(57)【要約】【課題】機器の小型化に対応でき、取り扱い性に優れるとともに、１０００Ｈｚ付近の周波数域において高い吸音性能を有する吸音材を提供する。【解決手段】質量部とばね部とを有し、ばね部を設置面に向けて設置される、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材において、質量部を、通気性がなく、面密度が５３０〜５５０ｇ／ｍ２である樹脂膜で構成し、ばね部を、密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３である連続発泡型のウレタンフォームで構成する。【選択図】図１
2014119598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量部とばね部とを有し、前記ばね部を設置面に向けて設置される吸音材であって、
前記質量部が、通気性がなく、面密度が５３０〜５５０ｇ／ｍ２である樹脂膜で構成され、
前記ばね部が、密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３である連続発泡型のウレタンフォームで構成されることを特徴とする吸音材。
【請求項２】
前記ばね部の厚さが、１０〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の吸音材。
【請求項３】
前記質量部が、シリコーンゴム又はポリ塩化ビニルで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸音材。
【請求項４】
前記質量部の厚さが、０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の吸音材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動吸振機構を利用した吸音材に関し、特に、１０００Ｈｚ付近の周波数域の騒音に対して有用な吸音材に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に騒音源を有する機器においては、日常会話音域と重なる１０００Ｈｚ付近の周波数域の騒音が生じると、騒音により会話が聞き取りにくくなる等の問題があるため、優れた吸音性能を備えることが望まれている。また、昨今の機器は、小型化が進んでいるため、吸音材を配置できる機器内のスペースは、筐体壁面との隙間等のわずか１０ｍｍ程度しかない。
【０００３】
１０００Ｈｚ付近の周波数域における騒音を効果的に吸音する方法としては、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した膜振動による吸音が知られている。動吸振機構を利用した吸音材においては、音波（振動）の入射に伴い膜が振動し、ばね部で振動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、吸音が行われる。
【０００４】
図１は、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図である。図２は、吸音材の等価モデルを示す図である。
図１、２に示すように、吸音材１は、質量部１０とばね部２０とを積層した構成を有する。質量部１０は通気性のない材料（例えばゴム、可撓性のあるプラスチック等）で構成され、ばね部２０は弾性効果を有する材料（例えば多孔質材料）で構成される。
この吸音材１の共振周波数ｆ0（Ｈｚ）は、質量部１０の質量をｍ（ｋｇ）、ばね部２０のばね定数をｓ（Ｎ／ｍ）とすると、次式（１）で表される。共振周波数ｆ0が、吸音材１の吸音率ピークが出現する周波数（吸音率ピーク周波数）に他ならない。
【０００５】
【数１】
2014119598.tif 000003
【０００６】
上述した吸音材１においては、空気層からなる弾性ばねでばね部２０を構成するのが理想的である。しかし、質量部１０としての膜を支持する支持部材を配置することが不可欠となり、そうすると膜の縁部が支持部材で拘束され、良好な膜振動が得られなくなる。また、膜を単体で配置することになるので、狭いスペースでの取付作業が煩雑であり、機器筐体等に膜が接触して破損してしまう懸念もある。
そこで従来は、ウレタンフォームや不織布等の、内部に空気層を有する多孔質材料が、ばね部２０として適用されている。ばね部２０を多孔質材料で構成することにより、膜振動による良好な吸音性能が得られる。中でもウレタンフォームは、不織布に比較して発塵性に優れ、また軽量化も容易であることから、本発明者等はばね部２０をウレタンフォームで構成した吸音材の開発を進めている。
【０００７】
