▶ スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-20
(54)【発明の名称】断熱構造及びその作製方法
(51)【国際特許分類】
F01N 3/28 20060101AFI20230213BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20230213BHJP
【ＦＩ】
F01N3/28 311N
B01D53/94 222
B01D53/94 ZAB
B01D53/94 245
B01D53/94 280
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022536967
(86)(22)【出願日】2020-12-11
(85)【翻訳文提出日】2022-06-16
(86)【国際出願番号】 IB2020061843
(87)【国際公開番号】W WO2021124057
(87)【国際公開日】2021-06-24
(31)【優先権主張番号】62/949,173
(32)【優先日】2019-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505005049
【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100130339
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 憲
(74)【代理人】
【識別番号】100135909
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 和歌子
(74)【代理人】
【識別番号】100133042
【弁理士】
【氏名又は名称】佃 誠玄
(74)【代理人】
【識別番号】100171701
【弁理士】
【氏名又は名称】浅村 敬一
(72)【発明者】
【氏名】ディエツ，ピーター ティー．
【テーマコード（参考）】
3G091
4D148
【Ｆターム（参考）】
3G091BA04
3G091GB01Z
3G091GB02Z
3G091GB03Z
3G091HA26
4D148AA06
4D148AA13
4D148AA18
4D148AB01
4D148AB02
4D148AB08
4D148BA07Y
4D148BA23Y
4D148BA30Y
4D148BA31Y
4D148BA32Y
4D148BA33Y
(57)【要約】
第１の部材と、第２の部材と、マット材料と、無機接着剤と、を含む断熱構造。第１の部材は、温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える。第２の部材は、第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える。マット材料は、第１の部材と第２の部材との間に配設されている。領域は、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の上に形成され、領域は、無機接着剤を含む。無機接着剤は、加熱されると接着性を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える第１の部材と、前記第１の部材の前記第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配設されたマット材料と、
前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの少なくとも一方の上に形成された領域であって、前記領域が、無機接着剤を含む、領域と、を備え、
前記無機接着剤が、加熱されると接着性を示す、断熱構造。
【請求項2】
前記無機接着剤が、実質的に乾燥している、請求項１に記載の断熱構造。
【請求項3】
前記無機接着剤を含有する前記領域が、前記第１の表面及び前記第２の表面の両方の上に形成される、請求項１又は２に記載の断熱構造。
【請求項4】
前記無機接着剤が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩からなる群から選択される少なくとも１つの塩を含有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の断熱構造。
【請求項5】
前記無機接着剤を含有する前記領域が、無機コロイド粒子を含有する、請求項４に記載の断熱構造。
【請求項6】
前記無機接着剤を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、前記第１の部材の前記第１の表面と前記マット材料との間に、前記マット材料と前記第２の部材の前記第２の表面との間に、又はその両方に形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の断熱構造。
【請求項7】
前記無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、前記第１の部材の前記第１の表面と前記マット材料との間に、前記マット材料と前記第２の部材の前記第２の表面との間に、又はその両方に形成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の断熱構造。
【請求項8】
前記塩の含有量が、前記無機接着剤を含有する前記領域において１ｇ／ｍ２～４００ｇ／ｍ２である、請求項４又は５に記載の断熱構造。
【請求項9】
前記断熱構造が汚染制御装置であり、前記第１の部材が汚染制御要素であり、前記第２の部材がケーシングであり、前記汚染制御要素が前記ケーシング内に設けられ、前記マット材料が前記ケーシングと前記汚染制御要素との間に配設されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の断熱構造。
【請求項10】
前記無機接着剤を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、前記ケーシングの内面と前記マット材料の外面との間に、前記マット材料の内面と前記汚染制御要素の外面との間に、又はその両方に形成される、請求項９に記載の断熱構造。
【請求項11】
前記無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、前記ケーシングの内面と前記マット材料の外面との間に、前記マット材料の内面と前記汚染制御要素の外面との間に、又はその両方に形成される、請求項９又は１０に記載の断熱構造。
【請求項12】
断熱構造を製造する方法であって、温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える第１の部材を提供することと、
前記第１の部材の前記第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える第２の部材を提供することと、
無機接着剤を含有する溶液を、前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上にコーティングすることと、
前記溶液を乾燥させて、前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上に、前記無機接着剤を実質的に乾燥させ、結合させることと、を含む、方法。
【請求項13】
前記無機接着剤が、加熱されると接着性を示す、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の部材の前記第１の表面と前記第２の部材の前記第２の表面との間にマット材料を配設し、前記マット材料を前記無機接着剤の少なくとも一部に接触させることを更に含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項15】
前記無機接着剤を加熱して、前記マット材料を前記第１の表面及び前記第２の表面のうちの少なくとも一方に結合させることを更に含む、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、断熱構造（例えば、汚染制御装置）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車エンジンからの排気ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを含有する。ディーゼルエンジンからの排気ガスは、煤などの微粒子を更に含む。これらを除去する手段として、セラミック触媒コンバータ又はディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を使用する排気ガス浄化システムが知られている。加えて、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）の実装も検討されている。これらのデバイスは全般に、汚染制御装置と呼ばれる。
【0003】
概して、汚染制御装置（例えば、セラミック触媒コンバータ）は、汚染制御要素（例えば、セラミック製のハニカム形状の触媒担体）と、汚染制御要素を包み込む金属製のケーシングと、汚染制御要素の外周面とケーシングの内面との間の隙間に充填された保持材料とを含む。保持材料は、ケーシング内に汚染制御要素を保持して、汚染制御要素に衝撃及び振動などによる機械的衝撃が偶発的に加わることを防止する。保持材料は、汚染制御要素がケーシング内で移動及び破壊することを防止し、汚染制御要素の動作寿命にわたって望ましい効果を提供する。この種の保持材料は、一般に実装用材料と呼ばれる。このような保持材料は、概して、単一層又は複数の層を含むマット状材料であり、汚染制御要素の周囲に巻き付けられることによって使用されている。
