JP2022056105A

JP2022056105A - 吸音構造体

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Publication number: JP2022056105A
Application number: JP2020163909A
Authority: JP
Inventors: 康志杉尾; Koji Sugio; 大悟岡本; Daigo Okamoto; 俊西部; Takashi Nishibe
Original assignee: Daiken Corp
Current assignee: Daiken Corp
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-04-08

Abstract

【課題】吸音構造体の質量、吸音性及び強度の設計を容易にする。【解決手段】第２繊維板層２０の第１繊維板層１０側の表面には、互いに平行に延びる複数の第１溝条Ｇａが設けられ、第２繊維板層２０の第３繊維板層３０側の表面には、複数の第１溝条Ｇａと交差する方向に互いに平行に延び、複数の第１溝条Ｇａの少なくとも１つと連通する複数の第２溝条Ｇｂが設けられ、第１繊維板層１０の第２繊維板層２０側の表面には、互いに平行に延び、複数の第１溝条Ｇａの少なくとも１つと連通する複数の第３溝条Ｇｃが設けられ、第３繊維板層３０の第２繊維板層２０側の表面には、互いに平行に延び、複数の第２溝条Ｇｂの少なくとも１つと連通する複数の第４溝条Ｇｄが設けられ、第３繊維板層３０の第２繊維板層２０と反対側の表面には、複数の第４溝条Ｇｄの連通する複数の貫通孔Ｈが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、吸音構造体に関するものである。

ロックウール吸音板は、吸音性だけでなく、不燃性及び断熱性にも優れているので、建築物の天井等によく使用されている。

例えば、特許文献１には、一方向に連続する中空部を有する板材の表面側に中空部に達する表面側吸音孔を設けると共に、板材の裏面側に表面側吸音孔から外れた位置において中空部に達する裏面側吸音孔を設け、板材の裏面に多孔質吸音材を配設してなる化粧吸音体が開示されている。

実開平２－１０２５９７号公報

ところで、上記特許文献１の化粧吸音体は、ケイ酸カルシウム板、合板、ロックウール板、発泡セラミック板等の板材と、ガラスウールマットやロックウールマット等の多孔質吸音材との互いに異なる２種類の材料を積層してなり、質量、吸音性及び強度の設計が容易でないので、改善の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸音構造体の質量、吸音性及び強度の設計を容易にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る吸音構造体は、繊維板からなる順に積層された第１繊維板層、第２繊維板層及び第３繊維板層を備え、上記第２繊維板層の上記第１繊維板層側の表面には、互いに平行に延びるように複数の第１溝条が設けられ、上記第２繊維板層の上記第３繊維板層側の表面には、上記複数の第１溝条と交差する方向に互いに平行に延び、該複数の第１溝条の少なくとも１つと連通するように複数の第２溝条が設けられ、上記第１繊維板層の上記第２繊維板層側の表面には、互いに平行に延び、上記複数の第１溝条の少なくとも１つと連通するように複数の第３溝条が設けられ、上記第３繊維板層の上記第２繊維板層側の表面には、互いに平行に延び、上記複数の第２溝条の少なくとも１つと連通するように複数の第４溝条が設けられ、上記第３繊維板層の上記第２繊維板層と反対側の表面には、上記複数の第４溝条の連通するように複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、第２繊維板層において、第３繊維板層側の表面に互いに平行に延びるように設けられた複数の第２溝条は、第１繊維板層側の表面に互いに平行に延びるように設けられた複数の第１溝条の少なくとも１つと連通している。また、第１繊維板層の第２繊維板層側の表面に互いに平行に延びるように設けられた複数の第３溝条は、第２繊維板層の第１繊維板層側の表面に設けられた複数の第１溝条の少なくとも１つと連通している。また、第３繊維板層の第２繊維板層側の表面に互いに平行に延びるように複数の第４溝条は、第２繊維板層の第３繊維板層側の表面に設けられた複数の第２溝条の少なくとも１つと連通している。そのため、第１繊維板層、第２繊維板層及び第３繊維板層が順に積層された吸音構造体の内部において、第１溝条、第２溝条、第３溝条及び第４溝条が互いに連通する中空空間が形成されている。そして、第３繊維板層において、第２繊維板層と反対側の表面には、第２繊維板層側の表面に設けられた複数の第４溝条の連通するように複数の貫通孔が設けられている。これにより、第３繊維板層の第２繊維板層と反対側の表面に形成された小さな各貫通孔から入射した音は、大きな上記中空空間に導かれることでヘルムホルツ共鳴器が形成され、このヘルムホルツ共鳴器型の吸音機構で吸収されると共に、第１繊維板層、第２繊維板層及び第３繊維板層を構成する繊維板自体の多孔質構造による摩擦により小さくなり、高い吸音性が実現することができる。ここで、吸音構造体において、第１繊維板層に形成する第３溝条、第２繊維板層に形成する第１溝条及び第２溝条、並びに第３繊維板層に形成する第４溝条の各溝条の幅、深さ、間隔を調整するだけで、吸音構造体の質量、吸音性及び強度を設計することができるので、吸音構造体の質量、吸音性及び強度の設計を容易にすることができる。

