JP6670914B1 - 吸音材 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が、０．７０以上である吸音性能を有する吸音材を提供する。【解決手段】 表面に開口した複数の孔が形成された繊維層からなる吸音材であって、上記繊維層は３ｍｍ以上の厚さを有し、上記繊維層の表面には、カルシウム系材料を主成分として含む無機材料層が形成されており、上記無機材料層の厚さは、０．４〜０．６ｍｍであり、上記孔は、上記無機材料層を貫通し、かつ、上記繊維層内部に底部を有する有底孔であり、上記孔の深さは、上記繊維層の厚さの５０〜９０％であることを特徴とする吸音材。【選択図】 図１

Description

本発明は、吸音材に関する。
自動車は、エンジンやモーター等の動力源を有し、これらが稼働することにより様々な音が発生し、このような音が車内にも伝達される。また、自動車内には、自動車自身が発生する音だけでなく、自動車が走行した際に発生するロードノイズや風切り音等の車外から発生する音も伝達される。これらの音は重なり合い、人が不快と感じる周波数の音、すなわち８００〜２０００Ｈｚの周波数の音になる場合がある。
そのため、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ、排気管周辺部等での遮音・吸音による防音対策が行われている。
このような防音対策として、特許文献１には、それぞれの面積が３平方ｍｍ以下である多数の孔が形成されて開口率が１〜３０％である金属箔と、通気性の大きい繊維マットとが重ね合わされて形成された吸音部、及び、遮音板を有し、上記金属箔の反対側で上記吸音部と上記遮音板との間に空隙が形成され、上記金属箔がエンジンに対面して配設された吸音装置を自動車に用いることが開示されている。
特開２０００−３４９３８号公報
排気管もしくはエンジン周りに適用する自動車用の吸音材においては、車両内での会話を妨げないために、会話音域である５００〜２０００Ｈｚの周波数領域における吸音材としての機能が求められる。
なかでも、８００〜２０００Ｈｚの周波数領域の音は、人にとって不快な音となるので、この周波数領域における吸音材の吸音性能を高めることが、車両の快適性を高めるうえで特に求められている。
また、近年、８００〜２０００Ｈｚの周波数領域の音の改善が進んできているが、これらの周波数領域の音が小さくなると、２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域の音がよく聞こえるようになってきた。そのため、２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域の音の吸音需要が高まってきている。
特許文献１の実施例に記載された吸音材を用いて吸音性能を測定したところ、８００〜５０００Ｈｚの低周波数領域での平均吸音率が０．７０未満であり、吸音性能が充分といえなかった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされた発明であり、本発明の目的は、８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が、０．７０以上である吸音性能を有する吸音材を提供することである。
本発明の吸音材は、表面に開口した複数の孔が形成された繊維層からなる吸音材であって、上記繊維層は３ｍｍ以上の厚さを有し、上記繊維層の表面には、カルシウム系材料を主成分として含む無機材料層が形成されており、上記無機材料層の厚さは、０．４〜０．６ｍｍであり、上記孔は、上記無機材料層を貫通し、かつ、上記繊維層内部に底部を有する有底孔であり、上記孔の深さは、前記繊維層の厚さの５０〜９０％であることを特徴とする。
本発明の吸音材における繊維層の厚さは、３ｍｍ以上である。
繊維層の厚さが３ｍｍ未満であると、音を吸収するためには薄すぎ、充分な吸音性能を確保しにくくなる。
本発明の吸音材では、繊維層の表面に開口した複数の孔が形成されており、孔は、無機材料層を貫通し、かつ、繊維層内部に底部を有する有底孔である。
吸音材が音を受けると、その音は、繊維層の表面に開口した孔内に入射され、孔内で反射され、減衰するとともに繊維層内に吸収されることで吸音されることになる。
なお、本発明では、孔が形成された無機繊維層の表面が音を受ける面となる。
本発明の吸音材では、繊維層の表面にカルシウム系材料を主成分として含む無機材料層が形成されている。
上記の通り、吸音材が音を受けると、その音は、繊維層の表面に開口した孔内に入射され、孔内で反射され、減衰するとともに繊維層内に吸収されることで吸音される。音が孔の中で反射される場合、音の一部は、繊維層を通って外部に出ようとする。
繊維層の表面に無機材料層が形成されていると、この繊維層を通って外部に出ようとする音を反射させ、音が外に漏れることを防ぐことができる。
その結果、効率よく音を吸収することができる。
また、本発明の吸音材は、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ、排気管等に用いられることになる。このような環境で本発明の吸音材が用いられると、吸音材は４００℃以上の高温に曝されることになる。
