JP2010097144A - 吸音体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】開口部2aを有する枠体2と、開口部2aを覆う吸音材3とを有し、枠体2の厚みT2が5〜20mm、開口部2aの内径Dが70〜160mm、吸音材3の厚みT1が0.5〜3mm、吸音材3の比重Gが0.9〜1.6、吸音材3の貯蔵弾性率E’が1×108〜1×109Paであり、吸音材3は高分子材料(X)を用いて形成されており、高分子材料(X)は80℃以上の融点または80℃以上のガラス転移点を有し、かつ高分子材料(X)は、20Hzにおけるtanδのピーク温度が15℃以下で、かつ20Hz、15℃におけるtanδが0.2以上である高分子材料(A)、および20Hz、15℃におけるtanδが0.08未満である高分子材料(B)を含むことを特徴とする吸音体。
【選択図】図1
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知られている。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。
また吸音体の設置場所によっては、ピーク形状がブロードで良好な吸音が生じる周波数の範囲が広いことが要求される。その指標として、ピーク周波数が500Hz以下である場合には、例えばピーク周波数±50Hzの範囲における吸音率の平均を表わす平均吸音率を用いることができる。吸音率のピーク値が同じである場合、該平均吸音率がより高い方が、ピーク形状がよりブロードであることを示す。
また、温度変化によって吸音材の物性が変動することによってピーク周波数が大きく変動する場合もあるため、設置場所によっては温度変化に対する安定性も要求される。
前記枠体の厚みT2が5〜20mm、前記開口部の内径Dが70〜160mm、前記吸音材の厚みT1が0.5〜3mm、前記吸音材の比重Gが0.9〜1.6、前記吸音材の貯蔵弾性率E’が1×108〜1×109Paであり、前記吸音材は高分子材料(X)を用いて形成されており、該高分子材料(X)は80℃以上の融点または80℃以上のガラス転移点を有し、かつ該高分子材料(X)は、20Hzにおけるtanδのピーク温度が15℃以下で、かつ20Hz、15℃におけるtanδが0.2以上である高分子材料(A)、および20Hz、15℃におけるtanδが0.08未満である高分子材料(B)を含むことを特徴とする。
[3]前記吸音材の20Hz、15℃におけるtanδが0.07以上であることが好ましい。
tanδ(損失正接)は、貯蔵弾性率(E’)に対する損失弾性率(E”)の比(E”/E’)の絶対値で表される値である。
本発明における吸音材および高分子材料のtanδ(損失正接)は、特に断りがない限り20Hz、15℃における値である。貯蔵弾性率(E’)およびtanδの測定周波数は、一般的に測定可能な範囲(0.2〜50Hz)の中で、実際の吸音周波数により近いという理由で20Hzを採用した(なお、50Hzではデータのばらつきが多い為、20Hzとした。)。また低周波領域(250〜400Hz程度)における常温(25℃)での粘弾性特性は、マスターカーブに基づいて推測すると、20Hzにおける15℃での粘弾性特性と類似するため、tanδの測定温度は15℃を採用した。
本発明における高分子材料(A)のtanδのピーク値およびピーク温度は、測定周波数20Hz、測定温度−30〜30℃で、温度を変化させながらtanδを測定したときに得られるピーク値および該ピーク値を示す温度(ピーク温度)である。
貯蔵弾性率(E’)およびtanδ(損失正接)は材質によって決まる値である。
尚、貯蔵弾性率(E’)およびtanδ(損失正接)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の範囲における吸音率の平均をとり、平均吸音率と定義する。
また高分子材料のガラス転移点(以下、Tgということもある。)はJIS K 7244−3(引張振動)に準拠する測定方法により、測定周波数20Hz、測定温度−50℃〜200℃の範囲を2℃/分で温度を上昇させながらtanδ(損失正接)を測定したときに得られるピーク値を示す温度から求めた値である。
高分子材料がガラス転移点を2つ以上有する場合、少なくとも1つのガラス転移点が80℃以上であれば、「80℃以上のガラス転移点を有する」とする。
枠体2の裏面側の端面2cも平坦面である。裏面側の端面2cは施工面4に接着固定されている。すなわち裏面側の開口部2aは施工面4によって閉じられており、吸音材3と施工面4との間に背後空気層5が形成されている。
枠体2の厚さT2によって吸音材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。本発明において枠体2の厚さT2は5〜20mmであり、好ましくは6〜15mmである。5mm以上であると吸音材の良好な一次振動が得られやすい。20mm以下であると、小型化、軽量化を実現しやすい。
枠体2の厚さが開口部2aにおいて不均一である場合は、T2として平均値を用いる。
本発明において開口部2aの内径Dは70〜160mmであり、好ましくは80〜135mm、より好ましくは90〜110mmである。70mm以上であるとピーク周波数が低くなり易く、160mm以下であると小型化の点で好ましい。開口部2aが小さい方が一定の面積内に設けることができる開口部2aの数が多くなり、該一定の面積における吸音性能が向上する。
