JP4769458B2 - 要素を介して伝播する騒音を音響減衰させるための2つの要素間に挿入される帯状体 - Google Patents

要素を介して伝播する騒音を音響減衰させるための2つの要素間に挿入される帯状体 Download PDF

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Description

本発明は、2つの要素の間に、これらの要素の少なくとも1つを介して伝播する騒音の音響減衰を生ぜさせるために、挿入される帯状体であって、少なくとも1種のプラスチックを基材とする減衰材料iからなる帯状体に関係する。
そのような帯状体は、音響快適性を向上させる目的で、とりわけ車両、特に自動車におけるグレージング(glazing)用に使用することができる。
自動車においては、機械的、熱的、視界またはその他が原因の不快さの発生源(source of discomfiture)は徐々に克服されてきた。しかしながら、音響快適性における向上は、まだ達成されずに残っている。
空気力学的騒音、すなわち走行車両に対する空気の摩擦によって生成される騒音は、少なくとも部分的には、その発生源において処理されてきており、言い換えれば、エネルギー節減の目的で、形状の修正がなされて、それによって空気を介しての侵入が改良されるとともに、それ自体が騒音源である乱流が低減された。空気力学的騒音の外部発生源と、乗客のいる内部空間とを隔てる車両の壁の中で、窓が最も対処が困難であることは明らかである。不透明な壁に使用されるペースト状または繊維状の吸収体を使用することは不可能であり、また実用的な理由から、または重量の理由で、厚さをむやみに増すことはできない。欧州特許第0387148号明細書には、その重量および/または厚さを過度に増大させることなく、空気力学的騒音に対して良好な絶縁性を示すグレージング組立体が開示されている。すなわちこの特許は、その中間層の曲げ減衰係数ν=Δf/fが0.15より大きい、積層グレージング組立体を提供する。この計測は、衝撃を用いて、それぞれが4mm厚さの2枚の厚いガラス板の間に樹脂が存在する積層ガラスの、長さが9cm、幅が3cmの積層棒を加振して(excite)、第1次モードの共振周波数f、およびAを周波数fにおける最大振幅とした場合の振幅A/√2におけるピーク幅Δfの計測が、その音響減衰指数が、800Hzを超える任意の周波数に対して、最高2000Hzまでオクターブ毎に9dB、より高い周波数においてはオクターブ当り3dB増大する基準指数から5dBより大きくは変わらないようにして実行される。さらに、音響減衰指数を基準指数と比較したときの差異の偏準偏差σは、4dB未満に留まる。2枚のガラス板の厚さは同一で2.2mmとすることができる。すなわち、この特許は、車両の空気力学的な騒音に対する音響絶縁の問題についての一般解を提供する。
一方で、50から300Hz、またはさらに800Hzまでの周波数範囲における、固体伝播騒音、すなわち固体を介して伝達される騒音に対しての防護をするためのグレージングアセンブリの処理は、より達成が困難である。これは、グレージングの振動を介しての騒音の伝達を回避するための、接続片の使用が不適切であることがわかったからである。これに関して、乗客が知覚可能なハミング騒音(humming noise)が、エンジンのある回転速度で出現し、これによって不快さの発生源が生成されることがわかっている。これは、エンジンの回転が例えば車体構造へと伝達され、このために、連鎖作用によって窓に伝達される振動が生成されるためである。衝撃を受けた物体が得るエネルギーが振動現象を生じさせること、そして衝撃の直後に、ふたたび自由になった物体が、その固有モードで振動することが知られている。振動周波数は、各モードと関連する。振動の振幅は、最初の加振、すなわち、衝撃のスペクトル成分(検討する周波数における衝撃の振幅)と衝撃の衝突面積とによって決まり、モード変形は、衝撃が振動の腹において発生するか、または振動の節において発生するかによって、大きくなったり、小さくなったりする。
固有モードを加振するためには:
(1)衝突点において生じる変形が、そのモードの振動の節であってはならず、そして
(2)衝撃のエネルギースペクトルが、そのモードの共振周波数において成分を有さなくてはならない。
ごく短時間の衝撃は、実質的に均一なエネルギースペクトルを有するので、後者の条件は、実質的に常に満足される。
第1の条件も満足されると、例えば、両端が自由な棒に対して必要とされることは、すべてのモードを加振するために一端をたたくことだけである。
固体伝播加振は些細であり、あるエンジン振動周波数、すなわちあるエンジン回転速度において、車両の窓と乗客車室のそれぞれがある振動モードを有し、それらの連成によって、この場合にはエンジンから発散される騒音の放射から、窓を経由して発生するハミングが増幅されることが実証されている。もちろんのこと、このような現象を発生させるエンジンの回転速度は、それぞれのタイプの車両に特有のものであり、したがって単一の値に一般化することはできない。
したがって、固体伝播騒音に対する、車両の乗客車室における音響快適性を向上させるために、欧州特許第0844075号は、10から60℃の間の温度範囲において0.6より大きい損失係数tanδおよび2×10N/m未満のせん断弾性率G’を有するので、可聴固体伝播音に関して非常に満足できる減衰特性を有する、少なくとも1つの中間層フィルムを含む積層グレージング組立体を提案している。
別の解決法は、グレージングの周辺の回りに、音響減衰特性を有する帯状体を配置することによる。この目的で、独国特許第19806122号は、最初に車両のガラス板を車体構造に接着するとともに、減衰装置としても作用する帯状体を提案している。この帯状体は中空で、その機能が振動を減衰することであるペースト状材料で充填されており、帯状体の本体は、架橋後に弾性を得る粘着材料でできている。
しかしながら、後者の解決策は、帯状体には所望の音響性能を保証するのに十分な剛性がないという欠点がある。
第1に、記述した帯状体は、同時押出しビードであり、グレージングと車体構造との間で圧縮されるように設計されているが、帯状体の構成材料と組み合わされる、この圧縮による適用方法では、所望の最終形状寸法が保証されない。ここで、前記帯状体によってグレージングが車体構造に取り付けられた後に、帯状体の寸法を、本発明の説明において述べるように、それが提供すべき減衰性能全体にわたって、維持することが重要である。
第2に、帯状体の本体内部のペースト状材料は、柔らかいままであり、粘着材料から形成された帯状体の本体も、架橋の以前にはやはりペースト状であるので、同時押し出しビードが車体構造要素に対して圧縮された後に、閉じ込められたままになるという保証はなく、それによって、ビードの堆積中に内部ペースト状材料が帯状体の本体を超えて広がる危険を招く。
したがって、本発明の目的は、音響減衰対策として、特に自動車のグレージング用に、先行技術の欠点のない帯状体を提供することである。
本発明によれば、帯状体は、その単位長さ当りの等価実剛性K’eqが少なくとも25Mpaであり、その等価損失係数tanδeqが少なくとも0.25であることを特徴とする。
剛性(stiffness)は、帯状体の変形とそれに加えられる力とを関係づける量である。剛性は、帯状体の構成材料の剛性率(rigidity)、および帯状体の形状寸法によって定義され、剛性率は材料に特有の量であり、これはヤング率および/またはせん断弾性率の関数である。以後の記述においては、計算のために使用する公式は、ヤング率のみに関係し、せん断弾性率は考慮せず、ヤング率によって関係づけられる引張り/圧縮の応力および歪みで十分に代表させることができる。
知られているように、単位長さ当りの等価剛性K eqは、K eq=K’eq+jK”eqと書かれる複素数であり、実数部K’eqは、本明細書では単位長さ当りの等価実剛性と呼び、虚数部K”eqは、損失弾性率(loss modulus)、すなわち帯状体の変形エネルギーの、帯状体全体にわたる熱エネルギーへの変換に対応する。
損失弾性率は、
Figure 0004769458
によって定義される。
単数または複数の材料で形成される帯状体の、単位長さ当りの等価実剛性K’eqおよび等価損失係数tanδeqを求めるために、これらの量が、粘性解析装置(viscoanalyzer)、すなわち音響およびポリマーの専門家を含む当業者には知られている装置を用いて計測される。粘性解析装置では、帯状体の断面積と同じ断面積を有し、長さがLの帯状体試料の、等価実剛性k’eqおよび等価損失係数k”eqが計測され、次いで以下が計算される:
・帯状体の単位長さ当りの等価実剛性K’eqを得るために、計測等価実剛性と長さLとの比:K’eq=k’eq/L、および
・帯状体の等価損失係数tanδeqを得るために、計測等価損失係数と計測等価実剛性の比:
Figure 0004769458
有利には、帯状体の単位長さ当りの等価実剛性K’eqは30Mpaから270MPaの間であり、等価損失係数tanδeqは少なくとも0.4である。
第1の実施形態によれば、帯状体は、単一の減衰材料によるか、またはいくつかの減衰材料により形成され、この単一または複数の減衰材料は2つの要素に対して粘着性を示すことが可能である。
第2の実施形態によれば、帯状体は、少なくとも1種の減衰材料と、非減衰粘着材料とで形成され、この粘着材料は、2つの要素を互いに接着するように設計される。
この第2の実施形態の1つの特徴によれば、粘着材料は、2つの相対する側面を介して、2つの要素にそれぞれ粘着し、減衰材料が2つの要素の少なくとも一方に接着される。
