JP5816552B2 - フレキシブル縁保護剤を備えた装着マットおよび該装着マットが組込まれた排気ガス処理装置 - Google Patents

Description

触媒コンバータまたはディーゼル微粒子トラップ等の排気ガス処理装置のハウジング内に脆弱構造体を取付ける装着マットを提供する。また、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装着マットによりハウジング内に取付けられる脆弱構造体を備えた排気ガス処理装置も提供する。

排気ガス処理装置は、エンジンの排気ガスエミッションから汚染物質を低減させるべく自動車に使用されている。一般的な排気ガス処理装置の例として、触媒コンバータおよびディーゼル微粒子トラップがある。

自動車のエンジンの排気ガスを処理する触媒コンバータは、一般に、ハウジングと、一酸化炭素および炭化水素の酸化および窒素酸化物の低減を行うのに使用される触媒を保持する脆弱な触媒支持構造体と、この触媒支持構造体の外面とハウジングの内面との間に配置されて、作動中に脆弱な触媒支持構造体をハウジング内に保持する装着マットとを有している。

ディーゼルエンジンにより発生される汚染物質を制御するディーゼル微粒子トラップは、ハウジングと、ディーゼルエンジンエミッションから微粒子を収集する脆弱な微粒子フィルタまたはトラップと、フィルタまたはトラップの外面とハウジングの内面との間に配置されて、作動中に脆弱なフィルタまたはトラップ構造体をハウジング内に保持する装着マットとを有している。

触媒支持構造体またはディーゼル微粒子フィルタのいずれの脆弱構造体も、脆弱構造体の外面とハウジングの内面との間のスペースすなわちギャップを用いてハウジング内に収容される。脆弱構造体は、一般に、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、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、炭化ケイ素等の脆弱なセラミック材料から製造された構造体からなる。これらの材料は、複数のガス流チャネルを備えたスケルトン型構造を形成している。これらの構造体は非常に脆弱であるため、小さい衝撃荷重または応力であってもしばしばクラックが入りまたは破壊されてしまう。この脆弱構造体を、装置の通常の作動中に遭遇する熱的および機械的衝撃および他の応力から保護しかつ断熱および有効なガスシールを得るため、脆弱構造体とハウジングとの間のギャップ内にマット装着材料すなわちマット支持体が配置される。

使用される装着マット材料は、脆弱構造体の製造業者または排気ガス処理装置製造業者により与えられる多くの設計条件または物理的条件の全てを満たすことができなくてはならない。例えば、マット装着材料は、排気ガス処理装置が、脆弱構造体に関連する金属ハウジングに大きい膨張および収縮を引き起こし、このため長期間に亘って装着マットに大きい圧縮および解放サイクルを引き起こす広範囲の温度変化を受けるときでも、脆弱構造体に有効な残留保持圧力を加えることができなくてはならない。

排気ガス処理装置に使用される装着マットには、一般に２つの形式すなわち膨張装着マットおよび非膨張装着マットがある。膨張装着マットは、熱の付与に応答して膨張する材料を有している。装着マットでの膨張材料の使用は、意図する用途および装着マットが受ける条件に基づいて定められる。非膨張装着マットは実質的に非膨張である。用語「実質的に非膨張」とは、膨張マットに加えられることが想定される熱が加えられたときに、マットが容易に膨張しないことを意味する。マットの熱膨張係数によっては、幾分かの膨張がマットに生じることはもちろんである。しかしながら、その膨張量は、膨張マットの膨張と比較して非常に小さい。

排気ガス処理装置内に組み込まれたとき、全ての装着マットが縁侵食を受ける。内燃機関により発生される高温エミッションは、排気ガス処理装置に流入する前に排気管を通る。排気管を通るとき、これらのエミッションは、排気ガス処理装置の入口領域に流入しかつ出口領域を通って流出しなければならない。排気ガス処理装置の装着マットの前縁部および後縁部はこれらの高温ガスに曝されており、このため装着マットの縁部の劣化が引き起こされる。

膨張装着マットおよび非膨張装着マットの両方とも、必ずしも高温ガスによる縁侵食に耐え得るものではない。支持マットの取付けが不適正であったり、ハウジング内での装着マットの保持力が欠如すると、支持マットの侵食が生じる。また、特定用途によっては、排気ガス処理装置内に非膨張装着マットを使用すると、排気ガス処理装置に対する保護および支持が不充分になることがある。膨張マットに関しては、縁保護を行うために、非膨張マットとは別体の細いストリップを膨張マットの縁に巻き付けることが知られている。しかしながら、この方法は、２つの別々のコンポーネンツを物理的に一緒に、すなわち装着マットと非膨張マットのストリップとを互いに一体に取付けるものであるため、比較的高価で複雑な方法である。

膨張マットによる種々の縁保護方法が存在する。縁侵食の問題を軽減する試みに、耐熱クロス（布）および強化方法が用いられている。耐熱クロスの使用は、例えばマットの縁を包んで、ガス侵食を改善することを必要とする。クロスによる縁処理により、マットの前縁部および後縁部が保護される。耐熱クロスにより包まれた装着マットをハウジング内に嵌合することは複雑であるので、別体の耐熱クロスを使用することは好都合な解決法ではない。

触媒支持要素と金属ハウジングとの間に配置される装着マットに耐熱強化法を適用することも知られている。耐熱強化材料は、装着マットが金属シェル内に組み付けられる前または後のいずれかに付加される。この強化法は非常に有効ではあるが、製缶作業中にエンドユーザが行わなくてはならず、装着マットに適用するには面倒である。また、この強化法により装着マットが非常に硬く乾燥し、装着マットが脆弱な触媒支持構造体を包むには剛くなり過ぎるため、脆弱構造体の周囲に装着マットを組付ける前にこの強化法を装着マットに適用することは不可能である。

米国特許第６，９５３，７５７号明細書 米国特許第６，０３０，９１０号明細書 米国特許第６，０２５，２８８号明細書 米国特許第５，８７４，３７５号明細書 米国特許第５，５８５，３１２号明細書 米国特許第５，３３２，６９９号明細書 米国特許第５，７１４，４２１号明細書 米国特許第７，２５９，１１８号明細書 米国特許第７，１５３，７９６号明細書 米国特許第６，８６１，３８１号明細書 米国特許第５，９５５，３８９号明細書 米国特許第５，９２８，０７５号明細書 米国特許第５，８２１，１８３号明細書 米国特許第５，８１１，３６０号明細書 米国特許第２，６２４，６５８号明細書 欧州特許出願第０９７３６９７号公報 米国特許第５，３８４，１８８号明細書

