JP3179226U

JP3179226U - 低周波音用消音エルボ

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Publication number: JP3179226U
Application number: JP2012004894U
Authority: JP
Inventors: 潔増田; 雅英関; 保之岸
Original assignee: Taisei Corp; SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Current assignee: Taisei Corp; SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2022-08-09

Abstract

【課題】簡易な構成で、低周波数域、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの騒音に対して高い消音性能を有する低周波音用消音エルボを提供する。
【解決手段】第１の開口部３１と第２の開口部３２が屈曲した風路によって接続され、前記風路を形成する壁面に吸音層１０、５０が内貼りされる消音エルボ１において、吸音層１０、５０の少なくとも１つを、前記風路側に配置される質量部と、前記壁面側に配置されるばね部とを備え、質量部の面密度が１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ^２である吸音材で構成する。
【選択図】図６

Description

本考案は、空調装置や排気装置のダクト内を伝搬する騒音を消音する消音エルボに関し、特に、２００Ｈｚより低い低周波数域の騒音の消音性能に優れた低周波音用消音エルボに関する。

一般に、空調装置や排気装置のダクトには、ダクト内を騒音が伝搬して居住環境や作業環境に影響を及ぼすのを防止するために、騒音対策が施される。騒音対策の一つとして、ダクトの曲がり部（エルボ）にグラスウール等の吸音材を内貼りした消音エルボが知られている。

図１は、従来の消音エルボの一例を示す斜視図である。図２は、図１の消音エルボの横断面図である。
図１、２に示す消音エルボ５は、鋼板等を加工して成形されるもので、直角に折曲された外縁壁２０ａ、外縁壁２０ａの直角部に対向して配置される内縁壁２０ｂ、及び上下面を閉塞する天壁２０ｃ、底壁２０ｄを備える。すなわち、消音エルボ５は、第１の開口部３１と第２の開口部３２とが、屈曲する風路３３（図ではＬ字型）で接続された構成を有する。また、風路３３を形成する各壁２０ａ〜２０ｄの内面には、グラスウールやロックウール等の多孔質材料からなる吸音材５０が内貼りされる。多孔質材料からなる吸音材５０は、中・高周波数域（２００Ｈｚ超）の音波に対しては優れた吸音特性を示す。

この消音エルボ５においては、例えば第１の開口部３１から入射した音波（騒音）の一部は、外縁壁２０ａの第１の開口部３１に対向する面に配置された吸音材５０により吸収される。また、音波の一部は吸音材５０を通過して、外縁壁２０ａの内面で反射して、入射してきた第１の開口部３１に戻る。このような入射、反射が繰り返されることにより、音波は減衰し、消音される。

また、特許文献１には、消音エルボ内に吸音材からなる仕切板を配置し、断面積が異なる複数の風路を形成した消音エルボが開示されている。この消音エルボによれば、仕切板で仕切られた各風路の幅と同等以上の波長の音波を、吸音材によって吸収することができる。
特許文献２には、消音エルボ内に緩傾斜の中間仕切板を配置し、空間を緩拡縮させた消音エルボが開示されている。

実開昭６４−２４３９７号公報特許第２５９３７３０号公報

前川純一、"建築計画における音響処理の問題"、建築雑誌７４（８７４）、２７−３２頁、１９５９．９．２０

しかしながら、従来の消音エルボ５は、低周波数域（２００Ｈｚ以下）の音波に対する消音性能は低く、十分に消音することは困難である。また、中高周波数域の音波だけが消音されるため、騒音性状が低周波数成分に偏り、共鳴や共振を生じて必ずしも騒音障害を改善するものではない。
また、低周波数域の音波を消音するためには、吸音材５０を厚くしたり、吸音材５０と設置面との間に空気層を介在させたりすることが効果的であるが、かかる手法では、消音エルボ５内の通風断面積が小さくなるため送風効率が低下する。逆に、一定の通風断面積を確保しようとすると、消音エルボ５のサイズが大きくなるため、設置スペースの狭い箇所では取付作業が困難になる虞がある。また、吸音材５０を厚くすると消音エルボの重量が重くなるという懸念もある。

特許文献１に記載の消音エルボは、仕切板を設けて開口部の内径を小さくし、短い波長の音波を吸収する構成とするため加工が煩雑となる。
特許文献２に記載の消音エルボにおいて、低周波数域の音波を消音するためには、緩拡縮させる空間を大きくする必要があるため、消音エルボのサイズが大きくなる。また、所定の共振周波数が得られるようにするためには、消音エルボ内に配置する中間仕切板の緩拡縮調整が必要となるため、構造が複雑となり、製造作業が繁雑となる。

本考案の目的は、簡易な構成で、低周波数域、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの騒音に対して高い消音性能を有する低周波音用消音エルボを提供することである。

