(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ハウジングと、
（ｂ）前記ハウジング内に配置され、入口と、出口と、外側表面とを有するモノリスと、
（ｃ）互いに反対側の噛み合い縁を有する装着材料シートであって、前記装着材料シートは、前記モノリスと前記ハウジングの間の前記モノリスの外側表面のまわりに配置され、前記噛み合い縁の少なくとも一部は合致して、前記モノリスの前記入口および前記出口に対して非垂直であるシームを形成し、前記シームは、前記噛み合い縁を対向方向に移動させて、前記装着材料シートを前記モノリスの外側表面のまわりに密に整合させ、前記モノリスの円周面の変化を補償し、前記モノリスと前記ハウジングの間の排出ガスの流れを防止するように調整が可能である、装着材料のシートと、
を具備する汚染制御装置。
【請求項２】
前記装着材料シートは、前記モノリスの前記外側表面のまわりに中断されない絶縁表面を提供する、請求項１記載の汚染制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、汚染制御装置用の装着サポートに関し、特に、汚染制御装置の汚染制御要素を包むのに適切な装着材料のシートに関し、さらに特に、汚染制御装置の汚染制御要素の入口および出口に非垂直角度でシームを形成する噛み合い縁を有する装着材料のシートに関する。
【０００２】
発明の背景
汚染制御装置は、大気汚染を制御するために自動車に使用される。触媒コンバーターおよびジーゼル粒子フィルタは、現在広く使用されている２種類の汚染制御装置である。これらの装置は両方とも一般に、金属ハウジング内に装着されたモノリス構造物を含み、装着材料は、構造物とハウジングの壁との間に配置される。モノリス構造物またはモノリスは、金属から作られるか、またはより一般的には、セラミック材料から作られる。
【０００３】
セラミックモノリスは一般にきわめて薄い壁を有し、壊れやすい。一般に、セラミックモノリスは、セラミックモノリスが含まれる金属ハウジングよりも約１桁低い熱膨張率を有する。道路の衝撃および振動からセラミックモノリスへの損傷を避けるために、モノリスとハウジングとの熱膨張の差を補償するために、さらに、排気ガスがモノリスと金属ハウジングとの間に流れるのを防ぐために、装着材料が一般にセラミックモノリスと金属ハウジングとの間に配置される。
【０００４】
装着材料は一般に、セラミック繊維材料からシート形態に製造される。装着材料を使用する汚染制御装置は一般に、単一のシートまたはマットを使用し、噛み合い縁はさねはぎ構成またはハーフラップ構成を有する。さねはぎ構成は、噛み合い縁の一方の端にスロットを、対向する噛み合い縁にタブを含む。ハーフラップ構成は、噛み合い縁の一方の半体にスロットを含み、これが、対向する噛み合い縁の一方の半体上のスロットに対応する。シートまたはマットがセラミックモノリスの外側表面または面を包み、さねはぎ構成またはハーフラップ構成の一方が係合してマットにシームを形成する。いずれかの構成で、タブはスロットに正確に嵌まり、セラミックモノリスの周縁に気体密封を確実にしなければならない。
【０００５】
個別セラミックモノリスの直径は一般に、製造制約により、所望の標準から変動する。したがって、モノリスの円周または周囲も変動する。モノリス直径のこの変動は、個別のセラミックモノリスが変動するときにマットが長くなりすぎるかまたは短くなりすぎる傾向があることを意味する。マットのオーバーラップが、ハウジングの不適切な閉鎖を引き起こす可能性があり、装着が壊れるかまたはセラミックモノリスが壊れるという付随したリスクがある。オーバーラップは通常、最少周囲を有するモノリス用にマットの長さを設計することによって避けられる。これによってオーバーラップが絶対に発生しないことが確実にされるが、マットが短すぎることが多く、マットの両端が一緒にならなければならないところに空間またはギャップが残ることも意味する。この空間は、排気ガスが衝突するマットに追加縁領域を与えるため、望ましくない。開放空間は、絶縁材料の、特に排気ガスストリームの流れに対して垂直である露出したタブで、腐蝕または劣化を引き起こす可能性がある。この空間によって、より大量の熱が金属ハウジングに伝わることができるが、それは、熱い排気ガスが金属ハウジングと直接接触するからであり、最終的にはハウジングを損傷する可能性がある。
【０００６】
このようにして、モノリスの外側表面のまわりに装着マットを固定するのに使用された従来の技術は、一般に、個別モノリスの直径の変動を適切に補償しない噛み合い構成を含む。さらに、モノリスの外側表面のまわりにマットを固定するための従来の技術は、結果として、装着マットの固定機構を排気ガスの直接流れにさらすギャップまたは空間が生じる。マットの固定特徴を排気ガスのストリームにさらすことによって、マットの腐蝕の可能性が増し、結果として汚染制御装置が故障する。
