JP4108933B2

JP4108933B2 - 吸音用微小穿孔ポリマーフィルムおよびそれを用いた吸音材

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Inventors: ビー．ウッド，ケネス
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Current assignee: 3M Co
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Filing date: 1999-01-18
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Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に吸音に関し、特に、吸音用微小穿孔ポリマーフィルムならびにそのようなフィルムを使用した吸音材に関する。
【０００２】
発明の背景
吸音材は、音を吸収するために多くの異なる分野で幅広く使用されている。最も一般的な吸音材は繊維を主成分としており、ガラス繊維、連続気泡ポリマーフォーム、主としてポリウレタンから誘導される材料に繊維を吹き付けたもの、および防音タイル（繊維状材料および／または粒子状材料の凝集物）などの繊維状材料を使用している。このような繊維系吸音材は、音響エネルギーの間隙における摩擦的散逸に依拠するものであり、比較的広帯域の吸音に好都合に使用することができる。広帯域の吸音という利点を有するのであるが、繊維系吸音材は固有の重大な欠点を有する。このような吸音材は、粒子状物質を放出しやすく、周囲環境の空気の質が低下して有害となることがある。また一部の繊維系吸音材は、熱または火に対して敏感であり、および／または耐熱／耐火性を付与するための高価な処理が必要となる。その結果、多くの状況において繊維系吸音材は使用が制限される。
【０００３】
穿孔シートも吸音材として使用されている。通常、これらのシートは穿孔した比較的厚い金属などの材料であり、比較的大きい穴径（例えば、１ｍｍを超える穴径）を有する。一般に穿孔シートは２種類の方法で使用される。穿孔シートを単独で反射面に使用して、比較的トーンのある音の狭帯域の吸音性が得られる。穿孔シートは、より広いスペクトルにわたって吸音性を得るために繊維状材料の表面仕上材としても使用される。後者の場合、通常穿孔シートは保護の役割を果たし、繊維状材料とともに吸音性を付与する。微小穿孔シート系吸音材も、吸音性が得られると示唆されている。従来の微小穿孔シート系吸音材は、金属製またはガラス製の比較的厚く（例えば、２ｍｍを超える）硬質の穿孔シート、または入射音波を受けたシートの振動を減少させる補強条片で外部から支持または補強して提供されるより薄い穿孔シートのいずれかで使用される。
【０００４】
例えばＦｕｃｈｓは米国特許第５，７００，５２７号において、２〜２０ｍｍのガラスまたは合成ガラスの比較的厚くて硬質の穿孔シートを使用する吸音材を教示している。Ｆｕｃｈｓは、比較的硬質の合成ガラスのより薄いシート（例えば厚さ０．２ｍｍ）を使用し、入射音がシートの振動を引き起こさないような方法で厚くしたり条片に接着したりしてこれらのシートを補強することを提案している。この場合、補強した薄いシートは、下にある反射面から２４インチの位置に配置される。Ｍｎｉｃｈは米国特許第５，６５３，３８６号において、航空機エンジンの音響減衰構造の修復方法を教示している。音響減衰構造は一般に、一方の面に穴の開いていない裏材料シート、もう一方の面には穿孔アルミニウムシート（開口部直径約０．０３９〜０．０９インチ）が接着され、さらに穿孔アルミニウムシートに接着された多孔質ワイヤークロスを有するアルミニウムハニカムコアを具備する。Ｍｎｉｃｈによると、この音響減衰構造は、ワイヤークロスの破損箇所を除去し、下にある穿孔アルミニウムシートに微小穿孔プラスチックシートを接着することによって修復可能である。この方法では、微小穿孔プラスチックシートが穿孔アルミニウムシートによって外部から支持されて複合積層構造が形成され、元のワイヤークロスと穿孔シートの積層構造体と同様の吸音性が得られる。
【０００５】
これらの穿孔シート系吸音材は繊維系吸音材に固有のいくつかの欠点を克服することができるが、これらは高価であるか、多くの用途で利用が制限されうる。例えば、非常に厚いおよび／または非常に固い材料の使用、あるいは穿孔シートのための補強条片または外部支持体の使用が原因となって、このようなシートを使用する吸音材は使用が制限される。厚さ／剛性または条片／外部支持体を必要とすることも、穿孔シートの製造が高価となる理由となる。最後に、穿孔シートは、費用のかかる小さな直径の穿孔が必要となるか、さもないと有階調音を含む制限された状況で使用する必要がある。例えば、広帯域の吸音を実現するために、従来の穿孔シートでは高いアスペクト比（穴の深さと穴径の比）の穿孔を設ける必要がある。しかし、このような小さな穴径の形成に使用されるパンチング法、スタンピング法、またはレーザー穿孔法は非常に費用がかかる。従って、吸音業界において、安価で用途の広い吸音材がなお求められている。本発明はこれらとその他の要求を解決する。
【０００６】
発明の要約
本発明は一般に、吸音のための比較的薄く可撓性の微小穿孔ポリマーフィルムとそのようなフィルムを使用する吸音材とを提供する。本発明の実施態様の１つによる吸音材は、表面と、該表面の近くに配置される曲げ剛性が１０⁷ｄｙｎ・ｃｍ以下の微小穿孔フィルムとを具備し、該フィルムと該表面の間には空隙が形成される。微小穿孔フィルムは、複数の微小穿孔と、空隙の少なくとも一部にわたるフリースパン部分とを具備する。一部の実施態様では、フリースパン部分は可聴可聴周波数スペクトルの特定周波数の入射音波に応じて振動可能であり、同時に吸音材は音を吸収する。
【０００７】
本発明の１つの実施態様による吸音材に使用される微小穿孔ポリマーフィルムは、厚みがあり内部に複数の微小穿孔が形成されたポリマーフィルムを含む。微小穿孔のそれぞれは、フィルム厚さ未満の最小直径を有し、最小直径より大きな最大直径を有する。最小直径は例えば、１０〜２０ミルもしくはそれ以下の範囲となりうる。この微小穿孔ポリマーフィルムは、比較的薄くかつ可撓性であってもよい。
【０００８】
本発明の上記要約は、本発明のそれぞれの図示した実施態様およびそれぞれの実施を説明することを意図するものではない。以下の図面および詳細な説明によってこれらの実施態様がより具体的に例示される。
【０００９】
本発明は種々の変型および代替形態に適用可能であり、それらの特定のものは図示の例によって示したものであり、以下に詳細に説明する。しかし、説明する特定の実施態様に本発明が限定されるのではないことを理解されたい。逆に、本発明は、添付の請求の範囲によって定義される本発明の意図および範囲に含まれるすべての変型、同等物、および代替案を包含している。
【００１０】
詳細な説明
図１は、穿孔シート系吸音材を概略的に示している。一般に吸音材１００は、反射面１２０の近傍に配置する穿孔シート１１０を含み、これらの間に空隙１３０が規定される。一般に穿孔シート１１０は、直径がｄ_hで長さシート１１０の厚さに対応するｌ（エル）_hの複数の穿孔または穴１１２を含む。後述するが、穴径ｄ_hと長さｌ_hならびに空隙の深さｄ_cおよび穴１１２の間隔ｈ_sは、吸音材１００の吸音性能に強い影響を与える。概念的には吸音材１００は、質量成分としての穴１１２を往復して振動する空気の栓（プラグ）１１４、そしてばね成分としての空隙１３０内の空気の剛性を含む共鳴系として可視化することができる。入射音波に応答して、空気栓１１４が振動し、それによって音響エネルギーが運動する空気栓１１４と穴１１２の壁面との間の摩擦により散逸する。
【００１１】
