JP5183296B2 - 保持シール材、保持シール材の製造方法及び排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、保持シール材、保持シール材の製造方法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、パティキュレートマター（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境や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やＨＣ、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や人体に及ぼす影響についても懸念されている。

そこで、排ガス中のＰＭを捕集したり、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、炭化ケイ素やコージェライトなどの多孔質セラミックからなる排気ガス処理体と、排気ガス処理体を収容するケーシングと、排気ガス処理体とケーシングとの間に配設される保持シール材とからなる排ガス浄化装置が種々提案されている。この保持シール材は、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排気ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損するのを防止することや、排気ガス処理体とケーシングとの間から排気ガスが漏れることを防止すること等を主な目的として配設されている。

ここで、内燃機関については、燃費の向上を目的として理論空燃比に近い条件で運転するため、排ガスの温度が高温化する傾向にある。特に、内燃機関を高回転域で作動させた場合には、内燃機関から排出された直後の排ガスの温度が１０００℃程度の高温になることがある。これにより、排ガス浄化装置に高温の排ガスが到達することになり、保持シール材としては、そのような高温条件下であっても溶損等によって破損しないことが求められる。

高温条件下での使用を目的とした保持シール材として、アルミナ繊維からなる層と、主にアルミナとシリカとを含む無機繊維（以下、セラミック繊維ともいう）からなる層との二層の無機繊維層からなる保持シール材が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の保持シール材は、比較的耐熱性の高いアルミナ繊維からなる層と、セラミック繊維からなる層との二層の無機繊維層からなり、相当程度の耐熱性は得られていた。

特開２００４−２０４８１９号公報

ところで、排ガス浄化装置を製造する際には、保持シール材を排気ガス処理体に巻き付け、これをスライドさせながら円筒状のケーシングに圧入する。保持シール材を含めた排気ガス処理体の外径はケーシングの内径より大きいことから、圧入時には保持シール材に大きな剪断応力が発生することになる。従って、保持シール材には、圧入時に生じる剪断応力に抗することができる強度（以下、剪断強度ともいう）とともに、巻き付けの際にひびや割れが生じない巻き付け特性も要求される。

特許文献１に記載のマットでは、第一のスラリーを抄造して得られる下層上に、第二のスラリーを抄造して得られる上層が積層されているので、両層間では部分的にスラリーが混合され、その結果、一体シートが形成されると記載されている。

しかし、特許文献１に記載のマットでは、上層と下層との接着はあくまでもスラリー中のバインダーにより行われているためか、圧入時の剪断強度は充分とはいえなかった。また、上層及び下層の両層が抄造により形成されているので、マット全体として柔軟性が乏しく、排気ガス処理体への巻き付けの際に割れやひびが生じることもあった。さらに、保持シール材が排ガスの高温に曝されるとバインダーの燃焼とともに好ましくない煙や臭気が生じることがある。一方で、特許文献１に記載のマットでは、スラリーの抄造によりマットが形成されており、マット自体の外形を維持するために相当量のバインダーが必要となることから、バインダーの低減化には自ずと限界があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、剪断強度が高く、巻き付け特性が良好で、かつ、バインダーの低減化も可能な保持シール材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る保持シール材では、絡合した第１の無機繊維とバインダーとを含むニードルマットと、抄造処理された第２の無機繊維とバインダーとを含む抄造マットとが積層されており、ニードルマットと抄造マットとの界面からニードルマット側に向かう界面領域において、第２の無機繊維の平均繊維長より短い平均繊維長を有する短繊維が局在し、界面領域におけるバインダーの含有量を、重量比で、ニードルマットにおけるバインダーの含有量より高くしている。

ニードルマットに含まれる界面領域に所定の短繊維（無機繊維からなる）が局在していることから、バインダーのみで積層されている場合より高い剪断強度が得られる。これにより、圧入時の剪断応力によって保持シール材に剥がれ等が生じることを防止することができる。この理由は定かではないが、界面領域に局在する短繊維とバインダーとの間での結合ないし交絡が生じ、ニードルマットと抄造マットとの間でより強固な接合が達成されるからであると考えられる。
なお、界面領域とは、ニードルマットと抄造マットとの界面から、ニードルマット側に向かって保持シール材の厚さの５％の厚さにわたる領域のことをいう。従って、界面領域は、ニードルマットに含まれており、ニードルマットの一部を構成する領域である。また、ニードルマットと抄造マットとが接触する部分では、第１の無機繊維と第２の無機繊維とが絡み合い、両者が重なり合う部分が生ずることもあるが、通常、界面領域の厚さと比較して極めて狭いので、両者が重複する部分を含めて界面ということとする。

また、界面領域におけるバインダーの含有量を、重量比で、ニードルマットにおけるバインダーの含有量より高くしていることから、短繊維の存在と高含有量バインダーとに起因してより強固な結合ないしは交絡が発生する。ゆえに、請求項１に記載の発明では、保持シール材の厚さ方向にわたってバインダー含有量に勾配を有しない保持シール材と比して、保持シール材のさらなる剪断強度の向上を図ることができる。
なお、上述の界面領域の定義から明らかなように、ニードルマットにおけるバインダーの含有量とは、界面領域を含むニードルマット全体でみたバインダーの含有量であり、界面領域を除く領域におけるバインダーの含有量ではない。

さらに、請求項１に記載の発明では、ニードルマットと抄造マットとを積層させて保持シール材を構成している。ニードルマットは、もともと絡合した第１の無機繊維からなるマットで構成されていることから、それ自体がある程度の定型性を有している。従って、ニードルマット自体の外形を維持するために多量のバインダーを必要とせず、バインダーの量としては作業性等に応じた必要最低限の量で済むので、保持シール材におけるバインダーの低減化を図ることができる。

加えて、ニードルマットは、抄造マットと比べて柔軟性が高いので、排気ガス処理体への巻き付けの際にも排気ガス処理体の外周にしっかりと追従することができる。それゆえ請求項１に記載の発明では、排気ガス処理体への巻き付け性が良好な保持シール材が得られる。

請求項２に記載の発明では、短繊維が、界面と交差する方向に配向して局在していることから、保持シール材の剪断強度をさらに高めることができる。この理由についても明確でないものの、短繊維がこのように配向して局在することで界面領域における短繊維によるアンカー効果が生じたために、ニードルマットと抄造マットとの間の接合強度が高まり、保持シール材の剪断強度が高まったと考えられる。
なお、界面と交差する方向とは、短繊維の長軸（又は、その延長線）が界面と交差する方向をいう。

請求項３に記載の発明によると、ニードルマットにおけるバインダーの含有量が、重量比で、抄造マットにおけるバインダーの含有量より低くなっている。ところで、本願発明者らの検討により、保持シール材のバインダー量が多くなるほど摩擦係数が大きくなり、保持シール材を巻き付けた排気ガス処理体をケーシングに圧入するのが困難となることが判明している。これに対し、バインダーの含有量が低いニードルマットを外側（ケーシング側）にして排気ガス処理体に巻き付けた場合には、摩擦係数が低い側がケーシング側に向くことになり、排気ガス処理体のケーシングへの圧入もスムーズになる。

請求項４に記載の発明のように、界面領域におけるバインダーの含有量が、重量比で、ニードルマットにおけるバインダーの含有量の１．３〜７．０倍であると、抄造マットの作製の容易さを保ちつつ、保持シール材の剪断強度をさらに向上させることができる。というのも、界面領域でのバインダーの含有量を高くしているのは、抄造マットの抄造用スラリーに含まれるフリーのバインダーであり、これが界面領域に入り込むことで高含有量が達成されている。従って、界面領域のバインダー含有量を高めるために抄造用スラリーにある程度のバインダーを投入する必要があるが、あまりに多くのバインダーを抄造用スラリーに含ませると、バインダーが凝集等を起こし、抄造マットの作製に支障をきたすおそれがある。一方で、抄造用スラリー中のバインダー含有量が少ないと、目的とする剪断強度が得られないことがある。以上のような観点から、界面領域におけるバインダーの含有量を上記所定範囲にしているので、抄造マットの作製の容易さを保ちつつ、保持シール材の剪断強度をさらに向上させることができる。

