JP2019040031A - 防音ユニットおよび防音構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】電波を選択的に透過させる機能を有し、同時に共鳴型の防音の機能も有する防音ユニットおよび防音構造体を提供する。【解決手段】防音ユニットは、主面と、主面以外の他面とを有し、主面には、厚み方向に貫通する開口部が形成され、開口部を含む、主面の少なくとも一部は金属により構成され、他面の少なくとも一部は非金属により構成され、主面と他面とによって空間が形成され、開口部は、開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分が開口部以外の主面上に存在する任意の２点が存在するような形状に形成されている。防音構造体は、防音ユニットを複数並べることにより構成される。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、電波の選択的な透過性および音波の吸収性（共鳴型の防音特性）を有する防音ユニットおよび防音構造体に関する。

Wi-Fi（ワイファイ）などの無線による通信が主流の時代において、データ通信量の増大に伴い、より高い周波数帯域の電波の使用が検討されるようになってきた。また、無線給電等が普及するにつれ、より大電力の電波が大気中を飛び交う世の中が到来するものと予測される。このような状況にあって、電波自体の干渉による通信の不具合の問題が提起されるようになってきた。

電波自体の干渉による通信不具合を軽減しつつ、必要な電波だけを選択的に用いるためには、電波の選択的な透過性が必要となる。例えば、ロボットおよび家電等を無線通信で動作させる場合、それに必要となる周波数帯域の電波を使用したい、あるいは携帯電話の通信帯域の電波を使用したいが、その一方で、それ以外の電波には晒されたくないというような状況がそれにあたる。

また、IoT（Internet of Things：モノのインターネット）化が進むにつれて、人間の住環境にロボット等が入り込み、ネットワークを介して操作されて動き回るなどする場合、ロボットが発生する騒音が問題となる場合がある。このような状況では、選択的に必要な電波だけを取得しつつ、防音が必要となるケースがある。

例えば、ロボットの動作音を防音したい場合、ロボットの駆動部が出す特定の周波数に応じた音を防音する必要があることから、共鳴型の防音構造を用いることが好ましい場合がある。

また、本発明に関連性のある先行技術文献として、特許文献１，２が知られている。
特許文献１には、サイズが異なる複数のヘルムホルツ共鳴体を利用して、異なる周波数の音波を吸収する音波吸収パネルが記載されている。
特許文献２には、磁性粉体が混入され、多数の貫通孔が形成された樹脂製前面パネルを多孔質吸音材の表面に備えた電磁波吸収機能付防音壁材が記載されている。

特公昭６３−３４２６３号公報 特開２００６−１２５１５６号公報

しかし、特許文献１，２では、電波の選択的な透過性および音波の吸収性（共鳴型の防音特性）の両方の機能を１ユニットで同時に実現した防音ユニットおよび防音構造体は実現出来ていない。

本発明の目的は、上記のような課題に鑑みて、電波を選択的に透過させる機能を有し、同時に共鳴型の防音の機能も有する防音ユニットおよび防音構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、主面と、
前記主面以外の他面とを有し、
前記主面には、厚み方向に貫通する開口部が形成され、前記開口部を含む、前記主面の少なくとも一部は金属により構成され、
前記他面の少なくとも一部は非金属により構成され、
前記主面と前記他面とによって空間が形成され、
前記開口部は、前記開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分が前記開口部以外の前記主面上に存在する前記任意の２点が存在するような形状に形成されている防音ユニットを提供する。

ここで、主面は、第１貫通穴が形成された第１板部と、第１板部から第１貫通穴の中央部に向かって延びる延在部と、延在部の先端側に設けられ、第１貫通穴の中央部に配置された第２板部とが一体に構成されたものであることが好ましい。

また、開口部の形状はＣ字型であることが好ましい。

また、他面の少なくとも一つの面に第２貫通穴が形成されていることが好ましい。

また、他面の少なくとも一つの面が非金属により構成されていることが好ましい。

また、他面の少なくとも一つの面が、主面と同じ構成であることが好ましい。

また、他面の少なくとも一つの面の開口部は、他面の少なくとも一つの面の開口部の中心点を軸として主面の開口部と同じ向き、または１８０度反対の向きに配置されていることが好ましい。