ばね部２０をウレタンフォームで構成した吸音材に関する先行技術文献としては、例えば特許文献１、２がある。
特許文献１には、連続発泡型の可撓性軟質発泡体からなる基材でばね部を構成し、その表面に質量部となる樹脂ゲル層、樹脂フィルム層を順に積層した吸音材が開示されている。
特許文献２には、ポリウレタン発泡体でばね部を構成し、その表面を加熱溶融することにより、質量部となる加熱溶融被膜を形成した吸音材が開示されている。
【０００８】
なお、特許文献３には、軟質ウレタンフォームの表面にポリエステル又はポリエチレンからなるフィルムを形成した吸音材が開示されているが、フィルムが通気性を有していることから、動吸振機構を利用した吸音材ではない。つまり、フィルムは、防水性、難燃性を向上するために形成されているに過ぎず、動吸振機構の質量部としては機能しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１４８４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２２５６１号公報
【特許文献３】特許第３４２６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、動吸振機構を利用した吸音材において、ばね部をウレタンフォームで構成することは公知技術である。しかしながら、機器の小型化に対応でき、取り扱い性に優れるとともに、１０００Ｈｚ付近の周波数域（８００〜１２００Ｈｚ）において高い吸音性能（例えば、垂直入射吸音率が０．７５以上）を有する吸音材は実用化されていない。
すなわち、特許文献１に記載の吸音材は、基材に樹脂ゲル層が積層された構成となっているので、ゲルの取り扱いが煩雑である。また、特許文献２に記載の吸音材では、ポリウレタン発泡体の表面を加熱溶融して膜が形成されるため、加熱条件によって膜の性状にばらつきが生じ、吸音性能がばらつく虞がある。
【００１１】
一方で、１０００Ｈｚ付近の周波数域の騒音を効果的に吸音するためには、式（１）においてｆ０＝１０００となるように、質量部の質量ｍ及びばね部のばね定数ｓを設定すればよい。しかし、質量部の面密度、及びばね部の剛性（ヤング率）、厚さが密接に関連するため、所望の吸音性能が得られるように質量部及びばね部の構成を選定するのは容易なことではない。
【００１２】
本発明の目的は、小型化した機器への設置に対応でき、取り扱い性に優れるとともに、１０００Ｈｚ付近の周波数域において高い吸音性能を有する吸音材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る吸音材は、質量部とばね部とを有し、前記ばね部を設置面に向けて設置される吸音材であって、
前記質量部が、通気性がなく、面密度が５３０〜５５０ｇ／ｍ２である樹脂膜で構成され、
前記ばね部が、密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３である連続発泡型のウレタンフォームで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型化した機器への設置に対応でき、取り扱い性に優れるとともに、１０００Ｈｚ付近の周波数域において高い吸音性能を有する吸音材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図である。
【図２】吸音材の等価モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る吸音材の構成は、図１に示す動吸振機構を利用した吸音材の構成と同様である。すなわち、図１に示すように、本実施の形態に係る吸音材１は、質量部１０とばね部２０とを積層した構成を有し、ばね部２０を設置面Ｗに向けて設置される。なお、設置面Ｗは音源（入射音波）と対向している。吸音材１の全体の厚さは、１０ｍｍ程度（１０〜１３ｍｍ）である。質量部１０とばね部２０は、接着又は粘着により一体化される。
【００１７】
吸音材１において、ばね部２０は、連続発泡型のウレタンフォームで構成される。
ばね部２０をガラスウールやロックウールで構成すると、ばね部２０の厚さを１０ｍｍ程度とし、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性が得られるように低密度化した場合、強度の面で不安があり、吸音材１を機器の筐体に設置したときに、ばね部２０によって質量部１０を支持できなくなる（吸音材１として形状の保持が難しくなる）虞がある。
逆に、ばね部２０によって質量部１０が支持できるよう密度を調整したガラスウールやロックウールでは、膜振動が損なわれない程度の柔軟性が十分に得られなくなり、ばね部２０に生じる剛性によって膜振動が抑えられ、１０００Ｈｚ付近の周波数域において、所望の吸音性能が得られなくなる虞がある。
