JP2016218197A - 多孔板 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも少ない数の貫通孔で高い吸音率を得ることができる多孔板を提供する。
【解決手段】板形状または壁形状の閉塞部材との間に空気層が形成されるように配置される、多数の貫通孔４を有する多孔板１において、貫通孔４は、多孔板１の一方の面Ｓ１に形成される最大孔径部１１と、多孔板１の他方の面Ｓ２に形成される最小孔径部１２と、を有し、多孔板１の板厚ｔ方向の断面視において、最大孔径部１１と最小孔径部１２とを結ぶ直線Ｌよりも外側へ膨らんでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、板形状または壁形状の閉塞部材との間に空気層が形成されるように配置される吸音部材としての多孔板に関する。本発明の多孔板は、例えば、車両等の防音材料として用いられる。

車両等の防音材料としての多孔板に関する技術として、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の多孔吸音構造は、外側材（アウター材）および／または内側材（インナー材）の中空部側の面に、当該面との間に空気層が形成されるように多数の貫通孔を有する補強板材を取り付けるというものである。この多数の貫通孔を有する補強板材により上記中空部内に吸音性を付与している。この多孔吸音構造によると、内側材（インナー材）の下面に繊維系吸音材を取り付けることなく、吸音率が大きな周波数範囲を容易に広げることができる。

特開２０１４−４８６３２号公報

補強板材に形成する貫通孔の具体的な詳細形状については、特許文献１に直接的な記載はない。補強板材への孔開け方法に関しては、特許文献１の段落００５４にパンチング加工が例示されている。パンチング加工で開けられた孔は、板材の表面から裏面まで断面積が同じ円柱形状の孔となる。すなわち、特許文献１には、板材の表面から裏面まで断面積が同じ円柱形状の多数の孔を有する多孔板が開示されていると言える。

ここで、車両等の防音材料として多孔板を用いる場合、当該多孔板を補強版としても利用するか否かにかかわらず、多孔板に形成する貫通孔の数は少ない方が好ましい。貫通孔を多数、板に開けるとその分、板の強度が低下するからである。一方、貫通孔の数を単に少なくすると吸音率が低下してしまう。また、貫通孔の数を多くすると孔加工のコストが大となるという問題もある。さらには、貫通孔の数を多くし過ぎると、隣り合う貫通孔が干渉してしまうという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来よりも少ない数の貫通孔で高い吸音率を得ることができる多孔板を提供することである。

本発明は、板形状または壁形状の閉塞部材との間に空気層が形成されるように配置される、多数の貫通孔を有する多孔板である。前記貫通孔は、当該多孔板の一方の面に形成される最大孔径部と、当該多孔板の他方の面に形成される最小孔径部と、を有し、当該多孔板の板厚方向の断面視において、前記最大孔径部と前記最小孔径部とを結ぶ直線よりも外側へ膨らんでいる。

貫通孔の形状に関し、最大孔径部と最小孔径部とを結ぶ直線よりも外側へ膨らんだ形状とすることで、音波の伝播に影響する貫通孔各部の板厚方向（音波が通過する方向）の厚さは、孔断面形状が一直線で形成されている場合に比べて小さくなる。すなわち、本発明に係る貫通孔の形状よると、貫通孔各部の板厚方向の厚さは、孔断面形状が一直線で形成されている場合に比べて、両貫通孔部を同じ孔径のところで比較した場合に小さくなる。これにより、少ない数の貫通孔でも高い吸音率を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る多孔板を備える多孔吸音構造を示す断面図である。 図１に示す多孔板の貫通孔部分の拡大図である。 多孔板の流れ抵抗と音波の周波数との関係を示す図である。 多孔板の貫通孔の２つの実施形態を示す断面図である。 多孔板の貫通孔の実施形態を示す断面図である。 図４に示した貫通孔７と比較例に係る膨らみのない貫通孔との吸音率比較結果を示すグラフである。 図４に示した貫通孔６，７と比較例に係る膨らみのない貫通孔とが同じ吸音率になる孔の数の比較結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（多孔板を用いた吸音構造）
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る多孔板１は、板形状または壁形状の閉塞部材２との間に空気層３が形成されるように、閉塞部材２との間に所定の間隔をあけて配置される。なお、空気層３が外部と連通しているのは、多孔板１の多数の貫通孔４部分のみである。すなわち、例えば、多孔板１の端と閉塞部材２とは、貫通孔等のない板で接続されて閉止されている。

