JP2007016764A - 消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属繊維層が巻回されたインナパイプを有する消音器であっても、外筒内へ均一な密度で連続繊維を充填する。
【解決手段】円滑表面を有する筒状体をインナパイプに外装した状態で連続繊維を外筒内へ充填するとともに、下面の多孔群から空気を排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法に係る。

従来、内燃機関や燃焼装置等の排気管の途中に設けられる消音器においては、内部にガラス繊維の錯綜体であるグラスウールを充填し、その中に多数の通気孔を有するインナパイプを貫通配置した吸音型が多用される。そして、インナパイプ内を流通する排気ガスの温度がガラス繊維の耐熱性に悪影響を及ぼすことを避けるため、境界層として金属繊維層を配することが一般的に行なわれている。例えば、特開平５−１８７２１８号公報に記載の消音器は、インナパイプの通気孔群（パンチング穴）の周囲に亘ってステンレスウール層を巻設し、その外側空間にグラスウールを充填している。また、特開平８−２１２２８号公報に記載の消音器においては、更にグラスウールの耐飛散性を向上させるため、金属繊維を芯材とともにトウ状にし、それを螺旋状にしてインナパイプに巻設している。

一方、最近では、吸音材たるグラスウールの充填作業を容易にするとともに長繊維化による耐飛散性向上を企図し、消音器内へ繊維材料たるガラス長繊維を直接吹き込み、消音器内でグラスウールを形成する工法、所謂直接充填法が採用されている。例えば、特公平４−５６３１９号公報記載の直接充填法においては、ガラス多繊維の連続ストランドと圧縮空気をノズル内へ導入し、ノズル内で連続単繊維に解繊するとともに消音機内へ吹き込む充填方法が開示されている。また、吹き込み時には反対側のインナパイプ端から空気を排出し、ガラス長繊維をインナパイプへ積極吸引する方充填法も開示されている。

特開平５−１８７２１８号公報 特開平８−２１２２８号公報 特公平４−５６３１９号公報

しかしながら、特許文献３に記載の直接充填法を、特許文献１及び特許文献２に記載の金属錯綜体層を有する消音器への充填に適用すると、均一な充填ができないという問題が生じる。すなわち、消音器内の空気は金属繊維層からインナパイプ通気孔を経て積極的に排出されるのであるが、この流れによってガラス長繊維が金属錯綜体の外面に引き寄せられ、粗い表面に引っ掛かってしまい、吹き込まれたガラス長繊維が滞るからである。

上記課題を解決するため、本発明は請求項１記載のように、多孔群が穿設された底面を内装した外筒を略鉛直に設置する工程と、少なくとも多孔群の外周に金属繊維が巻回されたインナパイプを外筒内に設置する工程と、インナパイプに円滑表面を有する筒状体を外装し、外筒内に充填空間を形成する工程と、解繊された繊維材料を充填空間内へ上方から射出しつつ底面の多孔から空気を排出する充填工程とを含むことを特徴とするものである。

さらに、請求項２記載のように、充填工程の終了後に筒状体を除去する工程を更に含めてもよい。

そして、請求項３記載のように、内筒の底面は外筒内に固設された隔壁であってもよいし、請求項４記載のように、底面は外筒下部に嵌装された治具であってもよい。

また、請求項５記載のように、筒状体は気密な剛体パイプであってもよいし、更に請求項６記載のように、剛体パイプは軸方向に沿って放射状に分割可能であってもよい。

あるいは、請求項７記載のように、筒状体は気密な柔軟体であってもよいし、請求項８記載のように、前記筒状体は金属繊維の外周面に巻回された長繊維体であってもよい。

そして、請求項９記載のように、射出は充填空間上部に配された複数の射出手段によってもよい。

また、請求項１０記載のように、多孔群が穿設された底面を有する外筒を略鉛直に設置する工程と、外筒内に円滑表面を有する筒状体を設置し充填空間を形成する工程と、解繊された繊維材料を充填空間内へ上方から射出しつつ底面の多孔から空気を排出する充填工程と、充填後に、少なくとも多孔部の外周に金属繊維が巻回されたインナパイプを筒状体へ挿入する工程とを含めてもよい。

請求項１記載の発明によれば、直接充填法により消音機内へ吹き込まれたグラスウールが筒状体の円滑表面により底面方向へガイドされるので、一部に滞ることなく均一な充填を実現できる。

請求項２記載の発明によれば、充填終了後に筒状体を除去する際にも、円滑表面のためスムーズに引き抜き除去ができ、充填したグラスウール及び金属繊維層を破損や変形させることがない。

