JP2006308679A - 吸音周波数の制御方法、および吸音構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、吸音周波数の新規な制御方法を利用する吸音構造体を提供する。
【解決手段】 吸音周波数の制御方法は、吸音材５の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する方法である。吸音材５は、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなる。吸音構造体６は、この吸音材５を使用するものである。ここで、固有振動数は、理論式により計算するか、または測定することにより求めることができる。振動領域の形状により固有振動数を調整することができる。振動領域の大きさにより固有振動数を調整することができる。吸音材５の弾性率により固有振動数を調整することができる。吸音材５の厚さにより固有振動数を調整することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、吸音周波数の新規な制御方法に関する。また、本発明は、この制御方法を利用する新規な吸音構造体に関する。

騒音は、振動とともに身近な問題であり、吸音材料への要求は依然として高い。また、用途や目的に合わせて、その要求も多岐にわたる。特に最近、低周波騒音の人体への影響が示唆され、低周波数域で吸音を示す材料が望まれている。現在、用いられている吸音材料は、その吸音機構、構造により、大きく次の三つに分類される。（1）多孔質型（porous type）、（2）共鳴器型（resonator type）、（3）板・膜振動型（panel, membrane type）である。それぞれについて説明する。

多孔質型は、グラスウール、ロックウールのように繊維を綿状、ボード上に成型した材料やポリウレタンフォームのように高分子材料を発泡させた材料を指す。これらの材料に音波が入射すると、音波が材料内の隙間の空気を振動させる。その時、空気自身の粘性や周囲との摩擦によって、振動エネルギーの一部を熱エネルギーに変換、散逸することで吸音を示す。一般に、500Hz以上で十分な吸音効果を示すが、それ以下では吸音効果が少ない。サンプルの厚さが増加するにつれて低周波数側でも効果を示すようになるが、ポリウレタンフォームにおいて、500Hz以下で十分な吸音効果を得るためには、数十〜数百mm必要である。

共鳴器型は、ヘルムホルツ共鳴を利用した吸音材料であり、空洞部と細い首部を持つ共鳴器が並んだ構造を有する。一般には、金属板や合板、石膏ボードなどの板に貫通孔を開け、その背後に空気層を配した構造で用いられることが多い。理論式から算出される共振周波数と同じ周波数の音波が入射すると、サンプル内の空気は共振を起こし、首部で空気が激しく振動する。その時、空気の粘性や壁との摩擦により吸音を示す。このような共振現象を利用した吸音を”共鳴吸収”と呼ぶ。

板・膜振動型は、材料と背後空気層により構成される。このとき、共鳴器型と同様、サンプルの質量成分と背後空気層のバネ成分により、共振系が形成され、その共振周波数は以下の式で表される。

ここで、ρは空気の密度（1.29kg/m³）、mは材料の面密度（kg/m²）、Kは板の曲げ剛性（kg/m²・s²）を示す。膜の時には、板の曲げ剛性は無視できる。

上の式で求めた周波数の音波が入射すると、板・膜材料が振動し、材料の内部損失により吸音する。その吸音量は一般にそれほど大きくない。

現在、上述の多孔質型、共鳴器型、板・膜振動型の吸音材料を組み合わせることにより、それぞれの吸音材料の特性を生かし、多種多様な用途、目的に合わせて利用されている。

なお、発明者は、本発明に関連する技術内容を開示している（特許文献１〜２、および非特許文献１〜４参照。）。これらのうち非特許文献２〜４は、特許法第３０条第１項を適用できるものと考えられる。
特許3192400号公報 特許3336243号公報 赤坂修一, 富永洋一,浅井茂雄, 住田雅夫, 日本材料科学会誌, 40, 281(2003) 赤坂修一, 佐々木優, 佐藤尚久, 富永洋一, 浅井茂雄, 住田雅夫,第17回エラストマー討論会講演要旨集, 14(2004) 赤坂修一, 東京工業大学学位論文(2004) 佐々木優, 東京工業大学修士論文(2004)

しかし、いずれの吸音材料においても低周波数域で吸音効果を示すためには、材料を厚くする必要がある。そのため、薄く、低周波数域で吸音効果を示す材料が切望されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、吸音周波数の新規な制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、この制御方法を利用する新規な吸音構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の吸音周波数の制御方法は、吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する。

