(57)【要約】  本発明は、汚染防止装置（１０）に汚染防止モノリス（２０）を実装する実装マット（３０）を提供する。実装マットの嵩密度は０．１２〜０．３ｇ／ｃｍ3であり、（ｉ）チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー層と、（ｉｉ）ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層とを含む。好ましくは、チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー層とセラミックファイバー層はマットの対向する主面を画定している。本発明は更に、金属ケース（１１）と汚染防止モノリス（２０）との間に配置された実装マット（３０）を用いて、金属ケース（１１）に配置された汚染防止モノリス（２０）を含む汚染防止装置（１０）を提供する。
2007504400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
嵩密度が０．１２〜０．３ｇ／ｃｍ3であり、
（ｉ）チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
（ｉｉ）ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバーの層と、
を含む、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装する実装マット。
【請求項２】
前記チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と前記セラミックファイバーの層が前記マットの対向する主面を画定している、請求項１に記載の実装マット。
【請求項３】
前記チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層が当該層の重量を基準として少なくとも９０重量パーセントの量で前記ガラスファイバーを含む、請求項１に記載の実装マット。
【請求項４】
１つ以上の更なる層が、前記チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と前記セラミックファイバーの層との間に存在している、請求項１に記載の実装マット。
【請求項５】
前記ガラスファイバーと前記セラミックファイバーの数平均直径が５μｍ以上であり、長さが０．５〜１５ｃｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の実装マット。
【請求項６】
前記チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、前記セラミックファイバーの層がそれぞれニードルボンドまたはステッチボンドされており、これらの層が互いにニードルボンドまたはステッチボンドされている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の実装マット。
【請求項７】
前記実装マットが有機バインダーを含まない、または前記マットの重量を基準として２重量パーセント以下の量で前記有機バインダーを含む、請求項６に記載の実装マット。
【請求項８】
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素および酸化マグネシウムの重量パーセントをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯとする理論的基準に基づいて計算した場合に、前記チョップドケイ酸アルミニウムガラスファイバーが、前記ガラスファイバーの総重量を基準として１０〜３０重量％の量の酸化アルミニウムと、５２〜７０重量％の量の二酸化ケイ素と、１〜１２重量％の量の酸化マグネシウムとを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の実装マット。
【請求項９】
前記チョップドケイ酸アルミニウムガラスファイバーは、Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラス、Ｓ２−ガラス、Ｒ−ガラスおよびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項８に記載の実装マット。
【請求項１０】
金属ケースと汚染防止モノリスとの間に配置された実装マットを用いて前記金属ケースに配置された前記汚染防止モノリスを含む汚染防止装置であって、前記実装マットが、
（ｉ）チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
（ｉｉ）ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバーの層と、
を含むことを特徴とし、前記セラミックファイバーの層が前記汚染防止モノリスに面するように前記実装マットが配置されている、汚染防止装置。
【請求項１１】
前記不織マットの実装密度が０．２〜０．６ｇ／ｃｍ3である、請求項１０に記載の汚染防止装置。
【請求項１２】
