JPWO2009125742A1 - 複合吸音構造体 - Google Patents

Abstract

等価単繊維径が１１〜３５μｍのポリエステル、ポリエチレン、ナイロンなどの高分子材料の不織布を１層以上重ねた表皮層（流れ抵抗が３．５×１０５〜７×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４）と、高分子繊維系多孔質材料を主体とする母材層（流れ抵抗が０．５×１０４〜３．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４）を、複合一体化した複合吸音構造体であり、複合体の単位面積流れ抵抗が、１×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４である。

Description

本発明は、繊維系多孔質材料を用いた吸音構造体に関する新規な発明に関する。

従来より、吸音材として各種の多孔質材料が提案されているが、その中でも母材として最も一般的に使用されているものに繊維系吸音材がある。繊維系吸音材としては、古くからグラスウールが好んで用いられているが、最近では、環境問題、リサイクル、吸音性能、作業環境保全や長期耐久性などからポリエステル繊維系吸音材が使用されている。このポリエステル繊維系吸音材は、大抵の場合、撥水性、耐久性や吸音特性の調整のため、通常、ポリエステル繊維からなる不織布にホットメルト材を処理し、母材層に熱融着し、不織布側の面を音の入射側に配して用いられている。

母材層と表皮層による総合的な単位面積流れ抵抗（以下、単に「流れ抵抗」という場合がある。）を調整し、吸音特性を出してはいるが、強度、耐久性、加工性など実用面では課題もあり、吸音性能も最適化された内容になっていないのが現状であり、吸音性能面では、ある限定された厚さの中でより高い吸音性能を得ようとするのに限界があった。

一般に、グラスウールやポリエステル繊維などの多孔質材料が吸音特性を発揮するのは、多孔質材料の表面から入射した音波が繊維間の複層した三次元的に形成された隙間にある空気を振動させることで粘性抵抗を生じ、入射してくる音響エネルギーが熱エネルギーとして消費され、その結果、反射音響エネルギーが抑制されるのが主たる吸音メカニズムである。

それは流れ抵抗と密接な関係があり、より高い吸音性能が得られる適切な流れ抵抗をどのように調整するかが開発のポイントとなっている。流れ抵抗が小さ過ぎれば楽に空気が動き、流れ抵抗が大き過ぎれば、空気が動きにくくなり、入射音響エネルギーから熱エネルギーへの変換効率が落ち、高い吸音性能は得られず、現時点では、まだまだ最適化されているとは言えず、新規構造の開発の可能性が十分残されているといえる。その他、主要因ではないが、構成繊維間でのフリクション、繊維自体の内部減衰なども熱エネルギーへの変換には寄与していると思われる。

尚、単位面積流れ抵抗とは、材料の表面に垂直方向に一定の微少空気流Ｖを流した時の速度と材料両面間の圧力差とから次式で定義される。
Ｒ＝ΔＰ／（Ｖ・ｄ）
Ｒ：単位面積流れ抵抗［Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ ］
ΔＰ：材料両面間の圧力差
Ｖ：単位面積当たりの空気流量［ｍ^３ ／（ｍ^２／ｓｅｃ）］
ｄ：試料の厚み（ｍ）

単位面積流れ抵抗の測定方法は、φ２９ｍｍの金属製の管に、φ３０ｍｍ、厚み３０ｍｍの吸音材を挿入し、カトーテック（株）ＫＥＳ−Ｆ８−ＡＰＩ通気度試験機（流速４×１０^−２ｍ／ｓｅｃ）で測定した。

表面層と母材層を複合した複合吸音構造体の場合、複合体の流れ抵抗が吸音材の吸音率を決めることになるが、この流れ抵抗は、ａ：母材層である多孔質材料の密度を変えること、ｂ：多孔質材料を構成する繊維の径や配合率を変えること、ｃ：多孔質材料を構成する繊維特性を変えること、ｄ：表皮層の不織布（例えば、スパンボンド）の特性、仕様を変えることなどでコントロールできるが、従来技術では最適化されているとは言えないのが現状である。

