JP5046829B2 - 保持シール材及び保持シール材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無機繊維マットに関する。詳細には、無機繊維マットにおける繊維飛散性を低減するための構成に関する。

従来から、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス処理装置として触媒コンバータが用いられている。この触媒コンバータは、触媒を担持させた触媒担体（排ガス処理体）と、この触媒担体を収納する金属製のシェル（ケーシング）と、の間に保持シール材を介在させて構成しているのが一般である。この保持シール材として、アルミナ−シリカ系等のセラミックスファイバーからなるとともに有機バインダーを含浸させ、所定の厚みのマット状に成形した、無機繊維マットが採用されることがある。

この触媒コンバータにおいて前記保持シール材は断熱効果を奏するとともに、シェルと触媒担体の間から未浄化排気ガスが漏洩することを防止し、また、シェルと触媒担体との接触による破損を防止する効果を奏する。

ここで、前記保持シール材（無機繊維マット）を構成している無機繊維は極細の繊維であるため、触媒コンバータの組立作業時に、保持シール材の表面から繊維が飛散して作業環境を悪化させるおそれがある。

この点に関し、特許文献１は、アルミナ繊維集合体において平均繊維径及び最低繊維径を特定の範囲に制御することで、アルミナ短繊維の飛散を抑制し得ることを開示する。
特開２００３−１０５６５８号公報

特許文献２は、上記特許文献１のアルミナ繊維集合体を前記保持シール材として使用することで、触媒コンバータの組立作業時に無機繊維の飛散量を抑制できることを開示する。更に上記特許文献２は、保持シール材に含有させる有機バインダーの量を増やすことによっても無機繊維の飛散を抑制し得ることを開示する。
特開２００６−３４２７７４号公報

しかし、上記特許文献１のように平均繊維径及び最低繊維径を特定の範囲に制御したアルミナ繊維集合体は、無機繊維の飛散量を十分に低減できるとは言いがたく、改善の余地が残されていた。

また、特許文献２のように有機バインダーを増量する場合、無機繊維の飛散を相当に低減できるものの、保持シール材の硬度が増大して触媒担体に巻き付けるときの作業性が低下してしまい、作業効率の低下を招いてしまう。更には、保持シール材の有機バインダー量が多いと、触媒コンバータの使用初期に有機バインダーが燃焼して発生する臭気等が問題となる場合がある。また、有機バインダーの量が多い保持シール材は、触媒コンバータの使用により有機バインダーが燃焼して消失する際に保持シール材の反発力が低下し、触媒担体の脱落の原因となる恐れもある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、有機バインダーの増量によらずに繊維飛散を良好に低減でき、保持シール材等として使用するのに好適な無機繊維マットを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の保持シール材が提供される。即ち、この保持シール材は、無機繊維集合体を複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断してなる複数の無機繊維マットのうちの１つを含む。この無機繊維マットは、無機繊維集合体を切断した切断面以外の表面の少なくとも一部に対し、前記レーザによる照射処理がされている。前記切断面及び前記レーザが照射された表面の無機繊維は、前記レーザによる加熱で互いに融着され、当該無機繊維の先端は、少なくとも一部が扁平形状である。この無機繊維マットは、前記切断面及び前記レーザが照射された表面の結晶化率が３０％以上８０％以下である。この保持シール材は、排ガス処理装置の排ガス処理体とケーシングとの間に配置される。

