JP2004317999A

JP2004317999A - 断熱遮音装置

Info

Publication number: JP2004317999A
Application number: JP2003115286A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Muto; 大輔武藤; Yasushi Takano; 靖高野; Makoto Watanabe; 渡辺　　誠; Katsutoshi Horibatake; 勝利堀畑; Hiroshi Higaki; 博檜垣; Kazuhiro Makino; 和宏牧野; Michifumi Takechi; 通文武市
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】本発明の目的は、軽量化と薄肉化した上で断熱性が良く遮音性を向上させることができる断熱遮音装置を提供することにある。
【解決手段】音波反射材２は柔軟性を有する金属箔によって密閉された偏平袋状に形成される。音波反射材２には音響インピーダンスが空気と異なる気体が封入されている。音波（騒音）は音響インピーダンスの変化により音波反射材２で反射される。音波反射材２は熱を遮断する断熱材３に隣接配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両、航空機、建築物、エレベータなどの断熱と遮音に用いられる断熱遮音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平８―６０７６２号公報
【特許文献２】特開２００１―２９６８７２号公報
一般に、鉄道車両、航空機、エレベータ、建築物などにおいては断熱遮音材として軽量化と薄肉化が求められる。断熱遮音材の軽量化と薄肉化は空間容量を有効に利用するために必要になる。鉄道車両においては断熱材としてウレタンやグラスウールなどの多孔質材料の発泡断熱材が用いられている。発泡断熱材は吸音効果があり遮音性を有している。
【０００３】
また、断熱遮音材を軽量化と薄肉化するために真空断熱材を用いることが知られている。断熱遮音材の内部には大気圧に耐えて空間を形成するためにサポータを設けている。このことは、例えば、上記特許文献１、２に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は断熱遮音材として発泡断熱材あるいは真空断熱材を用いている。しかし、発泡断熱材は断熱性について充分な機能を得られるけれども遮音性が低く、また、真空断熱材も同様にサポータによる固体伝播音によって遮音性が低いという問題点を有している。特に、トンネル内を高速走行する鉄道車両は騒音により快適性が阻害され、トンネル走行時の最高速度を高くすることの大きな阻害要因の一つになっている。
【０００５】
本発明の目的は、軽量化と薄肉化した上で断熱性が良く遮音性を向上させることができる断熱遮音装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、柔軟性を有する金属箔によって密閉された偏平袋状に形成され、音響インピーダンスが空気と異なる気体が封入されている音波反射材を、熱を遮断する断熱材に隣接配置するようにしたことにある。
【０００７】
換言すると、本発明は、柔軟性を有する金属箔によって形成された偏平袋状の風船（音波反射材）に音響インピーダンスが空気と異なる気体を封入し、空気中を伝播してきた音波を音響インピーダンスの変化によって反射させるようにしたものである。
【０００８】
音波反射材に封入される気体は空気と音響インピーダンスの差が大きいのが望ましく、ヘリウムガス、アルゴンガスなどが用いられる。また、断熱材は従来から使用されている発泡断熱材や真空断熱材が用いられる。
【０００９】
本発明は柔軟性を有する金属箔によって形成された偏平袋状の音波反射材に音響インピーダンスが空気と異なる気体を封入し、音響インピーダンスの変化によって空気中を伝播してきた音波の反射を促進しているので遮音性を著しく向上させることができる。したがって、軽量化と薄肉化した上で断熱性が良く遮音性を向上させることができる断熱遮音装置が得られる。
【００１０】
なお、本明細書において音波反射材が金属箔によって形成されるとしているが、ビニールなどに金属箔をコーテングしたものを含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜３に本発明の一実施例を示す。図１は本発明の断熱遮音装置の斜視図、図２は分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ’断面図である。