吸音材に無機材料層が形成されていない場合、吸音材が４００℃以上の高温に曝されると、繊維層が伸縮し、繊維層の表面に開口した孔の形状や大きさが変形することがある。このような変形が生じると、吸音する音の周波数領域が変化してしまう。その結果、８００〜５０００Ｈｚの周波数領域の吸音率が充分でなくなる場合がある。
しかし、本発明の吸音材では、無機材料層が形成されている。吸音材に無機材料層が形成されていると、４００℃以上の高温下に曝されても、繊維層の表面に形成された孔の形状や大きさが維持されやすくなる。そのため、吸音性能が維持されやすくなる。
さらに、本発明の吸音材では、無機材料層の厚さが、０．４〜０．６ｍｍである。
無機材料層の厚さが、０．４ｍｍ未満であると、無機材料層があることによる音の吸音効果が得られにくくなる。
無機材料層の厚さが、０．６ｍｍを超えると、高周波数の音が反射されやすくなり、音が吸収されにくくなる。
また、無機材料層の柔軟性が損なわれ吸音材を必要部位に当接する際にクラックが入るなどし、結果的に開口形状が維持されないことがある。
さらに本発明の吸音材では、上記繊維層における上記孔の深さは、上記繊維層の厚さの５０〜９０％である。
孔の深さが、繊維層の厚さの５０％未満であると、音を反射し吸収するための孔の距離が得られなくなるので、音を吸収しにくくなり、吸音性能が得られにくくなる。
孔の深さが、繊維層の厚さの９０％を超えると、吸音材の孔内に入った音が、繊維層で吸収されずに透過してしまうため、吸音性能が得られにくくなる。
また、本発明の吸音材における繊維層の厚さは、３〜５０ｍｍであることがより望ましい。繊維層の厚さが５０ｍｍを超えると、吸音材としての機能性能、吸音性は問題ないが、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ、排気管の自動車用途に吸音材を用いたとき、厚みがネックとなり、自動車用途で吸音材が配置することができなくなることがある。
本発明の吸音材では、上記繊維層は、２層以上の繊維層を積層することにより構成されていることが望ましい。
このように、２層以上の繊維層を用いることにより、吸音材の厚さを容易に調節することができる。
本発明の吸音材では、繊維層が、２層の繊維層を積層した繊維層であってもよい。この場合、各繊維層を、音を受ける面側から第１繊維層、第２繊維層とすれば、第１繊維層を貫通する孔を形成し、第２繊維層には孔を形成せず、これらの２つ繊維層を積層することで繊維層内部に底部を有する有底孔を作製することができる。
１つの繊維層内部に底部を有する有底孔を形成することよりも、第１繊維層に貫通孔を形成して、孔が形成されない第２繊維層を積層し、繊維層内部に底部を有する有底孔を形成することの方が工程的に容易である。
本発明の吸音材では、上記繊維層は無機繊維からなることが望ましい。
無機繊維は耐熱性が高く、温度変化によって形状変化しにくい。そのため、繊維層に無機繊維を用いることで、繊維で形成された空隙内でも音の吸音がされるので吸音性能が得られやすい。
本発明の吸音材では、上記無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、グラスウール及びロックウールからなる群から選択される少なくとも１種の無機繊維のみからなることが望ましい。
これらの無機繊維は耐熱性が高く、有機繊維で構成された不織布を用いる場合と異なり温度変化によって形状変化しにくい。従って、繊維層を形成する無機繊維として好適である。
本発明の吸音材では、上記孔の開口部の一つのあたりの面積は、０．２０〜１５ｍｍ２であることが望ましい。
孔の開口部の一つあたりの面積が、０．２０ｍｍ２未満であると、音が孔に入りにくくなり、孔内で反射し、減衰しにくくなり、吸音性能が得られにくくなる。
孔の開口部の一つあたりの面積が、１５ｍｍ２を超えると、設計として設定している周波数の音が孔内で反射し、吸収されにくくなる。その結果、吸音性能が得られにくくなる。
孔の開口部の一つあたりの面積が０．２０〜１５ｍｍ２の範囲であると、孔内で音が反射し、吸収しやすくなり、吸音性能が得られやすくなる。
本発明の吸音材は、８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が０．７０以上であることが望ましい。
８００〜２０００Ｈｚの周波数領域の音は、人にとって不快な音である。また、２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域の音も、人にとって気になる音である。
８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が０．７０以上であると、人にとっての不快感を抑制することができるので、吸音材としての優れた吸音性能を有するといえる。
なお、本発明において、「吸音率」とは、ＪＩＳ Ａ １４０５−２：２００７「音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法」に準じて測定された吸音率を意味する。
本発明の吸音材は、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ及び排気管のいずれかに用いられることが望ましい。
