(57)【要約】  音響物品及び関連方法  多孔質炭素を含み、０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する不均一な充填剤と接触して配置された多孔質層（１０２、１０４、１０６）を有する音響物品が提供される。音響物品は、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有することができる。任意に、多孔質層は、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する不織布繊維層又は有孔フィルムを含む。不均一な充填剤は、高周波性能、厚さ、又は重量を著しく損なうことなく、低周波性能を向上させることができる。
2021500610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響物品であって、
多孔質層と、
前記多孔質層と接触し、多孔質炭素を含み、かつ０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する不均一な充填剤と、を含み、
前記音響物品は、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、音響物品。
【請求項２】
前記多孔質層が、複数の繊維を有する不織布繊維層を含み、前記不均一な充填剤が、前記複数の繊維内に少なくとも部分的に捕捉されている、請求項１に記載の音響物品。
【請求項３】
前記多孔質層が、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する有孔フィルムを含み、前記不均一な充填剤が、前記有孔フィルムにわたって層内に延びている、請求項１に記載の音響物品。
【請求項４】
前記有孔フィルムが、単独で１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜３０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、請求項３に記載の音響物品。
【請求項５】
不均一な充填剤のうちの少なくとも一部が、前記複数の開口内に存在する、請求項３又は４に記載の音響物品。
【請求項６】
前記多孔質層が、第１の多孔質層であり、更に、前記第１の多孔質層にわたって延びている、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜６０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する第２の多孔質層を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の音響物品。
【請求項７】
前記不均一な充填剤が、前記多孔質層及び前記多孔質層に接触している不均一な充填剤の総重量に対して、１０重量％〜９５重量％の量で存在する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の音響物品。
【請求項８】
前記多孔質層の主表面にわたって延びている抵抗層を更に含み、前記抵抗層は、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の音響物品。
【請求項９】
前記多孔質炭素が、活性炭、バーミフォーム炭素、又はこれらの混合物を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の音響物品。
【請求項１０】
前記不均一な充填剤が、
最大１３００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第１の不均一な充填剤と、
少なくとも１３００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第２の不均一な充填剤と、
を含むブレンド充填剤である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の音響物品。
【請求項１１】
最大３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径を有する複数の開口と、前記有孔フィルムにわたって層内に延びている不均一な充填剤と、を有する有孔フィルム、を含み、
不均一な充填剤のうちの少なくとも一部が、前記複数の開口内に存在する、
音響物品。
【請求項１２】
音響物品の製造方法であって、
前記音響物品の音響吸収を５０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚの音周波数で増加させるために、多孔質炭素を含む不均一な充填剤を多孔質層内に配置することであって、前記不均一な充填剤が、０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する、配置すること、を含む、製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の音響物品を含み、前記音響物品に結合された主要な航空宇宙又は自動車構造を更に含む、音響アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の音響物品を使用する方法であって、
表面に近接して前記音響物品を配置して、前記表面の振動を減衰させること、を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の音響物品を使用する方法であって、
前記音響物品を空気キャビティに近接して配置して、前記空気キャビティを通って伝達される音エネルギーを吸収すること、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、断熱及び防音での使用に好適な音響物品について説明する。提供される音響物品は、自動車及び航空宇宙用途におけるノイズを低減するのに特に好適であり得る。
【背景技術】
【０００２】
歴史的に、自動車及び航空宇宙技術における開発は、より速く、より安全で、より静かで、より広々とした車両を求める消費者の要求によって推進されてきた。これらの属性は、燃費に対する欲求に対して釣り合いを取る必要がある。理由としては、これらの消費者によって推進される属性を強化すると、概ね、車両の重量も増加するからである。
【０００３】
車両の重量を１０％削減することで、燃料効率を約８％向上させることができるため、自動車及び航空宇宙用製造業者は、既存の性能目標を達成しながら車両重量を削減する大きなインセンティブを得る。また、車両の構造がより軽量になると、ノイズがますます問題となり得る。一部のノイズは構造振動から発生し、構造振動により、空気に伝播して伝達する音エネルギーが生じ、空中伝播ノイズが発生する。構造振動は、従来的には、重い粘性材料で作られた減衰材料を使用して制御される。空中伝播ノイズは、従来的には、音エネルギーを吸収することができる、繊維又は発泡体などの柔らかくしなやかな材料を使用して制御される。
【０００４】
構造伝播ノイズ及び空中伝播ノイズは、近接場減衰と呼ばれる手法によって緩和することができる。近接場領域は、振動構造の表面に近い領域として定義され、空気がパネルに沿って横方向に前後に揺動（slosh）する。近接場領域は、音響吸収体を使用して修正することができ、音エネルギーは、流体と繊維との粘性相互作用によって消散される。このような消散により、車両乗員が体験するノイズ、振動、及び耳障りな音を著しく低減することができる。
【発明の概要】
【０００５】
既知の空中伝播音響吸収体は、高い音周波数で良好に機能することができるが、概ね、低い音周波数（＜８００Ｈｚ）で十分に機能しない。従来、この技術的問題は、吸収体を厚くするか、又は重いバリア層を追加することによって対処されてきた。しかしながら、これらの選択肢はそれぞれ、吸収体の全体的な重量及び厚さを著しく増やす可能性がある。本明細書では、孔容積（porosity）の高い音響粒子を１つ以上の設計された多孔質層に配置して、高周波数及び低周波数の両方で顕著な音響吸収を達成できる薄い軽量の音響物品を得ること、を伴う、代替的な解決策が記載される。
【０００６】
多孔質炭素に基づく音響粒子は、単位重量当たりの莫大な表面積を有することができる。その大きな表面積に加えて、活性炭は、その表面にガス分子を瞬間的に吸着及び脱着する。理論に束縛されるものではないが、活性炭の吸着及び脱着特性は、空気の動的体積弾性率を変化させて、音響媒体を通して音の速度を低下させると考えられる。これらの特性により、非常に良好な低周波吸音性能が得られる。例えば、特定のサイズ及び量の活性炭を使用すると、２００Ｈｚで５０％の垂直入射吸音を達成することができる。
【０００７】
音の速度を下げる効果として、音響波長が短くなる。したがって、好適な量の好適なサイズの音響粒子を音響吸収材と組み合わせて使用する場合、吸収材料の比較的薄い層で低周波吸音（６００Ｈｚ未満）を達成することができる。
【０００８】
様々な種類の多孔質層は、これらの音響粒子を添加することにより利点を得ることができる。ある種類のものは、十分な密度で、繊維表面に沿って音波エネルギーを消散させることによって広帯域吸収を提供できる不織布繊維層に基づく。別の種類の多孔質層は、多数の小さな開口又は穿孔を有するフィルムに基づく。有孔フィルムは、穿孔の壁と、それらの内部で振動する空気のプラグとの間の摩擦によって音エネルギーを消散させる。連続気泡発泡体及び微粒子床に基づく多孔質層もまた可能である。これらの材料は、高表面エネルギー粒子を含むことにより利点を得、これにより、驚くべきことに、高周波性能、厚さ、又は重量を著しく損なうことなく低周波性能を向上させることができる。
【０００９】
第１の態様では、音響物品が提供される。音響物品は、多孔質層と、多孔質層と接触し、多孔質炭素を含み、かつ０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する不均一な充填剤と、を含み、音響物品は、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する。任意に、多孔質層が、複数の繊維を有する不織布繊維層を含み、不均一な充填剤が、複数の繊維内に少なくとも部分的に捕捉されている。任意に、多孔質層が、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する有孔フィルムを含み、不均一な充填剤が、有孔フィルムにわたって層内に延びている。
【００１０】
第２の態様では、音響物品の製造方法であって、音響物品の音響吸収を５０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚの音周波数で増加させるために、多孔質炭素を含む不均一な充填剤を多孔質層内に配置することであって、不均一な充填剤が、０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する、配置すること、を含む、製造方法が提供される。
【００１１】
第３の態様では、上述の音響物品を含む音響アセンブリが提供される。
【００１２】
第４の態様では、前述の音響物品を使用する方法であって、表面に近接して音響物品を配置して、表面の振動を減衰させること、を含む、方法。
【００１３】
第５の態様では、前述の音響物品を使用する方法であって、音響物品を空気キャビティ（cavity）に近接して配置して、空気キャビティを通って伝達される音エネルギーを吸収すること、を含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本明細書で提供されるように：
【図１】様々な実施形態による多層音響物品の側面断面図である。
【図２】様々な実施形態による多層音響物品の側面断面図である。
【図３】様々な実施形態による多層音響物品の側面断面図である。
【図４】様々な実施形態による多層音響物品の側面断面図である。
【図５】明確にするために上部層を省略した、図４の音響物品の平面図である。
【図６】様々な実施形態による多層音響物品の拡大側面断面図である。
【図７】様々な実施形態による多層音響物品の拡大側面断面図である。
【図８】別の実施形態による多層音響物品の側面断面図である。
【図９】様々な実施形態による音響アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１０】様々な実施形態による音響アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１１】様々な実施形態による音響アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１２】様々な実施形態による音響アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１３】様々な実施形態による音響アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１４】様々な実施形態による音響アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１５ａ】例示の音響物品における有孔フィルムの開口寸法を示す図である。
【図１５ｂ】例示の音響物品における有孔フィルムの開口寸法を示す図である。
【図１５ｃ】例示の音響物品における有孔フィルムの開口寸法を示す図である。
【図１６】例示の音響物品と比較音響物品との音響応答を比較する加速度プロットを示す図である。
【図１７】例示の音響物品と比較音響物品との係数を比較する垂直入射吸収係数プロットを示す図である。
【図１８】例示の音響物品と比較音響物品とのインピーダンスの実数部を比較する比音響インピーダンスプロットを示す図である。
【図１９】例示の音響物品と比較音響物品とのインピーダンスのリアクタンス部を比較する比音響インピーダンスプロットを示す図である。
【００１５】
明細書及び図面中での参照文字の繰り返しの使用は、本開示の同じ又は類似の特徴部又は要素を表すことが意図されている。多くの他の変更形態及び実施形態を、当業者であれば考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨内に該当することが理解されるべきである。図面は、縮尺どおりではない場合がある。
【００１６】
定義
本明細書で使用する場合、
「平均」は、特に指定しない限り、数平均を意味する。
【００１７】
「坪量」は、１０ｃｍ×１０ｃｍのウェブサンプルの重量に１００を掛けて算出され、グラム毎平方メートル（ｇｓｍ）単位で表される。
【００１８】
「コポリマー」は、２つ以上の異なるポリマーの繰り返し単位から作られたポリマーを指し、ランダム、ブロック、及び星形（例えば樹枝状）コポリマーを含む。
【００１９】
「寸法安定性」とは、重力の影響を受けずにその形状を実質的に保持する（すなわち、垂れ下がらない）構造を指す。
【００２０】
「ダイ」とは、メルトブローを含むがこれに限定されないポリマー溶融加工及び繊維押出加工に使用するための、少なくとも１つのオリフィスを含む加工用アセンブリを意味する。
【００２１】
「不連続」とは、繊維又は複数の繊維に関して使用される場合、制限されたアスペクト比（例えば、長さと直径との比が、例えば、１０，０００未満）を有する繊維を意味する。
【００２２】
「捕捉されている」とは、粒子がウェブの繊維中に分散されて物理的に及び／又は接着的に保持されていることを意味する。
【００２３】
ポリマーの「ガラス転移温度（又はＴｇ）」は、非晶質ポリマー（又は半結晶性ポリマー内の非晶質領域内）において、温度が上昇するにつれて、硬く比較的脆い「ガラス状」の状態から粘性又はゴム状の状態になる可逆的転移が生じる温度を指す。
【００２４】
不織布繊維層の繊維の「メジアン繊維径」は、例えば走査型電子顕微鏡を使用して、繊維構造の１枚以上の画像を作製し、当該１枚以上の画像で明確に見える繊維の横方向の寸法を測定して、繊維径の合計数を求め、その繊維径の総数に基づいて、メジアン繊維径を計算することにより決定される。
