JP6577720B2 - 吸音材 - Google Patents

Description

本発明は、吸音材に関する。

吸音材は、家屋、音響施設、鉄道車両、航空機および車両などに幅広く利用されている。吸音材においては、低周波領域の吸音特性を改善することが継続的な課題となっており、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１）。しかし、低周波領域の吸音特性を改善しようとすると、吸音材を分厚くしなければならず、吸音材の用途および／または使用場所が制限されるという問題がある。したがって、優れた低周波領域の吸音特性と薄型化を両立し得る吸音材が強く望まれている。

特開２０１３−２０００３号公報

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、薄型で、かつ、優れた低周波領域の吸音特性を有する吸音材を提供することにある。

本発明の吸音材は、低密度層と高密度層とを有し、該低密度層のヤング率が１０００００Ｐａ以下であり、全体の面密度が１．８ｋｇ／ｍ^２以上である。
１つの実施形態においては、上記高密度層の面密度は２ｋｇ／ｍ^２以下である。
１つの実施形態においては、上記低密度層の厚みは２５ｍｍ以下である。
１つの実施形態においては、上記高密度層の厚みは５０μｍ〜５００μｍである。
１つの実施形態においては、上記高密度層は非通気性である。
１つの実施形態においては、上記高密度層は、金属、樹脂フィルム、紙、ゴムシートおよびこれらの積層体からなる群から選択される１つで構成されている。
１つの実施形態においては、上記低密度層は、多孔質材料、ゲル材料およびこれらの積層体から選択される１つで構成されている。
１つの実施形態においては、上記吸音材は、総厚みが２６ｍｍ以下である。
１つの実施形態においては、上記吸音材は、６００Ｈｚ以下の音の吸音率が６０％以上である。

本発明によれば、特定のヤング率を有する低密度層と全体として特定の面密度を有する低密度層／高密度層の積層構造とを組み合わせることにより、薄型で、かつ、優れた低周波領域の吸音特性を有する吸音材を実現することができる。

本発明の１つの実施形態による吸音材の概略断面図である。

以下、本発明の代表的な実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

Ａ．吸音材の全体構成
図１は、本発明の１つの実施形態による吸音材の概略断面図である。本実施形態の吸音材１００は、低密度層１０と高密度層２０とを有する。低密度層１０と高密度層２０とは、任意の適切な接着剤または両面テープ（図示せず）で積層されている。なお、本明細書において「低密度層」は吸音材における相対的に密度が低い方の層を意味し、「高密度層」は相対的に密度が高い方の層を意味するものであり、密度の具体的な値を基準とするものではない。

吸音材１００は、総厚みが好ましくは２６ｍｍ以下であり、より好ましくは２０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１ｍｍ〜１５ｍｍである。本発明によれば、このような非常に薄い厚みにかかわらず、非常に優れた低周波領域の吸音特性（低音吸収特性）を有する吸音材を実現することができる。

吸音材１００の面密度は１．８ｋｇ／ｍ^２以上であり、好ましくは１．８ｋｇ／ｍ^２〜４ｋｇ／ｍ^２である。吸音材の面密度がこのような範囲であれば、厚さや重量に制限がある用途においても非常に優れた低音吸収特性を実現することができる。

吸音材１００の密度は、好ましくは１００ｋｇ／ｍ^３〜２５０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１２０ｋｇ／ｍ^３〜１７０ｋｇ／ｍ^３である。吸音材の密度がこのような範囲であれば、薄型で非常に優れた低音吸収特性を実現することができる。

１つの実施形態においては、吸音材１００は、６００Ｈｚ以下の音の吸音率が好ましくは６０％以上であり、より好ましくは７０％以上であり、さらに好ましくは８０％以上である。上記のとおり、本発明によれば、非常に薄い厚みにかかわらず、このような優れた低音吸収特性を有する吸音材を実現することができる。なお、吸音特性は、ＪＩＳ Ａ １４０５−２に準拠して測定され得る。

Ｂ．低密度層
低密度層１０は、音波の振動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、吸音を行う。低密度層は、後述するような連続気泡構造を有することにより、共振周波数を低波長側にシフトさせることができる。結果として、非常に優れた低音吸収特性を実現することができる。

本発明の実施形態においては、低密度層１０のヤング率は１０００００Ｐａ以下であり、好ましくは５００００Ｐａ以下であり、より好ましくは３００００Ｐａ以下である。なお、低密度層のヤング率の下限は、例えば５０００Ｐａである。低密度層のヤング率がこのような範囲であれば、音のエネルギーを吸音材の変形エネルギーに良好に変換して吸音できるという利点がある。なお、ヤング率は、例えば、動的粘弾性測定装置（例えば、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製「ＲＳＡ−Ｇ２」を使用して、ひずみ1％、周波数１Ｈｚ、常温、圧縮モードで測定され得る。

