(57)【要約】  汚染防止装置（６０）内に汚染防止要素（４０）を実装するための多層マット（１０）。マットは、セラミック繊維を含み、反対側の横エッジによって画定される幅を有する、少なくとも１つの非膨張性層、及び膨張性材料を含み、反対側の横エッジにより画定される幅を有する、少なくとも１つの膨張性層、を含む。膨張性層の幅は非膨張性層の幅より小さい。膨張性層は露出した主要な表面を有することができる。
2009511819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック繊維を含み、反対側の横エッジによって画定される幅を有する、少なくとも１つの非膨張性層、及び
膨張性材料を含み、反対側の横エッジによって画定される幅を有する、少なくとも１つの膨張性層、
前記膨張性層の幅が前記非膨張性層の幅より小さく、前記膨張性層は露出した主要表面を有している、汚染防止装置内の汚染防止エレメントを実装する多層マット。
【請求項２】
前記少なくとも１つの非膨張性層、及び少なくとも１つの膨張性層が互いに接合している、請求項１に記載の多層マット。
【請求項３】
前記少なくとも１つの非膨張性層が少なくとも２つの非膨張性である、前記少なくとも１つの膨張性層が少なくとも２つの膨張性層である、又は前記少なくとも１つの非膨張性層が少なくとも２つの非膨張性層であるとともに、前記少なくとも１つの膨張性層が少なくとも２つの膨張性層である、請求項１又は２に記載の多層マット。
【請求項４】
前記少なくとも２つの非膨張性層各々の組成が異なっている、請求項３に記載の多層マット。
【請求項５】
前記少なくとも２つの非膨張性層各々の幅が異なり、前記少なくとも２つの膨張性層各々の幅が異なり、並びに各膨張性層の幅が各非膨張性層の幅より小さい、請求項３に記載の多層マット。
【請求項６】
前記少なくとも１つの非膨張層が、前記少なくとも１つの膨張性層の両横エッジが前記少なくとも１つの非膨張性層の横エッジの内側に位置づけられるように、互いに関連して配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項７】
前記少なくとも１つの非膨張性層及び前記少なくとも１つの膨張性層が、前記少なくとも１つの膨張性層の横エッジの１つが少なくとも１つの非膨張層の横エッジの線に沿っており、前記少なくとも１つの膨張性層のもう一方の横エッジのみが、少なくとも１つの非膨張性層の横エッジの内側に位置するように、互いに関連して配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項８】
前記非膨張性層が約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲にある厚さ及び約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃの範囲にある嵩密度を有し、前記膨張性層が約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲にある厚さ及び約０．４ｇ／ｃｃ〜約０．７５ｇ／ｃｃの範囲にある嵩密度を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項９】
セラミック繊維を含む１つ以上の層の非膨張性ストリップを更に含み、前記ストリップが少なくとも１つの前記膨張性層の１つの横エッジに並んで位置づけられ、前記ストリップの幅が少なくとも１つの前記膨張性層の幅より狭い、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項１０】
前記非膨張性ストリップ及び前記膨張性層の合わせた幅が前記非膨張性層の幅にほぼ等しい、請求項９に記載の多層マット。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記膨張性層の各横エッジに並んで配置される１つの前記非膨張性ストリップをもつセラミック繊維を含む１つ以上の層のもう１つの非膨張性ストリップをさらに含み、各前記ストリップの幅が少なくとも１つの前記膨張性層の幅より狭い、請求項９に記載の多層マット。
【請求項１２】
前記非膨張性ストリップと前記膨張性層の両方の合わせた幅が前記非膨張性層の幅にほぼ等しい、請求項１１に記載の多層マット。
【請求項１３】
各前記非膨張性ストリップ及び少なくとも１つの膨張性層が実質的に同一平面上にある、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項１４】
前記各非膨張性ストリップが少なくとも１つの前記膨張性層の長さとほぼ等しい長さを有する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項１５】
前記各非膨張性ストリップが前記非膨張性層よりも弾力的である、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項１６】
前記非膨張性層が任意の前記非膨張性ストリップよりも弾力的である、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項１７】
各前記非膨張性ストリップが、約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲の厚さ及び約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有し、前記非膨張性層が約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲の厚さ及び約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有し、前記膨張性層が約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の厚さ及び約０．４ｇ／ｃｃ〜約０．７５ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有する、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の多層マット。
【請求項１８】
内壁を有するハウジング、
それらの間に間隙を形成するように前記ハウジングに配置された汚染防止要素、及び
請求項１〜８のいずれか１項に記載の多層マットを含み、
前記汚染防止要素が、前記ハウジングに実装されるように前記マットが前記間隙に配置されている、汚染防止装置。
【請求項１９】
前記ハウジングの内壁の１部分が凹部を規定し、前記マットが少なくとも前記膨張性層のみの１部分が前記凹部内に受容されるように位置づけられる、請求項１８に記載の汚染防止装置。
【請求項２０】
前記ハウジングの内壁の１部分が凹部を規定し、前記マットが少なくとも前記膨張性層の１部分が前記凹部内に受容されるように位置づけられ、前記膨張性層の各横エッジがどれも前記汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露されない、請求項１８に記載の汚染防止装置。
【請求項２１】
前記ハウジングの内壁の１部分が凹部を規定し、前記マットが前記膨張性層が前記凹部内に受け入れられるように位置づけられ、前記膨張性層の１つの横エッジが前記汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露される、請求項１８に記載の汚染防止装置。
【請求項２２】
内壁を有するハウジング、
それらの間に間隙を形成するように前記ハウジングに配置される汚染防止要素、及び
請求項９〜１７のいずれか１項に記載の多層マットを含み、
前記マットが前記汚染防止要素を前記ハウジングに実装するように前記間隙に配置される、汚染防止装置。
【請求項２３】
前記ハウジングの内壁の１部分が凹部を規定し、前記マットが前記膨張性層が前記凹部内に受け入れられ前記汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露されないように位置づけられ、１つの前記膨張性ストリップが前記汚染防止装置を通り抜け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２４】
前記非膨張性層が前記汚染防止要素に隣接して位置づけられる、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の汚染防止装置。
【請求項２５】
前記非膨張性層が前記汚染防止要素と接触している、請求項２４に記載の汚染防止装置。
【請求項２６】
前記膨張性層が前記ハウジングの内壁に隣接して位置づけられている、請求項１８〜２５のいずれか１項に記載の汚染防止装置。
【請求項２７】
前記膨張性層の少なくとも１つの横エッジが、前記汚染防止装置を通り抜ける排気ガスへの暴露から実質的に封をされている、請求項１８〜２６のいずれか１項に記載の汚染防止装置。
【請求項２８】
前記装置が触媒コンバータ又は排気システムフィルターである、請求項１８〜２７のいずれか１項に記載の汚染防止装置。
【請求項２９】
前記排気システムが、請求項１８〜２８のいずれか１項に記載の汚染防止装置からなる、内燃機関のための排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚染防止装置（例、触媒コンバータ、エンジン排気フィルター、等）に汚染防止要素を実装するためのシステムに、特に、汚染防止要素を実装するためのマットに、更に詳しくは、複数の層を有するそのような実装マットに関する。本発明はそのような実装マット及びそのような装置を含む排気システムを使う汚染防止装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染防止装置は、例えば、モータ付き乗り物（例えば、自動車、船、飛行機、等）、発電機及び同等のものに使われるような内燃機関の排気システムから大気の汚染を減らすために使われる。そのような汚染防止装置の２つの代表的なタイプは触媒コンバータ及び排気システムフィルター（例えば、ディーゼル微粒子フィルター）又はトラップである。触媒コンバータは、一般に望ましい触媒物質でコーティングされた一体式の構造である１つ以上の触媒担持要素を含む。一体式の構造は一般にセラミックから作られるが、金属も使われてきた。触媒は一酸化炭素及び炭化水素を酸化し、又は排気ガス中の窒素酸化物を減らす。排気システムフィルターは一般に、多孔質の結晶性セラミック材料から作る、ハニカムになった一体式の構造の形でフィルター要素を含む。これらの汚染防止装置の作製の今の現況技術では、それらの一体式の構造が金属ハウジングに実装される。
【０００３】
保護をする包装又は実装材料は一般に、汚染防止要素を、例えば、道路ショック及び振動から保護するために、並びに排気ガスが汚染防止要素と金属ハウジングの間を通るのを妨げるために、汚染防止要素（例えば、一体式の構造）及び金属ハウジングの間に位置づけられる。セラミックの一体式の構造が使用されるとき、そのような実装材料は一般に金属ハウジングとセラミック単一体の間の熱膨張の違いを埋め合わせることが必要である。ハウジングの中にそのような一体式の構造を実装材料と共に実装するプロセスは、「缶詰」といわれる。そのような実装プロセスは、単一体をハウジングに挿入し、単一体と金属ハウジングの間にペーストを注入することを含んできた。他の実装プロセスはまた、単一体の周りにシート材料又はマットを巻きつけること、包まれた単一体をハウジングに挿入すること、並びに閉じたハウジングを溶接すること、を含んできた。従来の実装材料を形成するために使われた組成物は、様々な非膨張性材料及び膨張性材料を含んできた。
【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既知の汚染防止要素実装システムの改良である。
【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）に汚染防止要素を実装するための１つ以上の多層実装マット、そのような多層マットを含む汚染防止装置、そのような汚染防止装置を含む排気システム、及びそのようなマット、装置及び排気システムを作る方法、を提供できる。
【０００６】
１つの態様では、多層マットは汚染防止要素を汚染防止装置へ実装するために提供される。マットは、セラミック繊維を含み、反対側の横エッジによって画定される幅を有する、少なくとも１つの非膨張性層、及び膨張性材料を含み、反対側の横エッジによって画定される幅を有する、少なくとも１つの膨張性層、を含んでもよい。膨張性層の幅は非膨張性層の幅より小さい。膨張性層が露出した主要な表面を有することが好ましい。マットが比較的高温で運転される汚染防止装置で使われるときは、膨張性層の露出した主要な表面は、非膨張性層が膨張性層と汚染防止要素の間に配置されるように、汚染防止装置のハウジングに面し、また直接接触していてもよい。このように、非膨張性層は比較的高い運転温度から膨張性層を断熱し保護する。いくつかの応用では、対照的に、汚染防止装置の運転温度が相対的に低い所では、膨張性層は汚染防止要素に面し、また接触してもよく、並びに非膨張性層の少なくとも１部分がハウジングと膨張性層の間に配置される。この後者の実施形態は、汚染防止要素によって生成される熱が、膨張性層の膨張的に拡大する能力を実質的に阻害するほどには高くないときに有用でありうるが、汚染防止要素は、非膨張性層が汚染防止要素と膨張性層の間に配置されるときには、そのような膨張性の拡大を引き起こすほどには熱くならない。
【０００７】
少なくとも１つの非膨張性層及び少なくとも１つの膨張性層が接合されてもよい。
【０００８】
少なくとも１つの非膨張性層が少なくとも２つの非膨張性層を含んでもよく、少なくとも１つの膨張性層が少なくとも２つの膨張性層を含んでもよく、若しくは、少なくとも１つの非膨張性層が少なくとも２つの非膨張性層を含み、少なくとも１つの膨張性層が少なくとも２つの膨張性層を含むという両方があってもよい。
【０００９】
少なくとも２つの非膨張性層の各々の組成が異なってもよい。例えば、１つの非膨張性層が他方の非膨張性層より弾力的であってもよい。少なくとも２つの膨張性層の各々の組成が、２つの層が異なった膨張、圧縮、及び／又は侵食特性をもつように、違っていてよい。
【００１０】
少なくとも２つの非膨張性層の各々の幅が異なっていてもよい。少なくとも２つの膨張性層の各々の幅が異なる場合があることがまた考えられる。しかし、膨張性層各々の幅が非膨張性層各々の幅より小さいことが好ましい。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの非膨張性層と少なくとも１つの膨張性層が、少なくとも１つの膨張性層の両方の横エッジが少なくとも１つの非膨張性層の横エッジの内側に位置づけられるように、互いに相対的に配置される。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの非膨張性層と少なくとも１つの膨張性層が、少なくとも１つの膨張性層の１つの横エッジが少なくとも１つの非膨張性層の横エッジの１つと実質的に一線になっており、少なくとも１つの膨張性層の他方の横エッジのみが少なくとも１つの非膨張性層の横エッジの内側に位置する、ように互いに相対的に配置される。
