(57)【要約】      （修正有）【課題】吸音部材の吸音効果を向上させる。【解決手段】吸音部材１は、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からなり、本体部７と、本体部の外周に緻密部９を備えている。緻密部９の平均気孔径Ｄ１と、本体部７の平均気孔径Ｄ２は、Ｄ２＞Ｄ１の関係式を満たす。Ｄ２／Ｄ１≧２．００の関係式を満たすことが望ましい。この構成を採用することで、吸音効果を高めることができる。【選択図】図１
2020101620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状体の内部に配置され、柱状をなし一端面から他端面に向けて連通する連通気孔を有する３次元網目構造のセラミックス多孔体からなる吸音部材であって、
本体部と、
前記本体部の外周に緻密部と、を備えてなり、
前記緻密部の平均気孔径Ｄ１と、前記本体部の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２＞Ｄ１
の関係式を満たすことを特徴とする吸音部材。
【請求項２】
Ｄ２／Ｄ１≧２．００
の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の吸音部材。
【請求項３】
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又は
２に記載の吸音部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸音部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸音部材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吸音部材に用いても、吸音効果は必ずしも十分とは言えず、吸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、吸音部材の吸音効果を向上させることを目的とする。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〕
管状体の内部に配置され、柱状をなし一端面から他端面に向けて連通する連通気孔を有する３次元網目構造のセラミックス多孔体からなる吸音部材であって、
本体部と、
前記本体部の外周に緻密部と、を備えてなり、
前記緻密部の平均気孔径Ｄ１と、前記本体部の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２＞Ｄ１
の関係式を満たすことを特徴とする吸音部材。
【０００６】
〔２〕
Ｄ２／Ｄ１≧２．００
の関係式を満たすことを特徴とする〔１〕に記載の吸音部材。
【０００７】
〔３〕
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〕又は〔２〕に記載の吸音部材。
【発明の効果】
【０００８】
〔１〕の形態の効果
管状体の内部に、柱状のセラミックス多孔体からなる吸音部材が配置される場合、管状体の内周面付近、すなわちセラミックス多孔体の外周部に音波が流れやすい傾向がある。本構成の吸音部材では、セラミックス多孔体のうち音波が流れやすい外周部に平均気孔径が小さな緻密部が配されているから、流れ抵抗が高く、吸音効果が高くなる。よって、上記の構成を採用することで、吸音効果を高めることができる。
【０００９】
〔２〕の形態の効果
上記関係式を満たすと、流れ抵抗の影響により吸音効果が更に高められる。
【００１０】
〔３〕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】
【００１１】
【図１】セラミックス多孔体からなる吸音部材を示す断面図である。
【図２】セラミックス多孔体からなる吸音部材を示す斜視図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】吸音効果が高くなる理由を説明する説明図である。
【図５】平均気孔径を算出する方法を説明する説明図である。
【図６】音響性能を測定する方法を説明する説明図である。
【図７】吸音部材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】
【００１２】
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。
【００１３】
１．吸音部材
本発明の吸音部材１は、図１〜４に示されるように、管状体３の内部に配置され、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からなる。セラミックス多孔体は柱状をなし、柱状の本体部７と、本体部７の外周のうち、管状体３の内周面に対向している部分を覆う緻密部９と、を備えている。連通気孔は、柱状のセラミックス多孔体の一端面から他端面に向けて連通する。緻密部９の平均気孔径Ｄ１と、本体部７の平均気孔径Ｄ２は、
Ｄ２＞Ｄ１
の関係式を満たす。
【００１４】
（１）管状体
管状体３の材質は特に限定されないが、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。
【００１５】
（２）セラミックス多孔体
セラミックス多孔体としては、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として、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４を用いることもできる。
セラミックス多孔体の形状は、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。
【００１６】
セラミックス多孔体は、図１〜３に示されるように、本体部７と、緻密部９と、を備えている。緻密部９の平均気孔径Ｄ１と、本体部７の平均気孔径Ｄ２の算出の方法は、次のように行う。
緻密部９の平均気孔径Ｄ１は、次のようにして求める。セラミックス多孔体の管状体３との接触部より内側に５〜１０ｍｍの部分から、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５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つの面で観察された「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。
本体部７の平均気孔径Ｄ２は、次のようにして求める。セラミックス多孔体における（中心）軸線周りの半径１０ｍｍの範囲から、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。本体部７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。
本体部７と緻密部９の気孔率は、特に限定されない。本体部７と緻密部９の気孔率は略同一であっても、相違していてもよい。本体部７と緻密部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。