【０００７】
発明の開示
本発明は、汚染制御装置を提供し、汚染制御装置は、汚染制御要素を包み、包まれた要素を汚染制御装置内に固定するのに適切な装着材料を含む。本発明は、主に、触媒コンバーターおよびジーゼル粒子フィルタ等の汚染制御装置に使用される。
【０００８】
本発明の汚染制御装置は、ハウジングと、ハウジング内に位置決めされたモノリスとを含む。モノリスは、入口と出口と外側表面とを有する。装着材料のシートは、対向する噛み合い縁（ｍａｔｉｎｇ  ｅｄｇｅｓ；出合い縁、符号縁）を有し、モノリスとハウジングとの間のモノリスの外側表面のまわりに位置決めされる。装着材料のシートは、噛み合い縁の少なくとも一部が合致（ｍｅｅｔ）して、モノリスの入口および出口に対して非垂直であるシームを形成するように位置決めされる。
【０００９】
本発明の噛み合い縁は、いくつかの異なる実施態様を通して設けられてもよい。たとえば、本発明の一実施態様は、互いに略平行に対向する側縁および互いに略平行に対向する端縁を有する装着材料のシートを含む。端縁は、側縁に対して非垂直角度である。端縁は、包んだ構成用の噛み合い縁として作用する。そのようにして、マットの噛み合い縁は、汚染制御装置の外側表面を包むときに、合致して、汚染制御装置の入口および出口に対して非垂直であるシームを形成する。本発明の別の実施態様は、噛み合い縁として側縁を使用することを含む。この実施態様において、材料の細長く狭いシートが汚染制御装置の外側表面を包み、側縁は対向する側縁に接触し、汚染制御要素の入口および出口に対して非垂直であるシームを形成する。
【００１０】
本発明の噛み合い縁によって形成されたシームは、汚染制御装置の入口および出口に対して非垂直に傾斜する。この特定の構成によって、装着材料のシートを調整することが可能になり、排気ガスの直接流れに噛み合い縁をさらすのを減少する。
【００１１】
個別モノリスのサイズ変動を補償する構成を有する装着材料のシートを使用することが有利である。排気ガスの流れに対して非垂直に、シームを有する装着材料のシートを提供し、シーラント層として装着材料の腐蝕および破壊の可能性を減少することがさらに有利である。
【００１２】
発明の詳細な説明
本発明は、汚染制御装置に関し、これは、ハウジングと汚染制御要素と装着材料のシートとを含む。装着材料は、モノリスの外側表面のまわりに締まり嵌め絶縁包みを提供する特定の構成で、モノリスの外側表面のまわりに位置決めされる。本発明の汚染制御装置は、触媒コンバーターまたはジーゼル粒子フィルタとして使用されるのに適切である。
【００１３】
ハウジングは一般に、汚染制御装置の高温操作に耐えることができる金属製ハウジングである。ハウジングは、ステンレス鋼シェルであることが好ましい。当業者は、ハウジングが様々な形状および形態を取ることを理解する。ハウジングの特定の形式は、所与の用途のために選択されたモノリスに依存する。共通ハウジング形式として、たとえば、クラムシェルハウジング、スリーブまたはシリンダハウジング、またはシューボックスハウジングが挙げられる。
【００１４】
本発明によって利用されるモノリスは、一般に、セラミック構造物または金属構造物または高温剛性フィルタである。高温剛性フィルタの例は、溶融アルミニウムを濾過するためのセラミック発泡フィルタである。適切なモノリスは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。モノリスすなわち要素は、コンバーター用の触媒材料を支持するために使用される。有用な触媒コンバーター要素は、たとえば、米国再発行特許第２７，７４７号（Ｊｏｈｎｓｏｎ）に開示されている。
【００１５】
さらに、セラミック触媒コンバーター要素は、ニューヨーク州カミングのカミング社（Ｃｏｍｉｎｇ  Ｉｎｃ．）および日本、名古屋の日本ガイシ（ＮＧＫ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｌｔｄ．）から購入可能である。たとえば、ハニカムセラミック触媒サポートは、カミング社が「ＣＥＬＣＯＲ」、日本ガイシが「ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ」の商品名で販売している。金属触媒コンバーター要素は、ドイツのＢｅｈｒ  ＧｍｂＨおよびＥｍｉｔｅｃ  Ｃｏ．から購入可能である。
【００１６】
従来のモノリス型ジーゼル粒子フィルタ要素は一般に、ハニカム式多孔性結晶セラミック（たとえば、コーディエライト）材料から構成されるウォールフローフィルタである。ハニカム構造物の交互セルは一般に、排気ガスが１つのセルに入り、１つのセルの多孔性壁を通るように強制され、別のセルを通って構造物を出るように、はめ込まれる。ジーゼル粒子フィルタ要素のサイズは、特定の用途の必要次第である。有用なジーゼル粒子フィルタ要素は、たとえば、ニューヨーク州カミングのカミング社および日本、名古屋の日本ガイシから購入可能である。
