KR101709353B1 - 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물 - Google Patents

메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물 Download PDF

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Abstract

제1 미세천공된 필름, 메시 층 및 제2 미세천공된 필름을 이러한 순서로 배치된 상태로 포함하는 다층 흡음 구조물이 제공된다.

Description

메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물{MULTILAYER SOUND ABSORBING STRUCTURE COMPRISING MESH LAYER}
본 발명은 제1 미세천공된 필름(microperforated film), 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층(mesh layer)을 포함하는 다층 흡음 구조물(multilayer sound absorbing structure)에 관한 것이다.
다양한 종류의 흡음재(sound absorber)가 음향을 흡수하기 위해 다수의 상이한 분야들에서 사용된다. 예를 들어, 흡음재는 전기 및 전자 장비에 흔히 사용된다. 그러한 장비의 크기 감소 및 비용 절감이 지속적으로 강조됨에 따라, 얇고 가요성인 흡음재가 바람직하다. 전기 및 전자 장비의 경우, 전자기 차폐 특성이 또한 바람직할 수 있다.
따라서, 넓은 범위의 주파수에서 음향을 흡수할 수 있고 (배면 공기 공간(backing airspace)을 포함함에도) 얇으며 전자기 차폐 특성을 가질 수 있는 흡음재를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 제1 미세천공된 필름, 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물을 제공한다. 다층 흡음 구조물은 비교적 얇을 수 있으며(예를 들어, 약 50 마이크로미터 내지 1500 마이크로미터 또는 약 80 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 총 두께를 가질 수 있음); 비교적 얇은(예를 들어, 약 1 ㎜ 내지 약 20 ㎜ 또는 약 1 ㎜ 내지 약 10 ㎜) 배면 공기 공간의 사용을 허용할 수 있다. 다층 흡음 구조물은 다양한 주파수에서 효과적인 흡음력을 제공할 수 있다. 또한, 소정 실시예에서, 본 발명의 다층 흡음 구조물은 향상된 전자기 차폐 특성을 가질 수 있다. 다층 흡음 구조물은 다양한 종류의 전기 및 전자 장비 등에서 흔히 발견되는 것과 같은 비교적 제한된 또는 좁은 공간에서 사용될 수 있다.
따라서, 일 태양에서, 관통 미세 보어를 포함하는 제1 미세천공된 필름, 관통 미세 보어를 포함하는 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물이 본 명세서에 개시된다.
또한, 관통 미세 보어를 포함하는 제1 미세천공된 필름, 관통 미세 보어를 포함하는 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물을 제공하는 단계; 및 다층 흡음 구조물을 음원(acoustic source)과 음향 반사 표면(sound-reflecting surface) 사이에 위치시키되, 배면 공기 공간이 다층 흡음 구조물과 음향 반사 표면 사이에 있도록 위치시키는 단계를 포함하는 흡음 방법이 본 명세서에 개시된다.
또한, 음향 반사 표면; 및 음향 반사 표면 부근에 배치되는, 관통 미세 보어를 포함하는 제1 미세천공된 필름, 관통 미세 보어를 포함하는 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물 - 배면 공기 공간이 다층 흡음 구조물과 음향 반사 표면 사이에 있음 - 을 포함하는 흡음재가 본 명세서에 개시된다.
본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 예시된 실시예 또는 모든 구현예를 기술하고자 하는 것은 아니다. 이하의 도면들과 상세한 설명은 이들 실시예를 더욱 상세하게 예시한다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 다층 흡음 구조물의 일 실시예의 단면도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 다층 흡음 구조물의 다른 실시예의 단면도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 다층 흡음 구조물의 일 실시예의 상부 절결도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 다층 흡음 구조물의 다른 실시예의 단면도.
<도 5>
도 5는 다양한 배면 공기 공간(간극) 두께를 갖는 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프.
<도 6>
도 6은 다층 흡음 구조물 및 2개의 미세천공된 필름 층의 조합의 흡음률의 그래프.
<도 7>
도 7은 다양한 메시 크기를 가진 메시 층을 구비한 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프.
<도 8a 및 도 8b>
도 8a 및 도 8b는 다양한 종류의 재료의 제1 및 제2 미세천공된 필름 층을 구비한 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프.
<도 9>
도 9는 다양한 두께의 제1 및 제2 미세천공된 필름 층을 구비한 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프.
<도 10>
도 10은 다양한 재료의 메시 층을 구비한 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프.
<도 11>
도 11은 다양한 라미네이션 방법에 의해 조립된 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프.
<도 12>
도 12는 다양한 금속 메시의 전자기 차폐 특성을 도시하는 그래프.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태로 용이하게 개조될 수 있지만, 본 발명의 상세 사항은 도면에 예로서 도시되었고 상세히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명을 기술되는 특정 실시예로 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 이와 반대로, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변형, 균등물 및 대안을 포함하고자 한다.