【００１３】
非膨張性層は約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲の厚さ及び約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有してよく、また膨張性層は約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の厚さ及び約０．４ｇ／ｃｃ〜約０．７５ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有してよい。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態では、多層マットは、セラミック繊維からなる１つ以上の非膨張性ストリップを更に含んでもよい。ストリップは少なくとも１つの膨張性層の１つの横エッジに並んで位置づけられてもよい。好ましくは、ストリップの幅は少なくとも１つの膨張性層の幅より狭い。非膨張性ストリップと膨張性層の合わせた幅が共に非膨張性層の幅にほぼ等しいことも又好ましい。
【００１５】
セラミック繊維を含む１つ以上の層のもう１つの非膨張性ストリップが提供される場合があることも又考えられる。１つの非膨張性ストリップは少なくとも１つの膨張性層の各横エッジに並んで配置されてもよく、各ストリップの幅は少なくとも１つの膨張性層の幅より狭い。好ましくは、非膨張性ストリップと膨張性層双方の合わせた幅は共に非膨張性層の幅にほぼ等しい。
【００１６】
非膨張性ストリップ及び少なくとも１つの膨張性層はほぼ同一平面であってもよい。
【００１７】
各非膨張性ストリップは少なくとも１つの膨張性層の長さにほぼ等しい長さを有してもよい。
【００１８】
各非膨張性ストリップは非膨張性層より弾力的であってもよい。或いは、非膨張性層は任意の非膨張性ストリップより弾力的であってもよい。各非膨張性ストリップは約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲の厚さ、及び約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有してもよい。非膨張性層は約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲の厚さ、及び約０．０５ｇ／ｃｃ〜約０．４ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有してもよい。膨張性層は約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の厚さ、及び約０．４ｇ／ｃｃ〜約０．７５ｇ／ｃｃの範囲の嵩密度を有してもよい。
【００１９】
第二の態様に従って、汚染防止装置は、内壁を有するハウジング、間に間隙を形成するようにハウジング内に配置される汚染防止要素、及び上に述べられた多層マットの１つのような多層マット、を備えて提供される。多層マットはハウジング内に汚染防止要素を実装できるように間隙内に配置される。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態に従って、ハウジングの内壁の一部が凹部を規定してもよい。マットはハウジング内に、膨張性層のみの少なくとも一部分が凹部内に受け入れられるように配置されてもよい。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態に従って、ハウジングの内壁の一部分が凹部を規定する。マットは、少なくとも膨張性層の一部分が凹部内に受け入れられ、膨張性層のどの横エッジも汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露されない、ように位置づけられてもよい。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態に従って、ハウジングの内壁の一部分が凹部を規定する。マットは膨張性層が凹部内に受け入れられるように、また膨張性層の１つの横エッジが汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露されるように位置づけられてもよい。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態に従って、ハウジングの内壁の一部分が凹部を規定する。マットは、膨張性層が凹部内に受け入れられ、汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露されないように、並びに１つの膨張性ストリップが汚染防止装置を通り抜ける排気ガスに暴露されるように、位置づけされてもよい。
【００２４】
好ましくは、非膨張性層は汚染防止要素に隣接して位置づけられる。
【００２５】
非膨張性層は汚染防止装置と接触してもよい。
【００２６】
膨張性層はハウジングの内壁に隣接して位置づけられてもよい。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態に従って、膨張性層の少なくとも１つの横エッジは汚染防止装置を通り抜ける排気ガスにたいする暴露から実質的に閉じられてもよい。
【００２８】
汚染防止装置は触媒コンバータ又は排気システムフィルターを備えてもよい。
【００２９】
第三の態様に従って、内燃機関用の排気システムが提供され、上で議論された任意の実施形態の１つに従って構築される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】
【００３０】
第一の実施形態に従って構築された多層マット１０は、図１及び２に図解されている。下で議論されるように、マット１０は汚染防止装置に汚染防止要素を実装するために使われてもよい。マット１０は、適したセラミック又は他の無機繊維からなる非膨張性層１２を備え、反対側の横エッジ１４及び１６によって画定される幅Ｗ１、並びに長さＬ１を有する。マット１０は膨張性材料を含む膨張性層２０を更に備え、反対側の横エッジ２２及び２４によって画定される幅Ｗ２、並びに長さＬ２を有する。図解される実施形態では、膨張性層２０の幅Ｗ２は非膨張性層１２の幅Ｗ１より小さい。さらに、膨張性層２０はその２つの横エッジ２２及び２４が非膨張性層１２の２つの横エッジ１４及び１６の内側に位置づけられるように非膨張性層に関連して位置づけられる。図１に示されるように、膨張性層２０はその長さＬ２のその幅Ｗ２倍で画定される面積を有する露出した主要表面２０Ａを備える。主要表面２０Ａは、マット１０の最も外側の層も画定する。
【００３１】
上で言及されたように、マット１０は汚染防止装置内に汚染防止要素を実装するために使われてもよい。例えば、マット１０は、図解されている実施形態で金属ハウジング５０内の触媒物質でコーティングされた一体式構造を含む触媒担体要素４０を備える汚染防止要素を実装するために使われてもよい（図３及び４を参照）。触媒担体要素４０、マット１０及び金属ハウジング５０は触媒コンバータ６０を画定する（図３を参照）。金属ハウジング５０は、排気ガスが触媒コンバータ６０に流れ込み、流れ出す入口５２及び出口５４を有する。金属ハウジング５０は１つ以上の金属、金属合金、又はステンレス鋼又はオーステナイト鋼のような中間組成物から作られることができる。
【００３２】
好ましくは、実質的に弾力的な非膨張性層１２は、かつてマット１０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に実装されたように選ばれ、非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂが、少なくともハウジング５０及び担体要素４０の内壁の間のシールエリアＡＳ（図４参照のこと）にある間隙Ｇを、間隙Ｇをシールし、膨張性層２０の横エッジ２２及び２４を保護できるように満たす。外側部分１８Ａおよび１８Ｂは室温時又は高運転温度時に弾力的に間隙Ｇを満たす。換言すれば、少なくとも非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂは、間隙Ｇが最小（即ち、室温で）であっても最大（即ち、最高の運転温度で）であっても、間隙Ｇをシールするのに十分な圧力があり、膨張性層２０を保護するのに充分弾力的である。少なくともこれら外側部分１８Ａ及び１８Ｂが、汚染防止装置の望まれる耐用期間の間、間隙Ｇの最小及び最大の繰り返しに持ちこたえられるよう充分に耐久力があることも好ましい。非膨張性層１２全体が、この程度に弾力及び耐久力を示すことが好ましい場合がある。
【００３３】
従って、膨張性層の横エッジ２２及び２４は排気ガス、特に触媒コンバータ６０を通って流れる高温の排気ガスから実質的にシールされている。触媒コンバータ６０が高い運転温度に直面するときは、膨張性層２０の高温排気ガスへの暴露は層２０（即ち、その膨張性特性）にある膨張性材料を、特に露出した表面に沿って損なう可能性がある。そのような損傷は排気ガスの流れに対する暴露の増大で層２０の侵食を悪化させる可能性がある。例えば、いくつかの膨張性層２０の一部を形成するために使われるバーミキュライトは、７５０℃を超える温度に曝されるときはその膨張性特性を失う可能性がある。従って、もし膨張性層２０が損傷を与えるような高温に曝されるならば、層２０の損傷された部分は、層２０の侵食を防ぐために十分な実装力で、充分に広がって間隙Ｇを満たすことができない可能性がある。たとえそのような損傷を与える高温より低温下で排気ガスに曝されたとしても、排気ガスはなお層２０の侵食を引き起こす可能性がある。膨張性層２０を、非膨張性層１２の外側部分１８Ａ及び１８Ｂを経由する排気ガスに対する暴露から断熱又は遮蔽すること、及び要素４０により非膨張性層１２を経由して放射される高温から層２０を断熱することによって、膨張性層２０は、それゆえに、触媒コンバータ６０を使用する間の温度上昇に起因する金属ハウジング５０の膨張につれて膨張するためにその膨張性能力を失う可能性は低い。いくつかの膨張性材料がいくつかの非膨張性材料より安上がりであるゆえに、この実施形態は、主に非膨張性材料から形成されるマットより低コストで形成されるマットを提供でき、しかもなお、触媒コンバータ６０の使用中に触媒コンバータの金属ハウジング５０にしっかり担持されている触媒担体要素４０を保持する適した様態で機能できる。
【００３４】
互いに対してしっかり締められないままであることに加えて、膨張性層２０は非膨張性層１２に、例えば接着剤、ニードルボンディング、縫製、テープバンディング、タグ連結又はコフォーミングを使って接合されることができ、又は層１２及び２０を画定している材料の隣接部分が互いに機械的に結合されることができる。
【００３５】
図１及び図２は２つの層のみからなるマット１０を図示しているが、１つ以上の追加の膨張性層が提供されてもよく、及び／又は１つ以上の追加の非膨張性層が提供されてもよい。異なる膨張性層が、異なる、膨張、圧縮及び／又は侵食特性のような異なる性質を持っていてもよい。異なる非膨張性層が、異なる、弾力性値及び／又は最高温度制限のような異なる性質を持っていてもよい。第一の実施態様に従って構築される多層マットの追加の例は、次の順、膨張性／非膨張性／膨張性／非膨張性、に配列される層を含む。
【００３６】
本明細書で使用するとき、用語「膨張性層」は、単にその熱膨張係数の結果以外にも、例えば、バーミキュライト、拡張性グラファイト、マイカ、等のような膨張的に拡大する材料を含むことにより、膨張的に拡大する層のことである。一般的には、そのような層は熱排気ガスへの暴露により引き起こされる侵食から保護される必要がある。
【００３７】
本明細書で使用するとき、用語「非膨張性層」は、膨張性拡大を少ししか示さないか全く示さない、層のことである。即ち、熱暴露からくる殆どの又は全ての層の拡大はその熱膨張係数の結果である。非膨張性材料の例は、セラミック及び他の無機繊維を含むが、これらに限定されない。
【００３８】
非膨張性層１２が形成される可能性のある実質的に弾力的な非膨張性材料の特定の例は、市販でミネソタ州、セントポール（St.Paul, MN）にある３Ｍ社（3M Company）（から商標名、「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」で入手できる材料を含む。膨張性層２０が形成される可能性のある膨張性材料の特定の例は、市販でミネソタ州、セントポール（St.Paul, MN）にある３Ｍ社（3M Company）から商標名、「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」で入手できる材料を含む。
【００３９】
「インテラム（INTERAM）１１００ＨＴ」又は「インテラム（INTERAM）１５３５ＨＴ」から形成される弾力的な非膨張性層１２、及び「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からなるマット１０を有する触媒コンバータ６０、及びハウジング５０の内壁と支持体要素４０の間にある（図４参照）、約３ｍｍに等しい間隙Ｇが、弾力的な非膨張性層１２は最低坪量約７５０ｇ／ｍ２を有することができ、膨張性層２０は最低坪量約６７５ｇ／ｍ２を有することができ、間隙Ｇの実装領域ＡＭにおける非膨張性層１２と膨張性層２０の組合せの密度が約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇの封止領域ＡＳにある非膨張性層の外側部分１８Ａ及び１８Ｂの密度が約０．２５ｇ／ｃｃであると考えられている。約４ｍｍに等しい間隙については、弾力的な非膨張性層１２が最低坪量約１０００ｇ／ｍ２を有することができ、膨張性層２０が最低坪量約９００ｇ／ｍ２を有することができ、間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１２と膨張性層２０の組合せの密度が約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇの封止領域ＡＳにある非膨張性層の外側部分１８Ａ、１８Ｂの密度が約０．２５ｇ／ｃｃに等しい、と考えられている。約６ｍｍに等しい間隙に対しては、弾力的な非膨張性層１２は最低坪量約１５００ｇ／ｍ２を有することができ、膨張性層２０は最低坪量約１３５０ｇ／ｍ２を有することができ、間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１２と膨張性層２０の組合せの密度が約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇの封止領域ＡＳにある非膨張性層１２の外側部分１８Ａ、１８Ｂの密度が約０．２５ｇ／ｃｃに等しいと考えられている。約８ｍｍに等しい間隙については、弾力的な非膨張性層１２は最低坪量約２０００ｇ／ｍ２を有することができ、膨張性層２０は最低坪量約１８００ｇ／ｍ２を有することができ、間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１２と膨張性層２０の組合せの密度が約０．４７５ｇ／ｃｃに等しく、間隙Ｇの封止領域ＡＳにある非膨張性層１２の外側部分１８Ａ、１８Ｂの密度が約０．２５ｇ／ｃｃに等しいと考えられている。上に詳しく述べられている予言的な例の各々においては、膨張性及び非膨張性層１２及び２０の両方が位置づけられている間隙Ｇの実装領域ＡＭでは、膨張性層２０が間隙のおおよそ２５％を満たし、非膨張性層１２が間隙の約７５％を満たすと考えられている。間隙Ｇの封止領域ＡＳにある非膨張性層１２の外側部分１８Ａ、１８Ｂは、もし最小密度約０．２５ｇ／ｃｃで提供されるならば、排気ガスへの暴露から膨張性層２０を断熱するために満足できる様態で機能するであろう、と考えられている。