対向する第１および第２主面と、前縁部および後縁部と、対向側縁部とを備えた無機繊維のマットを有し、前記対向側縁部の少なくとも一方の少なくとも一部に、ポリマーおよび該ポリマーに吸着されたガス侵食防止剤からなる実質的に乾燥したフレキシブルな縁保護剤が設けられている排気ガス処理装置用装着マットを提供する。

また、ハウジングと、対向する第１および第２主面、前縁部および後縁部、および対向側縁部を備えた無機繊維のマットとを有し、対向側縁部の少なくとも一方の少なくとも一部が、ポリマーおよびガス侵食防止剤からなる実質的に乾燥したフレキシブルな縁保護剤を備え、前記装着マットによりハウジング内に弾性的取付けられる脆弱な触媒支持構造体を更に有する排気ガス処理装置を提供する。

また、ポリマーおよびガス侵食防止剤からなるフレキシブルな液体縁保護剤を、無機繊維からなる装着マットの少なくとも一方の縁部の少なくとも一部に塗布する段階と、前記液体の少なくとも一部を前記縁保護剤から除去する段階とを有する排気ガス処理装置用装着マットの製造方法を提供する。

更に、排気ガスを処理できる脆弱触媒構造体の少なくとも一部を、請求項１のいずれか１項記載の装着マットで包む段階と、包まれた脆弱構造体をハウジング内に配置する段階とを有する排気ガス処理装置の製造方法を提供する。

フレキシブルな縁保護剤で処理された装着マットを収容した排気ガス処理装置を示す断面図である。 さねはぎ（舌−溝）構造を有する装着マットを示す平面図である。 フレキシブルな縁保護剤で処理されたさねはぎ構造を有する装着マットを示す斜視図である。

排気ガス処理装置用装着マットを開示する。装着マットは、耐熱無機繊維からなる少なくとも１つのプライすなわちシートおよびフレキシブルな縁保護処理材料（edge protectant treatment）を有している。或る実施形態によれば、装着マットは、耐熱無機繊維と、膨張材料と、フレキシブルな縁保護処理材料とからなる少なくとも１つのプライを有している。驚くべきことにかつ予期しないことに、フレキシブルな縁保護処理材料を設けることにより、高温の排気ガスによる侵食から装着マットを保護するのに、装着マットの前縁部および後縁部に隣接して別体の縁保護剤を取付ける必要をなくすことができることが判明した。縁保護処理材料は、マットに塗布されかつ実質的に乾燥した後に、装着マットをその元のフレキシビリティを殆ど維持して、触媒支持構造体の周囲を包むことを可能にし、したがって、装着マットを剛くする縁保護溶液に付随する問題を解消する。

また、ハウジング内に取付けられた脆弱な触媒支持構造体を備えた排気ガス処理装置も提供され、脆弱な触媒支持構造体は、該構造体とハウジングとの間に配置される装着マットによりハウジング内に支持される。用語「脆弱構造体」とは、金属モノリスまたはセラミックモノリス等の触媒支持構造体であって、脆弱な性質を有しかつ本願に開示するような装着マットにより保護される触媒支持構造体を意味する。図１には、排気ガス処理装置が例示されている。排気ガス処理装置は図１に示した触媒コンバータでの使用に限定されるものではなく、その形状は例示の実施形態として示したに過ぎない。実際に、装着マットは、ディーゼル触媒構造体、ディーゼル微粒子トラップ、ＮＯ_Xトラップ等のような排気ガスを処理するのに適したあらゆる脆弱構造体を取付けまたは支持するのに使用できる。

触媒支持構造体は、一般に、耐熱材料によりハウジング内に取付けられる１つ以上の管状構造体またはハニカム状構造体を有している。排気ガス処理装置に基づいて定められるが、各触媒支持構造体は、１平方インチ当たり約２００から約９００以上のチャネルまたはセルを有している。ディーゼル微粒子トラップは、微粒子トラップ内の各チャネルまたはセルが一端または他端で閉じられている点で触媒構造体とは異なっている。ディーゼル微粒子トラップでは、微粒子は、排気ガスから多孔質構造体内に収集され、その後高温燃焼プロセスにより再生される。排気ガス処理装置には、触媒コンバータ用またはディーゼル微粒子トラップ用の任意の既知の触媒支持構造体を使用できる。本発明の装着マットの自動車用以外の用途として、化学工業のエミッション（排気）スタック用触媒コンバータがある。

触媒コンバータ１０は、例えば耐高温鋼のような金属の２部分（ツーピース）で形成されかつフランジ１６により一体に保持された全体として管状のハウジング１２を有している。或いは、予形成されたキャニスタでハウジングを構成し、装着マットで包まれた触媒支持構造体をキャニスタ内に挿入することができる。ハウジング１２は、一端に入口１４を有し、反対側の端部に出口（図示せず）を有している。入口１４および出口の外端部は、内燃機関の排気システムの導管に固定できるように適宜形成されている。装置１０は、後述のように、装着マット２０によりハウジング１２内に支持されかつ拘束される脆弱なセラミックモノリス１８のような脆い触媒支持構造体を収容している。モノリス１８は、この一端の入口端面から反対側端部の出口端面まで軸線方向に延びている複数のガス透過通路を有している。モノリス１８は、任意の適当な耐火金属またはセラミックから任意の既知の方法および形状で構成できる。モノリスは、一般に、楕円形または円形の断面形状を有するが、他の形状にすることができる。ハウジングおよび装着マットと組合せて、任意の既知のモノリスを使用できる。

モノリスはハウジングから一定距離すなわちギャップを隔てて配置され、このギャップは、使用される排気ガス処理装置、例えば触媒コンバータ、ディーゼル触媒構造体またはディーゼル微粒子トラップの形式および設計により変えられる。このギャップは装着マット２０で充填され、セラミックモノリス１８に対する弾性支持を行う。弾性装着マット２０は、外部環境に対する断熱および触媒支持構造体に対する機械的支持の両機能を有し、排気ガス処理装置の広範囲の作動温度に亘って脆弱構造体を機械的衝撃から保護する。

