JP6781766B2 - 防音構造体、および防音構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、入射する音波を減衰させる防音構造体、および防音構造体の製造方法に関する。

乗り物や建物、家庭用電気機器などの騒音対策として、音波を減衰させる防音構造体が用いられている。防音構造体として、（１）多孔質体、（２）振動板、（３）貫通穴付きの板などが開発されている。

多孔質体は、繊維や発泡樹脂などで形成される。音波が多孔質体に入射すると、多孔質体の内部で空気が振動する。このとき、繊維や発泡樹脂と空気との間に摩擦が生じ、音のエネルギーが熱に変換されることにより、音波が減衰させられる。

振動板は、音波によって振動することで、音のエネルギーを振動エネルギーに変換し、音波を減衰させる。

貫通穴付きの板は、当該板を基準として音源側とは反対側に設けられる空気層が音波に共鳴する現象を利用する。空気層の共鳴によって、貫通穴の内部の空気が激しく振動して摩擦が生じ、音のエネルギーが熱に変換され、音波が減衰させられる。

その他の防音構造体として、密度が異なる複数の多孔質層を積層したものが提案されている。

例えば特許文献１に記載の吸音体は、ＰＥＴフェルトと、ＰＥＴフェルトの音源側に積層されるシリカマットとを備える。ＰＥＴフェルトは、厚さが４０ｍｍであって面密度が１．４ｋｇ／ｍ^２であるので、密度が３５ｋｇ／ｍ^３である。一方、シリカマットは、厚さが５ｍｍであって面密度が０．４ｋｇ／ｍ^２であるので、密度が８０ｋｇ／ｍ^３である。従って、音源側に高密度層であるシリカマットが配され、音源側とは反対側に低密度層であるＰＥＴフェルトが配されている。この吸音体は、低密度層をばねとして利用すると共に高密度層を振動膜として利用し、音波のエネルギーを振動エネルギーに変換して、音波を減衰させる。

日本国特開２００８−７６８７１号公報

特許文献１に記載の吸音体のように、音源側に高密度層を配すると共に音源側とは反対側に低密度層を配すれば、音波のエネルギーを振動エネルギーに変換でき、共振周波数を中心とする特定の周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

しかしながら、騒音の周波数は幅広いため、広い周波数帯の音波を効率的に減衰させることができる防音構造体が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、広い周波数帯の音波を効率的に減衰させることができる、防音構造体の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の防音構造体の一態様は、
入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体を有し、
前記繊維体は、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である繊維で形成され、音波が入射する表面層と、前記表面層と積層され前記表面層から音波が伝搬する伝搬層とを含み、
前記伝搬層は、前記表面層の密度よりも大きい密度を有する高密度層を含み、
前記繊維体は、前記表面層を積層方向の両面に有し、前記両面の前記表面層の間に前記高密度層を有し、
前記繊維体の各表面から前記伝搬層にかけて、前記繊維体の密度が段階的または連続的に大きくなる。

本発明の一態様によれば、広い周波数帯の音波を効率的に減衰させることができる、防音構造体を提供できる。

一実施形態による防音構造体を示す断面図である。 一実施形態による防音構造体の吸音特性を示す図である。 第１変形例による防音構造体を示す断面図である。 第２変形例による防音構造体を示す断面図である。 図１の繊維体および図４の繊維体の設置例を示す断面図である。 第３変形例による防音構造体を示す断面図である。 図１の繊維体の別の設置例を示す断面図である。 図１の繊維体のさらに別の設置例を示す断面図である。 例１〜例７による繊維体の吸音特性を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

［実施形態］
図１は、一実施形態による防音構造体を示す断面図である。図１において、矢印の方向は、繊維体１０に対する音波の入射方向を表す。尚、図１では、音波は繊維体１０の表面１１に対し垂直に入射しているが、斜めに入射してもよい。

防音構造体は、入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体１０を有する。繊維体１０は、繊維が絡まり合ったものであって、織布、不織布のいずれでもよい。繊維体１０は、入射する音波のエネルギーを熱に変換させることで、入射する音波を減衰させる。音波が繊維体１０に入射すると、多孔質な繊維体１０の内部で空気が振動するので、繊維体１０を形成する繊維と空気との間に摩擦が生じ、音のエネルギーが熱に変換される。