도 1은 본 발명의 다층 흡음 구조물의 일 실시예의 단면도이다. 이러한 실시예에서, 다층 흡음 구조물(100)은 제1 미세천공된 필름(102), 제2 미세천공된 필름(106), 및 제1 미세천공된 필름(102)과 제2 미세천공된 필름(106) 사이에 개재되는 메시 층(104)을 포함한다. 제1 미세천공된 필름(102)은, 제1 패턴으로 존재하고 필름(102)을 완전하게 통과하는 관통 미세 보어(108)를 포함한다. 제2 미세천공된 필름(106)은, 제2 패턴으로 존재하고 필름(106)을 완전하게 통과하는 관통 미세 보어(110)를 포함한다. 일 실시예에서, 관통 미세 보어(108, 110)는 약 10 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터의 직경 범위를 갖는다. 다양한 실시예에서, 관통 미세 보어(108, 110)는 약 77,500개 보어/제곱미터 내지 약 6,200,000개 보어/제곱미터; 또는 약 620,000개 보어/제곱미터 내지 약 3,100,000개 보어/제곱미터의 밀도로 존재한다. 일 실시예에서, 제1 미세천공된 필름(102) 및 제2 미세천공된 필름(106)은 각각 (JIS-L-1906에 약술된 바와 같은 절차를 사용하여 토요 세이키 세이사쿠쇼, 엘티디.(Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd)로부터 입수가능한 걸리 타입 덴소미터(GURLEY TYPE DENSOMETER)를 사용하여 측정할 때) 약 0.1초/100 cc 내지 약 300초/100 cc의 공기 투과율(air permeability)을 포함한다. 걸리(Gurley) 방법의 공기 투과율 값은 100 cc의 공기가 필름을 통과하는 데 걸리는 시간(초/100 cc)을 나타낸다.
각각의 필름 내의 관통 미세 보어는 원형이거나 비원형(예를 들어, 난형(oval), 슬릿형(slit), 정사각형 등)일 수 있으며, 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 비원형이거나 불규칙적인 형상의 미세 보어의 경우, "직경"이라는 용어는 비원형 형상의 미세 보어의 개방부와 동일한 면적을 갖는 원형 개방부의 직경을 말한다. 미세 보어는 또한 크기가 변할 수 있다. 이러한 경우, 직경은 필름 내의 미세 보어의 총 개수의 평균 직경을 말한다. 제1 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어의 직경 및 간격은 본 명세서에서 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어의 직경 및 간격과 동일하거나 상이할 수 있다.
제1 미세천공된 필름(102) 및/또는 제2 미세천공된 필름(106)은 가요성을 가진 수지 필름을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 예시적인 중합체 재료는 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN); 폴리카르보네이트; 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌; 폴리비닐 수지, 예컨대 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드 또는 폴리비닐 아세탈; 셀룰로오스 에스테르 수지, 예컨대 셀룰로오스 트라이아세테이트 또는 셀룰로오스 아세테이트를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 제1 및 제2 미세천공된 필름(102, 106)의 두께는 동일하거나 상이할 수 있으며, 일 실시예에서 두께가 각각 약 10 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터이다. 필름의 단위면적당 중량은 제한되지 않지만, 약 5 그램/제곱미터 내지 약 500 그램/제곱미터일 수 있다.
메시 층은 중합체 재료 또는 금속으로 구성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 예시적인 중합체 재료는 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN); 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌; 나일론, 예컨대 나일론 6 또는 나일론 6,6; 또는 플루오로중합체, 예컨대 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 예시적인 금속은 구리, 알루미늄, 철, 주석, 티타늄, 니켈, 납, 아연, 은, 금 및 이들의 혼합물, 블렌드 및/또는 합금을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 유용할 수 있는 특정한 합금은, 예를 들어 황동, 청동, 스테인레스강, 베릴륨 구리 또는 인청동을 포함한다.
메시 층의 두께는 제한되지는 않지만, 일 실시예에서 약 30 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터일 수 있다. 필름의 단위면적당 중량은 제한되지는 않지만, 일 실시예에서 약 5 그램/제곱미터 내지 약 1500 그램/제곱미터일 수 있다.
본 출원에 사용되는 바와 같이, "메시"라는 용어는 매트릭스 또는 네트워크의 형태인 일 세트의 부재(예를 들어, 섬유, 코드(cord), 스레드(thread), 스트립(strip), 리본(ribbon), 스트럿(strut) 등)를 의미한다. 그러한 메시는, 예를 들어 이미 존재하는 섬유를 취하여 이들을 함께 편직(knitting), 직조(weaving), 레이싱(lacing), 인탱글링(entangling), 및/또는 글루잉(gluing)함으로써 형성될 수 있다. 또는, 그러한 메시는, 예를 들어 전구체 재료를 제공하고 (이미 존재하는 개별 섬유로부터 조립되는 메시보다는) 직접 네트워크(예를 들어, 망상 중합체 네팅(reticulated polymer netting))를 형성하도록 성형, 중합, 가교결합 등을 함으로써 형성될 수 있다. 금속 메시의 특정한 경우에서, 금속 메시는 또한 소위 확장된 금속 구조물을 포함할 수 있다. 형성 방법과 무관하게, 그러한 메시 층은 전형적으로 제3 치수(두께)보다 실질적으로 큰 2가지 치수(예를 들어, 길이 및 폭)을 갖는 구조물을 포함하며, 자립형 웨브(free standing web)로서 취급되기에(권취(rolled up), 라미네이팅(laminated) 등) 충분한 물리적 강도 및 완전성을 갖는다.
일 실시예에서, 메시 층은 메시 층의 두께를 통해 완전하게 연장하는 메시 개방부(105)를 포함한다. 메시 개방부(105)들은 크기 및/또는 형상이 균일하거나 그렇지 않을 수 있으며, 원형이거나 그렇지 않을 수 있다. 몇몇 경우에, 메시 개방부들은 (예를 들어, 이들이 대체로 수직하게 배향된 직조 스레드들 또는 부재들에 의해 한정되는 경우) 정사각형일 수 있다. 몇몇 경우에, 메시 개방부들은 불규칙적이고 그리고/또는 형상 및/또는 크기가 가변적일 수 있다.
