(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
かさ密度が０．１〜１ｇ／ｃｍ３ の無機質軽量骨材粒子の表面にバインダーを被覆し粒子同士を点状に結着してなる空隙率が５〜５０体積％の内層と、該内層の両面に位置し、かさ密度が１〜２ｇ／ｃｍ３ の無機質重量骨材粒子の表面にバインダーを被覆し粒子同士を点状に結着してなる空隙率が５〜５０体積％の外層とを積層一体化してなるサンドイッチ構造を有する吸音板。
【請求項２】
内層の厚さ１００に対し外層の合計厚さが１０〜１００である請求項１記載のサンドイッチ構造を有する吸音板。
【請求項３】
無機質軽量骨材粒子の粒子径が０．３〜３ｍｍのものが８０重量％以上であり、かつ無機質重量骨材粒子の粒子径が０．３〜３ｍｍのものが８０重量％以上である請求項１又は２記載のサンドイッチ構造を有する吸音板。
【請求項４】
バインダーを表面に被覆したかさ密度が１〜２ｇ／ｃｍ3 の無機質重量骨材粒子を散布し、次いでバインダーを表面に被覆したかさ密度が０．１〜１ｇ／ｃｍ3 の無機質軽量骨材粒子を散布し、更に上記無機質重量骨材粒子を散布し、得られた積層物を同時に熱圧一体成形することを特徴とするサンドイッチ構造を有する吸音板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンドイッチ構造を有する吸音板及びその製造方法に関し、さらに詳しくは住宅、音楽室、ホール、劇場、屋内プール、各種ビル、各種工場、機械廻り、鉄道、あるいは道路、トンネルなどに設置され、調音や騒音の低減を目的とする耐水性、耐候性に優れ、軽量かつ比強度の高い大判の吸音板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている吸音板としては、繊維系、セラミック焼結体系、金属焼結体系などがある。繊維系吸音板は、グラスウール、ロックウール等の無機繊維をフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂バインダーで結合したものであるが、手で押すと簡単に凹んだり、耐水性、耐久性や耐気流性に劣る。また、セラミック焼結体系、金属焼結体系吸音板は、連続空隙を有するセラミック粒子や金属粒子を５００〜１０００℃以上の高温で焼結固着して板状に形成したものであり、静圧強度は高いが衝撃にはもろく、製造工程の制約から大判を製造しにくい。そして、原材料費及び製造費が高価であるうえに焼結時のエネルギー消費が大きく、環境負担の大きい製品である。
【０００３】
また、軽量吸音板については、一般的なものとして軽量骨材をバインダーで固めた軽量板や、高密度不定形粒子と軽量骨材を均一に混合してバインダーで結合した軽量吸音板（特公平９−３０６７４号公報）が提案されているが、いずれも強度が低く、実用的ではなかった。
【０００４】
さらに、従来のバインダーによる粒子系吸音板は、単一層のもので機械的強度を確保するためには板厚を厚くしたり、あるいは特開平５−２７３９８４号公報には後工程で補強層を接着したものが提案されている。しかしながら、板厚を厚くするとコストアップと重量増を招き、補強材の後接着は板の反り暴れや工程の煩雑化などの問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、一つの吸音板において軽量化及び切削性向上のため、軽量骨材からなる内層の両面を重量骨材からなる高強度高硬度の外層でサンドイッチした構造を有し、高い吸音性能を有すると共に軽量大判で高強度の吸音板及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、かさ密度が０．１〜１ｇ／ｃｍ３ の無機質軽量骨材粒子の表面にバインダーを被覆し粒子同士を点状に結着してなる空隙率が５〜５０体積％の内層と、該内層の両面に位置し、かさ密度が１〜２ｇ／ｃｍ３ の無機質重量骨材粒子の表面にバインダーを被覆し粒子同士を点状に結着してなる空隙率が５〜５０体積％の外層を積層一体化してなるサンドイッチ構造を有する吸音板である。この吸音板において、内層の厚さ１００に対し外層の厚さが１０〜１００であることがよく、また軽量骨材の粒子径が０．３〜３ｍｍのものが８０重量％以上、重量骨材の粒子径が０．３〜３ｍｍのものが８０重量％以上であることがよい。
【０００７】
