JP2010026257A - 吸音体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】貫通孔2aが形成された枠体2と、貫通孔2aの両端の開口のうちの一方を覆う膜振動型吸音材3とを有する吸音体1であって、膜振動型吸音材3が、膜本体31と、膜本体31の重心部に設けられた重り部材32を有することを特徴とする吸音体。
【選択図】図1
Description
従来の吸音材料として、例えば、グラスウール、ロックウールのように繊維を綿状またはボード状に成型した材料や、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などの多孔質材料が知られている。これらの多孔質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ため、空気自身の粘性および周囲との摩擦によって、振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換、散逸されて吸音効果が得られる。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、低周波領域において良好な吸音効果が得られ、材料の選択自由度も高い吸音体を提供することを目的とする。
すなわち本発明の吸音体は、貫通孔が形成された枠体と、該貫通孔の両端の開口のうちの一方を覆う膜振動型吸音材とを有する吸音体であって、前記膜振動型吸音材が、膜本体と、該膜本体の重心部に設けられた重り部材を有することを特徴とする。
前記膜本体の質量に対する、前記重り部材の質量の割合が30質量%以下であることが好ましい。
前記膜本体の面積に対する、前記重り部材の面積の割合が30%以下であることが好ましい。
前記枠体の貫通孔の一方の開口を前記膜本体のみで覆った場合の、吸音率のピーク周波数が700Hz以下であることが好ましい。
入射周波数を変化させながら吸音率を測定し、吸音率が最も高くなるときの周波数をピーク周波数という。
また、本発明の吸音体による吸音は膜振動型吸音であるため、共振する周波数での吸音となる。そこで、良好な吸音が生じる周波数の範囲の広さの指標となる値として、ピーク周波数±50Hzにおける吸音率の平均をとり、平均吸音率と定義した。
本実施形態の吸音体1は枠体2の裏面2cが施工面4に接着固定されており、膜振動型吸音材3と施工面4との間に背後空気層5が形成された状態で使用される。すなわち枠体2の表面2bおよび裏面2cそれぞれにおける貫通孔2aの開口のうち、表面における開口が膜振動型吸音材3で覆われており、裏面における開口が施工面4によって閉じられている。
本実施形態の枠体2は、外形形状が円形で、同心円状の貫通孔2aが設けられている。枠体2は貫通孔2aを有していればよく、外形形状は任意とすることができる。枠体2自身は、吸音性能を有していてもよく、有していなくてもよい。枠体2の材質は特に制限されないが、軽量化の点からは樹脂などの比重の低い材料が好ましい。
枠体2の厚さTによって膜振動型吸音材3の施工面4側に形成される背後空気層5の厚さが決まる。
枠体2の厚さTは、吸音性能の点からは3mm以上が好ましい。また全体のサイズを抑える点からは、50mm以下が好ましい。
枠体2の厚さTおよび貫通孔2aの直径Dは、これらによって得られる吸音体1の吸音特性(ピーク周波数および吸音率等)が変化するため、所望の周波数領域において高度な吸音効果が得られるように、これらの寸法を設定することが好ましい。
膜本体31は、自身が膜振動により吸音作用を生じうる膜振動型の吸音材からなる。具体的に、該膜本体31が膜振動により吸音作用を生じるためには、該膜本体31における流れ抵抗が1×106N・s/m4以上であることが好ましい。本明細書における流れ抵抗の値は、膜本体31を構成する吸音材の表面に垂直方向に一定の空気流を通した時の、該吸音材の両面間の圧力差を空気流の速度を割った値である。音は流速が非常に小さい状態に相当するので、流速が0に近づいた場合の極限値として定義される。測定法は、ISO 9053のDC法に準拠する。
また該元のピーク周波数における吸音率(以下、元の吸音率ということもある。)は特に制限されないが、低すぎると良好な吸音特性が得られない場合があるため、0.3以上が好ましく、0.5以上がより好ましい。元の吸音率の上限は特に制限されず1でもよい。