請求項５に記載の発明のように、短繊維の平均繊維長を３００μｍ以下とすることで、より保持シール材の剪断強度を向上させることができる。短繊維の平均繊維長が上記平均繊維長を超えると、短繊維によるアンカー効果が弱まってしまい、保持シール材の剪断強度の向上という効果が得られにくくなる場合がある。

請求項６に記載の発明では、保持シール材の製造方法として、第１の無機繊維を含むマットにニードル処理を施して無機繊維が絡合したニードルマットを作製する工程と、ニードルマットにバインダーを付着させる工程と、バインダーが付着したニードルマット上に、第２の無機繊維及びバインダーを少なくとも含む抄造用スラリーを投入した後に所定時間保持する工程と、抄造用スラリーを脱水して抄造マット前駆体を作製する工程と、ニードルマットと抄造マット前駆体とを積層させたまま乾燥する工程とを含む。

請求項６に記載の発明によると、バインダーが付着したニードルマット上に、第２の無機繊維及びバインダーを少なくとも含む抄造用スラリーを投入した後に所定時間保持する工程を含むので、抄造用スラリーに含まれる微細な短繊維や凝集体を形成してないフリーのバインダーがニードルマット上に沈降する。そして、その後の脱水工程を経て、短繊維とバインダーとがさらにニードルマット内のある程度の深さまで侵入していくことで、界面領域において、短繊維が局在し、バインダー含有量も高い保持シール材を効率良く製造することができる。すなわち、請求項６に記載の発明によると、剪断強度が高く、巻き付け特性が良好で、かつ、バインダーの低減化も可能な請求項１に記載の保持シール材を好適に製造することができる。

また、ニードルマット上に沈降した短繊維は、脱水工程の際に、ニードルマットの界面領域に侵入しながら、界面と交差する方向に配向する（界面に対して立った状態となるように配向する）ので、保持シール材の剪断強度向上に寄与することになる。

請求項７に記載の発明によると、ニードルマットに付着させるバインダーの量を、抄造用スラリーにおけるバインダーの含有量より少なくしている。こうすることで、摩擦抵抗の低いニードルマットをケーシング側に向けて排気ガス処理体に巻き付けた場合には、圧入の際の抵抗が小さく圧入性が良好となる。

請求項８に記載の発明のように、スラリー投入後の保持時間を１０〜６０ｓｅｃとすることで、必要量の短繊維及びバインダーを沈降させることができ、かつ、生産効率を維持しながら好適に本発明の保持シール材を製造することができる。

請求項９に記載の発明では、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状の排気ガス処理体と、排気ガス処理体を収容するケーシングと、排気ガス処理体とケーシングとの間に配設され、排気ガス処理体を保持する保持シール材とからなる排ガス浄化装置において、保持シール材は、請求項１〜５のいずれかに記載の保持シール材である。

請求項９に記載の排ガス浄化装置では、剪断強度が高い保持シール材を用いているので、保持シール材を巻き付けた排気ガス処理体をケーシングに圧入する際にも保持シール材の剥がれ等が発生せず、スムーズに排ガス浄化装置を組み立てることができる。また、保持シール材に割れやひびが生じた場合にはその部分から排ガスが漏れることもあったが、請求項９に記載の排ガス浄化装置では、保持シール材の巻き付け特性も優れており、保持シール材の割れやひびを防止することができるので、排ガス浄化装置からの排ガスの漏れも防止することができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の保持シール材及び保持シール材の製造方法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。
図１は、本発明の保持シール材を模式的に示す斜視図である。図１に示したように、本実施形態の保持シール材１０は、所定の長さ（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する。

また、保持シール材１０の端面１５ａ、１５ｂのうち、一方の端面１５ａには、凸部１３が形成されており、他方の端面１５ｂには、凹部１４が形成されている。これらの凸部１３と凹部１４とは、後述する排ガス浄化装置を組み立てるために排気ガス処理体に保持シール材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。

保持シール材１０は、第１の無機繊維が絡合して形成されたニードルマット１１と、抄造処理された第２の無機繊維により形成された抄造マット１２とが積層された２層構造を有している。

ニードルマット１１は、第１の無機繊維からなる素地マットに対してニードリング処理を施して得られるマットである。なお、ニードリング処理とは、ニードル等の繊維絡合手段を素地マットに対して抜き差しすることをいう。ニードルマット１１では、抄造マット１２を構成する第２の無機繊維より比較的長い第１の無機繊維がニードリング処理により３次元的に絡合しており、第１の無機繊維が絡合した構造中にバインダーが介在して第１の無機繊維の絡合構造を補強している。このようにニードルマット１１ではもともと第１の無機繊維が絡合しており、それ自体の形状を保持することができることから、絡合構造を補強するバインダーの量は少なくて済む。なお、絡合構造を呈するために、第１の無機繊維はある程度の繊維長を有しており、例えば、第１の無機繊維の平均繊維長は、０．５〜１０ｃｍ程度であればよい。

一方、抄造マット１２は、第２の無機繊維を含む抄造用スラリーを抄造して得られる層状構造を呈するマットである。第２の無機繊維は第１の無機繊維より比較的短いので、第２の無機繊維による絡合構造は得られにくく、ニードルマットのように抄造マット１２自体の形状を保持しにくくなっている。従って、抄造マット１２では、ニードルマット１１より多くのバインダーを用い第２の無機繊維の３次元構造を補強し、それ自体の形状を保持している。なお、第２の無機繊維の平均繊維長は、抄造マットの原料がスラリー状物であることから、作製の容易性を考慮して０．２〜２０ｍｍ程度であればよい。

本実施形態の保持シール材では、ニードルマットと抄造マットとの界面からニードルマット側に向かう界面領域において、第２の無機繊維の平均繊維長より短い平均繊維長を有する短繊維が局在し、また、界面領域におけるバインダーの含有量が、重量比で、ニードルマットにおけるバインダーの含有量より高くなっている。この態様を図２（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。

図２（ａ）は、本発明の保持シール材の断面を模式的に示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の断面のうち界面領域を拡大した拡大断面図である。
保持シール材１０では、上述のようにニードルマット１１と抄造マット１２とが積層されており、保持シール材１０の厚さ方向Ｔにわたって、ニードルマット１１は図中Ａで示される領域を占め、抄造マット１２は図中Ｂで示される領域を占めている。

ニードルマット１１と抄造マット１２との間には、両者が互いに接触して規定される界面２０が存在する。界面領域２１は、この界面２０からニードルマット１１側に向かって保持シール材の厚さの５％の厚さにわたる領域である。従って、界面領域２１は、ニードルマット１１が占める領域Ａの一部を構成する領域でもある。

界面領域２１を拡大した拡大図を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示したように、界面領域２１には、抄造マット１２を構成する第２の無機繊維の平均繊維長より短い平均繊維長を有する短繊維２２が局在している。もちろん、このような短繊維２２は界面領域２１にのみ存在しているわけではないが、少なくともニードルマット１１が占める領域Ａのうち界面領域以外の領域と比較すると、より多くの短繊維２２が界面領域２１に偏って存在（すなわち、局在）している。短繊維２２には、界面２０と界面領域２１の界面２０と反対側の面である終端面２３との間にのみ存在する短繊維２２に加え、界面２０をまたいで存在する短繊維２２や、終端面２３をまたいで存在する短繊維２２も存在する。これらの短繊維を総じて短繊維と称する。

