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1. WO2001074624 - STRUCTURE D'ABSORPTION SONORE POUR SURFACE DE SOL

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[ JA ]
糸田 »

床面の吸音構造

技術分野

本発明は、例えば自動車や列車、航空機などの床面から室内に伝播する騒音を 効率的に低減することができる床面の吸音構造に関する。

背景技術

従来、例えば自動車や列車、航空機などの床面は、図 9に示すように、床面 F にフェルト層 2を設け、このフェルト層 2上面に遮音層】 3で裏打ちしたカーべ ット 3を敷設することで構成されていた。

そして、床面 Fから伝播した騒音は、まずフュルト層 2によって吸音され、こ のフェルト層 2を通過した音がカーぺット 3裏面の遮音層 1 3で遮断されるよう になっていた。

ところが、従来の床面 Fにおける吸音層としてのフェルト層 2は、その厚みが 厚いほど効果的に吸音できるものの、床面 Fのスペースの制限から 5 . O c mが 限度であり、それ以上厚くすることができないので、十分な吸音効果を確保する ことができなかった。

一方、カーベット 3裏面の遮音層 1 3は、重くすれば重くするほど遮音性能は 向上するのであるが、カーペット 3の重量化は、省エネルギー時代の中での車両 の軽量化、低燃費化の流れに似わないものであり、しかも重くすればするほど、 取り扱いが困難になり、運搬や床面への敷設作業に支障を来す恐れがある。 このような事情から、従来の車両床面には、十分な吸音対策がなされていない のが現状であった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、床面からの騒音を効率 的に低減することができる床面の吸音構造を提供することを目的とするものであ 発明の開示

本発明の床面の吸音構造(以下単に吸音構造という)は、吸音フィルムと、こ の吸音フィルム両面に積層一体化された多数の貫通孔を有する発泡シートとから なる吸音複合体を床面とカーぺットとの間に配置すると共に、前記吸音複合体と カーペットとの間に吸音層を設けたことを特徴とするものである。

図 1に示すように、この吸音構造は、床面 F上に配置した吸音複合体 1 0と、 この吸音複合体 1 0上面に設けた吸音層 2と、この吸音層 2上に敷設したカーぺ ット 3とで構成されている。

図 2及び図 3に示すように、吸音複合体 1 0は吸音フィルム 2 1 と発泡シート 2 2とからなる。吸音フィルム 2 1は、 2枚の発泡シート 2 1に挟まれて前記発 泡シート 2 1の貫通孔 2 3に位置する部分がフリ一の状態で貫通孔 2 3内に引張 されている。そして、この貫通孔 2 3内に張設された吸音フィルム 2 2が、音の 衝突によって振動し、この振動により音のエネルギーが摩擦熱として消費され、 音が低減される。

このような作用効果を有する吸音フィルム 2 2としては、音の衝突に敏感に反 応して振動できるものであれば、その素材や構造など特に限定されないが、より 好ましくは高分子材料に双極子モーメント量を増加させる活性成分を配合したフ イルムを挙げることができる。

以下、活性成分を配合した吸音フィルムについて説明する。本発明者は、吸音 フィルムについて、前述の振動による摩擦熱の発生、音のエネルギーの消費とい う吸音のメカニズムに加え、以下の如き吸音のメカニズムも働き、両者が協働し て音の低減化がなされることを提案している。

すなわち図 6に示すように、フィルム〗 1に音が衝突すると振動が発生する。 このとき、フィルム 1 1内部に存在する双極子 1 2に変位が生じる。双極子 1 2 に変位が生じるとは、フィルム 1 1内部における各双極子 1 2が回転したり、位 相がズレたりする二とをいう:

図 5に示すような音のエネルギーが加わる前のフィルム 1 1内部における双極 子 1 2の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、図 6に示すように、 フィルムに音の衝突によりエネルギーが加わることで、フィルム内部に存在する 双極子 1 2に変位が生じたとき、フィルム 1 1内部における各双極子 1 2は不安 定な状態に置かれることになり、各双極子 1 2は、図 5に示す安定な状態に戻ろ うとする。

このとき、エネルギーの消費が生じるのである。こうしたフィルム内部におけ る双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギー消費を通じて、吸音性能が 生じるものと考えられる。

このようなエネルギー消費のメカニズムを考えるとき、図 4及び図 5に示すよ うなフィルム 1 1内部における双極子モーメントの量が、吸音性能に大きく関与 していることが解る。本発明者らの実験によれば、フィルム 1 1内部における双 極子モーメント量は、その量が大きければ大きい程、そのフィルム 1 1の持つ吸 音性能は高くなることが解った。