【0004】
保持材料は、概して、優れた断熱性及び耐熱性を達成する観点から、無機繊維などの無機材料を主成分として含む。このような保持材料（実装用材料）は、例えば、特許文献特開昭第５７－６１６８６（Ａ）号、特開２００２－６６３３１（Ａ）号、及び特開２００６－２２３９２０（Ａ）号に記載されている。
【発明の概要】
【0005】
保持材料は、汚染制御装置のケーシング内に汚染制御要素を実装する技術分野では、主に保持材料の圧縮反発力及び摩擦力によって使用中の位置のずれを防止するように設計されている。ほとんどのそのような保持材料は、ケーシング又は汚染制御要素の一方又は両方と接触する表面で、６００℃で０．４～０．５の範囲の摩擦係数を示す。すなわち、保持材料は、ケーシング内の汚染制御要素と一緒に封入された後に、汚染制御要素が所定の位置から移動しないように、保持材料が接触している他の部材の表面（すなわち、ケーシングの内面及び／又は汚染制御要素の外面）に対する圧縮反発力によって、汚染制御要素を保持する。
【0006】
本開示の目的は、加熱環境下で使用される断熱構造を提供することである。断熱構造は、第１の部材と第２の部材とを備え、マット材料は、第１の部材と第２の部材との間に配設されて、一方の部材を他方の部材から断熱する。無機接着剤は、加熱環境における構造の使用中のマット材料及び部材の一方又は両方の相対的な位置ずれを抑制するために使用される。本開示の別の目的は、そのような断熱構造を製造する方法を提供することである。本開示の追加の目的は、そのような構造（例えば、汚染制御装置）の１つ以上の使用を提供することである。
【0007】
本開示の一態様は、断熱構造に関する。断熱構造は、第１の部材と、第２の部材と、マット材料と、無機接着剤と、を含む。第１の部材は、温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える。第２の部材は、第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える。マット材料は、第１の部材と第２の部材との間に配設されている。領域は、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の上に形成され、領域は、無機接着剤を含む。無機接着剤は、加熱されると接着性を示す。
【0008】
本開示の別の態様は、汚染制御装置の形態の断熱構造に関する。そのような断熱構造では、第１の部材が汚染制御要素であり、第２の部材がケーシングであり、汚染制御要素がケーシング内に設けられ、マット材料がケーシングと汚染制御要素との間に配設されている。
【0009】
本開示の追加の態様は、断熱構造を製造する方法に関する。本方法は、温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える第１の部材を提供することと、第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える第２の部材を提供することと、無機接着剤を含有する溶液を、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上にコーティングすることと、溶液を乾燥させて、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上に、無機接着剤を実質的に乾燥させ、結合させることと、を含む。
【0010】
本開示によれば、加熱環境下で使用される装置又は構造が提供され、その部材間の相対的な移動は、完全に防止又は著しく抑制され得る。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示で使用され得るマット材料の一実施形態を示す斜視図である。
【図2】本開示による汚染制御装置の一実施形態を概略的に示す断面図である。
【図4】本開示による断熱構造を概略的に示す断面図である。
【図5】マット材料の一部（無機接着剤としてリン酸アルミニウムを使用する）がケーシングの内面に固定又は結合された状態を示す写真である。
【図6】マット材料の一部（無機接着剤としてケイ酸ナトリウムを使用する）が触媒担体の外面に固定又は結合された状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、本開示の実施形態を詳細に説明する。
【0013】
図１は、円形円筒又は楕円形円筒の外形を有する汚染制御要素３０の周りに巻き付けられるように、また汚染制御要素３０をケーシング２０内に取り付け断熱するように構成されている（図２を参照）マット材料の例を示す斜視図である。マット材料１０は、汚染制御要素３０の外周の長さに一致する長さを有する。マット材料１０は、例えば、一端に凸部１０ａを有し、他方の端に凹部１０ｂを有し、マット材料１０が汚染制御要素３０の周囲に巻かれたときに凸部又はトング部１０ａと凹部又は溝部１０ｂとが互いに嵌合する形状を有している。また、Ｌ形状などの他の形状も可能であり、嵌合のための形状は特に限定されないことに留意されたい。
【0014】
図３に示すように、表面層５（無機接着剤を含有する領域）は、第１の部材３０の第１の表面３４（例えば、汚染制御要素３０の外面）上に、第２の部材２０の第２の表面２４（例えば、汚染制御装置ケーシング２０の内面）上に、又は表面３４及び表面２４の両方上に提供される。各表面層５は、約５～約１５ｍｍの範囲の厚さを有することが望ましい場合がある。マット材料１０（例えば、図２を参照）は、部材表面２４と部材表面３４との間に配設され、各接着剤表面層５は、マット材料と対応する部材との間に配設されている。マット材料１０は、約３～約１０μｍの範囲の直径（例えば、平均直径）を有することができる無機繊維を含む。マット材料はまた、必要に応じて配合された他の構成要素も含んでもよい。各表面層５は、加熱されると接着性を示す無機接着剤と、任意に、必要に応じて配合された他の成分とを含む。表面層５は、その対応する部材の一方の表面にのみ存在することに留意されたい。あるいは、表面層５は、一方の表面又は両方の表面２４及び３４の領域の一部分又は一部のみに存在し得る。加えて、図３は、表面層５が表面２４及び表面３４の一方又は両方に積層（laminated）されて接着されている状態を示しているが、各表面層５はまた、マット材料１０の本体部にも接着及び含浸されている。
【0015】
上記のように、表面層５は、加熱されると接着性を示す無機接着剤を含有する。本明細書に記載の無機接着剤としては、加熱される際の他の部材との反応生成物の形成による接着のみならず、加熱されると表面層５の無機接着剤によって示される流動性、及びマット材料１０又は他の部材の接触面への浸透により得られる固着効果（固定状態又は接着状態）による接着性も提供するものが挙げられる。接着性が示される温度は限定されないが、例えば２００℃以上、３００℃以上、又は６００℃以上で、接着性が示されるる。例えば、マット材料１０は、２つの部材間に挟み込まれた状態で配置され、６００℃の温度条件下で１時間放置される。次いで、マット材料１０は、他の部材との接着性を示す。接着性が示されていることは、加熱されたマット材料１０が冷却された後に、マット材料１０と、一方の部材若しくは又は他方の部材、又は両方の部材との間に固定領域又は接着領域が形成されるか否かを確認することによって、目視で判断することができる（図５及び図６を参照）。そのような接着性は、第１の部材及び第２の部材の一方又は両方と接触する表面で、６００℃で０．７５以上の摩擦係数を示すマット材料１０をもたらし得る。
【0016】
無機接着剤は概ね、通常の温度で液体状態であるが、表面層５は、対応する構造部材（例えば、部材２０又は３０）上で実質的に乾燥している。本明細書において「実質的に乾燥している」とは、例えば、無機接着剤をコーティングした後の乾燥プロセスによって得られる乾燥状態を指し、このような乾燥状態では、マット材料１０を１２０℃で３０分加熱した後の質量損失率は、加熱前のマット材料１０の質量に基づいて約５％以内である。表面層５は、実質的に乾燥しているため、断熱構造又はデバイスの構成要素（例えば、部材）を組み立てる際の作業性に優れるという利点を有する。
【0017】
上記無機接着剤は、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩からなる群から選択される少なくとも１つの塩である。アルカリ金属塩の具体例としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩が挙げられる。アルカリ土類金属塩の具体例としては、ケイ酸マグネシウム及びケイ酸カルシウムなどのアルカリ土類金属ケイ酸塩が挙げられる。リン酸塩の具体例としては、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、及びリン酸カルシウムが挙げられる。これらの成分の１種は単独であってもよく、又は２種以上の組み合わせを使用してもよい。
【0018】
上記無機接着剤を含有する液体を構造部材２０及び３０のいずれかの表面にコーティングした後、乾燥プロセスによって表面層５を形成してもよい。表面層５中の無機接着剤（上記塩）の含有量は、例えば、１ｇ／ｍ２～５０ｇ／ｍ２であり、２ｇ／ｍ２～４０ｇ／ｍ２、又は５ｇ／ｍ２～３０ｇ／ｍ２であってもよい。表面層５の無機接着剤の量は、マット材料１０が所望の部材２０及び／又は３０に必要とされる接着性に応じて適宜設定することができる。
【0019】