これにより、保持シール材において表面の少なくとも一部が加熱処理されることで、当該表面の繊維が溶融して他の繊維に融着し、飛散しにくくなる。従って、保持シール材からの繊維飛散を有効に低減できる。また、表面の加熱により、当該表面に露出する繊維の先端が溶融して丸みを帯びた形状に変化する。これにより、当該表面に手で触れたときの刺激感、不快感を低減することができる。更に、有機バインダーを増量することなく繊維飛散を良好に低減できるので、有機バインダー量の低減ニーズに容易に適合させることができる。また、レーザで切断を行うことにより、無機繊維集合体の切断及びその切断面の加熱処理（溶融部の形成）をレーザで同時に行うことができるので、保持シール材を簡単に製造できる。また、レーザ切断を行うことで、（繊維が飛散し易い面である）切断面が漏れなく加熱処理される。従って、切断面の全面の繊維を確実に溶融させることができ、繊維の飛散を効果的に低減できる。また、複数の無機繊維集合体を重ねた状態で切断することで、一度に複数の無機繊維集合体を切断し、その切断面を加熱処理できる。従って、製造効率が一層向上する。また、レーザによる非接触切断であるので、無機繊維集合体を複数枚重ねて厚みが増した場合でも正確な寸法に切断することができる。また、切断面以外の表面も加熱処理することによって、無機繊維集合体の切断面以外の表面からの繊維の飛散を良好に低減できる。また、マット状の無機繊維集合体を取り扱うときに手が触れ易い面が加熱処理されることで、組立作業時等で作業者が感じる刺激感及び不快感を大きく低減することができる。また、保持シール材を排ガス処理体とケーシングとの間に組み付ける組立作業の環境を向上させることができる。また、有機バインダー量を低減できるために保持シール材の硬度の増大を回避でき、組立作業性に優れる。更に、排ガス処理装置の使用初期に有機バインダーが燃焼して発生する臭気等の問題を抑制できる。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成の保持シール材が提供される。即ち、この保持シール材は、無機繊維集合体を複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断してなる複数の無機繊維マットのうちの１つを含む。この無機繊維マットは、無機繊維集合体を切断した切断面以外の表面の少なくとも一部に対し、前記レーザによる照射処理がされている。前記切断面及び前記レーザが照射された表面の無機繊維の先端には、丸みを帯びた溶融部及び扁平形状の溶融部が形成されており、前記切断面及び前記レーザが照射された表面に露出する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。この無機繊維マットは、前記切断面及び前記レーザが照射された表面の結晶化率が３０％以上８０％以下である。この保持シール材は、排ガス処理装置の排ガス処理体とケーシングとの間に配置される。

これにより、丸みを帯びた溶融部によって、前記表面に露出する繊維をまとめて架橋することができる。従って、表面からの繊維飛散性を良好に抑制できるとともに、当該表面に手で触れたときの刺激感、不快感を低減することができる。

なお、無機繊維集合体の切断等にレーザを用いる場合、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ファイバーレーザ、又はダイオードレーザを使用することが考えられる。

本発明の第３の観点によれば、排ガス処理装置の排ガス処理体とケーシングとの間に配置される保持シール材において、以下の製造方法が提供される。即ち、この製造方法は、切断工程と、加熱処理工程と、を含む。前記切断工程は、無機繊維集合体を複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断する。前記加熱処理工程は、これらの無機繊維集合体に対して切断面以外の表面の少なくとも一部をレーザにより加熱処理する。また、前記切断工程及び前記加熱処理工程では、無機繊維が互いに融着して当該無機繊維の先端の少なくとも一部が扁平形状となるように、かつ、前記切断面及び前記レーザが照射された表面の結晶化率が３０％以上８０％以下となるように、処理を行う。

これにより、保持シール材において表面の少なくとも一部が加熱処理されることで、当該表面の繊維が溶融して他の繊維に融着し、飛散しにくくなる。従って、保持シール材からの繊維飛散を有効に低減できる。また、表面の加熱により、当該表面に露出する繊維の先端が溶融して丸みを帯びた形状に変化する。これにより、当該表面に手で触れたときの刺激感、不快感を低減することができる。更に、有機バインダーを増量することなく繊維飛散を良好に低減できるので、有機バインダー量の低減ニーズに容易に適合させることができる。

なお、前記切断工程や前記加熱処理工程で用いるレーザとしては、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ファイバーレーザ、又はダイオードレーザが考えられる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る保持シール材を備えた触媒コンバータを示す模式断面図、図２は触媒コンバータのシェルに触媒担体を組み付ける作業を説明する斜視図、図３は保持シール材を炭酸ガスレーザで切断する様子を模式的に示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）１１は、触媒担体（排ガス処理体）１２と、この触媒担体１２を収容するシェル（ケーシング）１３と、触媒担体１２とシェル１３との間に介在される保持シール材１４と、を備える。

触媒担体１２は例えば円柱状に形成され、その内部に多数のセルを有するハニカム構造に構成されている。この触媒担体１２は、例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素、コージエライト、ムライト等のセラミックスから構成されている。また、触媒担体１２のセルの壁面には例えばプラチナ、パラジウム、ロジウム等の触媒がコーティングされており、車両用エンジン（内燃機関）３１の排気ガスが触媒担体１２のセルを通過する際に、当該排気ガス中の有害物質が無害化されるようになっている。

