排気ガス処理用の汚染制御装置において汚染制御要素を実装するためのマット
内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）と共に用いるのに好適で、不織実装マットを備えたケースに配列された汚染制御要素を含み、不織実装マットは、ケースと汚染制御要素との間に配置され、数平均直径が５μ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない汚染制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染制御装置において汚染制御要素を実装する実装マットを含む汚染制御装置に関する。特に、本発明は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）の排気処理のための汚染制御装置に関する。汚染制御装置の実装マットは、ディーゼル触媒コンバータまたはディーゼルエンジンの排気から汚染を減じるために適応されたその他汚染制御要素のような低温用途に特に好適となるように設計することができる。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル汚染制御装置には、触媒コンバータとディーゼル微粒子フィルタまたはトラップが含まれる。汚染制御装置は、通常、金属筐体またはケースと、弾性のある可撓性実装マットによりケース内に固定して実装されている汚染制御要素とを有している。汚染制御装置は、大気汚染を制御するために自動車に一般的に用いられている。触媒コンバータとディーゼル微粒子フィルタの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制御する。
【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】
汚染制御装置に用いられるモノリス、特に、セラミック汚染制御モノリスは脆性で、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遥かに小さい。すなわち、汚染制御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、汚染制御装置の寿命および使用中に数百回と生じる。
【０００５】
セラミックモノリスの道路の衝撃や振動による損傷を防ぎ、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】
業界では多くの実装マットが、高温で操作されるガソリンエンジンからの排気処理のための触媒コンバータを実装するために開発されている。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 ｅｔ ａｌ．））、同第４，３０５，９９２号明細書（レンジャーら（Ｌａｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１５１，２５３号明細書（メリーら（Ｍｅｒｒｙ ｅｔ ａｌ．））、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（ホワースら（Ｈｏｗｏｒｔｈ ｅｔ ａｌ．））に記載されている。近年、多結晶セラミックファイバーとバインダーから構成された非膨張マットが、非常に薄いセル壁のために非常に強度の低い、いわゆる超薄壁モノリスに特に用いられている。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（ブラッドベリーら（Ｂｒａｄｂｕｒｙ ｅｔ ａｌ．））、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（ショウジら（Ｓｈｏｊｉ ｅｔ ａｌ．））および同第５，５８０，５３２号明細書（ロビンソンら（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．））に記載されたものが例示される。多結晶ファイバーは、通常の溶融形成セラミックファイバーより遥かに高価であるため、これらのファイバーを用いるマットは、例えば、超薄壁モノリスのように絶対的に必要な場合にのみ用いられている。
【０００７】
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。この参考文献に教示されている実装マットは、マットに７００℃を超える排気ガス温度を与えている実施例の試験データから分かるように、主に高温用途のものである。
【０００８】
米国特許第５，３８０，５８０号明細書には、（ａ）少なくとも２０重量％の結晶であるアルミノシリケート系ファイバーの総重量に基づいて６０〜約８５重量％の酸化アルミニウムと４０〜約１５重量％の酸化ケイ素とを含むアルミノシリケートファイバーと、（ｂ）結晶水晶ファイバーと、（ｃ）（ａ）と（ｂ）の混合物とからなる群より選択されるショットフリーの酸化セラミックファイバーを含み、前記アルミノシリケートファイバーと前記結晶水晶ファイバーの合算重量が前記不織マットの総重量の少なくとも５０重量％である可撓性の不織マットが記載されている。可撓性不織マットは、さらに、炭化ケイ素ファイバー、窒化ケイ素ファイバー、カーボンファイバー、窒化ケイ素ファイバー、ガラスファイバー、ステンレス鋼ファイバー、真鍮ファイバー、フュージティブファイバーおよびこれらの混合物からなる群より選択される高強度ファイバーを含むことができる。
【０００９】
ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、放出されているディーゼル微粒子の可溶有機フラクション（ＳＯＦ）を酸化するために最新のディーゼルエンジンに用いられている。非常に低い排気ガス温度のために、従来の実装材料でのＤＯＣの実装には問題がある。ターボ過給直噴（ＴＤＩ）エンジンのような最新のディーゼルエンジンの排気ガスは３００℃を超えることはない。この温度は、たいていの膨張マットを膨張させるのに必要な温度より低い。膨張は、触媒コンバータ内の適正な圧力を発生させ維持するのに必要である。さらに、この温度は、膨張マット材料に含有される有機バインダーをバーンアウトするには低すぎる。これらの温度ではバインダーは軟化するのみで、セラミックファイバーの弾性を妨げる。その結果、従来の膨張実装マットを用いると、ＤＯＣで電界破壊が生じる。これらの問題点を回避するために、コンバータは、蛭石を膨張しバインダーをバーンアウトするために取り付ける前に熱処理されることがある。これは高価で、時間がかかる。補助ワイヤメッシュ「Ｌ」シールを用いて、低温で膨張マットの保持力を増大するばかりか、コストやアセンブリの複雑さも増大させる。やや良好に機能するたいていの非膨張マットはそれでも有機バインダーを含有しており、２００〜３００℃の温度範囲でファイバーの弾性を大幅に減じる。これは、希薄ＮＯｘ触媒、連続再生トラップ（ＣＲＴ）およびＮＯｘトラップをはじめとする他のディーゼル排気汚染制御装置にも当てはまるものと考えられる。
【００１０】
米国特許第６，２３１，８１８号明細書は、アモルファスの無機ファイバーから構成される非膨張マットを用いることにより、低温ディーゼル触媒を実装する問題点を回避することを試みている。この特許には、マットは有機バインダーフリーとすることができると教示されているが、実施例で用いたマットのいくつかには大量のバインダーの使用を必要としていると考えられる。さらに、この米国特許で開示されている実装マットは、ディーゼルエンジン、特にＴＤＩエンジンから排気の処理を適切に行えない。
【００１１】
このように、ディーゼルエンジンからの排気処理用の汚染制御装置の金属ケースにおいてディーゼル汚染制御モノリスを実装する代替の実装マットを見出すことが望まれていた。特に、手頃なコストで容易かつ簡便なやり方で製造可能なかかる改善された実装マットを得ることが望まれていた。さらに、実条件固定試験（ＲＣＦＴ）、周期的圧縮試験および熱振動試験のうち少なくとも１つ以上において良〜優の性能を示す実装マットを見出すことが望まれていた。装着マットはまた、健康、安全および環境の側面においても許容されるのが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様において、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む不織非膨張性マットであって、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない不織非膨張性マットが提供される。「実質的に含まない」とは、マットの重量に基づいてバインダーの量が１重量％以下、好ましくは０．５重量％以下であることを意味する。マットは、機械の内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）の排気処理のための汚染制御装置に用いられる。エンジンは、例えば、発電機や自動車のような定置型機械に含まれる。実装マットは、汚染制御要素（例えば、ディーゼル汚染制御モノリス）を汚染制御装置の筐体（例えば、金属ケース）に実装し、ケースと汚染制御要素の間に配置されるのが一般的である。
【００１３】
特定の態様によれば、汚染制御装置の筐体（例えば、金属ケース）に汚染制御要素（例えば、ディーゼル汚染制御モノリス）を実装するマットであって、マットは、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まず、チョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの少なくとも２つの層を含み、２つの層のガラスファイバー組成が異なるマットが提供される。本態様によるマットは、ディーゼルエンジン排気のための汚染制御装置用実装マットの性能および製造コストを最適化するのに特に好適であることが分かった。
【００１４】
本発明の他の態様において、排気ガスを汚染制御装置に与えることにより、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）から排気ガスを処理する方法であって、汚染制御装置は、不織実装マットを備えた筐体（例えば、金属ケース）に配列された汚染制御要素（例えば、ディーゼル汚染制御モノリス）を含み、不織実装マットは、ケースと汚染制御要素の間に配置され、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない方法が提供される。
【００１５】
「ディーゼル汚染制御モノリス」という用語は、ディーゼルエンジンからの排気により生じる汚染を減じるのに好適および／または適応されるモノリシック構造のことを意味し、特に、低温、例えば、３５０℃以下で汚染を減じる作用をするモノリシック構造が挙げられる。ディーゼル汚染制御モノリスには、触媒コンバータ、ディーゼル微粒子フィルタおよびＮＯｘアブソーバまたはトラップが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００１６】
「マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバー」という用語には、ケイ素、アルミニウムおよびマグネシウムの酸化物を含むガラスファイバーが含まれるが、その他の酸化物、特にその他の金属酸化物の存在を排除するものではない。
【００１７】
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】
【００１８】
図１を参照すると、汚染制御装置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または筐体１１を有している。ケース１１内に配置されているのが、例えば、複数のガスフローチャネル（図示せず）が通っているハニカムモノリシック本体から形成されたディーゼル汚染制御モノリス２０である。周囲のディーゼル汚染制御モノリス２０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チョップド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実装マット３０である。実装マット３０は、ケースの適所にディーゼル汚染制御モノリス２０を保持し、ディーゼル汚染制御モノリス２０とケース１１の間のギャップを封止して、ディーゼル排気ガスがディーゼル汚染制御モノリス２０をバイパスすることを防ぐ、または最小にする。
【００１９】
金属ケースは、ステンレス鋼をはじめとする業界に公知の材料から作成することができる。
【００２０】