従来技術の知見では、例えば、吸音性能を良くするには、表皮層の不織布を構成する単繊維径は１０μｍ以下、出来れば５μｍ以下を推奨している（日本国特許第３４９４３３２号）。しかし、この場合、吸音性能は得やすくとも、実用上は強度、耐久性、母材層との複合化製造、加工面（シワになりやすいなど）で取り扱いにくいなど極めて不都合な面が多い。

尚、高分子系多孔質材料の吸音性能を高める方法として、表面層と母材層の間に、膜構造を挿入したり、形成したりすることもあり、中低周波数帯域の吸音性能はかなり向上するが、一方で、高周波数帯域の吸音性能は低下するのが一般的で、中低周波数帯域から高周波数帯域まで広い周波数帯域で吸音性能を向上させようとする目的には適さない。

本発明は以上のような従来の技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定の単繊維径を用いた不織布を用い、その不織布を１枚又は複数枚で構成した表皮層とポリエステル繊維あるいはそれを主体とする母材層とを複合し、吸音構造体としてボリュームを厚くすることなく、吸音性能が中低域から高帯域までの広い周波数帯域でより一層向上した多孔質吸音材を適切なコストで提供することにある。

本発明の第１の要旨は、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロンなどの高分子材料の不織布を１層以上重ねた表皮層と、高分子繊維系多孔質材料を主体とする母材層を、複合一体化したことを特徴とする複合吸音構造体であり、好ましくは表皮層と母材層との複合体の単位面積流れ抵抗が、１×１０^４〜７×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である。

母材層の高分子繊維系多孔質材料は、ポリエステル繊維が主体であり、この材料の配向は、縦配向、横配向、不規則配向のいずれかである。又、かかる高分子繊維系多孔質材料は、１００〜２００℃に融点を有するメルトファイバーで繊維径が２〜２０デニールのものを適宜混合して、面密度を５００〜２５００ｇ／ｍ^２ に一体に熱成型したものが例示でき、母材層の単位面積流れ抵抗が０．５×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である。

表皮層に用いる不織布は、単繊維の断面形状が円形状あるいは扁平状で等価単繊維径が１１〜３５μｍ、面密度が５０〜１３０ｇ／ｍ^２ であり、裏面にパウダー状あるいは蜘蛛の巣（網目）状などのホットメルト材を予め塗布あるいは転写した一層の不織布とするか、不織布を二枚以上複数枚重ね、熱融着により一層の不織布としたものである。そして、表皮層の単位面積流れ抵抗が、３．５×１０^５〜７×１０^６ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である。尚、不織布は同種のものは勿論であるが異種のものを用いることも可能である。

ホットメルト材は、目付けが２０〜１２０ｇ／ｍ^２ であるポリエステル、ポリエチレン、又はナイロンが選択される。

本発明の第２の複合吸音構造体は、更に第１の発明を特徴付けたものであり、高分子材料の不織布からなる表皮層と、高分子繊維系多孔質材料からなる母材層とを、ホットメルト材を介して重ね合わせ、加熱・加圧し、熱融着して一体複合化し、不織布の表皮層が音の入射側に配された複合吸音構造体であって、前記表皮層は、単繊維の断面形状が円形状あるいは扁平状で等価単繊維径が１１〜３５μｍ、面密度が５０〜１３０ｇ／ｍ^２ にあるポリエステル、ポリエチレン、及びナイロンから選ばれた不織布であり、その裏面に目付けが２０〜１２０ｇ／ｍ^２のパウダー状あるいはくもの巣（網目）状としたポリエステル、ポリエチレン、及びナイロンから選ばれたホットメルト材を予め塗布あるいは転写して得られ、単位面積流れ抵抗を３．５×１０^５〜７×１０^６ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ とした表皮層であり、前記母材層は、ポリエステル繊維を主体とした高分子繊維系多孔質材料であり、この多孔質材料の単位面積流れ抵抗が０．５×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である母材層であり、得られた複合体の単位面積流れ抵抗が１×１０^４〜７×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ となるように調整した複合吸音構造体である。尚、表皮層は、裏面にパウダー状あるいはくもの巣状（網目状）などのホットメルト材を予め塗布あるいは転写した二枚以上の不織布を重ね、熱融着により一体化したものが好ましい。

