JPH09330086A - 吸音材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた吸音性を有し、特には１０００Ｈｚ以
下のような低周波の音を確実に吸音することができる吸
音材料を提供すること。 【解決手段】 吸音材料を構成する樹脂マトリックス１
１中に、前記樹脂マトリックス１１における双極子モー
メント量を増加させる活性成分を配合したものであるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アスファルト道路
（静音道路）などの用途に用いられる制振材料、吸音フ
ィルム、吸音繊維（ファイバー、ストランド）、吸音発
泡体、吸音紙、吸音成型体などの用途に用いられる吸音
材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸音材料としては、ロックウール
やグラスウール、連続気泡型発泡ポリウレタン成形物、
あるいはこれらの材料表面に膜材を貼り付けたものなど
が知られている。これらの吸音材料にあっては、音が繊
維表面または連続気泡内を衝突しながら通り抜ける際に
摩擦熱として消費することで、その減衰が計られるよう
になっていた。

【０００３】これら従来の吸音材料にあっては、繊維表
面または連続気泡内の表面抵抗を高めることで吸音性を
高めていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところがこれらの吸音
材料では、十分な吸音性を確保しようとしたとき、ある
程度の厚みを必要としていた。またこれらの吸音材料で
は、１０００Ｈｚ以下のような低周波の音を確実に吸音
するには、その厚みを厚くする必要があるが、現実には
限度があり、低周波の音については十分な対策がなされ
てはいなかった。

【０００５】本発明者は、吸音材料について、鋭意研究
を重ねた結果、吸音材料を構成する樹脂マトリックスに
おける双極子モーメント量が、吸音性に深い関係を持っ
ており、樹脂マトリックスにおける双極子モーメント量
を多くすることで、当該吸音材料の吸音性を大幅に向上
させることができることを見い出した。

【０００６】本発明は、上述の知見に基づくことで完成
されたものであり、優れた吸音性を有し、特には１００
０Ｈｚ以下のような低周波の音を確実に吸音することが
できる吸音材料を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、吸音材料を構成する樹脂マ
トリックス中に、前記樹脂マトリックスにおける双極子
モーメント量を増加させる活性成分を配合したものであ
ることを特徴とする吸音材料をその要旨とした。

【０００８】請求項２記載の発明は、活性成分が、メル
カプト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種以上であることを特徴とする吸音材料
をその要旨とした。

【０００９】請求項３記載の発明は、活性成分が、ベン
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種以上であることを特徴とする吸音材料をその
要旨とした。

【００１０】請求項４記載の発明は、活性成分が、下記
構造を有するフタル酸エステルの中から選ばれた１種若
しくは２種以上であることを特徴とする吸音材料をその
要旨とした。

【化２】 （尚、式中Ｒは、フェニル基、シクロヘキシル基、シク
ロペンチル基、シクロペプチル基、４−メチルシクロヘ
キシル基のいずれか、またはこれらの基のいずれか２種
である。）

【００１１】請求項５記載の発明は、周波数１１０Ｈｚ
における誘電損率が５０以上であることを特徴とする吸
音材料をその要旨とした。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の吸音材料について
詳しく説明する。本発明の吸音材料は、吸音フィルム、
吸音繊維（ファイバー、ストランド）、吸音発泡体、吸
音紙、吸音成型体などの用途に適用することができる材
料である。この吸音材料は、当該吸音材料を構成する樹
脂マトリックス中に、双極子モーメント量を増加させる
活性成分を配合したものである。

【００１３】樹脂マトリックスを構成する樹脂成分とし
ては、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、エチレン−酢ビ共重合体、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−ブタジエン−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−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタ
ジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然
ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの高分子材
料、これらをブレンドしたものなどを挙げることができ
る。中でもポリ塩化ビニルは、成形性がよく、安価であ
る点で好ましい。

【００１４】これらの樹脂成分により構成される樹脂マ
トリックスは、音のエネルギーが加わったとき、音が繊
維表面または連続気泡内を衝突しながら通り抜ける際に
摩擦熱として消費することで、その減衰が計られるよう
になっている。

