JP2018128597A - 防振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】防振材が有する減衰性能を効率よく引き出すことができる防振構造を提供すること。
【解決手段】本発明の防振構造は、基材１０と、基材１０のおもて面１１に固定される、複数の振動増幅要素２０と、複数の振動増幅要素２０に保持される防振材３０と、を備える。本発明における振動増幅要素２０は、基材１０のおもて面１１に固定される着座部２１と、着座部２１から立ち上がり、基材１０に対する姿勢が維持される保持部２３とを、を備え、防振材３０は保持部２３に保持される、
ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動発生源を覆う防音箱に適用される防振材の減衰性能を最大限に発揮させることのできる防振構造に関する。

コンプレッサ、タービン、ガスタービンなどの回転機械又は工作機械は回転に伴う振動により騒音を発生させるので、防音施工をすることで発生する騒音を許容値未満に抑える必要がある。そのため、例えば特許文献1に記載されるように振動源を筐体である防音箱で囲って密閉し、騒音を低減することが行われる。
音は、振動源の表面が振動し、表面に接している空気の圧力変動が起こることで発生する。よって、振動源の表面振動が小さくなれば音は小さくなる。

防音箱を設置すると、振動源の表面で発生した圧力変動が防音箱の内面にぶつかり、防音箱が振動する。その後、防音箱の外面の振動がまた空気の圧力変動を起こし、防音箱からの音として外部に放射される。
防音箱を構成する板材は、厚くかつ重いほうが音の変動外力による振動が小さくなるため、騒音低減効果が大きい。しかし、防音箱の材料費が高くなったり重くなりすぎたりするために、防音箱を構成する板材はできるだけ薄くしたい。

防音箱に防振材を貼り付けて減衰を付与し、騒音低減を図ることができる。例えば、特許文献２は、音波吸収板、音波干渉構造体及び反射板を積層する吸音パネルを開示する。

特開２０１６−５８５７号公報 特開２０１４−１５７９７号公報

防振材が減衰効果を発揮するのは防振材が伸縮するからである。ここで、図９（ａ）は振動を受けていない防振材１３０を示し、図９（ｂ）は振動を受けて波動する防振材１３０を示している。図９（ａ）において、伸縮が生じる部分にハッチングを施しているが、防振材１３０の一部に過ぎないことがわかる。つまり、防音箱の表面に防振材１３０を貼り付けただけでは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、伸縮しない領域も多くあるので、特許文献１，２も含めて、防振材が有する減衰性能を効率よく引き出すことはできない。
以上より、本発明は、防振材が有する減衰性能を効率よく引き出すことができる防振構造を提供することを目的とする。

本発明の防振構造は、基材と、基材の表面に固定される、複数の振動増幅要素と、複数の振動増幅要素に保持される防振材と、を備える。
本発明における振動増幅要素は、基材の表面に固定される着座部と、着座部から立ち上がり、基材に対する姿勢が維持される保持部と、を備え、防振材は保持部に保持される、ことを特徴とする。
本発明の防振構造によれば、基材に対する姿勢が維持される振動増幅要素の保持部により防振材を保持するので、隣接する振動増幅要素の間隔が広くなるところもあれば狭くなるところもあり、保持されている防振材の全域に伸縮が生じるので、防振材の防振効果が最大限発揮される。

本発明における振動増幅要素は、基材に対する姿勢が維持されるという機能を有している限りその形態は任意である。しかし、その構造的な安定性から、振動増幅要素は、三角錐状の形態をなし、底面が着座部に該当するとともに、底面から立ち上がる三角錐部分が保持部に該当し、三角錐部分の先端において防振材を保持する、ことが好ましい。

本発明における防振構造は、基材と防振材の間に吸音材を設けることにより、より高い防音性能をえることができる。

本発明における防振構造は、複数の振動増幅要素が列をなして配列されている、ことが好ましく、特に、複数の振動増幅要素は、基材における最大振幅点を結ぶ線に沿って配列される、ことが効率よく減衰性能を発揮するうえで好ましい。

本発明における防振構造は、適用される基材が二つの形態を含んでいる。一つ目の形態は、振動源を覆う筐体を基材とし、二つ目の形態は、振動源を構成する部材を基材とすることもできる。

本発明によれば、それぞれの振動増幅要素は、基材に波動が生じても、保持部の姿勢が維持されるので、保持部の先端同士の間隔が広くなるか狭くなるので、保持部に保持された防振材には広い領域で伸縮が生じる。したがって、本発明の防振構造をなす防振材の防振効果が最大限発揮される。