上記複数の第２溝条と上記複数の第４溝条とは、重なり合うように設けられていてもよい。

上記の構成によれば、第２繊維板層の第３繊維板層側の表面に設けられた複数の第２溝条と、第３繊維板層の第２繊維板層側の表面に設けられた複数の第４溝条とが重なり合っているので、吸音構造体の音が入射する側に溝条の深さの２倍の高さを有する第１の中空空間を形成することができ、貫通孔から入射した音をヘルムホルツ共鳴器型の吸音機構で効率よく吸収することができる。

上記複数の第１溝条と上記複数の第３溝条とは、交差するように設けられていてもよい。

上記の構成によれば、第２繊維板層の第１繊維板層側の表面に設けられた複数の第１溝条と、第１繊維板層の第２繊維板層側の表面に設けられた複数の第３溝条とが交差しているので、吸音構造体の音が入射する側とは反対側に溝条が交差する第２の中空空間を形成することができ、第１の中空空間から入射した音を四方に分けることができる。

上記複数の第１溝条、上記複数の第２溝条、上記複数の第３溝条及び上記複数の第４溝条は、それぞれ間隔が溝幅以下になっていてもよい。

上記の構成によれば、複数の第１溝条、複数の第２溝条、複数の第３溝条及び複数の第４溝条は、それぞれ間隔が溝幅以下になり、見掛け密度が低下するので、軽量化することができると共に、吸音性を向上させることができる。

上記繊維板は、無機繊維板であってもよい。

上記の構成によれば、繊維板が無機繊維板であるので、不燃性を付与することができる。

上記無機繊維板は、ロックウール板であってもよい。

上記の構成によれば、無機繊維板がロックウール板であるので、人が最も感じる周波数帯（２５０Ｈｚ～２０００Ｈｚ）の残響を抑制することができる。

本発明によれば、第２繊維板層の第１繊維板層側の表面には、互いに平行に延びる複数の第１溝条が設けられ、第２繊維板層の第３繊維板層側の表面には、複数の第１溝条と交差する方向に互いに平行に延び、複数の第１溝条の少なくとも１つと連通する複数の第２溝条が設けられ、第１繊維板層の第２繊維板層側の表面には、互いに平行に延び、複数の第１溝条の少なくとも１つと連通する複数の第３溝条が設けられ、第３繊維板層の第２繊維板層側の表面には、互いに平行に延び、複数の第２溝条の少なくとも１つと連通する複数の第４溝条が設けられ、第３繊維板層の第２繊維板層と反対側の表面には、複数の第４溝条の連通する複数の貫通孔が設けられているので、吸音構造体の質量、吸音性及び強度の設計を容易にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る吸音構造体の斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る吸音構造体の実施例１の断面図である。本発明の第１の実施形態に係る吸音構造体の実施例２の断面図である。本発明の第１の実施形態に係る吸音構造体の比較例の断面図である。本発明の第１の実施形態に係る吸音構造体の実施例１、実施例２及び比較例の実験結果を示す表である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。

