(57)【要約】  汚染防止装置内に汚染防止要素を実装する多層マットを提供する。マットは、（ｉ）汚染防止装置を通過する排ガスの影響により生成される機械的侵食力と、（ｉｉ）排ガスに伴う高温又は（ｉ）及び（ｉｉ）の両方への暴露からの保護を必要とする少なくとも１つの横方向縁部を有する少なくとも第１層を含む。又、マットは、第１層の少なくとも１つの横方向縁部を保護できる、少なくとも１つの横方向縁部を有する少なくとも１つの第２層を含む。第１層の幅は、第２層の幅より狭い。第１及び第２層は、第１層の少なくとも１つの横方向縁部が第２層の対向する横方向縁部間に位置決めされるように、一方が他方の上部に積み重ねられる。第１層は、暴露された主表面を有する。
2009512813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染防止装置内に汚染防止要素を実装する多層マットであって、
第１層の少なくとも１つの横方向縁部に接触する前記汚染防止装置を通過する（ｉ）排ガスの影響により生じる機械的侵食力と、（ｉｉ）排ガスに伴う高温、との少なくとも１つへの暴露からの保護を必要とする前記第１層の少なくとも１つの横方向縁部を有し、暴露された主表面及び対向する前記横方向縁部により画定された幅を有する少なくとも１つの第１層と、
第２層の少なくとも１つの横方向縁部に接触する前記汚染防止装置を通過する（ｉ）排ガスの影響により生じる機械的侵食力と、（ｉｉ）排ガスに伴う高温、との少なくとも１つへの曝露に耐えるよう十分に弾力的で耐久力のある前記第２層の少なくとも１つの横方向縁部を有し、前記第１層の幅より大きい対向する横方向縁部により画定された幅を有する少なくとも１つの第２層とを備え、
前記第１層の前記少なくとも１つの横方向縁部が前記第２層の前記対向する横方向縁部間に位置決めされるように、前記第１層及び前記第２層は、一方が他方の上部に積み重ねられ、前記多層マットが前記汚染防止装置内に実装される際、前記第２層の前記少なくとも１つの横方向縁部が、前記第１層の前記少なくとも１つの横方向縁部を前記汚染防止装置を通過する排気ガスへの暴露から保護する、多層マット。
【請求項２】
前記第１層の両横方向縁部が、（ｉ）前記排ガスの前記影響により生じる機械的侵食力と、（ｉｉ）前記排ガスに伴う高温、との少なくとも１つへの曝露からの保護を必要とする、請求項１に記載の多層マット。
【請求項３】
前記多層マットが前記汚染防止装置内に実装される際、前記第１層の両横方向縁部が前記汚染防止装置を通過する排気ガスへの暴露から保護されるように、前記第１層の両横方向縁部が、前記第２層の前記対向する横方向縁部間に位置決めされる、請求項１に記載の多層マット。
【請求項４】
前記第１層の前記少なくとも１つの横方向縁部が、前記汚染防止装置の最高操作温度への暴露から保護を必要とし、前記第２層の前記少なくとも１つの横方向縁部が、前記汚染防止装置の最高操作温度への曝露に耐えるよう十分に弾力的で耐久力のある、請求項１から３のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項５】
前記第１層及び第２層が一緒に接合される、請求項１から４のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１層が少なくとも２つの第１層であるか、あるいは、前記少なくとも１つの第２層が少なくとも２つの第２層であり、又は、前記少なくとも１つの第１層が少なくとも２つの第１層であり、かつ、前記少なくとも１つの第２層が少なくとも２つの第２層である、請求項１から５のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１層及び前記少なくとも１つの第２層それぞれが、非膨張性層を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１層及び前記少なくとも１つの第２層それぞれが、膨張性層を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１層が非膨張性層であり、前記少なくとも１つの第２層が膨張性層である、請求項１から６のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１層が膨張性層であり、前記少なくとも１つの第２層が非膨張性層である、請求項１から６のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの第１層それぞれの幅が異なり、前記少なくとも２つの第２層それぞれの幅が異なり、前記各第１層の幅が前記各第２層の幅より狭い、請求項６に記載の多層マット。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１層及び前記少なくとも１つの第２層が、前記少なくとも１つの第１層の両横方向縁部が前記少なくとも１つの第２層の前記横方向縁部間内に位置決めされるように互いに関連して配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１層及び前記少なくとも１つの第２層が、前記少なくとも１つの第１層の前記横方向縁部の１つが前記少なくとも１つの第２層の前記横方向縁部の１つと一列に並び、前記少なくとも１つの第１層のもう一方の横方向縁部だけが前記少なくとも１つの第２層の前記横方向縁部間内に置かれるように互いに関連して配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１層の１つの横方向縁部のそばに位置決めされる１つ以上の層のストリップを更に含み、前記ストリップの幅が前記少なくとも１つの第１層の幅より狭い、請求項１から１３のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項１５】
前記ストリップと前記第１層を組合せた幅が、合わさって前記第２層の幅に実質的に等しい、請求項１４に記載の多層マット。
【請求項１６】
１つの前記ストリップが、前記少なくとも１つの第１層のそれぞれの横方向縁部のそばに配置される状態で１つ以上の層の他のストリップを更に含み、各前記ストリップの幅が前記少なくとも１つの第１層の幅より狭い、請求項１４に記載の多層マット。
【請求項１７】
前記ストリップ類と前記第１層の両方を組合せた幅が、合わさって前記第２層の幅に実質的に等しい、請求項１６に記載の多層マット。
【請求項１８】
前記ストリップ及び前記少なくとも１つの第１層のそれぞれが、実質的に同一平面上にある、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項１９】
それぞれの前記ストリップが、前記少なくとも１つの第１層の長さと実質的に等しい長さを有する、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項２０】
それぞれの前記ストリップが、前記第２層より弾力的である、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項２１】
前記第２層が、いずれの前記ストリップより弾力的である、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の多層マット。
【請求項２２】
汚染防止装置であって、
内壁を有するハウジングと、
前記ハウジング間に間隙を形成するように前記ハウジング内に配置される汚染防止要素と、
請求項１から１３のいずれか一項に記載のような多層マット、とを備え、
前記マットが、前記汚染防止要素を前記ハウジング内に実装するよう前記間隙内に配置される、汚染防止装置。
【請求項２３】
前記ハウジングの前記内壁の部分が凹部を画定し、前記マットが前記第１層だけの少なくとも一部を前記凹部内に受容するように位置決めされる、請求項２２に記載の汚染防止装置。
【請求項２４】
前記ハウジングの前記内壁の部分が凹部を画定し、前記マットが前記第１層の少なくとも一部を前記凹部内に受容するように位置決めされ、前記第１層のいずれの横方向縁部も前記汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露されない、請求項２２に記載の汚染防止装置。
【請求項２５】
前記ハウジングの前記内壁の部分が凹部を画定し、前記マットが前記第１層を前記凹部内に受容するように位置決めされ、前記第１層の１つの横方向縁部が前記汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露される、請求項２２に記載の汚染防止装置。
【請求項２６】
汚染防止装置であって、
内壁を有するハウジングと、
前記ハウジング間に間隙を形成するように前記ハウジング内に配置される汚染防止要素と、
請求項１４から２１のいずれか一項に記載のような多層マット、とを備え、前記マットが、前記汚染防止要素を前記ハウジング内に実装するように前記間隙内に配置される、汚染防止装置。
【請求項２７】
前記ハウジングの前記内壁の部分が凹部を画定し、前記第１層が前記凹部内に受容され前記汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露されないように前記マットが位置決めされ、１つの前記ストリップが、前記汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露される、請求項２６に記載の汚染防止装置。
【請求項２８】
前記第２層が、前記汚染防止要素に隣接して配置される、請求項２２から２７のいずれか一項に記載の汚染防止装置。
【請求項２９】
前記第２層が前記汚染防止要素と接触する、請求項２８に記載の汚染防止装置。
【請求項３０】
前記第１層が、前記ハウジングの前記内壁に隣接して配置される、請求項２２から２９のいずれか一項に記載の汚染防止装置。
【請求項３１】
前記第１層の前記横方向縁部の少なくとも１つが、前記汚染防止装置を通過する排気ガスへの暴露から実質的に密封される、請求項２２から３０のいずれか一項に記載の汚染防止装置。
【請求項３２】
前記装置が、触媒コンバータ又は排気系フィルタである、請求項２２から３１のいずれか一項に記載の汚染防止装置。
【請求項３３】
内燃機関の排気システムであって、請求項２２から３２のいずれか一項に記載の汚染防止装置を備える、排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染防止装置（例えば、触媒コンバータ、エンジン排気フィルタ等）内に汚染防止要素を実装するシステム、特に汚染防止要素を実装するマット、特に多層を有するそのような実装マットに関する。又、本発明は、前記装置を含む前記実装マット及び排気システムを使用する汚染防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染防止装置は、例えば、原動機付車両（例えば、自動車、船舶、航空機等）、発電装置及びその類等に使用されるもの等の内燃機関の排気系から大気汚染を減少させるために使用される。そのような汚染防止装置の２つの典型的な種類は、触媒コンバータ及び排気系フィルタ（例えば、ディーゼル微粒子フィルタ）又はトラップである。触媒コンバータは、１つ以上の触媒担体要素を含有し、所望の触媒金属がコーティングされた典型的にモノリシック構造体である。モノリシック構造体は、金属も使用されているが、典型的にセラミックスで作製される。触媒（類）は、一酸化炭素及び炭化水素類を酸化し、又は排気ガス中の窒素の酸化物類を減少させる。排気システムは、多孔質結晶性セラミック材料から作製される蜂の巣状モノリシック構造体の形態のフィルター要素を含む。これらの汚染防止装置の現行の現況技術構成において、それらのモノリシック構造体は、金属ハウジング内に実装される。
【０００３】
保護パッキン又は実装材料は、汚染防止要素を例えば道路の衝撃及び振動から保護し、排気ガスが汚染防止要素と金属ハウジングの間を通過するのを防止するため汚染防止要素（例えば、モノリシック構造体）と金属ハウジングの間に典型的に位置決めされる。セラミックモノリシック構造体が使用される場合、前記実装材料は、典型的に金属ハウジングとセラミックモノリス間の熱膨張差を補償する必要がある。ハウジング内に前記モノリシック構造体を実装材料の状態で実装する方法は、「キャンニング」と呼ばれる。前記実装方法は、モノリスをハウジングに挿入する工程とペーストをモノリスと金属ハウジングとの間の間隙に注入する工程とを含んでいた。他の実装方法も、モノリスの周りをシート材料又はマットで包む工程と、包まれたモノリスをハウジングに挿入する工程と、ハウジングを溶接し閉じる工程と、を含んでいる。従来の実装材料を形成するために使用される組成物は、種々の非膨張性材料及び膨張性材料を含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、そのような先行の汚染防止要素実装システムに比べて改善されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、汚染防止装置（例えば、触媒コンバータ、エンジン排気フィルタ等）内に汚染防止要素を実装する１つ以上の多層実装マットと、前記多層マットを含む汚染防止装置と、前記汚染防止装置を含む排気システム並びにそのようなマット、装置及び排気システムを作製する方法と、を提供できる。
【０００６】
１つの態様において、汚染防止装置内に汚染防止要素を実装する多層マットが提供される。マットは、暴露された主表面及び対向する横方向縁部により画定された幅を有する少なくとも１つの第１層と、第１層の幅より大きい対向する横方向縁部により画定された幅を有する少なくとも１つの第２層とを含む。第１層の少なくとも１つの横方向縁部は、第１層の少なくとも１つの横方向縁部に接触する汚染防止装置を通過する（ｉ）排ガスの影響により生じる機械的侵食力と、（ｉｉ）前記排ガスに伴う高温又は（ｉ）と（ｉｉ）の両方への暴露からの保護とを必要とする。第２層の少なくとも１つの横方向縁部は、第２層の少なくとも１つの横方向縁部に接触する汚染防止装置を通過する前記（ｉ）排ガスの影響により生じる機械的侵食力と、（ｉｉ）排ガスに伴う高温又は（ｉ）と（ｉｉ）の両方などへの曝露に耐えるよう十分に弾力的な耐久力とがある。第１層の少なくとも１つの横方向縁部が第２層の対向する横方向縁部間に位置決めされるように第１層及び第２層は、一方が他方の上部に積み重ねられ、多層マットが汚染防止装置内に実装される際、第２層の少なくとも１つの横方向縁部が、第１層の少なくとも１つの横方向縁部を汚染防止装置を通過する排気ガスへの暴露から保護する。
【０００７】
第１層が、暴露された主表面を有することが望ましい場合がある。少なくとも１つの実施形態において、第１層の暴露された主表面は、汚染防止装置のハウジングに面し、汚染防止装置のハウジングと直接接触することが可能で、第２層は、第１層と汚染防止要素との間に配置される。他の実施形態において、第１層は、汚染防止要素に面し、汚染防止要素と接触することが可能で、第２層の少なくとも一部が、ハウジングと第１層との間に配置される。
【０００８】
第１層の両横方向縁部は、排ガスの影響により生じる機械的侵食力及び排ガスに伴う高温の少なくとも１つへの曝露からの保護を必要とする場合がある。
【０００９】
多層マットが汚染防止装置内に実装される際、第１層の両横方向縁部が汚染防止装置を通過する排気ガスの暴露から保護されるように第１層の両横方向縁部は、第２層の対向する横方向縁部間に位置決めされてよい。
【００１０】
第１層の少なくとも１つの横方向縁部は、汚染防止装置の最高操作温度への暴露から保護を必要とし、第２層の少なくとも１つの横方向縁部が、汚染防止装置の最高操作温度への曝露に耐えるよう十分に弾力的で耐久力があることが好ましい。