本発明の第１実施形態に係る防振構造を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）の部分拡大断面図である。 本実施形態による減衰性能向上の原理を説明する図であり、（ａ）は振動を受けていない防振構造を示し、（ｂ）は振動を受けている防振構造を示している。 吸音材を介在させた第２実施形態に係る防振構造を示す側面図である。 第３実施形態に係る防振構造を示し、基材の振動モードに適合する位置に増幅要素が選択的に設けられる本実施形態の防振構造を示し、（ａ）は十字状に最大振幅線が描かれる例であり、（ｂ）は十字状に増幅要素が設けられる例である。 第３実施形態に係る他の防振構造を示し、基材の振動モードに適合する位置に増幅要素が選択的に設けられる本実施形態の防振構造を示し、（ａ）は格子状に最大振幅線が描かれる例であり、（ｂ）格子状に増幅要素が設けられる例である。 第４実施形態に係る、配管を基材とする防振構造を示し、（ａ）は横断面の構造を示し、（ｂ）は側面を示している。 第４実施形態に係る、配管を基材とする防振構造を示し、（ａ）は横断面の構造を示し、（ｂ）は側面を示している。 本発明における増幅要素の他の例を示す図であり、（ａ）はＬ型の増幅要素、（ｂ）はＴ型を組み合わせた複合要素、（ｃ）は三角錐状の増幅要素、（ｄ）は三角錐台形状の増幅要素である。 防振材の振動を説明する図であり、（ａ）は振動を受けていない状態を示し、（ｂ）は振動を受けて波動している状態を示している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態に係る防振構造１は、図１に示すように、基材１０と、基材１０の表面に固定される複数の振動増幅要素２０と、複数の振動増幅要素２０の固定端２５のそれぞれに保持される防振材３０と、を備える。防振構造１は、防振材３０を複数の振動増幅要素２０の固定端２５で保持することにより、防振材３０の平面方向の広い領域に伸縮を生じさせることができる。
防振構造１は、コンプレッサ、タービン、ガスタービンなどの回転機械、工作機械などの振動源を覆う防音箱に適用されることで、振動源からの振動を効果的に抑えることができる。
以下、防振構造１の構造について説明した後に、防振構造１の作用及び効果について説明する。

［防振構造１の構成］
基材１０は、図示を省略する振動源を覆う例えば防音箱の基礎的な構造をなす。
基材１０は、金属材料、例えば一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ ＳＳ）を用いることができるし、耐食性が要求される環境下に設置される場合には、ステンレス鋼などの耐食性の金属材料を用いることもできる。また、金属材料に限るものではなく、樹脂成形品を基材１０として用いることもできる。
基材１０は、振動源により発生される圧力変動を衝突させるものである。このように、基材１０は、構造体として機能するものではないから、その形状を維持できる程度の剛性を備えていればよく、基材１０の材質にもよるが、１〜５ｍｍ程度の厚さを有していれば足りる。
基材１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、おもて面１１と、おもて面１１に対向するうら面１３と、を有し、ここではおもて面１１の側に振動増幅要素２０及び防振材３０が設けられるものとする。なお、図１（ｂ）は防振材３０が取り除かれている。

防振材３０は、振動の吸収又は振動の振幅の縮小により振動の伝搬を抑制する防振性能を有する材料からなり、例えば、天然ゴム、合成ゴム、シリコン、ウレタン、合成樹脂などから構成される。
防振材３０は、その機能を発揮できる限り、その厚さは限定されないが、必要以上に厚くするとコストの上昇を招くので、例えば５〜２０ｍｍの範囲から選択される。

振動増幅要素２０は、基材１０の振動による変位を増幅して防振材３０に伝える機能を発揮する部材である。
振動増幅要素２０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、Ｔ字状の形態をなしており、着座部２１と、着座部２１から垂直に立ち上がる柱状の保持部２３と、保持柱２３の先端において防振材３０を固定する固定端２５と、を有している。固定端２５は、着座部２１の重心を通る垂線上に配置される。

