CN108713227B - 隔音结构、开口结构、筒状结构、窗部件以及隔断部件 - Google Patents

隔音结构、开口结构、筒状结构、窗部件以及隔断部件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在宽频带内显现高隔音性能,能够小型化,能够确保通气性,并且具有光的透射性的隔音结构、具有该隔音结构的筒状结构、窗部件以及隔断部件。一种隔音结构,其具有隔音单元,该隔音单元具备:框架,具有贯穿的框架孔部;以及膜,以覆盖框架孔部的方式固定在框架上,该隔音结构中,膜具有沿厚度方向贯穿的多个贯穿孔,贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下,膜面的垂线方向相对于作为隔音对象的声源的方向倾斜地配置。

Description

隔音结构、开口结构、筒状结构、窗部件以及隔断部件
技术领域
本发明涉及一种隔音结构、具有该隔音结构的开口结构、筒状结构、窗部件以及隔断部件。
背景技术
一般的噪声大多存在于宽频带的频率内,低频声音感知为压力,由于耳朵的结构对中频带(1000Hz~4000Hz左右)的灵敏度良好,因此中频带感知为很大,高频声音感知为刺耳。因此,对于宽频带的噪声,需要在宽频带上采取措施。
例如,在风噪声等中还有如白噪声那样从低频区域到高频区域具有声压的噪声,需要对宽频带噪声采取措施。尤其,在各种设备(办公设备、汽车及电车等)内的噪声措施中设备的大小受到限制,因此要求能够以小空间进行隔音的隔音结构。
以往,作为针对宽频带频率噪声的一般的隔音材料,使用了聚氨酯海绵和玻璃棉等。但是,当将聚氨酯海绵和玻璃棉等用作隔音材料时,为了增加吸收率需要加大体积,因此在设备内大小受到限制时存在无法得到充分的隔音性能的问题。并且,存在材料并不耐于环境而是导致材料劣化的问题。而且,由于是纤维状,因此导致因纤维的尘埃而污染环境,存在无法在洁净室内或具有精密设备的环境、并且污染成为问题的生产场所等中使用,对管道风扇等产生影响等问题。并且,聚氨酯海绵和玻璃棉等所具有的孔是三维孔洞,因此存在光的透射率低的问题。
另一方面,作为吸收特定频带的声音的隔音结构,存在利用膜振动的隔音结构和利用亥姆霍兹共振的隔音结构。
利用膜振动的隔音结构通过膜振动的共振频率来发生吸音,因此虽然通过共振频率而吸收增加,但在其他频率中吸音减小,吸音的频带的宽频带化会很难。
例如如专利文献1所示,利用亥姆霍兹共振的隔音结构具有在形成有许多贯穿孔的多孔板的背面配置屏蔽板而设置声学上封闭的封闭空间的结构。
对于这种利用亥姆霍兹共振的隔音结构,当声音从外部侵入贯穿孔时成为连结有如下部分的结构,即,贯穿孔内的空气通过声音移动的运动方程所支配的部分和封闭空间内的空气通过声音反复膨胀压缩的弹簧方程所支配的部分。通过每个方程,贯穿孔内的空气的移动成为压力相位比局部速度相位行进90度的线圈行为,封闭空间内的空气的移动成为压力相位比局部速度相位滞后90度的电容器行为。因此,亥姆霍兹共振整体作为声音的等效电路而成为所谓的LC串联电路,具有通过贯穿孔面积和长度、封闭空间的体积确定的共振。在该共振时,声音在贯穿孔内多次往复,在此期间,通过与贯穿孔的摩擦,以特定频率强烈地发生吸音。
并且,专利文献2中,作为不具有封闭空间而具有贯穿孔的隔音结构,记载有隔音片,该隔音片具有:片材,具有多个贯穿孔;以及集音部,具有中心与片材的贯穿孔几乎一致的贯穿孔,具有随着从片材的距离增大而直径增大的形状,并且设置在片材的外部。
并且,专利文献3中公开了如下吸音体,其被成为框架的隔断壁隔开,并被由板状部件制成的后壁(刚性壁)封闭,前部被覆盖形成开口部的空腔的开口部的膜材料(膜状吸音材料)包覆,在其上载置按压板,并且在从最不容易生成通过膜材料的声波产生位移的区域即开口部的周缘部的固定端距离膜状吸音材料表面的尺寸的20%的范围内的区域(角部分)形成有亥姆霍兹共振用共振孔。在该吸音体中,除了共振孔以外,空腔被封闭。该吸音体同时发挥通过膜振动的吸音作用和通过亥姆霍兹共振的吸音作用。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-9014号公报
专利文献2:日本特开2015-152794号公报
专利文献3:日本特开2009-139556号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
如专利文献1中所记载,设为在形成有许多贯穿孔的多孔板的背面设置有封闭空间的结构,在利用亥姆霍兹共振来吸音的结构中,为了制作封闭空间,在多孔板的背面需要不会使声音通过的屏蔽板,并且,由于使用共振作为原理,因此很难宽频带化。
为了解决这种课题,还尝试了将多个孔沿厚度方向或水平方向设置多个或者设置多个背面空间,但由于需要设置多个单元,因此隔音结构的尺寸增大,并且由于需要单独制造,因此存在结构和零件复杂化,零件数量也会增加这种问题。
而且,由于在背后需要封闭空间,因此存在封闭空间的体积尺寸变大的问题,并且,还存在不能确保通气性和排热的问题。
另一方面,专利文献2中记载的隔音片根据片材本身的重量依据质量规则通过反射来进行隔音,贯穿孔部分并不有助于隔音,通过设计贯穿孔的周边的结构,即使钻开贯穿孔,也会保持尽可能接近原始片材所具有的隔音性能的性能。因此,无法得到比质量规则高的隔音性能,并且由于声音被反射,因此存在无法很好地吸收的问题。
并且,专利文献3中,由于需要同时利用由膜振动引起的吸音作用和由亥姆霍兹共振引起的吸音作用,因此成为框架的隔断壁的后壁被板状部件封闭,与专利文献1相同地,存在没有使风和热通过的能力且变得充满热量,从而不适合设备和汽车等的隔音的问题。
本发明的目的在于消除上述现有技术的问题点,并提供一种在宽频带内显现高隔音性能,能够小型化,能够确保通气性,并且具有光的透射性的隔音结构、具有该隔音结构的筒状结构、窗部件以及隔断部件。
用于解决技术课题的手段
本发明人等为了实现上述目的而进行深入研究的结果,发现通过如下能够解决上述课题,从而完成了本发明,即,一种隔音结构,其具有隔音单元,该隔音单元具备:框架,具有贯穿的框架孔部;以及膜,以覆盖框架孔部的方式固定在框架上,该隔音结构中,膜具有沿厚度方向贯穿的多个贯穿孔,贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下,膜面的垂线方向相对于作为隔音对象的声源的方向倾斜地配置。
即,发现了通过以下结构能够实现上述目的。
[1]一种隔音结构,其具有隔音单元,该隔音单元具备:框架,具有贯穿的框架孔部;以及至少一片膜,覆盖框架孔部且固定在框架上,该隔音结构的特征在于,
膜具有贯穿厚度方向的多个贯穿孔,
贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下,
膜的膜面的垂线方向相对于作为隔音对象的声源的方向倾斜地配置。
[2]根据[1]所述的隔音结构,其中,相对于作为隔音对象的声源的方向,膜的膜面的垂线方向的倾斜度为45度以上。
[3]根据[1]或[2]所述的隔音结构,其中,框架的框架孔部的尺寸小于作为隔音对象的声音中成为最大长度的波长。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的隔音结构,其中,膜固定在框架的框架孔部内。
[5]根据[4]所述的隔音结构,其中,从膜分别到框架的两个端面的距离不同。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的隔音结构,其中,框架上固定有两片以上的膜。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的隔音结构,其中,膜固定在框架的框架孔部的两个端面。
[8]根据[1]至[6]中任一项所述的隔音结构,其中,膜固定在框架的框架孔部的一个端面。
[9]根据[8]所述的隔音结构,其中,膜固定在框架的框架孔部的一个端面,所述框架的所述框架孔部的另一个端面是敞开的。
[10]根据[1]至[9]中任一项所述的隔音结构,其中,贯穿孔的内壁面的表面粗糙度Ra为0.1μm~10.0μm。
[11]根据[1]至[9]中任一项所述的隔音结构,其中,贯穿孔的内壁面以多个粒子状形状形成,形成在内壁面的凸部的平均粒径为0.1μm~10.0μm。
[12]根据[1]至[11]中任一项所述的隔音结构,其中,膜的形成材料为金属。
[13]根据[1]至[12]中任一项所述的隔音结构,其中,膜的形成材料为铝。
[14]根据[1]至[13]中任一项所述的隔音结构,其具有多个隔音单元。
[15]根据[14]所述的隔音结构,其中,多个隔音单元相互连结。
[16]根据[15]所述的隔音结构,其中,多个隔音单元以能够拆装的方式连结。
[17]根据[1]至[16]中任一项所述的隔音结构,其中,贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且50μm以下。
[18]根据[1]至[17]中任一项所述的隔音结构,其中,至少一部分贯穿孔的形状为在贯穿孔的内部成为最大直径的形状。
[19]一种开口结构,其具有:
[1]至[18]中任一项所述的隔音结构;以及
开口部件,具有开口,
在开口部件的开口内,以膜的膜面的垂线方向相对于与开口部件的开口截面垂直的方向交叉的方式配置有隔音结构,并在所述开口部件设置有成为气体通过的通气口的区域。
[20]根据[19]所述的开口结构,其中,隔音结构配置在距开口部件的开口端的开口端校正距离以内。
[21]一种筒状结构,其具有:
[1]至[18]中任一项所述的隔音结构;以及
筒状部件,具有开口,
在筒状部件的开口内,以膜的膜面的垂线方向相对于与筒状部件的开口截面垂直的方向交叉的方式配置有隔音结构,并在所述筒状部件设置有成为气体通过的通气口的区域。
[22]根据[21]所述的筒状结构,其中,隔音结构配置在距筒状部件的开口端的开口端校正距离以内。
[23]根据[21]或[22]所述的筒状结构,其中,在筒状部件的开口内具有两个以上的隔音结构。
[24]根据[23]所述的筒状结构,其中,
两个以上的隔音结构相互分开配置,
两个以上的隔音结构的排列方向上的相邻的隔音结构之间距离中的至少一部分为框架宽度的两倍以上。
[25]一种窗部件,其具有[1]至[18]中任一项所述的隔音结构。
[26]一种隔断部件,其具有[1]至[18]中任一项所述的隔音结构。
发明效果
根据本发明,能够提供一种在宽频带内显现高隔音性能,能够小型化,能够确保通气性,并且具有光的透射性的隔音结构、具有该隔音结构的筒状结构、窗部件以及隔断部件。
附图说明
图1是示意地表示使用本发明的隔音结构的筒状结构的一例的立体图。
图2是示意地表示隔音单元的一例的立体图。
图3是示意地表示隔音单元的一例的剖视图。
图4A是用于说明噪声源的方向的概略图。
图4B是用于说明噪声源的方向的概略图。
图5是用于说明噪声源的方向的概略图。
图6是用于说明开口部件内的隔音结构的配置的概略图。
图7是用于说明开口部件内的隔音结构的配置的概略图。
图8是示意地表示隔音结构的一例的剖视图。
图9是示意地表示隔音结构的另一例的剖视图。
图10是示意地表示隔音单元的另一例的剖视图。
图11是示意地表示隔音单元的另一例的剖视图。
图12是示意地表示隔音结构的另一例的剖视图。
图13是示意地表示隔音结构的另一例的剖视图。
图14A是用于说明膜的制造方法的剖视图。
图14B是用于说明膜的制造方法的剖视图。
图14C是用于说明膜的制造方法的剖视图。
图14D是用于说明膜的制造方法的剖视图。
图14E是用于说明膜的制造方法的剖视图。
图15是示意地表示使用本发明的隔音结构的筒状结构的另一例的立体图。
图16是示意地表示使用本发明的隔音结构的隔断部件的一例的立体图。
图17是示意地表示使用本发明的隔音结构的隔断部件的另一例的立体图。
图18是表示贯穿孔的内壁面的AFM测定的结果的图。
图19是拍摄了贯穿孔的内壁面的图。
图20是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图21是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图22是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图23是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图24是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图25A是用于说明开口部件内的隔音结构的配置角度的概略图。
图25B是用于说明开口部件内的隔音结构的配置角度的概略图。
图25C是用于说明开口部件内的隔音结构的配置角度的概略图。
图26是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图27是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图28是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图29是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图30是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图31是表示隔音结构的另一例的概略立体图。
图32是用于说明实施例中的隔音结构的配置位置的概略剖视图。
图33是表示频率与透射损失之间的关系的曲线图。
图34是用于说明实施例中的隔音结构的配置位置的概略剖视图。
图35是用于说明实施例中的隔音结构的配置位置的概略剖视图。
图36是表示频率与透射损失之间的关系的曲线图。
图37是用于说明实施例中的隔音结构的配置位置的概略剖视图。
图38是表示频率与透射损失之间的关系的曲线图。
图39是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图40是表示平均开口率与声学特性之间的关系的曲线图。
图41是表示平均开口直径与最佳平均开口率之间的关系的曲线图。
图42是表示平均开口直径与最大吸收率之间的关系的曲线图。
图43是表示平均开口直径与最佳平均开口率之间的关系的曲线图。
图44是表示平均开口率与最大吸收率之间的关系的曲线图。
图45是具有本发明的隔音结构的隔音部件的一例的截面示意图。
图46是具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例的截面示意图。
图47是表示具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例的截面示意图。
图48是表示具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例的截面示意图。
图49是表示具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例的截面示意图。
图50是表示具有本发明的隔音结构的隔音部件安装于墙壁的状态的一例的截面示意图。
图51是从图50所示的隔音部件的墙壁拆下的状态的一例的截面示意图。
图52是表示具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例中的单位组单元(unitcell)的拆装的俯视图。
图53是表示具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例中的单位组单元的拆装的俯视图。
图54是本发明的隔音结构的隔音单元的一例的俯视图。
图55是图54所示的隔音单元的侧视图。
图56是本发明的隔音结构的隔音单元的一例的俯视图。
图57是图56所示的隔音单元的A-A线向视截面示意图。
图58是具有本发明的隔音结构的隔音部件的另一例的俯视图。
图59是图58所示的隔音部件的B-B线向视截面示意图。
图60是图58所示的隔音部件的C-C线向视截面示意图。
图61是用于说明框架的形状的示意性立体图。
图62是示意地表示隔音结构的另一例的剖视图。
图63是表示距离与眼睛分辨率之间的关系的曲线图。
图64是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图65是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图66是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图67是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图68是表示频率与吸收率之间的关系的曲线图。