また、界面領域２１のバインダー含有量は、ニードルマット１１中のバインダー含有量より多くなっている。界面領域２１における高バインダー含有量が達成されるのは、後述するように、抄造マット１２の抄造用スラリーに含まれていたバインダーが界面領域２１に移行したからであると考えられる。なお、ニードルマット１１のバインダー含有量は、図２（ａ）の領域Ａから界面領域２１を除いた残りの領域におけるバインダー含有量ではなく、界面領域２１を含んだニードルマット１１が占める領域Ａ全体でのバインダー含有量をいう。

このように、界面領域２１のバインダー含有量は、ニードルマット１１中のバインダー含有量より多ければよいが、特に、界面領域におけるバインダーの含有量が、重量比で、ニードルマットにおけるバインダーの含有量の１．３〜７．０倍であることが望ましい。界面領域でのバインダーの高含有量は、後述するように、抄造用スラリーに含まれていたフリーのバインダーに起因している。従って、抄造用スラリーにはある程度のバインダーが必要であるが、あまりに多量であるとバインダーが凝集等を起こし、抄造マットの作製に支障をきたすおそれがある。一方で、抄造用スラリー中のバインダー含有量が少ないと、目的とする剪断応力が得られないことがある。これらの点を鑑み、界面領域におけるバインダーの含有量を上記所定範囲にすることで、抄造マットの作製の容易さを保ちつつ、保持シール材の剪断強度をさらに向上させることができる。

本実施形態の保持シール材１０では、界面領域２１において短繊維２２が局在し、かつ、バインダー含有量がニードルマット１１の含有量より多くなっていることから、短繊維２２とバインダーとニードルマット１１を構成する第１の無機繊維との強固な結合が生じ、あたかもニードルマット１１と抄造マット１２とを互いに接合させる接合層として作用している。このような短繊維とバインダーとの併存により、保持シール材１０の剪断強度を向上させることができる。

短繊維２２が界面領域２１に局在していれば、本実施形態の保持シール材１０において剪断強度向上効果を得ることができるが、特に、図２（ｂ）に示したように、短繊維２２は、界面２０と平行な方向ではなく、その長軸の延長線Ｅが界面２０と交差するように配向して界面領域２１に局在していることが望ましい。界面２０と交差するように配向した短繊維２２は、保持シール材１０の厚さ方向に沿った方向で界面２０に対して立った状態で存在していることになる。こうして短繊維２２が界面２０に対して立った状態で界面領域２１に局在していると、界面領域２１に存在するバインダーと相まってアンカー効果を発揮することから、抄造マット１２とニードルマット１１との接合強度を高めることができ、ひいては保持シール材の剪断強度を高めることができる。

なお、界面領域２１に短繊維２２が局在していることの判断は、ニードルマット１１と抄造マット１２とを分離して界面領域を取り出し、これをほぐして分散させた繊維サンプルを光学顕微鏡等により無作為に観察したときに、単位繊維本数（例えば、１００本等）当たりの短繊維数が所定値以上であることを基準として行う。この所定値は、保持シール材に要求される剪断強度や用途に応じて変更すればよく、例えば、自動車等の内燃機関に接続される排ガス浄化装置に用いる場合には、短繊維の局在度合いとして５０本／１００本以上という値を採用することができる。また、短繊維の平均繊維長は、第２の無機繊維の平均繊維長より短ければよく、具体的には、３００μｍ以下の平均繊維長を有する無機繊維が好適である。

ここで、ニードルマットと抄造マットとを分離して界面領域を取り出し、これをほぐして分散させた繊維サンプルを得る手順を以下に説明する。まず、ニードルマットと抄造マットとの分離には特に複雑な機器等を必要とせず、人の手により丁寧に引き剥がすことで両者を分離することができる。具体的には、分離用のサンプルとして保持シール材を５０ｍｍ四方に打ち抜き、打ち抜いたサンプルの厚さを測定するとともに、この厚さの５％に相当する値を求めておく。次いで、打ち抜いたサンプルの一の側面においてニードルマットと抄造マットとの間の界面付近に手をかけ、両者をゆっくりと引き剥がしていくことで、ニードルマットと抄造マットとを分離することができる。ただし、ニードルマットと抄造マットとを分離した後に、抄造マットの一部がニードルマットに残ることがある。この場合は、ニードルマットに残った抄造マットの一部をさらに人の手やヘラ等により丁寧に剥ぎ取ればよい。

その後、分離したニードルマットの厚さを測定する。次いで、ニードルマットの抄造マットと接していた表面側から、予め求めておいた保持シール材の厚さの５％に相当する厚さ分だけ、測定したニードルマットの厚さを参照しつつ丁寧に剥ぎ取っていく。より具体的には、（１）ニードルマットの抄造マットと接していた表面側から手やヘラでニードルマット表面を薄く剥ぎ取り、次いで、（２）剥ぎ取った後のニードルマットの厚さを測定する。そして、ニードルマットの厚さが、予め求めておいた保持シール材の厚さの５％に相当する厚さ分を分離後のニードルマットの厚さから差し引いた厚さとなるように上記（１）及び（２）の手順を繰り返すことで、界面領域を分離することができる。こうして得られた界面領域を６００℃で１時間焼成し、無機繊維を一本ずつほぐすことができるようにバインダーを除去する。次に、一本一本の無機繊維の繊維長が測定可能なように人の手やヘラ等で丁寧にほぐしていく。ほぐした無機繊維の中から無作為に無機繊維のサンプルを取り出し、その繊維長を測定することで、短繊維の局在度合いを求めることができる。

次に、本実施形態の保持シール材を用いた本実施形態の排ガス浄化装置の構成について図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明する。
図３（ａ）は、本実施形態の排ガス浄化装置を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した排ガス浄化装置のＡ−Ａ線断面図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように、排ガス浄化装置３０は、多数のセル４１がセル壁４２を隔てて長手方向に並設された柱状の排気ガス処理体４０と、排気ガス処理体４０を収容するケーシング５０と、排気ガス処理体４０とケーシング５０との間に配設され、排気ガス処理体４０を保持する保持シール材１０とから構成されている。
ケーシング５０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、本実施形態の排ガス浄化装置３０では、図３（ｂ）に示すように、排気ガス処理体４０として、各々のセルにおけるいずれか一方が封止材４３によって目封じされたハニカムフィルタを用いている。

上述した構成を有する排ガス浄化装置３０を排ガスが通過する場合について図３（ｂ）を用いて以下に説明する。
図３（ｂ）に示したように、内燃機関から排出され、排ガス浄化装置３０に流入した排ガス（図３（ｂ）中、排ガスをＧで示し、排ガスの流れを矢印で示す）は、ハニカムフィルタ４０の排ガス流入側端面４０ａに開口した一のセル４１に流入し、セル４１を隔てるセル壁４２を通過する。この際、排ガス中のＰＭがセル壁４２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４０ｂに開口した他のセル４１から流出し、外部に排出される。

次に、排ガス浄化装置３０を構成するハニカムフィルタ及びケーシングについて図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。
なお、保持シール材１０の構成については、既に述べているので省略する。
図４（ａ）は、第一実施形態の排ガス浄化装置を構成するハニカムフィルタを模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、第一実施形態の排ガス浄化装置を構成するケーシングを模式的に示す斜視図である。

図４（ａ）に示したように、ハニカムフィルタ４０は、主に多孔質セラミックからなり、その形状は円柱状である。また、ハニカムフィルタ４０の外周には、ハニカムフィルタ４０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４０の断熱性を向上させたりする目的で、保持シール材層４４が設けられている。
なお、ハニカムフィルタ４０の内部の構成については、上述した本実施形態の排ガス浄化装置の説明で既に述べたとおりである（図３（ｂ）参照）。

次いで、ケーシング５０について説明する。図４（ｂ）に示すケーシング５０は、主にステンレス等の金属からなり、その形状は、円筒状である。また、その内径は、ハニカムフィルタ４０の端面の直径とハニカムフィルタ４０に巻付けられた状態の保持シール材１０の厚さとを合わせた長さより若干短くなっており、その長さは、ハニカムフィルタ４０の長手方向（図４（ａ）中、矢印ａの方向）における長さと略同一となっている。