別の特徴によれば、粘着材料は、その片方の面を介して、要素の一方に接合される減衰材料に粘着するとともに、その反対側面を介して、互いに接合すべき他方の要素に粘着する。
別の特徴によれば、帯状体は、層の積重ね体として互いに積み重ねて配置された、いくつかの減衰材料を含み、この積重ね体の両端における材料のそれぞれが、互いに接合すべき2つの要素の一方または粘着材料に接着される。
1つの変型として、帯状体は、互いの隣に並列に、互いに突合せるかまたはそうではなく配置された、いくつかの減衰材料を含み、この材料のそれぞれが、互いに接合すべき2つの要素にそれぞれ接着される2つの相対する側面を有する。
さらに別の変型によれば、帯状体は、積重ね体として、かつ並列に(in juxtaposition)配置された、いくつかの減衰材料を含み、この組合せを部分的に構成する少なくとも単数または複数の材料が、互いに接合すべき2つの要素に接着されている。
これらすべての変型に対して、帯状体が粘着材料を含むとき、粘着材料は、単数または複数の減衰材料と、積重ね体としてかつ/または並列に配置することができる。非減衰粘着材料は、例えば、ヤング率E’が21MPaであり、損失係数tanδが0.2である、ポリウレタンマスチックである。
1つの特徴によれば、粘着材料と一緒のまたはそれを伴う、単数または複数の減衰材料が、空間によって分離されている。
有利には、単数または複数の減衰材料は、次のプラスチック:可塑化または非可塑化ポリ塩化ビニル;熱可塑性エラストマー類;ポリオレフィン類、EPDM(エチレン‐プロピレン‐ジエン)またはゴム、特にブチルゴムまたはニトリルゴムまたはその他スチレン‐ブタジエンゴムなどのエラストマーによって場合によっては修飾された、1成分または2成分ポリウレタン類、;ポリアルキルアクリレートまたはメタクリレート共重合体類;およびエポキシ樹脂類から選択される。
この組成の第1の変型によれば、減衰材料は、0.5から2.0%の間のNCO百分率含有量を有する1成分ポリウレタンであるとともに、
・OH指数iOHが5から10の間、ガラス遷移温度Tが−50℃以下、軟化点が50から80℃の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは80から200gの間);
・指数iOHが50から100の間、ガラス遷移温度Tが−50℃以下であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは120gから220gの間);
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、2.1から2.7の間の官能価を有し、かつ11から33%の間のNCO百分率含有量を有する、少なくとも1種のイソシアネート(好ましくは180から220gの間);
・少なくとも1種の触媒(好ましくは0.5から3gの間);
・任意選択で、モレキュラーシーブ型の充填材(好ましくは20から60gの間);および
・任意選択で、チョーク、カオリン、タルク、アルミナ、カーボンブラックまたはグラファイト型の少なくとも1種の充填材(好ましくは5から60gの間)を含む。
そのような組成を有して、単一材料で形成された帯状体は、幅15mmで厚さ3mmの基準断面であって、20℃において単位長さ当りの等価実剛性が400MPa、等価損失係数が0.3である。
この組成のさらに別の変型によれば、減衰材料は、NCO百分率含有量が0.5から2%の間であるポリウレタンプレポリマーであり、この材料は:
・指数iOHが25から35の間、ガラス遷移温度Tが−50℃未満、分子量が3500から4500の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
・指数iOHが25から800の間、ガラス遷移温度Tが−50℃未満であって、2.3から4の間の官能価を有する、少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
・指数iOHが20から40の間、ガラス遷移温度Tが−40から−20℃の間であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール;
・指数iOHが30から90の間、ガラス遷移温度Tが0から30℃の間、軟化点が50から70℃の間であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、2.1から2.7の間の官能価と、11から33%の間のNCO百分率含有量とを有する、少なくとも1種のイソシアネート;
・少なくとも1種の触媒;
・任意選択で、モレキュラーシーブ型の充填材;および
任意選択で、チョーク、カオリン、タルク、アルミナ、カーボンブラックまたはグラファイト型の充填材を含む。
この帯状体は、20℃において、そのような組成を有し、かつ幅15mm、厚さ3mmの基準断面積であって、単位長さ当りの等価実剛性が120MPaであり等価損失係数が0.75である。
本発明のさらに別の特徴によれば、帯状体は、押出し、および/またはカプセル化、および/または成形からの転移、および/または射出成形の工法によって、要素の少なくとも一方に張り付けられる。
最後に、帯状体は、その長さの全部または一部にわたって均一または不均一な断面を有することができる。
したがって、帯状体は、金属‐金属、ガラス‐ガラス、金属‐プラスチック、ガラス‐プラスチックまたはプラス‐プラスチック型とすることのできる2つの要素の間に挿入される。
一例として、帯状体は、基板を金属要素に取り付けるのに使用するように、ガラス基板と金属要素との間に挿入することができる。特に、その自動車グレージングでの使用において、グレージングと車体構造との間に配置されるときには、帯状体は、グレージングに対して、特に固体伝播音、すなわち約50から300Hzの低周波数に対して、改良された音響減衰特性をもたらす。本願発明者らは、この特性は、特に積層グレージング組立体に対して、ダーティノイズと呼ばれる、300から1000Hz域の騒音に対しても達成されることを示すことができた。
最後に、本願発明者らは、しかしながら、この帯状体は、グレージングがより具体的には一体構造である、すなわち一枚のガラスで形成されているときには、空気力学騒音、すなわち1000Hzより上の周波数に対しても、音響減衰をもたらすことを実証した。
したがって本発明の帯状体は、グレージング、特に自動車グレージングに使用することができる。このグレージングは、一体構造ガラス、積層ガラス、またはいわゆる「音響」積層ガラス、すなわち音響特性を有するプラスチックフィルムを組み入れたものから形成することができる。
最後に、本発明は、少なくとも1種の減衰材料iから形成される2つの要素間に挿入するように設計された帯状体の音響減衰特性を評価する方法を定義し、その方法は、帯状体の単位長さ当りの等価実剛性K’eqおよび等価損失係数tanδeqを評価することからなり、帯状体は、単位長さ当りの等価実剛性が少なくとも25MPaであり、等価損失係数が少なくとも0.25であるときに、音響減衰特性を有する。
帯状体の単位長さ当りの等価実剛性K’eqおよび等価損失係数tanδeqの評価は、上記で説明した粘性解析装置を使用して実施される。
本発明のその他の利点および特徴は、添付の図面とともに示す残りの説明において明白になるであろう。
添付の図は模式的なものであり、本発明の様々な要素間の、様々な量、特に厚さおよび幅の相対的割合は、それらの検討を容易にするために、拡大縮小していない。
図1aは、自動車の車両構造などの担体要素2に接合された、グレージング組立体1の部分断面図である。このグレージング組立体は、少なくとも1枚のガラス基板で形成されて、音響減衰特性を有する帯状体3によって車体構造に取り付けられている。
結果的に、帯状体3は、例えばそれぞれ車体構造およびグレージングである2つの要素1と2にそれぞれに接合され、かつその間に挿入されて、本発明による振動減衰機能とは別に、2つの要素を接着する機構の機能を満足し、同時にシール機能を提供して、車両の乗客車室が外部環境に晒されること、例えば埃、湿気、水などに晒されることを防止する。しかしながら、別の用途においては、帯状体を2つの要素間に挿入して、2つの要素を互いに接着する機能を実現することなく、その減衰機能を実現するだけにすることもできる。例えば、この帯状体を、第1の要素、例えば建物内部の部屋のドアフレームなどに取り付けるとともに、第2の要素、例えばドアに、それが閉じられたときに接合させることが可能である。この帯状体は、ドアの表面とフレームの表面とによって十分な応力をかけられて、フレームの加振エネルギーを吸収し、前記ドアによって閉鎖される体積の内部の音響放射を低減する。
次に、帯状体3の構築について以下に記述する。帯状体には、特に音響用ではない機能形態、例えばシールリップまたはトリムなどを埋め込んでもよい。
帯状体の音響減衰特性は、単位長さ当りの等価剛性および損失係数のパラメータによって定義される。
帯状体は、単一材料で形成してもよく、また複数の材料で形成してよく、後者の場合には、各材料の単位長さ当りの剛性を考慮する必要がある。これが、K eqで表す「単位長さ当り等価剛性」の用語を使用する理由であり、この用語は、したがって帯状体全体の等価剛性に対応し、「線形(linear)」という語が、1mの帯状体に関係することを示すために、使用されている。
単位長さ当りの等価剛性K eqは、本明細書では単位長さ当りの等価実剛性と呼ぶ実数部K’eqと、損失弾性率(loss modulus)、すなわち帯状体の変形エネルギーの帯状体全体にわたる熱エネルギーへの変換に対応する虚数部K”eqとを用いて、K eq=K’eq+jK”eqと書かれる複素数であることが知られている。
eqは、帯状体がいくつかの材料を含むので、次の式で表される:
Figure 0004769458
