JP2022144613A - 吸音材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸音性能の制御が容易なシート状の吸音材を提供する。【解決手段】 吸音材１００ａは、内部に気体を封じた気室２０が配置された可撓性シート１０と、気室２０を囲む壁の一部に積層された粘弾性層３０と、を有する。【選択図】図１

Description

この発明は、シート状の吸音材およびその製造方法に関する。

居住空間、車室内の空間等では、空間を囲う壁面への設置が可能なシート状の吸音材が有用である。特許文献１は、空気を包摂した突起を有する吸音材層を遮音材層間に挟んだ透明防音シートを開示している。この透明防音シートでは、空気伝搬音が表層の遮音材層を振動させ、その振動が吸音材層により熱エネルギーに変換される。また、特許文献２は、特許文献１に開示されたものと同様な空気を包摂した突起を有する吸音材層を開示している。

特開２００４－２９６８３号公報

特開２００５－２９７８５８号公報

特許文献１に開示された透明防音シートは、吸音材層を遮音材層間に挟んだものであるため、構成が複雑であり、また、柔軟性が損なわれる問題がある。また、特許文献１および２に開示された吸音材層は、必要な吸音性能を得るために、突起に包摂される空気（気泡）のサイズを適切なものにする必要があり、製造が難しい問題があった。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸音性能の制御が容易なシート状の吸音材を提供することにある。

この発明は、内部に気体を封じた気室が配置された可撓性シートと、前記気室を囲む壁の全部、または一部に積層された粘弾性層と、を有する吸音材を提供する。

また、この発明は、内部に気体を封じた気室が配置された可撓性シートの前記気室を囲む壁の全部、または一部に粘弾性層を積層する、吸音材の製造方法を提供する。

この発明の一実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。 同吸音材の製造方法を示す断面図である。 同吸音材の第１設置例を示す断面図である。 同吸音材の第２設置例を示す断面図である。 同吸音材の第３設置例を示す断面図である。 同吸音材の吸音特性を示す図である。 同吸音材の他の設置例を示す断面図である。 この発明の他の実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。 この発明の他の実施形態である吸音材の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。

図１はこの発明の一実施形態である吸音材１００ａの構成を示す断面図である。吸音材１００ａは、居住空間、車両内の空間等、吸音対象となる空間の壁面に貼り付けられ、吸音を行う。図１に示すように、吸音材１００ａは、内部に気体を封じた気室２０が配置された可撓性シート１０と、気室２０を囲む壁の一部に積層された粘弾性層３０と、を有する。この例では、気室２０は、可撓性シート１０の表面から突出した突起内に設けられている。また、気室２０およびそれを取り囲む壁は、円柱状をなしている。しかし、気室２０およびそれを取り囲む壁は、角柱状をなしていてもよく、ドーム状をなしていてもよい。吸音材として中低域の周波数領域で効果を発揮させる場合、気室２０の直径は３５ｍｍ以上であり、高さは８ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。そして、気室２０は、空気で充たされている。

可撓性シート１０は、ビニル素材を含む。具体的には、可撓性シート１０は、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、およびポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種を含む。また、可撓性シート１０の厚さは、５μｍ～２０μｍである。

粘弾性層３０は、アクリル系の液体ゴムを凝固させた層である。粘弾性層３０は、ゲル状のゴムを凝固させた層であってもよい。この例では、可撓性シート１０において、気室２０を囲む壁の一部、具体的には側壁の外表面と天井壁の外表面に粘弾性層３０が積層されている。しかし、粘弾性層３０は、気室２０を囲む壁のうちの他の壁に積層させてもよく、気室２０を囲む壁の全部に積層させてもよい。好ましい態様において、粘弾性層３０の質量は、１個の気室２０について１～１０ｇである。

図２は本実施形態における吸音材１００ａの製造方法を示す図である。本実施形態では、シート状で可撓性のある第１部材１上に、第２部材２を配設する。この第２部材２は、シート状で可撓性のある部材である。この第２部材２の表面には、中空領域２ｂを各々有する複数の突起２ａが第２部材２の裏面から表面の方向に突出している。そして、複数の突起２ａの中空領域２ｂは、第２部材２の裏面において開口している。本実施形態では、この第２部材２の裏面を第１部材１上に配設する。また、本実施形態では、第２部材２の表面から突出した複数の突起２ａに、液状またはゲル状の弾性体３を塗布する。また、本実施形態では、第１部材１の表面に液状またはゲル状の弾性体４を塗布し、この弾性体４の上に第２部材２を載せることにより、第２部材１を第１部材１に接着する。ここで、液状の弾性体３および４は、微粒子を粘着性のある液体に混ぜたものであってもよい。

