(57)【要約】【課題】消音器の消音効果の向上を目的とする。【解決手段】消音器１は、気体が流れる管状体３の内部に、連通気孔を有する３次元網目構造のセラミックス多孔体５を備える。セラミックス多孔体５には、少なくとも第１セラミックス多孔体７及び第２セラミックス多孔体９が備えられている。第１セラミックス多孔体７及び第２セラミックス多孔体９は、気体の進行方向に沿ってこの順で隣り合って並んでいる。第１セラミックス多孔体７の平均気孔径Ｄ１と、第２セラミックス多孔体９の平均気孔径Ｄ２は、Ｄ２／Ｄ１＜１．０の関係式を満たしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が流れる管状体の内部に、連通気孔を有する３次元網目構造のセラミックス多孔体を備えた消音器であって、
前記セラミックス多孔体には、少なくとも第１セラミックス多孔体及び第２セラミックス多孔体が備えられており、
前記第１セラミックス多孔体及び前記第２セラミックス多孔体は、前記気体の進行方向に沿ってこの順で隣り合って並んでおり、
前記第１セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ１と、前記第２セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２／Ｄ１＜１．０
の関係式を満たしていることを特徴とする消音器。
【請求項２】
前記第１セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ１と、前記第２セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２／Ｄ１≦０．５０
の関係式を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
【請求項３】
前記セラミックス多孔体の前記気体の進行方向に沿った長さが２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器。
【請求項４】
前記セラミックス多孔体の骨格には無機繊維が含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
消音器に用いるためのセラミックス多孔体が知られている。例えば、特許文献１では、多数の連続気孔を有し、三次元網状のセル構造をなし、気孔率が１０〜２４％で、気孔径が２〜１０ｍｍのセラミックス多孔体が開示されている。また、特許文献２では、気孔率が２５〜６０％で、最大気孔径が３００〜１５００μｍのセラミックス多孔体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１４６８４３号公報
【特許文献２】特公昭５４−３３３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらのセラミックス多孔体を消音器に用いても、消音効果は必ずしも十分とは言えず、消音効果の向上のために新たな技術が切望されていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、消音器の消音効果の向上を目的とする。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔１〕
気体が流れる管状体の内部に、連通気孔を有する３次元網目構造のセラミックス多孔体を備えた消音器であって、
前記セラミックス多孔体には、少なくとも第１セラミックス多孔体及び第２セラミックス多孔体が備えられており、
前記第１セラミックス多孔体及び前記第２セラミックス多孔体は、前記気体の進行方向に沿ってこの順で隣り合って並んでおり、
前記第１セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ１と、前記第２セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２／Ｄ１＜１．０
の関係式を満たしていることを特徴とする消音器。
【０００６】
〔２〕
前記第１セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ１と、前記第２セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２／Ｄ１≦０．５０
の関係式を満たしていることを特徴とする〔１〕に記載の消音器。
【０００７】
〔３〕
前記セラミックス多孔体の前記気体の進行方向に沿った長さが２５ｍｍ以上であることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載の消音器。
【０００８】
〔４〕
前記セラミックス多孔体の骨格には無機繊維が含まれることを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の消音器。
【発明の効果】
【０００９】
〔１〕の形態の効果
この構成では、次の効果を奏する。すなわち、平均気孔径の大きな第１セラミックス多孔体から、平均気孔径の小さな第２セラミックス多孔体に音波が入るときに反射が発生する。そして、この反射波と、入射波が打ち消し合って消音効果が高められる。
