WO2017135409A1 - 遮音シート部材、及びこれを用いた遮音構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] ゴム弾性を有するシート、及び複数の共振部を少なくとも備え、
該共振部は、該シートのシート面に接して設けられ、
該共振部は、基部及び錘部を備え、
該錘部は、該基部に支持され且つ該基部より大きな質量を有するものである、遮音シート部材。
[2]前記シートが、熱又は光硬化性エラストマー、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を含有する、[1]に記載の遮音シート部材。
[3]前記シートが、0.01MPa以上、100MPa以下のヤング率を有する、[1]又は[2]に記載の遮音シート部材。
[4]前記基部は、熱又は光硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、熱又は光硬化性樹脂、及び熱可塑性樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種を含有する、[1]~[3]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[5]前記シート及び前記共振部が一体成形物であり、熱又は光硬化性エラストマー、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を共に含有するものである、[1]~[4]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[6]前記錘部が、金属、合金、及び無機ガラスよりなる群から選択される少なくとも1種を含有する、[1]~[5]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[7]前記錘部の少なくとも一部が、前記基部に埋設されている、[1]~[6]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[8]前記錘部は、前記基部に向かって設けられた凸部を有する、[1]~[7]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[9]前記遮音シート部材が、少なくとも1以上のリブ状突起部をさらに備え、
該リブ状突起部は、前記シートのシート面に上に接して設けられ、且つ、シート法線方向の高さが前記共振部よりも高いものである、[1]~[8]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[10]前記シートのシート長さ方向に延在するように、前記リブ状突起部が設けられている、[9]に記載の遮音シート部材。
[11]前記シートのシート長さ方向に沿って、複数の前記リブ状突起部が離間配置されている、[9]又は[10]に記載の遮音シート部材。
[12]前記シート、前記共振部及び前記リブ状突起部が一体成形物であり、熱又は光硬化性エラストマー、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を共に含有するものである、[9]~[11]のいずれかに記載の遮音シート部材。
[13] [1]~[12]のいずれかに記載の遮音シート部材、及び支持体を少なくとも備え、
該支持体は、該遮音シート部材の前記シートの少なくとも一方の面に接して設けられ、且つ、前記シートを支持するものである、遮音構造体。
[14]前記支持体が、1GPa以上のヤング率を有する、[13]に記載の遮音構造体。
[15] [1]~[12]のいずれかに記載の遮音シート部材と、難燃性及び/又は不燃性の部材とを含む、遮音構造体。
[16] [1]~[12]のいずれかに記載の遮音シート部材を含む積層体である、遮音構造体。
[17]以下工程を含むものである、遮音シート部材の製造方法。
(1) 複数のキャビティを有する金型を準備し、金型に設けられた複数のキャビティに錘を配置する工程。
(2)キャビティ内に樹脂材料及び/又は高分子材料を流し込む工程。
(3)流し込まれた樹脂材料及び/又は高分子材料を硬化する工程。
(4)得られた硬化物を金型より剥離する工程。
[18]前記キャビティの底の形状が、半球状である、[17]に記載の遮音シート部材の製造方法。
図1及び図2は、本実施形態の遮音シート部材100及び遮音構造体200を示す概略斜視図、及びそのII-II矢視断面図である。遮音シート部材100は、ゴム弾性を有するシート11と、このシート11のシート面11a上に接して設けられた複数の共振部21と、同シート面11a上に設けられた少なくとも1以上のリブ状突起部31とを備えている。この遮音シート部材100は、シート11のシート面11b側に設けられた支持体51に支持されており、これにより遮音構造体200が構成されている。
シート11は、ゴム弾性を有するシートである。特に限定されないが、樹脂(有機高分子)の分子運動等に起因して、ゴム弾性を有するものであってもよい。このシート11は、騒音源から音波が入射された際に、ある周波数で振動する振動子(共振器)としても機能し得るものである。
