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JP7594455B2 - Mat material, exhaust gas purification device, and method for manufacturing the mat material - Google Patents

Mat material, exhaust gas purification device, and method for manufacturing the mat material Download PDF

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JP7594455B2 JP2021020048A JP2021020048A JP7594455B2 JP 7594455 B2 JP7594455 B2 JP 7594455B2 JP 2021020048 A JP2021020048 A JP 2021020048A JP 2021020048 A JP2021020048 A JP 2021020048A JP 7594455 B2 JP7594455 B2 JP 7594455B2
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Description

本発明は、マット材、排ガス浄化装置及びマット材の製造方法に関する。 The present invention relates to a mat material, an exhaust gas purification device, and a method for manufacturing the mat material.

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。 Exhaust gas emitted from internal combustion engines such as diesel engines contains particulate matter (hereinafter referred to as PM), and in recent years, the harm that this PM poses to the environment and human body has become a problem. In addition, exhaust gas also contains harmful gas components such as CO, HC, and NOx, and there are concerns about the impact that these harmful gas components have on the environment and human body.

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ガス処理体と、排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、排ガス処理体と金属ケーシングとの間に配設される保持シール材(マット材)とから構成され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(マット材)は、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆う金属ケーシングと接触して破損するのを防止することや、排ガス処理体と金属ケーシングとの間から排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。 Therefore, various exhaust gas purification devices have been proposed that capture PM in exhaust gas and purify harmful gas components. The exhaust gas purification devices are composed of an exhaust gas treatment body made of porous ceramics such as silicon carbide or cordierite, a metal casing that houses the exhaust gas treatment body, and a retaining seal material (mat material) arranged between the exhaust gas treatment body and the metal casing. The main purpose of this retaining seal material (mat material) is to prevent the exhaust gas treatment body from coming into contact with the metal casing that covers its outer periphery and being damaged by vibrations and impacts caused by the running of the automobile, and to prevent exhaust gas from leaking between the exhaust gas treatment body and the metal casing.

このような排ガス浄化装置に高圧の排ガスが流入すると、排ガス処理体が排ガスに押され金属ケーシングから脱落してしまうという問題がある。 When high-pressure exhaust gas flows into such an exhaust gas purification device, the exhaust gas treatment body is pushed by the exhaust gas and falls off the metal casing, which is a problem.

特許文献1には、保持シール材の保持性能を向上するために、保持シール材を構成する無機繊維の表面に無機粒子を付着し、保持シール材の摩擦係数を向上させることが記載されている。 Patent Document 1 describes how, in order to improve the holding performance of the holding seal material, inorganic particles are attached to the surface of the inorganic fibers that make up the holding seal material, thereby improving the friction coefficient of the holding seal material.

また、特許文献2には、保持シール材の保持性能を向上するために、保持シール材を構成する無機繊維を圧縮して有機バインダにより固定することにより表面に溝を形成し、保持シール材の摩擦係数を向上させることが記載されている。 Furthermore, Patent Document 2 describes how, in order to improve the holding performance of the holding seal material, the inorganic fibers that make up the holding seal material are compressed and fixed with an organic binder to form grooves on the surface, thereby improving the friction coefficient of the holding seal material.

特開2013-213463号公報JP 2013-213463 A 特開2017-31870号公報JP 2017-31870 A

本発明者らが特許文献1に記載の保持シール材について保持シール材と金属ケーシングとの間の摩擦係数を測定した結果、想定よりも摩擦係数が小さくなっていた。
本発明者らはこの理由について以下のように推定した。
The present inventors measured the coefficient of friction between the holding sealer and the metal casing of the holding sealer described in Patent Document 1, and found that the coefficient of friction was smaller than expected.
The present inventors speculate that the reason for this is as follows.

特許文献1に記載されたような保持シール材は、その主面が金属ケーシングと接するように使用される。そして、保持シール材が金属ケーシングと接する面と金属ケーシングの表面の間で摩擦力が発生すると考えられる。
しかし、保持シール材の表面を微視的に見ると、保持シール材を構成する無機繊維は互いに絡み合っているために、保持シール材の表面は一様な面をなしているものではない。
そして、保持シール材の表面を微視的に見た場合に、保持シール材の表面における無機繊維が占める面積はマット材の面積に比べると少ない。そのため、実際には金属ケーシングの表面に対して無機繊維は点接触のような形で接しているものと考えられる。
The holding sealer described in Patent Document 1 is used such that its main surface is in contact with the metal casing. It is considered that frictional force is generated between the surface of the holding sealer that is in contact with the metal casing and the surface of the metal casing.
However, when the surface of the holding sealer is viewed microscopically, the inorganic fibers constituting the holding sealer are entangled with one another, and therefore the surface of the holding sealer is not uniform.
When the surface of the holding sealing material is viewed microscopically, the area occupied by the inorganic fibers on the surface of the holding sealing material is smaller than the area of the mat material. Therefore, it is considered that the inorganic fibers are in point contact with the surface of the metal casing.

また、特許文献1では無機繊維の表面に無機粒子を配置している。粒子は面に対して点接触するので、無機繊維の表面に無機粒子が配置されたとしても、保持シール材は金属ケーシングの表面に対して点接触で接するものと考えられる。 Furthermore, in Patent Document 1, inorganic particles are placed on the surface of the inorganic fibers. Since the particles make point contact with the surface, it is believed that even if the inorganic particles are placed on the surface of the inorganic fibers, the holding seal material will make point contact with the surface of the metal casing.

保持シール材が金属ケーシングの表面に点接触で接していると、保持シール材と金属ケーシングの表面が実際に接する面積が小さくなる。この場合、保持シール材と金属ケーシングの間の摩擦係数は、保持シール材と金属ケーシングが面接触していると想定した場合の摩擦係数よりも小さくなる。 When the retaining seal material is in point contact with the surface of the metal casing, the actual contact area between the retaining seal material and the surface of the metal casing is small. In this case, the coefficient of friction between the retaining seal material and the metal casing is smaller than the coefficient of friction when it is assumed that the retaining seal material and the metal casing are in surface contact.

すなわち、上記のような理由により、特許文献1に記載の保持シール材を使用した場合に、保持シール材と金属ケーシングの間の摩擦係数が想定よりも小さくなるものと考えられる。 In other words, for the reasons mentioned above, it is believed that when the retaining seal material described in Patent Document 1 is used, the coefficient of friction between the retaining seal material and the metal casing becomes smaller than expected.

また、無機繊維に無機粒子を付着させることは、製造工程の複雑化をまねき、製造コストが増加してしまう。 In addition, attaching inorganic particles to inorganic fibers complicates the manufacturing process and increases manufacturing costs.

また、本発明者らが特許文献2に記載の保持シール材について保持シール材と金属ケーシングとの間の摩擦係数を測定した結果、やはり摩擦係数を向上させる効果は確認できなかった。 In addition, the inventors measured the coefficient of friction between the retaining seal material described in Patent Document 2 and the metal casing, but were unable to confirm any effect of improving the coefficient of friction.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、表面の摩擦係数を向上することができるマット材を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a mat material that can improve the surface friction coefficient.

すなわち、本発明のマット材は、無機繊維からなるマット材であって、上記マット材は、第1主面と、上記第1主面と反対側に位置する第2主面とを有し、上記第1主面及び上記第2主面の少なくとも一方が、表面加工が施されて表面状態が変化したものであることを特徴とする。 In other words, the mat material of the present invention is a mat material made of inorganic fibers, and the mat material has a first main surface and a second main surface located opposite the first main surface, and at least one of the first main surface and the second main surface has been subjected to a surface treatment to change the surface condition.

本発明のマット材は、第1主面及び第2主面の少なくとも一方が、表面加工が施されて表面状態が変化したものであることから、表面の、特に第1主面及び第2主面のうちの表面加工が施された被加工面の摩擦係数を向上することができる。
また、無機粒子といった追加材料を必要とせず、製造工程もシンプルであるため、製造コストの削減が可能である。
Since the mat material of the present invention has at least one of the first and second main surfaces subjected to surface treatment to change the surface condition, it is possible to improve the friction coefficient of the surface, particularly the surface to be processed of the first and second main surfaces that have been surface-treated.
In addition, since no additional materials such as inorganic particles are required and the manufacturing process is simple, it is possible to reduce manufacturing costs.

本発明のマット材では、上記第1主面及び上記第2主面が、上記表面加工が施されて表面状態が変化したものであることが好ましい。
各主面が、表面加工が施された被加工面であることから、各主面にて高い摩擦係数を有するマット材とすることができる。
In the mat member of the present invention, it is preferable that the first main surface and the second main surface are subjected to the surface treatment to change the surface state.
Since each of the main surfaces is a processed surface that has been subjected to a surface treatment, the mat material can have a high coefficient of friction on each of the main surfaces.

