(57)【要約】本発明は、成形された微細穿孔吸音材およびその製造方法を提供する。実施形態の１つでは、吸音材は、フィルム表面の全体または一部に形成された一連の微細穿孔を有するポリマーフィルム、通常はプラスチックフィルムから製造される。次にフィルムは所望の３次元形状に成形される。３次元形状の深さは所望のキャビティ深さが得られるように制御され、これは吸音スペクトルに影響を与える。成形後は、さらなる支持体またはフレームを使用しなくても３次元形状が維持される。成形工程による微細穿孔の変形は、フィルムの吸音特性に実質的に影響しない。さらに、広い支持されない部分に及ぶフィルムの共鳴も、吸音スペクトルにはほとんど影響しない。
2004502201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の主面を含むポリマーフィルムと、
前記ポリマーフィルムの前記第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔と、
前記ポリマーフィルムによって形成される３次元形状であって、内面および外面を含み、該内面が体積を画定する３次元形状と、
を具備する吸音体。
【請求項２】
前記ポリマーフィルムの曲げ剛性が１０７ｄｙｎ・ｃｍ以下である請求項１に記載の吸音体。
【請求項３】
前記吸音体が１つ以上の略平面状要素を具備する請求項１に記載の吸音体。
【請求項４】
前記吸音体が１つ以上の非平面状要素を具備する請求項１に記載の吸音体。
【請求項５】
前記３次元形状の前記内面に対面する反射面をさらに具備し、前記体積が前記反射面によってさらに画定される請求項１に記載の吸音体。
【請求項６】
前記反射面が略平面状である請求項５に記載の吸音体。
【請求項７】
前記反射面が非平面状である請求項５に記載の吸音体。
【請求項８】
前記吸音体が前記反射面に近接する請求項５に記載の吸音体。
【請求項９】
前記吸音体が前記反射面に取り付けられる請求項５に記載の吸音体。
【請求項１０】
前記吸音体が半永久的に前記反射面に取り付けられる請求項５に記載の吸音体。
【請求項１１】
前記ポリマーフィルムの厚さが前記３次元形状の全体に渡って変化する請求項１に記載の吸音体。
【請求項１２】
前記複数の微細穿孔の１つ以上が、前記第１の主面と前記第２の主面の間で異なる直径を有する請求項１に記載の吸音体。
【請求項１３】
前記フィルムが、前記３次元形状を維持するのに十分な剛性を有する請求項１に記載の吸音体。
【請求項１４】
複数の３次元形状が、実質的に一体のポリマーフィルムに形成される請求項１に記載の吸音体。
【請求項１５】
実質的に均一な複数の３次元形状が、実質的に一体のポリマーフィルムに形成される請求項１に記載の吸音体。
【請求項１６】
異なる複数の３次元形状が、実質的に一体のポリマーフィルムに形成される請求項１に記載の吸音体。
【請求項１７】
前記異なる複数の３次元形状は寸法が異なる請求項１６に記載の吸音体。
【請求項１８】
前記異なる複数の３次元形状は形状が異なる請求項１６に記載の吸音体。
【請求項１９】
前記異なる複数の３次元形状は寸法および形状が異なる請求項１６に記載の吸音体。
【請求項２０】
前記複数の微細穿孔の少なくとも１つが、前記ポリマーフィルムの最も厚い部分における厚さよりも小さい最小直径を有する請求項１に記載の吸音体。
【請求項２１】
前記複数の微細穿孔の大部分が、前記ポリマーフィルムの前記第１および第２の主面の間でテーパを有する請求項１に記載の吸音体。
【請求項２２】
前記複数の微細穿孔の大部分が、前記ポリマーフィルムの前記第１および第２の主面の間でテーパを有し、それらテーパを有した微細穿孔のそれぞれが、前記ポリマーフィルムの最も厚い部分における厚さよりも小さい最小直径を有する請求項１に記載の吸音体。
【請求項２３】
第１および第２の主面を含むポリマーフィルムと、
前記ポリマーフィルムの前記第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔と、
前記ポリマーフィルムによって形成される３次元形状と、
を具備する吸音体であって、前記３次元形状は内面および外面を含み、該内面は前記３次元形状の体積を画定し、前記吸音体は、可聴周波数スペクトルの特定の周波数の入射音波に応答して、該入射音波の少なくとも一部を吸収し、前記３次元形状の少なくとも一部は、前記入射音波に応答して振動する、吸音体。
【請求項２４】
前記特定の周波数が、前記微細穿孔が形成された前記ポリマーフィルムの基本共鳴周波数である請求項２３に記載の吸音体。
【請求項２５】
前記基本共鳴周波数において、前記吸音体の吸音係数が０．４以上である請求項２４に記載の吸音体。
【請求項２６】
前記３次元形状が１つ以上の曲面を含む請求項２３に記載の吸音体。
【請求項２７】
前記３次元形状が平滑連続面を含む請求項２３に記載の吸音体。
【請求項２８】
前記３次元形状が１つ以上の平坦面を含む請求項２３に記載の吸音体。
【請求項２９】
前記吸音体が、前記体積をさらに画定する反射面に近接する請求項２３に記載の吸音体。
【請求項３０】
前記３次元形状が、該３次元形状を前記反射面に連結するための連結部分をさらに含む請求項２９に記載の吸音体。
【請求項３１】
前記複数の微細穿孔が前記３次元形状の略全体に形成される請求項２３に記載の吸音体。
【請求項３２】
前記複数の微細穿孔が前記３次元形状の一部に形成される請求項２３に記載の吸音体。
【請求項３３】
垂直入射吸音スペクトルにノッチが見られる請求項２３に記載の吸音体。
【請求項３４】
第１および第２の主面を含むポリマーフィルムと、
前記ポリマーフィルムの前記第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔と、
前記ポリマーフィルムによって形成される３次元形状であって、内面および外面を含み、該内面が該３次元形状の体積を画定する３次元形状と、
前記ポリマーフィルムに近接する繊維状吸音材料と、
を具備する吸音体。
【請求項３５】
