(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023144473
(43)【公開日】2023-10-11
(54)【発明の名称】吸音材及び車両部材
(51)【国際特許分類】
G10K 11/16 20060101AFI20231003BHJP
G10K 11/172 20060101ALI20231003BHJP
B60R 13/08 20060101ALI20231003BHJP
【FI】
G10K11/16 130
G10K11/172
B60R13/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022051455
(22)【出願日】2022-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000004455
【氏名又は名称】株式会社レゾナック
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100169454
【弁理士】
【氏名又は名称】平野 裕之
(72)【発明者】
【氏名】海野 光朗
(72)【発明者】
【氏名】枝元 太希
(72)【発明者】
【氏名】下谷 圭三
【テーマコード(参考)】
3D023
5D061
【Fターム(参考)】
3D023BA03
3D023BB17
3D023BB21
3D023BD12
3D023BE04
3D023BE20
5D061AA02
5D061AA04
5D061AA23
5D061AA25
5D061BB03
5D061BB21
5D061BB24
(57)【要約】
【課題】薄厚であっても優れた吸音特性を発現することができる、新たな吸音材を提供すること。
【解決手段】非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、多孔層が、複数の孔を有する基部を備え、多孔層が、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含み、ゴムが、ウレタンゴム(PU)、シリコーンゴム、天然ゴム(NR)、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)及びフッ素ゴム(FKM)からなる群より選択される少なくとも一種を含み、多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、孔から入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される、吸音材。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、
前記多孔層が、複数の孔を有する基部を備え、
前記多孔層が、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含み、
前記ゴムが、ウレタンゴム(PU)、シリコーンゴム、天然ゴム(NR)、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)及びフッ素ゴム(FKM)からなる群より選択される少なくとも一種を含み、
前記多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、前記孔から入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される、吸音材。
【請求項2】
非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、
前記多孔層が、複数の孔を有する基部を備え、
前記多孔層が、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含み、
前記多孔質層が、前記不織布又は前記発泡フォームと前記ゴムとを含む複合材を含み、
前記多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、前記孔から入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される、吸音材。
【請求項3】
前記多孔質層が、前記不織布又は前記発泡フォームと前記ゴムとを含む複合材を含む、請求項1に記載の吸音材。
【請求項4】
前記多孔質層が前記不織布を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項5】
前記多孔質層の通気抵抗が1~4kPa・sec/mである、請求項1~4のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項6】
前記多孔層が、前記基部と、少なくとも一部の前記孔から多孔質層内に延在する中空状のネック部とを備える、請求項1~5のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項7】
前記多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、前記孔から入射する音に共鳴する、共鳴周波数の異なる二種以上の前記ヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される、請求項6に記載の吸音材。
【請求項8】
前記ヘルムホルツ共鳴箱構造が、2000Hz未満の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、及び2000Hz以上の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を含む、請求項7に記載の吸音材。
【請求項9】
