JP4251544B2 - 吸音性内装材および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のヘッドライナー内装材等の吸音性内装材とその製造方法に関する。

従来より、多数の微小な開孔を形成して吸音性を高めた内装材が提案されている。内装材に多数の微小な開孔を形成することにより、内装材に達した音波が開孔内に入り込み、孔の中央と壁面付近の空気の粘性差によって摩擦が起こり、音波が熱に変換され吸音されることが従来から知られている。

特に自動車の内装材については、車外から侵入したロードノイズやエンジンノイズ、風切り音を内装材で吸収（吸音）して、乗員室内に残響させない要求がある。中でもヘッドライナー内装材（天井内装材）は、乗員の耳位置に非常に近いことと、投射面積が大きいことから、寄与度が大きく、この種の構造によって吸音性を高める提案についても、多く提案されてきている。

従来例の開示は、特開平１−２８５４３２号（特願昭６３−１１５３９８号）に「…不織繊維マットの片面に、多数の貫通孔が設けられた、独立気泡の熱可塑性樹脂発泡体と通気性の化粧用表皮材とが順次積層一体化されていることを特徴とする自動車用天井材」が開示されており、また、実開平４−１１８８３９号（実願平３−３１８０８号）には「天井基材と、該天井基材の表面側に接合された表皮材とを備え、前記天井基材に適宜の間隔で多数の吸音用の小孔が穿設され、前記天井基材の背面側にバックフィルムが配設された車両用成形天井…」が開示されており、また特開昭５９−６３２７６号（特願昭５９−６３２７６号）には「ルーフパネルの内側面に施したインシュレータの内側に、該インシュレータに連なる多数の吸音用の孔を備えた一体成形の天井本体を配してなる車両用天井構造」が開示されている。

この種の開孔と吸音率の関係について検討した結果、高い吸音性を得るためには、開孔は密度を高く形成する必要があり、開孔の内径はあまり大きいものでは吸音性の向上は認められず、微小な内径の開孔を形成することが好ましい。従来技術では、ヘッドライナー内装材に多数の微小開孔を形成して吸音率を高める構成が記載されているが、以下の課題がある。
（１）多数の微小開孔は、基材に対するパンチングやニードリングにより形成されるため、その内径は必然的に基材の表面から裏面まで一様な開孔が形成される。この場合、開孔の内径を小さく、高密度に形成することの加工の困難さがある。特には一定径以下の内径を、内部が閉じないように確実に加工する難しさがある。
（２）開孔の密度を高くしすぎると基材自体の剛性の低下につながり、場合によっては開孔密度をあまり高くできないことがある。特にヘッドライナー内装材の場合、基材の周縁をルーフパネルに支持し、その中間部には支持部を作れないため、形状がだれない剛性を基材に確保する必要がある。
（３）面方向で、不均一な内径の孔開け加工をおこなうことが困難であり、自動車の室内の音響的な情況に合わせて最適に開孔することができない。
特開平１−２８５４３２号（特願昭６３−１１５３９８号） 実開平４−１１８８３９号（実願平３−３１８０８号） 特開昭５９−６３２７６号（特願昭５７−１７４０２０号）

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、内装材に吸音性を高めるための微小開孔を合理的に付与するものである。

課題を解決する本発明の手段は、発泡性コアの表裏面にスキン層を積層してなる基材に、面方向に分布する多数の微小開孔を貫通形成して吸音性を高めてなる吸音性内装材であって、前記多数の微小開孔の内径が基材厚さ方向で漸減的に狭められていることを特徴とする吸音性内装材により、特には前記微小開孔の内径が前記基材厚さの表裏面近傍で大きく、基材厚さの中間近傍で小さくなっていることを特徴とする吸音性内装材による。

本発明のように内径が基材厚さの表裏面近傍で大きく、基材厚さの中間近傍で小さい開孔を形成することにより、音波の入る基材の表面から見たみかけの開孔面積を大きくして、音波の入射効率を高めることが可能であり、開孔の内奥では内径が小さいため、吸音性能を高めることができる。
基材の内奥で、内径が狭まり、開孔率が低くなるため、基材の剛性の低下を抑えることができる。
発泡性コアの発泡膨張により、初期開孔の内径を狭めることにより、微小な開孔を形成する加工の難しさが緩和される。 スキン層に隣接する基材の表裏面近傍では発泡性コアの膨張が抑えられて、開孔の入口が閉じることがない。
基材の加熱度合い（温度、時間）によって、発泡性コアの膨張率を制御することが可能であり、内径が異なる開孔を面方向で所定の部位に形成することが可能であり、自動車の室内の音場に合わせた内径の開孔を分布させることが可能である。

この種の開孔を形成するに好ましい素材としてノリル材料は孔加工性・耐熱性が良好な素材であり、ノリル材料からなるスキン層は積層シートの剛性、強度、寸法安定性などを向上させる性質があり、ノリル材料からなる発泡性コアは厚みにより剛性を上げ、重量を低減する性質があり、これらを積層した基材に多数の微小開孔を形成して加熱すると、発泡性コア層の二次発泡がおこり、内径が基材厚さの表裏面近傍で大きく、基材厚さの中間近傍で小さな開孔が形成される。なお、発泡性コア層は吸音性の点より連続気泡率が高いほうがより好ましい。

