JP2005099849A - Energy conversion fiber and sound reducing material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば圧電材のように、振動や音圧からなる外部の機械的エネルギーを他のエネルギー、例えば電気的エネルギーに変換して消費することのできる成分を含んだエネルギー変換繊維体、およびこのような繊維体を用いた吸音材に関するものである。 The present invention includes an energy conversion fiber body containing a component that can be consumed by converting external mechanical energy consisting of vibration and sound pressure into other energy, for example, electrical energy, such as a piezoelectric material, and The present invention relates to a sound absorbing material using such a fibrous body.
従来、自動車や建築用の遮音構造体には、金属あるいは樹脂材に代表される板状材料に吸音材を積層した構造が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。また、これらの発展系遮音材としては、強誘電性ポリマーフィルムを使用した遮音材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
上記特許文献２に記載の遮音材は、板状材料と吸音材との積層構造からなる前記遮音構造体の重量増および／または占有体積の増加に鑑みてなされたものであるが、強誘電材をフィルムとして使用する場合、膜面積に静電容量（Ｃ）が比例することから、大面積で使用する場合には外部抵抗値（Ｒ）を小さくする必要が生じ、面積によっては現実的なＲを組み合わせることができないという問題が生じる。また、通常、遮音構造体は、フィルム単体で構成することはなく、適当な吸音材と組み合わせて使用する。この場合、フィルムの他に吸音材を用意する必要が生じ、最終製品である遮音構造体が高価なものになると同時に、吸音材とフィルムとを組み合わせることによる作業工程の煩雑さが生じ、現実的な遮音材料とはなり難い。
The sound insulating material described in
また、吸音材は、家屋，鉄道車両，航空機，車両など、様々な部位に使用されており、その部位に基づく種々の制限を受け、最も適したものが使用されているが、特に車両に用いられるタイプでは、重量，スペースなどに多大な制約条件が加味されることとなり、より軽く、スペースを取らない吸音構造体を得る必要がある。 In addition, sound-absorbing materials are used in various parts such as houses, railway cars, airplanes, vehicles, etc., and are subjected to various restrictions based on those parts, and the most suitable ones are used. In some types, a great deal of constraints are added to weight, space, etc., and it is necessary to obtain a light-absorbing structure that is lighter and does not take up space.
従来の吸音構造体においては、フェルトなどの天然繊維やＰＥＴなどの合成繊維を用いたものを吸音の必要な部位に設置し、その性能を上げるためには、これらの使用量を増加させることによって対応してきたが、このような手法では使用量の増加によるコスト・重量増の弊害の割りには吸音性能が向上せず、効率の悪いものとなっており、とりわけ上記手法では、吸音が特に必要とされる５００Ｈｚ以下の低周波数領側の吸音性能を効率よく向上させることができず、コストや重量、スペースを徒に増加させる結果となり、このような問題点の解消が従来の吸音材、吸音構造体における課題となっていた。 In conventional sound absorbing structures, natural fibers such as felt and synthetic fibers such as PET are installed in a site where sound absorption is necessary, and in order to improve the performance, increase the amount of these used. Although this method has been used, the sound absorption performance is not improved and the efficiency is not good for the adverse effects of cost and weight increase due to the increase in usage. Especially, the above method requires sound absorption. As a result, the sound absorption performance on the low frequency side of 500 Hz or less, which is considered to be low, cannot be improved efficiently, resulting in an increase in cost, weight, and space. It was a problem in the structure.
本発明は、従来の吸音材における上記課題に着目してなされたものであって、軽量化、省スペース化が可能であると共に、振動や音圧による外部からの機械的エネルギーを他のエネルギーに変換して、消費することによって高い吸音性能を有し、自動車などの吸音材として好適なエネルギー変換繊維体と、このような繊維体からなる吸音材を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems in conventional sound absorbing materials, and can be reduced in weight and space, and mechanical energy from the outside due to vibration and sound pressure can be used as other energy. An object of the present invention is to provide an energy conversion fiber body that has high sound absorption performance by being converted and consumed, and is suitable as a sound absorption material for automobiles, and a sound absorption material made of such a fiber body.
本発明の請求項１に係わるエネルギー変換繊維体は、鞘成分が芯成分より低い軟化点を持つ芯鞘型バインダー繊維からなり、芯成分および鞘成分の一方を構成する樹脂に、圧電材として溶解度係数（ＳＰ）＝２．０５×１０４〜２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の強極性有機剤が混合されていると共に、当該強極性有機剤に加えて、強極性有機剤以外の圧電材が含まれていて、前記芯成分および鞘成分の他方を構成する樹脂が樹脂以外の成分を実質的に含んでいない構成とし、請求項２に係わるエネルギー変換繊維体においては、芯成分および鞘成分の一方を構成する樹脂に、前記強極性有機剤に加えて、強極性有機剤以外の圧電材と、導電材が含まれている構成としており、請求項３に係わるエネルギー変換繊維体においては、前記強極性有機剤が、ベンゾチアゾール類，ベンゾジアゾール類，ベンゾトリアゾール類，ベンゾチアジルスルフェンアミド類，メルカプトベンゾチアジル類に属する強極性有機剤である構成とし、請求項４に係わるエネルギー変換繊維体においては、芯成分が強極性有機剤を含む樹脂からなり、鞘成分が実質的に樹脂のみからなる構成とし、請求項５に係わるエネルギー変換繊維体においては、強極性有機剤を含む樹脂の溶解度係数（ＳＰ）を１．６０×１０４〜２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の範囲とすることができる。
The energy conversion fiber body according to claim 1 of the present invention comprises a core-sheath-type binder fiber having a softening point lower than that of the core component of the sheath component, and has a solubility as a piezoelectric material in a resin constituting one of the core component and the sheath component. Coefficient (SP) = 2.05 × 10 4 to 2.66 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 of a strong organic agent is mixed, and in addition to the strong organic agent, In the energy conversion fiber body according to
圧電材としては、請求項６に記載しているように少なくともアルカリ土類金属を有する複合酸化物が含まれているものを使用することができ、複合酸化物としては、請求項７に記載しているようにＩＶ族から選ばれる少なくとも１種の元素とアルカリ土類金属との酸化物を使用することができ、請求項８に記載しているように、複合酸化物を構成するアルカリ土類金属と、ＩＶ族から選ばれる少なくとも１種の元素とのモル比を１：０．９８〜１：１の範囲のものとすることができ、請求項９に記載しているように、複合酸化物を構成するアルカリ土類金属をＢａ，Ｓｒ，ＣａおよびＭｇから選ばれる少なくとも１種の元素を含んでいるものとすることができ、請求項１０に記載しているように、複合酸化物を構成するＩＶ族の元素をＴｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、およびＰｂから選ばれる少なくとも１種の元素を含んでいるものとすることができ、請求項１１に記載しているように、複合酸化物をＴｉとＢａ，ＴｉとＳｒ，ＴｉとＣａ，ＴｉとＭｇの組み合わせからなる複合酸化物から選ばれる少なくとも１種の複合酸化物を含んでいるものとすることができ、さらに、圧電材として、請求項１２に記載しているように、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から選ばれる複合酸化物を含んでいるものとすることができる。
As the piezoelectric material, a material containing a complex oxide having at least an alkaline earth metal as described in claim 6 can be used, and the complex oxide is described in claim 7. An oxide of at least one element selected from Group IV and an alkaline earth metal can be used as described above, and the alkaline earth constituting the composite oxide as described in
そして、このような複合酸化物の大きさとしては、請求項１３に記載しているように、その平均粒子径を０．３×１０−６〜１０．０×１０−６ｍの範囲とすることが望ましく、さらには請求項１４に記載しているように、０．３×１０−６〜７．０×１０−６ｍの範囲とすることがより望ましい。また、複合酸化物成分の配合量としては、請求項１５に記載しているように、熱可塑性樹脂の０．５〜１０００ｖｏｌ％、さらには請求項１６に記載しているように、２５〜４００ｖｏｌ％とすることが望ましい。 Then, as the size of such a composite oxide, as described in claim 13, the range of the average particle diameter of 0.3 × 10 -6 ~10.0 × 10 -6 m Furthermore, as described in claim 14, it is more desirable to set the range of 0.3 × 10 −6 to 7.0 × 10 −6 m. Moreover, as compounding quantity of a composite oxide component, as described in Claim 15, 0.5-1000 vol% of a thermoplastic resin, Furthermore, as described in Claim 16, 25-400 vol. % Is desirable.
また、圧電材としては、請求項１７に記載しているようにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびポリ（フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン）（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））共重合体から選ばれる少なくとも１種を含むものとすることができる。 The piezoelectric material is at least one selected from polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly (vinylidene fluoride / trifluoroethylene) (P (VDF / TrFE)) copolymer as described in claim 17. It can include seeds.
請求項１８に係わるエネルギー変換繊維体においては、熱可塑性樹脂と圧電材と共に、導電材として炭素繊維および／または炭素粉末が混入されている構成としたことを特徴としており、炭素繊維としては、請求項１９および２０に記載しているように、その長手方向の平均長さを０．３×１０−６〜１００×１０−６ｍ、より望ましくは０．３×１０−６〜２０×１０−６ｍの範囲のものとすることができ、炭素粉末としては、請求項２１および２２に記載しているように、その平均粒子径を１０×１０−９〜１００×１０−９ｍ、より望ましくは１０×１０−９〜６０×１０−９ｍの範囲のものとすることができ、さらにこれらの配合量としては、請求項２３および２４に記載しているように、炭素繊維および／または炭素粉末の配合量を圧電材成分の０．５〜５００ｖｏｌ％、より望ましくは５〜１００ｖｏｌ％とすることができる。 The energy conversion fiber body according to claim 18 is characterized in that a carbon fiber and / or carbon powder is mixed as a conductive material together with the thermoplastic resin and the piezoelectric material. As described in Items 19 and 20, the average length in the longitudinal direction is 0.3 × 10 −6 to 100 × 10 −6 m, more preferably 0.3 × 10 −6 to 20 × 10 −. The carbon powder may have a mean particle size of 10 × 10 −9 to 100 × 10 −9 m, more preferably as described in claims 21 and 22. Can be in the range of 10 × 10 −9 to 60 × 10 −9 m, and the blending amount thereof is carbon fiber and / or carbon as described in claims 23 and 24. Powdery The total amount 0.5～500Vol% of the piezoelectric material component, more preferably be a 5~100vol%.