本考案に係る低周波音用消音エルボは、第１の開口部と第２の開口部が屈曲した風路によって接続され、前記風路を形成する壁面に吸音層が内貼りされる低周波音用消音エルボであって、
前記吸音層の少なくとも１つが、前記風路側に配置される質量部と、前記壁面側に配置されるばね部と、を備え、前記質量部の面密度が１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²、好ましくは２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²である吸音材で構成されることを特徴とする。

本考案によれば、簡易な構成で、低周波数域、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの騒音に対して高い消音性能を有する消音エルボが実現される。

従来の消音エルボの一例を示す斜視図である。図１の消音エルボの横断面図である。１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図である。吸音材の等価モデルを示す図である。図３の吸音材において、ばね部の減衰比を変化させたときの質量部の面密度と理論上の吸音率が最大（１．０）となる周波数の関係をシミュレーションした図である。第１の実施の形態に係る消音エルボの一例を示す斜視図である。図６の消音エルボの横断面図である。第１の実施の形態に係る吸音材１０Ａの拡大図である。第２の実施の形態に係る吸音材１０Ｂを示す図である。変形例１に係る吸音材１０Ｃを示す図である。変形例２に係る吸音材１０Ｄを示す図である。変形例３に係る吸音材１０Ｅを示す図である。変形例４に係る吸音材１０Ｆを示す図である。変形例５に係る吸音材１０Ｇを示す図である。実施例１及び実施例２の吸音材について残響室法吸音率を測定した結果を示す図である。実施例３の吸音材について垂直入射吸音率を測定した結果を示す図である。実施例４の吸音材について垂直入射吸音率を測定した結果を示す図である。比較例１の吸音材について垂直入射吸音率を測定した結果を示す図である。比較例２の吸音材について残響室法吸音率を測定した結果を示す図である。

まず、本考案に想到した経緯について説明する。
非特許文献１に記載されているように、直管ダクトにおいては、壁面に吸音材を内貼りしたときの単位長さ当たりの減衰量ＡＴＴ［ｄＢ］は、下式（１）で表される。
ＡＴＴ＝Ｋ・Ｐ／Ｓ・・・（１）
Ｓ：ダクトの断面積［ｍ²］
Ｐ：吸音材断面周囲長［ｍ］
Ｋ：吸音率から求まる定数

また、ダクトの断面積Ｓと、吸音材断面周囲長Ｐが同じであるダクトにおいては、吸音材の吸音率を向上させる（吸音率を１．０に近づける）と、Ｋ値が大きくなる（非特許文献１の図−２参照）。これより、吸音率の高い吸音材を適用することで、単位長さ当たりの減衰量ＡＴＴを大きくすることができる。

また、消音エルボの曲がり部分に吸音材を内貼りした場合、騒音が吸音材に入射しやすいので、直管ダクトに吸音材を内貼りした場合に比較して非常に減衰効率が大きくなることも知られている（非特許文献１）。
すなわち、消音エルボにおいて、低周波数域の音波に対する吸音率の高い吸音材を壁面に内貼りすることにより、消音性能に優れた消音エルボを実現することができる。

そこで、本考案者等は、低周波数域用の吸音材として、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材に着目した。
図３は、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図である。図４は、吸音材の等価モデルを示す図である。
図３、４に示すように、ばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材１０は、質量部１１とばね部１２とを積層した構成を有する。質量部１１は通気性のない材料（例えばゴム）で構成され、ばね部１２は弾性効果を有する材料（例えば多孔質材料）で構成される。吸音材１０は、質量部１１が音源側（入射音波側）に向くように、設置面Ｗに設置される。
このような動吸振機構を利用した吸音材１０においては、音波（振動）の入射に伴い共振現象が生じ、ばね部１２で振動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、吸音が行われる。

この吸音材１０の共振周波数ｆ₀（Ｈｚ）は下式（２）で表される。共振周波数ｆ₀が、吸音材１０の吸音率ピークが出現する周波数（吸音率ピーク周波数）となる。また、吸音材１０の吸音率αは、理論的には下式（３）、（４）で表される。

これらの式（２）〜（４）を用いて、質量部１１の面密度Ｄ_a、ばね部１２のヤング率Ｅ、厚さｔ、減衰比ζを任意に設定したときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした。
なお、吸音材１０の断面積Ａは設置スペースに応じて変動するため、便宜上、単位面積当たりの吸音材でシミュレーションした。すなわち、質量部１１の質量ｍは、質量部１１の面密度Ｄ_aで表され、ばね定数ｓは、ばね部１２のヤング率Ｅ（Ｎ／ｍ²）／厚さｔ（ｍ）で表される。