汚染制御装置１０に用いられるディーゼル汚染制御モノリスとしては、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が例示される。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。触媒は、低温、一般的には３５０℃以下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。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制御する。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、通常、別個の触媒コンバータからなっている。触媒を担持する好適なセラミックモノリスは、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｎ．Ｙ））より「セルコア（ＣＥＬＣＯＲ）」という商品名で、そしてＮＧＫインシュレーテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ）（日本、名古屋（Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ））より「ハニセラム（ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ）」という商品名でそれぞれ市販されている。
【００２１】
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。コージェライトから作製される好適なディーゼル微粒子フィルタは、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｎ．Ｙ））およびＮＧＫインシュレーテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ）（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。
【００２２】
不織実装マットに用いるマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの平均直径は少なくとも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であるのが好ましい。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に基づいて非常に低量、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、直径が平均の＋／−３μｍ以内であるファイバーの量は、通常、マグネシウムアルミニウムシリケート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。
【００２３】
マットは、マグネシウムアルミニウムシリケート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、マットはマグネシウムアルミニウムシリケート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マット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とする。マットは直径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マット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。
【００２４】
不織マットを製造する好ましい方法において、カットまたはチョップドファイバーは、２つのゾーンの従来のラロシュ開繊装置（Ｌａｒｏｃｈｅ Ｏｐｅｎｅｒ ）（例えば、フランス、クールラヴィルのラロシュＳ．Ａ．，（Ｌａｒｏｃｈｅ Ｓ．Ａ．，Ｃｏｕｒｓ ｌａ Ｖｉｌｌｅ，Ｆｒａｎｃｅ）より市販）に通過させることにより分離することができる。ファイバーはまた、ハンマーミル、好ましくはブローディスチャージハンマーミル（例えば、オハイオ州ティフィンのＣ．Ｓ．ベル（Ｃ．Ｓ． Ｂｅｌｌ Ｃｏ． Ｔｉｆｆｉｎ，Ｏｈｉｏ）より「ブロワディスチャージ型番２０ハンマーミル（ＢＬＯＷＥＲ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＭＯＤＥＬ ２０ ＨＡＭＭＥＲ ＭＩＬＬ）」という商品名で市販）に通過させることによっても分離することができる。あまり効率的ではないが、イリノイ州シカゴのＷ．Ｗ．グレインジャー（Ｗ． Ｗ． Ｇｒａｉｎｇｅｒ、Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より「デイトンラジアルブロワ（ＤＡＹＴＯＮ ＲＡＤＩＡＬ ＢＬＯＷＥＲ）」型番３Ｃ５３９、３１．１ｃｍ（１２．２５インチ）、３馬力という商品名で市販されているような従来のブロワを用いてファイバーを個別化することができる。チョップドファイバーは、通常、ラロシュ開繊装置を１回通過させる必要があるだけである。ハンマーミルを用いるときは、通常、２回通過させなければならない。ブロワのみを用いる場合は、ファイバーは、一般的に、少なくとも２回通過させる。不織マットへと形成される前に、ファイバーの少なくとも５０重量パーセントが個別化しているのが好ましい。
【００２５】
約１５ｃｍを超えるカットまたはチョップドファイバーもまた不織マットを作成するのに有用であるが、処理が難しい傾向にある。ファイバーの分離によって、不織マットを作成するファイバーの嵩だか性を増大（すなわち、バルク密度を減少）させる傾向があり、これによって、得られるマットの密度が減少する。
【００２６】
破損が最小のチョップドまたはカットファイバーの処理および分離を促すために、帯電制御潤滑材（例えば、ニュージャージー州ハットフィールドのシムコ（Ｓｉｍｃｏ Ｃｏ． Ｉｎｃ．，Ｈａｔｆｉｅｌｄ，Ｎ．Ｊ．）より「ニュートロスタット（ＮＥＵＴＲＯＳＴＡＴ）」）を、ファイバーを分離しながらハンマーミルにスプレーすることができる。
【００２７】
マグネシウムアルミニウムシリケート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テージは、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯの理論量に基づいている。さらに、マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーが追加の酸化物を含有していてもよいものと考えられる。例えば、存在させてもよい追加の酸化物としては、酸化ナトリウムまたは酸化カリウム、酸化ホウ素および酸化カルシウムが挙げられる。マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーとしては、ＳｉＯ2を約５５％、Ａｌ2Ｏ3を１１％、Ｂ2Ｏ3を６％、ＣａＯを１８％、ＭｇＯを５％および他の酸化物を５％の組成を一般的に有するＥ−ガラスファイバー、ＳｉＯ2を約６５％、Ａｌ2Ｏ3を２５％およびＭｇＯを１０％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、ＳｉＯ2を約６０％、Ａｌ2Ｏ3を２５％、ＣａＯを９％およびＭｇＯを６％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ガラスは、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−ガラスはセイント−ゴバインベトロテックス（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘ）より入手可能である。
【００２８】
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（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（ＳｃａｎＷｅｂ Ｃｏ．ｏｆ 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。長さ約２．５ｃｍを超えるファイバーは、ウェブ形成プロセス中に交絡する傾向がある。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、一般に、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。
【００２９】
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。テキスタイルプロセスについて、ファイバーの長さは約５〜約１０ｃｍであるのが好ましい。
【００３０】
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（完全に、が好ましい）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、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 ｏｆ 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、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（Ｆｏｓｔｅｒ Ｎｅｅｄｌｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，Ｍａｎｉｔｏｗｏｃ，Ｗｉｓ．）より市販されている）付き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。
【００３１】
ニードルパンチされた不織マットは、単位面積値当たりの重量が約１０００〜約３０００ｇ／ｍ2の範囲、他の態様においては厚さが約０．５〜約３センチメートルの範囲であるのが好ましい。５ｋＰＡの負荷での一般的な嵩密度は０．１〜０．２ｇ／ｃｃである。
【００３２】
不織マットは、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（レフコヴィッツら（Ｌｅｆｋｏｗｉｔｚ ｅｔ ａｌ．）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。
【００３３】
本発明の特定の実施形態によれば、マットは、マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの複数の層から構成されていてもよい。かかる層は、用いるファイバーの平均直径、用いるファイバーの長さおよび／または用いるファイバーの化学組成において互いに区別される。その組成、そして程度は少ないがファイバー直径により、ある温度のファイバーの耐熱性および機械強度は異なるため、ファイバー層はコストを最小にしつつ性能を最適にするように選択することができる。例えば、Ｅ−ガラス層と組み合わせたＳ−２ガラス層からなる不織マットを用いてディーゼル触媒コンバータを実装する。使用中、Ｓ−２ガラス層は、触媒コンバータの熱いモノリス側に直接配置され、一方、Ｅ−ガラス層は触媒コンバータの冷たい金属筐体側とされる。層を組み合わせたマットは、Ｓ−２ガラスファイバーのみからなるマットと比べて、大幅にコストの減じたＥ−ガラスファイバーのみからなるマットよりもかなりの高温に耐えられる。層状マットは、まず、前述した形成技術を用いて、特定の種類のファイバーを有する別個の不織層を形成することにより作成される。これらの層を併せてニードルボンドして、所望の別個の層を有する最終マットを形成する。
【００３４】
本発明の実装マットは、汚染制御装置においてディーゼル汚染制御モノリスを実装するのに特に好適である。一般的に、マットの実装密度、すなわち、組立後のマットの嵩密度は、モノリスを適所に固定するのに十分な圧力を与えるため、少なくとも０．２ｇ／ｃｍ3でなければならない。約０．７０ｇ／ｃｍ3を超える実装密度だと、ファイバーは砕けてしまう。同様に、非常に高い実装密度だと、汚染制御装置の組立中、モノリスが破損する恐れがある。実装密度は約０．２５ｇ／ｃｍ3〜０．４５ｇ／ｃｍ3とするのが好ましい。汚染制御装置は、ディーゼルエンジン排気処理のような低温用途に用いるのに優れた性能特性を有している。汚染制御装置は、中にあるディーゼルエンジンから排出される排気を処理する定置型機械に用いてもよい。かかる定置型機械としては、例えば、発電機または流体圧送の電源が挙げられる。
【００３５】
汚染制御装置は、自動車のディーゼルエンジンからの排気処理に特に好適である。かかる自動車としては、列車、バス、トラックおよび「少人数用」車両が例示される。「少人数用」車両とは、少人数の乗客、一般的には１５人以下を輸送するべく設計された自動車のことを意味する。乗用車、バンおよびいわゆる一人乗り乗用車が例示される。汚染制御装置は、特に欧州の自動車に頻繁に用いられるようになっているターボ過給直噴ディーゼルエンジン（ＴＤＩ）の排気処理に特に好適である。
