JP2006292946A - 吸音構造体および自動車用吸音パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 薄厚にして形状選択の自由度が高く、しかも、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を高めることのできる、吸音構造体および自動車用吸音パネルを提供する。
【解決手段】 吸音構造体１０は、板状の基材１２と、基材１２に空気層１８を介して接合された吸音層１６とを備えており、吸音層１６は、繊維径が１〜５μｍである極細繊維と、繊維径が２０〜５０μｍである微細繊維とによって構成されている。また、極細繊維と微細繊維との重量混合比は、９０：１０〜９８：２の範囲に設定されている。したがって、吸音構造体１０においては、微細繊維によって吸音層１６の嵩密度が保持され、極細繊維によって吸音機能を有する極細空間が構成され、空気層１８によって共鳴周波数付近の音が吸音される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車、船舶、建築物等の内装材として用いられる吸音構造体、およびその吸音構造体を用いた自動車用吸音パネルに関する。

自動車、船舶、建築物等の内装材には、従来から様々な吸音構造体が用いられているが、自動車のドアライニング、サイドライニング、トランクサイド等のような狭小空間に設置される吸音構造体においては、サイズや形状の条件が優先される結果、吸音性が著しく犠牲にされていた。

そこで、近年では、薄厚にして形状選択の自由度が高く、しかも、高い吸音性を得られる吸音構造体が種々開発されており、その一例が、特開平８−２４４１５０号公報（特許文献１）に開示されている。この吸音構造体は、５０容量％以上の空隙率を有する抄造法繊維強化熱可塑性合成樹脂体と板状の合成樹脂成形体とを、空気層を介して接合したものである。
特開平８−２４４１５０号公報

従来の吸音構造体（特許文献１）は、薄厚にして形状選択の自由度が高く、しかも、高い吸音性を得られるという利点を有しているものの、抄造法繊維強化熱可塑性合成樹脂体においては、マトリックス合成樹脂によって繊維の振動が抑制されるため、吸音性がなお不十分であった。また、室内の静粛性を高めるためには、特に会話明瞭域と呼ばれる１０００〜２０００Ｈｚの周波数域において吸音性を高めることが重要であるが、従来の吸音構造体（特許文献１）では、この点について何ら配慮されていなかった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、薄厚にして形状選択の自由度が高く、しかも、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を飛躍的に高めることのできる、吸音構造体および自動車用吸音パネルを提供することである。

請求項１に記載した発明は、「板状の基材１２と、基材１２に空気層１８を介して接合された吸音層１６とを備える、吸音構造体１０であって、吸音層１６は、繊維径が１〜５μｍである極細繊維と、繊維径が２０〜５０μｍである微細繊維とによって構成されており、極細繊維と微細繊維との重量混合比は９０：１０〜９８：２である、吸音構造体１０」である。

この発明では、極細繊維によって極細空間が構成され、極細空間に侵入してきた音が熱に変換されて吸音される。また、微細繊維によって吸音層１６の厚み方向の剛性が確保され、吸音層１６の嵩密度が所望の吸音効果を得られる範囲で保持される。さらに、空気層１８が共鳴器として機能することによって共鳴周波数付近の音が吸音される。極細繊維および微細繊維の繊維径や重量混合比は、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を向上できる範囲で設定されている。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「吸音構造体１０」において、「極細繊維はポリオレフィン系合成樹脂を原料として紡糸されており、微細繊維はポリエステル（ＰＥＴ）を原料として紡糸されている」ことを特徴とする。

この発明では、極細繊維に環境負荷の小さいポリオレフィン系合成樹脂を用いているので、環境汚染の問題を解消できる。また、微細繊維に弾性率および軟化点の高いポリエステル（ＰＥＴ）を用いているので、適正な嵩密度を安定して保持できる。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の「吸音構造体１０」において、「吸音層１６の嵩密度は３０〜７０ｋｇ／ｍ³ であり、吸音層１６の厚みは５〜２０ｍｍである」ことを特徴とする。

この発明では、吸音層１６の嵩密度および厚みが、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を向上できる範囲で設定されている。

