JP3661779B2 - 多孔質防音構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や鉄道車両等の防音カバーとして好適なものであり、音圧加振および機械加振に対して防音性能を発揮する多孔質防音構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、多数の貫通穴が板面全体に形成された内装板を外装板に対して空気層を介して対向配置した構成とすることによって、ヘルムホルツ共鳴原理を利用して防音する多孔質防音構造体が注目されている。例えば特開平６−２９８０１４号公報には、ヘルムホルツ共鳴原理の一般式が"f=(c/2π) ×√｛β/(t+1.6b)d｝"であることに着目し、この一般式に基づいて特定の共鳴周波数ｆの騒音を効率良く低減するように構成された多孔質防音構造体が開示されている。そして、このように構成された多孔質防音構造体であれば、内装板と外装板との単純な２層構造であるため、軽量であることが要求される自動車や鉄道車両等の防音カバーとして好適なものとなる。尚、上記の一般式は、音速ｃと開口率βと内装板の板厚ｔと穴径ｂと空気層厚ｄとをパラメータとして共鳴周波数ｆを示したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、ヘルムホルツ共鳴原理の一般式に基づいて構成された多孔質防音構造体では、パラメータの組み合わせ方によっては共鳴周波数ｆ以外の周波数の騒音に対する吸音率が極めて低くなることがあるため、複数の周波数をピーク成分として含む騒音に対して十分に吸音性能を発揮することができない場合がある。
【０００４】
即ち、例えば７５０Ｈｚの共鳴周波数ｆとなるように上述の一般式に基づいてパラメータを決定して吸音率αと周波数との関係を調査したところ、図１２に示すように、共鳴周波数ｆである７５０Ｈｚにおいて吸音率αのピーク値が出現し、このピーク値から急激に吸音率αが低下する吸音特性を示すものがあることが確認された。そして、このような吸音特性である場合には、共鳴周波数以外の騒音に対する吸音性能が極めて劣るため、例えば自動車の防音カバーに適用したときに、エンジン等の駆動機構から発生する広い周波数帯域幅の騒音を十分に防音（遮音）することができないものになる。
【０００５】
また、エンジン等の駆動機構は、騒音の発生源であると共に、機械的な振動の発生源でもある。従って、多孔質防音構造体からなる防音カバーが適切なパラメータの組み合わせによって、広い周波数帯域幅の騒音を大きな吸音率で吸音可能に構成されている場合であっても、駆動機構の振動により防音カバーが加振される結果、防音カバー自体が振動して騒音を発生することになる。この結果、従来の構成では、機械的に加振される自動車等の防音カバーとしては防音性能が不十分であるという問題がある。
【０００６】
従って、本発明は、機械的な加振に対して十分な防音性能を発揮する多孔質防音構造体を提供し、さらに、広い周波数帯域幅の騒音に対して十分な防音性能を発揮する多孔質防音構造体を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、外装板と多数の貫通穴を有した内装板とを対向配置して構成された多孔質防音構造体において、前記内装板には、前記外装板側に頂部を位置させるように凸部が形成されており、前記凸部の頂部は、振動を減衰させる制振部材を介して前記外装板に接合されていることを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によれば、ヘルムホルツ共鳴原理により共鳴周波数周辺の周波数帯域の騒音を良好に吸収することができる。また、機械的な加振により外装板が振動したときに、この振動に伴う歪みエネルギーを制振部材が吸収して振動を減衰させるため、外装板自体が振動することによる騒音の発生を抑制することができる。この結果、騒音に対する防音性能と機械的な加振に対する防音性能とが要求される自動車や鉄道車両等の防音カバーとして最適なものとなる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の多孔質防音構造体であって、前記制振部材は、騒音を吸収する機能を備える吸音材であることを特徴としている。
