JPH0749026A - 内燃機関の触媒コンバータに組み込まれたサイレンサ - Google Patents

内燃機関の触媒コンバータに組み込まれたサイレンサ

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JPH0749026A
JPH0749026A JP4225621A JP22562192A JPH0749026A JP H0749026 A JPH0749026 A JP H0749026A JP 4225621 A JP4225621 A JP 4225621A JP 22562192 A JP22562192 A JP 22562192A JP H0749026 A JPH0749026 A JP H0749026A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 内燃機関の排気ガス浄化と排気消音の両機能
を有する触媒コンバータ具備サイレンサに関し、安い製
造コストで長寿命の装置を提供する。 【構成】 本装置は、触媒コンバータが組み込まれた内
部管状エレメント３０を有するハウジング１２からな
る。排気ガスは、ベンチュリ管ノズル２０を経由してサ
イレンサに入り、触媒材料で処理した気孔性セラミック
材料のダイアフラムのシリーズ５０ａ〜５０ｆを流れ
て、排気アウトレット３８から流れ出る。セラミック・
ダイアフラムはオジーブ形であり、かつそれらは反対側
のくぼみを形成する横フランジを持つプレートに依って
形成されるエレメントから構成される。エレメント５０
ａ〜５０ｆは、機関の各々のタイプに最適の形状と容量
をもつチャンバーのシーケンスＶ0 〜Ｖa を形成するた
め、異なる状態で相互に組み合わされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、任意のタイプの内燃機
関から生成する排気ガスを有害度の低いガスに変換する
触媒コンバータと組み合わされたサイレンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関から大気に放出される排気ガス
の有害さについて長年にわたって具体的に指摘されてき
た。また、使用中の乗用車の数の急激な増加によって、
一酸化炭素、未燃炭化水素、酸化窒素の放出を最小限に
する抑制手段の開発が数多くの工業諸国において促がさ
れた。その結果、これらの強い汚染物資を、二酸化炭
素、水蒸気、窒素のような、実質的に無害のガスに変換
する触媒が開発されてきた。これらの触媒は排気ガスの
流れに接触する比較的大きな表面を有する。この観点か
ら、通常のサイレンサの上流側に組み込まれる種々の触
媒コンバータが開発され市販されてきた。
【０００３】これらのコンバータは、しかし、それらの
構造の機械的な寿命、および取付の難しさだけでなく非
常に高いコストを招くことになり、また、それ自体の構
造の複雑さによって、化学的な効率の持続時間のような
種々の問題を呈している。
【０００４】将来、原則として、乗用車は排気クリーナ
を工場で組み込まなければならなくなるので、後者のコ
ストは、新車に対する取付および既に使用されている莫
大な数の乗用車を変換する際に共に大きな負担になる。
【０００５】触媒コンバータ・マフラーは、技術的に既
に周知のことである。例えば、米国特許第３，６４９，
２１３号は、最適なガスの流れ特性を与え且つ高温条件
に起因する異なる膨張の問題を最小限にする、Ｖ字形の
ベッド構成をもつ触媒コンバータ・マフラー装置につい
て述べている。好ましいユニットは、卵形の外部チャン
バー、触媒容器部、および平らなプレート部材に発生す
るバックリングを防止するために内部触媒保持スクリー
ンのために湾曲された側壁を具備している。
【０００６】低い背圧をもつコンビネーション・マフラ
ーと触媒コンビネーションが米国特許第４，０９４，６
４５号に開示されている。この装置は、２次空気を加え
るためにベンチュリ管を排気ガス・インレット・パスに
具備している。ベンチュリ管の効率は、壁の分離と乱流
を防止しながら、流れ方向を逆転するベンチュリ管に特
に長いアウトレット・コーンを与えることに依って、ベ