本発明の吸音材をこれらの部位に用いることにより、８００〜５０００Ｈｚの音を効率よく吸収することができる。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の吸音材の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。 図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の吸音材の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。 図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の吸音材を製造する方法において孔を形成する際の配列パターンを模式的に示す模式図である。 図４は、本発明の吸音材の孔の深さ方向に平行な断面の形状の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、吸音材に対する垂直入射吸音率の測定装置を模式的に示す説明図である。 図６は、各実施例及び各比較例に係る吸音材を用いた吸音率測定における吸音率のチャートである。
（発明の詳細な説明）
以下、本発明の吸音材について詳述する。
本発明の吸音材は、表面に開口した複数の孔が形成された繊維層からなる吸音材であって、上記繊維層は３ｍｍ以上の厚さを有し、上記繊維層の表面には、カルシウム系材料を主成分として含む無機材料層が形成されており、上記無機材料層の厚さは、０．４〜０．６ｍｍであり、上記孔は、上記無機材料層を貫通し、かつ、上記繊維層内部に底部を有する有底孔であり、上記孔の深さは、上記繊維層の厚さの５０〜９０％であることを特徴とする。
本発明の吸音材では、繊維層の表面に開口した複数の孔が形成されており、孔は、無機材料層を貫通し、かつ、繊維層内部に底部を有する有底孔である。
吸音材が音を受けると、その音は、繊維層の表面に開口した孔内に入射され、孔内で反射され、減衰するともに繊維層内に吸収されることで吸音されることになる。
なお、本発明では、孔が形成された無機繊維層の表面が音を受ける面となる。
本発明の吸音材では、孔は有底孔である。
ここで吸音材に、繊維層を貫通する貫通孔が形成されていると、吸音材が音を受けた場合、音は貫通孔を通過する。このように吸音材の繊維層の裏面側まで音が伝わることとなり、吸音材としての役目を果たさない。
それに対して、本発明の吸音材では、孔は繊維層内部に底部を有する。そのため、孔に入った音は、反射し減衰されることとなる。また、音が繊維層内に入り込むことにより、繊維内で吸収されるのである。その結果、吸音材の裏面側に音が伝わりにくくなり、吸音材の吸音性能が得られる。
本発明の吸音材の繊維層の厚さは３ｍｍ以上であり、３〜５０ｍｍであることが望ましい。
繊維層の厚さが３ｍｍ未満であると、音を吸収するためには薄すぎ、充分な吸音性能を確保しにくくなる。
なお、繊維層の厚さが５０ｍｍを超えると、吸音材としての機能性能、吸音性能としては問題ないが、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ、排気管の自動車用途に吸音材を用いたとき、厚みがネックとなり、自動車用途で吸音材が配置することができなくなることがある。
本発明の吸音材では、繊維層は、２層以上の繊維層を積層することにより構成されていてもよい。
このように、２層以上の繊維層を用いることにより、吸音材の厚さを容易に調節することができる。２層以上の繊維層は、無機接着剤や有機接着剤等の接着剤により接着されていてもよい。
また、２層以上の繊維層における各繊維層を構成する繊維等の材料の種類は、同じ種類であっても、異なる種類であってもよい。
２層以上の繊維層における各繊維層の厚さは、同じ厚さであっても、異なる厚さであってもよい。２層以上の繊維層における各繊維層の嵩密度は、同じ嵩密度であっても、異なる嵩密度であってもよい。
本発明の吸音材では、２層以上の繊維層の層数は、特に限定されないが、２層であることが望ましい。この場合、各繊維層を、音を受ける面側から第１繊維層、第２繊維層とすれば、第１繊維層を貫通する孔を形成し、第２繊維層には孔を形成せず、これらの２つ繊維層を積層することで繊維層内部に底部を有する有底孔を作製することができる。
１つの繊維層内部に底部を有する有底孔を形成することよりも、第１繊維層に貫通孔を形成して、孔が形成されない第２繊維層を積層し、繊維層内部に底部を有する有底孔を形成することの方が工程的に容易である。
本発明の吸音材では、繊維層は無機繊維であることが望ましい。
無機繊維は耐熱性が高く、温度変化によって形状変化しにくい。そのため、繊維層に無機繊維を用いることで、繊維で形成された空隙内でも音の吸音がされるので吸音性能が得られやすい。
本発明の吸音材では、無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、グラスウール及びロックウールからなる群から選択される少なくとも１種の無機繊維のみからなることが望ましい。
これらの無機繊維は耐熱性が高く、有機繊維で構成された不織布を用いる場合と異なり形状変化しにくい。従って、繊維層を形成する無機繊維として好適である。
また、本発明の吸音材に用いる無機繊維は、アルミナ−シリカ繊維であることがより望ましい。