【００１５】またこの樹脂マトリックスに音が衝突する
と振動が発生する。このとき、図２に示すように樹脂マ
トリックス１１内部の存在する双極子１２に変位が生じ
る。双極子１２に変位が生じるとは、樹脂マトリックス
１１内部における各双極子１２が回転したり、位相がズ
レれたりすることをいう。

【００１６】図１に示すような音のエネルギーが加わる
前の樹脂マトリックス１１内部における双極子１２の配
置状態は安定な状態にあると言える。ところが、図２に
示すように、樹脂マトリックスに音の衝突によりエネル
ギーが加わることで、樹脂マトリックス内部の存在する
双極子１２に変位が生じたとき、樹脂マトリックス１１
内部における各双極子１２は不安定な状態に置かれるこ
とになり、各双極子１２は、図１に示す安定な状態に戻
ろうとする。

【００１７】このとき、エネルギーの消費が生じるので
ある。こうした、樹脂マトリックス表面における摩擦熱
の発生と、樹脂マトリックス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とを通じ
て、吸音効果が生じるものと考えられる。

【００１８】このような吸音のメカニズムを考えると
き、従来の吸音材料のように樹脂マトリックスにおける
単位面積当たりの面抵抗と、図１及び図２に示すような
樹脂マトリックス１１内部における双極子モーメントの
量が、吸音性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、樹脂マトリックス１１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、その樹脂マトリックス１１の音のエネルギーを吸収
する性能（吸音性）は高くなることが解ったのである。

【００１９】上述した樹脂成分における双極子モーメン
トの量は、樹脂成分の種類により様々に異なっている。
また、樹脂マトリックスに同一の樹脂成分を用いたとし
ても、音が加わったときの温度や音の周波数により、樹
脂マトリックスに生じる双極子モーメントの量は変わ
る。また、樹脂マトリックス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、ある用途の吸音材料として適用するときの温度や
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樹脂成分を選択し
て用いるのが望ましい。

【００２０】ただ、樹脂マトリックスを構成する樹脂成
分の選択に際しては、樹脂マトリックスにおける双極子
モーメント量だけに限らず、当該吸音材料の適用される
用途や使用形態に応じて、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。

【００２１】本発明の吸音材料は、この樹脂マトリック
スを構成する樹脂成分に、樹脂マトリックスにおける双
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のである。活性成分とは、樹脂
マトリックス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
モー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、樹脂マトリックス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。

【００２２】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、樹脂マトリックス１１に
生じる双極子モーメントの量が、これに活性成分を配合
することで、図３に示すように、同じ条件の下で３倍と
か、１０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、これに材料表面の摩擦による吸音効
果も加わって、予測を遥かに超えた吸音効果が生じるこ
とになると考えられる。

【００２３】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−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−
２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプ
トベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスル
フィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジ
ル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−
ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢ
Ｓ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スル
フェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベン
ゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などの
メルカプトベンゾチアジル基を含む化合物、

【００２４】ベンゼン環にア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′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，
５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−
メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭ
Ｂ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニ
ル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′
−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェ
ニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣ
Ｂ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ
−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール
（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ
化合物、

【００２５】あるいは、下記構造を有するフタル酸エス
テルの中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げるこ
とができる。

【化３】 （尚、式中Ｒは、フェニル基、シクロヘキシル基、シク
ロペンチル基、シクロペプチル基、４−メチルシクロヘ
キシル基のいずれか、またはこれらの基のいずれか２種
である。）

【００２６】活性成分における双極子モーメント量は、
樹脂マトリックス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、樹脂マトリックスに生じる双極子モーメ
ントの量も変わる。また、樹脂マトリックスに加わる音
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、ある用途の吸音材料として適用す
るときの温度、エネルギー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。

【００２７】尚、樹脂マトリックスに配合する活性成分
を決定するに当たり、活性成分と樹脂マトリックスを構
成する樹脂成分との相溶し易さ、すなわちＳＰ値を考慮
し、その値の近いものを選択すると良い。

