JPS58129493A - 吸音材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は内燃機関用の排気吸音装置に用いる吸音材に
関するものである。

従来から、内燃機関用排気消音装置に用いる吸音材とし
ては、ガフスラーμ、セラミック多孔体、金属多孔体な
どがあった。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等の燃料の燃焼残
渣であるター〃ヤススが表面に付着して比較的短期のう
ちに目詰まりを起こして吸音性能が低下してしまい、騒
音が激化したシ、内燃機関の燃費にも愚影響を及ぼして
しまうことが多かった。また、内燃機関用排気消音装置
の吸音材としてガラスラーμやセラミック多孔体を使用
した場合、排気ガスの圧力が高く、ま九振動が大である
ことから、それら吸音材が粉化したシ、破損したシして
しまって全く役に立たなくなることがあった。そして、
金属多孔体を使用した場合、消音装置内における排ガス
の温度が４００〜８００℃と高く、排ガス中に腐食性の
いおう酸化物や窒素酸化物を含有するので、特殊な耐熱
合金を用いない限シ、高温酸化による腐食劣化が著しく
なるため腐食生成物によって目詰まシを起こしｉｂ、多
孔体の骨格が腐食消滅してしまってやはシ吸音材として
の役に立たなくなることが避けられず、また、金属多孔
体の基本的特性として空孔径が比較的大きいため、良好
な吸音性能を有するものが存在しないなどの不都合があ
った。従来の吸音材は以上のように大きな欠点があシ、
いずれのものも内燃機関の排気消音装置用としては実用
に供し得なかった。

この発明は上記従来のものがもつ欠点を解消し、良好な
吸音性能を有し、かつタールやメスの付着やこれらによ
る目詰まシによって起こる吸音性能の劣化を防止し、高
温酸化にも耐えうる排気消音装置用吸音材を提供したも
のである。

すなわち、この発明の吸音材は、吸音基材として粉化や
破損の懸念のない金属多孔体を用い、夕　・−μやスス
による目詰まシを抑制するため、およびその吸音特性を
良好にするため、ならびにその高温酸化による腐食劣化
を防止するための主として３つの目的のための低温酸化
触媒および固体酸触媒と、さらに吸音基材の表面へのス
ス等の付着を抑止させるためのふつ化黒鉛とを含有し、
しかも還元剤とアルカリ剤の少なくとも一方をも含有し
ている耐熱性結合剤が金属多孔体基材に塗着硬化された
ものである。

以下実施例にし九がってこの発明の詳細について説明す
る。

〔実施例１．〕 金属多孔体吸音基材として、焼結金属工業■製粉未焼結
金属（砲金製、厚さ５■）を用い、この表面（片面）に
、下紀組成例１゜の組成物をポールミ〃にて約３０分間
混合した混練物をスプレーにて均一に塗布した。さらに
、このものを８０″Ｃで３０分間乾燥した後５５０°Ｃ
で３０分間焼成して硬化させた。

（組成例１．） 低温酸化触媒剤二酸化クロム　　　　　　　　　１５ｆ
ｔ％酸化ニッケル　　　　　−Ｌ１１５− 固体酸触媒剤：酸性白土　　　　　　　　　１８１ト還
　元　剤：ムｇ粉末　　　　　　　　　８劃ｂアルカリ
剤：けい酸ナトリウム　　　　　　１０１ｉ１１％結合
　　　剤：メチルフエニ／Ｌ／Ｖリコーン　　　　１６
重量％アアルミナメント　　　　　　　　３重量％添　
　加　　剤：　ケイ石、ベントナイト、シンナー　　　
　１３重量％低表面二ネｐギ物質：ふつ化黒鉛　　　　
　　　　５重量％なお、低温酸化触媒や固体酸触媒およ
び還元剤は、それ自体では強固な被覆皮膜を形成しにく
いので、この発明では結合剤中にこれらを含有分散させ
て塗着し、加熱硬化して多孔質で強固堅牢なる皮膜を形
成して使用する。