本発明の請求項２５に係わる吸音材においては、本発明に係わる上記エネルギー変換繊維体を１０〜１００質量％使用した繊維集合体からなる構成とし、請求項２６に係わる吸音材においては、本発明に係わる上記エネルギー変換繊維体を（芯鞘型バインダー繊維）を１０〜１００質量％使用した繊維を熱成形してなる構成としたことを特徴としており、このような吸音材の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
In the sound absorbing material according to
本発明の請求項２７に係わる遮音構造体は、本発明に係わる上記吸音材が遮音性を有する板状材に貼設してある構成とし、本発明の請求項２８に係わる車両用吸音材においては本発明に係わる上記吸音材が車両の内装に用いてある構成とし、請求項２９に係わる車両用吸音材においては上記吸音材が車両のエアクリーナシステム系内部に用いてあり、請求項３０に係わる車両用吸音材においては上記吸音材が車両のエンジンカバーの内側に用いてあり、請求項３１に係わる車両用吸音材においては上記吸音材が車両のダッシュインシュレータ用吸音材の全面もしくは一部に用いてあり、請求項３２に係わる車両用吸音材においては上記吸音材が車両のフロアカーペット用吸音材の全面もしくは一部に用いてあり、請求項３３に係わる車両用吸音材においては上記吸音材が車両のフロアパネルのトンネル部、リアパーセル部、インスト内部、各ピラー内部、ルーフパネル部、ダッシュロア部のいずれかの全面もしくは一部に用いてある構成としたことを特徴としている。
The sound insulation structure according to
本発明の請求項１に係わるエネルギー変換繊維体においては、芯鞘型バインダー繊維からなり、芯成分および鞘成分の一方の樹脂に、圧電材として所定範囲の溶解度係数を備えた強極性有機剤が含まれると共に、これに加えて強極性有機剤以外の圧電材が含まれ、他方の樹脂には樹脂以外の成分が実質的に含まれていないものであるから、圧電性能に加えて、制振性および紡糸性に優れ、強極性有機剤の入手の容易さと相俟って経済性にも優れた繊維体とすることができ、当該エネルギー変換繊維体の実施形態として請求項２に係わるエネルギー変換繊維体においては、芯成分および鞘成分の一方の樹脂に、さらに導電材が含まれているので、強極性有機剤と圧電材によって生じた電荷が、導電材と樹脂とによる電気抵抗によって効率よく熱に消費され、音圧や振動をさらに効率よく吸収することができ、請求項３に係わるエネルギー変換繊維体においては、強極性有機剤として、ベンゾチアゾール類，ベンゾジアゾール類，ベンゾトリアゾール類，ベンゾチアジルスルフェンアミド類，メルカプトベンゾチアジル類に属するものが使用されているので、市場で容易に入手することができると共に、上記溶解度係数の範囲を満たすことができ、請求項４に係わるエネルギー変換繊維体においては、強極性有機剤を含む樹脂を芯成分に持ち、鞘成分には実質的に樹脂以外が含まれないので、熱接着性を向上させることができ、さらに請求項５に係わるエネルギー変換繊維体においては、強極性有機剤を含む樹脂の溶解度係数が１．６０×１０４〜２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の範囲であることから、強極性有機剤との電気的な相互作用の大きい樹脂によって制振性能を向上させることができるという優れた効果がもたらされる。
In the energy conversion fiber body according to claim 1 of the present invention, a strong organic agent comprising a core-sheath-type binder fiber and having a solubility coefficient in a predetermined range as a piezoelectric material in one resin of the core component and the sheath component. In addition to this, in addition to this, a piezoelectric material other than the polar organic agent is included, and the other resin is substantially free of components other than the resin. It is possible to obtain a fiber body that is excellent in properties and spinnability, and that is economical in combination with the availability of a strong polar organic agent, and an energy conversion according to
さらに、本発明の請求項６に係わるエネルギー変換繊維体においては、圧電材として、少なくともアルカリ土類金属を有する複合酸化物が含まれており、請求項７に係わるエネルギー変換繊維体においては、前記複合酸化物がＩＶ族から選ばれる少なくとも１種の元素とアルカリ土類金属との酸化物であり、請求項８に係わるエネルギー変換繊維体においては、前記アルカリ土類金属と、ＩＶ族から選ばれる少なくとも１種の元素とのモル比が１：０．９８〜１：１であり、請求項９に係わるエネルギー変換繊維体においては、前記アルカリ土類金属がＢａ，Ｓｒ，ＣａおよびＭｇから選ばれる少なくとも１種の元素であり、請求項１０に係わるエネルギー変換繊維体においては、前記ＩＶ族の元素がＴｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、およびＰｂから選ばれる少なくとも１種の元素であり、請求項１１に係わるエネルギー変換繊維体においては、前記複合酸化物がＴｉとＢａ，ＴｉとＳｒ，ＴｉとＣａ，ＴｉとＭｇの組み合わせからなる複合酸化物から選ばれる少なくとも１種の複合酸化物を含んでおり、請求項１２に係わるエネルギー変換繊維体においては、圧電材として、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から選ばれる複合酸化物が含まれていることから、それぞれ優れた圧電性能を発揮し、良好な吸音性能を得ることができる。また、これら元素の組み合わせによって圧電特性を変え、吸音ピークの特定周波数へのチューニングに適用することができるという優れた効果が得られる。
Furthermore, in the energy conversion fiber body according to claim 6 of the present invention, the piezoelectric material includes a composite oxide having at least an alkaline earth metal. In the energy conversion fiber body according to claim 7, The composite oxide is an oxide of at least one element selected from Group IV and an alkaline earth metal. In the energy conversion fiber body according to
また、請求項１３に係わるエネルギー変換繊維体においては、複合酸化物の平均粒子径を０．３×１０−６〜１０．０×１０−６ｍ、さらに望ましくは請求項１４に記載しているように０．３×１０−６〜７．０×１０−６ｍの範囲としたものであるから、複合酸化物混入時の分散性を損なうことなく、繊維の細径化を可能にすると共に、吸音性能、とくに５００Ｈｚ以下の低周波域の吸音性能を向上させることができ、請求項１５に係わるエネルギー変換繊維体においては、複合酸化物の配合量を熱可塑性樹脂の０．５〜１０００ｖｏｌ％、さらに望ましくは請求項１６に記載しているように２５〜４００ｖｏｌ％の範囲としたものであるから、紡糸性と共に、低周波域の吸音性能を向上させることができる。 In the energy conversion fiber body according to claim 13, average particle size 0.3 × 10 -6 ~10.0 × 10 -6 m of the complex oxide, and more preferably has claim 14 As described above, the range is 0.3 × 10 −6 to 7.0 × 10 −6 m, so that the fiber diameter can be reduced without impairing the dispersibility when mixed with the composite oxide. Further, the sound absorption performance, particularly the sound absorption performance in a low frequency range of 500 Hz or less can be improved. In the energy conversion fiber body according to claim 15, the compounding amount of the composite oxide is 0.5 to 1000 vol% of the thermoplastic resin. More preferably, since it is in the range of 25 to 400 vol% as described in claim 16, it is possible to improve the sound absorption performance in the low frequency region as well as the spinnability.
さらに、本発明の請求項１７に係わるエネルギー変換繊維体においては、圧電材として、ＰＶＤＦおよびＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）共重合体のうちの少なくとも１種を含んだものであるから、高い圧電効果と共に、無機物の含有量が少なくなることにより、紡糸性が向上する。 Furthermore, in the energy conversion fiber body concerning Claim 17 of this invention, since it contains at least 1 sort (s) of PVDF and P (VDF / TrFE) copolymer as a piezoelectric material, it has a high piezoelectric effect. The spinnability is improved by reducing the inorganic content.
そして、請求項１８に係わるエネルギー変換繊維体においては、圧電材と共に、導電材として炭素繊維および／または炭素粉末が混入されているので、圧電材に発生した電荷を周囲の電気抵抗によって熱に変換する際に、これらの分率によってその電気抵抗を操作することができ、所望の吸音特性、周波数特性に調整することができるようになる。このとき、請求項１９に係わるエネルギー変換繊維体においては、炭素繊維の平均長さを０．３×１０−６〜１００×１０−６ｍ、より望ましくは請求項２０に記載しているように０．３×１０−６〜２０×１０−６ｍの範囲としているので、紡糸性が向上して、繊維の細径化が可能になると共に、低周波域の吸音性能を向上させることができる。また、請求項２１に係わるエネルギー変換繊維体においては、炭素粉末の平均粒子径を１０×１０−９〜１００×１０−９ｍの範囲、さらに望ましくは請求項２２に記載しているように１０×１０−９〜６０×１０−９ｍの範囲としているので、同様に紡糸性が向上して細径化が可能になると共に、５００Ｈｚ以下の低周波域の吸音性能を向上させることができる。さらに、請求項２３に係わるエネルギー変換繊維体では、炭素繊維および／または炭素粉末の配合量を圧電材成分の０．５〜５００ｖｏｌ％とし、さらに望ましくは請求項２４に記載しているように５〜１００ｖｏｌ％としたものであるから、同様に紡糸性が向上すると共に、低周波域の吸音性能を向上させることができるという優れた効果がもたらされる。
In the energy conversion fiber body according to claim 18, since carbon fiber and / or carbon powder is mixed as a conductive material together with the piezoelectric material, the electric charge generated in the piezoelectric material is converted into heat by the surrounding electrical resistance. In this case, the electrical resistance can be manipulated by these fractions, and the desired sound absorption characteristics and frequency characteristics can be adjusted. At this time, in the energy conversion fiber body according to claim 19, the average length of the carbon fibers is 0.3 × 10 −6 to 100 × 10 −6 m, more preferably as described in claim 20. Since the range is from 0.3 × 10 −6 to 20 × 10 −6 m, the spinnability is improved, the fiber diameter can be reduced, and the sound absorption performance in the low frequency range can be improved. . Moreover, in the energy conversion fiber body concerning Claim 21, the average particle diameter of carbon powder is the range of 10 * 10 < -9 > -100 * 10 <-9> m, More desirably, as described in Claim 22. Since it is in the range of × 10 −9 to 60 × 10 −9 m, similarly, the spinnability is improved and the diameter can be reduced, and the sound absorption performance in the low frequency range of 500 Hz or less can be improved. Furthermore, in the energy conversion fiber body concerning Claim 23, the compounding quantity of carbon fiber and / or carbon powder shall be 0.5-500 vol% of a piezoelectric material component, More desirably, as described in
本発明の請求項２５に係わる吸音材は、本発明に係わる上記エネルギー変換繊維体を１０％以上使用した繊維集合体からなるものであるから、空気との摩擦による通常の吸音効果に加えて、圧電効果などエネルギー変換による音圧低減効果によって吸音特性を向上させることができる。また、このような吸音材は、請求項２６に記載しているように、上記エネルギー変換繊維体に、必要に応じて他の繊維を混入し、熱成形することによって得ることができ、このとき、バインダー繊維以外のエネルギー変換繊維体を用いることによってエネルギー変換繊維体の含有量が増し、より優れた制振性能を発揮することができる。
Since the sound absorbing material according to claim 25 of the present invention is composed of a fiber assembly using 10% or more of the energy conversion fiber body according to the present invention, in addition to the normal sound absorbing effect due to friction with air, The sound absorption characteristics can be improved by the sound pressure reduction effect by energy conversion such as the piezoelectric effect. In addition, as described in
本発明の請求項２７に係わる遮音構造体は、上記吸音材を遮音性のある板状材に貼設したものであるから、板状材の材質やサイズに基づく遮音周波数に加えて、吸音材による所望の周波数特性を付与することができる。
さらに、本発明の請求項２８ないし３３に係わる車両用吸音材においては、上記吸音材を車輛の内装、エアクリーナシステムの内部、エンジンカバーの内側、ダッシュインシュレータ、フロアカーペット、さらにはフロアパネルのトンネル部、リアパーセル部、インスト内部、各ピラー内部、ルーフパネル部、ダッシュロア部などに用いたものであるから、それぞれの部位に特有の周波数、とりわけ従来から課題となっていた５００Ｈｚ以下の低周波数騒音を有効に低減することができるという極めて優れた効果がもたらされる。
Since the sound insulation structure according to claim 27 of the present invention is obtained by pasting the sound absorbing material on a plate material having sound insulation properties, in addition to the sound insulation frequency based on the material and size of the plate material, the sound absorbing material. A desired frequency characteristic can be provided.
