JP5550227B2

JP5550227B2 - 吸音体

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Publication number: JP5550227B2
Application number: JP2008270251A
Authority: JP
Inventors: 長則増渕; 亘箕島
Original assignee: Riken Technos Corp
Current assignee: Riken Technos Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: JP2010097142A

Description

本発明は吸音体に関する。

騒音は振動とともに身近な問題であり、吸音体への要求は依然として高い。また、用途や目的に応じて要求特性も多岐にわたり、最近では、低周波領域での吸音性能が高い材料が望まれている。
従来の吸音材料として、例えば、グラスウール、ロックウールのように繊維を綿状またはボード状に成型した材料や、ポリウレタンフォームのように高分子材料を発泡させた材料などの多孔質材料が知られている。これらの多孔質材料に音波が入射すると、音波が材料内の隙間の空気を振動させるため、空気自身の粘性および周囲との摩擦によって、振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換、散逸されて吸音効果が得られる。

特に、５００Ｈｚ以下の低周波領域における良好な吸音効果が得られる吸音体として、本発明者等は先に、枠体に設けられた開口部を、特定の貯蔵弾性率を有する吸音材で覆った構成を有する吸音体を提案している（特許文献１）。
特開２００８−９６８２６号公報

吸音特性は、例えば周波数を横軸、吸音率を縦軸とするグラフで表わされ、低周波領域において吸音効果を得るためには、吸音率がピークとなる周波数（ピーク周波数）が低く、吸音率のピーク値が高いことが好ましい。
また吸音材の設置場所によっては、ピーク形状がブロードで良好な吸音が生じる周波数の範囲が広いことが要求される。その指標として、ピーク周波数が５００Hz以下である場合には、例えばピーク周波数±５０Ｈｚの範囲における吸音率の平均を表わす平均吸音率を用いることができる。吸音率のピーク値が同じである場合、該平均吸音率がより高い方が、ピーク形状がよりブロードであることを示す。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、低周波領域において良好な吸音効果が得られるとともに、高い平均吸音率を達成できる吸音体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の吸音体は、開口部を有する枠体と、該開口部を覆う吸音材とを有し、前記枠体の厚みＴ２が５〜２０ｍｍ、前記開口部の内径Ｄが７０〜１６０ｍｍ、前記吸音材の厚みＴ１が０．５〜３ｍｍ、前記吸音材の比重Ｇが０．９〜１．６、前記吸音材の貯蔵弾性率Ｅ’が１×１０８〜１×１０９Ｐａであり、かつ前記吸音材の２０Ｈｚ、１５℃におけるｔａｎδが０．０７以上であり、
前記吸音材が、樹脂または樹脂とフィラーの混合物からなり、
前記樹脂がポリプロピレン（ＰＰ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、エチレンブテンゴム（ＥＢＲ）、エチレン−αオレフィン共重合体、および塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）からなる群から選ばれる１種以上と、
スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体またはその水添物（ＳＩＳ）との混合樹脂であることを特徴とする。

本発明によれば、低周波領域において良好な吸音効果が得られるとともに、高い平均吸音率を達成できる吸音体が得られる。

本発明における貯蔵弾性率（Ｅ’）の値はＪＩＳＫ７２４４−４（引張振動）に準処する測定方法により、サンプルサイズを長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍとし、測定条件をスパン間距離２０ｍｍ、歪振幅６μｍ、２５℃、２０Ｈｚとして得られる値（単位：Ｐａ）である。
またｔａｎδ（損失正接）は、貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（Ｅ”／Ｅ’）の絶対値で表される値である。該貯蔵弾性率（Ｅ’）およびｔａｎδの測定周波数は、一般的に測定可能な範囲（０．２〜５０Hz）の中で、実際の吸音周波数により近いという理由で２０Ｈｚを採用した（なお、５０Hzではデータのばらつきが多い為、２０Hzとした。）。
また低周波領域（２５０〜４００Ｈｚ程度）における常温（２５℃）での粘弾性特性は、マスターカーブに基づいて推測すると、２０Ｈｚにおける１５℃での粘弾性特性と類似するため、ｔａｎδの測定温度は１５℃を採用した。
貯蔵弾性率（Ｅ’）およびｔａｎδ（損失正接）は材質によって決まる値である。
尚、貯蔵弾性率（Ｅ’）およびｔａｎδ（損失正接）の測定は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、粘弾性スペクトロメータＥＸＳＴＡＲ６０００ＤＭＳ、形式名ＤＭＳ６１００を使用した。