さらに、無機繊維にアルミナ−シリカ繊維を用いる場合、アルミナとシリカの組成比は、重量比でアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：シリカ（ＳｉＯ２）＝６０：４０〜８０：２０であることが望ましく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：シリカ（ＳｉＯ２）＝７０：３０〜７４：２６であることがより望ましい。
繊維層を形成する繊維の平均繊維長は、０．１〜１５０ｍｍであることが望ましく、１〜２０ｍｍであることがより望ましく、２〜１５ｍｍであることがさらに望ましい。
繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、繊維が短すぎるため、繊維層において繊維同士が絡みあいにくく、繊維層の強度が得られにくくなり、繊維層の形状保持性が低下してしまい、吸音材としての役目を果たせなくなる。
繊維の平均繊維長が１５０ｍｍを超えると、繊維が長すぎるために繊維層の作製が難しくなる。さらに、繊維層の緻密性が低下し、せん断強度も低下するので、吸音材として割れ等の不具合が発生しやすくなり、吸音材としての役目を果たせなくなる。
また、吸音材を構成する繊維層は、種々の方法により得ることができるが、ニードリング法又は抄造法により製造することができる。
ニードリング法によって得られる繊維層は、交絡構造を呈する。この構造を得るためには、繊維はある程度の平均繊維長を有することが必要である。よって、ニードリング法に用いられる繊維の平均繊維長は、１〜１５０ｍｍであることが望ましく、１０〜８０ｍｍであることがより望ましい。
繊維の平均繊維長が１ｍｍ未満であると、繊維の繊維長が短すぎるため、繊維同士の交絡が不充分となり、繊維層の強度が得られにくくなり、繊維層の形状保持性が低下してしまい、吸音材としての役目を果たせなくなる。さらに、吸音材を排ガス処理体へ巻き付けると、巻き付け性が低下し、吸音材が割れやすくなる。
繊維の平均繊維長が１５０ｍｍを超えると、繊維の繊維長が長すぎるため、吸音材を構成する繊維本数が減少するため、繊維層の緻密性が低下するので吸音材として割れ等の不具合が発生しやすくなる。
抄造法により得られる繊維層を構成する繊維の平均繊維長は、０．１〜２０ｍｍであることが好ましい。
繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、繊維の繊維長が短すぎるため、繊維層としての形状保持性が低下してしまう。さらに、繊維層の繊維集合体にしたときに繊維同士に好適な絡み合いが起こらず、充分な面圧を得ることが困難になる。
繊維の平均繊維長が２０ｍｍを超えると、繊維の繊維長が長すぎるため、抄造工程で水に繊維を分散したスラリー溶液中の繊維同士の絡み合いが強くなりすぎるため、繊維層の繊維集合体としたときに繊維が不均一に集積しやすくなり、せん断強度も低下するので、吸音材として割れ等の不具合が発生しやすくなる。
繊維長の測定は、ニードリング法や抄造法ともにピンセットを使用して、繊維層から繊維が破断しないように抜き取り、光学顕微鏡を使用して繊維長を測定する。
本明細書において、平均繊維長とは、繊維層から繊維３００本を抜き取り、繊維長を計測した平均長さを意味する。繊維層から繊維を破断せずに抜き取れない場合、繊維層を脱脂処理して、脱脂済み繊維層を水の中へ投入し、繊維同士の絡みをほぐしながら繊維が破断しないように採取すると良い。
繊維層を形成する繊維の平均繊維径は、１〜２０μｍであることが望ましく、２〜１５μｍであることがより望ましく、３〜１０μｍであることがさらに望ましい。
繊維の平均繊維径が１μｍ未満であると、繊維強度が弱く、衝撃等により繊維が裁断されやすくなる。そのため、繊維層の強度が得られにくくなり、吸音材としての役目を果たせなくなる。
繊維の平均繊維径が２０μｍを超えると、繊維径が太すぎ繊維自体のヤング率が高くなり繊維層の柔軟性が低くなりやすくなる。そのため、吸音材としての役目を果たせなくなる。
本発明の繊維層は、上記無機繊維以外に、ガラス繊維や生体溶解性繊維等の繊維を含んでいてもよい。
本発明の吸音材では、繊維層における孔の深さは、繊維層の厚さの５０〜９０％であり、５０〜７５％であることがより望ましい。
孔の深さが、繊維層の厚さの５０％未満であると、音を反射し吸収するための孔の距離が得られなくなるので、音を吸収しにくくなり、吸音性能が得られにくくなる。
孔の深さが、繊維層の厚さの９０％を超えると、吸音材の孔内に入った音が、繊維層で吸収されずに透過してしまうため、吸音性能が得られにくくなる。
それに対して、孔の深さが繊維層の厚さの５０〜９０％の範囲であると、孔内に入射した音が反射する距離が充分となり、音を吸収することができるのである。そのため、吸音材として吸音性能を有することとなる。これらの理由により、本発明の吸音材は、吸音性能を確保することができる。
本発明の吸音材における繊維層の表面に開口した孔の開口部について説明をする。
本発明の吸音材において孔の開口部は、外力によって開口面積が変化されないことが肝要であり、その形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、八角形等であってもよい。特に、開口部の形状は、円形もしくは楕円形であることが望ましい。これら形状は、角部が存在しないので、角を起点とする応力集中することがないからである。