図２は、穿孔シート系吸音材の例示的吸音スペクトルを示している。一般に吸音スペクトル２００は、周波数の関数としての吸音材の吸音率（α）で表される。吸音率αは、以下の関係：
α（ｆ）＝１−Ａ_ref（ｆ）／Ａ_inc（ｆ）［１］
で表され、式中、Ａ_inc（ｆ）は周波数ｆの音波の入射振幅であり、Ａ_ref（ｆ）は周波数ｆの音波の反射振幅である。一般に吸音スペクトル２００は、第１ピーク２０２における周波数Ｆ_pのピーク吸音率（α_p）と、第２ピーク２０４と、第１ピーク２０２と第２ピーク２０４の間で吸音率αが相対的に最小になる節の周波数Ｆ_nとを含む。吸音スペクトルの特色または性能は、吸音率αが０．４以上となる周波数範囲ｆ₁〜ｆ₂と、吸音率αが０．４未満となる第１ピーク２０２と第２ピーク２０４の間の周波数範囲ｆ₂〜ｆ₃を用いて特徴づけることができる。通常、第１ピーク幅比ｆ₂／ｆ₁（Ｒ_p）が最大化され、第一節幅比ｆ₃／ｆ₂（Ｒ_n）が最小化されることが望ましい。
【００１２】
図３は、吸音に対する穴径の影響を示す表である。図３に示す垂直入射吸音率は、ＩｎｇａｒｄのＮｏｔｅｓｏｎＳｏｕｎｄＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，Ｃｈａｐｔｅｒ２に示される硬質穿孔フィルム系吸音材のモデリング法を使用して求めた。特に、周波数の関数としての垂直入射吸音率は、穴径ｈ_d、穴長さｈ_l（フィルムの厚さに相当する）、空隙深さｃ_d、および穴間隔ｈ_s（例えば、図１に図示したようなもの）のパラメータに基づいて計算した。図３は、各穴径についてのピーク吸音率α_p、ピーク吸音率α_pが得られるピーク周波数Ｆ_p、周波数範ｆ₁およびｆ₂（これらの間ではαが０．４以上となる）、その幅比Ｒ_p、周波数ｆ₂およびｆ₃（これらの間ではαが０．４未満となる）、およびその幅比Ｒ_nを示している。これらの結果は、穴長さすなわちフィルム厚さを１０ミル（０．２５ｍｍ）として求めた。各穴径について、ピーク吸音率と最も広範囲の吸音スペクトル（比Ｒ_pに基づく）を含むように穴間隔を変動させた。
【００１３】
図３に見ることができるように、穴径が減少すると、吸音スペクトルの質が向上する。従って、穿孔シートを使用する吸音材の場合、広帯域の吸音性（例えば、Ｒ_p２．０）を得るために穿孔の直径を小さくすることが望ましい。しかし公知の吸音材では、非常に高価なものを除けば広帯域の吸音性が実現できていない。例えば、前述のように、従来の微小穿孔シート系吸音材では、小さなアスペクト比を実現するために費用のかかるレーザー穿孔による穴が必要であり、さらに非常に固いおよび／または非常に厚い材料も必要となるか、あるい外部支持構造または補強条片を使用して穿孔シートを補強しその振動をなくす必要がある。本発明はこれらの不備を克服し、薄く可撓性の微小穿孔フィルムを含み広帯域の吸音が可能である微小穿孔フィルムと、安価で広範囲の用途に使用できる吸音材とを提供する。本明細書を読むにあたって、入射音波に応答してフィルムが振動することを防止するためのフィルムの外部支持体または補強条片によるフィルム補強を実質的に使用せずに、比較的薄く可撓性の吸音用微小穿孔ポリマーフィルムの使用の妥当性を教示し証明することによって、本発明が従来の見識に挑むものであることを強調し言及しておく。
【００１４】
図４は、本発明の実施態様の１つによる比較的薄く可撓性の微小穿孔ポリマーフィルムを使用する例示的吸音材を示している。この例示的吸音材４００は通常、反射面４２０の近くに配置する比較的薄く可撓性の微小穿孔ポリマー反射面４１０を具備し、これらの間で空隙４３０が規定される。微小穿孔ポリマー反射面４１０は通常、実質的に穿孔、間隙の空間、または蛇行した経路の空間を実質的に含まない固体で連続的なポリマー材料から作製される。通常、フィルムは曲げ剛性が約１０⁶〜１０⁷ｄｙｎ・ｃｍ以下、厚さが８０ミル（２ｍｍ）未満、さらには約２０ミル以下である。微小穿孔ポリマー反射面４１０は通常、反射面４１０の厚さ未満の最小直径の微小穿孔または穴４１２を含む。反射面４１０のポリマーの種類、ならびに具体的な物理的特性（例えば、厚さ、曲げ剛性、表面密度、穴径、穴間隔、穴の形状）は後述のように変動させることができる。通常、反射面４１０は、フィルム全体にわたって厚さが実質的に均一である。すなわち、フィルムは補強または厚膜化条片が不要であり、微小穿孔近傍で発生しうる変動を除けば厚さが均一であり、これは後述の微小穿孔形成および／またはスキン薄層除去方法、および製造工程の通常の変型によって得ることができる。
【００１５】
微小穿孔ポリマー反射面４１０は、多くの異なる方法によって反射面４２０の近くに配置することができる。例えば、反射面４１０は、反射面４２０を含む構造体に取り付けることができる。この場合、反射面４１０は構造体の端および／または内部に取り付けることができる。反射面４１０は、反射面４２０近傍の構造体からカーテンのようにつり下げることもできる。好都合には、この構造体では、外部支持体なしに微小穿孔反射面４１０が比較的広い面積に及ぶことができる。ある場合には、フィルムのフリースパン部分（すなわち、フィルムが外部構体と接触していないフィルムの範囲）が入射音波に応答して振動するが、振動が発生してもそれが吸音には大きく影響しないことが分かった。限定するものではない例を挙げると、好適なフリースパン部分は、約１００ミル（２．５ｍｍ）から周囲の環境によってによって単独に決定される上限までの範囲をとることができる。さらに、図示した反射面４２０は平坦であるが、本発明がそれに限定されるわけではない。反射面４２０の輪郭は、その用途に依存して変動させることができる。
【００１６】
前述したように、多数の要因が吸音材の吸音特性に影響する。この実施態様は主として、穴の形状やフィルムの物理特性などの微小穿孔反射面４１０の特性に関する。穴間隔、空隙深さ、および反射面４２０の特性などの他の要因は、特定の用途に最適化することができる。例えば、空隙深さおよび／または反射面４２０は、任意の特定の種類の微小穿孔ポリマーフィルムの場合に吸音スペクトルを最適化するために適合させることができる。吸音に関係する最も一般的な周波数範囲（おおよそ１００〜１００００Ｈｚ）では、平均空隙深さとして０．２５インチ〜６インチを選択することができる。吸音スペクトルを広くするために、空隙深さを変動させることができる。また、ある場合、特に非垂直入射音を含む場合では、裏材料（バッキング）の空隙を分割すると有用なこともある。所与の微小穿孔ポリマーフィルムの場合に吸音スペクトルを最適化するために、穴間隔も変動させることができる。多くの用途の場合、穴間隔は通常約１００〜４，０００個／平方インチの範囲である。希望するなら特定の穴のパターンを選択することができる。例えば、正方形の配列を使用することができ、あるいは互い違いの配列（例えば、六角形の配列）を使用することもでき、これによって微小穿孔フィルムの引裂き強さを向上させることができる。希望するなら穴の大きさおよび／または間隔もフィルム全体で変動させることができる。
【００１７】
穴４１２に関して述べると、穴４１２は通常、フィルム厚さよりも小さい最小直径を有し、通常は２０ミル未満である。穴の形状および断面を変化させることができる。穴６００の断面は、例えば円形、正方形、六角形などであってもよい。非円形の穴の場合、本明細書において直径という用語は、非円形断面と同じ面積を有する円の直径を意味するために使用される。穴４１２は、従来技術と同様に穴の長さ全体で比較的一定の断面を有することができる。ある実施態様によると、穴４１２はフィルム厚さ未満の最小直径から最大直径までの範囲で変化する直径を有する。決して網羅的なものではないが、穴の形状の具体例を図５Ａ〜図５Ｃおよび図６に示す。
【００１８】