本発明のマット材では、上記第1主面及び上記第2主面のうちの上記表面加工が施された被加工面は、起毛した無機繊維を有することが好ましい。
これにより、摩擦係数を向上するとの効果がより好適に発揮される。
より詳細に説明すると、被加工面が起毛した無機繊維を有すると、摩擦が発生する界面において繊維配向はランダム配向へと強制的に変化することになる。そのため、外力に対し、無機繊維が動き難くなり、段階ズレが抑制され、保持力を向上させることが可能となる。その結果、摩擦係数が効果的に向上する。
本発明者らが測定した結果、起毛した無機繊維を主面に有するマット材は、特許文献1に記載されたような無機粒子が付着したマット材に対して、同等以上の摩擦力を有することを確認している。
In the mat member of the present invention, it is preferable that the surface to be processed, of the first main surface and the second main surface, has raised inorganic fibers.
This makes it possible to more suitably exhibit the effect of improving the friction coefficient.
More specifically, when the processed surface has raised inorganic fibers, the fiber orientation is forced to change to a random orientation at the interface where friction occurs. This makes it difficult for the inorganic fibers to move in response to external forces, suppressing stepwise displacement and improving the holding force. As a result, the friction coefficient is effectively improved.
As a result of measurements conducted by the present inventors, it has been confirmed that a mat material having brushed inorganic fibers on its main surface has a frictional force equal to or greater than that of a mat material having inorganic particles attached thereto, such as that described in Patent Document 1.

なお、ここで「段階ズレ」とは、摩擦発生界面において無機繊維1本1本が徐々にズレて(移動して)しまうことによって、マット材全体としての摩擦抵抗が低くなることを意味する。 Note that "gradual displacement" here means that the frictional resistance of the entire mat material decreases as each inorganic fiber at the friction-generating interface gradually displaces (moves).

本発明のマット材では、上記起毛した無機繊維は、繊維塊を形成しており、上記繊維塊は、上記被加工面から部分的に離間していることが好ましい。 In the mat material of the present invention, the raised inorganic fibers form fiber agglomerates, and it is preferable that the fiber agglomerates are partially separated from the processed surface.

本発明のマット材では、上記被加工面は、上記繊維塊を複数有し、複数の上記繊維塊は、同一方向の端部が上記被加工面から離間していることが好ましい。
このようなマット材は、起毛装置等の処理装置を用いて作製可能であるため、量産性に優れたマット材とすることができる。
In the mat material of the present invention, it is preferable that the processed surface has a plurality of the fiber agglomerates, and that ends of the plurality of fiber agglomerates in the same direction are spaced apart from the processed surface.
Such a mat material can be produced using a processing device such as a raising device, and therefore can be made into a mat material that is excellent in mass productivity.

本発明のマット材では、上記第1主面及び上記第2主面のうちの上記表面加工が施された被加工面の摩擦係数は、マット材の嵩密度が0.3g/cm、25℃において、0.21~0.45であることが好ましい。 In the mat material of the present invention, the friction coefficient of the surface to be processed, of the first main surface and the second main surface, which has been subjected to the surface processing, is preferably 0.21 to 0.45 when the bulk density of the mat material is 0.3 g/cm 3 and at 25°C.

本発明のマット材では、上記第1主面及び上記第2主面のうちの上記表面加工が施された被加工面近傍の嵩密度は、上記マット材の厚さ方向中央近傍における嵩密度より小さいことが好ましい。 In the mat material of the present invention, it is preferable that the bulk density of the first main surface and the second main surface near the processed surface on which the surface treatment has been applied is smaller than the bulk density near the center of the thickness direction of the mat material.

本発明のマット材では、上記第1主面及び上記第2主面のうちの上記表面加工が施された被加工面近傍の嵩密度は、0.05~0.18g/cmであり、上記マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度は、0.11~0.20g/cmであることが好ましい。 In the mat material of the present invention, the bulk density of the first main surface and the second main surface near the processed surface that has been subjected to the surface processing is preferably 0.05 to 0.18 g/ cm3 , and the bulk density of the mat material near the center in the thickness direction is preferably 0.11 to 0.20 g/ cm3 .

本発明のマット材では、上記第1主面及び上記第2主面のうちの上記表面加工が施された被加工面近傍の嵩密度は、上記マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度に対し、45~95%であることが好ましい。 In the mat material of the present invention, the bulk density of the first and second main surfaces near the processed surfaces on which the surface treatment has been applied is preferably 45 to 95% of the bulk density near the center of the thickness direction of the mat material.

本発明の排ガス浄化装置は、排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、上記排ガス処理体と上記金属ケーシングとの間に配置され、上記排ガス処理体を保持するマット材と、を備える排ガス浄化装置であって、上記マット材は、本発明のマット材であることを特徴とする。 The exhaust gas purification device of the present invention is an exhaust gas purification device comprising an exhaust gas treatment body, a metal casing that houses the exhaust gas treatment body, and a mat material that is disposed between the exhaust gas treatment body and the metal casing and holds the exhaust gas treatment body, and is characterized in that the mat material is the mat material of the present invention.

上述のように、本発明のマット材は、表面の摩擦係数の向上効果を有している。そのため、排ガス処理体が高い保持力で保持されてなる排ガス浄化装置とすることができる。 As described above, the mat material of the present invention has the effect of improving the surface friction coefficient. Therefore, it is possible to obtain an exhaust gas purification device in which the exhaust gas treatment body is held with high retention force.

本発明のマット材の製造方法は、無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程と、上記マットの第1主面と、上記マットの上記第1主面と反対側に位置する第2主面との少なくとも一方に、表面加工を施して表面状態を変化させる表面加工工程と、を含むことを特徴とする。 The method for manufacturing the mat material of the present invention is characterized by including a mat preparation step for preparing a mat made of inorganic fibers, and a surface processing step for performing a surface treatment on at least one of a first main surface of the mat and a second main surface of the mat located opposite the first main surface to change the surface condition.

本発明のマット材の製造方法では、上記表面加工工程において、上記第1主面及び上記第2主面の少なくとも一方に、起毛処理を施すことが好ましい。 In the method for manufacturing the mat material of the present invention, in the surface processing step, it is preferable to subject at least one of the first main surface and the second main surface to a brushed treatment.

本発明のマット材の製造方法では、上記マット準備工程において、上記マットをニードリング法により製造することが好ましい。 In the method for manufacturing a mat material of the present invention, it is preferable that the mat is manufactured by a needling method in the mat preparation step.

図1は、本発明のマット材の一例を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of the mat material of the present invention. 図2は、図1に示すマット材に表面加工を施す前の状態を模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a schematic state of the mat material shown in FIG. 1 before surface treatment is applied thereto. 図3は、粗さのある面を平面に荷重Wで押さえつけ横方向に力Fを加えた状態での接触機構を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a contact mechanism when a rough surface is pressed against a flat surface with a load W and a lateral force F is applied. 図4は、図1に示すマット材の被加工面の一部を拡大して模式的に示す斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a schematic view of a part of the processed surface of the mat material shown in FIG. 図5は、表面加工されていないニードルマットの一例を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic example of a needle mat that has not been surface-treated. 図6は、本発明のマット材の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic example of the mat material of the present invention. 図7は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view that illustrates an example of an exhaust gas purification device of the present invention. 図8は、実施例2のマット材の被加工面を模式的に示す平面図である。FIG. 8 is a plan view that illustrates the processed surface of the mat member of the second embodiment. 図9は、マット材の摩擦係数測定装置を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an apparatus for measuring the friction coefficient of a mat material. 図10は、マット材の摩擦係数測定装置を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an apparatus for measuring the friction coefficient of a mat material. 図11は、実施例及び比較例におけるマット材の摩擦係数の測定結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the measurement results of the friction coefficients of the mat materials in the examples and the comparative examples. 図12は、実施例2のマット材の被加工面をマイクロスコープにより観察した写真である。FIG. 12 is a photograph of the processed surface of the mat material of Example 2 observed with a microscope.

(発明の詳細な説明)
以下、本発明のマット材について詳述する。
本発明のマット材は、無機繊維からなるマット材であって、上記マット材は、第1主面と、上記第1主面と反対側に位置する第2主面とを有し、上記第1主面及び上記第2主面の少なくとも一方が、表面加工が施されて表面状態が変化したものであることを特徴とする。
Detailed Description of the Invention
The mat material of the present invention will be described in detail below.
The mat material of the present invention is a mat material made of inorganic fibers, characterized in that the mat material has a first main surface and a second main surface located opposite the first main surface, and at least one of the first main surface and the second main surface has been subjected to surface treatment to change the surface condition.

