(57)【要約】【課題】軽量化、省スペース化が可能であると共に、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。【解決手段】芯成分２ａと鞘成分２ｂからなる芯鞘型複合繊維４において、芯成分２ａとして熱可塑性樹脂からなる繊維を用い、鞘成分２ｂとして圧電材６ｂおよび導電材６ｃを含むポリエステルを主成分とする層６ａを少なくとも繊維長さ方向の側面全てに形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯成分と鞘成分からなる芯鞘型複合繊維であって、芯成分として熱可塑性樹脂からなる繊維が用いられ、鞘成分として圧電材および導電材を含むポリエステルを主成分とする層を少なくとも繊維長さ方向側面全てに備えていることを特徴とするエネルギー変換繊維体。
【請求項２】
鞘成分中における圧電材と導電材の混合物の重量と、ポリエステルを主成分として含む層の乾燥重量の比が１：１〜１０：１であることを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項３】
芯成分が制振繊維長さ方向に垂直な断面積の４０〜９８％を占め、鞘成分に用いる圧電材および導電材が粉末状をなし、圧電材および導電材の最大部長さが、芯成分の断面積をＳとするとき円等価直径２Ｒ（２（Ｓ／π）０．５）の０．８〜２５％であることを特徴とする請求項１又は２にに記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項４】
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いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項５】
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ることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項６】
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が１：０．９８〜１：１の範囲であることを特徴とする請求項５に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項７】
複合酸化物を構成する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種の元素を含んでいることを特徴とする請求項５又は６に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項８】
複合酸化物を構成する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種の元素を含んでいることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項９】
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いることを特徴とする請求項７又は８に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１０】
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を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１１】
複合酸化物の平均粒子径が０．３×１０−６ｍ以上１０．０×１０−６ｍ以下であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１２】
複合酸化物の平均粒子径が０．３×１０−６ｍ以上７．０×１０−６ｍ以下であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１３】
複合酸化物成分の配合量が容積比で熱可塑性樹脂の０．５〜１０００％であることを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１４】
複合酸化物成分の配合量が容積比で熱可塑性樹脂の２５〜４００％であることを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１５】
圧電材が、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種を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１６】
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ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１７】
導電材としての炭素繊維の長手方向の平均長さが０．３×１０−６ｍ以上１００×１０−６ｍ以下であることを特徴とする請求項１６記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１８】
導電材としての炭素繊維の長手方向の平均長さが０．３×１０−６ｍ以上２０×１０−６ｍ以下であることを特徴とする請求項１６記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項１９】
導電材としての炭素粉末の平均粒子径が１０×１０−９ｍ以上１００×１０−９ｍ以下であることを特徴とする請求項１６記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項２０】