메시 개방부(105)의 평균 직경은 약 0.001 ㎜ 내지 약 30 ㎜ 또는 약 0.02 ㎜ 내지 약 20 ㎜를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다(여기서, 직경이라는 용어는 실제 메시 개방부의 면적과 동등한 면적을 갖는 원형 개방부의 직경을 말함). 몇몇 경우에, 특히 대체로 정사각형 또는 대체로 직사각형인 메시 개방부들과 관련하여, 메시 개방부는 (본 명세서에 설명된 소정의 메시에 대해 특징지어지는 바와 같이) 개방부의 하나의 또는 양 주축(장축)을 가로지르는 거리에 의해 특징지어질 수 있다. 그러한 경우, 평균(등가) 직경이 물론 여전히 계산될 수 있다.
그러한 메시는 또한 메시를 구성하는 섬유(예를 들어, 중합체 섬유, 직조 텍스타일 등의 경우에 스레드; 또는 금속 메시의 경우에는 와이어)의 (평균) 단면 치수에 관하여 특징지어질 수 있다. 그러한 섬유는 단면이 비교적 균일할 수 있으며(예를 들어, 원형, 정사각형 등), 이 경우 단일 파라미터(예를 들어, 원형 단면의 섬유의 경우에 섬유 직경)가 메시 섬유를 특징짓는 데 충분할 수 있다. 또는, 그러한 섬유는 단면이 불균일 할 수 있다(예를 들어, 난형, 타원형, 또는 직사각형). 그러한 경우에, 이러한 섬유는 장(long) 단면 치수 및 단(short) 단면 치수에 의해 특징지어질 수 있다. 본 발명에 사용되는 섬유의 평균 단면 치수는 약 20 마이크로미터 내지 약 2 ㎜를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
미세천공된 필름과 메시 층의 조합에 의해, 우수한 흡음력이 비교적 얇은 구성에 의해 및/또는 비교적 얇은 배면 공기 공간의 사용에 의해서도 달성될 수 있다. 이론 또는 메커니즘에 의해 제한되고자 함이 없지만, 본 발명의 다층 흡음 구조물은, 예를 들어 필름의 멤브레인 진동에 의해, 관통 미세 보어 내에서의 공기의 마찰에 의해, 또는 이들 메커니즘의 조합에 의해 음향을 흡수할 수 있다. 또한, 향상된 전자기 차폐 특성은 메시 층이 금속 재료를 포함할 때 달성될 수 있다.
다층 흡음 구조물(100)의 층들은 임의의 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 필름은 관통 미세 보어를 형성하기 위한 니들(needle)을 가진 롤에 의해 니들 펀칭(needle punching)함으로써 미세천공될 수 있다. 필요할 경우, 닙(nip) 롤(백업 롤)이 이러한 니들 펀칭에 사용될 수 있다. 관통 미세 보어의 천공을 위해, 다양한 종류의 니들이 사용될 수 있으며, 다양한 종류의 미세 관통 보어의 형상이 앞서 언급된 바와 같이 달성되고 사용될 수 있다. 제2 필름은 제1 필름에 대해 언급된 바와 동일한 방식으로 미세천공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 제1 미세천공된 필름, 메시 층 및 제2 미세천공된 필름은 이러한 순서(즉, 메시 층이 2개의 미세천공된 필름들 사이에 개재되는 상태)로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 이들은 메시 층의 적어도 일부분이 제1 및 제2 미세천공된 필름의 일부분과 접촉하도록 위치된다. 특정 실시예에서, 이들은 메시 층의 단지 일부분만이 제1 및 제2 미세천공된 필름과 접촉하도록 위치된다. 그러한 구성은 (제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에, 그의 메시 개방부와 함께 메시가 존재함으로 인해 제공되는 공기 간극에 더하여) 적어도 소정 위치에서 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 추가의 공기 간극이 존재하게 할 수 있다. 그러한 추가의 공기 간극은 흡음력을 추가로 개선시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 미세천공된 필름과 메시 층은 건조 라미네이션(dry lamination), 접착(adhesion), 스테이플링(stapling) 또는 스티칭(stitching)과 같은 임의의 공지된 라미네이션 방법에 의해 라미네이팅됨으로써 함께 배치(예를 들어, 부착)된다. 건조 라미네이션의 경우, 열 라미네이션 또는 (실온에서의) 가열 없는 라미네이션이 사용될 수 있다. 접착의 경우, 예를 들어 감압 접착제, 고온 용융 접착제, 접합제 또는 접합 테이프에 의한 글루잉이 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 예를 들어 단지 이산된 위치들에 접착제를 적용함으로써 스폿(spot) 또는 점 접합이 사용된다. 단지 선택된 위치들에서의 건조 라미네이션에 의해, 또는 스폿 글루잉, 스테이플링, 스티칭 등에 의해 달성되는 바와 같은 그러한 점 접합 또는 부착은 유리하게는 적어도 소정의 위치에서 제1 및/또는 제2 미세천공된 필름의 적어도 일부분과 메시 층 사이에 추가의 공기 간극이 존재하게 할 수 있다. 그러한 추가의 공기 간극은 흡음력을 추가로 개선시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 소정 실시예에서, 제1 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어의 패턴은 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어의 패턴과 상이할 수 있다. 따라서, 2개의 그러한 미세천공된 필름이 메시 층의 대향하는 표면들에 인접하게 배치되어 도 1의 개재 구조를 형성할 때, 제1 및 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어들은 모두가 서로 정렬되지는 않을 것이다. 즉, 제1 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어들 중 일부가 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어들과 중첩 관계로 있을 수 있지만, 제1 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어들 중 적어도 일부는 제2 미세천공된 필름의 중실 부분(즉, 관통 미세 보어를 포함하지 않는 부분)과 중첩 관계로 있게 될 것이다. 또한, 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어들 중 적어도 일부는 제1 미세천공된 필름의 중실 부분과 중첩 관계로 있을 수 있다.
