JPH033915A - 発泡性防炎取付けパッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り策上皇五ユ医１ 本発明は、排気ガスの処理に使用される脆性モ。

ノリス構造の取付けに使用するためのシート材料に関す
る。更に詳細には、本発明は、排気ガスとの相互作用の
ための触媒材料を付着させた脆性モノリスを取付は且つ
支持するのに使用されるシート材料に関する。

の技　、　び　　が解決しよ°とする　題このようなモ
ノリスは、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化マグネ
シウム、ジルコニア、菫青石、炭化珪素などのような、
脆い耐火セラミック材料で形成されるのがよい。これら
のセラミック材料は、複数の小さな流路を備えた骨組型
構造を提供する。モノリスに亀裂が入ったり砕けたりす
るのに小さな衝撃荷重で十分である。この種の触媒装置
を、排気ガス系に連結されたノ１ウジング内にセラミッ
クモノリスを配置した自動車と関連して使用する場合に
存在する、この脆さの問題のため、モノリスが衝撃荷重
に対して免疫、衝撃荷重によって影響されないようにモ
ノリスをそのハウジング内に支持するための手段を開発
するのに多くの努力が払われてきた。

これらの努力の例を論じる。

米国特許３．７９８．００６号は、差別的に硬化させた
繊維ライニングによってモノリス型触媒エレメントをそ
のハウジング内に固定することを開示する。

このモノリスは、モノリスとシェルとの間で圧縮される
セラミックファイバのフェルト層、又はスリーブで支持
される。

米国特許３．８７６、３８４号は、セラミックファイバ
、バインダー手段に耐熱鋼強化手段を埋設した保護ジャ
ケットでモノリスを取り囲むことによって、反応装置の
ケーシングに弾性的に取付けられたモノリス状触媒支持
体を開示する。

米国特許３．８９１．３９６号は、モノリス状触媒本体
用の弾性ホルダーを開示する。このホルダーは金属波形
管から成り、この波形管は、同時に、排気管の外壁を形
成し、且つモノリス状触媒本体を安全に保持し且つモノ
リス状触媒本体を端支持部に押付ける機械的な押圧力を
備えている。

米国特許３．９１６．０５７号は、蛭石又は他の発泡性
雲母を含有する発泡性防炎シート材料を利用した、モノ
リス状触媒支持エレメントの取付は方法を開示する。発
泡性防炎シート材料は、その場の発泡によって、弾性取
付は材料として機能する。剥脱後のシートの熱安定性及
び弾力性が、金属製のキャニスタとモノリスの熱膨張差
を補償し、脆性モノリスに伝達される機械的な振動、又
は、シートがない場合に金属面又はセラミック面の凹凸
によりモノリスに加えられる力を吸収する。、このシー
ト材料は、好ましくは、従来の製紙技術によって製造さ
れるが、クラフト紙、ポリエチレンテレフタレートファ
イバ、又はガラスマット又はガラス織物のシート上に発
泡性防炎シート材料をコーティング又は押し出すことが
開示されている。しかし、この特許はセラミックを直接
被覆することの主な欠点が乾燥コーティングの厚さを制
御することであることを特に言及している。

米国特許４．０４８．３６３号は、セラミック触媒モノ
リスを包むのに使用するための、接着剤接合層のオフセ
ット（ｏｆｆｓｅｔ）を使用する積層発泡性防炎マット
を開示する。オフセット上の接着剤は剥離層で被覆され
ており、包んだ後この剥離層を取り除いて端を互いに接
合する。加熱後、マット中の発泡性防炎材料の発泡によ
ってモノリスはそのハウジング即ちカバー内に固定され
る。

米国特許４．１４２．８６４号は、弾性の可撓性セラミ
ックファイバマット又はブランケットを触媒モノリスと
ケーシングの内面との間の空間に配置することによって
触媒セラミックモノリスを取付けることを開示する。こ
のブランケットは、セラミックモノリスの各端のところ
でモノリスとケーシングとの間に挿入される管状プラグ
部材の設置の際に圧縮される。これらのプラグは、中実
の金属、金網、或いは中空金属で形成されるのがよい。