また、本発明は、バインダーを表面に被覆したかさ密度が１〜２ｇ／ｃｍ3 の無機質重量骨材粒子を散布し、次いでバインダーを表面に被覆したかさ密度が０．１〜１ｇ／ｃｍ3 の無機質軽量骨材粒子を散布し、更に上記無機質重量骨材粒子を散布し、得られた積層物を同時に熱圧一体成形することを特徴とするサンドイッチ構造を有する吸音板の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の吸音板の一例を模式的に示す断面図である。図１において、サンドイッチ構造を有する吸音板Ａは、軽量のバインダー被覆無機質軽量骨材層（内層）１の両面に、高密度、高強度のバインダー被覆無機質重量骨材層（外層）２を積層一体化して構成したものである。
【０００９】
吸音板Ａの内層１にはかさ密度が０．１〜１ｇ／ｃｍ3 、好ましくは０．１５〜０．８ｇ／ｃｍ3 の無機質軽量骨材粒子（軽量骨材ともいう）を用いる。軽量骨材のかさ密度が０．１ｇ／ｃｍ3 より小さいと成形する際に骨材が圧壊して強度が得られず、逆に１ｇ／ｃｍ3 を超えると軽量性が損なわれる。また、この軽量骨材は、粒子径が０．３〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍのものを８０重量％以上含むものであることがよい。粒子径０．３ｍｍ未満の細粒分が多くなると内層１が緻密化して吸音効果が低下する傾向があり、粒子径の粗粒分が多くなると空気流れ抵抗の減少により吸音性が低下すると共に成形板としての強度が低いものになる。このような軽量骨材としては、例えば黒曜石、真珠石、抗火石、シラス、頁岩、ガラス、セラミック等の各種発泡体などが挙げられる。これらの軽量骨材は単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【００１０】
高密度の外層２には、かさ密度が１〜２ｇ／ｃｍ3 、好ましくは１〜１．８ｇ／ｃｍ3 の無機質重量骨材粒子（重量骨材ともいう）を用いる。重量骨材のかさ密度が１ｇ／ｃｍ3 より小さいと所定の強度が得られず、逆に２ｇ／ｃｍ3 を超えると吸音板としての軽量性が損なわれる。また、この重量骨材は、軽量骨材と同様に、粒子径が０．３〜３ｍｍのものを８０重量％以上含むものであることがよく、好ましくは０．５〜２ｍｍのものが８０重量％以上であることがよい。これは、軽量骨材と同様な理由によるものである。このような重量骨材としては、例えば天然石、けい砂、セラミック粒子、陶磁器の破砕物、ガラス粒子などが挙げられる。これらの重量骨材は単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【００１１】
これらの軽量骨材及び重量骨材は、その粒子表面をバインダーで被覆したものを用いる。骨材粒子を被覆するのに用いるバインダーとしては、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化型アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂や、例えばケイ酸ソーダ、ポリリン酸等の無機系バインダーなどの１種又は２種以上が挙げられる。これらのバインダーの内、熱硬化性樹脂が好ましく、特にフェノール樹脂が好適である。このバインダーは未硬化であることが好ましく、最終的に積層物を熱圧一体成形する工程において、バインダーを加熱硬化させ各粒子間及び各層間を結着させることがよい。バインダー被覆骨材は、骨材粒子とバインダーをミキサー等の混合機で攪拌、混合することで製造することができる。このように、予めバインダーで骨材粒子を被覆することによって、バインダー量を減らして製造コストを低減できるのみならず、骨材の各粒子同士を点結着状態で強固に結合させて吸音板の強度が向上し、また空隙率を上げて吸音性能を向上させることができる。
【００１２】
骨材被覆用のバインダー使用量は、必要強度が得られかつ粒子間空隙をバインダーで埋めて吸音性能を阻害しないことを条件として決められるが、軽量骨材として例えばかさ密度０．５ｇ／ｃｍ3 のガラス焼成発泡体を用いた場合は、ガラス焼成発泡体粒子１００重量部に対しバインダーを３〜７重量部とすることがよい。また、重量骨材として例えばかさ密度１．６ｇ／ｃｍ3 の珪砂を用いた場合は、珪砂１００重量部に対しバインダーを１〜５重量部とすることがよい。
【００１３】
このような吸音板Ａの構成において、内層１及び外層２の空隙率は、それぞれ５〜５０体積％であることが必要である。この空隙率が５体積％を下回ると吸音板が緻密化し、吸音効果が低下する傾向にある。また、５０体積％を超えると空気流れ抵抗の減少により吸音性が低下するとともに成形板としての強度が低下する。
【００１４】