前記繊維状吸音材料が前記ポリマーフィルムに取り付けられる請求項３４に記載の吸音体。
【請求項３６】
前記繊維状吸音材料が、前記３次元形状の前記内面によって画定される前記体積の内部に配置される請求項３４に記載の吸音体。
【請求項３７】
前記繊維状吸音材料が前記ポリマーフィルムに連結される請求項３４に記載の吸音体。
【請求項３８】
吸音体の製造方法であって、
第１および第２の主面を含み、かつ該第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔を含むポリマーフィルムのシートを用意することと、
前記シートを、内面および外面を含み、該内面が３次元形状の体積を画定する３次元形状に変形させることと、
を具備する方法。
【請求項３９】
前記変形させることが前記ポリマーフィルムのシートを加熱することを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記変形させることが、前記ポリマーフィルムのシートを型表面に押し付けることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記変形させることが、前記ポリマーフィルムのシートを加熱することと、該ポリマーフィルムのシートを型表面に押し付けることとを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記変形させることが、前記ポリマーフィルムのシートを加熱することと、該シートの加熱後に該ポリマーフィルムのシートを型表面に押し付けることとを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記変形させることが、前記ポリマーフィルムのシートを加熱した型表面に押し付けることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記変形させることが、前記ポリマーフィルムのシートに複数の前記３次元形状を形成することを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記変形させることの後に、前記３次元形状の前記内面に対面する反射面を前記ポリマーフィルムのシートに取り付けることをさらに含み、前記３次元形状の前記内面によって画定される前記体積が、前記反射面によってさらに画定されるようにする、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記反射面が略平坦である請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般には吸音システムに関し、より詳細には、３次元的に成形された微細穿孔ポリマー吸音材とその製造方法との両方に関する。
【０００２】
背景
吸音材は、多くの種類の用途で広く使用されている。種々の構造が知られているが、一般的な吸音材設計の１つでは繊維状材料の１つ以上の層を使用して音波エネルギーを散逸させている。このような繊維系吸音材としては、例えば、ガラス繊維ストランド、開放気泡ポリマーフォーム、表面に繊維を吹き付けたポリウレタンなどの材料、および吸音タイル（凝集繊維および／または粒子状材料）を挙げることができる。これらの材料では、吸音材料の間隙内で音響エネルギーの摩擦散逸が起こる。このような繊維系吸音材は、広い音響スペクトルにわたって有孔であるという利点を有するが、固有の欠点も有する。例えば、これらの吸音材は粒子状物質を放出して周囲の空気環境を低下させることがある。さらに、一部の繊維系吸音材は、熱または火に対する抵抗性が十分ではない。したがってこれらは用途が制限されることも多く、そうでなければ所望の耐熱／耐火性を得るために余分で時には費用のかかる処理を行う必要がある。
【０００３】
別の種類の吸音材では、直径の大きな穿孔を有する比較的厚い金属などの穿孔シートが使用される。これらのシートは、比較的調性の音の狭い帯域の音を吸収するために反射面と合わせて単独で使用することができる。あるいはこれらの穿孔シートは、より広い音響スペクトルで吸音性を向上させるために繊維状吸音材の上に重ねて使用することもできる。それら自身の吸音特性に加え、穿孔シートは繊維材料を保護する機能も果たす。しかしながら、これらの「二成分」吸音材は、コストがかかり比較的複雑であるために用途が制限される。
【０００４】
穿孔シート系吸音材は、吸音に関する提案も行われている。従来の穿孔シート系吸音材では、比較的厚く（例えば２ｍｍを超える）剛性の金属またはガラス穿孔シート、あるいは音波が入射するときのシートの振動をなくすための補強ストリップで外部から支持または補強されるより薄い穿孔シートのいずれかを使用してきた。
【０００５】
例えば、Ｆｕｃｈｓ（米国特許第５，７００，５２７号）は、厚さ２〜２０ｍｍのガラスまたは合成ガラスの比較的厚く剛性の穿孔シートを使用する吸音材を教示している。Ｆｕｃｈｓは、入射音によってシートが振動しないような方法で厚くするかまたはストリップを接着して補強するのであればより薄い（例えば厚さ０．２ｍｍ）比較的剛性の合成ガラスシートも使用できることを教示している。この場合、補強された薄いシートは下にある反射面から離して配置される。
【０００６】
Ｍｎｉｃｈ（米国特許第５，６５３，３８６号）は、航空エンジンの音響減衰構造の修復方法を教示している。音響減衰構造は一般に、一方の面に接着される穴のないバッキングシートを有するアルミニウムハニカムコアと、反対側の面に接着されるアルミニウム穿孔シートと、穿孔アルミニウムシートに接着される多孔質ワイヤークロスとを有する。Ｍｎｉｃｈによると、音響減衰構造は、ワイヤークロスの損傷部分を除去し、下にある穿孔アルミニウムシートに微細穿孔プラスチックシートを接着することによって修復することができる。この方法では、微細穿孔プラスチックシートは、外部から穿孔アルミニウムシートによって支持されて複合積層構造を形成しており、この構造はもとのワイヤークロス／穿孔シート積層構造体と同様の吸音性が得られる。