米国特許４．２３９．７３３号及び４．２５６．７００
号は、金網スリーブ及び発泡性防炎スリーブの両方で板
金ハウジング内に支持された触媒被覆セラミックモノリ
スを開示する。これらのスリーブは、重ならないように
互いに隣接して配置されている。

米国特許４．２６９．８０７号は、モノリスを、長さ全
体に亘って若干圧縮された金網ブランケットで取り囲ん
だ、セラミック触媒モノリスの弾性取付体を開示する。

金網の上には、金網のマトリックス内に粘性填隙材又は
ペーストとしてセラミックファイバを含有する耐熱性発
泡性防炎材料のバンドが重ねである。開示された構造の
うちの一つでは、セラミックモノリスがセラミックファ
イバで被覆され、これは、金網ブランケットで取り囲ま
れている。

米国特許４．３０５．９９２号は、未発泡のアンモニウ
ムイオン交換蛭石フレークを含有し且つ、自動車の触媒
コンバータモノリスの取付けに使用するのに適する可撓
性発泡性防炎シート材料を開示する。

米国特許４．３２８．１８７号は、セラミック触媒モノ
リスをハウジング内で軸線方向に懸架するための弾性ホ
ルダーを開示する。このモノリスは、耐熱性無機ファイ
バ材料の層で取り囲まれ、この層の上には断熱性の良好
な無機材料のジャケット又はスリーブ及び、泡、石綿、
又はガラスファイバフリースのような弾性の大きな材料
で、又は金網で作られた層が被せである。これらの層は
、ハウジング内でモノリスの全長に亘って延び且つモノ
リスをそのセラミックファイバの包み及びスリーブとと
もにハウジングの壁に対して弾性的に懸架する防振部材
として機能するクツションを構成する。

米国特許４．３３５．０７７号は、弾性的に変形可能な
防振リング、又は包囲体によってセラミック触媒モノリ
スを支持することを開示し、モノリスは、セラミックフ
ァイバ又は金網などの形態の金属で強化された耐熱セメ
ント、又はパテでできた保護ジャケットで取り囲まれて
いる。保護ジャケットは、ハウジングの壁と保護ジャケ
ットとの間で圧縮される軟質の無機ファイバ層でその周
囲が取り囲まれている。

米国特許４．３５３．８７２号は、耐熱性の発泡性シー
ト材料、例えば蛭石、石英、或いは石綿で形成されたガ
スシール部材でセラミック触媒モノリスをケーシング内
に支持することを開示する。ガスシール部材はモノリス
の一部を取り囲み、モノリスとモノリスのケーシングと
の間に配置されて全体に円筒形の金網、又はモノリスに
加えられる外力を弱める弾性支持体の別個の層を有して
いる。

米国特許４．４２５．３０４号は、セラミック触媒モノ
リスが展延金物又は鋼網織物又はセラミックファイバの
編物でできた弾性パッドによって両端が支持され、展延
金物又は他の周知の難燃性で耐蝕性のクツション材料で
できた夫々のクツション層で取り囲まれた触媒コンバー
タを開示する。

米国特許４．４３２．９４３号は、排気ガスの迂回を阻
止するのに役立ち且つ断熱材として役立つ耐熱性無機フ
ァイバ材料でハウジングと触媒本体との間の空間が満た
されたモノリス状触媒本体用弾性懸架手段と、無機ファ
イバ層及びこの無機ファイバ層上に配置された耐熱金属
製剛性スリーブによってモノリスが取り囲まれた構造と
を開示する。

入手できる種々の支持材料にも関わらず、触媒モノリス
を利用する乗用車の代表的な触媒コンバータは、米国特
許３．９１６．０５７号又は米国特許４．３０５、９９
２に記載された発泡性防炎シート材料のような、公称厚
さ４．９５ｎ＋ｍ　（０，１９５インチ）、公称密度０
．６４ｇ／ｃｃ／　（４０ｐｃｆ　）の発泡性防炎シー
ト材料によって支持されている。この材料は、モノリス
と同形状に曲げられ、セラミックモノリスの金属製シェ
ル内への設置中に圧縮され、ここでこの材料は、公称厚
さ３．３０皿（０，１３０インチ）、公称密度約０．９
６ｇ／ｃｆｆｌ　（６０ｐｃｆ　）である。トラックの
ような総車重の大きな車輌の作動サイクル中にしばしば
遭遇する高い作動温度に耐えるため、設置時に圧縮取付
は発泡性防炎層の全公称厚さを約６．１ｍ　（０，２４
インチ）まで増大させるのがよく、公称密度を約１．０
４　ｇ／ａ（乃至１゜１２ｇ／ｃｎｒ（６５ｐｃｆ乃至
７０　ｐｃｆ）まで増大させるのがよい。