繊維体１０は、吸音材として用いられてもよいし、遮音材として用いられてもよい。吸音材は、音源から入射した音波の反射を抑制する目的で用いられる。遮音材は、音源から入射した音波の透過を抑制する目的で用いられる。繊維体１０は、吸音材と遮音材の両方を兼ねてもよい。

繊維体１０は、乗り物、建物、家庭用電気機器、大型電気機器などの騒音対策に用いられる。乗り物としては、例えば、自動車や電車などの車両や飛行機などが挙げられる。車両の騒音は、走行音、走行音がトンネルや遮音壁などで反射した反射音、車両に搭載される搭載機器（例えば空調機やエンジン）の作動音を含む。建物としては、例えば、工場や映画館、カラオケボックス、音楽ホールなどが挙げられる。家庭用電気機器としては、例えば、冷蔵庫や掃除機、エアコン室外機、家庭用蓄電池、温水洗浄便座などが挙げられる。大型電気機器としては、例えば業務用冷蔵庫などが挙げられる。

繊維体１０の形状は、様々な用途に対応しやすいように、板状であってよい。この場合、少なくとも片側の主表面が、音波が入射する表面１１として用いられる。尚、繊維体１０の形状は、板状に限定されず、用途に適した形状であればよい。

繊維体１０を形成する繊維は、有機繊維であってよい。有機繊維の材料としては、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などが挙げられる。汎用プラスチックには、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）などが含まれる。エンジニアリングプラスチックには、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）などが含まれる。スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）および液晶ポリマー（ＬＣＰ）などが含まれる。繊維体１０は、一種類の有機繊維で形成されてもよいし、複数種類の有機繊維で形成されてもよい。

尚、本実施形態の繊維体１０を形成する繊維は、有機繊維であるが、無機繊維であってもよい。無機繊維としては、ガラス繊維やカーボンファイバーなどが挙げられる。有機繊維と無機繊維とが組み合わされてもよい。

繊維体１０の平均繊維径は、５μｍ以下である。繊維体１０の平均繊維径が５μｍ以下であると、単位体積当たりの繊維の表面積が広いため、繊維と空気との間で摩擦が生じやすい。よって、音波を効率的に減衰でき、特に、６００Ｈｚ以下の周波数の音波を効率的に減衰できる。繊維体１０の平均繊維径は、好ましくは４μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以下である。

繊維体１０の平均繊維径は、０．５μｍ以上である。繊維体１０の平均繊維径が０．５μｍ以上であると、厚さが４０ｍｍ以上である繊維体１０の製造が容易であり、また、繊維体１０の強度が十分に得られる。繊維体１０の平均繊維径は、好ましくは１μｍ以上である。

繊維体１０の平均繊維径は、電子顕微鏡を用いて測定する。具体的には、繊維体１０を電子顕微鏡で撮像して、任意の１００本の繊維径（直径）を測定し、その１００個の測定データの平均値を平均繊維径とする。

詳しくは後述するが、音波が入射する表面１１から背面１２にかけて、繊維体１０の密度が段階的に変化する。そのため、表面１１から背面１２にかけて繊維径が段階的に変化してもよいので、平均繊維径は繊維体１０の縦断面の電子顕微鏡写真を用いて測定してよい。

繊維体１０の縦断面とは、繊維体１０の表面１１に直交する断面を意味する。この断面を表面１１から背面１２にかけて１０個の区画に均等に区分し、各区画において任意の１０本の繊維径を測定し、１００個の測定データの平均値を平均繊維径とする。

区画毎に測定される１０本の繊維径の平均値は、表面１１からの距離に関係なく、誤差の範囲内で一致してよい。尚、区画毎に測定される１０本の繊維径の平均値は、表面からの距離に応じて変動してもよい。

繊維体１０の密度は、音波が入射する表面１１からの距離に応じて変化する。繊維体１０の密度とは、繊維体１０を形成する繊維と、繊維体１０に含まれる空隙との合計の密度のことである。単位体積に占める空隙の割合が少ないほど、繊維体１０の密度が大きくなる。