ンチュリ管の下流側に導かれる背圧が低く保たれるので
非常に高い。音の減衰作用は、生成された背圧がベンチ
ュリ管の効率を減少するうえで最小限の影響しか与えな
い、ベンチュリ管の上流側で行われる。
【０００７】メタル・フォイルの上で支持されている触
媒のハウジングとこのように支持された触媒を含有する
触媒コンバータが、欧州特許公報−０２６３８９３号に
記載されている。触媒コンバータは、スパーク点火また
は圧縮点火であるかどうかにかかわらず特に自動車用の
内燃機関に有用と言われている。
【０００８】触媒または内燃機関の排気ガスに関する他
の浄化剤を使用する機器が、２つの排気ガス処理ボディ
およびそれらの間の保護リングと共に、欧州特許公報−
０３８７４２２号に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これらの先行技術の装
置の何れも、本発明のコンバータ−サイレンサに特有の
デザインを想定していない。
【００１０】本発明の目的は、触媒コンバータが任意の
取付上の問題がない状態でサイレンサと交換されること
ができて、両方の機能、すなわち、消音と廃棄物の洗浄
を１つにして実施しながら、排気ガスを洗浄するため
に、安い製造コストと長寿命の触媒コンバータを具備す
るサイレンサを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に依れば、組み合
わされたサイレンサ／コンバータは、排気ガス・インレ
ットの末端で周知の方法で取り付けられていて、エンジ
ン排気マニフォルドの嵌合部材と共に且つハウジングが
管状エレメントの内部に取り付けられている触媒コンバ
ータに固定されている、外部ハウジングから構成してい
る。後者は、排気ガスの流れの上流側の、一端で、前記
の嵌合部材に延長する開口末端と共に、ベンチュリ管ノ
ズルを形成し、反対側の末端がサイレンサ排気が接続さ
れている壁で閉じられるようにして与えられている。ベ
ンチュリ管ノズルの末端と端部壁の間に構成されている
前記の管状エレメントの部分に、汚染物資の排気ガスを
薄めるために触媒材料で処理される気孔性セラミック材
料から作られている複数のエレメントが挿入されてい
る。ガスのための連続する膨張チャンバーが或るダイア
フラムと次のダイアフラムの間に与えられているので、
前記のガスは汚染物資から薄められるだけでなく大気に
近い温度と圧力で末端の放散装置から放出されるので、
アセンブリは効率的なサイレンサとしても機能するの
で、最小限度の取付コストで、任意のタイプの乗用車の
通常のサイレンサと同様に単一のユニットとして容易に
交換できる状態で、ダイアフラムが排気ガスの通路の適
切なポートに取り付けられることが示唆される。
【００１２】気孔性セラミック・ダイアフラムの形は、
前記のダイアフラムがマッチング・ジョイントまたはフ
ィッティングと連続して挿入され、事前に実験的に設定
され且つ使用中の数多くの自動車モデルの各々に対して
最適に設定された間隔と距離を維持することが想定さ
れ、なおかつ、本発明が、主として、使用中の数多くの
タイプの乗用車と交換できる。排他的な専用のものでな
いことも考えられる。
【００１３】言い換えれば、触媒サイレンサは、特に多
種多様な従来の自動車に容易に使用できる異質なサイレ
ンサのものとして、資本を必要とせず余計なスペースも
使用することなく、短時間で製造されることができる。
触媒サイレンサが提供する明確な長所は、事前に設定さ
れたサイズの限られた量の内部部品と外部部品を貯蔵で
きる可能性であり、それは、サイレンサに最も適したタ
イプを自動車の気筒容積やパワーやタイプに基づいて提
供するために研究所のテストに基づく仕様条件に基づい
て組み立てられることができることである。
【００１４】それが説明と添付図面から明かになるよう
に、本発明は濾過エレメントの製造に適したセラミック
材料の特定の化学的な性質または物理的な特性を対象に
されるのでなく、本発明は特定の触媒材料または材料の
クラスの選択を対象にされるのでもない。実際に、Ｃ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯx を変換する化学材料と触媒は共に技術
