JP4927362B2 - 不燃性吸音材およびこれを用いた構造体 - Google Patents

Description

本発明は、不燃性吸音材およびこれを用いた構造体に係り、特に、低周波領域の騒音を効果的に吸収し、かつ、建築基準法の不燃性試験の基準を満たすことができる不燃性吸音材およびこれを用いた構造体に関する。

従来から、この種の吸音材として、（ａ）グラスウールやロックウール等から成る多孔質体層を使用するもの、（ｂ）吸音材の前面側に空気層を設けて成るもの、（ｃ）通気度が５〜１００倍異なる高密度と低密度の繊維集合体を少なくとも２層以上積層して成るものなどが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、（ａ）の吸音材においては、１００Ｈｚ以下の低周波領域の騒音を効果的に吸収するためには、多孔質体層の肉厚を厚くする必要があるところ、多孔質体層の肉厚を厚くすると、吸音材の重量が全体的に重くなるという難点があった。また、（ｂ）の吸音材においては、吸音材の前面側に空気層が存在するため、吸音材の重量が重くなり、また、スペースを広くとらなければならないという難点があった。

一方、（ｃ）の吸音材は、空気の粘性抵抗を利用し、音波のエネルギーを熱エネルギーに変換して吸音する多孔質吸音構造体に、さらに密度が異なる繊維集合体を積層することで、高密度部分が付加質量、低密度部分がバネの役割を担う、いわゆる動吸振機を構成させて特に低周波領域の吸音率を向上させるものであるが、このような構成の吸音材においては、特に１００Ｈｚ以下の低周波領域においては、十分な吸音効果が得られないという難点があった。また、低周波領域の音や振動は空気伝搬音だけではなく、建物や窓のがたつきなども発生するため、固体伝搬音および振動防止に対する対策を同時に行う必要があり、従来の吸音材ではその対策が困難であった。

このため、本出願人は、先に、空気の粘性抵抗を利用し、音波のエネルギーを熱エネルギーに変換して吸音する多孔質吸音構造体に、さらに密度が異なる繊維集合体を積層した第１、第２の吸音材を開発し、出願している（特開２００３−３１６３６４号公報、特願２００４−５７０８９号明細書）。

ここで、特開２００３−３１６３６４号公報において開示されている第１の吸音材は、前面側に配置される発泡体層と、この発泡体層の背面側に積層される多孔質体層とを備えており、発泡体層は、分子量５００〜５０００の第１のジオール、分子量５００以下の第２のジオール、無機充填材、発泡剤としての水、およびイソシアネートの各成分を含有する発泡体で形成され、また、多孔質体層は、汎用のグラスウールで形成されている。

このような構成の第１の吸音材によれば、高密度部分が付加質量、低密度部分がバネの役割を担う、いわゆる動吸振機を構成させて、特に低周波数帯域の吸音率を向上させることができるものの、第１に、多孔質体層を構成するグラスウールは、１００Ｈｚ以下の低周波領域では吸音効果が弱くなるという難点があり、第２に、発泡体層と多孔質体層とが一体成型され、この一体成型に際して発泡体層の前面側に表面皮膜が形成されるため、製品の自由度を向上させることができないという難点があった。すなわち、発泡体層と多孔質体層との一体成形の際に表面皮膜が同時に形成されるため、所要の吸音特性を発揮させるためには、発泡体層の前面側や多孔質体層の背面側を変更しなければならないという難点があった。

次に、特願２００４−５７０８９号明細書において開示されている第２の吸音材は、発泡体層と、発泡体層の前面側に積層される多孔質体層と、発泡体層の背面側に積層される第２の多孔質体層とを備えており、発泡体層は、分子量５００〜５０００の第１のジオール、分子量５００以下の第２のジオール、無機充填材、発泡剤としての水、およびイソシアネートの各成分を原料成分としている。

このような構成の第２の吸音材によれば、１５０Ｈｚ以下の低周波領域のみならず１５０Ｈｚを超える高周波領域の広帯域の騒音を効果的に吸収することができるものの、建築基準法の不燃性試験の基準を満たすことができないという難点があった。また、第２の吸音材においては、発泡体層の両面側に多孔質体層が積層されることから、吸音材自体が厚くなり、重量も重くなるという難点があった。

