JP2006119432A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペースで、十分に消音する。
【解決手段】 気体を流通させる消音器本体２と、下流側の端部で合流された主流路３ａおよび副流路３ｂを内側および外側に形成するように消音器本体２内に設けられた多孔板４と、気体が主流路３ａを旋回しながら流動するように、気体を主流路３ａに流入させる配管５ａと、多孔板４に設けられ、主流路３ａを流動する気体の一部を副流路３ｂに通過させる貫通孔４ａとを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の流れに重畳した騒音を消音する消音器に関する。

これまでに、流体（気体）の流れに重畳した騒音を消音するために、様々な構造が提案されている。例えば、特許文献１には、気体が流通する複数の貫通孔を有した多孔質防音構造体が開示されている。かかる多孔質防音構造体は、外装板と多数の貫通孔を有した内装板とを対向配置して形成されており、内装板は、板厚、孔径および開口率が貫通孔を流通する気体に粘性作用を発生させる設計条件を満足するように設定されている。そして、その粘性作用により音波のエネルギーを消散させて、吸音している。このような多孔質防音構造体を吸音部材として用いたものも気体の流れに重畳した騒音を消音する構造の１つである。

特開２００３−５０５８６号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載の吸音構造は、広い周波数範囲において吸音効果が得られるが、その吸音率は０．３程度と小さく、この吸音構造を消音器の吸音部材として用いた場合、十分な消音性能を得るためには、消音器本体を大きくする必要がある。

そこで、本発明の目的は、省スペースで、十分な消音性能を有した消音器を提案することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、流体を流通させる消音器本体と、下流側の端部で合流された主流路および副流路を内側および外側に形成するように消音器本体内に設けられた仕切部材と、流体が主流路を旋回しながら流動するように、流体を主流路に流入させる旋回開始手段と、仕切部材に設けられ、主流路を流動する流体の一部を副流路に通過させる貫通孔とを有している。

この構成によると、流体は仕切部材の内周面に沿って旋回しながら主流路を流動するため、遠心力により外側に広がろうとし、流体は仕切部材に設けられた貫通孔を容易に通過することができる。音波が貫通孔を通過すると、孔壁面における粘性作用により、音波の減衰（消音）効果を得られ、音波が重畳した流体の流れが貫通孔を通過すると、粘性作用に加えて、その流れの圧損作用により音波の減衰（消音）効果を格段に大きくすることができる。これにより、十分な消音性能を有した消音器を省スペースで実現することができる。また、貫通孔に流体を流すために、流体を旋回させることによる遠心力を利用しており、貫通孔を設けた仕切部材の主流路内の流体の流動に対する抵抗を小さくすることができる。

本発明の仕切部材が円筒形状であることが好ましい。これによると、主流路を流動する流体が仕切部材の内周面に沿って旋回しやすくなり、さらに貫通孔を通過させやすくなる。

本発明は、間隔をあけて仕切部材を囲繞するように配設され、流体が通過する通過孔が設けられた補助仕切部材を有していることが好ましい。これによると、より広い周波数範囲でより大きな消音効果を得ることができる。

本発明は、副流路内を流通する流体に重畳する音波を反射し、流体は下流側へ流れるように設けられた阻止部材を有していてもよい。この構成によると、副流路内での無用な音波の共鳴を防止することができ、より高い周波数まで消音することができる。

この場合、音波の最高周波数をｆ、気体中の音波の音速をｃ、阻止部材の間隔をｂとするとき、ｂ＝＜ｃ／（２ｆ）の関係を満たすことが好ましい。これによると、阻止部材の間隔を調節することで確実に消音することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る消音器１は、例えば自動車や鉄道車両、建設車両、船舶、自動搬送装置のように内部にエンジン等の駆動機構を備えた移動装置、モータやギヤ等の駆動機構を内部に備えた設備機械等から騒音（音波）が重畳した気流（流体）を排出する際に用いる排気筒、または、圧縮機等、圧縮気体の流れに重畳して音波が伝搬する配管等に好適に使用される。尚、本実施の形態では、消音器１に流通する流体を気体として説明するが、水や油などの液体であってもよい。

