WO2021132715A1 - 遮音構造体 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sound insulation structure.
- vibration-damping and sound-insulating members have been required in buildings due to high-rise buildings and the like, and lightweight vibration-damping and sound-insulating members have also been required in vehicles in order to improve energy efficiency. Further, in order to improve the degree of freedom in designing buildings, vehicles and their equipment, vibration damping and sound insulating members capable of dealing with complicated shapes are required.
- the characteristics of vibration damping and sound insulating members follow the so-called mass law. That is, the transmission loss, which is an index of the amount of noise reduction, is determined by the logarithm of the product of the mass of the vibration damping sound insulating member and the frequencies of elastic waves and sound waves. Therefore, in order to increase the amount of noise reduction at a certain frequency, the mass of the vibration damping sound insulating member must be increased. However, in the method of increasing the mass of the vibration damping sound insulating member, the amount of noise reduction is limited due to the restriction of the mass of buildings and vehicles.
- the member structure has been improved conventionally.
- a method of using a combination of a plurality of rigid flat plates such as gypsum board, concrete, steel plate, glass plate, resin plate, a method of forming a hollow double wall structure or a hollow triple wall structure using gypsum board, etc. It has been known.
- a sound insulation plate using a plate-type acoustic metamateryl that uses a combination of a high-rigidity flat plate material and a resonator has been proposed.
- sound insulation is provided on an aluminum substrate by providing a plurality of independent stump-shaped protrusions (resonators) made of silicone rubber and tungsten or a plurality of independent stump-shaped protrusions (resonators) made of rubber on an aluminum substrate.
- a sound insulation plate (see Non-Patent Document 3) in which a plurality of independent stump-shaped protrusions (resonators) composed of a plate (see Non-Patent Documents 1 and 2), silicone rubber or silicone rubber and a lead cap are provided on an epoxy substrate. ) has been proposed. Further, a sheet having viscoelasticity and a sound insulating sheet member having a resonance portion having a base portion and a weight portion have been proposed (Patent Document 1). Further, there is a disclosure of a structure in which a vibration damping sound insulating material is bonded and laminated via an elastic adhesive (Patent Document 2).
- the sound insulation sheet described in Patent Document 1 is relatively lightweight, yet has high sound insulation performance that surpasses the mass rule, and is excellent in manufacturability and durability.
- various bonding methods, materials, and conditions Only the statement that the method is possible has not been fully examined in detail. That is, the installation method is not particularly limited, and for example, a method of heating and pressurizing or pressurizing and crimping each separately molded part, a method of adhering using various known adhesives, heat welding, ultrasonic welding, and laser. A method of joining by welding or the like is exemplified.
- the adhesive examples include epoxy resin adhesives, acrylic resin adhesives, polyurethane resin adhesives, silicone resin adhesives, polyolefin resin adhesives, polyvinyl butyral resin adhesives, and mixtures thereof. However, these have not been examined in particular detail. However, according to the examination of the applicant, it has been found that the sound insulation effect is not sufficient or the frequency band in which the sound insulation effect is generated shifts depending on the mode (film thickness, properties) of the adhesive layer formed by the adhesive. It was.
- the present invention has been made in view of such background technology.
- the object (problem) is to provide a sound insulation structure that can obtain a sufficient sound insulation effect even when an adhesive layer is provided and that the frequency band in which the sound insulation effect is generated is less likely to shift. ..
- the present invention is not limited to the purpose described here, and it is an action and effect derived by each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and it is also possible to exert an action and effect that cannot be obtained by the conventional technique. It can be positioned as another purpose.
- the present inventors install the sheet with an adhesive layer having a specific mechanical property value and shape. We have found that the above problems can be solved by using the sound insulation structure, and have completed the present invention.
- a sound insulating member having a sheet-shaped sheet portion and a plurality of convex portions provided on the sheet portion, and an adhesive provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side on which the convex portions are provided.
- a sound insulation structure having at least layers and satisfying the following formula (1).
- a sound insulating member having a sheet-shaped sheet portion and a plurality of convex portions provided on the sheet portion, and provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side on which the convex portions are provided.
- Normalized natural frequency shift amount (%) ((design natural frequency)-(natural frequency)) ⁇ (design natural frequency) Design natural frequency (Hz): Natural frequency calculated under the condition of not having an adhesive layer Natural frequency (Hz): Natural frequency calculated under the condition of having an adhesive layer [3] Sheet-shaped sheet portion and the sheet It has a sound insulating member having a plurality of convex portions provided on the portion, and an adhesive layer provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side where the convex portions are provided, and the elasticity of the adhesive layer.
- the adhesive layer contains one or more resins selected from the group consisting of silicone-based resins, epoxy-based resins, and cyanoacrylate-based resins, and these resins in the adhesive layer.
- a sound insulation structure according to any one of [1] to [9], wherein the adhesive layer contains an inorganic filler, and the content ratio of the inorganic filler in the adhesive layer is 1% by weight or more. .. [11]
- a sound insulating member having a sheet-shaped sheet portion and a plurality of convex portions provided on the sheet portion, and an adhesive provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side on which the convex portions are provided.
- It has a step of forming a sound insulating member having a plurality of convex portions on one surface of the sheet portion, and a step of providing an adhesive layer on the sound insulating member, and also A method for manufacturing a sound insulation structure that satisfies the following formula (1).
- the present invention it is possible to provide a sound insulation structure in which a sufficient sound insulation effect can be obtained even when an adhesive layer is provided, and the frequency band in which the sound insulation effect is generated is less likely to shift.
- FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. It is a schematic perspective view which shows the sound insulation structure which concerns on this embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. It is a figure which shows the simple model which shows the operation principle of the sound insulation structure which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the simple model which shows the operation principle of the sound insulation structure which concerns on this embodiment. It is a graph which shows the load displacement amount curve obtained by the measurement of a push-in type hardness tester. It is sectional drawing of the sound insulation structure which concerns on this embodiment.
- FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
- (A) is a schematic perspective view showing a resonance portion including a base portion and a weight portion having a through hole
- (b) is a schematic perspective view showing a weight portion having a through hole.
- the sound insulation structure according to an embodiment of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “sound insulation structure”) is a sheet-shaped sheet portion, a sound insulation member having a plurality of convex portions provided on the sheet portion, and the convex portion. It is a sound insulation structure having at least an adhesive layer provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side on which the portion is provided, and which satisfies the following formula (1).
- the sound insulation structure preferably has an adherend to which the sound insulation structure is adhered via an adhesive layer.
- 1 and 2 are schematic perspective views showing a mode in which the adherend is provided on the sound insulation structure according to the first embodiment of the present embodiment (hereinafter, also referred to as “sound insulation structure 1”). And its II-II arrow cross-sectional view.
- the sound insulation structure 1 is an adhesive that adheres the sound insulation member to the sheet-shaped sheet portion 10 and the sound insulation member 12, the adherend 13, and the adherend 13 having a plurality of convex portions 11 provided on the sheet portion. It has an agent layer 14.
- the convex portion is composed of a resonance portion, but the protrusions shown in FIGS.
- the convex portion is also referred to as a resonance portion, except for the description regarding the protruding portion.
- the convex portion 11 and the protruding portion 31 as the resonance portion are described separately, but the protruding portion is a concept included in the convex portion.
- the sound insulation structure 1 for example, when a sound wave is incident from a noise source on the adherend 13 side, resonance of the sheet portion 10 and / or the resonance portion 11 occurs.
- a frequency region in which the direction of the force acting on the adherend 13 and the direction of the acceleration generated in the seat portion 10 and / or the resonance portion 11 are opposite can exist, and a part or all of the vibration of a specific frequency can be present.
- a complete acoustic band gap is created in which vibration of a specific frequency is almost completely eliminated. Therefore, in the vicinity of the resonance frequency of the seat portion 10 and / or the resonance portion 11, part or all of the vibration is stationary, and as a result, high sound insulation performance that surpasses the mass law can be obtained while being relatively lightweight. Sound insulation members that utilize such a principle are called acoustic metamaterials.
- the resonance frequency of the resonance portion 11 is adjusted by adjusting the spring constant by changing the shape, density distribution or material (storage elastic modulus, mass) of the resonance portion 11, or by changing the mass of the weight portion 22 shown in FIG. 3, which will be described later. Can be easily controlled. Furthermore, the frequency band (acoustic bandgap width and frequency position) can be controlled by the material and thickness of the sheet portion 10. Therefore, the sound insulation structure 1 is superior in the degree of freedom in selecting the sound insulation frequency and the degree of freedom in design as compared with the conventional one. Further, since the sound insulating member 12 has viscoelasticity, even if the adherend 13 is a non-flat surface having a curved surface or the like, the stretchable and flexible sheet portion 10 can follow the surface shape thereof. As a result, the seat portion 10 can be stably mounted on the adherend 13. Therefore, the sound insulation structure 1 according to the present embodiment is excellent in handleability and versatility as compared with the conventional one.
- the sheet portion 10 and the resonance portion 11 are integrally molded, a plurality of resonance portions 11 (resonators) can be installed at once, so that the manufacturability and the handleability are remarkably improved.
- the rib-shaped protrusions 31 and the columnar protrusions 32 shown in FIGS. 12 and 13 described later are provided, the sound insulation member is provided because the protrusions having a maximum height higher than the maximum height of the resonance portion 11 are arranged. In the manufacturing stage of 12, even if the sound insulating member 12 is wound into a sheet or a plurality of sheets are overlapped with each other, the protrusion functions as a spacer and the contact of the resonance portion 11 with the back surface of the sheet portion 10 is suppressed.
- the sound insulation structure can obtain a higher sound insulation performance, specifically, an effect that the frequency band in which the sound insulation effect is generated is less likely to shift.
- the sound insulation performance in the present invention can be described by using a simple model including a resonator having a spring portion as a unit as an operating principle as shown in FIG.
- the arrow in FIG. 5 indicates the resonance direction.
- the circle notation is the weight having the weight of the convex portion
- the square notation is the adherend
- the spring on the circle notation side is the spring corresponding to the seat portion and the convex portion
- the spring on the square notation side Indicates the spring corresponding to the adhesive layer. In other words, it approximates the resonance phenomenon of the spring constant of the seat portion and the convex portion K A, and the spring constant of the adhesive portion as a series spring and K B.
- a rod-shaped spring having a constant protrusion cross-sectional area such as a cylinder or a prism is used according to the model shown in FIG. Make some assumptions.
- the relationship between the load F and the elongation L in the rod-shaped spring is expressed by the following equation (S2).
- the arrow in FIG. 6 indicates the resonance direction.
- ⁇ F (EA ⁇ L / L) (S2)
- the above formula (1) preferably satisfies the formula (1)', and ⁇ in the formula (1)'is 0. If it is 5 or more, it is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing the deviation of the frequency band in which the sound insulation effect is generated, it is preferably 5, more preferably 50, and even more preferably 100. The upper limit is not particularly required, but is usually 50,000 or less.
- E_blue, I_blue, E_membrane, and H in the above formula (1)' are the same as E_blue, I_blue, E_membrane, and H in the above formula (1).
- the storage elastic modulus of the adhesive layer with respect to the average thickness of the adhesive layer is made larger than the storage elastic modulus of the sheet portion and the convex portion with respect to the average height of the sheet portion and the convex portion by a certain amount or more. Since the vibration of the body is sufficiently transmitted to the sound insulation member, the sound insulation effect can be obtained at the target frequency.
- the storage elastic modulus of the adhesive layer is small, or when the average film thickness of the adhesive layer is large, that is, when the left side of the equation (1) is small, the movement of the adhesive layer due to the vibration of the adherend of the adhesive layer It cannot be ignored, and as a result, it becomes difficult to obtain a sound insulation effect at the target frequency.
- Patent Document 2 Although there are conventional techniques such as Patent Document 2 in which an adhesive is used when installing a sound insulating material or the like, the storage elastic modulus of the adhesive layer is generally reduced for the purpose of cushioning the impact. .. If the storage elastic modulus of the adhesive layer is small, the left side becomes small, so that it is generally difficult to obtain a sound insulation effect at a target frequency. Therefore, when the storage elastic modulus of the adhesive layer is larger than 10 MPa, the formula (1) can be easily satisfied, although it depends on the relationship with other values.
- the sound insulating member 12 has a sheet-shaped sheet portion 10 and a plurality of resonance portions 11 provided on one surface of the sheet portion.
- the sheet portion 10 and the resonance portion 11 may be made of the same material, or may be made of different materials. Further, these may be integrally formed, or may be combined with those formed separately.
- the storage elastic modulus (E_membrane) of the sheet portion 10 and the resonance portion 11 is not particularly limited as long as the above equation (1) is satisfied, but is usually 0.5 MPa or more from the viewpoint of obtaining high sound insulation performance, and 1 It is preferably 0.0 MPa or more, more preferably 2.0 MPa or more, further preferably 3.0 MPa or more, and usually 500 MPa or less, preferably 300 MPa or less, and 200 MPa or less. It is more preferably present, and further preferably 100 MPa or less.
- the elastic modulus (E_membrane) of the seat portion 10 and the resonance portion 11 is a synthetic storage elastic modulus calculated from the spring constants of the seat portion 10 and the resonance portion 11, respectively.
- the spring constant (K_membrane) of the seat portion 10 and the resonance portion 11 is a spring constant including the seat portion 10 and the resonance portion 11.
- the combined spring constant (K_membrane) for each resonance portion can be obtained from the following equation (S4).
- each synthetic storage elastic modulus (E'_membrane) composed of the sheet portion and the resonance portion can be obtained from the relationship represented by the following formula (S5).
- each parameter may be measured individually, and finally they may be synthesized and calculated from the following formula (S5). The calculation method of K_res and K_sheet will be described later.
- K_membrane E'_membrane ⁇ (A / H_membrane) (S5)
- E'_membrane Storage elastic modulus of each sheet part and convex part (synthetic storage elastic modulus of a member composed of each sheet part and resonance part)
- H_membrane Height of seat part and resonance part combined (H_res + H_sheet)
- the final synthetic storage elastic modulus (E_membrane) is a value calculated as an average value of each of the above-mentioned synthetic storage elastic moduli (E'_membrane) obtained for a plurality of convex portions.
- the entire sheet portion 10 of the sound insulation member is made of a uniform single material and has a uniform thickness, and all the resonance portions 11 are made of the same material and have the same thickness, as described above. It is not necessary to obtain the synthetic spring constant for each resonance portion, and E'_membrane calculated from the synthetic spring constant for one arbitrarily selected resonance portion can be set as E_membrane.
- the synthetic spring constant in any portion of either the seat portion 10 or the resonance portion 11 can be set to K_membrane.
- the various storage elastic moduli can be measured by the method described later, but may be directly evaluated using a material collected from the sound insulation member, or a test manufactured under the same manufacturing conditions. Pieces may be prepared and evaluated indirectly.
- the storage elastic modulus of the weight portion 22 is not considered in the calculation of K_membrane. This is because the weight portion is basically a rigid body, so that the resonance in the present invention is affected only by the portion that imparts flexibility, that is, the seat portion 10 and the base portion 21 described later. is there.
- the storage elastic modulus can be controlled by changing the molecular weight of the resin or the like or the type of bond, or by adding a filler, and generally increases with an increase in the molecular weight, an increase in the binding force, or the addition of the filler. Further, for example, when a molded product is produced by blending a resin having a low storage elastic modulus and a resin having a high storage elastic modulus, the storage elastic modulus of the molded product can be controlled by adjusting the blend ratio of these resins. it can.
- K_res E_res ⁇ A_res / L_res (S6)
- K_sheet E_sheet ⁇ A_sheet / L_sheet (S7)
- K_res (K_sheet) spring constant (-) of the resonance portion (seat portion)
- E_res (E_sheet) storage elastic modulus (MPa) of the resonance portion (sheet portion)
- A_res (A_sheet) resonance portion (sheet).
- L_res (L_sheet) height (mm) of the resonance portion (seat portion).
- the storage elastic moduli E_res and E_sheet of the sheet portion and the resonance portion in the above formulas (S6) and (S7) can be measured using a push-in type hardness tester according to the following method.
- the storage elastic modulus in the specification of the present application is measured under the conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50% RH in the measurement atmosphere.
- the storage elastic modulus of the adhesive layer can be measured by the following method using a push-in type hardness tester, but it may be directly evaluated using a material collected from the sound insulation structure, or it may be evaluated directly. Test pieces manufactured under the same manufacturing conditions may be prepared and evaluated indirectly. Measurements with a push-in hardness tester are tested according to the international standard ISO14577-1. The indenter used can be evaluated using a Vickers indenter.
- h c Contact indentation depth for the sample of an indenter at F max A p (h c) : contacting the projected cross-sectional area of the indenter at a depth h c (compliant ISO14577-2)
- E i Elastic modulus of the indenter (usually the indenter is made of diamond and uses a known value)
- Er Composite elastic modulus of indenter and sample (elastic modulus measured in the experiment)
- v i indenter Poisson's ratio of (Indenter) (use the known value is usually indenter made of diamond)
- v s Poisson's ratio of the sample (. Using the known values for a typical resin 0.3-0.5)
- the measurement of the storage elastic modulus by the above method can also be applied to the measurement of the storage elastic modulus of the base portion, the weight portion, the protrusion portion, the adhesive, and the adherend, which will be described later.
- the measurement surface is horizontally attached and fixed on a flat measurement substrate (quartz glass, slide glass, etc.) that is not deformed by pushing with a commercially available instant adhesive or the like. It is preferable that the pushing amount at the time of measurement is about 1/10 or less of the thickness of the object to be measured. When the amount of indentation is 1/10 or more of the thickness of the object to be measured, the measured value is affected by the fixed substrate hardness, which makes it inappropriate as a measurement condition.
- the height H of the seat portion 10 and the resonance portion 11 is not particularly limited as long as the above equation (1) is satisfied, but is usually 0.5 mm or more from the viewpoint of obtaining high sound insulation performance in the audible range, and 1 It is preferably 0.0 mm or more, more preferably 2.0 mm or more, further preferably 3.0 mm or more, and usually 50.0 mm or less, preferably 30.0 mm or less. It is more preferably 25.0 mm or less, and further preferably 20.0 mm or less.
- the height H of the seat portion and the resonance portion is the total height of the seat portion 10 and the resonance portion 11.
- the total height for one resonant portion selected in can be H.
- the height on the tip side of the weight portion 22 is not considered in the calculation of H. That is, when the weight portion 22 is not provided, H is the height from the lower portion of the seat portion 10 to the upper portion of the resonance portion 11, and when the weight portion 22 is provided, H is from the lower portion of the seat portion to the lower portion of the weight portion 22.
- the height of. This is because when the weight portion 22 is provided, the weight portion is made of a very hard material such as metal or ceramics, so that it is a rigid body having almost no elongation in the vicinity of the sound insulation frequency. Therefore, it is the part where appropriate elongation and distortion occur near the design frequency that affects the resonance. That is, it is only the seat portion 10 and the base portion 21 described later.
- the sheet portion 10 is not particularly limited as long as it has a sheet shape and has appropriate elongation and distortion in the vicinity of the sound insulation frequency to be designed, and may be flat or curved, and may be adhered. When it is provided on the body, it can be appropriately selected according to the shape of the adherend.
- the "sheet portion” in the present specification is a sheet-like member that holds a convex portion on one surface, and as described later, is composed of two or more layers even if it is composed of one layer. You may be. Further, the sheet portion indicates the entire portion having the shape of the sheet. For example, as shown in FIG. 8, the sheet portion is composed of a plurality of layers, and two layers (FIG. 8) are included in the plurality of layers.
- the layer 10 (b) composed of the adhesive for adhering the 10 (a) and 10 (c) in the above
- the layer 10 (a), the layer 10 (b) and the layer 10 ( The sheet-shaped portion composed of c) becomes the sheet portion, and is an adhesive adjacent to the surface opposite to the convex portion of the two surfaces of the layer 10 (c) which is the surface opposite to the convex portion.
- the layer 14 which is a constituent layer becomes the adhesive layer in the formula (1). That is, in the case of FIG. 8, the layer 10 (a) is not the entire sheet portion, and the layer 10 (b) is not the adhesive layer in the formula (1).
- the sound insulation design frequency is 20,000 to 20,000 Hz because it is in the audible frequency range.
- the sheet material having appropriate elongation and strain in this frequency range a polymer material such as resin or rubber is preferable.
- the sheet portion can also function as a vibrator (resonator) that vibrates at a certain frequency when a sound wave is incident from a noise source.
- the material constituting the sheet portion 10 preferably contains at least one selected from the group consisting of thermal or photocurable elastomers and thermoplastic elastomers.
- the material constituting the sheet portion 10 include vulture-based thermosetting resin-based elastomers such as chemically crosslinked natural rubber or synthetic rubber, urethane-based thermosetting resin-based elastomers, and silicone-based thermosetting resins.
- Thermosetting resin-based elastomers such as fluoroelastomers, fluorine-based thermosetting resin-based elastomers, and acrylic-based thermosetting resin-based elastomers; Photocurable elastomers such as acrylic photocurable elastomers, silicone photocurable elastomers, and epoxy photocurable elastomers; Heat of olefin-based thermoplastic elastomer, styrene-based thermoplastic elastomer, vinyl chloride-based thermoplastic elastomer, urethane-based thermoplastic elastomer, ester-based thermoplastic elastomer, amide-based thermoplastic elastomer, silicone-based thermoplastic elastomer, acrylic-based thermoplastic elastomer, etc.
- plastic elastomers examples include plastic elastomers.
- thermal or photocurable elastomers and thermoplastic elastomers include rubber. Specifically, natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene rubber, ethylene-propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber. , Polyester rubber, urethane rubber, silicone rubber, modified products thereof and the like, but are not particularly limited thereto. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- natural rubber isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene rubber, ethylenepropylene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, Polyester rubber, urethane rubber, silicone rubber and modified products thereof are preferable, and silicone rubber, acrylic rubber and modified products thereof are more preferable. By using these materials, there is a tendency for excellent heat resistance and cold resistance.
- the sheet portion 10 may contain various additives such as a flame retardant, an antioxidant, a plasticizer, and a colorant.
- Flame retardants are additives that are added to make flammable materials incombustible or prevent ignition. Specific examples thereof include bromine compounds such as pentabromodiphenyl ether, octabromodiphenyl ether, decabromodiphenyl ether, tetrabromobisphenol A, hexabromocyclododecane and hexabromobenzene, phosphorus compounds such as triphenyl phosphate, and chlorine such as chlorinated paraffin.
- antioxidants examples thereof include compounds, antimony compounds such as antimony trioxide, metal hydroxides such as aluminum hydroxide, nitrogen compounds such as melamine cyanurate, and boron compounds such as sodium borate, but the present invention is not particularly limited.
- the antioxidant is an additive compounded to prevent oxidative deterioration. Specific examples thereof include, but are not limited to, phenol-based antioxidants, sulfur-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, and the like.
- plasticizers are additives that are formulated to improve flexibility and weather resistance.
- examples thereof include phthalates, adipic acid esters, trimellitic acid esters, polyesters, phosphoric acid esters, citric acid esters, sebacic acid esters, azelaic acid esters, maleic acid esters, silicone oils, mineral oils, vegetable oils and these. Examples thereof include, but are not particularly limited to these.