本発明の吸音板Ａの層構成は、軽量骨材からなる内層１の厚さが１００に対して重量骨材からなる各外層２の合計厚さが１０〜１００であることがよい。また、各外層２は対称形に近いことが好ましく、例えばフェノール樹脂被覆ガラス焼成発泡体を用いた場合の内層１の厚さが７ｍｍに対して、フェノール樹脂被覆珪砂からなる各外層２がそれぞれ１．５ｍｍずつの対称形とし、その外層厚さの合計は３ｍｍであることがよい。各外層２の合計厚さが内層１の１００に対して１０を下回ると外層の形成が不十分となり、補強効果が得られない。また、１００を超えると吸音板全体の重量が重くなり、軽量性が損なわれるとともに外層の引っ張り力によって内層との層間での剥離を生じるおそれがある。さらに、各外層の厚さが極端にアンバランスであると厚い層の引っ張り力が優り、板に反りを生じるおそれがある。
【００１５】
図２は、本発明の吸音板の別例を模式的に示す断面図である。この吸音板Ｂが先の例の吸音板Ａと異なるところは、繊維補強材にバインダーを含浸し、半硬化させることによりプリプレグ化した補強層材料を吸音板の上面付近及び下面に配し、これらを熱圧一体成形して繊維補強層３、３’を設けた点である。
【００１６】
吸音板Ｂは、バインダー含浸補強繊維層３’の上にバインダー被覆重量骨材からなる高密度層２''を設け、この上にバインダー被覆軽量骨材からなる内層１を形成し、さらにバインダー含浸補強繊維層３を配し、最上部となる面にバインダー被覆重量骨材からなる高密度層２’を設けたものである。これらの層は、それぞれの層のバインダーにより接着され一体化されて吸音板Ｂを形成している。なお、補強層の数及び配置は、上記説明に限定されるものではなく、例えば内層１の中央部あるいは最下層の高密度層だけに単一補強層を設けてもよい。
【００１７】
また、繊維補強材としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等の無機質繊維や、例えばポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリル繊維、ビニロン、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等の合成繊維や、例えば木綿、麻、羊毛等の天然繊維などが挙げられるが、耐熱性と強度の観点から無機質繊維が好ましい。この繊維は、チョップドストランド、一方向配列繊維シート、織布、不織布など任意の形状のものを用いることができる。
【００１８】
繊維補強材に含浸するバインダーは、前記の骨材粒子を被覆するのに用いたバインダーと同じものを用いることがよい。バインダーの含浸量は、繊維同士を浸潤し、繊維表面にわずかに染み出す程度であればよく、ガラス繊維織物を用いた場合、バインダー量は繊維１００重量部に対し２０〜１００重量部がよい。
【００１９】
【実施例】
実施例１
原料として、粒子径０．５〜２ｍｍの範囲のものが８５重量％の珪砂（かさ密度１．６ｇ／ｃｍ3 ）、ガラス粉造粒発泡体（（株）サンライト製、商品名Ｇライト、かさ密度０．４５ｇ／ｃｍ3 ）をそれぞれ未硬化ノボラック型フェノール樹脂と攪拌混合し、樹脂量が２重量％のフェノール樹脂被覆珪砂及び樹脂量が５重量％のフェノール樹脂被覆ガラス粉造粒発泡体を用いた。まず、成形用金属板の表面に離型剤を塗布し、フェノール樹脂被覆珪砂を１０００ｍｍ×１０００ｍｍの面積に２．５Ｋｇを散布した。次に、この上にフェノール樹脂被覆ガラス粉体造粒発泡体を３．６Ｋｇを散布し積層した。さらに、この積層物にフェノール樹脂被覆珪砂を２．５Ｋｇを散布し三層構造の積層マットを得た。このマットに離型剤を塗布した成形用金属板を被せ、ホットプレスに入れて１６０℃、２ＭＰａ、１０分間の条件で熱圧成形した。このようにして作製した高密度外層−軽量内層−高密度外層のサンドイッチ構造の吸音板は、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ、厚さ１０ｍｍであり、その空隙率は外層で２７．５体積％、内層で約３６体積％であり、吸音板全体の平均空隙率は約３３．５体積％であった。
【００２０】
実施例２
実施例１と同様な原料と条件で成形するにあたり、吸音板の上下層にガラスクロスプリプレグを一体成形し、板材の強度及び剛性を高めた。このガラスクロスプリプレグは、開口率２３面積％のガラスクロス（安全基材（株）製、商品名ＥＭ−９０、１４０ｇ／ｍ2 ）に半硬化のフェノール樹脂を含浸したものである。まず、離型剤を塗布した成形用金属板に、１０００×１０００ｍｍに予めカットしたガラスクロスプリプレグを敷き、この上にフェノール樹脂被覆珪砂を２．５Ｋｇ散布した。次に、この上にフェノール樹脂被覆ガラス粉体造粒発泡体を３．６Ｋｇを散布積層した。さらに、この積層物にガラスクロスプリプレグを載せ、最後にフェノール樹脂で被覆された珪砂を２．５Ｋｇを散布して三層構造の積層マットを得た。このマットに離型剤を塗布した成形用金属板を被せ、ホットプレスに入れて１６０℃、２ＭＰａ、１０分間の条件で熱圧成形した。このようにして作製した補強層−高密度層−軽量内層−補強層−高密度外層の複層サンドイッチ構造の吸音板は厚さ１０ｍｍであり、その全体の平均空隙率は３３．５体積％であった。