【００１０】
〔２〕の形態の効果
Ｄ２／Ｄ１≦０．５０の関係式を満たすと、消音効果がより高められる。
【００１１】
〔３〕の形態の効果
セラミックス多孔体の気体の進行方向に沿った長さが２５ｍｍ以上であるとより顕著な消音効果が得られる。
【００１２】
〔４〕の形態の効果
セラミックス多孔体の骨格にセラミック繊維が含まれることにより、セラミックス多孔体の骨格の強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】消音器を示す断面図である。
【図２】セラミックス多孔体を示す斜視図である。
【図３】平均気孔径を算出する方法を説明する説明図である。
【図４】音響性能を測定する方法を説明する説明図である。
【図５】消音器の他の実施例を示す断面図である。
【図６】消音器の他の実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「〜」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０〜２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０〜２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。
【００１５】
１．消音器
本発明の消音器１は、図１に示されるように、管状体３の内部に、連通気孔を有する３次元網目構造のセラミックス多孔体５を備える。セラミックス多孔体５には、少なくとも第１セラミックス多孔体７及び第２セラミックス多孔体９が備えられている。第１セラミックス多孔体７及び第２セラミックス多孔体９は、気体の進行方向に沿ってこの順で隣り合って並んでいる。第１セラミックス多孔体７の平均気孔径Ｄ１と、第２セラミックス多孔体９の平均気孔径Ｄ２は、Ｄ２／Ｄ１＜１．０の関係式を満たしている。
なお、第１セラミックス多孔体７及び第２セラミックス多孔体９は、必ずしも接している必要はなく、両者間にわずかに隙間があってもよい。より好ましい態様は、両者が隣り合って接している態様である。
【００１６】
（１）管状体
管状体３の材質は特に限定されないが、耐熱性の観点から金属が好ましく用いられ、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、Ｔｉ合金、Ｆｅ合金、Ｎｉ、Ｔｉ合金、クロム鋼、Ｆｅ、Ｍｏ鋼等を好適に用いることができる。
管状体３の大きさ、長さは、特に限定されず、用途に応じて適宜変更できる。
【００１７】
（２）セラミックス多孔体
セラミックス多孔体５としては、特に限定されず、公知のセラミックス多孔体を用いることができる。例えば、コージェライト／アルミナ、アルミナ／ムライト、アルミナ／ガラス、アルミナ／チタニア、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、ジルコニア／チタニア、コージェライト／ジルコニア、ムライト／ガラス、コージェライト／ガラス、チタニア、ムライトを骨格組成とする酸化物セラミックス多孔体を用いることができる。また、セラミックス多孔体５として、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４を用いることもできる。
セラミックス多孔体５の形状は、特に限定されないが、略円柱状のものが好適に使用される。
【００１８】
セラミックス多孔体５には、図１〜２に示されるように、少なくとも第１セラミックス多孔体７及び第２セラミックス多孔体９が備えられている。
第１セラミックス多孔体７の平均気孔径Ｄ１と、第２セラミックス多孔体９の平均気孔径Ｄ２の算出の方法は、次のように行う。
第１セラミックス多孔体７の平均気孔径Ｄ１は、次のようにして求める。第１セラミックス多孔体７から、３ｍｍ（縦）×３ｍｍ（横）×３ｍｍ（高さ）の立方体を切り出して、この１つの面を光学顕微鏡で観察する。すると、図３で模式的に示されるような網目が観察される。これらの網目の中で、完全に閉じたループのみを気孔径ｄの算出に使用する。すなわち、符号１１で示すＯ字状のループを採用し、符号１３で示すＣ字状のループを採用しない。完全に閉じたループ（Ｏ字状のループ）の径を気孔径ｄとする。閉じたループが真円でない場合には、気孔の最大径（長径）を気孔径ｄとする。そして、１つの面に観察された「気孔径ｄの平均」を算出する。同様に、切り出した立方体の他の５面についても、この作業を繰り返す。算出された６つの面の「気孔径ｄの平均」をさらに平均したものを平均気孔径Ｄ１とする。
第２セラミックス多孔体９の平均気孔径Ｄ２は、次のようにして求める。第２セラミックス多孔体９から、３ｍｍ（縦）×３ｍｍ（横）×３ｍｍ（高さ）の立方体を切り出して、この１つの面を光学顕微鏡で観察する。第２セラミックス多孔体９の平均気孔径Ｄ２の算出方法については、平均気孔径Ｄ１の場合と同様に行われる。
第１セラミックス多孔体７と第２セラミックス多孔体９の気孔率は、特に限定されない。第１セラミックス多孔体７と第２セラミックス多孔体９は略同一であっても、相違していてもよい。第１セラミックス多孔体７と第２セラミックス多孔体９の気孔率は、排圧の低下を抑制する観点から、略同一であることが好ましい。