また、ここで用いる添加剤は、塗布物としての塗着性や
皮膜性能を良好にする作用を成し、被覆皮膜形成後の強
度および下地多孔質材への付着性能を高めるとともに皮
膜を多孔質化する性質を有するものである。

このようにして軸作したこの発明の吸音材は、第１図に
拡大断面を示したような構成となる。すなわち、（１）
は金属多孔体の粒子、（２）は低温酸化触媒粒子、（３
）は固体酸触媒粒子、（４）は還元剤粒子、（６）はこ
れらの粒子（２）　、　（３）およびぶつ化黒鉛粒子（
７）を含有分散させて、金属多孔体粒子（１）間の空け
きに浸透している結合剤、（６）は金属多孔体表面に形
成された多孔質被覆である。なお、この場合、混入させ
た組成例１．のアルカリ剤は混合作業中に溶解してしま
うので、第１図中には特に描いていない。このように、
溶解性の物質は、この発明で用いる還元剤中にも存在す
る。また、添加剤のアルミナなども粒子の大きさからす
れば、還元剤と同等かそれ以上大きいものであるが、主
作用をなすものではないのでやはシ第１図中には描き入
れていない。第１図のように構成された本発明の吸音材
を用いて、組成例１．の組成物を全く塗布しない金属多
孔体のみのものと比較しながら諸性能を調べたＯ 第２図は、二酸化いおう（亜硫酸ガス）ｌＱＰＰｍを含
有する空気中において、４００〜８００°Ｃの温度で各
１２時間放置し、続いて１２時間室温に放置するという
工程を１サイクルとして、１００″Ｃごとの温度におけ
る各５０サイクμ後の腐食による重量変化率を示したも
のである。曲線ａは前記のようにして製作したこの発明
の吸音材、曲線すは同一材質を用いた金属多孔体のみの
吸音材のそれぞれ重量変化率を示す。第２図から明らか
なように、この発明の吸音材は内燃機関用の排気消官装
置内における排気ガス温度である４００〜８００°Ｃで
あって、しかも二酸化いおりを含有する空気中であって
も腐食がほとんど進行せず良好な耐食性を有している。

これに比べて、従来の金属多孔体のみのものは、温度の
上昇にしたがって腐食による重量変化が激しくなシ、目
視観察においては、表面に黄緑色の腐食生成物の付着が
見られた。

第３図は管内法（、ＴＩＳム１４０５　）によって同一
条件で測定した垂直入射吸音率を示したものである。曲
線ｃＦｉこの発明の吸音材、曲線ｄは金属多孔体のみの
吸音材の特性である。第３図から、この発明の吸音材で
は、金属多孔体のみからなるものに比べて、吸音率をか
なシ高くすることができる。これは、金属多孔体表面か
ら組成例１．の組成物を塗布硬化させたことによって第
１図のように構成した本のも本質的には多孔質であるた
め、その内部を空気が流通することができることによる
。