【００１８】
また、質量部１０とばね部２０は、接着又は粘着により一体化されるが、その際、ばね部２０の接着面には圧力が加わる。具体的には、ガラスウールやロックウールを形成する複雑に絡まった無機質繊維に圧力がかかり、さらに無機質繊維のすき間に質量部１０の一部が入り込む。無機質繊維単体は硬く脆い繊維であり、復元力は低いため、低密度で厚さを１０ｍｍ程度とした場合には、一体化の影響を受け、ばね部２０として、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性を得るのは難しい。
さらには、ガラスウール、ロックウール、不織布等の繊維を加工した素材は、発塵性の面でも難がある。特に放熱用ファンが設けられた機器では塵が飛散する虞があり、好ましくない。
【００１９】
一方、連続発泡型のウレタンフォームは、柔軟で復元性がよく、仮に数ｍｍ程度まで圧縮してもへたることなく元に戻るため、ばね部２０を１０ｍｍ程度の厚さとして質量部１０と一体化しても、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性を有することができる。このように、質量部１０を支持する強度（形状保持）を有し、一体化の際にばね部２０に加わる力にも屈しない復元力を有し、厚さ１０ｍｍ程度としても質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性を有する連続発泡型のウレタンフォームが、ばね部２０として好適である。
【００２０】
また、ばね部２０を独立発泡型のウレタンフォームで構成すると、内部に密閉された気泡によって、ばね部２０の柔軟性が空気のインピーダンスに支配される。そのため、ばね部２０の厚さを１０ｍｍ程度にすると、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性が十分に得られなくなる。
【００２１】
本実施の形態では、ばね部２０が連続発泡型のウレタンフォームで構成されるので、ばね部２０の厚さを１０ｍｍ程度に薄くしても、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性を十分に得ることができ、強度も確保される。また、ウレタンフォームは発塵性にも優れ、軽量化を図る上でも有利である。したがって、１０００Ｈｚ付近の周波数域において所望の吸音性能（例えば１０００Ｈｚにおける吸音率が０．７５以上）を有するとともに、吸音材１の厚さを１０ｍｍ程度に薄くすることが可能となる。
【００２２】
ばね部２０を構成する連続発泡型のウレタンフォームの密度は２２〜３０ｋｇ／ｍ３である。
ウレタンフォームの密度が２２ｋｇ／ｍ３未満の場合、ウレタンフォームに占める空気の割合が大きく、ばね部２０の柔軟性が空気のインピーダンスに支配される。そのため、密度を２２ｋｇ／ｍ３より小さくしてもウレタンフォームの柔軟性効果は変わらなくなる。また、ウレタンフォームに占める空気の割合が大きすぎると、質量部１０の重量や重力に対して形状を保持することが困難となり、強度の面で不具合が生じる。
また、ばね部２０を構成するウレタンフォームの密度が３０ｋｇ／ｍ３を超える場合、ウレタンフォームに占める空気の割合が小さく、密になるため、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性が十分に得られなくなる。
本実施の形態では、ばね部２０を構成するウレタンフォームの密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３であるので、質量部１０の膜振動が損なわれない程度の柔軟性が確実に得られる。
【００２３】
なお、連続発泡型のウレタンフォーム材としては、一般的な軟質ウレタンフォームであってもよいし、難燃性を付加した難燃性ウレタンフォームであってもよい。また、吸音性能、耐環境性の面で、エステル系よりもエーテル系のウレタンフォームの方が好ましい。
【００２４】
ばね部２０の厚さは１０〜１２ｍｍであることが好ましい。ばね部２０の厚さが１０ｍｍ未満の場合、薄すぎてばねとして十分に機能せず、ピーク周波数域でも所望の吸音性能が得られない場合がある。また、ばね部２０の厚さが１２ｍｍを超えると、該ばね部２０と質量部１０が積層された吸音材１を機器内の制限された設置スペースに取り付けるのが困難となり、機器の小型化に対応できない。また、ばね部２０の厚さが１２ｍｍを超えると、ピーク周波数がシフトして、１０００Ｈｚにおいて所望の吸音性能が得られなくなるという問題もある。
【００２５】
