JP6966774B2 - 吸音材 - Google Patents

Description

本発明は、車両・工場・コンサートホール・一般家庭の室内等において発生する騒音を低減するための吸音材に関し、更に詳しくは、特定のシート構造を有することによって、吸音率が大幅に改善された吸音材に関する。

住環境や労働環境の点から、年々、騒音対策の要求レベルが大きくなっており、軽量であり、環境性・取扱い性等に優れた吸音材が求められており、様々な吸音材が開発されている。

特許文献１には、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂等の発泡体を基板として使用した、吸音効果等を示す軽量内装材が開示されている。
しかし、このような内装材は、吸音性能の点において十分ではなかったり、発泡体が嵩張るため取り扱いが困難であったりした。また、ポリウレタン樹脂の発泡体は、吸音性能には比較的優れるものの、燃焼時にシアンが発生するので環境性の点から好ましくなく、近年では脱ウレタンの傾向にある。

特許文献２には、有機繊維不織布とガラス繊維等の無機繊維を積層した屋外用吸音材が開示されている。
ガラス繊維を使用した吸音材は、皮膚を刺激したり、密度の大きさから吸音材が重くなったりするため、取り扱いが困難である場合があった。

特許文献３には、見掛け密度の異なる２種の有機繊維不織布を積層した繊維積層吸音材が開示されている。
このようなマット状の吸音材は、表面がフラットで審美性に欠けるという問題がある。

騒音対策の要求レベルが上がっていることから、上述のような従来の吸音材の欠点を解消でき、吸音性の優れた吸音材の開発が求められている。

特開平９−２６８７３６号公報 特開２００１−２７１４３８号公報 特開平１１−２９３８０４号公報

本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、吸音性に優れる；軽量で取り扱いやすい；環境負荷を与えにくい；審美性に優れる；等の特長を有する吸音材を提供することにある。

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、吸音側シート層、裏側シート層、及び、該吸音側シート層と該裏側シート層に挟まれた中間層の３層からなる吸音材において、吸音側シート層を特定の凹凸構造で構成し、かつ、通気度が小さくなるような素材で構成することにより、吸音性に優れた吸音材とすることができることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、吸音側シート層と、裏側シート層と、該吸音側シート層と該裏側シート層に挟まれた中間層から構成されており、該吸音側シート層が、凸部と、線状の凹部とからなる凹凸構造となっている吸音材であって、
該吸音側シート層表面において、該凹部の密度が１０ｍ／ｍ^２以上４００ｍ／ｍ^２以下であり、該吸音側シート層の通気度が、０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下であることを特徴とする吸音材を提供するものである。

本発明によれば、吸音性に優れた吸音材を提供することができる。また、本発明の吸音材は、軽量で薄く、ロール状にして保管可能であるため取り扱いがしやすく、内壁等への設置も容易である。

本発明の吸音材は、従来の吸音材のように、ポリウレタン樹脂やガラス繊維を使用しないようにすることができるので、環境負荷を与えにくい。また、本発明の吸音材は、柔らかい素材のみを使用しているのでクッション性に富み、人間が衝突等しても安全である。
更に、本発明の吸音材は、三次元構造の美しい表面により、優れた審美性を発揮することができる。凹凸構造は、様々な形状にすることができ、外見を趣味性に富んだものとすることもできる。

本発明の吸音材の平面図の例である。 本発明の吸音材の断面図の例である。 実施例１の吸音材の吸音率を示すグラフである。 実施例２の吸音材の吸音率を示すグラフである。 比較例１の吸音材の吸音率を示すグラフである。

以下、本発明について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。

本発明の吸音材の平面図を図１に、断面図を図２に示す。本発明の吸音材１は、吸音側シート層１０と、裏側シート層２０と、吸音側シート層１０と裏側シート層２０に挟まれた中間層３０の３つの層から構成されている。

吸音側シート層１０は、吸音材１の使用時に、音の発生源の方向に向けておく側のシート層である。例えば、室内の内壁に吸音材１を取り付ける場合、吸音側シート層１０は、視認できる側の層である。
吸音側シート層１０は、凸部１１と、線状の凹部１２とからなる凹凸構造となっている。
裏側シート層２０は、吸音側シート層１０とは反対側のシート層であり、裏側シート層２０と吸音側シート層１０の間に、中間層３０が設けられている。

