JPS63129115A - 排気系機器とその製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は自動車用内燃機関部品として用いるのに適した
排気系機器とその製造方法に関するものである。

従来の技術 内燃機関の排気系機器、特にマニホールドは内面が高温
・高圧の燃焼ガスに接するため、その影響を強く受け、
長期間使用することができない難点があり、また放散熱
が大きく断熱性が小さい欠点があった。

特開昭５８−５１２１４号には内面に耐火断熱コーティ
ングを施した排気マニホールド等の内燃機関用排気系機
器を開示している。この内燃機関用排気系機器は耐火物
原料粒子と無機質結合剤の混和物よりなる不定形耐火物
の被覆層を高熱の排気ガスに接する金属１１ｆｆｉ器本
体の内面に形成したものである。

また特開昭５８−９９１８０号には排気マニホールドな
どの内燃機関用排気ガス系機器の内面に耐火断熱コーテ
ィングを施す方法を開示している。

この方法は、高熱の排気ガスに接する金属ｌｆｉ器本体
の内面に耐火物原料粒子と無機質結合剤とフリットの混
和物よりなる泥漿を付着させて耐熱被覆層を形成し、続
いて、該耐熱被覆層が湿潤状態にあるあいだにその表面
に耐火断熱材粒子を付着させて断熱層を形成し、次いで
、前記耐熱被覆層を固化させたうえ該断熱層の表面に耐
火物原料粒子と無機質結合剤とフリットの混和物よりな
る泥漿を付着させて耐熱被Ｎ層を形成させることを特徴
とし、必要に応じて前記外層の耐熱液Ｗｉ層の表面に前
記断熱層と同材の耐火断熱被覆層および前記耐熱被覆層
と同材の耐熱被覆層を順次反復して所要層形成させるも
のである。この方法により、耐熱被１層と耐火断熱層と
耐熱被覆層との三層が一体化して積層されたコーティン
グ層が形成される。

発明が解決しようとする問題点 このマニホールドは、耐火物原料粒子と耐熱性無機質結
合剤の混和物よりなる不定形耐火物を内面にコーティン
グしたものであるため被覆層中の水分が比較的多くなら
ざるを得ず、乾燥時に亀裂が生ずるばかりでなく、熱処
理時の収縮が大ぎく剥離・破１０が起こりがちである。

また高温の排気ガスにより急激に加熱される際にも熱衝
撃により亀裂や剥離を生じるおそれが大きい。また吸湿
性の少ないマニホールドの内面に不定形耐火物である泥
漿状のコーテイング材を均一な厚さで付着させることは
きわめて困難である。

さらにまたマニホールドの内面には耐火物の被Ｎ層があ
るため耐熱性は良好であるが断熱性については不十分で
ありマニホールドの外面まで温度が伝わり高温となるた
めマニホールドの寿命が縮減するなど決して好ましい構
造とはいえない。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、これらの欠点に鑑み種々研究をかさねた
結果、排気系機器の内面に断熱層と耐火層を形成させ、
熱処理を行なうことにより亀裂・剥離のない耐火・断熱
コーティングを形成することができることを発見し、本
発明を完成するに至った。

本発明の排気系機器は、高温排気ガスが通過する排気系
機器の内面にセラミック繊維および又はウィスカを造粒
してなる多孔質粒子を固着させた断熱層を有し該断熱層
表面に耐火材粉末を固着した耐火層を有することを特徴
とするものである。

また、本発明の排気系機器の製造方法は、■　排気系機
器の内面に無機質結合剤溶液を均一に塗布し、 ■　ただちに前記無機質結合剤溶液の層にセラミック繊
維および又はウィスカを造粒してなる多孔質粒子および
必要に応じて耐火物微粉末からなる結合助剤との混和物
を付着させ、■　熱処理により養生・乾燥・固化する工
程を含む第一段階を少なくとも１回行なうことにより断
熱層を形成し、次いで、 ■　前記断熱層の表面に無機質結合剤溶液を塗布し、 ■　ただちに前記無機質係合剤溶液の層に耐火材粉末を
付着させ、 ■　熱処理により養生・乾燥・固化する工程を含む第二
段階を少なくとも１回行なうことにより耐火層を形成す
るものである。