前記汚染防止モノリスが１平方インチ当たり４００〜１２００個のセルを含み、前記セル壁の厚さが０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）以下である、請求項１０または１１に記載の汚染防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装する実装マットに関する。本発明は特に、ガラスファイバー層と、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層とを含む実装マットに関する。本発明は更に汚染防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染防止装置は、大気汚染を防止するために自動車両に一般的に用いられている。触媒コンバータおよびディーゼル微粒子フィルタまたはトラップの２種類の装置が現在広く用いられている。触媒コンバータは触媒を含んでおり、一般的に、金属筐体内に実装されたモノリシック構造にコートされている。金属モノリスも用いられているが、モノリシック構造は、一般的にセラミックである。触媒は、一酸化炭素および炭化水素を酸化し、自動車排気ガス中の窒素酸化物を減じて大気汚染を防止する。
【０００３】
ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップは、一般的に多孔性結晶セラミック材料から作成されたハニカムモノリシック構造を持つ壁フローフィルタである。ハニカム構造の交互のセルは、排気ガスが１つのセルに入って、多孔性壁を通って近接するセルに押されて、構造から出るように栓がされているのが一般的である。このようにして、ディーゼル排気ガス中に存在する小さな煤粒子が集められる。
【０００４】
汚染防止装置に用いられるモノリス、特に、セラミック汚染防止モノリスは脆性で、振動や衝撃による損傷や破損を受けやすい。その熱膨張係数は、それが含まれている金属筐体よりも通常非常に小さい。すなわち、汚染防止装置が加熱されるにつれて、筐体の内部周囲壁とモノリスの外側壁の間が増大するということである。マットの絶縁効果のために金属筐体の温度変化が小さくても、金属筐体の熱膨張係数が大きいため、モノリシック要素の膨張よりも早く大きな周囲サイズまで膨張する。かかる熱サイクルは、汚染防止装置の寿命および使用中に数百回と生じる。
【０００５】
道路の衝撃や振動によるセラミックモノリスの損傷を防ぎ、熱膨張の差を補償し、モノリスと金属筐体間に排気ガスが流れるのを防ぐために（触媒をバイパスし）、実装マットはセラミックモノリスと金属筐体間に配置される。これらのマットは、モノリスを所望の温度範囲にわたって定位置に保持するのに十分だが、セラミックモノリスに損傷を与えるほど大きくはない圧力を出すものではなくてはならない。
【０００６】
最近、単位面積当たりの汚染防止モノリスを作成するセルの数が増加し、セルの壁厚さが減少する傾向にある。かかる汚染防止モノリスは、薄肉または超薄肉モノリスとして知られており、一般的に、１平方インチ当たり４００〜１２００個（ｃｐｓｉ）のセルを含み、壁の厚さは５ミル、すなわち０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）以下である。壁の厚さが減少したため、これらのモノリスは損傷をさらに受けやすくなるため、かかるモノリスを実装する実装マットの要件はより厳しくなる。
【０００７】
多くの実装マットが当該技術分野では記載されてきた。公知の実装マットとしては、セラミックファイバー、膨張材料、ならびに有機および／または無機バインダーから構成された膨張シート材料が挙げられる。触媒コンバータを筐体に実装するのに有用な膨張シート材料は、例えば、米国特許第３，９１６，０５７号明細書（ハッチら（Ｈａｔｃｈ）ら）、同第４，３０５，９９２号明細書（レンジャー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）、同第５，１５１，２５３号明細書（メリー（Ｍｅｒｒｙ）ら）、同第５，２５０，２６９号明細書（レンジャー（Ｌａｎｇｅｒ））および同第５，７３６，１０９号明細書（ホワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ）ら）に記載されている。膨張性実装マットには、汚染防止モノリスが熱されると使用中汚染防止モノリスに過剰の圧力がかかるという欠点がある。その結果、膨張性実装マットは、薄肉および超薄肉モノリスを実装するにはあまり好適ではない。
【０００８】
米国特許第５，２９０，５２２号明細書には、直径が５マイクロメートルを超える少なくとも６０重量％のショットフリーの高強度マグネシウムアルミノシリケートガラスファイバーを含む不織実装マットを有する触媒コンバータが記載されている。しかしながら、かかる実装マットは薄肉および超薄肉モノリスを高温で十分に実装し、それらを衝撃や損傷から保護する十分な保持強度を有していない。
【０００９】
米国特許第５，３８０，５８０号明細書には、物理的に交絡したショットフリーの酸化セラミックファイバーが開示されている。マットは、フィルタ媒体、実装マットおよび断音または断熱として有用であると教示されている。実施例の１つに、多結晶セラミックファイバー層とガラスファイバー層とを含む不織マットが開示されている。このマットは、明らかに断熱であることを意味しており、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装する実装マットとして好適ではない。かかる二層マットを実装マットとしてどのように用いるべきかに関する教示もない。
【００１０】
多結晶セラミックファイバーとバインダーを含む非膨張性マットがいわゆる超薄肉モノリスを実装するために提案されている。非膨張マットとしては、例えば、米国特許第４，０１１，６５１号明細書（ブラッドベリー（Ｂｒａｄｂｕｒｙ）ら）、同第４，９２９，４２９号明細書（メリー（Ｍｅｒｒｙ））、同第５，０２８，３９７号明細書（メリー（Ｍｅｒｒｙ））、同第５，９９６，２２８号明細書（ショウジ（Ｓｈｏｊｉ）ら）および同第５，５８０，５３２号明細書（ロビンソン（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）ら）に記載されたものが例示される。多結晶ファイバーは、一般的に、例えば、米国特許第３，７６０，０４９号明細書に記載されたゾル−ゲルプロセスにより形成され、その他のセラミックファイバーは一般的に溶融形成される。残念なことに、多結晶ファイバーは、セラミックガラスファイバーのような溶融形成セラミックファイバーより遥かに高価であり、その結果として、多結晶ファイバーの実装マットは現実的でないほど高価になってしまう。