表面層５は、無機コロイド粒子を含有してもよい。無機コロイド粒子を形成するために無機材料の各種微細粒子を用いることができるが、好ましい無機材料としては、金属酸化物、窒化物、炭化物、及び耐熱性を有する材料が挙げられる。例えば、好ましい例としては、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアが挙げられるが、これらに限定されない。他の好適な材料の例としては、窒化ホウ素及び炭化ホウ素が挙げられる。これらの無機材料は、個々に、又はこれらの２つ以上の組み合わせで使用することができる。
【0020】
上述の無機コロイド粒子は、無機材料の種類及び所望の摩擦改善効果に従って様々な粒径で使用することができるが、約１～１００ｎｍの平均粒径を有することが概して好ましい。無機コロイド粒子が１ｎｍ未満の平均粒径を有する場合、このような無機コロイド粒子は、摩擦増加効果に寄与し得る摩擦層を形成することができない。対照的に、無機コロイド粒子が１００ｎｍを超える平均粒径を有する場合、粒子は、摩擦の増加に適切に寄与するには大きすぎるため、脱落し得る。無機コロイド粒子の平均粒径は、より好ましくは約１０～８０ｎｍの範囲であり、最も好ましくは約２０～５０ｎｍの範囲である。無機コロイド粒子に関して、国際公開第２００７／０３０４１０号を参照することができ、その全体が、本明細書に参照により組み込まれる。
【0021】
無機接着剤はまた、粘土（カオリン）、ベーマイト、二酸化チタン、ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、沈降シリカ、ＡＴＨ、並びに粘度及び吸収特性を改質するための他の適合性のある一般的なフィラーを含んでもよい。無機接着剤はまた、グリセリン、ソルビトール、他の糖アルコール、及びエチレングリコールなどの保湿剤を含有してもよい。これらの材料は、取り扱い特性を改善するために無機接着剤を可塑化するのに役立ち得る。適合性のある染料及び顔料もまた、無機接着剤の存在及び位置を特定するのを助けるために組み込まれてもよい。接着が望まれる表面を濡らすのを助けるために、適合性のある界面活性剤も含まれ得る。
【0022】
表面層５は、必要に応じて、無機繊維を更に含んでもよい。無機繊維の直径は、約１ｎｍ～約１５ｎｍであってもよく、これらは、例えば、約１ｎｍ以上、約２ｎｍ以上、又は約３ｎｍ以上であり、約１５ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、又は約５ｎｍ以下であってもよい。約１ｎｍ以上の直径を有する無機繊維は、１ｎｍより細い無機繊維と比較して容易に利用可能であるという利点を有する。加えて、このような無機繊維は、汚染制御装置の製造中に、繊維片の飛散を抑制することができる傾向がある。一方、約１５ｎｍ以下の直径を有する無機繊維は、約１５ｎｍよりも太い無機繊維と比較して、デバイスの製造中に繊維片の生成を抑制できる傾向がある。無機繊維の平均長さは、例えば、約５００～約５０００ｎｍであり、約１０００～約４０００ｎｍ、又は約１４００～約３０００ｎｍであってもよい。
【0023】
無機繊維の直径（平均直径）及び平均長さ（平均繊維長）は、例えば、顕微鏡画像（ＴＥＭ画像、ＳＥＭ画像など）からランダムにサンプリングされた５０以上の繊維の太さ及び長さを測定し、その平均値を計算することによって決定することができる。無機繊維のアスペクト比は、平均長さの値を直径の値で割ることによって計算される。
【0024】
上記無機繊維の平均長さは、例えば、約６０～約２０００であってもよく、約１００～約１５００ｎｍ、又は約３００～約８００ｎｍであってもよい。アスペクト比が約６０以上の無機繊維は、アスペクト比が約６０よりも小さい無機繊維と比較して、デバイスの製造中の繊維片の飛散を抑制できる傾向がある。一方、約２０００以下のアスペクト比を有する無機繊維は、アスペクト比が約２０００よりも大きい無機繊維と比較して容易に利用可能であるという利点がある。無機繊維に関しては、特開２０１７－２１０８１５号を参照することができる。
【0025】
マット材料の本体部は、主に無機繊維を構成することができる。マット材料の本体部を構成する無機繊維の具体例としては、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ホウ素繊維等が挙げられ得るが、他の無機繊維を必要に応じて使用することができる。上記列挙のものから選択される１種類の無機繊維は、単独であってもよく、又は２種以上の組み合わせが使用されてもよい。また、無機繊維は複合繊維の形態で使用されてもよい。中でも特に好ましいのは、アルミナ繊維、シリカ繊維、及びアルミナ－シリカ繊維などのセラミック繊維である。１種類のセラミック繊維が単独で使用されてもよく、又は２種以上の組み合わせが使用されてもよい。また、セラミック繊維は複合繊維の形態で使用されてもよい。未膨張バーミキュライトなどの膨張材料もまた、本体部の総重量の約５～約５０重量％の濃度でマット材料の本体部内に収容されてもよい。
【0026】
マット材料の本体部は、主に無機繊維を含み、任意の添加剤として有機結合剤を有する。マット材料を作製するための２つの代表的な製造方法、すなわち、乾式プロセス及び湿式プロセスが存在する。
【0027】
乾式プロセスでは、例えば、アルミナ繊維前駆体は、オキシ塩化アルミニウムなどのアルミナ源とシリカゾルなどのシリカ源と、ポリビニルアルコールなどの有機結合剤と、水との混合物を含むゾル－ゲルを紡糸することによって得られる。この後、アルミナ繊維前駆体をシート状に積層し（laminating）、次いで積層体（laminate）をニードルパンチし、約１０００～１３００℃の範囲の高温で焼成して本体部を得る。ニードルパンチ密度は、例えば、約１パンチ／ｃｍ２～５０パンチ／ｃｍ２であり、この密度を変更することによって、マットの厚さ、バルク比重、及び強度を調整することができる。一方、湿式プロセスでは、出発物質としての無機繊維と有機結合剤とを、任意の添加剤と混合した後、無機繊維を開繊する工程、スラリーを調製する工程、抄造、成形型への加圧などを連続的に行うことによって、本体部が得られる。湿式プロセス（ウェットラミネーションプロセス（wet lamination process））についての詳細については、国際公開第２００４／０６１２７９号及び米国特許第６，０５１，１９３号を参照することができ、それら全体が、本明細書に参照により組み込まれる。有機結合剤の種類及び使用量は特に限定されないことに留意されたい。例えば、ラテックスの形態で提供されるアクリル樹脂、スチレン－ブタジエン樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリウレタン樹脂、天然ゴム、ポリ酢酸ビニル樹脂などを有機結合剤として使用してもよい。あるいは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルエステル樹脂などの熱可塑性樹脂を有機結合剤として使用してもよい。
【0028】
断熱構造の実施形態を製造する方法は、一方又は両方の部材２０及び３０を提供することと、無機接着剤を含有する液体を、第１の部材２０の第１の表面２４若しくは第２の部材３０の第２の表面３４のうちの少なくとも一方、又はその両方にコーティングすることと、上記のようにコーティングされた後、液体に熱を加えることと、を含む。上記の製造方法によれば、その少なくとも一方の表面の上に表面層５が形成された１つの又は各構造部材を得ることができる。
【0029】
マット材料が無機微細粒子をその中に含有する場合、工程（ａ）において、コロイド溶液の組成を調整して、微細粒子の含有量を本体部の総質量に基づいて約１～約１０質量％とすることが好ましい場合がある。無機微細粒子の含有量が約１質量％以上であると、十分な表面圧が得られやすく、無機微細粒子の含有量が約１０質量％以下である。接着剤がそれに接着されない場合、マット材料１０は、部材の表面により容易に適合するのに十分な可撓性を有し得る（例えば、汚染制御要素の周囲に巻き付けられる）。
【0030】
コロイド溶液をコーディングした構造部材を乾燥させる工程は、必要に応じて行われることに留意されたい。また、コロイド溶液のこのような乾燥は、他の乾燥工程と共に行うことができることにも留意されたい。例えば、表面層５を形成する工程の後に実施される無機接着剤の乾燥工程と組み合わせることもできる。あるいは、このような工程は、他の溶液をコーティングした後、乾燥工程と組み合わせることもできる。コロイド溶液の乾燥は、例えば、約８０～約２５０℃に設定された温風乾燥機で約１０～約１８０分間行われる。
【0031】
表面層５の形成に用いられる液体は、必要に応じて配合される無機接着剤及び成分（無機繊維及び／又は無機微細粒子）を含有する。本体部の表面上への液体のコーティングは、例えば、スプレーコーティング、ロールコーティング、フィルム転写、カーテンコーティングなどによって実施されてもよい。１単位面積当たりのコーティング量（固形分の質量）は、一実施形態では、例えば、約１ｇ／ｍ２～約２００ｇ／ｍ２の範囲であり得る。更に、コーティング量はまた、一実施形態では、約１０ｇ／ｍ２～約１７５ｇ／ｍ２の範囲であってもよい。コーティング量はまた、約２０ｇ／ｍ２～約１５０ｇ／ｍ２の範囲であってもよい。１単位面積当たりのコーティング量（固形分の質量）は、例えば、約１ｇ／ｍ２～約４００ｇ／ｍ２の範囲であってもよい。１単位面積当たりのコーティング量は、約５０～約３５０ｇ／ｍ２、約１００～約３００ｇ／ｍ２、又は約１５０～約２５０ｇ／ｍ２の範囲であることが望ましい場合がある。コーティング後の乾燥工程は、水を揮発させることによって表面層５を形成するためのものである。例えば、溶液をコーティングした後の構造部材２０及び／又は３０は、約７５～約２５０℃に設定された温風乾燥機で約１０～約１８０分間乾燥させることができる。これにより、対応する部材の表面の上に表面層５が形成される。無機接着剤のコーティングは、例えば、ストライプ、ドット、又は任意の他の所望の意匠のパターンなど、部材の表面上の任意の所望の形態であり得る。
