JP2000513064A - 汚染制御装置用ハイブリッド装着システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 汚染制御装置は、金属ハウジング（１２）と、金属ハウジング内に配置される固体汚染制御装置（２０）と、汚染制御要素とハウジングとの間に配置されて汚染制御要素を位置決めして機械的ショック及び熱的ショックを吸収するための装着マット（２４）とを有する。装着マットは、弾性及び可撓性を有した非発泡性の繊維材料（２８）から形成される少なくとも１つのインサートを有する発泡性材料（２６）の層を含む。インサートは、装着マットの少なくとも１つの側縁の少なくとも一部に沿って位置決めされて、発泡性材料の腐食を防止し、汚染制御要素とハウジングとの間に封止を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 汚染制御装置用ハイブリッド装着システム 発明の背景 本発明は、汚染制御装置に関し、特に、自動車排気システム用触媒コンバータ ー及びジーゼル粒子フィルタまたはトラップに関する。汚染制御装置は一般に、 弾性及び可撓性を有した装着マットによってケーシング内に固定的に装着された モノリシック要素を備えた金属ハウジングを具備する。装着マットは、非発泡性 セラミック繊維複合材料から形成されるインサートを有する発泡性シート材料か ら構成される。 汚染制御装置は、一般に、大気汚染を制御するために自動車に使用される。現 在、２つの型の装置が広く使用されており、すなわち触媒コンバーターとジーゼ ル粒子フィルタまたはトラップとである。触媒コンバーターは触媒を含み、これ は一般にコンバーターに装置されるモノリシック構造物に塗布される。モノリシ ック構造物は一般にセラミックであるが、金属モノリスも使用されている。触媒 は一酸化炭素と炭化水素とを酸化し、自動車排気ガス中の窒素ガスの酸化物を低 減して大気汚染を制御する。これらの触媒過程で遭遇する比較的高い温度のため 、触媒支持材としてセラミックが当然ながら選択される。特に有用な触媒支持材 は、例えば、米国再発行特許第２７,７４７号に記載されているようなセラミッ クハネカム構造物である。 より最近には、金属触媒支持材（金属モノリス）を使用する触媒コンバーター もこの目的に使用されている。（英国特許第１,４５２,９８２号、米国特許第４ ,３８１,５９０号及びＳＡＥペーパー８５ ０１３１参照。） 最も一般的なジーゼル粒子フィルタまたはトラップは、モノリシック壁流フィ ルタである。モノリシック壁流型ジーゼル粒子フィルタ要素は一般に、ハネカム 型多孔結晶質セラミック（例えば、菫青石）材料から構成される。ハネカム構造 物の交互セルは一般に、排気ガスが１つのセルから入り、１つのセルの多孔壁を 通らされ、別のセルを通って構造物を出るようにつながれる。ジーゼル粒子フィ ルタ要素のサイズは粒子用途の必要性による。有用なジーゼル粒子フィルタ要素 は、例えば、ニューヨーク州コーニングのコーニング社、及び日本、名古屋の日 本ガイシ（NGK Insulators Ltd.）から市販されている。有用なジーゼル粒子フ ィルタ要素に関しては、「セル状セラミックジーゼル粒子フィルタ(Cellular Ce ramic Dlesel Particulate Filter)」Howitt et al.著、ペーパー第９１０１１ ４、ＳＡＥ技術ペーパーシリーズ、１９８１、に検討されている。 これらの装置の最新構造において、各型の装置は、金属またはセラミックであ りえるが、たいていはセラミックであるモノリシック構造物または要素をその中 に保持する金属ハウジングを有する。モノリシック構造物は、缶詰と称される過 程でハウジング内に装着される。モノリスとハウジングとの間には間隙または空 間があり、これは、モノリス及びハウジングの両方に許容サイズの幅があるため 変動する。最大の間隙は、モノリスが許容範囲の最小端にあり、ハウジングが許 容範囲の最大端にあるとき、存在する。モノリスを損傷するのを回避して、適所 に保持するために、発泡性装着マットまたは発泡性ペースト等の装着材料は、缶 詰の前にモノリスの周りに配置される。装着材料は間隙を満たす。くるんだモノ リスをハウジングに挿入した後、缶は押圧して閉鎖され、ハウジングの側縁に沿 ったフランジは溶接される。自動車に設置した後、汚染制御装置は 高温排気ガスによって加熱され、それが発泡性材料を膨張させて追加の保持圧力 を生成する。圧力の量は、材料の装着密度及び使用の温度によって決定される。 装着密度が低すぎると、圧力はモノリスを適所に保持するには不十分である。