図２に鎖線で示すように、保持シール材１４はほぼ長方形状に構成されており、その長さ（長手方向の長さ）は前記触媒担体１２の外周長とほぼ等しくなっている。また、保持シール材１４の長手方向の一端には凸部１４ａが形成され、他端には凹部１４ｂが形成される。凸部１４ａ及び凹部１４ｂは互いに対応する輪郭形状を有しており、凹部１４ｂと凸部１４ａとを相互に嵌合できるように構成されている。この保持シール材１４は、無機繊維集合体を所定の形状に切断した無機繊維マットで構成されている。

図２に示すように、シェル１３は両端を開口させた円筒状に形成されており、その内径は触媒担体１２の外径よりも若干大きく構成されている。なお、本実施形態において、シェル１３は金属材料から構成されている。

以上の構成の触媒コンバータ１１を組み立てるには、最初に、触媒担体１２の外周面に保持シール材１４を巻き付ける。このとき、保持シール材１４の凹部１４ｂに対し凸部１４ａを嵌合させることで、保持シール材１４の長手方向端部同士を互いに接続して無端状にする。次に、保持シール材１４を巻き付けた触媒担体１２を、当該保持シール材１４の弾力性を利用して、シェル１３の内側に圧入する。

図１に示すように、前記シェル１３の両端の開口部には、排気管接続部１５，１６が例えば溶接によってそれぞれ接続される。一方の排気管接続部１５は、鎖線で略示される排気管３２を介して、車両のエンジン３１の排気ポートに接続される。また、他方の排気管接続部１６は、排気管３３を介して消音のための図略のマフラーに接続される。

この構成で、エンジン３１から排出される排気ガスは触媒コンバータ１１のシェル１３内に導入される。シェル１３内には、触媒担体１２が保持シール材１４の復元力によって保持されており、排気ガスはこの触媒担体１２を通過することで無害化される。

なお、触媒担体１２の外周面とシェル１３の内周面との間は前記保持シール材１４によってシールされているので、シェル１３内に導入された排気ガスは漏れなく触媒担体１２を通過することになる。また、例えば車両の走行に伴ってシェル１３に振動や衝撃が加わった場合でも、保持シール材１４の弾性力によって緩衝することができ、触媒担体１２の破損を防止することができる。

この保持シール材１４は、図３に示すように、無機繊維集合体２１を炭酸ガスレーザ加工装置４１によって所定の形状に切断するとともに、その切断面以外の面（表側及び裏側の面）に、当該炭酸ガスレーザ加工装置４１のレーザを走査しながら照射したものである。無機繊維集合体２１は、例えばシリカ繊維、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ系繊維等を所定の厚さのマット状に成形したものである。この無機繊維集合体２１の厚さは、例えば５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが考えられる。

前記無機繊維集合体２１は、その繊維を結合させるために、適宜のバインダー樹脂（例えば、有機バインダー）が含浸されていても良い。また、前記無機繊維集合体２１は、その耐久性及び強度を向上させるため、公知のニードリング加工が施されていても良い。

図３に示す炭酸ガスレーザ加工装置４１は、図略のレーザ発振器によってレーザ光を発生させるとともに、このレーザ光４２が、反射ミラー等で形成した光路によって集光部４３に伝送される構成になっている。この集光部４３には集光レンズ４４が設置されており、この集光レンズ４４で前記レーザ光４２を集光しつつノズル部４５から照射することで、被加工材としての前記無機繊維集合体２１を溶融させ、切断することができる。また、ノズル部４５を無機繊維集合体２１から所定の距離だけ離した状態でレーザ光４２を照射すると、無機繊維集合体２１を切断することなく、その表層を加熱処理することができる。

本実施形態では図３に示すように、前記無機繊維集合体２１を複数枚重ねた状態で炭酸ガスレーザ加工装置４１にセットし、図２に示した保持シール材１４の形状となるように切断する。これにより、所定の形状に切断されると同時にその切断面が加熱処理された状態の半完成品を、一度に複数個得ることができる。その後、この切断及び加熱処理後の無機繊維集合体を１個ずつ炭酸ガスレーザ加工装置４１にセットし、ノズル部４５を切断時よりも十分離した状態で、その表側及び裏側の面をレーザ光４２で走査する。これにより、切断面以外の面（無機繊維マットの厚み方向を向く面）をレーザで加熱処理することができる。なお、こうして得られた無機繊維マットの表面（切断面並びに表側及び裏側の面）の結晶化率は、８０％以下となっている。