低密度層１０の厚みは、好ましくは２５ｍｍ以下であり、より好ましくは２０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１５ｍｍ以下である。一方、低密度層１０の厚みは、好ましくは１ｍｍ以上であり、より好ましくは５ｍｍ以上である。本発明の実施形態においては、このような薄い厚みでありながら非常に優れた低音吸収特性を実現することができる。

低密度層１０の面密度は、好ましくは１ｋｇ／ｍ^２〜３ｋｇ／ｍ^２である。低密度層の面密度がこのような範囲であれば、高密度層の面密度を調整することにより、吸音材全体の面密度を所望の範囲とすることができる。その結果、薄型で、かつ、優れた低音吸収特性を有する吸音材が得られ得る。

低密度層１０の密度は、好ましくは５０ｋｇ／ｍ^３〜１３０ｋｇ／ｍ^３である。低密度層の密度がこのような範囲であれば、音のエネルギーを吸音材の変形エネルギーに良好に変換し、かつ、その共振周波数を６００Ｈｚ以下に調整できるという利点がある。

低密度層１０を構成する材料としては、上記のようなヤング率および必要に応じて上記の他の特性を実現し得る任意の適切な材料を用いることができる。このような材料の具体例としては、多孔質材料、ゲル材料およびこれらの積層体が挙げられる。多孔質材料としては、例えば、不織布、グラスウール、ロックウール、フェルト材、高分子発泡体、高分子モノリス体が挙げられる。多孔質材料においては、例えば、構成材料、多孔度、孔サイズおよび／または孔の形状を調整することにより、所望のヤング率等を実現することができる。ゲル材料としては、例えば、シリコーンゲル、ウレタンゲルが挙げられる。ゲル材料においては、例えば、構成材料および／または架橋密度を調整することにより、所望のヤング率等を実現することができる。

高分子発泡体としては、高分子材料を発泡させて多孔質構造が付与された任意の適切な材料が挙げられる。発泡体を構成する高分子の具体例としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）が挙げられる。多孔質構造としては、目的に応じて任意の適切な構造が採用され得る。例えば、発泡により形成されたそれぞれの気泡が独立した独立気泡構造であってもよく、気泡の少なくとも一部が連続する連続気泡構造であってもよい。例えば、連続気泡構造を有するＥＰＤＭ発泡体は、その詳細が特開２０１４−５１５６１号公報等に記載されており、当該公報はその全体が参考として本明細書に援用されている。

高分子モノリス体としては、例えば特開２０１４−６１４５７号公報に記載のようなシリコーン製モノリス体が挙げられる。当該公報はその全体が参考として本明細書に援用されている。

Ｃ．高密度層
高密度層２０の面密度は、好ましくは２ｋｇ／ｍ^２以下であり、好ましくは０．４ｋｇ／ｍ^２〜１．２ｋｇ／ｍ^２である。面密度がこのような範囲であれば、上記のような低密度層を用いた場合であっても吸音材全体の面密度を所望の範囲とすることができる。その結果、薄型で、かつ、優れた低音吸収特性を有する吸音材が得られ得る。

高密度層２０の密度は、好ましくは５００ｋｇ／ｍ^３〜１００００ｋｇ／ｍ^３である。高密度層の密度がこのような範囲であれば、より薄くかつ安価な高密度層を用いて吸音材全体の面密度を所望の範囲とすることができるという利点がある。

高密度層２０の厚みは、好ましくは１０μｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。高密度層の厚みがこのような範囲であれば、吸音材全体として所望の密度および面密度を実現することができる。

高密度層を構成する材料としては、所望の薄型化が実現され、かつ、所望の低音吸収特性が得られる限りにおいて、任意の適切な材料を用いることができる。高密度層は、代表的には非通気性である。高密度層が非通気性であることにより、音のエネルギーを吸音材の変形エネルギーに良好に変換して吸音できるという利点がある。なお、通気性は、ＪＩＳ Ｐ８１１７（ガーレー試験法）により測定され得る。

高密度層を構成する材料の具体例としては、金属、樹脂フィルム、紙、ゴムシートおよびこれらの積層体が挙げられる。金属としては、例えば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄、銅が挙げられる。金属は、代表的には金属箔として用いられ得る。樹脂フィルムを構成する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のようなポリエステル系樹脂、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）が挙げられる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、実施例における測定および評価方法は下記のとおりである。