図1は、本発明のマット材の一例を模式的に示す斜視図である。
図1には、平面視矩形である本発明のマット材1を示す。
マット材1の平面視形状は矩形に限定されるものではなく、使用する場所に合わせて他の形状であってもよい。
また、マット材1を対象物に巻き付ける際に、端部同士が嵌合するように、マット材1の長手方向の一方の端部2には凸部2aが設けられており、マット材1の長手方向の他方の端部3に凹部3aが設けられている。
このような凸部2a及び凹部3aが設けられていると、マット材1を後述する排ガス浄化装置に配置した際に、シール性が向上する。
なお、本発明のマット材は、マット材の端部に凸部及び凹部を有していなくてもよい。
また、マット材の端部の形状はL字形状であって、マット材を対象物に巻き付けた際に端部同士が嵌合するようになっていてもよい。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the mat material of the present invention.
FIG. 1 shows a mat material 1 of the present invention which is rectangular in plan view.
The planar shape of the mat material 1 is not limited to a rectangle, but may be other shapes depending on the place where it is used.
In addition, a convex portion 2a is provided at one longitudinal end 2 of the mat material 1, and a concave portion 3a is provided at the other longitudinal end 3 of the mat material 1 so that the ends fit together when the mat material 1 is wrapped around an object.
The provision of such convex portions 2a and concave portions 3a improves sealing performance when the mat material 1 is disposed in an exhaust gas purification device, which will be described later.
The mat material of the present invention does not necessarily have to have any protrusions or recesses at the ends of the mat material.
In addition, the ends of the mat material may be L-shaped so that the ends fit together when the mat material is wrapped around the object.

マット材1は、無機繊維からなるマット材である。
無機繊維は特に限定されず、アルミナ繊維、アルミナ-シリカ繊維、シリカ繊維、生体溶解性繊維、グラスウール、ロックウール等が挙げられる。これらの中では、アルミナ-シリカ繊維であることが好ましい。
これらの無機繊維は耐熱性が高く、このような無機繊維により形成されたマット材は、温度変化によって形状変化しにくい。
The mat material 1 is made of inorganic fibers.
The inorganic fibers are not particularly limited, and examples thereof include alumina fibers, alumina-silica fibers, silica fibers, biosoluble fibers, glass wool, rock wool, etc. Among these, alumina-silica fibers are preferred.
These inorganic fibers have high heat resistance, and a mat material formed from such inorganic fibers is unlikely to change shape due to temperature changes.

さらに、無機繊維がアルミナ-シリカ繊維である場合、アルミナとシリカの組成比は、重量比でアルミナ(Al):シリカ(SiO)=60:40~80:20であることが好ましく、アルミナ(Al):シリカ(SiO)=70:30~74:26であることがより好ましい。 Furthermore, when the inorganic fibers are alumina-silica fibers, the composition ratio of alumina to silica, by weight, is preferably alumina (Al 2 O 3 ):silica (SiO 2 )=60:40 to 80:20, and more preferably alumina (Al 2 O 3 ):silica (SiO 2 )=70:30 to 74:26.

無機繊維の平均繊維長は1~150mmであることが好ましく、10~80mmであることがより好ましい。
無機繊維の平均繊維長が1mm未満であると、無機繊維の繊維長が短すぎるため、無機繊維同士の交絡が不充分となり、マット材の強度が得られにくくなり、マット材の形状保持性が低下しやすくなる。
また、無機繊維の平均繊維長が150mmを超えると、無機繊維の繊維長が長すぎるため、マット材を構成する繊維本数が減少し、マット材の緻密性が低下する。その結果、マット材のせん断強度が低くなる。
The average fiber length of the inorganic fibers is preferably from 1 to 150 mm, and more preferably from 10 to 80 mm.
If the average fiber length of the inorganic fibers is less than 1 mm, the fiber length of the inorganic fibers is too short, resulting in insufficient entanglement of the inorganic fibers with each other, making it difficult to obtain sufficient strength for the mat material, and the shape retention of the mat material is likely to decrease.
Furthermore, when the average fiber length of the inorganic fibers exceeds 150 mm, the fiber length of the inorganic fibers is too long, so that the number of fibers constituting the mat material is reduced, and the density of the mat material is reduced, resulting in a decrease in the shear strength of the mat material.

無機繊維の平均繊維径は、1~20μmであることが好ましく、2~15μmであることがより好ましく、3~10μmであることがさらに好ましい。
無機繊維の平均繊維径が1μm未満であると、破断荷重が低く、衝撃等により無機繊維が破断されやすくなる。
無機繊維の平均繊維径が20μmを超えると、繊維内部の欠陥が出来やすく無機繊維の強度が低下し、排ガス処理体を保持するマット材としての面圧値が低くなる。
The average fiber diameter of the inorganic fibers is preferably from 1 to 20 μm, more preferably from 2 to 15 μm, and even more preferably from 3 to 10 μm.
If the average fiber diameter of the inorganic fibers is less than 1 μm, the breaking load is low and the inorganic fibers are easily broken by impact or the like.
If the average fiber diameter of the inorganic fibers exceeds 20 μm, defects are likely to occur inside the fibers, reducing the strength of the inorganic fibers and lowering the surface pressure value as a mat material for holding the exhaust gas treatment body.

無機繊維の平均繊維長及び平均繊維径は、マット材のSEM(走査型電子顕微鏡)観察において視野内の任意の無機繊維を100本観察することにより求める。 The average fiber length and average fiber diameter of inorganic fibers are determined by observing 100 random inorganic fibers within the field of view of the mat material using a SEM (scanning electron microscope).

マット材1は、図1に示すように、第1主面4と、第1主面4と反対側に位置する第2主面5とを有し、第1主面4及び第2主面5は、表面加工が施されて表面状態が変化したものである。
これにより、マット材1の表面加工が施された面である被加工面6の摩擦係数を向上することができる。
また、マット材1は、無機粒子といった追加材料を用いずに簡便な製造工程によって低コストにて作製可能である。
As shown in FIG. 1, the mat material 1 has a first main surface 4 and a second main surface 5 located opposite the first main surface 4, and the first main surface 4 and the second main surface 5 have been subjected to surface treatment to change the surface condition.
This makes it possible to improve the coefficient of friction of the processed surface 6, which is the surface of the mat material 1 that has been subjected to the surface treatment.
Moreover, the mat member 1 can be produced at low cost through a simple manufacturing process without using additional materials such as inorganic particles.

図2は、図1に示すマット材に表面加工を施す前の状態を模式的に示す斜視図である。
図1及び図2に示すように、マット材1の第1主面4及び第2主面5は、表面加工が施されることによって表面状態が変化している。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic state of the mat material shown in FIG. 1 before surface treatment is applied thereto.
As shown in Figs. 1 and 2, the first main surface 4 and the second main surface 5 of the mat material 1 have their surface conditions changed by being subjected to a surface treatment.

マット材1は、第1主面4及び第2主面5の一方のみが、表面加工が施された被加工面6であってもよいが、図1及び図2に示すように、マット材1の第1主面4及び第2主面5は、表面加工が施されることによって表面状態が変化していることが好ましい。
すなわち、各主面4、5が被加工面6であることが好ましい。
これにより、各主面4、5にて高い摩擦係数を有するマット材とすることができる。
The mat material 1 may have only one of the first main surface 4 and the second main surface 5 as a processed surface 6 that has been subjected to surface treatment, but as shown in Figures 1 and 2, it is preferable that the surface condition of the first main surface 4 and the second main surface 5 of the mat material 1 be changed by being subjected to surface treatment.
In other words, it is preferable that each of the main surfaces 4 and 5 is the surface 6 to be processed.
This allows the mat material to have a high coefficient of friction on each of the main surfaces 4 and 5.

なお、各主面4、5が被加工面6である場合、第1主面4及び第2主面5には、互いに異なる種類の表面加工が施されてもよいが、通常、同種の表面加工(好適には起毛処理)が施される。 When each of the main surfaces 4, 5 is a surface to be processed 6, the first main surface 4 and the second main surface 5 may be subjected to different types of surface treatments, but typically are subjected to the same type of surface treatment (preferably a nap-raising treatment).

図1に示すように、第1主面4及び第2主面5のうちの表面加工が施された被加工面6は、起毛した無機繊維10を有することが好ましい。
これにより、摩擦係数を向上するとの効果がより好適に発揮される。
このような被加工面6は、上記表面加工として起毛処理を施すことによって効果的に形成することができる。
As shown in FIG. 1 , the processed surface 6 of the first main surface 4 or the second main surface 5 that has been subjected to surface processing preferably has raised inorganic fibers 10 .
This makes it possible to more suitably exhibit the effect of improving the friction coefficient.
Such a processed surface 6 can be effectively formed by carrying out a nap raising process as the above-mentioned surface treatment.

