JP4906318B2

JP4906318B2 - 独立気泡型ガラス発泡体からなる低周波用吸音材

Info

Publication number: JP4906318B2
Application number: JP2005328143A
Authority: JP
Inventors: 浩由井; 国章呉
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: JP2007133268A

Description

本発明は、ガラスリサイクルシステムによって回収されたガラス瓶等の廃棄ガラスから製造されるガラス発泡体を利用して製造される４５０Hz以下、特に４００Hz以下の低周波に対して優れた吸音特性を有する吸音材に関する。

生活騒音、環境騒音に対する関心の高まりから、種々の防音対策が要求されるようになった。
これら問題を解決するための防音策としては、大きく分けて「遮音」と「吸音」の２つの対策方法がある。
このうち、「遮音」は、音をできるだけ多く反射することによって音をさえぎることをいう。遮音材の例としては、比較的密度の高い、鉄板、鉛シート、コンクリート、石膏ボード等を挙げることができる。
一方、「吸音」は、音が多くの小さな穴等の間隙を抜けるときに音の波（エネルギー）が消耗され減衰される現象をいい、代表的な吸音材としては、繊維系吸音板、板状材料に多数の孔を開けた孔あきボード、発泡体等の多孔質体を挙げることができる。繊維系吸音板としては、例えば、グラスウール、ロックウールなどの無機繊維、吸音用軟質繊維板、ロックウール化粧吸音板等を挙げることができる。孔あきボードの例としては、多数の孔を開けた、合板、セッコウボード、ハードボード、石綿セメント板などの板状材料を挙げることができる。無機物多孔質体を用いたものとしては焼結金属発泡体、ガラス発泡体、陶磁器発泡体、セメント発泡体などを挙げることができ、有機物系多孔質体としては、ゴムスポンジ、プラスチックフォーム、天然高分子多孔質体などを挙げることができる。
これら吸音特性（吸音力）は、各材料の吸音率、厚さ、密度などに依存する。

ところで、最近、一般的な騒音のみならず、人の耳には聞こえないあるいは聞き取り難い低周波による騒音の問題がクローズアップされている。一般に、人間の耳に聞こえる音の周波数は２０〜２０，０００Hzであるといわれており、このうち数百Hz以下の騒音を低周波騒音と呼んでいる。低周波騒音は耳に聞こえない、あるいは聞き取りがたい分だけ、厄介な問題であり、周囲にもなかなか理解されない。時に、これら低周波は、不眠、頭痛等の原因となる場合もある。
これら低周波を吸収するための材料について多くの改善の試みがなされ、例えば、以下のような報告がなされている。
しかし、これら低周波吸音材の多くは、複合材であって、構造が複雑であるが故に、製造が煩雑であり、また高価である等の欠点を有していた。また、これら文献ないし報告中で使用される「低周波」なる用語は、１０００Ｈｚ以下のものを指して言う場合が多く、所謂４５０Hz以下、特に４００Ｈｚ以下の低周波吸音に関する報告は少ない。

１．低周波吸音材に関して；
（１）特開平１１−２５６７２０号公報には、熱硬化性樹脂に無機粒子を分散させた発泡体からなり、無機粒子が発泡体を構成する気泡間の気泡柱に実質的に存在する吸音材について記載され、かつ該吸音材が低周波数帯域において優れた吸音特性を有すると記載されている。しかし、ここに言う低周波は単に１５００Ｈｚ以下の領域を漠然と指すだけであって、４５０Hz以下、特に４００Hz以下の低周波の吸収特性の改善については何ら教示していない。（特許文献１参照）

（２）特開平１１−２１９１８７号公報には、粉体とバインダー樹脂からなる粉体層が基材内に含浸形成された粉体層形成シートＡと、多孔質材料３吸音材Ｂを積層してなる低周波数域における吸音特性を向上させた吸音材が記載されている。（特許文献２参照）

（３）特開平１０−１２１６０号公報には、気孔率が６０％以上、気孔径の主体が０.２〜２０００μｍの連通気孔を有し、通気率が１ｃｍ³・ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨ₂Ｏ以上の多孔質セラミックスブロックであって、その厚さ方向に直角な表面に深さ２０ｍｍ以上の非貫通穴及び／又は非貫通溝を有し、該非貫通穴又は非貫通溝の底から裏面にその穴径又は溝幅以下の直径の貫通穴を裏面開口率が０.３〜１４％となるように穿設したセラミックス吸音材と、該セラミックス吸音材の裏面側に設けた壁板と、該壁板と前記セラミックス吸音材との間に形成された背後空気層とからなる、低周波数域側の吸音性能を改善向上されたセラミックス吸音壁が記載されている。（特許文献３参照）

（４）特開２００４−２３２１３７号公報には、有機繊維が相互に交絡した、厚さ５〜５０ｍｍ、通気度を１〜１００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃのシート状集合体からなり、かつ該有機繊維が部分的にフィブリル化した短繊維であることを特徴とする吸音材について記載され、かつ該吸音材は１０００Ｈｚ以下の低周波領域での吸音性が顕著に向上している旨の報告がなされている。（特許文献４参照）

（５）特開２００４−１９１４４５号公報は、損失係数ηが０．０５以上、通気量が０．１ｄｍ^３／ｓ以上であり、かつ厚さが１〜５０ｍｍである、グラスウール若しくはロックウールからなる多孔質吸音材について提案しており、かつ該吸音材が、１００Ｈｚ付近の低周波数領域から２０００Ｈｚ付近の高周波数領域までの広い範囲に亘って高い吸音効果を有する旨を報告している。（特許文献５参照）

（６）特開２００３−３１６３６４号公報は、
（ａ）分子量５００〜５０００のジオールと、（ｂ）分子量５００以下のジオールと、（ｃ）無機充填材と、（ｄ）発泡剤としての水と、（ｅ）イソシアネートの各成分から配合されていることを特徴とする発泡体が、３００Ｈｚ付近以下の低周波数領域での吸音効果が高い旨を報告している。（特許文献６参照）

