JPS58132290A - 吸音材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、内燃機関用排気消音装置などのようにター
ルやすすを同伴する排ガス路中に介在される吸音材に関
するものである。 一般に、吸音材としてはその用途や使用条件に応じてグ
ラスウール、ロックウール、セラミックあるいは金属製
の多孔質基材のほか、有機質系基材などが使用されてい
る。これらのうち、内燃機関用排気消音装置におけるよ
うな高温条件−下では、グラスウール、ロックウール、
セラミックおよび金属製の多孔質基材が用いられる。し
かし、これらのものをそのまま吸音材として用いた場合
には、内燃機関の運転時に、ガソリンなどの燃焼残渣で
あるタールやすすがその表面に付着したり、内部へ侵入
して目詰まりを生じさせるため、比較的短期間で吸音性
能の低下をきたして排気騒音が激化する。加えて、排気
ガスに接触する吸音材表面の粗度が大きいために、吸音
材表面゛に沿って流れる排気ガス流の流れ抵抗が大きく
なり、それが内燃機関の背圧上昇を招いて内燃機関の効
率を低下させる要因となっていた。さらに、従来の吸音
材が具備している低７周波帯域での吸音特性は、高周波
帯域でのものに比べて急激に低下したものであるため、
低周波帯域での消量能力が重視される内燃機関用排気消
音装置用としては満足のいくものではなかった。 そこで、この出願の発明者らは、上記した諸種の不都合
のない吸音材を得るために、種々調査の結果、多孔質基
材の表面に薄膜を形成することが吸音性能の低下防止お
よび内燃機関の効率の低下防止と低周波帯域での吸音特
性の教養に有効であり、加えて、その薄膜上にある種の
触媒作用などを呈する層を形成させておくことが、さら
にその効果を助長させることを見出し１．その結果、こ
の発明を完成させるに至った。 すなわち、この発明は、多孔質基材の表面に形成された
薄膜上に、低温酸化触媒と、固体酸触媒と一還元剤詔よ
びアルカリ剤から選ばれる一種または二種以上の材料と
、耐熱性結合材とを混練してなる表層を形成したもので
ある。 この発明に招いて使用することができる多孔質基材とし
ては、発泡金属、焼結金属、金属繊維あるいは無機繊維
強化金属などの市販汎用材料があり、それらの材質とし
てＮｉ　、　Ｃｕ　、　Ｎｉ　−Ｃｒ　、　Ｆｅ　−Ｃ
ｒ　、　Ｆｅ　−Ｎｉ　−Ｃｒ　、　Ｆｅ−Ｃｒ　−Ａ
Ｉ　、　Ｎｉ　−Ｆｅ−Ｃｒ　−ＡＩなどの合金のほか
、グラスウールやロックウールなどを用いることもでき
るが、内燃機関用排気消音装置には、その排気ガス温度
（４００〜８００℃）や運転中に発生する振動などを考
慮すれば、耐衝撃性があり、かつ、高温に耐える金属系
のものを用いる仁とが望ましい。 この発明では、１掲した多孔質基材の表面に薄膜が形成
されるが、その形成面は、排気ガスが接触する表面であ
る。そして、その形成方法としては、多孔質基材上に薄
膜素材を重合させて加熱溶着させる場合のほか、両者を
加圧した状態で加熱圧着させる方法、多孔質基材が金属
材料である場合にはグラインダなどを用いてその表面を
摩潰して基材と一体の膜を形成させる方法、さらＫは、
多孔質基材表面に耐熱塗料をスプレー法などによって塗
着する方法がある。また、薄膜の材料は、１掲した多孔
質基材の構成材料のほかに、耐熱性塗料の材料となる結
合材としてのほうろう、ガラス質フリット、アルカリ金
属ケイ酸塩、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、
金属リン酸塩、セメント類、シリコン樹Ｍｌ（フェス）
、ケイ酸ナトリウム、アルミニウムホスフェート、メチ
ルフェニルシリコン、リン酸フリット、カルシウムホス
フェート、アルミニウム粉入りホガラスなど、および添
加剤としてのアルミナ、ベントナイト、水、ケイ石、酸
化カルシウム、炭酸カルシウム、有機ベントナイト、炭
酸マグネシウム、シンナー、マグネシウムケイ酸塩（タ
ルク）などである。 このように、多孔質基材上に薄膜を形成すれば、排気ガ
スに同伴されるタールやすすなどの燃料残渣が多孔質基
材中に侵入して目詰まりを起こすことが完全に防止され
