(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線径５ｍｍ以下に冷間伸線加工した金属線材を、切削加工することにより平均繊維径を１０〜４０μｍとする断面不規則形状をなす金属繊維に繊維化することで、収束時の引張によるひびを誘発し、前記金属繊維の表面形態を、繊維長方向に沿って延びる微小溝及び稜を有するとともに該稜に微小な欠けを有する形態とし、該金属繊維を用いて嵩密度１００〜７００ｋｇ／ｍ3 に調整することを特徴とする消音器用吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の内燃機関の排気管に設けられる消音器及びその吸音材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の消音器は、排気管の一部に多数の通気孔を貫設し、該排気管の一部の外周にグラスウールよりなる消音層を配設し、その外周に金属よりなる外管を被せてなるものが一般的である。また、排気管と消音層との間に金属繊維よりなる飛散防止層を設け、グラスウールの熱劣化及び飛散を防止したものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、資源のリサイクルが重視されており、特に自動車の分野においてはリサイクル率の向上が至上命題とされている。従来の技術に用いられるグラスウールは、使用により劣化した際の再利用先が見当たらないため廃棄せざるを得ない。従って、これまでのグラスウール消音層を、リサイクル可能なステンレス鋼繊維等の金属繊維よりなる消音層で置き換えることを検討する必要が出てきたが、例えば、汎用のステンレス鋼よりなる繊維を綿状にしたステンレスウールには次のような問題がある。
（１）ステンレスウールは、グラスウールと比べて吸音率が低く、特に高周波（例えば１０００Ｈｚ以上）の吸音率が低い。
（２）ステンレスウールは、グラスウールと比べて高温耐久性に劣り、特に平均繊維径の減少に伴い、高温環境での酸化増量が増加する傾向がある。
【０００４】
上記問題（１）については、適当な解決手段がなかった。一方、上記問題（２）については、排気ガスの温度が高く、汎用のステンレス鋼繊維では酸化劣化を生ずる過酷な用途には、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼に希土類元素等を添加し耐熱特性向上を図った材料（特開平４−３５４８５０号公報、特開平６−１７２９３２号公報、特開平６−１７２９３３号公報に記載の合金や、さらに高温引張強さを改善した特開２０００−２７３５８８号公報に記載の合金など）からなる繊維を用いることが考えられる。しかし、これらの合金材料は何れも高価であり、さほど高温引張強度を必要としない消音器の吸音用金属繊維としては不向きである。
【０００５】
そこで、本発明者は、以前より上記の問題（１）（２）を解決し得る技術開発に取り組み、今回、ステンレスウールの平均繊維径を通常の７０〜１５０μｍから１０〜４０μｍへと微細化し、適度な嵩密度に調整することで、グラスウール並みの吸音性能を得られる知見を得た。さらに、排気ガスの温度が高く、汎用のステンレス鋼繊維では酸化劣化を生ずる過酷な用途には、特に電熱・抵抗材料として使われる鉄・クロム・アルミニウム合金に着目し、耐高温酸化性が改善できる知見を得た。
【０００６】
本発明の目的は、消音層も含めてオール金属化を図ることによりリサイクル性を高めることができるとともに、消音層の金属化にも拘わらず高い吸音率を得ることができる内燃機関の排気管用の消音器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）第１の発明は、平均繊維径を１０〜４０μｍとする断面不規則形状をなし、繊維長方向に沿って延びる微小溝及び稜を有するとともに該稜に微小な欠けを有する金属繊維を用いて、嵩密度１００〜７００ｋｇ／ｍ3 に調整した消音器用吸音材である。
【０００８】
平均繊維径は、金属繊維の任意断面を５０点測定した時の平均値とする。このように、金属繊維であっても、平均繊維径を１０〜４０μｍとすることにより、グラスウール並みの吸音性能を付与することができる。１０μｍ未満の微細繊維では、その加工（特に切削加工）が極めて困難で高価となり、また排気管の外周に巻き付ける時などの引張力に耐えられにくく、他方、４０μｍを越えるときには、嵩密度を７００ｋｇ／ｍ3 の高密度に巻き付けてもグラスウール並みの吸音性能を得ることができない。吸音材の嵩密度は、さらに好ましくは１００〜５５０ｋｇ／ｍ3 である。
【０００９】
さらに、「断面不規則形状をなし、繊維長方向に沿って延びる微小溝及び稜を有するとともに該稜に微小な欠けを有する金属繊維」にすることで、金属繊維の空隙が歪曲やくびれを有することにより、空気の粘性摩擦抵抗が増大し、音エネルギーの一部が熱エネルギーに変換しやすくなり、吸音性能の向上により一層寄与することができる。
【００１０】
金属繊維の材料は、特に限定されないが、ステンレス鋼、クロム−ニッケル系合金、高ニッケル合金、高コバルト合金、チタン合金等の耐熱合金、その他の耐熱性及び耐食性を備えた金属を例示できる。通常の排気ガス温度環境では、コストと耐久性からフェライト系ステンレス鋼からなる繊維が好ましい。また、金属繊維は極力長く連続する連続繊維であることが好ましい。
