JP7625397B2

JP7625397B2 - 吸音カバーと音源部品

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Publication number: JP7625397B2
Application number: JP2020182491A
Authority: JP
Inventors: 陽祐長谷川
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2025-02-03
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: JP2022072836A; JP2024164246A; JP7710078B2

Description

本発明は、吸音カバーと音源部品に関する。

従来、吸音カバーには、１０００Ｈｚ以下の低周波の吸音性を向上させるために空気層を利用するものがある。
例えば、直噴型エンジンを覆うカバー本体における直噴型エンジンとの対向面に、ウレタン発泡樹脂層とＰＥＴ製の不織布を設け、ウレタン発泡樹脂層とＰＥＴ製不織布との間に形成された空気層によって吸音性を向上させるエンジンカバーがある（特許文献１）。

特開２００７－２５５１８９

ウレタン発泡樹脂層とＰＥＴ製不織布との間に形成された空気層により吸音性を向上させるものは、ウレタン発泡樹脂層とＰＥＴ製不織布とにより全体の厚みが増大する問題があり、またウレタン発泡樹脂層とＰＥＴ製不織布との貼り合わせのために溶着作業が必要となるため、製造作業が嵩み、製品コストがアップする問題がある。

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、全体厚みを薄くでき、かつ製造作業が簡略で安価になる新規な構成の吸音カバーと音源部品の提供を目的とする。

第一の手段は、音源側部材を覆う吸音カバーにおいて、ポリウレタンフォームで形成される本体と、前記本体を前記音源側部材の表面から離して支持する支持部と、空気層とを備えることを特徴とする。
第二の手段は、第一の手段の吸音カバーを備え、前記本体と前記音源側部材との間に空気層を備える音源部品である。

本発明の吸音カバーによれば、ポリウレタンフォームで形成される本体と、前記本体を前記音源側部材の表面から離して支持する支持部と、空気層とを備えるため、吸音カバーの全体厚みを薄くでき、また、不織布の貼り合わせなどが不要なことから製造作業が簡略になり、吸音カバーを安価なものにできる。

一実施形態に係る吸音カバーの断面図である。吸音カバーの撓みを示す断面図である。各実施例及び各比較例の構成及び物性を示す表である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１及び図２に示す一実施形態の吸音カバー１０は、本体１１と支持部２１と、空気層３１とよりなり、車両のエンジンやバッテリー、トランスミッション、インテークマニホールド、エキゾーストマニホールド等の音源側部材４１の表面４３を覆って設けられる。

本体１１は、モールド成形されたポリウレタンフォーム（モールドポリウレタンフォーム）からなる。モールド成形は、ポリオール、触媒、発泡剤、整泡剤、ポリイソシアネートを含むポリウレタンフォーム原料を混合して金型に注入し、金型内で発泡させる成形方法である。
なお、ポリウレタンフォームの成形方法には、モールド成形とスラブ成形とがある。スラブ成形は、ポリウレタンフォーム原料を混合させてベルトコンベア上に吐出し、大気圧下、常温で発泡させる成形方法である。

ポリオールは、ポリウレタンフォーム用のポリオールを使用することができ、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオール、ポリマーポリオールの何れでもよく、それらの一種類あるいは複数種類を使用してもよい。

ポリエーテルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコールにエチレンオキサイド（ＥＯ）、プロピレンオキサイド（ＰＯ）等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。

ポリエステルポリオールとしては、例えば、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオールを挙げることできる。
また、ポリエーテルエステルポリオールとしては、前記ポリエーテルポリオールと多塩基酸を反応させてポリエステル化したもの、あるいは１分子内にポリーエーテルとポリエステルの両セグメントを有するものを挙げることができる。

ポリマーポリオールは、ポリオール中にポリアクリロニトリルやポリスチレンを分散させたポリオールである。なお、ポリマーポリオールを配合してポリウレタンフォームの剛性を高めようとすると、フォームが脆くなって物性が低下するため、使用する場合は、他のポリオールと併用し、ポリオール１００重量部中、２０重量部未満が好ましく、１０重量部未満がさらに好ましい。
ポリオールは、一種類に限られず、複数種類を併用してもよい。

触媒は、ポリウレタンフォーム用として公知のウレタン化触媒を併用することができる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミノモルフォリン、Ｎ－エチルモルホリン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、スタナスオクトエートやジブチルチンジラウレート等のスズ触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）を挙げることができ、アミン触媒と金属触媒の何れか一方のみ、あるいは両者の併用でもよい。触媒の量は、ポリオール１００重量部に対して０．５～３重量部が好ましい。

