JP2008275953A - 消音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来からの吸音ダクトの持つ多くの課題に対して、新しい概念を導入し、シンプルで、かつ、スペースに対して柔軟な構造により、大幅に改善しようとしたものであり、スペ−ス的にも気流抵抗面でも、更には経済面でも極めて有効な消音装置を提供する。
【解決手段】同一或いは異種の不織布を筒状に一重以上多層に加工した吸音筒を複数個用い、騒音源に対向して複数列に千鳥状、平行状あるいはそれらを組み合わせて配したことを特徴とした消音装置にかかるもので、消音装置を構成する不織布の例としては、合成繊維、無機繊維、パルプ繊維、金属繊維であり、中でも、合成繊維としてはポリエステル、ポリプロピレン、無機繊維としてはガラス繊維、炭素繊維、金属繊維としてはアルミ繊維が挙げられる。１‥不織布、３‥点融着、５‥吸音筒、１０‥消音装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、ダクトの開口部、産業機械、建設機械、大型車輌などのエンジン、タービンの冷却用の吸入口、排出口などの開口部、クーリングタワーの開口部など各種開口部から放射される騒音の低減のための消音装置に関する。

従来の上記開口部に用いられる消音装置としては、グラスウールなど多孔質材料を用いた内貼りダクト、スプリット型、セル型などが最も一般的であるが、それらの基本形は図１に示す吸音材（１２）内貼りダクト１１である。

その減音量（透過損失）ＴＬは、次式で求めるのが一般的である。
ＴＬ＝κ・Ｐ／Ｓ・Ｌ〔ｄＢ〕
ただし、Ｐ：ダクトの周長（ｍ） Ｐ＝２（ａ＋ｂ）

Ｓ：ダクトの断面積（ｍ^２ ） Ｓ＝ａ×ｂ

Ｌ：ダクトの長さ（ｍ）

ここで、κは吸音率に関する係数で、一般に良く使われているセービンの式は、κ＝１．０５×α^１．４ （α：ランダム入射吸音率（残響室法吸音率））で求められる。ただし、次のような制約が設けられている。
１）断面の小さいほうの辺の寸法が１５〜４５ｃｍの間であること。
２）ダクト断面の辺長比は１／２〜１の間であること。
３）αの値が０．８を超える場合はα＝０．８として計算する。

上記の式が成り立つのは、周波数がｆ＝ｃ／Ｄ（ｃ：音速、Ｄ：ダクト断面寸法の直径または短辺の長さ）までで、それ以上の高周波数ではダクト軸付近にエネルギ−が集中（ビ−ム状）して伝搬するため、減音量は式の値より小さくなるのが普通である。

以上のように、吸音ダクト１１は、短い辺が１５〜４５ｃｍ位を基本寸法としたものが多く、またその減衰性能も用いる吸音材１２の吸音特性にも依存するので、例えば、１ＫＨｚ付近の周波数の騒音を５〜１０ｄＢ低減するためには、少なくともダクト長は５０〜１００ｃｍ程度となり、かなりのスペースが必要となっていた。

上述したように、吸音材１２内貼りダクト１１は音の波長が断面の直径あるいは短辺よりも小さくなる高音の領域では、音波がビーム状をなして進行するために減音量が低下する。この欠陥を少しでも防ぐため、ダクト断面を吸音材で格子状に分割して細い直路の並列型としたセル型とか、平板状の吸音材で流路を平行に分割した図２に示すようなスプリッタ−型の吸音ダクト１３がよく用いられる。

しかし、これらも減音量は吸音材の吸音特性に支配されるので、一般に高音に対して有効であり、低音域の吸音率を上げるには、吸音材の厚さを増さねばならず、そのために流体抵抗を増す結果となる。例えば、吸音材１２に岩綿板（密度１００〜１４０ｋｇ／ｍ^３ ）を用いた図２と同様のスプリッタ−型吸音ダクトの減音特性は、１ＫＨｚの帯域に対して減音量を１０ｄＢ得ようとすると吸音材の厚さを５０ｍｍのものでダクト長は１ｍ以上、減音量５ｄＢを得るにも５０ｃｍ程度以上のダクト長が必要となる。このように従来の吸音ダクト型の消音装置は、最も適用対象の多い５００〜２ＫＨｚの帯域の騒音に対しては、スペースが必要となり、コスト、重量などの問題と共に、性能を上げようとすると流れ抵抗が上がるという二律背反の問題を抱え、例えば、産業機械などのエンジンル−ム、発電システムなどのコンパクト化、高出力化に伴いシ一トバランスが大きな課題となり、従来構造では対応しにくい状況になってきている。

