JP7058371B1 - 防音材の製造方法 - Google Patents
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Description
自動車のドア100は、ドアアウターパネル101とドアインナーパネル102で構成され、ドアホールシール10は、ドアインナーパネル102に形成された開口部Hを覆うとともに、ドア100内部の防音性対策と防水性確保のためドアインナーパネル102とドアトリム103の間に設けられている。
これは、一方側の端部が開口し他方側の端部が閉口した共鳴筒部2で開口の断面積が400mm2以下のものを100以上並べて配置したものであり、自動車の車室などの限られた空間において中低周波数の音を効率よく吸音することができるというものである。
これによれば、表側スキン層4及び裏側スキン層5と、表側スキン層4から裏側スキン層5まで形成された発泡層6とを有するシンプルな構造で、これが押出成形品であるため、容易に一体成形可能である。また、表側スキン層4には発泡層6に達する孔7が形成されているので、吸音シート3に向かって進んだ音は孔7内に入るとともに、孔7内で開口している発泡層6の気泡6a内にも入り、これにより音エネルギーと熱エネルギーに変換されて効果的に吸音される。また、多数の孔7が吸音シート3の上側に形成され、下側には形成されないので、自動車の風切り音とロードノイズ等、周波数特性が異なる音それぞれに対して吸音性能が向上するといったものである。
また、押出成形などにより一体的に形成することができると記載されているが、開口した一方側の端部に対して他方側の端部は閉口であるため、押出成形に加えて閉口に加工する工程が必要になる。
さらに、共鳴筒部2を形成する材料は、合成樹脂(プラスチック)、紙、金属、および、これらの複合材からなり、100以上配列するものであるので重量が重くなってしまう。特に紙のものは水がかかる場所には使用することができないし、金属のものは錆を懸念する必要がある。
また、多数の孔7はレーザー光を照射することによって形成されるため、製造が煩雑である。
また、特許文献2に記載の発明は、約1000Hz~2000Hzの間で吸音効果に優れるものであるが、約800Hz~1000Hzといった低周数における吸音効果は十分ではない。
断面形状の外形が長方形で、内部には、左右横方向に延びる横仕切り壁(55)によって上下に2つ以上の中空部(58)が形成されるとともに、縦方向に延びる縦仕切り壁(56)によって左右に2つ以上の中空部(58)が形成されてなる前記防音材(50)を押出成形するものであり、
前記ゴム組成物にカーボンナノチューブを添加したことを特徴とする。
その結果、マイクロ波加熱装置による架橋発泡後の防音材の断面形状を安定化させることができ、防音材の上下面を平坦にすることができる。
このように、ゴム組成物にカーボンナノチューブを少量、例えば3.0phr以下添加することだけで比重0.2以下のゴムスポンジからなり複数の中空部を有する防音材を設計通りの形状に製造することができる。
また、特にEPDMスポンジは、その断面外側には「スキン層」と呼ばれる発泡層よりも密度が高い弾性を持った薄膜の層が形成され、この層は、内部に水は通さないが、弾性薄膜の振動によって内部へ音は侵入し、音波が侵入することによって、内部にてエネルギーの減衰が起こり効果的に吸音できるといった特徴を有している。
また横仕切り壁及び縦仕切り壁の位置を変えて中空部の大きさを変えることで吸音ピークを容易に微調整することもできる。
ドアホールシール30は、遮音性及び吸音性に優れたシート本体部31とそのシート本体部31に熱溶着(溶着部T)によって固着一体化され、シート本体部31をドアインナーパネル102の車内側に取付ける合成樹脂フィルム(PEフィルム)32からなる。合成樹脂フィルム32の車外側面には接着剤としてブチルゴムシール剤33が設けられ、これによってドアホールシール30はドアインナーパネル102に固着されている。
シート本体部31は、ドア100に取付けられた状態ではその上下端は開口している。
また、図2及び図3に示すように、防音材50の上面51及び下面52は平担で、左右横方向に延びる横仕切り壁55によって上下に2つ以上の中空部58が形成され、縦方向に延びる縦仕切り壁56によって左右に2つ以上の中空部58が形成されている。ここでは、1本の横仕切り壁55と2本の縦仕切り壁56(56A,56B)によって上下に2つの中空部58,左右に3つの中空部58で計6つの中空部58が形成されたものを示している。