【００１１】
従って、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装するのに好適な実装マット、特に、薄肉または超薄肉モノリスを実装するのに用いることのできる実装マットを見出すことが望まれている。かかる実装マットは、モノリスに損傷を与えるような過剰の圧力をかけることなく、特に、高温でモノリスの良好な保持力を与えるのが好ましい。実装マットは、低コストで製造でき、また環境に易しいものであるのが好ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装する実装マットを提供するものである。実装マットの嵩密度は０．１２〜０．３ｇ／ｃｍ3であり、
（ｉ）チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
（ｉｉ）ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバーの層と、を含む。
好ましくは、チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー層とセラミックファイバー層はマットの対向する主面を画定している。
【００１３】
本発明は更に、金属ケースと汚染防止モノリスとの間に配置された実装マットを用いて金属ケースに配置された汚染防止モノリスを含む汚染防止装置を提供する。実装マットは、
（ｉ）チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
（ｉｉ）ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバーの層と、を含む。
【００１４】
実装マットは、セラミックファイバー層が汚染防止モノリスに面するように配置されている。「面する」という用語には、モノリスとマットのセラミックファイバー層との間に層がない実施形態、および１つ以上の更なる層がその間に存在する実施形態が含まれる。かかる任意の層は、実装マットの一部であってもなくてもよいが、存在するときは、実装マットの一部でないのが好ましく、ファイバーにより生じえる皮膚の刺激を減じる目的の、例えば、コーティング、スクリムまたはフィルムが挙げられる。また、かかる任意の層は、本発明の利点が実質的に失われないようなものを選択しなければならない。すなわち、かかる任意の層を備えた実装マットの性能は、任意の層のない同様のマットの性能の少なくとも９０％でなければならない。
【００１５】
本発明による実装マットは、多結晶ファイバーの単一層に基づいた実装マットよりも遥かに低コストで製造できることを見出した。また、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層がモノリスに面するようなやり方で汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装すると、十分な保持力が、低温と高温の両方、低温と高温の間のサイクル中、汚染防止装置を例えば、自動車に用いるときに生じる汚染防止装置の寿命中、維持できる。
【００１６】
本発明を限定するわけではなく、本発明を例証し理解を深める目的で、図面を添付する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照すると、汚染防止装置１０は、略裁頭円錐形入口および出口端部１２および１３をそれぞれ備えた金属ケース１１を有している。ケース１１内に汚染防止モノリス２０が配置されている。汚染防止モノリス２０の周囲にあるのは、ケース１１内でモノリシック要素２０をしっかりと、だが弾性的に支持する本発明による実装マット３０である。実装マット３０は、ケースの適所に汚染防止モノリス２０を保持し、汚染防止モノリス２０とケース１１との間の空隙を封止して、排気ガスが汚染防止モノリス２０を迂回するのを防ぐ、または最小にする。
【００１８】
金属ケースは、ステンレス鋼をはじめとする当該技術分野で公知の材料から作成することができる。
【００１９】
本発明の実装マットにより実装可能な汚染防止モノリスとしては、ガソリン汚染防止モノリスとディーゼル汚染防止モノリスが挙げられる。汚染防止モノリスは触媒コンバータであっても微粒子フィルタまたはトラップであってもよい。触媒コンバータは触媒を含んでおり、一般的に、金属筐体内に実装されたモノリシック構造にコートされている。触媒は、必要な温度で作用し有効となるように適用されるのが一般的である。例えば、ガソリンエンジンと共に用いるには、触媒コンバータは、４００℃〜９５０℃の温度で有効でなければならないが、ディーゼルエンジンについてはこれより低い温度、一般的には３５０℃以下が普通である。金属モノシスも用いられているが、モノリシック構造は、一般的にセラミックである。触媒は、一酸化炭素および炭化水素を酸化し、排気ガス中の窒素酸化物を減じて大気汚染を防止する。ガソリンエンジンにおいては、これら３つの汚染物質全てをいわゆる「三方向コンバータ」において同時に反応させることができるが、たいていのディーゼルエンジンにはディーゼル酸化触媒コンバータ一つしか備わっていない。ディーゼルエンジンについてのみに今日では使用が制限されている、窒素酸化物を減じるための触媒コンバータは、別個の触媒コンバータからなっている。