装 着密度が高すぎると、ハウジングとモノリスとの間の装着材料によって過剰な圧 力がかけられ、ハウジングの変形及び／またはモノリスへの損傷が生じる。 モノリスがハウジングに固定された後、泡沸装着材料は、汚染制御装置に対し て問題になる可能性がある他の状態からの損傷を回避するまたは低減するよう作 用する。装置は、自動車に設置する前後ともに、有害な振動を受けやすい可能性 がある。更に、装置全体は様々な期間に、例えば、３００℃を超える高温を受け やすい。 セラミックモノリスの熱膨張率は、それ自体が含まれる金属（通常ステンレス 鋼）ハウジングの熱膨張率よりも、通常桁が小さいため、高温では、装置材料は 異なる膨張を補償するのに十分膨張するが、ハウジングまたはモノリスに損傷を 与えうるほど過剰な圧力を作るほどであってはならない。装着材料も、高温排気 ガスがモノリスと金属ハウジングとの間を通ることを（それによって触媒をバイ パスすることを）防止する。 一般に、装着材料は、無機結合剤、結合剤としても作用する無機繊維、発泡性 材料、及び任意に有機結合剤、充填剤及び他の補助剤を含む。材料は、ペースト 、シート及びマットとして使用される。ハウジング内にモノリスを装着するのに 有用なセラミックマット材料、セラミックペースト及び泡沸シート材料は、米国 特許第３,９１６,０５７号(Hatch et al.)、第４,３０５,９９２号(Langer et a l.)、第４,３８５,１３５号(Langer et al.)、第５,２５４,４１６号(Langer et al.)、第５,２４２,８７１号(Hashimoto et al.)、第３,００１,５７１号(Hatc h)、第５,３８５,８７３号(MacNeil)、 第５,２０７,９８９号（MacNeil）及び英国特許第１,５２２,６４６号（Wood） に記載されている。 TenEyckに付与された米国特許第４,９９９,１６８号には、クラフト紙、プラ スチックフィルム、無機ファブリック等のシート材料の補強層に接着剤で結合さ れる予備形成された泡沸層を有する亀裂抵抗性のある泡沸シートが記載されてい る。 Merry et al.に付与された米国特許第４,８６５,８１８号には、マット材料の 薄いシートをモノリスの周りに少なくとも２回、層のようにくるむことによって 触媒コンバーターを製造する方法が記載されている。 Merryに付与された米国特許第４,９２９,４２９号には、泡沸マット材料にス テッチボンドされたセラミック繊維マットを有する触媒コンバーター用の複合材 料が記載されている。 Langer et al.に付与された米国特許第４,０４８,３６３号には、発泡性材料 の類似したシートの少なくとも２つの層を有する複合材料が記載されている。 汚染制御装置は高温と低温との間を循環するため、モノリス（金属またはセラ ミック）とハウジングとの間の間隙のサイズは常に変わり、装着マットは繰り返 し圧縮され、圧縮を解かれる。ハウジングが高温に達すると、すなわち約７００ ℃を超えると、ハウジングの変形が起こりうる。この場合、従来の泡沸マット装 着材料には、モノリスを支持し続ける高温レジリエンスが欠けている。このよう にして、金属ハウジングの変形を起こすことなく、モノリスと金属ハウジングと の間の変動する間隙に適応するのに十分に弾性があり圧縮性のある装着システム の必要性が存在する。更に、最新の装着材料はそれ自体の効用及び利益があるが 、汚染制御装置に使用する装着材料を改良する必要性が依然としてある。更に、 広い温度範囲 でよく機能する材料を提供することが望ましい。 発明の開示 本発明は、金属ハウジング内にモノリス構造物を使用する汚染制御装置用のハ イブリッド装着システムを提供する。装着システムは、モノリスと汚染制御装置 の金属ハウジングとの間に配置された装着マットを具備する。装着マットは、装 着マットの側縁に位置決めされた弾性及び可撓性を有した非発泡性の繊維材料か ら形成されるインサートを含む。好適な実施例において、装着マットは発泡性材 料であり、弾性及び可撓性を有した繊維製のインサートは非発泡性材料である。 ハイブリッド装着マットは、触媒コンバーター、ジーゼル粒子フィルタ及び高温 フィルタ内の脆いモノリス構造物を保護するのに有用である。ハイブリッド装着 マットは、泡沸装着マットと非発泡性のインサートとの特性を組み合わすことが できるという利点を提供する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の装着システムを示す触媒コンバーターの分解斜視図である。 図２は、図１の触媒コンバーターの図であり、モノリスから剥離された本発明 の装着システムを示す。 図３Ａは、発泡性材料から構成される先行技術の結合システムを示す。 