JPH0139598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は内燃機関の排気消音装置などに用い
る吸音材の製造方法に関するものである。

内燃機関用排気消音装置に用いる吸音材として
は、従来より、グラスウールや金属多孔体などが
あつた。しかし、これらのものを吸音材として使
用した場合、内燃機関運転時にガソリンなどの燃
料の燃焼残渣であるススやタールが吸音材内部に
付着して比較的短時間のうちに吸音材が目詰まり
を起こして吸音性能が低下し、排気消音装置から
放射される騒音が増大される欠点があつた。ま
た、吸音材の表面粗度が大きいため、吸音材表面
にそつて流れる排気ガスに対して流れ抵抗が大き
く、それが内燃機関の背圧上昇を招き、内燃機関
の出力、および効率を低下させる要因となつてい
た。さらに、従来の吸音材の吸音率は低周波領域
で急激に低下するため、低周波での消音性能が重
視される内燃機関の排気消音装置用として不都合
があつた。

この発明は上記欠点を解消するためになされた
もので、ススやタールの目詰まりによつて生じる
吸音特性の劣化を防止し、さらに、良好な吸音特
性を有する吸音材の製造方法を提供するものであ
る。

ススやタールによる吸音材の目詰まり現象は、
ススやタールが混入した排気ガス流れの一部が吸
音材内部に流入し、それに伴つてススやタールが
吸音材内部に堆積するために生じることになる。
したがつて、吸音材内部にススやタールが流入、
堆積するのを防止するには排気ガスが吸音材内部
に流入しない吸音材構造が最適であり、その手段
として、吸音材の表面に通気性のない薄膜を形成
すれば排気ガスの流入を遮断することができる。
しかし、薄膜を形成することは音波自身も吸音材
内部に伝搬しにくくなり、吸音率の低下を招くこ
とになるが、薄膜の厚さなどの調節により膜と吸
音材の空孔などで形成される機械―音響インピー
ダンス系の固有値を高吸音率が望まれる低周波領
域に設定することにより、従来の吸音材より低周
波領域の吸音率を向上させることが可能となる。
なお、内燃機関の排気消音装置の吸音材として用
いる場合、最高800℃程度までの耐熱性が要求さ
れる。しかも、通常の内燃機関運転時の排気ガス
温度は数百度Ｃの範囲にわたつて変動するので、
薄膜は繰り返えし大きなヒートストレスを受け
る。さらに、排気ガスの流体力も加わるので、そ
れに耐えうる機械的強度が要求される。特に、薄
膜と多孔質吸音基材（以下、多孔体と称する）と
の結合状態が問題となり、その結合力が弱いと、
ヒートストレスや流体力により、薄膜が多孔体よ
りはく離し、飛散してしまうことになる。

上記の観点から、発明者は種々の製造方法につ
いて検討した結果、耐熱性、機械的強度の面から
薄膜は金属、あるいは無機材料（特にセラミツ
ク）が好ましく、さらに、多孔体との接合力を向
上させるには、多孔体表面に薄膜材料を溶融噴射
コーテング（溶射）して薄膜を形成する方法が実
用化できることを見出した、なお、多孔体に直接
溶射した場合、溶射材料が多孔体内部まで浸透
し、多孔体表面に任意の厚さの薄膜を形成するこ
とは不可能であることが発覚した。その対応策と
して、溶射前に適当な充填材で多孔体の目つぶし
を行い、溶射皮膜形成後、その充填材を取り除く
ならば、溶射法により多孔体の表面に平滑な任意
の厚さの薄膜を形成することが可能になることを
発見した。

上記のようにこの発明は多孔体内部に充填材を
充填後、その表面に金属あるいは無機材料を溶融
噴射コーテングし、その後、充填材を取り除き、
多孔体の表面に薄膜を形成することにより、ター
ルやススによる吸音材の目詰まりを防止し、低周
波領域での吸音特性を向上させ、耐熱性、機械強
度的にも良好な吸音材を提供するものである。

