JPH02256098A

JPH02256098A - 防音材

Info

Publication number: JPH02256098A
Application number: JP1325076A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshinaka; 芳中　實; Eizo Asakura; 朝倉　栄三; Mitsumasa Oku; 奥　光正; Takeshi Hamabe; 浜辺　猛; Motoi Kitano; 基北野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1990-10-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は防音材に関する。さらに詳しくは、遮音や吸音
、防振、制振等の形態で利用される防音材に関する。

従来の技術従来より、自動車や鉄道車両類、建築や建材類家電製品
（特に、スピーカやプレーヤ、ＶＴＲテレビジ３ン受像
機等の映像音響製品、洗濯機。

掃除機、冷蔵庫、エアコン、食器洗い器、シェーバ−な
ど）、産業機器、エレベータ、ダクト類事務機器類（特
にプリンタやプロッタ、キーボード、複写機など）、厨
房機器類、ステージ反射板等において各種の防音材が使
用されてきた。

さて、騒音には、空気を媒介にして伝わる空気伝播音と
、固体を介した固体伝播音がある。遮音と吸音とは空気
伝播音を対象とし、防振と制振とは固体伝播音を対象と
した対策である。一方、騒音を防止する立場から見た場
合、音・振動エネルギーを吸収するのが吸音と制振で、
反射するのが遮音と防振である。

音と振動に関しての言葉である防音は、そのメカニズム
によって遮音と吸音、制振に分けられる。

遮音とは、音波を伝播経路の途中で遮断して、入射音に
対して透過音を小さくすることである。

遮音材には透過エネルギーの少ない材料が使用される。

その特性は、面密度、曲げ則性、内部損失で決まる。一
定周波数領域では、質量が大きいほど遮音効果が顕著と
なる。具体的には、樹脂に、金属粉や炭酸カルシウムあ
るいはガラス繊維を大量に混入した高比重樹脂や、アス
ファルト系シートが用いられてきている。

吸音とは、音波の反射を小さくするため材料自体の粘性
抵抗や摩擦抵抗で音の振動エネルギーを熱エネルギーと
して吸収することである。吸音材には、連続気泡を持っ
た発泡プラスチック等のような空隙率の大きな材料が使
用される。具体的には、ガラスウールや石綿１発泡ウレ
タン等の集合体もしくはボード等として各種表面形状に
して使用されてきた。

制振とは、振動や音が材料に伝わった場合、そのエネル
ギーを材料自体の剪断変形や圧縮変形で熱エネルギーと
して吸収することである。制振材には、損失係数と弾性
率が高いことが望まれる。

制振材は、一般的には振動板に貼ったり、塗布したりし
て用いられ、制振材の上にパネルを貼る拘束型と貼らな
い非拘束型とがある。拘束型の制振材代表的なものに各
種制振鋼板があり、また、樹脂中にフェライト、金属、
セラミック等の粉末粒子や、タルク、マイカ等のフレー
ク、ワラストナイトやガラス繊維等の各種繊維を多量に
混入した制振材があった。

次に、防振とは、振動を絶縁することであり、振動源と
、被振動面との間に、適切なバネを挿入することに相当
する。このバネに当たるのが防振材で、防振ゴムがこの
代表的なものであった。

発明が解決しようとする課題しかるに、昨今、防音効果に対しての要求が特に社会的
に非常に厳しくなってきており、防音効率が高くしかも
錆ない非金属系の優れた防音材が求められてきた。

本発明は、上記課題に対して鋭意研究の結果、以下の手
段により防音効率の高い防音材を実現した。

課題を解決するための手段本発明の防音材は、核部とそれから異なる複数の軸方向
へ伸びた針状結晶部とを有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）ウィ
スカーを防音素材として用い、この防音素材を保持材に
よって保持しまたは保持材に混入しまたは保持材によっ
て空間的に保持したものである。

作　　　用本発明において使用される酸化亜鉛ウィスカーは種々の
特長をもっている。すなわち、核部とこの核部から異な
る軸方向へ伸びた針状結晶部とを有するという、この種
のフィラーとしては全く新規な形状がその第１である。

