(57)【要約】【課題】自動二輪車用マフラー内に配置された消音部材のセラミック製基体が破損して生じるセラミック破片が、マフラーの外部に飛散することを抑制すると共に、強度及び耐熱性に優れた消音部材を提供する。【解決手段】自動二輪車用マフラーに用いられる消音部材１０であって、連通気孔を有する多孔質の酸化物セラミックからなる基体２と、基体の表面の一部に接着剤６を介して接着されてなる無機繊維４ａの集合体４と、を備え、無機繊維は、繊維長３０μｍ以上であり、互いに絡み合っていると共に、少なくとも一部の無機繊維が接着剤により互いに接着されている。【選択図】図１
2020070761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動二輪車用マフラーに用いられる消音部材であって、
連通気孔を有する多孔質の酸化物セラミックからなる基体と、前記基体の表面の一部に接着剤を介して接着されてなる無機繊維の集合体と、を備え、
前記無機繊維は、繊維長３０μｍ以上であり、互いに絡み合っていると共に、少なくとも一部の前記無機繊維が前記接着剤により互いに接着されている消音部材。
【請求項２】
前記集合体を表面方向から見たとき、前記集合体の表面の面積をＳ０とし、前記接着剤の占める表面の面積をＳ１としたとき、表面の面積比（Ｓ１／Ｓ０）が１０〜５０％である請求項１に記載の消音部材。
【請求項３】
前記基体の気孔率が３２〜９６％である請求項１又は２に記載の消音部材。
【請求項４】
前記基体と前記接着剤との接合界面には、前記基体と前記接着剤との反応相が存在し、かつ前記無機繊維と前記接着剤との接合界面には、前記無機繊維と前記接着剤との反応相が存在する請求項１〜３のいずれか一項に記載の消音部材。
【請求項５】
前記無機繊維はセラミック繊維であってＳｉＯ２を２質量％以上含有し、かつアスペクト比が１５以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の消音部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消音部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多孔質体の細孔に音を吸収させ、細孔の内壁との摩擦によって音を減衰させる消音部材が知られている。
また、消音部材の細孔に水分等が吸収されて消音効果が低下するのを抑制するため、樹脂（ＰＴＦＥ）繊維のトラップシートで多孔質体を覆った技術も開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平10-282964号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動二輪車用マフラーに多孔質体セラミック消音部材を用いた場合、自動二輪車が転倒した際にマフラーに強い外力が加わり、セラミック消音部材が破損する恐れがある。そして、その結果、セラミック消音部材のセラミック基体が破損することで生じるセラミック破片が外部に飛散するという問題がある。また、セラミックを用いた消音部材は耐熱性が高く、高温下でも使用可能であるが、樹脂製の織物は高温で焼失してしまう。
さらには、セラミックを用いた消音部材の強度や消音効果をさらに向上させたいという要求もある。
そこで、本発明は、自動二輪車用マフラー内に配置された消音部材のセラミック製基体が破損して生じるセラミック破片が、マフラーの外部に飛散することを抑制すると共に、強度及び耐熱性に優れた消音部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の消音部材は、自動二輪車用マフラーに用いられる消音部材であって、連通気孔を有する多孔質の酸化物セラミックからなる基体と、前記基体の表面の一部に接着剤を介して接着されてなる無機繊維の集合体と、を備え、前記無機繊維は、繊維長３０μｍ以上であり、互いに絡み合っていると共に、少なくとも一部の前記無機繊維が前記接着剤により互いに接着されている。