液状またはゲル状の弾性体３および４が凝固することにより図１に示す吸音材１００ａが得られる。図２における第１部材１、弾性体４および第２部材２が図１における可撓性シート１０となり、図２における中空領域２ｂが図１における気室２０となり、図２における弾性体３が図１における粘弾性層３０となる。気室２０は、気密性が高く、気室２０内に封じ込められた空気は空気バネとして機能する。

図１に示す吸音材１００ａの可撓性シート１０において、気室２０内の空気バネと、気室２０を取り囲む壁の質量および粘弾性とにより構成される共振系は、例えば図１の上方から到来する音波により共振する。このように音のエネルギーは、気室２０内の空気を振動させる運動エネルギーに変換され、気室２０において消費される。また、弾性体３が持つ粘弾性は、分子間に摩擦を持つ。弾性体３が凝固した粘弾性層３０が音のエネルギーを得ると変形し、その時に分子間に摩擦を生じる。その摩擦によって、エネルギーを消費する効果が期待できる。本実施形態による吸音材１００ａでは、気室２０を囲む壁に積層された粘弾性層３０により、共振系の質量および粘弾性が従来の吸音材よりも高められている。このため、本実施形態による吸音材１００ａでは、従来の吸音材よりも高い吸音性能が得られる。吸音材１００ａの吸音性能は、粘弾性層３０の厚さに依存する。従って、液状の弾性体３の塗布の方法としては、塗布量の制御が容易な方法、例えば刷毛で塗る方法や、微粒子状にして噴射する方法等が好ましい。

また、本実施形態では、ベース部分と気室を形成する壁部分を含む可撓性シート１０において、気室２０を囲む壁の一部に液状またはゲル状の弾性体３を塗布することにより粘弾性層３０を積層するので、可撓性シート１０の壁部分が本来持っている気密性を保ちつつ、液状またはゲル状の弾性体３の持つ質量および粘弾性を可撓性シート１０に与えることができる。また、粘弾性体層３０が積層された後も、可撓性シート１０における気室２０を囲む壁は元の柔軟性を保つ。

図３は本実施形態による吸音材１００ａの第１設置例を示す図である。この第１設置例では、吸音対象である空間の壁２０１に対し、吸音材１００ａの裏面、すなわち、可撓性シート１０において粘弾性層３０と反対側の面を貼り付けている。この第１設置例は、最も基本的な設置例であり、設置が簡単であるという利点がある。

図４は本実施形態による吸音材１００ａの第２設置例を示す図である。この第２設置例では、吸音対象である空間の壁２０１に対し、多孔質吸音材２０２が貼り付けられ、この多孔質吸音材２０２の表面に対し、吸音材１００ａの裏面が貼り付けられている。すなわち、第２設置例は、吸音材１００ａと、壁２０１との間に多孔質吸音材２０２の空気層が挿入された吸音構造体となっている。第２設置例は、吸音材１００ａと壁２０１との間に空気層を挿入することで、共振系の共振周波数が下がるという利点がある。また、第２設置例は、吸音材１００ａにより吸音することができない帯域の音を多孔質吸音材２０２が吸音可能であるという利点がある。

図５は本実施形態による吸音材１００ａの第３設置例を示す図である。この第３設置例では、吸音対象である空間の壁２０１に対し、本実施形態による吸音材１００ａと同じ構成の吸音材１００ａ’の裏面が貼り付けられ、さらにこの吸音材１００ａ’の表面に対し、吸音材１００ａの裏面が貼り付けられている。この第３設置例は、吸音材１００ａと、壁２０１との間に吸音材１００ａ’の空気層（気室３０）が挿入された吸音構造体となっている。従って、第２設置例と同様、共振系の共振周波数が下がるという利点がある。