【００１１】
第１及び第２層は、合わさって接合されてもよい。
【００１２】
少なくとも１つの第１層が少なくとも２つの第１層であるか、あるいは、該少なくとも１つの第２層が少なくとも２つの第２層であり、又は該少なくとも１つの第１層が少なくとも２つの第１層であり、かつ、該少なくとも１つの第２層が少なくとも２つの第２層であってもよい。
【００１３】
１つの実施形態において、少なくとも１つの第１層及び少なくとも１つの第２層それぞれが、非膨張性層を含む。更なる実施形態において、少なくとも１つの第１層が、非膨張性層を含み、少なくとも１つの第２層が、膨張性層を含む。更なる実施形態において、少なくとも１つの第１層が、膨張性層を含み、少なくとも１つの第２層が、非膨張性層を含む。更なる実施形態において、少なくとも１つの第１層が、膨張性層を含み、少なくとも１つの第２層が、非膨張性層を含む。
【００１４】
前記少なくとも２つの第１層それぞれの幅が異なり、該少なくとも２つの第２層それぞれの幅が異なり、該各第１層の幅が、該各第２層の幅より狭いことが可能である。
【００１５】
少なくとも１つの第１層及び少なくとも１つの第２層は、少なくとも１つの第１層の両横方向縁部が該少なくとも１つの第２層の該横方向縁部間内に位置決めされるように互いに関連して配置されることが可能である。
【００１６】
少なくとも１つの第１層及び少なくとも１つの第２層が、該少なくとも１つの第１層の該横方向縁部の１つが、該少なくとも１つの第２層の該横方向縁部の１つと一列に並び、該少なくとも１つの第１層のもう一方の横方向縁部だけが該少なくとも１つの第２層の該横方向縁部間内に置かれるように、互いに関連して配置されることが可能である。
【００１７】
多層マットは、少なくとも１つの第１層の１つの横方向縁部のそばに位置決めされる１つ以上の層のストリップを更に含んでよく、ストリップの幅は、少なくとも１つの第１層の幅より狭い。
【００１８】
ストリップと第１層を組合せた幅は、合わさって第２層の幅に実質的に等しくなることが可能である。
【００１９】
多層マットは、１つのストリップが少なくとも１つの第１層のそれぞれ横方向縁部のそばに配置される状態で、１つ以上の層の他のストリップを更に含んでよく、ストリップそれぞれの幅は、少なくとも１つの第１層の幅よりも狭い。両ストリップ類と第１層とを組合せた幅は、合わさって第２層の幅に実質的に等しくなることが可能である。
【００２０】
ストリップ及び少なくとも１つの第１層のそれぞれが、実質的に同一平面上にあってもよい。更に、各ストリップは、少なくとも１つの第１層の長さと実質的に等しい長さを有してもよい。
【００２１】
各ストリップは、第２層より弾力的であってもよい。或いは、第２層は、いずれのストリップより弾力的であってもよい。
【００２２】
第２の態様によると、汚染防止装置は、内壁を有するハウジングと、該ハウジング間に間隙を形成するように前記ハウジング内に配置される汚染防止要素と、上述の多層マットの１つ等の多層マットとを備えて提供される。マットは、汚染防止要素をハウジング内に実装するよう間隙内に配置される。
【００２３】
ハウジングの内壁の部分を、凹部を画定するために適合させ、第１層だけの少なくとも一部が凹部内に受容されるようにマットを位置決めできる。
【００２４】
ハウジングの内壁の部分が、凹部を画定することが可能である。マットは、第１層の少なくとも一部を前記凹部内に受容するように位置決めされてよく、第１層のいずれの横方向縁部も汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露されない。
【００２５】
ハウジングの内壁の部分が、凹部を画定することが可能である。マットは、第１層を凹部内に受容するように位置決めされてよく、第１層の１つの横方向縁部は、汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露される。
【００２６】
ハウジングの内壁の部分が、凹部を画定してよい。マットは、第１層が凹部内に受容され汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露されないように位置決めされてよく、１つのストリップは、汚染防止装置を通過する排気ガスに暴露される。
【００２７】
第２層は、汚染防止要素に隣接して配置されてもよい。
【００２８】
第１層は、ハウジングの内壁隣接して配置されてもよい。
【００２９】
第１層の横方向縁部の少なくとも１つは、汚染防止装置を通過する排気ガスへの暴露から実質的に密封されてよい。
【００３０】
汚染防止装置は、触媒コンバータ又は排気系フィルタを備えてもよい。
【００３１】
第３の態様によれば、内燃機関の排気システムが提供され、本発明の理論により構成された汚染防止装置を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
第１実施形態により構成された多層マット１０を図１及び図２に示す。以下で論じるように、マット１０は、汚染防止要素を汚染防止装置内に実装するために使用され得る。マット１０は、好適なセラミックス又は他の無機繊維を含む非膨張性層１２を備え、対向する横方向縁部１４及び１６により画定される幅Ｗ１及び長さＬ１を有する。マット１０は、更に膨張性材料を含む膨張性層２０を備え、対向する横方向縁部２２及び２４により画定される幅Ｗ２と長さＬ２を有する。図示した実施形態において、膨張性層２０の幅Ｗ２は、非膨張性層１２の幅Ｗ１より狭い。更に、膨張性層２０は、その２つの横方向縁部２２及び２４が非膨張性層１２の２つの横方向縁部１４及び１６内に位置決めされるように非膨張性層に関して配置される。図１に示したように、膨張性層２０は、幅Ｗ２×長さＬ２により画定される面積を有する暴露された主表面２０Ａを備える。主表面２０Ａは、マット１０の最も外側の層も画定する。
【００３３】
上述したように、マット１０は、汚染防止要素を汚染防止装置内に実装するために使用され得る。図３及び図４を参照すると、例えば、マット１０は、触媒担体要素４０を含む汚染防止要素を実装するために使用されてよく、図示した実施形態において、金属ハウジング５０内に触媒材料でコーティングされたモノリシック構造体を含む。触媒担体要素４０、マット１０及び金属ハウジング５０が、触媒コンバータ６０を画定する、図３を参照のこと。金属ハウジング５０は、入口５２及び出口５４を有し、それを通って排気ガスが触媒コンバータ６０内に流れ込み、触媒コンバータ６０から流れ出る。金属ハウジング５０は、１つ以上の金属、金属合金、又はステンレス鋼若しくはオーステナイト鋼等の中間組成物から形成できる。
【００３４】
好ましくは、実質的に弾力性の非膨張性層１２は、マット１０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に実装されたら、非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂが、ハウジング５０の内壁と触媒担体要素４０の間の少なくともシール領域ＡＳの間隙Ｇを塞ぐように選択される、図４を参照、それで、間隙Ｇを密封し膨張性層２０の横方向縁部２２及び２４を保護する。外側部分１８Ａ及び１８Ｂは、周囲温度又は高操作温度のときに弾力的に間隙Ｇを塞ぐ。換言すれば、非膨張性層１２の少なくとも外側部分１８Ａ及び１８Ｂは、十分に弾力的であり、間隙Ｇがその最低（すなわち、周囲温度）又は最高（すなわち、最も高い操作温度）であろうとなかろうと十分な圧力を働かせ間隙Ｇを密封し膨張性層２０を保護する。少なくともこれらの外側部分１８Ａ及び１８Ｂは、又十分に耐久性があり、汚染防止装置の所望の耐用期間にわたってその最低と最高の間の間隙Ｇのサイクルを耐えることが望ましい。非膨張性層１２全体がこの程度の弾力性と耐久性を示すことが好ましい場合もある。
【００３５】
従って、膨張性層横方向縁部２２及び２４は、触媒コンバータ６０を流動する排気ガス、特に高温排気ガスへの暴露から実質的に密封される。触媒コンバータ６０が高い操作温度に遭遇する場合、膨張性層２０の高温排気ガスへの暴露は、層２０の膨張性材料（すなわち、膨張特性）を、特に暴露された表面に沿って、損傷する恐れがある。そのような損傷は、流動する排気ガスへの暴露の増加に伴い、層２０の侵食を悪化させる恐れがある。例えば、ある膨張性層２０の一部を形成するために使用されてよいバーミキュライトは、約７５０℃を超える温度に暴露されるとその膨張特性を失う恐れがある。従って、膨張性層２０が、そのような損傷を与える高温に曝露されると、層２０の損傷部分は、層２０の侵食を防止するために、十分な実装力で、間隙Ｇを十分に膨張させて塞ぐことができない恐れがある。例えそのような損傷を与える高温未満で排気ガスに暴露されたとしても、排気ガスは、依然として層２０の侵食をもたらす恐れがある。膨張性層２０を非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂを介する排気ガスへの暴露から、絶縁又は遮蔽、及び更に非膨張性層１２を介して要素４０により放射された高温から層２０を絶縁することにより、膨張性層２０は、触媒コンバータ６０使用時、金属ハウジング５０が高温により膨張時に膨張するその膨張性能を失うことが少なくなる。一部の膨張性材料は、一部の非膨張性材料より高価でないため、この実施形態は、触媒コンバータ６０使用時、触媒コンバータ金属ハウジング５０内にしっかりと支持された触媒担体要素４０を維持するのに適切な方法で依然として機能する非膨張性材料（類）で主に形成されたマットより、低コストで形成されたマットを提供できる。
【００３６】
互いに固定されていないままのものに加え、膨張性層２０は、例えば接着剤、ニードル結合、縫製、テープバンド、タグ取付け若しくはコフォームを使用する等で非膨張性層１２に接合され得、又は層１２及び２０を画定した材料の隣接した部分が、機械的に互いに結合されてもよい。
【００３７】
図１及び図２は２つの層だけを備えるマット１０を示すが、１つ以上の追加の膨張性層を設けてもよく及び／又は１つ以上の追加の非膨張性層を設けてもよい。異なる膨張性層は、異なる膨張、圧縮及び／又は侵食性等の異なる性能を有してよい。又、異なる非膨張性層は、異なる弾力性値及び／又は最高温度制限等の異なる性能を有することが可能である。第１実施形態により構成される多層マットの追加の実施例としては、以下の順序、膨張性／非膨張性／膨張性／非膨張性で配列された層が挙げられる。
【００３８】
本明細書で使用する時、用語「膨張性層」は、例えば、バーミキュライト、膨張性グラファイト、雲母類及び類似した材料等の膨張性伸縮材料を含むことによるその熱膨張係数の結果としてだけ以外の膨張的に伸縮する層を指す。典型的に、前記層は、高温排気ガス暴露に起因する侵食から保護される必要がある。
【００３９】
本明細書で使用する時、用語「非膨張性層」は、非常に小さい膨張性伸縮を示す又は膨張性伸縮を示さない層を指す。すなわち、熱暴露からの層の任意の膨張の殆ど又は全てが、その熱膨張係数の結果である。非膨張性材料の例としては、セラミックス及び他の無機繊維類が挙げられるが、限定されない。
【００４０】
非膨張性層１２を形成することが可能な実質的に弾力性の非膨張性材料の具体的な例としては、商品名「インテラム（INTERAM）１０００ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１１００ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１１０１ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１２００ＮＣ」、「インテラム（INTERAM）１５００ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１５３５ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１５５０ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１６００ＨＴ」及び「インテラム（INTERAM）１６００ＨＴＥ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の材料が挙げられる。膨張性層２０を形成してよい膨張性材料の具体的な例としては、商品名「インテラム（INTERAM）１００」、「インテラム（INTERAM）２００」、「インテラム（INTERAM）５５０」、「インテラム（INTERAM）２０００ＬＴ」、「インテラム（INTERAM）Ｘ−Ｄ」、「インテラム（INTERAM）１Ｍ」、「インテラム（INTERAM）１Ｓ」、「インテラム（INTERAM）５７０ＮＣ」及び「インテラム（INTERAM）６００ＮＣ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の材料が挙げられる。
【００４１】
図４参照を参照して、「インテラム（INTERAM）１０００ＨＴ」又は「インテラム（INTERAM）１５３５ＨＴ」から形成される弾力性非膨張性層１２と、「インテラム（INTERAM）５５０」又は「インテラム（INTERAM）１Ｍ」から形成される膨張性層２０と、約３ｍｍに等しい、ハウジング５０と担体要素４０との間の間隙Ｇと、を備えるマット１０を有する触媒コンバータ６０の場合、弾力性非膨張性層１２は、約７５０ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約６７５ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１２と膨張性層２０の密度は約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇのシール面積ＡＳ内の非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂの密度は、約０．２５ｇ／ｃｃと等しいと思われる。約４ｍｍに等しい間隙の場合、弾力性非膨張性層１２は、約１，０００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約９００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約６７５ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１２と膨張性層２０の密度は約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇのシール面積ＡＳ内の非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂの密度は、約０．２５ｇ／ｃｃに等しいと思われる。約６ｍｍに等しい間隙の場合、弾力性非膨張性層１２は、約１，５００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約１，３５０ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約６７５ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１２と膨張性層２０の密度は約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇのシール面積ＡＳ内の非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂの密度は、約０．２５ｇ／ｃｃに等しいと思われる。約８ｍｍに等しい間隙の場合、弾力性非膨張性層１２は、約２，０００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約１，８００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約６７５ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１２と膨張性層２０の密度は約０．４７５ｇ／ｃｃと等しく、間隙Ｇのシール面積ＡＳ内の非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂの密度は、約０．２５ｇ／ｃｃに等しいと思われる。上で詳述した予測例のそれぞれにおいて、膨張性及び非膨張性層２０及び１２の両方が位置決めされる間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内では、膨張性層２０が間隙のおおよそ２５％を塞ぎ、一方非膨張性層１２が間隙の約７５％を塞ぐことになると思われる。約０．２５ｇ／ｃｃの最小密度という条件で、間隙Ｇのシール面積ＡＳ内の非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂは、膨張性層２０を排気ガス暴露から絶縁する許容できる方法として機能することになると思われる。