次に、本実施形態の保持シール材及び排ガス浄化装置の製造方法を説明する。
まず、保持シール材の製造方法について説明する。本実施形態の保持シール材の製造方法は、第１の無機繊維を含むマットにニードリング処理を施して無機繊維が絡合したニードルマットを作製する工程と、このニードルマットにバインダーを付着させる工程と、バインダーが付着したニードルマット上に、第２の無機繊維及びバインダーを少なくとも含む抄造用スラリーを投入した後に所定時間保持する工程と、抄造用スラリーを脱水して抄造マット前駆体を作製する工程と、ニードルマットと前記抄造マット前駆体とを積層させたまま乾燥する工程とを含んでいる。以下、工程ごとに説明する。

（１）ニードルマット作製工程
ニードルマットは、上述したニードリング処理を素地マットに施すことで作製することができる。素地マットでは、所定の平均繊維長を有する第１の無機繊維が紡糸工程を経て緩く絡み合っている。この緩く絡み合った第１の無機繊維に対してニードリング処理を施すことで、より複雑に第１の無機繊維が絡み合い、バインダーが存在しなくてもある程度の形状維持が可能な絡合構造を有するマットとすることができる。

第１の無機繊維としては、特に限定されず、アルミナ繊維であってもよく、セラミック繊維、シリカ繊維等であってもよい。耐熱性や耐風蝕性等、保持シール材に要求される特性等に応じて変更すればよい。アルミナ繊維を第１の無機繊維として用いる場合には、例えば、アルミナとシリカとの組成比が、６０：４０〜９９：１の繊維を用いることができる。

ニードリング処理は、ニードリング装置を用いて行うことができる。ニードリング装置は、素地マットを支持する支持板と、この支持板の上方に設けられ、突き刺し方向（素地マットの厚さ方向）に往復移動可能なニードルボードとで構成されている。ニードルボードには、多数のニードルが取り付けられている。このニードルボードを支持板に載せた素地マットに対して移動させ、多数のニードルを素地マットに対して抜き差しすることで、素地マットを構成する第１の無機繊維を複雑に絡合させることができる。ニードリング処理の回数やニードル数は、目的とする嵩密度や目付量等に応じて変更すればよい。

（２）バインダー付着工程
こうしてニードリング処理を施したニードルマットにバインダーを付着させる。ニードルマットにバインダーを付着させることで、第１の無機繊維同士の絡合構造をより強固なものとすることができるとともに、ニードルマットの嵩高さを押さえることができる。

バインダーとしては、アクリル系ラテックスやゴム系ラテックス等を水に分散させたエマルジョンを用いることができる。このバインダーをスプレー等を用いてニードルマット全体に均一に吹きかけて、バインダーをニードルマットに付着させる。

その後、バインダー中の水分を除去するために、ニードルマットを乾燥させる。このとき必要に応じてニードルマットを圧縮させながら乾燥させてもよい。乾燥圧縮条件としては、例えば、１００〜２００℃で、３０〜２００ｋＰａで圧縮させながら３〜２０分間乾燥させればよい。乾燥工程を経ることで、本実施形態のニードルマットを作製することができる。

（３）抄造用スラリー調製工程
次に、抄造マットの原料となる抄造用スラリーを調整する。抄造用スラリーには、主に、分散媒である水と、第２の無機繊維と、バインダーと、凝集剤とが含まれている。

第２の無機繊維は、アルミナ繊維等の原料繊維を開繊することで得られる。開繊には、フェザーミル等の開繊装置を用いることができる。こうして所望の程度まで原料繊維を開繊することで、第２の無機繊維を得ることができる。

得られた第２の無機繊維を所定量の水１００重量部に対し１重量部程度分散させて、攪拌する。その後、バインダーを添加して攪拌し、次いで凝集剤を添加してさらに攪拌する。凝集剤を添加することで、第２の無機繊維とバインダーとが凝集し、一種のコロイド状態となって抄造用スラリーが調製される。

バインダーとしては、ラテックス等の有機バインダー、アルミナゾル等の無機バインダーを用いることができる。バインダーの量としては特に限定されず、第２の無機繊維１００重量部に対し１〜３０重量部程度でよい。凝集剤としては、アニオン系高分子凝集剤やカチオン系高分子凝集剤等の凝集剤を用いることができる。凝集剤の量も特に限定されず、０．１〜３．０ｗｔ％程度用いればよい。

（４）保持工程
成形器に設けておいた濾過用メッシュ上に予め作製しておいたニードルマットを載置し、このニードルマットの上方から調製しておいた抄造用スラリーを所定量投入する。

抄造用スラリーの投入後、ニードルマットからなる層と抄造用スラリーの層とを何らの手順を行うことなく所定時間保持する。所定時間保持することで、凝集剤を添加した際に凝集することがなかったいわゆるフリーの状態の第２の無機繊維のうちの短繊維成分やバインダーが優先的に沈降し、ニードルマットの上面に積もったり、一部はニードルマット内部へと侵入したりする。これらフリーの短繊維成分やバインダーが界面領域における短繊維の局在化やバインダー高濃度化の発生原因であると考えられる。

なお、保持時間としては、フリーの短繊維成分やバインダーが沈降するのに充分な時間であればよく、また、凝集した第２の無機繊維及びバインダーが沈降することのない時間であればよく、例えば、１０〜６０ｓｅｃの時間であればよい。

（５）脱水工程
次いで、抄造用スラリー中の水分を脱水する。脱水は濾過用メッシュを通じて行い、吸引機等を用いて行うことができる。この脱水工程では、抄造用スラリーの水分はニードルマットを通じ、さらに濾過用メッシュを通じて外部に排出されることになる。このときに、上記フリーの短繊維成分やバインダーがニードルマットの上面から所定範囲まで、すなわち界面領域全体に広がるようにさらに侵入することになる。

この脱水工程では、保持工程においてニードルマット上に積もっていたり、一部ニードルマット内部に侵入していたりした短繊維が脱水される水分の脱水方向と平行な方向に配向することになる。すなわち、脱水工程を経て、界面領域に存在する短繊維が界面と交差する方向に配向するようになる。

脱水工程後には、抄造マット前駆体の層がニードルマット上に形成されて２層構造となり、界面領域には短繊維とバインダーとが局在した状態となる。

（６）乾燥工程
最後に、脱水後の２層構造のマットを成形器から取り出し、このマットを３０〜２００ｋＰａの加圧下、１００〜２００℃の温度で加熱することにより乾燥させて、本実施形態の保持シール材を得る。

次いで、排ガス浄化装置の製造方法について図面を参照して説明する。
図５は、本実施形態の排ガス浄化装置を製造する手順を模式的に示した斜視図である。

従来公知の方法により作製した円柱形状のハニカムフィルタ（排気ガス処理体）４０の外周に上記工程で製造した保持シール材１０を凸部１３と凹部１４とが嵌合するようにして巻き付ける。そして、図５に示したように、保持シール材１０を巻き付けたハニカムフィルタ４０を所定の大きさを有する円筒状であって、主に金属等からなるケーシング３０に圧入することで排ガス浄化装置を製造する。

圧入後に保持シール材が圧縮して所定の反発力（すなわち、ハニカムフィルタを保持する力）を発揮するために、ケーシング５０の内径は、保持シール材１０を巻き付けたハニカムフィルタ４０の保持シール材１０の厚さを含めた最外径より少し小さくなっている。

本実施形態の保持シール材では、界面領域における短繊維とバインダーとの結合により剪断強度が向上しているので、排気ガス処理体のケーシングへの圧入時に保持シール材の剥離や分離等が生じることがない。