高分子材料により構成されるフィルム内部の双極子モーメントの量は、高分子 材料の種類により様々に異なっている。またフィルムに同一の高分子材料を用い たとしても、音が加わったときの温度や音の周波数により、フィルム内部に生じ る双極子モーメントの量は変わる。またフィルムに加わる音のエネルギーの大小 によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、この吸音複合体を適用 するときの温度や、適用時に加わる音の周波数、エネルギーの大きさなどを考慮 して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となる高分子材料を選択して用い るのが望ましい。

吸音フィルムの素材として好ましい高分子材料としては、例えばポリ塩化ビニ ル、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン一酢酸ビニ ル共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、ポリイソプレン、 ポリスチレン、スチレン一ブタジエン一アクリロニトリル共重合体、スチレン— アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル一ブタジエンゴム(N B R ) 、ス チレン一ブタジエンゴム(S B R ) 、ブタジエンゴム(B R ) 、天然ゴム(N R) 、イソプレンゴム( I R ) などを挙げることができる。

尚、吸音フィルムを構成する高分子材料の選択に際しては、フィルム内部にお ける双極子モーメント量だけに限らず、当該吸音構造の適用形態に応じて、取り 扱い性、成形性、入手容易性、温度性能(耐熱性や耐寒性)、耐候性、価格など も考慮するのが望ましい。

この吸音フィルムは、このフィルムを構成する高分子材料に、フィルム内部に おける双極子モーメント量を飛躍的に増加させることができる活性成分が配合さ れている。活性成分とは、フィルム内部における双極子モーメントの量を飛躍的 に増加させる成分であり、当該活性成分そのものが双極子モ一メント量が大きい もの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成 分を配合することで、フィルム内部における双極子モーメント量を飛躍的に増加 させることができる成分をいう。

例えば所定の温度条件、音の周波数、エネルギーの大きさとしたときの、フィ ルム 1 1内部に生じる双極子モーメントの量が、二れに活性成分を配合すること で、図 7に示すように、同じ条件の下で 3倍と力〗 0倍とかいった量に増加す ることになるのである。これに伴って、前述のエネルギーが加わったときの双極 子の復元作用によるエネルギー消費量も飛躍的に増大することになり、予測を遥 かに超えた優れた吸音性能が生じることになる。

このような作用効果を導く活性成分としては、例えば N、 N—ジシクロへキシ ルベンゾチアジルー 2—スルフェンアミド(DCHB SA) 、 2—メルカブトべ ンゾチアゾール(MBT) 、ジベンゾチアジルスルフィド(MBTS) 、 N—シ ク口へキシルベンゾチアジルー 2—スルフェンァミド(C B S) 、 N— t e r t 一ブチルベンゾチアジルー 2—スルフェンアミド(B B S) 、 N—ォキシジェチ レンべンゾチアジルー 2—スルフェンアミド(OB S) 、 N、 N—ジイソブロピ ルベンゾチアジル— 2—スルフェンアミド(DPB S) などのベンゾチアジル基 を含む化合物の中から選ばれた 1種若しくは 2種以上、

ベンゼン環にァゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフ ェニル基が結合した 2— { 2' —ハイド口キシー 3' ― (3" , 4" , 5" , 6 " テトラハイドロフタリミデメチル)— 5' —メチルフエ二ル} 一べンゾトリア ゾール(2H PMMB) 、 2— 12' —ハイド口キシー 5' —メチルフエ二ル} —ベンゾトリアゾール(2HMPB) 、 2— I 2' 一ハイド口キシ一 3' - t -ブチルー 5' —メチルフエ二ル} 一 5—クロ口べンゾトリアゾール(2HBMP CB) 、 2 - { 2 ' —ハイド口キシ— 3' , 5' —ジー t一ブチルフエニル I 一 5 クロ口べンゾトリアゾール(2 H D B P C B ) などのべンゾトリアゾール基 を持つ化合物の中から選ばれた 1種若しくは 2種以上、

ェチルー 2 シァノ 3, 3ージ一フエ二ルァクリレ一トなどのジフエニルァ クリレート基を持つ化合物の中から選ばれた 1種若しくは 2種以上、

あるレヽは 2 ハイド口キシ一 4 メトキシベンゾフエノン(H M B P ) 、 2 -ハイドロキシー 4—メトキシベンゾフエノンー 5—スルフォニックァシド(H M B P S ) などのベンゾフエノン基を持つ化合物の中から選ばれた 1種若しくは 2 種以上を挙げることができる。