この流れ抵抗を改善するために、これまでに、翼形の形状にした吸音材を配列する方法もとられているが、これもある程度の長さが必要であり、形状の製作、形状保持、経済性など実用面の課題は多い。

上記したように、従来の吸音材内貼りダクトあるいはその応用としてのセル型やスプリッター型は最も低減ニーズの大きい５００〜２ＫＨｚの帯域に対して、減音量を上げようとすると、ダクト長、内貼り吸音材の厚さ、開口部を狭くする必要があり、その結果、流れ抵抗を増大させる結果となり、減音性能とスペース、重量、コストなど実用面から多くの課題を抱えている。

本発明は、吸音ダクトの持つ多くの課題に対して、新しい概念を導入し、シンプルで、かつ、スペースに対して柔軟な構造により、大幅に改善しようとしたものである。

本発明の要旨は、同一或いは異種の不織布（請求項２）を筒状に一重以上多層に加工した吸音筒を複数個用い、騒音源に対向して複数列に千鳥状、平行状あるいはそれらを組み合わせて配したことを特徴とした消音装置（請求項１）にかかるものである。

そして、本発明の消音装置を構成する不織布の例としては、合成繊維、無機繊維、パルプ繊維、金属繊維であり、中でも、合成繊維としてはポリエステル、ポリプロピレン、無機繊維としてはガラス繊維、炭素繊維、金属繊維としてはアルミ繊維（請求項３〜６）が夫々挙げられる。

不織布を多層に加工して筒体を形成するに際し、熱融着材料で通気性を保持しつつ固着するのが好ましく、従って、熱融着材料をくもの巣状或いはパウダ−状にて融着に供すものである。尚、場合によっては、シ−ト状の熱融着材料で膜のある状態で固着することもあり、前者と後者を任意に組み合わせて固着することも可能である。

更に、筒体中に、合成繊維、無機繊維、金属繊維、樹脂系発泡体、金属系発泡体の少なくとも一種を充填することもでき、これらは前記した材料と同じものが適用できる。尚、樹脂系発泡体の例としてはポリウレタン発泡体が一般的である。

本発明にあって、吸音性のない塩ビパイプで同一の配列にした場合、全周波数帯域でほとんど減音していないか逆に増加しているのに対して、本発明の構造の消音装置のものは、全周波数帯域で効果的に減音する。そして、本発明にあってはスペ−ス的にも気流抵抗面でも経済面でも有効であり、その有用性は極めて高い。

本発明の消音装置は、上記したように不織布を一重以上多重層の円筒形状（以下、吸音筒という）とし、それを千鳥配置、平行配置、あるいはその組み合わせで、二段以上に配列したことを特徴とした消音装置を提供するものである。

本発明の吸音筒の構成の好適例は、ポリエステル繊維系の不織布を主材とした基本タイプで、一重又は複数層重ね合わせた筒状体であり、低域の吸音特性を改善することも可能である。尚、吸音筒の中空部をポリエステル繊維等で充填したタイプもある。吸音筒の配列について言えば、上下及び左右の間隔は吸音筒の直径の３００〜１２０％の間で、減音性能、通気抵抗との兼ね合いで決める。吸音筒の成形としては、不織布層を巻き上げてこれをホットメルト接着して筒状とする手段、網状の金属又はプラスチック製プレ−トを筒状に巻き上げて芯材とし、この上に更に不織布層を巻き付ける手段、筒体内に不織布を充填する構造のものとしては、予め母材として不織布を柱状に形成し、この上に不織布層を巻き上げる手段等がある。

本発明の消音装置は、形状を吸音性能の高い構造で円筒状にし、これを特定の配置構造としたものであり、空気の流通を容易にし、行路を短かくしたにも拘らず、減音性能は大きく、通気抵抗は大幅に改善されるという従来の二律背反の課題を解決している。

一重以上多層の不織布は、同一の不織布で構成してもよいし、異種の不織布を組み合わせて構成してもよく、その結果の流れ抵抗が（１〜１０）×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ 以下、好ましくは、（３〜６）×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ 位が適切な値である。尚、不織布は一重であっても多層であっても、吸音筒の直径方向の流れ抵抗が同じなら吸音率は殆ど同じになり、消音効果には殆ど同じとなる。

