JP2006323204A - 複層吸音構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、この従来の膜状材料に新しい概念を導入することで、適用対象の周波数帯域の幅を大幅に拡大しようとするもので、特に不燃性の吸音材料、吸音性能、軽量、経済性等に優れた構造体を提供するものである。
【解決手段】音波を透過する膜状構造体と薄板構造体とから選択される一対の構造体との間に通気性のある摩擦材を密着するように挟み、これらを部分的に相互を固定してなる吸音構造基体と、当該吸音構造基体の音波入射面側の表面に孔明構造体、網目構造体を密着して設けると共に、音波反射側に空気層或いは多孔質材料と組み合わせたことを特徴とする複層吸音構造体。Ａ、Ｃ‥膜状材料及び／又は薄板状材料、Ｂ‥網目材料、孔明き材料或いは不織布材料、Ｄ、Ｆ‥密着又は固定、Ｅ‥網目材料、孔明き材料或いは不織布材料、Ｇ‥空気層。
【選択図】図２

Description

本発明は、騒音低減や音場調整の重要な吸音技術に関するものである。

従来の吸音材料の中で、多孔質材料には、グラスウールやロックウール等の無機繊維系のもの、ポリエステル等高分子繊維系のもの、発泡ウレタン等の樹脂発泡系のもの等がある。これらはいずれも中・高音域用の吸音材としては優れた材料であるが、中・高音域に加え低音域の吸音率を大きくするためには、材料を厚くするか或いは空気層を取る等しなければならなかった。そのため、高音域の吸音特性の劣化や吸音構造のためにかなりのスペースをとる必要があり、吸音特性面、構造設計面、重量面、費用面等で適用が難しいケースがよく見られた。

又、金属系、セラミツク系等無機系の吸音構造で、吸音性能が高く、軽量で、かつメンテナンス性も良い、経済性のある吸音材料が求められているが、これらのニーズに応えられるものがなかった。

一方、多孔質材料に対して、膜状構造体、板状構造体の吸音材もあるが、従来の膜あるいは板を単独で使用することが多く、その場合は、膜や板の固有振動数付近でしか吸音性能がでなく、それも余り高い吸音性能は得られないのが普通である。

これら従来技術の中で、膜状材料がもう少し広帯域の吸音性能が向上できれば、吸音構造の簡素化、施工性、経済性等で適用しやすい優れた吸音材料になる。しかし、従来の膜状材料は、前記したようにその固有振動数付近でしか吸音性能を発揮しないので、広帯域、例えば、鉄道騒音の吸音対象の主周波数帯域（５００Ｈｚ〜２ＫＨｚ）の騒音には対応できず、その適用には限界があった。

本発明は、この従来の膜状材料に全く新しい概念を導入することで、適用対象の周波数帯域の幅を大幅に拡大しようとするもので、それにより適用分野の大幅な拡大を狙うものである。そして、特に不燃性の吸音材料、構造体で、吸音性能、軽量、経済性等に優れたものはなく市場からも強く望まれている。

本発明の第１の複層吸音構造体は、音波を透過する膜状構造体と薄板構造体とから選択される一対の構造体との間に通気性のある摩擦材を密着するように挟み、これらを部分的に相互を固定してなる吸音構造基体と、当該吸音構造基体の音波反射側に空気層或いは多孔質材料と組み合わせたことを特徴とするものである。

本発明の第２の複層吸音構造体は、音波を透過する膜状構造体と薄板構造体とから選択される一対の構造体との間に通気性のある摩擦材を密着するように挟み、これらを部分的に相互を固定してなる吸音構造基体と、当該吸音構造基体の音波入射面側の表面に孔明構造体、網目構造体を密着して設けると共に、音波反射側に空気層或いは多孔質材料と組み合わせたことを特徴とするものである。

本発明は、上記のような構成を有しており、吸音構造体の厚みを従来の吸音材より然程増すことなく、低音域〜高音域にわたり吸音率を大きくすることができた複層吸音構造体が提供できたものである。又、当該複層吸音構造体を構成する要素を金属系と空気層とで複層吸音構造体を構成すれば、従来の吸音材にない高性能で、軽量で、経済性の良い吸音構造体を提供できたものである。

