JP3930484B2 - 超軽量な防音材 - Google Patents
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Description
従来からの遮音構造と、特許文献1の構造と透過損失と吸音力を比較すると以下の通りである。ここで、低周波数とは1/3オクターブバンド中心周波数で315Hz以下であり、中周波数は400〜1600Hzで、高周波数は2000Hz以上である。
ここで従来の遮音タイプ構造(図27参照、以下「図27の構造」という)と、特許文献1の構造(図28参照、以下「図28の構造」という)と透過損失と吸音力を比較すると以下の通りである。
図27の構造のダッシュサイレンサーの単位面積当りの重量は6.0kg/m2であり、図28の構造の現状利用されている実効単位面積当りの重量は2.0kg/m2である。これらの製品は自動車ボディパネルに取り付けられている。
このボディパネルの単位面積当りの重量は6.2kg/m2である。
図29(a)の透過損失のグラフから図27の構造では非通気性の表皮層とパネルで二重壁構造となり、更に、中間に通気抵抗のある吸音材を利用することで重量則以上の透過損失を得ることができる。但し、ゴムシートの単位面積当りの重量が高い為、低い周波数で大きな透過共鳴が発生し透過損失が大幅に低下する。
図29(a)の透過損失のグラフから図28の構造では通気の表皮層とパネルで二重壁構造となるが表皮層が通気するため、高周波数での音漏れが発生し、重量則以下の透過損失しか得られない。遮音性では図28の構造では十分な透過損失を得ることができない。
図29(b)の吸音率のグラフから図27の構造では低周波数に強い表皮共振による吸音率が向上する周波数が発生するが、中周波数及び高周波数側で吸音率がほとんどない。
図29(b)の吸音率のグラフから図28の構造では通気抵抗の高い表皮層による表皮共振と背後の吸音層の吸音力を利用して中周波数から高周波数にかけ吸音力を得ている。
実際の自動車静粛性への影響はダッシュサイレンサー部では、ダッシュパネルから入射する直接音より、自動車各部より入射し、反射する間接音が多いため、従来構造と比較して特許文献1は大幅に透過損失は低下しているが、中周波数からの比較的高い吸音力で車室内の吸音力を向上され、ほぼ同等の車室内の静粛性を確保することができる。更に製品重量で大幅に軽量化できるため、最近のダッシュパネル構造として利用されてきた。
特許文献2では、図31に示す通り、1000Hz以上の周波数の吸音は吸音材の吸音力を利用することから、吸音層の厚さが薄くなると吸音率が低下する傾向がある。
図28の構造の防音材は車室内での反射音を吸音する機能があるが吸音周波数の制御の方策が明確でない。
特許文献3、4の従来の防音材では吸音部と表層の界面の拘束状態、表皮部の通気量で吸音特性、遮音特性が大きく影響されることを見過ごしている。実際の製品では複雑な形状で界面の接着強度も必要となり、設計条件と異なる吸音・遮音特性となるおそれがある。また、狭いスペースでの利用ができないおそれがある。
さらに、特許文献5、6の従来の防音材では、前記特許文献1と同様の問題がある。
請求項1記載の発明は、厚さが1〜100mm、密度が0.01〜0.2g/cm3、好ましくは0.03〜0.08g/cm3の軽量な吸音層と、該吸音層と接着層を介して接着する、単位面積当りの重量は10〜280g/m2、好ましくは100〜200g/m2の通気性の共振層と、からなり、前記吸音層と通気性の共振層に対する前記接着層の接着強度が剥離幅25mmで180度の剥離にて1〜20N/25mm、好ましくは3〜10N/25mmに設定され、前記接着層を前記吸音層と通気性の共振層の全界面に対して、50〜100%、好ましくは80%〜100%の面積で接着させ、前記吸音層が車体パネル側に配置され、前記通気性の共振層は車室内側に設置されることを特徴とする超軽量な防音材である。
