JP2008008997A - 複合吸音構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】吸音母材の多孔質材料の嵩密度、厚さを増やさず、広い周波帯域の吸音特性を改善する吸音構造体を提供するものである。
【解決手段】多孔質材料或いは発泡材料を吸音母材とし、少なくとも音波が入射する側に不織布を通気抵抗を阻害しないホットメルト材で前記吸音母材の表面に、一又は複数層熱融着した複合吸音構造体であり、高周波数帯域の吸音特性を低下させずに、中・低音域でも優れた吸音性能を発揮することができる。１、４‥不織布、２、５‥ホットメルト、３‥吸音母材、１０２‥複合吸音構造体。
【選択図】図２

Description

本発明は、騒音低減や音場コントロールのキーテクノロジーの一つである吸音技術を構成する複合吸音構造体に関する。

従来の吸音材料や吸音構造体には、多孔質材料系、膜状・板状材料系、又は共鳴構造体系のものがある。膜状・板状材料系や共鳴構造体系については、一般に、その適用周波数帯域は、中・低周波数帯域であり、チューニング周波数も狭く、吸音率も余り高くない。又、材料（構造体）を厚くするか背後に空気層等のスペースを必要とすることが多く、特に、産業機械、家電製品、自動車、車両等の分野では余り取り扱いやすいものとはいえない。

これに対して、グラスウール、ロックウール等の無機繊維系のもの、ポリエステル等高分子繊維系のもの等の多孔質材料系、軟質ウレタンフォ−ム等の樹脂発泡系のもの、アルミニウム等金属発泡系等の発泡材料系ものがあり、いずれも、中・高音域用の吸音材としては優れた材料である。

しかしながら、中・高音域に加え、低音域の吸音率を大きくするためには、前記した膜状、板状、共鳴構造体と同じように、材料を厚くするか或いは空気層を備える必要があり、かなりのスペースが必要となる。更に、このために高音域の吸音特性の低下を余儀なくされることも多く、前記の例と同じく、産業機械、家電製品、自動車や車両の分野においては、吸音特性面、構造設計面、重量面、費用面等で適用が難しくなるケースがよく見られる。

一方、多孔質材料は中・高音域用吸音材として優れた吸音材料であるが、スペースの関係で厚さがとれない場合には、中・低音域では吸音率が不足することがよくある。しかるに、騒音でよく問題になる周波数帯域は５００〜２ｋＨｚであるが、厚さの面から言えば、例えばポリエステル繊維系（密度４４ｋｇ／ｍ３ ）で、吸音特性（垂直入射法）は厚さ３５ｍｍの場合、５００Ｈｚで２０％、１ｋＨｚで４０％程度の吸音率しかない。グラスウ−ルや軟質ウレタンフォーム等では、３５〜５０ｍｍで同程度の吸音率である。このため、吸音母材の厚さを厚くする、空気層を設ける等の処置が取られるが、これでは、スペース、重量、経済性等問題が出てくる。

しかるに、多孔質材料の一つとして、最近広く使われるようになったポリエステル繊維系吸音材は、音の入射エネルギーが密集した材料内に入り、その材料の中を空気が出入りするときに粘性抵抗が生じること、繊維間のフリクションを生じること、或いは織維を振動させること等により、入射する音響エネルギーを熱エネルギーに変換することで吸音性能を発揮する。この吸音性能は吸音体の流れ抵抗と密接な関係にあり、流れ抵抗を調整することで吸音特性を制御することができる。ポリエステル繊維系吸音材は不織布を表面に貼り付けて複合化することで、この流れ抵抗を調整することにより、実用的な厚さで高い吸音特性を得ている。

しかし、更に中・低音域の吸音特性を向上するためには、ポリエステル繊維からなる吸音母材を厚くする方法、密度を増やす方法、背後に空気層を設ける方法等が考えられるが、スペース等の面から実行できない場合も多い。このことは、他の多孔質材料であるグラスウールやロックウールでも同様なことがいえる。

そこで、吸音母材の多孔質材料の嵩密度、厚さを増やさず、又、母材に加えて、空気層を備えることなく、広い周波帯域の吸音特性を改善する方法があれば大変有用であり、本発明はそれを可能にする吸音構造体を提供しようとするものである。

本発明の要旨は、多孔質材料或いは発泡材料を吸音母材とし、少なくとも音波が入射する側に不織布を通気抵抗を阻害しないホットメルト材で前記吸音母材の表面に、一又は複数層熱融着したことを特徴とする複合吸音構造体にかかるものである。