特開平８−１５２８９０号公報 特開２００３−３１６３６４号公報

本発明は、低周波領域の騒音を効果的に吸収し、かつ、建築基準法の不燃性試験の基準を満たすことができる不燃性吸音材およびこれを用いた構造体を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様である不燃性吸音材は、不燃性を有し、２００Ｈｚ以下の低周波領域の騒音を吸収する膜振動による吸音材であって、シリコーンゴムに２：１の比でシリカ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウムの何れか１種を混入して所定の面密度を有して形成された膜と、膜の音源側に積層されるアルミニウム箔から成る耐熱層と、膜の剛壁側に積層され接着または熱融着により膜と一体化される多孔質体層とを備え、膜の燃焼発熱量は、８ＭＪ／ｍ ^３ 以下、燃焼発熱速度は、［２００ｋＷ／ｍ ^２ ］・１０ｓｅｃ以下とされているものである。

本発明の第２の態様は、第１の態様である不燃性吸音材において、多孔質体層は、グラスウール、ロックウールの何れかまたはこれらの混合物から成るものである。

本発明の第３の態様である構造体は、第１の態様または第２の態様である不燃性吸音材と、剛壁とを備え、不燃性吸音材は、不燃性吸音材を構成する耐熱層を音源側に向けて、剛壁と平行に設置されているものである。

本発明の第４の態様である構造体は、第１の態様または第２の態様である不燃性吸音材と、剛壁とを備え、不燃性吸音材は、空気層を介して不燃性吸音材を構成する多孔質体層を剛壁側に向けて、剛壁と平行に設置されているものである。

本発明の第１の態様乃至第４の態様の不燃性吸音材およびこれを用いた構造体によれば、次のような効果がある。

第１に、不燃性吸音材自身に建築基準法における難燃の規格に適合する難燃性が付与されているので、当該不燃性吸音材を難燃性が必要とされる場所に配設することができる。

第２に、難燃剤として、ハロゲン系難燃剤や鉛系化合物が使用されていないので、燃焼時に有毒ガスが発生する虞がなく、環境保全対策を施した不燃性吸音材を提供することができる。

第３に、膜の剛壁側に多孔質体層を備えた不燃性吸音材を使用することで、２００Ｈｚ程度以下の低周波領域の騒音を効果的に吸収することができる。

第４に、膜が多孔質体層と一体化された不燃性吸音材を使用することで、製品形態の自由度を向上させることができる。

第５に、膜の音源側に耐熱層を積層し、剛壁側に多孔質体層を積層することで、発泡体層の両面側に多孔質体層を積層した従来の不燃性吸音材よりも薄厚で、かつ軽量の不燃性吸音材を提供することができる。

以下、本発明の不燃性吸音材を適用した実施の形態例について、図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明における不燃性吸音材およびこれを用いた構造体の第１の実施の形態を示す断面図である。

同図において、本発明の不燃性吸音材１ａは、無機化合物を含むシリコーンゴムから成る膜１１と、当該膜１１の前面側（音源側）に積層される耐熱層１２とを備えている。

このような構成の不燃性吸音材１ａは、剛壁２に対して、膜１１を剛壁２側に向けて、かつ剛壁２と平行に設置されることで、本発明の構造体３ａが形成されることになる。

膜１１は、難燃性を有し、かつ燃焼時に有害ガスを発生しない材料で形成されている。具体的には、当該膜１１は、シリコーンゴムに２：１〜１：１の比で、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇの何れか１種を含む化合物またはＳｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇの何れか１種を含む化合物の混合物から成る無機化合物を混入したもので形成されている。

このような構成の膜１１においては、ネットワーク構造のシリコーンゴムの多孔室部分に嵩さ密度が高くかつ粒径の小さい硫酸バリウム等を混入することで、不燃性でかつ柔軟性がある上、所定の面密度を有する膜を形成することができる。

図２は、本発明の実施例における膜１１の吸音率、面密度、膜厚、発熱量、発熱速度を比較例とともに示した説明図である。

ここで、本実施例における膜１１は、シリコーンゴムに２：１の比でシリカ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウムを混入したもの形成されており、比較例としてウレタンから成る膜が使用されている。

なお、発熱量は建築基準法第２条第９号に規定する方法により、発熱速度はＩＳＯ５６６０に規定する方法により測定した。

同図より、本実施例における膜１１は、その膜厚を比較例の膜厚より略１／３程度薄くしても、比較例と同等の吸音率および面密度を得ることができる。また、建築基準法第２条第９号に規定する不燃グレードに適合させることができ、さらに、燃焼発熱速度を［２００ｋＷ／ｍ^２］・１０ｓｅｃ未満にすることができる。

