JP5866625B1 - 吸音材 - Google Patents

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Abstract

【課題】ナノファイバーによる、吸音特性に優れる不織布構造体を提供する。【解決手段】本発明に係る不織布構造体は、繊維が絡み合わされてなる繊維体を有する。当該繊維は、その繊維径が１μｍ未満の樹脂製のナノファイバーを含む。当該繊維体の厚さは、１０ｍｍ以上であり、当該繊維体の繊維密度は、１０ｋｇ／ｍ３以上５０ｋｇ／ｍ３未満である。【選択図】なし

Description

本発明は、不織布構造体および不織布製品に関する。
近年、車内環境などの身近な環境において、騒音に関する対策の必要性が増している。当該対策の一つとして吸音材が用いられており、当該吸音材の一種として、例えば、不織布繊維による構造体（不織布構造体）が用いられている。当該不織布構造体は、吸音材だけでなく種々の用途に用いられている。当該不織布構造体には、繊維径が１μｍ未満の樹脂製のナノファイバーが絡み合わされてなる繊維体を有する不織布構造体が知られている（例えば、特許文献１〜７参照）。その中には、当該繊維体の厚さが１０ｍｍ以上である不織布構造体が知られている（例えば、特許文献３〜７参照）。
特開２０１３−１３９６５５号公報 特開２０１４−１１１８５０号公報 特開２０１４−０１５０４２号公報 特表２００９−５１２５７８号公報 特表２０１３−５０３９７９号公報 特表２０１１−５０８１１３号公報 特開２０１３−１４７７７１号公報
上記不織布構造体には、上記ナノファイバーの繊維径の細さに起因する様々な機能が期待される。しかしながら、ナノファイバーの製造は、マイクロファイバーのそれに比べて未だ難しく、ナノファイバーによる上記繊維体の構造上の条件（例えば、厚さや密度など）の検討は、未だ十分になされていない。たとえば、厚さについては、上記特許文献のいずれにも、ナノファイバーによる、１０ｍｍを超えるほど厚い上記繊維体がもたらす機能についての知見は示されていない。
このように、上記不織布構造体は、種々の用途が期待されているにも関わらず、上記不織布構造体の構造上の条件によって発現される機能については、未だ検討の余地が残されている。
本発明は、ナノファイバーによる、吸音特性に優れる不織布構造体を提供することを目的とする。
本発明は、繊維が絡み合わされてなる繊維体を有する不織布構造体であって、前記繊維は、その繊維径が１μｍ未満の樹脂製のナノファイバーを含み、前記繊維体の厚さは、１０ｍｍ以上であり、前記繊維体の繊維密度は、１０ｋｇ／ｍ３以上５０ｋｇ／ｍ３未満である、不織布構造体、を提供する。
また、本発明は、上記の不織布構造体を含む不織布製品であって、吸音材、遮音材、ろ過材、断熱材、絶縁セパレータ、オイル吸着材、表面洗浄用布および医療用被覆材からなる群から選ばれる一以上である、不織布製品、を提供する。
本発明に係る不織布構造体は、マイクロファイバーによる繊維体を含む不織布構造体に比べて、低周波数域の音の吸音特性により優れている。また、この不織布構造体を含む不織布製品は、吸音特性以外の他の所期の機能と上記の優れた吸音特性とを発現することができる。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る不織布構造体の第１の態様を模式的に示す図であり、図１Ｂは、上記不織布構造体の第２の態様を模式的に示す図であり、図１Ｃは、上記不織布構造体の第３の態様を模式的に示す図であり、図１Ｄは、上記不織布構造体の第４の態様を模式的に示す図であり、図１Ｅは、上記不織布構造体の第５の態様を模式的に示す図である。 実施例１、２および比較例１の不織布構造体の吸音特性を示す図である。 図３Ａは、本発明におけるナノファイバーによる繊維体の一例の一部を２００倍に拡大して示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図３Ｂは、当該繊維体の一例の一部を２０００倍に拡大して示すＳＥＭ写真である。 図４Ａは、本発明におけるナノファイバーとマイクロファイバーとが混在する繊維体の一例の一部を２００倍に拡大して示すＳＥＭ写真であり、図４Ｂは、当該繊維体の一例の一部を２０００倍に拡大して示すＳＥＭ写真である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る不織布構造体は、繊維が絡み合わされてなる繊維体を有する。当該繊維体は、例えば不織布である。
上記繊維は、その繊維径が１μｍ未満のナノファイバーを含む。当該ナノファイバーの繊維径は、当該ナノファイバーの繊維の太さを代表する値であり、例えば、平均値であってもよいし、メディアン値であってもよいし、最頻値であってもよい。当該ナノファイバーの繊維径が１μｍ以上であると、その繊維はナノファイバーには該当せず、また、後述の吸音効果が不十分になることがある。当該繊維径は、吸音効果と不植布構造体のつぶれ防止の観点から、０．２０〜０．９５μｍであることが好ましく、０．２０〜０．７０μｍであることがより好ましい。
上記繊維径は、上記繊維体の拡大画像の観察によって求めることが可能である。たとえば、上記繊維径は、カーボンテープ上に３ｍｍ角程度の上記繊維体を含む塊を貼り、当該繊維体にＡｕを２分間程度蒸着し、走査型電子顕微鏡 ＶＥ−７８００（株式会社キーエンス.製）を用いて上記繊維体を３０００倍の倍率で観察し、任意の１０本のナノファイバーの繊維径を測定し、それらの平均値として求めることができる。