本発明の吸音材において、孔の開口部の形状は、全て同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
本発明の吸音材における孔の開口部の配列パターンは、正方形を縦横に連続して配置した平面において正方形の頂点に開口部を配置する正方配列であってもよく、正三角形を縦横に連続して配置した平面において三角形の頂点に開口部を配置する千鳥配列であってもよい。これらの中では、千鳥配列であることが望ましい。孔の開口部の配列パターンが千鳥配列であると、隣接する孔同士の距離が等間隔になり易く音の減衰効率が高くなりやすい。
本発明の吸音材では、孔の開口部の一つあたりの面積は、０．２０〜１５ｍｍ２であることが望ましく、２．０〜１５ｍｍ２であることがより望ましい。
孔の開口部の一つあたりの面積が、０．２０ｍｍ２未満であると、音が孔に入りにくくなり、孔内で反射し、減衰しにくくなり、吸音性能が得られにくくなる。
孔の開口部の一つあたりの面積が、１５ｍｍ２を超えると、設計として設定している周波数の音が孔内で反射し、吸収されにくくなる。その結果、吸音性能が得られにくくなる。さらに２０００Ｈｚ以下の周波数領域の音に対する吸音性能が得られにくくなる。
それに対して、孔の開口部の一つあたりの面積が０．２０〜１５ｍｍ２の範囲であると、孔内で音が反射し、吸収しやすくなり、吸音性能が得られやすくなる。さらに２０００Ｈｚ以下の周波数領域の音に対する吸音性能が得られやすくなる。
本発明の吸音材において、孔の開口部の形状が円形である場合、孔の開口部の直径は、０．５０〜４．０ｍｍであることが望ましく、１．０〜３．０ｍｍであることがより望ましい。
本発明の吸音材では、繊維層の表面には、カルシウム系材料を主成分として含む無機材料層が形成されている。
繊維層の表面に無機材料層が形成されていると、繊維層の表面に開口した孔との関係で以下のような効果がある。
上記の通り、吸音材が音を受けると、その音は、繊維層の表面に開口した孔内に入射され、孔内で反射され、減衰するとともに繊維層内に吸収されることで吸音される。音が孔の中で反射される場合、音の一部は、繊維層を通って外部に出ようとする。
繊維層の表面に無機材料層が形成されていると、この繊維層を通って外部に出ようとする音を反射させ、音が外に漏れることを防ぐことができる。
その結果、効率よく音を吸収することができる。
また、本発明の吸音材は、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ、排気管等に用いられることになる。このような環境で本発明の吸音材が用いられると、吸音材は４００℃以上の高温に曝されることになる。
吸音材に無機材料層が形成されていない場合、吸音材が４００℃以上の高温に曝されると、繊維層が伸縮し、繊維層の表面に開口した孔の形状や大きさが変形することがある。このような変形が生じると、吸音する音の周波数領域が変化してしまう。その結果、８００〜５０００Ｈｚの周波数領域の吸音率が充分でなくなる場合がある。
しかし、本発明の吸音材では、無機材料層が形成されている。吸音材に無機材料層が形成されていると、４００℃以上の高温下に曝されても、繊維層の表面に形成された孔の形状や大きさが維持されやすくなる。そのため、吸音性能が維持されやすくなる。
本発明の吸音材では、上記無機材料層の厚さは、０．４〜０．６ｍｍである。
無機材料層の厚さが、０．４ｍｍ未満であると、無機材料層があることによる開管の反射効果が得られにくくなる。
無機材料層の厚さが、０．６ｍｍを超えると、無機材料層の柔軟性が損なわれ吸音材を必要部位に当接する際にクラックが入るなどし、結果的に開口形状が維持されないことがある。
本発明の吸音材では、無機材料層の密度は２〜６（ｇ／ｃｍ３）であることが望ましい。
また、無機材料層の密度は、繊維層の密度の３倍以上であることが望ましく、さらに、無機材料層の密度は、繊維層の密度の３〜３０倍であることが望ましい。
本発明の吸音材は、８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が０．７０以上であることが望ましい。
８００〜２０００Ｈｚの周波数領域の音は、人にとって不快な音である。また、２０００〜５０００Ｈｚの周波数領域の音も、人にとって気になる音である。
８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が０．７０以上であると、人にとっての不快感を抑制することができるので、吸音材としての吸音性能を有するといえる。
本発明の吸音材の形状は、特に限定されず、吸音材が配置される場所に収まる形状であればよい。
本発明の吸音材の用途としては、特に限定されないが、自動車用途で用いられることが望ましく、具体的にはエンジン、エンジンルーム内、車両ボディ及び排気管のいずれかに用いられることが望ましい。
本発明の吸音材をこれらの部位に用いることにより、８００〜５０００Ｈｚの音を効率よく吸収することができる。
また、吸音材をエンジンルーム内、車両ボディ及び排気管のいずれかに用いる場合には、曲面に配置することもある。このような場合において、吸音材を用いると吸音材を湾曲させる必要がある。この場合、吸音材に応力が生じ、無機材料層に割れやひびが生じやすくなる。そのため、曲面の形状に合うような形状の吸音材を、あらかじめ準備し、曲面に配置してもよい。また、小さな吸音材を多数準備して、その多数の吸音材を曲面に配置することにより、個々の吸音材に生じる応力を緩和し、無機材料層に割れやひびが生じることを防止してもよい。