ここで、図3を用いて、起毛した無機繊維10の作用と、その効果についてより詳細に説明する。
まず、マット材のような一般的な弾性体において、保持力発生のメカニズムは下記の通りとなる。
図3は、粗さのある面を平面に荷重Wで押さえつけ横方向に力Fを加えた状態での接触機構を示す模式図である。
F(保持力)は、W(面圧)×μ(摩擦係数)で表現することが一般的であるが、マット材のような弾性体の場合は、図3に示すように、弾性体Eの各突起は、平面Pに荷重Wで押さえつけられると、その接触圧力pにより突起先端が変形し、接触面積Aの接触面を形成するため、下記(1)式のように、摩擦が発生する真の接触点(各突起)のせん断力τ×Aの総和が、F(保持力)となる。
F=τ×A+τ×A+τ×A+・・・=Στ×A (1)
ここで、τは、各突起の平均的なせん断力を示し、nは、各突起の番号を示す。
そのため、各突起の段階ズレが起きると、その突起の応力が緩和してせん断力が減少ないし消失するため、F(保持力)は低下してしまう。
Here, the function and effect of the raised inorganic fibers 10 will be described in more detail with reference to FIG.
First, in a general elastic body such as a mat material, the mechanism by which a holding force is generated is as follows.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a contact mechanism when a rough surface is pressed against a flat surface with a load W and a lateral force F is applied.
F (holding force) is generally expressed as W (surface pressure) × μ (friction coefficient), but in the case of an elastic body such as a mat material, as shown in Figure 3, when each protrusion of the elastic body E is pressed against a plane P with a load W, the tip of the protrusion is deformed by the contact pressure pn and forms a contact surface with a contact area A n , so that F (holding force) is the sum of the shear forces τ n × A n of the true contact points (each protrusion) where friction occurs, as shown in the following equation (1).
F=τ 1 ×A 12 ×A 23 ×A 3 +...=Στ n ×A n (1)
Here, τ n represents the average shear force of each protrusion, and n represents the number of each protrusion.
Therefore, when the projections are misaligned, the stress of the projections is relaxed and the shear force is reduced or eliminated, resulting in a decrease in F (holding force).

なお、弾性体の摩擦係数μは、下記(2)式で表される。
μ=μ+C(μ-μ)W-1/3 (2)
ここで、μは、動摩擦係数を示し、μは、静止摩擦係数を示し、Wは、荷重を示し、Cは、剛性を示す。
The friction coefficient μM of the elastic body is expressed by the following formula (2).
μ M = μ K +C(μ S −μ K )W −1/3 (2)
Here, μ K indicates the dynamic friction coefficient, μ S indicates the static friction coefficient, W indicates the load, and C indicates the stiffness.

それに対して、本発明のマット材の被加工面が起毛した無機繊維を有すると、摩擦が発生する界面において繊維配向はランダム配向へと強制的に変化することになる。そのため、外力に対し、無機繊維が動き難くなり、段階ズレが抑制され、保持力Fを向上させることが可能となる。その結果、摩擦係数が効果的に向上する。 In contrast, when the processed surface of the mat material of the present invention has raised inorganic fibers, the fiber orientation is forcibly changed to a random orientation at the interface where friction occurs. This makes it difficult for the inorganic fibers to move in response to external forces, suppressing stepwise shifting and making it possible to improve the holding force F. As a result, the coefficient of friction is effectively improved.

図4は、図1に示すマット材の被加工面の一部を拡大して模式的に示す斜視図である。
図4に示すように、起毛した無機繊維10は、繊維塊11を形成しており、繊維塊11は、被加工面6から部分的に離間していることが好ましい。
FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a schematic view of a part of the processed surface of the mat material shown in FIG.
As shown in FIG. 4 , the raised inorganic fibers 10 form fiber agglomerates 11 , and it is preferable that the fiber agglomerates 11 are partially separated from the surface 6 to be processed.

なお、ここで「繊維塊」とは、複数の無機繊維がまとまって一体となった繊維集合体を意味する。
繊維塊11は、被加工面6の無機繊維が針に引っ掛けられて被加工面6から部分的に引き剥がされることによって形成されたものである。
したがって、繊維塊11と、それ以外の無機繊維(例えばマット材の厚さ方向中央の無機繊維)とでは、基本的には繊維配向の方向が異なるのみである。
ただし、繊維塊11は、針に引っ掛けられて形成されるため、図4に示すように、通常では、その中心に無機繊維の低集積部12が存在している。すなわち、繊維塊11の中心部は、その周囲に比べて無機繊維の密度が低くてもよい。
繊維塊11の中心が低集積部12であることによって、摩擦係数をより効果的に向上することが可能である。他方、繊維塊11が中心に低集積部12を有さずに全体の集積度合い(密度)が一様であると、繊維塊11が固い塊となってしまい、摩擦係数の向上効果を効果的に得られないおそれがある。
また、低集積部12が存在することによって、排ガス浄化装置の製造工程における排ガス処理体とマット材の組付け時に繊維塊11が押圧のショックを緩和し、マット材本体が壊れてしまうのを抑制することができる。
他方、繊維塊11が中心に低集積部12を有さず固い塊であると、組付け時に繊維塊11がマット材本体を押圧してマット材本体の無機繊維を壊してしまうおそれがある。
The term "fiber aggregate" used herein means a fiber aggregate in which a plurality of inorganic fibers are integrated together.
The fiber mass 11 is formed when inorganic fibers on the work surface 6 are caught by a needle and partially peeled off from the work surface 6.
Therefore, the fiber agglomerations 11 and other inorganic fibers (for example, inorganic fibers at the center in the thickness direction of the mat material) basically differ only in the fiber orientation direction.
However, since fiber agglomeration 11 is formed by being hooked on a needle, there is usually a low-accumulation part 12 of inorganic fibers in its center, as shown in Fig. 4. In other words, the center part of fiber agglomeration 11 may have a lower density of inorganic fibers than the surrounding area.
By having the low-accumulation portion 12 at the center of the fiber agglomerate 11, it is possible to more effectively improve the coefficient of friction. On the other hand, if the fiber agglomerate 11 does not have the low-accumulation portion 12 at the center and the overall accumulation degree (density) is uniform, the fiber agglomerate 11 will become a hard mass, and there is a risk that the effect of improving the coefficient of friction will not be effectively obtained.
In addition, the presence of the low-accumulation portion 12 enables the fiber mass 11 to absorb the shock of pressure when assembling the exhaust gas treatment body and the mat material during the manufacturing process of the exhaust gas purification device, thereby preventing the mat material body from being damaged.
On the other hand, if the fiber agglomeration 11 is a hard agglomeration without the low-pile portion 12 in the center, the fiber agglomeration 11 may press against the main body of the mat material during assembly, destroying the inorganic fibers of the main body of the mat material.

図4に示したように、マット材の被加工面6は、繊維塊11を複数有し、複数の繊維塊11は、同一方向Dの端部13が被加工面6から離間していることが好ましい。
すなわち、ある方向Dにおける繊維塊11の一方の端部13が被加工面6から離間し、当該方向Dにおける繊維塊11の他方の端部14が被加工面6から離間せずに一体化していることが好ましい。
このようなマット材は、起毛装置等の処理装置を用いて作製可能であるため、量産性に優れたマット材とすることができる。
As shown in FIG. 4 , the work surface 6 of the mat material has a plurality of fiber agglomerates 11 , and it is preferable that the ends 13 of the plurality of fiber agglomerates 11 in the same direction D are spaced apart from the work surface 6 .
In other words, it is preferable that one end 13 of the fiber agglomerate 11 in a certain direction D is separated from the work surface 6, and the other end 14 of the fiber agglomerate 11 in the same direction D is integrated with the work surface 6 without being separated from the work surface 6.
Such a mat material can be produced using a processing device such as a raising device, and therefore can be made into a mat material that is excellent in mass productivity.

なお、図4では、被加工面6から離間している端部13が配向する方向Dが、マット材の長手方向である場合を示しているが、方向Dは特に限定されず、適宜設定可能である。 Note that in FIG. 4, the direction D in which the end 13 away from the work surface 6 is oriented is shown as the longitudinal direction of the mat material, but the direction D is not particularly limited and can be set as appropriate.

本発明のマット材では、第1主面及び第2主面のうちの上記表面加工が施された被加工面の摩擦係数は、マット材の嵩密度が0.3g/cm、25℃において、0.21~0.45であることが好ましく、0.23~0.45であることがより好ましい。 In the mat material of the present invention, the friction coefficient of the processed surface of the first main surface or the second main surface that has been subjected to the above-mentioned surface treatment is preferably 0.21 to 0.45, and more preferably 0.23 to 0.45, when the bulk density of the mat material is 0.3 g/cm 3 and the temperature is 25° C.

なお、各主面が被加工面である場合、第1主面及び第2主面の摩擦係数は、互いに異なっていてもよいが、同じ処理装置を用いて簡便に製造する観点からは、実質的に同じであることが好ましい。 When each main surface is a surface to be processed, the friction coefficients of the first main surface and the second main surface may be different from each other, but from the viewpoint of easy production using the same processing equipment, it is preferable that they are substantially the same.