図３Ｂは、モノリスの周りに配列された図３Ａの装着システムの断面図である 。 図４Ａは、本発明の装着システムの好適な実施例を示す。 図４Ｂは、モノリスの周りに配列された図４Ａの装着システムの 断面図である。 図４Ｃは、図４Ａの装着システムの修正例を示す。 図５Ａは、本発明の装着システムの別の実施例を示す。 図５Ｂは、モノリスの周りに配列された図５Ａの装着システムの断面図である 。 図６Ａは、本発明の装着システムの別の実施例を示す。 図６Ｂは、モノリスの周りに配列された図６Ａの装着システムの断面図である 。 図７Ａは、本発明の装着システムの別の実施例を示す。 図７Ｂは、モノリスの周りに配列された図７Ａの装着システムの断面図である 。 図８Ａは、本発明の装着システムの別の実施例を示す。 図８Ｂは、モノリスの周りに配列された図８Ａの装着システムの断面図である 。 図９は、二重モノリスを有する触媒コンバーターの別の実施例を示す。 図１０は、本発明の装着システムの別の実施例を示す。 図１１は、本発明の装着システムの更に別の実施例を示す。 本発明の詳細な説明 本発明の装着システムは、触媒コンバーター及びジーゼル粒子フィルタまたは トラップ等の様々な汚染制御装置に使用するのに適切であるが、本明細書では触 媒コンバーターに関連する使用を記載する。記載は、本発明の装着システムの使 用を例示することを意図しており、装着システムの使用を触媒コンバーターに限 定すると理解すべきものではない。 図１、２を参照すると、触媒コンバーター１０は、略円錐入口１ ４及び出口１６を具備する。ハウジングは、缶またはケーシングとも称され、当 業界では公知のそのような使用に適した材料から製造され、一般に金属製である 。ハウジングはステンレス鋼から製造されることが好ましい。ハウジング１２内 に、セラミックまたは金属製のハネカム型のモノリシック体から形成されるモノ リシック触媒要素２０が配置される。モノリスとも称される適切な触媒コンバー ター要素は当業界では公知であり、金属製またはセラミック製のものを含む。モ ノリスまたは要素を使用して、コンバーター用の触媒材料を支持する。有用な触 媒コンバーター要素は、例えば、米国再発行特許第ＲＥ２７,７４７号（Johnson ）に開示されている。モノリス２０は、その間に複数の気体流れチャネル（図示 せず）を有する。触媒コンバーター要素に塗布される触媒材料は、当業界では公 知のものを含む(例えば、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニ ッケル、パラジウム及びプラチナ等の金属、及び、五酸化バナジウム及び二酸化 チタン等の酸化金属)。触媒塗布に関する更なる詳細については、米国特許第３, ４４１,３８１号（Keith et al.）を参照のこと。 ハイブリッド装着システム２４がモノリス２０を囲繞する。装着システム２４ は、本質的にショットフリーのセラミック繊維製の弾性及び可撓性を有した繊維 マットから形成されるインサート２８を有する発泡性材料製のマット２６を具備 する。インサート２８は、インサート２８の少なくとも１つの縁が泡沸マット２ ６の１つの側縁に沿って延在するように配置される。 図４Ａ〜８Ｂに見られるように、インサート２８が泡沸マット２６の側縁に沿 って延在することができるようにインサート２８を配置することのできる方法は 数多くある。図３Ａ、図３Ｂはインサート２８のない泡沸マット２６を示す。図 ３Ｂはケーシング１２とモ ノリス２０との間に配置された泡沸マット２６の断面図を示す。 図４Ａは、装着システム２４の側縁３２が泡沸及び非泡沸の交互の部分を呈す るように、泡沸マットと交互になっている非発泡性のインサート２８を示す。図 ４Ｃは、装着システム２４の修正例を示し、各マット２６及びインサート２８は 、一端にタブ３０、他端にスロット３１を備えて形成される。各マット２６のタ ブ３０は隣接するインサート２８のスロット３１に嵌合するかまたは嵌まる。同 様に、各インサート２８のタブ３０は隣接するマット２６のスロット３１に嵌合 するかまたは嵌まる。例示した実施例において、各タブ３０のサイズは同一であ り、各スロット３１のサイズは同一である。各マット２６のタブ３０はインサー ト２８のスロット３１に丁度嵌まる大きさであり、各インサート２８のタブ３０ はマット２６のスロット３１に丁度嵌まる大きさであることが望ましい。装着シ ステム２４は本明細書に開示されていない他の型のモノリス及びケーシングに適 応するように数多くの方法で更に修正することができ、部分の各型の数を低減ま たは増加することと、装着システム２４に使用される１つ以上の部分の形状を変 更することを含むと理解される。