閉塞部材２とは、孔が開けられていない、すなわち、表面と裏面が連通していない部材のことである。また、閉塞部材２は、多孔板１を間に挟んで、騒音源５の反対側に配置される。

多孔板１および閉塞部材２の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、鉄、樹脂などである。

（貫通孔の形状）
図２は、図１に示す多孔板１の貫通孔４部分の拡大図である。図２に示すように、貫通孔４は、多孔板１の一方の面Ｓ１に形成される最大孔径部１１と、他方の面Ｓ２に形成される最小孔径部１２とを有する。すなわち、貫通孔４は、多孔板１の表面と裏面とで直径が異なり、孔の表裏において孔の直径が最大（Ｄｍａｘ）、最小（Ｄｍｉｎ）とされた貫通孔である。

Ｄｍｉｎ（最小孔径）は、多孔板１の板厚ｔ以下とされる。Ｄｍｉｎの最小値は、０．０１ｍｍである。孔径：０．０１ｍｍは、過減衰の影響により吸音率が向上しなくなる径である。すなわち、Ｄｍｉｎ（最小孔径）は、０．０１ｍｍ以上、板厚ｔ以下とされる。

Ｄｍａｘ（最大孔径）は、Ｄｍｉｎ（最小孔径）よりも大きな径であり、孔ピッチの１／２未満の径とされる。孔ピッチとは、隣り合う孔の中心間の距離である。

図２に示す、多孔板１の板厚ｔ方向の断面視において、最大孔径部１１と最小孔径部１２との間の貫通孔４の壁面は、最大孔径部１１と最小孔径部１２とを結ぶ直線Ｌよりも径方向外側とされる。すなわち、貫通孔４は、当該直線Ｌよりも外側へ膨らんだ形状となっている。また、貫通孔４の断面積は、最大孔径部１１が形成される多孔板１の一方の面Ｓ１から、最小孔径部１２が形成される多孔板１の他方の面Ｓ２へ近づくにあたり、断面積が同じ、または断面積が小さくなるようにされる。図２に示す実施形態では、最大孔径部１１からその下方の壁面位置１３までは同じ断面積（最大断面積のまま）とされ、その後は、他方の面Ｓ２へ近づくにつれて断面積が連続的に徐々に小さくさるようにされている。

最大のポイントは、貫通孔４の形状が、多孔板１の板厚ｔ方向の断面視において、最大孔径部１１と最小孔径部１２とを結ぶ直線Ｌよりも外側へ膨らんだ形状となっていることである。この構成によると、孔の中ほど部分における同じ孔径となる際の板厚について符号ｔａ１、ｔａ２を付すと、図２に示すように板厚ｔａ２＜板厚ｔａ１となる。このように、多孔板１の貫通孔４各部分の板厚方向の厚さは、直線Ｌで示す外側へ膨らませていない孔の場合よりも、両貫通孔を同じ孔径のところで比較した場合に小さくなる。換言すれば、板厚ｔ方向における孔の両端部を除く部分において、同じ孔径になる板厚ｔ方向の位置がより最小径側となる。

なお、多孔板１の板厚ｔ方向の断面視において、貫通孔４の多くの部分は、曲線で孔の壁面が形成されているが、上下方向や斜め方向や横方向の直線の組合せで孔の壁面が形成されていてもよい（面Ｓ１から面Ｓ２へ向かうにつれて断面積が不連続に小さくなるようにされていてもよい）。すなわち、貫通孔４は、面Ｓ１から面Ｓ２へ向かうにつれて断面積が同じかまたは小さくなればよく、多孔板１の板厚ｔ方向の断面視において、貫通孔４の壁面は、直線と曲線の組合せであってもよいし、全て曲線（曲率の異なる曲線の組合せを含む）であってもよいし、全て直線の組合せであってもよい。

また、図１に示したように、貫通孔４のうちの孔径（断面積）が大きい方を騒音源５側にしてもよいし、これとは反対に、貫通孔４のうちの孔径（断面積）が小さい方を騒音源５側にしてもよい。この理由は、以下の通りである。吸音効果は、音波が孔を通過する祭の圧力損失により決定される。圧力損失は、孔の一番小さな部位により決定されるため、騒音源５側を孔径が小さい方にしても大きい方にしても、同様の吸音効果を発揮させることができるからである。

