KR20110106410A

KR20110106410A - 운송 차량 차음 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20110106410A
Application number: KR1020117017269A
Authority: KR
Inventors: 알리 버커; 리차드 더블유 그레거; 엡 레수플레우르 마리에 알로시나; 마이클 패트릭 엠 만다나스; 사나트 모한티; 데이비드 에이 일리탈로; 패트릭 지 짐머만
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-09-28
Also published as: WO2010075130A3; JP2012513622A; JP5819731B2; WO2010075130A2; EP2376311A2; KR101723250B1; US8276709B2; US20110247893A1; EP2376311A4; EP2376311B1; CN102317118A; CN102317118B

Abstract

차음 방법은 (a) 제1 밀도를 가진 제1 매질에 배치되고 상기 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질로 제조된 구조체의 사실상 주기적인 적어도 하나의 배열 - 여기서, 상기 제1 및 제2 매질 중 하나는 종방향 음파의 진행 속도와 횡방향 음파의 진행 속도를 가진 점탄성 매질이고, 상기 종방향 음파의 진행 속도는 상기 횡방향 음파의 진행 속도의 약 30배 이상이고, 상기 제1 및 제2 매질 중 다른 하나는 점탄성 또는 탄성 매질임 - 을 포함하는 적어도 하나의 방음벽을 포함하는 적어도 하나의 차음 장치를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 차음 장치를 운송 차량의 음원 영역과 음 수신 영역 사이에 개재시키는 단계를 포함한다.

Description

운송 차량 차음 방법 및 장치 {TRANSPORTATION VEHICLE SOUND INSULATION PROCESS AND DEVICE}

우선권의 진술

본 출원은 2008년 12월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/140,413호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.

본 발명은 운송 차량 (예를 들어, 비행기, 자동차, 기차, 및 보트)에 유용한 차음(sound insulation) 방법, 및 다른 태양에서는, 감음(sound attenuation) 또는 차음을 제공하는 데 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.

방음 물질 및 구조체는 운송 산업에서 중요한 응용을 가진다. 예를 들어, 일반적으로 차량 객실 내의 소음 수준을 감소시키는 것이 바람직한 것으로 여겨진다. 도로 소음, 바람 소음, 엔진 소음, 진동 등과 같은 소음, 뿐만 아니라 객실 내로부터 나오는 소음은 다양한 음향 흡수 또는 반사 물질의 사용을 통해 감쇠될 수 있다. 그러한 물질은, 예를 들어, 헤드라이너(headliner), 트렁크 라이너, 후드 라이너, 대시 매트(dash mat), 내장 패널, 또는 카페트류 및 기타 장식성 또는 기능성 차량 내벽 물질에 포함되어 차량 내부에서 향상된 소음 감소를 제공할 수 있다.

흡수기 및 반사기와 같은 차음 산업에서 사용되는 전통적인 물질들은 통상 주파수 선택적 음 조절을 제공하지 않고서 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 활성이다. 활성 소음 제거(Active noise cancellation) 장비는 주파수 선택적 감음을 가능하게 하지만, 이는 전형적으로 한정된 공간에서 가장 효과적이며 출력과 제어를 제공하기 위한 전자 장비에 대한 투자 및 전자 장비의 작동을 요구한다.

전통적인 흡음 물질 (예를 들어, 폼(foam) 또는 섬유질 물질)은 일반적으로 비교적 경량이며 다공성이고 비교적 큰 표면적에 걸쳐 음파의 진동 에너지를 소산시키는 역할을 한다. 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기 (예를 들어, 2개의 탄성 기재 사이에 샌드위치된 공기층을 포함함)가 또한 흡음기로서 사용될 수 있다. 그러나, 흡음기의 두 유형 모두에 있어서, 비교적 낮은 가청 주파수에서 비교적 양호한 흡수 특성을 얻기 위해서는 비교적 두꺼운 구조체가 일반적으로 요구되며 (예를 들어, 약 500 헤르츠 (Hz) 미만의 주파수에 대해 약 50 밀리미터 (mm) 두께), 그러한 두꺼운 구조체는 한정된 차량 공간에서 사용하는 데 문제가 될 수 있다.

흡음기와 대조적으로, 전통적인 방음벽은 비교적 무겁고 기밀형인 경향이 있은데, 이는 물질로부터의 음 투과 손실(sound transmission loss)이 일반적으로 그의 질량과 강성의 함수이기 때문이다. 소위 "질량 법칙"(소정 주파수 범위에서 많은 전통적인 방음벽 물질에 적용가능함)은 물질의 단위 면적 당 중량이 배가되면, 물질을 통한 투과 손실이 6 데시벨(dB) 만큼 증가하는 것을 나타낸다. 단위 면적 당 중량은 밀도가 더 높은 물질을 사용함으로써 또는 벽의 두께를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 중량 추가는 많은 운송 응용에 있어서 바람직하지 않을 수 있다.

따라서, 외부 치수가 비교적 작고/작거나 비교적 경량인 차음 장치를 사용하여, 운송 차량에서 (음 투과를 감소, 또는 바람직하게는 제거하는) 비교적 고수준의 감음 또는 차음을 제공할 수 있는 차음 방법이 필요한 것으로 인식된다. 바람직하게는, 장치는 상대적으로 넓은 범위의 가청 주파수에 걸쳐 적어도 부분적으로 효과적일 수 있고/있거나 상대적으로 간단하고 비용-효율적으로 제조될 수 있다.

요약하면, 일 태양에서, 본 발명은 (a) 제1 밀도를 가진 제1 매질에 배치되고 상기 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질로 제조된 구조체의 사실상 주기적인 적어도 하나의 배열 - 여기서, 상기 제1 및 제2 매질 중 하나는 종방향 음파의 진행 속도와 횡방향 음파의 진행 속도를 가진 점탄성 매질이고, 상기 종방향 음파의 진행 속도는 상기 횡방향 음파의 진행 속도의 약 30배 이상이고, 상기 제1 및 제2 매질 중 다른 하나는 점탄성 또는 탄성 매질임 - 을 포함하는 적어도 하나의 방음벽을 포함하는 적어도 하나의 차음 장치를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 차음 장치를 운송 차량 (예를 들어, 비행기, 자동차, 기차, 또는 보트)의 음원 영역 (바람직하게는, 가청 음향 주파수의 음원)과 음 수신 영역 사이에 개재시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 바람직하게는, 구조체의 사실상 주기적인 배열은 제1 및 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태의 1차원 배열이다. 차음 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 내고온성 물질(하기에 정의됨)을 추가로 포함한다.

