JP2007065319A - 吸音材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜とコア材との接合が堅牢であって、紫外線などの影響を受け難くしかも廃棄する場合に一括回収して再利用できる吸音材とその製造方法を提供すること。
【解決手段】 アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面若しくは両面に、アルミニウム箔からなる薄膜が接合されており、前記コア材と薄膜とは金属的接合と機械的接合とのミックス状態で接合されていることを特徴とする。製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面又は両面にアルミニウム箔よりなる薄膜を配置した吸音素材を加熱する工程と、加熱された吸音素材を圧延する工程を含むことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は吸音材とその製造方法に関するものである。

最近、良好な吸音特性や加工性及び強度を有する吸音材として、多数の開口を有しかつ開口率の異なるエクスパンドメタル、パンチングメタル及び金網等の板状体で、樹脂からなる薄膜を挾持させたものが開示されている（後記特許文献１）。板状体で樹脂の薄膜を挟持させるには、板状体により樹脂皮膜を挟んだ状態で積層し、プレスやロール等で両者を圧着する。
また、電磁波シールド特性を併せて有する吸音材としては、可撓性を有する網状シート（合成樹脂繊維で織られたもの、エクスパンドメタル、パンチングメタル及びアルミニウム繊維層等）と多数の破断部を有するアルミニウム箔よりなる薄膜とを接着してなり、かつ前記破断部の薄膜が音波によって振動可能であって、前記薄膜の破断部が電磁波シールド効果に影響を与えることがない吸音材が提案されている（後記特許文献２）。

前記各吸音材によれば、薄膜に音波が垂直に入射すると、薄膜の面に当たる音波（振動する空気）の圧縮作用により薄膜が振動し吸音作用（以下「吸音作用ａ」）を発揮する。また、薄膜に入射した音波は当該薄膜に沿って流れるので、この音波の流れの粘性作用により吸音作用（以下「吸音作用ｂ」）を発揮する。
前記吸音作用ａのように薄膜が振動すると当該振動が、板状体又は網状シートに当たり、振動及び音のエネルギーを吸収して吸音作用（以下「吸音作用ｃ」）を発揮する。
さらに、前記後者のように薄膜に破断部を形成した場合は共鳴吸音作用（以下「吸音作用ｄ」）を発揮する。

前記開示されている吸音材は、前記吸音作用ａ，ｂ，ｃ又はこれらに吸音作用ｄが加わった相乗的な吸音作用により優れた吸音効果を発揮する。しかし、前者のように薄膜が樹脂材料であって屋外に設置した吸音材は、紫外線により薄膜が劣化し易く耐久性に問題があるほか、板状体と薄膜が異質の物質で板状体と薄膜の接合が不充分であるとともに廃棄する場合に分別処理できないという問題があった。
また、後者のようにアルミニウム又はその合金からなる網状シートとアルミニウム箔を粘着した吸音材は、紫外線その他による粘着材の劣化に起因する接合部の耐久性に問題があった。
特開平６−８３３６５号（特許第２５１８５８９号）公報 特開２００２−５７４８８号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、膜振動を利用した吸音材において、薄膜とコア材（薄膜支持体）との接合強度の改善にあり、その目的とするところは、薄膜とコア材との接合が堅牢であって、紫外線などの影響を受け難くしかも廃棄する場合に一括回収して再利用できる吸音材を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記課題を解決する吸音材を効率的かつ低コストで製造することができる製造方法を提供することにある。

本発明に係る吸音材は前記課題を解決するため、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面若しくは両面に、アルミニウム箔からなる薄膜が接合されており、前記コア材と薄膜とは金属的接合と機械的接合とのミックス状態で接合されていることを最も主要な特徴としている。

本発明に係る吸音材の製造方法は前記課題を解決するため、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面又は両面にアルミニウム箔よりなる薄膜を配置した吸音素材を加熱する工程と、加熱された吸音素材を圧延する工程を含むことを最も主要な特徴としている。

