JP5080877B2 - 吸音体 - Google Patents
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Description
従来の吸音材料として、例えば、グラスウール、ロックウールのように繊維を綿状またはボード状に成型した材料や、ポリウレタンフォームのように高分子材料を発泡させた材料などの多孔質材料が用いられる。これらの多孔質材料に音波が入射すると、音波が材料内の隙間の空気を振動させるため、空気自身の粘性および周囲との摩擦によって、振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換、散逸されて吸音効果が得られる。
下記特許文献2には、可撓性を有するベースフィルム上にバインダー接着剤により微細な粒子を接着してなる吸音層と、弾性層とを面接着してなる吸音体が開示されている。この吸音体において、ベースフィルムの厚さ、粒子の重さや大きさ、およびバインダー接着剤の粘性によって、吸音効果が得られる音域を変えることができる旨が記載されている。
下記特許文献3には、通気性材料の一面に通気止めフィルムを積層するとともに、該通気性材料の一面に凹部を設けるなどして、通気性材料と通気止めフィルムとが接触していない部分を形成することにより、共振効果による膜振動を利用して、広い周波数領域で吸音効果が得られるようにした吸音体が記載されている。
図4は、発泡ウレタン(厚さ10、20、50mm)、フェルト(厚さ10、50mm)、エチレン−酢酸ビニル共重合体の発泡体(発泡EVA、厚さ10mm)について、吸音率の周波数特性を測定した結果を示すグラフである。横軸は周波数(単位:Hz)、縦軸は吸音率を示す。
従来の多孔質材料にあっては、例えば図4に示すように、厚さを増大させれば低周波領域での吸音率が向上し、例えば発泡ウレタンの厚さを50mmにすれば450〜500Hzの周波数領域において、0.5〜0.6程度の吸音率を達成することが可能である。
しかしながら、多孔質材料の厚さを増大させると、吸音体が大型化するため好ましくない。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、吸音体の大型化を招くことなく、低周波領域において高度な吸音効果を達成することができる吸音体を提供することを目的とする。
すなわち本発明の吸音体は、貫通孔が形成された枠体と、該貫通孔の一方の開口を覆う膜振動型吸音材を有する吸音体であって、前記膜振動型吸音材が、複数の吸音層が一体化された積層体からなり、該複数の吸音層のうち最も貯蔵弾性率が高い吸音層を第1の吸音層、最も貯蔵弾性率が低い吸音層を第2の吸音層とし、前記第1の吸音層の貯蔵弾性率をE’1、前記第2の吸音層の貯蔵弾性率をE’2とするとき、(E’1/E’2)≧3であり、かつ前記積層体において第1の吸音層から外側に向かって、各吸音層の貯蔵弾性率が漸次減少していることを特徴とする。
尚、貯蔵弾性率(E’)および損失正接(tanδ)の測定は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、粘弾性スペクトロメータEXSTAR6000 DMS、形式名DMS6100を使用した。
入射周波数を変化させながら吸音率を測定し、吸音率が最も高くなるときの周波数をピーク周波数(吸音周波数ということもある。)という。
また、本発明の吸音体による吸音は膜振動型吸音であるため、共振する周波数での吸音となる。そこで、良好な吸音が生じる周波数の範囲の広さの指標となる値として、ピーク周波数±50Hzの吸音率平均をとり、平均吸音率と定義した。
本実施形態の吸音体1は枠体2の裏面2cが施工面4に接着固定されており、膜振動型吸音材3と施工面4との間に背後空気層5が形成された状態で使用される。すなわち枠体2の表面2bおよび裏面2cそれぞれにおける貫通孔2aの開口のうち、表面における開口が膜振動型吸音材3で覆われており、裏面における開口が施工面4によって閉じられている。
