被覆された基質およびその製造方法
金属性またはセラミックス性のいずれかの実質的に均一に被覆された基質、並びにその製造方法。実質的に均一に被覆された基質は、典型的には多数の入口；多数の出口；基質の多数の壁；および該基質の壁によって規定される多数の通路を含む基質を含んで成り、該通路は少なくとも一つの出口から直接または間接的に延び出し；基質の壁には隣接した通路の間を連絡する多数の開口部および／または波形起伏および／またはタブが存在し、該基質は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；およびこれらの二つ以上の混合物から成る群から選ばれる被覆材料の一つの実質的に均一な少なくとも一つの層を含んでいる。このような被覆された基質を製造する方法は、所望の材料のスラリを含む容器の中に基質を浸漬し、この基質を遠心分離にかけ、該材料を実質的に均一な層として基質の上に分布させ、基質の上に存在することが望まれるよりも過剰の該材料を除去し、しかる後被覆された基質を乾燥しカ焼する段階を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は２００３年９月８日出願の米国特許出願第６０／５０１，１３６号の利益を請求する。該出願の全内容は引用により本明細書に包含される。
【技術分野】
【０００２】
本発明はその上に実質的に均一な被覆層を有する基質に関し、またこのような被覆された基質の製造法に関する。被覆された基質は自動車のエンジン、即ちガソリンまたはディーゼル用の内燃機関から放出される排ガス流を処理し、このようなガス流中に存在する未燃焼の炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物のレベルを減少させるのに有用である。
【背景技術】
【０００３】
本発明に有用な基質は従来法において公知である。従来法においては被覆された金属箔も公知である。例えば特許文献１参照。
【０００４】
しかし従来法の基質、特に多数の開口部を含む金属箔から成る基質は、現在に至るまでこのような箔の表面の上に実質的に均一な所望の非吸着性、吸着性、および／または触媒作用をもった被膜をつくるようにはうまく被覆できなかった。さらに、１インチ当たり６００個より高い細孔密度をもったセラミックスおよび金属の基質は、両方とも現在までこのような実質的に均一な層で被覆することはできなかった。
【０００５】
従来法の金属箔の基質
下記の公刊された特許出願および特許は本発明方法によって被覆できる従来法の金属箔の基質の種々の種類の例である。
【０００６】
特許文献２は金属の基質およびその製造法に関する。この金属の基質は触媒の被膜を担持するのに有用であることが示されている。金属箔の幅の広いシートを直列に配列された４個のハニカム状のマトリックスの外周面の周りに連続して巻き付けて中間の管をつくり、これによって部分アセンブリーをつくる。蝋付け用の充填材料を該部分アセンブリーの外周面の周りにその端の部分の所で巻き付ける。そして外側の管の中にこの部分アセンブリーを挿入しコーキングを行って外径を減少させる。その後で、真空中で熱加工して波状のシートと平らなシートを拡散接合させてハニカム状のマトリックスと中間の管をつくる。次に中間の管と外側の管を互いに蝋付けする。
【０００７】
特許文献３および４は、自動車の排ガス精製用の金属箔の担体およびその製造法に関する。この担体は厚さ８〜２５μｍの波形の金属箔から構成された薄い金属箔とそれに蝋付けされた平らな金属箔とからつくられ、該平らな金属箔の少なくとも７０％は該薄い箔の厚さの１．５〜４倍の厚さをもっている。ハニカム・ユニットは波形の金属箔および平らな金属箔からつくられ、粒径がハニカム・ユニットをつくっている金属箔の厚さの４．５倍よりも大きくない蝋付け用粉末によって蝋付けされている。
【０００８】
特許文献５はハニカム構造体の胴部およびその製造法に関する。ハニカム構造体の胴部は第１および第２の金属箔を含み、その金属箔の互いに蝋付されたた連結点の厚さは０．０５ｍｍよりも薄い。この連結点は蝋付け媒体で充填された楔形部分をつくっている。金属箔の連結部の厚さは５０μｍよりも薄い。
【０００９】
特許文献６は、ニッケルをベースにし１７〜２３重量％のクロム、２〜１０重量％の珪素、１８〜２０重量％の鉄および０．５重量％未満の硼素を含む蝋付け材料を用いて蝋付
けされた金属箔の複合体に関する。この金属箔のアルミニウム含量は少なくとも６重量％である。この金属箔は層状に配置されるかおよび／または層状に巻き付けられてハニカム構造体の胴部をつくっている。
【００１０】
特許文献７は、排ガス系、特にディーゼルエンジンのような内燃機関の排ガス系に主として使用されるハニカム構造体の胴部に関する。このハニカム構造体の胴部は、その軸の長さ方向の部分に亙って延びた金属層の滑らかな部分によって取り囲まれている。この層はハニカム構造体の胴部と一体となっており、ハニカム構造体の胴部とジャケット管との間の軸方向の部分区域の中に配置されている。
【００１１】
特許文献８は、粒子フィルターおよび該フィルターの製造法に関する。この粒子フィルターは入口と出口をもった流体の通路を規定する壁を有する金属箔を具備している．第１の通路は第１の端の側に開いた入口の断面をもっている。第２の通路は入口の断面に実質的に対応した開いた出口の断面をもっている。第１の通路の壁の一つは第２の通路へと導かれるフィルターの通過孔をもっている。第２の端の側へ向かった入口の断面に相対する第１の通路の蓋は流体に対して第１の通路を孤立させている。金属箔を巻き付けるか積み重ねて反対方向に向った第１および第２の通路がつくられる。
【００１２】
特許文献９は、流体を透過する通路を多数備えたハニカム構造体の胴部の製造法に関する。多数の少なくとも部分的に構造をもったシートの金属層から積層物をつくる。曲げ線の周りに各積層片を折り曲げ、曲がった第１の端の区域および第２の端の区域を有する金属シートのパックをつくる。金属シートのパックは成形型の中に配置されたループ成形装置によって保持され、ループ成形装置を回転させて金属シートのパックをループ状にしてハニカム構造体の胴部の中に入れる。
【００１３】
特許文献１０は、貫通した孔を有する金属箔、およびこのような金属箔からつくられたハニカム構造体の胴部に関する。この金属箔は少なくとも二つの交叉した構造を有し、この構造は仮想的な表面から間隔を空けて配置され交叉した区域を規定している。この少なくとも二つの交叉した構造は交叉区域において部分的に互いに重なり合い、交叉区域の中に少なくとも一つの貫通した孔をもつようにつくられている。
【００１４】
特許文献１１は、排ガス処理触媒用のハニカム構造体の胴部に関する。このハニカム構造体の胴部は流体が交叉して流れる通路をもった取込み区域および排出区域において熱伝導率が減少している。該胴部は流入および流出区域の近くに配置された熱伝導率が減少した区画を含んでいる。該胴部は少なくともいくつかの通路の壁の中につくられた凹みをもっている。
【００１５】
特許文献１２は、セラミックスおよび／または金属材料の押出されたハニカム構造体の胴部に関する。この胴部は、互いにほぼ平行に延びた仕切りによって互いに分離された多数の導通管をもっている。この仕切りは、胴部の断面から見て分かるように、少なくとも外側の区域において半径方向に剛性をもった構造および／または周方向に延びた剛性をもった支持物をつくらないような配置および形をもっている。
【００１６】
特許文献１３は、触媒コンバータの担体の胴部として使用される電気的に加熱し得るハニカム構造体の胴部に関する。この胴部は巻き付け、積層化、または他の方法で層状にされたシート金属を含み、流体はこのシートに沿って主要方向に流れることができ、該層の少なくともいくつかは構造をもっている。少なくとも一つの層は該胴部の中における電気伝導経路を長くするかおよび／または狭くするための孔を有している。一つのシートの金属層は高くなった位置にあり、持ち上がったおよび落ち込んだ区域を有する周期的な、波形の、或いは台形の構造をしている。
【００１７】
特許文献１４は、触媒の担体胴部として有用なハニカム構造体の胴部に関する。該胴部は流体が流れ得る多数の通路の壁をつくる少なくとも部分的に構造をもった金属シートを含んでいる。シートのいくつかは頂上、谷間（ｔｒｏｕｇｈｓ）、および与えられた波の高さを有する主要な波状構造をもっている。頂上および／または谷間は多数の逆転した区域をもち、その高さは最大でも与えられた波状構造の高さに等しい。
【００１８】
特許文献１５は、セラミックスの触媒材料で被覆するための金属の担体の箔に関する。この箔は好ましくは電鋳され、その中につくられた多数の微小な孔をもっている。
