JP2006509130A

JP2006509130A - 音響機能性窓体

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Publication number: JP2006509130A
Application number: JP2004557505A
Authority: JP
Inventors: アラエイ、ダリウシュ
Original assignee: スマートスキン、インコーポレイテッド
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2006-03-16
Also published as: CN1742320A; CA2507312A1; EP1579421A1; BR0316827A; RU2005120748A; US20040103588A1; AU2003297624B2; AU2003297624A1; US6957516B2; WO2004051623A1; MXPA05005912A

Abstract

【課題】騒音を抑制するための代替的な窓体を提供する。
【解決手段】窓パネル（１１０）が内部に配置された枠体（１３０）を有する窓体（１００）が提供される。前記窓パネル（１１０）と前記枠体（１３０）との間には、前記窓パネル（１１０）の周縁部の一部に隣接して第１のインピーダンス不連続体（１６２）が配置される。また、前記窓パネル（１１０）の周縁部の他の一部に隣接して第２のインピーダンス不連続体（１６４）が配置される。前記第１（１６２）及び第２（１６４）のインピーダンス不連続体は異なるインピーダンスを有する。

Description

本発明は、一般に窓体（windows）の分野に関し、より詳細には、窓体における騒音の伝達、騒音の低減、及び音響制御に関する。

窓体は、ガラス、プラスチック等の１枚以上の透明なパネル（すなわち、窓パネル（panes））を含むことが通常である。窓体は、熱の損失又は利得、湿分の損失又は利得、騒音等に対する保護を行いつつ光を取り入れるものとしてビル、自動車、航空機等で使用されている。多くの窓体には問題点の１つとして、窓体が必ずしも常に騒音に対して適切な保護をもたらすものではないということがある。このため、窓体を介する音の伝達を低減するための技術が開発されてきた。

窓体を介する音の伝達を低減する技術の１つとして、厚さが異なる２枚の窓パネルを窓体に備えることで、厚さが同一の２枚の窓パネルを備える窓体と比較して、より広範囲にわたる周波数の騒音を遮断するものがある。また、別の技術として、密度が異なる２枚の窓パネルを窓体に備えることで、密度が同一の２枚の窓パネルを備える窓体と比較して、より広範囲にわたる周波数の騒音を遮断するものもある。ここで、異なる厚さ及び／又は異なる密度の２枚の窓パネルの間に振動減衰部材を配置することでいずれかの窓パネルの振動を減衰させることも可能である。窓体を介する音の伝達を低減させるこれらの技術に関する問題点の１つとして、これらの技術は、従来の２枚の窓パネルを備える窓体と比較して、枠体の寸法が大きくなりまた多量のガラスが必要となることが通常であるため、コストが増加するということがある。また、これらの技術では、窓体が比較的重くなり得ることから、従来の窓体より取り付けが困難となる可能性がある。さらに、これらの技術は、２枚の窓パネルを有する窓体に限定されている。

窓体を介する音の伝達を低減するための別の技術として、音の伝達を低減させる窓パネルを積層させた窓体がある。しかしながら、窓パネルを積層させた窓体は、積層されていない窓体と比較すると高価であり、例えば、通常は約３０〜６０％高価である。さらに、異なる密度の窓パネルを積層させた窓体及び２重窓パネルの窓体は、窓体の光学的性質を変化させる可能性がある。

上述した理由、及び本明細書を読解することで当業者に明らかとなる後述する他の理由により、当該分野では、騒音を抑制するための代替的な窓体が求められている。

本発明の一実施形態によれば、窓パネルが内部に配置された枠体を有する窓体が提供される。第１のインピーダンス不連続体が、前記窓パネルの周縁部の一部に隣接して前記窓パネルと前記枠体との間に配置される。第２のインピーダンス不連続体が、前記窓パネルの周縁部の他の一部に隣接して配置される。前記第１及び第２のインピーダンス不連続体は異なるインピーダンスを有する。

本発明の別の実施形態によれば、枠体を有する窓体が提供される。前記枠体内には、複数の窓パネルが配置される。各窓パネルは他の窓パネルに対して略平行であり、各窓パネルは間隙によって他の窓パネルから離間される。各窓パネルの周縁部に隣接して、第１及び第２のインピーダンス不連続体が配置される。前記第１及び第２のインピーダンス不連続体は、異なるインピーダンスを有する。前記複数の窓パネルのうち隣接する窓パネルの前記第１及び第２のインピーダンス不連続体は、互い違いに配列される。

