JP2012082949A - 制振構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来タイプの高分子系制振材料より軽量化を図ると同時に、制振性能を向上し、コストの低減、デザイン性、成形性に優れた制振材料を創出することを目的とする。
【解決手段】第一層として被制振基板に対して粘着機能を付与する粘着層（制振層）、第二層としてポリエステル繊維系不織布の圧縮多孔質体層、第三層として前記圧縮多孔質体層を拘束するポリエステル繊維系スパンボンド不織布の表皮層、の三層を複合一体化した。
【選択図】図１

Description

本発明は制振材料に関するものであり、さらに言えば、ポリエステル繊維系不織布の圧縮多孔質体にポリエステル繊維系スパンボンド不織布を拘束層とする複合した制振構造体に係るものである。

自動車、車両、家電製品、電子機器、住宅機器、産業機器などで比較的薄板鋼板など金属板や樹脂板などで構成されている場合に、機械的な振動が伝搬してきて、それらの薄板を共振させて固体伝搬音を発生させることがあり、これが原因で騒音問題や品質問題を引き起こすことがあった。

特に、衝撃を受ける場合、広帯域な周波数の振動で加振される場合、振動源の周波数が広帯域にわたり変化する場合、などで生じるこれらの問題を解決するために、薄板にシート状の制振材料を貼り付けることで、板の共振を抑制し、固体伝搬を低減する方法がよく取られる。

この場合、使用される制振材料として、工業的に最も一般的な材料に高分子系制振材料（非拘束タイプ）がある。そして、この高分子材料としては、ゴム系、ゴムアスファルト系、塩ビ系などが用いられ、充填材としてマイカ、鉄粉などを混合し、これをシート状にし、基板に当接するために粘着処理されたタイプが多い。

この高分子系制振材料は、基板の屈曲振動に対して制振材料（制振層）がのび変形することで、振動エネルギーが熱エネルギーとして消費され、共振が抑制され、その結果、固体伝搬音が低減されるという技術思想からなっている。

しかるに、この種の制振材料では、固体伝搬音を１０ｄＢ程度低減しようとする場合、基板の厚さに対して約２倍の厚さの制振材料を貼るのが普通であり、例えば、０．８の普通鋼板に対しては約２ｍｍ厚さの制振材料を用いることになり、重量的には約３．６ｋｇ／ｍ^２の増加となる。また、一般的に充填材を混合しシート状にし、さらに粘着処理を施すためにコスト的にも高くなるといわれている。

このように、従来の制振材は充填材などを多量に充填するために剛性が大きくなり、基板の薄板の剛性を大幅に高めてしまう。このため、共振の抑制はするものの、逆に音響放射効率がよくなり、固体伝搬音の低減に対してはマイナス要因として働くという欠点を有する。また、曲面部など異形部への適用は難しいことが多い。特に、従来の制振材（高分子系）の拘束タイプは更にこの傾向が強い。

本発明は、上記したような従来タイプの高分子系制振材料より軽量化を図ると同時に、制振性能を向上し、コストの低減が図れる構造の制振材料を創出することを目的とするものである。

本発明の第１の要旨は、第一層として被制振基板に対して粘着機能を付与する粘着層、第二層としてポリエステル繊維系不織布の圧縮多孔質体層、第三層として前記圧縮多孔質体層を拘束するポリエステル繊維系スパンボンド不織布の表皮層、の三層を複合一体化したことを特徴とする制振構造体に係るものである。

特に第二層について言えば、厚さ１５〜４０ｍｍ、かさ密度１５〜５０ｋｇ／ｍ^３のポリエステル繊維系母材を熱プレスで１〜３ｍｍ程度に圧縮成型した多孔質体層であり、第三層との間の一体化には、好ましくはホットメルト材料で熱圧縮成型するものである。尚、この母材の繊維配向は、縦配向、横配向、ランダム配向のいずれでも良いが、好ましくは、縦配向のものがよい。

