JP6560593B2 - 微細多孔板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸音材として用いられる微細多孔板の製造方法に関する。

吸音材として用いられる多孔板は、その孔径を小さくすることで吸音性能が向上することが知られている。金属材に多数の小さな孔をあける方法として、例えば特許文献１、２に記載された方法がある。

特許文献１に記載の孔あけ方法は、０．１ｍｍ程度の厚みの金属箔（例えばアルミ箔）にφ０．１ｍｍ程度の微細な孔を好適にあける方法である。金属ロールと受けロールとの間に金属箔を介挿させながら、金属ロールの表面に設けた突起で微細な孔を金属箔にあける。微細な孔をあけるために、突起の高さ、ロール表面からの突起の立ち上がり角度などを規定している。特許文献１に記載の孔あけ方法によると、厚みが０．１ｍｍ以下の金属箔にφ０．１ｍｍ以下の微細な孔を好適にあけることができる。

特許文献２の段落００１７、図２には、０．１ｍｍ以上の厚みの金属板に微細な孔をあけるのに好適な方法が記載されている。金属板にエンボス加工を施し、その際、局部的に金属板を裂開させることで微細な孔を形成する。金属板に形成される孔の等価孔径は０．１ｍｍ程度となる。この方法で形成される孔は、通常、円形にはならない。等価孔径とは、孔が円形であったとした場合の孔径のことであり、孔の開口面積から等価孔径は算出される。

特許第５０５４８８７号公報 特許第５２５０３１０号公報

特許文献１に記載の孔あけ方法によると、φ０．１ｍｍ以下の微細な孔を金属材にあけることができる。しかしながら、この方法により好適に孔があけられるのは、厚みが０．１ｍｍ以下の金属箔である。多孔板吸音は、孔内を音が伝搬する過程で減衰するという原理で吸音するものであり、金属材の厚みが薄いと剛性が低いので、製造された微細多孔板（微細多孔箔）を吸音材として用いた場合、箔が振動することで吸音性能を効率良く発揮させることができない。また、微細多孔板（微細多孔箔）がそれ自体で自立しないので、吸音構造体を形成し難いという課題もある。

このため、いわゆる箔よりも厚い０．１ｍｍ以上の厚みの金属板にエンボス加工を施してなる特許文献２に記載の微細多孔板が吸音材として好適に使用される。この微細多孔板の方が、板の剛性が高いからである。

しかしながら、特許文献２に記載のエンボス加工による孔あけ方法により得られる孔の径は、前記したように０．１ｍｍ程度であり、微細な孔であるほど吸音率が高くなる多孔板吸音では吸音性能に限界がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、０．１ｍｍ程度以上のある程度の厚みを有する板材に、従来よりも微細な孔を形成することができる微細多孔板の製造方法を提供することである。

本発明に係る微細多孔板の製造方法は、複数の孔があけられているとともに凹凸を有する多孔板を、凹凸が繰り返す方向と交差する方向に押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させることで、多孔板にあけられた孔を小さくすることを特徴とする。

