JP4434996B2 - 吸音体の製造方法及びこの製造方法によって得られる吸音体並びに吸音構造体 - Google Patents
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Description
この方法によれば、吸音体の成形と同時に孔を形成することができるので、効率よく吸音体を製造することが可能である。また、カスの除去も不要で安定した吸音性を得ることができるという利点がある。
このようにすることで、多数の空隙により優れた吸音性を有する空隙層と、密度が高く、高い剛性を備え優れた遮音性を有するスキン層とを一体に形成することができる。
この場合、請求項4に記載するように、前記ピンを加熱する加熱手段を準備し、前記ピンの外周面を前記樹脂材料の溶融温度に近い温度で加熱しつつ前記ピンを後退させるようにしてもよい。
この方法によれば、内周面にスキン層が形成されず、空隙層が内周面の全面にわたって露出した孔を吸音体に形成することができる。このような孔を一つ又は複数吸音体の所定位置に形成することで、所定周波数帯の音の吸音性を高めることができる。
この方法によれば、内周面の少なくとも一部にスキン層が形成された孔を吸音体に形成することができる。このような孔を一つ又は複数吸音体の所定位置に形成することで、所定周波数帯の音の吸音性を高めることができる。
このような補強用繊維を用いることで、移動型を後退させることによりいわゆるスプリングバック現象が生じ、キャビティ内の溶融状態の樹脂材料が膨張し、樹脂材料の内部に多数の空隙を発生させることができる。補強用繊維としては、ロックウールやポロン繊維などのセラミック繊維、ガラス繊維や炭素繊維などの無機繊維、アルミニウム繊維や鋼繊維などの金属繊維、超高分子量ポリエチレン繊維やアラミド織維あるいはポリアリレート繊維などの有機繊維など、いずれもが採用できる。特に、ガラス繊維を採用することが好ましい。
図1は、本発明の吸音体の製造方法に用いられる金型の構成及び作用を説明する概略図である。なお、この金型の基本構成は、上記した特許文献3,4,5等で公知である。
金型1の基本構成は、固定型11と、移動型12と、この移動型12に形成されたキャビティ13と、移動型12を固定型11に向けて進退移動させる駆動機構とからなっている。
そして、これら熱可塑性材料は、単独で用いることもできるが、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、他の無機充填剤として、タルクや炭酸カルシウム、硫酸バリウム、クレー、雲母などを用いることができ、これらを単体あるいは二種類以上併用して利用してもよい。
この実施形態では、樹脂材料を溶融混練し、最終成形品の容積よりも小さくなるように閉じた金型中に溶融樹脂を射出し、射出完了前若しくは完了後に金型を目的とする最終成形品の容積まで開いて膨張させる成形法により成形品(吸音体)を製造する。この場合の最初の金型の閉じ具合、最終の金型の開き具合は、樹脂材料のガラス繊維の含有量、繊維長さあるいは目的とする成形品の空隙率(成形体の比重)などをもとに適宜設定することができる。また、金型を開くタイミングは金型の温度、成形品表面のスキン層の厚み、成形品の厚みなどを考慮して適宜決定すればよい。
図1(a)に示すように、まず、移動型12を固定型11に向けて移動させて型締めを行う。
型締め後、図1(b)に示すように、樹脂材料Pをキャビティ13内に射出する。
次いで、図1(c)に示すように、射出直後にピン14を前進させて、キャビティ13内に突出させる。
次いで、図2(a)に示すように、僅かに型開きを行いながら樹脂材料Pを膨張させる。膨張倍率は、1.2〜3.0倍程度とするとよい。
この第一の実施形態において、ピン14を後退させるタイミングは、ピン14の外周面に接する樹脂材料Pが固化して、樹脂材料Pの孔内周面にスキン層が形成される前である。そのため、この実施形態では、ピン14の先端部分を加熱して、ピン14の外周面に接する樹脂材料Pが固化しないようにするために、ピン14を樹脂材料Pの溶融温度近傍まで加熱するヒータを設けるとよい。