【００２５】
「不織布繊維層」とは、個々の繊維又はフィラメントが相互に重なり合っているが、編布におけるような識別可能な状態ではない構造を呈するシート又はマットを形成する、繊維の絡まり又は点結合を特徴とする複数の繊維を意味する。
【００２６】
「配向された」とは、繊維に関して使用される場合、繊維内のポリマー分子のうちの少なくとも一部分が、例えば延伸加工の使用によって、又は、繊維流がダイから出る際の細径化装置の使用によって、繊維の長手方向軸に位置合わせされていることを意味する。
【００２７】
「粒子」とは、微細化形状の材料の離散した小片又は個別の部分を指す。粒子は、微細化形状の個別粒子が共に結合又は集積した総体を含んでもよい。したがって、本開示の特定の例示的実施形態で使用される個別微粒子は、凝集、物理的噛み合い、静電結合、又は他の結合により微粒子を形成してもよい。特定の場合では、米国特許第５，３３２，４２６号（Ｔａｎｇら）で記載されているように、個々の微粒子の凝集体の形態の微粒子が形成されてもよい。
【００２８】
「ポリマー」とは、少なくとも１０，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する比較的高分子量の材料を意味する。
【００２９】
「多孔質」とは、空気透過性であることを意味する。
【００３０】
「収縮」とは、米国特許出願公開第２０１６／０２９８２６６号（Ｚｉｌｌｉｇら）に記載の試験方法に基づいて、１５０℃まで７日間加熱した後の繊維不織布層の寸法の減少を意味する。
【００３１】
「サイズ」とは、所与の物体又は表面の最長寸法を指す。
【００３２】
「実質的に」とは、少なくとも５０％、６０、７０、８０、９０、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、９９．９、９９．９９、若しく９９．９９９％の量といった大部分若しくはほとんど、又は１００％を意味する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書で使用される場合、「好ましい」及び「好ましくは」という用語は、特定の状況下で特定の利点をもたらし得る本明細書に記載される実施形態を指す。ただし、他の実施形態もまた、同じ又は他の状況において好ましい場合がある。更にまた、１つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用でないことを含意するものではなく、他の実施形態を本発明の範囲から排除することを意図するものでもない。
【００３４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、文脈上特に明記されない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数の指示物を含むものとする。したがって、例えば、「ａ」又は「ｔｈｅ」が付いた構成要素への言及には、１つ以上の構成要素及び当業者に公知のその等価物が含んでもよい。更に、「及び／又は」という用語は、列挙された要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の２つ以上の組み合わせを意味する。
【００３５】
用語「含む」及びその変形は、これらの用語が添付の説明に現れた場合、限定的意味はないことに注意されたい。また更に、「ある１つの（a）」、「ある１つの（an）」、「その（the）」、「少なくとも１つの」、及び「１つ以上の」は、本明細書では互換的に使用される。左、右、前方、後方、上部、底部、側、上方、下方、水平、垂直などの相対語が、本明細書において使用される場合があり、その場合、特定の図面において見られる視点からのものである。これらの用語は、説明を簡略にするためだけに使用される。しかしながら、本発明の範囲を決して限定しない。
【００３６】
本明細書全体において、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「ある実施形態」に対する言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な箇所にある「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、又は「ある実施形態では」などの句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及しているわけではない。
【００３７】
本開示は、音響吸収体、振動減衰材、及び／又は防音材及び断熱材として機能する音響物品、アセンブリ、及びその方法を目的とする。音響物品及びアセンブリは、概ね、１つ以上の多孔質層と、１つ以上の多孔質層と接触している１つ以上の不均一な充填剤と、を含む。任意に、提供される音響物品及びアセンブリは、１つ以上の非多孔質バリア層及び／又は１つ以上の多孔質層に隣接する空気間隙を含む。これらの構成要素におけるそれぞれの構造及び機能特性は、以下のサブセクションに記載される。
【００３８】
多孔質層
提供される音響物品は、１つ以上の多孔質層を含む。有用な多孔質層としては、不織布繊維層、有孔フィルム、微粒子床、連続気泡発泡体、繊維ガラス、ネット、織布、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３９】
微細繊維を含有する設計された不織布繊維層は、航空宇宙用途、自動車用途、輸送用途、及び建築用途において有効な吸音材であり得る。複数の微細繊維を有する不織布材料は、構造の高表面積が、音エネルギーの粘性消散を促進するレジームである高い音周波数で特に効果的であり得る。不織布層は、繊維ガラスからできていてもよい。ポリマー不織布層は、例えば、メルトブロー又は溶融紡糸によって作ることができる。
【００４０】
メルトブローでは、１つ以上の熱可塑性ポリマー流は、緊密に配置されたオリフィスを含むダイを通って押し出され、高速で熱風の収束流によって減衰され、微細繊維を形成する。これらの微細繊維を表面に集めて、メルトブロー不織布繊維層を提供することができる。選択された操作パラメータ、例えば溶融状態からの固化の度合いに応じて、回収された繊維は半連続的又は本質的に不連続であり得る。特定の例示的実施形態では、本開示のメルトブロー繊維は、分子レベルで配向されていてもよい。繊維は、溶融物中の欠陥、形成されたフィラメントの交差、繊維の細径化に使用される乱流による過剰な剪断、又は形成プロセスで生じる他の事象によって中断され得る。これらは、概ね、半連続的であるか、又は繊維の絡み合い間の距離よりもはるかに長い長さを有することが分かっており、そのため個々の繊維を端から端までそのままの状態で繊維塊から除去できない。
【００４１】
溶融紡糸では、不織布繊維は、フィラメントとして一連のオリフィスから押し出され、冷却及び固化して繊維を形成する。フィラメントを、移動する空気流が含まれ得る空気空間に通し、フィラメントを冷却し、細径化（つまり、延伸）ユニットを通過し、フィラメントを少なくとも部分的に延伸するのを支援する。溶融紡糸法で作られた繊維は「スパンボンド」することができ、それにより、一組の溶融紡糸繊維を含むウェブが繊維ウェブとして回収され、任意に、繊維を互いに融着させるための１つ以上の結合操作に供される。溶融紡糸繊維は概ね、メルトブロー繊維よりも直径が大きい。
【００４２】
繊維は、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテン、ポリ乳酸、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエチレン−ｃｏ−ビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、環状ポリオレフィン、又はこれらのコポリマー若しくはブレンドから選択されたポリマーから、複数の繊維の総重量、少なくとも３５重量％の量で作ることができる。好適な繊維材料としては、エラストマーポリマーも挙げられる。
【００４３】
脂肪族ポリエステル繊維に基づく不織布層は、高温用途での分解（degradation：劣化）又は収縮に抗するのに特に有利であり得る。有用な脂肪族ポリエステルの分子量は、１５，０００ｇ／ｍｏｌ〜６，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、２０，０００ｇ／ｍｏｌ〜２，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、４０，０００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲であってもよく、又はいくつかの実施形態では、１５，０００ｇ／ｍｏｌ；２０，０００；２５，０００；３０，０００；３５，０００；４０，０００；４５，０００；５０，０００；６０，０００；７０，０００；８０，０００；９０，０００；１００，０００；２００，０００；５００，０００；７００，０００；１，０００，０００；２，０００，０００；３，０００，０００；４，０００，０００；５，０００，０００；若しくは６，０００，０００ｇ／ｍｏｌの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【００４４】
不織布繊維層のメルトブロー繊維又は溶融紡糸繊維は、任意の好適な直径を有することができる。繊維は、０．１マイクロメートル〜１０マイクロメートル、０．３マイクロメートル〜６マイクロメートル、０．３マイクロメートル〜３マイクロメートルのメジアン径を有してもよく、又はいくつかの実施形態では、０．１マイクロメートル、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２２、２５、２７、３０、３２、３５、３７、４０、４２、４５、４７、若しくは５０マイクロメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きいメジアン径を有してもよい。
【００４５】
任意に、不織布繊維層における複数の繊維のうちの少なくとも一部は、互いに又は不均一な充填剤に物理的に結合される。点結合法によって、又は平滑なカレンダーロールによって適用された熱及び圧力を使用する従来の結合技術を使用することができるが、このような方法は、繊維の望ましくない変形又はウェブの圧縮を引き起こす場合がある。任意に、繊維間又は繊維と不均一な充填剤との間の付着は、不織布繊維層内に溶融性繊維又はバインダー繊維を含むことによって達成されてもよい。
【００４６】
繊維を結合するための他の手法は、例えば、米国特許出願公開第２００８／００３８９７６号（Ｂｅｒｒｉｇａｎら）及び米国特許第７，２７９，４４０号（Ｂｅｒｒｉｇａｎら）に教示されている。手法の１つは、回収された繊維のウェブ及び繊維を、制御された加熱及び急冷操作に供することを伴い、この操作には、ウェブに、繊維を軟化させるのに十分な温度まで加熱された気体流を強制的に通過させて、繊維の交差点で繊維を共に結合させることが含まれ、ここで、加熱された流れは適用される期間が短かすぎるため繊維を完全に溶融しておらず、次いで、ウェブに、加熱された流れよりも少なくとも５０℃低い温度の気体流を直ちに強制的に通過させて、繊維を急冷することが含まれる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、２つの異なる種類の分子相が繊維内に存在する。例えば、主に半結晶相は、主に非晶質相と共存してもよい。別の例として、主に半結晶相は、結晶秩序の低いドメイン（例えば、ポリマーが鎖延長されていないもの）、及び結晶化度に対して全体的な秩序度が不十分である非晶質のドメインを含有する相と共存してもよい。このような繊維は、上記のように加熱下で加工して、不織布繊維層を形成することもできる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、不織布繊維層の繊維は、結合操作中に繊維構造を実質的に溶融又は喪失しないが、それらの元の繊維寸法を有する個別の繊維として残る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、繊維ポリマーは、高いガラス転移温度を呈し、これは高温用途での使用に望ましい場合がある。特定の不織布繊維層は、断熱材としての使用など、後続の加工又は使用において、中程度の温度までであっても加熱された場合に著しく収縮する。このような収縮は、メルトブロー繊維が熱可塑性ポリエステル又はそのコポリマー、特に本質的に半結晶性のものを含む場合に問題となることが示されている。
【００５０】
いくつかの実施形態では、提供される不織布繊維層は、高密度化されていない層に隣接する少なくとも１つの高密度化層を有する。高密度化層及び非高密度化層のいずれか又は両方は、不均一な充填剤で充填されてもよい。高密度化層及び隣接する非高密度化層は、均一な密度を有する不織布繊維層の一体層から調製されるのに費用効果が高くなり得る。提供される方法は、所望であれば、層全体にわたるポリマー繊維の均一な分布を有する高密度化層を提供することができる。あるいは、ポリマー繊維の分布は、不織布繊維層の主表面にわたって意図的に不均一にすることができ、このことにより、主表面に沿ったその位置に基づいて、音響応答を調整することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、不織布繊維層の高密度化部分及び非高密度化部分のメジアン繊維径は、実質的に同じである。これは、例えば、繊維を著しく溶融させることなく、高密度化領域内で繊維を互いに融着させることができる方法によって実現することができる。繊維の溶融を回避することにより、不織布繊維層の高密度化層内でもたらされた大きな表面積に由来する音響効果を維持することができる。
【００５２】
設計された不織布繊維層は、多数の利点を呈すことができ、そのうちのいくつかは予想外のものである。これらの材料は、従来の絶縁材が熱劣化又は破損する高温での断熱用途及び防音用途に使用することができる。特に要求が厳しいのは、自動車の車両及び航空宇宙の機体用途であり、絶縁材は、ノイズが大きいのみではなく、極端な温度に達する可能性がある環境で機能する。
【００５３】
提供される不織布層は、自動車及び航空宇宙の用途において遭遇する可能性がある１５０℃以上の温度での収縮に抗することができる。収縮は、熱曝露又は加工中の結晶化から生じ得るものであり、音響性能を低下させ、製品の構造的一体性に影響を与える可能性があるため、概ね望ましくない。提供された不織布繊維層は、米国特許出願公開第２０１６／０２９８２６６号（Ｚｉｌｌｉｇら）に記載の収縮試験方法を用いて測定した場合、１５０℃まで７日間加熱した後、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％又は１％未満の収縮を示し得る。このような収縮値は、長手方向及び横断方向の両方に沿って適用することができる。いくつかの実施形態では、不均一な充填剤を不織布層の隙間に配置することにより、高温での収縮度を更に低減することができる。
【００５４】
更なる利点として、高密度化層により、不織布繊維層が熱的に成形され、寸法安定性のある三次元構造にすることができる。このような構造に基づく物品及びアセンブリは、カスタマイズされた三次元形状を有する基材に適合するように成形することができる。特定の用途向けに物品又はアセンブリの形状をカスタマイズすることにより、空間の使用が最適化され、例えば自動車又は航空宇宙の構成要素への取り付けが簡素化される。これらの成形構造は寸法安定性があるため、これらの物品及びアセンブリはまた、元の平面構成に戻る傾向がある従来の防音及び断熱製品と比較して層間剥離のリスクを低減する。
【００５５】
