JP2009209854A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】消音器の消音構造を一体に成型することで消音器の製造コストを低減できる消音器を提供する
【解決手段】筒状のケース（２１）と、前記ケース（２１）に内装され、ガスの消音を行う内部構造（５０）と、前記ケース（２１）にガスを導入する入口孔（３１ａ）と、前記ケース（２１）からガスを排出する出口孔（３２ａ）と、を備え、前記内部構造（５０）は、筒方向に略平行な仕切り構造（５２）によって前記ケース（２１）を二以上の室（５５）に分割すると共に、前記仕切り構造（５２）に設けられる連通孔（５４）によって、前記室（５５）の少なくとも二つを互いに連通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスの発生音を低減するための消音器に関し、より詳細には、製造コストを低減できる消音器及びその製造方法に関するものである。

従来、消音器は、その外形となるシェルとエンドプレートとで囲まれた部屋の内部に、隔壁、パイプ等を配置し、排気ガスの流路及び室を構成する。排気ガスの消音は、これらパイプの本数、長さ、パイプ径、隔壁の枚数、隔壁に設ける孔の形状等によりチューニングされる。なお。材料は一般的にステンレスが用いられる。

このような構造をもつ消音器として、筒状のシェル内に隔壁を設け複数の室を形成し、この室間をパイプで連通すると共に、一部の室に吸音部材を充填する消音器が知られている（特許文献１、参照。）。
特開２００６−２３３８６２号公報

前述のような消音器は、対象の車両や内燃機関等の特性に合わせた消音性能のチューニングが必要となる。チューニングは、消音器内のパイプ、隔壁、吸音部材等の消音構造を変更する必要がある。

そのため、消音器は、一つの対象車両（例えば搭載されるエンジンの排気量や車両構造）毎に、一つの構造が必要となる。これにより、異なる車両で同一の構成をもつ消音器を利用可能にする標準化を行うことが難しいという問題があった。そのため、コストが増加してしまうという問題がある。

また、消音器の構造的な問題として、内部のパイプを隔壁により固定しているので、脈動による加振の影響を受けやすい。また、シェルは板材から構成されるため、剛性が高くないので、隔壁の振動がシェルへ伝達されることにより放射音が発生しやすくなるという問題もある。

また、前述のように、消音器は耐久性や強度を考慮して、ステンレスによって構成されるのが一般的である。ステンレスは加工性が低いため、平板の素材から曲げ加工や溶接を行う必要があるため、製造工数が多くなり、コストが増加してしまうという問題がある。

本願発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、消音器の消音構造を一体に成型することで、消音器の基本構造を標準化することができると共に、消音器の製造コストを低減できる消音器を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、筒状のケースと、前記ケースに内装され、ガスの消音を行う内部構造と、前記ケースにガスを導入する入口孔と、前記ケースからガスを排出する出口孔と、を備え、前記内部構造は、筒方向に略平行な仕切り構造によって前記ケースを二以上の室に分割すると共に、前記仕切り構造に設けられる連通孔によって、前記室の少なくとも二つを互いに連通させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の消音器において、前記内部構造は、押し出し成型により、筒方向に略同一の形状で形成されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の消音器において、前記ケースは、その内周に仕切り部を備え、前記内部構造の筒方向の端部は、前記仕切り板に突き当たるように内装されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の消音器において、前記内部構造は、第１の内部構造と第２の内部構造とを含み、前記仕切り板は、第１の仕切り板と第２の仕切り板とを含み、前記第１内部構造の筒方向の端部は、前記第１の仕切り板に突き当たるように内装され、前記第２の内部構造の筒方向の端部は、前記第２の仕切り板に突き当たるように内装されることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１又は２に記載の消音器において、前記ケースと、前記内部構造とが、一体に形成されることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５に記載の消音器において、前記内部構造は、二以上のパイプ形状の構造を有する室を備え、前記入口孔が、前記一方のパイプ形状の室に連通し、前記出口孔が、前記他方のパイプ形状の室に連通することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５に記載の消音器において、前記入口孔及び前記出口孔の少なくとも一方が、前記ケースの側面に設けられることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一つの消音器において、前記ケースの筒方向の開口部を、前記ケースを塑性変形することによって閉塞する。

請求項１の発明によると、仕切り構造及び連通孔によってガスの流路及びガスの消音構造を構成することができるので、消音器の基本構造を標準化することができ、また、消音構造のチューニングを容易にすることができるので、消音器の製造コストを低減することができる。

請求項２の発明によると、内部構造を押し出し成型により一体に形成するので、消音器の製造コストを低減することができる。また、強度を高めることができるので、消音器を軽量することができ、消音効果を高めることができる。

請求項３の発明によると、内部構造をケース内の仕切り板に突き当てるように内装するので、仕切り構造を確実に固定することができ、消音器の強度を高めることができる。

請求項４の発明によると、複数の仕切り構造を内装することが容易となり、複雑な消音構造を容易に設計することが可能となる。

請求項５の発明によると、ケースと内部構造を一体に成型するので、消音器の製造コストを低減することができる。また、強度を高めることができるので、消音器を軽量することができ、消音効果を高めることができる。