【００１１】
（２）第２の発明は、前記金属連続繊維が、重量％にてＣ；０．１０％以下、Ｓｉ；１．５％以下、Ｍｎ；１．０％以下、Ｃｒ；１７．０〜２６．０％、Ａｌ２．０〜６．０％、Ｍｏ；０．４％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分を持ち、高温耐酸化性に優れた鉄・クロム・アルミニウム合金材料からなることを特徴とする。
【００１２】
この組成は、従来から電熱・抵抗材料や耐熱金網として実施されている鉄・クロム・アルミニウム合金に、Ｍｏを０．４％まで添加することで、耐食性をも改善した材料を包括する。金属繊維は熱酸化によって、その表面に酸化皮膜が形成され、また加熱と冷却を繰り返すと、該酸化皮膜は剥離しやすくなる。前記組成の鉄・クロム・アルミニウム合金からなる繊維とすることで、過酷な高温環境下で熱酸化スケールの剥離によって縮径したり、かつ折損などによって部分欠落・飛散したりする現象を軽減する。すなわち、高温下の耐酸化性向上を図り、必要以上の酸化皮膜を抑制することができる。前記の鉄・クロム・アルミニウム合金の材料としては、フェライト系耐熱鋼の鉄クロム１種、鉄クロム２種などを例示できる。
【００１３】
（３）第３の発明は、前記金属繊維が、切削加工により平均繊維径１０〜４０μｍに繊維化されたことで、収束時の引張によるひびが誘発されて前記欠けを有したものであることを特徴とする。
前記断面不規則形状の金属繊維は、例えば線径５ｍｍ以下に冷間伸線加工した線材を、さらに例えばダイス引きにより切削加工することにより繊維として得ることができる。切削加工によって繊維化することで、例えばダイス引きした際のツールマークや収束時の引張によるひびを誘発し、平均繊維径１０〜４０μｍの繊維の表面形態が、前記の通り、繊維長方向に沿って延びる微小溝及び稜を有するとともに該稜に微小な欠けを有する形態となる。このため、より一層吸音性能の向上に寄与できる。また、鉄・クロム・アルミニウム合金の線材は、汎用フェライト系ステンレス鋼並みの切削加工性を有しており、良好な金属連続繊維を得ることができる。
【００１４】
（４）第４の発明は、平均繊維径を１０〜４０μｍとする断面不規則形状をなし、繊維長方向に沿って延びる微小溝及び稜を有するとともに該稜に微小な欠けを有する金属繊維を、嵩密度１００〜７００ｋｇ／ｍ3 に調整して吸音材とし、該吸音材を内燃機関の排気管の外周に配される消音層の少なくとも一部として設けた消音器である。
【００１５】
ここで「排気管」は排気が通り消音器を構成する管であれば特に限定されず、内燃機関から延出する排気管や、該排気管に連結された消音器外筒の内部仕切板に設けられたインナーパイプ等を例示できる。消音層は、その全体が前記金属繊維の吸音材よりなるものが望ましい。また、吸音材の設け方としては、特に限定されないが、多数本の金属繊維を繊維長方向に長い帯状にまとめた吸音材を排気管の外周に巻き付ける方法を例示できる。その他の詳細は、上記第１の発明の詳細と同様である。
上記（１）〜（４）に基づき、本発明に係る消音器用吸音材の製造方法は、線径５ｍｍ以下に冷間伸線加工した金属線材を、切削加工することにより平均繊維径を１０〜４０μｍとする断面不規則形状をなす金属繊維に繊維化することで、収束時の引張によるひびを誘発し、前記金属繊維の表面形態を、繊維長方向に沿って延びる微小溝及び稜を有するとともに該稜に微小な欠けを有する形態とし、該金属繊維を用いて嵩密度１００〜７００ｋｇ／ｍ3 に調整することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した消音器の実施形態について説明する。なお、実施形態で記す材料、構成、数値等は例示であって、適宜変更できる。
【００１７】
（試験１）
実施例１として、ＳＵＳ４３４を前記ダイス引きにより切削加工して得られた平均繊維径２０μ品のステンレス鋼繊維を用いて、嵩密度１００〜７００ｋｇ／ｍ3 に充填・調整した吸音材を作成した。また、実施例２として、ＳＵＳ４３４を前記ダイス引きにより切削加工して得られた平均繊維径４０μ品のステンレス鋼繊維を用いて、嵩密度２５０〜７００ｋｇ／ｍ3 に充填・調整した吸音材を作成した。図４に表面形態を拡大して示すとおり、これらのステンレス鋼繊維１０は断面不規則形状をなし、繊維長方向に沿って延びる微小溝１１及び稜１２を有するとともに該稜１２に微小な欠け１３を有している。また、比較例１として、平均繊維径９μ品のＥガラス繊維を用いて、嵩密度１００ｋｇ／ｍ3 の吸音材を作成し、比較例２として、平均繊維径２４μ品のアドバンテックス（オーウェンス  コーニング  ジャパン社の商品名：Advantex）のガラス長繊維を用いて、嵩密度２００ｋｇ／ｍ3 の吸音材を作成した。
【００１８】