图69是用于说明实施例中的隔音结构的配置位置的概略侧视图。
图70是用于说明视觉辨认性的测定方法的示意图。
图71是拍摄了测定视觉辨认性后的结果的图。
图72是拍摄了测定视觉辨认性后的结果的图。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明。
以下记载的构成要件的说明根据本发明的代表性实施方式而完成,但本发明并不限定于这种实施方式。
另外,本说明书中,用“~”表示的数值范围表示将记载于“~”前后的数值作为下限值和上限值而包含的范围。
并且,本说明书中,例如对于“45°”、“平行”、“垂直”或“正交”等的角度,只要没有特别记载,则表示在与严密的角度之差小于5度的范围内。与严密的角度之差优选小于4度,更优选小于3度。
[隔音结构]
本发明的隔音结构,其具有隔音单元,该隔音单元具备:框架,具有贯穿的框架孔部;以及膜,以覆盖框架孔部的方式固定在框架上,该隔音结构中,
膜具有沿厚度方向贯穿的多个贯穿孔,
贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下,
膜的膜面的垂线方向相对于作为隔音对象的声源的方向倾斜地配置。
并且,作为优选方式,隔音结构以如下状态配置,即,在具有开口的开口部件的开口内,使膜的膜面的垂线方向相对于与开口部件的开口截面垂直的方向倾斜,并设置有成为气体通过开口部件的通气口的区域。
对于本发明的隔音结构的结构,利用图1~图3进行说明。
在此,如下定义“声源的方向”。“声源的方向”表示声音从声源P朝向本发明的隔音结构的膜面的方向q。在自由空间内是指从实际发出声音的声源P朝向隔音结构20的方向(参考图4A)。
本发明中,成为隔音对象的声音简明地定义为用本发明的隔音结构20消除的声音。例如,成为隔音对象的声音是指所谓的噪声。
关于“噪声”,表示如后述那样基于WHO或辞典进行的定义,但除了噪声以外,还可以包含要刻意消除的声音。例如,电车内的旁边的人的对话等也可以选择为隔音对象的声音。并且,作为隔音对象的声音的选择方法,例如,当在要听的声音为对话且存在其他噪声的各种状况下,最大的声压为人的对话,并且妨碍该对话的声音以小于对话的声压存在时,虽然作为声压并非最大,但可以将后者作为噪声而选为隔音对象的声音。
并且,在管道内等声场受到限制的空间内,例如当如L字管道那样声音的行进方向弯曲时,如图4B所示,从隔音结构观察时管道的弯曲部的方向成为“声源的方向q”。声音的发生源P的位置并非始终成为“声源的方向q”,而是将结合声音的发生源与限制其周围声场的结构的整体视为声源,并将声音朝向膜面上行进的方向定义为“声源的方向q”。
并且,例如,如图5所示,当线性连接声源P与隔音结构20的线被固定分区H等阻挡时,成为隔音对象的声音不会从声源P线性地到达隔音结构20,而是通过衍射回绕到达隔音结构20。在这种情况下,“声源的方向q”并非从声源P朝向隔音结构20的直线方向,而是成为隔音对象的声音朝向隔音结构20的方向、图5中为从分区H上部等衍射所产生的方向朝向隔音结构20的方向q成为“声源的方向q”。
这样,当具有声音在成为隔音对象的声源P与本发明的隔音结构20的配置位置之间不受任何限制的结构时,将成为隔音对象的声音朝向隔音结构20的方向q作为“声源的方向q”,而非线性连接声源P本身的配置位置与隔音结构2的方向。因此,本发明中,相对于这种“声源的方向q”倾斜地配置膜。
作为“声源的方向”的测定方法,使用麦克风、波束成形以及PU探针等中的任一种,并且与声压的振幅信息一同测定声压的相位信息和粒子速度,由此能够确定声源的方向。例如,通过使用由ONO SOKKI CO.,LTD.制造的三维强度探针MI-6420、由Microflown制造的PU探针(声压-粒子速度探针)以及Bruel&Kjaer公司的麦克风阵列系统等,不仅能够确定声压的强度,还能够确定位置。
对于三维强度探针MI-6420,四个麦克风配置在四面体的顶点上,用每个麦克风取得声压,并且根据这些声音相位的差异确定声音的行进方向,从而能够根据声压和相位三维获取声音的行进方向。用附属软件进行实际处理,在用附属照相机获取的图像上,声压和行进方向进行映射。因此,通过以本发明的隔音结构为中心用MI-6420对周围进行扫描,能够针对每个频率测定声音的行进方向。由此,通过检查成为隔音对象的声音的频率,能够确定“声源的方向”。MI-6420的测定简单,尤其在大空间内确定声源的方向时能够有效地进行测定。另一方面,能够获取的频率取决于麦克风之间的距离,因此为了进行低频测定,需要MI-6420本身较大,从而不适合小空间内的测定。此时,能够使用PU探针。
由Microflown制造的PU探针是由声压获取用麦克风和两根粒子速度获取用铂丝构成的探针,是能够直接测定声压p和局部粒子速度u这两个参数的探针。通过附属照相机和软件获取麦克风的三维空间上的位置,并且能够通过扫描各个点上的声压和局部粒子速度来进行测定。能够根据所测定的声压和粒子速度获取声强(RMS(均方根值(Root MeanSquare value))),能够利用所有扫描点确定声音的行进方向。因此,通过以本发明的隔音结构为中心用PU探针对周围进行扫描,能够针对每个频率测定声音的行进方向,从而能够确定声源的方向。PU探针的粒子速度获取用装置是小型的,因此空间分辨率良好,并且能够将实际大小小型化。因此,当在狭窄的空间配置本发明的隔音结构时,能够通过使用PU探针来测定声源的方向。
本发明中,确定本发明的隔音结构的配置位置,并测定膜上的5mm的地点的声压,首先测定膜上的声音的频率信息。然后确定成为隔音对象的声音。
例如,当将人感觉为音量最大的声音作为隔音对象时,声音的频率信息加上作为灵敏度曲线的A特性而转换成[dBA],能够将其中最大的声音作为隔音对象。A特性是指对考虑到人的听觉的频率的权重,是还用于一般的噪声仪中的指标,定义在JISC 1509-1:2005和JISC 1509-2:2005中。因此,用通常的麦克风等获取膜上的声音的频率分布,并将其与A特性的灵敏度曲线相乘,由此按每个频率得知可听范围内的人所感测的声音的大小。因此,能够显示哪个频率的声音对人的影响最大。由此,还能够将人感知为最接近噪声的声音选为隔音对象。
另外,本发明中,也可以任意选择成为隔音对象的声音作为要消除的声音。
接着,确定声源的方向。通过使用由ONO SOKKI CO.,LTD.制造的三维强度探针MI-6420、由Microflown制造的PU探针(声压-粒子速度探针)以及Bruel&Kjaer公司的麦克风阵列系统等,不仅能够确定声压的强度,还能够确定位置。优选在具有足够空间的宽广自由空间内,使用麦克风阵列系统从整个空间确定每个频率的声源,当管道内等宽度受限的情况下,能够用小型强度探针或PU探针来进行确定。
例如,在本发明的实施例中使用丙烯酸制透明管道,因此使用由Microflown公司制造的PU探针PU match测定了管道内的声压和粒子速度。根据其结果确定声强,从而确定了声源的方向。该方法中,即使是如上述L字管道那样声音的行进方向弯曲的体系,也能够在其弯曲后确定朝向本发明的隔音结构的声音的方向,因此能够确定“声源的方向”。
如上述那样确定“声源的方向”。
在此,“噪声”是指“不优选的声音的总称。在关于污染的投诉中很多与噪声相关,其损害方式分为(1)由于持续发出如超过80方(phon)这种特别强烈的声音,导致在生理上、器官上产生听觉迟钝等障碍或高血压症等的情况、(2)妨碍睡眠,引起焦躁和不安等心理障碍的情况、(3)妨碍工作和学习等,导致效率下降等情况、(4)妨碍对话等日常生活的情况。”(大不列颠国际百科全书小项目百科全书,Britannica Japan Co.,Ltd.,2014)、“嘈杂、引起不快的声音。并且,成为某些目的的障碍的声音”(数字大辞泉Shogakukan Inc.),更优选形态为将这种噪声作为隔音对象的声音。在确定这种噪声源的方向的情况下,也能够以与上述相同的方式进行确定。即,首先,如上述那样在本发明的隔音结构的膜上,通过频谱分析仪或示波器、麦克风应用等确定成为噪声的频率。接着,将该噪声的频率作为对象,并利用麦克风、波束成形以及PU探针等进行隔音结构周围的声源方向探测,由此能够确定噪声的频率的声音朝向隔音结构的方向q。通过在隔音结构的周围进行声源方向的探测,从而在如上述L字管道或固定分区那样声音不受限制的结构的情况下,测定噪声实际朝向本发明的隔音结构的方向q而非从声源P本身的位置线性朝向隔音结构的方向,从而能够确定噪声源的方向。
并且,还存在作为隔音对象的声音从多个方向朝向本发明的隔音结构的情况。例如为音反射而朝向隔音结构的情况等。并且,还有存在会发出相同类型的成为隔音对象的声音的多个成为隔音对象的声源的情况。此时,上述声源探测方法不仅能够测定声音的方向,还能够测定每个方向的声压。首先,通过上述方法确定成为隔音对象的声音的频率,粘合进行PU探针等空间内的声源探测,由此确定具有成为该隔音对象的声音频率的最大声压的方向q。因此,隔音结构的配置的优选配置为相对于该方向q倾斜地配置膜。进而,优选以如下角度配置,即,隔音结构的膜面相对于来自多个方向的每个噪声源的方向倾斜的角度。
并且,作为优选生活环境下的声级,优选为55dBA以下(非常不舒服),更优选为50dBA以下(稍微不舒服),进一步优选为35dBA以下,最优选为30dBA以下(选自WHO环境噪声指南(1999))。因此,为了将超过这些声级的声源感知为噪声,因此优选阶段性地对应于这些声源。
并且,成为隔音对象的声音的优选频带优选为1000Hz~20000Hz,更优选为1500Hz~15000Hz,进一步优选为2000Hz~12000Hz。
图1是表示在筒状部件中配置有本发明的隔音结构的筒状结构的优选实施方式的一例的示意性主视图。图2是图1所示的隔音结构的隔音单元的概略立体图,图3是图2的剖视图。
如图2和如图3所示,隔音结构20是在一列上排列有一个以上的隔音单元18的结构,图1所示的例中,在一列上排列有三个,该隔音单元18具备:框架14,具有贯穿的框架孔部12;以及膜16,以覆盖框架孔部12的一个面的方式被框架14固定,膜16上形成有多个平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔17。
并且,如图1所示,隔音结构20以如下状态进行配置,即,在具有开口22a的筒状部件22内,使膜16的膜面相对于筒状部件22的开口截面倾斜,并且设置有成为气体在筒状部件22中通过的通气孔的区域。即,配置成与膜16的膜面垂直的方向相对于与筒状部件22的开口截面垂直的方向交叉。
筒状部件22是本发明中的开口部件。当开口部件为具有如管道那样的长度的筒状部件,且在该筒状部件内配置隔音结构时,如图6所示,声音在筒状部件22的开口内朝向与开口截面大致垂直的方向行进,因此与开口截面大致垂直的方向s成为声源的方向。因此,相对于与筒状部件22的开口截面垂直的方向s,倾斜地配置膜16的膜面的垂线方向z,由此相对于作为隔音对象的声源的方向,膜面的垂线方向z配置成倾斜的状态。即,本发明的隔音结构吸收如下声音,即,声音不垂直撞击膜面而是向倾斜方向或平行地撞击的声音。
在此,本发明的隔音结构20在膜的一个面侧(以下,还称为背面)不具有封闭空间。即,隔音结构20并不利用如下原理,即,将贯穿孔内的空气层与封闭空间内的空气层的连结作为质量弹簧发挥作用以引起共振而吸音的原理。
如上所述,设为在形成有许多贯穿孔的膜的一个面侧(背面)设置有封闭空间的结构,在利用亥姆霍兹共振来吸音的结构中,为了制作封闭空间,在多孔板的背面需要不会使声音通过的屏蔽板,并且,由于将共振用作原理,因此能够吸音的频带很窄且很难宽频带化。
为了解决这种课题,还尝试了将多个孔沿厚度方向或水平方向设置多个或者设置多个背面的封闭空间,但由于需要设置多个单元,因此尺寸增大,并且由于需要单独制造,因此存在结构和零件复杂化、零件数量也会增加这种问题。
而且,由于在背面需要封闭空间,因此存在封闭空间的体积尺寸变大的问题。尤其,为了吸收低频声音,需要加大封闭空间的空气层的体积,从而必须加大尺寸。
并且,由于背面需要封闭空间,因此还存在不能确保通气性和排热的问题。
并且,在不具有封闭空间而具有贯穿孔的隔音结构中,提出了通过设计贯穿孔的周边的结构,即使钻开贯穿孔,也会以尽可能接近原始片材所具有的隔音性能的性能保持的结构,但无法得到更高的隔音性能,并且由于声音被反射,因此存在无法很好地吸收的问题。
相对于此,本发明人等发现,通过设为具有隔音单元的隔音结构,并针对该隔音结构,相对于作为隔音对象的声源的方向倾斜地配置膜面的垂线方向,由此可以在背后不具有封闭空间而得到吸音效果,该隔音单元以覆盖具有框架孔部的框架的框架孔部的方式固定有膜,该膜具有多个平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
本发明人等推测本发明的隔音结构的吸音机理是声音通过形成在膜上的微细的贯穿孔时由贯穿孔的内壁面与空气之间的摩擦引起的声能向热能的变化。
当贯穿孔的平均开口直径小时,与相同开口率时平均开口直径大的情况相比,贯穿孔的边缘长度相对于开口面积的比率变大,因此认为能够增加在贯穿孔的缘部和内壁面产生的摩擦。通过增加通过贯穿孔时的摩擦,能够将声能转换为热能来吸音。
在此,以与开口部件的开口截面垂直的方向和膜的表面平行的方式,在开口部件内配置有隔音结构。如果只有不具有框架的膜平行地配置于开口部件内与开口部件的开口截面垂直的方向,则该膜的两个面内的声压和局部速度变得完全相同。此时,从两个面施加相同的压力,因此声音通过微小孔内而朝向相反一面的力(即,具有膜的垂线成分要素的朝向的力)不发挥作用。因此,此时能够推测为不发生吸收。
相对于此,在本发明中存在框架,由此声音朝向框架面行进,并且声音通过框架回绕,由此从膜的两个面到框架端的距离不同,此时,回声从框架的两侧通过的距离不同,因此认为对膜的两个面的声场赋予相位差,并且根据衍射的效果改变声音的局部行进方向,从而具有制作膜的垂线方向成分的效果。即,通过具有框架而改变膜的两个面内的相位,并将声压和局部速度设为不同的状态,从而能够使空气通过微细的贯穿孔,因此通过贯穿孔的内壁面与空气之间的摩擦,能够从声能转换为热能而吸音。
该机理由于贯穿孔尺寸微细而仅作为贯穿孔的特征而发生,因此不同于现有的膜的共振或亥姆霍兹共振这样的基于共振的机理。在等效电路中考虑时,现有的膜的共振或亥姆霍兹共振的共振现象在电感L和电容器C的串联电路(包括膜的粘性等电阻的LCR电路)中描述。相对于此,本发明中,在只有贯穿孔的电感L和基于摩擦的R的LR电路中描述。
作为空气中的声音而直接通过贯穿孔内的路径的阻抗远远小于暂且转换为膜振动后再次作为声音而放射的路径的阻抗。因此,与膜振动相比,声音更容易通过微细的贯穿孔的路径。当通过该贯穿孔部分时,声音从整个膜面上的宽面积集中通过到贯穿孔的窄面积。声音聚集在贯穿孔中,由此局部速度变得极大。由于摩擦与速度相关,因此认为摩擦在微细的贯穿孔内变大并转换为热。
这样,本发明的吸音的机理中,重要的是贯穿孔的直径较小,并不取决于膜的材质等。因此,能够适当地选择膜的材质。
这样,本发明的隔音结构不需要在膜的背面具有封闭空间而以具有贯穿孔的膜单体发挥作用,因此能够减小尺寸。
并且,如上所述,本发明的隔音结构利用声音通过贯穿孔时的摩擦来吸音,因此能够与声音的频带无关地吸音,并且能够在宽频带吸音。
并且,由于在膜的背面不具有封闭空间,并且以设置有成为气体通过开口部件的通气孔的区域的状态进行配置,因此能够确保通气性。
并且,具有贯穿孔,因此能够在散射的同时透射光。
并且,通过形成微细的贯穿孔来发挥作用,因此选择材料的自由度高,对于周边环境的污染或耐环境性能的问题,也能够根据其环境而选择材料,因此能够减少问题。
并且,膜具有微细的贯穿孔,因此即使在膜上附着有水等液体时,由于表面张力而使得水避开贯穿孔的部分从而不会堵住贯穿孔,因此不易降低吸音性能。
另外,图1所示的例子中,以膜16的膜面的垂线方向相对于与筒状部件22的开口截面垂直的方向正交的方式配置了隔音结构20,但并不限定于此,如图7所示,也可以以膜16的膜面的垂线方向z相对于与筒状部件22的开口截面垂直的方向s交叉的方式配置有隔音结构20。
从吸音性能、通气性等观点考虑,即从加大通气孔、以及当为风扇等伴随风的噪声结构时减小撞击于膜面的风量等观点考虑,相对于与筒状部件22的开口截面垂直的方向s,隔音结构22的膜16的膜面上的垂线方向z的角度优选为15度以上,更优选为45度以上,进一步优选为75度以上。
并且,如图6和图7所示,在筒状部件22的开口的内壁面与隔音结构20之间,以设置有成为气体所通过的通气孔的区域w的状态配置有隔音结构20。
