(57)【要約】【課題】  外層パイプと内層の多孔パイプとの間への吸音・消音筒体の挿入作業を容易とし、また、消音効果が高く、且つ、繊維落ちを防止することができる車両用マフラー装置を提供する。【解決手段】  外層パイプＰ１と内層の多孔パイプＰ２との間に吸音・消音材からなる吸音・消音筒体２０を挿入した車両用マフラー装置Ｍにおいて、上記吸音・消音筒体２０は外層をグラスウール等の吸音・消音材ＧＭで形成するとともに、内層をクロムとアルミニウム及び少量の希土類元素を含有した耐熱鋼繊維１０´の焼鈍圧縮壁部で形成したものである。耐熱鋼繊維１０´の焼鈍圧縮壁部は厚さが薄く形成されているから、外層パイプと内層の多孔パイプとの間の環状空間内への挿入作業が容易であり、孔密度が緻密であり、高い消音効果が発揮され、また、焼鈍処理と圧縮加工により薄く固められて繊維同士が絡み合って結合されているので解れにくく、表面からの繊維落ちを防止できる。【選択図】図５
2005036706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外層パイプと内層の多孔パイプとの間に吸音・消音材からなる吸音・消音筒体を挿入した車両用マフラー装置において、上記吸音・消音筒体は外層をグラスウール等の吸音・消音材で形成するとともに、内層をクロムとアルミニウム及び少量の希土類元素を含有した耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部で形成したことを特徴とする車両用マフラー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や自動二輪車等の車両に用いられるマフラー装置に係り、特に、吸音・消音筒体の内層を耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部で形成したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車や自動二輪車等の車両に用いられるマフラー装置には、吸音・消音材としてガラス繊維が使用されている。しかし、このガラス繊維は、排気ガスの高温度や排気圧により外気に飛散して消音効果が次第に落ちるばかりか環境汚染を引き起こすことが知られている。その対策として、飛散防止と効果的な吸音・消音性能と環境汚染を防止するために、自動車マフラー用吸音・消音材の内壁にステンレス繊維シートが使用されたものが提供されている。その具体的な構成は、自動車のマフラーを構成する多孔パイプに外装され外層のガラス繊維マットとで吸音・消音用層を形成する繊維部材において、ステンレス鋼繊維を２方向以上に配向して積層するかまたはランダムに配向したステンレス鋼繊維シートの表面にプラスチックフイルムまたは高分子系物質繊維を素材とする不織布をニードルパンチで一体化した自動車マフラー用吸音・消音ステンレス繊維シートとしたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−１００６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記自動車マフラー用吸音・消音ステンレス繊維シートは、ガラス繊維（グラスウール）の飛散防止と効果的な吸音・消音性能を実現することが認められている。しかしながら、図９に示すように、このものは、マフラーＭＯを構成する外層パイプＰ１と内層の多孔パイプＰ２とで形成される環状空間Ｓ内に、外層のガラス繊維マットＧＭと筒状に巻いた内層のステンレス鋼繊維ＳＭとで吸音・消音用層を形成する繊維部材ＳＯである。上記外層パイプと内層の多孔パイプとの環状空間の隙間寸法は５ｍｍ程度であるのに対し、外層のガラス繊維マットＧＭの厚さＤは平均値で３．５〜４ｍｍ前後、内層のステンレス鋼繊維ＳＭは２．５ｍｍ前後である。このため、ガラス繊維マットとステンレス鋼繊維とを重合わせた厚さは、６ｍｍ〜６．５ｍｍであり、５ｍｍの隙間を越えているので、マフラー用吸音・消音ステンレス繊維シートを上記外層パイプと内層の多孔パイプとの環状空間内に挿入することが容易ではなく、その挿入作業性を悪くするという問題がある。
【０００４】
更に、ステンレス鋼繊維は、ステンレス板を巻回してなる棒状材を線状に削り出し、それを繊維状に絡ませただけであり、これをガラス繊維マットと接着剤により接合させたものであるから、ステンレス鋼繊維内に広い隙間の空気層ができて保温効果が働いて放熱性に欠け、高温になり易い。これが原因して、消音効果が減衰されて高い排気音となる問題がある。また、高温となったステンレス鋼繊維は、解れて繊維落ちするという現象を生じさせている。