以下に、本実施形態の保持シール材及び排ガス浄化装置の作用効果について列挙する。
（１）本実施形態の保持シール材では、ニードルマットに含まれる界面領域に所定の短繊維が局在していることから、バインダーのみで積層されている場合より高い剪断強度が得られる。これにより、圧入時の剪断応力によって保持シール材に剥がれ等が生じることを防止することができる。

（２）本実施形態の保持シール材では、界面領域におけるバインダーの含有量を、重量比で、ニードルマットにおけるバインダーの含有量より高くしていることから、短繊維の存在と高含有量バインダーとに起因してより強固な結合ないしは交絡が発生する。ゆえに、本実施形態の保持シール材では、保持シール材のさらなる剪断強度の向上を図ることができる。

（３）本実施形態の保持シール材では、ニードルマットと抄造マットとを積層させて保持シール材を構成している。ニードルマットは、もともと絡合した第１の無機繊維からなるマットで構成されていることから、それ自体がある程度の定型性を有している。従って、ニードルマット自体の外形を維持するために多量のバインダーを必要とせず、バインダーの量としては作業性等に応じた必要最低限の量で済むので、保持シール材におけるバインダーの低減化を図ることができる。

（４）また、ニードルマットは、抄造マットと比べて柔軟性が高いので、排気ガス処理体への巻き付けの際にも排気ガス処理体の外周にしっかりと追従することができる。それゆえ本実施形態の保持シール材では、排気ガス処理体への巻き付け性が良好な保持シール材が得られる。

（５）本実施形態の保持シール材では、短繊維が、界面と交差する方向に配向して局在していることから、保持シール材の剪断強度をさらに高めることができる。

（６）本実施形態の保持シール材の製造方法では、バインダーが付着したニードルマット上に、第２の無機繊維及びバインダーを少なくとも含む抄造用スラリーを投入した後に所定時間保持する工程を含むので、抄造用スラリーに含まれる微細な短繊維や凝集体を形成してないフリーのバインダーがニードルマット上に沈降する。そして、その後の脱水工程を経て、短繊維とバインダーとがさらにニードルマット内のある程度の深さまで侵入していくことで、界面領域において、短繊維が局在し、バインダー含有量も高い保持シール材を効率良く製造することができる。

（７）本実施形態の保持シール材の製造方法において、スラリー投入後の保持時間を１０〜６０ｓｅｃとすることで、必要量の短繊維及びバインダーを沈降させることができ、かつ、生産効率を維持しながら好適に本発明の保持シール材を製造することができる。

（８）本実施形態の排ガス浄化装置では、剪断強度が高い保持シール材を用いているので、保持シール材を巻き付けた排気ガス処理体をケーシングに圧入する際にも保持シール材の剥がれ等が発生せず、スムーズに排ガス浄化装置を組み立てることができる。また、保持シール材に割れやひびが生じた場合にはその部分から排ガスが漏れることもあったが、本実施形態の排ガス浄化装置では、保持シール材の巻き付け特性も優れており、保持シール材の割れやひびを防止することができるので、排ガス浄化装置からの排ガスの漏れも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が、本実施形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
（１）ニードルマットの作製
アルミナ−シリカ組成を有するアルミナ繊維製の素地マットとして、組成比がＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝７２：２８である素地マットを用意した。この素地マットに対し、ニードリング処理を施すことで、嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３であり、目付量が１０５０ｇ／ｍ^２であるニードル処理マットを作製した。

別途、アクリル系ラテックスが水に分散しているアクリル系ラテックスエマルジョンを調製しておき、これをバインダーとして用いた。

次に、ニードル処理マットを平面視寸法９３０×５１５ｍｍに裁断した。裁断したニードル処理マットのアルミナ繊維量に対し３．０重量％となるように、裁断したニードル処理マットに対してスプレーを用いてバインダーを均一に吹き付けた。

その後、バインダーを付着させたニードル処理マットを７０ｋＰａの加圧下、１４０℃の温度で５分間通気乾燥させることにより、ニードルマットを作製した。

（２）抄造マットの作製・積層
まず、以下の手順で抄造用スラリーを調製した。
組成比がＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝７２：２８であるアルミナ繊維で構成された原料繊維を用意し、この原料繊維２ｋｇをフェザーミルにより１０分間開繊した。この開繊により、原料繊維中の繊維長が３００μｍ以下である短繊維の含有量を２２％とした。

次いで、水７９０００ｇに開繊した原料繊維７９０ｇを添加した後、これを攪拌機により５分間攪拌し、原料繊維混合物を調製した。

原料繊維混合物に対して、有機バインダーとしてラテックスを２４重量％となるように添加し、１分間攪拌した。続けて、混合物に無機バインダーとしてアルミナゾルを６．３２ｇ添加してさらに１分間攪拌した。さらに、凝集剤としてパーコール２９２（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）３．９５ｇを混合物に加えて１分間攪拌することで、抄造用スラリーを調製した。

次に、抄造用スラリーを用いて抄造マットを作製した。
抄造用成型器（縦９３０ｍｍ×横５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍ）の底部に濾過用メッシュ（３０メッシュ）を設置し、この濾過用メッシュ上に上述のニードルマットを載置した。

次いで、ニードルマットの上方から抄造用スラリーを投入した。その後、何らの操作を行うことなく、投入した抄造用スラリーを２０ｓｅｃ保持した。

抄造用スラリーの保持後、脱水処理を行うことにより、ニードルマット上に抄造マットの層を形成した。脱水処理は、吸引ポンプを用いて抄造用成型器の底部側から吸引圧をかけ、濾過用メッシュを通じて抄造用スラリー中の水分を強制的に吸引することで行った。

最後に、ニードルマットと抄造マットの層とからなる２層構造のマットを抄造用成型器から取り出し、この２層構造のマットを厚さが９ｍｍとなるように圧縮した状態とし、１３５℃で６０分間乾燥させた。これにより、ニードルマットと抄造マットとが一体となった保持シール材を製造した。なお、抄造マットの目付量は、１６５０ｇ／ｍ^２であった。

（実施例２〜１０）
ニードル処理マットに付着させるバインダー量及び抄造用スラリー中のバインダー含有量を表１に示した値としたこと以外は、実施例１と同様に保持シール材を製造した。

（比較例１、２）
比較例１、２に係る保持シール材として、界面領域に短繊維を含まない保持シール材を作製した。まず、ニードルマットの作製及び抄造用スラリーの調製は、実施例１と同様にして行った。その後、抄造用スラリーを用いて抄造マットを作製・積層するのに以下の手順を採用した。

抄造用成型器（縦９３０ｍｍ×横５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍ）の底部に濾過用メッシュ（３０メッシュ）を設置し、この濾過用メッシュ上に抄造用スラリーを投入した。

抄造用スラリーの投入後、脱水処理を行うことにより、抄造マットの層を形成した。脱水処理は、吸引ポンプを用いて抄造用成型器の底部側から吸引圧をかけ、濾過用メッシュを通じて抄造用スラリー中の水分を強制的に吸引することで行った。

その後、抄造マットの層を抄造用成型器から取り出し、これを厚さが５．５ｍｍとなるように圧縮した状態とし、１５０℃で１３分間乾燥させた。こうして作製した抄造マットの秤量は１６５０ｇ／ｍ^２であった。

次いで、予め作製しておいたニードルマットと抄造マットとをバインダーを用いて接着させることにより積層させた。バインダーとしては、有機バインダーであるアクリル系ラテックスを用い、これをニードルマット重量に対して表１に示した値となるように塗布した。

その後、ニードルマット上に抄造マットを載置し、９ｍｍの厚さとなるように圧縮した状態にして、１５０℃で１０分間乾燥した。以上の工程により、ニードルマットと抄造マットとが積層し、界面領域に短繊維を含まない保持シール材を得た。