繊維体１０は、音波が入射する表面１１から背面１２にかけて、表面層２０と、背面層３０とをこの順で有する。表面層２０および背面層３０は、それぞれ、均質な多孔質層として形成される。背面層３０は、表面層２０と積層され表面層２０から音波が伝搬する伝搬層である。また、背面層３０は、表面層２０の密度よりも大きい密度を有する高密度層である。

表面層２０と背面層３０とは、別々に成形された後、結合されてよい。その結合には、例えばニードルパンチ法が用いられる。ニードルパンチ法は、表面層２０と背面層３０を積層した繊維体にニードルを刺し込み、ニードル側面の窪みまたは突起を利用して、表面層２０と背面層３０の界面付近で繊維同士を絡み合わせる方法である。

表面層２０と背面層３０との結合には、両面テープなどの接着剤が用いられてもよい。この場合、防音構造体は、繊維体１０とは別に、接着剤をさらに有する。接着剤は、網状に形成されることが好ましい。

表面層２０と背面層３０とは、一体に成形されてもよい。この場合、繊維体１０の製造方法としては、例えばメルトブローン法が好適である。

メルトブローン法は、溶融した熱可塑性樹脂をノズルから吹き出して高温、高速の気流で繊維状に引き伸ばし、ターゲット板上で繊維を紡糸する方法である。ターゲット板とノズルとの距離を変化させることで、密度が異なる表面層２０と背面層３０を連続的に形成できる。

尚、繊維体１０の製造方法は、メルトブローン法に限定されず、例えば電界紡糸法などでもよい。電界紡糸法でも、材料を吹き出すノズルとターゲット板との距離を変化させることで、密度が異なる表面層２０と背面層３０を連続的に形成できる。メルトブローン法や電界紡糸法によれば、不織布が得られる。電界紡糸法によれば、有機繊維のみならず、無機繊維も紡糸できる。

図２は、一実施形態による繊維体の吸音特性を示す図である。図２において、実線は繊維体１０の吸音特性を、一点鎖線は表面層２０の単体での吸音特性を示し、二点鎖線は背面層３０の単体での吸音特性を示す。

密度が比較的大きい背面層３０を単体で用いた場合、密度が比較的小さい表面層２０を単体で用いた場合に比べて、４００Ｈｚ以下の周波数の吸音率が向上する反面、４００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数の吸音率が低下する。

そこで、本実施形態では、表面層２０を基準として、音源側とは反対側に、表面層２０よりも密度が大きい背面層３０を配している。つまり、低密度層を基準として、音源側とは反対側に高密度層を配している。これにより、図２に実線で示すように広い周波数帯の音波を効率的に減衰させている。

低密度層を基準として、音源側とは反対側に高密度層を配する理由は、低密度層と高密度層の配置が逆である場合、つまり、高密度層を基準として、音源側とは反対側に低密度層を配する場合、低密度層がばねとして働き、高密度層が振動してしまうためである。この場合、低密度層や高密度層をそれぞれ単体で用いた場合に得られる吸音特性が十分に得られず、効率的に減衰できる音波の周波数が高密度層の共振周波数の近傍に限定されてしまう。

本実施形態によれば、表面層２０を基準として、音源側とは反対側に、表面層２０よりも密度が大きい背面層３０を配している。よって、表面層２０や背面層３０をそれぞれ単体で用いた場合に得られる吸音特性が十分に得られ、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

尚、本実施形態の繊維体１０は、音波が入射する表面１１から背面１２にかけて、密度が段階的に大きくなるが、繊維体１０を構成する層の数が多くてもよく、密度が連続的に大きくなってもよい。この場合も、広い周波数帯の音波を効率的に減衰させることができる。

表面１１から背面１２にかけて密度が連続的に大きくなる場合、表面層２０の密度は、表面１１からの距離が１ｍｍ以内の部分の平均密度で代表する。

繊維体１０の密度は、表面１１からの距離に応じて、２０ｋｇ／ｍ^３以上７０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲で変動してよい。この範囲内であれば、低密度層の吸音特性や高密度層の吸音特性が十分に得られる。