請求項６の発明によると、パイプ状の室を入口孔及び出口孔に連通させるので、消音構造を容易に設計することが可能となる。

請求項７の発明によると、ケース側面に入口孔及び出口孔を設けるので、ガス流路の断面積の拡大比を大きくとることができ、消音効果を高めることができる。

請求項８の発明によると、ケース２１の開口部を塑性変形によって閉塞するので、消音器の製造コストを低減することができる。また、強度を高めることができるので、消音器を軽量することができ、消音効果を高めることができる。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

＜第１実施形態＞
まず、第１の実施の形態の消音器（マフラ）１０について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の消音器１０の構成を示す説明図である。

消音器１０は、ケース２１と、エンドプレート２１ｂと、エンドプレート２１ｃと、入口パイプ３１と、出口パイプ３２とによって構成される。

ケース２１は、消音器１０の最外周部を構成する略円筒状の形状を有する。

このケース２１は、その両端の開口部がエンドプレート２１ｂ及びエンドプレート２１ｃにより閉塞される。また、一方のエンドプレート２１ｂに排気ガスを導入する入口孔３１ａが、他方のエンドプレート２１ｃに排気ガスを大気へと排出する出口孔３２ａが、それぞれ設けられる。これら入口孔３１ａ及び出口孔３２ａは、それぞれ入口パイプ３１及び出口パイプ３２が取り付けられている（図２参照）。

なお、後述するように、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａは、必ずしもエンドプレート２１ｂ及び２１ｃに設ける必要はない。一方のエンドプレート２１ｂに入口孔３１ａと出口孔３２ａの双方を設けてもよいし、ケース２１の側面に入口孔３１ａ及び出口孔３２ａを設けてもよい。

図２は、本発明の第１の実施の形態の消音器１０の断面図である。なお、図２（ａ）は、消音器１０の上面断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の筒方向の断面図である。

図２（ａ）に示すように、ケース２１には、マフラ内部構造５０が内装される。マフラ内部構造５０は、その外形がケース２１の内面と略同一となるような形状を有しており、その内部を複数の空間に分割する仕切り構造５２を備える。この仕切り構造５２によってガス流路や消音構造を形成する。この仕切り構造５２によって分割された空間が室５５を形成する。

このマフラ内部構造５０は、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料として、押し出し成型によって筒方向に同一形状で形成される。

室５５は、仕切り構造５２の一部に丸孔形状の連通孔５４を形成することによって、互いに連通させることができる。これにより、室５５を消音構造として機能させると共に、ガスの流路とすることができる。なお、連通孔５４は、機械的工作により形成してもよいし、レーザ加工により形成してもよい。また、連通孔５４は丸孔形状ではなく、矩形でもでもよい。また、仕切り構造５２のうち、隣接する室５５を仕切る個所大きく開口し、二つの室５５を一つの室５５として機能させてもよい。

図２（ｂ）の例では、仕切り構造５２は、４つの壁状の構造により仕切られることによって形成される４つの室５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄと、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａと連通するパイプ状の構造をもつ室５５ｅと、からなる５つの室５５を備える。

室５５ｅは、連通孔５４によって室５５ａ及び室５５ｂと互いに連通している。また、室５５ｃは、連通孔５４によって室５５ｄと互いに連通している。また、室５５ａは、吸音部材を収納している。

このように構成することによって、例えば、入口孔３１ａと連通する室５５ｄ及び５５ｃが拡張室として機能する。拡張室は排気ガス流路の断面積を拡大する。これにより、排気ガスの音波が拡張することによって、音波が減衰する。

また、室５５ａ吸音材収納室として構成されている。吸音材収納室では、吸音部材によって、排気ガスの音波のうち、主に高周波音が減衰する。なお、吸音部材は一般的にグラスファイバ等の繊維状物質が用いられる。この繊維状物質が飛散しないように、吸音部材収納室には排気ガスの出口となるような構造を設けない。

また、室５５ｂは、筒方向の一端側に設けられた連通孔５４によって室５５ｅ連通する。これによって、室５５ｂは分岐室（ブランチ室）として機能する。分岐室では、その奥行き長に対応する周波数の音波を反射させることによって、排気ガスの干渉により音波が減少する。

また、連通孔５４において、排気ガス流路の断面積が一時的に変化するため、排気ガスの音波が減衰する絞り構造として機能する。なお、絞り構造を多く設けることにより音波は減衰するが、排気ガスの圧力損失も上昇するため、小径の連通孔５４の配置は適切に行う必要がある。

このように、マフラ内部構造５０内に構成された消音構造により、排気ガスの音波が減衰される。そして、最終的に出口孔３２ａへと導かれた排気ガスは、出口パイプ３２から大気へと排出される。