また、他面の少なくとも一つの面は、主面と対向する面を含むことが好ましい。

また、他面は、上面のない箱型のものであり、
主面は、他面の上面として他面の上に配置されていることが好ましい。

また、他面は、主面と同じ構成の上面を有する箱型のものであり、
主面は、他面の上面の上に配置されていることが好ましい。

また、本発明は、上記のいずれかに記載の防音ユニットを複数並べることにより構成される防音構造体を提供する。

ここで、複数の防音ユニットのうち、隣り合う２つの防音ユニットの開口部は、開口部の中心点を軸として９０度回転された向きに配置されていることが好ましい。

また、複数の防音ユニットの開口部は、それぞれ、開口部の中心点を軸としてランダムな角度で回転された向きに配置されていることが好ましい。

本発明によれば、開口部を含む、主面の少なくとも一部が金属により構成され、開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分が開口部以外の主面上に存在する任意の２点が存在するような形状に開口部が形成されているため、特定の共鳴周波数の電波を選択的に透過させることができる。
また、本発明によれば、主面に開口部が形成され、主面と他面とによって空間が形成されているため、特定の共鳴周波数の音波を吸収して防音することができる。

本発明の防音ユニットの主面の構造を表す一実施形態の上面図である。 図１ＡのＡ−Ａの一点鎖線における防音ユニットの断面図である。 図１Ａに示す防音ユニットの主面に形成された開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分を表す一例の概念図である。 防音ユニットの主面に形成された単なる開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分を表す一例の概念図である。 本発明の防音ユニットの主面の構造を表す別の実施形態の上面図である。 図４ＡのＡ−Ａの一点鎖線における防音ユニットの断面図である。 本発明の防音ユニットの主面の構造を表す別の実施形態の上面図である。 図５ＡのＡ−Ａの一点鎖線における防音ユニットの断面図である。 本発明の防音ユニットの構造を表す別の実施形態の上面図である。 図６ＡのＡ−Ａの一点鎖線における防音ユニットの断面図である。 本発明の防音構造体の主面の構造を表す一実施形態の上面図である。 図７ＡのＢ−Ｂの一点鎖線における防音構造体の断面図である。 実施例１において用いられる本発明の防音ユニットの構造を表す透視斜視図である。 図８Ａに示す防音ユニットの主面の構造を表す平面図である。 電波の透過性のシミュレーションで用いられるＲＦモジュールの計算モデルを表す一例の透過斜視図である。 音波の吸収性の実験で用いられる装置を表す一例の側面概念図である。 音波の吸収性のシミュレーションで用いられる音響モジュールの計算モデルを表す一例の透過斜視図である。 実施例１において、電波が共鳴する周波数帯域の結果を表す一例の概念図である。 実施例１において、電波の透過率および反射率の結果を表す一例のグラフである。 実施例１において、音波の吸収率の結果を表す一例のグラフである。 比較例１において用いられる防音ユニットの構造を表す透視斜視図である。 図１５Ａに示す防音ユニットの主面の構造を表す平面図である。 比較例１において、電波の透過率および反射率の結果を表す一例のグラフである。 比較例１において、音波の吸収率の結果を表す一例のグラフである。 実施例２において用いられる本発明の防音ユニットの構造を表す透視斜視図である。 図１７Ａに示す防音ユニットの主面の構造を表す平面図である。 実施例２において、電波の透過率および反射率の結果を表す一例のグラフである。 実施例２において、音波の吸収率の結果を表す一例のグラフである。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の防音ユニットおよび防音構造体を詳細に説明する。

［防音ユニット］
本発明の防音ユニットは、
主面と、
主面以外の他面とを有し、
主面には、厚み方向に貫通する開口部が形成され、開口部を含む、主面の少なくとも一部は金属により構成され、
他面の少なくとも一部は非金属により構成され、
主面と他面とによって空間が形成され、
開口部は、開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分が開口部以外の主面上に存在する任意の２点が存在するような形状に形成されている防音ユニットである。

図１Ａは、本発明の防音ユニットの主面の構造を表す一実施形態の上面図、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａの一点鎖線における防音ユニットの断面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示す防音ユニット１０は、主面１２と、主面１２以外の他面１４とを有する。