ここで、固有振動数は、理論式により計算するか、または測定することにより求めることができる。振動領域の形状により固有振動数を調整する方法を採用することができる。振動領域の大きさにより固有振動数を調整する方法を採用することができる。吸音材の弾性率により固有振動数を調整する方法を採用することができる。吸音材の厚さにより固有振動数を調整する方法を採用することができる。２以上の異なる固有振動数を調整する方法を採用することができる。

本発明の吸音構造体は、吸音材を使用する吸音構造体において、前記吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御することを特徴とする。

ここで、固有振動数は、理論式により計算するか、または測定することにより求めることができる。振動領域の形状により固有振動数を調整する吸音構造体とすることができる。振動領域の大きさにより固有振動数を調整する吸音構造体とすることができる。吸音材の弾性率により固有振動数を調整する吸音構造体とすることができる。吸音材の厚さにより固有振動数を調整する吸音構造体とすることができる。２以上の異なる固有振動数を調整する吸音構造体とすることができる。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明は、吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御するので、吸音周波数の新規な制御方法を提供することができる。

本発明は、吸音材を使用する吸音構造体において、前記吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御するので、新規な吸音構造体を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、吸音周波数の制御方法にかかる発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の吸音周波数の制御方法は、吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する方法である。

本発明の吸音周波数の制御方法において、対象とする周波数は500Hz以下であることが好ましい。周波数が500Hz以上では、既存の吸音材料で十分な吸音量が達成できる。周波数が500Hz以下では、既存の材料では吸音が困難であり、また十分な吸音量を達成するためには材料厚を厚くする必要がある。本材料の吸音周波数を500Hz以下に調整することで、薄く、低周波数域の吸音を示す材料が得られる。

吸音材について説明する。吸音材は、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなるものである[1]。

吸音材は、高分子物質中に分散された有機系の誘電体又は強誘電体の歪電気変換効果を利用して振動エネルギーを吸収するようにしたものである。ここで、誘電体又は強誘電体とは、静電場を加えたとき又は電場を加えない状態で自発的に電気分極を生ずるが直流電流を生じない物質をいい、一般に言われる強誘電体でなくても、針状になると強誘電体と同様の物性を示す物質も含まれる。

吸音材においては、外から印加される振動エネルギーが、高分子物質中に分散された有機系の誘電体又は強誘電体に伝達される。誘電体又は強誘電体の歪電気変換作用により、振動エネルギーは電気エネルギーに変換され、その電気エネルギーは抵抗によりジュール熱（熱エネルギー）として消費される。その結果、振動が減衰される。

吸音材の具体例について説明する。

具体例１
高分子物質としての塩化ポリエチレン（分子量 (50,000〜350,000)）及び誘電分散材としてＮ，Ｎ−ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミドを所定量計測し、120〜160℃の温度で10分間加熱混合し、10〜30MPaの圧力でプレス成形し、厚み0.1〜0.3mmのシートを作成した。試料の成型性を増し、針状体の形状、分散を整えるため、必要に応じてジオクチルフタレート等の第二の可塑剤を少量添加した。シートを10〜100℃で30分間アニールして、配合比及び混合条件の異なる各種のサンプルを試作した。サンプルサイズは40ないし10×2×0.1mmである。Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミドの融点は100℃付近にあるため、析出再結晶の過程で針状に分散する。Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアゾルスルフェンアミドと塩化ポリエチレンの場合には、セルロースファイバー、ポリエステルウィスカー等の表面に誘電体を吸着させて使用することにより、耐久性の向上が見られる。誘電体が繊維状に加工できるナイロン１１、液晶ポリマー（商標ベクトラン）のような場合には、細い繊維状に加工後、所定の寸法比に切断して分散させても良い。この場合、繊維径、寸法比の関係で、高分子物質の電気伝導度が不足する場合は、炭素粉末、繊維で電気伝導度を補うのも有効である。また、分散される誘電体が比較的低分子量の化合物で、融点が低く、高分子物質よりにじみ出やすい場合には、必要に応じて無機又は有機材料のフィラーの表面に結合させて使用するか、又はフィラーの間に分散させて所定の形状を保てばよい。

具体例２
高分子物質に塩化ポリエチレンを用い、これに誘電体として25μmΦ、針状比5以上のナイロン11の繊維を体積比10％、上記具体例１の場合と同一の温度条件で混合し、同一圧力条件でプレスしてシートを作成した。