前記ヘルムホルツ共鳴箱構造が、2000Hz未満の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、2000~3000Hzの共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、及び3000Hz超の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を含む、請求項7又は8に記載の吸音材。
【請求項10】
隣り合う前記ヘルムホルツ共鳴箱構造が異なる共鳴周波数を有する、請求項7~9のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項11】
前記多孔層と、前記多孔質層と、非通気性の材料から構成される裏張層とをこの順に備える、請求項1~10のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項12】
前記基部の開孔率が1~20%である、請求項1~11のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項13】
厚さが15mm以下である、請求項1~12のいずれか一項に記載の吸音材。
【請求項14】
請求項1~13のいずれか一項に記載の吸音材を備える、車両部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、吸音材及び車両部材に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車のエンジンルーム内の騒音が車室内に伝播することを防止すること等を目的とした防音材として、車室内側より順に、第1の通気性吸音層、非通気性樹脂膜層、及び第2の通気性吸音層の順に接着された防音材が知られている(例えば、特許文献1参照)。同文献において、第1及び第2の通気性吸音層にはウレタン発泡材と繊維の混合材が用いられ、非通気性樹脂膜層には複数の樹脂フィルムの積層体が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来技術には、薄厚であっても優れた吸音特性を発現することに関し、依然として改善の余地がある。そのような改善へ期待は、特に自動車等の車両向けの吸音材において顕著である。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、薄厚であっても優れた吸音特性を発現することができる、新たな吸音材を提供することを目的とする。本発明はまた、当該吸音材を備える車両部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面は、非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、多孔層が、複数の孔を有する基部を備え、多孔層が、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含み、ゴムが、ウレタンゴム(PU)、シリコーンゴム、天然ゴム(NR)、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)及びフッ素ゴム(FKM)からなる群より選択される少なくとも一種を含み、多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、孔から入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される、吸音材を提供する。
上記多孔層の一態様において、多孔質層が、不織布又は発泡フォームとゴムとを含む複合材を含んでいてもよい。
【0007】
本発明の他の側面は、非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、多孔層が、複数の孔を有する基部を備え、多孔層が、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含み、多孔質層が、不織布又は発泡フォームとゴムとを含む複合材を含み、多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、孔から入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される、吸音材を提供する。
【0008】
上記吸音材は従来にない構造を有しており、薄厚であっても優れた吸音特性を発現することができる。
【0009】
一態様において、多孔質層が不織布を含んでよい。
【0010】
一態様において、多孔質層の通気抵抗が1~4kPa・sec/mであってよい。
【0011】
一態様において、多孔層が、基部と、少なくとも一部の当該孔から多孔質層内に延在する中空状のネック部とを備えていてもよい。
【0012】
一態様において、多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、孔から入射する音に共鳴する、共鳴周波数の異なる二種以上のヘルムホルツ共鳴箱構造が形成されてよい。このような吸音材は従来にない構造を有しており、薄厚であっても広い周波数帯域において優れた吸音特性を発現することができる。
【0013】
一態様において、ヘルムホルツ共鳴箱構造が、2000Hz未満の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、及び2000Hz以上の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を含んでよい。
【0014】