図２を参照すると、一例としての装着マット２０が示されている。装着マット２０は、さねはぎ（舌-溝）構造を有する装着マットを得るべくダイスタンプされた耐熱無機繊維の均質マットである。装着マット２０は、前縁部２２および後縁部２４を有している。装着マットはまた、高温の排気ガスに曝される両側縁部２６、２８を有している。装着マット２０の第１主面３０および側縁部２６、２８にはフレキシブルな縁保護剤３２が設けられており、装着マットを、触媒コンバータの作動中の高温排気ガスによる縁侵食および劣化から保護する。フレキシブルな縁保護剤（edge protectant）３２はまた、両側縁部に隣接するマットの第２主面（図示せず）の部分にも設けることができる。

図３を参照すると、一例としての装着マット２０が示されている。装着マット２０は、さねはぎ構造を有する装着マットを得るべくダイスタンプされた耐熱無機繊維の均質マットである。装着マット２０は、前縁部２２および後縁部２４を有している。装着マットはまた、高温の排気ガスに曝される両側縁部２６、２８を有している。装着マット２０の第１主面３０および側縁部２６、２８にはフレキシブルな縁保護剤３２が設けられており、装着マットを、触媒コンバータの作動中の高温排気ガスによる縁侵食および劣化から保護する。フレキシブルな縁保護剤３２はまた、両側縁部に隣接するマットの第２主面（図示せず）の部分にも設けることができる。

一般に、装着マットは、この一部に、任意であるが少なくとも一種の膨張剤および任意であるが少なくとも一種の有機バインダが吸着されたフレキシブルな縁保護剤を備えた無機繊維を有している。用語「吸着（adsorbed）」とは、縁保護剤が、側縁部の表面および任意であるが側縁部に隣接する第１および第２主面の部分に配置されること、および／または縁保護剤が、装着マットの側縁部に沿って該マットの厚さの少なくとも一部およびマットの側面に吸着された第１および第２主面の部分に浸透することを意味する。縁保護剤からポリマーが燃え尽きたとき、ガス侵食防止剤が残され、装着マットの縁部がガスに衝突して劣化することを防止する。ガス侵食防止剤が装着マットの厚さに浸透した場合には、装着マットのこれらの部分が稠密になり、高温ガス侵食に耐えるものとなる。

縁保護剤は、装着マット２０の少なくとも前縁部および後縁部の一部に吸着される。或る実施形態によれば、縁保護剤は、装着マット２０の前縁部および後縁部の少なくとも一方の一部に吸着される。他の実施形態によれば、縁保護剤は、装着マットの前縁部および後縁部の両方の一部に吸着される。他の実施形態によれば、縁保護剤は、装着マットの前縁部および後縁部の少なくとも一方の全長に沿って吸着される。更に別の実施形態によれば、縁保護剤は、装着マットの前縁部および後縁部の両方の全長に沿って吸着される。装着マットの組成物は、排気ガスに曝される装着マットの縁部を保護して、装着マットの縁部侵食または早期分解を防止する。

或る実施形態によれば、装着マットに吸着されるフレキシブルな縁保護剤の充填値（loading value）は、約０．１ｍｌ/ｃｍ²から約２ｍｌ/ｃｍ²である。他の実施形態によれば、装着マットに吸着されるフレキシブルな縁保護剤の充填値は、約０．２ｍｌ/ｃｍ²から約０．８ｍｌ/ｃｍ²である。他の実施形態によれば、装着マットに吸着されるフレキシブルな縁保護剤の充填値は、約０．４ｍｌ/ｃｍ²から約０．６ｍｌ/ｃｍ²である。

耐熱無機繊維が装着マット形成加工に耐えることができ、排気ガス処理装置の作動温度に耐えることができ、かつ予想作動温度で排気ガス処理装置のハウジング内に脆弱構造体を保持する保持圧力性能での最小断熱および機械的衝撃保護が得られる限り、装着マットの構造にあらゆる耐熱無機繊維を使用できる。装着マットおよび排気ガス処理装置を製造するのに使用できる適当な無機繊維として、高アルミナ多結晶繊維およびアルミナ-シリケート繊維のような或る酸化物繊維、アルミナ-マグネシア-シリカ繊維、カルシアーマグネシア-シリカ繊維およびマグネシア−シリカ繊維のようなアルカリ土類シリケート繊維、S-ガラス繊維、Ｓ２-ガラス繊維、Ｅ-ガラス繊維、石英繊維、シリカ繊維およびこれらを組み合わせた繊維があるが、これらに限定されるものではない。

或る実施形態によれば、装着マットの製造に使用される耐熱無機繊維は、セラミック酸化物繊維からなる。適当なセラミック酸化物繊維として、アルミナ繊維、アルミナ-シリカ繊維、アルミナ-ジルコニア-シリカ繊維、ジルコニア-シリカ繊維、ジルコニア繊維および同類の繊維があるが、これらに限定されるものではない。有効なアルミナ-シリカセラミック繊維として、FIBERFRAXの登録商標でUnifrax I LLC社（Niagara Falls、ニューヨーク州）から市販されているものがある。FIBERFRAX繊維は、約１５４０℃までの作動温度および約１８７０℃までの融点を有している。FIBERFRAX繊維は、耐熱シート、耐熱紙、耐熱プライおよび耐熱マットに容易に形成できる。アルミナ-シリカ繊維は、約４５重量％から約６０重量％のアルミナおよび約４０重量％から約５５重量％のシリカからなる。アルミナ-シリカ繊維は、約５０重量％のアルミナおよび約５０重量％のシリカで構成することもできる。

アルミナ-シリカ-マグネシアガラス繊維は、一般に、約６４重量％から約６６重量％のシリカ、約２４重量％から約２５重量％のアルミナ、および約９重量％から約１０重量％のマグネシアからなる。Ｅ-ガラス繊維は、一般に、約５２重量％から約５６重量％のシリカ、約１６重量％から約２５重量％のカルシア、約１２重量％から約１６重量％のアルミナ、約５重量％から約１０重量％のボリア（boria）、約５重量％までのマグネシア、約２重量％までの一酸化ナトリウムおよび酸化カリウムおよび微量の酸化鉄およびフッ化物からなり、一般的な組成物は、５５重量％のシリカ、１５重量％のアルミナ、７重量％のボリア、３重量％のマグネシア、１９重量％のカルシア、および微量の上記物質からなる。

