JP2005316353A

JP2005316353A - 吸音構造体

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Publication number: JP2005316353A
Application number: JP2004208285A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hori; 光雄堀; Hisaaki Kobayashi; 久晃小林; Ikiyuuya Hibino; 伊久哉日比野; Atsuko Hasegawa; 敦子長谷川
Original assignee: CCI Corp
Current assignee: CCI Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】優れた吸音性能を有すると共に、吸音すべき音の種類に対応した吸音性能を持つことができる吸音構造体を提供すること。
【解決手段】通気性容器２内にチップ状のフォーム３が充填されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車や列車などの車両や航空機、住宅など、広範な用途に適用することができる吸音構造体に関する。詳細には優れた吸音性能を有すると共に、吸音すべき音の種類に対応した吸音性能を持つことができる吸音構造体に関する。

近年、社会生活に欠かせない自動車や列車、航空機から発生する騒音は、社会問題として大きくクローズアップされ、法的規制がますます強化される過程で、その発生防止対策が強く求められようになった。一方、ドライバーや乗客の側からは、車両内又は機内における静粛性、快適性を求める声も多い。

また、工場や住宅、学校などの構造物についても、より快適な生活を指向するという思想の広がりにより、構造物外部からの騒音による被害や、構造物内部から発生する騒音が外部へ拡散することによる被害が取り沙汰されるようになり、その対策が求められている。

このような要求に応えるべく、自動車、列車などの車両や航空機、住宅などに適用される吸音材料としては、ポリウレタンやポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの高分子をシート状に発泡成形した発泡吸音材（特許文献１参照）や不織布やフェルトなどの繊維シートからなる繊維質吸音シート（特許文献２参照）がある。

ところが、これらの吸音構造体は吸音性能が低く、十分な吸音性能を確保しようとする場合には、ある程度の厚みを必要とし、しかも１０００Ｈｚ以下、特には５００Ｈｚ以下のような低周波数の音を確実に吸音することはできなかった。

本発明者は、このような技術的課題に鑑み、鋭意研究の結果、ベンゾチアジル基を持つ化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、及びベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上の混合物からなる有機系高減衰剤をベースポリマー中に配合した発泡吸音材を提案している。

この発泡吸音材は、従来の吸音材に比べてその吸音性能は飛躍的に高く、厚みを必要とせず、しかも１０００Ｈｚ以下のような低周波数の音も確実に吸音することができるという優れた効果を有している（特許文献３参照）。
特開平０２−１１２９２９号公報特開２００２−８２６７１号公報特許第３３１８５９３号掲載公報

本発明は、上記特許文献３記載の発泡吸音材をさらに改良したものであり、優れた吸音性能を有すると共に、吸音すべき音の種類に対応した吸音性能を持つことができる吸音構造体を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、通気性容器又は枠内にチップ状のフォーム（以下、チップという）が充填されていることを特徴とする吸音構造体をその要旨とした。

本発明の吸音構造体において、チップは、例えばα−オレフィン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルホルマール、エポキシ、フェノール、ユリア、シリコーン等の高分子、あるいはアクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等のゴム系高分子の群から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物をベースポリマーとして用いることができ、これらを従来公知の気泡発生手段、すなわち熱分解型発泡剤を用いた気泡発生手段、揮発性溶剤を用いた気泡発生手段、あるいは高圧下で不活性ガスを高分子中に吸収させ、常圧で発泡させる気泡発生手段等を用いて発泡成形することにより得られる連続気泡構造体からなる。

尚、チップを構成するベースポリマーの選択に際しては、当該吸音構造体の適用される用途や使用形態、取り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能（耐熱性や耐寒性）、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。例えば耐熱性が要求される場合には、ポリエチレン（詳しくは高密度ポリエチレンや中密度ポリエチレン）、エポキシ、フェノール、ユリアなどの耐熱性に優れる高分子を用いたり、撥水性が要求される場合には、シリコーンなどの高分子を用いたりすることができる。

尚、チップを構成するベースポリマーの発泡倍率としては任意であるが、好ましくは５〜５０倍、より好ましくは１０〜３０倍である。というのは発泡倍率が５倍を下回る場合には、十分な吸音性能を得ることができなくなり、発泡倍率が５０倍を上回る場合には、機械的強度が低下するからである。また、チップの気孔の数やかさ密度についても、これらの数値が大きくなればなるほど、吸音性能も大きくなることから、チップを成形する場合には、前記発泡倍率と合わせて適宜決定するとよい。