異なるスロット及びタブ配列を使用することが 望ましいこともある。 図４Ｂに示すように、装着システム２４がケーシング１２内のモノリス２０の 周りに位置決めされるときに、非発泡性のインサート２８は、最大曲率半径を有 するモノリス２０の部分に沿って位置決めされることが好ましい。インサート２ ８は、この領域が、装着システム２４の圧縮によって起こされる過剰圧力下で最 も変形しやすいケーシング１２の部分に対応するため、最大曲率半径を有するモ ノリス２０の部分に沿って位置決めされることが好ましい。上記のように、汚染 制御装置が非常な高温に達する場合、すなわち約７０ ０℃を超えるときに、ハウジングの変形が起きる可能性がある。この高温では、 従来の発泡性装着材料は大幅に膨張し、結果として生じる圧力がケーシング１２ 内部にかかり、それが極めて高い。更に、そのような高温では、ケーシングの金 属（一般にステンレス鋼）が軟化し始め、より変形を受けやすくなる。高温下で 最も変形を経験しやすい点に非発泡性のインサート２８を位置決めすることによ って、装着システム２４は高温で有害な力を発生させるのが少なくなり、ケーシ ング１２の変形は大幅に少なくなる。 図５Ａ、５Ｂは、図４Ａ、４Ｂに類似した装着システム２４の実施例である。 図５Ａ、５Ｂの実施例において、インサート２８は発泡性マット２６の幅にわた っては延在しない。モノリス２０の周りに位置決めされると、または非発泡性の インサート２８は、上述の図４Ｂに記載した方法と同様の方法で位置決めされる 。 図６Ａ、図６Ｂは、装着システム２４の更に別の実施例を示し、装着システム ２４がモノリス２０の周りに配置されるときに発泡性シート材料２６の横縁３４ 全体がインサート２８によって保護されるように、非発泡性のインサート２８が 発泡性シート材料２６の横縁３４全体に沿って延在する。 装着システム２４の更に別の実施例を図７Ａ、図７Ｂに示す。図７Ａには、発 泡性シート材料２６の横縁３４に沿って延在するインサート２８を含むように示 されるが、発泡性シート材料からずれており、発泡性材料２６と非発泡性材料２ ８との積層であると見られるタブエンドスロット構成を形成する。 最後に、装着システム２４の別の実施例が図８Ａ、図８Ｂに示される。図８Ａ 、図８Ｂの装着システム２４は、図７Ａ、図７Ｂの装着システム２４に類似して いるが、インサート２８は発泡性シート材料２６の１つの横縁３４のみに沿って 延在する。インサート２８ は発泡性シート材料２６からずれており、連動端を形成する。 図４Ａ〜８Ｂの実施例の各々において、インサート２８は、包装テープ等の接 着テープ（図示せず）または他の適切な接着テープによって発泡性マット２６に 固定される。あるいは、インサート２８は、テープで固定する必要はないか、ま たはステープル、ステッチ等の他の技術によって固定されてもよい。 場合によっては、汚染制御装置は、シングルモノリスではなく二重モノリスを 使用してもよい。例えば、図９は、先行技術の触媒コンバーター１０Ａを示し、 金属ハウジング内に２つのモノリス２０を有し、間隙４０によって分けられる。 このような二重モノリス構成では、金属ストリップ４２をモノリス２０の間の間 隙４０に整列させることが知られている。（例えば、ドイツ特許第ＤＥ４３２３ ７９１Ａ１号を参照のこと。）金属ストリップは一般にインコネル及びステンレ ス鋼等の高温耐腐食金属から製造される。金属ストリップは金属箔、波形金属箔 、金属ファブリック等の形態を取ることができる。金属ストリップ４２は金属ハ ウジング１２に極めて近接した速度で膨張する。金属ストリップ４２は金属ハウ ジング１２に類似した速度で膨張するため、金属ストリップ４２とハウジング１ ２との間の装着マット４４の部分は、モノリス２０とハウジング１２との間の装 着マット４４の部分よりも、大きな程度で圧縮される傾向がある。金属ストリッ プとハウジング１２との間の装着マット４４の部分が過度に圧縮されるならば、 結果としてハウジング１２または金属ストリップ４２の変形が生じることになる 。 図９に見られるように、先行技術の装着マットは一般に金属ストリップ４２と ハウジング１２との間の装着マット４４の連続層を提供した。上述のように、こ の配列は、ハウジング１２または金属ストリップ４２の変形を導く可能性がある 。従って、金属ストリップ ４２とハウジング１２との間に金属ストリップ４２沿って可撓性があり弾性を有 した繊維製のインサート４８を位置決めすることが望ましい。インサート４８は 、ＩＣＩケミカルズアンドポリマーズが販売のＳＡＦＦＩＬ等の材料である。