具体例３
高分子物質として高分子セルロースファイバーを、分散材として木材パルプファイバー100phr(No.1)，液晶ポリマー繊維（商標ペクトラン）30μΦ 100phr（No.2），No.2とカーボン粉末10％wtNの混合物をそれぞれ用い、具体例１と同一の条件で制振シートを作成した。

誘電体は、上述の具体例１〜３に限定されるものではない。このほか誘電体としては、有機フェノール類低分子、塩基性窒素含有化合物、有機誘電体繊維などを採用することができる。

強誘電体は、上述の具体例１〜３に限定されるものではない。このほか強誘電体としては、ポリフッ化ビニリデン、奇数ナイロン、ポリ-L-乳酸、ポリ尿素などを採用することができる。

高分子物質は、上述の具体例１〜３に限定されるものではない。このほか高分子物質としては、アクリルゴム、ポリ-L-乳酸、ポリオレフィンなどの無極性、極性高分子を採用することができる。

吸音材の製造方法は、上述の具体例１〜３に限定されるものではない。このほか吸音材の製造方法としては、射出成形、カレンダー成形、押し出し成形などを採用することができる。

吸音材の形状としては、膜状、板状、繊維状などを採用することができる。

本発明の吸音周波数の制御方法は、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する。吸音周波数の制御方法について、実験的に検討した結果を説明する。

実験方法について説明する。

サンプル作製
有機ハイブリッドの構成成分として、つぎのものを用いた。すなわち、高分子として塩素化度32wt%の塩素化ポリエチレン（CPE；昭和電工（株）提供、エラスレン301A）を用いた。以後、これをCPE32と表す。また、有機低分子成分としてN,N’-dicyclohexyl-2-benzothiazolyl sulfenamide（DBS；大内新興化学工業（株）提供、ノクセラーDZ）を用いた。有機ハイブリッドとして、DBS充填量50wt%のCPE/DBSを用いた。

サンプルは西村マシナリー（株）製NS−90（E）テスト練ロール機を用いて作製した。CPEを60℃で素練りした後、DBS powderを任意の重量分率で混合した。その後、ホットプレスにより140℃、19.6MPaの条件で予熱5分、プレス5分で成形し、氷冷水でクエンチした。これにより、約1mm厚の非晶フィルムを得た。これをOriginal Sampleとする。CPE単体は、ロールで素練りしてプレス、クエンチして得た。熱処理サンプル（Annealed Sample）は、Original Sampleを任意の温度に設定した恒温槽中、減圧下で所定の時間、熱処理して得た。再熱処理サンプル（Re-annealed Sample）は、50℃で熱処理したサンプルをさらに任意の温度で熱処理して得た。熱処理後、サンプル取り出しの際、室温まで低下する間の結晶化を防ぐために、予め冷却したテフロン（登録商標）板ではさみ、急冷した。ここでは、特に記述しない場合、熱処理サンプルは50℃で二週間熱処理して得た。

垂直入射吸音率（α）測定
垂直入射吸音率は、Spectris社 Bruel&Kjar division製吸音率評価システムを用いて測定し、ISO10534-2で規定される伝達関数法 により算出した。図１(a)に測定システムの概要を示す。測定サンプルは、厚さが約1mmで直径100mmの円形に切り出し、外径100mm、幅5mmのリング状ホルダーに両面テープで固定した。そのため吸音測定に有効な領域の直径は90mmである。測定は、周波数範囲：50〜1600Hz、室温下で行った。また、特に記述しない場合、背後空気層厚は、10mmとした。図１(b)に垂直入射管（Impedance Tube）の模式図を示す。

＜吸音率について＞
サンプルに音が入射すると、音の反射、吸収、透過を生じ、入射音のエネルギーI_iは反射音I_r、吸音I_a、透過音I_tに分離される。吸音率αは、入射音に対する、反射されない音の割合であるため、次式で表される。

そのため、I_aが0でもI_tが大きくなればαは増加し、サンプルが無い場合においても、α＝1となる。しかし、音響測定においては、サンプルの背後に剛壁と呼ばれる金属の板を配置する。この剛壁は100%音を反射する（I_t≒0）と考え、吸音率は次式のように表される。