るが、その一方で、多孔質基材への吸音率も低下する。 しかし、この吸音率の低下は、薄膜の厚さなどの調整に
より、薄膜と多孔質基材の空孔などで形成される機械−
音梼インピーダンス系の固有値を高吸音率が望まれる低
周波帯域に設定することにより、内燃機関用排気消音装
置に用いる吸音材としては有利に作用するととＫなる。 具体的な適当な膜厚は、上述の加熱溶着、加熱圧着初よ
び摩□潰の各方法による場合は、６０μｍ以下の範囲で
調整し、また、塗着法による場合は、２５０μｍ以下の
範囲で調整すれば良いことが判明している。 つぎに、低温酸化触媒としては、ＭｎＯ２，ＣｕＯ。 Ｎ　ｉ　ＯＴ　Ｃｏｏ　ｅ　Ｃｏ　ｓ　Ｏ４ｅ　Ｃｒ　
！　０３　ｅ　Ｆ　ｅ　！　０３ｍ　Ａｇ　２０ｅＺｎ
Ｏ、ＰｂＯその他の金属酸化物や、１ＪｎＦｅ１０４　
　。 ＮｉＣｒ！０４　、　ＭｎＣｒ２Ｏ４、ＣｕＣｒ２Ｏ４
その他の複合金属酸化物や、Ｐｔ　、　Ｐｄ　、　Ｒｈ
　、　Ｒｕ　、　Ａｔその他の貴金属単体などを、単味
で、または混合して使用するととができる。これらの低
温酸化触媒は、いずれも、排気ガス温度である４００〜
８００°Ｃの温度で活性化されるものであって、タール
やすすなどの燃焼残液を、本来のその燃焼温度よりも低
温領域て酸化分解（表面燃焼）させる作用を呈する。そ
のため、これらの粒子層を薄膜上に形成させて怠くと、
排気ガスに同伴し起タールやすすが付着後、速やかに酸
化分解されて排気ガス流とともに揮散される。したがっ
て、薄膜や多孔質基材が金属材料で構成されている場合
であっても、それらが・早期に高温酸化されることから
保護される。 また、この発明に初いて使用することのできる固体酸触
媒としては、天然ゼオライト、合成ゼオライト、活性白
土、酸性白土、シリカジルコニア、シリカマグネシア、
活性アルミナ、シリカアルミナ、五酸化バナジウム、ア
ルミナボリアその他のものが掲げられる。これらの固体
酸触媒は、いずれも排気ガス温度である４００〜８００
℃の温度で活性化されるものであって、排気ガス中のタ
ールやすすを形成する成分や酸化重合（高分子化）を阻
止し、かつ、その成分を低分子化して気化しやすくする
作用を呈する。そのた・め、これらの粒子層を薄膜上に
形成させて参くと、排気ガスに同伴したタールやすすの
成分を、この成分が付着した吸音材表面でタール化を阻
止して自動的に蕪化（浄化）させる。したがって、薄膜
や多孔質基材が金属材料で構成されそいる場倉であって
も、それらが早期に高温酸化されることから保護される
。 固体酸触媒とは陽子（Ｈ＋）の放出作用か電子対の受容
作用を有する物質であり、上記のような触媒作用は、石
油化学工業において、高沸点（高温気化物質）の重質油
を接触分解して低沸点（低温気化物質）の軽質油にかえ
るいわゆるクラッキングとしてよく知られているもので
ある。 つぎに、還元剤として、銀粉末、亜硫酸ナトリウム、金
属粉、炭素粉、亜硫酸塩、第一鉄塩、すず壌、硝酸第１
すず、硝酸第１すず、シュウ酸塩その他の還元剤を使用
することができる。 さらにまた、アルカリ剤として、ケイ酸カリウム、アル
ミン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム
、炭酸ナトリウム、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属
ケイ酸塩、水酸化物、塩基性酸化物その他のアルカリ剤
を使用することができる。 一方、耐熱性結合剤としては、すでに耐熱性塗料の材料
として例示したものを使用でき、このような結合剤の薄
膜上への塗着性やその皮膜性能を良好なものとするため
に、上記塗料の材料として例示した添加剤が混入される
。 上記還元剤は、タール発生物の酸化重合による高分子化
を抑制し、アルカリ剤は、タール発生物の重合によって
生成した物質を中和もしくはけん化して重合反応の進行
を阻止することによりタールの形成および析出を防止す
る作用を呈する。そのため、この発明では、還元剤珈よ
びアルカリ剤のうちから選ばれる一種または二種以上の
材料が用いられるが、その場金に、同種材料として掲げ
た一群の物質を単味使用することも、複数の物質を混合