上 述のように、そのようなインサートは一般に、使用される装着材料よりも小さな 力で圧縮することができるため、ケーシング１２または金属ストリップ４２の変 形が回避される。 図１０、図１１は、図９の装着システムの別の実施例を示し、金属ストリップ ４２とハウジング１２との間に金属ストリップ４２沿って位置決めされる可撓性 及び弾性を有した繊維非発泡性のインサートを使用する。図１０では、金属スト リップ４２は装着マット４４のルート部５０内に挿入され、インサート４８は接 着テープ５２で隣接する金属ストリップ４２に固定される。図１１では、金属ス トリップ４２は、装着マット４４Ａ及び装着マット４４Ｂの層の間にサンドイッ チされる(装着マット材料の回転は必要ないように)。可撓性及び弾性を有した繊 維製のインサート４８は、次いで装着マット部４４Ｂの間に挿入され、接着テー プ５２で適所に固定される。図１０または図１１の実施例のいずれかが、金属ス トリップ４２とハウジング１２との間の材料の過剰圧縮を防ぎ、それによって、 金属ストリップ４２またはハウジング１２の変形を回避する。 使用の際に、本発明の装着材料は、触媒コンバーターまたはジーゼル粒子フィ ルタのために類似の方法でモノリスとハウジングとの間に配置される。これは、 モノリスを装着材料のシートでくるみ、くるんだモノリスをハウジングに挿入し 、そのハウジングを溶接することによって行うことができる。装着システム２４ は触媒モノリス２０をケーシング１２内の適所に保持し、触媒モノリス２０とケ ーシング１２との間の間隙を封止し、従って、排気ガスが触媒モノ リス２０をバイパスするのを防ぐ。 発泡性シート材料２６は、可撓性及び弾性を有した発泡性シートを具備し、こ の発泡性シートは、約２０〜６５重量％の膨張していないひる石フレークであっ て、未処理であるか、または、燐酸二水素アンモニウム、重炭酸アンモニウム、 塩化アンモニウムまたは他の適切なアンモニウム化合物等のアンモニウム化合物 とイオン交換することによって処理されるひる石フレークと、アルミノケイ酸塩 繊維(ニューヨーク州ナイアガラフォールズのユニフラックス社がFiberfrax^TMの 商品名で販売のもの及びジョージア州オーガスタのサーマルセラミクスがCerafi ber^TMの商品名で販売のもの)、アスベスト繊維、ガラス繊維、ジルコニアシリカ 及び結晶性アルミナホイスカーを含む約１０〜５０重量％の無機繊維材料と、天 然ゴム格子、スチレンブタジエン格子、ブタジエンアクリロニトリル格子、アク リレートまたはメタクリレートポリマー及びコポリマーの格子等を含む約３〜２ ５重量％の結合剤と、膨張したひる石、中空ガラス微小球及びベントナイトを含 む約４０重量％までの無機充填剤と、から構成される。有用なシート材料の例と して、米国特許第５,５２３,０５９号（Langer）に記載のものも挙げられる。 更に、発泡性シート材料の例として、米国特許第３,９１６,０５７号(Hatch e t al.)、第４,３０５,９９２号(Langer et al.)、第４,３８５,１３５号(Langer et al.)、第５,２４５,４１０号(Langer et al.)、第４,８６５,８１８号(Merr y et al.)、第５,１５１,２５３号（Merry et al.）及び第５,２９０,５２２号 （Rogers et al.）に記載のものが挙げられる。有用な市販の発泡性シート及び マットの例として、ミネソタ州セントポールのミネソタマイニングアンドマニュ ファクチャリング社が、ＩＮＴＥＲＡＭ^TMの商品名で販売のものが挙げられる。 装着マットは一般に厚さ０．５〜１０mmの範囲であ る。更に、有用な発泡性装着材料の例として、米国特許出願第０８／４９６,９ ４５号（Merry）に記載されたもの等の発泡性ペーストが挙げられる。 有機結合剤の例として、上述の天然ゴム格子、スチレンブタジエン格子、ブタ ジエンアクリロニトリル格子、アクリレート及びメタクリレートポリマー及びコ ポリマーの格子が挙げられる。 無機充填剤の例として、膨張したひる石、中空ガラス微小球及びベントナイト が挙げられる。無機充填剤は膨張したひる石であることが好ましい。 非発泡性のインサート２８を形成するのに有用な本質的にショットフリーのセ ラミック繊維の例として、アルミナボリアシリカ繊維、アルミナシリカ繊維、ア ルミナ五酸化燐繊維、ジルコニアシリカ繊維、ジルコニアアルミナ繊維及びアル ミナ繊維が挙げられる。有用な市販の繊維として、ユニフラックス社がＦＩＢＥ ＲＭＡＸという商品名で販売のもの、ＩＣＩケミカルズアンドポリマーズが販売 のSAFFIL LD、Denkaが販売のＡＬＣＥＳアルミナ繊維及び三菱が販売のＭＡＦＴ ＥＣＨ繊維が挙げられる。 