繊維体１０のかさ密度は、例えば４０ｋｇ／ｍ^３以上５０ｋｇ／ｍ^３以下である。繊維体１０のかさ密度は、繊維体１０の総質量を、繊維体１０の総体積で除することで求められる。繊維体１０のかさ密度は、繊維体１０の密度の平均値ともいえる。

繊維体１０のかさ密度が４０ｋｇ／ｍ^３以上であると、全体的に単位体積当たりの繊維の表面積が広いため、繊維と空気との間で摩擦が生じやすい。よって、音波を効率的に減衰でき、特に、２５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数の音波を効率的に減衰できる。

一方、繊維体１０のかさ密度が５０ｋｇ／ｍ^３以下であると、４００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数の吸音率の低下を抑制できる。仮に、繊維体１０のかさ密度が５０ｋｇ／ｍ^３を超えると、全体的な密度が大き過ぎるため、全体的な吸音特性が図２に二点鎖線で示すような吸音特性に近づいてしまう。

繊維体１０のかさ密度は、例えば実施例の欄に記載の例１〜例２のように、好ましくは４２ｋｇ／ｍ^３以上５０ｋｇ／ｍ^３以下である。繊維体１０のかさ密度が４２ｋｇ／ｍ^３以上５０ｋｇ／ｍ^３以下であると、実施例の欄で説明するように、より広い周波数帯の音波をより効率的に減衰させることができる。

繊維体１０の厚さは、例えば４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。繊維体１０の厚さは、繊維体１０の表面１１に直交する方向に測定する。繊維体１０の厚さが４０ｍｍ以上であると、３５０Ｈｚ以上の周波数の音波の吸音率が十分に得られる。吸音率の観点からは繊維体１０の厚さに上限はないが、設置スペースなどの観点から繊維体１０の厚さは１００ｍｍ以下である。繊維体１０の厚さは、好ましくは９０ｍｍ以下、より好ましくは８０ｍｍ以下、特に好ましくは７０ｍｍ以下である。

３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下の範囲内で任意の周波数の音波に対する繊維体１０の垂直入射吸音率は、例えば５５％以上である。垂直入射吸音率は、日本工業規格（ＪＩＳ Ａ １４０５−２）に準拠して測定する。具体的には、繊維体１０の表面１１に対し垂直に音波を入射したときの、入射音のエネルギー（Ｉｉ）から反射音のエネルギー（Ｉｒ）を引いた値（ΔＩ＝Ｉｉ−Ｉｒ）と、入射音のエネルギー（Ｉｉ）との比（ΔＩ／Ｉｉ）として求める。

３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下の範囲内で任意の周波数の音波に対する繊維体１０の垂直入射吸音率が５５％以上であると、耳障りな音がほとんど聞こえない。

［第１変形例］
上記実施形態の繊維体は二層構造を有するのに対し、本変形例の繊維体は三層構造を有する。以下、相違点について主に説明する。尚、繊維体は、二層構造や三層構造に限定されず、四層以上の多層構造でもよい。

図３は、第１変形例による防音構造体を示す断面図である。図３において、矢印の方向は、繊維体１０Ａに対する音波の入射方向を表す。尚、図３では、音波は繊維体１０Ａの表面１１Ａに対し垂直に入射しているが、斜めに入射してもよい。

防音構造体は、入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体１０Ａを有する。繊維体１０Ａは、繊維体１０と同様に、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である。

繊維体１０Ａは、音波が入射する表面１１Ａから背面１２Ａにかけて、表面層２０Ａと、中間層３０Ａと、背面層４０Ａとをこの順で有する。表面層２０Ａ、中間層３０Ａ、および背面層４０Ａは、それぞれ、均質な多孔質層として形成されている。中間層３０Ａと背面層４０Ａとは、表面層２０Ａと積層され表面層２０Ａから音波が伝搬する伝搬層を構成する。

繊維体１０Ａは、表面１１Ａから背面１２Ａにかけて、密度が段階的に大きくなる。具体的には、表面層２０Ａの密度よりも中間層３０Ａの密度が大きく、中間層３０Ａの密度よりも背面層４０Ａの密度が大きい。

