JPWO2019138969A1 - 防音箱 - Google Patents
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Abstract
防音箱は、ハニカムコアと、ハニカムコアを挟む第1表面板、及び第2表面板と、第1表面板に穿孔された貫通孔と、を有する防音構造を持つ複数の防音壁を有し、複数の防音壁は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を有する。この防音箱は、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができる。
Description
本発明は、防音箱に係り、詳しくはハニカムコアを挟む2つの表面板の一方に貫通孔を有する防音構造を持つ防音壁を含む異なる周波数特性の防音構造を持つ少なくとも2種類以上の防音壁を用いた防音箱に関する。
ハニカムからなるボードを壁材として使用した箱は、軽量かつ剛性が高いため、簡易に設置可能な防音箱として利用されている。但し、箱内部に吸音材を配置しない場合、箱内の残響が大きくなる問題と内部で反射した音が箱の外に漏れ出てしまう問題とがあるため、箱の防音性能が低下してしまう。
一方、箱の壁に吸音材を配置する場合、吸音効果を高めるため厚い吸音体を配置する必要がある。そのため、防音箱の防音性は高まるが、箱内部の容積が小さくなってしまう。
このため、このような箱の壁をハニカム構造体で構成し、そのハニカムコアの両側を覆う表面板の一方の表面板を、多孔質材とすること(特許文献1参照)により、又は複数の貫通孔を備える有孔表面板とし、この有孔表面板の上に吸音材及び/又は遮音材を設けること(特許文献2、3、4参照)により、もしくはハニカムコアを多層構造とし、その間に内部多孔板を配置すること(特許文献5参照)により、従来より軽量化を図りながら、かつ吸音率等の防音性能の向上を図っている。
一方、箱の壁に吸音材を配置する場合、吸音効果を高めるため厚い吸音体を配置する必要がある。そのため、防音箱の防音性は高まるが、箱内部の容積が小さくなってしまう。
このため、このような箱の壁をハニカム構造体で構成し、そのハニカムコアの両側を覆う表面板の一方の表面板を、多孔質材とすること(特許文献1参照)により、又は複数の貫通孔を備える有孔表面板とし、この有孔表面板の上に吸音材及び/又は遮音材を設けること(特許文献2、3、4参照)により、もしくはハニカムコアを多層構造とし、その間に内部多孔板を配置すること(特許文献5参照)により、従来より軽量化を図りながら、かつ吸音率等の防音性能の向上を図っている。
例えば、特許文献1では、ハニカムのヘルムホルツ共鳴を利用したハニカム上に所定の気孔率を有する紙材からなる多孔質材を配置した吸音体を提案している。
特許文献2では、ハニカム上に接着されている表面板にハニカムセルに対応する微細な貫通孔を開けてヘルムホルツ吸音構造を構成し、更にその上面に不織布を接合することを提案している。この構造であれば、高い剛性を保ったまま吸音効果を付加できるし、不織布により吸音周波数帯域を広げることもできる。
特許文献2では、ハニカム上に接着されている表面板にハニカムセルに対応する微細な貫通孔を開けてヘルムホルツ吸音構造を構成し、更にその上面に不織布を接合することを提案している。この構造であれば、高い剛性を保ったまま吸音効果を付加できるし、不織布により吸音周波数帯域を広げることもできる。
特許文献3、及び4でも、ハニカム上に接着されている表面板にハニカムセルに対応する微細な貫通孔を開けて吸音構造を構成し、更にその上面に吸音材及び/又は遮音材を設けることを提案している。この構造であれば、高い剛性を保ったまま遮音効果を高めることができ、吸音材及び/又は遮音材により更に遮音効果を高めることができる。
特許文献5では、多孔表面板と背面板の間のハニカムコアを周囲部分は1層構造、内側部分は多層構造とし、その間に1以上の内部多孔板を配置する間仕切りパネルとして、遮音性能を向上させるとともに、室内の残響時間を最適化することができる。また、特許文献5では、多孔表面板、及び内部多孔板の開口率を段階的に小さく設定することにより、ヘルムホルツ共鳴原理で吸音可能な共鳴周波数の数が多くなるので、広帯域の音を吸音することができる。
特許文献5では、多孔表面板と背面板の間のハニカムコアを周囲部分は1層構造、内側部分は多層構造とし、その間に1以上の内部多孔板を配置する間仕切りパネルとして、遮音性能を向上させるとともに、室内の残響時間を最適化することができる。また、特許文献5では、多孔表面板、及び内部多孔板の開口率を段階的に小さく設定することにより、ヘルムホルツ共鳴原理で吸音可能な共鳴周波数の数が多くなるので、広帯域の音を吸音することができる。
ところで、特許文献1に開示の吸音構造では、ハニカムの直上に紙材からなる多孔質材を配置してしまうとボードの剛性が低下してしまうという問題があった。
また、特許文献2に開示の防音構造では、不織布により、吸音周波数帯域を広げているが、限界があるという問題があった。
また、特許文献3、及び4に開示の吸音構造でも、共鳴を利用しているため防音できる周波数帯域が狭く、吸音材及び/又は遮音材により更に遮音効果を向上させ、吸音周波数帯域を広げているが限界があるという問題があった。
また、特許文献2に開示の防音構造では、不織布により、吸音周波数帯域を広げているが、限界があるという問題があった。
また、特許文献3、及び4に開示の吸音構造でも、共鳴を利用しているため防音できる周波数帯域が狭く、吸音材及び/又は遮音材により更に遮音効果を向上させ、吸音周波数帯域を広げているが限界があるという問題があった。
また、特許文献5に開示の間仕切りパネルでは、防音帯域を広げるために、ハニカム厚み方向に周波数特性の異なる吸音膜を配置し、広帯域を実現している。ただし、この方法では、壁の厚みが厚くなり、重量が増えてしまうことや、構造が複雑となり作製が難しいなどの問題があった。
また、特許文献1、2、及び5に開示の吸音構造では、ヘルムホルツ共鳴を利用しているため防音できる周波数帯域が狭いという問題もあった。
即ち、特許文献1〜5に開示の吸音構造では、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができないため、これらを防音箱の防音壁に用いた場合にも、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを可能とする防音箱を実現することができないという問題があった。
また、特許文献1、2、及び5に開示の吸音構造では、ヘルムホルツ共鳴を利用しているため防音できる周波数帯域が狭いという問題もあった。
即ち、特許文献1〜5に開示の吸音構造では、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができないため、これらを防音箱の防音壁に用いた場合にも、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを可能とする防音箱を実現することができないという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、ハニカムコアを挟む2つの表面板の一方に貫通孔を有する防音構造を持つ防音壁を含む異なる周波数特性の防音構造を持つ少なくとも2種類以上の防音壁に用いることにより、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができる防音箱を提供することにある。
ここで、本発明において、「防音」とは、音響特性として、「遮音」と「吸音」の両方の意味を含むが、特に、「遮音」を言う。また、「遮音」は、「音を遮蔽する」ことを言う。即ち、「遮音」とは、「音を透過させない」ことを言う。したがって、「遮音」とは、音を「反射」すること(音響の反射)、及び音を「吸収」すること(音響の吸収)を含めて言う(三省堂 大辞林(第三版)、及び日本音響材料学会のウェブページのhttp://www.onzai.or.jp/question/soundproof.html、並びにhttp://www.onzai.or.jp/pdf/new/gijutsu201312_3.pdf参照)。
以下では、基本的に、「反射」と「吸収」とを区別せずに、両者を含めて「遮音」及び「遮蔽」と言い、両者を区別する時に、「反射」及び「吸収」と言う。
以下では、基本的に、「反射」と「吸収」とを区別せずに、両者を含めて「遮音」及び「遮蔽」と言い、両者を区別する時に、「反射」及び「吸収」と言う。
上記目的を達成するために、本発明に係る防音箱は、ハニカムコアと、ハニカムコアを挟む第1表面板、及び第2表面板と、第1表面板に穿孔された貫通孔と、を有する防音構造を持つ複数の防音壁を有し、複数の防音壁は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を有する。
ここで、2種以上の防音壁の内の2種の防音壁は、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。
また、2種以上の防音壁の内の更なる2種の防音壁は、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。
また、防音構造は、第1表面板の少なくとも一方の面の一部または全面に配置された吸音体を有することが好ましい。
また、吸音体を有する防音構造を持つ防音壁と、吸音体を除いた防音構造を持つ防音壁とは、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。
また、2種以上の防音壁の内の更なる2種の防音壁は、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。
また、防音構造は、第1表面板の少なくとも一方の面の一部または全面に配置された吸音体を有することが好ましい。
また、吸音体を有する防音構造を持つ防音壁と、吸音体を除いた防音構造を持つ防音壁とは、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。
また、防音構造の第1表面板は、直径の異なる貫通孔を有することが好ましい。
また、防音構造は、第1表面板の直径の異なる貫通孔の少なくとも1つ直径を持つ貫通孔とハニカムコアの内表面に囲まれた1つの空間と第2表面板によってヘルムホルツ共鳴器を構成するものであることが好ましい。
また、防音構造は、第1表面板の直径の異なる貫通孔の少なくとも1つ直径を持つ貫通孔とハニカムコアの内表面に囲まれた1つの空間と第2表面板によって気柱共鳴器を構成するものであることが好ましい。
また、ハニカムコアは、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、第2表面板は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、第1表面板は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、2種以上の防音壁の内の2種の防音壁が、互いに向かい合わせに配置されて、対をなしている時、対をなす防音壁の周波数特性に関して、異なる周波数に吸音ピークを持つ1対の防音壁において、低い周波数の吸収ピーク(f1)を有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、高周波側の周波数(f2)は、高い周波数の吸収ピーク周波数(f3)以下、かつこの吸収ピークを有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、低周波側の周波数(f4)以上であることが好ましい。
また、防音構造は、第1表面板の直径の異なる貫通孔の少なくとも1つ直径を持つ貫通孔とハニカムコアの内表面に囲まれた1つの空間と第2表面板によってヘルムホルツ共鳴器を構成するものであることが好ましい。
また、防音構造は、第1表面板の直径の異なる貫通孔の少なくとも1つ直径を持つ貫通孔とハニカムコアの内表面に囲まれた1つの空間と第2表面板によって気柱共鳴器を構成するものであることが好ましい。
また、ハニカムコアは、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、第2表面板は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、第1表面板は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、2種以上の防音壁の内の2種の防音壁が、互いに向かい合わせに配置されて、対をなしている時、対をなす防音壁の周波数特性に関して、異なる周波数に吸音ピークを持つ1対の防音壁において、低い周波数の吸収ピーク(f1)を有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、高周波側の周波数(f2)は、高い周波数の吸収ピーク周波数(f3)以下、かつこの吸収ピークを有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、低周波側の周波数(f4)以上であることが好ましい。
なお、貫通孔の直径は、1.0mm以上であり、第1表面板における貫通孔の開口率は、1.0%以上であることが好ましい。
また、吸音体の厚みは、50mm以下であることが好ましい。
また、吸音体は、微細貫通孔板、織り布、編み物、又は不織布からなることが好ましい。
また、微細貫通孔板は、厚み方向に貫通し、直径1μm〜250μmの複数の微細貫通孔を有することが好ましい。
また、微細貫通孔板の材料は、難燃材であることが好ましい。
また、難燃材は、金属であることが好ましい。
また、金属は、アルミニウム、又はアルミニウム合金であることが好ましい。
また、吸音体は、消臭機能を有することが好ましい。
また、吸音体は、第1表面板のハニカムコア側に位置する一表面のみに配置されていることが好ましい。
また、吸音体は、第1表面板の両表面に配置されていることが好ましい。
また、吸音体の厚みは、50mm以下であることが好ましい。
また、吸音体は、微細貫通孔板、織り布、編み物、又は不織布からなることが好ましい。
また、微細貫通孔板は、厚み方向に貫通し、直径1μm〜250μmの複数の微細貫通孔を有することが好ましい。
また、微細貫通孔板の材料は、難燃材であることが好ましい。
また、難燃材は、金属であることが好ましい。
また、金属は、アルミニウム、又はアルミニウム合金であることが好ましい。
また、吸音体は、消臭機能を有することが好ましい。
また、吸音体は、第1表面板のハニカムコア側に位置する一表面のみに配置されていることが好ましい。
また、吸音体は、第1表面板の両表面に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、ハニカムコアを挟む2つの表面板の一方に貫通孔を有する防音構造を持つ防音壁を含む異なる周波数特性の防音構造を持つ少なくとも2種類以上の防音壁に用いることにより、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができる。
以下に、本発明に係る防音箱について、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[防音箱]
本発明に係る防音箱は、ハニカムコアと、ハニカムコアを挟む第1表面板、及び第2表面板と、第1表面板に穿孔された貫通孔と、を有する防音構造を持つ複数の防音壁を有し、複数の防音壁は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を有する防音箱である。
本発明に係る防音箱は、ハニカムコアを挟む2つの表面板の一方に貫通孔を有する防音構造を持つ防音壁を含む異なる周波数特性の防音構造を持つ少なくとも2種類以上の防音壁を用いることにより、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができる。
本発明に係る防音箱は、防音壁の吸音性能を高めることでシンプルな箱の構成で広帯域の防音が可能な防音箱を構成できる。
本発明に係る防音箱は、ハニカムコアと、ハニカムコアを挟む第1表面板、及び第2表面板と、第1表面板に穿孔された貫通孔と、を有する防音構造を持つ複数の防音壁を有し、複数の防音壁は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を有する防音箱である。
本発明に係る防音箱は、ハニカムコアを挟む2つの表面板の一方に貫通孔を有する防音構造を持つ防音壁を含む異なる周波数特性の防音構造を持つ少なくとも2種類以上の防音壁を用いることにより、薄く、軽量、かつ高い剛性と広帯域の防音とを実現することができる。
本発明に係る防音箱は、防音壁の吸音性能を高めることでシンプルな箱の構成で広帯域の防音が可能な防音箱を構成できる。
本発明の防音箱は、例えば犬小屋等のペット用の防音小屋、又は、騒音源となる装置(発電機、PC)カバー用の防音箱、又は、人用防音室として用いることもできる。なお、騒音源に吸排気が必要な場合には、防音箱のいずれかの面の防音構造に、図示しないが、吸気用の開口、及び排気用の開口を設けても良い。
さらに、本発明の防音箱は、通常、直方体等の多面体の全面、又は1面を除く残りの全面に防音壁を用いたものであることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、多面体の対向する2面を除く残りの全面に防音壁を用いた防音囲構造の筒状体であっても良い。
したがって、本発明の防音箱は、建物、その他の建築構造物(例えば、住宅、ホール、エレベーター、音楽教室、及び会議室等)の内部(窓を除く側壁、天井、床等)を箱状に覆うパネル材等の建築用途、及び自動車の内装等の輸送用途、箱材、及び梱包材等の物流用途に用いることができる。
さらに、本発明の防音箱は、通常、直方体等の多面体の全面、又は1面を除く残りの全面に防音壁を用いたものであることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、多面体の対向する2面を除く残りの全面に防音壁を用いた防音囲構造の筒状体であっても良い。
したがって、本発明の防音箱は、建物、その他の建築構造物(例えば、住宅、ホール、エレベーター、音楽教室、及び会議室等)の内部(窓を除く側壁、天井、床等)を箱状に覆うパネル材等の建築用途、及び自動車の内装等の輸送用途、箱材、及び梱包材等の物流用途に用いることができる。
また、本発明の防音構造は、この他複写機、送風機、空調機器、換気扇、ポンプ類、発電機、及びダクト等に用いることができる。
また、本発明の防音構造は、更にその他にも、工場等の塗布機、及び回転機、搬送機など音を発する様々な種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車等の車輌、及び、航空機等の輸送用機器、並びに冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、テレビジョン、コピー機、電子レンジ、ゲーム機、エアコン、扇風機、PC(パーソナルコンピュータ)、掃除機、空気清浄機、及び、換気扇等の一般家庭用機器等に用いることができる。