上記ナノファイバーは、樹脂製である。当該樹脂は、化学繊維の原料に使用される樹脂から適宜に選択することが可能である。当該樹脂は、一種でもそれ以上でもよく、その例には、汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチックが含まれる。当該汎用ブラスチックの例には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）およびアクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ）が含まれる。上記エンジニアリングプラスチックの例には、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６，６（Ｎ６６）およびナイロン１２（Ｎ１２）が含まれる。上記スーパーエンジニアリングプラスチックの例には、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）および液晶ポリマー（ＬＣＰ）が含まれる。
上記繊維体の厚さは、１０ｍｍ以上である。当該繊維体の厚さは、繊維体の形状に応じた適当な部分で測定される。たとえば、上記繊維体の形状がシート状であれば、当該繊維体の平坦部の平均厚さである。また、上記繊維体の形状が凹凸を含む場合には、一番深い凹部（繊維体の厚さが最小になる部分）における平均厚さであり、あるいは当該凹部の平面方向における面積占有率が低い（例えば５０％未満）である場合では、上記繊維体の表面形状の高低差を均した値である。
また、後述する、複数積み重ねられている繊維体を含む不織布構造体では、上記繊維体の厚さとは、積み重ね方向における繊維体の厚さの総和である。上記繊維体が後述する一以上の支持体に支持されている場合、上記繊維体の厚さは、支持体上の繊維体の厚さであってもよく、支持体の厚さが繊維体の厚さに対して十分に小さい場合（例えば、支持体の厚さが２００μｍ以下）には、支持体の厚さを含んでいてもよい。
当該厚さが１０ｍｍ未満であると、１ｋＨｚ以下の周波数の音波の吸収率が不十分となることがある。当該厚さは、例えば、上記繊維体における任意の複数箇所の厚さを測定し、それらの平均値として求めることができる。上記厚さは、上記不織布構造体の用途に応じて適宜に決めることができる。吸音効果については、厚みによる上限はないが、上記不織布構造体の形状や大きさなどは、例えば、車載用などの用途によっては吸音材が設置される空間が制限される場合があり、このように上記不織布構造体の使用環境によって制御されることがある。したがって、上記不織布構造体の厚さの上限値は、通常、その用途に応じて適宜に決められる。
上記繊維体の繊維密度は、１０ｋｇ／ｍ３以上５０ｋｇ／ｍ３未満である。上記繊維密度が１０ｋｇ／ｍ３未満であると、周波数１ｋＨｚ以下の音およびそれより大きな周波数の音の両方における後述の吸音効果が不十分となることがある。上記繊維密度が５０ｋｇ／ｍ３以上であると、周波数が４ｋＨｚ以上の高周波域の音、さらには周波数１ｋＨｚ近傍の音、の当該吸音効果が不十分となることがある。
さらに、上記繊維密度は、１０〜２５ｋｇ／ｍ３であることが、周波数１ｋＨｚ以下の音に対する吸音効果に加えて、それよりもより高い周波数を有する高周波数域（例えば２〜６ｋＨｚ）の音に対する吸音効果を奏し、高める観点から好ましい。
上記繊維密度は、上記繊維体の目付け量を上記厚さで除することにより求められる。当該目付け量は、上記繊維体における単位面積当たりの繊維の質量である。上記目付け量は、例えば、上記繊維体の質量から単位面積当たりの質量を算出することにより求められる。上記繊維密度は、上記目付け量および上記厚さの一方または両方によって調整することが可能である。
上記繊維体は、ナノファイバーのみから構成されていてもよいし、ナノファイバーに加えてマイクロファイバーをさらに含んでいてもよい。当該マイクロファイバーとは、例えば、その繊維径が２〜５０μｍである繊維である。上記繊維体が当該マイクロファイバーを含むことは、繊維体の強度をより高め、繊維体の形状を保つ（繊維体の圧迫による変形を抑制する）観点から好ましい。
上記マイクロファイバーは一種でもそれ以上でもよい。上記繊維体における当該マイクロファイバーの含有量は、多すぎると、上記繊維体による吸音効果が不十分になることがあり、少なすぎると、上記マイクロファイバーの混入による上記繊維体の強度の向上効果が不十分となることがある。上記吸音効果と上記強度向上効果の観点から、上記繊維体における上記ナノファイバーの含有量は、２０〜１００質量％であることが好ましく、４０〜１００質量％であることがより好ましく、５０〜１００質量％であることがさらに好ましく、７０〜１００質量％であることがより一層好ましく、７５〜１００質量％であることがさらに一層好ましい。
なお、マイクロファイバーを含む場合、上記繊維体の厚み方向において、十分にナノファイバーが存在することが、ナノファイバーによる吸音効果を発現させる観点から好ましい。
上記マイクロファイバーの繊維径および上記含有量は、上記繊維体の拡大画像の観察によって求めることが可能である。たとえば、上記マイクロファイバーの繊維径は、拡大画像における倍率を適宜に（例えば１００倍に）調整する以外は、前述したナノファイバーの繊維径と同様に求めることが可能である。なお、マイクロファイバーの繊維径の測定では、走査型電子顕微鏡以外の光学顕微鏡の拡大画像においてマイクロファイバーを十分に確認可能であれば、金を蒸着させなくてもよい。
また、上記マイクロファイバーの含有量は、上記拡大画像におけるナノファイバーの占有面積とマイクロファイバーの占有面積との比から求めることが可能である。あるいは、上記マイクロファイバーの含有量は、既知質量の上記繊維体の試料からマイクロファイバーまたはナノファイバーを分別、除去し、当該除去前後における試料の質量差から求めることが可能である。
上記ナノファイバーの繊維径分布の分布幅は、上記マイクロファイバーの繊維径分布の分布幅よりも狭いことが、ナノファイバーによる吸音効果と、上記マイクロファイバーによる強度向上効果とのそれぞれを適宜に制御する観点から好ましい。上記ナノファイバーの繊維径分布は、ナノファイバーの上記繊維径が１μｍ未満となる範囲において、適宜に決めることが可能である。