請求項４に記載した発明は、「請求項１ないし３のいずれかに記載の吸音構造体１０をパネル本体２２に取り付けることによって構成された自動車用吸音パネル２０であって、吸音層１６がパネル本体２２と対向して配設されている、自動車用吸音パネル２０」である。

この発明は、請求項１〜３に記載した吸音構造体１０を自動車用吸音パネル２０に適用したものである。

請求項１〜４に記載した発明によれば、極細繊維によって極細空間を構成でき、微細繊維によって適正な嵩密度を保持でき、空気層によって共鳴周波数付近の音を吸音できるので、優れた吸音性を得ることができる。また、極細繊維および微細繊維の繊維径や重量混合比の範囲を特定することによって、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性の向上を図っているので、室内の静粛性を飛躍的に高めることができる。さらに、吸音層を繊維集合体で構成しているため、薄厚に成形できるとともに、形状選択の自由度を高めることができる。

図１は、本発明が適用された吸音構造体１０を示す断面図であり、図２は、吸音構造体１０を示す分解斜視図である。吸音構造体１０は、自動車、船舶、建築物等の内装材として用いられるものであり、基材１２と、基材１２の一方面に形成されたリブ１４と、リブ１４の先端に固着された吸音層１６とを備えている。

基材１２は、自動車等の室内壁を構成する板状部材であり、リブ１４は、基材１２と吸音層１６との間に空気層１８を構成する格子状部材であり、基材１２とリブ１４とは、合成樹脂材料（ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＣ等）の射出成形等によって一体成形されている。

リブ１４は、複数の縦方向リブ１４ａと複数の横方向リブ１４ｂとを、基材１２の表面に所定のリブピッチで形成することによって構成されており、リブ間に確保された各空間が空気層１８となる。

リブ１４の「高さ」、「幅」および「ピッチ」は、吸音性、成形性、軽量化等の観点から設定されており、この実施例では、「高さ」が５〜５０ｍｍ、「幅」が１〜５ｍｍ、「ピッチ」が１０〜１５０ｍｍに設定されている。「高さ」が５ｍｍより低ければ、基材１２と吸音層１６とが接触して吸音性が損なわれるからであり、５０ｍｍより高ければ、リブ１４の根元が太くなって基材１２にヒケが生じたり、重量が大きくなり過ぎたりするからである。また、「幅」が１ｍｍより狭ければ、リブ１４がショートして成形が困難になるからであり、５ｍｍより広ければ、リブ１４の根元が太くなって基材１２にヒケが生じたり、重量が大きくなり過ぎたりするからである。そして、「ピッチ」が１０ｍｍより狭ければ、重量が大きくなり過ぎるからであり、１５０ｍｍより広ければ、基材１２と吸音層１６とが接触して吸音性が損なわれるからである。

なお、基材１２およびリブ１４の材質としては、合成樹脂の他、天然繊維（ケナフ、ジュート等）を合成樹脂で固めた硬質ボード、木粉を合成樹脂で固めた硬質ボード、金属（ＳＵＳ、Ａｌ等）などを用いるようにしてもよい。また、基材１２とリブ１４とは、射出成形等で一体成形する他、別々に成形したものを接着剤等で接合することによって一体化してもよい。さらに、リブ１４の形状は、格子状の他、縦横に配設された複数の円形状や複数の突起状であってもよい。

空気層１８は、共鳴器として共鳴周波数付近の音を吸音するとともに、吸音層１６の膜振動を許容するものである。空気層１８の厚みは、吸音性、成形性、軽量化等の観点から設定されるが、１〜１５０ｍｍであることが望ましい。空気層１８の厚みが１ｍｍより薄ければ、吸音性が損なわれるからであり、１５０ｍｍより厚ければ、他の部品との干渉を生じるおそれがあるからである。

吸音層１６は、空気層１８と協働して、侵入してきた音を吸音するものであり、繊維径が極めて小径の極細繊維とそれよりもやや大径の微細繊維とを所定の重量混合比で混合することによって構成されている。