（比較例３）
比較例３に係る保持シール材として、ニードルマットを用いずに、抄造マット２層からなる保持シール材を作製した。

抄造用成型器（縦９３０ｍｍ×横５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍ）の底部に濾過用メッシュ（３０メッシュ）を設置し、この濾過用メッシュ上に実施例１と同様に調製した抄造用スラリーを投入した。

抄造用スラリーの投入後、脱水処理を行うことにより、抄造マットの層を形成した。脱水処理は、吸引ポンプを用いて抄造用成型器の底部側から吸引圧をかけ、濾過用メッシュを通じて抄造用スラリー中の水分を強制的に吸引することで行った。

その後、抄造マットの層を抄造用成型器から取り出し、これを厚さが３．５ｍｍとなるように圧縮した状態とし、１５０℃で１３分間乾燥させた。こうして作製した抄造マットの秤量は１０５０ｇ／ｍ^２であった。

次いで、抄造用成型器（縦９３０ｍｍ×横５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍ）の底部に濾過用メッシュ（３０メッシュ）を再度設置し、この濾過用メッシュ上に上述の抄造マットを載置した。

次に、ニードルマットの上方から抄造用スラリーを投入した。その後、何らの操作を行うことなく、投入した抄造用スラリーを２０ｓｅｃ保持した。

抄造用スラリーの保持後、脱水処理を行うことにより、抄造マット上にさらに抄造マットの層を形成した。脱水処理は、吸引ポンプを用いて抄造用成型器の底部側から吸引圧をかけ、濾過用メッシュを通じて抄造用スラリー中の水分を強制的に吸引することで行った。

最後に、抄造マットと抄造マットの層とからなる２層構造のマットを抄造用成型器から取り出し、この２層構造のマットを厚さが９ｍｍとなるように圧縮した状態とし、１３５℃で６０分間乾燥させた。これにより、２層の抄造マットが一体となった保持シール材を製造した。

実施例１〜１０及び比較例１〜３で作製した保持シール材のそれぞれについて、剪断強度測定、初期密度測定、摩擦係数測定、強熱減量測定、繊維長測定、及び、巻き付け性確認試験を行った。

（剪断強度測定）
剪断強度測定は、図６に示す剪断強度試験器を用いて行った。図６は、剪断強度試験機を模式的に示す側面図である。まず、作製した保持シール材を平面視寸法５０×５０ｍｍに打ち抜き、剪断強度測定用サンプルとした。突起６２を有するＳＵＳ製の板材６１上に打ち抜いた測定用サンプル１０を載せ、その上に両面に突起６２を有するＳＵＳ製の中間板材６３を載せ、測定用サンプル１０を所定ギャップｇをもって挟み込んだ。次いで、中間板材６３上にもう一つ打ち抜いた測定用サンプル１０を載せ、さらにこの測定用サンプル１０の上に、突起６２を有するＳＵＳ製の板材６１を所定ギャップｇをもって載せて、３枚の板材のそれぞれの間に１枚ずつ合計２枚の測定用サンプルを挟み込んだ。

次いで、上下両端の板材６１と中間板材６３とを互いに逆の方向（図６中、矢印ｔの方向）に引っ張り、その際に生じる応力（Ｎ）を測定した。こうして測定した応力を２枚の測定用サンプルの面積（０．０５ｍ^２×２）で除して得た値を、単位面積当たりで負荷される応力（すなわち、剪断強度）（ｋＰａ）として評価した。

（初期密度測定）
作製した保持シール材を平面視寸法１００ｍｍ×１００ｍｍに打ち抜き、初期密度測定用サンプルとした。このサンプルの厚さ（ｍｍ）と重量（ｇ）を測定することで、初期密度（ｇ／ｃｍ^３）を算出した。

（摩擦係数測定）
作製した保持シール材を平面視寸法が３０ｍｍ×５０ｍｍとなるように打ち抜き、初期密度測定用サンプルとした。測定台に固定されたＳＵＳ製の板材上に、重りの引っ張り方向と測定用サンプルの長手方向とが平行になるように測定用サンプルを載せた。さらに、この測定用サンプル上に５ｋｇの重りを載せ、この重りを水平方向に１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張った際の引っ張り応力を測定した。測定した応力の最大値を読み取り、最大応力（Ｎ）を重り重量から導かれる荷重（Ｎ）で除することで静止摩擦係数を算出した。

（強熱減量測定）
作製した保持シール材を平面視寸法５０ｍｍ×５０ｍｍに打ち抜き、強熱減量測定用サンプルとした。このサンプルを、抄造マットが占める領域（ａ）（図２中の領域Ｂに相当）と、界面領域が占める領域（ｂ）（図２中の界面領域２１に相当）と、ニードルマットが占める領域から界面領域（ｂ）を除いた領域（ｃ）とに分離した。

次いで、分離した各領域を試料として、予め重量を測定しておいたルツボにそれぞれ別個に投入し、ルツボ及び試料の合計重量を測定した。試料の入ったルツボをそのまま電気炉に入れ、６００℃で１時間加熱焼成した。冷却後、電気炉からルツボを取り出して再度ルツボの重量を測定し、強熱前後の重量を比較して強熱減量（ｇ）を求めた。こうして求めた強熱減量から、ニードルマット及び抄造マットのそれぞれにおけるバインダーの含有量（ｗｔ％）を算出した。

（繊維長測定）
実施例１及び比較例１で作製した保持シール材を平面視寸法１０ｍｍ×１０ｍｍに打ち抜き、繊維長測定用サンプルとした。このサンプルを強熱減量測定と同様に、抄造マットが占める領域（ａ）と、界面領域が占める領域（ｂ）と、ニードルマットが占める領域から界面領域（ｂ）を除いた領域（ｃ）とに分離した。

各領域から測定点を１０箇所無作為に選択し、各箇所から繊維試料をサンプリングした。光学顕微鏡を用い１０倍の倍率にて、各繊維試料中の繊維の長さを少なくとも５０本の繊維について測定した。次いで、領域（ａ）〜（ｃ）の各領域における測定結果から繊維長が３００μｍ以下である短繊維の本数を計数した。繊維長を測定した繊維の全数でこの短繊維の本数を除することにより短繊維存在率（％）を算出した。

（巻き付け性確認試験）
直径１２７ｍｍ、長手方向の長さ１５０ｍｍの円筒形でハニカム状の触媒担体を用意した。実施例及び比較例で作製した保持シール材から平面視寸法３５０ｍｍ×１００ｍｍの巻き付けサンプルを切り出した。巻き付けサンプルを触媒担体の外周に、ニードルマットが外側に向くように巻き付けた。このときに保持シール材の外観において割れが発生したか否かを判定基準として確認試験を行った。
結果を表１及び表２に示す。

実施例１〜１０で作製した保持シール材のいずれにおいても、界面領域に相当する領域（ｂ）のバインダー含有量が、ニードマット全体に相当する領域（ｂ）と領域（ｃ）とを合わせた領域のバインダー含有量より高かった。また、界面領域において、３００μｍ以下の短繊維が局在しているのが確認された。さらに、剪断強度は、全ての実施例において６０ｋＰａを超えており、保持シール材のケーシングへの圧入の際に剥がれ等が生じない程度の充分に高い値を示した。

表２に示したように、実施例１の保持シール材の各領域での短繊維存在率は、領域（ａ）で２７％、領域（ｂ）で５６％、領域（ｃ）で１９％であり、界面領域に相当する領域（ｂ）で短繊維が局在していることが分かった。一方、比較例１の保持シール材では、短繊維存在率が領域（ａ）から順に領域（ｃ）へと減少し、実施例１のような短繊維の局在は確認されなかった。

