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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-02
(45)【発行日】2024-09-10
(54)【発明の名称】軟質ポリウレタン吸音材
(51)【国際特許分類】
G10K 11/162 20060101AFI20240903BHJP
C08L 75/04 20060101ALI20240903BHJP
C08K 7/02 20060101ALI20240903BHJP
【ＦＩ】
G10K11/162
C08L75/04 ZNM
C08K7/02
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021068952
(22)【出願日】2021-04-15
(65)【公開番号】P2022163860
(43)【公開日】2022-10-27
【審査請求日】2023-07-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】神山 真巳
【審査官】松崎 孝大
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１８８３５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－００２５２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ１０Ｋ １１／１６２
Ｃ０８Ｌ ７５／０４
Ｃ０８Ｋ ７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イソシアネート成分とポリオール成分とを含んだ軟質ポリウレタン吸音材であって、セルロースナノファイバーを含んでおり、
前記セルロースナノファイバーの添加濃度が、０．０５重量％であり、
ＪＩＳ Ａ １４０５規格に基づいて測定した吸音率のピーク値が、１０００～３０００Ｈｚの範囲内に位置している、軟質ポリウレタン吸音材。
【請求項2】
前記軟質ポリウレタン吸音材の気泡数が約２０～５０個／ｍｍ
３
であり、
気泡サイズの範囲が約４００～６００μｍである、請求項１に記載の軟質ポリウレタン吸音材。
【請求項3】
周波数５０Ｈｚにおける貯蔵弾性率の範囲が０．２５～０．７５ＭＰａである、請求項１または２に記載の軟質ポリウレタン吸音材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書では、セルロースナノファイバーを含んだ軟質ポリウレタン吸音材に関する技術を開示する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ポリプロピレン樹脂にセルロース繊維を混合し形成した吸音材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－３０８５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本明細書では、セルロースナノファイバーを含んだ軟質ポリウレタン吸音材を新たに提案する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本明細書では、イソシアネート成分とポリオール成分とを含んだ軟質ポリウレタン吸音材を開示する。軟質ポリウレタン吸音材は、セルロースナノファイバーを含んでいる。軟質ポリウレタン吸音材は、ＪＩＳ Ａ １４０５規格に基づいて測定した吸音率のピーク値が、１０００～３０００Ｈｚの範囲内に位置している。
【0006】
軟質ポリウレタンにセルロースナノファイバーを混合する場合、セルロースナノファイバーの添加濃度などのパラメータを調整することで、吸音率のピーク値が存在する周波数の範囲を制御することができることを、発明者らは見出した。よって、吸音率のピーク値が１０００～３０００Ｈｚの範囲内にある軟質ポリウレタン吸音材を作成することが可能となる。
【0007】
セルロースナノファイバーの平均繊維径が５００ｎｍ以下であってもよい。
【0008】
セルロースナノファイバーの平均繊維長が、３ｎｍ以上から５ｍｍ以下の範囲であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】ＣＮＦ濃度（重量％）と気泡数（個／ｍｍ３）の関係を示すグラフである。
【図2】ＣＮＦ濃度（重量％）と気泡サイズ（μｍ）との関係を示すグラフである。
【図3】周波数と貯蔵弾性率との関係を示すグラフである。