上記の構成によれば、制振部材が外装板の振動の抑制に加えて、騒音の吸収も行うため、一層防音性能が向上することになる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の多孔質防音構造体であって、前記制振部材の周囲に、騒音を吸収する吸音部材が設けられていることを特徴としている。上記の構成によれば、吸音部材が広い周波数帯域の騒音を吸収するため、一層防音性能が向上することになる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１に記載の多孔質防音構造体であって、前記内装板における音源側の全体に吸音部材が設けられていることを特徴としている。 上記の構成によれば、吸音部材が広い周波数帯域の騒音を吸収するため、一層防音性能が向上することになる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項２ないし４の何れか１項に記載の多孔質防音構造体であって、前記吸音部材は、繊維状や短冊状の金属を圧縮した多孔質体または不織布からなる多孔質体であることを特徴としている。
上記の構成によれば、一般的な材料からなる多孔質体で吸音部材を形成することができるため、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４に記載の多孔質防音構造体であって、前記吸音部材は、空気層を介して配設される多数の貫通穴を有する１枚以上の多孔板であることを特徴としている。
上記の構成によれば、内装板に空気層を介して多孔板が１枚以上重ねられると、内装板による共鳴周波数に加えて、多孔板の枚数に対応した共鳴周波数が現れ、それらの共鳴周波数周辺の周波数帯域の騒音を良好に吸収することができ、広い周波数帯域の騒音を吸収するため、一層防音性能が向上することになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１３に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る多孔質防音構造体は、例えば自動車や鉄道車両、建設車両、船舶、自動搬送装置のように内部にエンジン等の駆動機構を備えた移動装置、モータやギヤ等の駆動機構を内部に備えた設備機械の防音カバーとして好適に使用される。多孔質防音構造体は、図１に示すように、例えば騒音が問題となるような外部に面した平板状の外装板１と、エンジン等の駆動機構等からなる騒音を発生する音源４側に面した内装板５とを有している。これらの外装板１および内装板５は、鉄やアルミニウム等の金属や合成樹脂により形成されている。尚、外装板１および内装板５は、リサイクル時の分別処理を不要にするように、同一の材質で形成されていることが望ましい。
【００１５】
上記の外装板１と内装板５とは、空気層３を介して対向配置されている。内装板５には、円形状の貫通穴５ａが多数形成されている。そして、空気層３の層厚ｄと開口率βと内装板５の板厚ｔと穴径ｂとは、防音対象となる周波数の騒音に対して基本的には上述のヘルムホルツ共鳴原理の一般式を満足するように設定されている。
【００１６】
尚、上記の一般式における層厚ｄ、開口率β、板厚ｔおよび穴径ｂからなるパラメータは、内装板５の貫通穴２ａを通過する空気に対して粘性作用を生じさせるように設定されていることが好ましい。この理由は、これらのパラメータで多孔質防音構造体を形成すると、空気に粘性作用を生じさせることにより振動と減衰性を発生させ、吸音率が０．３以上となる周波数帯域幅が共鳴周波数ｆに対して１０％以上となる吸音特性を発揮させることができるからである。
【００１７】
即ち、多孔質防音構造体のパラメータは、上記の吸音特性を有するように、層厚ｄが１０ｍｍ〜５０ｍｍの場合において、開口率βが３％以下、板厚ｔが０．３ｍｍ以上および穴径ｂが０．８ｍｍ以下の設計条件に設定されていることが好ましい。尚、吸音率が０．３以上となる周波数帯域幅は、開口率βが小さく、板厚ｔが厚く、穴径ｂが小さくなるのに従って拡大する傾向にある。具体的には、層厚ｄが２５ｍｍ、開口率βが１％、板厚ｔが０．３ｍｍおよび穴径ｂが０．５ｍｍのパラメータに設定した場合には、図１０に示すように、１１００Ｈｚの共鳴周波数ｆに対して９７％となる１０６７Ｈｚの周波数帯域幅の吸音特性を有した多孔質防音構造体とすることができる。