更に別の利点は、高温で機能し、かつ寸法安定性があるだけでなく、ウェブの高密度化部分及び非高密度化部分の両方の内で高密度の表面積を保持する不織布繊維層を作製できることに関連する。高表面積を有する不均一な充填剤と組み合わせて、繊維によって提供される高表面積を保持することにより、非常に小さな重量の材料であっても、音響吸収体として高レベルの性能を達成することができる。不織布繊維層のノイズ消散性は、音圧波の運動エネルギーが熱に変換される繊維表面での粘性消散に基づいているため、表面積は関連がある。
【００５６】
単一層から不織布繊維ウェブを製造する場合、複数の層を含む物品を製造するために使用される方法と比較して、加工及びウェブ処理工程を減らす必要がある。その性能特性を維持しながら、最終製品中の層の数を低減することにより、製造を簡素化し、関連するコストを削減する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、１つ以上の追加の繊維集団が不織布繊維層に組み込まれる。繊維集団間の差異は、例えば、組成、メジアン繊維径、及び／又はメジアン繊維長に基づくことができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、不織布繊維層は、１０マイクロメートル未満のメジアン径を有する複数の第１の繊維と、少なくとも１０マイクロメートルのメジアン径を有する複数の第２の繊維と、を含むことができる。様々な理由から、異なる直径の繊維を有することが有利であり得る。より厚い第２の繊維を含めることにより、不織布繊維層の弾力性、耐破砕性を改善することができ、ウェブの全体的なロフトを維持するのに役立つ。第２の繊維は、第１の繊維に関して前述したポリマー材料のいずれかから作製することができ、メルトブロー法又は溶融紡糸法から作製されてもよい。
【００５９】
不織布層の繊維は、望ましい機械的特性、音響特性、及び／又は熱特性を提供するために、任意の好適な繊維径を有することができる。例えば、第１及び第２の繊維のいずれか又は両方は、少なくとも１０マイクロメートル、１０マイクロメートル〜６０マイクロメートル、２０マイクロメートル〜４０マイクロメートルのメジアン径を有してもよく、又はいくつかの実施形態では、１０マイクロメートル、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２２、２５、２７、３０、３２、３５、３７、４０、４５、５０、５５、若しくは６０マイクロメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きいメジアン径を有してもよい。
【００６０】
任意に、第１及び第２の繊維のいずれか又は両方が配向される。配向繊維とは、分子スケールで顕著な配列を示す繊維である。完全に配向され、部分的に配向されたポリマー繊維は既知であり、市販されている。繊維の配向は、複屈折、熱収縮、Ｘ線散乱、及び弾性率など、多数の方法のいずれかで測定できる（例えば、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｚｅｈｅｖ  Ｔａｄｍｏｒ  ａｎｄ  Ｃｏｓｔａｓ  Ｇｏｇｏｓ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７９，ｐｐ．７７−８４を参照されたい）。不織布繊維層内の繊維の配向は、任意の既知の方法を使用して達成することができる。
【００６１】
いくつかの実施形態では、第２の繊維は、第１の複数の繊維と散在する短繊維である。短繊維は、バインダー繊維及び／又は構造繊維を含むことができる。バインダー繊維としては、上述のポリマー繊維のいずれかが挙げられるが、これらに限定されない。好適な構造繊維としては、上述のポリマー繊維のいずれか、その他にセラミック繊維、ガラス繊維、及び金属繊維などの無機繊維；並びにセルロース繊維などの有機繊維を挙げることができるが、これらに限定されない。不織布層への短繊維のブレンドは、カーディングと呼ばれることもある。
【００６２】
第１及び第２の繊維の組み合わせに関連する追加の選択肢及び利点は、例えば、米国特許第８，９０６，８１５号（Ｍｏｏｒｅら）に記載されている。
【００６３】
多孔質層は、本質的に繊維質のものである必要はない。例えば、１つ以上の多孔質層は、有孔フィルムを使用する。有孔フィルムは、該フィルムを貫通して延びている多数の穿孔、すなわち貫通穴を有するフィルム又は壁で構成される。穿孔により、壁の両側に配置された空気空間が互いに連通することができる。
【００６４】
穿孔内に封入されているのは、共振システム内の質量構成要素として作用する空気のプラグである。これらの質量構成要素は、穿孔内で振動し、空気のプラグと穿孔の壁との間の摩擦から音エネルギーを消散させる。音エネルギーの吸収は、音響物品を通る流体の正味の流れを本質的にゼロにして行うことができる。
【００６５】
穿孔は、所与の周波数範囲にわたって所望の音響性能を得るのに好適な寸法（例えば、穿孔直径、形状、及び長さ）を備えることができる。音響性能は、例えば、有孔フィルムから音を反射させ、対照サンプルの結果と比較した音響消散の結果として音響強度の低下を特徴付けることにより、測定することができる。
【００６６】
図において、穿孔は、有孔フィルムの表面全体に沿って配置されている。あるいは、壁は、部分的にのみ穿孔されていてもよい。つまり、一部の領域では穿孔されているが、他の領域では穿孔されていない。特定の例では、壁の有孔領域は、縦方向に沿って延び、１つ以上の非有孔領域に隣接していてもよい。例えば、壁は、１つ又は２つの有孔側面のみを有する矩形の断面チューブを有し得る。
【００６７】
穿孔は、広範な形状及びサイズを有することができ、様々な成形、切断、又は打ち抜き操作のいずれかによって生成することができる。穿孔の断面は、例えば、円形、正方形、又は六角形であり得る。いくつかの実施形態では、穿孔は細長いスリットのアレイによって表される。穿孔は、それらの長さに沿って均一である直径を有し得ると同時に、円錐台の形状を有するか、そうでなければ、少なくとも一部の長さに沿ってテーパ状になった側壁を有する穿孔を使用することが可能である。穿孔の側壁をテーパ状にすることは、後述するように、不均一な充填剤が穿孔内に受容されることを可能にするのに有利であり得る。様々な穿孔構成及びそれを作製する方法は、米国特許第６，６１７，００２号（Ｗｏｏｄ）に記載されている。
【００６８】
任意に、及び図に示されるように、穿孔は、互いに対して概ね均一な間隔を有する。その場合、穿孔は、二次元グリッドパターン又は千鳥状パターンで配置されてもよい。穿孔はまた、隣接する穿孔間の正確な間隔が不均一であるが、それでもなお穿孔が肉眼で見えるスケールで壁にわたって均等に分配されるランダム化構成で壁に配置され得る。
【００６９】
いくつかの実施形態では、穿孔は、壁に沿って本質的に均一な直径のものである。あるいは、穿孔は、直径のいくらかの分布を有し得る。いずれの場合でも、穿孔の平均最小直径は、１０マイクロメートル、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１５０、１７０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００、４０００、若しくは５０００マイクロメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。明確にするために、非円形の穴の直径は、本明細書では、平面図で非円形の穴と同等の面積を有する円の直径として定義される。
【００７０】
有孔フィルムの孔容積は、フィルムが占めていない所与の体積の割合を表す無次元の数量である。簡略化された表現では、穿孔は円筒形であると想定することができ、その場合、孔容積は、平面図において穿孔によって置き換えられた壁の表面積の割合によってよく近似される。例示的実施形態では、壁は、０．１％〜１０％、０．５％〜１０％、又は０．５％〜５％の孔容積％を有し得る。いくつかの実施形態では、壁は、０．１％、０．２、０．３、０．４、０．５、０．７、１、２、３、４、５、６、７、８、９、若しくは１０％の値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい孔容積％を有する。
【００７１】
フィルム材料は、関連する周波数を有する入射音波に応答して振動するように好適に調整された弾性率（例えば、曲げ弾性率）を有することができる。穿孔内の空気プラグの振動と共に、壁自体の局所的な振動は、音エネルギーを消散させ、音響物品を通る伝達損失を高めることができる。壁の曲げ弾性率は、剛性を反映して、その音響伝達インピーダンスにも直接影響する。
【００７２】
いくつかの実施形態では、フィルムは、０．２ＧＰａ〜１０ＧＰａ、０．２ＧＰａ〜７ＧＰａ、０．２ＧＰａ〜４ＧＰａの曲げ弾性率、又はいくつかの実施形態では、０．２ＧＰａ、０．３、０．４、０．５、０．７、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１５、１７、２０、２５、３０、３５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、若しくは２１０ＧＰａの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい曲げ弾性率を有する材料を含む。
【００７３】
好適な熱可塑性ポリマーは、典型的には、０．２ＧＰａ〜５ＧＰａの範囲の曲げ弾性率を有する。いくつかの実施形態では、繊維又は他の充填剤の添加により、これらの材料の曲げ弾性率を２０ＧＰａまで高めることができる。熱硬化性ポリマーは、概ね、５ＧＰａ〜４０ＧＰａの範囲の曲げ弾性率を有する。有用なポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリ乳酸、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、及びこれらのブレンドが挙げられる。
【００７４】
可撓性フィルム内に配置された複数の穿孔に起因し得る音響性能特性は、例えば、米国特許第６，６１７，００２号（Ｗｏｏｄ）、同第６，９７７，１０９号（Ｗｏｏｄ）、及び同第７，７３１，８７８号（Ｗｏｏｄ）に記載されている。
【００７５】
いくつかの実施形態では、多孔質層は微粒子床を含む。微粒子床は、活性炭、バーミフォーム(vermiform)炭素、ゼオライト、金属有機構造体（ＭＯＦ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、パーライト、アルミナ、グラスバブルズ、ガラスビーズ、及びこれらの混合物の粒子を含んでもよい。微粒子床の粒子のうち、音響的に活性である不均一な充填剤がなくてもよく、一部又は全てが音響的に活性である不均一な充填剤であってもよい。微粒子床の孔容積は、粒子のサイズ分布に基づいて部分的に調節することができる。粒子は、０．１マイクロメートル〜２０００マイクロメートル、５マイクロメートル〜１０００マイクロメートル、１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルであってもよく、又はいくつかの実施形態では、０．１マイクロメートル、０．５、１、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、７０、１００、２００、３００、４００、５００、７００、１０００、１５００、若しくは２０００マイクロメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【００７６】
多孔質層は、概ね、音響圧力の周波数空間の、音響媒体内の関連する粒子速度に対する比である、その比音響インピーダンスによって特徴付けられ得る。穿孔を有する剛性フィルムに基づく理論モデルでは、例えば、速度は、穴の中及び外に移動する空気から導出される。フィルムが可撓性である場合、壁の動きは音響インピーダンスの計算に寄与する可能性がある。比音響インピーダンスは、周波数の関数として変化し、概ね、進行性平面波条件では実数であるが、比音響インピーダンスは、定在平面波又は発散波条件の下で複素数になる。したがって、音響媒体の比インピーダンスは、圧力及び速度の波により、２つの特性間で位相不整合が生じる可能性があり、この位相不整合挙動は音響吸収性能を反映するという事実を反映する。２つの構成要素が互いに同位相にある場合、最大の音響吸収が可能であり、２つの構成要素が互いに位相を異にする場合、逆もまた同様である。有利には、提供される音響物品及びアセンブリは、従来の音響吸収体よりも広い周波数範囲にわたって一貫して高いレベルの音響吸収を提供することができる（例えば、図１８に示す実施例及び比音響インピーダンス比を参照されたい）。
【００７７】
本明細書で使用するとき、比音響インピーダンスは、１ＭＫＳ  Ｒａｙｌが１パスカル秒／メートル（Ｐａ・ｓ・ｍ−１）に等しいか、又は同等に１ニュートン秒／立方メートル（Ｎ・ｓ・ｍ−３）、あるいは１ｋｇ・ｓ−１・ｍ−２である、ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓで測定される。
【００７８】
多孔質層はまた、その伝達インピーダンスによって特徴付けることができる。有孔フィルムについては、伝達インピーダンスは、多孔質層の入射側の音響インピーダンスと、有孔フィルムが存在しない場合に観測される音響インピーダンス、すなわち、空気キャビティのみの音響インピーダンスとの間の差である。
【００７９】
流動抵抗は、伝達インピーダンスの低周波数限界である。実験的に、これは、多孔質層に既知の低速の空気を吹き込み、それに関連する圧力低下を測定することによって推定することができる。流動抵抗は、測定された圧力低下を速度で除算しものとして求めることができる。
【００８０】
有孔フィルムを含む実施形態では、有孔フィルムのみを通る流動抵抗（不均一な充填剤がない）は、５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜４０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、又は４００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜３０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓとすることができる。いくつかの実施形態では、有孔フィルムを通る流動抵抗は、５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、７０００、７５００、若しくは８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【００８１】
不織布繊維層を含む実施形態では、不織布繊維層のみを通る流動抵抗（不均一な充填剤がない）は、５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜４０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、又は４００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜３０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓとすることができる。いくつかの実施形態では、不織布繊維層を通る流動抵抗は、５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、９５０、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、７０００、７５００、若しくは８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【００８２】
