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技術 吸音材

出願人 東レ株式会社
発明者 佐野眞二
出願日 1999年4月22日 (21年6ヶ月経過) 出願番号 1999-114836
公開日 2000年11月2日 (20年0ヶ月経過) 公開番号 2000-305574
状態 拒絶査定
技術分野 道路防護装置、防音壁 建築環境 積層体(2) 不織物 防音、遮音、音の減衰
主要キーワード ガラス繊維片 重合積層 超音波ミシン 表面加工剤 致命的欠陥 ポリエステル素材 ガラス繊維集合体 スパンボンド製
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この項目の情報は公開日時点(2000年11月2日)のものです。
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図面 (2)

課題

良好なる吸音性耐候性、形態安定性、強力、加工性装着作業性、水保持特性難燃性通気性などを満足する吸音材を効率よく生産する技術を提供する。

解決手段

中材と該中材を包皮してなる表皮材とで構成された吸音材であって、該表皮材はJIS L−1096に基づいて測定される通気量80cc/cm2/sec以上で厚さ1mm以下の布帛融着されてなる袋状物からなり、該中材が、比重0.02g/cc以上、表面硬度50度以上で、繊維相互が部分的に接着されてなる繊維集合体からなり、かつ、該中材と該表皮材が同一種類合成繊維で構成されていることを特徴とする吸音材。

概要

背景

従来の吸音材は、中材ガラス繊維集合体を使われている。かかる吸音材は、ガラス繊維伸度極端に低いという致命的欠陥から、吸音材の生産、吸運搬施工、さらには設置後においても破損しやすいとか形態崩れが起こりやすく、またガラス繊維片飛散および施工時の破損飛散などが懸念される。その欠点を補うために、合成樹脂フィルムガラス繊維製織物などでガラス繊維集合体を包んだものが開発されているが未だ不十分である。

最近では、かかる欠点を改良するため、合成繊維を使用した繊維集合体を用いるものが提案されている。しかし、これらは接着剤表面加工剤に起因すると思われる燃焼の問題が取り上げられ広く用いられていないのが現状である。

いずれにしても、道路鉄道建築などで使用される吸音材は、吸音性耐候性、形態安定性、強力、加工性、道路での装着作業性、吸水後の水保持性難燃性通気性など、さらには吸音材を効率よく生産するための改良技術が望まれている。

概要

良好なる吸音性、耐候性、形態安定性、強力、加工性、装着作業性、水保持特性、難燃性、通気性などを満足する吸音材を効率よく生産する技術を提供する。

中材と該中材を包皮してなる表皮材とで構成された吸音材であって、該表皮材はJIS L−1096に基づいて測定される通気量80cc/cm2/sec以上で厚さ1mm以下の布帛融着されてなる袋状物からなり、該中材が、比重0.02g/cc以上、表面硬度50度以上で、繊維相互が部分的に接着されてなる繊維集合体からなり、かつ、該中材と該表皮材が同一種類の合成繊維で構成されていることを特徴とする吸音材。

目的

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、良好なる吸音性、耐候性、形態安定性、強力、加工性、装着作業性、水保持特性、難燃性、通気性などを満足する吸音材を効率よく生産する技術を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

中材と該中材を包皮してなる表皮材とで構成された吸音材であって、該表皮材はJIS L−1096に基づいて測定される通気量80cc/cm2/sec以上で厚さ1mm以下の布帛融着されてなる袋状物からなり、該中材が、比重0.02g/cc以上、表面硬度50度以上で、繊維相互が部分的に接着されてなる繊維集合体からなり、かつ、該中材と該表皮材が同一種類合成繊維で構成されていることを特徴とする吸音材。

請求項2

該繊維集合体を構成する単繊維軸がほぼ音源方向に配列していることを特徴とする請求項1記載の吸音材。

請求項3

該表皮材が、繊維相互が部分的に接着された長繊維不織布であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の吸音材。

請求項4

JIS D−1201に基づいて測定される燃焼性能において自消性を示すことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の吸音材。

技術分野

0001

本発明は、道路鉄道建築などで使用される吸音材に関するものである。

背景技術

0002

従来の吸音材は、中材ガラス繊維集合体を使われている。かかる吸音材は、ガラス繊維伸度極端に低いという致命的欠陥から、吸音材の生産、吸運搬施工、さらには設置後においても破損しやすいとか形態崩れが起こりやすく、またガラス繊維片飛散および施工時の破損飛散などが懸念される。その欠点を補うために、合成樹脂フィルムガラス繊維製織物などでガラス繊維集合体を包んだものが開発されているが未だ不十分である。