なお、本発明の防音箱は、これらの各種機器において騒音源から発生する音が通過する位置に適宜配置される。
また、本発明の防音構造は、更にその他にも、工場等の塗布機、及び回転機、搬送機など音を発する様々な種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車等の車輌、及び、航空機等の輸送用機器、並びに冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、テレビジョン、コピー機、電子レンジ、ゲーム機、エアコン、扇風機、PC(パーソナルコンピュータ)、掃除機、空気清浄機、及び、換気扇等の一般家庭用機器等に用いることができる。
なお、本発明の防音箱は、これらの各種機器において騒音源から発生する音が通過する位置に適宜配置される。
本発明に係る防音箱について、図1、及び図2を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る防音箱の一例を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示す防音箱の断面図である。
図1、及び図2に示すように、本発明の防音箱30は、直方体形状を成し、その6面の内、図1中右側にある防音壁32と、防音壁32と向い合せに配置される図1中左側にある防音壁34と、図1中手前側、図1中奥側、図1中上側(天井)、及び図1中下側(底面)にある4つの防音壁36とを有する。
ここで、防音壁32は、本発明に必要な防音構造10を持ち、防音壁34は、本発明に必要な防音構造10Aを持つ。防音壁32の防音構造10と防音壁34の防音構造10Aとは、詳細は後述するが、図2に示すように、共に、ハニカムコア12と、ハニカムコア12を挟む、貫通孔18を有する第1表面板16、及び貫通孔の無い第2表面板20とを有するが、防音構造10Aはさらに吸音体22を有するので、互いに異なる周波数特性を持つ。
図1は、本発明の一実施形態に係る防音箱の一例を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示す防音箱の断面図である。
図1、及び図2に示すように、本発明の防音箱30は、直方体形状を成し、その6面の内、図1中右側にある防音壁32と、防音壁32と向い合せに配置される図1中左側にある防音壁34と、図1中手前側、図1中奥側、図1中上側(天井)、及び図1中下側(底面)にある4つの防音壁36とを有する。
ここで、防音壁32は、本発明に必要な防音構造10を持ち、防音壁34は、本発明に必要な防音構造10Aを持つ。防音壁32の防音構造10と防音壁34の防音構造10Aとは、詳細は後述するが、図2に示すように、共に、ハニカムコア12と、ハニカムコア12を挟む、貫通孔18を有する第1表面板16、及び貫通孔の無い第2表面板20とを有するが、防音構造10Aはさらに吸音体22を有するので、互いに異なる周波数特性を持つ。
残りの4つの防音壁36は、共に本発明に用いることができる防音構造11を持つ。防音構造11は、詳細は後述するが、図2に示すように、ハニカムコア12と、ハニカムコア12を挟む、貫通孔が開いていない2枚の第2表面板20とを有し、防音構造10、及び10Aとは異なる周波数特性を持つ。
本発明の防音箱30においては、図1、及び図2に示すように、互いに異なる周波数特性を有する防音構造10、及び10Aを持つ2種の防音壁32、及び34は、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、互いに向かい合わせに配置されていなくても良い。例えば、図1に示す例において、4つの防音壁36の1つを防音壁34と交換しても良い。
本発明の防音箱30においては、図1、及び図2に示すように、互いに異なる周波数特性を有する防音構造10、及び10Aを持つ2種の防音壁32、及び34は、互いに向かい合わせに配置されていることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、互いに向かい合わせに配置されていなくても良い。例えば、図1に示す例において、4つの防音壁36の1つを防音壁34と交換しても良い。
また、図1、及び図2に示す防音箱30は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造10、及び10Aを持つ2種の防音壁32、及び34の対を1対有するものであるが、本発明はこれに限定されず、2対以上有していても良い。即ち、吸音特性の異なる防音構造が配置された対をなす防音壁を、2対、3対と増やすことにより、その防音効果が高まるため好ましい。
例えば、図3に示す防音箱30Aのように、互いに向かい合わせに配置されている2種の防音壁32、及び34の他に、互いに向かい合わせに配置されている2種の防音壁32a、及び34aの組、及び、互いに向かい合わせに配置されている2種の防音壁32b、及び34bの組の3組有していても良い。図3に示す例では、防音壁32a、及び32bは、防音構造10を持ち、防音壁34a、及び34bは、防音構造10Aを持つ。
図3に示す防音箱30Aでは、ハニカムコアからなる防音壁の三対の対向する防音壁の吸音特性が異なるものが配置されている。防音箱30Aでは、このような形態にすることにより、防音箱内の3次元の全てもモードに対応することができる。
例えば、図3に示す防音箱30Aのように、互いに向かい合わせに配置されている2種の防音壁32、及び34の他に、互いに向かい合わせに配置されている2種の防音壁32a、及び34aの組、及び、互いに向かい合わせに配置されている2種の防音壁32b、及び34bの組の3組有していても良い。図3に示す例では、防音壁32a、及び32bは、防音構造10を持ち、防音壁34a、及び34bは、防音構造10Aを持つ。
図3に示す防音箱30Aでは、ハニカムコアからなる防音壁の三対の対向する防音壁の吸音特性が異なるものが配置されている。防音箱30Aでは、このような形態にすることにより、防音箱内の3次元の全てもモードに対応することができる。
図1、及び図3に示す防音箱30、及び30Aでは、2種の防音壁32、及び34、32a、及び34a、並びに32b、及び34bの組からなっているが、本発明はこれに限定されない。本発明の防音箱では、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を有していれば良く、互いに向かい合わせに配置されていなくても良い。例えば、防音構造10、及び10Aを持つ防音壁32、及び34に、後述する本発明に必要な防音構造10B(図8参照)を持つ防音壁を加えた3種の防音壁を有していても良い。また、本発明では、互いに異なる周波数特性を有する防音構造であれば良いので、同じ構造の防音構造、例えば、防音構造10、10A、及び10Bのそれぞれにおいて、第1表面板16の貫通孔18の直径が異なるものであっても良いし、ハニカムコア12のサイズが異なるものであっても良いし、吸音体22が異なるものであっても良い。
ところで、低周波音は、波長が長いため、防音箱内で干渉し、モードを形成し易い。そのため、防音箱の外に漏れやすい傾向がある。図1、及び図3に示す防音箱30、及び30Aのように、6面からなる箱(対面が平行)内において対になる防音壁間でモードが形成され、大きく3つのモードが存在する。したがって、色々な周波数における各モードを防音するためには、図1、及び図3に示す防音箱30、及び30Aのように、少なくとも1対の対向する防音壁の防音構造(防音部材)の周波数特性が異なっていることが望ましい。
また、本発明の防音箱においては、これらの防音壁は互いに着脱可能な機構を有していることが好ましい。こうすることにより、種類の異なる防音壁を任意に簡単に組み合わせて、様々なモードの防音をすることが可能となるためである。すなわち、防音壁を簡単に取外し可能な着脱機構を設けることで、様々な防音壁を簡易に組合せることが可能となり好ましい。
また、本発明の防音箱においては、これらの防音壁は互いに着脱可能な機構を有していることが好ましい。こうすることにより、種類の異なる防音壁を任意に簡単に組み合わせて、様々なモードの防音をすることが可能となるためである。すなわち、防音壁を簡単に取外し可能な着脱機構を設けることで、様々な防音壁を簡易に組合せることが可能となり好ましい。
[防音構造]
本発明の防音箱に必要な防音構造について、図4〜図8を参照して詳細に説明する。
図4は、本発明の防音箱に用いられる防音構造の一例を模式的に示す断面図である。図5は、図4に示す防音構造を部分的に破断して模式的に示す上面図である。図6は、本発明の防音箱に用いられる防音構造の他の一例を模式的に示す断面図である。図7は、図6に示す防音構造を部分的に破断して模式的に示す上面図である。図8は、本発明の防音箱に用いられる防音構造の他の一例を模式的に示す断面図である。
図4、及び図5に示す防音構造10は、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、を有する。
一方、図6、及び図7に示す防音構造10Aは、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、吸音体22と、を有する。即ち、図6、及び図7に示す防音構造10Aは、図4、及び図5に示す防音構造10において、第1表面板16とハニカムコア12との間に吸音体22を有するものである。
そこでまず、図6、及び図7に示す防音構造10Aについて説明し、その後、図4、及び図5に示す防音構造10について説明する。
本発明の防音箱に必要な防音構造について、図4〜図8を参照して詳細に説明する。
図4は、本発明の防音箱に用いられる防音構造の一例を模式的に示す断面図である。図5は、図4に示す防音構造を部分的に破断して模式的に示す上面図である。図6は、本発明の防音箱に用いられる防音構造の他の一例を模式的に示す断面図である。図7は、図6に示す防音構造を部分的に破断して模式的に示す上面図である。図8は、本発明の防音箱に用いられる防音構造の他の一例を模式的に示す断面図である。
図4、及び図5に示す防音構造10は、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、を有する。
一方、図6、及び図7に示す防音構造10Aは、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、吸音体22と、を有する。即ち、図6、及び図7に示す防音構造10Aは、図4、及び図5に示す防音構造10において、第1表面板16とハニカムコア12との間に吸音体22を有するものである。
そこでまず、図6、及び図7に示す防音構造10Aについて説明し、その後、図4、及び図5に示す防音構造10について説明する。
図6、及び図7に示す防音構造10Aは、図1、及び図3に示す防音箱30、及び30Aに用いられるものである。防音構造10Aは、上述したように、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、吸音体22と、を有する。
ここで、第1表面板16、及び第2表面板20は、互いに間隔を開けて、それぞれハニカムコア12を挟むように配置される。第1表面板16は、ハニカムコア12の一方の表面に吸音体22を介して接合される。第2表面板20は、ハニカムコア12の他方の表面に接合される。即ち、吸音体22は、第1表面板16とハニカムコア12との間(即ち、第1表面板のハニカムコア側に位置する一表面)に配置される。吸音体22は、図6に示す例では、複数の微細貫通孔24を有する微細貫通孔板26からなる。
なお、図7においては、防音構造10Aの構造を理解し易くするために、第1表面板16及び吸音体22(微細貫通孔板26)を破断した部分を図7の左側に、第1表面板16のみを破断した部分を図7の中程に示す。
ここで、第1表面板16、及び第2表面板20は、互いに間隔を開けて、それぞれハニカムコア12を挟むように配置される。第1表面板16は、ハニカムコア12の一方の表面に吸音体22を介して接合される。第2表面板20は、ハニカムコア12の他方の表面に接合される。即ち、吸音体22は、第1表面板16とハニカムコア12との間(即ち、第1表面板のハニカムコア側に位置する一表面)に配置される。吸音体22は、図6に示す例では、複数の微細貫通孔24を有する微細貫通孔板26からなる。
なお、図7においては、防音構造10Aの構造を理解し易くするために、第1表面板16及び吸音体22(微細貫通孔板26)を破断した部分を図7の左側に、第1表面板16のみを破断した部分を図7の中程に示す。
[ハニカムコア]
ハニカムコア12は、第1表面板16と第2表面板20との間に配置されるものであり、複数のハニカムセル(枠)を有する枠体であり、厚み方向に貫通する複数の開口14を有する。即ち、各ハニカムセル(枠)は、それぞれ開口14を有する。
ハニカムコア12の複数の開口14は、両側に配置される第1表面板16及び吸音体22と、第2表面板20とによって閉じられる。第1表面板16の貫通孔18及び吸音体22である微細貫通孔板26の微細貫通孔24の背後において、ハニカムコア12の開口14は、閉空間とされ、背後空気層が形成される。
ここで、ハニカムコア12の1つの開口14に対応して、第1表面板16の1つの貫通孔18が対応するように、第1表面板16に対して複数の貫通孔18を配置することが好ましい。したがって、第1表面板16の複数の貫通孔18は、それぞれハニカムコア12の複数の開口14に対応して配置されることが好ましい。ハニカムコア12の複数の開口14が規則的に配置されている場合には、複数の貫通孔18も、第1表面板16に、複数の開口14規則的な配置に応じて規則的に配置されることは勿論である。
ハニカムコア12は、第1表面板16と第2表面板20との間に配置されるものであり、複数のハニカムセル(枠)を有する枠体であり、厚み方向に貫通する複数の開口14を有する。即ち、各ハニカムセル(枠)は、それぞれ開口14を有する。
ハニカムコア12の複数の開口14は、両側に配置される第1表面板16及び吸音体22と、第2表面板20とによって閉じられる。第1表面板16の貫通孔18及び吸音体22である微細貫通孔板26の微細貫通孔24の背後において、ハニカムコア12の開口14は、閉空間とされ、背後空気層が形成される。
ここで、ハニカムコア12の1つの開口14に対応して、第1表面板16の1つの貫通孔18が対応するように、第1表面板16に対して複数の貫通孔18を配置することが好ましい。したがって、第1表面板16の複数の貫通孔18は、それぞれハニカムコア12の複数の開口14に対応して配置されることが好ましい。ハニカムコア12の複数の開口14が規則的に配置されている場合には、複数の貫通孔18も、第1表面板16に、複数の開口14規則的な配置に応じて規則的に配置されることは勿論である。
なお、ハニカムコア12の複数の開口14の配置、及び第1表面板16の複数の貫通孔18の配置は、上記のものに限定されない。ハニカムコア12の開口14に対して第1表面板16の2つ以上の貫通孔18が対応するように配置してもよい。また、複数の開口14は、ハニカムコア12に規則的に配置されていなくても良い。
また、ハニカムコア12は、ハニカム構造を有することが好ましい。即ち、開口14の形状は、平面形状においてハニカム(正六角形)形状であることが好ましいが、本発明においては、特に制限的ではない。例えば、開口14の形状は、円形、楕円形、正方形(正四角形)、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、2等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正八角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。なお、開口14の直径(孔径、又はサイズ)は、開口14の形状が円形または正方形のような正多角形の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、又は円相当直径と定義することができ、多角形、楕円、又は不定形の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径及び半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径及び半径である。
また、ハニカムコア12は、ハニカム構造を有することが好ましい。即ち、開口14の形状は、平面形状においてハニカム(正六角形)形状であることが好ましいが、本発明においては、特に制限的ではない。例えば、開口14の形状は、円形、楕円形、正方形(正四角形)、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、2等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正八角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。なお、開口14の直径(孔径、又はサイズ)は、開口14の形状が円形または正方形のような正多角形の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、又は円相当直径と定義することができ、多角形、楕円、又は不定形の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径及び半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径及び半径である。
ここで、図6に示すように、ハニカムコア12の開口14の直径(サイズ)は、第1表面板16の貫通孔18の直径よりも大きい。なお、開口14の直径は、ハニカムコア12のハニカムセルのサイズ(例えば、幅、又は長さ)ということができる。
開口14の直径は、1.0mm〜500mmであることが好ましく、5mm〜250mmであることがより好ましく、10mm〜100mmであることが特に好ましい。
ここで、開口14の直径が1.0mm〜500mmであることが好ましい理由は、1.0mmよりも小さくなると、筒状のハニカムコアの側壁における空気粘性抵抗が高くなり、吸音効果が低下するし、また、製造が困難となるからである。また、500mmより大きなサイズになると、剛性が低下するからである。
また、ハニカムコア12の開口14の開口率は、第1表面板16の貫通孔18の開口率よりも大きい。
なお、開口14(又は、ハニカムセル)の形状、及び/又は直径は、全ての開口14(又は、ハニカムセル)において、同一で一定であっても良いが、異なっていても良く、異なるサイズ(形状が異なる場合も含む)の開口(枠、ハニカムセル)が含まれていても良い。
また、ハニカムコア12の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1の表面板16、又は第2の表面板20の平面形状、及びサイズ等に応じて適宜決定すれば良いし、選択すればよい。