Furthermore, in the sound absorbing material for vehicles according to
一般的な吸音材においては、吸音材、例えば図１２に示すように、天然繊維やＰＥＴなどの合成繊維１０１からなる不織布のような吸音材１００を構成する材料と、音に起因する空気の粗密波との摩擦によって音のエネルギーを消費し、吸音が行われる。従って、吸音性能を向上させるためには、空気との摩擦を増す観点から、吸音材を構成する材料の表面積を上昇させることが行なわれる。特に吸音効率の高い繊維材からなる吸音材においては、その表面積を増すために繊維の細径化を行っているが、細径化にも限度があると共に、経済性の面からも極端な細径化は実用上困難である。
In a general sound-absorbing material, as shown in FIG. 12, for example, as shown in FIG. 12, the material constituting the sound-absorbing
本発明においては、空気との摩擦以外でも音のエネルギーを減少させ、吸遮音性能を向上させるために、圧電性を示す成分を含有させることによって、音のエネルギーを一度電気エネルギーに変換し、その励起した電気エネルギーを材料内部の抵抗によって熱に変換することで音のエネルギーが消費され、効率的に吸音を行うことができる。 In the present invention, in order to reduce sound energy other than friction with air and improve sound absorption and insulation performance, the sound energy is once converted into electric energy by including a component exhibiting piezoelectricity, By converting the excited electrical energy into heat by the resistance inside the material, sound energy is consumed, and sound absorption can be performed efficiently.
吸遮音材として効果的な形状は、空気との摩擦を効率よく確保できる繊維形態であるため、本発明の形態も繊維体を基本形態とする必要がある。また、成形性などの観点から、熱可塑性樹脂を主成分（マトリックス樹脂）とし、その中に外部の振動、音圧からなる機械的エネルギーにより起電力を生じる材料を混入することが必要となる。このような材料を一般的に圧電材と称する。 Since an effective shape as a sound absorbing and insulating material is a fiber form that can efficiently ensure friction with air, the form of the present invention also needs to be based on a fiber body. Further, from the viewpoint of moldability and the like, it is necessary to use a thermoplastic resin as a main component (matrix resin), and a material that generates electromotive force due to mechanical energy including external vibration and sound pressure. Such a material is generally called a piezoelectric material.
本発明においては、圧電材として複合酸化物が有効であることを見出し、一般的な複合酸化物を圧電効果を創出する圧電材としてマトリックス樹脂中に混入することによって、音圧などのエネルギーが効率的に電気エネルギーに変換され、材料の抵抗で熱エネルギーに変わり、音などのエネルギーが消費されることになる。また、基本形状が繊維体であるため、摩擦による通常の音エネルギー消費をも確保できることが利点である。さらに、繊維形態以外のフィルム形態、板状材を構成しても音などのエネルギーを消費するメカニズムは変わらず、吸遮音性能を確保することができる。 In the present invention, it is found that a composite oxide is effective as a piezoelectric material, and energy such as sound pressure is efficiently obtained by mixing a general composite oxide into a matrix resin as a piezoelectric material that creates a piezoelectric effect. It is converted into electrical energy, converted into heat energy by the resistance of the material, and energy such as sound is consumed. Moreover, since the basic shape is a fibrous body, it is an advantage that normal sound energy consumption due to friction can be secured. Furthermore, even if a film form other than the fiber form and a plate-like material are configured, the mechanism for consuming energy such as sound does not change, and sound absorbing and insulating performance can be ensured.
本発明に係わる繊維体を構成する繊維を熱可塑性樹脂を主成分とする繊維とすることにより、繊維集合体に入力された音圧や振動によって、圧電体である複合酸化物に電荷が生じると共に、この電荷が圧電体周囲の熱可塑性樹脂の電気抵抗によって熱に変換されることから、音圧や振動を効率よく吸収することが可能となる。 By making the fiber constituting the fiber body according to the present invention into a fiber mainly composed of a thermoplastic resin, electric charges are generated in the composite oxide which is a piezoelectric body due to sound pressure and vibration input to the fiber assembly. Since this electric charge is converted into heat by the electrical resistance of the thermoplastic resin around the piezoelectric body, it is possible to efficiently absorb sound pressure and vibration.
本発明に係わるエネルギー変換繊維体は、繊維体であれば所期の効果を得ることができるが、例えばバインダー型の複合繊維体の繊維形態を採ることが有効であり、とくに吸音材への成形に好適である。 The energy conversion fiber body according to the present invention can obtain the desired effect as long as it is a fiber body. For example, it is effective to take the fiber form of a binder-type composite fiber body, in particular, molding into a sound absorbing material. It is suitable for.
バインダー型複合繊維体としては、鞘成分が芯成分より低い軟化点を持つ芯鞘型バインダー繊維とし、芯成分および鞘成分の一方を構成する樹脂に、圧電材として溶解度係数（ＳＰ）＝２．０５×１０４〜２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の強極性有機剤と、強極性有機剤以外の圧電材が混合され、芯成分および鞘成分の他方を構成する樹脂が樹脂以外の成分を実質的に含んでいないものとすることが必要である。 The binder-type composite fiber body is a core-sheath binder fiber having a softening point that is lower than that of the core component. The resin constituting one of the core component and the sheath component has a solubility coefficient (SP) = 2. 05 × 10 4 to 2.66 × 10 4 (J / m 3 ) Resin in which 0.5 strong organic agent and a piezoelectric material other than the strong organic agent are mixed to constitute the other of the core component and the sheath component It is necessary that the material does not substantially contain components other than the resin.
繊維を不織布形態の吸音剤とする場合、バインダー繊維を含む不織布中において、音圧および／または振動を強く受けるバインダ繊維に制振制を持たせることが一つの手段であり、このときその繊維は音圧や振動をできるだけ強く受けるようにするために細くすることが望まれる。 When the fiber is used as a sound absorbing agent in the form of a nonwoven fabric, in the nonwoven fabric containing the binder fiber, it is one means to give the binder fiber that is strongly subjected to sound pressure and / or vibrations, and at this time, the fiber is It is desirable to make it thinner in order to receive sound pressure and vibration as strongly as possible.
そこで、鞘成分に芯成分より低い軟化点を持つバインダー繊維において、芯成分もしくは鞘成分の樹脂に、溶解度係数（ＳＰ）＝２．０５×１０４〜２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の強極性有機剤を混合したバインダー繊維とする。このとき、上記バインダー繊維に入力された音圧および／または振動によって発現する強極性有機剤と樹脂との電気的な相互作用による電気的な損失によって、効率よく音圧や振動を吸収することができるようになる。そして、実質的に樹脂のみからなる鞘成分もしくは芯成分の樹脂によって溶融紡糸時および紡糸後の延伸時において防止張力あるいは延伸張力が負担され、細径化が可能になる。 Therefore, in the binder fiber having a softening point lower than that of the core component in the sheath component, the solubility coefficient (SP) = 2.05 × 10 4 to 2.66 × 10 4 (J / m 3 ) in the resin of the core component or the sheath component. ) A binder fiber mixed with 0.5 strong polar organic agent. At this time, the sound pressure and vibration can be efficiently absorbed by the electrical loss due to the electrical interaction between the resin and the strong polar organic agent that is expressed by the sound pressure and / or vibration input to the binder fiber. become able to. The sheath component or the core component resin consisting essentially of resin bears preventive tension or stretching tension at the time of melt spinning and stretching after spinning, and the diameter can be reduced.
図１は、このようなバインダー型複合繊維体２の形状例を示すものであって、図１（ａ）は鞘成分２ｂに強極性有機剤が含まれ、芯成分２ａが実質的に樹脂のみからなる場合を示し、図１（ｂ）は芯成分２ａに強極性有機剤が含まれ、鞘成分２ｂが実質的に樹脂のみからなる場合を示している。
FIG. 1 shows an example of the shape of such a binder-type
なお、芯鞘型断面にするのは、芯鞘型断面構造が断面内で２成分が対称に配置されているので、紡糸時あるいは延伸時に張力が繊維断面に均等にかかることから、樹脂以外の成分を多量に含む場合でも可紡性が向上し、細径化が可能になることによる。 The core-sheath cross section is formed by the core-sheath cross-sectional structure in which the two components are symmetrically arranged in the cross-section, so that the tension is evenly applied to the fiber cross-section during spinning or stretching. This is because, even when a large amount of the component is contained, the spinnability is improved and the diameter can be reduced.
ここで、樹脂以外の成分を実質的に含まないというのは、強極性有機剤などを含む芯成分もしくは鞘成分に比べて、他方の成分を構成するものが樹脂以外は明かに少ない割合であることを意味し、基本的に樹脂以外を含まないと近似できる状態を言う。 Here, the fact that it contains substantially no components other than the resin means that the component constituting the other component is obviously less than the resin, compared to the core component or sheath component containing a strong polar organic agent or the like. This means a state that can be approximated by basically including no resin.
強極性有機剤については、そのSP（溶解度係数）を所定の範囲とすることによって制振性が飛躍的に向上し、本発明に係わる繊維体を安価に提供することができることが見出されている。すなわち、ＳＰ値が２．０５×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５未満の弱い極性有機剤の場合には、得られる制振性能が小さく、２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５を超える強極性有機剤においても、２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５以下のものとほとんど同等の制振性能しか得られず、効果が飽和すると共に、この値を超えたＳＰ値の強極性有機剤は、市場における入手が困難であり経済性の点からも好ましくない。なお、極性有機剤の混入割合は、混入後の成形性を損なわない範囲であればとくに上限はないが、樹脂１００体積部に対して３０〜２００体積部の範囲が良好な範囲である。 For strong organic agents, it has been found that by setting the SP (solubility coefficient) within a predetermined range, the vibration damping properties can be dramatically improved and the fiber body according to the present invention can be provided at low cost. Yes. That is, in the case of a weak polar organic agent having an SP value of less than 2.05 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 , the vibration damping performance obtained is small and 2.66 × 10 4 (J / m 3). ) Even in the case of a strong polar organic agent exceeding 0.5 , only a damping performance almost equivalent to that of 2.66 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 or less can be obtained, and the effect is saturated. A strong polar organic agent having an SP value exceeding the value is difficult to obtain in the market and is not preferable from the viewpoint of economy. The mixing ratio of the polar organic agent is not particularly limited as long as the moldability after mixing is not impaired, but a range of 30 to 200 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the resin is a good range.