本発明の排気系機器の製造方法において接着性を付与す
るために使用する無機質係合剤としては、珪酸ナトリウ
ム、珪酸カリウム、珪酸リチウム、などの珪′ＰＩｉ塩
結合剤、第一リン酸アルミニウム、第一リン酸カルシウ
ム、第一リン酸マグネシウム、縮合リン酸ソーダ、リン
酸などのリン酸系結合剤、コロイダルシリカ、コロイダ
ルアルミナ、コロイダルジルコニアなどのゾル系結合剤
およびエチルシリケートなどが適当である。

結合剤は水溶液の形で使用するが、そのｍ度は２０〜６
０ｗｔ％が好ましい。２０ｗｔ％より低いと接着力が小
さく剥離しやすい。また６０ｗｔ％を越えると塗布作業
が困難となる。より好ましくは２５〜５５ｗｔ％である
。

結合剤溶液に硬化剤を適量添加することもできる。硬化
剤は、結合剤の種類によって異なるがそれぞれ公知のも
のが使用できる。例えば、珪酸塩結合剤に対しては珪弗
化ソーダ、焼成リン酸アルミニウム、ダイカルシウムシ
リケート、炭酸ガス等がある。またリン酸アルミニウム
にたいしては、マグネシア、ライムなどの塩基性酸化物
、カルシウムアルミネート、弗化アンモニウム等である
。

断熱性を付与するために使用する耐火断熱材はセラミッ
クｉｌｌ維および又はウィスカを造粒してなる多孔質粒
子であり、特殊な材料である。

このセラミック繊維および又はウィスカを造粒してなる
多孔質粒子はコランダム質、ムライト質、ジルコニア質
などの結晶質繊維、アルミナ−シリカ系のガラス繊維お
よびチタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素などのウィ
スカの１種類または２種類以上の併用からなっており、
その粒径は３０〜２０００μｍの範囲が適当である。粒
径を３０μｍ以上に制限する理由は３０μｍより小さい
と収縮による亀裂や剥離を生じる。

粒径を２０００μｍ以下に制限する理由は２０００μｍ
より大きいと、平滑な被覆層を形成しにくい。

耐火物微粉末からなる結合助剤はセラミック繊維および
又はウィスカを造粒してなる多孔質粒子間を充填しその
結合を補強するために用いるものである。耐火物微粉末
としては用いる繊維と同材質のもので、粒径４４μｍ以
下のものが適当である。

耐火材としては溶融シリカ、コージェライト、ムライト
、アルミナ、ジルコニアなどであり、ジルコニアは熱伝
導率が小さいので特に望ましい。

耐火材粉末の粒度は１０〜５００μｍの範囲である。１
０μｍより小さいと粒子間の凝集が起こりやすく、平滑
な被覆層を形成しにくく、高熱の影響を受けて収縮しや
すい。また５００Ｉｉｍを越えると平滑な被覆層は形成
しにくい。より好ましくは３０〜５００μｍの範囲が適
当である。

本発明の排気系機器の製造方法は断熱層を形成する段階
と耐火層を形成する段階とを有する。

断熱層を形成する場合、まず排気系機器の内面に無機質
結合剤溶液を均一に塗布し、ただちに結合剤溶液塗布表
面にセラミック繊維および又はウィスカを造粒してなる
多孔質粒子および必要に応じて耐火物微粉末からなる結
合助剤との混和物を散布する。結合剤溶液は多孔質粒子
間に浸透し断熱層を形成する。この層の厚さは結合剤の
濃度、塗布厚さ及び多孔質粒子の粒径によって異なるが
、一般に１００〜３０００μｍである。

以上の方法による形成した断熱□は泥漿状にして塗布し
た層と比較して、水分が非常に少ないのが本発明の著し
い特徴である。かかる特徴により、次の熱処理による乾
燥・固化工程におい°て脱水による収縮が小さくなり断
熱層に亀裂や剥離の発生を防止することができる。

上記断熱層の熱処理は約３００℃まで徐々に加熱するこ
とにより行う。急激な加熱は亀裂や剥離の原因となるの
で、避けるべきである。

次に必要とあらば、上記の断熱層の上に更に同様の方法
により結合剤溶液を塗布し、セラミック繊維および又は
ウィスカを造粒してなる多孔質粒子および必要に応じて
耐火物微粉末からなる結合助剤との混和物を付着させ、
熱処理により乾燥・固化させる。比較的厚い断熱層を得
るためには、このサイクルを数回繰り返す。充分な断熱
性を確保するためには、断熱層は１．０〜５．０Ｉｌｌ
ｌであることが望ましい。断熱層が１．０ｍｍより小さ
いと断熱効果が少なく、断熱層が５．０ｎｏｎより大き
いと断熱効果は大きくなるが剥離傾向が強くなる。

