JP2960402B1 - 軽量型高剛性パネル - Google Patents

軽量型高剛性パネル

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Abstract

【要約】 【課題】 板厚の一方向にのみ凹または凸の溝をつけた
板構造はあるが、平坦面が広いので、その部位での局部
的な剛性は弱く、騒音の原因となるような周波数の高
い、波長の小さい振動の抑制効果は小さい。 【解決手段】 平板状パネルの縦横の二方向に、かつ、
パネルの両面方向に凹凸を設けたものである。これによ
り、同じ板厚でも曲げ剛性をアップし、振動を小さくし
て結果的に低騒音化を図り得る。この場合、凹凸以外の
平坦部分が直線的に形成されないように該凹凸を接近さ
せて千鳥状に設ければ、真っ直ぐな振動の節が形成でき
ないのでパネルの固有振動数が上昇し、制振性が高めら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、車両
や建築構造物の内装パネルを板厚の二方向に局部的に凹
凸させて、同じ板厚でも曲げ剛性をアップし、もって振
動を小さくして低騒音化を図る軽量型の高剛性パネルに
関する。
【0002】
【従来の技術】鉄道車両や自動車(以下「車両」とい
う)、航空機、船舶などの輸送機械および建築構造物な
ど、人が生活する空間には壁面に内装パネルがある。こ
の内装パネルは、車内あるいは室内の騒音レベルを決定
づける重要な材料であり、騒音を低減するには、重くす
るか、剛性を増した方がよいが、輸送機械では、重量の
制限から板厚を大きくできず、極力軽量化にすることが
要請される。
【0003】従来より、一方向のみに凸凹を設けて剛性
を高めた波板が知られており、車両や建築構造体に幅広
く利用されている(例えば、特公平1−42870号、
特開平4−336239号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】波板のように、一方向
だけに凹凸を持たせた場合には、それと直角方向の剛性
が弱く、強度部材としては範囲が限定される。
【0005】板厚の一方向にのみ凹または凸の溝をつけ
た板構造はあるが、平坦面が広いので、その部位での局
部的な剛性は弱く、騒音の原因となるような周波数の高
い、波長の小さい振動の抑制効果は小さい。
【0006】また、低振動、低騒音の観点で、パネルの
厚さを変えずに形状を変えて剛性アップを図ったものは
見られない。
【0007】この出願に係る発明は、板を板厚方向に局
部的に凹凸させて、同じ板厚でも曲げ剛性をアップし、
振動を小さくして結果的に低騒音化を図り得る軽量型高
剛性パネルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この出願発明に係る軽量型高剛性パネルは、一枚
平板状パネルの縦横の二方向に、かつ、このパネルの
両面方向に凹凸を設け、しかも、この凹凸以外の平坦部
分がいずれの方向においても直線的に形成されないよう
に該凹凸に千鳥状に接近させて設けたものである。これ
により、同じ板厚でも曲げ剛性をアップし、振動を小さ
くして結果的に低騒音化を図り得る。
【0009】しかも、この場合、凹凸以外の平坦部分が
直線的に形成されないように該凹凸を千鳥状に接近させ
設けたので、真っ直ぐな振動の節が形成されることは
ないことから、パネルの固有振動数が上昇し、制振性が
高められる。凹凸を円形、多角形、矩形のいずれかにす
れば製作が簡単となる。また、平板状パネル上に頂点を
共通にする仮想の正三角形を描いてこの各頂点に凹又は
凸を設けて該凹凸を千鳥状に配置すれば、平坦部分が直
線的に形成されず、制振性能の優れた制振パネルが得ら
れる。
【0010】別の軽量型高剛性パネルは、千鳥状に多数
の穴を設けた2枚の穴あき板を、穴の位置をずらして重
ね合わせ接着して一枚のパネルとなし、このパネルの両
面に上記穴とそれ以外の部分で凹凸を形成し、しかも、
この凹凸以外の平坦部分がいずれの方向においても直線
的に形成されないように該凹凸を接近させて設けたもの
である。つまり、2枚の穴あき板を穴をずらして重合し
た構造とし、接合したときには、どちらかの穴が上記凹
(反対面から見れば凸)を形成するような穴配置とす
る。これにより、上記と同様な固有振動数の上昇という
作用効果の他に、穴の重量分だけ軽量となり、重量を一
定とする場合には、この穴の分だけ、板の厚さを増して
剛性アップが図れる。
【0011】この場合、パネルの製作段階で、2枚の穴
あき板の間に制振材を挟装することにより、高剛性で制
振性を高めたパネルとなし得る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの出
願発明の実施形態を説明する。
【0013】図1のうち、(a)は本願の発明思想を具現
化した軽量型高剛性パネルの第一実施形態の平面図、
