JP4309349B2 - 排気ガス処理装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

ハウジング内に取り付けられた脆弱構造体を有し、該脆弱構造体がハウジングとの間に配置された取付けマットにより支持される、触媒コンバータ又はディーゼルパーティキュレートトラップのような排気ガス処理装置が提供される。

自動車又はディーゼルエンジンの排気ガスを処理するための触媒コンバータ組立体は、一酸化炭素及び炭化水素の酸化と窒素酸化物の還元を効果的に行うのに使用される、触媒を保持するための触媒支持構造体のような脆弱構造体を含む。この脆弱構造体は、金属ハウジング内に取り付けられ、金属、或いは酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、ジルコニア、コーディエライト、炭化ケイ素、及び同様のものなどの脆弱性の耐熱性セラミック材料で形成されたモノリスのような壊れやすい材料で作られるのが好ましい。これらの材料は、複数の小さな流路を備えたスケルトンタイプの構造を提供する。しかしながらこれらの構造体は、上述のように極めて脆弱である場合が多い。事実、これらのモノリスは、小さな衝撃荷重又は応力でこれらに亀裂を加え又は粉砕するのに十分である程度に極めて脆弱な可能性がある。

脆弱構造体は、金属ハウジング内に収容され、該脆弱構造体の外表面とハウジングの内表面との間に空間又はギャップを備えている。上述のような熱及び機械的衝撃及び他の応力からこの脆弱構造体を保護するため、並びに断熱及びガス密閉を形成するために、取付け材料又は支持材料の少なくとも１つのプライ又は層を脆弱構造体とハウジングとの間のギャップ内に配置することが知られている。例えば、各々の開示内容が引用により本明細書に組み込まれる本譲受人の米国特許第４，８６３，７００号明細書、第４，９９９，１６８号明細書、第５，０３２，４４１号明細書、第５，５８０，５３２号明細書、第５，６６６，７２６号明細書、及び第６，２３１，８１８号明細書は、脆弱構造体を保護し、さもなければ、ハウジング内の所定位置に保持するために、ハウジングと内部に収容される脆弱構造体との間のギャップ内に配置された取付け材料又は支持材料を有する触媒コンバータ装置を開示している。

現在では、触媒コンバータ及び他の排気ガス処理装置のための取付けマットに使用されることになる材料としては、例えば、Ｓガラスなどの非結晶質ガラス繊維のような比較的高価でない材料から、例えば高アルミナセラミック酸化物繊維のような高価な材料までが含まれる。取付けマットが使用されることになる用途及び使用条件に応じて、膨張性材料並びに非膨張性材料が取付けマットに使用されてきており、現在でも使用されている。

取付けマット材料を選択する前に、使用されるべきモノリスのタイプ、並びに取付けマットが使用されることになる用途及び使用条件を決定する必要がある。例えば、典型的に触媒コンバータにおいて見られるような高温用途では、広い温度範囲にわたって適応可能な耐熱性取付けマット材料が使用されることになり、他方、耐寒性の弾性のある可撓性材料は、ディーゼル触媒構造体及びディーゼルパーティキュレートトラップにおいて見ることができるような、重い基材を使用する高Ｇ負荷用に最適もしくはより好適とすることができる。

いずれの場合においても、使用される取付けマットの材料は、脆弱構造体製造業者又は触媒コンバータの製造業者によって示される幾つかの設計要件又は物理的要件のいずれをも満たし得るべきである。例えば、触媒コンバータが広い温度変動を受け、これにより脆弱構造体に対し金属ハウジングが有意に膨張及び収縮し、すなわち或る時間にわたり取付けマットに対して有意な圧縮と解放サイクルを行わせる場合でも、最新技術の取付けマット材料の１つ又は複数のプライは、触媒支持構造体とも呼ばれる脆弱構造体に対して有効な残留保持圧力を作用させることが好ましい。高温用途において使用される最良で最新技術の取付けマットは、温度が９００℃をはるかに超える温度に達し、更に室温まで低下する一定の熱サイクルを受ける場合が多い最も過酷な用途において、脆弱構造体を十分に保持することが明らかになった。

他の取付けマットは、高温環境で使用する必要がない場合でも、十分な力又は強度を有し、それでも尚一定の熱サイクル下で脆弱構造体を破砕することなく脆弱構造体を有効に保持するのに十分な弾性及び可撓性を作用しなくてはならない。触媒コンバータの通常の動作条件下においては、脆弱構造体が外れて損傷を受けるのを防止するためには、取付けマットに対して少なくとも５ｋＰａの最小剪断強度が要求される。マットの剪断強度は、マットの保持圧力にマット／脆弱構造体境界面の摩擦係数を乗算したものとして定義される。触媒コンバータ内の典型的なマット製品の摩擦係数は、使用状態において約０．４５である。従って、高温用途すなわち触媒コンバータの温度が最大約９００℃又はそれ以上に上昇する可能性のある用途における取付けマットは、約９００℃の高温面温度での１，０００サイクル試験後に、少なくとも約１０ｋＰａの有効残留最小保持圧力を有すべきである。

ディーゼルパーティキュレートトラップ又はディーゼル触媒構造体などの他の排気ガス処理装置においては、これらの装置は、高温触媒コンバータの場合の温度までには達しないが、使用される脆弱構造体の重量及び装荷技術は、使用される取付けマットが上に述べたのとは異なる有効残留最小保持圧力を有することを要求する。これらの用途において、脆弱構造体が外れて損傷を受けることを防止するためには、取付けマットが少なくとも約２５ｋＰａの高い最小剪断強度を有することが好ましい。重い基材を用いるこうした高Ｇ荷重用におけるこれらのマット製品の摩擦係数は、使用状態においてやはり約０．４５である。従ってこのタイプの用途のための取付けマットは、約３００℃の温度での１，０００サイクル試験後に少なくとも５０ｋＰａの有効残留最小保持圧力を有すべきである。

これまで多くの取付けマットは、高アルミナ又はムライトセラミック繊維を使用することにより高温用途に付随する熱サイクル問題を克服するよう試みてきた。１つの公知の実施形態においては、セラミック繊維を製造するために、水溶液又は「オルガノゾル」又は「ゾルゲル」と呼ばれる場合が多いコロイド分散液が使用される。ゾルゲル法によって形成されるセラミック繊維は、モノリスを取り付けるために必要な高度の弾性を与えることができるが、この繊維は高価であるので、製造業者は他の安価な溶液を探すことを余儀なくされている。これに加えて、これらのセラミック繊維は、５ミクロンよりも小さく、場合によっては３．５ミクロンよりも小さい平均繊維直径を有する。従ってこれらの繊維は、肺内に吸い込まれる危険性がある。

他の例においては、繊維質取付け材料は、膨張材料及びバッキング層のような他の材料と組み合せて使用することで、取扱い易さ、弾性、又は適切な保持圧力を得るための十分な強度を与えるようにすることができる。

