(57)【要約】【課題】低周波域において吸音特性を有し、組立てなどの工程が必要でなく、製品の厚みも必要以上に厚くなく、微粒子や繊維などが散逸するという問題もないクリーンな吸音材を提供する。【解決手段】吸音材（１）は、熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂（２）と、該マトリックス樹脂に対し非相溶であってかつ該マトリックス樹脂中に分散している繊維状物質（３）とからなることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂に対し非相溶であってかつ該マトリックス樹脂中に分散している繊維状物質とからなることを特徴とする吸音材。
【請求項２】
熱可塑性樹脂製の発泡体を構成するマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂に対し非相溶であってかつ該マトリックス樹脂中に分散している繊維状物質とからなり、繊維状物質が複数の気泡にわたっていることにより同物質の通路を介してこれらの気泡が連通していることを特徴とする吸音材。
【請求項３】
熱可塑性樹脂と繊維状物質の重量割合が２５：７５〜８５：１５であることを特徴とする請求項１または２に記載の吸音材。
【請求項４】
発泡体の発泡層における密度が０．０５〜０．２ｇ／ｃｍ３  であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸音材。
【請求項５】
発泡体の発泡層における連続気泡率が４５〜９０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸音材。
【請求項６】
１５００〜２０００Ｈｚの周波数領域における厚み１０ｍｍ当たりの垂直入射吸音率が０．４以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸音材。
【請求項７】
熱可塑性樹脂と繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、得られた溶融混合物をシート状に押出成形すると同時に、もしくは押出成形した後、加熱して発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音シートの製造方法。
【請求項８】
熱可塑性樹脂と繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、得られた溶融混合物を固定型と可動型からなる金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続気泡を有する吸音材に関するものであり、また同吸音材の製造方法および吸音シートの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸音材としては発泡ウレタンやグラスウール、ロックウール等が広く用いられている。発泡ウレタン、グラスウール、ロックウールは、連通している複雑な気泡、気孔流路、断面形状を有しており、これに入射した音波のエネルギーは内部に伝播していく過程で周辺の壁面に衝突または摩擦を繰り返すことにより、壁面を振動させ、機械的なエネルギーとして吸収され、結果として音波が吸収されることになる。このように上記の材料は吸音材として優れているが、広い周波数領域の全域に対して優れているわけでなく特に高周波域である4000Hz以上に対して性能が優れているが、逆に低周波域である500-2000Hzに対しては性能が悪い。
【０００３】
低周波域での音波の吸収に対しては、従来、吸音材の背後に空間層を設けたり、穴あきの石膏板を背後の空間層に設置するといった構造的な考慮を施すことで性能を満足させていた。しかし、このような方法の場合、背後に大きな空間層を設ける必要があり、製品の厚さが厚くなり、また組立て作業等も複雑になるという欠点があった。
【０００４】
そこで、低周波域の吸音特性を向上させる吸音材として、特許文献１にはシリカやタルク等の微粒子を通気性のある袋状体に封入した吸音材が提案されている。しかし、これは低周波域で吸音特性を示すものの、その吸収帯域は非常に狭く、袋状体内にあるシリカやタルクが使用中に散逸したり、偏ったりするという欠点があった。この対策として、特許文献２には、マイカ、タルクなどの微粒子を繊維間の空隙に樹脂バインダーで保持した吸音材が提案されている。しかし、この方法によっても微粒子を繊維間の空隙に強固に保持することは困難であり、課題が完全に解決されているわけではない。
【０００５】
また、特許文献３には、合成樹脂とガラス繊維を同量の割合で混合し、得られた混合物を200〜230℃で加熱し、ガラス繊維の反発弾性を利用して膨張させ、繊維多孔質体を得る方法が記載されている。しかし、この方法では、多孔質の状態によっては、特に空間が大きく壁の厚さが厚い場合には、音波のエネルギーを壁面で振動・吸収できない現象が起きる。
【特許文献１】特開平5-80775号公報
【特許文献２】特開平8-95576号公報
【特許文献３】登録実用新案公報第3028639号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、低周波域において優れた吸音特性を有し、組立てなどの工程が必要でなく、製品の厚みも必要以上に厚くなく、微粒子や繊維などが散逸するという問題もないクリーンな吸音材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明による第１の吸音材は、熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂に対し非相溶であってかつ該マトリックス樹脂中に分散している繊維状物質とからなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明による第２の吸音材は、熱可塑性樹脂製の発泡体を構成するマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂に対し非相溶であってかつ該マトリックス樹脂中に分散している繊維状物質とからなり、繊維状物質が複数の気泡にわたっていることにより同物質の通路を介してこれらの気泡が連通していることを特徴とするものである。
