JP4203841B2 - 床面の吸音構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、例えば自動車や列車、航空機などの床面から室内に伝播する騒音を効率的に低減することができる床面の吸音構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば自動車や列車、航空機などの床面は、図９に示すように、床面Ｆにフェルト層２を設け、このフェルト層２上面に遮音層１３で裏打ちしたカーペット３を敷設することで構成されていた。
【０００５】
そして、床面Ｆから伝播した騒音は、まずフェルト層２によって吸音され、このフェルト層２を通過した音がカーペット３裏面の遮音層１３で遮断されるようになっていた。
ところが、従来の床面Ｆにおける吸音層としてのフェルト層２は、その厚みが厚いほど効果的に吸音できるものの、床面Ｆのスペースの制限から５．０ｃｍが限度であり、それ以上厚くすることができないので、十分な吸音効果を確保することができなかった。
【０００６】
一方、カーペット３裏面の遮音層１３は、重くすれば重くするほど遮音性能は向上するのであるが、カーペット３の重量化は、省エネルギー時代の中での車両の軽量化、低燃費化の流れに似あわないものであり、しかも重くすればするほど、取り扱いが困難になり、運搬や床面への敷設作業に支障を来す恐れがある。
このような事情から、従来の車両床面には、十分な吸音対策がなされていないのが現状であった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、床面からの騒音を効率的に低減することができる床面の吸音構造を提供することを目的とするものである。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の床面の吸音構造（以下単に吸音構造という）は、吸音フィルムと、この吸音フィルム両面に積層一体化された多数の貫通孔を有する発泡シートとからなる吸音複合体を床面とカーペットとの間に配置すると共に、前記吸音複合体とカーペットとの間に吸音層を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
図１に示すように、この吸音構造は、床面Ｆ上に配置した吸音複合体１０と、この吸音複合体１０上面に設けた吸音層２と、この吸音層２上に敷設したカーペット３とで構成されている。
【００１０】
図２及び図３に示すように、吸音複合体１０は吸音フィルム２２と発泡シート２１とからなる。吸音フィルム２２は、２枚の発泡シート２１に挟まれて前記発泡シート２１の貫通孔２３に位置する部分がフリーの状態で貫通孔２３内に引張されている。そして、この貫通孔２３内に張設された吸音フィルム２２が、音の衝突によって振動し、この振動により音のエネルギーが摩擦熱として消費され、音が低減される。
【００１１】
このような作用効果を有する吸音フィルム２２としては、音の衝突に敏感に反応して振動できるものであれば、その素材や構造など特に限定されないが、より好ましくは高分子材料に双極子モーメント量を増加させる活性成分を配合したフィルムを挙げることができる。
【００１２】
以下、活性成分を配合した吸音フィルムについて説明する。本発明者は、吸音フィルムについて、前述の振動による摩擦熱の発生、音のエネルギーの消費という吸音のメカニズムに加え、以下の如き吸音のメカニズムも働き、両者が協働して音の低減化がなされることを提案している。
【００１３】
すなわち図６に示すように、フィルム１１に音が衝突すると振動が発生する。このとき、フィルム１１内部に存在する双極子１２に変位が生じる。双極子１２に変位が生じるとは、フィルム１１内部における各双極子１２が回転したり、位相がズレたりすることをいう。
図５に示すような音のエネルギーが加わる前のフィルム１１内部における双極子１２の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、図６に示すように、フィルムに音の衝突によりエネルギーが加わることで、フィルム内部に存在する双極子１２に変位が生じたとき、フィルム１１内部における各双極子１２は不安定な状態に置かれることになり、各双極子１２は、図５に示す安定な状態に戻ろうとする。
【００１４】
このとき、エネルギーの消費が生じるのである。こうしたフィルム内部における双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギー消費を通じて、吸音性能が生じるものと考えられる。
【００１５】