複層吸音構造体として特許文献１が公知である。しかるに、かかる技術は透光性吸音材と透光性遮音材とを空間を隔てて、枠材に組み込み配置したもので、透光性吸音材は音源側に配置され、空間を隔てた透光性遮音材とともにその周囲を枠材で固定し、かつ、透光性防音板の内部には内部吸音材を配置している。従って、透光性を前提としているため、網目はできるだけ大きく（３〜５０ｍｍ）し、膜が網目構造間でできるだけ自由に動けるような構造である。つまり音圧で励振した場合、膜が振動し、その一部が網目構造体の一部と接触し、その部分で熱エネルギ−に変換し、吸音性を出すものである。

特開２００２−３１７４０８号公報

本発明者等は、特許文献１に記載された発明よりも更に効果的な吸音構造体を既に提案している。かかる提案の発明は、音響入射エネルギーによって構造全体が励振されることにより、屈曲振動することで、各層間でのフリクションによる熱エネルギー変換、膜或いは薄板の部分的な共振、多孔質材料の繊維（グラスウール、ポリエステル繊維等）或いは膜（軟質ウレタンフォーム等）の振動による熱エネルギー変換により、中低音域の吸音性能を大幅に向上させることができたものである。

本発明はかかる既提案の発明を更に効果的な吸音機能を持たせたものであり、本発明の好ましい複層吸音構造体は、音波を透過する膜状構造体と薄板構造体とから選択される一対の構造体ＡとＣとの間に通気性のある摩擦材Ｂを密着するように挟み、これらを部分的に相互を固定Ｄして吸音構造基体となし、更に、この吸音構造基体の音波入射面側の表面に孔明構造体、網目構造体Ｅを密着（固定）Ｆし、音波反射側に空気層Ｇ或いは多孔質材料Ｈと組み合わせた複層吸音構造体を提供するものである。

そして、音圧加振を受けた際にこれら各層が一体に振動することで層間でずれを生じさせ、同時に複雑な多質点系の挙動をさせることで音響エネルギ−を効率よく熱エネルギ−に変換し、単一膜或いは薄板より広帯域で高い吸音特性を大幅に向上させることができたものである。そして、構成としてこれに材料Ｅを加えたことにより、摩擦界面が増えるために、熱エネルギ−ヘの変換が促進されるものである。

尚、音波反射側に空気層Ｇ或いは多孔質吸音材Ｈを構成し、音の入射エネルギ−が複層吸音構造体と空気層（多孔質吸音材）からなる吸音構造体に入ることにより、複層吸音構造体が複雑な多質点系の共振を誘発し、屈曲振動することで各層間のずれによりフリクションを生じ、熱エネルギ−に効率よく変換されるものである。

膜状構造体及び薄板構造体Ａ、Ｃにおける金属系材料としては、アルミ、鉄、ステンレス等、高分子系材料としては樹脂フィルム、樹脂薄板等、木質系材料としては紙等のフィルム、シ−ト、プレ−ト体が挙げられ、その厚さも１０〜１００μ程度が望ましい。

通気性のある摩擦材Ｂは、網目構造体、孔明構造体であり、具体的には金属系材料の例は、アルミ、鉄、ステンレス、高分子系材料は各種樹脂等が挙げられる。この材料Ｂの開口の大きさは網目構造体の場合には５ｍｍ以下、孔明構造体の場合には開口率は２０〜６０％が望ましい。

空気層Ｇは単なる空間でよいが、ハニカム等支持壁を持つもの、サラン等膜を持たない不織布、発泡体等空気の移動に対して抵抗体にならない材料でよい。一方、多孔質吸音材Ｈを構成する材料はグラスウール、ロックウール、ポリエステル繊維系、発泡ウレタン等複合体として比較的柔軟性のある材料からなるものである。これらの多孔質材料Ｈは、音の入射エネルギーが材料内に入り、振動させること或いは材料の中を空気が出入りすることで入射する音響エネルギーを熱エネルギ−に変換して吸音性能を発揮するものである。その密度は２０〜１００ｋｇ／ｍ３ が好ましい。尚、多孔質材料Ｈと接触する膜状構造体或いは薄板構造体には、部分的に突起構造を設けて多孔質材料で圧縮された際にも構造体の動きを規制されないようにするのが好ましい。

