JP2020090926A

JP2020090926A - グラスファイバーの消音材の製造方法、グラスファイバーの消音材、そして消音器

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Publication number: JP2020090926A
Application number: JP2018228013A
Authority: JP
Inventors: 安男大森; Yasuo Omori
Original assignee: Crefact Corp
Current assignee: Crefact Corp
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: JP6781479B2

Abstract

【課題】消音器の複雑な構造の内部空間にグラスファイバーを充填するため、前記内部空間を埋める際に隙間を発生させない消音材の製造方法を提供する。【解決手段】ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器における前記ケース及びインナーパイプの間の内部空間を満たすグラスファイバーの消音材の製造方法であって、内部空間と同じ内面形状を有する保形容器２を構成し、グラスファイバーを前記保形容器２に充填し、前記保形容器２の内面形状に倣って形成されるグラスファイバーの塊状物の少なくとも表面に水を付着させ、前記水を凍結させることにより前記グラスファイバーの塊状物を内部空間に同じ外面形状に保形させ、保形されたグラスファイバーの塊状物を保形容器２から取り出して消音材にする。【選択図】図１

Description

本発明は、ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器において、ケース及びインナーパイプの間の内部空間を満たすグラスファイバーの消音材の製造方法、グラスファイバーの消音材、そしてグラスファイバーの消音材を内部空間に満たした消音器に関する。

自動車の排気管に設けられる消音器は、金属製のケース及びインナーパイプの間の内部空間に、吸音性を備えたガラス繊維が充填される構造が多い。排気音は、インナーパイプの多数の孔からケース内に放出され、ガラス繊維に吸音される。ガラス繊維は、グラスウール（短繊維）又はグラスファイバー（長繊維）が使用される。グラスウールは、バインダで固めて内部空間に収められる。このグラスウールは、排気熱でバインダが燃えて消失することによりケースの外部に放散し、環境を汚染する問題がある。このため、近年はグラスファイバーを内部空間に充填する方法が広く採用されている（特許文献１）。

グラスファイバーは、例えば特許文献１に見られるように、グラスファイバー供給機のノズルから内部空間に直接充填する（特許文献１・［請求項１］）。しかし、消音器の内部空間は、インナーパイプが分断又は湾曲して複雑な構造であると、グラスファイバーを直接充填し難い。特許文献２は、糸状部材で縫製した袋部にグラスファイバーを予め充填し、消音器（消音装置内）のインナーパイプ等（構造体）と干渉する部位を縫製し、内部空間（空間部）を埋めるのに厚みが不足する部位を折り返した吸音材を作り、前記内部空間に埋める方法を開示する（特許文献２・［請求項１］［請求項４］［請求項５］）。

特開2009-281369公報特開2016-160818公報

特許文献２が開示する消音材は、複雑な構造の内部空間にグラスファイバーを充填する場合に用いられる。しかし、消音材が複雑な構造の内部空間の隅々にグラスファイバーを行き渡せることが困難である。消音材は、内面形状が内部空間に倣っていないため、特にケースの内面の角部との間に隙間が残る。また、消音材は、インナーパイプ等と干渉する部位を縫製するため、インナーパイプの表面に密着できず、隙間が残る。更に、消音材は、厚みが不足するために折り返した部位の全面が接面しない限り、やはり隙間が残る。

特許文献２が開示する消音材は、グラスファイバーを直接充填し難い複雑な構造の内部空間にグラスファイバーを充填できる点で優れている。しかし、上述の通り、実際には多数の隙間が残り、消音性能が低下することが否めない。そこで、消音器の複雑な構造の内部空間にグラスファイバーを充填するため、前記内部空間を埋める際に隙間を発生させない消音材と、前記消音材を用いた消音器とについて、検討した。