《第１の実施形態》
図１～図５は、本発明に係る吸音構造体の第１の実施形態を示している。ここで、図１は、本実施形態の吸音構造体５０の斜視図である。

吸音構造体５０は、図１に示すように、順に積層された第１繊維板層１０、第２繊維板層２０及び第３繊維板層３０を備えている。ここで、第１繊維板層１０、第２繊維板層２０及び第３繊維板層３０は、例えば、密度１５０ｋｇ／ｍ^３～６５０ｋｇ／ｍ^３（好ましくは１７０ｋｇ／ｍ^３～５００ｋｇ／ｍ^３）程度で厚さ８ｍｍ～２０ｍｍ程度のロックウール板やガラスウール板等の無機繊維板からなり、例えば、酢酸ビニル樹脂系のエマルジョン型の接着剤により各層間が接着されている。

第１繊維板層１０の第２繊維板層２０側の表面（図中の上面）には、図１に示すように、互いに平行に延び、後述する複数の第１溝条Ｇａと連通するように複数の第３溝条Ｇｃが設けられている。なお、本実施形態では、複数の第１溝条Ｇａと連通するように設けられた複数の第３溝条Ｇｃを例示したが、複数の第３溝条Ｇｃは、複数の第１溝条Ｇａの少なくとも１つと連通していてもよい。

第２繊維板層２０の第１繊維板層１０側の表面（図中の下面）には、図１に示すように、互いに平行に延びるように複数の第１溝条Ｇａが設けられている。ここで、複数の第１溝条Ｇａと複数の第３溝条Ｇｃとは、図１に示すように、直交するように設けられている。また、第２繊維板層２０の第３繊維板層３０側の表面（図中の上面）には、図１に示すように、複数の第１溝条Ｇａと直交する方向に互いに平行に延び、複数の第１溝条Ｇａと連通するように複数の第２溝条Ｇｂが設けられている。なお、本実施形態では、複数の第１溝条Ｇａと連通するように設けられた複数の第２溝条Ｇｂを例示したが、複数の第２溝条Ｇｂは、複数の第１溝条Ｇａの少なくとも１つと連通していてもよい。

第３繊維板層３０の第２繊維板層２０側の表面（図中の下面）には、図１に示すように、互いに平行に延び、複数の第２溝条Ｇｂと連通するように複数の第４溝条Ｇｄが設けられている。ここで、複数の第４溝条Ｇｄと複数の第２溝条Ｇｂとは、図１に示すように、重なり合うように設けられている。また、第３繊維板層３０の第２繊維板層２０と反対側の表面（図中の上面）には、図１に示すように、複数の第４溝条Ｇｄの連通するように複数の貫通孔Ｈ（例えば、直径０．５ｍｍ～２ｍｍ程度）が設けられている。なお、本実施形態では、複数の第２溝条Ｇｂと連通するように設けられた複数の第４溝条Ｇｄを例示したが、複数の第４溝条Ｇｄは、複数の第２溝条Ｇｂの少なくとも１つと連通していてもよい。ここで、第１溝条Ｇａ、第２溝条Ｇｂ、第３溝条Ｇｃ及び第４溝条Ｇｄは、例えば、その溝幅が９ｍｍ～１５ｍｍ程度であり、その溝深さが５ｍｍ～９ｍｍ程度であり、その溝ピッチが溝幅の１．５倍～５倍程度である。