以上のようにして得られた無機繊維マットからなる保持シール材１４は、その側面（切断面）並びに表側の面及び裏側の面において、繊維が溶融して他の繊維と融着するので、繊維の飛散を抑制することができる。従って、図２に示すような触媒コンバータ１１の組立作業時の作業環境を向上させることができる。また、保持シール材１４の繊維の端部が針状に尖って表面に露出することが少なくなるので、組立作業時等において作業者が保持シール材１４に触れたときに感じる刺激感、不快感を低減することができる。

図４（ａ）は、無機繊維集合体２１をレーザ切断した切断面の走査顕微鏡写真であり、図４（ｂ）は、無機繊維集合体２１を打抜き刃で切断した切断面の走査顕微鏡写真である。

無機繊維集合体２１を打抜き刃で切断した場合、図４（ｂ）に示すように、マットを構成する細い繊維が多数切断され、その端部が切断面に露出していることが観察される。この図４（ｂ）の写真は、無機繊維集合体２１を打抜き刃で切断すると、切断されて繊維長が短くなった繊維が切断面から離脱し易くなることを示唆している。

一方、無機繊維集合体２１をレーザ切断した場合、図４（ａ）に示すように、繊維が溶融してできた様々な大きさの溶融部が、切断面の全面にわたって多数形成されているのが観察される。大きな溶融部は複数の繊維に跨って付着しており、その多くは、切断面と垂直な方向に潰れたような扁平形状を呈している。このような大きな溶融部を介して、切断面に露出している繊維同士が互いに融着し、架橋構造となっていることが判る。更に、切断面において繊維の端部の殆どが溶融し、丸みを帯びて若干太った形状に変化していることが認められる。

次に、本発明の効果を確認するために本願発明者が行った繊維飛散性試験について説明する。この繊維飛散性試験のサンプル作成には、三菱化学産資株式会社製の無機繊維集合体（商品名；マフテックブランケット）を使用した。このマフテックブランケットは、マット状に成形されたアルミナ７２重量％−シリカ２８重量％の無機繊維集合体であり、その平均繊維径は５μｍ、有機分は０％、面比重は１１６０ｇ／ｃｍ²、厚みは約７．１ｍｍである。

最初に、前記の無機繊維集合体を図３に示すような炭酸ガスレーザ加工装置４１で切断してサンプルを作成した。この炭酸ガスレーザ加工装置４１としては、定格出力が１ｋＷ、波長が１０．６μｍ、最小集光径が１００μｍ、最大加工速度が３０ｍ／ｍｉｎのものを用い、本実験では出力を１００Ｗ、波長を１０．６μｍ、集光径を１００〜２００μｍに設定して使用した。

今回の実験では、無機繊維集合体２１を切断するときのレーザの出力を様々に変化させて、４つのサンプル（第１〜第４サンプル）を作成した。具体的には、切断時のレーザの出力は、第１サンプルは５０Ｗ、第２サンプルは１００Ｗ、第３サンプルは２００Ｗ、第４サンプルは３００Ｗとした。何れのサンプルにおいても加工速度は５００ｍｍ／ｍｉｎとし、また、レーザ光を照射するノズル部４５と無機繊維集合体２１との距離は１ｍｍとした。

更に、比較例として、打抜き刃で切断したサンプル（第５サンプル）と、打抜き刃で切断するとともにその切断面を粘着テープで封止したサンプル（第６サンプル）と、を作成した。なお、第１〜第６サンプルそれぞれの切断形状は、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形とした。

そして、上記の第１〜第６サンプルのそれぞれについて、図５に示す試験装置を使用して繊維飛散性試験を行った。この試験装置５１は、基台５２上に垂直に立設された支柱５３の上端部にサンプル支持アーム５４を回動自在に枢支した構成になっており、このサンプル支持アーム５４の長さは９２ｃｍである。前記支柱５３には、前記サンプル支持アーム５４の持上げ角度を示す目盛板５５が取り付けられている。また、サンプル支持アーム５４と衝突可能な位置に垂直壁部材５６が固定されている。

この構成で、図５に示すように、サンプル支持アーム５４を水平姿勢（９０度の持上げ角度）とし、適宜のロック機構によってロックする。そして、サンプル支持アーム５４の先端部（回動中心から８２ｃｍ〜９２ｃｍの部分）に前記サンプル６０を固定し、前記ロック機構のロックを解除する。すると、サンプル支持アーム５４は自重により下方へ回動し、当該サンプル支持アーム５４が鎖線で示す鉛直姿勢となった時点で、前記支柱５３に固定されている垂直壁部材５６に衝突する。この操作の前後でのサンプル６０の重量変化から、サンプル支持アーム５４の回動及び衝突時にサンプル６０から飛散した繊維の量（繊維飛散量）を算出する。