一態様において、ヘルムホルツ共鳴箱構造が、2000Hz未満の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、2000~3000Hzの共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、及び3000Hz超の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を含んでよい。
【0015】
一態様において、隣り合うヘルムホルツ共鳴箱構造が異なる共鳴周波数を有してよい。
【0016】
一態様において、吸音材は、多孔層と、多孔質層と、非通気性の材料から構成される裏張層とをこの順に備えてよい。
【0017】
一態様において、基部の開孔率が1~20%であってよい。
【0018】
一態様において、吸音材の厚さが15mm以下であってよい。
【0019】
本発明の一側面は、上記の吸音材を備える、車両部材を提供する。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、薄厚であっても広い周波数帯域において優れた吸音特性を発現することができる、新たな吸音材を提供することができる。また、本発明によれば、当該吸音材を備える車両部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図1】
図1は、一実施形態に係る吸音材の模式断面図である。
【
図2】
図2は、他の実施形態に係る吸音材の模式断面図である。
【
図3】
図3は、他の実施形態に係る吸音材の模式断面図である。
【
図4】
図4は、他の実施形態に係る吸音材の模式断面図である。
【
図5】
図5は、他の実施形態に係る吸音材の模式断面図である。
【
図6】
図6は、吸音材における孔の配置を模式的に表す図である。
【
図7】
図7は、ヘルムホルツ共鳴箱構造の共鳴周波数の算出方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
本明細書において、「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。
【0023】
本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
【0024】
本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
【0025】
<吸音材>
図1は、一実施形態に係る吸音材の模式断面図である。吸音材Sは、非通気性の材料から構成される多孔層1と、通気性の材料から構成される多孔質層2とを備え、多孔層1が、複数の孔hを有する(平面状の)基部1aを備える。多孔層は、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含む。多孔質層は、不織布又は発泡フォームとゴムとを含む複合材を含んでいてもよい。このように多孔層と多孔質層とはいずれも複合材を含んでいてもよいが、前者においては非通気性の複合材であり、後者においては通気性の複合材である点において異なる。孔の内部の空間は空洞であっても、後述の多孔質材が充填されていてもよい。
【0026】
吸音材Sは、多孔層1側を音の入射側に、多孔質層2側を吸音対象となる他の部材(対象部材)側に配置して使用することができる。吸音材Sと対象部材とは接していてもよく、接していなくともよい。対象部材は非通気性の材料から構成されていてよく、具体的には自動車部材が挙げられ、特にホイールハウスパネル、ドアパネル、フロアパネル等のボディパネル、アンダーカバー、ホイールハウスカバー等カバー部品などが挙げられる。吸音材Sが後述の裏張層を有する場合は、対象部材は通気性の材料から構成されていてもよい。
吸音材Sは、他の部材の吸音特性を向上させる観点から、吸音特性向上部材ということもできる。また、吸音材S及び対象部材を備える構造を、吸音構造体ということもできる。
【0027】
吸音材Sにおいては、多孔質層2側を対象部材に向けて配置した時に、孔hから入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される。多孔層1側から入射した音(音響エネルギー)は、吸音材S内でヘルムホルツ共鳴して、熱エネルギーとして散逸されると考えられる。これにより音の減衰が観察される。
【0028】
図2は、他の実施形態に係る吸音材の模式断面図である。吸音材10は、非通気性の材料から構成される多孔層1と、多孔質層2とを備え、多孔層1が、複数の孔hを有する(平面状の)基部1aと、孔hの少なくとも一部の孔から多孔質層2内に延在する中空状のネック部1bとを備える。多孔層1は、全ての孔hから多孔質層2内に延在する中空状のネック部1bを備えていてもよい。多孔質層2は、孔hと連通しかつネック部1bの多孔質層2への延在長さと同じ深さの孔を有している。
【0029】
吸音材10においては、多孔質層2側を対象部材に向けて配置した時に、孔hから入射する音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される。多孔質層2内に延在する中空状のネック部1bにより、その孔hの共鳴周波数を小さくすることができ、より低周波の吸音性能を得易くなる。吸音材10は、共鳴周波数の異なる二種以上のヘルムホルツ共鳴箱構造を有する。多孔層1側から入射した音(音響エネルギー)は、吸音材10内でヘルムホルツ共鳴して、熱エネルギーとして散逸されると考えられる。これにより音の減衰が観察される。
【0030】
図3~5は、他の実施形態に係る吸音材の模式断面図である。
図3~4に示す吸音材は、音の入射側と反対面全面に非通気性の材料から構成される裏張層を備えている。この場合、上記のように対象部材を配置しなくとも、単独でヘルムホルツ共鳴箱構造を形成することができる。
【0031】
