JPH09501069A - 音響的イヤマフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 減衰特性の改良されたイヤマフ用クッション。本発明によるクッションは、静的固さが小さくかつ動的固さが大きな発泡材料を用いて製造され、ここで成形したクッションを備えたイヤマフは改良された減衰特性を表す。さらに、このクッションを用いて作ったイヤマフ、及びこのようなクッション及びイヤマフの改良された製造方法を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 音響的イヤマフ 技術分野 本発明は、聴覚保護、特に音響的イヤマフに関する。 背景技術 耳栓およびイヤマフは、最も有用な聴覚を保護するための用具であり、これら を使用すれば、雑音のレベルが安全な範囲に抑えられない環境において聴覚を保 護することができる。耳栓が使用できないような場所では、イヤマフが音の強さ を減少させる手段となり、たいていの場合耳栓より高い割合で使われている。聴 覚保護（ヒアリングプロテクタ）以外の用途としては、勉学や睡眠のためやオー ディオ鑑賞があげられる。 イヤマフは断続的な使用ができるという長所があり、耳栓を連続的に装用した り外したりするのが煩わしい場合あるいは実用的でない場合に有用である。また 、イヤマフは、ほとんどの耳栓に比べ、高周波数の雑音が存在する現場における 雑音からの保護により向いている。さらに、寒冷な天候や乾いた気候の下、野外 で使用するのにも向いている。 一般に、イヤマフは耳栓に比べ、低周波数の音に対する減衰性能が悪い。この 問題は、１２５から１０００Ｈｚまでの低周波数において、イヤマフがそのクッ ション材上でポンピングモードで振動することに一部由来する。ほとんどのクッ ション材は、柔らかくなるように材料が組み合わされ、耳の周辺の頭部の形に合 うようになっている。これにより、イヤマフは付け心地の良さが歌われている。 イヤマフのほとんどが、バンド部、カップ部およびクッション部からできてい る。バンド部は、一対のマフの間に伸びており、これらマフを使用者の頭に心地 よく保持させる。カップ部は、一般的には発泡材料で充填され、この発泡材料と カップとを組合せることにより音を減衰させている。クッション部は、カップの 端のあたりまで伸びており、二つの機能がある。一つは使用者に付け心地の良さ を与えること、もう一つはピッタリと密着して、使用者の耳に不要な雑音が達し ないようにすることである。 付け心地、音に対する減衰特性、外観および設計の改良については、絶えず検 討されている（例：米国特許第2,801,423号、米国特許第4,260,575号、米国特許 第4,465,159号、米国特許第4,471,496号、米国特許第4,682,374号）。この中の 一つであるショーらの特許（米国特許第2,801,423号）に示されるているクッシ ョン材は、柔軟性あるいは可撓性を有しているが、弾性的ではない被覆でできて おり、それは堅いカップの周縁部分に空間を形成している。この空間の気体を事 実上取り除き、一部を液体で充たしている。 ショーらは、後に望ましい壁用材料として、壁厚およそ0.005から0.01インチ あるいは動的ヤング率およそ５ｘ１０³ｐ.s.i.の塩化ビニルをあげている。図１ は、この特許を適用した一例であり、典型的な減衰の様子が示されている。この 図は、ＡＮＳＩ Ｓ3.19 安全用品モデル２５８イヤマフに対する本物の耳にお ける音の減衰と計算上の減衰(C)（米国特許第2,801,423号に従って）とを示す。 グラフの破線は計算値を、実線は本物の耳における値を示す。深さ０は次の式 で与えられる。 Ｆ_o＝Ａ₂／ＶＭ Ｘ ３５４６０ Ａ＝７２．８４ｃｍ² Ｖ＝１８９．９０ｃｍ³ Ｍ＝１１６．０８Ｇｍ Ｆ_o＝９２Ｈｚ 本発明の目的は、製品そのものだけではなく、上記の問題を解決するためのイ ヤマフを製造するための材料および方法をも含む。 発明の概要 本発明の目的は、減衰特性が改良され、製造し易いイヤマフ用クッション材を 提供することにある。このクッション材は発泡材料でできており、小さな静的固 さと大きな動的固さを有する。本発明により、クッション材の構造を簡略化し、 そのため、製造が容易に行え、また耳の周りの形状に容易に合わせることが可能 になり、さらには、動的に非常に固くして、イヤマフのカップの動きを減少させ ることができる。 本発明の他の特徴として、このような材料を含んだ音響的イヤマフ装置を提供 することがあげられる。 本発明の他の特徴として、このようなクッション材を製造する方法を提供する ことがあげられる。この方法では、まずモールドの中に計量混合機から原料を流 し込んでクッション材を成形し、続いて成形したクッション材を押しつぶし、動 的固さを維持しながら撓み特性を増加させる。 上記の工程で製造された動的に固いクッション材は、望ましいタイプである体 積の小さいないし中程度のイヤマフに使用した場合、その減衰特性は極めて改善 できる。これらの結果は、通常の計算式が予想するものを上回っている。 これらの結果および本発明のこの他の特徴は、以下に述べる詳細な説明により 明らかになる。 図の簡単な説明 図１は、先行技術のシステムにおける減衰の典型例を示す。 図２は、本発明が提供するクッション材を含んだ標準的なイヤマフを示す。 図３は、本発明が提供するクッション材の製造工程を表すフローチャートを示 す。 図４および５は、複数のイヤマフに対するＲＥＡＴ，ＩＬおよび計算上の減衰 特性を比較したものをを示す。 図６は、静的撓み測定装置を示す。 図７は、透過性測定装置を示す。 図８は、透過性測定システムを示す。 図９は、ある一つのイヤマフの透過性を示す。 