次に、この酸化亜鉛ウィスカーの繊維はきわめてしなや
かで弾性率の高い繊維であり、全体としてはウール状を
している。

さらには、金属酸化物であるので空気中でも腐食するよ
うなことがなく、また、金属酸化物中でもまれなほど、
比重が高い（約５．８）素材である。

とりわけ、本発明に用いる酸化亜鉛ウィスカーは、酸化
亜鉛の完全な単結晶体であり、圧電性を有する半導電性
素材である。

このように、本発明の酸化亜鉛ウィスカーは従来の防音
素材とは異なる、優れた防音的特長を備えている。

次に、各々の適用分野とそれに対応した酸化亜鉛ウィス
カーの特長的要素を列記すると次のとおりである。

遮音材の分野に適用された場合には、酸化亜鉛ウィスカ
ーの高比重性と、圧電性によるエネルギー損失等により
、遮音効果が大きくなる。

吸音材の分野に適用された場合には、よく整った上述の
ごとき形状的な特質としなやかなウール状繊維のために
、空隙率を大きくすることができ、高比重性と圧電性と
があい伴って、効率よく振動エネルギーを熱エネルギー
に変換することとなる。

制振材の分野に適用される場合には、主に樹脂やセラミ
ック、金属中に充填してなされる場合が多く、上述のご
とき形状的特質による「アンカー効果」に起因する機械
的抵抗による高い内部損失や、高比重性それに圧電性損
失等により、高い損失係数が得られるとともに、ウィス
カー充填による高弾性率化が達成され、効率の高い制振
材となる。

また、防振材の分野に適用される場合には、上述のごと
き形状的特質をもつ酸化亜鉛ウィスカーのしなやかなウ
ール状性状と高比重性、圧電性損失により、効率のよい
防振材が得られる。

さらに、本発明の酸化亜鉛ウィスカーは核部とそれから
異なる複数の軸方向へ伸びた針状結晶部とを有している
ので、配向性が本質的になく、全方向性の均一防音材が
得られることとなる。

実　　施　　例以下に、本発明の実施例について具体的に説明する。無
論、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本発明に用いる酸化亜鉛ウィスカーは、表面に酸化皮膜
を有する金属亜鉛粉末を、酸素を含む雰囲気中で加熱処
理することで生成させることができる。この方法は、得
られる酸化亜鉛ウィスカーの見掛けの嵩比重が０．０２
〜０．１であり、収率が７０ｗｔ％以上と高収率であり
、きわめて量産的である。

第１図は上記方法で得られた酸化亜鉛ウィスカーの一例
を示す電子顕微鏡写真である。この写真により、本発明
において用いられる酸化亜鉛ウィスカーの、ひとつの核
部とこの核部から異なる複数の軸方向へ伸びた針状結晶
部とを有する形状的。

寸法的特長が明確に認められる。

この場合、酸化亜鉛ウィスカー中に、針状結晶部が３軸
、あるいは２軸、さらには１軸のものが混入する場合も
あるが、これは４軸のものの一部分が折損したものであ
ると考えられる。

これらの酸化亜鉛ウィスカーのＸ線回折をとると、すべ
て酸化亜鉛のピークを示し、一方、ｍ子線回折分析にお
いて、転移や格子欠陥の少ない完全な単結晶性であるこ
とが確認された。さらに、不純物の含有量も少なく、原
子吸光分析の結果、酸化亜鉛が９９．９８％であった。

一方、防音特性の面からは、酸化亜鉛ウィスカーの針状
結晶部の基部から先端までの長さが３μｍより小さなウ
ィスカーが大きな割合（たとえば８０ｗｔ％以上）を占
める系は好ましくない。望ましくは、基部から先端まで
の長さが平均２０μｍ以上、より好ましくは平均５０μ
ｍ以上が望ましい。

本発明の防音材は種々の形態で用いることができる。す
なわち、酸化亜鉛ウィスカーの粉体状態。

堆積物状態、焼結状態をはじめ、各種保持材により適切
な方法、形態で保持されたものなどである。

粉体状態の酸化亜鉛ウィスカーは、織布、不織布、セラ
ミックス、ガラス、樹脂、ゴム、コンクリート、モルタ
ル、ワックス、ゲル状半固体物質。

発泡体等の容器あるいは袋に入れたり、それらの材料で
封じ込めたりして用いられる。

また、酸化亜鉛ウィスカーの堆積物状態とは、抄紙（紙
すき）法によるウィスカー紙や、湿式濾過法（真空濾過
など）による酸化亜鉛ウィスカーの濾過堆積物などがあ
る。この場合適切な有機や無機系のバインダーを用いる
ことができる。