請求項３記載の発明によれば、消音器が本来有する多孔隔壁を底部として利用できるので、効率的である。

請求項４記載の発明によれば、多孔隔壁を本来的に有しない消音器であっても、同等の充填が可能となる。

請求項５記載の発明によれば、充填終了後に筒状体を除去する際にも、円滑表面によりスムーズに引き抜き除去が可能で、充填したグラスウール及び金属繊維層を損うことがない。

請求項６記載の発明によれば、筒状体が軸方向に沿って放射状に分割するので、分割（拡径）した状態で消音機内へ容易に挿入するとともに縮径により金属層に密着させればよいので、筒状体のセットが容易かつ迅速となる。

請求項７記載の発明によれば、筒状体が気密な柔軟体であるので、金属層の外表面に密着させてグラスウールを充填できる。

請求項８記載の発明によれば、筒状体自身が吸音層を構成し消音に寄与するので、除去する必要が無い。

請求項９記載の発明によれば、充填空間の断面が異形や扁平であっても、複数の噴出手段によって、均一な充填が可能となる。

請求項１０記載の発明によれば、充填後に、多孔群の外周に金属繊維を巻回したインナパイプを筒状体へ挿入することができるので、工程設定の自由度が増える。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図１１に示す実施例に基づいて説明する。図１乃至図５にて、第１の実施例を説明する。先ず図１に示す第１の工程の前の図示しない準備工程にて、消音器のケーシングとなる外筒１内に消音器の隔壁たるセパレータ４を挿入固定し、セパレータ４にインナパイプ２を貫通固定する。インナパイプ２には一定範囲に亘って多孔群２３が穿設されており、その外周には金属繊維から成るステンレスウール層３が一定厚さで巻設されている。そして第１の工程において、外筒１を図示しない保持装置にて略鉛直かつセパレータ４が下側に位置するように保持した後、下端にホルダー８を気密に外嵌するとともに、上端にはキャップ７を気密に外嵌する。このとき、ホルダー８中央の凸部９もインナパイプ下端へ気密に嵌合する。ホルダー８には複数本の吸引管１０が連通固定されており、吸引管１０の他端は図示しない吸引装置に連通固定されている。キャップ７及びホルダー８は、ゴムや樹脂等の弾性体であることが望ましい。なお、図示しない保持装置にてキャップ７やホルダー８を保持してもよく、保持形態及び保持順序は任意である。

そして、キャップ７中央の開口２５に上方から筒状体１１を気密に貫通させ、外筒１内に挿入しセパレータ４の上面に当接させる。図１における筒状体１１は、挿入途中の状態を示す。この時、筒状体１１の内面は、ステンレスウール層３外周と接するか若干ステンレスウール層３を圧縮する程度の内径とするのがよい。筒状体１１は、円滑な内外面と気密性を有する薄板剛体が望ましく、具体的には金属パイプ、樹脂パイプ、セラミックパイプ等である。

図２に示す第２の工程は、充填工程である。筒状体１１をセットした状態にて外筒１内面と筒状体１１外面によって充填空間１２が隔定されるので、筒状体１１内の空気が後述の空気排出へ漏洩することが防止される。そして、キャップ７の差込口２４に、上方から射出手段たるノズル装置１３を気密に貫通させ、その先端が充填空間１２上部に臨んだ状態で下向きに指向させる。

このようにセットした状態で、２つのノズル装置から連続長繊維１４を圧縮空気に乗せて充填空間１２へ噴き出すと同時に、吸引管１０にて充填空間１２内の空気を強制的に排出（吸引）開始する。連続長繊維１４は筒状体１１の円滑な外表面にガイドされてスムーズに下降し、底面であるセパレータ４上に堆積する。このとき、セパレータ４のほぼ全面に開口された多孔群５を介して充填空間１２内の空気が排出されるので、セパレータ４の全面に均一分散して堆積するように連続長繊維１４が誘導される。従って、円滑表面によるガイドと排出空気による誘導によって、連続長繊維１４はセパレータ４上に均一分散され、その状態で順次堆積していくため、均一な充填密度の堆積部１５を得られる。加えて、堆積後も上方から吹き込まれる圧縮空気が下面から排出されるので、常に堆積部１５内を上から下に空気が通過して、堆積部１５の密度はより高められる。

堆積部１５はＡ−Ａ断面図である図３に示される通りで、消音要求から求められる充填密度を確実に実現できる。図３における外筒１と筒状体１１間の小隙間あるいは接触は狭部１６として充填中の連続長繊維１４の移動の障害となるので、狭部が生じる場合にはその両側にノズル装置を配することが望ましい。繊維素材を解繊し連続長繊維を得てノズル装置から噴き出す方法及び装置は、前述の従来技術に代表される周知技術を適宜援用すればよい。また、２つのノズル装置を充填空間１２下方にセットして充填を開始し、堆積部１５の増大に応じて連続的に上方移動させてもよい。