音響物品全体を通る流動抵抗は、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、１２０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜３０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、又は１５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜１０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓとすることができる。いくつかの実施形態では、音響物品全体を通る流動抵抗は、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、２０、３０、４０、５０、７０、１００、１２０、１５０、１８０、２００、２５０、３００、４００、５００、６００、７００、１０００、１１００、１２００、１５００、１７００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、７０００、７５００、若しくは８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい。
【００８３】
非多孔質層
任意に、提供される音響物品は、１つ以上の非多孔質層を含む。非多孔質層は、それを通るガスの流れを実質的に防ぐバリアフィルムを含み、したがって、放出圧力効果を有さない。バリアフィルムはまた、孔容積を実質的に有さなくてもよい。浸透する低周波音波に応答して前後に移動する可撓性スクリムとは異なり、固体フィルムを使用してこの低周波数移動に抗し、音波を反射することによって音響物品内に共振を誘発することができる。様々な実施形態では、多孔質層と非多孔質層との組み合わせを使用して、入射音エネルギーを集合的に捕捉及び消散させることができる。
【００８４】
好適なバリアフィルムとしては、エラストマー膜が挙げられる。好適な材料の例としては、フルオロエラストマー、ネオプレン、及び熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。フルオロポリマー材料は、概ね、高密度及び低弾性率の有益な組み合わせを提供するので、音響及び減衰用途に有用であり得る。
【００８５】
バリアフィルムは、任意の既知の方法を用いて層状音響物品に組み込まれてもよい。例示の方法は、多孔質層上に直接コーティングすること、を含む。代替として、バリアフィルムを別個に形成し、１つ以上の多孔質層上に積層してもよい。
【００８６】
不均一な充填剤
音響物品の多孔質層は、音響性能を改善することができる少なくとも１つの不均一な充填剤と接触している。好適な不均一な充填剤としては、多孔質粒子が挙げられ、これは、開孔、閉孔、又はこれらの組み合わせによって特徴付けられ得る。不均一な充填剤は剛性であり得、そのため充填材料の動は、音響環境内の流体相（例えば、空気）の動きと比較してごくわずかである。
【００８７】
開孔を有する充填剤粒子としては、ゼオライト、エアロゲル、多孔質アルミナ、雲母、パーライト、粒状ポリウレタン発泡体粒子、金属有機構造体（ＭＯＦ）、及び多孔質炭素材料が挙げられる。閉孔を有する充填剤粒子としては、独立気泡発泡体粒子及び中空粒子が挙げられる。単一の細孔（又はキャビティ）を正確に有し得る中空粒子としては、膨張ポリマー微小球、セラミック微小球、及び中空グラスバブルズが挙げられる。
【００８８】
不均一な充填剤は、多孔質層に対して様々な構成で存在してもよい。例えば、多孔質層が不織布繊維層、連続気泡発泡体、又は微粒子床である場合、不均一な充填剤は、不織布繊維層、連続気泡発泡体、又は微粒子床に埋め込まれてもよい。多孔質層が有孔フィルムを含む場合、不均一な充填剤は、有孔フィルムにかけて延びている複数の開口内に少なくとも部分的に存在し得る。いくつかの実施形態では、多孔質層に接触している不均一な充填剤の少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は少なくとも９５％が、複数の開口内に存在する。あるいは、不均一な充填剤は、多孔質層に隣接する個別の層として存在してもよい。
【００８９】
多孔質粒子は、マクロ細孔（５０ナノメートルより大きい幅を有する）、メソ細孔（５０ナノメートル未満で２ナノメートルより大きい幅を有する）、マイクロ細孔（２ナノメートル未満の幅を有する）、及び／又は上記の組み合わせを含むことができる。これらの特徴を例示する不均一な充填剤としては、多孔質炭素粒子が挙げられる。多孔質炭素粒子としては、活性炭及びバーミフォーム炭素が挙げられる。
【００９０】
活性炭は、主に炭素原子で構成された複合構造を有する高多孔質炭素質材料である。活性化法は、約１０００℃の高温でスチームを使用して、又は場合によっては、より低い温度でリン酸を使用して実行することができる。活性炭中の細孔のネットワークは、炭素原子の無秩序な層の剛性骨格内に形成されたチャネルであり、化学結合によって互いに連結され、不均一に積層されている。これにより、炭素層内に多数のピット及び亀裂によって形成された非常に多孔質の構造が作り出される。
【００９１】
活性炭の顕著な特徴の１つは、ガス分子の吸着性である。内部孔容積０．３ｍ３を有する活性炭１ｍ３で、３０ｍ３以上のガスを吸着することができる。音響物品における多孔質炭素の挙動は、周囲空気分子の吸着と一致している。多孔質炭素が限られた空間内で空気分子を吸着する場合、有効空気体積は、多孔質炭素を含まない同じ空間内の空気体積の２倍より大きくなることがある。音響キャビティ内の有効空気体積を膨張させることにより、多孔質炭素は、音響共振周波数を高から低にシフトする傾向がある。この周波数シフトは、音響吸収における４分の１波長の短縮（又は音響媒体内の音の速度の減速）として解釈することができ、より薄い層において高い音響性能を提供する。
【００９２】
バーミフォーム炭素（又はバーミフォーム黒鉛）は、膨張性黒鉛に、黒鉛層に浸透するゲスト分子を挿入することによって作られた多孔質炭素の層状形態である。高温では、ゲスト分子は相変化を受ける。この急な反応により、黒鉛層を押し広げるのに十分な圧力が生じ、制限されない場合、粒子の体積が急速に増加する。膨張黒鉛は、バーミフォーム黒鉛として知られている虫のような構造を有する。
【００９３】
バーミフォーム黒鉛は、マイクロ細孔（２ｎｍ未満の細孔）を欠いていることを踏まえ、活性炭よりも著しく大きい細孔構造を有するため、注目に値する。バーミフォーム炭素の表面積は１ｍ２／ｇ未満で、活性炭の表面積よりも数桁も小さい。これらの違いから、活性炭よりも高い周波数ノイズを減衰させるのに、バーミフォーム炭素をより効果的にすることができる。結果として、膨張した周波数範囲にわたって音響吸収を提供するために、活性炭とバーミフォーム炭素とのブレンドを使用することが有利であり得る。
【００９４】
不均一な充填剤を構成する粒子の平均サイズは、音響物品の機械的特性だけでなく、音響吸収に影響を及ぼす加工上の考慮事項にも関連する可能性がある。バーミフォーム黒鉛では、例えば、より小さい小板の方が、エッジ面積の内部容積に対する全体的な比率が高い層を生成する。粒子サイズが縮小するにつれて、膨張ガスの流出経路の効率が高まり、全体的な膨張の可能性が低減し、孔径が縮小する。
【００９５】
バーミフォーム黒鉛が処理される温度も音響性能に影響を与え、より高い温度で処理された粒子は層間でより高い膨張度を示す傾向があることが見出された。黒鉛層のばねモデルを使用することで、ばねがより膨張、すなわちばねの可撓性が高まり、ひいては音響減衰が改善される。
【００９６】
凝集体を除き、不均一な充填剤は、０．１マイクロメートル〜２０００マイクロメートル、５マイクロメートル〜１０００マイクロメートル、１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルの平均粒子サイズを有してもよく、又はいくつかの実施形態では、０．１マイクロメートル、０．２、０．５、１、２、５、７、１０、１５、２０、３０、４０、５０、７０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１２００、１５００、１７００、若しくは２０００マイクロメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい平均粒子サイズを有してもよい。
【００９７】
その多孔質の性質により、不均一な充填剤は、非常に大きな表面積を有し、その結果、吸着能を有することが可能である。高い表面積密度を有することにより、孔構造の高度な複雑さとねじれを反映することができ、摩擦損失による固体構造へのより大きな内部反射とエネルギー伝達をもたらす。これは、空中伝播ノイズの吸収として現れる。不均一な充填剤の平均表面積は、０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇ、０．５ｍ２／ｇ〜５０００ｍ２／ｇ、１ｍ２／ｇ〜２５００ｍ２／ｇでもよく、又はいくつかの実施形態では、０．１ｍ２／ｇ、０．２、０．５、０．７、１、２、５、１０、２０、５０、１００、１２０、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、若しくは１０，０００ｍ２／ｇの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【００９８】
いくつかの実施形態では、不均一な充填剤の高い表面密度は、非常に微細な細孔の存在に起因する。活性炭は、例えば、２ｎｍ未満の寸法を有するマイクロ細孔を呈し、これが炭素粒子中の表面積の大部分を占めている。
【００９９】
不均一な充填剤は、０．１ナノメートル〜５０マイクロメートル、１ナノメートル〜４０マイクロメートル、２．５ナノメートル〜３０マイクロメートル数平均孔径を有してもよく、又はいくつかの実施形態では、０．１ナノメートル、０．２、０．３、０．４、０．５、１、１．２、１．５、１．７、２、３、４、５、７、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、７０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００ナノメートル、１マイクロメートル、２、３、４、５、７、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、若しくは５０マイクロメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【０１００】
不均一な充填剤粒子は、音響用途で使用される従来の充填剤よりもはるかに小さい最小孔径を呈することができる。例えば、活性炭の最小細孔は、直径が２ｎｍ未満であり得る。バーミフォーム炭素は、概ね、直径数十ミクロンの細孔を有するが、ナノメートル又はサブナノメートルの範囲の細孔は有さない。概ね、不均一な充填剤は、最大５００ｎｍ、最大４００ｎｍ、最大３００ｎｍ、最大２００ｎｍ、最大１００、最大５０、最大２０、最大１０、最大５、最大２、及び最大１ｎｍの最小孔径を有し得る。
【０１０１】
不均一な充填剤は、０．０１ｃｍ３／ｇ〜５ｃｍ３／ｇの数平均細孔容積を有し得る。いくつかの実施形態では、数平均細孔容積は、０．０１ｃｍ３／ｇ、０．０２、０．０５、０．０７、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．７、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、若しくは５ｃｍ３／ｇの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【０１０２】
前述のように、２つ以上の異なる種類の不均一な充填剤の使用は、複合材物品の音響応答を修正するのに有効であり得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の異なる種類の充填剤が、音響物品の多孔質層内にブレンドされる。他の実施形態では、異なる種類の充填剤が、音響物品内の１つ又は２つの多孔質層に隣接する微粒子床内にブレンドされる。他の実施形態では、異なる種類の充填剤が存在するが、個別の層に配置され、それぞれ独立して多孔質層又は微粒子床内にある。
【０１０３】
不均一な充填剤が２つ以上の充填剤の微粒子ブレンドである場合、ブレンドは、最大１３００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第１の不均一な充填剤と、少なくとも１３００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むことができる。あるいは、ブレンドは、最大５００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第１の不均一な充填剤と、少なくとも５００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むことができる。あるいは、ブレンドは、最大１００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第１の不均一な充填剤と、少なくとも１００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むことができる。あるいは、ブレンドは、最大１０ｍ２／ｇの平均表面積を有する第１の不均一な充填剤と、少なくとも１０ｍ２／ｇの平均表面積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むことができる。
【０１０４】
あるいは、又は組み合わせて、ブレンドは、最大５００ナノメートルの数平均細孔容積を有する不均一な充填剤と、少なくとも５００ナノメートルの数平均細孔容積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むことができる。あるいは、ブレンドは、最大１マイクロメートルの数平均細孔容積を有する不均一な充填剤と、少なくとも１マイクロメートルの数平均細孔容積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むことができる。
【０１０５】
更なる代替として、充填剤は、活性炭、バーミフォーム炭素、ゼオライト、金属有機構造体（ＭＯＦ）、パーライト、アルミナ、グラスバブルズ、及びガラスビーズの組み合わせなどの、２つ以上の異なる充填剤組成物で構成され得る。
【０１０６】
音響物品
３つの例示的実施形態による音響物品が図１〜図３に示され、以降はそれぞれの番号１００、２００、及び３００によって参照される。示されるように、これらの音響物品１００、２００、３００のそれぞれは、多層構造である。図１〜図３及びその後の図では、該当する場合、入射音波と反射音波の方向が棒線の矢印で表される。
【０１０７】
物品１００は、３つの主要層から構成される。層は、以下の順序で、第１の多孔質層１０２、第２の多孔質層１０４、及び第３の多孔質層１０６を含む。任意に、及び示されるように、多孔質層１０２、１０４、及び多孔質層１０４、１０６は、互いに直接接触している。いくつかの実施形態では、１つ以上の追加の層がこれらの層の間に配置されてもよく、又は多孔質層１０２、１０６の外部に面する主表面に沿って延びてもよい。あるいは、多孔質層１０２、１０４の一方又は両方を除外することができる。
【０１０８】
物品１００では、多孔質層１０２、１０４、１０６は繊維不織布層として図示されているが、上記の「多孔質層」と題するサブセクションで詳細に説明されるように、他の種類の多孔質層（例えば、連続気泡発泡体、微粒子床）を代わりに使用してもよいことを理解されたい。図１に示されるように、第２の多孔質層１０４は不均一な充填剤を含み、多孔質層１０２、１０６は、不均一な充填剤を実質的に欠いている。
【０１０９】