上記不織布構造体は、上記繊維体が所期の部位に直接配置されることによって構成されていてもよいが、上記繊維体を支持する支持体をさらに有していてもよい。上記不織布構造体が上記支持体を有することは、上記繊維体の所期の形状を維持する観点から好ましい。上記支持体は、例えばシート状の部材である。上記支持体の材料は、本実施形態の効果が奏される範囲において、適宜に選ぶことが可能である。上記支持体の例には、不織布、織布、フィルム、紙および発泡体層が含まれる。上記支持体は、上記繊維体に比べて充分に薄く、さらには通気性または通液性に優れていることが、上記繊維体の所期の機能を十分に発現させる観点から好ましい。当該支持体の厚さは、例えば２０〜５００μｍである。
上記支持体は、一つでもそれ以上でもよい。たとえば、上記繊維体は、その片面で上記支持体に支持されていてもよいし、二つの当該支持体で挟まれて支持されていてもよい。また、上記不織布構造体は、二以上の上記繊維体を有し、かつ少なくとも当該繊維体の間に上記支持体を有していてもよい。たとえば、一つの支持体の両面のそれぞれに二つの上記繊維体が支持されていてもよい。繊維体間に支持体が配置される構造は、ナノファイバーの柔軟性による繊維体の厚さ方向へ変形（例えばつぶれ）や、の平面方向への変形あるいは破壊（例えば破れ）などに対する強度を大幅に向上させる観点から効果的である。
上記繊維体は、例えば特許文献２に記載されているような、ナノファイバーの公知の製造方法を利用して製造することが可能である。たとえば、上記繊維体は、高速エアを活用した溶融紡糸装置により製造することが可能である。当該溶融紡糸装置は、例えば、熱可塑性樹脂を溶融して搬送する溶融押出機と、搬送された溶融樹脂を繊維状に吐出する紡糸ノズルと、紡糸ノズル近傍に高温の加熱エアを吹き出すエアノズルを備える。上記繊維体は、上記溶融紡糸装置を用いて、上記熱可塑性樹脂を高速の当該気流によってすばやく引き延ばすことによって、製造することが可能である。ここで、上記溶融紡糸装置は、必要に応じて、紡糸ノズルから吐出する溶融樹脂に高電圧を印加する電圧付与装置をさらに有していてもよい。当該電圧付与装置を有することにより、上記溶融紡糸装置は、上記繊維体における繊維径のさらなる調整が可能となる。
また、上記マイクロファイバーをさらに含む上記繊維体は、高速エアを活用する上記の溶融紡糸装置の複数を、縦方向に、または横方向に、または両方向に並べて、同時に紡糸し、ナノファイバーの上記気流に合流させることで、異なる樹脂、繊維径の繊維を集合、複合化させることにより製造可能である。
この方法は、ナノファイバーとマイクロファイバーを同時に紡糸する。このため、ナノファイバーとマイクロファイバーとがほぼ均一に、そしてマイクロファイバーに対してナノファイバーが十分に存在し、かつ絡み合う上記繊維体を作製することが可能である（図４Ａ、４Ｂ参照）。上記の方法は、繊維体の厚み方向において十分にナノファイバーを存在させる観点から好ましい。
さらに、上記支持体に支持された上記繊維体は、例えば、上記エアノズルから気流を支持体の表面に向けて発生させ、上記第１の紡糸ノズルおよび上記第２の紡糸ノズルの一方または両方から所期の材料などを吐出させ、生成する繊維を支持体の表面で捕集することにより、製造することが可能である。
さらに、上記支持体に支持された、複数の積み重ねられた繊維体で構成される不織布構造体は、支持体とその上に支持された上記繊維体の複数の、当該支持体同士、あるいは当該繊維体同士、あるいは当該支持体と当該繊維体と、を合わせ、一部分で必要に応じて接着、溶着あるいは固定することによって製造することが可能である。
また、上記繊維体の製造には、上記の高速エアを活用した溶融紡糸装置以外にも、メルトブローン法や電界紡糸法などの公知の方法を、安定した生産性の観点では望ましくないが、利用することが可能である。また、上記ナノファイバーと上記マイクロファイバーは、同じ方法で作製されてもよいし、異なる方法で作製されてもよい。
上記不織布構造体の具体例を図示する。図１Ａは、上記不織布構造体の第１の態様を模式的に示す図であり、図１Ｂは、上記不織布構造体の第２の態様を模式的に示す図であり、図１Ｃは、上記不織布構造体の第３の態様を模式的に示す図であり、図１Ｄは、上記不織布構造体の第４の態様を模式的に示す図であり、図１Ｅは、上記不織布構造体の第５の態様を模式的に示す図である。
不織布構造体１０Ａは、図１Ａに示されるように、繊維体１のみから構成されている。繊維体１は、ナノファイバーのみ、あるいはナノファイバーとマイクロファイバーとによって、前述した厚みと密度を満たすように構成されている。
不織布構造体１０Ｂは、図１Ｂに示されるように、繊維体１および支持体２とから構成されている。支持体２は、例えば樹脂製の不織布のシートである。繊維体１は、支持体２の一表面に支持されている。不織布構造体１Ｂは、例えば、支持体２の一表面に繊維体１を形成することによって作製される。
不織布構造体１０Ｃは、図１Ｃに示されるように、繊維体１と、繊維体１を厚さ方向の両側から挟む二枚の支持体２とから構成されている。不織布構造体１０Ｃは、例えば、二つの不織布構造体１Ｂの繊維体１同士を合わせることによって作製される。
不織布構造体１０Ｄは、図１Ｄに示されるように、一枚の支持体２の両面のそれぞれに繊維体１が支持されて構成されている。不織布構造体１Ｄは、例えば、一枚の支持体２の両面に同時に、あるいは支持体２の片面に逐次、繊維体１を形成することによって作製される。
不織布構造体１Ｅは、図１Ｅに示されるように、複数の繊維体１と複数の支持体２とによって構成されている。支持体２は、各繊維体１の厚さ方向における両側に配置されている。不織布構造体１Ｅは、例えば、不織布構造体１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの一以上を適宜に積み重ねることによって作製される。