導電材としての炭素粉末の平均粒子径が１０×１０−９ｍ以上６０×１０−９ｍ以下であることを特徴とする請求項１６記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項２１】
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が容積率で圧電材成分の０．５〜５００％であることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項２２】
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が容積率で圧電材成分の５〜１００％であることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１つの項に記載の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ことを特徴とする吸音材。
【請求項２４】
請求項１〜２２のいずれか１つの項に記載のエネルギー変換繊維体を１０〜１００質量％に、少なくとも表面において他の繊維と熱融着するバインダー繊維を混入し、熱成形してなることを特徴とする吸音材。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載の吸音材が遮音性を有する板状材に貼設してあることを特徴とする遮音構造体。
【請求項２６】
請求項２３又は２４に記載の吸音材が車両の内装に用いてあることを特徴とする車両用吸音材。
【請求項２７】
請求項２３又は２４に記載の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ることを特徴とする車両用吸音材。
【請求項２８】
請求項２３又は２４に記載の吸音材が車両のエンジンカバーの内側に用いてあることを特徴とする車両用吸音材。
【請求項２９】
請求項２３又は２４に記載の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ることを特徴とする車両用吸音材。
【請求項３０】
請求項２３又は２４に記載の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ることを特徴とする車両用吸音材。
【請求項３１】
請求項２３又は２４に記載の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ことを特徴とする車両用吸音材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開平０７−２２３４７８号公報
【特許文献２】特開平０８−２４６５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、芯成分と鞘成分からなる芯鞘型複合繊維であって、芯成分として熱可塑性樹脂からなる繊維が用いられ、鞘成分として圧電材および導電材を含むポリエステルを主成分とする層を少なくとも繊維長さ方向側面全てに備えている構成とし、このとき請求項２に記載しているように、鞘成分中における圧電材と導電材の混合物の重量と、ポリエステルを主成分として含む層の乾燥重量の比を１：１〜１０：１とすることができる。また、請求項３に係わるエネルギー変換繊維体においては、芯成分が制振繊維長さ方向に垂直な断面積の４０〜９８％を占め、鞘成分に用いる圧電材および導電材が粉末状をなし、圧電材および導電材の最大部長さが、芯成分の断面積をＳとするとき円等価直径２Ｒ（２（Ｓ／π）０．５）の０．８〜２５％である構成としたことを特徴としている。
【０００８】
圧電材としては、請求項４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５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６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７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８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９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１０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。
【０００９】
そして、このような複合酸化物の大きさとしては、請求項１１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１２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１３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１４に記載しているように、２５〜４００ｖｏｌ％とすることが望ましい。
【００１０】
また、圧電材としては、請求項１５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。
【００１１】
請求項１６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１７および１８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１９および２０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２１および２２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。
