KR100457886B1 - 흡음소재와그제조방법및용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구멍들이 있는 재료 시트를 포함하는 흡음소재와 그 제조공정에 관한 것으로써, 재료 시트는 자기 지지가 되며, 구멍들은 시트의 폭과 길이에서 서로 간격을 두고 분포되어 있는 미세 슬릿들(1)로 되어 있으며, 각 슬릿에 인접한 시트의 적어도 일부는 시트의 평면으로부터 밖으로 나오도록 부분적으로 프레스되어 있다.
본 발명의 제조공정은 재료 시트가 미리 정해진 위치에서 충분히 고압을 가함으로써 미세 슬릿을 만들도록 계획된 전단 공구에 의해 가공되고, 재료 시트는 부분적으로 균열이 생기고, 각 미세 슬릿에 가까운 시트의 적어도 일부가 재료 평면으로부터 밖으로 나오도록 프레스되는 것을 포함하고 있다.

Description

흡음소재와 그 제조방법 및 용도
본 발명은 흡음소재와 그 제조공정 및 용도에 관한 것이다.
다른 종류의 흡음소재들이 기술분야에서 알려져 있다. 천정에 설치되는 감쇠재료는 흡음 펠트 또는 어떤 다른 섬유상 재료의 형태로 흡음재료를 플레이트의 후면에 설치한, 다공 플레이트로 보통 구성되어 있다. 이 플레이트들은 실지의 천장으로부터 어떤 거리를 두고 설치되어 있다. 이것과, 흡음재료 그 자체가 공간을 요한다는 사실은 방에서 가용할 수 있는 높이가 감소되는 것을 의미한다. 섬유, 유리섬유 또는 석면으로 만들어진 다른 종류들의 음향타일은 주로 설치동안 불리할 뿐만 아니라 제거중 그들을 처리할 때에도 건강에 해롭다. 기포 플라스틱도 또한 흡음소재로 사용된다. 이 재료들은 불에 타기 쉽다는 명백한 결함을 가지고 있다. 플라스틱 기포들은 그들이 붕괴되는 것에 따라 짧은 수명을 가지고 있다.
스웨덴특허 제207 484호에 천정, 벽 또는 유사한 용도의 흡음소재가 기술되어 있다. 그 특허의 소재는 단일 플레이트 또는 긴 코일의 재료로 구성되어 있으며, 평행한 열로 배치된 수많은 개구들이 있으며, 인접 및 평행 슬릿들 사이에 놓이는 소재의 부분들은 플레이트의 평면으로부터 밖으로 나오도록 프레스되며, 상기 부분들은 플랩(flaps)에 의해 소재에 연결되어 있다. 이것에 의하여 모든 돌출부들은 플레이트의 평면에 평행하지만 그 평면의 외부에 있는 평면에 위치하고 있다. 개구들은 재료의 평면에 수직으로 배향된 유사 크기의 슬릿들로 구성되어 있다. 각 슬릿은 플레이트와, 그 플레이트에 플랩들로 연결된 돌출부에 인접하여 있다. 이 돌출부들은 플레이트에 본질적으로 평행하게 배향되어 있다. 프레스되어 나온 돌출부의 상부면이 여전히 플레이트 저면의 아래에 있다면, 플레이트를 통하여 오로지 수직으로 배향된 슬릿만으로는 특허청구범위에 포함된다고 생각되지 않으며, 돌출부는 그 돌출부가 플레이트의 표면을 넘어서까지 필연적으로 밖으로 나오도록 프레스되는 방식으로 만들어져야 한다는 것이다.
유사한 구성이 스웨덴공개공보 제 394 126호에 알려져 있는데, 평행 늑골과 같은 모양의 무수한 돌출 세그먼트들을 가지는 금속 시트가 기재되어 있으며, 각각의 돌출 세그먼트들은 두 개의 길이방향으로 배향된 슬릿들 사이에 위치하는 금속플레이트의 일부로 구성되어 있으며, 각각의 돌출 세그먼트들의 절단면은 플레이트의 중앙면을 넘어서까지 내밀어져 있다.