主面１２は、矩形の板状のものであり、金属により構成されている。つまり、本実施形態の主面１２は矩形の金属板である。

主面１２の厚みは、特に限定的ではないが、剛性を大きくし音による振動を抑制するという観点、および軽量化という観点から、例えば、０．１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ〜５ｍｍであることがより好ましく、０．３ｍｍ〜３ｍｍであることが特に好ましい。また、主面１２の形状およびサイズも特に限定的ではなく、防音ユニット１０が使用される場所および利用環境等に応じて適宜決定することができる。

なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

主面１２を構成する金属として、あらゆる金属が利用可能であるが、例えば、アルミニウム、スチール、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデン、および、これらの合金等を例示することができる。

主面１２の中央部には、主面１２の厚み方向に貫通するＣ字型の開口部１６が形成されている。なお、Ｃ字型とは、主面１２の上方から主面１２の厚み方向に向かって主面１２を見た場合の開口部１６の形状を言う。

言い換えると、主面１２は、その中央部に円形の第１貫通穴が形成された第１板部１８と、第１板部１８の１箇所から第１貫通穴の中央部に向かって直線状に延びる延在部２０と、延在部２０の先端側に設けられ、第１貫通穴の中央部に配置された円形の第２板部２２とが一体に構成されたものである。つまり、開口部１６は、第１貫通穴の領域から延在部２０および第２板部２２が存在する領域を除いた帯状の形状の開口領域となる。

また、防音ユニット１０において、開口部１６は、図２に示すように、開口部１６の縁の上の任意の２点を結んだ線分が開口部１６以外の主面１２上に存在する任意の２点が存在するような形状に形成されているとも言うことができる。本発明の開口部は、開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分が主面上に存在するような任意の２点が存在する、あらゆる形状の開口部を含む。

これに対し、図３に示すように、主面１２に単なる円形の貫通穴である開口部１６’が形成されている場合、開口部１６’の縁の上の任意の２点を結んだ線分は必ず開口部１６’内に存在し、線分が開口部１６’以外の主面１２上に存在するような任意の２点は存在しない。このように、縁の上の任意の２点を結んだ線分が主面１２上に存在するような任意の２点が存在しない開口部１６’は、本発明の開口部ではない。

開口部１６は、主面１２の中央部に形成されていることが好ましいが、これに限らず、主面１２の任意の位置に形成することができる。また、開口部１６の形状はＣ字型が好ましいが、これに限らず、例えば、コの字型、ヘの字型などのように、第１貫通穴の領域から延在部２０および第２板部２２が存在する領域を除いた帯状の形状であれば、どのような形状であってもよい。

第１貫通穴の形状は、円形が好ましいが、これに限らず、例えば、正方形、長方形、ひし形または平行四辺形等の四角形、正三角形、２等辺三角形または直角三角形等の三角形、正五角形または正六角形等の正多角形を含む多角形、もしくは、楕円形等であってもよいし、不定形であってもよい。

第１貫通穴のサイズは、特に限定的ではないが、ＧＨｚ帯で電波の共鳴周波数を発現させ、同時に可聴域に音の共鳴周波数を発現させるという観点から、１ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、２ｍｍ〜２０ｍｍであることがより好ましく、３ｍｍ〜１０ｍｍであることが特に好ましい。

なお、第１貫通穴のサイズは、その形状が円形または正方形のような正多角形の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、または円相当直径と定義することができ、多角形、楕円、または任意の形状の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径および半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径および半径である。

また、帯状の開口部１６の幅、つまり、第２板部２２と第１貫通穴との間の間隔も特に限定的ではないが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましく、０．３ｍｍ〜３ｍｍであることがより好ましく、０．５ｍｍ〜１ｍｍであることが特に好ましい。

主面１２は、その全てが金属により構成されていることが好ましいが、これに限らず、開口部１６を含む、主面１２の少なくとも一部、つまり、開口部１６近傍の主面１２の領域が金属により構成されていればよい。なお、主面１２は、金属原子の元素含有率が７０％以上であることが好ましい。また、主面１２を構成する金属はＧＨｚ帯以上の周波数の電磁波に対して、スキンデプス以上の厚みを有することが好ましい。