検討の結果、ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器における前記ケース及びインナーパイプの間の内部空間を満たすグラスファイバーの消音材の製造方法であって、内部空間と同じ内面形状を有する保形容器を構成し、グラスファイバーを前記保形容器に充填し、前記保形容器の内面形状に倣って形成されるグラスファイバーの塊状物の少なくとも表面に水を付着させ、前記水を凍結させることにより前記グラスファイバーの塊状物を内部空間に同じ外面形状に保形させ、保形されたグラスファイバーの塊状物を保形容器から取り出して消音材にすることを特徴とするグラスファイバーの消音材の製造方法を開発した。

保形容器は、内面形状が内部空間と同じであれば、外面形状を問わない。保形容器は、内面形状を囲む面がすべて閉じられた密閉空間（グラスファイバー供給機のノズル接続口を除く）が好ましい。しかし、例えば内部空間が同一の断面形状のまま延在する場合、保形容器は、前記延在方向にある面を開放面としてもよい。開放面を有する保形容器は、内面形状を内部空間より前記延在方向に長くして、充填するグラスファイバーが溢れないようにする。また、開放面を有する保形容器は、必要により、延在方向に動く可動蓋で前記開放面を一時的に塞ぐとよい。

グラスファイバーの塊状物は、少なくとも表面に付着させた水を凍結させると、凍結部分がグラスファイバー同士を結合させることにより、保形される。グラスファイバーの塊状物は、例えば表面に水を付着させた状態で冷気を吹き付けたり、前記状態のまま冷凍雰囲気（０℃未満雰囲気）に晒したりして、水を凍結させる。グラスファイバーの塊状物は、表面だけでなく、一定の深度の内部又は中心まで水を浸透させ、凍結部分を増やしてもよい。凍結部分による保形時間は、表面から凍結される深度や凍結温度に比例し、前記深度が深いほど、又は凍結温度が低いほど長くなる。

消音材は、凍結部分が溶ければ、結合の解かれたグラスファイバーが弾性を復元させてケースやインナーパイプに密着し、消音性能を発揮できる。凍結部分が溶けて発生する水は、消音材を内部空間に嵌め込んだ状態で発生するから、消音器内に現れる。しかし、前記水は、少量であり、自然乾燥又は強制乾燥により蒸発し、消音器内に残存しない。グラスファイバーは、例えば保形容器にグラスファイバー供給機のノズルを差し込んで充填する。この場合、保形容器を密閉して空気を吸い出すことにより空気の流れを形成すると、充填するグラスファイバーの嵩密度を高めることができる。

グラスファイバーの塊状物は、例えば網状面で構成された保形容器の外から水を塗布又は噴霧した後、保形容器と共に冷凍させて、少なくとも表面に付着させた水を凍結させる。網状面は、樹脂製又は金属製の線材を交差させた構成のほか、パンチングメタルやエキスパンドメタルがある。グラスファイバーの充填に際して保形容器内の空気を吸引する場合、例えば着脱自在な閉鎖板で網状面である保形容器の表面を塞ぐ。水は、刷毛塗りや貯水槽への浸漬によりグラスファイバーに塗布したり、スプレーによりグラスファイバーに噴霧（散水を含む）したりする。

複雑な構造の内部空間の場合、内部空間を分割した部分空間と同じ内面形状を有する保形容器にグラスファイバーを充填することにより、前記部分空間に対応した消音材を複数作り出し、前記消音材を組み合わせて内部空間に嵌め込むことにより、前記内部空間に隙間なく消音材を嵌め込むことができる。内部空間に嵌め込んだ複数の消音材は、凍結部分が溶ければケースやインナーパイプに密着すると共に、隣り合う消音材を構成するグラスファイバーが密着して、前記隣り合う消音材の隙間がなくなる。

本発明の消音材は、ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器における前記ケース及びインナーパイプの間の内部空間を満たすグラスファイバーの消音材であって、内部空間と同じ外面形状である表面を有し、少なくとも前記表面に付着させた水を凍結させて保形されたグラスファイバーの塊状物である。本発明の消音材は、上記と異なる製造方法によって作られてもよい。複雑な構造の内部空間の場合、本発明の消音材は、内部空間を分割した部分空間と同じ外面形状を有するグラスファイバーの塊状物として構成される。