図１０は、イヤマフの減衰特性に対する制御要因を示す。 図１１は、様々なイヤマフの形状を示す。 図１２は、ある一つのイヤマフに対するＲＥＡＴおよびＩＬ値を、周波数の関 数として比較したものを示す。 図１３は、複数のイヤマフに対するＲＥＡＴおよびＩＬ値を、周波数の関数と して比較したもの示す。 図１４は、複数のイヤマフに対するＲＥＡＴおよびＩＬ値を、周波数の関数と して比較したもの示す。 図１５は、ＲＥＡＴの比較を示す。 図１６は、ＲＥＡＴの比較を示す。 発明の詳細な説明 イヤマフの減衰特性を改善する際に重要なのは、それに使われるクッション材 の固さ特性である。固さの望ましい度合いはクッション性に依存しており、それ が得られるとイヤマフは頭に密着し、音響的障壁を形成する。本発明によれば、 静的固さが小さくかつ動的固さが大きい材料を使えば、減衰特性を改善できるこ とが判っている。これらの固さ特性は、動的複素バネ定数（Ｋ^*）、静的バネ定 本発明に従って減衰特性を改善するには、発泡体クッション材の動的バネ定数 を３００（pounds/inch）以上、動的物質損失係数を０．２５以上に、望ましく は動的バネ定数を１０００（pounds/inch）以上することが重要である。また、 その静的バネ定数は６０（pounds/inch）まで、望ましくは３０（pounds/inch） までに抑えることも重要である。本発明の提供するクッション材は、上記の固さ 特性を有するものであれば、どのようなポリマー材料で作ることも可能ではある 。しかし、スキンオイルが存在しても安定であることから、ポリウレタン材料が 特に適当であることが判っている。また、モールド成形が可能なポリウレタンで あれば何を使用してもかまわないが、参考文献として添付した米国特許第3,377, 296号に述べられている材料が特に望ましい。 ポリウレタンの配合 ポリウレタンの配合としては、ジイソシアネートベースで、ポリオール類と反 応するものが望ましい。使用されるポリオール類は、一部が少なくとも３官能で 、イソシアネート指数が約0.9より小さいものがよい。lmmergut and Mark (Plas ticization and Plasticizer Processes，American Chmical Society Publicati ons)によれば、「可塑化とは一般にポリマーの熱的および力学的性質を変えるこ とを指す。それには、(a)室温における剛性を低下させる、(b)さほど大きくな い力で実質的な変形を起こす温度を低下させる、(c)室温における破断時の伸び を増加させる、(d)靭性（衝撃強度）を増加させ、使用可能温度の下限を下げる 、ことが含まれる。これらは、(1)ポリマーに低分子量の化合物あるいは他のポ リマーを混合する、(2)基礎となるポリマーに他のコモノマーを導入し、ポリマ ーの結晶性を減少させ、かつポリマー鎖の可撓性を増加させる、ことにより達成 できる。」 可塑剤は、内部可塑剤と外部可塑剤の２つのタイプに分けられる。内部可塑剤 とは、実際にはポリマー分子の一部である。たとえば、第２成分のモノマーを共 重合によりポリマー構造中に導入し、より秩序構造を取りにくくすると、ポリマ ー鎖同士互いに近づくのが難しい状態となる。これがポリマーのガラス転移温度 (Tg)あるいは弾性率を下げ、ポリマーに柔軟性を与える。一般に内部可塑剤とは 、それが重合してポリマーとなったとき、低温において良好な特性を示すモノマ ーであることが多い。 外部可塑剤とは、ポリマー中に混合される化合物で、ポリマー鎖が互いに近づ くのを妨げる性質を持つものを指す。これはポリマーに柔軟性を与え、そのガラ ス転移温度(Tg)あるいは弾性率を下げる。外部可塑剤は、しばしば適合度、ある いは有効性や耐久性により１次あるいは２次可塑剤に分類される。 ポリウレタンは通常ブロックコポリマーであり、２官能あるいはそれ以上のイ ソシアネートと反応したポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオール からできている。時折、イソシアネートからできたポリマーという言葉を、水あ るいはアミン末端を持つ化合物が反応して生成する系、すなわちポリウレアに対 し使用し、その系をより正確に表現する。ここで言うポリウレタンはすべてを含 むものとする。 反応物としてポリマーのポリオールを使用する場合、それは可塑剤となる。一 般に、ある特定のタイプのポリオールの場合、そのポリマー鎖の長さが長いほど 、Tgは低下する。いくつかのタイプのポリオールは、異なる効果を与えると考え られる（ポリエーテル系は、ポリエステル系に比べ有効である）。同様に、ポリ オール系は、ポリアミン系に比べより有効であると考えられる。 １官能の反応物は側鎖を形成し、可塑剤の機能を果たす。しかしながら、それ らの代わりに可塑剤を入れたときに比べ、有効である場合もそうでない場合もあ る。外部可塑剤をポリウレタン中で使用することは可能であるが、その場合適合 性が非常に重要となる。望ましいやり方として、系の状態を指数を下回るように することがよく行われてきた。適合性を保証する最善の方法としては、ポリマー のセグメント自身を可塑剤として利用することがあげられる。 系の状態を指数を下回る状態にするということは、外部可塑剤の生成を構造内 （in situ）で同時に行い、より多くのブラブラしたポリマーセグメント作るこ とを意味する。系の状態を指数を下回るようにするということは、この分野にお いて新しい方法ではなく、１９６０年代初期においてマットレスなどの柔らかい 発泡材を製造する方法として採用された（米国特許第3,377,296号、Cellular Pl astics-Today's Technology，April 24-25，1963，“Technology of Super Soft Flexible Urethane Fosms”by Dwyer，Kaplan，Pirer and Stone.