【００１７】
本発明の装着材料のシートは一般に、汚染制御装置の高温および気体の流れに耐えることができる絶縁材料である。一般に、装着材料のシートは、モノリスの外側表面のまわりに置かれ、振動に対して保護を与え、ハウジング内にモノリスの位置を維持し、排気ガスがモノリスとハウジングとの間を流れるのを防止し、モノリスとハウジングとの間の熱膨張の差を補償する。本発明によって作られた装着材料のシートは、排気ガスの流れからの腐蝕に対してさらなる抵抗を与え、個別モノリスが標準モノリスサイズからサイズが変動するのを補償する。
【００１８】
本発明の装着材料のシートは一般に、セラミック繊維材料から作られる。汚染制御装置の装着材料として使用するのに適切なセラミック材料は、一般に業界内で認められている。たとえば、本発明に使用するのに適切なセラミック材料の例として、アルミノシリケート、酸化アルミニウム、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、炭化ケイ素等が挙げられる。適切な市販の材料の例として、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のＩｎｔｅｒａｍ登録商標  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  Ｍａｔｓが挙げられる。
【００１９】
セラミック材料は、従来業界で認められている他の添加材料を含んでもよい。たとえば、発泡材料（ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔ  ｍａｌｅｒｌｏｌｓ）がセラミックファイバのシートに加えられることが多く、そのため、装着材料のシートは、高温で膨張し、金属ハウジングとモノリスとの間の膨張の差を補償する。適切な発泡材料の例として、非膨張ひる石（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ  ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）、ひる石鉱石、ハイドロバイオタイト、米国特許第３，００１，５７１号に記載の水膨張合成テトラケイフッ素型マイカ、米国特許第４，５２１，３３３号（Ｇｒａｈａｍ  ｅｔ  ａｌ．）に記載のアルカリ金属シリケートグラニュール、および、膨張可能なグラファイトが挙げられる。適切な発泡材料として、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販売のＥｘｐａｎｔｒｏｌ登録商標グラニュールも挙げられる。好適な発泡材料は、膨張していないひる石、ひる石鉱石、および、膨張可能なグラファイトである。
【００２０】
本発明にしたがって、装着材料のシートは、対向する噛み合い縁を備えて構成される。噛み合い縁は、シートがモノリスの外側表面を包むときにシームを形成するように合致するシートの縁である。本発明の装着材料のシートは、モノリスの外側表面のまわりに締まり嵌めを提供するように構成される。噛み合い縁は合致して、モノリスの入口に近い点からモノリスの出口に近い点へ延在するシームを形成する。噛み合い縁によって形成されたシームは、モノリスの入口および出口に対して非垂直である。シームの非垂直角度およびモノリスの三次元特徴によって、モノリスの周縁にらせん状シームが形成される。シームの非垂直角度によって、ガスがモノリスの入口内に方向づけられるときに排気ガスの流れによってシームが分かれさせられたり開かされたりすることが防止される。
【００２１】
装着材料の噛み合い縁は、本発明の特定の実施態様によって決定される。図１に示される一実施態様は、対向する側縁１２、１４を有する装着材料１０のシートを含む。側縁１２、１４は、互いに略平行である。シートは、互いに平行な対向する端縁１６、１８も含む。端縁１６、１８は、側縁１２、１４に対して非垂直角度である。角度は、約１５度〜約７５度の範囲内であることが好ましい。この構成において、端縁１６、１８は、本発明の噛み合い縁として作用する。図２は、モノリス２０の外側表面のまわりに位置決めされた装着材料１０のシートを例示する。端縁１６、１８は、モノリス２０の入口２６および出口２８に非垂直であるモノリス２０の外側表面２４に沿ってシーム２２を形成するように位置決めされる。
【００２２】
個別モノリスは、所望の標準直径からサイズが変動することが可能である。汚染制御装置の構成要素を製造する間に、装着材料のシートは、標準サイズのモノリスに嵌まるように作られる。したがって、各噛み合い縁の中心点が整列配置されるときには、装着材料のシートは、モノリスの外側表面のまわりに常には締まり嵌めしない。このように、適切に合致してモノリスの外側表面のまわりに締まり嵌めシートを形成する装着材料のシートを有することは、必ずしも可能ではない。本発明の構成は、モノリスのサイズ変動を調整することができ、依然としてモノリスの外側表面のまわりに締まり嵌めシートを提供する。図１の構成は、端縁１６、１８を各縁の中心点からずらすことによって、モノリスのサイズ変動を調整することができる。