元のピーク周波数および元の吸音率の値は、枠体2の厚さ(T)および枠体2の貫通孔の直径(D)が一定であれば、膜本体31の材質および厚さによって変わる。
上記に挙げた樹脂の中でも、価格が比較的安い点、および重量(比重)が比較的軽い点で、PP、HDPE、LLDPEが好ましい。
膜本体31中に無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されないが機械強度の点からは、膜本体31中において50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。
有機フィラーの例としては、3,3’,3’’,5,5’,5’’−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a’’−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール(例えば、製品名:アデカスタブ AO−330、ADEKA社製)、トリス(2,4ジ−tert−ブチルフェニル)フォスファイト(例えば、製品名:Irg168、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)が好ましい。
有機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されないが、機械強度の点からは、膜本体31中において50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。
重り部材32は、膜本体31が膜振動により吸音作用を生じる状態を維持しつつ、膜本体31の重心部に一体的に固定されて、該重心部における質量を局部的に増大させることができるものであればよい。例えばシート状の重り部材32が好適に用いられる。
膜本体31に重り部材32を固定した後の吸音特性は、重り部材32の材質、形状、大きさ(面積)、質量、および膜本体31への固定手段によって変わる。
重り部材32の形状は、特に制限されないが、円柱(円板を含む)に近い形状が好ましく、円柱が最も好ましい。
重り部材32と膜本体31とが接触する面の面積(重り部材32の面積)は、重り部材32の質量が同じであれば、小さいほどピーク周波数の低周波数側へのシフト量が大きくなる傾向がある。すなわち、重り部材32の面積が小さいほど、単位質量当たりのピーク周波数の低減量が大きくなる。反対に、重り部材32の面積が大きくなるほど、単位質量当たりのピーク周波数の低減量は小さくなる。したがってピーク周波数を効率良く低減できる点で、重り部材32の面積は、膜本体31の面積を基準(100%)とするとき30%以下が好ましく、20%以下がより好ましい。
一方、重り部材32の面積が小さすぎると平均吸音率が元の吸音率よりも低下する場合がある。したがって、良好な吸音率が得られ易い点で、膜本体31の面積を基準(100%)とするとき、重り部材32の面積は、0.5%以上が好ましく、1.0%以上がより好ましい。
本明細書において、基準(100%)となる膜本体31の面積は枠体2で囲まれた領域の面積をいう。また、重り部材32が2個以上設けられているとき、各重り部材32と膜本体31との接触面積の合計を重り部材32の面積とする。
したがって重り部材32の質量は、膜本体31の質量を基準(100質量%)とするとき30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。該質量の下限値は特に限定されないが、重り部材32を設けることによる効果を充分に得るためには、膜本体31の質量を基準(100%)とするとき2質量%以上が好ましく、4質量%以上がより好ましく、8質量%以上がさらに好ましい。
本明細書において、基準(100質量%)となる膜本体31の質量は枠体2で囲まれた領域の質量をいう。
また重り部材32の質量は、該重り部材32を膜本体31に固定するための固定手段の質量も含めた質量であり、重り部材32を取り付ける前の膜本体31からの質量増加分に相当する。
重り部材32の質量は、重り部材32の材質および大きさ、ならびに固定部材の比重および厚さによって調整できる。また固定手段を介して複数個の重り部材32を重ね合わせてもよい。