以上の繊維飛散性試験を前述の第１〜第６サンプルについてそれぞれ行ったところ、結果は図６のグラフのとおりであった。このグラフで示すように、レーザで切断した第１〜第４サンプルは何れも、打抜き刃で切断した場合（第５サンプル）に比べて、大幅に繊維飛散率が改善されていることが判る。また、レーザ加工装置の出力を変化させた場合の比較では、出力が５０Ｗの場合（第１サンプル）が最も繊維飛散率が良好であることが判る。

なお、第１〜第６サンプルについて、切断面のムライト含有量を測定し、結晶化率を算出した。また、レーザで切断して得られた第１〜第４サンプルについては、切断面で繊維が溶けて略球状となった部分（溶融部）の直径についても併せて測定し、平均値を算出した。

なお、結晶化率の算出は以下のようにして行った。即ち、無機繊維集合体の切断面の部分を採取して乳鉢を用いて粉末状にし、Ｘ線回折を行った。この回折においては、Ｘ線源がＣｕＫ_α線であり、Ｘ線出力が４０ｋＶ、２０ｍＡであるＸ線回折装置を使用した。対象とする回折線はムライトの回折線（１６．４°）及びγ−Ａｌ₂Ｏ₃の回折線（４５．４°）であり、走査する角度範囲は、ムライトについて１５．５°〜１７°、γ−Ａｌ₂Ｏ₃について４３°〜４９°とした。走査速度は０．２°／ｍｉｎとし、サンプリングは０．０１°ずつ行った。発散スリットは１．０°、受光スリットは０．１５ｍｍ、散乱スリットは１．０°、モノクロメータースリットは０．６ｍｍとした。

そして、以上のＸ線回折の結果から、ムライトの積分強度Ｉ_A及びγ−Ａｌ₂Ｏ₃の積分強度Ｉ_Bを算出した。積分強度算出の際の積分範囲は、ムライトについて１６．１°〜１６．６°、γ−Ａｌ₂Ｏ₃について４３．８°〜４８．４°とした。なお、各積分強度Ｉ_A，I_Bの算出は、実際の計数値から、バックグラウンドの白色Ｘ線の計数値を減算して行った。次に、積分強度比ＹをＹ＝Ｉ_A／Ｉ_Bの式に従って求め、これに検量線式の係数ｃを乗じることで、結晶化率Ｘを算出した（Ｘ＝ｃＹ）。なお、今回のサンプルで使用される無機繊維集合体の場合、ｃ＝１．６０であった。

また、溶融部の直径の測定は、以下のようにして行った。即ち、レーザによって切断されたサンプルについて、そのレーザ切断面を含む一部を、カッターナイフで切り取って採取した。これを走査型電子顕微鏡にセットし、レーザ切断面におけるサンプル厚み方向中央の部分を倍率１００倍で写真撮影した。そして、写真の中で確認された、繊維が溶けて略球状になった部分について、それぞれの最大長さと最小長さの平均値（平均直径）を求め、これを当該略球状部分（溶融部）の直径とした。この直径を、写真で観察された略球状となった部分（溶融部）の全てについて求め、その平均を溶融部の直径の平均値とした。

図６には、上記のようにして求めた結晶化率及び溶融部の直径が併せて示されている。この結果から、切断面の結晶化率がほぼ８０％以下の範囲となるようにレーザで切断すると、繊維飛散を良好に低減できることが判る。また、結晶化率が３０％以上８０％以下の範囲では、結晶化率が小さくなるほど繊維飛散率を低減できることが判る。

次に、無機繊維集合体の切断面以外の面（表側及び裏側の面）についても加熱処理を行った４つのサンプル（第７〜第１０サンプル）を作成した。この４つのサンプルにおいて、切断時のレーザ出力及び加工速度は、前記第１〜第４サンプルと全く同様に設定した。また、第７〜第１０サンプルには前記第１〜第６サンプルと同じ無機繊維集合体を使用し、切断形状を第１〜第６サンプルと同じく１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形とした。