ゾルゲル由来のセラミック繊維を使用する代替案として、溶融加工技術を用いて耐熱性セラミック繊維を形成する試みがなされてきた。この十年程の間に、耐熱性セラミック繊維、すなわち約４５から６０％のアルミナと約４０から約５５％のシリカとを含有する繊維は、製造業者の要求を満たす十分な弾性値を有する取付けマットを提供することにより、高温触媒コンバータの製造業者を満足させてきた。このような耐熱性セラミック繊維を含む取付けマットは高価であるだけでなく、特にこれらに施すべき加工処理の点で製造が困難である。これらは、実質的にショットフリーであるように慎重に取り扱われなくてはならない。触媒コンバータ内の取付けマット用に使用される耐熱性セラミック繊維の使用及び満足できる製品を提供するために必要なプロセスの１つの実施例が、米国特許第５，２５０，２６９号明細書に開示されている。

ターボチャージャ付直噴（ＴＤＩ）ディーゼル車両などの低温触媒コンバータの用途においては、排気温度は通常、約１５０℃であり、３００℃を超えることはない。これらの用途及びこれよりも僅かに高温の他の用途において、様々なタイプの取付けマットを使用することができる。多くの触媒コンバータ用途においては、膨張性マット、すなわち黒鉛又はバーミキュライトのような膨張性材料から作られた取付けマットが使用されてきた。最近になって、膨張性材料で作られた取付けマットはこれらの低温用には機能しないことが観察された。

この機能しない潜在的な１つの理由は、恐らくは排気温度が低過ぎて、膨張性粒子、典型的にはバーミキュライト粒子が十分に膨張しないためである。従ってマットは、脆弱構造体に対して十分な圧力を与えることができず、機能しない傾向がある。この機能しない第２の理由は、膨張性マット製品において使用される有機結合系が劣化し、保持圧力を失うためである。

その結果、非膨張性のマットシステムが開発され、現在では工業界においては一般的なものである。これらの材料は、先行技術による膨張性マットよりもはるかに広い温度範囲での使用に好適である。

非膨張性マットシステムは、黒鉛又はバーミキュライトのような膨張性物を実質的に含まず、従って、実質的に非膨張性である。「実質的に非膨張」とは、熱を加えたときに、マットが膨張性マットに関して予測されるようには容易に膨張しないことを意味する。勿論、マットのある程度の膨張は、その熱膨張係数に基づいて生じるが、膨張の量は、有用な量の膨張性材料を使用したマットの膨張と比べて些少である。これらの非膨張性マットは、これまでは耐熱性の無機質繊維と、任意選択的な結合剤とを含むものであった。耐熱性とは、繊維が最高約１，２６０℃までの使用温度を有し得ることを意味する。用途、マットが使用される温度領域、及び使用されるモノリスのタイプに応じて、これまで非膨張性マットは、アルミナ／シリカ（ニューヨーク州ナイアガラフォールのＵｎｉｆｒａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商標ＦＩＢＥＲＦＲＡＸで入手可能）及びアルミナ／シリカ／マグネシア（オハイオ州トレドのＯｗｅｎｓＣｏｒｎｉｎｇから入手可能なＳ２ガラスのような）から選ばれた１つ又は２以上のタイプの繊維を一般に含むことが知られていた。

現在では、高温用途のための最新技術の非膨張性取付けマットで使用される繊維は、一般にアルミナ含有量が高い。例えば、耐熱性セラミック繊維は、実質的にアルミナとシリカとから構成されており、典型的には約４５から約６０重量パーセントのアルミナと、約４０から約５５重量パーセントのシリカとを含むが、ゾルゲル加工法によって作られるアルミナ又はムライトセラミック繊維のような他のアルミナ／シリカ繊維は通常、５０％よりも多くのアルミナを含む。Ｓ２ガラス繊維は、典型的には約６４から約６６％のシリカ、約２４から約２５％のアルミナ、及び約９から約１０％のマグネシアを含む。一般的には、繊維内で使用されるアルミナの量が多いほど、その繊維を使用できる用途の温度が高くなると考えられてきた。従って、この目的のために、実質的にアルミナからなる繊維を使用することが提案されてきた。

ゾルゲル由来のアルミナ含有セラミック繊維を使用する費用を排除するために、一部の取付けマット製造業者は、マットの装着の前に材料をステッチ結合するなどの高価な事前処理段階を行っていた。しかしながら、そのようなステッチ結合法は、全ての触媒コンバータ用途で使用できるものではない。他の非膨張性取付けマットは一般に極めて厚く、必要とされる構造的一体性がなく、取付けマットの破砕を防止するためにバッグ内での取扱いを必要とする可能性がある。これらの取付けマットはまた、取付けサイズに切断することが困難であり、更には触媒支持構造体とハウジングとの間のギャップ内で支持するよう取り付けるために必要とされる十分な材料を納めるためにかなり圧縮しなくてはならない。

高温用途の触媒コンバータ及び他の排気ガス処理装置の非膨張性取付けマットの製造において、更に別のタイプの材料を用いる試みもなされてきた。例えば、米国特許第５，３８０，５８０号は、約６０から約８５重量パーセントのアルミナと約４０から約１５重量パーセントのシリカとを含むアルミノケイ酸塩繊維、結晶質石英繊維、又はこれらの両方から構成されるショットフリーセラミック酸化物繊維を含む可撓性の不織取付けマットを開示している。ここに記載されているアルミノケイ酸塩繊維は、耐熱性セラミック繊維よりも高いアルミナ含有量を有するが、上述のゾルゲル法を用いて製造される。他方、結晶質石英繊維は、本質的に純粋なシリカ（すなわち９９．９％シリカ）で作られる。これらの繊維は、結晶質石英由来の原料材料を使用して溶融延伸法によって作られ、どのような方法でも溶出されない。このような繊維は、商標ＡＳＴＲＯＱＵＡＲＴＺでニューヨーク州スレータのＪ．Ｐ．Ｓｔｅｖｅｎｓから、又は商標ＱＵＡＲＴＺＥＬでケンタッキー州ルイスビルのＳａｉｎｔＧｏｂａｉｎから入手可能である。しかしながら、これらの石英繊維は、取付けマットに使用するには商業的に高額なものとなる。

同様に、米国特許第５，２９０，５２２号明細書は、触媒コンバータのための不織取付けマットを開示しており、この取付けマットは、Ｓ２ガラスとしてオハイオ州トレドのＯｗｅｎｓＣｏｒｎｉｎｇから入手可能な公当該技術分野で公知のマグネシア／アルミナ／シリカ繊維、並びに上記の特許において論じられているＡＳＴＲＯＱＵＡＲＴＺ石英繊維を含むことができる。この特許においては、シリカを含有する商業的に入手可能な溶出されたガラス繊維を含む取付けマットは、高温の触媒コンバータ用の取付けマットとしての適性を判定するために特許権者によって行われたホットシェイク試験に合格しなかったことが比較例Ｉに明示されている。
例えば、ドイツ特許第１９８５８０２５号明細書においては、膨張性材料と組み合せたシリカ繊維を含む取付けマットが、触媒コンバータ用に試験されている。

高いシリカ含有量の溶出されたガラス繊維を作る詳細な説明及び方法は、米国特許第２，６２４，６５８号明細書に記載されており、その全開示内容は引用により本明細書に組み込まれる。高いシリカ含有量の溶出されたガラス繊維を作る別の方法は、欧州特許出願第０９７３６９７号明細書に開示されている。上記米国特許及び欧州特許の両方は、結果として得られる繊維から作られる耐高温製品の形成において溶出されたシリカ繊維の製造に関して開示しているが、触媒コンバータのような排気ガス処理装置用の取付けマットとしての使用に好適な繊維、又は取付けマットとして使用できる繊維については全く言及されていない。