多孔質炭素などの望ましい音響特性を有する不均一な充填剤は、第２の多孔質層１０４内の複数の繊維内に捕捉されている。不均一な充填剤は、第２の多孔質層１０４及び第２の多孔質層１０４に接触している不均一な充填剤の総重量に対して、１重量％〜９９重量％、１０重量％〜９０重量％、１５重量％〜８５重量％、２０重量％〜８０重量％の量で存在してもよく、又はいくつかの実施形態では、１重量％、２、３、４、５、７、１０、１２、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、若しくは９９重量％の値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい量で存在してもよい。不均一な充填剤の特定の態様は、「不均一な充填剤」と題された上記サブセクションに記載されている。
【０１１０】
任意に、図示されていないが、不均一な充填剤は、第２の多孔質層１０４内で部分的にのみ捕捉されていて、一部の不均一な充填剤は第２の多孔質層１０４の外側に存在してもよい。いくつかの実施形態では、本質的に、不均一な充填剤が、第２の多孔質層１０４内に捕捉されておらず、かつ本質的に全ての不均一な充填剤が、第２の多孔質層１０４に隣接する不均一な充填剤の微粒子床に存在する。
【０１１１】
有利には、活性炭から構成される不均一な充填剤の添加により、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの音周波数などの低音周波数での音響物品の音響吸収を実質的に増加させることができる。いくつかの実施形態では、活性炭から構成される不均一な充填剤の添加により、５０Ｈｚ、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、１６０、１６５、１７０、１７５、１８０、１８５、１９０、１９５、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、４００、５００、７００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、７０００、若しくは１０，０００Ｈｚの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい音周波数にわたって音響物品の音響吸収を実質的に増加させることができる。
【０１１２】
図示されている実施形態では、第３の多孔質層１０６は、第１の多孔質層１０２の厚さよりも著しく大きい厚さを有する。図２は、第１、第２、及び第３の多孔質層２０２、２０４、２０６を含む代替的な実施形態を示し、これらは図１のものと類似しているが、第３の多孔質層２０６が第１の多孔質層２０２の厚さよりも著しく大きい厚さを有する点が異なる。
【０１１３】
これらの構造では、１つの多孔質層は、他の多孔質層の厚さの１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、１１０％、１２０％、１３０％、１４０％、１５０％、２００％、２５０％、３００％、４００％、５００％、６００％、７００％、８００％、９００％、若しくは１０００％の値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい厚さを有し得る。
【０１１４】
提供される音響物品は、好ましくは、当面の用途における空間的制約内で所望の音響性能を達成する全体的な厚さを有する。個々の多孔質層は、１マイクロメートル〜１０センチメートル、３０マイクロメートル〜１センチメートル、５０マイクロメートル〜５０００ミリメートルの全体の厚さを有してもよく、又はいくつかの実施形態では、１マイクロメートル、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、５００マイクロメートル、１ミリメートル、２、３、４、５、７、１０、２０、５０、７０、若しくは１００ミリメートルの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい全体の厚さを有してもよい。
【０１１５】
多孔質層１０６、２０６は、全音響構造の低周波性能を改善する抵抗材料として機能することができる。多孔質層１０６、２０６はまた、粒子充填多孔質層１０４、２０４に到達すると音波の反射を誘発する傾向がある音響粒子速度を低減することができる。このシナリオでは、音響インピーダンス（圧力／速度）は速度がゼロに近づくにつれ非常に高くなるため、反射が発生しやすくなる。しかしながら、音響粒子の存在により、前述のように、空気分子の可逆吸着／脱着によって引き起こされる圧力が低下した層として作用することができる。圧力を下げると、音響インピーダンスも低下し、音の一部が透過することができ、かつ音響物品１００、２００内のより多くの音エネルギーの捕捉が助長され、ひいては音響性能が改善される。
【０１１６】
この実施形態では、不均一な充填剤は、実質的に互いに及び任意の多孔質層から分断されている。すなわち、不均一な充填剤の粒子は、互いに物理的に付着せず、周囲の構造から独立して少なくとも限定された移動又は振動が可能である。これらの場合、捕捉されている粒子は、繊維自体とはほとんど独立して、不織布材料の繊維内で移動及び振動することができる。
【０１１７】
物品３００は、不均一な充填剤を実質的に含まない３つの多孔質層３０２、３０６、３１０の間に挟まれた不均一な充填剤で充填された２つの多孔質層３０４、３０８を含むという点で、物品１００、２００の特徴及び利点を兼ね備えている。
【０１１８】
音響物品が６つ、７つ、又は更にはより多くの多孔質層で構成され、少なくとも１つの多孔質層が不均一な充填剤を含有するか、そうでなければ接触している、更なる実施形態もまた可能であることを理解されたい。
【０１１９】
図４は、第１の多孔質層４０２及び第２の多孔質層４０４、並びに第１の多孔質層４０２と第２の多孔質層４０４との間に配置された不均一な充填剤４２０の層を有する音響物品４００の側面図を示す。図５は、同じ物品４００を平面図で示しており、明確にするために第１の多孔質層４０２が除去されている。多孔質層４０２、４０４及び不均一な充填剤４２０は、図１〜図３中の多孔質層と類似している。多孔質層４０２、４０４は、物品４００の音響性能に寄与するだけでなく、不均一な充填剤４２０を多孔質層４０２、４０４間の空間に物理的に留めて固定するようにも機能することができる。
【０１２０】
物品４００の更なる注目すべき側面は、壁４３２による、複数の区画チャンバ４３０へのその分割である。チャンバ４３０は、互いに対して横方向に配置され、それぞれのチャンバ４３０は、示されるように、第１の多孔質層４０２、不均一な充填剤の層４２０、及び第２の多孔質層４０４、を含む。任意に、及び示されるように、チャンバ４３０は、平面図においてグリッドパターンで配置される。
【０１２１】
チャンバ４３０を互いに分け隔てる壁４３２は、それらの組成物において特に制限されず、多孔質であっても、多孔質でなくてもよい。好ましい実施形態では、壁４３２は、低流動抵抗を有する可撓性ポリマー膜、スクリム、又は有孔フィルム（有孔フィルムなど）から作製される。有利には、壁４３２はまた、物品４００内の側部境界の存在に基づいて、グレージング波（grazing wave）の消散を提供することによって、音響性能を改善することができる。
【０１２２】
再び図４及び図５を参照すると、壁４３２は、物品４００の主表面上のそれぞれの直交方向に沿って画定された規則的な間隔Δ１及びΔ２を有する。理想的な寸法は対象の音周波数に依存するが、Δ１及びΔ２のそれぞれは、独立して、多孔質層４０２、４０４の一方又は両方の厚さの、０．１％〜２００％の範囲内でもよく、又はいくつかの実施形態では、０．１％、０．２、０．５、１、２、５、７、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、若しくは５００％の値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きくてもよい。
【０１２３】
図６は、有孔フィルムから構成される多孔質層に基づく音響物品５００を対象とする。音響物品５００は、第１の有孔フィルム５０２と第２の有孔フィルム５０４（これまで「有孔フィルム」と題するサブセクションの下に記載されている）との間に留めた不均一な充填剤５２０を有している。フィルム５０２、５０４は、物品５００の主表面に垂直な方向に沿ってそれぞれのフィルム５０２、５０４にかけて延びている複数の開口５０３、５０５（又は貫通穴）を有する。任意に、及び図示されるように、複数の開口５０３、５０５は、開口５０３、５０５間の規則的な中心間間隔を有する所定の二次元パターンで配置される。
【０１２４】
示される実施形態では、開口５０３は、概ね開口５０５と位置合わせされているが、フィルム５０２、５０４は、違って対称ではない。フィルム５０４は、フィルム５０２よりも著しく厚い。更に、開口５０３は概ね円筒形であるが、開口５０５はテーパ状の側壁を有し、概ね円錐形状の開口部を形成する。再び図６を参照すると、不均一な充填剤５２０は、概ね円錐形の開口部内に存在し、不均一な充填剤５２０の粒子が開口５０３、５０５の最小幅よりも著しく大きいため、フィルム５０２、５０４の間に機械的に保持される。
【０１２５】
フィルム５０２、５０４は、接着剤の使用、熱積層、及び機械的結合を含む、任意の既知の方法によって互いに固定することができる。フィルム５０２、５０４のいずれかはまた、これらの方法のいずれかを使用して前述したように、繊維不織布層に結合することもできる。いくつかの実施形態では、繊維不織布層は、不均一な充填剤、有孔フィルム、又は別の繊維不織布層へのその付着を補助する粘着性ポリマー繊維を含有する。好適な粘着性繊維としては、例えば、スチレン−イソプレン−スチレン又はポリエチレン／ポリプロピレンコポリマーから作られた接着繊維が挙げられる。
【０１２６】
図７は、第１の有孔フィルム６０２及び第２の有孔フィルム６０４と、それらの間に配置された不均一な充填剤６２０と、を含むという点で、音響物品５００と多くの点が類似する音響物品６００を示す。しかしながら、物品６００は、図に示されるように、入射音波から離れて面する音響物品の主表面に接触し、それに沿って延びている密閉空気間隙６４０を追加的に含むという点で、前の物品とは異なる。空気間隙６４０は、特定の周波数での伝達損失を向上させるようにサイズ決定され得る共振チャンバを提供する。
【０１２７】
空気間隙６４０は、１／４波長理論に基づく音響共振器として作用することができる。この理論によれば、ピーク音響吸収は、音響層の厚さの１／４波長を表す周波数で生じる。より大きな空気間隙は、ピーク音響吸収をより低い周波数にシフトさせる。例えば、厚さ５センチメートルの空気間隙では、１６００Ｈｚでピーク吸収があり、１０ｃｍの空気間隙では、８００Ｈｚでピーク吸収が発生する場合がある。
【０１２８】
対象の音響周波数に応じて、空気間隙は、１０マイクロメートル〜１０センチメートル、５００マイクロメートル〜５センチメートル、１ミリメートル〜３センチメートルの厚さを有してもよく、又はいくつかの実施形態では、１０マイクロメートル、２０、３０、４０、５０、７０、１００、２００、５００、１ミリメートル、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、若しくは１００ミリメートル（１０センチメートル）の値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい厚さを有してもよい。
【０１２９】
図８は、不均一な充填剤で充填された吹込マイクロファイバーから構成される第１の繊維不織布層７０２を使用する、別の多層の実施形態による音響物品７００を示す。充填された不織布層７０２は、不均一な充填剤を含まない第２の不織布層７０４と接触している。任意に、第１の不織布層７０２は、第２の不織布層７０４の厚さよりも著しく薄い厚さを有する高密度化層のために圧縮されている。捕捉された粒子が高密度化され、かつ存在することにより、第１の不織布層７０２は、第２の不織布層７０４よりもはるかに高い密度を有することができる。不織布層７０２、７０４は、一対の抵抗スクリム７０６、７０８の間に挟まれている。
【０１３０】
粒子充填層は概ね、典型的なメルトブロー繊維不織布バッキング（１５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓよりも大きい）と比較して、低い流動抵抗（５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ未満）を有する。抵抗スクリム７０６、７０８は、高流動抵抗（例えば、最大２０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ）を呈する薄い多孔質層である。いくつかの実施形態では、抵抗スクリム７０６、７０８は、５０００マイクロメートル未満の厚さを有し、ごくわずかな曲げ剛性を有する。
【０１３１】
抵抗スクリムなどの抵抗層を含めることにより、特により低い周波数での音響性能を更に向上させることができる。これは、音響物品全体の流動抵抗の増加、及び第２の不織布層７０４内の音エネルギーの捕捉の増加に起因する。抵抗層は、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、２０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜３０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、又は５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜１０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓへの流動抵抗を有することができる。いくつかの実施形態では、抵抗層を通る流動抵抗は、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ、２０、３０、４０、５０、７０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、１０００、１１００、１２００、１５００、１７００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、７０００、７５００、若しくは８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい。
【０１３２】
抵抗層は、１マイクロメートル〜１０センチメートル、３０マイクロメートル〜１センチメートル、５０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの厚さを有してもよく、又はいくつかの実施形態では、１０マイクロメートル、２０、３０、４０、５０、７０、１００、２００、５００、１ミリメートル、２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、若しくは１００ミリメートル（１０センチメートル）の値について、これ未満、これと同じ、又はこれより大きい厚さを有してもよい。
【０１３３】
図９〜図１４はそれぞれ、１つ以上の有孔フィルムが非音響構造構成要素に直接又は間接的に結合されている音響アセンブリの一例を示す。
【０１３４】
図９は、不均一な充填剤を実質的に含まない繊維不織布層８０４に隣接する不均一な充填剤で充填された有孔フィルム８０２を有する音響アセンブリ８００を示す。示されるように、入射音波は最初に有孔フィルム８０２と接触している。有孔フィルム８０２とは反対側に、繊維不織布層８０４は、主要構造８５０にわたって延び、これと接触している。
【０１３５】
図１０は、一対の音響物品９０２、９０６を有する音響アセンブリ９００を示しており、各音響物品９０２、９０６は、図６に前述したように、それらの間に配置された不均一な充填剤を有する一対の有孔フィルムを含む。音響物品９０２、９０６の間に延びているのは、不均一な充填剤を実質的に含まない繊維不織布層９０４である。示されるように、音響物品９０２は入射音波に面し、音響物品９０６は主要構造９５０と接触している。
