JP2021170087A - 吸音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】粉粒体層を用いた吸音構造において吸音性能を高める。【解決手段】吸音構造は、粉粒体（粒子２０Ａ）を集合して形成されると共に間隔を空けて配置された複数の粉粒体層２０と、粉粒体層２０の間に配置され、粉粒体層２０と吸音周波数が異なる吸音材３０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、吸音構造に関する。

下記特許文献１には、対向する一対の板材間に吸音材を充填した吸音パネルが示されている。この吸音パネルには、吸音材として粒状体が用いられている。

特開２００８−２５５７２２号公報

上記特許文献１の吸音パネルでは、吸音材として粒状体（粉粒体層）のみを用いているため、吸音できる音の周波数が限定的である。すなわち、吸音性能が限定的である。

本発明は、上記事実を考慮して、粉粒体層を用いた吸音構造において吸音性能を高めることを目的とする。

請求項１の吸音構造は、粉粒体を集合して形成されると共に間隔を空けて配置された複数の粉粒体層と、前記粉粒体層の間に配置され、前記粉粒体層と吸音周波数が異なる吸音材と、を備えている。

請求項１の吸音構造によると、粉粒体を集合して形成された粉粒体層の間に、吸音材が配置されている。つまり、この吸音構造は、粉粒体層と吸音材とを含んで構成されている。粉粒体は音によって振動し、吸音性能を発揮する。このとき、粉粒体層は、特定の周波数において高い吸音性能を発揮する。一方で、吸音材も、特定の周波数において高い吸音性能を発揮する。

これにより、例えば粉粒体層のみで構成された吸音構造と比較して、吸音できる周波数領域が広い。したがって、粉粒体層のみで構成された吸音構造及び吸音材のみで構成された吸音構造より、吸音性能が高い。

請求項２の吸音構造は、請求項１の吸音構造において、前記吸音材は繊維系多孔質材である。

請求項２の吸音構造によると、吸音材が繊維系多孔質材で形成されている。このため、比較的高い周波数の音を吸音できる。

請求項３の吸音構造は、請求項１の吸音構造において、前記吸音材は前記粉粒体と異なる大きさ及びかさ比重の異径粉粒体を集合して形成された異径粉粒体層である。

請求項３の吸音構造では、２つの粉粒体層（粉粒体層及び異径粉粒体層）によって吸音性能が発揮される。粉粒体層が高い吸音性能を発揮できる周波数は、粉粒体層を構成する粉粒体の大きさ及びかさ比重に依存する。このため、大きさ及びかさ比重の異なる粉粒体（粉粒体及び異径粉粒体）によって形成された２つの粉粒体層（粉粒体層及び異径粉粒体層）は、それぞれ高い吸音性能を発揮できる周波数が異なる。これにより、この吸音構造は、例えば１種類の粉粒体のみで構成された吸音構造と比較して、吸音できる周波数領域が広い。

請求項４の吸音構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の吸音構造において、前記粉粒体層は、壁体から張り出した保持部材に収容されている。

請求項４の吸音構造では、粉粒体層が壁体から張り出した保持部材に収容されている。このため、吸音材は、粉粒体層の間に差し込むだけで粉粒体層の間に保持できる。すなわち、吸音材を粉粒体層の間に保持するための特別な構成が必要ない。これにより、吸音構造の構成を簡略化できる。

本発明によると、粉粒体層を用いた吸音構造において吸音性能を高めることができる。

本発明の実施形態に係る吸音構造を示す立面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る吸音構造において、粒子が袋体によって包装されて形成された粉粒体層を、保持部材へ収容している状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は保持部材の形状の変形例を示す斜視図であり、（Ｃ）は保持部材の形状の変形例及び粒子を袋体によって包装しないで粉粒体層を形成する変形例を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る吸音構造において、壁体に保持された粉粒体層の間に吸音材を差し込んでいる状態を示す断面図であり、（Ｂ）は壁体に保持された粉粒体層及び粉粒体層の間に差し込まれた吸音材の表面に、さらに吸音材を配置している状態を示す断面図である。 シリカを用いて形成した粉粒体層及びグラウスールを用いて形成した吸音材それぞれの吸音特性を示すグラフである。 （Ａ）は吸音構造をパネル状に形成した変形例において、ライナ間の空間をパネルの面内方向に区画した例を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 （Ａ）は吸音構造をパネル状に形成した変形例において、ライナ間の空間をパネルの面内方向に格子状に区画した例を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。 （Ａ）は吸音構造をパネル状に形成した変形例において、ライナ間の空間をパネルの面内方向と交わる方向に区画した例を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る吸音構造について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。但し、明細書中に特段の断りが無い限り、各構成要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