ガソリンエンジンに用いられる汚染防止モノリスとしては、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃ．（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｎ．Ｙ．））または日本ガイシ（ＮＧＫ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ，ＬＴＤ．）（日本、名古屋（Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ））より市販されているコージェライト、またはエミテック（Ｅｍｉｔｅｃ）（ドイツ、ローマー（Ｌｏｈｍａｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より市販されている金属モノリスでできたものが例示される。
【００２０】
ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップは、一般的に多孔性結晶セラミック材料から作成されたハニカムモノリシック構造を持つ壁フローフィルタである。ハニカム構造の交互のセルは、排気ガスが１つのセルに入って、多孔性壁を通って近接するセルに押されて、構造から出るように栓がされているのが一般的である。このようにして、ディーゼル排気ガス中に存在する小さな煤粒子が集められる。コージェライトでできた好適なディーゼル微粒子フィルタは、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃ．）（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｎ．Ｙ））および日本ガイシ（ＮＧＫ  Ｉｎｓｕｌａｔｔｏｓｒ，Ｉｎｃ．）（日本、名古屋（Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ）より市販されている。炭化ケイ素でできたディーゼル微粒子フィルタは、イビデン株式会社（Ｉｂｉｄｅｎ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．（日本（Ｊａｐａｎ））より市販されており、例えば、特開２００２−０４７０７０Ａ号公報に記載されている。
【００２１】
本発明の実装マットを用いて、いわゆる薄肉または超薄肉汚染防止モノリスを実装することができる。特に、実装マットを用いて、４００〜１２００ｃｐｓｉおよび壁の厚さが０．００５（０．１２７ｍｍ）以下の汚染防止モノリスを実装することができる。実装マットにより実装される汚染防止モノリスとしては、４ミル／４００ｃｐｓｉおよび４ミル／６００ｃｐｓｉの薄肉モノリスおよび３ミル／６００ｃｐｓｉ、２ミル／９００ｃｐｓｉおよび２ミル／１２００ｃｐｓｉの超薄肉モノリスが例示される。
【００２２】
図２に、本発明による実装マットの概略断面図を示す。図示する通り、実装マット３０は、チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー層３１と、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層３２とを含む。汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装するのに用いるとき、実装マット３０は、層３２が汚染防止モノリスに最も近くなる、すなわち、汚染防止モノリスに面し、層３１が汚染防止装置の金属筐体に最も近くなる、すなわち、後者に面するように配置される。このように、図１において、層３１は実装マット３０の表面３３を画定し、層３２は実装マット３０の対向面（図１には図示せず）を画定する。層３２が実装マット３０の表面３３を画定する逆の構成だと、本発明による利点が得られないことを見出した。
【００２３】
図２には、２層のみから構成される実装マットの構造を示したが、更に層を含むマットも考えられる。例えば、異なるファイバー組成の層が図２に示す層３１と３２との間に含まれていてもよい。また、２層以上のガラスファイバー層を用いることができ、例えば、層は、層を作成するガラスファイバーの化学組成および／または組成物を作成するガラスファイバーの寸法が異なっていてもよい。このように、単一のガラスファイバー層３１を用いる代わりに、２層以上のガラスファイバー層を、ゾル−ゲルプロセスから形成されたセラミックファイバー層３２と組み合わせて用いてもよい。例えば、実装マットは、ゾル−ゲルプロセスから形成されたセラミックファイバー層、Ｓ２ガラスでできたガラスファイバー層およびＲ−またはＥ−ガラスでできたガラスファイバー層を含んでいてもよい。
【００２４】
実装マット３０の嵩密度、すなわち、汚染防止装置に実装する前の密度は、通常、０．１２〜０．３ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．１２〜０．２５ｇ／ｃｍ3である。実装すると、マットの実装密度は０．２〜０．６ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．３〜０．５ｇ／ｃｍ3であり、すなわちマットは実装すると圧縮される。
【００２５】
実装マットは、実装したら、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層の厚さが少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも０．７ｍｍとなるように設計されるのが一般的である。しかしながら、汚染防止モノリスの性質および種類に応じて、これより薄いものも考えられる。しかしながら、通常は、セラミックファイバー層の厚さは、ガラスファイバー層を断熱するのに十分なものでなければならない。