本発明によると、０．１ｍｍ程度以上のある程度の厚みを有する板材に、従来よりも微細な孔を形成することができる。

エンボス加工により多数の小さな孔を金属板にあける一実施形態を示す斜視図である。 エンボスローラの外周面に形成された凹凸模様の斜視図である。 図２Ａに示す凹凸模様を構成する刃部の噛合状態を直線的に示す図である。 エンボス加工により多数の小さな孔があけられた多孔板の断面図である。 図３ＡのＡ部の拡大模式図である（エンボスローラの外周面の１つの刃部を合わせて図示している）。 図３Ａに示す多孔板をプレス加工するときの多孔板の孔の変形を示す断面模式図である。 図３Ａに示す多孔板をプレス加工するときの多孔板の孔の変形を示す断面模式図である。 エンボス加工により多数の小さな孔があけられた多孔板の吸音率と、当該多孔板をプレス加工して孔を小さくした微細多孔板の吸音率とを示すグラフである。 エンボス加工により多数の小さな孔があけられた多孔板の吸音率と、圧下量を変えて当該多孔板をプレス加工して孔を小さくした複数の微細多孔板の吸音率とを示すグラフである。 プレス加工に用いる金型の変形例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（エンボス加工による穿孔）
まず、板材を局部的に裂開させながらのエンボス加工により、板材に凹凸を形成すると同時に凹凸の頂点部分に孔をあけて多孔板を形成する（多孔板形成工程）。この穿孔加工を行う装置の例について図１〜図２Ｂを参照しつつ説明する。図１に示すエンボスローラ１，２は、例えば、一方のエンボスローラ１は軸心回りに回転自在な状態で固定され、他方のエンボスローラ２は軸心回りに回転自在な状態で対向するエンボスローラ１に対して押し付けられる。エンボスローラ１，２の外周面には、それぞれ、凹凸模様３が形成されている。図２Ａに示すように、凹凸模様３は四角錐状の複数の刃部３ａで構成されている。図２Ｂは、凹凸模様３を構成する刃部３ａの噛合状態を直線的に示す図である。なお、刃部３ａの形状は、四角錐状に限られることはない。

エンボスローラ１，２間に金属板４を挟み込み、エンボスローラ１を回転させることで金属板４を送っていく。その際に、金属板４に押し付けられるエンボスローラの刃部３ａが、当該金属板４に凹凸を付けるとともに金属板４を局部的に裂開して孔６をあける。これにより、凹凸を有するとともに当該凹凸の頂点部分に孔６があいた多孔板５が形成される（図３Ａ）。図３Ｂは、エンボスローラ１，２の外周面の１つの刃部３ａを合わせて示す図３ＡのＡ部の拡大模式図である。凸部７（上下見方を変えれば凹部でもある）の頂部７ａ（頂点部分）にエンボス加工によって等価孔径Ｄｍｍの孔６があくとしている。前記したように、等価孔径とは、孔が円形であったとした場合の孔径のことであり、孔の開口面積から等価孔径は算出される。

金属板４の板厚は、例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度である。金属板４の板厚は０．１ｍｍ未満であってもよいが、剛性が低くなってしまう。逆に、０．３ｍｍを超える板厚の金属板４であってもよいが、この場合は、エンボスローラ１，２間の押し付け力、刃部３ａの材質、その先端の鋭さの考慮が板厚が薄い場合よりも必要になってくる。金属板４の材質は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスである。

（孔縮小工程）
次に、凹凸が繰り返す方向Ｄ（図３Ａ参照）と交差する方向に多孔板５を押圧して凹凸の高さＨ（図３Ａ参照）が押圧前よりも低くなるように多孔板５を塑性変形させることで、頂部７ａにあけられた孔６を小さくする。これにより、微細多孔板が形成される。

図４Ａ，Ｂにプレス加工の一部を示すように、プレス面が平坦な金型８，９の間に図３Ａに示す多孔板５をセットし、上金型９を下げて多孔板５をプレスする。本実施形態の場合、凹凸が繰り返す方向Ｄに対して直交する方向に（多孔板５をマクロで見たときの（凹凸を考慮しない）多孔板５に対する直交方向に）多孔板５をプレスしているが、プレス方向は、上記直交方向ではなく、斜め方向であってもよい。

多孔板５をプレスすると、その凸部７（上下見方を変えれば凹部でもある）の高さが低くなり、これに従って孔６は小さくなる。図４Ａに示したように、プレスによる圧下量（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）が大きくなればなるほど、孔６の等価孔径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は小さくなる。

また、凸部７（上下見方を変えれば凹部でもある）の頂部７ａにあいた孔６を有する多孔板５をプレスする際、図４Ｂに示したように、孔６周りの板材が部分的に重畳するように凸部７を潰すことが好ましい。なお、重畳した部分に符号Ｅを付した。「重畳する」とは、折り重なったような形態になることである。

（吸音性能の調整）
前記した多孔板形成工程において穿孔ピッチおよび穿孔径の調整を行い、前記したその後の孔縮小工程において圧下量の調整を行うことで、吸音性能をコントロールすることができる。