ばね部１２のヤング率Ｅを１.０×１０⁵Ｎ／ｍ²、減衰比ζを０．１で一定とし、ばね部１２の厚さｔと質量部１１の面密度Ｄ_ａを変化させたシミュレーションでは、ばね部１２の厚さｔが厚くなる（すなわち、ばね定数ｓが小さくなる）に従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトするという結果が得られた。
また、質量部１１の面密度Ｄ_aを０．６ｋｇ／ｍ²とした場合は、低周波数側にシフトするに伴い吸音率のピーク値が低下するのに対して、質量部１１の面密度Ｄ_aを２．４ｋｇ／ｍ²とした場合、及び３．６ｋｇ／ｍ²とした場合は、吸音率のピーク値は低下しないという結果が得られた。

ばね部１２の減衰比ζを０．１、厚さｔを２５ｍｍで一定とし、ばね部１２のヤング率Ｅと質量部１１の面密度Ｄ_aを変化させたシミュレーションでは、ばね部１２のヤング率Ｅが小さくなる（すなわち、ばね定数ｓが小さくなる）に従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトするという結果が得られた。
また、質量部１１の面密度Ｄ_aを０．６ｋｇ／ｍ²とした場合は、低周波数側にシフトするに伴い吸音率のピーク値が低下するのに対して、質量部１１の面密度Ｄ_aを３．６ｋｇ／ｍ²とした場合は、吸音率のピーク値はほとんど変わらないという結果が得られた。

ばね部１２のヤング率Ｅを１.０×１０⁵Ｎ／ｍ²、減衰比ζを０．１、厚さｔを５０ｍｍで一定とし、質量部１０の面密度Ｄ_aを変化させたシミュレーションでは、質量部１１の面密度Ｄ_aが高くなるに従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトするという結果が得られた。

このように、質量部１１の面密度Ｄ_aを大きくして質量ｍを大きくすることにより、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせることができる。また、ばね部１２の厚さｔを厚くする、又はヤング率Ｅを小さくしてばね定数ｓを小さくすることによっても、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせることができる。
また、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせる際、吸音率のピーク値を低下させないためには、質量部１１の面密度Ｄ_aを所定値（例えば２．４ｋｇ／ｍ²）以上とする必要がある。

式（３）において、Ｒ＝１、Ｘ＝０としたとき、吸音率αは１．０となる。したがって、次式（５）が満たされるときに、吸音率αが１．０となる。式（５）より、質量部１１の面密度Ｄ_aと共振周波数ｆ₀との関係式が求まる。

吸音材として従来用いられているグラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂で、ばね部１２を構成することを想定し、ばね部１２の減衰比ζを、０．０５、０．１０、０．１５、０．２５としたときの質量部１１の面密度Ｄ_aと理論上の吸音率が最大となる周波数（吸音率ピーク周波数）ｆ₀の関係を、式（２）〜（５）によりシミュレーションした。
その結果を図５に示す。質量部１１の面密度Ｄ_aが１０．０ｋｇ／ｍ²である場合は、ばね部１２の減衰比が０．０５であっても、吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ近傍とすることができた。逆に、質量部１１の面密度Ｄ_aが１０．０ｋｇ／ｍ²を超えると、６３Ｈｚ〜１２５Ｈｚの周波数域で吸音率ピークが出現するように制御することが困難となる。
また、質量部１１の面密度Ｄ_aが２．０ｋｇ／ｍ²である場合、ばね部１２の減衰比を０．２５に設定することで、吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ近傍とすることができた。
なお、吸音率ピーク周波数を１２５Ｈｚ近傍とする場合は、面密度Ｄ_aが１．０ｋｇ／ｍ²であっても、ばね部１２の減衰比を０．２５とすることで可能となる。

したがって、減衰比ζが０．０５〜０．２５の材料（グラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂等）でばね部１２を構成する場合は、質量部１１の面密度Ｄ_aを１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²とすることで、１２５Ｈｚ以下の騒音の吸音率は向上する。さらに、６３Ｈｚ近傍の騒音を効果的に吸音するには、質量部１１の面密度Ｄ_aを２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²として吸音材を構成するのが望ましい。
これにより、吸音材１０の吸音率ピーク周波数を６３〜１２５Ｈｚとすることができる。また、上述したように、質量部１１の面密度Ｄ_aを１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²、好ましくは２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²の範囲で設定すれば、６３〜１２５Ｈｚの周波数域において、理論上、吸音材１０の吸音率αは最大となる。

しかし、質量部１１の質量ｍ（面密度Ｄ_a）を大きくするために厚さｔを大きくすると、質量部１１に剛性が生じてしまい、逆に質量部１１の振動が減少するため、所望の吸音特性が得られない。また、質量部１１の質量ｍ（面密度Ｄ_a）を大きくするために、金属材料のように密度の高い材料を選定した場合、材料自体の剛性により質量部１１の振動が抑制される懸念がある。したがって、質量部１１を単層構造にする場合は、厚さ及び構成材料の選定に制約が生じる。