より好ましくは１．０〜３．Ｑｎｕａの範囲が適当であ
る。このようにして形成された断熱層の１に耐火層を形
成する。耐火層はまず無機質結合剤溶液を塗布し、耐火
材粉末を付着させ、熱処理により乾燥・固化する工程を
含む方法により形成する。

具体的な条件は、耐火材粉末を使用すること以外断熱層
の形成条件と同一である。耐火層は上記工程からなるー
サイクルのみで形成することができるが、必要とあらば
このサイクルを数回繰り返しても良い。かかる方法によ
り０．２〜１．５ｍｓ＋の耐大層を形成する。耐火層を
形成する目的はコーティング層の熱的および機械的強度
の補強であり耐火層が０．２１ｆｌｌより小さいと熱的
および機械的強度が充分でなく、耐火層が１．５１０１
より大きいと熱的および機械的強度は充分であるが剥離
傾向が大きくなり適当でない。より好ましくは０．５〜
１．０ＩＩｌｆｆｌの範囲が適当である。

このように断熱層と耐火層とからなるコーティング層を
形成した排気系機器を炉内で８００〜１０００℃に加熱
し１５〜６０分間保持してコーティング作業を完了する
ものである。

この熱処理は炉内で加熱する他、ボート内に熱風を通過
させる方法でも良い。

実施例 本発明を以下の実施例により更に詳細に説明する。

実施例１゜ 酸化皮膜を有する内径４０ｍｍ厚さ５ｍｍの鋳鉄製排気
マニホールドの内面をあらかじめＰＨ１０のアルカリ溶
液で脱脂処理を施し、珪曹比２．９゜温度４５ｗｔ％の
珪酸ソーダ水溶液１００玉串部に対し、硬化剤として焼
成リン酸アルミニウム（ヘキスト社製Ｈ８ハードナー）
を１０重負部添加したものを塗布し、ただちにチタン酸
カリウム（Ｋ２　Ｔ　ｉ　６０１３）ウィスカを造粒し
てなる充填かざ比重０．３９粒径４４〜２１０μｍの粒
径の多孔質粒子を旋回気流によって散布し、乾燥固化し
た。この操作を４回繰り返すことにより厚さ２ｆｆｌｌ
ｌｌの断熱層を形成した。この断熱層の内面に前記と同
様の結合剤を塗布し、粒径４４〜２１０μｍの未安定ジ
ルコニアを旋回気流によって散布し、乾燥固化した。こ
の操作を３回繰り返すことにより厚さ１ｍｍの耐火層を
形成した。

最後に８００℃で３０分の熱処理を行ない内面に断熱層
と耐火層を有する鋳鉄製排気マニホールドを完成した。

得られたマニホールドのコーティング層には全く亀裂は
みられなかった。

実施例１によって得られたマニホールドについて下記の
試験を実施し良好な結果を得た。

（１）耐熱試験 マニホールドの内部に１０００℃の熱風を連続して１０
０時間送風した後、常温に冷却したがコーティング層の
破損や剥離は全くなかった。

（２）熱衝撃試験 マニホールドの内部に１０００℃の熱風を３０分間送風
した後、１００℃まで放冷するサイクルを１５０回繰り
返したがコーティング層の破損や剥離はまったくみら机
なかった。

（３）断熱試験 マニホールドの内部に１０００℃の熱風を３０分再送風
した後、外面の温度を澗定したところ、内面コーティン
グをしていないマニホールドの外面温度は８０５℃であ
るが、本発明のマニホールドの外面温度は４９０℃とな
り優れた断熱性を有することが認知された。

（４）＠勤試験 ２０Ｇ×２８０ヘルツの加振条件Ｔ−２００時間連続し
て加振したがコーティング層の破損や剥離はまったくみ
られなかった。

（５）定歪み試験 マニホールドの一端を固定して、他端に上下方向の荷重
を加え、±２ｍｍの歪を与える試験を１００回繰り返し
たが、コーティング層の破損や剥離はまったくみられな
かった。