尚、チップの気泡構造は、原則として連続気泡構造であるが、当該吸音構造体の適用箇所、求められる吸音性や機械的強度の大小によっては、独立気泡型の場合もあり得る。

また、チップは、円柱状、四角柱状、三角柱状、多角柱状、或いは球状や楕円状など、その形状は自由に選択することができ、その大きさも任意である。例えば柱状であって、大きさが２〜２０ｍｍ程度のものは取り扱い性、成形性などの点から望ましい。

また、チップを構成するベースポリマーには有機系高減衰剤を含ませることもできる。有機系高減衰剤とは、チップを構成するベースポリマーの持つ双極子モーメントの量を大幅に増大させることにより、吸音性能を飛躍的に高めることができる添加剤である。

このような作用効果を奏する有機系高減衰剤としては、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスルフィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢＳ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）等のベンゾチアジル基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上、ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上、エチル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上、あるいは２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（ＨＭＢＰ）、２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン−５−スルフォニックアシド（ＨＭＢＰＳ）などのベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。

上述の有機系高減衰剤の含有量としては、チップを構成するベースポリマー１００重量部に対し、１〜１００重量部の割合で含まれているのが望ましい。というのは例えば有機系高減衰剤の含有量が１重量部を下回る場合、双極子モーメントの量を増大させるという有機系高減衰剤を添加したことによる十分な効果が得られず、有機系高減衰剤の含有量が１００重量部を上回る場合には、チップを構成するベースポリマーと有機系高減衰剤とが十分に相溶しなかったりすることがあるからである。

尚、チップを構成するベースポリマーに含ませる有機系高減衰剤の種類を決定するに当たり、活性成分と発泡成形体を構成する高分子との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮し、その値の近いものを選択すると良い。

尚、双極子モーメントの量は、前述のチップを構成するベースポリマーや有機系高減衰剤の種類により様々に異なっている。また、同じ有機系高減衰剤を用いたとしても、音のエネルギーが伝わったときの温度により、その双極子モーメントの量は変わる。また、音のエネルギーの大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、吸音構造体として適用するときの温度や音のエネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となるように、チップを構成するベースポリマーや有機系高減衰剤を選択して用いるのが望ましい。

尚、チップには、当該チップの吸音性能を阻害しない範囲で、酸化防止剤、補強剤・強化剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤、発泡剤、着色剤などの添加剤を適宜配合することができる。

尚、チップには、当該チップの吸音性能を阻害しない範囲で、無機粒子、例えばシリカ（表面に疎水性処理を施したシリカを含む）、酸化チタン、マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化鉄、ガラス繊維、水酸化アルミニウム、シランカップリング剤、熱安定剤、光安定剤、造核剤などを適宜配合することもできる。

上記チップが通気性容器又は枠内に充填されているのである。本発明の吸音構造体において、通気性容器とは、少なくとも１つの空気が出入りする口を有する容器であり、例えば図１に示すように、ネットやプラスチック製の孔明きシート、不織布、織物、編物などの通気性シートを素材とする袋体２を挙げることができる。この場合、袋体２内に多数のチップ３が充填されて吸音構造体１が作られる。

また、別の通気性容器として、図２に示すような、少なくとも１つの空気が出入りする開口４を有し、この開口４面に通気性シート５を配置した箱６を挙げることができる。この場合、箱６内に多数のチップ３が充填されて吸音構造体１が作られるようになっている。

さらに別の通気性容器として、図３に示すように、表裏両面に通気性シート５を取り付けた中空パネル７を挙げることができる。この場合、中空パネル７の中空部内に多数のチップ３が充填されて吸音構造体１が作られるようになっている。

一方、枠とは、図４に示すように、壁材や床材、天井材、吸音パネルなどを構成する二枚または複数枚の板１１間に隙間を設ける枠１０を言い、この板１１と枠１０との間の隙間内に多数のチップ３を充填することで吸音構造体１が作られる。

通気性容器または枠内にチップが充填された吸音構造体にあっては、図１〜４に示すように、充填されたチップ３間には無数の間隙が形成されることから、通気性容器（２、６、７）または枠１０内に侵入した音は、チップ３の無数の微孔を通り抜ける過程で吸音されるのと同時に、チップ３間の無数の間隙を衝突を繰り返しながら通り抜けることで吸音されることになり、より効果的な吸音がなされることになる。