【００１９】
特許文献１６は、高温耐性をもった鋼のシートを含む排ガス用触媒の金属の担体に関し、該シートは与えられた排ガスの方向において排ガスを透過し得る多数の細孔をつくっている。この鋼のシートの中には与えられた排ガスの方向を実質的に横切る方向にスリットがつくられている。
【００２０】
従来法における基質被覆システムおよび方法
下記の特許文献はセラミックスおよび／または金属の箔を含んで成る基質を被覆する従来法のシステムおよび方法の例である。
【００２１】
特許文献１７は中空のモノリスの基質に触媒を被覆するシステムに関する。被覆用のスラリの浴を含む容器に基質を浸漬することにより触媒材料を基質に被覆する。次いで、部分的に浸漬された基質を真空をかける。真空の強さおよび真空をかける時間は、被覆用のスラリが浴から中空の基質の内部にある多数の通路を通って上方に引き込まれるのに十分な値である。浴から基質を取り出した後、これを１８０°回転させる。被覆用のスラリが基質の通路の内部に分布しその中に均一な輪郭をもった被膜をつくるのに十分な強さと時間で加圧した空気を吹付ける。
【００２２】
特許文献１８は、被覆媒体を用い多数の通路を有する基質を被覆する方法に関する。被覆媒体の浴を含む容器の中に基質を部分的に浸漬し、この際浸漬された基質の端の上方にある被覆媒体の容積が所望のレベルまで基質を十分に被覆するようにする。次に被覆媒体が浴から各通路の中に上方に引き込まれ均一な輪郭をもった被膜がつくられるのに十分な強さと時間で真空をかける。
【００２３】
特許文献１９は、貴金属を正確な量で含む触媒コンバータの基質を被覆する方法および装置に関する。相対する開いた端を有する処理すべき中空の基質を、貴金属を含む予め定められた量のスラリ材料がまえもって導入されている浸漬用の平皿の中に基質の一端を沈めて最初の位置から移動させる。基質の一端をスラリの中に入れ、他の端に真空をかけてスラリの全量を浸漬用の平皿から吸い上げ基質の下方の部分を被覆する。その後で基質を浸漬用の平皿から引き上げる。さらに真空をかけ続け、基質のすべての内部表面に均一に被膜を分布させるように操作を行う。次いで基質を回転させ、再び基質を引き下げて他の端を他の予め定められた装入量のスラリの中に浸漬し、上記操作を繰り返す。次いで基質を再び浸漬用の平皿から持ち上げる。再び真空をかけ続け、予め定められた時間の間この操作を行い、確実に被膜が均一に分布するようにする。次に基質を再び元の位置に回転させ、最初の位置に戻す。
【特許文献１】米国特許第５，９５８，８２９号明細書
【特許文献２】公開された米国特許出願第２００３０１５２７９５号明細書
【特許文献３】公開された米国特許出願第２００３０１５２７９４号明細書
【特許文献４】公開された米国特許出願第２００１００１６２６６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５９８，７８２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５８９，６７０号明細書
【特許文献７】米国特許第６，４５８，３２９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，５７６，０３２号明細書
【特許文献９】米国特許第６，４４９，８４３号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３１６，１２１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，２５４，８３７号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，８６６，２３０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６４３，４８４号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，１３０，２０８号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，８２２，７６６号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，７５３，９１８号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，４７８，８７４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，８６６，２１０号明細書
【特許文献１９】米国特許第４，６０９，５６３号明細書
【発明の開示】
【００２４】
本発明の目的
本発明の目的は、基質、特に金属箔であって多数の開口部および／または箔の表面から上方へ延びたタブを含む基質を実質的に均一に被覆するシステムおよび方法を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、セラミックスおよび金属の基質、特に奇妙な形の基質、細孔密度が高い、例えば細孔密度が１平方インチ当たり７００個より高い基質、非対称的な基質、円錐形の基質、軸方向に沿って孔をもった基質などを実質的に均一に被覆するシステムおよび方法を提供することである。
【００２６】
本発明の上記目的および他の目的は、下記に説明するように本発明を実施することによって達成される。
【００２７】
本発明の概要
本発明の被覆された基質は実質的に均一な少なくとも一つの層の被膜を含んで成り、該被膜は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；またはこれらの材料の二つまたはそれ以上の混合物であることができる。また本発明は細孔の壁の所またはその中に位置した開口部および／または波形起伏および／またはタブを含んで成る実質的に均一に被覆されたモノリスに関する。さらに本発明は奇妙な形をした、非対称な形の、或いは細孔密度が１平方インチ当たり７００個より高い実質的に均一に被覆されたモノリスに関する。さらに本発明はこのような実質的に均一に被覆された基質およびモノリスを製造する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
基質は従来法ではしばしばモノリスの担体とも呼ばれてきたが、多数の入口、多数の出口、多数の基質の壁；および基質の壁によって規定される多数の通路を含んで成り、該通路は直接または間接的に少なくとも一つの出口から延び；基質の壁には隣接した通路と連絡した多数の開口部が存在している。典型的には通路は壁によって規定されているが、この壁の上には被覆材料が均一に沈積し、該通路を通って流れる排ガスが被覆材料と接触するようになっている。典型的には通路の壁は連続的であり、穿孔または壁の表面からの延長部、例えばタブは存在しない。通路は任意の形の断面および大きさ、例えば台形、矩形、正方形、正弦波の形、六角形、卵形、円形などをしていることができる。基質は好ましくはハニカム構造体の胴部をもっている。
【００２９】
本発明の第１の具体化例においては、基質は典型的には厚さ約５〜約１００μｍの一つまたはそれ以上の金属箔のシートを含んで成っている。典型的にはこの箔は従来法の金属箔の基質をつくるのに用いられたのと同じ金属または金属合金、例えばチタン、ステンレス鋼、および鉄、ニッケル、クロムおよび／またはアルミニウムを含む合金を含んで成っている。金属箔は一つまたはそれ以上の形で使用することができる。例えば金属箔は構造をもたない平らな箔であることができ、また構造をもった箔、例えば波形の箔を含む起伏（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎｓ）、うねり（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ）、台形の構造、隆起（ｒｉｄｇｅｓ）などを含む箔であることができる。ここで起伏は蛇行状にまたは「ジグザグ」な形で配置されている。また金属箔は多数の孔、例えば穿孔をもった箔であることができ、また起伏と多数の開口部をもった箔であることもでき、さらに箔の表面から上方に延びた「タブ」を有する箔であることもでき、またいろいろな特徴の組み合わせ、例えば起伏、多数の開口部、および多数のこのような「タブ」などの組み合わせをもった箔であることもできる。
【００３０】
多数の開口部をもった金属箔の基質の場合、本発明の目的に対してはこのような開口部はスリット、穿孔、概して多角形の形の孔、概して卵形の孔、および／または概して円形の孔、或いは上記の型の開口部を二つまたはそれ以上組み合わせた形の孔であることができるものと了解されたい。好ましくは、開口部は概して卵形または円形の孔であり、直径は約２〜約１０ｍｍ、好ましくは４〜８ｍｍである。このような開口部は典型的には箔の面積の約１０〜約８０％、好ましくは２０〜６０％を占めている。
