JP2001317352A

JP2001317352A - 排気用消音器

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Publication number: JP2001317352A
Application number: JP2000136686A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shiotani; 嘉宏塩谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車のマフラー等の消音器のケースや隔壁に
真空体を用いることにより、従来の消音器の性能に加え
て、低音域の音を吸収して騒音を小さくする。【構成】ケース材１を隙間を設けて２枚合わせとし、外
側ケース材２と内側ケース材３において、中央部は該内
側ケース材３を該外側ケース材２と略平行面に、周囲１
４は該外側ケース材２と密着するように成形し、該密着
部を気密接合して内部を真空にした排気用消音器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車や移動用発電機など
の内燃機関や圧縮空気を利用した産業用機械の排気用消
音器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

【０００３】車の排気用消音器であるマフラーを例にす
ると、外側ケース材は金属板１枚を成形加工したもので
あるため、材料による音の減衰は音の質量法則に基づく
性能しかなく小さい。そのため膨張、共鳴、干渉、吸収
となる方法を組み合わせて中音域から高音域については
性能の良い消音器となっている。

【０００４】しかし、大排気量車である大型トラックな
どの排気音は低音域のエネルギーが大きくまた波長が長
いため、消音器だけでは性能が不足して十分な消音がで
きず、道路騒音となって環境公害の大きな原因になって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、排気用消音器に低音域の音を吸収する性能がない
点にある。

【課題を解決するための手段】本発明は消音器のケース
又は側壁や隔壁に真空体を用いることにより、真空層へ
放散される音エネルギーを吸収して低音域を含めた排気
音を消音するためのものである。

【０００６】

【実施例】「請求項１」「請求項２」図１は消音器の内部を示す斜視図、図２（ａ）は側壁の
断面図、図２（ｂ）は隔壁の断面図、図２（ｃ）はケー
スを筒状とした斜視図である。構成は上下のケースと側
壁と隔壁とパイプからなっており、各部材は密着して接
合される。

【０００７】ケース１は外側のケース材２と内側のケー
ス材３からなり、内側のケース材３は外側のケース材２
と隙間を設けて平行な面となるように、周囲１４は外ケ
ース材と密着するようにプレス成形し、気密接合して隙
間部分を真空にしている。

【０００８】側壁４は排気管と接続するパイプ５が貫通
する孔６があり、外側気密材２の端部に内接して取り付
けられる大きさで、隙間を設けた２枚の気密材材８，９
からなり、周囲１４ａとパイプ貫通孔６の周囲１４ｂを
気密接合し隙間７を真空にしている。外側の気密材８は
平面、内側の気密材９はパイプ貫通部６および周囲が外
側の気密材と密着するようにプレス成形されている。

【０００９】隔壁１０はケース１の内側ケース材３に内
設する大きさで、パイプ貫通孔が３個ある。図２（ｂ）
のように周囲１４ｃとパイプ貫通部１１は、左右の気密
材１２が密着して気密接合されており、中央部分１３は
隙間となるように成形して真空となっている。隔壁１０
の位置は吸収する波長と密接に関係するため、最も効率
良く消音する位置に固定する。

【００１０】パイプは各膨張室間を連結するために３本
あり、パイプ５は流入口から膨張室１９に、パイプ１５
は膨張室１９から膨張室１７に、パイプ１６は膨張室１
７から排出口２０に開放されており、膨張室１７ではパ
イプ１５に、膨張室１８では3本のパイプ全てに干渉に
よる消音のための孔２１が設けられている。矢印２２，
２３は排気ガスの流れを示す。

【００１１】図２（ｃ）は上下のケースを分割せず一体
にして筒状にしたケース２５で、内側のケース材２６と
外側のケース材２７の端部２９が密着し、中央部に真空
層２８ができるように成形して気密接合する。組み立て
は隔壁とパイプを予め接合しておき、挿入した後側壁を
取り付けて一体化する。