- examples of the colorant include pigments and pigments. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- the sheet portion 10 is formed in a square shape in a plan view, but the shape is not particularly limited to this. Adopt any plan view shape such as triangular shape, rectangular shape, rectangular shape, trapezoidal shape, rhombus shape, polygonal shape such as pentagonal shape and hexagonal shape, circular shape, elliptical shape, and indefinite shape not classified into these. Can be done.
- the sheet portion 10 may have a cut portion, a punched hole, or the like at an arbitrary location from the viewpoint of improving the expansion / contraction performance and reducing the weight, as long as the characteristics as an acoustic metamaterial are not lost.
- the thickness (H_seat) of the seat portion 10 is not particularly limited as long as the height H of the seat portion and the convex portion is within the range satisfying the above formula (1). Since the frequency band (acoustic bandgap width and frequency position) that exhibits high sound insulation performance can be controlled by the thickness of the sheet portion 10, the sheet portion 10 is arranged so that the acoustic bandgap matches the desired sound insulation frequency region. The thickness can be set as appropriate. If the sheet portion 10 is thick, the acoustic bandgap width tends to be narrow and the frequency tends to shift to the low frequency side. Further, when the thickness of the sheet portion 10 is thin, the acoustic bandgap width becomes wide and tends to shift to the high frequency side.
- the thickness H_sheet of the sheet portion 10 is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more, still more preferably 100 ⁇ m or more.
- the thickness of the sheet portion 10 is preferably 2 mm or less, more preferably 1 mm or less, and further preferably 500 ⁇ m or less.
- the sheet portion 10 preferably has a glass transition temperature of 0 ° C. or lower from the viewpoint of reducing the temperature dependence of sound insulation at low temperatures.
- the glass transition temperature of the sheet portion 10 means the peak temperature of the loss tangent in the above-mentioned dynamic viscoelasticity measurement at a frequency of 10 Hz, particularly the temperature dependence measurement.
- the sheet portion may be composed of two or more layers, and further, the sheets may be adhered to each other by an adhesive layer.
- the adhesive layer formed between the sheet portions can be considered as one layer in the sheet portions.
- the synthetic spring constant of the entire sheet portion including a total of three layers can be considered and is expressed by the following equation.
- the following equation is an equation when each layer is sufficiently thin with respect to the protrusion and its mass is negligible.
- K Sheet 1 / (1 / K X + 1 / (1 / K Z + 1 / KY ))
- L Sheet L X + L Y + L Z
- K Sheet (-) synthetic spring constant of the entire seat portion
- K X , KY (-) spring constant of the seat portions X, Y
- K Z (-) spring constant of the adhesive layer Z
- L sheet (mm) seat overall height
- L X, L Y (mm ) seat X, the seat portion Y of the height
- L Z (mm) indicates the height of the adhesive layer Z.
- the storage elastic modulus of the entire sheet portion can be calculated based on the following formula.
- K Sheet E Sheet x A / L Sheet
- A represents the cross-sectional area of the entire seat portion.
- K Sheet it is possible to calculate K_membrane and E_membrane of a member composed of a seat portion and a resonance portion.
- a thermosetting elastomer, a photocurable elastomer, or the like may be combined by curing on a separately prepared sheet portion without using an adhesive.
- the layer farthest from the convex portion that is, the layer opposite to the layer having the convex portion among the layers constituting the sheet is referred to as a "support".
- a support the layer farthest from the convex portion, that is, the layer opposite to the layer having the convex portion among the layers constituting the sheet.
- the above-mentioned support for supporting the convex portion and other sheet portions is not particularly limited, but the materials thereof include polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polychloro.
- Trifluoroethylene polyethylene, polypropylene, polystyrene, cyclic polyolefin, polynorbornene, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyallylate, polycarbonate, polyamide, polyimide, triacetylcellulose, polystyrene, epoxy resin, acrylic resin, It is preferable to use an organic material such as oxazine resin, a metal such as aluminum, stainless steel, iron, copper, zinc or brass, an inorganic glass, a composite material containing inorganic particles or fibers in the organic material.
- an organic material such as oxazine resin, a metal such as aluminum, stainless steel, iron, copper, zinc or brass, an inorganic glass, a composite material containing inorganic particles or fibers in the organic material.
- the support is selected from the group consisting of a photocurable resin sheet, a thermosetting resin sheet, a thermoplastic resin sheet, a metal plate, and an alloy plate. At least one type is preferable.
- the thickness of the support is not particularly limited, but is usually preferably 0.1 mm or more and 50 mm or less from the viewpoint of sound insulation performance, rigidity, moldability, weight reduction, cost and the like.
- the convex portions (resonant portions) 11 are not particularly limited as long as they are provided on one surface of the seat portion 10 and have appropriate elongation and distortion in the vicinity of the sound insulation frequency to be designed.
- the resonance unit 11 functions as a vibrator (resonator) that vibrates at a certain frequency when a sound wave is incident from a noise source.
- the arrangement, the number of installations, the size, and the like of the resonance portions 11 can be appropriately set according to the desired performance, and are not particularly limited.
- the resonance portion 11 is provided in contact with one seat surface of the seat portion 10. For example, in FIG.
- a plurality of resonance portions 11 are arranged at equal intervals in a grid pattern, but the arrangement of the resonance portions 11 is not particularly limited to this.
- the plurality of resonance portions 11 may be arranged in a staggered pattern or may be randomly arranged, for example. Since the sound insulation mechanism by the sound insulation member according to the present embodiment does not utilize Bragg scattering unlike the so-called phononic crystal, the intervals between the resonance portions 11 do not necessarily have to be regularly and periodically arranged.
- the material constituting the resonance portion 11 is not particularly limited, and the conditions thereof are the same as the conditions of the material in the seat portion 10 described above. From the viewpoint of product cost and ease of manufacture, it is preferable that the material of the resonance portion 11 and the material of the seat portion 10 are the same.
- the number of resonance portions 11 installed per unit area is not particularly limited as long as the resonance portions 11 can be arranged so as not to interfere with each other due to contact with each other.
- the maximum number of resonance portions 11 per unit area varies depending on the shape of the resonance portion 11 and the like.
- the resonance portion 11 is cylindrical, the height direction of the cylinder is parallel to the sheet normal direction, and When the cross-sectional diameter of the cylinder is 1 cm, 100 or less per 10 cm 2 is preferable.
- the minimum number of resonance portions 11 per unit area is, for example, 10 cm when the resonance portion 11 is cylindrical, the height direction of the cylinder is parallel to the sheet normal direction, and the cross-sectional diameter is 1 cm. 2 or more is preferable, 10 or more is preferable, and 50 or more is more preferable.
- the height H_res of the resonance portion 11 in the normal direction of the seat portion 10 is not particularly limited as long as the height H of the seat portion and the convex portion is within the range satisfying the above equation (1).
- the height H_res is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 100 ⁇ m or more, and further preferably 1 mm or more. Further, it is preferably 20 mm or less, more preferably 15 mm or less, still more preferably 10 mm or less, still more preferably 8 mm or less, still more preferably 5 mm or less, and particularly preferably 3 mm or less.
- the seat portion 10 (that is, the sound insulating member 12) provided with the resonance portion 11 can be easily wound and overlapped, and the so-called roll-to-roll sound insulating member can be manufactured. , Can be stored in rolls, and tends to increase productivity and economy.
- the height of the seat portion 10 of the resonance portion 11 in the normal direction may not be the same for all the resonance portions, or may be different. By different heights of the resonance portions, effects such as expanding the frequency range in which sound insulation performance appears may be obtained.
- the height H is the average value of the heights of the plurality of resonance portions, as described above.
- the resonance portion 11 may be composed of a composite structure including a base portion 21 and a weight portion 22 supported by the base portion 21 and having a mass larger than that of the base portion 21.
- the resonance portion 11 effectively functions as a resonator having a resonance frequency determined by the mass of the weight portion 22 acting as a weight and the spring constant of the base portion 22 acting as a spring.
- the base portion and the weight portion will be described in detail.
- the outer shape of the base 21 is not particularly limited, and is triangular columnar, rectangular columnar, trapezoidal columnar, polygonal columnar such as pentagonal column or hexagonal column, columnar, elliptical columnar, truncated cone, truncated cone, pyramidal, cone , Hollow tubular shape, branched shape, indefinite shape not classified into these, and any other shape can be adopted. Further, it can be formed into a columnar shape having a different cross-sectional area and / or cross-sectional shape depending on the height position of the base portion 21. Further, the shapes and heights of the base portions 21 provided in contact with each other on the seat surface may be the same or different.
- the material of the base 21 is not particularly limited as long as the above required characteristics are satisfied.
- a resin material may be mentioned, and at least one selected from the group consisting of a thermal or photocurable elastomer, a thermoplastic elastomer, a thermal or photocurable resin and a thermoplastic resin can be mentioned.
- the conditions for the heat or photocurable elastomer and the thermoplastic elastomer the conditions exemplified in the description of the sheet portion 10 can be applied. From the viewpoint of product cost and ease of manufacture, it is preferable that the material of the base portion 21 and the material of the sheet portion 10 are the same.
- thermosetting resins examples include acrylic thermosetting resins, urethane thermosetting resins, silicone thermosetting resins, and epoxy thermosetting resins.
- thermoplastic resin examples include polyolefin-based thermoplastic resins, polyester-based thermoplastic resins, acrylic-based thermoplastic resins, urethane-based thermoplastic resins, and polycarbonate-based thermoplastic resins. Specific examples include vulture rubber such as chemically crosslinked natural rubber or synthetic rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene rubber, ethylene propylene rubber, and chlorosulfonated polyethylene rubber.
- Acrylic rubber Fluoro rubber, Epichlorohydrin rubber, Polyester rubber, Urethane rubber, Silicone rubber and rubbers such as modified products thereof; Polyacrylonitrile, Polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, Polyvinyl chloride, Polychlorotrifluoroethylene, Examples thereof include polymers such as polyethylene, polypropylene, polynorbornene, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polycarbonate, polystyrene, epoxy resin and oxazine resin, but the present invention is not particularly limited thereto. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- the base 21 may be a porous body containing pores (gas such as air) in these resin materials. Further, the base 21 may contain a liquid material such as mineral oil, vegetable oil or silicone oil. When the base 21 contains a liquid material, it is desirable to contain the liquid material in the resin material from the viewpoint of suppressing the outflow of the liquid material to the outside.
- the material of the base portion 21 is preferably the same material as the sheet portion 10 described above, and elastomers are particularly preferable. If the sheet portion 10 and the base portion 21 contain the same elastomers, the sheet portion 10 and the base portion 21 can be integrally molded easily, and the productivity can be dramatically improved. That is, it is particularly preferable that the sheet portion 10 and the resonance portion 11 (base portion 21) are integrally molded products containing at least one selected from the group consisting of a thermal or photocurable elastomer and a thermoplastic elastomer. It is one of the embodiments.
- elastomers include vulture rubber such as chemically crosslinked natural rubber or synthetic rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene rubber, ethylene propylene rubber, and chlorosulfone.
- natural rubber isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene rubber, ethylenepropylene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, Polyester rubber, urethane rubber, silicone rubber and modified products thereof are preferable, and silicone rubber, acrylic rubber and modified products thereof are more preferable from the viewpoint of excellent heat resistance and cold resistance.
- the base 21 may be a two-color molded product or a multi-color molded product made of two or more kinds of resin materials. In this case, by adopting the same material as the sheet portion 10 described above for the base portion 21 on the side in contact with the sheet portion 10, it becomes easy to integrally mold the sheet portion 10 and the base portion 21.
- the diameter of the circle having the largest diameter among the circles (circular cross sections) included in the cross section is preferably 100 mm or less, more preferably 50 mm or less, still more preferably 20 mm or less.
- the diameter of the circle having the smallest diameter is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 100 ⁇ m or more, and further preferably 1 mm or more.
- the weight portion 22 (also simply referred to as “weight”) is not particularly limited as long as it is provided on each of the base portions 21 and has a mass larger than that of the base portion 21. As shown in FIG. 3, the weight portion 22 may be provided on the base portion 21, but a part thereof may be provided so as to be embedded in the base portion 21, and the weight portion 22 being manufactured may be provided. From the viewpoint of preventing the weight portion 22 from falling, it is preferable that at least a part of the weight portion 22 is embedded in the base portion 21, and in particular, as shown in FIG. 9, the entire weight portion 22 is embedded in the base portion 21. It is preferable that it is provided as follows. 4 and 10 are a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
- the center of gravity (center of mass) of the resonance portion 11 is located at least closer to the tip side than the center in the height direction of the resonance portion 11. It is preferable to arrange the base portion 21 and the weight portion 22 in the base portion 21 and the weight portion 22. Further, from the viewpoint of suppressing the fall of the weight portion 22 during the manufacture of the sound insulation member, a single weight portion 22 (weight portion 22 composed of a single member) is provided for each base portion. Is preferable.
- the material constituting the weight portion 22 may be appropriately selected in consideration of mass, cost and the like, and the type thereof is not particularly limited. From the viewpoint of downsizing the sound insulating member 12 and improving the sound insulating performance, the material constituting the weight portion 22 is preferably a material having a high specific density. Specifically, metals or alloys such as aluminum, stainless steel, iron, tungsten, gold, silver, copper, lead, zinc and brass; inorganic glass such as soda glass, quartz glass and lead glass; powders of these metals or alloys. Examples thereof include a composite containing a body or these inorganic glasses in the resin material of the base 21 described above, but the present invention is not particularly limited thereto.
- the material, mass, and specific gravity of the weight portion 22 may be determined so that the acoustic band gap of the sound insulation member 12 matches the desired sound insulation frequency region.
- at least one selected from the group consisting of metals, alloys, and inorganic glass is preferable from the viewpoint of low cost and high specific density.
- the specific gravity means the ratio of the mass of the material to the mass of pure water at 4 ° C. under the same volume pressure of 1013.25 hPa.
- JIS K 0061 "Density of chemical products”. And the value measured by the specific gravity measuring method ”is used.
- the storage elastic modulus of the weight portion is usually 1000 MPa or more, preferably 20000 MPa or more, more preferably 5000 MPa or more, further preferably 10000 MPa or more, and further. Usually, it is 1,000,000 MPa or less, preferably 800,000 MPa or less, more preferably 600,000 MPa or less, still more preferably 500,000 MPa or less.
- the storage elastic modulus of the weight portion can be measured by the same method as the above-described method for measuring the storage elastic modulus of the seat portion and the convex portion.
- the volume ratio of the weight portion in the resonance portion 11 is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the sound insulation performance, it is usually 1% by volume or more and preferably 5% by volume or more with respect to 100% by volume of the resonance portion. It is more preferably 10% by volume or more, further preferably 20% by volume or more, and usually 90% by volume or less, preferably 80% by volume or less, and 70% by volume or less. Is more preferable, and 50% by volume or less is further preferable.
- the weight portion 22 may have a through hole.
- the weight portion 22 having a through hole will be described with reference to the drawings.
- FIG. 11A represents a resonance portion including the base portion 21 and the weight portion 22, and
- FIG. 11B represents the weight portion 22.
- the weight having a through hole refers to, for example, a weight having a through hole as shown in FIG. 11B, and examples of the shape thereof include a donut shape, a washer shape, and a nut shape.
- the shape of the weight portion 22 is not particularly limited, but a plate shape is preferable from the viewpoint of adjusting the sound insulation performance and reducing the thickness.
- the center of gravity of the weight portion 22 can be set away from the seat portion 10 as compared with the case where the weight portion 22 is a sphere or the like, and the vibration moment of the resonance portion 11 can be reduced. It tends to be larger.
- the plate-shaped weight portion 22 can be made thinner than the case where the weight portion 22 is a sphere or the like.
- the height of the weight portion 22 is constant, it is possible to obtain a wider bandgap width in the plate-shaped weight as compared with the case where the weight portion 22 is a sphere or the like.
- the outer diameter of the weight portion 22 is formed in a substantially circular shape smaller than that of the base portion 21, and is embedded in the base portion 21 on the tip end side of the resonance portion 11. Since the weight portion 22 that acts as the weight of the resonator is supported by the base portion 21 that determines the spring constant in this way, for example, by changing the shape or material (storage elastic modulus, mass) of the base portion 21. By adjusting the spring constant or changing the mass of the weight portion 22, the resonance frequency of the resonance portion 11 can be easily controlled. In general, the acoustic bandgap tends to shift to the low frequency side as the storage elastic modulus of the base 21 decreases. Further, as the mass of the weight portion 22 increases, the acoustic band gap tends to shift to the low frequency side.
- hx represents the height of the weight
- r 1 represents the outer diameter of the weight
- r 2 represents the diameter (inner diameter) of the through hole.
- the height (hx) of the weight portion 22 is not particularly limited, but when the height of the resonance portion 11 is 1, it is preferably 0.95 or less, and more preferably 0.9 or less. Further, it is preferably 0.2 or more, and more preferably 0.3 or more. Within these ranges, a wide sound insulation bandwidth tends to be obtained while suppressing the height of the sound insulation sheet member.
- the outer diameter (r 1 ) of the weight portion 22 is not particularly limited.
- the sound insulation performance tends to be excellent when the diameter of the base portion 21 is about the diameter of the circular cross section.
- the maximum value of r 1 is preferably 100 mm or less, more preferably 50 mm or less, and further preferably 20 mm or less.
- the minimum value of r 1 is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 100 ⁇ m or more, and further preferably 1 mm or more.
- the weight portion 22 having a through hole is also filled with a resin material or the like for the through hole of the weight portion 22, and since this portion also acts as a fixed end to the base portion 21, the weight portion 22 is exposed even if it is exposed. Can be suppressed from falling off or breaking.
- the inner diameter (r 2 ) of the weight portion 22 is not particularly limited.
- the maximum value of r 2 is preferably 90 mm or less, more preferably 40 mm or less, still more preferably 20 mm or less, and particularly preferably 10 mm or less, although it is not particularly limited as long as it is smaller than the outer diameter (r 1).
- the minimum value of r 2 is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more, and further preferably 80 ⁇ m or more. By setting the value within the above preferable numerical range, it tends to be easy to fill the through holes with a resin material or the like. Further, the ratio of the outer diameter and the inner diameter of the weight portion 22 is not particularly limited.
- the surface of the weight portion 22 may be surface-treated in order to improve process suitability and member strength.
- the method is not particularly limited.
- the sound insulating member 12 may have another protrusion on one surface of the seat portion (the surface on which the convex portion is provided).
- the sound insulating member 12 may have a rib-shaped protrusion 31 shown in FIG. 12, a columnar protrusion such as the columnar protrusion 32 shown in FIG. 13, and the like.
- the protrusions are referred to as “31 (11)” and “32 (11)” in FIGS. 12 and 13. It was represented by.
- the shape and installation position of the protrusions are not particularly limited as long as they are installed so as not to interfere with the resonance portion 11 that acts as a resonator.
- the outer shape of the protrusion is not particularly limited, and is triangular columnar, rectangular columnar, trapezoidal columnar, polygonal columnar such as pentagonal column or hexagonal column, cylindrical column, elliptical columnar shape, truncated cone shape, truncated cone shape, prismatic shape, etc. Any shape such as a conical shape, a hollow tubular shape, and an indefinite shape not classified into these can be adopted. Further, it can be formed into a columnar shape having a different cross-sectional area and / or cross-sectional shape depending on the height position of the protrusion. Further, the maximum length of the protrusion in the length direction of the seat portion 10 is not particularly limited as long as it is equal to or less than the maximum length in the MD direction of the seat.
- the shape of the protrusion is not particularly limited, and when it functions as a spacer, it may be higher than the maximum height H_res of the resonance portion 11. Further, when functioning as a vibrator, the position, number, and height of the protrusions can be adjusted according to the frequency region to be adjusted.
- the maximum height H_rib of the protrusion may be higher than the maximum height H_res of the resonance portion 11, and is not particularly limited. From the viewpoint of ease of molding and improvement of productivity, 50 ⁇ m or more is preferable, 100 ⁇ m or more is more preferable, and 1 mm or more is further preferable. Further, 20 mm or less is preferable, 15 mm or less is more preferable, 10 mm or less is further preferable, 5 mm or less is further preferable, and 3 mm or less is particularly preferable.
- the rib-shaped protrusion 31 will be described, but within the applicable range, protrusions having other shapes such as the columnar protrusion 32 can be similarly designed.
- the rib-shaped protrusions 31 are each formed into a substantially plate-like outer shape so as to extend in the length direction (sheet flow direction, MD direction) of the sheet portion 10.
- the rib-shaped protrusions 31 are provided on the seat surface of the seat portion 10, more specifically, at two locations on the edge portion in the width direction (vertical direction to the sheet flow direction and the TD direction) of the seat portion 10. There is.
- the rib-shaped protrusion 31 has a maximum height H_rib higher than the maximum height H_res of the resonance portion 11 described above with respect to the normal direction of the seat portion 10.
- the rib-shaped protrusion 31 functions as a spacer, so that the resonance portion 11 with respect to the back surface of the sheet portion 10 Contact is suppressed. Therefore, since the rib-shaped protrusion 31 is provided, the sound insulating member 12 is manufactured by so-called roll-to-roll without causing manufacturing troubles such as deformation, mutation, cracking, dropping, and breakage of the resonance portion 11. And easy to store.
- the rib-shaped protrusion 31 can also function as a vibrator (resonator) that vibrates at a certain frequency when a sound wave is incident from a noise source.
- a pair of rib-shaped protrusions 31 extending in the length direction of the seat portion 10 are adopted, but a plurality of rib-shaped protrusions 31 having a shorter maximum length than this are used in the seat portion. It may be arranged apart along the length direction of 10. At this time, the arrangement interval of each rib-shaped protrusion 31 may be periodic or random.
- the distance between the rib-shaped protrusions 31 is not particularly limited, but is preferably 100 mm or less, more preferably 50 mm or less, still more preferably 20 mm or less. ..
- the material constituting the rib-shaped protrusion 31 is not particularly limited, but the same resin material as the seat portion 10 and / or the resonance portion 11 (base portion 21) is preferable, and the same as the seat portion 10 and the resonance portion 11 (base portion 21). Elastomers are more preferred. If the same resin material as the sheet portion 10 and / or the base portion 21 is used, integral molding with the sheet portion 10 and / or the resonance portion 11 (base portion 21) becomes easy, and the productivity is dramatically improved.
- the protrusion 31 Since the protrusion 31 is a protrusion like the resonance portion, it operates in the same manner as the resonance portion. In this case, when calculating E_membrane in the above equation (1), conversion such as replacing E_res with the storage elastic modulus E_rib of the protrusion 31 and H_res with H_rib is performed, and the above equations (S4) to equations (S4) to equation (S4).
- the total storage elastic modulus (E'_membrane) for each protrusion 31 is obtained using S6) or the like, and the number of protrusions is weighted for all the protrusions in the sheet surface together with the plurality of resonance portions 11. A weighted average value of elastic modulus is calculated, and this average value is defined as E_membrane.
- the protrusion portion is regarded as an aggregate of a plurality of convex portions and H_membrane is calculated.
- the rib-shaped protrusion portion as shown in FIG. 12 is used, resonance occurs. Since the areas of the bottom surface (the surface where the convex portion contacts the sheet portion) of the portion and the rib-shaped protrusion portion are different, first replace H_res with H_rib, and use the above formula (B) for each protrusion 31.
