(57)【要約】【課題】有機繊維の間に無機繊維を編み込んだ状態で有機繊維の両側から針を打ち込み、複合三層構造の複合体へと形成することにより吸音効果を有する吸音材を提供する。【解決手段】第１層と第３層との間に第２層をサンドイッチ状に挟着した複合三層構造の吸音材であって、第１層および第３層はＰＥＴ有機繊維層からなり、かつ、第２層はアルミニウム繊維層からなる無機繊維と有機繊維の複合吸音材およびその製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層と第３層との間に第２層を挟着した複合三層構造の吸音材であって、
第１層および第３層は有機繊維層からなり、
かつ、第２層は無機繊維層からなる複合三層構造の吸音材。
【請求項２】
前記第２層の無機繊維層はアルミニウム繊維からなる請求項１記載の吸音材。
【請求項３】
目付が１５００〜２５００ｇ／ｍ2であることを特徴とする請求項１記載の吸音材。
【請求項４】
第１層と第３層との間に第２層を挟着した複合三層構造の吸音材の製造方法であって、  
第１層および第３層の外方から第２層に向けて複数の針状体を打ち込むことにより、前記相接する層の繊維同士を相互に籠絡することを特徴とする吸音材の製造方法。
【請求項５】
前記複数の針状体の長さを大、中、小異なるものとし、
かつ、前記複数の針状体の打ち込みピッチを５〜５０本／ｃｍ2にすることを特徴とする請求項４記載の吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸音効果のある吸音材に係り、詳しくは、両側の有機繊維層の間に無機繊維層をサンドイッチ状態に挟んだ複合三層構造の複合材であって、１０００〜４０００Ｈｚの高音域での周波数帯において吸音効果の高い吸音材に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では、乗用車の分野ではエンジン部にカバーが取り付けられている。この場合、１５００〜４０００ｃｃクラスの乗用車では、エンジン音を吸音するための材料としてエンジンカバーに単層の有機繊維のポリエチレンテレフタレート繊維吸音材（以下ＰＥＴ繊維体）が使用されている。
【０００３】
また、建築の分野では、屋内外構築物の内装材に各種の吸音材が使用されている。特に、音楽堂、劇場等の天井等には、吸音効果を向上させる必要から吸音材が使用されている。これらの屋外防音、吸音、吸音壁や、屋内防音、吸音、吸音壁、防音、吸音、吸音天井材等には、金属質多孔材によるものがあり、主として平板、もしくは２次元的に折曲げたデッキプレート型が存在している。また３次元加工板としては、難燃性不織布や難燃性不織繊維を圧縮成形したものがある。
【０００４】
他に、防音、吸音、吸音材の例として多くの発明が提案されている。例えば、軽量で厚みが薄いにもかかわらず低周波領域で吸音性に優れた吸音断熱材であって、繊維径が１μ以上２５μ以下の繊維を主体とする目付が１０〜７０ｇ／ｍ2の不織布に融点が１２０℃以上の樹脂よりなる多孔のフイルム層が貼り合せてなる層と、繊維径が７〜５０μ、目付が５０〜２００ｇ／ｍ2、厚みが４〜３０ｍｍの短繊維不織布が貫通する複数の繊維により複合一体化することにより吸音率のピークを設定することが可能となる提案がなされている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４７６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のとおりであって、特許文献１に代表されるように、まとめると、従来の吸音材には、次のような問題点がある。
【０００７】