소정의 특징을 가진 점탄성 물질을 선택하고 그들을 점탄성 또는 탄성 물질과 조합하여 공간적으로 주기적인 배열을 형성함으로써, 포논 결정 구조체(phononic crystal structure) 밴드 갭 또는 적어도 상당한 투과 손실(예를 들어, 20 데시벨(dB) 초과)이 가청 범위(즉, 20 헤르츠(Hz) 내지 20 킬로헤르츠(kHz) 범위)의 적어도 일부에서 얻어질 수 있음이 발견되었다. 그러한 방음벽 또는 포논 결정 구조체는 상대적으로 경량이며 비교적 작을 수 있다 (예를 들어, 수 센티미터 이하 정도의 외부 치수를 가짐). 물질의 선택, 격자 구조체의 유형, 상이한 물질의 간격 등과 같은 그러한 디자인 파라미터를 제어함으로써, 밴드 갭의 주파수, 갭의 수, 및 그들의 폭이 조절되거나, 또는 최소한으로, 투과 손실 수준이 주파수의 함수로서 조절될 수 있다.

포논 결정 구조체는 수동적이지만 여전히 주파수 선택적인 방식으로 음향 밴드 갭을 생성할 수 있다. 음향 산업에 사용되는 가장 일반적인 흡음기와 달리, 포논 결정은 투과 방식으로 음을 제어한다. 밴드 갭의 주파수 범위 내에서, 구조체를 통한 입사 음파의 투과가 본질적으로 없을 수 있다. 밴드 갭은 항상 절대적이지 않지만(즉, 음 투과가 없음), 음 투과 손실은 종종 20 데시벨(dB) 이상 정도일 수 있다. 음향 산업에서, 3 dB 정도의 감쇠(attenuation)는 상당한 것으로 간주되며, 따라서 20 + dB은 투과에서 매우 큰 손실이며, 음향 출력의 100% 감소에 접근한다.

포논 결정 구조체는 음원(sound source)과 수신체(receiver) 사이에 위치되어 구조체를 통과할 주파수를 선택하는 것만을 허용할 수 있다. 따라서 수신체는 여과된 음을 듣게 되며, 바람직하지 않은 주파수는 차단된다. 포논 결정 구조체를 적절하게 구성함으로써, 투과된 주파수는 수신체에서 집중될 수 있거나, 바람직하지 않은 주파수는 (주파수 선택 거울과 매우 유사하게) 음원으로 다시 반사될 수 있다. 현재의 음향 물질과 달리, 포논 결정 구조체는 음파를 단순히 감쇠시키거나 반사하기 보다는, 음파를 사실상 관리하기 위해 사용될 수 있다.

의외로, 그러한 방음벽 또는 포논 결정 구조체를 포함하는 차음 장치는, 상대적으로 얇고 상대적으로 경량임에도 불구하고, 운송 차량에 포함되는 경우 약 300 Hz 초과의 주파수에서 약 20 dB을 초과하는 음 투과 손실을 제공할 수 있다. 일반적으로 상기에 언급된 질량 법칙에 따르는 종래의 운송 차량 차음체와 대조적으로, 본 발명의 방법에 사용되는 차음 장치는 약 150 Hz 이상의 주파수에서 질량 법칙에 의해 예상되는 것보다 약 3 내지 4 dB만큼 더 큰 투과 손실을 제공할 수 있다. 장치는 주위 온도에서, 뿐만 아니라 주위보다 상당히 더 낮거나 높은 온도 (예를 들어, 약 -80℃ 내지 약 +150℃ 범위의 온도, 약 23℃의 실온에서와 비교하여 단지 수 dB의 성능 손실이 있음)에서 효과적일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 내고온성 (하기에 정의된 바와 같이, 바람직하게는, 내염성, 더욱 바람직하게는, 화염 전파 내성(flame propagation-resistant) 및 화염 관통 내성(flame penetration-resistant), 가장 바람직하게는 용락 내성(burnthrough-resistant)) 물질을 추가로 포함하는 차음 장치는 난연성이 주요 관심사인 운송 응용 (예를 들어, 항공 및 철도)에 사용되고 효과적인 음향 차단을 여전히 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 방법은, 적어도 일부 실시 형태에서, 외부 치수가 상대적으로 작고/작거나 상대적으로 경량인 차음 장치를 사용하면서도, 운송 차량에 있어서 가청 음향 주파수 (의외로, 심지어 약 1000 Hertz 미만의 가청 주파수)에서 적어도 부분적으로 효과적일 수 있는 차음 방법에 대한 상기한 요구를 충족시킬 수 있다. 본 발명의 차음 방법은 중량 감소, 두께 감소 및/또는 내고온성이 중요할 수 있는 다양한 상이한 차량 환경에서 차음을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 사용은 비행기 (예를 들어, 동체 주변 및 객실 패널 차음용), 및 자동차 (예를 들어, 바닥(floor board), 대시 보드, 휠 웰(wheel well), 및 헤드라이너) 등에서 내장 또는 외장 차량 구성요소 (또는 둘 모두)에 차음 장치를 배치하는 것을 포함할 수 있다.

다른 태양에서, 본 발명은 또한 (a) 제1 밀도를 가진 제1 매질에 배치되고 상기 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질로 제조된 구조체의 사실상 주기적인 적어도 하나의 배열 - 여기서, 상기 제1 및 제2 매질 중 하나는 종방향 음파의 진행 속도와 횡방향 음파의 진행 속도를 가진 점탄성 매질이고, 상기 종방향 음파의 진행 속도는 상기 횡방향 음파의 진행 속도의 약 30배 이상이고, 상기 제1 및 제2 매질 중 다른 하나는 점탄성 또는 탄성 매질임 - 을 포함하는 적어도 하나의 방음벽; 및 (b) 적어도 하나의 내고온성 (하기에 정의된 바와 같이, 바람직하게는, 내염성, 더욱 바람직하게는, 화염 전파 내성 및 화염 관통 내성, 가장 바람직하게는 용락 내성) 물질을 포함하는 차음 장치를 제공한다. 바람직하게는, 구조체의 사실상 주기적인 배열은 제1 및 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태의 1차원 배열이다.

다음의 상세한 설명, 첨부된 특허청구범위 및 첨부 도면에 관하여 본 발명의 이들 및 다른 특징, 태양 및 이점을 보다 잘 이해할 것이다.
도 1은 실시예 2 및 실시예 3에 설명된 본 발명의 방법의 실시 형태에 대한 투과 손실(dB 단위) 대 주파수(Hz 단위)의 그래프.
도 2는 실시예 4 및 실시예 5에 설명된 본 발명의 방법의 실시 형태에 대한 투과 손실(dB 단위; 측정치 및 이론치(질량 법칙)) 대 주파수(Hz 단위)의 그래프.
도 3은 실시예 4에 설명된 본 발명의 방법의 실시 형태에 대한 투과 손실(dB 단위; 상이한 2가지 온도에서) 대 주파수(Hz 단위)의 그래프.
도 4는 실시예 5에 설명된 본 발명의 방법의 실시 형태에 대한 투과 손실(dB 단위; 상이한 2가지 온도에서) 대 주파수(Hz 단위)의 그래프

정의

본 특허 출원에서 사용되는 바와 같이,

"내고온성 물질"(high temperature-resistant material)은 적어도 약 500℃까지의 온도에서 용융하거나, 유동하거나, 분해하거나, 또는 달리 형상이 사실상 변화하지 않는 물질을 의미하고;