このようなエネルギー消費のメカニズムを考えるとき、図４及び図５に示すようなフィルム１１内部における双極子モーメントの量が、吸音性能に大きく関与していることが解る。本発明者らの実験によれば、フィルム１１内部における双極子モーメント量は、その量が大きければ大きい程、そのフィルム１１の持つ吸音性能は高くなることが解った。
高分子材料により構成されるフィルム内部の双極子モーメントの量は、高分子材料の種類により様々に異なっている。またフィルムに同一の高分子材料を用いたとしても、音が加わったときの温度や音の周波数により、フィルム内部に生じる双極子モーメントの量は変わる。またフィルムに加わる音のエネルギーの大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、この吸音複合体を適用するときの温度や、適用時に加わる音の周波数、エネルギーの大きさなどを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となる高分子材料を選択して用いるのが望ましい。
【００１６】
吸音フィルムの素材として好ましい高分子材料としては、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピルン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などを挙げることができる。
尚、吸音フィルムを構成する高分子材料の選択に際しては、フィルム内部における双極子モーメント量だけに限らず、当該吸音構造の適用形態に応じて、取り扱い性、成形性、入手容易性、温度性能（耐熱性や耐寒性）、耐候性、価格なども考慮するのが望ましい。
【００１７】
この吸音フィルムは、このフィルムを構成する高分子材料に、フィルム内部における双極子モーメント量を飛躍的に増加させることができる活性成分が配合されている。活性成分とは、フィルム内部における双極子モーメントの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分そのものが双極子モーメント量が大きいもの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成分を配合することで、フィルム内部における双極子モーメント量を飛躍的に増加させることができる成分をいう。
【００１８】
例えば所定の温度条件、音の周波数、エネルギーの大きさとしたときの、フィルム１１内部に生じる双極子モーメントの量が、これに活性成分を配合することで、図７に示すように、同じ条件の下で３倍とか、１０倍とかいった量に増加することになるのである。これに伴って、前述のエネルギーが加わったときの双極子の復元作用によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することになり、予測を遥かに超えた優れた吸音性能が生じることになる。
【００１９】
このような作用効果を導く活性成分としては、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスルフィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢＳ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などのベンゾチアジル基を含む化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上、 ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上、 エチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上、 あるいは２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（ＨＭＢＰ）、２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン−５−スルフォニックアシド（ＨＭＢＰＳ）などのベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。
【００２０】
上述の活性成分の配合量としては、高分子材料１００重量部に対して１０〜３００重量部の割合が好ましい。例えば活性成分の配合量が１０重量部を下回る場合、双極子モーメントの量を増大させるという活性成分を配合したことによる十分な効果が得られず、活性成分の配合量が３００重量部を上回る場合には、十分に相溶しなかったりすることがある。