（６）また上記５種類の単独試験完了品について更に他
の試験を実施したマニホールドについてもコーティング
層の破損や剥離はまったくみられなかった。

実施例２゜ 実施例１と同一の鋳鉄製マニホールドの内面をあらかじ
めＰＨ１０のアルカリ溶液で脱脂処理を施し、珪曹比２
．９，１度４５ｗｔ％の珪酸ソーダ水溶液１００１１部
に対し、硬化剤として焼成リン酸アルミニウム（ヘキス
ト社ＶＨＢハードナ−）を１０重量部添加したものを塗
布し、ただちに充填かさ比重０．４１粒径２９７〜５０
０μｍのムライト質繊ｌ　（Ａ１２０３　；　８０％）
造粒子を付着させ、実施例１と同一の方法で繰返し操作
２回で厚さ２＋１１１１の断熱層を形成し、さらに実施
例１と同一の方法で厚さ１ｍｌｌ１の耐火層を形成し、
実施例１と同一の熱処理を行なった。

得られたマニホールドのコーティング層には全く亀裂は
みられなかった。

実施例２によって得られたマニホールドについて下記の
試験を実施し良好な結果をえた。

（１）耐熱試験 マニホールドの内部に１０００℃の熱風を連続して１０
０時間送風した後、常温に冷却したがコーティング層の
破損や剥離は全くなかった。

（２）熱衝撃試験 マニホールドの内部に１０００℃の熱風を３０分間送風
した後、１００℃まで放冷するサイクルを１５０回繰り
返したがコーティング層の破損や剥離はまったくみられ
なかった。

（３）断熱試験 マニホールドの内部に１０００℃の熱風を３０分間送風
した後、外面の温度を測定したところ、内面コーティン
グをしていないマニホールドの外面温度は８０５℃であ
るが、本発明のマニホールドの外面温度は５８０℃とな
り優れた断熱性を有することが認知された。

（４）撮動試験 ２０Ｇｘ２８０ヘルツの加振条件で２００時間連続して
加振したがコーティング層の破損や剥離はまったくみら
れなかった。

（５）定歪み試験 マニホールドの一端を固定して、他端に上下方向の荷重
を加え、±２１ＷＩ１１の歪を与える試験を１０ｏ回繰
り返したが、コーティング層の破損や剥離はまったくみ
られなかった。

（６）また上記５種類の単独試験完了品について更に他
の試験を実施したマニホールドについてもコーティング
層の破損や剥離はまったくみられなかった。

本実験例はマニホールドについて述べたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、ボートライナー、タービ
ンハウジングなどの排気系機器のコーティング層の形成
にも応用できものである。

発明の効果 本発明の排気系機器は、セラミック繊維およびまたはウ
ィスカを造粒してなる多孔質粒子を内面に固着させた断
熱層とこの断熱層の表面に耐火材粉末を固着した耐火層
を有するので、断熱性、耐火性、熱衝撃性、耐振性およ
び可撓性などが極めて優れており、排気系機器の耐用寿
命の増大、自動車エンジンの燃費の低減および高出力化
などに著しい効果をもたらす。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温排気ガスが通過する排気系機器の内面にセラ
   ミック繊維および又はウイスカを造粒してなる多孔質粒
   子を固着させた断熱層を有し、該断熱層表面に耐火材粉
   末を固着した耐火層を有することを特徴とする排気系機
   器。
2. （２）排気系機器を製造する方法において ［１］排気系機器の内面に無機質結合剤溶液を均一に塗
   布し、 ［２］ただちに前記無機質結合剤溶液の層にセラミック
   繊維および又はウイスカを造粒し てなる多孔質粒子および必要に応じて耐火 物微粉末からなる結合助剤との混和物を付 着させ、 ［３］熱処理により養生・乾燥・固化する 工程を含む第一段階を少なくとも１回行なうことにより
   断熱層を形成し、次いで ［４］前記断熱層の表面に無機質結合剤溶液を塗布し、 ［５］ただちに前記無機質結合剤溶液の層に耐火材粉末
   を付着させ、 ［６］熱処理により養生・乾燥・固化する 工程を含む第二段階を少なくとも１回行なうことにより
   耐火層を形成することを特徴とする排気系機器の製造方
   法。