【0032】
表面層５を形成する工程は、複数の工程に分割されて行われてもよい。例えば、最初に、無機接着剤を含有する液体を対応する部材の表面にコーティングした後、他の成分を含有する液体を対応する部材の表面にコーティングしてもよい。順序は逆であってもよく、すなわち最初に、他の成分を含有する液体を対応する部材の表面にコーティングした後、無機接着剤を含有する液体を対応する部材の表面にコーティングしてもよい。無機接着剤は、湿潤した又は乾燥した部材のいずれに適用されてもよい。
【0033】
マット材料１０は、図２に示すように、汚染制御装置５０内に汚染制御要素３０を取り付けるために使用される。汚染制御要素３０の具体例としては、エンジンからの排気ガスの浄化のための、触媒担体、フィルタ要素などが挙げられる。汚染制御装置５０の具体例としては、触媒コンバータ及び排気浄化デバイス（例えば、ディーゼル微粒子フィルタデバイス）が挙げられる。汚染制御装置５０は、ケーシング２０と、ケーシング２０内に設けられた汚染制御要素３０と、ケーシング２０の内面と汚染制御要素３０の外面との間に配設されたマット材料１０と、を含む。汚染制御装置５０は、排気ガスを汚染制御要素３０に導入するガス流入口２１と、汚染制御要素３０を通過した排気ガスが排出されるガス流出口２２と、を更に含む。
【0034】
汚染制御装置５０において、マット材料１０は、ケーシング２０の内面と汚染制御要素３０の外面との間に挟み込まれた状態で配設されている。ケーシング２０の内面と汚染制御要素３０の外面との間の間隙の幅は、気密性を確保し、マット材料１０の使用量を低減する観点から、好ましくは約１．５～約１５ｍｍである。マット材料１０は、好ましくは、適切に圧縮された状態にあり、加熱されると、マット材料１０がその上に当接する他の部材に固定又は接着され得る。一実施形態では、マット材料１０は、ケーシング２０の内面に、及び汚染制御要素３０の外面に固定されるため、汚染制御装置５０内の汚染制御要素３０の位置ずれを高度に抑制することができる。加えて、マット材料の嵩密度は、関連技術におけるマット材料と比較して低く設定することができ、したがって、使用される比較的高価な無機繊維材料の量を低減することができる。マット材料１０を圧縮及び組み立てるための技術の例としては、クラムシェル（clamshell）技術、スタッフィング（stuffing）技術、及びターニキット（tourniquet）技術が挙げられる。
【0035】
汚染制御要素３０は、高温の排気ガスの通過時に高温に達する。汚染制御要素３０とマット材料１０との間の部分は、２００～１１００℃という高温に加熱される。一方、マット材料１０とケーシング２０との間の部分は、１００～８００℃という高温に加熱される。汚染制御装置５０は、加熱されると接着性を示す表面層５を有するマット材料１０を含んでいるため、ケーシング２０内に汚染制御要素３０を強固に保持することができる。触媒担体によって担持される触媒は、概して、金属（例えば、白金、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、及びパラジウム）並びに金属酸化物（例えば、五酸化バナジウム、及び二酸化チタン）であり、好ましくはコーティングの形態で使用される。汚染制御装置は、触媒担体の代わりにフィルタ要素を適用することによって、ディーゼル微粒子フィルタ又はガソリン微粒子フィルタとして構成され得ることに留意されたい。
【0036】
本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、マット材料１０を汚染制御装置に適用する例で説明したが、マット材料１０は、熱源を含む任意の他の断熱構造、例えば、排気マニホールド及び排気管、又は高温流体が流れる排気ガスシステム部品、及びその周囲に設置された熱シールドカバーに適用されてもよい。図４に簡単に示すように、断熱構造６０は、温度が場合により２００℃以上に達する表面６１ａを有する第１の部材６１（例えば、高温流体が流れる熱源又は排気ガスシステム部品）と、第１の部材６１の表面６１ａに対向する表面６２ａを有する第２の部材６２（例えば、熱シールドカバー）と、第１の部材６１と第２の部材６２との間に配設されたマット材料１０とを含む。２００℃以上に温度を上昇させることがある第１の部材６１からの熱は、第１の部材６１とマット材料１０との間に接着性を示すよう、表面６１ａ上の無機接着剤を誘発する。第１の部材６１からの熱はまた、表面６２ａ上に位置する場合、表面６２ａの温度が２００℃以上に上昇すると、第２の部材６２とマット材料１０との間に接着性を示すよう、表面６２ａ上の無機接着剤を誘発し得る。無機接着剤の接着性により、断熱構造６０内のマット材料１０の位置ずれを抑制することができる。
【0037】
追加的実施形態
１．第１の部材と、第２の部材と、マット材料と、無機接着剤と、を含む断熱構造。第１の部材は、温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える。第２の部材は、第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える。マット材料は、第１の部材と第２の部材との間に配設されている。領域は、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の上に形成され、領域は、無機接着剤を含む。無機接着剤は、加熱されると接着性を示す。好ましくは、無機接着剤は、室温を超える温度（すなわち、２４℃超）又は周囲温度（すなわち、２４℃～４６℃の範囲）に加熱されると、接着性（すなわち、部材表面に接着結合を形成するのに十分な粘着性）のみを示す。無機接着剤は、少なくとも５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃以上の温度に加熱されると、接着性のみを示すことが望ましい場合がある。
２．無機接着剤が、実質的に乾燥している、実施形態１に記載の断熱構造。
３．無機接着剤が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩からなる群から選択される少なくとも１つの塩を含有する、実施形態１又は２に記載の断熱構造。
４．アルカリ金属塩が、アルカリ金属ケイ酸塩である、実施形態３に記載の断熱構造。
５．アルカリ金属ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムからなる群から選択される少なくとも１つである、実施形態４に記載の断熱構造。
６．リン酸塩が、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、及びリン酸カルシウムからなる群から選択される少なくとも１つである、実施形態３に記載の断熱構造。
７．塩の含有量が、無機接着剤を含有する領域において１ｇ／ｍ２～５０ｇ／ｍ２である、実施形態３に記載の断熱構造。
８．無機接着剤を含有する領域が、第１の表面及び第２の表面の両方の上に形成される、実施形態１～７のいずれか１つに記載の断熱構造。
９．無機接着剤を含有する領域が、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の全面の上に形成される、実施形態１～８のいずれか１つに記載の断熱構造。
１０．無機接着剤を含有する領域が、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の一部の上に形成される、実施形態１～８のいずれか１つに記載の断熱構造。
１１．無機接着剤を含有する領域が、無機コロイド粒子を含有する、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の断熱構造。
１２．無機コロイド粒子が、アルミナコロイド粒子である、実施形態１１に記載の断熱構造。
１３．マット材料が、６０～２０００のアスペクト比を有する無機繊維を含有する、実施形態１～１２のいずれか１つに記載の断熱構造。
１４．６０～２０００のアスペクト比を有する無機繊維が、アルミナ繊維である、実施形態１３に記載の断熱構造。
１５．無機接着剤を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、第１の部材の第１の表面とマット材料との間に、マット材料と第２の部材の第２の表面との間に、又はその両方に形成される、実施形態１～１４のいずれか１つに記載の断熱構造。
１６．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、第１の部材の第１の表面とマット材料との間に形成される、実施形態１～１５のいずれか１つに記載の断熱構造。
１７．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、マット材料と第２の部材の第２の表面との間に形成される、実施形態１～１６のいずれか１つに記載の断熱構造。
１８．塩の含有量が、無機接着剤を含有する領域において１ｇ／ｍ２～４００ｇ／ｍ２である、実施形態３～１４のいずれか１つに記載の断熱構造。
１９．断熱構造が汚染制御装置であり、第１の部材が汚染制御要素であり、第２の部材がケーシングであり、汚染制御要素がケーシング内に設けられ、マット材料がケーシングと汚染制御要素との間に配設されている、実施形態１～１８のいずれか１つに記載の断熱構造。
２０．無機接着剤を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、ケーシングの内面とマット材料の外面との間に、マット材料の内面と汚染制御要素の外面との間に、及びその両方に形成される、実施形態１９に記載の断熱構造。