【００３１】
基質はハニカム構造をもったセラミックスまたは金属のモノリスを含んで成っている。モノリスが金属のモノリスの場合、該金属は本発明の第１の具体化例の基質に関して説明したのと同じ材料から成り、同じ特徴をもっていることができる。基質がセラミックスの場合、それは耐火材料、例えばコージエライト、コージエライト−アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコン・ムライト、スポジュメン、アルミナ−シリカ・マグネシア、ジルコン・シリケート、珪線石、珪酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、α−アルミナ、およびアルミノ珪酸塩であることができる。本発明の第２の具体化例に対する好適なセラミックスはコージエライトを含んで成っている。
【００３２】
第１または第２の具体化例の基質の上に少なくとも一つの実質的に均一な被覆層をつくるのに用いられる被覆材料は、通常の種類の当業界に公知のものである。典型的にはこの被覆材料は固体分含量が約２０〜６０重量％、好ましくは３０〜４５重量％の水性スラリの形で用いられるであろう。被覆材料は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；またはこれらの材料の二つまたはそれ以上の混合物であることができる。
【００３３】
非吸着性の非触媒材料にはジルコニア、シリカ、シリカ−アルミナ、およびアルミナが含まれる。
【００３４】
吸着性の非触媒材料にはゼオライト、活性炭素、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物が含まれる。
【００３５】
触媒材料の例には従来法において一般的に三元変換触媒と呼ばれていた材料が含まれる。何故ならこれらの材料は排ガス流を処理し一酸化炭素を二酸化炭素に、未燃焼の炭化水素を二酸化炭素と水に、また窒素酸化物を窒素に変換する能力をもっているからである。典型的には三元変換触媒は耐火金属酸化物の担体の上に配置した１種またはそれ以上の白金族金属を含んで成っている。適当な白金族金属には白金、パラジウム、ルテニウムなどが含まれる。
【００３６】
耐火金属酸化物は高表面積の金属酸化物、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア、およびアルミナと１種またはそれ以上のチタニア、ジルコニアおよびセリアとの混合物を含んで成っている。耐火金属酸化物は混合酸化物、例えばシリカ−アルミナ、無定形または結晶性のアルミノ珪酸塩、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−クロミア、アルミナ−セリアなどから成っていることができる。好適な耐火金属酸化物はＢＥＴ表面積が約６０〜約３００ｍ２／ｇのγ−アルミナを含んで成っている。
【００３７】
典型的には上記触媒材料に酸素貯蔵成分も存在し得る。好適な酸素貯蔵成分はセリウムおよびプラセオジムから成る群から選ばれる１種またはそれ以上の金属の酸化物を含んでいる。酸素貯蔵性を示し得る他の酸化物には鉄、ニッケル、コバルト、希土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が含まれる。通常の促進剤および安定剤、希土類金属酸化物なども被覆材料の中に存在することができる。
【００３８】
広範囲に亙る適当な触媒材料、このような材料の製造法、およびこのような材料を基質の上に被覆する方法に関しては極めて多数の従来法が存在している。下記の特許および公開された特許出願はこのような従来法の例である：米国特許第４，１３４，８６０号明細書；同第４，４３８，２１９号明細書；同第４，１７１，２８８号明細書；同第４，７１４，６９４号明細書；同第４，７２７，０５２号明細書；同第４，７０８，９４６号明細書；同第４，９２３，８４２号明細書；同第４，８０８，５６４号明細書；同第４，４３８，２１９号明細書；同第４，５９１，５８０号明細書；同第４，７８０，４４７号明細書；同第４，９６５，２４３号明細書；同第４，５０４，５９８号明細書；および同第４，５８７，２３１号明細書。さらに最近になって発表された米国特許には米国特許第５，２０２，３００号明細書；同第５，４６２，９０７号明細書；同第５，５９７，７７１号明細書；同第５，６２７，１２４号明細書；同第５，９６８，８６１号明細書；同第６，０４４，６４４号明細書；同第６，０８０，３７７号明細書；同第６，１５０，２９１号明細書；同第６，１７１，５５６号明細書が含まれる。さらにまた公開された米国特許出願第２００３０１６６４６６、ヨーロッパ特許第０ ７６５ １８９号明細書および国際公開第９９／５５４５９号パンフレットも含まれる。
【００３９】
基質上の被膜は基質の表面に実質的に均一に被覆された少なくとも一つの層を含んで成っている。本発明の方法の段階を単に所望の回数だけ繰り返すことにより同じまたは異なった被覆材料の多数の実質的に均一な層を容易に得ることができる。さらに本発明方法を用いれば二つまたはそれ以上の隣接した区域として基質の上に実質的に均一な層を沈積させ、一つの区域の被覆材料が隣接した区域の被覆材料の組成物と異なるようにすることができる。
【００４０】
本発明の目的に対して「実質的に均一な」という言葉は少なくとも一つの実質的に均一な層の厚さが基質全体に亙って約１０％以下、好ましくは５％以下しか変化しないことを意味するものと理解されたい。典型的には実質的に均一な各被覆層は厚さが約１０〜約５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍである。
【００４１】
本発明の被覆法は本発明の第１の具体化例並びに第２の具体化例の被覆された基質の製造に適用することができる。被覆過程は次の段階を含んでいる：
（ａ）基質をその長さの少なくとも約３０％、好ましくは少なくとも５０％まで、所望の材料のスラリを含む容器の中に浸漬し；
（ｂ）段階（ａ）から得られる基質を遠心分離することにより、被覆材料を基質の上に実質的に均一な層として分布させ、基質の上に存在することが望まれるよりも過剰の被覆材料を除去し；
（ｃ）段階（ｂ）から得られる被覆された基質を乾燥させ；
（ｄ）段階（ｃ）から得られる乾燥した被覆された基質をカ焼する。
【００４２】
典型的には段階（ｃ）は約７０〜約１８０℃、好ましくは８０〜１２０℃の温度において約１〜約６０分間、好ましくは１５〜３０分間行われる。段階（ｄ）は典型的には温度約４００〜約７００℃、好ましくは４５０〜５５０℃において、約２０分〜約５時間、好ましくは３０分〜３時間の間行われる。
【００４３】
必要に応じ、段階（ａ）において下記の変形を行うことにより２種またはそれ以上の異なった被覆材料を実質的に均一に基質の上に被覆することができる：即ち基質を被覆材料の第１のスラリの中にその長さの約３０％〜約７０％まで浸漬し、しかる後基質を再び
浸漬して残りの長さの部分を他の被覆材料の１種またはそれ以上の他のスラリの中に浸漬する。
【００４４】
本発明の被覆方法は、直径が約２〜約６インチ、長さが約１．７〜約４インチの基質を実質的に均一に被覆するのに使用されてきた。
【００４５】
本発明の被覆方法は基質の上に実質的に均一な被覆層を所望の数だけ被覆するのに役立てることができる。段階（ａ）および（ｂ）は必要に応じ同じまたは異なったスラリを用い所望の回数だけ繰り返すことができる。好ましくは、各被覆操作の後で被覆した基質を乾燥させ、最も好ましくは各被覆操作の後で乾燥とカ焼の両方を行う。
【００４６】
一般に段階（ａ）の後で、遠心分離にかける基質の軸を遠心分離の回転の半径方向の軸に対して平行に配向させる。段階（ｂ）における遠心分離の速度および時間は種々の因子、例えば被覆材料のスラリの粘度および固体分含量、基質の大きさと長さ、細孔密度、即ち断面１平方インチ当たりの細孔の数などに依存するであろう。しかし一般に、遠心分離の回転速度は約１０〜約１６００ｒｐｍ、好ましくは２０〜１５０ｒｐｍであり、操作時間は約４〜約３０秒、好ましくは５〜２０秒であることが大部分の基質および大部分の被覆材料に対して理想的である。
【００４７】