このような消音構造により、排気ガスを消音した後に大気に排出することができる。

次に、本実施の形態の消音器１０の組み立て方法を具体的に説明する。

まず、各部材を形成する。ケース２１は円筒形状として、マフラ内部構造５０は、断面が筒方向に略同一である柱構造として、それぞれ押し出し成型により形成される。

次に、このマフラ内部構造５０を、ケース２１に挿入する。このとき、仕切り構造５２の室５５のいずれかに吸音材を収納する場合は、室５５の形状に合わせて予め加工された吸音材を、仕切り構造５２の当該室５５に対応する個所に収納しておく。

次に、ケース２１の開口部に、それぞれエンドプレート２１ｂ及び２１ｃを接合する。

エンドプレート２１ｂ及び２１ｃは、ケース２１の開口部に組み付けた後、溶接される。これにより、ケース２１の開口部が、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃにより閉塞される。

次に、ケース２１に、入口パイプ３１及び出口パイプ３２を接合する。

この入口パイプ３１及び出口パイプ３２の接合にはさまざまな方法がある。例えば、予め入口孔３１ａ及び出口孔３２ａが形成されたエンドプレート２１ｂ及び２１ｃをケース２１取り付けた後に、入口パイプ３１及び出口パイプ３２をそれぞれ取り付け、溶接等によって接合する。

なお、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを取り付けた後に、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａを加工してもよい。

また、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃの接合は溶接でなくてもよい。例えば、かしめ等により機械的に取り付けてもよいし、材質が可能であれば、拡散摩擦接合（ＦＳＷ）によってこれらを接合してもよい。また、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを別部品とするのではなく、エンドプレートとなる構造をケース２１に一体に成型して、これを折り曲げた後溶接等によって開口部を閉塞してもよい。

以上の手順により、消音器１０が組み立てられる。

図３は、本発明の第１の実施の形態の消音器（マフラ）１０の他の例の断面図である。

前述の図２に示す例では、ケース２１の開口部をエンドプレート２１ｂ及び２１ｃによって閉塞する例を示した。これに対して、図３の例では、ケース２１に、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを一体に形成する。例えば、ケース２１の開口部をスピニング加工により縮径することによって、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを形成する。

このように構成することによって、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを別部品とする必要がなくなるので、部品点数を削減することができと共に消音器１０を軽量化することができる。また、接合部分が減るため機械的な強度が向上する。特に、本実施の形態では、アルミ合金やマグネシウム合金等を材料として用いるので、このような塑性加工を容易に行うことが可能である。

具体的には、マフラ内部構造５０をケース２１に内装した後、ケース２１の端部において、スピニング加工を行うことにより、マフラ内部構造５０の開口部を縮径させる。この縮径部分が、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａとなる。これにより、図３（ａ）のように、マフラ内部構造５０の開口部を閉塞しつつ、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａを備える形状に加工することができる。

また、図３（ｂ）に示す例では、仕切り構造５２は、４つの壁状の構造により仕切られることによって形成される３つの室５５ａ、５５ｂ、５５ｃと、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａと連通するパイプ状の構造をもつ室５５ｄと、からなる４つの室５５を備える。室５５ｅは、連通孔５４によって室５５ａと互いに連通している。また、室５５ｂ及び室５５ｃは、吸音部材を収納している。

このように、マフラ内部構造５０の形状は自由に設計することが可能である。

図４は、本発明の第１の実施の形態の消音器（マフラ）１０のさらに別の例の断面図である。

前述の図２又は図３に示す例では、ケース２１に、唯一つのマフラ内部構造５０を内装する例を示した。これに対して、複数のマフラ内部構造５０（５０ａ、５０ｂ）をケース２１に内装するよう構成してもよい。

図４（ａ）に示す例では、ケース２１の筒方向の中間部に、複数のマフラ内部構造５０を収納するための２つの仕切り板５６ａ、５６ｂを備えている。そして、一方の側（入口孔３１ａ側）に、第１のマフラ内部構造５０ａを、他方の側（出口孔３２ａ側）に、第２のマフラ内部構造５０ｂを、それぞれ内装するように構成されている。これら第１のマフラ内部構造５０ａ及び第２のマフラ内部構造５０ｂは、それぞれ、第１の仕切り板５６ａ及び第２の仕切り板５６ｂに突き当たるように、ケース２１に内装されている。

図４（ｂ）は、第１のマフラ内部構造５０ａの構成を示す。なお、第１のマフラ内部構造５０ａは、外周は円筒形状でなく、壁状の構造の端部５２ａによってケース２１に当接するように構成されている。すなわち、ケース２１の内周面と、壁状の構造を有する仕切り構造５２とによって、室５５が形成される。

この第１のマフラ内部構造５０ａは、入口孔３１ａに連通するパイプ状の室５５ｅと、室５５ａ、室５５ｂ、室５５ｃ、室５５ｄとが、連通孔５４によって互いに連通されている。