２１．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、ケーシングの内面とマット材料の外面との間に形成される、実施形態１９又は２０に記載の断熱構造。
２２．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、マット材料の内面と汚染制御要素の外面との間に形成される、実施形態１９～２１のいずれか１つに記載の断熱構造。
２３．断熱構造を製造する方法であって、（ａ）温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える第１の部材を提供することと、（ｂ）第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える第２の部材を提供することと、（ｃ）無機接着剤を含有する溶液を、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上にコーティングすることと、（ｄ）溶液を乾燥させて、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上に、無機接着剤を実質的に乾燥させ、結合させることと、を含む、方法。
２４．無機接着剤が、加熱されると接着性を示す、実施形態２３に記載の方法。
２５．第１の部材の第１の表面と第２の部材の第２の表面との間にマット材料を配設し、マット材料を乾燥無機接着剤の少なくとも一部に接触させることを更に含む、実施形態２３又は２４に記載の方法。
２６．第１の部材の第１の表面と第２の部材の第２の表面との間にマット材料を配設し、当該乾燥前に、無機接着剤を湿潤させ、マット材料を湿潤無機接着剤の少なくとも一部に接触させることを更に含む、実施形態２３又は２４に記載の方法。
２７．無機接着剤を加熱して、マット材料を第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方に結合させることを更に含む、実施形態２３～２５のいずれか１つに記載の方法。
１．第１の部材と、第２の部材と、マット材料と、無機接着剤と、を含む断熱構造。第１の部材は、温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える。第２の部材は、第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える。マット材料は、第１の部材と第２の部材との間に配設されている。領域は、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の上に形成され、領域は、無機接着剤を含む。無機接着剤は、加熱されると接着性を示す。好ましくは、無機接着剤は、室温を超える温度（すなわち、２４℃超）又は周囲温度（すなわち、２４℃～４６℃の範囲）に加熱されると、接着性（すなわち、部材表面に接着結合を形成するのに十分な粘着性）のみを示す。無機接着剤は、少なくとも５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃以上の温度に加熱されると、接着性のみを示すことが望ましい場合がある。
２．無機接着剤が、実質的に乾燥している、実施形態１に記載の断熱構造。
３．無機接着剤が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩からなる群から選択される少なくとも１つの塩を含有する、実施形態１又は２に記載の断熱構造。
４．アルカリ金属塩が、アルカリ金属ケイ酸塩である、実施形態３に記載の断熱構造。
５．アルカリ金属ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムからなる群から選択される少なくとも１つである、実施形態４に記載の断熱構造。
６．リン酸塩が、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、及びリン酸カルシウムからなる群から選択される少なくとも１つである、実施形態３に記載の断熱構造。
７．塩の含有量が、無機接着剤を含有する領域において１ｇ／ｍ２～５０ｇ／ｍ２である、実施形態３に記載の断熱構造。
８．無機接着剤を含有する領域が、第１の表面及び第２の表面の両方の上に形成される、実施形態１～７のいずれか１つに記載の断熱構造。
９．無機接着剤を含有する領域が、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の全面の上に形成される、実施形態１～８のいずれか１つに記載の断熱構造。
１０．無機接着剤を含有する領域が、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の一部の上に形成される、実施形態１～８のいずれか１つに記載の断熱構造。
１１．無機接着剤を含有する領域が、無機コロイド粒子を含有する、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の断熱構造。
１２．無機コロイド粒子が、アルミナコロイド粒子である、実施形態１１に記載の断熱構造。
１３．マット材料が、６０～２０００のアスペクト比を有する無機繊維を含有する、実施形態１～１２のいずれか１つに記載の断熱構造。
１４．６０～２０００のアスペクト比を有する無機繊維が、アルミナ繊維である、実施形態１３に記載の断熱構造。
１５．無機接着剤を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、第１の部材の第１の表面とマット材料との間に、マット材料と第２の部材の第２の表面との間に、又はその両方に形成される、実施形態１～１４のいずれか１つに記載の断熱構造。
１６．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、第１の部材の第１の表面とマット材料との間に形成される、実施形態１～１５のいずれか１つに記載の断熱構造。
１７．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、マット材料と第２の部材の第２の表面との間に形成される、実施形態１～１６のいずれか１つに記載の断熱構造。
１８．塩の含有量が、無機接着剤を含有する領域において１ｇ／ｍ２～４００ｇ／ｍ２である、実施形態３～１４のいずれか１つに記載の断熱構造。
１９．断熱構造が汚染制御装置であり、第１の部材が汚染制御要素であり、第２の部材がケーシングであり、汚染制御要素がケーシング内に設けられ、マット材料がケーシングと汚染制御要素との間に配設されている、実施形態１～１８のいずれか１つに記載の断熱構造。
２０．無機接着剤を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、ケーシングの内面とマット材料の外面との間に、マット材料の内面と汚染制御要素の外面との間に、及びその両方に形成される、実施形態１９に記載の断熱構造。
２１．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、ケーシングの内面とマット材料の外面との間に形成される、実施形態１９又は２０に記載の断熱構造。
２２．無機接着剤を少なくとも約１００～１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、固定領域が、マット材料の内面と汚染制御要素の外面との間に形成される、実施形態１９～２１のいずれか１つに記載の断熱構造。
２３．断熱構造を製造する方法であって、（ａ）温度が場合により２００℃以上に達する第１の表面を備える第１の部材を提供することと、（ｂ）第１の部材の第１の表面に対向して配設された第２の表面を備える第２の部材を提供することと、（ｃ）無機接着剤を含有する溶液を、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上にコーティングすることと、（ｄ）溶液を乾燥させて、第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部の上に、無機接着剤を実質的に乾燥させ、結合させることと、を含む、方法。
２４．無機接着剤が、加熱されると接着性を示す、実施形態２３に記載の方法。
２５．第１の部材の第１の表面と第２の部材の第２の表面との間にマット材料を配設し、マット材料を乾燥無機接着剤の少なくとも一部に接触させることを更に含む、実施形態２３又は２４に記載の方法。
２６．第１の部材の第１の表面と第２の部材の第２の表面との間にマット材料を配設し、当該乾燥前に、無機接着剤を湿潤させ、マット材料を湿潤無機接着剤の少なくとも一部に接触させることを更に含む、実施形態２３又は２４に記載の方法。
２７．無機接着剤を加熱して、マット材料を第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも一方に結合させることを更に含む、実施形態２３～２５のいずれか１つに記載の方法。
【実施例】
【0038】
本開示を、その実施例を参照して説明する。言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0039】
本体部の作製
以下に列挙する化学物質を、１分間の間隔で撹拌しながら１０Ｌの水に導入し、有機結合剤及び無機微細粒子を含有するコロイド溶液を調製した。
（１）硫酸アルミニウム（固形分濃度４０％の水溶液）：６ｇ
（２）有機結合剤（日本ゼオンから入手可能なＡｃｒｙｌｉｃ Ｌａｔｅｘ ＬＸ８７４（商品名））：２．６ｇ
（３）コロイドシリカ（日産化学から入手可能なＳｎｏｗｔｅｘ Ｏ（商品名））：１０ｇ