本発明は、例えば表皮層になる不織布を１１μｍ以上の単繊維径で構成し、実用に耐え、軽量化、スペースの狭あい化などのニーズにも応えられる、吸音性能のよいポリエステル繊維系吸音材を実用に供するべく、表皮層、母材層、及び複合構造体のそれぞれの流れ抵抗を最適な吸音体とするために特定したものであり、適用分野においても、建設機械、自動車をはじめ、種々の分野で適用ができ、更に、吸音構造体として、厚さをできるだけ抑えた吸音特性の優れた吸音材を提供できる。

吸音材Ａを剛壁面Ｐに取り付けた状態を示す概略図である。 本発明の複合吸音構造体の第１例を示す斜視図である。 本発明の複合吸音構造体の第２例を示す斜視図である。（Ａ）同種の不織布を３枚重ねて形成した表皮層を有する複合吸音構造体 （Ｂ）異種の不織布を２枚重ねて形成した表皮層を有する複合吸音構造体 サンプルＡ、Ｂの吸音性能を示すグラフである。 サンプルＡ、Ｂ、Ｃ１の吸音性能を示すグラフである。 サンプルＢ、ＢＣ、ＢＳの吸音性能を示すグラフである。 サンプルＢ、Ｃ２、Ｄの吸音性能を示すグラフである。 サンプルＢ、Ｂ２５−３の吸音性能を示すグラフである。 サンプルＢ２５−３、Ｂ２５−２の吸音性能を示すグラフである。

前記したように、表皮層の不織布と母材層との構成からなる吸音材料として、日本国特許第３４９４３３２号が既に存在している。しかるに、表皮層を構成する単繊維径は１０μｍ以下、出来れば５μｍ以下が良いとされている。確かに、繊維径が細いと流れ抵抗が大きくなるので、吸音性能は比較的良くなることは言えるが、実用上は、強度、耐久性、母材層との複合化製造、加工面（シワになりやすいなど）で取り扱いにくいこと、コスト面で問題があるなど、不都合な面が多い。そして、表皮層の不織布をホットメルトで母材層と複合する時に、繊維径が小さいために、目詰まりを起こしやすい。このため、高音域を中心に吸音率が低下する方向になりやすいし、ちょっとしたことで、デ−タが変わりやすいという問題点がある。

本発明は、吸音材料として極めて実用性の高い構造体を提供することを目的としたものであり、表皮層の不織布として実用性の面で優れ、入手性のよい、かつ、好ましくはコストの安価な単繊維径が１１〜３５μｍのものを用い、母材層との複合時に表面層に特殊な手法を適用することで、吸音特性を大幅に向上でき、より優れた、かつ、安価な複合吸音構造体を提供できたものである。

即ち、本発明の技術の主要部は、表皮層として、強度、耐久性、加工性、外観がよいなど実用に耐え得る単繊維径が１１〜３５μｍで構成される不織布を用い、ポリエステル繊維あるいはそれを主体とした母材との複合の仕方を工夫することで、中低周波数帯域から高周波数帯域まで安定した吸音特性を得ることができるものであり、上記のニーズに応えられる手段を提供することにある。

それを実現するために、第１に表皮層の流れ抵抗に注目し、これをコントロールすることが有効であり、好ましくは表皮層と母材の複合構造体の流れ抵抗が１×１０^４〜７×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ であり、特に広帯域で優れた吸音性能を引き出すには、複合体としての流れ抵抗が好ましくは２×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ になるように調整することが目的を達成するために極めて有効であることの知見を得、本発明に至ったものである。吸音材料として、複合体とした時の流れ抵抗が重要であるが、その場合でも、表皮層で流れ抵抗を調整する方が吸音性能の向上には有効である。