（吸音率の比較）
図５は、エンボス加工により多数の小さな孔があけられた多孔板（比較例）の吸音率と、当該比較例に係る多孔板をプレス加工して孔を小さくした微細多孔板（実施例）の吸音率とを示すグラフである。比較例に係る多孔板の孔径はφ０．１ｍｍであり、その開口率は１．２％である。実施例に係る微細多孔板の孔径はφ０．０８ｍｍであり、その開口率は０．７９％である。なお、板厚は０．１ｍｍ、背後空気層の層厚は４０ｍｍとした。

図５からわかるように、比較例に係る多孔板（φ０．１ｍｍ−１．２％）をプレス加工して孔を小さくした微細多孔板（φ０．０８ｍｍ−０．７９％）の方が、３１５Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの全ての周波数帯域で吸音性能が向上する。

図６は、エンボス加工により多数の小さな孔があけられた多孔板（比較例）の吸音率と、当該比較例に係る多孔板を圧下量を変えてプレス加工して孔を小さくした複数の微細多孔板（実施例）の吸音率とを示すグラフである。

比較例に係る多孔板の孔径はφ０．１４ｍｍであり、その開口率は２．０６％である。実施例に係る微細多孔板の孔径、およびその開口率は、圧下量の小さいものから順に、φ０．１１ｍｍ，１．１３％、φ０．０９ｍｍ，０．８６％、φ０．０８ｍｍ，０．５５％である。なお、板厚は０．１ｍｍ、背後空気層の層厚は４０ｍｍとした。

図６からわかるように、比較例に係る多孔板（φ０．１４ｍｍ−２．０６％）をプレス加工して孔を小さくした微細多孔板（φ０．１１ｍｍ−１．１３％、φ０．０９ｍｍ−０．８６％、φ０．０８ｍｍ−０．５５％）の方が、３１５Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの全ての周波数帯域で、比較例に係る多孔板よりも吸音性能が向上する。また、圧下量が大きく孔をより微細化した方が、吸音性能が高い。

（その他の実施形態）
前記した実施形態では、板材を局部的に裂開させながらのエンボス加工により、板材に凹凸を形成すると同時に凹凸の頂点部分に孔をあけて多孔板を形成する例を示したが、これに代えて、先端の尖った針（針状物）で板材に孔をあける針穿孔加工により、板材に凹凸を形成すると同時に凹凸の頂点部分に孔をあけて多孔板を形成してもよい。なお、この場合、針状物を板材に押し付ける力で、板材に凹凸を形成する。複数の針状物を穿孔ピッチで縦横に並べて固定した剣山のような穿孔具を用いると孔あけが比較的容易となる。

多孔板に形成される凹凸は、前記した実施形態によると千鳥状の凹凸となる。千鳥状の凹凸ではく「波形」の凹凸であってもよい。「波形」の凹凸を形成する加工方法としては、コルゲート加工という方法がある。

前記した実施形態では、板材に凹凸を形成すると同時に孔をあけているが、板材に孔をあけた後に板材に凹凸を形成してもよいし、板材に凹凸を形成した後に板材に孔をあけてもよい。この場合、図３Ｂに符号７ｂを記しているように、多孔板の凸部７（上下見方を変えれば凹部でもある）の斜部７ｂに孔６をあけてもよい。斜部７ｂに孔６をあけたとしても、凹凸が繰り返す方向Ｄ（図３Ａ参照）と交差する方向に多孔板５を押圧して凸部７を潰すように圧下させると孔６は小さくなる。

また、図４Ａ，Ｂに一部を示す金型８，９のプレス面は全面が平坦な面を想定しているが（多孔板５はその全体が一様な圧下量でプレスされる）、例えば図７に示したように、金型８，９の一方のプレス面に段差を設けて、金型８のプレス面と、これに対向する金型９のプレス面との間隔が異なる部位を設けて、１枚の多孔板５の中で圧下量（押圧量）を異ならせてもよい。すなわち、凹凸が繰り返す方向と交差する方向に多孔板を押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させる際、多孔板の中で押圧量を異ならせてもよい。こうすることで、１枚の多孔板５の中で孔の等価孔径を容易に異ならせることができ、広い周波数帯域の騒音を低減できるようになる。