を参照）。 本発明が提供するクッション材の製造には、分子量の異なる２および３官能の ポリエーテルポリオールを使用し、系の状態が指数を下回り、密度を制御して原 料を配合する。この配合原料はモールド成形され、動的に固く、雑音除去のため のイヤマフ用クッション材になる。少なくとも使用するポリオールの一部は、３ 官能でなければならない（これは、単なる液状のポリウレタンとは異なり、固体 の発泡材を作るためである）。界面活性を組合せて使用し、雑音除去のためのイ ヤマフ用クッション材に必要な独立気泡を維持する。イソシアネート指数（NCO/ OH）を低くすると、ポリオール鎖中のセグメントの長さを長くするのと同様に、 生成物は柔軟になる。 本発明の提供するクッション材は減衰特性が改善され、一般に市販されている 標準タイプのイヤマフに使用しても、従来使われている内袋なしのものに使って も効果がある。 図２は、シール板３に通常のアクリル系などの感圧接着剤（図示せず）でクッ ション材１を取り付けた様子を示す。シール板は、超音波溶接などの常法により 同様にカップ４に取り付けられている。ヘッドバンド５は、通常のE-A-R^(R) 100 0-3000 Modelのマフのように、鳩目などの機械的な手段（図示せず）でカップに 取り付けられている。発泡材の裏打ち材２は、カップ４の内面を被っている。 それは一般的に使われているポリウレタン製の連続気泡の発泡材により構成して よい。クッション用内袋をなくすことができれば、材料や人件費の節約になり、 さらに減衰特性の向上も可能となる。本発明の提供する発泡材は、従来の内袋を 有するシステムに使用した場合、現存のシステムで減衰特性に対して効果を発揮 できるが、製造上の優位性は実現できないであろう。 本発明の提供するクッション材製造法のフローチャートを、図３に参考として 記載する。表１に示した反応物を通常の混合機中で混合する。この発泡材用反応 混合物は、前もって混合してからモールドに入れるか、あるいはたとえば従来か らある計量／混合モールド成形機で見られるように、まず異なる系列で反応物を 別々に混合し、予熱したモールドに通じる一系列に導入して全成分を混合し、そ れを予熱したモールドに注入することもできる。注入された反応混合物はそこで 発泡する。反応混合物は、５０から３００ポンド／平方インチの範囲の低圧ない し高圧で注入することができる。温度は充分に高く保ち、クッション材の形状に 発泡を硬化させる。その後押しつぶして独立気泡の一部を破壊し、いくらか空気 が流れるようにする。図３に示すように、まず(A)反応物を混合し、(B)混合物を モールドに入れ、(C)混合物は発泡し、(D)発泡した材料を硬化させ、(E)成形し た発泡材をモールドから取り出し、(F)成形した発泡材を押しつぶす。 実験例１ ポリオール、触媒、充填剤、可塑剤、消泡剤、界面活性剤および内部離型剤を 予め室温で混合した（特定の組成については表１を参照。商標／製品の所有者／ 供給元は表２に示す）。反応に充分な温度（約５０℃）に予熱したモールドに、 ２系列仕込みの一方の系列から材料を入れて発泡させた（計量混合機の場合）。 イソシアネートは第２の系列から添加した。クッション材をモールドからできる だけ素早く取り出し、しわになるのを防いだ。クッション材を押しつぶし、でき た独立気泡の一部を壊した。クッンョン材をシール板に通常の感圧接着剤を用い て取り付けた。裏打ちを挿入し、ヘッドバンドを取り付けた。これらは従来のや り方で行った。このマフに対し下記に示すようなテストを行い、減衰特性が増加 することを実証した。 例２−２１ ポリオール、触媒、充填剤、可塑剤、抗発泡剤、界面活性剤及びモールドから の離脱剤を、予め混合して、室温で脱気する。そこに、イソシアネートを添加し 、その後この混合物を再度脱気する。この混合材料を室温にてモールド内に移し 、その後十分に発泡させる（この場合温度は例えば５０℃位とする）。発泡させ たクッション材を、モールドから取り出し、上記例１に従い処理する。 減衰テスト及び挿入時の損失テスト 減衰テスト及び挿入時の損失（ＩＬ）テストは、ＡＳＡ ＳＴＤ １−１９７ ５ （ＡＮＳＩ Ｓ３．１９）「ヒヤリングプロテクタによる実際の聴覚保護及 びイヤマフの物理的減衰の測定方法（“Method for the Measurement of Real-E ar Protection of Hearing Protectors and Physical Attenuation of Earmuffs ”）」に従って行う。この物理的方法に適用される人工肉片は、上記手順におい て説明したようなＳｈｏｒｅ００デュロメータ装置の要件、すなわち２０プラス マイナス５の硬度を満たさなかった。そこで、人工肉片をシリコンゴムを用いて Ｓｈｏｒｅデュロメータで２０を示す硬さ及び厚さ０．３８５インチになるよう に形成し、さらにマイクロフォンの中心部をＫｎｏｗｌｅｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｃ耳介で覆った。この耳介は、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐ ｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．、ａ Ｋｎｏｗｅｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙから入手した 。 