上周知のことである。
【００１５】ちょうど事例を用いて、一般的に有用なセ
ラミック材料は、アルミナのような無機性耐熱酸化物、
ガンマアルミナ、アルミナジルコニア、ジルコニア、シ
リカ、コウジライト、ムライト、シリコン・カーバイド
のようなカーバイド、ニトライド、その類似品に依って
表される。適切な触媒材料の例は、プラチナ、パラジウ
ム、シルバー、鉄酸化物のような酸化物、バナジウム酸
化物、クロム酸化物であり、なおかつ、一般的に適切な
触媒媒体は、当業者で周知のことであるように、周期律
表のグループＩ，Ｖ，VI，VIIIの他の金属も含めること
ができる。これらの触媒材料が単独または２つ以上組み
合わされて使用されても構わないという事実も周知のこ
とである。気孔性セラミック材料を触媒を用いて処理す
る方法も、技術上周知のことであるが、本発明の範囲外
である。
【００１６】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。図１は、ヘッド１４の一端が実質
的に半球形状で終了する外部ハウジング１２から構成
し、円錐状の嵌合部材１５が与えられていて、この嵌合
部材がエンジンの排気マニフォルドと噛み合う、スリー
ブ１６に依って部分的に囲われていて、数字１０で、識
別される、サイレンサのボディを示す。ハウジング１２
の内部に、適切に配置された触媒エレメントを、説明す
る、含有する管状エレメント３０が位置していて、そこ
では管状エレメントが１つの末端３２を半球形状ヘッド
１４から形成されるチャンバー３４に向けて開いてい
て、反対側で、壁３６で囲われている、先細排気チュー
ブ３８が、ガスを大気に放出する放散装置として機能し
且つ外部ハウジング１２と実質的に一列に並んで終了す
る、筋違骨４０に接続され取り付けられている。
【００１７】長さＭの嵌合部材１５は、直径がＡの、そ
のインレット断面１７から開始し半球形状のチャンバー
３４の入口と一致し且つ直径Ｂが次に示す値をもつ断面
１８まで、１３％の傾斜をしているのが好ましい。 Ｂ＝２（Ａ／２−Ｍ×０．１３） … （１）
【００１８】チャンバー３４の内部に位置する、フィッ
ティング１５は、先細ダクトまたはベンチュリ管ノズル
２０を形成するために徐々に傾斜がつけられていて、そ
の末端の直径Ｃは次に示す値をもつ。 Ｃ＝Ｂ／３．５ … （２） 下記と等しい長さＮのチャンバー自体の内部に生成
【００１９】ベンチュリ管ノズル２０には、半球形状の
ヘッド１４との接続ゾーンの近くで切断された少なくと
も４つの横断する穴があって、なおかつ、ガスの部分が
触媒コンバータに放出され、残りの部分が末端の穴に放
出され、内部減圧部分に向かう。穴１９の直径Ｋは次に
示す値をもつ。
【数１】
【００２０】フロント・チャンバーの平均長さＰは、部
分的に半球形状のチャンバー３４を含めて、最初のダイ
アフラムの壁までで、下記の値になる。 ここでＨＰはエンジンの馬力である。 Ｋ＝２．６（４気筒エンジンの場合） ＝６．８（４気筒エンジンの場合） ＝１２．５（１２気筒エンジンの場合） ディーゼル・エンジンの場合、導かれたＫの値は４．２
５のファクターを更に掛け算される。
【００２１】末端の放散装置３８は、チューブ３０の内
側に向けて、次に示す直径をもつ。
【数２】 ここでＳF は、後で説明するように、チューブ３０に形
成される最後のチャンバーに面するターミナル・ダイア
フラムの穴の全体的な面積を示す。
【００２２】ベンチュリ管ノズル２０の末端から開始す
る、気孔性セラミック・モジュラー・ダイアフラム５０
のセットは、図２で概略が図示されるように、チューブ
３０に位置が設定されている。ダイアフラムの平均距離
ｄは、小さな排気容量エンジンから大きい排気容量エン
ジンにかけて通る、次に示す値に非常に近い。 ｄ＝（０．６から２）Ａ … （６） しかし、前記の距離ｄは、エンジンが動作している状態
で、異なるチャンバーの圧力をチェックすることに依っ
て実験的な経験によって定義されることができる変動の
影響を受ける。
【００２３】図３から、カップ形状の、ダイアフラム５
０は、メタル・チューブ３０の内径に正確に釣り合う直