消音器は、上記ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器であって、上記グラスファイバーの消音材を、少なくとも表面に付着させた水を凍結させて保形された状態で内部空間に嵌め込み、凍結部分を溶かすことにより、前記内部空間をグラスファイバーにより満たして構成される。消音材を内部空間に嵌め込むために開放されたケースは、消音材を嵌め込んだ後、加工により閉じたり（例えばスピニング加工されるケース）、一対の部材で閉じたり（例えば最中構造のケース）する。消音材は、内部空間に嵌め込まれた後、凍結部分が溶解し、発生した水を自然乾燥又は強制乾燥により蒸発させる。

本発明は、消音器の内部空間と同じ外面形状を有し、凍結部分が溶けるまでの時限的な保形性のあるグラスファイバーの塊状物として消音材を作り出す。消音材は、消音器の内部空間と同じ外面形状を有するので、前記内部空間に隙間なく嵌め込める。表面が網状面である保形容器は、グラスファイバーの塊状物に外から水を塗布又は噴霧でき、特にグラスファイバーの塊状物の表面のみを凍結させる場合に適している。消音材は、表面に付着した水のみが凍結して保形されている方が、凍結部分が溶けるまでの時間が短く、発生する水の量も少なくて済むので、好ましい。

消音材は、内部空間を分割した部分空間と同じ外面形状を有する凍結部分が溶けるまでの時限的な保形性のあるグラスファイバーの塊状物として作ることで、複数の消音材を隙間なく嵌め込んで、前記内部空間にグラスファイバーを満たすことができる。本発明の製造方法の場合、消音器と別に、部分空間に応じた保形容器を用いることで、容易に複数の消音材を作り出せきる。これにより、本発明によれば、どのような複雑な内部空間であっても、複数の消音材を組み合わせて前記内部空間に嵌め込むだけで、グラスファイバーを満たした消音器が提供できる。

本発明に用いる保形容器の一例を表す斜視図である。本例の保形容器で製造される消音材を嵌め込む消音器の一例を表す斜視図である。開閉面を開いた本例の保形容器を表す斜視図である。密閉容器に嵌め込む本例の保形容器を表す斜視図である。本例の保形容器にグラスファイバーを充填する途中を表す部分破断斜視図である。グラスファイバーの充填を終えた本例の保形容器を表す斜視図である。本例の保形容器に噴霧してグラスファイバーに水を付着させている状態を表す斜視図である。グラスファイバーに水を付着させた本例の保形容器を冷凍雰囲気に置いている状態を表す斜視図である。凍ったグラスファイバーの塊状物を本例の保形容器から取り出す状態を表す斜視図である。凍ったグラスファイバーの塊状物を消音器の内部空間に嵌め込む状態を表す斜視図である。グラスファイバーの塊状物が溶けて充填を終えた消音器を表す部分破断斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明は、例えば図１に見られるように、一組のケース構成部材111を最中合わせに一体化した最中構造のケース11にインナーパイプ12を貫通させた消音器１において、前記インナーパイプ12に一対の仕切り板121が設けられ、ケース11外からグラスファイバーの充填が難しい内部空間13に嵌め込むグラスファイバーの消音材５（後掲図10参照）を製造するために利用される。

内部空間13は、ケース11の横断面に同じ俵状平面で、インナーパイプ12に設けられた仕切板121に挟まれた空間で、前記俵状平面の中央をインナーパイプ12に相当する円柱空間が貫通している。このため、円柱空間が貫通する１体の消音材は、内部空間13に嵌め込めない。そこで、本例の保形容器２は、図２に見られるように、内部空間13を、円柱空間の中心を通って俵状平面の長手方向に分断する分断線で半割した部分空間に対応した構造としている。これにより、本例の消音器１は、２個の保形容器２（図２参照）で製造される２個の消音材を一組として内部空間13に嵌め込む。