【００１２】
本発明の請求項２３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２４に係わる吸音材においては、上記請求項１ないし請求項２２のいずれかに記載のエネルギー変換繊維体１０〜１００質量％に、少なくとも表面において他の繊維と熱融着するバインダー繊維を混入し、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。
【００１３】
本発明の請求項２５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２６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２７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２８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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に係わるエネルギー変換繊維体は、芯鞘型複合繊維からなるものであって、芯成分に熱可塑性樹脂からなる繊維を用い、鞘成分として圧電材および導電材を含むポリエステルを主成分とする層を少なくとも繊維長さ方向側面全てに備えたものであるから、成形性や加工性、機械的強度を確保しつつ、音圧や振動を効率よく吸収することができ、鞘成分として圧電材を含むポリエステルを主成分とする層にさらに導電材を含有させることによって圧電材に生じた電荷をより効率よく熱に変換することができると共に、導電材の調整によって吸音周波数特性を変化させることが可能になり、これら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、鞘成分中における圧電材と導電材の混合物の重量と、ポリエステルを主成分として含む層の乾燥重量の比が１：１〜１０：１であることから、圧電材や導電材が脱落することなく鞘部を良好に形成して、優れた制振効果を発揮させることができ、請求項３に係わるエネルギー変換繊維体においては、芯成分が断面積の４０〜９８％、鞘成分に用いる圧電材および導電材が粉末状で、圧電材および導電材の最大部長さが、円等価直径の０．８〜２５％であることから、制振性能を劣化させることなく、柔軟性、成形性が確保され不織布化が容易なものとなる。
【００１５】
さらに、本発明の請求項４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５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６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７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８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９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１０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。
【００１６】
また、請求項１１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１２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１４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。
【００１７】
さらに、本発明の請求項１５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。
【００１８】
そして、請求項１６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１７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１８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１９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２０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２１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２２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。
【００１９】
本発明の請求項２３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２４に記載しているように、上記エネルギー変換繊維体に、バインダー繊維を混入し、熱成形することによって得ることができる。
【００２０】
本発明の請求項２５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２６ないし３１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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