上述の活性成分の配合量としては、高分子材料 1 0 0重量部に対して 1 0〜3 0 0重量部の割合が好ましい。例えば活性成分の配合量が 1 0重量部を下回る場 合、双極子モーメン卜の量を増大させるという活性成分を配合したことによる十 分な効果が得られず、活性成分の配合量が 3 0 0重量部を上回る場合には、十分 に相溶しなかったりすることがある。

尚、高分子材料に含まれる活性成分を決定するに当たり、活性成分と高分子材 料との相溶し易さ、すなわち S P値を考慮し、その値の近いものを選択すると良 レ、。

活性成分における双極子モーメント量は、フィルム内部における双極子モーメ ント量と同様に活性成分の種類により様々に異なる。また、同一の活性成分を用 いたとしても、音のエネルギーが加わったときの温度により、フィルム内部に生 じる双極子モーメントの量も変わる:また、フィルムに加わる音のエネルギーの 大小によっても、双極子モーメントの量は変わる。このため、適用時の温度ゃェ ネルギ一の大きさを考慮して、そのとき最も大きな双極子モーメント量となる活 性成分を選択して用いるのが望ましい。

この吸音フィルムは、高分子材料及び活性成分、並びに必要に応じて腐食防止 剤や染料などを配合し、この配合物をフィルム状に成形することで得ることがで きる。尚、上記高分子材料及び活性成分などを配合し、この配合物をフィルム状 に成形するときの成形方法は従来公知の方法を用いることができる。

次に、発泡シ一ト 2 1について説明する。発泡シ一ト 2 1 としては、当該吸音 複合体 1 0の製造時、取り扱い時、あるいは使用時に加わる外力に対しても、容 易に折れ曲がったり、破損したりしないことは勿論のこと、十分なクッション性 を有するものが好ましい。具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化 ビュル、ポリ塩化ビニリデン、 A B S樹脂、ポリスチレン、エチレン一酢酸ビニ ル共重合体などの熱可塑性樹脂に、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニゥム、炭 酸アンモニゥム、アジド化合物などの化学発泡剤を添加して発泡させた独立気泡 構造を有する発泡樹脂シー卜が好ましい。中でもエチレン一酢酸ビニル共重合体 を用いた発泡樹脂シートがより好ましい。この発泡シー卜 2 1 の厚さとしては◦. 〜 1 . 0 c mの厚さが好ましレ、。

また発泡シート 2 1は多数の貫通孔 2 3を有しており、この貫通孔 2 3を音が 通過するときに貫通孔 2 3壁面に接触し、このとき音が摩擦熱として吸収される ようになつている。この貫通孔 2 3は、その直径の大小に従って当該貫通孔 2 3 の通過時に吸収される音の種類(周波数)が変化する。また、貫通孔 2 3の直径 の大小に従って前述した吸音フィルム 2 〗の貫通孔 2 3内に張設される部分の大 きさも変わるので、同吸音フィルム 2 1によって吸収される音の種類(周波数) も変わることになる。

本発明の発泡シート 2 ] の場合、貫通孔 2 3の直径を 0 . l 〜3 c mの範囲と した。この 0 . 1〜 3 c mという直径の範囲は、音を貫通孔 2 3の壁面および吸 音フィルム 2 1によって効果的に吸収できる範囲を特定したものであり、貫通孔 2 3の直径が範囲外の場合、十分な音の吸収が困難となる。また発泡シート 2 1 の貫通孔 2 3の開口率の大小によっても、吸収される音の種類(周波数)は変わ る。本発明の発泡シート 2 1の場合、貫通孔 2 3の開口率を 1 〜8 0 %の範囲と した。

また貫通孔 2 3は、図 4に示すように、発泡シート 2 1 a、 2 1 bの貫通孔 2 3 a、 2 3 bが厚み方向にテーパー状となっていると共に、吸音フィルム 2 2を 挟んで一の発泡シート 2 1 aから他の発泡シート 2 〗 bに向かって前記貫通孔 2 3 a、 2 3 bの孔径が次第に径小となるようにすることもできる。この場合、一 方向から伝播した音は、まず一の発泡シート 2 1 aに衝突し、テーバー状の貫通 孔 2 3 aを衝突しながら低減されつつ、さらに吸音複合体 1 0内側へと侵入し、 吸音複合体 1 0内部の吸音フィルム 2 2に衝突する, そして同吸音フィルム 2 2 の振動によって低減された後、他の発泡シート 2 1 bのさらに径小のテーパー状 貫通孔 2 3 bを衝突しながら低減されつつ通過するようになっている。このため、 より効率的な音の低減がなされるようになつている。