発泡剤は、水、代替フロンあるいはペンタンなどの炭化水素を、単独または組み合わせて使用できる。水の場合は、ポリオールとポリイソシアネートの反応時に炭酸ガスを発生し、その炭酸ガスによって発泡がなされる。発泡剤としての水の量は、ポリオール１００重量部に対して１～１０重量部が好ましく、より好ましくは１～７重量部である。

整泡剤は、ポリウレタンフォームに用いられるものであればよく、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤および公知の界面活性剤を挙げることができる。整泡剤の配合量は、ポリオール１００重量部に対して０～２重量部が好ましい。

ポリイソシアネートとしては、イソシアネート基を２以上有する脂肪族系または芳香族系ポリイソシアネート、それらの混合物、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートを使用することができる。脂肪族系ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキサメタンジイソシアネート等を挙げることができ、芳香族ポリイソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ポリメリックＭＤＩ（クルードＭＤＩ）等を挙げることができる。なお、その他プレポリマーも使用することができる。

イソシアネートインデックス（ＩＮＤＥＸ）は、８０～１２０が好ましく、より好ましくは９０～１１０である。イソシアネートインデックスは、イソシアネートにおけるイソシアネート基のモル数をポリオールの水酸基などの活性水素基の合計モル数で割った値に１００を掛けた値であり、［イソシアネートのＮＣＯ当量／活性水素当量×１００］で計算される。

ポリウレタンフォーム原料には、適宜含まれる成分として、種々の添加剤が挙げられる。
添加剤としては、架橋剤、難燃剤、顔料、充填材（フィラー）等を挙げることができる。
架橋剤としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、１，２，４－ブタントリオール、２－メチル－２，３，４－ブタントリオール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール等を挙げることができ、一種または複数併用してもよい。架橋剤の配合量は、ポリオール１００重量部に対して０～５重量部が好ましい。

難燃剤としては、例えば、デガブロムジフェニルエーテル、オクタブロムジフェニルエーテルなどのハロゲン化ジフェニルエーテル、例えば、ハロゲン化ポリカーボネートなどのハロゲン化合物、例えば、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ピロアンチモン酸ソーダ、水酸化アルミニウムなどの無機化合物、トリアジン環含有化合物、金属水酸化物、リン酸エステル系難燃剤、縮合リン酸エステル系難燃剤、ホスフェート系難燃剤、無機リン系難燃剤、ジアルキルホスフィン酸塩、シリコーン系難燃剤、金属酸化物、ホウ酸化合物、膨張性黒鉛等を挙げることができる。環境保護の観点から非ハロゲン系の難燃剤が好ましく、例えば、非ハロゲン系のリン酸エステル、非ハロゲン系の縮合リン酸エステルが好ましく、リン原子以外に窒素原子を含む非ハロゲン系難燃剤が挙げられる。リン含有量は、１０重量％～２２重量％の液体又は粉体の難燃剤が好ましい。

顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン等を挙げることができる。
充填材（フィラー）としては、黒鉛、アルミナ、メラミン等を挙げることができる。

支持部２１は、本体１１を音源側部材４１の表面から離して支持し、本体１１と音源側部材４１との間に空気層３１を形成するものである。支持部２１は、特に限定されるものではなく、例えば、柱状等適宜の形状とされ、ゴムやプラスチック等の樹脂製のグロメットや、クリップ等が挙げられる。支持部２１は、本体１１を構成するポリウレタンフォームのモールド成形時に、金型の型面にセットして行うインサート成形により、ポリウレタンフォームに支持部２１の基部を固定したり、あるいは樹脂製ワッシャー等をインサート成形し、そのワッシャー等に支持部２１としてのクリップ等を固定したりしてもよい。音源側部材４１の表面には、支持部２１の先端側を係合するための穴等からなる係止部４５が設けられる。

支持部２１の間隔ａは、１００～４００ｍｍが好ましく、より好ましくは１００～３００ｍｍである。支持部２１の間隔ａが狭すぎると、空気層３１が小さくなり、空気層３１による吸音効果が小さくなる。また支持部２１が増えることで必要な部品点数が増え、製品重量や製品コストの増加や、組付け性の悪化が起こる。一方、支持部２１の間隔ａが広すぎると、本体１１を構成するポリウレタンフォームが支持部２１間で撓みやすくなる。