極細繊維および微細繊維の材質は、特に限定されるものではないが、極細繊維は、環境負荷の小さいポリオレフィン系合成樹脂（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ ）等）を用いて紡糸することが望ましく、微細繊維は、所望の嵩密度を安定して保持できる点において、弾性率および軟化点の高いポリエステル（ＰＥＴ）を用いて紡糸することが望ましい。なお、極細繊維および微細繊維の紡糸には、メルトブローン法が適するが、他の紡糸法が採用されてもよい。

吸音層１６を構成する繊維の「繊維径」および「重量混合比」、吸音層１６の「嵩密度」および「厚み」は、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を高める観点から設定される。すなわち、極細繊維の「繊維径」は１〜５μｍに設定され、微細繊維の「繊維径」は２０〜５０μｍに設定され、極細繊維と微細繊維との「重量混合比」は９０：１０〜９８：２に設定される。また、吸音層１６の「嵩密度」は３０〜７０ｋｇ／ｍ³ に設定され、「厚み」は５〜２０ｍｍに設定される。なお、これらの数値限定は、後述する実験結果に基づいて設定されたものである。

吸音構造体１０を製造する際には、基材１２とリブ１４とが合成樹脂の射出成形等によって一体成形されるとともに、極細繊維と微細繊維とが混合されることによって吸音層１６が成形される。そして、リブ１４の先端に接着剤を介して吸音層１６が接合される。この実施例では、リブ１４および吸音層１６の双方が合成樹脂で成形されているため、ゴム系接着剤やＰＰ接着剤等のような容易に入手できる樹脂用接着剤を用いることができる。

吸音構造体１０をドアライニング、サイドライニング、トランクサイド等の自動車用吸音パネル２０に適用する場合には、図３に示すように、金属等の高剛性材料からなる板状のパネル本体２２が準備され、このパネル本体２２の内側面に吸音層１６が対向するようにして、かつ、パネル本体２２の内側面と吸音層１６との間に空気層２４を確保するようにして、基材１２の側端部がパネル本体２２に固定される。

この実施例の自動車用吸音パネル２０（図３）によれば、吸音構造体１０によって会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を高めることができる。また、空気層２４と空気層１８とが緩衝層として機能するので、耐衝撃性を高めることができる。

本発明に係る吸音構造体１０では、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を高める観点から吸音層１６に関する数値限定がなされているが、以下には、その数値限定の根拠を実験結果に基づいて説明する。

［繊維径に関する実験］
（ａ）設定値 極細繊維の繊維径…１〜５μｍ、微細繊維の繊維径…２０〜５０μｍ
（ｂ）実験方法
＜極細繊維の繊維径について(図４参照)＞
繊維径が０．５〜６μｍのポリプロピレン（ＰＰ）からなる７種の極細繊維と、繊維径が３０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）からなる１種の微細繊維とをメルトブローン法を用いて紡糸し、これらを重量比９５：５で混合することによって、嵩密度が４０ｋｇ／ｍ³ 、厚みが１０ｍｍである７種の吸音層（試料１〜７）を作成した。

続いて、高さ１０ｍｍのリブの先端に各試料１〜７を接合することによって、背後空気層の厚みが１０ｍｍである７種の吸音構造体を作成し、また、リブが形成されていない基材に各試料１〜７を直接接合することによって、背後空気層の厚みが０ｍｍである７種の吸音構造体を作成した。

そして、各吸音構造体（合計１４種）について、「ＪＩＳ Ａ １４０５」に準じた「垂直入射吸音率測定試験」を実施し、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚの４種の周波数について吸音率を測定した。また、ＰＰ繊維径が同じである２種類の吸音構造体（背後空気層があるものとないもの）について、吸音率の差（吸音率差）を算出した。
＜微細繊維の繊維径について（図６参照）＞
繊維径が１μｍのポリプロピレン（ＰＰ）からなる１種の極細繊維と、繊維径が１０〜６０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）からなる６種の微細繊維とをメルトブローン法を用いて紡糸し、これらを重量比９５：５で混合することによって、嵩密度が４０ｋｇ／ｍ³ 、厚みが１０ｍｍである６種の吸音層（試料１〜６）を作成した。