室５５ｅと室５５ａ及び室５５ｃとは、筒方向の一部のみに開口した連通孔５４によって連通されている。この室５５ａ及び室５５ｃが、共鳴室（レゾネータ室）を形成する。共鳴室では、ホルムヘルツの原理により排気ガスの特定の周波数の音波が共鳴することで、音波が減衰する。この特定の周波数は、共鳴室の体積や形状により決定される。

室５５ｅと室５５ｂ及び室５５ｄとは、筒方向のすべてにわたって開口した連通孔５４によって連通されている。この室５５ｂ及び室５５ｄが、拡張室を形成する。

このような消音構造が構成された第１のマフラ内部構造５０ａを通過した排気ガスは、第１の仕切り板５６ａと第２の仕切り板５６ｂとの間を通過した後、第２のマフラ内部構造５０ｂへと導入される。

図４（ｃ）は、第２のマフラ内部構造５０ｂの構成を示す。なお、第２のマフラ内部構造５０ｂは、第１のマフラ内部構造５０と同様に、外周は円筒形状でなく、壁状の構造の端部５２ａによってケース２１に当接するように構成されている。

この第２のマフラ内部構造５０ｂは、パイプ状の室５５ｊと、室５５ｆ、室５５ｇ、室５５ｈ、室５５ｉとが、連通孔５４によって互いに連通されている。

室５５ｆと室５５ｉとは、筒方向の一部に開口した連通孔５４によって連通されている。この室５５ｂ及び室５５ｄが、拡張室を形成する。

また、室５５ｇと室５５ｊとは、筒方向の一部に開口した連通孔５４によって連通されている。この室５５ｇが、分岐室を形成する。

また、室５５ｈと室５５ｊとは、筒方向の一部に開口した連通孔５４によって連通されている。この室５５ｈが、吸音部材収納室を形成する。

このような消音構造が構成された第５のマフラ内部構造５０ｂを通過した排気ガスは、室５５ｊから出口孔３２ａへと導かれ、出口パイプ３２から大気へと排出される。

このように、ケース２１は、仕切り板５６を備えることによって、複数のマフラ内部構造５０を内装することができる。これにより、より複雑な構造をもつ消音構成を、複数のマフラ内部構造５０の組み合わせによって容易に構成することが可能となる。

図５及び図６は、本発明の第１の実施の形態の消音器１０のさらに別の例の断面図である。

前述のように、消音器１０は、ケース２１とケース２１に内装されるマフラ内部構造５０とによって、消音構造を自由に構成することができる。

図５（ａ）に示す例では、ケース２１に一つのマフラ内部構造５０が内装されている。そして、ケース２１の開口部は、スピニング加工等によってケース２１と一体に形成されたエンドプレート２１ｂ及び２１ｃによって閉塞されている。

このエンドプレート２１ｂ及び２１ｃの形状は、排気ガスの圧損等を考慮した形状とすることができる。例えば、図５（ａ）に示す例では、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃは、ケース２１の外周側から入口孔３１ａ及び出口孔３２ａにかけて、外側方向に凸となる孤形状を有する。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す例では、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃは、ケース２１の外周側から入口孔３１ａ及び出口孔３２ａにかけて、内側方向に凸となる孤形状を有する。

図５（ｂ）に示す例は、ケース２１内部に仕切り板５６を設け、二つのマフラ内部構造５０を内装した。この仕切り板５６は、消音構造のために形状を自由に設計できる。

また、図５（ｃ）に示す例では、仕切り板５６を設けることなく、二つのマフラ内部構造５０を突き合わせて内装する。

また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａは、お互いが向き合うように対向して備えてもよいし、オフセットした位置に備えてもよい。

図６は、マフラ内部構造５０の構成例を示す。図６（ａ）に示すように、マフラ内部構造５０は、その外周側に、ケース２１の内周面と略同一の形状をもつ円筒形状とすることができる。

また、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、マフラ内部構造５０の外周を円筒形状とせず、ケース２１の内周面を分割する壁状の構造のみを備えることもできる。この場合、マフラ内部構造５０は、ケース２１と当接する個所に、庇状の端部５２ａを備える。この構成により、マフラ内部構造５０をケース２１の内部に固定することができる。なお、必要であれば溶接や機械工作等によってケース２１とマフラ内部構造５０を接合してもよい。

なお、マフラ内部構造５０の外周を円筒としない場合は、ケース２１の内周において、端部５２ａに対応する個所に溝を形成してもよい。

以上のように、本願発明の第１の実施の形態の消音器１０は、ケース２１の内部に、消音構造を備えるマフラ内部構造５０を内装した。このマフラ内部構造５０は、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料として、押し出し成型により一体に形成する。また、マフラ内部構造５０は、仕切り構造５２の形状や、連通孔５４の位置や数を適宜設定することにより、吸音室、拡張室、分岐室、共鳴室、吸音部材収納室等の消音構造を構成することができる。これによって、消音させたい周波数帯に応じてこれら消音構造を任意に設計することができる。特に、マフラ内部構造５０は、連通孔５４を後から加工することにより、消音構造を構成することができる。すなわち、マフラ内部構造５０によって、標準化された消音器１０とすることができる。