【００４０】
図１〜図２に示されるマット１０は、低温の用途に使われてもよいと考えられる。第二の実施形態に従って、そのような多層マット７１０は図１３に示される。マット７１０はセラミック繊維を含む非膨張性層７１２を備え、反対側の横エッジ７１４および７１６によって画定される幅Ｗ１、長さＬ１を有する。マット７１０は、膨張性材料を含む膨張性層７２０をさらに備え、反対側の横エッジ７２２及び７２４によって画定される幅Ｗ２、長さＬ２を有する。図解される実施形態では、膨張性層７２０の幅Ｗ２は非膨張性層７１２の幅Ｗ１より小さい。更に、膨張性層７２０は非膨張性層に関連して、その２つの横エッジ７２２及び７２４が非膨張性層７１２の２つの横エッジ７１４および７１６の内側の位置になるように位置づけられる。図１３に図解されるように、膨張性層７２０は、長さＬ２の幅Ｗ２倍で画定される面積を有する露出した主要表面７２０Ａを含む。主要表面７２０Ａは、マット７１０の最も内側の層も画定する。
【００４１】
図１３に図解されるように、マット７１０は触媒担体要素４０のような汚染防止要素を金属ハウジング５０に実装するように位置づけられる。触媒担体要素４０、マット７１０及び金属ハウジング５０は触媒コンバータ７６０を画定する。
【００４２】
好ましくは、実質的に弾力的な非膨張性層７１２は、マット７１０及び触媒担体要素４０が、１たび金属ハウジング５０内に実装されると、非膨張性層７１２の外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂはハウジング５０の内壁と支持体要素４０の間にある間隙Ｇの封止領域ＡＳ内で、温度上昇で間隙Ｇが拡大するにつれて、膨張性層７２０の横エッジ７２２及び７２４を密封するように、充分に広がるように、選ばれる。このように、室温又は高い運転温度時に、外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂは間隙Ｇを満たし続ける。換言すれば、少なくとも非膨張性層７１２の外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂは、たとえ間隙Ｇが最小（即ち、室温に）又は最大（即ち、最高の運転温度に）であろうと、間隙Ｇをシールするのに十分な圧力があり、膨張性層７２０を保護するのに充分弾力的である。少なくともこれらの外側部分７１８Ａ及び７１８Ｂが、汚染防止装置の望ましい耐用期間にわたり間隙Ｇの最小と最大の間の繰り返しに持ちこたえられるよう充分に長持ちすることも好ましい。非膨張性層７１２全体が弾力と耐久性の程度を示すことがより好ましい場合もある。従って、膨張性層の横エッジ７２２及び７２４は実質的に触媒コンバータ７６０を通って流れる高温又は低温の排気ガスに対する暴露から密封されている。
【００４３】
図３〜４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。それゆえ、マット１０は、膨張性層２０が汚染防止装置の金属ハウジングと直面し接するように、高温で稼動する汚染防止装置にある汚染防止要素の実装に使うのに有利である。結果として、熱の形のエネルギーは、高温に曝されたときに、膨張性層２０を過熱から保護するのを助けるために、膨張性層２０から金属ハウジングへ効果的に移される。膨張性層２０は、非膨張性層１２を経て要素４０により放射される高温からも守られる。図１３の汚染防止装置７６０では、膨張性層７２０はマット７１０の最も内側の層を形成する。それゆえ、マット７１０は、膨張性層７２０が、層７２０を必要な程度に膨張的に広げるために、充分なエネルギ−を熱の形で受けるように、膨張性層７２０が汚染防止要素と直面し接触する比較的低い温度で稼動する汚染防止装置にある要素４０のような汚染防止要素を実装するために使うのに有利である。
【００４４】
類似の参照数字が類似の要素を示す、第三の実施形態では、マット１０Ａは、触媒コンバータ１８０を画定するように、金属ハウジング１５０にある担体要素４０を支持し実装するために使われる（図４Ａ参照）。金属ハウジング１５０は、図解された実施形態ではハウジング１５０のほぼ全体に伸びている凹部１５０Ａを含むように、巻きつけられるか、又は形成される。ハウジング１５０内に凹部１５０Ａを形成することによってハウジングの硬さは強化される。ハウジングの凹部１５０Ａは、膨張性層２０を受け入れるようサイズを調整されたポケットを画定するためにＸ及びＺ方向に形作られ、膨張性層の横エッジ２２及び２４を触媒コンバータ１８０を通り抜ける排気ガスから実質的に遮蔽するために形作られる。間隙ＧＡは膨張性層２０と非膨張性層１３双方の厚さを調整しないので、層１３は、間隙が温度上昇とともに増加するのにあわせて間隙ＧＡを満たすために充分なだけ広がる必要がない。結果として、図４Ａの実施形態の非膨張性層１３は、図４の実施形態の非膨張性層１２を形成するために使われる材料よりも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はミネソタ州、セントポール（St. Paul, MN）にある３Ｍ社（3M Company）から商標名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として市販で入手できる材料から形成されてもよい。
【００４５】
第四の実施形態に従って構築される多層マット７０は図５に示されており、類似の参照数字が類似の要素を表している。マット７０はセラミック繊維を含む非膨張性層１２を備え、反対側の横エッジ１４及び１６によって画定される幅Ｗ１並びに長さＬ１を有する。マット１０は膨張性材料を含む膨張性層７２を更に備え、反対側の横エッジ７４及び７６によって画定される幅Ｗ３並びに非膨張性層１２の長さＬ１にほぼ等しい長さを有する。図示された実施形態では、膨張性層７２の幅Ｗ３は非膨張性層１２の幅Ｗ１より小さい。更に、膨張性層７２は、横エッジ７４が非膨張性層１２の２つの横エッジ１４及び１６の内側に、そして横エッジ７６が横エッジ１６と実質的に一線に位置づけられるように、非膨張性層１２に関連して位置づけられる。
【００４６】
図５では、マット７０は、ハウジング５０内にある触媒担体要素４０を支持し維持するために、金属ハウジング５０内に提供されて示されている。マット７０、ハウジング５０及び担体要素４０は触媒コンバータ８０を画定する。排気ガスは図５で見られるように左から右に触媒コンバータ８０を通り抜ける。
【００４７】
好ましくは、実質的に弾力的な非膨張性層１２は、１たび、マット７０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置づけられると、非膨張性層１２の外側又は暴露された部分１８Ａが膨張性層７２の横エッジ７４を密封し保護するために間隙Ｇを満たすように、触媒コンバータ８０で使うために選ばれる。それゆえに、膨張性層の横エッジ７４は触媒コンバータ８０を通って流れる高温排気ガスへの直接暴露から実質的に密封されている。図５の実施態様で、膨張性層７２の他方の横エッジ７６が非膨張性層１２によって密封されていないことが注目される。しかし、横エッジ７６が排気ガスの入ってくる流れに直接曝されていないので、横エッジ７６からの膨張性材料のロスは、例えば、実質的に丸いハウジングのデザインのようないくつかの触媒コンバータのデザインにとっては最小限であるか又は実体がない可能性がある。
【００４８】
非膨張性層１２は、上に提示されているように、図１の実施形態で層１２が形成されているのと同じ材料の１つから形成されてもよい。膨張性層７２は、上に提示されているように、図１の実施形態で層２０が形成されているのと同じ膨張性材料の１つから形成されてもよい。
【００４９】
図５の実施形態では、膨張性層７２は触媒コンバータの金属ハウジング５０に隣接して位置づけられて示されている。しかし、低温用途のようないくつかの用途では、膨張性層７２は触媒担体要素４０に隣接して位置づけられてもよい。
【００５０】
類似の参照数字が類似の要素を表している第五の実施形態では、マット１７０は、触媒コンバータ２８０を画定するために、金属ハウジング２５０にある担持要素４０を支持し実装するために使われる（図５Ａ参照）。図解された実施形態では、金属ハウジング２５０は、ハウジング２５０のほぼ全体に広がる凹部２５０Ａを含むように形成される。ハウジングの凹部２５０Ａは、膨張性層７２を受け入れ、膨張性層の横エッジ７４を触媒コンバータ２８０を通り抜ける排気ガスから実質的に遮蔽するために、Ｘ及びＺ方向に形作られる。それゆえ、膨張性層の横エッジ７４は、触媒コンバータ２８０を通って入ってくる高温の排気ガスへの直接の暴露から実質的に密封されている。図５Ａの実施形態で、膨張性層７２の横エッジ７６が非膨張性層１３によって密封されていないことは注目される。しかし、横エッジ７６は排気ガスが入ってくる通路に位置づけられていないために、横エッジ７６からの膨張性材料のロスはいくつかの触媒コンバータのハウジングのデザインにとっては最小限である可能性がある。非膨張性層１３は、排気ガスから膨張性層７２の横エッジ７４及び７６を遮蔽するために実質的にＺ方向に広がる必要がないので、図５Ａの実施形態における非膨張性層１３は、図５の実施形態で非膨張性層１２を形成するために使われる材料よりも小さな弾力性を有する材料から形成されてもよい、こともまた注目される。例えば、非膨張性層１３は、上に提示されているように、図４Ａの実施形態で非膨張性層１３が形成されるのと同じ非膨張性材料から作られてもよい。
【００５１】
第六の実施形態に従って構築される多層マット９０は、類似の参照数字が類似の要素を表している図６に図解されている。マット９０は、セラミック繊維を含む内部の非膨張性層１３を備え、反対側の横エッジ１４及び１６によって画定される幅Ｗ１及び長さＬ１を有する。マット１０は膨張性材料を含む膨張性層２０をさらに備え、反対側の横エッジ２２及び２４によって画定される幅Ｗ２及び非膨張性層１３の長さＬ１にほぼ等しい長さを有する。図解されている実施形態において、膨張性層２０の幅Ｗ２は非膨張性層１３の幅Ｗ１より小さい。さらに、膨張性層２０は、横エッジ２２及び２４が非膨張性層１３の２つの横エッジ１４及び１６の内側に位置づけられるように、非膨張性層１３に関連して位置づけられる。
【００５２】
多層マット９０は、それぞれ非膨張性材料の第一及び第二ストリップ９２及び９４をさらに備える。第一非膨張性ストリップ９２は、非膨張性層１３の第一外側部分１８Ａの上に位置づけられ、第二非膨張性ストリップ９４は、非膨張性層１３の第二外側部分１８Ｂの上に位置づけられる。第一非膨張性ストリップ９２は幅Ｗ４及び内部非膨張性層１３及び膨張性層２０の長さにほぼ等しい長さを有する。第二非膨張性ストリップ９４は幅Ｗ５及び内部非膨張性層１３及び膨張性層２０の長さにほぼ等しい長さを有する。図解される実施形態では、膨張性層２０の幅Ｗ２、第一非膨張性ストリップ９２の幅Ｗ４及び第二非膨張性ストリップ９４の幅Ｗ５の合計は、内部非膨張性層１３の幅Ｗ１にほぼ等しい。
【００５３】
図７では、マット９０は、ハウジング５０の内側にある触媒担体要素４０を支持し維持するように、金属ハウジング５０の内側に提供されて示されている。マット９０、ハウジング５０及び担体要素４０は触媒コンバータ３８０を画定する。
【００５４】
好ましくは、非膨張性ストリップ９２及び９４は、１たびマット９０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置づけられると、ストリップ９２及び９４がハウジング５０の内壁と担体要素４０の間にある、間隙Ｇの封止領域ＡＳで、間隙Ｇが温度上昇とともに広がるにつれて膨張性層２０の横エッジ２２及び２４を封止するために充分に広がるように、触媒コンバータ３８０の中で使うために実質的に弾力的な非膨張性材料から形成される（図７参照）。換言すれば、少なくともストリップ９２及び９４は、、間隙Ｇが最小（即ち、室温で）であろうと最大（即ち、最高運転温度で）であろうと、間隙Ｇをシールするのに十分な圧力があり、膨張性層の横エッジ２２及び２４を保護するのに充分弾力的である。少なくともこれらのストリップ９２及び９４が、汚染防止装置の望ましい耐用期間にわたり最小及び最大の間の間隙Ｇの繰り返し運動に持ちこたえられるよう充分耐久力があることも好ましい。非膨張性層１３が、この程度の弾力及び耐久力を示すことも好ましい場合がある。それゆえ、膨張性層の横エッジ２２及び２４は触媒コンバータ３８０を通って流れる高温排気ガスへの暴露から実質的に密封される。内部非膨張性層１３は非膨張性ストリップ９２及び９４より弾力性が小さい材料から形成されてもよいことは注目される。一般的に、より弾力性が小さい非膨張性材料はより弾力性の大きい碑膨張性材料よりも安価である。例えば、非膨張性ストリップ９２及び９４は、上に提示されているように、図１の実施形態で層１２が形成されているのと同じ材料の１つから形成されてもよい。膨張性層７２は、上に提示されているように、図１の実施形態で膨張性層２０が形成されているのと同じ膨張性材料の１つから形成されてもよい。非膨張性層１３は、上に提示されているように、図４Ａの実施形態で非膨張性層１３が形成されているのと同じ非膨張性材料から形成されてもよい。
【００５５】
非膨張性ストリップ９２及び９４が、非膨張性層１３が実質的に弾力的な非膨張性材料から形成されてもよい一方で、より小さな弾性力の材料から形成されてもよいことも、考えられる。本実施形態では、マット及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に１たび位置づけられると、非膨張性層１３は、汚染防止装置の低い及び高い運転温度の間、膨張性層２０の横エッジ２２及び２４を保護するために、ハウジング５０の内壁と担体要素４０の間にある間隙Ｇの領域ＡＳを封止するのに必要な弾力性を提供する。
【００５６】