上記不織布構造体は、周波数が１ｋＨｚよりも大きな音の吸収性能と、周波数が１ｋＨｚ以下の音の吸収性能との両方に優れている。その理由は、以下のように考えられる。
上記繊維体は、ナノファイバーを十分に含む繊維で構成され、十分な厚さと適度な繊維密度を有する。当該繊維体の内部には、非常に微小な空隙が形成されている。空気の振動（音波）である音が、当該繊維体内を通過する。
上記ナノファイバーの繊維が細いことから柔軟性に富み、よって、ナノファイバーは、上記空気の振動により共振する。このため、ナノファイバーが振動し、ナノファイバー同士の摩擦によって熱が生じる。こうして、ナノファイバーを振動させる音のエネルギーは、繊維体内を通過することでナノファイバーを振動させ、熱エネルギーに変換される。
１０ｍｍ以上の厚さを有する上記繊維体では、 従来の繊維体に比べて、１ｋＨｚ以下の低周波数域の音の吸音効果が、より一層起こりやすい。これは、ナノファイバーが十分に柔軟であり、かつ十分な繊維密度で存在するので、より高周波数域の、振動エネルギーのより大きな音だけでなく、より低周波数域の、振動エネルギーのより小さな音までも、熱エネルギーに変えることができるため、と考えられる。
なお、上記繊維体の繊維密度が前述の範囲よりも低いと、ナノファイバーの共振が十分に発生せず、１ｋＨｚ以下の低周波数域の音の吸音効果が不十分となることがある。また、上記繊維体の繊維密度が前述の範囲よりも高いと、繊維体の表面部での音の反射が生じやすくなり、繊維体内における上記低周波数域の音の吸音効果が不十分となることがある。その一方で、上記繊維体の繊維密度を１０〜２５ｋｇ／ｍ３とすると、上記低周波数域の音の吸音効果が十分に得られるとともに、前述した中周波数域の音の吸音効果が十分に得られることがある。
以上の説明から明らかなように、上記不織布構造体は、繊維が絡み合わされてなる繊維体を有し、当該繊維は、その繊維径が１μｍ未満の樹脂製のナノファイバーを含み、当該繊維体の厚さは１０ｍｍ以上であり、当該繊維体の繊維密度は１０ｋｇ／ｍ３以上５０ｋｇ／ｍ３未満であることから、低周波数域の音の優れた吸音特性を発現する。
また、上記不織布構造体が上記繊維体を支持する支持体をさらに有することは、上記繊維体の所期の形状を維持する観点および不織布構造体の強度を高める観点から、より一層効果的である。また、上記の観点から、上記不織布構造体は、上記繊維体が、その片面で上記支持体に支持されているか、または二つの上記支持体で挟まれて支持されていてもよいし、上記不織布構造体が、二以上の上記繊維体を有し、かつ少なくとも当該繊維体の間に上記支持体を有していてもよい。
また、上記支持体が不織布、織布、フィルム、紙および発泡体層からなる群から選ばれる一以上であることは、入手が容易であり不織布構造体の生産性を高める観点からより一層効果的である。
また、上記繊維体は、その繊維径が２〜５０μｍであるマイクロファイバーをさらに含むことは、当該繊維体の所期の形状を維持する観点および当該繊維体の強度を高める観点からより一層効果的である。
また、上記ナノファイバーの繊維径分布の分布幅が上記マイクロファイバーの繊維径分布の分布幅よりも狭いことが、上記低周波数域の音の吸音効果と上記強度向上効果との設計の観点からより一層効果的である。
また、上記樹脂が汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチックからなる群から選ばれる一以上を含み、当該汎用プラスチックが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリ乳酸およびアクリル樹脂からなる群から選ばれる一以上であり、上記エンジニアリングプラスチックが、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン６、ナイロン６，６およびナイロン１２からなる群から選ばれる一以上であり、上記スーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリフェニレンスルフィドおよび液晶ポリマーの一方または両方である、ことは、繊維体の材料の入手が容易であり不織布構造体の生産性を高める観点からより一層効果的である。
上記繊維体には、連続する微細な空隙を有する構造が形成されており、上記支持体にも、通常、そのような構造を有する部材が使用される。よって、上記不織布構造体は、一般に、前述した独特の吸音特性を有するとともに、通気性または通液性を兼ね備える。したがって、上記不織布構造体は、例えば、上記の吸音特性を要する用途、および、当該吸音特性とそれ以外の他の機能との両方を要する用途、のいずれにも採用することができる。また、上記不織布構造体は、上記の他の機能のみの用途で採用することも可能である。このような観点から、当該不織布構造体は、吸音材、遮音材、ろ過材、断熱材、絶縁セパレータ、オイル吸着材、表面洗浄用布および医療用被覆材などの不織布製品の構成部材として好適に用いられる。
＜実施例１＞
まず、高速・高温（例えば２００ｍ／ｓｅｃ、３００℃）のエアをエアノズルから一方向に噴き出し、また、エアノズルからの高速高温気流の下流側に、ポリプロピレン製の不織布を支持体として設置する。当該不織布は、スパンレース法によって製造された不織布であり、その目付け量は２０ｇ／ｍ３であり、またその厚さは１４０μｍである。
次いで、ポリプロピレン（ＰＰ、株式会社プライムポリマー製「プライムポリプロ Ｊ１０６Ｇ」）を、３００℃に調整された紡糸ノズルに通過させて充分に溶融し、次いで当該溶融したＰＰを紡糸ノズルから上記高速高温気流へ吐出させ、繊維径が０．５０μｍ、繊維長が１００ｃｍのナノファイバーを作製するとともに下流側の上記不織布の表面に捕集する。こうして、繊維径が０．５０μｍ（５００ｎｍ）、目付け量が３５０ｇ／ｍ２、繊維密度が１７．５ｋｇ／ｍ３のナノファイバーによる繊維体が上記不織布の表面に支持されている、図１Ｂに示されるようなシート状の不織布構造体１を作製した。