図６は本実施形態による吸音材１００ａの吸音特性、具体的には垂直入射吸音率の周波数特性を示す図である。この図６に示される垂直入射吸音率は、規格ISO 10534-2、JIS A 1405-2に準拠した測定方法により測定されたものである。図６において横軸は垂直入射音の周波数、縦軸は垂直入射音の音のエネルギーに対する吸音される音のエネルギーの比率である垂直入射吸音率である。本願発明者は、第１設置例（図３）、第２設置例（図４）および第３設置例（図５）の各々において、図３～図５の上方から下方の吸音材１００ａに向けて音を放射し、吸音材１００ａにより吸音される音のエネルギーの放射される音のエネルギーに対する比率である垂直入射吸音率Ａ１～Ａ３を各々測定した。また、比較例として、不織布素材により構成された吸音材の垂直入射吸音率Ａ０を測定した。図６はこの垂直入射吸音率Ａ０～Ａ３の測定結果を示すものである。

第１設置例の垂直入射吸音率Ａ１から分かるように、本実施形態による吸音材１００ａによれば、概ね１～２ｋＨｚの帯域の吸音が可能であり、１～２ｋＨｚの帯域においては比較例並みの吸音性能が得られる。また、第２設置例の垂直入射吸音率Ａ２、第３設置例の垂直入射吸音率Ａ３から分かるように、本実施形態によれば、吸音材１００ａと壁２０１との間に空気層を挟むことにより、概ね７００Ｈｚ～２ｋＨｚの帯域の吸音が可能になる。これは、吸音材１００ａと壁２０１との間に空気層を挟むと、吸音材１００ａおよび空気層の全体が共振系を構成し、この共振系の共振周波数が吸音材１００ａ単独の共振系の共振周波数より低くなるためであると考えられる。

本実施形態において、吸音材１００ａを構成する可撓性シート１０は、柔軟かつ薄手のシート素材であり、粘弾性層３０も柔軟な素材であるので、吸音材１００ａを緩やかな曲面にも設置できる。また、本実施形態によれば、粘弾性層３０の持つ物性と、粘弾性層３０となる液状の弾性体の塗布量により、気室２０の質量、弾性を制御できる。これより、吸音性能、吸音できる帯域を制御できる。粘弾性層３０となる液状の弾性体が疎水性の場合、水が掛かる場所、湿度の高い場所にも使用できる。また、本実施形態による吸音材１００ａは、土台となる可撓性シート１０に気室２０を配置する構成なので、構成が簡単で製造が容易である。

また、本実施形態によれば、吸音材１００ａと壁２０１との間に空気層を挟むことにより吸音を行う共振系の共振周波数を下げ、低域での吸音性能を高めることができる。従って、本実施形態による吸音材１００ａは、低域での吸音が必要とされる用途に適用可能である。例えば車室内に発生する定在波の周波数は、車室の大きさ（長さ、幅、高さ）に依存する低域の周波数である。そこで、車室において発生する定在波の周波数帯域において高い吸音性能が得られるように、吸音材１００ａと車室の壁との間に空気層を挿入し、共振周波数を下げて定在波の吸音を行ってもよい。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態があり得る。例えば次の通りである。

（１）吸音材１００ａの第３設置例の変形例として図７に示す第４設置例が考えられる。この第４設置例でも、第３設置例と同様、２枚の吸音材１００ａおよび１００ａ’が壁２０１に対して積層されている。しかし、この第４設置例では、上層である吸音材１００ａの表裏が第３設置例に対して反転している。すなわち、第４設置例では、上層の吸音材１００ａの表面に積層された粘弾性層３０が下層の吸音材１００ａ’の表面に積層された粘弾性層３０に貼り付けられている。そして、上層の吸音材１００ａは粘弾性層３０が積層されていない裏面を吸音対象である空間に向けている。この第４設置例も、第３設置例と同様、吸音材１００ａと壁２０１との間に空気層が挿入された吸音構造体であるので、第３設置例と同様、共振周波数が低下し、低域での吸音効果が増す効果が得られる。

（２）上記実施形態では、可撓性シート１０の表面から突出した突起内に気室２０を配置し、この気室２０を囲む壁のうちの側壁と天井壁の外表面に粘弾性層３０を積層した。しかし、粘弾性層３０の積層態様はこれに限定されるものではない。

図８に示す吸音材１００ｂでは、可撓性シート１０において、気室２０を囲む側壁と天井壁の外表面の他、気室２０が配置されていない領域をも含む可撓性シート１０の全表面領域に粘弾性層３０が積層されている。この態様においても、気室２０を囲む側壁と天井壁の外表面に積層された粘弾性層３０が共振系の質量と粘弾性を増加させるので、吸音性能を増加させる効果が得られる。