本発明のマット材では、被加工面近傍の嵩密度は、マット材の厚さ方向中央近傍における嵩密度より小さいことが好ましい。 In the mat material of the present invention, it is preferable that the bulk density near the surface to be processed is smaller than the bulk density near the center of the thickness direction of the mat material.

より具体的には、本発明のマット材では、被加工面近傍の嵩密度は、0.05~0.18g/cmであり、マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度は、0.11~0.20g/cmであることが好ましく、被加工面近傍の嵩密度は、0.05~0.14g/cmであり、マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度は、0.11~0.20g/cmであることがより好ましい。
より具体的には、本発明のマット材では、被加工面近傍の嵩密度は、マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度に対し、45~95%であることが好ましく、60~90%であることがより好ましい。
ここで、被加工面近傍の嵩密度とは、マット材を厚さ方向で3等分したときの被加工部(被加工面を含む部分)の嵩密度であり、マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度とは、マット材を厚さ方向で3等分したときの中央部(被加工面を含まない部分)における嵩密度である。
More specifically, in the mat material of the present invention, the bulk density in the vicinity of the surface to be processed is preferably 0.05 to 0.18 g/ cm3 , and the bulk density in the vicinity of the center in the thickness direction of the mat material is preferably 0.11 to 0.20 g/ cm3 , and more preferably the bulk density in the vicinity of the surface to be processed is 0.05 to 0.14 g/ cm3 , and the bulk density in the vicinity of the center in the thickness direction of the mat material is preferably 0.11 to 0.20 g/ cm3 .
More specifically, in the mat material of the present invention, the bulk density in the vicinity of the processed surface is preferably 45 to 95%, and more preferably 60 to 90%, of the bulk density in the vicinity of the center in the thickness direction of the mat material.
Here, the bulk density near the processed surface is the bulk density of the processed portion (the portion including the processed surface) when the mat material is divided into thirds in the thickness direction, and the bulk density near the center of the thickness direction of the mat material is the bulk density in the center portion (the portion not including the processed surface) when the mat material is divided into thirds in the thickness direction.

なお、各主面が被加工面である場合、第1主面及び第2主面近傍の嵩密度は、互いに異なっていてもよいが、同じ処理装置を用いて簡便に製造する観点からは、実質的に同じであることが好ましい。 When each main surface is a surface to be processed, the bulk densities near the first main surface and the second main surface may be different from each other, but from the viewpoint of easy production using the same processing equipment, it is preferable that they are substantially the same.

本発明のマット材は、抄造法により作製されたマット(以下、抄造マットと言う)に表面加工を施したものでもよいが、ニードリング法により製造されたマット(以下、ニードルマットと言う)に表面加工を施したものであることが好ましい。
ニードルマットを用いた場合は、抄造マットを用いた場合に比べて、より効果的に摩擦係数の向上効果を得ることが可能である。
以下、その理由について、図5及び6を用いて詳述する。
図5は、表面加工されていないニードルマットの一例を模式的に示す断面図である。
図6は、本発明のマット材の一例を模式的に示す断面図である。
なお、図5及び図6は、ニードルパンチング処理されていない部分の断面を示す。
また、図6中の右上には、マット材の被加工面を部分的に拡大した図を示す。
The mat material of the present invention may be a mat produced by a papermaking method (hereinafter referred to as a papermaking mat) that has been surface-treated, but it is preferable that the mat material is a mat produced by a needling method (hereinafter referred to as a needle mat) that has been surface-treated.
When a needle mat is used, it is possible to obtain a more effective improvement effect on the coefficient of friction than when a paper-formed mat is used.
The reason for this will be described in detail below with reference to FIGS.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic example of a needle mat that has not been surface-treated.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic example of the mat material of the present invention.
5 and 6 show cross sections of a portion that has not been needle punched.
In addition, the upper right corner of FIG. 6 shows a partially enlarged view of the surface of the mat material to be processed.

ニードルマットは、基本的に、クロスレイヤーで繊維を積層させて作製されるため、図5に示すように、マットの面内方向に配向した無機繊維10がマットの厚み方向に重なるように配向される。
そのため、各無機繊維10が動きやすく、摩擦が発生する界面で段階ズレが起きやすく、保持力が低下し易いと考えられる。
The needle mat is basically produced by laminating fibers in a cross layer, so that the inorganic fibers 10 oriented in the in-plane direction of the mat are oriented so as to overlap in the thickness direction of the mat, as shown in FIG.
Therefore, it is considered that each inorganic fiber 10 is easily movable, and stepwise misalignment is easily caused at the interface where friction occurs, and the holding force is easily reduced.

しかしながら、図6に示すように、ニードリング法により製造され、被加工面6が起毛処理されたマット材1では、図6の拡大図に示すように、摩擦が発生する界面において無機繊維10の配向はランダム配向へと強制的に変化することになる。そのため、外力に対し、無機繊維が動き難くなり、段階ズレを効果的に抑制でき、保持力Fを顕著に向上させることが可能となる。 However, as shown in Figure 6, in a mat material 1 manufactured by the needling method and having a brushed surface 6, the orientation of the inorganic fibers 10 is forcibly changed to a random orientation at the interface where friction occurs, as shown in the enlarged view of Figure 6. This makes it difficult for the inorganic fibers to move in response to external forces, effectively suppressing stepwise displacement, and significantly improving the holding force F.

それに対して、抄造マットは、ニードルマットに比べて、繊維配向の偏りが少ないため、そもそも無機繊維が動き難く、段階ズレが起きにくい。そのため、ニードルマットに比べて、起毛処理による摩擦係数の向上効果が小さくなる。 In contrast, papermaking mats have less bias in fiber orientation than needle mats, so the inorganic fibers are less likely to move and are less likely to shift in stages. As a result, the effect of raising the nap on improving the coefficient of friction is smaller than with needle mats.

次に、本発明のマット材の製造方法について説明する。
本発明のマット材の製造方法は、無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程と、上記マットの第1主面と、上記マットの上記第1主面と反対側に位置する第2主面との少なくとも一方に、表面加工を施して表面状態を変化させる表面加工工程と、を含むことを特徴とする。
Next, a method for producing the mat material of the present invention will be described.
The manufacturing method of the mat material of the present invention is characterized by including a mat preparation step of preparing a mat made of inorganic fibers, and a surface processing step of applying surface processing to at least one of a first main surface of the mat and a second main surface located opposite the first main surface of the mat to change the surface condition.

無機繊維からなるマットは、種々の方法により得ることができ、例えば、抄造法又はニードリング法により製造することができるが、ニードリング法により製造することが好ましい。これにより、上述のように、マットを抄造法で作製する場合に比べて、より効果的に摩擦係数の向上効果を得ることが可能である。
抄造法の場合、例えば、以下の方法により製造することができる。
無機繊維を開繊し、開繊した無機繊維を溶媒中に分散させて混合液とする。底面にろ過用のメッシュが形成された成形器に混合液を流し込み、混合液中の溶媒を脱溶媒処理することで無機繊維集合体を得る。そして、無機繊維集合体を乾燥することによりマットを得ることができる。
ニードリング法の場合、例えば、以下の方法により製造することができる。
塩基性塩化アルミニウム水溶液とシリカゾル等とを原料とする紡糸用混合物をブローイング法により紡糸して無機繊維前駆体を作製する。続いて、上記無機繊維前駆体を圧縮して所定の大きさの連続したシート状物を作製し、焼成処理を施すことによりマットを得ることができる。この焼成処理の前後のいずれかにニードルパンチング処理を行い、無機繊維同士を交絡させる。
The inorganic fiber mat can be obtained by various methods, for example, a papermaking method or a needling method, but it is preferable to produce it by the needling method, which can more effectively improve the friction coefficient as described above, compared to the case where the mat is produced by the papermaking method.
In the case of the papermaking method, the paper can be produced, for example, by the following method.
The inorganic fibers are opened and dispersed in a solvent to obtain a mixture. The mixture is poured into a molding machine having a filtering mesh formed on the bottom surface, and the solvent in the mixture is removed to obtain an inorganic fiber aggregate. The inorganic fiber aggregate is then dried to obtain a mat.
In the case of the needling method, the production can be carried out, for example, by the following method.
A spinning mixture made of a basic aluminum chloride aqueous solution and silica sol or the like is spun by a blowing method to produce an inorganic fiber precursor. The inorganic fiber precursor is then compressed to produce a continuous sheet-like product of a predetermined size, and a mat is obtained by subjecting the product to a firing treatment. A needle punching treatment is performed either before or after the firing treatment to entangle the inorganic fibers.