【００１８】
また、貫通穴５ａの穴径は、特に範囲が限定されるものではないが、１ｍｍ以下であることが望ましい。さらに、貫通穴５ａの穴径にのみ着目して多孔質防音構造体が構成されていても良い。即ち、多孔質防音構造体は、外装板１と直径が１ｍｍ以下の多数の貫通穴５ａを有した内装板５とを対向配置して形成されたものであっても良い。そして、このように貫通穴５ａの穴径を１ｍｍ以下に設定した場合には、図１１に示すように、１ｍｍを境として吸音率が急激に立ち上がっていることから、貫通穴５ａを流動する空気に粘性作用を確実に発生させることができる。
【００１９】
尚、貫通穴５ａの直径の下限値は、０．２ｍｍであることが好ましい。この理由は、貫通穴５ａの直径が０に近づくと、その吸音率のピークが理論上１．０になるが、現実的には１．０に至ることはなく、直径が０．２ｍｍ以下のように極めて小さくなると、貫通穴５ａの空気の粘性が大きくなりすぎるため、貫通穴５ａ部の空気の流れに対する抵抗が大きくなり、吸音率が却って低下すると考えられるからである。また、直径が０．２ｍｍ以下のように極めて小さくなると、製造が大幅に困難となり、使用環境によってはゴミや埃等により貫通穴５ａが閉塞し易くなるからである。
【００２０】
また、貫通穴５ａは、楕円形状や矩形状、多角形状、スリット状であっても良いし、各種の形状が混在していても良い。さらに、貫通穴５ａは、同一のサイズおよび径に設定されていても良いし、各種のサイズや径が混在していても良い。各種のサイズや径が混在している場合には、十分な吸音性能を発揮する周波数帯域幅を拡大することができる。
【００２１】
上記のように多数の貫通穴５ａを有した内装板５には、内装板５の剛性を高める複数の凸部５ｂが分散配置されている。尚、凸部５ｂは、一端から他端にかけて条設されたものであっても良い。各凸部５ｂは、外装板１側に頂部が位置するように形成されており、凸部５ｂの頂部は、振動を減衰させる制振部材６を介して外装板１に接合されている。尚、外装板１に接合された凸部５ｂおよび制振部材６の配設ピッチは、外装板１が機械的に加振されて振動することにより発生する騒音を低減するように、外装板１の変形半波長の２／３以下の長さに設定されていることが望ましい。
【００２２】
上記の制振部材６は、粘性樹脂や制振性弾性部材により形成されている。粘性樹脂は、振動に対する減衰性を有していれば、特定の樹脂に限定されることはないが、ポリエステル系やポリエーテル系の樹脂を熱処理して発泡させることによって、軟質の発泡ウレタン化されていることが好ましい。また、粘性樹脂は、ポリエステル系やポリエーテル系の樹脂をこのまま或いはシリコン等で変性させたものであっても良いし、単一の樹脂系であっても、複数の樹脂系を適宜混合したものであっても良い。さらに、制振部材６は、弾性を有した多孔質体で形成されていても良く、この場合には、振動を減衰させる減衰機能と騒音を吸収する吸音機能とを有することになる。一方、制振性弾性部材は、例えば制振性ゴム等からなっている。
【００２３】
上記の構成において、多孔質防音構造体の動作について説明する。
音源４が騒音を発生すると、この騒音は、音源４に対向配置された多孔質防音構造体に進行して到達する。この際、多孔質防音構造体は、ヘルムホルツ共鳴原理の一般式により決定された開口率や内装板の板厚、穴径、空気層厚でもって形成されており、吸音特性が共鳴周波数の周辺帯域において高い吸音率を示した構成にされている。従って、騒音が多孔質防音構造体に到達すると、共鳴周波数の周辺帯域の騒音成分が高い吸音率で吸音されるため、エンジン等の音源４が発生する主要な周波数帯域の騒音を遮音することができる。
【００２４】
また、エンジン等の音源４が振動すると、この振動は、音源４の周囲を取り囲む隔壁部材８を介して多孔質防音構造体に伝達され、多孔質防音構造体の外装板１および内装板５を加振する。これにより、外装板１および内装板５は、振動の周波数に対応した波長でもって波打つように変形する作用を受けることになるが、内装板５の凸部５ｂおよび制振部材６により変形が十分に抑制されることになる。