次に、本発明の吸音材の製造方法の一例について説明する。
以下の説明する本発明の吸音材の製造方法は、（１）繊維層作製工程、（２）孔形成工程、及び、（３）無機材料層形成工程を含む。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の吸音材の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。
（１）繊維層作製工程
図１（ａ）に示すように、本工程では、厚さが３ｍｍ以上の繊維層２０を準備する。繊維層２０を準備する方法は特に限定されない。以下に、その一例である抄造法による繊維層２０を準備する方法を説明する。以下に説明する抄造法は、混合液調製ステップと、脱水ステップと、加熱加圧ステップとを含んでいる。
（混合液調製ステップ）
繊維と、無機バインダと、水とを混合し、撹拌機で撹拌することにより混合液を調製する。この際、必要に応じて無機粒子や、有機バインダも混合してもよい。なお、本ステップで用いる繊維の望ましい種類等は、既に説明しているのでここでの説明は省略する。
（脱水ステップ）
混合液調整ステップにより得られた混合液を底面にろ過用のメッシュが形成された成形器に流し込む。その後、混合液中の水を、メッシュを介して脱水することにより原料シートを作製する。
（加熱加圧ステップ）
原料シートを加熱加圧し、繊維層を作製する。また、加熱加圧の際、原料シートに熱風を通気させて乾燥する熱処理をしてもよく、あるいは熱処理をせずに湿潤状態としてもよい。
以上のステップを経て繊維層を準備することができる。
（２）孔形成工程
図１（ｂ）に示すように、本工程では、上記（１）繊維層作製工程にて作製した繊維層２０に、繊維層２０内部に底部３２が形成されるように孔３０を形成する。これにより、孔３０は、繊維層２０内部に底部３２を有する有底孔となる。
また、孔３０を形成する際は、孔３０の深さが、繊維層２０の厚さの５０〜９０％となるようにする。
孔３０を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、カッター、レーザー、ドリル等を用いて繊維層２０を貫通しないように、繊維層２０の一部を刳り貫く方法が挙げられる。
（３）無機材料層形成工程
図１（ｃ）に示すように、本工程では、上記（２）孔形成工程により孔３０が形成された繊維層２０において、繊維層の表面３１に無機材料層４０を形成する。無機材料層４０の形成の方法は、特に限定されないが、例えば、塗布、印刷等が挙げられる。
塗布により繊維層２０に無機材料層４０を形成する方法を以下に説明する。
（無機材料付与ステップ）
本ステップでは、まず、孔３０が形成されていない繊維層の表面３１に粉末状のカルシウム系材料を主成分とする無機材料を付与する。
次に、無機材料に水を付与し、孔３０が形成されていない繊維層の表面３１に付与された無機材料をスラリー状にする。
このように、孔３０が形成されていない繊維層の表面３１に粉末状の無機材料を付与してから無機材料をスラリー状にすることで、形成される無機材料層４０が繊維層２０に強固に固定されることになる。
なお、無機材料の付与量は、後述する乾燥工程を経て形成される無機材料層の厚さが、０．４〜０．６ｍｍとなるように調整する。
（乾燥工程）
本ステップでは、孔３０が形成されていない繊維層の表面３１上のスラリー状の無機材料を乾燥させ無機材料層４０とする。
乾燥の条件としては、特に限定されないが、７０〜１００℃、５〜１５分の条件であることが好ましい。
以上の工程を経て、吸音材１０を製造することができる。
上記無機材料層形成工程では、まず、繊維層の表面３１に粉末状の無機材料を付与してから、無機材料に水を付与し、無機材料をスラリー状にしていた。しかし、本発明の吸音材の製造方法では、孔３０が形成されていない繊維層の表面３１にスラリー状の無機材料を直接塗布してもよい。
次に、本発明の吸音材の製造方法の別の一例について説明する。具体的には、２層の繊維層を積層して吸音材を製造する方法である。
以下に説明する本発明の吸音材の製造方法は、（１）繊維層作製工程、（２）孔形成工程、（３）無機材料層形成工程及び（４）繊維層作製工程を含む。
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の吸音材の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。
（１）繊維層作製工程
図２（ａ）に示すように、本工程では、第１繊維層１２１及び第２繊維層１２２を準備する。各繊維層を準備する方法は特に限定されないが、例えば、上記の吸音材１０を製造する方法の（１）繊維層作製工程で繊維層を作製する方法と同じ方法で作製することができる。
（２）孔形成工程
図２（ｂ）に示すように、本工程では、第１繊維層１２１を貫通するように貫通孔１３５を形成する。
第１繊維層１２１に貫通孔１３５を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、カッターで第１繊維層１２１を切り出して貫通孔１３５を形成してもよく、パンチングマシーン、レーザ、ドリルにより第１繊維層１２１を打ち抜いて貫通孔１３５を形成してもよい。これらの中では、パンチングマシーンを用いる方法が望ましい。パンチングマシーンを用いる方法であれば、貫通孔１３５を容易に、素早く、連続的に形成することができるので経済的である。