すなわち、組成例１．０塗布硬化物自身も吸音体の一部
を成してお）、塗布の仕方によって吸音率も調整しうる
ものである。

つぎに、上記２種の吸音材を筒状に成形して第４図の断
面図のような排気消音装置（アμミナイズド鋼材製）に
組み込んだ。これは、いわゆる吸収型排気消音装置であ
シ、音波エネルギーを吸音材によシ吸収して消音する作
用を成す。第４図において、初は箪体、−は排気ガス入
口管、−は排気ガス通路、■は排気ガス出口管、■は吸
音材である。この排気消音装置を市販の国産乗用車（排
気量２，６００ＣＣ）に組み込み、約１万ムの実走行を
行った後にＪＩＳ　Ｄ　１６１６によって消音性能を測
定し、それぞれ実走行前の初期値と比較した特性図を第
５図に示す。曲線ｅｌおよびｅｌはこの発明の吸音材を
用いた場合のそれぞれ初期ならびに実走行後の特性であ
り、曲線ｆ１およびｆｌは従来の金属多孔体のみの吸音
材を用いた場合のそれぞれ初期ならびに実走行後の特性
である。第５図かられかるように、この発明の吸音材を
用いたものは初期消音性能が良好であることはもちろん
、実走行１万ム後も、はとんど初期性能が低下していな
いのに対し、金属多孔体のみの吸音材を用いたものは実
走行１万−後にはすべての測定周波数帯において消音性
能が著しく低下してしまった。また、消音性能測定後に
、両者の吸音材を取シ出して目視観察を行ったところ、
この発明の吸音材は、初期と同様にほとんど清浄であっ
たが、金属多孔体のみのものは、表面全体に黒色のター
ル状およびスス状の燃焼残渣ならびに黄緑色の腐食生成
物が多量に付着して激しい目詰まりを起こしていた。

〔実施例２〕 金属多孔体吸音基材として、日本ダイアクレバイト−製
粉末焼結金属（商品名力μム、Ａｌ製、厚さ５ｓｍ）を
用い、この表面（片面）に、下記組成例２．および３．
の混合物をそれぞれ実施例１．の場合と同様に混練後、
へケｉ！りにて上記焼結金属上に塗布焼成して硬化させ
、この発明の吸音材とした。

（組成例２） 低温酸化触媒剤：酸化鉄　　　　　　　　　　　−リｍ
：酸化クロム　　　　　　　　８１１１％固体酸触媒剤
：シリカジμコニア　　　　　　　８ｔｉ％シリカマグ
ネシア　　　　　　１２躯 還　元　剤：硫酸第１鉄　　　　　　　１１ｆｉ％硫酸
第１スズ　　　　　　９１１％ ｍ　　　合　　ＩＡ”　アルミニウムホスフェート　　
　　２０重量％添加　　　剤：アルミナ、ベントナイト
、水　　　１５重量％低表面二ネμギ物質：ふつ化黒鉛
　　　　　　　　６重量％（組成例３．） 低温酸化確剤二二酸化マンガン　　　　　　２３重す固
体酸触媒剤：ゼオライト　　　　　　　　１１重藪アμ
カ　リ剤ニア〃ミン酸ナトリウム　　　　　　　１０重
置％炭酸ナトリウム　　　　　　　　９劃す結合　　剤
：けい酸ナトリウム　　　　　　２０ＭＢアルミナセメ
ント　　　　　　　５ｆｔ％添　加　剤二酸化力ｙシウ
ム、水　　　　　１５ｆｉ％低表面エネμギ物質：ふつ
化黒鉛　　　　　　　　７重量％この吸音材および上記
と同一の金属多孔体で、組成例Ｚならびにλの組成物を
全く塗布しないものについても、実施例１．の場合と全
く同様に諸性能を調べた。その結果、組成例２およびλ
の組成物を塗布硬化したこの発明の吸音材は、いずれも
耐食性、吸音率、ならびに目詰まり防止による消音性能
の経時変化のいずれの場合においても実施例りの第２図
、第３図および第５図の場合とほぼ同等に良好な特性を
有することが判明した。つまシ、この発明では、低温酸
化触媒と固体酸触媒とふつ化黒鉛とを含有させ、さらに
還元剤とアルカリ剤のうちどちらか一方ｔたは両方を含
有させて用いればよいことがわかる。