"내염성 물질"(flame-resistant material)은 14 C.F.R. 파트 25, 섹션 25.853(a) 및 25.855(d) (파트 25에 대한 부록 F의 파트 I 참조) - 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨 - 에 설명된 미연방항공국(Federal Aviation Administration)의 인화성 요건을 충족시키는 물질을 의미하고;

"화염 전파 내성 물질"(flame propagation-resistant material)은 14 C.F.R. 파트 25, 섹션 25.856(a) (파트 25에 대한 부록 F의 파트 VI 참조) - 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨 - 에 설명된 미연방항공국의 인화성 요건을 충족시키는 물질을 의미하고;

"화염 관통 내성 물질"(flame penetration-resistant material)은 14 C.F.R. 파트 25, 섹션 25.856(b) (파트 25에 대한 부록 F의 파트 VII 참조) - 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨 - 에 설명된 미연방항공국의 인화성 요건을 충족시키는 물질을 의미하고;

"용락 내성 물질"(burnthrough-resistant material)은 14 C.F.R. 파트 25, 섹션 25.853(a) 및 25.855(d) (파트 25에 대한 부록 F의 파트 I 참조)에 설명될 뿐만아니라 14 C.F.R. 파트 25, 섹션 25.856(a) (화염 전파) 및 25.856(b) (화염 관통) (파트 25에 대한 부록 F의 파트 VI 및 VII 각각 참조) - 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨 - 에 설명된 미연방항공국의 인화성 요건을 충족시키는 물질을 의미한다.

방음벽 물질

본 발명의 방법에 사용되는 방음벽의 상기 언급한 점탄성 성분으로 사용하기 적합한 물질은 횡방향 음파의 진행 속도의 약 30배 이상 (바람직하게는, 약 50배; 더욱 바람직하게는, 약 75배 이상; 가장 바람직하게는, 약 100배 이상)인 종방향 음파의 전파 속도를 (바람직하게는 적어도 음향 주파수의 가청 범위 내에서) 갖는 점탄성 고체 및 액체를 포함한다. 유용한 점탄성 고체 및 액체는 주위 온도(예를 들어, 약 20℃)에서 약 5 × 10⁶ 파스칼(Pa) 이하의 정상 전단 고원 탄성률(steady shear plateau modulus)(G^o _N)을 갖는 것들을 포함하며, 정상 전단 고원 탄성률은 바람직하게는 물질의 유리 전이 온도 (T_g)보다 약 30 K 내지 약 100 K 높은 온도에 미친다. 바람직하게는, 방음벽의 점탄성 물질 중 적어도 하나는 주위 온도(예를 들어, 약 20℃)에서 약 1 × 10⁶ Pa 이하(더욱 바람직하게는 약 1 × 10⁵ Pa 이하)의 정상 전단 고원 탄성률을 갖는다.

그러한 점탄성 물질의 예는 탄성중합체(예를 들어, 열가소성 탄성중합체를 포함), 점탄성 액체, 등, 및 그 조합(바람직하게는, 적어도 일부 응용을 위해서는, 탄성중합체 및 그 조합)을 비롯한 다양한 형태의 고무질 중합체 조성물(예를 들어, 약하게 가교결합된 또는 반결정성 중합체 포함)을 포함한다. 유용한 탄성중합체는 단일중합체 및 공중합체(블록, 그래프트, 및 랜덤 공중합체 포함) 둘 모두, 무기 및 유기 중합체 둘 모두 및 그 조합, 및 선형 또는 분지형인 중합체 및/또는 상호침투성 또는 반-상호침투성 네트워크 형태이거나 다른 복합 형태(예를 들어, 스타 중합체)인 중합체를 포함한다. 유용한 점탄성 액체는 중합체 용융물, 용액, 및 젤(하이드로젤 포함)을 포함한다.

바람직한 점탄성 고체는 실리콘 고무(바람직하게는, 약 20A 내지 약 70A; 더욱 바람직하게는, 약 30A 내지 약 50A의 듀로미터 경도(durometer hardness)를 가짐), (메트)아크릴레이트(아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트) 중합체(바람직하게는, 아이소옥틸아크릴레이트(IOA)와 아크릴산(AA)의 공중합체), 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 공중합체, 블록 공중합체(바람직하게는 스티렌, 에틸렌 및 부틸렌을 포함), 셀룰로오스 중합체(바람직하게는, 코르크), 유기 중합체(바람직하게는, 폴리우레탄) 및 폴리다이오르가노실록산 폴리아미드 블록 공중합체(바람직하게는, 실리콘 폴리옥사미드 블록 공중합체)의 블렌드, 네오프렌, 및 그 조합을 포함한다. 바람직한 점탄성 액체는 광유-개질된 블록 공중합체, 하이드로젤, 및 그 조합을 포함한다.

그러한 점탄성 고체와 액체는 공지 방법에 의해 제조될 수 있다. 다수는 구매가능하다.

본 발명의 방음벽의 상기 언급한 탄성 성분으로서 사용하기 적합한 물질은 본질적으로 모든 탄성 물질을 포함한다. 그러나, 바람직한 탄성 물질은 적어도 약 2000 미터/초(m/s)인 음의 종방향 속도를 갖는 것들을 포함한다.

탄성 고체의 유용한 부류는 금속(및 그 합금), 유리질 중합체(예를 들어, 경화된 에폭시 수지), 복합 물질 (예를 들어, 중합체 매트릭스 중의 유리, 금속 또는 탄소 섬유 (또는 다른 미립자 형태, 예를 들어, 플레이크 또는 분말)) 등, 및 그 조합을 포함한다. 탄성 고체의 바람직한 부류는 금속, 금속 합금, 유리질 중합체, 및 그 조합(더욱 바람직하게는, 구리, 알루미늄, 에폭시 수지, 구리 합금, 알루미늄 합금, 및 그 조합; 더욱 더 바람직하게는, 구리, 알루미늄, 구리 합금, 알루미늄 합금, 및 그 조합; 여전히 더욱 더 바람직하게는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 및 그 조합; 가장 바람직하게는, 알루미늄)을 포함한다.

그러한 탄성 물질은 공지 방법에 의해 제조되거나 얻어질 수 있다. 다수는 구매가능하다.

원하는 경우, 본 발명의 방법의 방음벽은 선택적으로 다른 성분 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방음벽은 하나 초과의 점탄성 물질(방음벽 내의 적어도 하나의 점탄성 물질이 그 기준을 충족한다면, 횡방향 음파의 진행 속도의 약 30배 이상인 종방향 음파의 진행 속도를 갖지 않는 하나 이상의 점탄성 물질을 포함) 및/또는 하나 초과의 상기 설명된 탄성 물질을 포함할 수 있다. 방음벽은 선택적으로 하나 이상의 무점성 유체를 포함할 수 있다.

방음벽의 제조

본 발명의 방법에 사용되는 방음벽은 제1 밀도를 가진 제1 매질에 배치된 구조체의 사실상 주기적인(1차원, 2차원 또는 3차원) 배열을 포함하며, 구조체는 상기한 바와 같이 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질로 제조된다. 그러한 배열은 제1 매질로서 상기 설명된 점탄성 물질 또는 상기 설명된 탄성 물질(또는, 탄성 물질의 대안으로서, 두 번째의 상이한 점탄성 물질) 중 하나를 그리고 제2 매질로서 둘 중 다른 하나를 이용함으로써 형성될 수 있다.