延在部２０は、直線状に延びているのが好ましいが、これに限らず、曲線状、ジグザグ状等の任意の形状で延在していてもよい。延在部２０の幅、つまり、延在部２０の延在方向に垂直な方向の距離も特に制限的ではなく、第１貫通穴および第２板部２２のサイズ等に合わせて適宜決定することができる。

第２板部２２の形状は、開口部１６と同じように、円形が好ましいが、これに限らず、例えば、正方形、長方形、ひし形または平行四辺形等の四角形、正三角形、２等辺三角形または直角三角形等の三角形、正五角形または正六角形等の正多角形を含む多角形、もしくは、楕円形等であってもよいし、不定形であってもよい。第２板部２２の形状は、第１貫通穴の形状と同じ（相似形）であることが好ましいが、異なる形状にしてもよい。

続いて、他面１４は、上面のない箱型のものであり、非金属（誘電体）により構成されている。つまり、本実施形態の他面１４は、図１Ｂに示すように、４つの側面および一つの底面を有し、主面１２が他面１４の上面の役割を果たす。

他面１４の厚みは、特に制限的ではなく、例えば、０．１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ〜５ｍｍであることがより好ましく、０．３ｍｍ〜３ｍｍであることが特に好ましい。また、他面１４の形状およびサイズも特に制限的ではなく、主面１２の形状およびサイズ等に合わせて適宜決定することができる。

他面１４を構成する非金属として、あらゆる非金属が利用可能であるが、例えば、ガラス、コンクリート、石膏ボード、サファイア、セラミックス、木材、紙および合成樹脂などの樹脂材料等を例示することができる。

また、樹脂材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、及びトリアセチルセルロース等を挙げることができる。

上記以外の非金属として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、カーボンファイバ、及びガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等の炭素繊維を含む材料を挙げることもできる。また、上記の非金属材料の２種以上を組み合わせて使用してもよい。

主面１２は、他面１４の上面として他面１４の上に配置されている。開口部１６が形成された主面１２と他面１４とによって空間２４が形成されることにより、ヘルムホルツ共鳴構造が構成されている。

他面１４の形状は、箱型に限らず、開口部１６が形成された主面１２とともに空間２４を形成し、ヘルムホルツ共鳴構造を構成することができれば、三角錐型、円錐型、半球型等のように、どのような形状であってもよい。他面１４は、全ての面が非金属により構成されていることが好ましいが、これに限らず、その少なくとも一部が非金属により構成されていればよい。

防音ユニット１０は、電波の選択的な透過性の機能と、音波の吸収性（防音特性）の機能の両方を有する。

電波の選択的な透過性の機能については、スプリットリング共鳴構造（SRR：Split-ring resonator）を利用している。通常のスプリットリング共鳴構造は、金属のリングの一部が切り取られたＣ字型のスプリットリングが基板上に形成された構造である。スプリットリング共鳴構造によって、特定の共鳴周波数の電波を選択的に透過または遮蔽できることが知られている。

スプリットリング共鳴構造とその作用については、例えば、「D. R. Smith, Willie J. Padilla, D. C. Vier, S. C. Nemat-Nasser, and S. Schultz, "Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity", PHYSICAL REVIEW LETTERS, The American Physical Society, 1 MAY 2000, VOLUME 84, NUMBER 18, p. 4184 - 4187」、「R. Marques, J. Martel, F. Mesa, and F. Medina, "Left-Handed-Media Simulation and Transmission of EM Waves in Subwavelength Split-Ring-Resonator-Loaded Metallic Waveguides", PHYSICAL REVIEW LETTERS, The American Physical Society, 28 OCTOBER 2002, VOLUME 89, NUMBER 18, p. 183901-1 - 183901-4」、「J. Zhou, Th. Koschny, M. Kafesaki, E. N. Economou, J. B. Pendry, and C. M. Soukoulis, "Saturation of the Magnetic Response of Split-Ring Resonators at Optical Frequencies", PHYSICAL REVIEW LETTERS, The American Physical Society, 25 NOVEMBER 2005, PRL 95, p. 223902-1 - 223902-4」等に詳しく記載されている他、特開２０１６−１３１３１９号公報、特開２０１７−９８８７２号公報および特開２０１７−１０８３７８号公報等にも記載されている。