複合体の流れ抵抗が１×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４より小さい値になると高音域は維持されるが、低音域の吸音性能はかなり低下し、逆に、７×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ より大きな値になると高音域の吸音性能がかなり落ち、いびつな吸音特性を示すようになり易い。そして、好ましくは、２×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ になるように調整するのがよく、複合体の流れ抵抗が２×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４未満では低音域の吸音性能がやや低下する傾向があり、３．５×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ を超えると低音域の吸音性能は向上するが、高音域の吸音性能が劣化する傾向が見られる。

以下、本発明のポイント及び流れ抵抗を調整するための手段を記載する。
（ポイント１）
発明の構成材料は、主としてポリエステル繊維系の材料であり、新規で、広帯域で優れた吸音性能が発揮され、強度、耐久性、経済性などで実用性が高く、リサイクル性、環境保全、安全性などの観点から選択されたものである。尚、ポリエチレン、ナイロンなど他の高分子繊維系の材料でも同様の効果をあげることが出来る。

（ポイント２）
発明の基本構成は、表皮層（スパンボンド不織布）と母材をホットメルト材（ハウダー状、くもの巣状など）を介して、加熱・加圧して、複合した吸音構造体である。

（ポイント３）
表面強度、耐久性、加工・製造のしやすさ、外観性など実用面から、表皮層を構成するスパンボンド不織布は、単繊維径あるいは等価単繊維径が１１〜３５μｍのものを用いるもので、１５μｍ前後が特に実用性が高い。繊維径が１０μｍ以下では、細く、母材層との複合の際にしわなどが出やすく、ハンドリングや加工性が良くなく、又、３５μｍを越えると、不織布にごわごわ感が出てきて、母材層との複合後の剛性が上がり、曲面部などへ沿わせる際に適応性が悪くなってしまう。

（ポイント４）
（ポイント３）のスパンボンド不織布を用いると、従来技術では、吸音性能上は不利になるといわれている点を、本発明では次の二つの手段で音の入射側に配する表皮層に手を打ち、母材を含めた複合吸音構造体として流れ抵抗を調整することで解決できることを発見し、その流れ抵抗を好ましくは２×１０^４〜３．５×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ 位に調整すれば、広い周波数帯域で優れた吸音特性を有する複合吸音構造体を提供できることを実証した。

流れ抵抗の調整手段１
表皮層としてスパンボンド不織布一枚の裏に、目付け（単位面積あたりの重量）が２０〜１２０ｇ／ｍ^２の高分子系ホットメルト材を塗布あるいは転写して、母材層の上に配し、加熱・加圧し、一体化した複合後の流れ抵抗が所望の値になるように調整する。

流れ抵抗の調整手段２
表皮層としてスパンボンド不織布を二枚以上複数枚重ね、母材層の上に配し、加熱・加圧し、一体化した複合後の流れ抵抗が所望の値になるように調整する。
複数枚のスパンボンド不織布は同じ仕様のものでも良いし、異なった仕様のものを組み合わせても良い。例えば、二枚でも、表皮層の一番上のスパンボンド不織布を繊維の断面が円形状のもの（面密度１００ｇ／ｍ^２、単繊維径１５μｍ）とし、第二層目のスパンボンド不織布を繊維の断面を扁平状（面密度９０ｇ／ｍ^２ 、等価単繊維径１４．５μｍ）とした二枚の異なったスパンボンド不織布を母材に重ね、加熱・加圧し、複合したものであり、流れ抵抗が２．７×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である複合吸音構造体にすれば、広い周波数帯域で優れた吸音性能が得られる。尚、表皮層として複数枚の不織布を用いる場合、表皮層以外の不織布として本発明で特定される以外の繊維径を用いることができることは勿論である。

図１は、多孔質材料からなる吸音材Ａを剛壁面Ｐに取り付けた状態を示す。１は表皮層、２は母材層、３は両者を一体化するためのホットメルト材を示すものである。図１の左側（表皮層１側）より音波が入射すると、空気粒子の速度は剛壁面Ｐで０、剛壁面Ｐから左にｃ／４ｆ（ｃ：空気中の音速（ｃｍ／ｓｅｃ）、ｆ：入射音波の周波数は［Ｈｚ］）離れた位置で最大となる。しかるに、騒音で実際に問題になる５００〜２０００Ｈｚの帯域では、４０ｍｍ以上のところで空気粒子の速度は最大になるので、厚さが４０ｍｍ位までは表皮層１で流れ抵抗を調整した方が、粘性抵抗により、音響反射エネルギーから熱エネルギーヘの変換効率が高くなり、効率よく、吸音性能を高めることができることとなる。