생성된 구조체 또는 포논 결정은 거시 구조체(예를 들어, 센티미터 또는 밀리미터 이하 정도의 크기 규모를 가짐)일 수 있다. 원하는 경우, 포논 결정은, 함유물들 사이에 매트릭스를 형성하는 물질에 의해 둘러싸인, 그의 격자 부위에서 균일한 크기와 균일한 형상의 함유물을 가진 공간적으로 주기적인 격자 형태를 취할 수 있다. 그러한 구조체를 위한 디자인 파라미터는 격자의 유형(예를 들어, 정사각형, 삼각형 등), 격자 부위들 사이의 간격(격자 상수), 단위 셀의 구성 및 형상(예를 들어, 함유물에 의해 점유되는 단위 셀의 분획 면적 - f로도 알려지며, 소위 "필 팩터(fill factor)"), 함유물 및 매트릭스 물질의 물리적 특성(예를 들어, 밀도, 포아송비(Poisson ratio), 계수, 등), 함유물의 형상(예를 들어, 막대, 구, 중공 막대, 정사각형 기둥, 등) 등을 포함한다. 그러한 설계 파라미터를 조절함으로써, 생성된 밴드 갭의 주파수, 갭의 개수, 및 그의 폭이 조절될 수 있으며, 또는 최소한으로, 투과 손실의 수준이 주파수의 함수로서 조절될 수 있다.

바람직하게는, 구조체의 사실상 주기적인 배열은 제1 및 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태의 1차원 배열이다(그리고, 원하는 경우, 하나 이상의 층의 형태인 상기 설명된 선택적 성분 중 하나 이상을 추가로 포함하며; 예를 들어, "ABCD" 구조체, "ACDB" 구조체, "ACBD" 구조체, 등은 제1 매질(A) 및 제2 매질(B)과 두 개의 추가의 성분 C 및 D로부터 형성될 수 있다). 다층 구조체의 층의 총 수는 사용되는 특정 물질, 층 두께, 및 특정 음향 응용의 요건에 따라, 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다.

예를 들어, 다층 구조체의 층의 총 수는 2층만큼 적고 수백층 이상만큼 높은 범위에 있을 수 있다. 층 두께는 또한 (예를 들어, 원하는 주기성에 따라) 넓게 변할 수 있으나 바람직하게는 센티미터 이하 정도(더욱 바람직하게는, 밀리미터 이하 정도; 가장 바람직하게는, 약 10 mm 이하)이다. 그러한 층의 두께 및 층의 수는 센티미터 이하(바람직하게는 약 100 mm 이하; 더욱 바람직하게는, 약 50 mm 이하; 더욱 더 바람직하게는, 약 10 mm 이하; 가장 바람직하게는, 약 5 mm 이하) 정도의 치수를 가진 포논 결정 구조체를 제공할 수 있다. 원하는 경우, 층은 구조체의 조립 이전에 (예를 들어, 계면활성제 조성물 또는 아이소프로판올을 이용하여) 세정될 수 있으며, 하나 이상의 결합제(예를 들어, 접착제 또는 기계적 패스너)가 선택적으로 (원하는 음향 및/또는 난연 특성에 큰 간섭이 없다면) 이용될 수 있다.

다층 구조체의 바람직한 실시 형태는 층 두께가 약 0.75 mm 내지 약 1.25 mm인 점탄성 물질(바람직하게는, 실리콘 고무, 아크릴레이트 중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 또는 그 조합)과 층 두께가 약 0.025 mm 내지 약 1 mm인 탄성 물질(바람직하게는, 알루미늄, 에폭시 수지, 알루미늄 합금, 또는 그 조합)의 약 3개 내지 약 10개(더욱 바람직하게는, 약 3개 내지 약 5개)의 교대 층을 포함한다. 이는 약 1 mm 내지 약 10 mm(더욱 바람직하게는, 약 2 mm 내지 약 4 mm; 가장 바람직하게는, 약 2 mm 내지 약 3 mm) 정도의 바람직한 치수를 갖는 포논 결정 구조체를 제공할 수 있다.

내고온성 물질

본 발명의 방법에 사용되는 차음 장치에 사용하기에 적합한 내고온성 물질에는 세라믹 페이퍼 (예를 들어, 미국 조지아주 어거스타 소재의 서멀 세라믹스, 인크(Thermal Ceramics, Inc.)로부터 카오울(KAOWOOL) 페이퍼로, 그리고 미국 뉴햄프셔주 로체스터 소재의 라이달 인크(Lydall, Inc.)로부터 상표명 라이섬(LYTHERM) 페이퍼로 구매가능한 알루미노실리케이트 세라믹 섬유 페이퍼, 뿐만 아니라 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 3M 넥스텔(NEXTEL) 플레임 쉴드(Flame Shield) AL-1로 입수가능한, 폴리이미드 필름 내에 캡슐화된 세라믹 섬유 페이퍼), 직조 세라믹 섬유 (예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 넥스텔 312 AF-10 에어로스페이스 패브릭(Aerospace Fabric)으로 구매가능한 천), 직조 유리섬유 섬유 (예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 아메테크(Ametek)로부터 상표명 실템프(SILTEMP) 실리카 패브릭(Silica Fabric) 타입 84CH로 구매가능한 천), 세라믹 부직 스크림(scrim) (예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 넥스텔 312 세라믹 섬유로 구매가능한 세라믹 산화물 섬유로부터 제조된 스크림),및 유리섬유 부직 스크림이 포함된다. 그러한 물질은 공지의 방법에 의해서 제조될 수 있다. 적합한 내고온성 물질에는, 그 기재 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제6,670,291호 (톰킨스(Tompkins) 등)에 기재된 것들이 포함된다.

바람직한 내고온성 물질은 내염성 물질 (예를 들어, 알루미노실리케이트 세라믹 섬유 페이퍼 및 S-유리 페이퍼)이다. 더욱 바람직한 내고온성 물질은 화염 전파 내성이면서 화염 관통 내성이다. 가장 바람직한 내고온성 물질은 용락 내성 물질 (예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 3M 넥스텔 화염 차단 도트 페이퍼(Flame Stopping Dot Paper), 및 쓰리엠 컴퍼니로부터 3M 넥스텔 화염 차단 코팅 페이퍼(Flame Stopping Coated Paper)로 입수가능한 질석 코팅된 세라믹 페이퍼, 뿐만 아니라 미국 버지니아주 리치몬드 소재의 듀폰(DuPont)으로부터 입수가능한 노멕스(NOMEX) 타입 418 페이퍼와 같은 세라믹 페이퍼)이다.