本発明の複合吸音構造体によれば、吸音母材の厚さを変えることなく、音波が入射する面に不織布を通気抵抗を阻害しないホットメルト材で複数層積層することで、例えば、ポリエステル繊維系吸音材では実現が難しい高周波数帯域の吸音特性を低下させずに、中・低音域でも優れた吸音性能を発揮することができることとなったものである。

又、本発明の複合吸音構造体によれば、優れた吸音性能を示すだけでなく、音波入射側の最外層の不織布に、耐候性、耐久性、防水性、耐薬品性等の処理を施し、種々の素因に対するプロテクトになり、その他、表面強度、難燃性（金属系複層構造体にすればより高まる）の向上にも有効であることも大きな利点であり、実用面でのメリットも大きい。又、ダクト等気流が伴う部位に適用する場合に繊維の一部等を持ち去られることもなく、空気清浄の面でも安心である。

本発明の複合吸音構造体は、多孔質材料よりなる吸音母材の音波入射側に少なくとも一層以上の不織布／ホットメルト材を配し、これを熱融着し一体・複合化したもので、要求吸音性能に適合するように通気抵抗をコントロールし、広い周波帯域の吸音特性を改善した複合吸音構造体を提供したものである。

この複合吸音構造体によれば、高周波数帯域の吸音特性を低下させることなく、又、吸音母材の厚さや嵩密度等を増やすことなく、中低周波数帯域の吸音特性を向上することが出来るのである。これは、吸音母材の少なくとも音波入射側に少なくとも一層以上、好ましくは複数層の不織布／ホットメルトを積層、熱融着することで、複合構造体としての通気抵抗をコントロールすることができるためであり、音響入射エネルギーが複合構造体に侵入することにより、先ず積層された不織布間での粘性抵抗が増大し、更に吸音母材を含めた複合構造としての粘性抵抗が高まり、それらに加えて、積層された不織布間や吸音母材の繊維間のフリクション、繊維の共振等が加わり、総合的に音響エネルギーから熱エネルギーヘの変換効率を高められることにより、高周波数帯域の吸音特性を低下させずに中低周波数帯域の吸音特性を向上させることができるのである。

先ず、上記複合吸音構造体において、構成している吸音母材の代表例は、ポリエステル系等の高分子系、グラスウールやロックウール等の無機繊維系、金属繊維系等の多孔質材料系、軟質ウレタンフォーム等の高分子発泡系、アルミ等の金属発泡系等の多孔質材料或いは発泡材料が挙げられる。そして、吸音母材の通気抵抗が３×１０３ 〜７×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ が好ましい範囲である。中でも最近では吸音性能がよく、地球環境や作業環境に優しい、リサクルができる、耐侯・耐久性がある等の優れた性能を有するポリエステル繊維系の多孔質材料が好んで用いられる。ポリエステル繊維系を吸音母材とする場合、実用的な範囲では、嵩密度が２０〜８０ｋｇ／ｍ３ 、通気抵抗が４×１０３ 〜２×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ の範囲ものが良く用いられる。尚、ホットメルト材による不織布の熱融着・積層体の構成によっては、上記の吸音母材の代わりに空気層を構成するだけでも十分に吸音特性が発揮される場合がある。

通気抵抗についていえば、通気抵抗が小さすぎると音圧加振されて母材の中で空気が動きやすくなり粘性抵抗が小さくなり、逆に、通気抵抗が大きすぎると母材の中で空気が動きにくくなり、この場合も粘性抵抗が小さくなり、吸音率は低い方に移行してしまうという知見から、吸音体として最適な通気抵抗の範囲を特定したものである。

吸音母材に一体化される不織布は、ホットメルト材を介して一層或いは複数層が熱融着にて積層されるが、かかる不織布は高分子系、例えばポリエステル系、ポリエチレン系、ナイロン系の、紙系としては和紙や壁紙等の不織布であり、好ましくはポリエステル繊維からなる不織布が好適である。そして、不織布として、面重量が２０〜２００ｇ／ｍ２ 、通気抵抗が０．５〜５×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ のものが良い。目標の吸音特性に対して、同じ特性のもの、異種の特性のものを適宜組み合わせることができる。

付言すれば、例えばスパンボンド不織布にあっては、通気抵抗が０．７×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ 前後のものが多く、母材の通気抵抗と合わせて複合的な通気抵抗とするものであり、ある厚さの中で吸音特性を最適化するものである。本発明では、表面の不織布（ポリエステル繊維系の場合はスパンボンド不織布が多い）を多層に重ねることで、通気抵抗をコントロールしようとする点にねらいがある。