この消音部材によれば、基体の表面の一部に接着剤を介して無機繊維の集合体を接着することで、自動二輪車の転倒等で基体が破損して生じるセラミック破片が、マフラーの外部に飛散することを抑制できると共に、消音部材の強度を向上させることができる。また、無機繊維の繊維長を３０μｍ以上とすることで、他の無機繊維との交差部位（クロスポイント）が適度に増え、集合体の網目が適度に開く。その結果、表面に適度に基体（及びその気孔）が露出し、消音効果とガス透過率を両立できる。
【０００６】
本発明の消音部材において、前記集合体を表面方向から見たとき、前記集合体の表面の面積をＳ０とし、前記接着剤の占める表面の面積をＳ１としたとき、表面の面積比（Ｓ１／Ｓ０）が１０〜５０％であるとよい。
この消音部材によれば、基体の消音効果と強度をより両立させることができる。さらに、消音部材のガス透過率も維持できる。
【０００７】
本発明の消音部材において、前記基体の気孔率が３２〜９６％であるとよい。
この消音部材によれば、基体の消音効果と強度をより両立させることができる。
【０００８】
本発明の消音部材において、前記基体と前記接着剤との接合界面には、前記基体と前記接着剤との反応相が存在し、かつ前記無機繊維と前記接着剤との接合界面には、前記無機繊維と前記接着剤との反応相が存在するとよい。
反応相が形成されることにより界面の接合強度が向上し、ひいては消音部材の強度をさらに向上させることができる。
【０００９】
本発明の消音部材において、前記無機繊維はセラミック繊維であってＳｉＯ２を２質量％以上含有し、かつアスペクト比が１５以上であるとよい。
このようなセラミック繊維は繊維自体の強度がより高いので、消音部材全体の強度もさらに向上する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、自動二輪車用マフラー内に配置された消音部材のセラミック製基体が破損して生じるセラミック破片が、マフラーの外部に飛散することを抑制すると共に、強度及び耐熱性に優れた消音部材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る消音部材の全体構成を示す断面斜視図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】実施例１の消音部材の表面をＥＤＳでライン分析した結果を示す図である。
【図４】実施例１の消音部材の断面ＳＥＭ像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る消音部材１０の全体構成を示す断面斜視図、図２は図１の部分拡大図である。
図１において、消音部材１０は、連通気孔を有する多孔質の酸化物セラミックからなる基体２と、基体２の表面の一部に接着剤６を介して接着されてなる繊維長３０μｍ以上の無機繊維４ａの集合体４と、を備えている。
そして、例えば方向Ａから基体２へガスが流れると、基体２の連通気孔をガスが通過して基体２の反対側へ排出され、この際に基体２の多孔によって音が減衰され、消音効果を発揮するようになっている。
また、図１では、集合体４は、このような基体２の表面のうち、ガスの導入を行う前面（図示の紙面の表面）を除く、基体２の上下面や側面に接着されている。
【００１３】
基体２は、例えば連通気孔を有するウレタンスポンジを鋳型とし、このスポンジをセラミック粒子及び有機溶媒等を含むスラリーに含浸させた後に焼成してスポンジを焼失させて製造するテンプレート法により、製造することができる。スポンジが焼失することにより、スポンジの連通気孔と略同一形状の連通気孔を有する、３次元網目構造をなす多孔質の酸化物セラミックとなる。
酸化物セラミックとしては、アルミナ、ジルコニアが挙げられる。
基体２の寸法は特に制限されないが、厚み方向で数ｍｍ以上とすることができる。
【００１４】
また、基体２の気孔率は例えば３２〜９６％とすることができ、７０〜９２％であるとさらに好ましい。
基体２の気孔率が３２％未満であると、気孔による音の吸収が減り、消音効果が低下することがある。基体２の気孔率が９６％を超えると、基体２の骨格部分が少なくなって基体２の強度が低下することがある。
基体２の気孔率は、Ｘ線ＣＴ（コンピュータ断層撮影）による３次元構造解析を行い、画像処理より気孔率を算出する。なお、水銀圧入法で測定してもよい。