径をもつ、外部がシリンダー状の形をしていて、実質的
に平らな外面５１、凹面の内面５２をもち、放物線状の
形をもつことが好ましいので、ベンチュリ管ノズルから
来るガスの流れは、渦巻と好ましくない背圧現象の生成
を防止し、適切なエンジン特性を保証するために、鋭角
がない丸みを帯びた表面をもつチャンバーと常に接触し
ている。
【００２４】各々横断壁５３は、その深さ方向に、円形
断面５４またはボタンの穴のような形５６または多角形
のような形５８から各々作られた、または任意に組み合
わされた構成で作られた、図４，５，６の例を用いて図
示されているように、種々のタイプ、形、寸法の通り穴
のシリーズを備えている。長さ方向に、穴は、或るチャ
ンバーから別のチャンバーに流れる前記の排気ガスの膨
張を、引き続き、支えると思われる、図７に図示される
ように、複数の分岐ダクトをガスの流れ方向に構成する
ために、小さなベースがガス・インレットに向けられた
状態の切頭体の傾向を示している。拡散角αは８°〜１
５°の範囲にある。
【００２５】総面積に対する各々ダイアフラムの通し穴
の比率は変動し、適切に決められる。大きい比率の値、
すなわち、より広い空のスペースをもつダイアフラム
は、排気ガスが更に膨張されるコンバータのアウトレッ
ト３８に向けて連続して組み込まれる。
【００２６】各々ダイアフラムの長さＨも、気筒容積と
エンジン・パワーに基づいて、エンジンに依って生成さ
れた排気ガスの容量に基づいて各々連続するチャンバー
の容量を経験的に定義することを可能にするために変わ
ることができる。
【００２７】図２は、例を用いて、ダイアフラム５０に
関して異なる可能性をもつ配置を示すものである。左側
から右側にかけて、ダイアフラム５０ａは、チャンバー
Ｖ0を形成するために、ベンチュリ管ノズル２０に向け
られたその凹面部に位置している。チャンバーＶ1 を形
成するために、相互に反対側に且つダイアフラム５０ａ
のものと必ずしも等しくない長さＨをもつ、ペアの同じ
タイプのダイアフラム５０ｂと５０ｃが続いている。こ
のケースで、ペアのダイアフラム５０ｂと５０ｃは凹面
の内面と共にセラミック・リング５９に依ってダイアフ
ラム５０ａからスペースがとられている。更に、すべて
同じ方向に向いている、ダイアフラム５０ｄ，５０ｅ，
５０ｆ、は、触媒サイレンサのアウトレットの直前のチ
ャンバーＶn まで連続するチャンバーＶ2 ，Ｖ3 ，Ｖ4
を形成している。
【００２８】異なる状態で穴が開けられた表面が与えら
れていて且つ異なる長さＨをもつ、ダイアフラム５０
は、それらの気孔性構造の表面と通し穴５４，５６，５
８を共にカバーするために、周知の触媒材料にさらされ
る。
【００２９】排気ガスは、ダイアフラムの前記のように
処理された表面と気孔性ボディと接触しながら流れ、予
期された目的を満足するために浄化され、なおかつ、そ
れらは、低温で、好ましくない有害汚染物資が薄められ
消音されて流れる。
【００３０】ダイアフラムの円周方向に沿う壁は、それ
を囲むメタル・チューブ３０の内側に分離障壁を形成す
るが、しかしチューブは外部ハウジング１２から隙間６
０に依ってスペースが与えられていて、隙間はガラス繊
維または岩綿を用いて周知の方法で充填されることがで
きる。
【００３１】図８は、更に迅速なサイレンサの取付を可
能にするために、チューブ３０に導かれる触媒エレメン
トの数を減少することを意味する、ダイアフラムのさら
なる別の実施態様を示すものである。ダイアフラム７０
は、ダイアフラム５０（すなわち、５４，５６，５８）
のために図４，５，６で、例を用いて、図示されるタイ
プの穴が与えられているディスクまたはプレート７４と
共に組み合わされた筋違骨７２から構成することもでき
る。各々互いに確実に接続されるために、別々に圧縮さ
れ且つ触媒材料で処理された、２つのエレメント７２と
７４は、前記の図８で、例を用いて、図示されるよう
に、適切なジョイントが与えられていて、なおかつ、そ
れらは他の適切な手段を用いて確実に結合されている。
筋違骨７２は、複数の任意の形の穴７６，７６′，７
６″…が与えられていて、それらはガスがチャンバーＶ
