JPS6358360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は内燃機関用の排気消音装置に用いる
吸音材に関するものである。

従来から、内燃機関用排気消音装置に用いる吸
音材としては、ガラスウール、セラミツク多孔
体、金属多孔体などがあつた。しかし、これらの
ものを吸音材として使用した場合、内燃機関運転
時にガソリン等の燃料の燃焼残渣であるタールや
ススが表面に付着して比較的短期のうちに目詰ま
りを起こして吸音性能が低下してしまい、騒音が
激化したり、内燃機関の燃費にも悪影響を及ぼし
てしまうことが多かつた。また、内燃機関用排気
消音装置の吸音材としてガラスウールやセラミツ
ク多孔体を使用した場合、排気ガスの圧力が高
く、また振動が大であることから、それら吸音材
が粉化したり、破損したりしてしまつて全く役に
立たなくなることがあつた。そして、金属多孔体
を使用した場合、消音装置内における排ガスの温
度が400〜800℃と高く、排ガス中に腐食性のいお
う酸化物や窒素酸化物を含有するので、特殊な耐
熱合金を用いない限り、高温酸化による腐食劣化
が著しくなるため腐食生成物によつて目詰まりを
起こしたり、多孔体の骨格が腐食消滅してしまつ
てやはり吸音材としての役に立たなくなることが
避けられず、また、金属多孔体の基本的特性とし
て空孔径が比較的大きいため、良好な吸音性能を
有するものが存在しないなどの不都合があつた。
従来の吸音材は以上のように大きな欠点があり、
いずれのものも内燃機関の排気消音装置用として
は実用に供し得なかつた。

これらの欠点を解消するものとして、発明者ら
は物質の触媒作用を利用した吸音材をすでに提案
している。

この発明は、物質の触媒作用を利用するわけで
はなく、燃料の燃焼残渣によるタール発生のメカ
ニズムを考察して各種の検討を試みた結果、還元
性物質がタール発生物の酸化重合による高分子化
を抑止すること、またはアルカリ性物質がタール
発生物の重合によつて生成した物質を中和もしく
はケン化することにより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で
き、加えてふつ化黒鉛ガス付着抑止作用として働
くことから、これらの物質を結合剤中に含有させ
て金属多孔体に塗着させて吸音材としたものは、
吸音特性を良好にし、かつ耐熱性も向上させるこ
とができることを見い出したことに基づくもので
ある。

以下、実施例にしたがつてこの発明の詳細を説
明する。

実施例 １ 金属多孔体吸音基材として、三菱金属(株)製焼結
金属（商品名ダイヤメツトフイルター．厚さ５
mm）を用い、下記組成例１の組成物をボールミル
にて約30分間混合した混練物をこの基材上にスプ
レーにて均一に塗布した。さらに、このものを80
℃で30分間乾燥した後650℃で30分間焼成して硬
化させた。

組成例 １ 還元剤：Ag 粉末 48重量％ アルカリ剤：けい酸カリウム 10重量％ 結合剤：ガラス質フリツト 19重量％ 添加剤：アルミナ、ベントナイト、水17重量％ 低表面エネルギ物質：ふつ化黒鉛 ６重量％ なお、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
強度お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。

このようにして製作したこの発明の吸音材は、
第１図に拡大断面を示したような構成となる。す
なわち、１は金属多孔体の粒子、２は還元剤粒
子、３は還元剤粒子２、アルカリ剤およびふつ化
黒鉛５を含有分散させて金属多孔体の粒子１間の
空げきに浸透している結合剤、４はこの結合剤３
を塗布されたことによつて表面に形成された多孔
質被覆である。なお、この場合、混入させた組成
例１のアルカリ剤は混合作業中に溶解してしまう
ので、第１図中には特に描いていない。このよう
に、溶解性の物質は、この発明で用いる還元剤中
にも存在する。また、添加剤のアルミナなども粒
子の大きさからすれば、還元剤と同等かそれ以上
大きいものであるが、主作用をなすものではない
のでやはり第１図中には描き入れていない。第１
図のように構成されたこの発明の吸音材を用い
て、組成物を全く塗布しない金属多孔体のみのも
のと比較しながら諸性能を調べた。