遠心分離は比較的簡単な設計の遠心分離器により容易に行うことができる：即ち遠心分離器の外殻はステンレス鋼の槽から成り、その底部は漏斗の形をしている。この漏斗の端には一定の長さのパイプと連絡した開口部があり、このパイプは、遠心分離が終わった後、槽からスラリの媒質および過剰のスラリを容易に取り出すための簡単なオン・オフ式の弁を含んでいる。槽の上方部分にはローターが取り付けられ、その端には多数の孔を有する籠、例えば針金の籠がある。ローターは均一にバランスが保たれていなければならない。即ち籠は例えばローターの端から互いに均一の間隔をもって正反対の側に取り付けられ、ほぼ同じ大きさおよび重さの多数の基質、例えばハニカム構造体を望ましくは同時に遠心分離にかける限り反対錘りを必要としないものでなければならない。
【００４８】
上記のようにして所望のスラリに浸漬した基質を籠の内部に固定し、その軸を遠心分離器の回転の半径方向の軸に対して平行に配置する。ローターは不均衡を最低限度に抑制するためにローターの中心に取り付けられた電気モーターによって駆動される。遠心分離器の速度および操作時間は電気制御ユニットによって調節し制御することができ、このユニットは特定のロットの基質が同じ条件で遠心分離を受けるようにプログラムすることができる。
【００４９】
図面の詳細な説明
図１において、基質１０（下方の基質）は多数の穿孔１２を含む平らな金属の箔であり、基質１４（上方の基質）は起伏１６および多数の穿孔１８を含む波形の金属箔である。図１Ａには基質１０の詳細がもっと明瞭に示されており、図１Ｂには基質１４の詳細がもっと明瞭に示されている。
【００５０】
図２は平らな金属箔の基質２１が多数の起伏２３および波形の金属箔の基質の表面の上方に延びた多数のタブ２５をもった波形の金属箔の基質と組み合わされたハニカム構造体２０の断面図である。
【００５１】
図２Ａはハニカム構造体の胴部２０の一区画を通る流れの層状の（ｌａｍｉｎａｒ）輪郭および境界部の輪郭を示す。
【００５２】
図２Ｂは多数の穿孔２７、および基質２６の表面の上方に延びた多数のタブ２９を含む金属箔の基質２６の顕微鏡写真である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】二つの穿孔された箔の基質の立面図。下方の金属箔の基質は穿孔された平らな箔であり、上方の金属箔の基質は波形の穿孔された箔である。
【図１Ａ】図１に示した下方の箔の顕微鏡写真。
【図１Ｂ】図１に示した上方の箔の顕微鏡写真。
【図２】平らな金属箔の基質が、多数の起伏および波形の金属箔の基質の表面の上方に延びた多数のタブをもった波形の金属箔の基質と組み合わされたハニカム構造体の胴部の断面図。
【図２Ａ】図２に示した構造体の胴部の一区画を通る流れの特徴を示す図。
【図２Ｂ−３】図２に示した金属箔の基質の他の具体化例の顕微鏡写真。図２Ｂおよび図３においては金属箔の基質は多数の穿孔、並びに基質の表面の上方へと延びた多数の「タブ」をもつように示されている。
【図４】三つの異なったハニカム構造体の断面図。構造体Ａは従来のハニカム構造体；構造体Ｂは図２に示した基質からつくられたハニカム構造体；構造体Ｃは図２Ｂおよび図３に示した基質からつくられたハニカム構造体である。
【図５】図１〜３の一つまたはそれ以上に示された金属箔の基質からつくり得る種々の型および大きさをもった筒状のハニカム構造体の胴部の写真。
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は２００３年９月８日出願の米国特許出願第６０／５０１，１３６号の利益を請求する。該出願の全内容は引用により本明細書に包含される。
【技術分野】
【０００２】
本発明はその上に実質的に均一な被覆層を有する基質に関し、またこのような被覆された基質の製造法に関する。被覆された基質は自動車のエンジン、即ちガソリンまたはディーゼル用の内燃機関から放出される排ガス流を処理し、このようなガス流中に存在する未燃焼の炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物のレベルを減少させるのに有用である。
【背景技術】
【０００３】
本発明に有用な基質は従来法において公知である。従来法においては被覆された金属箔も公知である。例えば特許文献１参照。
【０００４】
しかし従来法の基質、特に多数の開口部を含む金属箔から成る基質は、現在に至るまでこのような箔の表面の上に実質的に均一な所望の非吸着性、吸着性、および／または触媒作用をもった被膜をつくるようにはうまく被覆できなかった。さらに、１インチ当たり６００個より高い細孔密度をもったセラミックスおよび金属の基質は、両方とも現在までこのような実質的に均一な層で被覆することはできなかった。
【０００５】
従来法の金属箔の基質
下記の公刊された特許出願および特許は本発明方法によって被覆できる従来法の金属箔の基質の種々の種類の例である。
【０００６】
特許文献２は金属の基質およびその製造法に関する。この金属の基質は触媒の被膜を担持するのに有用であることが示されている。金属箔の幅の広いシートを直列に配列された４個のハニカム状のマトリックスの外周面の周りに連続して巻き付けて中間の管をつくり、これによって部分アセンブリーをつくる。蝋付け用の充填材料を該部分アセンブリーの外周面の周りにその端の部分の所で巻き付ける。そして外側の管の中にこの部分アセンブリーを挿入しコーキングを行って外径を減少させる。その後で、真空中で熱加工して波状のシートと平らなシートを拡散接合させてハニカム状のマトリックスと中間の管をつくる。次に中間の管と外側の管を互いに蝋付けする。
【０００７】
特許文献３および４は、自動車の排ガス精製用の金属箔の担体およびその製造法に関する。この担体は厚さ８〜２５μｍの波形の金属箔から構成された薄い金属箔とそれに蝋付けされた平らな金属箔とからつくられ、該平らな金属箔の少なくとも７０％は該薄い箔の厚さの１．５〜４倍の厚さをもっている。ハニカム・ユニットは波形の金属箔および平らな金属箔からつくられ、粒径がハニカム・ユニットをつくっている金属箔の厚さの４．５倍よりも大きくない蝋付け用粉末によって蝋付けされている。
【０００８】
特許文献５はハニカム構造体の胴部およびその製造法に関する。ハニカム構造体の胴部は第１および第２の金属箔を含み、その金属箔の互いに蝋付されたた連結点の厚さは０．０５ｍｍよりも薄い。この連結点は蝋付け媒体で充填された楔形部分をつくっている。金属箔の連結部の厚さは５０μｍよりも薄い。
【０００９】
特許文献６は、ニッケルをベースにし１７〜２３重量％のクロム、２〜１０重量％の珪素、１８〜２０重量％の鉄および０．５重量％未満の硼素を含む蝋付け材料を用いて蝋付
けされた金属箔の複合体に関する。この金属箔のアルミニウム含量は少なくとも６重量％である。この金属箔は層状に配置されるかおよび／または層状に巻き付けられてハニカム構造体の胴部をつくっている。
【００１０】
特許文献７は、排ガス系、特にディーゼルエンジンのような内燃機関の排ガス系に主として使用されるハニカム構造体の胴部に関する。このハニカム構造体の胴部は、その軸の長さ方向の部分に亙って延びた金属層の滑らかな部分によって取り囲まれている。この層はハニカム構造体の胴部と一体となっており、ハニカム構造体の胴部とジャケット管との間の軸方向の部分区域の中に配置されている。
【００１１】
特許文献８は、粒子フィルターおよび該フィルターの製造法に関する。この粒子フィルターは入口と出口をもった流体の通路を規定する壁を有する金属箔を具備している．第１の通路は第１の端の側に開いた入口の断面をもっている。第２の通路は入口の断面に実質的に対応した開いた出口の断面をもっている。第１の通路の壁の一つは第２の通路へと導かれるフィルターの通過孔をもっている。第２の端の側へ向かった入口の断面に相対する第１の通路の蓋は流体に対して第１の通路を孤立させている。金属箔を巻き付けるか積み重ねて反対方向に向った第１および第２の通路がつくられる。
【００１２】
特許文献９は、流体を透過する通路を多数備えたハニカム構造体の胴部の製造法に関する。多数の少なくとも部分的に構造をもったシートの金属層から積層物をつくる。曲げ線の周りに各積層片を折り曲げ、曲がった第１の端の区域および第２の端の区域を有する金属シートのパックをつくる。金属シートのパックは成形型の中に配置されたループ成形装置によって保持され、ループ成形装置を回転させて金属シートのパックをループ状にしてハニカム構造体の胴部の中に入れる。
【００１３】
特許文献１０は、貫通した孔を有する金属箔、およびこのような金属箔からつくられたハニカム構造体の胴部に関する。この金属箔は少なくとも二つの交叉した構造を有し、この構造は仮想的な表面から間隔を空けて配置され交叉した区域を規定している。この少なくとも二つの交叉した構造は交叉区域において部分的に互いに重なり合い、交叉区域の中に少なくとも一つの貫通した孔をもつようにつくられている。
【００１４】