そのため、本測定で得た吸音率は入射音に対する吸音の割合を示す。

振動モード解析
図２に振動モード解析の測定システムの概要図を示す。ファンクション・ジェネレータで生成された任意の周波数を持つ正弦波電圧は、アンプで増幅され、スピーカーから音波として放射される。この音波は、サンプルに入射され、サンプルを振動させる。そのときの振動変位振幅A_dispをレーザー振動計で計測する。ここで、スピーカーの周波数特性により、入力された電圧に対するスピーカーの音響出力は周波数により変化する。そのため、マイクロフォンでサンプル近傍の音圧を測定し、その入射音の測定電圧V_iをオシロスコープで読み取り、振動変位振幅を補正した値A_disp/V_iをサンプルの振動量として、用いることとした。

振動モードの解析のため、二段階の測定を行った。はじめに、入射音の周波数を変化させながら、サンプル中央のA_disp/V_iの周波数依存性を測定した。これにより、サンプルの固有振動数を求めた。次に、確認された固有振動数でサンプルの中央、縦方向に測定位置を変化させてA_disp/V_iを計測し、振動モードの確認を行った。

DMA
引張モードの貯蔵弾性率（E’）、損失弾性率（E”）の周波数依存性は、アイティー計測制御（株）製ITK-DVA200sにより測定した。測定条件は、動的ひずみ：0.1%、測定周波数：1〜100Hz、静/動力比：2、測定温度範囲：-30〜40℃とした。サンプルは、長さ：30mm×幅：5mmで切り出し、クランプ間距離(長さ方向)：20mmでセットした。測定したデータから、重ね合わせの原理を用いて、幅広い周波数域でのE’、E”を得た。基準温度は、25℃とした。

結果と考察について説明する。
図３（a）、（b）にそれぞれOriginal、熱処理（50℃、2週間）のCPE/DBS（50/50wt%）の垂直入射吸音率（α）を示す。

図３（a）より、Originalサンプルでは、500Hz付近に吸音ピークが一つ観測された。背後空気層を変えた測定において、このピークは、式（1）に示すように背後空気層の-1/2乗に比例したため、前述の板・膜振動型吸音材料で見られる、”サンプルと背後空気層の共振”によるものである。

図３(b)より、熱処理サンプルでは、500Hz付近の吸音ピークのほかに、350Hz付近と1000Hz付近に新たな吸音ピークが観測された。厚さ1mm、背後空気層10mmの材料で500Hz以下に吸音ピークを示したため、CPE/DBSを熱処理することにより、薄く、低周波数域で吸音を示す材料を得ることができた。ここで観測される３つのピークをそれぞれ低周波数側からP_L、P_M、P_Hと名づけ、背後空気層との共振による吸音ピークをP_M、熱処理サンプルで観測された新たな吸音ピークをP_L、P_Hとする。この吸音効果は、熱処理により発現したことから、CPE/DBS中の結晶が関与していると考えられる。

次に吸音周波数について考察する。音波が入射した際のサンプルの振動を調べるため、レーザー振動計によりサンプルの振動振幅の測定を行った。

図４（a）に熱処理サンプルにおける、補正した振動変位振幅 （A_disp/V_i）の周波数依存性を示す。88Hzと383Hzでサンプルは入射音波と共振し、A_disp/V_iが急激に増加した。このことから、このサンプルの固有振動数が88Hz、383Hzに観測された。それぞれの固有振動数が、何次の固有振動に対応するかを調べるため、それぞれの振動数における、サンプル縦方向のA_disp/V_iを測定した。その結果を図４（b）、（c）に示す。この測定より、88Hz、383Hzは、それぞれ一次と二次の固有振動に相当することが分かった。ここで得られた固有振動数と吸音周波数を比較すると、P_Lの周波数は366Hzで、サンプルの二次の固有振動数と同等であり、熱処理サンプルで新たに発現した吸音ピークの周波数が固有振動に起因していることが分かった。また、図３(b)において、一次の固有振動である88Hz付近に吸音ピークは観測されなかった。図５に吸音率測定における振動モードの模式図を示す。レーザー振動計によるサンプルの振動測定では、背後空気層がないため、サンプル自身の固有振動数が観測される。しかし、背後空気層の存在する音響測定においては、一次の振動モードの場合、サンプルは振動により、背後空気層を圧縮・膨張させる。その結果、サンプルが質量成分、背後空気層がバネ成分として共振系を形成し、式（1）で示される共振周波数で振動し、吸音を生じる。この吸音は、図３（b）でのP_Mに相当する。つまり、一次の振動モードでは、背後空気層によりサンプルの固有振動数で振動が生じず、より高い周波数で背後空気層との共鳴吸収として吸音が観測されたと考えられる。一方、二次の振動モードでは、サンプルの中心部と外周側で背後空気層の圧縮と膨張が逆に起こり、背後空気層の圧縮・膨張量が減少する。熱処理サンプルについて、図４(c)から圧縮量と膨張量を概算すると、ほぼ同値であった。これより、二次の振動モードでは、背後空気層のある吸音率測定でも背後空気層のバネとしての影響が少なく、固有振動数で振動を発生し、その周波数でサンプルが吸音したと考えられる。

