JP3932156B2

JP3932156B2 - 吸音構造体及び吸音板

Info

Publication number: JP3932156B2
Application number: JP17854499A
Authority: JP
Inventors: 義博太田; 泰伸鈴木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: JP2000276178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路や鉄道の防音壁やトンネル堀割等の騒音対策に用いられる吸音構造体及びこれを用いた吸音板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
防音壁やトンネル堀割等の騒音対策に用いられる吸音材としては、無機繊維系吸音材、金属繊維系吸音材、セメント又は珪酸カルシウムの発泡吸音材、セラミック吸音材等の平板状の多孔質吸音材が用いられている。しかしこれらは一定の組成、気孔率、空気の流れ抵抗、強度等を持つためにその吸音性能も一定であり、空隙構造等の変更による吸音性能の向上は困難であった。特に金属繊維系吸音材などの剛体の多孔質吸音材については吸音特性にピーク性があるため、その改善が困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、幅広い周波数領域にわたって高い吸音性能を備えた吸音構造体及びこれを用いた吸音板を提供するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明の吸音構造体であるところの、３層以上のアルミニウム系の金属多孔質材をそれぞれ中間空気層を隔てて配置し、その背後に背後空気層を隔てて遮音材を配置した吸音構造体であって、最後列の金属多孔質材の面密度を最前列の金属多孔質材の面密度に対して比率１．１〜１０の範囲で、より大きなものとし、かつ中間に配置した金属多孔質材の面密度を最前列の金属多孔質材の面密度に等しいかまたはより大きなものとし、かつ最後列の金属多孔質材の面密度より小さなものとしたことを特徴とする吸音構造体によって解決することができる。
【０００５】
また、前記金属多孔質材が、アルミニウム系の金属繊維体からなる多孔質材である形態、あるいはアルミニウム系の金属繊維体と金属孔明き材とを積層した多孔質材である形態に具体化でき、さらに前記アルミニウム系の金属繊維体の面密度が０．３〜５．０ｋｇ／ｍ²であることが好適である。
前記金属多孔質材が、上記のほか、アルミニウム系の金属粒子を結合した多孔質材や、アルミニウム系の金属発泡体からなる多孔質材も適用可能であり、さらにはそれら各種の金属多孔質材の２種以上を組み合わせて適用することもできる。
【０００６】
さらに、上記の課題は、前述した各種構成区の吸音構造体と、金属製、セメント製またはプラスチック製の枠材から組み立てられたことを特徴とする吸音板によっても解決することができる。
【０００７】
本発明の吸音構造体は、面密度の異なるアルミニウム系の金属多孔質材を空間を介して組み合わせたことにより、幅広い周波数領域にわたって高い吸音性能を発揮することができる。その理由は、一般に薄板状の多孔質材の背後空気層の厚さを変えると異なる周波数にピークを持った吸音特性が得られるが、本発明の吸音構造体は遮音材からの距離の異なる位置にそれぞれ金属多孔質材を配置したので異なる周波数にピークが現れ、全体としての吸音特性が平坦化される。しかも前後の金属多孔質材の面密度を変化させているため、後記する実施例のデータに示される通り吸音特性が一段と平坦化される利点がある。またアルミニウム系の金属多孔質材を使用しているところから、耐候性や耐蝕性に優れ、長期間にわたり吸音性能が劣化しない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の吸音構造体の第１の実施形態を示す模式的な断面図であり、１は表面側最前列の金属多孔質材、２は内部に配置される後列の金属多孔質材、３はさらにその背後に配置される遮音材である。また４は表面の金属多孔質材１と後列の金属多孔質材２との間に形成された中間空気層、５は後列の金属多孔質材２と遮音材３との間に形成された背後空気層である。
本発明では、これらの金属多孔質材１、２はいずれもアルミニウム系のものであり、その面密度は好ましい吸音特性を得るために０．３〜５．０ｋｇ／ｍ² 程度とするが、後列の金属多孔質材２の面密度を最前列の金属多孔質材１よりも大きくしてある点に特徴がある。
【０００９】