また、シート本体部31には、図示は省略するが、各種ケーブルを貫通させたり作業者が作業時に手を挿入したりするための穴や切欠き部が側面に形成されている。
例えば、図4(a)に示す防音材60Aのように、上面及び下面が平坦ではないものができてしまう。そのため、上下面51,52が平担で、左右横方向に延びる横仕切り壁55によって上下に2つ以上の中空部58が形成され、縦方向に延びる縦仕切り壁56によって左右に2つ以上の中空部58が形成されてなる防音材50は、従来、まったく存在するものではなかった。
次に、水平面に平行で、上面51の最高点を通る平坦基準線SLを設定する。
次に、距離(M1~M10)から平均値(MA)を取得する。
そして、平均値(MA)を、断面幅(L)で割った百分率((MA/L)×100)、すなわち本発明におけるシート本体部31の優れた柔軟性から平担度が2%以下になるようにすることで、防音材50の上面51の「平担」を規定する。
そして、平均値MA=1.07を、断面幅(L=70.2mm)で割った百分率((MA/L)×100)、すなわち平担度は、1.5%であり、この値が2%以下であるので、防音材50Aの上面51は平坦であるといえる。
この防音材50Bのサイズは、断面幅L=58.6mm,M1=0.7mm,M2=0.8mm,M3=0.9mm,M4=0.5mm,M5=0.1mm,M6=0.1mm,M7=0.1mm,M8=0.6mm,M9=1.3mm,M10=1.5mmで、平均値MA=0.66である。
そして、平均値MA=0.66を、断面幅(L=58.6mm)で割った百分率((MA/L)×100)、すなわち平担度は、1.1%であり、この値も2%以下であるので、防音材50Bの上面51は平坦であるといえる。
そして、平均値MA=3.00を、断面幅(L=52.5mm)で割った百分率((MA/L)×100)、すなわち平担度は、5.7%であり、この値は2%を超えるものであるので、防音材61の上面は平坦ではない。
なお、比較品1は、厚みを13mmとした繊維系吸音材であり、比較品2は、厚みを27mmとした繊維系吸音材である。
比較品2は、比較品1よりも約800Hz~1000Hzといった低周数における吸音効果は優れるものの、実施品1,2の半分以下であり吸音効果は十分とはいえない。
実施品1,2と同等の効果を得るには、従来例で説明したように、40mmなどの非常に厚い肉厚が必要となる。
さらに、非常に柔軟性に優れているため、取り付けられる相手の形状に合わせて容易に変形することができるので、接触する相手部材との間に音が通る隙間が発生しにくく、加えて、振動によって防音材に何かが接触した場合であっても接触音や破損が生じにくい。
また、特にEPDMスポンジは、その断面外側には「スキン層」と呼ばれる発泡層よりも密度が高い弾性を持った薄膜の層が形成され、この層は、内部に水は通さないが、弾性薄膜の振動によって内部へ音は侵入し、音波が侵入することによって、内部にてエネルギーの減衰が起こり効果的に吸音できるといった特徴を有している。
また横仕切り壁55及び縦仕切り壁56の位置を変えて中空部58の大きさを変えることで吸音ピークを容易に微調整することもできる。
また、図7で示した防音材50Bの場合、最大値MBは1.5mmとなり、その最大値MBを、断面幅Lで割った百分率((MB/L)×100)は2.6%となる。
また、図8で示した防音材61の場合、最大値MBは5.9mmとなり、その最大値MBを、断面幅Lで割った百分率((MB/L)×100)は11.2%となる。
防音材50は、ゴム組成物が、図示しない押出機の吐出部に設けられる図14に示すような口金200を通過して押出成形された後、図示しないマイクロ波加熱装置(UHF炉)内で温風により加熱させられると共にマイクロ波を吸収することにより発熱し、その熱によって架橋発泡することにより製造される。
口金200の断面形状は、その外形が、一定の幅を有する帯状の部分が切れ目なく角丸長方形状に形成された、いわゆる長方形環状の部位201と、その長方形環状部201を上下に均等に2分割するように横に延びる横筋部202と、長方形環状部201を左右に均等に3分割するように縦に延びる縦筋部203(ここでは2つの縦筋部203A,203B)とが連設されてなる。なお、角丸長方形とは角の丸い長方形のことであり、ここでは長方形に含まれるバリエーションの一つとして取り扱う。