【００１２】「請求項３」図３は消音器の大きさが大き
くなりケース３０が大気圧により変形するのを防止する
ための方法である。外側のケース材３１には長さ方向に
真空層側に凸形状となったリブ３３を、内側のケース材
３２には湾曲に沿って真空層側に凸形状となったリブ３
４を設け、組み合わせたときにリブ３３，３４が交差
し、真空層の隙間間隔と同じとなる高さにプレス成形さ
れている。凸形状の断面は半円形や山型など、交差部の
接触が点状となる形状とする。尚、リブの方向は内外ケ
ース材で逆にしたり、斜め方向に設けて点状接触として
もよい。

【００１３】「請求項４」図４は請求項２と同様に、ケ
ース３５が大気圧により変形するのを防止するために、
内外ケース材３６，３７のリブ３８，３９間に間隔保持
材として引張材４０を挟持して真空層を保持する方法で
ある。内外ケース材３６、３７のリブ３８、３９を同方
向にして、内側のケース材３７のリブが外側のケース材
３６のリブ３８の中間になる位置に成形してある。引張
材４０は金属の薄板、カーボンファイバーなど耐熱性と
強度のある材料を帯状としたものやワイヤを使用し、両
端部４１を外側のケース材３６に接合している。

【００１４】また、図示はしていないが、内外ケース材
のいずれかをリブ付きとし、このリブに交差するように
ワイヤや断面山形の平板の成形材を、内外ケース材が大
気圧により変形しない間隔に配してもよい。接合方法
は、溶接や接着のほか、カーボンファイバーの場合は外
側のカバー材に取付けた金属の別部材による圧着挟持に
よる。

【００１５】図５は内外ケース材にリブを設けず、真空
層を保持する場合に用いる間隔保持材である。挿入する
場所は全面とする必要はなく、大気圧荷重により変形し
やすい中央部に用いる。間隔保持材には図５（ａ）のエ
キスパンドメタル、図５（ｃ）のワイヤメッシュ、図５
（ｄ）の舌状片を成形した平板などを用い、ケースに合
わせて湾曲させる。挿入する場所は全面とする必要はな
く、大気圧荷重により変形しやすい中央部に用いる。

【００１６】図５（ａ）はエキスパンドメタル４３の斜
視図、図５（ｂ）は同材の拡大斜視図である。平板に横
方向のストランドとなる部分に凹凸のある刻み４５を設
けて引き伸ばしたもので、一つのメッシュ４４は六角形
になっている。

【００１７】メッシュの大きさは、大気圧などの荷重に
よるケース材の撓みが、凹凸のあるストランド間で許容
できる範囲である。ストランドの上側の凸部４６と、下
側の凸部４７は表裏面のケース材とそれぞれ点状に接
し、斜めのストランド４８はケース材と接触しない。
尚、メッシュ形状を四角形にした場合は、たて横方向ス
トランドとも凹凸が形成される。

【００１８】図５（ｃ）はワイヤメッシュ４９の斜視図
で、ワイヤ５０を交差させて点状接触となった交点を接
合したものである。

【００１９】図５（ｄ）は基板５３をコ型に切り抜き、
ケース材と接する先端部間が真空層の厚みとなるように
水平部分を残して交互に表裏方向に曲折させて舌状片５
２とした間隔保持材５１である。基板５３との延設部の
一部に、断面半円形のリブ５４をプレス成型している。

【００２０】真空体に用いるケース材や気密材は、長期
間にわたって真空時のガスの透過及び発生がないこと、
凸形状間や間隔保持材間で設定以上の撓みを生じないこ
とが必要で、鉄・ステンレス・制振合金などの金属を用
いる。

【００２１】真空体の密封方法について。ケース材間や
気密材間の接合はろう付け、溶接等により気密接合す
る。

【００２２】真空度は１０^-2パスカル以下の真空域とす
る。真空引きについては、ケース材に孔を設けて封止が
容易に出来る部品を取り付けて行う。尚、大型真空炉内
で気密接合する場合は、封止用部品は不要である。

【００２３】「効果」従来の消音器のケース材から放散
する音は、消音器の構成による消音効果は大きいが、低
い周波数の音に対しては、エネルギーが大きく波長が長
いため吸収しきれず、又ケース材も音の質量法則に沿っ
た遮音性能に基づくため効果が小さい。