また、孔縮小工程において、多孔板５を１枚ごとプレス加工（押圧加工）するのではなく、複数枚の多孔板５を重ね合わせてまとめてプレス加工（押圧加工）してもよい。こうすることで、微細多孔板の生産性が向上する。

多孔板５を押圧する方法としては、金型８，９間に多孔板５を挟み込んで押圧する前記したプレス加工の他に、１対のローラ間に多孔板５を挟み込んで、多孔板５を送りながら押圧する方法がある。

その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

（作用・効果）
本発明の微細多孔板の製造方法は、複数の孔があけられているとともに凹凸を有する多孔板を、凹凸が繰り返す方向と交差する方向に押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させることで、多孔板にあけられた孔６を小さくすることを特徴とする。

多孔板を押圧することで孔を小さくするので、ある程度の厚みを有する板材でも容易に加工（孔微細化加工）することができる。すなわち、本発明によると、０．１ｍｍ程度以上のある程度の厚みを有する板材に、従来よりも微細な孔を容易に形成することができる。

本発明において、板材を局部的に裂開させながらのエンボス加工、または針状物で板材に孔をあける針穿孔加工により、板材に凹凸を形成すると同時に凹凸の頂点部分に孔をあけて前記多孔板を形成する多孔板形成工程と、凹凸が繰り返す方向と交差する方向に前記多孔板を押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させることで、前記頂点部分にあけられた孔を小さくする孔縮小工程と、を備えることが好ましい。

凹凸の頂点部分にあけた孔を小さくすると、その他の部位にあけた孔を小さくする場合に比べて、孔の縮小量を予想し易い。これにより、吸音性能がコントロールし易くなる。

また本発明において、前記孔縮小工程において孔の周りの板材を部分的に重畳させることが好ましい。孔周りの板材が重畳した形状となると、孔周りの剛性が高まり、多孔板の構造減衰性能が向上して板が振動しにくくなる。板振動が低減することで、多孔部での吸音効率が向上する。すなわち、微細多孔板の吸音性能が向上する。

孔周りの板材をより重畳し易くするためには、前記孔縮小工程において、凹凸が繰り返す方向と直交する方向に多孔板を押圧することが好ましい。

さらに本発明において、凹凸が繰り返す方向と交差する方向に多孔板を押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させる際、多孔板の中で押圧量を異ならせることが好ましい。こうすることで、１枚の多孔板５の中で孔の等価孔径を容易に異ならせることができ、広い周波数帯域の騒音を低減できるようになる。

１、２：エンボスローラ
３：凹凸模様
３ａ：刃部
４：金属板
５：多孔板
６：孔
７：凸部
７ａ：頂部（頂点部分）
７ｂ：斜部

Claims (5)

1. 複数の孔があけられているとともに凹凸を有する多孔板を、凹凸が繰り返す方向と交差する方向に押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させることで、前記孔を小さくすることを特徴とする、微細多孔板の製造方法。
2. 請求項１に記載の微細多孔板の製造方法において、
   板材を局部的に裂開させながらのエンボス加工、または針状物で板材に孔をあける針穿孔加工により、板材に凹凸を形成すると同時に凹凸の頂点部分に孔をあけて前記多孔板を形成する多孔板形成工程と、
   凹凸が繰り返す方向と交差する方向に前記多孔板を押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させることで、前記頂点部分にあけられた孔を小さくする孔縮小工程と、
   を備えることを特徴とする、微細多孔板の製造方法。
3. 請求項２に記載の微細多孔板の製造方法において、
   前記孔縮小工程において、前記孔の周りの板材を部分的に重畳させることを特徴とする、微細多孔板の製造方法。
4. 請求項２または３に記載の微細多孔板の製造方法において、
   前記孔縮小工程において、凹凸が繰り返す方向と直交する方向に前記多孔板を押圧することを特徴とする、微細多孔板の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の微細多孔板の製造方法において、
   凹凸が繰り返す方向と交差する方向に前記多孔板を押圧して凹凸の高さが押圧前よりも低くなるように塑性変形させる際、前記多孔板の中で押圧量を異ならせることを特徴とする、微細多孔板の製造方法。

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