発泡性防炎シート材料がモノリスの周りに曲げられるた
め、幾つかの層がある場合には最も外側の発泡性防炎層
に引張り応力が及ぼされ、これによって表面の引裂き、
或いは発泡性防炎層の蛭石のフレーキング（ｆｌａｋｉ
ｎｇ）が引き起こされる。これが引き起こされると、シ
ート材料は有用でなくなり、金属製外ケーシングを閉鎖
するのに使用されるフランジにフレークが入っていく場
合に閉鎖の問題が引き起こされる。別の懸念は、内面が
巻つぶれ、不均一な内面に荷重が加わるため、厚い発泡
性防炎材料が状況を更に悪化させることがあるというこ
とである。これは、組立中に不均一な圧縮力を加えるこ
とがあり、排気ガスの直接漏れ通路を形成することがあ
る。かくして、設置の問題を最小にすると同時にモノリ
ス状触媒コンバータの満足のいく取付体を提供する発泡
性防炎シート材料の必要がある。

及匪亘皇１ 本発明の主な目的は、セラミックモノリスのような脆性
構造のための改良取付体を提供することである。この取
付体は、大量生産、及び内燃エンジンの排気系での使用
に適当であり且つ非常に便利である。

。題、を　決　るための この目的は、本発明によれば、隣接面の一部のみに亘っ
て互いに接着された少なくとも二つの発泡性防炎層から
成る取り扱い自在で可撓性の抗亀裂性複合発泡性防炎シ
ート材料であって、このシートを例えばセラミックモノ
リスの周りに曲げるとき、亀裂や巻つぶれを引き起こす
ことなく端を接合できるように発泡性防炎層が長さ方向
に所定量だけオフセットしている、発泡性防炎シート材
料によって達成される。シート材料は約２５．４　ｍｍ
（０，１インチ）乃至約１２７ｍｍ（５インチ）の組み
合わせ厚さを有するのがよい。

更に、複合シートは、触媒コンバータのようなセラミッ
クモノリスと接触した状態で取付けるためのセラミック
ファイバ層、或いはクラフト紙、プラスチックフィルム
又は無機ファイバ織物のような外側補強層を有するのが
よい。本発明の発泡性防炎シート材料は、設置工程中、
複合シートをセラミックモノリスの周りに曲げるとき、
個々の層が互いに摺動できるようにする。各層での引張
り応力は有効に最小にされる。表面を引き離すのに十分
な力が生じないようにすることよって、シートの外面が
裂けず、発泡性防炎層での蛭石の損失が最小にされる。

従って、例えばフランジ内に入ってモノリスの適正な密
封を妨げる蛭石は、無いか又はほとんど無い。

かくして、本発明のシート材料は、大量生産を行う上で
、及び脆性構造を取付ける上で非常に便利な材料である
。

Ｘ亘■ 添付図面を参照すると、参照番号１０で触媒コンバータ
が全体に示しである。本発明は、図示の触媒コンバータ
での使用に限定されるものではなく、従って、触媒コン
バータは、単に本発明を例示する例として示しである。