開口14の直径は、1.0mm〜500mmであることが好ましく、5mm〜250mmであることがより好ましく、10mm〜100mmであることが特に好ましい。
ここで、開口14の直径が1.0mm〜500mmであることが好ましい理由は、1.0mmよりも小さくなると、筒状のハニカムコアの側壁における空気粘性抵抗が高くなり、吸音効果が低下するし、また、製造が困難となるからである。また、500mmより大きなサイズになると、剛性が低下するからである。
また、ハニカムコア12の開口14の開口率は、第1表面板16の貫通孔18の開口率よりも大きい。
なお、開口14(又は、ハニカムセル)の形状、及び/又は直径は、全ての開口14(又は、ハニカムセル)において、同一で一定であっても良いが、異なっていても良く、異なるサイズ(形状が異なる場合も含む)の開口(枠、ハニカムセル)が含まれていても良い。
また、ハニカムコア12の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1の表面板16、又は第2の表面板20の平面形状、及びサイズ等に応じて適宜決定すれば良いし、選択すればよい。
ハニカムコア12の厚みは、吸音体22と第2表面板20との間の間隔(離間距離)に等しいが、吸音体22の厚みは薄いので、第1表面板16と第2表面板20との間の間隔(離間距離)に略等しいということができる。ハニカムコア12の厚みは、特に制限的ではなく、本発明の防音構造10Aが使用される場所、及び環境に応じて決定されれば良いし、選択されればよい。ハニカムコア12の厚みは、例えば、1.0mm〜200mmであることが好ましく、5mm〜100mmであることがより好ましく、10mm〜50mmであることが特に好ましい。
ここで、ハニカムコア12の厚みが1.0mm〜200mmであることが好ましい理由は、1.0mm未満になると剛性が大きく低下するからであり、200mm超であると防音構造が厚くなり、各応用に対し配置スペースがなくなってしまうからである。
ここで、ハニカムコア12の厚みが1.0mm〜200mmであることが好ましい理由は、1.0mm未満になると剛性が大きく低下するからであり、200mm超であると防音構造が厚くなり、各応用に対し配置スペースがなくなってしまうからである。
また、ハニカムコア12の材料としては、軽量、かつ高い剛性を有し、ハニカムコア12が、第1表面板16及び吸音体22を支持でき、吸音体22と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、第1表面板16、吸音体22、及び第2表面板20と共に、気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。ハニカムコア12の材料としては、例えば、可燃性材料であっても、難燃材であっても良い。
本発明において可燃性材料とは、下記の難燃材以外の材料を指し、例えば、紙、木材、及び合成樹脂などの樹脂材料等も挙げることができる。紙としては、例えば、段ボール、ボード等を挙げることができる。
樹脂材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)などのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、及びトリアセチルセルロース等を挙げることができる。
本発明において可燃性材料とは、下記の難燃材以外の材料を指し、例えば、紙、木材、及び合成樹脂などの樹脂材料等も挙げることができる。紙としては、例えば、段ボール、ボード等を挙げることができる。
樹脂材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)などのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、及びトリアセチルセルロース等を挙げることができる。
本発明において、難燃材とは、上記可燃性材料以外の材料を指すが、建築物の材料の場合、建築基準法第2条第9号で定める不燃材料、建築基準法施行令第1条第5号で定める準不燃材料、及び同第1条第6号で定める難燃材料を指す。これらの材料は、通常の火災による火熱が加えられた場合に、加熱開始後5分間以上は燃焼しないこと、防火上有害な変形、溶融、亀裂、及びその他の損傷を生じないこと、避難上有害な煙またはガスを発生しないことの3点を満たす必要がある。
難燃材としては、例えば、金属材料、無機材料、難燃合板、難燃繊維板、及び難燃プラスチック板などの材料を挙げることができる。金属材料としては、例えば、アルミニウム、スチール、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデン、及びこれらの合金等を挙げることができる。無機材料としては、例えば、ガラス、コンクリート、石膏ボード、サファイア、及びセラミックス等を挙げることができる。
また、可燃性材料をアラミド樹脂などでコーティングすることで難燃材として使用できる。
難燃材としては、例えば、金属材料、無機材料、難燃合板、難燃繊維板、及び難燃プラスチック板などの材料を挙げることができる。金属材料としては、例えば、アルミニウム、スチール、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデン、及びこれらの合金等を挙げることができる。無機材料としては、例えば、ガラス、コンクリート、石膏ボード、サファイア、及びセラミックス等を挙げることができる。
また、可燃性材料をアラミド樹脂などでコーティングすることで難燃材として使用できる。
また、これら以外のハニカムコア12の材料として、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、カーボンファイバ、及びガラス繊維強化プラスチック(GFRP)等の炭素繊維を含む材料を挙げることもできる。
なお、これらのハニカムコア12の材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
ハニカムコア12の材料としては、アルミニウムなどの金属を用いることで不燃性を付与でき、高い耐火性を得られるため好ましい。ハニカムコア12の材料として、金属や樹脂を用いることにより剛性が高くなり好ましい。
一方で、ハニカムコア12の材料として、紙を用いることで、簡易に焼却でき簡易に廃棄可能であり、かつより軽量なものができるため好ましい。
また、紙をアラミド樹脂でコーティングしたものを用いることで、軽量、かつ耐火性を得ることができるため好ましい。
以上から、ハニカムコア12は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
ここで、ハニカムコア12の材料の厚みは、ハニカムコア12が、軽量、かつ高い剛性を有し、第1表面板16及び吸音体22を支持できる剛性を有し、吸音体22と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、ハニカムコア12が、第2表面板20と共に、気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。ハニカムコア12の材料の厚みは、例えば、0.001mm(1μm)〜5mmであることが好ましく、0.01mm(10μm)〜2mmであることがより好ましく、0.1(100μm)mm〜1mmであることが特に好ましい。
ここで、ハニカムコア12の材料の厚みが0.001mm(1μm)〜5mmであることが好ましい理由は、0.001mm(1μm)未満になると剛性が低下する。5mm超になると重量が重くなりハニカムの軽量メリットがなくなるからである。
なお、これらのハニカムコア12の材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
ハニカムコア12の材料としては、アルミニウムなどの金属を用いることで不燃性を付与でき、高い耐火性を得られるため好ましい。ハニカムコア12の材料として、金属や樹脂を用いることにより剛性が高くなり好ましい。
一方で、ハニカムコア12の材料として、紙を用いることで、簡易に焼却でき簡易に廃棄可能であり、かつより軽量なものができるため好ましい。
また、紙をアラミド樹脂でコーティングしたものを用いることで、軽量、かつ耐火性を得ることができるため好ましい。
以上から、ハニカムコア12は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
ここで、ハニカムコア12の材料の厚みは、ハニカムコア12が、軽量、かつ高い剛性を有し、第1表面板16及び吸音体22を支持できる剛性を有し、吸音体22と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、ハニカムコア12が、第2表面板20と共に、気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。ハニカムコア12の材料の厚みは、例えば、0.001mm(1μm)〜5mmであることが好ましく、0.01mm(10μm)〜2mmであることがより好ましく、0.1(100μm)mm〜1mmであることが特に好ましい。
ここで、ハニカムコア12の材料の厚みが0.001mm(1μm)〜5mmであることが好ましい理由は、0.001mm(1μm)未満になると剛性が低下する。5mm超になると重量が重くなりハニカムの軽量メリットがなくなるからである。
吸音体22とハニカムコア12、及びハニカムコア12と第2表面板20とは、隙間なく固定されていることが好ましい。吸音体22とハニカムコア12との固定方法、及びハニカムコア12と第2表面板20との固定方法は、ハニカムコア12と吸音体22、及び第2表面板20とを固定できればどのようなものでも良く、特に制限的ではない。固定方法は、例えば、接着剤用いる方法、又は物理的な固定具を用いる方法などを挙げることができる。
接着剤を用いる方法は、接着剤をハニカムコア12の開口14を囲む(ハニカムセルの)両側の表面上に接着剤を塗布し、その上にそれぞれ吸音体22、及び第2表面板20を載置し、ハニカムコア12に固定する。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤(アラルダイト(登録商標)(ニチバン株式会社製)等)、シアノアクリレート系接着剤(アロンアルフア(登録商標)(東亜合成株式会社製)など)、及びアクリル系接着剤等を挙げることができる。
物理的な固定具を用いる方法としては、ハニカムコア12の開口14を覆って挟むように配置された吸音体22、又は第1の表面板16、及び吸音体22、並びに第2表面板20をハニカムコア12と棒等の固定部材との間に挟み、固定部材をネジやビス等の固定具を用いてハニカムコア12に固定する方法等を挙げることができる。
接着剤を用いる方法は、接着剤をハニカムコア12の開口14を囲む(ハニカムセルの)両側の表面上に接着剤を塗布し、その上にそれぞれ吸音体22、及び第2表面板20を載置し、ハニカムコア12に固定する。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤(アラルダイト(登録商標)(ニチバン株式会社製)等)、シアノアクリレート系接着剤(アロンアルフア(登録商標)(東亜合成株式会社製)など)、及びアクリル系接着剤等を挙げることができる。
物理的な固定具を用いる方法としては、ハニカムコア12の開口14を覆って挟むように配置された吸音体22、又は第1の表面板16、及び吸音体22、並びに第2表面板20をハニカムコア12と棒等の固定部材との間に挟み、固定部材をネジやビス等の固定具を用いてハニカムコア12に固定する方法等を挙げることができる。
[第1表面板]
第1表面板16は、板状を成し、厚み方向に貫通する複数の貫通孔18を有するものである。第1表面板16は、第1表面板16の裏側(第1表面板16とハニカムコア12との間)にある吸音体22の保護層として機能し、この吸音体22が外部の物体と直接接触することを防止し、吸音体22の機械的な損傷を抑制することができる。また、吸音体22が第1表面板16の裏側のみにある場合、複数の貫通孔18を有する第1の表面板16が、吸音体22を覆っているので、意匠上、第1表面板16で吸音体22の見た目を良くすることができる。以下、主に、吸音体22が第1表面板16の裏側のみにある場合について説明する。
第1表面板16の貫通孔18は、ハニカムコア12の開口14に対応する。
第1表面板16の貫通孔18及び吸音体22(微細貫通孔板26)の微細貫通孔24の背後には、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって閉空間内の背後空気層が形成される。この貫通孔18とその背後の背後空気層とを形成するハニカムコア12、及び第2表面板20は、気柱共鳴構造を構成する。即ち、1つの開口14を有するハニカムコア12の部分と、1つの開口14に対応する、複数の微細貫通孔24を有する吸音体22の部分、この吸音体22の部分を支持する、1つの貫通孔18を有する第1表面板16の部分と、1つの開口14に対応する第2表面板20の部分とは、気柱共鳴構造を構成する。ここで、第1の表面板16の貫通孔18は、気柱共鳴を妨害しない(ヘルムホルツ共鳴を誘起しない)大きな孔である。また、吸音体22は、気柱共鳴自体を構成するものではないが、気柱共鳴構造に抵抗を付加し吸音帯域を広げるためのものである。
ここで、複数の貫通孔18は、第1表面板16にどのように配置されていても良いが、ハニカムコア12の複数の開口14に応じて、一定程度規則的に配置されていることが好ましい。なお、貫通孔18は、第1表面板16に1つ設けられていても良い。
第1表面板16は、板状を成し、厚み方向に貫通する複数の貫通孔18を有するものである。第1表面板16は、第1表面板16の裏側(第1表面板16とハニカムコア12との間)にある吸音体22の保護層として機能し、この吸音体22が外部の物体と直接接触することを防止し、吸音体22の機械的な損傷を抑制することができる。また、吸音体22が第1表面板16の裏側のみにある場合、複数の貫通孔18を有する第1の表面板16が、吸音体22を覆っているので、意匠上、第1表面板16で吸音体22の見た目を良くすることができる。以下、主に、吸音体22が第1表面板16の裏側のみにある場合について説明する。
第1表面板16の貫通孔18は、ハニカムコア12の開口14に対応する。
第1表面板16の貫通孔18及び吸音体22(微細貫通孔板26)の微細貫通孔24の背後には、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって閉空間内の背後空気層が形成される。この貫通孔18とその背後の背後空気層とを形成するハニカムコア12、及び第2表面板20は、気柱共鳴構造を構成する。即ち、1つの開口14を有するハニカムコア12の部分と、1つの開口14に対応する、複数の微細貫通孔24を有する吸音体22の部分、この吸音体22の部分を支持する、1つの貫通孔18を有する第1表面板16の部分と、1つの開口14に対応する第2表面板20の部分とは、気柱共鳴構造を構成する。ここで、第1の表面板16の貫通孔18は、気柱共鳴を妨害しない(ヘルムホルツ共鳴を誘起しない)大きな孔である。また、吸音体22は、気柱共鳴自体を構成するものではないが、気柱共鳴構造に抵抗を付加し吸音帯域を広げるためのものである。
ここで、複数の貫通孔18は、第1表面板16にどのように配置されていても良いが、ハニカムコア12の複数の開口14に応じて、一定程度規則的に配置されていることが好ましい。なお、貫通孔18は、第1表面板16に1つ設けられていても良い。
本発明において、第1表面板16の厚みは、吸音体22を保護できるものであれば、特に制限的ではない。第1表面板16の厚みは、例えば、0.01mm〜50mmであることが好ましく、0.1mm〜30mmであることがより好ましく、1.0mm〜10mmであることが特に好ましい。
なお、第1表面板16の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1表面板16を用いる防音構造10Aの使用される場所、及び環境等に応じて適宜決定すれば良いし、選択すればよい。
なお、第1表面板16の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1表面板16を用いる防音構造10Aの使用される場所、及び環境等に応じて適宜決定すれば良いし、選択すればよい。
本発明においては、第1表面板16の複数の貫通孔18は、それぞれハニカムコア12の複数の開口14に対応するように配置されることが好ましい。特に、第1表面板16の1つの貫通孔18と、ハニカムコア12の1つの開口14とが、1対1で対応するように配置されることが好ましい。しかしながら、本発明は、これに限定されず、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって構成される気柱共鳴を妨害しない(ヘルムホルツ共鳴を誘起しない)のであれば、ハニカムコア12の1つの開口14に対して2以上の貫通孔18が設けられていても良い。なお、本発明においては、第1表面板16の複数の貫通孔18は、規則的に配列されていることが好ましいが、ランダム(不規則)に配置されていても良い。
貫通孔18の形状は、平面形状で、円形であることが好ましいが、本発明においては、特に制限的ではない。例えば、貫通孔18の形状は、正方形(正四角形)、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、2等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。なお、貫通孔18の直径は、開口14の直径(サイズ)と同様に定義することができる。
貫通孔18の形状は、平面形状で、円形であることが好ましいが、本発明においては、特に制限的ではない。例えば、貫通孔18の形状は、正方形(正四角形)、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、2等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。なお、貫通孔18の直径は、開口14の直径(サイズ)と同様に定義することができる。
第1表面板16の貫通孔18の直径は、1.0mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがより好ましく、10mm以上であることが更に好ましい。また、貫通孔18の直径は、100mm以下であることが好ましく、50mm以下であることがより好ましく、25mm以下であることが特に好ましい。
ここで、貫通孔18の直径の好ましい範囲を1.0mm以上に限定する理由は、貫通孔18の直径が1mmより小さくなると、貫通孔18の孔側壁における粘性抵抗が大きくなり、吸音体22を第1表面板16の下に配置すると音響抵抗が大きくなりすぎ、吸音特性が低下してしまうためである。
また、貫通孔18の直径の好ましい範囲を100mm以下に限定する理由は、100mmより大きくなると防音構造の剛性が低下してしまうためである。