P_Lの周波数が固有振動数に一致することから、固有振動数を算出できれば、P_Lの周波数を予測することができ、さらにその式から吸音周波数に寄与するパラメータが分かると考えた。材料力学における”平板の曲げ理論”から円板の固有振動数は、以下の式で表される [2-3]。

ここで、Eはサンプルの弾性率(Pa)、hはサンプル厚(m)、ρはサンプルの面密度(kg/m²)、νはサンプルのポアソン比、ａはサンプルの半径(m)を示す。βは振動モード定数であり、一次、二次、三次はそれぞれ3.196、6.306、9.440である [4]。この式から固有振動数を求める上で必要になるのが、弾性率の測定である。我々は、DMA測定を行い、貯蔵弾性率をEとして用いることとした。この測定では、幅広い周波数域のデータを得るため、重ね合わせの原理 [5]を用いてマスターカーブを得た。基準温度は、音響測定を行った室温（25℃）とした。DMAの測定周波数により、E’は変化するため、式（4）で用いるEについては、DMAのどの測定周波数におけるE’を使うのかが重要になる。円板のサンプルは音波の入射により、任意の固有振動数f_nで振動する。f_nを算出するためには、f_nと同じ周波数で測定したE’を用いる必要がある。そこで、DMAで得た各周波数でのE’から式（4）を用いて、固有振動数f_calを算出し、得られたf_calとf_DMAが一致した周波数を固有振動数の計算値とした。ここで計算に用いたE’以外のパラメータは、表１に示す。

図６に熱処理サンプルのf_calとf_DMAの関係を示す。図中には、一次、二次、三次の振動モードにおける計算値をプロットした。また、点線はf_cal＝f_DMAを示しており、この点線とそれぞれの振動モードにおけるプロットとの交点が、求める固有振動数となる。一次、二次、三次の固有振動数はそれぞれ、約85Hz、350Hz、850Hzとなった。

表２に、熱処理サンプルにおける、P_Lの吸音周波数、測定した固有振動数、式(4)より計算した固有振動数を示す。また、サンプル厚を変えた（0.7mm）熱処理サンプルの結果も示す。どのサンプルにおいても、固有振動数の実測値と計算値が同等であり、式（4）を用いることで、固有振動数を算出できることが分かった。この結果は、有機ハイブリッドの低周波吸音材を設計する上で非常に有用であると考えられる。さらに、式（4）より、P_Lの吸音周波数は、式中のパラメータであるサンプルの弾性率、厚さ、面密度、サイズ（半径）を変化させることで吸音周波数を調整することができると考えられる。

本発明の吸音周波数の制御方法は吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する方法である。以下に、固有振動数の調整方法について、具体的に説明する。

吸音材の固有振動数は、理論式により計算するか、または測定することにより求める。
理論式により計算する方法では、上述したように振動領域が円板の場合は、(4)式により求めることができる。振動領域が正方形板の場合は、次式により求めることができる。

ここで、kは振動モードによって決まる定数であり、次の値となる。一次：k₁＝35.99、二次：k₂＝73.41、三次：k₃＝108.27、四次：k₄＝131.64である。その他のパラメータは、(4)式と同様である。

理論式により計算する方法は、これらの円板、正方形板に限定されるものではない。このほか、楕円形や、長方形（スリット状）、三角形、五角形、六角形等の多角形などを採用することができる。