シート11を構成する材料としては、熱又は光硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。厚みが増すにつれ、照射する光が中心部まで届きにくくなる場合があるため、熱硬化性エラストマー又は熱可塑性エラストマーを用いることがより好ましい。
具体的には、化学架橋された天然ゴム或いは合成ゴム等の加硫ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム等の熱硬化性樹脂系エラストマー等の熱硬化性エラストマー;オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーンゴム系熱可塑性エラストマー、アクリル系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー、アクリル系光硬化性エラストマー、シリコーン系光硬化性エラストマー、エポキシ系光硬化性エラストマー等の光硬化性エラストマーが例示される。より具体的には、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレン-プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリエステルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、及びこれらの変性体等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリエステルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム及びこれらの変性体が好ましく、耐熱性や耐寒性に優れる等の観点から、シリコーンゴム、アクリルゴム及びこれらの変性体がより好ましい。
共振部21は、騒音源から音波が入射された際に、ある周波数で振動する振動子(共振器)として機能するものである。本実施形態の共振部21は、基部22と、この基部22に支持され且つこの基部22より大きな質量を有する錘部23とを備える複合構造体から構成されている。このような複合構造体とすることで、共振部21は、錘として働く錘部23の質量と、バネとして働く基部22のバネ定数により決定される共振周波数を持つ共振器として有効に機能する。
本実施形態において、略円柱状の外形形状を有する基部22が、シート11のシート面11a上に複数接して設けられており、この基部22の内部に、略円柱状の外形形状を有する錘部23がそれぞれ埋設されている。基部22の外形形状は、特に限定されず、三角柱状、矩形柱状、台形柱状、5角柱や6角柱等の多角柱状、円柱状、楕円柱状、角錐台状、円錐台状、角錐状、円錐状、中空筒状、分岐形状、これらに分類されない不定形状等、任意の形状を採用することができる。また、基部22の高さ位置によって異なる断面積及び/又は断面形状を有する柱状に形成することもできる。
熱又は光硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーとしては、シートで例示したものが挙げられる。熱又は光硬化性樹脂としては、アクリル系熱硬化性樹脂、ウレタン系熱硬化性樹脂、シリコーン系熱硬化性樹脂、エポキシ系熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリエステル系熱可塑性樹脂、アクリル系熱可塑性樹脂、ウレタン系熱可塑性樹脂、ポリカーボネート系熱可塑性樹脂等が挙げられる。
具体例としては、化学架橋された天然ゴム或いは合成ゴム等の加硫ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリエステルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム及びこれらの変性体等のゴム類;ポリアクリロニトリル、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、ポリ塩化ビニル、ポリクロロトリフロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリノルボルネン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、オキサジン樹脂等のポリマー類等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、基部22は、これらの高分子材料中に空孔(空気等の気体)を含む多孔質体であってもよい。さらに、基部22は、鉱物油、植物油、シリコーン油等の液体材料を含んでいてもよい。なお、基部22が液体材料を含む場合には、液体材料の外部への流出を抑制する観点から、高分子材料中に封じ込めておくことが望ましい。