一般的に、各種の吸音材料による吸音機構は、（ａ）繊維シートなどの細孔中で音エネルギーの一部が熱エネルギーとして消費される多孔質型吸音、（ｂ）カンバスのような気密な材料に音が当たると板振動や膜振動の内部摩擦によって音のエネルギーが消費される板（膜）振動型吸音、（ｃ）空洞に孔が開いた共鳴器に音が当たると孔の部分で空気が振動して摩擦熱として消費される共鳴器型吸音の３種類がある。
本発明の吸音材１は、吸音側シート層１０が音の通過しにくい材料であり、かつ、凹凸構造となっている。本発明の吸音材１においては、音波が吸音側シート層１０の表面に衝突して凸部が微小振動し、音エネルギーが消費される膜振動型吸音による吸音効果が支配的であると推定される。

吸音側シート層１０を構成する素材は、通気度の小さい素材である。具体的には、吸音側シート層１０の通気度は、０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下である（なお、０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓは、ＪＩＳ Ｌ１０９６：２０１０「織物及び編物の生地試験方法」の「通気性」Ａ法（フラジール形法）における測定下限である）。すなわち、吸音側シート層１０は、ほとんど通気性がない。

吸音側シート層１０が、通気性のある素材で形成されている場合、音波は、吸音側シート層１０を通過し、中間層３０に含まれるシート状の繊維にも衝突して吸音効果を発揮すると考えられるが、本発明のように、吸音側が凹凸構造を有する場合、中間層３０による吸音効果よりも、吸音側シート層１０の表面に音波を何度も衝突させることによる吸音効果の方が格段に大きい、ということは、本発明者により新しく得られた知見である。
人間の耳は、１０００〜５０００Ｈｚ付近において特に感度がよいが、吸音側シート層１０を、通気性がほとんどない素材で構成させることにより、このような周波数域における吸音効果が向上しやすい。

吸音側シート層１０は、具体的には、合成皮革、人工皮革、天然皮革又は高分子フィルムで構成されているのが好ましい。これらの素材で構成することにより、通気度を０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓに（ほぼゼロに）しやすい。
合成皮革の場合、その表層は、ポリ塩化ビニル又はポリウレタンであることが好ましい。
高分子フィルムとしては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリイミドフィルム、ポリカーボネートフィルム等が例示できる。

凹部１２は、吸音側シート層１０と裏側シート層２０が直接接触している部分であり、吸音側シート層１０の表面に線状に存在している。吸音側シート層１０の凸部１１においては、吸音側シート層１０と裏側シート層２０との間に、シート状の繊維が含まれる中間層３０が挟まっている。

吸音側シート層１０における凹凸構造の形状に特に限定はなく、図１に示す構造が例示できる（図１（ａ）：凸部１１の形状が菱形、図１（ｂ）：凸部１１の形状が長方形、図１（ｃ）：凸部１１の形状が楕円形、図１（ｄ）：凸部１１の形状が半円筒形）。

凹凸構造の形成方法に特に限定は無いが、キルト加工（キルティング加工）等の公知の方法により形成することができる。図１（ａ）〜（ｄ）で例示した構造は、キルト加工により形成しやすい形状である。
凹部１２は、ミシン糸又は超音波でキルト加工された状態とすることができる。

吸音側シート層１０表面における線状の凹部１２の密度（凹部１２の長さの合計を、吸音側シート層１０の吸音側の表面の表面積で除した値）は、１０ｍ／ｍ^２以上４００ｍ／ｍ^２以下である。
また、凹部１２の密度は、２０ｍ／ｍ^２以上が好ましく、４０ｍ／ｍ^２以上が特に好ましい。また、３００ｍ／ｍ^２以下が好ましく、２００ｍ／ｍ^２以下が特に好ましい。
凹部１２の密度が上記範囲内であると吸音性（特に、人間の耳の感度が特によい１０００〜５０００Ｈｚにおける吸音性）が向上しやすい。上記下限以上であると表面における音波の衝突回数を十分に確保できるので、吸音性が向上しやすい。また、上記上限以下であると、後述のように、裏側シート層３０を加熱収縮させた際に、凹部１１が十分に膨らむので、吸音性が向上しやすい。