マットの厚さは特に限定されないが、2~40mmであることが好ましく、5~20mmであることがより好ましい。
マットの厚さが2mm未満であると、マット材の保持力が不足して、排ガス処理体が抜け落ちやすくなる。
マットの厚さが40mmを超えると、マットの柔軟性が失われるので、マット材を排ガス処理体に巻き付ける際に扱いづらくなる。また、マット材に巻きじわや、割れが生じやすくなる。
The thickness of the mat is not particularly limited, but is preferably from 2 to 40 mm, and more preferably from 5 to 20 mm.
If the thickness of the mat is less than 2 mm, the retaining force of the mat material is insufficient, and the exhaust gas treatment body is likely to fall off.
If the thickness of the mat exceeds 40 mm, the mat loses its flexibility, making it difficult to handle when wrapping the mat material around the exhaust gas treatment body, and the mat material is prone to wrinkles and cracks when wrapped.

続いて、上記マットの第1主面と、上記マットの上記第1主面と反対側に位置する第2主面との少なくとも一方に、表面加工を施して表面状態を変化させる表面加工工程を行う。 Then, a surface treatment process is carried out to change the surface condition by applying surface treatment to at least one of the first main surface of the mat and the second main surface located on the opposite side of the mat to the first main surface.

本発明のマット材の製造方法では、上記表面加工工程において、上記第1主面及び上記第2主面の少なくとも一方に、起毛処理を施すことが好ましい。
これにより、第1主面及び/又は第2主面に起毛した無機繊維を発生させることが可能であるため、上述のように、摩擦係数を向上するとの効果がより好適に発揮される。
起毛処理を施す具体的な手段は、特に限定されず、例えば、起毛装置等の処理装置や、紙やすり等が挙げられる。人間の手によって針で起毛処理を施こしてもよい。
量産性の観点からは、起毛装置等の処理装置を用いて起毛処理を施すことが好ましい。
起毛装置は、例えば、針が多数設けられた針布を巻いたローラを1以上備えており、そのローラを回転させながらローラ上にマットを走らせることによってマットの主面から無機繊維を引っ掻き出す。
In the method for producing a mat material of the present invention, it is preferable that in the surface processing step, at least one of the first main surface and the second main surface is subjected to a nap raising treatment.
This makes it possible to generate raised inorganic fibers on the first main surface and/or the second main surface, so that the effect of improving the friction coefficient as described above is more suitably exhibited.
The specific means for performing the nap raising treatment is not particularly limited, and examples thereof include a treatment device such as a nap raising device, sandpaper, etc. The nap raising treatment may also be performed manually with a needle.
From the viewpoint of mass productivity, it is preferable to carry out the raising treatment using a treatment device such as a raising device.
The raising device, for example, has one or more rollers wrapped with cardboard clothing having a large number of needles, and the mat is run over the rollers while rotating, thereby scraping out the inorganic fibers from the main surface of the mat.

以下、本発明の排ガス浄化装置について説明する。
本発明の排ガス浄化装置は、排ガス処理体と、上記排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、上記排ガス処理体と上記金属ケーシングとの間に配置され、上記排ガス処理体を保持するマット材と、を備える排ガス浄化装置であって、上記マット材は、本発明のマット材であることを特徴とする。
The exhaust gas purification device of the present invention will be described below.
The exhaust gas purification device of the present invention is an exhaust gas purification device comprising an exhaust gas treatment body, a metal casing that houses the exhaust gas treatment body, and a mat material that is arranged between the exhaust gas treatment body and the metal casing and holds the exhaust gas treatment body, wherein the mat material is the mat material of the present invention.

上述のように、本発明のマット材は、表面の摩擦係数の向上効果を有している。そのため、本発明の排ガス処理装置を、排ガス処理体が高い保持力で保持されてなる排ガス浄化装置とすることができる。 As described above, the mat material of the present invention has the effect of improving the surface friction coefficient. Therefore, the exhaust gas treatment device of the present invention can be an exhaust gas purification device in which the exhaust gas treatment body is held with high retention force.

図7は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
図7に示すように、本発明の排ガス浄化装置100は、金属ケーシング50と、金属ケーシング50に収容された排ガス処理体40と、排ガス処理体40及び金属ケーシング50の間に配設され、排ガス処理体40を保持するマット材1とを備えている。
FIG. 7 is a cross-sectional view that illustrates an example of an exhaust gas purification device of the present invention.
As shown in Figure 7, the exhaust gas purification device 100 of the present invention comprises a metal casing 50, an exhaust gas treatment body 40 housed in the metal casing 50, and a mat material 1 arranged between the exhaust gas treatment body 40 and the metal casing 50 and holding the exhaust gas treatment body 40.

排ガス処理体40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ものである。セルはその一方の端部が封止材43により封止されている。
なお、金属ケーシング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となる。
The exhaust gas treatment body 40 has a columnar shape in which a large number of cells 41 are arranged in parallel in the longitudinal direction with cell walls 42 separating them.
In addition, if necessary, an inlet pipe for introducing exhaust gas discharged from the internal combustion engine and an exhaust pipe for discharging exhaust gas that has passed through the exhaust gas purification device to the outside will be connected to the end of the metal casing 50.

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7を参照して以下に説明する。
図7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7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)40の排ガス流入側端面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、排ガス流出側端面に開口した他のセル41から流出し、外部に排出される。
A case where exhaust gas passes through the exhaust gas purification device 100 having the above-mentioned configuration will be described below with reference to FIG.
As shown in Fig. 7, exhaust gas discharged from an internal combustion engine and flowing into the exhaust gas purification device 100 (in Fig. 7, the exhaust gas is indicated by G, and the flow of the exhaust gas is indicated by arrows) flows into one cell 41 opening at the exhaust gas inlet end face of the exhaust gas treatment body (honeycomb filter) 40, and passes through a cell wall 42 separating the cells 41. At this time, PM in the exhaust gas is captured by the cell wall 42, and the exhaust gas is purified. The purified exhaust gas flows out from the other cell 41 opening at the exhaust gas outlet end face, and is discharged to the outside.

図7に示す排ガス浄化装置100では、マット材1は本発明のマット材であり、マット材1の第1主面及び第2主面は、いずれも表面加工(好適には起毛処理)が施されて表面状態が変化した被加工面であることが好ましい。 In the exhaust gas purification device 100 shown in Figure 7, the mat material 1 is the mat material of the present invention, and it is preferable that both the first and second main surfaces of the mat material 1 are processed surfaces whose surface condition has been changed by surface treatment (preferably brushing treatment).

本発明の排ガス浄化装置を構成する金属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。 The material of the metal casing that constitutes the exhaust gas purification device of the present invention is not particularly limited as long as it is a heat-resistant metal, and specific examples include metals such as stainless steel, aluminum, and iron.

また、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、ケーシング断面において略楕円型形状、略多角形型形状等を好適に用いることができる。 In addition to a generally cylindrical shape, the casing can be suitably shaped in a clamshell shape, or in a generally elliptical or polygonal shape in cross section.

なお、図7に示す排ガス処理体40は、セル41のいずれか一方の端部が封止材43で封止されているフィルタであるが、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、セルの端部が封止されていなくてもよい。このような排ガス処理体は、触媒担体として好適に使用することが可能となる。 The exhaust gas treatment body 40 shown in FIG. 7 is a filter in which one end of the cell 41 is sealed with a sealing material 43, but the exhaust gas treatment body constituting the exhaust gas purification device of the present invention does not have to have the ends of the cells sealed. Such an exhaust gas treatment body can be suitably used as a catalyst carrier.

排ガス処理体40は、炭化珪素や窒化珪素などの非酸化物多孔質セラミックからなっていてもよく、アルミナ、コージェライト、ムライト等の酸化物多孔質セラミックからなっていてもよい。これらの中では、炭化珪素であることが好ましい。 The exhaust gas treatment body 40 may be made of a non-oxide porous ceramic such as silicon carbide or silicon nitride, or may be made of an oxide porous ceramic such as alumina, cordierite, or mullite. Of these, silicon carbide is preferred.

排ガス処理体40の断面におけるセル密度は、特に限定されないが、好ましい下限は、31.0個/cm(200個/inch)、好ましい上限は、93.0個/cm(600個/inch)である。また、より好ましい下限は、38.8個/cm(250個/inch)、より好ましい上限は、77.5個/cm(500個/inch)である。 The cell density in the cross section of the exhaust gas treatment body 40 is not particularly limited, but a preferred lower limit is 31.0 cells/ cm2 (200 cells/ inch2 ), a preferred upper limit is 93.0 cells/ cm2 (600 cells/ inch2 ), a more preferred lower limit is 38.8 cells/ cm2 (250 cells/ inch2 ), and a more preferred upper limit is 77.5 cells/ cm2 (500 cells/ inch2 ).