【００２５】
即ち、内装板５は、凸部５ｂにより高い剛性を有しているため、音源４からの振動による機械的な加振力が付与されただけでは殆ど変形することがない。そして、内装板５の凸部５ｂは、制振部材６を介して外装板１に接合されており、制振部材６は、外装板１の変形による歪みエネルギーを吸収して振動を減衰させる性質を有している。
【００２６】
一方、制振部材６を介して内装板５に接合された外装板１は、平板状に形成されることにより低い剛性となっているため、機械的な加振力により容易に変形（振動）し易い状態にある。従って、外装板１に機械的な加振力が付与されると、外装板１は、この加振力により波打つように変形することになるが、この変形に伴う歪みエネルギーは、内装板５に支持された制振部材６により吸収されることになる。この結果、平板状の外装板１が低い剛性により変形し易い状態であっても、機械的な加振による変形が十分に抑制されることになる。さらに、制振部材６の配設ピッチが変形半波長の２／３以下の長さに設定されていれば、制振部材６による歪みエネルギーの吸収がより高い効率で行われることによって、変形の抑制が一層十分に行われることになる。
【００２７】
これにより、多孔質防音構造体は、音源４からの騒音をヘルムホルツ共鳴原理を利用して吸収することによって、主要な周波数帯域の騒音を吸音することができると共に、音源４による機械的な加振が付与されても殆ど振動しないため、防音構造体自体が振動することによる騒音の発生を十分に抑制することができる。つまり、遮音特性をもつものである。この結果、音源４が発生する騒音と、機械的な加振による振動に起因した騒音とが防音対象となる自動車や鉄道車両等の防音カバーとして好適なものとなる。
【００２８】
尚、本実施形態においては、外装板１と内装板５との間に制振部材６を配置した構成について説明しているが、これに限定されるものではない。即ち、多孔質防音構造体は、図２に示すように、制振部材６の周囲に多孔質体からなる環形状の第１吸音部材７ａを設けた構成であっても良い。この場合には、ヘルムホルツ共鳴原理で十分に吸収可能な周波数帯域よりも広い帯域の騒音を第１吸音部材７ａにより吸収することができるため、防音性能を一層向上させることができる。
【００２９】
また、多孔質体は、アルミニウムやステンレス等の金属繊維または短冊状金属を圧縮して形成されていても良いし、不織布からなっていても良い。また、金属や樹脂材料の発泡体でも良い。さらに、多孔質体は、外装板１および内装板５が金属製であれば、良好なリサイクル性が得られるように、同一の金属で形成されていることが望ましい。
【００３０】
さらに、多孔質防音構造体は、図３に示すように、外装板１と内装板５と制振部材６とで囲まれた空間の全体に多孔質体からなる第２吸音部材７ｂを設け、この第２吸音部材７ｂにより空気層３を形成した構成であっても良い。この場合には、大きな体積の第２吸音部材７ｂによって、広い周波数帯域の騒音を一層十分に吸収することができる。また、多孔質防音構造体は、図４に示すように、外装板１と内装板５とで囲まれた空間の全体に多孔質体からなる第３吸音部材７ｃを設け、この第３吸音部材７ｃにより空気層３を形成すると共に内装板５の凸部５ｂと外装板１とを接合させた構成であっても良い。この場合には、制振部材６の機能を第３吸音部材７ｃにより発揮させることができるため、部品点数を削減することができる。また、多孔質防音構造体は、図５に示すように、内装板５における音源４側の底面全体に多孔質体からなる平板状の第４吸音部材７ｄを設けた構成であっても良いし、図６に示すように、内装板５の底面全体に沿って多孔質体からなる第５吸音部材７ｅを貼設した構成であっても良い。
【００３１】
次に、図１ないし図６のように構成された多孔質防音構造体および図９の従来の多孔質防音構造体に対して吸音率および放射音圧レベルを調査した。尚、調査にあたっては、図１の構成を実施例１、図２の構成を実施例２、図３の構成を実施例３、図４の構成を実施例４、図５の構成を実施例５、および図６の構成を実施例６とすると共に、図９の従来の構成を比較例とした。
【００３２】