また、不織布構造体１の厚さは、２０ｍｍである。不織布構造体１の厚さは、上記不織布と上記繊維体の厚さの総和の平均値であり、当該不織布構造体１の平面方向における任意の５箇所で測定された厚さの総和の平均値である。
上記繊維径は、前述したように、カーボンテープ上に３ｍｍ角程度の繊維体１の試料を貼り、次いで当該試料にＡｕを２分間程度蒸着し、次いで走査型電子顕微鏡 ＶＥ−７８００（株式会社キーエンス製）を用いて上記試料を３０００倍の倍率で観察し、得られた拡大画像中の任意の１０本のナノファイバーの繊維径を測定し、それらの平均値として求めた。
上記目付け量は、上記繊維体を、その平面形状が１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形に切断し、その重量を測定し、当該重量と平面方向における面積（１００ｃｍ２）とから算出した。また、上記繊維密度は、上記目付け量および下記不織布構造体の厚さとの積により求めた。
なお、上記繊維体を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより、図３Ａおよび３Ｂに示されるように、当該繊維体の平面方向および厚さ方向のいずれにおいても、上記ナノファイバーによる均一かつ緻密な繊維体が構成されていることが確認される。
＜実施例２、４および比較例３、５〜７＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整、および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１と同様にして、不織布構造体２〜７をそれぞれ作製した。
不織布構造体２における繊維体の繊維径は０．３５μｍであり、目付け量は３９０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１７．７ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体２の厚さは２２ｍｍである。不織布構造体３における繊維体の繊維径は０．５０μｍであり、目付け量は３５０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は３５．０ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体３の厚さは１０ｍｍである。不織布構造体４における繊維体の繊維径は０．５０μｍであり、目付け量は７５６ｇ／ｍ２であり、繊維密度は４７．３ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体４の厚さは１６ｍｍである。不織布構造体５における繊維体の繊維径は０．５０μｍであり、目付け量は５００ｇ／ｍ２であり、繊維密度は２７．８ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体５の厚さは１８ｍｍである。不織布構造体６における繊維体の繊維径は０．５０μｍであり、目付け量は４５３ｇ／ｍ２であり、繊維密度は２５．２ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体６の厚さは１８ｍｍである。不織布構造体７における繊維体の繊維径は０．３５μｍであり、目付け量は１９０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１９．０ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体７の厚さは１０ｍｍである。
＜参考例８、９および実施例１０＞
紡糸ノズルの温度、ＰＰの吐出量、および高速高温気流の流量を必要に応じて調整する以外は不織布構造体１と同様にして、上記不織布の表面に、繊維径が０．５０μｍ（５００ｎｍ）、目付け量が１８７ｇ／ｍ２、繊維密度が４６．８ｋｇ／ｍ３の繊維体が支持されてなる、図１Ｂに示されるような不織布構造体ユニット８を作製した。不織布構造体ユニット８の厚さは４ｍｍである。
不織布構造体ユニット８を三枚重ね、さらにその最上部に上記不織布を重ね、適宜に固定することにより、図１Ｅに示されるような、三層の上記繊維体の層を有する不織布構造体８を作製した。不織布構造体８の厚さは１２ｍｍである。
さらに、不織布構造体ユニット８を四枚重ねる以外は不織布構造体８と同様にして、不織布構造体９を作製した。また、不織布構造体ユニット８を五枚重ねる以外は不織布構造体８と同様にして、不織布構造体１０を作製した。不織布構造体９の厚さは１６ｍｍであり、不織布構造体１０の厚さは２０ｍｍである。
＜実施例１１および参考例１２＞
上記高速高温気流に向けて配置されている、２８０℃に調整された第２の紡糸ノズルから、溶融したポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ、帝人株式会社製「ＴＲＮ−８５５０Ｔ」）を、上記ＰＰと同時に上記高速高温気流へ吐出させる以外は、不織布構造体１と同様にして、不織布構造体１１を作製した。不織布構造体１１の繊維体は、ＰＰ製のナノファイバーとＰＥＴ製のマイクロファイバーとが質量比１：１で混在している。
不織布構造体１１の繊維体におけるナノファイバーの繊維径は０．５０μｍであり、マイクロファイバーの繊維径は１１μｍである。上記繊維体の目付け量は１１４０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は４９．６ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体１１の厚さは２３ｍｍである。