（１）厚み
厚みゲージを用いて測定した。
（２）面密度
実施例および比較例で得られた吸音材、ならびに、実施例および比較例に用いた低密度層（発泡体）および高密度層について、これらをφ１００ｍｍの打抜き刃でφ１００ｍｍの円柱に打抜いたサンプルの重量を電子天秤で測定し、 面積０．００７８５（ｍ^２）で割ることにより求めた。なお、０．００７８５（ｍ^２）はφ１００ｍｍの円の面積である。
（３）密度
上記（２）で求めた面密度を上記(１)で測定した厚みで割ることにより求めた。
（４）吸音率
ブリュエル・ケアー製の音響管を使用し、ＪＩＳ Ａ １４０５−２に準拠して測定した。 具体的には、実施例および比較例で得られた吸音材を、打ち抜き刃を用いてφ１００ｍｍのサンプルを作製し、周波数１００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの範囲の吸音率を測定した。 測定範囲内において吸音率が最大となる周波数および吸音率をそれぞれ「ピーク周波数」および「ピーク吸音率」とした。さらに、１００Ｈｚ〜６００Ｈｚの範囲内における最大吸音率を「６００Ｈｚ以下の最大吸音率」として評価した。
（５）ヤング率
実施例および比較例に用いた低密度層（発泡体）について、動的粘弾性測定装置（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製「ＲＳＡ−Ｇ２」を使用して、ひずみ1％、周波数１Ｈｚ、常温、圧縮モードで測定した。

（実施例１〜２０および比較例１〜１７）
表１に示す構成の低密度層および高密度層を表１に示す方法で貼り合わせ、それぞれの吸音材を作製した。得られた吸音材を上記の評価に供した。結果を表１に示す。
なお、表１において、例えば「吸音率０．８」という記載は吸音率が８０％であることを示す。「ＳＵＳ」はステンレス（ＳＵＳ３０４Ｈ）を示す。「Ａｌ」はアルミニウム（Ａ１０５０Ｐ）を示す。「ＰＥＴ」は、住友ベークライト社製「サンロイドＰＥＴエース」を示す。「両面テープ」は日東電工社製「Ｎｏ．５６９１Ｗ」を示し、「接着剤」は東亜合成社製「アロンアルファ ゼリー状」を示す。
「ＥＨ２２００」は日東電工社製「エプトシーラーＥＨ２２００」を示し、「ＥＣ−１００」は日東電工社製「エプトシーラーＥＣ−１００」を示し、「ＥＣ−２００」は日東電工社製「エプトシーラーＥＣ−２００」を示し、「ＥＥ１０００」は日東電工社製「エプトシーラーＥＥ１０００」を示し、「ＥＶ１０００」は日東電工社製「エプトシーラーＥＶ１０００」を示し、「Ｎｏ．６８５」は日東電工社製「エプトシーラーＮｏ．６８５」を示す。これらはいずれも、高分子発泡体（より詳細には、特開２０１４−５１５６１号公報に記載のＥＰＤＭ連続気泡発泡体）である。さらに、「マシュマロゲル」は、特開２０１４−６１４５７号公報に記載のシリコーン製モノリス体である。

（評価）
表１から明らかなように、本発明の実施例は、比較例に比べて６００Ｈｚ以下の音の最大吸音率が顕著に優れている。

本発明の吸音材は、自動車、鉄道、航空機、家電、モバイル機器に好適に用いられ得る。

１０ 低密度層
２０ 高密度層
１００ 吸音材

Claims (7)

1. 低密度層と高密度層とを有し、
   該低密度層が、連続気泡構造を有するエチレン・プロピレン・ジエンゴム発泡体で構成され、その厚みが２０ｍｍ以下であり、および、ヤング率が１０００００Ｐａ以下であり、
   全体の面密度が１．８ｋｇ／ｍ^２以上である、
   吸音材。
2. 前記高密度層の面密度が２ｋｇ／ｍ^２以下である、請求項１に記載の吸音材。
3. 前記高密度層の厚みが５０μｍ〜５００μｍである、請求項１または２に記載の吸音材。
4. 前記高密度層が非通気性である、請求項１から３のいずれかに記載の吸音材。
5. 前記高密度層が、金属、樹脂フィルム、紙、ゴムシートおよびこれらの積層体からなる群から選択される１つで構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の吸音材。
6. 総厚みが２６ｍｍ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の吸音材。
7. ６００Ｈｚ以下の音の吸音率が６０％以上である、請求項１から６のいずれかに記載の吸音材。
   

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