JP2007233250A - 吸音体 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性強度の低下を抑制しつつ吸音性能の高い吸音体を得る。
【解決手段】表裏面に形成されたスキン層３ａ、３ｂと、スキン層３ａ、３ｂに挟まれ多数の空隙を備えた膨張層５とを有し、一方のスキン層３ａを貫通し他方のスキン層３ｂまで達しない深さの孔７を複数形成した繊維入り熱可塑性樹脂からなる。膨張層５の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、表裏面に形成されたスキン層と、該スキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層とを有し、一方のスキン層を貫通し他方のスキン層まで達しない深さの孔を複数形成した繊維入り熱可塑性樹脂からなる吸音体に関する。

特許文献１では、繊維入り熱可塑性樹脂を成形型のキャビティに射出充填し、キャビティ内で繊維入り熱可塑性樹脂が固化する過程において可動コアを後退させてキャビティ容積を拡張し、スプリングバック現象で上記繊維入り熱可塑性樹脂を膨張させることにより、表裏面に形成されたスキン層と、そのスキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層とを有する吸音体を得るようにしている。
特開２０００−５２３７１号公報（段落００２６〜００２７、００３０〜００３２、００３６欄、図７）

ところで、上述の如く表裏面に形成されたスキン層と、そのスキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層とを有する吸音体では、その高い吸音性能を得るために、膨張層に対して空隙が占める割合を大きく設定することが望ましい。しかしながら、膨張層に対して空隙が占める割合を大きく設定した場合、膨張層の剛性強度が低下することとなり、これにより吸音体全体としての剛性強度も低下することになる。

この発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、剛性強度の低下を抑制しつつ吸音性能の高い吸音体を得ることである。

上記目的を達成するため、この発明は、膨張層の樹脂密度を工夫したことを特徴とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、この発明は、表裏面に形成されたスキン層と、該スキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層とを有し、一方のスキン層を貫通し他方のスキン層まで達しない深さの孔を複数形成した繊維入り熱可塑性樹脂からなる吸音体を対象とし、上記膨張層の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、表裏面にスキン層が形成されると共に、そのスキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層が形成され、吸音体の軽量化を図ることができる。また、熱可塑性樹脂には繊維が混入されているため、吸音体の剛性強度の低下を抑制することができる。さらに、膨張層の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上の範囲に設定されているため、吸音体の剛性強度の低下を効果的に抑制することができる。且つ、膨張層の樹脂密度が０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定されているため、吸音体の吸音性能の向上を図ることができる。つまり、膨張層の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定されているため、吸音体の剛性強度の低下を効果的に抑制しつつ吸音性能の向上を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る吸音体１の断面図である。吸音体１は、膨張層５と、膨張層５の表裏面に形成されたスキン層３ａ及び３ｂ（以下、スキン層３ａ及び３ｂを総称してスキン層３とすることがある。）とを備えている。この吸音体１は、後述する成形型１１のキャビティ１７内に射出充填された繊維入り熱可塑性樹脂（例えば、ガラス繊維入りポリプロピレン樹脂等）Ｒが固化する過程においてキャビティ１７の容積を拡大して充填された熱可塑性樹脂Ｒを繊維（図示せず）の弾性復元力（スプリングバック現象）で膨張させることにより一体的に形成されたものである。スキン層３は、その内部に空隙が実質的になく、緻密で、比較的剛性強度が高いソリッド層である。このため、スキン層３に入射した音波はスキン層３によって反射される。一方、膨張層５は、その内部に多数の空隙を備えている。このため、膨張層５に入射した音波の一部は膨張層５によって吸収される。

ここで、この吸音体１には、スキン層３ａを貫通して膨張層５まで達し、スキン層３ｂまでは達しない孔７が、所定配列で（例えば、マトリックス配列で）等間隔に複数形成されている。このため、スキン層３ｂ側に入射した音波はスキン層３ｂによって反射される一方、スキン層３ａ側から吸音体１に入射した音波の一部は孔７に入射して膨張層５に達し、その膨張層５において吸収される。以上の如く、孔７はスキン層３ａ側から吸音体１に入射する音波が膨張層５に達するように形成されているため、スキン層３ａを貫通して膨張層５に達し、スキン層３ｂまでは達しないもの、すなわちスキン層３ｂに孔７が形成されないものである限り、その形状寸法、スキン層３ａ単位面積当たりの数量等は特に限定されるものではない。所望される吸音性能や剛性強度等に基づいて適宜設定できるものである。具体的に、孔７の形状は、円柱状、多角柱状、円錐台状、逆円錐台状等であってもよく、また、孔７の底部７ａが円錐状や角錐状に形成されていてもよい。スキン層３の層厚、膨張層５の層厚に関しても同様に所望される特性に基づいて適宜設定できるものである。