さらに、酸化亜鉛ウィスカー集合体を適当な圧力でプレ
スしながら、あるいはプレスした後で、５００〜１６０
０℃の範囲内の適当な温度で焼結した焼結体を用いるこ
とができる。この場合、般に用いられる焼結助剤を適当
量用いると効果的である。プレス圧については特に限定
されるものではないが、１〜２０００ｋｇ／ｃｕｔの範
囲内が適しており、特に１０〜４００ｋｇ／ｃｎ？の範
囲内でプレスすると良好な結果が得られる。

酸化亜鉛ウィスカーの保持材には、各種金属が用いられ
る。金属としては、アルミニウムや各種アルミニウム合
金、マグネシウム、チタン、銅。

鉛、錫、亜鉛、べ・リリウム、鉄、ステンレス鋼等の単
体やそれらの複数種の絹み合わせ、さらに各種元素を添
加含有させた合金等を用いルコトカテきる。

酸化亜鉛ウィスカーの保持材には、各種樹脂が用いるこ
とができる。具体的には、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂
のいずれも用いることができる。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂や不飽和ポリエス
テル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂。

メラミンー二すア樹脂、フェノール樹脂等を使用するこ
とができる。また、熱可塑性樹脂としては、特に限定さ
れるものではないが、ポリ塩化ビニルヤホリエチレン、
壇素化ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミ
ド、ポリスルホン。

ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリエーテルケトン。

ポリエーテルエーテルケトン　ＡＢＳ樹脂！４リスチレ
ン、ポリブタジェン、メチルメタアクリレート、ポリア
クリルニトリル、ポリアセタール、ポリカーボネート　
ポリフェニレンオキサイド、エチレン−酢酸ビニル共重
合体、ポリ酢酸ビニル。

エチレン−テトラフロロエチレン共重合体、芳香族ポリ
エステル、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリ
塩化ビニリデン、ポリ弗化エチレン等を使用することが
できる。無論、使用可能な樹脂はこれら例示した熱硬化
性樹脂や熱可塑性樹脂に限られるものではない。

防音特性の観点からは、酸化亜鉛ウィスカーはひとつの
核部とそれから針状結晶部がそれぞれ異なる四軸方向へ
伸びているという形状が保持されていて、できる限り折
損しないままの状態で保持材に保持されていることが望
まれる。そのためには、これまでにも実施されている次
のような方法を適用することができる。すなわち、酸化
亜鉛ウィスカーに対して応力や剪断力の発生を極力抑え
た混合方法、混線方法、押し出し方法、成形方法を適用
することができる。その点において、エポキシ樹脂や不
飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂。

シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂に、その粘度が比較的
低い液相状態のときに、酸化亜鉛ウィスカーを混入し、
成形してから、硬化させるという方法が好ましい。また
、樹脂を適当な溶剤に溶かし、低粘度の溶液にした状態
で、それに酸化亜鉛ウィスカーを混入し、その後、溶剤
を揮発させるという方法も適用できる。さらに、数μｍ
〜数士ｐｍ程度の粒径の樹脂微粉末と酸化亜鉛ウィスカ
ーとを混合し、その後、熱または溶剤を作用させること
により樹脂分を溶かし、酸化亜鉛ウィスカーを保持する
という方法も好ましい。

保持剤として用いるゴム材料としては、天然ゴムや合成
ゴムが用いられる。特に酸化亜鉛に対して悪影響を及ぼ
さず１、防音特性の優れたゴム材料が好ましい。その点
でポリウレタンゴムがもっとも好ましく、次に、アクリ
ル系ゴム、シリコーンゴム、ブタジェン系ゴム、イソブ
チレン系コム。

ポリエーテルゴム　イソブチレン−イソプレン共重合体
、イソシアナート系ゴムが好ましい。用途によっては、
ニトリルゴム　クロロブレンゴム。

クロロスルホン化ポリエチレン、ポリサルファイドゴム
、弗素系ゴムも用いられ、また、天然ゴムを溶媒に溶解
したもの、ポリエチレン微粉末を水に分散させたもの、
ポリマーのエマルジョン等、も使用される。ゴム材料を
保持材とする場合も、ウィスカーの折損を極力抑える一
般的な方法を適用するとより好ましいのは言うまでもな
いことである。