図3に示すように、吸音材11は、多孔層1と、多孔質層2と、非通気性の材料から構成される裏張層3とをこの順に備える。
図4に示すように、吸音材12は、多孔層1と、多孔質層2と、非通気性の材料から構成される裏張層3とをこの順に備える。同図において、多孔質層2は、孔hと連通しかつ多孔質層2の厚さと同じ深さの孔(貫通孔)を有している。
図5に示すように、吸音材14は、多孔層1と、多孔質層2と、非通気性の材料から構成される裏張層3とをこの順に備える。同図において、多孔質層2は、孔hと連通しかつ多孔質層2の厚さと同じ深さの孔(貫通孔)を有しており、裏張層3もまた、それらの孔に連通する孔を有している。
【0032】
吸音材の厚さは、吸音性能の観点から、5mm以上とすることができ、8mm以上であってもよく、また薄厚でも吸音特性に優れることから、30mm以下とすることができ、25mm以下であってもよく、20mm以下であってもよく、15mm以下であってもよく、13mm以下であってもよく、12mm以下であってもよい。
【0033】
吸音材の側面は、多孔層及び多孔質層の端面が露出した状態でもよく、多孔質層の端面が多孔層を形成するための材料(被覆材)で被覆されていてもよい。この被覆材を、多孔質層の端面を被覆するだけでなく、余剰に形成することで、余剰部分に対し吸音材を他部材へ取り付けるための孔加工を施すことができる。
【0034】
(多孔層)
多孔層は非通気性の材料から構成される。ここで、多孔層が非通気性の層であるとは、すなわち非通気層であるとは、連続気孔が少なく通気抵抗の高い層のことをいう。具体的には、非通気層とは、層の断面を観察したときに、音波入射側から音波入射側と反対側へ通ずる連続気孔が10面積%以下である層であってよい。
【0035】
連続気孔の具体的な確認方法は以下のとおりである。すなわち、観察する多孔層を埋込用エポキシ樹脂(製品名エポマウント27-771、27-772、リファインテック株式会社製)を用いて注型し、ダイヤモンドカッターを用いて、ダイヤモンドカッターが多孔層表面に垂直に、かつ多孔層表面の孔の中心を通るように切断加工を行う。切断加工した断面を液体コンパウンド(製品名L120P、株式会社三共コーポレーション製)を用いて研磨し、デジタルマイクロスコープ(製品名VHX-100F、株式会社キーエンス製)により断面観察を行う。断面観察写真から、埋込用エポキシ樹脂で満たされた多孔層の音波入射側から音波入射側と反対側へ連続して通ずる空隙部分の面積S1、多孔層断面の面積S2を求め、S1/S2より連続気孔の面積率を算出する。
【0036】
多孔層を構成する非通気性の材料としては、ゴム又はゴムと不織布若しくは発泡フォームとを含む複合材が挙げられる。吸音材の製造工程上、多孔層(基部及びネック部)は、多孔層を形成する材料と多孔質材とが複合化された材料、すなわち、ゴムと不織布又は発泡フォームとを含む複合材を含む。多孔層は、当該複合材から構成されていてもよい。
【0037】
ゴムとしては、ウレタンゴム(PU)、シリコーンゴム、天然ゴム(NR)、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、フッ素ゴム(FKM)等が挙げられる。
多孔層を形成するための材料は、複雑形状の成形品として多孔質層と一体化する際の加工性の観点から、ゴムであるが、多孔質層へ塗布・乾燥することで多孔質層上に容易に非通気性の層(多孔層となる層)を形成可能である観点から、ラテックスの形態で使用することができる天然ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等のゴムがより好ましい。
【0038】
基部の厚さは、耐久性の観点から、50μm以上とすることができ、100μm以上であってもよく、また軽量化、薄厚化等の観点から、5mm以下とすることができ、2mm以下であってもよい。
【0039】
基部の厚さは、次のようにして測定することができる。すなわち、観察する基部を埋込用エポキシ樹脂を用いて注型し、ダイヤモンドカッターを用いて、ダイヤモンドカッターが多孔層表面に垂直になるように切断加工を行う。切断加工した断面を液体コンパウンドを用いて研磨し、デジタルマイクロスコープにより断面観察を行う。断面観察写真から基部の厚さを測定する。
【0040】
基部の開孔率は、吸音材内に音波を充分に入射させる観点から、1%以上とすることができ、2%以上であってもよく、またヘルムホルツ共鳴を好適に生じさせる観点から20%以下とすることができ、15%以下であってもよい。開孔率とは、吸音材の多孔層を厚さ方向から見た時の孔の面積を多孔層(基部)の面積で除することで算出することができる。
【0041】
基部が有する孔の形状は、円形、楕円形、長方形、多角形、不定形等であってよく、開口率の調整及び工法上の都合で適した形状を採用することができる。孔の径及びピッチ等を調整することで、吸音時の共鳴周波数を調整することができる。孔の形状は、加工性の観点から、円形であることが好ましい。
【0042】
孔の径(孔径)、すなわち中空状のネック部の内径は、適切な開口率を得る観点から、0.5mm以上とすることができ、2mm以上であってもよく、また吸音材内への異物侵入を抑制する観点から、10mm以下とすることができ、5mm以下であってもよい。
孔の径は、以下のようにして測定することができる。すなわち、観察する基部を埋込用エポキシ樹脂を用いて注型し、ダイヤモンドカッターを用いて、ダイヤモンドカッターが多孔層表面に垂直に、かつ基部表面の孔の中心を通るように切断加工を行う。切断加工した断面を液体コンパウンドを用いて研磨し、デジタルマイクロスコープにより断面観察を行う。断面観察写真から孔の径を測定する。孔の径は、5個の孔に対する測定値の平均値として求められる。
【0043】