第１セラミックス多孔体７の気孔率は好ましくは４０〜９５％であり、より好ましくは７０〜９５％であり、更に好ましくは８０〜９３％である。また、第２セラミックス多孔体９の気孔率は好ましくは４０〜９５％であり、より好ましくは７０〜９５％であり、更に好ましくは８０〜９３％である。気孔率をこれらの範囲内とすると、排圧の低下を抑制しつつ、消音効果を高めることができる。なお、気孔率は、水銀圧入法により算出できる。
また、セラミックス多孔体５の気体の進行方向に沿った長さは、特に限定されない。この長さは、好ましくは２５ｍｍ以上であり、より好ましくは５０〜１００ｍｍである。セラミックス多孔体５の長さが２５ｍｍ以上であるとより顕著な消音効果が得られる。セラミックス多孔体５の気体の進行方向に沿った長さの上限値は、特に限定されない。
【００１９】
（３）管状体と、セラミックス多孔体との固定
管状体３と、セラミックス多孔体５との固定方法は特に限定されない。例えば、ガラス等の無機剤により、管状体３とセラミックス多孔体５を接合してもよい。
【００２０】
（４）第１セラミックス多孔体７の平均気孔径Ｄ１と、第２セラミックス多孔体９の平均気孔径Ｄ２の関係
本発明では、平均気孔径Ｄ１と平均気孔径Ｄ２が
Ｄ２／Ｄ１＜１．０
の関係式を満たしている。
ここで、上記関係式を満たすと、平均気孔径Ｄ１の大きな第１セラミックス多孔体７から、平均気孔径Ｄ２の小さな第２セラミックス多孔体９に音波が入るときに反射が発生する。そして、この反射波と、入射波が打ち消し合って消音効果が高められる。なお、Ｄ２／Ｄ１の下限値は、特には限定されないが、通常０．２５である。
さらに、Ｄ２／Ｄ１≦０．５０の関係式を満たすと、消音効果がより高められる。
なお、平均気孔径Ｄ１、及び平均気孔径Ｄ２の値の調整は、使用するウレタンフォームを変更することによって行うことができる。
【００２１】
（５）無機繊維
セラミックス多孔体５の骨格には無機繊維が含まれていることが好ましい。ここで、無機繊維について説明する。
無機繊維の種類は特に限定されず、幅広い無機繊維を用いることができる。例えば、Ａｌ２Ｏ３繊維、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２繊維、ＺｒＯ２繊維、ＴｉＯ２繊維、及びガラス繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維を好適に用いることができる。
【００２２】
２．消音器の作製手順
ここでは、管状体３とセラミックス多孔体５がガラスにより接合された消音器の作製手順を例示する。
（１）セラミックス多孔体の前駆体の調製
所定形状、例えば、柱状の軟質ポリウレタンフォームを用意する。そして、この軟質ポリウレタンフォームのセル膜を除去する。一方、セラミック粉末を分散剤とともに水に分散させてスラリーを調製する。次いで、このスラリーにセル膜を除去した骨格構造のみからなる軟質ポリウレタンフォームを浸漬した後、余剰のスラリーを除去する。このようにして、スラリーでコーティングされたポリウレタンフォーム（セラミックス多孔体５の前駆体）を調製する。
（２）消音器の作製
管状体３を用意する。管状体３の内周面は、必要に応じてサンドブラスト等で粗くする。
次に、管状体３の内側に、ガラス粉末とバインダーを混合したガラス粉末入りのスラリーを塗りながら乾燥させる。バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ＰＶＡ、ポリアクリル酸等を使用できる。
続いて、スラリーでコーティングされたポリウレタンフォームを管状体に入れ、ガラス粉末入りのスラリーが塗布された領域内に配置する。
そして、ポリウレタンフォームが内部に配置された管状体を焼成する。この焼成により骨格構造をなしていたポリウレタンフォームが炭化して除去され、３次元網目構造を有するセラミックス多孔体５が得られる。同時に、セラミックス多孔体５が管状体３にガラスで接合される。
【実施例】
【００２３】
実施例により本発明を更に具体的に説明する。
なお、実験例１〜２０は、本発明の実施例に該当する。
【００２４】
１．消音器の作製手順
（１）セラミックス多孔体の前駆体の調製
第１セラミックス多孔体及び第２セラミックス多孔体に対して、それぞれ柱状の軟質ポリウレタンフォームを用意した。そして、軟質ポリウレタンフォームのセル膜を除去した。一方、下記の表１に記載の各種骨格組成を形成するセラミック粉末を分散剤、及び必要に応じて無機繊維とともに水に分散させてスラリーを調製した。次いで、スラリーに骨格構造のみからなる軟質ポリウレタンフォームを浸漬した後、余剰のスラリーを除去した。このようにして、スラリーでコーティングされたポリウレタンフォーム（セラミックス多孔体の前駆体）を調製した。そして、ポリウレタンフォームを８００〜１５００℃、１時間の条件で焼成した。気孔率、第１セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ１（表２参照）、第２セラミックス多孔体の平均気孔径Ｄ２（表２参照）は、気孔径の異なるウレタンフォームを組合せることによって、調整した。なお、いずれのセラミックス多孔体においても、第１セラミックス多孔体及び２セラミックス多孔体の気孔率は同じであり、表１にはその共通した値を記載している。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