防音特性の機能については、吸音器の一つであるヘルムホルツ共鳴構造を利用している。ヘルムホルツ共鳴構造は、開口部を持つ空間が形成された構造である。ヘルムホルツ共鳴構造においては、空間の内部にある空気がバネとして働いて、特定の周波数（共鳴周波数）の音に共鳴し、開口部付近の空気が振動する際、共鳴周波数の音波と開口部の側壁との摩擦熱によってエネルギーロスが生じることにより、音の吸収が生じる。

なお、本発明のスプリットリング共鳴構造において、電波の透過率のピークが発現する共鳴周波数は、開口部１６、延在部２０および第２板部２２の面積および形状等によって決定される。また、本発明のヘルムホルツ共鳴構造において、音波の吸収率のピークが発現する共鳴周波数は、開口部の面積、開口部の厚み、開口部の背面の空間の体積によって決定され、開口部の形状には依存しない。

通常のスプリットリング共鳴構造では、金属のスプリットリングが基板上に構成され、基板を厚み方向に貫通する開口部が形成されていないため、空気を透過しない。従って、通常のスプリットリング共鳴構造では、音波に対する共鳴が生じない。

これに対し、防音ユニット１０は、上記２つの共鳴構造に基づいて動作する。
防音ユニット１０は、主面１２として、Ｃ字型の開口部が形成された金属板を用いていることから、スプリットリング共鳴構造と同じように、特定の共鳴周波数の電波を選択的に透過させることができる。
また、防音ユニット１０は、主面１２に開口部が形成され、主面１２と他面１４とによって空間２４が形成されているため、ヘルムホルツ共鳴構造と同じように、特定の共鳴周波数の音波を吸収して防音することができる。

なお、開口部１６を含む、主面１２の少なくとも一部は金属とする必要がある。開口部１６は、電波に対してＲＣＬ（抵抗、キャパシタンス、インダクタンス）による共鳴現象を起こす。
また、他面１４の少なくとも一部は非金属とする必要がある。他面１４の全てを、導電率を持つ金属にすると、たとえスプリットリング共鳴構造を電波が透過できたとしても、空間２４を形成する他面１４を電波が透過できずに反射されるからである。

防音ユニット１０は、図１Ａおよび図１Ｂの構成のものだけでなく、様々な構成のものを採用することができる。

例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、他面１４を、主面１２と同じ構成の上面を有する箱型のものとし、主面１２を他面１４の上面の上に配置してもよい。つまり、他面１４の上面は非金属であり、中央部には、主面１２と同じように、厚み方向に貫通するＣ字型の開口部が形成されている。他面１４が上面を有する構成とすることにより、他面１４の強度、つまり、防音ユニットの強度を向上させることができる。

また、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、底面の厚み方向に貫通する第２貫通穴２６を他面１４の底面に形成してもよい。あるいは、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、他面１４の底面２８を主面１２と同じ構成としてもよい。つまり、他面１４の底面２８は、金属により構成され、中央部には、厚み方向に貫通するＣ字型の開口部１６が形成されている。他面１４に第２貫通穴２６または開口部１６を形成することにより、空気を通過させることができる。

他面１４の底面２８を主面１２と同じ構成とする場合、他面１４の底面２８の開口部１６を主面１２の開口部１６と同じ向きに配置してもよいし、あるいは、１８０度反対の向きに配置してもよい。１８０度反対の向きに配置するとは、他面１４の底面２８の開口部１６の中心点を軸として他面１４の底面２８の開口部１６を１８０度回転して、他面１４の底面２８の開口部１６の中心点に対して主面１２の開口部１６と１８０度反対の向きに配置することを意味する。

音波は縦波であり、偏波が存在しないため、他面１４の底面２８の開口部１６をどの向きに配置しても吸音特性（防音特性）は変わらない。一方、電波は横波であり、偏波が存在するため、上記のように、他面１４の底面２８の開口部１６を、その中心点に対して主面１２の開口部１６と１８０度反対の向きに配置することにより、偏波による異方性を低減し、電波の選択的な透過性を向上させることができる。