次に、このような構成の膜１１に要求される諸性能について説明する。

第１に、膜１１としては単位体積当たりの燃焼発熱量が８ＭＪ／ｍ^３以下のものを使用することが好ましい。膜１１の単位体積当たりの燃焼発熱量が８ＭＪ／ｍ^３を越えると、本実施例による製品の適用法規である建築基準法第２条第９号に規定される不燃グレードに適合できないからである。なお、膜１１の燃焼発熱量は膜１１の原料用樹脂に配合させる無機フィラーの種類や配合量などにより調節することができる。

このような無機化合物を含むシリコーンゴムから成る膜１１によれば、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ３〜５０ｍｍの試験片において、ＩＳＯ５６６０で規定する燃焼発熱量試験において、単位体積当たりの燃焼発熱量を８ＭＪ／ｍ^３以下にすることができる。

第２に、膜１１としては燃焼発熱速度が[２００ｋＷ／ｍ^２] ・１０ｓｅｃ以下のもの使用することが好ましい。膜１１の燃焼発熱速度が[２００ｋＷ／ｍ^２] ・１０ｓｅｃ^３を越えると、建築基準法第２条第９号に規定の不燃グレードに適合しないからである。

このような無機化合物を含むシリコーンゴムから成る膜１１によれば、幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ３〜５０ｍｍの試験片において、ＩＳＯ５６６０で規定する燃焼発熱速度試験において、燃焼発熱速度を[２００ｋＷ／ｍ^２] ・１０ｓｅｃ以下にすることができる。

次に、耐熱層１２は、不燃性を有し、かつ、音を透過する性質を有する材料で形成されている。具体的には、当該耐熱層１２は、金属箔、例えば、厚さが３０μｍのアルミニウム箔または銅箔で形成されている。

このような構成の不燃性吸音材１を用いた構造体３によれば、第１に、吸音材自身に建築基準法における難燃の規格に適合する難燃性が付与されているので、当該不燃性吸音材を難燃性が必要とされる場所に設置することができ、第２に、難燃剤としてハロゲン系難燃剤や鉛系化合物が使用されていないので、不燃性吸音材が燃焼しても燃焼時に有毒ガスを発生する虞がなく、第３に、膜１１の前面側に耐熱層１２を設けることで、建築基準法の不燃性試験の基準を満たすことができ、ひいては膜の両面側に多孔質体層を設けた従来の不燃性吸音材よりも薄厚で軽量の不燃性吸音材を提供することができる。
［第２の実施の形態］
図３は、本発明における不燃性吸音材およびこれを用いた構造体の第２の実施の形態を示す断面図である。なお、同図において、図１と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図３において、本発明の不燃性吸音材１ｂは、無機化合物を含むシリコーンゴムから成る膜１１と、膜１１の前面側（音源側）に積層される耐熱層１２と、膜１１の剛壁２側に積層される多孔質体層１３とを備えている。

多孔質体層１３は、難燃性を有する材料で形成されている。具体的には、グラスウール、ロックウールの何れかまたはこれらの混合物から成るもので形成されている。多孔質体層１３は、厚さが１〜５０mm、望ましくは１０〜２５mmのもので形成されている。このような構成の多孔質体層１３においては、低周波数領域から高周波数領域までの広範囲に亘って吸音特性が優れており、また固体伝搬音や振動の低減にも効果的な制振性を発揮する。

ここで、膜１１の剛壁２側に、多孔質体層１３を積層するのは、膜１１の部分が付加質量、すなわち錘の役割として作用し、多孔質体層１３の部分がバネ、すなわち空気バネの役割として作用し、膜振動による吸音を行わせるためである。

このような構成の不燃性吸音材１ｂは、剛壁２に対して、多孔質体層１３を剛壁２側に向けて、かつ剛壁２と平行に設置されることで、本発明の構造体３ｂが形成されることになる。

ここで、製品形態の自由度を向上させ、現場における施工を簡単にするため、接着やシリコーングラフト反応等により、膜１１を多孔質体層１３と一体化することが好ましい。

図４は、第２の実施の形態における不燃性吸音材１ｂの吸音特性を示している。ここで、図中、点線Ｌ１は、多孔質体層（グラスウール）の厚さを１００ｍｍとした従来の不燃性吸音材の吸音特性、実線Ｌ２は、耐熱層１２としてのアルミニウム箔の厚さを３０μｍ、膜１１としてのシリコーンゴムの厚さを０．５ｍｍ、多孔質体層１３としてのグラスウールの厚さを７５ｍｍとした第２の実施の形態における不燃性吸音材の吸音特性を示している。