一般的な吸音材においては、吸音材、例えば図１７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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、例えば芯鞘型の複合繊維体の繊維形態を採ることが有効である。
【００２７】
芯鞘型複合繊維体としては、芯成分として熱可塑性樹脂からなる繊維が用いられ、鞘成分として圧電材を含むポリエステルを主成分とする層を少なくとも繊維長さ方向側面全てに備えているものとすることが望ましい。熱可塑性樹脂からなる繊維を用いることによって、その後の成形性が向上し、不織布化が容易なものとなる。鞘成分に圧電材が含まれていることによって、当該繊維に入力された音圧や振動によって圧電材に同様に、電荷が生じ、この電荷が周囲のポリエステル分および芯成分の熱可塑性樹脂の電気抵抗によって熱に変換され、上記した各繊維体と同様に、音圧や振動が効率よく吸収されることになる。
【００２８】
図１ないし２は、芯鞘型複合繊維体の形状例を示すものであって、芯鞘型複合繊維体４は、熱可塑性樹脂繊維からなり延伸性の高い芯成分４ａの周囲に、ポリエステルを主成分として圧電材を含む鞘成分４ｂとして層を備えており、例えば不織布化することによって吸音材５となる。
【００２９】
この圧電材には、歪にほぼ比例して電荷が生じるため、高い圧電効果を得るためには圧電材が同じ音圧によって効率よく歪むことが必要となる。芯鞘型繊維の鞘部に圧電材を混入することによって、繊維表面に露出した圧電材と空気との摩擦、音圧変化、鞘部ポリエステル中に混入している圧電材に入力される振動に応じて圧電材に変位が生じ、圧電効果が効率よく発揮される。
【００３０】
芯鞘型制振繊維において、図３に示すように、芯成分４ａとして熱可塑性樹脂からなる繊維を用い、鞘成分４ｂとして圧電材６ｂと導電材６ｃの両方を含むポリエステルを主成分とする層６ａを少なくとも繊維長さ方向側全てに備えることが好ましい。鞘部４ｂに導電材６ｃを混入することによって、芯鞘型繊維４に入力された音圧や振動によって、該圧電材６ｂに電荷が生じると共に、この電荷が圧電材６ｂの周囲の導電材６ｃの電気抵抗によって熱に変換され、音圧および／または振動がより効率よく吸収されることになる。また、この導電材６ｃの分率によってその電気抵抗を操作することができるようになり、吸音特性、周波数特性を変化させることも可能となる。
【００３１】
このような芯鞘型制振繊維において、鞘成分に用いる圧電材と導電材の混合物の重量と、ポリエステルを主成分として含む層の乾燥重量の比が１：１〜１０：１の範囲であることが望ましい。この比が１０：１を超えると、圧電材や導電材の量が多くなりすぎて流動性が低下するため、繊維に均等に設置することが難しくなる。また、設置できたとしても接着性が不十分となって圧電材や導電材が芯部の繊維から剥がれ落ちてしまう。鞘部設置時の流動性の低下を改善するためには、できるだけ圧電材などの混合量が少ない方が望ましいことになるが、１：１未満の比率では、圧電材，導電材の量が少なくなり過ぎるため、制振効果が十分に得られなくなる傾向がある。
【００３２】
芯鞘型制振繊維において、芯成分が当該芯鞘型制振繊維の長さ方向に垂直な断面積の４０〜９８％を占め、鞘成分に用いる圧電材および導電材が粉末状であって、圧電材および導電材の最大部長さが、芯成分の断面積をＳとするとき円等価直径２Ｒ（２（Ｓ／π）０．５）の０．８〜２５％であることが望ましい。芯成分の断面積が４０％を下回ると、相対的に鞘成分が多くなり圧電材が多くなって制振性能は向上するが、繊維体として用いる際に柔軟性に欠け、不織布化、吸遮音材化が困難になる傾向がある。また、芯部断面積が小さい場合には、繊維が音圧や振動を受ける際に変形され難くなるため、圧電材を加えた効果が小さくなる場合がある。また、断面積が９８％を超えると圧電材の量が少なくなり、制振効果がほとんど認められなくなることがある。
【００３３】
圧電材および導電材の最大部長さが芯部の等価円直径の０．８％未満では、芯繊維径に対して粒径が小さくなりすぎて音圧や振動の入力に対して十分に変形できず、圧電材に生じる電荷が小さくなり、効率のよいエネルギー変換および吸収が行われ難くなるので好ましくない。また、２５％を超えると、鞘部を設置する際に、均等に設置することが困難になる傾向がある。
【００３４】
これらの芯鞘型制振繊維は、不織布の一部または全部に用いるのに好適であり、制振性能の優れた不織布を作製することができる。
【００３５】
芯鞘型制振繊維は、例えば溶融紡糸後に連続工程で芯部繊維に鞘成分として圧電材のみを含む、あるいは圧電材と導電材の両方を含むポリエステルを主成分とする水溶性接着剤を塗布することにより製造される。図４にその工程の一例を示す。このような工程を採用することにより、芯鞘型制振繊維を容易に製造することが可能になる。
【００３６】
図４において、符号５０は紡糸機の口金部、５１は圧電材、あるいは圧電材と導電材を含む樹脂液（接着剤）２０を蓄えた塗布槽、５２は乾燥装置、５３は巻き取り装置であって、口金部５０から吐出された芯部繊維２１の周囲に接着剤２０が連続的に塗布され、乾燥されるようになっている。
【００３７】
このとき、ポリエステルを主成分とする水溶性接着剤を用いることにより塗布後に水分を揮発させて容易に乾燥させることができ、十分な接着強度で圧電材を芯成分に付着させることができる。また、ポリエステルを主成分とすることによって制振繊維としたのち、成形加工や不織布化も容易なものとなる。
【００３８】
また、芯鞘型制振繊維は、図５に示すように、芯部繊維２１を任意の繊維長さにカットした後、カットされた芯部繊維２２に鞘成分として圧電材のみを含む、あるいは圧電材と共に導電材を含むポリエステルを主成分とする水溶性接着剤２０を塗布することにより製造することも可能である。カットした繊維に塗布する方法は、溶融紡糸後直接塗布する場合に較べて、鞘部の均一性に多少劣るが制振性能には影響を与えることなく製造することができる。なお、図５において、符号５４はカットされた芯部繊維２２を移動させる搬送装置であり、芯部繊維２２は、搬送装置５４によって、塗布槽５１内の接着剤２０に連続的に浸漬され、乾燥装置５２によって乾燥され所定長さの芯鞘型複合繊維４となる。