吸音材の多孔層を厚さ方向から見た時に、優れた吸音特性を得る観点から、孔は格子状に配置されていてよく、菱形格子状(斜方格子状)、六角格子状(三角格子状)、正方格子状、矩形格子状、歪斜格子状等に配置されていてよい。
孔のピッチは、加工性の観点から、1mm以上とすることができ、5mm以上であってもよく、また開口率向上の観点から、30mm以下とすることができ、20mm以下であってもよい。孔のピッチとは、後述の
図6のPに示されるように、隣接する孔の中心間距離を言う。孔のピッチは、5個の孔に対する測定値の平均値として求められる。
【0044】
ネック部の長さは、吸音特性をより向上する観点から、多孔質層の厚さの5%以上とすることができ、10%以上であってもよく、30%以上であってもよく、50%以上であってもよい。ネック部の長さは、吸音材の裏面(音波入射側の反対側表面)とネック部先端との隙間を確保する観点から、多孔質層の厚さの90%以下とすることができ、80%以下であってもよい。
【0045】
ネック部の長さは、多孔質層の厚さ等により変動するため特に限定されないが、1mm以上とすることができ、3mm以上であってもよく、5mm以上であってもよい。同様に、ネック部の長さは、9mm以下とすることができ、8mm以下であってもよい。
【0046】
ネック部の厚さ、すなわち中空状の構造の内径及び外形の差は、ネック部が剛直となり振動に対しより優れた耐久性を得る観点から、50μm以上とすることができ、100μm以上であってもよい。ネック部の厚さは、多孔質層の体積を確保し、特に低周波吸音性能の向上させる観点から、5mm以下とすることができ、2mm以下であってもよい。
【0047】
ネック部の長さ及び厚さは、前述の基部と同様にして断面観察を行い、断面観察写真から測定することができる。ネック部の長さ及び厚さは、5個のネック部に対する測定値の平均値として求められる。
【0048】
多孔層と多孔質層とは一体化されている。これにより、振動等で多孔層と多孔質層とが剥離したり、ネック部が単独で振動して破損することが抑制される。後に詳述するが、多孔層は、多孔層を形成する材料(ゴム)を多孔質材に少なくとも一部含浸させて乾燥させることで一体化される。
【0049】
多孔層(基部及びネック部)は、ゴムと不織布又は発泡フォームを含む複合材を含むことができ、ゴム及び不織布を含む複合材を含んでいてもよい。
多孔層は、多孔質層側に複合材の層(複合材層)を備えていてもよく、複合材の層であってもよい。多孔層をこのような複合材とする利点として、例えば以下が挙げられる。
・含浸させるラテックスゴム溶液の固形分濃度の調整により、部分的にゴム量を増減させることができ、非通気層/通気層の構造制御が容易。
・非通気層/通気層が強固に一体化されるため、耐久性に優れる。
・通気層の通気抵抗をゴム量で制御可能であり、吸音性能及び密度の調整が容易。
・ゴムの粘弾性により制振効果を付与可能。
【0050】
(多孔質層)
多孔質層は通気性の材料から構成される。多孔質層は通気性の多孔質材を含む層のことをいい、具体的には、通気抵抗が4kPa・sec/m以下である層を言う。多孔質層の通気抵抗は、多孔質層に入射した音波の空気による粘性損失を維持し易い観点から1kPa・sec/m以上とすることができ、2kPa・sec/m以上であってもよく、また多孔質層へ音波を入射させ易い観点から4kPa・sec/m以下とすることができ、3kPa・sec/m以下であってもよい。
通気抵抗の具体的な確認方法は以下のとおりである。すなわち、カトーテック株式会社製通気性試験機(KES-F8)、サンプルサイズ:50mm×50mm~100mm×100mm(厚み:1mm以下)、Φ40mm(厚み:1mm~50mm)で測定することができる。多孔質層は、吸音材から多孔層を機械的に除去して得られるものであってもよい。また、立体成形された多孔質層である場合は、曲面を平面に変形させて測定することができる。
【0051】
多孔質層を構成する通気性の材料としては、上記のとおり確認される通気抵抗の低い材質であれば制限は無く、不織布、発泡フォーム等が挙げられる。
【0052】
不織布としては、ガラス、シリカ、ロックウール、プラスチック(PET、PP、ナイロン、セルロース、天然繊維、又はこれらを複合したもの)等の繊維から構成される不織布が挙げられる。不織布として、内部にバインダーが含まれる形状付与可能なもの、内部に無機粒子、エラストマー、ゴム等が含まれる通気抵抗が調整されたものなども用いることができる。
発泡フォームとしては、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、メラミンフォーム、ゴムスポンジ等が挙げられる。
【0053】
多孔質層の材質としては、多孔層を形成することとは別にゴム(ゴムラテックス)と複合化することにより通気抵抗の調整が容易である観点、立体成形性を付与し易い観点などから、不織布であることが好ましい。
多孔質層は、不織布又は発泡フォームとゴムとを含む複合材を含むことができ、上記観点から好ましくは不織布とゴムとを含む複合材を含むことができる。多孔質材とゴムとの複合化は、ゴムを含む材料を多孔質材に含浸させて乾燥させることで行うことができる。多孔質材とゴムとの複合化とは、例えば不織布又は発泡フォームを構成する材料(不織布であれば繊維)の表面が、多孔質層としての通気性を維持しながら、ゴムにより被覆されていることであってもよい。
【0054】
不織布を構成する繊維の平均繊維径は特に制限されないが、より良好な吸音特性を得る観点から、例えば1~30μmとすることができ、5~15μmであってもよい。
平均繊維径は、電子顕微鏡にて1000倍で撮影した写真から測定される個々の繊維の繊維径の平均をとることで求められる。具体的には、平均繊維径は、10枚の写真から任意に選択された合計本数100本の繊維について繊維径を測定し、それらを平均して求められる。
【0055】