或る実施形態によれば、装着マットの製造に使用されるアルカリ土類シリケート繊維は、耐熱性および生体溶解性を有している。排気ガス処理装置用装着マットの製造に使用できる生体溶解性アルカリ土類シリケート繊維の適当な例として、上記特許文献１から１４（これらの特許文献は本願に援用する）に開示された繊維がある。

或る実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、マグネシアおよびシリカの酸化物の混合物の繊維化生成物で形成できる。これらの繊維は、一般に、マグネシウム-シリケート繊維と呼ばれている。マグネシウム-シリケート繊維は、一般に、約６０重量％から約９０重量％のシリカ、０より大きく約３５重量％までのマグネシアおよび５重量％以下の不純物からなる。或る実施形態によれば、アルカリ土類シリケート繊維は、約６５重量％から約８６重量％のシリカ、約１４重量％から約３５重量％のマグネシアおよび５重量％以下の不純物の繊維化生成物からなる。他の実施形態によれば、アルカリ土類シリケート繊維は、約７０重量％から約８６重量％のシリカ、約１４重量％から約３０重量％のマグネシアおよび５重量％以下の不純物の繊維化生成物からなる。適当なマグネシウム-シリケート繊維は、ISOFRAXの登録商標でUnifrax I LLC社（Niagara Falls、ニューヨーク州）から市販されている。この市販されているISOFRAX繊維は、約７０重量％から約８０重量％のシリカ、約１８重量％から約２７重量％のマグネシアおよび４重量％以下の不純物の繊維化生成物からなる。

或る実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、カルシウム、マグネシウムおよびシリカの酸化物の混合物の繊維化生成物からなる。これらの繊維は、一般にカルシア-マグネシア-シリカ繊維と呼ばれている。或る実施形態によれば、このカルシア-マグネシア-シリカ繊維は、約４５重量％から約９０重量％のシリカ、０より大きく約４５重量％までのカルシア、０より大きく約３５重量％までのマグネシアおよび１０重量％以下の不純物の繊維化生成物からなる。有効なカルシア-マグネシア-シリカ繊維は、INSULFRAXの登録商標でUnifrax I LLC社（Niagara Falls、ニューヨーク州）から市販されている。このINSULFRAX繊維は、一般に、約６１重量％から約６７重量％のシリカ、約２７重量％から約３３重量％のカルシア、および約２重量％から約７重量％のマグネシアの繊維化生成物からなる。他の適当なカルシア-マグネシア-シリカ繊維として、SUPERWOOL 607およびSUPERWOOL 607 MAXの登録商標でThermal Ceramics（Augusta、ジョージア州）から市販されているものがある。SUPERWOOL 607繊維は、約６０重量％から約７０重量％のシリカ、約２５重量％から約３５重量％のカルシア、および約４重量％から約７重量％のマグネシアおよび微量のアルミナからなる。SUPERWOOL 607 MAX繊維は、約６０重量％から約７０重量％のシリカ、約１６重量％から約２２重量％のカルシア、および約１２重量％から約１９重量％のマグネシアおよび微量のアルミナからなる。

或る実施形態では、装着マット２０は、メルト成形されたアモルファスの１つ以上の非膨張プライ、高シリカ含有の耐熱浸出ガラス繊維、および任意であるがバインダまたはバインダとして作用するのに適した他の繊維からなる。ガラス繊維は、任意の方法でかつ当業界で知られた任意の技術を用いて浸出される。一般に、浸出は、メルト成形されたガラス繊維を、繊維から非ケイ質酸化物および他の成分を抽出するのに適した酸性溶液または他の溶液に浸すことにより達成される。種々の既知の浸出技術のより詳細な開示が上記特許文献１５および１６で論じられているが、浸出技術はこれらに限定されるものではない。用語「高シリカ含有（high silica content）」とは、繊維が、該繊維中の他の全ての組成成分よりも多量のシリカを含有していることを意味する。実際に、後述のように、浸出後のこれらの繊維のシリカ含有量は、Ｓ-ガラス繊維を含む他の全てのシリカ含有ガラス繊維（結晶質石英誘導繊維を除く）より大きいことが好ましいことが知られている。

排気ガス処理装置用装着マットの製造に有効なシリカ繊維として、BELCOTEXの商標でBelChem Fiber Materials GmbH社（ドイツ国）から市販されている浸出ガラス繊維、REFRASILの商標でHitco Carbon Composites, Inc.社（Gardena、カリフォルニア州）から市販されている浸出ガラス繊維、およびPS-23(R)の標識でPolotsk-Steklovolokno社（ベラルーシ国）から市販されている浸出ガラス繊維がある。

BELCOTEX繊維は、標準型のステープルファイバープリヤーンである。これらの繊維は、約５５０テックスの平均繊度を有し、一般にアルミナで改質されたケイ酸から作られる。BELCOTEX繊維はアモルファスであり、一般に約９４．５％のシリカ、約４．５％のアルミナ、０．５％より少ない酸化ナトリウム、および０．５％より少ない他の成分を含有している。これらの繊維は、約９ミクロンの平均繊維径および１５００℃から１５５０℃の範囲内の融点を有している。これらの繊維は、１１００℃までの温度に耐える耐熱性を有し、一般に無ショットおよび無バインダである。

REFRASIL繊維は、BELCOTEX繊維と同様に、１０００℃から１１００℃の温度範囲の用途で断熱性が得られるように高シリカ含有量のアモルファス浸出ガラス繊維である。これらの繊維は、約６ミクロンから約１３ミクロンの直径および約１７００℃の融点を有している。浸出後、繊維は一般に９５重量％のシリカ含有量を有する。アルミナは約４重量％の量を含有でき、他の成分は１％以下の量を含有できる。

Polotsk-Steklovolokno社から市販されているPS-23(R)は、シリカ含有量の大きいアモルファスガラス繊維でありかつ少なくとも約１０００℃の温度に耐える必要がある用途での断熱に適している。これらの繊維は約５ｍｍから約２０ｍｍの範囲の繊維長および約９ミクロンの繊維径を有している。REFRASIL繊維と同様に、これらの繊維は約１７００℃の融点を有している。