【００２６】
不織実装マットに用いるケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの平均直径は、一般的に、少なくとも５μｍ、長さは０．５〜１５ｃｍ、好ましくは１〜１２ｃｍである。平均直径は少なくとも７μｍ、一般的には７〜１４μｍの範囲内であるのが好ましい。ガラスファイバーは個別化されるのが好ましい。個別の（すなわち、ファイバーが互いに分離している）ファイバーとするには、ファイバーのトウまたはヤーンを、例えば、ガラスロービングカッター（例えば、カリフォルニア州パコマのフィン＆フラム（Ｆｉｎｎ＆Ｆｒａｍ，Ｉｎｃ．，Ｐａｃｏｍａ，Ｃａｌｉｆ．）より「型番９０ガラスロービングカッター（ＭＯＤＥＬ  ９０  ＧＬＡＳＳ  ＲＯＶＩＮＧ  ＣＵＴＴＥＲ）」）を用いてチョップして、所望の長さ（一般的に約０．５〜約１５ｃｍの範囲）とすることができる。ファイバーは一般的にショットフリーまたは、ファイバーの総重量を基準として非常に低量、一般的には１重量％未満のショットを含有している。さらに、ファイバーの直径はほぼ均一であり、平均の直径が＋／−３μｍ以内のファイバーの量は、通常、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの総重量の少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％、最も好ましくは少なくとも９０重量％である。
【００２７】
ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーは、１０〜３０重量％の酸化アルミニウム、５２〜７０重量％の酸化ケイ素および１〜１２重量％の酸化マグネシウムを含むのが好ましい。上述した酸化物の重量パーセントは、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯの理論量に基づいている。さらに、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーが更なる酸化物を含有していてもよいものと考えられる。例えば、存在させてもよい更なる酸化物としては、酸化ナトリウムまたはカリウム、酸化ホウ素および酸化カルシウムが挙げられる。ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーとしては、約５５％のＳｉＯ2、１１％のＡｌ2Ｏ3、６％のＢ2Ｏ3、１８％のＣａＯ、５％のＭｇＯおよび５％のその他の酸化物の組成を一般的に有するＥ−ガラスファイバー、約６５％のＳｉＯ2、２５％のＡｌ2Ｏ3および１０％のＭｇＯの組成を一般的に有するＳおよびＳ−２ガラスファイバー、約６０％のＳｉＯ2、２５％のＡｌ2Ｏ3、９％のＣａＯおよび６％のＭｇＯの組成を一般的に有するＲ−ガラスファイバーが具体的に例示される。Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラスおよびＳ−２は、例えば、アドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ  Ｙａｒｎｓ  ＬＬＣ）より入手可能であり、Ｒ−ガラスはサンゴバンベトロテックス（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｖｅｔｒｏｔｅｘ）より入手可能である。
【００２８】
マットのガラスファイバー層は、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー以外のファイバーを１０重量％まで含有していてもよい。しかしながら、ガラスファイバー層はケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーのみからなっているのが好ましい。その他のファイバーがガラスファイバー層に含まれている場合には、一般的にはアモルファスファイバーであり、好ましくは、平均直径は少なくとも５μｍでなければならない。ガラスファイバー層は直径３μｍ以下のファイバーを含まない、または実質的に含まないのが好ましく、直径５μｍ未満のファイバーを含まない、または実質的に含まないのがより好ましい。実質的に含まないとは、かかる直径の小さなファイバーの量がガラスファイバー層中のファイバーの総重量の２重量％以下、好ましくは１重量％以下であることを意味する。
【００２９】
セラミックファイバー層は、ゾル−ゲルプロセスにより得られるセラミックファイバーを含む。「ゾル−ゲル」プロセスという用語は、ファイバーまたはその前駆体の構成成分の溶液または分散液または一般に粘性の濃縮物を紡ぐ、または押出すことによりファイバーが形成されることを意味する。ゾル−ゲルプロセスは、このように、ファイバー成分の溶融物を押出すことによりファイバーを形成する溶融形成ファイバーのプロセスと対照的である。好適なゾル−ゲルプロセスは、例えば、米国特許第３，７６０，０４９号明細書に開示されており、そこには、金属化合物の溶液または分散液をオリフィスを通して押出すことによりセラミックファイバーを形成して、連続グリーンファイバーを形成し、それを焼成してセラミックファイバーを得ることが教示されている。金属化合物は、一般的に、金属酸化物へ、か焼可能な金属化合物である。ゾル−ゲル形成ファイバーは結晶または半結晶であることが多く、当該技術分野では多結晶ファイバーとして知られている。
【００３０】