「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」から形成される非膨張性層１３、「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及び「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）１６００ＨＴＥ」から形成される非膨張性ストリップ９２、９４を含むマット９０及びハウジング５０の内壁と担体要素４０の間にあり（図７参照）、約３ｍｍに等しい、間隙Ｇを有する触媒コンバータ３８０にとって、非膨張性層１３が最小坪量約７５０ｇ／ｍ２を有してもよく、膨張性層２０が最小坪量約１５５０ｇ／ｍ２を有してよく、また非膨張性ストリップ９２及び９４各々が最小坪量約４５０ｇ／ｍ２を有してもよく、並びに間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１３と膨張性層２０の組合せの圧縮された密度が約０．７７ｇ／ｃｃであり、及び間隙Ｇの各封止領域ＡＳにおける非膨張性層１３とストリップ９２又は９４の組合せの圧縮された密度が約０．４０ｇ／ｃｃであると、考えられる。約４ｍｍに等しい間隙に対しては、非膨張性層１３が最小坪量約１０２０ｇ／ｍ２を有してもよく、膨張性層２０が最小坪量約２１００ｇ／ｍ２を有してもよく、及び非膨張性ストリップ９２と９４の各々が最小坪量約６００ｇ／ｍ２を有してもよく、並びに間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１３と膨張性層２０の組合せの圧縮された密度が約０．７７ｇ／ｃｃであり、非膨張性層１３と間隙Ｇの各封止領域ＡＳにあるストリップ９２又は９４の組合せの圧縮された密度が約０．４０ｇ／ｃｃであると、考えられる。約６ｍｍに等しい間隙については、非膨張性層１３が最小坪量約１４３５ｇ／ｍ２を有してもよく、膨張性層２０が最小坪量約３１００ｇ／ｍ２を有してもよく、及び非膨張性ストリップ９２と９４の各々が最小坪量約９００ｇ／ｍ２を有してもよく、並びに間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１３と膨張性層２０の組合せの圧縮された密度が約０．７７ｇ／ｃｃ、間隙Ｇの各封止領域ＡＳにある非膨張性層１３とストリップ９２又は９４の組合せの圧縮された密度が約０．４０ｇ／ｃｃであると、考えられる。約８ｍｍに等しい間隙については、非膨張性層１３が最小坪量約２０００ｇ／ｍ２を有してもよく、膨張性層２０が最小坪量約４６９５ｇ／ｍ２を有してもよく、非膨張性層９２と９４各々が最小坪量約１２００ｇ／ｍ２を有してもよく、また間隙Ｇの実装領域ＡＭにある非膨張性層１３と膨張性層２０の組合せの圧縮された密度が０．７７ｇ／ｃｃであり、間隙Ｇの各封止領域ＡＳにある非膨張性層１３とストリップ９２又は９４の組合せの圧縮された密度が０．４０ｇ／ｃｃであると、考えられる。上に提示されている各予言的な例において、膨張性層２０及び非膨張性層１３が位置づけられている間隙Ｇの実装領域ＡＭでは、膨張性層２０が間隙Ｇの約６０％を満たし、非膨張性層１３が間隙Ｇの約４０％を満たすと、考えられる。上に提示されている各予言的な例において、非膨張性層１３と非膨張性ストリップ９２又は９４が位置づけられている間隙Ｇの封止領域ＡＳにおいて、非膨張性層１３が間隙の約６０％を満たし、非膨張性ストリップ９２又は９４��間隙Ｇの約４０％を満たすと、考えられる。
【００５７】
図７の実施形態において、膨張性層２０は触媒コンバータの金属ハウジング５０に隣接して位置づけられて示されている。しかし、低温用途のようないくつかの用途では、膨張性層２０は触媒担体要素４０に隣接して位置づけられてもよい。そのような実施形態においては、非膨張性ストリップ９２、９４も触媒担体要素４０に隣接して位置づけられてもよい。
【００５８】
第七の実施形態に従って構築される多層マット１００は、図８に示され、類似の数値が類似の要素を表している。マット１００は、セラミック繊維を含む内部非膨張性層１３を備え、反対側の横エッジ１４及び１６によって画定される幅Ｗ１、及び長さＬ１を有する。マット１００は膨張性材料からなる膨張性層７２をさらに備え、反対側の横エッジ７４及び７６によって画定される幅Ｗ３、及び、非膨張性層１３の長さＬ１にほぼ等しい長さを有する。図解されている実施形態では、膨張性層７２の幅Ｗ３は非膨張性層１３の幅Ｗ１より小さい。更に、膨張性層７２は、横エッジ７４が非膨張性層１３の２つの横エッジ１４及び１６の内側に位置づけられ、横エッジ７６が横エッジ１６の線に実質的に合致しているように、非膨張性層１３に関連して位置づけられる。
【００５９】
多層マット１００は非膨張性材料からなるストリップ１０２をさらに備える。非膨張性ストリップ１０２は、非膨張性層１３の第一外側部分１８Ａの上に位置づけられる。非膨張性ストリップ１０２は幅Ｗ４、及び内部非膨張性層１３の長さＬ１にほぼ等しい長さを有する。図解されている実施形態では、膨張性層７２の幅Ｗ３と非膨張性ストリップ１０２の幅Ｗ４の合計は、内部非膨張性層１３の幅Ｗ１にほぼ等しい。
【００６０】
図９では、マット１００は、ハウジング５０内にある触媒担体要素４０を支持し維持するために金属ハウジング５０の内側に提供されて示されている。マット１００、ハウジング５０及び担体要素４０は触媒コンバータ４８０を画定する。
【００６１】
非膨張性ストリップ１０２は、１たびマット１００及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５０内に位置づけられると、ストリップ１０２が、ハウジング５０の内壁と担体要素４０の間にある間隙Ｇの封止領域ＡＳで間隙Ｇが温度上昇で広がるのにあわせて充分に広がり、膨張性層７２の横エッジ７４を封止できるように、触媒コンバータ４８０で使用するために実質的に弾力的な非膨張性材料から形成することができる（図９参照）。換言すれば、少なくともストリップ１０２は、間隙Ｇが最小（即ち、室温で）にあろうと最大（即ち、最高運転温度で）にあろうと、間隙Ｇをシールするのに十分な圧力があり、膨張性層７２の横エッジ７４を保護するのに充分弾力的である。少なくともストリップ１０２が、汚染防止装置の望ましい耐用期間を超えて最小及び最大の間の間隙Ｇの繰り返し運動に持ちこたえられるよう充分弾力的であることも、好ましい。非膨張性層１３がこの程度の弾力性および耐久性を示すことも、好ましい。従って、膨張性層の横エッジ７４は、触媒コンバータ４８０を通って流れる高温排気ガスへの直接の暴露から実質的に封止されている。内部非膨張性層１３が、非膨張性ストリップ１０２より小さい弾力性である材料から形成されてもよいことは注目される。例えば、非膨張性ストリップ１０２は、上に提示されているように、図１の実施形態において層１２が形成されているのと同じ材料の１つから形成されてもよい。膨張性層７２は、上に提示されているように、図１の実施形態において膨張性層２０が形成されているのと同じ膨張性材料の１つから形成されてもよい。非膨張性層１３は、上に提示されているように、図４Ａの実施形態において非膨張性層１３が形成されるのと同じ非膨張性材料から形成されてもよい。
【００６２】
図９の実施形態において、膨張性層７２の横エッジ７６が非膨張性層１３によって封止されていないことは注目される。しかし、横エッジ７６が排気ガスが入ってくる通路に位置づけられていないために、横エッジ７６からの膨張性材料のロスはいくつかの触媒コンバータのデザインにとって最低限である可能性がある。
【００６３】
図９の実施形態において、膨張性層７２は触媒コンバータの金属ハウジング５０の隣に位置づけられて示されている。しかし、低温用途のようないくつかの用途のために、膨張性層７２は触媒担体要素４０に隣接して位置づけられてもよい。そのような実施形態において、非膨張性ストリップ１０２も、触媒担体要素４０に隣接して位置づけられてもよい。
【００６４】
第八の実施形態に従って構築される多層マット１１０は図１０に図解されており、類似の参照数字が類似の要素を表している。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より小さいことを除けば、図８及び９に示されているマット１００と類似している。膨張性層１１２は横エッジ１１４及び１１６を有する。図１０に示されるように、膨張性層１１２は最も外側の層を画定し、非膨張性層１３に隣接して位置づけられる。
【００６５】
マット１１０は、触媒コンバータ５８０（図１０参照）を画定することができるよう、担体要素４０を支持し、金属ハウジング５５０に実装するために使われる。金属ハウジング５５０は、図解されている実施形態でハウジング５５０全体の周りの周囲方向に伸びている凹部５５０Ａを含むために形成される。ハウジングの凹部５５０Ａは、膨張性層１１２を受け入れ、膨張性層の横エッジ１１６を、図１０に見られるように左から右方向に触媒コンバータ５８０を通り抜ける排気ガスから実質的に遮蔽するためにＸ及びＺ方向に形作られる。それゆえ、膨張性層の横エッジ１１６は、触媒コンバータ５８０を通って流れる高温排気ガスへの暴露から実質的に封止されている。
【００６６】
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、１たび、マット１１０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング５５０内に位置づけられると、間隙が温度上昇で広がるときに、ストリップ１０２が担体要素４０とハウジング５５０の内壁間の間隙内で充分に広がり、膨張性層１１２の横エッジ１１４を封止できるように、触媒コンバータ５８０での使用のために実質的に弾力的な非膨張性材料から形成される。換言すれば、少なくともストリップ１０２は、間隙Ｇが最小（即ち、室温で）であろうと最大（即ち、最高運転温度で）であろうと、間隙Ｇをシールするのに十分な圧力があり、膨張性層１１２の横エッジ１１４を保護するのに充分弾力的である。少なくともストリップ１０２が、汚染防止装置の望まれる耐用期間を超えて間隙Ｇの最小と最大の間の繰り返し運動に持ちこたえられるよう充分耐久性であることも望ましい。非膨張性層１３がこの程度の弾力と耐久性を示すことも好ましい場合がある。それゆえ、膨張性層の横エッジ１１４は、触媒コンバータ５８０を通って流れ入ってくる高温排気ガスへの直接の暴露から実質的に封止されている。膨張性層１１２は、上に提示されているように、図１の実施形態において膨張性層２０が形成されるのと同じ膨張性材料から形成されてもよい。非膨張性層１３は、上に提示されているように、図４Ａの実施形態において非膨張性層１３が形成されるのと同じ非膨張性材料から形成されてもよい。非膨張性ストリップ１０２は、上に提示されているように、図１の実施形態で層１２が形成されるのと同じ材料の１つから形成されてもよい。
【００６７】
第九の実施形態に従って構築される多層マット１２０は、図１１に示されており、類似の参照数字が類似の要素を表している。マット１２０は、セラミック繊維からなる内部非膨張性層１３を備え、反対側の横エッジ１４と１６によって画定される幅Ｗ１、及び長さＬ１を有する。マット１２０は膨張性材料からなり、反対側の横エッジ１１４及び１１６によって画定される幅Ｗ６、及び非膨張性層１３の長さＬ１にほぼ等しい長さを有する、膨張性層１１２をさらに備える。図解されている実施形態において、膨張性層１１２の幅Ｗ６は非膨張性層１３の幅Ｗ１より小さい。さらに、膨張性層１１２は、横エッジ１１４及び１１６が非膨張性層１３の２つの横エッジ１４及び１６の内側に位置づけられるように、非膨張性層１３に関連して位置づけられる。
【００６８】
多層マット１２０は非膨張性材料のストリップ１２２をさらに備える。非膨張性ストリップ１２２は非膨張性層１３の外側部分１８Ｂの上に位置づけられる。非膨張性ストリップ１２２は幅Ｗ５及び内部非膨張性層１３及び膨張性層１１２の長さにほぼ等しい長さを有する。
【００６９】
図１２では、マット１２０は、ハウジング６５０内にある触媒担体要素４０を支持し維持するために、金属ハウジング６５０内に提供されて示されている。マット１２０、ハウジング６５０及び担体要素４０は触媒コンバータ６８０を画定する。
【００７０】
好ましくは、非膨張性ストリップ１２２は、１たび、マット１２０及び触媒担体要素４０が金属ハウジング６５０内に位置づけられると、温度上昇で間隙が広がるときに、ストリップ１２２が担体要素４０とハウジング６５０の内壁の間にある間隙内で充分に広がり膨張性層１１２の横エッジ１１６を封止できるように、触媒コンバータ６８０内で使うために実質的に弾力的な非膨張性材料から形成される。換言すれば、少なくともストリップ１２２は、間隙Ｇが最小（即ち、室温で）であろうが最大（即ち、最高運転温度で）であろうが、間隙Ｇをシールするのに十分な圧力があり、膨張性層１１２の横エッジ１１６を保護するのに充分弾力的である。少なくともストリップ１２２が、汚染防止装置の望ましい耐用期間を超えて最小及び最大の間の間隙Ｇの間の繰り返し運動に持ちこたえられるよう充分に耐久力があることも望ましい。非膨張性層１３が、この程度の弾力と耐久性を示すことも好ましい場合がある。それゆえ、膨張性層の横エッジ１１６は触媒コンバータ６８０を通って流れる高温排気ガスへの直接暴露から実質的に封止される。
【００７１】
金属ハウジング６５０は、図解されている実施形態ではハウジング６５０全体に伸びている凹部６５０Ａを含むように形成される（図１２参照）。ハウジングの凹部６５０Ａは、膨張性層１１２を受け入れ、膨張性層の横エッジ１１４を触媒コンバータ６８０を通り抜ける排気ガスから実質的に遮蔽できるようにＸ及びＺ方向に形作られる。それゆえ、膨張性層の横エッジ１１４は、触媒コンバータ６８０を通って流れ入り込んでくる高温排気ガスへの直接暴露から実質的に封止されている。膨張性層１１２は、上に提示されているように、図１の実施形態で膨張性層２０が形成されるのと同じ膨張性材料の１つから形成されてもよい。非膨張性層１３は、上に提示されているように、図４Ａの実施形態で非膨張性層１３が形成されるのと同じ非膨張性材料から形成されてもよい。非膨張性ストリップ１２２は、上に提示されているように、図１の実施形態で層１２が形成されているのと同じ材料の１つから形成されてもよい。
【００７２】
上に提示されているように、多層マットが、別の方法としては、排気フィルタ又はトラップのハウジング内のフィルタ要素のような汚染防止要素を固定するために使用できることは注目される。本発明によれば、そのような汚染防止装置が、内燃機関（例えば、自動車排気システム、発電機排気システム）の排気システムにおいて使用できることはさらに注目される。
【００７３】
多層マットは一般に可撓性である。マットは通常、汚染防止装置内にある汚染防止要素の周りで破断又は亀裂を生じることなく操作し、包むことができる。汚染防止要素の回りで包んだ時、多層マットの末端部は、「サンドイッチ混成実装マット（SANDWICH HYBRID MOUNTING MAT）」のタイトルで２００４年４月１４日に出願され、その開示が本明細書に参照により組込まれている、係属中の米国特許出願連番１０／８２４，０２９で議論されているように、様々な連結に適応できる。
【００７４】
上に記されているように、非膨張性層１２及び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もよい。さらに、非膨張性ストリップ９２及び９４は非膨張性層１３より弾力的であってもよく、逆もまた同様である。それゆえ、非膨張性層１３は、非膨張性層１２及び非膨張性ストリップ９２、９４、１０２、１２２とは異なる組成を有する材料から形成されてもよい。
【００７５】