【００１２】
図１〜３において、断熱遮音装置１は音波反射材２、多孔質材料の発泡断熱材３および２枚のアルミ板４ａ、４ｂから構成されている。音波反射材２は柔軟性を有するアルミ箔によって密閉形成された９個の偏平矩形袋によって構成されている。音波反射材２を構成する偏平矩形袋は軟質のビニールなどにアルミ箔をコーテングして形成されることもある。１個の偏平矩形袋は一辺が３０ｃｍ程の略正方形で、厚さは４０ｍｍ程度である。
【００１３】
９個の偏平矩形袋には音響インピーダンスが空気と大きく異なるヘリウムガスが封入されている。ヘリウムの分子は小さいため音波反射材２を構成する偏平矩形袋状容器を透過して漏れるので、漏れを最小限にするために音波反射材２をアルミ箔あるいはビニールなどにアルミ箔をコーテングして形成している。
【００１４】
９個の偏平矩形袋は偏平矩形の厚み方向の４面は図３に示すように円弧状になっており、伸縮自在に形成されている。９個の偏平矩形袋は偏平矩形の厚み方向の面を密接配置され、それぞれの接触面は接着テープにより接着されている。
【００１５】
音波反射材２の２つの偏平面（表面と裏面）には矩形のアルミ板４ａ、４ｂが接着して密接配置されている。アルミ板４ａ、４ｂは音波反射材２に封入されているヘリウムガスが漏れるのを防止するために密閉性を高めるためと、偏平矩形袋の偏平面の２面を凸凹をなくして平坦にするため用いられる。アルミ板４ａ、４ｂは３ｍｍ程度の厚みである。
【００１６】
アルミ板４ａには多孔質材料で形成された発泡断熱材３が配置されている。発泡断熱材３は３０〜４０ｍｍの厚さで、アルミ板４ａに接着されている。
【００１７】
アルミ板４ａ、４ｂは主として音波反射材２に封入されているヘリウムガスが漏れるのを防止するために設けているのであり、ヘリウムガスを供給する気体供給手段を設けることによって省略できる。したがって、音波反射材２は発泡断熱材３に隣接配置されていることになる。
【００１８】
この構成において音波反射材２が遮音層となり、発泡断熱材３が断熱層として機能する。音波反射材２の遮音性について図４を参照して説明する。
【００１９】
図４は音響インピーダンスの変化による音波の反射メカニズムを示している。一方から入射された音波（入射音）は、音響インピーダンスの変化する境界面で反射する。インピーダンスＺ_１の媒質ＩからインピーダンスＺ_２の媒質ＩＩへ入射した音波の反射率は次式で表される。
【００２０】
反射率＝｜（Ｚ_２−Ｚ_１）／（Ｚ_２＋Ｚ_１）｜^２（式１）
式１から明らかなように、音響インピーダンスの変化を急激にすることで、音波の反射が促進されて、エネルギーの大部分は跳ね返るため、反対側へ透過する透過音のエネルギーが小さくなる。
【００２１】
図５に遮音性の実測結果を示す。
図５は音波反射材２にヘリウムガスを封入し厚さ３ｍｍのアルミ板で両側から挟んだ場合の音響透過損失と、音波反射材２を外して同じ厚さの空気層を厚さ３ｍｍのアルミ板で挟んだ単純二重壁の音響透過損失について実験結果を示す。図５の実線は本発明による特性図で、破線が従来技術による特性図である。
【００２２】
図５の特性図から明らかなように、本発明では３１５Ｈｚ以上の帯域において１０〜１５ｄＢ程度遮音性が向上している。させることができる。騒音が問題になるのは３１５Ｈｚ以上の周波数帯域が多く、騒音を１０〜１５ｄＢ程度低減できることは極めて顕著な効果である。
【００２３】
以上のようにして断熱と遮音を行うのであるが、柔軟性を有する金属箔によって形成された偏平袋状の音波反射材に音響インピーダンスが空気と異なる気体を封入し、音響インピーダンスの変化によって空気中を伝播してきた音波の反射を促進しているので遮音性を著しく向上させることができる。したがって、断熱遮音装置を軽量化と薄肉化した上で断熱性が良く遮音性を向上させることができる。
【００２４】
図６に本発明の他の実施例を示す。図６は断面図を示している。
図６の実施例は音波反射材２の表面と裏面の２偏平面の肉圧を厚くしたものである。厚み方向の４面は図１〜３に示す実施例と同様に薄くして柔軟性を持たせ伸縮自在にしている。
【００２５】
図６の実施例では、音波遮音材２の密閉性が増加すると共に表面の凸凹変形も無くなり、図１〜３に示す実施例の２枚のアルミ板４を不要にできる。
【００２６】
図７に本発明の他の実施例を示す。図７は設置された複数個（図では２個）の断熱遮音装置１Ａ、１Ｂにヘリウムガスを供給するようにしたものである。
【００２７】