実際、ディーゼルの粒子トラップのような脆性構造を取
付けるのにこのシート材料を使用するのがよい。触媒コ
ンバータｌＯは、三片の金属、例えば耐熱鋼で形成され
た全体に管状のハウジング１２を有する。ハウジング１
２は、入口１４を一端に、出口（図示せず）を他端に有
する。入口１４及び出口はその外端が適当に成形され、
これによって、これらの入口及び出口を内燃エンジンの
排気系の導管に固定することができる。装置１０は脆性
セラミックモノリス１８を含み、このセラミックモノリ
スは、以下に詳細に説明する発泡性防炎シート材料２０
によってハウジング１２内に支持され且つ拘束されてい
る。モノリス１８は、一端の入口端面から他端の出口端
面まで軸線方向に延びる複数の気体透過性通路を有する
。モノリス１８は適当な耐火材料又はセラミック材料で
、周知の方法及び形体でつくられている。モノリスは、
代表的には、断面形体が楕円形又は円形であるが、他の
形体も可能である。

本発明によれば、モノリスは、少なくとも約１、２１ｍ
ｍ　（０，０５インチ）であるのがよい距離によってそ
のハウジングから間隔を隔てられ、この距離は、最大２
５．４ｍｍ（１インチ）又はそれ以上であってもよい。

この間隔は、セラミックモノリス１８を支持するための
第２図乃至第７図に示す発泡性防炎取付はシート材料２
０で満たしである。

第２図乃至第５図に示すように、シート材料２０は、２
６のところで接着剤によって接合された二つの発泡性防
炎層２２及び２４から成る。第２図及び第４図に示す実
施例では、シート材料２０はオフセット層２２及び２４
から成り、シート材料２０をモノリス１８の周りに曲げ
たときシート材料２０の一端の６縁２８が他端の溝３０
に嵌まり、ハウジング１２をモノリスの周りに閉鎖した
とき、発泡性防炎層が使用された気体シールを完成する
ような、さねはぎ構造を有する。オフセット量、即ち所
定のオフセット量は、層の厚さ並びにシート材料が周り
に曲げられる周囲及び層の延び及び圧縮に応じて変わる
。例えば、半径Ｒ，，Ａのモノリスに巻付けるための、
各層が厚さ（Ｔ）及び長さ（Ｌ）を有する二層複合物（
即ち内側層（Ｉ）及び外側層（０）のオフセット量を決
定するのに以下の式が使用される。

（Ａ）Ｌｌ＝２π（Ｒｙ＋’Ａ　Ｔ　＋　）（Ｂ）ＬＯ
＝２π（ＲＭ＋　Ｔ　＋　＋　’Ａ　Ｔ　ｏ）（Ｃ）オ
フセット量＝Ｌ０−Ｌ 総車重の大きな車輌、即ちトラックなどで高温と遭遇す
る場合、発泡性防炎層を一つの厚い層からつくることに
よって、又は二つ以上の層を使用することによって発泡
性防炎層の厚さを増大するのが望ましく、或いは、モノ
リスに対して配置できる、例えば、セラミックファイバ
（図示せず）で作られた追加の層を備えるのが望ましい
。これは、モノリスの企図した作動温度が最大１０９３
．３°Ｃ（２０００°Ｆ）又はそれ以上である場合に望
ましい。セラミックファイバ層は、取付は公称厚さが約
０．７６２ｍ　（０，０３インチ）、取付は公称密度が
少なくとも約０．６３ｇ／ｃＪｉ（４０ｐｃｆ　）であ
るのがよい。発泡性防炎層は、取付け（圧縮）公称厚さ
が少なくとも約５．０８ｍｍ　（０，２インチ）、取付
は公称密度が約１．１２ｇ／Ｃ１（７０ｐｃｆ　）であ
るのがよい。セラミックファイバは、必要な断熱及び機
械的な支持を与えるならば、紙、ブランケット、マット
又はフェルトなどの種々の形態であるのがよい。

第２図及び第３図、第４図及び第５図は、本発明による
発泡性防炎複合シート材料の二つの実施例を示す。第３
図に示す実施例では、層がほぼ中央で互いに接合されて
おり、第５図に示す実施例では、層が一端のところで互
いに接合されている。