【００３９】
さらに、芯鞘型制振繊維は、図６に示すように、芯部繊維を不織布にした後に、鞘成分として圧電材のみを含む、あるいは圧電材と導電材の両方を含むポリエステルを主成分とする水溶性接着剤を塗布することにより製造することも可能である。図６において芯部繊維２１からなる不織布２３は、塗布槽５１中の圧電材、もしくは圧電材と共に導電材を含む接着剤２０に連続的に浸漬され、乾燥装置５２によって乾燥され、芯鞘型複合繊維４の不織布からなる吸音材５となる。
【００４０】
不織布化前の繊維に塗布する方法においては、不織布化の際に多少のバインダー繊維を含ませることが必要なことがあり、これによって制振繊維の混入量が減り、所望の性能に達しない場合もあるが、不織布化後に塗布する方法では、芯成分を不織布としておくことによって、すべての繊維に均等に塗布することができるので制振性能が向上する。
【００４１】
本発明における圧電材としては、請求項４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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
上記芯鞘型構成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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、上記芯鞘型構成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。
【００５５】
芯鞘型制振繊維においては、導電材が炭素粉末または炭素繊維からなるものであることが望ましい。鞘部を構成するポリエステルに圧電材と共に含まれる導電材としては、炭素繊維もしくは炭素粉末のいずれか少なくとも１つであることが望ましい。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
さらに、本発明の芯鞘型構成の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。
【００６４】
本発明に係わるエネルギー変換繊維体として、芯鞘型複合繊維体においては、圧電材の静電容量Ｃとその他の部分の擬似インダクタンス成分ＬとのＬＣ共振によって、共振周波数ｆ１＝１／（２π√（ＬＣ））において、エネルギー吸収特性を有している。海島型複合繊維体に関しては、その島成分のみこの特性を有する。
【００６５】
本来、マトリックス樹脂に分散された圧電材の静電容量Ｃとマトリックス樹脂や、導電材などの第３成分などとの間に形成される擬似インダクタンス成分を正確に測定することは困難であるため、ｆ１によって共振周波数を正確に設定することはできない。しかしながら、近似式ｆ１＝１／（２π√（ＬＣ））によってｆ１を設定し、特定周波数に吸音ピークを備えた吸音材を作成することができる。また、第３成分によってこのｆ１を調整することが有効であるが、このとき、圧電材を含む樹脂成分の３〜１０質量％が第３成分であることが望ましい。
【００６６】
また、芯鞘型複合繊維体において、圧電材の静電容量Ｃと圧電材以外の部分の擬似電気抵抗成分Ｒとによって、振動または音圧、あるいはこれらの複合として入力される周波数ｆ２＝１／（２π√（ＲＣ））においてエネルギー吸収特性を有する。海島型複合繊維体に関しては、その島成分のみこの特性を有する。これは、インダクタンス成分が測定困難な場合に有効であり、比較的測定が容易な擬似電気抵抗Ｒを用いて圧電共振周波数ｆ２を決定するものあり、ｆ１の場合と同様に近似式であるが、上記式により島成分を形成する圧電体の静電容量Ｃとその他の擬似電気抵抗成分Ｒとによって、振動または音圧、あるいはこれらの複合として入力される周波数ｆ２に対して活性の高い吸音材を得ることができる。ｆ１の場合と同様に第３成分の配合量によって周波数を調整することができる。
【００６７】
芯鞘型複合繊維に関しては、水溶性接着剤中のポリエステルと圧電材、または水溶性接着剤中のポリエステルと圧電材と導電材により形成される材料系において、圧電材の静電容量Ｃとその他の部分の擬似インダクタンス成分ＬとのＬＣ共振によって、共振周波数ｆ１＝１／（２π√（ＬＣ））において吸音特性を有している。また、同様に、圧電材の静電容量Ｃとその他の部分の擬似電気抵抗成分Ｒとによって、振動または音圧、あるいはこれらの複合として入力される周波数ｆ２に対して、近似式ｆ２＝１／（２π√（ＲＣ））に示す共鳴により吸音特性を有するものでもよい。
【００６８】
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。
【００６９】
織物タイプや編物タイプの吸音材を作成するに際して、従来のいかなる方法をも採用することができ、織物タイプの場合、平織、斜文織、朱子織、これらの二重織あるいは変化組織のものなど、全ての織物が含まれる。また、編物タイプであるならば、ヨコ編み、タテ編みなど総ての編物が含まれる。なお、布帛を形成する場合、あらかじめ可能な範囲で高密度に織編物を形成しておくことが好ましい。
【００７０】
本発明に係わるエネルギー変換繊維体を使用した吸音材において、少なくともその表面において他の繊維と熱融着する機能を備えたバインダー繊維を混入し、熱成形してなるものとすることができる。すなわち、バインダー成分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７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。