（４）液体アルミン酸ナトリウム（固形分４０％）：３．５ｇ
以下に列挙する化学物質を、１分間の間隔で撹拌しながら１０Ｌの水に導入し、有機結合剤及び無機微細粒子を含有するコロイド溶液を調製した。
（１）硫酸アルミニウム（固形分濃度４０％の水溶液）：６ｇ
（２）有機結合剤（日本ゼオンから入手可能なＡｃｒｙｌｉｃ Ｌａｔｅｘ ＬＸ８７４（商品名））：２．６ｇ
（３）コロイドシリカ（日産化学から入手可能なＳｎｏｗｔｅｘ Ｏ（商品名））：１０ｇ
（４）液体アルミン酸ナトリウム（固形分４０％）：３．５ｇ
【0040】
ニードルパンチされたアルミナ繊維ブランケット（三菱ケミカルから入手可能なＭａｆｔｅｃ ＭＬＳ－２ Ｂｌａｎｋｅｔ（商品名））を１５ｃｍ×４０ｃｍに切り出した。これを金属メッシュ上に置き、上記のコロイド溶液を上から注いだ後、金属メッシュ上で１５秒間吸引して水を除去した。このようにして、上記コロイド溶液をブランケットに含浸させた後、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で４５分間乾燥プロセスを行った。これにより、マット材料の本体部を作製した。
【0041】
無機接着剤を含有する水溶液
水溶液１：濃度５０％に希釈したケイ酸ナトリウム（富士化学から入手可能なケイ酸ナトリウムＮｏ．３）の水溶液を調製した。
水溶液２：濃度５０％に希釈したリン酸アルミニウム（多木化学から入手可能なＷＲ－１００Ｂ）の水溶液を調製した。
水溶液１：濃度５０％に希釈したケイ酸ナトリウム（富士化学から入手可能なケイ酸ナトリウムＮｏ．３）の水溶液を調製した。
水溶液２：濃度５０％に希釈したリン酸アルミニウム（多木化学から入手可能なＷＲ－１００Ｂ）の水溶液を調製した。
【0042】
実施例１
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、汚染制御要素の第１の表面（外面）上に下記のようにコーティングする。水溶液１を、第１の表面の全領域に固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量までスプレーコーティングする。次いで、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施する。これにより、第１の表面の全領域の上に無機接着剤を含有する領域を形成する。上記と同様の方法で、ケーシングの第２の表面（内面）の全面にも、無機接着剤を含有する領域を形成する。
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、汚染制御要素の第１の表面（外面）上に下記のようにコーティングする。水溶液１を、第１の表面の全領域に固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量までスプレーコーティングする。次いで、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施する。これにより、第１の表面の全領域の上に無機接着剤を含有する領域を形成する。上記と同様の方法で、ケーシングの第２の表面（内面）の全面にも、無機接着剤を含有する領域を形成する。
【0043】
実施例１ａ
第１の表面及び第２の表面上の水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）のコーティング量（固形分換算）を、それぞれ２０ｇ／ｍ２の代わりに２ｇ／ｍ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例による部材を作製する。
第１の表面及び第２の表面上の水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）のコーティング量（固形分換算）を、それぞれ２０ｇ／ｍ２の代わりに２ｇ／ｍ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例による部材を作製する。
【0044】
実施例１ｂ
第１の表面及び第２の表面上の水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）のコーティング量（固形分換算）を、それぞれ２０ｇ／ｍ２の代わりに４０ｇ／ｍ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例による部材を作製する。
第１の表面及び第２の表面上の水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）のコーティング量（固形分換算）を、それぞれ２０ｇ／ｍ２の代わりに４０ｇ／ｍ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例による部材を作製する。
【0045】
実施例２
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）の代わりに水溶液２（リン酸アルミニウム水溶液）を用いた以外は、実施例１と同様にして、本実施例による部材を作製する。
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）の代わりに水溶液２（リン酸アルミニウム水溶液）を用いた以外は、実施例１と同様にして、本実施例による部材を作製する。
【0046】
比較例１
無機接着剤を含有する領域がないことを以外は、実施例１と同じである。
無機接着剤を含有する領域がないことを以外は、実施例１と同じである。
【0047】
加熱される際の接着性の評価
上記実施例及び比較例のマット材料が、加熱されると接着性を示すかどうかを下記のように評価した。マット材料を幅７５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに切り出し、長さ１１５ｍｍ及び外径１０５ｍｍを有する円筒形状触媒担体部材（日本ガイシから入手可能なＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（商品名））の外周に巻き付けた。これを長さ１５０ｍｍ及び内径１１４ｍｍを有する円筒状のステンレス鋼ケーシング部材に、ガイドコーンを使用して、４０ｍｍ／秒で圧入した。このようにして作製されたコンバータサンプルを６００℃で１時間加熱した後、マット材料とケーシングとが位置ずれしないように触媒担体を引き抜き、その後、マット材料の一部がケーシングの内面に固定されたサンプルを、ケーシングとの接着性を有するものとして評価した。結果を表１に示す。図５は、マット材料の一部がケーシングの内面に固定された状態を示す写真であることに留意されたい。
上記実施例及び比較例のマット材料が、加熱されると接着性を示すかどうかを下記のように評価した。マット材料を幅７５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに切り出し、長さ１１５ｍｍ及び外径１０５ｍｍを有する円筒形状触媒担体部材（日本ガイシから入手可能なＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（商品名））の外周に巻き付けた。これを長さ１５０ｍｍ及び内径１１４ｍｍを有する円筒状のステンレス鋼ケーシング部材に、ガイドコーンを使用して、４０ｍｍ／秒で圧入した。このようにして作製されたコンバータサンプルを６００℃で１時間加熱した後、マット材料とケーシングとが位置ずれしないように触媒担体を引き抜き、その後、マット材料の一部がケーシングの内面に固定されたサンプルを、ケーシングとの接着性を有するものとして評価した。結果を表１に示す。図５は、マット材料の一部がケーシングの内面に固定された状態を示す写真であることに留意されたい。
【0048】
上記と同様にして作製したコンバータサンプルを６００℃で１時間加熱した後、マット材料と触媒担体が位置ずれしないようにケーシングから引き抜いた。その後、マット材料の一部が触媒担体の外面に固定されたサンプルを、触媒担体との接着性を有するものとして評価した。結果を表１に示す。図６は、マット材料の一部が触媒担体の外面に固定された状態を示す写真であることに留意されたい。
【0049】
【表1】
【0050】
実施例３
アルミナゾルＡＳ５２０（日産化学から入手可能、固形分濃度；２０質量％）を水で５質量％の固形分濃度に希釈することによって、コロイド溶液を調製した。このコロイド溶液を、第１の部材の第１の表面（担体側の表面）上に下記のようにコーティングした。水溶液１を、Ｓｐｒａｙ Ｇｕｎ ＰＳ－９５１３（商品名、アネスト岩田から入手可能）によって、固形分に換算して５ｇ／ｍ２のコーティング量で第１の表面上にコーティングした。次いで、実施例１と同様にして、水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量で第１の表面上にスプレーコーティングした。次いで、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを行った。これにより、第１の表面の全面の上に無機繊維及び無機接着剤を含有する領域を形成した。上記と同様の方法で、第２の部材の第２の表面にも、無機接着剤を含有する領域を形成した。