【０００９】
第１および第２の吸音材において、熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリオレフィン樹脂が好ましく用いられ、例えばプロピレン単独重合体、エチレン-プロピレンランダム共重合体、エチレン-プロピレンブロック共重合体、プロピレン-α-オレフィン共重合体、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリブテン、エチレン-α-オレフィン共重合体、あるいはこれら重合体に混合可能なゴム又は熱可塑性エラストマーを混入したポリマーブレンドを挙げることができる。
【００１０】
繊維状物質はマトリックス樹脂に対して非相溶であるものが選択される限り特に限定されるものではなく、合成繊維でも天然繊維でも良い。例えば、カーボン繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリプロピレン繊維等が挙げられる。繊維の形状も特に限定されるものでなく、直径は好ましくは１〜６０μｍ程度であり、長さは好ましくは０．０５〜１．０ｍｍ程度である。
【００１１】
第１および第２の吸音材において、熱可塑性樹脂と繊維状物質の重量割合は、それぞれ２５〜８５重量％と７５〜１５重量％（両者の合計１００重量％）であることが好ましい。繊維状物質の割合が高すぎると、吸音材から繊維状物質が脱落する恐れがある上に、熱可塑性樹脂発泡体の低い割合のため高周波側の吸音率が著しく低下し、好ましくない。繊維状物質の割合が低すぎると、後述する発明の効果が得られにくいことがある。
【００１２】
第１および第２の吸音材において、発泡体の発泡層における密度は０．０５〜０．２ｇ／ｃｍ３  であることが好ましい。発泡体が、発泡層とその外側に形成された非発泡のスキン層とからなる場合がある。その場合はスキン層は遮音層として機能し、浸入して来た音波を吸音材の内部に導入して吸音することが困難になるので、スキン層を除去し、発泡層だけにおける密度が上記範囲内にあることが好ましい。発泡体がスキン層を有しない場合は、発泡体の発泡層における密度は発泡体そのものの密度である。密度が上記範囲内にないと後述する発明の効果が得られにくいことがある。
【００１３】
第１および第２の吸音材において、発泡体の発泡層における連続気泡率は４５〜９０％であることが好ましい。スキン層ができる場合はやはりこれを除去し、発泡層だけにおける連続気泡率が上記範囲内にあることが好ましい。発泡体がスキン層を有しない場合は、発泡体の発泡層における連続気泡率は発泡体そのものの連続気泡率である。連続気泡率がが上記範囲内にないと後述する発明の効果が得られにくいことがある。
【００１４】
第１および第２の吸音材において、１５００〜２０００Ｈｚの周波数領域における厚み１０ｍｍ当たりの垂直入射吸音率は０．４以上であることが好ましい。垂直入射吸音率が低過ぎると後述する発明の効果が得られにくいことがある。
【００１５】
本発明は、また、熱可塑性樹脂と繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、得られた溶融混合物をシート状に押出成形すると同時に、もしくは押出成形した後、加熱して発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音シートの製造方法を提供する。
【００１６】
この方法に使用される発泡剤としては、熱分解型化学発泡剤、例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、トルエンスルホニルヒドラジド、４，４−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等が好適に用いられる。
【００１７】
本発明はさらに、熱可塑性樹脂と繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、得られた溶融混合物を固定型と可動型からなる金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音材の製造方法を提供する。
【００１８】
この方法に使用される発泡剤としては、上記化学発泡剤に加えて物理発泡剤、例えば、水、二酸化炭素、窒素、有機溶剤なども挙げられる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、連続気泡発泡体を構成するマトリックス樹脂中に繊維状物質が分散しているので、吸音材の内部に導入された音波のエネルギーは、音波が気泡壁面に衝突ないしは摩擦を繰り返して壁面を振動させることで振動エネルギーに変換されると共に、気泡壁面より気泡内に突出した繊維状物質により低周波域の音波も振動エネルギーに変換される。これにより、低周波域において優れた吸音特性が発現される。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、発泡体を構成するマトリックス樹脂中に繊維状物質が分散し、繊維状物質が複数の気泡にわたっていることにより同物質の通路を介してこれらの気泡が連通しているので、吸音材の内部に導入された音波のエネルギーは、音波が気泡壁面に衝突ないしは摩擦を繰り返して壁面を振動させることで振動エネルギーに変換されると共に、気泡壁面より気泡内に突出した繊維状物質や連通した気泡間の連通路に存在する繊維状物質によって、音波が連通路を伝播する過程で低周波域の音波は効率的に振動エネルギーに変換される。これにより、低周波域において優れた吸音特性が発現される。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、熱可塑性樹脂と繊維状物質はそれぞれ２5〜８５重量％と７５〜１５重量％（両者の合計１００重量％）の割合で混合されているので、連通した気泡の壁面やその同壁面より気泡内に突出した繊維状物質が振動することにより低周波側および高周波側の双方の領域に対して吸音性を発現し、さらに、この配合ではマトリックス樹脂中に分散している繊維状物質は散逸することがなく、クリーンな吸音材を提供することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、発泡体の発泡層における密度は０．