前記の各構造体を部分的に相互に密着するように固定Ｄ、Ｆする具体例としては、ホッチキス、リベット、溶着、縫製、両面接着テープ等による固定が挙げられる。固定数は、通常は１０ｃｍ×１０ｃｍに１〜３箇所程度である。両面接着テープの場合について言えば、２０ｃｍ×２０ｃｍ或いは２０ｍｍφの大きさのものを通常１０ｃｍ×１０ｃｍに１〜３箇所に膜状或いは薄板の片面につけ、網目或いは孔明き構造体を介して一方の膜状或いは薄板構造体に固着するように圧着固定すればよい。

以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。
尚、吸音率の測定には、音響管による２マイクロフォン法垂直入射吸音率測定装置を用いた。

（比較例１）
ポリエステル繊維（密度３５ｋｇ／ｍ３ 、厚さ３０ｍｍ）を単体とした多孔質材料のみの吸音構造体のみの例である。この例では、音の入射エネルギ−が材料内に入り、繊維を振動させ、材料の中を空気が出入りすることで入射する音響エネルギ−を熱エネルギ−に変換させ、吸音性能を発揮するものである。

（比較例２）
ＳＵＳ１０μの膜のみを３０ｍｍの空気層を設けてセットしたものである。この例では音の入射エネルギーが膜に入射し、膜（ＳＵＳ１０μ）と空気層３０ｍｍで決まる固有振動数の周辺で、共振により熱エネルギ−に変換され、吸音性能を発揮するものである。

（実施例１・第１発明例）
実施例１を図１に示すが、ＳＵＳ１０μの膜状構造体ＡとＳＵＳ１０メッシュの網目構造体ＢとＳＵＳ１０μの膜状構造体Ｃを両面接着テープで部分的に相互に結合・密着Ｄさせた吸音基体を、ト−タル３０ｍｍになるよう空気層Ｇを設けた複層吸音構造体である。この例では、音の入射エネルギ−が吸音基体と空気層Ｇからなる複合吸音構造体に入ることにより、複層吸音構造体が複雑な多質点系の共振を誘発し、屈曲振動することで、各層間のずれによりフリクションを生じ、熱エネルギ−に効率よく変換されることとなる。

（実施例２・第２発明例）
図２に示すように、実施例１の複層構造体の音波入射側に更に穴明き構造体（ＳＵＳ１ｍｍ厚、開口率３３％（３ｍｍφ、５ｍｍピッチ））Ｅを密着した。そして、全体の厚みが３０ｍｍとなるような空気層Ｇを備えた構造である。この構造体Ｅは特に固定はしなかった。かかる複層吸音構造体にあっては、新たに積層密着した穴明き構造体Ｅにより摩擦界面が増えるため、熱エネルギ−への変換が促進されることが分かる。

（実施例３・第１発明例）
比較例１の音入射側に実施例１の複層吸音構造体を密着積層したものである。

（実施例４・第２発明例）
実施例３の音入射側に更に穴明き構造体（ＳＵＳ１ｍｍ厚、開口率３３％（３ｍｍφ、５ｍｍピッチ））Ｅを密着積層したものである。

図３は上記の垂直入射法吸音率測定方法で比較例２、実施例１、実施例２の各サンプルを測定した吸音率の結果を示す。

図４は上記の垂直入射法吸音率測定方法で比較例１、実施例３、実施例４の各サンプルを測定した吸音率の結果を示す。

以上、比較例１及び比較例２に対して、本発明の実施例１にあっては、大幅に吸音特性が向上していることが分かる。又、本発明の実施例２では更に大きく吸音特性が向上していることが判明し、本発明の効果が確認された。
このように、金属系でも本発明の構成を採用することにより、広帯域で高い吸音特性が得られ、ある程度の厚さで、不燃、軽量、かつ安価な吸音構造体が提供できることとなったものである。