ここで、吸音体１では、膨張層５の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定されている。膨張層５の剛性強度は、その樹脂密度と相関し、具体的には、膨張層５の樹脂密度が高くなるほど膨張層５の剛性強度が増す関係にある。吸音体１では、上述の如く膨張層５の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上といった比較的高い範囲に設定されているため、膨張層５の剛性強度の低下が効果的に抑制されている。その結果、吸音体１の剛性強度の低下も効果的に抑制されている。

一方、膨張層５の吸音性能は、膨張層５の樹脂密度が低くなるほど向上する。ここで、上述のように、吸音体１では、上述の如く膨張層の樹脂密度が０．３５ｇ／ｃｍ³以下と比較的低い範囲に設定されているため高い吸音性能が得られる。すなわち、膨張層５の樹脂密度を０．１ｇ／ｃｍ³以上０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定することによって、剛性強度の低下が抑制されており、且つ吸音性能の高い吸音体１を得ることができる。

尚、膨張層５は繊維入り熱可塑性樹脂からなり、樹脂と共に吸音体１の剛性強度を向上させるための繊維（例えば、ガラス繊維）を含むものであるが、ここでいう「樹脂密度」とは、樹脂のみに関するパラメータであり、具体的には、膨張層５単位体積当たりに含まれる樹脂の重量をいう。すなわち、熱可塑性樹脂Ｒに混入する繊維の量は特に限定されるものではない。

このような吸音体１は、例えば図２に示す成形型１１を用いて以下の要領にて成形される。

成形型１１は、固定型１３と、その固定型１３に対向配置された可動型１５と、押型１９とを有する。可動型１５には駆動手段（図示せず）が連結されており、可動型１５は、その駆動手段によって固定型１３に対して相対変位可能となっている。

固定型１３は基台部１３ａと、その基台部１３ａから可動型１５方向に突出する突出部１３ｂとにより構成されている。一方、可動型１５には、基端面１５ｄから陥没する凹部１５ａが形成されている。凹部１５ａは固定型１３に設けられた突出部１３ｂの形状に対応した形状に形成されており、突出部１３ｂが凹部１５ａに摺動自在に嵌合するようになっている。突出部１３ｂが凹部１５ａに嵌合した状態で、突出部１３ｂの頂面（成形面）１３ｄと凹部１５ａの底面（成形面）１５ｂ及び内側面１５ｃとによって繊維入り熱可塑性樹脂Ｒが充填されるキャビティ１７が区画形成される。尚、固定型１３にはキャビティ１７に通ずる樹脂注入口１３ｃが形成されており、この樹脂注入口１３ｃからキャビティ１７への繊維入り熱可塑性樹脂Ｒの射出充填が行われる。

押型１９は、基台部２３と、基台部２３上に等間隔に配列されており、基台部２３から固定型１３方向に相互に並行に延びる複数の棒状ピン２１とにより構成されている。一方、可動型１５には、上記複数のピン２１に対応するようにキャビティ１７に通ずる貫通孔１５ｅが複数形成されており、その複数の貫通孔１５ｅのそれぞれにピン２１が挿入されている。また、可動型１５には板状部１５ｆが設けられており、その板状部１５ｆによって押型１９は可動型１５に対して抜け止めされている。尚、押型１９は、その基台部２３が板状部１５ｆに当接した状態でピン２１の先端面２１ａが可動型１５の底面１５ｂとほぼ面一となるように構成されている。押型１９には可動型１５に対して固定型１３方向に押型１９を相対変位させるための図示しない駆動手段（例えば、油圧シリンダやサーボモータ等）が連結されており、その駆動手段によって押型１９が可動型１５に対して固定型１３方向に相対変位し、ピン２１の先端面２１ａが底面１５ｂからキャビティ１７内に突出可能となっている。尚、ピン２１の横断面形状は、形成しようとする孔７の形状に合わせて、円形、楕円形、多角形等の任意の形状とすることができる。同様に、ピン２１の先端面２１ａも平面形状でなくてもよく、形成しようとする孔７の形状に対応させて、例えば、円錐状、角錐状等とすることができる。