錘部23は、上述した基部22より大きな質量を有するものであれば特に限定されない。本実施形態においては、最大直径が基部22よりも小さな略円柱状に形成されており、共振部21の先端側において基部22内に埋設されている。このように共振器の錘として働く錘部23がバネ定数を決定する基部22に支持された構成を採用しているため、例えば基部22の形状或いは素材(弾性率、質量)の変更によるバネ定数の調整や、錘部23の質量の変更によって、共振部21の共振周波数の制御を容易に行うことができる。一般的には、基部22の弾性率が小さくなると音響バンドギャップは低周波数側にシフトする傾向にある。また、錘部23の質量が大きくなると、音響バンドギャップは低周波数側にシフトする傾向にある。
本発明の遮音シート部材は、リブ状突起部31を有していてもよい。本実施形態において、リブ状突起部31は、シート11の長さ方向(シート流れ方向、MD方向)に延在するようにそれぞれ外形略板状に成形されている。このリブ状突起部31は、シート11のシート面11a上、より具体的にはシート11の幅方向(シート流れ方向に垂直方向、TD方向)の縁部の2箇所に、それぞれ設けられている。
本発明の遮音シート部材は、遮音性能を発現させる環境に合わせ適宜設置することができる。例えば、遮音シート部材を装置、構造体上等に直接設置してもよい。遮音シート部材と装置、構造体等の間には、接着層等を設けてもよい。また、遮音シート部材を支持体が支持した形態で用いてもよい。本発明の遮音シート部材を用いて遮音する際に、支持体が遮音シート部材を支持すればよく、製造、保管時等は支持体に支持されていなくてもよい。
支持体は遮音シート部材のシートの少なくとも一方の面に接して設けられていればよく、共振部が接して設けられているシート面上及び/又は共振部が接して設けられているシート面の他方の面に設けられていてもよい。
また、遮音シート部材を装置、構造体上等に直接設置する場合において、遮音シート部材を設置する面は、シートを支持する観点、遮音性能を高める観点等から上記支持体と同様の剛性を有することが好ましい。
図7及び図8は、本実施形態の遮音シート部材101及び遮音構造体201を示す概略斜視図、及びその矢視断面図である。本実施形態においては、共振部の設置数、基部及び錘部の形状、並びに、リブ状突起部の形状及び設置数が異なること以外は、上述した第1実施形態の遮音シート部材100及び遮音構造体200と同等の構成を有するため、ここでの重複した説明は省略する。
図19は、本実施形態の遮音シート部材102を示す概略斜視図、及びそのXX-XX矢視断面図 (図20)である。遮音シート部材102は、ゴム弾性を有するシート11と、このシート11のシート面11a上に設けられた複数の共振部21とを備えている。本実施形態においては、共振部の設置数、基部及び錘部の形状、並びに、リブ状突起部及び支持体が設置されていないこと以外は、上述した第1及び第2実施形態の遮音シート部材100又は101、遮音構造体200又は201と同等の構成を有するため、ここでの重複した説明は省略する。
錘部の外形形状も特に限定されず、球状、半球状、立方体、直方体等の多面体、板状等、適宜調整することができる。
本発明の遮音シート部材及び遮音構造体の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下(1)~(4)工程を含んでいてもよい。
(1)複数のキャビティを有する金型を準備し、金型に設けられた複数のキャビティに錘を配置する工程。
(2)キャビティ内に樹脂材料及び/又は高分子材料を流し込む工程。
(3)流し込まれた樹脂材料及び/又は高分子材料を硬化する工程。
(4)得られた硬化物を金型より剥離する工程。
上記(1)~(4)工程は、後述する実施形態で示した製造方法の記載に準じて実施することができる。
(2)工程において、キャビティの形状は特に限定されないが、例えば底の形状は半球状、平面状、凸状、凹状等適宜選択することができる。例えば、キャビティの形状が半球状であることで、キャビティに配置する錘の位置が半球状の頂点に定まりやすくなり、遮音シート部材に設けた複数の共振部において錘部の位置が一定となりやすい傾向にある。
遮音シート部材100は、シート11のシート面11a上に、上述した共振部21とリブ状突起部31を設けることで得ることができる。共振部21及びリブ状突起部31の設置方法は、特に限定されない。例えば、別個成形した各部品を、加熱加圧又は加圧して圧着する方法、各種公知の接着剤を用いて接着する方法、熱溶着、超音波溶着、レーザー溶着等で接合する方法等が例示される。接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ポリウレタン樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、ポリオレフィン樹脂系接着剤、ポリビニルブチラール樹脂系接着剤、及び、これらの混合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。なお、共振部21の一部若しくは全体、及びリブ状突起部31は、上記成形方法によって得られたゴム板を打ち抜くことによっても形成可能である。また、共振部21の一部が金属や合金である場合には、金属や合金を切削加工等することで形成可能である。
樹脂材料や高分子材料としては、特に限定されない。例えば、本発明の遮音シート部材であるシート、基部等で例示した材料及びそれらの原料・中間体等が挙げられる。