枠体2の厚さTによって膜振動型吸音材3の施工面4側に形成される背後空気層5の厚さが決まる。
枠体2の厚さTは、吸音性能の点からは3mm以上が好ましい。また全体のサイズを抑える点からは、50mm以下が好ましい。
枠体2の厚さTおよび貫通孔2aの直径Dは、これらによって得られる吸音体1の吸音特性(ピーク周波数および吸音率)が変化する。例えば500Hz以下の低周波数領域に吸音率が0.5以上となる周波数領域が存在するような、高度な吸音効果を良好に達成できるように、これらの寸法を設定することが好ましい。
該E’1/E’2の上限値は特に限定されないが1600以下が好ましい。これより大きいと膜振動型吸音材3の耐熱性や強度が不足するおそれがある。
膜振動型吸音材3を構成している第1の吸音層の貯蔵弾性率E’1の範囲は特に制限されないが、例えば1×107〜1×1010Paが好ましく、5×107〜5×109Paがより好ましい。
膜振動型吸音材3を構成する吸音層が3層以上である場合の積層順序は、第1の吸音層の表側、裏側(枠体2側)のいずれにおいても、第1の吸音層から外側に向かって、各吸音層の貯蔵弾性率が漸次減少するように構成される。例えば貯蔵弾性率の大小の関係が「第1の吸音層A>第3の吸音層C>第2の吸音層B」である3種の層を用いる場合、積層順序の例としては、BAB(第2の吸音層B上に第1の吸音層Aおよび第2の吸音層Bがこの順に積層されていることを示す、表側と裏側は区別しない、以下同様。)、BAC、CAC、CAB、BCA、BCAB、BCAC、BCACBが挙げられる。
上記に挙げた樹脂の中でも、以下の組合せが好ましい。(HDPE/LLDPE/EBM)、(HDPE/LLDPE/エチレン−オクテン共重合体)、(PET−G/TPU)、(軟質PVC(可塑剤量40部以上)/半硬質PVC(可塑剤量30部以下))、(PP/EBM)、(PP/エチレン−オクテン共重合体)、(CPE/EEA)、(PP/SEBS)、(HDPE/SEBS)、(HDPE/LLDPE/SIS)、(HDPE+LLDPEブレンド物/SIS)、(ABS/SIS)、(PP/SIS)、(ABS/軟質PVC(可塑剤量40部以上))。
無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されないが機械強度の点からは、吸音層の構成材料中80質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。
有機フィラーの例としては、3,3’,3’’,5,5’,5’’−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a’’−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール(例えば、製品名:アデカスタブ AO−330、ADEKA社製)、トリス(2,4ジ−tert−ブチルフェニル)フォスファイト(例えば、製品名:Irg168、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)が好ましい。
有機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されないが、機械強度の点からは、吸音層の構成材料中80質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。
第1の吸音層の厚さは、前記積層前ピーク周波数及び積層前吸音率が好ましい値となるように、材料に応じて設定することが好ましい。例えば 0.1〜3.0mmの範囲が好ましく、0.2〜2.0mmがより好ましく、0.3〜1.6mmがさらに好ましい。
第2の吸音層および必要に応じて設けられる第3の吸音層…の厚さは、第1の吸音層の厚さよりも小さいことが好ましく、互いに同じであってもよく異なっていてもよい。例えば0.1〜1.5mmの範囲が好ましく、0.1〜1.0mmがより好ましく、0.1〜0.5mmがさらに好ましい。