【０００７】
これらの穿孔および微細穿孔シート系吸音材は繊維系吸音材に固有の欠点の一部を克服することができるが、これらは高価であり、および／または用途が制限され、例えば、非常に厚いおよび／または非常に剛性が高い吸音材あるいは補強ストリップなどの外部支持体を必要とする吸音材は、繊維系吸音材と比較すると費用がかかり複雑である。
【０００８】
繊維系吸音材および従来の穿孔吸音材に固有の別の問題は、非平面状構造における用途、すなわち平面状形状ではなく３次元形状を有する吸音材が必要な用途である。特に、繊維系吸音材は、このような非平面状の３次元構造を維持するために外部支持体が一般に必要となる。一方、穿孔シート系吸音材は重量が重く、通常は３次元形状を形成するために高価な成形設備が必要となる。
【０００９】
従来の穿孔吸音材のさらに別の欠点は、調性音の吸収以外の用途、例えば広帯域吸音など用途のためには高価で直径の小さい穿孔が穿孔シートに必要となることであり、従来の穿孔シートは高いアスペクト比（穴の深さの穴の直径に対する比）を有する穿孔を形成する必要がある。しかしながら、このような小さな直径の形成に使用される公知の穿孔、打ち抜き、およびレーザードリル技術は比較的高価である。
【００１０】
要約
したがって本発明は、製造が安価であり、さらに広範囲の用途に適用可能な成形された広帯域吸音材を提供する。より詳細には、本発明は、非平面状３次元形状を有するポリマーフィルム吸音材、およびこのような吸音材の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の実施形態の１つによる吸音体は、第１および第２の主面を有し、第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔を有するポリマーフィルムを含む。３次元形状はポリマーフィルムによって形成される。この３次元形状は内面と外面とを有し、この内面は体積を画定する。
【００１２】
別の実施形態では、第１および第２の主面を有し、第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔を有するポリマーフィルムを含む吸音体を提供する。ポリマーフィルムによって形成される３次元形状も提供する。この３次元形状は内面と外面とを有し、この内面は３次元形状の体積を画定する。可聴周波数スペクトルの特定の周波数の入射音波に応答して、吸音体は入射音波の少なくとも一部を吸収する。３次元形状の少なくとも一部は、入射音波に応答して振動しうる。
【００１３】
さらに別の実施形態では、第１および第２の主面を有するポリマーフィルムを有する吸音体を提供する。この吸音体は、ポリマーフィルムの第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔と、ポリマーフィルムによって形成される３次元形状とをさらに有する。この３次元形状は内面と外面とを有し、この内面は３次元形状の体積を画定する。ポリマーフィルムの近傍には繊維状吸音材料も有する。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態では、吸音体の製造方法を提供する。この方法は、第１および第２の主面を有するポリマーフィルムシートを提供する工程を含み、このポリマーフィルムは第１および第２の主面の間に延在する複数の微細穿孔を有する。この方法は、３次元形状を形成するためにシートを変形させる工程をさらに含み、この３次元形状は内面と外面とを有し、この内面は３次元形状の体積を画定する。
【００１５】
これまで簡潔に要約してきたが、図面と以下の実施形態の説明とを参照することによって本発明を最もよく理解することができる。
図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明するが、複数の図面にわたって同様の参照番号は同様の部分を示している。
【００１６】
例示的な実施形態の詳細な説明
以下の実施形態の詳細な説明では、本発明の一部を構成し本発明を実現可能な特定の実施形態を示している添付図面を参照する。その他の実施形態も使用可能であり、本発明の範囲から逸脱せずに構造を変化させることが可能なことを理解されたい。
【００１７】
一般的に述べると、本発明は、吸音材として使用するために３次元形状に成形された微細穿孔ポリマーフィルムを目的としている。外部支持体または補助的な成形要素を必要とせずに３次元形状が実現され維持される。
【００１８】
本発明の吸音材は、自動車ドアパネルなど、ならびに洗濯機などの家庭用品などの広範囲の音響的用途を意図している。しかしながら、様々な３次元形状を形成可能であるため、本発明の吸音材および方法はほとんどすべての吸音用途に適用可能である。
【００１９】
図１は、吸音体１００と音響反射面２００を有する吸音システム５０の斜視図である。実施形態の１つでは、吸音体１００は微細穿孔されたポリマーフィルム１０２の１枚の連続シートから形成することができ、これを成形あるいは他の方法変形させて３次元形状１０４が得られる。３次元形状１０４は１つ以上の外面１０６と１つ以上の内面１０８（図２を参照）とによって画定されうる。３次元形状１０４は図１に示されており、ここではほぼ箱形の形状で示されているが、ほとんどあらゆる形状を有する他の実施形態の可能性を制限するものであると解釈すべきではない。さらに、フィルム１０２は図１に示すように１つの３次元形状を有する吸音体１００に成形可能であるし、あるいは同じ寸法または異なる寸法の多数の３次元形状に成形することもできる。このような別の実施形態の例については後に詳述する。
【００２０】
図２は、図１の線２−２に沿った断面図である。この図から明らかなように、微細穿孔１１２（以下、「穴」または「穿孔」と記載する場合もある）は、フィルム１０２の外面１０６から内面１０８まで延在している。この図では、微細穿孔１１２は分かりやすくするために拡大して示しており、例えばこれらはシート１０２と比べるとはるかに大きく示されている。実際では、添付図面に概略的に表されているよりも微細穿孔の実際の寸法ははるかに小さく、密度ははるかに高い。