本発明において開口部2aが円形でない場合、開口部2aの内径Dの値は、該開口部2aの面積と同面積の円の直径の値を用いるものとする。
開口部2aが正方形である場合、1辺の長さは62〜142mmが好ましく、70〜120mmがより好ましく、80〜97mmがさらに好ましい。
本発明において吸音材3の比重Gは0.9〜1.6であり、1.0〜1.4が好ましい。比重Gが0.9以上であると、低周波領域における良好な吸音効果が得られやすい。1.6以下であると軽量化の点で好ましい。
本発明において吸音材3の貯蔵弾性率E’は1×108〜1×109Paであり、1×108〜5×108が好ましい。
貯蔵弾性率E’が1×108Pa以上であると、吸音材の良好な一次振動が得られやすく、低周波領域における良好な吸音効果が得られやすい。1×109Pa以下であるとピーク周波数が低くなりやすい。
本発明において吸音材3のtanδは0.07以上であることが好ましい。0.07以上であると平均吸音率が顕著に向上する。tanδの上限は特に限定されないが、他のパラメータの好ましい範囲を満たすためには0.3以下が好ましい。
吸音材3は高分子材料(X)を用いて形成される。好ましくは高分子材料(X)とフィラーを用いて形成される。例えば吸音材3は、高分子材料(X)とフィラーの混合物からなる。高分子材料(X)は2種以上の高分子材料の組み合わせであってもよい。
高分子材料(X)は、80℃以上の融点または80℃以上のガラス転移点を有する。
80℃未満は、吸音体の通常の使用温度を想定している。使用温度範囲よりも高い温度の融点またはガラス転移点を有する高分子材料は、使用温度範囲において結晶構造またはガラス状物質を有しており、耐熱性に優れる。使用温度において結晶構造およびガラス状物質のいずれも有していない材料からなる吸音材は、自重による変形が起き易く、この変形により、吸音特性が大幅に変化する(主に高周波数側に大きくシフトする)恐れがあるため好ましくない。
ここで、本発明における高分子材料は、目的とする高分子化合物のみからなる材料が好ましいが、市販品から入手する場合は、目的とする高分子化合物を主成分とし、その他に添加剤を含む組成物であってもよい。組成物である場合には、その組成物の状態での物性値および分子構造を、高分子材料の物性値および分子構造とみなす。
高分子材料(X)を調製する際の配合は、得られる吸音材3のtanδが0.07以上となるようにするのが好ましい。
高分子材料(A)の20Hzにおけるtanδのピーク温度は15℃以下であり、好ましくは−30℃〜15℃である。高分子材料(A)の20Hz、15℃におけるtanδは0.2以上であり、好ましくは0.4〜1.5である。
このようにtanδのピーク温度が低く、20Hz、15℃におけるtanδが高い高分子材料(A)を用いることにより、常温付近での温度安定性が良好となり、かつ高い平均吸音率が得られる。
高分子材料(A)としては、スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体またはその水添物(以下、総称してSISという)が好ましい。SISは、各種グレードのものが市販されており、その中から20Hzにおけるtanδのピーク温度が15℃以下で、かつ20Hz、15℃におけるtanδの値が0.2以上であるものを選択して使用できる。例えば、ハイブラー5125、ハイブラー7125、ハイブラー7311(いずれも製品名、クラレ社製)等を用いることができる。高分子材料(A)は1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
高分子材料(B)はtanδが0.08未満の高分子材料である。高分子材料(B)の具体例としては、LLDPE(直鎖状低密度ポリエチレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)、LDPE(低密度ポリエチレン)等のPE(ポリエチレン);PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PC(ポリカーボネート)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリ乳酸、EBR(エチレンブテン共重合体)、EOR(エチレン、オクテン共重合体)等のエチレン−αオレフィン共重合体等が挙げられる。
高分子材料(B)は1種でもよく、2種以上でもよい。
例えば、結晶性高分子であって融点が80℃以上であるもの(LLDPE、HDPE、LDPE、PP)、や非結晶性高分子であってガラス転移温度(Tg)が80℃以上であるもの(PS、PC、PET、ポリ乳酸等)を用いることが好ましい。
なお、例えば塩化ビニル樹脂(PVC)はガラス転移温度が80℃よりも高いが、市販の軟質PVCは可塑剤が含まれているためガラス転移温度が80℃よりも低い。
該含有量のより好ましい範囲は、高分子材料(A)が5〜50質量%、高分子材料(B)が50〜95質量%であり、さらに好ましくは高分子材料(A)が7〜40質量%、高分子材料(B)が60〜93質量%である。
フィラーとして、無機フィラーおよび/または有機フィラーを用いることができる。
無機フィラーの例としては、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