すなわち、ばね部２０の厚さを１０ｍｍ以上とすることにより、ばねとして十分に機能するので、所望の吸音性能を得ることができる。また、ばね部２０の厚さを１２ｍｍ以下とすることにより、吸音材１の全体の厚さが抑制されるので、機器内の制限された設置スペースに吸音材１を容易に取り付けることができる。吸音材１の薄型化を図ることができるので、機器設計の自由度が高まり、実用面でも有効である。
【００２６】
一方、質量部１０は、通気性のない樹脂膜で構成される。質量部１０が通気性を有すると、樹脂膜自体の振動が低減するので、膜振動による吸音率ピークが低下する。本実施の形態では、質量部１０が通気性のない樹脂膜で構成されるので、膜振動による吸音率ピークを所望の周波数域に効果的に発現させることができる。
ここで、「通気性のない」とは、全く通気しない場合（例えばゴム等）はもちろん、吸音材１に音波が入射することにより質量部１０が振動する程度に通気性が低い場合（例えば高密度の繊維集合体）も含まれる。
【００２７】
質量部１０を構成する樹脂膜の面密度は、５３０〜５５０ｇ／ｍ２である。これにより、ばね部２０を密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３である連続発泡型のウレタンフォームで構成し、厚さを１０ｍｍ程度としたとき、１０００Ｈｚ付近の周波数域に吸音率ピークを発現させることができる。
【００２８】
質量部１０を構成する樹脂としては、室温下でのヤング率Ｅが０．２×１０６〜５．０×１０６Ｎ／ｍ2のものが好適である。ゴム材としては、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、ポリオレフィンが挙げられる。
【００２９】
特に、シリコーンゴム又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）が好適である。質量部１０の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、吸音材１の受音面に対して垂直方向から入射する音波に対しては質量部１０が振動するが、斜方向から入射する音波に対しては質量部１０の振動が著しく抑制されるので、吸音性能が低下する。
質量部１０をシリコーンゴム又はＰＶＣで構成することにより、１ｍｍ以下の厚さで面密度を５３０〜５５０ｇ／ｍ２とすることができるとともに、適切な柔軟性を確保することができる。したがって、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１０が振動するので、優れた吸音性能が得られる。
なお、質量部１０をシリコーンゴム等のゴム材で構成する場合は、ゴムの硬度にも留意する必要がある。
【００３０】
質量部１０は、シリコーンゴム又はＰＶＣ等の樹脂に、ケイ素（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）の何れか一種、又はＳｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの何れか一種を含む無機化合物（例えばシリカ、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウム等）を混入したもので構成してもよい。
例えば、シリコーンゴム又はＰＶＣに硫酸バリウムを混入することで、容易に所定の面密度（５３０〜５５０ｇ／ｍ２）に制御することができ、かつ柔軟性がある樹脂膜を実現することができる。また、硫酸バリウム等の無機化合物を混入することで、難燃性の向上も期待できる。
【００３１】
質量部１０の厚さは、０．１〜１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。質量部１０の厚さが１ｍｍを超えると、質量部１０に剛性を生じて膜振動が抑制され、所望の吸音性能が得られなくなる。また、質量部１０の膜厚が薄いほど柔軟性は高まるが、薄すぎると正確な膜厚制御が困難となる。
質量部１０の厚さを０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍとすることにより、所望の吸音性能が得られるとともに、容易に膜厚を制御することができる。
【００３２】
このように、吸音材１においては、質量部１０が、通気性がなく、面密度が５３０〜５５０ｇ／ｍ２である樹脂膜で構成され、ばね部２０が、密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３である連続発泡型のウレタンフォームで構成される。
【００３３】