概略的には、シリカ含有量の高い溶融延伸され溶出されたガラス繊維を使用して、触媒コンバータ又は他の排気ガス処理装置用の非膨張性取付けマットを形成する。幾つかの実施形態においては、シリカを含有する溶出されたガラス繊維、又はこれらのガラス繊維から構成される取付けマットを触媒コンバータ内に配置される前に熱処理することは、取付けマットの保持圧力性能をより向上させることが明らかになった。

一般に、ハウジングと、ハウジング内に弾性的に取り付けられる脆弱構造体と、ハウジングと脆弱構造体との間のギャップ内に配置される非膨張性取付けマットとを備える排気ガス処理装置が提供され、この取付けマットは、少なくとも６７重量パーセントのシリカを含有する溶融形成され溶出されたガラス繊維を含み、ハウジング内で脆弱構造体を保持するために、（ｉ）約９００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約５％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも１０ｋＰａ、又は（ｉｉ）約３００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約２％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも５０ｋＰａのいずれかの最小保持圧力を作用する。

排気ガスを処理するための装置を製造する方法も提供され、該方法は、シリカを含有する溶融形成されたガラス繊維から構成される取付けマットを準備する段階を含み、溶融形成されたガラス繊維は、処理されたガラス繊維が処理される前のガラス繊維のシリカ含有量よりも大きなシリカ含有量を有し、且つ少なくとも６７重量パーセントのシリカを含有するよう溶融延伸されたガラス繊維を処理することによって形成され、前記方法が更に、前記排気ガスを処理するための脆弱構造体の周りに取付けマットを巻き付ける段階と、取付けマットがハウジング内で脆弱構造体を弾性的に保持するように脆弱構造体と取付けマットとをハウジング内に配置する段階とを含み、取付けマットは、ハウジング内で脆弱構造体を保持するために、（ｉ）約９００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約５％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも１０ｋＰａ、又は（ｉｉ）約３００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約２％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも５０ｋＰａの最小保持圧力を作用する。

ハウジング内に取り付けられた脆弱構造体を有し、該脆弱構造体が、ハウジングとの間に配置された取付けマットによって支持される排気ガス処理装置が提供される。本発明は、図に示された触媒コンバータでの使用に限定されるものではなく、従って、その形状は、本発明を説明する１つの実施例として示されているだけである点は理解されるであろう。実際、取付けマットを用いて、ディーゼル触媒構造体、ディーゼルパーティキュレートトラップ、又はこれに類するもののような排気ガスを処理するのに好適な任意の脆弱構造体を装着又は支持することができる。触媒構造体は、一般に、耐熱材料によりハウジング内に取り付けられる１つ又は２以上の多孔質の管状又はハニカム状構造体を含む。各構造体は、排気ガス処理装置のタイプに応じて、概略的には、１平方インチ当り約２００から約９００又はそれより多いチャネル又はセルを含むことができる。ディーゼルパーティキュレートトラップは、パーティキュレートトラップ内の各チャンネル又はセルが、一方又は他方の端部において閉じられている点が触媒構造体とは異なる。パーティキュレートは、高温焼成プロセスによって再生されるまで、排気ガスから多孔質構造体内に捕集される。本発明の取付けマットの自動車以外の用途としては、化学工業用排出（排気）煙突の触媒コンバータが含まれる。用語「脆弱構造体」は、本質的に脆弱又は壊れやすい金属又はセラミックモノリス又はこれに類するもののような構造体を意味し、及び含むことを意図しており、本明細書に記載するような取付けマットによって恩恵を受けることになる。

排気ガスを処理するための装置の１つの典型的な形態が、図において全体を参照符号１０で示した触媒コンバータとして示されている。触媒コンバータ１０は、例えば耐熱スチールなどの２つの金属片から形成され、フランジ１６により一緒に保持されたほぼ管状のハウジング１２を含む。或いは、ハウジングは、予備成形されたキャニスタを含むことができ、取付けマットが巻かれた触媒支持構造体がその中に挿入される。ハウジング１２は、一方の端部の入口１４と、反対側の端部の出口（図示せず）とを含む。入口１４及び出口は、それぞれの外側端部に好適に形成され、これにより内燃機関の排気システム内の導管に固定することができる。装置１０は、より詳細に説明することになる取付けマット２０によりハウジング１２において支持及び保持される、壊れやすいセラミックモノリス１８のような脆弱な触媒支持構造体を含む。モノリス１８は、複数のガス透過性通路を含み、この通路は、一方の端部の入口端部表面から反対側端部の出口端部表面まで軸方向に延びる。モノリス１８は、任意の公知の方法及び構成で任意の適当な高融点金属又はセラミック材料から構成することができる。モノリスは、断面形状が典型的には長円形又は円形であるが、他の形状であってもよい。

モノリスは、例えば触媒コンバータ、ディーゼル触媒構造体、又はディーゼルパーティキュレートトラップなどの、使用される装置のタイプ及び設計に応じて変わることになる距離又はギャップだけハウジングから離されている。このギャップは、セラミックモノリス１８を弾性的に支持する取付けマット２０で充填される。弾性的な取付けマット２０は、外部環境に対する断熱と、触媒支持構造体に対する機械的支持とを与え、脆弱な構造体を機械的衝撃から保護する。

或る実施形態においては、取付けマット２０は、溶融形成された非結晶質の耐熱性溶出ガラス繊維の１つ又は２以上の膨張層を含み、このガラス繊維は、高いシリカ含有量を有し、任意選択的に結合剤又は結合剤として好適に作用する他の繊維を含む。用語「高いシリカ含有量」は、繊維が、他のいずれの繊維の構成成分よりもシリカをより多く含むことを意味している。事実、以下に述べるように、溶出後におけるこれらの繊維のシリカ含有量は、結晶質石英由来の繊維すなわち純粋シリカ繊維を除けば、Ｓガラス繊維を含むシリカ含有の他のいずれのガラス繊維よりも多いことが好ましいことがわかる。

取付けマットは、一般に、シリカと任意選択的に少量のアルミナ及び他の非シリカ質酸化物とを含有する溶融形成されて溶出されたガラス繊維の一体型の実質的に非膨張性の１枚又は複数の複合シートである。「溶融形成された」とは、繊維が、ゾルゲル又は他の化学的分散法によってではなく、溶融処理法によって生成されることを意味する。「一体型」とは、製造及び高密度化後に取付けマットが、織物、プラスチック、又は紙から成る補強層又は閉込め層（マットにステッチ結合されたものを含む）を必要とせずに自己支持構造を有し、砕解することなく取扱い又は操作することができることを意味する。用語「実質的に非膨張性」は、上記で定義されたように使用される。従って、１つの実施形態においては、取付けマットは、膨張材料、ゾルゲル由来のガラスシリカ繊維、及び／又はバッキング又は補強層を含まないことが理解されるであろう。