0003

最近では、かかる欠点を改良するため、合成繊維を使用した繊維集合体を用いるものが提案されている。しかし、これらは接着剤表面加工剤に起因すると思われる燃焼の問題が取り上げられ広く用いられていないのが現状である。

0004

いずれにしても、道路、鉄道や建築などで使用される吸音材は、吸音性耐候性、形態安定性、強力、加工性、道路での装着作業性、吸水後の水保持性難燃性通気性など、さらには吸音材を効率よく生産するための改良技術が望まれている。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、良好なる吸音性、耐候性、形態安定性、強力、加工性、装着作業性、水保持特性、難燃性、通気性などを満足する吸音材を効率よく生産する技術を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。

0007

すなわち、中材と該中材を包皮してなる表皮材とで構成された吸音材であって、該表皮材はJIS L−1096に基づいて測定される通気量80cc/cm2/sec以上で厚さ1mm以下の布帛融着されてなる袋状物からなり、該中材が、比重0.02g/cc以上、表面硬度50度以上で、繊維相互が部分的に接着されてなる繊維集合体からなり、かつ、該中材と該表皮材が同一種類の合成繊維で構成されていることを特徴とする吸音材である。

発明を実施するための最良の形態

0008

本発明において、中材や表皮材を構成する繊維は、耐候性の点から合成繊維であることが必要である。かかる繊維素材としては、ポリエステルポリアミドアクリルポリプロピレンポリエチレンなどいずれのものでも使用できるが、耐候性、難燃性、リサイクル性の点から、ポリエステル繊維を使うのが最も好ましい。

0009

その繊維の太さは、1〜100デニールのものを使用することができる。後述するように水分保持量0.2g/cm3 以下のものを得るためには、太い繊維の方が濡れたときの水保持性が少なく、正常な状態である乾燥状態への回復が早くてよいし、また、通気性においても好ましいので、これらの点からは1〜20デニールのものが好ましく使用される。加工性、扱い性の点からは太い方がよく、特に開繊機生産性を向上させることを考慮すると、3〜15デニールがより好ましく用いられる。なお、吸音性からの面からは細い方がよく、特に低音域である200〜1500Hzの吸音性を向上するためには5デニール以下の細い繊維を使うのが好ましい。

0010

また、繊維の長さは10mm以上が好ましい。フィラメントでもステープルでもよいが、ステープルの場合は、繊維長30〜100mmが好ましい。

0011

なお、繊維断面の形状は、通常の丸断面、T型、扁平などの異形断面のいずれでもよく、また中空繊維でも差し支えない。また、捲縮を有する繊維でもよく、たとえばケン縮形態としては、波形スパイラル型または両者の折衷型などいずれでもよいが、弾性、耐へたり性の点からスパイラル型のものが好ましく使用される。ケン縮数は、少ないと弾性、硬さが不足し、多すぎると加工上トラブルが起こるため、好ましくは5〜200山/25mm、より好ましくは10〜50山/25mmのものが使用される。

0012

本発明のおいて中材は、耐候、吸水時、現場での施工作業の形態安定性、強度などの点から、比重が0.02g/cc以上であると同時に、表面硬度が50度以上でなくてはならない。0.02g/cc未満では、たとえば、垂直入射吸音率で見ると、2000Hz以下の低周波領域での吸音率が著しく悪くなる現象がある。また、風合いが柔らかくなるので、形態が安定せず、さらにまた強力もないため、吸水時や現場作業時の形態崩れが発生するので使用しにくいという問題がある。製造コストと作業性を考慮すれば、比重は0.06g/cc以下が好ましい。

0013

本発明の中材は、表面硬度が50度以上である。ここでいう表面硬度とは、高分子計器(株)製ゴムプラスチック硬度計F型を中材の表面にあてて測定されるものをいう。表面硬度が50度未満のものは、柔らかくなりすぎるため、形態が安定せず、様々なトラブルが発生するので好ましくない。表面硬度は高いほどよく、安定した耐久形態安定性が得られる。