【０１３６】
図１１は、空気間隙１０４０の分だけ互いに離れた少なくとも第１の音響物品１００２及び第２の音響物品１００４を有する音響アセンブリ１０００を示す。示されるように、任意の数の追加の音響物品が、音響物品１００２、１００４と主要構造１０５０との間に挿入されてもよい。有利には、アセンブリ１０００内の有孔フィルムは、互いに異なる開口寸法、間隔、及び配列を有して、既知の音周波数に対するカスタマイズされた音響応答を提供することができる。示されるように、入射音波は最初に音響物品１００２に接触するが、これらの音波は、アセンブリ１０００内のフィルムのいずれか及び全てを通って伝播することができる。
【０１３７】
図１２は、音響物品１１０２及び微粒子床１１６０を有する音響物品１１００を示す。微粒子床１１６０は、音響物品１１０２と主要構造１１５０との間に画定された間隙内に捕捉された第２の不均一な充填剤から構成される。第１及び／又は第２の不均一な充填剤は、活性炭又はバーミフォーム炭素粒子などの、音響活性多孔質粒子を含む。微粒子床は、０．４ｇ／ｃｃ以上の密度を有することができ、繊維不織布層に典型的に見られる質量よりも著しく大きな質量を提供するので、特定の音響用途に有利であり得る。
【０１３８】
図１３は、音響物品１２０２が、不均一な充填剤で充填され、主要構造１２５０から離れている音響アセンブリ１２００を示す。音響物品１２０２の一方の側面は入射音波に面し、反対側は主要構造１２５０に面する。音響物品１２０２は、複数の壁１２３２によって順に画定される、一連の密閉された音響チャンバ（図４〜図５に示されるものと類似）によって、主要構造１２５０に接続されている。各壁１２３２は、音響物品１２０２に対して概ね垂直な平面に沿って配向されている。壁１２３２は、有孔フィルムから作られており、追加的なグレージング流（grazing flow）の消散を提供する。
【０１３９】
図１４は、音響物品１３０２が主要構造１３５０から離れている音響アセンブリ１３００を示す。音響物品１３０２は、複数のスタンドオフ１３７０によって主要構造１３５０に結合されている。スタンドオフ１３７０は、示されるように中実であり、主要構造１３５０における振動に応答して構造減衰効果を提供することができる。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、上記の音響物品は、音響バリア及び音響吸収体の両方の特性が同時に求められる用途で使用するように設計することができる。従来の多孔質音響吸収体は、音響バリア性能が不足しており、これは、音伝達損失性能が劣っていることを意味し、音響吸収に対する孔容積の要求値が高いことを背景とする。従来のアプローチでは、これらの用途に２つの異なる処理が使用されており、例えば、吸収体処理は音響エネルギーを消散するために使用され、バリア処理は音エネルギーの伝達を遮断するために使用されていた。
【０１４１】
不織布繊維材料のバリア性能を改善する簡素な方法の１つは、材料の空気流動抵抗を高めることである。しかしながら、この手段を取る場合、材料全体の孔容積のレベルと音響圧力の粘性消散との両方が低減されるため、材料の音響吸収性能が失われる可能性が非常に高くなる。悪くない吸収性能及びバリア性能を同時に得るには、空気流動抵抗を高めながら、材料全体に一定レベルの孔容積を保持することが可能である。
【０１４２】
次の実施例に示されるように、高い孔容積と空気流動抵抗とを組み合わせることにより、提供された音響物品が音響吸収体及び音響バリアの両方として作用することが可能になる。これらの実施形態では、非常に高い表面積（典型的には８００ｍ２／ｇを超える）を有する活性炭などの多孔質炭素が、高レベルで充填されて、かなりの量の音響エネルギーを消散させる。驚くべきことに、これらの材料は、同じ厚さを有する固体バリアの質量則によって予測されるものを超える防音性能を提供することができる。
【０１４３】
使用方法
提供される音響物品は、音伝達を制御するための多数の多様な用途に組み込むことができる。例えば、図９〜図１４の主要構造は、固定構造物、陸上車両、水上車両、又は航空宇宙用機体の一部であり得る。固定構造物の例としては、機械設備などの建物デバイス及びノイズ発生デバイスが挙げられる。陸上車両の例としては、自動車及び列車が挙げられる。航空宇宙用車両の例としては、航空機、ヘリコプター、及び宇宙船が挙げられる。
【０１４４】
陸上車両としては、商用トラック、乗用トラック（passenger truck）、自動車両（automatous vehicle）、トレーラー、鉄道車両、鉄道機関車、オートバイなどが挙げられる。このような車両の場合、提供された音響物品は、ドア、屋根、床下、車両トラック、エンジンコンパートメント、手荷物エリア、及びタイヤに含まれ得る。鉄道車両としては、地下鉄、鈍行通勤列車、及び高速列車が挙げられる。
【０１４５】
建物デバイスの例としては、加熱及び冷却デバイス、放熱器、送風機、並びに対応するダクト作業及び空気処理機器を包含するＨＶＡＣ（加熱、換気、空調）システムが挙げられる。機械デバイスとしては、内燃機関、モーター、箔押機、圧縮機、乾燥機、ポンプ、射出成形機、オーブン、機械輸送デバイス、コンベアが挙げられ、更に、芝生／草刈り機、送風機、除雪機、トラクター、鋤、及び刈り取り機などの産業用／商業用又は家庭用機器を挙げることができる。他の家庭及び建物デバイスとしては、冷蔵庫、電子レンジ、食器洗浄機、衣類洗浄機、衣類乾燥機、真空掃除機、及び製氷機などの器具が挙げられる。
【０１４６】
より広義には、提供される音響物品は、建物、家、商業地、製造プラント、空港、発電所、発電プラント、病院、地下鉄、トンネル、エレベーター、エスカレーター、ショッピングセンター、小売センター、スポーツスタジム、コンサートホール、倉庫、及びオフィスビルに使用することができる。特定の用途としては、天井タイル、音低減パネル、壁、立方体の壁及び床での使用が挙げられる。装飾壁カバー（例えば、壁紙、布、カーテン）を音響物品又はアセンブリに積層又は他の方法で適用することも可能である。同様に、音響物品は、コンピューター、携帯電話、タブレット、及びサーバファームなどの電子機器において有用であり得る。所望であれば、提供される物品及びアセンブリは、難燃性添加剤を含むことができる。
【０１４７】
音響物品が構造又は車両に配置される場合、物品は、２つのパネルの間に位置決めされ、固定され得る。自動車又は航空機の場合、第１のパネルは内装材であってもよく、第２のパネルは、鋼又はアルミニウムなどの材料を含むことができる自動車車体又は航空機胴体などの外面とすることができる。いくつかの追加的な例では、音響物品は、音響物品を少なくとも部分的に取り囲むシェル又はバッグを備えて配置することができる。次いで、第１及び第２のパネルがシェルに取り付けられる。シェルは、ポリフッ化ビニル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、エポキシ、又はこれらの混合物などの任意の好適な材料を含むことができる。シェルは、ポリアミド、不織布スクリム、鉱物繊維、又はこれらの混合物から選択される補強材料を更に含むことができる。
【０１４８】
網羅することを意図するものではないが、音響物品、アセンブリ、及び関連する方法の更なる実施形態は以下のとおりである。
【０１４９】
１．  音響物品であって、多孔質層と、多孔質層と接触し、多孔質炭素を含み、かつ０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する不均一な充填剤と、を含み、音響物品は、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、音響物品。
【０１５０】
２．  音響物品が、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜６０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態１に記載の音響物品。
【０１５１】
３．  音響物品が、１００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜５０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態２に記載の音響物品。
【０１５２】
４．  多孔質層が、複数の繊維を有する不織布繊維層を含み、不均一な充填剤が、複数の繊維内に少なくとも部分的に捕捉されている、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１５３】
５．  複数の繊維が、０．１マイクロメートル〜２０００マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態４に記載の音響物品。
【０１５４】
６．  複数の繊維が、５マイクロメートル〜１０００マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態５に記載の音響物品。
【０１５５】
７．  複数の繊維が、１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態６に記載の音響物品。
【０１５６】
８．  複数の繊維が、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ナイロン６，６、ポリウレタン、ポリブテン、ポリ乳酸、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエチレン−ｃｏ−ビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、環状ポリオレフィン、又はこれらのコポリマー若しくはブレンドから選択されるポリマーを、複数の繊維の総重量を基準にして、少なくとも３５重量％の量で含む、実施形態４〜７のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１５７】
９．  複数の繊維が接着繊維を含む、実施形態４〜８のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１５８】
１０．  複数の繊維が熱可塑性半結晶性ポリマーを含む、実施形態４〜９のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１５９】
１１．  複数の繊維がメルトブロー繊維を含む、実施形態４〜９のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６０】
１２．  複数の繊維が、最大１０マイクロメートルのメジアン径を有する複数の第１の繊維と、少なくとも１０マイクロメートルのメジアン径を有する複数の第２の繊維と、を含む、実施形態４〜１１のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６１】
１３．  複数の繊維が、２０，０００ｇ／ｍｏｌを超える重量平均分子量を有するポリマーを含む、実施形態４〜１２のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６２】
１４．  繊維不織布層が、収縮試験に基づいて、１５０℃で７日後に１５％未満の収縮率を示す、実施形態４〜１３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６３】
１５．  複数の繊維が繊維ガラスを含む、実施形態４〜９のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６４】
１６．  多孔質層が連続気泡発泡体を含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６５】
１７．  多孔質層が微粒子床を含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１６６】
１８．  微粒子床が、活性炭、バーミフォーム炭素、ゼオライト、金属有機構造体（ＭＯＦ）、パーライト、アルミナ、グラスバブルズ、ガラスビーズ、及びこれらの混合物の粒子を含む、実施形態１７に記載の音響物品。
【０１６７】
１９．  微粒子床が、０．１マイクロメートル〜２０００マイクロメートルの平均粒子サイズを有する粒子を含む、実施形態１７又は１８に記載の音響物品。
【０１６８】
２０．  微粒子床が、５マイクロメートル〜１０００マイクロメートルの平均粒子サイズを有する粒子を含む、実施形態１９に記載の音響物品。
【０１６９】
２１．  微粒子床が、１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルの平均粒子サイズを有する粒子を含む、実施形態２０に記載の音響物品。
【０１７０】
２２．  多孔質層が、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する有孔フィルムを含み、不均一な充填剤が、有孔フィルムにわたって層内に延びている、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１７１】
２３．  有孔フィルムが、単独で１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態２２に記載の音響物品。
【０１７２】
２４．  有孔フィルムが、単独で３０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜６０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態２３に記載の音響物品。
【０１７３】
２５．  有孔フィルムが、不均一な充填剤の層に接着結合されている、実施形態２２〜２４のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１７４】
２６．  複数の繊維が、有孔フィルムを不均一な充填剤の層に接着結合する粘着性繊維を含む、実施形態２５に記載の音響物品。
【０１７５】
２７．  不均一な充填剤のうちの少なくとも一部が、複数の開口内に存在する、実施形態２２〜２６のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１７６】
２８．  多孔質層が、０．１ＧＰａ〜４２０ＧＰａの曲げ弾性率を有する、実施形態１〜２７のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１７７】
２９．  多孔質層が、０．２ＧＰａ〜２１０ＧＰａの曲げ弾性率を有する、実施形態２８に記載の音響物品。
【０１７８】
３０．  多孔質層が、０．２ＧＰａ〜５ＧＰａの曲げ弾性率を有する、実施形態２９に記載の音響物品。
【０１７９】
３１．  多孔質層が、１マイクロメートル〜１０センチメートルの厚さを有する、実施形態１〜３０のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１８０】
３２．  多孔質層が、３０マイクロメートル〜１センチメートルの厚さを有する、実施形態３１に記載の音響物品。
【０１８１】
３３．  多孔質層が、５０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの厚さを有する、実施形態３２に記載の音響物品。
【０１８２】
３４．  多孔質層が、第１の多孔質層であり、更に、第１の多孔質層にわたって延びている、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する第２の多孔質層を含む、実施形態１〜３３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１８３】