質量部１１は同一材料で形成してもよいが、振動機能を維持しつつ、質量部１１の面密度Ｄ_aを大きくするため、質量部１１を、通気性のない第１質量部（例えばゴム）と、多孔質材料からなる第２質量部の二層構造として一体的に形成することがより好ましい。この場合、第１質量部の質量を質量部１１の質量ｍとみなすのではなく、第１質量部と第２質量部の合計質量を質量部１１の質量ｍとすることで、式（２）〜（５）によるシミュレーション結果と実測値が良好に一致する。

本考案者等は、上述した構成を有する吸音材を消音エルボに適用することにより、低周波数域、特に６３〜１２５Ｈｚの騒音に対して優れた消音性能を発揮する消音エルボを実現することができるとの知見を得て、本考案に想到した。

以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図６は、本考案の第１の実施の形態に係る消音エルボの一例を示す斜視図である。図７は、図６の消音エルボの横断面図である。図８は、吸音材１０Ａの拡大図である。
図６、７に示す消音エルボ１は、鋼板等を加工して成形されるもので、直角に折曲された外縁壁２０ａ、外縁壁２０ａの直角部に対向して配置される内縁壁２０ｂ、及び上下面を閉塞する天壁２０ｃ、底壁２０ｄを備える。すなわち、消音エルボ１は、第１の開口部３１と第２の開口部３２とが、屈曲する風路３３（図ではＬ字型）で接続された構成を有する。消音エルボ１の第１の開口部３１及び第２の開口部３２に直管ダクト（図示略）が接続される。消音エルボ１の寸法は、設計風量や接続するダクト径に合わせて適宜決定される。

また、第１の開口部３１、第２の開口部３２に対向する外縁壁２０ａには、ばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材１０が内貼りされる。内縁壁２０ｂ、天壁２０ｃ、及び底壁２０ｄには、従来と同様のグラスウール単体で構成された吸音材５０が内貼りされる。吸音材１０、５０の表面には、通気穴が形成されたパンチングメタル、エキスパンドメタル、金網等の保護板４０が配置される。保護板４０で吸音材１０を押圧することにより、吸音材１０、５０は所定の形状に保持される。なお、保護板４０の開口率は、例えば３０〜５０％である。

吸音材１０は、少なくとも音波（騒音）が入射する側の開口部に対向する位置（ここでは、入射側開口部に対向する外縁壁２０ａ）に配設することにより、動吸振機構が効果的に発揮され、低周波数域の音波を消音することができる。また、内縁壁２０ｂ、天壁２０ｃ、及び底壁２０ｄに従来と同様のグラスウール単体で構成された吸音材５０を内張りすることで、中・高周波数域（２００Ｈｚ超）の音波も消音される。

吸音材１０Ａは、風路３３側に配置される質量部１１と、壁面２０ａ側に配置されるばね部１２とを積層した構成を有する。
質量部１１は、ばね部１２側に配置される通気性のない第１質量部１１１と、風路３３側に配置される多孔質材料からなる、すなわち通気性のある第２質量部１１２とを有する。質量部１１の面密度、すなわち第１質量部１１１と第２質量部１１２の面密度の合計は、１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²、好ましくは２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²である。

ここで、「通気性のない」とは、全く通気しない場合（例えばゴム等）はもちろん、吸音材１０Ａに音波が入射することにより質量部１１が振動する程度に通気性が低い場合（例えば高密度の繊維集合体）も含まれる。また、「通気性のある」とは、吸音材１０Ａに音波が入射したときに、この音波が内部の空気を振動させることにより減衰される程度の通気性を有していることを意味する。

第１質量部１１１は、例えばゴム、アクリル樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂等の樹脂、アルミニウム等の金属、又はこれらの組み合わせ（ゴム、樹脂、又は金属膜の積層体）で構成される。

第１質量部１１１の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、吸音材１０Ａの受音面に対して垂直方向から入射する音波に対しては質量部１１が振動するが、斜方向から入射する音波に対しては質量部１１の振動が著しく抑制されるので、吸音効果が低下する。
そのため、第１質量部１１１は、質量部１１の振動が損なわれない程度の柔軟性を有することが望ましい。これにより、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１１は振動する。具体的には、第１質量部１１１の構成材料（ヤング率）、及び厚さを適宜に選定することにより、第１質量部１１１の柔軟性を制御することができる。

第１質量部１１１をゴム又は樹脂で構成する場合には、第１質量部１１１を厚さ：０．１〜３ｍｍの膜状に形成するのが望ましい。また、第１質量部１１１を金属で構成する場合には、第１質量部１１１を厚さ：０．０１〜０．２ｍｍの膜状に形成するのが望ましい。ゴム膜又は樹脂膜の厚さが３ｍｍを超えると、又は金属膜の厚さが０．２ｍｍを超えると、第１質量部１１１に剛性を生じ、第１質量部１１１の振動が抑制され、所望の吸音効果が得られなくなるためである。また、膜厚が薄いほど第１質量部１１１の柔軟性は高まるが、膜厚が薄すぎると正確な膜厚制御が困難となるため、上述のように下限値を設定している。