尚、高分子材料に含まれる活性成分を決定するに当たり、活性成分と高分子材料との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮し、その値の近いものを選択すると良い。
【００２１】
活性成分における双極子モーメント量は、フィルム内部における双極子モーメント量と同様に活性成分の種類により様々に異なる。また、同一の活性成分を用いたとしても、音のエネルギーが加わったときの温度により、フィルム内部に生じる双極子モーメントの量も変わる。また、フィルムに加わる音のエネルギーの大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度やエネルギーの大きさを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となる活性成分を選択して用いるのが望ましい。
【００２２】
この吸音フィルムは、高分子材料及び活性成分、並びに必要に応じて腐食防止剤や染料などを配合し、この配合物をフィルム状に成形することで得ることができる。尚、上記高分子材料及び活性成分などを配合し、この配合物をフィルム状に成形するときの成形方法は従来公知の方法を用いることができる。
【００２３】
次に、発泡シート２１について説明する。発泡シート２１としては、当該吸音複合体１０の製造時、取り扱い時、あるいは使用時に加わる外力に対しても、容易に折れ曲がったり、破損したりしないことは勿論のこと、十分なクッション性を有するものが好ましい。具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性樹脂に、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、アジド化合物などの化学発泡剤を添加して発泡させた独立気泡構造を有する発泡樹脂シートが好ましい。中でもエチレン−酢酸ビニル共重合体を用いた発泡樹脂シートがより好ましい。この発泡シート２１の厚さとしては０．１〜１．０ｃｍの厚さが好ましい。
【００２４】
また発泡シート２１は多数の貫通孔２３を有しており、この貫通孔２３を音が通過するときに貫通孔２３壁面に接触し、このとき音が摩擦熱として吸収されるようになっている。この貫通孔２３は、その直径の大小に従って当該貫通孔２３の通過時に吸収される音の種類（周波数）が変化する。また、貫通孔２３の直径の大小に従って前述した吸音フィルム２２の貫通孔２３内に張設される部分の大きさも変わるので、同吸音フィルム２２によって吸収される音の種類（周波数）も変わることになる。
【００２５】
本発明の発泡シート２１の場合、貫通孔２３の直径を０．１〜３ｃｍの範囲とした。この０．１〜３ｃｍという直径の範囲は、音を貫通孔２３の壁面および吸音フィルム２２によって効果的に吸収できる範囲を特定したものであり、貫通孔２３の直径が範囲外の場合、十分な音の吸収が困難となる。また発泡シート２１の貫通孔２３の開口率の大小によっても、吸収される音の種類（周波数）は変わる。本発明の発泡シート２１の場合、貫通孔２３の開口率を１〜８０％の範囲とした。
【００２６】
また貫通孔２３は、図４に示すように、発泡シート２１ａ、２１ｂの貫通孔２３ａ、２３ｂが厚み方向にテーパー状となっていると共に、吸音フィルム２２を挟んで一の発泡シート２１ａから他の発泡シート２１ｂに向かって前記貫通孔２３ａ、２３ｂの孔径が次第に径小となるようにすることもできる。この場合、一方向から伝播した音は、まず一の発泡シート２１ａに衝突し、テーパー状の貫通孔２３ａを衝突しながら低減されつつ、さらに吸音複合体１０内側へと侵入し、吸音複合体１０内部の吸音フィルム２２に衝突する。そして同吸音フィルム２２の振動によって低減された後、他の発泡シート２１ｂのさらに径小のテーパー状貫通孔２３ｂを衝突しながら低減されつつ通過するようになっている。このため、より効率的な音の低減がなされるようになっている。
【００２７】
尚、図２および図３に示す形態は、発泡シート２１に大中小の３種類の大きさの円形の貫通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃが形成されていて、この発泡シート２１で吸音フィルム２２を挟んで積層一体化したものである。
【００２８】
この形態の場合、吸音フィルム２２は、発泡シート２１の貫通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃに位置する部分が各貫通孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃに張設され、フリーの状態となって振動するようになっている。このうち大きな貫通孔２３ａに張設された吸音フィルム２２は、低い周波数の音を効率よく低減化し、中程度の貫通孔２３ｂに張設された吸音フィルム２２は、中音域の周波数領域の音を低減化し、小さい孔２３ｃに張設された吸音フィルム２２は高い周波数の音を低減化するようになっている。