このことは、前記３つの組成例拭外にも数多くの薬剤を
用いて行った試験結果から明らかとなったことである。

ここで、この発明で用いている低温酸化触媒、固体酸触
媒、ぶつ化黒鉛、還元剤、アルカリ剤それぞれがもつ作
用について考えてみる。まず、この発明の吸音材中に分
散されている低温酸化触媒粒子は、排気ガスの温度によ
つ−Ｃ占性化され、主起燃焼残渣を、実際にそれが燃え
去ってしまう温度よシも低い排気ガス温度において、自
動的に酸化分解（表面燃焼）させて浄化除去してしまう
作用を成す。この場合に、上記ぶつ化黒鉛のもつスス付
着抑止機能とススに対する付着分散機能が十分に発揮さ
れることになる。また固体酸触媒および還元剤またはア
ルカリ剤は、それぞれ、タール形成成分が吸音材表面で
重合によシ高分子化してターμとして析出する反応を阻
止し、しかもタール形成成分がかシに高分子量化しても
、これを分解して低分子量化させて、燃焼を九は気化し
申すくさせる。つｔｂ一旦ターμとして析出してしまう
と、低温酸化触媒のみの活性力では、これを浄化除去す
るのにやや長い時間を要したシ、浄化しにくいこともあ
るが、タール化阻止またはタール分の分解がなされてい
ると、タール形成成分があまシ高分子量（高沸点）化し
ないため、低温酸化触媒が浄化しやすくなると考察され
る。固体酸触媒における低分子化分解作用は、石油精製
工業において、高沸点（高温気化物質）の重質油を接触
分解して低沸点（低温気化物質）の軽質油に変えるいわ
ゆるククッキングとしてよく知られているものである。

還元剤のターｙ化阻止作用は、ターμ形成の反応が主と
して熱による酸化重合であるため、これを還元作用によ
シ防止するとともに、タール化の過程で生成される酸化
性物質を還元することによってターｌｖ（高分子）化が
それ以上進行するのを防止することによる。また、アル
カリ剤の同作用は、タール形成成分が熱による酸化重合
によって徐々に高分子化する場合、途中過程で生成され
る酸性物質やエステ／Ｌ／Ｊ［に対して、中和や加水分
解（ケン化）作用を成し、これにより、さらに高分子（
ター／Ｉ／）化するのを防ぐことに基づくものと思われ
る。また、アルカリ剤は、同時に上記酸性物質によって
金属多孔体吸音基材が腐食されるのを防止する作用も成
す。

ところで、発明者らは、すでに低温酸化触媒を含有する
結合剤を塗着硬化させた吸音材を提案している。この発
明の吸音材は前提案のものよシも混入薬剤の種類を多く
用いる点は否めないが、特性としてはさらに良好なもの
である。この理由は、この発明の吸音材が低温酸化分解
ならびに低分子化分解を起こさせる触媒剤と、スス付着
抑止機能をもったふつ化黒鉛と、化学（重合）反応阻止
剤としての還元剤もしくはアルカリ剤との組み合わせに
よって生じた良好な目詰ｔ）防止作用および高耐食性を
主として利用している。

上記ふつ化黒鉛と他の成分とは、５〜９５重量−におい
て、それぞれの機能を有効に発揮できるものであるが、
好適には双方とも５０重量％である。

ところで、この発明で使用する低温酸化触媒剤としては
、組成例１〜３に記したもののほかにＣ００、Ｃｏ５ｔ
ｓ、ムｇｏｏ、ＺｎＯ，ＰｂＯなどの金属酸化物やＮｉ
Ｃｒ、　ｏ、、ＭｎＣｒ、Ｏ，、Ｃ１１Ｃｆ、０４、Ｍ
ｎＦｅ、０４などの複合金属酸化物およびＰｔ、　Ｐｄ
５Ｒ１１１Ｒｕ１ムＵ　などの貴金属のそれぞれ粉末や
微粒子のように酸化触媒活性を有し、耐熱性のあるもの
を用いることができ、もちろん、これらのものを２種以
上混合して用いてもよい。

この発明で使用する固体酸触媒剤としては、組成例１〜
３に起したもののほかに、活性アルミナ、Ｖリカアルミ
ナ、五酸化バナジウム、アルミナボリア、ぶつ石、合成
ゼオフィト、活性白土、等などがある。