第１質量部１１１を構成するゴム又は樹脂としては、室温下でのヤング率Ｅが０．２×１０⁶〜５．０×１０⁶Ｎ／ｍ²のものが好適である。ゴム材としては、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、ポリオレフィンが挙げられる。
これにより、ゴム又は樹脂を０．１〜３ｍｍの膜厚で形成した場合に、高い柔軟性を確保することができる。なお、第１質量部１１１をゴムで構成する場合は、ゴムの硬度にも留意する必要がある。

第１質量部１１１を構成する金属として、例えば、室温下でのヤング率Ｅが７×１０¹⁰Ｎ／ｍであるアルミニウムが挙げられる。このように、金属のヤング率Ｅは、上述したゴム又は樹脂のヤング率Ｅに比べて非常に大きいが、０．０１〜０．２ｍｍの膜厚で金属膜を形成することで、第１質量部１１１の高い柔軟性を確保することができる。アルミニウムの密度を２７００ｋｇ／ｍ³とすると、膜厚０．０１〜０．２ｍｍのアルミ箔の面密度は０．０２７〜０．５４ｋｇ／ｍ²となる。

また、ゴム、樹脂、又は金属を組み合わせて第１質量部１１１を構成する場合は、質量部１１の振動が損なわれない程度の柔軟性を有するように、各材料を所定のヤング率Ｅ及び厚さの範囲にて形成し、積層すればよい。
特に金属を使用した場合、高い柔軟性を確保するため、厚さ０．０１〜０．２ｍｍの膜状に形成することになるが、面密度は、例えばアルミ箔の場合０．０２７〜０．５４ｋｇ／ｍ²と小さくなってしまう。したがって、第２質量部１１２での面密度調整負担を低減するため、金属膜と、ゴム膜又は樹脂膜とを積層した構成で第１質量部１１１を形成し、第１質量部１１１の面密度を大きくすることが好ましい。

第１質量部１１１と同様に、第２質量部１１２の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、やはり吸音材１０Ａの吸音効果が低下する。そのため、第２質量部１１２は、質量部１１の振動が損なわれない程度の柔軟性を有することが望ましい。これにより、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１１は振動する。

多孔質材料としては、室温下でのヤング率Ｅが１×１０⁴〜１×１０⁶Ｎ／ｍ²のグラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂が好適である。質量部１１の振動が損なわれない程度の柔軟性を有し、第１質量部１１１との面密度の合計が２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²の範囲となるように、第２質量部１１２の厚さが適宜に選定される。

第１質量部１１１と第２質量部１１２は、例えば接着により一体化されている。第１質量部１１１と第２質量部１１２が一体化されているので、第１質量部１１１と第２質量部１１２の両方が、ばね−マス振動系の質量となる。

ばね部１２は、例えば多孔質材料で構成される。多孔質材料としては、グラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂が好適である。この場合、ばね部２０の減衰比は０．０５〜０．２５程度となる。
また、ばね部１２の厚さｔ及びヤング率Ｅは、設置スペースや吸音率ピーク周波数等に応じて適宜に選定される。

この消音エルボ１においては、例えば第１の開口部３１から入射した音波（騒音）の一部は、外縁壁２０ａの第１の開口部３１に対向する面に配置された吸音材１０により吸収される。また、音波の一部は吸音材１０を通過して、外縁壁２０ａの内面で反射して、入射してきた第１の開口部３１に戻る。このような入射、反射が繰り返されることにより、音波は減衰し、消音される。

第１の実施の形態の消音エルボ１においては、グラスウールやロックウール等の多孔質材料からなる吸音材に代えて、６３〜１２５Ｈｚの低周波音域において吸音率ピークを有するとともに、吸音率を向上させた吸音材１０Ａが適用されているので、消音エルボ１内を通過する低周波音域の騒音は吸音材１０Ａで効率よく吸音される。また、吸音材の置換えのみで対応でき、風路３３を分割する仕切り板等の取り付けは不要となるので簡易な構造とすることができる。
このように、簡易な構成で、低周波数域、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの騒音に対して高い消音性能を有する消音エルボ１が実現される。

[第２の実施の形態]
図９は、第２の実施の形態に係る吸音材１０Ｂを示す図である。消音エルボ１の主要な構成については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。すなわち、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の消音エルボ１において、外縁壁２０ａに内貼りされる吸音材１０を、質量部１１の構成が異なる吸音材１０Ｂで構成している。図９において、第１の実施の形態と同一又は対応する構成要素については同一の符号を付して示す。