なお、上記マイクロファイバーの繊維径は、上記の拡大画像における倍率を１００倍とする以外はナノファイバーの繊維径と同様に測定して求めた。
また、上記繊維体をＳＥＭで観察することにより、図４Ａおよび４Ｂに示されるように、当該繊維体の平面方向および厚さ方向のいずれにおいても、上記ナノファイバーと上記マイクロファイバーとが均一に混在し、かつ上記マイクロファイバー間に上記ナノファイバーが十分に存在する繊維体が構成されていることが確認される。
また、紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１１と同様にして不織布構造体１２を作製した。不織布構造体１２の繊維体の目付け量は７６０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は４７．５ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体１２の厚さは１６ｍｍである。
＜参考例１３、１５、１７および実施例１４、１６＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１１と同様にして不織布構造体１３を作製した。不織布構造体１３の繊維体におけるナノファイバーの繊維径は０．５０μｍであり、マイクロファイバーの繊維径は２０μｍである。また、当該繊維体の目付け量は３３１ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１８．４ｋｇ／ｍ３である。さらに、不織布構造体１３の厚さは１８ｍｍである。不織布構造体１３〜１７の繊維体では、ＰＰ製のナノファイバーとＰＥＴ製のマイクロファイバーとが質量比１：１で混在している。
また、紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１３と同様にして不織布構造体１４〜１７を作製した。不織布構造体１４〜１７の繊維体におけるナノファイバーの繊維径は、いずれも０．５０μｍであり、マイクロファイバーの繊維径は、いずれも２０μｍである。
不織布構造体１４の繊維体の目付け量は６９１ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１９．２ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体１４の厚さは３６ｍｍである。不織布構造体１５の繊維体の目付け量は６９１ｇ／ｍ２であり、繊維密度は３４．６ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体１５の厚さは２０ｍｍである。不織布構造体１６の繊維体の目付け量は５０９ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１７．０ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体１６の厚さは３０ｍｍである。不織布構造体１７の繊維体の目付け量は５０９ｇ／ｍ２であり、繊維密度は３６．４ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体１７の厚さは１４ｍｍである。
＜実施例１８〜２０＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１１と同様にして不織布構造体１８を作製した。不織布構造体１８の繊維体におけるナノファイバーの繊維径は０．５０μｍであり、マイクロファイバーの繊維径は２１μｍである。また、当該繊維体の目付け量は４８０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１６．０ｋｇ／ｍ３である。さらに、不織布構造体１８の厚さは３０ｍｍである。不織布構造体１８〜２０の繊維体では、ＰＰ製のナノファイバーとＰＥＴ製のマイクロファイバーとが質量比３：１で混在している。
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１８と同様にして、不織布構造体１９、２０をそれぞれ作製した。不織布構造体１９および２０の繊維体のいずれも、ナノファイバーの繊維径は０．５０μｍであり、マイクロファイバーの繊維径は２１μｍである。また、不織布構造体１９の厚さは２７ｍｍであり、その繊維体の繊維密度は１７．８ｋｇ／ｍ３である。さらに、不織布構造体２０の厚さは２０ｍｍであり、その繊維体の繊維密度は２４．０ｋｇ／ｍ３である。
＜参考例２１および実施例２２、２３＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１１と同様にして、不織布構造体ユニット２１を作製した。
不織布構造体ユニット２１の繊維体は、ＰＰ製のナノファイバーとＰＥＴ製のマイクロファイバーとが質量比１：１で混在しており、その繊維体におけるナノファイバーの繊維径は０．５０μｍであり、マイクロファイバーの繊維径は１１μｍである。また、上記繊維体の目付け量は１９０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は４７．５ ｋｇ／ｍ３である。さらに、不織布構造体ユニット２１の厚さは４ｍｍである。
不織布構造体ユニット２１を３枚重ね、さらにその最上部に上記不織布を重ね、適宜に固定することにより、３層の上記繊維体の層を有する不織布構造体２１を作製した。不織布構造体２１の厚さは１２ｍｍである。
不織布構造体ユニット２１をそれぞれ、５枚および６枚重ねる以外は不織布構造体２１と同様にして、不織布構造体２２、２３をそれぞれ作製した。不織布構造体２２の厚さは２０ｍｍであり、不織布構造体２３の厚さは２４ｍｍである。