本発明に係る吸音材は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面若しくは両面に、アルミニウム箔からなる薄膜が接合されており、前記コア材と薄膜とは金属的接合と機械的接合とのミックス状態で接合されている。
ここで金属的接合とは、コア材と薄膜とが固相接合（両者の接触部の表面を溶融させず固相状態で原子レベルまで近接させた状態の接合）している状態を言い、機械的接合とは両者が単に加圧接合（圧着）されている状態を言う。したがって、コア材と薄膜との接合部分は固相接合と圧着とのミックス状態であり、両者の間で固相接合部分が分散している状態であるので、単なる圧着状態と比較してより強い結合状態を呈している。しかも、コア材と薄膜は溶融接合していないのでぞれぞれ独自の作用を果たす。すなわち、薄膜は前記吸音作用ａ，ｂを、コア材は前記吸音作用ｃをそれぞれ発揮し、全体としてそれらの吸音作用が相乗的に発揮される。

本発明に係る吸音材の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面又は両面にアルミニウム箔よりなる薄膜を配置した吸音素材を加熱する工程と、加熱された吸音素材を圧延する工程を含むので、コア材と薄膜との接合状態は金属的接合と機械的接合とのミックス状態になり、前記吸音材を効率的かつ低コストで製造できる。

図１〜図４を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明方法を実施するための吸音材製造ラインの一形態を示す概略図、図２〜４は製造された各吸音材の部分拡大断面図である。

製造ラインを示す図１において、２は吸音素材１ａの供給コンベアであり、供給コンベア２の側方には吸音素材１ａをセットする作業台（図示しない）が設置されている。当該作業台では、アルミニウム箔よりなる上下の薄膜１１の間にコア材１０を挟んだ状態で吸音素材１ａをセットし、これを供給コンベア２上に供給する。
コア材１０の片面に薄膜１１を配置する場合には、薄膜の上にコア材を載せた状態でセットする。

薄膜１１の材質はアルミニウム叉はその合金である。
薄膜１１の膜厚（厚み）は特に限定されないが、強度と吸音性を考慮すると５〜６０μｍ程度であるのが好ましく、さらに好ましくは１０〜４０μｍ程度のものを使用する。コア材１０の両面に薄膜１１を配置する場合は、両面に膜厚の異なる薄膜１１を使用することができる。
薄膜１１には多数の小孔を形成するのが吸音特性上好ましい。これらの小孔のサイズや分布密度は特に限定されないが、サイズは直径（最大径）２．０ｍｍ以下であるのが好ましく、また、分布密度は１／ｃｍ^２以上であるのが好ましい。

コア材１０の材質はアルミニウム叉はその合金であり、その形態は繊維状部材，ウエブ状部材（繊維をウエブ状にしたもの），無数の皺ないし凹凸を形成したアルミニウム箔部材，エキスパンド板状部材，パンチング板状部材叉は網状部材であるのが好ましく、これらの一種叉は二種以上を使用する。
繊維状部材は、アルミニウム箔のコイル端面をバイトで切削することにより長い繊維状とし、これを適当な長さに切断するか、あるいは、例えば特開昭５９−８２４１１号公報に記載されている各種方法により、アルミニウム叉はその合金の溶湯から製造される。ウエブ状部材はこれらの繊維を綿状にしたものである。これらの繊維のサイズは、強度の面から薄膜１１より厚みの大きいものであるのが好ましく、例えば５０〜２００μｍ程度であるのが好ましい。
繊維状部材ないしウエブ状部材からなるコア材１０は、綿状のものを平らなシート状ブロック形態にして使用する。
コア材１０にアルミニウム箔部材を使用する場合にも、強度の面から薄膜１１よりも厚いもの（膜厚５０〜２００μｍ程度のもの）を使用するのが好ましく、これに無数の皺ないし凹凸を形成するには、板やその他の工具により膜を破らない程度に微弱な打撃を与えるか、軟らかい歯を有する歯車に通す。アルミニウム箔部材の膜厚が小さい場合には数枚のアルミニウム箔部材を使用するのが好ましい。