【００２４】これに対し、ケースや側壁に真空層を設け
ると、消音器の構成による消音効果に加えて、真空層は
厚みや周波数に関係なく音を伝達しないため、低音域に
著しい効果のあるより静かな排気音となる消音器とする
ことが可能になる。

【００２５】真空体の音エネルギーの変化について、排
気音は内側のケース材を振動させた後、真空層への振動
エネルギーの放散と、内側のケース材の接触部材への伝
達に分かれる。真空部分は、伝達物質である空気がなく
音エネルギーは伝達されないため、真空層を保持する材
料を伝達する振動の伝達量が遮音性能を左右する。一
方、吸音は入射音から反射音を差し引いた分であるた
め、真空体ではケース材の振動によるエネルギー減衰、
真空層へのエネルギーの放出、間隔保持材への振動伝達
分が吸音性能となる。

【００２６】具体的には、消音器のケース材は縁端部が
接合しており、この部分から内側のケース材から外側の
ケース材に音エネルギーは伝達するが、内側のケース材
から真空中へ放散するエネルギーは全く伝達されず吸収
される。また、側壁及び隔壁は、音エネルギーの真空層
へ放散分が吸収され、側壁では音としての放散、隔壁で
はケース材への振動伝達量の減少となる。

【００２７】外ケース材を上下に分けずに筒状としたケ
ースは、真空体の形状保持のため消音器の大きさに限度
があるが、外側ケース材へのエネルギー伝達は両端部か
らのみとなるため、より高い消音効果のある消音器とな
る。

【００２８】「請求項２」について、ケースの周囲から
のエネルギー伝達及び真空部の音の吸収については前述
と同じである。リブの接触部の音の伝達について、同一
部材の断面に急激な変化がある場合の振動伝達は、断面
積比の大きさに比例して振動が減衰することは下記の数
式が示すように既に知られている。

【００２９】「数式１」Ｌ＝１０ＬＯＧ（α^-0.5＋α^0.5）²−６Ｌ：減衰量（縦波） α：断面積の変化率

【００３０】この数式は後述のワイヤの交差部の減衰に
ついても同様であり、例えば、ワイヤの直径を５ｍｍと
し、点状接触面積を０．０１ｍｍ²とすると、１９６３
分の1の面積比率となり、接触点一箇所当りでは約４３
デシベルの減衰が得られる。

【００３１】本請求項のリブは大気圧に押圧された異部
材の接触であるため、上記数式と同等以上に大きく減衰
して振動は伝達するため、この部分からの音の伝達は小
さい。

【００３２】「請求項３」について、ケースの周囲から
のエネルギー伝達及び真空部の音の吸収については前述
と同じである。図４の実施例は真空層を保持するため
に、帯状の引張材を使用し、表裏にケース材の凸形状が
交互に接するように配置してある。

【００３３】凸形状からの振動は、振動しやすい引張材
に伝わることにより大きく減衰し、外側ケースの凸形状
へ伝達した後、さらにケース材が振動してエネルギーを
吸収し、残りを音として放散するため、高性能な消音器
となる。又、カーボンやグラスファイバーのように柔ら
かい材料の方が大きな振動減衰を得られる。

【００３４】図５のエキスパンドメタル、ワイヤメッシ
ュ、舌状片は、ケース材と間隔保持材又は間隔保持材間
のいずれかの位置に点状や線状接触となるカ所を設ける
ことにより、振動伝達量が著しく小さくなることを利用
するもので、伝達を減衰させ消音性能を向上させてい
る。

【００３５】以上が真空体による効果であるが、エンジ
ンからの排気管による膨張室の排ガスの循環は、二輪車
用など長さがあり径が小さい消音器では膨張室１７で排
気ガスを膨張させ、膨張室１７、膨張室１９、膨張室１
８、排気の順となるように循環パイプを設けるなど、物
理的条件に合わせて循環パイプを配置する。