接着材料は、その組成については、重要でない。

重要なことは、接着材料が層を接触した状態に維持する
ということであり、曲げの剪断力に打ち勝つのに十分な
強度を有するということである。更に、接着面積の大き
さは、層を互いに接着された状態に保持し、これらの層
が軸線方向整合から回転しないようにする（これらの層
はこの軸線方向整合に沿って接合されている）と同時に
、層がその軸線方向整合、即ちその長さに沿って移動で
きるようにするのに十分でなければならないということ
を除き、重要でない。かくして、接着面積は長さの１０
０％以下の任意の大きさであるのがよく、好ましくは、
一つの箇所で層の長さの約２０％以下であり、層の幅ま
で広がるのがよい。しかしながら、これは重要ではない
。容易にわかるように、接着面積の正確な大きさは、接
着剤の強度に応じて変わるが、シート材料又は取付はパ
ッドを脆性構造の上、即ちこの脆性構造に関して、配置
するように取り扱うことができるのに十分でなければな
らない。この脆性構造は、容器内に配置され、その後こ
の容器は閉鎖される。第３図では、接着がほぼ中央で行
われているのに対し、第５図では、接着が一端の近くで
行われている。

取付はパッドという語は、二層発泡性防炎シート材料、
並びにセラミックファイバ層、強化層、などを含む多層
シート材料を意味し且つこれらのシート材料を含む語で
ある。脆性構造という語は、脆性即ち壊れやすい性質で
ここに説明した取付はパッドから利益を得るセラミック
モノリス又は金属モノリスなどのような構造を意味し且
つ含む語である。

第６図及び第７図に示すように、複合シート材料をモノ
リスの周りに曲げたとき（第６図及び第７図に円形形状
で示す）、層は端がぴったりと接触し、６縁２８が他端
の溝３０に嵌まるまで摺動する。複数の層を使用して厚
い複合材料を得るという事実は、引裂力を及ぼすのに十
分な応力が複金材料の最外面即ち最外層に生じないとい
うことを意味する。これは脱落する蛭石のフレークの量
を最小にし、不良品を最小にしながら迅速に設置出来る
ようにする。

発泡性防炎層が厚ければ厚い程、層に亀裂が入る可能性
、及び蛭石フレークの損失の可能性が大きくなる。厚い
層をつくるのにセラミックファイバ層を使用する場合、
この状態は更に過酷なものとなることがある。本発明は
、シート材料２２に亀裂が入ることを妨げ、蛭石フレー
クの損失をなくし、ハウジング１２を閉じたときにシー
ト材料に亀裂を生じさせることなくシート材料が曲がる
ようにシート材料を拘束することによって、シート材料
の設置を容易にし、かくして設置作業を早くする。

発泡性防炎シート材料は、未発泡の蛭石、ハイドロバイ
オタイト、又は所望程度の湿潤強さを得るのに無機バイ
ンダー及び／又は有機バインダーを使用する膨潤性フッ
化４珪素雲母からつくるのがよい。シート材料は、例え
ば、参考のため本明細書中に開示を組み込んだ、約０．
１ｍｍ乃至２５ｎ＋ｍの所望の厚さをつくる米国特許第
３．４５８．３２９号に記載された標準的な製紙技術に
よってつくるのがよい。

発泡性防炎シート材料は、その場の発泡による取付は材
料として自動車の排気触媒コンバータで使用される。次
いで、発泡させたシートがセラミックコア即ち触媒支持
体を容器即ちキャニスタ内の適所に保持する。剥脱後の
シートの熱安定性及び弾力性が、金属製キャニスタとセ
ラミック基材の熱膨張差、脆性の装置に伝達される振動
、及び金属面又はセラミック面の凹凸、を補償する。こ
の取付は材料は、廉価であり簡単に使用できるばかりで
なく、このような装置に固有の熱衝撃及び機械的衝撃に
関連した問題を効果的に解決する上で優れているという
ことがわかった。従って、その設置ができるだけ簡単で
なければならず、その設置及び設置自体に問題を生じな
いということが重要である。