【００２１】
さらに図２を参照すると、吸音体１００の内面１０８はキャビティまたは体積１１４を画定する。体積１１４は、反射面２００によってさらに画定される場合があり、好ましくはこの反射面によって封入される。体積は、本明細書では内面１０８から反射面２００までの距離として一般に規定される深さ１１６を有する。反射面２００と対向する内面１０８とが平面状であり平行であれば、深さ１１６は一定である。しかし、面２００および１０８の１つ以上が非平面状であるか、あるいは平面状であるが他方に対して傾いている場合には、深さ１１６は変動しうる。
【００２２】
吸音体１００の反射面２００への連結またはその他の形態の固定を促進するために、３次元形状１０４にはフランジ１１０などの連結部分も形成することが好ましい。接着剤（例えば両面接着テープ、エポキシなど）、超音波溶接、またはその他の取り付け方法によって吸音体１００を反射面２００に固定するために、フランジ１１０を使用することができる。このようの固定されると、吸音システム５０は、体積１１４が好ましくは吸音体１００と反射面２００とによって封入されるように形成される。体積が封入されない、すなわち吸音体１００が反射面２００と連結しない他の実施形態も可能である。
【００２３】
音響エネルギー波に曝露すると、微細穿孔１１２内部の空気の「栓」が振動する。空気が振動すると、運動する空気と微細穿孔１１２の壁との摩擦相互作用によって音響エネルギーが散逸する。微細穿孔の寸法、シート材料、シート厚さ、体積１１４の深さ１１６などの多くの要因が、吸音材１００の特定の吸音特性に影響を与える。
【００２４】
本発明による吸音材は、非平面状反射面を有する吸音用途、あるいは不均一なキャビティ深さ１１６が望ましい用途（例えば成形吸収材と平面状反射面）に使用するために適合させた３次元形状に成形することができる。さらに、３次元形状への成形は、補強または厚くするためのストリップまたはその他の支持体を必要とせずに実現される。
【００２５】
ここまでの概要をもとにして、本発明の吸音材および方法の特定の態様について説明する。特に、３次元形状に成形するための好ましい微細穿孔ポリマーフィルムおよび方法について説明する。
【００２６】
微細穿孔ポリマーフィルム
一般に、３次元形状１０４（図１および２参照）は、微細穿孔１１２を有するフィルム１０２などのほぼ平面状で連続したポリマーシートの後成形によって形成される。本発明によって重要ではないが、フィルム１０２およびこれらのフィルムの製造方法についてこれより説明する。より詳細な議論については、１９９９年１月１８日出願、発明の名称「Ｍｉｃｒｏｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　Ｆｉｌｍ　ｆｏｒ　Ｓｏｕｎｄ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｏｕｎｄ　Ａｂｓｏｒｂｅｒ　Ｕｓｉｎｇ　Ｓａｍｅ（吸音のための微細穿孔ポリマーフィルムおよびそれを使用する吸音材）」の公開されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９９／００９８７号（国際公開番号ＷＯ００／０５７０７号）を参照されたい。
【００２７】
さらに図２を参照すると、本発明の実施形態の１つによる比較的薄く可撓性の微細穿孔ポリマーフィルムを使用する吸音体１００（本明細書では「吸音材」とも呼ぶ）が示されている。一般にフィルム１０２は、実質的に非多孔質であり、内部に空隙や蛇行した経路の空間も存在しない中実で連続的なポリマー材料から形成される。フィルムの通常の曲げ剛性は約１０６〜約１０７ｄｙｎ・ｃｍ以下であり、厚さは約８０ミル（２ｍｍ）未満、より好ましくは約３０ミル（０．７５ｍｍ）以下である。フィルム１０２のポリマーの種類ならびに特定の物理的性質（例えば、厚さ、曲げ剛性、表面密度、穴の直径、穴の間隔、および穴の形状）は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で変動させることができる。好ましくは、成形工程によって生じうる微細穿孔近傍に起こりうる変動を除けば、フィルム１０２は略均一な厚さ（後成形の前）を有する。
【００２８】
すでに述べたように、吸音材１００の吸音特性は多くの要因の影響を受ける。例えば、キャビティ深さ１１６（図２参照）および反射面２００の性質／形状は吸音特性を変化させうる。さらにフィルム材料の物理的性質、フィルムの形状、穴１１２の形状、および穴の間隔１３２などの微細穿孔フィルム１０２の性質もすべて吸音スペクトルに影響を与えうる。
【００２９】
吸音の対照となる最も一般的な周波数範囲（およそ１００〜１０，０００Ｈｚ）では、平均キャビティ深さ１１６は約０．２５インチ（０．６ｃｍ）〜約６インチ（１５．２ｃｍ）の間が一般的である。しかしながら、吸音スペクトルを広げるためにその他のキャビティ深さも選択可能である。キャビティ深さ１１６を変動させること以外に、体積１１４（図２参照）を独立した区分またはサブユニットに分割することもできる。さらに別の実施形態では、などの繊維層などの第２の吸音要素（例えば図１０Ｆの層１０２６）を外面または内面の近傍の吸音材に近接させて配置して、吸音スペクトルをさらに向上させることができる。
【００３０】
用途に依存するが、穴の間隔または「穴の密度」は、好ましくは約１００〜約４，０００個／平方インチであるが、当然ながらその他の密度も可能である。特定の穴のパターンも希望に応じて選択することができる。例えば、正方形の配列あるいは交互配列（例えば六角形の配列）を使用することができ、後者は引き裂き抵抗性が得られる場合がある。穴の密度以外に、実際の穴の寸法も特定の用途に応じて変動させることができる。
【００３１】