貫通孔18の形状,及び/又は直径は、全ての貫通孔18において、一定であっても良いが、異なるサイズ(形状が異なる場合も含む)の枠が含まれていても良い。
なお、本発明においては、第1表面板16の貫通孔18の直径は、吸音体22である微細貫通孔板26の微細貫通孔24の直径よりも大きく、また、第1表面板16の貫通孔18の開口率は、吸音体22の微細貫通孔24の開口率よりも大きい。
ここで、貫通孔18の直径の好ましい範囲を1.0mm以上に限定する理由は、貫通孔18の直径が1mmより小さくなると、貫通孔18の孔側壁における粘性抵抗が大きくなり、吸音体22を第1表面板16の下に配置すると音響抵抗が大きくなりすぎ、吸音特性が低下してしまうためである。
また、貫通孔18の直径の好ましい範囲を100mm以下に限定する理由は、100mmより大きくなると防音構造の剛性が低下してしまうためである。
貫通孔18の形状,及び/又は直径は、全ての貫通孔18において、一定であっても良いが、異なるサイズ(形状が異なる場合も含む)の枠が含まれていても良い。
なお、本発明においては、第1表面板16の貫通孔18の直径は、吸音体22である微細貫通孔板26の微細貫通孔24の直径よりも大きく、また、第1表面板16の貫通孔18の開口率は、吸音体22の微細貫通孔24の開口率よりも大きい。
第1表面板16の貫通孔18の開口率は、上述した閉空間(背後空気層)の面積に対する貫通孔18の面積の比として定義できる。なお、ハニカムコア12の開口14が一定でない場合、又は貫通孔18が一定でない場合には、貫通孔18の開口率は、貫通孔18の平均開口率として定義することができる。貫通孔18の平均開口率は、ハニカムコア12の全開口14の面積に対する全貫通孔18の合計面積率(全ての貫通孔18の合計面積の割合として求めることができる。なお、ハニカムコア12の全開口14の面積は、ハニカムコア12の所定範囲内の全開口14の平均直径、及び個数を求め、平均直径と個数との積から求めれば良い。また、第1の表面板16の全貫通孔18の面積は、第1の表面板16の所定範囲内の全貫通孔18の平均直径、及び個数を求め、平均直径と個数との積から求めれば良い。
ここで、本発明では、貫通孔18の開口率は、1.0%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましく、20%以上が特に好ましい。ここで、開口率は、1.0%以上であることが好ましい理由は、第1表面板16の貫通孔18の開口率が1.0%以上の場合、貫通孔18の空気錘と、ハニカムコア12による空気バネからなるヘルムホルツ共鳴が起こりにくくなり、ハニカムコアの気柱の長さで決まる気柱共鳴が生じ、広い帯域での吸音が可能となるからである。なお、より広帯域の吸音を実現するには、5%以上の開口率が好ましい。
また、剛性の観点から、開口率は、90%以下が好ましく、80%以下がより好ましく、70%以下が更に好ましく、50%以下が特に好ましい。
ここで、本発明では、貫通孔18の開口率は、1.0%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましく、20%以上が特に好ましい。ここで、開口率は、1.0%以上であることが好ましい理由は、第1表面板16の貫通孔18の開口率が1.0%以上の場合、貫通孔18の空気錘と、ハニカムコア12による空気バネからなるヘルムホルツ共鳴が起こりにくくなり、ハニカムコアの気柱の長さで決まる気柱共鳴が生じ、広い帯域での吸音が可能となるからである。なお、より広帯域の吸音を実現するには、5%以上の開口率が好ましい。
また、剛性の観点から、開口率は、90%以下が好ましく、80%以下がより好ましく、70%以下が更に好ましく、50%以下が特に好ましい。
貫通孔18の開口率は、5%以上がより好ましい理由は、以下のように考えることができる。
図9に示すようなヘルムホルツ共鳴構造の垂直入射吸音率の開口率(閉空間の面積に対する貫通孔の面積の比)依存性を計算により求め、更に、それらの吸音スペクトルにおいて、ピンクノイズに対して騒音レベルがどれだけ下がるか計算した。
なお、図9に示すヘルムホルツ共鳴構造28は、図6に示す防音構造10Aの1つのセルにおいて、吸音体22を除いたものであり、図4に示す防音構造10の1つのセルであるということができる。ヘルムホルツ共鳴構造28は、開口14を有するハニカムコア12、貫通孔18を有する第1表面板16、及び第2表面板20を有する。図9において、aは貫通孔18の半径、wは開口14の直径、hは第1表面板16の厚さ、lはハニカムコア12の厚さを示す。
図9に示すようなヘルムホルツ共鳴構造の垂直入射吸音率の開口率(閉空間の面積に対する貫通孔の面積の比)依存性を計算により求め、更に、それらの吸音スペクトルにおいて、ピンクノイズに対して騒音レベルがどれだけ下がるか計算した。
なお、図9に示すヘルムホルツ共鳴構造28は、図6に示す防音構造10Aの1つのセルにおいて、吸音体22を除いたものであり、図4に示す防音構造10の1つのセルであるということができる。ヘルムホルツ共鳴構造28は、開口14を有するハニカムコア12、貫通孔18を有する第1表面板16、及び第2表面板20を有する。図9において、aは貫通孔18の半径、wは開口14の直径、hは第1表面板16の厚さ、lはハニカムコア12の厚さを示す。
図10に、このようなヘルムホルツ共鳴構造28の開口率ar(=4a2/w2)を変化させた時の垂直入射吸音率の計算結果を示す。
開口率arが大きくなるに従い、垂直入射吸音率のピークの周波数が高周波数側にシフトし、帯域が広がっていくことが分かる。これは、開口率arが小さい時は貫通孔18によるインダクタンス成分が大きくヘルムホルツ共鳴を誘起しているのに対し、開口率arが大きくなると、このインダクタンス成分が小さくなり気柱共鳴が主に誘起されているためである。
この吸音スペクトルにおける消音効果をピンクノイズに掛け合わせると図11のような音圧レベルのスペクトルになる。
開口率arが大きくなるに従い、垂直入射吸音率のピークの周波数が高周波数側にシフトし、帯域が広がっていくことが分かる。これは、開口率arが小さい時は貫通孔18によるインダクタンス成分が大きくヘルムホルツ共鳴を誘起しているのに対し、開口率arが大きくなると、このインダクタンス成分が小さくなり気柱共鳴が主に誘起されているためである。
この吸音スペクトルにおける消音効果をピンクノイズに掛け合わせると図11のような音圧レベルのスペクトルになる。
この音圧レベルを10〜10000Hz積算し、開口率ar、及び貫通孔18の半径aの実用以上の範囲(ar=1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、a=0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm)の時の騒音レベルを、第1表面板16の厚さh、及びハニカムコア12の厚さlを実用上の範囲(h=0.5mm、1mm、2mm、5mm、l=10mm、20mm、30mm、40mm)で振って算出し、開口率arに対する騒音レベルを表わす16種類のグラフを得た。
その結果の1つを代表として図12に示す。
図6に示すグラフから、5%の開口率になると、急激に騒音レベルが減少していることがわかる。また、10%になると減少量は減るものの、更に騒音レベルは下がることが分かる。更に、20%になると、減少量の底をつくようになることが分かる。残りのグラフも同様の結果を示していた。
一方、開口率の上限は、開口率が高いほど消音効果には良いが、大きくなりすぎると、第1表面板の剛性が低下してしまうため、90%以下が好ましく、70%以下が更に好ましく、消音効果が飽和する50%以下が最も好ましい。
その結果の1つを代表として図12に示す。
図6に示すグラフから、5%の開口率になると、急激に騒音レベルが減少していることがわかる。また、10%になると減少量は減るものの、更に騒音レベルは下がることが分かる。更に、20%になると、減少量の底をつくようになることが分かる。残りのグラフも同様の結果を示していた。
一方、開口率の上限は、開口率が高いほど消音効果には良いが、大きくなりすぎると、第1表面板の剛性が低下してしまうため、90%以下が好ましく、70%以下が更に好ましく、消音効果が飽和する50%以下が最も好ましい。
計算方法は、以下の通りである。
ヘルムホルツ共鳴構造28の音響インピーダンスをZhとすると下記式(1)で表わすことができる。
Rは、貫通孔18における音響抵抗であり、共鳴(虚部が0)の時に吸音率が99%になるように設定した。
arは、開口率であり、閉空間の面積に対する貫通孔18の面積の比(ar=4a2/w2)で表わされる。h’は貫通孔18の開口端補正を含めた第1表面板16の厚みである。また、ρは空気密度、cは音速、lは背面空間の長さ、ωは角周波数である。
虚部の1項が貫通孔18のインダクタンスを示しており、2項が閉空間のキャパシタンスを示している。開口率arが大きくなるとインダクタンス成分が小さくなり、キャパシタンス成分で共鳴を起こす、気柱共鳴の特性が強くなる。
ヘルムホルツ共鳴構造28の音響インピーダンスをZhとすると下記式(1)で表わすことができる。
arは、開口率であり、閉空間の面積に対する貫通孔18の面積の比(ar=4a2/w2)で表わされる。h’は貫通孔18の開口端補正を含めた第1表面板16の厚みである。また、ρは空気密度、cは音速、lは背面空間の長さ、ωは角周波数である。
虚部の1項が貫通孔18のインダクタンスを示しており、2項が閉空間のキャパシタンスを示している。開口率arが大きくなるとインダクタンス成分が小さくなり、キャパシタンス成分で共鳴を起こす、気柱共鳴の特性が強くなる。
このヘルムホルツ共鳴構造28の音響インピーダンスを用いて、下記式(2)より垂直入射吸音率αを算出した。
Zair=ρc、ρ:空気の密度、c:音速
また、ピンクノイズの音圧レベルpをp=−10log(f/fo)とし(fo=1000Hzに設定)、上記音圧レベルを線形値に変化し、上記吸音効果をかけ合わせたものの騒音レベルを算出した。
また、ピンクノイズの音圧レベルpをp=−10log(f/fo)とし(fo=1000Hzに設定)、上記音圧レベルを線形値に変化し、上記吸音効果をかけ合わせたものの騒音レベルを算出した。
また、第1表面板16の材料としては、吸音体22を保護でき、ハニカムコア12の一方の表面上に吸音体22が支持されるようにハニカムコア12と第1表面板16と間に吸音体22を挟持でき、第2表面板20との間の間隔を一定に維持できれば、特に制限的ではなく、ハニカムコア12と同様な材料を用いることができる。
なお、第1表面板16の材料は、第1表面板16が、吸音体22を保護し、第1の表面板16の貫通孔18の背後に、ハニカムコア12、及び第2の表面板20によって気柱共鳴構造を構成できれば良い。
また、第1表面板16は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
なお、第1表面板16の材料は、第1表面板16が、吸音体22を保護し、第1の表面板16の貫通孔18の背後に、ハニカムコア12、及び第2の表面板20によって気柱共鳴構造を構成できれば良い。
また、第1表面板16は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
[第2表面板]
次に、第2表面板20は、ハニカムコア12の他方の表面(図6中下面;即ち、吸音体22が設けられる側と反対側の面)に第1表面板16と間隔を開けて配置される。
第2表面板20は、ハニカムコア12の複数の開口14の他方の側(図6中下側)を密閉するためのものであり、第1表面板16との間に、吸音体22、及びハニカムコア12を挟持するためのものである。
第2表面板20の厚みは、第1表面板16との間において、吸音体22、及びハニカムコア12を支持できれば特に制限的ではないが、例えば、0.1mm〜100mmであることが好ましく、1mm〜50mmであることがより好ましく、5mm〜20mmであることが特に好ましい。
また、第2表面板20の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1表面板16、又は吸音体22、及びハニカムコア12の平面形状、及びサイズ等に応じて適宜決定すれば良いし、選択すればよい。
次に、第2表面板20は、ハニカムコア12の他方の表面(図6中下面;即ち、吸音体22が設けられる側と反対側の面)に第1表面板16と間隔を開けて配置される。
第2表面板20は、ハニカムコア12の複数の開口14の他方の側(図6中下側)を密閉するためのものであり、第1表面板16との間に、吸音体22、及びハニカムコア12を挟持するためのものである。
第2表面板20の厚みは、第1表面板16との間において、吸音体22、及びハニカムコア12を支持できれば特に制限的ではないが、例えば、0.1mm〜100mmであることが好ましく、1mm〜50mmであることがより好ましく、5mm〜20mmであることが特に好ましい。
また、第2表面板20の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1表面板16、又は吸音体22、及びハニカムコア12の平面形状、及びサイズ等に応じて適宜決定すれば良いし、選択すればよい。
また、第2表面板20の材料としては、第1表面板16との間において、吸音体22、及びハニカムコア12を挟持できれば特に制限的ではなく、第1表面板16と同様な材料を用いることができる。例えば、第2表面板20の材料として、紙、アルミニウム、及び鉄等の各種金属、並びにポリエチレンテレフタレート(PET)等の各種樹脂材料を用いることができる。
また、第2表面板20は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、第2表面板20は、第1表面板16との間に、吸音体22、及びハニカムコア12を挟持できれば、防音構造を設置する各種機器の構成部材、あるいは、壁等であってもよい。すなわち、例えば、第1表面板16と吸音体22とハニカムコア12とからなる防音構造を壁に設置する際に、ハニカムコア12の第1表面板16が配置される面とは反対側の面を壁に接するように配置することで、壁を第2表面板20として利用する構成としてもよい。
また、第2表面板20は、紙、金属、又は樹脂から構成されていることが好ましい。
また、第2表面板20は、第1表面板16との間に、吸音体22、及びハニカムコア12を挟持できれば、防音構造を設置する各種機器の構成部材、あるいは、壁等であってもよい。すなわち、例えば、第1表面板16と吸音体22とハニカムコア12とからなる防音構造を壁に設置する際に、ハニカムコア12の第1表面板16が配置される面とは反対側の面を壁に接するように配置することで、壁を第2表面板20として利用する構成としてもよい。
なお、上述した例においては、第1表面板16とハニカムコア12と第2表面板20とは別の部材としたが、ハニカムコア12と第2表面板20とが一体化されていても良い。あるいは更に、吸音体22とハニカムコア12と第2表面板20とが一体化された構成であってもよい。
ハニカムコア12と第2表面板20とが一体化した部材等は、例えば、3Dプリンターで作製することができる。また、吸音体22とハニカムコア12と第2表面板20とが一体化した部材は、例えば、吸音体22を形成する部材とハニカムコア12と第2表面板20とを3Dプリンターで一体成型した後に、後述するように、レーザーで吸音体22を形成する部材に微細貫通孔24を形成することによって作製できる。
ハニカムコア12と第2表面板20とが一体化した部材等は、例えば、3Dプリンターで作製することができる。また、吸音体22とハニカムコア12と第2表面板20とが一体化した部材は、例えば、吸音体22を形成する部材とハニカムコア12と第2表面板20とを3Dプリンターで一体成型した後に、後述するように、レーザーで吸音体22を形成する部材に微細貫通孔24を形成することによって作製できる。
[吸音体]
次に、吸音体22は、ハニカムコア12の一方の表面(図6中上面)、及び第1表面板16の他方の主面(図6中下面)に接して配置されるものであり、第1表面板16とハニカムコア12との間に挟持されるものである。吸音体22は、吸音体22自身と、ハニカムコア12と、第2表面板20とによって形成される吸音体22の複数の微細貫通孔の背後の閉空間を気柱共鳴構造として機能させるものである。
吸音体22としては、複数の微細貫通孔を有する微細貫通孔板、又は膜であることが好ましい。また、吸音体22としては、織り布、編み物、不織布、又はフェルト等の繊維からなる吸音体、ウレタン等の多孔質材、貫通孔の開いた貫通孔板等を挙げることができる。
図6に示す例では、吸音体22は、第1表面板16とハニカムコア12との間に配置され、第1表面板16のハニカムコア12側に位置する一表面(図6中下面)のみに配置されているが、本発明は、これに限定されず、第1表面板16の両表面に配置されていても良い。
次に、吸音体22は、ハニカムコア12の一方の表面(図6中上面)、及び第1表面板16の他方の主面(図6中下面)に接して配置されるものであり、第1表面板16とハニカムコア12との間に挟持されるものである。吸音体22は、吸音体22自身と、ハニカムコア12と、第2表面板20とによって形成される吸音体22の複数の微細貫通孔の背後の閉空間を気柱共鳴構造として機能させるものである。
吸音体22としては、複数の微細貫通孔を有する微細貫通孔板、又は膜であることが好ましい。また、吸音体22としては、織り布、編み物、不織布、又はフェルト等の繊維からなる吸音体、ウレタン等の多孔質材、貫通孔の開いた貫通孔板等を挙げることができる。
図6に示す例では、吸音体22は、第1表面板16とハニカムコア12との間に配置され、第1表面板16のハニカムコア12側に位置する一表面(図6中下面)のみに配置されているが、本発明は、これに限定されず、第1表面板16の両表面に配置されていても良い。
吸音体22は、図6に示す例では、厚み方向に貫通する複数の微細貫通孔24を有する微細貫通孔板26によって構成される。
微細貫通孔板26の複数の微細貫通孔24は、平均直径1.0μm〜250μmであることが好ましい。微細貫通孔24は、微細貫通孔板26に、形状、サイズ(直径)、及び配置において、規則的に、又はランダムに穿孔されていても良い。なお、微細貫通孔24の直径は、貫通孔18の直径と同様に定義することができる。
微細貫通孔24の平均直径が1.0μm〜250μmであることが好ましい理由は、平均直径が1.0μm未満では、音響抵抗が大きくなりすぎるために吸音特性が低下するからであり、平均直径が250μm超では、微細貫通孔24によるインダクタンスが大きくなり、帯域が狭くなるからであるからである。
なお、吸音体22は、厚み方向に貫通する複数の微細貫通孔24を有していれば、フィルム状の膜であっても、繊維状の膜であっても良い。繊維状の膜の場合には、繊維間の空間を微細貫通孔24と見なすことができる。微細貫通孔板26は、微細貫通孔24に規則性があっても、ランダム性があっても良いので、繊維自体の膜であれば良く、様々な織り目を持つ織布、又は不織布であって良い。
微細貫通孔板26からなる吸音体22は、薄い状態でも高い吸音効果が得られるためより好ましい。