特許文献１１は、排ガス処理触媒用のハニカム構造体の胴部に関する。このハニカム構造体の胴部は流体が交叉して流れる通路をもった取込み区域および排出区域において熱伝導率が減少している。該胴部は流入および流出区域の近くに配置された熱伝導率が減少した区画を含んでいる。該胴部は少なくともいくつかの通路の壁の中につくられた凹みをもっている。
【００１５】
特許文献１２は、セラミックスおよび／または金属材料の押出されたハニカム構造体の胴部に関する。この胴部は、互いにほぼ平行に延びた仕切りによって互いに分離された多数の導通管をもっている。この仕切りは、胴部の断面から見て分かるように、少なくとも外側の区域において半径方向に剛性をもった構造および／または周方向に延びた剛性をもった支持物をつくらないような配置および形をもっている。
【００１６】
特許文献１３は、触媒コンバータの担体の胴部として使用される電気的に加熱し得るハニカム構造体の胴部に関する。この胴部は巻き付け、積層化、または他の方法で層状にされたシート金属を含み、流体はこのシートに沿って主要方向に流れることができ、該層の少なくともいくつかは構造をもっている。少なくとも一つの層は該胴部の中における電気伝導経路を長くするかおよび／または狭くするための孔を有している。一つのシートの金属層は高くなった位置にあり、持ち上がったおよび落ち込んだ区域を有する周期的な、波形の、或いは台形の構造をしている。
【００１７】
特許文献１４は、触媒の担体胴部として有用なハニカム構造体の胴部に関する。該胴部は流体が流れ得る多数の通路の壁をつくる少なくとも部分的に構造をもった金属シートを含んでいる。シートのいくつかは頂上、谷間（ｔｒｏｕｇｈｓ）、および与えられた波の高さを有する主要な波状構造をもっている。頂上および／または谷間は多数の逆転した区域をもち、その高さは最大でも与えられた波状構造の高さに等しい。
【００１８】
特許文献１５は、セラミックスの触媒材料で被覆するための金属の担体の箔に関する。この箔は好ましくは電鋳され、その中につくられた多数の微小な孔をもっている。
【００１９】
特許文献１６は、高温耐性をもった鋼のシートを含む排ガス用触媒の金属の担体に関し、該シートは与えられた排ガスの方向において排ガスを透過し得る多数の細孔をつくっている。この鋼のシートの中には与えられた排ガスの方向を実質的に横切る方向にスリットがつくられている。
【００２０】
従来法における基質被覆システムおよび方法
下記の特許文献はセラミックスおよび／または金属の箔を含んで成る基質を被覆する従来法のシステムおよび方法の例である。
【００２１】
特許文献１７は中空のモノリスの基質に触媒を被覆するシステムに関する。被覆用のスラリの浴を含む容器に基質を浸漬することにより触媒材料を基質に被覆する。次いで、部分的に浸漬された基質を真空をかける。真空の強さおよび真空をかける時間は、被覆用のスラリが浴から中空の基質の内部にある多数の通路を通って上方に引き込まれるのに十分な値である。浴から基質を取り出した後、これを１８０°回転させる。被覆用のスラリが基質の通路の内部に分布しその中に均一な輪郭をもった被膜をつくるのに十分な強さと時間で加圧した空気を吹付ける。
【００２２】
特許文献１８は、被覆媒体を用い多数の通路を有する基質を被覆する方法に関する。被覆媒体の浴を含む容器の中に基質を部分的に浸漬し、この際浸漬された基質の端の上方にある被覆媒体の容積が所望のレベルまで基質を十分に被覆するようにする。次に被覆媒体が浴から各通路の中に上方に引き込まれ均一な輪郭をもった被膜がつくられるのに十分な強さと時間で真空をかける。
【００２３】
特許文献１９は、貴金属を正確な量で含む触媒コンバータの基質を被覆する方法および装置に関する。相対する開いた端を有する処理すべき中空の基質を、貴金属を含む予め定められた量のスラリ材料がまえもって導入されている浸漬用の平皿の中に基質の一端を沈めて最初の位置から移動させる。基質の一端をスラリの中に入れ、他の端に真空をかけてスラリの全量を浸漬用の平皿から吸い上げ基質の下方の部分を被覆する。その後で基質を浸漬用の平皿から引き上げる。さらに真空をかけ続け、基質のすべての内部表面に均一に被膜を分布させるように操作を行う。次いで基質を回転させ、再び基質を引き下げて他の端を他の予め定められた装入量のスラリの中に浸漬し、上記操作を繰り返す。次いで基質を再び浸漬用の平皿から持ち上げる。再び真空をかけ続け、予め定められた時間の間この操作を行い、確実に被膜が均一に分布するようにする。次に基質を再び元の位置に回転させ、最初の位置に戻す。
【特許文献１】米国特許第５，９５８，８２９号明細書
【特許文献２】公開された米国特許出願第２００３０１５２７９５号明細書
【特許文献３】公開された米国特許出願第２００３０１５２７９４号明細書
【特許文献４】公開された米国特許出願第２００１００１６２６６号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５９８，７８２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５８９，６７０号明細書
【特許文献７】米国特許第６，４５８，３２９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，５７６，０３２号明細書
【特許文献９】米国特許第６，４４９，８４３号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３１６，１２１号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，２５４，８３７号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，８６６，２３０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６４３，４８４号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，１３０，２０８号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，８２２，７６６号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，７５３，９１８号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，４７８，８７４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，８６６，２１０号明細書
【特許文献１９】米国特許第４，６０９，５６３号明細書
【発明の開示】
【００２４】
本発明の目的
本発明の目的は、基質、特に金属箔であって多数の開口部および／または箔の表面から上方へ延びたタブを含む基質を実質的に均一に被覆するシステムおよび方法を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、セラミックスおよび金属の基質、特に奇妙な形の基質、細孔密度が高い、例えば細孔密度が１平方インチ当たり７００個より高い基質、非対称的な基質、円錐形の基質、軸方向に沿って孔をもった基質などを実質的に均一に被覆するシステムおよび方法を提供することである。
【００２６】
本発明の上記目的および他の目的は、下記に説明するように本発明を実施することによって達成される。
【００２７】
本発明の概要
本発明の被覆された基質は実質的に均一な少なくとも一つの層の被膜を含んで成り、該被膜は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；またはこれらの材料の二つまたはそれ以上の混合物であることができる。また本発明は細孔の壁の所またはその中に位置した開口部および／または波形起伏および／またはタブを含んで成る実質的に均一に被覆されたモノリスに関する。さらに本発明は奇妙な形をした、非対称な形の、或いは細孔密度が１平方インチ当たり７００個より高い実質的に均一に被覆されたモノリスに関する。さらに本発明はこのような実質的に均一に被覆された基質およびモノリスを製造する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