振動増幅要素２０は、基材１０のおもて面１１に着座部２１が接触するようにして基材１０に固定される。したがって、振動増幅要素２０は、基材１０の振動に伴って変位する。
振動増幅要素２０は、外力が加わっても容易に姿勢が変わらない程度の剛性を備えている。ここでいう外力とは、振動源からの圧力変動を受けて基材１０が振動することにより振動増幅要素２０に加わる外力である。したがって、振動増幅要素２０は、基材１０が振動して外力を受けたとしてもＴ字の姿勢を維持できるので、基材１０の表面に対する固定端２５の相対的な位置、つまり着座部２１の重心を通る垂線上に配置されることも維持される。

振動増幅要素２０は、以上の振動増幅機能を有する限り、その材質を問われないが、金属材料、樹脂材料などが適用される。
また、振動増幅要素２０は、以上の振動増幅機能を有する限り、その寸法を問われないが、基材１０の振動に適合させることが肝要である。つまり、振動の波長をλとすると、１／２λよりも振動増幅要素２０の着座部２１が基材１０に接する寸法（Ｓ）が小さくなるようにする。好ましくは、着座部２１の寸法（Ｓ）は、１／２λの１／２、さらには１／３などとするのが好ましい。一つの目安として、防振材３０の厚さと同程度にすることができる。
また、保持部２３の背の高さ、つまり着座部２１から固定端２５までの寸法が大きいほど、振動増幅要素２０の振動による変位を増幅する程度が大きくなるが、保持部２３の姿勢を維持することを考慮して、当該寸法を定めるのがよい。一例として、基材１０の厚さが数ｍｍとして、保持部２３の背の高さは５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍの範囲から選択するのが好ましい。

防振構造１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、基材１０のおもて面１１に複数の振動増幅要素２０が設けられる。本実施形態は、複数の振動増幅要素２０が一列に配列されることで振動増幅機構２７を構成する。ここでは、振動増幅機構２７が一つだけの例を示すが、複数の振動増幅機構２７が互いに平行に配列されるなどの形態を採用できる。

防振構造１は、振動増幅機構２７を構成するそれぞれの振動増幅要素２０の固定端２５において、防振材３０が固定されることで振動増幅機構２７に保持される。固定端２５と防振材３０の間の固定が使用中に外れない限り保持の手段は任意であるが、一例を説明すると図１（ｃ）に示すごときである。つまり、防振材３０に表裏を貫通する保持孔３１を設け、この保持孔３１を貫通して保持部２３に締結されるピン、ボルトなどの締結具３３により防振材３０を固定できる。

［作用及び効果］
次に、防振構造１の作用及び効果について、図２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図２（ａ）は、振動を受けていない防振構造１の要部を模式的に示しており、隣接する振動増幅要素２０の固定端２５の間隔をＤとすると、間隔Ｄは全て等しい。なお、図２（ａ），（ｂ）は、理解を容易にするために、振動増幅要素２０は、固定端２５及び固定端２５を通り基材１０のおもて面１１と直交する垂線α（保持部２３）だけを記載している。

いま、図２（ｂ）に示すように、防振構造１が振動を受けて基材１０に波動が生じているものとする。この波動は、幅方向（図２の横方向）の中央Ｃを基準にして対称なものとする。
それぞれの振動増幅要素２０は、基材１０に波動が生じても、おもて面１１に対する形状が維持されるので、基材１０に対する垂線αが直交するという姿勢は従前のまま維持される。したがって、例えば、振動増幅要素２０Ａの固定端２５Ａと振動増幅要素２０Ｂの固定端２５Ｂの間隔Ｄ１は当初の間隔Ｄ（図２（ａ））よりも広くなる。固定端２５Ｅと固定端２５Ｆの間隔Ｄ５についても同様である。また、振動増幅要素２０Ｃの固定端２５Ｃと振動増幅要素２０Ｄの固定端２５Ｄの間隔Ｄ３は当初の間隔Ｄよりも狭くなる。

以上の通りであり、複数の振動増幅要素２０により防振材３０を保持すれば、隣接する振動増幅要素２０の間隔が広くなるところもあれば狭くなるところもあるので、保持されている防振材３０の全域に伸縮が生じるので、防振材３０の防振効果が最大限発揮される。

［第２実施形態］
第１実施形態の防振構造１は、基材１０に防振材３０を設けたものであるが、基材１０と防振材３０の間に吸音材４０を設けることができる。以下、図３を参照して第２実施形態に係る防振構造２を説明する。なお、第１実施形態と同様の部材については、図３に第１実施形態と同じ符号を付し、以下では、防振構造１との相違点を中心に説明する。