して使用することも自由である。 つぎに、この発明の代表的な実施例を説明する。

【実施例】

多孔質基材として発泡金属（商品名：セルメット、Ｎｉ
−Ｃｒ製、厚さ６麿）を用い、この金属多孔質基材の表
面（片面）に、厚さ５１１ｍのＮｉ　−Ｃｒ膜を載置し
、これを電気加熱炉に入れ、アルゴンガス雰囲気で約１
８００℃に加熱して両者を溶着接合した。つぎに、下記
組成例の組成物をボールミルにて約８０分閏梶倉した混
練物をスプレーにて均一に塗布した。さらに、このもの
を８０℃で８０分間転燥した後５５０℃で３０分開部成
して硬化させた。 組成例 低温酸化触媒剤：酸化クロム　　　１０重量部酸化ニッ
ケル　　１０重量部 固体酸触媒剤　：　酸性白土　　　　２０　〃還　元　
剤　二Ａｆ粉末　　　　１５　〃アルカリ剤　：　けい
酸ナトリウム　１５　〃結　　合　　剤　：　メチルワ
エちルシリコーン　　６０　　〃アルミナセメント　　
６　〃 添　　加　　剤　：　ケイ石、ベントナイ）、８０／／
シンナー なか、低温酸化触媒や固体酸触媒剤よび還元剤は、それ
自体ては強同な被覆皮膜を形成しにくいので、本発明で
は結合剤中にこれらを含有分散させて塗着し、加熱硬化
して多孔質で強固璽牢なる皮膜を形成して使用する。 また、ここで用いる添加剤は、塗布物としての塗着性や
皮膜性能を良好にする作用を成し、被覆皮膜形成後の強
度■よび下地多孔質材への付着性能を高めるとともに皮
膜を多孔質化する性質を有するものである。 こうして得られた吸音材の断面層を光学顕微鏡で観察し
、その結果を１１１図に示した。図中、（１）は金属多
孔質基材の骨格、（２）は空孔、（８）は溶着した薄膜
、り４）は表層をそれぞれ示す。 つぎに、上記発泡金属多孔質基材のみ（従来品）、上記
発泡金属多孔質基材表面に上記薄膜を溶着形成させたも
の（比較量）右よび上記実施例によって得られたもの（
発明品）との各種の性能比較試験を行なった。 耐食性能試験 電気炉を用い、二酸化いおう５　ＰＰｍ　　を含有する
４００〜８００℃の空気中ＫＴ２時間放置した場合の腐
食による重量変化率を調査したものである。第２図にそ
の結果を示し、Ａは発明品、Ｂは比較量およびＣは従来
品の各特性曲線を示す。これから明らかなように、発明
品は内燃機関の排気消音装置と同一温度条件である４０
０〜８００℃で、加えて二酸化いおうを含む腐食性雰囲
気中においても腐食がほとんど進行せず、良好な耐食性
を発揮する。これに対して、従来品と比較量とは腐食に
よる重量変化が著しく、目視観察では表面に黄緑色の生
成物の付着がみられた。これは、薄膜に分散されている
低温酸化触媒粒子は、排気ガスの温度によって活性化さ
れ、上記燃焼残液を、実際にそれが燃え去ってしまう温
度よりも低い排気ガス温度において、自動的に酸化分解
（表面燃焼）させて浄化除去してしまう作用をなし、こ
の場合に１含有されている固体酸触媒詔よび、還元剤ま
たはアルカリ剤が、それぞれ、タール形成成分が吸音材
表面で重合により高分子化してタールとして析出する反
応を阻止し、しかもタール形成成分がかりに高分子量化
しても、これを分解して低分子量化させて、燃焼または
気化しゃすくさせるからである。つまり−Ｈタールとし
て析出してしまうと一低温酸化触媒のみの活性力では、
これを浄化除去するのにやや長い時間を要したり、浄化
し番とくいこともあるが、タール化阻止またはタール分
の分解がなされていると、タール形成成分があまり高分
子量（高沸点）化しないため、低湿酸化触媒が浄化しや
すくなると考察される′。 吸音性能試験 管内法（ＪＩＳ　Ａ　１４０５　）によって種々の周波
数での垂直入射吸音率を測定し、その結果を第８図に示
した。Ａｌ　　は発明品、Ｂ１　　は比較量、ＣＩは従
来品の各特性曲線を示す。これから明らかなように、発
明品は、高周波特性詔よび低周波特性がともに比較量よ
りも優れており、とくに従来品と比較すればその低周波
特性は著しく良好なものになっている。 これは、空孔径が比較的大きな金属多孔質基材の場合、
その表面に適当な厚さの薄膜を形成させることにより、
薄膜と多孔質基材の空孔などによって形成される機械−