或る実施形態では、装着マット２０は膨張装着マットで構成される。膨張装着マット２０は、非発泡バーミキュライト(蛭石)、イオン交換されたバーミキュライト、熱処理されたバーミキュライト、膨張性グラファイト、黒雲母（hydrobiotite）、水膨潤四ケイ酸フッ素雲母（water-swelling tetrasilicic fluorine mica）、アルカリ金属シリケートまたはこれらの混合物のような膨張物質を含ませることができる。装着マットには、２種類以上の膨張物質の混合物を含ませることができる。或る実施形態によれば、装着マットに含まれる膨張物質は、上記特許文献１７に開示されているように、約９：１から約１：２のバーミキュライトとグラファイトとの相対量の、非発泡バーミキュライトと発泡グラファイトとの混合物で形成できる。

前述のように、装着マットには、フレキシブルな縁保護剤とは別にバインダを含めることもできるし、含めなくてもよい。バインダを使用する場合には、組成物を混合して混合物すなわちスラリを形成することができる。繊維のスラリ、任意であるが膨張物質およびバインダは、次にマット構造体に形成されかつバインダが除去され、これにより、実質的に耐熱無機繊維および任意であるが膨張物質のみを含有する装着マットが形成される。

適当なバインダとして、有機バインダ、無機バインダおよびこれらの２種類のバインダの混合物がある。或る実施形態によれば、装着マットは１種類以上の有機バインダを有している。有機バインダは、固体、液体、溶液、分散液、ラテックス、エマルションまたは同様な形態で形成できる。有機バインダは、硬化後に、取付けられた装着マットから燃え尽きることができるフレキシブル材料となる熱可塑性または熱硬化性バインダで形成できる。適当な有機バインダとして、アクリルラテックス、（メタ）クリルラテックス、スチレンおよびブタジエンのコポリマー、ビニルピリジン、アクリロニトリル、アクリロニトリルおよびスチレンのコポリマー、塩化ビニル、ポリウレタン、酢酸ビニルおよびエチレンのコポリマー、ポリアミド、シリコーン等があるが、これらに限定されるものではない。他の樹脂として、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂およびポリビニルエステルのような低温フレキシブル熱硬化性樹脂がある。

有機バインダは、装着マットの全重量に基づいて、０より大きく約２０重量％まで、約０．５重量％から約１５重量％、約１重量％から約１０重量％、および約２重量％から約８重量％までの量で装着マットに含めることができる。

装着マットには、樹脂状または液状バインダの代わりにまたはこれらに加えて、ポリマーバインダ繊維を含めることができる。これらのポリマーバインダ繊維は、耐熱無機繊維の一体接合を補助すべく、全組成物の重量の１００重量％に基づいて、０より大きく約２０重量％まで、約１重量％から約１５重量％、および約２重量％から約１０重量％の範囲の量で使用できる。バインダ繊維の適当な例として、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレンおよびポリプロピレンのようなポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、酢酸エチルビニル繊維、ナイロン繊維およびこれらの組合せがある。バインダ繊維として、コアシース構造からなる２コンポーネント繊維を使用できる。

一般に、有機バインダは、繊維を最初に一体接合するのに用いられる犠牲的バインダである。用語「犠牲的（sacrificial）」とは、有機バインダが、無機繊維の一体装着マットを残して（任意であるが、金属ハウジング内に触媒支持構造体を支持する膨張物質を残して）、最終的に装着マットから燃え尽きることを意味する。

或る例示実施形態によれば、装着マットは一体である。用語「一体」とは、製造後に、装着マットが、布、プラスチックまたは紙（マットに縫合されたものを含む）の補強体または包囲層を必要としない自己支持構造を有しており、分解することなく取扱い、操作しまたは取付けることができることを意味する。

有機バインダに加え、装着マットに無機バインダ材料を含めることができる。適当な無機バインダ材料として、アルミナ、シリカ、ジルコニアおよびこれらの混合物のコロイド状分散液があるが、これらに限定されるものではない。

バインダまたは縁保護剤をマットに塗布する方法として、コーティング、ディッピング、イマージング、サブマージング、ローリング、ブラッシング、スプラッシング、スプレーイング等がある。連続的手法でバインダをマットに塗布することに関し、ロール形態で搬送される繊維マットが巻き解かれ、マットにバインダを塗布するスプレーノズルを通るコンベアまたはスクリム（粗目地クロス）等の上で移動される。或いは、マットをスプレーノズルを通して重力フィーディングすることもできる。次に、マット/バインダのプリプレグがプレスロールの間に通され、該プレスロールは過剰の液体を除去しかつプリプレグをそのほぼ所望の厚さに稠密にする。稠密にされたプリプレグは次に、オーブンに通され、幾分かの残留溶剤を除去かつ必要ならばバインダを部分的に硬化させて複合材を形成する。乾燥温度および硬化温度は、主として、使用されるバインダおよび溶剤（何らかの溶剤を使用する場合）に基づいて定められる。複合材は次に、貯蔵または輸送のために切断または巻回される。

排気ガス処理装置１０の作動中、高温排気ガスが装置１０の入口１４に流入しかつ出口(図示せず)を通って排出される。この排気ガスにより、装着マット２０の入口１４の側に配置される前縁部２６および出口(図示せず)の側に配置される後縁部２８（これらの前縁部および後縁部は縁保護剤により処理されていない）が経時侵食され、装着マットの全体的劣化を生じさせる。装着マットへの縁保護剤の塗布により、高温排気ガスの排出を原因とする侵食からマット２０を保護する。

フレキシブルポリマーおよびガス侵食防止剤を含有する液体縁保護剤は、装着マットの製造時に塗布され、縁保護剤を実質的に乾燥させた後でも充分にフレキシブルな状態を維持し、脆弱な触媒支持構造体の少なくとも一部の回りを包みかつ排気ガス処理装置の取付けまたは機能を妨げることなく排気ガス処理装置内に取付けることを可能にする。装着マットは、通常縁保護剤の硬化に付随して生じる装着マットの大きなクラッキングまたは硬化（これがハウジング内での組立てを困難にする）を受けることがない。