また、一般的に用いられる各種添加剤、充填剤等を同時
に用いることもできるのは無論のことである。

また、酸化亜鉛ウィスカーを各種塗料材料中に分散させ
たり、塗料材料を保持材としたりことができる。塗料材
料としては、エポキシ系やアクリル系、ウレタン系をは
じめとする各種塗料が適用され、特に耐熱性、耐候性の
高い塗料材料がより好ましい。

各種無機質固体材料（粉状、繊維状、フレーク状１粒状
、固体状）を保持材とし、酸化亜鉛ウィスカーを分散さ
せることで防音材を構成することができる。

具体的には、各種セラミックスやガラス、はうろう等の
中に分散させたり、それを保持材とじた防音材であった
り、粘土粉やガラス繊維、アスベスト、マイカ、砂等に
酸化亜鉛ウィスカーを分散させて、防音性粉体や防音性
繊維集合体（織布不織布状）としたりするなどして構成
することができる。その他、コンクリートやモルタル等
を保持材とすることもできる。

マタ、パラフィンワックスやポリエチレンワックス、マ
イクロクリスタンリワックス等のワックス類を保持材と
することもできる。あるいは、寒天やゼラチンなどのゲ
ル状半固体物質や、糊、ゴム糊、高粘度ポリブテン等の
粘性や付着性の高い物質等を保持材にすることができる
。

さらに、各種発泡体が保持材として適している。

そのなかでも特にウレタン系発泡体が特性的に優れてお
り、次にエポキシ系発泡体であり、その次がスチレン系
発泡体等である。

これらの保持材中における酸化亜鉛ウィスカーは、ひと
つの核部と、それから異なる四方向へ、互いになす角度
が実質的に等しい角度で伸びた針状結晶部とを有する形
状であるときに、もつとも大きな効果が期待できる。た
だ実際には、一部分が単純な針状にまで折損していたり
、大部分が単純な針状にまで折損していたりする場合が
発生するが、防音効果の面からは依然として良好な効果
が奏せられる。

上述のような保持材系においては、防音効果は酸化亜鉛
ウィスカーの大きさや、その折損度合、マトリックス材
料や保持材の種類、保持形感、それに併用されるフィラ
ーの種類および量により変わるために一概には言えない
けれども概略１ｗｔ％以上の比率になるよう分散させる
ことにより防音効果の改善が確認され、その比率が５ｗ
ｔ％以上で顕著となり、きわめて少量の使用で大きな防
音効果が得られることとなる。

この場合、他の粒状やフレーク状のフィラーを併用する
ことにより、コスト的に、また生産的に有利となる場合
がある。これに用いる粒状フィラーとしては、鉄、ニッ
ケル、ステンレス鋼等の金属粉、フェライト粉、炭酸カ
ルシウム、カーボンブラック、珪酸アルミニウム、その
他各種ビーズやバ／Ｌ／７［がある。フレーク状フィラ
ーとしては、アルミニウム等の金属フレーク、マイカ、
タルク１゜ヵ’５．．．ＶＬ／−りなどが用いられる。

さらに、繊維状フィラーとしては、鉄２　ステンレス鋼
等の金属繊維、鉱物繊維１石こう繊維、カーボン繊維、
ガラス繊維、ワラストナイト炭化珪素繊維、ボロン繊維
７　チタン酸カリウムウィスカー、炭化珪素ウィスカー
などが用いられる。

これらのフィラーを単独でまたはその複数種を組み合わ
せたものを、酸化亜鉛ウィスカーと併用する場合には、
全フィラー中の酸化亜鉛ウィスカーの混合割合はｌｖｔ
％以上であり、好ましくは１０ｗｔ％以上である。

本発明が対象とする防音材の周波数範囲は極超低周波音
から超音波にわたる広い領域であるが、特に１０Ｈｚ〜
２０　ｋＨｚの可聴音域、とりわけ１００Ｈ２〜１０ｋ
Ｈ２１その中でも３００Ｈｚ〜５ｋＨｚの音および振動
に対して効果が高い。

〔実施例１〕ひとつの核部と、それ部から互いになす角度が実質的に
等しい角度で異なる四方向へ伸びた針状結晶部とを有す
る酸化亜鉛ウィスカー（針状結晶部長１００〜２００μ
ｍ）を布の袋にを詰めて、厚さ１０ｃｍ、幅１ｍ、長さ
１ｍの寸法の防音マントを作った。その嵩比重は０．０
６ｇ／ｃｃであった。