（吸音構造）
図１には、本発明の実施形態に係る吸音構造の一例が示されている。この吸音構造は、２つの空間Ｖ１、Ｖ２を区画する壁体１０の表面の少なくとも一部を覆っている。この吸音構造は、空間Ｖ１に存在する音源Ｏから発生した音Ｓ１を吸収する（吸音）目的と、壁体１０を透過して空間Ｖ２へ伝搬する音Ｓ２を小さくする（遮音）目的で設けられる。

なお、図１においては、図示を簡略化するため、音Ｓ１の伝搬方向として、壁体１０に直交する方向のみを示している。音Ｓ１は、音源Ｏの指向性に応じて、壁体１０に直交する方向以外の方向にも伝搬するものとする。同様に音Ｓ２も、壁体１０に直交する方向以外の方向にも伝搬するものとする。

壁体１０を形成する素材及び壁体１０が配置される場所は特に限定されるものではない。例えば壁体１０は、コンクリート等の湿式材料を用いた構造躯体、戸境壁又は間仕切壁等とすることができる。

また、壁体１０は、石膏ボード等のパネル材、ランナー、スタッド等の乾式材料を用いた間仕切壁、雑壁又は可動壁等とすることができる。さらに、石膏ボードや鋼板、アルミ板等のパネル材を、壁体１０としてもよい。

本発明の実施形態に係る吸音構造は、粉粒体層２０と、吸音材３０と、を備えて形成されている。粉粒体層２０は、壁体１０から張り出した保持部材４０に収容されている。

（粉粒体層）
粉粒体層２０は、複数の粉粒体（以下、粒子２０Ａと称す）を集合することによって構成されている。粒子２０Ａは、シリカ（無水ケイ酸）を用いて形成され、粒径が２００μｍ以下、かさ比重が０．２以下とされている。粉粒体層２０は、粒子２０Ａが振動することにより、吸音性能を発現する。

なお、粒子２０Ａとして用いる材料としては、シリカの他、タルク（含水珪酸マグネシウム）、中空ガラスビーズ、ケイ酸カルシウムやカーボン等を用いることができる。

図２（Ａ）に示すように、粉粒体層２０は、袋体２２によって包装されている。袋体２２は、音Ｓ１によって粒子２０Ａが振動できるように、粉粒体層２０を被覆している。換言すると、袋体２２は、粒子２０Ａが動ける程度に粉粒体層２０を被覆しており、粉粒体層２０に過剰な圧縮力を与えていない。袋体２２は、例えば厚さが０．１ｍｍ程度のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で構成されている。

（保持部材）
粉粒体層２０を収容する保持部材４０は、軽量鉄骨（ＬＧＳ：Light Gauge Steel）を用いて形成された枠材である。保持部材４０としては、鋼製のチャンネル材、アルミの押出材、木製の造作材等を用いてもよい。

保持部材４０は、断面視（図１参照）において上方が開放されたＵ字型の形状とされ、壁体１０にビスを用いて固定されている。保持部材は壁体１０の面内方向（かつ横方向）に沿う長尺部材であり、長手方向の端部が開放して形成されている。

なお、保持部材４０の壁体１０に対する固定方法としては、ビス止めの他、アングル材を保持ステーとして用いる方法、接着剤を用いる方法等を採用することができる。保持部材４０を壁体１０へ固定した後、保持部材４０へ、袋体２２で包装された粉粒体層２０を収容する。これにより、粉粒体層２０が壁体１０の表面に保持される。

なお、保持部材４０へ粉粒体層２０を収容した後、保持部材４０を壁体１０へ固定することによっても、粉粒体層２０が壁体１０の表面に保持される。この場合、保持部材４０の壁体１０への固定方法は、ビス止め以外の方法を適宜選択すればよい。

なお、保持部材４０に収容される袋体２２は１つに限らない。袋体２２の大きさに応じて、または保持部材４０の大きさに応じて、複数の袋体２２を保持部材４０に収容することができる。

図１に示すように、保持部材４０は、壁体１０の上下方向に、所定の間隔を空けて複数配置されている。これにより、複数の粉粒体層２０が、壁体１０の表面において、上下方向に所定の間隔を空けて配置される。

なお、本実施形態における保持部材４０は断面視でＵ字型の形状とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図２（Ｂ）に示す保持部材４２のように、断面視でＬ字型の形状としてもよい。このような形状でも、袋体２２によって包装された粉粒体層２０を保持することができる。

また、図２（Ｃ）に示す保持部材４４のように、保持部材は、断面視でＵ字型の形状とすると共に、長手方向の端部にエンドプレート４４Ａを備えていてもよい。これにより、粉粒体層２０を袋体２２によって包装しなくても、粉粒体層２０を保持部材４４に保持できる。このように、本実施形態においては、粉粒体層２０を壁体１０の表面に保持させることができれば、袋体２２は必ずしも設ける必要はない。