排ガス処理体40には、排ガスを浄化するための触媒を担持させてもよく、担持させる触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が好ましく、この中では、白金がより好ましい。また、その他の触媒として、例えば、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を用いることもできる。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。
これら触媒が担持されていると、PMを燃焼除去しやすくなり、有毒な排ガスの浄化も可能になる。
The exhaust gas treatment body 40 may support a catalyst for purifying the exhaust gas. The catalyst to be supported is preferably a precious metal such as platinum, palladium, or rhodium, and among these, platinum is more preferable. In addition, other catalysts such as alkali metals such as potassium or sodium, or alkaline earth metals such as barium may also be used. These catalysts may be used alone or in combination of two or more kinds.
When these catalysts are supported, PM can be easily burned and removed, and toxic exhaust gas can also be purified.

(実施例)
以下、本発明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。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, examples that more specifically disclose the present invention will be described, however, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
ニードリング法により、無機繊維(ムライト繊維)からなるマットを作製した。
このマットを一辺50mmの正方形に打ち抜いた。
マットの厚さは8.5mmであり、マットを構成する無機繊維の繊維長は1~150mm、平均繊維長は10mm、平均繊維径は5.5μmであった。
Example 1
A mat made of inorganic fibers (mullite fibers) was prepared by a needling method.
This mat was punched out into a square with each side measuring 50 mm.
The mat had a thickness of 8.5 mm, and the inorganic fibers constituting the mat had a fiber length of 1 to 150 mm, an average fiber length of 10 mm, and an average fiber diameter of 5.5 μm.

続いて、正方形に打ち抜いたマットの一方の主面を、紙ヤスリ(番手150)で均等に加工する起毛処理を3回繰り返すことによって、実施例1のマット材を作製した。 Next, one of the main surfaces of the mat punched into a square shape was evenly processed with sandpaper (grit 150) and the nap-raising process was repeated three times to produce the mat material of Example 1.

(実施例2)
図8は、実施例2のマット材の被加工面を模式的に示す平面図である。
実施例1で使用したマットを一辺50mmの正方形に打ち抜いた。
続いて、正方形に打ち抜いたマットの一方の主面に直径1mmの針を用いて起毛処理を施すことによって、実施例2のマット材を作製した。
詳細には、該主面に手で斜め方向から針を2mm程度の深さまで刺してから引っ張り上げ、該主面の無機繊維を引っ掻き出す処理を、図8に示すように該主面全体にわたって約3mmピッチ間隔で行った。
Example 2
FIG. 8 is a plan view that illustrates the processed surface of the mat member of the second embodiment.
The mat used in Example 1 was punched out into a square with each side measuring 50 mm.
Next, one main surface of the mat punched into a square was subjected to a nap raising treatment using a needle having a diameter of 1 mm, thereby producing a mat material of Example 2.
In detail, a needle was manually inserted obliquely into the main surface to a depth of about 2 mm and then pulled up to scratch out the inorganic fibers of the main surface, and this process was carried out at intervals of about 3 mm across the entire main surface, as shown in FIG.

(比較例1)
実施例1で使用したマットを一辺50mmの正方形に打ち抜いたものをそのまま用いた。
(Comparative Example 1)
The mat used in Example 1 was punched out into a square having sides of 50 mm and used as is.

(摩擦係数の測定)
以下の方法により、実施例及び比較例のマット材について、摩擦係数を測定した。
図9及び図10は、マット材の摩擦係数測定装置を示す概略図である。
摩擦係数測定装置200では、装置の左右に、ステンレス鋼製の平板(左板210及び右板220)がそれぞれ対向するように配置されている。
(Measurement of coefficient of friction)
The friction coefficients of the mat materials of the examples and comparative examples were measured by the following method.
9 and 10 are schematic diagrams showing an apparatus for measuring the friction coefficient of a mat material.
In the friction coefficient measuring device 200, stainless steel flat plates (a left plate 210 and a right plate 220) are arranged on the left and right sides of the device so as to face each other.

まず、左板210、マット材1a、ステンレス鋼製の平板(中板230)、マット材1b、右板220の順になるように、2枚のマット材1a及び1bと中板230とを配置した。
左板210とマット材1aの間、及び、右板220とマット材1bの間(板とマット材の間)で滑らないように、左板210及び右板220の表面には突起部材240を設けた。
なお、実施例のマット材は、起毛処理を施した面を中板230の側に配置した。
マット材1aは左板210及び中板230で挟まれ、マット材1bは中板230及び右板220で挟まれる。
また、中板230はロードセルとなっており、中板に加わる荷重を測定することができる。
First, the two mat materials 1a and 1b and the middle plate 230 were arranged in the following order: left plate 210, mat material 1a, a stainless steel flat plate (middle plate 230), mat material 1b, and right plate 220.
Protruding members 240 are provided on the surfaces of the left plate 210 and the right plate 220 to prevent slippage between the left plate 210 and the mat material 1a, and between the right plate 220 and the mat material 1b (between the plates and the mat materials).
In the mat material of the embodiment, the surface that was subjected to the nap-raising process was placed on the side of the middle plate 230 .
The mat material 1 a is sandwiched between the left plate 210 and the middle plate 230 , and the mat material 1 b is sandwiched between the middle plate 230 and the right plate 220 .
Furthermore, the middle plate 230 is a load cell, and the load applied to the middle plate can be measured.

まず、左板210及び右板220に対して中板230の方向に圧力をかけ、マット材の嵩密度(GBD)が0.3g/cmとなるまで圧縮した。
その圧縮状態で10分保持(緩和)した。
First, pressure was applied to the left plate 210 and the right plate 220 in the direction of the middle plate 230, and the mat material was compressed until its bulk density (GBD) became 0.3 g/cm 3 .
The compressed state was maintained (relaxed) for 10 minutes.

次に、マット材と中板の間の温度が25℃、100℃、200℃又は300℃の状態で、中板230を図10中の矢印で示す向き(上方)に25mm/minの速度で移動させ、マット材の主面にせん断応力を印加した。
図10は中板を移動させた状態を示している。
なお、中板を移動させる方向は、中板に接している側のマット材の主面にせん断応力を印加した方向と同じである。
移動中のロードセルの荷重値及び中板に加わる静摩擦力を測定し、静摩擦力が最大となるときの摩擦係数(静摩擦係数)を測定した。
Next, with the temperature between the mat material and the middle plate being 25°C, 100°C, 200°C or 300°C, the middle plate 230 was moved in the direction indicated by the arrow in Figure 10 (upward) at a speed of 25 mm/min to apply shear stress to the main surface of the mat material.
FIG. 10 shows the state in which the middle plate has been moved.
The direction in which the mid-plate is moved is the same as the direction in which the shear stress is applied to the main surface of the mat material on the side in contact with the mid-plate.
The load value of the load cell during movement and the static friction force acting on the middle plate were measured, and the coefficient of friction when the static friction force was at a maximum (static friction coefficient) was measured.

(嵩密度の測定)
まず、一辺50mmの正方形に打ち抜いたマット材を厚さ方向に均等に3分割にカットした。
次に、3分割にカットしたマット材のそれぞれにつき重量と厚みを測定した。厚みはダイヤルゲージ(測定端子φ20mm、荷重4.9kPa)にて測定した。
そして、下記式に示すように、重量から算出される面比重(重量/面積)と厚みから、被加工面近傍(被加工部)の嵩密度と、マット材の厚さ方向中央近傍(中央部)の嵩密度をそれぞれ算出した。
(重量/面積)/厚み=嵩密度[g/cm
(Measurement of bulk density)
First, a mat material was punched out into a square having sides of 50 mm, and then cut into three equal parts in the thickness direction.
Next, the weight and thickness of each of the three cut mat pieces were measured using a dial gauge (measurement probe φ20 mm, load 4.9 kPa).
Then, the bulk density near the processed surface (processed portion) and the bulk density near the center of the thickness of the mat material (central portion) were calculated from the surface specific gravity (weight/area) calculated from the weight, as shown in the formula below.
(weight/area)/thickness=bulk density [g/cm 3 ]

図11及び表1に、実施例及び比較例におけるマット材の摩擦係数の測定結果を示す。
また、表2に、比較例のマット材の摩擦係数に対する実施例のマット材の摩擦係数の比率を示す。
FIG. 11 and Table 1 show the measurement results of the friction coefficients of the mat materials in the examples and comparative examples.
Table 2 also shows the ratio of the friction coefficient of the mat material of the embodiment to the friction coefficient of the mat material of the comparative example.

Figure 0007594455000001
Figure 0007594455000001

Figure 0007594455000002
Figure 0007594455000002

図11と表1及び表2に示すように、表面が起毛処理された実施例のマット材は、表面加工されていない比較例のマット材に比べて高い摩擦係数を有し、摩擦係数が5%以上向上することが確認された。
また、実施例のマット材は、追加材料を必要とせず、製造工程もシンプルであるため、安価に製造することが可能である。
As shown in FIG. 11 and Tables 1 and 2, the mat material of the embodiment having a raised surface has a higher friction coefficient than the mat material of the comparative example having no surface treatment, and it was confirmed that the friction coefficient was improved by 5% or more.
Furthermore, the mat member of the embodiment does not require any additional materials and the manufacturing process is simple, so that it can be manufactured at low cost.