本発明の第２の要旨は、本発明の第１の要旨の制振構造体の製法であって、三層構造の複合一体化にあって、第二層と第三層はその間にホットメルト材料を介在させて熱圧縮成型して一体化し、次いで第二層側に第一層の粘着処理を行って複合一体化したことを特徴とする制振構造体の製法に係るものである

本発明の第１の基本構造として、後述する図１のような構成をとることで優れた特徴を創出することができたものである。即ち、制振性能の向上、軽量化、コスト低減を図ることができることとなったものであり、例えば、基板の曲げ変形時に圧縮多孔質体の繊維間のフリクション及び未加硫ブチルゴムの制振層におけるずれせん断変形による相乗効果により振動エネルギーの熱エネルギーへの変換効率を高めることができ、熱成形が可能であるので曲面部はもとより、ある程度の凸部、凹部にも対応できる制振構造体が得られたものである。

図１は本発明の第１の制振構造体の第１例を示す図である。 図２は本発明の第１の制振構造体の第１例の効果を示すグラフである。 図３は本発明の第１の制振構造体の第２例の効果を示すグラフである。

以下、本発明の第１の制振構造体を中心に述べるが、用いる母材及び表皮材のポリエステル繊維は、他の材料に比べて優れた制振性能を有しており、かつ、環境に優しい材料で、耐候性・耐久性に優れ・長期の使用に最適であること、リサイクル性が確立されており地球環境に優しいこと、など多くの特徴を有している。本発明はかかる特徴を持つポリエステル繊維を主体とした制振構造体を提供するものである。

本発明の制振構造体の第一層は、被制振基板に対して粘着機能を付与する粘着層・・制振層である。かかる粘着層は、未加硫ブチルゴム系、天然ゴム系、アクリル系、ウレタンゲル系、スチレンゲル系などの高分子系粘着材層が好んで用いられ、場合によっては、内部に補強材としての布を内包することも可能である。勿論、被制振基板に施工する前は、第一層面に離型紙が設けられているのが良い。基板への接着を兼ねて、制振層に未加硫ブチルゴムなどの粘着材を配することで制振性能の向上と共にコスト低減を図ったものである。

本発明の第二層は、母材はポリエステル系の繊維を原料とするものであり、当初は、厚さ１５〜４０ｍｍ、かさ密度１５〜５０ｋｇ／ｍ^３のポリエステル繊維系母材を熱プレスで１〜３ｍｍ程度に圧縮成型した多孔質体層であり、第三層との間の一体化には、好ましくはホットメルト材料を挟んで熱圧縮成型するものである。尚、場合によっては、この母材中にホットメルト材料を混在させておきこれを利用することも可能である。ホットメルト材料は、比較的低温で溶融するシート材料或いはパウダーである。尚、この母材の繊維配向は、縦配向、横配向、ランダム配向のいずれでも良いが、圧縮強度の面、或いは被制振基板に対する追従の面から、好ましくは縦配向のものがよい。尚、第二層の熱圧縮、これと第三層との間の融着一体化に用いられるホットメルト材は５〜１００ｇ／ｍ^２程度、好ましくは２０〜４０ｇ／ｍ^２が用いられる。

本発明の第三層は、ポリエステル繊維系不織布であり、スパンボンド法によって得られたものである。スパンボンドとは溶融押出成型により長繊維化・高密度化した不織布である。この第三層は、表皮層となるが、第二層を拘束する拘束層となるものでもある。尚、この第三層には、場合によっては、色彩や印刷を可能とするものが望ましい。

尚、第三層のスパンボンド不織布は一層だけでなく、二層以上になってもよく、ホットメルトシート或いはホットメルトパウダーで融着させることができる。第三層のスパンボンド不織布を二層以上とする場合には、最外層の不織布は耐候性があり、剛性の高いものが好んで用いられる。この場合、予め複数層としておくだけではなく、施工後に必要に応じて二層以上とし、制振効果を更にもたらすことも可能である。
このように、第三層のスパンボンド不織布を複数層とすることにより、より制振効果の優れた構造体が得られることとなったのである。第三層を複数層とする場合も前記と同程度の量のホットメルト材が使用可能である。