- the total height (H') is obtained, and then, together with the above-mentioned plurality of resonance portions 11, a weighted average value weighted by the area of the protrusion bottom surface of the total height is calculated for all the protrusions existing on the seat surface. , Let this weighted average value be H_membrane.
- the height calculation method when there are two portions having different bottom surface areas is similarly applied to the case where there are a plurality of types of resonance portions. Further, when a columnar protrusion having the same area of the resonance portion and the bottom surface as shown in FIG. 13 is used, similarly, H_res is replaced with H_rib, and the above formula (B) is used for each protrusion 31.
- the total height (H') is obtained, and then a weighted average is calculated with the area of the bottom surface of each protrusion of the total height as a weight together with the plurality of resonance portions 11, and the weighted average value is defined as H_membrane.
- the adhesive layer is not particularly limited as long as it is provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side on which the convex portion is provided.
- the above-mentioned sound insulation member is adhered to an adherend (a product or a part to be sound-insulated) described later.
- the method of adhering the sound insulating member to the adherend via an adhesive is not particularly limited, and for example, a method of heating and pressurizing or pressurizing and crimping each separately molded part, and adhering using various known adhesives. Examples thereof include a method of bonding by heat welding, ultrasonic welding, laser welding and the like.
- the sound insulation structure according to the present embodiment has a structure in which an adhesive layer is provided entirely between the adherend and the sheet portion, and an adhesive layer is partially provided between the adherend and the sheet portion. Also includes a configuration including a portion not provided with.
- the film thickness of the adhesive should be reduced, and the storage elastic modulus of the adhesive should be adjusted to the storage elastic modulus of the sheet portion and the convex portion by the following equations (2) and (3). ) Is preferably controlled so as to have a ratio within a certain range. 7000 ⁇ E_blue / E_membrane ⁇ 0.5 (2) 50.0 ⁇ E_blue / E_adh ⁇ 0.00002 (3) E_blue (MPa): Storage elastic modulus of adhesive layer E_membrane (MPa): Storage elastic modulus of sheet E_adh (MPa): Storage elastic modulus of adherend
- the above formula (2) indicates that the storage elastic modulus of the sheet portion adjacent to the adhesive layer is within a certain ratio with the storage elastic modulus of the adhesive layer, and when this value is within the range, the boundary It is difficult for elastic waves to be reflected on the surface, and vibration energy is easily transmitted to the resonance portion, so that the sound insulation performance tends to be improved.
- E_blue / E_membrane 1
- there is no energy loss because the reflection of elastic waves does not occur at the interface.
- it is also preferable in terms of product durability because the possibility of peeling at the interface due to the difference in the amount of elongation and the amount of strain due to the difference in storage elastic modulus of the adjacent layer is reduced.
- the above formula (3) indicates that the storage elastic modulus of the adherend, which is an adjacent layer of the adhesive layer, is within a certain ratio with the storage elastic modulus of the adhesive layer, and this numerical value is within the range.
- the elastic wave is less likely to be reflected at the boundary surface, and the vibration energy is easily transmitted to the resonance portion, so that the sound insulation performance tends to be improved.
- E_blue / E_adh 1
- there is no energy loss because elastic waves are not reflected at all at the interface.
- it is also preferable in terms of product durability because the possibility of peeling at the interface is reduced due to the difference in the amount of elongation and the amount of strain during vibration due to the difference in storage elastic modulus of the adjacent layer.
- the average film thickness I_blue of the adhesive layer is not particularly limited, but is preferably thin from the viewpoint of vibration energy transfer and material cost, and preferably satisfies the following formula (4).
- I_blue is more preferably 0.01 mm or more, further preferably 0.02 mm or more, particularly preferably 0.05 mm or more, and preferably 0.8 mm or less. It is more preferably 0.5 mm or less, further preferably 0.3 mm or less, and particularly preferably 0.25 mm or less.
- the storage elastic modulus of the adhesive layer is not particularly limited, but is usually 0.1 MPa or more, preferably 1 MPa or more, more preferably 10 MPa or more, further preferably 50 MPa or more, and usually. It is 10000 MPa or less, preferably 5000 MPa or less, more preferably 3000 MPa or less, and even more preferably 1000 MPa or less. If it exceeds the above range, the brittleness becomes high, and cracks and peeling are likely to occur in the adhesive layer, and if it falls below the above range, the adhesive strength and the peeling strength itself become low. Therefore, it is preferably in the range of 10000 MPa or less, which is larger than 10 MPa.
- the storage elastic modulus of the adhesive layer can be measured by the same method as the above-described method for measuring the storage elastic modulus of the sheet portion or the convex portion.
- the sound insulation structure according to another embodiment of the present invention is an embodiment in which the requirement of the formula (1) in the above-mentioned sound insulation structure is changed to the above-mentioned requirement of the storage elastic modulus of the adhesive, particularly the requirement of being larger than 10 MPa.
- it has a sheet-shaped sheet portion, a sound insulating member having a plurality of convex portions provided on the sheet portion, and an adhesive layer, and the elastic modulus of the adhesive layer is larger than 10 MPa.
- this sound insulation structure satisfies the requirements of the above formula (1), and the same conditions as those of the above sound insulation structure can be applied to the conditions other than the above formula (1). ..
- the control of the mechanical properties including the storage elastic modulus of the adhesive can be considered to be the same as the method of controlling the mechanical properties of the polymer material because the adhesive is also a kind of polymer. That is, the mechanical properties of the polymer material containing the adhesive depend on the chemical structure of the polymer chain, the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer chain, the crosslink structure and the crosslink density between the polymer chains, and the added filler.
- the storage elastic modulus of the resin can be adjusted by adjusting the crystallinity of the polymer.
- a conjugated structure is introduced into the main chain structure to increase the rigidity of the molecule, the polymerization reaction is controlled by reaction conditions and a catalyst to reduce the branching of the polymer chain, and high.
- Methods such as introducing a hetero atom or a hydrogen bond site into the molecular chain to strengthen the intermolecular interaction and slowing down the precipitation rate from the polymer solution can be mentioned.
- the introduction of additives is also effective in adjusting the storage elastic modulus of the resin. For example, it is possible to reduce the storage elastic modulus by introducing a plasticizer to weaken the intermolecular interaction, and glass fiber, carbon fiber, layered clay mineral, metal oxide, metal, etc.
- the storage elastic modulus of a crosslinked polymer such as an elastomer can be adjusted by adjusting the amount of the crosslinking agent and the reaction rate. Generally, when the cross-linking density is lowered, the molecular chain between the cross-linking points becomes longer and easily stretched, so that the storage elastic modulus can be lowered. The elastic modulus can be increased. Further, the storage elastic modulus is adjusted by compounding fine particles made of a material having a high storage elastic modulus such as carbon black, silica, and carbon nanotubes as a filler and adjusting the size, blending amount, dispersibility, etc. of the filler. Is also possible.
- the loss elastic modulus of the resin portion and the residual strain under load are not particularly limited, but it is preferable that the loss elastic modulus and the residual strain are small because the resonance of the resonance portion is used. That is, in this measurement method, 0.5 ⁇ with respect to the maximum value h max of the pushing depth of the sound insulating member forming the seat portion and the resonance portion by the push-in type micro hardness tester and the displacement amount h f at the time of unloading. It is preferable that h f / h max ⁇ 0.0.
- the material of the adhesive layer is not particularly limited as long as it is selected within the range satisfying the above formula (1), but it is preferably selected within the range satisfying the above formulas (2) and (3).
- silicone resin epoxy resin, cyanoacrylate resin, vinyl acetate resin, polyvinyl acetal resin, ethylene vinyl acetate resin, vinyl chloride resin, acrylic resin, polyamide resin, cellulose resin, olefin resin.
- Resin polyvinyl butyral resin, urea resin, melamine resin, phenol resin, resorcinol resin, epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, polyaromatic resin, chloroprene rubber, nitrile rubber, styrene Butadiene-based rubber, polysulfide-based rubber, butyl-based rubber, silicone-based rubber, acrylic-based rubber, modified silicone-based rubber, urethane-based rubber, silylated urethane-based resin, telechelic polyacrylate-based adhesive, and mixtures thereof, etc. Can be mentioned.
- the resin is one or more selected from the above, and in particular, the resin is one or more selected from the group consisting of silicone-based resins, epoxy-based resins, and cyanoacrylate-based resins.
- the total content ratio of the above materials in the adhesive layer is not particularly limited, but from the viewpoint of proper coating viscosity and proper curing rate, it is usually 10% by weight or more, preferably 20% by weight or more, and 25% by weight. % Or more is more preferable, 30% by weight or more is further preferable, and there is no particularly preferable upper limit, but it is usually 90% by weight or less.
- the epoxy resin adhesive include Alteco Co., Ltd. AY-5302 and Alteco Co., Ltd. AY-5231, Alteco Co., Ltd. AY-5274, Alteco Co., Ltd. AY-5011, Alteco Co., Ltd. AY-5012, Alteco Co., Ltd.
- the adhesive include KER-6020-F manufactured by Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd., KER-6020-F1 manufactured by Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd., KER-6020-F2 manufactured by Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd., and the like.
- the adhesive layer may contain inorganic fillers and fibers, and examples thereof include silica particles, alumina particles, metal oxides such as titanium oxide, carbon particles, carbon black, graphite, and fibrous products thereof.
- the content of the above-mentioned inorganic material (particularly, inorganic filler) in the adhesive layer is not particularly limited, but is usually 1% by weight or more and 10% by weight or more from the viewpoint of hardness adjustment and coating solution viscosity. Is more preferable, 20% by weight or more is more preferable, 25% by weight or more is further preferable, and usually 80% by weight or less, 70% by weight or less is preferable, and 50% by weight or less is used. More preferably, it is more preferably 40% by weight or less.
- the shape, material, and the like of the adherend 13 are not particularly limited as long as the above-mentioned sound insulating member can be adhered to the above-mentioned adhesive layer 14.
- the adherend is a body that holds a sheet portion (sound insulation member) with an adhesive layer sandwiched between them, and more specifically, a product or a part to be sound-insulated.
- the storage elastic modulus E_adh of the adherend is not particularly limited, but the storage elastic modulus is often high because it tends to generate sound due to vibration, but it is usually 500 MPa or more, preferably 1000 MPa or more, preferably 2000 MPa or more. Is more preferable, and the upper limit is not in a preferable range, but is usually 300,000 MPa or less.
- the storage elastic modulus E_adh of the adherend can be measured by the same method as the method for measuring the storage elastic modulus of the adhesive described above.
- the storage elastic modulus E_adh of the adherend means the storage elastic modulus of the member in contact with the adhesive layer, and the part of the adherend in contact with the adhesive layer is from a member having two or more members.
- the plurality of components are treated individually and each is evaluated to see if it meets the requirements of this embodiment. That is, the condition of the above formula (1) or the like is applied to one of the plurality of members in relation to the sound insulating member and the adhesive layer existing directly above the member.
- the storage elastic modulus E_adh of the adherend when the adherend is divided into two or more members at the portion not in contact with the adhesive layer, it is necessary to consider the storage elastic modulus of the member in the non-contact portion. Absent.
- the thickness of the adherend is not particularly limited, but from the viewpoint of more effectively exhibiting the sound insulation performance, it is usually 0.5 mm or more, preferably 1 mm or more, and more preferably 2 mm or more. It is preferably 3 mm or more, and although there is no preferable range in the upper limit, it is usually 300 mm or less.
- the thickness of the adherend means, for example, the thickness of the plate when the adherend is plate-shaped, the adherend is a dense cube, and the above-mentioned sound insulating member is an adhesive layer.
- the upper surface of the cube When laminated on the upper surface of the cube via the above, it means the height of the cube, and the inside of the adherend composed of six plates is a hollow cube, and the above-mentioned sound insulating member is an adhesive layer. When laminated on the upper surface of the cube, it means the thickness of the plate constituting the upper surface of the cube.
- the material of the adherend is not particularly limited, and examples thereof include engineering plastics, metal plates, and alloy plates.
- engineering plastics include polyacetal (POM), polyamide (PA), polycarbonate (PC), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), ultrahigh molecular weight polyethylene (UHPE), syndiotac.
- SPS Tick polystyrene
- PAR Polyetherlate
- PES polysulfone
- PES Polymersulfone
- PPS polyphenylene sulfide
- PES Polyetherkelene sulfide
- ketone examples thereof include ketone), polyimide (PI, Polyimide), polyetherimide (PEI) (Polyetherimide), fluororesin (fluorocarbon polymers), and liquid crystal polymers (LCP, Liquid crystal polymer).
- PI polyimide
- PEI polyetherimide
- fluororesin fluorocarbon polymers
- LCP Liquid crystal polymer
- these may contain a resin reinforcing material for enhancing hardness, such as glass fiber (GF) reinforced polyethylene terephthalate (GF-PET) and GF reinforced polyamide (GF-PA).
- GF glass fiber
- GF-PET polyethylene terephthalate
- GF-PA GF reinforced polyamide
- adherend metal include general-purpose metals such as aluminum, iron, and stainless steel, and alloys. Further, an adherend in which the above-mentioned resin and metal are laminated may be used.
- the standardized natural frequency shift amount represented by the following formula is not particularly limited, but it is preferably 30% or less because it is preferable that the deviation of the frequency band in which the sound insulation effect occurs is small. It is more preferably 25% or less, further preferably 20% or less, particularly preferably 15% or less, particularly preferably 10% or less, and most preferably 5% or less. Further, although there is no particular suitable lower limit, it is usually 0% or more, may be 0.05% or more, or may be 0.1% or more.
- Normalized natural frequency shift amount (%) ((design natural frequency)-(natural frequency)) ⁇ (design natural frequency) Design natural frequency (Hz): Natural frequency calculated under the condition that there is no adhesive layer Natural frequency (Hz): Natural frequency calculated under the condition that there is no adhesive layer
- the sound insulation structure according to another embodiment of the present invention is an embodiment in which the requirement of the formula (1) in the above-mentioned sound insulation structure is changed to the above-mentioned requirement of the natural frequency, and specifically, a sheet-like sheet portion. And a sound insulating member having a plurality of convex portions provided on the sheet portion, and an adhesive layer provided on the surface of the sheet portion on the side opposite to the side where the convex portions are provided, and It is a sound insulation structure in which the normalized natural frequency shift amount satisfying the following formula is 0 to 30%.
- Normalized natural frequency shift amount (%) ((design natural frequency)-(natural frequency)) ⁇ (design natural frequency) Design natural frequency (Hz): Natural frequency calculated under the condition that there is no adhesive layer Natural frequency (Hz): Natural frequency calculated under the condition that there is no adhesive layer
- this sound insulation structure is based on the above formula. It is preferable to satisfy the requirement of (1), and the same conditions as those of the sound insulation structure described above can be applied to the conditions other than the above formula (1).
- the method for manufacturing the sound insulation structure is not particularly limited, and is, for example, a step of forming a sound insulation member having a plurality of convex portions on one surface of the sheet portion, and the opposite of the step of forming the sound insulation member (in the side where the convex portions are provided). It may be a method having a step of providing an adhesive layer on the side sheet portion surface), and further, when there is an adherend to which the sound insulating member is adhered via the adhesive layer, the adhesive layer is used. It may have a step of providing an adherend to which the sound insulating member is adhered.
- the method of forming the plurality of convex portions is not particularly limited.
- a mold having a plurality of cavities is prepared, and a resin or rubber is further provided in the cavities.
- a method of pouring these precursors and curing them examples include, in the case of using a thermoplastic raw material, a method in which a heated and melted raw material is poured into a cavity and then cooled and cured, and a thermosetting or photocurable raw material is used.
- a method of pouring the raw material into the cavity and then curing it by heating or light can be mentioned. In these cases, the heating and light conditions and the like can be appropriately designed according to the raw material.
- the method of providing the adhesive layer is not particularly limited, and for example, the adhesive layer is applied to the sound insulating member manufactured in the step of forming the sound insulating member having a plurality of convex portions.
- the method of applying the material of is mentioned. In the case of coating, a known method can be applied to the conditions and the like.
- the method of adhering the adherend is not particularly limited.
- the adhesive is melted by heating or the like, and the melted adhesive is melted.
- An example is a method in which the adherend is brought into contact with the adhesive and then cooled to cure the adhesive.
- Specific manufacturing methods when the adherend is provided include, for example, the following manufacturing methods 1 to 4.
- the shape of the cavity used in each manufacturing method is not particularly limited, and for example, the shape of the bottom can be appropriately selected such as hemispherical, planar, convex, and concave.
- the manufacturing methods 3, 4 and the like the manufacturing methods described in International Publication No. 2010/3080794 and the like can be referred to.
- the production method 1 may include the following steps (1) to (3). (1) A step of preparing a mold having a plurality of cavities and pouring a resin material into the cavities. (2) A process of curing the poured resin material. (3) A step of peeling the obtained cured product from a mold. In the production method 1, after the steps (2) or (3), an adhesive is applied to the obtained cured product (or adherend), and a step of adhering the cured product to the adherend is provided.
- the production method 2 may include the following steps (4) to (7). (4) A step of preparing a mold having a plurality of cavities and arranging weights in the plurality of cavities provided in the mold. (5) A step of pouring a resin material into the cavity. (6) A step of curing the poured resin material. (7) A step of peeling the obtained cured product from the mold. In the production method 2, after the step (6) or (7), an adhesive is applied to the obtained cured product (or adherend), and a step of providing the adherend on the cured product is provided.
- the production method 3 may include the following steps (8) to (13).
- (8) A step of applying a photocurable elastomer precursor or a photocurable resin precursor to a mold having a plurality of cavities.
- (9) A step of laminating a support on the elastomer precursor or resin precursor flattened on a mold.
- (10) A step of filling the cavity with the elastomer precursor or the resin precursor of the laminate of the support and the mold from the support side with a pressure roll. (11) By irradiating light from the support side, the elastomer precursor or the resin precursor on which the cavity shape of the mold is transferred is cured, and the cured product of the elastomer precursor or the resin precursor and the support thereof.
- the production method 4 may include the following steps (14) to (17).
- (14) The roll mold having an outer peripheral surface in which a plurality of cavities are arranged is rotated, and the support coated with the adhesive is run along the outer peripheral surface of the roll mold in the rotation direction of the roll mold.
- the resin and the support are adhered to each other by curing the photocurable resin, it is not necessary to use an adhesive, and from the viewpoint of improving productivity, it is preferable not to use an adhesive.
- the method of providing the resonance portion 11 and the protrusion 31 on the sheet portion 10 is not limited to the method of integrally molding using a mold as described above, but also heat-pressurizes or pressurizes and crimps each separately molded part.
- the method may be bonded using various known adhesives, and examples thereof include a method of bonding by heat welding, ultrasonic welding, laser welding and the like.
- the adhesive include epoxy resin adhesives, acrylic resin adhesives, polyurethane resin adhesives, silicone resin adhesives, polyolefin resin adhesives, polyvinyl butyral resin adhesives, and mixtures thereof.
- the present invention is not particularly limited to these.
- a part or the whole of the resonance portion 11 and the protrusion 31 can also be formed by punching out the rubber plate obtained by the above molding method.
- a part of the resonance portion 11 is a metal or an alloy, it can be formed by cutting the metal or the alloy. Further, a method of manufacturing using a 3D printer or the like can also be mentioned.
- the integrally molded product of the resonance portion 11, the seat portion 10, and the resonance portion 11 is molded by using a mold or a casting having a cavity having a shape corresponding to the integrally molded product of the seat portion 10 and the resonance portion 11.
- a press molding method various known methods such as a press molding method, a compression molding method, a casting molding method, an extrusion molding method, and an injection molding method are known, and the types are not particularly limited.
- the raw material of each component is, for example, a resin material having viscoelasticity
- it can be poured into the cavity in the form of a liquid precursor or a heated melt. Further, if it is a metal, alloy or inorganic glass, it can be arranged (inserted) in advance at a predetermined position in the cavity.
- the resin material is not particularly limited.
- the materials exemplified in the above-mentioned sound insulation member and the like, and their raw materials / intermediates and the like can be mentioned.
- FIG. 14 to 17 are diagrams showing an example of a manufacturing process of the sound insulating member 12.
- a mold 61 having a cavity 61a having a shape corresponding to the resonance portion 11 described above is used (see FIG. 14)
- a weight portion 22 is arranged in the cavity 61a of the mold 61 (see FIG. 15), and then the weight portion 22 is arranged.
- the integrally molded product of the sheet portion 10 and the resonance portion 11 is released from the mold, and the sound insulating member 12 is formed. obtain.
- the sheet portion 10 and the resonance portion 11 are preferably integrally molded products containing a thermosetting elastomer or a thermoplastic elastomer.
- the sound insulation structure described above has a configuration in which a plurality of resonance portions 21 are provided in contact with the seat surface of the seat portion 10. Therefore, when a sound wave is incident from a noise source, high sound insulation performance that surpasses the mass law can be obtained.
- the resonance frequency of the resonance portion 11 can be controlled by adjusting the spring constant by changing the shape, density distribution or material (storage elastic modulus, mass) of the resonance portion 11 and the base portion 21, or changing the mass of the weight portion 22. It can be done easily.
- the frequency band acoustic bandgap width and frequency position
- the sound insulation structure 1 according to the present embodiment is excellent in the degree of freedom in selecting the sound insulation frequency and the degree of freedom in design as compared with the conventional one.
- the above-mentioned sound insulation structure can be used not only as a structure for sound insulation but also as a structure for vibration damping.
- the resonance frequency of the structure was calculated using COMSOL Multiphysics (COMSOL), which is a physics simulation software using the finite element method.
- the conditions of the physics simulation will be described in detail.
- the above method is a numerical analysis method for approximately solving differential equations that cannot be analytically solved by the finite element method with high accuracy, and divides a complex object to be analyzed into simple small parts (elements). This is a method of approximately calculating the overall behavior.
- the protrusion resonance frequency in the examples described later was calculated by the following procedure.
- FIG. 19 shows a mode in which a perforated nut (hexagonal plate) is used as a weight portion
- FIG. 20 shows a mode in which a weight portion is not provided
- FIG. 21 shows an embodiment in which a laminated structure of a rubber layer and a PET layer is adopted as a sheet portion without a weight portion.
- a small dF which is the amount of deviation from the design frequency of the sheet, is a good bonding condition.
- the dF is preferably as small as possible, preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less.
- the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
- the present invention can adopt various conditions as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.
- the standardized shift amount of the natural frequency is defined as follows.
- the design natural frequency below is the natural frequency when the same sheet / protrusion shape does not include the adhesive layer.
- Normalized natural frequency shift amount (%) ((design natural frequency)-(natural frequency)) ⁇ (design natural frequency)
- FIG. 22 shows a graph showing the relationship between the normalized natural frequency shift amount and ⁇ obtained by the above calculation.
- ⁇ is a ratio of (E_blue / I_blue) / (E_membrane / H).
- the first embodiment is a unit cell including the sound insulation sheet member shown in FIG. Table 1 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Example 1, it was confirmed that the natural frequency was 4353 Hz and the normalized natural frequency shift amount was 13.4, the frequency deviation was sufficiently small, and the frequency was as designed.
- Comparative Example 1 is also a unit cell including the sound insulation sheet member shown in FIG. Table 1 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Example 1, it was confirmed that the natural frequency was 3626 Hz and the standardized natural frequency shift amount was 27.8, the frequency deviation was large, and the frequency was significantly different from the design frequency due to the influence of the adhesive layer.