接着手段としては市販の接着剤を用いることができる。一液型でも二液型でもよい。
粘着手段としては、市販の粘着剤を用いることができる。予め不織布等の基体の両面に粘着剤層が設けられている両面粘着テープ等を用いてもよく、不織布等の基体を含まない粘着剤層のみを介して面と面とを貼り合わせるタイプの粘着剤でもよい。
特に固定手段として接着手段を用いると、重り部材32と膜本体31との間において高い接着強度が得られ、また、耐熱や耐湿等の環境劣化に強いという利点が得られる。
また、重り部材32は、膜本体31の重心部における質量を局部的に増大させるように設ければよく、接着手段および粘着手段以外の固定手段、例えば熱融着、膜中に重り部材を挟み込む等の手段を適宜用いることもできる。
重り部材32は、膜本体31の異なる2箇所以上に設けてもよい。複数の重り部材32を設ける場合、該複数の重り部材32群の全体における重心位置が、膜本体31の重心部内に位置するように設ける。
また複数の重り部材32を設ける場合、該複数の重り部材32群の全体における重心位置と、膜本体31の重心位置との距離も、同様の理由で貫通孔直径Dの12%以下が好ましく、ゼロが最も好ましい。
吸音体1は、膜本体31に重り部材32を固定し、かつ枠体2に膜本体31を固定することにより得られる。
枠体2に膜本体31を固定する手段としては、接着手段または粘着手段を用いてもよく、圧着または溶融圧着により固定してもよい。枠体2と膜本体31との間に接着剤層または粘着剤層を設ける場合、該接着剤層または粘着剤層の厚さは0.08mm以下であればよく、この範囲内で充分な固定強度が得られる厚さに設定する。
かかる他の吸音層の材質は、従来の吸音材として公知の材料から、上記流れ抵抗の範囲を満たすものを適宜使用できる。具体例としては、発泡樹脂、フェルト、繊維材料、グラスウール、ロックウール、木粉セメント等が挙げられる。特に発泡樹脂、フェルト、繊維材料、グラスウールが好ましい。
かかる他の吸音層を積層することにより、吸音体1全体として、吸音効果が得られる周波数領域をより広くすることができる。例えば、膜振動型吸音材3により吸音効果が得られる周波数領域よりも、高周波数領域において吸音効果を奏する他の吸音層を膜本体31上に積層して設けると、両方の周波数領域において吸音効果が得られる。
したがって本発明によれば、低周波領域において、高い吸音率を有する吸音体を得ることができる。しかも、膜本体31の材料選択性の自由度が高いため、比較的安価な材料からなる膜本体31を用いて、低周波領域における吸音効果が高い吸音体を低コストで提供することができる。
また重り部材32の材質、形状、大きさ(面積)、質量、膜本体31への固定手段を変更することによって、膜本体31に重り部材32を固定した後の、ピーク周波数、ピーク値、平均吸音率等の吸音特性を調整することができるため、低周波領域において所望の吸音特性を備えた各種の吸音体を実現することができる。
また本発明の吸音体は、貫通孔を有する枠体と、該貫通孔の一方の開口を覆う膜振動型吸音材を備えた構成であればよく、図1に示す形態に限らず、各種の構成とすることができる。例えば図2に示すように、板状の枠体22に複数の貫通孔22aが設けられており、該枠体22の一面上に、該複数の貫通孔22aを一括的に覆うように膜振動型吸音材23が積層、固定された構成を有する吸音体21であってもよく、同様の効果が得られる。図2は吸音体21を枠体22側から見た斜視図である。図2において符号31は膜本体、32は重り部材を示す。
このように、枠体22に複数の貫通孔22aが設けられている場合、該複数の貫通孔22aの形状および大きさは均一でもよく、異なっていてもよい。
また該複数の貫通孔22aの配置は任意であるが、隣り合う貫通孔22aどうしの距離dが小さいほど吸音体21における吸音の効率が高くなる。
さらに、複数の場合、重り部材の大きさや重量を変化させることにより、広い周波数範囲を吸音させることができる。
以下の例において、膜本体31として下記HDPE1または積層体1を用いた。
HDPE1:HDPE(日本ポリエチレン社製、製品名:HY540)の1層からなる吸音材。