挿入時の損失テスト（ＩＬ）では、人工肉片を有する人工テスト部材（ＡＴＦ ）を用いる。この部材は、実際のしきい聴覚テスト（ＲＥＡＴ）を用いた場合に 生じるイヤマフの挿入損失と同じ損失を生じるものである。ＡＴＦを用いる場合 、より優れたイヤマフに対する減衰結果は、通常、骨伝導は２０００Ｈｚにおい て３５ｄＢプラスマイナス約２ｄＢが限定であることに留意すべきである。 ＥＰＡは、ヒアリングプロテクタのノイズ低減能力の基準としてＮＲＲを選択 した。現存のヒアリングプロテクタに対するノイズ低減率（ＮＲＲ）の値の範囲 は、約０から３０である。 ＩＬテストの結果からＮＲＲを椎定するに当たり、Ｅ−Ａ−Ｒ（商標名）のモ デル１０００及びモデル３０００のイヤマフに対して、それぞれ、最小１２５Ｈ ｚの挿入損失値に１０ｄＢ及び２０ｄＢを用いた。これらの値は通常のイヤマフ に対してのみ要求されたものである。動的に固いクッションを用いるイヤマフは これより高い値となるからである。推定ＮＲＲ値を計算する場合には、３．０の 標準偏差が用いられる。この値は、一般的な測定値である。 いくつかの表には、Ｑ ＦＲＥＱの値もリストされている。これらの値は、Ｎ ＲＲを制御する周波数を示すものである。すなわち、この周波数における変化は ＮＲＲに直接影響するが、これ以外の周波数における変化はＮＲＲに全く影響し ない。 挿入時の損失の測定は、ＲＥＡＴ測定の代わりにのみ用いられる。図４及び図 ５は、ＲＥＡＴ、ＩＬ、及び従来からのモデル３０００及びモデル１０００のイ ヤマフのそれぞれに対する測定された減衰の比較を表した図である。これらの図 は、動的に固いクッションを評価する目的でＲＥＡＴの代わりにＩＬを利用した 場合の基準として用いられる。 図４及び図５において、Ｃは推定値、Ｔは１０の対象テストの結果、Ｎは骨伝 導による公称限度（nominal limit）、Ｉは挿入時の損失である。以下の式を用 いて、０デジベル（ｄＢ）減衰（Ｆ_o）における周波数を決定することにより、 測定値を求めた。 Ｆ_o ² ＝Ａ² ／ＶＭ Ｘ ３５４６０ ここで、Ａは、クッションの外側端によって区画された領域（ｃｍ²）、Ｖは体 積（ｃｍ³）、Ｍは質量（ｇｍ）である。 図５において、周波数に伴う減衰の増加の測定は、オクターブあたり１２ｄＢご とに行われた。 静的たわみテスト（static deflection testing） 静的たわみは、図６に示した装置において測定される。この装置は、プラット フォーム６１を有し、これに調節可能な電子厚さ測定計６２が取付られている。 イヤマフカップ６３には、その上部中央にホール６４が設けられている。このホ ール６４の上部には平板６５が取り付けられ、これにフック６６が固定されてい る。フック６６は、プラットフォームの穴を通過して突出し、その先端に１２． ５ニュートンの重り６７を保持している。 クッションを正しく装着したイヤマフカップを電子厚さ測定計の下に設置し、 厚さ計をゼロに合わせる。フックに１２．５ニュートンの重量を加えると同時に 、ストップウォッチをスタートする。１０分後、電子厚さ測定計からたわみを読 み取り、これを記録する。 これらの実験において用いられたイヤマフカップは、Ｅ−Ａ−Ｒ（商標名）の モデル１０００イヤマフである。クッションを除いたカップとフックの重さは、 ９０グラム（ｇｍｓ）である。 透過率テスト 透過率の測定は、図７に示される部材及び図８のブロック図に示される装置を 用いて行われる。 この作業では、カップに総重量が１．００ポンド（４５４グラム）になるまで エポキシ樹脂を満たした硫酸バリウムを加えて、クッションをプラットフォーム に十分に接触させることが必要であることが示された。総重量１．００ポンドと いうのは、全テストを通じて適用された。 さらに、全接続部、及びプラットフォームそのものの十分な硬さを確保して、 少なくとも１０００Ｈｚまでの二次共鳴のない直線的出力（straight line outp ut）を供給しなければならない。この作業において用いられたプラットフォーム は、直径５．０インチ（１２．７センチメートル）、厚さ１．５０インチ（３． ８１センチメートル）の真ちゅうであった。 使用されたテスト手順は以下の通りである（図７及び図８参照） クッションと質量を固着したイヤマフカップ７１を加震器ブラットフォーム７ ２の上部に取り付ける。シェーカ７３及びスタンド７４がプラットフォームを支 持している。０．２Ｇ（重量加速度、３２フィート／秒／秒）の入力レベルで、 カーソルが自然周波数にある透過率曲線を得る。自然周波数（Ｆｎ）をＨｚの単 位で、増幅（Ａ）をｄＢの単位でそれぞれ読み取り、記録する。図８において、 加速時計（８１）は、低ノイズケーブル（８２）を介してパワーアンプユニット （８３）に接続されている。パワーアンプユニットは、信号出力アナライザ（８ ６）に接続され、信号出力アナライザは、オーディオアンプ（８７）と、さらに 加震器スタンド（８８）に接続される。加速時計（８４）は、マイクロフォン用 アンプ加速度計アダプタ（８５）に接続され、このマイクロフォン用アンプ加速 度計アダプタも、信号出力アナライザに接続される。信号出力アナライザは、グ ラフィックスレコーダ用アプリケーションパッケージ（８９）に接続される。こ れらの部品はすべて市販されている。例えば、加速度計（８１）は、ＰＣＢ ３ ０３Ａ０２であり、低ノイズケーブルはＰＣＢ Ｍｏｄｅｌ ＰＣＢ ００２Ｃ ０５であり、パワーアンプはＰＣＢ型４０Ｄ０６である。低ノイズケーブルはＰ ＣＢ ００３８１０でもよい。