音響インピーダンス系の固有値が低周波数領域に設定さ
れるため、低周波領域の吸音特性が向上するものと考え
られる。また、上記薄膜上に表層が形成されている場合
は、この表層自体が多孔質であるため、全周波数領域で
の吸音特性が向上するものと考えられる。 吸音特性維持試験 上記三種の吸音材を筒状に成形し、市販の国産乗用車（
排気量１８００　ｃｃ　）の排気消音装置内に同一の形
部で組込み、約１万Ｋｍの実走行後、ＪＩＳ　Ｄ　［１
１６によって消音性能を測定し、実走行前の初期値と比
較した。その結果を第４図に示す。人！、Ｂ雪参よびＣ
！はそれぞれ発明品、比較品参よび従来品の初期特性曲
線、また、ａ、ｂおよびＣはそれぞれ発明品、比較量お
よび従来品の実走行後の特性曲線を示す。 これから明らかなように、発明品は、初期消音性能が良
好であることはもちろん、１万Ｋｍの実走行後もほとん
ど初期消音性能が低下していないのに対し、従来品は、
初期消音性能が発明品の実走行後の消音性能よりも劣り
、また、１万Ｋｍ　の実走行後にはすべての測定局波数
帯に＄いて消音性能が着しく低下している。また比較量
は、初期消音性能と実走行後の消音性能とに著しい差は
見られないものの、やはり、発明品に比べると消音性能
に劣っている。また、消音性能測定後に、前王者の吸音
材を取り出して目視観察を行なったところ、発明品は、
初期状態とほぼ同様の清浄な外観を保っていたが、従来
品は、その表面全体に黒色のタール状ないしすす状の燃
料燃焼残渣ならびに黄緑色の腐食生成物が多量に付着し
て目詰まりを起こしていた。一方、比較品は、従来品は
どではないが、その表面の薄膜層に薄くタール状ないし
すす状の燃料燃焼残液が付着していた。しかし、この燃
焼残渣は薄膜上に付着しているのみで、基材内部への侵
入はなかった。 上記のようＫ、発明品が吸音特性琳よび実走行後の外観
に優れるのは、発明品では、多孔質基材表面の薄膜上に
形成されている低温酸化触媒粒子が排気ガス温度によっ
て活性化されるため、燃焼残液を、実際にそれが燃え去
ってしまう温度よりも低い排気ガス温度において、自動
的に酸化分解（表面燃焼）させて浄化除去してしまった
ため初期の消音性能が持続したものと考えられる。この
場合に含有されている還元剤は、タール形成成分が吸音
材表面で酸化重合により高分子化して、タールとして析
出する反応を阻止する作用を成すと考えられる。つまり
、一旦タールとして析出してしまうと、低温酸化触媒の
みの活性力では、これを浄化除去するのＫやや長い時間
を要したり、浄化しにくいこともあるが、タール化阻止
がなされていると、タール形成成分があまり高分子量（
高沸点）化しないため、低温酸化触媒が浄化しやすくな
ると考察される。また、このことと、薄膜によって燃焼
残渣の多孔質基材中への侵入が阻止されたことの相乗効
果によるものと思われる。 以上の説明から明らかなように、この発明によれば、吸
音性、耐食性勿よび機械的強度などに優れた吸音材を容
易かつ安価に製造することができる上、吸音特性を所望
に応じて四節することも容易であるので、自動車の排気
消音装置や工場設備Ｋｍけるダクトなどに使用される吸
音材として、それぞれ経済上畠よび性能面からして好適
なものを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸音材の拡大断面図、第２図〜第４図は各種の
吸音性能をあられした特性図である。 （１）・・・骨格、（２）・・・空孔、（８）・・・薄
膜、（４）・・・表層。 代理人　　葛舒信−（外１名） 第２図 温度（℃ 第３図 闇蓑枚（Ｈ２）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　多孔質基材の表面に形成された薄膜上に、低
   温酸化触媒と、固体酸触媒と、還元剤諺よびアルカリ剤
   から選ばれる一種または二種以上の材料と、耐熱性結合
   剤とを混練してなる表層を形成した吸音材。
2. （２）　　多孔質基材と薄膜とが同質金属である特許請
   求の範囲第１項記載の吸音材。
3. （３）薄膜が２５０　ｐｍ以下の厚さを有する耐熱塗料
   からなる特許請求の範囲第１項記載の吸音材。