JPH0147300B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は固体拘束層の存在によつて著しい制振
効果を発揮するフオーム複合制振材に関し、さら
に詳しくは板状フオーム材の片方の表面に孔あき
固体拘束層を結合させ、板状フオームの他方の表
面を振動体に結合させることによつて著しい制振
効果のみならず、優れた吸音性能も備えると共
に、コスト低減効果の大きい極めて実用的な制振
材料に関する。 先に本発明者らは固体状物としては振動性能の
低いポリウレタンをフオーム化することによつ
て、(i)制振性能が若干向上する、(ii)制振性能に大
きな周波数依存性が現われる、ということを見出
し、この知見を基にさらに研究を進めて、ポリウ
レタンフオームに粉末状充填剤を添加することに
よつて優れた制振性能を見出し特許出願した（特
願昭55−134215）。 しかしながらポリウレタンの発泡時に充填剤を
添加することは充填剤とのブレンドによる粘度上
昇が避けられず、従つて充填剤使用量に限度があ
るという難点がある。 本発明者らは上記の点を考慮してさらに研究し
た結果、前述の発明とは全く異つた方式で非常に
優れた制振性能を有するフオーム複合制振材が得
られることを見出し本発明を完成した。即ち本発
明の制振材はフオームに拘束層を結合させること
によつて、フオーム自身の制振性能を最大限に引
き出す方法をとつており、従来の制振材で用いら
れているポリマーやアスフアルトなどの固体粘弾
性物のダンピング特性を利用する方法と全く異な
るものである。 現在ポリウレタンに代表される発泡体は吸音性
能が優れている点を利用して吸音材として多用さ
れていることは周知の通りであるが、一方それら
のフオームは振動減衰性能（制振性能）が非常に
低いため、制振材料としては全く使用されていな
かつた。このため従来の制振材料としては、それ
自身で大きなダンピング性能を有する固体粘弾性
材料を使用し、それを振動体に貼りつけることに
よつて系全体の振動を減衰させる方法がとられて
いた。 これに対し本発明の主眼点はフオームを振動体
に直接貼りつけ、さらにそのフオームに拘束層を
結合させる（第１図Ａ）ことによつてフオームの
みから制振性能を引き出す点にある。即ちフオー
ムの制振性能はフオームを非拘束タイプとして振
動体に貼りつけただけでは小さいものであるが、
これを拘束タイプとして使用すると振動に対して
フオームの変形量が大幅に拡大されると共に、ズ
リ変形の発現によつて制振効果が飛躍的に向上す
る。もちろんこの場合拘束層の役目を果たす固体
物はそれ自身に制振性能を備えることは全く必要
なく、単にフオームに対して拘束性を発揮できる
重量物であれば何でもよい。 周知の通り騒音は大きな周波数依存性をもつて
おり多くの場合騒音源は1000Hz以下の低周波での
音圧レベルが高い。従つて実用的な制振材として
はこのような低周波で制振性能の大きいことが重
要である。しかるにウレタンフオームの制振性能
は、それがフオーム化されていない固体状ポリウ
レタンに比べると若干高いレベルにあるものの、
低周波領域での性能は非常に低く（比較例１）、
これだけでは制振材としての役目を果さないこと
になる。 騒音対策を総合的かつ効果的に行なうには制振
効果と吸音効果の両方を発揮させることが必要で
あるが、この両性能を兼備した材料は前述の出願
中の発明に係るフイラー充填フオーム以外に現状
では見当らない。そこで現実的解決法として一般
の市販品では振動源に固体制振材料を貼りつけ、
その上にさらにフオームを貼りつけることによつ
て両方の性能を備えさせている（第１図Ｂ）。こ
の場合当然のこと乍ら制振性能はほとんどすべて
が固体制振材に起因するものであり、一方吸音性
能はフオームによつて齎らされる。従つてこのよ
うな貼り合せ複合体（市販品）の場合、十分な制
振性能を得るためには当然高価な制振材を多量に
使用する必要があり、貼り合せ加工費を加えると
製品コストが非常に高くなる。 本発明のフオーム複合制振材を吸音性能の面よ
り見た場合、フオームを母体としている点から吸
音性能を有することは当然であるが、フオーム表
面に結合された固体拘束層の存在によつて低周波
吸音性能が向上すると共に高周波吸音性能が低下
し、優れた吸音効果を発揮できる周波数領域が狭
くなる。この点解決するためには固体拘束層に適
量の貫通孔をあける必要があり、逆にこのような
方法によつて低周波より高周波に到るまでの実用
的な周波数領域で優れた吸音性能を有することと
なる。 上述の如く本発明のフオーム複合制振材は、制
振性能を発揮する部分がフオームであると同時に
この部分が吸音性能をも併せ有するのであつて、
そのために孔あき固体拘束層の結合を必要とする
もので、市販の貼り合せ複合体とは形態的に、ま