表面層２０Ａの密度よりも中間層３０Ａの密度が大きいので、中間層３０Ａがばねとして機能することを抑制でき、表面層２０Ａが振動することを抑制できる。よって、表面層２０Ａや中間層３０Ａをそれぞれ単体で用いた場合に得られる吸音特性が十分に得られ、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

また、中間層３０Ａの密度よりも背面層４０Ａの密度が大きいので、背面層４０Ａがばねとして機能することを抑制でき、中間層３０Ａが振動することを抑制できる。よって、中間層３０Ａや背面層４０Ａをそれぞれ単体で用いた場合に得られる吸音特性が十分に得られ、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

尚、本変形例の繊維体１０Ａは、音波が入射する表面１１Ａから背面１２Ａにかけて、密度が段階的に大きくなるが、繊維体１０Ａを構成する層の数が多くてもよく、密度が連続的に大きくなってもよい。この場合も、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

本変形例では、中間層３０Ａおよび背面層４０Ａの両方が、特許請求の範囲に記載の高密度層に対応するが、中間層３０Ａおよび背面層４０Ａのいずれか一方のみが特許請求の範囲に記載の高密度層に対応してもよい。

例えば、表面層２０Ａの密度よりも中間層３０Ａの密度が大きい場合、表面層２０Ａの密度よりも背面層４０Ａの密度が小さくても、所望の効果が得られる。また、表面層２０Ａの密度よりも背面層４０Ａの密度が大きい場合、表面層２０Ａの密度よりも中間層３０Ａの密度が小さくても、所望の効果が得られる。

表面層２０Ａを基準として、音源側とは反対側に、表面層２０Ａよりも密度が大きい高密度層が配されている限り、表面層２０Ａの振動を一定程度抑制できる。

従って、表面層２０Ａを基準として、音源側とは反対側に、高密度層が配されている限り、表面１１Ａから背面１２Ａの間で、部分的に密度が段階的または連続的に小さくなってもよい。例えば、中間層３０Ａの密度よりも背面層４０Ａの密度が小さくてもよい。

［第２変形例］
上記第１変形例の繊維体は積層方向の片面から音波が入射するのに対し、本変形例の繊維体は積層方向の両面から音波が入射する。以下、相違点について主に説明する。尚、繊維体に対し両側から音波が入射する場合、繊維体は、三層構造に限定されず、四層以上の多層構造でもよい。

図４は、第２変形例による防音構造体を示す断面図である。図４において、矢印の方向は、繊維体１０Ｂに対する音波の入射方向を表す。尚、図４では、音波は第１の表面１１Ｂや第２の表面１２Ｂに対し垂直に入射しているが、斜めに入射してもよい。

防音構造体は、入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体１０Ｂを有する。繊維体１０Ｂは、繊維体１０と同様に、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である。

繊維体１０Ｂは、音波が入射する第１の表面１１Ｂから、音波が入射する第２の表面１２Ｂにかけて、第１の表面層２０Ｂと、中間層３０Ｂと、第２の表面層４０Ｂとをこの順で有する。第１の表面層２０Ｂ、中間層３０Ｂ、および第２の表面層４０Ｂは、それぞれ、均質な多孔質層として形成されている。

中間層３０Ｂは、第１の表面層２０Ｂおよび第２の表面層４０Ｂと積層され第１の表面層２０Ｂおよび第２の表面層４０Ｂから音波が伝搬する伝搬層である。また、中間層３０Ｂは、第１の表面層２０Ｂの密度および第２の表面層４０Ｂの密度よりも大きい密度を有する高密度層である。

第１の表面層２０Ｂの密度よりも中間層３０Ｂの密度が大きいので、第１の表面層２０Ｂが振動することを抑制できる。よって、第１の表面層２０Ｂや中間層３０Ｂをそれぞれ単体で用いた場合に得られる吸音特性が十分に得られ、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

また、第２の表面層４０Ｂの密度よりも中間層３０Ｂの密度が大きいので、第２の表面層４０Ｂが振動することを抑制できる。よって、第２の表面層４０Ｂや中間層３０Ｂをそれぞれ単体で用いた場合に得られる吸音特性が十分に得られ、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