并且,在图1所示的例子中设为将隔音结构20配置在筒状部件22的开口22a内的结构,但并不限定于此,也可以是隔音结构20配置在从筒状部件22的端面凸出的位置的结构。具体而言,优选配置在距筒状部件22的开口端的开口端校正距离以内。当使用筒状部件22时,声场的驻波的波腹向筒状部件22的开口22a的外侧凸出相当于开口端校正的距离,即使在筒状部件22的外侧,也具有隔音性能。另外,当为圆筒形筒状部件22时的开口端校正距离大约以0.61×管半径赋予。
在此,图1所示的例子的隔音结构20由多个即三个隔音单元18构成,但本发明并不限定于此,可以由包含具有一个框架孔部12的一个框架14以及一个膜16的一个隔音单元18构成,可以由两个隔音单元18构成,或者可以由四个以上的隔音单元18构成。
另外,本发明中,开口部件优选具有形成在阻断气体通过的物体的区域内的开口,并且优选隔开两个空间设置墙壁。
在此,具有形成有开口的区域且阻断气体通过的物体是指隔开两个空间的部件以及墙壁等,作为部件,是指管体、筒状部件等部件,作为墙壁,例如是指构成房屋、大厦、工厂等建筑物的结构体的固定壁、配置在建筑物的房间内且隔开房间内的固定间壁(分区)等固定壁、配置在建筑物的房间内且隔开房间内的可动间壁(分区)等可动壁等。
本发明中,开口部件是指窗框、门、出入口、换气口、管道部、百叶窗部等以通气或散热、物质的移动为目的而具有开放部的部件。即,开口部件可以是管道或软管、管子、导管等管体、筒状部件,可以是具有用于安装如百叶窗、通道等可安装的换气口部、窗户等的开口的壁本身,可以是由分区上部以及天花板或墙壁构成的部分,也可以是安装在墙壁的窗框等窗部件等。即,周边被封闭曲线包围的部分为开口部,并且优选在此处配置本发明的隔音结构。
当安装在窗部件或分区时,如果声源并不位于膜的垂线方向的位置,则具有如下倾向:声音行进矢量通过壁部件而弯曲,并且通过在边缘部的衍射现象,声音接近膜的水平方向的角度行进。因此,即使在用于空间内的墙壁等中时,也成为声音通过膜上的配置,从而显现本发明所涉及的宽频带吸收效果。
并且,当为管道等筒状部件时,管道本身作为声管发挥作用,该声管尤其对低频声音使声音只有平面波被传导。例如,在内径为40mm的筒中,约4000Hz以下的声音在平面波以外的模式中由于截止而不能存在于筒内,能够在筒状部件的内部传导的波只有平面波。因此,当为管道等筒状部件时,容易确定声音的行进矢量,本发明的隔音结构相对于其行进矢量方向倾斜地配置膜面的垂线方向即可。
另外,本发明的开口部件的开口的形状为截面形状,且图1所示的例子中是圆形,但本发明中,只要能够将隔音单元即隔音结构配置在开口内,则并没有特别限制,例如可以是包含正方形、矩形、菱形或平行四边形等其他四边形、等边三角形、等腰三角形或直角三角形等三角形、正五边形或正六边形等正多边形的多边形或者椭圆形等,也可以是不规则形状。
并且,作为本发明的开口部件的材料,并没有特别限制,可举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼、它们的合金等金属材料、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰亚胺、三乙酰纤维素等树脂材料、碳纤维增强塑料(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、碳纤维及玻璃纤维增强塑料(GFRP:Glass FiberReinforced Plastics)、与建筑物的墙体材料相同的混凝土、砂浆、木材等墙体材料等。
如图8所示,在图1所示的隔音结构20中,在恒定厚度的长方体状的杆状部件上设置有多个(三个)框架孔部12,并由包围各框架孔部12的部分构成各隔音单元18的框架14。即,多个框架14作为一个框体而一体形成。
另外,图8所示的例子中,设为具有三个框架孔部的结构,但并不限定于此,可以是具有两个框架孔部的结构,也可以是具有四个以上的框架孔部的结构。或者,也可以是具有一个框架孔部的结构。即,框架14也可以在恒定厚度的长方体状的杆状部件上设置有一个框架孔部12而构成。
并且,图1所示的例子中,多个框架14配置在一列,但本发明并不限定于此,也可以配置成二维。
并且,图8所示的例子中,设为通过使用框架14一体形成的部件连结三个隔音单元18的结构,但并不限定于此,也可以是用粘合胶带和粘合剂等连结独立的隔音单元18(框架14)的结构。或者,如图9所示,设为各隔音单元18在框架14的一个侧面具有凸部14a,在另一个侧面具有凹部14b的结构,也可以是所连结的隔音单元18的一侧的隔音单元18的凸部14a与另一侧的隔音单元18的凹部14b嵌合连结的结构。
通过设为连结独立的隔音单元18的结构,隔音单元18彼此能够拆装,从而能够根据用途改变隔音单元18的数量。
〔框架〕
框架14以包围贯穿的框架孔部12的方式形成,并且用于以覆盖框架孔部12的一个端面的方式固定并支撑膜16。框架14的刚性比膜16高,具体而言,优选每单位面积的质量和刚性均较高。
另外,框架14优选为如下形状,即,能够固定膜16以能够抑制膜16的整个周边的连续形状,但本发明并不限定于此,只要能够适当地固定膜16,则也可以是一部分被切断且不连续的形状。
并且,框架14的与框架孔部12的贯穿方向垂直的截面形状在图1所示的例子中为正方形,但本发明中并没有特别限制,例如可以是包含矩形、菱形或平行四边形等其他四边形、等边三角形、等腰三角形或直角三角形等三角形、正五边形或正六边形等正多边形的多边形或者圆形、椭圆形等,也可以是不规则形状。另外,框架14的框架孔部12沿厚度方向贯穿了框架14。
并且,以下说明中,框架14的尺寸是指平面视图中的其框架孔部12的尺寸。平面视图中的框架孔部12的尺寸定义为与框架孔部12的贯穿方向垂直的截面内的框架孔部12的直径即框架孔部12的开口直径。另外,当与框架孔部12的贯穿方向垂直的截面形状为如多边形、椭圆形以及不规则形状等圆形以外的形状时,框架孔部12的尺寸以当量圆直径定义。本发明中,当量圆直径是指换算成等面积的圆时的直径。
另外,本实施方式的隔音结构20中,框架14的框架孔部12的尺寸可以在所有框架孔部12中恒定,但也可以包含不同尺寸(包括形状不同的情况)的框架,此时,作为框架孔部12的尺寸,使用框架孔部12的平均尺寸即可。
这种框架14的框架孔部12的尺寸并没有特别限制,根据本发明的隔音结构20的开口部件为了隔音而适用的隔音对象物设定即可,该隔音对象物例如为影印机、送风机、空调设备、换气扇、泵类、发电机、管道、换气口、此外还有涂布机或旋转机、输送机等发出声音的各种类型的制造设备等工业设备、汽车、电车、航空器等交通运输设备、冰箱、洗衣机、烘干机、电视机、复印机、微波炉、游戏机、空调、风扇、PC、吸尘器、空气净化器等一般家用设备等。并且,还能够用于将该隔音结构20本身用为分区,以屏蔽来自多个噪声源的声音的用途。此时,框架14的尺寸也可以从成为对象的噪声的频率中选择。
另外,框架孔部12的尺寸并没有特别限制,当为大于波长的框架尺寸时,从具有在框架14的表面形成正负的声压分布并激发复杂的膜振动和声音流动,从而对于频率变化无法得到平坦的隔音特性的情况等观点考虑,优选小于作为吸音对象的声音的波长。
例如,优选为0.5mm~300mm,更优选为1mm~100mm,最优选为10mm~50mm。
另外,如当各框架14中包含不同尺寸时,框架14的尺寸以平均尺寸表示。
另外,框架14的框架壁厚和框架孔部12的贯穿方向上的厚度(以下,还称为框架14的高度)能够可靠地固定膜16,只要能够可靠地支撑膜16,则并没有特别限制,例如,能够根据框架孔部12的尺寸设定。
在此,如图61所示,框架14的框架壁厚是框架14的开口面内的厚度的最薄的部分的厚度d1。并且,框架14的高度是框架孔部的贯穿方向上的高度h1
例如,当框架孔部12的尺寸为0.5mm~50mm时,框架14的框架壁厚优选为0.5mm~20mm,更优选为0.7mm~10mm,最优选为1mm~5mm。
若框架14的框架壁厚相对于框架14的尺寸的比率变得过大,则整体中所占的框架14部分的面积率增大,装置可能会变重。另一方面,若上述比率变得过小,则变得很难在该框架14部分用粘合剂等较强地固定膜。
并且,当框架孔部12的尺寸超过50mm且为300mm以下时,框架14的框架壁厚优选为1mm~100mm,更优选为3mm~50mm,最优选为5mm~20mm。
并且,框架14的高度即框架孔部12的贯穿方向的厚度优选为0.5mm~200mm,更优选为0.7mm~100mm,最优选为1mm~50mm。
另外,如当在各框架14中包含不同的框架壁厚和高度时,框架14的框架壁厚和高度分别优选以平均壁厚和平均高度表示。
本实施方式的隔音结构20的框架14的数量即框架孔部12的数量也并没有特别限制,根据本发明的隔音结构20的上述隔音对象物设定即可。或者,由于上述框架孔部12的尺寸根据上述隔音对象物而设定,因此框架14的框架孔部12的数量根据框架孔部12的尺寸设定即可。
例如,当在设备内噪声屏蔽(反射和/或吸收)时,框架14的数量优选为1个~10000个,更优选为2~5000,最优选为4~1000。
这是因为,对于一般设备的大小,设备的尺寸是确定的,因此为了将一个隔音单元18的尺寸设为适合噪声的频率和音量的尺寸,大多需要用组合有多个隔音单元18的框体进行屏蔽,另一方面,由于过渡增加隔音单元18,因而存在整体的重量增加相当于框架14的重量的情况。另一方面,如大小不受限制的分区的结构中,能够根据所需整体的大小自由选择框架14的数量。
另外,一个隔音单元18将一个框架14作为结构单元,因此本实施方式的隔音结构20的框架14的数量能够称为隔音单元18的数量。
框架14的形成材料能够支撑膜16,只要在适用于上述隔音对象物时具有适当的强度,并且对隔音对象物的隔音环境具有耐性,则并没有特别限制,能够根据隔音对象物及其隔音环境来选择。例如,作为框架14的材料,可举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼、它们的合金等金属材料、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰亚胺、三乙酰纤维素、ABS树脂(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚合成树脂)等树脂材料、碳纤维增强塑料(CFRP)、碳纤维及玻璃纤维增强塑料(GFRP)等。
并且,可以组合使用多种这些的框架14的材料。
并且,如图62所示,可以在框架14的框架孔部12内配置吸音材料24。
通过配置吸音材料,能够通过由吸音材料产生的吸音效果来进一步提高隔音特性。
作为吸音材料,并没有特别限定,能够适当利用现有公知的吸音材料。例如,能够利用发泡聚氨酯等发泡材料、玻璃棉及微纤维(3M company制造的Thinsulate等)等无纺布等各种公知的吸音材料。
此时,为了通过贯穿孔并且不妨碍摩擦所产生的机理,优选从膜16的膜面隔开3mm以上而配置吸音材料。另一方面,通过使吸音材料与膜接触配置,能够抑制膜的振动。在开口率低的情况以及框架尺寸小的情况等膜容易振动的结构中,通过膜的振动,有时并不能发挥由声音通过贯穿孔产生的吸音效果。相对于此,通过使吸音材料与膜接触配置来抑制膜的振动,能够充分发挥由声音通过贯穿孔产生的吸音效果。
并且,可以将本发明的隔音结构与发泡聚氨酯等发泡材料、玻璃棉及微纤维(3Mcompany制造的Thinsulate等)等无纺布等各种公知的吸音材料一同放入包含管道等管体的开口部件中。
如上所述,在本发明的隔音结构内或者与隔音结构一同组合使用公知的吸音材料,由此能够得到由本发明的隔音结构产生的效果和由公知的吸音材料产生的效果这两种效果。
〔具有多个贯穿孔的膜〕
膜16具有沿厚度方向贯穿的多个贯穿孔17,并且以覆盖框架14的框架孔部12的方式被框架14抑制地固定。形成于膜16的多个贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下。
在此,根据本发明人等的研究,发现贯穿孔的平均开口率存在最佳比例,尤其当平均开口直径为50μm左右以上而比较大时,平均开口率越小,吸收率变得越高。当平均开口率大时声音通过许多贯穿孔中的每一个贯穿孔,相对于此,当平均开口率小时贯穿孔的数量减少,因此认为通过一个贯穿孔的声音变多,通过贯穿孔时的空气的局部速度变得更大,从而进一步增加在贯穿孔的缘部和内壁面产生的摩擦。
在此,从吸音性能等观点考虑,贯穿孔的平均开口直径的上限值为250μm以下,优选为100μm以下,更优选为80μm以下,进一步优选为70μm以下,尤其优选为50μm以下,最优选为30μm以下。这是因为,贯穿孔的平均开口直径越小,贯穿孔中有助于摩擦的贯穿孔的边缘长度相对于贯穿孔的开口面积的比率变得越大,从而容易产生摩擦。
并且,平均开口直径的下限值优选为0.5μm以上,更优选为1μm以上,进一步优选为2μm以上。若平均开口直径过小,则通过贯穿孔时的粘性电阻过高而声音不会充分地通过,因此即使将开口率设为较高,也不会充分地得到吸音效果。
并且,能够适当选择贯穿孔的平均开口率,平均开口率越小,越具有吸收性能增加的倾向。但是,若平均开口率变得过小,则膜变得容易振动,带来降低吸收效果的影响。
因此,贯穿孔的平均开口率优选为0.5%~15%,更优选为1%~12%,进一步优选为2%~10%。
另外,对于贯穿孔的平均开口直径,使用高分辨率扫描型电子显微镜(SEM),以200倍的倍率从膜的一个面拍摄膜的表面,在所得SEM照片中,提取20个周围以环状连接的贯穿孔,读取其开口直径并计算出它们的平均值作为平均开口直径。如果,当在1张SEM照片内贯穿孔小于20个时,在周边的其他位置拍摄SEM照片并进行计数直至总数量成为20个。
另外,对于开口直径,分别测量贯穿孔部分的面积,并利用替换为相同面积的圆时的直径(当量圆直径)进行了评价。即,贯穿孔的开口部的形状并不限定于大致圆形,因此当开口部的形状为非圆形状时,以相同面积的圆的直径进行了评价。因此,例如即使当为如两个以上的贯穿孔一体化的形状的贯穿孔时,也将它们视作一个贯穿孔,并将贯穿孔的当量圆直径作为开口直径。
这些作业例如能够使用“Image J”(https://imagej.nih.gov/ij/),并通过粒子分析(Analyze Particles)来计算所有当量圆直径、开口率等。
并且,对于平均开口率,使用高分辨率扫描型电子显微镜(SEM),以200倍的倍率从正上方拍摄膜的表面,对于所得SEM照片的30mm×30mm视场(5部位),用图像分析软件等进行二值化并观察贯穿孔部分和非贯穿孔部分,根据贯穿孔的开口面积的总计和视场的面积(几何面积),计算比率(开口面积/几何面积),并计算出各视场(5部位)中的平均值作为平均开口率。
在此,本发明的隔音结构中,多个贯穿孔可以被规则地排列,也可以被无规地排列。从微细的贯穿孔的生产性、吸音特性的稳健性以及抑制声音的衍射等观点考虑,优选被无规地排列。另外,吸音特性的稳健性是指,即当在制作或制造方面在排列和开口直径等上产生偏差时,吸音特性发生变化。尤其,通过从一开始就被无规地排列,从而排列的偏差不会有影响,因此优选。
关于声音的衍射,若贯穿孔被周期性地排列,则随着该贯穿孔的周期而产生声音的衍射现象,会担心声音通过衍射而弯曲并且噪声的行进方向被分成多个。无规是指成为不具有如完美地排列的周期性的配置的状态,成为显现由各贯穿孔引起的吸收效果,但不产生由贯穿孔间最小距离引起的衍射现象的配置。
并且,本发明的实施例中具有通过卷状连续处理中的蚀刻处理制作出的样品,但为了批量生产,表面处理等一并形成无规的图案比制作周期性排列的工艺更容易,因此从生产性的观点考虑,也优选被无规地排列。
另外,本发明中,如下定义贯穿孔被无规地配置。
当为完美的周期性结构时,显现强衍射光。并且,即使如只有一小部分周期性结构的位置不同,也由于其余的结构而显现衍射光。衍射光是叠加来自周期性结构的基本单元的散射光而形成的波,因此即使只要一小部分被干扰,由其余的结构引起的干涉也是产生衍射光的机理。
因此,随着周期性结构干扰的基本单元增加,加强衍射光的干涉的散射光减少,由此衍射光的强度减小。
因此,本发明中的“无规”是表示总体的至少10%的贯穿孔偏离周期性结构的状态。根据上述讨论,为了抑制衍射光,偏离周期性结构的基本单元越多越好,因此优选总体的50%偏离的结构,更优选总体的80%偏离的结构,进一步优选总体的90%偏离的结构。
作为偏离的验证,能够通过采取容纳5个以上贯穿孔的图像并对其进行分析来进行。所容纳的贯穿孔的数量越多,能够进行精度更高的分析。图像不仅能够通过光学显微镜、SEM来使用,而且只要是能够识别多个贯穿孔的位置的图像,仍能够使用。