このように面密度を変えるとそれぞれの多孔質材の吸音率のピークが異なる周波数に現れて全体としての吸音特性が平坦化され、幅広い周波数にわたって高い吸音特性が得られる。なお本発明とは逆に最前列の金属多孔質材１の面密度を後列の金属多孔質材２の面密度よりも大きくすると、全体の吸音特性が最前列の金属多孔質材１により支配されてしまうため、内部の金属多孔質材２の効果が十分に発揮されなくなる。本発明では後列の金属多孔質材２の面密度と最前列の金属多孔質材１の面密度の比率を、1.1 〜10としておくことが特に好ましい。
【００１０】
上記図１の事例は、金属多孔質材１、２を２列に配置したものであるが、本発明は、金属多孔質材を３層以上配置し、例えば図２に示すように、金属多孔質材を１、２１、２２を中間空気層４１、４２を隔てて配置した吸音構造体にも適用されるものである。
この場合には、最後列の金属多孔質材２２の面密度を最前列の金属多孔質材１の面密度より大きなものとするととももに、中間に配置した金属多孔質材２１の面密度を最前列の金属多孔質材１の面密度に等しいかまたはより大きなものとし、かつ最後列の金属多孔質材１の面密度より小さなものとすることが、好ましい吸音特性を得るために重要である。
なお、この場合も、背後空気層５を隔てて遮音材３が配設されている点は、図１の場合と同様である。
【００１１】
本発明の吸音構造体のサイズは下記の通りである。
まず吸音構造体全体の厚みは、対象音源の周波数に応じて調節するが、一般的な防音壁への適用を考慮して５０〜２００ｍｍ程度とする。低周波の音を対象とする場合には全体の厚みを厚くし、高周波の音を対象とする場合には全体の厚みを薄くする。金属多孔質材１、２または金属多孔質材２１、２２は厚みが０．５〜４ｍｍ程度であり、中間空気層４と背後空気層５はともに１０ｍｍ以上とすることが好ましい。これらの範囲を外れると防音壁に求められる吸音特性を満足しにくくなる。
【００１２】
この第１の実施形態では、金属多孔質材１、２、２１、２２をアルミニウム系の金属繊維からなるものとした。ここでアルミニウム系とは、アルミニウムのみならずアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金をも包含するものである。その繊維径は好ましくは２０〜２００μｍであり、その繊維長は好ましくは１０ｍｍ以上である。このような金属繊維をマット状集合体に成形して、そのままでも用いることができるが、好ましくは金属繊維の集合体をロール圧延、プレス圧延等により圧着成形して板状としたり、圧着成形したものに更に接着剤を塗布したり含浸させて強度を高めた金属繊維体を用いるのも好ましい。
【００１３】
このような金属繊維体の強度を更に高めるために、開口率が２０〜９０％、厚みが０．４〜１ｍｍ程度のパンチングメタル、メタルネット、エキスパンドメタル等の金属孔あき材と複合化して、片側又は両側の表面を保護しておくことが好ましい。この保護材としての金属孔あき材も、アルミニウム系の金属とすることが好ましい。
【００１４】
本発明において、上記した数値限定の理由は次の通りである。繊維径及び繊維長が上記の値より小さくなると、金属多孔質材１、２または２１、２２の機械的強度が低下したり、風等による飛散が大きくなる。繊維径が上記の値より大きくなると、吸音性能が低下する。上記の数値範囲に入る金属多孔質材１、２は、単位面積当たりの空気の流れ抵抗が１０〜３０００Ｎ・ｓｅｃ／ｍ³となる。
また、金属孔あき材の開口率が上記の値より小さくなると吸音性能が低下し、逆に上記の値より大きくなると金属多孔質材１、２の機械的強度が低下する。
【００１５】
本発明の第２の実施形態では、金属多孔質材１、２または２１、２２をアルミニウム系の金属粒子を結合した多孔質材からなるものとした。これはアルミニウム系の金属粒子（粉末を含む）を焼結するか、接着剤で結合して表裏に連通する多数の空隙を形成した多孔質材が適用できる。
【００１６】
第３の実施形態では、金属多孔質材１、２または２１、２２をアルミニウム系の金属発泡体からなる多孔質材としたものである。これはアルミニウム系の金属を発泡させて内部に多数の空洞を形成するとともに、それらの空洞を連通する多数の空隙を形成した多孔質材である。これらの第２、第３の実施形態の金属多孔質材１、２も、その面密度は０．３〜５kg/m²、単位面積当たりの空気の流れ抵抗は１０〜３０００Ｎ・ｓｅｃ／ｍ³とすることが好ましい。
【００１７】
なお上記の第１〜第３の実施形態では、金属多孔質材のそれぞれに用いられる得る１種の材料を例示したが、請求項８に記載されているように、上記したアルミニウム系の金属繊維体、アルミニウム系金属粒子結合体、およびアルミニウム系の金属発泡体のグループ中から選択される２種以上の組合せからなるものとすることもできる。
