を２６９．３ｇ投入し、６０Ｈｚで１分間攪拌した。
上記の方法により、スラリーを調製した。

３３５ｍｍ×３３５ｍｍのタッピ式抄造機を用いて、上記スラリーを抄造することにより、目付量（単位面積当たりの重量）が１２００ｇ／ｍ^２の原料マットを得た。

プレス式乾燥機を用いて、得られた原料マットを厚さ４．８ｍｍに圧縮した状態で、１５０℃で１５分間乾燥させることにより、実施例１のマット材を作製した。

（比較例１）
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。
ただし、比較例１では、ガラス繊維として、Ｅ−ガラス（オーウェンスコーニング社製、平均繊維長：６ｍｍ、平均繊維径：１２μｍ）を使用した。
比較例１で使用するガラス繊維の公称組成は、ＳｉＯ_２：５２〜６２重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１２〜１６重量％、ＣａＯ：１６〜２５重量％、ＭｇＯ：０〜５重量％、Ｂ_２Ｏ_３：５〜１０重量％、ＴｉＯ_２：０〜１．５重量％、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総和：０〜２重量％を含むものである。

（耐アルカリ試験）
マット材を尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用した場合における保持力を評価するため、実施例１及び比較例１のマット材について、耐アルカリ試験を行った。

まず、実施例１のマット材を直径５０ｍｍのトムソン刃型で打ち抜くことにより、マット材のサンプル（以下、実施例１のサンプルという）を作製した。
同様に、比較例１のマット材を打ち抜くことにより、マット材のサンプル（以下、比較例１のサンプルという）を作製した。

実施例１及び比較例１のサンプルに、水３０ｍＬを１８時間含浸させた。

実施例１及び比較例１の別のサンプルに、尿素水溶液（ＡｄＢｌｕｅ（登録商標））３０ｍＬを１８時間含浸させた。

１０５℃に調温した乾燥機にて、各サンプルを２時間乾燥させた。その後、４００℃に調温した電気炉にて、各サンプルを２時間焼成した。

各サンプルについて、以下の方法により、面圧を測定した。
なお、面圧の測定には、ＭＴＳ社製の熱間面圧測定装置を使用した。

まず、室温状態で、サンプルの嵩密度（ＧＢＤ）が０．４ｇ／ｃｍ^３となるまで圧縮し、５分間保持した。
なお、サンプルの嵩密度は、「嵩密度＝サンプルの重量／（サンプルの面積×サンプルの厚さ）」で求められる値である。

サンプルを圧縮した状態で５０℃／ｍｉｎで５００℃まで昇温しながら、嵩密度を０．３６４ｇ／ｃｍ^３まで開放した。
そして、サンプルを温度５００℃、嵩密度０．３６４ｇ／ｃｍ^３の状態で５分間保持した。

その後、１ｉｎｃｈ（２５．４ｍｍ）／ｍｉｎで嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ^３となるまで圧縮し、その時の荷重を測定した。

得られた荷重をサンプルの面積で除算することにより、面圧（ｋＰａ）を求めた。
実施例１において、水を含浸させたサンプルの面圧は２７１．３ｋＰａであり、尿素水溶液を含浸させたサンプルの面圧は２５４．６ｋＰａであった。
比較例１において、水を含浸させたサンプルの面圧は３０６．０ｋＰａであり、尿素水溶液を含浸させたサンプルの面圧は２８３．１ｋＰａであった。

また、実施例１及び比較例１において、水を含浸させたサンプルの面圧に対する尿素水溶液を含浸させたサンプルの面圧の割合を計算することにより、面圧の減少率（％）を算出した。
実施例１における面圧の減少率は６．１％であり、比較例１における面圧の減少率は７．５％であった。

実施例１及び比較例１について、各サンプルの面圧、及び、面圧の減少率をまとめて表１に示した。
また、実施例１及び比較例１における面圧及び面圧の減少率を図８のグラフに示した。