この発明において使用することができる多孔体
としては、発泡金属、焼結金属、金属繊維、焼結
無機材、無機繊維などがあり、それらの材質とし
てNi―Cu，Ni―Cr，Fe―Cr，Fe―Ni―Cr，Fe
―Cr―Al，Ni―Fe―Cr―Alなどの合金のほか、
グラスウール、ロークウール、セラミツクウー
ル、焼結ガラス、焼結セラミツクなどを用いるこ
とができる。溶射する薄膜材料としては上記の多
孔体基材の構成材料などを用いることができる。

充填材に要求される特性としては、多孔体に充
填しやすく、さらに、溶射時加熱されることによ
る充填材からのガス放出が少ないものが望まれ
る。つまり、ガス放出が多量になると溶射皮膜が
多孔体表面に形成されにくくなるからである。ま
た、溶射後、多孔体から充填材を取り除くことが
必要となるので、除去しやすい性質のものが要求
される。

上記の点から、充填材としては充填時に液体状
で、充填後固体化でき、溶射加熱によるガス放出
が少なく、さらに化学的処理などにより容易に除
去できるものが望ましい。発明者は上記の要求を
満足する材料を実験的に究明した結果、硫酸カル
シユームやケイ酸ナトリウムなどの脱水硬化性無
機化合物、亜鉛やアルミハンダなどの低融点金
属、アクリル樹脂やポリエチレンなどの比較的低
分子量であつて適当な溶剤に対して溶解されるも
のあるいは初期状態において低分子であり、時間
が立つとともに高分子化されて硬化する重合硬化
性高分子化合物からなる高分子化合物などが有効
であり、それらの充填材の除去法としては、脱水
硬化性無機化合物および低融点金属に対しては希
薄酸液で、重合硬化性有機高分子化合物に対して
は溶剤による溶解が除去速度の面から効果的であ
ることを見出した。

以下、実施例にしたがつてこの発明の詳細につ
いて説明する。

〔実施例〕

多孔体として、金属多孔体（商品名セルメツ
ト、Ni―Cr製、厚さ３mm）を用い、多孔体をア
セトン洗浄で脱脂後、硫酸カルシユームの水溶液
を多孔体に充填し、120℃の炉中で30分間乾燥、
硬化後、第１図に示すように、溶射すべき多孔体
１の表面を研摩することにより、表面に付着した
硫酸カルシユーム５を除去し、多孔体１の骨格面
２が表面に露出するように処理した。つぎに、研
摩した多孔体１の表面にNi―Crの粉末をプラズ
マ溶射装置で膜厚が約30μmになるよう溶射した。
溶射後の多孔体１を温度100℃の５％の塩酸水溶
液中に入れ、20分間浸漬し、多孔体１中の硫酸ア
ンモニユーム５を除去後、水洗し60℃の乾燥炉で
乾燥た。

上記のようにして製作したこの発明の吸音材の
断面を電子顕微鏡で拡大観察した結果を第２図に
示す。すなわち、２は金属多孔体１の骨格、３は
空孔、４は溶射によつて形成された薄膜である。
空孔３中に硫酸カルシユームの残存は見られず、
溶射による薄膜４と骨格２とは完全な接合状態に
あることが確認された。さらに、この発明の吸音
材と溶射皮膜の処理していない金属多孔体のみの
ものと比較しながら諸性能を調べた。

第３図は定在波管法（JIS Ａ 1405）によつて
背面空気層50mmの場合の垂直入射吸音率の比較を
示したものである。図中曲線Ａはこの発明の吸音
材、曲線Ｂは金属多孔体のみの吸音材の特性であ
る。第３図から明白のように、この発明による吸
音材は内燃機関の排気装置として問題となる1K
Hz以下の低周波領域での吸音率がかなり向上する
ことがわかる。