【図4】測定周波数範囲が２００～５０００Ｈｚの場合における吸音率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜吸音材の構成＞
本明細書に係る吸音材は、イソシアネート成分とポリオール成分とを含んだ軟質ポリウレタンによって構成されている。本実施例では、イソシアネート成分は、ジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネートである。またポリオール成分は、ポリエーテルポリオールである。
本明細書に係る吸音材は、イソシアネート成分とポリオール成分とを含んだ軟質ポリウレタンによって構成されている。本実施例では、イソシアネート成分は、ジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネートである。またポリオール成分は、ポリエーテルポリオールである。
【0011】
本明細書に係る吸音材は、セルロースナノファイバーを含んでいる。なお、以下において、セルロースナノファイバー（Cellulose nanofiber）を「ＣＮＦ」と省略記載する場合がある。吸音材に含まれているＣＮＦは、平均繊維径が５００ｎｍ以下であり、平均繊維長が３ｎｍ以上から５ｍｍ以下の範囲である。このようなＣＮＦを用いることにより、後述するように、吸音効果の高まる周波数帯をＣＮＦ濃度により調整することが容易になる。本実施例では、吸音材に含まれているＣＮＦは、平均繊維径が１００ｎｍ以下、平均繊維長が１００μｍ以上である。
【0012】
本明細書に係る吸音材は、自動車などの車両に主に用いられることを想定している。従って、約１０００～３０００Ｈｚの周波数帯（以後、特定低周波数帯と呼ぶ）の吸音性能を高めることが要求されている。
【0013】
本明細書に係る吸音材の製造工程の概要を説明する。まず、液状のポリオールにＣＮＦを添加する。ＣＮＦの添加濃度は、後述するように、吸音材の特性に応じて適宜決定することができる。ＣＮＦを添加すると、ポリオールの粘度が上昇する。よってＣＮＦの添加濃度は、ポリオールの粘度が１００００ｃｐｓ以下となるように定める必要がある。次に、ポリオールとポリイソシアネートを混合する。そして、所定のモールド（金型）に注入する。ポリオールのＯＨ基とイソシアネートが反応し、炭酸ガスが発生することで発泡する。その後、硬化させることにより、軟質ポリウレタンフォームが完成する。
【0014】
＜ＣＮＦ濃度と気泡数、気泡サイズ、貯蔵弾性率の関係＞
図１に、ＣＮＦ濃度（重量％）と気泡数（個／ｍｍ３）の関係を示す。なおＣＮＦ濃度は、吸音材の重量に対するＣＮＦの重量の割合である。以下においても同様である。ＣＮＦ濃度が高くなるほど、気泡数が増加することが分かる。これは、ＣＮＦが気泡の発泡の核となるためと考えられる。
図１に、ＣＮＦ濃度（重量％）と気泡数（個／ｍｍ３）の関係を示す。なおＣＮＦ濃度は、吸音材の重量に対するＣＮＦの重量の割合である。以下においても同様である。ＣＮＦ濃度が高くなるほど、気泡数が増加することが分かる。これは、ＣＮＦが気泡の発泡の核となるためと考えられる。
【0015】
図２に、ＣＮＦ濃度（重量％）と気泡サイズ（μｍ）との関係を示す。ＣＮＦ濃度が高くなるほど、気泡サイズが小さくなることが分かる。これは、発泡ガスの発生量が一定の状態で、気泡数が増加するためと考えられる。
【0016】
図３に、周波数と貯蔵弾性率との関係を示す。グラフＧ１１～Ｇ１３の各々は、吸音材に対するＣＮＦの添加量が、０重量％、０．５０重量％、５．００重量％の場合の各々を示している。ＣＮＦ濃度が高くなるほど貯蔵弾性率が高くなることが分かる。
【0017】
以上より、吸音材の気泡数、気泡サイズ、貯蔵弾性率を、添加ＣＮＦ濃度によって調整できることが分かる。
【0018】
＜ＣＮＦ濃度と吸音率の関係＞
図４に、測定周波数範囲が２００～５０００Ｈｚの場合における、吸音率を示す。測定方法は、ＪＩＳ Ａ １４０５規格に基づいた垂直入射吸音率測定である。この規格には、第１部（定在波比法）と第２部（伝達関数法）があるが、どちらも音響管を使用する点は共通であり、吸音率の算出方法が異なるだけである。従って、第１部と第２部の何れを用いてもよい。測定装置は、日東紡音響エンジニアリング製のＷｉｎＺａｃ ＭＴＸを使用した。グラフＧ２１～Ｇ２３の各々は、吸音材に対するＣＮＦ濃度が、０重量％、０．０５重量％、０．１０重量％の場合を示している。