即ち、従来の吸音材の問題点は、有機繊維よりなるエンジンカバーの吸音性能は、自動車の場合、２５００〜４０００ｃｃの大型エンジンの用途に対しては不十分であり、より性能の高い吸音材の開発が要求されている。そのためには、比重の大きい無機繊維を使うことが理想とされてきたが、これまでの積層技術では有機繊維と無機繊維との複合化は非常に困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の吸音材は、このような従来の吸音材の持つ問題点を解決するためになされたもので、無機繊維としてアルミニウム繊維を選択し、さらに様々な試行錯誤を経て、有機繊維によってこのアルミニウム繊維を厚みの両側から編み込む。この状態で有機繊維の両側から針を打ち込むことによって、複合三層構造の複合体へと形成し、吸音効果を有する吸音材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者等は、ニードルパンチ方法により不織布を製造する方法に着目した。そこで、両側の有機繊維の間に無機繊維層を作りニードルパンチを打ち込むことにより、相接する繊維同士を籠絡することへと着想を展開し試作したところ、吸音率の高い吸音材が得られるという知見を得た。本発明の吸音材および吸音材の製造方法知見を基に具現化したもので、請求項１の発明は、第１層と第３層との間に第２層を編み込んだ複合三層構造の吸音材であって、第１層および第３層は有機繊維層からなり、かつ、第２層は無機繊維層からなる複合三層構造の吸音材である。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明の上記特徴に加えて、前記第２層の無機繊維層はアルミニウム繊維からなる吸音材である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明の上記特徴に加えて、目付が１５００〜２５００ｇ／ｍ2であることを特徴とする吸音材である。
【００１２】
また、請求項４の発明は、第１層と第３層との間に第２層を編み込んだ複合三層構造の吸音材の製造方法であって、第１層および第３層の外方から第２層に向けて複数の針状体を打ち込むことにより、前記相接する層の繊維同士を相互に籠絡することを特徴とする吸音材の製造方法である。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明の上記特徴に加えて、前記複数の針状体の長さを大、中、小異なるものとし、かつ、前記複数の針状体の打ち込みピッチを５〜５０本／ｃｍ2にすることを特徴とする吸音材の製造方法である。
【００１４】
ここで、本明細書でいう「籠絡」とは、重なった繊維同士が絡み合いながら結合することを意味する。具体的には、厚み方向両側の有機繊維層によってサンドイッチされた中の無機繊維層に向けて、両側の有機繊維層の外方から複数の針状体を繰り返し打ち込みそして引き戻す過程で、中の無機繊維層が針状体のバーブに引っ掛けられて戻ろうとするので中の無機繊維層と外側の有機繊維層同士がお互いに絡み合うことを意味する。
【発明の効果】
【００１５】
二層の有機繊維層の間に無機繊維層を編み込んだ三層構造の複合材からなっており、高級乗用車に使用される吸音材として格別の効果を奏するものである。大型エンジンを搭載した乗用車ではＰＥＴ繊維体の吸音率では不満足であり、特に高音域での周波数帯において要求が満たされない。本発明のＰＥＴアルミニウム繊維の複合体を使用した場合、特に１０００〜４０００Ｈｚの高音域での周波数帯において吸音効果が得られ、エンジンの騒音が効率的に吸音されることが判明した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【実施例】
【００１７】
先ず、本発明の実施例１について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例に係わる製造工程系統図である。図２は、同上、主要製造工程の概念図である。図３は、同上、完成した吸音材の斜視図である。図４は、同上、吸音材の種類による吸音特性の差異を比較したグラフである。
【００１８】