そして、上記繊維体においては、芯成分および鞘成分の一方を構成する上記樹脂に、強極性有機剤に加えて強極性有機剤以外の圧電材を含有させることによって、当該バインダー繊維に入力された音圧および／または振動によって発現する強極性有機剤および圧電材に生じる電荷が樹脂との電気的な相互作用によって効率的に熱に消費され、音圧や振動を効率よく吸収することのできる制振バインダー繊維となる。また、このとき、極性有機剤の混合率によっては、圧電材を混合することによって成形性に大きな影響が生じることがあるが、樹脂１００体積部に対して、極性有機剤が３０〜２００体積部の場合、圧電材が３０〜１００体積部の範囲であれば成形性が損なわれるようなことはない。なお、圧電材としては、特に限定されないが、例えばチタン酸バリウム（ＴｉＢａＯ３）や、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）市場での入手のし易さ、および圧電特性の高さから望ましいものである。 In the fiber body, the resin constituting one of the core component and the sheath component is input to the binder fiber by including a piezoelectric material other than the strong organic agent in addition to the strong organic agent. Electric charges generated in the strong polar organic agent and piezoelectric material due to sound pressure and / or vibration are efficiently consumed by heat due to electrical interaction with the resin, and the sound pressure and vibration can be absorbed efficiently. It becomes a vibration binder fiber. At this time, depending on the mixing ratio of the polar organic agent, mixing of the piezoelectric material may greatly affect the moldability, but the polar organic agent is 30 to 200 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the resin. In this case, if the piezoelectric material is in the range of 30 to 100 parts by volume, the moldability is not impaired. As the piezoelectric material is not particularly limited, for example, barium titanate (TiBaO 3) and are desirable lead zirconate titanate (PZT) market of easy availability, and the piezoelectric characteristics from a height .
さらに、図２に示すように、芯成分２ａおよび鞘成分２ｂの一方を構成する上記樹脂（図２においては、芯成分２ａを構成する樹脂３ａの場合を例示している）に、強極性有機剤３ｂに加えて強極性有機剤以外の圧電材３ｃと共に、導電材３ｄを含有させることができ、これによって当該バインダー繊維２に入力された音圧および／または振動によって強極性有機剤３ｂおよび圧電材３ｃに生じる電荷が、樹脂３ａと導電材３ｄとで構成される電気抵抗（Ｒ）によって効率的に消費され、音圧や振動をさらに効率よく吸収することが可能な制振バインダー繊維となる。
Further, as shown in FIG. 2, the above-mentioned resin constituting one of the
強極性有機剤としては、例えば、ベンゾチアゾール類，ベンゾジアゾール類，ベンゾトリアゾール類，ベンゾチアジルスルフェンアミド類，メルカプトベンゾチアジル類のいずれかに属するものを用いることができる。すなわち、市場で容易に入手可能な材料類によって、ＳＰ＝２．０５×１０４〜２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の極性を満たすことができるようになり、経済的にも有利なものとなる。なお、これらの構造式は以下に示すとおりのものである。 As the strongly polar organic agent, for example, those belonging to any of benzothiazoles, benzodiazoles, benzotriazoles, benzothiazylsulfenamides, and mercaptobenzothiazils can be used. That is, it becomes possible to satisfy the polarity of SP = 2.05 × 10 4 to 2.66 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 depending on materials that are easily available in the market. It is also advantageous. These structural formulas are as shown below.
ベンゾチアゾール類
ベンゾジアゾール類
ベンゾトリアゾール類
ベンゾチアジルスルフェンアミド類
メルカプトベンゾチアジル類
例えば、ベンゾジアゾール類では、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルジスフィド（ＭＢＴＳ）、２−メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩（ＺｎＭＢＴ）が挙げられ、ベンゾチアジルスルフェンアミド類では、Ｎ−シクロヘキサン−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド（ＢＢＳ）、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド（ＤＰＢＳ）を挙げることができ、これらを単体、あるいは混合して用いることができる。これらは、いずれも高い極性を有し、かつ入手が容易である。 Examples of benzodiazoles include mercaptobenzothiazole (MBT), dibenzothiazyl disulfide (MBTS), and zinc salt of 2-mercaptobenzothiazole (ZnMBT). Cyclohexane-2-benzothiazolesulfenamide (CBS), N, N-dicyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide (DCHBSA), Nt-butyl-2-benzothiazolesulfenamide (BBS), N, N-diisopropyl-2-benzothiazole sulfenamide (DPBS) can be mentioned, and these can be used alone or in combination. All of these have high polarity and are easily available.
さらに、芯鞘型バインダー繊維において、図１（ｂ）に示したように、芯成分２ａを強極性有機剤含有の樹脂からなるものとし、鞘成分２ｂを実質的に樹脂のみからなるものとすることが望ましく、例えば、鞘成分２ｂにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）の共重合体などを利用した低軟化点樹脂を用いることにより、熱接着性の高い制振繊維となる。
Furthermore, in the core-sheath type binder fiber, as shown in FIG. 1B, the
鞘成分に用いる樹脂は、ホモポリマーであっても特に問題はないが、軟化点、すなわち熱接着温度をコントロールできる点において共重合体が好ましい。このような共重合体としては、前述のＰＥＴ／ＰＥＩの他に、ＰＥＴのエチレングルコール成分を他の異なるグリコール成分で置換したもの（例えば、ポリヘキサメチレンテレフタレート（ＰＨＴ））、および／またはテレフタル酸成分を他の異なる２塩基酸成分で置換したもの（例えば、ポリブチレンイソフタレート（ＰＢＩ））とＰＥＴとの共重合体や置換したもの同士の共重合体であってもよく、また、前記置換体の他にポリεカプロラクトン（ＰＣＬ）などの炭素数４ないし１１の脂肪族ラクトンによる共重合体あるいは、ポリジオールと前記置換体もしくはＰＥＴとの共重合体などであってもよく、特に限定されない。いずれの樹脂の場合においても鞘成分に強極性有機剤を実質的に混合しないことによって安定した熱接着が可能となる。 The resin used for the sheath component is not particularly problematic even if it is a homopolymer, but is preferably a copolymer in that the softening point, that is, the thermal bonding temperature can be controlled. Examples of such a copolymer include those obtained by replacing the ethylene glycol component of PET with another different glycol component (for example, polyhexamethylene terephthalate (PHT)), and / or terephthalate in addition to the above-described PET / PEI. It may be a copolymer of an acid component substituted with another different dibasic acid component (for example, polybutylene isophthalate (PBI)) and PET, or a copolymer of substituted ones, In addition to the substitution product, it may be a copolymer of an aliphatic lactone having 4 to 11 carbon atoms such as poly-ε-caprolactone (PCL) or a copolymer of polydiol and the substitution product or PET, and is not particularly limited. . In any case, stable thermal bonding can be achieved by substantially not mixing a strong polar organic agent with the sheath component.
また強極性有機剤を含む樹脂については、その溶解度係数（ＳＰ）が１．６０×１０４〜２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の範囲のものとすることが望ましく、強極性有機剤との電気的な相互作用が大きなものとなり、制振性能の高いバインダー繊維となる。 The resin containing a strong polar organic agent preferably has a solubility coefficient (SP) in the range of 1.60 × 10 4 to 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 , The electrical interaction with the strong polar organic agent becomes large, and the binder fiber has high vibration damping performance.
ここで、樹脂のＳＰ値を１．６０×１０４〜２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５の範囲とするのは、この範囲の樹脂を用いた場合には強極性有機剤との電気的な相互作用が大きく、ＳＰが１．６０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５未満の樹脂と比較して、得られる制振性能が向上することによる。また、樹脂のＳＰ値と強極性有機剤のＳＰ値が乖離している場合、樹脂中における強極性有機剤の分散性が劣化し、実質的に分散されている状態にすることが困難になる傾向も確認され、この点からも樹脂のＳＰ値が１．６０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５以上であることが好ましい。 Here, the SP value of the resin is in the range of 1.60 × 10 4 to 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5. This is because the electrical interaction with the agent is large, and the vibration damping performance obtained is improved as compared with a resin having an SP of less than 1.60 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 . In addition, when the SP value of the resin and the SP value of the strong organic agent are different from each other, the dispersibility of the strong organic agent in the resin is deteriorated and it is difficult to obtain a substantially dispersed state. A tendency is also confirmed, and also from this point, it is preferable that the SP value of the resin is 1.60 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 or more.
一方、樹脂のＳＰ値が２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５を超える場合には、分散性を低下させないために強極性有機剤のＳＰ値を高めることが必要となるが、前述のように強極性有機剤のＳＰ値の範囲が２．０５×１０４〜２．６６×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５にあることから、ＳＰ値の乖離を小さくするために、樹脂のＳＰ値の上限は２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５が好ましい。 On the other hand, when the SP value of the resin exceeds 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 , it is necessary to increase the SP value of the strong organic agent in order not to lower the dispersibility. As described above, the SP value range of the strong polar organic agent is 2.05 × 10 4 to 2.66 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 , so that the difference in SP value is reduced. Moreover, the upper limit of the SP value of the resin is preferably 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 .
本発明における圧電材としては、請求項６に記載しているように、少なくともアルカリ土類金属を有する複合酸化物が含まれているものを用いることができる。本発明において複合酸化物とは、少なくとも２種類の元素と酸素が結合した化合物を言い、一般的な構造式として、複合酸化物Ｃは、ＡｎＢｍＯｌ（ｎ，ｍ，ｌは自然数）で表わされる。この組成の化合物であれば、音のエネルギーにより、歪んだマトリックス樹脂により起電力を生じさせることができる。 As the piezoelectric material in the present invention, a material containing a composite oxide having at least an alkaline earth metal can be used as described in claim 6. In the present invention, the composite oxide refers to a compound in which oxygen is combined with at least two kinds of elements. As a general structural formula, the composite oxide C is represented by An B m O l (n, m, l are natural numbers). ). If it is a compound of this composition, an electromotive force can be generated by a distorted matrix resin by sound energy.
複合酸化物を構成する少なくとも１つの元素は、前述のようにアルカリ土類金属であることが望ましい。アルカリ土類金属とは、長周期型周期表のＩＩａ族元素を意味し、具体的にはＢｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｒａ（ラジウム）である。これらの元素を用いることにより圧電効果が得られる。これらアルカリ土類金属のうちで、とくに圧電効果への寄与が高い元素は、Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇであり、圧電効果を高める上で有効である。この中でもＢａは最も効果が高く、圧電効果をさらに高めるために重要である。 As described above, it is desirable that at least one element constituting the composite oxide is an alkaline earth metal. The alkaline earth metal means a group IIa element of the long-period type periodic table, and specifically, Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), Ra (Radium). The piezoelectric effect can be obtained by using these elements. Among these alkaline earth metals, elements that have a particularly high contribution to the piezoelectric effect are Ba, Sr, Ca, and Mg, which are effective in enhancing the piezoelectric effect. Of these, Ba is the most effective and is important for further enhancing the piezoelectric effect.
さらに、複合酸化物は、ＩＶａ族の遷移元素、もしくはＩＶｂ族元素から選ばれる元素とアルカリ土類金属との酸化物であることが望ましい。これらＩＶ族元素から選んだ元素とアルカリ土類金属との複合酸化物とすることにより、これら以外の元素の酸化物に較べて高い圧電性能が得られる。 Furthermore, the composite oxide is preferably an oxide of an element selected from a IVa group transition element or an IVb group element and an alkaline earth metal. By using a complex oxide of an element selected from these group IV elements and an alkaline earth metal, high piezoelectric performance can be obtained as compared with oxides of other elements.