【００４２】
図１〜図２に示したマット１０は、低温用途にも使用されてよいことが考えられる。第２実施形態によるそのような多層マット７１０を図１３に示す。マット７１０は、セラミック繊維を含む非膨張性層７１２を備え、対向する横方向縁部７１４及び７１６により画定される幅Ｗ１と長さＬ１を有する。マット７１０は、更に膨張性材料を含む膨張性層７２０を備え、対向する横方向縁部７２２及び７２４により画定される幅Ｗ２と長さＬ１を有する。図示した実施形態において、膨張性層７２０の幅Ｗ２は、非膨張性層７１２の幅Ｗ１より狭い。更に、膨張性層７２０は、その２つの横方向縁部７２２及び７２４が非膨張性層７１２の２つの横方向縁部７１４及び７１６内に位置決めされるように非膨張性層に関連して配置される。図１３に示したように、膨張性層７２０は、幅Ｗ２×長さＬ１により画定される面積を有する曝露された主表面７２０Ａを備える。主表面７２０Ａは、マット７１０の最も内側の層も画定する。
【００４３】
図１３に示したように、マット７１０は、触媒担体要素４０等の汚染防止要素を金属ハウジング５０内に実装するよう位置決めされる。触媒担体要素４０、マット７１０及び金属ハウジング５０が、触媒コンバータ７６０を画定する。
【００４４】
好ましくは、実質的に弾力性の非膨張性層７１２は、マット７１０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に一旦実装されたら、非膨張性層７１２の外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂが、ハウジング５０の内壁と触媒担体要素４０との間の間隙Ｇのシール領域ＡＳ内で十分に膨張するように選択され、間隙Ｇが温度の増加に伴い膨張するときに、膨張性層７２０の横方向縁部７２２及び７２４を密封する。従って、外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂは、周囲温度又は高い操作温度のときに間隙Ｇを継続して塞ぐ。換言すれば、非膨張性層７１２の少なくとも外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂは、十分に弾力的であり、間隙Ｇがその最低（すなわち、周囲温度）又は最高（すなわち、最も高い操作温度）であろうとなかろうと十分な圧力を働かせて間隙Ｇを密封し、膨張性層７２０を保護する。少なくともこれらの外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂは、又十分に耐久性があり汚染防止装置の所望の耐用期間にわたってその最低と最高の間の間隙Ｇのサイクルを耐えることが望ましい。非膨張性層７１２全体がこの程度の弾力性と耐久性を示すことが好ましい場合もある。従って、膨張性層横方向縁部７２２及び７２４は、触媒コンバータ７６０を流動する高い又は低い温度の排気ガス暴露から実質的に密封される。
【００４５】
図３〜図４の汚染防止装置６０において、膨張性層２０は、マット１０の最も外側の層を形成する。従って、マット１０は、汚染防止要素を、膨張性層２０が汚染防止装置金属ハウジングに面し汚染防止装置金属ハウジングと接触するように、高温で操作する汚染防止装置に実装するのに有利である。その結果、高温暴露されたときに、過熱からの膨張性層２０の保護支援のため、熱形態のエネルギーは膨張性層２０から金属ハウジングに十分に移動される。また、膨張性層２０は、非膨張性層１２を介して要素４０により放射される高温から保護される。図１３の汚染防止装置７６０において、膨張性層７２０は、マット７１０の最も内側の層を形成する。従って、マット７１０は、要素４０等の汚染防止要素を、膨張性層７２０が汚染防止要素に面し汚染防止要素と接触するように、比較的低温で操作する汚染防止装置に実装するのに有利であり、その結果、膨張性層７２０は、十分なエネルギーを熱の形態で受容し、層７２０を膨張的に所望の程度まで伸縮させる。
【００４６】
第３の実施形態において、図４Ａを参照すると、同様の参照数字は、同様の要素を示し、マット１０Ａは、触媒コンバータ１８０を画定するよう担体要素４０を金属ハウジング１５０内に支持及び実装するために使用される。金属ハウジング１５０は、図示した実施形態において、ハウジング１５０全体に広がる凹部１５０Ａを含むようにロール処理ないしは別の方法で形成される。ハウジング１５０内に凹部１５０Ａを形成することによりハウジングの剛性が強化される。ハウジング凹部１５０Ａは、膨張性層２０を受容するよう所定の大きさに作られたポケットを画定するようＸ及びＺ方向に成形され、触媒コンバータ１８０を通過した排気ガスから膨張性層横方向縁部２２及び２４を実質的に遮蔽するよう成形される。間隙ＧＡは、膨張性層２０と非膨張性層１３の両方の厚さを収容しないため、間隙が温度上昇に伴って増加するとき、層１３は、事実上十分に間隙ＧＡを塞ぐほど膨張する必要はない。その結果、図４Ａの実施形態における非膨張性層１３は、図４の実施形態における非膨張性層１２を形成するために使用される材料より弾力性が少ない材料から形成されることが可能である。例えば、非膨張性層１３は、商品名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の材料から形成されてよい。
【００４７】
第４の実施形態により構成される多層マット７０を図５に示すが、同様の参照数字は、同様の要素を示す。マット７０は、セラミック繊維を含む非膨張性層１２を備え、対向する横方向縁部１４及び１６により画定される幅Ｗ１と長さＬ１を有する。マット１０は、更に膨張性材料を含む膨張性層７２を備え、対向する横方向縁部７４及び７６により画定される幅Ｗ３と非膨張性層１２の長さＬ１と実質的に等しい長さを有する。図示した実施形態において、膨張性層７２の幅Ｗ３は、非膨張性層１２の幅Ｗ１より狭い。更に、膨張性層７２は、横方向縁部７４が非膨張性層１２の２つの横方向縁部１４及び１６内に位置決めされ、横方向縁部７６が横方向縁部１６と実質的に並ぶように非膨張性層１２に関連して配置される。
【００４８】
図５において、マット７０は、触媒担体要素４０をハウジング５０内に支持及び保持するように金属ハウジング５０内に設けて示されている。マット７０、ハウジング５０及び担体要素４０が触媒コンバータ８０を画定する。
【００４９】
好ましくは、実質的に弾力性の非膨張性層１２は、触媒コンバータ８０に使用される際、マット７０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置決めされたら、非膨張性層１２の外側又は暴露された部分１８Ａが間隙Ｇを塞ぐように選択される、それで、膨張性層７２の横方向縁部７４を密封し及び保護する。従って、膨張性層横方向縁部７４は、触媒コンバータ８０を流動する高温排気ガスの直接暴露から実質的に密封される。尚、図５において、膨張性層７２のもう一つの横方向縁部７６は、非膨張性層１２によって密封されない。だが、横方向縁部７６は、排気ガスの流入する流れに直接暴露されないため、横方向縁部７６からの膨張性材料の損失は、例えば実質的に丸いハウジング設計等の幾つかの触媒コンバータ設計の場合、最小限又は微量にできる。
【００５０】
非膨張性層１２は、上で詳述した、図１の実施形態の層１２が形成される同じ材料の１つから形成されることが可能である。膨張性層７２は、上で詳述した、図１の実施形態の層２０が形成される同じ膨張性材料の１つから形成されることが可能である。
【００５１】
図５の実施形態において、膨張性層７２は、触媒コンバータ金属ハウジング５０に隣接して位置決めされて示されている。だが、低温用途等の幾つかの用途の場合、膨張性層７２は、触媒担体要素４０に隣接して位置決めされてよい。
【００５２】
図５の実施形態において、図５Ａを参照すると、同様の参照数字は、同様の要素を示し、マット１７０は、触媒コンバータ２８０を画定するよう担体要素４０を金属ハウジング２５０内に支持及び実装するために使用される。金属ハウジング２５０は、図示した実施形態において、ハウジング２５０全体のまわりに広がる凹部２５０Ａを含むように形成される。ハウジング凹部２５０Ａは、膨張性層７２を受容し触媒コンバータ２８０を通過する排気ガスから膨張性層横方向縁部７４を実質的に遮蔽するように、Ｘ及びＺ方向に成形される。従って、膨張性層横方向縁部７４は、触媒コンバータ２８０を流動する流入して来る高温排気ガスへの直接暴露から実質的に密封される。尚、図５Ａの実施形態において、膨張性層７２の横方向縁部７６は、非膨張性層１３によって密封されない。だが、横方向縁部７６は、排気ガスの流入経路に位置決めされないため、横方向縁部７６からの膨張性材料の損失は、幾つかの触媒コンバータハウジングの設計で最小限又は微量にできる。尚、非膨張性層１３は、膨張性層７２の横方向縁部７４及び７６を排気ガスから遮蔽するため実質的にＺ方向に膨張させる必要がないため、図５Ａの実施形態の非膨張性層１３は、図５の実施形態の非膨張性層１２を形成するために使用される材料より小さい弾力性を有する材料から形成されてもよい。例えば、非膨張性層１３は、上で詳述した、図４Ａの実施形態の非膨張性層１３が形成される同じ膨張性材料から形成されてよい。
【００５３】
第６実施形態により構成される多層マット９０を図６に示すが、同様の参照数字は、同様の要素を示す。マット９０は、セラミック繊維を含む非膨張性層１３を備え、対向する横方向縁部１４及び１６により画定される幅Ｗ１と長さＬ１を有する。マット１０は、更に膨張性材料を含む膨張性層２０を備え、対向する横方向縁部２２及び２４により画定される幅Ｗ２と非膨張性層１３の長さＬ１に実質的に等しい長さを有する。図示した実施形態において、膨張性層２０の幅Ｗ２は、非膨張性層１３の幅Ｗ１より狭い。更に、膨張性層２０は、その２つの横方向縁部２２及び２４が非膨張性層１３の２つの横方向縁部１４及び１６内に位置決めされるように非膨張性層１３に関連して配置される。
【００５４】
多層マット９０は、更に非膨張性材料の第１ストリップ９２及び第２ストリップ９４をそれぞれ備える。第１非膨張性ストリップ９２は、非膨張性層１３の第１外側部分１８Ａの上に位置決めされ、第２非膨張性ストリップ９４は、非膨張性層１３の第２外側部分１８Ｂの上に位置決めされる。第１非膨張性ストリップ９２は、幅Ｗ４及び内側非膨張性層１３と膨張性層２０の長さと実質的に等しい長さを有する。第２非膨張性ストリップ９４は、幅Ｗ５と、内側非膨張性層１３と膨張性層２０の長さに実質的に等しい長さと、を有する。図示した実施形態において、膨張性層２０の幅Ｗ２、第１非膨張性ストリップ９２の幅Ｗ４及び第２非膨張性ストリップ９４の幅Ｗ５の合計は、内側非膨張性層１３の幅Ｗ1と実質的に等しい。
【００５５】
図７において、マット９０は、触媒担体要素４０をハウジング５０内に支持及び保持するようにハウジング５０内に設けて示されている。マット９０、ハウジング５０及び担体要素４０が触媒コンバータ３８０を画定する。
【００５６】
好ましくは、図７を参照して、非膨張性ストリップ９２及び９４は、触媒コンバータ３８０に使用される際、マット９０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置決めされたら、ストリップ９２及び９４が、ハウジング５０の内壁と触媒担体要素４０との間の間隙Ｇのシール領域ＡＳ内に十分に膨張するように実質的に弾力性の非膨張性材料から形成され、間隙Ｇが温度増加に伴い膨張するとき、膨張性層２０の横方向縁部２２及び２４を密封する。換言すれば、少なくともストリップ９２及び９４は、十分に弾力的であり、間隙Ｇがその最低（すなわち、周囲温度）又は最高（すなわち、最も高い操作温度）であろうとなかろうと十分な圧力を働かせ、間隙Ｇを密封し、膨張性層の横方向縁部２２及び２４を保護する。少なくともこれらのストリップ９２及び９４は、又十分に耐久性があり、汚染防止装置の所望の耐用期間にわたってその最低と最高の間の間隙Ｇのサイクルを耐えることが望ましい。非膨張性層１３がこの程度の弾力性と耐久性を示すことが好ましい場合もある。従って、膨張性層横方向縁部２２及び２４は、触媒コンバータ３８０を流動する高温排気ガス暴露から実質的に密封される。尚、非膨張性層１３は、非膨張性ストリップ９２及び９４より弾力性が少ない材料から形成されてもよい。典型的に、弾力性の低い非膨張性材料は、弾力性の高い非膨張性材料より低価格である。例えば、非膨張性ストリップ９２及び９４は、上で詳述した、図１の実施形態の層１２が形成される同じ材料の１つから形成されてよい。膨張性層７２は、上で詳述した、図１の実施形態の膨張性層１２が形成される同じ膨張性材料の１つから形成されてよい。非膨張性層１３は、上で詳述した、図４Ａの実施形態の非膨張性層１３が形成される同じ非膨張性材料から形成されてよい。
【００５７】
非膨張性ストリップ９２及び９４は、低弾力性非膨張性材料から形成されてよく、一方非膨張性層１３は、実質的に弾力性の非膨張性材料から形成されてよい。この実施形態において、マット及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置決めされると、非膨張性層１３は、ハウジング５０の内壁と担体要素４０との間の間隙Ｇの面積ＡＳを密封するのに必要な弾力性を提供し、汚染防止装置の低及び高操作温度時の膨張性層２０の横方向縁部２２及び２４を保護する。
【００５８】
図７を参照すると、「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」から形成される非膨張性層１３と、「インテラム（INTERAM）１００」又は「インテラム（INTERAM）５５０」から形成される膨張性層２０と、「インテラム（INTERAM）１１００ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１１０１ＨＴ」、「インテラム（INTERAM）１５３５ＨＴ」又は「インテラム（INTERAM）１６００ＨＴ」から形成される非膨張性ストリップ９２及び９４を含むマット９０並びにハウジング５０の内壁と担体要素４０との間に間隙Ｇ、とを有する触媒コンバータ３８０の場合、約３ｍｍに等しい。
【００５９】