本実施形態の遮音シート部材100~103及び遮音構造体200~201においては、ゴム弾性を有するシート11のシート面11a上に接して複数の共振部21が設けられた構成となっている。そのため、騒音源から音波が入射された際に、質量則を凌駕する高い遮音性能を得ることができる。ここで、本実施形態の遮音シート部材100~103及び遮音構造体200~201においては、基部22の形状或いは素材(弾性率、質量)の変更によるバネ定数の調整や、錘部23の質量の変更等によって、共振部21の共振周波数の制御を容易に行うことができる。その上さらに、シート11の素材や厚み等によっても周波数帯域(音響バンドギャップ幅や周波数位置)を制御可能である。したがって、本実施形態の遮音シート部材100~103及び遮音構造体200~201は、従来のものに比して、遮音周波数選択の自由度や設計自由度に優れる。
本発明の遮音シート部材は遮音構造体として用いることができる。前述の実施形態に示したように遮音構造体は支持体、リブ状突起部等を有していてもよい。
また、本発明の遮音シート部材の利用法の一例として、モーターやポンプ等の機械装置から発する音や金属配管類や樹脂配管類から発する音の減消音用として、機械装置の本体やカバー類に取り付けたり、金属配管、樹脂配管等に巻き付けたりといった利用法が考えられる。
難燃性及びまたは不燃性の筐体は、加熱により硬化して火災時の高温の熱によっても溶融しない部材、又は、火熱が加えられても一定時間は燃焼せずに一定の形状を保つ部材であり、熱硬化性樹脂組成物又は難燃性材料難燃(準不燃材料、不燃材料を含む。)により形成される。
熱硬化性樹脂組成物としては、特に限定されるものではないが、耐熱性の高い熱硬化性アクリル樹脂組成物や熱硬化性エポキシ樹脂組成物、ポリイミド系樹脂等が挙げられる。
難燃性材料としては、グラスウール、ロックウール、セラミックウール、ケイ酸質繊維、炭素繊維、シリカアルミナ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維などの無機繊維、石膏やコンクリート等を板状に加工したもの、又はこれら石膏やコンクリート等に前述無機繊維類を配合し板状に加工したもの、鋼、鉄、銅、アルミニウムなどの金属、アルミガラスクロス、ウレタン樹脂などの樹脂成分に赤リンなどの難燃剤を含ませた難燃性樹脂組成物等が挙げられる。
Sylgard 184(東レ・ダウコーニング株式会社)をステンレス製の容器に流し込み150℃で15分加熱することで、3mm厚のシリコーンゴムシートを作製した。作製されたシリコーンゴムのヤング率は動的粘弾性装置DVA-200s(アイティー計測制御株式会社製)により測定され、25℃、10Hzで、10MPaであった。また、密度は1.04g/cm3であった。その後、直径6mm、高さ3mmの円柱形状に該シリコーンゴムシートを打ち抜くことにより、共振凸部の基部を作製した。共振凸部の基部1つ当たりの質量は0.09gであった。また、密度が19.3g/cm3であるタングステンを直径6mm、高さ3mmの円柱形状に切削加工することにより、共振凸部の錘部を作製した。共振凸部の錘部1つ当たりの質量は1.6gであった。
得られた円柱形状の基部を、厚さ0.2mm、ヤング率3.4MPa(25℃、10Hz)のシリコーンゴムシート(三菱樹脂株式会社製)上に圧着した。次いで、円柱形状の基部の上面に、円柱形状の錘部を圧着することで、実施例1の遮音シート部材を作製した。その後、得られた遮音シート部材を、0.5mm厚のアルミニウム板に圧着して貼り付けることにより、実施例1の遮音構造体を作製した。
実施例1の遮音構造体から共振部をすべて取り除くことにより、比較例1の遮音構造体を作製した。また、厚さ0.2mmのシリコーンゴムシートを用いずに、0.5mm厚のアルミニウム板上に基部を直接圧着し、この基部の上面に円柱形状の錘部を接着することにより、比較例2の遮音構造体を作製した。さらに、0.5mm厚のアルミニウム板上に錘部をアロンアルファ201(東亜合成株式会社製)で接着することにより、比較例3の遮音構造体を作製した。
実施例1のタングステン製の円柱形状の錘部を、厚さ0.2mm、ヤング率3.4MPa(25℃、10Hz)のシリコーンゴムシート(三菱樹脂株式会社製)上に圧着することにより、遮音シート部材を作製した。その後、得られた遮音シート部材を、0.5mm厚のアルミニウム板に圧着して貼り付けることにより比較例4の遮音構造体を作製した。
また、実施例1シリコーンゴム製の円柱形状の基部を、厚さ0.2mm、ヤング率3.4MPa(25℃、10Hz)のシリコーンゴムシート(三菱樹脂株式会社製)上に圧着することにより、遮音シート部材を作製した。その後、得られた遮音シート部材を、0.5mm厚のアルミニウム板に圧着して貼り付けることにより比較例5の遮音構造体を作製した。
作製した遮音構造体を、内寸700mm×600mm×500mm(容積0.21m3)の音源室上部の開口部(210mm×300mm)に取りつけ、遮音構造体の中央部で共振部の重ならないシート表面の面外方向への振動振幅を、レーザードップラー振動計(OFV2500、CLV700(ポリテック株式会社))を用いて測定した。音源室内部に設置したスピーカー(101MM(ボーズ株式会社))からホワイトノイズを放射し、ランダムな方向から試験体に音波が入射されるようにした。測定結果を図12~17に示す。