基質は従来法ではしばしばモノリスの担体とも呼ばれてきたが、多数の入口、多数の出口、多数の基質の壁；および基質の壁によって規定される多数の通路を含んで成り、該通路は直接または間接的に少なくとも一つの出口から延び；基質の壁には隣接した通路と連絡した多数の開口部が存在している。典型的には通路は壁によって規定されているが、この壁の上には被覆材料が均一に沈積し、該通路を通って流れる排ガスが被覆材料と接触するようになっている。典型的には通路の壁は連続的であり、穿孔または壁の表面からの延長部、例えばタブは存在しない。通路は任意の形の断面および大きさ、例えば台形、矩形、正方形、正弦波の形、六角形、卵形、円形などをしていることができる。基質は好ましくはハニカム構造体の胴部をもっている。
【００２９】
本発明の第１の具体化例においては、基質は典型的には厚さ約５〜約１００μｍの一つまたはそれ以上の金属箔のシートを含んで成っている。典型的にはこの箔は従来法の金属箔の基質をつくるのに用いられたのと同じ金属または金属合金、例えばチタン、ステンレス鋼、および鉄、ニッケル、クロムおよび／またはアルミニウムを含む合金を含んで成っている。金属箔は一つまたはそれ以上の形で使用することができる。例えば金属箔は構造をもたない平らな箔であることができ、また構造をもった箔、例えば波形の箔を含む起伏（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎｓ）、うねり（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ）、台形の構造、隆起（ｒｉｄｇｅｓ）などを含む箔であることができる。ここで起伏は蛇行状にまたは「ジグザグ」な形で配置されている。また金属箔は多数の孔、例えば穿孔をもった箔であることができ、また起伏と多数の開口部をもった箔であることもでき、さらに箔の表面から上方に延びた「タブ」を有する箔であることもでき、またいろいろな特徴の組み合わせ、例えば起伏、多数の開口部、および多数のこのような「タブ」などの組み合わせをもった箔であることもできる。
【００３０】
多数の開口部をもった金属箔の基質の場合、本発明の目的に対してはこのような開口部はスリット、穿孔、概して多角形の形の孔、概して卵形の孔、および／または概して円形の孔、或いは上記の型の開口部を二つまたはそれ以上組み合わせた形の孔であることができるものと了解されたい。好ましくは、開口部は概して卵形または円形の孔であり、直径は約２〜約１０ｍｍ、好ましくは４〜８ｍｍである。このような開口部は典型的には箔の面積の約１０〜約８０％、好ましくは２０〜６０％を占めている。
【００３１】
基質はハニカム構造をもったセラミックスまたは金属のモノリスを含んで成っている。モノリスが金属のモノリスの場合、該金属は本発明の第１の具体化例の基質に関して説明したのと同じ材料から成り、同じ特徴をもっていることができる。基質がセラミックスの場合、それは耐火材料、例えばコージエライト、コージエライト−アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコン・ムライト、スポジュメン、アルミナ−シリカ・マグネシア、ジルコン・シリケート、珪線石、珪酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、α−アルミナ、およびアルミノ珪酸塩であることができる。本発明の第２の具体化例に対する好適なセラミックスはコージエライトを含んで成っている。
【００３２】
第１または第２の具体化例の基質の上に少なくとも一つの実質的に均一な被覆層をつくるのに用いられる被覆材料は、通常の種類の当業界に公知のものである。典型的にはこの被覆材料は固体分含量が約２０〜６０重量％、好ましくは３０〜４５重量％の水性スラリの形で用いられるであろう。被覆材料は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；またはこれらの材料の二つまたはそれ以上の混合物であることができる。
【００３３】
非吸着性の非触媒材料にはジルコニア、シリカ、シリカ−アルミナ、およびアルミナが含まれる。
【００３４】
吸着性の非触媒材料にはゼオライト、活性炭素、アルカリ金属酸化物、およびアルカリ土類金属酸化物が含まれる。
【００３５】
触媒材料の例には従来法において一般的に三元変換触媒と呼ばれていた材料が含まれる。何故ならこれらの材料は排ガス流を処理し一酸化炭素を二酸化炭素に、未燃焼の炭化水素を二酸化炭素と水に、また窒素酸化物を窒素に変換する能力をもっているからである。典型的には三元変換触媒は耐火金属酸化物の担体の上に配置した１種またはそれ以上の白金族金属を含んで成っている。適当な白金族金属には白金、パラジウム、ルテニウムなどが含まれる。
【００３６】
耐火金属酸化物は高表面積の金属酸化物、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア、およびアルミナと１種またはそれ以上のチタニア、ジルコニアおよびセリアとの混合物を含んで成っている。耐火金属酸化物は混合酸化物、例えばシリカ−アルミナ、無定形または結晶性のアルミノ珪酸塩、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−クロミア、アルミナ−セリアなどから成っていることができる。好適な耐火金属酸化物はＢＥＴ表面積が約６０〜約３００ｍ２／ｇのγ−アルミナを含んで成っている。
【００３７】
典型的には上記触媒材料に酸素貯蔵成分も存在し得る。好適な酸素貯蔵成分はセリウムおよびプラセオジムから成る群から選ばれる１種またはそれ以上の金属の酸化物を含んでいる。酸素貯蔵性を示し得る他の酸化物には鉄、ニッケル、コバルト、希土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が含まれる。通常の促進剤および安定剤、希土類金属酸化物なども被覆材料の中に存在することができる。
【００３８】
広範囲に亙る適当な触媒材料、このような材料の製造法、およびこのような材料を基質の上に被覆する方法に関しては極めて多数の従来法が存在している。下記の特許および公開された特許出願はこのような従来法の例である：米国特許第４，１３４，８６０号明細書；同第４，４３８，２１９号明細書；同第４，１７１，２８８号明細書；同第４，７１４，６９４号明細書；同第４，７２７，０５２号明細書；同第４，７０８，９４６号明細書；同第４，９２３，８４２号明細書；同第４，８０８，５６４号明細書；同第４，４３８，２１９号明細書；同第４，５９１，５８０号明細書；同第４，７８０，４４７号明細書；同第４，９６５，２４３号明細書；同第４，５０４，５９８号明細書；および同第４，５８７，２３１号明細書。さらに最近になって発表された米国特許には米国特許第５，２０２，３００号明細書；同第５，４６２，９０７号明細書；同第５，５９７，７７１号明細書；同第５，６２７，１２４号明細書；同第５，９６８，８６１号明細書；同第６，０４４，６４４号明細書；同第６，０８０，３７７号明細書；同第６，１５０，２９１号明細書；同第６，１７１，５５６号明細書が含まれる。さらにまた公開された米国特許出願第２００３０１６６４６６、ヨーロッパ特許第０ ７６５ １８９号明細書および国際公開第９９／５５４５９号パンフレットも含まれる。
【００３９】
基質上の被膜は基質の表面に実質的に均一に被覆された少なくとも一つの層を含んで成っている。本発明の方法の段階を単に所望の回数だけ繰り返すことにより同じまたは異なった被覆材料の多数の実質的に均一な層を容易に得ることができる。さらに本発明方法を用いれば二つまたはそれ以上の隣接した区域として基質の上に実質的に均一な層を沈積させ、一つの区域の被覆材料が隣接した区域の被覆材料の組成物と異なるようにすることができる。
【００４０】
本発明の目的に対して「実質的に均一な」という言葉は少なくとも一つの実質的に均一な層の厚さが基質全体に亙って約１０％以下、好ましくは５％以下しか変化しないことを意味するものと理解されたい。典型的には実質的に均一な各被覆層は厚さが約１０〜約５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍである。
【００４１】
本発明の被覆法は本発明の第１の具体化例並びに第２の具体化例の被覆された基質の製造に適用することができる。被覆過程は次の段階を含んでいる：
（ａ）基質をその長さの少なくとも約３０％、好ましくは少なくとも５０％まで、所望の材料のスラリを含む容器の中に浸漬し；
（ｂ）段階（ａ）から得られる基質を遠心分離することにより、被覆材料を基質の上に実質的に均一な層として分布させ、基質の上に存在することが望まれるよりも過剰の被覆材料を除去し；
（ｃ）段階（ｂ）から得られる被覆された基質を乾燥させ；
（ｄ）段階（ｃ）から得られる乾燥した被覆された基質をカ焼する。
【００４２】