吸音側シート層１０の平均厚さは、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上であることが特に好ましい。また、２ｍｍ以下であることが好ましく、１．８ｍｍ以下であることがより好ましく、１．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。
上記下限以上であると、凹部１２をキルト加工等で形成した際に破損等が少なく、音波を吸音側シート層１０に十分に衝突させることができ、吸音性が向上する。上記上限以下であると、コスト面で有利であり、また、吸音材を軽量にすることができる。
吸音側シート層１０は、キルト加工等によって凹部１２を形成させるが、キルト加工の前後で吸音側シート層１０の平均厚さはほとんど変化しない。

吸音側シート層１０における凹凸構造の最高点の高さ（図２におけるＨ_１）と最低点の高さ（図２におけるＨ_２）の差は、１ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが特に好ましい。また、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１２ｍｍ以下であることが特に好ましい。
上記下限以上であると、音波を吸音側シート層１０に十分に衝突させることができ、吸音性が向上しやすい。また、後述のように、本発明の吸音材１は、裏側シート層３０を加熱により収縮させることにより、吸音側シート層１０を膨らませることにより作製することができるが、かかる方法で作製する場合、最高点の高さと最低点の高さの差が上記上限以下であるものを作製しやすい。

吸音側シート層１０の表面は、様々な形状の凹凸構造を付与することにより、審美性に優れたものとすることができるが、表面を着色する等により、更に審美性を優れたものとすることができる。

中間層３０は、吸音側シート層１０と裏側シート層２０の間の層で、シート状の繊維を含んでいる。中間層３０は、吸音材１のクッション性に寄与している。また、吸音性にも寄与している。
後述のように、裏側シート層３０を加熱により収縮させると、中間層３０に含まれる繊維シートは、吸音側シート層１０の側に押し出され、吸音側シート層１０の凸部１１が高くなる。この結果、吸音側シート層１０の単位面積当たりの表面積が大きくなるので、表面に音波が衝突しやすくなり、吸音性が向上する。

中間層３０を構成する繊維は、有機繊維であっても無機繊維であってもよい。また、短繊維であっても長繊維であってもよい。
中間層３０を構成する繊維の具体例としては、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ビニロン、レーヨン、アラミド、綿、ウール、ガラス繊維等が例示できる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

裏側シート層２０は、凹部１２において、キルト加工等によって吸音側シート層１０と一体化されている。
裏側シート層２０は、例えば、織物、編物等により構成されている。
また、裏側シート層２０の素材としては、アクリル繊維、ポリエステル繊維等が挙げられる。

裏側シート層２０は、加熱することにより収縮するものであることが好ましい。
吸音側シート層１０と裏側シート層２０の間に中間層３０を構成する繊維シートを挟み込んだ状態で、キルト加工等をすることにより、本発明の吸音材１を作製することができるが、さらに、この状態で加熱することにより、裏側シート層２０が収縮し、中間層３０に含まれる繊維シートが、吸音側シート層１０の側に押し出され、吸音側シート層１０の凸部１１が高くなり、結果、吸音性が向上する。

裏側シート層２０が、加熱により収縮するものである場合、その収縮率は、１５０℃で５分間乾熱加熱した時に２０％以上であることが好ましく、２５％以上であることが特に好ましい。また、５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることが特に好ましい。
上記範囲内であると、凸部１１が十分に高くなり、また、吸音材に歪みが生じにくい。

吸音材１を加熱して裏側シート層２０を収縮させる際の温度は、１１０℃以上であることが好ましく、１４０℃以上であることが特に好ましい。また、２００℃以下であることが好ましく、１８０℃以下であることが特に好ましい。
加熱時間は、１分以上であることが好ましく、２分以上であることが特に好ましい。また、３０分以下であることが好ましく、１５分以下であることが特に好ましい。
加熱温度や加熱時間が上記範囲内であると、十分に凸部１１が膨らみ吸音性が向上しやすく、また、コストを抑えられる。

本発明の吸音材１を設置する際の方法は、設置面に糊着する方法、タッカーを使用して設置面に固定する方法、面ファスナーにより貼着する方法、Ａ１サイズ等のパネル内に嵌めてそれを絵画のように設置する方法等が挙げられる。
裏側シート層２０は、織物や編物で構成されているので、このような方法で容易に設置することができる。