【００２３】
図３は、対向する端縁を示し、各端縁はそれぞれの中心点を有する。端縁１６、１８は、噛み合い縁として機能し、モノリス２０の外側表面のまわりにシーム２２を形成する。この構成において、モノリス２０のサイズ変動に対する調整は、モノリス２０の外側表面２４に沿って対向する方向に端縁１６、１８を動かすことによって達成され、そのため、それぞれの中心点は、もはや噛み合い縁に沿って整合しない。端縁１６、１８は、装着材料１０のシートがモノリス２０の外側表面２４のまわりに締まり嵌めするまで、対向する方向に動く。調整の能力および程度は、装着材料１０のシートの隣接する側縁１２、１４に対する端縁１６、１８の特定の構成および角度に依存する。
【００２４】
図４は、本発明の別の実施態様の例である。この特定の実施態様において、装着材料１０のシートは、細長い狭いストリップに切断される。側縁４２、４４は、装着材料１０のシートまたはストリップがモノリス２０の外側表面２４を包むときに、噛み合い縁として作用する。装着材料がモノリス１０を包むときに、一方の端縁４６はモノリス２０の入口２６に位置決めされ、対向する端縁４８はモノリス２０の出口２８近傍の位置で終端する。端縁４６、４８は、モノリス２０の入口２６または出口２８を越えて延在しないように、テーパするかまたは傾斜してもよい。この実施態様も、装着材料１０がモノリス２０の外側表面２４を包むため、モノリスのサイズ変動を補償する。装着材料のストリップの適用の幅および角度が、モノリスの外側表面をカバーする領域を規定する。当業者は、装着材料の適切な幅を選択することができ、モノリスの外側表面の絶縁表面を最大限にするために非垂直角度で加えることができる。
【００２５】
モノリスの外側表面のまわりに位置決めするときに、装着材料のシートは、接着剤、感圧接着剤テープ、ステープル等の従来の接着手段で適所に貼付される。接着手段は、一時的であってもよく、その場合、包まれたモノリスを触媒コンバーターまたはジーゼルフィルタに装着する前に取り除くことができる。適切な一時的材料として、厚紙、可撓性のある発泡性シート、プラスチックシート等が挙げられるが、それらに限定されない。ストリップは、永久的であってもよく、その場合、モノリスでコンバーターまたはフィルタに装着される。
【００２６】
図５に示されるように、モノリス２０は、モノリス２０の外側表面２４のまわりに位置決めされた装着材料１０のシートを有し、次いで、ハウジング５０内に装着される。ハウジング５０は、次いで、一般に縁を溶接することによって封止されて、モノリス２０を密封する。装着材料１０のシートは、衝撃抵抗を与え、モノリス２０を封止し、排気ガスをモノリスの入口２６を通らせる。
【００２７】
本発明は、モノリスのサイズ変動を補償し、且つ、排気ガスの流れに対して非垂直なシームを提供する。本発明は、モノリス／ハウジング構成の種類および形式を変動して所望の特徴を達成することができる。排気ガスの流れに対して非垂直なシームは、先端噛み合い縁がシームの開始部分以外のすべてを遮蔽するため、排気ガスの流れによって容易に分かれさせられない。さらに、本発明の構成は、結果として、先端噛み合い縁がガスストリームによって対向する噛み合い縁に向けて強制されることになる。さらに、本発明は、サイズ変動に対して調整することができるため、腐蝕点を形成する可能性がある開口または露出タブを排除する。本発明は、結果として、モノリスの外側表面のまわりに中断されない絶縁表面が得られる。このようにして、本発明は、従来の噛み合い技術の破壊点の可能性を排除する。
【００２８】
本発明の一般原則の上記説明および先行する詳細な説明から、当業者は、本発明に対する様々な修正を容易に理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、下記の図面を参照してより完全に理解されるが、図面を通じて類似構成要素には類似参照符号が付される。
【図１】  本発明による装着材料のシートの斜視図である。
【図２】  モノリスが装着材料のシートに包まれる本発明の一実施態様の斜視図である。
【図３】  各噛み合い縁の中心線からずれた噛み合い縁を有する装着材料のシートの部分図である。
【図４】  側縁を噛み合い縁として使用する本発明の別の実施態様である。
【図５】  ハウジング内に位置決めされた本発明の包まれたモノリスの分解斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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