典型的には段階（ｃ）は約７０〜約１８０℃、好ましくは８０〜１２０℃の温度において約１〜約６０分間、好ましくは１５〜３０分間行われる。段階（ｄ）は典型的には温度約４００〜約７００℃、好ましくは４５０〜５５０℃において、約２０分〜約５時間、好ましくは３０分〜３時間の間行われる。
【００４３】
必要に応じ、段階（ａ）において下記の変形を行うことにより２種またはそれ以上の異なった被覆材料を実質的に均一に基質の上に被覆することができる：即ち基質を被覆材料の第１のスラリの中にその長さの約３０％〜約７０％まで浸漬し、しかる後基質を再び
浸漬して残りの長さの部分を他の被覆材料の１種またはそれ以上の他のスラリの中に浸漬する。
【００４４】
本発明の被覆方法は、直径が約２〜約６インチ、長さが約１．７〜約４インチの基質を実質的に均一に被覆するのに使用されてきた。
【００４５】
本発明の被覆方法は基質の上に実質的に均一な被覆層を所望の数だけ被覆するのに役立てることができる。段階（ａ）および（ｂ）は必要に応じ同じまたは異なったスラリを用い所望の回数だけ繰り返すことができる。好ましくは、各被覆操作の後で被覆した基質を乾燥させ、最も好ましくは各被覆操作の後で乾燥とカ焼の両方を行う。
【００４６】
一般に段階（ａ）の後で、遠心分離にかける基質の軸を遠心分離の回転の半径方向の軸に対して平行に配向させる。段階（ｂ）における遠心分離の速度および時間は種々の因子、例えば被覆材料のスラリの粘度および固体分含量、基質の大きさと長さ、細孔密度、即ち断面１平方インチ当たりの細孔の数などに依存するであろう。しかし一般に、遠心分離の回転速度は約１０〜約１６００ｒｐｍ、好ましくは２０〜１５０ｒｐｍであり、操作時間は約４〜約３０秒、好ましくは５〜２０秒であることが大部分の基質および大部分の被覆材料に対して理想的である。
【００４７】
遠心分離は比較的簡単な設計の遠心分離器により容易に行うことができる：即ち遠心分離器の外殻はステンレス鋼の槽から成り、その底部は漏斗の形をしている。この漏斗の端には一定の長さのパイプと連絡した開口部があり、このパイプは、遠心分離が終わった後、槽からスラリの媒質および過剰のスラリを容易に取り出すための簡単なオン・オフ式の弁を含んでいる。槽の上方部分にはローターが取り付けられ、その端には多数の孔を有する籠、例えば針金の籠がある。ローターは均一にバランスが保たれていなければならない。即ち籠は例えばローターの端から互いに均一の間隔をもって正反対の側に取り付けられ、ほぼ同じ大きさおよび重さの多数の基質、例えばハニカム構造体を望ましくは同時に遠心分離にかける限り反対錘りを必要としないものでなければならない。
【００４８】
上記のようにして所望のスラリに浸漬した基質を籠の内部に固定し、その軸を遠心分離器の回転の半径方向の軸に対して平行に配置する。ローターは不均衡を最低限度に抑制するためにローターの中心に取り付けられた電気モーターによって駆動される。遠心分離器の速度および操作時間は電気制御ユニットによって調節し制御することができ、このユニットは特定のロットの基質が同じ条件で遠心分離を受けるようにプログラムすることができる。
【００４９】
図面の詳細な説明
図１において、基質１０（下方の基質）は多数の穿孔１２を含む平らな金属の箔であり、基質１４（上方の基質）は起伏１６および多数の穿孔１８を含む波形の金属箔である。図１Ａには基質１０の詳細がもっと明瞭に示されており、図１Ｂには基質１４の詳細がもっと明瞭に示されている。
【００５０】
図２は平らな金属箔の基質２１が多数の起伏２３および波形の金属箔の基質の表面の上方に延びた多数のタブ２５をもった波形の金属箔の基質と組み合わされたハニカム構造体２０の断面図である。
【００５１】
図２Ａはハニカム構造体の胴部２０の一区画を通る流れの層状の（ｌａｍｉｎａｒ）輪郭および境界部の輪郭を示す。
【００５２】
図２Ｂは多数の穿孔２７、および基質２６の表面の上方に延びた多数のタブ２９を含む金属箔の基質２６の顕微鏡写真である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】二つの穿孔された箔の基質の立面図。下方の金属箔の基質は穿孔された平らな箔であり、上方の金属箔の基質は波形の穿孔された箔である。
【図１Ａ】図１に示した下方の箔の顕微鏡写真。
【図１Ｂ】図１に示した上方の箔の顕微鏡写真。
【図２】平らな金属箔の基質が、多数の起伏および波形の金属箔の基質の表面の上方に延びた多数のタブをもった波形の金属箔の基質と組み合わされたハニカム構造体の胴部の断面図。
【図２Ａ】図２に示した構造体の胴部の一区画を通る流れの特徴を示す図。
【図２Ｂ−３】図２に示した金属箔の基質の他の具体化例の顕微鏡写真。図２Ｂおよび図３においては金属箔の基質は多数の穿孔、並びに基質の表面の上方へと延びた多数の「タブ」をもつように示されている。
【図４】三つの異なったハニカム構造体の断面図。構造体Ａは従来のハニカム構造体；構造体Ｂは図２に示した基質からつくられたハニカム構造体；構造体Ｃは図２Ｂおよび図３に示した基質からつくられたハニカム構造体である。
【図５】図１〜３の一つまたはそれ以上に示された金属箔の基質からつくり得る種々の型および大きさをもった筒状のハニカム構造体の胴部の写真。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の入口；多数の出口；基質の多数の壁；および該基質の壁によって規定される多数の通路を含む基質を含んで成り、該通路は少なくとも一つの出口から直接または間接的に延び出し；基質の壁には隣接した通路の間を連絡する多数の開口部および／または波形起伏および／またはタブが存在し、該基質は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；およびこれらの二つ以上の混合物から成る群から選ばれる一つの被覆材料の実質的に均一な少なくとも一つの層を含んでいることを特徴とする被覆された基質。
【請求項２】
該基質は金属箔を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項３】
開口部はスリット、穿孔、概して多角形の形をした孔、概して卵形をした孔、および／または概して円形をした孔を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項４】
基質は、開口部に隣接して箔の表面から上方に延びた多数のタブを含んでいることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項５】
基質の表面は波形になっていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項６】
非吸着性の非触媒材料は、ジルコニア、シリカ、シリカ−アルミナ、およびアルミナから成る群から選ばれる酸化物を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項７】
吸着性の非触媒材料はゼオライト、活性炭素、アルカリ金属酸化物、および／またはアルカリ土類金属酸化物を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項８】
触媒材料は三元変換触媒を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項９】
被覆された基質は筒状の部材の内部に配置され、ハニカム構造体の胴部をつくっていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項１０】
被膜は基質の上に二つまたはそれ以上の隣接した区域として存在し、一つの区域の被覆材料の組成は隣接した区域の被覆材料の組成と異なっていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項１１】
１種またはそれ以上の被覆材料から成る多数の実質的に均一な層を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項１２】
基質上に非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；又はこれらの二つ以上の混合物の実質的に均一な少なくとも一つの層を被覆する方法において、該方法は
（ａ）所望の材料のスラリを含む容器の中に基質をその長さの少なくとも約３０％まで浸漬し、
（ｂ）段階（ａ）から得られる基質を遠心分離することにより、該材料を実質的に均一な層として基質の上に分布させ、基質の上に存在することが望まれるよりも過剰の該材料を除去し；
（ｃ）段階（ｂ）から得られる被覆された基質を乾燥させ；
（ｄ）段階（ｃ）から得られる乾燥した基質をカ焼する段階を含んで成ることを特徴と
する方法。