ここで、ＩＶａ族の遷移元素とは、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコン），Ｈｆ（ハフニウム）であり、ＩＶｂ族の元素とは、Ｃ（炭素）、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（錫）、Ｐｂ（鉛）である。これら元素の中で、ＩＶａ族ではＴｉおよびＺｒの圧電効果に対する寄与が特に大きく、ＩＶｂ族ではＳｎおよびＰｂの圧電効果に対する寄与が特に大きい。 Here, the IVa group transition elements are Ti (titanium), Zr (zircon), and Hf (hafnium), and the IVb group elements are C (carbon), Si (silicon), Ge (germanium), Sn (tin) and Pb (lead). Among these elements, the contribution to the piezoelectric effect of Ti and Zr is particularly large in the IVa group, and the contribution to the piezoelectric effect of Sn and Pb is particularly large in the IVb group.
そして、複合酸化物を構成するアルカリ土類金属と、ＩＶａ族またはＩＶｂ族、すなわちＩＶ族から選ばれる少なくとも１種の元素とのモル比が１：０．９８〜１：１の範囲であることが望ましい。これらのモル比がこの関係にあるときに複合酸化物の圧電効果が高くなることによる。この詳細なメカニズムは不明であるが、アルカリ土類金属に対し、ＩＶ族の元素が等モルもしくは若干少ない時が、元素の格子を形成する上で歪みが大きくなり、外部圧力に対する電気の励起感度が高くなることによると推定される。 The molar ratio of the alkaline earth metal constituting the composite oxide and at least one element selected from Group IVa or IVb, that is, Group IV, is in the range of 1: 0.98 to 1: 1. Is desirable. This is because the piezoelectric effect of the composite oxide increases when these molar ratios are in this relationship. The detailed mechanism is unknown, but when the amount of group IV element is equimolar or slightly less than that of alkaline earth metal, the strain is increased in forming the element lattice, and the sensitivity of excitation of electricity to external pressure is increased. Is estimated to be higher.
また、複合酸化物は、ＴｉとＢａ，ＴｉとＳｒ，ＴｉとＣａ，ＴｉとＭｇの組み合わせによる圧電効果が最も大きくなり、これらの組合せからなる複合酸化物、すなわちＴｉＢａｍＯｎ，ＴｉＳｒｍＯｎ，ＴｉＣａｍＯｎ，ＴｉＭｇｍＯｎ（ｍ＝０．９８〜１、ｎは自然数（特に４））から選択することが特に望ましい。 The composite oxide, Ti and Ba, Ti and Sr, the piezoelectric effect due to the combination of Ti and Ca, Ti and Mg greatest, complex oxide comprising these combinations, namely TiBa m O n, TiSr m O n, TiCa m O n, TiMg m O n (m = 0.98~1, n is a natural number (preferably 4)) is particularly preferably selected from.
これらの複合酸化物は、その元素の組合せにより、圧電特性が異なるため、後述するように、特定周波数に吸遮音特性をチューニングする場合に極めて有効となる。吸遮音特性を特定の周波数に設定するに際しては、カーボン等の配合量を変化させることもできるが、ＬもしくはＲ成分が大きく変化してしまうため、細かな設定が困難である。また、余りにカーボン等を混入してしまうと、擬似圧電回路そのものが短絡してしまい、共振特性がなくなってしまうこともある。その点、複合酸化物を選択することによってＣ成分を細かに変化させる方が容易であり、任意の周波数にその吸遮音特性を設定することが可能になる。 Since these composite oxides have different piezoelectric characteristics depending on the combination of the elements, as will be described later, they are extremely effective when tuning the sound absorbing and insulating characteristics to a specific frequency. When setting the sound absorption / insulation characteristics to a specific frequency, the blending amount of carbon or the like can be changed. However, since the L or R component is largely changed, it is difficult to make a fine setting. Moreover, if carbon or the like is mixed in too much, the pseudo piezoelectric circuit itself may be short-circuited, and resonance characteristics may be lost. In that respect, it is easier to finely change the C component by selecting a composite oxide, and it is possible to set the sound absorption and insulation characteristics to an arbitrary frequency.
さらに、圧電材としての複合酸化物として、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）もしくはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から選ぶことが望ましい。これらは市場での入手がし易く、圧電特性も高いことによる。 Furthermore, it is desirable that the composite oxide as the piezoelectric material is selected from barium titanate (BaTiO 3 ) or lead zirconate titanate (PZT). These are because they are easily available on the market and have high piezoelectric characteristics.
これらの複合酸化物の平均粒子径は、０．３×１０−６〜１０．０×１０−６ｍの範囲であることが望ましい。複合酸化物の平均粒子径をこの範囲とすることによりマトリックス樹脂に複合酸化物を混入した樹脂を繊維化することが容易になり、狙いとする５００Ｈｚ以下の周波数域での吸音性能が向上することになる。平均粒子径が０．３×１０−６ｍに満たないときには、マトリックス樹脂に混入する際に、複合酸化物の分散性が悪くなり、見かけの平均粒子径が大きくなってしまうばかりか、吸音周波数が狙いとする５００Ｈｚ以下の領域から外れ、通常に用いられる他の繊維体を用いる方が性能、コスト面で優れる領域となってしまう。１０．０×１０−６ｍを超える平均粒子径では、狙いとする繊維径に近い粒子が混入することになるため、マトリックス樹脂が少なくなって、紡糸時に繊維が切れやすくなり細径化が困難になる。 The average particle size of these composite oxides is preferably in the range of 0.3 × 10 −6 to 10.0 × 10 −6 m. By making the average particle diameter of the composite oxide within this range, it becomes easy to fiberize the resin in which the composite oxide is mixed into the matrix resin, and the sound absorption performance in the target frequency range of 500 Hz or less is improved. become. When the average particle diameter is less than 0.3 × 10 −6 m, not only the dispersibility of the composite oxide deteriorates when mixed into the matrix resin, the apparent average particle diameter increases, but also the sound absorption frequency. Is out of the target region of 500 Hz or less, and the use of other commonly used fibrous bodies becomes a region that is superior in terms of performance and cost. If the average particle diameter exceeds 10.0 × 10 −6 m, particles close to the target fiber diameter will be mixed in, so the matrix resin will decrease and the fibers will be easily cut during spinning, making it difficult to reduce the diameter. become.
また、平均粒子径を０．３×１０−６〜７．０×１０−６ｍの範囲とすることで、吸音が特に必要とされる５００Ｈｚ以下の低周波側の吸音特性を効率的に向上させることができる。なお、ここで言う平均粒子径とは、混入に用いる複合酸化物全粒子の粒子径のメジアン値を言う。 In addition, by setting the average particle diameter in the range of 0.3 × 10 −6 to 7.0 × 10 −6 m, the sound absorption characteristics on the low frequency side of 500 Hz or less where sound absorption is particularly required are efficiently improved. Can be made. In addition, the average particle diameter said here means the median value of the particle diameter of all the composite oxide particles used for mixing.
これら複合酸化物の配合量については、熱可塑性樹脂の０．５〜１０００ｖｏｌ％であることが望ましい。この範囲とすることにより、マトリックス樹脂に複合酸化物を混入した樹脂を容易に繊維化することができるようになると共に、特定周波数での吸音性能を向上させることができるようになる。配合量が０．５ｖｏｌ％未満では、マトリックス樹脂に混入した複合酸化物が少なくなって、狙いとする周波数での大きな性能向上が得られない。また、配合量が１０００ｖｏｌ％を超えると、マトリックス樹脂に混入した際に、混入された樹脂が溶融化された場合の粘度が増加するため紡糸性が大幅に低下し、繊維化が困難となる傾向がある。また、複合酸化物の配合量を熱可塑性樹脂の２５〜４００ｖｏｌ％の範囲とすることにより、紡糸性をほとんど低下させることなく、繊維化することができ、狙いとする５００Ｈｚ以下の周波数域での吸音性能をコスト的にも効率よく向上させることが可能になる。 About the compounding quantity of these complex oxides, it is desirable that it is 0.5-1000 vol% of a thermoplastic resin. By setting it within this range, it becomes possible to easily fiberize a resin in which a composite oxide is mixed into a matrix resin, and it is possible to improve the sound absorption performance at a specific frequency. When the blending amount is less than 0.5 vol%, the composite oxide mixed in the matrix resin is reduced, and a large performance improvement at a target frequency cannot be obtained. In addition, when the blending amount exceeds 1000 vol%, when mixed into the matrix resin, the viscosity when the mixed resin is melted increases, so that the spinnability is greatly lowered and fiberization tends to be difficult. There is. Moreover, by making the compounding quantity of composite oxide into the range of 25-400 vol% of a thermoplastic resin, it can be made into a fiber without substantially reducing spinnability, and is aimed at a frequency range of 500 Hz or less. The sound absorption performance can be improved efficiently in terms of cost.
上記バインダー型の複合繊維体においては、圧電材として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、もしくはポリ（フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン）（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））共重合体から選ばれることが望ましい。これらは、高い圧電効果が得られると共に、複合酸化物のような無機物の割合が少なくなるため、紡糸時において高速での巻取りが可能となり、低速での巻取りにおいても安定した操業が可能になるという利点が生じる。 In the binder type composite fiber body, the piezoelectric material is preferably selected from polyvinylidene fluoride (PVDF) or poly (vinylidene fluoride / trifluoroethylene) (P (VDF / TrFE)) copolymer. These have a high piezoelectric effect and a small proportion of inorganic substances such as complex oxides, so that high-speed winding during spinning is possible, and stable operation is possible even during low-speed winding. The advantage is that
その他の圧電材としては、たとえば水晶、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウムなどの無機圧電材料が挙げられる。 Examples of other piezoelectric materials include inorganic piezoelectric materials such as quartz, lead titanate, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), lithium niobate, lithium tantalate, and barium titanate.
また、上記バインダー型の複合繊維体においては、当該繊維体を構成する熱可塑性樹脂と圧電材の他に、導電材として炭素繊維および／または炭素粉末が混入されていることが望ましい。これらを第３成分として混入することにより、音圧および／または振動の入力によって発生した圧電体の電荷をその周囲の熱可塑性樹脂の電気抵抗によって熱に変換する際、炭素繊維や炭素粉末の分率によって、その電気抵抗を調整することが可能になり、吸音特性、周波数特性を変化することができる。また、炭素繊維や炭素粉末を混入することによって繊維体に剛性を付与することも可能になる。 In the binder type composite fiber body, it is desirable that carbon fiber and / or carbon powder is mixed as a conductive material in addition to the thermoplastic resin and the piezoelectric material constituting the fiber body. By mixing these as the third component, when the electric charge of the piezoelectric body generated by the input of sound pressure and / or vibration is converted into heat by the electrical resistance of the surrounding thermoplastic resin, the carbon fiber or carbon powder is separated. The electric resistance can be adjusted depending on the rate, and the sound absorption characteristics and frequency characteristics can be changed. Further, it becomes possible to impart rigidity to the fiber body by mixing carbon fiber or carbon powder.