消音器１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、音波が重畳した気流が流通する流路３を形成する円筒状の消音器本体２と、同じく円筒状の多孔板４（仕切部材）と、配管５ａ（旋回開始手段）・５ｂとを有している。これらの消音器本体２、多孔板４および配管５ａ・５ｂは、鉄やアルミニウム等の金属や合成樹脂により形成されている。尚、消音器本体２、多孔板４および配管５ａ・５ｂは、リサイクル時の分別処理を不要にするように、同一の材質で形成されていることが望ましい。

多孔板４は、消音器本体２の軸方向に延在し、内側に主流路３ａ、外側に副流路３ｂを形成するように流路３を分割し、多孔板４の中心軸と消音器本体２の中心軸とが一致するように配設されている。つまり、円筒状の主流路３ａの外周を副流路３ｂが囲繞するように形成されている。さらに、多孔板４は、分割した主流路３ａと副流路３ｂとが下流側の端部で合流するように配設されている。また、多孔板４は、気体が通過する複数の貫通孔４ａを有しており、貫通孔４ａを介して、気体は、主流路３ａと副流路３ｂとの間を移動することができるようになっている。尚、多孔板４の板厚、貫通孔４ａの開口率および孔径等のパラメータは、貫通孔４ａを通過する気体に対して粘性作用と圧力損失とによる減衰効果を生じさせるように設定されていることが好ましい。

さらに、気体が常温、常圧の空気の場合、貫通孔４ａの孔径は、特に範囲が限定されるものではないが、２ｍｍ以下であることが望ましい。そして、このように貫通孔４ａの孔径を２ｍｍ以下に設定した場合には、貫通孔４ａを流動する気体に粘性作用を確実に発生させることができる。

また、同じく貫通孔４ａの直径の下限値は、０．２ｍｍであることが好ましい。この理由は、貫通孔４ａの直径が０に近づくと、その吸音率のピークが理論上１．０になるが、現実的には１．０に至ることはなく、直径が０．２ｍｍ以下のように極めて小さくなると、貫通孔４ａの空気の粘性が大きくなりすぎるため、貫通孔４ａの空気の流れに対する抵抗が大きくなり、吸音率が却って低下すると考えられるからである。また、直径が０．２ｍｍ以下のように極めて小さくなると、製造が大幅に困難となり、使用環境によってはゴミや埃等により貫通孔４ａが閉塞し易くなるからである。尚、貫通孔４ａの径は、上述の数値に限定されることはなく、気体の状態、特性、消音したい音波の周波数等で好適な数値を決定すればよい。

また、貫通孔４ａは、楕円形状や矩形状、多角形状、スリット状であっても良いし、同一のサイズおよび形状に設定されていても良いし、各種のサイズや形状が混在していても良い。各種のサイズや形状が混在している場合には、十分な吸音性能を発揮する周波数帯域幅を拡大することができる。

配管５ａ・５ｂは、消音器本体２に配設され、気体を消音器本体２に流入及び流出する。配管５ａは、消音器本体２の上面に、約４５度の角度を設けて配設されており、配管５ｂは、多孔板４の径と略同じ径を有しており、消音器本体２の下面の略中央部に配設されている。また、配管５ａは、気体を主流路３ａに流入させる位置、つまり、多孔板４の内側に配設されている。配管５ａを、角度を設けて配設することで、気体は斜めに消音器本体２に流入され、多孔板４と当たり、多孔板４の内壁に沿って、図中矢印のように旋回しながら主流路３ａを流通するようになっている。ここで、消音器本体２の上面は、流通する気体の上流側の面、下面は下流側の面をいう。尚、配管５ａに設ける角度は、前述した気体が主流路３ａを旋回しながら流通できる範囲内であれば、４５度に限定されない。

次に、気体の挙動について説明する。気体が配管５ａから流入すると、多孔板４の内壁に沿って旋回する。そして、気体には遠心力が加わり、外側に広がろうとする。このため、気体の流れは、多孔板４に設けられた貫通孔４ａを通過する。そして、気体の流れが貫通孔４ａを通過することにより、気体の流れに重畳している音波が各段に大きく吸音される。貫通孔４ａを通過した気体は、副流路３ｂを流通し、下流側で、主流路３ａを流通する気体と合流し、配管５ｂから流出する。