そして、この第７〜第１０サンプルにおいては更に、切断面以外の面（表側及び裏側の面）に前記レーザ加工装置のレーザを照射した。即ち、切断した無機繊維集合体の表層から前記ノズルを所定の距離だけ離した状態でレーザを走査しつつ照射することで、表側及び裏側の面を全面的に加熱処理した。無機繊維集合体（被照射面）と、レーザ光４２を照射するノズル部４５との間の距離は、１００ｍｍで一定とした。

上記のレーザ照射の際、第７〜第１０サンプルの何れにおいても、レーザの出力は１００Ｗで一定とした。一方、加工速度は、照射後の表面の結晶化率が、対応する前述の第１〜第４サンプルにおける切断面の結晶化率と同程度となるように調整した。結局、加工速度は、第７サンプルについて２０００ｍｍ／ｍｉｎ、第８サンプルについて１５００ｍｍ／ｍｉｎ、第９サンプルについて１０００ｍｍ／ｍｉｎ、第１０サンプルについて５００ｍｍ／ｍｉｎと設定した。

そして、上記の第７〜第１０サンプルのそれぞれについて、図５に示す試験装置を使用して繊維飛散性試験を行った。図７のグラフは、この繊維飛散性試験によって得られた繊維飛散率を示している。なお、図７のグラフには、前記第７〜第１０サンプルのほか、前述の第５及び第６サンプルの結果も併せて示した。

また、この第７〜第１０サンプルについても第１〜第４サンプルと同様に、レーザ照射部分の結晶化率を算出した。更に、切断面で繊維が溶けて略球状となった部分（溶融部）の直径についても併せて測定した。

図７には、上記の結晶化率及び溶融部の直径が示されている。この測定結果に示すように、第７〜第１０サンプルの結晶化率は、対応する第１〜第４サンプル（図６）とほぼ等しい結晶化率となっており、約８０％以下の値を示している。また、溶融部の直径も、第７〜第１０サンプルは、対応する第１〜第４サンプルと実質的に同等の大きさとなっている。

図７のグラフで示すように、レーザで切断し、更に表側及び裏側の面にレーザを照射した第７〜第１０サンプルは、打抜き刃で切断した場合（第５サンプル）に比べて、何れも大幅に繊維飛散率が改善されている。なお、図８には、打抜き刃で切断した第５サンプル、レーザ切断を行った第１〜第４サンプル、並びに、レーザ切断及びレーザ照射を行った第７〜第１０サンプルについて、結晶化率と繊維飛散率の関係を示した。

切断面以外の面にレーザを照射した点に関しては、第７〜第９サンプルは、レーザ切断のみのサンプル（第１〜第３サンプル）と比較すると、繊維飛散率が一層改善されている。第１０サンプル（結晶化率７５％付近）については、対応する第４サンプルよりも繊維飛散率が若干悪化しているが、それでも、打抜き刃で切断した第５サンプルよりは繊維飛散率が十分に改善されていることが判る。

以上の結果を総合すれば、照射部分の結晶化率が８０％以下、好ましくは７０％以下となるようにレーザ照射を行うことで、繊維の飛散を良好に低減できるという知見を得ることができる。

また、参考例として示した第６サンプルは、打抜き刃で切断したにもかかわらず、最も繊維飛散率が低い第７サンプルと同等の良好な繊維飛散率（０．０５％）を示している。しかしながら、第６サンプルのように切断面をテープで封止する場合、そのテープの分だけ有機量が増大することになる。図７の第６サンプルの場合、切断面をテープで封止したことによる有機分の増加を計算すると、約４％であった。一方、第１〜第４サンプル及び第７〜第１０サンプルは、上記のような有機分の増加なしに繊維飛散率を低減することができる。従って、有機分の低減ニーズに良好に応えることができる。

以上に示すように、本実施形態の保持シール材１４として使用される無機繊維マットは、無機繊維集合体２１を切断してなり、また、外部に露出する表面（切断面並びに表側及び裏側の面）の無機繊維が加熱処理され互いに融着されている。

これにより、無機繊維マットにおいて表面が加熱処理されることで、当該表面の繊維が図４（ａ）に示すように溶融して周囲の繊維に融着し、飛散しにくくなる。従って、無機繊維マットからの繊維飛散を有効に低減でき、図２に示すような触媒コンバータ１１に保持シール材１４を組み付ける組立作業の環境を向上できる。また、表面の加熱により繊維の先端が図４（ａ）のように溶融して丸みを帯びた形状に変化するので、作業者が表面に触れたときの刺激感、不快感を低減することができる。