図３〜６は、本発明による代表的な穿孔形状を示している。穿孔は好ましくはフィルム厚さ１２２（図２）未満の最小直径を有し、通常は約２０ミル（０．５ｍｍ）未満である。穿孔の形状および断面も変化させることができる。例えば穿孔の断面は、円形、正方形、六角形などであってよい。円形ではない穿孔の場合、本明細書で使用される用語「直径」は、非円形断面と同じ面積を有する円の直径を意味する。図３〜６に示される微細穿孔の実施形態は、例示を意図するものであり、網羅的なものではない。従って、本発明の範囲から逸脱しない他の構造も当然ながら可能である。
【００３２】
図３は、長さ方向で比較的一定の断面を有する一例の微細穿孔３１２を示している。別の実施形態では、図４は、フィルム厚さ１２２未満の最小直径から最大直径まで直径が変化する微細穿孔４１２を示している。さらに別の実施形態では、図５は、端ぐりされた微細穿孔５１２を示している。図６は、本発明のある実施形態によるさらに別の微細穿孔６００を示している。穴６００はテーパ付き端部６０６を有し、フィルム厚さ１２２（ｔｆ）未満である最小直径６０２（ｄｎ）と、最小直径６０２より大きい最大直径６０４（ｄｗ）とを有する。これによって、アスペクト比（ｔｆ：ｄｎ）が１を超え、希望するなら実質的に１を超える穴６００を得ることができる。
【００３３】
図面全体で、微細穿孔の種々の実施形態がテーパ付きで示されている（例えば、図２の参照番号１１２、図６の参照番号６００を参照されたい）。これらの実施形態は、最大直径（例えば図６の６０４）が外部に向かう（すなわち反射面から離れる）ように図示し説明している。しかしながら、他の実施形態では、吸音特性に実質的に影響を与えずに、反対方向にテーパがつけられた微細穿孔を使用することもでき、すなわち最大直径が内部に向かう、つまり反射面に向かうようにすることができる。
【００３４】
最小直径６０２近傍では、テーパ付き端部６０６はリップ６０８を形成する。リップ６０８は、微細穿孔６００を形成するために使用した製造工程によって得られる。実施形態の１つでは、リップ６０８の長さ６２０（ｌ）は約４ミル（０．１ｍｍ）以下で、多くの場合には約１ミル（０．０２ｍｍ）を超え、その平均直径は最小直径６０２とほぼ等しい。
【００３５】
穴６００の最小直径６０２と最大直径６０４の大きさは変化させることができ、これによってテーパ付き端部６０６の勾配が変化する。前述したように、通常の最小直径６０２はフィルム厚さ１２２未満であり、例えばフィルム厚さの約５０％以下、さらには約３５％以下であってもよい。数値的に言えば、希望に応じて、最小直径は例えば約２０ミル（０．５ｍｍ）以下、約１０ミル（０．２５ｍｍ）以下、約６ミル（０．１５ｍｍ）以下、さらには約４ミル（０．１０ｍｍ）以下であってもよい。最大直径６０４はフィルム厚さ１２２未満の場合、超える場合、等しい場合がある。ある実施形態では、最大直径は最小直径６０２の約１２５％〜約３００％の範囲である。
【００３６】
図６に示されるような微細穿孔構造６００の利点を認識するために、最初に吸音特性を定量化すると有用である。一般に、吸音材の吸音能力は、吸音係数αによって定量化することができる。吸音係数αは関係式
α（ｆ）＝１−Ａｒｅｆ（ｆ）／Ａｉｎｃ（ｆ）
で表すことができ、式中Ａｉｎｃ（ｆ）は周波数ｆの音波の入射振幅であり、Ａｒｅｆ（ｆ）は周波数ｆの音波の反射振幅である。図７は、代表的な垂直入射吸音スペクトル７００を示している。一般にこのスペクトルは、第１ピーク７０２の周波数ｆｐにおけるピーク吸音係数（αｐ）、第２ピーク７０４における、および第１ピーク７０２と第２ピーク７０４の間の第１節を形成する節周波数周波数ｆｎを含む。節周波数ｆｎでは、吸音係数αは極小値に達する。吸音スペクトルの質および性能は、吸音係数αが０．４以上となる周波数範囲ｆ１〜ｆ２と、第１ピーク７０２と第２ピーク７０４の間で吸音係数αが０．４未満となる周波数範囲ｆ２〜ｆ３とを使用して特徴づけることができる。通常、第１ピーク幅比ｆ２／ｆ１（Ｒｐ）が最大となり、第１節の幅比ｆ３／ｆ２（Ｒｎ）が最小となることが望ましい。
【００３７】
より小さな穴寸法と関連する高次の摩擦減衰因子のために、穴の直径が減少すると、一般に吸音スペクトルの質が向上する、すなわちＲｐが増加しＲｎが減少する。その結果、微細穿孔シートを使用する吸音材では、広帯域吸音を実現するために微細最高の直径を小さくすることが望ましい。
【００３８】
図６の微細穿孔６００は、比較的厚いフィルムに小さな直径の穴と、短い穴長さが得られている。有孔穴長さと比較してフィルムが厚いと、例えば、短い穴長さの音響性能に厚フィルムの強度および耐久性を兼ね備えることができるなどのいくつかの利点が得られる。これよりいくつか実際的な利点が得られる。例えば、長さが約１０ミル（０．２５ｍｍ）で直径が約４ミル（０．１０ｍｍ）でのまっすぐな壁面の穴の場合、最適な穴間隔（例えばα＞０．４で高いＲｐ）は約２０ミル（０．５ｍｍ）である。これは約２５００個／平方インチの穴密度に対応し、最小穴直径を基準とした開口面積の比率では約３％に対応する。最小直径が約４ミル（０．１０ｍｍ）でありリップが約１ミル（０．０３ｍｍ）であるテーパ付き穴を使用する場合、上記と略同等の吸音スペクトルは、穴間隔約３５ミル（０．９ｍｍ）で得ることができる。これは約８００個／平方インチの穴密度に対応し、開口面積の比率では約１％に対応する。従って、所与の吸音性能では、テーパ付き穴を使用することによって、はるかに小さな穴密度で費用対効果が大きな製造が可能にある。また、開口面積が小さくなることで、液体の水、水蒸気、油、ほこり、および破片などのバリアとして微細穿孔フィルムをより効果的に使用することができる。
【００３９】
フィルムへの微細穿孔の形成
微細穿孔の他の形成方法も可能であるが（例えば、レーザードリル、打ち抜きなど）、本発明による代表的な方法を以下に示す。
【００４０】