上述した吸音構造体５０は、第３繊維板層３０に形成された複数の貫通孔Ｈから入射した音を、第１溝条、第２溝条、第３溝条及び第４溝条が互いに連通する中空空間に導くことでヘルムホルツ共鳴器が形成され、このヘルムホルツ共鳴器型の吸音機構で吸収させると共に、第１繊維板層、第２繊維板層及び第３繊維板層を構成する繊維板自体の多孔質構造による摩擦により小さくして、吸音するように構成されている。

次に、本実施形態の吸音構造体５０において、具体的に行った実験について説明する。ここで、図２は、吸音構造体５０の実施例１として作製した吸音構造体５０ａの断面図である。また、図３は、吸音構造体５０の実施例２として作製した吸音構造体５０ｂの断面図である。また、図４は、吸音構造体５０の比較例として作製した吸音構造体１５０の断面図である。また、図５は、吸音構造体５０の実施例１（吸音構造体５０ａ）、実施例２（吸音構造体５０ｂ）及び比較例（吸音構造体１５０）の実験結果を示す表である。

＜実施例１＞
３枚の基準厚さ９ｍｍのロックウール板（密度０．３４ｇ／ｃｍ３）に１２ｍｍの溝幅で５ｍｍの溝深さで５０ｍｍの溝ピッチで溝条（Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）を形成し、それらを積層一体化して、図２に示すような吸音構造体５０ａを作成した。

＜実施例２＞
３枚の基準厚さ９ｍｍのロックウール板（密度０．３４ｇ／ｃｍ３）に１２ｍｍの溝幅で５ｍｍの溝深さで２５ｍｍの溝ピッチで溝条（Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）を形成し、それらを積層一体化して、図３に示すような吸音構造体５０ｂを作成した。ここで、吸音構造体５０ｂでは、図３に示すように、複数の第１溝条Ｇａ、複数の第２溝条Ｇｂ、複数の第３溝条Ｇｃ及び複数の第４溝条Ｇｄの間隔がその溝幅以下になっている。

＜比較例＞
３枚の基準厚さ９ｍｍのロックウール板（密度０．３４ｇ／ｃｍ３）に３ｍｍの溝幅で５ｍｍの溝深さで所定の溝ピッチで溝条（Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）を形成し、それらを積層一体化して、図４に示すような吸音構造体１５０を作成した。なお、実施例１及び２では、第１溝条Ｇａ及び第２溝条Ｇｂが直交して配置されているが、本比較例では、第１溝条Ｇａ及び第２溝条Ｇｂが平行に配置されている。具体的に吸音構造体１５０では、図４に示すように、第１繊維板層１１０及び第３繊維板層１３０に１８ｍｍの溝ピッチで第３溝条Ｇｃ及び第４溝条Ｇｄが形成され、第２繊維板層１２０に３６ｍｍの溝ピッチで第１溝条Ｇａ及び第２溝条Ｇｂを形成され、第１溝条Ｇａが第３溝条Ｇｃに１つおきに重なり合い、第２溝条Ｇｂが第４溝条Ｇｄに１つおきに重なり合っている。

以上のように作製した吸音構造体５０ａ、５０ｂ及び１５０について、切削率を算出し、以下に示すように、見掛け密度、熱伝導率、曲げ破壊荷重（曲げ強度、曲げヤング率）、吸音率を測定した。

～見掛け密度の測定～
見掛け密度は、吸音構造体５０ａ、５０ｂ及び１５０の質量を見かけの体積で除して算出した。

～熱伝導率の測定～
熱伝導率は、ＪＩＳＡ１４１２－２に準拠して、２５℃の温度で測定した。

～曲げ破壊荷重の測定～
曲げ破壊荷重は、ＪＩＳＡ１４０８に準拠して測定し、その曲げ破壊荷重に基づいて、曲げ強度及び曲げヤング率を算出した。ここで、曲げ破壊荷重は、（株）島津製作所製オートグラフを用いて、試験速度（載荷ヘッドスピード）２０ｍｍ／分、曲げスパン４０５ｍｍで測定した。また、加圧棒は、試験体に形成された溝条と直交するように配置させた（図４中の左右方向）。なお、複数の溝条が直交する場合には、層数の多い溝条と直交するように配置させた（図２及び図３中の左右方向）。