【００１５】
接着剤６はＳｉ、Ｐ及びＢの群から選ばれる１種以上の元素を含む酸化物からなる無機接着剤であることが好ましい。この酸化物は例えばガラスである。
Ｓｉ、Ｐ及びＢの群から選ばれる１種以上の元素を含む酸化物は、耐熱性が高いので、消音部材の耐熱性も向上する。
【００１６】
繊維長３０μｍ以上の無機繊維４ａが互いに絡み合って３次元網目構造をなす集合体４が構成され、少なくとも一部の無機繊維４ａが接着剤６により互いに接着されている。これにより、無機繊維４ａを織物等に加工しなくとも、絡み合った無機繊維４ａが脱落せずに集合した状態を保持することができる。また、織物に比べて低コストで無機繊維の３次元網目構造体を得ることができる。
さらに、このようにして構成された集合体４における少なくとも一部の無機繊維４ａが基体２に接着されている。ここで、すべての無機繊維４ａが基体２に接着されている必要はない。また、接着剤６は基体２の表面に点状に分散して存在しており、層状になっている必要はない。
【００１７】
無機繊維４ａとしては、セラミック繊維、ガラス繊維、炭素繊維等が挙げられるが、アルミナ、ムライト等のセラミック繊維が好ましく、特にＳｉＯ２を２質量％以上含有するセラミック繊維であって、かつアスペクト比が１５以上であるものが、強度が高くて切れ難いので好ましい。ＳｉＯ２を２質量％以上含有するセラミック（例えばムライト）の繊維は、繊維自体がしなやかになり切れにくくなる。また、繊維のアスペクト比が１５以上であると、繊維が絡みあい易くなるため、繊維複合効果により更に高強度化される。
アスペクト比は、繊維のＳＥＭ像から、後述する方法で繊維径と繊維長を測定して算出する。その際、５０本以上の繊維を測定し、その平均値を採用する。
【００１８】
無機繊維４ａの繊維長が３０μｍ以上である。無機繊維４ａの繊維長が３０μｍ未満であると、他の無機繊維４ａとの交差部位（クロスポイント）間の距離、言い換えれば交差部位と交差部位との間隔が狭くなり、集合体４の網目が詰まり過ぎる。その結果、表面に露出する基体２（及びその気孔）が少なくなり、消音効果が低下すると共に、基体２のガス透過率も低下する。
無機繊維４ａの繊維長の上限は特に制限されないが、例えば８００μｍである。
【００１９】
無機繊維４ａの繊維径と繊維長は、消音部材１０から無機繊維４ａを溶かさずに接着剤６のみを選択的に溶解できる場合は、接着剤６を溶解後の無機繊維４ａを集めて水中等に分散させ、そのＳＥＭ像から実測する。無機繊維４ａを溶かさずに接着剤６のみを選択的に溶解できない場合は、集合体４における無機繊維４ａを走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）内で観察し、ＳＥＭ像の視野（３００×３００μｍ〜５００×５００μｍ）内で、１０本の無機繊維４ａの長さを測定し、その平均値とする。
また、無機繊維４ａの１本の直径は、例えば５〜７０μｍである。
【００２０】
集合体４は、例えば、無機繊維４ａ、接着剤６及び有機溶媒等を含むペーストを基体２の表面に吹き付けて焼成することで形成できる。このとき、有機溶媒をペーストの主成分（５０質量％以上、例えば８０質量％程度）とすることで、有機溶媒は焼失し、図１に示すように無機繊維４ａ同士の交差部位の一部が接着剤６で接着された集合体４が得られる。また、無機繊維４ａの一部が接着剤６で基体２に接着され、これにより集合体４が基体２に固着される。
なお、無機繊維４ａの繊維長、ペースト中の無機繊維４ａの配合割合等を調整することで、集合体４の網目（空隙率や網目の開口面積等）を調整できる。
【００２１】
以上のように、基体２の表面の一部に接着剤６を介して無機繊維の集合体４を接着することで、基体２が破損して生じるセラミック破片が、マフラーの外部に飛散することを抑制できると共に、消音部材１０の強度及び消音効果を向上させることができる。ここで、無機繊維の集合体４により消音部材１０全体の強度が向上する理由は、（１）基体２のうち無機繊維が付着した部位で応力が分散することによる応力緩和と、（２）繊維強化と考えられる。特に、ＳｉＯ２を２質量％以上含有しアスペクト比が１５以上であるセラミック繊維は繊維自体の強度がより高いので、消音部材１０全体の強度もさらに向上する。