信号出力アナライザは、Ｂｒｕｅｌ ａｎｄ Ｋ ｊａｅｒ Ｍｏｄｅｌ ３０２８２ＦＦＴであり、オーディオアンプはＰｒｏｔ ｏｎモデルＤ５４０であり、シェーカーとスタンドはＭＢ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ ｃｓ Ｍｏｄｅｌ ＥＲ１５００であり、加速度計（８４）は、Ｂｒｕｅｌ ａ ｎｄ Ｋｊａｅｒ Ｍｏｄｅｌ ４６９３であり、マイクロフォン前置アンプと 加速度計アダプタは、それぞれ、Ｂｒｕｅｌ ａｎｄ Ｋｊａｅｒ Ｍｏｄｅｌ ２６１９とＷ／ＪＪ２６１５であり、グラフィックレコーダとアプリケーショ ンパッケージは、それぞれ、Ｂｒｕｅｌ ａｎｄ Ｋｊａｅｒ Ｍｏｄｅｌ ２ ３１３とＷ／８２７００６である。ケーブルはすべて、上述のような市販される 標準的な低ノイズケーブルである。図９は、３つの異なるクッションを備えたＥ −Ａ−Ｒ（商標名）Ｍｕｆｆ Ｍｏｄｅｌ １０００のそれぞれの透過率を示し ている。図９においては、曲線Ｓが標準を示し、曲線Ａが示すのはＨｙｐｏｌ（ 商標名）のウレタン／アクリル材であり、本発明によるポリウレタン材料は曲 線Ｐで示されている。Ｆｎはクッションの動的複素ばね定数（Ｋ^*）（dynamic c omplex spring constant）に直接関係し、共鳴における増幅（Ａ、ただし、Ｌ 周波数とともに変化するので、１．００ポンド（４５４グラム）という正確な重 って計算される。 Ｋ ＝ （（Ｆｎ）² ／３．１３）Ｗ １ｂｓ．／ｉｎｃｈ （Ｗは、１ｂｓ（ポンド）単位の重量） ここで、Ｌ_T＝Ａであり、共鳴における透過のレベル（ｄＢ）である。 イヤマフの減衰特性 図１０は、イヤマフの減衰の制御係数を示した簡略図である。クッション／肉 片の固さにおける閉鎖効果が曲線Ｓで示され、Ｍは質量を表す。骨伝導はＢで限 定される。Ａは固さ表面領域吸収を表す。周波数は、以下のように計算される。 ここで、Ｆ_oは０ｄＢ減衰における周波数、Ａはクッションの外郭により決定さ れる領域、Ｖは体積、Ｍは質量、Ｐは空気濃度、Ｃは空中における音速である。 極めて低い周波数（通常１２５もしくは２５０Ｈｚまで）においては、クッシ ョン／肉片の固さがイヤマフの減衰を制御する。 さらに、閉鎖効果により低周波数における、比較的高い減衰が導ける。これは 、ヒアリングプロテクタを装着した際のボディノイズによるマスキングによるも のである。 一般的に、この低周波数において、固さによって減衰が制御されるが、この固 さは、人体における耳周辺部の固さが低いために限定されるのものと考えられる 。さらに、クッションの固さまでもが、装着者の心地よさと、頭部とクッション との音響的シールを供給するクッションの性能との間のバランスによって限定さ れる。 １２５Ｈｚから１０００Ｈｚまでの低周波に対する減衰は、次のようにして予 測することができる。図４、図５または図１０に関して説明した上記の式を用い て、０ｄＢ減衰における周波数を計算し、オクターブにつき１２ｄＢずつ１００ ０Ｈｚまで減衰が増加する下降線を外挿的に（extrapolating）描く。１０００ Ｈｚ以上の周波数においては、イヤマフの減衰は、カップの表面領域、カップ内 部の吸収、及びカップの固さにより制御される。周波数によっては（特に２００ ０Ｈｚ）、さらに、骨伝導によっても制御される。ここで、骨伝導あるいは体内 伝導とは、耳管（ear canal）を直接下る通路以外の通路によって耳の内部に届 く音のことをいう。 イヤマフは通常、１０００Ｈｚ以上の周波数において大きな減衰値を有してい るため、これらの周波数では聴覚の保護が十分に行われ、従ってこれまでのほと んど問題は生じなかった。 しかしながら、１０００Ｈｚ以下の周波数における減衰値はかなり低い。その ため、この周波数範囲において減衰値を増加させることにより、防音保護及びそ れに伴うノイズ低減率（ＮＲＲ）における大幅な向上を行うことできる。 ノイズ低減率（ＮＲＲ） ノイズ低減レーティング（ＮＲＲ）、すなわちＮＩＯＳＨ Ｒ_c係数の変数は 、現在のＥＰＡ(current EPA)が提唱する単一番号記述子である。ＮＲＲは、Ｅ Ｐ Ａ（１９７９）Ｎｏｉｓｅ Ｌａｂｅｌｉｎｇ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆ ｏｒ Ｈｅａｒｉｎｇ Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒｓ，Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｇｉｓｔ ｅｒ，ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１９０，４０ Ｃ．Ｆ．Ｒ． Ｐａｒｔ ２１１， ５６１３９−５６１４７において完全に定義されている。ＮＲＲのサンプル計算 が表３に示される。考慮すべき重要な点は、ＮＲＲを、測定された（保護されて いない）Ｃ値サウンドレベルから差し引いて、装着者に、Ａ値実効サウンドエク スボージャ（音の出力）を供給する。Ｃ値サウンドレベルから、ノイズ低減係数 を差し引いて、Ａ値出力を得るという概念は、１９７３年Ｂｏｔｓｆｏｒｄによ って最初に提案された。この「Ｃ−Ａコンセプト」は、近年において提唱された 、有効な単一番号記述子のすべてにおいて共通な重要な要件である。表３からわ かるように、ＮＲＲは、ピンクノイズスペクトル（オクターブごとに一定である ）の全体的なＣ値サウンドレベルと、プロテクタを用いた場合に生じるＡ値ノイ ズレベルとの間の差である。この計算で用いられる減衰の値は、測定された実験 室の減衰値から２つの標準偏差を引いた結果である。このような修正によって、 プロテクタを忠実かつ正確に装着した使用者の多くが確実に、この計算手順で用 いられた減衰値を実現できるようになる。なお、この修正は、使用者によるプロ テクタの誤った使用や濫用を補償するものではない。 