一般に、導電材としては、カーボンブラック，ケッチェンブラックなどの炭素系粉末、炭素系繊維、鉄，アルミニウムなどの金属微粒子があり、さらに半導電性微粒子として酸化錫（ＳｎＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが上げられるが、これらのうちで、市場での入手の容易性、比重の点から炭素繊維あるいは炭素粉末の使用が望ましい。 In general, conductive materials include carbon powders such as carbon black and ketjen black, metal fine particles such as carbon fibers, iron and aluminum, and tin oxide (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO) as semiconductive fine particles. Among these, the use of carbon fiber or carbon powder is desirable from the viewpoint of easy availability in the market and specific gravity.
これらの導電材に用いる炭素繊維の長手方向の平均長さは、０．３×１０−６〜１００×１０−６ｍであることが望ましい。この範囲の長さとすることにより、マトリックス樹脂に圧電材と共に炭素繊維を混入した樹脂を容易に繊維化することができ、しかも狙いとする５００Ｈｚ以下の特定周波数での吸音性能を向上させることができる。平均長さが０．３×１０−６ｍ未満では、マトリックス樹脂に混入する際の分散性が劣化し、１００×１０−６ｍを超える長さでは、繊維化する際に細径化が困難となる傾向がある。 The average length in the longitudinal direction of carbon fibers used for these conductive materials is preferably 0.3 × 10 −6 to 100 × 10 −6 m. By setting the length within this range, it is possible to easily fiberize a resin in which carbon fibers are mixed with a piezoelectric material in a matrix resin, and it is possible to improve the sound absorption performance at a target specific frequency of 500 Hz or less. . If the average length is less than 0.3 × 10 −6 m, the dispersibility when mixed into the matrix resin deteriorates, and if it exceeds 100 × 10 −6 m, it is difficult to reduce the diameter when fiberizing. Tend to be.
さらに、０．３×１０−６〜２０×１０−６ｍの範囲とすることにより、吸音が特に必要とされる５００Ｈｚ以下の特定周波数における吸音性能を効率よく向上させることができる。なお、ここで言う長手方向の平均長さとは、炭素繊維の長さを各炭素繊維の最大方向の長さとし、混入に用いる全繊維の繊維長のメジアン値を言う。 Further, by setting the range of 0.3 × 10 -6 ~20 × 10 -6 m, it is possible to efficiently improve the sound absorbing performance in the 500Hz following specific frequency sound absorption is particularly necessary. The average length in the longitudinal direction referred to here is the median value of the fiber lengths of all the fibers used for mixing, with the length of the carbon fibers being the maximum length of each carbon fiber.
これらの導電材に炭素粉末を用いる場合には、その平均粒子径が１０×１０−９〜１００×１０−９ｍであることが望ましい。この範囲の粒子径とすることにより、マトリックス樹脂に圧電材を混入し、さらに炭素粉末を混入した樹脂の繊維化が容易なものとなり、また狙いとする５００Ｈｚ以下の特定周波数での吸音性能を向上させることができる。平均粒子径が１０×１０−９ｍ未満では、マトリックス樹脂に混入する際の分散性が劣化し、１００×１０−９ｍを超える平均粒子径では、繊維化する際の細径化が困難となる。 When carbon powder is used for these conductive materials, the average particle size is desirably 10 × 10 −9 to 100 × 10 −9 m. By setting the particle size within this range, it becomes easy to fiberize the resin mixed with piezoelectric material and carbon powder in the matrix resin, and improve the sound absorption performance at the target specific frequency of 500 Hz or less. Can be made. When the average particle size is less than 10 × 10 −9 m, the dispersibility when mixed into the matrix resin deteriorates, and when the average particle size exceeds 100 × 10 −9 m, it is difficult to reduce the diameter when fiberizing. Become.
さらにまた、平均粒子径を１０×１０−９〜６０×１０−９ｍの範囲とすることにより、吸音が特に必要とされる５００Ｈｚ以下の低周波側の吸音性能を効率よく向上させることができる。なお、ここで言う平均粒子径とは、炭素粉末の１次粒子径であって、混入に用いる全粒子の粒子径のメジアン値を言う。２次粒子径はストラクチャーの形成度合いにより異なるが、ここでは特に限定されない。 Furthermore, by setting the average particle diameter in the range of 10 × 10 −9 to 60 × 10 −9 m, it is possible to efficiently improve the sound absorption performance on the low frequency side of 500 Hz or less where sound absorption is particularly required. . In addition, the average particle diameter said here is a primary particle diameter of carbon powder, Comprising: The median value of the particle diameter of all the particles used for mixing is said. The secondary particle size varies depending on the degree of structure formation, but is not particularly limited here.
これら導電材としての炭素繊維および／または炭素粉末の配合量は、圧電材成分の配合量の０．５〜５００ｖｏｌ％であることが望ましい。これら導電材の配合量をこの範囲とすることにより、マトリックス樹脂に圧電材成分と共に、導電材としての炭素繊維や炭素粉末を混入した樹脂の繊維化が容易なものとなると共に、特定周波数での吸音性能が向上する。これら炭素材の配合量が圧電材成分の０．５ｖｏｌ％未満では、混入した導電材の量が少ないいために、導電材を添加しないものと実質的に性能が変わらず、コストが上昇するだけなので好ましくない。配合量が５００ｖｏｌ％を超えると、マトリックス樹脂に混入した際に、混入された樹脂が溶融化された場合の粘度が増加するため、紡糸性がさらに大幅に低下し、繊維化が困難となる傾向がある。 The blending amount of carbon fiber and / or carbon powder as the conductive material is desirably 0.5 to 500 vol% of the blending amount of the piezoelectric material component. By making the blending amount of these conductive materials within this range, it becomes easy to fiberize the resin mixed with carbon fiber or carbon powder as the conductive material together with the piezoelectric material component in the matrix resin, and at a specific frequency. Sound absorption performance is improved. If the carbon material content is less than 0.5 vol% of the piezoelectric material component, the amount of the mixed conductive material is small, so the performance is not substantially changed from the case where no conductive material is added, and the cost only increases. It is not preferable. When the blending amount exceeds 500 vol%, when mixed into the matrix resin, the viscosity when the mixed resin is melted increases, so that the spinnability is further greatly reduced and fiberization tends to be difficult. There is.
また、炭素繊維および／または炭素粉末の配合量を圧電材成分の５〜１００ｖｏｌ％の範囲とすることにより、紡糸性をほとんど低下させることなく、繊維化することが可能となる。また、狙いとする５００Ｈｚ以下の周波数域での吸音性能をコスト的にも効率よく向上させることができる。 Moreover, by making the compounding quantity of carbon fiber and / or carbon powder into the range of 5-100 vol% of a piezoelectric material component, it becomes possible to fiberize almost without reducing spinnability. Moreover, the sound absorption performance in the target frequency range of 500 Hz or less can be improved efficiently in terms of cost.
さらに、本発明のバインダー型複合繊維体においては、圧電材たる複合酸化物を含むマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂を極性を有するものとすることによって、繊維集合体に入力された音圧や振動によって圧電材に電荷が生じた時に、圧電材周囲の樹脂との相互作用が無極性の樹脂の場合よりも強くなり、さらに高い音圧や振動の吸収性を得ることができる。ここで、極性を有する樹脂とは、アミド基、エステル基、カーボネート基のような極性基を持つ樹脂を言う。 Furthermore, in the binder type composite fiber body of the present invention, by making the thermoplastic resin, which is a matrix resin containing a composite oxide as a piezoelectric material, to have polarity, the sound pressure and vibration input to the fiber assembly can be reduced. When electric charges are generated in the piezoelectric material, the interaction with the resin around the piezoelectric material becomes stronger than in the case of a nonpolar resin, and higher sound pressure and vibration absorption can be obtained. Here, the resin having polarity refers to a resin having a polar group such as an amide group, an ester group, or a carbonate group.
本発明に係わる上記エネルギー変換繊維体を１０〜１００質量％使用して繊維集合体を形成し、吸音材とすることができ、これによって空気との摩擦に基づく吸音効果と、圧電効果を始めとするエネルギー変換に基づく音圧低減効果によって全周波数域に渡って吸音効果が向上した吸音材、あるいは特定周波数に吸音効果を備えた吸音材が得られることになる。吸音性能は当該繊維体の配合量が多いほど向上するが、１０質量％未満では、このような複合繊維体を配合する効果が性能に現れない。なお、当該複合繊維体以外の部分については、フェルトなどの天然繊維でもポリエステルなどの合成繊維でもよい。 A fiber assembly can be formed by using 10 to 100% by mass of the energy conversion fiber body according to the present invention, and a sound absorbing material can be formed. Thus, a sound absorbing effect based on friction with air and a piezoelectric effect can be used. Thus, a sound-absorbing material having an improved sound-absorbing effect over the entire frequency range by a sound pressure reducing effect based on energy conversion, or a sound-absorbing material having a sound-absorbing effect at a specific frequency can be obtained. The sound absorption performance is improved as the amount of the fibrous body is increased. However, if the amount is less than 10% by mass, the effect of mixing such a composite fibrous body does not appear in the performance. In addition, about parts other than the said composite fiber body, natural fibers, such as felt, or synthetic fibers, such as polyester, may be sufficient.
本発明のエネルギー変換繊維体である芯鞘型バインダー繊維は、その表面において他の繊維と熱融着する機能を備えたものであるから、当該芯鞘型バインダー繊維のみ、あるいは他の一般の繊維と共に熱成形することによって吸音材とすることができる。すなわち、当該バインダー繊維の配合によって加熱成形が可能となり、車両の内装材を始めとする種々のインシュレータ材に使用することができるようになる。また、例えば図３に示すように、熱成形によって任意形状に成形できるようになり、任意のスペースに適応したものとなる。このとき、一般の繊維に代えて、例えば複合酸化物混入型や、海島型、芯鞘型など、他のタイプのエネルギー変換繊維体を用いることによって、より高い制振性能の吸音材を得ることができる。 Since the core-sheath binder fiber that is the energy conversion fiber body of the present invention has a function of thermally fusing with other fibers on the surface thereof, only the core-sheath binder fiber or other general fibers And it can be set as a sound-absorbing material by thermoforming together. That is, heat molding is possible by blending the binder fiber, and it can be used for various insulator materials including vehicle interior materials. Further, for example, as shown in FIG. 3, it can be formed into an arbitrary shape by thermoforming, and is adapted to an arbitrary space. At this time, in place of ordinary fibers, for example, by using other types of energy conversion fiber bodies such as mixed oxide mixed type, sea island type, core-sheath type, etc., a sound absorbing material with higher vibration damping performance can be obtained. Can do.
ここで、吸音材としての繊維集合体を構成する繊維については、本発明のバインダー型複合繊維を含むこと以外、特に限定されるものではないが、このようなバインダー型複合繊維と、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分とする繊維などのように、市場で一般に入手可能な繊維とを混合して熱成形する手法が経済的に良好である。 Here, the fiber constituting the fiber aggregate as the sound absorbing material is not particularly limited except that it includes the binder type composite fiber of the present invention, but such a binder type composite fiber and, for example, polyethylene terephthalate. A technique of thermoforming by mixing with fibers that are generally available in the market, such as fibers mainly composed of (PET), is economically good.