なお、他面１４の底面の開口部を回転させる角度は１８０度に限らず、９０度でも２７０度でもよいし、任意の角度で回転させてもよい。

また、他面１４の底面に第２貫通穴２６を有するか、他面１４の底面２８を主面１２と同じ構成とするのが好ましいが、他面１４の少なくとも一つの面に第２貫通穴２６を形成してもよいし、あるいは、他面の少なくとも一つの面を主面１２と同じ構成としてもよい。他面１４の少なくとも一つの面は、他面１４が箱型のものである場合には底面を含むことが好ましく、箱型ではない場合には主面１２と対向する面を含むことが好ましい。

［防音構造体］
本発明の防音構造体は、本発明の防音ユニットを複数並べることにより構成される防音構造体である。

図７Ａは、本発明の防音構造体の構造を表す一実施形態の上面図、図７Ｂは、図７ＡのＢ−Ｂの一点鎖線における防音構造体の断面図である。図７Ａおよび図７Ｂに示す防音構造体３０は、図１Ｂおよび図１Ａに示す、９個の防音ユニット１０を縦３個×横３個のマトリクス状に並べて配置したものである。９個の防音ユニット１０のうち、隣り合う２つの防音ユニットの開口部１６は、開口部１６の中心点を軸として９０度回転された向きに配置されている。

隣り合う２つの防音ユニット１０の開口部１６を、開口部１６の中心点を軸として９０度回転した向きに配置することにより、前述のように、偏波による異方性を低減し、電波の選択的な透過性を向上させることができる。

なお、防音ユニット１０をマトリクス状に並べることが好ましいが、これに限らず、本発明の防音構造体３０は、本発明の防音ユニットを任意の形状に複数並べることにより構成することができる。隣り合う２つの防音ユニット１０の開口部１６を回転させる角度は９０度に限らず、１８０度でも２７０度でもよいし、開口部１６を任意の角度で回転させてもよい。あるいは、複数の防音ユニット１０の開口部１６を、それぞれ、開口部１６の中心点を軸としてランダムな角度で回転した向きに配置してもよい。

［実施例１］
図８Ａおよび図８Ｂに示す防音ユニットについて、電波の透過性および音波の吸収性を検証した。電波の透過性はシミュレーションによって検証し、音波の吸収性は、実験およびシミュレーションの両方により検証した。

図８Ａおよび図８Ｂに示す防音ユニットは、図１Ａおよび図１Ｂに示す防音ユニット１０と同じ構成のものであり、主面１２はアルミニウム、他面１４はアクリルにより構成されている。防音ユニットの外形サイズ（縦、横、高さ）は２０×２０×２０［ｍｍ］、空間２４のサイズ（縦、横、高さ）は１６×１６×１８［ｍｍ］である。また、開口部１６の孔径は８ｍｍ、第２板部２２の外径は６ｍｍであり、延在部２０の幅は１ｍｍである。

＜電波の透過性のシミュレーション＞
スウェーデンCOMSOL AB社製の汎用有限要素法の解析ソフトウェアであるCOMSOL Multiphysics（登録商標）ver5.3のＲＦ（Radio Frequency）モジュールを用いて、図９に示す計算モデルに基づいて電波の透過率および反射率を計算した。

図９に示す計算モデルにおいて、矩形の枠体は周期境界を表す。ＰＭＬ（Perfectly Matched Layer：完全整合層）は、電波を完全に吸収する層であり、透過および反射された電波を吸収する役目を果たす。防音ユニットは、延在部の延在方向がｙ方向となるように枠体内に配置されている。上部から防音ユニットの主面に向かって電波を照射し、電波の透過率を計算する。電波は横波であり、図９に示す計算モデルの場合、ｙ方向の偏波（ｙ偏波）のみが防音ユニットを透過する。

＜音波の吸収性の実験＞
図１０に示す自作のアクリル製音響管３２、スピーカ３４および４本のマイクロフォン３６を用いて、音波の吸収率を測定した。音響管３２は、例えば、日本音響エンジニアリング株式会社製のWinZacと同一の測定原理のものであり、その内径は４０ｍｍである。主面１２をスピーカ３４の方向に向けて、防音ユニットを音響管３２の中央部に配置し、１００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの周波数範囲において音波の吸収率を測定した。