（２）消音器の作製
管状体として、ＳＵＳからなる金属部材を用意した。第１セラミックス多孔体及び第２セラミックス多孔体を隣接するように並べて、管状体内に固定した。このようにして各種消音器を作製した。第１セラミックス多孔体と第２セラミックス多孔体の長さ（厚み）は、同一とした。表２におけるセラミックス多孔体の長さは、第１セラミックス多孔体の長さと第２セラミックス多孔体の長さの合計である。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
２．性能試験（音響性能）
音響性能は図４で模式的に示される方法を用いて測定した。この方法は、消音器１の２つの開口の近くにそれぞれマイク２１を設置し、一方の開口にはマイク２１よりも外側にスピーカー２３を設置した。そして、スピーカー２３から音を出して、マイク２１により集音した。集音された音の波形をフーリエ変換して１ｋＨｚの周波数における減衰量を測定した。
後述する表３における１ｋＨｚ減衰量は、以下のようにして計算される。
表３の１ｋＨｚ減衰量＝
実験例の消音器の１ｋＨｚでの減衰量−基準となる消音器の１ｋＨｚでの減衰量
ここで、基準となる消音器は、各実験例ごとに異なるものを使用している。基準となる消音器は、Ｄ２＝Ｄ１、Ｄ２／Ｄ１＝１．００であり、これらの点において各実験例の消音器と相違する。また、基準となる消音器は、気孔率、骨格組成、セラミック繊維（無機繊維）の有無・種類、が各実験例の消音器と同じである。
例えば、実験例１の基準となる消音器は、Ｄ２＝Ｄ１＝４８０μｍ、Ｄ２／Ｄ１＝１．００であり、気孔率（７８％）、骨格組成（コージェライト/アルミナ）、セラミック繊維なし、である。
なお、比較例の場合の表３における１ｋＨｚ減衰量も、実験例と同様に測定・計算される。
【００２９】
３．試験結果
試験結果を表３に示す。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
Ｄ２／Ｄ１＜１．０の関係を満たす実験例１〜２０は、比較例１〜５と比べて音響性能が良好であった。
特に、Ｄ２／Ｄ１≦０．５０の関係を満たす実験例７〜２０は、音響性能が極めて良好であった。
また、セラミックス多孔体の気体の進行方向に沿った長さが２５ｍｍ以上である実験例１２〜２０は、音響性能が極めて良好であった。
また、骨格には無機繊維が含まれる実験例１６〜２０は、セラミックス多孔体の骨格の強度が向上していた。
【００３２】
＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００３３】
（１）上記実施形態では、管状体３は、円筒形としたが、筒形状であれば、角筒状等の多角筒状であってもよい。また、セラミックス多孔体５は、酸化物セラミックス多孔体としたが、これに限られず、窒化物セラミックス多孔体や炭化物セラミックス多孔体であってもよい。
（２）第１セラミックス多孔体７と第２セラミックス多孔体９の組は少なくとも一対備えられていればよい。例えば、図５に示されるように、第１セラミックス多孔体７と第２セラミックス多孔体９の組が複数存在していてもよい。
（３）本発明では、第１セラミックス多孔体及び第２セラミックス多孔体は、気体の進行方向に沿ってこの順で隣り合って並んだ構造を備えていればよい。従って、図６に例示される消音器も本発明の範囲となる。この消音器１では、符号３１で示すセラミックス多孔体Ａ、符号３２で示すセラミックス多孔体Ｂ、符号３３で示すセラミックス多孔体Ｃ、符号３４で示すセラミックス多孔体Ｄは、平均気孔径の大きさが、以下の関係を満たしている。
セラミックス多孔体Ａの平均気孔径＞セラミックス多孔体Ｂの平均気孔径
セラミックス多孔体Ｂの平均気孔径＞セラミックス多孔体Ｃの平均気孔径
セラミックス多孔体Ｃの平均気孔径＞セラミックス多孔体Ｄの平均気孔径
この場合に、セラミックス多孔体Ａを第１セラミックス多孔体とし、セラミックス多孔体Ｂを第２セラミックス多孔体と考えれば、本願発明の範囲内であることは明かである。同様にして、この実施形態の場合は、セラミックス多孔体Ｂを第１セラミックス多孔体とし、セラミックス多孔体Ｃを第２セラミックス多孔体と考えても、セラミックス多孔体Ｃを第１セラミックス多孔体とし、セラミックス多孔体Ｄを第２セラミックス多孔体と考えても本願発明の範囲内であることは明かである。
【符号の説明】
【００３４】
１…消音器
３…管状体
５…セラミックス多孔体
７…第１セラミックス多孔体
９…第２セラミックス多孔体
１１…閉じたループ
２１…マイク
２３…スピーカー
３１…セラミックス多孔体Ａ
３２…セラミックス多孔体Ｂ
３３…セラミックス多孔体Ｃ
３４…セラミックス多孔体Ｄ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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