図６は特に、本発明の実施態様の１つによる例示的テーパー穴６００を示している。前述の穴４１２もこのような形状をとることができる。穴６００は一般にテーパー端部６０６を有し、フィルム厚さｔ_f未満である最小直径（ｄ_n）６０２と、最小直径６０２より大きい最大直径（ｄ_w）６０４とを有する。これによって、穴６００のアスペクト比（例えば、ｔ_f：ｄ_n）は１を超え、希望するなら実質的に１を超える。後に詳述するが、テーパー穴（および他の穴）を安価に作製可能な製造工程について検討する。この製造方法では、レーザー穿孔またはボーリングなどの費用のかかる方法を使用せずに高アスペクト比を実現することができる。
【００１９】
例示的な穴６００は通常、最小直径６０２近傍で縁６０８を形成するテーパー端部６０６を一般に含む。後述するが、縁６０８は製造工程の結果得ることができる（例えば、スキン薄層の除去の間）。通常はいくぶん不揃いであるが縁６０８は通常、長さｌ（エル）が４ミル以下であり、より多くの場合約１ミルであり、その平均直径は最小直径６０２とほぼ等しい。穴６００の最小直径６０２と最大直径６０４は変化させることができ、これはテーパー端部６０６の勾配にも影響し、最小直径６０２は通常フィルム厚さ未満であり、例えばフィルム厚さｔ_fの約５０％以下、さらには３５％以下にすることができる。絶対的な値で言うと、最小直径は希望に応じて、例えば、２０ミル以下、１０ミル以下、６ミル以下、さらには４ミル以下にすることができる。最大直径６０４はフィルム厚さｔ_fと比べて、小さくても、大きくても、等しくてもよい。ある実施態様では、最大直径は最小直径６０２の約１２５％〜３００％の範囲となる。
【００２０】
例示的な穴６００は、高アスペクト比および形状の他の特徴の両方の結果として、従来の穿孔より有意な利点が得られる。この利点を説明するために、図７に、曲げ剛性１．７×１０⁵ｄｙｎ・ｃｍ、厚さ２０ミルの微小穿孔ポリマーフィルムで、テーパー穴６００の穴間隔６５ミル、最大直径３２ミル、最小直径７ミル、縁（リップ）約１ミルの場合について、周波数の関数としての吸音率スペクトル７００を示す。微小穿孔ポリマーフィルムの直径２８ｍｍ（１１２０ミル）の部分をインピーダンス管を横断するように広げることにより、公知のインピーダンス管試験を使用して、このスペクトル７００を得た。具体的には、フィルムが入射音に対して垂直に配置するように、両面テープを使用してフィルムの端をインピーダンス管のフランジに接着した。インピーダンス間の密封した末端部分によって、反射面が得られ、空隙の深さが規定された。次にフィルム試料に垂直入射音を当て、ＡＳＴＭ１０５０Ｅプロトコルを使用して周波数の関数としての吸音率を求めた。実験的に求めた吸音率スペクトル７００を前述のＩｎｇａｒｄのモデルを使用して作成したモデル曲線７０２と合わせて示しており、このモデル曲線は硬質微小穿孔フィルム系吸音材で、同じ空隙深さ（０．８インチ）および穴間隔を有し、最小直径７ミルとフィルム厚さおよび穴の長さ１ミルを使用したものである。図から分かるように、図７は実験データ曲線７００とモデル曲線７０２が非常によく一致していることを示している。図７の微小穿孔ポリマーフィルムは、広帯域の吸音が得られ、幅比Ｒ_pが約５．５である。
【００２１】
図８は、テーパー穴６００の利点をさらに説明する表である。図８は、例示的スペクトル７００とＩｎｇａｒｄの式を穴断面Ａ〜Ｅ（図６に示される）に関して使用して求めたモデルスペクトルとの両方について、ピーク吸音率α_pとαが０．４以上となる周波数範囲ｆ₁〜ｆ₂を示している。穴の断面Ａ〜Ｅについて、穴長さ（すなわち、穴の断面と最小直径を有する面との距離）および記載の穴断面の平均穴径の数値をＩｎｇａｒｄモデルに代入した。例えば、穴断面Ａの場合は穴長さ２０ミル（この場合、フィルムの厚さと一致する）および穴径１９ミル（記載の長さの平均穴径に対応する）を使用した。図８は、最小直径７ミルで縁が１ミルのテーパー穴６００が、直径７〜９ミルで長さ１〜５ミルであるまっすぐな壁面の穴と同様の特性を有することを示している。従って、例示的な穴６００は、フィルム厚さ（２０ミル）よりはるかに小さい穴長さ（例えば、１〜５ミル）で有効となる。
【００２２】
有効穴長さと比べて厚いフィルム厚さにすると、非常に好都合となる。例えば、短い穴長さの音響性能を、希望するなら厚いフィルムの強度および耐久性と組み合わせることができる。これによっていくつかの実際的な利点が得られる。例えば、長さ１０ミルで直径４ミルのまっすくな壁面の穴の場合、最適穴間隔（例えば、１＞０．４および高１_p）は約２０ミルである。これは、１平方インチ当り約２５００個の穴密度で、最小穴径に基づく開口面積率が約３％に相当する。最小直径４ミルで縁１ミルのテーパー穴を使用すると、上記のものと実質的に同等となる「最適」吸音スペクトルは、穴間隔３５ミルで得ることができる。これは、穴密度が約８００個／平方インチで、開口面積率約１％に相当する。所与の吸音性能では、テーパー穴の使用によって可能となる非常に低い穴密度によって、はるかに費用効果の高い製造が可能となる。また、開口面積が減少することによって、微細穿孔フィルムを液体の水、水蒸気、油、塵や破片などのバリアとして、より効果的に使用することができる。
【００２３】
フィルム厚さ、表面密度、および曲げ剛性などの微小穿孔ポリマー反射面４１０の物理的特性も、吸音材を設計するための用途に依存して変動させることができる。特に、ある状況ではフィルムの物理的特性によって、入射音に応答してフィルムが振動しうるが、一方、振動が減少するように特性を選択することができ、あるいは補強条片または接着剤付き条片をポリマーフィルムに取り付けなくてもフィルムの振動する周波数を変化させることができる。後述するが、例えばポリマーに添加剤を混入して、反射面４１０の物理的特性を希望のものに変えて、フィルムの振動を減少させたり、関心のある範囲から外れた周波数に反射面４１０の共鳴周波数をシフトさせたりすることができる。添加剤の使用によって、例えば、フィルムの振動特性を変更しながら、実質的に均一な厚さの微小穿孔ポリマーフィルム（例えば、分離した材料の条片を使用せずに）を作製することができる。
【００２４】
図９〜図１３は、種々の穴の特性および物理的特性を有する比較的薄く可撓性の微小穿孔ポリマーフィルムを使用した吸音材の吸音スペクトルを示している。他に明記しない限り、それそれの吸音率スペクトルは、微小穿孔ポリマーフィルムの直径２８ｍｍの円形部分を前述と同様の方法でインピーダンス管に広げることにより、公知のインピーダンス管試験法を使用して測定した。２８ｍｍのフリースパンの使用は、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。逆に、前述のように、フリースパンが１００ミル以上の範囲の比較的薄い微小穿孔ポリマーフィルムを使用した吸音材も使用することができる。全体的な特性の詳細についていは後述するが、試験したフィルムの穴には通常、前述の穴６００と同様にはテーパーが付けられていることをさらに明記しておく。一般に、図９〜図１３は、比較的薄く可撓性の微小穿孔ポリマーフィルムが吸音のため幅広い用途に使用可能であり、例えば、補強条片は実質的な外部支持体をまったく使用せずに広帯域吸音用途に使用可能であることを示している。
【００２５】