- Reference Example 1 is also a unit cell including the sound insulation sheet member shown in FIG. Table 1 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method.
- This reference example is an embodiment in which an adhesive is not used.
- the natural frequency was 5025 Hz and the normalized natural frequency shift amount was 0%.
- Examples 2 to 7 are unit cells including the sound insulation sheet member shown in FIG. Table 2 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Examples 2 to 7, the natural frequency was 3545 to 5024 Hz and the standardized natural frequency shift amount was 0.0 to 13.4%, the frequency deviation was sufficiently small, and the frequency was as designed. It was confirmed that there was.
- Comparative Examples 2 to 5 are also unit cells including the sound insulation sheet member shown in FIG. Table 3 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Comparative Examples 2 to 5, the natural frequency was 1962 to 3626 Hz and the standardized natural frequency shift amount was 27.8 to 61.0%, the frequency deviation was large, and the design frequency was affected by the adhesive layer. It was confirmed that it was significantly different from.
- Examples 8 to 14 are unit cells including the sound insulation sheet member shown in FIG. 20.
- Table 4 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Examples 8 to 14, the natural frequency was 3759 to 5319 Hz and the standardized natural frequency shift amount was 0.0 to 11.4%, the frequency deviation was sufficiently small, and the frequency was as designed. It was confirmed that there was.
- Comparative Examples 6 to 8 are also unit cells including the sound insulation sheet member shown in FIG. 20.
- Table 5 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Comparative Examples 6 to 8, the natural frequency is 3155 to 3156 Hz and the standardized natural frequency shift amount is 40.7%, the frequency deviation is large, and the frequency is significantly different from the design frequency due to the influence of the adhesive layer. Was confirmed.
- Examples 15 to 21 are unit cells including the sound insulation sheet member shown in FIG. Table 6 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Examples 15 to 21, the natural frequency was 3942 to 5577 Hz and the standardized natural frequency shift amount was 0.0 to 3.4%, the frequency deviation was sufficiently small, and the frequency was as designed. It was confirmed that there was.
- Comparative Examples 9 to 11 are also unit cells including the sound insulation sheet member shown in FIG. 21.
- Table 7 shows the sizes, materials, and physical characteristics of the constituent members of the unit cell.
- the natural frequency of the expansion and contraction vibration of the protrusion in the unit cell was calculated based on the above calculation method. As a result of the calculation, in Comparative Examples 9 to 11, the natural frequency was 3822 to 3824 Hz and the standardized natural frequency shift amount was 31.4 to 31.5%, the frequency deviation was large, and the design frequency was affected by the adhesive layer. It was confirmed that it was significantly different from.
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Abstract
接着剤層を設けた場合であっても、十分な遮音効果が得られ、かつ、遮音効果が発生する周波数帯にずれが生じにくい遮音構造体を提供することを課題とする。シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を少なくとも有する遮音構造体であって、下記式(1)を満たす、遮音構造体。 E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1) E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率 I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚 E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率 H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
Description
本発明は、遮音構造体に関する。
集合住宅、オフィスビルやホテル等の建物においては、自動車、鉄道、航空機、船舶等からの屋外騒音や建物内部で発生する設備騒音や人声を遮断して、室用途に適した静謐性が要求される。また、自動車、鉄道、航空機、船舶等の乗り物においては、風切り音やエンジン音を遮断して、乗員に静粛で快適な空間を提供するために室内騒音を低減する必要がある。そのため、屋外から屋内、または、乗り物の室外から室内への騒音や振動の伝搬を遮断する手段、すなわち、制振遮音手段の研究開発が進められてきている。近年では、建物においては高層化等に伴い軽量の制振遮音部材が求められており、また、乗り物においてもエネルギー効率向上のため軽量の制振遮音部材が求められている。さらに、建物、乗り物やそれらの設備の設計自由度向上のために、複雑な形状にも対応可能な制振遮音部材が求められている。
一般的に、制振遮音部材の特性は、いわゆる質量則に従う。すなわち、騒音の低減量の指標である透過損失は、制振遮音部材の質量と弾性波や音波の周波数との積の対数により決定される。そのため、ある一定周波数の騒音の低減量をより大きくするためには、制振遮音部材の質量を増やさなければならない。しかしながら、制振遮音部材の質量を増やす方法では、建物や乗り物等の質量の制約から騒音低減量に限界が生じてしまう。
制振遮音部材の質量増加の問題を解決するために、従来から、部材構造の改良がなされている。例えば、石膏ボード、コンクリート、鋼板、ガラス板、樹脂板等の剛性のある平板材を複数枚組み合わせて用いる方法や、石膏ボード等を用いて中空二重壁構造や中空三重壁構造とする方法等が知られている。
そして近年では、質量則を凌駕する遮音性能を実現するために、高剛性の平板材と共振器とを組み合わせて用いた、プレート型音響メタマテリルによる遮音板が提案されている。具体的には、シリコーンゴムとタングステンからなる複数個の独立した切り株状の突起(共振器)又はゴムからなる複数個の独立した切り株状の突起(共振器)を、アルミニウム基板上に設けた遮音板(非特許文献1及び2参照)、シリコーンゴム又はシリコーンゴムと鉛キャップとからなる複数個の独立した切り株状の突起(共振器)をエポキシ基板上に設けた遮音板(非特許文献3参照)が提案されている。
また、粘弾性を有するシート及び基部と錘部を備えた共振部を備えた遮音シート部材が提案されている(特許文献1)。
また、制振遮音材が弾性接着剤を介して接着され積層されてなる構造体の開示がある(特許文献2)
また、粘弾性を有するシート及び基部と錘部を備えた共振部を備えた遮音シート部材が提案されている(特許文献1)。
また、制振遮音材が弾性接着剤を介して接着され積層されてなる構造体の開示がある(特許文献2)
M. B. Assouar, M. Senesi, M. Oudich, M. Ruzzee and Z. Hou, Broadband plate-type acoustic metamaterial for low-frequency sound attenuation, Applied Physics Letters, 2012, volume 101, pp 173505.
M. Oudich, B. Djafari-Rouhani, Y. Pennec, M. B. Assouar, andB. Bonello, Negative effective mass density of acoustic metamaterial plate decorated with low frequency resonant pillars, Journal of Applied Physics, 2014, volume 116, pp 184504.
M. Oudich, Y. Li, M. B. Assouar, and Z. Hou, A sonic band gap based on the locally resonant phononic plates with stubs, New Journal of Physics, 2010, volume 12, pp 083049.
特許文献1に記載の遮音シートは、比較的に軽量でありながらも質量則を凌駕する高い遮音性能を有し製造性及び耐久性に優れるが、その接着方法、材料、条件については、種々の方法が可能という記載のみで詳細には十分に検討されていない。
すなわち、設置方法は特に限定されず、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ている。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ているが、これらは特に詳細に検討されていなかった。
しかし、本出願人の検討により、接着剤により形成される接着剤層の態様(膜厚、性状)によっては遮音効果が十分でない場合や、遮音効果が発生する周波数帯にずれが生じることがわかった。
すなわち、設置方法は特に限定されず、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ている。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ているが、これらは特に詳細に検討されていなかった。
しかし、本出願人の検討により、接着剤により形成される接着剤層の態様(膜厚、性状)によっては遮音効果が十分でない場合や、遮音効果が発生する周波数帯にずれが生じることがわかった。
本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものである。その目的(課題)は、接着剤層を設けた場合であっても、十分な遮音効果が得られ、かつ、遮音効果が発生する周波数帯にずれが生じにくい遮音構造体を提供することである。
なお、ここでいう目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本発明の他の目的として位置づけることができる。
本発明者らは、シート状のシート面と前記シート部に設けられた複数の凸部を有する遮音構造体において、該シートが特定の力学的物性値、及び形状を有する接着剤層により設置される遮音構造体を用いることにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下に示す種々の具体的態様を提供する。
[1] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を少なくとも有する遮音構造体であって、下記式(1)を満たす、遮音構造体。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
[2] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、かつ、
下記式を満たす規格化固有周波数シフト量が、0~30%である、遮音構造体。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数
[3] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、前記接着剤層の弾性率が10MPaより大きい、遮音構造体。
[4] 前記接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の遮音構造体。
[5] 下記式(2)及び(3)を満たす、[4]に記載の遮音構造体。
7000≧E_glue/E_membrane≧0.5 (2)
50.0≧E_glue/E_adh≧0.00002 (3)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
E_membrane(MPa):シートの貯蔵弾性率
E_adh(MPa):被着体の貯蔵弾性率
[6] 下記式(4)を満たす、[1]~[5]のいずれかに記載の遮音構造体。
1.0≧I_glue≧0.005 (4)
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
[7] 前記式(1)は、下記式(1)’を満たす、[1]~[6]のいずれかに記載の遮音構造体。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
上記の式(1)’におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHは、前記式(1)におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHと同様であり、β=5である。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
[8] 前記E_glueが10MPaより大きい、[1]~[7]のいずれかに記載の遮音構造体。
[9] 前記接着剤層が、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びシアノアクリレート系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上の樹脂を含み、かつ、該接着剤層中のこれらの樹脂の合計の含有割合が10重量%以上である、[1]~[8]のいずれかに記載の遮音構造体。
[10] 前記接着剤層が、無機フィラーを含み、該接着剤層中の該無機フィラーの含有割合が1重量%以上である、[1]~[9]のいずれかに記載の遮音構造体。
[11] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有する遮音構造体の製造方法であって、
シート部の一方の面に複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程、及び
前記遮音部材に接着剤層を設ける工程、を有し、かつ、
下記式(1)を満たす、遮音構造体の製造方法。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) 式(1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
[12] 前記接着剤層を介して前記遮音部材が接着される被着体を設ける工程をさらに有する、[11]に記載の遮音構造体の製造方法。
[1] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を少なくとも有する遮音構造体であって、下記式(1)を満たす、遮音構造体。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
[2] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、かつ、
下記式を満たす規格化固有周波数シフト量が、0~30%である、遮音構造体。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数
[3] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、前記接着剤層の弾性率が10MPaより大きい、遮音構造体。
[4] 前記接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の遮音構造体。
[5] 下記式(2)及び(3)を満たす、[4]に記載の遮音構造体。
7000≧E_glue/E_membrane≧0.5 (2)
50.0≧E_glue/E_adh≧0.00002 (3)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
E_membrane(MPa):シートの貯蔵弾性率
E_adh(MPa):被着体の貯蔵弾性率
[6] 下記式(4)を満たす、[1]~[5]のいずれかに記載の遮音構造体。
1.0≧I_glue≧0.005 (4)
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
[7] 前記式(1)は、下記式(1)’を満たす、[1]~[6]のいずれかに記載の遮音構造体。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
上記の式(1)’におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHは、前記式(1)におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHと同様であり、β=5である。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
[8] 前記E_glueが10MPaより大きい、[1]~[7]のいずれかに記載の遮音構造体。
[9] 前記接着剤層が、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びシアノアクリレート系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上の樹脂を含み、かつ、該接着剤層中のこれらの樹脂の合計の含有割合が10重量%以上である、[1]~[8]のいずれかに記載の遮音構造体。
[10] 前記接着剤層が、無機フィラーを含み、該接着剤層中の該無機フィラーの含有割合が1重量%以上である、[1]~[9]のいずれかに記載の遮音構造体。
[11] シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有する遮音構造体の製造方法であって、
シート部の一方の面に複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程、及び
前記遮音部材に接着剤層を設ける工程、を有し、かつ、
下記式(1)を満たす、遮音構造体の製造方法。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) 式(1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
[12] 前記接着剤層を介して前記遮音部材が接着される被着体を設ける工程をさらに有する、[11]に記載の遮音構造体の製造方法。
本発明により、接着剤層を設けた場合であっても、十分な遮音効果が得られ、かつ、遮音効果が発生する周波数帯にずれが生じにくい遮音構造体を提供することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、これら説明は本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限りこれらの内容に限定されない。
また、本明細書において、上下左右等の位置関係は、特段の断りがない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。なお、本明細書において、例えば「1~100」との数値範囲の表記は、その下限値「1」及び上限値「100」の双方を包含するものとする。また、他の数値範囲の表記も同様である。
また、本明細書において、「複数」とは、2以上であることを示す。
また、本明細書において、上下左右等の位置関係は、特段の断りがない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。なお、本明細書において、例えば「1~100」との数値範囲の表記は、その下限値「1」及び上限値「100」の双方を包含するものとする。また、他の数値範囲の表記も同様である。
また、本明細書において、「複数」とは、2以上であることを示す。
<遮音構造体>
本発明の一実施形態である遮音構造体(以下、単に「遮音構造体」とも称する)は、シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部を有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を少なくとも有する遮音構造体であって、下記式(1)を満たす、遮音構造体である。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
以下、本発明の各実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。
また、本明細書において、「凸部」または「共振部」は、それぞれ、特段の断りがない限り、複数の凸部または共振部の全てを対象とする。
本発明の一実施形態である遮音構造体(以下、単に「遮音構造体」とも称する)は、シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部を有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を少なくとも有する遮音構造体であって、下記式(1)を満たす、遮音構造体である。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
以下、本発明の各実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。
また、本明細書において、「凸部」または「共振部」は、それぞれ、特段の断りがない限り、複数の凸部または共振部の全てを対象とする。
遮音構造体は、上記の構成に加え、さらに接着剤層を介して遮音構造体が接着される被着体を有することが好ましい。図1及び2は、それぞれ、本実施形態の第1の実施形態である遮音構造体に前記被着体が設けられた態様(以下、「遮音構造体1」とも称する)を示す概略斜視図、及びそのII-II矢視断面図である。遮音構造体1は、シート状のシート部10と該シート部に設けられた複数の凸部11を有する遮音部材12、被着体13、及び該被着体13に該遮音部材を接着する接着剤層14を有する。なお、凸部は、原則として共振部から構成されるが、後述する図12及び13に示す突起部も構成要素に含まれる。以下の記載では、突起部に関する説明以外では、凸部を共振部とも称する。なお、図12及び13では、共振部としての凸部11と突起部31とを分けて記載しているが、突起部は凸部に含まれる概念である。
この遮音構造体1においては、例えば被着体13側にある騒音源から音波が入射された際、シート部10及び/又は共振部11の共振が生じる。このとき、被着体13に作用する力の方向とシート部10及び/又は共振部11に発生する加速度の方向とが逆となる周波数領域が存在可能となり、特定周波数の振動の一部乃至全部が打ち消されることで、特定周波数の振動がほぼ完全に存在しなくなる完全音響バンドギャップが生じる。そのため、シート部10及び/又は共振部11の共振周波数付近において、振動の一部乃至全部が静止し、その結果、比較的に軽量でありながらも質量則を凌駕する高い遮音性能が得られる。このような原理を利用した遮音部材は、音響メタマテリアルと呼ばれる。
この遮音構造体1においては、例えば被着体13側にある騒音源から音波が入射された際、シート部10及び/又は共振部11の共振が生じる。このとき、被着体13に作用する力の方向とシート部10及び/又は共振部11に発生する加速度の方向とが逆となる周波数領域が存在可能となり、特定周波数の振動の一部乃至全部が打ち消されることで、特定周波数の振動がほぼ完全に存在しなくなる完全音響バンドギャップが生じる。そのため、シート部10及び/又は共振部11の共振周波数付近において、振動の一部乃至全部が静止し、その結果、比較的に軽量でありながらも質量則を凌駕する高い遮音性能が得られる。このような原理を利用した遮音部材は、音響メタマテリアルと呼ばれる。
また、共振部11の形状、密度分布或いは素材(貯蔵弾性率、質量)の変更によるバネ定数の調整や、後述する図3に示す錘部22の質量の変更等によって、共振部11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、シート部10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、上記の遮音構造体1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。
また、遮音部材12が粘弾性を有するため、被着体13が、例えば曲面等を有する非平坦面であっても、伸縮可能なフレキシブルなシート部10がその表面形状に追随することができ、その結果、シート部10を被着体13上に安定して取付け可能である。したがって、本実施形態に係る遮音構造体1は、従来のものに比して、取扱性及び汎用性に優れる。
また、遮音部材12が粘弾性を有するため、被着体13が、例えば曲面等を有する非平坦面であっても、伸縮可能なフレキシブルなシート部10がその表面形状に追随することができ、その結果、シート部10を被着体13上に安定して取付け可能である。したがって、本実施形態に係る遮音構造体1は、従来のものに比して、取扱性及び汎用性に優れる。
また、シート部10及び共振部11を一体成形した場合には、複数の共振部11(共振器)を一括して設置可能となるため、製造性及び取扱性が格別に向上する。
また、後述する図12及び13に示すリブ状突起部31や円柱状突起部32を有する場合、共振部11の最大高さよりも最大高さが高い突起部が配設されているため、遮音部材12の製造段階において、遮音部材12をシート状に巻き取ったり又は複数枚重ね合わせたりしても、突起部がスペーサとして機能し、シート部10の裏面に対する共振部11の接触が抑制される。したがって、共振部11の変形、変異、割れ、脱落、破損等の製造トラブルを生じさせることなく、所謂ロール・トゥ・ロールで遮音部材12を連続生産し及び保管することが容易となり、枚葉ごとのバッチ生産に比べて生産速度が向上し、生産性及び経済性が高められる。
さらに、シート部と共振部を一体成型することが可能であり、その場合には接合面が存在しないことから、振動等の外力や温湿度等の外部環境の変化に対して脆弱部となり得る境界面を減らすことができるため耐久性に優れる。
また、後述する図12及び13に示すリブ状突起部31や円柱状突起部32を有する場合、共振部11の最大高さよりも最大高さが高い突起部が配設されているため、遮音部材12の製造段階において、遮音部材12をシート状に巻き取ったり又は複数枚重ね合わせたりしても、突起部がスペーサとして機能し、シート部10の裏面に対する共振部11の接触が抑制される。したがって、共振部11の変形、変異、割れ、脱落、破損等の製造トラブルを生じさせることなく、所謂ロール・トゥ・ロールで遮音部材12を連続生産し及び保管することが容易となり、枚葉ごとのバッチ生産に比べて生産速度が向上し、生産性及び経済性が高められる。
さらに、シート部と共振部を一体成型することが可能であり、その場合には接合面が存在しないことから、振動等の外力や温湿度等の外部環境の変化に対して脆弱部となり得る境界面を減らすことができるため耐久性に優れる。
さらに、遮音構造体は、下記の式(1)を満たすことにより、より高い遮音性能、具体的には、遮音効果が発生する周波数帯にずれが生じにくいという効果を得ることができる。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ
本発明における遮音性能は、図5に示すような動作原理としてバネ部をユニットとする共振器からなる簡易モデルを用いて記述することができる。図5の矢印は、共振方向を示す。また、図5において、丸の表記が凸部の重量を有する重り、四角の表記が被着体、丸の表記側のバネがシート部及び凸部に対応するバネ、並びに四角の表記側のバネが接着剤層に対応するバネを示す。すなわち、シート部及び凸部のバネ定数をKA、及び接着剤部のバネ定数をKBとする直列バネとして共振現象を近似できる。共振部となる樹脂部のバネ定数KA接着剤の持つバネ定数KAからなる直列バネの合成バネ定数KALLは、下記の式(S1)のように記述できる。ただし、下記の式は、接着剤層が十分薄く、その質量が無視できるとした場合の式である。