차음 장치의 제조 및 사용

본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 차음 장치로는 (a) 상기 기재된 방음벽들 중 적어도 하나; 및 (b) 선택적으로 (그러나 바람직하게는) 적어도 하나의 내고온성 물질을 포함하는 것들을 들 수 있다. 바람직하게는, 차음 장치의 방음벽의 구조체의 사실상 주기적인 배열은 제1 및 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태의 1차원 배열이다.

원한다면, 차음 장치는 내고온성 물질의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 사용될 때, 내고온성 물질 (예를 들어, 시트 형태)은 (바람직하게는, 다층 방음벽 구조체의 최외측 층으로서) 바람직하게는 방음벽의 하나 이상의 최외측 표면에 적용된다. 또한, 운송 차량 구성요소에서 종래에 발견되는 다른 물질 및/또는 층이 차음 장치에 포함될 수 있다.

예를 들어, 장치는 하나 이상의 접착 조성물 또는 필름 (예를 들어, 내고온성 물질을 방음벽에 부착하는 데 사용될 수 있음), 하나 이상의 스크림(예를 들어, 부직 중합체 천), 하나 이상의 발수 코팅, 하나 이상의 팽창성 첨가제 또는 코팅, 및 하나 이상의 중합체 필름 (선택적으로 금속화될 수 있음), 뿐만 아니라 난연제, 정전기 방지제, 곰팡이방지제(anti-mildew agent) 등을 추가로 포함할 수 있다. 방음벽의 실질적인 주기성 및 음향 특성을 허용할 수 없을 만큼 방해하거나 변경하지 않는 경우라면, 그러한 기타 물질 및/또는 층은 방음벽의 외부에 부착될 수 있거나, 또는 방음벽 자체가 그러한 물질 및/또는 층을 포함할 수 있다. 케이스가 없는 차음 장치가 요구되는 경우, 추가의 물질 및/또는 층은 바람직하게는 장치의 수분 흡수 및 보유 특성을 크게 증가시키지 않도록 선택된다.

차음 장치는, 운송 차량의 음원 영역 (바람직하게는 가청 음향 주파수의 음원)과 음 수신 영역 (바람직하게는, 가청 음향 주파수의 수신체) 사이에 장치를 개재시키거나 위치시킴으로써 본 발명의 차음 방법에 사용될 수 있다. 유용한 음원은 도로 소음, 바람 소음, 엔진 소음 등 (바람직하게는, 가청 성분을 갖는 소음 또는 다른 음; 더욱 바람직하게는, 약 500 Hz 내지 약 1500 Hz 범위의 주파수 성분을 가진 소음 또는 다른 음)을 포함한다.

차음 장치는 차량의 음원 영역 (예를 들어, 엔진실, 구동라인(driveline), 휠, 외장 패널 등)으로부터 차량의 수신 영역 (예를 들어, 방화벽, 플로어 팬(floor pan), 도어 패널, 헤드라이너, 기타 내장 트림 등)으로 통과하는 음파를 유의하게 감쇠시킬 수 있다. 장치는 장치의 방음벽의 주요 면이 음원 영역으로부터 수신 영역으로 통과하는 음파를 가로채서 감쇠시키도록 음원 영역과 수신 영역 사이에 위치될 수 있다.

당업자라면 이러한 장치를 그렇게 위치시킬 수 있는 다양한 방법에 친숙할 것이다. 음장 입사 조건(랜덤 배향)이 합리적으로 효과적인 음향 감쇠 (예를 들어, 1차원의 다층 방음벽이 이용될 때 수직 입사 조건에 대하여 약 5 dB 이하로 투과 증가)를 또한 제공할 수 있지만 (장치의 방음벽의 주요 면에 대한) 음파의 수직 입사가 일반적으로 바람직하다. 원하는 경우, 차음 장치의 방음벽을 (예를 들어, 방음벽이 헬름홀츠 공진형 흡음기로서의 기능을 할 수 있도록 기재 (예를 들어, 플로어 또는 패널)에 대하여 방음벽을 위치시킴으로써) 흡음기로서 사용할 수 있다. 차음 장치는, 장치의 방음벽의 실질적인 주기성 또는 그의 음향 특성을 허용할 수 없을 만큼 방해하거나 변경하지 않는, 본질적으로 임의의 공지되거나 또는 본 출원 이후에 개발되는 방법 (예를 들어, 접착제, 기계적 패스너, 폼피팅(form-fitting) 및/또는 그와 유사한 것의 사용)에 의해서, 운송 차량 구성요소 내에 직접적으로 또는 간접적으로 부착되거나 그 내부에 현수될 수 있다.

본 발명의 차음 방법 및 장치는 가청 범위의 상대적으로 큰 부분에 걸쳐 투과 손실이 성취되도록 사용될 수 있다 (바람직한 실시 형태는 약 800 Hz 내지 약 1500 Hz의 범위에 걸쳐 약 20 dB 이상인 투과 손실을 제공하며; 더욱 바람직한 실시 형태는 약 500 Hz 내지 약 1500 Hz의 범위에 걸쳐 약 20 dB 이상인 투과 손실을 제공하며; 더욱 더 바람직한 실시 형태는 약 250 Hz 내지 약 1500 Hz의 범위에 걸쳐 약 20 dB 이상인 투과 손실을 제공하며; 가장 바람직한 실시 형태는 약 500 Hz 내지 약 1500 Hz 범위의 적어도 일부에 걸쳐 사실상 전체 투과 손실을 제공한다). 그러한 투과 손실은 포논 결정 구조체 치수를 센티미터 이하 (바람직하게는 약 20 cm 이하; 더욱 바람직하게는, 밀리미터 이하의 크기로; 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 3 mm의 크기로) 정도로 유지하면서 이루어질 수 있다.

상기 설명된 방음벽 중 하나 이상에 더하여, 차음 장치는 선택적으로 하나 이상의 종래의 또는 본 출원 이후에 개발되는 차음체(sound insulator) (예를 들어, 종래의 흡수기, 벽 등)를 추가로 포함할 수 있다. 원하는 경우, 그러한 종래의 차음체는, 예를 들어 장치의 주파수 효과 범위를 넓히기 위하여, 층화될 수 있다.

실시예

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양 뿐만 아니라 기타 조건이나 상세사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 실시예에서 모든 부, 백분율, 비 등은 달리 표시되지 않으면 중량 기준이다. 달리 표시되지 않으면 용매 및 다른 시약은 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company)로부터 입수하였다.

시험 방법

투과 손실 측정

투과 손실 측정은 브뤼엘 앤드 케아 임피던스 튜브 시스템 타입 4206 (

Impedance Tube System Type 4206)(100 mm 튜브, 덴마크 소재의 브뤼엘 앤드 케아 사운드 앤드 바이브레이션 메저먼트 에이/에스(

Sound & Vibration Measurement A/S)을 이용하여 실시하였다. 4-마이크로폰 전달-함수 시험 방법을 50 Hz 내지 1.6 kHz의 주파수 범위에서 투과 손실의 측정을 위해 사용하였다.