非膨張性層１３は、約７５０ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約１，５５０ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、非膨張性ストリップ９２及び９４のそれぞれが約４５０ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１３と膨張性層２０の圧縮された密度は約０．７７ｇ／ｃｃであり、間隙Ｇの各シール面積ＡＳ内の組合された非膨張性層１３とストリップ９２及び９４の圧縮された密度は約０．４０ｇ／ｃｃと等しいと思われる。約４ｍｍと等しい間隙の場合、非膨張性層１３は、約１，０２０ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約２，１００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ及び非膨張性ストリップ９２及び９４のそれぞれが約６００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１３と膨張性層２０の圧縮された密度は約０．７７ｇ／ｃｃであり、間隙Ｇの各シール面積ＡＳ内の組合された非膨張性層１３とストリップ９２及び９４の圧縮された密度は約０．４０ｇ／ｃｃと等しいと思われる。約６ｍｍと等しい間隙の場合、非膨張性層１３は、約１，４３５ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約３，１００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ及び非膨張性ストリップ９２及び９４のそれぞれが約９００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１３と膨張性層２０の圧縮された密度は約０．７７ｇ／ｃｃであり、間隙Ｇの各シール面積ＡＳ内の組合された非膨張性層１３とストリップ９２及び９４の圧縮された密度は約０．４０ｇ／ｃｃに等しいと思われる。約８ｍｍと等しい間隙の場合、非膨張性層１３は、約２，０００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、膨張性層２０は、約４，６９５ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、及び非膨張性ストリップ９２及び９４のそれぞれが約１，２００ｇ／ｍ２の最小坪量を有することができ、間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内の組合された非膨張性層１３と膨張性層２０の圧縮された密度は約０．７７ｇ／ｃｃであり、間隙Ｇの各シール面積ＡＳ内の組合された非膨張性層１３とストリップ９２及び９４の圧縮された密度は約０．４０ｇ／ｃｃと等しいと思われる。上で詳述した予測例のそれぞれにおいて、膨張性及び非膨張性層２０及び１３が位置決めされる間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内では、膨張性層２０が間隙のおおよそ６０％を塞ぎ、非膨張性層１３が間隙の約４０％を塞ぐことになると思われる。上で詳述した予測例のそれぞれにおいて、膨非膨張性層１３並びに非膨張性ストリップ９２及び９４が位置決めされる間隙Ｇの搭載面積ＡＭ内では、膨非膨張性層１３が間隙のおおよそ６０％を塞ぎ、非膨張性ストリップ９２及び９４が間隙Ｇの約４０％を塞ぐことになると思われる。
【００６０】
図７の実施形態において、膨張性層２０は、触媒コンバータ金属ハウジング５０に隣接して位置決めされて示されている。だが、低温用途等の幾つかの用途の場合、膨張性層２０は、触媒担体要素４０に隣接して位置決めされてよい。そのような実施形態において、非膨張性ストリップ９２及び９４も触媒担体要素４０に隣接して位置決めされてよい。
【００６１】
第７実施形態により構成される多層マット１００を図８に示す、ただし、同じ参照数字は、同じ要素を示す。マット１００は、更に膨張性材料を含む膨張性層７２を備え、対向する横方向縁部７４及び７６により画定される幅１と長さＬ１を有する。マット１００は、更に膨張性材料を含む膨張性層７２を備え、対向する横方向縁部７４及び７６により画定される幅Ｗ３と非膨張性層１３の長さＬ１と実質的に等しい長さを有する。図示した実施形態において、膨張性層７２の幅Ｗ３は、非膨張性層１３の幅Ｗ１より狭い。更に、膨張性層７２は、横方向縁部７４が非膨張性層１３の２つの横方向縁部１４及び１６内に位置決めされ、横方向縁部７６が横方向縁部１６と実質的に並ぶように非膨張性層１３に関連して配置される。
【００６２】
多層マット１００は、更に非膨張性材料のストリップ１０２を含む。非膨張性ストリップ１０２は、非膨張性層１３の第１外側部分１８Ａの上に位置決めされる。非膨張性ストリップ１０２は、幅Ｗ４及び内側非膨張性層１３の長さＬ１と実質的に等しい長さを有する。図示した実施形態において、膨張性層７２の幅Ｗ３及び非膨張性ストリップ１０２の幅Ｗ４の合計は、内側非膨張性層１３の幅Ｗ1と実質的に等しい。
【００６３】
図９において、マット１００は、触媒担体要素４０をハウジング５０内に支持及び保持するようにハウジング５０内に設けて示されている。マット１００、ハウジング５０及び担体要素４０が触媒コンバータ４８０を画定する。
【００６４】
非膨張性ストリップ１０２は、触媒コンバータ４８０に使用される際、マット１００及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置決めされたら、ハウジング５０の内壁と触媒担体要素４０の間の間隙Ｇのシール領域ＡＳ内に十分に膨張するように実質的に弾力性の非膨張性材料から形成されてよい、図９を参照、それで、間隙Ｇが温度増加に伴い膨張するとき膨張性層７２の横方向縁部７４を密封する。換言すれば、少なくともストリップ１０２は、十分に弾力的であり、間隙Ｇがその最低（すなわち、周囲温度）又は最高（すなわち、最も高い操作温度）であろうとなかろうと十分な圧力を働かせ、間隙Ｇを密封し、膨張性層７２の横方向縁部７４を保護する。少なくともストリップ１０２は、又十分に耐久性があり汚染防止装置の所望の耐用期間にわたってその最低と最高の間の間隙Ｇのサイクルを耐えることが望ましい。非膨張性層１３がこの程度の弾力性と耐久性を示すことが好ましい場合もある。従って、膨張性層横方向縁部７４は、触媒コンバータ４８０を流動する高温排気ガスの直接暴露から実質的に密封される。尚、内側非膨張性層１３は、非膨張性ストリップ１０２より弾力性が小さい材料から形成されてもよい。例えば、非膨張性ストリップ１０２は、上で詳述した、図１の実施形態の層１２が形成される同じ材料の１つから形成されてよい。膨張性層７２は、上で詳述した、図１の実施形態の膨張性層２０が形成される同じ膨張性材料の１つから形成されてよい。非膨張性層１３は、上で詳述した、図４Ａの実施形態の非膨張性層１３が形成される同じ非膨張性材料から形成されてよい。
【００６５】
尚、図９の実施形態において、膨張性層７２の横方向縁部７６は、非膨張性層１３により密封されない。だが、横方向縁部７６は、排気ガスの流入経路内に位置決めされていないため、横方向縁部７６からの膨張性材料の損失は、幾つかの触媒コンバータの設計で最小限にできる。
【００６６】
図９の実施形態において、膨張性層７２は、触媒コンバータ金属ハウジング５０に隣接して位置決めされて示されている。だが、低温用途等の幾つかの用途の場合、膨張性層７２は、触媒担体要素４０に隣接して位置決めされてもよい。前記実施形態において、非膨張性ストリップ１０２も触媒担体要素４０に隣接して位置決めされてよい。
【００６７】
第８実施形態により構成される多層マット１１０を図１０に示す、ただし、同様の参照数字は、同様の要素を示す。マット１１０は、膨張性層１１２の幅Ｗ６が図８の実施形態の膨張性層７２の幅Ｗ３より狭いことを除き、図８及び図９に示したマット１００と同じである。膨張性層１１２は、横方向縁部１１４及び１１６を有する。図１０に示したように、膨張性層１１２は最も外側の層を画定し、非膨張性層１３に隣接して位置決めされる。
【００６８】
図１０を参照すると、マット１１０は、触媒コンバータ５８０を画定するように担体要素４０を金属ハウジング５５０内に支持及び実装するために使用される。金属ハウジング５５０は、図示した実施形態においてハウジング５５０全体のまわりに周囲方向に広がる凹部５５０Ａを含むように形成される。ハウジング凹部５５０Ａは、膨張性層１１２を受容し、図１０で見られるように触媒コンバータ５８０を左から右方向に通過する排気ガスから、膨張性層横方向縁部１１６を実質的に遮蔽するようにＸ及びＺ方向に成形される。従って、膨張性層横方向縁部１１６は、触媒コンバータ５８０を流動する高温排気ガス暴露から実質的に密封される。
【００６９】
図８の実施形態におけるように、非膨張性ストリップ１０２は、触媒コンバータ５８０に使用される際、マット１１０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５５０内に位置決めされたら、ストリップ１０２が、触媒担体要素４０とハウジング５５０の内壁との間の間隙Ｇ内に十分に膨張するように実質的に弾力性の非膨張性材料から形成され、間隙Ｇが温度増加に伴い膨張するとき膨張性層１１２の横方向縁部１１４を密封する。換言すれば、少なくともストリップ１０２は、十分に弾力的であり、間隙Ｇがその最低（すなわち、周囲温度）又は最高（すなわち、最も高い操作温度）であろうとなかろうと十分な圧力を働かせ、間隙Ｇを密封し、膨張性層１１２の横方向縁部１１４を保護する。少なくともストリップ１０２は、又十分に耐久性があり、汚染防止装置の所望の耐用期間にわたってその最低と最高の間の間隙Ｇのサイクルを耐えることが望ましい。非膨張性層１３がこの程度の弾力性と耐久性を示すことが好ましい場合もある。従って、膨張性層横方向縁部１１４は、触媒コンバータ５８０を流動する流入する高温排気ガスの直接暴露から実質的に密封される。膨張性層１１２は、上で詳述した、図１の実施形態の膨張性層２０が形成される同じ膨張性材料の１つから形成されてよい。非膨張性層１３は、上で詳述した、図４Ａの実施形態の非膨張性層１３が形成される同じ非膨張性材料から形成されてよい。非膨張性ストリップ１０２は、上で詳述した、図１の実施形態の層１２が形成される同じ材料の１つから形成されてよい。
【００７０】
第９実施形態により構成される多層マット１２０を図１１に示すが、同様の参照数字は、同様の要素を示す。マット１２０は、セラミック繊維を含む内側非膨張性層１３を備え、対向する横方向縁部１４及び１６により画定される幅Ｗ１と長さＬ１を有する。マット１２０は、更に膨張性材料を含む膨張性層１１２を備え、対向する横方向縁部１１４及び１１６により画定される幅Ｗ６と非膨張性層１３の長さＬ１と実質的に等しい長さを有する。図示した実施形態において、膨張性層１１２の幅Ｗ６は、非膨張性層１３の幅Ｗ１より狭い。更に、膨張性層１１２は、横方向縁部１１４及び１１６が非膨張性層１３の２つの横方向縁部１４及び１６内に位置決めされるように、非膨張性層１３に関連して配置される。
【００７１】
多層マット１２０は、非膨張性材料のストリップ１２２を更に備える。非膨張性ストリップ１２２は、非膨張性層１３の外側部分の１８Ｂの上に位置決めされる。非膨張性ストリップ１２２は、幅Ｗ５と内側非膨張性層１３及び膨張性層１１２の長さと実質的に等しい長さを有する。
【００７２】
図１２において、マット１２０は、触媒担体要素４０をハウジング６５０内に支持及び保持するように金属ハウジング６５０内に設けて示されている。マット１２０、ハウジング６５０及び担体要素４０が触媒コンバータ６８０を画定する。
【００７３】
好ましくは、非膨張性ストリップ１２２は、触媒コンバータ６８０に使用される際、マット１２０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング６５０内に実装されたら、ストリップ１２２が、触媒担体要素４０とハウジング６５０の内壁の間の間隙Ｇ内で十分膨張するように実質的に弾力性の非膨張性材料から形成され、間隙が温度の増加に伴い膨張するときに膨張性層１１２の横方向縁部１１６を密封する。換言すれば、少なくともストリップ１２２は、十分に弾力的であり、間隙Ｇがその最低（すなわち、周囲温度）又は最高（すなわち、最も高い操作温度）であろうとなかろうと十分な圧力を働かせ、間隙Ｇを密封し、膨張性層１１２の横方向縁部１１６を保護する。少なくともストリップ１２２は、又十分に耐久性があり汚染防止装置の所望の耐用期間にわたってその最低と最高の間の間隙Ｇのサイクル耐えることが望ましい。非膨張性層１３がこの程度の弾力性と耐久性を示すことが好ましい場合もある。従って、膨張性層横方向縁部１１６は、触媒コンバータ６８０を流動する高温排気ガス暴露から実質的に密封される。
【００７４】
図１２を参照すると、金属ハウジング６５０は、図示した実施形態においてハウジング６５０全体のまわりに広がる凹部６５０Ａを含むように形成される。ハウジング凹部６５０Ａは、膨張性層１１２を受容し触媒コンバータ６８０を通過する排気ガスから膨張性層横方向縁部１１４を実質的に遮蔽するようにＸ及びＺ方向に成形される。従って、膨張性層横方向縁部１１４は、触媒コンバータ６８０を流動する流入して来る高温排気ガスの直接暴露から実質的に密封される。膨張性層１１２は、上で詳述した、図１の実施形態の膨張性層２０が形成される同じ膨張性材料の１つから形成されてよい。非膨張性層１３は、上で詳述した、図４Ａの実施形態の非膨張性層１３が形成される同じ非膨張性材料から形成されてよい。非膨張性ストリップ１２２は、上で詳述した、図１の実施形態の層１２が形成される同じ材料の１つから形成されてよい。
【００７５】
尚、上で詳述した多層マットは、別の方法としては、フィルター要素等の汚染防止要素を、排気フィルター又はトラップのハウジングに固定するため使用されてもよい。尚、本発明による前記汚染防止装置は、内燃機関（例えば、車両排気系、発電装置排気系）の排気系に使用できる。
【００７６】
多層マットは、典型的に可撓性である。マットは、通常、破断又は亀裂することなく取扱われ、汚染防止装置の汚染防止要素に巻き付けることができる。汚染防止要素に巻き付ける際、多層マットの末端部は、未決定の米国特許出願通し番号１０／８２４０２９、名称「サンドイッチハイブリッド実装マット（SANDWICH HYBRID MOUNTING MAT）」（２００４年４月１４日申請）で論じたような種々の接合に対処でき、その開示は、参照により本明細書に組込まれる。
【００７７】
上述したように、非膨張性層１２並びに非膨張性ストリップ１０２及び１２２は、非膨張性層１３より弾力的であってよい。更に、非膨張性９２及び９４は、非膨張性層１３より弾力的であってよく、又はその逆であってもよい。従って、非膨張性層１３は、非膨張性層１２並びに非膨張性ストリップ９２、９４、１０２及び１２２を形成するために使用される材料と異なる組成物を有する材料から形成されてもよい。
【００７８】