続いて、高さ１０ｍｍのリブの先端に各試料１〜６を接合することによって、背後空気層の厚みが１０ｍｍである６種の吸音構造体を作成し、また、リブが形成されていない基材に各試料１〜６を直接接合することによって、背後空気層の厚みが０ｍｍである６種の吸音構造体を作成した。

そして、各吸音構造体（合計１２種）について、「ＪＩＳ Ａ １４０５」に準じた「垂直入射吸音率測定試験」を実施し、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚの４種の周波数について吸音率を測定した。また、ＰＥＴ繊維径が同じである２種類の吸音構造体（背後空気層があるものとないもの）について、吸音率の差（吸音率差）を算出した。
（ｃ）実験結果
極細繊維の繊維径についての実験結果は、図４の「表」および図５の「グラフ」に示した通りであり、微細繊維の繊維径についての実験結果は、図６の「表」および図７の「グラフ」に示した通りである。「表（図４および図６）」より、繊維径に拘わらず、背後空気層（厚み１０ｍｍ）を設けた場合には、背後空気層を設けていない場合に比べて、吸音率が向上することが分かる。

また、「表（図４）」および「グラフ（図５）」より、極細繊維の繊維径が１〜５μｍの範囲にあるとき、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音率差が飛躍的に向上することが分かり、「表（図６）」および「グラフ（図７）」より、微細繊維の繊維径が２０〜５０μｍの範囲にあるとき、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音率差が飛躍的に向上することが分かる。

「吸音率差が大きい」ということは、吸音層と空気層との相乗効果によって吸音性が向上していることを意味することから、吸音率差が大きい繊維径の範囲、すなわち極細繊維では１〜５μｍの範囲、微細繊維では２０〜５０μｍの範囲が、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音性を高める上で有効であることが分かる。

［重量混合比に関する実験］
（ａ）設定値 極細繊維と微細繊維との重量混合比…９０：１０〜９８：２
（ｂ）実験方法（図８参照） 繊維径が３μｍのポリプロピレン（ＰＰ）からなる極細繊維と、繊維径が３０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）からなる微細繊維とをメルトブローン法を用いて紡糸し、これらを所定の重量混合比で混合することによって、嵩密度が４０ｋｇ／ｍ³ 、厚みが１０ｍｍである９種の吸音層（試料１〜９）を作成した。

続いて、高さ１０ｍｍのリブの先端に各試料１〜９を接合することによって、背後空気層の厚みが１０ｍｍである９種の吸音構造体を作成した。また、リブが形成されていない基材に各試料１〜９を直接接合することによって、背後空気層の厚みが０ｍｍである９種の吸音構造体を作成した。

そして、各吸音構造体（合計１８種）について、「ＪＩＳ Ａ １４０５」に準じた「垂直入射吸音率測定試験」を実施し、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚの４種の周波数について吸音率を測定した。また、重量混合比が同じである２種類の吸音構造体（背後空気層があるものとないもの）について、吸音率の差（吸音率差）を算出した。
（ｃ）実験結果 実験結果は、図８の「表」および図９の「グラフ」に示した通りである。「表（図８）」および「グラフ（図９）」より、重量混合比が９０：１０〜９８：２の範囲にあるとき、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音率差が飛躍的に向上し、吸音性を高める上で有効であることが分かる。

［嵩密度に関する実験］
（ａ）設定値 吸音層の嵩密度…３０〜７０ｋｇ／ｍ³
（ｂ）実験方法（図１０参照） 繊維径が３μｍのポリプロピレン（ＰＰ）からなる極細繊維と、繊維径が３０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）からなる微細繊維とをメルトブローン法を用いて紡糸し、これらを重量比９５：５で混合することによって、所定の嵩密度を有し、かつ、厚みが１０ｍｍである１０種の吸音層（試料１〜１０）を作成した。

続いて、高さ１０ｍｍのリブの先端に各試料１〜１０を接合することによって、背後空気層の厚みが１０ｍｍである１０種の吸音構造体を作成した。また、リブが形成されていない基材に各試料１〜１０を直接接合することによって、背後空気層の厚みが０ｍｍである１０種の吸音構造体を作成した。