これにより、従来のように、車両ごとに個別に消音器１０を設計し、車両ごとに消音器１０を製造するという方法と比較すると、設計工数や製造工数を削減できるので、コストを低減することができる。また、同様の理由により、消音器１０の試作経費も低減できる。また、消音器１０の基本構成を標準化することによって量産効果が発揮され、コストをさらに低減することができる。

また、標準化された消音器１０の消音構造を、連通孔５４や入口パイプ３１、出口パイプ３２の構成等により、車両の特性に応じて細かくチューニングすることが可能となるため、排気ガスの誘導を最適に設計することができる。これにより、気流音及び圧力損失を低減することができるので、容量が同等の従来の消音器と比較すると、消音効率が向上する。

また、マフラ内部構造５０を一体に成型するので、消音器１０の強度を高めることができ、振動が軽減されるので消音効果を高めることができる。

また、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料とすると共に、部品点数も少なくすることができるので、消音器１０を軽量化することができ、例えば車両に搭載した場合に燃費を向上することができる。

なお、本発明の実施の形態では、消音器１０は円筒形状としたが、これに限られるものではなく、円形、楕円、異形、超扁平としてもよい。また、入口パイプ３１及び出口パイプ３２は、任意の位置に設けることができる。

また、消音器１０内に排気ガスを原因とする凝縮水が滞留する可能性がある。これを取り除くために、マフラ内部構造５０の内面に隙間、小孔を設けると共に消音器全体を傾斜させることにより、出口近傍の部屋に凝縮水を集め、その部分のケース２１内にピトー管を設置して、出口パイプ３２を通過する排気ガス流れにより発生する低圧により吸引し出口パイプ３２から排出するようにしてもよい。また、マフラ内部構造５０の下端部に任意に小孔を開口すると共にこの小孔をケース２１を貫通させて、排気ガスの圧力により凝縮水を排水させてもよい。これにより、凝縮水による消音器１０の腐食を防止することができる。

なお、本実施の形態の消音器１０は、アルミ合金やマグネシウム合金を材料とするので、燃料電池等の比較的温度が低い排気ガスの消音に好適である。なお、エンジン等の内燃機関の排気ガスの消音に用いる場合に材料の温度限界を超える可能性がある場合は、消音器１０に導入する排気ガス温度を事前に低下させるように、排気ガスの冷却器を排気管途中に備えてもよい。また、消音器１０を冷却水等により冷却してもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２の実施の形態の消音器１０について説明する。

前述の第１の実施の形態では、消音器１０をケース２１とマフラ内部構造５０とにより構成した。これに対して第２の実施の形態では、ケース２１とマフラ内部構造５０一体として、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料として、押し出し成型により構成した。

図７は、本発明の第２の実施の形態の消音器１０の構成を示す説明図である。

なお、図７（ａ）は消音器１０の上面断面図、図５（ｂ）は消音器１０のＡ−Ａ断面図を示す。

消音器１０は、ケース２１と、入口パイプ３１と、出口パイプ３２と、によって構成される。

このケース２１は、内側に排気ガスの通路及び消音構造となる仕切り構造５２を有する。すなわち、第１の実施の形態におけるマフラ内部構造５０とほぼ同じ構成が、ケース２１及び仕切り構造５２となる。

消音器１０は、一方のエンドプレート２１ｂに排気ガスを導入する入口孔３１ａが、他方のエンドプレート２１ｃに排気ガスを大気へと排出する出口孔３２ａが、それぞれ設けられる。これら入口孔３１ａ及び出口孔３２ａは、それぞれ入口パイプ３１及び出口パイプ３２が取り付けられている。

ケース２１の内部は、仕切り構造５２を備える。この図５（ｂ）に示す例では、６つの壁状の構造と、３つのパイプ状の構造と、からなる９つの室５５が構成される。

また、第１の実施の形態で説明したように、仕切り構造５２の一部に連通孔５４を形成することによって、室５５を互いに連通させることができる。これにより、室５５を消音構造として機能させると共に、ガスの流路とすることができる。例えば、これら各室５５によって、吸音室、拡張室、分岐室、共鳴室、吸音部材収納室等の消音構造を構成し、消音させたい周波数帯に応じてこれら消音構造を任意に設計することができる。

図７（ｂ）に示す例では、入口孔３１ａと連通する室５５ｅと連通孔５４によって連通する室５５ａが拡張室として構成されている。また、室５５ｃ及び室５５ｂは、共鳴室及び吸音材収納室として構成されている。これらの室５５により構成された消音構造により、排気ガスの音波が減衰される。そして、室５５ｄ、室５５ｇを経た排気ガスは、最終的に室５５ｆに導かれ、出口パイプ３２から大気へと排出される。