吸音性能を出す方法で流れ抵抗（粘性抵抗で熱エネルギ−に変える）を利用する場合には、不織布間をくもの巣状或いはパウダ−状の熱融着材を用いて固着する。一方、中低周波数等域側の吸音特性を上げるためには、膜振動を利用することが有効である。従って、この場合には、不織布間を熱融着シ−トを用いて融着すると同時に膜を形成し、膜の振動を利用し熱エネルギ−に変えることとなる。これにより中低域の減音効果が増大することとなる。熱融着材料としては、ＰＥ、ＰＰ、ＰＡ、ＥＶＡ等が用いられる。熱融着の方法は、例えば、多重に巻き付けて熱を加えるか、熱板を回転しながら当てるか熱ロ−ラを回転し圧着するとかの方法が挙げられる。

（吸音筒）
本発明の消音装置１０における吸音筒を構成する不織布１は、ポリエステル繊維系不織布（厚さ０．５ｍｍ、目付け１００ｇ／ｃｍ^２ のスパンボンド）である。これを多層とするに当たっては、不織布１にパウダ−状熱融着材料（ポリアミド樹脂）２を万遍なく振り掛け、これを所定の径に筒状に丸め、その後熱処理を行って点融着３したものである。得られた吸音筒５は、図３に示すように、不織布１を５重に巻き付けた構造のものであり、外径の直径は７０ｍｍであった。又、当該吸音筒５の流れ抵抗は４×１０^４ Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４ であった。そして、図４は得られた吸音筒５の中空部５ａ内に上記したと同様のポリエステル繊維系多孔質材４を充填した例である。尚、図５は図３の拡大展開図である。

（吸音筒の配置）
図６〜８は本発明の消音装置１０における吸音筒５の配置例を示すものであり、図６は千鳥配置、図７は平行配置、図８は両者の組み合わせ配置の例である。図６にあっては、音源からの音波が吸音筒５によって直進が遮られた例、図７は音波が遮られない例、図８はその併用である。尚、これらの例では隣合う吸音筒５、５の離間距離が吸音筒５の直径と同じとしたものであり、具体的には吸音筒５の外径（直径）が７０ｍｍ、離間距離が７０ｍｍである。

（吸音試験・１）
本発明の騒音装置１０の効果を確認するために、図９に示すようなボックス２０の中にスピーカー２１を入れて、ピンクノイズを発生させ、１１本の吸音筒５或いは同直径の塩ビパイプ５ｂの有り無しでの１／３オクタ−ブバンド中心周波数に対する音圧レベルで比較し、消音性能を評価した。使用した吸音筒５は図３に示す吸音筒（外径：７０ｍｍ）であり、吸音筒５の配置は図６に示す千鳥配置である。塩ビパイプ５ｂの外径も同様のものを用いた。尚、ボックス２０内のスピ−カ−２１、吸音筒５及びマイクロフォン２２の配置の概略を図に数値にて示した。

（吸音効果・１）
図１０は吸音効果を示すグラフである。図中、×印のラインは吸音筒５を置かない場合、△印のラインは塩ビパイプ５ｂを用いた場合、○印のラインは本発明の吸音筒５を用いた場合の夫々音圧レベル（ｄＢＡ）を示すグラフである。この結果から、塩ビパイプ５ｂ（△印）の場合には全周波数帯域でほとんど減音していないか逆に増加しているのに対して、本発明の吸音筒５を用いた消音装置１０（○印）にあっては、全周波数帯域で効果的に減音することが分かる。これは、本発明の消音性能が遮音が主体でなく、吸音が主体であることが分かる。

尚、グラスウ−ル１２（例えば、かさ密度４０ｋｇ／ｍ^３ ）を用いた図２にて示す従来のスプリットタイプ消音装置で、上記と同様の消音性能（６３０Ｈｚ〜５ＫＨｚの広帯域で約１０ｄＢ以上）を得ようとすると、吸音材１２の厚さ１００ｍｍ程度、間隔５０ｍｍ、長さ１００ｃｍ程度の大型の消音装置になってしまい、尚且つ、大抵の場合、表面保護のためのパンチングメタルなども必要になり、気流抵抗面でも、スぺ−ス的にも、重量的にも、経済的にも実用面で適用が難しくなり、本発明の構造が如何に有効であるかを示している。

（吸音試験・２）
本発明の消音装置１０の効果を確認するために、図１１に示すように平行配置をした１２本の吸音筒５、同直径の塩ビパイプ５ｂの音圧レベルを測定し、消音性能を評価した。使用した吸音筒５は図３に示す吸音筒（外径：７０ｍｍ）である。