縁侵食に対する現在の解決法の欠点に鑑みて、本発明の装着マットは、縁侵食および劣化に対して有効でかつ塗布が容易な縁保護処理が行える。本発明の縁保護処理材料は、上記無機繊維のいずれかを備えた膨張装着マットまたは非膨張装着マットの両方に塗布できる。縁保護処理材料は、マットを触媒支持体の周囲に巻き付ける前に塗布できるが、装着マットをハウジング内に組み入れる後を含む排気ガス処理装置の製造工程の任意の段階で塗布することもできる。従前では、シリカクロスを装着マットの縁の回りに巻き付けて縁保護を行っていた。このため装着マットの厚さが増大し、マットのフレキシビリティが低下した。しかしながら、本発明の縁保護処理材料を塗布しても装着マットの厚さは増大せず、装着マットの元のフレキシビリティの殆どを保持できる。フレキシブルな縁保護剤はまた、非膨張物質の縁保護剤を使用でき、装着マットの別体の個別部品を保持するのに粘着テープまたは他の結合手段を使用する必要がない点でも有利である。

或る実施形態では、縁保護処理は、装着マットの一部を液体縁保護剤の浴に接触させることにより行われる。縁保護処理材料を塗布する１つの方法は、１つの均質な装着マットの少なくとも縁部を、縁保護剤溶液を収容したリザーバ内にディッピングすることである。装着マットは溶液を吸着し、少なくとも一部が縁保護処理材料で飽和される。縁保護剤溶液中にディッピングされる装着マットの長さは実施形態に基づいて変えられ、高温ガス侵食防止剤を装着マットに付着させるのに充分な長さである。リザーバ内への装着マットのディッピングは、装着マットの前縁部または後縁部の一部が縁保護剤で処理される特定深さで行うのが好ましい。縁保護処理材料は、毛管作用により装着マットの繊維に吸着される。

次に、装着マットは、該マット上に実質的に乾燥したフレキシブルな縁保護剤が得られるように、装着マットが排気ガス処理装置内に組み入れられる前または後に縁保護処理材料から水分の少なくとも一部を除去する加工を受ける。縁保護剤に関し、用語「実質的に乾燥」は、縁保護剤の含水量が、乾燥前の縁保護剤の元の含水量の約１０％であることを意味する。或る実施形態によれば、用語「実質的に乾燥」は、縁保護剤の含水量が、乾燥前の縁保護剤の元の含水量の約５％であることを意味する。更に別の実施形態によれば、用語「実質的に乾燥」は、縁保護剤の含水量が、乾燥前の縁保護剤の元の含水量の約２％であることを意味する。

或る実施形態によれば、飽和縁保護剤を備えた装着マットは、排気ガス処理装置内に組付けられる前に乾燥プロセスを受ける。乾燥は、熱の付与および高速空気流により強制的に行われる。１つの乾燥方法は、フレキシブル縁保護剤で処理された装着マットを、約２００℃以上の温度をもつ対流オーブン内に置くものである。乾燥プロセスにより、縁保護溶液中の水または他の液体を蒸発させることができる。乾燥時に、シリカ固形物のようなガス侵食防止剤が液体ビヒクルと一緒に、蒸発が生じる場所に移動し、他の場所より大きい度合いでこれらの場所に堆積される。このことは、シリカ固形物が、装着マットの露出端部に集中し、装着マット２０と管状ハウジング１２との界面または予形成されたキャニスタとモノリス１８との界面では小さい度合いで集中することを意味する。シリカの堆積領域を制御するのに、所望ならば、オーブン乾燥の代わりに選択的加熱を使用できる。乾燥後、縁保護剤を備えた装着マットは、モノリスの周囲を包むのに充分なフレキシビリティを維持し、マットにクラッキングまたはスプリッティングを生じさせることなく、さもなくば取付けまたは機能を妨げることなく、排気ガス処理装置の部品を容易に組立てることができる。縁保護剤により処理された装着マットは、脆弱なモノリス支持構造体の周囲に配置される充分なフレキシビリティを維持する。実際に、縁保護剤を備えた装着マットは、下に横たわる均質な装着マットの材料と実質的に同じフレキシビリティを維持し、したがって装着マット製品の使用を変えることはない。これにより、製缶作業をよりシステマチックに続けることができ、組立て後にいかなる付加工程を使用することなく脆弱な支持構造体の周囲に装着マットを簡単に巻き付けて、縁侵食保護用装着マットを完成させることができる。

装着マットに縁保護処理材料を塗布する他の方法として、装着マットが排気ガス処理装置のハウジング内に組み入れられる前または後に、縁保護処理材料を装着マット内に含浸させる方法がある。この方法は、装着マットの露出した前縁部または後縁部の少なくとも一方に、針を用いて縁保護処理材料を注入することを含んでいる。含浸されまたは注入された縁保護処理材料は、次に、装着マットの全体に亘って処理材料自体で分散していく。排気ガス処理装置の通常の作動温度は、装着マットを縁侵食に耐えるように、他の乾燥方法と一緒に、装着マットの乾燥を行うのに使用できる。

或る実施形態によれば、縁保護処理材料は、ラテックスおよびガス侵食防止剤を有している。或る実施形態によれば、縁保護処理材料は、水ベースシリコーンエマルションを有している。或る実施形態によれば、縁保護剤溶液は、分散相が水の連続相内面のエラストマーと、ガス侵食防止剤とからなるエマルションである。或る実施形態によれば、エラストマーは、耐熱無機粒子のようなガス侵食防止剤を後に残して熱分解する。或る実施形態によれば、これらの粒子は、コロイド状シリカのように大きい深さまで繊維を透過することなく、縁の表面および／または装着マットの繊維の主面を透過するのに充分小さい。例えば、約２．６×１０^-3ｍｍ²より小さい粒径を有するヒュームドシリカのような無機粒子は、このような表面透過を達成できる。

或る実施形態によれば、縁保護剤としてポリシロキサンエマルションがあるが、これに限定されるものではない。適当なポリシロキサンエマルションとして、商標Dow 84で市販されているものがあるが、これに限定されるものではない。Dow 84は、不透明エマルションとして供給される水ベースポリシロキサンである。これは多量のシリカ固形物を含んでいるが、乾燥して膜になってもフレキシビリティを維持する。Dow 84は、Dow Corning Corporation社（Midland、ミシガン州）から市販されている。