제1 미세천공된 필름의 관통 보어와 제2 미세천공된 필름의 관통 보어가 비-정렬 패턴을 포함한다는 용어로 본 명세서에 정의된 이러한 유형의 배열은 정렬된 패턴을 수반하는 배열과는 구별된다. 정렬된 패턴(이하 추가로 설명됨)은, 예를 들어 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름을 (예컨대, 이들 사이의 메시 층이 있는 상태로) 함께 배치하고 이어서 두 필름을 단일 작업으로(예를 들어, 두 필름을 니들 펀칭함으로써) 미세천공함으로써 달성될 수 있는데, 이 경우 제1 미세천공된 필름 내의 모든 관통 미세 보어가 반드시 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어와 정렬된다.
이러한 비-정렬 패턴에 있어서, 다른 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어와 정렬되는 각각의 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어의 수, 정렬된 관통 미세 보어의 위치, 및 하나의 필름 상의 개별 관통 미세 보어가 다른 필름 상의 관통 미세 보어와 중첩되는 정도는 물론 2개의 상이한 필름의 정확한 미세천공 패턴 및/또는 메시 층(104)의 대향하는 면들 상에 이들을 배치시킬 때의 서로에 대한 2개 필름의 배치에 좌우될 것이다. 소정 실시예에서, 어떠한 관통 미세 보어(108)도 관통 미세 보어(110)와 정렬되지 않을 수 있다.
또한, 다른 실시예에서, 제1 및 제2 미세천공된 필름이 동일한 미세천공 패턴을 포함하는 경우에도, 제1 미세천공된 필름의 관통 미세 보어가 제2 미세천공된 필름의 관통 미세 보어와 정렬되지 않도록 2개의 필름을 메시 층의 대향하는 면들 상에 배치함으로써 비-정렬 패턴이 달성될 수 있음에 주목한다.
도 2는 본 발명의 다층 흡음 구조물의 다른 실시예의 단면도이다. 이러한 실시예에서, 다층 흡음 구조물(200)은 관통 미세 보어(208)를 가진 제1 미세천공된 필름(202), 메시 개방부(205)를 포함하는 메시 층(204), 및 관통 미세 보어(209)를 가진 제2 미세천공된 필름(206)을 이러한 순서로 배치된 상태로 포함한다. 이러한 실시예에서, 관통 미세 보어(208)와 관통 미세 보어(209)는 정렬된 패턴을 포함한다. 이러한 배열은, 예를 들어 층(202, 204, 206)들을 함께 라미네이팅하고 이어서 층들에 미세천공 작업(이러한 경우, 메시 층(204)이 이와 같은 작업의 수행을 허용하는 것이 필수적임)을 가함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 배열은 또한 사전에 미세천공된 필름(202, 206)들을 취하고 필름(202) 내의 관통 미세 보어(208)가 필름(206) 내의 관통 미세 보어(209)와 정렬되고 그 역으로도 되도록 층(202, 204, 206)들을 정합된 상태로 함께 배치함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 접근법의 특정 실시예에서, 관통 미세 보어(208, 209)들은 동일한 크기(또는 형상)를 가질 필요는 없으며; 이들은 단지 각각의 보어(208)의 적어도 일부분이 대응하는 보어(209)와 적어도 부분적으로 정렬되도록 위치되면 된다.
필름(202, 206) 내의 관통 미세 보어(208, 209)의 직경, 밀도 및 공기 투과율의 범위는 각각 전술한 관통 미세 보어(108, 110)와 동일하다. 제1 및 제2 미세천공된 필름(202, 206) 및 메시 층(204)의 예시적인 재료, 두께 및 단위면적당 중량은 전술한 바와 동일하다.
도 3은 제1 미세천공된 필름(302)의 면으로부터 본, 본 발명의 다층 흡음 구조물의 일 실시예의 상부 절결도이다. 다층 흡음 구조물(300)은 각각 관통 미세 보어(308, 309)를 가진 제1 및 제2 미세천공된 필름(302, 306), 및 제1 미세천공된 필름(302)과 제2 미세천공된 필름(306) 사이의 메시 층(304)을 포함한다. 관통 미세 보어(308, 309)는 대안적인 실시예에서 정렬된 패턴 또는 비-정렬 패턴을 포함할 수 있다.
관통 미세 보어(308, 309)의 크기, 밀도 및 공기 투과율은 전술한 관통 미세 보어(108, 110)와 동일하다. 제1 및 제2 미세천공된 필름과 메시 층의 예시적인 재료, 두께 및 단위면적당 중량은 전술한 바와 동일하다.