微細貫通孔板26の複数の微細貫通孔24は、平均直径1.0μm〜250μmであることが好ましい。微細貫通孔24は、微細貫通孔板26に、形状、サイズ(直径)、及び配置において、規則的に、又はランダムに穿孔されていても良い。なお、微細貫通孔24の直径は、貫通孔18の直径と同様に定義することができる。
微細貫通孔24の平均直径が1.0μm〜250μmであることが好ましい理由は、平均直径が1.0μm未満では、音響抵抗が大きくなりすぎるために吸音特性が低下するからであり、平均直径が250μm超では、微細貫通孔24によるインダクタンスが大きくなり、帯域が狭くなるからであるからである。
なお、吸音体22は、厚み方向に貫通する複数の微細貫通孔24を有していれば、フィルム状の膜であっても、繊維状の膜であっても良い。繊維状の膜の場合には、繊維間の空間を微細貫通孔24と見なすことができる。微細貫通孔板26は、微細貫通孔24に規則性があっても、ランダム性があっても良いので、繊維自体の膜であれば良く、様々な織り目を持つ織布、又は不織布であって良い。
微細貫通孔板26からなる吸音体22は、薄い状態でも高い吸音効果が得られるためより好ましい。
また、微細貫通孔24の形状は、平面形状で円形であることが好ましいが、本発明においては、特に制限的ではない。例えば、微細貫通孔24の形状は、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、2等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。
防音構造10Aは、貫通孔18を有する第1表面板16、及び微細貫通孔板26からなる吸音体22の背後に、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって形成される気柱共鳴構造によって吸音性能を向上させるとともに、吸音周波数の広帯域化する効果を奏するものである。
防音構造10Aは、貫通孔18を有する第1表面板16、及び微細貫通孔板26からなる吸音体22の背後に、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって形成される気柱共鳴構造によって吸音性能を向上させるとともに、吸音周波数の広帯域化する効果を奏するものである。
なお、本防音構造10Aにおいては、微細貫通孔板26に形成される複数の微細貫通孔24の平均直径が0.1μm以上100μm未満であり、微細貫通孔24の平均開口率が以下の範囲である場合には、微細貫通孔板26単体が、貫通孔18を有する第1表面板16、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって形成される共鳴構造が無くても独立して、高い吸音効果を生じる防音構造として機能させることができる。
微細貫通孔板26の複数の微細貫通孔24の平均直径をphi(μm)とし、微細貫通孔板26の厚みをt(μm)としたときに、rhoは、0より大きく1より小さい範囲であって、rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6を中心として、rho_center-(0.052×(phi/30)-2)を下限として、rho_center+(0.795×(phi/30)-2)を上限とする範囲にある。
微細貫通孔板26の複数の微細貫通孔24の平均直径をphi(μm)とし、微細貫通孔板26の厚みをt(μm)としたときに、rhoは、0より大きく1より小さい範囲であって、rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6を中心として、rho_center-(0.052×(phi/30)-2)を下限として、rho_center+(0.795×(phi/30)-2)を上限とする範囲にある。
微細貫通孔板26は、平均直径が0.1μm以上100μm未満の微細貫通孔24を上記範囲の平均開口率で有することによって、微細貫通孔24を音が通る際の、微細貫通孔24の内壁面と空気との摩擦により吸音するものである。すなわち、微細貫通孔板26は、貫通孔18を有する第1表面板16、微細貫通孔板26自身、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって形成される共鳴構造の背後空気層の閉空間との共鳴による吸音と、共鳴ではないメカニズムでの吸音とを合わせて行うことができるものである。このように、微細貫通孔板26における吸音は、微細貫通孔24内の空気層と閉空間内の空気層との共振を起こして吸音する気柱共鳴による吸音効果と、微細貫通孔24を音が通る際の微細貫通孔24の内壁面と空気との摩擦により吸音効果とを合わせて用いるものである。
この微細貫通孔板26からなる吸音体22自体の吸音のメカニズムは、微細貫通孔24を音が通る際の、微細貫通孔24の内壁面と空気との摩擦による、音のエネルギの熱エネルギへの変化であると推定した。このメカニズムは微細貫通孔24のサイズが微細なことによって生じるため、共振によるメカニズムとは異なる。微細貫通孔24によって空気中の音として直接通過するパスは、いったん膜振動に変換されてから再び音として放射されるパスに比べて、音響インピーダンスが遥かに小さい。したがって、膜振動よりも微細貫通孔24のパスを音は通りやすい。その微細貫通孔部分を通過する際に、微細貫通孔板26上の全体の広い面積から微細貫通孔24の狭い面積へと音が集約されて通過する。微細貫通孔24の中で音が集まることによって局所速度が極めて大きくなる。摩擦は速度と相関するために、微細貫通孔24内で摩擦が大きくなり熱に変換される。
微細貫通孔24の平均直径が小さい場合は、開口面積に対する微細貫通孔24の縁長さの比率が大きくなるため、微細貫通孔24の縁部や内壁面で生じる摩擦を大きくすることができると考えられる。微細貫通孔24を通る際の摩擦を大きくすることによって、音のエネルギを熱エネルギへと変換して、吸音することができる。
微細貫通孔24の平均直径が小さい場合は、開口面積に対する微細貫通孔24の縁長さの比率が大きくなるため、微細貫通孔24の縁部や内壁面で生じる摩擦を大きくすることができると考えられる。微細貫通孔24を通る際の摩擦を大きくすることによって、音のエネルギを熱エネルギへと変換して、吸音することができる。
また、微細貫通孔24の平均開口率に最適な割合が存在し、特に平均直径が50μm程度以上と比較的大きいときには平均開口率が小さいほど吸収率が高くなる。平均開口率が大きい場合には、多くの微細貫通孔24のそれぞれを音が通過するのに対して、平均開口率が小さい場合には、微細貫通孔24の数が少なくなるため、1つの微細貫通孔24を通過する音が多くなり、微細貫通孔24を通過する際の空気の局所速度がより増大して、微細貫通孔24の縁部や内壁面で生じる摩擦をより大きくすることができる。
このように、微細貫通孔24自体による吸音は、微細貫通孔板26単体で機能するのでサイズを自由に設定することができる。このため、吸音体22が、第1表面板16の両表面に配置されている場合の第1表面板16の図6中上側の配置されている微細貫通孔板26の微細貫通孔24には有効である。
また、上述のように、微細貫通孔24による吸音は、音が微細貫通孔24を通過する際の摩擦で吸音するので、音の周波数帯によらず吸音することができ、広帯域で吸音することができる。
また、微細貫通孔板26に微細貫通孔24を形成することによって機能するので、微細貫通孔板26の素材選択の自由度が高く、周辺環境の汚染や、耐環境性能の問題もその環境に合わせて素材を選択できるために問題を少なくすることができる。
また、微細貫通孔板26は、微細貫通孔24を有するので、微細貫通孔板26に水等の液体が付着した場合であっても、表面張力により水が微細貫通孔24の部分を避けて微細貫通孔24を塞がないため、吸音性能が低下しにくい。
また、微細貫通孔板26は、薄い層状の膜であるため、配置する場所に合わせて湾曲させることができる。
また、上述のように、微細貫通孔24による吸音は、音が微細貫通孔24を通過する際の摩擦で吸音するので、音の周波数帯によらず吸音することができ、広帯域で吸音することができる。
また、微細貫通孔板26に微細貫通孔24を形成することによって機能するので、微細貫通孔板26の素材選択の自由度が高く、周辺環境の汚染や、耐環境性能の問題もその環境に合わせて素材を選択できるために問題を少なくすることができる。
また、微細貫通孔板26は、微細貫通孔24を有するので、微細貫通孔板26に水等の液体が付着した場合であっても、表面張力により水が微細貫通孔24の部分を避けて微細貫通孔24を塞がないため、吸音性能が低下しにくい。
また、微細貫通孔板26は、薄い層状の膜であるため、配置する場所に合わせて湾曲させることができる。
ここで、吸音性能等の観点から、微細貫通孔24の平均直径の上限値は、100μm未満であり、80μm以下が好ましく、70μm以下がより好ましく、50μm以下が更に好ましく、30μm以下が最も好ましい。これは、微細貫通孔24の平均直径が小さくなるほど、微細貫通孔24の開口面積に対する微細貫通孔24の中で摩擦に寄与する微細貫通孔24の縁の長さの比率が大きくなり、摩擦が生じやすくなることによる。
また、平均直径の下限値は、0.5μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好ましく、2μm以上が更に好ましい。平均直径が小さすぎると微細貫通孔24を通過する際の粘性抵抗が高すぎて十分に音が通らないため、開口率を高くしても吸音効果が十分に得られない。
また、平均直径の下限値は、0.5μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好ましく、2μm以上が更に好ましい。平均直径が小さすぎると微細貫通孔24を通過する際の粘性抵抗が高すぎて十分に音が通らないため、開口率を高くしても吸音効果が十分に得られない。
また、微細貫通孔24の平均開口率rhoは、前述のとおり、平均直径をphi(μm)、微細貫通孔板26の厚みをt(μm)としたときに、微細貫通孔24の平均開口率rhoは、0より大きく1より小さい範囲であって、rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6を中心として、rho_center-(0.052×(phi/30)-2)を下限として、rho_center+(0.795×(phi/30)-2)を上限とする範囲に入るものである。
また、平均開口率rhoは、rho_center-0.050×(phi/30)-2以上、rho_center+0.505×(phi/30)-2以下の範囲が好ましく、rho_center-0.048×(phi/30)-2以上、rho_center+0.345×(phi/30)-2以下の範囲がより好ましく、rho_center-0.085×(phi/20)-2以上、rho_center+0.35×(phi/20)-2以下の範囲が更に好ましく、(rho_center-0.24×(phi/10)-2)以上、(rho_center+0.57×(phi/10)-2)以下の範囲が特に好ましく、(rho_center-0.185×(phi/10)-2)以上、(rho_center+0.34×(phi/10)-2)以下の範囲が最も好ましい。
また、平均開口率rhoは、rho_center-0.050×(phi/30)-2以上、rho_center+0.505×(phi/30)-2以下の範囲が好ましく、rho_center-0.048×(phi/30)-2以上、rho_center+0.345×(phi/30)-2以下の範囲がより好ましく、rho_center-0.085×(phi/20)-2以上、rho_center+0.35×(phi/20)-2以下の範囲が更に好ましく、(rho_center-0.24×(phi/10)-2)以上、(rho_center+0.57×(phi/10)-2)以下の範囲が特に好ましく、(rho_center-0.185×(phi/10)-2)以上、(rho_center+0.34×(phi/10)-2)以下の範囲が最も好ましい。
このように、防音構造10Aにおいて、吸音体22である微細貫通孔板26に形成される複数の微細貫通孔24の平均直径が0.1μm以上100μm未満である時、微細貫通孔24の平均開口率rhoを上記範囲とすることは、吸音体22単体の吸音率(吸音体22を音が通過する時の吸収率)を最適化することである。このように、吸音体22単体の吸音率(吸音体22を音が通過する時の吸収率)を最適化することは、吸音体22において高い音響抵抗を得ることになる。したがって、防音構造10Aのように、平均開口率rhoが上記範囲を満たす微細貫通孔24を有する微細貫通孔板26を吸音体22として、貫通孔18を有する第1表面板16と、ハニカムコア12との間に用いることにより、微細貫通孔24自体の吸音と、第1表面板16、吸音体22、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって形成される気柱共鳴構造における共鳴により、広帯域特性を得るのに最適な大きな音響抵抗値を付加することができる。
なお、微細貫通孔24の平均直径は、吸音体22の表面側から、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて吸音体22の表面を倍率200倍で撮影し、得られたSEM写真において、周囲が環状に連なっている微細貫通孔24を20個抽出し、その直径を読み取って、これらの平均値を平均直径として算出する。もし、1枚のSEM写真内に微細貫通孔24が20個未満の場合は、周辺の別の位置でSEM写真を撮影し、合計個数が20個になるまでカウントする。
なお、直径は、微細貫通孔24の部分の面積をそれぞれ計測し、同一の面積となる円に置き換えたときの直径(円相当直径)を用いて評価した。すなわち、微細貫通孔24の開口部の形状は略円形状に限定はされないので、開口部の形状が非円形状の場合には、同一面積となる円の直径で評価した。従って、例えば、2以上の微細貫通孔が一体化したような形状の微細貫通孔の場合にも、これを1つの微細貫通孔24とみなし、微細貫通孔24の円相当直径を直径とする。
これらの作業は、例えば「Image J」(https://imagej.nih.gov/ij/)を用いて、Analyze Particlesにより円相当直径、開口率などを全て計算することができる。
なお、直径は、微細貫通孔24の部分の面積をそれぞれ計測し、同一の面積となる円に置き換えたときの直径(円相当直径)を用いて評価した。すなわち、微細貫通孔24の開口部の形状は略円形状に限定はされないので、開口部の形状が非円形状の場合には、同一面積となる円の直径で評価した。従って、例えば、2以上の微細貫通孔が一体化したような形状の微細貫通孔の場合にも、これを1つの微細貫通孔24とみなし、微細貫通孔24の円相当直径を直径とする。
これらの作業は、例えば「Image J」(https://imagej.nih.gov/ij/)を用いて、Analyze Particlesにより円相当直径、開口率などを全て計算することができる。
また、平均開口率は、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて吸音体22の表面を真上から倍率200倍で撮影し、得られたSEM写真の30mm×30mmの視野(5箇所)について、画像解析ソフト等で2値化して微細貫通孔24の部分と非微細貫通孔部分を観察し、微細貫通孔24の開口面積の合計と視野の面積(幾何学的面積)とから、比率(開口面積/幾何学的面積)から算出し、各視野(5箇所)における平均値を平均開口率として算出する。
また、複数の微細貫通孔24は、平均直径が1.0μm〜250μmであれば、1種類の直径の微細貫通孔24からなるものであってもよく、2種以上の直径の微細貫通孔24からなるものであってもよい。生産性の観点、耐久性の観点等から、2種以上の直径の微細貫通孔24からなるのが好ましい。
生産性としては、大量にエッチング処理を行う観点から直径にばらつきを許容した方が生産性が向上する。また、耐久性の観点としては、環境によってほこりやごみのサイズが異なるため、もし1種類の直径の微細貫通孔とすると主要なゴミのサイズが微細貫通孔とほぼ合致するときに全ての微細貫通孔に影響を与えることとなる。複数種類の直径の微細貫通孔を設けておくことによって、様々な環境において適用できるデバイスとなる。
生産性としては、大量にエッチング処理を行う観点から直径にばらつきを許容した方が生産性が向上する。また、耐久性の観点としては、環境によってほこりやごみのサイズが異なるため、もし1種類の直径の微細貫通孔とすると主要なゴミのサイズが微細貫通孔とほぼ合致するときに全ての微細貫通孔に影響を与えることとなる。複数種類の直径の微細貫通孔を設けておくことによって、様々な環境において適用できるデバイスとなる。
また、国際公開WO2016/060037号に記載の製造方法等によって、微細貫通孔内部で直径が膨らんでいる、内部で最大径となる微細貫通孔を形成することができる。この形状によって、微細貫通孔サイズ程度のゴミ(埃、トナー、不織布や発泡体のバラけたものなど)が内部に詰まりにくくなり、微細貫通孔を有する微細貫通孔板の耐久性が向上する。
微細貫通孔の最表面の直径より大きなゴミは微細貫通孔内に侵入せず、一方直径より小さなゴミは内部直径が大きくなっていることよりそのまま微細貫通孔内を通過できる。
これは、逆の形状で内部がすぼまっている形状を考えると、微細貫通孔の最表面を通ったゴミが内部の直径が小さい部分に引っかかり、ゴミがそのまま残りやすいことと比較すると、内部で最大径となる形状がゴミの詰まり抑制では有利に機能することがわかる。
また、いわゆるテーパ形状のように、膜のどちらか一方の表面が最大径となり、内部直径が略単調減少する形状においては、最大径となる方から「最大径>ゴミのサイズ>もう一方の表面の直径」の関係を満たすゴミが入った場合に、内部形状がスロープのように機能して途中で詰まる可能性が更に大きくなる。
微細貫通孔の最表面の直径より大きなゴミは微細貫通孔内に侵入せず、一方直径より小さなゴミは内部直径が大きくなっていることよりそのまま微細貫通孔内を通過できる。
これは、逆の形状で内部がすぼまっている形状を考えると、微細貫通孔の最表面を通ったゴミが内部の直径が小さい部分に引っかかり、ゴミがそのまま残りやすいことと比較すると、内部で最大径となる形状がゴミの詰まり抑制では有利に機能することがわかる。
また、いわゆるテーパ形状のように、膜のどちらか一方の表面が最大径となり、内部直径が略単調減少する形状においては、最大径となる方から「最大径>ゴミのサイズ>もう一方の表面の直径」の関係を満たすゴミが入った場合に、内部形状がスロープのように機能して途中で詰まる可能性が更に大きくなる。
また、音が微細貫通孔内を通過する際の摩擦をより大きくする観点から、微細貫通孔の内壁面は、粗面化されているのが好ましい。具体的には、微細貫通孔の内壁面の表面粗さRaは、0.1μm以上であるのが好ましく、0.1μm〜10.0μmであるのがより好ましく、0.2μm以上1.0μm以下であるのがより好ましい。