ゾル−ゲルプロセスによりファイバーを形成する金属化合物の溶液または分散液としては、米国特許第３，７０９，７０６号明細書に開示されているようなコロイドシリカを含有する二酢酸ジルコニウムのような酸素含有ジルコニウム化合物の水溶液が例示される。更に、水性塩基性酢酸アルミニウムのような水溶性または分散性アルミニウムとホウ素化合物の水溶液、シリカと水溶性または分散性アルミニウムおよびホウ素化合物のコロイド分散液の水性混合物を含む２相系が例示される。ゾル−ゲルプロセスにより作成可能なその他の代表的な耐熱金属酸化物ファイバーとしては、ジルコニア、ジルコン、ジルコニア−カルシア、アルミナ、アルミン酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられる。かかるファイバーは更に、酸化鉄、クロミアおよび酸化コバルトのような様々な金属酸化物を含有することができる。
【００３１】
実装マットのセラミックファイバー層に有用なセラミックファイバーとしては、ムライト、アルミナ、高アルミナアルミノシリケート、アルミノシリケート、ジルコニア、チタニア、酸化クロム等といった多結晶酸化セラミックファイバーが挙げられる。一般的に高アルミナ、結晶ファイバーである好ましいファイバーは、約６７〜約９８重量パーセントの酸化アルミニウムと、約３３〜約２重量パーセントの酸化ケイ素を含む。これらのファイバーは、例えば、３Ｍ社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）５５０」という商品名で、ダイソングループＰＬＣ（英国、シェフィールド（Ｓｈｅｆｆｉｅｌｄ，  ＵＫ））より入手可能なサフィル（ＳＡＦＦＩＬ）（登録商標）、三菱化学株式会社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．）（日本、東京（Ｔｏｋｙｏ，  Ｊａｐａｎ））より入手可能なマフテック（ＭＡＦＴＥＣ）、ユニフラックス（Ｕｎｉｆｒａｘ）（ニューヨーク州ナイアガラフォールス（Ｎｉａｇａｒａ  Ｆａｌｌｓ，  Ｎ．Ｙ））製ファイバーマックス（ＦＩＢＥＲＭＡＸ）（登録商標）およびアルトラファイバー（ＡＬＴＲＡ  ｆｉｂｅｒｓ）（ラス社、ドイツ（Ｒａｔｈ  ＧｍｂＨ，  Ｇｅｒｍａｎｙ））より市販されている。
【００３２】
好適な多結晶酸化セラミックファイバーとしては更に、好ましくは約５５〜約７５重量パーセントの酸化アルミニウム、約４５重量パーセント未満〜０重量パーセントを超える（好ましくは４４重量パーセント未満〜ゼロを超える）範囲の酸化ケイ素、および２５重量パーセント未満〜０重量パーセントを超える（好ましくは約１〜約５重量パーセント）の酸化ホウ素（それぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＢ2Ｏ3として理論酸化物基準で計算したもの）を含むアルミノボロシリケートが挙げられる。アルミノボロシリケートファイバーは、少なくとも５０重量パーセントの結晶、より好ましくは少なくとも７５重量パーセント、最も好ましくは約１００％（すなわち、結晶ファイバー）であるのが好ましい。アルミノボロシリケートファイバーは、例えば、３Ｍ社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）３１２」および「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）４４０」という商品名で市販されている。
【００３３】
ゾル−ゲルプロセスにより得られるセラミックファイバーは、一般的にショットフリーまたは、セラミックファイバーの総重量を基準として非常に低量、一般的には１重量％未満のショットを含有している。同様に、セラミックファイバーの平均直径は一般的に１〜１６マイクロメートルである。好ましい実施形態において、セラミックファイバーの平均直径は５μｍ以上、好ましくはセラミックファイバーは直径３μｍ未満のファイバーを含まない、または実質的に含まず、より好ましくはセラミックファイバー層は直径５μｍ未満のファイバーを含まない、または実質的に含まない。実質的に含まないとは、かかる直径の小さなファイバーの量がセラミックファイバー層中のファイバーの総重量の２重量％以下、好ましくは１重量％以下であることを意味する。従って、本発明の特に好ましい実施形態において、セラミックファイバー層およびガラスファイバー層および更なる任意の層は、直径３μｍ未満のファイバーを実質的に含まない。セラミックファイバーは、通常、ガラスファイバーについて上述したようにして個別化される。
【００３４】
不織マットを製造する方法によれば、チョップド個別ファイバー（好ましくは長さが約２．５〜約５ｃｍ）を従来のウェブ形成機（ニューヨーク州マセドンのランドーマシーン社（Ｒａｎｄｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏｒｐ．Ｍａｃｅｄｏｎ，  Ｎ．Ｙ）より「ランドーウェバー（ＲＡＮＤＯ  ＷＥＢＢＥＲ）」、デンマークのスキャンウェブ社（ＳｃａｎＷｅｂ  Ｃｏ．Ｄｅｎｍａｒｋ）より「ダンウェブ（ＤＡＮ  ＷＥＢ）」という商品名で市販されている）に供給し、ファイバーをワイヤスクリーンまたはメッシュベルト（例えば、金属またはナイロンベルト）上に延伸する。「ダンウェブ（ＤＡＮ  ＷＥＢ）」型のウェブ形成機を用いる場合には、ファイバーはハンマーミルそしてブロワを用いて個別化するのが好ましい。マットの取扱い性を促進させるために、マットをスクリム上で形成またはスクリム上に配置させることができる。ファイバーの長さに応じて、得られるマットは、支持体（例えば、スクリム）を必要とせずにニードルパンチ機に移動させるのに十分な取扱い性を有している。
【００３５】
不織マットはまた、従来の湿式成形またはテキスタイルカーディングを用いて作成することもできる。湿式形成プロセスについて、ファイバーの長さは約０．５〜約６ｃｍであるのが好ましい。
【００３６】