次に、図２（ａ）〜（ｄ）に基づいて吸音体１の成形要領について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、突出部１３ｂを凹部１５ａに嵌合装入して型閉じを行うことにより成形型１１の内部にキャビティ１７を区画形成するとともに押型１９の基台部２３は板状部１５ｆに当接してピン２１の先端面２１ａが底面１５ｂとほぼ面一となっている。この状態で、射出機（図示せず）でもって加温溶融された繊維入り熱可塑性樹脂Ｒを樹脂注入口１３ｃからキャビティ１７内に射出充填する。

その後、充填された繊維入り熱可塑性樹脂Ｒが固化する過程で、すなわち、キャビティ１７内の頂面１３ｄ、底面１５ｂ、及び内側面１５ｃ近傍に位置する繊維入り熱可塑性樹脂Ｒが固化してスキン層３が生成された時点で、図２（ｂ）に示すように、可動型１５と押型１９とを固定型１３から離れる方向に相対的に移動させ、キャビティ１７の容積を拡大する。このキャビティ１７の容積拡大は、拡大前のキャビティ１７の容積に対して拡大後のキャビティ１７の容積が例えば２倍、若しくはそれ以上となるように行う。既に固化してスキン層３を形成している表層部分はキャビティ１７の容積拡大の影響はさほど受けないものの、スキン層３を形成している表層部分よりも内側の部分は粘度の高いゲル状態になっているため、キャビティ１７の容積拡大によりそれまで固定型１３及び可動型１５で圧縮されている繊維入り熱可塑性樹脂Ｒが可動型１５の底面１５ｂに引っ張られて膨張する。この際、繊維入り熱可塑性樹脂Ｒ中の繊維も弾性的に復元し、この弾性復元力（スプリングバック現象）によっても熱可塑性樹脂Ｒが膨張する。

このことにより、空隙が実質的になく緻密で硬いソリッドのスキン層３が表層部分に形成されると共に、内部に多数の空隙を備えた膨張層５がスキン層の間に形成される。図２（ｂ）はこの状態を表している図である。

そして、スキン層３及び膨張層５が形成された後に、図２（ｃ）に示すように、基台部２３に連結された駆動手段（図示せず）を駆動させることによって、可動型１５と固定型１３との相対的位置関係を変化させずに、押型１９を可動型１５及び固定型１３に対して固定型１３方向に相対的に変位させてピン２１の先端面２１ａをキャビティ１７内に挿入する。このピン２１の先端面２１ａの挿入は底面１５ｂ近傍に形成されたスキン層３ａを貫通して膨張層５にまで達し、スキン層３ａの反対側のスキン層３ｂに達しないように行う。その後、押型１９に連結された駆動手段を駆動させて押型１９を膨張層５及びスキン層３ａから引き抜くことにより、一方のスキン層３ａを貫通し他方のスキン層３ｂまで達しない深さの孔７を有する吸音体１を成形することができる。

尚、上記成形要領において、繊維入り熱可塑性樹脂Ｒに発泡材を含有させてもよい。そうすることによって、キャビティ１７の膨張倍率を大きくして板厚の厚い吸音体１を形成しようとする場合において、繊維入り熱可塑性樹脂Ｒの膨張量が不足しても、発泡材の発泡力（膨張圧）によってその不足した膨張量が補完され、膨張層５内に空隙を確実に形成することができて好ましい。この場合、発泡材としては、化学反応によりガスを発生させる化学的発泡材や、二酸化炭素ガス及び窒素ガス等の不活性ガスを用いる物理的発泡材等がある。

以上、この発明の一実施形態として説明してきた吸音体１は、その一部に膨張層５とその表裏面に形成されたスキン層３とにより構成される吸音構造を有しているものであればよく、吸音体１を他の部材に取り付けるための取付部のようなより高い剛性強度が求められる部分は膨張層を有しないソリッド層のみにより形成されていてもよい。

尚、吸音体１は、例えば、以下に示すようにサイドドア等の自動車部品の構成部材として用いることができる。

図３はサイドドア３１の断面図である。サイドドア３１は、アウタドアパネル３５とドアインナパネル３７とからなる金属製のドア本体３３を備えている。ドアインナパネル３７にはパネル状の樹脂製キャリアプレート３９がシール材４１を挟持してボルト５１、ウェルドナット５３により取り付けられており、さらにドアトリム４３がキャリアプレート３９を車室内側から覆うように取り付けられている。