ここで、
は、帯状体の各構成材料iの単位長さ当りの複素剛性であり;
直列に配置された、いくつかの材料iの積重ね、すなわち本明細書においては以後、積重ね体と呼ぶ配置に対して、α=−1であり;
並列に配置された、いくつかの材料iの並置、すなわち本明細書において以後、並置体と呼ぶ配置に対して、α=1である。
積重ね体と並置体の組合せの場合には、積重ね体および並置体の単位長さ当りの等価剛性が計算されて、次いで帯状体は、1つの積重ね体のみ、または1つの並置体のみに正規化されて、その結果、それぞれα=−1またはα=1となる。
これから、例えば直列の2種類の材料に対して、次のようになる。
1/Keq=1/K1+1/K
すなわち、1/(K’eq+jK”eq)=1/(K’1+jK”2)+1/(K’2+jK”2)
したがって、
K’eq=[K’1K’2+K”1K’2+K’1K’2+K’1K”2]/[(K’1+K’2)+(K”1+K”2)
および
K”eq=[K’1K”2+K”1K”2+K”1K’2+K”1K”2]/[(K’1+K’2)+(K”1+K”2)
次いで、並列の2種類の材料に対しては:
K’eq=K’1eq+K’2eqおよびK”eq=K”1eq+K”2eq
ある数の材料iの積重ね配置および並置配置の例を、図1a〜1c、2a〜2d、3a〜3dおよび4a〜4dを参照して以下に記述する。
さらに、単位長さ当りの剛性は、帯状体の単数または複数の構成材料に依存するが、帯状体の各構成材料の断面の形状寸法量にも依存する。
したがって、式(1)における所与の材料に対する単位長さ当りの剛性K は、帯状体長さ1mと、幅Lおよび厚さeの長方形断面とに正規化するとともに、帯状体には、幅方向に均一な引張り/圧縮応力がかかる(せん断は無視される)という原理に基づいて、以下のように表すことができる:
Figure 0004769458
ここでE は、帯状体の構成材料iのヤング率である。
式(2)を実数部と虚数部に分離することによって、次のようにも表すことができる:
Figure 0004769458
ここでE’は、複素ヤング率の実数部であり、本明細書においては単にヤング率と呼び、E”は複素ヤング率の虚数部である。
ここで読者に思い起こしてもらいたいことは、本発明においては、帯状体の音響特性を特徴づけるパラメータの1つが、単位長さ当りの等価実剛性K’eq、すなわち複素数K eqの実数部であることである。上記のように、K’eqは、粘性解析装置を使用して、各材料のヤング率E’を計測した後に計算によって推定することができる。K’eqは、計算を検証するために、粘性解析装置を使用して計測することができる。
しかしながら、これらの計算は、帯状体の形状が長方形の場合に、適正である。その他任意の形状に対しては、この量は、実際には粘性解析装置を使用して計測されることになる。
これらの材料が単純な長方形形状でないときに、帯状体を形成するのに使用する材料の選択は、近似計算に基づいて、各材料の実際の断面積を、帯状体に引張り・圧縮力がかかる長方形断面に近似することによって行われる。この計算結果が、以下に示す要求基準を満足することによって、この材料の選択に好都合であるならば、これらの計算結果を、粘性解析装置を使用する計測によって検証しなくてはならない。
本発明によれば、帯状体3が、その音響減衰機能を実現するためには、その単位長さ当りの等価実剛性K’eqが少なくとも25MPaでなくてはならない。好ましくは、単位長さ当りの等価実剛性K’eqが、30Mpaから250MPaの間である。
さらに、上述したように、帯状体の音響減衰特性に関係するものに、等価損失係数(または等価損失角度の正接)tanδeqがあり、それは次の式で定義される:
Figure 0004769458
ここで、K’eqは、帯状体全体に対する単位長さ当りの等価実剛性(K eqの実数部)であり、K”eqは、損失弾性率(K eqの虚数部)である。
単位長さ当りの等価実剛性を推定するのと同様な方法で、式(3)を用いて損失係数が計算によって推定され、式(1)および(2)は、K’eqおよびK”eqを計算する役割を果たし、K’eqおよびK”eqは、帯状体の各構成材料の複素ヤング率の実数部および虚数部の粘性解析装置による計測値を使用して、計算によって評価される。粘性解析装置を使用する帯状体全体からの計測は、特に任意の非長方形断面の材料を選択するときに、計算結果を確認するために使用されることになる。
すべての場合において、帯状体が、この損失係数に関して以下に示す要求基準に合致することを保証するために、粘性解析装置による単位長さ当りの等価実剛性の計測および、損失係数の計算がなされることになる。
本発明によれば、帯状体3は、帯状体の等価損失係数tanδeqが少なくとも0.25である場合に、音響減衰特性を示す。
等価損失係数および単位長さ当りの等価実剛性は、帯状体の材料(単数または複数)の化学的性質だけでなく、帯状体の断面に与えられる形状寸法にも依存する。さらに、等価損失係数および単位長さ当りの等価剛性に関して、帯状体が本発明による要求基準に合致するとき、これらのパラメータを修正することによって音響性能をさらに強化するように、これらのパラメータを最適化することができる。
これらのパラメータは、帯状体の断面の形状寸法を変更することによって修正される。例えば、帯状体が単一の材料で形成され、長方形断面を有する場合には、その単位長さ当りの等価実剛性は、帯状体の厚さeを低減し、また幅Lを増大させると増加する。
この帯状体3は、構造的に様々な方法によって形成することができる。
図1a〜1cに示す第1の実施形態によれば、帯状体3は、少なくとも1種類の減衰材料4で形成され、この材料は、音響減衰機能および2つの要素を互いに接着する機能を果たすとともに、目的とする帯状体の使用の種類に応じて、任意選択で、シーリング機能も実現する。問題とする自動車用のグレージングの例においては、帯状体は、好ましくはシーリング機能も実現する。2つの要素を互いに接着する粘着機能も実現する単数または複数の減衰材料を含む、この帯状体構成を、以後の記述において、一体構造帯状体と呼ぶことにする。
この第1の実施形態によれば、第1の変型(図1a)は、等価損失係数および単位長さ当りの等価実剛性に関する要求基準に合致し、かつ2つの要素1および2に粘着する特性とともに、必要であれば、シール特性を有する単一材料で帯状体を製作することからなる。
第1の実施形態の第2の変型は、本発明の基準に合致する、2種類の減衰材料4aおよび4bで製作することからなる。これらの材料は、その一方は、他方よりも比較的減衰が大きいか、または減衰が小さく、それらを組み合わせると、減衰基準に合致する単位長さあたりの等価実剛性および等価損失係数が結果として得られる。これらは、互いに重ね合わせた層として配置される(図1b)か、または互いの隣に並置され(図1c)、任意選択で、空隙(図示せず)によって隔てられる。両方の材料とも、それらが接合される2つの要素の少なくとも一方に対して、粘着特性を示す。
2種類以上の減衰材料を、並置体として、または積重ね体(図示せず)として組み合わせて組み入れることも考えられる。
一体構造帯状体として使用することのできる材料の例は、後で本記述において述べる。
図2a〜2d、3a〜3dおよび4a〜4dに示す第2の実施形態によれば、帯状体3は、少なくとも1種の減衰材料4と1種の非減衰粘着材料5とで形成される。材料4は、音響減衰機能を提供し、互いに接合しようとする2つの要素1および2の少なくとも一方に接着され、一方で、粘着材料5は、2つの要素1および2の少なくとも一方に接着されて、2つの要素1および2を互いに接着する機能をもたらす。材料4および5は、実施形態に応じて、相互の粘着を保証するために、必要であれば、化学的な整合性をもたせる。材料4および5は、帯状体の使用に応じて、シール特性を示すことができる。
この第2の実施形態において、非減衰粘着材料5は、2つの要素1および2を単に接着する役割を果たすとともに、シール特性も有する。この材料は、それ自体では、音響減衰特性を有さない。しかしながら、この材料は適当な厚さと幅を有することが必要であり、それは、この材料が、帯状体3全体の単位長さあたりの等価実剛性および等価損失係数に対して、したがって帯状体3全体の音響減衰特性に対して影響を与える、ヤング率E’および損失係数tanδを有することによる。
この第2の実施形態において、2つの要素間の材料の配置は変えることができる。
配置を積重ね式(図2a〜2d)にして、すなわち材料を互いに重ねた層に配置して、積重ね体の両端で、それぞれの材料を、互いに接合しようとする2つの要素1および2の一方に接着してもよい。
配置を並置式(図3a〜3d)にして、すなわち材料を互いに隣どうしにするか、またはそうせずに、それぞれの材料に、接合しようとする2つの要素1および2にそれぞれ接合される2つの反対側面を持たせてもよい。
第2の実施形態の第3の種類の変型は、積重ね体が並置体と組み合わされて(図4a〜4d)、この組合せを部分的に構成する少なくとも1種または2種の材料が、互いに接合しようとする2つの要素1および2に接着されている配置である。
したがって、図2a〜2dは、積重ね体配置の異なる変型を示している。
図2aおよび2bの積重ね体は、音響減衰特性を有する材料4と、要素の一方に帯状体を接着するための非減衰材料5とからなる。図2aでは、材料4は、要素1、すなわちガラス基板に接着され、粘着材料5は、その一方の表面50を介して減衰材料4に粘着するとともに、その反対側面51で要素2、すなわち車体構造に粘着し、これに対して、図2bでは、材料4および5は、車体構造およびガラス基板にそれぞれ接着されている。材料の層は、同一の幅L1を有するとともに、それぞれの厚さはe1、e2であり、この厚さは、帯状体の単位長さ当りの等価実剛性および/または等価損失係数を最適化するように、材料の特質、したがって各材料の損失係数に合わせてある。