前記の剥離方法は「JIS K6854 図4:180度剥離」に類似し、剥離速度200mm/分で行う。
前記通気性の共振層と吸音層との界面は前記接着層によって十分な接着力で接着されており、前記吸音層と前記通気性の共振層とをその界面で共振させることで吸音することを特徴とする防音材である。ここでJIS L1018 8.3.3.1編地の通気性による「フラジール形試験機」及びこの結果に相関性が極めて高い通気性試験機を用い測定するものであり、通気性とは、その通気量が設備の最低測定能力以上である0.1cm3/cm2・sec以上であるものをいう。前記吸音層は空気層を持つことが好ましい。
ここで、初期圧縮反発力と高密度吸音層の厚さは、バネマス系振動におけるバネの所に影響を与える。つまり、初期圧縮反発力が高い高密度吸音層は接着層による接着で通気性の共振層の剛性を向上させ、共振周波数を高周波側へ移動する。また、高密度吸音層と低密度吸音層の剛性差が適度でないと高周波側と低周波側の共振が目的とする周波数に発生しなくなるおそれがある。
図1に示すように先の試料に上面から荷重を加え、5mm圧縮した時の反発力をテンシロン等の荷重測定装置で測定する。この時の荷重速度は50mm/分とする。測定の参考値に2.5mm圧縮時と7.5mm圧縮時も同時に測定する。
図1は、初期圧縮反発力の測定方法である。φ100mmの円柱状にカットした吸音材に荷重を加え、圧縮する。
図2は、初期圧縮反発力の測定結果である。PET(ポリエステル)フェルト、RSPP(シュレッタ゛ータ゛ストを原料とした再生防音材料)、PUF(ポリウレタンフォーム)についての測定結果である。ここで吸音層の圧縮反発力は制振材の弾性率に関わる値である。従来、防音材の一種であるフェルト材は制振材の一種である。制振材料は振動エネルギーを吸収し熱エネルギーに変換する。制振効果を示す特性として損失係数ηがある。この損失係数ηは以下の式で計算される。
前記吸音層において高密度吸音層及び低密度吸音層が2層の個別材料による複層体は、個別の高密度と低密度の吸音材の2層の組み合わせであることが好ましい。また単一材料で高密度側と低密度側のように密度勾配がある材料は、通気性の共振層側に高密度側が接着層で接着されていれば2層の場合と同じ効果が得られる。
請求項6記載の発明は、前記吸音層の初期圧縮反発力は2〜200N、好ましくは20〜100Nであることが好ましい。
請求項9記載の発明は、前記第2吸音層が複層であり、その下層が共振層と接着されるか、又は、上層と下層とが機械的穿孔力により積み重ねられることが好ましい。より具体的には、下層がフィルム共振層と接着されるか、又は、フィルムである上層と、フェルトである下層とがニードルパンチにより積み重ねられることが好ましい。
吸音層は通気性の低密度の吸音特性を持っているが、通気性の共振層は低い音または振動エネルギーで振動を容易にする為、十分軽量である必要があるからである。
請求項11記載の発明は、前記通気性の共振層の通気度は、8.0〜1.0cm 3 /cm 2 ・secである。
例えば、単位面積当りの重量は、遮音タイプでは4000〜10000g/m2であり、吸音タイプでは500〜2000g/m2であるが、本発明は単位面積当りの重量が通気性の共振層では200g/m2以下である。
実施形態1のダッシュサイレンサ1は、図3に示す通り、熱可塑性フェルトでは通気度が10〜50cm3/cm2・secでモールドし、ウレタン発泡体(フォーム)では10cm3/cm2・sec以下の通気度を持つ吸音層2と、通気性の共振層3との2層構造である。吸音層2と通気性の共振層3の間にそれらを接着する接着層4が形成されている。吸音層2と通気性の共振層3とをその界面で共振させることで吸音するものである。
ランダムに吸音層2の厚みを変更することで、トータルでみると315〜4000Hzの広い周波数の範囲の音を吸音できる。