固有振動数を測定する方法としては、上述の振動モード解析の測定システムを用いる方法を採用することができる。固有振動数を測定する方法は、振動モード解析の測定システムを用いる方法に限定されるものではない。このほか、衝撃振動試験、自由振動減衰試験などを採用することができる。

本発明で採用する振動モードは1〜4次の範囲内にあることが好ましい。振動モードが4次以上であると、吸音材の振動の歪が小さくなり、エネルギー損失も小さくなるという欠点がある。

吸音材の固有振動数は、振動領域の形状を変化させることにより調整することができる。振動領域の形状としては、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状などを採用することができる。

吸音材の固有振動数は、振動領域の相対的な大きさを変化させることにより調整することができる。

以上のことから、本発明を実施するための最良の形態によれば、吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御するので、吸音周波数の新規な制御方法を提供することができる。

なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

つぎに、吸音構造体にかかる発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明の吸音構造体は、吸音材を使用する吸音構造体において、前記吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御するものである。

吸音材については、上述したと同様である。

吸音材を支持部に固定する方法としては、接着剤で固定する方法、両面テープで固定する方法、支持部への圧着、サンプルの支持部への溶融圧着、支持部のサンプルへの溶融圧着、孔部へのはめ込み、支持部材で吸音材を挟むなどを採用することができる。

本発明において、吸音周波数の制御は、吸音材の固有振動数を調整することにより行う。固有振動数の調整方法は、上述したと同様である。

本発明の吸音構造体について、具体例を図７〜９に示しながら説明する。
図７(a)の吸音構造体６は、円形孔を有する支持部４に吸音材５を積層したものである。吸音材５の固有振動数は(4)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音材の成形が容易であること、構造体組み立ての簡易化、支持部の孔の形状、サイズにより固有振動数を自由に調整できること、柔軟なサンプルを保持できることの利点がある。

図７(b)の吸音構造体６は、半径の異なる円形孔を有する支持部４に吸音材５を積層したものである。吸音材５の固有振動数は(4)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音周波数が円形孔の半径で決まるため、複数の吸音ピークを示し、幅広い周波数域で吸音できるという利点がある。

図７(c)の吸音構造体６は、円形孔を有する支持部４に吸音材５をはめ込んだものである。吸音材５の固有振動数は(4)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音材をはめ込むことで支持部４との接着が不要で、より薄い吸音構造体６を作製できるという利点がある。

図７(d)の吸音構造体６は、四角形孔を有する支持部４に吸音材５を積層したものである。吸音材５の固有振動数は(5)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音材の成形が容易であること、構造体組み立ての簡易化、支持部の孔の形状、サイズにより固有振動数を自由に調整できること、柔軟なサンプルを保持できることの利点がある。

図７(e)の吸音構造体６は、辺の長さが異なる四角形孔を有する支持部４に吸音材５を積層したものである。吸音材５の固有振動数は(5)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音周波数が四角形孔の辺の長さで決まるため、複数の吸音ピークを示し、幅広い周波数域で吸音できるという利点がある。

図７(f)の吸音構造体６は、四角形孔を有する支持部４に吸音材５をはめ込んだものである。吸音材５の固有振動数は(5)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音材をはめ込むことで支持部４との接着が不要で、より薄い吸音構造体６を作製できるという利点がある。
なお、図７において、孔は円形、四角形以外の形状を採用することができる。

図８(a)の吸音構造体６は、円形孔を有する支持部４に複数の種類の吸音材５を配置したものである。吸音材５の固有振動数は(4)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。処理条件により、異なる弾性率をもつ材料、または異種の高分子と有機低分子の組合せの材料を組合せて配置する。この吸音構造体６を採用することにより、幅広い周波数域の吸音ができるという利点がある。なお、孔は円形以外の形状を採用すること、また孔の大きさを異ならせることができる。

図８(b)の吸音構造体６は、円形孔を有する支持部４に吸音材５の厚さを変化させて積層したものである。吸音材５の固有振動数は(4)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、固有振動数は、吸音材の厚さによって変化するため、吸音材の厚さを変化させ、幅広い周波数域で吸音できるという利点がある。なお、孔は円形以外の形状を採用すること、また孔の大きさを異ならせること、また孔に吸音材５をはめ込んだものとすることができる。

図８(c)の吸音構造体６は、円形孔を有する支持部４に複数の種類の吸音材５をはめ込んだものである。吸音材５の固有振動数は(4)式により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、幅広い周波数域で吸音できるという利点がある。なお、孔は円形以外の形状を採用すること、また孔の大きさを異ならせることができる。