繊維は一般に当業界で公知の方法を使用してブローイングまたはスピニングに よって形成される。繊維は、ゾルゲル溶液をスピニングすることによって形成さ れることが好ましい。繊維は、不織布業界で行われているように、繊維材料を収 集スクリーンにブローイングすることを含む様々な公知の方法によってマットに 形成される。好適な非発泡性材料は多結晶アルミナ繊維であり、ＩＣＩケミカル ズアンドポリマーズからＳＡＦＦＩＬの商品名で市販されている。この繊維は耐 薬品性があり、選択された用途では１６００℃まで使用することができる。これ は、ラメラ形態のマットになる繊維の主に二次元の不規則な向きからなる低密度 マット形態で製造される。マ ットは本質的にショットがなく均一な繊維構造を備える。 低密度のラメラ性質により、汚染制御装置を取り扱い組み立てる間の離層を防 止する手段を導入することが必要になる。すなわち、アルミナ繊維製の低密度マ ットは、取り扱い及び組み立て中に物理的に抑止されるか圧縮されることが好ま しい。（本明細書で使用されるように、「ショットフリーの」及び「本質的にシ ョットフリーの」という用語は、少なくとも９５％ショットがなく、好ましくは ９９％ショットがない繊維マットを称する。）約０．１０〜０．６０g/cm³の装 着密度に圧縮されると、立方体のこれらの材料は、厚さの減少を繰り返し経験す るという独特の能力を有し、一方高温ばねは冷却すると、実質的に元の厚さに戻 り、従って触媒モノリス２０にかなりの保持力をかける。 非発泡性のインサート２８に好適な繊維材料は一般に０．０２０〜０．０６０ g/cmの密度範囲のものが利用可能であるため、触媒モノリス２０を装着するのに 使用するときには、約１０倍で圧縮しなければならない。非発泡性のインサート 材料のマットは、触媒コンバーター１０の組立中に材料の取り扱いを容易にする 圧縮状態で一般に圧縮され保持される。インサート２８は様々な方法で物理的に 圧縮することができ、樹脂結合、ステッチボンディング、またはニードルパンチ または真空パッキングの使用を含む。 樹脂結合は非発泡性材料を、高温排気ガスの存在下で燃えつきインサート２８ の材料を使用の間に膨張させる有機結合材で飽和することによって達成される。 ショットフリーの繊維の低密度及び嵩の高い性質、及び所望の装着密度を得るた めに通常約１０倍で圧縮されなければならないという事実のため、これらの材料 を有機糸で縫うかステッチボンドするかして、使用における最終厚さにより近い 圧縮マットを形成することが有用であることもわかった。繊維マッ トの両面に裏打ち層として非常に薄いシート材料を加えて、ステッチが繊維マッ トを切断するかまたはマットを通るのを防ぐことが有用なこともある。ステッチ の間隔あけは通常３〜３０mmであるため、繊維はマットの領域全体にわたって均 一に圧縮される。有機材料は高温排気ガスにさらされると燃えつき、圧縮された マットを膨張させる。 ショットフリーのセラミック繊維もニードルパンチによって圧縮することがで きる。セラミック繊維自体は比較的脆く、効果的にニードルパンチするのに十分 な可撓性はない。セラミック繊維マットを効果的にニードルパンチするために、 マットは最初に、ポリプロピレン繊維またはポリエステル繊維等の、一般に長さ 約５〜１０cmの長い可撓性のあるポリマー繊維を上にかぶせる。ナイロンファブ リックまたは不織布等のポリマースクリムはマットの下に置く。マットは、数多 くの孔をプラテン内に有する上プラテンと下プラテンとの間で圧縮される。多く の小さな有刺針を有する穴のあいたニードルが針を穴に押す。針がセラミック繊 維を貫通すると、有刺がマットの上部にあるポリマー繊維をスクリムを通って引 いて、ポリマー繊維はスクリムとからみ合い、マットを物理的に抑止する。有機 繊維及びスクリムは使用中に高温にさらされると燃えつき、セラミック繊維を膨 張させる。 繊維マットは、繊維マットを気密袋内に入れて、袋から空気を排出して、袋を 封止することによって抑止することができる。大気圧は、汚染制御装置が使用温 度（３００℃を超える）へ加熱されるときに袋が破裂するか燃えつきるまで、圧 縮状態でマットを抑止する。 非発泡性のインサート２８は２つの重要な機能を提供する。インサート２８は 、発泡性マット２６に比較して優秀な腐食耐性を有する。インサート２８を、そ うでなければ高温排気ガスにさらされる ことになる発泡性材料の側縁に沿って位置決めすることによって、インサート２ ８は発泡性マット２６を排気ガスから断絶する作用をし、それによって発泡性マ ット２６の腐食を防止する。縁保護材料の使用は公知であるが、先行技術は、極 めて温度の高い状況下でまたはケーシングの変形が起こるときに、膨張して圧縮 しモノリス２０とケーシング１２との間の間隙の幅の変化に適応することのでき る縁保護システムは含んでいない。