추가의 흡음재료층과 함께 변하는 형상의 관통 슬릿들을 가진 플레이트들의 결합은 예를 들어 스웨덴공개공보 제 325 694호와 미국특허 제2,009,512호에 또한 알려져 있다.
상기 언급한 플레이트들 외에도, 플레이트들과 결합되거나 분리된, 프레스 섬유와 다공성 재료로 된 여러 가지 흡음 패널들이 있다.
공지 기술에서 일반적인 특징은 소음이 구멍과 다소 큰 크기의 슬릿을 통하여 침투하며, 플레이트 자체가 공진흡수체로 작동한다는 점이다. 에너지 손실을 더욱 증가시키기 위하여, 즉 흡음을 증가시키기 위하여, 공기흐름 저항층이 구멍 또는 슬릿들 뒤에 설치된다.
천공 음향 타일들의 초기 종류들은 헬름홀쯔 공진기형, 즉, 천공 플레이트가 강성의 벽으로부터 어떤 거리에 배치되어 있는 공진흡수체이다.
H. V. Fuchs의 "고유 감쇠성의 소음흡수체로서의 미세공 플레이트, Acustica vol.81(1995), p.107-116"의 논문에서 다른 종류의 소음흡수체의 이론이 기재되어 있다.
이 논문에서 어떻게 미세천공 플레이트가 광대역 흡음을 하기 위하여 사용될 수 있는지 기술되어 있다. 그 이론은 공기중의 진동(즉, 소리)은 작은 구멍내부의 전단력의 영향에 의해 효율적으로 감쇠되며, 이런 방법으로 광대역 흡음은 추가의 섬유들 또는 다른 다공성 재료들을 사용하지 않고도 얻어진다는 것이다. 이 논문에서의 구멍들은 레이저 빔에 의해 만들어진다.
그러나, 상기 언급한 논문에서, 이 플레이트들의 제조비용은 상당하며, 단단한 및/또는 두꺼운 재료를 사용할 때의 비용을 고려하면, 그들의 사용은 불가능하게 된다. 미세공의 이론은 1950년 이래로 논의되어 왔으며, 그렇게 많고 또한 그렇게 작은 구멍들을 만드는 어려움 때문에 흡음 수단으로서 미세공들의 실제적인 사용이 이루어지지 않았다.
이와 같이, 예를 들어 헬름홀쯔형 공진기와 같은 최신 기술에 의한 소음감쇠 소재들은 최초 언급한 결점들 외에도, 광범위한 주파수 범위에 걸쳐 바람직한 흡음을 얻기 위해 재료의 조합을 이용해야 하는 결점이 또한 있다.
미세공을 사용한 소음감쇠 소재는 상기 언급한 논문에서와 같이, 예를 들어 레이저 빔을 사용하여 제조하는데 아주 비싸게 되는 것으로 또한 밝혀졌다.
본 발명의 첨부 도면에 관하여 아래와 같이 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 소재 일부의 한 실시예의 평면도이다.
도 2는 4cm2의 면적에 상응하는 도 1의 소재의 확대된 부분면을 나타낸다.
도 3은 가장 넓고 많은 슬릿을 통과하는, 도 2의 표시선에 상응하는 단면을 나타낸다.
도 4는 본 발명 소재의 두 실시예에 대한, 주파수에 따른한 흡음율 변화를 나타내는 두 비교곡선들을 나타낸다.
본 발명의 주목적은 광대역 흡음특성을 가지고 있고, 설치하고 제조하기에 쉬운 단일 플레이트로 구성되며, 섬유 등의 추가 층을 요하지 않는 흡음소재를 얻는 것이다.
다른 목적은 2 또는 3차원으로 쉽게 성형될 수 있고, 용접될 수 있고, 고압분무 물체 또는 다른 종류의 세제를 포함하는 다른 세척 방법으로 쉽게 세척되는 흡음소재를 얻기 위한 것이다.