このような消音構造により、排気ガスを消音した後に大気に排出することができる。

なお、図７に示すように、仕切り構造５２に２以上のパイプ形状の室５５を形成しておき、このパイプ形状の室５５のいずれか１つを入口孔３１ａと連通させ、このパイプ形状の室５５の他の１つを出口孔３２ａと連通させてもよい。このようにパイプ状の形状を排気ガスの通路とすると、消音構造の設計が容易となる。

図８は、本発明の第２の実施の形態の消音器１０の他の例の説明図である。

前述の図７に示した例では、ケース２１の開口部をエンドプレート２１ｂ及び２１ｃによって閉塞する例を示した。これに対して、図８の例では、ケース２１に、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを一体に形成する。例えば、ケース２１の開口部をスピニング加工により縮径することによって、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを形成する。

このように構成することによって、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを別部品とする必要がなくなるので、部品点数を削減することができる。特に、本実施の形態では、アルミ合金やマグネシウム合金等を材料として用いるので、このような塑性加工を容易に行うことが可能である。

図７（ｃ）に示す例では、入口孔３１ａと連通する室５５ｅから室５５ｇへと導入された排気ガスは、拡張室として構成されている室５５ｃに導かれ、最終的に室５５ｆから出口パイプ３２から大気へと排出される。室５５ａは分岐室、室５５ｂは吸音部材収納室として構成されている。

このように、構成することによって、前述したケース２１、仕切り構造５２、エンドプレート２１ｂ及びエンドプレート２１ｃとすべて一体にすることができる。これにより消音器１０の部品点数をさらに減らすことができ、消音器１０の強度を増すことができる。また、消音器１０を軽量化できると共に製造コストを低減することができる。

図９は、本発明の第２の実施の形態の仕切り構造５２の他の例の説明図である。

仕切り構造５２を備えるケース２１は、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料として、押し出し成型により形成されるため、その形状を自由に設計することができる。

例えば、図９（ａ）に示す例では、楕円形状のケース２１は、内部に仕切り構造５２として、８つの壁部によって仕切られることにより形成される６の室５５と、３つのパイプ状の構造をもつ室５５と、からなる９つの室５５を備えている。

また、図９（ｂ）に示す例では、楕円形状のケース２１は、内部に仕切り構造５２として、８つの壁部によって仕切られることにより形成される６つの室５５と、２つのパイプ状の構造をもつ室５５と、からなる８つの室５５を備える。

なお、この図９（ａ）及び（ｂ）に示す例では、仕切り構造５２とケース２１との接合部分を、肉厚とした。これにより消音器１０の強度を高めることができる。

このように、消音器１０に要求される消音性能に応じて、マフラ内部構造５０を、さまざまな構造とすることができる。

以上のように、本発明の第２の実施の形態では、前述の第１の実施の形態と同様の効果を奏する。すなわち、ケース２１と、消音構造となる仕切り構造５２とを一体に構成した。この仕切り構造５２は、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料として、押し出し成型によりケース２１と一体に形成する。また、仕切り構造５２の形状や、連通孔５４の位置や数を適宜設定することにより、吸音室、拡張室、分岐室、共鳴室、吸音部材収納室等の消音構造を構成することができる。これによって、消音させたい周波数帯に応じてこれら消音構造を任意に設計することができる。

特に、仕切り構造５２は、連通孔５４を後から加工することにより、消音構造を構成することができる。すなわち、仕切り構造５２によって、標準化された消音器１０とすることができる。

また、ケース２１及び仕切り構造５２を一体に成型するので、消音器１０の強度を高めることができ、振動が軽減されるので消音効果を高めることができる。特に、図８に示す例のように、ケース２１、仕切り構造５２、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃをすべて一体とすることにより、より強度を高め、消音効果を高めることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３の実施の形態の消音器１０について説明する。

前述の第１又は第２の実施の形態では、消音器１０の入口孔３１ａ及び出口孔３２ａを、ケース２１の筒方向の端面であるエンドプレート２１ｂ及び２１ｃに設けた。

一方で、入口パイプ３１及び出口パイプ３２は、消音構造のチューニングや消音器１０の配置の都合により、どのような位置に設けてもよい。

この第３の実施の形態では、入口パイプ３１及び出口パイプ３２を、ケース２１の側面に配置した。その他の構成は、前述の第１又は第２の実施の形態と同様である。

図１０は、本発明の第３の実施の形態の消音器１０の構成を示す説明図である。

図１０（ａ）に示すように、ケース２１の側面に入口孔３１ａ及び出口孔３２ａを備える。この入口孔３１ａ及び出口孔３２ａに、それぞれ入口パイプ３１及び出口パイプ３２が備えられる。

なお、この図１０に示す例は、第２の実施の形態と同様に、ケース２１の内部に仕切り構造５２を一体に形成した例を示すが、第１の実施の形態と同様に、ケース２１にマフラ内部構造５０を内装した構造であってもよい。