同図より、従来の吸音材は、２００Ｈｚ程度を超える高周波領域では吸音率が高いものの、２００Ｈｚ程度以下の低周波領域では吸音率が低く、これに対して、第２の実施の形態における不燃性吸音材は、２００Ｈｚ程度以上の高周波領域では吸音率が低いものの、２００Ｈｚ程度以下の低周波領域では吸音率が高いことが分かる。従って、第２の実施の形態における不燃性吸音材を使用すれば、低周波領域に対応可能な不燃性吸音材を提供することができる。

このような構成の不燃性吸音材１ｂを用いた構造体３ｂによれば、第１の実施の形態と同様に、第１に、不燃性吸音材１ｂを難燃性が必要とされる場所に設置することができ、第２に、不燃性吸音材１ｂが燃焼しても燃焼時に有毒ガスを発生する虞がなく、第３に、建築基準法の不燃性試験の基準を満たすことができ、従来の不燃性吸音材よりも薄厚で軽量の不燃性吸音材を提供することができ、第４に、膜１１を多孔質体層１３と一体化することで、現場における施工を簡単に行なうことができる。
［第３の実施の形態］
図５は、第１の実施の形態における不燃性吸音材１ａを使用した膜状吸音構造の構造体の断面図を示している。なお、同図において、図１と共通する部分に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図５において、本発明の構造体３ｃは、剛壁２と、剛壁２の音源側に、膜１１を剛壁２側に向けて、一対の支持部材４ａ、４ｂを介して剛壁２と平行に設置される膜状の不燃性吸音材１ａと、不燃性吸音材１ａと剛壁２により区画される背後空気層５とを備えている。

このような構成の膜状吸音構造の構造体３ｃにおいては、膜状の不燃性吸音材１ａの質量に対して背後空気層５がバネとして作用し、単一共振系を形成し、音波の周波数がこの単一共振系の共振周波数と一致したとき膜状の不燃性吸音材１ａが振動し内部摩擦により吸音されることになる。従って、第３の実施の形態における構造体３ｃによれば、第１の実施の形態における構造体３ａよりもさらに吸音率を向上させることができる。
［第４の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態における不燃性吸音材１ｂを使用した膜状吸音構造の構造体の断面図を示している。なお、同図において、図２および図５と共通する部分に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６において、本発明の構造体３ｄは、剛壁２と、剛壁２の音源側に、多孔質体層１３を剛壁２側に向けて、一対の支持部材４ａ、４ｂを介して剛壁２と平行に設置される膜状の不燃性吸音材１ｂと、不燃性吸音材１ｂと剛壁２により区画される背後空気層５とを備えている。

このような構成の膜状吸音構造の構造体３ｄにおいては、第３の実施の形態と同様に、膜状の不燃性吸音材１ｂの質量に対して背後空気層５がバネとして作用し、単一共振系を形成し、音波の周波数がこの単一共振系の共振周波数と一致したとき膜状の不燃性吸音材１ｂが振動し内部摩擦により吸音されることになる。従って、第４の実施の形態における構造体３ｄによれば、第２の実施の形態における構造体３ｂよりもさらに吸音率を向上させることができる。
［第５の実施の形態］
前述の実施例では、膜１１を無機化合物を含むシリコーンゴムで形成した場合について述べているが、当該膜１１は、アクリル樹脂に２：１〜１：１の比で、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇの何れか１種を含む化合物またはＳｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇの何れか１種を含む化合物の混合物から成る無機化合物、並びに次に示す炭素繊維を混入したもので形成してもよい。

このような構成の膜１１においては、アクリル樹脂に炭素繊維を添加することで、不燃性でかつ柔軟性がある上、所定の面密度を有する樹脂膜を形成することができる。

ここで炭素繊維としては、繊維径が１０〜３０μｍ、長さの平均値が０.３〜２ｍｍ、添加量が主剤のアクリル樹脂に対し０.５〜１０部のものを使用することが好ましい。ここで、繊維径を１０〜３０μｍとしたのは、繊維径を１０μｍ未満にすると樹脂間の結合が低下するからであり、繊維径が３０μｍを超えると樹脂の柔軟性が低下するからである。また、長さの平均値が０.３〜２ｍｍとしたのは、長さの平均値を０.３ｍｍ未満にすると樹脂間の結合が低下するからであり、長さの平均値が２ｍｍを超えると樹脂の柔軟性が低下するからである。さらに、添加量が主剤のアクリル樹脂に対し０.５〜１０部としたのは、添加量が主剤のアクリル樹脂に対し０.５部未満では樹脂間の結合が低下するからであり、添加量が主剤のアクリル樹脂に対し１０部を超えると樹脂の柔軟性が低下するからである。