表１及び図８に示すように、比較例１における面圧の値は、実施例１における面圧の値よりも大きいものの、比較例１における面圧の減少率は、実施例１における面圧の減少率よりも大きいことが判明した。
従って、比較例１のマット材を排ガス浄化装置、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用した場合、使用時間の経過とともに、保持シール材の保持力が大きく低下していくと考えられる。
一方、実施例１のマット材を排ガス浄化装置、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用した場合、使用時間が経過しても、保持シール材の保持力はそれほど低下しないと考えられる。

以上の結果より、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まないガラス繊維を含むマット材を、排ガス浄化装置、特に、尿素ＳＣＲ装置の保持シール材として使用することにより、使用時間が経過しても、保持シール材の面圧が低下しにくくなる結果、保持シール材の保持力が低下することを防止することができると考えられる。

（その他の実施形態）
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ガラス繊維以外に、アルミナ繊維又はシリカ繊維等の無機繊維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ガラス繊維が、マット材を構成する繊維全体の５０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ガラス繊維のみを含むことがより好ましい。

本発明の実施形態に係るマット材を構成するガラス繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、３０μｍ〜１２０ｍｍであることが望ましく、０．１ｍｍ〜１００ｍｍであることがより望ましい。
ガラス繊維の平均繊維長が３０μｍ未満であると、ガラス繊維の繊維長が短すぎるため、ガラス繊維同士の交絡が不充分となり、保持シール材として使用する際のせん断強度が低くなる。また、ガラス繊維の平均繊維長が１２０ｍｍを超えると、ガラス繊維の繊維長が長すぎるため、保持シール材の製造時におけるガラス繊維の取り扱い性が低下する。その結果、排ガス処理体への巻き付け性が低下し、保持シール材が割れやすくなる。
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。

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。

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。

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／ｍ^２であることが望ましく、１０００〜３０００ｇ／ｍ^２であることがより望ましい。マット材の目付量が２００ｇ／ｍ^２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／ｍ^２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／ｃｍ^３であることが望ましい。マット材の嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

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、無機バインダがさらに含まれていてもよい。
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。

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。

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。

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。

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５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。

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。

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。

本発明のマット材においては、マット材がガラス繊維を含むこと、及び、上記ガラス繊維が、ＳｉＯ_２を５２〜６６重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を９〜２６重量％、ＣａＯを１５〜２７重量％、ＭｇＯを０〜９重量％、ＴｉＯ_２を０〜４重量％、ＺｎＯを０〜５重量％、並びに、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを総和で０〜２重量％含み、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まないことを必須の構成要素としている。また、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、ガラス繊維の組成、マット材の形状、マット材の製造方法等）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。

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
２００ 尿素ＳＣＲ装置

Claims (7)

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、ＳｉＯ_２を５２〜６６重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を９〜２６重量％、ＣａＯを１５〜２７重量％、ＭｇＯを０〜９重量％、ＴｉＯ_２を０〜４重量％、ＺｎＯを０〜５重量％、並びに、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを総和で０〜２重量％含み、Ｂ_２Ｏ_３を実質的に含まず、
   前記マット材は、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、
   前記排ガス浄化装置は、尿素ＳＣＲ装置として機能することを特徴とするマット材。
2. 前記ガラス繊維の平均繊維径は、９〜１５μｍである請求項１に記載のマット材。
3. さらに、有機バインダを含有する請求項１又は２に記載のマット材。
4. さらに、膨張材を含有する請求項１〜３のいずれかに記載のマット材。
5. 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、膨張性黒鉛、及び、膨張性フッ化雲母からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む請求項４に記載のマット材。
6. 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１〜５のいずれかに記載のマット材であり、
   尿素ＳＣＲ装置として機能することを特徴とする排ガス浄化装置。
7. 前記排ガス処理体は、触媒担体又は排ガスフィルタである請求項６に記載の排ガス浄化装置。

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