尚、図 2および図 3に示す形態は、発泡シート 2 1に大中小の 3種類の大きさ の円形の貫通孔 2 3 a 、 2 3 b 、 2 3 cが形成されていて、この発泡シート 2 1 で吸音フィルム 2 2を挟んで積層一体化したものである。

この形態の場合、吸音フィルム 2 2は、発泡シート 2 1の貫通孔 2 3 a 、 2 3 b 、 2 3 cに位置する部分が各貫通孔 2 3 a 、 2 3 b 、 2 3 cに張設され、フリ 一の状態となって振動するようになっている。このうち大きな貫通孔 2 3 aに張 設された吸音フィルム 2 2は、低い周波数の音を効率よく低減化し、中程度の貫 通孔 2 3 bに張設された吸音フィルム 2 2は、中音域の周波数領域の音を低減化 し、小さい孔 2 3 cに張設された吸音フィルム 2 2は高い周波数の音を低減化す るようになっている。

このように大きさの異なる貫通孔 2 3を発泡シート 2 〗に形成し、各貫通孔 2 3に吸音フィルム 2 2を張設することで、 1つの吸音複合体 2 0で、周波数の異 なる複数の音を効率よく吸収し、低減化することができるようになる。

尚、発泡シート 2 1の貫通孔 2 3の形状としては、〇、△、口など自由に選択 することができるが、中でも〇は吸音フィルム 2 2を張設するときに角などが生 じにくいことからより好ましレ、。

また、発泡シート 2 1 の各貫通孔 2 3の大きさおよび形状を同一として、貫通 孔 2 3に張設する吸音フィルム 2 2の引張強度を適宜変更することで、周波数の 異なる音に対応させることもできる。つまり発泡シート 2 1 の貫通孔 2 3に強く 吸音フィルム 2 2を張設したならば、高い周波数の音を吸収し低減化させること ができ、反対に貫通孔 2 3に緩く吸音フィルム 2 2を張設したならば、周波数の 低い音を拾いやすくなり、より効果的な音の低減化を計ることができる。

尚、吸音複合体は、厚みの薄い吸音フィルムと厚い吸音フィルムとそれらの中 間の厚みを有するフィルムとを用い、これら 3種類の厚みの異なる吸音フィルム の各両面に、多数の貫通孔を有する発泡シートに交互に配置して積層一体化した 形態を採ることもできる。この形態の場合、発泡シートの貫通孔間に張設された 厚みの異なる吸音フィルムが、様々な音を捉えて振動し、その低減化がなされる ようになっている。すなわち厚みの薄い吸音フィルムは高い音を捉えて低減化し、 厚い吸音フィルムは低い音を捉えて低減化し、それらの中間の厚さを有する吸音 フィルムは中間の音を低減化するようになっているのである。

尚、上記以外に、例えば図 2〜図 4に示すような吸音複合体を複数積層したり することもできる。

上述した吸音複合体 1 ◦が床面 F上に配置され、さらにこの吸音層 2上に裏面 (吸音層 2側面)に遮音層 1 3を有するカーペット 3が敷設され、本発明の吸音 構造が造り出されている。

吸音層 2は、グラスファイバーや石綿、プラスチック繊維などを繊維素材とす るフェルトゃ不織布といった嵩だかな繊維集合体よりなる層である。また、カー ぺット 3裏面の遮音層 1 3は、例えば塩化ビニル樹脂ゃァクリル樹脂などの高分 子材料に、マイ力鱗片、タルク、炭酸カルシウムなどの無機フィラーが充填され てなる層である。

図 1に示すように、車両床面 F上に吸音複合体 1 0、吸音層 2、そしてカーぺ ット 3を順に配置したとき、吸音複合体 1 0と遮音層 1 3 との間には、嵩だかな 繊維集合体よりなる吸音層 2が介在し、吸音複合体 1 0を通過した音がこの吸音 層 2を通過するときに、吸音層 2を構成する繊維と接触し、音のエネルギーが摩 擦熱として消費され、音が低減される。さらにこの吸音層 2を通過した音は、力 ーぺット 3裏面の遮音層 1 3に阻まれるようになっている。

また同時に前記吸音層 2を吸音複合体 1 0と力一^ c、ット 3との間に設けること によって、吸音複合体 1 0の吸音フィルム 2 1 と遮音層 1 3との間には空気層が 形成されることになる。吸音複合体 1 0の吸音フィルム 2 1は、前述の如く優れ た吸音性能を有しているが、その吸音される音の種類は、吸音フィルム 2 1 と遮 音層 1 3との間に形成される空気層の厚みによって大きく変化する。