更に、有機バインダーを増量することなく繊維飛散を良好に低減できるので、必要な有機バインダー量を低減できる。従って、無機繊維マットの硬度が増加しないので、図２のように保持シール材１４を触媒担体１２に巻き付ける作業が簡単になり、触媒コンバータ１１の組立作業性が向上する。また、有機バインダーが増量されないので、触媒コンバータ１１の使用開始当初に有機バインダーが燃焼するときの臭気の問題や、有機バインダーの燃焼による消失後に保持シール材１４の反発力が低下して触媒担体を保持できなくなる問題が生じにくくなる。

また、前記無機繊維マットにおいて、前記加熱処理された面の結晶化率が８０％以下となっている。

これにより、繊維飛散を一層良好に低減することができる。

また、無機繊維マットの外部に露出する表面（例えば、図４（ａ）に示す切断面）には、丸みを帯びた溶融部が形成されている。そして、前記表面に露出した繊維同士が前記溶融部によって架橋されている。

これにより、外部に露出している繊維を溶融部によって架橋できるので、繊維の表面からの離脱を効果的に防止でき、繊維飛散性を良好に抑制できる。また、無機繊維マットの表面に手で触れたときの刺激感、不快感を低減することができる。

また、前記無機繊維マットは、図３に示すように、無機繊維集合体２１が炭酸ガスレーザ加工装置４１で切断されることにより製造されている。

これにより、無機繊維集合体２１を切断する切断工程と、その切断面を加熱処理する加熱処理工程と、をレーザで同時に行うことができる。従って、無機繊維マットを簡単に製造できる。また、レーザによる加熱溶融切断であるから、無機繊維集合体２１の切断面の全面が漏れなく加熱処理されることになる。従って、切断面の全面の繊維を確実に溶融させることができ、繊維の飛散を一層低減できる。

また、前記無機繊維集合体２１は、図３に示すように、複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断される。

これにより、一度に多くの無機繊維集合体２１を切断し、その切断面を加熱処理できる。従って、保持シール材１４の製造効率が一層向上する。なお、複数枚の無機繊維集合体２１を重ねた状態で仮に打抜き刃で切断しようとする場合、厚みが大きいために、打抜き刃と接触する部分の無機繊維集合体２１が切断の際に潰れるように変形し易く、無機繊維マット（保持シール材１４）の寸法精度が低下するおそれがある。しかしながら、本実施形態ではレーザによる非接触切断であるので、無機繊維集合体２１を複数枚重ねた状態でも正確な寸法に切断することができる。

以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、以上の構成は例えば以下のように変更することができる。

無機繊維集合体２１は、炭酸ガスレーザ加工装置４１に限定されず、例えばＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ファイバーレーザ又はダイオードレーザ等を用いたレーザ加工装置によって切断するように変更することができる。また、無機繊維集合体２１の表側及び裏側の面のレーザ加工についても、上記の様々なレーザ加工装置を使用して行うことができる。

図３では無機繊維集合体２１を３枚重ねて切断する様子を図示しているが、一度に切断する枚数は１枚又は２枚であっても良いし、４枚以上であっても良い。ただし、製造効率の観点からは、一度に多数枚の無機繊維集合体２１を切断するのが好ましい。

無機繊維集合体２１の切断は、レーザ加工装置によらず、例えば前記打抜き刃によって切断するように変更することができる。この場合、切断工程後にその切断面を、無機質繊維が溶融する温度（例えば、アルミナ−シリカ組成の無機繊維集合体２１の場合、１８００℃〜１８５０℃）以上の温度に例えばレーザ照射やバーナー等で加熱処理する加熱処理工程を行えば、繊維飛散量が少ない無機繊維マットを得ることができる。即ち、切断によって長さが短くなった無機繊維集合体切断面は繊維飛散量が多いが、加熱による溶融処理により効果的に繊維飛散を防止できる。

前記保持シール材１４は、触媒コンバータ１１の触媒担体１２をシェル１３内に保持する場合に限らず、例えばディーゼルエンジンにおいて生成される粒子状物質を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）をシェル内に保持する用途に使用することができる。

無機繊維集合体の外部に露出する表面の全面を加熱処理することに代えて、表面の一部を加熱処理するように変更することができる。例えば、無機繊維集合体の切断面以外の面に対するレーザ照射処理を省略することができる。この場合でも、繊維が離脱し易い切断面を加熱処理することで、繊維の飛散を効果的に防止することができる。