0014

かかる中材を構成する繊維(主体繊維)は、高い表面硬度を得るために、繊維相互が部分的に接着されている必要がある。その接着は、接着剤や低融点繊維接着性繊維)によるもののいずれでもよい。接着剤としては、合成樹脂、ゴムなどいずれのものでもよく、形状は、膜状、粒状、液状などいずれでも使用することができる。加工上、実用上からは、低融点繊維(接着性繊維)が好ましく使用され、低融点ポリマからなる繊維を混合して使用するか、ポリエチレンテレフタレートなどの高融点のポリエステルを芯部とし、イソフタル酸などを共重合した低融点のポリエステルを部とする芯鞘型複合繊維を使用することができる。好ましくは後者の複合繊維を使用して接着する。このような接着性繊維と、中材を構成する主体繊維の混合比率は、5/95〜50/50が好ましく、10/90〜40/60がより好ましい。接着性繊維の混合比率が5重量%未満では、接着が十分ではなく、弾性と硬さがなくなる。接着性繊維は高々50重量%混合されていれば、十分な接着を与えることができる。

0015

接着手段としては、乾燥、圧力、熱などの方法を採用することができるが、加工の簡易性から、熱による溶着手段が好ましく使用される。この場合、接着性繊維としては、主体繊維の融点よりも、好ましくは20〜150℃低い融点を有するポリマからなる繊維を使用するのがよい。

0016

また、中材を構成する単繊維の軸は、吸音率の効率の点から、ほぼ音源方向に向いているのが好ましい。すなわち、ほぼ音のする方向と同一方向に繊維が配列していることが好ましく、たとえば厚さ50mmの吸音材が厚さ方向に音を受ける場合、構成する単繊維の繊維軸は、ほぼ厚さ方向に配列しているものがよい。このことによって垂直入射の吸音性だけでなく、斜めより入射する音に対しても、好ましい吸音特性を示すのである。また、単繊維軸が厚さ方向に配列していることにより、特に橋梁の裏面吸音材の場合、雨水等の吸水後の水分の透過が良く、長時間にわたって水分を保持することがなく、また通気性もよく、形状の変化を及ぼす要因が少ないので、耐久性のよいものを提供することができる。

0017

なお、本発明の吸音材の中材において、繊維集合体を構成する単繊維軸がほぼ音源方向に配列していることとは、例えばカードウエブを略平行に積層し、繊維相互を部分的に接着させて形成した繊維構造体を、カード走行方向に配列した繊維群に対して略垂直に切断せしめ、その単繊維軸を音源に向けることが含まれる。さらに、高圧空気によって繊維を型枠内詰め込み圧縮することにより単繊維軸を圧縮方向に対して略垂直な面に平行に配列させ、その面を音源方向に向けることが含まれる。この場合、圧縮方向に対して略垂直な面においては単繊維軸がその面に平行に存在しているが、その面内において単繊維軸はランダムな方向に向いて存在するものも含まれる。

0018

かかる中材の厚さは、厚いほど吸音性が良くなるが、経済性、扱い易さ、吸音材としてのスペースから、好ましくは5〜500mm、さらに好ましくは50〜200mmのものが使用される。

0019

たとえば、表1に示すように、厚さ40mmのものは、比重0.04g/ccの場合の垂直入射吸音率は、中波領域である800から1600Hzの吸音率をみると、良好とされる90%の吸音率を得るためには厚さ50mm以上のものが好ましいことが判る。

0020

0021

本発明に用いる中材は、開綿、開繊機で主体繊維と接着性繊維を混合した後、カード機掛けウエッブとし、クロスレイヤー重合積層してウエッブ積層体を作り、これをエアースルー熱処理機接着繊維を溶解する手段、または開繊混合された繊維を高圧空気によって型枠内に詰め込んだ後熱処理する方法などにより製造することができる。

0022

次に、本発明の吸音材は前記中材を表皮材が包皮してなるものであるが、この表皮材の通気量は80cc/cm2/sec以上であることが必要である。道路吸音材のように屋外で使用する場合、雨水を吸水した時に素早く排水ができることが好ましく、高通気性を有することにより、素早く乾燥することが望まれる。80cc/cm2/sec未満では本発明の吸音材の保水率が高くなり、吸水により重量が増し形態変化が起こり易くなる。多い方はいくらでも良いが、好ましくは2000cc/cm2/sec程度までである。