在已拍摄的图像中,关注一个贯穿孔而测定与其周围的贯穿孔之间的距离。将最近的距离设为a1,将第二、第三、第四近的距离分别设为a2、a3、a4。此时,当a1至a4中两个以上的距离一致(例如,将该一致的距离设为b1)时,能够判断该贯穿孔为对b1的距离具有周期性结构的孔。另一方面,当a1至a4中的哪一个距离都不一致时,能够判断该贯穿孔为偏离周期性结构的贯穿孔。对图像上的所有贯穿孔进行该作业并进行判断。
在此,对于上述“一致”,当将所关注的贯穿孔的孔径设为Φ时,直至偏离Φ前设为一致。也就是说,当为a2-Φ<a1<a2+Φ的关系时,a2与a1设为一致。为是因为,由于衍射光被认为是来自各贯穿孔的散射光,因此认为在孔径Φ的范围内会产生散射。
接着,例如对“对b1的距离具有周期性结构的贯穿孔”的数量进行计数,并求出相对于图像上的所有贯穿孔的数量的比例。当将该比例设为c1时,比例c1为具有周期性结构的贯穿孔的比例,1-c1成为偏离周期性结构的贯穿孔的比例,1-c1成为确定上述“无规”的数值。当存在多个距离例如“对b1的距离具有周期性结构的贯穿孔”和“对b2的距离具有周期性结构的贯穿孔”时,对b1和b2分别单独进行计数。如果设为对b1的距离的周期性结构的比例为c1、对b2的距离的周期性结构的比例为c2,则在(1-c1)和(1-c2)均为10%以上时,其结构成为“无规”。
另一方面,当(1-c1)和(1-c2)中的任一个小于10%时,成为其结构具有周期性结构而非“无规”。这样,当对偏离的比例c1、c2、……也满足“无规”的条件时,将其结构定义为“无规”。
并且,多个贯穿孔可以是包含一种开口直径的贯穿孔,也可以是包含两种以上的开口直径的贯穿孔。从生产性的观点、耐久性的观点等考虑,优选包含两种以上的开口直径的贯穿孔。
作为生产性,与上述无规排列相同地,从大量地进行蚀刻处理的观点考虑,容许开口直径的偏差会提高生产性。并且,作为耐久性的观点,由于灰尘和尘埃的尺寸根据环境而不同,因此如果设为一种开口直径的贯穿孔,则在主要尘埃的尺寸与贯穿孔的开口直径大致吻合时,会对所有贯穿孔带来影响。通过设置多种开口直径的贯穿孔,从而成为能够在各种环境下适用的隔音结构。
根据国际公开WO2016/060037号中记载的制造方法等,能够形成孔径在贯穿孔内部涨大的、在内部成为最大直径的贯穿孔。根据该形状,贯穿孔尺寸程度的尘埃(灰尘、调色剂、无纺布或散开的发泡体等)难以堵塞内部,从而具有贯穿孔的膜的耐久性提高。
比贯穿孔的最外侧表面的直径大的尘埃不会侵入贯穿孔内,而小于直径的尘埃能够通过内部直径的增大而直接通过贯穿孔内。
由此可知,如果考虑内部以相反的形状变窄的形状,则通过贯穿孔的最外侧表面的尘埃捕获在内部直径小的部分,与尘埃容易保持原样地残留的情况相比,在内部成为最大直径的形状对抑制尘埃的堵塞方面有利。
并且,如所谓的锥形那样,在膜的任一个表面成为最大直径,且内部直径大致单调减少的形状中,从成为最大直径的一侧进入满足“最大直径>尘埃的尺寸>另一表面的直径”的关系的尘埃时,内部形状如斜坡那样发挥作用,并在中途堵塞的可能性变得更大。
并且,从进一步增加声音通过贯穿孔内时的摩擦的观点考虑,优选贯穿孔的内壁面被粗糙化(参考图19)。具体而言,贯穿孔的内壁面的表面粗糙度Ra优选为0.1μm以上,更优选为0.1μm~10.0μm,进一步优选为0.15μm以上且1.0μm以下,尤其优选为0.2μm以上且1.0μm以下。
在此,能够通过用AFM(原子力显微镜(Atomic Force Microscope))测量贯穿孔内来测定表面粗糙度Ra。作为AFM,例如能够使用Hitachi High-Tech Science Corporation制造的SPA300。能够使用OMCL-AC200TS并在DFM(动态力模式(Dynamic Force Mode))模式下测定悬臂。贯穿孔的内壁面的表面粗糙度为几微米左右,因此从具有几微米的测定范围和精度的观点考虑,优选使用AFM。
另外,图19是对后述实施例1的样品拍摄了SEM照片的图。
并且,通过从贯穿孔内的SEM图像将贯穿孔内的凹凸的各凸部视作粒子,能够计算出凸部的平均粒径。
具体而言,将以2000倍拍摄的SEM图像取为Image J,以使凸部变白的方式将其二值化为白黑,并通过粒子分析来求出其各凸部的面积。对各凸部求出其各面积和假定为相同面积的圆的当量圆径,并计算出其平均值作为平均粒径。该SEM图像的拍摄范围为100μm×100μm左右。
例如,后述实施例1的粒径分布成1~3μm左右,平均时为2μm左右。该凸部的平均粒径优选为0.1μm以上且10.0μm以下,更优选为0.15μm以上且5.0μm以下。
在此,使用有限元法计算软件“COMSOL ver5.1”(COMSOL公司),以其中的声学模块将将与本发明对应的模拟模型化并进行了计算。
在通过与后述实施例1对应的设计的模拟计算之后计算出贯穿孔内的速度。贯穿孔内的速度在声压为1[Pa](=94dB)时成为5×10-2(m/s)左右,在声压为60dB时成为1×10-3(m/s)左右。
当吸收频率为2500Hz的声音时,根据局部速度得知以声波为媒介的介质的局部移动速度。由此,假设粒子在贯穿孔的贯穿方向上振动而求出移动距离。由于声音进行振动,因此其距离振幅成为能够在半个周期内移动的距离。在2500Hz时,一个周期为1/2500秒,因此其一半的时间能够在相同方向上。从局部速度求出的声波半个周期内的最大移动距离(声学移动距离)在94dB时为10μm,在60dB时为0.2μm。因此,通过具有该声学移动距离程度的表面粗糙度而摩擦增加,因此优选上述表面粗糙度Ra的范围以及凸部的平均粒径的范围。
在此,当贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且小于100μm时,将平均开口直径设为phi(μm)、将膜的厚度设为t(μm)时,贯穿孔的平均开口率rho优选在以rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6为中心、以rho_center-(0.085×(phi/20)-2)为下限、以rho_center+(0.35×(phi/20)-2)为上限的范围内,更优选在(rho_center-0.24×(phi/10)-2)以上且(rho_center+0.57×(phi/10)-2)以下的范围,进一步优选在(rho_center-0.185×(phi/10)-2)以上且(rho_center+0.34×(phi/10)-2)以下的范围内。对于该方面,通过后述模拟进行详细说明。
并且,当贯穿孔的平均开口直径为100μm以上且250μm以下时,优选贯穿孔的平均开口率rho在0.005至0.010之间。对于该方面,通过后述实施例进行详细说明。
在此,从贯穿孔的视觉辨认性的观点考虑,形成于膜的多个贯穿孔的平均开口直径优选为100μm以下,更优选为50μm以下,进一步优选为20μm以下。
当将本发明的隔音结构中使用的具有微细的贯穿孔的膜配置在壁表面或可见位置时,如果贯穿孔本身可见,则损害设计性,并且担心孔看起来是敞开的,因此优选难以看到贯穿孔。如果在房间内的隔音壁、调音壁、隔音板、调音板以及机械的外装部分等各种位置都可以看到贯穿孔,则会出现问题。
首先,对一个贯穿孔的视觉辨认性进行研究。
以下,在视力为1的情况下对人眼分辨率进行讨论。
视力为1的定义是分解1角分来观看的情况。这表示在30cm的距离下能够分87μm。图63中示出视力为1时的距离与分辨率之间的关系。
贯穿孔是否可见与上述视力密切相关。如通过Landolt环的间隙部分的识别来进行视力检查那样,在是否会看到两点和/或两条线段之间的空白取决于分辨率。即,就小于眼睛分辨率的开口直径的贯穿孔而言,贯穿孔的边缘之间的距离无法用眼睛分辨,因此很难视觉辨认。但能够识别眼睛分辨率以上的开口直径的贯穿孔的形状。
当视力为1时,100μm的贯穿孔能够从35cm的距离分解,但如果50μm的贯穿孔不接近到18cm、20μm的贯穿孔不接近到7cm的距离,则无法进行分解。因此,即使在能够视觉辨认并感知100μm的贯穿孔时,通过使用20μm的贯穿孔,除非接近1/5的极近的距离,否则无法识别。因此,小的开口直径更有利于隐藏贯穿孔。将隔音结构用于墙壁或车内时距观察者的距离一般成为数10cm的距离,但此时开口直径为100μm左右成为其边界。
接着,对通过贯穿孔发生的光散射进行讨论。由于可见光的波长为400nm~800nm(0.4μm~0.8μm)左右,因此在本发明中讨论的数10μm的开口直径充分大于光学波长。此时,在可见光中散射截面积(表示物体散射的强度的量,单位为面积)与几何截面积大致一致,即在本次情况下与贯穿孔的截面积大致一致。即,得知可见光散射的大小与贯穿孔的半径(当量圆直径的一半)的平方成比例。因此,贯穿孔越大,光散射的强度以贯穿孔的半径的平方越增强。贯穿孔单体的可见度与光的散射量成比例,因此即使在平均开口率相同时,也容易看到各贯穿孔大的情况。
最后,对关于贯穿孔的排列不具有周期性的无规排列和周期性排列之间的差异进行研究。在周期性排列中,与其周期相应地发生光的衍射现象。此时,透射的白色光、反射的白色光以及宽光谱的光等被照射时,以各种方式看到颜色,如光进行衍射并且颜色错位而看起来像彩虹、颜色以特定角度强烈反射等,因此图案很显眼。在后述实施例37中,相对于镍周期性地形成多个贯穿孔,但如果尝试将该镍膜在荧光灯中加水印,则看到由衍射光引起的颜色的蔓延。
另一方面,当无规地排列时,不发生上述衍射现象。对于形成有在后述实施例中制作的微细的贯穿孔的铝膜,均确认到即使尝试在荧光灯中加水印也不会看到由衍射光引起的颜色变化。并且,确认到即使以反射配置观察,外观也具有与普通铝箔相同的金属光泽,并且不会发生衍射反射。
并且,图3所示的例子中,设为膜16固定在框架孔部12的一个端面的结构,但并不限定于此,如图10所示,也可以设为膜16固定在框架孔部12的两侧的端面的结构。或者,如图11所示,也可以设为膜16固定在框架孔部12内,以堵住框架孔部12的结构。另外,当设为将膜16固定在框架孔部12内的结构时,优选从膜16分别到框架14的两端的距离不同,即,优选在与膜16的表面垂直的方向上配置于膜16的配置位置偏离框架内中心位置的位置。
并且,图8所示的例子中,设为以各隔音单元18的膜16配置在同一平面上的方式,将固定有各隔音单元18的膜16一侧的面朝向相同方向排列的结构,但并不限定于此,例如,如图12所示,也可以是两个隔音单元18的膜16固定在框架14的相互相反一侧的面。即,也可以以固定有膜16的面成为相互相反一侧的面的方式排列隔音单元18。或者,如图13所示,也可以是两个隔音单元18的膜16固定在框架14的90°不同的面。即,也可以是膜16的固定面成为相互90°不同的面的方式排列隔音单元18。
认为本发明的隔音结构利用声波通过微细的贯穿孔时的摩擦来吸音,因此除了将多个隔音单元18的各膜16配置在同一平面上的结构以外,各隔音单元18也能够适当地作用而吸音。
并且,膜的厚度并没有限定,但认为厚度越厚,声音通过贯穿孔时受到的摩擦能变得越大,因此更加提高吸音性能。并且,当极为薄时很难处理且容易破裂,因此优选足够厚到能够保持的程度。另一方面,当厚度较薄时,小型化、通气性、轻量化以及光的透射性良好。并且,当在贯穿孔的形成方法中使用蚀刻等时,厚度越厚,制作时越花费时间,因此从生产性的观点考虑,优选厚度较薄。
从吸音性能、小型化、通气性以及光的透射性的观点考虑,膜的厚度优选为5μm~500μm,更优选为10μm~300μm,尤其优选为20μm~100μm。
膜16在框架14上的固定方法并没有特别限制,例如可举出使用粘合剂的方法或使用物理固定件的方法等。
使用粘合剂的方法中,将粘合剂涂布于包围框架14的框架孔部12的表面(端面)上,并在该表面上载置膜16,从而用粘合剂将膜16固定在框架14上。作为粘合剂,例如可举出环氧类粘合剂(ARALDITE(注册商标)(Nichiban Co.,Ltd.制造)等)、氰基丙烯酸酯类粘合剂(Aron Alpha(注册商标)(TOAGOSEI CO.,LTD.制造)等)、丙烯酸类粘合剂等。
作为使用物理固定件的方法,可举出将以覆盖框架14的框架孔部12的方式配置的膜16夹在框架14与杆等固定部件之间,并使用螺钉和螺丝等固定件将固定部件固定在框架14上的方法等。
并且,也可以根据框架的框架孔部的尺寸切取双面胶(例如NITTO DENKOCORPORATION制造,3M company制造的双面胶),并从该双面胶上固定膜16。
膜的材质并没有限定,能够利用铝、钛、镍、坡莫合金、42合金、可伐合金(KOVAR)、镍铬合金、铜、铍、磷青铜、黄铜、锌白铜、锡、锌、铁、钽、铌、钼、锆、金、银、铂、钯、钢、钨、铅及铱等各种金属;PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、TAC(三乙酰纤维素)、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基戊烯、COP(环烯烃聚合物)、聚碳酸酯、ZEONOR、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)、聚丙烯及聚酰亚胺等树脂材料;等。而且还能够使用薄膜玻璃等玻璃材料;CFRP(CarbonFiber Reinforced Plastics:碳纤维增强塑料)及GFRP(Glass Fiber ReinforcedPlastics:玻璃纤维增强塑料)这种纤维增强塑料材料。
从杨氏模量高、厚度薄也不易引起振动、以及容易得到在微小的贯穿孔中由摩擦引起的吸音效果等观点考虑,优选使用金属材料。其中,从重量轻、容易通过蚀刻等而形成微小的贯穿孔、以及可得性和成本等观点考虑,优选使用铝。
并且,当使用金属材料时,从抑制生锈等观点考虑,可以在表面实施金属镀层。
而且,可以通过至少在贯穿孔的内表面实施金属镀层,从而将贯穿孔的平均开口直径调整到更小的范围内。
并且,作为膜的材料,通过使用像金属材料那种具有导电性且不带电的材料,微小的灰尘和尘埃等不会因静电而吸引到膜上,能够抑制灰尘和尘埃等堵塞在膜的贯穿孔中而导致的吸音性能下降。
并且,使用金属材料作为膜的材料,由此能够提高耐热性。并且,能够提高耐臭氧性。
并且,金属材料对由远红外线引起的辐射热的反射率大,因此通过使用金属材料作为膜的材料,也可以作为防止由辐射热引起的传热的隔热材料而发挥作用。此时,膜上形成有多个贯穿孔,但贯穿孔的开口直径小,因此膜作为反射膜发挥作用。
已知在金属中开有多个微细的贯穿孔的结构作为频率的高通滤波器发挥作用。例如,微波炉的金属网带有的窗具有使作为高频的可见光通过并且屏蔽微波炉中使用的微波的性质。此时,当将贯穿孔的孔径设为Φ、将电磁波的波长设为λ时,作为满足Φ<λ的关系的长波长成分不会通过,且Φ>λ的短波长成分会透射的滤波器发挥作用。
在此,考虑对辐射热的响应。辐射热是指根据物体温度而从物体发射远红外线,并且该远红外线被传递到其他物体的传热机构。已知根据维恩辐射定律(Wien's radiationlaw),室温程度的环境下的辐射热以λ=10μm为中心而分布,并且在长波长侧直至其3倍左右的波长(直至30μm),有效地有助于通过辐射而传递热。如果考虑上述高通滤波器的孔径Φ与波长λ之间的关系,则当Φ=20μm时较强地屏蔽λ>20μm的成分,而当Φ=50μm时成为Φ>λ的关系,从而导致辐射热通过贯穿孔而行进。即,孔径Φ为数10μm,因此根据孔径Φ的不同,辐射热的行进性能较大改变,得知孔径Φ即平均开口直径越小,越作为辐射热截止滤波器而发挥作用。因此,从作为防止由辐射热引起的传热的隔热材料的观点考虑,形成于膜的贯穿孔的平均开口直径优选为20μm以下。
另一方面,当隔音结构整体需要透明性时,可以使用能够制成为透明的树脂材料或玻璃材料。例如,PET薄膜在树脂材料中杨氏模量比较高、容易获得且透明性也高,因此能够形成贯穿孔且制成合适的膜。
并且,膜根据其材料而适当地进行表面处理(镀覆处理、氧化被膜处理、表面涂敷(氟、陶瓷)等),由此能够提高膜的耐久性。例如,使用铝作为膜的材料时,通过进行铝阳极化处理(阳极氧化处理)或勃姆石处理,能够在表面形成氧化被膜。通过在表面形成氧化被膜,能够提高耐腐蚀性、耐磨耗性以及耐划伤性等。并且,通过调整处理时间而调整氧化被膜的厚度,由此能够进行由光学干涉引起的色调的调整。
并且,能够对膜实施着色、装饰、点缀以及设计等。作为实施这些的方法,根据膜的材质或表面处理的状态来选择适当的方法即可。例如,能够使用利用了喷墨法的印刷等。并且,当使用铝作为膜的材料时,通过进行彩色铝阳极化处理,能够进行耐久性高的着色。彩色铝阳极化处理指在表面上进行铝阳极化处理之后,使染料渗透,然后对表面进行封口处理的处理。据此,能够制成金属光泽的有无和颜色等设计性高的膜。并且,通过在形成贯穿孔之后进行铝阳极化处理,仅在铝部分形成阳极氧化被膜,因此能够在不会导致染料覆盖贯穿孔且吸音特性不会下降的情况下进行装饰。