また、本発明者は、通気性容器または枠内にチップを充填する際の圧縮の度合い（圧縮率）の大小によって、前記チップの吸音する音の種類（周波数）が異なることを発見した。つまり、チップを通気性容器又は枠内に充填する際の圧縮率を高くすることで、チップによる吸音率のピークは低周波数域に移行し、同時に高周波数域の吸音性もレベルアップすることになる。このため、当該吸音構造体を適用する用途や使用状態において要求される音の種類に応じて、チップを通気性容器又は枠内に充填する際の圧縮率を適宜変更することにより、所望の音を吸音するように設計できるのである。具体的にはチップが通気性容器または枠内に７０〜１６０％の圧縮率で充填されていることが望ましい。

また、通気性容器または枠内に充填するチップの大きさや種類によっても、吸音する音の種類（周波数）が異なることから、チップの大きさや種類についても、当該吸音構造体を適用する用途や使用状態において要求される音の種類に応じて適宜決定するのが望ましい。

尚、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」に記載された範囲で自由に変更して実施することができる。

本発明の吸音構造体にあっては、通気性容器または枠内にチップが充填されていることから、優れた吸音性能を有すると共に、吸音すべき音の種類に対応した吸音性能を持つことができる。

実施例１
３０重量％のポリエチレンと７０重量％のエチレン−酢酸ビニルとからなるベースポリマーにＤＣＨＢＳＡ（サンセラーＤＺ三新化学工業株式会社製）をベースポリマー１００重量部に対して３重量部の割合で配合し、さらにこの配合物中に発泡剤を添加して約３０倍の発泡倍率で発泡成形し、厚さ５ｍｍの発泡樹脂シートを作製した。次いで、この発泡樹脂シートを５ｍｍ×５ｍｍ大きさに切断して５ｍｍ角のチップとした。

得られたチップを、０．３ｍｍ厚の紙材からなり、２０ｍｍ×１５ｍｍの六角柱状のセルが配列した厚み３０ｍｍのハニカム構造体からなる通気性容器の各セル内に圧縮率が１００％となるように充填して吸音構造体を得た。尚、圧縮率１００％とは、チップが通気性容器の容積分の重量となるようにチップを充填することをいう。

実施例２
チップの圧縮率１３０％とした以外は実施例１と同様にして吸音構造体を得た。

実施例３
チップの圧縮率１６０％とした以外は実施例１と同様にして吸音構造体を得た。

上記実施例１〜３並びに比較例の各吸音構造体について、垂直入射吸音率測定装置（Ａ１１７Ｃ、株式会社小野測器製）を用いて、Ａ管（１００〜２０００Ｈｚ）、Ｂ管（８００〜５０００Ｈｚ）の垂直入射吸音率を自動測定した。測定結果のグラフより測定結果のグラフラインとグラフの底辺を結んだ面積が、グラフの全面積の何％に当たるかを求め、これを吸音面積率とした。この結果を図５に示した。尚、比較のため、実施例１と同様にして厚さ２０ｍｍとなるように成形した発泡吸音シートの吸音率についても測定した。

図５より、実施例１〜３の各吸音構造体は、何れも吸音特性に優れていることが確認された。また、比較例に比べて実施例１〜３の各サンプルについては、チップの圧縮率が１００％、１３０％及び１６０％と大きくなるのに従って、チップによる吸音率のピークも低周波数域にシフトし、同時に吸音率、特には高周波数域の吸音率もレベルアップすることが確認された。

実施例４
ポリエチレンとエチレン−酢酸ビニルの配合割合を８０重量％：２０重量％としたベースポリマーを用いたこと以外は実施例１と同様にしてチップを得た。

得られた実施例４のチップと上記実施例１のチップについて、ＪＩＳＫ６７６７の規定に従って３０分後と６０分後の各チップの熱寸法変化を調べた。その結果を図６に示した。

図６から、実施例１のチップの場合、加熱温度の上昇と共に僅かに寸法変換が生じ、１００℃を過ぎたとき、急激に寸法変化の度合いが大きくなっているのに対し、実施例４のチップについては、１１０℃までほぼ寸法変化がなく、実施例４のチップが耐熱性に優れていることが確認された。