0023

さらに本発明の表皮材は、目付は上記目的を達成するならばコスト面から低いほうがよいが、強力の点からも考慮し、好ましくは20〜200g/m2,さらに好ましくは40〜100g/m2である。

0024

また、本発明の吸音材において、表皮材と中材は同一素材で構成されている必要がある。道路で使用される吸音材などは大量に使用され、かつ公共性の高いものであり、リサイクルが可能であることが要求される。この場合、他素材を用いると分解作業の必要性が出てきてリサイクルしにくくなる。ポリプロピレンの中材にはポリプロピレンの表皮材を用いる。

0025

難燃性を要求される場合にはポリエステル素材を用いることが好ましく、また燃焼性能において自消性を示すことが好ましい。ここで燃焼性能とは後で述べる燃焼試験方法で評価する。

0026

表皮材の形態は、布帛状のもので強度があり、擦過した際に「ももけ」が発生しないものが好ましい。かかる布帛を構成する繊維は、ステープル、フィラメントいずれでもよく、たとえば不織布、織物や編物であっても使用することができる。これらの中でも製造コスト、強度特性の観点から、長繊維で構成された不織布が最も好ましく使用され、特にスパンボンド製法により、繊維相互が部分的に接着されたサーマルボンド製布方法によるものが、布帛表面の「ももけ」も解消できるので好ましい。

0027

さらに本発明の表皮材は、厚さが1mm以下の布帛が融着されて袋状を形成しているものである。表皮材を袋状に形成しその中に中材を収納させた構造とするのは、表皮材と中材を接着剤などにより接着させたり、糸等により接合させない構造とするためである。中材と表皮材が接合されていると表皮材により屈曲阻害され、吸音材として現場で施工する際、表皮材の切断や取り扱い性の悪化をもたらすとととなる。また、厚さが1mmを超えると袋状に形成し中材を収納する際、取り扱い性が悪化し生産性に影響する。

0028

本発明の表皮材はその接合部分の少なくとも一部を融着されている必要がある。この融着部分はどのような融着方法であってもよいが、いわゆる超音波ミシンにより表皮材を直接融着させる方法が好ましい。この場合、効率よく袋状物を加工できる。

0029

ここで、袋状とは、中材を包み込む形状になっておれば、いかなる形状のものであってもよく、特に限定されるものではないが、たとえば、中材が直方体の場合、各面に対応する表皮材をそれぞれ融着によりつなぎ合わせ袋状にしたものであってもよく、また2枚の表皮材を融着によりつなぎ合わせていわゆる封筒状にしたものであってもよい。この表皮材は、中材とは別に袋状物を形成してもよく、また布帛で中材を包んだ後、袋状に加工してもよい。

0030

本発明の吸音材は、雨水を吸収した後、素早く排出し、短時間の内に乾燥状態とするためには、中材の水分保持量が0.2g/cm3 以下であることが好ましい。水分保持量が0.2g/cm3 を越えると、雨水を吸収したときに吸音材が重くなり、変形を起こしやすく、実用に耐えにくくなることがある。水分保持量は少ない程よいが、少なくなりすぎると構成する繊維相互間において毛細管現象が生じ、水が抜けにくくなることから、0.1g/cm3以下であることが好ましい。かかる水分保水量は、予めタテ50cm,ヨコ10cm,高さ50cm(体積25000cm3)の中材について、その重量(W0)を測定した後、中材を水中に全面浸水して5分放置後に取り出し、タテ50cm,ヨコ10cmの面を底面として5分間放置した後に再び重量(W1)を測定し、W1からW0を引いて中材に含有する水分として算出し、中材1cm3あたりの水分量に換算したものである。

0031

次に、本発明の吸音材を一例を図面によって説明する。

0032

図1は本発明の吸音材の一例を示す概念図である。この図において、袋状を呈した表皮材1と中材2は一体に結合されることなく、つまり分離した形で中材2を包んでいる。また、熱融着部分3は表皮材1を熱融着により接合している。中材2を構成する繊維3は、繊維軸が音源方向に向くよう平面に対して立体的に配列している。