図９は、曲げ剛性１．７×１０⁵ｄｙｎ・ｃｍ、フィルム厚さ約２０ミル、最小直径約６ミル、縁の長さ約１ミル、穴間隔５３ミルの微小穿孔ポリプロピレンフィルムの吸音率スペクトルを示している。吸音スペクトル９０２、９０４、および９０６のそれぞれは、記載の異なる空隙深さにおける吸音率スペクトルを示している。図１０は、いくぶん曲げ剛性が低く（５．４×１０⁴ｄｙｎ・ｃｍ）、フィルム厚さ約１５ミル、最小直径約４ミル、縁の長さ約１ミル、穴間隔約４５ミルの微小穿孔ポリプロピレンフィルムの吸音率スペクトルを示している。図１０の吸音スペクトル１００２〜１０１０も、記載のように空隙深さを変化させたものである。図９および図１０のそれぞれにおいて、吸音スペクトル４０６および１００２〜１０１０の第１ピーク中のノッチ９２０および１０２０は、フィルムの振動（すなわち、フィルムの運動エネルギーと曲げに関するフィルムのポテンシャルエネルギーとの間の共鳴伝達によるフィルムの動き）のために発生し、通常はフィルムの基本共鳴周波数（以下「共鳴周波数」とよぶ）において発生する。フィルムの運動が、微小穿孔の壁面に対する空気の栓の運動をわずかに減少させ、そのためその周波数における吸音率がわずかに減少することによって、ノッチが発生すると考えられる。特に図９では、ノッチ９２０は約１６００Ｈｚで発生し、図１０ではノッチ１０２０は約１０００Ｈｚしている。
【００２６】
図９および図１０は、フィルムの共鳴による小さな異常であるノッチが発生するにもかかわらず、微小穿孔ポリプロピレンフィルムが優れた吸音性を示すことをはっきりと示している。例えば、図９のスペクトルはピーク幅比（Ｒ_p）が約６〜７の範囲であり、図１０のスペクトルはピーク幅比（Ｒ_p）が約５〜８の範囲である。さらに、入射音に応答したフィルムの振動は通常、特定かつ限定された周波数範囲（例えば、通例フィルムの共鳴周波数において）の吸音にのみ影響し、関心のある周波数範囲の大部分では吸音性は低下しない。例えば、図９および図１０、ならびに図７において、微小穿孔ポリマーフィルムによって、ノッチが発生するにもかかわらず比較的広帯域の吸音性が得られる。
【００２７】
さらに、微小穿孔ポリマー反射面４１０は、非常に可撓性のフィルム（例えば、曲げ剛性が約１０⁵ｄｙｎ・ｃｍ以下のオーダー）から作製し、実質的な外部支持体または補強ストリップを必要とせずに十分な吸音性を得ることも可能である。用途に依存して、曲げ剛性のより低いフィルムでさえも、より固いフィルムよりも優れた性能を示すことが可能である。図１１は、例示的可撓性微小穿孔ポリウレタンフィルムの吸音スペクトルを示している。この例示的例示的ポリウレタンフィルムは、曲げ剛性が約４×１０³ｄｙｎ・ｃｍ、フィルム厚さが２０ミル、最小直径が８ミル、縁の長さが約１ミル、穴間隔が６５ミル、空隙深さが０．８インチである。非常に可撓性の可塑化弾性ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フィルムを使用しても同様の結果が得られた。吸音率スペクトル１４００から分かるように、この非常に可撓性のポリウレタンフィルムによって広帯域の吸音性が得られ、Ｒ_p比として約４を得ることができる。さらに、例示的な非常に薄く可撓性のポリウレタンフィルムの吸音率スペクトル１４００では、フィルムの振動に特徴的なノッチがみられない。振動が非常に小さいか、吸音率の低い周波数にフィルムの共鳴周波数があるためにこのようなことが起こるものと考えられる。
【００２８】
基本共鳴周波数でさえフィルムの振動は吸音に実質的に影響を与えないこともあるが、場合によると、所与の周波数でのフィルム振動を小さくする、フィルムの基本共鳴周波数をシフトさせる、または関心のある周波数範囲ではフィルムの共鳴運動が起こる可能性の低い構成にフィルムを配置することが望ましい場合もある。本発明は、当技術分野で提案される強化条片を使用せずにこのような修正を実現するための、ポリマーフィルムの物理的特性の変更方法を提供する。微小穿孔ポリマーフィルムの振動は複雑であり、微小穿孔によって形成される空気の経路、ならびにフィルム曲げ剛性、フィルム質量または表面密度、フィルム損失係数（すなわち、フィルム損失弾性率と弾性率の比）、およびフィルムがどのように支持されるかなどの境界条件を含めた多数の異なる要因に依存する。フィルムまたはパネルなどの固体材料は、図２２に示すように材料の性質および周波数の関数として、入射音に対して異なる応答を示しうる。このような挙動は透過損失または透過率で通常は評価され、透過損失または透過率は、材料が動くことによって固体材料を透過する入射音のパーセンテージを測定した値である。このような透過パラメータは穿孔材料の場合には定量的に正確ではないが、材料が微小穿孔を含んでも含まなくても、入射音による材料の動きやすさの一般的表現としてこれらのパラメータを使用することができる。図２２に示されるように、代表的な３つの挙動形態が見られる。第１の形態は「剛性支配」形態と呼ばれる。この形態では、フィルムの曲げ剛性に、フィルム質量と、フィルムの搭載方法によって設定される境界条件とを組み合わせたものが、フィルムの振動する傾向を支配する。前述したように、通常この形態における主な振動はフィルムの基本共鳴振動である。第２の形態は「質量支配」形態と呼ばれ、フィルム質量がその振動特性を支配する傾向にある。最も高い周波数で発生する第３の（「臨界周波数」）形態では、フィルムの振動の傾向は再び曲げ剛性によって支配されるが、「剛性支配」形態とはいくぶん異なる機構によって支配される。
【００２９】
挙動の種々のモードを考慮すると、フィルムの吸音スペクトルに関してのフィルム振動の影響が修正されるように、微小穿孔フィルムの特性を選択的に変化させることができる。例えば、剛性支配形態で作用するような方法でフィルムが配置される場合には、フィルムの曲げ剛性が重要な役割を果たしうる。小さな穴を無視すると、フィルムの曲げ剛性（Ｂ_s）は以下の関係に従う：
Ｂ_s＝Ｆ_m／（１２ｔ³）［２］
式中、Ｆ_mはフィルムの曲げ弾性率であり、ｔは厚さである。弾性率および／またはフィルム厚さを変化させることで、曲げ剛性を変化させることができ、共鳴周波数をシフトさせることもできる。フィルムの厚さを減少させて曲げ剛性を低下させると、フィルムの共鳴周波数が低い方にシフトする。図９〜図１０および図１２〜図１３を比較することによって説明できる。前述のように、図９は曲げ剛性が約１．７×１０⁵ｄｙｎ・ｃｍの微小穿孔ポリプロピレンフィルムの吸音率スペクトル９０２〜９０６を示しており、図１０は曲げ剛性が約５．４×１０⁴ｄｙｎ・ｃｍのより剛性の低い微小穿孔ポリプロピレンフィルムの吸音率スペクトル１００２〜１０１０を示している。これらの図から分かるように、図１０のノッチ１０２０は図９のノッチ９２０よりも低い周波数で発生している。図１２および図１３は、さらに薄くそのためより剛性の低い微小穿孔ポリプロピレンフィルムの吸音スペクトルを示している。図１２では、ノッチ１２２０は８００〜１０００Ｈｚまで下がった。図１３ではノッチ１３２０は約６００Ｈｚまで下がった。
【００３０】
フィルム曲げ剛性を変化させると吸音スペクトルのノッチの周波数をシフトさせることができるが（前述の通り）、ノッチの大きさにも影響を与えることができる。例えば、図１０のノッチ１０２０は、図９のノッチ９２０よりも明確である。従って、微小穿孔フィルムの曲げ剛性は、フィルムの共鳴周波数がシフトするように選択することができるし、あるいは共鳴周波数におけるフィルムの振動の大きさを変化させるように選択することもでき、それによって所望の用途における最適吸音率スペクトルを得ることができる。
【００３１】
前述の議論を考慮すると、フィルムの基本共鳴周波数の周波数をシフトさせたりあるいは大きさを変化させたりするために、曲げ剛性を操作することができる。実際、可聴範囲において質量支配的にフィルムが作用するような低周波数でフィルムの基本共鳴が発生するように、曲げ剛性を選択することができる。最後に。フィルムの臨界周波数が可聴範囲よりもはるかに高くなるように、曲げ剛性を選択することができる。当技術分野の教示とは対照的、非常に低い曲げ剛性（例えば、＜１０⁵ｄｙｎ・ｃｍ）のフィルムでも良好な得られることにさらに言及しておく。さらに当技術分野とは対照的に、非常に低い曲げ剛性を有する柔軟で可撓性のフィルムは、曲げ剛性のより高いフィルムよりも優れている場合がある。例えば、この機構による振動の影響を受けそうにない当技術分野の厚く硬質のフィルムとは対照的に、本発明のフィルムは可聴範囲で臨界周波数振動を示す可能性が低い。