この手法は「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従うものであり、スピーカ３４により音響管３２の一方の開口面から音響管３２内に向かって音を発生し、音響管３２の周面から内部に向けられた４本のマイクロフォン３６を用いて伝達関数法による測定を行う。

この方法により、広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。特に、透過率と反射率を同時に測定することにより、サンプルの音波の吸収率を正確に測定した。

＜音波の吸収性のシミュレーション＞
前述のCOMSOLのMulti Physics ver5.3の音響（Acoustics）モジュール（圧力音響と熱粘性音響の併用）を用いて、図１１に示す計算モデルに基づいて音波の吸収率を計算した。
図１１に示す計算モデルにおいて、円筒形の枠体は音響管モデルを表す。円筒の半径は４ｃｍである。上部から、枠体内に配置された防音ユニットの主面１２に向かって音波を照射し、音波の吸収率を計算する。音波は縦波であり、偏波は存在しない。

図１２および図１３は、実施例１における電波の透過率の結果を示す。
図１３のグラフにおいて、実線は電波の透過率、破線は電波の反射率を表す。
図１２および図１３に示すように、実施例１の防音ユニットにおいては、７ＧＨｚ付近において共鳴が発生し、電波の透過率のピーク、および、反射率のボトムが同時に発現した。つまり、実施例１の防音ユニットは、７ＧＨｚ付近の電波を選択的に透過させ、それ以外の周波数帯域の電波を遮断できることが分かった。

図１４は、実施例１における音波の吸収率の結果を示す。
図１４のグラフにおいて、実線は音波の吸収率（実験）、破線は音波の吸収率（シミュレーション）を表す。
図１４に示すように、実施例１の防音ユニットにおいては、実験結果とシミュレーション結果とがほぼ一致し、１６００Ｈｚ付近において共鳴が発生して、音波の吸収率のピークが発現した。つまり、実施例１の防音ユニットは、１６００Ｈｚ付近の音波を防音できることが分かった。

上記結果から、実施例１の防音ユニットには、特定の共鳴周波数の音波の防音の機能に加えて、特定の共鳴周波数の電波を選択的に透過させる機能があることが分かった。

［比較例１］
図１５Ａおよび図１５Ｂに示す防音ユニットについて、図８Ａおよび図８Ｂに示す防音ユニットの場合と同じように、電波の透過性および音波の吸収性を検証した。
図１５Ａおよび図１５Ｂに示す防音ユニットは一般的なヘルムホルツ共鳴構造、つまり、主面１２に単なる円形の開口部１６’が形成されたものであり、その孔径が５．６ｍｍΦであること以外は、図８Ａおよび図８Ｂに示す防音ユニットと同じ構成のものである。

図１６Ａは、比較例１における電波の透過率および反射率の結果を示し、図１６Ｂは、比較例１における音波の吸収率の結果を示す。
図１６Ａに示すように、比較例１の防音ユニットは、電波の透過率がほぼ０、反射率がほぼ１であり、ＧＨｚ帯域の電波をほとんど透過させず、遮断することが分かった。
一方、図１６Ｂに示すように、比較例１の防音ユニットは、実施例１の防音ユニットの場合と同じように、１６００Ｈｚ付近の音波を防音できることが分かった。

上記結果から、比較例１のように、主面１２に単なる円形の開口部１６’が形成された防音ユニットには、防音の効果はあるが、電波の選択的な透過性はほとんどないことが分かった。

［実施例２］
図１７Ａおよび図１７Ｂに示す防音ユニットについて、図８Ａおよび図８Ｂに示す防音ユニットの場合と同じように、電波の透過性および音波の吸収性を検証した。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示す防音ユニットは、図６Ａおよび図６Ｂに示す防音ユニットと同じ構成のもの、つまり、他面１４の底面２８に開口部１６が形成されていること以外は、図８Ａおよび図８Ｂに示す防音ユニットと同じ構成のものである。