図７は、第５の実施の形態における樹脂膜の吸音率、面密度、膜厚、発熱量、発熱速度を比較例とともに示した説明図である。

ここで、第５の実施の形態における膜１１は、アクリル樹脂に２：１の比でシリカ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムを混入したもの形成されており、比較例としてウレタンから成る樹脂膜が使用されている。

なお、発熱量は建築基準法第２条第９号に規定する方法により、発熱速度はＩＳＯ５６６０に規定する方法により測定した。

同図より、第５の実施の形態における膜１１は、その膜厚を比較例の膜厚より略１／３程度薄くしても、比較例と同等の吸音率および面密度を得ることができる。また、建築基準法第２条第９号に規定する不燃グレードに適合させることができ、さらに、燃焼発熱速度を［２００ｋＷ／ｍ^２］・１０ｓｅｃ未満にすることができる。

前述の実施例においては、図面に示した特定の実施の形態をもって本発明を説明しているが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、次のように構成してもよい。

第１に、前述の実施例においては、膜としてシリコーンゴムを使用した場合について説明しているが、シリコーンゴムに代えて、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、ポリオレフィンのうちから選択された何れかのゴムを使用してもよい。

第２に、前述の実施例においては、膜１１が接着やシリコーングラフト反応等の手段により多孔質体層１３と一体化させる場合について述べているが、膜１１および／または多孔質体層１３を加熱し、膜１１および／または多孔質体層１３が軟化する温度（例えば、８０℃）になったときに、多少の圧力を付与することで両者を一体化させてもよい。

第３に、前述の実施例においては、膜の燃焼発熱量および燃焼発熱速度について述べているが、不燃性吸音材自身の燃焼発熱量を８ＭＪ／ｍ^３以下、燃焼発熱速度を［２００ｋＷ／ｍ^２］・１０ｓｅｃ以下としてもよい。

本発明の第１の実施の形態における不燃性吸音材およびこれを用いた構造体の断面図。 本発明の第１の実施の形態におけるシリコーンゴムとフィラーの混合比を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態における不燃性吸音材およびこれを用いた構造体の断面図。 本発明の第２の実施の形態における不燃性吸音材の吸音特性を示す説明図。 本発明の第１の実施の形態における不燃性吸音材を使用した膜状吸音構造の構造体の断面図。 本発明の第２の実施の形態における不燃性吸音材を使用した膜状吸音構造の構造体の断面図。 本発明の他の実施の形態におけるアクリル樹脂とフィラーの混合比を示す説明図。

１ａ、１ｂ・・・不燃性吸音材
１１・・・シリコーンゴムから成る膜
１２・・・耐熱層
１３・・・多孔質体層
２・・・剛壁
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・構造体
４ａ、４ｂ・・・支持部材
５・・・背後空気層

Claims (4)

1. 不燃性を有し、２００Ｈｚ以下の低周波領域の騒音を吸収する膜振動による吸音材であって、
   シリコーンゴムに２：１の比でシリカ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウムの何れか１種を混入して所定の面密度を有して形成された膜と、前記膜の音源側に積層されるアルミニウム箔から成る耐熱層と、前記膜の剛壁側に積層され接着または熱融着により前記膜と一体化される多孔質体層とを備え、
   前記膜の燃焼発熱量は、８ＭＪ／ｍ ^３ 以下、燃焼発熱速度は、［２００ｋＷ／ｍ ^２ ］・１０ｓｅｃ以下であることを特徴とする不燃性吸音材。
2. 前記多孔質体層は、グラスウール、ロックウールの何れかまたはこれらの混合物から成ることを特徴とする請求項１記載の不燃性吸音材。
3. 請求項１または請求項２記載の不燃性吸音材と、剛壁とを備え、前記不燃性吸音材は、前記不燃性吸音材を構成する耐熱層を音源側に向けて、前記剛壁と平行に設置されていることを特徴とする構造体。
4. 請求項１または請求項２記載の不燃性吸音材と、剛壁とを備え、前記不燃性吸音材は、空気層を介して前記不燃性吸音材を構成する多孔質体層を剛壁側に向けて、前記剛壁と平行に設置されていることを特徴とする構造体。

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