【００３６】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するものであるが、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【実施例】
【００３７】
実施例で用いた材料
Ｓ−２ガラスファイバー、直径約９μｍ、長さ１．０インチ（２５．４ｍｍ）までチョップされたもの、４０１ Ｓ−２ガラスチョップドストランド（Ｇｌａｓｓ Ｃｈｏｐｐｅｄ Ｓｔｒａｎｄｓ）としてアドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）（米国サウスカロライナ州のエーケン（Ａｉｋｅｎ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ／ＵＳＡ））より入手可能
Ｅチョップドガラスストランド、直径９μｍ、長さ１インチ（２５．４ｍｍ）までチョップされたもの、アドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）（米国、サウスカロライナ州のエーケン（Ａｉｋｅｎ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ／ＵＳＡ））製
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）より入手可能
【００３８】
試験方法
実条件備品試験（ＲＣＦＴ）
本試験は、モノリスまたはディーゼル微粒子トラップを備えた汚染制御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の実装材料が出す圧力を測定するものである。ＲＣＦＴ方法は、自動汚染制御装置の材料の側面（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。
【００３９】
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する。同時に、特定の種類の代表的な汚染制御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ギャップを増やす。ディーゼル汚染制御装置の通常のドライブ条件は、３００℃までのモノリス温度および１００までの金属筐体温度によりシミュレートされるが、例えば、自動車道路上のような、高速での連続ドライブ中に生じるようなより厳しい条件は、５００℃までのモノリス温度および２００℃までの金属筐体温度でシミュレートした。
【００４０】
ＲＣＦＴの３回のサイクルを、各実装マット試料で領域マット当たり１２００〜１４００ｇ／ｍ2を用いて実施した。試験試料中に実装したときのマットの密度は０．３５ｇ／ｃｍ3であった。膨張した比較例は１．０ｇ／ｃｃの密度で試験した。
【００４１】
３回のＲＣＦＴサイクルを実施した後、データ曲線を生成する。曲線によれば、温度の関数として２つのプレート間の圧力が示される。第１および第２のプレートの温度は、それぞれ、最初は増大し、１５分間温度が保持されてから減少した。
【００４２】
熱振動試験
熱振動試験を用いて、本発明による実装マットが、ディーゼルエンジン用低温汚染制御装置の実装マットとして好適かどうかさらに評価した。熱振動試験には、排気ガスを金属ケース中に実装マットを実装した汚染制御装置要素（以降、試験組立品と呼ぶ）に通過させ、同時に、コンバータ組立品に、加速耐久試験として作用するのに十分な機械的振動を与えた。
【００４３】
試験組立品は、以下のものより構成されていた。
１）３５０セル／ｉｎ2で壁の厚さが５．５ミル（０．１４ｍｍ）の円柱状セラミックモノリス（直径４．６６インチ（１１．８ｃｍ）×長さ３．０インチ（７．６ｃｍ）、
２）モノリスと金属筐体間に円柱状に配置された以下の実施例および比較例に記載した実装マット、および
３）内径が約４．８８インチ（１２．４ｃｍ）の４０９ステンレス鋼を含む円柱状缶形筐体。
【００４４】
従来のシェーカテーブル（米国コネチカット州のウォリングフォードのアンホルツ−ディッキー（Ｕｎｈｏｌｔｚ−Ｄｉｃｋｉｅ Ｃｏｒｐ．Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎ．／ＵＳＡ）より市販）を用いて試験組立品に振動を与えた。熱源は、１０００℃までのガス入口温度をコンバータに供給可能な中和ガスバーナから構成されていた。コンバータは、モノリスの外側表面と実装マットの内側表面の間の界面温度を測定する熱電対を備えていた。排気ガス温度をサイクルさせ（繰り返し上下させ）、過剰の応力を実装マット材料に与えた。試験の振動セグメントを開始する前に、１５時間の熱調整段階を実施した。熱調整段階は、選択した高温で２時間、その後５０℃で１時間の５サイクルからなっていた。試験の振動セグメント中、「サインオンランダム」タイプの振動を用いて、さらに応力を生成し、使用条件下での試験アセンブリの加速老化をシミュレートした。第１の工程において、振動は、ランダム．０１ｇ2／Ｈｚ（約１０ｇピーク）の振動レベル１．７５ｇ（この振動試験において「ｇ」は重力を表す）で開始された。振動は選択した高温で３時間続けてから停止した。試験組立品を５０℃まで冷やし、振動せずに１時間保持した。第２の工程において、試験組立品をさらに３時間その温度まで加熱しながら振動レベルを２倍にした（すなわち、３．５ｇサインオン．０２ｇ2／ｈｚランダム）。振動を２時間停止し、５０℃まで冷却し保持した。第３の工程において、上述した振動パラメータを２倍にし、サイクル（選択した高温で３時間、５０°で１時間振動）を繰り返した。第４の工程において、４つの工程合計で、２８ｇオン０．１６ｇ2／ｈｚランダム（約６１ｇピーク）の振動が得られるまで、振動パラメータを再びに倍にした。試験組立品が不合格となるまで、または２８ｇサインオン０．１６ｇ2／ｈｚランダムで少なくとも１４サイクルに達するまで、試験組立品にさらに最後の組の振動パラメータを与えた。
【００４５】
循環圧縮試験
循環圧縮試験の試験装置は以下のものより構成されていた。
ａ）下部固定部分と、「クロスヘッド速度」と定義されるレートで垂直方向に下部部分から離れて可動する上部部分とを含み、３０ｋＮまでの力を測定可能な荷重計（ＭＴＳ（商標）型番アライアンス（Ａｌｌｉａｎｃｅ）ＲＴ／３０、ノースカロライナ州ケアリーのマテリアルテストシステムズ（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｃａｒｙ，Ｎｏｒｔｈ ｃａｒｏｌｉｎａ））を備えた市販の試験機器（引張り試験機として一般的に知られている）、
ｂ）機器の固定下部部分に垂直に取り付けられた第１の水晶管（直径５０．８ｍｍ×長さ２０ｃｍ）、
ｃ)機器の上部部分の荷重計に垂直に取り付けられた第２の水晶管（直径５０．８ｍｍ×長さ２０ｃｍ）、
ｄ）試験組立品と接触する、上部水晶管を通して延在している熱電対、
ｅ）互いに最も近い２本の水晶管の部分を密着して囲むように配置された管形孔を有するレンガライニングを有する電気的に加熱されたオーブン。
【００４６】
試験組立品は、互いに積層された３枚の以下のディスクからなっていた。
ａ）試験試料を支持する大きな下部水晶ディスク（厚さ２０．０ｍｍ、直径７５ｍｍ）、
ｂ）直径約２インチ（５１ｍｍ）の試験される実装マットの秤量済みディスクを含む試験される実装マットの試験試料、
ｃ)試験試料の上に位置する小さな上部水晶ディスク（厚さ１２．５ｍｍ、直径５１ｍｍ）。
【００４７】
試験組立品は、試験組立品の３枚のディスクが互いに垂直に配置されるよう、下部水晶管の上端と、上部水晶管の下端の間に配置された。
【００４８】
次の２つのギャップ距離を選択した。
１）ギャップ１−２枚の水晶ディスク間の第１の短い距離、
２）ギャップ２−２枚の水晶ディスク間の第２の長い距離。
【００４９】
ギャップ距離は、試験される実装マット試料が、小さな「ギャップ１」、および小さな「ギャップ１」の密度より１０％高い密度である「大きなギャップ２」で、与えられた材料の推奨マット密度に対応する密度となるように選択された。これらのパラメータは、実装マットを実際の使用条件で用いたときに一般的に生じるマット密度に基づいて選択される。
【００５０】
このように選択された２つのギャップ距離を機器にプログラムし、試験組立品を入れてオーブンを閉じ、２５０℃まで加熱して保持し、最終的に機器を一方のギャップ距離から他方へと繰り返し移動するようプラグラムして、２つの水晶ディスク間で試験組立品に配置された試料ディスクの圧力を繰り返し増減させた。クロスヘッド速度は５．０ｍｍ／分であり、「ギャップ１」または「ギャップ２」位置のいずれでも休止時間は実質的になかった。
【００５１】
１回で試料ディスクから出た圧力をキロパスカル（ｋＰａ）単位で記録した。圧縮サイクルを１０００回繰り返した。
【００５２】
機器を圧縮サイクルの小さな「ギャップ１」位置として、（初期圧力）における試験の始めに試料ディスクにより出た圧力を記録した。再び、機器を圧縮サイクルの小さな「ギャップ１」位置として、２５０℃（最終圧力）で１０００圧縮サイクル後の試料ディスクにより出た圧力も記録した。
【００５３】
これらの２つの数字を（最終圧力／初期圧力）×１００％＝パーセント保持で比較した。
【００５４】
実施例１
平均直径約９μｍ、長さ２．５４ｃｍのＳ−２ガラスファイバー４０リットルをアドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）から入手した。ファイバーは実質的にショットフリーであった。
【００５５】
ガラスファイバーを２ゾーンラロシュ開繊装置で開繊した。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。
【００５６】
開繊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。「面積当たりの重量」の値が試験結果に実質的に影響する試験においては、このパラメータを試験結果と共に示してある。実施例１の実装マットの組成は下記の表１にまとめてある。
【００５７】
実施例１のマットは、試験方法について上述したＲＣＦＴ方法に従って試験した。それぞれ３つのサイクルを表す３つのデータ曲線系列を生成した。実施例１の実装マットは、試験した温度範囲にわたって非常に均一な圧力を示し、モノリスを適所に固定保持するのに必要な最小圧力（約４０ｋＰａ）より相当高い圧力を与えた。実施例１のＲＣＦＴデータを図２に示す。図２において、Ｘ軸は、シミュレートされたモノリス温度およびシミュレータされた表面温度の温度目盛りを表している。モノリス温度について、図１に示した温度範囲は、「Ａ」で示された線で２０から３００℃へ、３００（線「Ｂ」で示される）から５０℃に戻った。シミュレートされた表面温度については、範囲はそれぞれ２０〜１００℃、１００℃〜２５℃であった。線ＡとＢの間の間隔は、試料を最大温度に保持した１５分間の時間を示している。Ｙ軸は測定された圧力を表している。目盛りは０〜５００ｋＰａであった。曲線１〜３は、第１〜第３のサイクルの結果をそれぞれ表している。試験した全温度範囲にわたる適切な保持力は図２に示す通りとなった。
【００５８】
実施例１のマットに、試験方法について上述した熱振動試験も行った。熱振動試験は、３００℃と５００℃の２つの温度でそれぞれ実施した。３００℃で、実施例１のマットは７２時間後でも不合格とならなかった。５００℃では、実施例１のマットは８０時間後でも不合格とならなかった。熱振動試験結果を以下の表２にまとめてある。
【００５９】
実施例２
Ｅ−ガラスファイバー（チョップドガラスストランド、直径９μｍ、長さ１インチ（２５．４ｍｍ）までチョップされたもの、アドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）（米国サウスカロライナ州のエーケン（Ａｉｋｅｎ， ＳＣ／ＵＳＡ））より入手可能）を用いた以外は、実施例１に記載された方法により、実施例２を作成した。実施例２のマットの組成は表１にまとめてある。
【００６０】
実施例２のマットの試験には循環圧縮試験が含まれている。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を８６．３％保持していることが分かる。
【００６１】
実施例１で用いたのと同じ条件を用いて実施例２もＲＣＦＴで試験した。実施例２は、全温度範囲にわたって適切な保持力を維持していた。
【００６２】
実施例３
直径約１０μｍ、長さ３６ｍｍまでチョップドされたセイント−ゴバインベトロテックスドイチュランド（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘ）より入手したＲ−ガラスファイバー（６０％ＳｉＯ2、２５％Ａｌ2Ｏ3、９％ＣａＯおよび６％ＭｇＯ）を実施例１に記載した方法によりウェブへと処理した。実施例４のマットの組成は表１にまとめてある。
【００６３】