通过结合上述铝阳极化处理,能够附着各种颜色和设计。
并且,也可以是框架14和膜16由相同材质形成,并且一体形成的结构。
框架14与膜16成为一体的结构能够通过压缩成型、注射成型、压印、刮削加工、以及使用了三维形状成型(3D)打印机的加工方法等简单的工序来制作。
<铝基材>
被用作膜的铝基材并没有特别限定,例如能够使用JIS标准H4000中记载的合金号1085、1N30、3003等公知的铝基材。另外,铝基材是以铝为主成分且含有微量的异元素的合金板。
作为铝基材的厚度,并没有特别限定,优选为5μm~1000μm,更优选为5μm~200μm,尤其优选为10μm~100μm。
<具有多个贯穿孔的膜的制造方法>
接着,对于具有多个贯穿孔的膜的制造方法,以使用铝基材的情况为例来进行说明。
使用了铝基材的膜的制造方法具有如下工序:
被膜形成工序,在铝基材的表面上形成以氢氧化铝为主成分的被膜;
贯穿孔形成工序,在被膜形成工序之后,通过进行贯穿孔形成处理而形成贯穿孔;以及
被膜去除工序,在贯穿孔形成工序之后去除氢氧化铝被膜。
通过具有被膜形成工序、贯穿孔形成工序以及被膜去除工序,能够较佳地形成平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
接着,利用图14A~图14E,对具有多个贯穿孔的膜的制造方法的各工序进行说明,之后对各工序进行详细说明。
图14A~图14E是表示使用了铝基材的膜的制造方法的优选实施方式的一例的示意性剖视图。
如图14A~图14E所示,膜的制造方法具有如下工序:被膜形成工序(图14A和图14B),对铝基材11的一个主面实施被膜形成处理而形成氢氧化铝被膜13;贯穿孔形成工序(图14B和图14C),在被膜形成工序之后,实施电解溶解处理而形成贯穿孔17,并在铝基材11和氢氧化铝被膜13上形成贯穿孔;以及被膜去除工序(图14C和图14D),在贯穿孔形成工序之后,去除氢氧化铝被膜13并制作具有贯穿孔17的膜16。
并且,膜的制造方法优选具有粗糙化处理工序(图14D和图14E),该工序中,在被膜去除工序之后,对具有贯穿孔17的膜16实施电化学粗糙化处理,从而使膜16的表面粗糙化。
氢氧化铝被膜上容易形成小孔,因此在形成氢氧化铝被膜的被膜形成工序之后,在贯穿孔形成工序中实施电解溶解处理而形成贯穿孔,由此能够形成平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
〔被膜形成工序〕
本发明中,板状部件的制造方法所具有的被膜形成工序是对铝基材的表面实施被膜形成处理而形成氢氧化铝被膜的工序。
<<被膜形成处理>>
上述被膜形成处理并没有特别限定,例如能够实施与现有公知的氢氧化铝被膜的形成处理相同的处理。
作为被膜形成处理,例如能够适当地采用日本特开2011-201123号公报的[0013]~[0026]段中记载的条件和装置。
本发明中,被膜形成处理的条件根据所使用的电解液而发生各种变化,因此无法同样地确定,通常合适的是电解液浓度为1~80质量%、液温为5~70℃、电流密度为0.5~60A/dm2、电压为1~100V、电解时间为1秒~20分钟,并且被调整为所希望的被膜量。
本发明中,作为电解液,优选使用硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、草酸或这些酸中的两种以上的混合酸来进行电化学处理。
当在含有硝酸、盐酸的电解液中进行电化学处理时,可以在铝基材与反电极之间施加直流电,也可以施加交流电。当对铝基材施加直流电时,电流密度优选为1~60A/dm2,更优选为5~50A/dm2。当连续地进行电化学处理时,优选通过经由电解液向铝基材供电的液体供电方式。
本发明中,通过被膜形成处理形成的氢氧化铝被膜的量优选为0.05~50g/m2,更优选为0.1~10g/m2
〔贯穿孔形成工序〕
贯穿孔形成工序是在被膜形成工序之后实施电解溶解处理而形成贯穿孔的工序。
<<电解溶解处理>>
上述电解溶解处理并没有特别限定,能够使用直流电或交流电,并且能够在电解液中使用酸性溶液。其中,优选使用硝酸、盐酸中的至少一个以上的酸来进行电化学处理,进一步优选除了这些酸以外,还使用硫酸、磷酸、草酸中的至少一个以上的混合酸来进行电化学处理。
本发明中,作为电解液的酸性溶液除了上述酸以外,还能够使用记载于美国专利第4,671,859号、美国专利第4,661,219号、美国专利第4,618,405号、美国专利第4,600,482号、美国专利第4,566,960号、美国专利第4,566,958号、美国专利第4,566,959号、美国专利第4,416,972号、美国专利第4,374,710号、美国专利第4,336,113号、美国专利第4,184,932号这些各说明书等中的电解液。
酸性溶液的浓度优选为0.1~2.5质量%,尤其优选为0.2~2.0质量%。并且,酸性溶液的液温优选为20~80℃,更优选为30~60℃。
并且,以上述酸为主体的水溶液能够通过向浓度为1~100g/L的酸的水溶液中以从1g/L到饱和的范围添加如下化合物中的至少一种来使用,该化合物为硝酸铝、硝酸钠、硝酸铵等具有硝酸离子的硝酸化合物、氯化铝、氯化钠、氯化铵等具有盐酸离子的盐酸化合物、硫酸铝、硫酸钠、硫酸铵等具有硫酸离子的硫酸化合物。
并且,以上述酸为主体的水溶液中也可以溶解有铁、铜、锰、镍、钛、镁、二氧化硅等铝合金中所含的金属。优选使用向酸的浓度为0.1~2质量%的水溶液中以铝离子成为1~100g/L的方式添加氯化铝、硝酸铝、硫酸铝等而成的溶液。
电化学溶解处理中主要使用直流电流,而当使用交流电流时,其交流电源波并没有特别限定,可使用正弦波、矩形波、梯形波、三角波等,其中,优选矩形波或梯形波,尤其优选梯形波。
(硝酸电解)
本发明中,通过使用了以硝酸为主体的电解液的电化学溶解处理(以下,还简称为“硝酸溶解处理”。),能够容易地形成平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
在此,从容易控制形成贯穿孔的溶解点的理由考虑,优选硝酸溶解处理为使用直流电流,在将平均电流密度设为5A/dm2以上、且将电量设为50C/dm2以上的条件下实施的电解处理。另外,平均电流密度优选为100A/dm2以下,电量优选为10000C/dm2以下。
并且,硝酸电解中的电解液的浓度和温度并没有特别限定,能够使用高浓度例如硝酸浓度为15~35质量%的硝酸电解液在30~60℃的条件下进行电解,或者使用硝酸浓度为0.7~2质量%的硝酸电解液在高温例如80℃以上的条件下进行电解。
并且,能够使用在上述硝酸电解液中混合浓度为0.1~50质量%的硫酸、草酸、磷酸中的至少一种而成的电解液来进行电解。
(盐酸电解)
本发明中,通过使用了以盐酸为主体的电解液的电化学溶解处理(以下,还简称为“盐酸溶解处理”。),也能够容易地形成平均开口直径为1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
在此,从容易控制形成贯穿孔的溶解点的理由考虑,优选盐酸溶解处理为使用直流电流,在将平均电流密度设为5A/dm2以上、且将电量设为50C/dm2以上的条件下实施的电解处理。另外,平均电流密度优选为100A/dm2以下,电量优选为10000C/dm2以下。
并且,盐酸电解中的电解液的浓度和温度并没有特别限定,能够使用高浓度例如盐酸浓度为10~35质量%的盐酸电解液在30~60℃的条件下进行电解,或者使用盐酸浓度为0.7~2质量%的盐酸电解液在高温例如80℃以上的条件下进行电解。
并且,能够使用在上述盐酸电解液中混合浓度为0.1~50质量%的硫酸、草酸、磷酸中的至少一种而成的电解液来进行电解。
〔被膜去除工序〕
被膜去除工序是通过进行化学溶解处理而去除氢氧化铝被膜的工序。
上述被膜去除工序例如能够通过实施后述酸蚀刻处理或碱蚀刻处理来去除氢氧化铝被膜。
<<酸蚀刻处理>>
上述溶解处理是使用比铝优先溶解氢氧化铝的溶液(以下,称为“氢氧化铝溶解液”。)来溶解氢氧化铝被膜的处理。
在此,作为氢氧化铝溶解液,例如优选为含有选自由硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、草酸、铬化合物、锆类化合物、钛类化合物、锂盐、铈盐、镁盐、氟硅酸钠、氟化锌、锰化合物、钼化合物、镁化合物、钡化合物及卤素单质组成的组中的至少一种的水溶液。
具体而言,作为铬化合物,例如可举出氧化铬(III)、铬酸酐(VI)等。
作为锆类化合物,例如可举出氟化锆铵、氟化锆、氯化锆。
作为钛化合物,例如可举出氧化钛、硫化钛。
作为锂盐,例如可举出氟化锂、氯化锂。
作为铈盐,例如可举出氟化铈、氯化铈。
作为镁盐,例如可举出硫化镁。
作为锰化合物,例如可举出高锰酸钠、高锰酸钾。
作为钼化合物,例如可举出钼酸钠。
作为镁化合物,例如可举出氟化镁五水合物。
作为钡化合物,例如可举出氧化钡、乙酸钡、碳酸钡、氯酸钡、氯化钡、氟化钡、碘化钡、乳酸钡、草酸钡、过氯酸钡、硒酸钡、亚硒酸钡、硬脂酸钡、亚硫酸钡、钛酸钡、氢氧化钡、硝酸钡或它们的水合物等。
上述钡化合物中,优选氧化钡、乙酸钡、碳酸钡,尤其优选氧化钡。
作为卤素单质,例如可举出氯、氟、溴。
其中,优选上述氢氧化铝溶解液为含有酸的水溶液,作为酸,可举出硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、草酸等,也可以是两种以上的酸的混合物。
作为酸浓度,优选为0.01mol/L以上,更优选为0.05mol/L以上,进一步优选为0.1mol/L以上。虽然没有特别的上限,但通常优选为10mol/L以下,更优选为5mol/L以下。
通过使形成有氢氧化铝被膜的铝基材与上述溶解液接触而进行溶解处理。接触方法并没有特别限定,例如可举出浸渍法、喷雾法。其中,优选浸渍法。
浸渍法是将形成有氢氧化铝被膜的铝基材浸渍于上述溶解液中的处理。若在浸渍处理时进行搅拌,则可以进行没有不均的处理,因此优选。
浸渍处理的时间优选为10分钟以上,更优选为1小时以上,进一步优选为3小时以上、5小时以上。
<<碱蚀刻处理>>
碱蚀刻处理是通过使上述氢氧化铝被膜与碱溶液接触而溶解表层的处理。
作为碱溶液中使用的碱,例如可举出苛性碱、碱金属盐。具体而言,作为苛性碱,例如可举出氢氧化钠(苛性钠)及苛性钾。并且,作为碱金属盐,例如可举出偏硅酸钠、硅酸钠、偏硅酸钾及硅酸钾等碱金属硅酸盐;碳酸钠及碳酸钾等碱金属碳酸盐;铝酸钠及铝酸钾等碱金属铝酸盐;葡萄糖酸钠及葡萄糖酸钾等碱金属醛糖酸盐;磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸三钠及磷酸三钾等碱金属磷酸氢盐。其中,从蚀刻速度快的观点和廉价的观点考虑,优选苛性碱的溶液、以及含有苛性碱和碱金属铝酸盐这两者的溶液。尤其优选氢氧化钠的水溶液。
碱溶液的浓度优选为0.1~50质量%,更优选为0.2~10质量%。当在碱溶液中溶解有铝离子时,铝离子的浓度优选为0.01~10质量%,更优选为0.1~3质量%。碱溶液的温度优选为10~90℃。处理时间优选为1~120秒。
作为使氢氧化铝被膜与碱溶液接触的方法,例如可举出使形成有氢氧化铝被膜的铝基材通过加入有碱溶液的槽中的方法、将形成有氢氧化铝被膜的铝基材浸渍于加入有碱溶液的槽中的方法、以及将碱溶液喷洒在形成有氢氧化铝被膜的铝基材的表面(氢氧化铝被膜)的方法。
〔粗糙化处理工序〕
本发明中,膜的制造方法可具有的任意的粗糙化处理工序是对去除了氢氧化铝被膜的铝基材实施电化学粗糙化处理(以下,还简称为“电解粗糙化处理”。),并对铝基材的表面及背面进行粗糙化的工序。
另外,上述实施方式中,设为在形成贯穿孔之后进行粗糙化处理的结构,但并不限定于此,也可以设为在粗糙化处理之后形成贯穿孔的结构。
本发明中,通过使用了以硝酸为主体的电解液的电化学粗糙化处理(以下,还简称为“硝酸电解”。),能够容易地对表面进行粗糙化。
或者,通过使用了以盐酸为主体的电解液的电化学粗糙化处理(以下,还简称为“盐酸电解”。)也能够进行粗糙化。
〔金属包覆工序〕
本发明中,从能够将通过上述电解溶解处理形成的贯穿孔的平均开口直径调整到0.1μm~20μm左右的小范围内的理由考虑,优选膜的制造方法具有金属包覆工序,该工序中,在上述被膜去除工序之后,用除铝以外的金属包覆至少包含贯穿孔的内壁的铝基材的一部分或全部表面。
在此,“用除铝以外的金属包覆至少包含贯穿孔的内壁的铝基材的一部分或全部表面”是表示包含贯穿孔的内壁的铝基材的整个表面中,至少贯穿孔的内壁被包覆,可以包覆除内壁以外的表面,也可以包覆一部分或全部表面。
金属包覆工序是对具有贯穿孔的铝基材例如实施后述置换处理和镀覆处理的工序。
<<置换处理>>
上述置换处理是在至少包含贯穿孔的内壁的铝基材的一部分或全部表面上置换镀覆锌或锌合金的处理。
作为置换镀液,例如可举出120g/L氢氧化钠、20g/L氧化锌、2g/L结晶氯化铁、50g/L罗谢尔盐、1g/L硝酸钠的混合溶液等。
并且,可使用市售的Zn或Zn合金镀液,例如能够使用由OKUNO CHEMICALINDUSTRIES CO.,LTD.制造的SUBSTAR Zn-1、Zn-2、Zn-3、Zn-8、Zn-10、Zn-111、Zn-222、Zn-291等。
铝基材在这种置换镀液中的浸渍时间优选为15秒~40秒,浸渍温度优选为20~50℃。
<<镀覆处理>>
通过上述置换处理,当在铝基材的表面置换镀覆锌或锌合金而形成锌被膜时,例如优选在通过后述非电解电镀将锌被膜置换为镍之后,实施通过后述电解电镀析出各种金属的镀覆处理。
(非电解电镀处理)
作为非电解电镀处理中使用的镍镀液,能够广泛使用市售品,例如可举出含有30g/L硫酸镍、20g/L次磷酸钠、50g/L柠檬酸铵的水溶液等。
并且,作为镍合金镀液,可举出磷化合物成为还原剂的Ni-P合金镀液或硼化合物成为还原剂的Ni-B镀液等。
在这种镍镀液或镍合金镀液中的浸渍时间优选为15秒~10分钟,浸渍温度优选为30℃~90℃。
(电解电镀处理)
作为电解电镀处理,例如在电镀Cu时的电镀液例如可举出如下电镀液,即,在纯水中添加60~110g/L硫酸Cu、160~200g/L硫酸以及0.1~0.15mL/L盐酸,而且将由OKUNOCHEMICAL INDUSTRIES CO.,LTD.制造的1.5~5.0mL/L TOP LUCINA SF基质WR、0.5~2.0mL/L TOP LUCINA SF-B以及3.0~10mL/L TOP LUCINA SF整平剂作为添加剂而添加的电镀液。
在这种铜镀液中的浸渍时间基于Cu膜的厚度,因此并没有特别限定,例如当附着2μm的Cu膜,优选以2A/dm2的电流密度浸渍约5分钟,浸渍温度优选为20℃~30℃。
〔水洗处理〕
本发明中,优选在上述各处理的工序结束之后进行水洗。水洗时能够使用纯水、井水、自来水等。为了防止处理液进入下一工序,可以使用夹持装置。
对于这种隔音结构的制造,可以使用切片状的铝基材进行制造,也可以通过卷对卷(Roll to Roll,以下还称为RtoR)方式进行。
众所周知,RtoR是指从卷绕长的原材料制成的卷材中提取原材料,一边沿长边方向输送一边进行表面处理等各种处理,并将处理过的原材料再次卷绕成卷状的制造方法。
在如上述那种铝基材上形成贯穿孔的制造方法能够根据RtoR容易且有效地形成20μm左右的贯穿孔。
并且,贯穿孔的形成方法并不限定于上述方法,根据膜的形成材料等以公知的方法进行即可。
例如,当使用PET薄膜等树脂薄膜作为膜时,能够通过激光加工等吸收能量的加工方法或冲孔、针加工等通过物理接触进行的机械加工方法来形成贯穿孔。
在此,图1所示的例子中,设为将具有三个隔音单元18的一个隔音结构20配置在筒状部件22的开口22a内的结构,但并不限定于此,也可以设为将两个以上的隔音结构20配置在筒状部件22的开口22a内的结构。
图15所示的筒状结构10具有将两个具有一个隔音单元18的隔音结构20配置在筒状部件22的开口22a内的结构。如图15所示,两个隔音结构20相互分开配置在开口22a的轴向(与开口截面垂直的方向)上。
另外,两个以上的隔音结构20的排列方向并没有限定,可以排列在与开口22a的轴向正交的方向上,或者也可以无规地进行配置。
并且,两个隔音结构20之间的距离并没有限定,但如图15所示,两个隔音结构20之间的距离L1优选为框架14的宽度W1的两倍以上。
如上所述,认为在本发明的隔音结构中,框架回绕声场并在膜的两个面侧具有压力差,由此制作通过贯穿孔内的声场。也就是说,框架起到干扰声场的作用。当连结有隔音单元时,由框架部分引起的声场的干扰能够影响第一个隔音单元,也影响第二个以后的隔音单元。