【図面の簡単な説明】

【図１】消音器の内部斜視図

【図２】側壁と隔壁の断面図、及び筒状ケース材の一部
断面斜視図。

【図３】リブを成形したケース。

【図４】引張材を用いたケース。

【図５】間隔保持材の斜視図。

【符号の説明】

１：ケース２：外側のケース材
３：内側のケース材４：側壁５：パイプ
６：貫通孔７：隙間８：外側の気密材
９：内側の気密材１０：隔壁１１：貫通部
１２：気密材１３：中央部分１５：パイプ
１６：パイプ１７：膨張室１８：膨張室
１９：膨張室２０：排出口２１：孔
２２：排ガスの流れ２３：排ガスの流れ２５：ケース
２６：内側のケース材２７：外側のケース材２８：真空部
３０：ケース３１：外側のケース材３２：内側のケース材
３３：リブ３４：リブ３５：ケース
３６：外側のケース３７：内側のケース材３８：リブ
３９：リブ４０：引張材４１：端部４３：エキスパンドメタル
４４：メッシュ４５：凹凸の刻み４６：上側の凸部
４７：下側の凸部４８：ストランド４９：ワイヤメッシュ
５０：ワイヤ５２：舌状片５３：基板
５４：リブ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１月１２日（２００１．１．１
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】排気用消音器

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【従来の技術】

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は消音器の胴部の
ケース又は側壁や隔壁を二重にして隙間を設け、周囲が
密着する形状に成形して気密接合し、内部を真空にして
真空体とし、側壁および隔壁を貫通する吸気管と排気管
を設けることにより排気音がケース及び側壁、隔壁の排
ガスに接する材を振動させ、真空層へ放散される音エネ
ルギーを吸収して低音域を含めた排気音を消音して高い
防音性能を得るものである。

【０００６】

【実施例】図１は消音器の内部を示す斜視図、図２
（ａ）は側壁の断面図、図２（ｂ）は隔壁の断面図、図
２（ｃ）はケースを筒状とした斜視図である。構成は上
下のケースと側壁と隔壁とパイプからなっており、各部
材は密着して接合される。

【０００８】側壁４は排気管と接続するパイプ５が貫通
する孔６があり、外側気密材２の端部に内接して取り付
けられる大きさで、隙間を設けた２枚の気密材８，９か
らなり、周囲１４ａとパイプ貫通孔６の周囲１４ｂを気
密接合し隙間７を真空にしている。外側の気密材８は平
面、内側の気密材９はパイプ貫通部６および周囲が外側
の気密材と密着するようにプレス成形されている。

【００１２】図３は本発明の別の態様に関するもので、
消音器の大きさが大きくなりケース３０が大気圧により
変形するのを防止するための方法である。外側のケース
材３１には長さ方向に真空層側に凸形状となったリブ３
３を、内側のケース材３２には湾曲に沿って真空層側に
凸形状となったリブ３４を設け、組み合わせたときにリ
ブ３３，３４が交差し、真空層の隙間間隔と同じとなる
高さにプレス成形されている。凸形状の断面は半円形や
山型など、交差部の接触が点状となる形状とする。尚、
リブの方向は内外ケース材で逆にしたり、斜め方向に設
けて点状接触としてもよい。

【００１３】図４は本発明の別の態様に関するもので、
請求項２と同様に、ケース３５が大気圧により変形する
のを防止するために、内外ケース材３６，３７のリブ３
８，３９間に間隔保持材として引張材４０を挟持して真
空層を保持する方法である。内外ケース材３６、３７の
リブ３８、３９を同方向にして、内側のケース材３７の
リブが外側のケース材３６のリブ３８の中間になる位置
に成形してある。引張材４０は金属の薄板、カーボンフ
ァイバーなど耐熱性と強度のある材料を帯状としたもの
やワイヤを使用し、両端部４１を外側のケース材３６に
接合している。

【００２３】

【発明の効果】従来の消音器のケース材から放散する音
は、消音器の構成による消音効果は大きいが、低い周波
数の音に対しては、エネルギーが大きく波長が長いため
吸収しきれず、又ケース材も音の質量法則に沿った遮音
性能に基づくため効果が小さい。