도 4는 본 발명의 다층 흡음 구조물의 다른 실시예의 단면도이다. 흡음 효과를 발생시키기 위해, 다층 흡음 구조물(100/200/300)은 도 4에서 예시적인 방식으로 도시된 바와 같이, 음향 반사 표면(420)에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제1 미세천공된 필름 또는 제2 미세천공된 필름 중 어느 하나가 음원(예를 들어, 유입되는 공기 전달 음향(airborne sound))을 향해 배치될 수 있다. 또한, 다층 흡음 구조물(100/200/300)은 다층 흡음 구조물과 음향 반사 표면(420) 사이에 배면 공기 공간(간극)(402)을 가질 수 있다. 본 발명의 다층 흡음 구조물은, (예를 들어, 약 1 ㎜ 내지 약 20 ㎜, 약 1 ㎜ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 1 ㎜ 내지 약 5 ㎜와 같이) 배면 공기 공간이 비교적 얇은 경우에도, 양호한 흡음 효과를 나타낼 수 있다. 요구될 경우, 다층 흡음 구조물은 소정의 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다층 흡음 구조물은 시트의 하나 이상의 에지에 플랜지(404)를 포함할 수 있어서, 시트는 플랜지(404)에 의해 음향 반사 표면(420)에 부착될 수 있으며, 이때 다층 흡음 구조물의 적어도 일부분이 음향 반사 표면으로부터 충분하게 멀리 있게 되어 공기 간극(402)이 다층 흡음 구조물의 이 부분과 음향 반사 표면(420) 사이에 존재하게 된다.
도 5는 부직물(nonwoven) 시트와 비교한, 다양한 배면 공기 공간 두께를 갖는 다층 흡음 구조물의 흡음률(sound absorption coefficient)을 도시하는 그래프이다. (비교를 위해, 스펙트럼 500은 약 10 ㎜ 두께의 부직물 시트에 대한 흡음률을 도시한다. 이러한 및 다른 예에서, 10 ㎜ 부직물 시트는 스펀-본디드 스크림(spun-bonded scrim)을 가진, 약 200 그램/제곱미터 밀도의 멜트-블로운(melt-blown) 폴리프로필렌 웨브를 포함하였다.) 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "배면 공기 공간"이라는 용어는 음원으로부터 다층 흡음 구조물의 반대편에 있는 음향 반사 표면과의 거리를 의미한다. 다른 스펙트럼은, 1,240,000개 보어/제곱미터의 밀도로 약 100 마이크로미터 평균 직경의 관통 미세 보어를 비-정렬 패턴으로 갖는 2개의 12 마이크로미터 두께의 미세천공된 PET 필름 및 미세천공된 PET 필름들 사이에 배치된 약 12 ㎜ 메시 개방부를 갖는 400 마이크로미터 두께의 PET 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물에 대한 것이다. 메시 층의 중량은 약 34 그램/제곱미터였으며, 메시는 대략 320 마이크로미터의 단 단면 치수 및 약 1.5 ㎜의 장 단면 치수를 갖는 섬유로 구성되었다. 이들 PET 필름의 각각은 니들을 구비한 롤러에 의해 독립적으로 천공되었으며, 이어서 필름이 메시 층의 대향하는 표면들에 적용되었고, 그 후 실온에서 30초 동안 약 100 ㎏의 하중을 사용하여 트랜스 점보(TRANS JUMBO) JP-5040A 장치(저팬 폴리마크 컴퍼니 리미티드(JAPAN POLYMARK Co. Ltd.)로부터 입수가능함)로 라미네이팅되었다. 라미네이션 전에, 메시 층의 양 표면에 스프레이 접착제가 도포되었다. 각각의 미세천공된 PET 필름은 약 17 그램/제곱미터의 중량 및 약 0.4초/100 cc의 공기 투과율을 포함하였다. 각각의 다층 흡음 구조물은 도 5에 도시된 바와 같이, 다양한 배면 공기 공간 두께에서의 흡음력에 대해 시험되었다. (이러한 및 모든 다른 예에서) 모든 흡음력 스펙트럼은 주지의 임피던스 튜브 시험(impedance tube testing)을 사용하여 ASTM E 1050에 따라 생성되었다. 필름 샘플 및 다층 흡음 구조물 샘플의 경우, 샘플은 샘플의 에지가 양면 접착제를 사용하여 임피던스 튜브 개방부의 플랜지에 접착된 상태로 필름 또는 다층 흡음 구조물의 29 ㎜ 직경 섹션을 임피던스 튜브의 개방부를 가로질러 걸쳐 있게 함으로써 임피던스 튜브 내에 위치되었으며, 이에 따라 다층 흡음 구조물은 입사 음향에 수직하게 배치되었다(이들 실험에서, 다층 흡음 구조물은 음원이 미세천공된 필름들 중 하나를 향하도록 위치됨). 임피던스 튜브의 반사 표면(음원으로부터의 샘플 후방)은 도 5의 다양한 스펙트럼으로 도시된 두께(깊이)의 배면 공기 간극을 제공하도록 조절되었다. 부직물 샘플의 경우, 부직물은 공기 간극 없이 임피던스 튜브의 반사 표면에 대해 직접 배치되었다.