図４に、測定周波数範囲が２００～５０００Ｈｚの場合における、吸音率を示す。測定方法は、ＪＩＳ Ａ １４０５規格に基づいた垂直入射吸音率測定である。この規格には、第１部（定在波比法）と第２部（伝達関数法）があるが、どちらも音響管を使用する点は共通であり、吸音率の算出方法が異なるだけである。従って、第１部と第２部の何れを用いてもよい。測定装置は、日東紡音響エンジニアリング製のＷｉｎＺａｃ ＭＴＸを使用した。グラフＧ２１～Ｇ２３の各々は、吸音材に対するＣＮＦ濃度が、０重量％、０．０５重量％、０．１０重量％の場合を示している。
【0019】
グラフＧ２１（０重量％）のピーク値Ｐ２１は約５０００Ｈｚであり、グラフＧ２３（０．１０重量％）のピーク値Ｐ２３は約３５００Ｈｚである。よって特定低周波数帯ＳＦ（約１０００～３０００Ｈｚ）の範囲外である。一方、グラフＧ２２（０．０５重量％）のピーク値Ｐ２２は、約２２００Ｈｚであり、特定低周波数帯ＳＦの範囲内である。すなわち、特定低周波数帯ＳＦでの吸音効果を高めることができるＣＮＦ濃度は、単純増加ではなく、ある濃度範囲が存在することが分かる。そして本実施例では、その濃度範囲は、０～０．１重量％である。
【0020】
特定低周波数帯ＳＦでの吸音効果を高めることができるＣＮＦ濃度に、濃度範囲が存在するモデルを説明する。ＣＮＦ濃度を高くすることに応じて、吸音材の気泡数を増加させるとともに気泡サイズを小さくすることができる（図１、図２参照）。これにより、高周波数帯よりも低周波数帯の吸音率を向上させることができる。またＣＮＦ濃度を高くすることに応じて、貯蔵弾性率を高くすることができる（図３参照）。これにより、低周波数帯より高周波数帯の吸音率を向上させることができる。すなわち、ＣＮＦ濃度が高くなりすぎると、気泡数および気泡サイズによる低周波数帯の吸音率を向上させる効果が、貯蔵弾性率による高周波数帯の吸音率を向上させる効果により相殺されてしまう。従って、特定低周波数帯ＳＦでの吸音効果を高めることができるＣＮＦ濃度には、適切な範囲が存在している。
【0021】
本実施例では、特定低周波数帯ＳＦでの吸音効果を高めることができるＣＮＦ濃度（０．０５重量％）における気泡数の範囲は、図１から分かるように、約２０～５０個／ｍｍ３である。気泡サイズの範囲は、図２から分かるように、約４００～６００μｍである。周波数５０Ｈｚにおける貯蔵弾性率の範囲は、図３から分かるように、０．２５～０．７５ＭＰａである。
【0022】
＜効果＞
従来、特定低周波数帯（約１０００～３０００Ｈｚ）の吸音効果を高めた吸音材は、成形温度、離型剤と樹脂の相性、などの多数のパラメータの組み合わせを経験に基づき調整することで開発していた。開発期間が長期化し、コストアップ等の問題が発生していた。今回、本発明者らは、ウレタンの発泡体にＣＮＦを添加した場合における、ＣＮＦ濃度と音響特性との関係を明らかにした。そして、ＣＮＦ濃度を適切な範囲に調整することで、特定低周波数帯での吸音効果を高めることができることを突き止めた。これにより、特定低周波数帯の吸音効果を高めた吸音材を開発するために調整が必要なパラメータを、ＣＮＦ濃度の１つにすることができる。開発期間の短縮化やコスト削減が可能となる。
従来、特定低周波数帯（約１０００～３０００Ｈｚ）の吸音効果を高めた吸音材は、成形温度、離型剤と樹脂の相性、などの多数のパラメータの組み合わせを経験に基づき調整することで開発していた。開発期間が長期化し、コストアップ等の問題が発生していた。今回、本発明者らは、ウレタンの発泡体にＣＮＦを添加した場合における、ＣＮＦ濃度と音響特性との関係を明らかにした。そして、ＣＮＦ濃度を適切な範囲に調整することで、特定低周波数帯での吸音効果を高めることができることを突き止めた。これにより、特定低周波数帯の吸音効果を高めた吸音材を開発するために調整が必要なパラメータを、ＣＮＦ濃度の１つにすることができる。開発期間の短縮化やコスト削減が可能となる。
【0023】
＜変形例＞
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【0024】
ＣＮＦの原料となるセルロース原料は、特に限定されるものではない。また、酸加水分解などの化学処理によって精製されたものであってもよい。
【0025】
イソシアネート成分およびポリオール成分の具体的構成は、本実施例の構成に限られず、様々な構成であってよい。
【0026】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0027】
Ｇ１１～Ｇ１３、Ｇ２１～Ｇ２３：グラフ Ｐ２１～Ｐ２３：ピーク値 ＳＦ：特定低周波数帯
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