【００３２】
最も一般的には表面密度（単位面積あたりの質量）で表される固体材料の質量は、入射音に対する材料の応答においても重要な働きをしうる。表面密度の要用な働きについては、図１１と、図１２および図１３を比較することによって容易に理解できる。これらのフィルムの曲げ剛性（１０³〜１０⁴ｄｙｎ・ｃｍの範囲内）は同程度であるが、図１１の２０ミルのポリウレタンフィルムは表面密度が０．０５ｇ／ｃｍ²であり、図１２の１０ミルのポリプロピレンフィルムの０．０２ｇ／ｃｍ²および図１３の５ミルのポリプロピレンフィルムの０．０１ｇ／ｃｍ²よりも表面密度が高い。これらを比較すると、図１１の高表面密度ポリウレタンフィルムはノッチが発生しないが、図１２および図１３の２種類のより表面密度が低いポリプロピレンフィルムではノッチが発生していることがはっきりと分かる。図１２および図１３のフィルムはピーク幅比Ｒ_pが図１３のフィルムよりも高いが、これは表面密度の差というよりは穴系の差によるものである。
【００３３】
フィルム質量の役割のさらなる詳細について、図２２を参照にしながら議論する。ある条件において、固体材料の質量が入射音の応答の主要な決定要因となりうる。「質量支配」挙動と呼ばれるこの挙動は、一般に低剛性および／または大きなフリースパンの場合により起こりやすい。所与のフィルムの場合、質量支配形態は剛性支配形態よりも高周波数で起こる。このような場合のフィルムの応答は図１４を参照しながら議論することができ、この図は周波数と表面密度の関数としての透過率の表を示している。透過率は、固体フィルムが動くことによって固体フィルムを透過する入射音のパーセンテージを表している。微小穿孔フィルムを透過する音の具体的なパーセンテージを定量的に使用することはできないが（音響エネルギーは空気の穿孔も通過可能な場合）、このような方法によって、入射音による所与の表面密度のフィルムの動きやすさの程度を、周波数の関数として示される。透過率はフィルムの表面密度を基準としており、質量支配形態において非常に重要であることを理解されたい。
【００３４】
図１４にさらに示されるように、全表面密度において、周波数が増加すると透過率が急激に低下する。従って、高周波数範囲における吸音が最も重要である場合は、比較的低い表面密度のフィルムで振動が最小となり、そのため優れた吸音性能が得られる。図１４は、より表面密度の高いフィルムを使用するとすべての周波数でより低い透過率（すなわち、振動が少ない）が得られることも示している。すなわち、表面密度の高いフィルムほど、入射音によって動く傾向が低くなる。この要因は質量支配形態のより低い周波数部分のおいてさらに重要であり、その理由はより高い周波数では、より表面密度の低いフィルムでも十分高い質量インピーダンスを得ることができるからである。より周波数の低い場合などでは、フィルムの質量インピーダンスを増加させるために、高表面密度のフィルム（例えば、フィルム厚さおよび／または比重を増加させることによって）を使用すると好都合となりうる。しかし、フィルムを厚くすることによる表面密度の増加は、フィルムの曲げ剛性にも影響を与えることに注意されたい。フィルム剛性を増大させると、入射音によってフィルムが動く傾向をさらに小さくすることができるが、場合によっては剛性の増加により、関心のある周波数範囲での容認できない剛性支配振動が発生することがある。従って、より厚いフィルムは多くの場合望ましくなりうるが、あらゆる場合について最良の方法であるとは言えない。
【００３５】
上記の議論を考慮すると、表面密度は、微小穿孔フィルムの性能を最適化するための非常に有用なパラメータであることが分かる。例えば、フィルムの基本共鳴周波数を希望の通りにシフトさせるために、表面密度を操作することができる。あるいは、フィルムが質量支配形態で使用されるような条件の場合、入射音に応答してフィルムが動く可能性を減少させるために表面密度を操作することができる。
【００３６】
フィルムの減衰能力または内部摩擦も、入射音波に応答してフィルムが振動する傾向に寄与する。フィルムの機械損失係数は、フィルムの内部摩擦の程度を表し、フィルム損失弾性率とフィルム弾性率の比として定義される。高い損失係数によって共鳴による振動振幅の減少、自由振動のより急速な減衰などのいくつかの効果を得ることができ、これらは本発明の用途において非常に好都合である。高損失係数（例えば、≧０．１）のフィルムは自己減衰性であり、入射音によって励起されると、フィルムの運動が熱として散逸される。吸音材のフィルムは、使用温度において十分に高い損失係数が得られるように選択することができる。多くの用途では、少なくとも１相のガラス転移温度（Ｔ_g）が７０℃以下であるポリマーフィルムか、ミクロ不均一フィルム構造をもつように作製したポリマーフィルムが好適である。これは、コポリマーまたはブレンドなどの材料を適切に選択することによって可能となる。また、フィルム曲げ剛性およびフィルム表面密度と同様に、フィルムの損失係数の向上のために、添加剤をフィルムに加えることができる。
【００３７】
曲げ剛性、表面密度、およびフィルムの損失係数は、フィルム厚さを変化させずに調節することができる。これは、フィルム厚さが設計の制限となる用途に非常に好都合である。これらのフィルム特性は、ポリマー材料の選択および／または添加剤の使用によって調節することができる。場合によると、これらの特性を独立的に変更することができる。これによって、フィルムの特性をさらにより細かく最適化することができる。ほとんどの場合、添加剤は、程度は異なるが各特性に影響を与える。これらの場合では、添加剤は、関心のある周波数範囲の容認できない剛性支配または質量支配共鳴を避けるために調節される。例えば、フィルム質量とフィルム剛性の両方がフィルム振動に寄与する中間周波数範囲でフィルムを使用する場合、ポリマーフィルムの表面密度と曲げ剛性の両方を増大させるために好都合となりうる。
【００３８】
表面密度に関しては、微小穿孔ポリマーフィルムの比重は、厚さを変化させずに微小穿孔ポリマーフィルムの表面密度および周波数特性を修正するための高度に調節可能なパラメータとなる。高比重のポリマーとしては例えばポリウレタンおよびＰＶＣが挙げられ、一方ポリエチレンなどのポリマーは通常はより低い比重を有する。炭酸バリウム、硫酸バリウム、炭酸鉛カルシウム、石英、および／またはクレイなどの添加剤を、例えば加工中のフィルムに選択的に混入して、比重を変化させることができる。曲げ剛性に関しては、ポリマーフィルムの弾性率が、フィルム厚さを変化させずに微小穿孔ポリマーフィルムの曲げ剛性および周波数性能を修正するための高度に調節可能なパラメータとなる。フィルムの弾性率を変化させるための好適な方法としては、カーボンブラック、ヒュームドシリカ、ガラス繊維、および種々の無機充填剤などの添加剤、ならびにその他の物質を加工中のフィルムに混入することが挙げられる。フィルム損失係数に関しては、本質的に高い損失係数をもつフィルム材料（例えば、ガラス転移温度が使用温度付近の材料）を選択することができる。あるいは、要求される用途の温度で高い損失係数が得られるように、添加剤をフィルム材料に混入することができる。このような添加剤としては、ミクロ不均一構造が好都合に得られる添加剤、特に１つ以上の相で本質的に高い損失係数が得られる添加剤を挙げることができる。特に好都合であるのは、所与のポリマー材料のガラス転移温度を変化させるために使用することができる可塑剤として一般的に知られる添加剤を使用して、使用温度において高い損失係数を得ることである。
【００３９】