上述のように、ガラス繊維は、繊維のシリカ含有量が増大するように処理されるのが好ましい。すなわち、繊維の溶融延伸などにより、始めに溶融処理されて繊維に形成される場合、これらのガラス繊維は、典型的には多くの非シリカ質酸化物及び他の成分を含む。すなわちこれらは、例えばファイバガラスの特性を有することができる。ガラス繊維は、米国特許第５，２９０，５２２号明細書又は第５，３８０，５８０号明細書に開示された結晶質石英由来の繊維のような純粋シリカ繊維から最初に形成されるものではない。代わりに、これらの「純粋でない」ガラス繊維は、存在するアルミナ、酸化ナトリウム、酸化ホウ素、及び他の任意の水溶性又は溶性成分のような非シリカ質酸化物を除去して、これにより処理される前のガラス繊維のシリカ含有量よりも大きい高シリカ含有繊維を製造するよう処理されなくてはならない。結果として得られる溶出されたガラス繊維のシリカ含有量は、非シリカ質酸化物及び他の成分が最初に存在していた量及びこれらの材料が繊維から抽出された程度に依存する。

溶出は、ガラス繊維にとって繊維のシリカ含有量を増大させることになる１つの好ましい処理方法である。ガラス繊維は、任意の方法で、また当技術分野において公知の任意の技術を用いて溶出することができる。一般に溶出は、酸性溶液又は繊維から非シリカ質酸化物及び他の成分を除去するのに好適な他の溶液に溶融形成されたガラス繊維を曝すことによって達成することができる。前述のように、様々な公知の溶出技術に関するより詳細な説明は、これに限定するものではないが、米国特許第２，６２４，６５８号明細書及び欧州特許第０９７３６９７号明細書に記載されている。

これらのガラス繊維を溶出した後のシリカ純度は、溶出前よりもはるかに高い。一般に、溶出されたガラス繊維は、少なくとも６７重量パーセントのシリカ含有量を有するであろう。これは、Ｓ-ガラスのシリカ含有量よりも大きい。より好ましくは、溶出されたガラス繊維は、少なくとも９０重量パーセント、更により好ましくは約９０重量パーセントから９９重量パーセント未満までのシリカを含有する。これらの繊維の高いシリカ含有量は、９９．９％より多くのシリカを含有する石英繊維又は純粋シリカ繊維を除けば、Ｓガラス繊維を含む、シリカ含有の他のどのような公知のガラス繊維の公知の純度よりも大きいことがわかる。

一実施形態においては、ガラス繊維は、約９３から約９５重量パーセントのシリカを含み、残りはアルミナ、酸化ナトリウム、及び他のアルカリ又はアルカリ土類金属の酸化物を含む。アルミナの量は、好ましくは約４から６重量パーセントの範囲であり、他のセラミック酸化物及び酸化ナトリウムを含む成分は、一般に、溶出されたガラス繊維の約１重量パーセントよりも少なく含む。一実施形態においては、溶出されたガラス繊維は、１重量パーセントよりも少ないアルカリ又はアルカリ土類金属を含むことが好ましい。溶出されたガラス繊維から非シリカ質酸化物の全てを除去する必要があるわけではない点が理解されるであろう。しかしながら、溶出されたガラス繊維は、アルミナ成分を越えるシリカ含有量を必要とし、より好ましくは少なくとも約６７重量パーセントを越えるシリカ含有量を必要とする。また、これらの繊維は、実質的にショットフリーである。

重要なことは、これらの溶出されたガラス繊維が、高アルミナ繊維及び特に上述の結晶質石英由来の繊維のようなセラミック繊維と比べて比較的安価なことである。これらの溶出されたガラス繊維の平均繊維径は、好ましくは少なくとも約３．５ミクロンより大きく、更に好ましくは少なくとも約５ミクロンよりも大きい。平均して、ガラス繊維は、典型的には約９ミクロンの直径を有する。約５から１４ミクロンの平均繊維直径が好ましい。従って、本発明の溶出されたガラス繊維は、吸入可能ではない。

溶出されたガラス繊維は、取付けマット製造において一般に使用される任意の形態で提供することができる。或る実施形態においては、これらの繊維は、チョップドトウ繊維である。溶出の前に、繊維は、当技術分野において公知の任意の方法により製造することができるが、典型的には繊維製造に対してコスト効果の高い方法を提供する方法で、溶融紡糸法又は溶融延伸法によるような公知の溶融処理法を用いて形成される。或る実施形態においては、ガラス繊維は、溶融延伸される。

シリカ含有量が高く、触媒コンバータ又は他の公知のガス処理装置用の取付けマット製造での使用に好適な溶出されたガラス繊維の実施例としては、商標ＢＥＬＣＯＴＥＸの下でＢｅｌＣｈｅｍ Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ ＧｍｂＨ（ドイツ）、及び登録商標ＲＥＦＲＡＳＩＬの下でＨｉｔｃｏ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｉｎｃ．（カルフォルニア州ガルデナ）から入手可能な溶出されたガラス繊維が含まれる。ＢＥＬＣＯＴＥＸ繊維は、標準タイプのステープル繊維プレヤーンである。これらの繊維は、約５５０ｔｅｘの平均繊度を有し、一般にアルミナによって変性されたケイ酸から作られる。ＢＥＬＣＯＴＥＸ繊維は、一般に、約９４．５％のシリカ、約４．５％のアルミナ、０．５％よりも少ない酸化ナトリウム、及び０．５％よりも少ない他の成分を含む。これらは、約９ミクロンの平均繊維径及び約１，５００から１，５５０℃の範囲内の融点を有する。これらの繊維は、最高１，０００℃までの耐熱性があり、典型的にはショットを含まず、更に結合剤を含まない。

ＲＥＦＲＡＳＩＬ繊維、同様にＢＥＬＣＯＴＥＸ繊維は、シリカ含有量の高い非結晶質の溶出されたガラス繊維であり、１，０００から１，１００℃の範囲内の用途での断熱をもたらす。これらの繊維は、直径が約６から約１３ミクロンの間であり、約１，７００℃の融点を有する。溶出後、繊維は、典型的には約９５重量パーセントのシリカ含有量を有する。アルミナは、約４重量パーセントの量が存在し、他の成分は１％又はこれより少ない量で存在する。

触媒コンバータのような排気ガス処理装置のための取付けマットとして有用な溶出されたガラス繊維は、シリカ含有量の高い溶融形成された繊維である。触媒コンバータ取付けマットが実質的に溶出されたガラス繊維から商業的に作られたことはなかったと考えられる。溶出されたガラス繊維が試験された場合、これらは、排気ガス処理装置内で取付けマットとして有用であるよう熱サイクル時に十分且つ有効な最小保持圧力を維持することができなかったか、もしくは取付けマットに十分且つ有効な残留保持圧力をもたらす助けとなる膨張材料のようなかなりの量の他の材料に使用されることができなかった。