つぎに、上記２種の吸音材を筒状に成形して、
市販の国産乗用車（排気量1800c.c.）の排気消音装
置内に組み込み、約１万Kmの実走行を行つた後
に、JIS Ｄ 1616によつて消音性能を測定し、実
走行前の初期値と比較した特性図を第４図に示
す。図中、曲線ＣとＤとは金属多孔体のみの吸音
材を用いた場合とこの発明の吸音材を用いた場合
との、初期値から低減した減音度を示す。図から
わかるように、この発明の吸音材を用いたものは
実走行１万Km後もほとんど初期性能から低下して
いないが、金属多孔体のみの吸音材を用いたもの
は実走行１万Km後にほとんどの周波数帯域におい
て消音性能が著しく低下してしまつた。また、消
音性能測定後に、両者の吸音材を取り出し目視観
察を行なつたところ、この発明の吸音材は表面に
薄くススが付着しているのみであつたが、金属多
孔体のみのものはススが内部まで浸透し激しい目
詰まりを起こしていた。また、薄膜も完全に多孔
体に接合しており、薄膜のはく離や破損はまつた
く見られなかつた。

〔実施例 ２〕 多孔体として、金属多孔体（商品名セルメツ
ト、Ni―Cr製、厚さ３mm）を用い、多孔体をア
セトンで洗浄し脱脂後、アクリル樹脂（例えば三
菱レイヨン製アクリテツト）を有機溶剤（例えば
クロロホルム）で溶解したアクリル樹脂溶液を多
孔体に充填し、溶剤が蒸発し硬化した後、溶射す
べき多孔体の表面を多孔体の骨格が露出するまで
研摩し、その表面にNi―Crの粉末をプラズマ溶
射装置で膜厚が約30μmになるように溶射した。
溶射後の多孔体を700ホルムの溶剤中に約５時間
浸漬し、多孔体中のアクリル樹脂を除去後、乾燥
させた。吸音材の諸特性を測定した結果、実施例
１の場合とほぼ同じ特性を示した。

ところで、上記実施例では薄膜の厚さが30μm
の場合を示したが、より低周波の領域の吸音率の
領域の吸音率を向上させるには厚さを厚くする方
が良く、より高周波の領域の吸音率を向上させる
には薄い方が良いが、250μmを越えると吸音特性
が低下することが実験的に確認された。したがつ
て所要の吸音特性に合せて薄膜の厚さを調節する
ことによつて吸音率の向上が達成される。

この発明の吸音材は内燃機関用の排気消音装置
に用いることが前提であるが、使用の仕方によつ
ては、燃焼器などの他の機器における吸音材とし
て用いてもさしつかえない。また、塵埃やセメン
トなどの粉体の多い環境での使用も可能となる。

以上説明したように、この発明による吸音材の
製造方法にしたがえば溶融噴射コーテイングによ
つて薄膜を形成した吸音材は消音性能の劣化がな
く、さらに溶射時間の選定によつて任意の膜厚さ
が選定できるため、吸音特性の向上が容易に達成
でき、さらに溶射前に溶射すべき多孔体面の内部
に溶射時の加熱によるガス放出が少なくかつ、溶
射後の除去処理が容易な充填材を充填しておくこ
とにより、薄膜の形成をより確実にするものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の一実施例で製造さ
れた吸音材の拡大断面図、第３図、第４図はこの
発明の一実施例にかかる吸音材の特性図である。 １…多孔体、４…薄膜、５…充填材。なお、図
中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属または無機材料からなる多孔質吸音基材
   の表面に液状の脱水硬化性無機化合物、低融点金
   属または高分子化合物からなる充填材を塗布硬化
   させて目つぶしを施す工程と、上記多孔質吸音基
   材の表面をこの基材が現われるまで研摩する工程
   と、上記多孔質吸音基材の研摩面に金属または無
   機材料を溶融噴射して数10μmないし250μmの範
   囲内の所定厚さの薄膜を形成する工程と、上記多
   孔質吸音基材内の充填材を除去する工程とを具備
   してなる吸音材の製造方法。