実施例３のＲ−ガラスマットの試験には循環圧縮試験が含まれている。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を９５．５％保持していることが分かる。
【００６４】
さらに、シミュレートされた温度範囲がモノリスについては２５℃〜５００℃、表面については２５〜２００℃であった以外は実施例１のマットについてと同じやり方で実施例３のマットにＲＣＦＴ試験を行った。実施例３は、全温度範囲にわたって適切な保持力を維持していた。
【００６５】
実施例４
２つの別個に作成した層を併せてラミネートすることにより２層のマットを作成した。第１の層はＲ−ガラスから構成されていた。第２の層はＥ−ガラスから構成されていた。２層をニードルボンディングにより併せた。このやり方で形成された実装マットは異なる組成のガラスの２つの別個の層を有していた。実施例４の２層マットの組成は表１にまとめてある。
【００６６】
実施例４の２層のマットに、実施例３の温度条件を用いてＲＣＦＴ試験を行った。実施例４の実装マットは、全温度範囲にわたって適切な保持力を維持していた。
【００６７】
実施例５
２つの別個に作成した層を併せてラミネートすることにより２層のマットを作成した。第１の層はＳ−２ガラスから構成されていた。第２の層はＥ−ガラスから構成されていた。２層をニードルボンディングにより併せた。このやり方で形成された実装マットは異なる組成のガラスの２つの別個の層を有していた。実施例５のマットの組成は表１にまとめてある。
【００６８】
実施例５のマットの試験には循環圧縮試験が含まれている。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を８２．２％保持していることが分かる。
【００６９】
比較例１
比較例１（Ｃ１）は、ドイツブランド−エルビスドルフのベルヒェムファイバーマテリアルズ（Ｂｅｌｃｈｅｍ Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＧｍｂＨ，Ｂｒａｎｄ−Ｅｒｂｉｓｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より入手したファイバー直径９ミクロンのベルコテックス（Ｂｅｌｃｏｔｅｘ）シリカファイバーでできたバインダーを含まない不織ファイバーマットから構成されていた。
【００７０】
この材料に、実装密度０．４ｇ／ｃｍ3で実条件固定試験（ＲＣＦＴ）を行った。用いた温度範囲は上記の実施例３と同じであった。試験結果を表３に曲線Ｃ１で示してある。図３に、第３のサイクル結果を示してある。実施例１のマットに、比較例１のマットについてのＲＣＦＴ試験に用いたのと同じ条件を与えた。図３に曲線１として示してある。図３から、比較例１のマットは、シミュレートされた条件下ではモノリスを適所に保持するのに十分な圧力を維持しなかったが、実施例１のマットはモノリスを保持するのに十分な圧力を維持したことが分かる。
【００７１】
比較例２
比較例２（Ｃ２）は、バージニア州アルタヴィスタのＢＧＦインダストリーズ（ＢＧＦ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ａｌｔｖｉｓｔａ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ）よりシルコソフト（Ｓｉｌｃｏｓｏｆｔ）（商標）という名称で市販されているシリカファイバーでできた不織のバインダーを含まないファイバーから構成されていた。マット中のファイバーの平均直径は９ミクロンである。
【００７２】
この材料に、実装密度０．４および０．４５ｇ／ｃｍ3で比較例１のシミュレートされた温度条件を用いて実条件固定試験（ＲＣＦＴ）を行った。第３のサイクルの試験結果をＣ２ａ（０．４５ｇ／ｃｍ3実装密度）およびＣ２ｂ（０．４０ｇ／ｃｍ3実装密度）として図３に示す。ディーゼルエンジンの場合をシミュレートした条件下で適所にモノリスを保持するのに十分な圧力を比較例２のマットは維持していなかったことがわかる。圧力を表す図３のＹ軸の目盛りは０〜６００ｋＰａであった。
【００７３】
比較例３
比較例３（Ｃ３）は、市販の膨張性汚染制御装置実装マットから構成されていた。約５５％の未膨張の蛭石、約３７％のファイバーおよび約８％の有機バインダーとを含んでいる。ファイバーは、直径約２〜３ミクロン、長さが０．５インチ以下の溶融形成されたアモルファスショット含有のアルミナ／シリカファイバーである。
【００７４】
比較例３を熱振動試験に従って３００℃で試験した。試料は８時間後に不合格となった。熱振動試験結果を表２にまとめてある。比較例３も循環圧縮試験で試験した。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を２５．３％しか保持していないことが分かる。
【００７５】
実施例１の温度条件を用いて実施例３もＲＣＦＴで試験した。第１のサイクル後で既に許容されない低保持力であった。
【００７６】
比較例４
比較例４（Ｃ４）は、市販の還元蛭石膨張性汚染制御装置実装マットから構成されていた。約３７％の未膨張の蛭石、約５４％のファイバーおよび約９％の有機バインダーとを含んでいた。ファイバーは比較例３と同じであった。
【００７７】
比較例４を熱振動試験に従って３００℃および５００℃で試験した。試料は３００℃では８時間後、５００℃では１８時間後に不合格となった。熱振動試験結果を表２にまとめてある。
【００７８】
比較例５
比較例５（Ｃ５）は、ジョージア州オーガスタのサーマルセラミクス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、Ａｕｇｕｓｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ）よりカオウールバルクファイバー（Ｋａｏｗｏｏｌ Ｂｕｌｋ Ｆｉｂｅｒs）として入手可能な溶融形成されたショット含有アルミナシリケートファイバーから作成された湿式マットから構成されていた。ファイバーの直径は２〜３ミクロン、長さは約０．５インチである。
【００７９】
比較例５を、試験方法について上述した循環圧縮試験に従って試験したところ、ディーゼルエンジンの汚染制御装置に用いるには許容されない４９．８％のパーセント保持を示した。循環圧縮試験結果を表３にまとめてある。
【００８０】
比較例６
比較例６（Ｃ６）は、イギリス、マージーサイド、ウィレルのサーマルセラミクスＵＫ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ＵＫ Ｌｍｔｄ．Ｗｉｒｒｅｌ，Ｍｅｒｓｅｙｓｉｄｅ，Ｅｎｇｌａｎｄ）より密度１２ｌｂ／ｆｔ３（０．２ｇ／ｃｍ3）のウルトラフェルト（Ｕｌｔｒａｆｅｌｔ）（商標）ペーパーとして市販されている「不織のバインダーを含まないマット材料」から構成されていた。このマットはアルミナ／シリカファイバーのニードルボンドマット（４７％Ａｌ2Ｏ3および５３％ＳｉＯ2）である。マットのメーカーの技術データシートに従うと、ファイバーの長さは、製紙に一般的に用いられるものよりも長くなる。これは、ファイバーの長さが０．５インチを超えることを示している。
【００８１】
比較例６も、試験方法について上述した循環圧縮試験に従って試験したところ、許容されない低い４１．２％のパーセント保持を示した。
【００８２】
循環圧縮試験結果を表３にまとめてある。
【００８３】
比較例７
比較例７（Ｃ７）は、高アルミナ多結晶セラミックファイバーでできた市販の非膨張性汚染制御装置実装マットから構成されていた。マットは実質的にショットフリーであり、平均直径は３ミクロンである。
【００８４】
比較例７も、試験方法について上述した循環圧縮試験に従って試験したところ、８１．１％のパーセント保持を示した。循環圧縮試験結果を表３にまとめてある。これらの非常に高価なファイバーの保持力は許容されるものであったが、本発明のようには良好ではなかった。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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である。
【図２】実条件固定試験における実施例１および比較例１および２のマットの結果である。
【図３】実条件固定試験における実施例１および比較例１および２のマットの結果である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染制御装置において汚染制御要素を実装する実装マットを含む汚染制御装置に関する。特に、本発明は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）の排気処理のための汚染制御装置に関する。汚染制御装置の実装マットは、ディーゼル触媒コンバータまたはディーゼルエンジンの排気から汚染を減じるために適応されたその他汚染制御要素のような低温用途に特に好適となるように設計することができる。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル汚染制御装置には、触媒コンバータとディーゼル微粒子フィルタまたはトラップが含まれる。汚染制御装置は、通常、金属筐体またはケースと、弾性のある可撓性実装マットによりケース内に固定して実装されている汚染制御要素とを有している。汚染制御装置は、大気汚染を制御するために自動車に一般的に用いられている。触媒コンバータとディーゼル微粒子フィルタの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制御する。
【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】
汚染制御装置に用いられるモノリス、特に、セラミック汚染制御モノリスは脆性で、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遥かに小さい。すなわち、汚染制御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、汚染制御装置の寿命および使用中に数百回と生じる。
【０００５】
セラミックモノリスの道路の衝撃や振動による損傷を防ぎ、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】
業界では多くの実装マットが、高温で操作されるガソリンエンジンからの排気処理のための触媒コンバータを実装するために開発されている。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 ｅｔ ａｌ．））、同第４，３０５，９９２号明細書（レンジャーら（Ｌａｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１５１，２５３号明細書（メリーら（Ｍｅｒｒｙ ｅｔ ａｌ．））、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（ホワースら（Ｈｏｗｏｒｔｈ ｅｔ ａｌ．））に記載されている。近年、多結晶セラミックファイバーとバインダーから構成された非膨張マットが、非常に薄いセル壁のために非常に強度の低い、いわゆる超薄壁モノリスに特に用いられている。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（ブラッドベリーら（Ｂｒａｄｂｕｒｙ ｅｔ ａｌ．））、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（ショウジら（Ｓｈｏｊｉ ｅｔ ａｌ．））および同第５，５８０，５３２号明細書（ロビンソンら（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．））に記載されたものが例示される。多結晶ファイバーは、通常の溶融形成セラミックファイバーより遥かに高価であるため、これらのファイバーを用いるマットは、例えば、超薄壁モノリスのように絶対的に必要な場合にのみ用いられている。
【０００７】
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。この参考文献に教示されている実装マットは、マットに７００℃を超える排気ガス温度を与えている実施例の試験データから分かるように、主に高温用途のものである。
【０００８】
米国特許第５，３８０，５８０号明細書には、（ａ）少なくとも２０重量％の結晶であるアルミノシリケート系ファイバーの総重量に基づいて６０〜約８５重量％の酸化アルミニウムと４０〜約１５重量％の酸化ケイ素とを含むアルミノシリケートファイバーと、（ｂ）結晶水晶ファイバーと、（ｃ）（ａ）と（ｂ）の混合物とからなる群より選択されるショットフリーの酸化セラミックファイバーを含み、前記アルミノシリケートファイバーと前記結晶水晶ファイバーの合算重量が前記不織マットの総重量の少なくとも５０重量％である可撓性の不織マットが記載されている。可撓性不織マットは、さらに、炭化ケイ素ファイバー、窒化ケイ素ファイバー、カーボンファイバー、窒化ケイ素ファイバー、ガラスファイバー、ステンレス鋼ファイバー、真鍮ファイバー、フュージティブファイバーおよびこれらの混合物からなる群より選択される高強度ファイバーを含むことができる。