図2cおよび2dは、3種類の材料の積重ね体に対応し、2種類の材料40および41が減衰材料4を構成し、第3の材料が粘着材料5を構成している。材料の層は、図2cの場合には同一幅であり、図2dの場合には異なる幅であって、各層の厚さは、帯状体3の単位長さ当りの等価実剛性および/または等価損失係数を最適化するように設計されている。
図3a〜3dは、並列配置の異なる種類を示す。
図3aにおいて、2種類の材料の並置体は、粘着材料5の隣に配置した減衰材料4からなり、両者は同一の厚さであり、2つの反対側面、すなわち粘着材料の場合には50および51によって、2つの要素1および2、すなわちガラス基板および車体構造に接着されている。これらの幅L1およびL2は、単位長さ当りの等価実剛性および/または等価損失係数の計算を最適化するように定義されている。
図3bは、図3aの材料4および5を逆転させて示しており、非減衰粘着材料が、車両の乗客車室に面する側に配置されている。
図3cは、材料が互いに隣り合わず、空隙6によって隔てられていることを除いて、図3aの反復である。
図3dは、互いに隣り合う3種類の材料の並置体を示しており、非減衰粘着材料5が、減衰材料4を構成する2種類の減衰材料42と43との間に挟まれている。材料42および43は、異なってもよく、異ならなくてもよい。
並列に設置される様々な材料の厚さに応じて、各減衰材料4(したがって42および43)および各粘着材料5の幅は、材料の組合せ、したがって帯状体3の、単位長さ当りの等価実剛性および等価損失係数が、所望の音響減衰に十分であることを確実にするように設計されている。
図4a〜4dは、積重ね配置および並列配置の組合せを示しており、少なくとも粘着材料が、2つの相対する側面を介して、互いに接合しようとする要素1および2に接着されている。
図4aは、粘着材料5と減衰材料4との並置体であり、減衰材料4は、一方が他方よりも減衰が大きい、異なる材料44および45の積重ね体で形成されている。
図4bは、粘着材料5と減衰材料4(44、45)とが、空隙6によって隔てられていることを除いて、図4aの反復である。
図4cは、互いに隣り合ういくつかの材料の並置体を示し、粘着材料5は、少なくとも2種類の異なる材料46、47の2つの積重ね体からなる減衰材料4の間に挟まれており、これらの積重ね体は互いに異なってもよい。
図4dは、互いに隣り合う3種類の材料の並置体、すなわち、粘着材料5および、異なっても異ならなくてもよい2種類の減衰材料4を示している。粘着材料5は、2種類の減衰材料4の間に挟まれており、その1つの面51が、帯状体の幅Lにわたって延びるとともに、一方の要素2に接着されており、その結果、材料4は厚さe1を有して、材料5の厚さe2の上に重ねられている。粘着材料5の反対側面50は、他の要素1に接着されて、幅L2を有するのに対して、材料4は、幅L1およびL3で、前記要素1に押し当てて配置されている。
第2の実施形態においては、非減衰粘着材料5が減衰材料4と異なっており、シール機能を提供するためにも使用される粘着材料5は、例えば、Dow Automotiveにより販売されているGURIT BETASEAL 1720などのポリウレタンマスチックである。とりあげた例において、この粘着材料は、グレージングを車体構造に対してシールするとともに、ガス、塵、水蒸気、液体水および溶媒を浸透させない。
本願発明者らは、40〜47の参照番号をつけた変型のいずれかにおける、第1の実施形態または第2の実施形態の減衰材料4に必要とされる減衰特性を提供することのできる、いくつかのプラスチックを特定した。
例えば、次のものが挙げられる:
・可塑化または非可塑化ポリ塩化ビニル;
・熱可塑性エラストマー;
・場合によっては、ポリオレフィン類、EPDM(エチレン‐プロピレン‐ジエン)またはゴム、特にブチルゴムまたはニトリルゴムまたはスチレン‐ブタジエンゴムなどのエラストマーで修飾された、1成分または2成分ポリウレタン類;
・ポリアルキルアクリレートまたはメタクリレート共重合体類;および
・エポキシ樹脂類である。
上記の組成物は、さらに、有機または無機質(mineral)充填材、例えばタルク、シリカ、炭酸カルシウム、カオリン、アルミナ、モレキュラーシーブ、カーボンブラック、グラファイトまたは発熱性シリカ(pyrogenic silica)、および金属充填材、例えば亜鉛酸化物、チタン酸化物、アルミナまたはマグネタイトなどを含有してもよい。充填材含有率は、最終組成の0から50重量%の間で変化させることができる。
熱可塑性エラストマー(TPE)類に関しては、これらは、熱可塑性相およびエラストマー相を示す、重合体の混和物またはブロック共重合体の混和物からなり、共重合体の場合には、任意選択でこれらは互いに化学的に結合されている。
ポリウレタン類に関しては、例えば、いくつかのポリオール源から得られる非反応性重合体の形態で存在し、それの少なくとも1つの形態は、熱可塑特性を有するブロックであり、それの少なくとも1つの他の形態は、弾性特性を有するブロックである、熱可塑性ウレタン(TPU)類が考えられる。
1成分型または2成分型の広範囲の反応性組成を有する、ポリウレタンベース材料を選択することも可能である。例として、特にあげることができるのは、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカプロラクトン、ポリオレフィンまたはポリシロキサン基幹とのポリウレタンプレポリマーを基材とする、1成分組成物を挙げることができる。シロキサン終端プレポリマーの利点は、水分硬化性であり、発泡しないことである。これらのポリウレタン組成物は、エラストマー、特にニトリル、SBRまたはブチルゴムによるか、または熱可塑性エラストマーまたはその他、ポリオレフィンまたは可塑化PVCなどの、ある程度の柔軟性を有する非架橋性ポリマーによって、修飾することができる。
水分架橋性および/または熱架橋性の1成分ポリウレタンプレポリマー組成物には、ポリオール類と重合性または非重合性のジイソシアネート類との反応によって得られるものがある。
これらの組成物のポリオール類は、ポリエーテルポリオール類、ポリエチレン、プロピレン酸化物またはポリテトラメチレン酸化物型のもの、ポリカーボネートポリオールまたはポリブタジエンポリオールまたはポリエステルポリオール類でもよく、これらはアモルファスまたは結晶性、芳香族または脂肪族、脂肪酸二量体、芳香族または脂肪族二価酸、ひまし油または1,3‐または1,4‐ブタンジオール、ジイソプロピルグリコール、2,2‐ジメチル‐1,3‐プロパンジオール、ヘキサンジオールまたはカルビトール型の鎖状延長を基材とするものでよい。これらのポリオール類の分子量は、ASTM E222‐94標準にポリオール1グラムのヒドロキシル含有量に等価な水酸化カリウムのミリグラム数として定義されている、それらのヒドロキシル指数(iOH)によって定義される。使用されるNOH基の範囲は、5から1500の間である。これらのポリオールの官能価は、2から6の間である。
イソシアネート類は、芳香族または脂肪族でよく、その中には、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、イソフォロンジイソシアネート(IPDI)およびヘキサンジイソシアネート(HDI)がある。イソシアネートの特質は、そのNCO百分率含有量でも定義され、これは、ASTM D5155‐96標準において、製品中のイソシアネート(NCO)官能基の重量割合によって定義される。製品の官能価は、2から2.7の間である。
ポリオール類とイソシアネート類の間の反応に必要な触媒は、ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)または錫オクトエートなどの錫触媒とすることができる。またビスマス触媒またはジモルホリノジエチルエーテル(DMDEE)などのモルホリン類を基材とする触媒を使用することもできる。
選択されたプレポリマーが発泡するのを防止するために、発泡防止添加剤を加えることも可能であり、この添加剤は、ビスオキサゾリジン類(bisoxazolidines)を基材とする化合物である。最後に、選択されたプレポリマーに様々な可塑剤を有利に添加することもできる。
一般に、帯状体3は、次のようにして要素1と2の間に適用される(図5)。すなわち、本記述の残りで詳述する適用技術によって、帯状体3を要素1の上に堆積させる。要素2に接合しようとする帯状体の自由表面の化学的特質に応じて、この表面を、室温で接着特性を有するときは、従来方法で接着するか、そうでないときには、この自由表面を赤外線、超音波、高周波、マイクロウエーブまたは誘導型のエネルギー源7を使用して活性化させて、表面が適当な温度に達すると、基板などの第1の要素1に接合された帯状体が、車体構造などの第2の要素2に対して、それらを互いに接着するために、押しつけられる。エネルギー量および活性化される単数または複数の材料の厚さは、最終幅ならびに2つの要素1および2の間に望まれる厚さを得るために、正確に合わせられる。
帯状体3は、様々な方法で、第1の要素に対して適用することができる。使用する技法は、単数または複数の材料の特質および材料の配置、すなわち積重ねおよび/または並置によって左右される。
規格に合わせた帯状体を堆積させるための少なくとも4つの技法を、独立に、または組み合わせて使用することができる。すなわち、押出し、オーバーモールディング(カプセル化)および成形からの転移である。転移工法(transfer process)に関しては、フランス特許出願第01/15039号明細書を参照してより詳細を得ることができる。