た機能的に全く異るものとして区別される。さら
に本発明のフオーム複合制振材は、従来の多くの
制振材が室温付近では高い制振性能を有するが、
高温になると急激に性能が低下するのに比べ、低
温から高温までの幅広い温度領域で優れた制振性
能を保持するという大きな長所を有する。さらに
固体拘束層として適当な材料を用いることによ
り、難燃比にも役立つ。またコスト的には(i)固体
拘束層は安価な重量物であればよい、(ii)固体拘束
層の重量増加に伴いフオーム厚さを小さくを出来
る、などの点から大幅なコストダウンが可能とな
る。 本発明のフオーム複合制振材はフオームに固体
拘束層を結合した形から、一見同じような形で類
似の性能を有する複合体と同一に見誤られるおそ
れがあるが、次の点ではつきり区別される。 即ちフオームを吸音材として使用する際、フオ
ームの表面にアルミニウムやプラスチツクの薄膜
を貼りつけることによつて表面仕上げを行なつた
り、また低周波吸音性能を向上させる方法がとら
れており、さらに内装材としてもフオームの表面
に各種の薄膜を貼りつけることが行なわれてい
る。この場合高周波での吸音性能を損わない条件
として薄膜の厚さは50μ以下であることが望まし
い（建築音響シリーズ＜材料編＞１、吸音材料、
日本音響材料協会編、子安勝56P）。これらのい
ずれの場合も、フオーム材の制振性能には全く着
目されていず、また性能面からみても薄膜とフオ
ームの重量比が0.1〜0.5程度であるため薄膜が拘
束層の働きをしない。即ち薄膜による制振性能の
向上は殆ど望めないものとなつている。 一方、二枚の石膏ボードやスレート板の間にグ
ラスウールや硬質フオームをサンドイツチした複
合板が遮音材や断熱材の一部として使用されてい
る。遮音板は本来それ自身で空間を分離し、騒音
を遮断する働きするものであるため、多くの場合
この形態で使用され、またボードやスレート板に
は貫通孔がないのが普通である。従つてこのよう
な遮音板はフオーム材の片面のみに固体拘束層を
結合させ、他面を制振体に貼りつけて振動を低減
させることを目的とする本発明のフオーム複合制
振材とは形状も目的とする性能も全く異なるもの
であると言える。 本発明に使用されるフオーム材としては通常の
ポリウレタンフオームをはじめ、ポリ塩化ビニ
ル、ポリエチレン、ポリスチレン、フエノール樹
脂等の各種プラスチツクフオームおよびこれらに
フイラー、可塑剤、難燃剤などを添加したフオー
ムなど、どのようなタイプの発泡材料であつても
差支えないが、優れた吸音性能を兼備するという
点を考慮すればこれらのうち連続気孔を有するフ
オームが望ましく、特にポリウレタンフオームが
好ましい。さらにこれらのフオームの損失係数
（η）と周波数の関係をプロツトした場合（第２
図）、ηの極大を示す周波数が100〜2000Hzの間に
あることが望ましい。 固体拘束層としては、原則的には使用温度でフ
オームに拘束性を与え、かつ自ずからは容易に流
動しない重量物であればよい。従つて固体物の密
度とフオームの密度の比が10以上が必要であり、
さらに好ましくは20以上である。 固体物として例えば金属、セメント、スレート
板、木材、石膏、粘土などの無機材料およびプラ
スチツク、ゴムなどの有機材料、さらにそれらに
充填剤または繊維などを添加した複合材料などが
挙げられる。ただし振動体が曲面である場合もあ
り得るので、そのため固体物に若干の可撓性のあ
る方が望ましい。 吸音性能の面から考えると、固体拘束層に適当
な直径の貫通孔が適当量存在することが必要であ
る。この場合孔の直径および量は、要求される吸
音性能に応じて適宜決められるべきものである
が、貫通孔の直径は0.8〜15mm、より好ましくは
１〜10mm、また貫通孔の開口率は0.01〜0.40、よ
り好ましくは0.05〜0.35である。 上述よりも貫通孔の直径が小さい場合は中〜高
周波域での吸音性能が著しく不良となり、また直
径が大きい場合は中〜低周波域での吸音性能が不
良となる。また上記よりも貫通孔の開口率が小さ
い場合は、中〜高周波域での吸音性能が不良とな
り、また開口率が大きい場合は中〜低周波域での
吸音性能が不良となりいずれも好ましくない。 これらの固体物が拘束層としての働きを示すの
は固体物とフオームとの重量比が2.0〜1.0×10³の
範囲が望ましい（第３図）。即ちフオーム厚さを
１cm程度とするとき固体物とフオームの結合面に
垂直方向を考えた場合、結合面の単位面積当りの
固体物の重量とフオームの重量比が2.0以下であ
ると制振性能の向上が認められず、一方1.0×10³
以上であるとフオームが押しつぶされて正常な働
きをしない。ただしより好ましくは固体物とフオ
ームの重量比が2.5以上３×10²以下である。 これらの固体物はフオーム表面に対して (i) 何らかの方法で液状物として吹きつけまたは