表3に、実施例及び比較例におけるマット材の嵩密度の測定結果を示す。また、表3には、それぞれの実施例及び比較例において、中央部の嵩密度に対する被加工部(比較例1では上部)の嵩密度の比率を算出した結果も示している。 Table 3 shows the measurement results of the bulk density of the mat material in the examples and comparative examples. Table 3 also shows the results of calculating the ratio of the bulk density of the processed part (the upper part in Comparative Example 1) to the bulk density of the center part in each example and comparative example.

Figure 0007594455000003
Figure 0007594455000003

表3に示すように、表面加工されていない比較例のマット材では、上部と中央部で嵩密度が同程度であり、マット材全体で一様な嵩密度を有しているのに対して、表面が起毛処理された実施例のマット材では、中央部に比べて被加工部の嵩密度が低く、起毛処理された被加工面近傍では嵩密度が低下することが確認された。 As shown in Table 3, the untreated mat material of the comparative example had similar bulk density at the top and center, and the entire mat material had a uniform bulk density, whereas the mat material of the example with a brushed surface had a lower bulk density in the processed area compared to the center, and it was confirmed that the bulk density decreased near the brushed processed surface.

(表面観察)
図12は、実施例2のマット材の被加工面をマイクロスコープにより観察した写真である。図12中、起毛処理による表面加工前の状態を左側に、起毛処理による表面加工後の状態を右側にそれぞれ示す。
図12に示すように、表面が起毛処理された実施例のマット材は、被加工面6に起毛した無機繊維10を有し、これらの起毛した無機繊維10は、被加工面6から部分的に離間した繊維塊11を形成していることが確認された。
また、繊維塊11の多くには、その中心に周囲に比べて無機繊維の密度が低い低集積部12が存在していた。
(Surface Observation)
Fig. 12 is a photograph of the processed surface of the mat material of Example 2 observed with a microscope. In Fig. 12, the state before the surface processing by the nap raising treatment is shown on the left side, and the state after the surface processing by the nap raising treatment is shown on the right side.
As shown in Figure 12, the mat material of the embodiment having a brushed surface has inorganic fibers 10 brushed on the work surface 6, and it was confirmed that these brushed inorganic fibers 10 form fiber agglomerates 11 partially separated from the work surface 6.
Furthermore, many of the fiber agglomerates 11 had low-density portions 12 in their centers where the density of inorganic fibers was lower than that of the surrounding areas.

1 マット材
1a マット材
1b マット材
2 一方の端部
2a 凸部
3 他方の端部
3a 凹部
4 第1主面
5 第2主面
6 被加工面
10 無機繊維
11 繊維塊
12 低集積部
13 繊維塊の一方の端部
14 繊維塊の他方の端部
40 排ガス処理体
41 セル
42 セル壁
43 封止材
50 金属ケーシング
100 排ガス浄化装置
200 摩擦係数測定装置
210 左板
220 右板
230 中板
240 突起部材
G 排ガス
1 Mat material 1a Mat material 1b Mat material 2 One end 2a Convex portion 3 Other end 3a Concave portion 4 First main surface 5 Second main surface 6 Work surface 10 Inorganic fiber 11 Fiber agglomerate 12 Low accumulation portion 13 One end of fiber agglomerate 14 Other end of fiber agglomerate 40 Exhaust gas treatment body 41 Cell 42 Cell wall 43 Sealing material 50 Metal casing 100 Exhaust gas purification device 200 Friction coefficient measuring device 210 Left plate 220 Right plate 230 Middle plate 240 Projecting member G Exhaust gas

Claims (11)

無機繊維からなるマット材であって、
前記マット材は、第1主面と、前記第1主面と反対側に位置する第2主面とを有し、
前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方が、表面加工が施されて、被加工面に起毛した無機繊維を有し、
前記起毛した無機繊維は、繊維塊を形成しており、前記繊維塊の中心に無機繊維の低集積部が存在していることを特徴とするマット材。
A mat material made of inorganic fibers,
The mat material has a first main surface and a second main surface located opposite to the first main surface,
At least one of the first main surface and the second main surface is surface-treated to have inorganic fibers raised on the surface to be treated;
The raised inorganic fibers form a fiber mass, and a low-density portion of the inorganic fibers is present in the center of the fiber mass.
前記第1主面及び前記第2主面が、前記表面加工が施されて表面状態が変化したものである請求項1に記載のマット材。 The mat material according to claim 1, wherein the first main surface and the second main surface have a surface condition changed by the surface treatment. 前記繊維塊は、前記被加工面から部分的に離間している請求項1に記載のマット材。 The mat material according to claim 1, wherein the fiber mass is partially separated from the work surface. 前記被加工面は、前記繊維塊を複数有し、
複数の前記繊維塊は、同一方向の端部が前記被加工面から離間している請求項3に記載のマット材。
The processed surface has a plurality of the fiber agglomerates,
The mat material according to claim 3 , wherein ends of the plurality of fiber agglomerates in the same direction are spaced apart from the surface to be processed.
前記第1主面及び前記第2主面のうちの前記表面加工が施された被加工面の摩擦係数は、マット材の嵩密度が0.3g/cm、25℃において、0.21~0.45である請求項1~4のいずれかに記載のマット材。 The mat material according to any one of claims 1 to 4, wherein the friction coefficient of the processed surface of the first main surface or the second main surface that has been subjected to the surface treatment is 0.21 to 0.45 when the bulk density of the mat material is 0.3 g/cm 3 and at 25°C. 前記第1主面及び前記第2主面のうちの前記表面加工が施された被加工面近傍の嵩密度は、前記マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度より小さい請求項1~5のいずれかに記載のマット材。 A mat material according to any one of claims 1 to 5, wherein the bulk density of the first main surface and the second main surface near the processed surface on which the surface treatment has been applied is smaller than the bulk density near the center in the thickness direction of the mat material. 前記第1主面及び前記第2主面のうちの前記表面加工が施された被加工面近傍の嵩密度は、0.05~0.18g/cmであり、
前記マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度は、0.11~0.20g/cmである請求項1~6のいずれかに記載のマット材。
The bulk density of the first main surface and the second main surface in the vicinity of the processed surface on which the surface processing has been performed is 0.05 to 0.18 g/cm 3 ;
The mat material according to any one of claims 1 to 6, wherein the bulk density of the mat material in the vicinity of the center in the thickness direction is 0.11 to 0.20 g/ cm3 .
前記第1主面及び前記第2主面のうちの前記表面加工が施された被加工面近傍の嵩密度は、前記マット材の厚さ方向中央近傍の嵩密度に対し、45~95%である請求項1~7のいずれかに記載のマット材。 A mat material according to any one of claims 1 to 7, wherein the bulk density of the first main surface and the second main surface near the processed surface on which the surface treatment has been performed is 45 to 95% of the bulk density near the center in the thickness direction of the mat material. 排ガス処理体と、
前記排ガス処理体を収容する金属ケーシングと、
前記排ガス処理体と前記金属ケーシングとの間に配置され、前記排ガス処理体を保持するマット材と、を備える排ガス浄化装置であって、
前記マット材は、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。
An exhaust gas treatment body;
A metal casing that houses the exhaust gas treatment body;
An exhaust gas purification apparatus comprising: a mat material disposed between the exhaust gas treatment body and the metal casing and holding the exhaust gas treatment body,
9. An exhaust gas purification device, comprising the mat material according to claim 1.
無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程と、
前記マットの第1主面と、前記マットの前記第1主面と反対側に位置する第2主面との少なくとも一方に、表面加工を施して表面状態を変化させる表面加工工程と、
を含むことを特徴とするマット材の製造方法であって、
前記表面加工工程において、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方主面に斜め方向から針を刺してから引っ張り上げ、前記無機繊維を引っ掻き出すことにより、起毛した前記無機繊維が繊維塊を形成し、前記繊維塊の中心に無機繊維の低集積部が存在するようにする、マット材の製造方法。
A mat preparation step of preparing a mat made of inorganic fibers;
a surface treatment step of performing a surface treatment on at least one of a first main surface of the mat and a second main surface of the mat located opposite to the first main surface to change a surface state;
A method for producing a mat material, comprising:
In the surface processing step, a needle is inserted obliquely into at least one of the first and second main surfaces and then pulled up to scrape out the inorganic fibers , so that the raised inorganic fibers form a fiber mass and a low-density portion of the inorganic fibers is present in the center of the fiber mass . This is a method for manufacturing a mat material.
前記マット準備工程において、前記マットをニードリング法により製造する請求項10に記載のマット材の製造方法。
The method for producing a mat material according to claim 10, wherein in the mat preparation step, the mat is produced by a needling method.
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