尚、本変形例の繊維体１０Ｂは、第１の表面１１Ｂおよび第２の表面１２Ｂのそれぞれから中間層３０Ｂにかけて、密度が段階的に大きくなるが、繊維体１０Ｂを構成する層の数が多くてもよく、密度が連続的に大きくなってもよい。この場合も、広い周波数帯の音波を効率的に減衰できる。

また、第１の表面層２０Ｂと第２の表面層４０Ｂとの間に、第１の表面層２０Ｂの密度や第２の表面層４０Ｂの密度よりも大きい密度を有する高密度層が配されている限り、第１の表面１１Ｂおよび第２の表面１２Ｂのそれぞれから、中間層３０Ｂの間で、部分的に、密度が段階的または連続的に小さくなってもよい。

例えば、第１の表面層２０Ｂと中間層３０Ｂとの間に、第１の表面層２０Ｂの密度よりも小さい密度を有する層が配設されてもよい。また、第２の表面層４０Ｂと中間層３０Ｂとの間に、第２の表面層４０Ｂの密度よりも小さい密度を有する層が配設されてもよい。

第１の表面層２０Ｂと第２の表面層４０Ｂとの間に、第１の表面層２０Ｂの密度や第２の表面層４０Ｂの密度よりも大きい密度を有する高密度層が配されていれば、第１の表面層２０Ｂや第２の表面層４０Ｂの振動を一定程度抑制できる。

［防音構造体の設置例］
図５は、図１の繊維体および図４の繊維体の設置例を示す断面図である。図５において、矢印の方向は音波の進む方向を表し、矢印の太さは音波のエネルギーの大きさを表す。また、図５において、ＳＳは音波を発生させる音源を表す。

繊維体１０や繊維体１０Ｂは、工場や空調機などのダクト５０に取付けられており、ダクト５０を通る音波を減衰させ、ダクト５０から出る騒音を低減する。

繊維体１０は、ダクト５０の内壁面に固定されている。繊維体１０とダクト５０の内壁面との間には、空気層が形成されていないが、形成されていてもよい。繊維体１０は、音波が入射する表面として、ダクト５０の内側に向けた表面１１を有する。尚、繊維体１０に代えて、または繊維体１０に加えて、図３の繊維体１０Ａがダクト５０の内壁面に固定されていてもよい。

繊維体１０Ｂは、ダクト５０の内部に金網などで宙吊りされている。繊維体１０Ｂは、音波が入射する表面として、ダクト５０の内壁面との間に音の通路を形成する第１の表面１１Ｂおよび第２の表面１２Ｂを有する。

尚、第１の端面１３Ｂ（図５参照）にも音波が入射するが、第１の端面１３Ｂの面積は第１の表面１１Ｂの面積や第２の表面１２Ｂの面積に比べて僅かである。そのため、第１の端面１３Ｂに入射する音波のエネルギーは、第１の表面１１Ｂに入射する音波のエネルギーや第２の表面１２Ｂに入射する音波のエネルギーに比べて僅かである。加えて、第１の端面１３Ｂと、第１の端面１３Ｂとは反対側の第２の端面１４Ｂとの間の距離は十分に長い。よって、第１の端面１３Ｂに入射する音波のエネルギーは、繊維体１０Ｂによって十分に減衰できる。

第１の端面１３Ｂに入射する音波のエネルギーが大きい場合、図５に示す繊維体１０Ｂに代えて、図６に示す繊維体１０Ｃが用いられてもよい。

繊維体１０Ｃは、表面層２０Ｃと、表面層２０Ｃの内部に形成されるコア層３０Ｃとを有する。コア層３０Ｃは、表面層２０Ｃと積層され表面層２０Ｃから音波が伝搬する伝搬層である。また、コア層３０Ｃは、表面層２０Ｃの密度よりも大きい密度を有する高密度層である。繊維体１０Ｃは、あらゆる方向から入射する音波を効率的に減衰できる。

図７は、図１の繊維体の別の設置例を示す断面図である。図７において、矢印の方向は音波の進む方向を表し、矢印の太さは音波のエネルギーの大きさを表す。また、図７において、ＳＳは音波を発生させる音源を表す。