（３）無機材料層形成工程
図２（ｃ）に示すように、本工程では、上記（２）孔形成工程により貫通孔１３５が形成された第１繊維層１２１の一方に主面に無機材料層１４０を形成する。
無機材料層１４０の形成の方法は、特に限定されないが、上記吸音材１０を製造する方法の（３）無機材料層形成工程で無機材料層４０を形成する方法と同じ方法で形成することができる。
（４）繊維層作製工程
図２（ｄ）に示すように、本工程では、無機材料層が形成された第１繊維層１２１及び第２繊維層１２２を積層し、繊維層１２０を作製する。
第１繊維層１２１及び第２繊維層１２２を積層する際には、接着剤を用い、第１繊維層１２１の無機材料層１４０が形成されていない側の裏面と、第２繊維層の表面とを張り合わせ図２（ｅ）に示すような繊維層１２０とする。
接着剤としては、無機バインダや、有機バインダ等を用いてもよい。
なお、第１繊維層１２１と接触する側の第２繊維層１２２の表面のうち、第１繊維層１２１に形成した貫通孔１３５に対応する位置に接着剤が付着しないように留意する必要がある。第１繊維層１２１に形成した貫通孔１３５に対応する位置に接着剤が付着している場合、接着剤が吸音を阻害することがあるからである。
第１繊維層１２１に形成した貫通孔１３５は、積層した繊維層１２０内部に底部１３２を有する孔１３０となる。
以上の工程を経て、図２（ｅ）に示すような吸音材１１０を製造することができる。
なお、吸音材１１０を製造する場合には、貫通孔１３５が形成された第１繊維層１２１と第２繊維層１２２とを積層してから無機繊維層１４０を形成してもよい。
次に、上記本発明の吸音材を製造する方法において、孔を形成する際の配列パターンを説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の吸音材を製造する方法において孔を形成する際の配列パターンを模式的に示す模式図である。
図３（ａ）に示すように、正方形を縦横に連続して配置した平面において正方形の頂点に位置するように、孔２３０を繊維層２２０に形成してもよい。
また、図３（ｂ）に示すように、正三角形を縦横に連続して配置した平面において三角形の頂点に位置するように、孔３３０を繊維層３２０に形成してもよい。
製造された本発明の吸音材の孔の深さ方向に平行な断面の形状について図面を用いて説明する。
図４は、本発明の吸音材の孔の深さ方向に平行な断面の形状の一例を模式的に示す断面図である。
図４に示すように、吸音材４１０は、表面に開口した複数の孔４３０が形成された繊維層４２０からなる吸音材であって、繊維層４２０は３ｍｍ以上の厚さＴを有し、繊維層４２０の表面４３１には、カルシウム系材料を主成分として含む無機材料層４４０が形成されている。無機材料層の厚さは０．４〜０．６ｍｍである。
吸音材４１０において、孔４３０は、無機材料層４４０を貫通し、かつ、繊維層４２０内部に底部４３２を有する有底孔である。また、繊維層４２０における孔４３０の深さＤは、繊維層４２０の厚さＴの５０〜９０％である。
（実施例）
以下に本発明をより具体的に説明する実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
（１）繊維層作製工程
（無機繊維層の作製）
ニードリング法によって無機繊維層を作製した。
Ａｌ含有量が７０ｇ／Ｌであり、Ａｌ：Ｃｌ＝１：１．８（原子比）となるように調製した塩基性塩化アルミニウム水溶液に対して、焼成後の無機繊維における組成比が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）：シリカ（ＳｉＯ２）＝７２：２８（重量比）となるようにシリカゾルを配合し、さらに、有機重合体（ポリビニルアルコール）を適量添加して混合液を調製した。
得られた混合液を濃縮して紡糸用混合物とし、この紡糸用混合物をブローイング法により紡糸して無機繊維前駆体を作製した。
紡糸した無機繊維前駆体を積層して、ニードリング処理し、シート状物を２枚作製した。
得られた各シート状物を、最高温度１２５０℃で連続して焼成し、長さ６００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚さ５ｍｍの、アルミナとシリカとを７２：２８（重量比）で含む無機繊維からなる繊維層を２枚得た。
得られた繊維層の嵩密度は０．１５ｇ／ｃｍ３であり、坪量は１０５０ｇ／ｍ２であった。
（２）孔形成工程
次に、開口部の形状が直径３ｍｍの円形であり、開口部の間隔が１２ｍｍとなり、配列パターンが千鳥配列になるように、パンチングマシーンを用いて、得られた繊維層の１枚に繊維層を貫通する貫通孔を形成した。
貫通孔が形成された繊維層を第１繊維層とし、孔を形成しなかった繊維層を第２繊維層とした。
（３）無機材料層形成工程
（３−１）無機材料準備ステップ
酸化カルシウムを主成分とする粉末状の無機材料を準備した。
（３−２）無機材料付与ステップ
次に、第１繊維層の非開口部に無機材料を付与した。
そして、無機材料に水を付与し、第１繊維層に付与された無機材料をスラリー状にした。
（３−３）乾燥工程
次に、第１繊維層に付与されたスラリー状の無機材料を７０℃、１０分間の条件で乾燥させ無機材料層を形成した。