本明細書における吸音率は「垂直入射吸音率」の意味であり、ＪＩＳＡ１４０５−２に準処する方法で、直径１００ｍｍのインピーダンス管内にサンプルをセットして測定される値である。サンプル直径は１００ｍｍ弱とし、スペーサーを介して、インピーダンス管内に固定する。背後空気層厚（すなわち、枠体の厚さＴ_２）の変更は、サンプルの背後にある剛体（ピストン）の位置を調整することによって行うことができる。またサンプル径（すなわち、枠体の開口部の内径Ｄ）の変更は、スペーサーの内径を調整することによって行うことができる。
入射周波数を変化させながら吸音率を測定し、吸音率が最も高くなるときの周波数をピーク周波数という。
また、本発明の吸音体による吸音は膜振動型吸音であるため、共振する周波数での吸音となる。そこで、良好な吸音が生じる周波数の範囲の広さの指標となる値として、ピーク周波数±５０Ｈｚの範囲における吸音率の平均をとり、平均吸音率と定義する。

図１は本発明の吸音体の一実施形態を示したもので、図１（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図中符号１は吸音体、２は枠体、３は吸音材、４は吸音体が取り付けられている施工面を示している。枠体２はその表面と裏面とを連通する貫通孔を有し、表面および裏面においてそれぞれ開口部２ａが形成されている。枠体２の表面側の端面２ｂは平坦面である。吸音材３は開口部２ａを覆うように、表面側の端面２ｂ上に積層、固定されている。
枠体２の裏面側の端面２ｃも平坦面である。裏面側の端面２ｃは施工面４に接着固定されている。すなわち裏面側の開口部２ａは施工面４によって閉じられており、吸音材３と施工面４との間に背後空気層５が形成されている。

本実施形態の枠体２は、外形形状が円形で、同心円状の貫通孔を有する。枠体２は表面側に開口部２ａを有し、該開口部２ａに連続して背後空気層５が形成される構成であればよく、外形形状は任意とすることができる。本実施形態において枠体２自身は、吸音性能を有していてもよく、有していなくてもよい。枠体２の材質は特に制限されないが、軽量化の点からは樹脂などの比重の低い材料が好ましい。
枠体２の厚さＴ_２によって吸音材３の施工面４側に形成される背後空気層５の厚さが決まる。本発明において枠体２の厚さＴ_２は５〜２０ｍｍであり、好ましくは６〜１５ｍｍである。５ｍｍ以上であると吸音材の良好な一次振動が得られやすい。２０ｍｍ以下であると、小型化、軽量化を実現しやすい。
枠体２の厚さが開口部２ａにおいて不均一である場合は、Ｔ_２として平均値を用いる。

枠体２の表面側における開口部２ａの形状（表面側の端面２ｂにおける開口の形状）は円形に限らず、多角形など任意の形状とすることができる。
本発明において開口部２ａの内径Ｄは７０〜１６０mmであり、好ましくは８０〜１３５ｍｍ、より好ましくは９０〜１１０ｍｍである。７０ｍｍ以上であるとピーク周波数が低くなり易く、１６０ｍｍ以下であると小型化の点で好ましい。開口部２ａが小さい方が一定の面積内に設けることができる開口部２ａの数が多くなり、該一定の面積における吸音性能が向上する。
本発明において開口部２ａが円形でない場合、開口部２ａの内径Ｄの値は、該開口部２ａの面積と同面積の円の直径の値を用いるものとする。
開口部２ａが正方形である場合、１辺の長さは６２〜１４２ｍｍが好ましく、７１〜１２０ｍｍがより好ましく、８０〜９７ｍｍがさらに好ましい。

吸音材３は、その材質によって、比重Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’およびｔａｎδが変わる。
本発明において吸音材３の比重Ｇは０．９〜１．６であり、１．０〜１．４が好ましい。比重Ｇが０．９以上であると、低周波領域における良好な吸音効果が得られやすい。１．６以下であると軽量化の点で好ましい。
本発明において吸音材３の貯蔵弾性率Ｅ’は１×１０^８〜１×１０^９Ｐａであり、１×１０^８〜５×１０^８が好ましい。
貯蔵弾性率Ｅ’が１×１０^８Ｐａ以上であると、吸音材の良好な一次振動が得られやすく、低周波領域における良好な吸音効果が得られやすい。１×１０^９Ｐａ以下であるとピーク周波数が低くなりやすい。
本発明において吸音材３のｔａｎδは０．０７以上である。０．０７以上であると平均吸音率が顕著に向上する。ｔａｎδの上限は特に限定されないが、他のパラメータの好ましい範囲を満たすためには０．３以下が好ましい。