図示するように、この第一の実施形態では、移動型12を後退させて樹脂材料Pを膨張させる前に、ピン14を突出させて溶融状態の樹脂材料Pに孔Paを開口させるが、ピン14は、孔Paの内周面がピン14により冷却されてスキン層が形成される前に樹脂材料Pから脱出するので、樹脂材料Pを膨張させ冷却・固化させて得られる吸音体2の孔21の内周面には、その全面にわたって空隙層24が露出することになる。なお、図3において符号22,23は、吸音体2の表裏両面に形成されるスキン層で、最良の吸音性及び遮音性を得るための肉厚は、0.5mm〜2.0mm程度である。
この実施形態における吸音体の成形手順は、基本的に図1(a)〜図1(c)及び図2(a),(b)に示した第一の実施形態における吸音体の成形手順と同じである。この実施形態においては、図2(b)のピン14の後退のタイミングが第一の実施形態と異なる。
図4は、この第二の実施形態により吸音体が形成される様子を説明する概略図で、図4(a)は膨張前における樹脂材料の孔部分の拡大断面図、図4(b)は膨張開始直後における樹脂材料の孔部分の拡大断面図、図4(c)は、成形された吸音体における孔部分の拡大断面図である。
なお、この実施形態の製造方法で成形される吸音体2における孔21内のスキン層25の幅tは、最終的な成形体(吸音体)の肉厚の10〜60%の範囲内とするとよい。
本発明の第三の実施形態の製造方法を、図5を参照しながら説明する。
この実施形態では、図5(a)に示すように型締めを行って樹脂材料をキャビティ13に射出した後に、図5(b)に示すように移動型12を後退させて樹脂材料Pを膨張させる。
この場合も、ピンの突出量は、一方のスキン層を貫通し、他方のスキン層までは達しない深さであればよく、好ましくは、最終の成形体(吸音体)の肉厚の30〜90%とするのがよい。
そして、図5(d)に示すように、所定のタイミングでピン14を後退させる。
図6は、この第三の実施形態により成形された吸音体2の孔部分の断面図である。吸音体2の一方のスキン層22を貫通して形成された孔21の内部には、その内周面の全面にわたって空隙層24が露出している。
なお、この実施形態では、一方のスキン層22が形成されるタイミングでピン14を突出させることで、スキン層22の一部を孔底部に押し込み、この押し込み作用で空隙層を押しつぶすことで、孔周辺の空隙層に第一の実施形態や第二の実施形態の場合よりも大きな空間を形成することができる(図6参照)。
上記した第一〜第三の実施形態の吸音体は、例えば、タイミングベルトカバー、エアクリーナカバー、エアーダクト、エンジンカバー、吸排気用レゾネーター、インテークマニホールド、エンジンルームと室内の遮蔽板、トランクルーム、自動車天井材、ドアパネル等の吸音構造体として使用することができる。
図7および図8において、吸音構造体である吸気装置200は、例えば自動車のエンジンなどの図示しない内燃機関の吸気側に配設される。
そして、吸気装置200は、略筒状の上流嵌合部252を有している。
また、吸気装置200には、上流嵌合部252に一体に連続して空気清浄部としての略筒状のエアクリーナ253が設けられている。このエアクリーナ253は、例えば、内部に通気性を有する図示しないフィルタを収容し、流通する空気は透過させ空気中に混入する塵挨などを捕捉して空気から分離除去するものである。また、吸気装置200には、エアクリーナ253に一体に連続して略筒状のダクト部254が設けられている。さらに、吸気装置200には、ダクト部254に一体に連続して共鳴部としての略筒状のレゾネータ255が設けられている。このレゾネータ255は、共鳴や干渉などにより騒音を吸音する。
孔256の断面積は、0.785〜314mm2である。孔256は、そのピッチが1mm以上であって、好ましくは10mm以上200mm以下となるピッチで複数設けられている。なお、この孔256は、レゾネ一夕255の外周面と内周面とが連続して貫通するものではない。また、孔256の内径は、1〜20mmの範囲内である。
さらに、吸気装置200には、レゾネータ255に一体に連続して略筒状の下流嵌合部257が設けられている。この下流嵌合部257は、内燃機関側に連結される。
また、吸気装置200は、下モジュール片260とこの下モジュール片260と略対称形状の上モジュール片261とが一体に接合して略筒形状に形成されている。
そして、下モジュール片260には、上端縁に外周方向に向けて突出するフランジ状の下接合片部260Aが、下上流嵌合部252A、下空気清浄部253A、下ダクト部254A、下共鳴部255Aおよび下下流嵌合部257Aの上端両側線に亘って一連に設けられている。