以上のような充填工程を経て充填が完了する。完了後は連続長繊維１４の吹き出しを停止すると同時に空気排出（吸引）も停止する。次いで、外筒１からキャップ７及びホルダー８を取り外し、ノズル装置下にて連続長繊維１４を切断する。そして、図４に示すように筒状体１１を上方へ抜き取る（除去）。筒状体１１は内外に円滑表面を有するので、グラスウールの堆積部１５及びステンレスウール層３を変形や破損させることなく、スムーズに除去できる。筒状体１１を除去した後の空間は堆積部１５及びステンレスウール層３の膨張により直ちに消滅し、両者は面密着する。このように、消音器の主な構成品となる中間体１７を得る。なお、充填前に長繊維を所定長に切断しておいても構わない。

中間体１７は、図示しない周知の組付工程を経て、図５に示す消音器１８へと加工される、例えは、中間体１７の一端部（図の上方）にはスピニング工法等でネッキングを施し、テーパ部１９と直管部２０を一体的に得る。このとき、直管部２０とインナパイプ２間には緩衝部材２１が圧縮挟持され、熱応力緩和機構を構成する。一方、中間体１７の他端部には、端板たるアウタプレート２２が外嵌され溶接固定される。アウタプレート２２はインナパイプ２の一端を嵌装し、この部位も気密に溶接固定される。そして、アウタプレート２２とセパレータ４で隔定された空間は、共鳴室６を形成する。このようにして、均一な堆積部１５を有する消音器１８が得られる。なお、中間体１７を消音器に加工する工法及び構造は任意である。

図６及び図７にて、第２の実施例を説明する。第１の実施例における準備工程は省略し、外筒１を図示しない保持装置にて略鉛直に保持した後、その下端にホルダー３１を気密に外嵌するとともに、上端にはキャップ７を気密に外嵌する。ホルダー３１の上面３７には多孔群３２が略全面に穿設されており、ホルダー３１内のキャビティー３３と連通している。ギャビティ３３は連通路３４を介して図示しない吸引装置に連通されており、吸引装置の運転により、外筒１内の空気が排出可能になっている。そして、キャップ７に上方から筒状体１１を気密に貫通し、外筒１内に挿入して上面３７へ当接させる。更に、キャップ７に上方からノズル装置１３を気密に貫通させ、その先端が充填空間３５上部に臨んだ状態で下向きに指向させる。

このようにセットした状態で、２つのノズル装置１３から連続長繊維１４を圧縮空気に乗せて充填空間１２内へ噴き出すと同時に、多孔群３２およびキャビティ３３を介して充填空間３５内の空気を排出（吸引）開始する。そして、第１の実施例と同様、充填空間３５内に所望充填密度の堆積部３６を得て、充填工程を終了する。

次いで、外筒１からキャップ７及びノズル１３を取り外した後に、ステンレスウール層３を巻設したインナパイプ２を上方より筒状体１１へ内挿する。そして、第１の実施例と同様、筒状体１１を上方へ抜き取る（除去）。筒状体１１は内外に円滑表面を有するので、堆積部３６及びステンレスウール層３を変形や破損させることなくスムーズに除去できる。そして、外筒１からホルダー３１を取り外し中間体を得て、消音器の主構成品として供する。

図８にて、第３の実施例を説明する。第１の実施例における第２の工程において、筒状体１１をステンレスウール層３に外嵌したが、このとき、ステンレスウール層３を圧縮しながら外嵌（軸方向へ移動）すると、筒状体１１内面が円滑であるとはいえ、圧縮抵抗により外嵌速度を速められない場合がある。本実施例では、筒状体４０を軸方向に沿って放射状に分割し、２つのセグメントから構成されるようにした。これにより、外嵌時にはセグメント同士を離反させた状態（大径状態）にて当接位置まで下降させ、その後、セグメントを求心方向に移動して外嵌するようにしたので、作業速度を速められ効率的である。なお、分割するセグメント数は２つに限らずそれ以上でも構わないが、密着時に内外の気密を維持できることが肝要である。また、筒状体４０が貫通した状態で径の拡縮に追従できるよう、キャップ７の貫通部分は柔軟な弾性体であることが望ましい。