다른 목적은 제조되는 방법 때문에 경제적으로 유리한 흡음소재를 얻기 위한 것이다.
다른 목적은 불에 견디고, 가혹한 조건, 예를 들면, 부식 환경을 견딜 수 있는 흡음소재를 얻기 위한 것이다.
또 다른 목적은 장식 효과를 가지는 흡음소재를 얻기 위한 것이다.
본 발명의 흡음소재와, 이 흡음소재를 만드는 방법에 의하여, 본질적으로 실지 밴드폭의 전부에 대하여 우수한 흡음효과를 얻을 수 있다는 것이 놀랍게도 밝혀졌다. 상기 목적들은 청구범위 1, 9 및 13의 특징부에 의해 특정되는 소재와 그 생산 방법에 의해 성취된다.
이 소재와 공정에 의하여, 생산하고 설치하기 쉽고, 고온에 견디고, 어려운 화학적 환경에 견디고, 자기 지지가 되는 간단하고 복잡하지 않은 소재가 얻어진다.
본 발명의 소재는 성형할 수 있고, 용접될 수 있으며, 설치하기에 적합하게 얇고, 경량이며, 가요성이 있다.
더욱이, 본 발명의 소재는 m2당 슬릿의 수를 변경하고, 슬릿 형상을 바꿈으로써 다른 음향 요구에 적합시킬 수 있다. 또한, 성능을 예측하는 것이 가능하며, 그것은 소재 또는 소재 시스템이 다른 요구에 맞추어 만들어질 수 있다는 것을 의미한다.
이 소재는 기계 소음을 감쇠하는 데 아주 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 이것은 엔진 칸막이, 공작 기계 및 차량에서 사용될 수 있다. 머플러에 사용될 때, 머플러의 일부 또는 전부가 본 발명의 소재로 만들어질 수 있다.
상기 언급한 용도에 대한 소재의 적합성은 우수한 성형성과, 예를 들어 용접과 같은 잘 알려진 기술에 의한 소재와 금속의 접합 가능성 뿐만 아니라, 내화성 및 세척가능성과 같은 특성에도 달려있다.
본 발명의 소재와 공정의 다른 특징은 종속 청구항에 청구되어 있다.
미세 슬릿 2를 가진 흡음소재 1의 본 발명에 따른 실시예 일부의 평면도가 도 1에 나타나 있다. 슬릿들에 의해 형성된 패턴은 슬릿들의 많은 가능한 배치들의 한 예만을 나타내고 있다. 슬릿들 사이의 상호 관계는 특히 슬릿들이 얼마나 큰 표면의 부분을 형성하는가에 달려 있다. 패턴은 물론 원하는 흡음이 얻어지도록 슬릿의 형상과 숫자를 변경시키는 가능성을 배제하지 않고, 특수 장식 효과를 얻기 위한 목적으로도 만들어질 수 있다. 도 1에 나타난 소재에서의 슬릿들은 열로 위치하고 있으며, 이 열들은 서로 바꾸어진 형태로 배치된다. 이 패턴을 통하여, 소재들의 강성은 그것이 약간 파형으로 되어 있으므로 향상되는 데, 물론 파형이 없는 것보다 더 얇은 재료가 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 슬릿들을 더욱 자세히 볼 수 있는 도 1의 확대도이다. 미세 슬릿의 최대폭 b와 길이 l이 도2에 표시되어 있다. 나타난 실시예에서의 미세 슬릿들은 다른 모서리에 대하여 파형을 가지는 한 모서리를 가진 절삭공구로 재료의 코일을 가공함으로써 만들어진다. 재료 평면에 대한 적당한 압력으로, 첫째, 둘째 슬릿 모서리(3과 4)를 가진 슬릿(2)이 만들어지며, 공구의 모서리에 있는 돌기 톱니가 재료 평면에 대하여 압력을 가하며, 그 재료 평면은 슬릿의 한 모서리(3)에서 어떤 전단력에 의해 평면 밖으로 부분적으로 밀려 나와서, 슬릿(2)이 만들어진다. 부분(5)은 그 작업에 의하여 약간 변형된 슬릿 모서리(3)를 나타낸다. 다른 슬릿 모서리(4)는 도 2에 나타나지 않는다. 그 재료의 가공은 몇가지 종류의 절삭 배열에 의해 수행될 수 있다.