触媒コンバータ６０、１８０、３８０、８０、２８０、４８０、５８０及び６８０は、高温用途、例えば約９００℃を超える温度で使用することが意図されると推定されており、図１〜４、４Ａ、６〜７の実施形態における膨張性層２０、図５、５Ａ、８〜９の実施形態における膨張性層７２及び図１０、１１〜１２の実施形態における膨張性層１１２は、非膨張性層の少なくとも１つの横方向縁部に接触する対応する触媒コンバータ６０、１８０、３８０、８０、２８０、４８０、５８０及び６８０を通過した排気ガスに伴う影響及び／又は高温により発生する機械的な侵食暴露からの少なくとも１つの横方向縁部に必要な保護を有する同じ程度に狭い非膨張性層により置き換えられてよい。高温の排気ガスに暴露されると、一部の非膨張性材料は損傷を受ける恐れがあり、その損傷がそのような排気ガスに直接曝露されると、その損傷は非膨張性材料の侵食の増加をもたらす場合がある。侵食により損失した非膨張性材料は、対応するマットの実装力を減少させ並びに汚染防止要素（例えば、触媒担体要素４０又は排気フィルター要素）の通路になり、ブロックする材料を侵食させる。ここで詳述した予測の実施形態において、より広い非膨張性層の少なくとも１つの横方向縁部が汚染防止装置を通過する排気ガスの影響及び排気ガスに伴う高温により発生する機械的な侵食力暴露に耐えるよう十分に弾力的で耐久性のある状態で、より狭い非膨張性層は、より狭い非膨張性層の少なくとも１つの横方向縁部に接触するより広い非膨張性層により保護され得る。狭い非膨張性層は、汚染防止装置の最高操作温度並びに排気ガス侵食力曝露からの保護を必要とする少なくとも１つの横方向縁部を有するものであってもよい。
【００７９】
汚染防止装置を通過する排気ガスに伴う及び／又は触媒担体要素により放射される高温からの保護を必要とする場合がある非膨張性層の予測例は、製品名「ＲＢ１８００」として、レフラジル（REFRASIL）（登録商標）から市販の高シリカガラス繊維マットから形成される層を含む。触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする場合がある非膨張性層の予測例は、商品名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の耐火セラミック繊維マットから形成される層を含む。汚染防止装置を通過する排気ガスに伴う及び／又は触媒担体要素により放射される高温並びに触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする場合がある非膨張性層の予測例は、製品名「ファイバーフラックス（FIBERFRAX）６０００及び７０００シリーズ」としてユニフラックス（Unifrax）から市販の耐火セラミック繊維又は製品名「カオウール（KAOWOOL）」として、サーマルセラミックス（Thermal Ceramics）から市販の、耐火セラミック繊維から形成される層を含む。
【００８０】
触媒コンバータ６０、１８０、３８０、８０、２８０、４８０、５８０及び６８０は、低温用途、例えば約９００℃未満の温度で使用することが意図されると推定されており、図１〜４、４Ａ、６〜７の実施形態における膨張性層２０、図５、５Ａ、８〜９の実施形態における膨張性層７２及び図１０、１１〜１２の実施形態における膨張性層１１２は、対応する触媒コンバータ６０、１８０、３８０、８０、２８０、４８０、５８０及び６８０を通過した排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする非膨張性層により置き換えられてよい。触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする場合がある非膨張性層の予測例としては、商品名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の耐火セラミック繊維マットから形成される層、又は製品名「ファイバーフラックス（FIBERFRAX）６０００及び７０００シリーズ」としてユニフラックス（Unifrax）から市販の耐火セラミック繊維若しくは製品名「カオウール（KAOWOOL）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）から市販の耐火セラミック繊維から形成される層を含む上で詳述したものが挙げられる。
【００８１】
触媒コンバータ６０、１８０、３８０、８０、２８０、４８０、５８０及び６８０は、低温用途、例えば約９００℃未満の温度で使用することが意図されると推定されており、図１〜４、５の実施形態における非膨張性層１２、図６〜７の実施形態における非膨張性層９２及び９４、図８〜９、１０の実施形態における非膨張性層１０２並びに図１１〜１２の実施形態における非膨張性層１２２は、触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力に耐えることができる膨張性層又はストリップ（類）により置き換えられてよい。マット及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に実装されたら、より広い膨張性層又はストリップ（類）は加熱され、非膨張性層１３と組合されたより広い膨張性層又はストリップ（類）の外側部分は、ハウジング５０の内壁と担体要素４０の間の少なくともシール領域ＡＳ内の間隙Ｇを塞ぐことになる、それで、間隙Ｇを密封し狭い膨張性又は非膨張性層の横方向縁部を保護する。従って、この節で詳述した予測の実施形態において、より狭い非膨張性層又は膨張性層は、より広い非膨張性層１３と組合せたより広い膨張性層又は１つ以上の膨張性ストリップ類により機械力から保護されてよい。
【００８２】
触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要としない膨張性層／ストリップ類の予測の例としては、商品名「Ｔ−１００ＨＤ」、「Ｔ−２００ＨＤ」及び「Ｔ−５００」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の耐火セラミック繊維マット及び製品名「ＡＶ２」としてユニフラックス（Unifrax）から市販の耐火セラミック繊維マットの１つから形成されるものが挙げられる。
【００８３】
低温用途の場合に、図４Ａ、５Ａ、６〜７、８〜９、１０及び１１〜１２の非膨張性層１３が膨張性層により置き換えられてよいことも考えられる。
【００８４】
図１３の実施形態における膨張性層７２０は、触媒コンバータ７６０を通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする非膨張性層により置き換えられてもよい。従って、より広い非膨張性層７１２の外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂが、ハウジング５０の内壁と担体要素４０の間の間隙Ｇのシール領域ＡＳ内に十分に膨張する、それで、間隙Ｇが温度の増加に伴い膨張するときに触媒コンバータ７６０を通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする狭い非膨張性層の横方向縁部を密封する。触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする非膨張性層は、商品名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の耐火セラミック繊維マットから作製できる。マット７１０は、低温用途で使用されることになると推定されており、触媒コンバータを通過する排気ガスにより生成する機械力からの保護を必要とする非膨張性層は、製品名「ファイバーフラックス（FIBERFRAX）６０００及び７０００シリーズ」としてユニフラックス（Unifrax）から市販の耐火セラミック繊維又は製品名「カオウール（KAOWOOL）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）から市販の耐火セラミック繊維から製造できる。
【００８５】
非膨張性層又はストリップは、それぞれ無機繊維を含有する。汚染防止装置の実装マットに使用されて好適であることが知られている任意の無機繊維を選択できる。例えば、無機繊維は、アルミナ繊維類、ムライト繊維類、石英繊維類、炭化ケイ素繊維類、窒化ケイ素繊維類、金属繊維類、アルミノケイ酸塩繊維類、マグネシウムアルミノケイ酸塩繊維類、アルミノホウケイ酸繊維類、ジルコニア繊維類、チタニア繊維類等であってよい。繊維は、非晶質、結晶性又はそれらの組み合わせであってよい。
【００８６】
石英繊維は、商品名「アストロクォーツ（ASTROQUARTZ）」としてＪ．Ｐ．スティーヴェンス社（J.P. Stevens, Inc.）（ノースカロライナ州スレイター（Slater））から市販されている。炭化ケイ素繊維は、商品名「ニカロン（NICALON）」としてニッポンカーボン（Nippon Carbon）（日本、東京）又は商品名「タイラノ（TYRANNO）」としてテクストロン・スペシャルティ・マテリアルズ（Textron Specialty Materials）（マサチューセッツ州ロウェル（(Lowell））から市販されている。窒化ケイ素繊維は、トレン・エネルギー・インターナショナル社（Toren Energy International Corp.）（ニューヨーク州ニューヨーク（New York））から市販されている。金属繊維は、商品名「ベキーシェルドＧＲ９０／Ｃ２／４（BEKI-SHELD GR 90/C2/4）」としてベッカート（Beckaert）（ベルギー、ツワーガン（Zweregan））及び商品名「リブテック（RIBTEC）」としてリボン・テクノロジー社（Ribbon Technology Corp.）（オハイオ州ガハナ（Gahana））から市販されている。
【００８７】
非膨張性層（類）又はストリップ（類）の幾つかの実施形態において、無機繊維は、ガラス繊維である。本明細書で使用する時、用語「ガラス繊維」は、実質的な結晶化がない状態で冷却された無機溶融物質から作製される無機繊維を指す。ガラス繊維は、Ｘ線回折又は透過型電子顕微鏡技術のいずれかを使用して測定される非晶質である。少なくとも幾つかの用途において、ガラス繊維は、ショットがない（すなわち、繊維は５重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、１重量％以下又は０．５重量％以下のショットを含有する）。本明細書で使用する時、用語「ショット」は、幾つかの無機繊維形成プロセスの副生成物であってよい非繊維性粒子を指す。
【００８８】
好適なガラス繊維は、多くの場合アルミノケイ酸マグネシウム繊維である。前記ガラス繊維は、少なくとも５０重量％のＳｉＯ２、少なくとも８重量％のＡｌ２Ｏ３及び少なくとも１重量％の酸化マグネシウムを含有してよい。例えば、アルミノケイ酸マグネシウム繊維は、５０〜７０重量％、５０〜６０重量％、６０〜７０重量％又は５５〜６５重量％のＳｉＯ２、８〜３０重量％、１０〜２０重量％又は２０〜３０重量％Ａｌ２Ｏ３及び１〜１５重量％、１〜１２重量％、１〜１０重量％又は１〜８重量％の酸化マグネシウムを含有してよい。酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素及び酸化カルシウム等の追加の酸化物類が存在してもよい。
【００８９】
アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維の具体例は、Ｅ−ガラス繊維類、Ｓ−ガラス繊維類、Ｓ２−ガラス繊維類及びＲ−ガラス繊維類である。Ｅ−ガラス繊維は、多くの場合約５５重量％のＳｉＯ２、約１１重量％のＡｌ２Ｏ３、約６重量％のＢ２Ｏ３、約１８重量％のＣａＯ、約５重量％のＭｇＯ及び約５重量％の他の酸化物を含有する。Ｓ−ガラス繊維及びＳ２−ガラス繊維は、典型的に約６５重量％のＳｉＯ２、約２５重量％のＡｌ２Ｏ３及び約１０重量％のＭｇＯを含有する。Ｒ−ガラス繊維は、通常約６０重量％のＳｉＯ２、約２５重量％のＡｌ２Ｏ３、約９重量％のＣａＯ及び約６重量％のＭｇＯを含有する。Ｅ−ガラス繊維、Ｓ−ガラス繊維及びＳ２−ガラス繊維は、アドバンスド・グラスファイバー・ヤーンズ（Advanced Glassfiber Yarns）、ＬＬＣ（サウスカロライナ州、アイケン（Aiken））及びオーウェンズ−コーニング・ファイバーガラス社（Owens-Corning Fiberglass Corp.）（オハイオ州グランビル（Granville））から市販されている。Ｒ−ガラス繊維は、セイントーゴバイン・ベトロテックス（Saint-Gobain Vetrotex）（ドイツヘルゾゲンラス（Herzogenrath））から市販されている。
【００９０】
種々の耐火セラミック繊維が、非膨張性層（類）又はストリップ（類）に使用できる。実施形態によっては、セラミック繊維は、非晶質で、主としてＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含有する。少量の他の酸化物類が存在してもよい。Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２）の重量比は、通常２０：８０、３０：７０、３５：６５、４０：６０、４５：５５、５０：５０、５５：４５、６０：４０又は７０：３０以上である。セラミック繊維は、典型的に少なくとも３０重量％のＳｉＯ２及び少なくとも２０重量％のＡｌ２Ｏ３を含む。例えば、好適なセラミック繊維は、繊維の重量を基準として３０〜８０重量％の量のＳｉＯ２と２０〜７０重量％の量のＡｌ２Ｏ３を含有してよい。幾つかの具体的な実施例において、セラミック繊維は、繊維の重量を基準として４０〜６０重量％の量のＳｉＯ２と４０〜６０重量％の量のアルミナ（alumna）を含有してよい。他の具体的な実施例において、セラミック繊維は、繊維の重量を基準として４５〜５５重量％の量のＳｉＯ２と４５〜５５重量％の量のＡｌ２Ｏ３を含有してよい。
【００９１】
主としてＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含有する代表的な非晶質セラミック繊維としては、繊維の重量を基準として５０重量％のＳｉＯ２と５０重量％のＡｌ２Ｏ３を有する商品名「カオウール・ハ・バルク（KAOWOOL HA BULK）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ（Augusta））から、繊維の重量を基準として５４重量％のＳｉＯ２と４６重量％のＡｌ２Ｏ３を有する商品名「セラファイバー（CERAFIBER）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）から、繊維の重量を基準として５４重量％のＳｉＯ２と４６重量％のＡｌ２Ｏ３を有する商品名「カオウール（KAOWOOL）Ｄ７３Ｆ」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）から、繊維の重量を基準として５２重量％のＳｉＯ２と４７重量％のＡｌ２Ｏ３並びに１重量％以下のＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２及び他の酸化物類を有する商品名「ラス（RATH）２３００ＲＴ」としてラス（RATH）（デラウェア州ウィルミントン（Wilmington））から、繊維の重量を基準として５４重量％のＳｉＯ２と４６重量％のＡｌ２Ｏ３並びに１重量％以下の他の酸化物類を有する商品名「ラス（RATH）アルミノ−シリケート・チョップド・ファイバー（ALUMINO-SILICATE CHOPPED FIBER）」としてラス（RATH）から、繊維の重量を基準として４９〜５３重量％のＳｉＯ２と４３〜４７重量％のＡｌ２Ｏ３、０．７〜１．２重量％のＦｅ２Ｏ３、１．５〜１．９重量％のＴｉＯ２及び１重量％以下の他の酸化物類を有する商品名「サーウール（CER-WOOL）ＲＴ」としてベスビアス（Vesuvius）（ニューヨーク州ブッファロー）、繊維の重量を基準として４９〜５７重量％のＳｉＯ２と３８〜４７重量％のＡｌ２Ｏ３、０．７〜１．５重量％のＦｅ２Ｏ３、１．６〜１．９重量％のＴｉＯ２及び０〜０．５重量％の他の酸化物類を有する商品名「サーウール（CER-WOOL）ＬＴ」としてベスビアス（Vesuvius）から、及び繊維の重量を基準として５０〜５４重量％のＳｉＯ２と４４〜４９重量％のＡｌ２Ｏ３、０〜０．２重量％のＦｅ２Ｏ３、０〜０．１重量％のＴｉＯ２及び０．５重量％以下の他の酸化物類を有する商品名「サーウール（CER-WOOL）ＬＴ」としてベスビアス（Vesuvius）から、市販のものが挙げられるがこれらに限定されない。