また、下モジュール片260および上モジュール片261は、断面に空隙、すなわち微細な気孔が多数発泡した状態の多孔常に形成されている。すなわち、下モジュール片260および上モジュール片261は、2つのスキン層と、これらスキン層に挟まれかつ多数の空隙を有する空隙層とを備えた断面構造を有するものである。
そして、調製した原料を溶融し、図9に示すように、金型270に射出する。ここで、金型270は、移動型と固定型からなる型枠271、272を有している.これら型枠271、272の対向面には、原料が射出される成形凹部273、274が形成されている。そして、一対の型枠271、72が接合された金型270は、各成形凹部273、274にて分割体である下モジュール片260および上モジュール片261の形状に対応したキャピティである成形空間275を形成する。また、一方の型枠271には、成形空間275にガスを注入するガス注入孔276が設けられている。
そして、それぞれ形成された下モジュール片260および上モジュール片261を、下モジュール片260および上モジュール片261の対向する面同士を向き合わせて、それぞれの下モジュール片260の下接合片部260Aおよび上モジュール片261の上接合片部261Aを振動溶着法により溶著させ、下モジュール片260および上モジュール片261を一体に接合する。
(1) スキン層と空隙層とを備えることにより、スキン層は遮音性を有し、空隙層は内部に多数の空隙を有するので、吸音性能を有する。従って、複数の材料を張り合わせることなく、一体成形により、吸音性能および遮音性能の両方が確保可能である。
(2) 成形体の任意の箇所には、スキン層から空隙層に連通する孔256が複数形成され、その孔256の形態が上記第一〜第三の実施形態で説明したように形成されているので、選択的に任意の周波数の昔を吸収することができ、不快な音のみを選択的に吸収することができる。
(3)孔256が筒形状の吸気装置200の内部に形成されることになるので、内部において吸音することが要求される吸気装置200を容易に製造することができる。
(4)分割体(下モジュール片260および上モジュール片261)を成形すると同時に孔256を形成することができるので、容易かつ低コストで孔256を形成することができる。
(5)分割体(下モジュール片260および上モジュール片261)を振動溶着法によって接合しているから接合面等のずれを起こさずに接合することができる。従って、吸音性能を確実に発現することができる。
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。この実施例では、第一の実施形態の製造方法(実施例1),第二の実施形態(実施例2)及び第三の実施形態(実施例3)により吸音体を成形し、測定を行った。
成形の条件は以下のとおりである。
(1)樹脂材料: 長さ8mm、GF量20%のガラス繊維含有ポリプロピレン(出光モストロンL)に、発泡剤を3重量%添加したものを用いた。
(2)金型:図1に示した金型と同じものを用いた。ピンはヒータにより加熱可能とした。
(3)成形体の形状:平面形状を一辺180mmの正方形とし、初期肉厚3mm、最終肉厚を9mm(3倍膨張)とした。このうち、スキン層の肉厚は片側0.6mmとした。
(4)孔形状及び配置位置:図10に示すように、吸音体2の二つの対角線をほぼ四等分する位置に、直径6mmで深さ8mmの円形の孔21を4個形成したものと、直径10mmで深さ8mmの円形の孔21を4個形成したものを二種類準備し、それぞれについて吸音効果の評価を行った。
(5)成形条件:以下の条件で成形を行って吸音体を得た。
成形温度 230℃
金型温度 30℃
充填時間 1秒
移動型後退開始タイミング 充填完了後3秒
移動型後退速度 2mm/秒
冷却時間 60秒
(6)結果
各実施例で得られた吸音体を、孔内周面の全体にスキン層が形成され、孔内周面に空隙層が露出していない比較例と比較した。吸音率の測定は、JIS A1405の管内法による垂直入射吸音率判定に準拠して行った。
各実施例における孔の状態及び吸音効果を以下のとおりであった。また、吸音率の測定の結果を以下の表及び図11のグラフに示す。