コテ塗りする、 (ii) シート状物としてそれ自身で、または接着剤
を用いて貼りつける、 (iii) 織布、不織布または網状物として貼りつけ
る、 (iv) フオーム発泡時に一体成形する、 などの方法によつて結合される。 このようにして得られたフオーム複合制振材は
そのフオーム側の面を振動体に貼りつけて使用さ
れるが、その他熔融圧着またはフオーム発泡時の
一体成型でも差支えない。 本発明のフオーム複合制振材は、車輌、船舶、
自動車、航空機などの制振材料として、また鉄道
用レール、家電機械、金属加工機械などに、さら
に住居、オフイス、工場などの建物用として、さ
らにまた事務機器、電算機などの制振および吸音
材料として広く利用される。 次に実施例に基づき本発明をさらに具体的に説
明する。 実施例１〜５、比較例１〜５ (1) サンプルおよび測定法

【表】 りに結合された固体物の重量
表１に示した固体物を厚さ20mmの市販ポリウレ
タンフオーム（ブリヂストンタイヤ社製、フオー
ム密度0.028）に結合―実施例１，２のみコテ塗
りで、その他の実施例、比較例とも接着剤で貼り
合せた―した後、厚さ１mmの鉄板にフオーム側を
貼貼りつける（第１図Ａ）ことによつてサンプル
を作成し、メカニカルインピーダンス法によつて
損失係数ηを測定した。 一方吸音性能は制振性能測定サンプルと同一の
フオーム複合サンプルを用い垂直入射法によつて
剛壁密着させて測定した（ただしサンプルの固体
物の面から音が入射するようにセツトした）。 (2) 制振性能評価 制振性能の代表例として実施例４のサンプルお
よびフオームのみのサンプル（比較例１）の室温
（23℃）における損失係数（η）と周波数の関係
を第２図に示す。フオームのみのηに比べると固
体物とのフオーム複合体の場合、固体物の重量が
増加するにつれ、ηのピークが若干上昇し、かつ
低周波側へ移行すると同時に、ピークより低周波
側のη値が大幅に向上する。このように固体物と
の複合化により実用上最も大切な低周波領域の制
振性能が大幅に改良される。 そこで一般の制振材の評価で使用される500Hz
における損失係数と固体物の重量／フオームの重
量比の関係を示したのが第３図である。図より、
固体物の重量／フオームの重量＝2.0以上の値に
なると、η値が急激に増加することがわかる。 一方500Hzにおける制振性能（η）の温度依存
性を第４図に示す。二つの代表例で示されている
が、一般の制振材に比べて高温性能が非常に優れ
ていることが明らかである。 (3) 吸音性能評価 いくつかの代表サンプルに関し、垂直入射吸音
率の周波数依存性を第５図に示す。 フオームのみの吸音性能（比較例１）に比べる
と、これに孔あき固体物を貼りつけた複合フオー
ム（実施例４）の吸音性能は高周波領域で若干低
下するが、実用的な周波数領域全体で優れた吸音
性能を示している。この場合固体物に孔がないケ
ースとしてサンプルＢの吸音性能が示されている
が、低周波以外の吸音性能が大幅に低下すること
がわかる。 以上説明したように本発明のフオーム複合制振
材は優れた制振性能と吸音性能を兼備すると共に
大幅なコストダウンを可能ならしめる材料であ
り、工業的に大きな意義を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は制振材の断面を示すもので、Ａは本発
明のフオーム複合制振材であり、Ｂは従来の制振
材とフオームの貼り合せ材（市販品）である。第
２図は室温（23℃）における損失係数（η）の周
波数依存性を示すグラフ、第３図は表１に示す各
種サンプルの室温（23℃）、500Hzにおける損失係
数（η）を、フオームと固体物の結合面における
単位面積当りの固体物とフオームの重量比に対し
てプロツトしたグラフ（図中実は実施例を、比は
比較例を表わす）、第４図は500Hzにおける損失係
数（η）の温度依存性を示すグラフ（図中サンプ
ルＡは低分子量ポリオールを用いたフオーム（20
mm厚）にΔW＝2.5×10^-1（ｇ）のゴムシートを貼
りつけたもの）、第５図は垂直入射吸音率の周波
数依存性を示すグラフ（図中サンプルＢは実施例
４のサンプルの孔があいていないもの）である。 １……フオーム、２……固体物、３……制振
材、４……振動源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 板状フオーム材料の振動体に取付ける面と反
   対側の面に、貫通孔を有しかつ該フオームの２倍
   以上の重量をもつ固体拘束層を結合させたフオー
   ム複合制振材。 ２ 固体拘束層を構成する固体物がフオームとの
   重量比が2.5〜３×10²であり、密度比が20以上の
   無機材料または有機材料である特許請求の範囲第
   １項記載のフオーム複合制振材。