更にいえば、本発明の最大のポイントは、不織布（例えばスパンボンド不織布）を多層にパウダー状のホットメルトで母材と熱融着で複合することにあり、場合により母材の代わりに空気層を設けることで、特性を出すこともできる点にある。この場合も多層の不織布の中や表と裏（空気層）の間の空気の出入りで粘性抵抗が大きくなり、音響エネルギ−が熱エネルギ−に変換され、吸音特性が向上することになり、勿論、母材を用いた場合にはこの母材の中でも当然熱エネルギ−に変換され、その分だけ吸音特性はよくなることは言うまでもない。

不織布と不織布、不織布と吸音母材を熱融着し複合化するためのホットメルト材は、ポリエステル系、ナイロン系、ポリプロピレン系、オレフィン系等の高分子系で、通気抵抗を阻害しないように、パウダー状、網目状或いは繊維状で融点が７０〜１８０℃のものが好適である。

上記複合吸音構造体において、吸音母材に不織布／ホットメルト材を積層してあるので、音波入射側の最外層に必要に応じて撥水処理、難燃処理、耐候・光処理、防汚処理等を施し、通気抵抗を阻害しないように留意し、各種の特性を付与することで、経済的に実用性を高めることができることは言うまでもない。

以下、本発明による吸音構造体の実施形態について、代表的な構成例を断面図と立体図に基づいて説明する。又、以下の実施例では、垂直入射法を用いた実験例で本発明の効果について述べる。

図１に本発明による複合吸音構造体の第１実施例の構造を示す。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は一部を破断して示す立体図である。図１に示す複合吸音構造体１０１は、一層の不織布１をホットメルト材２で吸音母材３に熱融着した本発明の基本構造を示す。使用された吸音母材３はポリエステル繊維系の多孔質材料であり、嵩密度は４４ｋｇ／ｍ３ であった。不織布１及び後述する不織布はスパンボンド不織布であり、面重量が１００ｇ／ｍ２ 、通気抵抗が０．７Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ のものを用いた。ホットメルト材２及び後述するホットメルト材５はナイロン系であり、通気抵抗を阻害しないようにパウダ−状であり、融点が１５０℃のものを用いた。

図２に、図１の基本構造をベースに更に通気・粘性抵抗を不織布を積層した第２実施例の構造を示す。図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は立体図である。図２に示す複合吸音構造体１０２は、１０１の不織布１の上に、更に、不織布１／ホットメルト材２と積層・融着し、不織布を二層（１、１）積層することで、通気・粘性抵抗を効果的に増し、高周波数帯域を殆ど低下させずに、低・中周波数帯域を向上した構造例を示すものである。

本発明によれば、吸音母材はそのままで不織布を積層することで粘性抵抗を増大し、更に通気抵抗を複合的にコントロールするので、厚さ等ほとんどスペースを変更せずに、広い周波数帯域に渡って、吸音特性を大将に向上できることとなったものである。

図３は、本発明の有効性を示したグラフである。吸音母材として、ポリエステル繊維系（嵩密度：４４ｋｇ／ｍ３ 、厚さ：３５ｍｍ）を選び、吸音母材のみの場合（比較例：１００）に比べて、本発明である不織布（ポリエステル繊維系のスパンボンド不織布の面密度：１００ｇ／ｍ２ 、通気抵抗：０．７×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ ）をパウダー状のホットメルト処理したもの一層を吸音母材に熱融着した場合（第１実施例：１０１）、同じ不織布を二層にして吸音母材に熱融着した場合（第２実施例：１０２）を示している。不織布が一層の第１実施例でかなり吸音性能が向上するが、不織布を二層にした第２実施例では、更に吸音性能が向上することが分かり、本発明の有効性が認められる。

図４は、別の性状をもつ不織布を二層用いた効果を示す図であり、互いに、更には吸音母材と熱融着により積層・複合化した複合吸音構造体（第２実施例：１０２ａ）と、単層の不織布を吸音母材に熱融着した面重量及び通気抵抗をほぼ第２実施例と同じとした複合吸音構造体（第１実施例：１０１ａ）とを比較したグラフである。不織布を二層用いた１０２ａの方が、一層の場合の１０１ａより有効であることが証明されている。

これは、多層にする方が粘性抵抗が有効に働き、吸音母材も含めた総合的な通気・粘性抵抗が増し、音響エネルギーが熱エネルギーに効率よく変換され、吸音性能が大幅に向上するのである。尚、図４における第１実施例（１０１ａ）の構成は、不織布をポリエステル繊維系のスパンボンド不織布（面密度：２００ｇ／ｍ２ 、通気抵抗：１．５×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ ）とし、第２実施例（１０２ａ）は図３のそれと同様であり、夫々、面密度及び通気抵抗は全体としてほぼ同じ数値となっている。