各非膨張性層又はストリップは無機繊維を含む。汚染防止装置用実装マットに使用するのに適していると知られている任意の無機繊維を選ぶことができる。例えば、無機繊維は、アルミナ繊維、ムライト繊維、石英繊維、炭化ケイソ繊維、窒化ケイソ繊維、金属繊維、アルミノケイ酸塩繊維、マグネシウムアルミノケイ酸塩繊維、アルミノホウケイ酸塩繊維、ジルコニア繊維、チタニア繊維、等であってもよい。繊維は非晶性、結晶性、又はそれらの組合せであってもよい。
【００７６】
石英繊維は、商品名「アストロクオーツ（ASTROQUARTZ）」で、ノースカロライナ州スレータ（Slater, NC）にあるＪ．Ｐ．スチーブンス社（ J.P. Stevens, Inc.）から市販で入手できる。炭化ケイソ繊維は、日本の東京（Tokyo, Japan）にある日本カーボン社（Nippon Carbon）から商標名「ニカロン（NICALON）」で、又はマサチューセッツ州ローエル（Lowell, MA）にあるテクストロンスペシャルティマテリアル社（Textron Specialty Materials）から商標名「ティラノ（TYRANNO）」として市販で入手できる。窒化ケイソ繊維は、ニューヨーク州ニューヨーク（New York, NY）にあるトーレンエネルギーインターナショナル社（Toren Energy International Corp.）から市販で入手できる。金属繊維は、ベルギーのツベレガン（Zweregan, Belgium）にあるベッカルト社（Beckaert）から商標名「ベキシェルドＧＲ９０／Ｃ２／４（BEKI‐SHELD GR 90／C2／4）」で、及びオハイオ州ガハナ（Gahana, OH）にあるリボンテクノロジー社（Ribbon Technology Corp.）から商標名「リブテック（RIBTEC）」として市販で入手できる。
【００７７】
非膨張性層又はストリップのいくつかの実施形態では、無機繊維はガラス繊維である。本明細書で使用するとき、「ガラス繊維」という言葉は、実質的に結晶化しないで冷却された無機溶融材料から作製される無機繊維のことを言う。ガラス繊維はＸ線回折又は透過型電子顕微鏡のどちらかを使って測定したときに非晶質である。ガラス繊維は、少なくともいくつかの用途では破砕粒フリーである（即ち、繊維は５重量パーセントを超える破砕粒、３重量パーセントを超える破砕粒、２重量パーセントを超える破砕粒、１重量パーセントを超える破砕粒、又は０．５重量パーセントを超える破砕粒を含まない）。本明細書で使用するとき、「破砕粒」はいくつかの無機繊維形成プロセスの副産物でありうる非繊維粒子のことを言う。
【００７８】
適したガラス繊維はしばしばマグネシウムアルミノケイ酸塩繊維である。そのようなガラス繊維は、少なくとも５０重量パーセントのＳｉＯ２、少なくとも８重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、及び少なくとも１重量パーセントの酸化マグネシウムを含むことができる。例えば、マグネシウムアルミノケイ酸塩繊維は、５０〜７０重量パーセント、５０〜６０重量パーセント、６０〜７０重量パーセント、又は５５〜６５重量パーセントのＳｉＯ２、８〜３０重量パーセント、１０〜２０重量パーセント、又は２０〜３０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、及び１〜１５重量パーセント、１〜１２重量パーセント、１〜１０重量パーセント、又は１〜８重量パーセントの酸化マグネシウムを含むことができる。酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素、酸化カルシウム、等の追加の酸化物が存在することができる。
【００７９】
マグネシウムケイ酸塩繊維の特異的な例はＥガラス繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、及びＲガラス繊維である。Ｅガラス繊維はしばしば約５５重量パーセントのＳｉＯ２、約１１重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、約６重量パーセントのＢ２Ｏ３、約１８重量パーセントのＣａＯ、約５重量パーセントのＭｇＯ、及び約５重量パーセントの他の酸化物を含む。Ｓガラス及びＳ２ガラス繊維は一般に、約６５重量パーセントのＳｉＯ２、約２５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、及び約１０重量パーセントのＭｇＯを含む。Ｒガラス繊維は通常、約６０重量パーセントのＳｉＯ２、約２５パーセントのＡｌ２Ｏ３、約９重量パーセントのＣａＯ、及び約６重量パーセントのＭｇＯを含む。Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊維、及びＳ２ガラス繊維は、サウスカロライナ州アイケン（Aiken, SC）にあるアドバンストグラスファイバーヤーン有限会社（Advanced Glassfiber Yarns, LLC）及びオハイオ州グランビル（Granville, OH）にあるオーエンスコーニングファイバーグラス社（Owens‐Corning Fiberglass Corp.）から市販で得られる。Ｒガラス繊維はドイツのヘルツォゲンラス（Herzogenrath, Germany）にあるセントゴバインベトロテックス社（Saint‐Gobain Vetrotex）から市販で得られる。
【００８０】
様々な耐熱性セラミック繊維が非膨張性層又はストリップに使用できる。いくつかの実施態様では、セラミック繊維は非晶質であり、主にＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含む。少量の他の酸化物も存在できる。Ａｌ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する重量比（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２）は通常、２０：８０、３０：７０、３５：６５、４０：６０、４５：５５、５０：５０、５５：４５、６０：４０、又は７０：３０を超えるか等しい。セラミック繊維は一般に少なくとも３０重量パーセントのＳｉＯ２及び少なくとも２０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む。例えば、適したセラミック繊維は、繊維の重量を基にして、ＳｉＯ２を３０〜８０重量パーセントの量、及びＡｌ２Ｏ３を２０〜７０重量パーセントの量含むことができる。いくつかの特別な例では、セラミック繊維は、繊維の重量を基に、ＳｉＯ２を４０〜６０重量パーセントの量、及びアルミナを４０〜６０重量パーセントの量含むことができる。別の特別な例では、セラミック繊維は、繊維の重量を基に、ＳｉＯ２を４５〜５５重量パーセントの量、及びＡｌ２Ｏ３を４５〜５５重量パーセントの量含むことができる。
【００８１】
主にＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含む代表的な非晶質セラミック繊維は、市販で得られる以下のものを含むがこれらに限定されるものではない。ジョージア州オーガスタ（Augusta, GA）にあるサーマルセラミックス社（Thermal Ceramics）の、繊維の重量を基に５０重量パーセントのＳｉＯ２及び５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む商標名「カオウールＨＡバルク（KAOWOOL HA BULK）」、サーマルセラミックス社（Thermal Ceramics）からの、繊維重量を基に５４重量パーセントＳｉＯ２及び４６重量パーセントＡｌ２Ｏ３をもつ商標名「セラファイバー（CERAFIBER）」、サーマルセラミックス社（Thermal Ceramics）からの、繊維重量を基に５４重量パーセントのＳｉＯ２及び４６重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む商標名「セラファイバー（CERAFIBER）」、繊維重量を基に基に５４重量パーセントのＳｉＯ２及び４６重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む商標名「カオウールＤ７３Ｆ（KAOWOOL D73F）」、デラウエア州ウイルミントン（Wilmington, DE）にあるラス社（Rath）の、繊維重量を基に５２重量パーセントのＳｉＯ２、４７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、及び１重量パーセントを超えないＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２及び他の酸化物を含む商標名「ラス２３００ＲＴ（RATH 2300 RT）」、ラス社（Rath）の、繊維重量を基に５４重量パーセントのＳｉＯ２、４６重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、及び１重量パーセントを超えない他の酸化物を含む商標名「ラスアルミノ−シリケートチョップトファイバー（RATH ALUMINO‐SILICATE CHOPPED FIBER）」、ニューヨーク州バッファロー（Buffalo, NY）にあるベスビウス社（Vesuvius）の、繊維重量を基に４９〜５３重量パーセントのＳｉＯ２、４３〜４７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、０．７〜１．２重量パーセントのＦｅ２Ｏ３、１．５〜１．９重量パーセントのＴｉＯ２、及び１重量パーセントを超えない他の酸化物を含む商標名「サーウールＲＴ（CER‐WOOL RT）」、ベスビウス社（Vesuvius）の、繊維重量を基に４９〜５７重量パーセントのＳｉＯ２、３８〜４７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、０．７〜１．５重量パーセントのＦｅ２Ｏ３、１．６〜１．９重量パーセントのＴｉＯ２、及び０〜０．５重量パーセントの他の酸化物を含む商標名「サーウールＬＴ（CER‐WOOL LT）」、及びベスビウス社（Vesuvius）の、繊維重量を基に５０〜５４重量パーセントのＳｉＯ２、４４〜４９重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、０〜０．２重量パーセントのＦｅ２Ｏ３、０〜０．１重量パーセントのＴｉＯ２、及び０．５重量パーセントを超えないその他の酸化物を含む商標名「サーウールＨＰ（CER‐WOOL HP）」。
【００８２】
他の実施形態では、セラミック繊維は非晶質で、主にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む。少量の他の酸化物も存在することができる。Ａｌ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する重量比（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２）は、２０：８０、３０：７０、３５：６５、４０：６０、４５：５５、５０：５０、５５：４５、６０：４０、又は７０：３０を超えるか等しい。繊維は、繊維の重量を基に、少なくとも３重量パーセントのＺｒＯ２、少なくとも３０重量パーセントのＳｉＯ２、及び少なくとも２０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態では、繊維は、繊維の重量を基にして、ＺｒＯ２を、最大５重量パーセント、最大７重量パーセント、最大１０重量パーセント、最大１２重量パーセント、最大１５重量パーセント、最大１６重量パーセント、最大２０、又は最大２５重量パーセントの量含む。セラミック繊維はＳｉＯ２を、繊維重量を基に、３０〜７０、４０〜６５、４５〜６０、４５〜５５、又は５０〜６０重量パーセントの量含むことができる。セラミック繊維はＡｌ２Ｏ３を、繊維の重量を基に、２０〜６０、２５〜５０、２５〜４５、２５〜４０、２５〜３５、３０〜５０、又は３０〜４０重量パーセントの量含むことができる。いくつかの特定の例では、セラミック繊維は繊維の重量を基に、２５〜５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、４０〜６０重量パーセントのＳｉＯ２、及び３〜２０重量パーセントのＺｒＯ２を含む。他の特定の例では、セラミック繊維は繊維の重量を基に、３０〜４０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、４５〜６０重量パーセントのＳｉＯ２、及び５〜２０重量パーセントのＺｒＯ２を含む。
【００８３】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＺｒＯ２を含む代表的な非晶質セラミック繊維は以下のものが市販で得られる。ジョージア州オーガスタ（Augusta, GA）にあるサーマルセラミックス社（Thermal Ceramics）の、繊維重量を基に５０重量パーセントのＳｉＯ２、３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む商標名「カオウールＺＲ（KAOWOOL ZR）」及び「セラケム（CERACHEM）」、ニューヨーク州トナワンダ（Tonawonda, NY）にあるユニフラックス社（Unifrax）の、繊維重量を基に５２〜５７重量パーセントのＳｉＯ２、２９〜４７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、１８重量パーセントを超えないＺｒＯ２をもつ商標名「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）」、ユニフラックス社（Unifrax）からの、繊維重量を基に５０〜５４重量パーセントのＳｉＯ２、３１〜３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、５重量パーセントのＺｒＯ２、１．３重量パーセントのＦｅ２Ｏ３、１．７重量パーセントのＴｉＯ２、０．５重量パーセントのＭｇＯ、７重量パーセントを超えないＣａＯを含む商標名「ユニフラックスファイバーフラックスドゥラバック（UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK）」、デラウエア州ウイルミントン（Wilmington, DE）にあるラス社（Rath）の、繊維重量を基に４８重量パーセントのＳｉＯ２、３７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、１５重量パーセントのＺｒＯ２、及び１重量パーセントを超えない他の酸化物を含む商標名「ラス２６００ＨＴＺ（RATH 2600 HTZ）」、及び、ニューヨーク州バッファロー（Buffalo, NY）にあるベスビウス社（Vesuvius）の、繊維重量を基に４４〜５１重量パーセントのＳｉＯ２、３３〜３７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、１３〜１９重量パーセントのＺｒＯ２、０．１〜０．６重量パーセントのＦｅ２Ｏ３、０．１〜０．６重量パーセントのＴｉＯ２、及び１重量パーセントを超えない他の酸化物を含む商標名「サーウールＨＴＺ（CER‐WOOL HTZ）」。