ここで、表面粗さRaは微細貫通孔内をAFM(Atomic Force Microscope)で計測することによって測定を行うことができる。AFMとしては、例えば、株式会社日立ハイテクサイエンス社製 SPA300を用いることができる。カンチレバーはOMCL−AC200TSを用い、DFM(Dynamic Force Mode)モードで測定することができる。微細貫通孔の内壁面の表面粗さは、数ミクロン程度であるため、数ミクロンの測定範囲及び精度を有する点から、AFMを用いることが好ましい。
ここで、表面粗さRaは微細貫通孔内をAFM(Atomic Force Microscope)で計測することによって測定を行うことができる。AFMとしては、例えば、株式会社日立ハイテクサイエンス社製 SPA300を用いることができる。カンチレバーはOMCL−AC200TSを用い、DFM(Dynamic Force Mode)モードで測定することができる。微細貫通孔の内壁面の表面粗さは、数ミクロン程度であるため、数ミクロンの測定範囲及び精度を有する点から、AFMを用いることが好ましい。
また、微細貫通孔内のSEM画像から微細貫通孔内の凹凸の凸部の一つ一つを粒子とみなして、凸部の平均粒径を算出することができる。
具体的には、2000倍の倍率で撮ったSEM画像(1mm×1mm程度の視野)をImage Jに取り込み、凸部が白となるように白黒に二値化し、その各凸部の面積をAnalyze Particlesにて求める。その各面積と同一面積となる円を想定した円相当径を各凸部について求めて、その平均値を平均粒径として算出する。
この凸部の平均粒径は0.1μm以上10.0μm以下であることが好ましく、0.15μm以上5.0μm以下であることがより好ましい。
ここで、吸音体22(例えば、微細貫通孔24を持つ微細貫通孔板26)の通気流れ抵抗が10〜50000Raylsであることが好ましく、50〜10000Raylsであることがより好ましく、100〜2000Raylsであることが最も好ましい。10Rayls以上では貫通孔18の直径が小さくその開口率が小さい第1表面板16に対し最適な吸音率(粘性抵抗)を得られるが、これ以上小さいと抵抗がほとんどないからである。一方で、50000Rayls超になると抵抗が大きすぎ反射が主に生じ吸音効果が減る。
具体的には、2000倍の倍率で撮ったSEM画像(1mm×1mm程度の視野)をImage Jに取り込み、凸部が白となるように白黒に二値化し、その各凸部の面積をAnalyze Particlesにて求める。その各面積と同一面積となる円を想定した円相当径を各凸部について求めて、その平均値を平均粒径として算出する。
この凸部の平均粒径は0.1μm以上10.0μm以下であることが好ましく、0.15μm以上5.0μm以下であることがより好ましい。
ここで、吸音体22(例えば、微細貫通孔24を持つ微細貫通孔板26)の通気流れ抵抗が10〜50000Raylsであることが好ましく、50〜10000Raylsであることがより好ましく、100〜2000Raylsであることが最も好ましい。10Rayls以上では貫通孔18の直径が小さくその開口率が小さい第1表面板16に対し最適な吸音率(粘性抵抗)を得られるが、これ以上小さいと抵抗がほとんどないからである。一方で、50000Rayls超になると抵抗が大きすぎ反射が主に生じ吸音効果が減る。
また、吸音体22である微細貫通孔板26の厚みには限定はないが、厚みが厚いほど音が微細貫通孔24を通過する際に受ける摩擦エネルギが大きくなるため、吸音性能がより向上すると考えられる。また、極端に薄い場合には取り扱いが難しく破けやすいため、保持できる程度に厚い方が望ましい。一方で、小型化、通気性及び光の透過性は厚みが薄いのが好ましい。また、微細貫通孔24の形成方法にエッチングなどを用いる場合は、厚みが厚いほど作製に時間がかかるため生産性の観点からは薄い方が望ましい。
吸音体22の厚みが厚くなると、ハニカムコア12と貫通孔18とを有する第1表面板16との剛性が低くなるため薄い方が好ましい。したがって、吸音体22の厚みは、50mm以下が好ましく、20mm以下がより好ましく、10mm以下が更に好ましい。一方、吸音体22の厚みが薄くなり過ぎると、吸音体22が機械的な損傷を受けやすくなるので、0.1μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましい。
なお、吸音体22が厚い場合(例えば、1.0mm以上の場合)、第1表面板16と第2表面板20と間の距離が吸音体22の厚み分長くなるので、低周波で広帯域に吸音することができる。
なお、吸音体22の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1表面板16の平面形状、及びサイズ等に応じて適宜決定すれば良いし、適宜選択すれば良い。
吸音体22の厚みが厚くなると、ハニカムコア12と貫通孔18とを有する第1表面板16との剛性が低くなるため薄い方が好ましい。したがって、吸音体22の厚みは、50mm以下が好ましく、20mm以下がより好ましく、10mm以下が更に好ましい。一方、吸音体22の厚みが薄くなり過ぎると、吸音体22が機械的な損傷を受けやすくなるので、0.1μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、10μm以上であることが更に好ましい。
なお、吸音体22が厚い場合(例えば、1.0mm以上の場合)、第1表面板16と第2表面板20と間の距離が吸音体22の厚み分長くなるので、低周波で広帯域に吸音することができる。
なお、吸音体22の平面形状、及びサイズ(平面サイズ)は、特に制限的ではなく、第1表面板16の平面形状、及びサイズ等に応じて適宜決定すれば良いし、適宜選択すれば良い。
以下、吸音体22が複数の微細貫通孔24を有する膜状(フィルム状)の微細貫通孔板26である場合について説明する。
このような微細貫通孔板26の材料には、特に限定はなく、ハニカムコア12の材料と同様な材料を用いることができる。吸音体22の材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、パーマロイ、42アロイ、コバール、ニクロム、銅、ベリリウム、リン青銅、黄銅、洋白、錫、亜鉛、鉄、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鋼鉄、タングステン、鉛、ステンレス、及び、イリジウム等の各種金属;それら金属による合金材料;PET(ポリエチレンテレフタレート)、TAC(トリアセチルセルロース)、ポリ塩化ビニルデン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルベンテン、COP(シクロオレフィンポリマー)、ポリカーボネート、ゼオノア、PEN(ポリエチレンナフタレート)、ポリプロピレン、及び、ポリイミド、ABS樹脂(アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン (Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂)、PLA樹脂等の樹脂材料等が利用可能である。更に、薄膜ガラスなどのガラス材料;CFRP(炭素繊維強化プラスチック:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、及び、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック:Glass Fiber Reinforced Plastics)のような繊維強化プラスチック材料を用いることもできる。
このような微細貫通孔板26の材料には、特に限定はなく、ハニカムコア12の材料と同様な材料を用いることができる。吸音体22の材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、パーマロイ、42アロイ、コバール、ニクロム、銅、ベリリウム、リン青銅、黄銅、洋白、錫、亜鉛、鉄、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鋼鉄、タングステン、鉛、ステンレス、及び、イリジウム等の各種金属;それら金属による合金材料;PET(ポリエチレンテレフタレート)、TAC(トリアセチルセルロース)、ポリ塩化ビニルデン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルベンテン、COP(シクロオレフィンポリマー)、ポリカーボネート、ゼオノア、PEN(ポリエチレンナフタレート)、ポリプロピレン、及び、ポリイミド、ABS樹脂(アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン (Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂)、PLA樹脂等の樹脂材料等が利用可能である。更に、薄膜ガラスなどのガラス材料;CFRP(炭素繊維強化プラスチック:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、及び、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック:Glass Fiber Reinforced Plastics)のような繊維強化プラスチック材料を用いることもできる。
吸音体22の材料としては、特に、第1表面板16、第2表面板20、及びハニカムコア12が紙等の可燃性材料からなる場合には、難燃材であることが好ましい。難燃材としては、金属材料であることがより好ましい。
即ち、難燃性が高く、かつヤング率が高く、厚みが薄くても振動が起きにくく、微細貫通孔での摩擦による吸音の効果が得られやすい等の観点から、金属材料を用いるのがより好ましい。なかでも、コスト及び入手容易性の観点から、銅、ニッケル、ステンレス、チタン及びアルミニウムが更に好ましい。特に、軽量である、エッチング等により微小な貫通孔を形成しやすい、入手性やコスト等の観点からアルミニウム及びアルミニウム合金を用いるのが最も好ましい。
また、金属材料を用いる場合には、錆びの抑制等の観点から、表面に金属めっきを施してもよい。
更に、少なくとも微細貫通孔の内表面に金属めっきを施すことによって、微細貫通孔の平均直径をより小さい範囲に調整してもよい。
即ち、難燃性が高く、かつヤング率が高く、厚みが薄くても振動が起きにくく、微細貫通孔での摩擦による吸音の効果が得られやすい等の観点から、金属材料を用いるのがより好ましい。なかでも、コスト及び入手容易性の観点から、銅、ニッケル、ステンレス、チタン及びアルミニウムが更に好ましい。特に、軽量である、エッチング等により微小な貫通孔を形成しやすい、入手性やコスト等の観点からアルミニウム及びアルミニウム合金を用いるのが最も好ましい。
また、金属材料を用いる場合には、錆びの抑制等の観点から、表面に金属めっきを施してもよい。
更に、少なくとも微細貫通孔の内表面に金属めっきを施すことによって、微細貫通孔の平均直径をより小さい範囲に調整してもよい。
また、吸音体22の材料として、金属材料のように導電性を持ち帯電しない材料を用いることによって、微小な埃及びゴミ等が静電気で膜に引き寄せられることがなく、微細貫通孔板26の微細貫通孔24に埃及びゴミ等が詰まって吸音性能が低下することを抑制できる。
また、微細貫通孔板の材料として、金属材料を用いることによって、耐熱性を高くできる。また、耐オゾン性を高くすることができる。
また、微細貫通孔板の材料として、金属材料を用いる場合には、電波を遮蔽することができる。
また、微細貫通孔板の材料として、金属材料を用いることによって、耐熱性を高くできる。また、耐オゾン性を高くすることができる。
また、微細貫通孔板の材料として、金属材料を用いる場合には、電波を遮蔽することができる。
また、金属材料は、遠赤外線による輻射熱に対する反射率が大きいため、微細貫通孔板の材料として金属材料(導電性材料)を用いることで、輻射熱による伝熱を防ぐ断熱材としても機能する。その際、微細貫通孔板には複数の微細貫通孔が形成されているが、微細貫通孔の直径が小さいため微細貫通孔板は反射膜として機能する。
金属に複数の微細貫通孔が開いた構造は、周波数のハイパスフィルタとして機能することが知られている。例えば、電子レンジの金属の網目がついた窓は、高周波である可視光は通しながら、電子レンジに用いられるマイクロ波に対しては遮蔽する性質を持つ。この場合、微細貫通孔の直径をΦ、電磁波の波長をλとしたときに、Φ<λの関係の長波長成分は通さず、Φ>λである短波長成分は透過するフィルタとして機能する。
ここで、輻射熱に対する応答を考える。輻射熱とは、物体から物体温度に応じて遠赤外線が放射され、それが他の物体に伝えられる伝熱機構である。ヴィーンの放射法則(Wien's radiation law)から、室温程度の環境における輻射熱はλ=10μmを中心として分布し、長波長側にはその3倍程度の波長まで(30μmまで)は実効的に熱を輻射で伝えることに寄与していることが知られている。上記ハイパスフィルタの直径Φと波長λの関係を考えると、Φ=20μmの場合はλ>20μmの成分を強く遮蔽する一方で、Φ=50μmの場合はΦ>λの関係となり輻射熱が微細貫通孔を通って伝搬してしまう。すなわち、直径Φが数10μmであるために直径Φの違いによって輻射熱の伝搬性能が大きく変わり、直径Φ、すなわち、平均直径が小さいほど輻射熱カットフィルタとして機能することが分かる。従って、輻射熱による伝熱を防ぐ断熱材としての観点からは、微細貫通孔板に形成される微細貫通孔の平均直径は20μm以下が好ましい。
金属に複数の微細貫通孔が開いた構造は、周波数のハイパスフィルタとして機能することが知られている。例えば、電子レンジの金属の網目がついた窓は、高周波である可視光は通しながら、電子レンジに用いられるマイクロ波に対しては遮蔽する性質を持つ。この場合、微細貫通孔の直径をΦ、電磁波の波長をλとしたときに、Φ<λの関係の長波長成分は通さず、Φ>λである短波長成分は透過するフィルタとして機能する。
ここで、輻射熱に対する応答を考える。輻射熱とは、物体から物体温度に応じて遠赤外線が放射され、それが他の物体に伝えられる伝熱機構である。ヴィーンの放射法則(Wien's radiation law)から、室温程度の環境における輻射熱はλ=10μmを中心として分布し、長波長側にはその3倍程度の波長まで(30μmまで)は実効的に熱を輻射で伝えることに寄与していることが知られている。上記ハイパスフィルタの直径Φと波長λの関係を考えると、Φ=20μmの場合はλ>20μmの成分を強く遮蔽する一方で、Φ=50μmの場合はΦ>λの関係となり輻射熱が微細貫通孔を通って伝搬してしまう。すなわち、直径Φが数10μmであるために直径Φの違いによって輻射熱の伝搬性能が大きく変わり、直径Φ、すなわち、平均直径が小さいほど輻射熱カットフィルタとして機能することが分かる。従って、輻射熱による伝熱を防ぐ断熱材としての観点からは、微細貫通孔板に形成される微細貫通孔の平均直径は20μm以下が好ましい。
一方で、防音構造全体に透明性が必要な場合には、透明にできる樹脂材料やガラス材料を用いることができる。例えば、PETフィルムは、樹脂材料の中ではヤング率も比較的高く、入手も容易で透明性も高いため、微細貫通孔を形成し好適な防音構造とすることができる。
また、微細貫通孔板は、その素材に応じて、適宜、表面処理(メッキ処理、酸化皮膜処理、表面コーティング(フッ素、セラミック)など)を行うことで、微細貫通孔板の耐久性を向上することができる。例えば、微細貫通孔板の材料としてアルミニウムを用いる場合には、アルマイト処理(陽極酸化処理)あるいはベーマイト処理を行なって表面に酸化皮膜を形成することができる。表面に酸化皮膜を形成することで、耐腐食性、耐摩耗性及び耐擦傷性等を向上することができる。また、処理時間を調整して酸化皮膜の厚みを調整することで光学干渉による色味の調整を行なうことができる。
また、微細貫通孔板は、その素材に応じて、適宜、表面処理(メッキ処理、酸化皮膜処理、表面コーティング(フッ素、セラミック)など)を行うことで、微細貫通孔板の耐久性を向上することができる。例えば、微細貫通孔板の材料としてアルミニウムを用いる場合には、アルマイト処理(陽極酸化処理)あるいはベーマイト処理を行なって表面に酸化皮膜を形成することができる。表面に酸化皮膜を形成することで、耐腐食性、耐摩耗性及び耐擦傷性等を向上することができる。また、処理時間を調整して酸化皮膜の厚みを調整することで光学干渉による色味の調整を行なうことができる。
また、微細貫通孔板に対して、色付け、加飾、装飾及びデザイン等を施すことができる。これらを施す方法としては、微細貫通孔板の材質や表面処理の状態により適宜方法を選択すればよい。例えば、インクジェット法を用いた印刷などを用いることができる。また、微細貫通孔板の材料としてアルミニウムを用いる場合には、カラーアルマイト処理を行うことで耐久性の高い色付けを行なうことができる。カラーアルマイト処理とは表面にアルマイト処理を行った後に、染料を浸透させ、その後に表面を封孔処理する処理のことである。これによって、金属光沢の有無や色など、デザイン性の高い微細貫通孔板とすることができる。また、微細貫通孔を形成したのちにアルマイト処理を行うことで、アルミニウム部分のみに陽極酸化被膜が形成されるために、染料が微細貫通孔を覆ってしまい吸音特性を低減するということなく加飾を行うことができる。
上記アルマイト処理と合わせることで、さまざまな色みやデザインをつけることができる。
上記アルマイト処理と合わせることで、さまざまな色みやデザインをつけることができる。
次に、微細貫通孔板が、繊維状の膜である場合について説明する。
前述のとおり、微細貫通孔板は、繊維自体、又は不織布などの繊維状の膜であってもよい。繊維状の膜の場合には、繊維間の空間を貫通孔と見なすことができる。
また、繊維自体を膜状にした場合には、繊維が不規則に重なるために、また、不織布の場合には、繊維は不規則に織られるため、繊維同士は平行または直交ではないが、繊維に囲まれた空間に貫通孔が形成される。従って、繊維径と密度とによって微細貫通孔の平均直径と平均開口率とが決まる。
微細貫通孔板が、繊維状の膜である場合の厚みは、250μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。
繊維状の膜の繊維径は、通常数10μm程度である。従って、厚みを100μm以下とすることで、多くの糸が積層されない。そのため、繊維に囲まれた空間をほぼ貫通孔のようにみなすことができる。このことにより、繊維状の部材であっても貫通孔を有する板状の部材と同様にして吸音特性を取り扱うことができる。
前述のとおり、微細貫通孔板は、繊維自体、又は不織布などの繊維状の膜であってもよい。繊維状の膜の場合には、繊維間の空間を貫通孔と見なすことができる。
また、繊維自体を膜状にした場合には、繊維が不規則に重なるために、また、不織布の場合には、繊維は不規則に織られるため、繊維同士は平行または直交ではないが、繊維に囲まれた空間に貫通孔が形成される。従って、繊維径と密度とによって微細貫通孔の平均直径と平均開口率とが決まる。