但是,例如,当将两个隔音结构排列配置在与开口截面垂直的方向上时,由于声场在两个隔音结构之间的间隙回绕而导致行进方向发生变化,因此有时对第二个隔音结构的隔音单元的影响变小。因此,通过将两个隔音结构20之间的距离L1分开配置为隔音单元的宽度(框架的宽度)W1的两倍以上,由衍射引起的声场充分地返回到原始状态,由第二个隔音结构的框架部分引起的声场的干扰成为与连结状态相同的状态。由此,能够充分地显现由第二个隔音结构产生的吸音效果。
并且,当将隔音结构配置在开口部件的开口内时,优选为设置有隔音结构的膜一侧的面不与开口部件等其他结构接触的状态。进一步优选为框架的框架孔部的开口面不与开口部件及其他结构接触的状态。
通过设为设置有膜的面和框架孔部的开口面不与开口部件等其他结构接触的状态,并且配置成不会被开口部件等其他结构堵塞,能够使声音适当地通过膜的贯穿孔,从而能够充分地显现吸音效果。
以下,对能够与具有本发明的隔音结构的隔音部件进行组合的结构部件的物性或特性进行说明。
[阻燃性]
当使用具有本发明的隔音结构的隔音部件作为建材或设备内隔音材料时,要求其为阻燃性。
因此,膜优选阻燃性的膜。作为膜,例如可使用作为阻燃性PET薄膜的Lumirror(注册商标)非卤素阻燃型ZV系列(TORAY INDUSTRIES,INC.制造)、Teijin Tetoron(注册商标)UF(TEIJIN LIMITED制造)和/或作为阻燃性聚酯类薄膜的DIALAMY(注册商标)(MitsubishiPlastics,Inc.制造)等。
并且,框架也优选为阻燃性的材质,可举出铝、镍、钨及铜等金属、陶瓷等无机材料、玻璃材料、阻燃性聚碳酸酯(例如,PCMUPY610(Takiron Co.,Ltd.制造))和/或阻燃性丙烯酸(例如,ACRYLITE(注册商标)FR1(Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制造))等阻燃性塑料等。
进而,将膜固定在框架上的方法也优选通过阻燃性粘合剂(ThreeBond 1537系列(ThreeBond Holdings Co.,Ltd.制造))、焊锡的粘合方法或用两个框架夹紧固定膜等机械固定方法。
[耐热性]
伴随环境温度的变化,有可能由于本发明的隔音结构的结构部件的膨胀伸缩而使隔音特性发生变化,因此构成该结构部件的材质优选耐热性尤其低热收缩的材质。
膜例如优选使用TeijinTetoron(注册商标)薄膜SLA(Teijin DuPont Films Co.,Ltd.制造)、PEN薄膜Teonex(注册商标)(Teijin DuPont Films Co.,Ltd.制造)和/或Lumirror(注册商标)非退火低收缩型(TORA YINDUSTRIES,INC.制造)等。并且,通常还优选使用热膨胀系数比塑料材料小的铝等金属膜。
并且,作为框架,优选使用聚酰亚胺树脂(TECASINT4111(Enzinger Japan Co.,Ltd.制造))和/或玻璃纤维增强树脂(TECAPEEK GF30(Enzinger Japan Co.,Ltd.制造))等耐热塑料,和/或铝等金属或陶瓷等无机材料或玻璃材料。
进而,粘合剂也优选使用耐热粘合剂(TB3732(ThreeBond Holdings Co.,Ltd.制造)、超耐热单成分收缩型RTV有机硅粘合密封材料(Momentive Performance MaterialsJapan Ltd.制造)和/或耐热性无机粘合剂Aron Ceramic(注册商标)(TOAGOSEI CO.,LTD.制造)等)。将这些粘合剂涂布于膜或框架上时,优选能够通过设为1μm以下的厚度来降低膨胀收缩量。
[耐候性/耐光性]
当具有本发明的隔音结构的隔音部件配置在室外或光线照射的场所时,结构部件的耐侯性成为问题。
因此,作为膜,优选使用特殊聚烯烃薄膜(ARTPLY(注册商标)(MitsubishiPlastics,Inc.制造))、丙烯酸树脂薄膜(ACRYPRENE(Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制造))和/或Scotchcal Film(商标)(3M company制造)等耐侯性薄膜。
并且,作为框架部件,优选使用聚氯乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯(亚克力)等耐侯性高的塑料或铝等金属、陶瓷等无机材料和/或玻璃材料。
进而,粘合剂也优选使用环氧树脂类粘合剂和/或DRY FLEX(Repair CareInternational制造)等耐侯性高的粘合剂。
关于耐湿性,也优选适当选择具有高耐湿性的膜、框架以及粘合剂。关于吸水性、耐化学性,也优选适当选择适当的膜、框架以及粘合剂。
[尘埃]
在长期的使用过程中,尘埃会附着于膜表面,有可能影响本发明的隔音结构的隔音特性。因此,优选防止尘埃的附着或去除所附着的尘埃。
作为防止尘埃的方法,优选使用难以附着尘埃的材质的膜。例如,通过使用导电性薄膜(FLECRIA(注册商标)(TDK Corporation制造)和/或NCF(NAGAOKA SANGYO CO.,LTD.制造))等,使膜不带电,由此能够防止由带电引起的尘埃的附着。并且,通过使用氟树脂薄膜(DI-NOCFILM(商标)(3M company制造))和/或亲水性薄膜(MIRACLEAN(Lifeguard,Inc.制造)、RIVEX(RikenTechnosCorp.制造)和/或SH2CLHF(3M company制造)),也能够抑制尘埃的附着。而且,通过使用光催化薄膜(Laclean(Kimoto Co.,Ltd.制造)),也能够防止膜的污染。通过将包含这些具有导电性、亲水性和/或光催化性的喷雾和/或氟化合物的喷雾涂布于膜上,也能够得到相同的效果。
除了如上述那样使用特殊的膜以外,通过在膜上设置盖,也能够防止污染。作为盖,可使用具有薄膜材料(SARAN WRAP(注册商标)等)、尘埃无法通过的大小的网眼的网布、无纺布、聚氨酯、气凝胶、多孔状薄膜等。
例如,如图45和图46分别所示的隔音部件30a、和30b,在膜16上以规定的距离分开覆盖膜的方式配置盖32,由此能够防止风或尘埃直接撞击到膜16上。另外,盖优选固定在至少一部分框架上。并且,大网眼的网布等具有间隙的盖也可以使用喷雾胶等直接粘贴配置在膜上。由此,膜变得很难破裂。
作为去除所附着的尘埃的方法,能够通过发射膜的共振频率的声音并强烈地振动膜来去除尘埃。并且,通过使用鼓风机或擦拭也能够得到相同的效果。
[风压]
当强风吹到膜时,膜成为被挤压的状态,有可能使共振频率发生变化。因此,通过在膜上覆盖无纺布、聚氨酯和/或薄膜等,能够抑制风的影响。与上述尘埃的情况相同地,如图45、和图46分别所示的隔音部件30a、和30b那样,优选在膜16上设置盖32,并且以风不会直接撞击到膜16上的方式进行配置。
并且,如图47所示的隔音部件30c那样,在膜相对于声波倾斜的结构中,优选将防止风W直接撞击膜16的防风框架34设置于膜16的上部。
而且,作为最优选的风尘的形态,如图48所示那样在膜16上设置盖32,并用防风框架34包围以使它们之间被封闭,由此既能防止从与膜16垂直的方向撞击的风,也能防止从平行方向撞击的风。
而且,如图49所示的隔音部件30d那样,为了抑制由于在隔音部件侧面阻挡风W而产生的紊流所造成的影响(对膜的风压、风噪声),优选在隔音部件侧面设置对风W进行整流的整流板等整流机构35。
[组单元的组合]
如上所述,当具有多个隔音单元时,可以是由连续有多个框架14的一个框体构成的结构,或者也可以是具有多个作为单位组单元的隔音单元的结构,该单位组单元具有一个框架以及安装在该框架上的一片膜。即,具有本发明的隔音结构的隔音部件未必一定要由一个连续的框体构成,也可以是具有如下结构的隔音单元,该结构具有框架结构以及安装在该框架结构上的膜结构作为单位组单元,也能够单独使用这种单位组单元或连结使用多个单位组单元。
作为多个单位组单元的连结方法,在之后进行说明,可以在框体部安装组合Magictape(注册商标)、磁铁、按钮、吸盘和/或凹凸部,也可以使用胶带等来连结多个单位组单元。
[配置]
为了能够将具有本发明的隔音结构的隔音部件在壁等上简单地进行安装或拆下,优选隔音部件中安装有由磁性材料、Magic tape(注册商标)、按钮、吸盘等构成的折装机构。例如,可以如图50所示,在隔音部件(隔音单元组)30e的框体的外侧的框架14的底面安装有折装机构36,将安装在隔音部件30e的折装机构36安装在开口部件22内,并将隔音部件30e配置在筒状部件22内,也可以如图51所示,将安装在隔音部件30e的折装机构36从筒状部件22拆下,并使隔音部件30e从筒状部件22脱离。
并且,在将共振频率不同的各隔音单元进行组合,例如如图52所示,将隔音单元31a、31b以及31c分别进行组合并且对隔音部件30f的隔音特性进行调整时,优选在各隔音单元31a、31b以及31c上安装有磁性材料、Magic tape(注册商标)、按钮、吸盘等折装机构40,以便容易组合隔音单元31a、31b以及31c。
并且,也可以在隔音单元设置凹凸部,例如如图53所示,在隔音单元31d设置凸部42a,且在隔音单元31e设置凹部42b,并将这些凸部42a和凹部42b进行啮合来进行隔音单元31d和隔音单元31e的折装。只要能够组合多个隔音单元,则也可以在一个隔音单元中设置凸部和凹部这两者。
进而,也可以将上述图52所示的折装机构40和图53所示的凸部42a和凹部42b进行组合来进行隔音单元的拆装。
[框架的机械强度]
随着具有本发明的隔音结构的隔音部件的尺寸增大,框架变得容易振动,相对于膜振动,作为固定端的功能下降。因此,优选增加框架的高度来提高框架刚性。但是,若增加框架的厚度,则隔音部件的质量增加,重量轻这一本隔音部件的优点降低。
因此,为了维持高刚性的同时减少质量的增加,优选在框架上形成孔或槽。例如,对于图54所示的隔音单元44的框架46,通过使用图55中以侧视图的形式显示的桁架结构,能够兼顾高刚性和轻量化。或者对于图56所示的隔音单元48的框架50,通过使用图57中作为图56的A-A线向视图显示的框架结构,能够兼顾高刚性和轻量化。
并且,例如,如图58~图60所示,通过针对每个隔音单元54改变或组合框架的高度,能够确保高刚性且实现轻量化。如具有图58所示的本发明的隔音结构的隔音部件52那样,如作为用B-B线切断了图58所示的隔音部件52的截面示意图的图59所示,对于由36个隔音单元54的多个框架56构成的框体58的两个外侧以及中央的框架部件58a,使其厚度比其他部分的框架部件58b厚,在图59所示的例子中加厚两倍以上。如作为用与B-B线正交的C-C线切断的截面示意图的图60所示,在正交方向上也相同地,对于框体58的两个外侧以及中央的框架部件58a,使其厚度比其他部分的框架部件58b厚,在图59所示的例子中加厚两倍以上。
通过这样,能够兼顾高刚性化和轻量化。
另外,上述图45~图60中,省略了形成于各膜16的贯穿孔的图示。
并且,本发明的隔音结构例如如具有图16所示的本发明的隔音结构的隔断部件那样,也能够用作配置在住宅、大厦以及工厂等的房间等空间61内的隔音壁或隔音分区62。在此,隔音壁或隔音分区(间壁)可以是固定在空间61内例如地板上的固定壁或固定分区,也可以是能够在空间61内例如地板上移动的可动壁或可动分区。
图16所示的隔音分区62在成为开口部件的分区的框体64的开口64a内并列配置有四个隔音结构20。
并且,当用作隔断部件时,并不限定于在具有开口的框体的开口内配置隔音结构的结构。
例如,图17所示的隔音分区70具有在分区主体72的上端侧并列配置有四个隔音结构20的结构。各隔音结构20配置成膜面与分区主体72的最大面大致在同一面上。
这样,即使在设为分区主体72的上端侧配置隔音结构20的结构的情况下,通过以隔音结构20的膜16的膜面的垂线方向z相对于声源P的方向q倾斜的方式设置隔音分区70,也能够进行隔音。
除了上述以外,本发明的隔音结构还能够用作如下隔音部件。
例如,作为具有本发明的隔音结构的隔音部件,可举出:
建材用隔音部件:作为建材用途而使用的隔音部件;
空调设备用隔音部件:设置在换气口、空调用管道等上,且防止来自外部的噪声的隔音部件;
外部开口部用隔音部件:设置在房间的窗户上,且防止来自室内或室外的噪声的隔音部件;
天花板用隔音部件:设置在室内的天花板上,且控制室内的声音的隔音部件;
地板用隔音部件:设置在地板上,且控制室内的声音的隔音部件;
内部开口部用隔音部件:设置在室内的门、拉门部分,且防止来自各房间的噪声的隔音部件;
卫生间用隔音部件:设置在卫生间内或门(室内外)部,且防止来自卫生间的噪声的隔音部件;
阳台用隔音部件:设置在阳台上,且防止来自自家阳台或相邻阳台的噪声的隔音部件;
室内调音用部件:用于控制房间的声音的隔音部件;
简单隔音室部件:能够简单组装,且移动也简单的隔音部件;
宠物用隔音室部件:包围宠物的房间而防止噪声的隔音部件;
娱乐设施:设置在游戏中心、体育中心、音乐厅、电影院的隔音部件;
施工现场的临时围墙用隔音部件:覆盖施工现场来防止噪声向周围泄漏的隔音部件;
隧道用的隔音部件:设置在隧道内,且防止泄漏于隧道内部和外部的噪声的隔音部件;等。
以上,例举出关于本发明的隔音结构、筒状结构、窗部件以及隔断部件的各种实施方式进行了详细说明,但本发明并不限定于这些实施方式,当然在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种改良或变更。
实施例
以下,根据实施例对本发明进一步进行详细说明。以下实施例所示的材料、使用量、比例、处理内容、处理步骤等,在不脱离本发明的宗旨的范围内,能够适当进行变更。因此,本发明的范围并不应被以下所示的实施例限定性地解释。
[实施例1]
<具有贯穿孔的膜的制作>
对平均厚度为20μm、大小为210mm×297mm(A4尺寸)的铝基材(JIS H-4160、合金号:1N30-H、铝纯度:99.30%)的表面实施以下所示的处理,从而制作了具有多个贯穿孔17的膜16。
(a1)氢氧化铝被膜形成处理(被膜形成工序)
使用温度保持在50℃的电解液(硝酸浓度为10g/L、硫酸浓度为6g/L、铝浓度为4.5g/L、流量为0.3m/s),将上述铝基材作为阴极,并在电量总和为1000C/dm2的条件下实施了20秒钟的电解处理,从而在铝基材上形成了氢氧化铝被膜。另外,用直流电源进行了电解处理。电流密度设为50A/dm2
在氢氧化铝被膜形成后,通过喷雾器进行了水洗。
(b1)电解溶解处理(贯穿孔形成工序)
接着,使用温度保持在50℃的电解液(硝酸浓度为10g/L、硫酸浓度为6g/L、铝浓度为4.5g/L、流量为0.3m/s),将铝基材作为阳极,并在电量总和为600C/dm2的条件下实施了24秒钟的电解处理,从而在铝基材和氢氧化铝被膜上形成了贯穿孔。另外,用直流电源进行了电解处理。电流密度设为25A/dm2
在贯穿孔的形成后,通过喷雾器进行水洗并使其干燥。
(c1)氢氧化铝被膜的去除处理(被膜去除工序)
接着,将电解溶解处理后的铝基材在氢氧化钠浓度为50g/L、铝离子浓度为3g/L的水溶液(液温35℃)中浸渍32秒钟之后,在硝酸浓度为10g/L、铝离子浓度为4.5g/L的水溶液(液温50℃)中浸渍40秒钟,从而溶解并去除了氢氧化铝被膜。
然后,通过喷雾器进行水洗并使其干燥,从而制作了具有多个贯穿孔17的膜16。
测定了制作出的膜的贯穿孔的平均开口直径和平均开口率的结果,平均开口直径为24μm,平均开口率为5.3%。
并且,使用AFM(Hitachi High-Tech Science Corporation制造的SPA300)测定了制作出的膜的贯穿孔的内壁面的表面形状。使用OMCL-AC200TS并通过DFM(Dynamic ForceMode)模式测定了悬臂。
将结果示于图18。
并且,图19中示出拍摄了贯穿孔的内壁面的SEM照片的图。
从图18和图19得知贯穿孔的内壁面被粗糙化。并且,Ra为0.18(μm)。此时的比表面积为49.6%。
<框架的制作>
对亚克力板进行加工,从而利用20mm×20mm×20mm的立方体制作了框架14,该框架14具有边长为16mm的正方形形状的框架孔部12。框架孔部12贯穿。即,形成有框架孔部12的面的外形为20mm×20mm,并且框架孔部12的贯穿方向的框架14的高度为20mm。框架14的框架壁厚为2mm。
<隔音单元的制作>
根据框架14的外形尺寸,将制作出的膜16切取成20mm×20mm的大小,使用NITTODENKO CORPORATION制造的双面胶,覆盖框架14的框架孔部12的一个端面并将膜16固定在框架14,从而制作了隔音单元18。