実装マットは、ニードルパンチされた不織マットであるのが好ましい。ニードルパンチされた不織マットとは、例えば、バーブドニードルにより複数回マットを完全に、または部分的に（好ましくは完全に）貫通させることによりファイバーを物理的に交絡させたマットのことを指す。不織マットは、バーブドニードル（例えば、ウィスコンシン州マニトワックのフォスターニードルカンパニー社（Ｆｏｓｔｅｒ  Ｎｅｅｄｌｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，Ｍａｎｉｔｏｗｏｃ，Ｗｉｓ．）より市販されている）付きの従来のニードルパンチング装置（例えば、ドイツのディーロ（Ｄｉｌｏ、Ｇｅｒｍａｎｙ）より「ディーロ（ＤＩＬＯ）」という商品名で市販されているニードルパンチャーを用いてニードルパンチして、ニードルパンチされた不織マットとすることができる。ファイバーを交絡させるニードルパンチングには、一般的には、マットの圧縮と、バーブドニードルでマットをパンチングし引き抜くことが含まれる。マットの面積当たりのニードルパンチの最適数は、特定の用途に応じて異なる。一般的に、不織マットをニードルパンチすると、約５〜約６０ニードルパンチ／ｃｍ2となる。マットをニードルパンチして、約１０〜約２０ニードルパンチ／ｃｍ2とするのが好ましい。
【００３７】
あるいは、マットは、従来の技術（不織マットのステッチボンディングの教示について、その開示内容がここに参考文献として組み込まれる米国特許第４，１８１，５１４号明細書（レフコヴィッツ（Ｌｅｆｋｏｗｉｔｚ）ら参照）を用いてステッチボンドすることができる。一般的に、マットは有機スレッドでステッチボンドされる。有機または無機シート材料の薄層は、スレッドがマットを切断するのを防ぐ、または最小にするために、ステッチボンディング中、マットの片側または両側に配置させることができる。ステッチスレッドが使用中に分解されないのが望ましい場合には、セラミックや金属（例えば、ステンレス鋼）のような無機スレッドを用いることができる。ステッチの間隔は、ファイバーがマットの全領域を均一に圧縮するよう、通常、３〜３０ｍｍである。
【００３８】
ガラスファイバー層およびセラミックファイバー層は、上述したプロセスに従って別個に形成してもよく、このようにして得られた別個のニードルパンチされた、またはステッチボンドされた層をニードルパンチングまたはステッチボンディングにより互いにボンドしてもよい。あるいは、ガラスファイバー層およびセラミックファイバー層のウェブを形成して、このウェブをニードルパンチまたはステッチボンドして、不織実装マットを形成してもよい。従って、後者の構成においては、ガラスファイバー層とセラミックファイバー層は互いにボンドされる前に別個にニードルパンチまたはステッチボンドされない。
【００３９】
本発明を、本発明を限定するものではない以下の実施例を参照して更に説明する。
【実施例】
【００４０】
実施例および比較例で用いた材料
Ａ  ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバーのマット（多結晶ファイバー）
Ａ１  三菱化学株式会社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）製マフテック（Ｍａｆｔｅｃ）（登録商標）ＭＬＳ−３ニードルボンドブランケット（７２％Ａｌ2Ｏ3、２８％ＳｉＯ2、バインダーなし、嵩密度０．１６ｇ／ｃｃ）
Ａ２  イビデン（Ｉｂｉｄｅｎ）（登録商標）Ｎ４（７２％Ａｌ2Ｏ3、２８％ＳｉＯ2、バインダーなし、嵩密度０．１８ｇ／ｃｃ）
Ａ３  ３Ｍ１１０１ＨＴ（７２％Ａｌ2Ｏ3、２８％ＳｉＯ2、バインダーなし、嵩密度０．１４ｇ／ｃｃ）
Ａ４  ３Ｍ１１０１ＨＴ（９６％Ａｌ2Ｏ3、４％ＳｉＯ2、バインダーなし、嵩密度０．１６ｇ／ｃｃ）
Ａ５  ３Ｍネクステル（Ｎｅｘｔｅｌ）（登録商標）３１２ニードルボンドマット（６２％Ａｌ2Ｏ3、２４％ＳｉＯ2、１４％Ｂ2Ｏ3、バインダーなし、嵩密度０．１４ｇ／ｃｃ）
【００４１】
Ｂ  ガラスファイバーマット
Ｂ  次のようにして、Ｒガラスファイバーを不織マットへと作成した。Ｒガラスファイバー（一般組成６０％ＳｉＯ2、２５％Ａｌ2Ｏ3、９％ＣａＯおよび６％ＭｇＯ）、直径約１０μｍ、長さ３６ｍｍまでチョップドされたもの、（ドイツ、ヘルツォーゲンラスのサンゴバンベトロテックスドイチュランド（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｖｅｔｒｏｔｅｘ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨ，Ｈｅｒｚｏｇｅｎｒａｔｈ／Ｇｅｒｍａｎｙ）より入手した。ファイバーは実質的にショットフリーであった。
【００４２】
ガラスファイバーを２ゾーンラロシュオープナーで開けた。第１のゾーンの供給速度は２ｍ／分であり、リッカーリンロール速度は２，５００回転／分であった。第２のゾーンの供給速度は４ｍ／分であり、リッカーリンロール速度は２，５００回転／分であった。出力速度は６．５ｍ／分であった。
【００４３】
開けたファイバーを従来のウェブ形成機（ニューヨーク州マセドンのランドーマシーン（Ｒａｎｄｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏｒｐ．Ｍａｃｅｄｏｎ，  Ｎ．Ｙ）より「ランドーウェバー（ＲＡＮＤＯ  ＷＥＢＢＥＲ）」という商品名で市販に供給して、ファイバーを多孔性金属ロール上にブローして連続ウェブを形成した。連続ウェブを従来のニードルタッカーでニードルボンドした。ニードル速度は１００サイクル／分であり、出力速度は１．１ｍ／分であった。実装マットの「面積当たりの重量」は所望により調整することができた。材料の嵩密度は約０．１２ｇ／ｃｃであった。