KALL=1/(1/KA+1/KB) (S1)
KALL=1/(1/KA+1/KB) (S1)
シート部材設計上の樹脂部のバネ定数はKA、接着された構造体全体のバネ定数はKALLであることから、|KA-KALL|が小さいことは、設計からのバネ定数のずれが小さいことを意味する。さらに、この値を本来のバネ定数であるKAで割った値(規格化バネ定数)を△K=|KA-KALL|/KAとすると、△K=1/(1+(KB/KA))となり、△Kを小さくするためにはKA/KBが一定値より大きいことが好ましい条件であることが推定できる。
また、△Kが小さくなれば、遮音帯域と直接対応する突起の共振周波数はf=(K/m)1/2(mは凸部の重量)と記述されることから、△f=(△K/m)1/2となり、設計周波数からのずれも小さくなることがわかる。
また、△Kが小さくなれば、遮音帯域と直接対応する突起の共振周波数はf=(K/m)1/2(mは凸部の重量)と記述されることから、△f=(△K/m)1/2となり、設計周波数からのずれも小さくなることがわかる。
上記の簡易モデルと凸部形状、及び材料物性との対応関係を明らかにするため、図6に示すモデルに従い、突起部が円柱、角柱などの突起部断面積が一定の形状である棒状バネである仮定する。この場合、棒状バネにおける加重Fと伸びLとの関係は、下記の式(S2)で表される。図6の矢印は、共振方向を示す。
△F=(EA△L/L) (S2)
E(MPa):貯蔵弾性率
A(mm2):突起の断面積
L(mm):樹脂バネ部の高さ
△L(mm):加重Fが加わったときの伸び
上記の式において、棒状バネ定数Kは、△F/△L=Kの関係から、K=EA/Lと表される。したがって、KB/KA>β(βは定数)を満たすならば、EBAB/LB>βEAAA/LAと記述できる。
△F=(EA△L/L) (S2)
E(MPa):貯蔵弾性率
A(mm2):突起の断面積
L(mm):樹脂バネ部の高さ
△L(mm):加重Fが加わったときの伸び
上記の式において、棒状バネ定数Kは、△F/△L=Kの関係から、K=EA/Lと表される。したがって、KB/KA>β(βは定数)を満たすならば、EBAB/LB>βEAAA/LAと記述できる。
ここで、バネ部の突起は断面積一定であれば、AA=ABとなるため、最終的に樹脂部、及び接着剤部の貯蔵弾性率と高さ、あるいは厚さとの関係が、下記の式(S3)で表される関係を満たすことが好ましいことが推測可能である。
EB/LB>βEA/LA (S3)
EB/LB>βEA/LA (S3)
上記の式(S3)の関係は、有限要素法を用いた計算によってさらに精密に計算、検証することが可能であるため、本発明における実施例では有限要素法による計算を用いた。
本発明者らは、有限要素法によるシミュレーションの結果から周波数ずれを20%以下に抑制するためにはβ≧0.5が重要な条件であることを見出した。この関係を満たす材料、及び形状を持つ接着剤、及び構造体を適用することにより、シート部の遮音設計周波数ずれが小さい高品質の製品を提供することが可能となる。
本発明者らは、有限要素法によるシミュレーションの結果から周波数ずれを20%以下に抑制するためにはβ≧0.5が重要な条件であることを見出した。この関係を満たす材料、及び形状を持つ接着剤、及び構造体を適用することにより、シート部の遮音設計周波数ずれが小さい高品質の製品を提供することが可能となる。
上述の式(1)を下記の式(1)’と表した場合、上述の式(1)は該式(1)’を満たすことが好ましく、該式(1)’におけるβは、0.5以上であれば特段制限されないが、遮音効果が発生する周波数帯のずれを抑制する観点から、5であることが好ましく、50であることがより好ましく、100であることがさらに好ましく、また、上限は特段要しないが、通常50000以下である。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
上記の式(1)’におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHは、前記式(1)におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHと同様である。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
上記の式(1)’におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHは、前記式(1)におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHと同様である。
このように、接着剤層の平均膜厚に対する接着剤層の貯蔵弾性率を、シート部及び凸部の平均高さに対するシート部及び凸部の貯蔵弾性率よりも一定以上大きくすることで、被着体の振動が遮音部材に十分伝わるため、狙った周波数にて遮音効果を出すことができる。接着剤層の貯蔵弾性率が小さい場合や、接着剤層の平均膜厚が大きい場合、すなわち式(1)の左辺が小さい場合、接着剤層の被着体の振動による接着剤層の運動が無視できなくなり、結果、狙った周波数にて遮音効果を得ることが難しくなる。
なお、特許文献2等、従来から遮音材等を設置する際に接着剤を用いる技術はあるが、衝撃を緩衝することを目的として接着剤層の貯蔵弾性率は小さくすることが一般的である。接着剤層の貯蔵弾性率が小さいと、左辺が小さくなるため、一般的に、狙った周波数にて遮音効果を得ることが難しくなる。したがって、他の値との関係にもよるが接着剤層の貯蔵弾性率は、10MPaより大きい場合、式(1)を満たしやすくすることができる。
なお、特許文献2等、従来から遮音材等を設置する際に接着剤を用いる技術はあるが、衝撃を緩衝することを目的として接着剤層の貯蔵弾性率は小さくすることが一般的である。接着剤層の貯蔵弾性率が小さいと、左辺が小さくなるため、一般的に、狙った周波数にて遮音効果を得ることが難しくなる。したがって、他の値との関係にもよるが接着剤層の貯蔵弾性率は、10MPaより大きい場合、式(1)を満たしやすくすることができる。
以下、遮音部材、被着体、及び接着剤層等の各構成要素について、詳述する。
[遮音部材]
遮音部材12は、シート状のシート部10と該シート部の一方の面に設けられた複数の共振部11を有する。
シート部10と共振部11とは、同一材料からなっていてもよく、また、異なる材料からなっていてもよい。また、これらは、一体的に形成されていてもよく、また、別々に形成したものを組み合わせていてもよい。
[遮音部材]
遮音部材12は、シート状のシート部10と該シート部の一方の面に設けられた複数の共振部11を有する。
シート部10と共振部11とは、同一材料からなっていてもよく、また、異なる材料からなっていてもよい。また、これらは、一体的に形成されていてもよく、また、別々に形成したものを組み合わせていてもよい。
(貯蔵弾性率E_membrane)
シート部10及び共振部11の貯蔵弾性率(E_membrane)は、上述の式(1)を満たせば特段制限されないが、高い遮音性能を得ることができる観点から、通常0.5MPa以上であり、1.0MPa以上であることが好ましく、2.0MPa以上であることがより好ましく、3.0MPa以上であることがさらに好ましく、また、通常500MPa以下であり、300MPa以下であることが好ましく、200MPa以下であることがより好ましく、100MPa以下であることがさらに好ましい。
シート部10及び共振部11の貯蔵弾性率(E_membrane)は、上述の式(1)を満たせば特段制限されないが、高い遮音性能を得ることができる観点から、通常0.5MPa以上であり、1.0MPa以上であることが好ましく、2.0MPa以上であることがより好ましく、3.0MPa以上であることがさらに好ましく、また、通常500MPa以下であり、300MPa以下であることが好ましく、200MPa以下であることがより好ましく、100MPa以下であることがさらに好ましい。
シート部10及び共振部11の弾性率(E_membrane)とは、シート部10及び共振部11のそれぞれのバネ定数から算出される合成貯蔵弾性率である。以下、合成貯蔵弾性率の算出方法を説明する。
シート部10及び共振部11のバネ定数(K_membrane)は、シート部10及び共振部11を併せたバネ定数である。共振部のバネ定数をK_res、及びシート部のバネ定数をK_sheetとすると、以下の式(S4)から、各々の共振部に対する合成バネ定数(K_membrane)を求めることができる。
K_membrane=1/(1/K_res+1/K_sheet) (S4)
この場合、シート部と共振部とからなる各々の合成貯蔵弾性率(E’_membrane)は、下記の式(S5)で表される関係から求めることができる。なお、各パラメータを各々で測定し、最終的にそれらを合成して下記の式(S5)から算出してもよい。K_res及びK_sheetの算出方法は後述する。
K_membrane=E’_membrane×(A/H_membrane) (S5)
E’_membrane:各々のシート部及び凸部の貯蔵弾性率(各々のシート部と共振部とからなる部材の合成貯蔵弾性率)
A:突起(共振部)の断面積
H_membrane:シート部と共振部を合わせた高さ(H_res+H_sheet)
最終的な合成貯蔵弾性率(E_membrane)は、複数の凸部に対して上記の各々の合成貯蔵弾性率(E’_membrane)を求め、それらの平均値として算出した値である。
シート部10及び共振部11のバネ定数(K_membrane)は、シート部10及び共振部11を併せたバネ定数である。共振部のバネ定数をK_res、及びシート部のバネ定数をK_sheetとすると、以下の式(S4)から、各々の共振部に対する合成バネ定数(K_membrane)を求めることができる。
K_membrane=1/(1/K_res+1/K_sheet) (S4)
この場合、シート部と共振部とからなる各々の合成貯蔵弾性率(E’_membrane)は、下記の式(S5)で表される関係から求めることができる。なお、各パラメータを各々で測定し、最終的にそれらを合成して下記の式(S5)から算出してもよい。K_res及びK_sheetの算出方法は後述する。
K_membrane=E’_membrane×(A/H_membrane) (S5)
E’_membrane:各々のシート部及び凸部の貯蔵弾性率(各々のシート部と共振部とからなる部材の合成貯蔵弾性率)
A:突起(共振部)の断面積
H_membrane:シート部と共振部を合わせた高さ(H_res+H_sheet)
最終的な合成貯蔵弾性率(E_membrane)は、複数の凸部に対して上記の各々の合成貯蔵弾性率(E’_membrane)を求め、それらの平均値として算出した値である。
遮音部材におけるシート部10の全体が均質な単一の材料からなり、厚さも均一であり、かつ、全ての共振部11が同一の材料からなり、厚さも同一である場合には、上記のように各々の共振部に対する合成バネ定数を求める必要はなく、任意に選んだ1つの共振部に対する合成バネ定数から算出されたE’_membraneを、E_membraneとすることができる。
また、シート部10及び共振部11が同一材料からなる場合には、シート部10又は共振部11のいずれかのうちの任意の部分における合成バネ定数をK_membraneとすることができる。
なお、上記の様々な貯蔵弾性率は、後述の方法で測定することができるが、遮音部材から採取した材料を用いて直接的に評価してもよく、また、同一の製造条件で製造した試験片を用意して間接的に評価してもよい。
また、シート部10及び共振部11が同一材料からなる場合には、シート部10又は共振部11のいずれかのうちの任意の部分における合成バネ定数をK_membraneとすることができる。
なお、上記の様々な貯蔵弾性率は、後述の方法で測定することができるが、遮音部材から採取した材料を用いて直接的に評価してもよく、また、同一の製造条件で製造した試験片を用意して間接的に評価してもよい。
遮音部材12が、後述する錘部22を有する場合、K_membraneの算出において錘部22の貯蔵弾性率は考慮しない。これは、錘部は基本的に剛体であることから、本発明における共振に影響を及ぼすのは、柔軟性を付与する部分のみである、つまり、シート部10と後述する基部21であるためである。
貯蔵弾性率は、樹脂等の分子量や結合の種類を変える、又はフィラーを添加することにより制御でき、一般的に、分子量の増加、結合力の増加、又はフィラーの添加に伴い増加する。さらに、例えば、貯蔵弾性率の低い樹脂と貯蔵弾性率の高い樹脂をブレンドさせて成形体を製造した場合、これらの樹脂のブレンド比率を調整することにより成形体の貯蔵弾性率を制御することができる。
上述の共振部のバネ定数をK_res、及びシート部のバネ定数をK_sheetは、下記の式(S6)及び(S7)に基づき、それぞれ、共振部及びシート部の貯蔵弾性率から求めることができる。
K_res=E_res×A_res/L_res (S6)
K_sheet=E_sheet×A_sheet/L_sheet (S7)
上記式において、K_res(K_sheet):共振部(シート部)のバネ定数(-)、E_res(E_sheet):共振部(シート部)の貯蔵弾性率(MPa)、A_res(A_sheet):共振部(シート部)の断面積(mm2)、L_res(L_sheet):共振部(シート部)の高さ(mm)である。
K_res=E_res×A_res/L_res (S6)
K_sheet=E_sheet×A_sheet/L_sheet (S7)
上記式において、K_res(K_sheet):共振部(シート部)のバネ定数(-)、E_res(E_sheet):共振部(シート部)の貯蔵弾性率(MPa)、A_res(A_sheet):共振部(シート部)の断面積(mm2)、L_res(L_sheet):共振部(シート部)の高さ(mm)である。
上記の式(S6)及び(S7)におけるシート部及び共振部のそれぞれの貯蔵弾性率E_res及びE_sheetは、以下の方法に従い、押込型硬度計を用いて測定することができる。本願明細書における貯蔵弾性率の測定は、測定雰囲気の温度23℃、湿度50%RHの条件で行う。
なお、接着剤層の貯蔵弾性率は、以下の押込型硬度計を用いた方法で測定することができるが、遮音構造体から採取した材料を用いて直接的に評価してもよく、また、同一の製造条件で製造した試験片を用意して間接的に評価してもよい。
押込型硬度計による測定は、国際標準規格ISO14577-1に従って試験する。使用圧子はビッカース圧子を用いて評価実施可能である。
なお、接着剤層の貯蔵弾性率は、以下の押込型硬度計を用いた方法で測定することができるが、遮音構造体から採取した材料を用いて直接的に評価してもよく、また、同一の製造条件で製造した試験片を用意して間接的に評価してもよい。
押込型硬度計による測定は、国際標準規格ISO14577-1に従って試験する。使用圧子はビッカース圧子を用いて評価実施可能である。
該押込型硬度計の測定により、図7に示すような荷重変位量曲線が得られる。図中の記号は、以下の通りである。
Fmax:最大試験力
hr:除荷曲線の接線と押込み深さの交点
hf:試験力除荷後の永久くぼみ深さ
hmax:Fmaxにおける最大押込み深さ
ここで、Fmaxにおける最大押し込み深さhmaxと試験力除荷後の永久くぼみ深さの比hf/hmaxを残留ひずみエネルギーの指標の一つとして用いることができる。
EITの解析には、除荷曲線に引いた接線の傾きSを用いる。
圧子と試料の複合弾性率Erは、以下の式(L)で表される。
Fmax:最大試験力
hr:除荷曲線の接線と押込み深さの交点
hf:試験力除荷後の永久くぼみ深さ
hmax:Fmaxにおける最大押込み深さ
ここで、Fmaxにおける最大押し込み深さhmaxと試験力除荷後の永久くぼみ深さの比hf/hmaxを残留ひずみエネルギーの指標の一つとして用いることができる。
EITの解析には、除荷曲線に引いた接線の傾きSを用いる。
圧子と試料の複合弾性率Erは、以下の式(L)で表される。
また、測定対象物の押し込み弾性率(E_res、またはE_sheet)をEITとすると、以下の式(M)で表される。
Er:圧子と試料の複合弾性率(実験で測定された弾性率)
vi:圧子(Indenter)のポアソン比(通常圧子はダイヤモンド製で既知の値を使用)
vs:サンプルのポアソン比(既知の値を使用。一般的な樹脂の場合0.3~0.5)
なお、上記の方法による貯蔵弾性率の測定は、後述の基部や錘部、突起部、接着剤、被着体の貯蔵弾性率の測定にも適用できる。本方法で上記材料の貯蔵弾性率を測定する場合、押し込みにより変形しない平坦な測定基板上(石英ガラス、スライドガラス等)に市販の瞬間接着剤等で測定面を水平に貼付、固定して測定することが好ましく、測定時の押込量は被測定物の厚さの約1/10以下であることが好ましい。押込量が被測定物厚さの1/10以上である場合、上記測定値が固定した基板硬度の影響を受けるため測定条件として不適切となる。
(高さH)
シート部10及び共振部11の高さHは、上述の式(1)を満たせば特段制限されないが、可聴域で高い遮音性能を得ることができる観点から、通常0.5mm以上であり、1.0mm以上であることが好ましく、2.0mm以上であることがより好ましく、3.0mm以上であることがさらに好ましく、また、通常50.0mm以下であり、30.0mm以下であることが好ましく、25.0mm以下であることがより好ましく、20.0mm以下であることがさらに好ましい。
シート部及び共振部の高さHとは、シート部10の高さ及び共振部11を併せた高さである。具体的には、各々の共振部の高さをH_res、及びその直下にあるシート部の厚みをH_sheetとした場合、以下の式(B)から各々の共振部に対する合算高さH’を求め、それらの合算高さの平均値として算出した値である。
H’=H_res+H_sheet (B)
なお、1つの共振部において、高さにばらつきがある場合には、その平均値を用いる。
シート部10及び共振部11の高さHは、上述の式(1)を満たせば特段制限されないが、可聴域で高い遮音性能を得ることができる観点から、通常0.5mm以上であり、1.0mm以上であることが好ましく、2.0mm以上であることがより好ましく、3.0mm以上であることがさらに好ましく、また、通常50.0mm以下であり、30.0mm以下であることが好ましく、25.0mm以下であることがより好ましく、20.0mm以下であることがさらに好ましい。
シート部及び共振部の高さHとは、シート部10の高さ及び共振部11を併せた高さである。具体的には、各々の共振部の高さをH_res、及びその直下にあるシート部の厚みをH_sheetとした場合、以下の式(B)から各々の共振部に対する合算高さH’を求め、それらの合算高さの平均値として算出した値である。
H’=H_res+H_sheet (B)
なお、1つの共振部において、高さにばらつきがある場合には、その平均値を用いる。
遮音部材12におけるシート部全体の厚みが均一であり、かつ、全ての共振部の高さが同一である場合には、上記のように各々の共振部に対する合算高さを求める必要はなく、任意に選んだ1つの共振部に対する合算高さをHとすることができる。
遮音部材12が、後述する錘部22を有する場合、Hの算出において、錘部22よりも先端側の高さは考慮しない。つまり、錘部22を有しない場合、Hはシート部10の下部から共振部11の上部までの高さであり、錘部22を有する場合、Hはシート部の下部から錘部22の下部までの高さである。これは、錘部22を有する場合、錘部分は金属、セラミックス等の非常に硬い材料から成るため、遮音周波数近傍において、ほとんど伸びが無い剛体である。したがって、共振に影響を及ぼすのは、設計周波数近傍で適度な伸びや歪が生じる部分である。つまり、シート部10と後述する基部21のみであるためである。
[シート部]
シート部10は、シート状であり、かつ、設計する遮音周波数近傍で適切な伸びや歪みを有するものであれば特段制限されず、また、平面であっても曲面であってもよく、被着体に設ける場合には、被着体の形状に合わせて適宜選択することができる。
本明細書における「シート部」とは、一方の面に凸部を保持するシート状の部材であり、後述するように、1つの層から構成されていても、2つ以上の層から構成されていてもよい。また、シート部とは、シートの形状を有する部分全体を示し、例えば、図8に示すように、シート部が複数の層から構成され、かつ、それらの層の中に2つの層(図8における10(a)及び10(c))を接着するための接着剤で構成される層10(b)が存在する構成とした場合、層10(a)と層10(b)と層10(c)とから構成されるシート形状部分がシート部となり、凸部とは反対側の面である層10(c)の2つの面のうち凸部とは反対側の面に隣接する接着剤で構成される層である層14が、式(1)における接着剤層となる。つまり、図8の場合、層10(a)がシート部全体、層10(b)が式(1)における接着剤層とはならない。
通常、遮音設計周波数は可聴域周波数領域であるため、20~20000Hzである。この周波数領域で適度な伸びや歪みを有するシート材料としては樹脂、ゴム等の高分子材料が好ましい。
該シート部は、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。
シート部10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。
金属型等を用いて注型する場合には、金型表面のキャビティ内をエラストマーで充填する必要があるが、光硬化性エラストマーの方が、硬化前の比較的低粘度の液体の状態でキャビティ内を充填でき、充填率を高められるため好ましい。
シート部10は、シート状であり、かつ、設計する遮音周波数近傍で適切な伸びや歪みを有するものであれば特段制限されず、また、平面であっても曲面であってもよく、被着体に設ける場合には、被着体の形状に合わせて適宜選択することができる。
本明細書における「シート部」とは、一方の面に凸部を保持するシート状の部材であり、後述するように、1つの層から構成されていても、2つ以上の層から構成されていてもよい。また、シート部とは、シートの形状を有する部分全体を示し、例えば、図8に示すように、シート部が複数の層から構成され、かつ、それらの層の中に2つの層(図8における10(a)及び10(c))を接着するための接着剤で構成される層10(b)が存在する構成とした場合、層10(a)と層10(b)と層10(c)とから構成されるシート形状部分がシート部となり、凸部とは反対側の面である層10(c)の2つの面のうち凸部とは反対側の面に隣接する接着剤で構成される層である層14が、式(1)における接着剤層となる。つまり、図8の場合、層10(a)がシート部全体、層10(b)が式(1)における接着剤層とはならない。
通常、遮音設計周波数は可聴域周波数領域であるため、20~20000Hzである。この周波数領域で適度な伸びや歪みを有するシート材料としては樹脂、ゴム等の高分子材料が好ましい。
該シート部は、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。
シート部10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。
金属型等を用いて注型する場合には、金型表面のキャビティ内をエラストマーで充填する必要があるが、光硬化性エラストマーの方が、硬化前の比較的低粘度の液体の状態でキャビティ内を充填でき、充填率を高められるため好ましい。
シート部10を構成する材料として、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系熱硬化性樹脂系エラストマー、ウレタン系熱硬化性樹脂系エラストマー、シリコーン系熱硬化性樹脂系エラストマー、フッ素系熱硬化性樹脂系エラストマー、アクリル系熱硬化性樹脂系エラストマー等の熱硬化性樹脂系エラストマー;
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;
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等が挙げられる。
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のさらなる具体例としては、ゴムが挙げられる。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。
さらにこれらの中でも、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、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。これらの材料を用いることで、耐熱性や耐寒性に優れる傾向にある。
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;
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等が挙げられる。
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のさらなる具体例としては、ゴムが挙げられる。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。
さらにこれらの中でも、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、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。これらの材料を用いることで、耐熱性や耐寒性に優れる傾向にある。
シート部10は、難燃剤、酸化防止剤、可塑剤、着色剤等の各種添加剤を含有していてもよい。
難燃剤は、可燃性の素材を燃え難くする又は発火しないようにするために配合される添加剤である。その具体例としては、ペンタブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン等の臭素化合物、トリフェニルホスフェート等のリン化合物、塩素化パラフィン等の塩素化合物、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、メラミンシアヌレート等の窒素化合物、ホウ酸ナトリウム等のホウ素化合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
また、酸化防止剤は、酸化劣化防止のために配合される添加剤である。その具体例としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
さらに、可塑剤は、柔軟性や耐候性を改良するために配合される添加剤である。その具体例としては、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、ポリエステル、リン酸エステル、クエン酸エステル、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、シリコーン油、鉱物油、植物油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。
さらに、着色剤として、色素や顔料等が挙げられる。
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。
難燃剤は、可燃性の素材を燃え難くする又は発火しないようにするために配合される添加剤である。その具体例としては、ペンタブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン等の臭素化合物、トリフェニルホスフェート等のリン化合物、塩素化パラフィン等の塩素化合物、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、メラミンシアヌレート等の窒素化合物、ホウ酸ナトリウム等のホウ素化合物等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
また、酸化防止剤は、酸化劣化防止のために配合される添加剤である。その具体例としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
さらに、可塑剤は、柔軟性や耐候性を改良するために配合される添加剤である。その具体例としては、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、ポリエステル、リン酸エステル、クエン酸エステル、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、シリコーン油、鉱物油、植物油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。
さらに、着色剤として、色素や顔料等が挙げられる。
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。
図1において、シート部10は平面視で正方形状に形成されているが、その形状はこれに特に限定されない。三角形状、長方形状、矩形状、台形状、ひし形状、5角形状や6角形状等の多角形状、円状、楕円状、これらに分類されない不定形状等、任意の平面視形状を採用することができる。なお、シート部10は、音響メタマテリアルとしての特性を失わない限り、伸縮性能の向上や軽量化等の観点から、任意の場所に切り込み部や打ち抜き孔等を有していてもよい。
シート部10の厚み(H_sheet)は、シート部及び凸部の高さHが上述の式(1)を満たす範囲内であれば、特段制限されない。シート部10の厚みによっても高い遮音性能を発現する周波数帯域(音響バンドギャップ幅や周波数位置)を制御可能であるため、音響バンドギャップが所望の遮音周波数領域に一致するように、シート部10の厚みを適宜設定することができる。シート部10の厚みが厚いと、音響バンドギャップ幅が狭くなり、且つ、低周波数側にシフトする傾向にある。また、シート部10の厚みが薄いと、音響バンドギャップ幅が広くなり、且つ、高周波側にシフトする傾向にある。
遮音性能、機械的強度、柔軟性、ハンドリング性等の観点から、シート部10の厚みH_sheetは、好ましくは10μm以上、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは100μm以上である。また、シート部10の厚みは、好ましくは2mm以下、より好ましくは1mm以下、さらに好ましくは500μm以下である。
遮音性能、機械的強度、柔軟性、ハンドリング性等の観点から、シート部10の厚みH_sheetは、好ましくは10μm以上、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは100μm以上である。また、シート部10の厚みは、好ましくは2mm以下、より好ましくは1mm以下、さらに好ましくは500μm以下である。
また、シート部10は、低温における遮音性の温度依存性を低減させる観点から、0℃以下のガラス転移温度を有することが好ましい。シート部10のガラス転移温度が低いほど、耐寒性が高められ、貯蔵弾性率の0℃付近での温度依存性が小さくなり遮音性能が環境温度に依存し難くなる傾向にある。より好ましくは-10℃以下、さらに好ましくは-20℃以下、特に好ましくは-30℃以下である。なお、本明細書において、シート部10のガラス転移温度は、上述した周波数10Hzにおける動的粘弾性測定、特に温度依存性測定において、損失正接のピーク温度を意味する。