縁保護処理材料の開発に使用される他の成分として、コロイド状シリカ、種々のクレー、種々のポリマー等があるが、これらに限定されるものではない。任意であるが、マット内への縁保護剤液体の吸収を行う縁保護剤の浴の一成分として界面活性剤を含めることができる。界面活性剤を使用すると、マット内に縁保護剤液体が吸収されることにより縁保護処理材料の塗布が容易になる。装着マットは更にクレーを有する。クレーは、アタパルジャイト、ボールクレー、ベントナイト、ヘクト、藍晶石、カオリナイト、モンモリロナイト、パルゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、珪線石およびこれらの組合せからなる群から選択することができる。

実質的に乾燥したフレキシブル縁保護剤がひとたび装着マットに吸着されると、装着マットは、特定の排気ガス処理装置に使用される最終形状にダイカットされる。縁保護処理材料の塗布は、ダイカットされた装着マットの部分縁を縁保護剤の浴中にディッピングすることを含む。縁保護剤で処理された装着マットは、排気ガスを処理できる脆弱構造体の少なくとも一部の周囲を包むのに充分なフレキシビリティを維持する。縁保護剤で処理された装着マットにより包まれた脆弱構造体は、次に、排気ガス処理装置のハウジングの一部内に配置される。縁保護剤で処理された装着マットにより包まれた脆弱構造体がハウジング内に配置された後、ハウジングは、次に、排気ガス処理装置を形成すべく組立てられかつシールされる。

例
以下の例は、装着マットおよび排気ガス処理装置の実施形態を更に例示することを意図したものである。これらの例は単なる例示であって、いかなる意味においても本願の特許請求に係る装着マット、排気ガス処理装置または方法を限定するものと考えるべきではない。

これらの例は、XPE（登録商標）-AV2の登録商標でUnifrax I LLC社（Niagara Falls、ニューヨーク州）から市販されている耐火性アルミノ-シリケート繊維を含む無機繊維ベース装着マットに基づいている。XPE（登録商標）-AV2は、セラミック基板の機械的支持体として機能しかつ排気ガスシールとして作用すると同時に、排気ガス処理装置内の断熱を行うように設計された膨張拡大マットである。

耐久性試験
XPE（登録商標）-AV2の３つの装着マットサンプルを製造しかつ試験して、フレキシブルな縁保護剤が性能特性に与える効果および装着マットの縁侵食を評価した。XPE（登録商標）-AV2装着マットのサンプルは、寸法１．５インチ×２．０インチのサイズにダイカットされた。次に、これらのサンプルは重量が計量され、装着マットのギャップ嵩密度（gap bulk density: ＧＢＤ）を計算し、かつ試験中に装着マットの対向する第１および第２主面の周囲に配置される装着マットにより残されるべき必要ギャップを計算した。装着マットにより残されるギャップは、装着マットのギャップ嵩密度または厚さに適合させ、かつ脆弱な触媒支持構造体の外面と、排気ガス処理装置内に装着マットを保持するハウジングの内面との間に残される距離すなわちギャップを近似させるのに使用される。

サンプルが固定具内に取付けられ、６００℃で３０分間加熱され、１００℃に冷却され、大気温度に冷却される前に６００℃で追加の３０分間再加熱された。この加熱により、縁保護剤の有機ポリマー部分が装着マットから燃え尽きた。

次に、サンプルが固定具から取外され、装着マットの対向する第１および第２主面を保持する２つの対向装着プレートを備えた装着固定具内に置かれた。次に、装着固定具と装着マットとの組立体が、ガス侵食を試験する侵食耐久性テスタ内に置かれた。試験中、モータを作動させ、装着固定具の装着プレート内のオリフィスを通るガスの脈動流を装着マットの露出部分に導いた。サンプルのうちの２つが、１．６０バールの空気圧、６６６rpmのモータ速度および大気温度で５０分間試験され、かつ１つのサンプルが、１．６０バールの空気圧、６６６rpmのモータ速度および大気温度で２４時間試験された。次にサンプルを侵食耐久性テスタから取出し、侵食を測定した。

サンプル内の侵食が引き起こされた全ての空隙を平面アルミナ（tabular alumina）で充填しかつ各サンプルの空隙内に充填された平面アルミナの重量を計量した。耐久性は、立方センチメートル（cc）で測定した体積損の平均値を決定すべく、１．６７cm³/gの平面アルミナの逆密度ファクタ（inverse density factor）を用いて計算した。

例１
例１は、フレキシブル縁保護剤で処理されていないXPE（登録商標）-AV2マットの試験後のギャップ嵩密度および侵食耐久性を示すものである。１．５インチ×２インチの標本が繊維マットから切り出され、上記のように加熱された。繊維マットサンプルは、上記のように侵食耐久性テスタ内に置かれた。XPE（登録商標）-AV2マットサンプルは、性能およびマット侵食を評価すべく、１．６０バールの脈動ガス流を大気温度で５０分間受けた。試験後、XPE（登録商標）-AV2繊維サンプルは、０．５８g/cm³のギャップ嵩密度および０．１４ｃｍ³より小さい侵食すなわち体積損を呈した。

例２
例２は、XPE（登録商標）-AV2繊維マットが装着マットを加熱する前にフレキシブル縁保護剤で処理されている点を除き、例１にしたがって形成された無機繊維ベース装着マットである。熱およびフレキシブル縁保護剤で処理されたXPE（登録商標）-AV2繊維マットは、性能およびマット侵食を評価すべく、１．６０バールの脈動ガス流を大気温度で５０分間受けた。試験後、処理されたXPE（登録商標）-AV2繊維サンプルは、０．５８g/cm³のギャップ嵩密度を呈した。マットは、侵食すなわち体積損を全く呈さなかった。