図３に示すように、吸音体１は、例えば以上のような構造を有するドアトリム４３として用いることができ、吸音体１をドアトリム４３として用いる場合は、複数の孔７が形成された一方のスキン層３ａ側が車室外側を向き、他方のスキン層３ｂ側が車室内側を向くように配置されることが好ましい。また、図３に示すように、ドアトリム４３のキャリアプレート３９への取付部には、比較的高い剛性強度が要求されるため、膨張層５を形成せずスキン層３のみによって構成することが好ましい。

また、吸音体１は、上記のようなドアトリム以外にも、例えば、サイドドアの上記キャリアプレート、インストルメントパネル、トランクボード、ボンネット等の他の自動車用部材としても用いられる。さらに、自動車以外の家電製品、住宅用パネル等にも適用することができる。

図４は実施例として作成した吸音体６１の平面図である。図５は図４のＶ−Ｖ線における吸音体６１の断面図である。図６は図５中の一点破線ＶＩで囲まれた部分の拡大断面図である。

図４〜６に示すように、ピッチ２５ｍｍでマトリックス状に配列された９つの孔７が形成された円盤状の吸音体６１を、以下に示す要領にて膨張層５の樹脂密度を変化させて複数種類作製した。尚、中央の孔７は平面視円盤状の吸音体６１の中心に位置する。

まず、可動型１５と固定型１３とを型閉じするとともに可動型１５をピン２１の先端面２１ａが底面１５ｂとほぼ面一となるようにした状態で、キャビティ１７内に樹脂注入口１３ｃからガラス繊維を４０重量％含むポリプロピレン樹脂を射出充填した。尚、この樹脂充填時のキャビティ１７の厚さは２ｍｍに設定した（図２（ａ））。

次に、ガラス繊維入りポリプロピレン樹脂が固化する過程で、キャビティ１７の厚さが６ｍｍとなるように可動型１５と押型１９とを固定型１３から離れる方向に相対的に移動させ、キャビティ１７の容積を拡大して、スキン層３ａ及び３ｂとこれらスキン層３ａ、３ｂに挟まれ多数の空隙を備えた膨張層５とを形成した。尚、このときのキャビティ１７の厚さは６ｍｍに設定した。

次に、基台部２３に連結された駆動手段（図示せず）を駆動させて直径５ｍｍのピン２１の先端面２１ａをキャビティ１７内に挿入し、スキン層３ａを貫通し膨張層５まで達する深さ５ｍｍの９つの孔７を形成した。そして、ピン２１をキャビティ１７内から引き抜き、冷却することによって、直径５ｍｍ、及び深さ５ｍｍの孔７が形成された直径１２０ｍｍ、厚さ６ｍｍの吸音体６１を作製した。

作製した吸音体６１の最大吸音率をＩＳＯ１０５３４−２に規定される２マイクロホン垂直入射管内法により測定した。

図７にその測定結果を示す。図７に示す結果より、最大吸音率は膨張層５の樹脂密度と一次相関の関係にあり、具体的には、膨張層５の樹脂密度が大きくなると共に最大吸音率が線形的に低下する関係にあることがわかった。そして、膨張層５の樹脂密度を０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定することによって約０．５以上という高い最大吸音率が得られた。

この発明は、表裏面に形成されたスキン層と、該スキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層とを有し、一方のスキン層を貫通し他方のスキン層まで達しない深さの孔を複数形成した繊維入り熱可塑性樹脂からなる吸音体について有用である。

吸音体１の断面図である。 吸音体１の成形要領を示す断面図である。 サイドドア３１の断面図である。 吸音体６１の平面図である。 図４のＶ−Ｖ線における吸音体６１の断面図である。 図５中の一点破線ＶＩで囲まれた部分の拡大断面図である。 実施例における膨張層５の樹脂密度と最大吸音率との相関を表すグラフである。

符号の説明

１ 吸音体
３ スキン層
５ 膨張層
７ 孔
１１ 成形型
１３ 固定型
１５ 可動型
１７ キャビティ
１９ 押型
２１ ピン

Claims (1)

1. 表裏面に形成されたスキン層と、該スキン層に挟まれ多数の空隙を備えた膨張層とを有し、一方のスキン層を貫通し他方のスキン層まで達しない深さの孔を複数形成した繊維入り熱可塑性樹脂からなる吸音体であって、
   上記膨張層の樹脂密度が０．１ｇ／ｃｍ³以上０．３５ｇ／ｃｍ³以下の範囲に設定されていることを特徴とする吸音体。

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