先行技術の縁保護機構は、米国特許第５,０ ０８,０８６号（Merry）に記載されたような発泡性マットの縁の周りをくるんだ ステンレス鋼ワイヤスクリーン、及び米国特許第４,１５６,３３３号（Close et al.）に記載されたようなブレードまたはロープ状セラミック（すなわち、ガラ ス、結晶質セラミックまたはガラスセラミック）繊維ブレードまたは金属ワイヤ の使用を含む。縁保護はヨーロッパ特許第６３９７０１Ａ１号(Howorth et al) 、ヨーロッパ特許第６３９７０２Ａ１号（Howorth et al）及びヨーロッパ特許 第６３９７００Ａ１号（Stroome et al.）に記載のガラス粒子を有する組成物か ら形成することもできる。 インサート２８はモノリス２０とケーシング１２との間の封止としても作用す る。インサート２８に使用される好適な非発泡性材料の可撓性及び弾性を有した 性質は、汚染制御装置が高温と低温との間を循環するときに、モノリス２０とケ ーシング１２との間の間隙が連続して封止されて排気ガスがモノリス２０をバイ パスすることを防ぐことを確実にする。このようにして、汚染制御装置の有効性 は維持され、排気ガス漏れによる発泡性マット２６の腐食も回避することができ る。 本発明の目的及び利点は、下記の例によって更に例示されるが、この例の特定 の材料及び量は本発明を不当に限定するものと理解すべきではない。すべての部 及びパーセンテージは別途記載のないか ぎり重量％である。 例１ 発泡性マット材料（ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリング社が販 売のＩＮＴＥＲＡＭ^TMタイプ１００マット、３１００gsm(１平方メートル当たり のグラム)）の層の６．２cm×３０cmの長さを、図５Ａに示したように切断した 。樹脂結合セラミック繊維マット（ＩＣＩケミカルズアンドポリマーズ社が販売 のＳＡＦＦＩＬ^TM化学結合マット１２００gsm）のストリップを１．２７cm×９c mの寸法に切断して、発泡性マットの間隙切れ目に置いた。繊維マットストリッ プはプラスチック包装テープで適所に保持され、ハイブリッド装着マットを形成 した。ハイブリッド装着マットは、１７０mm×８０mm×７６mm長の卵形セラミッ クモノリス（コーニング製）の周りをくるんだ。第２のモノリスは同様にして、 前述のものと同一のハイブリッド装着マットでくるまれた。くるまれたモノリス は、二重キャビティステンレス鋼触媒コンバーターハウジング内に装着された。 装着マットの装着密度は、発泡性マットでは０．７g/cc(１立方センチメートル 当たりのグラム)、繊維ストリップでは０．２７g/ccに決定された。次いで、ハ イブリッド装着マットを含む触媒コンバーターが、３０００rpm/２２０ft lbで ガソリンエンジン（フォードモーター社７．５リットル排気量Ｖ−８ガソリン内 燃機関）に取り付けられた。触媒コンバーターは１００時間の間に９００℃の入 口ガス温度を受けた。 テストの後、触媒コンバーターアセンブリは分解して検査された。ハイブリッ ド装着マットの装着材料に何ら腐食は見られなかった。 更に、繊維マットストリップ上のハウジングの幅部分に沿って変色はなかった。 変色の存在は、高温排気ガスが装着マットと金属ハウジングとの間を通ったこと を示す。変色がなければ、アセンブリは 十分に封止されており、排気ガスがハイブリッドマット装着材料を通って流れる のを防いだことを示す。 例２ この例でテストされた装着マットは例１と同様に準備されテストされたが、例 １で使用されたハイブリッド装着マットの代わりに受け入れ可能なの市販の発泡 性マット材料を使用したことが異なる。テストの後、装着マットの検査により、 装着マット材料はエンジン排気ガスによって腐食されたことが明らかになった。 最大腐食距離、すなわち腐食された装着マットの部分は、装着マットの縁内に２ ３mm延在した。ハウジングにかなりの量の変色も認められた。 テストした装着マットの性能の比較により、例２の非ハイブリッド装着マット の性能に対して、例１のハイブリッド装着マットの性能は大幅に改良されている ことを示す。ハイブリッド装着マットは排気ガスにさらされたときに腐食に耐え 、モノリスとハウジングとの間により良好な封止を提供した(例１のハウジング には変色がないことを証拠として)。明らかに、ハイブリッド装着マット（例１ ）の性能は、繊維マットインサートを使用しない装着マット（例２）の性能より も優秀である。 