なお、樹脂製の織物は高温で焼失するので、消音部材１０を高温で使用した際にセラミック破片のマフラー外部への飛散を防止することができなくなる。
【００２２】
図１に示すように、集合体４を表面方向から見たときの表面の面積をＳ０とし、この方向から見たときの接着剤６の占める表面の面積をＳ１としたとき、表面の面積比（Ｓ１／Ｓ０）が１０〜５０％であることが好ましく、２５〜３５％であることがさらに好ましい。表面の面積Ｓ１は、無機繊維４ａの交差部位（クロスポイント）の度合いを示し、基体２の表面を無機繊維が覆っていて、基体２のセラミック破片をマフラーの外部に飛散しないように保持（トラップ）する部分を表す。
上記比が１０％未満であると、無機繊維４ａの交差が少なく集合体４の網目（空隙）が荒くなり、粗大なセラミック破片が網目を通してマフラーの外部に飛散するおそれがある。
上記比が５０％を超えると、集合体４の網目（空隙）が詰まり過ぎ、表面に露出する基体２（及びその気孔）が少なくなり、消音効果が低下すると共に、基体２のガス透過率も低下する場合がある。
なお、表面の面積Ｓ１は、集合体４の表面のＳＥＭ像から、画像解析ソフト（例えばＷｉｎＲＯＯＦ（登録商標））を用いて画像処理を行い、接着剤６を示す色調の部分の総面積を求める。そして、集合体４の表面の面積Ｓ０当たりの値に換算する。
【００２３】
図２に示すように、基体２と接着剤６との接合界面Ｂ１には、基体２と接着剤６との反応相が存在し、かつ無機繊維４ａと接着剤６との接合界面Ｂ２には、無機繊維４ａと接着剤６との反応相が存在することが好ましい。
これらの反応相は、接合界面Ｂ１、Ｂ２における各構成要素の組成の中間生成物をいう。反応相の有無は、エネルギー分散型X線分析（ＥＤＳ）によるライン分析の元素量の変化を測定して判定することができる。
例えば、基体２及び無機繊維４ａがアルミナからなり、接着剤６がＳｉＯ２を含むガラス接着剤の場合、消音部材１０の表面をＥＤＳのライン分析を行うと、アルミナとＳｉＯ２の双方を含む組成が検出され、中間生成物を形成していることがわかる。これにより、接合界面Ｂ１、Ｂ２に中間生成物が形成されているとみなす。
接合界面Ｂ１、Ｂ２で反応相が形成されることにより界面の接合強度が向上する。
【００２４】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、基体や無機繊維の材質等は上記実施形態に限定されない。基体の形状や大きさ、無機繊維の絡み合いの形状等も限定されない。
【実施例１】
【００２５】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
連通気孔を有するウレタンスポンジを鋳型とし、このスポンジを、セラミック粒子（アルミナ）及び有機溶媒を含むスラリーに含浸させた後に焼成し、スポンジを焼失させた。これにより、連通気孔を有する気孔率３６％以上の酸化物セラミックからなる基体２を製造した。基体２の寸法は、５０×５０×５０ｍｍの直方体とした。
この基体２の５つの面に、表１に示す繊維長でアスペクト比のアルミナ繊維、表１に示す組成の酸化物からなる接着剤６及び有機溶媒を含むペーストを吹き付けた。有機溶媒の割合はペーストの８０質量％とした。
その後、９００℃で焼成し、集合体４が形成された消音部材１０を得た。
【００２７】
表面の面積Ｓ０に対する表面の面積Ｓ１の割合を上述の方法で測定した。
破損した基体２から生じたセラミック破片のマフラーの外部への飛散を防止する効果を示すため、破損した基体２から生じたセラミック破片を集合体４がトラップする割合である破片トラップ率を次の方法で測定した。消音部材１０のうち集合体４が形成されなかった面を上面として台に載置し、この面に上から圧子を所定の荷重で所定時間押し当てて基体２を破壊した。式：破片トラップ率（％）＝ ｛(破壊時のセラミック破片発生量−集合体４を通過したセラミック破片の量)/破壊時のセラミック破片発生量｝から破片トラップ率を求めた。