(b)は図1(a)におけるA−A矢視断面図である。図2の
うち、(a)は図1(a)の部分的拡大平面図、(b)は図2(a)
におけるB−B矢視断面図である。
【0014】薄板の平板状パネル1の両面に多数の円形
の凹凸が千鳥状に配置されている。すなわち、パネル1
上に頂点を共通にする多数の仮想的に描いた正三角形t
1〜tnの各頂点に中心をもつ円形の凹部2(裏面から
みれば凸部)群が設けられ、この凹部2群の間に円形の
凸部3(便宜上実線で示す、裏面からみれば凹部)群が
同じように千鳥状に設けられている。
【0015】凹部2又は凸部3は面内二方向に設けられ
ている。すなわち、横方向すなわちH1〜Hn線の方向
に配置された凸部3群、これと直交する縦方向L1〜L
n線方向に設けられた凸部3群に加えて、凹部2群も同
じように二方向に設けられている。
【0016】凹凸部は、円形のお椀皿を伏せたときにで
きるような凸部3とその逆の凹部2からなる。面内二方
向に凹凸させるのは、二方向の剛性を高め波板のような
異方性をなくして種々の方向の振動に対する剛性を高め
るためである。
【0017】円形凹凸部2,3を互いに接近させて千鳥
配置する理由は、図2(a)に示す如く、凹凸部2,3以
外の部分の平坦部分4(例えば図示する帯状部分4a)
がジグザグ状にパネル1上を走るようにし、直線的な平
坦部が形成されないようにするためである。これによっ
て、真っ直ぐな振動の節(ノード)が形成できないか
ら、パネルの固有振動数を高めて振動しにくいパネル構
造が得られる。また、円形の凹凸をつける際、円の大き
さ、凹凸の規則性、凹凸の間隔、凹凸の量などの要素が
剛性すなわち防振防音作用に大きく影響する。例えば、
円形の大きさを変えると、パネルの曲げ振動の波長との
絡みで、種々の周波数帯の振動騒音抑制が行えるし、凹
凸の深さを変えると、曲げ剛性の大きさを調整できる。
従って、これらの要素は、通常、パネルを適用する対象
物(車両か建築物かなど)によって、また、使用部位
(天井か壁かなど)によって個々に設定される。
【0018】以上のように、板の面内二方向に、規則的
に、円形状の凹又は凸のでこぼこをつけた形状として、
同じ板厚でも面外方向の剛性が増大する。これは、板の
曲げ剛性は、板厚の3乗に比例することを利用したもの
で、直線状の平坦部ができないように凹凸の間隔を極力
密にすることが望ましい。凹凸形成によって中立線O
(図2(b))に関する剛性が、凹凸のない単なる平板に
比べて大きくなり、これに伴って固有振動数も上昇す
る。固有振動数は凹凸の深さ(高さ)hが大きい程増大
する。なお、一例として、パネルの板厚は1.2mm程度の
薄板であり、凹凸の深さ(h/2)は、2 mm程度である。
【0019】なお、円形凹凸部2,3は円形に近い略楕
円状凹凸も含むが、これに代えて多角形ないし矩形の凹
凸にしてもよい。
【0020】上記円形の凹凸の断面は、図3(a)(この
図は他との比較のために図1(b)のものをここに表した)
のようにお椀状に湾曲した凹凸形状か、あるいは(b)の
ような中立線Oに対して台形状の凹凸部2a,3a形状
にしてもよい。多角形や矩形凹凸では図3(b)と同じ台
形状の凹凸断面形状となるのが普通である。
【0021】次に、図4、図5および図3(c)に基づき
第二実施形態を説明する。
【0022】第二実施形態のパネル1Aは、2枚の穴あ
き板P1、P2を貼り合わせたものからなる。すなわ
ち、図4に示すように、一の板P1に上記第一実施形態
の図1(a)に示す凸部3と同じ位置に貫通穴5が設けら
れている。また、図5のように、他の板P2には上記第
一実施形態の図1(a)に示す凹部2と同じ位置に板P1
と同形の貫通穴6が設けられている。
【0023】この2枚の穴あき板P1,P2を重ね合わ
せて接着剤で接合すると、図1(a)と同様の位置に凹凸
部2b,3bができた形になる。すなわち、図3の(a)
と(c)とを対比すれば明らかなように、2つの穴あき板
P1、P2の貫通穴5,6は、図1(a)の凸部3に対応
する凸部3bを形成するようになっている。この凸部3
b以外の部分は凹部2bを形成することになる。この例
では各穴あき板P1,P2の板厚は0.8 mmと薄いが、2
枚重ね合わせると、貫通穴5,6がなければ重量は増加
する。しかし、多数の貫通穴5,6が軽め穴の役割をす
るので結果的に上記第一実施形態(板厚1.2 mmの一枚パ
ネル)の場合とほぼ同じになる。
【0024】また、図示はしていないが、上記2枚の穴
あき板P1,P2の間に薄い制振材を挿入して接合した
構造は、さらに制振性を付加したパネルとなる。
【0025】以上のような凹凸形状を有するパネルは、
同一の重量で高剛性となるため、変形の制限があるパネ
ルとして一般に使用できるばかりでなく、輸送機械の内
装パネルとして使用すれば構体から伝わってくる、ある
いは、構体の外で生じる騒音による内装材の振動が小さ