微細貫通孔板が、繊維状の膜である場合の厚みは、250μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。
繊維状の膜の繊維径は、通常数10μm程度である。従って、厚みを100μm以下とすることで、多くの糸が積層されない。そのため、繊維に囲まれた空間をほぼ貫通孔のようにみなすことができる。このことにより、繊維状の部材であっても貫通孔を有する板状の部材と同様にして吸音特性を取り扱うことができる。
繊維状の膜の材料としては、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維、低密度ポリエチレン樹脂繊維、エチレン酢酸ビニル樹脂繊維、合成ゴム繊維、共重合ポリアミド樹脂繊維、共重合ポリエステル樹脂繊維、等の樹脂材料からなる繊維;紙(ティッシュペーパー、和紙など);SUS繊維(株式会社巴川製紙所製ステンレス繊維シート「トミーファイレックSS」など)等の金属材料からなる繊維;カーボン材料の繊維、カーボン含有材料の繊維などを挙げることができる。
本発明における吸収の特性は微細貫通孔を音が通過することで生じるため、繊維状の部材の材質が変化しても音響特性にはほとんど変化はない。よって、素材は自由に選択することができる。また、音響特性以外の特性に合わせて選択することもできる。例えば、耐熱性が必要な場合には金属材料を選択することができ、軽量化が必要な場合にはプラスチック材料を選択することができる。
本発明における吸収の特性は微細貫通孔を音が通過することで生じるため、繊維状の部材の材質が変化しても音響特性にはほとんど変化はない。よって、素材は自由に選択することができる。また、音響特性以外の特性に合わせて選択することもできる。例えば、耐熱性が必要な場合には金属材料を選択することができ、軽量化が必要な場合にはプラスチック材料を選択することができる。
また、吸音体22と第1表面板16とは接して配置されていればよいが、接着固定されるのが好ましい。
吸音体22と第1表面板16とを接着固定することによって、吸音体22の剛性をより高くすることができ、共鳴振動周波数をより高くすることができる。
吸音体22と第1表面板16とを接着固定する場合に用いる接着剤は、吸音体22の材質及び第1表面板16の材質等に応じて選択すればよい。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤(アラルダイト(登録商標)(ニチバン株式会社製)等)、シアノアクリレート系接着剤(アロンアルフア(登録商標)(東亜合成株式会社製)など)、及び、アクリル系接着剤等を挙げることができる。
吸音体22と第1表面板16とを接着固定することによって、吸音体22の剛性をより高くすることができ、共鳴振動周波数をより高くすることができる。
吸音体22と第1表面板16とを接着固定する場合に用いる接着剤は、吸音体22の材質及び第1表面板16の材質等に応じて選択すればよい。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤(アラルダイト(登録商標)(ニチバン株式会社製)等)、シアノアクリレート系接着剤(アロンアルフア(登録商標)(東亜合成株式会社製)など)、及び、アクリル系接着剤等を挙げることができる。
また、吸音体22は、消臭機能を有することが好ましい。
吸音体22に消臭機能を付与する際には、吸音体22が繊維状の膜、微細貫通孔板、多孔質材である場合には、それぞれに消臭剤を繊維に含浸させれば良い。
消臭剤としては、公知の消臭剤を用いることができる。消臭剤としては、例えば、小林製薬社製の無香空間 空気と布の消臭ミスト、 オーブス社製のリバージュ ナチュラルユーカリブラッシュアップスプレー(CR―TN012)、グッドウィル社製のバイオウィルクリアスプレー(E483184H)等を挙げることができる。
吸音体22に消臭機能を付与する際には、吸音体22が繊維状の膜、微細貫通孔板、多孔質材である場合には、それぞれに消臭剤を繊維に含浸させれば良い。
消臭剤としては、公知の消臭剤を用いることができる。消臭剤としては、例えば、小林製薬社製の無香空間 空気と布の消臭ミスト、 オーブス社製のリバージュ ナチュラルユーカリブラッシュアップスプレー(CR―TN012)、グッドウィル社製のバイオウィルクリアスプレー(E483184H)等を挙げることができる。
次に、図4、及び図5に示す防音構造10は、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、を有する。即ち、図4、及び図5に示す防音構造10は、図6、及び図7に示す防音構造10Aから、第1表面板16とハニカムコア12との間の吸音体22除いたものである。したがって、以下では、防音構造10Aとの相違点についてのみ説明する。
ここで、第1表面板16、及び第2表面板20は、互いに間隔を開けて、それぞれハニカムコア12を挟むように配置される。第1表面板16は、ハニカムコア12の一方の表面に直接接合される。第2表面板20は、ハニカムコア12の他方の表面に接合される。
なお、図5においては、防音構造10の構造を理解し易くするために、第1表面板16を破断した部分を図2の左側に示す。
ここで、第1表面板16、及び第2表面板20は、互いに間隔を開けて、それぞれハニカムコア12を挟むように配置される。第1表面板16は、ハニカムコア12の一方の表面に直接接合される。第2表面板20は、ハニカムコア12の他方の表面に接合される。
なお、図5においては、防音構造10の構造を理解し易くするために、第1表面板16を破断した部分を図2の左側に示す。
ハニカムコア12の厚みは、第1表面板16と第2表面板20との間の間隔(離間距離)に等しい。
また、防音構造10におけるハニカムコア12の材料としては、軽量、かつ高い剛性を有し、ハニカムコア12が、第1表面板16を支持でき、第1表面板16と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、第1表面板16、及び第2表面板20と共に、第1表面板16の貫通孔18の直径に応じてヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。
また、ハニカムコア12の材料の厚みは、ハニカムコア12が、軽量、かつ高い剛性を有し、第1表面板16を支持できる剛性を有し、第1表面板16と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、ハニカムコア12が、第1表面板16、及び第2表面板20と共に、第1表面板16の貫通孔18の直径に応じてヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。
また、防音構造10におけるハニカムコア12の材料としては、軽量、かつ高い剛性を有し、ハニカムコア12が、第1表面板16を支持でき、第1表面板16と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、第1表面板16、及び第2表面板20と共に、第1表面板16の貫通孔18の直径に応じてヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。
また、ハニカムコア12の材料の厚みは、ハニカムコア12が、軽量、かつ高い剛性を有し、第1表面板16を支持できる剛性を有し、第1表面板16と第2表面板20との間の間隔を一定に維持でき、ハニカムコア12が、第1表面板16、及び第2表面板20と共に、第1表面板16の貫通孔18の直径に応じてヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成できれば、特に制限的ではない。
第1表面板16とハニカムコア12とは、ハニカムコア12と第2表面板20と同様に、隙間なく固定されていることが好ましい。第1表面板16とハニカムコア12との固定方法は、ハニカムコア12と第2表面板20との固定方法と同様な固定方法であれば良い。接着剤を用いる方法は、接着剤をハニカムコア12の開口14を囲む(ハニカムセルの)両側の表面上に接着剤を塗布し、その上に第1表面板16、及び第2表面板20を載置し、ハニカムコア12に固定する。
第1表面板16の貫通孔18は、ハニカムコア12の開口14に対応する。
第1表面板16の貫通孔18の背後には、第1表面板16、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって閉空間内の背後空気層が形成される。この貫通孔18とその背後の背後空気層とを形成する第1表面板16、ハニカムコア12、及び第2表面板20は、ヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成する。即ち、1つの開口14を有するハニカムコア12の部分と、1つの開口14に対応する1つの貫通孔18を有する第1表面板16の部分と、1つの開口14に対応する第2表面板20の部分とは、ヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成する。
第1表面板16の貫通孔18は、ハニカムコア12の開口14に対応する。
第1表面板16の貫通孔18の背後には、第1表面板16、ハニカムコア12、及び第2表面板20によって閉空間内の背後空気層が形成される。この貫通孔18とその背後の背後空気層とを形成する第1表面板16、ハニカムコア12、及び第2表面板20は、ヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成する。即ち、1つの開口14を有するハニカムコア12の部分と、1つの開口14に対応する1つの貫通孔18を有する第1表面板16の部分と、1つの開口14に対応する第2表面板20の部分とは、ヘルムホルツ共鳴構造、又は気柱共鳴構造を構成する。
次に、図8に示す防音構造10Bは、複数の開口14を有するハニカムコア12と、複数の貫通孔18を有する板状の第1表面板16と、第2表面板20と、吸音体22としてウレタン27と、を有する。即ち、図8に示す防音構造10Aは、図4、及び図5に示す防音構造10において、第1表面板16の表面(ハニカムコア12と反対側の表面)上に吸音体22としてウレタン27を有するものである。したがって、以下では、防音構造10との相違点についてのみ説明する。
図8に示す防音構造10Bは、第1表面板16の表面(ハニカムコア12と反対側の表面)上に吸音体22としてウレタン27を有しているので、例えば、高周波帯域の防音を向上させることができ、防音の周波数帯域を広帯域化できる。
図8に示す防音構造10Bは、第1表面板16の表面(ハニカムコア12と反対側の表面)上に吸音体22としてウレタン27を有しているので、例えば、高周波帯域の防音を向上させることができ、防音の周波数帯域を広帯域化できる。
このような吸音体22としては、ウレタン27の他に、不織布、織り布、編み物、石膏ボード、又はフェルト等を挙げることができる。
また、ウレタン27を第1表面板16の表面に固定する方法は、第1表面板16とハニカムコア12との固定方法、及びハニカムコア12と第2表面板20との固定方法と同様な固定方法であれば良い。
なお、図8に示す防音構造10Bにおいては、吸音体22としてウレタン27の代わりに、図6、及び図7に示す微細貫通孔板26を用いても良いことは勿論である。微細貫通孔板26を用いた場合には、図6、及び図7に示す防音構造10Aと同様な効果を得ることができる。
また、ウレタン27を第1表面板16の表面に固定する方法は、第1表面板16とハニカムコア12との固定方法、及びハニカムコア12と第2表面板20との固定方法と同様な固定方法であれば良い。
なお、図8に示す防音構造10Bにおいては、吸音体22としてウレタン27の代わりに、図6、及び図7に示す微細貫通孔板26を用いても良いことは勿論である。微細貫通孔板26を用いた場合には、図6、及び図7に示す防音構造10Aと同様な効果を得ることができる。
次に、図1、及び図2に示す防音箱30において、防音壁36を構成する防音構造11について、説明する。
図13に示すように、複数の開口14を有するハニカムコア12と、ハニカムコアを挟む2枚の第2表面板20と、を有する。
防音構造11も、防音性能としては低いが、薄く、軽量、かつ高い剛性を有するので、防音壁36は、薄く、頑丈で、軽量である。
したがって、いずれも、薄く、軽量、かつ高い剛性を有する防音構造10、10A、及び11からなる防音壁32,34、及び36で構成される防音箱30は、薄く、頑丈で、軽量である。
なお、防音構造11に防音性能を付与するために、図14に示す防音構造11Aのように、一方の第2表面板20の表面(ハニカムコア12と反対側の表面)上に吸音体22としてウレタン27等を設置しても良い。防音構造11Aにおいても、第2表面板20の表面上にウレタン27等を有することにより、図8に示す防音構造10Bのように、防音性能を付与し、向上させることができる。
このように、図14に示す防音構造11Aのように、貫通孔の開いていない第2表面板20上に吸音体22(ウレタン27)を配置した防音構造を防音壁として用いる場合、低周波まで吸音させるためには、吸音体22を厚くする必要があり、防音箱内の容積が減少してしまうため、図4及び図5に示すように、貫通孔18を開けた第1表面板16を用いる防音構造を防音壁として用いることが好ましい。
図13に示すように、複数の開口14を有するハニカムコア12と、ハニカムコアを挟む2枚の第2表面板20と、を有する。
防音構造11も、防音性能としては低いが、薄く、軽量、かつ高い剛性を有するので、防音壁36は、薄く、頑丈で、軽量である。
したがって、いずれも、薄く、軽量、かつ高い剛性を有する防音構造10、10A、及び11からなる防音壁32,34、及び36で構成される防音箱30は、薄く、頑丈で、軽量である。
なお、防音構造11に防音性能を付与するために、図14に示す防音構造11Aのように、一方の第2表面板20の表面(ハニカムコア12と反対側の表面)上に吸音体22としてウレタン27等を設置しても良い。防音構造11Aにおいても、第2表面板20の表面上にウレタン27等を有することにより、図8に示す防音構造10Bのように、防音性能を付与し、向上させることができる。
このように、図14に示す防音構造11Aのように、貫通孔の開いていない第2表面板20上に吸音体22(ウレタン27)を配置した防音構造を防音壁として用いる場合、低周波まで吸音させるためには、吸音体22を厚くする必要があり、防音箱内の容積が減少してしまうため、図4及び図5に示すように、貫通孔18を開けた第1表面板16を用いる防音構造を防音壁として用いることが好ましい。
本発明に用いられる防音構造は、上記以外にも、以下のような互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を組み合わせた防音部材としても使用することができる。
例えば、本発明の防音構造を持つ防音部材としては、
建材用防音部材:建材用として使用する防音部材、
空気調和設備用防音部材:換気口、及び、空調用ダクトなどに設置し、外部からの騒音を防ぐ防音部材、
外部開口部用防音部材:部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音部材、
天井用防音部材:室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
床用防音部材:床に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
内部開口部用防音部材:室内のドア、あるいは、ふすまの部分に設置され、各部屋からの騒音を防ぐ防音部材、
トイレ用防音部材:トイレ内またはドア(室内外)部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音部材、
バルコニー用防音部材:バルコニーに設置し、自分のバルコニーまたは隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音部材、
室内調音用部材:部屋の音響を制御するための防音部材、
簡易防音室部材:簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音部材、
ペット用防音室部材:ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音部材、
アミューズメント施設:ゲームセンター、スポーツセンター、コンサートホール、及び、映画館等に設置される防音部材、
工事現場用仮囲い用の防音部材:工事現場を覆い周囲に騒音の漏れを防ぐ防音部材、
トンネル用の防音部材:トンネル内に設置し、トンネル内部及び外部に漏れる騒音を防ぐ防音部材、等を挙げることができる。
本発明の第1実施形態の防音構造は、基本的に以上のように構成される。
例えば、本発明の防音構造を持つ防音部材としては、
建材用防音部材:建材用として使用する防音部材、
空気調和設備用防音部材:換気口、及び、空調用ダクトなどに設置し、外部からの騒音を防ぐ防音部材、
外部開口部用防音部材:部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音部材、
天井用防音部材:室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
床用防音部材:床に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
内部開口部用防音部材:室内のドア、あるいは、ふすまの部分に設置され、各部屋からの騒音を防ぐ防音部材、
トイレ用防音部材:トイレ内またはドア(室内外)部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音部材、
バルコニー用防音部材:バルコニーに設置し、自分のバルコニーまたは隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音部材、
室内調音用部材:部屋の音響を制御するための防音部材、
簡易防音室部材:簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音部材、
ペット用防音室部材:ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音部材、
アミューズメント施設:ゲームセンター、スポーツセンター、コンサートホール、及び、映画館等に設置される防音部材、
工事現場用仮囲い用の防音部材:工事現場を覆い周囲に騒音の漏れを防ぐ防音部材、
トンネル用の防音部材:トンネル内に設置し、トンネル内部及び外部に漏れる騒音を防ぐ防音部材、等を挙げることができる。
本発明の第1実施形態の防音構造は、基本的に以上のように構成される。
図1及び2に示すように、本発明の防音箱30は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造10、及び10Aを持つ2種の防音壁32、及び34を互いに向かい合わせに配置し、防音構造11を持つ4つの防音壁36を加えて直方体形状に構成したものである。このため、本発明の防音箱30は、薄く軽量で、高い剛性と広い周波数帯域において高い防音性能を得ることができる。