この表皮層１の流れ抵抗をコントロールする方法の本発明の一つが、図２に示す吸音材であって、表皮層１に用いる一層の不織布、即ち、単繊維の断面形状が円形状あるいは扁平状で、等価単繊維径が１１〜３５μｍ、面密度が５０〜１３０ｇ／ｍ^２、より好ましくは８０〜１００ｇ／ｍ^２ であり、その裏面に、パウダー状あるいはくもの巣状（網目状）などのホットメルト材３を予め塗布あるいは転写し、表皮層としての流れ抵抗が３．５×１０^５〜７×１０^６ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ となるような組み合わせである。

母材層２は、ポリエステル繊維を主体とする不織布であり、流れ抵抗が０．５×１０^４〜３．５×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である。

例えば、不織布の裏面に、パウダー状あるいはくもの巣（網目）状などのホットメルト材を予め塗布あるいは転写するが、この塗布あるいは転写量は、目付け２０〜１２０ｇ／ｍ^２で流れ抵抗を調整することとなる。

本実施形態は、表皮層１及び母材層２をホットメルト材３を介して重ね、加熱・加圧し、両者を熱融着して一体複合化し、複合体としての流れ抵抗が１×１０^４〜７×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ になるようにした吸音構造体である。尚、広い周波数域の吸音性能を出すためには、上記流れ抵抗が２×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ となるように調整すればよい。

又、表皮層の流れ抵抗をコントロールする方法の本発明のもう一つが、図３に示すように、流れ抵抗が０．５×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ ・ｓｅｃ／ｍ^４ である高分子繊維系多孔質材料からなる母材層２と、単繊維の断面形状が円形状あるいは扁平状で等価単繊維径が１１〜３５μｍ、面密度が５０〜１３０ｇ／ｍ^２の不織布１の裏面に、パウダーあるいはくもの巣（網目）状などのホットメルト材を予め塗布あるいは転写し、二枚以上複数枚（図３（Ａ）に示す例では図２にて説明した不織布と同じものを３枚（１ａ、１ｂ、１ｃ））重ね、熱融着により複層一体化した場合の表皮層１の流れ抵抗が３．５×１０^５〜７×１０^６ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ となるように調整した不織布である。そして、両者を重ね、加熱・加圧し、熱融着一体複合化し、複合体としての流れ抵抗が１×１０^４〜７×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ になるようにして、吸音率を高めた吸音構造体である。勿論、本実施形態も、表面層１を音の入射側に配して用いるものである。

尚、表皮層１は異種の不織布を用いることも可能であり、図３（Ｂ）に示す複合体は、表面側は図２にて説明した不織布と同じもの１ａを用い、二枚目の不織布１ｄとして断面が扁平形状で、その等価単繊維径１１〜３５μｍ、面密度５０〜１３０ｇ／ｍ^２ のものを用い、裏面に同様のホットメルト処理を施したものを用いた例である。

尚、いずれの方法にあっても、母材に密度勾配がある場合には、密度の高い面に、表皮層を適用した方がより高い吸音性能を得ることができるのも新しい発見である。又、実際の使用に当たっては、雨水等の浸入を防ぐために、周囲側面を不織布にて囲うことができることは言うまでもなく、この場合、ホットメルトフィルム等を介して加熱・加圧し、額縁のように仕上げてもよく、あるいはホットメルトフィルムの代わりに、両面接着シ−トを用いてもよい。