本発明の吸音材１の目付は、６５０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、７５０ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましく、８５０ｇ／ｍ^２以上であることが特に好ましい。また、３０００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、２４００ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、１５００ｇ／ｍ^２以下であることが特に好ましい。
目付の下限が上記以上であると、十分な強度を得ることができ、また、吸音性能に優れたものになる。上限が上記以下であると、十分に軽量で取り扱いがしやすくなる。

本発明の吸音材１は、室内等において使用されるものであり、公知の方法で難燃化されているのが望ましい。
難燃剤としては、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、硫黄系難燃剤、ホウ素系難燃剤、ハロゲン系難燃剤等の公知の難燃剤を適宜使用することができる。

本発明の吸音材が優れた吸音性を示す作用・原理は明らかではないが、以下のことが考えられる。ただし本発明は、以下の作用・原理の範囲に限定されるわけではない。
本発明の吸音材は、吸音側シート層１０がほとんど通気性の無い素材で構成されており、吸音側シート層１０には凹凸構造が存在する。凹凸構造を密に設けることにより、吸音側シート層１０の表面において、凹部１２で音波が何度も衝突して、凸部１１を微小振動させ、そのエネルギーが熱に変換され、吸音効果を発揮しているものと考えられる。
また、後述の比較例から明らかなように、吸音側シート層が通気性の大きい素材の場合、凹凸構造を密にしても吸音性はほとんど変化しない。すなわち、中間層３０を構成するシート状の繊維が吸音性に及ぼす効果は小さく、ほとんど通気性の無い吸音側シート層１０が吸音性に大きく寄与しているものと考えられる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
以下のようにして、図１（ａ）に示すような菱形形状の凸部１１を有する吸音材（凹部１２の密度については表１を参照）１を作製した。

表層がポリ塩化ビニルの合成皮革（東京シンコーレザー（株）製、品名：ライト、目付：５６９ｇ／ｍ^２、厚さ：０．９６ｍｍ）と、高収縮アクリル繊維織物（Ｎｍ（毛番手）：２／３２、経糸：２０本／インチ、緯糸：２０本／インチ、目付：１０１ｇ／ｍ^２、厚さ：０．３８ｍｍ）の間に、３４０ｇ／ｍ^２のポリエステルステープルのシートを挟み込んだ状態で、該合成皮革と該織物に、キルティング機によりミシン糸を縫い付けた。
その後、１５０℃で５分間乾熱加熱させることで、裏側シート層２０である織物を収縮させ、表層がポリ塩化ビニルの合成皮革である吸音側シート層１０の凸部１１を膨らませ、吸音材１を作製した。
なお、ＪＩＳ Ｌ１０９６：２０１０ Ａ法に準拠して測定したポリ塩化ビニルの合成皮革の通気度は、０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ（測定限界）以下であった。

作製した吸音材１を、直径１００ｍｍの円形状に切り取って吸音率測定のためのサンプルとした。
各サンプルに関して菱形形状の凸部１１の数、線状の凹部１２の密度、凹凸構造の最高点の高さＨ_１、凹凸構造の最低点の高さＨ_２を測定した（表１）。

各サンプルについて、ＪＩＳ Ａ １４０５−２：２００７「音響管による吸音率及びインピーダンスの測定―第２部：伝達関数法」に準拠して、５０Ｈｚ〜１６００Ｈｚの範囲で、垂直入射吸音率を測定（試験装置名：Ｂ＆Ｋ４２０６、３５６０Ｄ）した。
結果を図３に示す。

実施例２
以下のようにして、図１（ａ）に示すような菱形形状の凸部１１を有する吸音材１を作製した。

実施例１と同じ合成皮革、高収縮アクリル繊維織物、ポリエステルステープルのシートを使用して、該合成皮革と該織物との間に該シートを挟み込んだ状態で、該合成皮革と該織物を、凸部１１の数が７個（凹部１２の密度が８２ｍ／ｍ^２）になるように、ミシン糸で縫い付けた。
その後、表２に記載の条件で乾熱加熱させることで、裏側シート層２０である織物を収縮させ、表層がポリ塩化ビニルの合成皮革である吸音側シート層１０の凸部１１を膨らませ、吸音材１を作製した。

作製した吸音材１を、直径１００ｍｍの円形状に切り取って吸音率測定のためのサンプルとした。
各サンプルに関して、凹凸構造の最高点の高さＨ_１、凹凸構造の最低点の高さＨ_２を測定した（表２）。