例３
例３は、XPE（登録商標）-AV2繊維マットが装着マットを上記のように加熱する前にフレキシブル縁保護剤で処理されている点を除き、例１にしたがって形成された無機繊維ベース装着マットである。フレキシブル縁保護剤で処理されたXPE（登録商標）-AV2繊維サンプルは、上記のように性能およびマット侵食を評価すべく、１．６０バールの脈動ガス流を大気温度で２４時間受けた。試験後、処理されたXPE（登録商標）-AV2繊維サンプルは、０．５８g/cm³のギャップ嵩密度を呈した。マットは、侵食すなわち体積損を全く呈さなかった。
例１、例２および例３の試験結果を下記表１に示す。

これらの結果は、フレキシブル縁保護剤の塗布が装着マットの高温ガス侵食を最小にしまたは防止するのに適していることを示している。
以上、或る例示実施形態に関連して装着マットおよび排気ガス処理装置を説明したが、本発明から逸脱することなく同じ機能を遂行するのに、他の同様な実施形態を使用しまたは変更するか、説明した実施形態に付加を行うことは理解されよう。また、開示した全ての実施形態は必ずしも選択すべきものではなく、種々の実施形態を組合わせまたは省略して所望の特性を得ることができる。当業者ならば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく変更を行うことができる。したがって、装着マットおよび排気ガス処理装置はいずれかの単一実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載にしたがって幅および範囲を解釈すべきである。

１０ 触媒コンバータ
１２ ハウジング
１８ セラミックモノリス
２０ 装着マット
２２ 装着マットの前縁部
２４ 装着マットの後縁部
２６、２８ 側縁部
３０ 第１主面

Claims (13)

1. 対向する第１および第２主面と、前縁部および後縁部と、対向側縁部とを備えた無機繊維のマットを有し、前記対向側縁部の少なくとも一方の少なくとも一部が、（ｉ）ポリマーおよび該ポリマーに分散されたガス侵食防止剤を有する実質的に乾燥したフレキシブルな縁保護剤、又は（ｉｉ）前記無機繊維のマットに吸着され、ガス侵食防止剤を後に残して熱分解されるエラストマーを有する実質的に乾燥したフレキシブルな縁保護剤を含むことを特徴とする排気ガス処理装置用装着マット。
2. 前記無機繊維は、高アルミナ多結晶繊維、耐火セラミック繊維、ガラス繊維、生体溶解性繊維、石英繊維、シリカ繊維およびこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の排気ガス処理装置用装着マット。
3. 前記フレキシブル縁保護剤は水ベースシリコーンエマルションからなることを特徴とする請求項１記載の排気ガス処理装置用装着マット。
4. 前記ガス侵食防止剤は無機微粒子からなり、該無機微粒子はアルミナ、シリカ、ジルコニアおよびこれらの混合物からなることを特徴とする請求項３記載の排気ガス処理装置用装着マット。
5. 前記無機微粒子の粒径は約５ナノメートルから約１００ナノメートルであることを特徴とする請求項４記載の排気ガス処理装置用装着マット。
6. 前記縁保護剤は更に界面活性剤を有していることを特徴とする請求項３記載の排気ガス処理装置用装着マット。
7. 前記排気ガス処理装置用装着マットは、非発泡バーミキュライト、イオン交換されたバーミキュライト、熱処理されたバーミキュライト、発泡グラファイト、黒雲母、水膨潤四ケイ酸フッ素雲母、アルカリ金属シリケートまたはこれらの混合物からなる群から選択された膨張物質を更に有し、前記排気ガス処理装置用装着マットは、アクリルラテックス、（メタ）クリルラテックス、スチレンおよびブタジエンのコポリマー、ビニルピリジン、アクリロニトリル、アクリロニトリルおよびスチレンのコポリマー、塩化ビニル、ポリウレタン、酢酸ビニルおよびエチレンのコポリマー、ポリアミド、シリコーン、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂およびポリビニルエステルからなる群から選択された有機バインダを更に有し、前記排気ガス処理装置用装着マットは、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、コロイド状ジルコニアおよびこれらの混合物からなる群から選択された無機バインダを更に有し、前記排気ガス処理装置用装着マットは、アタパルジャイト、ボールクレー、ベントナイト、ヘクト、藍晶石、カオリナイト、モンモリロナイト、パルゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、珪線石およびこれらの組合せからなる群から選択されたクレーを更に有することを特徴とする請求項１記載の排気ガス処理装置用装着マット。
8. ハウジングと、
   請求項１-７のいずれか１項記載のマットと、
   前記装着マットによりハウジング内に弾性的に取付けられる触媒支持構造体又はディーゼル微粒子フィルタを有することを特徴とする排気ガス処理装置。
9. フレキシブルな液体縁保護剤を、無機繊維からなる装着マットの少なくとも一方の縁部の少なくとも一部に塗布する段階を有し、
   前記フレキシブルな液体縁保護剤は装着マットの少なくとも一方の縁部の少なくとも一部に吸着され、前記フレキシブルな液体縁保護剤は、（ｉ）ポリマーおよび該ポリマーに分散されたガス侵食防止剤、又は（ｉｉ）前記装着マットに吸着され、ガス侵食防止剤を後に残して熱分解されるエラストマーからなり、
   さらに、前記フレキシブルな液体縁保護剤中の少なくとも一部の液体を除去する段階を有することを特徴とする排気ガス処理装置用装着マットの製造方法。
10. 前記液体を除去する段階は、大気温度で実質的に乾燥させることまたは前記装着マットを加熱することにより実質的に乾燥させることの少なくとも一方からなり、前記加熱段階は、前記マットを対流オーブン内で約１００℃から約２００℃の温度で加熱することからなることを特徴とする請求項９記載の排気ガス処理装置用装着マットの製造方法。
11. 前記液体の除去後の前記フレキシブルな液体縁保護剤の水分含有量は、前記フレキシブルな液体縁保護剤の元の水分含有量の約１０％であることを特徴とする請求項９記載の排気ガス処理装置用装着マットの製造方法。
12. 選択的加熱を使用して、装着マット上の前記フレキシブルな液体縁保護剤の堆積面積を制御することを特徴とする請求項１０記載の排気ガス処理装置用装着マットの製造方法。
13. 排気ガスを処理できる触媒支持構造体又はディーゼル微粒子フィルタの少なくとも一部を、請求項１-７のいずれか１項記載の装着マットで包む段階と、
    包まれた触媒支持構造体又はディーゼル微粒子フィルタをハウジング内に配置する段階とを有することを特徴とする排気ガス処理装置の製造方法。

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