【００８４】
非膨張性層又はストリップのいくつかの実施形態では、セラミック繊維は熱機械分析（ＴＭＡ）試験を使って、１０パーセントを超えない、８パーセントを超えない、６パーセントを超えない、４パーセントを超えない、３パーセントを超えない、２パーセントを超えない、１パーセントを超えない、嵩収縮を有する。セラミック繊維は一般に少なくとも０．５パーセント収縮する。いくつかの実施形態では、セラミック繊維は０．５〜２パーセント、０．５〜３パーセント、０．５〜５パーセント、又は０．５〜６パーセントの嵩収縮を有する。
【００８５】
ＴＭＡ試験では、荷重（例えば、３４５Ｎ／ｍ２又は５０ｐｓｉ）を受けた試料が１０００℃に加熱され次いで冷却される。試料の厚さはパーセント収縮を計算するために加熱の間も冷却の間も７５０℃で測定できる。パーセント収縮は加熱段階と冷却段階の７５０℃における厚さの差に１００を掛け、加熱段階の７５０℃における厚さで割ったものに等しい。ＴＭＡ試験はセラミックファイバー又はセラミックファイバーから作られた非膨張性層の特性を示すために使うことができる。非膨張性層中に存在する場合のある、殆ど又は全ての有機物質は熱機械分析器の温度が７５０℃に達するときまでに除去される。
【００８６】
供給されたままで１０パーセントを超えない嵩収縮を有する（即ち、熱処理しないで供給されたままで使える繊維）セラミック繊維の例は、結晶性であり、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の両方を備える繊維を含むが、これに限定されるものではない。Ａｌ２Ｏ３のＳｉＯ２に対する重量比（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２）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を超えるか又は等しくてもよい。いくつかの特定の例では、セラミック繊維は、繊維重量を基に、６０〜９８重量パーセントのＡｌ２Ｏ３及び２〜４０重量パーセントのＳｉＯ２を含む。別の特定の例では、セラミック繊維は、繊維の重量を基に、７０〜９８重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、及び２〜３０重量パーセントのＳｉＯ２を含む。微量の他の酸化物が存在してもよい。本明細書で使用するとき、「微量」という語は２重量パーセントを超えない、１重量パーセントを超えない、又は０．５重量パーセントを超えないことを意味する。
【００８７】
結晶性で１０パーセントを超えない嵩収縮を有する適したセラミック繊維は市販で得られる以下のものを含むが、これらに限定されない、日本の東京（Tokyo, Japan）にある三菱化学（Mitsubishi Chemical）の、繊維重量を基に、２８重量パーセントのＳｉＯ２及び７２重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む商標名「マフテック（MAFTEC）」（例えば、ＭＬＳ１、ＭＬＳ２、及びＭＬＳ３）、英国ウイドネスチェシャー（Widness Cheshire, U.K.）にあるサフィル社（Saffil Limited）の、繊維重量を基に、３〜５重量パーセントのＳｉＯ２及び９５〜９７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む商標名「サフィル（SAFFIL）」（例えば、ＳＦ、ＬＡバルク、ＨＡバルク、ＨＸバルク）、及び、ニューヨーク州トナワンダ（Tonawonda, NY）にあるユニフラックス社（Unifrax）の、繊維重量を基に、２７重量パーセントのＳｉＯ２及び７２重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む商標名「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）」。
【００８８】
結晶性であり供給されたままで１０パーセントを超えない嵩収縮を有するセラミック繊維の更なる例はアルミノホウケイ酸塩繊維である。これらの繊維は一般に、繊維重量を基に、Ａｌ２Ｏ３を少なくとも５０重量パーセントの量、ＳｉＯ２を５０重量パーセントを超えない量、及びＢ２Ｏ３を２５重量パーセントを超えない量含む。いくつかの特定のアルミノホウケイ酸塩繊維は、繊維重量を基に、５０〜７５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、２５〜５０重量パーセントのＳｉＯ２、及び１〜２５重量パーセントのＢ２Ｏ３を含む。そのようなアルミノホウケイ酸塩繊維は市場で商標名「ネクステル３１２（NEXTEL 312）」及び「ネクステル４４０（NEXTEL 440）」でミネソタ州セントポール（St.Paul, MN）にある３Ｍ社（3M Company）から入手できる。
【００８９】
結晶性であり、また生産者から供給されたままで１０パーセントを超えない嵩収縮を有する少なくともいくつかのこれらセラミック繊維は、ゾル−ゲルプロセスを使って製造される。ゾル−ゲルプロセスでは、セラミック繊維は溶液、分散液、又は粘稠な濃縮物を紡糸又は押出することによって成形される。米国特許番号第３，７６０，０４９号（ボーラー（Borer et al.）ら）にさらに述べられているゾル−ゲルプロセスは、溶液、分散液、又は濃縮物をオリフィスから押出して成熟していない繊維を形成しそれを燃やしてセラミック繊維にすることを含むことができる。溶液、分散液、又は濃縮物は繊維に含まれる酸化物又は酸化物の前駆体を含む。
【００９０】
いくつかの実施形態では、市販で得られる非晶質のセラミック繊維は１０パーセントを超えない嵩収縮を有するセラミック繊維を提供するために熱処理されてもよい。１０パーセントを超えない嵩収縮を有する繊維を提供するために熱処理されてもよいセラミック繊維は、一般に、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の混合物、又は、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５又はＺｒＯ２のような他の酸化物をもつＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の混合物、からメルトブローン又は溶融紡糸される。熱処理できる代表的なセラミック繊維は市販で得られる以下のセラミック繊維を含むがこれらに限定されない。ジョージア州オーガスタ（Augusta, GA）にあるサーマルセラミックス社（Thermal Ceramics）の商標名「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Ｄ７３Ｆ（KAOWOOL D73F）」、「カオウールＺＲ（KAOWOOL ZR）」、又は「セラケム（CERACHEM）」、デラウエア州ウィルミントン（Wilmington, DE）にあるラス社（Rath）の商標名「ラス２３００ＲＴ（RATH 2300 RT）」、「ラスアルミノ−シリケートチョップトファイバー（RATH ALUMINO‐SILICIATE CHOPPED FIBER）」、又は「ラス２６００ＨＴＺ（RATH 2600 HTZ）」、ニューヨーク州バッファロー（Buffalo, NY）にあるベスビウス社（Vesuvius）の商標名「サーウールＲＴ（CER‐WOOL RT）」、「サーウールＬＴ（CER‐WOOL LT）」、「サーウールＨＴＺ（CER‐WOOL HTZ）」、又は「サーウールＨＰ（CER‐WOOL HP）」、及びニューヨーク州トナワンダ（Tonawonda, NY）にあるユニフラックス社（Unifrax）の商標名「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ドゥラバック（UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK）」。
【００９１】
セラミック繊維は熱処理プロセスの間に不透明になる傾向がある（即ち、少なくとも部分的には、非晶質状態から微結晶又は結晶状態に変化する）。通常、個々のセラミック繊維の一部のみが不透明になる。即ち、熱処理後、個々のセラミック繊維は結晶性物質、微結晶性物質、又は結晶性と微結晶性物質の組合せとともに非晶質物質も含む。
【００９２】
無機繊維の非晶性、結晶性又は微結晶性の特性を示すために透過型電子顕微鏡及びＸ線回折を使うことができる。本明細書で使用するとき、「非晶質」という語は結晶性又は微結晶性領域が無い無機繊維を意味する。無機繊維が非晶質であるならば、透過型電子顕微鏡又はＸ線回折のどちらを使っても回折ピークは検知されない（即ち、回折パターンが無い）。無機繊維が小さな結晶サイズ（即ち、微結晶性）を有する領域を含んでいるならば、回折ピーク（即ち、回折パターン）が透過型顕微鏡を使って検知されＸ線回折を使っては検知されない。本明細書で使用するとき、「微結晶性」は、結晶性特性をもつ少なくともいくらかの領域を有し、及び透過型電子顕微鏡で検知できるがＸ線回折では検知できない結晶サイズを有する、無機繊維を言う。無機繊維が大きい結晶サイズ（即ち、結晶性）を有する領域を含むならば、回折パターンがＸ線回折を使って得られる。本明細書で使用するとき、「結晶性」は、結晶性の特性をもつ少なくともいくらかの領域を有し、またＸ線回折で検知できる結晶サイズを有する、機繊維を言う。Ｘ線回折を使って検知できる最小の結晶サイズは一般に、明確なピークが無い幅広い回折パターンの結果になる。狭いピークほど大きな結晶サイズを表す。回折ピークの幅は結晶サイズを決定するために使うことができる。結晶性である無機繊維は、通常、単結晶体であるよりはむしろ多結晶体である。
【００９３】
いくつかの用途において、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℃の温度で、少なくとも９００℃の温度で、少なくとも１０００℃の温度で、少なくとも１１００℃の温度で、熱処理できる。適した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に保持される時間に依って変わりうる。適した熱処理方法及び適した熱処理されたセラミック繊維は、例えば、国際特許出願ＷＯ９９／４６０２８号（フェルナンドら（Fernando et al.））及び米国特許番号第５，２５０，２６９号（ランガー（Langer））にさらに記述されており、その開示は本命明細書に参照で組み込まれている。
【００９４】
熱処理プロセスの間に形成する結晶又は微結晶のサイズと結び付けられる時間−温度関係がある。例えば、セラミック繊維は、結晶化度又は微結晶過度の比較しうる状態を作り出すために、低温においてはより長い時間で、高温においてはより短い時間で熱処理することができる。熱処理温度における時間は、最高１時間、最高４０分、最高３０分、最高２０分、最高１０分、最高５分、最高３分、最高２分でありうる。例えば、熱処理温度は、最高１０分のような比較的短い熱処理時間を使うために選ぶことができる。
【００９５】
熱処理温度は、不透明になる温度（即ち、セラミック繊維が非晶質物質から微結晶質又は結晶質物質に変る温度）を、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℃、少なくとも１００℃から選ぶことができる。セラミック繊維のために適した熱処理時間と温度は、例えば、示差熱分析（ＤＴＡ）のようなテクニックを使って決めることができる。Ａｌ２Ｏ３〜ＳｉＯ２繊維のための温度は、一般に、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。
【００９６】
完全に非晶質なセラミック繊維は、通常、微結晶性、結晶性又はこれらの組合せである領域を含むセラミック繊維より多く収縮する。少なくとも部分的に結晶性又は微結晶性であるセラミック繊維は、汚染防止装置で使用するのに適した温度に繰り返し加熱冷却できる実装マットに加工できる。微結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の影響を与える可能性のある更なる収縮に耐性を持つ傾向がある。
【００９７】
熱処理を受けるセラミック繊維にとって、繊維の脆さは低嵩収縮特性と釣り合いが取れている可能性がある。結晶性又は微結晶性セラミック繊維は、非晶質セラミック繊維よりさらに脆くなる傾向がある。結晶性又は微結晶性セラミック繊維から作られる非膨張性層は非晶質繊維から作製される断熱材よりも容易に破断する可能性がある。その反面、結晶性又は微結晶性セラミック繊維は非晶質セラミック繊維よりも小さな嵩収縮を有する傾向がある。
【００９８】
無機繊維の平均直径は一般に、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マイクロメートルを超えない、１８マイクロメートルを超えない、１６マイクロメートルを超えない、又は１４マイクロメートルを超えない、平均直径を有する。いくつかの実施形態において、無機繊維の少なくとも６０重量パーセントが、平均直径３マイクロメートル以内である平均直径を有している。例えば、無機繊維の少なくとも７０重量パーセント、少なくとも８０重量パーセント、又は少なくとも９０重量パーセントが平均直径３マイクロメートル以内である平均直径を有する。
【００９９】
非膨張性層又はストリップは、非膨張性層の重量を基に２０重量パーセント以下の量で有機バインダーをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、有機バインダーは、非膨張性層又はストリップの重量を基に、１０重量パーセント以下、５重量パーセント以下、又は３重量パーセント以下、の量で存在する。有機バインダーは、非膨張性層又はストリップを含む多層マットが汚染防止装置内で一般に直面するような高温で使われるときには、一般に焼き払われる。
【０１００】