３５．  第２の多孔質層が、３０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜６０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態３４に記載の音響物品。
【０１８４】
３６．  第２の多孔質層が、５０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜４０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態３５に記載の音響物品。
【０１８５】
３７．  第２の多孔質層が不織布繊維層を含む、実施形態３４〜３６のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１８６】
３８．  第２の多孔質層が、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する有孔フィルムを含む、実施形態３４〜３６のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１８７】
３９．  第２の多孔質層が、第１の多孔質層内に不均一な充填剤を固定するように作用している、実施形態３４〜３８のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１８８】
４０．  第２の多孔質層が、０．０１ミリメートル〜１００ミリメートルの厚さを有する、実施形態３４〜３９のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１８９】
４１．  第２の多孔質層が、０．１ミリメートル〜５０ミリメートルの厚さを有する、実施形態４０に記載の音響物品。
【０１９０】
４２．  第２の多孔質層が、０．３ミリメートル〜１０ミリメートルの厚さを有する、実施形態４１に記載の音響物品。
【０１９１】
４３．  不均一な充填剤が、多孔質層及び多孔質層に接触している不均一な充填剤の総重量に対して、１０重量％〜９５重量％の量で存在する、実施形態１〜４２のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１９２】
４４．  不均一な充填剤が、多孔質層の重量に対して、１５重量％〜８５重量％の量で存在する、実施形態４３に記載の音響物品。
【０１９３】
４５．  不均一な充填剤が、多孔質層の重量に対して、２０重量％〜８０重量％の量で存在する、実施形態４４に記載の音響物品。
【０１９４】
４６．  不均一な充填剤が、第２の多孔質層内に更に配置されている、実施形態３４〜４５のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１９５】
４７．  第２の多孔質層内の不均一な充填剤が、第２の多孔質層及び第２の多孔質層に接触している不均一な充填剤の総重量に対して、１０重量％〜９５重量％の量で存在する、実施形態４６に記載の音響物品。
【０１９６】
４８．  第２の多孔質層内の不均一な充填剤が、第２の多孔質層の重量に対して、１５重量％〜８５重量％の量で存在する、実施形態４７に記載の音響物品。
【０１９７】
４９．  第２の多孔質層内の不均一な充填剤が、第２の多孔質層の重量に対して、２０重量％〜８０重量％の量で存在する、実施形態４８に記載の音響物品。
【０１９８】
５０．  多孔質層の主表面のうちの少なくとも一部分にわたって延びている抵抗層を更に含み、抵抗層は、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態１〜４９のいずれか１つに記載の音響物品。
【０１９９】
５１．  抵抗層が、２０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜６０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態５０に記載の音響物品。
【０２００】
５２．  抵抗層が、３０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜４０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態５１に記載の音響物品。
【０２０１】
５３．  抵抗層がスクリムを含む、実施形態５０〜５２のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２０２】
５４．  抵抗層が１マイクロメートル〜１０センチメートルの厚さを有する、実施形態５０〜５３のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２０３】
５５．  抵抗層が３０マイクロメートル〜１センチメートルの厚さを有する、実施形態５４に記載の音響物品。
【０２０４】
５６．  抵抗層が５０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの厚さを有する、実施形態５５に記載の音響物品。
【０２０５】
５７．  多孔質層に隣接する空気間隙を更に含む、実施形態１〜５６のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２０６】
５８．  空気間隙が１０マイクロメートル〜１０センチメートルの厚さを有する、実施形態５７に記載の音響物品。
【０２０７】
５９．  空気間隙が５００マイクロメートル〜５センチメートルの厚さを有する、実施形態５８に記載の音響物品。
【０２０８】
６０．  空気間隙が１ミリメートル〜３センチメートルの厚さを有する、実施形態５９に記載の音響物品。
【０２０９】
６１．  不均一な充填剤が、０．５ｍ２／ｇ〜５０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する、実施形態１〜６０のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２１０】
６２．  不均一な充填剤が、５０ｍ２／ｇ〜２５００ｍ２／ｇの平均表面積を有する、実施形態６１に記載の音響物品。
【０２１１】
６３．  不均一な充填剤が、０．１ナノメートル〜５０マイクロメートルの数平均孔径を有する、実施形態１〜６２のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２１２】
６４．  不均一な充填剤が、１ナノメートル〜４０マイクロメートルの数平均孔径を有する、実施形態６３に記載の音響物品。
【０２１３】
６５．  不均一な充填剤が、２．５ナノメートル〜３０マイクロメートルの数平均孔径を有する、実施形態６４に記載の音響物品。
【０２１４】
６６．  不均一な充填剤が、最大５００ナノメートルの最小孔径を有する、実施形態１〜６５のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２１５】
６７．  不均一な充填剤が、最大２００ナノメートルの最小孔径を有する、実施形態６６に記載の音響物品。
【０２１６】
６８．  不均一な充填剤が、最大１００ナノメートルの最小孔径を有する、実施形態６７に記載の音響物品。
【０２１７】
６９．  不均一な充填剤が、多孔質アルミナ、ゼオライト、雲母、エアロゲル、シリカ、バーミキュライト、パーライト、金属有機構造体、又はこれらの混合物を更に含む、実施形態１〜６８のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２１８】
７０．  不均一な充填剤が、０．０１ｃｍ３／ｇ〜５ｃｍ３／ｇの数平均細孔容積を有する、実施形態６９に記載の音響物品。
【０２１９】
７１．  多孔質炭素が活性炭を含む、実施形態７０に記載の音響物品。
【０２２０】
７２．  多孔質炭素が、バーミフォーム炭素を含む、実施形態７０又は７１に記載の音響物品。
【０２２１】
７３．  不均一な充填剤が閉孔充填剤（closed pore filler）を含む、実施形態１〜７２のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２２２】
７４．  閉孔充填剤が、膨張ポリマー微小球、セラミック微小球、中空グラスバブルズ、又はこれらの混合物を含む、実施形態７３に記載の音響物品。
【０２２３】
７５．  不均一な充填剤が、互いに実質的に分断された粒子を含む、実施形態１〜７４のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２２４】
７６．  不均一な充填剤が、０．１マイクロメートル〜２０００マイクロメートルの数平均粒子サイズを有する、実施形態１〜７５のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２２５】
７７．  不均一な充填剤が、１０マイクロメートル〜１０００マイクロメートルの数平均粒子サイズを有する、実施形態７６に記載の音響物品。
【０２２６】
７８．  不均一な充填剤が、３０マイクロメートル〜５００マイクロメートルの数平均粒子サイズを有する、実施形態７７に記載の音響物品。
【０２２７】
７９．  不均一な充填剤が、最大１３００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第１の不均一な充填剤と、少なくとも１３００ｍ２／ｇの平均表面積を有する第２の不均一な充填剤と、を含むブレンド充填剤である、実施形態１〜７８のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２２８】
８０．  不均一な充填剤が、最大５００ナノメートルの数平均孔径を有する第１の不均一な充填剤と、少なくとも５００ナノメートルの数平均孔径を有する第２の不均一な充填剤と、を含む、実施形態１〜７８のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２２９】
８１．  不均一な充填剤が、多孔質炭素を含む第１の不均一な充填剤と、ゼオライト、アルミナ、グラスバブルズ、カーボンブラック、炭素繊維、及びガラスビーズのうちの１つ以上を含む第２の不均一な充填剤と、を含む、実施形態１〜７８のいずれか１つに記載の音響物品。
【０２３０】
８２．  ３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径を有する複数の開口と、有孔フィルムにわたって層内に延びている不均一な充填剤と、を有する有孔フィルム、を含み、不均一な充填剤のうちの少なくとも一部が、複数の開口内に存在する、音響物品。
【０２３１】
８３．  音響物品の製造方法であって、音響物品の音響吸収を５０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚの音周波数で増加させるために、多孔質炭素を含む不均一な充填剤を多孔質層内に配置することであって、不均一な充填剤が、０．１ｍ２／ｇ〜１０，０００ｍ２／ｇの平均表面積を有する、配置すること、を含む、製造方法。
【０２３２】
８４．  多孔質層が、複数の繊維を含む不織布繊維ウェブを含み、多孔質炭素が、複数の繊維内に少なくとも部分的に捕捉されている、実施形態８３に記載の方法。
【０２３３】
８５．  多孔質層が、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する有孔フィルムを含み、不均一な充填剤を多孔質層内に配置することは、不均一な充填剤を複数の開口内に配置すること、を含む、実施形態８３に記載の方法。
【０２３４】
８６．  多孔質層が第１の多孔質層であり、第１の多孔質層上に第２の多孔質層を配置して、第１の多孔質層内に不均一な充填剤を固定すること、を更に含む、実施形態８３〜８５のいずれか１つに記載の方法。
【０２３５】
８７．  第２の多孔質層が、３０マイクロメートル〜５０００マイクロメートルの平均最小直径である複数の開口を有する有孔フィルムを含む、実施形態８６に記載の方法。
【０２３６】
８８．  多孔質層が、１０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ〜８０００ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓの流動抵抗を有する、実施形態８３〜８７のいずれか１つに記載の方法。
【０２３７】
８９．  実施形態１〜８２のいずれか１つに記載の音響物品を含み、音響物品に結合された主要な航空宇宙又は自動車構造を更に含む、音響アセンブリ。
【０２３８】
９０．  実施形態１〜８２のいずれか１つに記載の音響物品を使用する方法であって、表面に近接して音響物品を配置して、表面の振動を減衰させること、を含む、方法。
【０２３９】
９１．  実施形態１〜８２のいずれか１つに記載の音響物品を使用する方法であって、音響物品を空気キャビティに近接して配置して、空気キャビティを通って伝達される音エネルギーを吸収すること、を含む、方法。
【０２４０】
９２．  音エネルギーの吸収が、音響物品を通る流体の正味の流れが本質的にゼロで起こる、実施形態９１に記載の音響物品の使用方法。
【実施例】
【０２４１】
【表１】
2021500610.tif 000003
【０２４２】
試験方法
垂直入射音響吸収
ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｎｄ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｔｕｂｅ，Ｔｗｏ  Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓ  ａｎｄ  ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ」に従って、垂直入射音響吸収を試験した。Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ（Ｄｅｎｍａｒｋ）から入手可能な「ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ  ＴＵＢＥ  ＫＩＴ（５０ＨＺ−６．４ＫＨＺ）ＴＹＰＥ  ４２０６」を使用した。略語「α」を使用して、垂直入射吸収係数を報告した。
【０２４３】
伝達損失音響試験
ＡＳＴＭ  Ｅ２６１１−０９（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｎｏｒｍａｌ  Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  Ｓｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｍｅｔｈｏｄ）に概説される手順に従って、バリア特性を確認するための音響材料の伝達損失を測定した。材料によって伝達、反射、及び消散される音響エネルギーを表す伝達係数、反射係数、及び消散係数を計算し、Ｔ、Ｒ、及びαｄとして報告した。
【０２４４】
活性炭材料の表面積
ＡＵＴＯＳＯＲＢ  ＩＱ（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｂｏｙｎｔｏｎ  Ｂｅａｃｈ，Ｆｌｏｒｉｄａ））を使用して、市販の活性炭材料の表面積を分析した。７７ＫでのＮ２吸着によって表面積を求めた。
【０２４５】
空気流動抵抗