本発明の別の実施形態によれば、窓パネルが内部に配置された枠体を有する窓体が提供される。前記窓パネルの周縁部の一部に隣接して、受動的なインピーダンス不連続体が配置される。前記枠体と前記窓パネルとの間には、前記窓パネルの周縁部の他の一部に隣接して能動的なインピーダンス不連続体が配置される。前記能動的なインピーダンス不連続体は、前記受動的なインピーダンス不連続体と異なるインピーダンスを有するように動作する。

本発明の別の実施形態によれば、窓パネルが内部に配置された枠体を有する窓体が提供される。前記窓パネルと前記枠体との間には、前記窓パネルの周縁部に隣接してアクチュエータが配置される。前記窓パネルと前記枠体との間には、前記窓パネルの周縁部に隣接してセンサが配置される。前記窓体は、前記センサに電気的に結合した入力部と前記アクチュエータに電気的に結合した出力部とを有するコントローラをも備える。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の詳細な説明では、本発明を実施し得る具体的な実施形態が示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施可能となるよう十分詳細に記載されているものであるが、他の実施形態も実施可能であり、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、論理的、機械的及び電気的な変更をなし得ることが理解されよう。従って、以下の詳細な説明を限定的に捉えるべきではない。

窓パネルは、その窓パネルに作用する音波により振動する。振動する窓パネルは、窓パネルにおける振動エネルギーの増加に伴って増加する音圧レベル（ＳＰＬ）で音を放射する。加えて、窓パネルからの放射音は、窓パネル及び枠体構造内における振動エネルギーの分布に依存する。従って、振動する窓パネルの振動エネルギーを減少させるか、又は振動エネルギーの分布を変化させることにより、窓パネルからの音の放射を低減させることができる。振動する窓パネル内の振動エネルギーの分布は、窓パネルの境界部（又は周縁部）の状態に依存する。すなわち、振動エネルギー及び振動する窓パネル内における分布は、窓パネルがその周縁部で支持される状態に依存する。

本発明の各実施形態では、「音響機能性窓体（acoustically intelligent windows）」が提供されるが、この音響機能性窓体は、窓パネルの周縁部においてインピーダンス（すなわち、剛性（stiffness））の不連続部を有し、音波の作用により窓パネルが振動する際に、窓パネル内における振動エネルギーの分布を変化させるよう作用するものである。ここで、前記インピーダンスの不連続部を、窓パネルの振動エネルギーを低減するよう作用させることができる。窓パネルの周縁部におけるインピーダンスの不連続部は、窓パネル内における振動エネルギーを再分布させる等によるエネルギー制御及びエネルギーを散逸させることにより振動エネルギーを低減するよう作用する受動的及び／又は能動的なインピーダンス不連続体により生成することができる。インピーダンス不連続体は、材料又は構造体における弾性の変化を発生させるものとすることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る窓体１００の一部を示す斜視図である。窓体１００は枠体１３０を備える。窓パネル１１０₁及び１１０₂が、互いに略平行となるように枠体１３０内に配置される。窓パネル１１０₁及び１１０₂は、空気、ネオン、アルゴン等の気体で満たされた間隙１２０によって離間される。

本発明の一実施形態では、枠体１３０がスロット１５２及び１５４を備える。各窓パネル１１０₁及び１１０₂の周縁部１４０の近傍では、互いに異なるインピーダンス（すなわち、運動に対する抵抗性）を有するインピーダンス不連続体１６２及び１６４がそれぞれスロット１５２及び１５４内に配置される。インピーダンス不連続体１６２は、窓パネル１１０₁と枠体１３０との間のインターフェースを形成する一方、インピーダンス不連続体１６４は、窓パネル１１０₂と枠体１３０との間のインターフェースを形成する。インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、窓パネル１１０₁及び１１０₂のそれぞれの周縁部１４０に隣接する窓パネル１１０₁及び１１０₂とそれぞれ接触し、窓パネル１１０₁及び１１０₂を枠体１３０内で支持する。インピーダンス不連続体１６２又は１６４の一方を枠体１３０とする、又はインピーダンス不連続体１６２又は１６４の一方を枠体１３０と同一の材料により構成することも可能である。