アルミナゾルＡＳ５２０（日産化学から入手可能、固形分濃度；２０質量％）を水で５質量％の固形分濃度に希釈することによって、コロイド溶液を調製した。このコロイド溶液を、第１の部材の第１の表面（担体側の表面）上に下記のようにコーティングした。水溶液１を、Ｓｐｒａｙ Ｇｕｎ ＰＳ－９５１３（商品名、アネスト岩田から入手可能）によって、固形分に換算して５ｇ／ｍ２のコーティング量で第１の表面上にコーティングした。次いで、実施例１と同様にして、水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量で第１の表面上にスプレーコーティングした。次いで、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを行った。これにより、第１の表面の全面の上に無機繊維及び無機接着剤を含有する領域を形成した。上記と同様の方法で、第２の部材の第２の表面にも、無機接着剤を含有する領域を形成した。
【0051】
実施例４
上記コロイド溶液（アルミナゾル水溶液）及び水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を噴霧する順序を変更したこと、すなわち、水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を噴霧した後、コロイド溶液（アルミナゾル水溶液）を噴霧したこと以外は、実施例３と同様にして、無機接着剤を含有する領域を第１の部材の第１の表面及び第２の部材の第２の表面の上に形成した。
上記コロイド溶液（アルミナゾル水溶液）及び水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を噴霧する順序を変更したこと、すなわち、水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を噴霧した後、コロイド溶液（アルミナゾル水溶液）を噴霧したこと以外は、実施例３と同様にして、無機接着剤を含有する領域を第１の部材の第１の表面及び第２の部材の第２の表面の上に形成した。
【0052】
触媒担体を引き抜くために必要な力の測定
触媒担体を引き抜くための力を、実施例１～４及び比較例１に従ってマット材料上で下記のように測定した。ヒーターを設置し、長さ１１５ｍｍ、外径１０５ｍｍを有する円筒形状触媒担体部材（日本ガイシから入手可能なＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（商品名））の外面を加熱することができるようにした。マット材料を幅７５ｍｍ、長さ３５０ｍｍで切り出し、触媒担体部材の外周に巻き付けた。これを、長さ１５０ｍｍ及び内径１１４ｍｍを有する円筒状のステンレス鋼ケーシング部材に、ガイドコーンを使用して、４０ｍｍ／秒で圧入した。圧入の２４時間後、これを加熱し、触媒担体とマット材料との間の温度が９００℃に達し、マット材料とケーシングとの間の温度が６００℃に達した。これらの温度に達した後、ステンレス鋼ケーシングから４０ｍｍ／秒で触媒担体を引き抜く際に、力（Ｎ）を測定した。測定中の最大力（Ｎ）から、触媒担体を引き抜くために必要な力（Ｎ／ｃｍ２単位でのマット材料の単位面積当たりの力）を計算した。結果を表２に示す。
触媒担体を引き抜くための力を、実施例１～４及び比較例１に従ってマット材料上で下記のように測定した。ヒーターを設置し、長さ１１５ｍｍ、外径１０５ｍｍを有する円筒形状触媒担体部材（日本ガイシから入手可能なＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（商品名））の外面を加熱することができるようにした。マット材料を幅７５ｍｍ、長さ３５０ｍｍで切り出し、触媒担体部材の外周に巻き付けた。これを、長さ１５０ｍｍ及び内径１１４ｍｍを有する円筒状のステンレス鋼ケーシング部材に、ガイドコーンを使用して、４０ｍｍ／秒で圧入した。圧入の２４時間後、これを加熱し、触媒担体とマット材料との間の温度が９００℃に達し、マット材料とケーシングとの間の温度が６００℃に達した。これらの温度に達した後、ステンレス鋼ケーシングから４０ｍｍ／秒で触媒担体を引き抜く際に、力（Ｎ）を測定した。測定中の最大力（Ｎ）から、触媒担体を引き抜くために必要な力（Ｎ／ｃｍ２単位でのマット材料の単位面積当たりの力）を計算した。結果を表２に示す。
【0053】
【表2】
【0054】
実施例５
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、第１の部材の第１の表面上に下記のようにコーティングする。水溶液を、表面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量まで滴下コーティングした。１／２インチの列間の間隔及び１／２インチのドット間の間隔を有する列の幅にわたって液滴を堆積させた。次いで、１７０Ｃの温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、無機接着剤を含有する領域を、第１の表面の全領域に均一に分布した別個の液滴で形成した。上記と同様の方法で、無機接着剤を含有する領域を、第２の部材の第２の表面の全領域に均一に分布した別個の液滴で形成した。
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、第１の部材の第１の表面上に下記のようにコーティングする。水溶液を、表面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量まで滴下コーティングした。１／２インチの列間の間隔及び１／２インチのドット間の間隔を有する列の幅にわたって液滴を堆積させた。次いで、１７０Ｃの温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、無機接着剤を含有する領域を、第１の表面の全領域に均一に分布した別個の液滴で形成した。上記と同様の方法で、無機接着剤を含有する領域を、第２の部材の第２の表面の全領域に均一に分布した別個の液滴で形成した。
【0055】
実施例５では、両方の表面がコーティングされたが、第１の表面又は第２の表面のみがコーティングされ得ることも考えられる。表面に適用される量は、実施例５に記載された量とは異なり得る。ドットの列間の距離はまた、例えば、約１／４インチ～約２インチのどこかで異なっていてもよい。
【0056】
実施例６
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、第１の部材の第１の表面上に下記のようにコーティングした。水溶液を、表面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量までストライプでコーティングした。ストライプを、１／２インチのストライプ間の間隔を有する幅にわたって堆積させた。次いで、１７０Ｃの温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、無機接着剤を含有する領域を、第１の表面の全領域に均一に分布した別個のストライプで形成した。上記と同様の方法で、無機接着剤を含有する領域を、第２の部材の第２の表面の全領域に均一に分布した別個のストライプで形成した。
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、第１の部材の第１の表面上に下記のようにコーティングした。水溶液を、表面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ２のコーティング量までストライプでコーティングした。ストライプを、１／２インチのストライプ間の間隔を有する幅にわたって堆積させた。次いで、１７０Ｃの温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、無機接着剤を含有する領域を、第１の表面の全領域に均一に分布した別個のストライプで形成した。上記と同様の方法で、無機接着剤を含有する領域を、第２の部材の第２の表面の全領域に均一に分布した別個のストライプで形成した。
【0057】
実施例６では、両方の表面がコーティングされたが、第１の表面又は第２の表面のみがコーティングされ得ることも考えられる。表面に適用される量は、実施例６に記載された量とは異なり得る。ストライプ間の距離はまた、例えば、約１／４インチ～約２インチのどこかで異なっていてもよい。更に、実施例６のストライプは直線として想定されるが、非直線のストライプもまた可能であることも考えられる。例えば、ストライプはジグザグ状であってもよく、又は正弦波などとして適用されてもよい。
【0058】
実施例７
ニードルパンチされたアルミナ繊維ブランケット（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ ＭＮから入手可能な３Ｍ １６００ＨＴＥ １４７４坪量）を、８４ｃｍ×５２０ｃｍに切り取った。
ニードルパンチされたアルミナ繊維ブランケット（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ ＭＮから入手可能な３Ｍ １６００ＨＴＥ １４７４坪量）を、８４ｃｍ×５２０ｃｍに切り取った。
【0059】
ＰＱ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｖａｌｌｅｙ Ｆｏｒｇｅ ＰＡから入手可能なＰＱタイプＮケイ酸ナトリウム９５０グラム、グリセリン５０グラム、及びＣｌａｒｉａｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｍｕｔｔｅｎｚ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄから入手可能なアシッドブルーＡＥ０３の１グラムを混合することにより、接着剤溶液を調製した。
【0060】
接着剤溶液を、２ｍｍの流体先端を備えた３Ｍ １６５７０ Ａｃｃｕｓｐｒａｙ Ｍｏｄｅｌ ＨＧ１８ Ｓｐｒａｙ Ｇｕｎを使用して、第１の部材及び第２の部材の第１の表面及び第２の表面上に噴霧した。３つの別々のサンプルに、６６、１３２、及び２７３グラム毎平方メートルの湿潤接着剤をコーティングした。７５℃のオーブンで４５分間乾燥させた後、乾燥コーティング重量はそれぞれ、３２、６４、及び１３９グラム毎平方メートルであった。