（７）特開２００３−１２２３７０号公報は、内部に連続気泡を有する発泡体であって、音源側の表面に薄膜層を前記発泡体と一体成型してなる吸音材について記載され、かつ、該吸音材が従来の技術に比べて約５００Ｈｚ以下の低周波の吸音効果が高く、特に１００Ｈｚ以下の低周波でも優れた効果を有する旨を報告している。（特許文献７参照）

上記のとおり、低周波吸音材については様々な吸音材が報告されているが、これら吸音材の多くは、複合材であるが故に、構造が複雑である上に、高価であったり、製造が煩雑であったり、しかも４５０Hz以下、特に４００Hz以下といった真の低周波の吸音特性も必ずしも満足し得るものではない等の問題が依然として残されているのが現状である。
また、特開２００４−１９１４４５号公報にも記載されるように、周波数帯域でも例えば５００Ｈｚ以下の周波数帯域に対してはグラスウールやロックウール等の多孔質吸音材の厚さを厚くしたり、吸音材の背後に空気層を設けるなどの試みがなされているが、十分な吸音効果を得ようとすると重量が重くなることやスペースを広くとらなければならない等の問題が生じていた。（特許文献８参照）

２．ガラス発泡体を用いた吸音材について；
一方、これら吸音材のうち、ガラス発泡体は、自治体におけるガラスのリサイクル運動とあいまって最近注目を集めている。
これらガラス発泡体の多くは、粉末状のガラスに例えば、ＣａＣＯ_３（石灰石）、ＭｇＣＯ_３（マグネサイト）、ＣａＣＯ_３・ＭｇＣＯ_３（ドロマイト）のような焼成によって分解してＣＯ_２を放出したり、ＳｉＣ（炭化珪素）のような焼成によって酸素と反応してＣＯ_２を放出したりする無機質の発泡材を混合し、その混合物を加熱することによって製造される。
また、これらガラス発泡体からなる吸音材については下記のような報告もなされている。

（１）特開２００１−２２０２６２号公報は、廃ガラスなどのガラスを主成分とする軽量骨材と無機質結合材とを焼成して成形した吸音材が提案されている。（特許文献９参照）
しかし、この吸音材は４５０Ｈｚ以下の周波数領域では吸音特性が改良されておらず、社会問題となっている低周波騒音に対しては十分な効果が期待できないのが現状である。

（２）特開平１１−４５０９２号公報は、板状の遮音部材と、遮音部材に周縁部が支持される通気性表面部材と、遮音部材と通気性表面部材により形成される空間に充填される無機ガラス発泡粒体を備える吸音・遮音部材について報告している。（特許文献１０参照）

（３）特開平１０−１１４９１７号公報は、ガラス質発泡体粒子とバインダーとによって多孔質に成形すると共に、下部から上部に向けて多数の貫通孔を有する多孔質吸音体と、上記多孔質吸音体の上部に設けられた無機繊維吸音体と、上記無機繊維吸音体の上部に設けられた反射板と、上記多孔質吸音体と無機繊維吸音体と反射板とをパネル状に一体化する枠体とからなることを特徴とする高架構造体の下に設置される吸音パネルについて報告している。（特許文献１１参照）

（４）特許第３５８１００８号公報は、ガラス質廃材を粉砕して得られる０．２１ｍｍ以上２．３８ｍｍ以下の粒度分布を有する粗粉砕ガラス粉９６〜８０重量％と０．２１ｍｍ未満の粒度分布を有する微粉砕ガラス粉４〜２０重量％とを配合して成るガラス質配合粉に、該ガラス質配合粉に対して０．１〜３重量％の炭化珪素粉を閉塞壁の補強剤として添加、混合して成る混合粉を７００〜９８０℃の温度で加熱焼成し、次で冷却することを特徴とするかさ密度１．２ｇ／ｃｍ3 以下、吸水率２０％以下であるガラス質発泡体の製造法について報告している。また、同公報には、該ガラス質発泡体が、軟弱地盤改良材、水捌け材、軽量骨材、断熱材、吸音材などの各種土木用資材、建築用資材として有用である旨が記載されている。しかし、低周波吸音については何ら具体的な記載はない。（特許文献１２参照）

３．発泡体の気泡構造と吸音特性について；
ところで、ガラス発泡体等の発泡体の気泡構造と吸音特性の関係について、以下のような報告がなされている。

（１）特開２００１−４８５５７号公報は、発明が解決しようとする課題として、「一般的には、ガラス微粉末に発泡剤を混合し焼成せしめた板状発泡ガラスは、独立気泡を内蔵する場合は全くと言っていいほど吸音性はなく、又連続気泡を有し吸水率が５０％を越える発泡ガラスであっても、その吸音率が実用性の目安となる０．４を超えるものの製造は出来ていなかった。」と報告している。（特許文献１３参照）

（２）特開２００４−１２６４８７号公報は、ハニカム材層が空気層と発泡体層の複合構造層からなる吸音構造体に関して「本発明では発泡体の粒子構造の研究から手掛け先ずは独立気泡粒子と連通気泡粒子を区別し吸音構造に適切な発泡体の粒子構造を確認することとした。この結果、独立気泡構造は遮音に適しているが吸音材としては不向きであり、吸音には連通気泡構造の粒子構造が適切で又発泡体の材質選択が更に重要要素であると見え軟質系と硬質系の材質特性差の探求も課題とした。理論を分析すると発泡体の粒子サイズは音の減衰に大きな要素を占めると考えられ適度の硬質度があり連通で微細粒子構造の発泡体の発見を解決策の課題とした。」と報告している。（特許文献１４参照）
このように、ガラス等の発泡体からなる吸音材の場合、独立気泡タイプは一般的に効果がないとされていた。また、複合材以外の、ガラス発泡体のみからなる真の低周波吸音材は知られていなかった。
特開平１１−２５６７２０号公報特開平１１−２１９１８７号公報特開平１０−１２１６０号公報特開２００４−２３２１３７号公報特開２００４−１９１４４５号公報特開２００３−３１６３６４号公報特開２００３−１２２３７０号公報特開２００４−１９１４４５号公報特開２００１−２２０２６２号公報特開平１１−４５０９２号公報特開平１０−１１４９１７号公報特許第３５８１００８号公報特開２００１−４８５５７号公報特開２００４−１２６４８７号公報