0 （図９を参照）からきて且つチャンバーＶ1 の内部の
プレート７４（筋違骨７２から形成される）を経由して
流れ、オジーブの内壁７３に接触しながらきて、有害化
学成分の最初の希薄作用を受ける。チャンバーＶ1 から
流れ出ると、ガスは、チャンバーＶ2 に進み、次にオジ
ーブ７２′の内側のさらなるＶ3 に進み、同様に、前記
の図９に図示されるようにチャンバーＶ4 ，Ｖ5，Ｖ6
に進む。
【００３２】複数のユニットと組み合わされて使用され
ることができるダイアフラムのさらなる好ましい変形例
が図１０に図示されている。本発明の内部で、気孔性セ
ラミック・エレメントは、８０のように一般的に識別さ
れる、ボディから構成し、なおかつ、その外面８１はシ
リンダー状が好ましく、なおかつ、反対側に口径９２，
１０２をもつ、２つのくぼみ９０，１００を形成する２
つのフランジ８４と８６が固定されている横断するダイ
アフラム８２が内部で与えられている。
【００３３】ダイアフラム８２の境界を定める、くぼみ
９０と１００の隣接する底は、好ましい凹面であり、な
おかつ、時々性能を低下する場合がある鋭い周辺末端の
生成を防止するために、図１０で点線で図示されるよう
に、それらの各々フランジに接続されている。くぼみ９
０と１００は、バッフルそのものを通り、特定の必要性
と用途に基づいて、任意の形、数、寸法で製造され、な
おかつ、エレメント８０の縦軸ｘ−ｘを中心として調整
されることができる、複数のシリンダーまたは円錐ある
いはその両方の状態の穴８５を用いて相互に連絡してい
る。
【００３４】前記のエレメント８０のフランジ８４と８
６は異なる高さｓとｔになることができて、なおかつ、
それらは連続するチャンバーの非常に広範囲の容量
Ｖ0 ，Ｖ 1 ，Ｖ2 を、ごく僅かのエレメントを用いて、
好都合に達成を可能にする広範囲のアプリケーションの
可能性を与えることができる。更に、図１０の８０で示
されるタイプのエレメントを用いると、エレメントを相
互に反対に設定することに依って達成されるチャンバー
が鋭い末端を任意の部分に生ぜずに常に底を接続させる
ことができる。
【００３５】本発明は或る好ましい実施態様の形を引用
して数多く例証され説明されたが、当業者は、形と細か
い部分の種々の変更は、添付された請求項で定義される
本発明の保護範囲を逸脱せずに実施されることを可能に
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン排気ガス・インレット・ノズルと後部
排気放散装置を備え、内部ダイアフラムがない、本発明
に基づいて組み合わされたサイレンサ／触媒コンバータ
のハウジングを示す、軸方向概略断面図である。
【図２】サイレンサ内部のセラミック・エレメントの配
置の詳細図である。
【図３】或るタイプのセラミック・ダイアフラムの断面
である。
【図４】本発明に基づいて穴が開けられたダイアフラム
壁の背面図である。
【図５】本発明に基づいて穴が開けられたダイアフラム
壁の背面図である。
【図６】本発明に基づいて穴が開けられたダイアフラム
壁の背面図である。
【図７】ダイアフラムの拡散穴の１つを断面で示すもの
である。
【図８】本発明に基づく気孔性セラミック・ダイアフラ
ムのさらなる実施例の断面である。
【図９】図８に図示されるセラミック・エレメントの配
置の詳細図である。
【図１０】本発明に基づく気孔性セラミック・ダイアフ
ラムのさらなる別の実施例の断面を示すものである。
【図１１】前記の図１０のXI方向に沿う図１０のダイア
フラムの正面図である。
【符号の説明】
１２…ハウジング １４…ヘッド １５…嵌合部材 １６…スリーブ ２０…ベンチュリ管ノズル ３０…チューブ ３４…チャンバー ３６…壁 ４０…筋違骨 ５０…ダイアフラム

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気マニフォルドに接続され
    る先細状の嵌合部材（１５）が上流側に固定された、実
    質的に半球形状のヘッド（１４）を、その排気ガス・イ
    ンレット末端に具備する、ハウジング（１２）を有し、
    該ハウジング（１２）内部に管状エレメント（３０）が