図１の製造工程に示すように、原料工程１００、原料調整工程２００、成形・仕上げ工程３００、次いで組立て検査工程４００を経て、製品工程５００で製品として複合吸音材が完成し、次いで、自動車メーカー、建築資材メーカーあるいは住宅建設会社に納品される。製品は自動車用のエンジンカバー材５０１、建築資材の吸音材５０２、給気フィルタ材５０３他へ振り分けられる。最初の原料工程１００では、綿、毛等の天然繊維やＰＥＴ、ナイロン、ＰＰ、ＰＥ、アクリル等の合成繊維を含む有機繊維１，３とアルミニウムやアルミニウム合金等からなる無機繊維２を準備する。次に、原料調整工程２００では、反毛２０１の処理を経て配合混綿２０２の処理をする。ここで、有機繊維１，３および無機繊維２はフリースと呼ばれる繊維の集積層として形成された不織布の状態に形成される。次に、成形・仕上げ工程３００へ進み、打ち込みによる編込み・籠絡３０１の工程において厚み方向両側の有機繊維１，３の外方から中に挟まれた無機繊維２の方向へ針状体４を打ち込む。次いで、加熱処理３０２を経て帯状の複合三層構造体から製品寸法へ短尺化する成形裁断３０３の工程へ移る。この成形裁断３０３の工程では、吸音材の用途により寸法取りをする。なお、打ち込みによる編込み・籠絡３０１の工程および加熱処理３０２の工程については詳細を後述する。次の組立て検査工程４００では、成形加工４０１を経て製品の種類毎にスペックの検査４０２を実施する。この成形加工４０１では、吸音材の用途により例えばエンジンカバー材としての形状に合わせた内抜き加工を施す。
【００１９】
次に、使用した有機繊維１，３とアルミニウムあるいはアルミニウム合金等からなる無機繊維２の仕様について述べる。第１層の有機繊維１と第３層の有機繊維３はＰＥＴ繊維を使用し、長さ６４ｍｍを使用したが、長さ３０〜８０ｍｍの範囲で使用可能である。繊維の太さは線径が６〜１８デニールのものを線径毎に３グループに分け、次に夫々１５〜４５％の重量範囲に配合した３グループの塊状にし、これらを混合した。第２層としてアルミニウム繊維を使用するが、有機繊維より比重が大きいアルミニウム繊維の線径は１００μのものを使用した。この範囲は８０〜１０００μのものまで使用可能である。このアルミニウム繊維の線径あるいはアルミニウム繊維層の厚みを適宜選択することにより、複合三層構造の吸音材の目付を１５００〜２５００ｇ／ｍ2の範囲に調整することができた。
【００２０】
第１層と第３層とは同じ材質のＰＥＴ繊維で説明したが、第１層と第３層とは有機繊維であれば異なる材質でもよい。したがって、第１層がＰＥＴ繊維であるならば第３層は他の綿、毛等の天然材やナイロン、ＰＰ、ＰＥあるいはアクリル等の合成繊維であってもよい。この逆でもよい。
【００２１】
さらに、図２に示す製造工程の概念図により主要製造工程を説明する。図には原料調整工程２００に次いで、成形・仕上げ工程３００を示す。原料調整工程２００では、配合混綿した有機機繊維１，３を形成し、これらの間にサンドイッチ状に無機繊維２を挟む。このようにして複合三層構造の帯状体Ｂ１として準備が整う。さらに、この工程では、上下の有機繊維１，３の両外方から針盤５に複数の針状体４を植え込んだ道具を帯状体Ｂ１の上下から挟むように定位置にセットする。次に、成形・仕上げ工程３００を開始し、先ず打ち込みによる編込み・籠絡３０１の工程に移る。そして、帯状体を進行方向Ｈへ移動させながら、上下の有機機繊維１，３の両外方から中に挟まれた無機繊維体２に向けて針状体４を打ち込む動作および戻す動作を繰り返す。次いで、帯状体Ｂ２を矢印Ｈ方向へ移動させ、トンネル式の熱処理炉６を通過させながら加熱処理３０２を施す。この際の加熱条件は１７０℃、大気雰囲気中である。このようにして、ＰＥＴ繊維によってアルミニウム繊維を厚みの両側から編み込んだ複合三層構造の複合体（以下ＰＥＴアルミニウム繊維体）が製造される。
【００２２】
