JP3701672B2 - 防音パネルまたは要素 - Google Patents

Description

本発明は防音パネルまたは要素に関し、より詳細には、中空プロファイルを有する軟質コアを有する防音多層パネルまたは要素に関する。
乾燥ライニングパーティションパネルとして知られている特定のタイプの建築構造体において、空気ギャップまたはキャビティーを包囲している２枚の外側面材があることが一般的である。このような構造体は、通常、断熱および／または防音性を付与するように、面材の間に断熱若しくは防音ボードおよび／または断熱若しくは防音材料を含む。このようなパネルは、しばしば、部屋および／または事務所のような建築領域を別個の領域に分割するためのパーティションとして用いられる。
２枚の外側面材および鉱物繊維コアを有する乾燥ライニングパーティションは当業界および建築市場において、防音パーティションとしてよく知られている。しかし、鉱物繊維コアを有するこのようなパーティションの主要な欠点は、このような繊維が機械強度を欠如しており、その為、外側面材でスクリューで合わせ、そして、金属若しくは木材のスタッドで支持する必要があることである。このことは長い製造プロセスを必要とする。
例えば、米国特許第4,317,503号は、複数のシート要素を含む防音建築要素または構造部材であって、前記要素の第一インナーである厚い要素が複数の内部キャビティーを有するものを記載している。第一インナーである厚い要素は鉱物繊維または剛性のプラスティックフォームの層により構成されている。実質的に空気透過性である第二インナーである剛性要素は、第一インナー要素の片側主要表面および外側不透過性要素に結合されている。この外側不透過表面は第二インナー要素から小さな距離で配置されており、それにより、実質的に全体の外側要素が第二インナー要素に対して自由に振動することができる。この種の建築要素の主要な欠点は、このような多層構造体を製造する方法が複雑且つ高価であることである。
他の既知のタイプのパーティションは、フォームまたはハニカムコアを有する構造体を含む多層構造体である。フォームコアは、しかし、適切な強度特性を有するが、非常に低い防音性を有する。このようなパーティションの防音性を上げるために、フォームコアは許容されないほどの厚さおよび重量でなければならない。
外側面材および軟質コアを有するパーティションは重量物−スプリング−重量物系または重量物−スプリング系としても知られ、ここで、面材が重量物であり、そして軟質コアがスプリングである。このような系において防音性を改善しようと努力するときに遭遇する１の困難性は、重量物−スプリング−重量物または重量物−スプリング系の共鳴周波数を下げながら、その圧縮強度を下げることである。コアまたはスプリングが柔軟になるほど、サンドイッチまたはラミネートは非常に弱くなり、強化材なしで使用することが困難になり、そして強化材は逆に防音挙動を妨害する。
上記の欠陥を見ると、防音性および機械強度を有する薄いパネルを提供することが非常に望まれている。防音性および／または機械特性を犠牲にすることなく、より軽く、そしてより安価なパネルを提供することも望まれる。
従って、本発明は、
(a)２枚の外側面材(1)、および、
(b)軟質合成コア材料(2)であって、ここで、軟質合成コア材料(2)は、両方の外側面材(1)に結合されている、中空プロファイル(3)を有する単一の連続の軟質合成フォームコア材料、
を有する多層防音パネルまたは要素であり、ここで、パネルまたは要素は防音性および機械特性の両方を有する。
防音パネルまたは要素中、コア材料として中空プロファイルを有するフォームを使用することにより、その防音性を大きく改善することが判った。より詳細には、本発明による中空プロファイルの好ましい幾何学的配置が、パネルまたは要素に、その機械強度を犠牲にすることなく、改善された防音性を付与することが判った。
図１は、本発明の中空プロファイル(3)を有する合成フォームコア材料(2)を包囲している２枚の外側面材(1)を有する防音パネルまたは要素の断面図である。
図２は、ネック(5)を有する中空プロファイル(3)を有する合成フォームコア材料を包囲している２枚の外側面材を有する、本発明の防音パネルまたは要素の断面図であり、ここで、コア材料(2)はチャンネル(6)をも有する。