そして、各吸音構造体（合計２０種）について、「ＪＩＳ Ａ １４０５」に準じた「垂直入射吸音率測定試験」を実施し、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚの４種の周波数について吸音率を測定した。また、嵩密度が同じである２種類の吸音構造体（背後空気層があるものとないもの）について、吸音率の差（吸音率差）を算出した。
（ｃ）実験結果 実験結果は、図１０の「表」および図１１の「グラフ」に示した通りである。「表（図１０）」および「グラフ（図１１）」より、嵩密度が３０〜７０ｋｇ／ｍ³ の範囲にあるとき、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音率差が飛躍的に向上し、吸音性を高める上で有効であることが分かる。

［厚みに関する実験］
（ａ）設定値 吸音層の厚み…５〜２０ｍｍ
（ｂ）実験方法（図１２参照） 繊維径が３μｍのポリプロピレン（ＰＰ）からなる極細繊維と、繊維径が３０μｍのポリエステル（ＰＥＴ）からなる微細繊維とをメルトブローン法を用いて紡糸し、これらを重量比９５：５で混合することによって、所定の厚みを有し、かつ、嵩密度が４０ｋｇ／ｍ³ である１０種の吸音層（試料１〜１０）を作成した。

続いて、高さ１０ｍｍのリブの先端に各試料１〜１０を接合することによって、背後空気層の厚みが１０ｍｍである１０種の吸音構造体を作成した。また、リブが形成されていない基材に各試料１〜１０を直接接合することによって、背後空気層の厚みが０ｍｍである１０種の吸音構造体を作成した。

そして、各吸音構造体（合計２０種）について、「ＪＩＳ Ａ １４０５」に準じた「垂直入射吸音率測定試験」を実施し、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚの４種の周波数について吸音率を測定した。また、厚みが同じである２種類の吸音構造体（背後空気層があるものとないもの）について、吸音率の差（吸音率差）を算出した。
（ｃ）実験結果 実験結果は、図１２の「表」および図１３の「グラフ」に示した通りである。「表（図１２）」および「グラフ（図１３）」より、厚みが５〜２０ｍｍの範囲にあるとき、会話明瞭域（１０００〜２０００Ｈｚ）における吸音率差が飛躍的に向上し、吸音性を高める上で有効であることが分かる。

吸音構造体を示す断面図である。 吸音構造体を示す分解斜視図である。 自動車用吸音パネルを示す断面図である。 繊維径と吸音率との関係を示す表である。 各ＰＰ繊維径における周波数と吸音率差との関係を示すグラフである。 繊維径と吸音率との関係を示す表である。 各ＰＥＴ繊維径における周波数と吸音率差との関係を示すグラフである。 繊維重量混合比と吸音率との関係を示す表である。 各混合比における周波数と吸音率差との関係を示すグラフである。 嵩密度と吸音率との関係を示す表である。 各嵩密度における周波数と吸音率差との関係を示すグラフである。 吸音層の厚みと吸音率との関係を示す表である。 各厚みにおける周波数と吸音率差との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０… 吸音構造体
１２… 基材
１４… リブ
１６… 吸音層
１８… 空気層
２０… 自動車用吸音パネル
２２… インナーパネル
２４… 空気層

Claims (4)

1. 板状の基材と、前記基材に空気層を介して接合された吸音層とを備える、吸音構造体であって、
   前記吸音層は、繊維径が１〜５μｍである極細繊維と、繊維径が２０〜５０μｍである微細繊維とによって構成されており、前記極細繊維と前記微細繊維との重量混合比は９０：１０〜９８：２である、吸音構造体。
2. 前記極細繊維はポリオレフィン系合成樹脂を原料として紡糸されており、前記微細繊維はポリエステル（ＰＥＴ）を原料として紡糸されている、請求項１に記載の吸音構造体。
3. 前記吸音層の嵩密度は３０〜７０ｋｇ／ｍ³ であり、前記吸音層の厚みは５〜２０ｍｍである、請求項１または２に記載の吸音構造体。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の吸音構造体をパネル本体に取り付けることによって構成された自動車用吸音パネルであって、前記吸音層が前記パネル本体と対向して配設されている、自動車用吸音パネル。

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