膜振動型吸音材3を構成する吸音層の各層の厚さの合計は、0.2〜4.5mmの範囲が好ましく、0.3〜3.0mmがより好ましく、0.4〜2.1mmがさらに好ましい。該厚さの合計が上記範囲より大きいと、製品重量が増加して好ましくない。
かかる他の吸音層の材質は、従来の吸音材として公知の材料から、上記流れ抵抗の範囲を満たすものを適宜使用できる。具体例としては、発泡樹脂、フェルト、繊維材料、グラスウール、ロックウール、木粉セメント等が挙げられる。特に発泡樹脂、フェルト、繊維材料、グラスウールが好ましい。
このように他の吸音層を積層することにより、吸音体1全体として、吸音効果が得られる周波数領域をより広くすることができる。例えば、膜振動型吸音材3により吸音効果が得られる周波数領域よりも、高周波数領域において吸音効果を奏する他の吸音層を膜振動型吸音材3上に積層して設けると、両方の周波数領域において吸音効果が得られる。
具体的には、tanδ2の値が0.3未満であると、本発明にかかる積層構造とすることにより、ピーク周波数における吸音率の低下を抑えつつ、ピーク周波数が低周波数側へ充分にシフトした吸音特性が得られやすい。一方、該tanδ2の値が0.3以上であると、積層構造とすることによりピーク周波数が低周波数側へシフトするとともに、平均吸音率が増大した吸音特性が得られやすい。
また本発明の吸音体は、貫通孔を有する枠体と、該貫通孔の一方の開口を覆う吸音材を備えた構成であればよく、図1に示す形態に限らず、各種の構成とすることができる。例えば図2に示すように、板状の枠体22に複数の貫通孔22aが設けられており、該枠体22の一面上に、該複数の貫通孔22aを一括的に覆うように膜振動型吸音材23が積層、固定された構成を有する吸音体21であってもよい。図2は吸音体21を枠体22側から見た斜視図である。このように、枠体22に複数の貫通孔22aが設けられている場合、該複数の貫通孔22aの形状および大きさは均一でもよく、異なっていてもよい。
また該複数の貫通孔22aの配置は任意であるが、隣り合う貫通孔22aどうしの距離dが小さいほど吸音体21における吸音の効率が高くなる。
以下の例において、吸音層の材料として表1に示すものを用いた。各材料の貯蔵弾性率E’(単位:Pa)および損失正接(tanδ)の値を表1に示す。
また各吸音層の厚さの値は、サンプルをミクロトームにて冷凍破断して、断面を観察して測定した。
なお、以下の例で用いた各吸音層の流れ抵抗はいずれも1×106N・s/m4以上であることを確認した。
表2に示す積層順序で吸音層を積層一体化して膜振動型吸音材3を作製した。すなわちEBMからなる厚さ0.2mmの吸音層上に、HDPEからなる厚さ0.5mmの吸音層を積層し、その上にLLDPEからなる厚さ0.1mmの吸音層を積層して一体化した。吸音層どうしの一体化は接着剤を使用せず、140℃熱プレスにて積層品を作製した。表中の「EBM:0.2」はEBMからなる層の厚さが0.2mmであることを示す(以下、同様。)
得られた膜振動型吸音材3を用いて図1に示す構成の吸音体1を作製した。膜振動型吸音材3の向きは、LLDPEからなる吸音層が枠体側となるように配した。枠体2の材質はアクリル樹脂であり、貫通孔2aは円形とした。枠体の厚さTは9mm、貫通孔2aの直径Dは90mmとした。
作製した吸音体1について吸音率を測定し、ピーク周波数(表中、吸音周波数と記載する。)、該ピーク周波数における吸音率の値(表中、吸音率と記載する。)、およびピーク周波数±50Hzの周波数領域における吸音率の平均値(表中、平均吸音率と記載する。)を求めた。その結果を表2に示す。
実施例1において、吸音層の積層順序を表2に示すとおりに変更したほかは、実施例1と同様にして吸音体1を作製し、吸音率を測定した。その結果を表2に示す。
実施例1において、積層体(膜振動型吸音材3)を構成する3層の吸音層の材料を混合した混合樹脂からなる、厚さ0.8mmの層を膜振動型吸音材3とした。該3層の吸音層の材料の混合割合は、該混合樹脂中における各材料の含有割合(質量基準)が、該3層の積層体(膜振動型吸音材3)における各材料の存在割合(質量基準)と一致するように設定した。