なお、ステンレス鋼繊維の平均繊維径は、任意断面を５０点測定した時の平均値とし、その測定器としては定圧マイクロメーターを使用した。ガラス繊維の平均繊維径は、円形断面であるため、電子顕微鏡観察にて計測した。これら実施例１，２及び比較例１，２の各吸音材からＪＩＳ−Ａ−１４０５に規定される厚さ１０ｍｍの円板形状の試験片を作成し、管内法による垂直入射吸音率測定法に従って各周波数における吸音率を測定した。表１にその測定結果を示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
（試験２）
次に、実施例３として、ＳＵＳ４３４を前記ダイス引きにより切削加工して得られた平均繊維径３０μ品のステンレス鋼繊維を用いて、所定の嵩密度に充填・調整した吸音材を作成した。また、実施例４として、フェライト系耐熱鋼の鉄クロム２種を前記ダイス引きにより切削加工して得られた平均繊維径４０μ品の耐熱鋼繊維を用いて、所定の嵩密度に充填・調整した吸音材を作成した。これらの繊維の表面形態も、基本的に実施例１と同様である（図４参照）。次に、図１〜図３に示すように、外径φ５７ｍｍ×内径φ５４ｍｍ×全長３１０ｍｍのＳＵＳ３０４製の排気管１（インナーパイプ）であって、多数の小孔２を貫通させた箇所の外周に、実施例３，４の各吸音材１５を、繊維長方向に長い帯状（例えば帯幅２０〜１００mm、帯厚１〜１０mm）にまとめて排気管１の外周に複数重にぐるぐる巻きする方法により、嵩密度１００〜４００ｋｇ／ｍ3 になるように巻き付けて、全体がこれらの吸音材１５からなる消音層３を構成した。その後、外径φ８９×内径φ８７×全長２９８ｍｍのアルミメッキ鋼管（ＳＡＣＤ８０）製金属シェル４（アウターパイプ）を外挿し、排気管１と金属シェル４との当接部の隙間を溶接し、消音器を完成させた。また、前記比較例１，２の吸音材についても、実施例３，４と同様にして消音層を構成し、消音器を完成させた。
【００２１】
このようにして作成した実施例３，４及び比較例１，２の消音器を、自動車用の４気筒で総排気量１．５リットルの内燃機関の排気管に連結し、該内燃機関を毎分４０００回転で運転し、消音器の排気管１の出口より０．５ｍ離れた位置で騒音レベルを測定比較した。表２にその測定結果を示す。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
（試験３）
次に、実施例３，２，４の吸音材と比較例１，２の吸音材について、高温酸化試験を行い、酸化による単位重量当たりの酸化重量を求めた。同試験は、大気中で７００℃、８００℃、９００℃の条件にて、それぞれ２４時間加熱し、単位重量当たりの酸化重量を算出した。表３にその測定結果を示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
（試験４）
次に、実施例５として、重量％にてＭｏ；０．４％が添加された鉄クロム２種を前記ダイス引きにより切削加工して得られた平均繊維径４０μ品の耐熱鋼繊維を用いて、所定の嵩密度に充填・調整した吸音材を作成した。そして、実施例３，４，５の吸音材と比較例１，２の吸音材について、酸による腐食試験を行い、腐食減量率を求めた。同試験は、ＪＩＳＯ  Ｍ６１１−９２  自動車用マフラー内部腐食試験方法により、半浸漬試験条件で７日間後の腐食減量率を求めた。表４にその測定結果を示す。
【００２６】
【表４】
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【００２７】
以上のとおり、実施例の防音材及び同防音材を用いた消音器によれば、次のような作用効果が得られる。
▲１▼  表１及び表２に示す測定結果のとおり、実施例１〜４の吸音材は、金属繊維を用いているにも拘わらず、ガラス繊維を用いた比較例１，２の吸音材と略同等の吸音性能を有する。この点は、実施例５の吸音材も同様である。
▲２▼  表３に示すとおり、実施例３，２の吸音材は、８００℃までは良好な耐高温酸化性能を示している。さらに、実施例４の吸音材は、９００℃まで極めて良好な耐高温酸化性能を示している。しかも、実施例４の吸音材に用いた鉄クロム２種は、前述した高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼に希土類元素等を添加した材料と比べて、安価である。
▲３▼  表４に示すとおり、実施例４，５の吸音材は、極めて優れた耐食性能を示している。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る消音器用吸音材の製造方法によれば、リサイクルが容易で、且つガラス繊維製の吸音材と同等の吸音性能を得ることができる金属繊維を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の消音器を一部破断して示す斜視図である。
【図２】同消音器を一部破断して示す断面図である。
【図３】同消音器の消音層形成時の斜視図である。
【図４】同消音器に用いる吸音材の金属繊維を示す拡大図である。
【符号の説明】
１    排気管
２    小孔
３    消音層
４    金属シェル
１０    ステンレス鋼繊維
１１    微小溝
１２    稜
１３    欠け
１５    吸音材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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