（吸音効果・２）
図１２は吸音効果を示すグラフである。図中、×印のラインは吸音筒を置かない場合、△印のラインは塩ビパイプ５ｂを用いた場合、○印のラインは本発明の吸音筒５を用いた場合の夫々音圧レベル（ｄＢＡ）を示すグラフである。この結果から、塩ビパイプ（△印）の場合には全周波数帯域でほとんど減音していないか逆に増加しているのに対して、本発明の消音装置１０（○印）は、全周波数帯域で効果的に減音することが分かる。これは本発明の消音性能が遮音が主体でなく、吸音が主体であることが分かる。

（吸音効果・３）
尚、本発明の消音装置１０は吸音が主体になっているため、図４に示すように吸音筒５の中空部５ａに同様の吸音材料４を充填した構成とすることにより、図１３に示すように中低周波数帯域に消音性能の主要減衰帯域を移すこともできる。尚、吸音試験は、吸音試験・１に準じて行った。

（吸音効果・４）
更に、本発明の消音装置１０の吸音筒５の一部の不織布１に膜体（図示せず）を形成した場合には、図１４に示すように吸音性能が中低音周波数帯域に消音性能の減衰帯域を移すこともできることも判明した。吸音試験は、吸音試験・１に準じて行った。

本発明がスペ−ス的にも気流抵抗面でも、更には経済面でも極めて有効であることが証明されたものであり、全てのダクトの開口部、産業機械、建設機械、大型車輌などのエンジン、タービンの冷却用の吸入口、排出口などの開口部、クーリングタワーの開口部など各種開口部から放射される騒音の低減のために広く使用可能である。

図１は従来の吸音材内張りダクトを示す図である。 図２は従来のスプリッタ−型吸音材を示す図である。 図３は本発明における吸音筒の一例を示す断面図である。 図４は本発明における吸音筒の他の例を示す断面図である。 図５は図４の拡大展開図である。 図６は吸音筒の第１の配置例を示す図である。 図７は吸音筒の第２の配置例を示す図である。 図８は吸音筒の第３の配置例を示す図である。 図９は吸音試験装置を示す概念図である。 図１０は吸音試験・１の効果を示すグラフである。 図１１は吸音試験装置を示す概念図である。 図１２は吸音試験・２の効果を示すグラフである。 図１３は吸音試験・３の効果を示すグラフである。 図１４は吸音試験・４の効果を示すグラフである。

符号の説明

１‥不織布、
２‥熱融着材料、
３‥点融着、
４‥多孔質材、
５‥吸音筒、
５ａ‥吸音筒の中空部、
１０‥消音装置。

Claims (16)

1. 不織布を筒状に一重以上多層に加工した吸音筒を複数個用い、騒音源に対向して複数列に千鳥状、平行状あるいはそれらを組み合わせて配したことを特徴とした消音装置。
2. 同一或いは異種の不織布で筒状に加工した請求項１記載の消音装置。
3. 前記不織布が、合成繊維、無機繊維、パルプ繊維、金属繊維である請求項１又は２記載の消音装置。
4. 不織布を構成する合成繊維が、ポリエステル、ポリプロピレンから選択される請求項３記載の消音装置。
5. 不織布を構成する無機繊維が、ガラス繊維、炭素繊維から選択される請求項３記載の消音装置。
6. 不織布を構成する金属繊維が、アルミ繊維である請求項３記載の消音装置。
7. 不織布を多層に加工して筒体を形成するに際し、熱融着材料で通気性を保持しつつ固着する請求項１乃至６いずれか１記載の消音装置。
8. 熱融着材料が、くもの巣状或いはパウダ−状にて融着に供される請求項７記載の消音装置。
9. 不織布を多層に加工して筒体を形成するに際し、シ−ト状の熱融着材料で膜のある状態で固着する請求項７記載の消音装置。
10. 不織布を多層に加工して筒体を形成するに際し、請求項８及び請求項９を組み合わせて固着する請求項１又は２記載の消音装置。
11. 筒体中に、合成繊維、無機繊維、金属繊維、樹脂系発泡体、金属系発泡体の少なくとも一種を充填した請求項１乃至１０いずれか１記載の消音装置。
12. 筒体中に充填される合成繊維が、ポリエステル、ポリプロピレンから選択される請求項１１記載の消音装置。
13. 筒体中に充填される無機繊維が、ガラス繊維、炭素繊維から選択される請求項１１記載の消音装置。
14. 筒体中に充填される金属繊維が、アルミ繊維である請求項１１記載の消音装置。
15. 筒体中に充填される樹脂系発泡体が、ポリウレタン発泡体である請求項１１記載の消音装置。
16. 筒体中に充填される金属系発泡体が、アルミ発泡体である請求項１１記載の消音装置。
    

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