    組み込まれて触媒コンバータを構成し、前記の管状エレ
    メントが排気ガスの流れの上流側の末端で開いていて、
    なおかつ、開口末端が前記の半球形状のヘッド（１４）
    に依って形成されるチャンバー（３４）を交差する前記
    の嵌合部材（１５）に延長し、管状エレメント（３０）
    の内側で終了するベンチュリ管ノズル（２０）を形成
    し、該エレメント（３０）の反対側の末端にサイレンサ
    のアウトレットに向けて先細状になる排気チューブ（３
    ８）が接続されている壁（３６）に依って閉じられてい
    て、なおかつ更にベンチュリ管ノズル（２０）の末端と
    該壁（３６）の間の内部管状エレメント（３０）の部分
    にその汚染物資の排気ガスを薄めるために触媒材料で処
    理された気孔性セラミック材料から作られた複数のモジ
    ュラー・ダイアフラム・エレメント（５０，７０，８
    ０）が挿入されていることを特徴とするサイレンサ。
  2. 【請求項２】 気孔性セラミック・モジュラー・エレメ
    ントが、カップの形をした、好ましくはシリンダー状
    の、ダイアフラム（５０）であり、壁（５３）を具備
    し、その外面（５１）が実質的に平であり、内面（５
    ２）が凹面、好ましくは卵形で、前記のエレメントの壁
    （５３）に好ましくない有害な背圧現象の防止に適した
    任意の形状、数、面積の通し穴（５４，５６、または５
    ８）が与えられていることを特徴とする請求項１に記載
    のサイレンサ。
  3. 【請求項３】 気孔性セラミック・モジュラー・エレメ
    ント（７０）が筋違骨の形状をしたダイアフラム（７
    ２）から作られていて、その壁が、有害な背圧現象を防
    止するために、エンジンのタイプに基づいて、任意の形
    状、数、面積で、種々の状態で調整された複数の穴（７
    ６，７６′，７６″）を備え、同時に１つの筋違骨が筋
    違骨の内部スペースに向けて拡張する通し穴（５４，５
    ６、または５８）を備え、プレート（７４）に結合可能
    であることを特徴とする、請求項１に記載のサイレン
    サ。
  4. 【請求項４】 気孔性セラミック・モジュラー・エレメ
    ント（８０）が２つの反対側のくぼみ（９０，１００）
    を形成する２つの横フランジ（８４，８６）を周辺に備
    えているダイアフラム（８２）から作られていて、前記
    のくぼみが前記のダイアフラム（８２）を経由して軸方
    向に複数の通し穴（８５）を用いて相互に連絡すること
    を特徴とする、請求項１に記載のサイレンサ。
  5. 【請求項５】 壁（５３，７２，７４，８２）の通し穴
    （５４，５６，５８，７６，８５）の形状と数が共に、
    ベンチュリ管ノズル（２０）の穴の面積の少なくとも
    １．５倍〜４倍まで、好ましいのは前記の面積の３倍、
    変わる通し穴の総面積を形成するために、或るセラミッ
    ク・エレメントから別のものに且つ１つで同じエレメン
    トで変動できることを特徴とする、請求項２，３、又は
    ４に記載のサイレンサ。
  6. 【請求項６】 セラミック・エレメントまたはそれらの
    フランジあるいはその両方の長さが、コンバータのアウ
    トレット（３８）の方向に、一般的に大きくなる容量
    で、連続するチャンバー（Ｖ0 ，Ｖ1 ，Ｖ2 …）のモジ
    ュラー状態の形成を可能にするために変動できることを
    特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のサイ
    レンサ。
  7. 【請求項７】 管状エレメント（３０）に取り付けられ
    ているカップ形のダイアフラム（５０）が他のものと接
    触しているか、またはそれらが相互の間に挿入されてい
    るセラミック・リング（５９）をもつことができること
    を特徴とする、請求項２に記載のサイレンサ。
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