이 절삭 작업에서, 슬릿들의 길이와 크기가 의도대로 되고, 재료가 절단되어 떨어지지 않도록 압력이 조절될 수 있다고 물론 가정된다. 절삭 작업에 대한 올바른 변수들을 결정하는 것은 숙련공에 의해 본 발명의 범위내에서 행해질 수 있다. 나타난 실시예에서, 톱니 공구 모서리를 변위시킴으로써, 톱니사이의 파장의 반만큼 각각의 연속열로, 슬릿들은 길이방향으로 지그재그 패턴을 가질 것이다.
도 3은 도 2에서 선 III-III을 따른 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 3에서 미세 슬릿(2)이 재료 평면(1)에 수직으로 배향되어 있는 것을 볼 수 있다. 전단 작업에 의한 금속의 부분 변형은 도 3에서 무시되었다. 슬릿(2)을 만드는 전단 작업에서, 전단면(6)은 재료 평면의 두께보다 더욱 밖으로 밀려나온다. 그 후, 돌출부는 원하는 위치에, 재료 평면으로부터 다소 밖으로 내밀려 있도록 말려진다.
도면들, 특히 도 2를 검토함으로써, 미세 슬릿들의 형상은 결정될 수 있다. 슬릿은 말단이 더 좁으며, 본질적으로 소재의 평면에 놓여있는 긴 형상을 가지고 있다. 슬릿의 변화하는 폭 때문에, 넓은 주파수 범위가 흡수될 것이며, 즉, 다른 파장을 가지는 음파는 다른 슬릿 폭에 의해 차단될 것이다.
슬릿에 대한 적절한 길이는 3-20mm에 속한다. 4-10mm 또는 약 5-6mm 길이로 좋은 결과가 얻어진다. 소재의 평면에서 슬릿들의 최대폭은 0.01-0.8mm, 바람직하게는 0.05-0.5mm, 가장 바람직하게는 0.1-0.4mm 사이에서 변할 수 있다.
본 발명의 두 개의 다른 실시예들로부터 흡음을 나타내는 두 개의 곡선들이 도 4에 나타나 있다. 실선 A는 그 소재가 벽으로부터 150mm의 거리에 ISO 356에 따라 설치되어 있는 경우의 흡음곡선을 나타낸다. 곡선 B는 두 개의 동일한 소재들이 서로의 윗면에, 벽으로부터 하나는 100mm, 다른 것은 150mm 거리에 설치되었을 때의 흡음을 나타낸다. 측정에서 사용되는 소재들의 모두는 동일하게, 즉 사용된 모든 소재들에서 슬릿들의 동일 표시와 숫자로 설계되었다. 도면으로부터, 서로의 윗면에 두 개의 동일한 소재들을 설치함으로써, 하나의 소재를 사용하는 것보다 본질적으로 모든 주파수 범위에서 더 양호한 흡음이 이루어질 수 있다고 결론을 내릴 수 있다. 다르게 설계된 소재들(다른 슬릿 크기와 밀도)에서 측정된 유사한 곡선들은 복수의 소재들의 일반적인 결과들이 나타난 실시예와 본질적으로 같지만, 얼마간 다른 곡선들을 나타낼 것이다.
소재가 제조되는 재료들은 바람직하게 금속들이다. 그 예들은 스테인레스 강, 알루미늄 및 알루미늄 합금들이다. 물론 다른 금속이나 합금들도 사용될 수 있다. 어떤 용도에서는 적당한 플라스틱 재료들이 사용될 수 있다고 생각된다.