【００２９】
このように大きさの異なる貫通孔２３を発泡シート２１に形成し、各貫通孔２３に吸音フィルム２２を張設することで、１つの吸音複合体２０で、周波数の異なる複数の音を効率よく吸収し、低減化することができるようになる。
【００３０】
尚、発泡シート２１の貫通孔２３の形状としては、○、△、□など自由に選択することができるが、中でも○は吸音フィルム２２を張設するときに角などが生じにくいことからより好ましい。
【００３１】
また、発泡シート２１の各貫通孔２３の大きさおよび形状を同一として、貫通孔２３に張設する吸音フィルム２２の引張強度を適宜変更することで、周波数の異なる音に対応させることもできる。つまり発泡シート２１の貫通孔２３に強く吸音フィルム２２を張設したならば、高い周波数の音を吸収し低減化させることができ、反対に貫通孔２３に緩く吸音フィルム２２を張設したならば、周波数の低い音を拾いやすくなり、より効果的な音の低減化を計ることができる。
【００３２】
尚、吸音複合体は、厚みの薄い吸音フィルムと厚い吸音フィルムとそれらの中間の厚みを有するフィルムとを用い、これら３種類の厚みの異なる吸音フィルムの各両面に、多数の貫通孔を有する発泡シートに交互に配置して積層一体化した形態を採ることもできる。この形態の場合、発泡シートの貫通孔間に張設された厚みの異なる吸音フィルムが、様々な音を捉えて振動し、その低減化がなされるようになっている。すなわち厚みの薄い吸音フィルムは高い音を捉えて低減化し、厚い吸音フィルムは低い音を捉えて低減化し、それらの中間の厚さを有する吸音フィルムは中間の音を低減化するようになっているのである。
尚、上記以外に、例えば図２〜図４に示すような吸音複合体を複数積層したりすることもできる。
【００３３】
上述した吸音複合体１０が床面Ｆ上に配置され、さらにこの吸音層２上に裏面（吸音層２側面）に遮音層１３を有するカーペット３が敷設され、本発明の吸音構造が造り出されている。
【００３４】
吸音層２は、グラスファイバーや石綿、プラスチック繊維などを繊維素材とするフェルトや不織布といった嵩だかな繊維集合体よりなる層である。また、カーペット３裏面の遮音層１３は、例えば塩化ビニル樹脂やアクリル樹脂などの高分子材料に、マイカ鱗片、タルク、炭酸カルシウムなどの無機フィラーが充填されてなる層である。
図１に示すように、車両床面Ｆ上に吸音複合体１０、吸音層２、そしてカーペット３を順に配置したとき、吸音複合体１０と遮音層１３との間には、嵩だかな繊維集合体よりなる吸音層２が介在し、吸音複合体１０を通過した音がこの吸音層２を通過するときに、吸音層２を構成する繊維と接触し、音のエネルギーが摩擦熱として消費され、音が低減される。さらにこの吸音層２を通過した音は、カーペット３裏面の遮音層１３に阻まれるようになっている。
【００３５】
また同時に前記吸音層２を吸音複合体１０とカーペット３との間に設けることによって、吸音複合体１０の吸音フィルム２２と遮音層１３との間には空気層が形成されることになる。吸音複合体１０の吸音フィルム２２は、前述の如く優れた吸音性能を有しているが、その吸音される音の種類は、吸音フィルム２２と遮音層１３との間に形成される空気層の厚みによって大きく変化する。
【００３６】
つまり吸音フィルム２２と遮音層１３との間に形成される空気層の厚みが厚くなればなるほど、低い周波数の音を吸音し、反対に空気層の厚みが薄くなればなるほど、高い周波数の音を吸音するようになる。好ましくは空気層の厚み、換言すれば、吸音層２の厚みは０．５〜５ｃｍの範囲が望ましい。
空気層（吸音層２）の厚みが０．５ｃｍを下回る場合、人間が捉えることができないほどの極めて高い、高周波数の音を効果的に吸音するようになるので、騒音対策としては意味をなさない。一方、空気層（吸音層２）の厚みが５ｃｍを上回る場合には、低い周波数の音を効果的に吸音するようになるものの、床面のスペースが狭くなってしまうという不具合が生じることになる。
【実施例】
【００３７】
実施例 エチレン−酢酸ビニル共重合体（エバフレックス ＥＶ２６０ 三井デュポンポリケミカル株式会社製）と、ＤＣＨＢＳＡ（サンセラーＤＺ−Ｇ、三新化学工業株式会社製）とを、８０／２０の配合割合で配合し、この配合物を混練ロール機に投入して混練し、その後プレス機で熱プレスして吸音フィルム（厚さ０．２ｍｍ）を得た。