押出し技法は、帯状体が一定の形状寸法を保つことを確実にする。有利には、帯状体に与える形状は、所望の寸法を保証するために、それを接合しようとする要素に接着するのを容易にすることができる。使用する減衰材料は、80℃において100から500Pa・sの間の粘性率を有する必要があり、材料は50℃より下で固化する。したがって、材料は、それの押出し後の形状を維持するのに十分な未硬化強度(green strength)とチキソトロピーを有することになる。好ましくは、それらは1成分式であり、引用例におけるガラス基板などの、それに接合される第1の要素に対して良好な接着性を保証する。
第2の技法においては、帯状体を、要素の一方にオーバーモールディングすることによって、有利に任意の所望形状を帯状体に与えるとともに、それによって音響性能を最適化し、同時に、音響性能の要件のために、帯状体を接合する要素の全外周にわたって帯状体の幅および厚さを均一ではなくする必要がある場合に応じて(図6)、グレージングのすべての点において帯状体の形状寸法を保証する。使用する材料の粘性率は、ある限界を超えてはならず、2成分製品の固化は迅速でなくてはならない。
第3の技法においては、成形の利点を保持し、かつ成形製造コストを低減するために、やはり帯状体を成形して要素の一方に転移させることができる。この技法は、図2dに示すように、様々な形状の材料のいくつかの層を形成することを可能にするので、押出しとオーバーモールディングの利点を併せ持つ。押出しの場合と同様に、1成分材料を水分架橋(moisture‐crosslinking)するために、材料の最小の硬化前強度および最小の粘性率が必要である。熱的に架橋する1成分型系を利用する場合には、固化時間を短くすることができる。2成分系に関しては、これらは迅速に固化する。
最後に、射出成形技法も考えられる。この場合には、材料を接合しようとする要素を、製造したいと望む帯状体の形状に対応する空洞を有する型の中に設置して、減衰材料で形成される成形材料を、溶融状態で型の中に注入する。
使用される技法の例の中で、2つの要素を互いに接合する上において、帯状体の第1の実施形態による、すなわち一体構造型帯状体としての接合と、第2の実施形態による、すなわち帯状体がそれぞれ減衰材料に対応するものと、非減衰粘着材料に対応するものとの少なくとも2種類の材料4および5を含むときの接合との間に、以下の区別をする。
一体構造帯状体3の場合には、帯状体は、4つの技法の1つを選択して、ガラス基板1に張り付ける。
要素1に対する押出しに関しては、したがってやはり要素への接着機能を提供する単一の減衰材料4について、本願発明者らは、本発明の基準に合致する材料Aを開発し、その表面は、要素2に接着するように活性化可能である。これは、単一のガラス遷移温度Tを有する水分架橋1成分ポリウレタンであり、以下を含む:
・OH指数iOHが5から10の間、ガラス遷移温度Tが−50℃以下、軟化点が50から80℃の間であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは80gから200gの間);
・指数iOHが50から100の間、ガラス遷移温度Tが−50℃以下であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは120gから220gの間);
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、2.1から2.7の間の官能価を有し、かつ11から33%の間のNCO百分率含有量を有する、少なくとも1種のイソシアネート(好ましくは180から220gの間);
・少なくとも1種の触媒(好ましくは0.5から3gの間);
・任意選択で、モレキュラーシーブ型の充填材(好ましくは20から60gの間);および
・任意選択で、チョーク、カオリン、タルク、アルミナ、カーボンブラックまたはグラファイト型の少なくとも1種の充填材(好ましくは5から60gの間)。
このポリウレタンプレポリマーAのNCO百分率含有量は0.5から2%の間である。
基準断面L×e=15mm×3mmに等しい長方形断面の帯状体を形成するのに使用する、そのような材料Aについて、120Hzおよび周囲温度20℃で計測したヤング率E’の値は、80MPaである。単一材料の損失係数からなる、等価損失係数は0.3であり、単位長さ当りの等価実剛性は400MPaである。
第2の実施形態による、少なくとも2種の材料4および5で形成される帯状体3の適用に対しては、ガラス基板1上に2種の材料を同時押し出しすることが可能である。この第1のステップの後に、材料の特質に応じて、帯状体の自由表面を加熱して、それを車体構造に対して張り付ける(図7)ことによるか、またはそうでない場合には、自由表面を直接、車体構造に張り付けることによって接着を行う。
代替手法として、ガラス基板上に減衰材料4を、オーバーモールドするか、または成形の後に転移させて、所望の形状を与えることが可能である(図8a〜8f)。次いで、押出しによって、粘着材料5を減衰材料4の自由表面上に堆積させる(図9)。このようにして、減衰材料に、例えば、粘着材料を誘導するとともに前記粘着材料を堆積させる間にその厚さおよび/または幅を画定する役割をする、リム48(図8a、8b、8c)を有するか、または、例えば、粘着材料の厚さを寸法合わせすることを可能にする中央突起49(図8d、8e、8f)を有する、特有の断面を与えることができる。接着のためには、必要であれば、減衰材料4の表面上に堆積された粘着材料5の表面を加熱して、帯状体を車体構造に対して押し付ける(図9)。
帯状体3が粘着材料5と積重ね型の2種類の減衰材料40および41で形成される場合には、この2種類の減衰材料は、図10aおよび10bの2つの変型によって示すように、ガラス基板1上に同時押出しすることができる。基板と反対側の減衰材料の自由表面への粘着材料5の堆積と接着は、図9に示すように実施される。
図11aおよび11bは、図4dに示すタイプの帯状体の2つの変型をそれぞれに用いて、要素1を要素2に接着するステップを示している。材料4は、最初に成形されて、要素1に転移される。それは特有の形状寸法を有し、特に、それは接着中に粘着材料5を収容するための受入れ溝402を形成するように2つの部分400および401に分離されている。粘着材料5は、最終的に、2つの相対する側面が、2つの要素1および2にそれぞれ接着される。
少なくとも1種の減衰材料4と1種の粘着材料5を含む、帯状体の一例が、減衰材料4として材料Bと、非減衰ポリウレタンマスチックなどの粘着性マスチック5とから形成される。それぞれの材料が、幅15mm、厚さが3mmの長方形断面を有し、幅が15mm、厚さが6mmの帯状体の場合の基準断面に等しい合計断面積を示す。
本願発明者が開発した組成の材料Bは、単一ガラス遷移温度を有する、水分架橋1成分ポリウレタン型であり、以下を含む:
・OH数が20〜40の間、ガラス遷移温度Tが−40から−20℃の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは350から450gの間);
・OH数が30から90の間、ガラス遷移温度Tが0から30℃の間、軟化点が50から70℃の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは35から250gの間);
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、官能価が2.1から2.7の間であり、NCO百分率含有量が11から33%の間である少なくとも1種のイソシアネート(好ましくは150から230gの間);
・少なくとも1種の触媒(好ましくは、0.5から3gの間);
・任意選択で、モレキュラーシーブ型の充填材(好ましくは20から80gの間);および
・任意選択で、チョーク、カオリン、タルク、アルミナ、カーボンブラックまたはグラファイト型の少なくとも1種の充填材(好ましくは5から60gの間)。
このポリウレタンプレポリマーBのNCO百分率含有量は、0.5から2%の間である。
周囲温度20℃における減衰材料Bのヤング率および損失係数値は、次のとおり:E’=35MPa、tanδ=1.4である。
ポリウレタンマスチック製の非減衰粘着材料5のヤング率および損失係数は、120Hz、周囲温度20℃において、次のとおり:E’=21MPa、tanδ=0.2である。
単位長さ当りの等価実剛性および等価損失係数値は、それぞれ70MPaおよび0.95に等しい。
本願発明者らは、また、粘着特性を有し、特に低温(−60から−10℃の間)において粘着力を有する、別の減衰材料Cを開発した。この材料は、材料AおよびBとは異なり、2つのガラス遷移温度を有する。それは、ポリウレタンプレポリマーであり、以下を含む:
・指数iOHが25から35の間で、ガラス遷移温度Tが−50℃未満、分子量が3500から4500の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
・指数iOHが25から800の間で、ガラス遷移温度Tが−50℃未満であって、2.3から4の間の官能価を有する少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
・指数iOHが20から40の間で、ガラス遷移温度Tが−40から−20℃の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエステルポリオール;
・指数iOHが30から90の間であり、ガラス遷移温度Tが0から30℃の間で、軟化点が50から70℃の間であって、官能価が2である、少なくとも1種のポリエステルポリオール;