多孔質層の厚さは、特に低周波における吸音性能の観点から、5mm以上とすることができ、8mm以上であってもよく、また薄厚が要求される自動車部品向けの用途の観点から、15mm以下とすることができ、12mm以下であってもよい。
【0056】
多孔質層は孔を有していなくてもよいが、多孔質層が、多孔層の孔と連通する孔を有する場合、孔の深さは、孔開け加工を行った後にネック部を形成するのが工法上容易である観点から、ネック部の延在長さ以上とすることができ、多孔質層の厚さと同じであっても(多孔質層が貫通孔を有していても)よい。
【0057】
(裏張層)
裏張層は非通気性の材料から構成される。裏張層により、吸音材の耐久性、剛性等を向上させることができる。裏張層は、多孔質層の全面に形成されていてもよく、多孔層及び多孔質層の孔に連通する孔を有していてもよい。裏張層の具体的態様は、多孔層(特に基部)の態様を参照することができる。
【0058】
また、裏張層として、吸音対象に接着させるための接着シート又はフィルム、あるいは制振性付与のための制振シート又はフィルムを用いることもできる。
【0059】
裏張層の厚さは、耐久性、剛性の向上等の観点から、50μm以上とすることができ、100μm以上であってもよく、また薄厚が要求される自動車部品向けの用途の観点から、5mm以下とすることができ、2mm以下であってもよい。
【0060】
このように、吸音材は、多孔層及び多孔質層に加えて、他の層(シート、フィルム等)を備えることができる。これらの他の層は、接着層等を介して貼り付けることができる。
音の入射側、すなわち多孔層側に設けることができる層としては、通気性の層(通気抵抗が4kPa・sec/m以下である層)、又は非通気性の層であって多孔層が有する孔と同じ位置に孔を有する層(音の入射を妨げない層)が挙げられる。
音の入射側と反対側、すなわち多孔質層側には、上記の裏張層の他、通気性の層を設けることができる。
通気性の層としては、吸音特性向上、孔の被覆、意匠性向上等を目的として、多孔質吸音材(発泡フォーム、不織布、フェルト等)、多孔質フィルムなどが挙げられる。非通気性の層であって多孔層が有する孔と同じ位置に孔を有する層としては、音の入射側の表面保護、耐久性向上、剛性向上、機械強度向上等を目的として、多孔金属板、多孔プラスチックシート等が挙げられる。
【0061】
(ヘルムホルツ共鳴箱構造)
吸音材においては、多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、孔から入射する音に共鳴する、ヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される。これにより、吸音材は薄厚であっても優れた吸音特性を発現することができる。また、吸音材においては、多孔質層側を対象部材に向けて配置した時に、孔から入射する音に共鳴する、共鳴周波数の異なる二種以上のヘルムホルツ共鳴箱構造が形成されてもよい。これにより、吸音材は低周波数側から高周波数側まで広範囲において高い吸音特性を発現することができる。
ヘルムホルツ共鳴箱構造とは、ヘルムホルツ共鳴器の構成要素、すなわち開口部(多孔層の孔)、頸部(多孔層の厚み、又は多孔層厚みとネック部長さ)、胴部(多孔質層)を有し、理論的にヘルムホルツ共鳴箱として機能する構造である。
【0062】
ヘルムホルツ共鳴箱構造は、優れた吸音特性を発現する観点から、1000~5000Hzの共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を有していてよく、2000~4000Hzの共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を有していてもよい。
また、共鳴周波数の異なる二種以上のヘルムホルツ共鳴箱構造が形成される場合、ヘルムホルツ共鳴箱構造は、吸音周波数の広域化の観点から、2000Hz未満の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、及び2000Hz以上の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を含むことが好ましく、2000Hz未満の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、2000~3000Hzの共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造、及び3000Hz超の共鳴周波数を有するヘルムホルツ共鳴箱構造を含むことがより好ましい。
この際、隣り合うヘルムホルツ共鳴箱構造が異なる共鳴周波数を有することがさらに好ましい。すなわち、異なる共鳴周波数を発現する孔(吸音周波数区分の異なる孔)同士が隣り合うことで、音波がそれぞれの孔に回折して入射し易くなり、吸音周波数をより広域化し易くなる。
【0063】
図6は、吸音材における孔の配置を模式的に表す図である。同図は、吸音材の多孔層を厚さ方向から見た時の、異なる共鳴周波数を発現する孔A~Cの好適な配置を示している。
図6(a)では、孔A及びCが正方格子状に配置されており、孔A及びCそれぞれに対し異なる共鳴周波数を発現する孔が隣接している。
図6(b)では、孔A~Cが三角格子状(正三角格子状)に配置されており、孔A~Cそれぞれに対し異なる共鳴周波数を発現する孔が隣接している。例えば、孔Aの周囲には、孔B及び孔Cが同数で隣接しており、孔A同士は隣接していない。
【0064】
図7は、ヘルムホルツ共鳴箱構造の共鳴周波数の算出方法を示す図である。同図において、破線で囲われた部分がそれぞれヘルムホルツ共鳴箱単位を示す。各孔から入射した音に共鳴するヘルムホルツ共鳴箱構造の共鳴周波数は、この算出方法に従い、吸音材の各種寸法から調整することができる。