本発明で構成される複合吸音構造体は、これを構成する各材料を要求される吸音率、許容スペース等使用面での制約条件に対して適切な材料種別、網目等のメッシュの大きさ（凡そ１０メッシュ以下）、膜状或いは薄板状材料の厚さ（凡そ０．１ｍｍ以下）、多孔質材料の密度、厚さ等を選ぶことにより、要求された周波数帯域の吸音特性に適合した複合吸音構造を実現できるものである。

本発明の複合吸音構造体は、鉄道・道路分野の遮音壁或いはトンネル内に使われる吸音構造部分、建築分野の騒音低減に用いられる吸音構造部分、自動車、建機、農機等のエンジン周りや車室、キャビン内の騒音低減のための吸音構造部分、家電製品やＡＶ機器の騒音低減のための吸音構造部分、音楽室、ホール、オーディオルーム等の音場特性調整のための吸音構造部分等幅広く適用できるものである。

図１は本発明の第１実施例を示す断面図である。 図２は本発明の第２実施例を示す断面図である。 図３は実施例１〜２における垂直入射吸音率を示す図である。 図４は実施例３〜４における垂直入射吸音率を示す図である。

符号の説明

Ａ、Ｃ‥膜状材料及び／又は薄板状材料、
Ｂ‥網目材料、孔明き材料或いは不織布材料、
Ｄ、Ｆ‥密着又は固定、
Ｅ‥網目材料、孔明き材料或いは不織布材料、
Ｇ‥空気層、
Ｈ‥多孔質吸音材。

Claims (12)

1. 音波を透過する膜状構造体と薄板構造体とから選択される一対の構造体との間に通気性のある摩擦材を密着するように挟み、これらを部分的に相互を固定してなる吸音構造基体と、当該吸音構造基体の音波反射側に空気層或いは多孔質材料と組み合わせたことを特徴とする複層吸音構造体。
2. 音波を透過する膜状構造体と薄板構造体とから選択される一対の構造体との間に通気性のある摩擦材を密着するように挟み、これらを部分的に相互を固定してなる吸音構造基体と、当該吸音構造基体の音波入射面側の表面に孔明構造体、網目構造体を密着して設けると共に、音波反射側に空気層或いは多孔質材料と組み合わせたことを特徴とする複層吸音構造体。
3. 前記膜状構造体及び薄板構造体は、アルミ、鉄、ステンレス等の金属系材料、樹脂フィルム、樹脂薄板等の高分子系材料、紙等の木質系材料等からなるフィルム、シ−ト或いはプレ−ト体である請求項１又は２記載の複層吸音構造体。
4. 前記通気性のある摩擦材は、網目構造体、孔明構造体或いは不織布構造体である請求項１乃至３いずれか１記載の複層吸音構造体。
5. 前記網目構造体及び孔明構造体は、アルミ、鉄、ステンレス等の金属系材料、樹脂等の高分子系材料からなる請求項４記載の複層吸音構造体。
6. 前記多孔質材料はグラスウール、ロックウール、ポリエステル繊維系、発泡ウレタン等の比較的柔軟性のある材料である請求項１乃至５いずれか１記載の複層吸音構造体。
7. 前記多孔質材料と接触する膜状構造体或いは薄板構造体には部分的に突起構造を設けて多孔質材料で圧縮された際にも構造体の動きを規制されないようにした請求項１乃至６いずれか１記載の複合吸音構造体。
8. 前記空気層は、単なる空間、ハニカム等の支持壁を持つもの、サラン等の膜を持たない不織布、発泡体等の空気の移動に対して抵抗体にならない層である請求項１乃至７いずれか１記載の複層吸音構造体。
9. 前記摩擦材は構造体に密着したままか、構造体と部分的に固着した請求項１乃至８いずれか１記載の複層吸音構造体。
10. 前記摩擦材と構造体との固着は、リベット、ホッチキス、溶接、接着テ−プ或いは接着剤で等で固着する請求項９記載の複層吸音構造体。
11. 音波入射側に設ける孔明構造体、網目構造体或いは不織布構造体は密着したままか、或いは部分的に固着した請求項２乃至１０いずれか１記載の複層吸音構造体。
12. 音波入射側に設ける孔明構造体、網目構造体或いは不織布構造体の固着は、リベット、ホッチキス、溶接、接着テープ、接着剤等で固着する請求項１１記載の複層吸音構造体。
    

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