クッションの形状及びサイズと挿入時の損失 動的に固いポリウレタンの発泡材料で作られた、例１のイヤマフクッションを 、図１１Ａから図１１Ｈに示したさまざまな形にした。図１１Ａから図１１Ｆま では、以下に述べるクッションのそれぞれの断面を示したものである。スタンダ ードクッション（Ａ）；中型クッション（Ｂ）；薄型クッション（Ｃ）；上端先 細型クッション（図において、クッションの上部部分を上端をする）（Ｄ）；変 形先細型クッション（Ｅ）；大型クッション（Ｆ）。大型クッション（１１Ｇ） 及び（１１Ｈ）を除き、クッションには後方プレートが示されている。クッショ ンの穴と後方プレートの穴が一直線上に並ぶようになっている。図示されるそれ ぞれの断面の上部部分が、通常は頭部と接する部分である。 これらの形状を有するクッションの挿入時の損失の測定値が表４に示される。 これらのクッションの物理的特性については、表５に示されている。 Ｅ−Ｒ−Ａ（商標名）モデル１０００のイヤマフの測定されたさまざまな形状 のクッションからは、以下のような結論が得られる。 １．低周波減衰及び推定ＮＲＲについては、通常のモデル１０００クッション に比べて、動的に固いクッションはすべて優れている。 ２．変形先細クッションが、最高の低周波における挿入時の損失及びＮＲＲを 表した。薄型クッション、スタンダードクッション、上端先細型クッションがこ れに続いた。 ３．上端先細クッションは、上下逆さにしてスタンダードクッションと同じ頭 部との接触領域を供給した場合には、スタンダード型と同様の結果を表した。 ４．発泡材料のクッションを圧縮しても、挿入時の損失には余り影響がなかっ た。 ５．変形先細型、薄型及び大型のクッションはすべて、高周波数における挿入 時の損失がより高かった。 Ｅ−Ｒ−Ａ（商標名）モデル３０００のイヤマフの場合、そのさまざまな形状 のクッションからは、多少異なる結論が得られる。動的に固いクッションは、す べて、通常のモデル３０００のクッションに比べ、低周波の挿入時損失に関して は優れているが、さまざまな形状のクッションのうち多くのタイプは椎定ＮＲＲ かさほど高くない。変形先細型と薄型クッションは、例外であり、高い椎定ＮＲ Ｒを供給する。その他の形状のクッションでは、ＮＲＲを制御する周波数は３／ ４ＫＨｚであり、それ以上の増加はない。後の実験では、最適化された発泡材料 の裏当て（ライナー）を用いることで、高周波での挿入時損失をさらに高めるこ とができる。合計１４の配合がイヤマフクッションとして用いられた（表１参照 ）。これらのうち例１から例５までは、最も柔らかいものから最も固いものまで できるような充填剤濃度を有する一連ものである。これら一連の材料のテスト結 果が、表６及び７にそれぞれ示される。これ以外のものについては、以下のよう な変更が加えられている。 配合−例 変更 ６、１５、１ ＬａｔｅｘＮＵＣＡＲの一部として水を添 加 ７、高指数（index ） 充填剤及び塩化メチルを省略して小量の水 を添加 ８、中指数（index ） 充填剤及び塩化メチルを省略して中程度の 水を添加 ９、低指数（index ） 充填剤及び塩化メチルを省略して大量の水 を添加 ２１ 高分子量ポリオール及び１００％指数とす る １０、１、４ブタネジオール 高分子量ポリオール及び１００％指数とす る、ドロップ １１ 高分子量ポリオールの濃度を増加 ３Ｂの低分子量ポリオールの濃度を減少 １２ １２Ｃと同じ、ただし指数を増加 １１／１２ 充填剤あるいは塩化メチル非含有 ＵＣＡＲ １５４として水を添加 ９５Ｃとしての指数、最も柔らかい 上記の配合のうち、柔らかいものから硬いものまでの上記の５つの連続する例 を、スタンダードもしくは薄型の断面のクッションの製造に用いて、これらをテ ストすることにより、硬度に対する適性の上限、すなわち最も低い静的たわみを 決定することができる。 配合例２１、１０、１１及び１２を用いてクッションを製造し、適当な動的固 さの最低限度を決定する。 これ以外の配合例は、これらより一連の低濃度材料を製造して、好適な物理的 特性のより優れた定義を検定するために使用する。表８は、７℃、２２℃、４１ ℃において、異なるクッションをＳｈｏｒｅ００デュロメータで測定した結果を 示す。このデータは、別の硬度基準として、こちらにより精通している人に対し て提供されるものである。 装置 ほとんどのクッション材の成分は、ここの成分を変更する便宜上、実験室にお いて混合されたが、クッション材によっては、従来からの計測混合機（例えば、 Ｅｄｇｅ Ｓｗｅｅｔｓ Ｆｏａｍ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ Ｆｌｅｘ− ２Ｈ，Ｇｒａｎｄ Ｒａｐｉｄｓ，ＭＩ）を使用して製造された。上記機器の使 用に当たり、次の事実が認められた。クッションを製造、色づけ、またはコート 、あるいはさらにコートする場合には、現在市販されるほぼすべてのノイズ除去 イヤマフの製造に用いられる方法を用いるよりも、上記機器を用いた場合の方が コストが大幅に削減できる。 現在市販されるイヤマフクッションは、ポリ塩化ビニルまたはポリウレタンの 最低２枚の薄いシートを用いて製造される。これら２枚のうちの１枚を真空の形 状にし、これに型抜きドーナツ型の発泡材料もしくは液体を満たし、さらに熱ボ ンド処理をして、縁部分を切りとる。通常、小さい体積を扱うため、このプロセ スにに要する労力は大きいことに加え、部材の浪費も大きくコストがかかってし まう。 表１は、スタンダード、中型及び薄型の動的に剛性のあるイヤマフクッション の規定の簡略化した物理的特性を示している。ここで、単位はグラムである（割 合も同様に示している）。 