【００７１】
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、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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【実施例】
【００７９】
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。
【００８０】
参考例１  
圧電材としてＴｉＢａＯ３を用い、圧電材の芯成分に対する最大部長さを２．５％、圧電材と主成分であるポリエステルの質量比が４：１となるように混入した水溶性接着剤を芯部繊維としての丸型断面形状のＰＥＴ繊維製不織布に塗布し、図８に示すような芯鞘比５０％の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８１】
実施例１  
鞘部４ｂに導電材として最大部長さ比１０％の炭素繊維を加えたことを除いて、上記参考例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８２】
実施例２  
鞘部４ｂに導電材として最大部長さ比２．５％の炭素粉末を加えたことを除いて、上記参考例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８３】
実施例３  
鞘部４ｂの圧電材の最大部長さ比を２５％としたことを除いて、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８４】
実施例４  
鞘部４ｂの圧電材の最大部長さ比を０．８％としたことを除いて、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８５】
実施例５  
鞘部４ｂにおける炭素繊維の最大部長さ比を２５％としたことを除いて、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８６】
実施例６  
鞘部４ｂにおける炭素繊維の最大部長さ比を０．８％としたことを除いて、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８７】
実施例７  
圧電材および導電材の合計質量と主成分であるポリエステルの質量比が１０：１となるように混入した水溶性接着剤を鞘部４ｂとして塗布したこと以外は、実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８８】
実施例８  
圧電材および導電材の合計質量と主成分であるポリエステルの質量比が１：１となるように混入した水溶性接着剤を鞘部４ｂとして塗布したこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００８９】
実施例９  
芯部繊維として丸型断面のＰＥＴ繊維を５１ｍｍにカットした後、接着材を塗布し、芯鞘比５０％の芯鞘型複合繊維体４を作製して不織布としたこと以外は、上記実施例１と同様の吸音材５を作製した。
【００９０】
実施例１０
芯部繊維として丸型断面のＰＥＴ繊維を溶融紡糸後に、接着材を連続塗布し、芯鞘比５０％の芯鞘型複合繊維体４を作製して不織布としたこと以外は、上記実施例１と同様の吸音材５を作製した。
【００９１】
実施例１１  
芯部繊維としてＹ型断面形状のＰＥＴ繊維不織布に、接着材を連続塗布したこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９２】
実施例１２  
芯鞘比を４０％としたこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９３】
実施例１３  
芯鞘比を９８％としたこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９４】
実施例１４  
鞘部４ｂの圧電材をＰＺＴとしたこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９５】
実施例１５
鞘部４ｂの圧電材をＰＶＤＴとしたこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９６】
実施例１６
鞘部４ｂの圧電材をＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）としたこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９７】
実施例１７  
芯鞘比を３０％としたこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９８】
実施例１８  
圧電材の質量と主成分であるポリエステルの質量比が０．５：１となるように混入した水溶性接着剤を芯部繊維としての丸型断面形状のＰＥＴ繊維製不織布に塗布したこと以外は、上記実施例１と同様の芯鞘型複合繊維体４からなる吸音材５を作製した。
【００９９】
比較例１  
芯部繊維としての丸型断面形状のＰＥＴ繊維製不織布を作製し、芯鞘比１００％の単一成分からなる吸音材を作製した。
【０１００】
比較例２  
鞘部として圧電材および導電材を含まないポリエステルを主成分とする水溶性接着剤を芯部繊維としての丸型断面形状ＰＥＴ繊維製不織布に塗布し、芯鞘比５０％のを作製し、芯鞘比１００％の芯鞘型繊維からなる吸音材を作製した。
【０１０１】
比較例３  