以上、説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る消音器１は、気体（流体）を流通させる消音器本体２と、下流側の端部で合流された主流路３ａおよび副流路３ｂを内側および外側に形成するように消音器本体内に設けられた多孔板４（仕切部材）と、気体が主流路３ａを旋回しながら流動するように、気体を主流路３ａに流入させる配管５ａ（旋回開始手段）と、多孔板４に設けられ、主流路３ａを流動する気体の一部を副流路３ｂに通過させる貫通孔４ａとを有している。

この構成によれば、気体は仕切部材の内周面に沿って旋回しながら主流路３ａを流動するため、遠心力により外側に広がろうとし、気体は多孔板４に設けられた貫通孔４ａを容易に通過することができる。音波が貫通孔４ａを通過すると、孔壁面における粘性作用により、気体の流れに重畳した音波の減衰（消音）効果を得られ、音波が重畳した気体の流れが貫通孔を通過すると、粘性作用に加えて、その流れの圧損作用によりその流れに重畳している音波の減衰（消音）効果を格段に大きくすることができる。これにより、十分な消音性能を有した消音器１を省スペースで実現することができる。また、貫通孔４ａに気体を流すために、気流を旋回させることによる遠心力を利用しており、貫通孔４ａを設けた多孔板４の主流路３ａ内の気体の流動に対する抵抗を小さくすることができる。

また、消音器本体２および多孔板４（仕切部材）が円筒状となっているため、流通する気体（流体）が旋回しやすいようになっている。これにより、さらに貫通孔４ａを通過させやすくなり、より確実に音波を消音することができる。また、消音器１は、従来産業廃棄物等として処分せざるを得なかったグラスウール等の難リサイクル材を使用していないため、リサイクルが容易である。

また、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。即ち、本実施の形態において、消音器本体２および多孔板４は円筒状としているが、これに限定されない。気体が旋回しながら流通できるような形状であれば良い。また、気体が主流路３ａを旋回して流通するように配管５ａを斜めに配設しているが、これに限定することはない。例えば、図２に示すように、配管５ａ・５ｂを消音器本体２に垂直に配設するようにしてもよい。この場合、消音器本体２に水平に流入する気体が多孔板４に当たり、多孔板４の内壁に沿って旋回するようになっている。

さらに、図３に示すように、角度を設けずに配管５ａを配設して、配管５ａ・５ｂ及び主流路３ａを一直線に形成し、かつ、旋回板７を主流路３ａの入口に気体の進行方向に対して斜めに配置し、気体を旋回させて、主流路３ａに流入させるようにしてもよい。この場合、配管を直線に形成することができるため、容易に作成でき、耐久性がよくなる。尚、旋回板７は気体を旋回させることができる形状であればよい。

また、図４に示すように、気体が通過する貫通孔４ｃ（通過孔）が設けられた補助多孔板４ｂ（補助仕切部材）を、間隔をあけて多孔板４を囲繞するように配置して、多孔板による２重構造としてもよい。これにより、２枚の多孔板の相乗効果で、より広い周波数範囲でより大きく消音することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る消音器について説明する。本実施の形態に係る消音器１０は、図５に示すように、第１の実施形態の消音器１の副流路３ｂに、副流路３ｂ内を流通する気体に重畳した音波を反射させるように板状の阻止板８（阻止部材）が軸方向に複数配設されている。また、阻止板８は、気体が下流側へ流通可能なように配置されている。阻止板８を配置することで、多孔板による消音の効果の妨げとなる副流路３ｂ内での音波の共鳴が起こる周波数を高くすることができ、より高い周波数まで消音できるようになる。尚、阻止板８は、気体の一部を阻止できる形状であれば板状でなくてもよい。