0033

本発明を実施例によってさらに詳しく説明する。

0034

尚、本発明の用いる評価方法について説明する。ここで説明しない評価方法については基本的にJISで定められている方法に準ずる。

0035

表面硬度:ゴム・プラスチック硬度計ASKERF型(高分子計器株式会社製)を、中材の表面にあてて測定したものである。

0036

通気量 :JIS L−1096に準ずる。

0037

吸音率:JIS A−1405に準ずる。ただし測定装置電子測器株式会社製 自動垂直入射吸音率測定器タイプ10041Aを用いた。

0038

燃焼性能:JIS D−1201に準ずる。

0039

ただし、調湿は22℃×50%RHで行った。

0040

また、試験片は中材を表皮材で両面包んだ長さ350mm,幅100mm,厚さ12mmのものを用いた。

0041

実施例1
まず、中材を次のようにして作成した。

0042

使用する繊維として、ポリエチレンテレフタレートステープル原綿(6デニール、繊維長64mm、中空断面、ケン縮数12山/25mm、ケン縮度20%、立体ケン縮品)と、接着性繊維として、ポリエステルステープル芯鞘型複合繊維(芯部にポリエチレンテレフタレートを用い、鞘部に溶解温度110℃の共重合ポリエステルを配したもの、4デニール、繊維長51mm)を用意した。

0043

これら両者の繊維を前者/後者=70対30の比率サンドイッチ積層し、開綿機で混合、開綿し、カード機に掛けてウエッブ状とした。さらにこのウエッブを開繊機に掛けた後、高圧空気によって、高さ200cm、タテ110cm、ヨコ110cmの型枠の中に詰め込んだ。この型枠を、高さ方向より100cm圧縮し、100cm角とした。

0044

次いで、この型枠を高圧スチームセッターに入れて、130℃、30分間熱処理し、その後冷却した。このようにして得た繊維集合体ブロックを、型枠を圧縮した方向と同方向より、80mmの厚さで、帯状の刃が回転するカッタースライスして、100cm×100cm、厚さ10cm中材を作成した。

0045

この中材の比重は0.035g/cc、また表面硬度は70度であった。このとき中材を構成する単繊維の軸は、ほぼ厚さの方向に配列していた。

0046

次に、表皮材として、ポリエチレンテレフタレート100%よりなるスパンボンドサーマルボンド製法による不織布(目付50g/m2 、厚さ0.19mm)を準備した。この不織布の通気量は120cc/cm2/secであった。

0047

かかる不織布を用いて、超音波ミシンにてマチの部分を熱融着させることにより袋状に形成せしめ、その中に中材を挿入し最後に袋の口部分も超音波ミシンにより閉じ本発明の吸音材を作製した。

0048

超音波ミシンを用いて表皮材を加工したため効率よく加工することができた。また、JIS D−1201に基づいて燃焼性能を評価したところ、燃焼がA標線まで達せず「自消性」の区分となった。

0049

比較例1
まず、中材を構成する繊維として、ポリエチレンテレフタレートステープル原綿(1デニール、繊維長64mm、丸断面、ケン縮数12山/25mm、ケン縮度12%、波形ケン縮品)と、接着性繊維として実施例1で用いたのと同じポリエステルステープル芯鞘型複合繊維を用意した。

0050

これら両者の繊維を前者/後者=95対5の比率でサンドイッチ積層し、開綿機で混合、開綿し、カード機に掛けてウエッブ状とした。かかるウエッブをクロスレイヤーで重合積層した後、エアースル型熱処理機で、熱風吐出温度170℃、5分間の熱処理をした後、冷却して、中材を作成した。

0051

この中材のサイズは、100cm×100cm、厚さ10cm、比重0.015g/cc、表面硬度は、20度であった。

0052

次に、表皮材として、ポリエチレンテレフタレート100%よりなるスパンボンドサーマルボンド製法による不織布(目付260g/m2 、厚さ0.62mm)を準備した。この不織布の通気量は、11cc/cm2/secであった。

0053

かかる不織布を用いて、100cm×100cm、厚さ10cmの袋を作成して、この袋の中に、前記中材を挿入して、比較例1の吸音材を作成した。

0054

両中材の性能を測定した結果を表2に示す。表2から明らかなように、実施例1のものは、比較例1のものに比して、優れた吸音性を示すことがわかる。

0055

発明の効果

0056

本発明によれば、良好なる吸音性と扱い作業性、吸水排水性、通気性、難燃性,耐久性よく安定した形態の吸音材を提供することができる。

図面の簡単な説明

0057

図1本発明の吸音材の一例を示す概念図である。

--

0058

1:表皮材
2:中材
3:超音波融着

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