微小穿孔ポリマーフィルムのフリースパンも、任意の物理的制約に加えて所望の吸音スペクトルを考慮して選択することができる。例えば、フィルムのフリースパンを増減させて、関心のある範囲の外にフィルムの基本共鳴周波数をシフトさせたり、質量支配形態と剛性支配共鳴形態の間でフィルムが運動するようにしたりすることができる。図１５は、異なるフリースパンにおけるフィルムの吸音スペクトル１５０２および１５０４を示している。図より分かるように、より大きなフリースパン（１０４ｍｍ）のフィルムのスペクトル１５０２はノッチが見られないが、より小さいフリースパン（２８ｍｍ）のフィルムのスペクトル１５０４は約１０００Ｈｚでノッチ１５２０が見られる。フィルムの共鳴周波数を変化させるために、多くの異なる方法でフリースパンを操作することができる。例えば、フィルムとスペーシング構造体の間を周期的に接触させてフリースパンを制御して、フィルムを固定化せずに共鳴周波数を操作することができる。これは、例えば、フィルムを希望の大きさのより大きな枠に取り付けるか、所望の間隔のグリッド、メッシュ、格子、または枠組みなどのスペーシング構造体とフィルムが接触するように配置することによって実施することができる。必ずしも必要ではないが、希望するのであればフィルムをスペーシング構造体と接着することができる。
【００４０】
要約すると、本発明は、フィルムの動きによる性能の低下を最小限にしながら吸音材として効果的に機能させるために操作可能な多数の可変部分を提供する。これらの可変部分としては、厚さ、曲げ剛性、表面密度、および損失弾性率などのフィルム特性、ならびにフリースパンなどの境界条件が挙げられる。これらの可変部分の間の関係は複雑で相関がある場合もあることに注意されたい。例えばフィルム厚さを変えると、曲げ剛性と表面密度が変化しうる。これらの可変部分のどれが最も影響があるかは、さらに別の可変部分、例えば系のフリースパンに依存しうる。従って、最適の設計を実現するためにこれらの可変部分は用途およびその他の制約（例えば、価格、重量、周囲条件に対する耐性など）を考慮に入れて選択するべきである。
【００４１】
例えば、架橋または加硫するポリマーなどの熱硬化性ポリマーなどの多くの種類のポリマーフィルムから微小穿孔フィルムを作製することができるが、微小穿孔フィルムを作製するための特に好都合な方法ではプラスチック材料を使用する。図１６は、本発明の実施態様の１つによる吸音用微小穿孔プラスチックポリマーフィルムの製造の例示的方法を示している。ブロック１６０２はプラスチック材料の作製を表している。これは、プラスチックおよび添加剤（添加する場合）の種類の選択を含むことができる。好適なプラスチックとしては、多くの用途のための、ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリプロピレン、およびポリ塩化ビニルを挙げることができる。コポリマーおよびブレンドも使用することができる。添加剤の種類および量は変化させることができ、通常は所望のフィルム吸音特性、ならびにフィルムの他の性質、例えば、色、印刷適性、付着性、耐発煙性、難加熱性／難燃性などの性質を考慮に入れて選択される。前述のような添加剤は、プラスチックの曲げ剛性および表面密度を増大させるために加えることもできる。
【００４２】
プラスチック材料および添加剤の種類は、所望の穴径の均一性を考慮して選択することもできる。例えば、ポリプロピレンなどのポリオレフィンでは、本明細書に記載の方法を使用して微小穿孔フィルムを作製した場合に非常に規則的で均一な穴が形成されることが多い。対照的に、一部のＰＶＣプラスチックフィルムでは、不揃いの端を有する非常に不規則な穴が形成されうる。比較的大きな粒子の添加剤を使用したプラスチックフィルムでも、不揃いの端を有する非常に不規則な形状の穴が形成されうる。平均直径が同じである不規則な穴または規則的な穴の吸音特性は通常は同様となることを言及しておく。実際、場合によっては、不規則な壁面の穴が好ましい場合さえある。さらに、良好な吸音特性は、ガラス繊維などの多いな粒径の添加剤を含むフィルムで得ることができる。添加剤の粒径が穴径の大きさを超えることもでき、一方フィルムの吸音性能を大きく損なうことなしに穴の形成を調節することもできる。しかし、場合によっては、正常で均一な穴が形成されると好都合となることがある。例えば、空気の質が特に重要である環境では、比較的均一で正常な穴であれば、破片および粒子状物質の発生が少なく、そのためより正常な環境が得られるため好都合である。
【００４３】
ブロック１６０４は、プラスチック材料に穴を形成するために成形され配列した複数のポストを有する工具をエンボス加工可能なプラスチック材料と接触させることを表しており、これによって吸音材に使用する場合に所望の吸音性が得られる。エンボス加工可能なプラスチック材料は、例えば、押出エンボス加工、または圧縮エンボス加工を含むエンボス加工などの多数の異なる方法を使用した工具と接触させることができる。エンボス加工可能なプラスチック材料は、溶融押出物の形態で工具と接触させても、予備成形された形態のフィルムを加熱したのちに工具と接触させてもよい。通常は最初にプラスチック材料をプラスチック材料の軟化点、融点、またはポリマーのガラス転移温度より高温に加熱してエンボス加工可能な状態にする。続いてエンボス加工可能なプラスチック材料をポスト工具と接触させ、工具とエンボス加工可能なプラスチックがほぼ適合させられる。一般にこのポスト工具は、ポストが延在する基底面を含む。ポストの形状、大きさ、および配列は、材料に形成される穴の所望の性質を考慮して適宜選択される。例えば、図７に示す穴のようなテーパー穴を形成するために、ポストは、所望のフィルム厚さに対応した高さで、最大直径からポストの高さ未満の最小直径までテーパーが付けられた端部を有するものであってもよい。
【００４４】
ブロック１６０６は、プラスチック材料を固化させて、ポストに対応する穴を有する固化プラスチックフィルムを形成することを表している。通常はプラスチック材料を固化させながら、ポスト工具と接触させる。固化させた後、ブロック１６０８に示すように固化プラスチックフィルムをポストツールから取り外す。場合によっては、さらに加工しなくても固化プラスチックフィルムが吸音材への使用に適していることもある。しかし、多くの場合では固化プラスチックフィルムは、１つ以上の穴を覆ったり部分的にふさいだりするスキン薄層を含んでいる。これらの場合では、ブロック１６１０に示されるように、通常は固化プラスチックフィルムから穴を覆ったり部分的にふさいだりするすべてのスキン薄層を移動させる処理を行う。
【００４５】
スキンの除去は、例えば、強制空気処理、熱風処理、火炎処理、コロナ処理、またはプラズマ処理などの多くの種類の方法を使用して実施することができる。このような処理では、スキン薄層と比較してフィルムのバルク部分が比較的質量が大きいため、フィルムのバルク部分に影響を与えずにスキンが移動し除去される。除去処理の種類に依存して、例えばスキンは半径方向に移動して外縁を形成するか、破片として穴から吹き飛ばされるかしてもよい。後者の場合、清浄化方法を効率的に使用して、移動したスキンから発生するどんな小さな残留物でも除去することができる。
【００４６】
スキンを移動させるために火炎処理などの熱的移動処理を使用する場合、その熱エネルギーはフィルムのスキンを有する側から通常は適用され、一方ヒートシンクとして作用する金属面（例えば、ロール）を反対側の面と向かい合うように配置してバルク部分から熱を奪うことができ、それによってフィルムのバルク部分が熱的移動処理の間で変形しないようにすることができる。熱エネルギー処理の間に、穴の開放に役立つように、フィルムを熱エネルギー処理中および／または処理後に張力をかけた状態で維持することができる。これは、例えばフィルムの一方の面に陽圧または陰圧を適用することによって行うことができる。
【００４７】