低周波騒音への関心が高まりつつあり、安価で高性能な低周波吸音材が求められている。しかしながら、従来の低周波吸音材の多くは複合材料であるが故に、構造が複雑であり、製造も煩雑であって、必然的にコストも高いものであった。
このような吸音材は、家屋や交通機関、公共施設、工事現場等において幅広く使用されることから、その普及のためには安価であることが絶対条件である。
したがって、本発明の目的は、安価で、製造が容易で、しかも十分な低周波吸収性を有する吸音材を提供することである。

本発明者らは、安価で、製造が容易で、しかも十分な低周波吸収性を有する吸音材を提供すべきことを目的として鋭意研究を行なった結果、リサイクルによって回収される廃ガラスを用いて製造されるある種の独立気泡型のガラス発泡体が極めて優れた低周波吸収特性を有することを見出して本発明を完成した。
従来、独立気泡構造は吸音材としては不向きであるとするのが定説であったが、意外にも４５０Ｈｚ以下の低周波領域においては独立気泡タイプの発泡体が極めて優れた吸音特性を有するということは実に驚くべきことであった。

即ち、本発明は以下のとおりである。
１．かさ密度が１．６ｇ／ｃｍ^３以下、吸水率が３０％以下の独立気泡型ガラス発泡体からなる低周波用吸音材。
２．独立気泡型ガラス発泡体が炭化珪素粉を配合したガラス粉を焼結することによって得られるガラス発泡体であって、独立気泡の閉塞壁が該炭化珪素によって補強されている上記１に記載の低周波用吸音材。
３．粗粉砕ガラス粉と微粉砕ガラス粉とを配合してなるガラス質配合粉に炭化珪素粉を閉塞壁の補強剤として添加、混合してなる混合粉を７００℃乃至９８０℃の温度で加熱焼成し、次で冷却、固化することによって得られる上記２に記載の低周波用吸音材。
４．管内法による垂直入射吸音率測定法（JIS A １４０５）によって測定した吸音率のパターンが４５０Ｈｚ以下の周波数領域で最大値を有することを特徴とする上記１乃至３のいずれかに記載の低周波用吸音材。
５．吸音材が平板状又はブロック状である上記１乃至４のいずれかに記載の低周波用吸音材。
６．平板状又はブロック状の低周波用吸音材であって、その表面又は内部に繊維状又は網状の補強材を有する上記５に記載の低周波用吸音材。
７．平板状又はブロック状の低周波用吸音材であって、その少なくとも片面に、多孔質吸音板、繊維状吸音板、膜状又は板状吸音板、及び穴あき吸音板から選ばれる吸音板を積層してなる上記５又は６に記載の低周波用吸音材。
８．平板状又はブロック状の低周波用吸音材の少なくとも１面に、金属、木材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、発泡プラスチック及びガラスから選ばれる素材からなるシート材又は板材を積層してなる上記５乃至７のいずれかに記載の低周波用吸音材。
９．上記５乃至８のいずれかに記載の平板状又はブロック状の低周波用吸音材を、金属、木材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス及び剛性ネットから選ばれる素材からなるシート材又は板材、あるいはこれらシート材又は板材に多数の小孔を設けた有孔シート材又は有孔板材から形成される外枠容器内に封入してなる低周波用吸音材。
１０．吸音材が塊状である上記１乃至４のいずれかに記載の低周波用吸音材。
１１．天板、底板及び枠板から構成され、かつ、該天板と底板の一方あるいは両方が剛性ネットである籠状容器内に請求上記１０に記載の塊状低周波用吸音材を充填してなる籠状容器入り低周波用吸音材。
１２．枠板が、金属、木材、竹材、陶器、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス、又は剛性ネットからなる籠状容器に請求項１０に記載の塊状低周波用吸音材を充填してなる上記１１に記載の籠状容器入り低周波用吸音材。
１３．上記１０に記載の塊状の低周波用吸音材を、金属、木材、竹材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス及び剛性ネットから選ばれる素材からなるシート材又は板材、あるいはこれらシート材又は板材に多数の小孔を設けた有孔シート材又は有孔板材から形成される外枠容器内に封入してなる低周波用吸音材。
１４．ガラス発泡体表面に光触媒を担持してなる上記１乃至１３のいずれかに記載の低周波用吸音材。
１５．ガラス発泡体表面に樹脂を塗布してなる上記１乃至１３のいずれかに記載の低周波用吸音材。
１６．上記１乃至１５に記載の低周波用吸音材からなる構造材。
１７．４５０Ｈｚ以下の低周波の存在する環境下において、上記１乃至１５に記載の低周波用吸音材によって低周波を吸音する方法。