【請求項１３】
段階（ａ）において、基質をその長さの少なくとも約３０％までスラリの中に浸漬し、その後で基質の残りの長さの部分が一つまたはそれ以上の他のスラリの中に１回またはそれ以上浸漬されるように基質を再び浸漬することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
基質は多数の入口；多数の出口；基質の多数の壁；および該基質の壁によって規定される多数の通路を含む基質を含んで成り、該通路は少なくとも一つの出口から直接または間接的に延び出し；基質の壁には隣接した通路の間を連絡する多数の開口部および／または波形起伏部および／またはタブが存在することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
被膜を基質の上に二つまたはそれ以上の隣接した区域として被覆し、一つの区域の被覆材料の組成が隣接した区域の被覆材料の組成と異なるようにすることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
請求項１２記載の方法であって、各層を基質に被覆した後に段階（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことにより多数の実質的に均一な層を基質の上に被覆することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の方法であって、各層を基質に被覆した後にさらにまた段階（ｄ）を繰り返すことを特徴とする方法。
【請求項１】
多数の入口；多数の出口；基質の多数の壁；および該基質の壁によって規定される多数の通路を含む基質を含んで成り、該通路は少なくとも一つの出口から直接または間接的に延び出し；基質の壁には隣接した通路の間を連絡する多数の開口部および／または波形起伏および／またはタブが存在し、該基質は非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；およびこれらの二つ以上の混合物から成る群から選ばれる一つの被覆材料の実質的に均一な少なくとも一つの層を含んでいることを特徴とする被覆された基質。
【請求項２】
該基質は金属箔を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項３】
開口部はスリット、穿孔、概して多角形の形をした孔、概して卵形をした孔、および／または概して円形をした孔を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項４】
基質は、開口部に隣接して箔の表面から上方に延びた多数のタブを含んでいることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項５】
基質の表面は波形になっていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項６】
非吸着性の非触媒材料は、ジルコニア、シリカ、シリカ−アルミナ、およびアルミナから成る群から選ばれる酸化物を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項７】
吸着性の非触媒材料はゼオライト、活性炭素、アルカリ金属酸化物、および／またはアルカリ土類金属酸化物を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項８】
触媒材料は三元変換触媒を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項９】
被覆された基質は筒状の部材の内部に配置され、ハニカム構造体の胴部をつくっていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項１０】
被膜は基質の上に二つまたはそれ以上の隣接した区域として存在し、一つの区域の被覆材料の組成は隣接した区域の被覆材料の組成と異なっていることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項１１】
１種またはそれ以上の被覆材料から成る多数の実質的に均一な層を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の被覆された基質。
【請求項１２】
基質上に非吸着性の非触媒材料；吸着性の非触媒材料；触媒材料；又はこれらの二つ以上の混合物の実質的に均一な少なくとも一つの層を被覆する方法において、該方法は
（ａ）所望の材料のスラリを含む容器の中に基質をその長さの少なくとも約３０％まで浸漬し、
（ｂ）段階（ａ）から得られる基質を遠心分離することにより、該材料を実質的に均一な層として基質の上に分布させ、基質の上に存在することが望まれるよりも過剰の該材料を除去し；
（ｃ）段階（ｂ）から得られる被覆された基質を乾燥させ；
（ｄ）段階（ｃ）から得られる乾燥した基質をカ焼する段階を含んで成ることを特徴と
する方法。
【請求項１３】
段階（ａ）において、基質をその長さの少なくとも約３０％までスラリの中に浸漬し、その後で基質の残りの長さの部分が一つまたはそれ以上の他のスラリの中に１回またはそれ以上浸漬されるように基質を再び浸漬することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
基質は多数の入口；多数の出口；基質の多数の壁；および該基質の壁によって規定される多数の通路を含む基質を含んで成り、該通路は少なくとも一つの出口から直接または間接的に延び出し；基質の壁には隣接した通路の間を連絡する多数の開口部および／または波形起伏部および／またはタブが存在することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
被膜を基質の上に二つまたはそれ以上の隣接した区域として被覆し、一つの区域の被覆材料の組成が隣接した区域の被覆材料の組成と異なるようにすることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
請求項１２記載の方法であって、各層を基質に被覆した後に段階（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことにより多数の実質的に均一な層を基質の上に被覆することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の方法であって、各層を基質に被覆した後にさらにまた段階（ｄ）を繰り返すことを特徴とする方法。
【図１】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２−２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２−２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００７−５０４９３５（Ｐ２００７−５０４９３５Ａ）
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２５４８５（Ｐ２００６−５２５４８５）
【出願日】平成１６年９月７日（２００４．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２８８６６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２５７４７
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５９１０４４３７１）エンゲルハード・コーポレーシヨン (43)
【氏名又は名称原語表記】ＥＮＧＥＬＨＡＲＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月７日（２００４．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２８８６６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２５７４７
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（５９１０４４３７１）エンゲルハード・コーポレーシヨン (43)
【氏名又は名称原語表記】ＥＮＧＥＬＨＡＲＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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