【０００９】
ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、放出されているディーゼル微粒子の可溶有機フラクション（ＳＯＦ）を酸化するために最新のディーゼルエンジンに用いられている。非常に低い排気ガス温度のために、従来の実装材料でのＤＯＣの実装には問題がある。ターボ過給直噴（ＴＤＩ）エンジンのような最新のディーゼルエンジンの排気ガスは３００℃を超えることはない。この温度は、たいていの膨張マットを膨張させるのに必要な温度より低い。膨張は、触媒コンバータ内の適正な圧力を発生させ維持するのに必要である。さらに、この温度は、膨張マット材料に含有される有機バインダーをバーンアウトするには低すぎる。これらの温度ではバインダーは軟化するのみで、セラミックファイバーの弾性を妨げる。その結果、従来の膨張実装マットを用いると、ＤＯＣで電界破壊が生じる。これらの問題点を回避するために、コンバータは、蛭石を膨張しバインダーをバーンアウトするために取り付ける前に熱処理されることがある。これは高価で、時間がかかる。補助ワイヤメッシュ「Ｌ」シールを用いて、低温で膨張マットの保持力を増大するばかりか、コストやアセンブリの複雑さも増大させる。やや良好に機能するたいていの非膨張マットはそれでも有機バインダーを含有しており、２００〜３００℃の温度範囲でファイバーの弾性を大幅に減じる。これは、希薄ＮＯｘ触媒、連続再生トラップ（ＣＲＴ）およびＮＯｘトラップをはじめとする他のディーゼル排気汚染制御装置にも当てはまるものと考えられる。
【００１０】
米国特許第６，２３１，８１８号明細書は、アモルファスの無機ファイバーから構成される非膨張マットを用いることにより、低温ディーゼル触媒を実装する問題点を回避することを試みている。この特許には、マットは有機バインダーフリーとすることができると教示されているが、実施例で用いたマットのいくつかには大量のバインダーの使用を必要としていると考えられる。さらに、この米国特許で開示されている実装マットは、ディーゼルエンジン、特にＴＤＩエンジンから排気の処理を適切に行えない。
【００１１】
このように、ディーゼルエンジンからの排気処理用の汚染制御装置の金属ケースにおいてディーゼル汚染制御モノリスを実装する代替の実装マットを見出すことが望まれていた。特に、手頃なコストで容易かつ簡便なやり方で製造可能なかかる改善された実装マットを得ることが望まれていた。さらに、実条件固定試験（ＲＣＦＴ）、周期的圧縮試験および熱振動試験のうち少なくとも１つ以上において良〜優の性能を示す実装マットを見出すことが望まれていた。装着マットはまた、健康、安全および環境の側面においても許容されるのが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様において、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む不織非膨張性マットであって、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない不織非膨張性マットが提供される。「実質的に含まない」とは、マットの重量に基づいてバインダーの量が１重量％以下、好ましくは０．５重量％以下であることを意味する。マットは、機械の内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）の排気処理のための汚染制御装置に用いられる。エンジンは、例えば、発電機や自動車のような定置型機械に含まれる。実装マットは、汚染制御要素（例えば、ディーゼル汚染制御モノリス）を汚染制御装置の筐体（例えば、金属ケース）に実装し、ケースと汚染制御要素の間に配置されるのが一般的である。
【００１３】
特定の態様によれば、汚染制御装置の筐体（例えば、金属ケース）に汚染制御要素（例えば、ディーゼル汚染制御モノリス）を実装するマットであって、マットは、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まず、チョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの少なくとも２つの層を含み、２つの層のガラスファイバー組成が異なるマットが提供される。本態様によるマットは、ディーゼルエンジン排気のための汚染制御装置用実装マットの性能および製造コストを最適化するのに特に好適であることが分かった。
【００１４】
本発明の他の態様において、排気ガスを汚染制御装置に与えることにより、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）から排気ガスを処理する方法であって、汚染制御装置は、不織実装マットを備えた筐体（例えば、金属ケース）に配列された汚染制御要素（例えば、ディーゼル汚染制御モノリス）を含み、不織実装マットは、ケースと汚染制御要素の間に配置され、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーをマットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない方法が提供される。
【００１５】
「ディーゼル汚染制御モノリス」という用語は、ディーゼルエンジンからの排気により生じる汚染を減じるのに好適および／または適応されるモノリシック構造のことを意味し、特に、低温、例えば、３５０℃以下で汚染を減じる作用をするモノリシック構造が挙げられる。ディーゼル汚染制御モノリスには、触媒コンバータ、ディーゼル微粒子フィルタおよびＮＯｘアブソーバまたはトラップが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００１６】
「マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバー」という用語には、ケイ素、アルミニウムおよびマグネシウムの酸化物を含むガラスファイバーが含まれるが、その他の酸化物、特にその他の金属酸化物の存在を排除するものではない。
【００１７】
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】
【００１８】
図１を参照すると、汚染制御装置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または筐体１１を有している。ケース１１内に配置されているのが、例えば、複数のガスフローチャネル（図示せず）が通っているハニカムモノリシック本体から形成されたディーゼル汚染制御モノリス２０である。周囲のディーゼル汚染制御モノリス２０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チョップド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実装マット３０である。実装マット３０は、ケースの適所にディーゼル汚染制御モノリス２０を保持し、ディーゼル汚染制御モノリス２０とケース１１の間のギャップを封止して、ディーゼル排気ガスがディーゼル汚染制御モノリス２０をバイパスすることを防ぐ、または最小にする。
【００１９】
金属ケースは、ステンレス鋼をはじめとする業界に公知の材料から作成することができる。
【００２０】
汚染制御装置１０に用いられるディーゼル汚染制御モノリスとしては、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が例示される。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。触媒は、低温、一般的には３５０℃以下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。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制御する。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、通常、別個の触媒コンバータからなっている。触媒を担持する好適なセラミックモノリスは、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｎ．Ｙ））より「セルコア（ＣＥＬＣＯＲ）」という商品名で、そしてＮＧＫインシュレーテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ）（日本、名古屋（Ｎａｇｏｙａ，Ｊａｐａｎ））より「ハニセラム（ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ）」という商品名でそれぞれ市販されている。
【００２１】
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。コージェライトから作製される好適なディーゼル微粒子フィルタは、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｎ．Ｙ））およびＮＧＫインシュレーテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ）（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。
【００２２】
不織実装マットに用いるマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの平均直径は少なくとも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であるのが好ましい。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に基づいて非常に低量、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、直径が平均の＋／−３μｍ以内であるファイバーの量は、通常、マグネシウムアルミニウムシリケート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。
【００２３】
マットは、マグネシウムアルミニウムシリケート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、マットはマグネシウムアルミニウムシリケート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マット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とする。マットは直径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マット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。
【００２４】
不織マットを製造する好ましい方法において、カットまたはチョップドファイバーは、２つのゾーンの従来のラロシュ開繊装置（Ｌａｒｏｃｈｅ Ｏｐｅｎｅｒ ）（例えば、フランス、クールラヴィルのラロシュＳ．Ａ．，（Ｌａｒｏｃｈｅ Ｓ．Ａ．，Ｃｏｕｒｓ ｌａ Ｖｉｌｌｅ，Ｆｒａｎｃｅ）より市販）に通過させることにより分離することができる。ファイバーはまた、ハンマーミル、好ましくはブローディスチャージハンマーミル（例えば、オハイオ州ティフィンのＣ．Ｓ．ベル（Ｃ．Ｓ． Ｂｅｌｌ Ｃｏ． Ｔｉｆｆｉｎ，Ｏｈｉｏ）より「ブロワディスチャージ型番２０ハンマーミル（ＢＬＯＷＥＲ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＭＯＤＥＬ ２０ ＨＡＭＭＥＲ ＭＩＬＬ）」という商品名で市販）に通過させることによっても分離することができる。あまり効率的ではないが、イリノイ州シカゴのＷ．Ｗ．グレインジャー（Ｗ． Ｗ． Ｇｒａｉｎｇｅｒ、Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より「デイトンラジアルブロワ（ＤＡＹＴＯＮ ＲＡＤＩＡＬ ＢＬＯＷＥＲ）」型番３Ｃ５３９、３１．１ｃｍ（１２．２５インチ）、３馬力という商品名で市販されているような従来のブロワを用いてファイバーを個別化することができる。チョップドファイバーは、通常、ラロシュ開繊装置を１回通過させる必要があるだけである。ハンマーミルを用いるときは、通常、２回通過させなければならない。ブロワのみを用いる場合は、ファイバーは、一般的に、少なくとも２回通過させる。不織マットへと形成される前に、ファイバーの少なくとも５０重量パーセントが個別化しているのが好ましい。