ここで、実施例１及び比較例１の保持シール材の剪断強度を測定した後の測定サンプル写真を図７に示す。図７に示したように、実施例１の保持シール材では、ニードルマットにおいて剥離が生じており、ニードルマットと抄造マットとの界面では剥離は生じていなかった。このことから、実施例１の保持シール材の剪断強度が充分に高く、ニードルマットと抄造マットとが互いに分離するということは生じないことが分かった。一方、比較例１の保持シール材では、剪断強度が低かったことに起因して、界面において剥離が生じていた。

実施例１〜１０の保持シール材において、高い剪断強度が達成されたのは、界面領域に局在した短繊維と、ニードルマットより高いバインダー含有量とより、短繊維とバインダーとの間の強固な結合によるアンカー効果がこれらの保持シール材で得られたからであると考えられる。

一方、比較例１、２で作製した保持シール材では、いずれも剪断強度の値は低かった。この理由としては、以下のように考えられる。比較例１、２の保持シール材では、ニードルマットと抄造マットとを別個に作製し、これらを有機バインダーにより接着しているので、ニードルマット上に抄造スラリーを投入して所定時間保持するという工程を行っていない。これにより、界面領域での短繊維の局在が達成されなかったために、剪断強度が低くなったと考えられる。

保持シール材の巻き付け性に関しては、実施例１〜１０のいずれの保持シール材においても割れが確認されず良好な巻き付け性が得られた。これは、本実施例の保持シール材がニードルマットと抄造マットの２層からなる保持シール材であることから、保持シール材自体に柔軟性あり、ニードルマットが外側に向くように円柱状の触媒担体に巻き付けると、巻き付け後のニードルマットが触媒担体の外周に良好に追従することができたからであると考えられる。一方、比較例３の保持シール材では、剪断強度は高かったものの、割れが発生した。これは、比較例３の保持シール材では、所定の保持工程を経ることで界面領域に短繊維が局在していたことから、剪断強度は比較例１、２と比べて高い値を示したが、比較例３の保持シール材は２層の抄造マットからなる保持シール材であり、保持シール材自体に柔軟性が乏しく、円柱状の触媒担体に巻き付けた際に触媒担体の外周に追従することができなかったからであると考えられる。

ここで、実施例２及び比較例３の保持シール材を用いた巻き付け性確認試験後の保持シール材の試験サンプル写真を図８に示す。図８（ａ）に示した実施例２の保持シール材では、割れが発生せず、良好に触媒担体に巻き付けることができた。一方、図８（ｂ）に示した比較例３の保持シール材では大きく２箇所で割れが生じており、巻き付けに耐え得る柔軟性を有していないことが分かった。

なお、摩擦係数に関しては、実施例１〜１０のいずれの保持シール材でも、ケーシングへの圧入の際にスムーズに圧入を行うことができる摩擦係数が得られた。このうち、ニードルマットでのバインダー含有量が６ｗｔ％を超える実施例７〜９では、わずかに他の実施例と比較して高い摩擦係数を示した。これは、ニードルマットのバインダー含有量が高ければ高いほど摩擦係数が高くなることに起因していると考えられる。従って、ニードルマットにおけるバインダー含有量が６ｗｔ％を超えていても充分に製品として使用可能であるが、特に、ニードルマットのバインダー含有量としては５ｗｔ％以下であることが望ましいことが分かった。

一方で、ニードルマットのバインダー含有量が高くなると、保持シール材の剪断強度が高くなる傾向がみられたことから、剪断強度を高くするにはニードルマットのバインダー含有量を高くすればよいことが分かった。ここで、ニードルマットにおけるバインダー含有量が２ｗｔ％未満である実施例３の保持シール材の剪断強度は、実際の使用に際しては充分であるものの、他の実施例の保持シール材における剪断強度よりわずかに低い値を示した。このことから、ニードルマットのバインダー含有量としては、剪断強度の面から２ｗｔ％以上であることが望ましく、また、上述の摩擦係数の面から５ｗｔ％以下であることが望ましいことが分かった。この理由は定かではないが、界面領域における短繊維の局在と、高バインダー含有量と、ニードルマットを構成する無機繊維という３要素間でのアンカー効果が、ニードルマット全体のバインダーを高くすることでより強固となったことが主な原因であると推測される。

また、保持シール材の初期密度に関しては、取扱い等に支障をきたさない限り特に限定されないが、圧入性を考慮すると保持シール材全体の嵩密度は高い方が好ましいという観点から評価項目として挙げている。すなわち、圧入前に保持シール材が嵩高いまま圧入するより、ある程度嵩高さを小さくしておいた方が、圧入性は向上するからである。この点から実施例の結果をみると、圧入性を良好にするための初期密度である０．１６ｇ／ｃｍ^３を達成するために、保持シール材全体（領域（ａ）〜（ｃ））のバインダー含有量が、３．０ｗｔ％以上であることが望ましいことが分かった。一方、バインダー含有量の上限も特に限定されないが、１３ｗｔ％を超えても初期密度の値に大きく影響しないことや、バインダーが焼失した際に生じるバインダー由来のガス成分等を低く抑えること等を考慮すると、１３ｗｔ％以下であることが望ましいことが分かった。

（第二実施形態）
次に、本発明の保持シール材及び保持シール材の製造方法の一実施形態である第二実施形態について説明する。
第二実施形態に係る保持シール材においては、ニードルマットにおけるバインダーの含有量が、重量比で、抄造マットにおけるバインダーの含有量より低くなっている。

第一実施形態に係る保持シール材では、ニードルマット及び抄造マットにおけるバインダーの多少については特に限定されない。第二実施形態に係る保持シール材では、ニードルマットにおけるバインダーの含有量を、重量比で、抄造マットにおけるバインダーの含有量より低くすることで、ニードルマットの摩擦係数を低くしている。そして、この保持シール材を用いて排ガス浄化装置を組み上げる場合には、ニードルマットが外側に向くように排気ガス処理体に巻き付けることで、ケーシングへの圧入時の摩擦抵抗を低減することができる。

ニードルマットにおけるバインダーの含有量を、重量比で、抄造マットにおけるバインダーの含有量より低くするには、抄造用スラリーに含有させるバインダーの量をニードルマットに付着させるバインダーの量より多くすればよい。

この第二実施形態の保持シール材においても、第一実施形態と同じ効果（１）〜（８）が得られる。
（９）さらに、第二実施形態の保持シール材を用いて排ガス浄化装置を製造する際に、バインダーの含有量が低いニードルマットを外側（ケーシング側）に向けて排気ガス処理体に巻き付けた場合には、摩擦係数が低い側がケーシング側に向くことになり、排気ガス処理体のケーシングへの圧入もスムーズになる。

（その他の実施形態）
本発明の保持シール材の短辺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、一方の長辺の一部に幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ〜幅１００ｍｍ×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、他方の長辺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保持シール材を用いて排ガス浄化装置を製造する場合には、保持シール材で排気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。
また、上記保持シール材の短辺には、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。

本発明の保持シール材において、第一の無機繊維の平均繊維長は、０．５〜１０ｃｍであることが望ましく、１〜８ｃｍであることがより望ましい。
一方、第二の無機繊維の平均繊維長は、０．２〜２０ｍｍであることが望ましく、０．４〜１６ｍｍであることがより望ましい。

本発明の保持シール材において、第一の無機繊維の平均繊維径は、１〜２０μｍであることが望ましく、３〜１０μｍであることがより望ましい。
一方、第二の無機繊維の平均繊維径は、１〜２０μｍであることが望ましく、３〜１０μｍであることがより望ましい。

本発明の保持シール材に含まれるバインダーの量は、０．５〜１５．０重量％であることが望ましく、１〜１４重量％であることがより望ましく、３〜１２重量％であることがさらに望ましい。有機バインダーの量が０．５重量％未満であると、保持シール材の嵩密度が低くなるので、保持シール材のケーシングへの圧入性が低下する場合がある。一方、バインダーの量が１５．０重量％を超えると排ガス浄化装置として用いた場合に、排出される排ガス中の有機成分の量が増加することになるので、環境に負荷がかかることになる。