孔壁面にはスキン層がなく、空隙層が露出していた(図12参照)。吸音効果が認められ、孔径によって吸音周波数を変えることが可能であった。
実施例2:
開口部側の孔壁面はスキン層で覆われ、底部側は空隙層が露出していた(図13参照)。吸音効果が認められ、同じ孔径でも、吸音周波数が実施例1より低周波側にシフトした。
実施例3:
空隙層が押し潰され、内部に比較的大きな空間が形成された(図14参照)。実施例1よりも高い吸音率の吸音効果が認められた。
・比較例:
孔内面全体にスキン層が形成され、空隙層が露出していなかった(図15参照)。吸音効果は認められなかった。
例えば、上記の説明では、ピン14は移動型に設けるものとして説明したが、固定型側に設けるものとしてもよい。
また、上記の説明では、樹脂材料が膨張性のものであることを前提としているが、本発明は非膨張性の樹脂材料を用いた成形にも適用が可能である。
11 固定型
12 移動型
13 キャビティ
14 ピン
2 吸音体
21 孔
P 樹脂材料
Pa 孔
Claims (10)
- 表裏面に形成されたスキン層と、このスキン層に挟まれ多数の空隙を備えた空隙層とを有し、一方のスキン層を貫通し他方のスキン層まで到達しない深さの孔を複数形成した吸音体の製造方法であって、
固定型、移動型及びキャビティ内に出没自在に設けられた少なくとも一つのピンを備えた金型を準備し、
前記キャビティに樹脂材料を充填して前記吸音体を成形する過程で前記ピンを前記キャビティ内に突出させ、前記吸音体の成形と同時に前記空隙層に連通する前記孔を形成する工程を有すること、
を特徴とする吸音体の製造方法。 - 前記樹脂材料として膨張性の材料を用い、前記樹脂材料を前記キャビティ内に充填した後に、前記移動型を後退させて溶融状態の前記樹脂材料を膨張させることを特徴とする請求項1に記載の吸音体の製造方法。
- 前記樹脂材料を前記キャビティに充填する前,充填と同時又は充填した後に前記ピンを前記キャビティ内に突出させ、前記移動型を後退させて前記樹脂材料を膨張させる前,膨張と同時又は膨張させた後であって前記ピンの外周面に接する前記樹脂材料の表面にスキン層が形成される前に、前記ピンを後退させることを特徴とする請求項2に記載の吸音体の製造方法。
- 前記ピンを加熱する加熱手段を準備し、前記ピンの外周面を前記樹脂材料の溶融温度に近い温度で加熱しつつ前記ピンを後退させることを特徴とする請求項3に記載の吸音体の製造方法。
- 前記樹脂材料を前記キャビティに充填する前,充填と同時又は充填した後に前記ピンを前記キャビティ内に突出させ、前記移動型を後退させて前記樹脂材料を膨張させる前,膨張と同時又は膨張させた後であって前記ピンの外周面に接する前記樹脂材料の表面の少なくとも一部にスキン層が形成された後に、前記ピンを後退させることを特徴とする請求項2に記載の吸音体の製造方法。
- 前記孔の内周面の一部に前記スキン層を形成する場合において、前記スキン層を前記孔の開口部側に形成するとともに、前記スキン層の幅を、吸音体の最終肉厚の10〜60%の範囲内としたことを特徴とする請求項5に記載の吸音体の製造方法。
- 前記樹脂材料を前記キャビティに充填し、前記移動型を後退させて前記樹脂材料を膨張させると同時又は膨張させた後に前記ピンを突出させること、
を特徴とする請求項2〜請求項6のいずれかに記載の吸音体の製造方法。 - 前記スキン層が形成されたときに前記ピンを前記キャビティ内に突出させ、前記スキン層の一部とともに前記ピンを前記空隙層に押し込むことを特徴とする請求項2〜7のいずれかに記載の吸音体の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の吸音体の製造方法において、前記ピンの突出量が、前記吸音体の最終肉厚に対して30〜90%であることを特徴とする吸音体の製造方法。
- 長さ2〜100mmの補強用繊維を包含する繊維含有熱可塑性樹脂ペレットが含まれるとともに、補強用繊維が材料全体の2〜60重量%であり、溶融膨張性を有する繊維含有熱可塑性樹脂材料を用いることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の吸音体の製造方法。
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