コア材１０が、例えば繊維状部材ないしウエブ状部材叉はアルミニウム箔部材である場合には、吸音素材１ａの形態を安定させるため、図１のようにセットされた吸音素材１ａを、例えばステンレス板のように薄膜１１やコア材１０の融点よりも高い融点の押え面板１２，１２で挟むのが好ましい。例えば、コア材１０としての繊維状部材やウエブ状部材，アルミニウム箔部材のサイズによっては、セットされた吸音素材１ａの形態は安定するので押え面板１２は不要である。
コア材１０がエキスパンド板状部材，パンチング板状部材叉は網状部材である場合には、図１のようにセットされた吸音素材１ａは形態が安定しているので、前記のような押え面板１２は必要ないが、コア材１０の厚みによっては押え面板１２，１２を使用するのが好ましい。

前記のようにセットされた吸音素材１ａは供給コンベアによって加熱炉（この実施形態では電気加熱炉）３へ供給され、加熱炉３に設置されているコンベア３０に受け取られ、加熱炉３内で加熱される。
加熱温度は、吸音素材１ａを構成するコア材１０や薄膜１１が溶融せずに軟化する程度である。吸音素材１ａの材質によって異なるが、それらの材質はアルミニウム叉はアルミニウム合金であるので、３８０〜５５０℃の範囲でそれらの材質に応じて加熱温度を選択する。

吸音素材１ａが設定温度に加熱されたならば、コンベア３０により加熱炉３から送り出され、別のコンベア４により圧延機５へ供給されロールにより圧延される。圧延機５の圧下率（量）は、圧延後も薄膜１１が破損せずコア材１０がその形態（形状）をとどめる程度に調整される。
一般的に、コア材１０がエキスパンド板状部材，パンチング板状部材叉は網状部材等の板状部材である場合には、圧下率は大きくても差し支えないが、コア材１０が繊維状部材ないしウエブ状部材叉は皺や凹凸を形成したアルミニウム箔部材である場合には、コア材１０の繊維や皺等が破壊されない程度に圧下率を調整する。

加熱された吸音素材１ａが圧延された吸音材１は、押え面板１２，１２が分離された後適当な長さに切断され、例えばロール形状の回転ブラシ６に通して表面の粉塵が除去されて製品となる。
前記のように製造された吸音材１は、コア材１０と薄膜１１とは金属的接合（固相接合）の部分が全体的に分散した状態で接合している。したがって、単なる圧着や粘着と異なり、他の部材と接触しても薄膜１１がコア材１０から剥離することはなく、両者の接合状態は吸音材として使用するのに必要十分に堅牢である。
コア材１０と薄膜１１はアルミニウム叉はその合金であるので、廃材となったときはそのまま溶融して再利用することができるほか、屋外で使用する場合でも紫外線による劣化や破損がない。
また、前記製造製造方法によれば、コア材１０と薄膜１１を前記のように配置して吸音素材１ａをセットし、これを加熱し圧延ロールに通過させるだけであるので、前記効果を奏する吸音材を、前記例示の特許文献記載の吸音材に比べはるかに効率的かつ低コストで製造することができる。

図２は、コア材１０にウエブ状部材（１５０μｍ×５０μｍのアルミニウム切削繊維.、繊維の目付け量５００ｇ／ｍ^２）を使用しその両面に薄膜（箔厚３０μｍ）１１を接合した吸音材１（平均厚み約４００μｍ）の一部を拡大した断面図である。図で明らかなように、吸音材１の両面の薄膜１１には多数の皺が形成され、コア材１０の繊維密度が高い部分ではコア材１０と薄膜１１が金属的接合（固相接合）している一方、繊維密度の比較的低い部分では機械的接合（圧着）しており、繊維密度の低いは接合していない。すなわち、コア材１０と薄膜１１は、金属的接合（固相接合）された部分が分散した状態で接合しているので、表面に他の部材が接触しても薄膜１１が剥離することはない。
この吸音材１によれば、薄膜１１に音波が垂直に入射すると、薄膜の面に当たる音波（振動する空気）の圧縮作用により薄膜が振動し吸音作用（吸音作用ａ）を発揮する。また、薄膜に入射した音波は当該薄膜に沿って流れるので、この音波の流れの粘性作用により吸音作用（吸音作用ｂ）を発揮する。
吸音作用ａのように薄膜が振動すると当該振動が、コア材に当たり、振動及び音のエネルギーを吸収して吸音作用（吸音作用ｃ）を発揮する。さらに、薄膜１１に孔を形成した場合は共鳴吸音作用（吸音作用ｄ）を発揮する。
この実施形態の吸音材１は、薄幕１１がコア材１０の繊維と接合している部分と接合していない部分が混在することにより、上記吸音作用ａ〜ｃの発現を促進しているものと考えられる。
以上の吸音作用ａ〜ｄが相乗して吸音特性の良好な吸音材１が得られる。