打ち込みによる編込み・籠絡３０１の工程および加熱処理３０２の工程について詳細を説明する。焼入れ処理を施した鋼からなる針状体４の先端部はバーブという突起を有している。針状体４の線径は３６番を使用したが、使用可能の範囲は２５番〜４０番である。針状体４の長さは３〜４インチ長さのものから３種類を選択しこれらの長さの組み合わせを針盤５に植え込む。針状体４のピッチは８本／ｃｍ2の条件で打ち込みによる編込み・籠絡３０１の工程を実施したが、５〜５０本／ｃｍ2の範囲であれば自由に選ぶことができる。針状体４の先端部は針の長手方向に多段のバーブという突起を有しその形状は、断面が三角で夫々三辺に逆向きの尖った針が２箇所有するものを使用した。他に、バーブの夫々の三角の夫々三辺に３個の逆向きの尖ったバーブを有するものでもよい。帯状体Ｂ２を進行方向Ｈへ移動させながら、上下の有機機繊維１，３の両外方から中に挟まれた無機繊維体２に向けて針状体４を打ち込む動作および戻す動作を繰り返す。以上の工程を経て図３に示すように、両側の有機繊維層からなるＡ１、Ａ３の間に無機繊維層２を編み込んだ複合三層構造の吸音材Ａが複合材として完成する。具体的には、ＰＥＴ繊維によってアルミニウム繊維を厚みの両側からサンドイッチ状に編み込んだ複合三層構造の複合体（以下ＰＥＴアルミニウム繊維体）が製造される。
【００２３】
以上のように構成され、次に本発明の吸音材の作用について説明する。
【００２４】
打ち込みによる編込み・籠絡３０１の工程における籠絡作用について説明する。針状体４の作用の第１は、上下の繊維同士を絡ませることにより籠絡して、相接する繊維同士ガが一体的に絡んだ三層の構造体を形成することである。即ち、針状体４の先端に刻まれた、針先と逆向きの尖ったバーブによって、針状体４が上下方向に往復運動する際の打込む途中で中の無機繊維２を引っ掛けて戻るので上方の有機繊維１と交絡する。このバーブの数や形状、往復の針深度を変えることによってフィラメント同士の絡み具合が変わる。このようにして針状体４が上下に往復運動することにより、有機誠繊維１と無機繊維２の夫々のフィラメント同士が絡み合った複合三層構造の複合材が形成される。有機繊維３側でも同様である。前述したように、針状体４の長さは３〜４インチ長さのものから３種類を選択しこれらの長さの組み合わせを針盤５に植え込んである。ここで、針深度について述べる。針状体４は上方から有機繊維１を貫通し、次の無機繊維２も貫通し、さらに有機繊維３を貫通し１７ｍｍ程過ぎる。これは最も長い針状体４が刺さった場合で、最も短い針状体４の場合は、有機繊維１を貫通、次の無機繊維２を貫通して次の有機繊維３の途中で止まる。その後、針状体４は戻る。有機繊維３側から針状体４を刺す場合についても同様の針深度にて打ち込みによる編込み・籠絡３０１工程を終了する。即ち、針盤５に植え込まれた長、中、短の針状体４は、有機繊維１、次の無機繊維２、次の有機繊維３を貫通するものもあり、あるいは、有機繊維１、次の無機繊維２を貫通し、次の有機繊維３の途中で止まる挙動を繰り返す。針状体４の作用の第２は複合三層構造体に針穴を穿つことであり、針状体４のピッチを選んで針穴の個数を調整すれば希望の吸音率を得ることができる。針状体４のピッチ数を増やすと貫通する針穴の数が多く形成されるので、吸音材としては音が抜けて吸収されず、吸音率が下がる。従って、吸音材の用途に応じて最適のピッチ数を選択する。吸音率を吸音材の用途に応じて調整することが可能である。ピッチ数は５〜５０本／ｃｍ2の範囲で変えることができる。ピッチ数が５０本／ｃｍ2を超えると繊維同士間の籠絡作用は増大し複合三層構造体の結合力は増大するものの、三層の複合体の針穴が多くなり、音が抜けて吸収しないので吸音率が下がるので好ましくない。一方、ピッチ数が５本／ｃｍ2未満の場合は、繊維同士間の籠絡作用は減少し複合三層構造体の結合力も下がるものの、吸音率が向上する。針状体のピッチ数は５〜５０本／ｃｍ2の範囲で、吸音材の用途に応じて選べばよい。
【００２５】
次に、加熱処理３０２の作用を説明する。試料は１７０℃で加熱したが、１２０〜１８０℃の温度によって第１層および第３層のＰＥＴ繊維が溶けてアルミニウム繊維との結合度合いが高まり、繊維が剥離するようなことはない。
【００２６】
以上のようにして製造された複合三層構造体の吸音特性について説明する。吸音特性の測定方法はＪＩＳＡ１４０５号による。その結果を吸音材の種類による吸音特性の差異を比較した表１として示す。吸音特性の測定のため使用した試料は、比較のため従来材として単層構造のＰＥＴ繊維体を選択する。本実施例の試料は複合三層構造のＰＥＴアルミニウム繊維体である。夫々測定のため使用した試料の仕様は次のとおりである。ＰＥＴ繊維体は厚さ２０ｍｍで、目付は８００ｇ／ｍ2で、一方のＰＥＴアルミニウム繊維体は厚さ２０ｍｍで、目付は２０５０ｇ／ｍ2である。さらに、これらの二種類の繊維体から２サイズの測定試料を作製する。表に示すＡ管は大管で直径９９ｍｍ、Ｂ管は小管で直径２９ｍｍである。このように二種類の繊維体から２サイズの測定試料を作製して周波数毎に吸音率を測定する。平均の蘭はＡ管、Ｂ管による測定値の算術平均値である。