以下说明中,将在该框架孔部12的一个端面固定有膜16的结构称为隔音单元A。
<隔音结构的制作>
以各隔音单元A的膜16在同一面上的方式将三个隔音单元A朝向相同方向,用胶带固定框架14部分,从而制作了由串联排列的三个隔音单元构成的实施例1的隔音结构。
[评价]
<声学特性>
在丙烯酸制成的自制声管中使用四个麦克风并通过传递函数法测定了制作出的隔音结构的声学特性。该方法依据“ASTM E2611-09:基于传递矩阵法测量声学材料的正常发声声行进的标准测试方法(Standard Test Method for Measurement of NormalIncidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the TransferMatrix Method)”。该测定法例如是与使用了由Nihon Onkyo Engineering Co.,Ltd.提供的WinZac的四个麦克风测定法相同的测定原理。通过该方法,能够在宽的光谱频带中测定传声损失。尤其,通过同时测定透射率和反射率,并将吸收率作为1-(透射率+反射率)而求出,从而还准确地测定了样品的吸收率。在100Hz~4000Hz的范围内进行了传声损失测定。声管的内径为40mm,能够充分地测定至4000Hz以上。
将隔音结构配置在声管内,并测定了垂直声学透射率、反射率以及吸收率。另外,以下说明中,还将垂直声学透射率、反射率以及吸收率统称为声学特性。另外,隔音结构配置成膜面与声管的轴向平行。
将测定结果示于图20。得知吸收率的比例随着成为高频而增加,在4000Hz达到69%。
另外,将隔音结构插入声管内时,与声管的开口面平行的截面内的隔音结构的面积为20×20mm2,声管的内径面积为π×20×20mm2,因此相对于声管的内径面积的隔音结构的面积率为31.8%左右。即,如果将声管视为管道等配管,则成为敞开68%以上且能够通气的结构。
[实施例2~4、比较例1]
参考国际公开WO2016/060037号和国际公开WO2016/017380号,对实施例1中的膜的制作条件进行各种变更,从而制作了具有平均开口直径和平均开口率不同的膜的隔音结构。
另外,比较例1的隔音结构是具有三个隔音单元的结构,该隔音单元不具有膜,且仅由具有框架孔部的框架形成。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图20。
并且,将各实施例和比较例的平均开口直径和平均开口率以及在4000Hz的频率下的吸收率的测定结果示于表1。
[表1]
从图20和表1得知,平均开口直径和平均开口率越小,吸收率变得越高。尤其得知,在高频区域中,未贴膜的框架结构单体(比较例1)也会通过使声管内狭窄,通过干扰声音的效果来产生吸收,但通过在声管内配置将具有多个贯穿孔的膜贴附于具有框架孔部的框架上的本发明的隔音结构,从而使吸音效果比比较例增大。
[实施例5~10]
改变膜的制作条件而制作具有平均开口直径为15μm、平均开口率为3.7%的贯穿孔的膜,将该膜固定在框架上从而制作了隔音单元B。
分别以1个~6个隔音单元B的数量将隔音单元B串联地固定,从而制作了隔音结构。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将实施例5、7、10的测定结果示于图21。并且,将各实施例的平均开口直径、平均开口率和隔音单元数以及4000Hz的频率下的吸收率的测定结果示于表2。
[表2]
从图21和表2得知,通过增加隔音单元的数量,吸收率增大。并且,从图21得知,不仅是高频区域中的吸收率,即使在低频区域,隔音单元的数量越多,吸收率也变得越高。
并且,根据隔音单元的数量为三个的实施例7与实施例1~4的对比得知,平均开口直径和平均开口率越小,吸收率进一步变得越高。
[实施例11、12]
将框架的高度设为10mm,除此以外,以分别与实施例7和实施例10相同的方式制作了隔音结构。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将实施例7、10~12的平均开口直径、平均开口率、隔音单元的数量和框架的高度、以及4000Hz的频率下的吸收率的测定结果示于表3。
[表3]
从表3得知,框架的高度越厚,吸收率变得越高。即,得知不仅是形成于膜上的贯穿孔,而且框架的高度也有助于吸音效果。
如实施例7那样,当框架的厚度为20mm时,在通过框架衍射的声音回绕框架而到达膜面之前产生来回40mm左右的相位偏离。认为这接近4000Hz下的声音波长的约86mm的一半的长度,膜的两个面的相位差大致成为1/2波长份的差,声音有效地通过贯穿孔而产生压力差。另一方面,如实施例11那样,当框架的厚度为10mm时,认为通过由衍射引起的回绕产生的相位差仅为1/4波长左右,声音不会有效地通过贯穿孔,因此吸收率比实施例7小。
[实施例13~14]
改变膜的制作条件而制作了具有平均开口直径为20μm、平均开口率为4.2%的贯穿孔的膜。
实施例13中,将该膜固定在框架的一个面而制作了隔音单元,串联地固定三个隔音单元而制作了隔音结构。
实施例14中,将该膜固定在框架的两个面而制作了隔音单元,串联地固定三个隔音单元而制作了隔音结构。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图22。并且,将各实施例的平均开口直径、平均开口率、隔音单元的数量、框架厚度和膜配置、以及4000Hz的频率下的吸收率的测定结果示于表4。
[表4]
从图22得知,与在框架的一个面固定有膜的结构相比,在框架的两个面固定有膜的结构的吸收率遍及宽频带而增大。
[实施例15~17]
实施例15中,设为如下结构而制作了隔音单元,即,将框架的框架孔部的大小设为20mm×20mm,将框架的高度设为12mm,将与实施例5相同的膜固定在框架的一个面的结构,并且串联地连结六个隔音单元而制作了隔音结构。
实施例16中,设为在框架的两个面固定膜的结构,除此以外,设为与实施例15相同。
实施例17中,将框架的高度设为18mm,除此以外,设为与实施例16相同。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图23。并且,将各实施例的平均开口直径、平均开口率、隔音单元的数量、框架孔部尺寸、框架的高度和膜的配置、以及4000Hz的频率下的吸收率的测定结果示于表5。
[表5]
从图23和表5得知,通过加大框架孔部的尺寸,越是高频区域,吸收变得越大。并且,得知与在框架的一个面固定有膜的结构相比,在框架的两个面固定有膜的结构的吸收率遍及宽频带而增大。并且,得知框架的高度越厚,吸收率变得越高。
[比较例2、比较例3]
比较例2中,将未钻孔的厚度为20μm的铝基材用作了膜,除此以外,设为与实施例7相同。
比较例3中,在厚度为20μm的铝基材的大致中央钻孔,将使用冲头形成直径为3.5mm的贯穿孔而得的产物用作了膜,除此以外,设为与实施例7相同。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图24。并且,将各实施例和比较例的平均开口直径、平均开口率、隔音单元的数量、框架孔部尺寸、框架的高度以及膜的配置示于表6。
[表6]
从图24得知,即使是未形成有贯穿孔的膜,也会显现吸音特性。这是如下现象,即,膜固定于框架的框架孔部,由此产生膜振动,并在发生该膜振动的共振时,膜强烈地振动而变成热,因此产生的现象。因此,比较例2中,吸收率以特定频率为中心而变高,无论在低频侧还是在高频侧,吸收率均比吸收率成为最大的频率降低。并且,得知在膜上钻有大的贯穿孔的比较例3中,由相同共振发生的吸收也成为主导,吸收率以特定频率为中心而变高,在除此以外的频率中吸收率变低。这表示,即使有少量的大贯穿孔,由通过贯穿孔产生的摩擦热几乎也不会有助于吸音,由与不设置贯穿孔的结构的膜相同的膜振动的共振发生的吸收成为主导。
相对于此,实施例7中得知,与比较例相比在宽频带吸音。认为这是因为,对于本发明的隔音结构的吸音原理,与膜振动相比,声音通过微细的贯穿孔时由摩擦引起的吸音现象成为主导,通过微细的贯穿孔的吸音现象不利用共振现象,因此遍及宽频带发挥作用。
[实施例18~20]
实施例18中,如图9所示,设为在一侧框架的侧面具有直径为5mm的贯穿的凹部,在另一侧框架的侧面具有直径为5mm、高度为2mm的凸部,将凹部与凸部嵌合而连结两个隔音单元的结构,除此以外,设为与实施例6相同。
实施例19中,对亚克力板进行加工,利用40mm×20mm×20mm的长方体,制作在40mm×20mm的面上具有两个边长为16mm的正方形形状的框架孔部的框架,分别覆盖两个框架孔部而将膜固定,除此以外,设为与实施例6相同。即,设为使用两个框架一体形成的框架的结构。
实施例20中,使用了铝作为框架的形成材料,除此以外,设为与实施例6相同。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。测定的结果,均得到与实施例6相同的结果。
[实施例20-2]
在此,研究了膜面的垂线方向相对于噪声源的方向的倾斜度与吸收率之间的关系。
改变实施例1中的膜的制作条件,从而制作了形成有平均开口直径为20μm、平均开口率为3.7%的贯穿孔的厚度为20μm的铝材质的膜。
将制作出的膜安装到与实施例1相同的框架(框架孔部为16mm×16mm、框架的高度为20mm)上,从而制作了具有一个周围固定的隔音单元的隔音结构。膜被安装到框架的一侧。
将制作出的隔音结构在声管中对膜面的垂线方向的角度进行各种变更而测定了吸收率。将噪声源的方向、即膜面的垂线方向相对于与声管的开口截面垂直的方向的角度分别设为90度、75度、60度、45度、30度、15度。并且,作为参考例,该角度为0度时也进行了测定。图25A~图25C中分别示出90度、45度、0度时的示意图。至此的实施例中的角度相当于90度。
将测定结果示于图26。
从图26得知,当膜面的垂线方向相对于与声管的开口截面垂直的方向的角度为90度~45度时和30度以下时,90度~45度时的总体吸收率更大。尤其在4000Hz附近的高频区域中,吸收率有很大差异。
另一方面,角度越小时,620Hz附近的吸收率变得越高。能够推测这是由膜的膜振动引起的共振性的吸收,而非由贯穿孔产生的吸收效果。即,认为若设为从膜的正面接受声压的配置,则由于声压大而变得容易产生膜振动。此时,吸收仅较大地发生在特定频率附近,在其他频率区域中的吸收率变小。
相对于此,当将膜面的垂线方向相对于与声管的开口截面垂直的方向的角度设为45度~90度时,膜难以摇动,容易产生由回绕引起的贯穿孔中的摩擦,因此在宽频带中吸收率增加。因此,为了吸收宽频带的声音,优选配置包含45度~90度正交的倾斜。
[实施例20-3]
接着,制作了具有一个将与上述相同的膜固定在框架的两个面的隔音单元的隔音结构。
将制作出的隔音结构与上述相同地,改变膜面的垂线方向相对于与声管的开口截面垂直的方向的角度而配置在声管内,并进行了吸收率的测定。
将结果示于图27。
从图27得知,与将膜固定在框架的一个面的隔音结构相同地,与倾斜角度小于45度时相比,膜面的垂线方向相对于与声管的开口截面垂直的方向的角度为45度~90度时的吸收率在宽频带且在高频区域增加。
[实施例21、22]
实施例21中,如图12所示,以固定有膜的面成为相互相反一侧的面的方式连结了隔音单元,除此以外,设为与实施例6相同。
实施例22中,如图13所示,以固定有膜的面成为相互90°不同的面的方式连结了隔音单元,除此以外,设为与实施例6相同。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图28。根据测定结果得知,实施例6、21、22的吸收率的测定结果大致一致。即,得知连结隔音单元时的各隔音单元的膜可以不在同一平面上,各隔音单元的膜的朝向可以是任意的朝向。
[实施例23~26]
实施例23~26中,没有连结两个实施例6的隔音单元,而是制成将隔音单元间的距离分别设定为10mm、20mm、30mm、40mm并配置在声管内的结构。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图29和图30。
如图29和图30所示,隔音单元间的距离为10mm~30mm的实施例23~25中,得知整体的吸收率变得比连结有隔音单元的实施例6低。在隔音单元间的距离为40mm的实施例26中,得知成为与连结有隔音单元的实施例6相同程度的吸收率。即,得知当分开配置隔音单元时,优选分开框架宽度的两倍以上。
[实施例27、比较例4]
至此的实施例中,测定了由使用了声管的平面波入射引起的吸收特性。当在实际的管道等中用作隔音材料时,更高的频率也会造成问题,并且根据管道尺寸的不同,有必要对不限于平面波的噪声进行隔音。
为了模拟该情况,在大的模拟管道(具有筒内部为150mm×53mm的截面形状的矩形管道)100内,如图31所示那样配置两个隔音结构20,并从2000Hz到6500Hz进行了测定。另外,由于不是声管测定,因此不是测定吸收率,而是用麦克风测定从模拟管道发出的音量并测定了透射损失。配置在管道的端部的噪声源102侧成为堵塞了噪声源的与模拟管道相反一侧的结构。麦克风固定在从模拟管道的与噪声源相反一侧的端部隔开200mm的位置上。
图31所示的隔音结构是连结了2×3总计六个实施例14的隔音单元的结构。
实施例27中,如图32和图69所示,将两个该隔音结构分开60mm而配置在模拟管道内。图32是与配置有两个隔音结构的模拟管道的开口方向垂直的截面的示意图,图69是配置有两个隔音结构的模拟管道的示意性立体图。另外,在图69中为了进行说明,用实线表示配置在模拟管道内的隔音结构。并且,省略了贯穿孔的图示。
比较例4中,代替隔音结构,将与隔音结构相同尺寸的两个亚克力板配置在模拟管道内。
图33中示出透射损失的测定结果。另外,本测定中的透射损失通过从没有进行任何配置的模拟管道发出的声音进行了标准化,并以dB为单位显示了通过配置有隔音结构而产生的声音的减少量。即0dB成为从没有配置隔音结构的模拟管道发出的声压。
实施例27中,得知能够遍及2000Hz~6500Hz这种非常宽的频带的频率消除声音,最大能够消除15dB以上的声音。并且,根据与比较例4的对比,得知通过将具有微细的贯穿孔的膜固定在框架的结构,吸音效果显现出超过普通障碍物降低了管道的开口率的效果。根据该结果得知,本发明的隔音结构不仅对声管测定在宽频带吸收声音是有效的,而且对实际的管道结构等一般的噪声也同样有效。
[实施例28、29]
实施例28中,如图34所示,将两个隔音结构各自的一个膜面侧分别与模拟管道的内壁面接触配置,除此以外,设为与实施例27相同。
实施例29中,如图35所示,使一侧的膜面彼此密合而将两个隔音结构配置在中央部,除此以外,设为与实施例27相同。
对于制作出的各隔音结构,与实施例27相同地测定了透射损失。将测定结果示于图36。
如图36所示,实施例27的配置的消音效果最大,并且显示出多个强透射损失峰值。因此,得知与通过隔音结构的膜面与墙壁密合或膜面彼此密合的配置相比,将隔音结构的膜面从其他隔音结构隔开的配置的消音效果更大。
[实施例30]
如图37所示,设为配置三个隔音结构的结构,除此以外,设为与实施例27相同。隔音结构之间的间隔设为30mm。
对于制作出的各隔音结构,与实施例27相同地测定了透射损失。将测定结果示于图38。得知通过增加隔音结构的数量,消音效果变得更大,最大得到20dB以上的透射损失和宽频带的消音效果。
[实施例31和32]
作为实施例31,改变膜的制作条件而制成具有平均开口直径为46.5μm、平均开口率为7.3%的贯穿孔的膜,并将框架的高度设为25mm,除此以外,以与实施例1相同的方式制作了隔音结构。
并且,作为实施例32,如图62所示,设为在框架孔部内配置吸音材料的结构,除此以外,以与实施例31相同的方式制作了隔音结构。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图64。
另外,实施例32的吸音材料使用了由Fuji Gomu Co.,Ltd.制造的软质聚氨酯泡沫U0016。并且,吸音材料的大小根据框架孔部的大小而设为16mm×16mm×20mm,膜之间配置成分开5mm。
并且,使用ABS树脂(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚合成树脂)制的3D打印机(XYZPrinting Inc.制造)制作了框架。
从图64得知,通过在框架孔部内配置吸音材料,吸收率在宽频带内增加。另外,将与膜的分开距离改变为5mm、4mm、3mm而对框架孔部内的吸音材料的配置进行了研究,但吸收率没有很大差异,并且在任何位置均观察到提高吸收率的效果。