【００１８】
また、本発明において、最後列の金属多孔質材２２の背後に配置される遮音材３としては鉄板等の金属の他、コンクリート、ガラス、プラスチック等の音響透過損失のあるものが用いられる。多孔質材料であっても、適度の音響透過損失があるものは本発明の遮音材３として用いることができる。
【００１９】
本発明の吸音構造体は、図１および図２に示した基本的な断面形状のほかに、図３に示すように、２層の金属多孔質材１、２および３層の金属多孔質材１、２１、２２の形状や配置を様々に変化させることもできる。また図４に示すように断面が三角形や半円状とすることもできる。更に図５に示すように円形の断面形状とすることもできる。この図５の場合にはどの方向からの音に対しても吸音効果が期待できるという利点がある。また、本発明では、図示しないが、４層の金属多孔質材に具体化できるのはもちろんである。
なお、本発明の吸音構造体は、その吸音特性を大幅に損なわない範囲において、表面や空気層部に孔開き板や網等の透孔を有する材料やフィルムを配置したり、空気層部に繊維状物や粒状物等の連通孔を有する多孔質材を挿入・充填してもよい。
【００２０】
次に、本発明の吸音板について述べる。
本発明の吸音板は、図６に例示するように、上記したいずれかの吸音構造体を、枠材６との内部に組み付けてパネル化したものである。図６では、金属金属多孔質材１、２および遮音材３を枠材６に組み付けた例であるが、枠材６の材質としては、金属、セメント、プラスチック等の従来と同様の材質を採用することができる。
【００２１】
なお、図６の吸音板をトンネル、堀割の壁面、天井面や高架の裏面に設置する場合は、壁面がコンクリート等の遮音材であるので遮音材が重複することになるが、この場合は、吸音板の方の遮音材を省略してもよい。一方、図６のように遮音材３付きの吸音板は吸音性遮音板として防音壁に使用することができる。この場合はＨ型支柱間に落とし込んで防音壁等を構成する。トンネル、堀割の壁面、天井面にはコンクリート壁面にアンカーボルトを所定の間隔で打設し、取り付け金具を用いて固定する方法などにより取り付ける。高架裏面へは受け梁などの下地にボルトで固定する方法などにより取り付けられる。
【００２２】
【実施例】
繊維径２０〜２００μｍ、繊維長１０ｍｍ以上のアルミニウム繊維を集合させたマット状の金属繊維体と、アルミニウム製エキスパンドメタルと、アルミニウム製パンチングメタルとをアクリル樹脂系の接着剤を用いて、表１に示す各種の物性を持つ、表面寸法が５００×２０００ｍｍの平板状の多孔質材を作成した。
表中のＡ〜Ｄ、Ｆ〜Ｉは所定の面密度となるように繊維量を調整し、積層したマット状のアルミニウム繊維体を調製し、その片面又は両面にアルミニウム製エキスパンドメタル、パンチングメタルを配置して、ロール圧延成形することによって多孔質材を作成した。Ｇはロール圧延成形後、アクリル樹脂系の接着剤を空隙を目詰まりさせないように内部まで含浸した後、硬化して作成した。
Ｅは所定の面密度のマット状のアルミニウム繊維体をそのままロール圧延成形したのち、アクリル樹脂を系の接着剤を空隙を目詰まりさせないように内部まで含浸した後、硬化して作成した。
【００２３】
このようにして得られた各種の多孔質材を、表２に示す条件に配置して吸音構造体を作成し、各吸音構造体について、パルス音源を用い試験体に垂直に入射させて吸音率を測定する方法により測定した。この表には、周波数４００〜４０００Ｈｚにおける算術平均吸音率を求めて記載した。なお、遮音材は亜鉛鉄板とし、各試験体共通とした。
また、試験体Ｎｏ４、Ｎｏ１４、Ｎｏ２１、Ｎｏ２４については、周波数１００〜４０００Ｈｚにおける周波数−吸音率の特性を図７に示した。
なお、表中、試験体Ｎｏ１〜Ｎｏ２０は、本発明の実施例であり、試験体Ｎｏ２１〜Ｎｏ２６は、本発明の技術的範囲に含まれない比較例である。
【００２４】
この結果によれば、本発明の試験体Ｎｏ１〜１２は、幅広い周波数にわたって高い吸音率を示し、かつ４００〜４０００Ｈｚの平均吸音率も高い値を示すことが分かる。また、多孔質材を１枚だけ配置した試験体Ｎｏ２５〜２６の吸音特性には、特定の周波数域の吸音率が高くなるというピーク性があり、４００〜４０００Ｈｚの平均吸音率も本発明のＮｏ１〜２０の場合より低い。なお、本発明の範囲外の試験体Ｎｏ２１〜２３の吸音特性にも吸音特性にピーク性があり、４００〜４０００Ｈｚの平均吸音率も本発明のＮｏ１〜２０の場合より低いことも理解できる。
【００２５】
【表１】