【0065】
図7中、Vはヘルムホルツの共鳴箱単位に多孔質層を分割した場合の、多孔質層の体積である。孔が一定の周期をもって格子状に配置された場合、Vは、隣接する孔の中心を起点とし、孔同士の中間点を通る正方形又は長方形(
図6の破線部分参照)に、多孔質層の厚さTを乗じた直方体又は立方体の体積として算出される。孔同士の中間点を通る方形を描くときに複数の描画方法がある場合は、隣接する方形同士が重ならないようにかつその面積が最大となるよう描画する。また、孔が一定の周期をもたず不特定のピッチ間隔でランダムに配置される場合、Vは、隣接する孔の中心を起点とし、孔同士の中間点を頂点とする多角形に多孔質層の厚さTを乗じた多角柱の体積として算出される。いずれの場合においても、多孔質層内にネック部が延在している場合は、ネック部の体積を減じた体積をVとする。δは開口端補正であり、例えば孔の形状が円形である場合、δは孔の直径の0.8倍として算出することができる。孔の形状が円形でない場合は、δは孔の面積と同じ面積を有する正円の直径の0.8倍として算出することができる。
【0066】
<吸音材の製造方法>
以下に、
図1に示す吸音材S又は
図2に示す吸音材10の製造方法を説明するが、吸音材の製造方法に特に制限はない。
【0067】
固形分濃度の低いラテックスゴム溶液及び固形分濃度の高いラテックスゴム溶液を調製する。固形分濃度の低いラテックスゴム溶液における固形分量は15~35質量%とすることができ、固形分濃度の高いラテックスゴム溶液における固形分量は40~70質量%とすることができる。
【0068】
各ラテックスゴム溶液は、上記にて例示したゴムを一種又は二種以上含むことができる。また、各ラテックスゴム溶液には、目的に応じて一般的に用いられる種々の添加剤を配合することができる。添加剤としては、不織布への含浸性の調整のための湿潤剤又は粘度調整剤、着色のための着色剤(カーボンブラック等)、耐熱性及び耐久性向上のための加硫剤(硫黄又は酸化亜鉛)、加硫促進剤、老化防止剤、無機フィラー(タルク又はクレー)等、加熱乾燥時の凝集性向上及び偏析防止のための感熱化材、溶液の安定性向上のための安定剤(界面活性剤又はpH調整剤)等が挙げられる。
【0069】
多孔質層に固形分濃度の低いラテックスゴム溶液を含浸させる。含浸方法としては、ラテックスゴム溶液をスプレーにより多孔質層に吹き付ける方法、ラテックスゴム溶液に多孔質層を浸す方法等が挙げられる。この際、多孔質層の通気抵抗が4kPa・sec/mを超えないよう、ラテックスゴムの量を調整する。固形分濃度の低いラテックスゴム溶液を塗布した不織布を、加熱乾燥させて、ラテックスゴムを凝集硬化させる。これにより、不織布とゴムとを含む複合材からなる多孔質層が形成される。
【0070】
ラテックスゴムを凝集硬化させた不織布に対し、必要に応じ尖形部材を用いて、所望の配置及び深さを有する孔を形成する。尖形部材としては、ニードルピン、ポンチ等が挙げられる。尖形部材の形状(尖端の形状)は、形成される孔が所望の形状となるよう適宜調整することができる。また、孔を複数同時に形成するため、尖形部材は尖状の突起が平面上に複数配列された部材であってもよい。
【0071】
孔が形成された多孔質層に、固形分濃度の高いラテックスゴム溶液を塗布する。塗布方法としてはスプレー塗布、ディップコート、刷毛による塗布、ローラー塗布等が挙げられる。これにより、多孔質層の表面近傍(吸音材S)、あるいは表面近傍及び孔の内壁面近傍(吸音材10)に、固形分濃度の高いラテックスゴム溶液が浸透する。この時、孔が塞がれないよう、そして孔の底部にラテックスゴム溶液が塗布されないよう、塗布量及び塗布方法を調整する。
【0072】
固形分濃度の高いラテックスゴム溶液を塗布した不織布を、加熱乾燥させて、ラテックスゴムを凝集硬化させる。この凝集硬化により、固形分濃度の高いラテックスゴムが存在する部分は非通気性となる。これにより、非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、多孔層が、複数の孔を有する基部を備える、
図1に示す吸音材Sを得ることができる。あるいはこれにより、非通気性の材料から構成される多孔層と、通気性の材料から構成される多孔質層とを備え、多孔層が、複数の孔を有する基部と、少なくとも一部の孔から多孔質層内に延在する中空状のネック部とを備える、
図2に示す吸音材10を得ることができる。
【0073】
加熱乾燥は、例えば60~100℃にて行うことができるが、ラテックスゴムの配合に応じた適切な装置及び条件を適宜に設定すればよい。加熱乾燥には、熱プレスの他、雰囲気炉、マイクロ波加熱装置等を用いることができる。加熱乾燥時に金型等を用いて熱プレスを行うことで、不織布に形状を付与してもよい。
【0074】
上記裏張層等の他の層は、熱プレス前に共に積層して一体成型を行ってもよく、別途成型して上記吸音材と張り合わせてもよい。
【0075】
このようにして得られる吸音材は、吸音シートとして平板の形状で使用されてもよく、立体成型品として立体の形状で使用されてもよい。この吸音材は、薄厚であっても優れた吸音特性を発現することができ、また好ましくは低周波から高周波まで広い周波数領域の騒音を吸音する。そのため、自動車用部材等における吸音材として好適に用いることができ、特に低周波のロードノイズの吸音が求められるフェンダーライナー又はアンダーカバーとしての用途に特に好適に用いることができる。
ここでいう広い周波数領域とは、周波数が500~6000Hzの領域とすることができ、上記吸音材は、800~5000Hzの、特に1000~4000Hzの周波数領域において優れた吸音特性を有する。
【0076】
<車両部材>
車両部材は上記の吸音材を備える。車両部材としては、例えば以下の態様が挙げられる。車両部材は自動車部材であってよい。