つまり吸音フィルム 2 1 と遮音層 1 3との間に形成される空気層の厚みが厚く なればなるほど、低い周波数の音を吸音し、反対に空気層の厚みが薄くなればな るほど、高い周波数の音を吸音するようになる好ましくは空気層の厚み、換言 すれば、吸音層 2の厚みは 0 , 5〜 5 c mの範囲が望ましレ、。

空気層(吸音層 2 ) の厚みが 0 . 5 c mを下回る場合、人間が捉えることがで きないほどの極めて高い、高周波数の音を効果的に吸音するようになるので、騒 音対策としては意味をなさない。一方、空気層(吸音層 2 ) の厚みが 5 c mを上 回る場合には、低い周波数の音を効果的に吸音するようになるものの、床面のス ペースが狭くなってしまうという不具合が生じることになる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の吸音構造を示した拡大断面図。

図 2は、吸音複合体を示した組立斜視図。

図 3は、吸音複合体の拡大断面図。

図 4は、吸音複合体の別例を示す拡大断面図。

図 5は、フィルム内部における双極子を示した模式図。

図 6は、エネルギーが加わったときのフィルム内部における双極子の状態を示 した模式図

図 7は、活性成分が配合されたときのフィルム内部における双極子の状態を示 した模式図。

図 8は、比較として例示した床面の吸音構造を示す拡大断面図。

図 9は、従来の車両床面の吸音構造を示す拡大断面図。

図 1 0は、図 1、図 8及び図 9に示す吸音構造について評価した音の透過損失を 示すグラフ。

実施例

実施例

エチレン—酢酸ビニル共重合体(エバフレックス E V 2 6 0 三井デュポン ボリケミカル株式会社製)と、 D C H B S A (サンセラー D Z— G、三新化学ェ 業株式会社製)とを、 8 0 / 2 0の配合割合で配合し、この配合物を混練ロール 機に投入して混練し、その後プレス機で熱ブレスして吸音フィルム(厚さ 0 . 2 mm; 得/こ。

一方、エチレン一酢酸ビニル共重合体に発泡剤を添加して 1 0倍の倍率で発泡 成形した独立気泡構造を有する厚さ 0. 2 cmの発泡樹脂シートを作製した。次 いで、この発泡樹脂シートに直径 1 c mの貫通孔を 3 c mX 3 c mの間隔で形成 し発泡シートとした c

次いで、得られた吸音フィルムの両面に発泡シートを積層し、接着剤によって 各層一体化し、吸音複合体を得た。

この後、図 1に示すように、得られた吸音複合体 1 0を床面 F上に配置し、こ の吸音複合体 1 0上面に厚さ 0. 8 cmのフェルト層(吸音層 2) を設け、この フェルト層(吸音層 2) 上に裏面に遮音層 1 3を設けた力一ベット 3を敷設した c こうして造られ吸音構造について、 63 H z〜 1 KH zにおける透過損失(d B) を測定した。その結果を図 1 0に示した c

比較例 1

図 8に示すように、吸音複合体 1 0とフェルト層(吸音層 2) との位置を上下 逆にした以外は、実施例と同様にして吸音構造を造り、この吸音構造について、 63 H z〜 1 KH zにおける透過損失( d B) を測定した。その結果を図 1 0に 示した。

比較例 2

図 9に示すように、床面 Fにフェルト層 3を設け、このフェルト層(吸音層 2) 上面に遮音層 1 3で裏打ちしたカーペット 3を敷設した床面構造について、 63 H z〜 1 KH zにおける透過損失(d B) を測定したその結果を図 1 0に 示した。

図 1 0から、吸音複合体 1 0を用い、これをフェルト層(吸音層 2) を介して 床面に配置し、この吸音複合体 1 0上にカーぺット 3を敷設した比較例 1の床面 構造にあっては、従来の床面構造である比較例 2と比べたとき、各周波数毎の差 は高低の差があるものの、全体としては、その透過損失 d Bに大きな差がないこ とが確認された。

ところが、同じ吸音複合体 1 0を用いているが、この吸音複合体 1 0とカーべ ット 3との間にフュルト層(吸音層 2) (空気層)を設けた実施例に係る床面構 造にあっては、 7 50 H zを越える周波数領域で、前 2例との透過損失の差は著 しく、優れた吸音性能を有していることが確認された。