本発明のガラス発泡体における吸音効果の発現については、詳細な理由は不明だが、複雑な表面乃至は気泡に入射した音波が伝搬していく過程でこれらの気泡を構成する壁面、特に炭化珪素によって補強された壁面との衝突及び摩擦等によりそのエネルギーが吸収されることによると考えられる。
本発明の低周波吸音材は、４５０Hz以下、特に４００HZ以下の低周波に対して優れた効果があり、しかも複合材料ではなくガラス発泡体単独組成から構成されるので、製造も容易であり、しかも廃ガラスを原料としているので価格も極めて安価である。加えて、ガラス系であるため燃焼や有毒ガス発生の心配がない。
これら低周波吸音材のうち、平板状又はブロック状のものは壁材、天井材、床材等の建材、あるいは各種土木用材料として効果的に利用できる。また、塊状のものは、これに加えて、自動車騒音吸音材、屋内騒音吸音材、工場騒音吸音材、屋上バラス材等としても効果的に利用できる。
更に、該ガラス発泡体に樹脂を塗布して強化したものは、ガラス発泡体の弱点である脆さを克服することができる。また、２酸化チタン等の光触媒を塗布したものは、屋外の排気ガスや屋内のシックハウス症候群の原因であるホルムアルデヒド等の有毒ガスを分解し、無毒化する効果を併せ有する。