【表１】
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【００２７】
表１をグラフにしたものを図４に示す。二種類の繊維体の吸音率はＡ管、Ｂ管による測定値の算術平均値をプロットした。横軸に周波数帯をＨｚで示し、縦軸に吸音率（％）を示す。図示のとおり、１０００〜４０００Ｈｚの高音域での周波数帯において、従来のＰＥＴ繊維体が２０〜６５％の吸音率であるのに対して、本発明のＰＥＴアルミニウム繊維複合体は２７〜９３％の吸音率であり優れている。
【００２８】
大型エンジンを搭載した乗用車では従来の単層のＰＥＴ繊維体の吸音率では不満足であり、特に１０００〜４０００Ｈｚの高音域での周波数帯において要求が満たされない。本実施例の複合三層構造のＰＥＴアルミニウム繊維体を使用した場合、特に１０００〜４０００Ｈｚの高音域での周波数帯においてエンジンの騒音が吸音されるので乗り心地が良い。
【００２９】
第２層のアルミニウム繊維は有機繊維より比重が大きいので、線径を８０〜１０００μに変化させることにより、目付値を１５００〜２５００ｇ／ｍ2の範囲に大きくすることが可能である。従って、このことにより吸音率を高めることができる。また、アルミニウム繊維は熱伝導率が高いので吸音材として自動車のエンジンカバーに採用する場合、エンジンの熱が蓄熱されず放熱され易いので適材である。これまで、２５００〜４０００ｃｃの大型エンジンを搭載する乗用車には、より吸音性能の高い素材が要求されていたが、本発明の複合三層構造の吸音材の実現によって高級大型自動車への用途が拡大する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
なお、本発明の使途は、自動車用用途のエンジン吸音材に加えて、自動車内装の床、側壁材にも使用してもよい。また、建築、住宅の外壁、屋根の内側に貼る吸音材料やその他給気フィルタなどへの用途に使ってもよい。また、屋内天井用又は屋内外壁体等に使用される吸音板に係わり、特に、屋外構築物に附設される防音、吸音、吸音壁や、公会堂、音楽堂、劇場、体育館、屋内水泳プール等の屋内建設物内の防音、吸音、吸音壁並びに天井部材として最適な吸音材に関するものである。本発明の吸音材は多孔質なので給気フィルタ材への応用展開も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例に係わる製造工程系統図である。
【図２】同上、主要製造工程の概念図である。
【図３】同上、完成した吸音材の斜視図である。
【図４】同上、吸音材の種類による吸音特性の差異を比較したグラフである。
【図５】従来例を示すもので、吸音材の斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ａ  吸音材  
Ａ１  有機繊維層  Ａ２無機繊維層  Ａ３  有機繊維層
Ｂ１、Ｂ２  帯状体
Ｈ  進行方向
Ｖ  打ち込み方向
１、３  有機繊維
２  無機繊維
４  針状体
５  針盤
６  熱処理炉
１００  原料工程
２００  原料調整工程
２０１  反毛
２０２  配合混綿  
３００  成形仕上げ工程
３０１  打ち込みによる編込み・籠絡
３０２  加熱処理
３０３  成形裁断
４００  組立て検査工程
４０１  成形加工
４０２  検査
５００  製品工程
５０１  エンジンカバー材
５０２  吸音材
５０３  給気フィルタ材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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