本発明の吸音性内装材は、ノリル材料の特性によって、内装材に吸音性を高めるための微小開孔を合理的に付与することができる。
また、ノリルは孔加工性が良くスキン層の座屈・基材の折れ曲りによる剛性の低下がないため成形品の剛性が保たれる。

以下、図面をもとに本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は、本発明の吸音性内装材の断面図である。
本発明の吸音性内装材１０は、発泡性コア２１の表裏面にスキン層２２、２３が積層された基材２０と、通気性の表皮材３０を積層してなり、基材２０には表裏に貫通する複数の微小開孔２５が形成されてなる。

発泡性コア２１は、厚さが２．０〜６．０ｍｍ、発泡倍率５〜２０倍、密度が０．０３〜０．１ｇ/ｃｍ³ほどであり、ブタン、プロパン、ペンタンなどの炭化水素系の発泡剤を含有し、加熱(二次発泡)によって３０％以上の体積膨張率を有するものが適する。スキン層２２、２３は、厚さが０．１〜０．５ｍｍ、孔加工性が良い特性を有するものが本発明に適するが、特には発泡性コアと同種の材料からなるものが、加工をおこないやすく好ましい。
発泡性コア２１およびスキン層２２、２３として本発明に最も好ましいのはノリル材料からなるものである。ノリル材料からなるものが好ましい理由は、自動車内装材として十分な耐熱性を持ち、孔加工性が良い特性を有するためである。

基材の微小開孔２５は、基材２０の加熱前に、円形にパンチング加工により形成することが好ましく、開孔の初期内径は、０．２〜３．０ｍｍ、開孔の間隔１．０〜１０．０ｍｍ、開孔率１．５〜１０％が適するが、開孔内径および開孔率が小さい場合は吸音性が得られにくく、逆に大きい場合は基材の剛性が損なわれるため上記の範囲に定められるものである。
基材２０の一方側（特には表面側）に通気性（流れ抵抗値３０Ｎｓｍ^-3以上、流れ抵抗測定はＪＩＳ Ｋ ６４００相当）の表皮材３０を積層貼着することが好ましい。
表皮材３０として好ましいのは、基材の微小開孔に対する通気を維持できる不織布状のものであり、特には嵩高、低密度にして吸音性を高めたものが適する。好ましくは、単位面積重量が１００〜６００ｇ／ｍ²、厚さ１．０〜６．０ｍｍ程度に嵩高にニードリングして形成されたニードルパンチ不織布である。またその他には流れ抵抗が大きいメルトブロー・スパンレース不織布などを複合させて流れ抵抗値を制御した表皮が適する。
試験の結果、基材の微小開孔と通気性表皮材の組み合わせにより、吸音率が可及的に向上するが、その理由は表皮の裏側に吸音に有効な空気層が存在し、また孔壁面で空気の摩擦がおこり、音が熱に変換される作用と考えられる。表皮材の単位面積重量が１００ｇ／ｍ²未満、厚さ１．０ｍｍ未満かつ流れ抵抗値が３０Ｎｓｍ^-3未満ではこの作用が不足する。

また、基材２０の一方側（特には裏面側）に非通気性の薄いフィルム（〜５０μｍ、不図示）を積層するのが好ましい場合がある。この際、フィルムは基材の裏面側との通気を遮断する役割であり、吸音性特性を維持したまま、不必要な気流を無くして基材に通気汚れが発生しないようにする。
このようにして形成された基材２０（および表皮材３０）を予備加熱して発泡性コア２１を発泡膨張させた後、対のプレス成形型間に配しプレス成形して、開孔２５の内径を基材厚さ方向で不均一に狭めるとともに、基材全体を成形して所要の形状を得る。
予備加熱条件は、基材温度１００〜１８０℃であり、この際、発泡性コアでは３０〜２５０％の体積膨張を生じ、基材全体の厚さを６．０ｍｍ程度厚くするとともに、あらかじめ基材に形成された微小開孔方向への膨張によって、基材内径を１０％程度狭め、最小０．２ｍｍ以上、最大３．０ｍｍまでにする。この最小の内径は吸音特性との関係で開孔内径および開孔率が小さい場合は吸音性が得られにくく、逆に大きい場合は基材の剛性が損なわれるため適切な範囲に定められるものであり、基材厚さとの関係では基材厚さの５０％未満であることが好ましい。

発泡性コアが微小開孔方向に膨張する際、基材のスキン層に隣接する表裏面近傍では、スキン層に抑えられて膨張が少なくなり、基材の厚さ方向で中央よりが最も膨張が大きくなる結果、開孔はその内径を基材の表面側での最大径（Ｄ）から厚さ方向中央よりの最小径（ｄ）に向い漸減させたものとなり、好ましくは、最小径（ｄ）が最大径（Ｄ）に対して１０％以上狭められている。
微小開孔の最小径（ｄ）は、基材の予備加熱条件によって任意に制御することが可能であり、面方向に異なる任意の部位の内径を吸音特性の要求に合わせて任意に変更することも可能である。
このような特性は発泡性コアおよびスキン層がともにノリル材料からなり、基材を発泡膨張させて成形する場合に最も発現しやすい。その理由はノリルの孔加工が容易かつ成形時予備加熱で発泡膨張が起こり孔径の変化が発生するためであり、他の素材では孔加工が困難であり、成形時孔径の変化が起こりにくいためである。