本体部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、緻密部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、吸音効果を高めることができる。なお、気孔率は、平均気孔径Ｄ１、平均気孔径Ｄ２を算出するために用いた立方体において、Ｘ線ＣＴによる構造解析を行って画像化し、画像解析によって算出した。なお、気孔率は、水銀圧入法によって算出してもよい。
また、緻密部９の厚みは、特に限定されない。緻密部９の厚みは、好ましくはセラミックス多孔体の半径に対して５０〜９５％であり、より好ましくは６５〜９０％であり、更に好ましくは７５〜９０％である。緻密部９の厚みをこの範囲とすると、排圧の低下を抑制しつつ、吸音効果を高めることができる。
【００１７】
（３）管状体と、吸音部材との固定
管状体３と、吸音部材１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と吸音部材１を接合してもよい。
【００１８】
（４）緻密部９の平均気孔径Ｄ１と、本体部７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
の関係式を満たしている。
さらに、Ｄ２／Ｄ１≧２．０
の関係式を満たすことが望ましい。
ここで、上記関係式を満たすと、吸音効果を高めることができる理由について、図４を参照しつつ説明する。
図４において、矢印は音波３１を模式的に示している。また、音波には、強弱があり、弱い音波を符号３１Ａで表し、強い音波を符号３１Ｂで示している。線の太さにより音波の強弱を示しており、太い方が強い音波を表している。強い音波３１Ｂは、セラミックス多孔体からなる吸音部材１の外周近傍に侵入する傾向にある。この構成の消音器では、音波が流れやすい外周部に平均気孔径が小さな緻密部９が配されているから、流れ抵抗が高く、吸音効果が高くなる。他方、吸音部材１の本体部７は、平均気孔径が小さくされていないから、緻密部９に比べると流れ抵抗が低い。そのため、流体の流れを阻害しにくい。よって、この構成を採用することで、流体が流れる効率の低下を抑制しつつ、吸音効果を高めることができるのである。
さらに、Ｄ２／Ｄ１≧２．０の関係式を満たすと、吸音効果がより高くなる。
なお、平均気孔径Ｄ１、及び平均気孔径Ｄ２の値の調整は、後述するセラミックス多孔体の前駆体の調製工程において、異なる平均気孔径を有するポリウレタンフォームを適宜選択することによって行うことができる。
また、Ｄ２／Ｄ１の上限値は、特に限定されないが、上限値は通常４である。
【００１９】
（５）無機繊維
吸音部材１を構成するセラミックス多孔体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。
【００２０】
２．吸音部材の作製手順
（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の前駆体）を調製する。
（２）セラミックス多孔体の焼成
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からなる吸音部材１が得られる。同時に、セラミックス多孔体が管状体３にガラスで接合される。
ここでは、管状体３の内部にポリウレタンフォームを配置して焼成したが、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担体で焼成することで、３次元網目構造を有するセラミックス多孔体からなる吸音部材１を得てもよい。
【実施例】
【００２１】
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。
【００２２】
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
柱状の軟質ポリウレタンフォームを用意した。そして、この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セラミックス多孔体からなる吸音部材１を作製した。気孔率、緻密部の平均気孔径Ｄ１（表２参照）、本体部の平均気孔径Ｄ２（表２参照）は、気孔径の異なるポリ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緻密部及び本体部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。
【００２３】
【表１】
2020101620.tif 000003
【００２４】
（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、セラミックス多孔体からなる吸音部材１を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。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
２．性能試験（音響性能）
音響性能は図６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＝２５０μｍ、Ｄ２／Ｄ１＝１．００であり、気孔率（５５％）、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。
【００２７】
３．試験結果
試験結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
2020101620.tif 000005
【００２９】
Ｄ２＞Ｄ１の関係を満たす実験例１〜２０は、比較例１〜３と比べて音響性能が良好であった。
特に、Ｄ２／Ｄ１≧２．００の関係を満たす実験例１２〜２０は、音響性能が極めて良好であった。
また、実験例１６〜２０では、セラミックス多孔体の骨格の強度が向上していた。
【００３０】
＜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。
【００３１】
（１）上記実施形態では、吸音部材１は、略円柱形状としたが、柱状であれば、角柱状等の多角柱状であってもよい。また、セラミックス多孔体は、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）上記実施形態では、管状体３が気体流入側（ｉｎ側）から気体流出側（ｏｕｔ側）に向けて拡径した例（図１参照）を示したが、管状体３の形態は特に限定されず、用途に応じて適宜変更できる。例えば、図７に示すように、管状体３が気体流入側（ｉｎ側）から気体流出側（ｏｕｔ側）に向けて縮径していてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…吸音部材
３…管状体
７…本体部
９…緻密部
１１…閉じたループ
２１…マイク
２３…スピーカー
【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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【図７】
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