支持部２１間のポリウレタンフォームの撓み量ｃ（図２に示す）は、支持部２１の間隔ａを２５０ｍｍとした支持部２１によって、ポリウレタンフォームが水平に支持された際に、０～５ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは０～１．５ｍｍである。撓み量ｃが大きくなると、空気層３１が小さくなり、空気層３１による低周波数における吸音効果が小さくなる。

空気層３１の厚み、すなわち、支持部２１によって支持されるポリウレタンフォームと音源側部材４１の表面４３と間の間隔ｂは、１０～３０ｍｍが好ましい。間隔ｂが狭くなると空気層３１が小さくなる。一方、間隔ｂが広くなると、吸音材１０が嵩張るようになる。

ポリウレタンフォームは、剛性が低いと支持部２１間で撓みやすくなるため、３点曲げ試験の結果が５Ｎ以上であるのが好ましい。３点曲げ試験の測定方法は、５０×１５０×１０ｍｍに裁断したサンプルに対し、支点間距離１００ｍｍとし、ＪＩＳＫ７２２１－２：２００６に基づいて最大荷重を測定した。

ポリウレタンフォームは、表面がセルの開口したオープンセル構造であるのが好ましい。
ポリウレタンフォームの表面（より好ましくは両表面）をオープンセル構造とすることにより、ポリウレタンフォームの通気性を向上させることができ、音がポリウレタンフォーム内に入射し易くなってポリウレタンフォームの吸音性をより高めることができる。

ポリウレタンフォームの表面をオープンセル構造にする方法として、モールド成形時に、金型の型面に直鎖状炭化水素ワックスを含有する離型剤を塗布して、ポリウレタンフォーム原料の注入・発泡を行う方法を挙げる。直鎖状炭化水素ワックスとしては、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス、サゾールワックス等が挙げられ、有機溶剤に分散させた溶剤系離型剤、乳化剤を用いて水に分散させた水系離型剤等が使用できる。

ポリウレタンフォームは、通気性（ＪＩＳＫ６４００－７Ｂ法：２０１２準拠）が２．５～１５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓであるのが好ましく、より好ましくは５～１０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓである。通気性が低すぎても高すぎても、低周波数の吸音に影響を与える。通気性の調整は、整泡剤の量等で行うことができる。

ポリウレタンフォームの厚みは、５～４０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは１０～２０ｍｍである。ポリウレタンフォームの厚みが薄いと低周波数における吸音性が低くなり、一方厚みが大になると嵩張るようになる。

ポリウレタンフォームの密度（ＪＩＳＫ７２２２：２００５）は、７０～２００ｋｇ／ｍ^３であるのが好ましく、より好ましくは９０～１２０ｋｇ/ｍ^３である。ポリウレタンフォームの密度が低いと、ポリウレタンフォームの剛性が低下し、支持部２１間でポリウレタンフォームが自重により撓み易くなる。その結果、ポリウレタンフォームが支持部２１間で音源側部材４１の表面４３に接近し、ポリウレタンフォームと音源側部材４１との間の空気層３１が小さくなり、空気層３１による吸音効果が小さくなる。一方、ポリウレタンフォームの密度が高すぎると、ポリウレタンフォームの通気性が低下するようになる。ポリウレタンフォームの密度は、ポリウレタンフォーム原料の金型への注入量（パック率）によって、調整することができる。金型へのパック率（％）は、［金型への注入量／金型内の成形空間容積×１００］で算出される。

なお、吸音カバー１０の縁が、音源側部材４１の表面４３との間の隙間を塞ぐような形状に、ポリウレタンフォームからなる本体１１を成形するのが好ましい。

本発明の音源部品は、本発明の吸音カバーを備え、前記吸音カバーの本体と前記音源側部材との間に空気層を備えるものである。

図３に示す各実施例及び比較例１の配合からなるポリウレタンフォーム原料から、吸音カバーの本体であるポリウレタンフォーム（支持部無し）を、モールド成形した。
モールド成形に使用した金型は、下型と上型とからなり、５００×５００×１０ｍｍの成形空間（キャビティ）を有している。金型２０の温調は、金型内を循環する温水によって６０℃に加温した。金型の型面に、離型剤として直鎖状炭化水素ワックスを含有する離型剤、品名；Ｔ―６２６、中京油脂株式会社製を塗布した後、ポリウレタンフォーム原料を混合してオープン状態の金型内に注入し、閉型して型内の成形空間でポリウレタンフォーム原料を発泡させた。その後、金型を開けて、５００×５００×１０ｍｍのポリウレタンフォームを脱型した。
なお、比較例２及び比較例３については、スラブ成形されたポリウレタンフォームを、５００×５００×１０ｍｍに裁断して使用した。