これは、繊維落ちしたステンレス鋼繊維の粉塵を撒き散らして走行していることを意味し、クリーンな環境をキープできないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、外層パイプと内層の多孔パイプとの間への吸音・消音筒体の挿入作業を容易なものとするとともに、消音効果が高く、且つ、繊維落ちを防止することができる車両用マフラー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するべく本発明の請求項１による車両用マフラー装置は、外層パイプと内層の多孔パイプとの間に吸音・消音材からなる吸音・消音筒体を挿入した車両用マフラー装置において、上記吸音・消音筒体は外層をグラスウール等の吸音・消音材で形成するとともに、内層をクロムとアルミニウム及び少量の希土類元素を含有した耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部で形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の車両用マフラー装置によると、吸音・消音筒体を外層の吸音・消音材材と内層の耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部で形成したものであり、耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部は厚さが薄く形成されているから、この耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部を含めた吸音・消音筒体の厚さを薄くでき、車両用マフラー装置の外層パイプと内層の多孔パイプとの間の環状空間内への挿入作業が容易にできる。
【０００８】
また、耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部は、孔密度が緻密であり、高い消音効果が発揮され、また、焼鈍処理と圧縮加工により薄く固められて繊維同士が絡み合って結合されているので解れにくく、表面からの繊維落ちを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１乃至図８を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部に用いる耐熱鋼繊維シートを製造する連続式製造装置を示し、図２は耐熱鋼繊維シートを製造するバッチ式製造装置、図３は耐熱鋼繊維シートを製造する製造工程のフローチャート、図４は耐熱鋼繊維シートの製造工程を示す。
【００１０】
まず、耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部を構成する耐熱鋼繊維シート１０´は、図１，図４に示すように製造される。まず、耐熱鋼繊維シート１０を形成する。このものは、クロムとアルミニウム及び少量の希土類元素（ランタンやイットリウム）を含有する耐熱鋼Ｂの板材を巻いてなる棒状材を細かく切削し、この切削物を整綿機によりエアで飛ばして積層させてウェブ状とし、このウェブ状物をニードルマシンで絡ませてフェルト状にしたものである。このフェルト状耐熱鋼繊維シート１０を均一厚さに分散させてロール状に巻付けたものとする。
【００１１】
上記ロール状に巻かれた耐熱鋼繊維シート１０は、ローラコンベア式の搬送機２により引き出して大気解放状態の汎用加熱炉３に供給される。上記加熱炉３は連続炉であって、各々電気ヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ３等で加熱される予熱部４と、加熱部５と、保温部６から構成されている。上記保温部６には、高温状態の耐熱鋼繊維シート１０を圧縮加工し、その圧縮度合いを調節可能なロール圧縮装置７を配設している。上記ロール圧縮装置７は、高温状態の耐熱鋼繊維シート１０に対して、所定の厚さに機械的圧力を付与して圧縮成形する。上記ロール圧縮装置７の第２段で厚さ整形され、完成した耐熱鋼繊維シート１０´が巻取機９により巻き取られる。
【００１２】
上記ロール圧縮装置７の後段には、強制空冷装置８を配設し、高温状態の耐熱鋼繊維シート１０の温度を急冷させる。この強制空冷装置８の目的は、耐熱鋼繊維シート１０を焼入れ硬化して耐熱鋼繊維シート１０´とするためのものである。この効用として、比較的広い面積の耐熱鋼繊維シート１０´において剛性を持たせられる。尚、上記強制空冷装置８は、各素材に剛性を必要としなければ省略することも可能である。
【００１３】
上記連続式製造装置１００における搬送機２には、速度制御手段ＳＣを備えて移送速度を制御し、耐熱鋼繊維シート１０が連続炉３内で所定時間を経過して通過するようになっている。また、加熱部５には、熱源温度を調整する温度制御手段Ｈを備えている。この温度制御手段Ｈには、炉内温度の設定器Ｓｏと、炉内温度を計測する温度センサｈと、温度表示器Ｔとを備え、耐熱鋼繊維シート１０の温度を設定した所定温度に加熱する。これにより、耐熱鋼繊維シート１０は、加熱温度と加熱時間とを制御され、素材の厚さを加熱温度とロール圧縮程度により均一化され、焼入れ硬化して耐熱鋼繊維シート１０´となる。尚、Ｍ１，Ｍ３は送り出し軸９Ａ及び巻き取り軸９Ｂの駆動モータであり、Ｍ２は搬送機２の駆動モータである。
【００１４】