次に、非特許文献3に記載の方法により、音響バンドギャップを有限要素法により推算した。各構成のユニットセルの概略図を図18に示し、音響バンドギャップの推算結果を、構成部材のサイズ、材料、物性と併せて、表1に示す。
11a シート面
11b シート面
21 共振部
22 基部
23 錘部
24 基部
25 錘部
25a 凸部
25b 凸部
25c 凸部
31 リブ状突起部
32 リブ状突起部
51 支持体
61 金型
61a キャビティ
61b キャビティ
100 遮音シート部材
101 遮音シート部材
102 遮音シート部材
200 遮音構造体
201 遮音構造体
202 遮音構造体
H1 最大高さ
H2 最大高さ
r 半径
h 高さ
a シート長さ
I 錘部
ii 基部
iii シート
iv 支持体
Claims (18)
- ゴム弾性を有するシート、及び複数の共振部を少なくとも備え、
該共振部は、該シートのシート面に接して設けられ、
該共振部は、基部及び錘部を備え、
該錘部は、該基部に支持され且つ該基部より大きな質量を有するものである、遮音シート部材。 - 前記シートが、熱又は光硬化性エラストマー、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1に記載の遮音シート部材。
- 前記シートが、0.01MPa以上、100MPa以下のヤング率を有する、請求項1又は2に記載の遮音シート部材。
- 前記基部は、熱又は光硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、熱又は光硬化性樹脂、及び熱可塑性樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の遮音シート部材。
- 前記シート及び前記共振部が一体成形物であり、熱又は光硬化性エラストマー、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を共に含有するものである、請求項1~4のいずれか一項に記載の遮音シート部材。
- 前記錘部が、金属、合金、及び無機ガラスよりなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の遮音シート部材。
- 前記錘部の少なくとも一部が、前記基部に埋設されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の遮音シート部材。
- 前記錘部は、前記基部に向かって設けられた凸部を有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の遮音シート部材。
- 前記遮音シート部材が、少なくとも1以上のリブ状突起部をさらに備え、
該リブ状突起部は、前記シートのシート面に上に接して設けられ、且つ、シート法線方向の高さが前記共振部よりも高いものである、請求項1~8のいずれか一項に記載の遮音シート部材。 - 前記シートのシート長さ方向に延在するように、前記リブ状突起部が設けられている、請求項9に記載の遮音シート部材。
- 前記シートのシート長さ方向に沿って、複数の前記リブ状突起部が離間配置されている、請求項9又は10に記載の遮音シート部材。
- 前記シート、前記共振部及び前記リブ状突起部が一体成形物であり、熱又は光硬化性エラストマー、及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択される少なくとも1種を共に含有するものである、請求項9~11のいずれか一項に記載の遮音シート部材。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載の遮音シート部材、及び支持体を少なくとも備え、
該支持体は、該遮音シート部材の前記シートの少なくとも一方の面に接して設けられ、且つ、前記シートを支持するものである、遮音構造体。 - 前記支持体が、1GPa以上のヤング率を有する、請求項13に記載の遮音構造体。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載の遮音シート部材と、難燃性及び/又は不燃性の部材とを含む、遮音構造体。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載の遮音シート部材を含む積層体である、遮音構造体。
- 以下工程を含むものである、遮音シート部材の製造方法。
(1) 複数のキャビティを有する金型を準備し、金型に設けられた複数のキャビティに錘を配置する工程。
(2)キャビティ内に樹脂材料及び/又は高分子材料を流し込む工程。
(3)流し込まれた樹脂材料及び/又は高分子材料を硬化する工程。
(4)得られた硬化物を金型より剥離する工程。 - 前記キャビティの底の形状が、半球状である、請求項17に記載の遮音シート部材の製造方法。
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