도 6은 필름/필름 라미네이트 및 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프이다. 스펙트럼 600은 배면 공기 공간 없이 약 10 ㎜의 두께를 갖는 부직물 시트의 흡음률을 도시한다. 스펙트럼 602는 2개의 12 마이크로미터 두께의 미세천공된 PET 필름을 포함하는 필름 라미네이트의 흡음률을 도시한다. 이들 PET 필름은 도 5에 사용된 필름과 동일한 것이었으며, 니들에 의한 천공 후에 실온에서 30초 동안 약 100 ㎏의 하중을 사용하여 트랜스 점보 JP-5040A 장치(저팬 폴리마크 컴퍼니 리미티드로부터 입수가능함)로 함께 라미네이팅되었다. 라미네이션 전에, 이들 PET 필름에 스프레이 접착제가 도포되었다. 스펙트럼 604는 전술한 미세천공된 PET 필름 및 필름들 사이에 라미네이팅된 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물의 흡음률을 도시한다. 메시 층은 스펙트럼 502의 메시 층과 동일한 것이었다. 다층 흡음 메시 층은 상기한 바와 동일한 방식에 의해 제조되었으며, 제1 및 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어는 비-정렬 패턴이었다. 스펙트럼 606은 전술한 미세천공된 PET 필름 및 필름들 사이에 라미네이팅된 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물의 흡음률을 도시한다. 메시 층은 스펙트럼 604에 사용된 메시 층과 동일한 것이었다. 606의 다층 흡음 구조물은 도 2와 관련하여 설명한 절차와 동일한 방식으로 제조되었으며, 제1 및 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어는 정렬된 패턴이었다. 스펙트럼 602, 604 및 606의 흡음재에 대한 배면 공기 공간은 10 ㎜였다. 도 6의 모든 스펙트럼은 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 생성되었다.
도 7은 부직물 시트와 비교한, 다양한 메시 크기의 메시 층을 포함하는 다층 흡음 구조물의 흡음률을 도시하는 그래프이다. 스펙트럼 700은 배면 공기 공간 없이 약 10 ㎜의 두께를 갖는 부직물 시트의 흡음률을 도시한다. 스펙트럼 702, 704, 706, 708, 710 및 712의 샘플은 스펙트럼 606의 동일한 10 마이크로미터 두께의 미세천공된 PE 필름 및 스펙트럼 606에 사용된 것과 동일하게 동일한 38 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 스펙트럼 702의 메시 층은 약 277 마이크로미터 × 약 300 마이크로미터의 평균 메시 개방부 및 약 153 마이크로미터의 단면 치수를 가진 290 마이크로미터 두께의 폴리프로필렌(PP) 메시(일본 도쿄 소재의 엔비씨 인크.(NBC Inc.)로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스(Industrial mesh cloth) PP #70)를 포함하였다. 스펙트럼 704의 메시 층은 약 647 마이크로미터의 평균 메시 개방부 및 약 200 마이크로미터의 단면 치수를 가진 390 마이크로미터 두께의 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE) 메시(엔비씨로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스 AF30)를 포함하였다. 스펙트럼 706의 메시 층은 약 990 마이크로미터의 평균 메시 개방부 및 약 280 마이크로미터의 단면 치수를 가진 520 마이크로미터 두께의 나일론 메시(엔비씨로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스 NB20)를 포함하였다. 스펙트럼 708, 710 및 712의 메시 층은 PET 메시를 포함하였다. 708의 메시는 약 4 ㎜의 메시 개방부, 약 59 그램/제곱미터, 및 약 260 마이크로미터의 두께를 포함하였다. 이러한 메시는 약 160 마이크로미터의 단 단면 치수 및 약 1 ㎜의 장 단면 치수를 가진 섬유로 구성되었다. 710의 메시는 스펙트럼 502의 메시와 동일한 것이다. 712의 메시는 약 19 ㎜의 메시 개방부, 약 7 그램/제곱미터, 및 약 200 마이크로미터의 두께를 포함하였다. 이러한 메시는 약 160 마이크로미터의 단 단면 치수 및 약 0.6 ㎜의 장 단면 치수를 가진 섬유로 구성되었다. 702, 704 및 706의 다층 흡음 메시 층은, 메시 표면에 접착제가 도포되지 않았고 약 70℃에서 라미네이션이 수행된 것을 제외하고는, 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 제조되었다. 708, 710 및 712의 다층 흡음 메시 층은, 메시 표면에 접착제가 도포되지 않은 것을 제외하고는, 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 제조되었다. 배면 공기 공간은 10 ㎜였다. 도 7의 모든 스펙트럼은 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 생성되었다.
도 8a 및 도 8b는 부직물 시트와 비교한, 다양한 두께 또는 재료의 필름을 포함하는 다층 흡음 구조물의 흡음률을 도시하는 그래프이다. 스펙트럼 800은 배면 공기 공간 없이 약 10 ㎜의 두께를 가진 부직물 시트의 흡음률을 도시한다. 스펙트럼 802에 사용된 샘플은 스펙트럼 502에 사용된 것과 동일한 것이었다. 스펙트럼 804에 사용된 샘플은 스펙트럼 802에 사용된 것과 같은 12 마이크로미터 두께의 PET 필름, 스펙트럼 802에 사용된 것과 같은 메시 층 및 스펙트럼 606에 사용된 것과 같은 38 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 12 마이크로미터 두께의 PET 필름이 음원을 향하였다. 스펙트럼 806에 사용된 샘플은 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 38 마이크로미터 두께의 PET 필름, 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 메시 층 및 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 38 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 스펙트럼 808에 사용된 샘플은 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 38 마이크로미터 두께의 PET 필름, 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 메시 층 및 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 12 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 38 마이크로미터 두께의 PET 필름이 음원을 향하였다. 스펙트럼 810에 사용된 샘플은 20 마이크로미터 두께의 폴리에틸렌(PE) 필름, 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 메시 층 및 스펙트럼 804에 사용된 것과 같은 38 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 20 마이크로미터 두께의 PE 필름은 약 100 마이크로미터의 평균 직경을 가진, 약 1,240,000개 보어/제곱미터를 포함하였다. PE 필름의 공기 투과율은 약 0.8초/100 cc였다. 20 마이크로미터 두께의 PE 필름 및 12 마이크로미터 두께의 PET 필름의 중량은 거의 동일하였고, 약 17 그램/제곱미터였다. 20 마이크로미터 두께의 PE 필름이 음원을 향하였다. 스펙트럼 812에 사용된 샘플은, 38 마이크로미터 두께의 PET 필름이 음원을 향한 것을 제외하고는, 810에 사용된 것과 동일한 것이었다. 각각의 다층 흡음 구조물은 도 5와 관련하여 설명된 바와 동일한 방식에 의해 제조되었다. 배면 공기 공간은 10 ㎜였다. 도 8의 모든 스펙트럼은 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 생성되었다.