ここで、上述のように基体２を破壊したときに集合体４を通過した（集合体４の外部に落下した）セラミック破片の量を、「集合体４を通過したセラミック破片の量」とした。その後、消音部材１０の集合体４が形成されなかった面を下面にし、上からエアを吹き付け、下方に落下したセラミック破片の量を測定し、これに「集合体４を通過したセラミック破片の量」を加算した値を「破壊時のセラミック破片発生量」とした。
【００２８】
消音部材１０の強度向上率（％）を以下のように測定した。まず、消音部材１０の強度を、ＪＩＳ-Ｒ１６０８；ファインセラミックスの圧縮強さ試験方法に従って測定した。又、集合体４をまったく形成しない基体２のみの基準サンプルにつき、同様に強度を測定した。
そして、（各消音部材１０の強度−基準サンプルの強度）／（基準サンプルの強度）×１００により、強度向上率（％）を求めた。
【００２９】
消音効果として、消音部材１０のうち集合体４が形成されなかった面を上面として台に載置し、集合体４が形成された一方の側面側に所定の距離でスピーカを配置し、対向する側面側に所定の距離で指向性マイクロホンを配置し、スピーカを鳴動させた。このとき、所定時間でのマイクロホンで集音した１〜４ｋＨｚの周波数の平均減衰量（ｄＢ）を測定した。又、集合体４をまったく形成しない基体２のみの基準サンプルにつき、同様に平均減衰量（ｄＢ）を測定した。
そして、各消音部材１０の平均減衰量（ｄＢ）−基準サンプルの平均減衰量（ｄＢ）を求めた。
【００３０】
図２の接合界面Ｂ１，Ｂ２における反応相の存在の有無を次のように測定した。まず、消音部材１０の表面を走査線Ｌに沿ってＥＤＳのライン分析を行った（図１参照）。ＥＤＳのスポット径は６５μｍ、測定点の間隔を１００μｍ、ライン長さ１０００μｍとし、分析元素はＡｌとＳｉとした。
実施例１について得られた結果を図３に示す。アルミナとＳｉＯ２の双方を含む組成が検出され、中間生成物を形成していることがわかる。これにより、接合界面Ｂ１、Ｂ２に中間生成物が形成されているとみなした。他の実施例についても同様に測定した。なお、図３の縦軸は、分析したＡｌ，ＳｉをそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２に換算した量である。
【００３１】
図４に、実施例１の消音部材１０の断面ＳＥＭ像を示す。図４の基体上に、白い画像の無機繊維が互いに絡み合い、灰色の画像の接着剤により接着されていることがわかる。又、無機繊維が接着剤により互いに接着されていることがわかる。なお、ＳＥＭ上の白い画像や灰色の画像がそれぞれ無機繊維、接着剤であることはＥＤＳ分析から解析した。
【００３２】
得られた結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2020070761.tif 000003
【００３４】
表１から明らかなように、酸化物セラミックからなる基体の表面の一部に繊維長３０μｍ以上の無機繊維の集合体を接着してなる各実施例の場合、破損した基体のセラミック破片が外部に飛散する度合いが低く、強度に優れ、さらに消音効果も向上した。
特に、表面の面積比Ｓ１／Ｓ０が１０〜５０％である実施例７〜２０の場合、他の実施例１〜６に比べ、基体のセラミック破片のトラップ効果がより一層優れていた。
基体と接着剤との接合界面及び、無機繊維と接着剤との接合界面に、いずれも反応相が存在する実施例１２〜２０の場合、他の実施例１〜１１に比べ、消音部材の強度がより一層優れていた。特に、無機繊維であるアルミナ繊維がＳｉＯ２を２質量％以上含有し、アスペクト比が１５以上である実施例１６〜２０の場合、他の実施例１〜１５に比べ、消音部材の強度が最も優れていた。
【００３５】
一方、基体の表面に接着した無機繊維基体の集合体における無機繊維の繊維長が３０μｍ未満の比較例１〜５の場合、各実施例に比べて基体のセラミック破片のトラップ効果が劣ると共に、強度も劣った。
【符号の説明】
【００３６】
２    基体
４    集合体
４ａ    無機繊維
６    接着剤
１０    消音部材
Ｂ１    基体と接着剤との接合界面
Ｂ２    無機繊維と接着剤との接合界面
【図１】
2020070761.tif 000004
【図２】
2020070761.tif 000005
【図３】
2020070761.tif 000006
【図４】
2020070761.tif 000007