このように、防音箱30において、互いに異なる周波数特性を有する防音構造10、及び10Aを持つ2種の防音壁32、及び34を互いに向かい合わせに配置する場合には、広い周波数帯域において高い防音性能を得るために、図15に示すような吸音特性を示すように配置することが好ましい。
このように、防音箱30において、互いに異なる周波数特性を有する防音構造10、及び10Aを持つ2種の防音壁32、及び34を互いに向かい合わせに配置する場合には、広い周波数帯域において高い防音性能を得るために、図15に示すような吸音特性を示すように配置することが好ましい。
図15に示すように、対をなす防音壁の周波数特性に関して、異なる周波数に吸音ピークを持つ1対の防音壁において、低い周波数の吸収ピーク(f1)を有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、高周波側の周波数(f2)が、高い周波数の吸収ピーク周波数(f3)以下、かつこの吸収ピークを有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、低周波側の周波数(f4)以上であることが好ましい。かつ、この周波数(f4)は、低い周波数の吸収ピーク(f1)以上であることが好ましい。
即ち、下記式(3)を満足することが好ましい。
f1≦f4≦f2≦f3 ……(3)
周波数(f2)を定めるための、低い周波数の吸収ピーク(f1)を有する防音壁の吸音率は、25%であることがより好ましく、50%であることが最も好ましい。また、周波数(f4)を定めるための、高い周波数の吸収ピーク周波数(f3)を有する防音壁の吸音率は、25%であることがより好ましく、50%であることが最も好ましい。
即ち、下記式(3)を満足することが好ましい。
f1≦f4≦f2≦f3 ……(3)
周波数(f2)を定めるための、低い周波数の吸収ピーク(f1)を有する防音壁の吸音率は、25%であることがより好ましく、50%であることが最も好ましい。また、周波数(f4)を定めるための、高い周波数の吸収ピーク周波数(f3)を有する防音壁の吸音率は、25%であることがより好ましく、50%であることが最も好ましい。
図1及び図2に示す防音箱30を構成するには、図2に示すように、まず、2つの防音壁32及び34の防音構造10、及び10Aの第2表面板20が表側(外側)に、したがって、第1表面板16が裏側(内側)になるよう接合する。即ち、2つの防音壁32及び34の防音構造10、及び10Aの第1表面板16の両端を、2つの防音壁36の防音構造11の側面(第2表面板20、ハニカムコア12、及び第2表面板20の各側端部)に接着して固定し、直方体の側面の4面の壁を構成する。次に、残りの2つの防音壁36の防音構造11の第2表面板20の4つの端部を、図2に示す直方体の4面を構成している4つの防音壁32、34,36、及び36の防音構造10、10A、11、及び11の側面に接着して固定することにより、例えば天井及び底面を構成して、直方体の6面の防音壁を構成する防音箱30を構成することができる。
なお、防音構造10、10A、11の固定は、ハニカムコア12と第2表面板20との固定等と同様に、接着剤を用いて行うことが好ましいが、物理的な固定具を用いる方法であっても良く、どのような固定方法を用いても良い。
このように、直方体の6面の壁からなる防音箱30は、騒音源を覆うように配置することにより、広帯域の高い防音効果を上げることができる。
なお、防音構造10、10A、11の固定は、ハニカムコア12と第2表面板20との固定等と同様に、接着剤を用いて行うことが好ましいが、物理的な固定具を用いる方法であっても良く、どのような固定方法を用いても良い。
このように、直方体の6面の壁からなる防音箱30は、騒音源を覆うように配置することにより、広帯域の高い防音効果を上げることができる。
なお、上述した防音箱30は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を含む防音壁を直方体の6面の壁に用いたものであるが、本発明はこれに限定されず、防音壁を直方体の5面の壁に用いて、騒音源に被せる構成としても良いし、防音壁を直方体の4面の壁に用いて、騒音源を囲む構成としても良い。また、本発明の防音箱において、1面の壁に防音構造10Aに出入口として1以上の開口(図示せず)を設けても良い。また、この場合にも、出入口の他に、吸気及び排気用の開口(図示せず)を有する構成であっても良い。
また、防音構造10A、10B、及び11Aの吸音体22が消臭効果の有するものでできている場合、防音箱30をペット小屋などに用いることが可能であるので好ましい。また、防音箱30に取っ手(図示せず)を取り付けて配置することにより、軽量の防音箱を持ち運びできるようになり好ましい。即ち、取っ手により、持ち運び可能な防音箱、例えばペットゲージ等として機能するので好ましい。
上述した防音箱30は、直方体形状であるが、本発明はこれに限定されず、箱の形状をしていれば、立方体形状であっても良いし、その他の6面体形状であっても良いし、この他、4面体形状、5面体形状、8面体形状等の多面体形状であっても良い。
本発明の防音箱は、基本的に以上のように構成される。
また、防音構造10A、10B、及び11Aの吸音体22が消臭効果の有するものでできている場合、防音箱30をペット小屋などに用いることが可能であるので好ましい。また、防音箱30に取っ手(図示せず)を取り付けて配置することにより、軽量の防音箱を持ち運びできるようになり好ましい。即ち、取っ手により、持ち運び可能な防音箱、例えばペットゲージ等として機能するので好ましい。
上述した防音箱30は、直方体形状であるが、本発明はこれに限定されず、箱の形状をしていれば、立方体形状であっても良いし、その他の6面体形状であっても良いし、この他、4面体形状、5面体形状、8面体形状等の多面体形状であっても良い。
本発明の防音箱は、基本的に以上のように構成される。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
(実施例1)
本実施例で用いた防音箱に使用する防音壁の防音構造の例を図13、図14、図4、及び図6に示す。
構造例1は、厚み30mmの紙製ハニカムコア12(コアパックニシカワ製)を厚み1.0mmの紙製の第2表面板20(コアパックニシカワ製)で接着固定して挟み込んだ防音構造11であり、図13に示す。
構造例2は、構造例1の防音構造11の第2表面板20上に厚み15mmのウレタンを接着して配置した防音構造11Aであり、図14に示す。
本実施例で用いた防音箱に使用する防音壁の防音構造の例を図13、図14、図4、及び図6に示す。
構造例1は、厚み30mmの紙製ハニカムコア12(コアパックニシカワ製)を厚み1.0mmの紙製の第2表面板20(コアパックニシカワ製)で接着固定して挟み込んだ防音構造11であり、図13に示す。
構造例2は、構造例1の防音構造11の第2表面板20上に厚み15mmのウレタンを接着して配置した防音構造11Aであり、図14に示す。
構造例3は、構造例1の防音構造11の片面の第2表面板20にレーザー加工機(GCC LaserPro C1802)により直径1.0mmの貫通孔18をその中心間隔が12mmの千鳥状に開けて第1表面板16とした防音構造10であり、図4に示す。防音構造10においては、この貫通孔18と背面のハニカム部の閉空間(ハニカムコア12の1つのセル、第2表面板20で囲まれた空間)によるマスーバネ共鳴が生じるヘルムホルツ共鳴構造となっている。
構造例4は、ハニカムコア12と直径2mmの貫通孔18が中心間隔が4mmで並列状に開けられた紙製の第1表面板16との間に、吸音体22として25μmの微細貫通孔24が開口率6.5%で開けられた厚み20μmのアルミニウム製の微細貫通孔板26が配置されている防音構造10Aであり、図6に示す。接着固定に用いられた接着剤は、スプレーのり77(3M社製)であった。
構造例4は、ハニカムコア12と直径2mmの貫通孔18が中心間隔が4mmで並列状に開けられた紙製の第1表面板16との間に、吸音体22として25μmの微細貫通孔24が開口率6.5%で開けられた厚み20μmのアルミニウム製の微細貫通孔板26が配置されている防音構造10Aであり、図6に示す。接着固定に用いられた接着剤は、スプレーのり77(3M社製)であった。
図16に、自作の音響管を用いた測定による、構造例1〜4それぞれの垂直入射吸音率を音響管で測定した結果を示す。
自作の音響管を用いた音響特性の測定は、自作のアクリル製音響管に4本のマイクを用いて伝達関数法による測定であった。この手法は、「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従うものである。音響管としては、例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のWinZacと同一の測定原理であるものを用いた。この方法で広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。本実施形態の防音構造10を音響管の測定部位に配置し、100Hz〜4000Hzの範囲で各防音構造の垂直入射吸音率の測定を行った。音響管の内径は40mmであり、4000Hz以上までは十分に測定することができる。
構造例1の形態は、吸音体が無いために垂直入射吸音率が測定範囲において低い。構造例2では、高周波領域において吸音率が高まっていくことがわかる。構造例3では、700Hz近辺にピークを持つ低周波の吸音特性を示している。この吸音特性はヘルムホルツ共鳴によるものである。構造例4では、500Hz以上広い帯域において高い吸音特性を示していることがわかる。これは、ハニカムコア12のセルの柱の気柱共鳴に微細貫通孔24の高い音響抵抗が加わったために生じたものと考えられる。
自作の音響管を用いた音響特性の測定は、自作のアクリル製音響管に4本のマイクを用いて伝達関数法による測定であった。この手法は、「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従うものである。音響管としては、例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のWinZacと同一の測定原理であるものを用いた。この方法で広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。本実施形態の防音構造10を音響管の測定部位に配置し、100Hz〜4000Hzの範囲で各防音構造の垂直入射吸音率の測定を行った。音響管の内径は40mmであり、4000Hz以上までは十分に測定することができる。
構造例1の形態は、吸音体が無いために垂直入射吸音率が測定範囲において低い。構造例2では、高周波領域において吸音率が高まっていくことがわかる。構造例3では、700Hz近辺にピークを持つ低周波の吸音特性を示している。この吸音特性はヘルムホルツ共鳴によるものである。構造例4では、500Hz以上広い帯域において高い吸音特性を示していることがわかる。これは、ハニカムコア12のセルの柱の気柱共鳴に微細貫通孔24の高い音響抵抗が加わったために生じたものと考えられる。
50cm×50cmの防音構造からなる防音壁5面を接着材により固定し、測定対象となる実施例1、及び比較例1〜3の防音箱を作製した。
図13に示す構造例1の防音構造11からなる防音壁36を壁5面に使用した防音箱を比較例1とした。
比較例1の防音箱の1つの側面を、図4に示す構造例3の防音構造10からなる防音壁32にしたものを比較例2とした。
比較例1の防音箱の1つの側面を、図6に示す構造例4の防音構造10Aからなる防音壁34にしたものを比較例3とした。
比較例1の防音箱の2つの側面を、図4に示す構造例3の防音構造10からなる防音壁32、及び図6に示す構造例4の防音構造10Aからなる防音壁34にしたものを実施例1とした。
図13に示す構造例1の防音構造11からなる防音壁36を壁5面に使用した防音箱を比較例1とした。
比較例1の防音箱の1つの側面を、図4に示す構造例3の防音構造10からなる防音壁32にしたものを比較例2とした。
比較例1の防音箱の1つの側面を、図6に示す構造例4の防音構造10Aからなる防音壁34にしたものを比較例3とした。
比較例1の防音箱の2つの側面を、図4に示す構造例3の防音構造10からなる防音壁32、及び図6に示す構造例4の防音構造10Aからなる防音壁34にしたものを実施例1とした。
図17に、構造例1〜4の防音壁を用いた実施例1、及び比較例1〜3の防音箱の防音性を評価するための測定系を示す。
測定対象の防音箱42として、それぞれ実施例1、及び比較例1〜3の防音箱の内部に音源を発するためのスピーカー44を配置した。防音箱42の防音壁内部に3つのマイクロフォン46と防音箱42の外に、防音箱42から50cm、高さ70mの位置にマイクロフォン48を配置し、スピーカー44からの箱内外の音を測定した。
スピーカー44からピンクノイズを鳴らした時の前記防音箱42の外部のマイクの平均騒音量(マイク音圧レベル)を図18に示す。
測定対象の防音箱42として、それぞれ実施例1、及び比較例1〜3の防音箱の内部に音源を発するためのスピーカー44を配置した。防音箱42の防音壁内部に3つのマイクロフォン46と防音箱42の外に、防音箱42から50cm、高さ70mの位置にマイクロフォン48を配置し、スピーカー44からの箱内外の音を測定した。
スピーカー44からピンクノイズを鳴らした時の前記防音箱42の外部のマイクの平均騒音量(マイク音圧レベル)を図18に示す。
比較例1では、何も吸音構造がないため外に漏れ出る音量が大きい。比較例2では、構造例3のヘルムホルツ共鳴吸音効果により630Hz近傍に大きな防音効果がある。一方比較例3では、構造例4の広帯域吸音構造を用いているため、広い周波数で防音できている。実施例1では、構造例3のヘルムホルツによる630Hz近傍の防音効果と構造例4の広い帯域の防音効果が合わさり高い防音効果を広帯域に実現できている。
図19に、箱内部の3つのマイクの音圧を平均化したデータ(マイク音圧レベル)を示す。このデータから実施例1の構造により、防音箱内部でも広い帯域で音を消音できていることがわかる。
以上の結果から、本発明の効果は明らかである。
図19に、箱内部の3つのマイクの音圧を平均化したデータ(マイク音圧レベル)を示す。このデータから実施例1の構造により、防音箱内部でも広い帯域で音を消音できていることがわかる。
以上の結果から、本発明の効果は明らかである。
以上、本発明に係る防音構造、防音囲構造、及び防音箱についての種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良、又は変更をしてもよいのはもちろんである。
本発明に係る防音箱は、例えば、犬小屋等のペット用の防音小屋、又は、騒音源となる装置(発電機、PC)カバー用の防音箱、又は、人用防音室として用いることもできる。
また、本発明の防音箱は、建物、その他の建築構造物(例えば、住宅、ホール、エレベーター、音楽教室、及び会議室等)の内部(窓を除く側壁、天井、床等)を箱状に覆うパネル材等の建築用途、及び自動車の内装等の輸送用途、箱材、及び梱包材等の物流用途に用いることができる。
また、本発明の防音箱は、建物、その他の建築構造物(例えば、住宅、ホール、エレベーター、音楽教室、及び会議室等)の内部(窓を除く側壁、天井、床等)を箱状に覆うパネル材等の建築用途、及び自動車の内装等の輸送用途、箱材、及び梱包材等の物流用途に用いることができる。
10、10A、10B、11、11A 防音構造
12 ハニカムコア
14 開口
16 第1表面板
18 貫通孔
20 第2表面板
22 吸音体
24 微細貫通孔
26 微細貫通孔板
27 吸音ウレタン
28 ヘルムホルツ共鳴構造
30、30A、42 防音箱
32、32a、32b、34、34a、34b、36 防音壁
40 測定系
44 スピーカー
46、48 マイクロフォン
12 ハニカムコア
14 開口
16 第1表面板
18 貫通孔
20 第2表面板
22 吸音体
24 微細貫通孔
26 微細貫通孔板
27 吸音ウレタン
28 ヘルムホルツ共鳴構造
30、30A、42 防音箱
32、32a、32b、34、34a、34b、36 防音壁
40 測定系
44 スピーカー
46、48 マイクロフォン
Claims (12)
- ハニカムコアと、
前記ハニカムコアを挟む第1表面板、及び第2表面板と、
前記第1表面板に穿孔された貫通孔と、を有する防音構造を持つ複数の防音壁を有し、
前記複数の防音壁は、互いに異なる周波数特性を有する防音構造を持つ2種以上の防音壁を有する防音箱。 - 前記2種以上の防音壁の内の2種の防音壁は、互いに向かい合わせに配置されている請求項1に記載の防音箱。
- 前記2種以上の防音壁の内の更なる2種の防音壁は、互いに向かい合わせに配置されている請求項2に記載の防音箱。
- 前記防音構造は、前記第1表面板の少なくとも一方の面の一部または全面に配置された吸音体を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の防音箱。
- 前記吸音体を有する前記防音構造を持つ防音壁と、前記吸音体を除いた前記防音構造を持つ防音壁とは、互いに向かい合わせに配置されている請求項4に記載の防音箱。
- 前記防音構造の前記第1表面板は、直径の異なる前記貫通孔を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の防音箱。
- 前記防音構造は、前記第1表面板の直径の異なる前記貫通孔の少なくとも1つ直径を持つ貫通孔と前記ハニカムコアの内表面に囲まれた1つの空間と前記第2表面板によってヘルムホルツ共鳴器を構成するものである請求項6に記載の防音箱。
- 前記防音構造は、前記第1表面板の直径の異なる前記貫通孔の少なくとも1つ直径を持つ貫通孔と前記ハニカムコアの内表面に囲まれた1つの空間と前記第2表面板によって気柱共鳴器を構成するものである請求項6に記載の防音箱。
- 前記ハニカムコアは、紙、金属、又は樹脂から構成されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の防音箱。
- 前記第2表面板は、紙、金属、又は樹脂から構成されている請求項1〜9のいずれか1項に記載の防音箱。
- 前記第1表面板は、紙、金属、又は樹脂から構成されている請求項1〜10のいずれか1項に記載の防音箱。
- 前記2種以上の防音壁の内の2種の防音壁が、互いに向かい合わせに配置されて、対をなしている時、対をなす防音壁の周波数特性に関して、異なる周波数に吸音ピークを持つ1対の防音壁において、低い周波数の吸収ピーク(f1)を有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、高周波側の周波数(f2)が、高い周波数の吸収ピーク周波数(f3)以下、かつこの吸収ピークを有する防音壁の吸音率が10%における周波数の内、低周波側の周波数(f4)以上である請求項1〜11のいずれか1項に記載の防音箱。
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