本明細書で使用する用語の意味は以下の通りである。
「実質的に独立気泡から構成されるガラス発泡体」とは、気泡の大部分が閉気孔の独立気泡からなるガラス発泡体を意味し、具体的には、かさ密度が１．６ｇ／ｃｍ³以下（より具体的には１．６ｇ／ｃｍ³乃至０．１ｇ／ｃｍ³）、より好ましくは１．２ｇ／ｃｍ³以下（より具体的には１．２ｇ／ｃｍ³乃至０．２ｇ／ｃｍ³）、吸水率が３０％以下、より好ましくは２０％以下の独立気泡型ガラス発泡体を意味する。
素材は、好ましくは廃ガラスからなる。より詳しくは、ガラス質廃材を粉砕して得られる０．２１ｍｍ乃至２．３８ｍｍの粒度分布を有する粗粉砕ガラス粉９６〜８０重量％と０．２１ｍｍ未満の粒度分布を有する微粉砕ガラス粉４〜２０重量％とを配合して成るガラス質配合粉に、該ガラス質配合粉に対して０．１〜３重量％の炭化珪素粉を閉塞壁の補強剤として添加、混合して成る混合粉を７００〜９８０℃の温度で加熱焼成し、次で冷却することによって得られるかさ密度１．６ｇ／ｃｍ³以下、好ましくは１．２ｇ／ｃｍ³ 以下、吸水率３０％以下、好ましくは２０％以下のガラス発泡体を意味する。
「低周波」とは、ここでは４５０Hz以下の周波領域、好ましくは４００Hz以下、さらに好ましくは３５０Hz以下の周波数領域を意味する。また「低周波吸音」とは、少なくとも４５０Hz以下の周波領域において吸音率の最大値（ピーク）を有する現象を意味する。なお、「低周波吸音」とは、当該低周波のみを吸収するだけでなく、併せて４５０Ｈｚより高い周波数の音波を吸音してもよいことは勿論である。
「閉塞壁」とは、閉塞された個々の独立気泡の壁面、言い換えれば、隣接する気泡とを境界を構成する壁を意味する。閉塞壁の強度が不十分で、これが破壊された場合には、隣接する独立気泡が互いに連通することによって独立気泡の占有率が低下し十分な低周波吸音特性が得らない。
「かさ密度」とは、アルキメデス法にいって測定した密度を意味する。強度を重視するか、軽量性を重視するかによって異なるが、好ましいかさ密度は１．６ｇ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１．２ｇ／ｃｍ^３以下であり、具体的には０．１ｇ／ｃｍ^３乃至１．６ｇ／ｃｍ^３、更に好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３乃至１．２ｇ／ｃｍ^３、更に好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３乃至０．９ｇ／ｃｍ^３ある。かさ密度は、発泡倍率即ちガラス発泡体における気泡の占有割合を示す指標であり、この値が高いほど低発泡であって気泡の占める割合が低く、逆にこの値が低いほど高発泡で軽量であることを意味する。かさ密度が１．６ｇ／ｃｍ³以上だと発泡倍率が不十分であって好適な低周波吸音特性が得られない。
「吸水率」とは、水中に５分間浸漬した後、乾燥状態での重量をＷ_０とし、発泡ガラスを水中に５分保持して取り出した後、表面を湿った布で拭き取ったときの重量をＷ₁としたとき、（Ｗ₁−Ｗ_０）／Ｗ_０ ×１００で得られる吸水率である。好ましくは、吸水率は３０％以下、更に好ましくは２０％以下、具体的には３０乃至０．５％、更に好ましくは２０乃至０．５％である。吸水率は独立気泡の指標であり、吸水率が小さいほど独立気泡の占める割合が高く、逆にこの値が高いほど連続気泡が多くなるといえる。この値が３０％以上だと十分な独立気泡を確保でず、好適な低周波吸音特性が得られない。
「管内法による垂直入射吸音率測定法」とはＪＩＳＡ１４０５に規定される吸音測定法である。
「独立気泡型発泡体」乃至「独立気泡から構成されるガラス発泡体」とは、「実質的に独立気泡から構成される発泡体」を意味する。「実質的に独立気泡から構成される発泡体」については前記のとおりである。
「粗粉砕ガラス粉」とは、空びんなどのガラス質廃材を粉砕して得られる０．２ｍｍ乃至２．４ｍｍ、好ましくは０．２１ｍｍ乃至２．３８ｍｍの粒度分布を有する粉砕ガラス粉を意味する。
「微粉砕ガラス粉」とは、同じく空びんなどのガラス質廃材を粉砕して得られる０．２１ｍｍ未満の粒度分布を有する粉砕ガラス粉を意味する。
「徐冷」とは、焼成後２００℃程度まで徐々に冷却することを意味し、好ましくは毎分２℃で２００℃以下まで冷却することである。焼成したガラス発泡体を型内で徐冷することによって、平板状乃至ブロック状のガラス発泡体を得ることができる。
「急冷」とは、焼成後、冷風を当てるなどして強制的に冷却することを意味する。焼成したガラス発泡体を急冷することによって、塊状状のガラス発泡体を得ることができる。
「平板状又はブロック状」とは、パネル等を形成するための平板又はブロック状（レンガ状）を意味する。寸法は、使用目的に合わせて適宜決定すればよく、特に限定されるものではなく任意である。しかし、好ましくは、建材として汎用されるパネル板や各種ブロックの規格に合わせるのがよい。
「繊維状又は網状の補強材」とは、木材やコンクリートに比べれば脆弱である発泡ガラスを強化ないし型崩れから保護するためのものである。材質的には、特に制限されるものではないが、例えば、金属繊維、無機鉱物繊維、ガラス繊維等からなる織布や不織布、編布、あるいは網状物（ネット）を挙げることができる。平板状乃至ブロック状のガラス発泡体の表面にこれら補強材を積層することにより、あるいはこれら補強材の両面に平板状乃至ブロック状のガラス発泡体をサンドイッチ状に積層することにより補強することが出来る。
「多孔質吸音板」とは、軟質ウレタンフォーム、発泡コンクリート、発泡石膏ボード等の所謂発泡体からなる板状の吸音材を意味する。ビニルスポンジ、塩化ビニルフォームであってもよい。
「繊維状吸音板」とは、繊維からなる不織布、織布、編布からなる吸音板を意味し、好ましくは間隙率が高く吸音材として汎用されている不織布が好ましい。具体的には、ロックウール、グラスウール、スラグウール、フェルト等を挙げることができる。
「膜状吸音板」は、具体的にはプラスチックフィルム、帆布キャンバス、レザー等である。
「板状吸音板」とは、板状体の振動による内部摩擦によって音を減衰するものであって、具体例としては合板、石膏ボード、ハードボード、木製パネル、プラスチックボード等を挙げることができる。
「穴あき吸音板」とは、上記板状体に多数の穴をあけたものであって、さらに吸音性が向上する。具体的には、穴あき石膏ボード、穴あき合板等であり、他に、穴あき金属板、スリット合板等を挙げることができる。
これら吸音板は、発泡ガラスと全面接着するのではなく点接着をするなどして、発泡ガラス層との間に空気層を設けることによって、その吸音性がさらに向上させることが可能である。
「積層のためのシート材又は板材」としては、金属、木材、竹材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、発泡プラスチック及びガラス等を挙げることができる。強化、装飾、劣化防止等、それぞれの目的に応じて、適宜材料を選択し使用することが出来る。
「外枠容器」とは、平板状又はブロック状の低周波用吸音材をその中に詰め込んで使用するための、例えば箱状の中空の外枠容器である。外枠容器の形状は、使用形態に合わせて、例えば、パネルとして使用する場合は、パネル状の平板形状にすればよく、また柱状態で使用する場合は、該容器を柱状にすればよい。素材は特に限定されるものではないが、例えば、金属、木材、竹材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス及び剛性ネットから選ばれるシート材又は板材、あるいはこれらシート材又は板材に多数の小孔を設けた有孔シート材又は有孔板材を使用することができる。剛性ネットとは、金網等の外力に対して形状保持能力を有するネット（網）を意味する。
外枠容器は、平板状又はブロック状の低周波用吸音材に限らず、塊状の低周波用吸音材を該外枠容器内に充填して使用してもよい。表面材及び／又は裏面材としては、金網；織布、不織布、編布等からなる繊維材；発泡石膏ボード、発泡プラスチック等の発泡材；多数の小孔を設けた有孔シート材又は有孔板材が好適である。
「塊状（体）」乃至「不定形塊状（体）」とは、焼結させた発泡ガラスを、冷風を送るなどして急冷することによって、ガラス成形体にクラックが生じて、自然に崩壊してできる塊状体である。その粒径は、冷却速度等によっても異なるが、その９０％以上が２ｍｍ乃至１００ｍｍの不定型塊状のガラス質発泡体である。徐冷することによって得られる上記平板状又はブロック状のガラス発泡体を粉砕することによって塊状体としてもよい。これら塊状体は、屋上にある程度の厚みをもってバラスとして敷き詰めるなどして、あるいは、パネル形状の外枠容器に充填して、あるいは金網等からなる籠状容器に充填して、またはプラスチックネットや不織布で所定形状に包み込むようにして使用することができる。このとき、塊状ガラス発泡体に加えて他の吸音材、例えば発泡プラスチック塊状体を混合して併用してもよい。なお、パネル形状の外枠容器に充填して使用するに当たっては、該パネルをハニカム構造とし、その間隙に充填すればさらに効果的である。
「天板、底板及び枠板から構成される籠状容器」とは、天板、底板及び枠板から構成される籠状容器を意味する。前記「外枠容器」の少なくとも一部、好ましくは天板と底板の一方あるいは両方に網状素材（金網等）を使用したものである。形状は使用形態に合わせて、例えば、パネルとして使用する場合は、パネル状の平板形状にすればよく、また柱状態で使用する場合は、該容器を柱状にすればよく、またブロック状態で使用する場合は、ブロック状にすればよい。天板及び底板は、好ましくは両者共に金網であるが、場合によっては、底板あるいは天板を枠板同様の剛性材料としてもよい。枠板としては、金属、木材、竹材、陶器、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス等の剛性材、又は金網等の剛性ネットを使用することができる。
特に枠材として好適なのは、容器の形状保持及び低周波吸音特性の観点から、金属、木材、竹、陶器、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス等の剛性材である。さらに好適には、金属、木材、発泡プラスチックである。
「光触媒」とは、代表的には２酸化チタンであり、このような光触媒をその表面に有する低周波発泡ガラス吸音材は、外気に接触する状態で使用するとき、吸音効果のみならず、新築家屋などにおけるシックハウス症候群の原因となるホルムアルデヒド等の害から身を守る効果が期待できる。また、「樹脂」とは、ガラス発泡体の表面に塗布する樹脂を意味する。ガラス発泡体は、脆弱であることから、外部から力が加わることにより崩壊しやすい。ガラス発泡体の表面に皮膜形成能を有する樹脂を塗布して、塗膜を形成することによってこのような崩壊を防止できる。樹脂は、塗膜形成を有すれば特に制限はない。具体的には、ペイントとして使用されるプラスチックを使用することが出来る。このとき樹脂に着色剤を加えてもよい。
「構造材」とは、所謂建材、土木資材を意味する。