【００９２】
他の実施形態において、セラミック繊維は非晶質であり、主としてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含有する。少量の他の酸化物類が存在してもよい。Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２）の重量比は、２０：８０、３０：７０、３５：６５、４０：６０、４５：５５、５０：５０、５５：４５、６０：４０又は７０：３０以上である。繊維は、繊維の重量を基準として少なくとも３重量％のＺｒＯ２、少なくとも３０重量％のＳｉＯ２及び少なくとも２０重量％のＡｌ２Ｏ３を含有する。実施形態によっては、繊維は、繊維の重量を基準として５重量％まで、７重量％まで、１０重量％まで、１２重量％まで、１５重量％まで、１６重量％まで、２０重量％まで又は２５重量％までの量のＺｒＯ２を含有する。セラミック繊維は、繊維の重量を基準として３０〜７０、４０〜６５、４５〜６０、４５〜５５又は５０〜６０重量％の量のＳｉＯ２を含有できる。セラミック繊維は、繊維の重量を基準として２０〜６０、２５〜５０、２５〜４５、２５〜４０、２５〜３５、３０〜５０又は３０〜４０重量％の量のＡｌ２Ｏ３を含有してよい。幾つかの具体的な実施例において、セラミック繊維は、繊維の重量を基準として２５〜５０重量％のＡｌ２Ｏ３、４０〜６０重量％のＳｉＯ２及び３〜２０重量％のＺｒＯ２を含有する。他の具体的な実施例において、セラミック繊維は、繊維の重量を基準として３０〜４０重量％のＡｌ２Ｏ３、４５〜６０重量％のＳｉＯ２及び５〜２０重量％のＺｒＯ２を含有する。
【００９３】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２を含有する代表的な非晶質セラミック繊維が、繊維の重量を基準として５０重量％のＳｉＯ２、３５重量％のＡｌ２Ｏ３及び１５重量％のＺｒＯ２を有する商品名「カオウール（KAOWOOL）ＺＲ」及び「セラケム（CERACHEM）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）から、繊維の重量を基準として５２〜５７重量％のＳｉＯ２、２９〜４７重量％のＡｌ２Ｏ３及び１８重量％以下のＺｒＯ２を有する商品名「ユニフラックス・ファイバーフラックス・ファイバーマット（UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAT）」としてユニフラックス（Unifrax）（ニューヨーク州トナウオンダ（(Tonawonda））から、繊維の重量を基準として５０〜５４重量％のＳｉＯ２、３１〜３５重量％のＡｌ２Ｏ３、５重量％のＺｒＯ２、１．３重量％のＦｅ２Ｏ３、１．７重量％のＴｉＯ２、０．５重量％のＭｇＯ及び７重量％以下のＣａＯを有する商品名「ユニフラックス・ファイバーフラックス・デュラバック（UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK）」としてユニフラックス（Unifrax）から、繊維の重量を基準として４８重量％のＳｉＯ２と３７重量％のＡｌ２Ｏ３、１５重量％のＺｒＯ２及び１重量％以下の他の酸化物類を有する商品名「ラス（RATH）２６００ＨＴＺ」としてラス（RATH）（デラウェア州ウィルミントン（Wilmington））から、並びに繊維の重量を基準として４４〜５１重量％のＳｉＯ２と３３〜３７重量％のＡｌ２Ｏ３、１３〜１９重量％のＺｒＯ２、０．１〜０．６重量％のＴｉＯ２及び１重量％以下の他の酸化物類を有する商品名「サーウール（CER-WOOL）ＨＴＺ」としてベスビアス（Vesuvius）（ニューヨーク州ブッファロー）から市販されている。
【００９４】
非膨張性層（類）又はストリップ（類）の幾つかの実施形態において、セラミック繊維は、熱的機械的分析器（Thermal Mechanical Analyzer）（ＴＭＡ）試験を使用した１０％以下、８％以下、６％以下、４％以下、３％以下、２％以下又は１％以下の体積収縮を有する。セラミック繊維は、典型的に少なくとも０．５％収縮する。実施形態によっては、セラミック繊維は、０．５〜２％、０．５〜３％、０．５〜５％又は０．５〜６％の体積収縮を有する。
【００９５】
ＴＭＡ試験において、負荷状態（例えば３４５Ｎ／ｍ２又は５０ｐｓｉ）の試料を１，０００℃に加熱し、その後冷却する。試料のキャリパーは、加熱及び冷却の両サイクル時に７５０℃で測定し、パーセント収縮を計算できる。パーセント収縮は、加熱及び冷却工程時７５０℃のキャリパーに１００を乗じたものと、加熱工程時７５０℃のキャリパーで除したものとの差と等しい。ＴＭＡ試験は、セラミック繊維又はセラミック繊維から作製される非膨張性層をキャラクタライズするために使用できる。非膨張性層中に存在する場合がある有機材料の殆ど又は全ては、熱的機械的分析器（Thermal Mechanical Analyzer）が７５０℃に到達する度毎に除去される。
【００９６】
供給されたとき（すなわち、繊維は熱処理なしで供給されたとして使用されてよい）１０％以下の体積収縮を有するセラミック繊維の実施例としては、結晶性でＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の両方を含有する繊維が挙げられるが、これに限定されない。Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２）の重量比は、６０：４０、６５：３５、７０：３０、７２：２８、７５：２５、８０：２０、９０：１０、９５：５、９６：４、９７：３又は９８：２以上である。幾つかの具体的な実施例において、セラミック繊維は、繊維の重量を基準として６０〜９８重量％のＡｌ２Ｏ３と２〜４０重量％のＳｉＯ２を含有する。他の具体的な実施例において、セラミック繊維は、繊維の重量を基準として７０〜９８重量％のＡｌ２Ｏ３と２〜３０重量％のＳｉＯ２を含有する。少量の他の酸化物類が存在してもよい。本明細書で使用する時、用語「少量」とは、２重量％以下、１重量％以下又は０．５重量％以下の量を指す。
【００９７】
結晶性で１０％以下の体積収縮を有する好適なセラミック繊維としては、繊維の重量を基準として２８重量％のＳｉＯ２及び７２重量％のＡｌ２Ｏ３を有する商品名「マフテック（MAFTEC）」（例えばＭＬＳ１、ＭＬＳ２及びＭＬＳ３）としてミツビシ・ケミカル（Mitsubishi Chemical）（日本、東京）から、繊維の重量を基準として３〜５重量％のＳｉＯ２及び９５〜約９７重量％のＡｌ２Ｏ３を有する商品名「サフィル（SAFFIL）」（例えばＳＦ、ＬＡバルク（Bulk）から、ＨＡバルク（Bulk）、ＨＸバルク（Bulk））としてサフィル社（Saffil Limited）（英国ウィドネス・チェシャー（Widness Cheshire））並びに繊維の重量を基準として２７重量％のＳｉＯ２及び７２重量％のＡｌ２Ｏ３を有する商品名「ユニフラックス・ファイバーフラックス・ファイバーマックス（UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAX）」としてユニフラックス（Unifrax）（ニューヨーク州トナウオンダ（(Tonawonda））から市販のものが挙げられるがこれらに限定されない。
【００９８】
供給されたとき結晶性で１０％以下の体積収縮を有するセラミック繊維の更なる実施例は、アルミノホウケイ酸繊維である。これらの繊維は、典型的に繊維の重量を基準として少なくとも５０重量％の量のＡｌ２Ｏ３、５０重量％以下の量のＳｉＯ２及び２５重量％以下の量のＢ２Ｏ３を含有する。一部の具体的なアルミノホウケイ酸繊維は、繊維の重量を基準として５０〜７５重量％のＡｌ２Ｏ３、２５〜５０重量％のＳｉＯ２及び１〜２５重量％のＢ２Ｏ３を含有する。前記アルミノホウケイ酸繊維は、商品名「ネクステル（NEXTEL）３１２」及び「ネクステル（NEXTEL）４４０」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販されている。
【００９９】
製造業者により供給されたとき結晶性で１０％以下の体積収縮を有するこれらのセラミック繊維の少なくとも一部は、ゾル−ゲルプロセスを使用して作製される。ゾル−ゲルプロセスにおいて、セラミック繊維は、溶液、分散液若しくは粘稠な濃縮物を紡糸又は押出すことにより形成される。米国特許番号３，７６０，０４９号（ボアー（Borer）ら）に更に記載されるゾル−ゲルプロセスは、溶液、分散液若しくは粘稠な濃縮物をオリフィスを通して押出し、緑色の繊維を形成し、その後焼成し、セラミック繊維を形成できる。溶液、分散液若しくは粘稠な濃縮物は、繊維内に酸化物又は酸化物の前駆体を含有する。
【０１００】
実施形態によっては、市販の非晶質セラミック繊維を熱処理し、１０％以下の体積収縮を有するセラミック繊維を提供できる。熱処理し、１０％以下の体積収縮を有する繊維を提供できるセラミック繊維は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合物又はＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２とＢ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５若しくはＺｒＯ２等の他の酸化物との混合物からのメルトブローン又はメルトスパンである。熱処理されてよい代表的な非晶質セラミック繊維としては、商品名「カオウール・ＨＡ・バルク（KAOWOOL HA BULK）」、「セラファイバー（CERAFIBER）」、「カオウール（KAOWOOL）Ｄ７３Ｆ」、カオウール（KAOWOOL）ＺＲ」又は「セラケム（CERACHEM）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ（Augusta））から、商品名「ラス（RATH）２３００ＲＴ」、「ラス・アルミノ−シリケート・チョップド・ファイバー（RATH ALUMINO-SILICIATE CHOPPED FIBER）」又は「ラス（RATH）２６００ＨＴＺ」としてラス（RATH）（デラウェア州ウィルミントン（Wilmington））から、商品名「サーウール（CER-WOOL）ＲＴ」、「サーウール（CER-WOOL）ＬＴ」、「サーウール（CER-WOOL）ＨＴＺ」又は「サーウール（CER-WOOL）ＨＰ」としてベスビアス（Vesuvius）（ニューヨーク州ブッファロー）から、及び商品名「ユニフラックス・ファイバーフラックス・ファイバーマット（UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAT）」又は「ユニフラックス・ファイバーフラックス・デユラバック（UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK）」としてユニフラックス（Unifrax）（ニューヨーク州トナウオンダ（(Tonawonda））から、市販のセラミック繊維が挙げられるがこれらに限定されない。
【０１０１】
セラミック繊維は、熱処理プロセス時に脱ガラスする傾向がある（すなわち、少なくとも部分的に非晶質から微結晶又は結晶性状態に変化する）。通常、個々のセラミック繊維の一部分のみが脱ガラスを受ける。すなわち、熱処理後、個々のセラミック繊維は、非晶質材料並びに結晶性材料、微結晶材料又は結晶性及び微結晶材料の組合せを含有する。
【０１０２】
透過型電子顕微鏡及びＸ線回折等の技術は、無機繊維の非晶質、結晶性又は微結晶の特徴をキャラクタライズするために使用され得る本明細書で使用する時、用語「非晶質」は、結晶性又は微結晶領域のない無機繊維を指す。無機繊維が非晶質の場合、透過型電子顕微鏡又はＸ線回折のいずれを用いても回折ピークを検出できない（すなわち、回折パターンがない）。無機繊維が狭い結晶寸法を有する領域（すなわち微結晶）を包含している場合、回折ピーク（すなわち回折パターン）は、透過型電子顕微鏡を使用することにより検出できるが、Ｘ線回折を使用しても検出できない。本明細書で使用する時、用語「微結晶」は、結晶特性を有する少なくともいくらかの領域を有し、透過型電子顕微鏡で検出できるがＸ線回折では検出できない結晶寸法を有する無機繊維を指す。無機繊維がより大きい結晶寸法を有する領域（すなわち結晶）を包含している場合、回折パターンは、Ｘ線回折を使用して得ることができる。本明細書で使用する時、用語「結晶」は、結晶特性を有する少なくともいくらかの領域を有し、Ｘ線回折で検出できる結晶寸法を有する無機繊維を指す。Ｘ線回折を使用して検出できる最も小さい結晶寸法は、典型的に十分に画定されたピークを有さない広い回折パターンを生じる。より狭いピークは、より大きい結晶寸法を示す。回折ピークの幅は、結晶寸法を測定するために使用できる。結晶性である無機繊維は、通常、単一結晶ではなく多結晶である。
【０１０３】
用途によっては、セラミック繊維は、少なくとも７００℃の温度で熱処理される。例えば、セラミック繊維は、少なくとも８００℃の温度、少なくとも９００℃の温度、少なくとも１，０００℃の温度又は少なくとも１，１００℃の温度で熱処理されてよい。好適な熱処理温度は、セラミック繊維の組成及びセラミック繊維が熱処理温度で保持される時間により変化してよい。好適な熱処理方法及び好適な熱処理セラミック繊維が、更に例えば国際公開特許ＷＯ９９／４６０２８（フェルナンド（Fernando）ら）及び米国特許番号第５，２５０，２６９号（ランガー（Langer））に記載されており、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。
【０１０４】
熱処理プロセス時に形成する結晶又は微結晶の寸法に関連付けられた時間７−温度の関係がある。例えば、セラミック繊維はより低温でより長時間、又はより高温でより短時間熱処理され、結晶化度又は微結晶化度が同等の状態を生成する。熱処理温度の時間は、１時間まで、４０分まで、３０分まで、２０分まで、１０分まで、５分まで、３分まで又は２分までであってよい。例えば、熱処理温度は、１０分まで等の比較的短い熱処理時間を使用して選択され得る。
【０１０５】
熱処理温度は、脱ガラス温度（すなわち、セラミック繊維が非晶質材料から微晶性又は結晶性材料に変わる温度）を超える少なくとも２０℃、少なくとも３０℃、少なくとも４０℃、少なくとも５０℃、少なくとも６０℃、少なくとも７０℃、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃又は少なくとも１００℃であるよう選択されてよい。セラミック繊維の好適な熱処理時間及び温度は、例えば示差熱分析（ＤＴＡ）等の技術を使用することにより決めることができる。Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２繊維の温度は、典型的に７００℃〜１２００℃の範囲、８００℃〜１２００℃の範囲、９００℃〜１２００℃の範囲又は９５０℃〜１２００℃の範囲である。
【０１０６】
完全に非晶質であるセラミック繊維は、通常、微晶性、結晶性又はそれらの組み合わせである領域を包含するセラミック繊維を超えて収縮する。少なくとも部分的に結晶性又は微晶性であるセラミック繊維は、汚染防止装置に使用されて好適な温度に繰返し加熱され、その後冷却される実装マットに組み立てられ得る。微晶性又は結晶性セラミック繊維は、非膨張性層の性能に負に影響する恐れのある更なる収縮に対して耐性を持つ傾向がある。