その他は実施例1と同様にして吸音体1を作製し、吸音率を測定した。その結果を表2に示す。
表2およびグラフに示されるように、実施例1,2は、積層前に比べてピーク周波数が低周波数側にシフトしており、該ピーク周波数における吸音率の低下は少ない。
3層の材料を混合して1層の吸音層とした参考例1では、剛性の低い材料をブレンドすることにより、ピーク周波数は低周波数側にシフトしているが、そのシフト量は充分ではない。
更に、貯蔵弾性率E’が3層のうちで最も低いEBM層をHDPE層とLLDPE層の間に配置した比較例1では、積層前に比べてピーク周波数は低周波数側にシフトしているものの、そのシフト量は参考例1よりも小さい。
表3〜10に示す積層順序で、実施例1と同様にして吸音層を積層一体化して膜振動型吸音材3を作製し、これを用いて吸音体1を作製した。表の積層順序の欄において「‐」は間に層が無いことを表している。例えば実施例3、5等において積層体(膜振動型吸音材3)は2層の積層体からなっている。
作製した吸音体1について、実施例1と同様にして吸音率を測定した結果を表3〜10に示す。
また実施例1と同様にして積層前ピーク周波数(吸音周波数)と該積層前ピーク周波数における積層前吸音率および平均吸音率を求めた。その結果を表3〜10に示す。
参考例2は、実施例7において、積層体(膜振動型吸音材3)を構成する2層の吸音層の材料を混合した混合樹脂からなる、厚さ0.8mmの層を膜振動型吸音材3とした。
参考例3は、実施例11において、積層体(膜振動型吸音材3)を構成する3層の吸音層の材料を混合した混合樹脂からなる、厚さ0.8mmの層を膜振動型吸音材3とした。
参考例4は、実施例13において、積層体(膜振動型吸音材3)を構成する2層の吸音層の材料を混合した混合樹脂からなる、厚さ0.6mmの層を膜振動型吸音材3とした。
参考例5は、実施例16において、積層体(膜振動型吸音材3)を構成する2層の吸音層の材料を混合した混合樹脂からなる、厚さ0.7mmの層を膜振動型吸音材3とした。
該2層または3層の吸音層の材料の混合割合は、該混合樹脂中における各材料の含有割合(質量基準)が、該2層または3層の積層体(膜振動型吸音材3)における各材料の存在割合(質量基準)と一致するように設定した。
その他は実施例1と同様にして吸音体1を作製し、吸音率を測定した。その結果を表に示す。
また、特にtanδ2が1以上と非常に高い実施例15では、積層前に比べて吸音周波数は低周波数側へシフトしたものの、そのシフト量は他の実施例と比べると少なく、他の実施例と比べて積層による吸音率の低下が見られるが、ピークがブロード化して平均吸音率が大きく向上した。
実施例15以外の実施例では、ピーク周波数における吸音率は積層前とほぼ同等であった。
なお上記各実施例および比較例において、膜振動型吸音材3の向きを逆向き、すなわち表面側と枠体側とを入れ替えても吸音率の測定結果は同じであった。
2、22…枠体、
2a、22a…貫通孔、
3、23…吸音材、
5…背後空気層。
Claims (2)
- 貫通孔が形成された枠体と、該貫通孔の一方の開口を覆う膜振動型吸音材を有する吸音体であって、
前記膜振動型吸音材が、複数の吸音層が一体化された積層体からなり、該複数の吸音層のうち最も貯蔵弾性率が高い吸音層を第1の吸音層、最も貯蔵弾性率が低い吸音層を第2の吸音層とし、前記第1の吸音層の貯蔵弾性率をE’1、前記第2の吸音層の貯蔵弾性率をE’2とするとき、(E’1/E’2)≧3であり、かつ前記積層体において第1の吸音層から外側に向かって、各吸音層の貯蔵弾性率が漸次減少していることを特徴とする吸音体。 - 前記枠体の貫通孔の一方の開口を前記第1の吸音層のみで覆った場合の、吸音率のピーク周波数が700Hz以下であり、かつ該ピーク周波数における吸音率が0.5以上であることを特徴とする請求項1記載の吸音体。
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