本発明による微細穿孔フィルムは、ポリマー材料などの種々の材料から作製することができる。架橋または加硫させたポリマーなどの熱硬化性ポリマーなど多くの種類のポリマー材料を使用することができるが、微細穿孔フィルムの特に好都合な製造方法ではプラスチック材料を使用する。図８は、吸音材として使用する微細穿孔プラスチックポリマーフィルムの代表的製造工程を示している。ブロック８０２はプラスチック材料の調製を表している。これは、プラスチックの種類および使用するのであれば添加剤の選択を含んでもよい。多くの用途で好適なプラスチックとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリプロピレン、およびポリ塩化ビニルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。コポリマーおよび混合物も使用することができる。添加剤の種類および量は変動させることができ、フィルムに望まれる吸音特性、ならびに色、印刷適性、付着性、煙発生抵抗性、熱／火炎遅延性などのその他のフィルムの性質を考慮して通常は選択される。前述したように、添加剤は、曲げ剛性および表面密度を増大させるためにプラスチックに加えることもできる。
【００４１】
ブロック８０４は、吸音材に使用する場合に所望の吸音特性が得られる穴をプラスチック材料に形成するように成形され配列されたピンを有する成形型に、エンボス加工可能なプラスチック材料を接触させることを表している。押出エンボスなどのエンボス加工、または圧縮成型などの多くの種類の技術を使用して、エンボス加工可能なプラスチック材料を成形型と接触させることができる。エンボス加工可能なプラスチック材料は、溶融押出物の形態で成形型と接触させてもよいし、あるいは予備成形されたフィルムの形態を加熱してから成形型と接触するように配置してもよい。通常、最初にプラスチック材料は、軟化点、融点、またはポリマーのガラス転移温度よりも高温にプラスチック材料を加熱してエンボス加工可能な状態にされる。次に、エンボス加工可能なプラスチック材料をピン付き成形型と接触させ、この成形型の形状にエンボス加工可能なプラスチックがほぼ適合する。通常ピン付き成形型は、底面を有し、そこからピンが延在する。ピンの形状、寸法、および配列は、材料に形成される穴に望まれる性質を考慮して適宜選択される。例えば、ピンは所望のフィルム厚さに対応する高さを有してもよく、図６に示されるようなテーパ付き穴を得るために最大直径からピンの高さ未満最小直径までテーパの付いた端部をピンが有してもよい。
【００４２】
ブロック８０６は、プラスチック材料を固化させて、ピンに対応する穴を有する固化プラスチックフィルムを作製することを示している。通常、プラスチック材料はピン付き成形型と接触させている間に固化する。固化した後、固化プラスチックフィルムはブロック８０８に示されるようにピン付き成形型から取り外される。場合によっては、固化プラスチックフィルムは、さらに加工しなくても本発明による３次元形状への成形に好適となりうる。しかしながら多くの場合、固化プラスチックフィルムは、１つ以上の穴を覆うか部分的にふさぐ薄いスキンを有する。このような場合、通常はブロック８１０に示されるように、固化プラスチックフィルムのスキン除去処理が行われる。
【００４３】
スキンの除去は、強制吸気処理、熱風処理、火炎処理、コロナ処理、またはプラズマ処理などの多くの種類の技術を使用して実施することができる。スキンを除去した後、フィルムは本明細書に記載されるように容易に３次元形状に後成形される。実施形態の１つではフィルムは、略表面全体に微細穿孔を有する。別の実施形態では、フィルムは、後成形後の所望の微細穿孔配置に対応したフィルム表面の１つ以上の部分に微細穿孔を有する。
【００４４】
微細穿孔吸音フィルムの３次元後成形
吸音フィルム１０２は後成形作業によって３次元形状１０４（図１参照）に成形される。すなわち、微細穿孔フィルム１０２は前述のように製造されるか、または別の方法により製造された後、成形作業によって所望の３次元形状１０４に成形される。
【００４５】
後成形によって、微細穿孔フィルムは永久変形して自立３次元形状１０４（図１）となり、独立した支持フレームまたは固定具は不要である。通常、この変形は、フィルムが薄くなり、製造時の平面状フィルム形状からフィルムの少なくとも一方の面で変形することを含む。
【００４６】
後成形作業は、フィルムの加工品質を向上させるために通常は熱を使用することができるが、必ずしも必要ではない。フィルムの加工品質をさらに向上させるためならびに工程の処理能力を向上させるために、後成形工程は、圧力（陽圧または減圧）、成型型などを使用することもできる。例えば、代表的な後成型方法の１つは、種々の減圧または加圧成形、プラグ成形などの熱成形である。後成形では、フィルムまたはフィルムの一部／領域を平面方向に延伸したり、フィルムを非平面状または湾曲形状に延伸したりすることもできる。
【００４７】
図９Ａは、本発明の実施形態の１つによる後成形の前野フィルム１０２を示している。フィルム１０２は、第１の主面１１８、第２の主面１２０、および厚さ１２２を有する。図に示されるように微細穿孔１１２はフィルム１０２を貫通して延在している。図９Ｂは、表面または半体９０２および９０４を有する代表的な成形型を示している。型半体が閉じられる（例えば半体９０２が方向９０６に移動する）とフィルム１０２は両半体の間にはさまれる。この結果、フィルム１０２は、図１および２に示すような３次元形状１０４を有する吸音体１００（図９Ｃ参照）に成形される。成形工程を補助するために、熱源９０８によって成形前のフィルム１０２および／または成形中の型半体９０２／９０４に熱を与えることができる。
【００４８】
実施形態の１つでは、図９Ｃに示すように吸音体１００はフランジ１１０、第１の部分１２４、および第２の部分１２６を有する。成形工程中、第１の部分１２４の厚さ１２８は、元のシートの厚さ１２２（図９Ａ）と略同じ状態に維持される。一方第２の部分１２６の厚さ１２９（図９Ｄ参照）は、通常は成形中に薄くなる。その結果、シート１０２の厚さは３次元形状１０４全体で一定ではない。
【００４９】
ほぼ平面状の部分が形成されるようにフィルム１０２の変形が示されているが（図９Ｃ参照）、他の成形方法を使用することもできる。例えば、３次元形状が球形または円筒形部分（例えば図１０Ｃ参照）を有するように成形型が球形であってもよい。