本発明は好適な実質的に関連して記載してきたが、本発明の精神及び範囲を逸 脱することなく形態及び詳細に変更が加えられることを当業者は認める。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホーンバック，ロイド，アール．，ザ サ ード アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 (72)発明者 メリー，リチャード，ピー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 (72)発明者 サブイアン，ジョエル，エイチ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 (72)発明者 ストローム，ポール，ディー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属ハウジングと、 該金属ハウジング内に配置される固体汚染制御要素と、 該汚染制御要素と該金属ハウジングとの間に配置され、該汚染制御要素を位置 決めするとともに機械的ショック及び熱的ショックを吸収するための装着マット であって、弾性及び可撓性を有した非発泡性繊維材料から形成される少なくとも １つのインサートを有する発泡性材料の層を備える装着マットと、 を具備する汚染制御装置。 ２．前記インサートは、前記装着マットの少なくとも１つの側縁の少なくとも 一部に沿って位置決めされる請求項１記載の汚染制御装置。 ３．前記発泡性材料はシート材料である請求項１記載の汚染制御装置。 ４．前記発泡性材料はペーストである請求項１記載の汚染制御装置。 ５．前記弾性を有した非発泡性のインサートは、本質的にショットフリーのセ ラミック繊維から形成される請求項１記載の汚染制御装置。 ６．前記汚染制御要素はセラミックモノリシック体である請求項１記載の汚染 制御装置。 ７．前記汚染制御要素は金属モノリシック体である請求項１記載の汚染制御装 置。 ８．前記本質的にショットフリーのセラミック繊維製のインサートは物理的に 圧縮される請求項５記載の汚染制御装置。 ９．前記本質的にショットフリーのセラミック繊維製のインサー トは樹脂結合される請求項８記載の汚染制御装置。 １０．前記本質的にショットフリーのセラミック繊維製のインサートはステッ チボンドされる請求項８記載の汚染制御装置。 １１．前記本質的にショットフリーのセラミック繊維製のインサートはニード ルパンチされる請求項８記載の汚染制御装置。 １２．前記本質的にショットフリーのセラミック繊維は、アルミナボリアシリ カ繊維、アルミナシリカ繊維、アルミナ五酸化燐繊維、ジルコニアシリカ繊維、 アルミナ及びジルコニアアルミナ繊維を含む請求項５記載の汚染制御装置。 １３．前記本質的にショットフリーのセラミック繊維は、ゾルゲル過程から得 られる請求項５記載の汚染制御装置。 １４．前記非発泡性のインサートは、接着テープを使用して前記装着マットの 前記側縁に固定される請求項２記載の汚染制御装置。 １５．前記非発泡性のインサートは、前記装着マットの前記側縁全体に長く延 在する請求項２記載の汚染制御装置。 １６．前記非発泡性のインサートは、前記金属ハウジングと前記汚染制御要素 との間の間隙を満たすように膨張する請求項１記載の汚染制御装置。 １７．前記非発泡性のインサートのレジリエンスは、前記装着マットのレジリ エンスよりも大きい請求項１記載の汚染制御装置。 １８．前記非発泡性のインサートは、高温排気ガスにさらされる前に圧縮状態 で樹脂結合され、高温排気ガスにさらされることによって結合剤が燃えつきて前 記弾性を有した材料が膨張できるようになる請求項２記載の汚染制御装置。 １９．固体汚染制御要素を汚染制御装置のハウジング内に固定するための装着 マットであって、 発泡性シート材料の層と、 弾性及び可撓性を有した非発泡性繊維材料から形成される少なくとも１つのイ ンサートと、 を具備する装着マット。 ２０．前記インサートは、前記装着マットの少なくとも１つの側縁の少なくと も一部に沿って位置決めされる請求項１９記載の装着マット。 ２１．第１及び第２の汚染制御要素を動力制御装置のハウジング内に固定する ための装着マットであって、 発泡性材料からなる第１の長手方向のストリップと、 発泡性材料からなる第２の長手方向のストリップと、 発泡性材料からなる該第１及び第２のストリップの側縁に沿って固定され、そ れら発泡性のストリップを分ける金属帯と、 弾性及び可撓性を有した非発泡性の繊維材料から形成されるインサートであっ て、該金属帯及び発泡性材料からなる該第１及び第２のストリップの該側縁の少 なくとも一部に隣接して位置決めされるインサートと、 を具備する装着マット。