ＡＳＴＭ  Ｃ−５２２−０３（Ｒｅｐｒｏｖｅｄ  ２００９）、「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｉｒｆｌｏｗ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｆ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」に従って、「手で剥離した高密度化層部分」にわたる流動抵抗を測定した。測定に使用した機器は、ＰＯＲＯＵＳ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ｉｔｈａｃａ，ＮＹ）から入手可能なＰＥＲＭＥＡＭＥＴＥＲ  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｕｍｂｅｒ  ＧＰ−５２２−Ａであった。流動抵抗をＲａｙｌｓ（Ｐａ・ｓ／ｍ）単位で報告した。
【０２４６】
実施例におけるＢＭＦウェブ粒子層の流動抵抗は、約３０ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓであると測定された。
【０２４７】
実施例１（ＥＸ−１）
Ｗｅｎｔｅ，Ｖａｎ  Ａ．、「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ」ｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌ．４８ページ１３４２以降（１９５６）、及び１９５４年５月２５日に発行されたＷｅｎｔｅ，Ｖａｎ  Ａ．Ｂｏｏｎｅ，Ｃ．Ｄ．及びＦｌｕｈａｒｔｙ，Ｅ．Ｌ．による「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ」と題されたＮａｖａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓのレポートＮｏ．４３６４に記載されているものと同様の方法によって、不織布メルトブローウェブを調製したが、例外点として、ドリルダイを使用して繊維を製造した。
【０２４８】
ダイを通して高速の加熱空気流にポリプロピレン樹脂を押出成形し、その凝固及び回収の前にポリプロピレン吹込マイクロファイバー（「ＢＭＦ」）を延伸し、細径化させた。ポリプロピレン吹込マイクロファイバーの流れを、米国特許第４，１１８，５３１号（Ｈａｕｓｅｒ）に記載の方法に従ってポリプロピレン短繊維とブレンドした。更に、米国特許第３，９７１，３７３号（Ｂｒａｕｎ）の方法に従って、ポリプロピレン吹込マイクロファイバーの流れにＡＣ−１活性炭粒子を供給した。ポリプロピレン吹込マイクロファイバー、ポリプロピレン短繊維、及び活性炭粒子のブレンドを、ナイロンベルト上でランダムに回収し、活性炭粒子を充填したポリプロピレンＢＭＦウェブ粒子層を得た。ＢＭＦウェブ粒子層を、９５重量％の活性炭粒子と５重量％の吹込マイクロファイバーとの比で充填し、総面積密度が２００ｇｓｍとなるようにした。
【０２４９】
垂直入射音響吸収をＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。ＥＸ−１の粒子層を、２０ｍｍの空気空間バッキングを有するインピーダンスチューブに取り付けた。試験結果の概要は表２のとおりであった。
【表２】
2021500610.tif 000004
【０２５０】
実施例２（ＥＸ−２）
活性炭ＡＣ−１（３ｇ）をＢＭＦ−１のサンプルにランダムに分布させ（手で引き裂いて粒子をウェブに分布させ）、総面積密度を６８０ｇｓｍとした。得られたＢＭＦウェブのサンプルの厚さは４０ｍｍであった。垂直入射音響吸収を、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。試験結果の概要は表３のとおりであった。
【０２５１】
ＢＭＦ−１（入手状態のまま、活性炭粒子なし）の試験結果の概要も表３のとおりであった。
【０２５２】
実施例３（ＥＸ−３）
活性炭ＡＣ−１（６ｇ）をＢＭＦ−１のサンプルにランダムに適用し（手で引き裂いて粒子をウェブに分布させ）、総面積密度を１４５０ｇｓｍとした。得られたＢＭＦウェブのサンプルの厚さは４０ｍｍであった。垂直入射音響吸収を、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。試験結果の概要は表３のとおりであった。
【０２５３】
実施例４（ＥＸ−４）
活性炭ＡＣ−１（２０ｇ）をＢＭＦ−１のサンプルにランダムに適用し（手で引き裂いて粒子をウェブ全体に分布させ）、総面積密度を２９００ｇｓｍとした。得られたＢＭＦウェブのサンプルの厚さは４０ｍｍであった。垂直入射音響吸収を、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。試験結果の概要は表３のとおりであった。
【表３】
2021500610.tif 000005
【０２５４】
実施例５（ＥＸ−５）
ＥＸ−１（図１を参照；層１０４は厚さ＝３ｍｍ）によるＢＭＦウェブ粒子層を、ＢＭＦ−１の２つの層（厚さ＝１１．３ｍｍの層１０２、及び厚さ＝２５．７ｍｍの層１０６）の間に配置することにより、３層の音響物品（図１の１００を参照）を構築し、ＢＭＦウェブ粒子層を音響物品の一方の主表面により多く配置するようにした。垂直入射吸収係数を得るために、インピーダンスチューブ内に取り付けられた場合、全体の構造の厚さを４０ｍｍに設定した。
【０２５５】
ＥＸ−５の垂直入射音響吸収を、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験し、試験結果の概要は表４のとおりであった。試験構成の１つでは、粒子層は、「前部」（すなわち、音源近くに；図１の音響物品２００の２０４を参照）に配置され、第２の試験構成では、粒子層は「後部」（すなわち、音源から遠くに；図２の音響物品１００の層１０４を参照）に配置された。
【表４】
2021500610.tif 000006
【０２５６】
実施例６（ＥＸ−６）
ＥＸ−１（厚さ＝３ｍｍをそれぞれ有する層３０４及び３０８）による２つの粒子層を、ＢＭＦ−１の３層（それぞれ厚さ＝１１．３ｍｍを有する層３０２、３０６、及び３１０）の中で散在させることによって、５層の音響物品（図２の３００を参照）を構築した。垂直入射吸収係数を得るために、インピーダンスチューブ内に取り付けられた場合、全体の構造の厚さを４０ｍｍに設定した。
【０２５７】
ＥＸ−６の垂直入射音響吸収をＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。試験結果の概要は表４のとおりで、垂直入射吸収係数「α」を報告する。
【０２５８】
実施例７（ＥＸ−７）
マイクロ有孔フィルム及びＡＣ−１粒子の２つの層から、マイクロ有孔フィルム「サンドイッチ状」（図６の５００を参照）を構成した。米国特許第６，６１７，００２号（Ｗｏｏｄ）に記載されているように、マイクロ有孔フィルムを調製した。フィルムグレードのポリプロピレン樹脂ＰＰ−１をポリプロピレンフィルム（厚さ１．８ｍｍ）の押出成形に使用した後、フィルムをエンボス加工及び熱処理して、エンボス加工により開口を作製した。開口の寸法は、図１５ａ〜図１５ｃ及び表５に詳述されたとおりであった。
【表５】
2021500610.tif 000007
【表６】
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【０２５９】
マイクロ有孔フィルムの１つの層（図５の５０４を参照）を、大きな方の直径が上向きの概ね円錐形の孔開口部で配向し、ＡＣ−１粒子を散布して開口を少なくとも部分的に充填した（図５の５０５参照）。同じ種類のマイクロ有孔フィルムの第２の層を、第１の層の上に配置し、大きな方の直径が下向きの概ね円錐形の孔開口部で配向して、少なくとも部分的に充填された開口を覆うようにした（図６の５００を参照されたい；この実施例では、層５０２及び５０４は同じ厚さ及び開口寸法、並びに開口間の距離を有する）。２つのマイクロ有孔フィルム層の開口を完全に位置合わせする試みはなされなかった。ＥＸ−７の得られた音響物品は、約２５ｇｓｍの総面積密度を有した。
【０２６０】
ＥＸ−７の音響物品の垂直入射音響吸収を、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。試験構成は、２０ｍｍ又は３０ｍｍのいずれかに設定した「空気間隙」（図６の６４０を参照）を含んだ。試験結果の概要は表６のとおりであった。
【表７】
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【０２６１】
実施例８（ＥＸ−８）
ＥＸ−１に記載の手順に従ってＢＭＦウェブ粒子層を調製したが、例外点として、ポリプロピレン樹脂の代わりにポリウレタン（「ＰＵ」）樹脂を使用し、ＡＣ−１活性炭粒子の代わりにＡＣ−２活性炭粒子を使用した。得られたＰＵ  ＢＭＦウェブ粒子層は、９５重量％の活性炭粒子と５重量％の吹込マイクロファイバーとの比を有した。
【０２６２】
ＰＵ  ＢＭＦウェブ粒子層をＢＭＦ−２のサンプルに入れ、「サンドイッチ状」構造を作製した（図８の音響物品７００を参照）。ＢＭＦ−２不織布層（図８の７０６参照）の抵抗スクリム層のうちの１つ（図８の７０４参照）を剥離し、ＰＵ  ＢＭＦウェブ粒子層（図８の７０２参照）をスクリム層の内面に沿って配置し、スクリム層を再度閉じて、８．９ｇｓｍの面積密度を有するサンドイッチ状構造を得た。
【０２６３】
垂直入射音響吸収をＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。ＥＸ−８の粒子層を、２０ｍｍの空気空間バッキングを有するインピーダンスチューブに取り付けた。試験したＥＸ−８の音響物品の厚さは１０ｍｍであった。比較のために、ＢＭＦ−２の層も１０ｍｍの厚さで試験した。試験結果の概要は表７のとおりであった。
【表８】
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【０２６４】
ＢＭＦ−３の調製
ＥＸ−１に記載したものと同様の方法に従ってＢＭＦ−３を作製したが、例外点として、活性炭粒子を添加しなかった。ポリマー材料はポリプロピレンであった。含まれるＢＭＦ−３には、ＳＭＳ（スパンボンド／メルトブロー／スパンボンド）スクリム層の上部と底部が含まれ、面積密度は約２０ｇｓｍである。（市販のＢＭＦ−１及びＢＭＦ−２に見られるものと同様）。ＢＭＦ−３は、約４００ｇｓｍの総面積密度及び約２０ｍｍの厚さを有した。
【０２６５】
実施例９（ＥＸ−９）
実施例８に記載の手順に従って、サンドイッチ構造（図８の７００を参照）を有する音響物品を調製したが、例外点として、不織布層としてＢＭＦ−２の代わりにＢＭＦ−３を使用した（図８の７０４を参照）。
【０２６６】
垂直入射音響吸収をＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２に従って試験した。ＥＸ−９の粒子層を、２０ｍｍの空気空間バッキングを有するインピーダンスチューブに取り付けた。試験したＥＸ−９の音響物品の厚さは１０ｍｍであった。比較のために、ＢＭＦ−３の層も１０ｍｍの厚さで試験した。試験結果の概要は表８のとおりであった。
【表９】
2021500610.tif 000011
【０２６７】
実施例１０（ＥＸ−１０）
活性炭粒子を充填したＢＭＦウェブ粒子層をＥＸ−１に記載の手順に従って作製したが、例外点として、ポリプロピレンの代わりにポリウレタン材料を使用した。活性炭粒子は、３２×６０のメッシュサイズを有した。ＢＭＦウェブ粒子層を、９５重量％の活性炭粒子と５重量％の吹込マイクロファイバーとの比で充填し、総面積密度が１５００ｇｓｍとなるようにした。ＢＭＦウェブ粒子層の厚さは５ｍｍであった。
【０２６８】
ＢＭＦウェブ粒子層の音響減衰測定を以下のように行った。ＢＭＦウェブ粒子層のサンプル（３５４ｍｍ×２８８ｍｍ）を、鋼パネル（高さ＝３５４ｍｍ、幅＝２８８ｍｍ、厚さ＝１ｍｍ）の上部に配置した。鋼プレートの底側に位置決めされたモーダル振とう器により鋼プレートを振とうした。モーダル振とう器は、ランダムなノイズ信号を与え、モーダル振とう器と同じ鋼プレートの側面に位置決めされているが、振とう器が鋼プレートに接した位置から多少離れた加速度計を用いて、プレートの振動応答を測定した。鋼パネルのみ（比較）及びＢＭＦウェブ粒子層を上部に配置した鋼パネルの両方について加速度応答対周波数を測定した。試験結果の概要は表１６のとおりであった。
【０２６９】
実施例１１（ＥＸ−１１）
活性炭ＡＣ−３粒子を充填したＢＭＦウェブ粒子層を、ＥＸ−１に記載の手順に従って作製した。活性炭粒子は、４８×１００のメッシュサイズを有した。ＢＭＦウェブ粒子層を、４０重量％の活性炭粒子と６０重量％の吹込マイクロファイバーとの比で充填し、総面積密度が４００ｇｓｍとなるようにした。ＢＭＦウェブ粒子層の厚さは８ｍｍであった。
【０２７０】
伝達損失音響試験を、ＡＳＴＭ  Ｅ２６１１−０９に従って実行した。垂直入射伝達損失の結果は表９に示すとおりであり、ＢＭＦ−１及び３００ｇｓｍ及び４００ｇｓｍでの質量則の結果と比較される。
【表１０】
2021500610.tif 000012
【０２７１】
電力伝達係数、反射係数、及び消散係数の結果の詳細を表１０に示す。
【表１１】
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【０２７２】
実施例１２（ＥＸ−１２）
活性炭ＡＣ−３粒子を充填したＢＭＦウェブ粒子層を、ＥＸ−１に記載の手順に従って作製した。活性炭粒子は、４８×１００のメッシュサイズを有した。ＢＭＦウェブ粒子層を、８０重量％の活性炭粒子と２０重量％の吹込マイクロファイバーとの比で充填し、総面積密度が４００ｇｓｍとなるようにした。ＢＭＦウェブ粒子層の厚さを１ｍｍとした。空気流動抵抗（ＡＦＲ）を試験し、結果は約３５０Ｒａｙｌｓであった。
【０２７３】
実施例１３（ＥＸ−１３）
活性炭ＡＣ−３粒子を充填したＢＭＦウェブ粒子層を、ＥＸ−１に記載の手順に従って作製した。活性炭粒子は、４８×１００のメッシュサイズを有した。ＢＭＦウェブ粒子層を、４０重量％の活性炭粒子と６０重量％の吹込マイクロファイバーとの比で充填し、総面積密度が６０ｇｓｍとなるようにした。ＢＭＦウェブ粒子層の厚さを１ｍｍとした。空気流動抵抗（ＡＦＲ）を試験し、結果は約６５０Ｒａｙｌｓであった。
【０２７４】
垂直入射音響吸収試験を実施し、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２で定義される係数αを計算した。図１７は、周波数に基づくＥＸ−１２、ＥＸ−１３、及び層状ＳＭＳスクリムの垂直入射吸収係数を表す。
【０２７５】
垂直入射音響吸収試験を実施して、ＡＳＴＭ  Ｅ１０５０−１２で定義される垂直反射吸収係数Ｒを計算することにより、比音響インピーダンスを計算した。次に、式（１）を使用して、比音響インピーダンス比を計算した。
Ｚ／（ρｃ）＝（１＋Ｒ）／（１−Ｒ）              （１）
【０２７６】
図１８は、周波数に基づいたＥＸ−１２、ＥＸ−１３、及び層状ＳＭＳスクリムの比音響インピーダンス比の実数部を反映した比音響抵抗比を表す。図１９は、周波数に基づいたＥＸ−１２、ＥＸ−１３、及び層状ＳＭＳスクリムの比音響インピーダンスの虚数部を反映した比音響リアクタンス比を表す。
【０２７７】
上記特許出願において引用された全ての文献、特許文献又は特許出願は、一貫した形でそれらの全容が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。前述の記載は、当業者が、特許請求の範囲に記載の開示を実践することを可能にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本開示の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。
【図１】
2021500610.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2021500610.tif 000023
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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