マット形態に作られた溶出されたガラス繊維は、通常、マットに十分な強度をもたらさないことが明らかにされた。すなわちガラス繊維からアルミナを含む非シリカ質材料を溶出することは、予想されるように、マットの剪断強度がより小さくなる程度にまでマットの保持力を低下させることになる。シリカを含有する溶出されたガラス繊維を含む取付けマットが、触媒コンバータのハウジング内に脆弱構造体を保持するのに適正な最小保持圧力を最初に提供することは可能であろうが、マットの機械サイクル又は熱サイクルは、最小保持圧力を維持するマットの能力を速やかに消失させることになろう。従って、触媒コンバータ取付けマットの製造における高シリカ含有の溶出されたガラス繊維の使用が避けられることになろう。このことは、米国特許第５，２９０，５２２号明細書において確認されている。

しかしながら、取付けマット形成の前に溶出されたガラス繊維を処理し、もしくはこれらの繊維から作られた取付けマットを形成後に更に処理することにより、取付けマットの保持圧力性能が、サイクル後であっても排気ガス処理装置における使用に適合するほど十分に改善できることを本発明者は見出した。しかしながら、この追加的処理がなければ、これらの溶出されたガラス繊維を含む取付けマットは、熱サイクルを受けた後には排気ガス処理装置のハウジング内で脆弱構造体を保持するのに十分な最小保持圧力を維持しない。

驚くべきことには、繊維を熱処理することによって、低温用途に対して高い保持圧力が達成されるだけでなく、特に高温用途に対して有意に高い保持圧力性能をもたらすことが判明した。或る特定の実施形態においては、これらの溶出されたガラス繊維（又はこれらを含む取付けマット）は、少なくとも約９００℃よりも高い温度から、好ましくは約９００℃から約１，１００℃までの範囲の温度で熱処理することができ、その結果、これらの繊維を使用する取付けマットが、１，０００サイクルの膨張及び収縮サイクル後でさえも、排気ガス処理装置内で要求される最小保持圧力を及ぼすことができるようになる。これまでは、これらの繊維の熱処理時に、取付けマットが熱サイクル後に有効な最小保持圧力を維持することを期待していなかった。

高シリカ繊維を熱処理することは、繊維の物理特性の多くを改善することも判明した。例えば、繊維の耐クリープ性が向上すると共に表面積が増大すると考えられる。理論よって束縛されることなく、既に溶出されたガラス繊維を熱処理することはその繊維を「予収縮する」と考えられる。低収縮性はまた、良好な耐クリープ性に寄与することが知られている。繊維を熱処理することは、その繊維から余分な水成分を除去して表面積を増大させると考えられる。従って、溶出されたガラスシリカ繊維、特に熱処理された溶出済みガラス繊維の使用により、ファイバガラスの優れた物理特性の全てを有しファイバガラスの融点よりはるかに越える高温用途に好適な取付けマットの製造を可能にする。

溶出されたガラス繊維の熱処理は、取付けマットの形成前又は後に行うことができる。取付けマットの形成後に熱処理が行われる場合には、この用途においてハウジング内に脆弱構造体を保持するための所望の有効最小保持圧力に適合する又はこれを越えるように、取付けマットは少なくとも９００℃の温度で有効な時間、熱処理される。同様に取付けマットの形成前に熱処理される場合には、溶出されたガラス繊維は、これが取付けマットに形成された時にハウジング内に脆弱構造体を保持するための最小保持圧力を達成するように、有効な時間期間にわたり少なくとも９００℃の温度まで加熱することができるのが好ましい。熱処理のための特定の時間量は、とりわけマットの厚さ、加熱の均一性、使用される熱源のタイプ、熱源の上昇時間及び温度他に応じて広範に変化する可能性がある。これらの変化の全ては、当業者には十分理解されているので、９００℃又はそれ以上の温度で加熱する有効な時間は、必要以上の実験を行うことなく容易に決定することができる。

一般に、熱処理は、比較的小さく薄いマット及び優れた均一な熱源が使用される場合には概して１５分以下で行い、マットがより大きく厚い場合には１時間より長く（温度上昇及び下降時間は含まない）行うことができることが確認されている。或る実施形態においては、取付けマット又は溶出されたガラス繊維は、１時間より長く約９００℃から約１，１００℃の間の温度で加熱される。或いは熱処理は、溶出されたガラス繊維又はこれで作られた取付けマットを３００℃のようなより低い加熱温度に曝すことにより行うことができる点も理解されるであろう。しかしながら、所望の有効保持圧力を有する、満足できる取付けマットを得るために必要な時間の長さは、熱処理が２４時間よりも長くかかる場合には商業的に実用的でないと考えられる。上記に概説した同じ有効な効果を達成するために繊維の失透を生じることになる時間及び／又は温度を下回る任意の時間及び温度下での熱処理は、本発明の範囲に含まれるであろう。一般に、繊維又はマットは、意図する使用温度以上で熱処理することができる。低い温度での熱処理は、実質的に熱処理温度よりも高い温度での熱サイクルを要求する用途での取付けマットの有用性に影響を及ぼす可能性がある。

ハウジング内で脆弱構造体を保持する最小保持圧力を維持するために、別の方法を用いて取付けマットに使用するための溶出されたガラス繊維を処理することができ、例えば、繊維の耐クリープ性を高めるためにイオン交換法又は拡散法を使用することができる。しかしながら、溶出されたガラス繊維又は取付けマットを処理して、マットが熱サイクル後にハウジング内で脆弱構造体を保持する最小保持圧力を維持することができる任意の方法が本質的に使用可能であることが理解されるであろう。

取付けマットは、好ましくはシリカを含有する最大１００重量パーセントの溶出されたガラス繊維を用いる。しかしながら、別の実施形態においては、マットは、所望の特定温度用途の取付けマットの製造での使用に好適なアルミナ／シリカ繊維、もしくは他のセラミック又はガラス繊維などの他の公知の繊維を任意選択的に含むことができる。このように、耐熱性セラミック繊維などのアルミナ／シリカ繊維は、高温又は広範囲な温度用途において任意選択的に使用することができる。Ｓガラスのような他のセラミック又はガラス繊維は、同様の用途又はより低温用途において溶出されたガラスシリカ繊維に使用することができる。しかしながら、このような場合には、取付けマットはシリカを含有する少なくとも５０重量パーセントの溶出されたガラス繊維を含むのが好ましい。換言すれば、マットの製造において使用される大部分の繊維はシリカを含有する溶出されたガラス繊維であって、より好ましい実施形態においては、繊維の少なくとも８０重量パーセントはシリカを含有する溶出されたガラス繊維である。

別の幾つかの実施形態においては、Ｓ２ガラス及びこれに類するような繊維は、マット全体を１００重量パーセントとした場合、０より大きく約５０重量パーセントまでの量を取付けマットに加えることができる。これらのガラス繊維は、その融点等に起因して主に低温用途に使用されることになる。

別の実施形態においては、取付けマットは、溶出されたガラス繊維に加えて耐熱性セラミック繊維を含むことができる。耐熱性セラミック繊維、すなわちアルミナ／シリカ繊維又はこれに類するものが使用される場合には、これらは、マット全体を１００重量パーセントとした場合、０より大きく約５０重量パーセントより少ない量までの範囲で存在することができる。