[实施例33和34]
作为实施例33,在框架的两个端面固定了膜,除此以外,以与实施例31相同的方式制作了隔音结构。
并且,作为实施例34,在框架的两个端面固定了膜,除此以外,以与实施例32相同的方式制作了隔音结构。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图65。
从图65得知,即使在框架的两个端面配置有膜的结构的情况下,通过在框架孔部内配置吸音材料,吸收率也在宽频带内增加。另外,若将实施例31与实施例32的差异和实施例33与实施例34的差异进行比较,实施例31与实施例32的差异更大。即,得知在框架的一个端面配置膜的结构中,在框架孔部内配置吸音材料的效果较大。认为这是因为,在框架的两个端面配置膜的结构中,声音很难到达框架孔部内的吸音材料,相对于此,在框架的一个端面配置膜的结构中,声音容易从敞开侧的端面到达吸音材料,因此吸音材料的效果变大。
[实施例35和36]
作为实施例35,改变膜的制作条件而制成具有平均开口直径为16.4μm、平均开口率为2.8%的贯穿孔的膜,除此以外,以与实施例31相同的方式制作了隔音结构。
并且,作为实施例36,制成在框架孔部内配置吸音材料的结构,除此以外,以与实施例35相同的方式制作了隔音结构。吸音材料与实施例32的吸音材料相同。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图66。
从图66得知,通过在框架孔部内配置吸音材料,吸收率在宽频带内增加。
[实施例37~39]
作为实施例37,将膜的材料设为镍,并且制成具有平均开口直径为19.5μm、平均开口率为6.2%的贯穿孔的膜,除此以外,以与实施例31相同的方式制作了隔音结构。
作为实施例38,制成在框架的两个端面固定膜的结构,除此以外,以与实施例37相同的方式制作了隔音结构。
并且,作为实施例39,制成在框架孔部内配置吸音材料的结构,除此以外,以与实施例37相同的方式制作了隔音结构。吸音材料与实施例32的吸音材料相同。
另外,当使用镍作为膜的材料时的微细的贯穿孔的形成方法如下。
首先,对硅基板使用基于光刻的蚀刻法,在硅基板的表面形成多个以规定的排列图案形成的直径为19.5μm的圆柱形凸部。相邻的凸部之间的中心间距离设为70μm,排列图案设为方形网格排列。此时,凸部所占的面积比例成为约6%。
接着,使用镍电铸法,以形成有凸部的硅基板为原型而将镍沉积在硅基板,从而形成了厚度为20μm的镍膜。然后,将镍膜从硅基板剥离并进行了表面抛光。由此,制作了以方形网格排列形成有多个贯穿孔的镍制膜。
使用SEM对制作出的膜进行评价的结果,平均开口直径为19.5μm,平均开口率为6.2μm,厚度为20μm。并且,确认到贯穿孔沿厚度方向完全贯穿了膜。
对于制作出的各隔音结构,以与实施例1相同的方式测定了吸收率。将测定结果示于图67和图68。
从图67和图68得知,在将膜的材料设为镍时也能够发挥吸音性能。这是因为,本发明的隔音结构通过在膜上形成多个微细的贯穿孔来发挥作用,因此能够不依赖于膜的材料而发挥效果。
并且,从图68得知,通过在框架孔部内配置吸音材料,吸收率在宽频带内增加。
[评价2]
<视觉辨认性>
接着,对在实施例1中制作出的铝膜和在实施例37中制作出的镍膜进行了贯穿孔的视觉辨认性的评价。
具体而言,如图70所示,将板状部件12载置于厚度为5mm的亚克力板T上,在与板状部件12相反的方向上,从从亚克力板T的主面垂直地分开50cm的位置上配置有点光源L(Nexus5(LG Electronics.制造)的白光)。并且,从板状部件12的主面垂直地分开30cm的位置上配置有照相机C(iPhone5s(Apple Inc.制造))。
点亮点光源,从照相机的位置目视评价了透射板状部件12的贯穿孔的光。
接着,用照相机拍摄了透射光。确认到所拍摄的结果与目视观察时相同。
图71中示出镍膜的拍摄结果,图72中示出铝膜的拍摄结果。
如上所述,在实施例37中制作出的镍膜中,贯穿孔被规则地排列。因此,如图71所示,看到通过光的衍射,彩虹色散开。另一方面,在实施例1中制作出的铝膜中,贯穿孔被无规地排列。因此,如图72所示,不发生光的衍射,并且白色光源保持原样而被看到。
[模拟]
如上所述,本发明人等推测,本发明的隔音结构的吸音的原理是在声音通过微细的贯穿孔时的摩擦。
因此,优化设计膜的微细的贯穿孔的平均开口直径和平均开口率以增加摩擦会增加吸收率,因此是重要的。这是因为,尤其在高频区域中,膜振动也变小,因此安装到框架部件的影响不大,并且认为通过贯穿孔+膜本身的吸音特性来吸收声音。
为此,对由微细的贯穿孔引起的摩擦热进行了模拟。
具体而言,使用有限元法的分析软件即COMSOLver5.1的声学模块进行了设计。通过使用声学模块内的热声模型,能够计算在流体中(也包含空气)透射的声波和由墙壁的摩擦引起的吸音。
首先,与实验相比,对于实施例1中使用的具有贯穿孔的膜单体,通过将其松驰地固定在实施例1中使用的声管,从而测定了作为膜的吸收率。即,通过尽可能减小固定端的影响而安装到框架上,对膜本身进行了评价。将吸收率的测定结果作为参考例示于图39。
在模拟中,作为铝的物性值,使用COMSOL的程序库的值,通过热声模块计算贯穿孔内部,并计算由膜振动和贯穿孔内的摩擦引起的吸音。在模拟中,通过将膜的端部设为辊固定,使膜在与膜平面垂线的方向上自由移动,并且使膜单体的体系再现。将结果作为模拟示于图39。
如图39所示,若对实验与模拟的吸收率进行比较,则得知模拟良好地再现了实验。实验中的低频侧的尖峰状的变化显示,即使松驰地固定膜的端部,也会产生由若干固定端产生的膜振动的效果。由于在频率越高的一侧,膜振动的影响变得越小,因此与进行了膜单体性能评价的模拟结果良好地一致。
根据该结果,能够保证模拟再现实验结果。
接着,为了进行贯穿孔的摩擦特性的最佳化,膜部分被固定,并进行仅使声音通过贯穿孔内的模拟,并且改变该膜的厚度、贯穿孔的平均开口直径、平均开口率而研究了吸收的行为。并且,对频率3000Hz进行了以下计算。
例如,将膜的厚度为20μm、贯穿孔的平均开口直径为20μm时计算出的改变平均开口率时的透射率T、反射率R、吸收率A的变化的结果示于图40。关注吸收率时得知,通过改变平均开口率,吸收率发生变化。因此,得知存在将吸收率最大化的最佳值。该情况下,得知吸收在6%的开口率下最大化。此时,透射率与反射率变得大致相等。这样,尤其当平均开口直径小时,并不是平均开口率越小越佳,需要与最佳值对应。
并且,得知吸收率增大的平均开口率的范围以最佳平均开口率为中心而平缓地扩散。
在膜的厚度分别为10μm、20μm、30μm、50μm以及70μm的条件下,将贯穿孔的平均开口直径变更为15μm~140μm的范围,从而在各条件下计算并求出吸收率被最大化的平均开口率和此时的吸收率。将结果示于图41。
当贯穿孔的平均开口直径小时,最佳平均开口率根据膜的厚度而不同,但贯穿孔的平均开口直径为100μm左右以上时,0.5%~1.0%这一非常小的平均开口率成为最佳值。
并且,将相对于各贯穿孔的平均开口直径而使平均开口率最佳化时的最大吸收率示于图42。图42中示出膜的厚度为20μm的情况和膜的厚度为50μm的情况这两种情况。得知最大吸收率几乎不取决于膜的厚度,而根据贯穿孔的平均开口直径来确定。得知当平均开口直径为50μm以下而较小时,最大吸收率成为50%,但若平均开口直径变得更大,则吸收率变小。平均开口直径为100μm时吸收率减小至45%,平均开口直径为200μm时吸收率减小至30%,平均开口直径250μm时吸收率减小至20%。因此,明确了优选平均开口直径较小。
由于本发明中优选吸收率大,因此为了将吸收率设为20%以上,需要250μm以下的平均开口直径,为了将吸收率设为45%以上,需要100μm以下的平均开口直径,为了将吸收率设为50%以上,需要50μm以下的平均开口直径。
通过上述相对于贯穿孔的平均开口直径的最佳平均开口率,详细地进行了平均开口直径为100μm以下时的计算。关于分别为10μm、20μm、30μm、50μm、70μm的厚度,图43中以双对数曲线图示出表示贯穿孔的每个平均开口直径的最佳平均开口率。根据曲线图,发现了最佳平均开口率相对于贯穿孔的平均开口直径,大致以-1.6次方发生变化。
更具体而言,明确了当将最佳平均开口率设为rho_center、将贯穿孔的平均开口直径设为phi(μm)、将膜的厚度设为t(μm)时,根据下述式确定最佳平均开口率。
rho_center=a×phi-1.6
a=2+0.25×t
这样,尤其当贯穿孔的平均开口直径小时,根据膜的厚度和贯穿孔的平均开口直径确定最佳平均开口率。
如上所述,吸收率增大的范围以最佳平均开口率为中心而平缓地扩散。为了该详细的分析,将在膜的厚度为50μm的模拟中改变了平均开口率的结果示于图44。贯穿孔的平均开口直径设为10μm、15μm、20μm、30μm以及40μm,平均开口率以0.5%至99%发生变化。
在任何平均开口直径中,吸收均以吸收成为最大的最佳平均开口率为中心而较大。作为特征,贯穿孔的平均开口直径小时,吸收率增大的平均开口率的范围遍及宽范围。并且,比最佳平均开口率大的平均开口率侧的、吸收率增大的平均开口率的范围更宽。
吸收率的最大值无论哪个平均开口直径均为50%,因此将吸收率成为30%、40%、45%的下限的平均开口率和上限的平均开口率分别示于表7。并且,将距离最佳平均开口率的各吸收率的范围示于表8。
例如,当贯穿孔的平均开口直径为20μm时,最佳平均开口率为11%且吸收率为40%以上的平均开口率的下限成为4.5%,上限成为28%。此时,以最佳平均开口率为基准且吸收率为40%的平均开口率的范围成为(4.5%-11.0%)=-6.5%~(28.0%-11.0%)=17.0%,因此表8中示出为-6.5%~17.0%。
[表7]
[表8]
根据表8,比较了贯穿孔的每个平均开口直径的吸收率的宽度的结果,当将贯穿孔的平均开口直径设为phi(μm)时,吸收率的宽度大致以100×phi-2的比率发生变化。因此,对于吸收率为30%、40%、45%中的每一个,能够针对各贯穿孔的每个平均开口直径确定适当的范围。
即,吸收率为30%的范围需要在如下范围内,该范围中,使用上述最佳平均开口率rho_center,作为基准使用贯穿孔的平均开口直径为20μm时的范围,
rho_center-0.085×(phi/20)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.35×(phi/20)-2
为上限的平均开口率。其中,平均开口率限制在大于0且小于1的范围内。
优选在吸收率为40%的范围内,并且优选在
rho_center-0.24×(phi/10)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.57×(phi/10)-2
为上限的平均开口率的范围内。其中,为了尽可能减小误差,将贯穿孔的平均开口直径的基准设为10μm。
进一步优选在吸收率为45%的范围内,并且进一步优选在
rho_center-0.185×(phi/10)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.34×(phi/10)-2
为上限的平均开口率的范围内。
符号说明
10-筒状结构,12-框架孔部,14、46、50、56-框架,14a-凸部,14b-凹部,16-膜,17-贯穿孔,18、31a~31e、44、48、54-隔音单元,20-隔音结构,22-筒状部件,22a、64a-开口,24-吸音材料,30a~30h、52-隔音部件,32-盖,34-防风框架,35-整流机构,40-拆装机构,42a-凸部,42b-凹部,58-框体,58a-两外侧和中央的框架部件,58b-其他部分的框架部件,61-空间,62、70-隔音分区,64-框体,100-模拟管道,72-分区主体,102-开口(噪声源)。

Claims (26)

1.一种隔音结构,其具有隔音单元,该隔音单元具备:框架,具有贯穿的框架孔部;以及至少一片膜,覆盖所述框架孔部且固定在所述框架上,该隔音结构的特征在于,
所述膜具有贯穿厚度方向的多个贯穿孔,
所述贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下,
所述膜的膜面的垂线方向相对于作为隔音对象的声源的方向倾斜地配置。
2.根据权利要求1所述的隔音结构,其中,
相对于作为隔音对象的声源的方向,所述膜的膜面的垂线方向的倾斜度为45度以上。
3.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述框架的所述框架孔部的尺寸小于作为隔音对象的声音中长度最大的波长。
4.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述膜固定在所述框架的所述框架孔部内。
5.根据权利要求4所述的隔音结构,其中,
从所述膜到所述框架的两个端面的距离不同。
6.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述框架上固定有两片以上的所述膜。
7.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述膜固定在所述框架的所述框架孔部的两个端面。
8.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述膜固定在所述框架的所述框架孔部的一个端面。
9.根据权利要求8所述的隔音结构,其中,
所述膜固定在所述框架的所述框架孔部的一个端面,所述框架的所述框架孔部的另一个端面是敞开的。
10.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述贯穿孔的内壁面的表面粗糙度Ra为0.1μm~10.0μm。
11.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述贯穿孔的内壁面以多个粒子状形状形成,形成在所述内壁面的凸部的平均粒径为0.1μm~10.0μm。
12.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述膜的形成材料为金属。
13.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述膜的形成材料为铝。
14.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其具有多个所述隔音单元。
15.根据权利要求14所述的隔音结构,其中,
多个所述隔音单元相互连结。
16.根据权利要求15所述的隔音结构,其中,
多个所述隔音单元以能够拆装的方式连结。
17.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
所述贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且50μm以下。
18.根据权利要求1或2所述的隔音结构,其中,
至少一部分所述贯穿孔的形状为在所述贯穿孔的内部成为最大直径的形状。
19.一种开口结构,其具有:
权利要求1至18中任一项所述的隔音结构;以及
开口部件,具有开口,
在所述开口部件的开口内,以所述膜的膜面的垂线方向相对于与所述开口部件的开口截面垂直的方向交叉的方式配置有所述隔音结构,并在所述开口部件设置有成为气体通过的通气口的区域。
20.根据权利要求19所述的开口结构,其中,
所述隔音结构配置在距所述开口部件的开口端的开口端校正距离以内。
21.一种筒状结构,其具有:
权利要求1至18中任一项所述的隔音结构;以及
筒状部件,具有开口,
在所述筒状部件的开口内,以所述膜的膜面的垂线方向相对于与所述筒状部件的开口截面垂直的方向交叉的方式配置有所述隔音结构,并在所述筒状部件设置有成为气体通过的通气口的区域。
22.根据权利要求21所述的筒状结构,其中,
所述隔音结构配置在距所述筒状部件的开口端的开口端校正距离以内。
23.根据权利要求21或22所述的筒状结构,其中,
在所述筒状部件的开口内具有两个以上的所述隔音结构。
24.根据权利要求23所述的筒状结构,其中,
两个以上的所述隔音结构相互分开配置,
两个以上的所述隔音结构的排列方向上的相邻的隔音结构之间距离中的至少一部分为所述框架宽度的两倍以上。
25.一种窗部件,其具有权利要求1至18中任一项所述的隔音结构。
26.一种隔断部件,其具有权利要求1至18中任一项所述的隔音结构。
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