これは、熱風のみで加熱する場合、まず熱風の当たる外部の局所的な架橋発泡が進んで硬化した後に内部が架橋発泡するという、外部と内部の架橋発泡のタイミングのズレに起因しており、防音材50のような、その外形が、一定の幅を有する帯状の部分が切れ目なく長方形状に形成され、その内部に複数の中空部が形成されるような断面形状のゴムスポンジを製造する場合は、そのタイミングのズレが形状の品質に大きな影響を与える。
しかし、マイクロ波による発熱を十分に引き起こすためにゴム組成物中のカーボンブラックの割合を多くした場合、図15(b)に示すように、マイクロ波による発熱性が高まると同時に、図15(a)に示すように、ゴム組成物の粘度も高くなる。ゴム組成物の粘度が高くなると発泡が抑制されるため、ゴムスポンジを高発泡化、すなわち低比重化することができないという問題が生ずる。このため、比重0.2以下となるような低比重のゴムスポンジを製造する場合は、ゴム組成物の粘度を低くするためにカーボンブラックの割合を少なくすることが推奨される。そうした場合、マイクロ波による発熱を十分に引き起こすことはできない。
そこで、本発明者は、マイクロ波による発熱性がカーボンブラックよりも顕著に高いカーボンナノチューブに着目し、ゴム組成物にカーボンナノチューブを少量添加することにより、マイクロ波による高発熱性と、ゴム組成物の低粘度化を両立させ、ゴム組成物の発泡後の低比重化を達成した。
ここでは、カーボンナノチューブの添加量を2.0phrとしたが、特に限定されない。マイクロ波による発熱性をより良好にするのであれば2.0phr以上を添加することもできるが、経済性の観点からは少量であることが好ましい。従って、カーボンナノチューブの添加量は、3.0phr以下が好ましく、より好ましくは2.5phr以下、さらには2.0phr以下で、0.5phr以上である。0.5phr未満であるとマイクロ波による発熱性が劣り、好ましくない。
また、防音材50A,防音材50Bとも、横仕切り壁55で上下に2行となるように中空部58を形成したものであったが、横仕切り壁55を2つにして、中空部58を上下に3行,左右に3列で、計9つの中空部58を、対応した形状の口金を使用して形成したものであってもよい。また、本発明が示す要件に該当すれば、横仕切り壁55の個数や、中空部58の上下又は左右の行列の数、さらに中空部58の形状などは変更することが可能で、様々な形態が本発明に含まれ、これらも防音材の断面形状に対応した口金を利用して設計形状通りのものを製造することができる。
また、発明の実施形態に係る防音材を、自動車以外にも列車,船舶,航空機のドアなどや、住宅の床面や壁面など様々なところに使用することができる。
2 共鳴筒部
3 吸音シート
4 表側スキン層
5 裏側スキン層
6 発泡層
7 孔
8A 孔形成領域
8B 孔非形成領域
10 ドアホールシール
11 シート本体部
11a 凹凸部
12 PEフィルム(合成樹脂フィルム)
13 ブチルゴムシール剤
30 ドアホールシール
31 シート本体部(防音材)
32 PEフィルム(合成樹脂フィルム)
33 ブチルゴムシール剤
50(50A,50B) 防音材
51 上面
52 下面
53 左側面
54 右側面
55 横仕切り壁
56(56A,56B,56C) 縦仕切り壁
58 中空部
60A 防音材
60B 防音材
61 防音材
100 ドア
101 ドアアウターパネル
102 ドアインナーパネル
103 ドアトリム
200 口金
201 長方形環状部
202 横筋部
203(203A,203B,203C) 縦筋部
E1~E10 分割点
H 開口部
M1~M10 距離
SL 平担基準線
T 溶着部
Claims (2)
- 少なくとも原料ゴム,架橋剤,発泡剤、カーボンブラックを含むゴム組成物を押出成形し、マイクロ波加熱装置により架橋発泡させることにより得られる比重0.2以下のゴムスポンジからなる防音材の製造方法であって、
断面形状の外形が長方形で、内部には、左右横方向に延びる横仕切り壁によって上下に2つ以上の中空部が形成されるとともに、縦方向に延びる縦仕切り壁によって左右に2つ以上の中空部が形成されてなる前記防音材を押出成形するものであり、
前記ゴム組成物にカーボンナノチューブを添加したことを特徴とする防音材の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブの添加量が3.0phr以下であることを特徴とする請求項1に記載の防音材の製造方法。
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