吸音材３は、単一の材料からなっていてもよく、２種以上の材料の組み合わせであってもよい。
吸音材３の構成材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができ、具体的にはＰＥ（ポリエチレン）、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＥＢＲ（エチレンブテンゴム）、エチレン−αオレフィン共重合体、ＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート）、ＥＶＡ（酢酸ビニル共重合体）、スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体またはその水添物（以下、総称してＳＩＳという）、ＳＥＢＳ（スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体）、ＳＥＰＳ（スチレンエチレンプロピレンスチレンブロック共重合体）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、環状オレフィン、ポリ乳酸から選ばれる１種または２種以上の樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂をベース樹脂とし、これに無機フィラー及び／又は有機フィラーを適宜添加した混合物も好ましい。
なお、可塑剤を添加した軟質ＰＶＣ等の、材料中に結晶性またはガラス状物質を有していない材料は、自重による変形が起き易く、この変形により、吸音特性が大幅に変化する（主に高周波数側に大きくシフトする）恐れがある。
上記に挙げた樹脂の中でも、ＰＥ（特に直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ））、ＰＰ、ＣＰＥ、ＥＢＲ、ＳＩＳ、またはこれらの混合樹脂が好ましい。
特に、ＰＰ、ＬＬＤＰＥ、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ＥＢＲ、エチレン−αオレフィン共重合体、ＣＰＥから選ばれる１種以上と、ＳＩＳとの混合樹脂が好ましい。概ね、前者の配合割合が多くなると貯蔵弾性率Ｅ’が増大する傾向にあり、後者の配合割合が多くなるとｔａｎδが増大する傾向いある。またフィラーの種類および配合量によって比重を調整できる。

無機フィラーの例としては、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されず、吸音材の比重Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、吸音材３の構成材料中８０質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましい。
有機フィラーの例としては、３，３’，３’’，５，５’，５’’−ヘキサ−ｔｅｒｔ−ブチル−ａ，ａ’，ａ’’−（メシチレン−２，４，６−トリイル）トリ−ｐ−クレゾール（例えば、製品名：アデカスタブＡＯ−３３０、ＡＤＥＫＡ社製）、トリス（２，４ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）フォスファイト（例えば、製品名：Ｉｒｇ１６８、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）が好ましい。
有機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されず、吸音材の比重Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、吸音材３の構成材料中５０質量％以下が好ましく、３０質量％以下がより好ましい。

本発明において吸音材３の厚さＴ_１は、０．５〜３ｍｍであり、好ましくは０．６〜２ｍｍである。０．５ｍｍ以上であると吸音材の良好な一次振動が得られやすい。３ｍｍ以下であると軽量化の点で好ましい。
吸音材３の厚さが不均一である場合は、Ｔ_１として平均値を用いる。

枠体２に吸音材３を固定する手段としては、接着剤、両面テープ等の接着手段を用いてもよく、圧着、溶融圧着により固定してもよい。

さらに吸音材３の表面上（枠体２側とは反対側）に、他の吸音層（図示せず）を積層してもよい。かかる他の吸音層の材質は特に制限されず、従来の吸音材として公知の材料を適宜使用できる。例えば、吸音材３により吸音効果が得られる周波数領域よりも、高周波数領域において吸音効果を奏する吸音層を吸音材３上に積層して設けることにより、吸音体１全体として、吸音効果が得られる周波数領域をより広くすることができる。かかる他の吸音層の材質としては、例えば、発泡樹脂、フェルト、繊維材料、グラスウール、ロックウール、木粉セメント等が挙げられる。特に発泡樹脂、フェルト、繊維材料、グラスウールが好ましい。

吸音体１は、枠体の厚みＴ_２、開口部の内径Ｄ、吸音材の厚みＴ_１、吸音材の比重Ｇ、吸音材の貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδを上記の範囲とすることにより、小型かつ軽量であり、吸音率のピーク周波数が５００Ｈｚ以下、好ましくは４５０Ｈｚ以下であり、該ピーク周波数における吸音率（ピーク値）が０．５以上であり、平均吸音率が０．４超、好ましくは０．４５以上であるような、低周波領域における高度な吸音効果が得られる。また驚くべきことに、特にｔａｎδを０．０７以上とすることにより、後述の実施例および比較例に示されるように平均吸音率の値が格段に向上する。