繊維体１０は、建物６０の内壁面に固定されている。繊維体１０と建物６０の内壁面との間には、空気層が形成されていないが、形成されていてもよい。建物６０の内壁面に固定されている繊維体１０は、建物６０の内部で生じた音波が建物６０の内側に反射するのを抑制する共に建物６０の外に漏れるのを低減する。そのため、建物６０の内壁面に固定されている繊維体１０は、音波が入射する表面として、建物６０の内側に向けた表面１１を有する。

また、繊維体１０は、建物６０の外側にも設けられており、建物６０の換気口に臨む支持部材６１に固定されている。支持部材６１に固定されている繊維体１０は、建物６０との間に換気のための隙間を形成すると共に、建物６０の内側への音波の反射や建物６０の外側への騒音の漏れを抑制する。そのため、支持部材６１に固定されている繊維体１０は、音波が入射する表面として、建物６０の換気口に向けた表面１１を有する。

尚、図７では建物６０に換気口が形成されているが、建物６０に換気口が形成されていなくてもよく、換気口の位置に壁があって、その壁の内壁面に繊維体１０が固定されていてもよい。

尚、繊維体１０に代えて、または繊維体１０に加えて、図３の繊維体１０Ａが用いられてもよい。

図８は、図１の繊維体のさらに別の設置例を示す断面図である。図８において、矢印の方向は音波の進む方向を表し、矢印の太さは音波のエネルギーの大きさを表す。

繊維体１０は、乗り物７０のアウターパネル７１とインナーパネル７２との間に設けられている。繊維体１０とアウターパネル７１との間には、空気層が形成されていないが、形成されていてもよい。同様に、繊維体１０とインナーパネル７２との間には、空気層が形成されていないが、形成されていてもよい。

繊維体１０は、乗り物７０の走行音、走行音がトンネルや遮音壁で反射した反射音を低減する。走行音や反射音は、アウターパネル７１の外側から内側に伝播する。そのため、繊維体１０は、音波が入射する表面として、乗り物７０の外側に向けた表面１１を有する。

尚、繊維体１０に代えて、または、繊維体１０に加えて、図３の繊維体１０Ａが用いられてもよい。

以下、具体的な実施例や比較例などについて説明する。以下で説明する例１〜例７のうち、例１〜例５が実施例、例６〜例７が比較例である。

＜繊維体の作製＞
例１〜例７の繊維体は、それぞれ、ロッテケミカル製のポリプロピレン樹脂FR-185をメルトブローン法で繊維化した綿状の繊維層を採取し、複数の繊維層を重ねてニードルパンチ法で結合し、直径が１００ｍｍ、積層方向の合計の厚さが５０ｍｍの円柱状に形成した。

繊維層の密度は、繊維層を採取した後、他の繊維層と重ねる前に、繊維層を圧縮して調整した。繊維層を圧縮することにより、繊維径を保ちながら、単位体積に占める空隙の割合を調整し、繊維層の密度を調整した。

例１〜例６で用いた各繊維層は、その圧縮率を調整した以外、同じ条件で作製した。また、例７で用いた各繊維層は、繊維径を調整するため樹脂の吐出量や気流の温度や速さを調節した以外、例１〜例６で用いた各繊維層と同様の条件で作製した。

＜繊維体の平均繊維径の測定＞
繊維体の平均繊維径は、株式会社日立製作所製の電子顕微鏡「Ｓ−３５００Ｎ」を用いて測定した。例１〜例６では、倍率１５００倍で電子顕微鏡写真を撮影し、１００本の繊維径を測定し、その１００個の測定データの平均値を平均繊維径とした。また、例７では、倍率５００倍で電子顕微鏡写真を撮影し、１００本の繊維径を測定し、その１００個の測定データの平均値を平均繊維径とした。

＜繊維体の垂直入射吸音率の測定＞
垂直入射吸音率は、日本音響（株）製の音響管を使用し、ＪＩＳ Ａ １４０５−２に準拠して測定した。具体的には、作製した円柱状の繊維体の片側の平面に対し垂直に音波を入射させ、周波数１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲の垂直入射吸音率を測定した。

＜評価結果＞
表１に、例１〜例７の繊維体のかさ密度や平均繊維径、繊維体を構成する三個の繊維層（表面層、中間層、および背面層）の密度や厚さを示す。繊維体の吸音特性は、図９に示す。