０５〜０．２ｇ／ｃｍ３  である。このような密度を有する発泡体では、気泡壁は非常に薄くなり、音波エネルギーを効果的に振動エネルギーに変換できる上に、繊維状物質は壁内部に埋没している部分より壁面から気泡内に突出している部分が多くなるので、低周波側の吸音率を向上させることができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、発泡体の発泡層における連続気泡率が４５〜９０％であることにより、音波のエネルギーを吸音材内部に捕らえ、音波のエネルギーを外部に漏らしにくく効率よく振動エネルギーに変換することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、１５００〜２０００Ｈｚの周波数領域における厚み１０ｍｍ当たりの垂直入射吸音率が０．４以上であるので、特に低周波側の垂直入射吸音率が高く、また吸音材は１０ｍｍ以下の薄いものであってよく、複雑な形状の製品に対してもその曲面に対応して吸音材を変形し貼付けることができ、また狭い空間に対してもこれを挿入することが可能になる。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、上記のような効果を奏しかつ単純形状、同一厚さかつ大きな面積の吸音シートを製造することができる。
【００２６】
請求項８に係る発明によれば、上記のような効果を奏しかつ複雑な形状や３次元的な自由な曲面を有する吸音材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例を挙げる。
【００２８】
図１は、本発明に係る吸音材の構造を模式的に示すものである。本発明に係る吸音材(1) は、熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂(2) と、マトリックス樹脂(2) に対し非相溶であってかつマトリックス樹脂(2) 中に分散している繊維状物質(3) とからなる。繊維状物質(3) には、連続気泡性発泡体の連通路(4) 内に入っているものがあり、その端部が気泡壁面から気泡内に突出しているものもある。
【００２９】
発泡体は、発泡層とその外側に形成された非発泡の非常に薄いスキン層とからなる。発泡体の断面を観察し、スキン層の厚さを正確に把握した上でスキン層を数十μｍの精度で切削除去する。
【００３０】
製造例１
モンテル社製ポリプロピレン樹脂（グレード：ＰＦ８１４）８５重量部と、セルロース繊維（繊維径：１０μｍ、繊維長さ：０．１ｍｍ）１５重量部を混合し、発泡剤（永和化成社製化学発泡剤、グレード：ＥＥ２７５Ｆ）１０重量部を混入しながら、混合物を同樹脂の融点以上まで加熱した。得られた溶融混合物を固定型と可動型からなる金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって大気圧下で発泡成形した。その後、成形物を冷却固化させた。こうして、発泡層とその外側に形成された非発泡のスキン層とからなる厚み７ｍｍの吸音材を得た。スキン層を除去し発泡層だけを試験に供した。
【００３１】
製造例２
モンテル社製ポリプロピレン樹脂（グレード：ＰＦ８１４）の割合を６５重量部、セルロース繊維（繊維径：１０μｍ、繊維長さ：０．１ｍｍ）の割合を３５重量部に変えた意外、製造例１と同様の操作により、厚み７ｍｍの吸音材を得た。スキン層を除去し発泡層だけを試験に供した。
【００３２】
比較例１
比較のために、ポリプロピレン６５重量％とポリエステル３５重量％からなる樹脂混合物で形成された不織布（密度０．０３６ｇ／ｃｍ３  、厚み７ｍｍ）製の吸音材を用意した。
【００３３】
物性測定
製造例１および２で得られた吸音材または発泡層、比較例１の不織布について、下記の方法で吸音率、密度および連続気泡率の測定を行った。
【００３４】
ａ）吸音率
製造例１および２で得られた吸音材、比較例１の吸音材について、５００〜６５００Ｈｚの周波数領域における垂直入射吸音率を求めた。得られた結果を図２のグラフに示す。製造例１および２で得られた吸音材は、低周波域において厚み１０ｍｍ当たり０．４以上の吸音率を示し、優れた吸音特性が発現された。
【００３５】
ｂ）密度
製造例１および２で得られた発泡層（発泡体からスキン層を除いたもの）をメスシリンダー内の水中に沈めて、その体積(A) を測定し、また電子天秤を用いてその重量(M) を測定した。発泡層の密度は重量(M) を体積(A) で除することで求められる。製造例１および２で得られた発泡層の密度は、それぞれ０．１２８ｇ／ｃｍ３  、０．０８ｇ／ｃｍ３  であった。
【００３６】
ｃ）連続気泡率
上記と同様にして、発泡前の混合物の体積と重量からその密度を求めた。発泡前の混合物の密度をρとする。さらに、乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所社製）を用いて、発泡層の連続気泡の体積を排除した体積(B) つまり独立気泡を含む発泡層の体積を測定した。
【００３７】
以下の式により、独立気泡率を算出する。
【００３８】
独立気泡率（％）＝（体積B−重量M÷発泡前の発泡層密度ρ）／（体積A−重量M÷発泡前の発泡層密度ρ）
連続気泡率（％）＝１００−独立気泡率（％）
製造例１および２で得られた発泡層の連続気泡率は、それぞれ５０％、６５％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明に係る吸音材を概略的に示す説明図である。
【図２】図２は、吸音率と周波数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
(1) 吸音材
(2) マトリックス樹脂
(3) 繊維状物質
(4) 連通路
【図１】
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【図２】
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