なお、本発明の吸音体は、開口部を有する枠体と、該開口部を覆う吸音材を備えた構成であればよく、図１に示す形態に限らず、各種の構成とすることができる。例えば図２に示すように、板状の枠体２２に複数の開口部２２ａが設けられており、該枠体２２の一面上に、該複数の開口部２２ａを一括的に覆うように吸音材２３が積層、固定された構成を有する吸音体２１であってもよい。図２は吸音体２１を枠体２２側から見た斜視図である。
このように、枠体２２に複数の開口部２２ａが設けられている場合、該複数の開口部２２ａの形状および大きさは均一でもよく、異なっていてもよい。
また該複数の開口部２２ａの配置は任意であるが、隣り合う開口部２２ａどうしの距離ｄが小さいほど吸音体２１における吸音の効率が高くなる。
このような構成の吸音体２１においても、枠体の厚みＴ_２、開口部の内径Ｄ、吸音材の厚みＴ_１、吸音材の比重Ｇ、吸音材の貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδを上記の範囲とすることにより、小型かつ軽量で、低周波領域における高度な吸音効果を有し、しかも平均吸音率が高い吸音体が得られる。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（例１〜１６）
表１に示す配合の膜材料（樹脂とフィラーの混合物）を用いて膜状の吸音材３を作製した。使用した樹脂およびフィラー（硫酸バリウム）は表２の通りである。
表１の配合の欄において（）内の数値は配合量（単位：質量％）である。例えば「ＬＬＤＰＥ（５０）／ＥＢＲ（２０）／硫バリ（３０）」は、ＬＬＤＰＥの５０質量％とＥＢＲの２０質量％と硫酸バリウムの３０質量％との混合物であることを示す。
吸音材３の厚みＴ_１は表１に示す値とした。吸音材３を構成する材料の貯蔵弾性率Ｅ’（２５℃、２０Ｈｚ）、比重Ｇ、ｔａｎδ（１５℃および２５℃）を測定した結果を表１に示す。貯蔵弾性率Ｅ’の欄において、「３Ｅ＋０８」は「３×１０^８」を表わす。
例１，４，５はＳＩＳを用いず、ｔａｎδ（２０Ｈｚ、１５℃）の値が０．０７未満である比較例である。例８はＳＩＳを用いず、その代わりにＣＰＥを用いてｔａｎδ（２０Ｈｚ、１５℃）の値が０．０７以上になった参考例である。

得られた膜状の吸音材３を用いて図１に示す構成の吸音体１を作製した。枠体２の材質はアクリル樹脂であり、開口部２ａは円形とした。枠体の厚みＴ_２および開口部２ａの内径Ｄは表１示す値とした。吸音材３と枠体２とは、両面テープにて固定した。
作製した吸音体１について、上述した測定方法により吸音特性（ピーク周波数、吸音率ピーク値、および平均吸音率）を測定した。表１に測定結果を示す。
図３は、１５℃、２０Ｈｚにおけるｔａｎδを横軸、平均吸音率を縦軸とし、各例の結果をプロットしたグラフである。

表１および図３に示されるように、例１〜１６のピーク周波数はいずれも４３０Ｈｚ以下であり、低周波領域に吸音効果がある。特に、図３に示されるように、ｔａｎδの値が０．０７を堺にして、高ｔａｎδの領域で平均吸音率が格段に向上している。すなわち、ｔａｎδの値が０．０７未満である例１，４，５に比べて、ｔａｎδが０．０７以上である例２、３、６〜１６は平均吸音率が０．４４以上と高く、ピーク形状がブロードで良好な吸音が生じる周波数の範囲が広いことがわかる。

本発明の吸音体の一実施形態を示すもので（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の吸音体の他の実施形態を示す斜視図である。実施例および比較例にかかる吸音率測定結果の例を示すグラフである。

符号の説明

１、２１…吸音体、
２、２２…枠体、
２ａ、２２ａ…開口部、
３、２３…吸音材、
５…背後空気層。

Claims

開口部を有する枠体と、該開口部を覆う吸音材とを有し、
前記枠体の厚みＴ_２が５〜２０ｍｍ、前記開口部の内径Ｄが７０〜１６０ｍｍ、前記吸音材の厚みＴ_１が０．５〜３ｍｍ、前記吸音材の比重Ｇが０．９〜１．６、前記吸音材の貯蔵弾性率Ｅ’が１×１０^８〜１×１０^９Ｐａであり、かつ前記吸音材の２０Ｈｚ、１５℃におけるｔａｎδが０．０７以上であり、
前記吸音材が、樹脂または樹脂とフィラーの混合物からなり、
前記樹脂がポリプロピレン（ＰＰ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、エチレンブテンゴム（ＥＢＲ）、エチレン−αオレフィン共重合体、および塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）からなる群から選ばれる１種以上と、
スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体またはその水添物（ＳＩＳ）との混合樹脂であることを特徴とする吸音体。