도 9는 부직물 시트와 비교한, 다양한 두께의 제1 및 제2 미세천공된 필름 층을 구비한 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프이다. 스펙트럼 900은 배면 공기 공간 없이 약 10 ㎜의 두께를 가진 부직물 시트의 흡음률을 도시한다. 스펙트럼 902의 샘플은 스펙트럼 702에 사용된 것과 같은 10 마이크로미터 두께의 PE 필름, 스펙트럼 706에 사용된 것과 같은 나일론 메시 및 502에 사용된 것과 같은 12 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 스펙트럼 904의 샘플은 스펙트럼 902에 사용된 것과 같은 PE 필름, 스펙트럼 902에 사용된 것과 같은 메시, 및 1,240,000개 보어/제곱미터의 밀도로 약 100 마이크로미터의 평균 직경의 관통 미세 보어를 포함한 50 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. PET 필름의 공기 투과율 및 중량은 각각 약 1.6초/100 cc 및 약 70 그램/제곱미터였다. 스펙트럼 906의 샘플은 50 마이크로미터 두께의 PE 필름, 902와 동일한 메시 및 902와 동일한 PET 필름을 포함하였다. 50 마이크로미터 두께의 PE 필름은 1,240,000개 보어/제곱미터의 밀도로 약 100 마이크로미터의 평균 직경의 관통 미세 보어를 포함하였다. PE 필름의 공기 투과율 및 중량은 각각 약 4.5초/100 cc 및 약 44 그램/제곱미터였다. 스펙트럼 908의 샘플은 906과 동일한 PE 필름, 902와 동일한 메시 및 904와 동일한 PET 필름을 포함한다. 음원은 PE 필름으로 향하였다. 각각의 다층 흡음 구조물은 스펙트럼 708, 710 및 712의 샘플에 대한 것과 동일한 방식에 의해 제조되었다. 배면 공기 공간은 10 ㎜였다. 도 9의 모든 스펙트럼은 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 생성되었다.
도 10은 부직물 시트와 비교한, 다양한 조합의 필름과 다층 흡음 구조물의 흡음률을 도시하는 그래프이다. 스펙트럼 1000은 배면 공기 공간 없이 약 10 ㎜의 두께를 가진 부직물 시트의 흡음률을 도시한다. 스펙트럼 1002, 1004, 1006, 1008 및 1010의 샘플은 스펙트럼 702에 사용된 것과 같은 10 마이크로미터 두께의 PE 필름, 메시 층 및 스펙트럼 702에 사용된 것과 같은 38 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 스펙트럼 1002의 메시 층은 512 마이크로미터의 메시 개방부 및 약 235 마이크로미터의 단면 치수를 가진 440 마이크로미터 두께의 나일론 메시(엔비씨로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스 NB34)를 포함하였다. 스펙트럼 1004의 메시 층은 약 335 마이크로미터 × 367 마이크로미터의 평균 메시 개방부 및 약 173 마이크로미터의 단면 치수를 가진 약 325 마이크로미터 두께의 PE 메시(엔비씨로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스 #60)를 포함하였다. 스펙트럼 1006의 메시 층은 약 211 마이크로미터의 평균 메시 개방부 및 약 71 마이크로미터의 단면 치수를 가진 약 125 마이크로미터 두께의 PET 메시(엔비씨로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스 T-NO.90S)를 포함하였다. 스펙트럼 1008의 메시 층은 약 27 마이크로미터의 평균 메시 개방부 및 약 33 마이크로미터의 단면 치수를 가진 약 60 마이크로미터 두께의 PET 메시(엔비씨로부터 입수가능한 산업용 메시 클로스 #70)를 포함하였다. 스펙트럼 1010의 메시 층은 스펙트럼 702에 대한 것과 동일한 PET 메시를 포함하였다. 각각의 다층 흡음 구조물은 스펙트럼 702, 704 및 706의 샘플에 대한 것과 동일한 방식에 의해 제조되었다. 배면 공기 공간은 10 ㎜였다. 도 10의 모든 스펙트럼은 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 생성되었다.
도 11은 부직물 시트와 비교한, 다양한 라미네이션 방법에 의한 다층 흡음 구조물의 흡음률의 그래프이다. 스펙트럼 1100은 배면 공기 공간 없이 약 10 ㎜의 두께를 가진 부직물 시트의 흡음률을 도시한다. 스펙트럼 1102는 스펙트럼 710의 샘플과 동일한 다층 흡음 구조물의 흡음률을 도시한다. 1102의 다층 흡음 구조물은 스펙트럼 708, 710 및 712의 샘플에 대한 것과 동일한 방식에 의해 제조되었다. 스펙트럼 1104의 샘플은 1102의 샘플과 동일한 층을 포함하였으며, 스펙트럼 702, 704 및 706의 샘플에 대한 것과 동일한 방식에 의해 제조되었다. 배면 공기 공간은 10 ㎜였다. 도 11의 모든 스펙트럼은 도 5와 관련하여 설명된 바와 유사한 방식으로 생성되었다.