表４は、測定された個々の挿入時の損失の値を示すものである。これらは、主 として表１を裏付ける情報として用いられる。 表６及び７は、最も柔らかい材料から硬い材料に変化する５つのクッションの シリーズの物理的特性を示したものである。これらのデータにより、薄型クッシ ョンは、静的たわみが最も小さく、計算されたより高いＮＲＲ及びより高いシス テム自然周波数（Ｆｎ）を有することが示された。 システム自然周波数（Ｆｎ）及び共鳴における増幅（Ａ）の値は、硬度が増す につれて増加する。 表６には、通常のクッションが５２ＨｚのＦｎを有し、例１１のクッションが より高い６０ＨｚのＦｎを有することが示される。例１１のクッションは、後に 、優れた性能の例として用いられる。 例１５のクッションは、静的たわみの大きいクッションの例である。このクッ ションも、後に優れた性能の例として用いられる。 標準サイズの規格例１５のクッションは、このサイズとしては挿入時の損失が 最も高い。この結果は、標準的な中型薄型サイズの例１４のクッションに関する 比較結果との組み合わせにより、装着するクッションの厚みは０．５インチ未満 が好ましいことを示す。 減衰テスト−ＡＮＳＩ Ｓ３．１９ 前述の４つのイヤマフクッションが選択され、ＡＮＳＩ Ｓ３．１９による、 しきい値における実際の騒音減衰テスト（ＲＥＡＴ）と、これらの減衰テスト結 果と挿入時の損失の値の比較を行った。５つの対象が用いられたことを除き、す べての減衰結果がＡＮＳＩ Ｓ３．１９と一致した。図１２は、動的に固いクッ ション（例１１（スタンダード））を備えたＭｏｄｅｌ １０００のイヤマフの 周波数の関数として、ＲＥＡＴのＩＬに対する比較を示している。すなわち、こ の図は、動的に固い例１１のクッションを備えたＭｏｄｅｌ １０００のイヤマ フの、挿入時の損失（ＩＬ）（計算されたＮＲＲ＝２２）と、実際のしきい減衰 （ＲＥＡＴ）（ＮＲＲ＝２４）との比較を示す。骨伝導限定領域はＢで示される 。これらのクッションは、通常のＭｏｄｅｌ １０００型クッションに近いがこ れより優れたものとして選択された。表９Ａ及びＣは、個々の対象データ及び適 当な計算を示している。 図１３は、動的に固い例５のクッション（スタンダード）を備えたＭｏｄｅｌ １０００のイヤマフに対する周波数の関数として、ＲＥＡＴ（ＮＲＲ＝２５） をＩＬ（算出ＮＲＲ＝２５）に比較した結果を示している。図中、Ｃが示すのは 骨伝導領域である。これらのクッションは、問題となる対象の静的たわみの限界 まで近づけるものとして選択された。表１０Ａ及びＢは、個々の対象データを適 当な計算とともに示す。 図１４は、動的に固い例１４のクッション（中型）を備えたＭｏｄｅｌ ３０ ００のイヤマフに対する周波数の関数として、ＲＥＡＴ（ＮＲＲ＝２９）をＩＬ （算出ＮＲＲ＝２９）に比較した結果を示している。図中、Ｃが示すのが骨伝導 領域である。これらのクッションは、Ｍｏｄｅｌ ０００のイヤマフにおいて優 れたＩＬ性能を示すために選択された。表１１Ａ及びＢは、個々の対象データを 適当な計算とともに示す。 図１５は、動的に固い例１５のクッション（中型）（ＮＲＲ＝２５）を備えた Ｍｏｄｅｌ １０００のイヤマフ（Ｄ）と、通常のクッション（ＮＲＲ＝２０） を有する同じイヤマフ（Ｓ）とのＲＥＡＴの比較を表したグラフである。 図１６は、動的に固い例１４のクッション（中型）（ＮＲＲ＝２９）を備えた Ｍｏｄｅｌ ３０００のイヤマフ（Ｄ）と、通常のクッション（ＮＲＲ＝２５） を有する同じイヤマフ（Ｓ）とのＲＥＡＴの比較を表したグラフである。 図１１から図１６から得られたこれらの結果により、ＲＥＡＴとＩＬの密接な 相関関係、及び動的に固いクッションの性能が通常のクッションに優ることが示 されている。 コーティング 最終処理として、ザンプルクッションを、脂肪族スカイブルーポリウレタン、 Ａｌｉｐｈｅｌｅｘ ＭＰＭ−Ｅ１８０Ａでモールド内において被膜した。コー ティングは、発泡材料添加に先立ち、モールド内部で行われた（すなわち、１０ ％固体組成の上記被膜剤を約１ミルの厚さにスプレーする）。あるいは、製造後 の発泡材料クッションにコーティングをしてもよい。上記コーティングのどちら も適当であったが、モールド内コーティングの方からより優れた外見及び感触が 得られた。製造後にスプレーコートしたクッションでは、コート剤がクッション 表面に多少吸収されるという問題があった。表１２は挿入時の損失テストの結果 を示すものである。この結果から、コートしたクッションは、コートされていな い動的に固いクッションと同様に改良された低周波数減衰及び推定ＮＲＲを表す ことがわかる。 本発明によるクッションは、上述の減衰が高められる効果に加え、改良により 製造の簡略化も可能にした。多数のイヤマフクッションを製造し、これらを用い てテストを行った結果、そのほとんどが優れた低周波に対する挿入時損失及び推 定ＮＲＲを示した。ＲＥＡＴ及びＩＬの値、及びこれらから算出されるＮＲＲの 値も非常に優れていた。ただし、ＲＥＡＴ ＡＮＳＩ Ｓ３．１９の値を判断基 準として利用することができるかどうかは疑わしい。測定混合機上で、成形され たポリウレタンから製造された発泡材料のクッションは、製造を簡略化できると の効果を有する（さらに、これは製造が低コストでできるという効果も有する） 。問題対象の場合、約０．０５インチ以上の静的たわみを有するクッションが好 ましい。さらに、約０．１０インチ以上の静的たわみを有するクッションはより 好ましい。上記のテスト結果報告が示すように、約５２Ｈｚ以上のＦｎを有する クッションは、通常のクッションと同等もしくはそれ以上の性能を示す。（静的 たわみテストで測定されたように）圧縮された場合に約０．