図１０（ｂ）に示す例では、ケース２１と一体に構成される仕切り構造５２は、４つの壁状の構造と１つのパイプ状の構造によって５つの室５５が形成される。

また、入口パイプ３１及び出口パイプ３２は、それぞれケース２１の側面に設けられる。

このように構成した消音器１０では、入口パイプ３１と連通する室５５ａが拡張室として構成される。特に、拡張室は排気ガス流路の断面積の拡大が大きければ消音効果が増す。そのため、本実施の形態のように、筒方向に長さをもつケース２１の場合、入口孔３１ａを側面に設けることにより、断面積の拡大比が大きくなるので消音効果を高めることができる。

図１０（ｂ）に示す例では、入口孔３１ａと連通する室５５ａが拡張室として構成されている。室５５ｂ及び室５５ｄは、共鳴室及び吸音材収納室として構成されている。これらの室５５により構成された消音構造により、排気ガスの音波が減衰される。そして、室５５ｅを経た排気ガスは、拡張室として構成された室５５ｃに導かれ、出口パイプ３２から大気へと排出される。

このような消音構造により、排気ガスを消音した後に大気に排出することができる。

図１１は、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａの配置による消音効果の実験結果を示す説明図である。

なお、図１１（ａ）は消音器１０を通過した後の排気ガスの一次の吐出音のグラフを、図１１（ｂ）は、は消音器１０を通過した後の排気ガスの二次の吐出音のグラフを、それぞれ示す。また、グラフ中、点線は第２の実施の形態（図７）のように入口孔３１ａ及び出口孔３２ａをケース２１のエンドプレート２１ｂ及び２１ｃに配置した場合（以降、「Ａ構造」と呼ぶ）の測定結果を示し、太線は第３の実施の形態（図１０）のように入口孔３１ａ及び出口孔３２ａをケース２１の側面に配置した場合（以降、「Ｂ構造」と呼ぶ）の測定結果示す。なお、仕切り構造５２は同一とした。

また、図中の縦軸は吐出音のレベル（ｄＢ）を示し、横軸は、排気ガスを排出するエンジンの回転数（ｒｐｍ）を示す。

図１１（ａ）を参照すると、エンジンの回転数が４０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍ付近では、Ｂ構造の吐出音レベルがＡ構造の吐出音レベルを下回っており、拡張室の拡張比が拡大したことによる消音効果が高いことを示している。

また、図１１（ｂ）を参照すると、エンジンの回転数の全体にわたって、Ａ構造とＢ構造との吐出音レベルの特性が異なっている。このことは、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａの構成を変更することによって、消音特性を変更することができることを示している。

このように、同一の構造をもつ消音器１０において、入口孔３１ａ及び出口孔３２ａの配置の変更によって、消音効果をチューニングすることができる。

図１２は、本発明の第３の実施の形態の消音器１０の別の例を示す説明図である。

第１又は第２の実施の形態において前述したように、ケース２１の開口部をエンドプレート２１ｂ及び２１ｃによって閉塞するのではなく、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを一体に形成するように構成することができる。例えば、ケース２１の開口部をスピニング加工により縮径することによって、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを形成する。

図１２（ａ）に示すように、ケース２１の側面に入口孔３１ａ及び出口孔３２ａを備える。この入口孔３１ａ及び出口孔３２ａに、それぞれ入口パイプ３１及び出口パイプ３２が備えられる。そして、このケースの開口部を、スピニング加工等による絞り加工によって閉塞する。

このように構成することによって、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃを別部品とする必要がなくなるので、部品点数を削減することができる。

図１２（ｂ）に示す例では、ケース２１と一体に構成される仕切り構造５２は、６つの壁状の構造と２つのパイプ状の構造と、からなる６つの室５５が形成される。

また、入口パイプ３１及び出口パイプ３２は、それぞれケース２１の側面に設けられる。

このように構成した消音器１０では、入口パイプ３１と連通する室５５ａが拡張室として構成される。この拡張室により、排気ガス流路の断面積の拡大比が大きくなるので消音効果を高めることができる。また、室５５ｂは吸音材収納室として、室５５ｄは分岐室として構成されている。これらの室５５により構成された消音構造により、排気ガスの音波が減衰される。そして、排気ガスは、拡張室として構成された室５５ｃに導かれ、出口パイプ３２から大気へと排出される。

このような消音構造により、排気ガスを消音した後に大気に排出することができる。

図１３は、本発明の第３の実施の形態の仕切り構造５２の他の例の説明図である。

仕切り構造５２を備えるケース２１は、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料として、押し出し成型により形成されるため、その形状を自由に設計することができる。

例えば、図１３（ａ）に示す例では、楕円形状のケース２１は、内部に仕切り構造５２として８つの壁部によって仕切られることにより形成される６つの室５５と、３つのパイプ状の構造をもつ室５５と、からなる９つの室５５を備えている。そして、入口パイプ３１及び出口パイプ３２は、ケース２１の側面に、斜向かいの位置に取り付けられる。