前述のように、取付けマットは結合剤を含んでもよく、又は含まなくてもよい。結合剤が使用される場合には、諸成分を混合して混合物又はスラリーを形成する。次に、繊維と結合剤とのスラリーは、マット構造体に形成され、結合剤が除去されることにより、実質的に熱処理された繊維（及び任意選択的に追加の繊維）だけを含む取付けマットが得られる。典型的には、犠牲結合剤は、最初に繊維を互いに結合するのに用いられる。使用される結合剤は、典型的には有機結合剤である。「犠牲」とは、結合剤が最終的には取付けマットから焼成され、脆弱構造体を支持するための取付けマットとして溶出されたガラス繊維（及び、使用している場合には他のセラミック又はガラス繊維）だけが残ることを意味する。

好適な結合剤としては水溶性及び非水溶性の結合剤が含まれるが、使用される結合剤は、硬化後には可撓性材料となり、上記のように設置された取付けマットから焼成できる反応性熱硬化性ラテックスであるのが好ましい。適当な結合剤又は樹脂の実施例としては、これらに限定するものではないが、アクリル類、スチレン／ブタジエン、ビニールプロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニール、ポリウレタン等の水溶性ラテックス類が含まれる。他の樹脂としては、不飽和ポリエステル類、エポキシ樹脂類、及びポリビニールエステル類のような低温可撓性の熱硬化性樹脂が含まれる。好ましくは約５から約１０％のラテックスが使用されるが、約８％が最も好ましい。結合剤用の溶媒としては、水、又は使用される結合剤に応じてアセトンのような適当な有機溶媒を含むことができる。溶媒（使用される場合）中の結合剤の溶解力は、所望の結合剤配合及び結合剤系のワーカビリティ（粘度、固形分、他）に基づいて通常の方法で決定することができる。

マットは、これを一体的に保持するために結合剤の代わりに、溶出されたガラス繊維に加えて他の繊維を含むことができる。これらの繊維は、溶出されたガラス繊維が互いに結合するのを助けるために、１００重量パーセントの全組成のうちの０重量パーセントよりも多く約２０重量パーセントまでの範囲の量を使用することができる。

溶出されたガラスシリカを含有する繊維を含んだ取付けマットは、取付けマットの作製に際して一般に使用される任意の公知の方法で作製することができる。例えば、製紙法を用いて、溶出されたガラス繊維を結合剤もしくは結合剤として作用することができる他の繊維と混合し、混合物又はスラリーを形成することができる。任意の混合手段を用いることが可能であるが、結合剤を使用する場合には、繊維成分は、約０．２５％から５％の粘稠度又は固形分（９９．７５から９５重量部の水に対して０．２５から５重量部の固形分）で混合されるのが好ましい。次いで、このスラリーを水で希釈して形成を促進させ、最終的に凝集剤及び排液保持助剤を用いて凝集させることができる。次に、凝集された混合物又はスラリーを製紙機械上に置いて、紙を含む繊維のプライに形成する。或いは、スラリーを真空キャスティングすることによってプライを形成してもよい。いずれの場合においても、プライは通常はオーブンで乾燥される。使用される標準的な製紙技術のより詳細な説明は、開示内容が引用により本明細書に組み込まれる米国特許第３，４５８，３２９号明細書を参照されたい。結合剤が使用され、溶出されたガラス繊維が熱処理されることになるときには、繊維を熱処理する段階は、溶出されたガラス繊維に結合剤又は結合用繊維を加える前に行うべきであることが理解できる。

別の実施形態においては、溶出されたガラス繊維は、乾燥空気集積法のような通常の手段によってマットに加工することができる。この段階におけるマットは、極めて小さな構造的一体性しか有しておらず、更に通常の触媒コンバータ及びディーゼルパーティキュレートトラップ用の取付けマットと比べて極めて分厚いものである。従って、結果として得られたマットは、当技術分野において一般に知られているようにドライニードル（ｄｒｙ ｎｅｅｄｌｅ）して、これを高密度化し、その強度を増大させることができる。繊維の熱処理は、マットの形成前、又はマットをニードルした後に行うことができる。

乾燥空気集積法が使用される場合には、マットは、代替として含浸によりマットに結合剤を添加することによって不連続的な繊維複合体を形成してもよい。この技術においては、従来の製紙技術に関連した上述したようなマットプリプレグを形成するのではなく、マットの形成後に結合剤を添加する。マットを作製するこの方法は、破断を低減することによって繊維長を保持する助けとなる。しかしながら、熱処理は、あらゆる結合剤の添加の前に行うことができる点が理解できる。

マットに結合剤を含浸させる方法は、液体結合剤系へのマットの完全な浸漬、又は代替としてマットへのスプレーを含む。連続的手順において、ロール形態で搬送することができる繊維マットは、コンベア又はスクリムなどの上で巻き戻して移動し、スプレーノズルを通過させてマットに結合剤を施工する。或いは、マットは、重力送りによりスプレーノズルを通過させてもよい。次いで、マット／結合剤プリプレグは、プレスロール間を通過して、余分な液体を除去し、プリプレグをほぼ所望の厚さに高密度化する。次に、高密度化されたプリプレグをオーブン内に通過させて、残留する全ての溶媒を除去し、必要であれば結合剤を部分的に硬化させて複合体を形成することができる。乾燥及び硬化温度は、主として使用される結合剤と溶媒（使用される場合）に応じて決まる。次いで複合体は、保管又は輸送のために切断又は巻き取ることができる。

取付けマットはまた、マット部分を液体結合剤に浸漬し、プリプレグを取り出し、圧縮して余分な液体を除去し、その後乾燥させて複合体を形成し、保管又は所定サイズに切断することにより、バッチ形式で製造してもよい。

これらの溶出されたガラス繊維から製造された取付けマットは、幾つかの触媒コンバータ用途で容易に使用するには密度が低過ぎる場合がある点に留意すべきである。従って、この取付けマットは、好ましくはより高い密度を得るように当技術分野において公知の任意の方法で更に高密度化すべきである。このような高密度化の１つの方法は、繊維をニードルパンチして互いに絡み合うようにすることである。これに加えて又は代替的に、水流絡号法を使用してもよい。別の代替方法は、繊維をプレスローラーに通してローリングすることによりマットの形態にプレスすることである。マットを高密度化するこれらの方法のいずれか又はこれらの組合せは、適正な所望の形態の取付けマットを得るために容易に使用することができる。

上記の技術のうちのいずれを用いるかに関係なく、複合体をダイスタンプなどにより切断し、再現性のある公差を有した正確な形状及びサイズの取付けマットを形成することができる。取付けマット２０は、ニードリング又は同様の方法などによって高密度化されると適切な取扱い特性を示すが、このことは、容易に取り扱うことが可能であること、及び多くの他のブランケット又はマットのように人の手で砕ける程には脆くないことを意味している。この取付けマットは、亀裂を生じることなく触媒支持構造体１８又はこれと同様の脆弱構造体の周りに容易に且つ可撓的に適合させ又は巻き付け、次いで触媒コンバータハウジング１２内に配置することができる。一般に、取付けマットが巻かれた脆弱構造体は、ハウジング内に挿入するか、もしくは取付けマットが巻かれた脆弱構造体の周りにハウジングを構成又は作ることができる。