図７において音波遮音材２を構成する９個の偏平矩形袋に気体吸入口６が設けられている。音波遮音材２を構成する９個の偏平矩形袋には図示しないタンクからポンプ５によってヘリウムガスが供給される。ポンプ５で送られるヘリウムガスはバルブ８を介し気体補充用パイプ７により音波遮音材２を構成する９個の偏平矩形袋に供給（補充）される。
【００２８】
図７の実施例は定期的にポンプ５を運転してバルブ８の開閉によって断熱遮音装置１Ａ、１Ｂにヘリウムガスを補充できる。そのため、断熱遮音装置１Ａ、１Ｂのメンテナンスの回数を少なくできメンテナンスが容易に行える。断熱遮音装置１Ａ、１Ｂのメンテナンスが容易に行えることは鉄道車両などの構造物内部に実装する場合に有効である。
【００２９】
また、長期に亘り密閉性を保持する必要性もなく、アルミ板（金属板）４を省略できる。ただし、音波遮音材２の凸凹をなくすために平滑板を配置することが望ましく、平滑板の材質としては金属でなく樹脂などを用いることができる。
【００３０】
図８に本発明の他の実施例を示す。図８の実施例は発泡断熱材を厚さ方向の２枚に分割し、２枚の発泡断熱材の間に音波反射材を挟持して配置したものである。
【００３１】
図８（ａ）は発泡断熱材３を厚さ方向に２枚に分割して発泡断熱材３ａ、３ｂを構成し、発泡断熱材３ａ、３ｂの間に音波遮音材２を挟持して配置している。音波遮音材２は気体吸入口６を備え、ヘリウムガスを補充できるようになっている。
【００３２】
図８（ｂ）は発泡断熱材３に凹溝３ｃを形成し、凹溝３ｃに音波遮音材２を挿着するようにしている。図８（ｂ）は図８（ａ）と同様に２枚に分割して発泡断熱材３で音波遮音材２を挟持して配置していることになる。
図８の実施例では凹凸を平坦にする平滑板を設ける必要をなくすことができる。
【００３３】
図９に本発明の他の実施例を示す。図９の実施例は断熱材として真空断熱材９を用いものである。
【００３４】
真空断熱材９は厚さが１０ｍｍ程度であり、本発明の断熱遮音装置１を冷蔵庫のように発泡断熱材で断熱性を持たせるのに十分なスペースが無い場合などに有効である。
【００３５】
図１０に本発明の断熱遮音装置を高速鉄道車両に実装例を示す。
【００３６】
鉄道車両２０は、台枠１１と側構体１２と屋根構体１３などから構成されている。鉄道車両２０はの内部には車内床２１、天井内装材２２ａ、側内装材２２ｂ、窓２３、荷棚２４、及び空調ダクト２５などが組み込まれ、車室２６を形成する。なお、図１０の図示左側は窓の無い窓無部を示し、右側は窓がある窓有部を示している。
【００３７】
鉄道車両２０は台枠１１と車内床２１、側構体１２や屋根構体１３と内装材２２ａ、２２ｂの間に本発明の断熱遮音装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが収納されている。
【００３８】
従来、断熱遮音装置には、一般に炭素繊維やメラニン樹脂などを用いた多孔質材料が使用されているが、本発明による断熱遮音装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅを用いることによって、広い車室２６内空間を確保しながら断熱性、遮音性に優れた鉄道車両の構造にすることができる。
【００３９】
また、車室２６内の騒音を低減できるので、特に、トンネル走行時の最高速度を高くすることも可能になる。
【００４０】
図１１は高速鉄道車両において遮音するためのスペースとして最も厳しい窓下腰部に本発明による断熱遮音装置を用いるときの実装例を示す。
【００４１】
図１１は上床２１と側内装材２２ｂを取外したときに、二枚の窓（窓２３ａと窓２３ｂ）とその間の空調ダクト立上り部２５ａを車内側から見た図である。高速鉄道車両では、窓２３ａと窓２３ｂの間を空調ダクト立上り部２５ａが通っており、空調ダクト床下部２５ｂを流れる空調空気を吹出し口より排出するようになっている。
【００４２】
側の窓下腰部の構体１２と内装材２１間に本発明の気体供給手段を設けた断熱遮音装置１Ｅａおよび１Ｅｂを用いるときには、気体供給手段の気体補充用パイプ７を、空調ダクト立上り部２５ａや空調ダクト床下部２５ｂと平行に配置することで現状の構体１２と内装材２１間のスペースの範囲内で断熱遮音装置１Ｅａ、１Ｅｂを埋設することができる。
【００４３】
なお、図１１は側の窓下腰部に本発明による断熱遮音装置を用いるときの図であるが、屋根や、床下に同様な構造を設けることもできる。
【００４４】
以上のようにして断熱と遮音を行うのであるが、柔軟性を有する金属箔によって形成された偏平袋状の音波反射材に音響インピーダンスが空気と異なる気体を封入し、音響インピーダンスの変化によって空気中を伝播してきた音波の反射を促進しているので遮音性を著しく向上させることができる。したがって、断熱遮音装置を軽量化と薄肉化した上で断熱性が良く遮音性を向上させることができる。