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、官能価が2.1から2.7の間であり、NCO百分率含有量が11から33%の間である、少なくとも1種のイソシアネート;
・少なくとも1種の触媒;
・任意選択で、モレキュラーシーブ型の充填材;および
・任意選択で、チョーク、カオリン、タルク、アルミナ、カーボンブラックまたはグラファイト型の充填材。
このポリウレタンプレポリマーのNCO百分率含有量は、0.5から2%の間である。
特に、上記の組成Cに適合する化合物しては、NCO百分率含有量が1.8から2.2%の間であるとともに、以下を含む:
・指数iOHが25から35の間で、ガラス遷移温度Tが−50℃未満、分子量が3500から4500の間であって、官能価が2である、180から220gの間のポリエーテルポリオール;
・NCO百分率含有量が11.9%である、75から115gの間のMDI型のイソシアネート;
・5から30gの間のカーボンブラック;
・0.5から3gの間の触媒;
・10から30gの間の熱分解法シリカ;
・指数iOHが27から34の間、分子量が3500、官能価が2、かつガラス遷移温度Tが−30℃である、135から180gの液体のアモルファスポリエステルポリオールA;
・指数iOHが27から34の間、分子量が3500、官能価が2、ガラス遷移温度Tが+20℃である、35から85gの液体のアモルファスポリエステルポリオールB;
・NCO百分率含有量が11.9%である、55から110gの間のMDI型イソシアネート;および
・20から80gの間のモレキュラーシーブ。
基準断面L×e=15mm×3mmに等しい長方形断面の帯状体を形成するのに使用する、そのような材料Cについて、120Hz、周囲温度20℃で計測したヤング率E’の値は22MPaである。単一材料の損失係数からなる、等価損失係数はtanδ=0.75であり、単位長さ当りの等価実剛性は120MPaである。
2つのガラス遷移温度を有するこの材料Cは、音響減衰特性だけでなく、粘着力も示すので、低温度においても非常に有効に使用される。実際に、−40℃において、損失係数は0.38に等しく、ヤング率の値は900MPaであり、本願発明者は、粘着強度特性、すなわち、材料とそれを接合する要素との間で粘着材破壊の危険がないときを、50から500Hzの間の周波数に対して、材料の剛性率E’が2000MPa未満であると定義する。
したがって本願発明者らは、本発明で規定する単位長さ当りの等価実剛性および等価損失係数基準を満たす減衰材料組成物を選択することに成功した。音響減衰特性を有する、帯状体に使用する単数または複数の材料および、これらの材料(単数または複数)の断面の形状が、本発明が供する基準を満足するかどうかを検査するために、本願発明者らは、評価方法を確立した。
材料の長方形断面を取り扱うときには、以下が必要である:
・帯状体に使用する単数または複数の材料のヤング率E’および損失弾性率E”を計測すること;
・上記の式(1)、(2)および(3)から、単位長さ当りの等価実剛性K’eqおよび等価損失係数tanδeqを推定すること;
・最後に、帯状体のこれらのK’eqおよびtanδeq値を、それより上で音響特性が得られる基準値、それぞれ25MPaおよび0.25と比較すること。
材料の厚さおよび幅を変えることによって、これらのパラメータの値を最適化すること、したがってより良好な騒音減衰を達成することが可能となる。
各材料のヤング率Ei’および損失係数Ei”の値は、METRAVIBのブランド名で販売されているもののような、粘性解析装置を使用して計測し、その計測条件を以下に示す:
・正弦波荷重;
・粘性解析装置の製造業者が定義する範囲内にある寸法の直角平行六面体(rectangular parallelepiped)から形成される材料試験片、例えば:
*厚さe=3mm
*幅L=5mm
*高さ=10mm
・休止位置の回りに、動的振幅:±5×10−6m、
・周波数範囲:5〜400Hz
・温度範囲:−60〜+60℃。
この粘性解析装置は、正確な温度および周波数条件の下で、材料試験片に変形応力をかけ、このようにして、材料を特徴づけるすべてのレオロジー量を取得、かつ処理することを可能にする。
生データ、すなわち様々な温度における周波数の関数としての、力、変位および位相ずれ計測値を、特に材料のヤング率E’および損失弾性率E”を確証するために使用する。
上述した、材料および形状寸法を探索するための評価方法を確認するため、およびすべての場合に帯状体が本発明が主張する特徴を有することを確実にするために、粘性解析装置を使用して、帯状体の断面と同等の断面で長さLの帯状体試験片の等価実剛性および等価損失係数の直接計測を行う。次いで、以下の項目を計算しなくてはならない:
・帯状体の単位長さ当りの等価実剛性K’eqを得るために、計測等価実剛性と長さLとの比:K’eq=k’eq/L;および
・帯状体の等価損失係数tanδeqを得るために、計測等価損失係数と計測等価実剛性との比:
Figure 0004769458
最後に、本願発明者らは、帯状体3の音響性能を、単位長さ当りの等価実剛性K’eqを等価損失係数tanδeqの関数として図12に示すグラフにプロットすることによって示すことにした。等価損失係数の値をx軸にプロットし、単位長さ当りの等価実剛性の値をy軸にプロットしてある。これらの値に基づいて、グラフは、基板の周辺回りかつ一面上に設置した帯状体によってベッドに接着されたガラス基板(800mm×500mm、厚さ4mm)上で計測された第1次の曲げモードにおけるモード減衰を示し、等価損失係数tanδeqを0.15から1の間に、単位長さ当りの等価実剛性を400MPaを超えないようにすることが可能である。ここで特記できることは、tanδeq=1に対して与えられる利得の値が、等価剛性の同一の値に対して、tanδeq>1に推定することができることである。
モード減衰は、0から30%の尺度で表してある。減衰が大きくなるほど、dBで示す音響利得が高くなる。
第1次曲げモードにおけるモード減衰は以下のように定義される。モード減衰は、インパクトハンマーと基板の中心にある加速度計とを使用して行う、機械インピーダンスZ(1つの点において前記基板に垂直な方向に加えられた点荷重の関数として、同じ点におけるガラス基板に垂直な振動速度を与える、周波数応答関数の係数)の計測から導き出す。
第1次曲げモードの周波数は、機械インピーダンスが最大値となる120Hzより下の周波数に対応する。この周波数を、f1で表す。周波数f1の機械インピーダンスの値は、Zmaxで表す。
中間高における帯域幅は、Z>Zmax/√2となる、f1の回りの周波数域の幅に対応する。これをΔfで表す。
第1次曲げモードのモード減衰は、比Δf/f1に一致する。
これらの値からグラフは、モード減衰、したがって音響性能(dBで表した利得)は、所与の損失係数および異なる等価剛性に対して可変であることを示しており、その逆に損失係数および異なる等価剛性もモード減衰に対して可変であることを示している。
したがって、100MPaの単位長さ当りの等価実剛性および0.5から1の間の損失係数に対して、約30%のモード減衰を得ることが可能であるが、一方で、同じ100MPaの単位長さ当りの等価実剛性に対して、損失係数がわずかに0.3であれば、減衰は5%を超えない。
また、例えば0.8の損失係数に対して、最適の単位長さ当りの等価実剛性は約100MPaであること、および単位長さ当りの等価実剛性を増大させると、得ることのできるモード減衰を低下させるだけとなることがわかる。
このグラフは、上記で説明したように、一体構造帯状体用に、400MPaの単位長さ当りの等価実剛性と0.3の等価損失係数とを有する、材料Aを使用すると、5から10%の間のモード減衰が生成されることを実証する。
第2の実施形態において上記の例として挙げられた帯状体用に、70MPaの単位長さ当りの等価実剛性と0.95の等価損失係数を有する材料Bを、非減衰ポリウレタンマスチックと組み合わせて使用すると、20%より大きいモード減衰が生成される。
さらに、図13は、エンジン速度の関数として、自動車の内部で計測した騒音の3つの比較曲線を、3つのタイプの帯状体に対して示している。
曲線C1は、9mm×6mmの基準断面を有する非減衰ポリウレタンマスチックで形成された標準帯状体を備える、標準積層グレージング組立体に対応する。
曲線C2は、15mm×3mmの基準断面を有する組成Aの減衰材料4で形成された、本発明による一体構造帯状体を備える、標準グレージング組立体に対応する。
曲線C3は、組成Bの減衰材料4と、基準断面15mm×6mmを有するポリウレタンマスチック製の非減衰粘着材料5とで形成された、本発明による帯状体を備える、標準グレージング組立体に対応する。
「標準積層グレージング組立体」という用語は、2枚の2.1mm厚さのガラス板と、0.76mm厚さのポリビニルブチラールの中間層フィルムを含むものを意味するものと理解される。
以下の表は、3つのタイプの帯状体に対する、単位長さ当りの等価実剛性と等価損失係数の値を示している。
Figure 0004769458
図13における曲線は、本発明の帯状体の効果によって騒音低減の向上が達成されたことを実証している。この図においては、dBで表した騒音を、rpmで表した車両のエンジン速度の関数としてプロットしてある。ここで計測騒音は、50〜160Hzの周波数域内で生成されたものであり、これらの周波数は、固体伝播騒音と対応し、かつ、ここで例としてとりあげる所与のタイプの自動車に関して、1500〜5000rpmのエンジン速度に対応する。
ここで特筆すべきは、これらの計測値は、グレージング組立体の面積とは無関係であることである。