【０１０７】
熱処理されるセラミック繊維の場合、繊維の脆性は、低い体積収縮性と釣り合わせることができる。微晶性又は結晶性セラミック繊維は、非晶質セラミック繊維より脆い傾向がある。微晶性又は結晶性セラミック繊維から作製された非膨張性層は、非晶質繊維から作製された絶縁材より容易に破断する。一方、微晶性又は結晶性セラミック繊維は、非晶質繊維より低い体積収縮を有する傾向がある。
【０１０８】
無機繊維の平均直径は、典型的に少なくとも３マイクロメートル、少なくとも４マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも６マイクロメートル又は少なくとも７マイクロメートルである。無機繊維は、通常２０マイクロメートル以下、１８マイクロメートル以下、１６マイクロメートル以下又は１４マイクロメートル以下である平均直径を有する。実施形態によっては、無機繊維の少なくとも６０重量％が、平均直径３マイクロメートル以内である平均直径を有する。例えば、無機繊維の少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％又は少なくとも９０重量％が、平均直径３マイクロメートル以内である平均直径を有する。
【０１０９】
非膨張性層（類）又はストリップ（類）は、非膨張性層の重量を基準として２０重量％までの量の有機結合剤を更に包含できる。実施形態によっては、有機結合剤は、非膨張性層又はストリップの重量を基準として１０重量％まで、５重量％まで又は３重量％までの量で存在している。非膨張性層又はストリップを包含する多層マットが汚染防止装置内で典型的に遭遇するもの等の高温で使用されるとき、有機結合剤は、典型的に焼いて除去される。
【０１１０】
好適な有機結合剤材料としては、水性ポリマーエマルション類、溶媒系ポリマー類及び非溶媒ポリマー類を挙げることができる。水性ポリマーエマルションとしては、ラテックス形態（例えば、天然ゴムラテックス、スチレンブタジエンラテックス、ブタジエンアクリロニトリルラテックス並びにアクリレート及びメタクリレートポリマー又はコポリマーのラテックス）の有機結合剤ポリマー類及びエラストマー類を挙げることができる。溶媒系ポリマー結合剤材料としては、アクリル、ポリウレタン、酢酸ビニル、セルロース又はゴム系有機ポリマー等のポリマーを挙げることができる。非溶媒ポリマーとしては、ゴム、スチレンブタジエンゴム及び他のエラストマー類を挙げることができる。
【０１１１】
実施形態によっては、有機結合剤材料としては、水性アクリルエマルションが挙げられる。アクリルエマルションは、有利に、良好な老化性及び非腐蝕性燃焼製品を有する傾向にある。好適なアクリルエマルションとしては、商品名「ロプレックス（RHOPLEX）ＴＲ−９３４」（４４．５重量％固形分を有する水性アクリルエマルション）及び「ロプレックス（RHOPLEX）ＨＡ−８」（４５．５重量％固形分を有するアクリルコポリマーの水性エマルション）としてローム・アンド・ハース（Rohm and Hass）（ペンシルバニア州フィラデルフィア（Philadelphia））、商品名「ネオクリル（NEOCRYL）ＸＡ−２０２２」（６０．５％固形分を有するアクリル樹脂の水性分散液）としてＩＣＩレシンズＵＳ（ICI Resins US）（マサチューセッツ州ウイルミントン（Wilmington）から入手可能な及び商品名「エアーフレックス（AIRFLEX）６００ＢＰ  ＤＥＶ」（５５％固形分を有するエチレンビニルアクリレートターポリマーの水性エマルション）としてエアプロダクツ・アンド・ケミカル社（Air Products and Chemical, Inc.）（ペンシルバニア州フィラデルフィア（Philadelphia））から販売されたもの等の市販の製品が挙げられるがこれらに限定されない。
【０１１２】
又、有機結合剤は、可塑剤、粘着付与剤又はそれらの組み合わせを含んでよい。可塑剤は、ポリマーマトリックスを軟化する傾向があり、非膨張性層の可撓性と成形性を向上できる。例えば、有機結合剤は、商品名「サンティサイザー（SANTICIZER）１４８」としてモンサント（Monsanto）（ミズーリ州セントルーイス（(St. Louis））から市販のイソデシルジフェニルジホスフェート等の可塑剤を含んでよい。粘着付与剤又は粘着付与樹脂は、絶縁材料を一緒に保持するのを助けることができる。好適な粘着付与剤の例が、商品名「スノータック（SNOWTACK）８１０Ａ」としてエカ・ノーベル社（Eka Nobel, Inc.）（カナダ、トロント）から市販されている。
【０１１３】
非膨張性層（類）又はストリップ（類）は、可塑剤類、湿潤剤類、分散剤類、消泡剤類、ラテックス凝固剤類及び殺真菌剤類等のこれらに限定されない他の材料も含有してよい。ガラス粒子、炭酸カルシウム、膨張性バーミキュライト、離層バーミキュライト、雲母、パーライト、アルミニウム三水和物、リン酸マグネシウム六水和物、ホウ酸亜鉛及び水酸化マグネシウム等の充填剤材料が添加されてもよい。更に、粘土、ベントナイト及びコロイダルシリカ等の無機結合剤が添加されてもよい。
【０１１４】
非膨張性層（類）又はストリップ（類）は、例えば、アクリル、セルロース、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリエステル又はそれらの組合せ等の有機繊維を含有してもよい。繊維は、短繊維又はフィブリル化繊維であってもよい。有用な短繊維（stable fibers）は、典型的に約０．５〜５デニールの寸法を有する。フィラメント当たり１．５デニールの寸法を有する好適なレーヨン繊維が、ミニファイバー社（Minifiber, Inc.）（テキサス州ジョンソン市（Johnson City））から市販されている。好適なポリビニルアルコール繊維が、商品名「クラロン（KURALON）」としてクラレ・アメリカズ社（Kuraray Americas, Inc.）（ニューヨーク州ニューヨーク）から市販されている。アクリル繊維パルプが、商品名「ＣＦＦ」としてサイテック・インダストリーズ社（Cytek Industries, Inc.）（ニュージャージー州ウエストパターソン（West Paterson））から市販されている。
【０１１５】
好適な非膨張性層又はストリップは、実施形態によっては少なくとも１０〜９９．５重量％の量の無機繊維及び０．５〜２０重量％の量の有機結合剤を含んでよい。例えば、非膨張性層又はストリップは、２０〜９９．５重量％の量の無機繊維、０．５〜２０重量％の量の有機結合剤及び６０重量％までの無機結合剤又は充填剤を含有してよい。
【０１１６】
本発明により使用されてよい１つの非膨張性層は、商品名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販の熱処理アルミノケイ酸塩セラミック繊維を含有する。このマットは、約０．２５ｇ／ｃｍ３の嵩密度と約１０２０〜約２４５５ｇ／ｍ２の単位面積当たりの重量を有する。他のより弾力性の非膨張性層（類）又はストリップ（類）としては、商品名「インテラム（INTERAM）１１００ＨＴ」及び「インテラム（INTERAM）１１０１ＨＴ」として３Ｍ社（3M Company）から市販のものが挙げられる。これらのマットは、約０．１５ｇ／ｃｍ３の嵩密度と約４４０〜約２１００ｇ／ｍ２の単位面積当たりの重量を有する。これらのマットは、結晶性アルミナ繊維（すなわち多結晶性アルミナ繊維）を含有する。アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維を含む他の好適な非膨張性層が、商品名「インペ（INPE）５７１．０２」として３Ｍ社（3M Company）から市販されている。このマットは、約０．１２ｇ／ｃｍ３の嵩密度と約６００〜約１４００ｇ／ｍ２の単位面積当たりの重量を有する。ニードル固着マットが、約０．１６ｇ／ｃｍ３の嵩密度を有する商品名「マフテック（MAFTEC）ＭＬＳ−３」としてミツビシ・ケミカル（Mitsubishi Chemical）日本、東京から市販されている。このマットは、繊維の重量を基準として約７２重量％のＡｌ２Ｏ３及び約２８重量％のＳｉＯ２を含有する。
【０１１７】
膨張性層は、少なくとも１つの種類の膨張性材料を含有する。膨張性層としては、更に無機繊維類、有機結合剤類、可塑剤類、湿潤剤類、分散剤類、消泡剤類、ラテックス凝固剤類、殺真菌剤類、充填剤材料類、無機結合剤類及び有機繊維類を挙げることができる。これらの追加の構成成分は、非膨張性層について上述したものと同じである。
【０１１８】
膨張性層の好適な膨張性材料の例としては、非膨張性バーミキュライト、ハイドロ黒雲母、米国特許番号第３，００１，５７１号（ハッチ（Hatch））に記載されているような水膨潤性合成テトラケイ酸フッ素タイプ雲母、米国特許番号第４，５２１，３３３号（グラハム（Graham）ら）に記載されているようなアルカリ金属ケイ酸塩顆粒又はその組合せが挙げられる。アルカリ金属ケイ酸塩顆粒は、商品名「イクスパントル（EXPANTROL）４ＢＷ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販されている。膨張性グラファイトが、商品名「グラフォイル（GRAFOIL）等級３３８−５０」としてウカル・カーボン社（UCAR Carbon Co., Inc.）（オハイオ州クリ−ブランド（Cleveland））から市販されている。非膨張性バーミキュライトは、コメタルズ社（Cometals Inc.）（ニューヨーク州ニューヨーク）から市販されている。用途によっては、膨張性材料は、非膨張性バーミキュライト、膨張性グラファイト又はそれらの組み合わせから選択される。
【０１１９】
バーミキュライトは、例えばニ水素リン酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、塩化カリウム又は当該技術分野において既知の他の可溶性塩等の塩で処理されてよい。処理は、イオン交換反応に基づく。
【０１２０】
膨張性層は、多くの場合膨張性層の重量を基準として少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも４０又は少なくとも６０重量％の膨張性材料を含有する。膨張性層によっては、層は、無機繊維がなくてもよい。他の膨張性層において、層は、無機繊維及び有機繊維がなくてもよい。更に他の膨張性層において、層は、膨張性層の重量を基準として５〜約８５重量％の膨張性材料及び２０重量％未満の有機結合剤を含有する。無機繊維は、幾つかの膨張性層内に含まれる。
【０１２１】
幾つかの具体的な実施例において、膨張性層は、膨張性層の重量を基準として５〜８５重量％の量の膨張性材料、０．５〜１５重量％の量の有機結合剤及び１０〜６０重量％の量の無機繊維を含む。他の実施例において、膨張性層は、膨張性層の重量を基準として５〜７０重量％の量の膨張性材料、０．５〜１０重量％の量の有機結合剤及び３０〜４５重量％の量の無機繊維を含む。更に他の実施例において、膨張性層は、膨張性層の重量を基準として２０〜６５重量％の量の膨張性材料、０．５〜２０重量％の量の有機結合剤及び１０〜６５重量％の量の無機繊維及び４０重量％までの無機充填剤又は無機結合剤を含む。
【０１２２】
好適な膨張性層が、商品名「インテラム（INTERAM）１００」、「インテラム（INTERAM）２００」、「インテラム（INTERAM）５５０」及び「インテラム（INTERAM）２０００ＬＴ」として３Ｍ社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から市販されている。これらのマットは、通常約０．４〜約０．７ｇ／ｃｍ３の嵩密度と約１０５０〜約８１４０ｇ／ｍ２の単位面積当たりの重量を有する。他の好適な膨張性層が、商品名「インテラム（INTERAM）５７０ＮＣ」として３Ｍ社（3M Company）から市販されている。この層は、約１０５０〜約４０７０ｇ／ｍ2の単位面積当たりの重量を有し、欧州非分類繊維規制に適合する無機繊維を含有する。
【０１２３】
膨張性層によっては、生体溶解性無機繊維が含まれる。生体溶解性繊維を含有する膨張性層が、更に国際公開特許ＷＯ０３／０３１３６８（ハワース（Howorth））に記載されており参照によりその全体が本明細書に組込まれる。本明細書で使用する時、「生体溶解性無機繊維」は、生理学的媒質又はシミュレートした生理学的媒質内で分解性の無機繊維を指す。生理学的媒質は、例えば動物又は人間の肺等の気道内に典型的に見出される体液を指すが、これに限定されない。
【０１２４】
生体溶解性無機繊維としては、典型的に例えばＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ及びＢａＯ又はシリカを有するそれらの組合せ等の無機酸化物類が挙げられる。これらの構成要素はそれ自体の所望の溶解度特性が不足はしているが、全体として繊維が生理学的媒質内で更に分解できるように低く十分な量で存在するとしても、他の金属酸化物又は他のセラミック構成要素が生体溶解性無機繊維内に含まれてよい。前記金属酸化物としては、例えばＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｂ２Ｏ３及び酸化鉄が挙げられる。生体溶解性無機繊維は、繊維が生理学的媒質又はシミュレートした生理学的媒質内で分解できるような量で、金属構成成分も含んでよい。
【０１２５】
１つの実施形態において、生体溶解性無機繊維は、シリカ、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む。これらの種類の繊維は、典型的に、カルシウムケイ酸マグネシウム繊維と呼ばれる。カルシウムケイ酸マグネシウム繊維は、通常、約１０重量％未満の酸化アルミニウムを含有する。好適な生体溶解性繊維は、４５〜９０重量％のＳｉＯ２、４５重量％までのＣａＯ、３５重量％までのＭｇＯ及び１０重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含んでよい。例えば、繊維は、約５５〜約７５重量％のＳｉＯ２、約２５〜約４５重量％のＣａＯ、約１〜約１０重量％のＭｇＯ及び５重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含んでよい。
【０１２６】
代表的な生体溶解性無機繊維が、米国特許番号第５，３３２，６９９号（オールズ（Olds）ら）、同第５，５８５，３１２号（テンエイク（TenEyck）ら）、同第５，７１４，４２１号（オールズ（Olds）ら）及び同第５，８７４，３７５号（ゾイタス（Zoitas）ら）に記載されている。ゾルゲル形成、結晶成長法、及び紡糸又はブローイング等の溶融形成技術が挙げられるがこれらに限定されない種々の方法が生体溶解性無機繊維を形成するために使用されてよい。
【０１２７】
生体溶解性繊維が、商品名「インサルフラックス（INS（登録商標）ULFRAX）」としてユニフラックス社（Unifrax Corporation）（ニューヨーク州ナイアガラフォールズ（Niagara Falls））から市販されている。他の生体溶解性繊維が、商品名「スーパーウール（SUPERWOOL）」としてサーマルセラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ（Augusta）に立地する）により販売されている。例えば、スーパーウール（SUPERWOOL）６０７は、６０〜７０重量％のＳｉＯ２、２５〜３５重量％のＣａＯ、４〜７重量％のＭｇＯ及び微量のＡｌ２Ｏ３を含有する。スーパーウール（SUPERWOOL）６０７ＭＡＸは、僅かに高い温度で使用されてよく、６０〜７０重量％のＳｉＯ２、１６〜２２重量％のＣａＯ、１２〜１９重量％のＭｇＯ及び微量のＡｌ２Ｏ３を含有する。