図１７は、本発明に実施態様の１つによる微小穿孔プラスチックフィルム作製のための例示的押出エンボス加工システムの概略図である。この例示的な押出エンボス加工システム１７００は一般に、エンボス加工可能プラスチックフィルム１７０３が押出される押出ダイ１７０２を備える。一般に平坦な外面１７０７を有する第１ロール１７０６と、外面にポスト１７０９を有する第２ロール１７０８とを備えるニップロールシステム１７０４と流体的に接続された状態で押出ダイ１７０２が配置する。一般にエンボス加工可能プラスチック１７０３はロール１７０６と１７０８の間を流れ、ポスト１７０９と適合し、固化する。次にフィルム１７０５は、ニップロールシステム１７０４から貯蔵容器１７１２に移動させられ貯蔵される。貯蔵容器１７０２は、例えば固化フィルムが巻取られる巻取りロールであってもよい。あるいは、貯蔵容器１７１２はプラスチックフィルム１７０５のカットシートを貯蔵するシート容器であってもよい。例示的システム１７００は、穿孔を覆うスキンを移動させる移動処理システム１７１０をさらに備えることができる。図に示すように移動システム１７１０は、ニップロールシステム１７０４と貯蔵容器１７１２の間にインラインで設置することができる。あるいは、移動処理システム１７１０は、ラインから外れたシステムであってもよい。この場合、貯蔵容器１７１２から貯蔵微小穿孔プラスチックフィルムを、移動処理システム１７１０を有する別の組立ライン移動させる。ロールを主とする工程は非常にコストが軽減されるが、例えば、ニップロールシステムではなくシート様の工具ポストシステムを使用する段階的工程を代わりに使用することもできる。
【００４８】
これまで議論した微小穿孔ポリマーフィルムと加工技術は多くの利点を有する。従来の繊維状材料および穿孔シート材料と比較すると、前述の微小穿孔ポリマーフィルムは製造が比較的安価であり、より広範囲の用途で使用できる。ポスト成形の使用は、高アスペクト比の穴を形成するための比較的安価な方法である。またポスト成形の使用は、フィルムに穿孔を形成する他の方法よりも有意に品質に優位性が見られる。例えば、ポスト成形は、例えば、機械的パンチング法、ドリリング法、またはボーリング法よりも破片や粒子状物質の発生が有意に少ない。前述の方法は、連続的加工も可能であり、従来の加工方法よりも有意にコストを軽減することができる。
【００４９】
前述の微小穿孔ポリマーフィルムは、空気の質に非常に敏感な環境や熱または火炎への依存性が高い環境などのより広範囲の環境にも適している。例えば、多種多様の添加剤を微小穿孔ポリマーフィルムに混入して、難燃性、耐熱性、ＵＶ耐性などの所望の性質を得ることができる。さらに微小穿孔ポリマーフィルムによって、費用のかかる穴形成加工を必要とせずに、広帯域吸音性を含む効率的な吸音性を得ることができる。比較的可撓性である性質のフィルムも、使用の自由度が増大する。例えば、比較的可撓性のフィルムは、フィルムの他の構造体への取り付けおよび／または取り外しが容易になる。このフィルムは、空隙および／または空隙を規定する反射面を横断するように着脱自在に使用することもできる。フィルムを透明にすることもでき、そのため空隙または反射面を目で見て点検することができる。
【００５０】
微小穿孔ポリマーフィルムを使用する吸音材の多くの用途の中のいくつかについてこれから議論する。しかしながら、以下に議論する少数の実施例に本発明が限定されるものではないことを理解されたい。微小穿孔ポリマーフィルムを使用する吸音材は、微小穿孔ポリマーフィルムと、反射面と、フィルムと反射面の間を所望の間隔に保つスペーシング構造体とを具備するパネルなどの１つのユニットとして製造することができる。あるいは、同様の吸音材パネルを反射面を使用せずに作製することもできる。この場合は、微小穿孔ポリマーフィルム系吸音材パネルを既存の反射面の近くに配置することができる。スペーシング構造体は、微小穿孔フィルムの端部および／または内部と接触する単なる壁であってもよい。他の実施態様では、既存の面とスペーシング構造体を使用して微小穿孔フィルム系吸音材を作製することができる。例えば、例えば自動車のボンネットの面の一部（例えば、端部）を支持体として使用し、ボンネット面の一部（例えば、内部）を反射面として使用して、自動車のボンネットの裏面（例えば端部）に接着することによって微小穿孔ポリマーフィルムを取り付けることができる。さらなる実施態様では、複数の層の微小穿孔ポリマーフィルムを、反射面付近に間隔をあけて配置して音を吸収させることができる。
【００５１】
微小穿孔ポリマーフィルムの特に好都合な使用法は、繊維状材料と組み合わせることである。図１８は、反射面１８０４の近傍に配置する微小穿孔ポリマーフィルム１８０２を具備し、これらの間で空隙１８０６が規定され、空隙１８０６の少なくとも一部に繊維状材料１８０８が配置する吸音材１８００を示している。繊維状材料１８０８の種類は変化させることができ、限定するものではないが米国特許第４，１１８，５３１号および第５，２９８，６９４号に記載の種類のものであってもよい。繊維状材料１８０８は、反射面１８０４とフィルム１８０２の間に単に配置するだけでもよいし、あるいは希望するなら微小穿孔ポリマーフィルム１８０２と接着させてもよい。接着は、例えばカレンダー加工などによって材料を互いに部分的に溶融させて行ってもよいし、適用した接着剤を使用して行ってもよい。
【００５２】
図１９は、テーパー穴を有し、フィルム厚さ２１．６ミル、最小直径４ミル、縁１ミル、穴間隔４５ミル、空隙深さ１．７インチで米国特許第５，２９８，６９４号に記載の熱可塑性繊維状材料が充填された吸音材１８００の吸音スペクトル１９０２を示している。図１９には、厚さ１．７インチの熱可塑性繊維状材料単独の吸音スペクトル１９０４と、ポリマーフィルム単独の吸音スペクトル１９０８も示している。図から分かるように、微小穿孔ポリマーフィルムと繊維状材料の複合体は、繊維状材料単独または微小穿孔フィルム単独のものよりも低周波数の吸音性が向上する。
【００５３】
一般に繊維状材料１８０８は空隙１８０６内部の音速を低下させ、それによって有効な空隙深さが増大し、吸音スペクトルがより低い周波数にシフトさせる。低周波数の性能を向上させることに加えて、繊維状材料１８０８は、微小穿孔ポリマーフィルム１９０２の第１節付近の吸音性を増大させることもできる。空隙１８０８内での繊維状材料１８０６の使用によって、フィルム振動を最小限にすることもできる。例えば、図１９において、微小穿孔フィルム１８０２の１０００Ｈｚにおいてノッチ１９２０が発生するという特性は、繊維状材料１８０６を併用した場合には見られない。この場合、当技術分野の教示する硬質化支持体ではなく繊維性材料によって振動を減衰させることによって、フィルム振動の振幅が減少することに注意されたい。従って、優れた吸音性を備えた非常に可撓性で適合可能な構造体を作製することができる。また、微小穿孔ポリマーフィルムと繊維状材料の複合体は、繊維状材料を単独で使用する場合の欠点のいくつかを克服している。例えば、微小穿孔ポリマーフィルム１８０２は難燃性付与のために使用することができるし、繊維状材料１８０６からの粒子状汚染物質を防止することができる。別の実施態様では、繊維状材料１８０６は、反射面１８０４から離して微小穿孔ポリマーフィルム１８０２の外面に設置される。難燃性や汚染物質の調整などのいくつかの利点が失われることがあるが、この実施態様ではより高い周波数での吸音性を向上させることができる。
【００５４】