＜比較例１＞
スリーエム ジャパン株式会社製「シンサレート ＴＡＩ３０４７」（「シンサレート」は同社の登録商標）を用意し、これを不織布構造体Ｃ１とした。不織布構造体Ｃ１は、ポリプロピレン製のマイクロファイバー１とポリエステル製のマイクロファイバー２とが混在した繊維体を有する。マイクロファイバー１の繊維径は約２μｍであり、マイクロファイバー２の繊維径は約２５μｍである。また、マイクロファイバー１の質量（ＭＦ１）とマイクロファイバー２の質量（ＭＦ２）との比（ＭＦ１：ＭＦ２）は約６５：３５である。また、不織布構造体Ｃ１の繊維体における目付け量は３１５ｇ／ｍ２であり、繊維密度は１７．５ｋｇ／ｍ３である。また、不織布構造体Ｃ１の厚さは１８ｍｍである。
＜比較例２、３＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１と同様にして、繊維密度および厚さが異なる以外は不織布構造体１と同様の不織布構造体Ｃ２、Ｃ３をそれぞれ作製した。
不織布構造体Ｃ２の繊維体の繊維密度は５０．０ｋｇ／ｍ３であり、不織布構造体Ｃ２の厚さは７ｍｍである。また、不織布構造体Ｃ３の繊維体の繊維密度は８７．５ｋｇ／ｍ３であり、不織布構造体Ｃ３の厚さは４ｍｍである。
＜比較例４〜６＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体４〜６のそれぞれと同様にして、繊維密度および厚さが異なる以外は不織布構造体４〜６のそれぞれと同様の不織布構造体Ｃ４〜Ｃ６をそれぞれ作製した。
不織布構造体Ｃ４の繊維体の繊維密度は７５．６ｋｇ／ｍ３であり、不織布構造体Ｃ４の厚さは１０ｍｍである。不織布構造体Ｃ５の繊維体の繊維密度は５５．６ｋｇ／ｍ３であり、不織布構造体Ｃ５の厚さは９ｍｍである。不織布構造体Ｃ６の繊維体の繊維密度は５０．３ｋｇ／ｍ３であり、不織布構造体Ｃ６の厚さは９ｍｍである。
＜比較例７、８＞
不織布構造体ユニット８を不織布構造体Ｃ７とした。また、不織布構造体ユニットの重ね枚数を二枚とする以外は不織布構造体８と同様にして、不織布構造体Ｃ８を作製した。不織布構造体Ｃ８の厚さは８ｍｍである。
＜比較例９、１０＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１１と同様にして、不織布構造体Ｃ９、Ｃ１０をそれぞれ作製した。
不織布構造体Ｃ９の厚さは７ｍｍであり、その繊維体の目付け量は３８０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は５４．３ｋｇ／ｍ３である。不織布構造体Ｃ１０の厚さは４ｍｍであり、その繊維体の目付け量は１９０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は４７．５ｋｇ／ｍ３である。不織布構造体Ｃ１０の目付け量および繊維密度は、不織布構造体ユニット２１と同等である。
＜比較例１１＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１３と同様にして、不織布構造体Ｃ１１を作製した。不織布構造体Ｃ１１の厚さは７ｍｍであり、その繊維体の目付け量は３３１ｇ／ｍ２であり、繊維密度は４７．３ｋｇ／ｍ３である。
＜比較例１２＞
紡糸ノズルの温度の調整、ＰＰの吐出量の調整、ＰＥＴの吐出量の調整、高速高温気流の流量の調整、生成する繊維の捕集時間の調整 および繊維体の厚さ方向への圧縮、を必要に応じて行う以外は不織布構造体１８と同様にして、不織布構造体Ｃ１２を作製した。不織布構造体Ｃ１２の厚さは９ｍｍであり、その繊維体の目付け量は４８０ｇ／ｍ２であり、繊維密度は５３．３ｋｇ／ｍ３である。
不織布構造体１〜２３およびＣ１〜Ｃ１２のそれぞれについて、不織布構造体の平面方向に対して垂直な方向からの、周波数２００Ｈｚ〜６ｋＨｚの音の吸音率（垂直入射吸音率）を、音響インピーダンス管を用いた垂直吸音システム（株式会社 小野測器製「ＤＳ−２００」）を用いて測定した。不織布構造体１〜２３およびＣ１〜Ｃ１２の構造および物性と垂直入射吸音率の測定結果とを表１〜３にそれぞれ示す。また、図２に、実施例１、２および比較例１の不織布構造体の垂直入射吸音率を示す。図中、実線は実施例１の、一点鎖線は実施例２の、そして破線は比較例１の不織布構造体の垂直入射吸音率をそれぞれ示している。
表３および図２から明らかなように、マイクロファイバーからなる繊維体を有する不織布構造体Ｃ１は、約１ｋＨ以下の周波数域では吸音率が約０．１程度と不十分であり、約１ｋＨｚから約５ｋＨｚまでの周波数域では吸音率が徐々に増加し、約５ｋＨｚ以上の周波数では０．９以上の十分な吸音率を示している。
表１、表２および図２から明らかなように、ナノファイバーによる繊維体において、厚みを１０ｍｍ以上とし、かつ、繊維密度を１０ｋｇ／ｍ３以上５０ｋｇ／ｍ３未満とした不織布構造体１〜６および不織布構造体８〜２３は、いずれも、約３ｋＨｚまでの周波数域で比較例１以上の高い吸音率を示しており、具体的には１ｋＨｚにて０．２以上、２ｋＨｚにて０．５以上、３ｋＨＺにおいても０．７以上の吸音率を示している。かつ、これらの実施例は、約４ｋＨｚ以上の周波数でも、十分に高い吸音率を示している。
このように、上記の不織布構造体は、マイクロファイバーによる不織布構造体に比べて、より低い周波数域の音の吸音性に優れていることがわかる。これは、先述のように、ナノファイバーの繊維体における粘性による音の熱エネルギーへの変換の効率が高くなり、また、当該繊維体自身の共振による吸音効果が起こりやすくなるため、と考えられる。
その効果は、図２に示されるように、厚さが１６ｍｍ以上でナノファイバーの比率の高い実施例１および２において特に顕著であり、１ｋＨｚにて０．８以上、２ｋＨｚにて０．７以上、３ｋＨＺにおいても０．７以上の吸音率が示されている。