外装:車両用外装材の吸音部材である車両部材、車両用外装材。
外装としては、(車両用)アンダーカバー又はアンダープロテクター、ホイールハウスカバー、防音カバー、ボディパネル等が挙げられ、具体的にはエンジンアンダーカバー、フロアアンダーカバー、リアアンダーカバー、ミッションカバー、フェンダーライナー/プロテクタ又はマッドガード、ホイールハウスパネル、ドアパネル、フロアパネル等が挙げられる。
内装:車両用内装材の吸音部材である車両部材、車両用内装材。
内装としては、車両用サイレンサー、車両用防音体等が挙げられ、具体的には天井材(ルーフサイレンサー)、ダッシュサイレンサー、フロアサイレンサー、フロアカーペット、フードサイレンサー等が挙げられる。
その他:タイヤ用吸音材。
タイヤ用吸音材としては、車両用カバー、ケース等と上記の吸音材を組み合わせた吸音構造体が挙げられる。
【実施例0077】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0078】
<使用材料>
・ガラス不織布:Φ29mm(高周波側測定用)又はΦ98mm(低周波側測定用)、厚さ12mm、通気抵抗2.0kPa・sec/m
・ポリプロピレン・ポリエステル混繊不織布(商品名シンサレート(3M社製)):Φ29mm(高周波側測定用)又はΦ98mm(低周波側測定用)、厚さ13mm
・クロロプレンゴム(CR)ラテックス:ショウプレン671A(昭和電工株式会社製)
・PETフィルム:Φ29mm(高周波側測定用)又はΦ98mm(低周波側測定用)、厚さ0.1mm
・シリコーンチューブ:長さ7mm、外径3mm、内径2mm
ガラス不織布の通気抵抗は、ガラス不織布をポンチを用いてΦ40mmのサイズに加工し、カトーテック株式会社製の通気性試験機(KES-F8)を用いて測定した。
【0079】
(実施例1)
ガラス不織布に、固形分濃度20質量%の第一のCRラテックス溶液をスプレー塗布により含浸させた。含浸量は6000g/m
2とした。これを90℃の雰囲気炉で加熱させることで、水分を飛ばすと共に第一のCRラテックスを凝集硬化させた。第一のCRラテックス硬化後のガラス不織布の通気抵抗は2.4kPa・sec/mであった。
第一のCRラテックスを凝集硬化させたガラス不織布に対し、ポンチを用いて、所望の配置でΦ2mm又はΦ3mmの貫通孔を形成した。孔は円形であり、正三角格子状(
図6(b)参照)に8mmピッチで配置した。
貫通孔が形成されたガラス不織布の表面及び孔の表面に、固形分濃度50質量%の第二のCRラテックス溶液をスプレー塗布により塗布した。塗布量は2000g/m
2とした。この際、ネック部の長さが7mm(孔A部、Φ2mm)、1mm(孔B部、Φ2mm)又は0mm(孔C部、Φ3mm:ネック部を形成しない)と異なる孔が形成されるように、かつ同じ種類の孔部同士が隣接しないように、塗布方法を調整した。これを90℃の雰囲気炉で加熱させることで、水分を飛ばすと共に第二のCRラテックスを凝集硬化させた。第二のCRラテックスの硬化により、基部及びネック部を備える多孔層が、多孔質層であるガラス不織布上に形成された。
多孔層(基部及びネック部)は、クロロプレンゴム及びガラス不織布を含む複合材(非通気性の材料)からなっており、基部及びネック部それぞれの厚さは1mmであった。基部の開孔率は8%であった。多孔質層は、ガラス不織布及びクロロプレンゴムを含む複合材(通気性の材料)からなっていた。このようにして吸音材(厚さ12mm)を作製した。
【0080】
(比較例1)
ポリプロピレン・ポリエステル混繊不織布単層を、吸音材(厚さ13mm)として用いた。
【0081】
(比較例2)
実施例1と同様にして、第一のCRラテックスを凝集硬化させたガラス不織布を作製した。ガラス不織布及びクロロプレンゴムを含む通気性の材料である複合材からなるこの多孔質層を、吸音材(厚さ12mm)として用いた。
【0082】
(比較例3)
PETフィルムに、ポンチを用いてΦ2mmの円形の孔を開けた。そして、全ての孔に対し、シリコーンゴムチューブ(長さ7mm)の内径とPETフィルムの孔とを位置合わせして、シリコーンゴムチューブを接着した。接着にはプラスチック・合成ゴム用接着剤(商品名セメダインUT110(ウレタン系接着剤)、セメダイン株式会社製)を用いた。これにより、シリコーンゴムチューブを備える孔A部(ネック部を有する孔)を形成した。孔は正方格子状(
図6(a)参照)に8mmピッチで配置した。孔形成後のPETフィルムの開孔率は5%であった。
ガラス不織布と接するシリコーンゴムチューブ及びPETフィルムの表面に、金属・プラスチック用接着剤(商品名スプレーのり77(スチレンブタジエンゴム系接着剤)、3M社製)を塗布した。
ガラス不織布の、上記孔A部と対応する箇所に、ポンチを用いて、Φ3mm、深さ7mmの孔を空けた。そして、その孔にPETフィルムのシリコーンゴムチューブを差し込み、PETフィルムとガラス不織布とを積層して接着した。これにより吸音材(厚さ12.1mm)を作製した。
【0083】
<ヘルムホルツ共鳴箱構造の確認>
図7に示す計算方法に従い、各吸音材のヘルムホルツ共鳴箱構造における共鳴周波数を算出した。結果を表1に示す。
【0084】
【0085】
<吸音材の吸音率測定>
作製した各吸音材の垂直入射吸音率を、以下に従って測定した。多孔層を備えるものについては、多孔層側から音を入射した。結果を表2に示す。表2によると、実施例の吸音材は、広い周波数領域における吸音特性に優れていることが分かる。
装置名:4206型インピーダンス管(ブリュエル・ケアー社)
測定方法:垂直入射吸音率(JIS A 1405-1に準拠)
測定範囲:50~3500Hz
測定サンプルサイズ:Φ29mm(高周波側測定用:測定範囲500~6500Hz)、Φ98mm(低周波側測定用:測定範囲125~1600Hz)
【0086】