【００２５】
約１５ｃｍを超えるカットまたはチョップドファイバーもまた不織マットを作成するのに有用であるが、処理が難しい傾向にある。ファイバーの分離によって、不織マットを作成するファイバーの嵩だか性を増大（すなわち、バルク密度を減少）させる傾向があり、これによって、得られるマットの密度が減少する。
【００２６】
破損が最小のチョップドまたはカットファイバーの処理および分離を促すために、帯電制御潤滑材（例えば、ニュージャージー州ハットフィールドのシムコ（Ｓｉｍｃｏ Ｃｏ． Ｉｎｃ．，Ｈａｔｆｉｅｌｄ，Ｎ．Ｊ．）より「ニュートロスタット（ＮＥＵＴＲＯＳＴＡＴ）」）を、ファイバーを分離しながらハンマーミルにスプレーすることができる。
【００２７】
マグネシウムアルミニウムシリケート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テージは、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯの理論量に基づいている。さらに、マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーが追加の酸化物を含有していてもよいものと考えられる。例えば、存在させてもよい追加の酸化物としては、酸化ナトリウムまたは酸化カリウム、酸化ホウ素および酸化カルシウムが挙げられる。マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーとしては、ＳｉＯ2を約５５％、Ａｌ2Ｏ3を１１％、Ｂ2Ｏ3を６％、ＣａＯを１８％、ＭｇＯを５％および他の酸化物を５％の組成を一般的に有するＥ−ガラスファイバー、ＳｉＯ2を約６５％、Ａｌ2Ｏ3を２５％およびＭｇＯを１０％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、ＳｉＯ2を約６０％、Ａｌ2Ｏ3を２５％、ＣａＯを９％およびＭｇＯを６％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ガラスは、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−ガラスはセイント−ゴバインベトロテックス（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘ）より入手可能である。
【００２８】
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（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（ＳｃａｎＷｅｂ Ｃｏ．ｏｆ 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。長さ約２．５ｃｍを超えるファイバーは、ウェブ形成プロセス中に交絡する傾向がある。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、一般に、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。
【００２９】
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。テキスタイルプロセスについて、ファイバーの長さは約５〜約１０ｃｍであるのが好ましい。
【００３０】
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（完全に、が好ましい）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、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 ｏｆ 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、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（Ｆｏｓｔｅｒ Ｎｅｅｄｌｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，Ｍａｎｉｔｏｗｏｃ，Ｗｉｓ．）より市販されている）付き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。
【００３１】
ニードルパンチされた不織マットは、単位面積値当たりの重量が約１０００〜約３０００ｇ／ｍ2の範囲、他の態様においては厚さが約０．５〜約３センチメートルの範囲であるのが好ましい。５ｋＰＡの負荷での一般的な嵩密度は０．１〜０．２ｇ／ｃｃである。
【００３２】
不織マットは、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（レフコヴィッツら（Ｌｅｆｋｏｗｉｔｚ ｅｔ ａｌ．）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。
【００３３】
本発明の特定の実施形態によれば、マットは、マグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの複数の層から構成されていてもよい。かかる層は、用いるファイバーの平均直径、用いるファイバーの長さおよび／または用いるファイバーの化学組成において互いに区別される。その組成、そして程度は少ないがファイバー直径により、ある温度のファイバーの耐熱性および機械強度は異なるため、ファイバー層はコストを最小にしつつ性能を最適にするように選択することができる。例えば、Ｅ−ガラス層と組み合わせたＳ−２ガラス層からなる不織マットを用いてディーゼル触媒コンバータを実装する。使用中、Ｓ−２ガラス層は、触媒コンバータの熱いモノリス側に直接配置され、一方、Ｅ−ガラス層は触媒コンバータの冷たい金属筐体側とされる。層を組み合わせたマットは、Ｓ−２ガラスファイバーのみからなるマットと比べて、大幅にコストの減じたＥ−ガラスファイバーのみからなるマットよりもかなりの高温に耐えられる。層状マットは、まず、前述した形成技術を用いて、特定の種類のファイバーを有する別個の不織層を形成することにより作成される。これらの層を併せてニードルボンドして、所望の別個の層を有する最終マットを形成する。
【００３４】
本発明の実装マットは、汚染制御装置においてディーゼル汚染制御モノリスを実装するのに特に好適である。一般的に、マットの実装密度、すなわち、組立後のマットの嵩密度は、モノリスを適所に固定するのに十分な圧力を与えるため、少なくとも０．２ｇ／ｃｍ3でなければならない。約０．７０ｇ／ｃｍ3を超える実装密度だと、ファイバーは砕けてしまう。同様に、非常に高い実装密度だと、汚染制御装置の組立中、モノリスが破損する恐れがある。実装密度は約０．２５ｇ／ｃｍ3〜０．４５ｇ／ｃｍ3とするのが好ましい。汚染制御装置は、ディーゼルエンジン排気処理のような低温用途に用いるのに優れた性能特性を有している。汚染制御装置は、中にあるディーゼルエンジンから排出される排気を処理する定置型機械に用いてもよい。かかる定置型機械としては、例えば、発電機または流体圧送の電源が挙げられる。
【００３５】
汚染制御装置は、自動車のディーゼルエンジンからの排気処理に特に好適である。かかる自動車としては、列車、バス、トラックおよび「少人数用」車両が例示される。「少人数用」車両とは、少人数の乗客、一般的には１５人以下を輸送するべく設計された自動車のことを意味する。乗用車、バンおよびいわゆる一人乗り乗用車が例示される。汚染制御装置は、特に欧州の自動車に頻繁に用いられるようになっているターボ過給直噴ディーゼルエンジン（ＴＤＩ）の排気処理に特に好適である。
【００３６】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するものであるが、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【実施例】
【００３７】
実施例で用いた材料
Ｓ−２ガラスファイバー、直径約９μｍ、長さ１．０インチ（２５．４ｍｍ）までチョップされたもの、４０１ Ｓ−２ガラスチョップドストランド（Ｇｌａｓｓ Ｃｈｏｐｐｅｄ Ｓｔｒａｎｄｓ）としてアドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）（米国サウスカロライナ州のエーケン（Ａｉｋｅｎ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ／ＵＳＡ））より入手可能
Ｅチョップドガラスストランド、直径９μｍ、長さ１インチ（２５．４ｍｍ）までチョップされたもの、アドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）（米国、サウスカロライナ州のエーケン（Ａｉｋｅｎ， Ｓｏｕｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ／ＵＳＡ））製
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）より入手可能
【００３８】
試験方法
実条件備品試験（ＲＣＦＴ）
本試験は、モノリスまたはディーゼル微粒子トラップを備えた汚染制御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の実装材料が出す圧力を測定するものである。ＲＣＦＴ方法は、自動汚染制御装置の材料の側面（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。
【００３９】
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する。同時に、特定の種類の代表的な汚染制御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ギャップを増やす。ディーゼル汚染制御装置の通常のドライブ条件は、３００℃までのモノリス温度および１００までの金属筐体温度によりシミュレートされるが、例えば、自動車道路上のような、高速での連続ドライブ中に生じるようなより厳しい条件は、５００℃までのモノリス温度および２００℃までの金属筐体温度でシミュレートした。
【００４０】
ＲＣＦＴの３回のサイクルを、各実装マット試料で領域マット当たり１２００〜１４００ｇ／ｍ2を用いて実施した。試験試料中に実装したときのマットの密度は０．３５ｇ／ｃｍ3であった。膨張した比較例は１．０ｇ／ｃｃの密度で試験した。
【００４１】
３回のＲＣＦＴサイクルを実施した後、データ曲線を生成する。曲線によれば、温度の関数として２つのプレート間の圧力が示される。第１および第２のプレートの温度は、それぞれ、最初は増大し、１５分間温度が保持されてから減少した。
【００４２】
熱振動試験
熱振動試験を用いて、本発明による実装マットが、ディーゼルエンジン用低温汚染制御装置の実装マットとして好適かどうかさらに評価した。熱振動試験には、排気ガスを金属ケース中に実装マットを実装した汚染制御装置要素（以降、試験組立品と呼ぶ）に通過させ、同時に、コンバータ組立品に、加速耐久試験として作用するのに十分な機械的振動を与えた。
【００４３】
試験組立品は、以下のものより構成されていた。
１）３５０セル／ｉｎ2で壁の厚さが５．５ミル（０．１４ｍｍ）の円柱状セラミックモノリス（直径４．６６インチ（１１．８ｃｍ）×長さ３．０インチ（７．６ｃｍ）、
２）モノリスと金属筐体間に円柱状に配置された以下の実施例および比較例に記載した実装マット、および
３）内径が約４．８８インチ（１２．４ｃｍ）の４０９ステンレス鋼を含む円柱状缶形筐体。
【００４４】
従来のシェーカテーブル（米国コネチカット州のウォリングフォードのアンホルツ−ディッキー（Ｕｎｈｏｌｔｚ−Ｄｉｃｋｉｅ Ｃｏｒｐ．Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎ．／ＵＳＡ）より市販）を用いて試験組立品に振動を与えた。熱源は、１０００℃までのガス入口温度をコンバータに供給可能な中和ガスバーナから構成されていた。コンバータは、モノリスの外側表面と実装マットの内側表面の間の界面温度を測定する熱電対を備えていた。排気ガス温度をサイクルさせ（繰り返し上下させ）、過剰の応力を実装マット材料に与えた。試験の振動セグメントを開始する前に、１５時間の熱調整段階を実施した。熱調整段階は、選択した高温で２時間、その後５０℃で１時間の５サイクルからなっていた。試験の振動セグメント中、「サインオンランダム」タイプの振動を用いて、さらに応力を生成し、使用条件下での試験アセンブリの加速老化をシミュレートした。第１の工程において、振動は、ランダム．０１ｇ2／Ｈｚ（約１０ｇピーク）の振動レベル１．７５ｇ（この振動試験において「ｇ」は重力を表す）で開始された。振動は選択した高温で３時間続けてから停止した。試験組立品を５０℃まで冷やし、振動せずに１時間保持した。第２の工程において、試験組立品をさらに３時間その温度まで加熱しながら振動レベルを２倍にした（すなわち、３．５ｇサインオン．０２ｇ2／ｈｚランダム）。振動を２時間停止し、５０℃まで冷却し保持した。第３の工程において、上述した振動パラメータを２倍にし、サイクル（選択した高温で３時間、５０°で１時間振動）を繰り返した。第４の工程において、４つの工程合計で、２８ｇオン０．１６ｇ2／ｈｚランダム（約６１ｇピーク）の振動が得られるまで、振動パラメータを再びに倍にした。試験組立品が不合格となるまで、または２８ｇサインオン０．１６ｇ2／ｈｚランダムで少なくとも１４サイクルに達するまで、試験組立品にさらに最後の組の振動パラメータを与えた。