本発明の最大の特徴は、第二層であるポリエステル繊維系不織布の圧縮多孔質体と、第三層であるポリエステル系のスパンボンド不織布の複合層により、基板の曲げ変形時の制振層にずり変形を生じせしめ、振動エネルギーを熱エネルギーとして消費する効率を高めたものである。そして、最も伸縮しにくいスパンボンド不織布を圧縮多孔質体を介して配することで、制振層によりずれせん断変形を生じる効果を高めたものである。

本発明の制振構造体の構成は、第一層（粘着層・・制振層）＋第二層（圧縮不織布）＋第三層（スパンボンド不織布）であり、第三層は第二層の拘束層となっている。かかる拘束層がないと、曲げ振動（基板の屈曲振動）に対して、第一層（粘着層）が基板との接着面で引張られて自然に伸び変形を示すので、熱エネルギーへの変換量が少ない。このため、大きな制振効果を出すためには、基板に対して一般的には基板の厚さの２倍以上の制振層が必要になり、重量も大きくなる。これに対して、本発明のように拘束層を備えた構造になると、制振層にずり（ずれせん断変形を生じ、薄い制振層で効率よく熱エネルギーに変換され、なおかつ、本発明は、圧縮した不織布を介在させているために、圧縮された不織布自体でも繊維間のフリクションによる熱エネルギーの変換があり、振動エネルギーを熱エネルギーへの変換畳が大きくなり、軽量にもかかわらず、大きな制振効果が得られるのである。

本発明の制振構造体の複合一体化にあって、１５〜４０ｍｍの厚さの第二層と第三層とはその間にホットメルト材料を介在させて熱圧縮成型して１〜３ｍｍの厚さに一体化し、次いで第二層側に第一層の粘着処理を行って複合一体化（離型紙付）するのが好ましい製法である。

図１は、本発明の第１の制振構造体の第１例を示すものであり、第三層（３）としてポリエステル繊維系スパンボンド不織布、第二層（２）としてホットメルト材を混在させた縦配向のポリエステル繊維系不織布（厚さ２０ｍｍ、６００ｋｇ／ｍ^２）を積層し、これを熱圧縮して、厚さ２ｍｍとした。これに第一層（１）として、厚さ０．５ｍｍの未加硫ブチルゴム層を添着させ、基板（１０）に貼り付けた。（４）は離型紙である。

図２は、本発明の第１例の特徴を示すグラフであり、厚さ０．８ｍｍの基板に種々の制振構造体を添着した際の音圧レベルを示したものである。
即ち、図中、Ａは、上記した本発明の第１例の制振構造体の場合、Ｂは制振構造体を用いない場合、Ｃは０．５ｍｍの未加硫ブチルゴムのみの場合、Ｄは厚さ２ｍｍの従来の高分子系制振構造体（ゴムアスファルト中にマイカを充填）の場合、Ｅは本発明の制振構造体のうち、第三層を省略した制振構造体の場合の夫々の音圧レベルである。

本発明品ＡとＥとを比較すると、本発明品Ａは第二層の圧縮した不織布に加え、第三層として表面にスパンボンド不織布（拘束層）が存在することで、圧縮した不織布の伸びが抑えられ、制振層（未加硫ブチルゴム）にずり（ずれせん断変形）が起きやすくなるために、振動エネルギーが熱エネルギーヘの変換量が増え、大きな制振効果が得られることとなる。それに比べて、Ｅは本発明Ａのスパンボンド不織布（拘束層）がないために、圧縮された不織布が伸びやすくなるため、制振層（未加硫ブチルゴム）にずり（ずれせん断変形）が緩む方に行き、本発明Ａほどの制振効果得られない。拘束層である最表面のスパンボンド不織布の存在が大きいことを示している。
尚、従来の制振構造体の場合にあっては、基板（１０）に凹凸があった場合には、凹凸の程度によってはこれに追従することができないケースがあった。