第２の実施の形態に係る吸音材１０Ｂは、ばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材であり、風路３３側に配置される質量部１１と、壁面２０ａ側に配置されるばね部１２とを積層した構成を有する。
第１の実施の形態に係る吸音材１０Ａと異なるのは、通気性のない第１質量部１１１が風路３３側に配置され、多孔質材料からなる、すなわち通気性のある第２質量部１１２がばね部１２側に配置されている点である。つまり、第１の実施の形態に係る吸音材１０Ａとは、第１質量部１１１と第２質量部１１２の配置が逆になっている。
質量部１１の面密度、すなわち第１質量部１１１と第２質量部１１２の面密度の合計は１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²、好ましくは２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²である。

第２の実施の形態の消音エルボ１においても、グラスウールやロックウール等の多孔質材料からなる吸音材に代えて、６３〜１２５Ｈｚの低周波音域において吸音率ピークを有するとともに、吸音率を向上させた吸音材１０Ｂが適用されているので、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

［変形例１］
図１０は、変形例１に係る吸音材１０Ｃを示す図である。変形例１では、第２の実施の形態の消音エルボ１において、外縁壁２０ａに内貼りされる吸音材１０を、第２質量部１１２の表面（ばね部１２側）１１２ｂを凹凸状に形成した吸音材１０Ｃで構成している。これにより、対向するばね部１２の面に点支持あるいは線支持されることとなり、吸音材１０Ｃのばね部としてのばね定数の低減効果が見込まれる。
なお、図１０では凹凸形状を波形で示しているが、点支持あるいは線支持ができる形状であればよい。

また、図示してないが、第２の実施の形態の消音エルボ１において、第１質量部１１１側の第２質量部１１２の表面を凹凸形状とした場合でも、吸音材のばね部としてのばね定数の低減効果が見込まれる。

［変形例２］
図１１は、変形例２に係る吸音材１０Ｄを示す図である。変形例２では、第１の実施の形態の消音エルボ１において、外縁壁２０ａに内貼りされる吸音材１０を、ばね部１２の外縁壁２０ａとの接触面１２ａを凹凸状に形成した吸音材１０Ｄで構成している。

［変形例３］
図１２は、変形例３に係る吸音材１０Ｅを示す図である。変形例３では、第１の実施の形態の消音エルボ１において、外縁壁２０ａに内貼りされる吸音材１０を、ばね部１２の第１質量部１１１との接触面１２ｂを凹凸状に形成した吸音材１０Ｅで構成している。

変形例２に係る吸音材１０Ｄ又は変形例３に係る吸音材１０Ｅによれば、ばね部１２は対向する面（外縁壁２０ａ又は第１質量部１１１）に点支持又は線支持されることとなり、ばね部１２のばね定数が低減される。したがって、吸音率ピークを低周波数域側へシフトさせるのに有効である。
なお、図１１、１２では凹凸形状を波形で示しているが、点支持あるいは線支持ができる形状であればよい。また、変形例３、４の構成は、第２の実施の形態においても適用できる。

［変形例４］
図１３は、変形例４に係る吸音材１０Ｆを示す図である。変形例４では、第１の実施の形態の消音エルボ１において、多孔質材料の代わりに空気層１２Ａをばね部１２として適用している。この場合、例えば外縁壁２０ａに立設した支持部材１２１により、外縁壁２０ａから離間した位置で質量部１１を支持する。質量部１１と外縁壁２０ａの間に空間が形成されるので、質量部１１の背面側（外縁壁２０ａ側）の空気層１２Ａがばねとして作用して吸音する。変形例４の構成は、第２の実施の形態においても適用できる。

［変形例５］
図１４は、変形例５に係る吸音材１０Ｇを示す図である。変形例５では、第２の実施の形態の消音エルボ１において、第１質量部１１１の風路３３側に、さらに多孔質材料からなる層１３（多孔質体層）を配置している。また、多孔質体層１３を面密度が異なる複数の多孔質体を積層した構造としてもよい。
これにより、５０〜５０００Ｈｚの広帯域において、所望の吸音率（吸音率０．８以上）を得ることができる。ただし、多孔質材料からなる層を追加した分、吸音材１０の厚さが厚くなるため、設置スペースの確保が必要となる。

［その他の変形例］
さらには、第１の実施の形態又は第２の実施の形態において、変形例１〜５を適宜組み合わせて適用することもできる。

[実施例１]
実施例１では、第１の実施の形態に係る吸音材１０Ａ（図８参照）において、質量部１１の面密度が２．９０ｋｇ／ｍ²であり、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、第１質量部１１１及び第２質量部１１２を設計した。
具体的には、ヤング率：１．０×１０⁶Ｎ／ｍ²、厚さ：０．２ｍｍの樹脂膜で第１質量部１１１を構成し、ヤング率：１．５×１０⁵Ｎ／ｍ²、厚さ：２５ｍｍ、密度：９６ｋｇ／ｍ³のグラスウールで第２質量部１１２を構成した。また、ヤング率：１．０×１０⁵Ｎ／ｍ²、厚さ：２００ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ³のグラスウールでばね部１２を構成した。