独立気泡型発泡ガラス及びその製造
本発明の独立気泡型発泡ガラスからなる低周波吸音材は、特に制限されるわけではないが、例えば特許第３５８１００８号に記載される方法に従って製造することができる。
また、空びんから製造した軽石状の独立気泡型ガラス発泡体も市販されているので、これら独立気泡型発泡ガラスは市場からも容易に入手することができる。

粉砕ガラスの準備
原料は、ガラス材であれば特に制限はないが、リサイクル効果等の観点からすると、好適には廃ガラスである。これらガラス材は、製品的にも組成的にも特に制限はない。廃ガラスの製品例としては、例えば、ガラスびん、板ガラス、窓ガラス、テレビやパソコンの前面ガラスパネル、ガラス製品工場からのスクラップ等を挙げることができる。また、これらガラス廃材の成分は、珪酸塩ガラス、アルミノほうけい酸ガラス、ほうけい酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス等であるが、如何なる成分、如何なる成分比率であってもよい。原料の入手の容易性、回収の容易性の観点からすると、ガラスびん、板ガラス、窓ガラスの廃材は、比較的多量に回収ができるので、大量に生産でき有利である。
これら廃ガラスの粉砕から、焼成、成形に至る製造工程は、基本的には、例えば特許第３５８１００８号公報に記載の方法に準じて行なえばよい。以下、特に、かさ密度１．２ｇ／ｃｍ^３以下、吸水率２０％以下のガラス発泡体の製造方法について詳述する。

粉砕
ガラス廃材をハンマーミルなどの衝撃型破砕機を用いて粉砕する。その粉砕物を篩分けして、０．２１ｍｍ乃至２．３８ｍｍの粒度を有する粗粉砕ガラス粉と粒度が０．２１ｍｍ未満の微粉ガラス粉の重量比が、９６：４乃至８０：２０となるように調製する。
粗粉砕ガラス粉の粒度が２．３８ｍｍを超える粗粒は再び粉砕して使用すればよい。
粗粉砕ガラス粉のみでも、あるいは微粉砕ガラス粉のみでも、目的とする良好な低周波吸収性ガラス発泡体得られない。上記のような特定な粒度の粗粉砕ガラス粉と微粉砕ガラス粉を特定の配合割合で混在せしめることにより独立気泡の生成が早期に且つ確実に得られ、目的とする良好な低周波吸収性ガラス発泡体得られる。

焼成
前記のように配合したガラス質混合粉に対して０．１〜３重量％の炭化珪素粉を添加、混合し、これをガラスの軟化点以上に、焼成温度５００℃以上に加熱、昇温し、少なくとも７００℃以上で焼成昇温し、冷却して固化することにより、ガラス質壁で覆われた大きな独立気泡を無数に有するかさ密度１．２ｇ／ｃｍ^３以下、吸水率２０％以下の目的とするガラス質発泡体が得られる。
炭化珪素粉は、単なる酸素反応型発泡剤としてだけでなく、閉塞壁（気泡内壁）の補強剤として効果を発揮するものであり、独立気泡を構成する閉塞壁（気泡内壁）がガスの膨脹により破裂して連続気孔となることを防止し、気泡をより大きく成長させるために有益である。
更に、このとき、熱分解性の発泡剤として０．０５〜２重量％の炭酸塩粉の少なくとも１種を添加、混合することによって、よりかさ高（かさ密度１ｇ／ｃｍ^３以下）な、極めて軽量な発泡ガラス成形品を得ることができる。
かさ密度及び吸水率は、粗粉砕ガラス粉と微粉ガラス粉の配合比を調整することにより、また、炭化珪素粉及び熱分解性の発泡剤として炭酸塩（例えば、ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３）の添加量を調整することにより達成される。一般的傾向としては、発泡倍率を上げた場合、かさ密度は減少し、吸水率も高くなる。

成形
上記冷却工程において、所定の成形型枠に入れ加熱焼成した後徐冷すれば、成形型枠に対応した形状、例えばレンガ状、平板パネル状、柱状の成形品とすることができる。一方、このとき冷風を当てるなどして急冷するならば、成形体に亀裂を生じ、これが自然に壊れて粒径２〜７５ｍｍの不定型塊状の不定形の塊状製品を得ることができる。
よって、レンガ状、板状、柱状等の所定の形状をもった成形品を所望のときは、例えば、所定の高温保持時間後、約２００℃まで徐々に冷却すればよい。また、不定形の塊状を所望のときは急冷すればよいし、あるいは、レンガ状、平板パネル状を破砕することによって製造してもよい。