（吸音試験１）
主として本発明の複合吸音構造体の吸音性能が有効であることを証明する。

ポリエステル繊維で構成された母材層２（かさ密度４４ｋｇ／ｍ^３ 、厚さ３５ｍｍ、流れ抵抗１×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ ）のみで構成された吸音構造体Ａと、本発明品として、単繊維径が約１５μｍのポリエステル繊維系で構成されたスパンボンド不織布（面密度１００ｇ／ｍ^２）１を用い、この裏面にパウダー状ホットメルト材（目付け２０ｇ／ｍ^２ ）を塗布し、同上の母材層２とを重ね、加熱・加圧し、一体化した複合吸音構造体Ｂ（流れ抵抗１．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ ）とを比較して示した。

図４は上記の二つのサンプルＡ、Ｂの吸音性能を示すグラフである。
本発明品Ｂにあって、単繊維径が１５μｍという実用上十分な繊維太さのポリエステル繊維系不織布を用いた場合でも、これを適切に処理し、かつ、適当な母材層２と複合化すれば、大きく吸音性能を出すことが可能であることを証明している。
この吸音性能は、例えば、標準的に吸音材として使われているグラスウール（かさ密度３２ｋｇ／ｍ^３、厚さ４０〜５０ｍｍ）に匹敵する。尚、吸音性能は、垂直入射法（ＩＳＯ １０５４３・２）で計測したもので示した。

図５では、図４のサンプルＢのパウダー状のホットメルト材を２倍に増量（目付け４０ｇ／ｍ^２）した一枚とサンプルＡの母材とを複合し、その複合体の流れ抵抗を３．２×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４とした複合吸音構造体Ｃ１の吸音性能を比較して示しているが、サンプルＡより、さらに中低周波数帯域の吸音性能が大幅に向上していることがわかる。

このように、単繊維径が１５μｍのポリエステル繊維系スパンボンド不織布１を用いても、その裏面のホットメルト材の塗布量で複合吸音構造体としての流れ抵抗を３×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ 前後に調整すれば、広い周波数帯域で優れた吸音特性を得ることが出来る。勿論、更に流れ抵抗を上げれば、低周波数側にシフトすることも可能である。このように、本発明は極めて実用性があり、なおかつ優れた吸音性能が得られる本発明の優位性、更には自在性・適用性を実証するものである。

（吸音試験２）
主として、音の入射側に一番近い表皮層１を二枚以上複数枚重ね、加熱・加圧して一体化した複合吸音構造体の吸音性能が有効であることを証明する。

図４のサンプルＢよりも、更に高周波数帯域の吸音性能を維持しつつ、中低周波数帯域の吸音性能を向上させるには、複合吸音構造体の流れ抵抗を調整することになるが、図６は、殆ど同じ流れ抵抗でも母材層２の中間にスパンボンド不織布１（サンプルＢの表皮層１と同じもので、ホットメルト処理も同じ）を挿入することよりも、表皮層１と母材層２との間に挿入し、表皮層１の流れ抵抗を増大させた方が有効であることを示している。

図６中、サンプルＢＣは、サンプルＢの母材中央部に表皮層と同じスパンボンド不織布を挿入した複合吸音構造体であり、複合体の流れ抵抗は２．０×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ であった。又、サンプルＢＳは、サンプルＢの表面層と母材との間に、表皮層と同じスパンボンド不織布を挿入し、二枚重ねた複合吸音構造体であり、その複合体の流れ抵抗は２．２×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ であった。

（吸音試験３）
更に、本発明の有効性を図７に示す。図４に示したサンプルＢの広い周波数帯域の吸音特性を向上させるのに、サンプルＢの表皮層１のスパンボンド不織布と母材層２との間に、同じスパンボンド不織布（裏面のホットメルト処理も同じ）を二枚挿入して重ね、加熱・加圧して複合吸音構造体Ｃ２とし、その流れ抵抗を２．９×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ としたものであるが、サンプルＢよりさらに吸音性能が広い周波数帯域で飛躍的に向上していることが分かり、本発明の方法の有効性が実証されている。

又、複合吸音構造体Ｄは、同じスパンボンド不織布を四枚挿入し、複合吸音体としての流れ抵抗を３．９×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ としたもので、４００Ｈｚ前後の帯域の吸音性能は向上しているが、６３０Ｈｚ以上の帯域の吸音率は低下する傾向が見られる。