도 12는 다양한 금속 메시의 전자기 차폐 특성을 도시하는 그래프이다. 스펙트럼 1200 및 1204의 샘플은 SUS304를 포함하는 스테인레스강 메시 및 스펙트럼 502에 사용된 것과 동일한 12 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 1200의 스테인레스강 메시는 약 0.6 ㎜의 메시 개방부, 약 0.3 ㎜의 와이어 단면 치수 및 약 537 마이크로미터의 두께를 가졌으며, 1204의 스테인레스강 메시는 약 1.5 ㎜의 메시 개방부, 약 0.3 ㎜의 와이어 단면 치수 및 약 556 마이크로미터의 두께를 가졌다. 스펙트럼 1202 및 1206의 샘플은 구리 메시 및 스펙트럼 502에 사용된 것과 동일한 12 마이크로미터 두께의 PET 필름을 포함하였다. 1202의 구리 메시는 약 0.4 ㎜의 메시 개방부, 약 0.2 ㎜의 와이어 단면 치수 및 약 646 마이크로미터의 두께를 가졌으며, 1206의 구리 메시는 약 0.8 ㎜의 메시 개방부, 약 0.3 ㎜의 와이어 단면 치수 및 약 560 마이크로미터의 두께를 가졌다. 도 12의 모든 스펙트럼은 간사이 일렉트로닉 인더스트리 디벨로프먼트 센터(Kansai Electronic Industry Development Center)에 의해 개발된 차폐 유효성 측정 방법인 KEC 방법에 따라 생성되었다. TEM 셀(cell) 내에서의 전기장 분포에 기초하여, EMI 차폐 유효성 시험 장비는 신호 송신 축에 수직한 평면 상에서 2개의 대향하는 표면들 사이에 샘플을 대칭으로 보유하는 시험 공간을 갖는다. 송신 안테나는 전자기장을 생성하는 방식으로 설치되며, 수신 안테나에서의 신호 수준이 측정된다. 전자기장 세기 감쇠는 송신 및 수신 안테나에서의 신호 수준의 비교에 의해 계산되며, 이러한 감쇠는 차폐 유효성의 척도이다. 발신측과 수신측 사이의 시험 공간은 10 ㎜였으며, 측정을 위해 0.1 내지 1000 ㎒의 주파수가 사용되었다. 일반적으로, 20 dB 이상의 차폐 효과를 갖는 물품이 전자기파의 90% 이상을 차단한다고 할 수 있다.
이와 같이 설명된 본 발명으로부터, 본 발명은 많은 방식으로 변경될 수 있음이 명백할 것이다. 그러한 변경은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 당업자에게 명백할 바와 같은 이러한 모든 변경은 하기의 특허청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 관통 미세 보어(through-micro bore)를 포함하는 제1 미세천공된 필름(microperforated film), 관통 미세 보어를 포함하는 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층(mesh layer)을 포함하고,
    제1 미세천공된 필름 및 제2 미세천공된 필름 각각은 10 마이크로미터 내지 250 마이크로미터 범위의 두께를 갖고, 메시 층은 30 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터 범위의 두께를 갖고, 제1 미세천공된 필름 및 제2 미세천공된 필름 각각에 형성된 관통 미세 보어는 10 마이크로미터 내지 200 마이크로미터 범위의 관통 미세 보어 직경을 갖는, 다층 흡음 구조물(multilayer sound absorbing structure).
  2. 제1항에 있어서, 제1 미세천공된 필름 및 제2 미세천공된 필름 각각은,
    (a) 0.1초/100 cc 내지 300초/100 cc 범위의 걸리 공기 투과율(Gurley air permeability),
    (b) 77,500개 관통 미세 보어/제곱미터 내지 6,200,000개 관통 미세 보어/제곱미터 범위의 관통 미세 보어 밀도, 또는
    (c) 0.1초/100 cc 내지 300초/100 cc 범위의 걸리 공기 투과율, 및 77,500개 관통 미세 보어/제곱미터 내지 6,200,000개 관통 미세 보어/제곱미터 범위의 관통 미세 보어 밀도
    를 갖는, 다층 흡음 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    (a) 메시 층은 0.001 ㎜ 내지 30 ㎜ 범위의 평균 직경을 갖는 메시 개방부를 포함하거나,
    (b) 메시 층의 중량은 5 그램/제곱미터 내지 1500 그램/제곱미터의 범위이거나, 또는
    (c) 메시 층은 0.001 ㎜ 내지 30 ㎜ 범위의 평균 직경을 갖는 메시 개방부를 포함하고 또한 메시 층의 중량은 5 그램/제곱미터 내지 1500 그램/제곱미터의 범위인,
    다층 흡음 구조물.
  4. 관통 미세 보어(through-micro bore)를 포함하는 제1 미세천공된 필름(microperforated film), 관통 미세 보어를 포함하는 제2 미세천공된 필름, 및 제1 미세천공된 필름과 제2 미세천공된 필름 사이에 개재되는 메시 층(mesh layer)을 포함하고, 제1 및 제2 미세천공된 필름 내의 관통 미세 보어들은 모두가 서로 정렬되지는 않는, 다층 흡음 구조물.
  5. 음향 반사 표면; 및 음향 반사 표면 부근에 배치되는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 다층 흡음 구조물 - 배면 공기 공간이 다층 흡음 구조물과 음향 반사 표면 사이에 있음 - 을 포함하는 흡음재(sound absorber).
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