【００４５】
循環圧縮試験
循環圧縮試験の試験装置は以下のものより構成されていた。
ａ）下部固定部分と、「クロスヘッド速度」と定義されるレートで垂直方向に下部部分から離れて可動する上部部分とを含み、３０ｋＮまでの力を測定可能な荷重計（ＭＴＳ（商標）型番アライアンス（Ａｌｌｉａｎｃｅ）ＲＴ／３０、ノースカロライナ州ケアリーのマテリアルテストシステムズ（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｃａｒｙ，Ｎｏｒｔｈ ｃａｒｏｌｉｎａ））を備えた市販の試験機器（引張り試験機として一般的に知られている）、
ｂ）機器の固定下部部分に垂直に取り付けられた第１の水晶管（直径５０．８ｍｍ×長さ２０ｃｍ）、
ｃ)機器の上部部分の荷重計に垂直に取り付けられた第２の水晶管（直径５０．８ｍｍ×長さ２０ｃｍ）、
ｄ）試験組立品と接触する、上部水晶管を通して延在している熱電対、
ｅ）互いに最も近い２本の水晶管の部分を密着して囲むように配置された管形孔を有するレンガライニングを有する電気的に加熱されたオーブン。
【００４６】
試験組立品は、互いに積層された３枚の以下のディスクからなっていた。
ａ）試験試料を支持する大きな下部水晶ディスク（厚さ２０．０ｍｍ、直径７５ｍｍ）、
ｂ）直径約２インチ（５１ｍｍ）の試験される実装マットの秤量済みディスクを含む試験される実装マットの試験試料、
ｃ)試験試料の上に位置する小さな上部水晶ディスク（厚さ１２．５ｍｍ、直径５１ｍｍ）。
【００４７】
試験組立品は、試験組立品の３枚のディスクが互いに垂直に配置されるよう、下部水晶管の上端と、上部水晶管の下端の間に配置された。
【００４８】
次の２つのギャップ距離を選択した。
１）ギャップ１−２枚の水晶ディスク間の第１の短い距離、
２）ギャップ２−２枚の水晶ディスク間の第２の長い距離。
【００４９】
ギャップ距離は、試験される実装マット試料が、小さな「ギャップ１」、および小さな「ギャップ１」の密度より１０％高い密度である「大きなギャップ２」で、与えられた材料の推奨マット密度に対応する密度となるように選択された。これらのパラメータは、実装マットを実際の使用条件で用いたときに一般的に生じるマット密度に基づいて選択される。
【００５０】
このように選択された２つのギャップ距離を機器にプログラムし、試験組立品を入れてオーブンを閉じ、２５０℃まで加熱して保持し、最終的に機器を一方のギャップ距離から他方へと繰り返し移動するようプラグラムして、２つの水晶ディスク間で試験組立品に配置された試料ディスクの圧力を繰り返し増減させた。クロスヘッド速度は５．０ｍｍ／分であり、「ギャップ１」または「ギャップ２」位置のいずれでも休止時間は実質的になかった。
【００５１】
１回で試料ディスクから出た圧力をキロパスカル（ｋＰａ）単位で記録した。圧縮サイクルを１０００回繰り返した。
【００５２】
機器を圧縮サイクルの小さな「ギャップ１」位置として、（初期圧力）における試験の始めに試料ディスクにより出た圧力を記録した。再び、機器を圧縮サイクルの小さな「ギャップ１」位置として、２５０℃（最終圧力）で１０００圧縮サイクル後の試料ディスクにより出た圧力も記録した。
【００５３】
これらの２つの数字を（最終圧力／初期圧力）×１００％＝パーセント保持で比較した。
【００５４】
実施例１
平均直径約９μｍ、長さ２．５４ｃｍのＳ−２ガラスファイバー４０リットルをアドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）から入手した。ファイバーは実質的にショットフリーであった。
【００５５】
ガラスファイバーを２ゾーンラロシュ開繊装置で開繊した。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。
【００５６】
開繊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。「面積当たりの重量」の値が試験結果に実質的に影響する試験においては、このパラメータを試験結果と共に示してある。実施例１の実装マットの組成は下記の表１にまとめてある。
【００５７】
実施例１のマットは、試験方法について上述したＲＣＦＴ方法に従って試験した。それぞれ３つのサイクルを表す３つのデータ曲線系列を生成した。実施例１の実装マットは、試験した温度範囲にわたって非常に均一な圧力を示し、モノリスを適所に固定保持するのに必要な最小圧力（約４０ｋＰａ）より相当高い圧力を与えた。実施例１のＲＣＦＴデータを図２に示す。図２において、Ｘ軸は、シミュレートされたモノリス温度およびシミュレータされた表面温度の温度目盛りを表している。モノリス温度について、図１に示した温度範囲は、「Ａ」で示された線で２０から３００℃へ、３００（線「Ｂ」で示される）から５０℃に戻った。シミュレートされた表面温度については、範囲はそれぞれ２０〜１００℃、１００℃〜２５℃であった。線ＡとＢの間の間隔は、試料を最大温度に保持した１５分間の時間を示している。Ｙ軸は測定された圧力を表している。目盛りは０〜５００ｋＰａであった。曲線１〜３は、第１〜第３のサイクルの結果をそれぞれ表している。試験した全温度範囲にわたる適切な保持力は図２に示す通りとなった。
【００５８】
実施例１のマットに、試験方法について上述した熱振動試験も行った。熱振動試験は、３００℃と５００℃の２つの温度でそれぞれ実施した。３００℃で、実施例１のマットは７２時間後でも不合格とならなかった。５００℃では、実施例１のマットは８０時間後でも不合格とならなかった。熱振動試験結果を以下の表２にまとめてある。
【００５９】
実施例２
Ｅ−ガラスファイバー（チョップドガラスストランド、直径９μｍ、長さ１インチ（２５．４ｍｍ）までチョップされたもの、アドバンスドガラスファイバーヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ Ｙａｒｎｓ ＬＬＣ）（ＡＧＹ）（米国サウスカロライナ州のエーケン（Ａｉｋｅｎ， ＳＣ／ＵＳＡ））より入手可能）を用いた以外は、実施例１に記載された方法により、実施例２を作成した。実施例２のマットの組成は表１にまとめてある。
【００６０】
実施例２のマットの試験には循環圧縮試験が含まれている。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を８６．３％保持していることが分かる。
【００６１】
実施例１で用いたのと同じ条件を用いて実施例２もＲＣＦＴで試験した。実施例２は、全温度範囲にわたって適切な保持力を維持していた。
【００６２】
実施例３
直径約１０μｍ、長さ３６ｍｍまでチョップドされたセイント−ゴバインベトロテックスドイチュランド（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘ）より入手したＲ−ガラスファイバー（６０％ＳｉＯ2、２５％Ａｌ2Ｏ3、９％ＣａＯおよび６％ＭｇＯ）を実施例１に記載した方法によりウェブへと処理した。実施例４のマットの組成は表１にまとめてある。
【００６３】
実施例３のＲ−ガラスマットの試験には循環圧縮試験が含まれている。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を９５．５％保持していることが分かる。
【００６４】
さらに、シミュレートされた温度範囲がモノリスについては２５℃〜５００℃、表面については２５〜２００℃であった以外は実施例１のマットについてと同じやり方で実施例３のマットにＲＣＦＴ試験を行った。実施例３は、全温度範囲にわたって適切な保持力を維持していた。
【００６５】
実施例４
２つの別個に作成した層を併せてラミネートすることにより２層のマットを作成した。第１の層はＲ−ガラスから構成されていた。第２の層はＥ−ガラスから構成されていた。２層をニードルボンディングにより併せた。このやり方で形成された実装マットは異なる組成のガラスの２つの別個の層を有していた。実施例４の２層マットの組成は表１にまとめてある。
【００６６】
実施例４の２層のマットに、実施例３の温度条件を用いてＲＣＦＴ試験を行った。実施例４の実装マットは、全温度範囲にわたって適切な保持力を維持していた。
【００６７】
実施例５
２つの別個に作成した層を併せてラミネートすることにより２層のマットを作成した。第１の層はＳ−２ガラスから構成されていた。第２の層はＥ−ガラスから構成されていた。２層をニードルボンディングにより併せた。このやり方で形成された実装マットは異なる組成のガラスの２つの別個の層を有していた。実施例５のマットの組成は表１にまとめてある。
【００６８】
実施例５のマットの試験には循環圧縮試験が含まれている。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を８２．２％保持していることが分かる。
【００６９】
比較例１
比較例１（Ｃ１）は、ドイツブランド−エルビスドルフのベルヒェムファイバーマテリアルズ（Ｂｅｌｃｈｅｍ Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＧｍｂＨ，Ｂｒａｎｄ−Ｅｒｂｉｓｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より入手したファイバー直径９ミクロンのベルコテックス（Ｂｅｌｃｏｔｅｘ）シリカファイバーでできたバインダーを含まない不織ファイバーマットから構成されていた。
【００７０】
この材料に、実装密度０．４ｇ／ｃｍ3で実条件固定試験（ＲＣＦＴ）を行った。用いた温度範囲は上記の実施例３と同じであった。試験結果を表３に曲線Ｃ１で示してある。図３に、第３のサイクル結果を示してある。実施例１のマットに、比較例１のマットについてのＲＣＦＴ試験に用いたのと同じ条件を与えた。図３に曲線１として示してある。図３から、比較例１のマットは、シミュレートされた条件下ではモノリスを適所に保持するのに十分な圧力を維持しなかったが、実施例１のマットはモノリスを保持するのに十分な圧力を維持したことが分かる。
【００７１】
比較例２
比較例２（Ｃ２）は、バージニア州アルタヴィスタのＢＧＦインダストリーズ（ＢＧＦ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ａｌｔｖｉｓｔａ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ）よりシルコソフト（Ｓｉｌｃｏｓｏｆｔ）（商標）という名称で市販されているシリカファイバーでできた不織のバインダーを含まないファイバーから構成されていた。マット中のファイバーの平均直径は９ミクロンである。
【００７２】
この材料に、実装密度０．４および０．４５ｇ／ｃｍ3で比較例１のシミュレートされた温度条件を用いて実条件固定試験（ＲＣＦＴ）を行った。第３のサイクルの試験結果をＣ２ａ（０．４５ｇ／ｃｍ3実装密度）およびＣ２ｂ（０．４０ｇ／ｃｍ3実装密度）として図３に示す。ディーゼルエンジンの場合をシミュレートした条件下で適所にモノリスを保持するのに十分な圧力を比較例２のマットは維持していなかったことがわかる。圧力を表す図３のＹ軸の目盛りは０〜６００ｋＰａであった。
【００７３】
比較例３
比較例３（Ｃ３）は、市販の膨張性汚染制御装置実装マットから構成されていた。約５５％の未膨張の蛭石、約３７％のファイバーおよび約８％の有機バインダーとを含んでいる。ファイバーは、直径約２〜３ミクロン、長さが０．５インチ以下の溶融形成されたアモルファスショット含有のアルミナ／シリカファイバーである。
【００７４】
比較例３を熱振動試験に従って３００℃で試験した。試料は８時間後に不合格となった。熱振動試験結果を表２にまとめてある。比較例３も循環圧縮試験で試験した。結果は表３にまとめてあり、ディーゼル汚染制御装置温度（平均マット温度２５０℃）で、マットは１０００回の圧縮サイクル後、元の圧力を２５．３％しか保持していないことが分かる。
【００７５】
実施例１の温度条件を用いて実施例３もＲＣＦＴで試験した。第１のサイクル後で既に許容されない低保持力であった。
【００７６】
比較例４