本発明に係わるエネルギー変換繊維体を用いた吸音材を遮音性を備えた板状材に貼設することにより、高性能の遮音構造体とすることができる。本来、板状遮音材は、板の厚さや重さ、材質に応じた遮音周波数を有しているが、これに吸音材に基づく別の周波数特性を付与することができることによる。 By pasting the sound absorbing material using the energy conversion fiber body according to the present invention to a plate-like material having sound insulating properties, a high performance sound insulating structure can be obtained. Originally, the plate-like sound insulating material has a sound insulating frequency corresponding to the thickness, weight, and material of the plate, but this is because another frequency characteristic based on the sound absorbing material can be imparted thereto.
また、本発明に係わる吸音材は、スペース、重量およびコスト的制限が厳しく、特に低周波側の騒音を低減することが求められる自動車等の車両用吸音材に適用することが望ましい。 In addition, the sound absorbing material according to the present invention is preferably applied to a sound absorbing material for vehicles such as automobiles, which are severely limited in space, weight, and cost, and particularly required to reduce noise on the low frequency side.
例えば、エンジンの吸気ダクトにおいて吸気により発生する騒音は、車輛騒音の音源のひとつであり、これを効率よく吸音することが求められている。この騒音領域の特に低周波領域の騒音を低減するために、従来の吸音材では５００Ｈｚ以下の低周波の吸音が困難であることから、現在は目的周波数に容量を合わせたレゾネーターや共鳴ダクトが用いられている。 For example, noise generated by intake air in an intake duct of an engine is one of vehicle noise sources, and it is required to efficiently absorb the noise. In order to reduce noise in this low frequency range, especially in the low frequency range, it is difficult for conventional sound absorbing materials to absorb low frequency frequencies below 500 Hz. Therefore, resonators and resonant ducts that match the target frequency are currently used. It has been.
そこで、エアクリーナ内部のエアフィルターエレメントで仕切られた内燃機側のスペース内、もしくは空気吸入側スペース、あるいはその両側に本発明の吸音材を適用することが、特に低周波領域の騒音を低減する上で特に有効である。これにより、エアクリーナーに取り付けてあるレゾネーターや共鳴ダクトの一部あるいは全部を取り除くこともできるようになり、エンジン内スペースの確保と、付属部品撤去のコスト効果が期待できる。 Therefore, in order to reduce noise particularly in the low frequency region, applying the sound absorbing material of the present invention in the space on the internal combustion engine side partitioned by the air filter element inside the air cleaner, or on the air suction side space, or both sides thereof. It is particularly effective. As a result, it is possible to remove part or all of the resonator and the resonance duct attached to the air cleaner, and it can be expected to secure the space in the engine and to remove the attached parts.
また、エンジンからの低周波の騒音を吸音し、車室内への侵入を防ぐ観点から本発明の吸音材を車両のダッシュインシュレータに用いることが望ましい。このとき吸音材はダッシュインシュレータのインシュレータ部分の全面あるいは一部分に設定することができる。特定周波数の音がダッシュ部の特定部分から発生する場合には、吸音材を発生部分にのみ設定することが経済的であり、効率的な吸音効果が得られる。 Moreover, it is desirable to use the sound absorbing material of the present invention for a dash insulator of a vehicle from the viewpoint of absorbing low frequency noise from the engine and preventing entry into the vehicle interior. At this time, the sound absorbing material can be set on the entire surface or a part of the insulator portion of the dash insulator. When sound of a specific frequency is generated from a specific portion of the dash portion, it is economical to set the sound absorbing material only at the generation portion, and an efficient sound absorption effect can be obtained.
同様に、エンジンからの低周波の特定周波数を吸音し、車室内への侵入を防ぐ意味から本発明の吸音材を車両用フロアカーペットに用いることも望ましい。吸音材はフロアカーペットのインシュレータ部分の全面あるいは一部分に設置することができ、特定周波数の音がフロアパネル部の特定部分から発生する場合には、当該吸音材を発生部分にのみ設定することができ、経済的かつ効率的な遮音が可能となる。また、フロアパネルのトンネル横にのみ設定するのも、この部位からトンネル内部のディバイスからの音が特異的に発生することから有効である。 Similarly, it is also desirable to use the sound absorbing material of the present invention for a vehicle floor carpet in order to absorb a specific low frequency from the engine and prevent entry into the passenger compartment. The sound absorbing material can be installed on the whole or part of the insulator part of the floor carpet. When sound of a specific frequency is generated from a specific part of the floor panel, the sound absorbing material can be set only at the generating part. Economical and efficient sound insulation becomes possible. It is also effective to set only on the side of the tunnel on the floor panel because the sound from the device inside the tunnel is generated specifically from this part.
さらに、本発明の吸音材は、車両のフロアパネルのトンネル部、リアパーセル部、インスト内部、各ピラー内部、ルーフパネル部、ダッシュロア部の全面もしくは一部に用いることができ、車両内部のそれぞれの位置において、その位置に応じた特定周波数の吸音を行うことにより、無駄のない効率的な吸音性能を発揮させることができる。 Furthermore, the sound-absorbing material of the present invention can be used on the entire or part of the tunnel portion, rear parcel portion, instrument interior, pillar interior, roof panel portion, dash lower portion of the floor panel of the vehicle. By performing sound absorption at a specific frequency according to the position, efficient sound absorption performance without waste can be exhibited.
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples.
参考例１
ポリプロピレン（ＰＰ：ＳＰ＝１．６４×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）樹脂１００体積部に対して、ジオクチルセバカート（ＤＯＳ：ＳＰ＝１．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）１００体積部を混合した樹脂を作製し、図１（ｂ）に示すようにこの樹脂を芯部２ａとし、Ｐ（ＥＴ／ＥＩ）共重合体（共重合比率＝６７／３３）を鞘部２ｂに持つ外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。この結果を表１に示す。なお、動的粘弾性試験は、ＪＩＳ Ｋ７１９８に準拠し、装置としてＳＩＩ社（セイコーインスツルメンツ株式会社）製のＤＭＳ６１００を使用し、図４に示すように、４０ｍｍ長さの繊維サンプルＳに対して、固定具５８，５８によりその両端を１０ｍｍづつ固定した試料によって、周波数端数１０，５０，１００Ｈｚにおいて、２５℃、歪み１０μｍにおける損失正接（ｔａｎδ）を測定した。
Reference example 1
Dioctyl sebacate (DOS: SP = 1.78 × 10 4 (J / m 3 ) with respect to 100 parts by volume of polypropylene (PP: SP = 1.64 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ) resin. 0.5 ) A resin mixed with 100 parts by volume is prepared. As shown in FIG. 1B, this resin is used as the
この結果、表１に示すように、後述する参考例３ないし１２、および実施例１ないし３に係わる繊維と比べてｔａｎδが低いことが判明したが、これは、ＤＯＳのＳＰ値が小さいことに起因するものと考えられる。 As a result, as shown in Table 1, tan δ was found to be lower than those of the fibers according to Reference Examples 3 to 12 and Examples 1 to 3 described later. This is because the SP value of DOS is small. It is thought to be caused.
参考例２
上記参考例１におけるジオクチルセバカートをベンゾチアジルスルフェンアミド類（ＳＰ＝２．７４×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に代えたこと以外、参考例１と全く同一条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。
Reference example 2
Except for replacing dioctyl sebacate in Reference Example 1 with benzothiazylsulfenamides (SP = 2.74 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), the same conditions as in Reference Example 1 were obtained. In addition, a core-sheath type binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was prepared, and tan δ was measured by a dynamic viscoelasticity test.
この結果、同じく表１に示すように、後述する参考例３ないし１２、および実施例１ないし３に係わる繊維と比べて、必ずしも優位性を確認することはできなかった。 As a result, as shown in Table 1, superiority could not always be confirmed as compared with the fibers according to Reference Examples 3 to 12 and Examples 1 to 3 described later.
参考例３
ポリプロピレン（ＰＰ：ＳＰ＝１．６４×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）樹脂１００体積部に対して、ベンゾチアゾール類（ＳＰ＝２．０５×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）１００体積部を混合した樹脂を作製し、この樹脂を芯部２ａとし、Ｐ（ＥＴ／ＥＩ）共重合体（共重合比率＝６７／３３）を鞘部２ｂに持つ外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。
Reference example 3
Benzothiazoles (SP = 2.05 × 10 4 (J / m 3 )) with respect to 100 parts by volume of polypropylene (PP: SP = 1.64 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ) 0. 5 ) A resin having 100 parts by volume mixed therein is prepared, this resin is used as the
この結果、同じく表１に示すように、前記参考例１に係わる繊維と比べて高いｔａｎδが測定された。これは、芯部４ａに使用したベンゾチアゾール類のＳＰ値の高さによるものと考えられる。 As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with the fiber according to Reference Example 1. This is considered due to the high SP value of the benzothiazoles used for the core 4a.
参考例４
図１（ａ）に示すように、上記参考例３において芯成分に用いた樹脂をもって鞘部２ｂとし、芯成分にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いて芯部２ａとしたことを除いて、参考例３と全く同一条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）５を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。
Reference example 4
As shown in FIG. 1 (a), a reference example is used except that the resin used as the core component in the above Reference Example 3 is the
この結果、表１に示すように、前記参考例３に係わる繊維と同様に高いｔａｎδが測定された。 As a result, as shown in Table 1, high tan δ was measured in the same manner as the fiber according to Reference Example 3.