【０１２８】
代表的な膨張性層は、１０〜８０重量％の量の膨張性材料、５〜８０重量％の量の生体溶解性無機繊維、５〜８０重量％の量の雲母状結合剤及び０．５〜２０重量％の量の有機結合剤を含んでよい。
【０１２９】
本明細書で使用する時、「雲母状結合剤」は、湿潤され乾燥され自己支持である凝集体を形成できる１つ以上の雲母状鉱物を指す。本明細書で使用する時、「自己支持」は、乾燥されたシートが崩れず、別の方法でばらばらに壊れることなく少なくとも５分間２５℃、５０％までの相対湿度で任意の縁部において水平に保持できるように、他の材料を含有することなく５ｃｍ×５ｃｍ×３ｍｍのシートに形成できる雲母状結合剤を指す。
【０１３０】
本明細書で使用する時、成語「雲母状鉱物」は、平面シート又は血小板に分割ないしは別の方法で分離できる鉱物族を指す。雲母状鉱物としては、膨張性バーミキュライト、非膨張性バーミキュライト及び雲母が挙げられるがこれらに限定されない。雲母状鉱物は、典型的に約３を超える平均アスペクト比（すなわち粒子の長さを厚さで除す）を有する。雲母状鉱物は、典型的に約１５０マイクロメートル未満の粒径を有する（例えば、雲母状結合剤は、１００メッシュスクリーンを通過できる雲母状鉱物を含有する）。実施形態によっては、雲母状結合剤は、約１５０マイクロメートル未満の粒径、及び約８を超える若しくは約１０を超える平均アスペクト比を有する雲母状鉱物を含有する。
【０１３１】
好適な雲母状結合剤は、破砕された雲母状鉱物を含んでよい。本明細書で使用する時、「破砕された」とは、平均粒子サイズを減少させる任意の好適な方法で処理された雲母状鉱物を指す。破砕する方法としては、希釈又は濃縮スラリーの機械的な剪断力、粉ひき、空気衝撃、及びローリングが挙げられるがこれらに限定されない。他の方法が、単独で又は粉砕し粒径を減少させる組合わせで使用されてよい。例えば、熱的又は化学的な方法が雲母状鉱物を膨張又は膨張プラス剥離するために使用されてよい。膨張性バーミキュライトが水中で剪断力を受け、ないしは別の方法で処理され、離層バーミキュライト粒子又は血小板の水性分散液を製造できる。剪断は、例えばブレンダー等の高剪断力ミキサーを使用し適切に実行されてよい。
【０１３２】
実施形態によっては、雲母状結合剤は、処理されたバーミキュライト（すなわち、膨張、離層及び粉砕されたバーミキュライト）を含む。処理されたバーミキュライトは、典型的には非膨張性である。他の実施形態において、雲母状結合剤は、膨張及び離層されてない又は部分的に膨張及び離層されたバーミキュライトを含む。前記材料は、膨張性の傾向がある。
【０１３３】
好適な雲母状結合剤が、Ｗ．Ｒグレース＆カンパニー（W. R. Grace & Company）から市販されており、離層バーミキュライト粉末（商品名「ＶＦＰＳ」として）及び化学的に剥離されたバーミキュライトの水性分散液（商品名「ミクロライト（MICROLITE）」として）を含む。又、粒径を減少させ雲母状結合剤を形成できる膨張性バーミキュライトフレークがＷ．Ｒグレース＆カンパニー（W. R. Grace & Company）（商品名「ゾネライト（ZONELITE）＃５」として）から入手できる。
【０１３４】
雲母状結合剤は、約１５０マイクロメートル未満の粒径を有するバーミキュライトを含んでよく、膨張性材料は、約１５０マイクロメートルを超える粒径を有するバーミキュライトを含んでよい（１００メッシュスクリーンを通過しない）。膨張性バーミキュライトは、約３００マイクロメートルを超える平均粒子サイズを有してよい。
【０１３５】
多層マットの１つの実施形態において、非膨張性層（類）又はストリップ（類）は、ガラス繊維を含有し、膨張性層（類）は、バーミキュライトを含有する。多層マットの他の実施形態において、非膨張性層（類）又はストリップ（類）は、ＴＭＡ試験に基づく１０％以下の収縮を有する耐火セラミック繊維を含有し、膨張性層（類）は、バーミキュライトを含有する。
【０１３６】
多層マット内の各非膨張性層又はストリップは、通常約０．０５ｇ／ｃｍ3〜約０．４ｇ／ｃｍ3の範囲の嵩密度を有し、一方膨張性層は、約０．４ｇ／ｃｍ3〜約０．７５ｇ／ｃｍ3の範囲の嵩密度を有する。本明細書で使用する時、用語「嵩密度」は、圧縮状態でない層、ストリップ又は多層マットの密度を指す。多層マットの嵩密度は、種々の層の厚さ及び組成に依存するが典型的に約０．２ｇ／ｃｍ3〜約０．５ｇ／ｃｍ3である。用途によっては、多層マットは、約０．４ｇ／ｃｍ3〜約０．９ｇ／ｃｍ3の圧縮密度を有する。本明細書で使用する時、用語「圧縮密度」は、汚染防止装置内の汚染防止要素の周囲に組立てられた後の多層マットの密度を指す。非膨張性層（類）、ストリップ（類）、膨張性層（類）又はそれらの組み合わせを形成するため抄紙プロセスが使用される。例えば、非膨張性層（類）又はストリップ（類）は、無機繊維を含有する水性スラリーを形成することにより作製されてよい。水性スラリーは、多くの場合スラリーの重量を基準として３０重量％までの固形分を含有する（例えば、スラリーは、スラリーの重量を基準として２０重量％まで又は１０重量％までの固形分を含有してよい）。スラリーは、多くの場合スラリーの重量を基準として少なくとも１％の固形分を含有する（例えば、スラリーは、少なくとも２重量％の固形分又は少なくとも３重量％の固形分を含有してよい）。実施形態によっては、スラリーは、１〜１０、２〜８又は３〜６重量％固形分を含有してよい。予備成形を作製するために除く必要がある水が少ないため、より高い固形分が有利であり得る。だが、より高いパーセント固形分を有するスラリーは、混合するのがより難しい傾向にある。
【０１３７】
膨張性層は、膨張性材料を含有する水性スラリーを形成することにより作製できる。パーセント固形分は、非膨張性層を作製するのに使用されるものと同じであってよい。膨張性層の水性スラリーは、多くの場合無機繊維を含有するが、膨張性層は、無機繊維がなくてもよい。
【０１３８】
各水性スラリーに使用される水は、井戸水、表面水又は塩類及び有機化合物類等の不純物を除去するよう処理された水であってよい。井戸又は表面水が水性スラリーに使用される場合、水の中に存在する塩類（例えば、カルシウム及びマグネシウム塩）が無機結合剤として機能できる。実施形態によっては、水は、脱イオン水、蒸留水又はそれらの組み合わせである。
【０１３９】
他の添加剤が、各水性スラリー組成物中に含まれてもよい。前記添加剤としては、無機結合剤類、無機充填剤類、消泡剤類及び凝集剤類等を挙げることができる。例えば、有機繊維等の強度強化剤が、含まれてもよい。
【０１４０】
非膨張性層（類）又はストリップ（類）を作製するため他の方法が使用されてもよい。用途によっては、非膨張性層又はストリップは、個々の無機繊維を所望の長さに細かく切ることにより、不織布マットとして作製されてもよい。前記方法が、国際公開特許ＷＯ２００４／０１１７８５（メリー（Merry）ら）に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。個別化された繊維は、商品名「モデル９０グラス・ルービング・カッター（MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER）」としてフィン・アンド・フラム社（Finn and Fram, Inc.）（カリフォルニア州パコマ（Pacoma））から市販のグラス・ルービング・カッターを使用し、繊維のトウ又はヤーンを細かくすることにより作製されてよい。或いは、細かく切られた個別化された繊維は、ハンマーミル、そしてブロワーを使用することにより形成できる。繊維は、通常約０．５〜約１５ｃｍの範囲の長さに細かくされる。マットは、商品名「ランド・ウェバー（RANDO WEBBER）」としてランド・マシン社（Rando Machine Corp.）（ニューヨーク州マセドン（Macedon））又は商品名「ダンウェブ（DAN WEB）」としてスカンウェブ社（ScanWeb Co.）（デンマーク）から市販のもの等の従来のウェブ成形機を使用し形成できる。細かく切られた個別化された繊維がワイヤスクリーン又はメッシュベルト（例えば、金属又はナイロンベルト）上に引かれてよい。繊維の長さにもよるが、生成したマットは、十分な処理性を有し、スクリム等の支持体なしにニードルパンチ又はステッチ結合機に移動される。操作をより容易とするため、一部のマットは、スクリム上で形成又はスクリム上に定置されてよい。
【０１４１】
ニードルパンチ不織マットは、バーブニードルで多層を完全に又は部分的に貫通させることにより提供される無機繊維の物理的なもつれがあるマットを指す。一般にニードルパンチングは、不織布マットを圧縮し、その後マットを通してバーブニードルをパンチし引く工程を包含する。マットの単位面積当たりのニードルパンチの最適数は、特定の用途に依存するが、不織布マットは、多くの場合約５〜約６０パンチ／ｃｍ２を備えるようパンチされる。用途によっては、マットは、１０〜約２０パンチ／ｃｍ２を有する。不織布マットは、フォスターニードル社（Foster Needle Company）（ウィスコンシン州マニトウオック（Manitowoc））から市販のバーブニードルを有するディロ（Dilo）（ドイツ）から市販のもの等の従来のニードルパンチング機を使用しニードルパンチされ得る。
【０１４２】
別の方法としては、不織布マットは、米国特許番号第４，１８１，５１４号（レフコウィッツ（Lefkowitz）ら）に開示されたもの等の技術を使用して縫製結合され得、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。マットは、有機糸又は無機糸（例えば、セラミックス又はステンレス鋼）を使用して縫製結合され得る。無機又は有機シート材料の比較的薄い層は、糸がマットを通って切断するのを防止又は最小限にするために、縫製時、マットの一方又は両側に定置されてよい。縫製の間隔は、変えられてよいが、繊維がマットの全領域にわたって均一に圧縮されるように、通常。約３〜約３０ｍｍである。市販のニードルパンチされた非膨張性層は、商品名「マフテック（MAFTEC）」としてミツビシ・ケミカル（Mitsubishi Chemical）（日本、東京）から取得できる。
【０１４３】
膨張性層は、非膨張性層の主表面に適用されたペーストの形態であってもよい。膨張性層に関する好適なペースト組成物が、例えば米国特許番号第５，８５３，６７５号（ホワース（(Howorth））及び同第５，２０７，９８９号（マクネイル（MacNeil））に更に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。これらの組成物の幾つかは、膨張性材料に加えて無機繊維を含む。ペーストは、例えば剥離ライナー又は紙等の基材に最初に適用されてもよい。基材は、ペーストの非膨張性層の主表面への接触後に、取り除かれてもよい。
【０１４４】
他の多層マットにおいて、膨張性層は、好適な膨張性組成物を非膨張性層の主表面にスプレーすることにより形成され得る。組成物は、例えば無機繊維又は有機結合剤等の他の材料を含み得る。別の方法としては、結合剤のない膨張性材料が、非膨張性層の主表面の部分に適用され得る。
【０１４５】
種々の層を個々に作製し、その後一緒に結合してもよい。多層マットの種々の層は、ニードルパンチ又は縫製結合技法を使用し互いに結合され得る。多層マットの幾つかは、接着剤を有し非膨張性層及び膨張性層を一緒に付着する。各層は、別々に作製され、その後一緒に結合され得る。接着剤は、感圧性接着剤又はホットメルト接着剤であってもよい。幾つかの多層マットにおいて、接着剤は、例えば商品名「ＰＥ１０５−５０」又は「ＰＥ６５−５０」としてボスティック−フィンドレイ（Bostik-Findley）（英国スタフォード）から市販の接着剤等のホットメルト接着剤である。
【０１４６】
多層マットは、抄紙プロセスを使用することにより作製されてもよい。１つの前記プロセスが、米国特許出願２００１／００４６４５６（ランガー（Langer）ら）に記載されており、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。無機繊維を含有する第１スラリーを調製し、次に透過性基材上に堆積できる。堆積した第１スラリーを部分的に脱水し、第１層を形成できる。膨張性組成物を第１層の部分に適用し、第２層を形成できる。膨張性組成物を、例えば組成物が液体を含む場合はスプレーにより、又は組成物が液体でない場合は散布により適用できる。無機繊維を含む第２スラリーを調整し、次に第２層及び任意の暴露された第１層上に堆積できる。堆積した第３スラリーを少なくとも部分的に脱水し、第３層を形成できる。最後の層を堆積した後、マットを乾燥し、全ての残った水の少なくとも一部を除去できる。例えば、マットは、マットを加熱ローラーに通過させることにより圧縮及び乾燥され得る。
【０１４７】
前記方法が、層の、ある程度の混合をもたらすことができる。層の混合は、実質上目には見えない、又は目に見える境界若しくは勾配層が２つの隣接した層間に形をなすような程度であってよい。前記方法により、接着剤、ステッチ、ニードル又はステープルを使用することなく層を一緒に結合できる。
【０１４８】
前述の事項は、現在予見されない、本発明の実質的でない修正が、本発明の均等物を表し得るにもかかわらず、本発明者らによって権能付与的記載が入手できる予見された実施形態の観点から本発明を記載している。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】第１実施形態により構成されたマットの概略断面図である。
【図２】図１に示したマットの概略平面図である。
【図３】図１に示したマットを含む触媒コンバータの斜視分解図である。
【図４】図１のマットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図４Ａ】第３実施形態により形成された凹部を有する金属ハウジング及び多層マットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図５】第４実施形態により形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図５Ａ】第５実施形態により形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図６】第６実施形態により形成された多層マットの概略断面図である。
【図７】図６のマットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図８】第７実施形態により形成された多層マットの概略断面図である。
【図９】図８のマットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図１０】第８実施形態により形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図１１】第９実施形態により形成された多層マットの概略断面図である。
【図１２】図１１のマットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図１３】第２実施形態により形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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