この防音マットを６枚合わせて中空立方体の防音効果測
定サンプルを作り、立方体中心部に発音源を設置し、発
音源から１ｍ離れた床上５０ｃｍの位置で防音効果を測
定した。測定周波数は４００Ｈｚであり、その結果を第
１表に示す。

〔比較例１〜４〕比較のために、実施例１と全く同じ条件で他の防音材に
ついて用いて評価した結果を同じく第１表に示す。

（以下余白）第表〔実施例２〕ひとつの核部と、それ部から互いになす角度が実質的に
等しい角度で異なる四方向へ伸びた針状結晶部とを存す
る酸化亜鉛ウィスカー（基部から先端までの長さ：平均
２０μ飢基部の径：平均０．７μｍ、かさ比重：　０．
０９　ｇ　／ｃｃ）を、６−ナイロン樹脂中に３０ｗｔ
％混線し、射出成形して、テストピース用の板（厚さ：
３＋ｎ＋ｗ）を作製した。この板を用いて、周波数４　
ｋ　Ｈｚの制振性（温度２０℃における損失係数）を評
価したところ、無充填の場合に比べて一１３ｄＢの制振
性が確認された。

〔実施例３〜５および比較例５〕実施例２において使用したものと同じ酸化亜鉛ウィスカ
ーと他のフィラーとを混合して、６−ナイロン樹脂中に
配合したときの板体の制振性の結果を第２表に示す。

同時に比較例として、タルクのみを配合した場合の特性
も参考のため示す。

（以下余白）第　　　２　　　表上表の結果から、酸化亜鉛ウィスカーの制振性付与性能
の優れていることがわかる。なお、この場合、樹脂板の
破断面を電子顕微鏡で観察したところ、ひとつの核部と
、それ部から互いになす角度が実質的に等しい角度で異
なる四方向へ伸びた針状結晶部とを有する形状の酸化亜
鉛ウィスカーが実質的に残存している比率は平均約４％
（個数）であり、大部分の酸化亜鉛ウィスカーが折損し
て、単純な針状ウィスカーに変化していることがわかっ
た。

〔実施例３〕ひとつの核部と、それから互いになす角度が実質的に等
しい角度で異なる四方向へ伸びた針状結晶部とを有する
形状の酸化亜鉛ウィスカー（基部から先端までの長さ：
５０〜１５０μｍ、基部の径＝３〜８μｍ、嵩比重：　
０．０４　ｇ／ｃｃ）をエポキシ塗料の中に５ｗｔ％配
合し、２　ｍｍ厚の鉄板に４００μＪの厚さで塗布して
乾燥させ硬化させた。このようにして得られた試料と、
塗布なしの試料とを比較したところ、周波数５００　Ｈ
ｚにおいて一１０ｄＢ（温度２０℃での損失係数）の制
振効果が得られた。

なお、この実施例の試料の断面を観察したところ、酸化
亜鉛ウィスカーの大部分がひとつの核部と、それから互
いになす角度が実質的に等しい角度で異なる四方向へ伸
びた針状結晶部とを有する形状を保持していた。

発明の効果本発明の防音材は、防音素材として、核部とこの核部か
ら異なる複数軸方向へ伸びた針状結晶部とを有する形状
の酸化亜鉛ウィスカーを用い、この防音素材を保持材に
よって保持したり、保持材に混入したりまたは保持材に
よって空間的に保持したりしているので、防音効果がい
ちじるしく高く、その適用範囲のきわめて広いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の防音材に適用される酸化亜鉛ウィスカ
ーの結晶構造を示す電子顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）核部と前記核部から異なる複数軸方向へ伸びた針
状結晶部とを有する酸化亜鉛ウィスカーを防音素材とし
て用い、前記、防音素材を保持材によって保持しまたは
保持材に混入または保持材によって空間的に保持したこ
とを特徴とする防音材。
（２）酸化亜鉛ウィスカーが核部と前記核部から異なる
四方向へ伸びた針状結晶部とを有することを特徴とする
請求項１記載の防音材。
（３）酸化亜鉛ウィスカーが、核部と、前記核部から異
なる四方向へ、互いになす角度が実質的に等しい角度で
伸びた針状結晶部とを有することを特徴とする請求項１
記載の防音材。
（４）保持材が無機繊維および無機バインダのうちの少
なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の防
音材。
（５）保持材が金属、モルタル、合成樹脂およびゴムの
うちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１
記載の防音材。
（６）保持材が塗料であることを特徴とする請求項１記
載の防音材。