次に、図２において、耐熱鋼繊維シート１０´をバッチ式製造装置２００により製造する場合を説明する。まず、耐熱鋼繊維シート１０は上記の製造方法により製造したものを所定寸法のシート状としたものである。上記シート状の耐熱鋼繊維シート１０は、適当枚数に積重ねて大気解放状態となっているバッチ式の加熱炉（電気炉）３０に供給される。上記加熱炉３０は、シート状の耐熱鋼繊維シート１０を加熱して焼鈍させる。上記のように加熱・焼鈍された高温状態の耐熱鋼繊維シート１０´は、加熱炉３０から取り出され、クランク式プレス機４０や油圧式プレス機４０´等で所定の厚さに機械的圧力を付与して圧縮成形される。
【００１５】
続いて、上記連続式製造装置１００を使用した耐熱鋼繊維シート１０´の製造方法の実施例を説明する。図３のフローチャートと図４の製造工程において、まず、耐熱鋼繊維シート１０を「耐熱鋼の棒状材・板材の切削」１０１により形成する。この切削方法は、図４の（ａ）に示すように、ロール状に巻いた棒状材Ｂを旋盤のバイト刃Ｂ１により、線径２０μｍ前後の糸状体Ｆに切削して耐熱鋼繊維１とするものである。これを図４の（ｂ）に示すように、整綿機によりエアで飛ばして積層させ均等厚さに分散したウェブ状の「耐熱鋼繊維１の生成」１０２をする。
【００１６】
尚、上記耐熱鋼繊維シート１０は、その各成分比率を図７の「鋼材検査成績証明書」に示す。この鋼材検査結果によると、耐熱鋼は、クロム１９．６２％（１５〜２２％）とアルミニウム５．００％（３〜５．２％）及び少量の希土類元素（ランタンやイットリウム）を含有するものである。また、上記耐熱鋼は、一般耐熱鋼（フェライト系、オーステナイト系）等が使用される。
【００１７】
続いて、上記ウェブ状物のファイバーＦを、図４（ｃ）に示すように、ニードルマシンの針群Ｎ１，Ｎ２により「ニードルパンチでフェルトに生成」１０３して絡ませ、均一な厚さの耐熱鋼繊維ＳＦ（１０）とする。この耐熱鋼繊維ＳＦ，（１０）が、図４の（ｄ）に示すように、耐熱鋼繊維シートＳＦ（１０）となり、これをロール状として「ロール状に加工した素材」１０４を形成する。
【００１８】
上記耐熱鋼繊維シートＳＦ（１０）は、加熱炉３０に投入され「加熱」１０５される。上記加熱炉での加熱時間は約１時間程度で、その加熱温度は３００℃〜７００℃の範囲内に設定される。その最適温度は、６００℃〜７００℃である。この加熱により、図４の（ｅ）に示すように、耐熱鋼繊維シートＳＦ（１０）には、耐熱鋼繊維の表面にアルミナ層Ａが生成される。このアルミナ層Ａは高温度において高い酸化耐性を与えるとともに、アルミナ層Ａの中に生じた全ての亀裂が酸素の存在下で自己治癒するという効用を発揮する。この後に、図４の（ｆ）に示すように、「焼鈍」１０６されて、耐熱鋼繊維シート１０の耐熱鋼繊維ＳＦは、切削歪みが除去されるとともに、硬度も柔らかくなる。
【００１９】
更なる「空冷」１０７、すなわち、図１に示す強制空冷装置８により、耐熱鋼繊維シート１０の温度を急冷して焼入れ硬化して高温状態の耐熱鋼繊維シート１０´とすることもある。この効用は、比較的広い面積の耐熱鋼繊維シート１０において、耐熱鋼繊維シート１０´自体に剛性を持たせることである。
【００２０】
最後に、耐熱鋼繊維シート１０´は、図１のロール圧縮装置７により「機械的手段で圧縮加工」１０８され、スプリングバックすることなく「所定厚さ寸法に仕上げ」１０９され、正確な厚さ寸法に圧縮形成される。以上の製造工程を経て、「耐熱鋼繊維シート１０´の完成」１１０となる。
【００２１】
本発明の連続式製造装置１００の製造方法によると、焼鈍処理で３ｍｍ程度の薄さとなる。耐熱鋼繊維シート１０´においては、圧縮成形で０．７〜１．５ｍｍに成形可能になる。
【００２２】
しかして、上記連続式製造装置１００を使用した耐熱鋼繊維シート１０´の製造方法によると、耐熱鋼繊維シート１０´は、加熱炉にて３００℃〜７００℃程度の低い温度により加熱されアルミナ層が形成される。これで、高温度において高い酸化耐性を与えるとともに、アルミナ層の中に生じた全ての亀裂が酸素の存在下で自己治癒するという効用を発揮する。尚、３００℃以下では加熱が不足して焼鈍ができず、繊維の飛散が生じる。また、７００℃以上では、加熱炉では対応できず焼結炉が必要となり、焼結と同じになる。そして、その後焼鈍されることにより耐熱鋼繊維シート１０´は切削歪みが除去されるとともに軟化し、薄い所定寸法０．７〜１．５ｍｍ前後に容易に圧縮加工される。この耐熱鋼繊維シート１０´は機械的圧力により二次成形したとき、脆さがないから欠損することなく任意形状に成形できる。
【００２３】
また、上記連続式製造装置１００を使用しての耐熱鋼繊維シート１０´の製造方法によると、耐熱鋼繊維シート１０´は加熱炉にて３００℃〜７００℃程度の低い温度により加熱した後、焼鈍されるから、切削歪みが除去されるとともに軟化し、薄い所定寸法に容易に圧縮加工される。これにより繊維が絡み合って結合し、繊維の飛散（繊維落ち）が防止される。従って、優れた耐食性、耐熱性を有し、且つ繊維の飛散の問題が生じない耐熱鋼繊維シート１０´とすることができる。