第２図は電気炉を用い400〜800℃の温度におい
て二酸化いおう（亜硫酸ガス）5ppmを含有する
空気中に72時間放置した場合の腐食による重量変
化率を示したものである。曲線ａは前記のように
して製作したこの発明の吸音材、曲線ｂは同一材
質を用いた金属多孔体のみの吸音材のそれぞれ重
量変化率を示す。第２図から明らかなように、こ
の発明の吸音材は内燃機関用の排気消音装置内に
おける排気ガス温度である400〜800℃であつて、
しかも二酸化いおうを含有する空気中であつても
腐食がほとんど進行せず良好な耐食性を有してい
る。これに比べて、従来の金属多孔体のみのもの
は、温度の上昇にしたがつて腐食による重量変化
が激しくなり、目視観察においては、表面に黄緑
色の腐食生成物の付着が見られた。この発明の吸
音材の耐食性は700℃以上の温度においては、金
属多孔体のみのものよりも10倍以上良好であると
言える。

第３図は、管内法（JISA1405）によつて同一
条件で測定した垂直入射吸音率を示したものであ
る。曲線ｃはこの発明の吸音材、曲線ｄは金属多
孔体のみの吸音材の特性である。第３図から、こ
の発明の吸音材は、金属多孔体のみからなるもの
に比べて、吸音率がかなり高くなることがわか
る。これは、金属多孔体表面から組成例１の組成
物を塗布硬化させたことによつて第１図のように
構成したものも本質的には多孔質であるため、そ
の内部を空気が流通することができることによ
る。すなわち、組成例１の塗布硬化物自身も吸音
体の一部を成しており、塗布の仕方によつて吸音
率も調整しうるものである。ただし発明者らの実
験では、塗布量が多過ぎるとかえつて吸音率が低
下してしまうので注意を要した。

つぎに、上記２種の吸音材を筒状に成形して、
市販の国産乗用車（排気量1600CC）の排気消音
装置内に組み込み、約１万Kmを実走行を行なつた
後にJISD1616によつて消音性能を測定し、実走
行前の初期値と比較した特性図を第４図に示す。
曲線e₁およびe₂はこの発明の吸音材を用いた場合
のそれぞれ初期ならびに実走行後の特性であり、
曲線f₁およびf₂は、従来の金属多孔体のみの吸音
材を用いた場合のそれぞれ初期ならびに実走行後
の特性である。第４図からわかるように、この発
明の吸音材を用いたものは初期消音性能が良好で
あることはもちろん、実走行１万Km後もほとんど
初期性能が低下していないのに対し、金属多孔体
のみの吸音材を用いたものは実走行１万Km後には
すべての測定周波数帯において消音性能が著しく
低下し、そして、とくに高周波領域における低下
が著しい。また、消音性能測定後に、両者の吸音
材を取り出して目視観察を行なつたところ、この
発明の吸音材は、初期と同様ほとんど清浄であつ
たが金属多孔体のみのものは、表面全体に黒色の
タール状およびスス状の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激しい目詰まりを
起こしていた。すなわち、この結果からわかるよ
うに排気ガス中のタールを形成する成分が飛散し
てきて吸音材表面に付着した場合でも、この発明
の吸音材中に分散含有されている還元剤およびア
ルカリ剤の作用によつて酸化重合（高沸点化）さ
れるのが阻止され、タールとなつて付着せずに排
気ガスの温度で自動的に気化（浄化）されてしま
つたことに加えて、ふつ化黒鉛のもつスス付着抑
止作用ならびにススに対する付着分散作用が有効
に発揮されたことにより、初期の消音性能がほと
んど低下しなかつたものと考えられる。なお、こ
の実施例で還元剤として用いたAg粉末は、用途
によつては酸化触媒として働くが、排気ガス雰囲
気のように、高温で酸素が不足しているような場
合には良好な還元剤として働くものである。