また、図９（ｂ）に示すように、入口パイプ３１及び出口パイプ３２を、ケース２１の略中心から互いに直角となるような位置としてもよい。

その他、図１３（ｃ）から（ｄ）に示すように、消音器１０に要求される消音性能に応じて、仕切り構造５２をさまざまな構造とすることができる。

以上のように、本発明の第３の実施の形態では、前述の第１及び第２の実施の形態と同様の効果を奏する。

特に、第３の実施の形態では、消音器１０の入口パイプ３１及び出口パイプ３２を、ケース２１の側面に取り付けるよう構成した。これにより、消音器１０内部の拡張室の拡張比を大きくすることができ、同一形状の消音器１０と比較して、消音効果を高めることができる。

また、エンドプレート２１ｂ及び２１ｃに対して入口孔３１ａ等の工作の必要がないため、塑性加工によってエンドプレート２１ｂ及び２１ｃを構成することができ、部品点数を削減することができると共に、耐久性を高めることができる。

なお、本願発明の実施の形態では、例えば燃料電池や車両に搭載されるエンジン等の内燃機関からの排気ガスの消音について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、工場プラントや家庭における排気ガスや圧縮機からの脈動の消音に用いることもできる。

本発明の第１の実施の形態の消音器（マフラ）の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態の消音器の断面図である。 本発明の第１の実施の形態の消音器の他の例の断面図である。 本発明の第１の実施の形態の消音器のさらに別の例の断面図である。 本発明の第１の実施の形態の消音器のさらに別の例の断面図である。 本発明の第１の実施の形態のマフラ内部構造の構成例を示す。 本発明の第２の実施の形態の消音器の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態の消音器の他の例の説明図である。 本発明の第２の実施の形態の仕切り構造の他の例の説明図である。 本発明の第３の実施の形態の消音器の構成を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態の消音効果の実験結果を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態の消音器の別の例を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態の仕切り構造の他の例の説明図である。

符号の説明

１０ 消音器（マフラ）
２１ ケース
２１ｂ エンドプレート
２１ｃ エンドプレート
３１ 入口パイプ
３１ａ 入口孔
３２ 出口パイプ
３２ａ 出口孔
５０ マフラ内部構造
５２ 仕切り構造
５４ 連通孔
５５ 室
５６ 仕切り板

Claims (8)

1. 筒状のケース（２１）と、
   前記ケース（２１）に内装され、ガスの消音を行う内部構造（５０）と、
   前記ケース（２１）にガスを導入する入口孔（３１ａ）と、
   前記ケース（２１）からガスを排出する出口孔（３２ａ）と、を備え、
   前記内部構造（５０）は、筒方向に略平行な仕切り構造（５２）によって前記ケース（２１）を二以上の室（５５）に分割すると共に、前記仕切り構造（５２）に設けられる連通孔（５４）によって、前記室（５５）の少なくとも二つを互いに連通させることを特徴とする消音器。
2. 請求項１に記載の消音器において、
   前記内部構造（５０）は、押し出し成型により、筒方向に略同一の形状で形成されることを特徴とする消音器。
3. 請求項１又は２に記載の消音器において、
   前記ケース（２１）は、その内周に仕切り板（５６）を備え、
   前記内部構造（５０）の筒方向の端部は、前記仕切り板（５６）に突き当たるように内装されることを特徴とする消音器。
4. 請求項１又は２に記載の消音器において、
   前記内部構造（５０）は、第１の内部構造（５０ａ）と第２の内部構造（５０ｂ）とを含み、
   前記仕切り板（５６）は、第１の仕切り板（５６ａ）と第２の仕切り板（５６ｂ）とを含み、
   前記第１内部構造（５０ａ）の筒方向の端部は、前記第１の仕切り板（５６ａ）に突き当たるように内装され、
   前記第２の内部構造（５０ｂ）の筒方向の端部は、前記第２の仕切り板（５６ｂ）に突き当たるように内装されることを特徴とする消音器。
5. 請求項１又は２に記載の消音器において、
   前記ケース（２１）と、前記内部構造（５０）とが、一体に形成されることを特徴とする消音器。
6. 請求項５に記載の消音器において、
   前記内部構造は、二以上のパイプ形状の構造を有する室（５５）を備え、前記入口孔（３１ａ）が、前記一方のパイプ形状の室（５５）に連通し、前記出口孔（３２ａ）が、前記他方のパイプ形状の室（５５）に連通することを特徴とする消音器。
7. 請求項５に記載の消音器において、
   前記入口孔（３１ａ）及び前記出口孔（３２ａ）の少なくとも一方が、前記ケース（２１）の側面に設けられることを特徴とする消音器。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一つの消音器において、
   前記ケース（２１）の筒方向の開口部を、前記ケース（２１）を塑性変形することによって閉塞することを特徴とする消音器。

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