加工
本発明の低周波吸収材は、使用目的に応じて様々に加工することが可能である。
例えば、表面を酸化チタン等の光触媒を常法乃至公知の方法に従ってコーティングしたガラス発泡体は、その強い酸化力により車の排気ガス等の空気浄化、シックハウス症候群の原因物質の分解浄化、水浄化、抗菌等の効果を期待することができる。
また、常法乃至公知の方法に従って樹脂の皮膜で被覆することにより、ガラス発泡体の弱点である脆弱性を改善することができる。樹脂皮膜は、普通のペイントであってもよい。
また、脆弱性を改善することを目的として、その表面又は内部を常法乃至公知の方法に従って繊維状又は網状の補強材で補強してもよい。補強材の材質は、特に制限されるものではないが、例えば、金属繊維、無機鉱物繊維、ガラス繊維等からなる織布や不織布、編布、あるいは網状物（ネット）を挙げることができる。
また、吸音効果をより一層高めるために、その少なくとも片面に、多孔質吸音板、繊維状吸音板、膜状又は板状吸音板、及び穴あき吸音板から選ばれる吸音板を常法乃至公知の方法に従って積層してもよい。多孔質吸音板としては、例えば、軟質ウレタンフォーム、発泡コンクリート、ビニルスポンジ、塩化ビニルフォー、発泡石膏ボード等の所謂発泡体を挙げることができる。繊維状吸音板としては、例えば、繊維からなる不織布、織布、編布、具体的には、ロックウール、グラスウール、スラグウール、フェルト等を挙げることができる。
膜状吸音板としては、例えば、プラスチックフィルム、帆布キャンバス、レザー等を上げることができる。板状吸音板としては、例えば、合板、石膏ボード、ハードボード、木製パネル、プラスチックボード等を挙げることができる。穴あき吸音板としては、例えば、穴あき石膏ボード、穴あき合板等であり、他に、穴あき金属板、スリット合板等を挙げることができる。
これら吸音板は、発泡ガラスと全面接着するのではなく点接着をするなどして、発泡ガラス層との間に空気層を設けることによって、その吸音性がさらに向上させることが可能である。
また、装飾、補強、更なる遮音効果の向上等を望む場合は、これら平板状又はブロック状の低周波用吸音材の少なくとも片面に、金属、木材、竹材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、発泡プラスチック及びガラスから選ばれる素材からなるシート材又は板材を積層してもよい。両面に積層する場合は、同一の素材からなるシート材又は板材を、あるいは目的に応じて異なる素材を積層してもよい。これらシート材又は板材は、必要により多数の小孔を設けてもよいし、また、低周波用吸音材が平板状又はブロック状である場合は、パネル板等の建材乃至構造材としての外形を保持するための外枠容器にこれら平板状又はブロック状の低周波用吸音材を封入して使用することもできる。パネルとして使用する場合は、外枠容器の形状は箱状である。箱状の外枠容器内に平板状又はブロック状の低周波用吸音材を封入して、通常のパネルと同様にして使用することができる。
低周波用吸音材が不定形塊状体である場合の使用形態は大きく分けて２つである。１つは、不定形塊状体をそのまま、屋上等にある程度の厚みをもってバラスとして敷き詰めるなどして使用する方法である。いま１つの方法は、上記のごときパネル形状の外枠容器、あるいは金網等からなる籠状容器内に充填して、またはプラスチックネットや不織布で所定形状に包み込むようにして使用することができる。なお、パネル形状の外枠容器に充填して使用するに当たって、該パネルをハニカム構造とし、その間隙に充填すればさらに効果的である。
籠状容器は、天板、底板及び枠板から構成されるものである。枠板としては、金属、木材、竹、陶器、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス等の剛性材、又は金網等の剛性ネットを使用することができる。天板及び底板は、好ましくは両者共に金網等の剛性ネットであるが、場合によっては、底板または天板の一方を枠板同様の剛性材料としてもよい。
特に興味があるのは、枠材が金属、木材、竹、陶器、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス等の剛性材である場合である。後述の実施例から明らかなとおり、枠材をこれら剛性材とすることによって、天板、底板及び枠材の全てが金網等の剛性ネットである場合に比べて、形状保持性が向上するばかりでなく、４５０Ｈｚ以下の低周波領域における最大吸音ピーク（最高吸音率を示すピーク）をより低周波側にシフトさせること、言い換えればより低周波の吸音特性を格段に向上させることができる。理由は、不明であるが、この事実は予測し難い驚くべき現象であった。
これらガラス発泡体からなる低周波用吸音材は、パネル状、ブロック状あるいは塊状形態で使用することができ、また、軽量且つその断熱効果、さらに不燃性が高いことから低周波吸音性の構造材等として極めて有益である。
具体的には、その軽量性、保温性、吸水性、撥水性、不燃性等の性質を利用して、低周波吸音特性を有する外壁材、床材、天井材、屋上バラス、不燃ドアー、自動車用吸音材、工場騒音吸音材、屋内騒音吸音材、道路・鉄道軌道・トンネル等の防音壁、各種保温・保冷材、緑化資材等として幅広く利用することができる。

粗粉砕ガラス粉と微粉砕ガラス粉とを配合して成るガラス質配合粉に少量の炭化珪素粉を閉塞壁の補強剤として添加、混合してなる混合粉を７００〜９８０℃の温度で加熱焼成し、次で冷却することによって得られたブロック状ガラス発泡体を得た。該ガラス発泡体は、実質的に独立気泡から構成され、かさ密度は０．３５ｇ／ｃｍ^３、吸水率は１１％であった。このようにして得られたブロック状ガラス発泡体より直径９７ｍｍ、厚さ３８ｍｍの円筒状試料を切り出して、管内法による垂直入射吸音率測定法（ＪＩＳＡ１４０５）に従って吸音率を測定した。〔空気層厚み５０ｍｍで測定〕
結果
周波数３００Ｈｚにおいて吸音率は最大値を示し、その時の吸音率は１．０であった。従来は独立気泡のガラス発泡体は吸音効果がないとされていたが、驚くべきことに、３００Ｈｚの完全な低周波領域において吸音率が１．０であった。

実施例１で用いたガラス発泡体のシートを粉砕して得た１０ｍｍ〜７０ｍｍの不定形塊状試料を、天板、底板及び枠板部分の全てが金網からなる直径９７ｍｍ、幅（円柱幅）３８ｍｍの円筒型籠状容器の中に密に充填して、管内法による垂直入射吸音率測定法（ＪＩＳＡ１４０５）に従って吸音率を測定した。〔空気層厚み５０ｍｍで測定〕
結果
周波数４３０Ｈｚで吸音率は最大値を示した。このように、塊状体の場合であっても、やはり４３０Ｈｚという低周波領域で吸音特性を示した。