図２は、本発明の別の実施形態に係る窓パネル１１０₁及び１１０₂の周縁部１４０の周囲におけるインピーダンス不連続体１６２及び１６４の分布を示す。窓パネル１１０₁の周縁部１４０の一部の周囲にインピーダンス不連続体１６２が配置され、また、窓パネル１１０₁の周縁部１４０の他の一部の周囲にインピーダンス不連続体１６４が配置される。これにより、窓パネル１１０₁の周縁部１４０に隣接してインピーダンス不連続部２１０が構成される。同様に、窓パネル１１０₂の周縁部１４０の一部の周囲にインピーダンス不連続体１６２が配置され、また、窓パネル１１０₂の周縁部１４０の他の一部の周囲にインピーダンス不連続体１６４が配置される。これにより、窓パネル１１０₂の周縁部１４０において剛性の不連続部２２０が構成される。ここで、図１及び図２に示すように、窓パネル１１０₁及び１１０₂の間にインピーダンスの不連続部を構成するよう、窓パネル１１０₁のインピーダンス不連続体１６２及び１６４を、窓パネル１１０₂のインピーダンス不連続体１６２及び１６４に対して互い違いに配列してもよい。図１では、２枚の窓パネルを備える窓体を示すが、窓パネルの数は２枚に限定されるものではない。寧ろ、窓体には、単一の窓パネルを含むあらゆる数の窓パネルを設けることができる。

インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、図１及び図２に示すような連続する構成に限定されない。これに代えて、インピーダンス不連続体１６２及び１６４を、窓パネル１１０₁及び１１０₂のそれぞれの周縁部１４０の１箇所以上に沿って配置される別個の要素とすることもできる。図３は、１つ以上のインピーダンス不連続体１６２を窓パネル１１０の対向する縁部３０２及び３０４に沿って配置し、１つ以上のインピーダンス不連続体１６４を窓パネル１１０の対向する縁部３０６及び３０８（これらは対向する縁部３０２及び３０４の間に位置する）に沿って配置した実施形態を示す。また、図４は、インピーダンス不連続体１６２を窓パネル１１０の境界部３０２，３０４，３０６、及び３０８のそれぞれに沿って配置し、インピーダンス不連続体１６４を窓パネル１１０の角部４１０のそれぞれに配置した実施形態を示す。インピーダンス不連続体１６２及び１６４の配置は、図２〜図４に示した配置に限定されない。例えば、１つ以上のインピーダンス不連続体１６２及び１つ以上のインピーダンス不連続体１６４を、互いに対向して、例えば、それぞれ対向する縁部３０２及び３０４等に沿って、又は他のパターンで配置することができる。

本発明の一実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び１６４が、受動的なインピーダンス不連続体とされる。インピーダンス不連続体１６２及び１６４が異なる剛性のものである限り、例えば、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、鋼鉄の固体、エラストマー、木材等、コイルばね、板ばね、リングばねのようなばね等とすることができる。例えば、本発明の一実施形態では、インピーダンス不連続体１６２を鋼鉄の固体とし、インピーダンス不連続体１６４を、木材の固体、エラストマーの固体、ばね等とすることができる。本発明の別の実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び１６４を、異なる剛性のばねとすることができる。また、インピーダンス不連続体１６２及び１６４を、枠体１３０の一部における孔部、スロット、ノッチ等とし、枠体１３０の各部において弾性を変化させる実施形態とすることもできる。本発明の一実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び１６４を、減衰部材、例えば粘弾性の部材とすることができる。

本発明の別の実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び１６４が、能動的なインピーダンス不連続体（又はアクチュエータ）とされる。ここで、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、鉛、マグネシウム及びニオブ酸（ＰＭＮ）の混合物、鉛、ジルコン酸及びチタン酸（ＰＺＴ）の混合物等からなる圧電アクチュエータとすることができる。圧電効果を用いる構成及び圧電効果を用いた動作は当業者に周知である。従って、ここでは、具体的な構成及び動作の詳細な説明を行わない。インピーダンス不連続体１６２及び１６４として配置した圧電アクチュエータに電圧が印加されると、インピーダンス不連続体１６２及び１６４が、窓パネル１１０及び枠体１３０に対して力を付与することが理解されよう。この力により、窓パネル１１０と枠体１３０との間にインピーダンス（すなわち、運動に対する抵抗）を生成することができる。インピーダンス不連続体１６２及び１６４として配置した圧電アクチュエータに異なる電圧を印加することにより、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は異なるインピーダンスを生成する。

本発明の一実施形態として、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、窓体１００の一部の断面図である図５に示すように、例えば、金属製の電極５０２によって離間された圧電層５００₁〜５００_Nを備えるようにしてもよい。別の実施形態として、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、窓体１００の一部の断面図である図６に示すように、多数の圧電素子６５０が内部に配置された基体６００を備えることもできる。圧電素子６５０は、圧電ロッド、圧電チューブ、多数の圧電層等とすることができる。

別の実施形態として、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、サーモスタットにおけるバイメタルストリップと同様に動作する圧電湾曲体（piezoelectric bender）とすることができる。別の実施形態として、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、平行な圧電ストリップからなる薄板状の圧電アクチュエータとして構成することができる。これらのアクチュエータの変位は、分極方向及び電界に垂直である。最大移動距離は、ストリップの長さの関数であり、平行なストリップの数により素子の剛性及び安定性が決定される。