요약하면, 튜브 시스템은 100 mm 내경의 수용 튜브, 홀더 튜브 및 공급원 튜브로 구성되었다. 각각의 시험 샘플을 공급원 튜브와 수용 튜브 사이에 위치된 홀더 튜브 내에 2개의 고무 o-링으로 설치하였다. 공급원 튜브의 단부에 장착된 확성기(4 옴(Ω) 임피던스, 80 mm 직경)를 평면 음파의 발생기로 사용하였다. 타입 4187의 4개의 0.64 cm (1/4 인치) 콘덴서 마이크로폰을 사용하여 시험 샘플의 양 측에서 음압 수준을 측정하였다 (공급원 튜브 내에 두 개 및 수용 튜브 내에 두 개). 공급원 튜브 내의 두 개의 마이크로폰을 이용하여 입사 및 반사된 평면파를 측정하였다. 수용 튜브 내에 위치된 두 개의 다른 마이크로폰을 이용하여 흡수되고 투과된 부분을 측정하였다.

4개의 마이크로폰 위치에서 음압을 측정하고 문헌[Olivieri, O., Bolton, J. S., and Yoo, T. in "Measurement of Transmission Loss of Materials Using a Standing Wave Tube", INTER-NOISE 2006, 3-6 December 2006, Honolulu, Hawaii, USA]에 의해 설명된 절차에 따라 4-채널 디지털 주파수 분석기를 이용하여 복합 전달 함수를 계산함으로써, 시험 샘플의 투과 손실을 측정하였다. 펄스(PULSE) 버전 11 데이터 획득 및 분석 소프트웨어(브뤼엘 앤드 케아)를 이용하였다.

각 구조체에 대하여, 시험 샘플을 제조하였다. 모든 시험 샘플을 99.54 mm 직경의 정밀 다이로 절단하였다. 투과 손실 측정을 각 시험 샘플에 대하여 3회 반복하였다. 각 구조체에 대하여 얻어진 투과 손실은 3회 측정의 대수 평균으로 계산하였다.

리올로지 측정

리올로지 특성(예를 들어, 정상 전단 고원 탄성률)은, 상업적 ARES 동적 유량계(미국 델라웨어주 뉴 캐슬 소재의 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)를 통해 입수가능함)에서 재료의 시험 샘플에 대해 신장 모드로 선형 등온 주파수 스위핑(sweep) 동적 기계적 분석(DMA) 시험을 실시하여 측정하였다. 이어서 생성된 데이터를 시간-온도 중첩 원리를 이용하여 이동시켜 선택된 기준 온도(22.7℃의 실온으로 취함)에서 동적 마스터 곡선을 얻었다. 동적 마스터 곡선의 이동을 위해 사용된 수평 이동 인자를 확인하여 윌리암스-란델-페리(Williams-Landel-Ferry)(WLF) 형태를 따르는 것을 알아내었다. 얻어진 동적 마스터 곡선을 마지막으로 니노미야-페리 (Ninomiya-Ferry)(NF) 절차에 의해 실온 (22.7℃)에서 정상 선형 신장 계수 마스터 곡선으로 변환시켰다. 고무질 인장 계수 고원 값은 정상 선형 신장 계수 마스터 곡선으로부터 측정하였으며, 재료의 정상 전단 고원 탄성률은 고무질 신장 계수 고원 값의 1/3인 것으로 취했다. (예를 들어, 문헌[John D. Ferry in Viscoelastic Properties of Polymers, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York (1980)]에 의한 리올로지 데이터분석 기술의 논의를 참조.)

미연방항공국 규정 단열/ 차음 화염 전파 시험 ( Federal Aviation Regulations Thermal/Acoustic Insulation Flame Propagation Test ) ( FAR 25.856-1)

방사 패널 시험을 사용하여 방사 열원 및 화염 둘 모두에 노출될 때 본 발명의 차음 장치의 인화성 및 화염 전파 특성을 결정하였다. 미연방항공국의 14 C.F.R. 파트 25, 섹션 25.856(a) (파트 25에 대한 부록 F의 파트 VI 참조) - 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨 - 에 설명된 방법에 따라 시험을 수행하였다. 시험 방법의 완전한 상세 사항은 문헌[U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration (FAA), Advisory Circular AC No: 25.856-1 (dated 6/24/05; www.fire.tc.faa.gov)]에서 입수할 수 있다.

물질

실리콘 고무 1번: 미국 일리노이주 엘름허츠 소재의 맥마스터-칼 인크.(McMaster-Carr Inc.)로부터 입수가능한 물품 번호 86915K24, 듀로미터 경도 40A, 두께 0.8 mm, 아크릴 접착 배킹을 가짐, 본질적으로 상기에 설명된 바와 같이 측정될 때 22.7℃의 실온에서 정상 전단 고원 탄성률 4.3 × 10⁵ Pa

실리콘 고무 2번: 미국 일리노이주 엘름허츠 소재의 맥마스터-칼 인크.로부터 입수가능한 물품 번호 86915K14, 듀로미터 경도 40A, 두께 0.8 mm, 접착 배킹을 갖지 않음.

알루미늄: 알루미늄 호일, 두께 0.03 mm, 미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 알코아 코포레이션(Alcoa Corp.)으로부터 상표명 레이놀즈 랩(Reynolds Wrap™)으로 판매됨.

내고온성 물질: 3M™ 넥스텔™ 플레임 쉴드 AL-1, 폴리이미드 필름에 캡슐화된 세라믹 섬유 페이퍼를 포함하는 화염 장벽(flame barrier), 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능.

접착제 1번: 3M™ 스카치-웰드(Scotch-Weld™) 7246-2 B/A FST 2-파트 구조 에폭시 접착제, 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능.

접착제 2번: 다우코닝(Dow Corning™) Q2-7406 고온 실리콘 감압 접착제 (PSA), 폴리다이메틸실록산 검 및 수지, 55% 고형물, 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터 입수가능.

실시예 1

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 상기한 물질들의 층들을 조립하여 5층 구조체를 구성하였다. 우선, 각각의 2장의 실리콘 1번의 시트 (각각 0.8 mm × 305 mm × 305 mm의 치수를 가짐)에 결합된 접착 배킹을 사용하여 실리콘 1번 층과 알루미늄 층을 함께 라미네이팅하였다. 실리콘 시트들을 개재된 알루미늄 시트(0.03 mm × 305 mm × 305 mm의 치수를 가짐)에 라미네이팅하여 3층 구조체를 제공하였다.

3층 구조체의 후면 (인화성 시험동안 화염의 반대쪽에 위치하게 되는 면)을 접착제 1번으로 코팅하였다. 접착제 1번의 파트 A 및 파트 B를 1:1 비율로 혼합하고, 생성된 접착제 혼합물을 나무 막대를 사용하여 (1 mm 미만의 코팅 두께를 제공하도록) 구조체의 후면 상에 균일하게 분포시켰다. 생성된 코팅된 후면을 내고온성 물질의 시트에 접착하였다.