シート部は2層以上で構成されていてもよく、さらにはシート同士が接着剤層により接着されていてもよい。この場合にシート部間に形成される接着剤層は、シート部の中の一層と考えることができる。たとえば、シート部X,シート部Yが接着剤層Zを挟んで形成されている場合は、合計3層からなるシート部全体の合成バネ定数を考えることができ、以下の式であらわされる。ただし、以下の式は、各層が突起部に対して十分薄く、その質量が無視できるとした場合の式である。
KSheet=1/(1/KX+1/(1/KZ+1/KY))
LSheet=LX+LY+LZ
上記の式において、KSheet(-):シート部全体の合成バネ定数、KX、KY(-):シート部X、Yのバネ定数、KZ(-):接着剤層Zのバネ定数、Lsheet(mm):シート部全体の高さ、LX、LY(mm):シート部X、シート部Yの高さ、LZ(mm):接着剤層Zの高さを示す。
3層それぞれの貯蔵弾性率、及び層厚から、突起部とシート部における合成バネ定数の議論と同様に、各パラメータの関係を求めることができる。すなわち、下記の式に基づきシート部全体の貯蔵弾性率を算出することができる。
KSheet=ESheetx A/LSheet
上記の式において、Aはシート部全体の断面積を示す。さらに、このKSheetを用いて、シート部と共振部からなる部材のK_membrane、E_membraneを計算することができる。一般に、4層以上の場合も同様である。また、2層以上である場合、接着剤を用いずに、熱硬化性エラストマー、光硬化性エラストマー等を別に準備したシート部上で硬化させることにより組み合わせてもよい。
KSheet=1/(1/KX+1/(1/KZ+1/KY))
LSheet=LX+LY+LZ
上記の式において、KSheet(-):シート部全体の合成バネ定数、KX、KY(-):シート部X、Yのバネ定数、KZ(-):接着剤層Zのバネ定数、Lsheet(mm):シート部全体の高さ、LX、LY(mm):シート部X、シート部Yの高さ、LZ(mm):接着剤層Zの高さを示す。
3層それぞれの貯蔵弾性率、及び層厚から、突起部とシート部における合成バネ定数の議論と同様に、各パラメータの関係を求めることができる。すなわち、下記の式に基づきシート部全体の貯蔵弾性率を算出することができる。
KSheet=ESheetx A/LSheet
上記の式において、Aはシート部全体の断面積を示す。さらに、このKSheetを用いて、シート部と共振部からなる部材のK_membrane、E_membraneを計算することができる。一般に、4層以上の場合も同様である。また、2層以上である場合、接着剤を用いずに、熱硬化性エラストマー、光硬化性エラストマー等を別に準備したシート部上で硬化させることにより組み合わせてもよい。
本明細書において、シートが2層以上ある場合に、シートを構成する各層のうち、凸部から最も離れている層、つまり、凸部を備える層とは反対側の層を「支持体」と称することもある。
凸部や他のシート部分を支持する上記の支持体は、特段制限されないが、その材料としては、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、ポリエチレンナフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、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、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリノルボルネン、ポリエーテルサルホン、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、ポリアミド、ポリイミド、トリアセチルセルロース、ポリスチレン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、オキサジン樹脂等の有機材料、これらの有機材料中にアルミニウム、ステンレス、鉄、銅、亜鉛、真鍮等の金属、無機ガラス、無機粒子や繊維を含む複合材料等とすることが好ましい。これらの中でも、遮音性、剛性、成形性、コスト等の観点から、支持体は、光硬化性樹脂シート、熱硬化性樹脂シート、熱可塑性樹脂シート、金属板及び合金板からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。ここで、支持体の厚みは、特に限定されないが、遮音性能、剛性、成形性、軽量化、コスト等の観点から、通常0.1mm以上、50mm以下であることが好ましい。
凸部や他のシート部分を支持する上記の支持体は、特段制限されないが、その材料としては、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、ポリエチレンナフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、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、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリノルボルネン、ポリエーテルサルホン、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、ポリアミド、ポリイミド、トリアセチルセルロース、ポリスチレン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、オキサジン樹脂等の有機材料、これらの有機材料中にアルミニウム、ステンレス、鉄、銅、亜鉛、真鍮等の金属、無機ガラス、無機粒子や繊維を含む複合材料等とすることが好ましい。これらの中でも、遮音性、剛性、成形性、コスト等の観点から、支持体は、光硬化性樹脂シート、熱硬化性樹脂シート、熱可塑性樹脂シート、金属板及び合金板からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。ここで、支持体の厚みは、特に限定されないが、遮音性能、剛性、成形性、軽量化、コスト等の観点から、通常0.1mm以上、50mm以下であることが好ましい。
[凸部(共振部)]
凸部(共振部)11は、シート部10の一方の面に複数設けられ、かつ、設計する遮音周波数近傍で適切な伸びや歪みを有するものであれば特段制限されない。共振部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)として機能するものである。
共振部11の配列、設置数、大きさ等は、所望性能に応じて適宜設定でき、特に限定されない。共振部11は、シート部10の一方のシート面に接して設けられる。例えば、図1では、複数の共振部11を格子状に等間隔に配置しているが、共振部11の配列は、これに特に限定されない。例えば、複数の共振部11が、例えば千鳥状に配置されていても、ランダムに配置されていてもよい。本実施形態に係る遮音部材による遮音機構は所謂フォノニック結晶のようにブラッグ散乱を利用していないため、必ずしも共振部11の間隔が規則正しく周期的に配置されていなくてもよい。
凸部(共振部)11は、シート部10の一方の面に複数設けられ、かつ、設計する遮音周波数近傍で適切な伸びや歪みを有するものであれば特段制限されない。共振部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)として機能するものである。
共振部11の配列、設置数、大きさ等は、所望性能に応じて適宜設定でき、特に限定されない。共振部11は、シート部10の一方のシート面に接して設けられる。例えば、図1では、複数の共振部11を格子状に等間隔に配置しているが、共振部11の配列は、これに特に限定されない。例えば、複数の共振部11が、例えば千鳥状に配置されていても、ランダムに配置されていてもよい。本実施形態に係る遮音部材による遮音機構は所謂フォノニック結晶のようにブラッグ散乱を利用していないため、必ずしも共振部11の間隔が規則正しく周期的に配置されていなくてもよい。
共振部11を構成する材料は、特段制限されず、その条件は、上述したシート部10における材料の条件と同様である。製品コストや製造の容易性の観点から、共振部11の材料とシート部10の材料とは、同一であることが好ましい。
単位面積当たりの共振部11の設置数は、共振部11同士が接触する等により干渉しないように配置可能であれば、特に限定されない。
単位面積当たりの共振部11の最大数は、共振部11の形状等によっても異なるが、例えば、共振部11が円柱状で、円柱の高さ方向がシート法線方向と平行に設置され、且つ、円柱断面直径が1cmの場合には、10cm2当たり100個以下が好ましい。
単位面積当たりの共振部11の最小数は、例えば、共振部11が円柱状で、円柱の高さ方向がシート法線方向と平行に設置され、且つ、断面直径が1cmの場合には、10cm2当たり2個以上が好ましく、より好ましくは10個以上、さらに好ましくは50個以上である。共振部11の設置数が、上記の好ましい下限以上であることで、より高い遮音性能が得られる傾向にある。また、上記の好ましい上限以下であることで、シート全体の軽量化を図ることが容易となる。
単位面積当たりの共振部11の最大数は、共振部11の形状等によっても異なるが、例えば、共振部11が円柱状で、円柱の高さ方向がシート法線方向と平行に設置され、且つ、円柱断面直径が1cmの場合には、10cm2当たり100個以下が好ましい。
単位面積当たりの共振部11の最小数は、例えば、共振部11が円柱状で、円柱の高さ方向がシート法線方向と平行に設置され、且つ、断面直径が1cmの場合には、10cm2当たり2個以上が好ましく、より好ましくは10個以上、さらに好ましくは50個以上である。共振部11の設置数が、上記の好ましい下限以上であることで、より高い遮音性能が得られる傾向にある。また、上記の好ましい上限以下であることで、シート全体の軽量化を図ることが容易となる。
共振部11のシート部10の法線方向への高さH_resは、シート部及び凸部の高さHが上述の式(1)を満たす範囲内であれば、特段制限されない。成形容易性及び生産性の向上等の観点から、高さH_resは、10μm以上が好ましく、より好ましくは100μm以上、さらに好ましくは1mm以上である。また、20mm以下が好ましく、より好ましくは15mm以下、さらに好ましくは10mm以下であり、さらに好ましくは8mm以下であり、よりさらに好ましくは5mm以下であり、特に好ましくは3mm以下である。上記の好ましい数値範囲内とすることで、共振部11を設けたシート部10(すなわち、遮音部材12)の巻き取りや重ね合わせが容易となり、所謂ロール・トゥ・ロールでの遮音部材の製造や、ロール状での保管ができ、生産性及び経済性が高められる傾向にある。
また、共振部11のシート部10の法線方向への高さは共振部すべてが同じでなくてもよく、異なっていてもよい。共振部の高さが異なることで、遮音性能が現れる周波数領域を拡大する等の効果が得られる場合がある。この場合の高さHは、上述したように、複数の共振部の高さの平均値とする。
また、共振部11のシート部10の法線方向への高さは共振部すべてが同じでなくてもよく、異なっていてもよい。共振部の高さが異なることで、遮音性能が現れる周波数領域を拡大する等の効果が得られる場合がある。この場合の高さHは、上述したように、複数の共振部の高さの平均値とする。
共振部11は、図3に示すように、基部21と、この基部21に支持され、且つこの基部21より大きな質量を有する錘部22とを備える複合構造体から構成されていてもよい。共振部11は、錘として働く錘部22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。以下、基部及び錘部について詳述する。
(基部)
基部21は、シート部10のシート面上に複数接して設けられている。基部21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21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。
また、シート面上に複数接して設けられた基部21の形状や高さは同一でも異なっていてもよい。
基部21は、シート部10のシート面上に複数接して設けられている。基部21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21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。
また、シート面上に複数接して設けられた基部21の形状や高さは同一でも異なっていてもよい。
基部21の材料は、上記要求特性を満足する限り、特に制限されない。例えば、樹脂材料が挙げられ、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種が挙げられる。
熱又は光硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーの条件としては、シート部10の説明で例示した条件を適用することができる。
なお、製品コストや製造の容易性の観点から、基部21の材料とシート部10の材料とは、同一であることが好ましい。
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21は、これらの樹脂材料中に空孔(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21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21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、樹脂材料中に封じ込めておくことが望ましい。
熱又は光硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーの条件としては、シート部10の説明で例示した条件を適用することができる。
なお、製品コストや製造の容易性の観点から、基部21の材料とシート部10の材料とは、同一であることが好ましい。
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21は、これらの樹脂材料中に空孔(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21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21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、樹脂材料中に封じ込めておくことが望ましい。
これらのなかでも、基部21の材料は、上述したシート部10と同じ材料であることが好ましく、特にエラストマー類が好ましい。シート部10及び基部21が同じエラストマー類を含有するものであれば、シート部10と基部21との一体成形が容易となり、生産性が飛躍的に高められる。すなわち、シート部10及び共振部11(基部21)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種を共に含有する一体成形物であることが、特に好ましい態様の1つである。
エラストマー類の具体例としては、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、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、オキサジン樹脂等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
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。
エラストマー類の具体例としては、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、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、オキサジン樹脂等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
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。
なお、基部21は、2種又はそれ以上の樹脂材料からなる2色成形体又は多色成形体とすることもできる。この場合、シート部10と接する側の基部21に上述したシート部10と同じ材料を採用することで、シート部10と基部21との一体成形が容易となる。
断面円形状の共振部11(基部21)を設ける場合、複数の共振部11(基部21)の断面積の総和が最大となる共振部11(基部21)高さ位置におけるシート部10のシート面に平行な断面において、当該断面に含まれる円(円断面)のうち、直径が最大である円の直径は100mm以下が好ましく、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下である。また、直径が最小である円形の直径は10μm以上が好ましく、より好ましくは100μm以上、さらに好ましくは1mm以上である。上記の好ましい数値範囲内とすることで、シート部10のシート面へ設置する共振部11(基部21)を所定数以上確保することができ、さらに良好な遮音性能を得ることができ、また、成形容易性及び生産性もさらに高められる傾向にある。
(錘部)
錘部22(単に「錘」とも称する)は、基部21のそれぞれに設けられ、かつ、基部21より大きな質量を有していれば特段制限されない。錘部22は、図3に示すように、基部21の上に設けられていてもよいが、その一部が基部21に埋設されるように設けられていてもよく、製造中の錘部22の落下を防止できる観点から、錘部22の少なくとも一部が基部21に埋設されるように設けられることが好ましく、特に、図9に示すように、錘部22全体が基部21に埋設されるように設けられることが好ましい。図4及び図10は、それぞれ、図3のIII-III矢視断面図及び図9のIV-IV矢視断面図である。さらに、遮音部材12の高さ低減、重量低減、または遮音性能向上の観点から、共振部11の重心(質量中心)が、少なくとも共振部11の高さ方向の中央よりも先端側に位置するように、基部21及び錘部22を配置することが好ましい。
また、遮音部材の製造中の錘部22の落下の抑制を図る観点から、各々の基部に対して、単一の錘部22(単一の部材からなる錘部22)が設けられていることが好ましい。
錘部22(単に「錘」とも称する)は、基部21のそれぞれに設けられ、かつ、基部21より大きな質量を有していれば特段制限されない。錘部22は、図3に示すように、基部21の上に設けられていてもよいが、その一部が基部21に埋設されるように設けられていてもよく、製造中の錘部22の落下を防止できる観点から、錘部22の少なくとも一部が基部21に埋設されるように設けられることが好ましく、特に、図9に示すように、錘部22全体が基部21に埋設されるように設けられることが好ましい。図4及び図10は、それぞれ、図3のIII-III矢視断面図及び図9のIV-IV矢視断面図である。さらに、遮音部材12の高さ低減、重量低減、または遮音性能向上の観点から、共振部11の重心(質量中心)が、少なくとも共振部11の高さ方向の中央よりも先端側に位置するように、基部21及び錘部22を配置することが好ましい。
また、遮音部材の製造中の錘部22の落下の抑制を図る観点から、各々の基部に対して、単一の錘部22(単一の部材からなる錘部22)が設けられていることが好ましい。
錘部22を構成する材料は、質量やコスト等を考慮して適宜選択すればよく、その種類は特に限定されない。遮音部材12の小型化及び遮音性能の向上等の観点から、錘部22を構成する素材は、比重の高い材料が好ましい。
具体的には、アルミニウム、ステンレス、鉄、タングステン、金、銀、銅、鉛、亜鉛、真鍮等の金属又は合金;ソーダガラス、石英ガラス、鉛ガラス等の無機ガラス;これらの金属或いは合金の粉体又はこれらの無機ガラス等を上述した基部21の樹脂材料中に含むコンポジット;等が挙げられるが、これらに特に限定されない。錘部22の材質、質量、比重は、遮音部材12の音響バンドギャップが所望する遮音周波数領域に一致するように決定すればよい。
これらの中でも、低コスト及び高比重である等の観点から、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種が好ましい。なお、比重は、材料の質量と、それと同体積の圧力1013.25hPaのもとにおける4℃の純水の質量との比を意味し、本明細書においては、JIS K 0061「化学製品の密度及び比重測定方法」により測定される値を用いている。
具体的には、アルミニウム、ステンレス、鉄、タングステン、金、銀、銅、鉛、亜鉛、真鍮等の金属又は合金;ソーダガラス、石英ガラス、鉛ガラス等の無機ガラス;これらの金属或いは合金の粉体又はこれらの無機ガラス等を上述した基部21の樹脂材料中に含むコンポジット;等が挙げられるが、これらに特に限定されない。錘部22の材質、質量、比重は、遮音部材12の音響バンドギャップが所望する遮音周波数領域に一致するように決定すればよい。
これらの中でも、低コスト及び高比重である等の観点から、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種が好ましい。なお、比重は、材料の質量と、それと同体積の圧力1013.25hPaのもとにおける4℃の純水の質量との比を意味し、本明細書においては、JIS K 0061「化学製品の密度及び比重測定方法」により測定される値を用いている。
錘部の貯蔵弾性率は、遮音性能の向上の観点から、通常1000MPa以上であり、20000MPa以上であることが好ましく、5000MPa以上であることがより好ましく、10000MPa以上であることがさらに好ましく、また、通常1000000MPa以下であり、800000MPa以下であることが好ましく、600000MPa以下であることがより好ましく、500000MPa以下であることがさらに好ましい。錘部の貯蔵弾性率の測定は、上述のシート部や凸部の貯蔵弾性率の測定方法と同様の方法で測定可能である。
共振部11における錘部の体積比率は、特段制限されないが、遮音性能を向上させる観点から、共振部100体積%に対して、通常1体積%以上であり、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましく、20体積%以上であることがさらに好ましく、また、通常90体積%以下であり、80体積%以下であることが好ましく、70体積%以下であることがより好ましく、50体積%以下であることがさらに好ましい。
錘部22は、貫通孔を有していてもよい。貫通孔を有する錘部22を図面にて説明する。図11(a)は基部21及び錘部22を含む共振部を表し、図11(b)は錘部22を表す。本発明において貫通孔を有する錘は、例えば、図11(b)に示すように貫通孔を有するものを指し、その形状としては、ドーナツ形状、ワッシャ形状、ナット形状等が挙げられる。
錘部22の形状は特に限定されないが、板状であることが遮音性能の調整及び薄型化の点から好ましい。錘部22が板状であることで、錘部22が球体等の場合と比較して錘部22の重心をシート部10から離れた位置とすることが可能となり、共振部11の振動モーメントを大きくすることができる傾向にある。例えば、音響バンドギャップ幅を一定とする場合、錘部22が球体等の場合と比較して、板状の錘部22の方が薄くすることが可能となる。一方、錘部22の高さを一定とする場合、錘部22が球体等の場合と比較して、板状の錘の方が広いバンドギャップ幅を得ることが可能となる。
錘部22の形状は特に限定されないが、板状であることが遮音性能の調整及び薄型化の点から好ましい。錘部22が板状であることで、錘部22が球体等の場合と比較して錘部22の重心をシート部10から離れた位置とすることが可能となり、共振部11の振動モーメントを大きくすることができる傾向にある。例えば、音響バンドギャップ幅を一定とする場合、錘部22が球体等の場合と比較して、板状の錘部22の方が薄くすることが可能となる。一方、錘部22の高さを一定とする場合、錘部22が球体等の場合と比較して、板状の錘の方が広いバンドギャップ幅を得ることが可能となる。
図11(a)では、錘部22の外径が基部21よりも小さな略円状に形成されており、共振部11の先端側において基部21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22がバネ定数を決定する基部21に支持された構成を採用しているため、例えば、基部21の形状或いは素材(貯蔵弾性率、質量)の変更によるバネ定数の調整や、錘部22の質量の変更によって、共振部11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21の貯蔵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22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。
図11(b)において、hxは錘の高さを表し、r1は錘の外径、r2は貫通孔の径(内径)を表す。
錘部22の高さ(hx)は特に限定されないが、共振部11の高さを1とした場合、0.95以下であることが好ましく、0.9以下であることがより好ましい。また、0.2以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましい。これらの範囲であることで、遮音シート部材の高さを抑制しながらも、広い遮音帯域幅を得ることができる傾向にある。
錘部22の外径(r1)は特に限定されない。基部21が断面円形状の場合、該断面円形状の直径程度であることが遮音性能に優れる傾向にある。特に限定されないが、r1の最大値は100mm以下が好ましく、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下である。また、r1の最小値は10μm以上が好ましく、より好ましくは100μm以上、さらに好ましくは1mm以上である。上記の好ましい数値範囲内とすることで、良好な遮音性能を得ることができ、また、成形容易性及び生産性もさらに高められる傾向にある。
錘部22は、基部21内に埋設していてもよく、露出していてもよい。貫通孔を有する錘部22は、錘部22の貫通孔分にも樹脂材料等が充填されており、この部分も基部21への固定端として働くことから、露出していても、錘部22の脱落又は破断を抑制することができる。
錘部22の高さ(hx)は特に限定されないが、共振部11の高さを1とした場合、0.95以下であることが好ましく、0.9以下であることがより好ましい。また、0.2以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましい。これらの範囲であることで、遮音シート部材の高さを抑制しながらも、広い遮音帯域幅を得ることができる傾向にある。
錘部22の外径(r1)は特に限定されない。基部21が断面円形状の場合、該断面円形状の直径程度であることが遮音性能に優れる傾向にある。特に限定されないが、r1の最大値は100mm以下が好ましく、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下である。また、r1の最小値は10μm以上が好ましく、より好ましくは100μm以上、さらに好ましくは1mm以上である。上記の好ましい数値範囲内とすることで、良好な遮音性能を得ることができ、また、成形容易性及び生産性もさらに高められる傾向にある。
錘部22は、基部21内に埋設していてもよく、露出していてもよい。貫通孔を有する錘部22は、錘部22の貫通孔分にも樹脂材料等が充填されており、この部分も基部21への固定端として働くことから、露出していても、錘部22の脱落又は破断を抑制することができる。
錘部22の内径(r2)は特に限定されない。外径(r1)より小さければ特に限定されないが、r2の最大値は90mm以下が好ましく、より好ましくは40mm以下、さらに好ましくは20mm以下、特に好ましくは10mm以下である。また、r2の最小値は2μm以上が好ましく、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは80μm以上である。上記の好ましい数値範囲内とすることで、貫通孔への樹脂材料等の充填が容易となる傾向にある。
また、錘部22の外径及び内径の比は特に限定されない。
また、錘部22の外径及び内径の比は特に限定されない。
錘部22の表面(貫通孔も含む)には、プロセス適正や部材強度を高めるために、表面処理を施してもよい。
例えば、基部21との密着性を高めるための溶剤等での化学的な処理を施すことや、表面に凹凸を設けることで部材強度を高める物理的な処理を施すことが考えられるが、表面処理の方法は特に限定されない。
例えば、基部21との密着性を高めるための溶剤等での化学的な処理を施すことや、表面に凹凸を設けることで部材強度を高める物理的な処理を施すことが考えられるが、表面処理の方法は特に限定されない。
[突起部]
遮音部材12は、上記共振部11以外にも他の突起部をシート部の一方の面(凸部が設けられる側の面)に有していてもよい。例えば、図12に示すリブ状突起部31、また、図13に示す円柱状突起部32のような柱状突起部等を有していてもよい。なお、上述したように、突起部は凸部に含まれる概念であるため、これを明確に示すため、図12及び図13では、突起部を「31(11)」及び「32(11)」で表した。
突起部の形状及び設置位置は、共振器として働く共振部11と干渉しないように設置されていればよく、特に制限されない。例えば、突起部の外形形状は、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、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、突起部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。また、シート部10の長さ方向における、突起部の最大長さは、シートのMD方向の最大長さ以下であればよく、特に限定されない。
遮音部材12は、上記共振部11以外にも他の突起部をシート部の一方の面(凸部が設けられる側の面)に有していてもよい。例えば、図12に示すリブ状突起部31、また、図13に示す円柱状突起部32のような柱状突起部等を有していてもよい。なお、上述したように、突起部は凸部に含まれる概念であるため、これを明確に示すため、図12及び図13では、突起部を「31(11)」及び「32(11)」で表した。
突起部の形状及び設置位置は、共振器として働く共振部11と干渉しないように設置されていればよく、特に制限されない。例えば、突起部の外形形状は、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、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、突起部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。また、シート部10の長さ方向における、突起部の最大長さは、シートのMD方向の最大長さ以下であればよく、特に限定されない。
突起部の形状も特に限定されず、スペーサとして機能させる場合は、共振部11の最大高さH_resよりも高ければよい。また、振動子として機能させる場合は、調整する周波数領域に合わせて、突起部を設ける位置、個数及び高さを調整することができる。
なお、突起部の最大高さH_ribは、共振部11の最大高さH_resよりも高ければよく、特に限定されない。成形容易性及び生産性の向上等の観点から、50μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましく、1mm以上がさらに好ましい。また、20mm以下が好ましく、15mm以下がより好ましく、10mm以下がさらに好ましく、5mm以下がよりさらに好ましく、3mm以下が特に好ましい。