別の実施形態として、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、図７Ａ及び図７Ｂに概略して示すように、圧電センサ７１０及び圧電アクチュエータ７２０を備えることができる。その一実施形態として、圧電センサ７１０及び圧電アクチュエータ７２０は一体化することができる。ここで、圧電センサ７１０及び圧電アクチュエータ７２０は、図７Ａに示すように、窓パネル１１０及び枠体１３０と略平行に積層することができる。すなわち、圧電センサ７１０及び圧電アクチュエータ７２０は、それぞれ窓パネル１１０及び枠体１３０と接触する。別の実施形態として、圧電センサ７１０及び圧電アクチュエータ７２０は、一連のものとして配置される（すなわち、図７Ｂに示すように、窓パネル１１０及び枠体１３０に対して略垂直に積層される）。すなわち、圧電センサ７１０が圧電アクチュエータ７２０と枠体１３０との間に配置され、圧電アクチュエータ７２０が圧電センサ７１０と窓パネル１１０との間に配置される。

電圧Ｖｉｎが圧電アクチュエータ７２０に印加されると、窓パネル１１０及び枠体１３０に対して力が付与され、これにより窓パネル１１０と枠体１３０との間にインピーダンス不連続部が生成される。反対に、窓パネル１１０が、図７Ａの実施形態のように直接的に、又は図７Ｂの実施形態のように圧電アクチュエータ７２０を介して間接的に、圧電センサ７１０に対して振動運動又は力を付与すると、圧電センサ７１０は、振動運動又は力を示す電圧Ｖｏｕｔを出力する。

別の実施形態として、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、形状記憶合金（shape memory alloys、ＳＭＡｓ）により形成されたアクチュエータとすることができる。ＳＭＡｓは、ＳＭＡ材料において熱を誘発することによって生起し得る相変態を介して元の形状に戻る能力を有する材料である。ＳＭＡがその変態温度未満である場合は、降伏強度は極めて低く、新たな形状へと容易に変形させることができる（この形状は保持されることとなる）。しかしながら、ＳＭＡをその変態温度を越えて加熱すると、元の形状に戻る。ＳＭＡが変態するに際して何らかの抵抗があった場合、大きな力を発生させることができる。最も一般的かつ有用な形状記憶材料は、ニチノール（Nitinol、ニッケルチタン・ナーバル・オードナンス・ラボラトリ（Naval Ordnance Laboratory））と呼ばれるニッケル−チタン合金である。

図８に示すように、本発明の一実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、ＳＭＡホイル８１０及び８２０から形成され、比較的大きなストロークを有する板ばね（leaf springs）とすることができる。ここで、クランプ８３０及び８４０により、例えば、１平方インチ当り４０個の板ばねの充填密度で、ＳＭＡホイル８１０及び８２０を終端させることができる。ここで、制御電流Ｉ_Cが板ばねに印加されると、この制御電流により、変態温度を越えてＳＭＡホイル８１０及び８２０を加熱する熱を発生させることができる。そして、これによりＳＭＡホイル８１０及び８２０を、図８の矢印８５０によって示される方向に移動させることができる。別の実施形態として、抵抗により加熱される材料等のような加熱材料とＳＭＡホイル８１０及び８２０とを接触させること等の直接的な接触導通によってＳＭＡホイル８１０及び８２０を加熱することができる。また、加熱した空気流等にＳＭＡホイル８１０及び８２０を露出させること等の対流現象によってＳＭＡホイル８１０及び８２０を加熱することもできる。

図９に示すように、本発明の別の実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び１６４は、窓パネル１１０と枠体１３０との間に配置されたＳＭＡコイルばね９００とされる。ここで、例えば、ＳＭＡコイルばね９００を加熱するために、ＳＭＡコイルばね９００に制御電流を印加して、ばね定数を約１０倍増加させることができる。また、抵抗により加熱される材料等の加熱材料とＳＭＡコイルばね９００とを接触させること等の直接的な接触導通によってＳＭＡコイルばね９００を加熱することもできる。また、加熱した空気流等にＳＭＡコイルばね９００を露出させること等の対流現象によってＳＭＡコイルばね９００を加熱することもできる。