日本ジーイープラスチックス株式会社製ノリル材料２５重量％（グレードＭＸ４７５２）と電気化学工業株式会社製ポリスチレン樹脂（デンカスチロールＨＲＭ−２）７５重量％の混合体から、厚さ３．０ｍｍ、密度０．０５g/ｃｍ³の発泡性コアと、上記材料と同種の材料から、厚さ０．２ｍｍの表裏のスキン層を形成し、ラミネート加工により発泡性コアの表裏に溶着して基材を得る。
次にこの基材に表皮接着用ホットメルトフィルム（クラボウ株式会社製Ｘ−２２００）をラミネートし、次工程でホットメルトフィルム、ノリル基材ともに微小開孔を形成する。フィルムは基材への通気を確保するために孔加工を施した。この開孔の形成方法は、ニードルによるパンチング法により、初期の開孔径は１．５ｍｍ、開孔のピッチを４．０ｍｍ間隔に均一の千鳥状に配する。基材表面積に対する開孔率は５．５％である。
基材の一表面側には繊維径１５μｍのポリエステル繊維ニードルパンチ不織布の表皮材（単位面積重量４３０ｇ／ｍ²、厚さ４．４ｍｍ）を積層貼着した。

表皮材が積層された状態で基材を１５０℃まで予備加熱して、発泡性コアを１００％発泡膨張させた後、プレス成形し、基材の厚さを５．０ｍｍにした。この際あらかじめ基材に形成された微小開孔は、基材の厚さ方向中間では表裏面近傍から基材厚さの中間近傍に向かって漸減的に狭まり、最小の内径は平均して１．３ｍｍになった。

（比較例１）
実施例と同じノリル材料からなり、開孔を形成しない基材とする。この基材の片側には実施例と同じ表皮材を積層貼着し、実施例と同じ成形条件で成形した。
（比較例２）
実施例と異なる材料である、ポリプロピレン材料からなる厚さ６．０ｍｍ、密度０．１１ｇ／ｃｍ²、発泡倍率８倍の発泡性コアとスキン層をもった基材を得た(同基材は二次発泡しない)。この基材に実施例と同じ内径の開孔を行ったが、基材厚みが大きくまた材質の耐衝撃性(靭性)が高いためスキン層の座屈・基材の折れ曲りが起こり、孔加工後得られた基材の剛性が低下した。
表皮材が積層された状態で基材を１４０℃まで予備加熱してプレス成形し、基材の厚さを５．０ｍｍにした。この際、基材が発泡膨張しないため、内径が不均一に狭められることはなく、予備加熱後も厚さ方向で均一な内径１．５ｍｍを維持した。また、基材の剛性低下は成形後も改善されなかった。

（吸音率評価方法、結果）
実施例および比較例１、２の表皮材が積層された基材をＡＳＴＭ Ｅ １０５０相当の垂直入射吸音率測定器にセットして、表皮材側から周波数５００Ｈｚ〜６３００Ｈｚの音波を入射し、吸音率を測定した。結果を図２に示す。
実施例では、周波数１０００Ｈｚから入射周波数が増加するにつれて、基材に形成された微小開孔の機能により吸音率が可及的に高められている。
これに対して、比較例１では、基材に微小開孔が無いため、実施例と比べて吸音性が悪くなり、入射周波数の増加に伴う吸音率の上昇度も低くなる。また、比較例２では、基材に微小開孔が形成されているため、高周波側での吸音率の高まりが観測されるが、内径が大きいままであり、吸音性に最適の形状に狭められていないため、実施例に劣る吸音率となる。

本発明による吸音性内装材の模式断面図を示す。 吸音率の測定結果を示す。

符号の説明

１０ 吸音性内装材
２０ 基材
２１ 発泡性コア
２２、２３ 表、裏スキン層
２５ 微小開口
３０、３０’ 通気性表皮材
Ｄ 最大径
ｄ 最小径

Claims (2)

1. 発泡性コアの表裏面にスキン層を積層してなる基材に、面方向に分布する多数の微小開孔を形成して吸音性を高めてなる吸音性内装材であって、前記多数の微小開孔の内径が、基材厚さ方向で漸減的に狭められており、且つ前記微小開孔の内径は前記基材厚さの表裏面近傍で大きく、基材厚さの中間近傍で小さくなっていることを特徴とする、吸音性内装材。
2. 発泡性コアの表裏面にスキン層を積層してなる基材に面方向に分布する多数の微小開孔をほどこした後、この基材を加熱して、発泡性コアを発泡させ、前記微小開孔の内径をスキン層に隣接する基材の表裏面近傍で初期の内径を維持する一方、基材厚さの中間近傍で初期の内径より狭めたことを特徴とする吸音性内装材の製造方法。

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