図３に示す配合に使用した各成分の内容は以下のとおりである。
・ポリオール：ポリエーテルポリオール、官能基数３、数平均分子量５０００、ＥＯ比率１４％、水酸基価３４ｍｇＫＯＨ／ｇ、品名；サンニックスＦＡ－７０３、三洋化成工業株式会社製
・触媒：アミン系、品名；ＤＡＢＣＯ３３ＬＳＩ、エボニックジャパン社製
・架橋剤：アミン系、官能基数２、数平均分子量１０５、水酸基価３４ｍｇＫＯＨ／ｇ、品名；ジエタノールアミン、ダウ・ケミカル日本株式会社製
・発泡剤：水
・整泡剤：シリコーン系、品名；Ｂ８７３８ＬＦ２、エボニックジャパン社製
・難燃剤：非ハロゲン系縮合リン酸エステル、リン含有量：１７％、白色粉体（平均粒子径３～４μｍ）
・イソシアネート：変性ＭＤＩ、ＮＣＯ％：２９．５％、品名；ミリオネートＭＴＬ、東ソー株式会社製

各実施例及び各比較例のポリウレタンフォームについて、表面及び裏面のセル状態、密度、通気性、耐熱性、燃焼性、剛性（３点曲げ試験）の最大荷重、撓み量、吸音率（８００Ｈｚ）について、以下のようにして判断あるいは測定した。

表面及び裏面のセル状態は、ポリウレタンフォームの表面及び裏面を目視で観察してオープン状態かクローズド状態か判断した。
密度は、１００×１００×１０ｍｍに裁断したサンプルに対し、ＪＩＳＫ７２２２：２００５に基づいて密度を測定した。
通気性は、音源側とする面を表面とし、ＪＩＳＫ６４００－７Ｂ法：２０１２に基づいて測定した。

耐熱性は、ＪＩＳＫ６４００－８：２０１４に基づき、１３５℃で６００時間の条件にて熱老化を実施した。熱老化後の引張強さ・伸びをＪＩＳＫ６４００－５：２０１２に基づいて測定し、引張強さ１００Ｎ/ｍ^２以上かつ伸び率１５％以上の場合「〇」、それ以外の場合「×」とした。
燃焼性は、ＵＬ９４に基づいて測定し、滴下物による綿着火を除いてＶ－０の条件を満たす場合「〇」、満たさない場合に「×」とした。

剛性（３点曲げ試験）は、５０×１５０×１０ｍｍに裁断したサンプルに対し、支点間距離１００ｍｍとし、ＪＩＳＫ７２２１－２：２００６に基づいて最大荷重を測定した。

撓み量は、１０×１０×高さ１０ｍｍのプラスチック製の角柱からなる支持部を、図３に示す個数及び支持部間距離の間隔で配置し、その支持部上に、５００×５００ｍｍのサンプルを４枚貼りあわせて１０００×１０００ｍｍにしたサンプルを水平に載置し、支持部間の中央位置におけるサンプルの自重による撓み量を測定した。なお、撓み量は、支持部の高さの位置を撓み量ゼロの位置とし、その位置からサンプルの下面までの距離を撓み量とした。

吸音率は、１０００×１０００×１０ｍｍにしたサンプルを使用し、実施例１～９及び比較例２、３については床面から１０ｍｍ離して床面とサンプルとの間に１０ｍｍの空気層を設け、ＪＩＳＡ１４０９に基づいて残響室吸音率を測定した。具体的な測定方法として、空気層は１０×１０×高さ１０ｍｍのプラスチック製の角柱からなる支持部を、図３に示す個数及び支持部間距離の間隔で配置し、その支持部上にサンプルを水平に載置することで得た。また正確に１０００ｍｍ^２あたりの吸音性能を評価するため、サンプルの縁４辺にアルミ製のバーを設置し、側面からの、サンプルと床面との間への音の侵入を防いだ。なお、比較例１については、サンプルを床面に接触させて配置し、サンプルと床面との間の空気層を無くして残響室吸音率測定した。