なお、突起部の最大高さH_ribは、共振部11の最大高さH_resよりも高ければよく、特に限定されない。成形容易性及び生産性の向上等の観点から、50μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましく、1mm以上がさらに好ましい。また、20mm以下が好ましく、15mm以下がより好ましく、10mm以下がさらに好ましく、5mm以下がよりさらに好ましく、3mm以下が特に好ましい。
以下、リブ状突起部31について説明するが、適用可能な範囲内で、円柱状突起部32等の他の形状の突起部も同様に設計することができる。
リブ状突起部31は、シート部10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、シート部10のシート面上、より具体的にはシート部10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。
リブ状突起部31は、シート部10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、シート部10のシート面上、より具体的にはシート部10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。
リブ状突起部31は、シート部10の法線方向に対して、上述した共振部11の最大高さH_resよりも高い最大高さH_ribを有する。これにより、遮音部材12の製造時において、これをシート状に巻き取ったり又は複数枚重ね合わせたりしても、リブ状突起部31がスペーサとして機能するため、シート部10の裏面に対する共振部11の接触が抑制される。したがって、リブ状突起部31が設けられていることにより、共振部11の変形、変異、割れ、脱落、破損等の製造トラブルを生じさせることなく、所謂ロール・トゥ・ロールで遮音部材12を製造及び保管することが容易となる。また、リブ状突起部31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)として機能することもできる。
なお、図12では、シート部10の長さ方向に延在する一対のリブ状突起部31を採用しているが、これよりも最大長さが短い複数のリブ状突起部31を、シート部10の長さ方向に沿って離間配置してもよい。このとき、各々のリブ状突起部31の配置間隔は、周期的であっても、ランダムであってもよい。このように複数のリブ状突起部31を離間配置する場合、各々のリブ状突起部31の距離は、特に制限されないが、100mm以下が好ましく、より好ましくは50mm以下、さらに好ましくは20mm以下である。
このリブ状突起部31を構成する素材は、特に限定されないが、シート部10及び/又は共振部11(基部21)と同じ樹脂材料が好ましく、シート部10及び共振部11(基部21)と同じエラストマー類がより好ましい。シート部10及び/又は基部21と同じ樹脂材料を採用すれば、シート部10及び/又は共振部11(基部21)との一体成形が容易となり、生産性が飛躍的に高められる。
突起部31は、共振部と同様に突起であるため、共振部と同様に作用する。この場合、上述の式(1)におけるE_membraneを算出する場合には、E_resを突起部31の貯蔵弾性率E_ribに、H_resをH_ribに置き換える等の変換を行い、上述の式(S4)~式(S6)等を用いて各々の突起部31に対する合算貯蔵弾性率(E’_membrane)を求め、複数の共振部11と併せて、シート面内の全ての突起に対して突起個数を重みとする貯蔵弾性率の加重平均値を計算し、この平均値をE_membraneとする。
また、シート部及び凸部の高さHを算出する際、突起部を複数の凸部の集合体とみなしてH_membraneを算出するが、図12のようなリブ状突起部を用いた場合、共振部及びリブ状突起部の底面(凸部がシート部と接する面)の面積が異なることとなるため、まずH_resをH_ribに置き換えて、上述の式(B)を用いて各々の突起部31に対する合算高さ(H’)を求め、次に前述の複数の共振部11と併せて、シート面に存在するすべての突起について合算高さの突起底面の面積を重みとする加重平均値を算出し、この加重平均値をH_membraneとする。このような底面の面積が異なる2つの部分が存在する場合の高さの算出方法は、共振部が複数種類ある場合にも同様に適用される。
また、図13のような、共振部と底面の面積が同じ円柱状突起部を用いた場合も同様に、H_resをH_ribに置き換えて、上述の式(B)を用いて各々の突起部31に対する合算高さ(H’)を求め、次に複数の共振部11と併せて合算高さの各突起底面の面積を重みとする加重平均を計算し、この加重平均値をH_membraneとする。
また、シート部及び凸部の高さHを算出する際、突起部を複数の凸部の集合体とみなしてH_membraneを算出するが、図12のようなリブ状突起部を用いた場合、共振部及びリブ状突起部の底面(凸部がシート部と接する面)の面積が異なることとなるため、まずH_resをH_ribに置き換えて、上述の式(B)を用いて各々の突起部31に対する合算高さ(H’)を求め、次に前述の複数の共振部11と併せて、シート面に存在するすべての突起について合算高さの突起底面の面積を重みとする加重平均値を算出し、この加重平均値をH_membraneとする。このような底面の面積が異なる2つの部分が存在する場合の高さの算出方法は、共振部が複数種類ある場合にも同様に適用される。
また、図13のような、共振部と底面の面積が同じ円柱状突起部を用いた場合も同様に、H_resをH_ribに置き換えて、上述の式(B)を用いて各々の突起部31に対する合算高さ(H’)を求め、次に複数の共振部11と併せて合算高さの各突起底面の面積を重みとする加重平均を計算し、この加重平均値をH_membraneとする。
[接着剤層]
接着剤層は、凸部が設けられた側とは反対側のシート部の面に設けられていれば特段制限されない。特に、上述の遮音部材を後述の被着体(遮音される対象である製品や部品等)に接着するものであることが好ましい。接着剤を介して遮音部材を被着体に接着する方法は特に限定されず、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挙げられる。しかしながら、接着時にシートを加熱加圧、又は加圧して圧着する方法では、遮音部材が表面に凹凸を保有することから、接着面において均一、かつ十分な接着力を得ることが難しい。また、熱溶着、超音波融着する方法では、シートが溶融変形し、この接着時変形により、本来設計された遮音/制振周波数からずれてしまう可能性が高い。よって接着剤を用いて遮音部材を接着、設置することが特に有効である。
なお、本実施形態に係る遮音構造体は、被着体とシート部との間すべてに接着剤層が設けられた構成以外に、被着体とシート部との間の一部に接着剤層が設けられていない部分を含む構成も含む。
接着剤層は、凸部が設けられた側とは反対側のシート部の面に設けられていれば特段制限されない。特に、上述の遮音部材を後述の被着体(遮音される対象である製品や部品等)に接着するものであることが好ましい。接着剤を介して遮音部材を被着体に接着する方法は特に限定されず、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挙げられる。しかしながら、接着時にシートを加熱加圧、又は加圧して圧着する方法では、遮音部材が表面に凹凸を保有することから、接着面において均一、かつ十分な接着力を得ることが難しい。また、熱溶着、超音波融着する方法では、シートが溶融変形し、この接着時変形により、本来設計された遮音/制振周波数からずれてしまう可能性が高い。よって接着剤を用いて遮音部材を接着、設置することが特に有効である。
なお、本実施形態に係る遮音構造体は、被着体とシート部との間すべてに接着剤層が設けられた構成以外に、被着体とシート部との間の一部に接着剤層が設けられていない部分を含む構成も含む。
十分な遮音性能を発揮させるためには、接着剤の膜厚を薄くする、また、接着剤の貯蔵弾性率をシート部及び凸部の貯蔵弾性率に対して下記の式(2)及び(3)に示す一定範囲の比率になるよう制御することが好ましい。
7000≧E_glue/E_membrane≧0.5 (2)
50.0≧E_glue/E_adh≧0.00002 (3)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
E_membrane(MPa):シートの貯蔵弾性率
E_adh(MPa):被着体の貯蔵弾性率
7000≧E_glue/E_membrane≧0.5 (2)
50.0≧E_glue/E_adh≧0.00002 (3)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
E_membrane(MPa):シートの貯蔵弾性率
E_adh(MPa):被着体の貯蔵弾性率
上記式(2)は、接着剤層の隣接層であるシート部の貯蔵弾性率が接着剤層の貯蔵弾性率と一定の比率内にあることを表し、この数値が範囲内にある場合は境界面での弾性波の反射が起き難く、共振部に振動エネルギーが伝わりやすくなるため遮音性能が向上する傾向にある。特にE_glue/E_membrane=1である場合は界面において弾性波の反射が全く起きないためエネルギー損失が無い。また、隣接層の貯蔵弾性率差による振動時の伸び量、歪み量が異なることによる境界面での剥離が起きる可能性が低くなるため製品の耐久性上も好ましい。
また、同様に上記式(3)は、接着剤層の隣接層である被着体の貯蔵弾性率が接着剤層の貯蔵弾性率と一定の比率内にあることを表し、この数値が範囲内にある場合は境界面での弾性波の反射が起き難く、共振部に振動エネルギーが伝わりやすくなるため遮音性能が向上する傾向にある。特にE_glue/E_adh=1である場合は界面において弾性波の反射が全く起きないためエネルギーロスが無い。また、隣接層の貯蔵弾性率差による振動時の伸び量、歪量が異なることによって境界面での剥離が起きる可能性が低くなるため製品の耐久性上も好ましい。
また、同様に上記式(3)は、接着剤層の隣接層である被着体の貯蔵弾性率が接着剤層の貯蔵弾性率と一定の比率内にあることを表し、この数値が範囲内にある場合は境界面での弾性波の反射が起き難く、共振部に振動エネルギーが伝わりやすくなるため遮音性能が向上する傾向にある。特にE_glue/E_adh=1である場合は界面において弾性波の反射が全く起きないためエネルギーロスが無い。また、隣接層の貯蔵弾性率差による振動時の伸び量、歪量が異なることによって境界面での剥離が起きる可能性が低くなるため製品の耐久性上も好ましい。
接着剤層の平均膜厚I_glueは、特段制限されないが、振動エネルギー伝達、及び材料コストの観点から薄い方が好ましく、以下の式(4)を満たすことが好ましい。
1.0≧I_glue≧0.005 (4)
さらに、I_glueは、0.01mm以上であることがより好ましく、0.02mm以上であることがさらに好ましく、0.05mm以上であることが特に好ましく、また、0.8mm以下であることが好ましく、0.5mm以下であることがより好ましく、0.3mm以下であることがさらに好ましく、0.25mm以下であることが特に好ましい。
1.0≧I_glue≧0.005 (4)
さらに、I_glueは、0.01mm以上であることがより好ましく、0.02mm以上であることがさらに好ましく、0.05mm以上であることが特に好ましく、また、0.8mm以下であることが好ましく、0.5mm以下であることがより好ましく、0.3mm以下であることがさらに好ましく、0.25mm以下であることが特に好ましい。
接着剤層の貯蔵弾性率は特段制限されないが、通常0.1MPa以上であり、1MPa以上であることが好ましく、10MPa以上であることがより好ましく、50MPa以上であることがさらに好ましく、また、通常10000MPa以下であり、5000MPa以下であることが好ましく、3000MPa以下であることがより好ましく、1000MPa以下であることがさらに好ましい。上記範囲を上回ると、脆性が高くなり、接着剤層に割れや剥離が発生し易くなり、また、上記範囲を下回ると、接着強度や剥離強度自体が低くなる。したがって、10MPaより大きく、10000MPa以下の範囲とすることが好ましい。接着剤層の貯蔵弾性率の測定は、上述のシート部や凸部の貯蔵弾性率の測定方法と同様の方法で測定可能である。
本発明の別の実施形態である遮音構造体は、上述の遮音構造体における式(1)の要件を上記の接着剤の貯蔵弾性率の要件、特に10MPaより大きいという要件に変更した態様であり、具体的には、シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部を有する遮音部材、及び接着剤層を有し、前記接着剤層の弾性率が10MPaより大きい、遮音構造体である。
ただし、この遮音構造体は、上記の式(1)の要件を満たすことが好ましく、また、上記の式(1)以外の条件は、上述の遮音構造体と同様の条件を適用することができる。
ただし、この遮音構造体は、上記の式(1)の要件を満たすことが好ましく、また、上記の式(1)以外の条件は、上述の遮音構造体と同様の条件を適用することができる。
接着剤における貯蔵弾性率を含む力学特性の制御は、接着剤も高分子の1種であることから、高分子材料の力学特性の制御する方法と同様と考えることができる。すなわち接着剤を含む高分子材料の力学特性は、高分子鎖の化学構造、高分子鎖の分子量と分子量分布、高分子鎖間の架橋構造と架橋密度、添加フィラーに依存する。特に樹脂の貯蔵弾性率は高分子の結晶性を調節することで調節可能である。結晶化度を高める一般的な手法としては、主鎖構造に共役構造を導入して分子の剛直性を高める、反応条件や触媒等により重合反応を制御して高分子鎖の分岐を減らす、高分子鎖にヘテロ原子や水素結合部位を導入して分子間相互作用を強める、高分子溶液からの析出速度を遅くする等の手法が挙げられる。結晶化度の調整以外に、添加剤の導入も樹脂の貯蔵弾性率の調節に有効である。例えば、可塑剤を導入して分子間相互作用を弱めることで貯蔵弾性率を下げることが可能であり、高い貯蔵弾性率を有するガラス繊維や炭素繊維、層状粘土鉱物、金属酸化物、金属等を複合化させることで、貯蔵弾性率を上げることが可能である。また、エラストマーなどの架橋高分子の貯蔵弾性率に関しては、架橋密度を架橋剤量や反応率を調整することによって調節することが可能である。一般に架橋密度を下げると架橋点間の分子鎖が長くなって伸びやすくなることで貯蔵弾性率は下げることができ、架橋密度を上げることで架橋点間の分子鎖が短くなって伸びにくくなり貯蔵弾性率を上げることができる。また、カーボンブラック、シリカ、カーボンナノチューブ等の高い貯蔵弾性率を有する材料からなる微粒子をフィラーとして複合化し、フィラーのサイズや配合量、分散性等を調節することで、貯蔵弾性率を調節することも可能である。
樹脂部の損失弾性率や負荷時の残留歪みについては、特段制限されていないが、共振部の共振を利用するため、損失弾性率や残留歪みが小さいことが好ましい。すなわち、本測定方法においては、シート部、及び共振部を形成する遮音部材の押込型微小硬度計による押し込み深さ最大値hmax、及び除荷時変位量hfに対して、0.5≧hf/hmax≧0.0であることが好ましい。
接着剤層の材料は、上記の式(1)を満たす範囲で選定すれば特段制限されないが、上記の式(2)及び(3)を満たす範囲で選定することが好ましい。例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、シアノアクリレート系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、エチレン酢酸ビニル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、レゾルシノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアロマティック系樹脂、クロロプレン系ゴム、ニトリル系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、ポリサルファイド系ゴム、ブチル系ゴム、シリコーン系ゴム、アクリル系ゴム、変成シリコーン系ゴム、ウレタン系ゴム、シリル化ウレタン系樹脂、テレケリックポリアクリレート系接着剤、及び、これらの混合物等が挙げられる。これらの中でも、接着性、剥離耐久性、耐衝撃性、耐熱性、耐薬品性両立の観点から、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びシアノアクリレート系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上の樹脂であることが好ましく、特に、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びシアノアクリレート系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上の樹脂であることが好ましい。
接着剤層中の上記の材料の合計の含有割合は特段制限されないが、塗布適正粘度、適正硬化速度の観点から、通常10重量%以上であり、20重量%以上であることが好ましく、25重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましく、また、特に好ましい上限はないが、通常90重量%以下である。
接着剤層中の上記の材料の合計の含有割合は特段制限されないが、塗布適正粘度、適正硬化速度の観点から、通常10重量%以上であり、20重量%以上であることが好ましく、25重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましく、また、特に好ましい上限はないが、通常90重量%以下である。
接着剤層に用い得る接着剤の具体例としては、アクリル樹脂系接着剤では、デンカ株式会社製 OP-1030M、デンカ株式会社製 OP-1505、デンカ株式会社製 OP-3010P、公知の組成物であるWO2011/046120に記載の組成物、公知の組成物である特開2013-112766に記載の組成物等が挙げられ、エポキシ樹脂系接着剤では、株式会社アルテコ製 AY-5302、株式会社アルテコ製 AY-5231、株式会社アルテコ製 AY-5274、株式会社アルテコ製 AY-5011、株式会社アルテコ製 AY-5012、株式会社アルテコ製 AY-5158、株式会社アルテコ製 AY-5158、株式会社アルテコ製 AY-5218C、株式会社アルテコ製 AY-5218D、株式会社アルテコ製 AY-5259、株式会社アルテコ製 AY-5321、公知の組成物である特開2006-169446に記載の組成物等が挙げられ、シリコーン樹脂系接着剤では、信越化学工業株式会社製 KER-6020-F、信越化学工業株式会社製 KER-6020-F1、信越化学工業株式会社製 KER-6020-F2等が挙げられ、ポリオレフィン樹脂系接着剤では、東ソー株式会社製 MX02D、東ソー株式会社製 MX06、東ソー株式会社製 MX07、東ソー株式会社製 MX11、東ソー株式会社製 MX15、東ソー株式会社製 MX23、東ソー株式会社製 MX28、東ソー株式会社製 MX37、東ソー株式会社製 MX53C、東ソー株式会社製 MZ14A、東ソー株式会社製 JS01等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、配合によって硬化阻害等の不利益が起こらない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
接着剤層は、無機フィラーや繊維を含んでいてもよく、例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化チタン等の金属酸化物、カーボン粒子、カーボンブラック、黒鉛、及びこれらの繊維化物等が挙げられる。
接着剤層中の上記無機材(特に、無機フィラー)の含有量は、特段制限されないが、硬度調整、及び塗布溶液粘度の観点から、通常1重量%以上であり、10重量%以上であることが好ましく、20重量%以上であることがより好ましく、25重量%以上であることがさらに好ましく、また、通常80重量%以下であり、70重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましく、40重量%以下であることがさらに好ましい。
接着剤層中の上記無機材(特に、無機フィラー)の含有量は、特段制限されないが、硬度調整、及び塗布溶液粘度の観点から、通常1重量%以上であり、10重量%以上であることが好ましく、20重量%以上であることがより好ましく、25重量%以上であることがさらに好ましく、また、通常80重量%以下であり、70重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることがより好ましく、40重量%以下であることがさらに好ましい。
[被着体]
被着体13は、前述の接着剤層14を介して上述の遮音部材を接着できるものであれば、その形状や材料等は特段制限されない。
本明細書において、被着体とは、接着剤層を挟んでシート部(遮音部材)を保持するものであり、より具体的には、遮音される対象である製品や部品等である。
被着体13は、前述の接着剤層14を介して上述の遮音部材を接着できるものであれば、その形状や材料等は特段制限されない。
本明細書において、被着体とは、接着剤層を挟んでシート部(遮音部材)を保持するものであり、より具体的には、遮音される対象である製品や部品等である。
被着体の貯蔵弾性率E_adhは、特段制限されないが、振動による音を発生しやすいことから貯蔵弾性率が高い場合が多いが、通常500MPa以上であり、1000MPa以上であることが好ましく、2000MPa以上であることがより好ましく、また、上限に好ましい範囲はないが、通常300000MPa以下である。
被着体の貯蔵弾性率E_adhは、上述した接着剤の貯蔵弾性率の測定方法と同様の方法で測定することができる。
本明細書において、被着体の貯蔵弾性率E_adhとは、接着剤層と接触する部分の部材の貯蔵弾性率を意味し、接着剤層と接触する被着体の部分が2以上の部材から構成されている場合、それらの複数の部材は個別に扱い、それぞれについて本実施形態の要件を満たすか否かを評価する。つまり、複数の部材のうちの一の部材に対して、その部材の直上に存在する遮音部材及び接着剤層との関係で上述した式(1)等の条件を適用する。
なお、被着体の貯蔵弾性率E_adhについて、被着体が接着剤層と接触しない部分で2以上の部材に分かれている場合、接触していない部分の部材の貯蔵弾性率を考慮する必要はない。
被着体の貯蔵弾性率E_adhは、上述した接着剤の貯蔵弾性率の測定方法と同様の方法で測定することができる。
本明細書において、被着体の貯蔵弾性率E_adhとは、接着剤層と接触する部分の部材の貯蔵弾性率を意味し、接着剤層と接触する被着体の部分が2以上の部材から構成されている場合、それらの複数の部材は個別に扱い、それぞれについて本実施形態の要件を満たすか否かを評価する。つまり、複数の部材のうちの一の部材に対して、その部材の直上に存在する遮音部材及び接着剤層との関係で上述した式(1)等の条件を適用する。
なお、被着体の貯蔵弾性率E_adhについて、被着体が接着剤層と接触しない部分で2以上の部材に分かれている場合、接触していない部分の部材の貯蔵弾性率を考慮する必要はない。
被着体の厚さは特段制限されないが、遮音性能をより効果的に発揮することができる観点から、通常0.5mm以上であり、1mm以上であることが好ましく、2mm以上であることがより好ましく、3mm以上であることがさらに好ましく、また、上限に好ましい範囲はないが、通常300mm以下である。この場合、被着体の厚さとは、例えば、被着体が板状である場合、板の厚さを意味し、被着体が密な立方体状であり、上述の遮音部材が接着剤層を介して該立方体の上面に積層された場合、立方体の高さを意味し、被着体が6面の板で構成される中が空洞の立方体状であり、上述の遮音部材が接着剤層を介して該立方体の上面に積層された場合、立方体の上面を構成する板の厚さを意味する。
被着体の材料は、特に制限されないが、例えば、エンジニアリングプラスティック、金属板、合金板等が挙げられる。例えば、エンジニアリングプラスティックの例としては、ポリアセタール(POM)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、超高分子量ポリエチレン(UHPE)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、非晶ポリアリレート(PAR、Polyarylate)、ポリサルフォン(PSF、Polysulfone)、ポリエーテルサルフォン(PES、Polyethersulfone)、ポリフェニレンサルファイド(PPS、Polyphenylene sulfide)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK、Polyether ketone)、ポリイミド(PI、Polyimide)、ポリエーテルイミド(PEI)(Polyetherimide)、フッ素樹脂(fuorocarbon polymers)、液晶ポリマー(LCP、Liquid crystal polymer)等が挙げられる。また、これらはグラスファイバー(GF)強化ポリエチレンテレフタレート(GF-PET)、GF強化ポリアミド(GF-PA)等のように硬度を増強する樹脂強化材を含んでいてもよい。被着体金属の例としては、アルミ、鉄、ステンレス等の汎用金属、合金などが挙げられる。また、上述の樹脂、金属が積層されている被着体でもよい。
[遮音構造体の固有周波数]
遮音構造体において、下記の式で表される規格化固有周波数シフト量は、特段制限されないが、遮音効果が発生する周波数帯のずれは小さい方が好ましいため、30%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、20%以下であることがさらに好ましく、15%以下であることが特に好ましく、10%以下であることが殊更特に好ましく、5%以下であることが最も好ましく、また、好適な下限は特にないが、通常0%以上であり、0.05%以上であってもよく、0.1%以上であってもよい。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数
遮音構造体において、下記の式で表される規格化固有周波数シフト量は、特段制限されないが、遮音効果が発生する周波数帯のずれは小さい方が好ましいため、30%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、20%以下であることがさらに好ましく、15%以下であることが特に好ましく、10%以下であることが殊更特に好ましく、5%以下であることが最も好ましく、また、好適な下限は特にないが、通常0%以上であり、0.05%以上であってもよく、0.1%以上であってもよい。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数
本発明の別の実施形態である遮音構造体は、上述の遮音構造体における式(1)の要件を上記の固有周波数の要件に変更した態様であり、具体的には、シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部を有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、かつ、
下記式を満たす規格化固有周波数シフト量が、0~30%である、遮音構造体である。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数
ただし、この遮音構造体は、上記の式(1)の要件を満たすことが好ましく、また、上記の式(1)以外の条件は、上述の遮音構造体と同様の条件を適用することができる。
下記式を満たす規格化固有周波数シフト量が、0~30%である、遮音構造体である。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数
ただし、この遮音構造体は、上記の式(1)の要件を満たすことが好ましく、また、上記の式(1)以外の条件は、上述の遮音構造体と同様の条件を適用することができる。
[遮音構造体の製造方法]
遮音構造体の製造方法は特に限定されず、例えば、シート部の一方の面に複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程、及び前記遮音部材(において凸部が設けられた側とは反対側のシート部の面)に接着剤層を設ける工程を有する方法であってよく、さらに、接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を有する場合には、接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を設ける工程を有していてよい。
遮音構造体の製造方法は特に限定されず、例えば、シート部の一方の面に複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程、及び前記遮音部材(において凸部が設けられた側とは反対側のシート部の面)に接着剤層を設ける工程を有する方法であってよく、さらに、接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を有する場合には、接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を設ける工程を有していてよい。
複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程において、複数の凸部を形成させる方法は、特段制限されず、例えば、複数のキャビティを有する金型を準備し、さらに、キャビティ内に樹脂やゴム、又はこれらの前駆体を流し込み、硬化させる方法が挙げられる。硬化させる方法としては、熱可塑性の原料を用いる場合には、加熱して溶融させた原料をキャビティに流し込んだ後に冷却して硬化させる方法が挙げられ、熱硬化性又は光硬化性の原料を用いる場合には、原料をキャビティに流し込んだ後に加熱や光によって硬化させる方法が挙げられる。これらの場合、加熱や光の条件等は、原料に合わせて適宜設計させることができる。
遮音部材に接着剤層を設ける工程において、接着剤層を設ける方法は、特段制限されず、例えば、上記の複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程で製造された遮音部材に接着剤層の材料を塗布する方法が挙げられる。塗布の場合、その条件等は、公知の方法を適用することができる。
接着剤層を介して遮音部材が接着される被着体を設ける工程において、被着体を接着させる方法は、特段制限されず、例えば、加熱等により接着剤を溶融させ、溶融した該接着剤に被着体を接触させた後に冷却させて接着剤を硬化させる方法が挙げられる。
被着体を有する場合の具体的な製造方法としては、例えば、以下に示す製造方法1~4が挙げられる。なお、各製造方法で用いられる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。なお、製造方法3、4等は、国際公開2010/3080794号等の記載の製造方法を参考にすることができる。
(製造方法1)
製造方法1は、以下(1)~(3)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、キャビティ内に樹脂材料を流し込む工程。
(2)流し込まれた樹脂材料を硬化する工程。
(3)得られた硬化物を金型より剥離する工程。