各サンプルについて、ＪＩＳ Ａ １４０５−２：２００７に準拠して、５０Ｈｚ〜１６００Ｈｚの範囲で、垂直入射吸音率を測定した。
結果を図４に示す。

比較例１
実施例１において、合成皮革の代わりに、ポリエステルの編物（目付：１６０ｇ／ｍ^２、厚さ：０．９６ｍｍ、１１０ｄｔｅｘ使用トリコット、ウェール：２８／インチ、コース：３７／インチ）を使用した以外は、実施例１と同様にして、図１（ａ）に示すような菱形形状の凸部１１を有する吸音材１を作製した。
なお、ＪＩＳ Ｌ１０９６：２０１０ Ａ法に準拠して測定したポリエステルの編物の通気度は、２６５．２ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓであった。

作製した吸音材１を、直径１００ｍｍの円形状に切り取って吸音率測定のためのサンプルとした。
各サンプルに関して菱形形状の凸部１１の数、線状の凹部１２の密度、凹凸構造の最高点の高さＨ_１、凹凸構造の最低点の高さＨ_２を測定した（表３）。

各サンプルについて、ＪＩＳ Ａ １４０５−２：２００７に準拠して、５０Ｈｚ〜１６００Ｈｚの範囲で、垂直入射吸音率を測定した。
結果を図５に示す。

図３〜５から明らかなように、吸音側を、ほとんど通気性のない素材で構成した場合、吸音率のピーク（吸音率が最大となる周波数）は、凹部１２の密度が大きくなる（すなわち、凹凸構造が密になる）につれて、高周波数側にシフトしていき、人間の耳の感度が良い８００〜１２００Ｈｚ付近に吸音率のピークを有する吸音材を得ることができた。
一方、吸音側を、通気性の高い素材で構成した場合、周波数が上がるにつれ吸音率は上昇していったが、吸音性に与える凹部１２の密度の影響はほとんど無かった。

本発明の吸音材は、軽量で取り扱いやすく、環境負荷を与えにくく、また、審美性にも優れるため、車両・工場・コンサートホール・一般家庭等における騒音対策等に広く利用されるものである。

１ 吸音材
１０ 吸音側シート層
１１ 凸部
１２ 凹部
２０ 裏側シート層
３０ 中間層

Claims (11)

1. 吸音側シート層と、裏側シート層と、該吸音側シート層と該裏側シート層に挟まれた中間層から構成されており、該吸音側シート層が、凸部と、線状の凹部とからなる凹凸構造となっている吸音材であって、
   該吸音側シート層表面において、該凹部の密度が２０ｍ／ｍ^２以上２００ｍ／ｍ^２以下であり、該吸音側シート層の通気度が、０．３１ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下であることを特徴とする吸音材。
2. 上記吸音側シート層が、合成皮革、人工皮革、天然皮革又は高分子フィルムで構成されている請求項１に記載の吸音材。
3. 上記凹凸構造の最高点の高さと最低点の高さの差が１．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の吸音材。
4. １０００〜５０００Ｈｚの騒音の吸音用である請求項１ないし請求項３の何れかの請求項に記載の吸音材。
5. 上記裏側シート層が、１５０℃で５分間乾熱加熱した時の収縮率が２０％以上の織物又は編物で構成されており、上記中間層が有機繊維又は無機繊維の短繊維又は長繊維で構成されている請求項１ないし請求項４の何れかの請求項に記載の吸音材。
6. 上記凹部が、ミシン糸又は超音波でキルト加工された状態となっている請求項１ないし請求項５の何れかの請求項に記載の吸音材。
7. 上記吸音側シート層の平均厚さが０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１ないし請求項６の何れかの請求項に記載の吸音材。
8. 上記中間層を構成する繊維が、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ビニロン、レーヨン、アラミド、綿、ウール及びガラス繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である請求項１ないし請求項７の何れかの請求項に記載の吸音材。
9. 上記裏側シート層がアクリル繊維又はポリエステル繊維からなる織物又は編物で構成されている請求項１ないし請求項８の何れかの請求項に記載の吸音材。
10. 目付が６５０ｇ／ｍ^２以上である請求項１ないし請求項９の何れかの請求項に記載の吸音材。
11. 上記吸音側シート層が合成皮革で構成されており、該合成皮革の表層がポリ塩化ビニル又はポリウレタンである請求項１ないし請求項１０の何れかの請求項に記載の吸音材。

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