～吸音率の測定～
吸音率は、ＩＳＯ３５４に準拠して、インパルス応答を用いた残響室法吸音率を測定した。ここで、残響室法吸音率の測定は、小型残響室（室表面積２６．５ｍ^２、室容積８．９ｍ^３）を用いて、中心周波数４００Ｈｚ～５ｋＨｚの１／３オクターブ帯域毎で行った。なお、図５の表中の吸音率は、残響室法で測定したＮ．Ｒ．Ｃ（２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ及び２ｋＨｚにおける吸音率の算術平均値）である。

実験結果としては、図５の表から分かるように、繊維板層に溝条を形成して切削率を高くすると、見掛け密度及び曲げ強度が次第に低下し、吸音率が高くなった。これにより、各繊維板層に溝条を形成して、各繊維板層の切削率を調整することにより、吸音構造体の質量、吸音性及び強度を設計することができることが分かった。

以上説明したように、本実施形態の吸音構造体５０によれば、第２繊維板層２０において、第３繊維板層３０側の表面に互いに平行に延びるように設けられた複数の第２溝条Ｇｂは、第１繊維板層１０側の表面に互いに平行に延びるように設けられた複数の第１溝条Ｇａと連通している。また、第１繊維板層１０の第２繊維板層２０側の表面に互いに平行に延びるように設けられた複数の第３溝条Ｇｃは、第２繊維板層２０の第１繊維板層１０側の表面に設けられた複数の第１溝条Ｇａと連通している。また、第３繊維板層３０の第２繊維板層２０側の表面に互いに平行に延びるように複数の第４溝条Ｇｄは、第２繊維板層２０の第３繊維板層３０側の表面に設けられた複数の第２溝条Ｇｂと連通している。そのため、第１繊維板層１０、第２繊維板層２０及び第３繊維板層３０が順に積層された吸音構造体５０の内部において、第１溝条Ｇａ、第２溝条Ｇｂ、第３溝条Ｇｃ及び第４溝条Ｇｄが互いに連通する中空空間が形成されている。そして、第３繊維板層３０において、第２繊維板層２０と反対側の表面には、第２繊維板層２０側の表面に設けられた複数の第４溝条Ｇｄの連通するように複数の貫通孔Ｈが設けられている。これにより、第３繊維板層３０の第２繊維板層２０と反対側の表面に形成された小さな各貫通孔Ｈから入射した音は、大きな上記中空空間に導かれることでヘルムホルツ共鳴器が形成され、このヘルムホルツ共鳴器型の吸音機構で吸収されると共に、第１繊維板層１０、第２繊維板層２０及び第３繊維板層３０を構成する繊維板自体の多孔質構造による摩擦により小さくなり、高い吸音性が実現することができる。ここで、吸音構造体５０において、第１繊維板層１０に形成する第３溝条Ｇｃ、第２繊維板層２０に形成する第１溝条Ｇａ及び第２溝条Ｇｂ、並びに第３繊維板層３０に形成する第４溝条Ｇｄの各溝条の幅、深さ、間隔を調整するだけで、吸音構造体５０の質量、吸音性及び強度を設計することができるので、吸音構造体５０の質量、吸音性及び強度の設計を容易にすることができる。

また、本実施形態の吸音構造体５０によれば、第２繊維板層２０の第３繊維板層３０側の表面に設けられた複数の第２溝条Ｇｂと、第３繊維板層３０の第２繊維板層２０側の表面に設けられた複数の第４溝条Ｇｄとが重なり合っているので、吸音構造体５０の音が入射する側に溝条Ｇｂ及びＧｄの深さの２倍の高さを有する第１の中空空間を形成することができ、貫通孔Ｈから入射した音をヘルムホルツ共鳴器型の吸音機構で効率よく吸収することができる。