くなり、車内、室内の騒音も小さくなる。また、この考
え方を拡張した2枚の穴あき板を穴をずらして接合した
構造では、穴の分だけ重量の少ない軽量でかつ高剛性の
内装材となる。
【0026】以下に、凹凸のない平板と本案の円形凹凸
パネル(図1)の固有振動特性を調べるため次の実験を
行った。 試験方法として、四辺自由端とすべく本案の
円形凹凸パネル(図1)に係る正方形板の一つの角部を
吊るし、この吊り点と対向する角部に錘を吊るし、この
近傍に加速度センサーを設けた。そして、板の中央より
上方を打撃して周波数の応答関数を比較した。図6はそ
の実験結果を示す図である。図6の縦軸に振動系の応答
関数としての伝達関数dBを、横軸に周波数Hzをとって
示す。下記の表1は、図6から同一振動モード(共振時
の振動の形)に対応した各パネルの固有振動数および増
加率を表にしたものである。
【0027】
【表1】
【0028】この表から、本案の凹凸パネルにおいて
は、平板と比較して主要な卓越周波数成分が高域に移行
し、各振動モードにおける固有振動数が大幅に上昇する
ことが確認できた。従って、本案のパネルでは、起振源
との共振を避けて、防振防音効果を得ることができる。
【0029】
【発明の効果】この出願発明では、二方向に凹凸があ
り、かつ、両面の面外方向に凹凸がある形状のため、波
板のような異方性がなく、同一の重量で高剛性のパネル
を得ることができる。その結果、変形の制限があるパネ
ルとして一般に使用できるばかりでなく、輸送機械の内
装パネルとして使用すれば構体から伝わってくる、ある
いは、構体の外で生じる騒音による内装パネルの振動が
小さくなり、車内、室内の騒音も小さくできる。
【0030】特に、2枚の穴あき板を穴をずらして接合
した構造では、穴の分だけ重量の少ない軽量でかつ高剛
性の内装パネルとなし得る。また、この2枚の板の間に
制振材を挿入した構造は、さらに大きな制振性を付加し
たパネルとなし得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一実施形態を示し、(a)は円形凹凸を設けた
パネルの平面図、(b)は図1(a)におけるA−A矢視断面
図である。
【図2】(a)は、図1(a)の部分的拡大平面図、(b)は図
2(a)におけるB−B矢視断面図である。
【図3】(a)は図1(b)の円形凹凸の拡大断面図、(b)は
台形状凹凸の断面図、(c)は穴あき板を二重にしたとき
の断面図である。
【図4】第二実施形態としての高剛性パネルを構成する
穴あき板の平面図である。
【図5】同他の穴あき板の平面図である。
【図6】凹凸のない平板と本案凹凸パネルの振動試験結
果を示す図である。
【符号の説明】
1 パネル 2、2a、2b 凹部 3、3a、3b 凸部 4 平坦部分 4a 帯状部分 1A パネル 5 貫通穴 6 貫通穴
フロントページの続き (72)発明者 秋山 悟 兵庫県神戸市兵庫区和田山通2丁目1番 18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (56)参考文献 特開 昭63−214440(JP,A) 実開 昭63−166419(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E04F 13/00 - 13/18 E04B 1/98 E04C 2/30 B62D 25/00 B62D 29/04 B32B 1/00 - 35/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一枚の平板状パネルの縦横の二方向に、
    かつ、このパネルの両面方向に凹凸を設け、しかも、こ
    の凹凸以外の平坦部分がいずれの方向においても直線的
    に形成されないように該凹凸に千鳥状に接近させて設け
    ことを特徴とする軽量型高剛性パネル。
  2. 【請求項2】 凹凸が、円形、多角形、矩形のいずれか
    である請求項1記載の軽量型高剛性パネル。
  3. 【請求項3】 平板状パネル上に頂点を共通にする仮想
    の正三角形を描いてこの各頂点に凹又は凸を設けて該凹
    凸を千鳥状に配置した請求項1又は2記載の軽量型高剛
    性パネル。
  4. 【請求項4】 千鳥状に多数の穴を設けた2枚の穴あき
    板を、穴の位置をずらして重ね合わせ接着して一枚のパ
    ネルとなし、このパネルの両面に上記穴とそれ以外の部
    分で凹凸を形成し、しかも、この凹凸以外の平坦部分が
    いずれの方向においても直線的に形成されないように該
    凹凸を接近させて設けたことを特徴とする軽量型高剛性
    パネル。
  5. 【請求項5】 2枚の穴あき板の間に制振材を挟装して
    なる請求項4記載の軽量型高剛性パネル。
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