防振構造２は、基材１０と防振材３０の間のスペースに吸音材４０が挿入される。吸音材４０は、このスペースに挿入されることで、基材１０と防振材３０の間を埋める。

吸音材４０は、振動（音）がその内部に侵入すると中の空気が振動し、吸音材４０を構成する素材が擦れて摩擦熱が生じ、音のエネルギーを熱エネルギーに変換させることで、振動（音）を吸収する。具体的な吸音材４０としては、グラスウール、フェルトなどを用いることができる。
吸音材４０は、基材１０と防振材３０の間のスペースに挿入されるものであるから、全体を一体として取り扱うことができない。したがって、例えば、基材１０と防振材３０の間のスペースであって、隣接する振動増幅要素２０，２０の間のスペースに適合する形状、寸法の吸音材４０を用意して、それぞれのスペースに挿入するのがよい。

防振材３０は、第１実施形態と同様に、振動増幅要素２０の固定端２５に固定される。振動増幅要素２０を固定することにより、吸音材４０を基材１０と防振材３０の間に保持することができる。

防振構造２は、防音箱に用いる場合には、防振材３０及び吸音材４０が設けられる側が、防音箱の内側、つまり振動源が設けられる側を向くように配置される。

防振構造２によれば、振動増幅要素２０による防振効果に加えて、吸音材４０による吸音効果が得られるので、防音性能の一層の向上を図ることができる。
また、防振構造２は、振動増幅要素２０を設けることにより生み出される基材１０と防振材３０の間のスペースを利用するので、吸音材４０を配置するために格別のスペースを設ける必要がない。したがって、防振材３０と吸音材４０を備える省スペースな防振構造２を実現できる。
さらに、吸音材４０は基材１０と防振材３０の間に保持できるので、吸音材４０を保持するための格別な要素を必要としない。したがって、防振構造２は、簡易な構造により、防振材３０と吸音材４０を保持することができる。

［第３実施形態］
第１実施形態及び第２実施形態は、防振構造１又は防振構造２の基本的な構成について説明したが、以下では、防振構造１又は防振構造２を効率的に設ける手段を、図４及び図５を参照して説明する。

回転機械、工作機械などは、運転中における回転体の回転数がほぼ決まっているので、防音箱が加振される周波数を特定しやすい。そこで、防音箱を構成する部材の材質、寸法から計算される振動モードを回転体の加振周波数から特定し、防音箱における振幅最大点を求めることができる。第３実施形態は、求められた振幅最大点を繋ぐ最大振幅線に沿って振動増幅要素２０を配置する。

図４（ａ）は、最大振幅線ＭＬが描かれた基材１０のおもて面１１を示している。最大振幅線ＭＬは、この例では十字状に描かれている。
図４（ｂ）は、最大振幅線ＭＬの上に複数の振動増幅要素２０が平面視して十字状に設けられるとともに、複数の振動増幅要素２０の固定端２５に防振材３０が保持されるのを示している。

図５（ａ）も最大振幅線ＭＬが描かれた基材１０のおもて面１１を示している。最大振幅線ＭＬは、この例では格子状に描かれている。
図５（ｂ）は、最大振幅線ＭＬの上に複数の振動増幅要素２０が格子状に設けられるとともに、複数の振動増幅要素２０の固定端２５に防振材３０が保持されるのを示している。

以上のように、最大振幅線ＭＬの上に防振構造１又は防振構造２を配置することで、振動増幅要素２０を設ける数を減らしつつ、減衰能力を発揮させることができる。したがって、第３実施形態によれば、工数を削減しつつ、高い防音性能を有する防振構造１、防振構造２を提供できる。

［第４実施形態］
以上説明した第１実施形態〜第３実施形態は、回転機械、工作機械などを覆う防音箱を想定していたが、本発明の防振構造の適用対象はこれらに限るものでなく、振動源となりうる機械、機器及び部材に広く適用できる。
例えば、内部を流体が流れる配管も振動源になりうる。第４実施形態は、配管を対象にする防振構造３を、図６を参照して説明する。なお、配管には、配管が接続される例えば回転機械から発生する振動が伝搬されることによる振動、または、配管の内部を流れる流体の圧力脈動による振動が生じうる。