無機材料層の厚さは、０．４ｍｍであった。
（４）繊維層作製工程
第１繊維層の無機材料層が形成されていない側の裏面と、第２繊維層の表面とを接着剤により張り合わせ繊維層とした。
これにより、第１繊維層に形成された貫通孔は、繊維層内部に底部を有する有底孔となった。
以上の工程を経て、実施例１に係る吸音材を製造した。
（実施例２）
上記「（３）無機材料層形成工程」において、無機材料層の厚さが０．６ｍｍとなるように変更した以外は実施例１と同様に実施例２に係る吸音材を製造した。
（比較例１）
上記「（３）無機材料層形成工程」において、無機材料層の厚さが１．０ｍｍとなるように変更した以外は実施例１と同様に比較例１に係る吸音材を製造した。
（比較例２）
上記「（２）孔形成工程」を行わず、無機材料層の厚さが１．０ｍｍとなるように変更した以外は、実施例１と同様に比較例２に係る吸音材を作成した。
（吸音率測定）
吸音率は、垂直入射吸音率試験により行った。測定はＪＩＳ Ａ １４０５−２：２００７「音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法」に準じて行った。
吸音率を測定する際には、各実施例、及び、各比較例に係る吸音材から直径２９ｍｍの円形となるようにカットし、垂直入射吸音率の測定装置（日東紡音響エンジニアリング製 型番：ＷｉｎＺａｃ ＭＴＸ）における音響管に配置した後、周波数５００〜５０００Ｈｚの範囲で測定を行った。
図５は、吸音材に対する垂直入射吸音率の測定装置を模式的に示す説明図である。
この測定装置８０では、音響管８１の先端にサンプル８２が配置されており、ノイズ発生器８３からの信号によりスピーカー８４からノイズを発生させ、音響管８１の内部に音場を生成させる。そして、２本の１／４インチマイクロホン８５、８６の音圧信号をＦＦＴ分析器８７によりＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析し、垂直入射吸音率を算出する。
なお、この測定では、無機材料層がスピーカー８４側に位置するように、各吸音材を配置した。
その結果を、図６に示す。
図６は、各実施例及び各比較例に係る吸音材を用いた吸音率測定における吸音率のチャートである。
なお、図６において、縦軸は、吸音率であり、横軸は、周波数である。
また、各実施例及び各比較例に係る吸音材の周波数８００〜５０００Ｈｚの範囲の平均吸音率を算出した。その結果を表１に示す。
Figure 0006670914
図６及び表１に示すように、実施例１及び２に係る吸音材は、８００〜５０００Ｈｚにおける吸音率が優れており、平均吸音率も充分に高かった。
図６に示すように、比較例１に係る吸音材は、８００〜２０００Ｈｚにおける吸音率が優れていたものの、２０００〜５０００Ｈｚでの吸音率が充分ではなかった。
これは、吸音材の高密度層が厚すぎた為、吸音材の表面で反射する音の割合が高かったためと考えられる。
図６及び表１に示すように、吸音材に孔が形成されていない比較例２に係る吸音材は、８００〜５０００Ｈｚにおける吸音率が劣っていた。
１０、１１０、４１０ 吸音材
２０、１２０、２２０、３２０、４２０ 繊維層
１２１ 第１繊維層
１２２ 第２繊維層
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ 孔
３１、４３１ 繊維層の表面
３２、１３２、４３２ 底部
１３５ 貫通孔
４０、１４０、４４０ 無機材料層
８０ 測定装置
８１ 音響管
８２ サンプル
８３ ノイズ発生器
８４ スピーカー
８５、８６ マイクロホン
８７ ＦＦＴ分析器

Claims (8)

  1. 表面に開口した複数の孔が形成された繊維層からなる吸音材であって、
    前記繊維層は３ｍｍ以上の厚さを有し、
    前記繊維層の表面には、カルシウム系材料を主成分として含む無機材料層が形成されており、
    前記無機材料層の厚さは、０．４〜０．６ｍｍであり、
    前記孔は、前記無機材料層を貫通し、かつ、前記繊維層内部に底部を有する有底孔であり、
    前記孔の深さは、前記繊維層の厚さの５０〜９０％であることを特徴とする吸音材。
  2. 前記繊維層の厚さは、３〜５０ｍｍである請求項１に記載の吸音材。
  3. 前記繊維層は、２層以上の繊維層を積層することにより構成される請求項１又は２に記載の吸音材。
  4. 前記繊維層は、無機繊維からなる請求項１〜３のいずれかに記載の吸音材。
  5. 前記無機繊維は、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、シリカ繊維、グラスウール及びロックウールからなる群から選択される少なくとも１種の無機繊維のみからなる請求項４に記載の吸音材。
  6. 前記孔の開口部の一つあたりの面積は、０．２０〜１５ｍｍ２である請求項１〜５のいずれかに記載の吸音材。
  7. ８００〜５０００Ｈｚの周波数領域における平均吸音率が０．７０以上である請求項１〜６のいずれかに記載の吸音材。
  8. 前記吸音材は、エンジン、エンジンルーム内、車両ボディ及び排気管のいずれかに用いられる請求項１〜７のいずれかに記載の吸音材。
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