【００２８】本発明の吸音材料は、樹脂成分及び活性成
分、並びに必要に応じて腐食防止剤や染料などを配合す
ることで、または配合物をフィルム状、繊維状、あるい
はブロック状などに成形または紡糸することで得ること
ができる。尚、上記樹脂成分及び活性成分などを配合
し、この配合物をフィルム状、繊維状、あるいはブロッ
ク状などに成形または紡糸するときの成形方法または紡
糸方法は従来公知の方法を用いることができる。

【００２９】上記の如く、樹脂マトリックスに活性成分
が配合された吸音材料は、樹脂マトリックスにおける双
極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって優れた音
のエネルギーを吸収する性能（吸音性）を発揮するに至
るのであるが、この吸音材料における双極子モーメント
の量は、図４に示すＡ−Ｂ間における誘電率（ε′）の
差として表される。すなわち図４に示すＡ−Ｂ間におけ
る誘電率（ε′）の差が大きければ大きいほど、双極子
モーメントの量が大きいということになる。

【００３０】さて、図４は誘電率（ε′）と誘電損率
（ε″）との関係を示したグラフである。このグラフに
示すように、誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との間
には、誘電損率（ε″）＝誘電率（ε′）×誘電正接
（ｔａｎδ）といった関係が成り立っている。

【００３１】本発明者は、吸音材料についての研究を通
して、ここでいう誘電損率（ε″）が高ければ高いほ
ど、エネルギー吸収性能（吸音性）も高いということを
見い出したのである。

【００３２】この知見に基づいて、上述の吸音材料にお
ける誘電損率（ε″）を調べたところ、周波数１１０Ｈ
ｚにおける誘電損率が５０以上であるとき、当該吸音材
料は優れたエネルギー吸収性能（吸音性）を有している
ことが解った。

【００３３】

【実施例】図５〜図７は吸音材料を示し、図５は塩化ビ
ニル樹脂にＤＣＨＢＳＡを１００重量部添加し、１ｍｍ
の厚さにシート化した吸音シート３０であり、図６に
は、塩化ビニル樹脂にＤＣＨＢＳＡを１００重量部添加
したものを紡糸した吸音短繊維４１をシート内に含ませ
た吸音シート４０である。図７は、ＤＣＨＢＳＡを１０
０重量部添加した連続気泡型発泡ポリウレタン成形物５
０である。

【００３４】図８に示すものは、図５の吸音シート３０
を、従来より用いられているガラス繊維６１からなる吸
音材６０の内部に配置したものである。この場合、吸音
材６０の厚さを大幅に薄くすることができ、しかも従来
の吸音材では吸収できなかった５００ＨＺ以下の低周波
の音も確実に捕らえて吸収することができた。

【００３５】図９は、前記吸音短繊維４１を連続気泡型
発泡ポリウレタン成形物内部に含ませたものである。図
１０及び図１１は、前記吸音短繊維４１を構成繊維の一
部として抄造または織成した紙７０または織物８０であ
る。これらは優れた吸音性を有しており、壁材や床材と
してきわめて有用である。

【００３６】次に、下記表１に示す樹脂マトリックス中
に活性成分を配合した吸音材料と未配合の吸音材料とに
おける吸音性（吸音率）を調べた。

【００３７】

【００３８】上記各サンプルについて、ＢアンドＫ社製
垂直入射吸音率測定装置（ＪＩＳＮｏＡ１４０５に規
定）を用い、各々吸音率を測定した。その結果を図１２
（サンプル１）、図１３（サンプル２）、図１４（サン
プル３）及び図１５（サンプル４）に示した。尚、各サ
ンプルはφ２９、厚み２００μｍの大きさとし、各サン
プルの背後には２０ｍｍの空気層を設けた。

【００３９】図１２〜図１５から、ＰＶＣのみからなる
サンプル４の吸音率が、１０００ＨＺ〜４０００ＨＺの
間で０．１〜０．３の吸音率を示し、１０００ＨＺ以下
の低周波数域における吸音率は０．１を大きく下回り、
十分な吸音性、音のエネルギー吸収がなされていないこ
とが解る。また、活性成分を含まないサンプル３につい
ては、１０００ＨＺ〜２０００ＨＺの間で最大約０．５
の吸音率を示し、幾分吸音率の改善は見られるものの、
１０００ＨＺ以下では十分な吸音性、音のエネルギー吸
収がなされていないことが解る。