また、実施例７と比較例１との対比によれば、両者の吸音特性はほぼ同等と言える。しかしながら、不織布構造体７の厚さは１０μｍであり、その目付け量は１９０ｇ／ｍ２、と比較例１の不織布構造体Ｃ１のそれらに比べて、十分に小さな値となっている。このように、目付け量が２００ｇ／ｃｍ２以下であり、厚さが１５ｍｍ以下でも、従来のマイクロファイバーの不織布構造体と同等の吸音効果がもたらされる。よって、ナノファイバーで繊維体を構成することにより、従来のマイクロファイバーで構成された繊維体を含む不織布構造体に比べて、より軽くより薄い不織布構造体で同等の吸音効果が得られる。
また、実施例１と実施例２との対比によれば、繊維体の繊維径がより細いことが、５ｋＨｚ以下の周波数域での吸音特性をより高める観点から効果的であることがわかる。これは、より柔軟なナノファイバーで構成される上記繊維体のそれ自身の剛性がより小さくなり、ナノファイバーの共振が起こり易くなり、その結果、低周波域での吸音効果がより高まっているため、と考えられる。
また、実施例８〜１０と比較例８との対比よれば、厚さの不足のために１ｋＨｚ近傍での吸音率が低かった不織布構造体ユニット８を積み重ねることによって、当該吸音率を高めることが可能であることがわかる。
さらに、実施例８〜１０では、繊維体の層の間に支持体の層が配置されることから、ナノファイバーによる不織布構造体の厚さ方向への変形（例えばつぶれ）や、の平面方向への変形（例えば破れ）などに対する強度が、このような層間の支持体を有さない不織布構造体１などに比べて大幅に向上する。
その結果、つぶれの抑制によって不織布構造体の繊維密度が経時的により安定する。繊維体における繊維密度が高くても、気体や液体などの流体が繊維体内を通過したときの繊維体の損失が抑制されることが期待される。加えて、繊維体の各層における共振による吸音効果と、繊維体の層同士での一部の波長域での反射吸収による共鳴効果も合わせて発生させることが期待される。よって、より一層幅広い繊維密度で最適な吸音特性が発現されるように、不織布構造体における吸音特性の設計の自由度が高められることが期待される。
さらに、実施例１１〜２３によれば、少なくともマイクロファイバーとナノファイバーとが混在する複合繊維の繊維体であっても、ナノファイバーの質量比が０．５以上の範囲で、ナノファイバーのみの繊維体による上記の吸音効果と同様の効果が得られることがわかる。当該複合繊維の繊維体では、前述の効果に加えて、マイクロファイバーの存在によって繊維体自身の強度がより向上し、繊維体自身の変形がより一層抑制されることが期待される。
一方で、比較例７、８、１０、１１は、いずれも、少なくとも１ｋＨｚ以下の周波数域での吸音特性が不十分であった。これは、繊維体の密度は所定の範囲であるが、繊維体の厚さが１０ｍｍ未満であるため、前述の共振による吸音効果が十分に発現されなかったため、と考えられる。
また、比較例２〜６および比較例９、１２においては、少なくとも４ｋＨｚの以上の周波数域で、吸音率が０．７以下となり、吸音特性が不十分であった。さらには、比較例３、９、１２においては、１ｋＨＺ近傍で、吸音率が０．１５以下となり、当該周波数域でも吸音特性が不十分となっている。これは、特に実施例１と比較例２および比較例３との対比から明らかなように、繊維体の繊維密度が高すぎ、繊維体内または繊維体表面での音の反射が強くなり、低周波域の音の繊維体への侵入および繊維体での吸収が不十分となったためと、加えて比較例３、９及び１２では厚みに低下による前述の共振による吸音効果が十分に発現されなかったため、と考えられる。
本発明に係る不織布構造体は、低周波数域の吸音特性に優れるというナノファイバーによる繊維体に特有な効果を奏する。したがって、上記不織布構造体には、例えば通気性および通液性、断熱性などの不織布構造体に特有の効果に加えて、低周波の流体の振動の伝達を防止する付加的な効果が期待される。よって、上記不織布構造体は、より低周波数の音を吸収するための吸音材としての用途での利用が期待され、また上記の低周波の振動の防止が期待される様々な分野において、上記の吸音特性を兼ね備える被覆材や分離材、仕切部材などとして、種々の用途での利用が期待される。
１ 繊維体
２ 支持体
１０Ａ〜１０Ｅ 不織布構造体

Claims (6)

  1. 繊維が絡み合わされてなる繊維体を有する不織布構造体を含む吸音材であって、
    前記繊維は、その繊維径が１μｍ未満のポリプロピレン製のナノファイバーを含み、
    前記繊維体の厚さは、２０ｍｍであり、
    前記繊維体の繊維密度は、１０ｋｇ／ｍ３以上５０ｋｇ／ｍ３未満であり、
    前記繊維体における前記ナノファイバーの含有比率は、質量比で０．５以上であり、
    １ｋＨｚの音の吸音率が０．８２であり、かつ、６ｋＨｚの音の吸音率が０．８０である、吸音材。
  2. 前記不織布構造体は、前記繊維体を支持する支持体をさらに有する、請求項１に記載の吸音材。
  3. 前記繊維体は、その片面で前記支持体に支持されているか、または二つの前記支持体で挟まれて支持されている、請求項２に記載の吸音材。
  4. 前記不織布構造体は、二以上の前記繊維体を有し、かつ少なくとも前記繊維体の間に前記支持体を有する、請求項２または３に記載の吸音材。
  5. 前記支持体は、不織布、織布、フィルム、紙および発泡体層からなる群から選ばれる一以上である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の吸音材。
  6. 前記繊維体は、その繊維径が２〜５０μｍであるマイクロファイバーをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸音材。
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