図９に示す吸音材１００ｃでは、可撓性シート１０において、気室２０を囲む壁のうち天井壁の外表面のみに粘弾性層３０が積層されている。この態様においても、気室２０の天井壁の外表面に積層された粘弾性層３０が共振系の質量と粘弾性を増加させるので、吸音性能を増加させる効果が得られる。

図１０に示す吸音材１００ｄでは、可撓性シート１０において、気室２０を囲む壁のうち側壁の外表面のみに粘弾性層３０が積層されている。この態様においても、気室２０の側壁の外表面に積層された粘弾性層３０が共振系の質量と粘弾性を増加させるので、吸音性能を増加させる効果が得られる。

図１１に示す吸音材１００ｅでは、可撓性シート１０において、気室２０を囲む壁のうち天井壁の内表面のみに粘弾性層３０が積層されている。この態様においても、気室２０の天井壁の内表面に積層された粘弾性層３０が共振系の質量と粘弾性を増加させるので、吸音性能を増加させる効果が得られる。

（３）上記実施形態では、可撓性シート１０の表面から突出した突起内に気室２０を配置した。しかし、気室２０の配置態様はこれに限定されるものではない。図１２に示す吸音材１００ｆおよび図１３に示す吸音材１００ｇでは、可撓性シート１０のシート厚内に収まる気室２０が可撓性シート１０内に配置されている。そして、吸音材１００ｆでは、気室２０の天井壁の内表面に粘弾性層３０が積層され、吸音材１００ｇでは、気室２０の天井壁および床壁の内表面に粘弾性層３０が積層されている。これらの態様においても、積層された粘弾性層３０が共振系の質量と粘弾性を増加させるので、吸音性能を増加させる効果が得られる。

（４）可撓性シート１０の気室２０に空気を封じ込め、その際、気室２０内の空気に圧力を掛け、気室２０内の空気バネを調整してもよい。

（５）中空の音響菅の内部および外部、あるいはそのいずれかに、本発明に係る吸音材を配置し、この音響管を吸音対象である空間内に配置してもよい。この場合、音響管の長さを調整することで、空間内において減衰させる音の周波数を調整する。また、音響管の数を調整することで、減衰させる音圧を設定する。

（６）この発明において、内部に気体を封じた気室が配置された可撓性シートの製造方法は上記実施形態の製造方法に限定されるものではない。この発明は、内部に気体を封じた気室が配置された可撓性シートの前記気室を囲む壁の全部、または一部に粘弾性層を積層する吸音材の製造方法として実施され得る。

１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ……吸音材、１０……可撓性シート、２０……気室、３０……粘弾性層、１……第１部材、２……第２部材、２ａ……突起、２ｂ……中空領域、３，４……弾性体、２０１……壁、２０２……多孔質吸音材。

Claims (11)

1. 内部に気体を封じた気室が配置された可撓性シートと、
   前記気室を囲む壁の全部、または一部に積層された粘弾性層と、
   を有する吸音材。
2. 前記可撓性シートがビニル素材を含む、
   請求項１に記載の吸音材。
3. 前記可撓性シートがポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、およびポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種を含む、
   請求項１または２に記載の吸音材。
4. 前記可撓性シートの厚さは５μｍ～２０μｍである、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の吸音材。
5. 前記粘弾性層は、アクリル系の液体ゴムを凝固させた層である、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の吸音材。
6. 前記気室は円柱状またはドーム状である、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の吸音材。
7. 前記気室の直径は３５ｍｍ以上であり、高さは８ｍｍ以上１２ｍｍ以下である、
   請求項６に記載の吸音材。
8. 前記気室は空気で充たされている、
   請求項１～７のいずれか１項に記載の吸音材。
9. シート状で可撓性のある第１部材上に、
   シート状で可撓性がある第２部材であって、中空領域を各々有する複数の突起が表面にあり、前記中空領域が裏面において開口した第２部材の裏面を配設し、
   前記第２部材の表面から突出した複数の突起に、液状またはゲル状の弾性体を塗布する、
   吸音材の製造方法。
10. 前記第２部材を液状またはゲル状の弾性体により前記第１部材に接着する
    請求項９に記載の製造方法。
11. 内部に気体を封じた気室が配置された可撓性シートの前記気室を囲む壁の全部、または一部に粘弾性層を積層する、
    吸音材の製造方法。
    

Images