図３は、コア材１０に多数の皺を形成したアルミニウム箔部材（厚さ１５０μｍ）を使用し、その両面に薄膜（箔厚３０μｍ）１１を接合した吸音材１の一部を拡大した断面図である。この吸音材１においても、全体的に分散した皺密度の高い部分では薄膜１１がコア材１０の皺に対して金属的接合（固相接合）しているので、表面に他の部材が接触しても薄膜１１がコア材１０から剥離することはない。また、コア材１０の皺密度の低い領域では薄膜１１がコア材１０と圧着されている部分と接合していない部分が混在している。
吸音の作用については、図２の吸音材とほぼ同じである。

図４は、コア材１０にエキスパンド板状部材（厚さ６００μｍ）を使用し、その両面に薄膜（箔厚３０μｍ）１１を接合した吸音材１の一部を拡大した断面図である。この吸音材１においては、薄膜１１がコア材１０の孔以外の部分に対して金属的接合（固相接合）と機械的接合（単なる圧着）とがミックスしていて、両者１０，１１間では固相接合部分が分散した状態であり、両者は単なる圧着よりも強固に接合しているので、表面に他の部材が接触しても薄膜１１がコア材１０から剥離することはない。薄膜１１はコア材１０の孔以外の部分すべてに接合されているので、両者の接合強度は図２，３の実施形態の吸音材１よりもさらに大きい。
コア材１０の孔の部分の薄膜１１相互は図示のように皺状を呈する。
この実施形態の吸音材１においても、薄膜１１に孔が形成されている場合、前記吸音作用ａ〜ｄが相乗して吸音効果を発揮する。ただし、薄膜１１に孔が形成されていない場合には、薄幕１１とコア材１０とが接合している面積が大きい分、図２，３の吸音材１とは吸音特性をやや異にする。
コア材１０にパンチング板状部材や網状部材を使用した場合も、図４の吸音材１とほぼ同じ形態となり、その吸音特性もほぼ同様である。

図５〜図８のＮｏ．１，２，３，４，５，６，７及びＮｏ．１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０で示す形態の吸音材サンプルと、Ｎｏ．８の比較例の吸音材サンプルを試作し、それぞれについて中心周波数毎に垂直入射吸音率を測定し、それらを各図に示した。
実施例
図５のＮｏ．１〜４はコア材に１５０μｍ×５０μｍのアルミニウム切削繊維ウエブを使用し、薄膜に孔を形成していない実施例であり、「１Ｌ」は繊維の目付け量が５００ｇ／ｍ^２であることを、「３Ｇ」はコア材の空隙率が７０〜９０％であることをそれぞれ示している。
図６のＮｏ．１０、２０、３０、４０は図５のＮｏ．１〜４に対応して薄膜に孔を形成（直径０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの孔をランダムに形成）した実施例である。
図７のＮｏ．５，６，７はコア材にエキスパンドメタルを使用し、薄膜に孔を形成しなかった実施例であり、カッコ内の数字は吸音材製造後の全体の厚み（コア材の孔を除く部分の厚み）を示している。
図８のＮｏ．５０，６０，７０は前記Ｎｏ．６、７、８に対応して薄膜に前記のような孔を形成した実施例である。
比較例
各図のＮｏ．８の比較例は、Ｎｏ．１のサンプルの薄膜を除いた状態のコア材のみを加熱し続いて圧延した吸音材を示している。
なお、加熱・圧延はいずれのケースでもステンレス製の押え面板を使用した。