本例の保形容器２は、図３に見られるように、ケース11の内面に倣って湾曲した側面23に開閉面22をヒンジ222により接続し、上面21を開放しながら、底面24を塞いで構成される。開閉面22は、内部空間13を半割する分断線に倣った垂直面に、インナーパイプ12に相当する円柱空間を半割した断面半円弧状の括れ部221を設けて構成される。また、底面24は、ケース11の横断面に同じ俵状平面を半割した水平面から、インナーパイプ12に相当する円柱空間を半割した円弧状切り欠き241を除いて構成される。

本例の保形容器２は、開閉面22、側面23、底面24がそれぞれ金属製の線材を交差させた網状面である。これにより、保形容器２に充填されたグラスファイバーは、保形容器２の外側から水を塗布できる。網目のピッチは、充填するグラスファイバーがはみ出ない範囲で自由に設定できる。グラスファイバー供給機のノズル４（後掲図５参照）は、開放された上面21から差し込む。このため、本例の保形容器２は、開閉面22及側面23を内部空間13の延在方向の長さISLより余剰長さELだけ長くして、供給したグラスファイバーが上面21から溢れないようにしている。

本例の保形容器２を用いた消音材５の製造手順を説明する。まず、図４に見られるように、開閉面22を閉じた保形容器２を、前記保形容器２の外面に倣った内面形状を有する密閉容器３に嵌め込む。密閉容器３は、上面が保形容器２同様解放してあり、前記保形容器２の底面24に対応して２本の排気パイプ31が接続されている。これにより、グラスファイバーの充填に際して、保形容器２の底面24から空気を吸い出し、上方から下方に向けて空気の流れを作り出して、充填されるグラスファイバーの嵩密度を高める

保形容器２は、密閉容器３に嵌め込むことにより、図５に見られるように、開閉面22、側面23及底面24が塞がれた状態となる。グラスファイバー41は、開放された上面21から差し込まれたグラスファイバー供給機（図示略）のノズル４を左右に往復させることにより、保形容器２内を均等に分散させながら、上述したように、排気パイプから吸い出される空気の流れにより、嵩密度を高めた塊状物42として充填されていく。ノズル４は、グラスファイバー41の均等な分散が実現されるのであれば、蛇行させたり、直線移動をずらしながら複数回繰り返したりさせてもよい。

保形容器２は、予め決められた量のグラスファイバー41を充填させたら、グラスファイバーの供給を止めて、密閉容器３から取り出す。本例の保形容器２は、余剰長さEL（図１参照）だけ、内部空間13より大きく形成されている。このため、保形容器２内に形成されるグラスファイバーの塊状物42は、図６に見られるように、開放された上面21から余剰長さELに相当する長さ（グラスファイバーの充填量により前後する）を残した深さまでの大きさで、保形容器２の内面形状に倣った外形を有している。

グラスファイバーの塊状物42は、図７に見られるように、保形容器２の外から多数の噴霧ノズル６により水を噴霧し、少なくとも表面に水を付着させる。水は、グラスファイバーの塊状物42の少なくとも表面に対し、均一に塗布されることが望ましい。このため、噴霧ノズル６は、保形容器２を囲むように複数配置するほか、例えば保形容器２を回転させて、噴霧ノズル６から噴霧される水の当たり具合を変化させるとよい。

グラスファイバーの塊状物42は、表面に水が付着した状態で保形容器２に保持されたまま、図８に見られるように、冷凍雰囲気に晒して、前記表面に付着させた水を凍結させる。グラスファイバーの塊状物42は、例えば冷気を吹き付けて表面に付着させた水を凍結させることもできる。しかし、吹き付ける冷気は、四散して水の凍結に役立たない割合が多く、例えば多数の保形容器２に保持されたグラスファイバーの塊状物42の表面に付着させた水を凍結させる場合、作業能率が悪い。そこで、多数の保形容器２を収納できる冷凍雰囲気（例えば恒温槽）を設け、本例のように、保持容器２ごと前記冷凍雰囲気に晒す方法が好ましい。