吸音材１によれば、質量部１０及びばね部２０の厚さを適宜に設定することで、１０００Ｈｚ付近の周波数域（８００〜１２００Ｈｚ）において所望の吸音性能を得ることができる。すなわち、吸音率ピークを１０００Ｈｚ付近に発現させ、１０００Ｈｚ付近での吸音率を０．７５以上とすることができる。また、吸音材１の厚さを１０ｍｍ程度（１０〜１３ｍｍ）とすることができるので、機器の小型化に対応することができる。
さらに、吸音材１は、樹脂膜と連続発泡型のウレタンフォームの積層体という極めて簡易な構成を有し、ゲル層やハニカム材等を必要としないので、取り扱いも容易である。
【００３４】
[実施例１]
実施例１では、動吸振機構を利用した吸音材において、質量部を厚さ：０．２ｍｍ、面密度：５３０ｇ／ｍ２のＰＶＣで構成し、ばね部を厚さ：１０ｍｍ、密度：３０ｋｇ／ｍ３又は２５ｋｇ／ｍ３の連続発泡型のウレタンフォームで構成した。質量部は、ＰＶＣに硫酸バリウムを混入して所定の面密度（５３０ｇ／ｍ２）となるように調整した。
【００３５】
［比較例１］
比較例１では、質量部を実施例１と同様の構成とし、ばね部を厚さ：１０ｍｍ、密度：１６ｋｇ／ｍ３の連続発泡型のウレタンフォームで構成した。
【００３６】
実施例１及び比較例１の吸音材について、ＪＩＳ  Ａ  １４０５−１  「音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第１部：定在波比法」に準じて垂直入射吸音率を測定した結果を表１に示す。表１には、ばね部の密度を３０、２５ｋｇ／ｍ３とした吸音材についての結果を実施例１の代表として示している。
【００３７】
【表１】
2014119598.tif 000004
【００３８】
表１に示すように、質量部及びばね部を実施例１のような構成とした場合、１０００Ｈｚにおける吸音率が０．７５以上となることが確認された。また、比較例１では、ばね部の密度が２２ｋｇ／ｍ３未満となっていたため、吸音率ピークが高周波数側にシフトし、１０００Ｈｚにおける吸音率は０．７５を下回った。
【００３９】
[実施例２]
実施例２では、動吸振機構を利用した吸音材において、質量部を厚さ：０．２ｍｍ、面密度：５５０ｇ／ｍ２のシリコーンゴムで構成し、ばね部を厚さ：１０ｍｍ又は１２ｍｍ、密度：２２ｋｇ／ｍ３の連続発泡型のウレタンフォームで構成した。質量部は、シリコーンゴムに硫酸バリウムを混入して所定の面密度（５５０ｇ／ｍ２）となるように調整した。
【００４０】
［比較例２］
比較例２では、質量部を実施例２と同様の構成とし、ばね部を厚さ：７ｍｍ又は１５ｍｍ、密度：２２ｋｇ／ｍ３の連続発泡型のウレタンフォームで構成した。
【００４１】
実施例２及び比較例２の吸音材について、ＪＩＳ  Ａ  １４０５−１  「音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第１部：定在波比法」に準じて垂直入射吸音率を測定した結果を表２に示す。表２には、ばね部の厚さを１０、１２ｍｍとした吸音材についての結果を実施例２の代表として示している。
【００４２】
【表２】
2014119598.tif 000005
【００４３】
表２に示すように、質量部及びばね部を実施例２のような構成とした場合に、１０００Ｈｚにおける吸音率が０．７５以上となった。質量部を面密度が５３０〜５５０ｇ／ｍ２の樹脂膜で構成し、ばね部を密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３のウレタンフォームで構成しても、ばね部の厚さによっては所望の吸音性能が得られない場合があるということである。
すなわち、質量部を面密度が５３０〜５５０ｇ／ｍ２の樹脂膜で構成し、ばね部を密度が２２〜３０ｋｇ／ｍ３のウレタンフォームで構成した場合、ばね部の厚さを１０〜１２ｍｍとすることにより、確実に所望の吸音性能が得られ、また機器の小型化に対応することができる。
【００４４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００４５】
例えば、実施の形態では、ばね部２０を均一密度のウレタンフォームで構成しているが、２２〜３０ｋｇ／ｍ３の範囲で密度の異なる複数のウレタンフォームを積層してトータル厚さが１０〜１２ｍｍとなるようにばね部２０を構成してもよい。この場合、ウレタンフォームの各層は、音源側に近づくほど密度が増加もしくは減少するように配置する。このように、ばね部２０の密度に勾配をもたせることにより、より吸音率を向上させることができる。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  吸音材
１０  質量部（樹脂膜）
２０  ばね部（連続発泡型のウレタンフォーム）
Ｗ  設置面
【図１】
2014119598.tif 000006
【図２】
2014119598.tif 000007