[実施例２]
実施例２では、第２の実施の形態に係る吸音材１０Ｂ（図９参照）において、各構成材料を実施例１と同様とした。

実施例１及び実施例２について残響室法吸音率を測定した結果を図１５に示す。
図１５に示すように、実施例１では、６３Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．０６（≒１．０）であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、高周波数域になるほど吸音率が増加した。吸音材１０Ａは、多孔質材料の第２質量部１１２が音源（風路３３）側に配置されているので、この第２質量部１１２が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能したためである。これより、吸音材１０Ａを適用した消音エルボ１は、低周波数域の消音に加え、２００〜５０００Ｈｚの中・高周波数域の消音が必要な場合に好適であるといえる。
実施例２では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は０．９９であった。これより、吸音材１０Ｂを適用した消音エルボ１は、低周波数域のみの消音が必要な場合に好適であるといえる。

［実施例３］
実施例３では、第２の実施の形態に係る吸音材１０Ｂ（図９参照）において、質量部１１の面密度が７．６１ｋｇ／ｍ²であり、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、第１質量部１１１及び第２質量部１１２を設計した。
具体的には、ヤング率：７．０×１０¹⁰Ｎ／ｍ²、厚さ０．１ｍｍの金属膜とヤング率：０．５×１０^６Ｎ／ｍ²のゴム膜の積層体で、全体の厚さを３ｍｍに形成して第１質量部１１１を構成し、ヤング率：１．５×１０⁵Ｎ／ｍ²、厚さ：２５ｍｍ、密度：９６ｋｇ／ｍ³のグラスウールで第２質量部１１２を構成した。また、ヤング率：１．０×１０⁵Ｎ／ｍ²、厚さ：１２５ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ³のグラスウールでばね部１２を構成した。

実施例３について垂直入射吸音率を測定した結果を図１６に示す。図１６に示すように、質量部１１の面密度を７．６１ｋｇ／ｍ²まで高くすると、ばね部１２が１２５ｍｍの厚さであっても、吸音率のピーク周波数を６０〜６３Ｈｚ程度にまでシフトさせることができた。しかも、吸音率ピーク値が０．８１となっており、所望の吸音特性が維持された。

［実施例４］
実施例４では、第２の実施の形態に係る吸音材１０Ｂ（図９参照）において、質量部１１の面密度が２．３６ｋｇ／ｍ²であり、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、第１質量部１１１及び第２質量部１１２を設計した。
具体的には、ヤング率：７．０×１０¹⁰Ｎ／ｍ²、厚さ：０．１ｍｍの金属膜とヤング率：０．５×１０^６Ｎ／ｍ²のゴム膜の積層体で、全体の厚さを１ｍｍに形成して第１質量部１１１を構成し、ヤング率：０．２×１０^６Ｎ／ｍ²、厚さ：２５ｍｍのウレタン樹脂で第２質量部１１２を構成した。
また、ヤング率：０．２×１０⁶Ｎ／ｍ²、厚さ：７５ｍｍ、密度：２２ｋｇ／ｍ³のウレタン樹脂でばね部１２を構成した。

実施例４について垂直入射吸音率を測定した結果を図１７に示す。図１７に示すように、１２５Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値が０．９０であった。

[比較例１]
比較例１では、ヤング率：１．０×１０⁵Ｎ／ｍ²、厚さ：１７５ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ³のグラスウール単体で吸音材を構成した。
比較例１について残響室法吸音率を測定した結果を図１８に示す。図１８に示すように、吸音材をグラスウール単体で構成した場合、２００Ｈｚ以下の低周波数域では吸音率が低下し、１００Ｈｚ近傍では吸音率が０．５程度に留まる。

[比較例２]
比較例２では、ヤング率：１．０×１０⁵Ｎ／ｍ²、厚さ：１００ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ³のグラスウール単体で吸音材を構成した。
比較例２について残響室法吸音率を測定した結果を図１９に示す。図１９に示すように、２００Ｈｚ以下の低周波数域では吸音率が低下し、１２５Ｈｚ近傍では吸音率が０．５程度に留まる。比較例１、２より、吸音材をグラスウール単体で構成した場合、厚さに関わらず、低周波域において所望の吸音特性を得ることはできない。