インピーダンス不連続体１６２には圧電アクチュエータを設けてもよく、また、インピーダンス不連続体１６４にＳＭＡアクチュエータを設けてもよい。更に、これらの逆の構成もとり得る。インピーダンス不連続体１６２として受動的なインピーダンス不連続体を包含させてもよく、インピーダンス不連続体１６４として、圧電アクチュエータ及び／又はＳＭＡアクチュエータのような能動的なインピーダンス不連続体を包含させてもよい。また、これらの逆の構成もとり得る。例えば、インピーダンス不連続体１６２をＳＭＡコイルばねとし、インピーダンス不連続体１６４を受動的なコイルばねとすることができる。ＳＭＡコイルばねに電流が印加されないとき、受動的なＳＭＡコイルばねは同一の剛性を有する。その一方、ＳＭＡコイルばねに電流が印加されると、ＳＭＡばねの剛性は、例えば、約１０倍まで増加し、受動的なＳＭＡコイルばねは異なる剛性を有することになる。

図１０は、本発明の別の実施形態に係る窓体からの音の放射を制御する制御装置１０００を示す。この実施形態では、インピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４は、例えば、圧電アクチュエータ及び／又はＳＭＡアクチュエータのようなアクチュエータである。インピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４のそれぞれにはコントローラ１０１０の出力部が結合される。コントローラ１０１０の入力部には、振動センサ１０２０、例えば、図７Ａ及び図７Ｂの圧電センサ７１０のような圧電センサが結合される。ここで、振動センサ１０２０は、図１０に示すように、周縁部１４０に隣接して窓パネル１１０に取り付けることができる。別の実施形態として、図１０に示すように、振動センサ１０２０を窓パネル１１０と枠体１３０との間に配置することもできる。インピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４は、図７Ａ又は図７Ｂに示したようなものとし、センサとアクチュエータとを含ませてもよい。

コントローラ１０１０は、振動センサ１０２０からの信号（例えば、検出電圧Ｖ_sense）を受信するものであり、この信号は、窓パネル１１０の周縁部１４０に隣接して振動センサ１０２０へと伝達される振動を示す。コントローラ１０１０は、窓パネル１１０と枠体１３０との間のインピーダンスを調整するために、インピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４に対して信号、例えば、圧電アクチュエータのための制御電圧Ｖ_C又はＳＭＡアクチュエータのための制御電流Ｉ_Cを発生して伝達する。

本実施形態では、インピーダンスを調整することにより、音波が作用するために振動している単一の窓パネル１１０の周縁部１４０に隣接してインピーダンスの不連続部を生成することができる。この剛性の不連続部は、窓パネル１１０内で振動エネルギーの分布を変化させるように作用する。ここで、剛性の不連続部を、窓パネル１１０の振動エネルギーを低減するよう作用させることで、これに由来する音の放射を低減させてもよい。別の実施形態として、窓パネル１１０の周縁部１４０に隣接するインピーダンスの不連続部により、窓パネル１１０又は枠体１３０の所定の部分に対して振動エネルギーの方向を変化させるか、又は振動エネルギーに制限を加えてもよい。また、受動的なインピーダンス不連続体を使用して、上記方向が変化され又は制限が加えられた振動エネルギーを放散させてもよい。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、従来の窓パネル内における振動エネルギーの分布、及び本発明の一実施形態に係る窓パネルの周縁部に隣接するインピーダンス不連続部を有する窓パネル内における振動エネルギーの分布を、有限の構成要素によるコンピュータシミュレーションにより示すものである。インピーダンス不連続部は、窓パネル内において振動エネルギーの分布を変化させるように作用することが認められる。さらに、この実施形態では、振動エネルギーの分布の変化は、振動エネルギーを例えば約３桁程度低減させるように作用することが認められる。

別の実施形態として、インピーダンスを調整することにより、連続する窓パネルの周縁部の間で、例えば、窓パネル１１０₁と１１０₂との間でインピーダンスの不連続部を発生させるのみならず、それぞれの窓パネルの周縁部に隣接してインピーダンスの不連続部を発生させることもできる。例えば、窓パネル１１０₁及び１１０₂において、音波が窓パネル１１０₁に作用すると、窓パネル１１０₁の周縁部１４０に隣接するインピーダンスの不連続部が、窓パネル１１０₁内の振動エネルギーの分布を変化させるように作用させてもよい。ここで、窓パネル１１０₁の周縁部１４０に隣接するインピーダンスの不連続部を、窓パネル１１０₁の振動エネルギーを低減させるように作用させてもよい。さらに、窓パネル１１０₁と１１０₂との間のインピーダンスの不連続部を、窓パネル１１０₁から窓パネル１１０₂への振動エネルギーの移動を低減させるように作用させてもよく、窓パネル１１０₂の周縁部１４０に隣接するインピーダンスの不連続部を、窓パネル１１０₂内の振動エネルギーの分布を変化させるように作用させてもよい。また、窓パネル１１０₂の周縁部１４０に隣接するインピーダンスの不連続部を、窓パネル１１０₂の振動エネルギーを低減させることで、これに由来する音の放射を低減させるように作用させてもよい。