図２０は、本発明の別の実施態様による例示的なバリア吸音材を示している。バリア吸音材２０００は、反射面２００４の近傍に配置する微小穿孔ポリマーフィルム２００２を備え、これらの間で空隙２００６が形成され、さらに音響透過性であり十分なバリア特性を有する比較的薄い非穿孔フィルム２００８も備える。フィルム１９０８は例えば、液体または粉塵粒子に対するバリアとなりうる。このフィルム２００８に使用されるポリマー材料の厚さは通常、必要な表面密度を考慮することで選択される。一般的には、バリアフィルム２００８は、十分な音響透過性を得るために、表面密度が約０．０１ｇ／ｃｍ²以下である。好適な厚さは通常は約５ミル以下である。フィルム２００８に適した材料としては、ポリ塩化ビニリジン（ＰＶＤＣ）（例えば、ＳａｒａｎＷｒａｐ^TMであり、通常は厚さが４ミル以下である）などのポリマー、およびポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルなどのその他の材料が挙げられる。希望するのであれば、この微小穿孔ポリマーフィルムを変化させることができる。
【００５５】
通常、非穿孔バリアフィルム２００８は、反射面２００４と向かい合う微小穿孔ポリマーフィルム２００２の外面に配置される。この配置によってより良好な吸音性が得られるが、希望するのであればバリアフィルム２００８を微小穿孔ポリマーフィルム２００２の内面に配置することもできる。図２１は、ｓａｒａｎ^TMバリアフィルムＰＶＤＣの４ミルのシートと、テーパー穴を有し、フィルム厚さ１６ミル、最小直径８ミル、縁１ミル、穴間隔６５ミル、空隙深さ０．８インチの微小穿孔ポリプロピレンフィルムとを有する吸音材２０００の吸音スペクトル２１０２を示している。図から分かるように、スペクトル２１０２は優れた吸音性を示しており、特に多くの状況で好都合となりうるより低い周波数において吸音性が優れている。より高い周波数の吸音性を望む場合も、そのような高周波数の吸音性が得られるように微小穿孔ポリマーフィルムの特性を最適化することができる。
【００５６】
微小穿孔フィルム２００２の近傍にバリアフィルム２００８を設置する方法は、バリアフィルム２００８が振動できる状態である限り、様々に変えることができる。例えば、２枚のフィルム２００２および２００８は、２枚のフィルム２００２および２００８の間、通常は２枚のフィルム２００２および２００８の周辺部分に積層用両面接着剤２０１０を使用して互いに取り付けることができる。あるいは、例えば、微小穿孔ポリマーフィルム２００２の上からバリアフィルム２００８を接着することができる。どちらの場合でも、比較的類似した吸音スペクトルが得られる。２枚のフィルム２００２および２００８の材料は、２枚のフィルム２００２および２００８の間の相互作用を考慮して通常は選択される。特に、材料の種類は、バリアフィルムの振動に決定的に影響を与える付着または固着などの２枚のフィルム２００２および２００８の間の相互作用が最小限になるように選択される。例えばＰＶＤＣ／ＰＶＣおよびＰＶＤＣ／ポリウレタンの組み合わせは通常避けられる。フィルム間のある程度の接触は吸音性能に悪影響を与えない場合があるが、固着または浸潤の形態のフィルム間の密接な接触で、特にフィルム面の大部分で接触する場合は、バリアフィルム１９０８が振動して音を透過させる能力の減少が起こりうることを理解されたい。従って、これによって吸音材の吸音性が減少し、音の反射が増加する。
【００５７】
２枚のフィルム２００２および２００８が固着または付着する傾向は、フィルム表面の特性にも依存する。通常、より粗い面は２枚のフィルム間の付着または固着を減少させる傾向にある。従って、通常バリアフィルム２００８は、フィルム２００２の最小直径を有する面よりも粗い、微小穿孔フィルム２００２の最大直径を有する面に対して配置される。
【００５８】
以上に述べたように、本発明は、多数の異なる種類の微小穿孔ポリマーフィルム、およびそのようなフィルムを使用した吸音材に適用可能である。従って、本発明は、前述の特定の実施例に限定されるものと見なされるべきではなく、むしろ添付の請求の範囲において明記される本発明のすべての態様を網羅するものであると理解されたい。本発明を適用可能な種々の変形、等価の方法、ならびに種々の構造は、本明細書を検討することによって本発明に注意を向ける当業者には容易に明らかとなるであろう。請求の範囲はこのような変形、方法、および構造を対象とすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の穿孔シート系吸音材を示している。
【図２】穿孔シート系吸音材の例示的な吸音スペクトルを示している。
【図３】吸音に対する穴径の影響を示す表である。
【図４】本発明の実施態様の１つによる例示的吸音材を示している。
【図５Ａ】本発明の１実施態様による例示的穴断面を示している。
【図５Ｂ】本発明の１実施態様による例示的穴断面を示している。
【図５Ｃ】本発明の１実施態様による例示的穴断面を示している。
【図６】本発明の別の実施態様による例示的穴断面を示している。
【図７】テーパー穴を有する微小穿孔ポリマーフィルムの例示的吸音スペクトルを示している。
【図８】種々の吸音スペクトル特性を示す表である。
【図９】本発明の１実施態様による微小穿孔ポリマーフィルムを使用した種々の吸音材の例示的吸音スペクトルを示している。
【図１０】本発明の１実施態様による微小穿孔ポリマーフィルムを使用した種々の吸音材の例示的吸音スペクトルを示している。
【図１１】本発明の１実施態様による微小穿孔ポリマーフィルムを使用した吸音材の例示的吸音スペクトルを示している。
【図１２】本発明の１実施態様による微小穿孔ポリマーフィルムを使用した種々の吸音材の例示的吸音スペクトルを示している。
【図１３】本発明の１実施態様による微小穿孔ポリマーフィルムを使用した種々の吸音材の例示的吸音スペクトルを示している。
【図１４】周波数と表面密度の関数としての透過率の表を示している。
【図１５】本発明のさらに別の実施態様による例示的吸音スペクトルを示している。
【図１６】本発明の実施態様の１つによる微小穿孔ポリマーフィルムの例示的工程を示している。
【図１７】本発明の別の実施態様による微小穿孔ポリマーフィルムの製造のための例示的製造システムを示している。
【図１７Ａ】図１７の一部の拡大図である。
【図１８】本発明の別の実施態様による例示的吸音材を示している。
【図１９】本発明のいくつかの実施態様による例示的吸音率スペクトルを示している。
【図２０】本発明による別の実施態様による例示的遮断吸音材を示している。
【図２１】本発明のさらなる実施態様による種々の吸音スペクトルを示している。
【図２２】ノイズ（騒音）透過と周波数の関係を示すグラフである。

Claims

反射面を含む構造体に取り付けられる吸音材であって、該吸音材が、
微小穿孔ポリマーフィルムであって、該ポリマーフィルムと前記構造体の表面によってそれらの間に空隙が規定されるように前記構造体の表面の近傍に配置され、かつ最小直径２０ミル以下である複数の微小穿孔であって、該微小穿孔のそれぞれは、前記ポリマーフィルムの厚さよりも小さい最小直径と、最小直径よりも大きい最大直径とを有し、かつその際、前記最大直径は、前記最小直径の１２５％以上である微小穿孔を含む微小穿孔フィルムと、
前記空隙の少なくとも一部に前記微小穿孔フィルムに隣接して配置された熱可塑性繊維状吸音材料と、
を含む、吸音材。
厚さを有するポリマーフィルムと、
該ポリマーフィルム内で規定される、最小直径２０ミル以下である複数の微小穿孔とを含み、該微小穿孔のそれぞれは、該フィルムの厚さよりも小さい最小直径と、最小直径よりも大きい最大直径とを有し、かつその際、前記最大直径は、前記最小直径の１２５％以上である、吸音材に使用される微小穿孔ポリマーフィルム。
請求項２に記載の微小穿孔ポリマーフィルムの作製方法であって、
特定の吸音スペクトルが得られる微小穿孔を提供するために成形され配置された複数のポストを有するポスト工具を提供する工程と、
該ポスト工具とプラスチック材料を接触させて、該ポストの形状に該プラスチック材料を適合させる工程と、
該プラスチック材料を、該ポストの形状の複数の微小穿孔を有する固化微小穿孔プラスチックフィルムへと固化する工程と、
前記プラスチック材料の固化の後で、前記穿孔に形成されたすべてのスキンを移動させる工程と、
を含む方法。