본 발명의 소재는 원하는 목적에 적합하도록 나중에 절단되는 롤이나 시트의 형태 뿐만 아니라 설치 준비된 다른 크기의 모듈로 물론 제조될 수 있다. 소재는 또한 슬릿과는 무관하게 소재를 강화하는 그와 같은 방법, 예를 들어, 겹치게 하여 만들어질 수 있다. 미리 제조된 모듈들은 숙련공에게 명백한 바와 같이, 프레임, 패스너 등과 함께 제공될 수 있다. 다른 변경들도 다음의 특허 청구범위들에서 표시된 바와 같은 진보성 개념을 회피하지 않고 숙련공에 의해 만들어질 수 있다.
본 발명의 흡음소재는 기계 소음을 감쇠하는 데 아주 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 이것은 엔진 칸막이, 공작 기계 및 차량에서 사용될 수 있다. 머플러에 사용될 때, 머플러의 일부 또는 전부가 본 발명의 소재로 만들어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 내부에 구멍들이 배치되어 있는 재료 시트로 구성되어 있는 흡음소재에 있어서, 재료 시트는 자기 지지가 되며, 구멍들은 시트의 폭과 길이에서 서로 간격을 두고 분포되어 있는 미세 슬릿들(1)로 형성되어 있으며, 각 슬릿은 단부에서 좁아지는 긴 형상을 하고 본질적으로 소재의 평면에 놓여져 있으며, 각 슬릿에 인접한 시트의 적어도 일부는 시트의 평면으로부터 부분적으로 밖으로 나오도록 프레스된 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  2. 제 1 항에 있어서, 미세 슬릿들의 최대폭이 0.01 내지 0.8mm 인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  3. 제 1 항에 있어서, 미세 슬릿들의 길이가 3-20mm인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  4. 제 1 항에 있어서, 재료 시트에서 구멍이 뚫린 정도가 10-40%인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  5. 제 1 항에 있어서, 재료 시트의 두께가 0.1-10mm인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  6. 제 1 항에 있어서, 재료 시트가 금속으로 만들어진 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  7. 제 1 항에 있어서, 재료 시트가 플라스틱 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  8. 제 1 항에 따른 적어도 두 개의 단일 소재들이 접합하여 한 단위를 형성하는 것을 특징으로 하는 흡음소재 시스템.
  9. 내부에 구멍들이 배치되어 있는 재료 시트로 구성되어 있는 흡음소재에 있어서, 재료 시트는 자기 지지가 되며, 구멍들은 시트의 폭과 길이에서 서로 간격을 두고 분포되어 있는 미세 슬릿들로 형성되어 있으며, 각 슬릿에 인접한 시트의 적어도 일부는 시트의 평면으로부터 부분적으로 밖으로 나오도록 프레스 되어 있고, 각 슬릿은 단부에서 좁아지는 긴 형상을 가지고 있으며, 미세 슬릿들의 폭이 0.01 내지 0.8mm 인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  10. 제 9 항에 있어서, 미세 슬릿들의 최대폭이 0.05 내지 0.5mm 인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  11. 제 9 항에 있어서, 미세 슬릿들의 최대폭이 0.1 내지 0.4mm 인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  12. 제 9 항에 있어서, 미세 슬릿들의 길이가 3 내지 20mm인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  13. 내부에 구멍들이 배치되어 있는 재료 시트로 구성되어 있는 흡음소재에 있어서, 재료 시트는 자기 지지가 되며, 구멍들은 시트의 폭과 길이에서 서로 간격을 두고 분포되어 있는 미세 슬릿들로 형성되어 있으며, 각 슬릿에 인접한 시트의 적어도 일부는 시트의 평면으로부터 부분적으로 밖으로 나오도록 프레스 되어 있고, 각 슬릿은 단부에서 좁아지는 긴 형상을 가지고 있으며, 미세 슬릿들의 길이가 3 내지 20mm 인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  14. 제 13 항에 있어서, 미세 슬릿들의 길이가 4 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
  15. 제 13 항에 있어서, 미세 슬릿들의 길이가 5 내지 6mm인 것을 특징으로 하는 흡음소재.
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