【００４４】
試験方法−実条件備品試験（ＲＣＦＴ）
本試験は、触媒コートされたモノリスまたはディーゼル微粒子フィルタを備えた汚染防止装置の一般使用中の実際の条件をモデル化して、これらのモデル化された使用条件下で実装材料が出す圧力を測定するものである。ＲＣＦＴ方法は、「自動汚染防止装置の材料の側面（Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｓｐｅｃｔｓ  ｉｎ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」、ハンスボーデ（Ｈａｎｓ  Ｂｏｄｅ）編、ウィリー−ＶＣＨ（ＷＩｌｅｙ−ＶＣＨ）２００２、２０６〜２０８頁に詳細が記載されている。
【００４５】
独立制御される２つの５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍの加熱ステンレス鋼プラテンを異なる温度まで加熱して、それぞれ金属筐体とモノリス温度をシミュレートした。同時に、特定の種類の代表的な汚染防止装置の温度および熱膨張係数から計算した値によりプラテン間のスペースまたは間隙を増やす。汚染防止装置の高速駆動状態を、モノリス温度を９００℃まで上げ、金属筐体の温度を５３０℃まで上げることによりシミュレートする。
【００４６】
ＲＣＦＴの３回のサイクルを各実装マット試料で実施した。試験試料に実装するときのマットの密度および実装前の嵩密度を表２にまとめてある。
【００４７】
第１および第２のプレートの温度をまず上げ、ピーク温度に１５分間保持してから減じることにより、マットにより生じる圧力を連続的に測定する。モノリス温度を示すプレートを室温から９００℃まで加熱し、１５秒間保持し、室温に戻す。同時に、シェル温度を示すプレートを室温から５３０℃まで加熱し、１５秒間保持し、室温に戻す。これらの加熱サイクルはそれぞれ、１回のＲＣＦＴサイクルと呼ばれる。３回のＲＣＦＴサイクルを実施した後、表２のデータが記録された。
【００４８】
試験開始時ならびに第１および第３のサイクルのそれぞれのピーク温度（９００℃／５００℃）での圧力を室温で記録した。
【００４９】
実施例１
実施例１の実装マットは、嵩密度が０．１２ｇ／ｃｃのマットＢの層の上部に配置された嵩密度が０．１６ｇ／ｃｃのＡ１のマットの層からなっていた。組み合わせたマットの嵩密度は約０．１４ｇ／ｃｃであった。下記の表１を参照のこと。
【００５０】
上記の試験方法に記載した方法により実条件備品試験（ＲＣＦＴ）を実施した。マットの多結晶ファイバー層側を、ＲＣＦＴ試験アセンブリの熱い側に向け、マットのＲガラスファイバー層側をＲＣＦＴ試験アセンブリの冷たい側に配置し、２層マットを試験開始前に実装密度０．３５ｇ／ｃｃまで圧縮することにより、実施例１の２層マットを試験した。この結果、室温での出発圧力は２１７ｋＰａであった。
【００５１】
ＲＣＦＴの結果は表２にまとめてある。第１の温度サイクル中、マットはピーク温度で５５ｋＰａの圧力を示した。第３の温度サイクル中、マットはピーク温度で４３ｋＰａの圧力を示した。この圧力は、粉砕せずにモノリスを適所に保持するようなものである。
【００５２】
比較例１
比較例１は、７２％Ａｌ2Ｏ3および２８％ＳｉＯ2の組成を有するニードルボンドされた多結晶ファイバーの単一層を有するマットを含んでいた。試験前の嵩密度は約０．１６ｇ／ｃｃであった。試験開始前、０．３５ｇ／ｃｃの実装密度まで圧縮した。この結果、室温での出発圧力は２５７ｋＰａであった。ＲＣＦＴ結果によれば、第１のサイクルのピーク温度での圧力は１０４ｋＰａであった。第３のサイクル中のピーク温度での圧力は８８ｋＰａであった。
【００５３】
比較例２
比較例２は、嵩密度約０．１２ｇ／ｃｃのＲガラスファイバーの単一層を有するマットを含んでいた。試験開始前、０．３２ｇ／ｃｃの実装密度まで圧縮した。この結果、室温での出発圧力は２５０ｋＰａであった。ＲＣＦＴ結果によれば、第１のサイクルのピーク温度での圧力は１０ｋＰａであった。第３のサイクル中のピーク温度での圧力は０ｋＰａであった。
【００５４】
比較例３
実施例１に記載したマットを用いて比較例３を行った。実施例１の構成とは逆に、ＲガラスをＲＣＦＴの熱い側に向け、多結晶ファイバー層をＲＣＦＴの冷たい側に向けて２層マット試験アセンブリに配置した。マットを試験開始前に実装密度０．３５ｇ／ｃｃまで圧縮した。この結果、室温での出発圧力は２８１ｋＰａであった。
【００５５】
ＲＣＦＴ結果によれば、第１のサイクルのピーク温度での圧力は６ｋＰａであった。第３のサイクル中のピーク温度での圧力は５ｋＰａであった。
【００５６】
比較例４〜７
「実施例および比較例で用いた材料」で上記に詳細を記載した多結晶ファイバーの単一層をそれぞれ用いて比較例４〜７を行った。
【００５７】
ＲＣＦＴの結果は表２にまとめてある。
【００５８】
【表１】
2007504400.tif 000003
【００５９】
【表２】
2007504400.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】分解した状態で示した本発明の触媒コンバータの斜視図を示す。
【図２】本発明による実装マットの概略断面図を示す。
【図１】
2007504400.tif 000005
【図２】
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【国際調査報告】
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2007504400.tif 000008
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