本発明の別の実施形態として、各窓パネル１１０₁及び１１０₂の周縁部１４０に隣接するインピーダンスの不連続部を、枠体１３０又は窓パネル１１０₁及び１１０₂のそれぞれの所定の部分への振動エネルギーの方向を変化させ、又は振動エネルギーに制限を加えるようにすることもできる。ここで、受動的なインピーダンス不連続体を使用して、前記方向が変化され又は制限が加えられた振動エネルギーを放散させてもよい。

図１２は、本発明の別の実施形態に係る窓体からの音の放射を制御する音放射制御方法１２００を示すフローチャートである。ステップ１２１０において、振動センサ１０２０は、音波の作用により振動している窓体１００の窓パネル１１０の周縁部１４０に隣接する振動を検出する。この振動を示す信号は、振動センサ１０２０からコントローラ１０１０へと伝達される。コントローラ１０１０は、窓パネル１１０内の振動エネルギーの分布を判定し、これによりステップ１２２０において、窓体１００からの音の放射を判定する。ここで、コントローラ１０１０は、窓パネル１１０における振動エネルギーの分布を計算し、これにより周縁部１４０における振動に由来する窓体１００からの音の放射を、振動センサ１０２０からの信号が示すものとして計算してもよい。別の実施形態として、コントローラ１０１０は、振動センサ１０２０からの信号と、履歴による振動データ（通常、当業者により「ベースラインデータ」と呼ばれる）とを比較し、窓パネル１１０における振動エネルギーの分布を判定し、これにより窓体１００からの音の放射を判定することもできる。

分岐ステップ１２３０において、振動エネルギーが所定のレベルを越える場合、コントローラ１０１０は、例えば、上記計算又はベースラインデータとの比較に基づき、周縁部１４０における剛性の分布を判定する。この分布は、所定のレベル未満に振動エネルギーを低減するため、窓パネル１１０内の振動エネルギーの分布を変化させるため、又は振動エネルギーの方向を窓パネル１１０の所定の部分に変化させるか、又は振動エネルギーを窓パネル１１０の所定の部分に制限するためのものである。その後、ステップ１２５０において、コントローラ１０１０は、窓パネル１１０と枠体１３０との間でインピーダンスを調整し、周縁部１４０に隣接する前記判定した剛性の分布を得るための信号をインピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４に送信する。その後、音放射制御方法１２００はステップ１２１０へと戻る。分岐ステップ１２３０において、振動エネルギーが所定値以下である場合、音放射制御方法１２００はステップ１２６０で終了する。

インピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４は、これが設けられた地点における構造体の空間的な派生物（spatial derivative）（すなわち、歪み、せん断力）に比例する一組の力を生じさせるように構成してもよい。別の実施形態として、例えば、２０００年１１月２８日に出願された「スマート・スキン・構造」と題された米国特許出願第09/724,369号明細書（係属中）に記載されているように、渦の力の流れ（vortex power flow）（ＶＰＦ）によって特定される一組の力を生じさせるようにインピーダンス不連続体１６２及び／又は１６４を構成することもできる。この出願は引用によりここに取り入れられる。

結論として、上記では、具体的な実施形態を示して説明したが、当業者であれば、同一の目的を達成するために予測されるあらゆる構成を、上述した特定の実施形態と置換し得ることが理解されよう。本発明の多くの応用例が、当業者に明らかであろう。従って、この出願は、本発明のあらゆる応用又は変形を包含することを意図するものである。本発明は、後述する特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものであることが明白に意図される。

本発明の一実施形態に係る窓体の一部を示す斜視図である。本発明の別の実施形態において図１の窓体の窓パネルの周囲におけるインピーダンス不連続体の分布を示す斜視図である。本発明の別の実施形態に係る窓パネルの周囲に分布した別個のインピーダンス不連続体を示す図である。本発明のさらに別の実施形態に係る窓パネルの周囲に分布した別個のインピーダンス不連続体を示す図である。本発明のインピーダンス不連続体の一実施形態を示す断面図である。本発明のインピーダンス不連続体の別の実施形態を示す断面図である。図７Ａ及び図７Ｂは、本発明のインピーダンス不連続体の別の実施形態を示す図である。本発明のインピーダンス不連続体の別の実施形態を示す図である。本発明のインピーダンス不連続体の別の実施形態を示す断面図である。本発明の別の実施形態に係る制御装置を示す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、従来の窓パネル内における振動エネルギーの分布、及び本発明の一実施形態に係るインピーダンス不連続部を有する窓パネル内における振動エネルギーの分布をそれぞれ示す図である。本発明の別の実施形態に係る窓体からの音の放射を制御する音放射制御方法のフローチャートである。