更に、驚くべきことには、本発明の取付けマットは、約３００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³までのマットギャップ嵩密度、及び約２％のギャップ膨張率で行う標準１，０００サイクルのギャップ膨張試験の１，０００機械サイクルを受けた後に、少なくとも５０ｋＰａの最小保持圧力を維持できることが明らかになった。この試験は、低温用途での高Ｇ負荷が加わる重い基材を保持する際に使用される取付けマットに特に好適であることが理解されるであろう。このような用途の排気ガス処理装置としては、ディーゼル触媒構造体及びディーゼルパーティキュレートトラップが含まれる。触媒コンバータでは一般的な高温用途においては、この取付けマットは、約９００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のマットギャップ嵩密度、及び約５％のギャップ膨張率で行われる標準１，０００サイクルのギャップ膨張試験の１，０００機械サイクルを受けた後に少なくとも１０ｋＰａの最小保持圧力を維持できることが明らかになった。

用語「サイクル」は、モノリス（すなわち脆弱構造体）とハウジングとの間のギャップが、特定の距離にわたり所定の速度で開閉されることを意味する。実際の状態をシミュレートするために、ハウジングと所与の直径を有する脆弱構造体との間のギャップの膨張は、例えば約９００℃の温度における従来のハウジングの熱膨張係数を算出することにより求めることができる。次に、試験基準に適合し、１，０００サイクル後に約１０ｋＰａよりも大きい最小保持力（Ｐｍｉｎ）を与えることになる最終的なマットの坪量が選択される。目的は、最小限のコストで十分な支持力を与えることであるから、約１０ｋＰａよりも大きい要件を満たす最小坪量が選択される。ある先行技術による非膨張性取付けマットも少なくとも約９００℃の高温面温度での１，０００サイクル後に「高い」最小圧力を維持できる場合もあるが、これらのマットは、一様に、少なくとも３０％又はそれより高い高アルミナ含有量を有する極めて高価なゾルゲル由来のセラミック繊維、もしくは結晶質石英由来の繊維、又はこの両方を含有する。先行技術による非膨張性取付けマットは、約６７％よりも多くのシリカを含有する溶出されたガラス繊維は含んでいない。

作動中、触媒コンバータは有意な温度変化を受ける。熱膨張係数の差に起因して、ハウジングは、支持構造体１８よりも大きく膨張する場合があり、その結果これらの要素間のギャップは僅かに増大することになる。典型的な場合において、このギャップは、コンバータの熱サイクル中に約０．２５から約５０ｍｍ程度拡大及び縮小する可能性がある。取付けマットの厚さ及び取付け密度は、脆弱構造体が振動して緩むことを防止するために全ての条件下で少なくとも約１０ｋＰａの最小保持圧力が維持されるように選択される。これらの条件下で取付けマット２０によって作用される取付け圧力は、構成要素の物理的一体性を損なうことなく、組立体の熱特性に対応することを可能にする。

低温用途において使用されることになる取付けマットでは、試験は約３００℃で行われる。しかしながら、この試験は上述の高温試験と同様の方法で行われる。一方、印加される荷重の差、並びに重い触媒構造体が使用される場合が多いことを考慮すると、最小保持圧力はより高い必要がある。従って上述のようにマットは、約３００℃の高温面温度で１，０００サイクル試験後に脆弱構造体に対して少なくとも５０ｋＰａの保持圧力を与える必要がある。

本発明を一般的に説明してきたが、ここで実施例を用いてより詳細に説明する。これらの実施例は、単に例証のためのものに過ぎず、特に指摘しない限り全ての点で本発明を限定するものと見なすべきではない。これらの実施例は、本発明の実施を示すためにのみ使用される。

本発明の実施を示すために、ＢＥＬＣＯＴＥＸの溶出されたガラスシリカ繊維を約９００℃から１，１００℃の間の温度で２時間熱処理した。次いで、熱処理された繊維を、溶出されたガラスシリカ繊維を加熱時に互いに結合させるのに好適な約６．５重量パーセントの繊維と混合した。次に、組み合された繊維をマットの形態に湿式集積した。このマットを約６０℃の温度のオーブンで乾燥させた。次いで、乾燥したマットを約１４８ｋｇ／ｍ³の密度までホットプレスした。プレスされたマットを触媒コンバータ用途で取付けマットとして使用するのに好適な最終的な形に製造した。

別の実施形態においては、本発明は、最初に、溶出されたガラスシリカ繊維をマットに湿式集積することによって例証された。次いで、このマットをニードルパンチして約１４８ｋｇ／ｍ³の密度を達成した。次に、ニードルされたマットを約９００℃から１，１００℃の間の温度で２時間熱処理した。熱処理から取り出されると、マットは、触媒コンバータ用途の取付けマットとして使用するための最終的な製品の形態であった。

他の製造業者により得られる溶出されたガラスシリカ繊維から構成される他の取付けマットもまた、基本的に上述の方法の１つを用いて製造され、マット又は繊維は、少なくとも約９００℃の温度まで熱処理された。比較の目的で、高いシリカ含有量の溶出されたガラス繊維を含有するサンプルマットが製造されたが、繊維又はマットの熱処理は行われなかった。これらのマットは、「現状のまま」の状態であると思われる。

少なくとも１つの例において、「事前に収縮加工された」溶出されたガラス繊維ブランケットを試験した。この繊維ブランケットは、様々な用途のために商業的に入手可能であるが、排気ガス処理装置用の取付けマットとしての使用に好適なものとして試験され、又は示唆されたことはこれまで一度もなかった。「事前に収縮加工された」とは、溶出されたガラスシリカ繊維がブランケットの収縮を低減するための追加処理を既に受けていることを意味している。繊維ブランケットには、その形状を維持するのが好ましく且つ高温用途での使用時に収縮しない幾つかの用途がある。

各マットに対して、高温（９００℃）での１，０００サイクルギャップ膨張試験を行った。試験条件は、サンプルマットを比較するために使用される定数パラメータのセットから成るものであった。これらの試験パラメータには、３００℃、６００℃、及び９００℃の３つの異なる高温面温度、０．３ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約５％のギャップ膨張率が含まれていた。これらのパラメータ及び取付けマットの既知の坪量を考慮して、この試験では０．３ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度を達成するために２．９から５．４５ｍｍのギャップを用いた。低温（３００℃）での１，０００サイクル試験では、４．１３ｍｍのギャップ及び約２％のギャップ膨張率を用いた。

当業者は、必要以上の実験を行うことなく、これらのパラメータを使用してこの１，０００サイクル試験を行うことができることが理解されるであろう。すなわち、上記のパラメータセットにより、マットの特性又はギャップのサイズに関係なく、当業者がマットの有効保持圧力の同様の比較を行うことが可能になるであろう。本明細書で試験される特定のマットでは、坪量のようなマットの既知の特性及びギャップ嵩密度などの他のパラメータセットに基づいて、２．９から５．４５ｍｍのギャップサイズが適正であると見なされた。また、取付けマットのギャップ嵩密度は、用途に応じて変化することを理解されるであろう。許容可能な最小保持圧力は、０．３ｇ／ｃｍ³のような低いギャップ嵩密度においては達成できないが、幾つかの用途では、０．５ｇ／ｃｍ³のような高いギャップ嵩密度において達成することができる。従って、該用途に対しての適正な何らかのギャップ嵩密度（一般には約０．３から０．５ｇ／ｃｍ³の範囲内にある）を用いて試験を完遂することができる。