注： EM はエキスパンドメタル、 PM はパンチングメタルの略号。
【００２６】
【表２】

注：多孔質材(1) は、最前列の多孔質材を示し、多孔質材(2) は、第２列目、多孔質材(3) は、第３列目（この場合は最後列）を示す。
空間(1) は、多孔質材(1) と多孔質材(2) との間の空間、空間(2) は、多孔質材(2) と多孔質材(3) との間の空間を示す。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の吸音構造体及び吸音板は、表面側と中間部分と裏面側のアルミニウム系の金属多孔質材の面密度を前述のように変化させて配置することにより、幅広い周波数領域にわたって高い吸音性能を発揮でき、また長期間にわたり安定した吸音性能を維持することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸音構造体を示す模式的な断面図。
【図２】本発明の吸音構造体の他の構造を示す模式的な断面図。
【図３】吸音構造体の変形例を示す断面図。
【図４】吸音構造体の他の変形例を示す断面図。
【図５】吸音構造体の他の変形例を示す断面図。
【図６】本発明の吸音板を示す斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。
【図７】実施例の吸音特性図。
【符号の説明】
１、２、２１、２２金属多孔質材、３遮音材、４、４１、４２中間空気層、５背後空気層、６枠材、７支柱。

Claims

３層以上のアルミニウム系の金属多孔質材をそれぞれ中間空気層を隔てて配置し、その背後に背後空気層を隔てて遮音材を配置した吸音構造体であって、最後列の金属多孔質材の面密度を最前列の金属多孔質材の面密度に対して比率１．１〜１０の範囲で、より大きなものとし、かつ中間に配置した金属多孔質材の面密度を最前列の金属多孔質材の面密度に等しいかまたはより大きなものとし、かつ最後列の金属多孔質材の面密度より小さなものとしたことを特徴とする吸音構造体。
前記金属多孔質材が、アルミニウム系の金属繊維体からなる多孔質材である請求項１に記載の吸音構造体。
前記金属多孔質材が、アルミニウム系の金属繊維体と金属孔明き材とを積層した多孔質材である請求項１に記載の吸音構造体。
前記アルミニウム系の金属繊維体の面密度が０．３〜５．０ｋｇ／ｍ２である請求項２または３に記載の吸音構造体。
前記金属多孔質材が、アルミニウム系の金属粒子を結合した多孔質材である請求項１に記載の吸音構造体。
前記金属多孔質材が、アルミニウム系の金属発泡体からなる多孔質材である請求項１に記載の吸音構造体。
前記金属多孔質材が請求項２、３、５、６に記載の多孔質材の２種以上を組み合わせたものである請求項１または２に記載の吸音構造体。
請求項１〜７のいずれかに記載の吸音構造体と、金属製、セメント製またはプラスチック製の枠材から組み立てられたことを特徴とする吸音板。