（吸音材）
図１に示すように、吸音材３０は、粉粒体層２０の間に配置されている（この部分を吸音材３０Ａとする）。また、吸音材３０は、粉粒体層２０及び吸音材３０Ａの表面（空間Ｖ１側の表面）を被覆するように配置されている（この部分を吸音材３０Ｂとする）。

なお、吸音材３０Ｂは必ずしも設けなくてもよい。吸音材３０Ｂを設けない場合は、粉粒体層２０及び吸音材３０Ａの表面に仕上げ材を敷設することができる。また、吸音材３０Ｂを設ける場合は、吸音材３０Ｂの表面に仕上げ材を敷設することができる。この仕上げ材としては、ガラスクロス等、通気性を備えた材料を用いる事が好ましい。通気性を備えた材料を用いることにより、吸音材３０が吸音性能を発揮し易い。

吸音材３０は、板状に成形されたグラスウール（所謂グラスウールボード）を用いて形成されている。グラスウールは、シリカ（無水ケイ酸）と吸音周波数が異なる。

ここで、「吸音周波数が異なる」とは、吸音率が卓越する周波数（ピーク周波数）が異なることを示す。図４には、グラスウールの吸音特性が実線の曲線Ｌ１で、シリカの吸音特性が破線の曲線Ｌ２で示されている。この曲線Ｌ１、Ｌ２は、音の入射方向に沿う厚みが等しい（共に４０ｍｍ）グラスウール及びシリカの吸音特性の一例を示している。

曲線Ｌ１に示されるように、グラスウールの吸音率が卓越する周波数は、１０００〜１５００Ｈｚである。換言すると、グラスウールは、１０００〜１５００Ｈｚの音を、１０００Ｈｚより低い周波数の音より効率よく吸収する。

また、曲線Ｌ２に示されるように、シリカの吸音率が卓越する周波数は、２００〜４００Ｈｚである。換言すると、グラスウールは、２００〜４００Ｈｚの音を、２００Ｈｚより低い周波数の音や４００Ｈｚより高い周波数の音より効率よく吸収する。

すなわち、グラスウールは周波数が高い音を効率よく吸収する一方、シリカは周波数が低い音を効率よく吸収する。

なお、グラスウール及びシリカの吸音率が卓越する周波数は、これらの厚みや、空隙率、粒径、かさ比重等の諸条件によって変化する。すなわち、これらを調整することで、吸音性能を調整できる。

吸音材３０を配置するには、まず図３（Ａ）に示すように、吸音材３０Ａを粉粒体層２０の間に差し込んで、粉粒体層２０の間に保持させる。

次いで、吸音材３０Ｂによって粉粒体層２０及び吸音材３０Ａの表面を被覆する。このとき、吸音材３０Ａおよび吸音材３０Ｂは、壁体１０及び保持部材４０に、接着剤等により固定することが好ましい。これにより、図１に示すように、吸音材３０は、粉粒体層２０の振動を妨げたり吸音材３０Ａの通気性を遮ったりすることなく粉粒体層２０の間及び表面に配置される。

＜作用及び効果＞
本発明の実施形態に係る吸音構造によると、図１に示すように、粉粒体（粒子２０Ａ）を集合して形成された粉粒体層２０の間に、吸音材３０が配置されている。つまり、この吸音構造は、粉粒体層２０と吸音材３０とを含んで構成されている。

粉粒体（粒子２０Ａ）は音によって振動し、吸音性能を発揮する。このとき、粉粒体層２０は、特定の周波数において高い吸音性能を発揮する。一方で、吸音材３０も、特定の周波数において高い吸音性能を発揮する（図４参照）。

これにより、例えば粉粒体層２０のみで構成された吸音構造と比較して、吸音できる周波数領域が広い。したがって、粉粒体層２０のみで構成された吸音構造及び吸音材３０のみで構成された吸音構造より、吸音性能が高い。

また、本発明の実施形態に係る吸音構造では、粉粒体層２０が壁体１０から張り出した保持部材４０に収容されている。このため、吸音材３０（吸音材３０Ａ）は、粉粒体層２０の間に差し込むだけで粉粒体層２０の間に保持できる。すなわち、吸音材３０を粉粒体層２０の間に保持するための特別な構成が必要ない。これにより、吸音構造の構成を簡略化できる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態における吸音構造は、壁体１０を覆うものとして形成されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば本発明における吸音構造は、壁体１０に代えて、建物のスラブの表面（床面又は天井面）を覆うものとしてもよい。さらに、本発明における吸音構造は、パネル状に形成することで、壁体１０やスラブと独立して用いることができる。

吸音構造をパネル状に形成する実施形態の一例としては、例えば図５（Ａ）、（Ｂ）に示すパネル材５０が挙げられる。パネル材５０においては、２枚のライナ（板材）５２、５４の間の空間が、複数のリブ５６で区画されている。