明細書中で用いる用語「中空」とは、いずれかのサイズおよび形状のいずれかの内部キャビティーを画定していることを意味する。
本発明の防音パネルまたは要素の合成コア材料(2)は、あらゆる合成圧縮性フォーム、例えば、ポリオレフィンフォームから製造されることができる。好ましくは、本発明のフォームコア材料は、重合した形態で、エチレンまたはプロピレンのような非芳香族オレフィンを含む熱可塑性樹脂から製造される。エチレンおよび共重合性極性モノマー、特にカルボキシル含有コモノマーのコポリマーは使用されることができる。
例示のコポリマーは、エチレンとアクリル酸のコポリマー(EAA)、または、エチレンとメタクリル酸のコポリマー、およびそのC_1-4アルキルエステルまたはイオノマー誘導体；エチレン−ビニルアセテートコポリマー；エチレン−一酸化炭素コポリマー；ジエンおよび重合性モノマーの酸無水物含有オレフィンコポリマー；超低分子量オレフィンとエチレンとのコポリマー（即ち、0.92kg/m³）；上記樹脂のブレンド；上記樹脂と高密度、中密度または低密度ポリエチレンのブレンドを含む。特に好ましい熱可塑性樹脂はポリエチレン、ポリプロピレン、共重合したアクリル酸を30重量%以下で有するEAAコポリマー；前記ポリマーのイオノマー誘導体；エチレン−ビニルアセテートコポリマー；超低分子量ポリエチレン；その低密度ポリエチレンとのブレンドである。
エチレン系ポリマーの潜伏性架橋剤、例えば、シラン官能性架橋剤、または、共有結合性若しくはイオン性架橋剤のいずれかを提供するように設計された架橋剤のような追加の成分も、所望ならば含まれてよい。
本発明の１態様において、弾性の独立気泡の架橋された、および、架橋されていないポリエチレンベースのフォームは、多層防音パネルまたは要素において用いるコア材料として使用される。発泡ポリエチレンポリマーの、複数の凝集した区別可能な発泡したストランド群を有する、弾性の独立気泡の架橋された、および、架橋されていないポリエチレンベースのフォームは、本発明の多層防音パネルまたは要素において用いるコア材料として特に好ましい。複数の凝集した区別可能な発泡したストランドの発泡フォームを有するポリエチレンベースのフォームは、Strandfoam（登録商標）（The Dow Chemical Companyの商標）で市販されている。
本発明におけるコア材料としての使用のためのフォームを製造するための他の材料は、例えば、硬質ポリウレタン、ポリビニルクロリド、ポリスチレンの押出物および発泡物の両方を含む。
Strandfoam（登録商標）ポリマーフォームを本発明において使用するコア材料として選ぶときに、それは、複数のオリフィスを含むダイを使用した、熱可塑性樹脂組成物の押出フォームにより調製されることが好ましい。溶融押出物の隣接したストリームの間の接触が発泡過程の間において起こり、そしてその接触している表面が一体構造を生じるために十分な付着力で互いに付着するようにオリフィスは配置される。Strandfoam（登録商標）ポリマーフォームは米国特許第4,824,720号の教示により配合されそして押出される。
防音パネルまたは要素は、図１および図２において更に例示される。外側面材(1)は中空プロファイル(3)を有するフォームコア材料(2)を包囲する。中空プロファイル(3)を有するこのフォームコア材料(2)は外側面材(1)に対して実質的に平行に広がっている。通常、コア材料層の厚さは30〜100ミリメートル(mm)、好ましくは約50mmである。
所望により、２枚の外側面材(1)のうちの片方はスペーシングデバイス（示していない）に結合されている。これらのスペーシングデバイスを使用するときには、１枚の外側面材に取り付けられたスペーシングデバイスは反対側の外側面材(1)に接触しているべきでない。スペーシングデバイスと面材(1)との距離は少くとも１〜５mmである。スペーシングデバイスと面材(1)との距離は外側面材(1)に依存し、そして通常、400〜600mmである。フォームコア材料(2)の中空プロファイル(3)は現場押出により提供されるか、または、手動または機械切断技術により提供されるかのいずれかである。経済的な理由から、中空プロファイルの現場押出は本発明において好ましい。