実施例１〜４の吸音材１０は、低周波域における吸音率ピーク値が０．８以上となることから、低周波数域における式（１）のＫ値は非特許文献１より０．９以上となる。一方、比較例１、２の吸音材は、低周波域における吸音率が０．５程度となることから、低周波数域における式（１）のＫ値は０．４程度となる。
これより、直管ダクトに実施例１〜４の吸音材１０を適宜選択して適用した場合、比較例１、２の吸音材を適用した場合に比較して、単位長さ当たりの減衰量ＡＴＴは倍以上となる。消音ダクトにおいては、吸音材の吸音特性によって減衰量ＡＴＴの差がさらに顕著となるので、実施例１〜４の吸音材１０を適用した消音エルボ１は、極めて高い消音性能を有する。

以上、本考案者によってなされた考案を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本考案は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、実施の形態では、ばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材１０を、外縁壁２０ａにだけ内貼りした場合について説明したが、内縁壁２０ｂ、天壁２０ｃ、及び底壁２０ｄにも同様の吸音材１０を内貼りするようにしてもよい。これにより、６３〜１２５Ｈｚ周波数域における騒音をより効果的に消音することができる。

また、消音エルボ１の壁面に内張りする吸音層が、質量部の面密度が異なる複数の吸音材１０から構成されてもよい。例えば、外縁壁２０ａに実施例３に示す面密度が７．６１ｋｇ／ｍ²の吸音材を採用し、天壁２０ｃ及び底壁２０ｄに実施例４に示す面密度が２．３６ｋｇ／ｍ²の吸音材を配設してもよい。この場合、６０〜６３Ｈｚ付近と１２５Ｈｚ付近の２箇所に吸音率のピーク（０．８以上）を有することとなり、消音する周波数範囲を広くすることができる。
つまり、消音エルボ１の吸音率ピークを、吸音材１０の厚さではなく、面密度で制御することができるので、各吸音材１０の厚さばらつきを抑えることができる。したがって、各吸音材１０の厚さによって消音エルボ１の吸音層配置スペースを調整する手間を省くことができる。さらに、変形例５のように、広帯域吸音のため、質量部の両側に多孔質材料からなる層を配置した構成でないので、吸音材１０の厚さも薄く抑えることができる。

なお、第１の開口部３１に対向する外縁壁２０ａ、第２の開口部３２に対向する外縁壁２０ａ、内縁壁２０ｂ、天壁２０ｃ、及び底壁２０ｄに、どのような面密度の質量部を有する吸音材１０を配設するか、あるいは一部をグラスウール単体で構成された吸音材５０とするかは、消音する音波（騒音）に応じて適宜選択される。

また、変形例１から３に示すような凹凸構造において、風路側に面していない質量部および／またはばね部の積層表面に、構造の異なる複数の凹凸面を設けてもよい。第１質量部を透過した音波（騒音）は、凹凸構造の異なる複数の積層表面によって散乱されるので、より消音効果を高めることが期待できる。また、凹凸構造を有する積層表面が消音エルボの風路に面していないので、気流に影響を及ぼさない。

また、吸音材１０と保護板４０をユニット化して、消音エルボ１に対して着脱自在に取り付けられるようにしてもよい。これにより、吸音材１０の取替作業が格段に改善される。

また、本考案の消音エルボは、実施の形態で示したＬ字型の９０°エルボに限定されず、４５°エルボ等の任意角エルボや、Ｙ分岐エルボ等の分岐型エルボにも適用できる。また、消音エルボの形状は、縦断面が矩形状の角型であってもよいし、縦断面が円状の丸型であってもよい。

また、本考案の消音エルボは、６３〜１２５Ｈｚの周波数域において吸音率ピークを有し、また所望のピーク値（吸音率０．８以上）を達成できる低周波数域用の消音エルボとして有用であるが、２００Ｈｚ近傍の騒音を効果的に吸収することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本考案の範囲は上記した説明ではなくて実用新案登録請求の範囲によって示され、実用新案登録請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１消音エルボ
１０、１０Ａ〜１０Ｇ吸音材
１１質量部
１２ばね部
２０ａ外縁壁
３１第１の開口部
３２第２の開口部
３３風路
４０保護板
１１１第１質量部
１１２第２質量部

Claims

第１の開口部と第２の開口部が屈曲した風路によって接続され、前記風路を形成する壁面に吸音層が内貼りされる低周波音用消音エルボであって、
前記吸音層の少なくとも１つが、前記風路側に配置される質量部と、前記壁面側に配置されるばね部と、を備え、前記質量部の面密度が１．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²である吸音材で構成されることを特徴とする低周波音用消音エルボ。
前記質量部の面密度が２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ²であることを特徴とする請求項１に記載の低周波音用消音エルボ。
前記質量部が、通気性のない第１質量部と多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の低周波音用消音エルボ。
前記第１質量部が前記ばね部側に配置され、前記第２質量部が前記風路側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の低周波音用消音エルボ。
前記第１質量部が前記風路側に配置され、前記第２質量部が前記ばね部側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の低周波音用消音エルボ。