グラスファイバーの塊状物42は、付着した水による凍結部分がグラスファイバー同士を結合させることにより保形され、消音材５を構成する。消音材５は、凍結部分により保形されたグラスファイバーの塊状物42であり、図９に見られるように、保形容器２の開閉面２を開いてそのまま取り出すことができる。保形容器２は、残存するグラスファイバーの端材や凍結部分を取り除いて、別の消音材の製造に続けて利用される。

本例の消音材５は、嵌め込む対象となる内部空間13を半割した部分空間に対応した外形状を有することから、２個一組を用いて前記内部空間13を満たす。２個一組の消音材５は、図10に見られるように、インナーパイプ12を挟み、更にケース構成要素111に挟まれて、内部空間13に嵌め込まれる。内部空間13に対する消音材５の嵌合作業は、常温下で実施されるため、凍結部分は徐々に溶けていく。しかし、十分に凍結された消音材５は、数分間〜10数分間保形され、嵌合作業中に形状が崩れることがない。

こうして内部空間13に嵌合された２個一組の消音材５は、図11に見られるように、凍結部分が溶ければケース111やインナーパイプ12に密着すると共に、隣り合う消音材５を構成するグラスファイバーが密着して隙間がなくなる。凍結部分が溶けて発生する水は、ごく少量であり、通常、自然乾燥により蒸発するため、ケース11内に残ることがない。こうして本発明によれば、従来隙間なく充填できなかった内部空間13にグラスファイバーを密に充填した消音器１が提供できるようになる。

１消音器
11 ケース
12 インナーパイプ
13 内部空間
２保形容器
21 開放された上面
22 開閉面
23 側面
24 底面
３密閉容器
31 排気パイプ
４ノズル
41 供給されるグラスファイバー
42 グラスファイバーの塊状物
５グラスファイバーの消音材
６噴霧ノズル
ISL 内部空間の長さ
EL 余剰長さ

Claims

ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器における前記ケース及びインナーパイプの間の内部空間を満たすグラスファイバーの消音材の製造方法であって、
内部空間と同じ内面形状を有する保形容器を構成し、
グラスファイバーを前記保形容器に充填し、
前記保形容器の内面形状に倣って形成されるグラスファイバーの塊状物の少なくとも表面に水を付着させ、
前記水を凍結させることにより前記グラスファイバーの塊状物を内部空間に同じ外面形状に保形させ、
保形されたグラスファイバーの塊状物を保形容器から取り出して消音材にすることを特徴とするグラスファイバーの消音材の製造方法。
網状面で構成された保形容器の外からグラスファイバーの塊状物に水を塗布又は噴霧した後、グラスファイバーの塊状物を保形容器と共に冷凍させて、前記グラスファイバーの塊状物の少なくとも表面に付着させた水を凍結させる請求項１記載のグラスファイバーの消音材の製造方法。
内部空間を分割した部分空間と同じ内面形状を有する保形容器にグラスファイバーを充填する請求項１又は２いずれか記載のグラスファイバーの消音材の製造方法。
ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器における前記ケース及びインナーパイプの間の内部空間を満たすグラスファイバーの消音材であって、
内部空間と同じ外面形状である表面を有し、少なくとも前記表面に付着させた水を凍結させて保形されたグラスファイバーの塊状物であることを特徴とするグラスファイバーの消音材。
内部空間を分割した部分空間と同じ外面形状を有するグラスファイバーの塊状物である請求項４記載のグラスファイバーの消音材。
ケースに設けたインナーパイプにより排気ガスの流路を構成する消音器であって、
請求項４又は５いずれか記載のグラスファイバーの消音材を、少なくとも表面に付着させた水を凍結させて保形された状態で内部空間に嵌め込み、凍結部分を溶かすことにより、前記内部空間をグラスファイバーにより満たしたことを特徴とする消音器。