図５で示されているように、コア材にアルミニウム切削繊維ウエブを用いて薄膜に孔を形成しない各実施例のサンプルでは、中心周波数４００Ｈｚと１２５０Ｈｚで比較例よりもはるかに高い吸音率のピークを示した。このことは、これらの形態の吸音材は前記中心周波数の帯域で使用するのが有効であることを示している。
これに対し、図６の各実施例のサンプル（薄膜に孔有り）では、中心周波数５００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの広い帯域において高い吸音率を示し、これらの周波数帯域において有効であることが判明した。

図７で示されているように、コア材にエキスパンドメタルを用いて薄膜に孔を形成しない各実施例のサンプルでは、Ｎｏ．１〜４と比べるとやや吸音率は劣るもののそれらとほぼ同様な傾向を示した。
これに対し、図８の各実施例のサンプル（薄膜に孔有り）では、中心周波数８００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの帯域において極めて高い吸音率を示し、これらの周波数帯域において有効であることが判明した。
なお、コア材に皺ないし凹凸を形成したアルミニウム箔を用いた吸音材は図５，６の結果と、コア材にパンチング板や網状部材を用いた吸音材は図７，８の結果と、それぞれほぼ同様であった。

本発明に係る吸音材の製造方法の一実施形態を説明するための製造装置の概略図である。。 本発明に係る吸音材の一実施形態を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る吸音材の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る吸音材のさらに他の実施形態を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る吸音材の実施例サンプルと比較例サンプルについて、中心周波数毎の垂直入射吸音率の測定結果を記載したグラフである。 本発明に係る吸音材の他の実施例サンプルと比較例サンプルについて、中心周波数毎の垂直入射吸音率の測定結果を記載したグラフである。 本発明に係る吸音材のさらに他の実施例サンプルと比較例サンプルについて、中心周波数毎の垂直入射吸音率の測定結果を記載したグラフである。 本発明に係る吸音材のさらに他の実施例サンプルと比較例サンプルについて、中心周波数毎の垂直入射吸音率の測定結果を記載したグラフである。

符号の説明

１ 吸音材
１ａ 吸音素材
１０ コア材
１１ 薄膜
１２ 押え面板
２，３０，４コンベア
３ 加熱炉
５ 圧延機
６ ブラシ

Claims (10)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面若しくは両面にアルミニウム箔からなる薄膜が接合されており、前記コア材と薄膜とは金属的接合と機械的接合とのミックス状態で接合されていることを特徴とする吸音材。
2. 前記コア材が、繊維状部材，ウエブ状部材，皺ないし凹凸を形成したアルミニウム箔部材，エキスパンド板状部材，パンチング板状部材叉は網状部材の一種叉は二種以上により構成されている、請求項１に記載の吸音材。
3. 前記薄膜は多数の小孔を有する、請求項１叉は２に記載の吸音材。
4. 前記小孔は直径が２．０ｍｍ以下である、請求項３に記載の吸音材。
5. 前記小孔の分布密度が１／ｃｍ^２ 以上である、請求項３叉は４に記載の吸音材。
6. 前記コア材と薄膜は高温加圧接合されている、請求項１〜５のいずれかに記載の吸音材。
7. アルミニウム又はアルミニウム合金よりなるコア材の片面又は両面にアルミニウム箔よりなる薄膜を配置した吸音素材を加熱する工程と、加熱された吸音素材を圧延する工程を含むことを特徴とする吸音材の製造方法。
8. 前記コア材が、繊維状部材，ウエブ状部材，皺ないし凹凸を形成したアルミニウム箔部材，エキスパンド板状部材，パンチング板状部材叉は網状部材の一種叉は二種以上を含む、請求項７に記載の吸音材の製造方法。
9. 前記吸音素材を加熱する工程における吸音素材の加熱温度は３８０〜５５０℃である、請求項７叉は８に記載の吸音材の製造方法。
10. 前記吸音素材は前記薄膜及びコア材よりも融点の高い材質の挟み板により挟まれた状態で加熱され、かつ圧延される、請求項２〜９のいずれかに記載の吸音材の製造方法。

Images