符号の説明

１００…窓体１１０、１１０₁、１１０₂…窓パネル
１２０…間隙１３０…枠体
１４０…周縁部
１６２、１６４…インピーダンス不連続体
７１０…圧電センサ７２０…圧電アクチュエータ
８１０、８２０…ＳＭＡホイル９００…ＳＭＡコイルばね
１０００…制御装置１０１０…コントローラ
１０２０…振動センサ

Claims

枠体と、
前記枠体内に配置された窓パネルと、
前記窓パネルの周縁部の一部に隣接して前記窓パネルと前記枠体との間に配置された第１のインピーダンス不連続体と、
前記窓パネルの周縁部の他の一部に隣接し、前記第１のインピーダンス不連続体と異なるインピーダンスを有する第２のインピーダンス不連続体と
を有することを特徴とする窓体。
請求項１記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つが受動的なものであることを特徴とする窓体。
請求項１記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つが能動的なものであることを特徴とする窓体。
請求項１記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つは、アクチュエータ及びセンサを備えることを特徴とする窓体。
請求項１記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つは、圧電アクチュエータ及び形状記憶合金アクチュエータよりなる群から選択されることを特徴とする窓体。
請求項１記載の窓体において、前記第２のインピーダンス不連続体が前記枠体の一部であることを特徴とする窓体。
枠体と、
前記枠体内で間隙をおいて互いに略平行に離間された複数の窓パネルと、
異なるインピーダンスを有し、前記複数の窓パネルのそれぞれの周縁部に近接して互い違いに配列された第１及び第２のインピーダンス不連続体と
を有することを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つが受動的なものであることを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つが能動的なものであることを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つは、アクチュエータ及びセンサを備えることを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つは、圧電アクチュエータ及び形状記憶合金アクチュエータよりなる群から選択されることを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記第２のインピーダンス不連続体が前記枠体の一部であることを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記複数の窓パネルのそれぞれにおける前記第１のインピーダンス不連続体及び前記第２のインピーダンス不連続体の少なくとも１つは、このインピーダンス不連続体に対応する前記複数の窓パネルの１枚における振動に基づく電気信号を受信するアクチュエータであることを特徴とする窓体。
請求項１３記載の窓体において、前記複数の窓パネルのそれぞれと前記枠体との間に振動センサが設けられることを特徴とする窓体。
請求項１４記載の窓体において、前記複数の窓パネルのそれぞれの振動センサに電気的に結合した入力部と、前記窓パネルのそれぞれのアクチュエータに電気的に結合した出力部とを有するコントローラを備えることを特徴とする窓体。
請求項７記載の窓体において、前記第１及び第２のインピーダンス不連続体は、前記複数の窓パネルのそれぞれと前記枠体との間に設けられることを特徴とする窓体。
枠体と、
前記枠体内に配置された窓パネルと、
前記窓パネルの周縁部の一部に隣接する受動的なインピーダンス不連続体と、
前記窓パネルの周縁部の他の一部に隣接して前記枠体と前記窓パネルとの間に配置され、前記受動的なインピーダンス不連続体と異なるインピーダンスを有するように動作する能動的なインピーダンス不連続体と
を有することを特徴とする窓体。
請求項１７記載の窓体において、前記能動的なインピーダンス不連続体は、圧電アクチュエータ及び形状記憶合金アクチュエータよりなる群から選択されることを特徴とする窓体。
請求項１７記載の窓体において、前記受動的なインピーダンス不連続体が前記枠体の一部であることを特徴とする窓体。
枠体と、
前記枠体内に配置された窓パネルと、
前記窓パネルの周縁部に隣接して前記窓パネルと前記枠体との間に配置されたアクチュエータと、
前記窓パネルの周縁部に隣接して前記窓パネルと前記枠体との間に配置されたセンサと、
前記センサに電気的に結合された入力部及びアクチュエータに電気的に結合された出力部を有するコントローラと
を有することを特徴とする窓体。
窓体の振動を制御する窓体振動制御方法であって、
枠体内に窓パネルを配置するステップと、
前記窓パネルの周縁部に隣接してインピーダンスの不連続部を生成するステップと
を有することを特徴とする窓体振動制御方法。
請求項２１記載の窓体振動制御方法において、前記窓パネルの周縁部に隣接して前記インピーダンスの不連続部を生成するステップは、前記窓パネルの周縁部の一部に隣接して前記枠体と前記窓パネルとの間にインピーダンス不連続体を設けるステップを有することを特徴とする窓体振動制御方法。