一方、エチレン−酢酸ビニル共重合体に発泡剤を添加して１０倍の倍率で発泡成形した独立気泡構造を有する厚さ０．２ｃｍの発泡樹脂シートを作製した。次いで、この発泡樹脂シートに直径１ｃｍの貫通孔を３ｃｍ×３ｃｍの間隔で形成し発泡シートとした。
次いで、得られた吸音フィルムの両面に発泡シートを積層し、接着剤によって各層一体化し、吸音複合体を得た。
【００３８】
この後、図１に示すように、得られた吸音複合体１０を床面Ｆ上に配置し、この吸音複合体１０上面に厚さ０．８ｃｍのフェルト層（吸音層２）を設け、このフェルト層（吸音層２）上に裏面に遮音層１３を設けたカーペット３を敷設した。こうして造られ吸音構造について、６３Ｈｚ〜１ＫＨｚにおける透過損失（ｄＢ）を測定した。その結果を図１０に示した。
【００３９】
比較例１ 図８に示すように、吸音複合体１０とフェルト層（吸音層２）との位置を上下逆にした以外は、実施例と同様にして吸音構造を造り、この吸音構造について、６３Ｈｚ〜１ＫＨｚにおける透過損失（ｄＢ）を測定した。その結果を図１０に示した。
比較例２ 図９に示すように、床面Ｆにフェルト層３を設け、このフェルト層（吸音層２）上面に遮音層１３で裏打ちしたカーペット３を敷設した床面構造について、６３Ｈｚ〜１ＫＨｚにおける透過損失（ｄＢ）を測定した。その結果を図１０に示した。
図１０から、吸音複合体１０を用い、これをフェルト層（吸音層２）を介して床面に配置し、この吸音複合体１０上にカーペット３を敷設した比較例１の床面構造にあっては、従来の床面構造である比較例２と比べたとき、各周波数毎の差は高低の差があるものの、全体としては、その透過損失ｄＢに大きな差がないことが確認された。
ところが、同じ吸音複合体１０を用いているが、この吸音複合体１０とカーペット３との間にフェルト層（吸音層２）（空気層）を設けた実施例に係る床面構造にあっては、７５０Ｈｚを越える周波数領域で、前２例との透過損失の差は著しく、優れた吸音性能を有していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
図１は、本発明の吸音構造を示した拡大断面図。
図２は、吸音複合体を示した組立斜視図。
図３は、吸音複合体の拡大断面図。
図４は、吸音複合体の別例を示す拡大断面図。
図５は、フィルム内部における双極子を示した模式図。
図６は、エネルギーが加わったときのフィルム内部における双極子の状態を示した模式図。
図７は、活性成分が配合されたときのフィルム内部における双極子の状態を示した模式図。
図８は、比較として例示した床面の吸音構造を示す拡大断面図。
図９は、従来の車両床面の吸音構造を示す拡大断面図。
図１０は、図１、図８及び図９に示す吸音構造について評価した音の透過損失を示すグラフ。

Claims (9)

1. 吸音フィルムと、この吸音フィルム両面に積層一体化された多数の貫通孔を有する発泡シートとからなる吸音複合体を床面とカーペットとの間に配置すると共に、前記吸音複合体とカーペットとの間に吸音層を設けたことを特徴とする床面の吸音構造。
2. 吸音複合体の吸音フィルムが、高分子材料に双極子モーメント量を増加させる活性成分を配合したフィルムであることを特徴とする請求項１記載の床面の吸音構造。
3. 活性成分がフィルム材料１００重量部に対して１０〜３００重量部の割合で配合されていることを特徴とする請求項２記載の床面の吸音構造。
4. 活性成分が、ベンゾチアジル基を持つ化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、あるいはベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項２または３記載の床面の吸音構造。
5. 吸音複合体の発泡シートの厚さが０．１〜１．０ｃｍであることを特徴とする請求項１記載の床面の吸音構造。
6. 吸音複合体の発泡シートの貫通孔が０．１〜３ｃｍの直径を有することを特徴とする請求項１記載の床面の吸音構造。
7. 吸音複合体の発泡シートの貫通孔の開口率が１〜８０％であることを特徴とする請求項１記載の床面の吸音構造。
8. 吸音複合体の発泡シートの貫通孔が厚み方向にテーパー状となっていると共に、吸音フィルムを挟んで一の発泡シートから他の発泡シートに向かって前記貫通孔の孔径が次第に径小となるようにしたことを特徴とする請求項１、５〜７のいずれかに記載の床面の吸音構造。
9. 吸音層の厚さが０．５〜５ｃｍであることを特徴とする請求項１記載の床面の吸音構造。

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