圧電材の代わりに圧電効果を持たない材料であるＺｒＯ２を用いたこと以外は、上記実施例２と同様の芯鞘型複合繊維体からなる吸音材を作製した。
【０１０２】
比較例４  
鞘部として圧電材を含まないポリエステルを主成分とする水溶性接着剤を芯部繊維としての丸型断面形状ＰＥＴ繊維製不織布に塗布したこと以外は、上記実施例２と同様の芯鞘型複合繊維体からなる吸音材を作製した。
【０１０３】
〔評価試験１〕
上記実施例１〜１９、および比較例１〜４によって得られた吸音材サンプルについて、ＪＩＳ  Ａ１４０５に規定される管内法による建築材料の垂直入射吸音率測定方法に基づいて、図９に示す構造の装置により、１００〜１６００Ｈｚの周波数域について吸音率を測定した。
図９に示す垂直入射吸音率測定装置は、垂直入射吸音率測定管５５の一端側に音源としてのスピーカー５６を備えると共に、その中央位置に測定用のマイクロフォン５７，５７が設置され、前記測定管５５の他端側にサンプルＳをセットするようになっている。なお、サンプルＳとしては、各実施例および比較例において得られたそれぞれの吸音材から、厚さ１０ｍｍ、径１００ｍｍの不織布を切り出したものを用いた。
【０１０４】
〔評価試験２〕  
上記実施例および比較例によって得られた吸音材サンプルについて、ＪＩＳＡ１４１６に規定される透過損失測定装置の縮小形状として、図１０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。
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）
【０１０５】
上記評価試験１によって得られた垂直入射吸音率の測定結果を表１および図１１（代表例のみ）に、評価試験２によって得られた音響透過損失の測定結果の代表例を図１２に示す。
【０１０６】
実施例１８においては、深部の断面積を３０％としたため、鞘部の剛性が上がってしまい性能向上代が小さくなっているが、剛性が求められるような部位に好適な例と言える。また、実施例１９においては鞘部の圧電材とポリエステルの比を０．５：１としたため性能の向上代が小さいが、繊維自体のしなやかさが求められる場合、圧電材の量を少なくしたい場合などに好適な例である。
【０１０７】
【表１】
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【０１０８】
上記実施例１〜１８で得られた吸音材５は、例えば図１３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１４に示すような車両の吸気ダクト内部や、図１５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１６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。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に係わるエネルギー変換繊維体として芯鞘型複合繊維体の形状例と該芯鞘型複合繊維体の不織布からなる吸音材を示す模式図である。
【図２】芯鞘型複合繊維体の他の形状例と該芯鞘型複合繊維体の不織布からなる吸音材を示す模式図である。
【図３】芯成分を構成する樹脂中に圧電材と導電材を含む芯鞘型複合繊維体の形状例を示す模式図である。
【図４】芯鞘型複合繊維の製造方法の一例を示す工程図である。
【図５】芯鞘型複合繊維の製造方法の他の一例を示す工程図である。
【図６】芯鞘型複合繊維からなる不織布の製造方法の一例を示す工程図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わるエネルギー変換繊維体を設置部位に応じた形状に成形した吸音材およびその拡大断面図である。
【図８】芯鞘型複合繊維体のさらに他の形状例と該芯鞘型複合繊維体の不織布からなる吸音材を示す模式図である。
【図９】垂直入射吸音率測定に用いた装置の構造を示す概略図である。
【図１０】音響透過損失測定に用いた装置の構造を示す概略図である。
【図１１】本発明に係わる芯鞘型複合繊維体からなる吸音材における周波数ごとの垂直入射吸音率を比較例と共に示すグラフである。
【図１２】本発明に係わる芯鞘型複合繊維体からなる吸音材における周波数ごとの透過損失を示すグラフである。
【図１３】表皮層および粘着材層を備えた吸音材の構造例を示す断面図である。
【図１４】本発明に係わる吸音材をダクトに装着した状態を示す概略図である。
【図１５】本発明に係わる吸音材をダッシュインシュレータに装着した状態を示す概略図である。
【図１６】本発明に係わる吸音材をフロアカーペットに装着した状態を示す概略図である。
【図１７】従来の吸音材と当該吸音材を構成する繊維の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１０】
４    芯鞘型複合繊維体（エネルギー変換繊維体）
４ａ  芯成分
４ｂ  鞘成分
５    吸音材
６ａ  ポリエステルを主成分とする層  
６ｂ  圧電材
６ｃ  導電材
【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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【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】
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【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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