図９(a)〜(d)の吸音構造体６は、孔の形状を、楕円、三角形、六角形、スリット状とした支持部４に吸音材５を積層したものである。吸音材５の固有振動数は理論式による計算または測定により求めることができる。この固有振動数で吸音周波数を決めることができる。この吸音構造体６を採用することにより、吸音材の成形が容易であること、構造体組み立ての簡易化、支持部の孔の形状、サイズにより固有振動数を自由に調整できること、柔軟なサンプルを保持できることの利点がある。なお、孔の大きさを異ならせること、また孔に吸音材５をはめ込んだものとすることができる。

吸音構造体６の構造は、図７〜９に示したものに限定されるものではない。このほか吸音構造体６の構造としては、二枚の支持部材で吸音材を挟み込む、支持部に異種の吸音材を用いるなどを採用することができる。

本発明の吸音構造体６の用途としては、壁、床などの建材、自動車用の吸音材、電気製品の吸音材などを挙げることができる。

以上のことから、本発明を実施するための最良の形態によれば、吸音材を使用する吸音構造体において、前記吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御するので、新規な吸音構造体を提供することができる。

なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

参考文献
1. 特許3192400号公報
2. Y. Miki, J. Acoust. Soc. Jpn.(E), 11 19(1990)
3. 子安勝, 音響技術, 48, 19(1984)
4. 強度設計データブック編集委員会, “強度設計データブック”, 裳華房(1968)
5. 村上謙吉, “レオロジー基礎論”, 産業図書(1991)

垂直入射吸音率測定装置の模式図である。 振動モード解析装置の模式図である。 CPE/DBS(50/50wt%)の垂直入射吸音率測定結果を示す図である。；(a)Originalサンプル、(b)Annealedサンプル CPE/DBS(50/50wt%)の熱処理サンプルの振動モード解析結果を示す図である。;(a)入射音圧で補正した変位振幅(A_disp/P_i)の周波数依存性、(b)入射音周波数88HzにおけるA_disp/P_iの縦方向の位置依存性、(c) 入射音周波数383HzにおけるA_disp/P_iの縦方向の位置依存性 垂直入射吸音率測定時の振動モードの模式図である。 DMA測定周波数と数式4により計算した1,2,3次の固有振動数の関係を示す図である。 本発明の吸音構造体の例を示す斜視図である。 本発明の吸音構造体の例を示す斜視図である。 本発明の吸音構造体の例を示す斜視図である。

符号の説明

１‥‥サンプル、２‥‥背後空気層、３‥‥剛壁、４‥‥支持部、５‥‥吸音材、６‥‥吸音構造体、７‥‥吸音材

Claims (14)

1. 吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、
   前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する、
   吸音周波数の制御方法。
2. 固有振動数は、理論式により計算するか、または測定する、
   請求項１記載の吸音周波数の制御方法。
3. 振動領域の形状により固有振動数を調整する、
   請求項１記載の吸音周波数の制御方法。
4. 振動領域の大きさにより固有振動数を調整する、
   請求項１記載の吸音周波数の制御方法。
5. 吸音材の弾性率により固有振動数を調整する、
   請求項１記載の吸音周波数の制御方法。
6. 吸音材の厚さにより固有振動数を調整する、
   請求項１記載の吸音周波数の制御方法。
7. ２以上の異なる固有振動数を調整する、
   請求項１記載の吸音周波数の制御方法。
8. 吸音材を使用する吸音構造体において、
   前記吸音材が、有機系の誘電体または強誘電体を高分子物質に分散させてなる圧電分散型有機材料からなり、
   前記吸音材の固有振動数を調整して吸音周波数を制御する、
   ことを特徴とする吸音構造体。
9. 固有振動数は、理論式により計算するか、または測定する、
   ことを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。
10. 振動領域の形状により固有振動数を調整する、
    ことを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。
11. 振動領域の大きさにより固有振動数を調整する、
    ことを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。
12. 吸音材の弾性率により固有振動数を調整する、
    ことを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。
13. 吸音材の厚さにより固有振動数を調整する、
    ことを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。
14. ２以上の異なる固有振動数を調整する、
    ことを特徴とする請求項８記載の吸音構造体。