適した有機バインダー物質は、水性ポリマーエマルジョン、溶媒系高分子、及び無溶媒のポリマー、を含むことができる。水性ポリマーエマルジョンは、有機バインダーポリマー及びエラストマーをラテックスの形（例えば、天然ゴム格子、スチレン−ブタジエン格子、ブタジエン−アクリロニトリル格子、及び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格子）で含むことができる。溶媒系ポリマーバインダー物質は、アクリル系、ポリウレタン、酢酸ビニル系、セルロース、又はゴム系有機ポリマーのようなポリマーを含むことができる。無溶媒ポリマーは天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、及び他のエラストマーを含むことができる。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、有機バインダー物質は水性アクリルエマルジョンを含む。アクリルエマルジョンは都合よく、良好な老化特性及び非腐食性燃焼生成物を有する傾向にある。好ましいアクリルエマルジョンは以下の商標名で販売されるような市販で得られる生産物を含むがこれらに限定されない。ペンシルベニア州フィラデルフィア（Philadelphia, PA）にあるロームアンドハース社（Rohm and Hass）の「ロープレックスＴＲ−９３４（RHOPLEX TR‐934）」（４４．５重量パーセントの固形分を有する水性アクリルエマルジョン）及び「ローレックスＨＡ−８（RHOPLEX HA‐8）」（４５．５重量パーセントの固形分を有するアクリルコポリマーの水性エマルジョン）、マサチューセッツ州ウィルミントン（Wilmington, MA）にあるＩＣＩレジンＵＳ社（ICI Resins US）から得られる「ネオクリルＸＡ−２０２２（NEOCRYL XA‐2022）」（６０．５重量パーセントの固形分を有するアクリル樹脂水性分散）、及びペンシルベニア州フィラデルフィア（Philadelphia, PA）にあるエアプロダクツアンドケミカル社（Air Products and Chemical, Inc.）の「エアフレックス６００ＢＰ  ＤＥＶ（AIRFLEX 600BP DEV）」（５５重量パーセントの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ジョン）。
【０１０２】
有機バインダーはまた、可塑剤、粘着付与剤、又はそれらの組合せ、を含むことができる。可塑剤はポリマーマトリックスを軟らかくする傾向があり、また非膨張性層の柔軟性及び成形性を向上させることができる。例えば、有機バインダーは、ミズーリ州セントルイス（St.Louis, MO）にあるモンサント社（Monsanto）から商標名「サンティサイザー１４８（SANTICIZER 148）」として市販で得られるイソデシルジフェニルジフォスフェートのような可塑剤を含むことができる。粘着付与剤又は粘着付与樹脂は断熱材料を結合しておくのを助けることができる。適した粘着付与剤の例はカナダのトロント（Toronto, Canada）にあるエカノーベル社（Eka Nobel, Inc.）から得られる商標名「スノウタック８１０Ａ（SNOWTACK 810A）」である。
【０１０３】
非膨張性層又はストリップは、可塑剤、湿潤剤、分散剤、消泡剤、ラテックス凝固剤、及び殺菌剤のような他の物質を含むこともできるが、これらに限定されるものではない。ガラス粒子、炭酸カルシウム、膨張バーミキュライト、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、のような充填剤物質を添加することができる。加えて、粘土、ベントナイト、及びコロイダルシリカのような無機バインダーを添加することができる。
【０１０４】
非膨張性層又はストリップは、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のような、有機繊維を含むこともできる。繊維は短繊維又はフィブリル化繊維であってもよい。有用な短繊維は、一般に、約０．６デシテックス（０．５デニール）〜５．６デシテックス（５デニール）の寸法を有する。フィラメント当たり１．７デシテックス（１．５デニール）の寸法を有する適したレーヨン繊維は、テキサス州ジョンソンシティ（Johnson City, TX）にあるミニファイバー社（Minifiber, Inc.）から市販で得られる。適したポリビニルアルコール繊維は、ニューヨーク州ニューヨーク（New York, NY）にあるクラレアメリカ社（Kuraray Americas）から商標名「クラロン（KURALON）」で得られる。アクリル繊維パルプは、ニュージャージー州ウエストパターソン（West Paterson, NJ）にあるサイテックインダストリ社（Cytek Industries, Inc.）から商標名「ＣＦＦ」として市販で得られる。
【０１０５】
適した非膨張性層又はストリップは、少なくともいくつかの実施形態で、無機繊維を１０〜９９．５重量パーセントの量で、また有機バインダーを０．５〜２０重量パーセントの量で、含むことができる。例えば、非膨張性層又はストリップは無機繊維を２０〜９９．５重量パーセントの量で、有機バインダーを０．５〜２０重量パーセントの量で、及び６０重量パーセント以下の無機バインダー又は充填剤を、含むことができる。
【０１０６】
熱処理したアルミノケイ酸塩セラミック繊維を含む本発明に従って使うことができる非膨張性層の１つは、ミネソタ州セントポール（St.Paul, MN）にある３Ｍ社（3M Company）から商標名「インテラム（INTERAM）９００ＨＴ」として市販で得ることができる。このマットは嵩密度約０．２５ｇ／ｃｍ３及び単位面積当たりの重量約１０２０〜約２４５５ｇ／ｍ２を有する。他のより弾力的な非膨張性層又はストリップは３Ｍ社から市販で得られる商標名「インテラム（INTERAM）１１００ＨＴ」及び「インテラム（INTERAM）１１０１ＨＴ」を含む。これらのマットは嵩密度約０．１５ｇ／ｃｍ３及び単位面積当たりの重量約４４０〜約２１００ｇ／ｍ２を有する。これらのマットは結晶性アルミナ繊維（即ち、多結晶性アルミナ繊維）を含む。マグネシウムアルミノケイ酸塩ガラス繊維を含む他の適した非膨張性層は、３Ｍ社（3M Company）から市販で得られる商標名「ＩＮＰＥ５７１．０２．（INPE 571.02.）」である。このマットは嵩密度０．１２ｇ／ｃｍ３及び単位面積当たりの重量約６００〜約１４００ｇ／ｍ２を有する。ニードルボンドマットは、日本の東京にある三菱化学社（Mitsubishi Chemical Company）から、嵩密度約０．１６ｇ／ｃｍ３をもつ商標名「マフテックＭＬＳ−３（MAFTEC MLS‐3）」として市販で得られる。このマットは、繊維の重量を基に、約７２重量パーセントのＡｌ２Ｏ３及び約２８重量パーセントのＳｉＯ２を含む。
【０１０７】
膨張性層は少なくとも１つのタイプの膨張性材料を含む。膨張性層は無機繊維、有機バインダー、可塑剤、湿潤剤、分散剤、消泡剤、ラテックス凝固剤、殺菌剤、充填剤物質、無機バインダー、及び有機繊維を、さらに含むことができる。これら追加の構成成分は非膨張性層について上で議論したものと同じである。
【０１０８】
膨張性層のために適した膨張性材料は膨張していないバーミキュライト、ハイドロバイオタイト、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四ケイ酸フッソタイプ雲母、米国特許番号第４，５２１，３３３号（グラハムら（Graham et al.））に記載されているアルカリ金属ケイ酸塩顆粒、膨張性グラファイト、又はこれらの組合せ、を含む。アルカリ金属ケイ酸塩顆粒は、ミネソタ州セントポール（St.Paul, MN）にある３Ｍ社（3M Company）から商標名「エクスパントロール４ＢＷ（EXPANTROL 4BW）」として市販で得られる。膨張性グラファイトはオハイオ州クリーブランド（Cleveland, OH）にあるウカルカーボン社（UCAR Carbon Co., Inc.）から商標名「グラフォイル  グレード３３８−５０（GRAFOIL GRADE 338‐5O）」として市販で得られる。膨張していないバーミキュライトはニューヨーク州ニューヨーク（New York, NY）にあるコメタルス社（Cometals Inc.）から市販で得られる。いくつかの用途では、膨張性材料は、膨張していないバーミキュライト、膨張性グラファイト、又はこれらの組合せ、から選ばれる。
【０１０９】
バーミキュライトは、例えば、アンモニウム二水素リン酸塩、アンモニウムニトレート、塩化アンモニウム、塩化カリウム、又は当該技術において既知の他の可溶性塩のような、塩で処理されてもよい。処理はイオン交換反応に基づいている。
【０１１０】
膨張性層はしばしば、膨張性層の重量を基に、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重量パーセントの膨張性材料を含む。いくつかの膨張性層では、層は、無機繊維が無くてもよい。他の膨張性層では、層は、無機繊維及び有機繊維が無くてもよい。さらに他の膨張性層では、層は、膨張性層の重量を基に、５〜８５重量パーセントの膨張性材料及び２０重量パーセント未満の有機バインダーを含む。無機繊維はいくつかの膨張性層に含まれる。
【０１１１】
いくつかのより特有の例では、膨張性層は、膨張性層の重量を基に、５〜８５重量パーセントの量の膨張性材料、０．５〜１５重量パーセントの量の有機バインダー、及び１０〜６０重量パーセントの量の無機繊維、を含む。他の例では、膨張性層は、膨張性層の重量を基に、膨張性材料を５〜７０重量パーセントの量、有機バインダーを０．５〜１０重量パーセントの量、及び無機繊維を３０〜４５重量パーセントの量、含む。さらに他の例では、膨張性層は、膨張性材料を２０〜６５重量パーセントの量、有機バインダーを０．５〜２０重量パーセントの量、無機繊維を１０〜６５重量パーセントの量、及び無機充填材又は無機バインダーを４０重量パーセント以下の量、含む。
【０１１２】
適した膨張性層は、ミネソタ州セントポール（St.Paul, MN）にある３Ｍ社（3M）から商標名「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」として市販で得られる。これらのマットは通常、約０．４〜約０．７ｇ／ｃｍ３の嵩密度及び約１０５０ｇ／ｍ２〜約８１４０ｇ／ｍ２の単位面積当たりの重量を有する。もう一つの適した膨張性層は３Ｍ社から商標名「インテラム（INTERAM）５７０ＮＣ」として市販で得られる。この層は通常、約１０５０ｇ／ｍ２〜４０７０ｇ／ｍ２の単位面積当たりの重量を有し、ヨーロッパの機密扱いされない繊維規制にかなう無機繊維を含む。
【０１１３】
いくつかの膨張性層では、生体溶解性無機繊維が含まれる。生体溶解性繊維を含む膨張性層はさらに、国際特許出願公開ＷＯ０３／０３１３６８号（ホワース（Howorth））に記述されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。本明細書で使用するとき、「生体溶解性無機繊維」は、生理学的媒質又は擬似生理学的媒質のなかで分解性である無機繊維のことを言う。生理学的媒質は、一般に、例えば動物や人間の肺のような気道で見つかる体液のことを言うが、これに限定されない。
【０１１４】
生体溶解性無機繊維は一般に、例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、及びＢａＯ、又はこれらのシリカとの組合せのような無機酸化物を含む。他の金属酸化物又は他のセラミック構成成分が、これらの構成成分がそれら自体では望ましい溶解性に欠けるが、しかし繊維が全体では生理学的媒質においてなお分解性である程度に充分に少量存在するのであれば、生体溶解性無機繊維に含まれてもよい。そのような金属酸化物は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｂ２Ｏ３、及び鉄酸化物を含む。生体溶解性無機繊維は、金属構成成分を、繊維が生理学的媒質又は擬似生理学的媒質の中で分解可能であるような量で、含むこともできる。
【０１１５】
１つの実施形態では、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。これらのタイプの繊維は一般に、ケイ酸カルシウムマグネシウム繊維と言われる。ケイ酸カルシウムマグネシウム繊維は通常、約１０重量パーセント未満の酸化アルミニウムを含む。適した生体溶解性繊維は、４５〜９０重量パーセントのＳｉＯ２、４５重量パーセント以下のＣａＯ、３５重量パーセント以下のＭｇＯ、及び１０重量パーセント未満のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。例えば、繊維は約５５〜約７５重量パーセントのＳｉＯ２、約２５〜約４５重量パーセントのＣａＯ、約１〜約１０重量パーセントのＭｇＯ、及び約５重量パーセント未満のＡｌ２Ｏ３を含むことができる。
【０１１６】
代表的な生体溶解性無機酸化物繊維は、米国特許番号第５，３３２，６９９号（オールズら（Olds et al.））、第５，５８５，３１２号（テンアイクら（TenEyck et al.））、第５，７１４，４２１号（オールズら（Olds et al.））、及び第５，８７４，３７５号（ゾイタスら（Zoitas et al.））に記述されている。生体溶解性無機繊維を形成するために、ゾルゲル形成、結晶成長プロセス、及び紡糸又は吹き込みのような溶融形成、を含む様々な方法が使われてよいが、これらに限定されない。
【０１１７】
生体溶解性繊維はニューヨーク州ナイアガラフォールズ（Niagara Falls, NY）にあるユニフラックス社（Unifrax Corporation）から商標名「インサルフラックス（INS（登録商標）ULFRAX）」として市販で得られる。他の生体溶解性繊維はジョージア州オーガスタ（Augusta, GA）にあるサーマルセラミックス社（Thermal Ceramics）により商標名「スーパーウール（SUPERWOOL）」として販売されている。例えば、「スーパーウール６０７（SUPERWOOL 607）」は６０〜７０重量パーセントのＳｉＯ２、２５〜３５重量パーセントのＣａＯ、４〜７重量パーセントのＭｇＯ、及び微量のＡｌ２Ｏ３を含む。「スーパーウール６０７ＭＡＸ（SUPERWOOL 607 MAX）」はわずかにより高い温度で使うことができ、６０〜７０重量パーセントのＳｉＯ２、１６〜２２重量パーセントのＣａＯ、１２〜１９重量パーセントのＭｇＯ、及び微量のＡｌ２Ｏ３を含む。
【０１１８】
代表的な膨張性層は、膨張性材料を１０〜８０重量パーセントの量で、生体溶解性無機繊維を５〜８０重量パーセントの量で、雲母質バインダーを５〜８０重量パーセントの量で、及び有機バインダーを０．５〜２０重量パーセントの量で、含むことができる。
【０１１９】
本明細書で使用するとき、「雲母質バインダー」は、濡らされ次いで乾燥されて自立性である凝集体を形成できる１つ以上の雲母状鉱物のことを言う。本明細書で使用するとき、「自立性の」とは、他の成分を含まない５ｃｍ×５ｃｍ×３ｍｍのシートに形成されることができ、その乾燥シートが２５℃及び５０パーセント以下の相対湿度で少なくとも５分間、ばらばらになったり崩れたりしないで、任意のエッジで水平に保持されうる、雲母質バインダーのことを言う。
【０１２０】
本明細書で使用するとき、「雲母状鉱物」というフレーズは、割れるか、又は別な方法で平面シートに、又は小板になることができる一群の鉱物のことを言う。雲母状鉱物は膨張バーミキュライト、膨張していないバーミキュライト、及び雲母を含むが、これらに限定されない。雲母状鉱物は一般に、約３を超える平均アスペクト比（即ち、厚さで割った粒子の長さ）を有する。雲母状鉱物は一般に約１５０マイクロメートル未満の粒径（例、雲母質バインダーは１００メッシュスのクリーンを通過できる雲母状鉱物を含む）を有する。いくつかの実施形態では、雲母質バインダーは、約１５０マイクロメートル未満の寸法を有し、約８を超える、又は約１０を超える平均アスペクト比を有する、雲母状鉱物を含む。
【０１２１】