５インチ以下の厚み にまでたわむクッションが好ましい。また、ヘッドとの接触効果の高いクッショ ンが好ましい。例としては、図１１及び表４で説明した変形先細型のクッション がこれに当たる。しかし、これ以外の厚みのものでも、確実に適用可能である。 コーティング、特に型内コーティングは効果的である。モールド成形された動 的に固いクッションを現在使われているブラダー内に入れて用いても性能が高ま る。ただし、この場合はコストも高くなる。共鳴における増幅（Ａ）の全体的効 果については、現在のところ完全には捕らえられていない。Ｆｎが約５２Ｈｚ以 下のクッションは、従来技術と同様の性能を有する低コストのクッションとして 用いられる可能性がある。しかしながら、Ｆｎが約５２Ｈｚ以下でＡが９．５ｄ Ｂ以上のより弾性の強いクッションの場合は、減衰が劣る可能性がある。 上記の記載から、本発明の改良されたクッションは、従来からのイヤマフと比 較し、減衰が少なくとも３から４ｄＢ増加することがわかる。さらに、本発明の クッションは、従来からのイヤマフよりも製造が簡単である。例えば、ブラダー が省略できることに加えて、必要であれば、クッションをプレートのクッション シール端部に直接形成することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｚ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ほぼＵ字型の接続バンドの対向する両端部に固着された一対のイヤマフを 備えた音響的イヤマフ装置であり、 前記イヤマフは、 一端においてバンドに接続された硬いカップ部と、 他端に設けられユーザに接触する柔軟性のある発泡材部とを含み、 前記発泡材部に、静的硬さが小さく動的硬さの大きい発泡材を用いることによ り、減衰性を高めたことを特徴とする音響的イヤマフ装置。 ２． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材部は、動的バネ定数 が少なくとも３００（pounds/inch）で、動的物質損失係数が少なくとも０．２ ５であることを特徴とするイヤマフ装置。 ３． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材部は、動的バネ定数 が少なくとも１０００（pounds/inch）であることを特徴とするイヤマフ装置。 ４． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材部は、静的バネ定数 が高くとも６０（pounds/inch）であることを特徴とするイヤマフ装置。 ５． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材部は、静的バネ定数 が高くとも３０（pounds/inch）であることを特徴とするイヤマフ装置。 ６． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材部は単一のモールド 成形された材料であることを特徴とするイヤマフ装置。 ７． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材はポリウレタンであ ることを特徴とするイヤマフ装置。 ８． 請求項７に記載のイヤマフ装置において、前記ポリウレタンはジイソシア ネートと、約０．９以下のイソシアネート指数を有するポリオールとの反応産物 であることを特徴とするイヤマフ装置。 ９． 請求項８に記載のイヤマフ装置において、前記ポリオールの少なくとも１ 部は３官能以上であることを特徴とするイヤマフ装置。 １０． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記発泡材はさらにポリウレ タンのコーティングが施されていることを特徴とするイヤマフ装置。 １１． 請求項１に記載のイヤマフ装置において、前記カップは、ゴムまたはそ の他のエラストマー材料から作られる鳩目によってヘッドバンドに取り付けられ ることを特徴とするイヤマフ装置。 １２． 雑音を除去するためのイヤマフクッションにおいて、前記クッションが 、１つのモールド成形された発泡材からなり、静的硬さが小さく、動的硬さが大 きく、またイヤマフに利用した際に高い減衰特性を達成するイヤマフクッション 。 １３． 請求項１２に記載のイヤマフクッションにおいて、前記発泡材部は、動 的バネ定数が少なくとも３００（pounds/inch）で、動的物質損失係数が少なく とも０．２５であることを特徴とするイヤマフクッション。 １４． 請求項１２に記載のイヤマフクッションにおいて、前記発泡材部は、動 的バネ定数が少なくとも１０００（pounds/inch）であることを特徴とするイヤ マフクッション。 １５． 請求項１２に記載のイヤマフクッションにおいて、前記発泡材部は、静 的バネ定数が高くとも６０（pounds/inch）であることを特徴とするイヤマフク ッション。 １６． 請求項１２に記載のイヤマフクッションにおいて、前記発泡材部は、静 的バネ定数が高くとも３０（pounds/inch）であることを特徴とするイヤマフク ッション。 １７． 請求項１２に記載のイヤマフクッションにおいて、前記発泡材はポリウ レタンであることを特徴とするイヤマフクッション。 １８． 請求項１７に記載のイヤマフクッションにおいて、前記ポリウレタンは ジイソシアネートと、約０．９以下のイソシアネート指数を有するポリオールと の反応産物であることを特徴とするイヤマフクッション。 １９． 請求項１８に記載のイヤマフクッションにおいて、ポリオールの少なく とも１部は３官能以上であることを特徴とするイヤマフクッション。