従って、実用的な複合吸音構造体としての流れ抵抗の調整範囲は、１×１０^４〜７×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ であり、広帯域に吸音性能を向上させるには、２×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ が望ましい。しかし、特定の周波数、例えば４００Ｈｚ以下あるいは２ｋＨｚ以上などの吸音性能を向上させるには、流れ抵抗１×１０^４〜７×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ の範囲で調整すればよい。即ち、低周波数の吸音性能を向上させる場合には流れ抵抗を大きく、高周波数の吸音性能を向上させる場合は流れ抵抗を小さくすることとなる。このことは先に述べたもう一つの方法でも同じことが言える。いずれにしても本発明の二つの手法で、適切な母材を選択し、後は、表皮層で、複合吸音構造体の流れ抵抗を調整し、適切な吸音性能を有する吸音材を提供できることとなった。

（吸音試験４）
吸音試験１では、本発明の表皮層を形成するスパンボンド不織布一枚の裏面に母材と複合するためのホットメルト材の塗布量で流れ抵抗を調整してなる複合吸音構造体とし、吸音試験２及び３では、表皮層を形成するスパンボンド不織布（裏面はホットメルト材を塗布）を二枚以上複数枚を母材に重ね、流れ抵抗を調整してなる複合吸音構造体としたが、いずれも複合吸音構造体としての流れ抵抗を特に２×１０^４〜３．５×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ に調整すれば、低周波数帯域〜高周波数帯域まで広い帯域で優れた吸音性能が得られることを明らかにした。このことは、図８に示すように、標準的に使われているグラスウール（かさ密度３２ｋｇ／ｍ^３、厚さ４０〜５０ｍｍ）に匹敵する本発明の一例であるサンプルＢでも、本発明で提案した手法の一つを適用して表皮層を同じスパンボンド不織布三枚をサンプルＢと同じ母材（厚さ２５ｍｍ）上に重ねて得た複合吸音構造体サンプルＢ２５−３（流れ抵抗２．６×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ ）と同等以上の吸音性能を出せることになり、本発明の大きな利点を示すものといえる。これは、スペースファクターのよい吸音材を提供できることになり、社会のニーズにも応えることになる。

（吸音試験５）
表皮層のスパンボンド不織布として、表皮一枚目に図８のサンプルＢ２５−３と同じもの（面密度：１００ｇ／ｍ^２、単繊維径：円形状１５μｍ）、二枚目に異なった仕様のスパンボンド不織布（面密度：９０ｇ／ｍ^２ 、等価単繊維径：扁平形状１４．５μｍ）を重ね、この二枚のスパンボンド不織布と、サンプルＢ２５−３と同じ母材とで複合吸音構造体Ｂ２５−２を形成した。図９に示すように、サンプルＢ２５−３、サンプルＢ２５−２の複合吸音構造体としての流れ抵抗は前者が２．６×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ に調整してあるのに対して、後者もほぼ同じ２．７×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ に調整してあることにより、両者はほぼ同じ吸音性能（後者がやや上回っている）が得られ、表皮層として異種のスパンボンド不織布を組み合わせることで二枚のスパンボンド不織布でもサンプルＢ２５−３をさらに上回る吸音材を提供できるのである。このことは実用面での強度、広い周波数帯域での吸音性能に優れるだけでなく、経済性でも貢献している。
本発明で用いる材料は、表皮層、母材とも標準的にはポリエステル繊維系を用いるので、リサイクル性、環境性にも優れている。

本発明は、従来の多孔質吸音材に比べて、厚さは薄くて、広帯域で高い吸音性能を有する実用性の高い吸音材を提供することが出来る。また、本発明の複合吸音構造体は軽量化、リサイクル性、経済性、環境保全性などの面でも優性の高いものであり、汎用性も高いので、建築機械、農業機械、空圧機械など産業分野、鉄道、道路、各種工事など土木分野、建築分野、家電分野など幅広い分野で利用できる。

Claims (17)