また、本実施形態の吸音構造体５０によれば、第２繊維板層２０の第１繊維板層１０側の表面に設けられた複数の第１溝条Ｇａと、第１繊維板層１０の第２繊維板層２０側の表面に設けられた複数の第３溝条Ｇｃとが交差しているので、吸音構造体５０の音が入射する側とは反対側に溝条Ｇａ及びＧｃが交差する第２の中空空間を形成することができ、第１の中空空間から入射した音を四方に分けることができる。

また、本実施形態の吸音構造体５０（５０ｂ）によれば、複数の第１溝条Ｇａ、複数の第２溝条Ｇｂ、複数の第３溝条Ｇｃ及び複数の第４溝条Ｇｄは、それぞれ間隔が溝幅以下になっており、見掛け密度が低下するので、軽量化することができると共に、吸音性を向上させることができる。

また、本実施形態の吸音構造体５０によれば、繊維板が無機繊維板であるので、不燃性を付与することができる。

また、本実施形態の吸音構造体５０によれば、無機繊維板がロックウール板であるので、人が最も感じる周波数帯（２５０Ｈｚ～２０００Ｈｚ）の残響を抑制することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、第１繊維板層、第２繊維板層及び第３繊維板層が順に積層された３層の吸音構造体を例示したが、本発明は、繊維板層が４層以上の吸音構造体等にも適用することができる。

上記実施形態では、ロックウール板等の無機繊維板からなる吸音構造体を例示したが、本発明は、インシュレーションボード等の有機繊維板からなる吸音構造体等にも適用することができる。

上記実施形態では、矩形状の各繊維板層の辺に沿って溝条が設けられた吸音構造体を例示したが、溝条は、矩形状の各繊維板層の辺に対して斜めに設けられていてもよい。

以上説明したように、本発明は、吸音構造体の質量、吸音性及び強度の設計を容易にすることができるので、極めて有用である。

Ｇａ第１溝条
Ｇｂ第２溝条
Ｇｃ第３溝条
Ｇｄ第４溝条
Ｈ貫通孔
１０第１繊維板層
２０第２繊維板層
３０第３繊維板層
５０吸音構造体

Claims

繊維板からなり、順に積層された第１繊維板層、第２繊維板層及び第３繊維板層を備え、
上記第２繊維板層の上記第１繊維板層側の表面には、互いに平行に延びるように複数の第１溝条が設けられ、
上記第２繊維板層の上記第３繊維板層側の表面には、上記複数の第１溝条と交差する方向に互いに平行に延び、該複数の第１溝条の少なくとも１つと連通するように複数の第２溝条が設けられ、
上記第１繊維板層の上記第２繊維板層側の表面には、互いに平行に延び、上記複数の第１溝条の少なくとも１つと連通するように複数の第３溝条が設けられ、
上記第３繊維板層の上記第２繊維板層側の表面には、互いに平行に延び、上記複数の第２溝条の少なくとも１つと連通するように複数の第４溝条が設けられ、
上記第３繊維板層の上記第２繊維板層と反対側の表面には、上記複数の第４溝条の連通するように複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする吸音構造体。
請求項１に記載された吸音構造体において、
上記複数の第２溝条と上記複数の第４溝条とは、重なり合うように設けられていることを特徴とする吸音構造体。
請求項１又は２に記載された吸音構造体において、
上記複数の第１溝条と上記複数の第３溝条とは、交差するように設けられていることを特徴とする吸音構造体。
請求項１～３の何れか１つに記載された吸音構造体において、
上記複数の第１溝条、上記複数の第２溝条、上記複数の第３溝条及び上記複数の第４溝条は、それぞれ間隔が溝幅以下になっていることを特徴とする吸音構造体。
請求項１～４の何れか１つに記載された吸音構造体において、
上記繊維板は、無機繊維板であることを特徴とする吸音構造体。
請求項５に記載された吸音構造体において、
上記無機繊維板は、ロックウール板であることを特徴とする吸音構造体。