上記ふつ化黒鉛と他の成分とは、５〜95重量％
においてそれぞれの機能を有効に発揮できるもの
であるが、好適には双方とも50重量％である。

実施例 ２ 多孔質吸音基材として、住友電工(株)製発泡金属
（商品名セルメツト．厚さ５mm）を用い下期組成
例２および３の混合物をそれぞれ、実施例１の場
合と同様に混練後、スプレーにて上記焼結金属上
に塗布、焼成して硬化させ、この発明の吸音材と
した。

組成例 ２ 還元剤：亜硫酸ナトリウム 35重量％ 結合剤：アルミニウムホスフエート 25重量％ 添加剤：アルミナ、酸化マグネシウム、水
28重量％ 低表面エネルギ物質：ふつ化黒鉛 12重量％ （組成例 ３） アルカリ剤：アルミン酸ナトリウム 38重量％ 結合剤：メチルフエニルシリコーン 22重量％ 添加剤：ケイ石、有機ベントナイト、シンナー
30重量％ 低表面エネルギ物質：ふつ化黒鉛 10重量％ この吸音材および上記と同一の金属多孔体で、
組成例２ならびに３の組成物を全く塗布しないも
のについても、実施例１の場合と全く同様に諸性
能を調べた。その結果、組成例２および３の組成
物を塗布硬化したこの発明の吸音材は、いずれも
耐食性、吸音率、ならびに目詰まり防止による消
音性能の経時変化のいずれの場合においても実施
例１の第２図〜第４図の場合とほぼ同等に良好な
特性を有することが判明した。すなわち、この発
明では、還元剤、アルカリ剤のうちの少なくとも
いずれか一方を用いることにより、タールによる
目詰まりがなく、初期の吸音性能がほとんど劣化
しない吸音材とすることができると言える。

ここでこの発明の吸音材がもつ良好な耐食性に
ついて考えてみる。燃焼排ガスによる腐食は、高
温酸化および凝縮水によるものが主であり、これ
らを加速するのが排ガス中に含まれているSO₂な
どのいおう酸化物やNO、NO₂などの物質であ
る。これらの物質は酸化をうけて腐食性となり、
水に溶解して、硫酸や硝酸などのさらに腐食性の
高い酸性物質となるため腐食が加速されるのが常
である。この発明で用いる還元剤は上記の酸化を
抑制し、また、アルカリ剤は腐食性の高い酸性物
質を中和して腐食性を消滅させるというそれぞれ
２つの作用を吸音材表面にて成すために、この発
明の吸音材は良好な耐食性を示すと考察される。

つぎに、この発明の吸音材がタールを付着させ
ない作用を有する理由について考えてみる。排気
ガス中の燃焼残渣が酸化されてタールが形成され
てゆく過程の初期には、わかり易く、炭化水素か
ら出発するとつぎのような反応が繰り返し進行し
てゆき、徐々に高分子化（高沸点物質化）するも
のと考えられる。

RH→Ｒ・＋Ｈ・ ……… Ｒ・＋O₂→ROO・ ……… ROO・＋RH→ROOH＋Ｒ・ ……… 2ROOH→RO・＋ROO＋H₂O ……… Ｒ・＋Ｒ・→Ｒ−Ｒ ……… RO・＋RH→ROH＋Ｒ・ ……… 2ROO・→非ラジカル生成物 ……… ただし上式において、 RH：炭化水素、Ｒ・：炭化水素ラジカル Ｈ・：水素ラジカル、RO・：オキシラジカル ROO・：パーオキシラジカル、ROH：ハイドラ
イド、ROOH：ハイドロパーオキサイド、Ｒ−
Ｒ：重合体すなわち、熱作用によつて、一部の炭
化水素は活性化されて式のように反応が始ま
る。そして、ROH、ROOH、Ｒ−Ｒなどが生成
する。式において生成する非ラジカル物質はア
ルコール、アルデヒド、ケトンなどであり、これ
らはさらに酸化を受けて、酸、オキシ酸、酸無水
物、エステルなどになり、これからまた酸化重合
されてさらに高分子量物となつてゆく。この発明
で用いる還元剤はこれらの遂次進行する酸化反応
を抑制する役目を成している。そして同じくこの
発明で用いるアルカリ剤は反応の進行によつて生
成した酸（カルボン酸）、オキシ酸などの酸性物
質を中和して反応がそれ以上進行するのを阻止す
ること、ならびに生成したエステル類をアルコー
ルと酸に加水分解（ケン化）することの２つの作
用により、反応がそれ以上進行するのを阻止する
役目を成すものである。