リブ５６は、２枚のライナ５２、５４の間の空間を、パネル材５０の面内方向において、複数の空間に区画している。リブ５６で区画された空間には、粉粒体層２０と吸音材３０とが交互に充填されている。

なお、図５（Ａ）、（Ｂ）において、リブ５６は１方向（Ｙ方向）のみに沿って配置されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、リブ５６を互いに交わる２方向（Ｘ方向及びＹ方向：Ｘ方向とＹ方向とは互いに略直交する方向）に配置してもよい。すなわち、リブ５６を格子状に配置してもよい。この場合、リブ５６で区画された空間には、粉粒体層２０と吸音材３０とを市松状に充填する。

また、リブ５６は、例えばパネル材５０の面内方向において六角形を隙間なく並べた形状となるように配置してもよい（所謂ハニカム構造）。これによりパネル材５０を軽量化できる。

なお、ライナ５２、５４には、図示しない通気口を形成することが好適である。これにより、吸音材３０および粉粒体層２０が吸音性能を発揮し易い。なお、粉粒体層２０の吸音に通気性は必ずしも必要ないが、通気性を確保することにより、粉粒体層２０まで音が到達し易いため、吸音効果を発揮し易くできる。

吸音構造をパネル状に形成する実施形態の別の一例としては、例えば図６（Ａ）、（Ｂ）に示すパネル材６０が挙げられる。パネル材６０においては、２枚のライナ６２、６４の間の空間が、複数の面材６６で区画されている。

面材６６は、２枚のライナ６２、６４の間の空間を、パネル材６０の面内方向と略直交する方向において、複数の空間に区画している。面材６６で区画された空間には、粉粒体層２０と吸音材３０とが交互に充填されている。

なお、ライナ６２、６４及び面材６６には、図示しない通気口を形成することが好適である。これにより、吸音材３０および粉粒体層２０が吸音性能発揮し易い。

パネル材５０、６０のように、吸音構造を壁体１０と独立して用いることにより、この吸音構造を、様々な場所に適用することができる。例えば建物の仕上げ材として適用したり、航空機や車両の壁や扉として適用したり、騒音を発する各種機器のエンクロージャとして適用したりすることができる。

なお、これらのパネル材５０、６０を形成するライナ５２、５４、６２、６４、リブ５６、面材６６としては、例えば不織布等各種の材料を用いることができるが、強度や軽量性、対候性等の観点からは、アルミニウムやガリバリウム鋼板、炭素繊維板などを用いることも好適である。

また、上記実施形態においては、吸音材３０としてグラスウールを用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば吸音材３０としては、ロックウールやセルロースファイバー等の繊維系多孔質材料を用いることができる。

なお、吸音材３０としては、求められる機能や施工性に応じて、発泡系多孔質材を用いてもよい。発泡系多孔質材としては、ポリスチレン、ウレタン、ポリエチレン等の材料を用いることができる。

さらに、吸音材３０としては、繊維系多孔質材料に代えて、粉粒体層２０を構成する粒子２０Ａと異なる大きさ及びかさ比重の粒子（本発明における異径粉粒体の一例）によって構成された粉粒体層（本発明における異径粉粒体層の一例）によって構成することもできる。すなわち、本発明の吸音構造は、２種類の粉粒体層を交互に配置することで形成してもよい。

なお、吸音材３０として粉粒体層を用いる場合、上述したパネル材５０、６０におけるリブ５６、面材６６としては、ガラスろ紙、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリプロピレン（ＰＰ）等を用いてもよい。これにより、大きさ及びかさ比重の異なる粒子で形成された粉粒体層間で振動が伝達され、吸音効果を高めることができる。

またさらに、本発明の吸音構造は、３種類以上の粉粒体層を交互に配置することで形成してもよい。あるいは、１種類の粉粒体層と、繊維系多孔質材料で形成された２種類以上の吸音材とを組み合わせて形成してもよいし、１種類の繊維系多孔質材料で形成された吸音材と、２種類以上の粉粒体層とを組み合わせて形成してもよい。

２０ 粉粒体層
２０Ａ 粒子（粉粒体）
３０ 吸音材
３０Ａ 吸音材
４０ 保持部材
４２ 保持部材
４４ 保持部材

Claims (4)

1. 粉粒体を集合して形成されると共に間隔を空けて配置された複数の粉粒体層と、
   前記粉粒体層の間に配置され、前記粉粒体層と吸音周波数が異なる吸音材と、
   を備えた吸音構造。
2. 前記吸音材は繊維系多孔質材である、
   請求項１に記載の吸音構造。
3. 前記吸音材は前記粉粒体と異なる大きさ及びかさ比重の異径粉粒体を集合して形成された異径粉粒体層である、
   請求項１に記載の吸音構造。
4. 前記粉粒体層は、
   壁体から張り出した保持部材に収容されている、
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の吸音構造。

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