このグラフからも分かるように、本発明の制振構造体は、全ての周波数に対して極めて効果的であり、従来から用いられている高分子系制振構造体よりはるかに優れていることが分かる。又、Ｅとの比較にあって、制振構造体として第三層の存在は必須の要件であり、第二層と第三層の組み合わせによる効果が顕著であることが分かる。

図３は本発明の第２例の効果Fを示すグラフである。即ち、この例は、図１の制振構造体にあって、第三層として同質のポリエステル繊維系スパンボンド不織布を二層としたものである。これは、予め二層としておくこともできるが、この例では、図１の制振構造体の第三層上に同効のスパンボンド不織布を更に一層重ね、３０ｇ／ｍ^２程度のホットメルト材を介在させて熱融着させたものである。

図３にあって、周波数２５０Hz〜４ｋHz間の比較データであり、図１に示した本発明の第１の例Aとの対比である。
このグラフでも分かるように、第三層を２層とした場合（F）には、第三層を１層とした場合（A）よりも更に音圧レベルを下げることが可能となったものである。このことから、本発明の第三層を複数層とすることは制振効果上優れた構造体を提供できることとなったことが分かる。

本発明の制振構造体は軽量で、剛性も従来の高分子系より低くすることで、音響放射効率を高めることも抑制することができることとなったものである。又、スパンボンド不織布を適宜選択することにより、難燃性、撥水性が付与でき、カラー化、印刷も可能であり、デザイン性に優れたものとなる。更には、熱成形が可能であるので曲面部はもとより、凹凸面への適用も可能となったものである。
このため、本発明による制振構造体の特徴を生かして、自動車、車両、電子機器、家電製品など薄板構造の振動伝播による固体伝播音低減分野で広く適用可能である。

１ 第一層
２ 第二層
３ 第三層
４ 離型紙
１０ 被制振基板
Ａ 本発明の第１の制振構造体の音圧レベル
Ｂ 制振構造体を用いない場合の音圧レベル
Ｃ 未加硫ブチルゴムの場合の音圧レベル
Ｄ 従来の高分子系制振構造体の場合の音圧レベル
Ｅ 第三層を省略した制振構造体の場合の音圧レベル
F 本発明の第２の制振構造体の音圧レベル

Claims (9)

1. 第一層として被制振基板に対して粘着機能を付与する粘着層、第二層としてポリエステル繊維系不織布の圧縮多孔質体層、第三層として前記圧縮多孔質体層を拘束するポリエステル繊維系スパンボンド不織布の表皮層、の三層を複合一体化したことを特徴とする制振構造体。
2. 前記の第一層は、未加硫ブチルゴム系、天然ゴム系、アクリル系、ウレタンゲル系、スチレンゲル系などの高分子系粘着材層である請求項１記載の制振構造体。
3. 前記第一層の内部に、補強材としての布を内包した請求項１又は２記載の制振構造体。
4. 被制振基板に施工する前は、第一層面に離型紙が設けられている請求項１乃至３いずれか１記載の制振構造体。
5. 前記の第二層は、厚さ１５〜４０ｍｍ、かさ密度１５〜５０ｋｇ／ｍ^３のポリエステル繊維系母材を熱プレスで１〜３ｍｍ程度に圧縮成型した多孔質体層である請求項１記載の制振構造体。
6. ポリエステル繊維系母材の繊維配向は、縦配向、横配向、ランダム配向のいずれかである請求項１又は５記載の制振構造体。
7. 前記の第三層は、複数層である請求項１乃至６いずれか１記載の制振構造体。
8. 複数の第三層は、互いにホットメルト材にて溶着した請求項７記載の制振構造体。
9. 請求項１乃至８記載の制振構造体の製法であって、三層構造の複合一体化にあって、第二層と第三層はその間にホットメルト材料を介在させて熱圧縮成型して一体化し、次いで第二層側に第一層の粘着処理を行って複合一体化したことを特徴とする制振構造体の製法。