図１に示した本発明によるコア材料(2)の中空プロファイル(3)の幾何学的配置は、本発明の好ましい態様を示す。しかし、本発明において得られる防音性に影響を及ぼさない配置であるかぎり、異なる幾何学的配置が提供されてよいことが理解されるべきである。
本発明の１つの好ましい態様は、スペーシングデバイスが用いられるときに、それは２枚の外側面材(1)のうちの１枚の面材の片面にのみ密な接触を有し、それにより、コア材料(2)と反対側の面材(1)との間にギャップ(4)を提供する。本発明の別の好ましく且つ重要な態様は、コア材料(2)が外側面材の両方に接触しているが、互い違いのパターンを有する。本発明の更に別の好ましい態様は、少くとも２個のスプリングが平行に並んでいるが、逐次的に機能する重量物−スプリング−重量物系を提供し、ここで、スプリングは単一の連続のコア材料(2)により提供される。即ち、ギャップ(4)は曲げおよび剪断変形により作用する第一スプリングを示し、そしてそれは非常に柔らかく、そして中空プロファイル(3)を有するコア材料(2)により示される第二スプリングに対して独立である。第二スプリングは圧縮により作用し、そして第一スプリングよりも５〜100倍剛性である。
コア材料(2)の２個のスプリングの剛性比が防音性および機械特性の組み合わせを達成するために十分に高いことが重要である。剛性比が高いほど、得られる防音性および機械特性は良好である。
本発明は、２個のスプリングを平行に提供するが、逐次的に作用する単一の連続コア材料の好ましい態様に関して特に記載しているけれども、軟質コア材料の両端末が面材に接触するように、２枚の外側面材の間で離れた関係の軟質コア材料相を提供することにより、２個のスプリングが平行であるが、逐次的に作用するのと同一の効果が得られることが理解されるべきである。このような軟質コア材料相の間に、軟質コア材料よりも高い密度の第二コア材料が提供され、そして各々の第二のコア材料の片側末端のみが片側の同一の外側面材に接触している。第二のコア材料は、第二のコア材料の密度が軟質コア材料の密度より高いかぎり、軟質コア材料と同一であってもまたは異なっていてもよい。
使用するコア材料のタイプに関係なく、即ち、単一の連続のコア材料であっても、または、軟質コア材料および第二のコア材料の組み合わせであっても、コア材料が２枚の外側面材の間の全容積を専有していることは重要でないことが判った。この為、本発明の別の態様は、２枚の外側面材(1)および不連続なコア材料を有する多層防音パネルまたは要素を提供することである。この態様におけるコア材料相はパッチまたはストライプの形態であってよい。
コア材料(2)内の中空プロファイル(3)並びにコア材料(2)および外側面材(1)の間のギャップ(4)は好ましくは空気で満たされている。
中空プロファイルの幾何学的配置によっては、様々な物理的な現象が観測されることができる。例えば、図１に示されているコア材料(2)の中空プロファイル(3)の配置は、ヘルムホルツ共鳴体として機能することができる。ヘルムホルツ共鳴体は当業界においてよく知られており、特定の周波数の音の伝送を減らすように調節されることができる。これは、中空プロファイル(3)の容積に対して、共鳴体のネック(5)に適切な寸法を提供することにより得られる。
別の現象は、コア材料(2)および２枚の外側面材(1)の間の中空プロファイルの周囲にできた重量物−スプリング−重量物系内の空気チャンバーとして説明されることができる。前記コア材料(2)と外側面材(1)との間のコア材料(2)の各面に接している空気の容積は気密コア材料により分離されている。特に、適切な直径のチャンネル(6)を別々のコア材料になるようにドリルすることにより、これらの空気チャンバーは繋がり、そして内部の振動の位相は音の伝送を減らすように制御されることができる。
本発明の別の態様は、ダンパーとして重量物−スプリング−重量物系のコア材料を使用することが可能であることである。ダンパーにおいて、重量物の振動運動は、もう一つの重量物の反対の運動により減衰される。通常、その運動はより小さく、適切なスプリングにより制御さあれたその変位は第一の重量物の振動を減少するであろう。音圧振動はパネルの外側面材上に振動を作り、それはコア材料を通って反対側の面材に振動を伝送するであろう。スプリング系に取り付けられた重りとして設計されているコア材料の一部分は、その質量および振動から生じた動エネルギーが外側面材の動きと反対の振動と反対の位相で作用する傾向があり、その為、その振動を減衰し、騒音伝送源を減衰するような寸法である。記載のこのような重りは、外側面材同士を結合する接触点の間に位置する。コア材料を制御した押出法はロッドを削除しまたは加えることが可能であり、それ故、所望の効果を得ることができる。