【００２４】
上記耐熱鋼繊維シート１０´の「加熱温度の焼鈍と圧縮性」の試験結果を、図８に示す。この試験結果によると、加熱前の厚さ３．８ｍｍに対して、加熱温度３００℃の加熱処理プレス圧縮後の厚さが１．７３ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．０５ｍｍに対して、加熱温度４００℃の加熱処理プレス圧縮後の厚さが１．８ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．３７ｍｍに対して、加熱温度５００℃の加熱処理プレス圧縮後の厚さが１．７２ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．０３ｍｍに対して、加熱温度６００℃の加熱処理プレス圧縮後の厚さが１．２ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．３７ｍｍに対して、加熱温度７００℃の加熱処理プレス圧縮後の厚さが０．９２５ｍｍとなる。このデータから、その適用範囲は３００℃〜７００℃となり、特に６００℃〜７００℃の温度が最適値であることが確認できる。
【００２５】
次に、図５，図６を参照して本発明の車両マフラー装置Ｍについて説明する。まず、上記耐熱鋼繊維シート１０´を適用して吸音・消音筒体２０を形成する。上記吸音・消音筒体２０は外層を筒状に巻いたガラス繊維マットＧＭからなる吸音・消音材で構成し、内層を筒状に巻いた耐熱鋼繊維シート１０´からなる耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部で構成する。この製造方法は、予め所定の寸法に裁断した耐熱鋼繊維シート１０´を芯棒に巻き付け、次いでその外周に予め所定の寸法に裁断したガラス繊維マットＧＭを積層させて巻き付けるものである。
【００２６】
上記吸音・消音筒体２０は車両用マフラー装置Ｍを構成する外層パイプＰ１と内層の多孔パイプＰ２とで形成される環状空間Ｓ内に挿入されセットされる。上記外層パイプＰ１と内層の多孔パイプＰ２との環状空間Ｓの隙間寸法は５ｍｍ程度であるのに対し、外層のガラス繊維マットＧＭの厚さＤは平均値で３．５〜４ｍｍ前後、内層の耐熱鋼繊維シート１０´は１ｍｍ前後である。このため、耐熱鋼繊維シート１０´とガラス繊維マットＧＭとを重合わせた厚さは、４．５ｍｍ〜５．０ｍｍであり、５ｍｍの隙間を越えていないので、吸音・消音筒体２０を上記外層パイプと内層の多孔パイプとの環状空間Ｓ内に挿入することが容易に行える。
【００２７】
上記車両用マフラー装置Ｍは、外層パイプと内層の多孔パイプとの間に吸音・消音材からなる吸音・消音筒体を挿入した車両用マフラー装置において、上記吸音・消音筒体は外層をグラスウール等の吸音・消音材で形成するとともに、内層をクロムとアルミニウム及び少量の希土類元素を含有した耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部で形成したものであり、耐熱鋼繊維の焼鈍圧縮壁部は高い消音効果を発揮する。具体的には、上記耐熱鋼繊維シート１０´を使用した吸音・消音筒体と、焼鈍圧縮を加える前の状態の耐熱鋼繊維を内装に使用したものとを吸音率で比較すると、後者では９０ｄＢであるのに対して、本発明の耐熱鋼繊維シート１０´を使用したものでは８８ｄＢに低減されており、２ｄＢ以上減衰されることが確認されている。これは、耐熱鋼繊維の場合、繊維内に広い隙間の空気層ができて保温効果が働いて放熱性に欠け、高温になり易く、このため消音効果が減衰されて高い排気音となるのに対し、耐熱鋼繊維シート１０´は、孔密度が緻密で繊維内に広い隙間の空気層ができず保温効果が生じることがないので、吸音・消音効果が発揮できるものと考えられる。
【００２８】
また、高温となったステンレス鋼繊維は、解れて繊維落ちするという現象を生じさせているが、耐熱鋼繊維シート１０´は、焼鈍処理と圧縮加工により薄く固められて繊維同士が絡み合って結合されているので、解れにくく、高温・高圧の環境下でも表面からの繊維落ちを防止でき、粉塵を撒き散らして走行することなくクリーンな環境をキープすることができる。
【００２９】
本発明の耐熱鋼繊維シート１０´は、上記連続式製造装置１００によるほか、バッチ式製造装置２００において製造したものであっても良い。このバッチ式製造装置２００では、高生産性は望めないが、耐熱鋼繊維シート１０´が持つ作用効果は連続式製造装置１００と同様であるから、その説明を省略する。
【００３０】
尚、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態の場合には、外層側の吸音・消音材としてガラス繊維マットＧＭを使用したが、これに限定されるものではなく、例えば、セラミックスウール、セラミックスファイバー、ロックウール等の適宜な材質のものが使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の耐熱鋼繊維シートを製造する第１実施形態の連続式製造装置のシステム図である。