請求項２２記載の窓体振動制御方法において、前記枠体と前記窓パネルとの間にインピーダンス不連続体を設けるステップは、前記枠体と前記窓パネルとの間に受動的及び能動的なインピーダンス不連続体の少なくとも１つを配置するステップを有することを特徴とする窓体振動制御方法。
請求項２２記載の窓体振動制御方法において、前記枠体と前記窓パネルとの間にインピーダンス不連続体を設けるステップは、前記枠体と前記窓パネルとの間にアクチュエータを設けるステップを有することを特徴とする窓体振動制御方法。
請求項２４記載の窓体振動制御方法において、前記枠体と前記窓パネルとの間にアクチュエータを設けるステップは、前記枠体と前記窓パネルとの間に圧電アクチュエータ及び形状記憶合金アクチュエータの少なくとも１つを配置するステップを有することを特徴とする窓体振動制御方法。
請求項２４記載の窓体振動制御方法において、前記枠体と前記窓パネルとの間に振動センサを設けるステップを含むことを特徴とする窓体振動制御方法。
請求項２６記載の窓体振動制御方法において、前記アクチュエータをコントローラの出力部に接続するステップと、前記振動センサを前記コントローラの入力部に接続するステップを含むことを特徴とする窓体振動制御方法。
窓体からの音の放射を制御する音放射制御方法であって、
複数の窓パネルを、間隙をおいて互いに略平行に離間するように枠体内に設けるステップと、
前記複数の窓パネルのそれぞれの周縁部に隣接してインピーダンスの不連続部を生成するステップと
を有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項２８記載の音放射制御方法において、前記複数の窓パネルのそれぞれの周縁部に隣接してインピーダンスの不連続部を生成するステップは、前記複数の窓パネルのそれぞれの周縁部の一部に隣接して前記枠体と前記複数の窓パネルのそれぞれとの間にインピーダンス不連続体を設けるステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項２９記載の音放射制御方法において、前記枠体と前記複数の窓パネルのそれぞれとの間にインピーダンス不連続体を設けるステップは、前記枠体と前記複数の窓パネルのそれぞれとの間に受動的及び能動的なインピーダンス不連続体の少なくとも１つを設けるステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項２９記載の音放射制御方法において、前記枠体と前記複数の窓パネルのそれぞれとの間にインピーダンス不連続体を設けるステップは、前記枠体と前記複数の窓パネルのそれぞれとの間にアクチュエータを設けるステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項３１記載の音放射制御方法において、前記枠体と前記複数の窓パネルのそれぞれとの間に振動センサを設けるステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項３２記載の音放射制御方法において、前記複数の窓パネルのそれぞれの前記アクチュエータをコントローラの出力部に接続するステップと、前記複数の窓パネルのそれぞれの前記振動センサを前記コントローラの入力部に接続するステップとを含むことを特徴とする音放射制御方法。
請求項２８記載の音放射制御方法において、前記複数の窓パネルのそれぞれの周縁部に隣接してインピーダンスの不連続部を生成するステップは、前記複数の窓パネルのうち隣接する窓パネル間にインピーダンスの不連続部を生成するステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項３４記載の音放射制御方法において、前記複数の窓パネルのうち隣接する窓パネル間にインピーダンスの不連続部を生成するステップは、前記隣接する窓パネルのインピーダンス不連続体を互い違いに配列するステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
窓体からの音の放射を制御する音放射制御方法であって、
窓体における１枚以上の窓パネルの周縁部に隣接して振動を検出するステップと、
前記検出した振動に基づいて前記１枚以上の窓パネルの周縁部でインピーダンスを調整するステップと
を有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項３６記載の音放射制御方法において、前記１枚以上の窓パネルの周縁部でインピーダンスを調整するステップは、前記検出した振動から前記１枚以上の窓パネルの振動エネルギーを判定するステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
請求項３６記載の音放射制御方法において、前記１枚以上の窓パネルの周縁部でインピーダンスを調整するステップは、前記１枚以上の窓パネルの周縁部で剛性を判定するステップを有することを特徴とする音放射制御方法。
窓体の振動を制御する窓体振動制御方法であって、
窓体の窓パネルの周縁部に隣接して振動を検出するステップと、
前記検出した振動から前記窓パネルの振動エネルギーを判定するステップと、
前記窓パネルの振動エネルギーが所定値を越えたとき、前記窓パネル内の振動エネルギーの分布を変化させるための前記周縁部における剛性の分布を判定するステップと、
前記窓パネルの振動エネルギーが前記所定値を越えたとき、前記窓パネルの周縁部でインピーダンスを調整して前記窓パネル内で前記振動エネルギーの分布を変化させるステップと
を有することを特徴とする窓体振動制御方法。