通気性の共振層3の材質は、オレフィン系樹脂フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル系フィルム、ポリウレタン系樹脂フィルム又はそれらの複合体である。通気性の共振発泡体は、ポリプロピレン発泡体(以下、PPFという)、ポリエチレン発泡体(以下、PEFという)等のオレフィン系発泡体である。
ここで、一般的なバネ・マス系の振動モデルを考えた場合、吸音層2の空気バネと、吸音層2と通気性の共振層3の総質量による機械的バネを利用したときの共振周波数の式は、通常のバネ振動の式においてバネ定数にあたるk=ρ・C2/Lとすることにより、共振周波数fが式2で算出される。ただし、frは共振周波数(Hz)、ρは空気密度(1.2Kg/m3)、Cは音速(340m/s)、mは通気性の共振層3の単位面積当りの重量(g/m2)、Lは吸音層の厚さ(mm)である。
実施例と比較例のデータ比較を行ったのでこれを図8及び図9に示す。比較例の構成は、接着層4の接着面積が20%の場合であり、接着層4の接着面積が90%であることと相違する点を除き、実施例と同じものを用いた。ダッシュサイレンサ1の厚みが22mm、吸音層2の厚みが20mm、通気性共振層3の厚みが2mm、接着層4の厚みが50μmである。ダッシュサイレンサ1は、通気性の共振層3がポリプロピレン発泡体(PPF)で、発泡率30倍、比重0.031g/cm3、厚み2mm、単位面積当りの重量62g/m2であり、吸音層2が熱可塑性フェルト(ポリエステル化繊と雑綿を利用した一般的なもの)、比重0.06g/cm3、厚み20mm、単位面積当りの重量1200g/m2であり、接着層の接着面積は90%である。水溶性EVA系接着剤を、通気性の共振層3としての発泡率30倍で厚さ2mmのポリプロピレン発泡体に50g/m2塗布し、熱可塑性フェルトまたはニードルパンチを行ったフェルトからなる吸音層2と圧力1kg/cm2で60秒間圧縮する。乾燥が遅い場合は加熱することで約30秒間の圧締でよい。接着後の接着強度は2〜8N/25mm で、界面のほぼ90%が接着している。剥離状態は吸音層2の熱可塑フェルトの表層破壊である。ここでニードルパンチを行ったフェルトはそうでないフェルトに対し表層破壊強度が高くなりこの為、接着強度は5〜10N/25mmと高くなる。
吸音層202において高密度吸音層202a及び低密度吸音層202bは2層の個別材料による複層体もしくは単一材料で高密度側と低密度側のように密度勾配がある材料である。
なお、吸音層202、通気性の共振層203、接着層204の材質等は実施形態1と同様である。
実施例2は実施例1の吸音層を異密度にしたものであり、他は同様である。高密度吸音層202aは密度0.100g/cm3、厚さ10mm、単位面積当りの重量1000g/cm2、初期圧縮反発力200N、熱可塑性フェルト(PETをバイダとし化繊反毛とPE繊維とをフェルトとしたもの)、低密度吸音層202bは、密度0.04g/cm3,厚さ10mm、単位面積当りの重量400g/cm2、初期圧縮反発力50N、材質は綿繊維フェルトとする。接着層204の接着力は5N/25mmである。高密度吸音層202aと低密度吸音層202bとをPET系フェルトとしニードルパンチで積層してもよい。
吸音層302の異密度化による影響は高密度吸音層302aのコインシデンスへの影響にみられ、高周波数側の吸音率のピークに影響する。
実施例3は実施例2に第2吸音層306を付加し100mmドットピッチで共振層303に接着したものであり、第2吸音層は、密度0.04g/cm3,厚さ5mm、単位面積当りの重量200g/cm2、初期圧縮反発力50N、材質は熱可塑性フェルト(PETをバイダとし化繊反毛とPE繊維とをフェルトとしたもの)とする。
実施例4は実施例3の第1吸音層302を単層としたものであり、第1吸音層402は、密度0.04g/cm3,厚さ5mm、単位面積当りの重量200g/cm2、初期圧縮反発力50N、材質は熱可塑性フェルト(PETをバイダとし化繊反毛とPE繊維とをフェルトとしたもの)とする。