【図２】本発明の耐熱鋼繊維シートをする第２実施形態のバッチ式製造装置のシステム図である。
【図３】本発明の耐熱鋼繊維シートの製法を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の耐熱鋼繊維シートの製法を示す製造工程図である。
【図５】本発明の耐熱鋼繊維シートを使用した車両用マフラー装置の一部切欠斜視図である。
【図６】本発明の耐熱鋼繊維シートを使用した車両用マフラー装置の環状空間の寸法と吸音・消音筒体の寸法関係を示す断面図である。
【図７】鋼材検査成績を示す説明図である。
【図８】耐熱鋼繊維の焼鈍と圧縮による特性を示す説明図である。
【図９】従来例を示し、吸音・消音材の内層にステンレス繊維シートを採用した車両用マフラー装置の環状空間の寸法と吸音・消音筒体の寸法関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１                    耐熱鋼繊維
２                    搬送機
３                    連続炉
４                    予熱部
５                    加熱部
６                    保温部
７                    ロール圧縮装置
８                    強制空冷装置
９                    巻取機
９Ａ                  送り出し軸
９Ｂ                  巻き取り軸
１０                  耐熱鋼繊維シート
１０´                耐熱鋼繊維シート
２０                  吸音・消音筒体
３０                  電気炉（加熱炉）
４０                  クランク式プレス機
４０´                油圧式プレス機
１００                連続式製造装置
２００                バッチ式製造装置
Ｈ                    温度制御手段
ｈ                    温度センサ
Ｍ                    マフラー装置
ＧＭ                  ガラス繊維マット
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３      駆動モータ
Ｐ１                  外層パイプ
Ｐ２                  多孔パイプ
Ｓ                    環状空間
Ｓｏ                  設定器
ＳＣ                  速度制御手段
Ｔ                    温度表示器
【図１】
2005036706.tif 000003
【図２】
2005036706.tif 000004
【図３】
2005036706.tif 000005
【図４】
2005036706.tif 000006
【図５】
2005036706.tif 000007
【図６】
2005036706.tif 000008
【図７】
2005036706.tif 000009
【図８】
2005036706.tif 000010
【図９】
2005036706.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月31日(2003.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
上記耐熱鋼繊維シート１０´の「加熱温度の焼鈍と圧縮性」の試験結果を、図８に示す。この試験結果によると、加熱前の厚さ３．８ｍｍに対して、加熱温度３００℃で加熱処理し、焼鈍し、プレス圧縮した後の厚さが１．７３ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．０５ｍｍに対して、加熱温度４００℃で加熱処理し、焼鈍し、プレス圧縮した後の厚さが１．８ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．３７ｍｍに対して、加熱温度５００℃で加熱処理し、焼鈍し、プレス圧縮した後の厚さが１．７２ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．０３ｍｍに対して、加熱温度６００℃で加熱処理し、焼鈍し、プレス圧縮した後の厚さが１．２ｍｍとなり、加熱前の厚さ４．３７ｍｍに対して、加熱温度７００℃で加熱処理し、焼鈍し、プレス圧縮した後の厚さが０．９２５ｍｍとなる。このデータから、その適用範囲は３００℃〜７００℃となり、特に６００℃〜７００℃の温度が最適値であることが確認できる。