【００５０】
別の例では、吸音のために望まれる単純な（例えば規則的形状）または複雑な（例えば不規則形状）表面のほとんどすべてに適合し効率的に機能するようにフィルム１０２を成形することができる。ほとんどすべての３次元形状が可能であるので、比較的複雑な形状を有する吸音材を容易に製造することができる。さらに、成形中にキャビティ深さを制御することによって、特定の用途に望まれる吸音スペクトルを特別に選択することができる。
【００５１】
図９Ａ〜９Ｄに示される変形は、フィルムの未変形部分の厚さ１２２（ｔｏ）と、フィルムの変形部分の厚さ１２９（ｔｆ）の比によって特徴づけることができる。通常、比ｔｏ：ｔｆが少なくとも約１．１：１以上になると望ましいと思われる。場合によっては、比ｔｏ：ｔｆが少なくとも約１．５：１以上が望ましく、より好ましくは少なくとも約２：１以上である。
【００５２】
多くの場合、後成形されたフィルムの厚さのばらつきは、後成形中にフィルムの異なる領域に加わるひずみのばらつきのために生じる。言い換えると、後成形されたフィルムのある領域は非常に大きな変形（ひずみ）が起こり、一方他の領域は後工程中の変形がほとんどまたは全く起こらない場合がある。フィルムが大きく変形すると、微細穿孔１１２（図９Ｄ参照）も変形しうる。注意深く制御すればこの変形は、フィルムの吸音特性に大きな影響を与えない場合がある。例えば、Ｇｕｒｌｅｙ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製造のモデル４１１０デンソメーターを使用して、微細穿孔フィルムの約１平方インチ（６．平方ｃｍ）の領域から約１８立方インチ（３００立方ｃｍ）の空気を押し出すために必要な時間を測定した。Ｇｕｒｌｅｙパラメータが約０．７〜約５．０秒で、ほぼ平坦（すなわち後加工されていない）微細穿孔フィルムの有用な吸音が得られるとの相関が得られ、好ましい範囲は約１．０〜約２．８秒であった。ある試験で、全体的に平坦な微細穿孔フィルム試料で、Ｇｕｒｌｅｙパラメータは約２．４〜約２．８秒であった。図１０Ｅに示されるものと同様の３次元形状に変形させた後では、フィルムの主面１０１８のＧｕｒｌｅｙパラメータは約１．１〜約１．２秒となり、なお好ましい範囲内にあった。したがって、この場合の微細穿孔のわずかな変形では、フィルムの吸収能力に対する悪影響はほとんどなかった。実際この例は、成形中に発生しうるほとんどすべての膨張を許容できるようにするため初期（すなわち未成形の）微細穿孔寸法を選択可能であることを示している。したがって、穴が大きく変形するフィルム領域（例えば、図１０Ｅの表面１０２０などの高い延伸比の領域）が存在する場合、それらの領域に微細穿孔がほとんどまたは全く存在しないように微細穿孔パターンを選択することができる。
【００５３】
後成形されたフィルムを含む物品の一部の実施例を以上に説明してきたが、後成形されたフィルムは、このような成形ポリマーフィルムの特有の音響特性および物理的性質の利点を得るために望ましい任意の物品に含まれうることを理解されたい。例えば、後成形フィルムを有する物品は、ドアパネル、エンジンルーム、天井、および同様の領域において自動車産業で用途を見いだすことができる。これらの物品は、冷蔵庫、食器洗い機、洗濯機、乾燥機、生ゴミ処理機、ＨＶＡＣ装置、ゴミ圧縮機などの家庭用品にも用途を見いだすことができる。
【００５４】
図１０Ａ〜１０Ｆは、本発明により作成可能な他の代表的な３次元形状を示している。図１０Ａは、複数の形状１００４に成形されたフィルム１０２を示している。これらの形状は同一の場合も異なる場合もあり、図に示されるように同じ側または反対側に成形することができる。図１０Ｂは、２つの類似または類似していない形状１００６と、１つの非平面状例えば球状の形状１００８とに成形されたフィルムを示している。図１０Ｃは、湾曲した反射面１０１２と併用される１つの球形の形状１０１０を示している。図１０Ｄは、円筒形部分１０１４と平面状部分１０１６とに成形されたフィルムを示している。図１０Ｅは、傾斜した側部１０２０を有する３次元形状１０１８を示している。図１０Ｆは、内側で向かい合うフランジ１０２４を有する３次元形状１０２２を示している。図１０Ｆは、３次元形状１０２２の内部の近傍、実施形態の１つでは内部に取り付けられた独立した絶縁層１０２６（例えば繊維状吸音材料）を有することも示している。したがって３次元形状は、より脆性の高い繊維状材料の保護容器として機能することができ、同時に繊維状材料のみを使用する吸音材よりも吸音性を向上させることができる。繊維状材料１０２６は、３次元形状１０２２の内部に部分的または完全に充填されてよいし、３次元形状に適合するようにさらに成形することもできる。
【００５５】
図では内部に示されているが、形状１０２２の外側に繊維状材料が配置される別の実施形態も可能である。再び述べるが、これらの実施形態は単に例であって、本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態も可能である。例えば、本明細書に記載される種々の実施形態の個々の要素を組み合わせてさらに別の吸音材を作製することができる。
【００５６】
反射面への取り付け
再度図２を参照すると、３次元的に成形された微細穿孔ポリマーフィルム１０２は、多くの種類の方法で反射面２００の近傍に配置することができる。例えば、フィルム１０２は、反射面２００を形成する構造体に取り付けることができる。この場合フィルム１０２は、フランジ１１０（図２参照）などの連結部分によって取り付けることができる。フィルム１０２は、反射面２００近傍の構造体からカーテンのようにつるすこともできる。この場合でも、本発明の成形微細穿孔フィルム１０２は、外部支持体を使用なくても比較的広い領域におよぶように適合する。
【００５７】
代表的な性能