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ず、吸音材の比重G、貯蔵弾性率E’、およびtanδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、吸音材3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ず、吸音材の比重G、貯蔵弾性率E’、およびtanδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、吸音材3の構成材料中50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。
吸音材3の厚さが不均一である場合は、T1として平均値を用いる。
このように、枠体22に複数の開口部22aが設けられている場合、該複数の開口部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。
また該複数の開口部22aの配置は任意であるが、隣り合う開口部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。
このような構成の吸音体21においても、同様に、小型かつ軽量で、低周波領域における高度な吸音効果を有するとともに、平均吸音率が高く、温度変化に対する安定性も良好な吸音体が得られる。
(例1〜5)
表1に示す配合の膜材料(高分子材料とフィラーの混合物)を用いて膜状の吸音材3を作製した。
例1〜3は実施例、例4は高分子材料(A)の代わりにピーク温度が高いSISを用いた比較例、例5は高分子材料(A)を含有しない比較例である。例1〜4において、吸音材に含まれる高分子材料(X)の全体、すなわち高分子材料(A)と高分子材料(B)の合計を100質量%とするとき、高分子材料(A)の含有量は14.3質量%、高分子材料(B)の含有量の合計は85.7質量%である。高分子材料(X)の融点を上述の方法で測定した。DSC装置としてはティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、DSC Q1000を用いた。
吸音材3の厚みT1は表1に示す値とした。吸音材3を構成する材料の比重を表1に示す。得られた吸音材について、0℃、25℃および30℃における貯蔵弾性率E’(20Hz)、および吸音特性を上述した測定方法により測定した。枠体の厚み(T2)10mm、開口部の内径(D)90mmとした。表1に測定結果を示す。貯蔵弾性率E’の欄において、「3E+08」は「3×108」を表わす。
表中貯蔵弾性率E’についての「0℃/30℃」の欄は30℃における貯蔵弾性率E’を1としたときの、0℃における貯蔵弾性率E’の相対値である。
[高分子材料(A)]
・SIS(1):ハイブラー5125(製品名、クラレ社製)。tanδピーク温度:3℃、tanδ(20Hz、15℃):0.76。
・SIS(2):ハイブラー7125(製品名、クラレ社製)。tanδピーク温度:7℃、tanδ(20Hz、15℃):1.10。
・SIS(3):ハイブラー7311(製品名、クラレ社製)。tanδピーク温度:−5℃、tanδ(20Hz、15℃):0.42。
[比較の高分子材料]
・SIS(4):ハイブラー5127(製品名、クラレ社製)。tanδピーク温度:28℃、tanδ(20Hz、15℃):0.36。
[高分子材料(B)]
・PP:日BC8(製品名、日本ポリプロ社製)。tanδ(15℃、20Hz)0.03、融点164℃。
・EBR:ENR7270(製品名、ダウケミカル日本社製)。tanδ(15℃、20Hz)0.07。
・LLDPE:UF240(製品名、日本ポリエチレン社製)。tanδ(15℃、20Hz)0.03、融点124℃。
[フィラー]
硫酸バリウム:硫酸バリウムBA(製品名、堺化学社製)、比重4.5。
これに対して高分子材料(A)に代えて、tanδのピーク温度が28℃と高いSIS(4)を用いた例4は、0℃における貯蔵弾性率E’が、30℃における貯蔵弾性率E’の2.6倍の値を示した。吸音体の構造が同じであれば、該貯蔵弾性率E’によって吸音周波数が決まるため、2.6倍も変動すると、吸音周波数が大きく変動してしまう。
例5は、高分子材料(A)を用いていないため、貯蔵弾性率E’の「0℃/30℃」は小さいが、平均吸音率が低い。
2、22…枠体、
2a、22a…開口部、
3、23…吸音材、
5…背後空気層。
Claims (3)
- 開口部を有する枠体と、該開口部を覆う吸音材とを有し、
前記枠体の厚みT2が5〜20mm、前記開口部の内径Dが70〜160mm、前記吸音材の厚みT1が0.5〜3mm、前記吸音材の比重Gが0.9〜1.6、前記吸音材の貯蔵弾性率E’が1×108〜1×109Paであり、前記吸音材は高分子材料(X)を用いて形成されており、該高分子材料(X)は80℃以上の融点または80℃以上のガラス転移点を有し、かつ該高分子材料(X)は、20Hzにおけるtanδのピーク温度が15℃以下で、かつ20Hz、15℃におけるtanδが0.2以上である高分子材料(A)、および20Hz、15℃におけるtanδが0.08未満である高分子材料(B)を含むことを特徴とする吸音体。 - 前記吸音材に含まれる高分子材料の全体を100質量%とするとき、前記高分子材料(A)の含有量が5〜75質量%、前記高分子材料(B)の含有量が25〜95質量%であることを特徴とする請求項1記載の吸音体。
- 前記吸音材の20Hz、15℃におけるtanδが0.07以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の吸音体。
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