各実施例及び各比較例のポリウレタンフォームについて総合判定を行った。総合判定の基準は、撓み量が５ｍｍ以下で吸音率が０．８０以上の場合に総合判定「◎」、撓み量が５ｍｍ以下で吸音率が０．７０～０．８０未満の場合に総合判定「〇」、撓み量が５ｍｍより大または吸音率が０．７０未満の場合に総合判定「×」とした。

各実施例及び各比較例の構成及び測定結果等について説明する。
実施例１～実施例８は、支持部数５×５、支持部間距離２５０ｍｍの例であり、ポリウレタンフォームの表面及び裏面のセル状態オープンセル、密度７５～１４０ｋｇ／ｍ^３、通気性３～１４ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ、耐熱性「〇」、燃焼性「〇」、剛性（３点曲げ試験）５～９Ｎ、撓み量３ｍｍ以下、吸音率（８００Ｈｚ）０．７０～０．８５、総合判定「◎」または「〇」であり、撓みが少なく、吸音性が良好である。

特に実施例１～実施例４では、整泡剤の添加量でポリウレタンフォームの通気性を調整している。実施例１～実施例３は、通気性５～９ｍｌ／ｃｍ^２／ｓで、総合判定「◎」であり、特に優れた吸音性を示した。
また実施例１、及び実施例５～実施例８では、ポリウレタンフォームの密度を調整している。実施例１、及び実施例６～実施例７は密度９０～１２０ｋｇ／ｍ^３で、総合判定「◎」であり、撓み量と通気性のバランスが良く、特に優れた吸音性を示した。

実施例９は、支持部数４×４、支持部間距離３３３ｍｍの例であり、ポリウレタンフォームの表面及び裏面のセル状態がオープンセル、密度１００ｋｇ／ｍ^３、通気性７．５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ、耐熱性「〇」、燃焼性「〇」、剛性（３点曲げ試験）７Ｎ、撓み量３ｍｍ、吸音率（８００Ｈｚ）０．７９、総合判定「〇」であり、撓みが少なく、吸音性が良好である。

比較例１は、実施例９のポリウレタンフォームを用い、支持部を無しにしてポリウレタンフォームを配置し、空気層を無くした例である。比較例１は、吸音率（８００Ｈｚ）０．６５、総合判定「×」であり、空気層がないため、実施例９と比べて吸音性に劣っていた。

比較例２と比較例３は、スラブ成形されたポリウレタンフォームの例であり、密度３５ｋｇ／ｍ^３と１００ｋｇ／ｍ^３、通気性が１３２ｍｌ／ｃｍ^２／ｓと９．５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ、耐熱性及び燃焼性が何れも「×」、剛性（３点曲げ試験）が０．４Ｎと２Ｎ、撓み量が１０ｍｍより大と７ｍｍ、吸音率（８００Ｈｚ）が０．１９と０．４１、総合判定「×」であり、撓みが大きく、吸音性に劣っている。

このように、本発明は、吸音カバーの全体厚みを薄くでき、かつ製造作業が簡略で吸音カバーを安価にできる。
なお、本発明は前記の実施例に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

１０吸音カバー
１１ポリウレタンフォーム
２１支持部
３１空気層
４１音源側部材
４３音源側部材の表面
４５係止部
ａ支持部の間隔
ｂポリウレタンフォームと音源側部材表面との間隔
ｃ撓み量

Claims

音源側部材を覆う吸音カバーにおいて、
ポリウレタンフォームで形成される本体と、
前記本体を前記音源側部材の表面から離して支持する支持部と、
空気層とを備え、
前記ポリウレタンフォームは、表面及び裏面がオープンセル構造を有し、密度が７０～１４０ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする吸音カバー。
音源側部材を覆う吸音カバーにおいて、
ポリウレタンフォームで形成される本体と、
前記本体を前記音源側部材の表面から離して支持する支持部と、
空気層とを備え、
前記ポリウレタンフォームは、通気性が５～１５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ、密度が７０～１４０ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする吸音カバー。
前記ポリウレタンフォームは、間隔２５０ｍｍの前記支持部で水平に支持された際の撓み量が、０～５ｍｍである、及び／又は、前記ポリウレタンフォームは、３点曲げ試験の結果における最大荷重が５Ｎ以上である、請求項１又は請求項２に記載の吸音カバー。
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の吸音カバーを備え、前記本体と前記音源側部材との間に空気層を備える音源部品。