上層506aの上面は表皮/バッキング層507とは接着層508を介して接合され、上層506aの下面は下層506bと接着または載せた状態で接されている。下層506bはフェルトを圧縮したハードシートであり、下層506bの下面が通気共振層503に接着されている。上層506aは材料の吸音性による高周波吸音力の向上と下層506bの弾性共振による高周波吸音力向上の増強を図る。下層506bと吸音層502により、下層506bの剛体共振による中周波吸音力向上と、下層506bの弾性共振による高周波吸音力向上を図る。下層506bと通気性の共振層503により、下層506bのマスを使用して遮音性の向上を図る。
実施例5−1は図20にて表皮/バッキング層507の単位面積当りの重量が350g/m2、上層506aがフェルトで厚みが5〜15mm、下層506bがハードシート層で厚みが2〜5mm、フィルム層503で厚みが300μ、接着層504の材質はオレフィン系接着剤、フェルト層502は熱可塑性ポリエステル、アクリル、綿繊維等が混紡されたフェルトで厚みが10mm、嵩上げ材509はPPまたはPE系のビーズ発泡品、またはRSPPの圧縮成形品で厚みが5〜50mmであるモールド品である。フィルム付きのハードシート層の単位面積当りの重量は350g/m2である。
図21(b)は比較例2の図28構造を適用したフロアサイレンサ501bの構造を示す。フロアサイレンサ501bは、上から表皮/PEバッキング層507g、ハードシート層506h、フェルト層503i、嵩上げ材509bとから構成されている。図21(c)は実施形態5のフロアサイレンサ501´の具体例の構造を示す。この構造はハードシートの通気量を制御することで、室内吸音を確保しながら、車外騒音の遮音性を確保している。ただし、通気性があるため、遮音性の効果は少ない。フロアサイレンサ501´は、上から、表皮/バッキング層507´、ハードシート層506´、フィルム層(通気性の共振層)503´、接着層504´、フェルト層502´、嵩上げ材509´とから構成されている。ハードシート層506´とフィルム層(通気性の共振層)503´とはほぼ全面接着されている。この構造も室内吸音を確保しながら、車外騒音の遮音性を確保しているが、弾性共振と剛体共振をさらに利用できる為、さらに良い吸音率の確保と通気性フィルムによる高い遮音性を確保できる。
図22(a)に示す通り、実施形態5の透過損失は比較例1、2より向上している。特に比較例2に対して向上している。図22(b)に示す通り、具体例の吸音率は比較例1、2より向上している。特に比較例1に対して向上している。これはフィルム層503の寄与による。
実施例5−2は表皮/バッキング層507の単位面積当りの重量が350g/m2、上層506aが非通気性のフィルムで厚みが200μ、ハードシート層506(熱可塑性フェルトの圧縮成形品、厚み5mm)、フィルム層503(PE系フィルム、厚み300μ)、接着層504(オレフィン系接着剤)、フェルト層502(主にポリエステル繊維による熱可塑性フェルト)の厚みが10mm、嵩上げ材509(PPビーズ発泡モールド品)の厚みが5〜40mmである。フィルム付きのハードシート層506の単位面積当りの重量は350g/m2である。
実施例6は実施例5−1の吸音層を高密度吸音層と低密度吸音層で構成したものである。高密度吸音層602aは密度0.100g/cm3、厚さ100mm、単位面積当りの重量1000g/cm2、初期圧縮反発力300N、熱可塑性フェルト(PETをバイダとし化繊反毛とPE繊維とをフェルトとしたもの)、低密度吸音層602bは、密度0.04g/cm3,厚さ100mm、単位面積当りの重量400g/cm2、初期圧縮反発力100N、材質は綿繊維フェルトとする。接着層604の接着力は5N/25mmである。高密度吸音層602aと低密度吸音層602bとをPET系フェルトとしニードルパンチで積層してもよい。