1. 高分子材料の不織布を１層以上重ねた表皮層と、高分子繊維系多孔質材料を主体とする母材層を、複合一体化したことを特徴とする複合吸音構造体。
2. 表皮層に用いる不織布の高分子材料が、ポリエステル、ポリエチレン、又はナイロンである請求項１記載の複合吸音構造体。
3. 母材層の高分子繊維系多孔質材料が、ポリエステル繊維である請求項１記載の複合吸音構造体。
4. 母材層の高分子繊維系多孔質材料の配向は、縦配向、横配向、又は、不規則配向のいずれかである請求項１記載の複合吸音構造体。
5. 母材層は、ポリエステル繊維を主体として、１００〜２００℃に融点を有するメルトファイバーで繊維径が２〜２０デニールのものを適宜混合して、面密度を５００〜２５００ｇ／ｍ^２に一体に熱成型したものである請求項１記載の複合吸音構造体。
6. 母材層の単位面積流れ抵抗が、０．５×１０^４〜３．５×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である請求項１記載の複合吸音構造体。
7. 表皮層に用いる不織布は、単繊維の断面形状が円形状あるいは扁平状で、等価単繊維径が１１〜３５μｍ、面密度が５０〜１３０ｇ／ｍ^２ である請求項１記載の複合吸音構造体。
8. 表皮層が、裏面にパウダー状、蜘蛛の巣状、又は網目状のホットメルト材を予め塗布あるいは転写した一層の不織布である請求項１記載の複合吸音構造体。
9. 表皮層が、裏面にパウダー状、蜘蛛の巣状、又は網目状のホットメルト材を予め塗布あるいは転写した一層の不織布である請求項７記載の複合吸音構造体。
10. 表皮層が、裏面にパウダー状、くもの巣状、又は網目状のホットメルト材を予め塗布あるいは転写した不織布を二枚以上複数枚重ね、熱融着したものである請求項１記載の複合吸音構造体。
11. 表皮層が、裏面にパウダー状、くもの巣状、又は網目状のホットメルト材を予め塗布あるいは転写した不織布を二枚以上複数枚重ね、熱融着したものである請求項７記載の複合吸音構造体。
12. 表皮層が、異種又は同種の不織布を用いたものである請求項１１記載の複合吸音構造体。
13. 表皮層の単位面積流れ抵抗が、３．５×１０^５〜７×１０^６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である請求項１記載の複合吸音構造体。
14. 表皮層と母材層を複合一体化するホットメルト材として、目付けが２０〜１２０ｇ／ｍ^２であるポリエステル、ポリエチレン、又はナイロンを用いる請求項１記載の複合吸音構造体。
15. 表皮層と母材層との複合体の単位面積流れ抵抗が、１×１０^４〜７×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である請求項１記載の複合吸音構造体。
16. 高分子材料の不織布からなる表皮層と、高分子繊維系多孔質材料からなる母材層とを、ホットメルト材を介して重ね合わせ、加熱・加圧し、熱融着して一体複合化し、不織布の表皮層が音の入射側に配される複合吸音構造体であって、
    前記表皮層は、単繊維の形状が円形状あるいは扁平状で等価単繊維径が１１〜３５μｍ、面密度が５０〜１３０ｇ／ｍ^２ にあるポリエステル、ポリエチレン、及びナイロンから選ばれた不織布であり、その裏面に、目付けが２０〜１２０ｇ／ｍ^２のパウダー状、蜘蛛の巣状、又は網目状としたポリエステル、ポリエチレン、及びナイロンから選ばれたホットメルト材を予め塗布あるいは転写して得られ、単位面積流れ抵抗が３．５×１０^５〜７×１０^６ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である表皮層であり、
    前記母材層は、ポリエステル繊維を主体とした高分子繊維系多孔質材料であり、この多孔質材料の単位面積流れ抵抗が０．５×１０^４〜３．５×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ である母材層であり、
    得られた複合体の単位面積流れ抵抗が１×１０^４〜７×１０^４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ となるように調整したことを特徴とする複合吸音構造体。
17. 表皮層が、裏面にパウダー状、くもの巣状、又は網目状のホットメルト材を予め塗布あるいは転写した二枚以上の不織布を重ね、熱融着により一体化した表皮層である請求項１６記載の複合吸音構造体。