ｉ九、還元剤としては、金属粉、スズ塩、ｔｉｇ１鉄塩
、亜硫酸塩、シュウ酸塩などの一般に還元作用を有する
ものが挙げられ、アルカリ剤としては、アルカリ金属け
い酸塩、水酸化物、アルカリ金属酸化物、塩基性酸化物
などの一般に塩基性を有するものが挙けられる。

また、この発明で基材として使用する金属多孔体として
は、実施例のような発泡金属や焼結金属の＃１かに、金
属繊維、無機繊維もン化金属などの市販汎用材料金使用
することができる。

この発明で使用する耐熱性ｅ結合剤としては、はうろう
（ガラス質フリット類′　、アルカリ金属けい酸塩、コ
ロイダ）ｖＶリカ、１１イダルアルミナ、金属のシん酸
塩、セメント拗　シリコ・−ン樹脂（フェス）などおよ
びこれ（Ｃ合物ｔどが挙けられる。

而して、この発明で用いる　つ化黒鉛とは、各炭素原子
に一個ずつふっ素原子カー共有結合によ）強固に結合し
たもので化学的に非常に安定した白色〜灰色の微粉末で
あって、工業的には無水ぶつ酸の電解によシ発生したふ
っ素を直接炭素と反応させて製造されている。その性質
り、低表面エネルギー性を有し、摩擦係数が小さいため
、固体潤滑剤として実用化されているものである。本発
明でこのふつ化黒鉛を多孔性材料表面に分散付着させる
手法としては、実施例に起したように、樹脂バインダー
もしくは無機質バインダー中に分散させたものを塗布焼
成する方法が最適であるが、多孔性材料としてこの発明
のように金属を用いるものには、耐熱性を有する九とえ
ばＮｉ＋ｃｒなどとともにメッキ液中に分散させ九ふつ
化黒鉛を金属多孔体表面に共析メッキする方法龜有効で
あった。

よだ、ふり化黒鉛を樹脂バインダー中に分散させたもの
として、市販されているスプレ一式のものおよびフェス
状のものを用いても有効であった。

この発明の吸音材は、内燃機関の排気消音装置に用いる
ことが前提であるが、使用の仕方によっては、燃焼器等
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。

以上説明したように、低温酸化触媒と固体酸触媒とふつ
化黒鉛とを含有し、しかも還元剤とアルカリ剤のうち少
なくとも一方をも含有する耐熱性結合剤が、金属多孔体
基材に塗着硬化されているこの発明の吸音材であれば、
良好な吸音性能を有し、耐高温酸化性および耐食性に優
れ、かつ内燃機関用排気消音装置の吸音材として使用し
た場合、ターμやメスの付着を有効に防止できるととも
に、目詰まシによって起こる消音性能の劣化を防止して
初期の良好な消音性能を持続させることができる。した
がって、高性能かつ長寿命であるため、自動車をはじめ
とする内燃機関用の排気消音装置に広く使用できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図社金属多孔体およびこの発明の吸音材の構成を示
す拡大図、第２図、第３図および第５図はこの発明の吸
音材の性能を示す特性図、第４図はこの発明の応用例で
おる。 図中、同一符号は同一または相当部位を示し、（１）は
金属多孔体の粒子、（２）は低温酸化触媒粒子、（３）
は固体酸触媒粒子、（４）は還元剤粒子、（６）は結合
剤、（６）は多孔質被覆、（７）はふつ化黒鉛粒子であ
る。 代理人　葛野信−（外１名） 第１図 第２図 第３図 圓琥歇（ｋＨｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低温酸化触感と固体酸触媒とふり化黒鉛とを含有し、し
   かも還元剤と７μカリ剤のうち少なくとも一方をも含有
   する耐熱性結合剤が、金属多孔体基材に塗着硬化されて
   いることを特徴とする吸音材０