例１〜例５では、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲内であって、音波が入射する表面層の密度が中間層の密度や背面層の密度よりも大きく、表面から背面にかけて繊維体の密度が段階的に大きくなっていた。そのため、例１〜例５では、３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下の範囲内で任意の周波数の音波に対する繊維体の垂直入射吸音率が５５％以上であった。

例１〜例５の中でも、例１〜例３では、繊維体のかさ密度が４０ｋｇ／ｍ^３以上５０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内であったため、４００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数の吸音率の低下を抑制しつつ、２５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数の音波も効率的に減衰できた。

具体的には、例１〜例３では、繊維体のかさ密度が４０ｋｇ／ｍ^３以上５０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内であったため、２８０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下の範囲内で任意の周波数の音波に対する繊維体の垂直入射吸音率が６０％以上であった。

例１〜例３の中でも、例１および例２では、繊維体のかさ密度が４２ｋｇ／ｍ^３以上５０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内であったため、２５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下の範囲内で任意の周波数の音波に対する繊維体の垂直入射吸音率が６０％以上であった。

一方、例６では、音波が入射する表面層の密度が中間層の密度や背面層の密度よりも小さく、効率的に減衰できる音波の周波数が３００Ｈｚを中心とする特定の周波数帯に限定されていた。また、例７では繊維体の平均繊維径が５μｍを超えていたため、６００Ｈｚ以下の周波数の音波の吸音率が低かった。

以上、防音構造体の実施形態などについて説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

本出願は、２０１６年１０月１９日に日本国特許庁に出願した特願２０１６−２０５１７２号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１６−２０５１７２号の全内容を本出願に援用する。

１０ 繊維体
１１ 表面
１２ 背面
２０ 表面層
３０ 背面層（伝搬層）
１０Ａ 繊維体
１１Ａ 表面
１２Ａ 背面
２０Ａ 表面層
３０Ａ 中間層（伝搬層）
４０Ａ 背面層（伝搬層）
１０Ｂ 繊維体
１１Ｂ 第１の表面
１２Ｂ 第２の表面
２０Ｂ 第１の表面層
３０Ｂ 中間層（伝搬層）
４０Ｂ 第２の表面層
１０Ｃ 繊維体
２０Ｃ 表面層
３０Ｃ コア層（伝搬層）

Claims (4)

1. 入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体を有し、
   前記繊維体は、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である繊維で形成され、音波が入射する表面層と、前記表面層と積層され前記表面層から音波が伝搬する伝搬層とを含み、
   前記伝搬層は、前記表面層の密度よりも大きい密度を有する高密度層を含み、
   前記繊維体は、前記表面層を積層方向の両面に有し、前記両面の前記表面層の間に前記高密度層を有し、
   前記繊維体の各表面から前記伝搬層にかけて、前記繊維体の密度が段階的または連続的に大きくなる、防音構造体。
2. 入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体を有し、
   前記繊維体は、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である繊維で形成され、音波が入射する表面層と、前記表面層と積層され前記表面層から音波が伝搬する伝搬層とを含み、
   前記伝搬層は、前記表面層の密度よりも大きい密度を有する高密度層を含み、
   前記繊維体のかさ密度が４０ｋｇ／ｍ ^３ 以上５０ｋｇ／ｍ ^３ 以下である、防音構造体。
3. 入射する音波を減衰させる多孔質な繊維体を有し、
   前記繊維体は、平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である繊維で形成され、音波が入射する表面層と、前記表面層と積層され前記表面層から音波が伝搬する伝搬層とを含み、
   前記伝搬層は、前記表面層の密度よりも大きい密度を有する高密度層を含み、
   前記繊維体の厚さが４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であって、
   ３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下の範囲内の任意の周波数の音波に対する、前記繊維体の垂直入射吸音率が５５％以上である、防音構造体。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の防音構造体を製造する、防音構造体の製造方法であって、
   平均繊維径が０．５μｍ以上５μｍ以下である前記繊維を用いて、音波が入射する前記表面層を形成する工程と、前記表面層の密度よりも大きい密度を有する前記高密度層を形成する工程とを含む、防音構造体の製造方法。

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