外側面材(1)は防音パネルまたは要素を製造するために通常に使用されているあらゆる材料から製造されてよい。外側面材として有用な代表的な材料は、例えば、プラスティックまたはパーティクルボード、厚紙または板紙、繊維板、石膏ボード、可撓性プラスティックフィルムまたはホイルを含む。外側面材として有用な他の材料は、例えば、スチール、鉛またはアルミニウムシートのような金属シート、合板、木材板、チップボード、石膏ブロックおよびブリックを含む。本発明において外側面材(1)としての使用に好ましい材料は建築用途では石膏ボード、そして工業用途では金属シートである。通常、外側面材(1)は0.5mm〜150mmの厚さであり、好ましくは１〜70mmである。
本発明の防音パネルまたは要素は、予備組み立てされており、それにより、建築現場でのその組み立てが避けられる。本発明の防音パネルまたは要素は、例えば、建築物乗物、船、器具および機械装置の壁構造のような用途に有用である。
本発明の好ましい態様において、防音パネルまたは要素は建築物の壁構造および機械の防音材として用いられる。
次の実施例は本発明を例示するために提供され、そしていかなる方法でも制限するものと解釈されるべきでない。特に指示がないかぎり、全ての部およびパーセントは重量基準で与えられる。
例１
55.0mmの厚さのストランドフォームコア材料を含む２枚の石膏ボード面材（片方が13.0mm厚さで、もう片方が18mm厚さ）を組み立てることにより本発明の防音パネルまたは要素を製造した。標準試験法ISO 717-1982に従って、パネルの防音性を試験した。結果を表Ｉに示す。
比較例Ａ〜Ｆ
従来技術のコア材料を用いた様々な防音パネルを、例１と同一の試験法および手順を用いて防音性の試験をした。結果を表１に示す。

表１から容易に判るように、本発明の防音パネルまたは要素は、比較のパネルＦおよびＤと比較して、これらの従来技術のパネルよりも合計の厚さが20〜49%薄いけれども、同等以上の防音性を有する。

Claims (6)

1. （ａ）２つの外側面材（１）、および、
   （ｂ）軟質合成コア材料（２）
   を有する多層防音パネル又は要素であり、前記軟質合成コア材料（２）は中空プロファイル（３）を有する単一で連続の軟質合成フォームコア材料（２）であり、
   前記コア材料（２）は交互の様式で両方の外側面材（１）に密に接触しており、それにより、コア材料（２）と対面する外側面材（１）との間に隙間（４）を提供し、そして、前記パネル又は要素は防音特性及び機械強度を有することを特徴とする、多層防音パネル又は要素。
2. 前記コア材料（２）は曲げ及び剪断により作用する第一スプリング及び圧縮により作用する第二スプリングとして機能することを特徴とする、請求項１記載の防音パネル又は要素。
3. 前記コア材料（２）はヘルムホルツ型の共鳴体として機能するように設計されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の防音パネル又は要素。
4. 前記コア材料（２）は独立空気チャンバーを画定しており、前記独立空気チャンバーはコア材料に孔を開けることにより連結されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の防音パネル又は要素。
5. 前記コア材料（２）は中空プロファイル（３）の運動エネルギーを用いたダンパーとして機能することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の防音パネル又は要素。
6. 前記コア材料（２）は弾性の独立気泡の架橋した及び未架橋のポリエチレンをベースとするフォームであって、発泡したポリエチレンポリマーの複数の凝集した区別可能なストランドを有するフォームであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の防音パネル又は要素。

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