これらの試験結果を以下の表１に示す。

試験結果を検討すると、全て熱処理されて溶出されたガラス繊維マットは、３００℃、６００ｃ、及び９００℃での初期試験時に高温用途（すなわち、Ｐｍｉｎ＝１０ｋＰａ）と低温用途（すなわち、Ｐｍｉｎ＝５０ｋＰａ）の両方に必要とされる最小保持圧力を十分に越える保持圧力で開始されたことは理解されるであろう（事前固定ギャップによる結果）。しかしながら、「現状のまま」溶出されたガラスシリカ繊維マットは、１，０００サイクル後は勿論のこと、初期サイクル時にも十分な保持圧力を維持しなかった。比較において、熱処理され溶出されたガラス繊維を使用したマットは、全て上記の試験における１，０００サイクル後に有効保持圧力又は荷重（Ｐｍｉｎ）を必要とされる最小で維持した。高温用途では、９００℃における１，０００サイクル後の熱処理された繊維の最低有効保持圧力（Ｐｍｉｎ）は、約２９ｋＰａであり、最小の１０ｋＰａをはるかに上回ったことが理解されるであろう。

本発明の排気ガス処理装置のための非膨張性取付けマットによって示された１，０００サイクルギャップ膨張試験の卓越した結果、並びにゾルゲルセラミック繊維又は結晶質石英と比較してシリカを含有する溶出されたガラス繊維の製造に関連するコストが比較的安価であることを考慮すると、これらのマットは、触媒コンバータ及びディーゼルパーティキュレートトラップ産業に対して有利である。取付けマットは、ダイカットすることができ、更に弾性的な支持体として取扱いが容易な薄い外形で且つ可撓性の形態で動作可能であり、必要であれば亀裂を生じることなく触媒支持構造体を完全に取り巻くことができるようになる。代替的に、取付けマットは、触媒支持構造体の周囲全体又は少なくとも一部分の周囲を一体的に巻くことができる。取付けマットはまた、部分的に巻くことができ、ガスのバイパスを防止するために、必要であれば幾つかの従来のコンバータ装置において現在使用されているような端部シ−ルを含むこともできる。

上述の取付けマットはまた、とりわけオートバイ及び他の小形エンジン機械のための通常の自動車用触媒コンバータ、及び自動車用プレコンバータ、並びに高温スペーサ、ガスケット、更に次世代自動車用アンダーボディ用の触媒コンバータシステムのような様々な用途において有用である。一般に、これらは、室温で保持圧力を作用し、より重要なことには、熱サイクル中を含む約２０℃から少なくとも約１，１００℃までの高温で保持圧力を維持する能力を提供するマット又はガスケットを必要とするあらゆる用途において使用することができる。

上述の取付けマットはまた、化学工業で使用される触媒コンバータにおいて使用することができ、この触媒コンバータは、排気又は排出煙突内に配置され、保護するように取り付ける必要のある脆弱なハニカム状構造体を含む。

本発明は、上記に説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項によって定義される変形形態、変更形態、及び均等な実施形態を含む。上述の各実施形態は、所望の特性を与えるために様々の実施形態を組み合せることができるので、必ずしも選択的ではない。

本発明による取付けマットを含む触媒コンバータの破断した斜視図である。

Claims (10)

1. 排気ガスを処理するための装置であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に弾性的に取り付けられる脆弱構造体と、
   前記ハウジングと前記脆弱構造体との間のギャップ内に配置される一体型の非膨張性取付けマットと、を備え、
   前記一体型の取付けマットは、溶融形成され、溶出され、且つ、熱処理された不連続的なガラス繊維を含み、このガラス繊維は、少なくとも６７重量パーセントのシリカを含有し、
   前記ハウジング内で前記脆弱構造体を保持するために、
   （ｉ）約９００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約５％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも１０ｋＰａ、又は、
   （ｉｉ）約３００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約２％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも５０ｋＰａの一方の最小保持圧力を作用させる、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記溶出されたガラス繊維が、少なくとも９０重量パーセントのシリカを含有する、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記溶出されたガラス繊維が、約９３から約９５重量パーセントまでのシリカと、約４から約６重量パーセントまでのアルミナとを含有する、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記溶出されたガラス繊維は、溶融延伸される、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記取付けマット全体を１００重量パーセントとした場合、前記取付けマットが約５０から１００重量パーセントまでの前記溶出されたガラス繊維を含む、
   請求項１に記載の装置。
6. （ｉ）前記取付けマット全体を１００重量パーセントとした場合、前記取付けマットが０よりも多く約５０重量パーセントまでのアルミナ／シリカ／マグネシアからなるガラス繊維又は耐熱性セラミック繊維を含有する、
   （ｉｉ）前記取付けマットが、実質的に結合剤を含まない、
   （ｉｉｉ）前記溶出されたガラス繊維が、３．５ミクロンよりも大きい直径を有する、および
   （ｉｖ）前記溶出されたガラス繊維が、実質的にショットフリーである、
   のうちの少なくとも１つによって更に特徴付けられる請求項１に記載の装置。
7. （ｉ）前記取付けマット、又は（ｉｉ）取付けマットへと形成される前に前記溶出されたガラスシリカ繊維が、ハウジング内で脆弱構造体を保持するための最小保持圧力を満たすように、少なくとも約３００℃又は少なくとも約９００℃の温度で有効な時間期間に熱処理される
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 排気ガスを処理するための請求項１に記載の装置を製造する方法であって、
   シリカを含有する溶融形成されたガラス繊維から構成された取付けマットを準備するステップを含み、前記溶融形成されたガラス繊維は溶出され、この溶出されたガラス繊維は、溶出される前のガラス繊維のシリカ含有量よりも大きなシリカ含有量を有し、且つ少なくとも６７重量パーセントのシリカを含有し、
   前記溶出されたガラス繊維の熱処理を取付けマットの形成前に行うか、又は、前記溶出されたガラス繊維を含む取付けマットの熱処理を、この取付けマットを脆弱構造体に巻き付ける前に行うステップを含み、前記方法が更に、
   排気ガスを処理するための脆弱構造体の周りに前記取付けマットを巻き付けるステップと、
   前記取付けマットがハウジング内で前記脆弱構造体を弾性的に保持するように、前記脆弱構造体と前記取付けマットとを前記ハウジング内に配置するステップと、を含み、
   前記取付けマットが、前記ハウジング内で前記脆弱構造体を保持するために、（ｉ）約９００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約５％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも１０ｋＰａ、又は（ｉｉ）約３００℃の高温面温度、約０．３から約０．５ｇ／ｃｍ³のギャップ嵩密度、及び約２％のギャップ膨張率における１，０００サイクル試験後に少なくとも５０ｋＰａのいずれかの最小保持圧力を作用させる、
   ことを特徴とする方法。
9. 前記溶融形成されたガラス繊維を処理するステップが、酸性溶液中に前記ガラス繊維を溶出するステップを含む、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記ハウジング内で前記脆弱構造体を保持するための有効最小保持圧力を満たすように、前記脆弱構造体を巻く前に、繊維又は取付けマットを少なくとも約３００℃の温度で有効な時間、熱処理するステップを更に含む、
    請求項８に記載の方法。

Images