【0061】
各コーティングされたサンプルについて、マット材料試料を４４．５×４４．５ｍｍに切り取る。Ｍａｕｄｌｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能な３１６ステンレス鋼シム（０．０５×５０×１５０ｍｍ）部品番号３３１６－００２－１２－１００の片の両側をコーティングし、２つのマット材料試料の間に均一に位置合わせし、ステンレス鋼シムのいずれかの側の接着剤コーティングをマット材料試料の１つと面するようにした。試料／シム／試料からなるアセンブリを、１０ｐｓｉ（６８．９ｋＰａ）の圧力で、２つの加熱された４４．５×４４．５ｍｍのプラテン（滑りを防ぐための水平溝を有する）の間に配置し、記載された温度で１０分間保持する。１０分後、力を記録しながら、シムをアセンブリから１００ｍｍ／分で取り外した（垂直に引っ張った）。結合形成の証拠（シム上の接着剤若しくは繊維の存在、又は試料の分離）が認められた。各温度設定点及び接着剤コーティング重量（ｇｓｍ）の結果については、表３を参照されたい。表３の力は、重量ポンドである。結合点が決定されると、全ての温度範囲を試験する必要はないことに留意されたい。
【0062】
【表3】
【0063】
実施例８
結合溶液の調製：９５重量％のＰＱ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのケイ酸ナトリウムタイプＮ及び５重量％のグリセリンを混合して、均一な溶液を得た。
支持マット：３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ製の１６５０ＨＴＧ １２５０ ＧＳＭ
基材：材料：コージライト、直径：３．６６インチ、長さ：３インチ
シェル：材料：４０９ ＳＳ
結合溶液の調製：９５重量％のＰＱ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのケイ酸ナトリウムタイプＮ及び５重量％のグリセリンを混合して、均一な溶液を得た。
支持マット：３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ製の１６５０ＨＴＧ １２５０ ＧＳＭ
基材：材料：コージライト、直径：３．６６インチ、長さ：３インチ
シェル：材料：４０９ ＳＳ
【0064】
加速堅牢性試験（Accelerated Robustness Test）サンプル調製：
１）基材に適用された結合溶液：液体結合溶液を基材の外面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、２．５グラムであった。
２）金属シェルに適用された結合溶液：
液体結合溶液を金属シェルの内面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、４．７５グラムであった。
３）基材及びシェルに適用された結合溶液：
液体結合溶液を基材の外面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、２．５グラムであった。液体結合溶液を金属シェルの内面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、４．７５グラムであった。
４）支持マットのシェル側に適用された結合溶液：
シェルと接触する支持マットの表面に液体結合溶液を適用し、次いで室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、５．０グラムであった。
５）支持マットの基材側に適用された結合溶液：
基材と接触する支持マットの表面に液体結合溶液を適用し、次いで室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、５．０グラムであった。
６）支持マットの基材側及びシェル側の両方に適用された結合溶液：
液体溶液を支持マットの両面に適用し、次いで室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、支持マットの片側当たり５．０グラムであった。
７）対照支持マット。結合剤（すなわち、無機接着剤）なし
１）基材に適用された結合溶液：液体結合溶液を基材の外面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、２．５グラムであった。
２）金属シェルに適用された結合溶液：
液体結合溶液を金属シェルの内面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、４．７５グラムであった。
３）基材及びシェルに適用された結合溶液：
液体結合溶液を基材の外面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、２．５グラムであった。液体結合溶液を金属シェルの内面に適用し、室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、４．７５グラムであった。
４）支持マットのシェル側に適用された結合溶液：
シェルと接触する支持マットの表面に液体結合溶液を適用し、次いで室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、５．０グラムであった。
５）支持マットの基材側に適用された結合溶液：
基材と接触する支持マットの表面に液体結合溶液を適用し、次いで室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、５．０グラムであった。
６）支持マットの基材側及びシェル側の両方に適用された結合溶液：
液体溶液を支持マットの両面に適用し、次いで室温で空気乾燥する。実質的に乾燥した結合溶液の重量は、支持マットの片側当たり５．０グラムであった。
７）対照支持マット。結合剤（すなわち、無機接着剤）なし
【0065】
サイジング：シェルをスエージ加工して、０．２５ｇ／ｃｃの支持マットマウント密度を得る。（結合材料は含まれていない）
【0066】
各サンプルに対して垂直加速堅牢性試験（vertical accelerated robustness test）を実行する。破損までの時間及び破損時の振動強度レベルを記録する。
【0067】
結果：
１）基材に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：１６：１９
振動強度レベル：５
２）シェルに適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２０：１６
振動強度レベル：６
３）シェル及び基材に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２５：００
振動強度レベル：６
４）支持マットのシェル側に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２０：１６
振動強度レベル：６
５）支持マットの基材側に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２１：１６
振動強度レベル：５
６）支持マットの両側に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２５：３３
振動強度レベル：６
７）対照（結合なし）
破損までの時間：１６：２５
振動強度レベル：５
注：振動強度レベル６は、振動強度レベル５の２倍の強度である。
１）基材に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：１６：１９
振動強度レベル：５
２）シェルに適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２０：１６
振動強度レベル：６
３）シェル及び基材に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２５：００
振動強度レベル：６
４）支持マットのシェル側に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２０：１６
振動強度レベル：６
５）支持マットの基材側に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２１：１６
振動強度レベル：５
６）支持マットの両側に適用された実質的に乾燥した結合剤。
破損までの時間：２５：３３
振動強度レベル：６
７）対照（結合なし）
破損までの時間：１６：２５
振動強度レベル：５
注：振動強度レベル６は、振動強度レベル５の２倍の強度である。
【0068】
シェル側に結合剤（すなわち、無機接着剤）を適用すると、基材側に適用するよりも優れた性能を示す。結合剤を両面に適用すると、最良の結果が得られる。実質的に乾燥した結合剤のいずれかが支持マットに、又は基材及び／若しくはシェルに適用される場合、同様の性能の改善が認められる。特に、結合がシェルと支持マットとの間に形成された場合、特に、結合が支持マットの両側の上に形成された場合に、対照と比べて顕著な堅牢性が実証される。
【0069】
本開示によれば、加熱環境下で使用される装置又は構造に適用されるマット材料が提供され、マット材料では、使用中にマット材料と、それに接触する他の部材との位置のずれを抑制することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】