図１８Ａは、実施例２における電波の透過率および反射率の結果を示し、図１８Ｂは、実施例２における音波の吸収率の結果を示す。
図１８Ａに示すように、実施例２の防音ユニットにおいても、実施例１の防音ユニットの場合と同じように、７ＧＨｚ付近において共鳴が発生し、電波の透過率のピーク、および、反射率のボトムが同時に発現した。
図１８Ｂに示すように、実施例２の防音ユニットにおいては、２５００Ｈｚ付近において共鳴が発生し、音波の吸収率のピークが発現した。つまり、実施例２の防音ユニットは、２５００Ｈｚ付近の音波を防音できることが分かった。

上記結果から、実施例２の防音ユニットにおいても、実施例１の防音ユニットの場合と同じように、特定の共鳴周波数の音波の防音の機能に加えて、特定の共鳴周波数の電波を選択的に透過させる機能があることが分かった。また、実施例２のように、主面１２だけでなく、他面１４の底面に開口部を形成した場合、電波の選択的な透過性はほとんど変化しないが、音波の吸収率がピークとなる共鳴周波数が変化することが分かった。

本発明の防音ユニットおよび防音構造体は、例えば複写機、送風機、空調機器、換気扇、ポンプ類、発電機、ダクト、その他にも、塗布機、及び回転機、搬送機など音を発する様々な種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車、および、航空機等の輸送用機器、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、テレビジョン、コピー機、電子レンジ、ゲーム機、エアコン、扇風機、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、掃除機、空気清浄機、および、換気扇等の一般家庭用機器等に用いられる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよい。

１０ 防音ユニット
１２ 主面
１４ 他面
１６、１６’ 開口部
１８ 第１板部
２０ 延在部
２２ 第２板部
２４ 空間
２６ 第２貫通穴
２８ 底面
３０ 防音構造体
３２ 音響管
３４ スピーカ
３６ マイクロフォン

Claims (13)

1. 主面と、
   前記主面以外の他面とを有し、
   前記主面には、厚み方向に貫通する開口部が形成され、前記開口部を含む、前記主面の少なくとも一部は金属により構成され、
   前記他面の少なくとも一部は非金属により構成され、
   前記主面と前記他面とによって空間が形成され、
   前記開口部は、前記開口部の縁の上の任意の２点を結んだ線分が前記開口部以外の前記主面上に存在する前記任意の２点が存在するような形状に形成されている防音ユニット。
2. 前記主面は、第１貫通穴が形成された第１板部と、前記第１板部から前記第１貫通穴の中央部に向かって延びる延在部と、前記延在部の先端側に設けられ、前記第１貫通穴の中央部に配置された第２板部とが一体に構成されたものである請求項１に記載の防音ユニット。
3. 前記開口部の形状はＣ字型である請求項１または２に記載の防音ユニット。
4. 前記他面の少なくとも一つの面に第２貫通穴が形成されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の防音ユニット。
5. 前記他面の少なくとも一つの面が非金属により構成されている請求項１ないし４のいずれか一項に記載の防音ユニット。
6. 前記他面の少なくとも一つの面が、前記主面と同じ構成である請求項１ないし５のいずれか一項に記載の防音ユニット。
7. 前記他面の少なくとも一つの面の開口部は、前記他面の少なくとも一つの面の開口部の中心点を軸として前記主面の開口部と同じ向き、または１８０度反対の向きに配置されている請求項６に記載の防音ユニット。
8. 前記他面の少なくとも一つの面は、前記主面と対向する面を含む請求項１ないし７のいずれか一項に記載の防音ユニット。
9. 前記他面は、上面のない箱型のものであり、
   前記主面は、前記他面の上面として前記他面の上に配置されている請求項１ないし８のいずれか一項に記載の防音ユニット。
10. 前記他面は、前記主面と同じ構成の上面を有する箱型のものであり、
    前記主面は、前記他面の上面の上に配置されている請求項１ないし８のいずれか一項に記載の防音ユニット。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の防音ユニットを複数並べることにより構成される防音構造体。
12. 前記複数の防音ユニットのうち、隣り合う２つの防音ユニットの前記開口部は、前記開口部の中心点を軸として９０度回転された向きに配置されている請求項１１に記載の防音構造体。
13. 前記複数の防音ユニットの前記開口部は、それぞれ、前記開口部の中心点を軸としてランダムな角度で回転された向きに配置されている請求項１１に記載の防音構造体。