セラミックファイバ層について最大１２６０８Ｃ（２３
００°Ｆ）のモノリス温度に対し、非常に適当な材料が
ニューヨーク州ナイアガラフォールのカーポランダム社
（Ｃａｒｂｏｒｕｎｄｏｍ　Ｃｏ、　）から入手できる
ファイバフラックス９７０　　（Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ：
登録商標）紙であることがわかった。この製品は、アル
ミナとシリカの比がほぼ５０対５０でファイバとショッ
トの比がほぼ５０対５０のアルミノ珪酸塩のガラス状ば
ら繊維からつくられている。この紙製品の重量の約９３
％がセラミックのファイバ及びショットであり、残りの
７％が有機ラテックスバインダーの形態である。更に高
いモノリス温度については、ファイバマックス（Ｆｉｂ
ｅｒｍａｘ：登録商標）即ちこの製造者から入手できる
多晶質ムライトセラミックファイバから製造した紙を使
用するのがよい。更に、高いモノリス温度が予想される
場合にはアルミナファイバを使用してもよい。

本発明の好ましい実施例を図示し且つ説明したが、この
実施例の変形態様が本発明の精神及び範囲内にあること
は当業者には明らかである。例えば、構造はセラミック
製でなくてもよいし、金属製脆性モノリスであってもよ
い。更に、モノリスは、抵抗加熱要素又はディーゼルエ
ンジンで使用する再生可能な粒子トラップのような、触
媒コンバータとして以外で使用するものであってもよい
。

モノリスの作動温度がより高い、例えば１３７１°Ｃ（
２５００°Ｆ）の場合の組立体では、セラミックファイ
バ紙層をファイバマックス（登録商標）即ち多結晶性ム
ライトセラミックファイバ、又はアルミナファイバで形
成し、蛭石を含有する発泡性防炎材料の半径方向外側層
がその最大連続使用温度を越えないように断熱するのが
よい。セラミックモノリスを、最初に多晶質アルミノ珪
酸塩ファイバ内に包み、次いでガラス質アルミノ珪酸塩
ファイバで包み、その後発泡性防炎材料で包むのがよい
。触媒コンバータのハウジングの外側温度は、セラミッ
クファイバ及び発泡性防炎材料の複合層の厚さを増すこ
とによって低くすることができる。

図示を簡単にするため、ハウジング１２は滑らかである
ように図示しである。しかしながら、多くの用途では、
リブを設けるか或いは他の方法でハウジングを強化し、
圧縮されるセラミックファイバ紙及び発泡性防炎シート
材料によって及ぼされる力に抗するようにハウジングを
補則するのがよい。

本明細書中で使用されている［セラミックファイバ」は
、玄武岩、産業精練鉱滓、アルミナ、ジルコニア、アル
ミノ珪酸塩及びクロム、ジルコン及びカルシウムで改質
したアルミノ珪酸塩、などから形成されたものを含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化した装置の概略斜視図であり
、 第２図は、本発明を具体化した発泡性防炎シート材料の
平面図であり、 第３図は、第２図の発泡性防炎シート材料の側面図であ
り、 第４図は、本発明による発泡性防炎シート材料の他の実
施例の平面図であり、 第５図は、第４図のシート材料の側面図であり、第６図
及び第７図は、夫々、本発明による組立済の発泡性防炎
シート材料の側面図及び平面図である。 １０・・・触媒コンバータ １２・・・ハウジング １４・・・入口 １８・・・セラミックモノリス ２０・・・発泡性防炎シート材料 ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）隣接した面の所定の部分に亘って互いに接着され
   た少なくとも二層の発泡性防炎シート材料から成る発泡
   性防炎取付けパッドであって、前記層は、前記パッドを
   脆性構造の周りに曲げることができ且つ亀裂や巻つぶれ
   を引き起こすことなく端を連結できるように長さ方向に
   所定量だけオフセットしている、脆性構造のための発泡
   性防炎取付けパッド。（２）前記層は、一端が接着され
   、他端がオフセットしている、請求項（１）に記載の取
   付けパッド。 （３）前記層は、ほぼ中央で接着され、一方の層が各端
   でオフセットしている、請求項（１）に記載の取付けパ
   ッド。 （４）前記層は、長さ方向軸線に沿ったその回転を妨げ
   るのに十分接着されている、請求項（１）に記載の取付
   けパッド。 （５）前記接着の量は複合材料の平均長さの約２０％以
   下である、請求項（１）に記載の取付けパッド。 （６）前記接着が一つの点で行われている、請求項（１
   ）に記載の取付けパッド。