積層体1:HDPE(日本ポリエチレン社製、製品名:HY540)とLLDPE(日本ポリエチレン社製、製品名:UF240)とを重量比率で7:3にブレンドした材料からなる厚さ0.6mmの吸音材上に、tanδの値が高いゴム(クラレ社製、製品名:ハイブラー5127)からなる厚さ0.2mmの吸音材を積層し、140℃の加熱プレスにて一体化した積層体。該積層体はHDPEとLLDPEのブレンドからなる吸音材が枠体側となる向きで使用した。
表1に、膜本体31の厚み、比重、質量(直径90mmの円形部分の質量)を記載する。なお、膜本体31を構成するのに用いた各吸音材の流れ抵抗はいずれも1×106N・s/m4以上であることを確認した。
膜本体31の一面上に重り部材32を固定してなる膜振動型吸音材3を、枠体2に固定して図1に示す構成の吸音体1を作製した。膜本体31は、重り部材32が固定された面が枠体2側となる向きで使用した。
枠体2の材質はアクリル樹脂であり、貫通孔2aは円形とした。枠体の厚さTは10mm、貫通孔2aの直径Dは90mmとした。
重り部材32としては、HDPE製シートまたは、真鍮製シートを用いた。該シートは単層で、または2枚以上を積層一体化して重り部材32とした。重り部材32の形状は円形とし、直径および質量を表1に示す通りに変更した。
表1には、膜本体31の面積(直径90mmの円形)に対する重り部材32の面積の割合(表中、面積%と記載する。)、および膜本体31の質量に対する重り部材32の質量(固定部材の質量を含む)の割合(表中、質量増%と記載する。)も記載する。
・接着1:α−シアノアクリレート系接着剤(東亜合成社製、製品名:アロンアルファ、プラスチック用)。
・粘着1:両面粘着テープ(ホースケアプロダクツ社製、品番:NoH100、不織布の両面に粘着剤層を有するテープ。)
例23、24では、1個の重り部材32を、貫通孔2aの中心から偏在するように設けた。例23では膜本体31の重心位置(貫通孔2aの中心)と重り部材32の重心位置(中心)との距離を10mmとした。例24では、膜本体31の重心位置と重り部材32の重心位置との距離を20mmとした。
例25では、直径10mmの重り部材32を2個、貫通孔2aの中心に対して対称となるように設けた。貫通孔2aの中心と重り部材32の重心位置(中心)との距離を20mmとした。2個の重り部材32,32の全体における重心位置は、貫通孔2aの中心と一致するため、膜本体31の重心位置と重り部材32群の重心位置との距離は0(ゼロ)である。
例26では、直径10mmの重り部材を3個、貫通孔2aの中心に対して対称となるように設けた。貫通孔2aの中心と重り部材32の重心位置(中心)との距離は20mmとした。3個の重り部材32,32,32の全体における重心位置は、貫通孔2aの中心と一致する。したがって、膜本体31の重心位置と重り部材32群の重心位置との距離は0(ゼロ)である。
例1と同じ枠体2に、上記HDPE1のみ(比較例1)または積層体1のみ(比較例2)を固定した状態で吸音率を測定し、同様にしてピーク周波数、ピーク値、平均吸音率を求めた。その結果を表1に示す。
膜本体31が積層体である比較例2および例27、28においても、同様に膜本体31に重り部材32を貼付けることによって、ピーク周波数が低周波数側へシフトした。
なお上記の各例および比較例において、膜本体31の重り部材32が貼り付けられていない面を枠体2側としても、すなわち膜振動型吸音材3の表面側と枠体側とを入れ替えても吸音率の測定結果は同じであった。
2、22…枠体、
2a、22a…貫通孔、
3、23…膜振動型吸音材、
5…背後空気層、
31…膜本体、
32…重り部材。
Claims (4)
- 貫通孔が形成された枠体と、該貫通孔の両端の開口のうちの一方を覆う膜振動型吸音材とを有する吸音体であって、
前記膜振動型吸音材が、膜本体と、該膜本体の重心部に設けられた重り部材を有することを特徴とする吸音体。 - 前記膜本体の質量に対する、前記重り部材の質量の割合が30質量%以下である、請求項1記載の吸音体。
- 前記膜本体の面積に対する、前記重り部材の面積の割合が30%以下である、請求項1または2に記載の吸音体。
- 前記枠体の貫通孔の一方の開口を前記膜本体のみで覆った場合の、吸音率のピーク周波数が700Hz以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の吸音体。
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