無機繊維集合体を保持シール材の形状にレーザで切断する前に、その表側及び裏側の面にレーザを照射する処理を行うように変更することができる。

前記無機繊維マットは、前記触媒担体又はＤＰＦを保持する保持シール材として使用することに限定されない。例えば、前記無機繊維マットを、四輪車や二輪車等の車両のマフラーに用いられる消音材として使用することができる。この場合、マフラーのインナーマフラーとアウターマフラーとの間に当該消音材を組み付ける際の作業環境を良好にすることができ、また、手で触れたときの不快感や刺激感を低減することができる。

無機繊維集合体２１の厚み及び切断形状は、使用される製品の用途や大きさ等に応じて適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る保持シール材を備えた触媒コンバータを示す模式断面図。 触媒コンバータのシェルに触媒担体を組み付ける作業を説明する斜視図。 無機繊維集合体を炭酸ガスレーザで切断する様子を模式的に示す斜視図。 図４（ａ）は、無機繊維集合体をレーザ切断したときの切断面の様子を示す走査顕微鏡写真。図４（ｂ）は、無機繊維集合体を打抜き刃で切断した切断面の走査顕微鏡写真。 繊維飛散性試験に用いた試験装置を示す側面図。 レーザで切断したサンプルの繊維飛散性試験を行った結果を示すグラフ。 レーザで切断し、更に表側及び裏側の面をレーザで照射したサンプルの繊維飛散性試験の結果を示すグラフ。 繊維飛散性試験で使用したサンプルそれぞれの結晶化率と繊維飛散率の関係を示すグラフ。

符号の説明

１１ 触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
１２ 触媒担体（排ガス処理体）
１３ シェル（ケーシング）
１４ 保持シール材（無機繊維マット）
２１ 無機繊維集合体
３１ エンジン（内燃機関）
４１ 炭酸ガスレーザ加工装置（レーザ加工装置）

Claims (5)

1. 無機繊維集合体を複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断してなる複数の無機繊維マットのうちの１つであって、
   無機繊維集合体を切断した切断面以外の表面の少なくとも一部に対し、前記レーザによる照射処理がされており、
   前記切断面及び前記レーザが照射された表面の無機繊維は、前記レーザによる加熱で互いに融着され、当該無機繊維の先端は、少なくとも一部が扁平形状であり、
   前記切断面及び前記レーザが照射された表面の結晶化率が３０％以上８０％以下である無機繊維マットを含み、
   排ガス処理装置の排ガス処理体とケーシングとの間に配置されることを特徴とする保持シール材。
2. 無機繊維集合体を複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断してなる複数の無機繊維マットのうちの１つであって、
   無機繊維集合体を切断した切断面以外の表面の少なくとも一部に対し、前記レーザによる照射処理がされており、
   前記切断面及び前記レーザが照射された表面の無機繊維の先端には、丸みを帯びた溶融部及び扁平形状の溶融部が形成され、
   前記切断面及び前記レーザが照射された表面に露出する繊維の少なくとも一部が前記溶融部によって架橋され、
   前記切断面及び前記レーザが照射された表面の結晶化率が３０％以上８０％以下である無機繊維マットを含み、
   排ガス処理装置の排ガス処理体とケーシングとの間に配置されることを特徴とする保持シール材。
3. 請求項１又は２に記載の保持シール材であって、
   前記レーザは、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ファイバーレーザ又はダイオードレーザであることを特徴とする保持シール材。
4. 排ガス処理装置の排ガス処理体とケーシングとの間に配置される保持シール材の製造方法において、
   無機繊維集合体を複数枚重ねた状態でレーザによって同時に切断する切断工程と、
   これらの無機繊維集合体に対して切断面以外の表面の少なくとも一部をレーザにより加熱処理する加熱処理工程と、
   を含み、
   前記切断工程及び前記加熱処理工程では、無機繊維が互いに融着して当該無機繊維の先端の少なくとも一部が扁平形状となるように、かつ、前記切断面及び前記レーザが照射された表面の結晶化率が３０％以上８０％以下となるように、処理を行うことを特徴とする保持シール材の製造方法。
5. 請求項４に記載の保持シール材の製造方法であって、
   前記レーザは、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ファイバーレーザ又はダイオードレーザであることを特徴とする保持シール材の製造方法。