なお、阻止板８は、消音させる音波の最高周波数をｆ、気体中の音波の速度をｃ、阻止板８の配置間隔ｂとするとき、ｂ＝＜ｃ／（２ｆ）の関係を満たすように配置されていることが好ましい。これは、阻止板８の間隔を最高周波数ｆの音波の半波長以下とすることで、周波数ｆ以下で共鳴が起こることを確実に防止することができる。尚、阻止板８の配置間隔ｂは、上式を満たすことが好ましいが、間隔ｂが不均一であってもよく、音波が様々な周波数を含んでいても、広帯域で消音することができる。

また、図示しないが、阻止板８が副流路３ｂ内の円周方向に複数配置されていてもよい。これにより、副流路３ｂは円周方向に複数の小室が形成されるようになる。この場合、円周方向での共鳴を防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る消音器１０は、第１の実施形態の効果に加え、より高い周波数まで音波を消音することができる。

次に、第１の実施の形態における、音波が重畳した気体の流れを貫通孔に通過させることによる多孔板吸音効果の増大を確認するため、図６に示すような装置を用い、下記の試験を行った。即ち、気体を流入する孔１０１ａと流出する孔１０１ｂとを有するシリンダ１０１内の断面内に、図１に示す消音器１の多孔板４と同様の、貫通孔１００ａを有する多孔板１００を配置する。そして、孔１０１ａから気体を流通させると同時に、スピーカ１０４から音波を発し、音波を気体とともに、多孔板１００に入射させる。気体は、孔１０１ｂから排出する。そして、シリンダ１０１内の２ヶ所でマイク１０２により、音圧を測定し、多孔板による吸音率を算出した。図７は、上記の試験結果から、横軸を音波の周波数（単位はＨｚ）、縦軸を吸音率とし、貫通孔１００ａを通過する流れの速度が、０，２，４，８ｍ／ｓの場合についてグラフ化したものである。尚、速度０ｍ／ｓは、気体の流れがないことを意味する。

また、ピストン１０３は軸方向に移動可能となっており、多孔板１００との距離を変動させることができ、第１の実施形態の副流路３ｂの幅に相当する。この距離を変化させることで、特に大きな吸音効果が得られる周波数を設定することができる。本試験で用いた多孔板１００は、板厚が０．８ｍｍ、貫通孔１００ａの孔径が２．０ｍｍ、開口率が５％であり、ピストン１０３と多孔板１００との距離は３５０ｍｍとした。

図７からわかるように、気体が貫通孔１００ａを通過し、その速度が速いほど多孔板の吸音率は大きくなる。つまり、多孔板４に気体を通過させると、消音器の消音性能を格段に向上させることができることを確認できた。

本発明は、上述した装置以外にも、油圧を用いた建設機械やプレス機械、又はポンプ等の液体が流通する配管部分等にも適用することができる。

（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る消音器の側面透視図。（ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る消音器の上面図。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す図。 本発明の第１の実施形態の別の変形例を示す図。 本発明の第１の実施形態のさらに別の変形例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る消音器の側面透視図。 多孔板に気体を流した場合の効果を確認するための試験装置図。 図６の試験結果を示すグラフ図。

符号の説明

１ 消音器
２ 消音器本体
３ 流路
３ａ 主流路
３ｂ 副流路
４ 多孔板
４ａ 貫通孔
５ａ・５ｂ 配管

Claims (5)

1. 流体を流通させる消音器本体と、
   下流側の端部で合流された主流路および副流路を内側および外側に形成するように前記消音器本体内に設けられた仕切部材と、
   前記流体が前記主流路を旋回しながら流動するように、前記流体を前記主流路に流入させる旋回開始手段と、
   前記仕切部材に設けられ、前記主流路を流動する流体の一部を前記副流路に通過させる貫通孔と
   を有していることを特徴とする消音器。
2. 前記仕切部材が円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
3. 間隔をあけて前記仕切部材を囲繞するように配設され、前記流体が通過する通過孔が設けられた補助仕切部材を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器。
4. 前記副流路を流通する前記流体に重畳する音波を反射し、前記流体は下流側へ流れるように設けられた阻止部材を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の消音器。
5. 消音したい騒音の最高周波数をｆ、前記音波の音速をｃ、前記阻止部材の間隔をｂとするとき、ｂ＝＜ｃ／（２ｆ）の関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の消音器。
   
   
   
   

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