また、実施例４のチップを実施例１と同様に圧縮率が１００％となるように通気容器内に充填して吸音構造体を作製し、加熱前、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃における垂直入射吸音率を求め、その結果を図７に示した。尚、比較のため、上記実施例１の吸音構造体についても、加熱前、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃における垂直入射吸音率を求め、その結果を図８に示した。

図７及び図８から、実施例１の吸音構造体の場合、１１０℃で吸音率の低下しているのに対し、実施例４の吸音構造体の場合には、１１０℃においても、吸音率の低下はなく、高温での吸音性に優れていることが確認された。

実施例５
８０重量％のポリエチレンと２０重量％のエチレン−酢酸ビニルとからなるベースに、さらにポリエチレン及びエチレン−酢酸ビニルの１００重量部に対してシリコンを９重量部の割合で配合したベースポリマーを用いたこと以外は実施例１と同様にしてチップを得た。

得られた実施例５のチップと上記実施例１のチップについて、ＪＩＳＥ４０３４の規定に準拠して、耐水性試験を行った。すなわち、図９に示すように、チップに対して１．３ｍの高さから４０ｋＰａの水圧でチップに１０分間散水し、散水前後におけるチップの１ｃｍ³当たりの重量（ｇ）の差を吸水量として当該チップの吸水率を求めた。尚、実施例１及び実施例５の各チップの見かけ密度はいずれも０．０２７ｇ／ｃｍ³であり、同じく散水前の重量も５．００ｇであった。

実施例１のチップの場合、吸水率が２７％であったのに対し、実施例５のチップの場合、その吸水率は１６％となり、耐水性に優れていることが確認された。

上記実施例５のチップについて、上記実施例１と同様に圧縮率が１００％となるように通気容器内に充填して吸音構造体を作製し、その垂直入射吸音率を求め、その結果を上記実施例１の吸音構造体の吸音率と共に図１０に示した。

図１０から、実施例５の吸音構造体にあっては、実施例１の吸音構造体とほぼ同程度の吸音性を有していることが確認された。

図１は、通気性シートを素材とする袋体内にチップを充填した吸音構造体を示す斜視図。少なくとも１つの空気が出入りする開口を有し、この開口面に通気性シートを配置した箱内にチップを充填した吸音構造体を示す斜視図。表裏両面に通気性シートを取り付けた中空パネルの中空部内にチップを充填した吸音構造体を示す斜視図。枠内にチップを充填した吸音構造体を示す断面図。図５は実施例１〜３並びに比較例の各サンプルの各周波数における垂直入射吸音率を示したグラフ。実施例４のチップと実施例１の各チップの３０分後と６０分後の熱寸法変化を示したグラフ。実施例４のチップを用いた吸音構造体の加熱前、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃における垂直入射吸音率を示したグラフ。実施例１のチップを用いた吸音構造体のの加熱前、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃における垂直入射吸音率を示したグラフ。耐水性試験装置を示す模式図。実施例１及び５のチップを用いた各吸音構造体の垂直入射吸音率を示したグラフ。

符号の説明

１・・・吸音構造体
２・・・袋体
３・・・チップ
５・・・通気性シート
６・・・箱
７・・・中空パネル
１０・・・枠

Claims

通気性容器又は枠内にチップ状のフォームが充填されていることを特徴とする吸音構造体。
チップ状のフォームが圧縮状態に充填されていることを特徴とする請求項１記載の吸音構造体。
チップ状のフォームが７０〜１６０％の圧縮率で充填されていることを特徴とする請求項２記載の吸音構造体。
チップ状のフォームの大きさが２〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸音構造体。
チップ状のフォームを構成するベースポリマーが、α−オレフィン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢ビ共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルホルマール、エポキシ、フェノール、ユリア、シリコーン、アクリルゴム（ＡＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）及びクロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーからなる群から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸音構造体。
吸音フォームを構成するベースポリマーが、１１０℃で３０分間加熱したときの熱収縮率が１０％以内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸音構造体。
吸音フォームの吸水率が２５％以内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の吸音構造体。
チップ状のフォームを構成するベースポリマー中にベンゾチアジル基を持つ化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、及びベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上からなる有機系高減衰剤を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の吸音構造体。
チップ状のフォームを構成するベースポリマー１００重量部に対し、有機系高減衰剤が１〜１００重量部の割合で含まれていることを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。