製造方法1において、(2)又は(3)工程の後で、得られた硬化物(又は被着体)に接着剤を塗布し、該硬化物を被着体に接着する工程を設ける。
製造方法1は、以下(1)~(3)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、キャビティ内に樹脂材料を流し込む工程。
(2)流し込まれた樹脂材料を硬化する工程。
(3)得られた硬化物を金型より剥離する工程。
製造方法1において、(2)又は(3)工程の後で、得られた硬化物(又は被着体)に接着剤を塗布し、該硬化物を被着体に接着する工程を設ける。
(製造方法2)
製造方法2は、以下(4)~(7)工程を含んでいてもよい。
(4)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。
(5)キャビティ内に樹脂材料を流し込む工程。
(6)流し込まれた樹脂材料を硬化する工程。
(7)得られた硬化物を金型より剥離する工程。
製造方法2において、(6)又は(7)工程の後で、得られた硬化物(又は被着体)に接着剤を塗布し、該硬化物に被着体を設ける工程を設ける。
製造方法2は、以下(4)~(7)工程を含んでいてもよい。
(4)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。
(5)キャビティ内に樹脂材料を流し込む工程。
(6)流し込まれた樹脂材料を硬化する工程。
(7)得られた硬化物を金型より剥離する工程。
製造方法2において、(6)又は(7)工程の後で、得られた硬化物(又は被着体)に接着剤を塗布し、該硬化物に被着体を設ける工程を設ける。
(製造方法3)
製造方法3は、以下(8)~(13)工程を含んでいてもよい。
(8)複数のキャビティを有する金型に光硬化性エラストマー前駆体又は光硬化性樹脂前駆体を塗布する工程。
(9)金型上で平面化した前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体上に、支持体を積層する工程。
(10)支持体と金型の積層体を、支持体側から加圧ロールにより前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体で前記キャビティを充填する工程。
(11)支持体側より光を照射することにより、金型のキャビティ形状が転写形成された前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体を硬化させると共に、前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体の硬化物と前記支持体とを重合接着させる工程。
(12)前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体の硬化物と支持体を接着させたものを金型より剥離する工程。
(13)被着体に支持体を接着剤で接着する工程。
製造方法3は、以下(8)~(13)工程を含んでいてもよい。
(8)複数のキャビティを有する金型に光硬化性エラストマー前駆体又は光硬化性樹脂前駆体を塗布する工程。
(9)金型上で平面化した前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体上に、支持体を積層する工程。
(10)支持体と金型の積層体を、支持体側から加圧ロールにより前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体で前記キャビティを充填する工程。
(11)支持体側より光を照射することにより、金型のキャビティ形状が転写形成された前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体を硬化させると共に、前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体の硬化物と前記支持体とを重合接着させる工程。
(12)前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体の硬化物と支持体を接着させたものを金型より剥離する工程。
(13)被着体に支持体を接着剤で接着する工程。
(製造方法4)
製造方法4は、以下(14)~(17)工程を含んでいてもよい。
(14)キャビティが複数配列された外周面を有するロール型を回転させ、前記ロール型の外周面に沿って前記ロール型の回転方向に、接着剤を塗布した支持体を走行させながら、前記ロール型の外周面に光硬化性エラストマー前駆体又は光硬化性樹脂前駆体を塗布し、前記キャビティに前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体を充填する工程。なお、本工程において、光硬化性樹脂の硬化により該樹脂と支持体とが接着するため、接着剤を用いなくともよく、生産性向上の観点から、接着剤を用いない態様が好ましい。
(15)前記ロール型の外周面と前記支持体との間に前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体を挟持した状態で、前記ロール型の外周面と前記支持体との間の領域に光照射する工程。
(16)前記工程(15)で得られた前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体の硬化物と前記支持体とが接着したものを前記ロール型から剥離する工程。
(17)被着体に支持体を接着剤で接着する工程。
製造方法4は、以下(14)~(17)工程を含んでいてもよい。
(14)キャビティが複数配列された外周面を有するロール型を回転させ、前記ロール型の外周面に沿って前記ロール型の回転方向に、接着剤を塗布した支持体を走行させながら、前記ロール型の外周面に光硬化性エラストマー前駆体又は光硬化性樹脂前駆体を塗布し、前記キャビティに前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体を充填する工程。なお、本工程において、光硬化性樹脂の硬化により該樹脂と支持体とが接着するため、接着剤を用いなくともよく、生産性向上の観点から、接着剤を用いない態様が好ましい。
(15)前記ロール型の外周面と前記支持体との間に前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体を挟持した状態で、前記ロール型の外周面と前記支持体との間の領域に光照射する工程。
(16)前記工程(15)で得られた前記エラストマー前駆体又は樹脂前駆体の硬化物と前記支持体とが接着したものを前記ロール型から剥離する工程。
(17)被着体に支持体を接着剤で接着する工程。
シート部10に共振部11や突起部31を設ける方法は、上述のように、金型を用いて一体成型する方法だけでなく、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してもよく、例えば、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11の一部若しくは全体、及び突起部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11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。
また、3Dプリンタ等を用いて製造する方法も挙げられる。
また、3Dプリンタ等を用いて製造する方法も挙げられる。
生産性及び経済性を高める等の観点からは、金型成形や注型成形等により、遮音部材12を一体成形する方法が好ましい。その一例としては、シート部10、共振部11の一体成形物に対応する形状のキャビティを有する金型又は注型を用いて、共振部11、シート部10、共振部11の一体成形物を成形する方法が挙げられる。このような一体成形方法としては、プレス成形法、圧縮成形法、注型成形法、押出成形法、射出成形法等の各種公知の方法が知られており、その種類は特に限定されない。なお、各部品の原料は、例えば粘弾性を有する樹脂材料であれば、液状前駆体若しくは加熱溶融体の形態でキャビティ内に流し込むことができる。また、金属や合金や無機ガラスであれば、キャビティ内の所定位置に予め配置(インサート)することができる。
樹脂材料としては、特に限定されない。例えば、上述した遮音部材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。
樹脂材料としては、特に限定されない。例えば、上述した遮音部材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。
図14~17は、遮音部材12の製造工程の一例を示す図である。ここでは、上述した共振部11に対応する形状のキャビティ61aを有する金型61を用い(図14参照)、この金型61のキャビティ61a内に錘部22を配置し(図15参照)、その後、粘弾性を有する樹脂材料をキャビティ61a内に流し込み、必要に応じて加熱或いは加圧した後(図16参照)、シート部10、共振部11の一体成形物を離型し、遮音部材12を得る。このような一体成形法によれば、生産性及び経済性が高められるのみならず、複雑形状であっても容易に成形でき、また、各部品の密着力が高められ機械的強度に優れる遮音部材12が得られ易い傾向にある。これらの観点からも、シート部10、共振部11は、熱硬化性エラストマーや熱可塑性エラストマーを含有する一体成形物であることが好ましい。
上述の遮音構造体は、シート部10のシート面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。また、共振部11、基部21の形状、密度分布或いは素材(貯蔵弾性率、質量)の変更によるバネ定数の調整や、錘部22の質量の変更等によって、共振部11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、シート部10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、本実施形態に係る遮音構造体1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。
なお、上述の遮音構造体は、遮音を目的とした構造体だけでなく、制振を目的とした構造体として用いることもできる。
なお、上述の遮音構造体は、遮音を目的とした構造体だけでなく、制振を目的とした構造体として用いることもできる。
[共振周波数のシミュレーション]
後述の実施例では、有限要素法を用いた物理シミュレーションソフトであるCOMSOL Multiphysics(COMSOL社)を用いて構造の共振周波数を計算した。該物理シミュレーションの条件について詳述する。
上記の方法は、有限要素法は解析的の解くことができない微分方程式を高い精度で近似的に解くための数値解析の手法であり、解析したい複雑な対象を単純な小部分(要素)に分割して全体の挙動を近似的に計算する方法である。後述の実施例における突起共振周波数は、下記手順により計算した。
図18~21における遮音構造体の各部位i~vのそれぞれに対して、表1~7に記載の物性(比重、貯蔵弾性率(ヤング率)、ポアソン比)、及び表1~7、図18~21に記載の材料寸法(r1、r2、hi~hv、a、bをCOMSOL Multiphysics(COMSOL社)の固体力学モジュールの方程式に代入し、シート部vの底面を完全固定した条件にて固有振動モードを計算し、各種条件での共振周波数を計算した。
なお、図18は、穴あき円板を用いた態様であり、図19は、錘部として穴あきナット(六角板)を用いた態様であり、図20は、錘部なしの態様であり、図21は、錘部なしでシート部としてゴム層及びPET層の積層構造を採用した態様を示す。
次に、理想的な状態として接着剤が無い状態で、被着体に完全固定した場合の共振周波数をf0とし、各種物性の接着剤を用いた場合の共振周波数fを比較した。
後述の実施例では、dF=(f-f0)/f0×100[%]が小さいことを良好な設置、接着条件として採用した。すなわち、シートの設計周波数からの乖離量であるdFが、小さいことが良好な接着条件となる。dFは可能な限り小さいことが好ましく、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。
後述の実施例では、有限要素法を用いた物理シミュレーションソフトであるCOMSOL Multiphysics(COMSOL社)を用いて構造の共振周波数を計算した。該物理シミュレーションの条件について詳述する。
上記の方法は、有限要素法は解析的の解くことができない微分方程式を高い精度で近似的に解くための数値解析の手法であり、解析したい複雑な対象を単純な小部分(要素)に分割して全体の挙動を近似的に計算する方法である。後述の実施例における突起共振周波数は、下記手順により計算した。
図18~21における遮音構造体の各部位i~vのそれぞれに対して、表1~7に記載の物性(比重、貯蔵弾性率(ヤング率)、ポアソン比)、及び表1~7、図18~21に記載の材料寸法(r1、r2、hi~hv、a、bをCOMSOL Multiphysics(COMSOL社)の固体力学モジュールの方程式に代入し、シート部vの底面を完全固定した条件にて固有振動モードを計算し、各種条件での共振周波数を計算した。
なお、図18は、穴あき円板を用いた態様であり、図19は、錘部として穴あきナット(六角板)を用いた態様であり、図20は、錘部なしの態様であり、図21は、錘部なしでシート部としてゴム層及びPET層の積層構造を採用した態様を示す。
次に、理想的な状態として接着剤が無い状態で、被着体に完全固定した場合の共振周波数をf0とし、各種物性の接着剤を用いた場合の共振周波数fを比較した。
後述の実施例では、dF=(f-f0)/f0×100[%]が小さいことを良好な設置、接着条件として採用した。すなわち、シートの設計周波数からの乖離量であるdFが、小さいことが良好な接着条件となる。dFは可能な限り小さいことが好ましく、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらによりなんら限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
[固有周波数の計算]
遮音部材の各部位i~vのそれぞれに対して、表1~7、図18~21に記載の物性(比重、ヤング率、ポアソン比)、及び材料寸法r1、r2、hi~hv、a、bをマルチフィジックス解析ソフトウェアCOMSOL Multiphysics(COMSOL社)の固体力学モジュールの方程式に代入し有限要素法を用いて突起が伸縮振動する際の固有周波数を計算した。なお、以下の表におけるHは、H=hii+hiii-hiで算出される値である。
また、固有周波数のシフト量の大きさを比較するために、規格化した固有周波数のシフト量を下記のように定める。下記の設計固有周波数は同じシート・突起形状で接着剤層を含まない場合の固有周波数である。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
また、上述の計算によって得られた規格化固有周波数シフト量とβとの関係を表すグラフを図22に示した。βは、(E_glue/I_glue)/(E_membrane/H)の比である。
遮音部材の各部位i~vのそれぞれに対して、表1~7、図18~21に記載の物性(比重、ヤング率、ポアソン比)、及び材料寸法r1、r2、hi~hv、a、bをマルチフィジックス解析ソフトウェアCOMSOL Multiphysics(COMSOL社)の固体力学モジュールの方程式に代入し有限要素法を用いて突起が伸縮振動する際の固有周波数を計算した。なお、以下の表におけるHは、H=hii+hiii-hiで算出される値である。
また、固有周波数のシフト量の大きさを比較するために、規格化した固有周波数のシフト量を下記のように定める。下記の設計固有周波数は同じシート・突起形状で接着剤層を含まない場合の固有周波数である。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
また、上述の計算によって得られた規格化固有周波数シフト量とβとの関係を表すグラフを図22に示した。βは、(E_glue/I_glue)/(E_membrane/H)の比である。
<錘部として穴あき円板を用いた態様>
[実施例1]
実施例1は、図18に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表1に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例1において、固有周波数は、4353Hz及び規格化固有周波数シフト量は13.4となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[実施例1]
実施例1は、図18に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表1に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例1において、固有周波数は、4353Hz及び規格化固有周波数シフト量は13.4となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[比較例1]
比較例1も、図18に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表1に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例1において、固有周波数は、3626Hz及び規格化固有周波数シフト量は27.8となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
比較例1も、図18に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表1に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例1において、固有周波数は、3626Hz及び規格化固有周波数シフト量は27.8となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
[参考例1]
参考例1も、図18に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表1に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。本参考例は、接着剤を用いない態様である。
計算の結果、参考例1において、固有周波数は、5025Hz及び規格化固有周波数シフト量は0%となった。
参考例1も、図18に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表1に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。本参考例は、接着剤を用いない態様である。
計算の結果、参考例1において、固有周波数は、5025Hz及び規格化固有周波数シフト量は0%となった。
<錘部として穴あきナット(六角柱)を用いた態様>
[実施例2~7]
実施例2~7は、図19に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表2に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例2~7において、固有周波数は、3545~5024Hz及び規格化固有周波数シフト量は0.0~13.4%となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[実施例2~7]
実施例2~7は、図19に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表2に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例2~7において、固有周波数は、3545~5024Hz及び規格化固有周波数シフト量は0.0~13.4%となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[比較例2~5]
比較例2~5も、図19に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表3に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、比較例2~5において、固有周波数は、1962~3626Hz及び規格化固有周波数シフト量は27.8~61.0%となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
比較例2~5も、図19に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表3に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、比較例2~5において、固有周波数は、1962~3626Hz及び規格化固有周波数シフト量は27.8~61.0%となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
<錘部なしの態様>
[実施例8~14]
実施例8~14は、図20に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表4に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例8~14において、固有周波数は、3759~5319Hz及び規格化固有周波数シフト量は0.0~11.4%となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[実施例8~14]
実施例8~14は、図20に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表4に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例8~14において、固有周波数は、3759~5319Hz及び規格化固有周波数シフト量は0.0~11.4%となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[比較例6~8]
比較例6~8も、図20に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表5に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、比較例6~8において、固有周波数は、3155~3156Hz及び規格化固有周波数シフト量は40.7%となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
比較例6~8も、図20に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表5に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、比較例6~8において、固有周波数は、3155~3156Hz及び規格化固有周波数シフト量は40.7%となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
<錘部なし、かつ、シート部としてゴム層及びPET層の積層構造を採用した態様>
[実施例15~21]
実施例15~21は、図21に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表6に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例15~21において、固有周波数は、3942~5577Hz及び規格化固有周波数シフト量は0.0~3.4%となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[実施例15~21]
実施例15~21は、図21に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表6に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、実施例15~21において、固有周波数は、3942~5577Hz及び規格化固有周波数シフト量は0.0~3.4%となり、周波数ずれが十分に小さく、設計どおりの周波数となっていることが確認された。
[比較例9~11]
比較例9~11も、図21に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表7に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、比較例9~11において、固有周波数は、3822~3824Hz及び規格化固有周波数シフト量は31.4~31.5%となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
比較例9~11も、図21に示す遮音シート部材を含むユニットセルである。該ユニットセルの構成部材のサイズ、材料、物性を表7に示す。該ユニットセルにおける突起の伸縮振動の固有周波数を上記計算方法に基づいて算出した。
計算の結果、比較例9~11において、固有周波数は、3822~3824Hz及び規格化固有周波数シフト量は31.4~31.5%となり、周波数ずれが大きく、接着剤層の影響により、設計周波数と大きく異なることが確認された。
上記の表1~7及び図22から、βが0.5以上の場合に、遮音効果が発生する周波数帯のずれが生じにくくなる、具体的には、規格化固有周波数シフト量が20%以下となることが分かった。さらに、βが100以上の場合、周波数シフトは無くなることが分かった。
1 遮音構造体
10 シート部
10(a) (シート部を構成する)層
10(b) (シート部を構成する)層
10(c) (シート部を構成する)層
11 共振部
12 遮音部材
13 被着体
14 接着剤層
21 基部
22 錘部
31 リブ状突起部
32 円柱状突起部
61 金型
61a キャビティ
H シート部及び共振部(凸部)の高さ
H_sheet シート部共振部の高さ
H_res 共振部の高さ
I_glue 接着剤層の平均膜厚
r1 錘部の半径
r2 錘部の穴の半径
h 高さ
h_sheet 高さ
h_res 高さ
h_glue 膜厚
a シート長さ
i 錘部
ii 基部
iii シート部
iii-1 シート部1
iii-2 シート部2
iv 接着剤層
v 被着体
10 シート部
10(a) (シート部を構成する)層
10(b) (シート部を構成する)層
10(c) (シート部を構成する)層
11 共振部
12 遮音部材
13 被着体
14 接着剤層
21 基部
22 錘部
31 リブ状突起部
32 円柱状突起部
61 金型
61a キャビティ
H シート部及び共振部(凸部)の高さ
H_sheet シート部共振部の高さ
H_res 共振部の高さ
I_glue 接着剤層の平均膜厚
r1 錘部の半径
r2 錘部の穴の半径
h 高さ
h_sheet 高さ
h_res 高さ
h_glue 膜厚
a シート長さ
i 錘部
ii 基部
iii シート部
iii-1 シート部1
iii-2 シート部2
iv 接着剤層
v 被着体
Claims (12)
- シート状のシート部と該シート部の一方の面に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を少なくとも有する遮音構造体であって、下記式(1)を満たす、遮音構造体。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) (1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ - シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、かつ、
下記式を満たす規格化固有周波数シフト量が、0~30%である、遮音構造体。
規格化固有周波数シフト量(%)=((設計固有周波数)-(固有周波数))÷(設計固有周波数)
設計固有周波数(Hz):接着剤層を有さない条件で算出される固有周波数
固有周波数(Hz):接着剤層を有する条件で算出される固有周波数 - シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有し、前記接着剤層の弾性率が10MPaより大きい、遮音構造体。
- 前記接着剤層を介して前記遮音部材が接着される被着体を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の遮音構造体。
- 下記式(2)及び(3)を満たす、請求項4に記載の遮音構造体。
7000≧E_glue/E_membrane≧0.5 (2)
50.0≧E_glue/E_adh≧0.00002 (3)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
E_membrane(MPa):シートの貯蔵弾性率
E_adh(MPa):被着体の貯蔵弾性率 - 下記式(4)を満たす、請求項1~5いずれか1項に記載の遮音構造体。
1.0≧I_glue≧0.005 (4)
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚 - 前記式(1)は、下記式(1)’を満たす、請求項1~6のいずれか1項に記載の遮音構造体。
E_glue/I_glue>β×(E_membrane/H) (1)’
上記の式(1)’におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHは、前記式(1)におけるE_glue、I_glue、E_membrane、及びHと同様であり、β=5である。 - 前記E_glueが10MPaより大きい、請求項1~7のいずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記接着剤層が、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、及びシアノアクリレート系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上の樹脂を含み、かつ、該接着剤層中のこれらの樹脂の合計の含有割合が10重量%以上である、請求項1~8のいずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記接着剤層が、無機フィラーを含み、該接着剤層中の該無機フィラーの含有割合が1重量%以上である、請求項1~9のいずれか1項に記載の遮音構造体。
- シート状のシート部と該シート部に設けられた複数の凸部とを有する遮音部材、及び前記凸部が設けられた側とは反対側の前記シート部の面に設けられる接着剤層を有する遮音構造体の製造方法であって、
シート部の一方の面に複数の凸部を有する遮音部材を形成する工程、及び
前記遮音部材に接着剤層を設ける工程、を有し、かつ、
下記式(1)を満たす、遮音構造体の製造方法。
E_glue/I_glue>0.5×(E_membrane/H) 式(1)
E_glue(MPa):接着剤層の貯蔵弾性率
I_glue(mm):接着剤層の平均膜厚
E_membrane(MPa):シート部及び凸部の貯蔵弾性率
H(mm):シート部及び凸部の平均高さ - 前記接着剤層を介して前記遮音部材が接着される被着体を設ける工程をさらに有する、請求項11に記載の遮音構造体の製造方法。
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