501,601,501a,501b…フロアサイレンサ
2,102,202,302,402,502,602…吸音層
202a,302a,602a…高密度吸音層
202b,302b,602b…低密度吸音層
202c,302c…接着層
3,103,203,303,403,503,603…通気性の共振層
4,104,204,304,404,504,604…接着層
305,405,505,605…接着層
306,406,506,606…第2吸音層
510…フロアパネル
503f,503i…フェルト層
506a…上層
506e,506h…ハードシート層
506b…下層
507,507d,507g…表皮/バッキング層
508…接着層
509,509a,509b…嵩上げ材
Claims (11)
- 厚さが1〜100mm、密度が0.01〜0.2g/cm3、好ましくは0.03〜0.08g/cm3の軽量な吸音層と、
該吸音層と接着層を介して接着する、単位面積当りの重量は10〜280g/m2、好ましくは100〜200g/m2の通気性の共振層と、からなり、
前記吸音層と通気性の共振層に対する前記接着層の接着強度が剥離幅25mmで180度の剥離にて1〜20N/25mm、好ましくは3〜10N/25mmに設定され、
前記接着層を前記吸音層と通気性の共振層の全界面に対して、50〜100%、好ましくは80%〜100%の面積で接着させ、
前記吸音層が車体パネル側に配置され、前記通気性の共振層は車室内側に設置されることを特徴とする超軽量な防音材。 - 前記吸音層は、高密度吸音層と低密度吸音層の複層体に形成されることを特徴とする請求項1の超軽量な防音材。
- 前記高密度吸音層の密度は0.05〜0.20g/cm3、厚さが2〜70mmの範囲であり、
前記低密度吸音層の密度は0.01〜0.10g/cm3、厚さが2〜70mmの範囲である請求項2の超軽量な防音材。 - 前記高密度吸音層の初期圧縮反発力が30〜600N、好ましくは50〜300Nで、前記低密度吸音層の初期圧縮反発力が5〜300N、好ましくは10〜100Nであり、
少なくとも前記高密度吸音層の初期圧縮反発力は前記低密度吸音層の1.2〜40倍であり、前記吸音層の厚さにおける高密度吸音層の占める厚さは20〜80%であり、
少なくとも前記高密度吸音層の初期圧縮反発力は低密度吸音層の1.5〜5倍であり、
吸音層の厚さにおける高密度吸音層の占める厚さは40〜60%である請求項2又は3の超軽量な防音材。 - 前記吸音層は単層であり、密度は0.02〜0.20g/cm3、厚さが2〜70mmである請求項1の超軽量な防音材。
- 前記吸音層の初期圧縮反発力は2〜200N、好ましくは20〜100Nであることを特徴とする請求項5の超軽量な防音材。
- 前記接着層で接着されていない前記通気性の共振層の車室内側の面に第2吸音層を接合させ、
前記第2吸音層は密度0.01〜0.2g/cm3で厚さが1〜20mmであり、好ましくは密度0.05〜0.15g/cm3で厚さが4〜10mmであることを特徴とする請求項1乃至6いずれかの超軽量な防音材。 - 前記第2吸音層は単層又は複層である請求項7の超軽量な防音材。
- 前記第2吸音層が複層であり、その下層が共振層と接着されるか、又は、上層と下層とが機械的穿孔力により積み重ねられる請求項7又は8いずれかの超軽量な防音材。
- 前記通気性の共振層の構造は発泡体またはフィルム体であり、
前記発泡体の場合は、厚さ1〜7mm、好ましくは2〜3mmであり、
前記フィルムの場合は厚さ10〜600μm、好ましくは20〜300μmである請求項1乃至9いずれかの超軽量な防音材。 - 前記通気性の共振層の通気度は、8.0〜1.0cm 3 /cm 2 ・secである請求項1乃至10いずれかの超軽量な防音材。
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