実施例２で用いたものと同様のガラス発泡体の不定形塊状試料を各種の枠板材料から構成される円筒型の籠状容器（下記（１）〜（３））に充填して、管内法による垂直入射吸音率測定法（ＪＩＳＡ１４０５）に従って吸音率を測定した。いずれも空気層厚み５０ｍｍで測定した。
結果は以下のとおりであった。

（１）枠板を発泡ポリスチレンとした円筒型籠状容器を用いた試験；
外径９７ｍｍ、内径６８ｍｍ、幅５９ｍｍの円筒状の発泡ポリスチレンを枠板とし、金網を底板及び天板とする籠状容器を用いた他は、実施例２と同様である。不定形塊状試料の充填量は４２ｇであった。
周波数３２０Ｈｚにおいて吸音率は最大値を示し、その時の吸音率は０．８であった。
（２）枠板を木材とした円筒型籠状容器を用いた試験；
外径９０ｍｍ、内径５０ｍｍ、幅５０ｍｍの円筒状の杉材を枠板とし、金網を底板及び天板とする籠状容器を用いた他は、実施例２と同様である。不定形塊状試料の充填量は１５ｇであった。
周波数２７０Ｈｚにおいて吸音率は最大値を示し、その時の吸音率は１．０であった。
（３）枠板を金属とした円筒型籠状容器を用いた試験；
外径８５ｍｍ、内径８３ｍｍ、幅５２ｍｍの円筒状の鉄材を枠板とし、金網を底板及び天板とする籠状容器を用いた他は、実施例２と同様である。不定形塊状試料の充填量は４５ｇであった。〔空気層厚み５０ｍｍで測定〕
周波数２６０Ｈｚにおいて吸音率は最大値を示し、その時の吸音率は１．０であった。
結果
理由は明らかではないが、天板、底板及び枠板の全面が金網からなる円筒状籠状容器に不定形塊状体を充填した場合（実施例２）はその最大吸音率を示す周波数が４３０Ｈｚであったのに対し、天板及び底板はそのままとして、枠板として発泡ポリスチレンを採用した場合にはそのピークが３２０Ｈｚに、同枠板を木材とした場合には２７０Ｈｚに、また、同枠板を金属とした場合には更に２６０Ｈｚまでその吸音ピークが低周波側に移行し、更に低周波側の吸音が可能となった。
したがって、この事実は、本発明の実質的に独立気泡から構成されるガラス発泡体からなる低周波用吸音材は、それ自体、低周波用吸音材として有効であることは勿論であるが、さらに木材、発泡ポリスチレンあるいは金属と組合すことにより、３００Ｈｚレベルは勿論のこと、２００Ｈｚあるいは１００Ｈｚレベルのより低周波領域の吸音が可能となることを教えるものである。

本発明の低周波用吸音材は、例えば、平板状又はブロック状のものは壁材、天井材、床材等の建材、あるいは各種土木用材料として効果的に利用でき、また、塊状のものは、これに加えて自動車騒音吸音材、屋内騒音吸音材、工場騒音吸音材、屋上バラス材、緑化資材等としても効果的に利用できる。

Claims

管内法による垂直入射吸音率測定法（ＪＩＳＡ１４０５）によって測定した吸音率のパターンが４５０Ｈｚ以下の周波数領域で最大値を有し、かさ密度が０．２ｇ／ｃｍ^３乃至０．９ｇ／ｃｍ^３、吸水率が３０％以下、９０％以上が２ｍｍ乃至１００ｍｍの不定型塊状の独立気泡型ガラス発泡体からなり、
（１）該塊状の独立気泡型ガラス発泡体を天板、底板及び枠板から構成され、かつ、該天板と底板の一方あるいは両方が剛性ネットである籠状容器内に充填してなる、又は
（２）該塊状の独立気泡型ガラス発泡体を金属、木材、竹材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス及び剛性ネットから選ばれる素材からなるシート材又は板材、あるいはこれらシート材又は板材に多数の小孔を設けた有孔シート材又は有孔板材から形成される外枠容器内に封入してなる、
４５０Ｈｚ以下の周波領域の低周波を吸音するための低周波用吸音材。
独立気泡型ガラス発泡体が炭化珪素粉を配合したガラス粉を焼結することによって得られるガラス発泡体であって、独立気泡の閉塞壁が該炭化珪素によって補強されている請求項１に記載の低周波用吸音材。
独立気泡型ガラス発泡体が、粗粉砕ガラス粉と微粉砕ガラス粉とを配合してなるガラス質配合粉に炭化珪素粉を閉塞壁の補強剤として添加、混合してなる混合粉を７００℃乃至９８０℃の温度で加熱焼成し、次で冷却、固化することによって得られる請求項２に記載の低周波用吸音材。
該塊状の独立気泡型ガラス発泡体を天板、底板及び枠板から構成され、かつ、該天板と底板の一方あるいは両方が剛性ネットである籠状容器内に充填してなる低周波用吸音材であって、枠板が、金属、木材、竹材、陶器、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス、又は剛性ネットからなる籠状容器であるに請求項１に記載の低周波用吸音材。
該塊状の独立気泡型ガラス発泡体を金属、木材、竹材、紙、陶器、織布、不織布、編布、プラスチック、セメント、発泡セメント、無機質繊維板、石膏ボード、発泡石膏ボード、発泡プラスチック、ガラス及び剛性ネットから選ばれる素材からなるシート材又は板材、あるいはこれらシート材又は板材に多数の小孔を設けた有孔シート材又は有孔板材から形成される外枠容器内に封入してなる、請求項１に記載の低周波用吸音材。
ガラス発泡体表面に光触媒を担持してなる請求項１乃至４のいずれかに記載の低周波用吸音材。
請求項１乃至４に記載の低周波用吸音材からなる構造材。
４５０Ｈｚ以下の低周波の存在する環境下において、請求項１乃至４に記載の低周波用吸音材によって低周波を吸音する方法。