（貫通孔４各部分の板厚方向の厚さを、孔断面形状が一直線で形成されている場合に比べて、両貫通孔部を同じ孔径のところで比較した場合に小さくしている理由）
板材の表面から裏面まで断面積が同じ円柱形状の多数の貫通孔を板材に開けてなる多孔板の流れ抵抗（表裏の圧力損失／通過流速）の式は、下記の式（１）となる。

式（１）
Ｒ_t：流れ抵抗
η₀：空気の粘性抵抗
β：多孔板の開口率
ｄ：孔径
ｔ：多孔板の板厚
ρ₀：空気の密度
ω：音波の角速度（＝周波数）

上記流れ抵抗と周波数との関係を示すのが図３である。図３に示すように板厚が大きい場合には、板厚が小さい場合に比べて流れ抵抗Ｒ_tが大きくなる。抵抗Ｒ_tが大きいと、最適な減衰を得るための多孔板の開口率β（孔の数）を大きくして減衰を小さくする必要がある。そのため、板厚が大きいと開口率βを大にする必要がある。

ここで、前記したように、貫通孔４の形状を最大孔径部１１と最小孔径部１２とを結ぶ直線Ｌよりも外側へ膨らませた孔形状とすると、貫通孔４各部分の板厚方向の厚さが、孔断面形状が一直線で形成されている場合に比べて、両貫通孔部を同じ孔径のところで比較した場合に小さくなり、多孔板の板厚を小さくしたのと同じ効果が得られる。その結果、同じ吸音率を達成する貫通孔４の数を少なくすることができる。これにより、少ない数の貫通孔でも高い吸音率を得ることが可能となる。これに付随する効果として、孔加工コストの低減、隣り合う貫通孔の干渉回避、多孔板の強度向上という効果がある。

なお、多孔板の板厚を小さくしたのと同じ効果が得られることに大きく寄与する部分は、貫通孔４の最小孔径部１２の周辺部分である、貫通孔４の孔下部Ｂである。この孔下部Ｂにおいて、直線Ｌよりも外側に孔が膨らんでいると（孔が凹状に湾曲していると（直線でもよいが））、面Ｓ１から面Ｓ２までの貫通孔４の各部における板厚が小さくなりやすいからである。

（他の実施形態）
図４には貫通孔の２つの実施形態が示されている。多孔板１の板厚ｔ方向の断面視において、貫通孔の最大孔径部１１と最小孔径部１２とを結ぶ直線Ｌよりも外側へ膨らんでいる部分のうちの最大膨らみ位置が、多孔板１の板厚ｔ方向の中央位置、または当該中央位置よりも最小孔径部１２側の位置であることが好ましい。

図４に示す２つの貫通孔６，７のうちの貫通孔６に関しては、その最大膨らみ位置１４が多孔板１の板厚ｔ方向の中央位置とされている。もう一方の貫通孔７に関しては、その最大膨らみ位置１５が、板厚ｔ方向の中央位置よりも最小孔径部１２側であって、最小孔径部１２側の面Ｓ２から１／４・ｔの位置とされている。

また、図５に示すように、最小孔径部１２付近の十分な強度を確保するために、最小孔径部１２が厚みをもった構造とすることが好ましい。なお、最小孔径部１２の厚みが当該最小孔径部の孔径Ｄｍｉｎよりも大きくなると、貫通孔の形状を最大孔径部と最小孔径部とを結ぶ直線よりも外側へ膨らませた孔形状とすることによる吸音性能向上効果が小さくなるので、最小孔径部１２の厚みｔｄは、当該最小孔径部１２の孔径Ｄｍｉｎ以下の所定の厚みとする。

この構造によると、前記したように最小孔径部１２付近の十分な強度を確保することができる。また、最小孔径部１２を鋭利な構造とするよりも孔加工が行い易いという効果もある。

（検証結果）
図６は、図４に示した貫通孔７と、比較例に係る膨らみのない貫通孔（断面視において最大孔径部１１と最小孔径部１２とが直線Ｌでつながっている円錐状の貫通孔）との吸音率比較結果を示すグラフである。図６において、「本発明」と記載しているのが、図４に示した貫通孔７（実施形態の一例）である。それぞれの貫通孔を有する多孔板の開口率は、同じ０．５％とした。図６からわかるように、本発明に係る貫通孔７（多数の貫通孔７を有する多孔板１）のほうが、比較例に係る膨らみのない貫通孔（膨らみのない貫通孔を有する多孔板）よりも、吸音率を大幅に向上させることができる。