本発明の保持シール材の目付量は、特に限定されないが、１０００〜５０００ｇ／ｍ^２であることが望ましく、１５００〜４０００ｇ／ｍ^２であることがより望ましい。また、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。

本発明の保持シール材の厚さは、特に限定されないが、６〜２０ｍｍであることが望ましい。

本発明の保持シール材の製造に用いられる有機バインダーとしては、上述した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好ましい。

上記エマルジョンには、上述した有機バインダーが複数種類含まれていてもよい。
また、上記エマルジョンとしては、上述した有機バインダー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ーを水又は有機溶媒に溶解させた溶液等であってもよい。

本発明の保持シール材のニードルマットと抄造マットとの厚さについては、互いに略同じであってもよいし、ニードルマットと抄造マットとの厚さの比が、３：１〜１：１０であってもよい。
ニードルマットの厚さ比が上記下限値より小さく、抄造マットの厚さ比が上記上限値より大きくなると、保持シール材自体の柔軟性が低下する場合がある。一方、ニードルマットの厚さ比が上記上限値より大きく、抄造マットの厚さ比が上記下限値より小さくなると、抄造マットに用いる抄造用スラリーの量が少なくなり、界面領域における短繊維やバインダー量が所定の値にならない場合がある。

本発明の保持シール材の製造に用いられる無機バインダーとしては、上述したアルミナゾルに限られず、例えば、シリカゾル等であってもよい。

本発明の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。

その他、円筒状のケーシングを用いて排ガス浄化装置を製造する場合には、排気ガス処理体の端面の直径と排気ガス処理体に巻付けられた状態の保持シール材の厚さを合わせた長さより大きい内径を有するケーシングの内部に保持シール材が巻付けられた排気ガス処理体を挿入した後、プレス機等により、ケーシングを外周側から圧縮する所謂サイジング方式で排ガス浄化装置を製造することができる。

本発明の排ガス浄化装置を構成する排気ガス処理体は、図４（ａ）に示したような全体が一の焼結体で構成された一体型排気ガス処理体であってもよく、あるいは、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム焼成体が、接着材層を介して複数個結束されて得られる集合型排気ガス処理体であってもよい。

本発明の排ガス浄化装置を構成する排気ガス処理体には触媒を担持させてもよい。このような触媒としては、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、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種以上併用してもよい。

また、上記金属酸化物としては、ＰＭの燃焼温度を低下させることができるものであれば特に限定されず、例えば、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＣｕＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、組成式Ａ_ｎＢ_１−ｎＣＯ_３（式中、ＡはＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ又はＹであり、Ｂはアルカリ金属又はアルカリ土類金属であり、ＣはＭｎ、Ｃｏ、Ｆｅ又はＮｉであり、０≦ｎ≦１である）で表される複合酸化物等が挙げられる。
これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよいが、少なくともＣｅＯ_２を含むものであることが望ましい。
このような金属酸化物を担持させることにより、ＰＭの燃焼温度を低下させることができる。

上記排気ガス処理体に触媒を担持させる方法としては、触媒が含まれた溶液を排気ガス処理体に含浸させた後に加熱する方法の他に、排気ガス処理体の表面にアルミナ膜からなる触媒担持層を形成し、このアルミナ膜に触媒を担持させる方法等が挙げられる。
アルミナ膜を形成する方法としては、例えば、Ａｌ（ＮＯ_３）_３等のアルミニウムを含有する金属化合物溶液を排気ガス処理体に含浸させて加熱する方法、アルミナ粉末を含有する溶液を排気ガス処理体に含浸させて加熱する方法等が挙げられる。
また、アルミナ膜に触媒を担持させる方法としては、例えば、貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は、金属酸化物を含む溶液等をアルミナ膜が形成された排気ガス処理体に含浸させて加熱する方法等が挙げられる。

本発明の保持シール材を模式的に示す斜視図である。 図２（ａ）は、本発明の保持シール材の断面を模式的に示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の断面のうち界面領域を拡大した拡大断面図である。 図３（ａ）は、本実施形態の排ガス浄化装置を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した排ガス浄化装置のＡ−Ａ線断面図である。 図４（ａ）は、第一実施形態の排ガス浄化装置を構成するハニカムフィルタを模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、第一実施形態の排ガス浄化装置を構成するケーシングを模式的に示す斜視図である。 本実施形態の排ガス浄化装置を製造する手順を模式的に示した斜視図である。 剪断強度試験機を模式的に示す側面図である。 実施例１及び比較例１の保持シール材の剪断強度を測定した後の測定サンプルの写真である。 図８（ａ）は、実施例３の保持シール材を用いた巻き付け性確認試験後の試験サンプルの写真であり、図８（ｂ）は、比較例３の保持シール材を用いた巻き付け性確認試験後の試験サンプルの写真である。

符号の説明

１０ 保持シール材
１１ ニードルマット
１２抄造マット
２０ 界面
２１ 界面領域
２２ 短繊維
３０ 排ガス浄化装置
４０ 排気ガス処理体
４１ セル
４２ セル壁
４３ 封止材
５０ ケーシング

Claims (10)

1. 絡合した第１の無機繊維とバインダーとを含むニードルマットと、
   抄造処理された第２の無機繊維とバインダーとを含む抄造マットとが積層された保持シール材であって、
   前記ニードルマットと前記抄造マットとの界面から前記ニードルマット側に向かう界面領域において、前記第２の無機繊維の平均繊維長より短い平均繊維長を有する短繊維が局在し、
   前記界面領域におけるバインダーの含有量が、重量比で、前記ニードルマットにおけるバインダーの含有量より高く、
   前記界面領域は、前記ニードルマットに含まれており、前記ニードルマットの一部を構成する領域であることを特徴とする保持シール材。
2. 前記短繊維は、前記界面と交差する方向に配向して局在している請求項１に記載の保持シール材。
3. 前記ニードルマットにおけるバインダーの含有量が、重量比で、前記抄造マットにおけるバインダーの含有量より低い請求項１又は２に記載の保持シール材。
4. 前記界面領域におけるバインダーの含有量が、重量比で、前記ニードルマットにおけるバインダーの含有量の１．３〜７．０倍である請求項１〜３のいずれかに記載の保持シール材。
5. 前記短繊維の平均繊維長が、３００μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の保持シール材。
6. 前記バインダーが付着した前記ニードルマット上に、前記第２の無機繊維及び前記バインダーを少なくとも含む抄造用スラリーを投入した後、１０〜６０ｓｅｃ保持することにより得られる請求項１〜５のいずれかに記載の保持シール材。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の保持シール材の製造方法であって、
   第１の無機繊維を含むマットにニードリング処理を施して無機繊維が絡合したニードルマットを作製する工程と、
   前記ニードルマットにバインダーを付着させる工程と、
   前記バインダーが付着したニードルマット上に、第２の無機繊維及びバインダーを少なくとも含む抄造用スラリーを投入した後に所定時間保持する工程と、
   前記抄造用スラリーを脱水して抄造マット前駆体を作製する工程と、
   前記ニードルマットと前記抄造マット前駆体とを積層させたまま乾燥する工程とを含む保持シール材の製造方法。
8. 前記ニードルマットに付着させるバインダーの量は、前記抄造用スラリーにおけるバインダーの含有量より少ない請求項７に記載の保持シール材の製造方法。
9. 前記所定時間は、１０〜６０ｓｅｃである請求項７又は８に記載の保持シール材の製造方法。
10. 多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設された柱状の排気ガス処理体と、
    前記排気ガス処理体を収容するケーシングと、
    前記排気ガス処理体と前記ケーシングとの間に配設され、前記排気ガス処理体を保持する保持シール材とからなる排ガス浄化装置であって、
    前記保持シール材は、請求項１〜６のいずれかに記載の保持シール材であることを特徴とする排ガス浄化装置。