防振構造３は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、基材１０をなす配管の外周面に９０°の間隔をあけて四つの振動増幅要素２０が設けられている。それぞれの振動増幅要素２０は、図示を省略するが、着座部２１が基材１０の接線に沿うように設けられることで、支柱部２３が当該接線に直交する。
隣接する振動増幅要素２０，２０の固定端２５，２５の間には防振材３０が架け渡されており、管状の基材１０の周囲を防振材３０が取り囲んでいる。
本実施形態における防振構造３は、図６（ｂ）に示すように、軸線方向１５の一カ所に設けているが、複数個所に設けることもできる。

防振構造３は、第３実施形態と同様に、円管の周方向における最大振幅点ＭＰを特定し、この最大振幅点ＭＰに振動増幅要素２０を配置している。なお、図６（ａ）において、振動を受けて最大の変形が生じた基材１０を実線で示し、変形していない当初の基材１０を破線で示している。次の図７も同様である。

配管からなる基材１０は外形の横断面が円形に限るものでなく、図７（ａ），（ｂ）に示すように、例えば外形の横断面が三角形状の基材１０にも適用できる。この防振構造３においても、周方向における最大振幅点ＭＰを特定し、この最大振幅点ＭＰに振動増幅要素２０を配置している。

以上説明したように、振動源である配管からなる基材１０に振動増幅要素２０を直に取り付けることで、防振構造３を構成することができる。このように本発明の防振構造は、振動源を覆う防音箱の類に適用するのに限らず、振動源に直接的に設けることもできる。
また、最大振幅線ＭＬの上に防振構造３を配置することで、振動増幅要素２０を設ける数を減らしつつ、減衰能力を発揮させることができる。したがって、第４実施形態によれば、工数を削減しつつ、高い防音性能を有する防振構造３を提供できる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
以上の実施形態においては、振動増幅要素２０としてＴ型の部材を用いたが、本発明における振動増幅要素は多種多様の形態を採用できる。その一例を図８に示す。
図８（ａ）に示すようにＬ字状の振動増幅要素２０とすることができるし、図８（ｂ）に示すように十字状の着座部２１の中心から支柱部２３を垂直に立てることもできる。
また、振動増幅要素２０として、図８（ｃ），（ｄ）に示される三角錐、円錐台に例示される種々の形態を適用できる。多角錐、円錐台は、複数の面で構成されるので剛性が高い利点がある。これらの中で、三角錐は頂点の部分に力が加わっても、左右に分散されて安定性を保つことができる、構造の安定性を有するので好ましい。三角錐の振動増幅要素は、底面が本発明の着座部に該当するとともに、底面から立ち上がる三角錐部分が本発明の保持部に該当し、記三角錐部分の先端において防振材を保持する。
また、本発明において、多角錐、円錐台を骨組みだけの振動増幅要素２０を構成してもよい。
なお、図８（ａ）〜（ｄ）は、上段が側面を示し、下段が平面を示している。

１，２，３ 防振構造
１０ 基材
１１ おもて面
１３ うら面
１５ 軸線方向
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 振動増幅要素
２１ 着座部
２３ 保持部
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ，２５Ｆ 先端
２７ 振動増幅機構
３０ 防振材 対称
３１ 保持孔
３３ 締結具
４０ 吸音材
Ｃ 中央
ＭＬ 最大振幅線
ＭＰ 最大振幅点

Claims (7)

1. 基材と、
   前記基材の表面に固定される、複数の振動増幅要素と、
   複数の振動増幅要素に保持される防振材と、を備え、
   前記振動増幅要素は、
   前記基材の表面に固定される着座部と、
   前記着座部から立ち上がり、前記基材に対する姿勢が維持される保持部と、を備え、
   前記防振材は前記保持部に保持される、
   ことを特徴とする防振構造。
2. 前記振動増幅要素は、
   三角錐状の形態をなし、底面が着座部に該当するとともに、前記底面から立ち上がる三角錐部分が前記保持部に該当し、
   前記三角錐部分の先端において前記防振材を保持する、
   請求項１に記載の防振構造。
3. 前記基材と前記防振材の間に吸音材が設けられる、
   請求項１又は請求項２に記載の防振構造。
4. 複数の振動増幅要素が列をなして配列されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の防振構造。
5. 前記複数の振動増幅要素は、
   前記基材における最大振幅点を結ぶ線に沿って配列される、
   請求項４に記載の防振構造。
6. 前記基材は、
   振動源を覆う筐体からなる、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の防振構造。
7. 前記基材は、
   振動源を構成する部材からなる、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の防振構造。

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