구조체의 전면 (인화성 시험동안 화염에 노출되는 면)을 접착제 혼합물로 코팅하고, 본질적으로 상기에 기재된 바와 같은 내고온성 물질의 다른 시트에 접착하였다. 이로써 최외측 층으로서 내고온성 물질을 갖는 5층 구조체를 제공하였다. 5층 구조체를 4 kg 추 아래에 하룻밤 놓아 둔 후에, 인화성 시험을 수행하기 위해 8 인치 × 8 인치 (203 mm × 203 mm)의 최종 크기로 절단하였다.

상기에 참조된 FAR 25.856(a) 시험 절차에 따라, 생성된 구조체의 인화성을 시험하였다. 구조체는 시험을 통과하였다(그에 의해, 관련 FAA 규정의 요건을 충족시킴).

실시예 2 및 실시예 3

실시예 2에 대해서는, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 상기한 물질들의 층들을 조립하여 5층 구조체를 구성하였다. 우선, 1.5 중량% 퍼옥사이드 농도 (접착제 고형물 기준)를 제공하도록, 톨루엔 중 10 중량% 벤조일 퍼옥사이드와 접착제 2번을 혼합하여 접착제/촉매 용액을 제조하였다. #48 메이어(Meyer) 바를 사용하여 접착제/촉매 용액을 2장의 실리콘 2번의 시트 (각각 0.8 mm × 305 mm × 305 mm의 치수를 가짐)에 (4.3 mil (0.109 mm ) 습윤 필름 두께로) 적용하여 실리콘 2번 층과 알루미늄 층을 함께 라미네이팅하였다. 생성된 코팅된 실리콘 시트를 60℃에서 10분 동안 가열하여 용매를 제거하였다. 그 다음, 코팅된 실리콘 시트들을 개재된 알루미늄 시트 (0.03 mm × 305 mm × 305 mm의 치수를 가짐)에 라미네이팅하고, 생성된 3층 구조체를 100℃에서 가열하여 접착제를 경화시켰다.

3층 구조체의 후면 (인화성 시험동안 화염의 반대쪽에 위치하게 되는 면)을 접착제/촉매 용액으로 코팅하고, 상기한 바와 같이 용매를 제거하였다. 화염(프로판 토치)에 표면을 신속하게 노출시킨 다음 페이퍼를 떼어냄으로써 내고온성 물질의 시트의 양쪽 면으로부터 황색 수분 장벽을 제거하여 노출(bare) 세라믹 천을 제공하였다. 노출 세라믹 천을 3층 구조체의 코팅된 후면에 부착하고, 생성된 4층 구조체를 100℃에서 10분 동안 가열하여 접착제를 경화시켰다.

구조체의 전면 (인화성 시험 동안 화염에 노출되는 면)을 접착제/촉매 용액으로 코팅하고, 상기한 바와 같이 용매를 제거하였다. 그 다음, 생성된 구조체를 100℃에서 3분 동안 가열하여 접착제를 경화시킨 후에, 상기한 바와 같이 수행하여 내고온성 물질의 다른 시트에 적용하였다. 이로써 최외측 층으로서 내고온성 물질을 갖는 5층 구조체를 제공하였다. 그 다음, 인화성 시험을 수행하기 위해 5층 구조체를 8 인치 × 8 인치 (203 mm × 203 mm)의 최종 크기로 절단하였다.

상기에 참조된 FAR 25.856(a) 시험 절차에 따라 실시예 2의 생성된 구조체의 인화성을 시험하였다. 구조체는 시험을 통과하였다(그에 의해, 관련 FAA 규정의 요건을 충족시킴).

실시예 3에 대해서는, 3층 구조체에 내고온성 물질의 층 (또는 그의 인접 접착층)을 추가하지 않은 점을 제외하고는 실시예 2를 본질적으로 반복하였다(하기 표 1 참조). 실시예 2 및 실시예 3의 다층 구조체의 감음 또는 투과 감소 특성을 상기한 절차에 따라 시험하여 운송 차량에서의 음향 성능을 시뮬레이팅하였고, 결과는 도 1에 나타나있다. 내고온성 물질을 포함하지 않은 실시예 3의 다층 구조체에 비해 실시예 2의 다층 구조체에서의 내고온성 물질의 존재는 구조체의 감음 성능을 유의하게 변경시키지 않았다.

실시예 4 및 실시예 5

실시예 4에 대해서는, 3층 구조체에 내고온성 물질의 층 (또는그의 인접 접착층)을 추가하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1을 본질적으로 반복하였다(하기 표 1 참조). 실시예 5에 대해서는, 본질적으로 실시예 4에 기재된 바와 같이 3층 구조체를 제조하였다. 그 다음, 아크릴 접착제 (두께가 0.127 mm인, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한, 3M™ 9472LE-LSE 아크릴 접착제 전사 테이프)를 사용하여 알루미늄 시트(상기와 동일한 치수)를 구조체의 최외측 층(실리콘 1번) 중 하나에 부착한 다음, 생성된 알루미늄 층에 실리콘 1번의 다른 시트(상기와 동일한 치수)를 실리콘 1번의 접착 배킹을 사용하여 부착하여, 구조체를 변형시켰다. 이로써 최외측 층으로서 실리콘 1번을 갖는 5층 구조체를 제공하였다 (하기 표 1 참조).

실시예 4 및 실시예 5의 다층 구조체의 수직 입사 투과 손실을 상기에 기재된 절차에 따라 측정하여 운송 차량에서의 음향 성능을 시뮬레이팅하였고, 결과가 도 2에 나타나있다. 이러한 실험적 투과 손실을 각각의 이론적 수직 입사 질량 법칙 값과 비교하였다. 후자의 값은 하기 식에 따라 계산하였다 (예를 들어, 문헌[R. F. Barron, "Industrial Noise Control and Acoustics, " Marcel Dekker, Inc., New York (2003), p.112] 참조):

여기서, TL_n은 수직 입사 투과 손실 (dB 단위)이고, log₁₀은 밑수가 10인 로그값이며, π는 수학적 상수로 약 3.14이고, M_s는 단위 면적당 다층 구조체 질량 (kg/m²)이고, ρ₁및 c₁은 각각 다층 구조체를 둘러싼 공기 중에서의 밀도 (kg/m³) 및 음속 (m/s)이고, f는 주파수 (Hz)이다. 얻어진 TL_n의 계산치가 또한 도 2에 나타나있다. 실시예 4 및 실시예 5의 다층 구조체의 투과 손실 특성을 또한 상기에 기재된 절차에 따라 시험하여 다양한 온도 조건: 실온 (약 23℃) 및 저온 (약 -79℃) 또는 고온 (약 +100℃) 하에서 운송 차량에서의 음향 성능을 시뮬레이팅하였다. 저온 시험의 경우, 구조체를 2개의 드라이아이스(고체 이산화탄소) 플레이트 사이에서 냉각시켰다. 플레이트 사이의 온도를 열전쌍으로 확인하였다 (≒ -79℃). 고온 시험의 경우, 구조체를 오븐 (서모라인(Thermolyne™) 타입 1300 퍼니스, 모델# F-B1315M, 시리즈 140, 미국 아이오와주 더뷰크 소재의 서모라인 사이브론 코포레이션(Thermolyne Sybron Corporation)으로부터 입수가능)에서 +150℃로 가열하였다. 투과 손실 측정을 실시한 직후의 가열된 구조체의 온도는 (적외선 (IR) 온도계에 의하면) 약 +100℃였다. (구조체를 드라이아이스 플레이트 또는 오븐으로부터 취하여, 구조체를 B&K 임피던스 튜브에 넣고, 측정을 실시한) 총 시험 시간은 약 50초였다. 결과가 도 3 및 도 4에 나타나있다.