図７は、図４に示した貫通孔６，７と、比較例に係る膨らみのない貫通孔（断面視において最大孔径部１１と最小孔径部１２とが直線Ｌでつながっている円錐状の貫通孔）とが同じ吸音率になる孔の数の比較結果を示すグラフである。

図７に示すグラフの縦軸は、比較例に係る膨らみのない貫通孔（膨らみのない貫通孔を有する多孔板）の場合の孔の数を１００％としたときの本発明に係る貫通孔６，７（多数の貫通孔６または７を有する多孔板１）の場合の孔の数の割合である。グラフの横軸は、貫通孔６，７のそれぞれの最大膨らみ位置１４，１５における膨らみ量である。

図７からわかるように、本発明に係る貫通孔６，７（多数の貫通孔６または７を有する多孔板１）のほうが、比較例に係る膨らみのない貫通孔（膨らみのない貫通孔を有する多孔板）よりも、同じ吸音率を達成する場合に孔の数が少なくて済む。

貫通孔６の場合（最大膨らみ位置：面Ｓ２から１／２・ｔ）と、貫通孔７の場合（最大膨らみ位置：面Ｓ２から１／４・ｔ）との比較においては、貫通孔７の場合のほうが同じ吸音率を達成する場合に孔の数が少なくて済む。すなわち、最大膨らみ位置をより最小孔径部１２に近づけたほうが、孔の数はより少なくて済む。

（作用・効果）
本発明に係る多孔版の有する各貫通孔は、当該多孔板の一方の面に形成される最大孔径部と、当該多孔板の他方の面に形成される最小孔径部と、を有し、当該多孔板の板厚方向の断面視において、前記最大孔径部と前記最小孔径部とを結ぶ直線よりも外側へ膨らんでいる。

この構成によると、多孔板の貫通孔各部の板厚方向の厚さは、孔断面形状が一直線で形成されている場合に比べて、両貫通孔部を同じ孔径のところで比較した場合に小さくなる。これにより、多孔板の板厚を小さくしたのと同じ効果が得られるので少ない数の貫通孔でも高い吸音率を得ることができる。

また本発明において、当該多孔板の板厚方向の断面視において、前記貫通孔の、最大孔径部と最小孔径部とを結ぶ直線よりも外側へ膨らんでいる部分のうちの最大膨らみ位置が、当該多孔板の板厚方向の中央位置、または当該中央位置よりも最小孔径部側の位置であることが好ましい。この構成によると、より少ない数の貫通孔で高い吸音率を得ることができる。

また本発明において、最小孔径部が、当該最小孔径部の孔径以下の所定の厚みを有することが好ましい。この構成によると、最小孔径部付近の十分な強度を確保することができる。また、最小孔径部を鋭利な構造とするよりも孔加工が行い易いという効果も得られる。

１：多孔板
２：閉塞部材
３：空気層
４：貫通孔
１１：最大孔径部
１２：最小孔径部
Ｌ：最大孔径部１１と最小孔径部１２とを結ぶ直線
Ｓ１：一方の面
Ｓ２：他方の面
ｔ：板厚

Claims (3)

1. 板形状または壁形状の閉塞部材との間に空気層が形成されるように配置される、多数の貫通孔を有する多孔板であって、
   前記貫通孔は、
   当該多孔板の一方の面に形成される最大孔径部と、
   当該多孔板の他方の面に形成される最小孔径部と、を有し、
   当該多孔板の板厚方向の断面視において、前記最大孔径部と前記最小孔径部とを結ぶ直線よりも外側へ膨らんでいることを特徴とする、多孔板。
2. 請求項１に記載の多孔板において、
   当該多孔板の板厚方向の断面視において、前記貫通孔の前記直線よりも外側へ膨らんでいる部分のうちの最大膨らみ位置が、当該多孔板の板厚方向の中央位置、または当該中央位置よりも前記最小孔径部側の位置であることを特徴とする、多孔板。
3. 請求項１または２に記載の多孔板において、
   前記最小孔径部が、当該最小孔径部の孔径以下の所定の厚みを有することを特徴とする、多孔板。