【００２１】
比較例１
実施例１で用いたフェノール樹脂被覆珪砂５Ｋｇとフェノール樹脂被覆ガラス粉体造粒発泡体を３．６Ｋｇをドラムブレンダーで１０分間混ぜ、この混合物を離型剤を塗布した成形用金属板上に１０００ｍｍ×１０００ｍｍの面積に散布した。得られた混合マットに離型剤を塗布した成形用金属板を被せ、ホットプレスに入れて１６０℃、２ＭＰａ、１０分間の条件で熱圧成形した。このようにして作製した吸音板は厚さ９ｍｍであり、その全体の平均空隙率は３０体積％であった。ただし、原料の比重差により不均一で吸音板内では比重の高い珪砂が下部に偏析し、下側凹の反りを生じた。
【００２２】
比較例２
実施例１で用いたフェノール樹脂被覆珪砂１７Ｋｇを離型剤を塗布した成形用金属板上に１０００ｍｍ×１０００ｍｍの面積に散布した。得られたマットに成形用金属板を被せ、ホットプレスに入れて１６０℃、２ＭＰａ、１０分間の条件で熱圧成形した。このようにして作製した吸音板は厚さ１０ｍｍであり、その全体の平均空隙率は２６体積％であった。
【００２３】
比較例３
実施例１で用いたフェノール樹脂被覆ガラス粉造粒発泡体を５．４Ｋｇを離型剤を塗布した成形用金属板上に１０００ｍｍ×１０００ｍｍの面積に散布した。得られたマットに成形用金属板を被せ、ホットプレスに入れて１６０℃、２ＭＰａ、１０分間の条件で熱圧成形した。このようにして作製した吸音板は厚さ１０ｍｍであり、その全体の平均空隙率は３３体積％であった。
【００２４】
実施例１、２及び比較例１〜３によって得られたそれぞれ吸音板１〜５について、それぞれ厚さ、かさ比重、平面度、３点曲げ強度、弾性率、耐衝撃性及び垂直入射吸音率を測定した。なお、かさ比重はＪＩＳ  Ａ５９０８に準拠して行い、平面度は１０００×１０００ｍｍの吸音板の下側中央凹部の深さを測定し、３点曲げ試験及び弾性率はＪＩＳＡ  １４０８に準拠して行った。試験体寸法は３０×２００ｍｍとし、試験体の金型面すなわち積層順の下面側を下にしてスパン１８０ｍｍの条件で行った。耐衝撃性はＪＩＳＡ  １４０８に準拠して行った。試験体寸法は５００×５００ｍｍとし、試験体を砂の上に支持し、中央部に５００ｇのなす型錘を所定の高さから自由落下させ衝撃を加えて、状態を観察した。吸音率はＪＩＳＡ１４０５に準拠して管内法による垂直入射吸音率（背後空気層５０ｍｍ）を測定した。試験結果を表１に、垂直入射吸音率を図２に示す。
【００２５】
【表１】
0003813020.tif 000002
【００２６】
表１の結果から、サンドイッチ構造とした吸音板１及び２は、かさ比重に対する強度（比強度）が単独層吸音板３〜５に比べて高いことが認められた。すなわち、軽量性と強度のバランスがとれた板状吸音体が得られた。特に、無機質繊維で補強した吸音板２は耐衝撃性を含め優れた吸音特性を示した。また、板の形状も吸音板１及び２はほぼフラットな面であるのに対して珪砂とガラス粉造粒発泡体の混合単独層吸音板３は均一層が形成できずに高比重の珪砂が下側に偏析して下に大きな反りが生じ、実用不向きな板であった。また、吸音板４は重量平方メートルあたり１７Ｋｇとサンドイッチ型の約２倍と重く、吸音板５は軽量ではあるものの強度が低く、実用的ではなかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のサンドイッチ構造を有する吸音板は、軽量で高い吸音性能を有し、形状の安性に優れ、曲げ強度が高く、しかもその製造コストが低廉でかつ大判の吸音板を効率的に製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサンドイッチ構造を有する吸音板の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のサンドイッチ構造を有する吸音板の構成の別例を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例及び比較例の吸音板の垂直入射吸音率を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ    ：  吸音板
１        ：  バインダー被覆軽量骨材層（内層）
２        ：  バインダー被覆重量骨材層（外層）
２’、２''：  バインダー被覆重量骨材層（表面層）
３  、３’：  バインダー含浸補強繊維層（補強層）
【図１】
0003813020.tif 000003
【図２】
0003813020.tif 000004
【図３】
0003813020.tif 000005