比較例４（Ｃ４）は、市販の還元蛭石膨張性汚染制御装置実装マットから構成されていた。約３７％の未膨張の蛭石、約５４％のファイバーおよび約９％の有機バインダーとを含んでいた。ファイバーは比較例３と同じであった。
【００７７】
比較例４を熱振動試験に従って３００℃および５００℃で試験した。試料は３００℃では８時間後、５００℃では１８時間後に不合格となった。熱振動試験結果を表２にまとめてある。
【００７８】
比較例５
比較例５（Ｃ５）は、ジョージア州オーガスタのサーマルセラミクス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、Ａｕｇｕｓｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ）よりカオウールバルクファイバー（Ｋａｏｗｏｏｌ Ｂｕｌｋ Ｆｉｂｅｒs）として入手可能な溶融形成されたショット含有アルミナシリケートファイバーから作成された湿式マットから構成されていた。ファイバーの直径は２〜３ミクロン、長さは約０．５インチである。
【００７９】
比較例５を、試験方法について上述した循環圧縮試験に従って試験したところ、ディーゼルエンジンの汚染制御装置に用いるには許容されない４９．８％のパーセント保持を示した。循環圧縮試験結果を表３にまとめてある。
【００８０】
比較例６
比較例６（Ｃ６）は、イギリス、マージーサイド、ウィレルのサーマルセラミクスＵＫ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ＵＫ Ｌｍｔｄ．Ｗｉｒｒｅｌ，Ｍｅｒｓｅｙｓｉｄｅ，Ｅｎｇｌａｎｄ）より密度１２ｌｂ／ｆｔ３（０．２ｇ／ｃｍ3）のウルトラフェルト（Ｕｌｔｒａｆｅｌｔ）（商標）ペーパーとして市販されている「不織のバインダーを含まないマット材料」から構成されていた。このマットはアルミナ／シリカファイバーのニードルボンドマット（４７％Ａｌ2Ｏ3および５３％ＳｉＯ2）である。マットのメーカーの技術データシートに従うと、ファイバーの長さは、製紙に一般的に用いられるものよりも長くなる。これは、ファイバーの長さが０．５インチを超えることを示している。
【００８１】
比較例６も、試験方法について上述した循環圧縮試験に従って試験したところ、許容されない低い４１．２％のパーセント保持を示した。
【００８２】
循環圧縮試験結果を表３にまとめてある。
【００８３】
比較例７
比較例７（Ｃ７）は、高アルミナ多結晶セラミックファイバーでできた市販の非膨張性汚染制御装置実装マットから構成されていた。マットは実質的にショットフリーであり、平均直径は３ミクロンである。
【００８４】
比較例７も、試験方法について上述した循環圧縮試験に従って試験したところ、８１．１％のパーセント保持を示した。循環圧縮試験結果を表３にまとめてある。これらの非常に高価なファイバーの保持力は許容されるものであったが、本発明のようには良好ではなかった。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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である。
【図２】実条件固定試験における実施例１および比較例１および２のマットの結果である。
【図３】実条件固定試験における実施例１および比較例１および２のマットの結果である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織実装マットを備えたケースに配された汚染制御要素を含み、前記不織実装マットは、前記ケースと前記汚染制御要素との間に配置され、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーを前記マットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、前記ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、前記マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない、汚染制御装置。
【請求項２】
前記ガラスファイバーが、前記ガラスファイバーの総重量に基づいて１０〜３０重量％の酸化アルミニウムと、５２〜７０重量％の二酸化ケイ素と、１〜１２重量％の酸化マグネシウムとを含み、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テージはそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯとして理論値基準で計算されている、請求項１に記載の汚染制御装置。
【請求項３】
前記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２に記載の汚染制御装置。
【請求項４】
前記不織マットが、ガラスファイバー組成が異なる２つ以上の層を含む、請求項１に記載の汚染制御装置。
【請求項５】
前記異なるガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの長さおよび／または前記ガラスファイバーの平均直径が異なる、請求項４に記載の汚染制御装置。
【請求項６】
前記異なるガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの化学組成が異なる、請求項４に記載の汚染制御装置。
【請求項７】
前記不織マットの実装密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3である、請求項１に記載の汚染制御装置。
【請求項８】
ディーゼルエンジンと請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染制御装置とを含む機械。
【請求項９】
前記機械が自動車であり、前記ディーゼルエンジンがターボ過給直噴ディーゼルエンジンである、請求項８に記載の機械。
【請求項１０】
前記機械がトラック、バスまたは少人数用車両から選択される自動車である、請求項８に記載の機械。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染制御装置に排気ガスを与えることによりディーゼルエンジンから排気ガスを処理する方法。
【請求項１２】
汚染制御装置のケースに汚染制御要素を実装するマットであって、前記マットは、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーを、前記マットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、前記ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、前記マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まず、前記チョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの少なくとも２つの層を含み、前記２つの層のガラスファイバー組成が異なるマット。
【請求項１３】
前記ガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの長さおよび／または前記ガラスファイバーの平均直径が異なる、請求項１２に記載のマット。
【請求項１４】
前記ガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの化学組成が異なる、請求項１２に記載のマット。
【請求項１】
不織実装マットを備えたケースに配された汚染制御要素を含み、前記不織実装マットは、前記ケースと前記汚染制御要素との間に配置され、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーを前記マットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、前記ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、前記マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まない、汚染制御装置。
【請求項２】
前記ガラスファイバーが、前記ガラスファイバーの総重量に基づいて１０〜３０重量％の酸化アルミニウムと、５２〜７０重量％の二酸化ケイ素と、１〜１２重量％の酸化マグネシウムとを含み、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テージはそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2およびＭｇＯとして理論値基準で計算されている、請求項１に記載の汚染制御装置。
【請求項３】
前記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２に記載の汚染制御装置。
【請求項４】
前記不織マットが、ガラスファイバー組成が異なる２つ以上の層を含む、請求項１に記載の汚染制御装置。
【請求項５】
前記異なるガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの長さおよび／または前記ガラスファイバーの平均直径が異なる、請求項４に記載の汚染制御装置。
【請求項６】
前記異なるガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの化学組成が異なる、請求項４に記載の汚染制御装置。
【請求項７】
前記不織マットの実装密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3である、請求項１に記載の汚染制御装置。
【請求項８】
ディーゼルエンジンと請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染制御装置とを含む機械。
【請求項９】
前記機械が自動車であり、前記ディーゼルエンジンがターボ過給直噴ディーゼルエンジンである、請求項８に記載の機械。
【請求項１０】
前記機械がトラック、バスまたは少人数用車両から選択される自動車である、請求項８に記載の機械。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の汚染制御装置に排気ガスを与えることによりディーゼルエンジンから排気ガスを処理する方法。
【請求項１２】
汚染制御装置のケースに汚染制御要素を実装するマットであって、前記マットは、数平均直径が５μｍ以上および長さが０．５〜１５ｃｍのチョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーを、前記マットの総重量に基づいて少なくとも９０重量％含む非膨張性マットであり、前記ガラスファイバーはニードルパンチまたはステッチボンドされており、前記マットは有機バインダーを含まないまたは実質的に含まず、前記チョップドマグネシウムアルミニウムシリケートガラスファイバーの少なくとも２つの層を含み、前記２つの層のガラスファイバー組成が異なるマット。
【請求項１３】
前記ガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの長さおよび／または前記ガラスファイバーの平均直径が異なる、請求項１２に記載のマット。
【請求項１４】
前記ガラスファイバー組成は、前記ガラスファイバーの化学組成が異なる、請求項１２に記載のマット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００６−５１６０４３（Ｐ２００６−５１６０４３Ａ）
【公表日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５２４５８０（Ｐ２００４−５２４５８０）
【出願日】平成１５年７月８日（２００３．７．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２１４５５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０１１７８５
【国際公開日】平成１６年２月５日（２００４．２．５）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年７月８日（２００３．７．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２１４５５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０１１７８５
【国際公開日】平成１６年２月５日（２００４．２．５）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]