図１１は、微細穿孔ポリプロピレンフィルムの垂直入射吸音係数スペクトルを示している。図示される実施形態では、フィルムの曲げ剛性が約５．４×１０４ｄｙｎ・ｃｍであり、フィルム厚さは約１５ミル（０．４ｍｍ）であり、最小直径は約４ミル（０．１０ｍｍ）であり、リップ長さは約１ミル（０．０３ｍｍ）であり、穴間隔は約４５ミル（１．１５ｍｍ）である。図１１に示されるように、吸音スペクトル１１０２〜１１１０はキャビティ深さを変動させることができる。またこの図から明らかなように、吸音スペクトル１１０２〜１１１０の第１ピークに不連続部分すなわち「ノッチ」１１２０が存在する。これらのノッチ１１２０は、フィルムの基本共鳴周波数（例えば約１ｋＨｚ）におけるフィルムの振動（すなわち、フィルムの運動エネルギーと曲げによるフィルムの位置エネルギーの間の共鳴移動によるフィルムの運動）によって起こりうる。微細穿孔の壁に対する空気栓の運動からフィルム運動分が減少することによって、その周波数における吸音係数がわずかに減少するためにノッチ１１２０が生じると考えられる。
【００５８】
フィルム共鳴に寄与しうる小さな異常なノッチが存在するにもかかわらず、微細穿孔ポリプロピレンフィルムは優れた吸音性を示すことが図１１から明らかである。例えば、図１１に示されるスペクトルは比較的高いピーク幅比（Ｒｐ）を有する。さらに、入射音に応答したフィルム振動は、特定の制限された周波数範囲（例えばフィルムの共鳴周波数付近）のみで吸音に影響するのが一般的であり、対象となる周波数範囲の大部分で吸音性は低下しない。したがって、本発明によるフィルムは、ノッチ１１２０が存在するのにもかかわらず比較的広い帯域での吸音性が得られる。
【００５９】
したがって、フィルムのフリースパン部分（すなわちフィルムが外部構造と接触しないフィルムの範囲）は入射音波に応答して振動する場合があるが、振動が起こったとしても吸音特性に有意に影響することはないことが分かった。限定する訳ではないが例えば、好適なフリースパン部分は、約１００ミル（２．５ｍｍ）から周囲環境が主要因となる上限までの範囲を取りうる。
【００６０】
結論
性能の低下を最小限にしながらより効果的な吸音材を得るために、他の性質を変化させてもよい。例えば、厚さ、曲げ剛性、表面密度、および損失弾性率などのフィルムの性質、ならびにフリースパンの程度などの境界条件は、具体的な用途に適合するように変化させてもよい。これらの変量の間の関係は、複雑であり相互に関係があることもある。例えば、フィルム厚さを変化させると、曲げ剛性ならびに表面密度が変化しうる。したがって、これらの変量は、それぞれの具体的な設計のために、用途およびその他の制約（例えば、費用、重量、環境条件に対する抵抗性など）を考慮して選択するべきである。
【００６１】
好都合なことに、本発明は、３次元的に成形された吸音材とそのような吸音材の製造方法を提供する。より具体的には、本発明は、シート系微細穿孔フィルムのほとんどすべての３次元自立形状への後成形を提供する。したがって、非平面状の反射面に適合する吸音材、または吸音材と反射面の間の間隔を選択可能な吸音材を製造可能である。前述したように、本発明による吸音材は、吸音特性を実質的に犠牲にすることなく所望の３次元形状にすることができる。これは、後変形作業後に微細穿孔の変形が起こりうる場合でさえも実現される。
【００６２】
本明細書に記載した特許、特許文献、および刊行物の完全な開示内容全体は、それぞれが個々に援用されるようにそれらの記載内容全体が本明細書に援用される。
【００６３】
本発明の例示的実施形態を以上に説明している。当業者であれば、本発明の範囲内にある多くの実施形態が可能であることを理解できるであろう。種々の要素および組立体の変形、修正、および組合せを、本発明の範囲内で実現することが可能である。したがって、本発明は請求項ならびにそれらの同等物によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の１つによる吸音システムの斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施形態の１つによる穿孔構造である。
【図４】本発明の別の実施形態によるによる穿孔構造である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態によるによる穿孔構造である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態によるによる穿孔構造である。
【図７】本発明の実施形態の１つによる３次元微細穿孔フィルム吸音材の代表的な垂直入射吸音スペクトルである。
【図８】微細穿孔プラスチックフィルムの製造に使用した方法の概略図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態の１つによる３次元吸音材の製造方法を示す概略図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態の１つによる３次元吸音材の製造方法を示す概略図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態の１つによる３次元吸音材の製造方法を示す概略図である。
【図９Ｄ】本発明の実施形態の１つによる３次元吸音材の製造方法を示す概略図である。
【図１０Ａ】本発明の別の実施形態による吸音材を示している。
【図１０Ｂ】本発明の別の実施形態による吸音材を示している。
【図１０Ｃ】本発明の別の実施形態による吸音材を示している。
【図１０Ｄ】本発明の別の実施形態による吸音材を示している。
【図１０Ｅ】本発明の別の実施形態による吸音材を示している。
【図１０Ｆ】本発明の別の実施形態による吸音材を示している。
【図１１】本発明の種々の実施形態による吸音材に関する吸音スペクトルの例を示している。
【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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