この結果から、3400rpmに対応する110Hzの周波数、および高速道路での通常速度において、曲線C1に対応するグレージング組立体上で計測された騒音は、曲線C2に対応するグレージング組立体上で計測された騒音よりもずっと高く、曲線C3に対応するものと比較するとさらに高い。すなわち、図12のグラフからもわかるように、それぞれ2つの変型の一方による、本発明の帯状体の効果によって、それぞれ4dBおよび13dBの騒音減衰が得られた。
曲線C2に対応する帯状体を使用することは、これが3400rpmで良好な減衰性能を示すとともに、4000rpmより上の速度でも良好な性能を示すので、好ましいことであり、これについて計測された騒音が82dBであることがわかるが、一方、標準帯状体による曲線C1に対応する計測騒音は、87dBである。この結果は、本発明のこの帯状体の単位長さ当りの等価実剛性が、標準帯状体のそれよりもはるかに大きいために得られたものである。
音響減衰特性を有する本発明の帯状体について、一方を他方に接着する目的で、ガラス基板と自動車ボディのような2つの要素1および2の間に挿入される場合、したがってガラス‐金属接合のための例を用いて説明した。本発明の音響減衰帯状体の使用に対しては、その他への応用も考えることができ、例えば、金属‐金属、ガラス‐ガラス、金属‐プラスチック、ガラス‐プラスチック、およびプラスチック‐プラスチック接合がある。「プラスチック」の用語は、エポキシ、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)もしくはアクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂などのプラスチック、またはポリプロピレン(PP)などのプラスチックおよびガラス繊維または木材繊維などの強化繊維を基材とする複合材を意味すると理解される。
金属‐金属接合の例は、車両の車体構造に接着された金属部品のそれである。すなわち、車両の乗客車室内への騒音の放射を減衰させるために、通常はボルトを用いて取り付けられる、ドアや窓を開けるための機械構成要素を、代わりに本発明の減衰帯状体を使用する接着によって取り付けることができる。
ガラス‐プラスチック接合の例としては、車両の後部窓を接着するときに得られる接合がある。
プラスチック‐プラスチックまたはプラスチック‐金属接合の例としては、自動車のテイルゲートを構成する様々な要素を接着するときに得られる接合、または他にはガラス繊維で強化されたポリウレタン発泡材を基材とするルーフの車両の金属本体への粘着材接合がある。
本発明による帯状体の第1の実施形態の1つの変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 本発明による帯状体の第1の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 本発明による帯状体の第1の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の積重ね体で形成されている帯状体の第2の実施形態の1つの変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の積重ね体で形成されている帯状体の第2の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の積重ね体で形成されている帯状体の第2の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の積重ね体で形成されている帯状体の第2の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の並置体で形成されている帯状体の第2の実施形態の1つの変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の並置体で形成されている帯状体の第2の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の並置体で形成されている帯状体の第2の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の並置体で形成されている帯状体の第2の実施形態の別の変型における帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の1つまたは複数の積重ね体と1つまたは複数の並置体との組合せで形成されている、帯状体の第2の実施形態の1つの変型による帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の1つまたは複数の積重ね体と1つまたは複数の並置体との組合せで形成されている、帯状体の第2の実施形態の別の変型による帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の1つまたは複数の積重ね体と1つまたは複数の並置体との組合せで形成されている、帯状体の第2の実施形態の別の変型による帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 材料の1つまたは複数の積重ね体と1つまたは複数の並置体との組合せで形成されている、帯状体の第2の実施形態の別の変型による帯状体によって互いに接合された、2つの要素を示す部分断面図である。 第1の実施形態による帯状体によって、2つの要素を互いに接合するステップを示す概略図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、1つの変型の帯状体を示す側面図である。 第2の実施形態による帯状体によって、2つの要素を互いに接合するステップを示す概略図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、帯状体の他の変型を示す断面図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、帯状体の他の変型を示す断面図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、帯状体他の変型を示す側面図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、帯状体の他の変型を示す断面図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、帯状体の他の変型を示す断面図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された、帯状体の他の変型を示す側面図である。 図8aの種類による帯状体によって2つの要素を互いに接合するステップを示す概略図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された2つの減衰材料の同時押出しの1つの変型を示す図である。 互いに接合しようとする要素の一方に接着された2つの減衰材料の同時押出しの別の変型を示す図である。 図4dのタイプの1つの変型による帯状体を用いて2つの要素を互いに接合するステップを示す概略図である。 図4dのタイプの別の変型による帯状体を用いて2つの要素を互いに接合するステップを示す概略図である。 単位長さ当りの等価実剛性K’eqの値を、等価損失係数tanδeqの値に対してプロットした、帯状体を設けたガラス基板上で得られる第1次の曲げモードにおけるモード減衰を示す図である。 3つのタイプの帯状体に対して、自動車のエンジン回転速度の関数として、計測した騒音の曲線を示すグラフである。

Claims (25)

  1. 少なくとも一方の要素を介して伝播する騒音を音響減衰させるための2つの要素(1、2)間に挿入され帯状体(3)にして、該帯状体(3)が、少なくとも1種のプラスチックを基材とする減衰材料iで形成されている、帯状体(3)であって、 eq ’を、粘性解析装置により測定された、長さLの帯状体試験片の等価実剛性とすると、帯状体の単位長さ当りの等価実剛性K’ eq は、k eq ’/Lに等しく、また、k eq ”を、粘性解析装置により測定された、長さLの帯状体試験片の等価損失弾性率とすると、帯状体の等価損失係数tanδ eq は、k eq ”/k eq ’に等しく、前記帯状体(3)が、25MPa以上の単位長さ当りの等価実剛性K’eq、および0.25以上の等価損失係数tanδeqを有し、
    減衰材料が、0.5から2%の間のNCO百分率含有量を有する1成分ポリウレタンであるとともに、
    ・指数iOHが5から10の間、ガラス遷移温度T が−50℃以下、軟化点が50から80℃の間であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは80gから200gの間);
    ・指数iOHが50から100の間、ガラス遷移温度T が−50℃以下であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは120gから220gの間);
    ・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、2.1から2.7の間の官能価を有し、かつ11から33%の間のNCO百分率含有量を有する、少なくとも1種のイソシアネート(好ましくは180から220gの間);
    ・少なくとも1種の触媒(好ましくは0.5から3gの間);
    ・任意選択で、少なくとも1種の充填材を含む、減衰材料であるか、または
    減衰材料が、0.5から2%の間のNCO百分率含有量を有する1成分ポリウレタンであるとともに:
    ・指数iOHが20から40の間、ガラス遷移温度T が−40から−20℃の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは350から450gの間);
    ・指数iOHが30から90の間、ガラス遷移温度T が0から30℃の間、軟化点が50から70℃の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエステルポリオール(好ましくは35から250gの間);
    ・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、2.1から2.7の間の官能価を有し、かつ11から33%の間のNCO百分率含有量を有する、少なくとも1種のイソシアネート(好ましくは150から230gの間);
    ・少なくとも1種の触媒(好ましくは0.5から3gの間);
    ・任意選択で、少なくとも1種の充填材を含む、減衰材料であるか、または
    減衰材料が、0.5から2%の間のNCO百分率含有量を有するポリウレタンプレポリマーであり、この材料が:
    ・指数iOHが25から35の間、ガラス遷移温度T が−50℃未満、分子量が3500から4500の間であって、官能価2を有する少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
    ・指数iOHが25から800の間、ガラス遷移温度T が−50℃未満であって、2.3から4の間の官能価を有する、少なくとも1種のポリエーテルポリオール;
    ・指数iOHが20から40の間、ガラス遷移温度T が−40から−20℃の間であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール;
    ・指数iOHが30から90の間、ガラス遷移温度T が0から30℃の間、軟化点が50から70℃の間であって、官能価2を有する、少なくとも1種のポリエステルポリオール;
    ・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)型で、2.1から2.7の間の官能価と、11から33%の間のNCO百分率含有量とを有する、少なくとも1種のイソシアネート;
    ・少なくとも1種の触媒;
    ・任意選択で、少なくとも1種の充填材を含む、減衰材料である、
    ことを特徴とする帯状体(3)。
  2. 帯状体が、30MPaから270MPaの間の単位長さ当りの等価実剛性K’eq、および0.4以上の等価損失係数tanδeqを有することを特徴とする請求項1に記載の帯状体
  3. 帯状体(3)が、単一の減衰材料(4)、またはいくつかの減衰材料(4a,4b;40,41;42,43;44,45;46,47)で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の帯状体
  4. 単数または複数の減衰材料が、2つの要素(1,2)に対して粘着特性を示すことを特徴とする請求項3に記載の帯状体
  5. 帯状体(3)が、少なくとも1種の減衰材料(4)と、非減衰粘着材料とから形成され、粘着材料が2つの要素(1,2)を互いに接着するように設計されていることを特徴とする請求項1または2に記載の帯状体
  6. 粘着材料(5)が、2つの相対する側面(50,51)を介して2つの要素(1,2)にそれぞれ粘着し、減衰材料が、2つの要素の少なくとも一方に接着されていることを特徴とする請求項5に記載の帯状体
  7. 粘着材料(5)が、その一方の面(50)を介して、一方の要素(1)に接着された減衰材料(4)に粘着するとともに、その反対面(51)を介して、互いに接合しようとする他方の要素に粘着することを特徴とする請求項5に記載の帯状体
  8. 帯状体(3)が、層の積重ね体として互いに重ねて配置された、いくつかの減衰材料(4a,4b;40,41;44,45;46,47)を含み、積重ね体の両端における材料のそれぞれが、互いに接合しようとする2つの要素(1,2)の一方に接着されるか、または粘着材料(5)に接着されていることを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の帯状体
  9. 帯状体(3)が、互いの隣に並列に、互いにつき合わせるかまたはそうではなく配置された、いくつかの減衰材料(4c,4d;42,43)を含み、この材料のそれぞれが、互いに接合しようとする2つの要素(1,2)にそれぞれ接着される、2つの相対する側面を有することを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の帯状体
  10. 帯状体(3)が、積重ね体として、かつ並列に配置された、いくつかの減衰材料を含み、この組合せを部分的に構成する少なくとも1種または2種の材料が、互いに接合しようとする2つの要素(1,2)に接着されていることを特徴とする請求項8および9に記載の帯状体
  11. 粘着材料(5)が、単数または複数の減衰材料と積み重ねられ、かつ/または並列に配置されていることを特徴とする請求項5から10のいずれか一項に記載の帯状体
  12. 粘着材料(5)と一緒のまたはそれを伴う、単数または複数の減衰材料が、空間(6)によって分離されていることを特徴とする請求項5から11のいずれか一項に記載の帯状体
  13. 単数または複数の減衰材料が、次のプラスチック:可塑化または非可塑化ポリ塩化ビニル;熱可塑性エラストマー類;ポリオレフィン類、EPDM(エチレン‐プロピレン‐ジエン)またはゴム、特にブチルゴムまたはニトリルゴムまたはその他スチレンブタジエンゴムなどのエラストマーによって場合によっては修飾された、1成分または2成分ポリウレタン類;ポリアルキルアクリレートまたはメタクリレート共重合体類;およびエポキシ樹脂類、から選択されることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の使用。
  14. プラスチックが、有機充填材、鉱質充填材、または金属充填材を含有することを特徴とする請求項13に記載の帯状体
  15. 減衰材料が
    ・任意選択で、モレキュラーシーブ型の充填材(好ましくは20から60gの間);および
    ・任意選択で、チョーク、カオリン、タルク、アルミナ、カーボンブラックまたはグラファイト型の少なくとも1種の充填材(好ましくは5から60gの間)を含むことを特徴とする請求項14に記載の帯状体
  16. 帯状体が、幅が15mm、厚さが3mmの基準断面で、20℃において400MPaの単位長さ当りの等価実剛性と、0.3の等価損失係数とを有することを特徴とする請求項15に記載の単一の減衰材料で形成された帯状体
  17. 請求項1に記載の減衰材料と、ポリウレタンマスチック型の非減衰粘着材料との積重ね体として形成された帯状体であって、帯状体が、2種の材料のそれぞれに対して幅が15mm、厚さが3mmの基準断面で、20℃において70MPaの単位長さ当りの等価実剛性と、0.95の等価損失係数とを有することを特徴とする帯状体。
  18. 帯状体が、NCO百分率含有量が1.8から2.2%の間であって:
    ・指数iOHが25から35の間、ガラス遷移温度Tが−50℃未満、分子量が3500から4500の間であって、官能価2を有する、180から220gの間のポリエーテルポリオール;
    ・NCO百分率含有量が11.9%に等しい、75から115gの間のMDI型のイソシアネート;
    ・5から30gの間のカーボンブラック;
    ・0.5から3gの間の触媒;
    ・10から30gの間の熱分解法シリカ;
    ・指数iOHが27から34の間、分子量が3500、官能価が2、ガラス遷移温度Tが−30℃である、135から180gの液体のアモルファスポリエステルポリオールA;
    ・指数iOHが27から34の間、分子量が3500、官能価が2、ガラス遷移温度Tが+20℃である、35から85gの液体のアモルファスポリエステルポリオールB;
    ・NCO百分率含有量が11.9%である、55から110gの間のMDI型イソシアネート;および
    ・20から80gの間のモレキュラーシーブを含むことを特徴とする請求項15に記載の帯状体
  19. 帯状体が、幅が15mm、厚さが3mmの基準断面で、20℃において120MPaの単位長さ当りの等価実剛性と、0.75の等価損失係数とを有することを特徴とする、請求項15または18に記載の単一の減衰材料で形成され帯状体。
  20. 帯状体が、押出し、またはエンキャップシュレーション、または成形からの転移、または射出成形のプロセスによって、要素の少なくとも一方に張り付けられることを特徴とする請求項1から19のいずれか一項に記載の帯状体
  21. 帯状体が、その長さの全体または部分にわたって均一または不均一な断面を有することを特徴とする、請求項1から20のいずれか一項に記載の帯状体
  22. 帯状体が、金属‐金属、ガラス‐ガラス、金属‐プラスチック、プラスチック‐ガラスまたはプラスチック‐プラスチック型の2つの要素(1,2)に接合されていることを特徴とする、請求項1から18のいずれか一項に記載の帯状体
  23. 基板を金属要素に取り付けるために使用できるように、ガラス基板と金属要素との間に挿入されることを特徴とする請求項19に記載の帯状体
  24. 帯状体が、グレージングを自動車の車体に取り付けるために使用されることを特徴とする請求項2に記載の帯状体
  25. グレージングが、少なくとも2枚のガラス板と音響特性を有するフィルムとを含む、積層グレージング組立体からなることを特徴とする請求項2に記載の帯状体
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