【００４５】
なお、上述の実施例は音響インピーダンスが空気と異なる気体してヘリウムガスを用いているがアルゴンガスなど他の気体でもよいことは勿論のことである。また、音波反射材は矩形にしているが他の形状であってもよく、音波反射材を構成する偏平袋も矩形でなく他の形状であっても良いことは明らかなことである。
【００４６】
また、上述の実施例は音波反射材をアルミ箔で形成しているが他の金属箔で形成しても同様に遮音性を向上できることは勿論のことである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は柔軟性を有する金属箔によって形成された偏平袋状の音波反射材に音響インピーダンスが空気と異なる気体を封入し、音響インピーダンスの変化によって空気中を伝播してきた音波の反射を促進しているので遮音性を著しく向上させることができる。したがって、断熱遮音装置を軽量化と薄肉化した上で断熱性が良く遮音性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例を示す分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’断面図である．
【図４】音響インピーダンスの変化による音波の説明図である。
【図５】本発明による断熱遮音装置の効果を示す実測特性図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明を鉄道車両に用いた実装図である。
【図１１】本発明を鉄道車両の窓下腰部に用いた実装図である。
【符号の説明】
１…断熱遮音装置、２…音波反射材、３…発泡断熱材、４…金属板（アルミ板）、５…ポンプ、６…気体吹込み口、７…気体充填用パイプ、８…バルブ、９、真空断熱材。１１…台枠、１２…側構体、１３…屋根構体、
２０…鉄道車両、２１…車内床、２２ａ…天井内装材、２２ｂ…側内装材、２３…窓、２４…荷棚、２５…空調ダクト、２５ａ…空調ダクト立上り部、２５ｂ…空調ダクト床下部、２６…車室内。

Claims

熱を遮断する断熱材と、前記断熱材に隣接配置され、柔軟性を有する金属箔によって密閉された偏平袋状に形成されている音波反射材とを具備し、前記音波反射材は音響インピーダンスが空気と異なる気体が封入されていることを特徴とする断熱遮音装置。
熱を遮断する断熱材と、前記断熱材に隣接配置され、柔軟性を有する金属箔によって密閉された偏平袋状に形成されている音波反射材と、前記音波反射材に気体を供給する気体供給手段とを具備し、前記音波反射材は音響インピーダンスが空気と異なる気体が封入されていることを特徴とする断熱遮音装置。
熱を遮断する発泡断熱材と、前記発泡断熱材に隣接配置され、柔軟性を有するアルミ箔によって密閉された偏平矩形袋状に形成されている音波反射材と、前記音波反射材の表面と裏面に密接配置されている気体漏れ防止材とを具備し、前記音波反射材は音響インピーダンスが空気と異なる気体が封入されていることを特徴とする断熱遮音装置。
熱を遮断する発泡断熱材と、前記発泡断熱材に隣接配置され、柔軟性を有するアルミ箔によって密閉された偏平矩形袋状に形成されている音波反射材と、前記音波反射材の表面と裏面に密接配置されているアルミ板の気体漏れ防止材とを具備し、前記音波反射材は音響インピーダンスが空気と異なるヘリウムガスが封入されていることを特徴とする断熱遮音装置。
熱を遮断する発泡断熱材と、前記発泡断熱材に隣接配置され、柔軟性を有するアルミ箔によって密閉された偏平矩形袋状の風船として形成されている音波反射材と、前記音波反射材の表面と裏面に密接配置されているアルミ板の気体漏れ防止材とを具備し、前記音波反射材は表面と裏面の２面の肉厚が厚み方向の４面の肉厚より大きく形成され、音響インピーダンスが空気と異なるヘリウムガスが封入されていることを特徴とする断熱遮音装置。
熱を遮断する２枚の発泡断熱材と、前記２枚の発泡断熱材の間に挟持して配置され、柔軟性を有するアルミ箔によって密閉された偏平矩形袋状に形成されている音波反射材とを具備し、前記音波反射材は音響インピーダンスが空気と異なるヘリウムガスが封入されていることを特徴とする断熱遮音装置。
請求項３〜６のいずれか１項において、前記音波反射材は柔軟性を有するアルミ箔によって密閉形成された複数個の偏平矩形袋を厚み方向の面を密接配置して構成されていることを特徴とする断熱遮音装置。
台枠、側構体、屋根構体を有する車両構体に車内床と内装材を装備した鉄道車両であって、前記車両構体と前記車内床、若しくは前記車両構体と前記内装材の間に請求項１〜７のいずれか１項に記載の断熱遮音装置を設けたことを特徴とする鉄道車両。