適した雲母質バインダーは破砕された雲母状鉱物を含むことができる。本明細書で使用するとき、「破砕された」とは、平均粒子サイズを減らす任意の適した方法で処理された雲母状鉱物のことを言う。破砕の方法は、希薄な又は濃縮されたスラリーの機械的剪断、粉砕、空気衝撃、及びローリングを含むが、これらに限定されない。粒径を減らすために、他の方法が単独で又は破砕と組合せて使われる。例えば、雲母状鉱物を広げるために、又は広げてさらに剥離するために、熱的又は化学的な方法を使うことができる。膨張バーミキュライトは、離層されたバーミキュライト粒子又は小板の水性分散液を製造するために、水中で剪断されるか又は別な方法で加工されることができる。剪断は、例えば、ブレンダーのような高剪断ミキサーを使って適切に実行できる。
【０１２２】
いくつかの実施形態において、雲母質バインダーは処理されたバーミキュライト（即ち、広げられ、離層され、及び破砕されたバーミキュライト）を含む。加工されたバーミキュライトは、一般に、非膨張性である。他の実施形態において、雲母質バインダーは、広げられていない、離層されていない、又は部分的に広げられ、離層された、バーミキュライトを含む。そのような材料は膨張性である傾向がある。
【０１２３】
適した雲母質バインダーは市販で、Ｗ．Ｒ．グレース・アンド・カンパニー社（W. R.Grace & Company）から、離層されたバーミキュライト粉末を含むもの（商標名「ＶＦＰＳ」）、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（商標名「マイクロライト（MICROLITE）」が得られる。また、膨張バーミキュライトフレークは、Ｗ．Ｒ．グレース・アンド・カンパニー社（W. R.Grace & Company）から、商標名「ゾーネライト＃５”（ZONELITE #5”）」で得られ、これは雲母質バインダーを形成するために粒径を減らすことができる。
雲母質バインダーは粒径約１５０マイクロメートル未満を有するバーミキュライトを含むことができ、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（１００メッシュスクリーンの通過無し）を含むことができる。膨張性バーミキュライトは３００マイクロメートルを超える平均粒子サイズを有することができる。
【０１２４】
多層マットの１つの実施形態において、非膨張性層又はストリップはガラス繊維及びバーミキュライトを含有する膨張性層を含む。多層マットのもう一つの実施形態において、非膨張性層又はストリップはＴＭＡ試験に基づいた１０パーセントを超えない収縮を有する耐熱性のセラミック繊維及びバーミキュライトを含有する膨張性層を含む。
【０１２５】
多層マット中の各非膨張性層又はストリップは、一般に、約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３の範囲にある嵩密度を有し、一方、膨張性層は約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．７５ｇ／ｃｍ３の範囲にある嵩密度を有する。本明細書で使用するとき、「嵩密度」とは、圧縮下にはない、層、ストリップ、又は多層マットの密度のことを言う。多層マットの嵩密度は、厚さと種々の層の組成に依存するが、一般に、約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である。いくつかの用途では、多層マットは約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３の圧縮された密度を有する。本明細書で使用するとき、「圧縮された密度」とは、汚染防止装置内の汚染防止要素の周りに取り付けられたあとの多層マットの密度のことを言う。抄紙プロセスが非膨張性層、ストリップ、膨張性層、又はこれらの組合せを形成するために使われる。例えば、非膨張性層又はストリップは無機繊維を含む水性スラリーを形成することにより作製できる。水性スラリーは、しばしば、スラリーの重量を基に、３０重量パーセント以下の固形分を含む（例えば、スラリーはスラリーの重量を基に、２０重量パーセント以下、又は１０重量パーセント以下の固形分を含むことができる）。スラリーは、しばしば、スラリー重量を基に、少なくとも１パーセントの固形分を含む（例えば、スラリーは少なくとも２重量パーセント又は少なくとも３重量パーセントの固形分を含むことができる）。いくつかの実施形態において、スラリーは、１〜１０、２〜８、又は３〜６重量パーセントの固形分を含むことができる。より高い固形分は、前駆体を作製するために除去する必要のある水が少ない故に、好都合でありうる。しかし、より高い固形分をもつスラリーは混合しにくい傾向にある。
【０１２６】
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って作製することができる。固形分のパーセントは非膨張性層を作製するために使われる固形分と同程度でありうる。膨張性層のための水性スラリーは、しばしば、無機繊維を含むが、膨張性層が無機繊維を含まないようにできる。
【０１２７】
各水性スラリーに使われる水は、井戸水、地上水、又は塩や有機有機化合物のような不純物を除去するために処理された水であってもよい。井戸又は地上水が水性スラリーに使われるときは、水中に存在する塩（例えば、カルシウム及びマグネシウム塩）は無機バインダーとして機能することができる。いくつかの実施形態において、水は、脱イオン水、蒸留水、又はこれらの組合せである。
【０１２８】
各水性スラリー組成物に他の添加物が含まれてもよい。そのような添加物は、無機バインダー、無機充填材、消泡剤、凝集剤、界面活性剤、等を含むことができる。例えば、有機繊維のような強度増強剤も含まれてよい。
【０１２９】
非膨張性層又はストリップを作製するために他の方法も使うことができる。いくつかの用途では、非膨張性層又はストリップは、個々の無機繊維を好ましい長さに細断することにより、不織布マットとして作製することができる。そのような方法は、国際特許出願公開第ＷＯ２００４／０１１７８５（メアリーら（Merry et al.））に記載されており、本明細書に参照により組み込まれている。個別化された繊維は、繊維のトウ又はヤーンを、カリフォルニア州パコマ（Pacoma, CA）にあるフィンアンドフラム社（Finn and Fram, Inc.）から商標名「モデル９０  ガラスロービングカッター（MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER）」として市販で得られるガラスロービングカッターを使って切断することにより作製できる。あるいは、切断され個別化された繊維はハンマーミル、ついでブロワーを使って形成することができる。繊維は、通常、約０．５〜約１５ｃｍの範囲にある長さに切断される。マットは、ニューヨーク州マセドン（Macedon, NY）にあるランドマシン社（Rando Machine Corp.）から市販で得られる商標名「ランドウェバー（RANDO WEBBER）」、又はデンマークのスキャンウェブ社（ScanWeb Co.）の商標名「ダンウェブ（DAN WEB）」、のような従来のウェブ成形機を使って形成することができる。切断され個別化された繊維は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）上に引き出される。繊維の長さによって、生成するマットは、ニードルパンチ又はステッチボンディングマシンに、荒目地クロスのような支持体なしに移動されるための、充分な取り扱い性を有することができる。取り扱い易さを増すために、いくつかのマットは、荒目地クロス上に形成されるか、置かれることができる。
【０１３０】
ニードルパンチされた不織布マットとは、かぎのある針で多数の全体的な又は部分的なマットの貫通によってもたらされる、無機繊維の物理的なもつれがあるマットのことを言う。ニードルパンチは一般に、不織布を圧縮し、その後打ち抜きし、マットを通してかぎのある針を引き出すこと、を含む。マットの単位面積当たりのニードルパンチの最適な数は特定の用途に依存するが、不織布マットは、しばしば、約５〜約６０パンチ／ｃｍ２を提供するようにパンチされる。いくつかの実施態様では、マットは１０〜２０パンチ／ｃｍ２を有する。不織布マットは、ウイスコンシン州マニトウォク（Manitowoc, WI）にあるフォスターニードル社（Foster Needle Company）から市販されているような、かぎつき針を備えた、ドイツのディロ社（Dilo）から市販されているような、従来のニードルパンチマシンを使ってニードルパンチすることができる。
【０１３１】
あるいは、不織布マットは米国特許番号第４，１８１，５１４号（レフコビッツら（Lefkowitz et al.））に開示されているような技術を使ってスティッチボンドされてもよく、この開示は本明細書に参照により組み込まれている。マットは有機の糸又は無機の糸（例えば、セラミック又はステンレス鋼）を使ってスティッチボンドすることができる。無機又は有機のシート材料の比較的薄い層が、スティッチングの間、糸がマットを通し切ることを防ぎ又は最小にするために、マットのどちらか一方又は両方のサイド上に置かれてもよい。スティッチの間隔は変りうるが、通常、繊維がマットの全領域で均一に圧縮されるように、約３〜３０ｍｍである。市販で得られるニードルパンチされた非膨張性層は、日本の東京にある三菱化学（Mitsubishi Chemical）から商標名「マフテック（MAFTEC）」として得られる。
【０１３２】
膨張性層は、非膨張性層の主要表面に塗布されるペーストの形であってもよい。膨張性層のための適したペーストの組成は、例えば、米国特許番号第５，８５３，６７５号（ホワース（Howorth））、及び第５，２０７，９８９号（マクニール（MacNeil））にさらに記述されており、本明細書に参照により組み込まれている。これらの組成のいくつかは、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のような基材にはじめに塗布されてもよい。基材は、ペーストが非膨張性層の主要な表面と接触した後に取り除くことができる。
【０１３３】
他の多層マットでは、膨張性層は、非膨張性層の主要な表面に適した膨張性組成物をスプレーすることによって、形成できる。組成物は、例えば、無機繊維又は有機バインダーのような他の材料を含むことができる。あるいは、バインダー無しの膨張性層は、非膨張性層の主要表面の一部分に塗布できる。
【０１３４】
いろいろな層が別々に作製され、それから一緒に固着されてもよい。多層マットの様々な層がニードルパンチング又はスティッチボンディングの技術を使って互いに固着されてもよい。いくつかの多層マットは非膨張性層と膨張性層を共に接着するために接着剤を有する。各層は別々に作製されて、それから一緒に固着することができる。接着剤は感圧接着剤又はホットメルト接着剤であってもよい。いくつかの多層マットでは、接着剤は、例えば、市販で英国スタフォード（Stafford, UK）にあるボスティクフィンドレイ社（Bostik‐Findley）から商標名「ＰＥ１０５−５０」又は「ＰＥ６５−５０」として得られる接着剤のようなホットメルト接着剤である。
【０１３５】
多層マットは抄紙プロセスを使って作成することができる。そのようなプロセスの１つは、米国特許出願第２００１／００４６４５６号（ランガーら（Langer et al.））に記述されており、その開示は本明細書に参照によって組み込まれている。無機繊維を含む最初のスラリーが作製され、それから透過性基材上に付着させることができる。付着された最初のスラリーは第一層を形成するために部分的に脱水することができる。膨張性組成物は第二層を形成するために第一層の部分に塗布することができる。膨張性組成物は、例えば、組成物が液体を含むならばスプレーによって、又は組成物が液体無しの場合はばら撒きによって塗布することができる。無機繊維を含む第二のスラリーが作製され、第二層及び任意の露出している第一層上に付着させることができる。付着された第三のスラリーは第三層を形成するために少なくとも部分的に脱水することができる。最後の層が付着された後に、マットは、残っているいくらかの水の少なくとも一部を除くために乾燥させることができる。例えば、マットを熱ローラーを通すことにより、マットは圧縮され、乾燥させることができる。
【０１３６】
そのようなプロセスは、層をいくらかインターミングルする結果になりうる。層のインターミングルは、実際には目には見えないか、又は、隣接した２つの層の間に目に見える境界又は勾配層の形、でありうる。そのようなプロセスで、接着剤、スティッチ、ニードル又は止め金を使うことなく、層を一緒に固着することができる。
【０１３７】
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それでもなお本発明の均等物を表しうるにもかかわらず、権能付与的記載が入手できる本発明者らによって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】
【０１３８】
【図１】第一の実施形態に従って作成されたマットの概略の断面図。
【図２】図１に図解されたマットの概略の平面図。
【図３】図１に図解されているマットを含む触媒コンバータの透視図の分解図。
【図４】図１のマットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図４Ａ】凹部をもつ金属ハウジング及び第三の実施形態にしたがって形成された多層マット、を含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図５】第四の実施形態にしたがって形成された多層マットを含む、触媒コンバータの概略的な断面図。
【図５Ａ】第五の実施形態にしたがって形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図６】第六の実施形態にしたがって形成された多層マットの概略的な断面図。
【図７】図６のマットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図８】第七の実施形態にしたがって形成された多層マットの概略的な断面図。
【図９】図８のマットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図１０】第八の実施形態にしたがって形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図１１】第九の実施形態にしたがって形成された多層マットの概略的な断面図。
【図１２】図１１のマットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【図１３】第二の実施形態にしたがって形成された多層マットを含む触媒コンバータの概略的な断面図。
【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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