【００４０】これに対して、サンプル１及び２は約４０
０Ｈｚ〜１２００Ｈｚの範囲で０．３を超える吸音率を
示し、その最大値はサンプル１が０．９を上回る吸音率
を、サンプル２が０．８を上回る吸音率を示している点
が注目される。

【００４１】また、表１に示す各サンプルにおける力学
的ｔａｎδと図１２〜図１５の吸音率とを見たとき、力
学的ｔａｎδが大きいほど吸音率も大きいことが解る。

【００４２】

【発明の効果】本発明の吸音材料は、吸音材料を構成す
る樹脂マトリックス中に活性成分が配合されて、前記樹
脂マトリックスにおける音のエネルギーを消費する双極
子モーメント量が飛躍的に増加しており、予測を遥かに
超えた優れた音のエネルギー吸収性能（吸音性）が発揮
されるようになっている。特には１０００Ｈｚ以下のよ
うな低周波の音を確実に吸音することができるという利
点を有する。

【００４３】また、周波数１１０Ｈｚにおける誘電損率
が５０以上の吸音材料の場合には、従来の吸音材からは
予想できないほどの優れた音のエネルギー吸収性能（吸
音性）が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】樹脂マトリックスにおける双極子を示した模式
図。

【図２】振動エネルギーが加わったときの樹脂マトリッ
クスにおける双極子の状態を示した模式図。

【図３】活性成分が配合されたときの樹脂マトリックス
における双極子の状態を示した模式図。

【図４】樹脂マトリックスにおける誘電率（ε′）と誘
電損率（ε″）との関係を示したグラフ。

【図５】本発明の吸音材料よりなる吸音フィルムを示し
た模式図。

【図６】本発明の吸音材料よりなる吸音繊維を含む吸音
シートを示した模式図。

【図７】本発明の吸音材料を含む吸音発泡成形物を示し
た模式図。

【図８】本発明の吸音材料よりなる吸音シートを吸音材
内部に配置した状態を示す模式図。

【図９】本発明の吸音材料よりなる吸音繊維を含む連続
気泡型発泡ポリウレタン成形物を示す模式図。

【図１０】本発明の吸音材料よりなる吸音繊維を構成繊
維の一部として抄造した紙を示す模式図。

【図１１】本発明の吸音材料よりなる吸音繊維を構成繊
維の一部として織成した織物を示す模式図。

【図１２】サンプル４の各周波数における吸音率を示し
たグラフ。

【図１３】サンプル３の各周波数における吸音率を示し
たグラフ。

【図１４】サンプル２の各周波数における吸音率を示し
たグラフ。

【図１５】サンプル１の各周波数における吸音率を示し
たグラフ。

【符号の説明】 １１・・・樹脂マトリックス １２・・・双極子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸音材料を構成する樹脂マトリックス中
   に、前記樹脂マトリックスにおける双極子モーメント量
   を増加させる活性成分を配合したものであることを特徴
   とする吸音材料。
2. 【請求項２】 活性成分が、メルカプトベンゾチアジル
   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
   であることを特徴とする請求項１記載の吸音材料。
3. 【請求項３】 活性成分が、ベ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種以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の吸音材料。
4. 【請求項４】 活性成分が、下記構造を有するフタル酸
   エステルの中から選ばれた１種若しくは２種以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の吸音材料。 【化１】 （尚、式中Ｒは、フェニル基、シクロヘキシル基、シク
   ロペンチル基、シクロペプチル基、４−メチルシクロヘ
   キシル基のいずれか、またはこれらの基のいずれか２種
   である。）
5. 【請求項５】 周波数１１０Ｈｚにおける誘電損率が５
   ０以上であることを特徴とする請求項１、２、３または
   ４記載の吸音材料。