図５は更に不織布を複数層とした例を示すものであり、図中、Ｅは三層としたもの（実施例３：１０３）、Ｆは五層としたもの（実施例４：１０４）の効果を示すグラフである。いずれも実施例１に使用した吸音母材、不織布、ホットメルト材を用いた。

図６はパウダー状ホットメルト材にて不織布を複数積層して熱融着・複合化し、母材を空気層で置換した第５実施例１０５の構造を示す。不織布１は前例と同様にスパンボンド不織布であり、パウダー状ホットメルト材２はナイロン系であり、いずれも不織布は五層構造とした。又、空気層６の構成は任意手段であるが、例えば図６（ａ）に示すようにハニカム７で支持・構成（１０５ａ）してもよいし、図６（ｂ）に示すように、膜のない高分子系不織布、例えばサランネット８（１０５ｂ）や膜のない高分子系発泡材で支持・構成してもよい。

図７は図６に示す第５実施例の効果を示すグラフである。即ち、スパンボンド不織布をパウダー状ホットメルトで五層の複合構造体とし、空気層６を０ｍｍ（１００ａ）、２５ｍｍ（１０５ｃ）、３５ｍｍ（１０５ｄ）とした場合を例示しているが、この例では空気層をハニカム７にて設けた例（１０５ａ）であるが、吸音特性が飛躍的に向上することが分かる。このように、本発明によれば、母材３を空気層６に置換しても優れた吸音特性が得られることが分かった。

本発明による複合吸音構造体の適用対象は、建機、農機、圧縮機等の各種産業機械、家電製品等のケーシングやその開口部の吸音処理、吸音ダクト、自動車、車両の内部の吸音処理、鉄道、道路分野の遮音壁等の吸音構造部位、建築分野の騒音低減や室内の音響コントロール用等の吸音材として、幅広く利用できるものである。

本発明による複合吸音構造体の第１実施例の構造を示す図である。 本発明による複合吸音構造体の第２実施例の構造を示す図である。 本発明の複合吸音構造体の効果を示すグラフである。 本発明の複合吸音構造体の不織布を積層した効果を示すグラフである。 本発明の複合吸音構造体の不織布を更に積層した第３及び第４実施例の効果を示すグラフである。 本発明の複合吸音構造体の第５実施例の構造を示す図である。 本発明の複合吸音構造体の第５実施例の効果を示すグラフである。

符号の説明

１‥不織布、
２‥ホットメルト材、
３‥吸音母材、
６‥空気層、
７‥ハニカム、
８‥サランネット、
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５‥複合吸音構造体。

Claims (11)

1. 多孔質材料或いは発泡材料を吸音母材とし、音波が入射する側から不織布を通気抵抗を阻害しないホットメルト材で前記吸音母材の表面に熱融着したことを特徴とする複合吸音構造体。
2. 吸音母材がポリエステル系等の高分子系、グラスウールやロックウール等の無機繊維系、金属繊維系等の多孔質材料系、軟質ウレタンフォーム等の高分子発泡系、アルミ等の金属発泡系等の多孔質材料或いは発泡材料である請求項１記載の複合吸音構造体。
3. 吸音母材の通気抵抗が０．３〜７×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ である請求項１又は２記載の複合吸音構造体。
4. 不織布がホットメルト材を介して一層或いは複数層熱融着積層された請求項１乃至３いずれか１記載の複合吸音構造体。
5. 音波の入射側にある一層或いは複数層の不織布が、高分子系或いは紙系の不織布である請求項１乃至４いずれか１記載の複合吸音構造体。
6. 高分子系不織布が、ポリエステル系、ポリエチレン系、ナイロン系の高分子系の不織布である請求項５記載の複合吸音構造体。
7. 紙系不織布が、和紙、壁紙の不織布である請求項５記載の複合吸音構造体。
8. 不織布が面重量が２０〜２００ｇ／ｍ２ 、通気抵抗が０．５〜５×１０４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４ である請求項１乃至７いずれか１記載の複合吸音構造体。
9. 不織布の少なくとも音波入射側の一層目に、撥水処理、難燃処理、耐候・光処理、防汚処理等を施した請求項１乃至８いずれか１記載の複合吸音構造体。
10. ホットメルト材は、ポリエステル系、ナイロン系、ポリプロピレン系、オレフイン系等の高分子系のパウダー状、網目状或いは繊維状であり、融点が７０〜１８０℃である請求項１乃至９いずれか１記載の複合吸音構造体。
11. 吸音母材として空気層を用いた請求項１乃至１０いずれか１記載の複合吸音構造体。
    

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