ところで、この発明で使用する還元剤として
は、金属粉や炭素粉、亜硫酸塩、第１鉄塩、すず
塩など一般の還元作用を有する物質の中で熱的に
安定なものであれば用いることができる。またア
ルカリ剤としては、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、およびアルカリ金属酸化物
など一般のアールカリ性（塩基性）物質を用いる
ことができる。

この発明で基材として使用する金属多孔体とし
ては、実施例のような発泡金属や焼結金属のほか
に、金属繊維、無機繊維強化金属などの市販汎用
材料を使用することができる。

この発明で使用する耐熱性の結合剤としては、
ほうろう（ガラス質フリツト類）、アルカリ金属
けい酸塩、コロイダルシリカ、コロイダルアルミ
ナ、金属のりん酸塩、セメント類、シリコーン樹
脂（ワニス）などおよびこれらの混合物などが挙
げられる。

而して、この発明で用いるふつ化黒鉛とは、各
炭素原子に一個ずつふつ素原子が共有結合により
強固に結合したもので化学的に非常に安定した白
色〜灰色の微粉末であつて、工業的には無水ふつ
酸の電解により発生したふつ素を直接炭素と反応
させて製造されている。その性質は、低表面エネ
ルギー性を有し、摩擦係数が小さいため、固体潤
滑剤として実用化されているものである。この発
明でこのふつ化黒鉛を多孔性材料表面に分散付着
させる手法としては、実施例に記したように、樹
脂バインダーもしくは無機質バインダー中に分散
させたものを塗布焼成する方法が最適であるが、
多孔性材料としてこの発明のように金属を用いる
ものには、耐熱性を有するたとえばNiやCrなど
とともにメツキ液中に分散させたふつ化黒鉛を金
属多孔体表面に共析メツキする方法も有効であつ
た。また、ふつ化黒鉛を樹脂バインダー中に分散
させたものとして、市販されているスプレー式の
ものおよびワニス状のものを用いても有効であつ
た。

この発明の吸音材は、内燃機関の排気消音装置
に用いることが前提であるが、使用の仕方によつ
ては、燃焼器等の他の機器における吸音材として
用いてもさしつかえない。

以上説明したように、金属多孔体を基材とし、
この金属多孔体に塗着硬化されている耐熱性結合
剤中に、還元剤とアルカリ剤の少なくともいずれ
か一方とふつ化黒鉛とが含有されているこの発明
の吸音材であれば、耐高温酸化性および耐食性に
優れ、良好な吸音性能を有し、かつ内燃機関用排
気消音装置の吸音材として使用した場合タールや
ススの付着を有効に防止できるとともに、目詰ま
りによつて起こる消音性能の劣化を防止して初期
の良好な消音性能を持続させることができる。し
たがつて、高性能かつ長寿命であるため、自動車
をはじめとする内燃機関用の排気消音装置に広く
使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属多孔体およびこの発明の吸音材の
構成例を示す拡大図、第２図〜第４図はこの発明
の吸音材の性能を示す特性図である。 図中、同一符号は同一または相当部位を示し、
１は金属多孔体の粒子、２は還元剤粒子、３は結
合剤、４は多孔質被覆、５はふつ化黒鉛である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属多孔体を基材とし、この金属多孔体に塗
   着硬化されている耐熱性結合材中に、還元剤とア
   ルカリ剤の少なくともいずれか一方とふつ化黒鉛
   とが含有されていることを特徴とする吸音材。