実施例１
上記参考例３において芯成分に用いた樹脂に、さらに樹脂１００体積部に対して５０体積部に相当する量のチタン酸バリウム圧電体（ＴｉＢａＯ３）を混合した樹脂を用いて芯部２ａとしたことを除いて、参考例３と全く同一条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。
Example 1
The
この結果、表１に示すように、前記参考例１に係わる繊維に比べてはもちろん、参考例３と比べても高いｔａｎδが測定された。これは、芯部２ａにＴｉＢａＯ３を混入したことによるものと考えられる。
As a result, as shown in Table 1, high tan δ was measured as compared with the fiber according to Reference Example 1 as well as with Reference Example 3. This is considered to be because TiBaO 3 was mixed in the
実施例２
上記参考例３において芯成分に用いた樹脂に、さらに樹脂１００体積部に対して５０体積部に相当する量のチタン酸バリウム圧電体（ＴｉＢａＯ３）と、樹脂１００体積部に対して２０体積部に相当する量の炭素繊維を混合した樹脂を用いて芯部２ａとしたことを除いて、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。
Example 2
In the resin used as the core component in Reference Example 3 above, an amount of barium titanate piezoelectric material (TiBaO 3 ) equivalent to 50 parts by volume with respect to 100 parts by volume of resin, and 20 parts by volume with respect to 100 parts by volume of resin. A core-sheath binder fiber (energy conversion fiber) having an outer diameter of 40 μm under exactly the same conditions as in Reference Example 3 except that the
この結果、表１に示すように、前記参考例１に係わる繊維に比べてはもちろん、実施例１と比べても高いｔａｎδが測定された。これは、芯部２ａにさらに炭素繊維を混入したために効率が上昇したことによるものと考えられる。
As a result, as shown in Table 1, high tan δ was measured as compared with Example 1 as well as the fiber according to Reference Example 1. This is considered to be due to the increase in efficiency because carbon fibers were further mixed into the
実施例３
上記参考例３において芯成分に用いた樹脂に、さらに樹脂１００体積部に対して５０体積部に相当する量のチタン酸バリウム圧電体（ＴｉＢａＯ３）と、樹脂１００体積部に対して１０体積部に相当する量の炭素繊維を混合した樹脂を用いて芯部２ａとしたことを除いて、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。
Example 3
The resin used for the core component in Reference Example 3 above, and an amount of barium titanate piezoelectric material (TiBaO 3 ) equivalent to 50 parts by volume with respect to 100 parts by volume of resin, and 10 parts by volume with respect to 100 parts by volume of resin. A core-sheath binder fiber (energy conversion fiber) having an outer diameter of 40 μm under exactly the same conditions as in Reference Example 3 except that the
この結果、表１に示すように、前記参考例３に比べて、さらに実施例１と比べても高いｔａｎδが測定された。また、実施例２の結果と比較してみると、ｔａｎδのピークを取る周波数を変化させることができることが明らかとなった。 As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with the reference example 3 as compared with the example 1. Further, when compared with the result of Example 2, it was found that the frequency at which the peak of tan δ is obtained can be changed.
参考例５
上記実施例３において用いたベンゾチアゾール類をベンゾチアジルスルフェンアミド類（ＳＰ＝２．３０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、実施例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。この結果、表１に示すように、前記参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Reference Example 5
Except that the benzothiazoles used in Example 3 were changed to benzothiazylsulfenamides (SP = 2.30 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), it was exactly the same as Example 3. Under the conditions, a core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was produced, and tan δ was measured by a dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with Reference Example 1.
参考例６
上記参考例３において用いたＰＰをＰＥＴ（ＳＰ＝２．１９×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、ベンゾチアゾール類をベンゾチアジルスルフェンアミド類（ＳＰ＝２．３０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。この結果、表１に示すように、前参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Reference Example 6
PP used in Reference Example 3 is PET (SP = 2.19 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are benzothiazylsulfenamides (SP = 2.30 × 10 6). 4 (J / m 3 ) 0.5 ) except that the core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was prepared under the same conditions as in Reference Example 3, Tan δ was measured by dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared to the previous reference example 1.
実施例７
上記参考例３において用いたＰＰをポリアミド６（ＰＡ６：ＳＰ＝２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、ベンゾチアゾール類をベンゾチアジルスルフェンアミド類（ＳＰ＝２．３０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。この結果、表１に示すように、前記参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Example 7
PP used in Reference Example 3 is polyamide 6 (PA6: SP = 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are benzothiazylsulfenamides (SP = 2. The core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was used under the same conditions as in Reference Example 3 except that the change was made to 30 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ). Prepared and measured tan δ by dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with Reference Example 1.
参考例８
上記参考例３において用いたＰＰをポリアミド６（ＰＡ６：ＳＰ＝２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、ベンゾチアゾール類をベンゾジアゾール類（ＳＰ＝２．１４×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。その結果、表１に示すように、前記参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Reference Example 8
PP used in Reference Example 3 is polyamide 6 (PA6: SP = 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are benzodiazoles (SP = 2.14 × 10 6). 4 (J / m 3 ) 0.5 ) except that the core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was prepared under the same conditions as in Reference Example 3, Tan δ was measured by dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with Reference Example 1.
参考例９
上記参考例３において用いたＰＰをポリアミド６（ＰＡ６：ＳＰ＝２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、またベンゾチアゾール類をベンゾトリアゾール類（ＳＰ＝２．６５×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。その結果、表１に示すように、前記参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Reference Example 9
PP used in Reference Example 3 is polyamide 6 (PA6: SP = 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are benzotriazoles (SP = 2.65 × 10). 4 (J / m 3 ) 0.5 ) except that the core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was prepared under the same conditions as in Reference Example 3, Tan δ was measured by dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with Reference Example 1.
参考例１０
上記参考例３において用いたＰＰをポリアミド６（ＰＡ６：ＳＰ＝２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、ベンゾチアゾール類をベンゾチアジルスルフェンアミド類（ＳＰ＝２．３０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。その結果、表１に示すように、前記参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Reference Example 10
PP used in Reference Example 3 is polyamide 6 (PA6: SP = 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are benzothiazylsulfenamides (SP = 2. The core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was used under the same conditions as in Reference Example 3 except that the change was made to 30 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ). Prepared and measured tan δ by dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with Reference Example 1.
参考例１１
上記参考例３において用いたＰＰをポリアミド６（ＰＡ６：ＳＰ＝２．７８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、ベンゾチアゾール類をメルカプトベンゾチアジル類（ＳＰ＝２．５９×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。その結果、表１に示すように、前記参考例１に比べて高いｔａｎδが測定された。
Reference Example 11
PP used in Reference Example 3 is polyamide 6 (PA6: SP = 2.78 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are mercaptobenzothiazyl (SP = 2.59 ×). A core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 having an outer diameter of 40 μm was prepared under exactly the same conditions as in Reference Example 3 except that it was changed to 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ). Tan δ was measured by a dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a higher tan δ was measured as compared with Reference Example 1.
参考例１２
上記参考例３において用いたＰＰを高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：ＳＰ＝１．５８×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に、ベンゾチアゾール類をベンゾチアジルスルフェンアミド類（ＳＰ＝２．３０×１０４（Ｊ／ｍ３）０．５）に変更したこと以外、参考例３と全く同一の条件のもとに、外径４０μｍの芯鞘型バインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２を作製し、動的粘弾性試験によってｔａｎδを測定した。その結果、表１に示すように、前記比較例３ないし１２、および実施例１１に比べて若干の特性低下が認められた。
Reference Example 12
PP used in Reference Example 3 is high density polyethylene (HDPE: SP = 1.58 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ), and benzothiazoles are benzothiazylsulfenamides (SP = 2). The core-sheath binder fiber (energy conversion fiber body) 2 with an outer diameter of 40 μm under the same conditions as in Reference Example 3 except that it was changed to 30 × 10 4 (J / m 3 ) 0.5 ) And tan δ was measured by a dynamic viscoelasticity test. As a result, as shown in Table 1, a slight deterioration in characteristics was observed as compared with Comparative Examples 3 to 12 and Example 11.
参考例１３
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の短繊維（ユニチカ(株)製、Ｈ３８Ｆ、繊維径３６μｍ）と、上記実施例９において作成したバインダー繊維（エネルギー変換繊維体）２とを質量比７０／３０に混合した後、加熱成型した不織布（吸音材）７を図５に示すように金属板（板状材）８，８に挟んで遮音構造体９となし、後述する方法によって、音響透過損失を計測した。
Reference Example 13
Short fibers made of polyethylene terephthalate (PET) (manufactured by Unitika Ltd., H38F, fiber diameter 36 μm) and the binder fiber (energy conversion fiber body) 2 prepared in Example 9 were mixed at a mass ratio of 70/30. Thereafter, the heat-molded nonwoven fabric (sound absorbing material) 7 was sandwiched between metal plates (plate-like materials) 8 and 8 as shown in FIG. 5 to form a sound insulation structure 9, and the sound transmission loss was measured by the method described later.
比較例１
上記参考例１３で用いたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製短繊維と、ポリエステル系バインダー繊維（ユニチカ(株)製、４０８０、繊維径３９μｍ）とを質量比７０／３０に混合した後、加熱成型した不織布を同様に金属板８，８に挟んで遮音構造体となし、同様の方法により音響透過損失を計測した。
Comparative Example 1
Nonwoven fabric obtained by mixing polyethylene terephthalate (PET) short fibers used in Reference Example 13 and polyester binder fibers (Unitika Ltd., 4080, fiber diameter 39 μm) at a mass ratio of 70/30, followed by heat molding. Was similarly sandwiched between the
〔評価試験〕
上記参考例１３および比較例１において得られた遮音構造体について、ＪＩＳＡ１４１６に規定される透過損失測定装置の縮小形状として、図６に示す構造の装置を使用して音響透過損失を測定した。当該装置は、２つの残響箱６０ａ，６０ｂを備え、一方の残響箱６０ａには音源となるスピーカー６１が設置してあると共に、これら残響箱６０ａ，６０ｂを区分する隔壁６２には、測定対象としての試料が装着できるようになっており、さらに両残響箱６０ａ，６０ｂには音圧を測定するための計測装置６３ａ，６３ｂがそれぞれ組み込まれている。
〔Evaluation test〕
With respect to the sound insulation structures obtained in Reference Example 13 and Comparative Example 1, sound transmission loss was measured using an apparatus having the structure shown in FIG. 6 as a reduced shape of the transmission loss measuring apparatus defined in JIS A1416. The apparatus includes two
透過損失ＴＬ（ｄＢ）は、計測装置６３ａ，６３ｂによって測定された音圧値の差、すなわち音源側（６３ａ）の音圧値Ｉ（ｄＢ）と音源を持たない側（６３ｂ）の音圧値Ｏ（ｄＢ）の差として次式により与えられる。
ＴＬ（ｄＢ）＝Ｉ（ｄＢ）−Ｏ（ｄＢ）
The transmission loss TL (dB) is the difference between the sound pressure values measured by the measuring
TL (dB) = I (dB) -O (dB)
図７は、参考例１３による遮音構造体８の透過損失ＴＬの測定結果を比較例１の結果を基準に示したもの、すなわち、参考例１３による遮音構造体９の透過損失ＴＬから比較例１による遮音構造体の透過損失ＴＬを差し引いた値を周波数ごとにプロットしたものであって、参考例１３の遮音構造体９による透過損失が総ての周波数において、圧電材を含まない比較例１の性能を上回ることが確認された。
FIG. 7 shows the measurement result of the transmission loss TL of the
上記実施例１ないし３で得られた芯鞘型バインダー繊維２の不織布から成る吸音材１０は、例えば図８に示すように表皮層２５や粘着材層２６を設けた状態で室内の壁面や天井面、車両ルーフパネル部のヘッドライニングの裏面、車輛の各ピラー裏面やリアパーセルパネル、エンジンルーム用フードインシュレータ、エンジンカバー内部に取り付けることができる。
また、図９に示すような車両の吸気ダクト内部や、図１０に示すようなダッシュインシュレータ２７用吸音材の一部、さらには図１１に示すようなフロアカーペット２９用吸音材の一部に設置することができる。
The
Further, it is installed inside the air intake duct of the vehicle as shown in FIG. 9, a part of the sound absorbing material for the
２ バインダー型複合繊維体（エネルギー変換繊維体）
２ａ 芯成分
２ｂ 鞘成分
３ａ 樹脂
３ｂ 強極性有機剤
３ｃ 圧電材
３ｄ 導電材
７，１０ 吸音材
８ 板状材
９ 遮音構造体
2 Binder-type composite fiber (energy conversion fiber)
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