본 명세서에 인용된 특허, 특허 문서, 및 간행물에 포함된 참고 설명은 마치 각각이 개별적으로 포함되는 것처럼 전체적으로 참고로 포함된다. 본 발명의 범주 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 다양한 예측할 수 없는 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명을 본 명세서에 설명된 예시적 실시 형태 및 실시예로 부당하게 제한하려는 것이 아니며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 본 명세서에서 하기와 같이 설명된 특허청구범위에 의해서만 제한하려는 본 발명의 범위와 함께 단지 예로서 제시된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

(a) 제1 밀도를 가진 제1 매질에 배치되고 상기 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질로 제조된 구조체의 사실상 주기적인 적어도 하나의 배열 - 여기서, 상기 제1 및 제2 매질 중 하나는 종방향 음파의 진행 속도와 횡방향 음파의 진행 속도를 가진 점탄성 매질이고, 상기 종방향 음파의 진행 속도는 상기 횡방향 음파의 진행 속도의 30배 이상이고, 상기 제1 및 제2 매질 중 다른 하나는 점탄성 또는 탄성 매질임 - 을 포함하는 적어도 하나의 방음벽을 포함하는 적어도 하나의 차음 장치를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 차음 장치를 운송 차량의 음원 영역과 음 수신 영역 사이에 개재시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 점탄성 매질은 점탄성 고체, 점탄성 액체, 및 그 조합으로부터 선택되는 방법.
제2항에 있어서, 상기 점탄성 고체 및 상기 점탄성 액체는 고무질 중합체 조성물들 및 그 조합으로부터 선택되는 방법.
제3항에 있어서, 상기 고무질 중합체 조성물은 탄성중합체, 점탄성 액체, 및 그 조합으로부터 선택되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 매질 중 상기 다른 하나는 탄성 매질인 방법.
제5항에 있어서, 상기 탄성 매질은 금속, 금속 합금, 유리질 중합체, 복합 물질, 및 그 조합으로부터 선택되는 탄성 고체인 방법.
제1항에 있어서, 상기 구조체의 사실상 주기적인 배열은 상기 제1 및 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태의 1차원 배열인 방법.
제7항에 있어서, 상기 다층 구조체는 점탄성 매질과 탄성 매질의 교대 층을 포함하며, 상기 점탄성 매질은 탄성중합체 및 그 조합으로부터 선택되며, 상기 탄성 매질은 금속, 금속 합금, 유리질 중합체, 및 그 조합으로부터 선택되는 방법.
제8항에 있어서, 상기 점탄성 매질은 실리콘 고무, (메트)아크릴레이트 중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 블록 공중합체, 셀룰로오스 중합체, 유기 중합체와 폴리다이오르가노실록산 폴리아미드 블록 공중합체의 블렌드, 네오프렌, 및 그 조합으로부터 선택되며; 상기 탄성 매질은 구리, 알루미늄, 구리 합금, 알루미늄 합금, 및 그 조합으로부터 선택되는 방법.
제7항에 있어서, 상기 다층 구조체는 층 두께가 0.75 mm 내지 1.25 mm인 점탄성 물질과 층 두께가 0.025 mm 내지 1 mm인 탄성 물질의 3 내지 10개의 교대 층을 포함하며, 상기 다층 구조체는 치수가 1 mm 내지 10 mm 범위인 방법.
제10항에 있어서, 상기 다층 구조체는 상기 점탄성 물질과 상기 탄성 물질의 3 내지 5개의 교대 층을 포함하며; 상기 점탄성 물질은 실리콘 고무, 아크릴레이트 중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 및 그 조합으로부터 선택되고; 상기 탄성 물질은 알루미늄, 에폭시 수지, 알루미늄 합금, 및 그 조합으로부터 선택되며; 상기 다층 구조체는 치수가 2 mm 내지 4 mm 범위인 방법.
제1항에 있어서, 상기 방음벽은 800 Hz 내지 1500 Hz 범위에 걸쳐 20 dB 이상의 투과 손실을 제공하며 모든 치수의 크기가 20 cm 이하인 방법.
제7항에 있어서, 상기 방음벽은 800 Hz 내지 1500 Hz 범위에 걸쳐 20 dB 이상의 투과 손실을 제공하며 모든 치수의 크기가 20 cm 이하인 방법.
제1항에 있어서, 상기 차음 장치는 적어도 하나의 내고온성 물질을 추가로 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 내고온성 물질은 화염 전파 내성이면서 화염 관통 내성이거나, 또는 용락 내성인 물질인 방법.
(a) 제1 밀도를 가진 제1 매질 및 상기 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태인 구조체의 1차원의, 사실상 주기적인 적어도 하나의 배열 - 여기서, 상기 제1 및 제2 매질 중 하나는 종방향 음파의 진행 속도와 횡방향 음파의 진행 속도를 가진 점탄성 매질이고, 상기 종방향 음파의 진행 속도는 상기 횡방향 음파의 진행 속도의 30배 이상이고, 상기 제1 및 제2 매질 중 다른 하나는 점탄성 또는 탄성 매질임 - 을 포함하는 적어도 하나의 방음벽을 포함하는 적어도 하나의 차음 장치를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 차음 장치를 비행기, 기차, 자동차, 보트, 및 그 조합으로부터 선택되는 운송 차량의 음원 영역과 음 수신 영역 사이에 개재시키는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 매질은 실리콘 고무이며, 상기 제2 매질은 알루미늄이고/이거나, 상기 차음 장치는 적어도 하나의 내고온성 물질을 추가로 포함하는 방법.
(a) 제1 밀도를 가진 제1 매질에 배치되고 상기 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 가진 제2 매질로 제조된 구조체의 사실상 주기적인 적어도 하나의 배열 - 여기서, 상기 제1 및 제2 매질 중 하나는 종방향 음파의 진행 속도와 횡방향 음파의 진행 속도를 가진 점탄성 매질이고, 상기 종방향 음파의 진행 속도는 상기 횡방향 음파의 진행 속도의 약 30배 이상이고, 상기 제1 및 제2 매질 중 다른 하나는 점탄성 또는 탄성 매질임 - 을 포함하는 적어도 하나의 방음벽; 및 (b) 적어도 하나의 내고온성 물질을 포함하는 차음 장치.
제18항에 있어서, 상기 구조체의 사실상 주기적인 배열은 상기 제1 및 제2 매질의 교대 층을 포함하는 다층 구조체 형태의 1차원 배열인 차음 장치.
제18항에 있어서, 상기 내고온성 물질은 화염 전파 내성이면서 화염 관통 내성이거나, 또는 용락 내성인 물질인 차음 장치.