図９にて、第４の実施例を説明する。本実施例は、第１の実施例における筒状体１の代わりに、インナパイプ５２の外周に長繊維の巻回層５１を設けたものである。巻回層５１は、インナパイプ２のステンレスウール層３の外周に、ガラス長繊維や金属長繊維が多重巻回され一定密度の層を形成したものである。巻回方法は一本の繊維にテンションを掛けつつ巻き取る一般的な方法で構わないが、例えば特開平７−１９０２１に開示されたようにスチール繊維帯状体を螺旋状に巻き付ける方法でもよいし、本発明において充填に使用するガラス長繊維を解繊したものを巻き付けても構わない。さらに、複数本の繊維を束ねてトウ状にして、これを巻回してもよい。これらによる巻回層５１は、短繊維の錯綜体であるステンレスウール層と違って外表面が円滑であり、充填時に連続長繊維１４が引っ掛かることがない。従って、図９に示す充填工程において、外側に別体の筒状体を配さなくとも巻回層５１自身が筒状体として案内機能を奏し、均一密度の堆積部５３を得ることができる。このため、外側に剛体の筒状体を配する実施例に比べて、充填時の工程を簡素化できる。

図１０及び図１１にて、第５の実施例を説明する。本実施例は、第１の実施例における剛体の筒状体１１の代わりに、柔軟筒状体６１を使用するものである。図１０において、柔軟素材６０を拡げた一端上にインナパイプ２及びステンレスウール層３を置き、回転させつつステンレスウール層３の外周面に柔軟素材６０を巻回固定して、略筒状の柔軟筒状体６１が密着したインナパイプ６２を得る。柔軟素材６０は、薄くて引っ張り強度と気密性に優れる樹脂シート等が好ましく、少なくとも外面は円滑であることが必要である。

そして、柔軟筒状体６１を有するインナパイプ６２を第１の実施例と同様に外筒内にセットして、充填を施す。柔軟筒状体６１の外表面は円滑であるので、充填時に連続長繊維１４が引っ掛かることがない。このため、外側に剛体の筒状体を配する実施例に比べて、充填時の工程を簡素化できる。また、充填後には剛体の筒状体と同様、柔軟素材６０を上方に引き抜いても良いが、そのまま残置し、排気ガスの高熱によって焼失させてもよい。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に包含される。また、各実施例における各工程は、適宜自動化及び複合化してもよい。そして、適用対象は車両等の内燃機関用の消音器の製造方法に限定するものではなく、汎用エンジンや据置式燃焼装置等、あらゆる排気ガス発生装置の消音器の製造方法に適用可能である。

第１の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第１の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第１の実施例のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第１の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第２の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第２の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第３の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す要部斜視図である。 第４の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。 第５の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略斜視図である。 第５の実施例の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 外筒
２，５２，６２ インナパイプ
３ ステンレスウール
４ セパレータ
５，２３，３２ 多孔群
６ 共鳴室
７ キャップ
８，３１ ホルダー
９ 凸部
１０ 吸引管
１１，４０ 筒状体
１２，３５ 充填空間
１３ ノズル装置
１４ 連続長繊維
１５，３６ 堆積部
１６ 狭部
１７ 中間体
１８ 消音器
１９ テーパ部
２０ 直管部
２１ 緩衝部材
２２ アウタプレート
３２ 多孔群
３３ キャビティ
３４ 連通路
３７ 上面
５１ 巻回層
６０ 柔軟材
６１ 柔軟筒状体

Claims (10)

1. 多孔群が穿設された底面を内装した外筒を略鉛直に設置する工程と、少なくとも多孔群の外周に金属繊維が巻回されたインナパイプを前記外筒内に設置する工程と、該インナパイプに円滑表面を有する筒状体を外装し前記外筒内に充填空間を形成する工程と、解繊された繊維材料を前記充填空間内へ上方から射出しつつ前記底面の多孔群から空気を排出する充填工程とを含むことを特徴とする消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
2. 前記充填工程の終了後に前記筒状体を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
3. 前記内筒の底面は、前記外筒内に固設された隔壁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
4. 前記内筒の底面は、前記外筒下部に嵌装された治具であることを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
5. 前記筒状体は気密な剛体パイプであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
6. 前記剛体パイプは軸方向に沿って放射状に分割可能であることを特徴とする請求項５に記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
7. 前記筒状体は気密な柔軟体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
8. 前記筒状体は、前記金属繊維の外周面に巻回された長繊維体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
9. 前記射出は、前記充填空間上部に配された複数の射出手段によることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。
10. 多孔群が穿設された底面を有する外筒を略鉛直に設置する工程と、該外筒内に円滑表面を有する筒状体を設置し充填空間を形成する工程と、解繊された繊維材料を前記充填空間内へ上方から射出しつつ前記底面の多孔群から空気を排出する充填工程と、充填後に少なくとも多孔群の外周に金属繊維が巻回されたインナパイプを前記筒状体へ挿入する工程とを含むことを特徴とする消音器の外筒に繊維材料を充填するための方法。

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