この結果、図７に示すように、実施例１と比較例との関係においては、５００〜６３０Ｈｚの周波数帯域で吸音率が高くなる同一の吸音特性を示しているが、図８に示すように、制振部材６を備えた実施例１の放射音圧レベルが比較例よりも優れていることが確認された。これにより、外装板１自体が機械的な加振により振動することで発生する騒音を制振部材６により低減できることが確認された。
【００３３】
また、図７に示すように、実施例２〜６と比較例との関係においては、第１〜第５吸音部材７ｅを備えた実施例２〜６が比較例よりも広い周波数帯域で高い吸音率を示すことが確認された。これにより、第１〜第５吸音部材７ｅが広い周波数帯域で吸音し、特に、実施例５・６のように、内装板５における音源４側の底面全体に設けられた吸音部材７ｄ・７ｅは、高周波数帯域においても高い吸音率を示すことが確認された。
【００３４】
また、多孔質防音構造体は、図１２に示すように、内装板５における音源４側の全体に、吸音材として多数の円形状の貫通穴９ａを有する多孔板９を設けた構成であっても良い。設け方は、フラットな多孔板９を内装板５の音源側の頂部に接するように張り付けるか、前記頂部から離れるように内装板５の両端側に取付けるものである。このような多孔板９の設け方により、内装板５の凹部に空気層３´が形成される。
【００３５】
具体的に、空気層３´の層厚ｄが２５ｍｍ、多孔板９の貫通穴９ａの開口率βが１％、板厚ｔが０．３ｍｍおよび穴径が０．５ｍｍのパラメータに設定した場合には、図１３に示すように、７００Ｈｚ近辺の共鳴周波数の他に、１７００Ｈｚ近辺の共鳴周波数を有することになり、多孔板９を設けない場合と比較して、複数の周波数周辺の広い範囲で、高い吸音率を有することなる。
【００３６】
また、多孔板９に平行に、更に１枚以上の多孔板を空気層を介して設置すると、設置枚数によりさらに共鳴周波数が増えるため、更に多くの周波数周辺の広い範囲で、高い吸音率を有する構成とすることが可能である。なお、多孔板５の貫通穴５ａの位置と、多孔板９の貫通穴２９ａの位置は、同じ位置で重なっていても、ずれていても、どちらでもよい。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、外装板と多数の貫通穴を有した内装板とを対向配置して構成された多孔質防音構造体において、前記内装板には、前記外装板側に頂部を位置させるように凸部が形成されており、前記凸部の頂部は、振動を減衰させる制振部材を介して前記外装板に接合されている構成である。
【００３８】
上記の構成によれば、ヘルムホルツ共鳴原理により共鳴周波数周辺の周波数帯域の騒音を良好に吸収することができる。また、機械的な加振により外装板が振動したときに、この振動に伴う歪みエネルギーを制振部材が吸収して振動を減衰させるため、外装板自体が振動することによる騒音の発生を抑制することができる。この結果、騒音に対する防音性能と機械的な加振に対する防音性能とが要求される自動車や鉄道車両等の防音カバーとして最適なものとなるという効果を奏する。
【００３９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の多孔質防音構造体であって、前記制振部材は、騒音を吸収する機能を備る吸音材である構成である。
上記の構成によれば、制振部材が外装板の振動の抑制に加えて、騒音の吸収も行うため、一層防音性能が向上するという効果を奏する。
【００４０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の多孔質防音構造体であって、前記制振部材の周囲に、騒音を吸収する吸音部材が設けられている構成である。
上記の構成によれば、吸音部材が広い周波数帯域の騒音を吸収するため、一層防音性能が向上するという効果を奏する。
【００４１】
請求項４の発明は、請求項１に記載の多孔質防音構造体であって、前記内装板における音源側の全体に吸音部材が設けられている構成である。
上記の構成によれば、吸音部材が広い周波数帯域の騒音を吸収するため、一層防音性能が向上するという効果を奏する。
【００４２】
請求項５の発明は、請求項２ないし４の何れか１項に記載の多孔質防音構造体であって、前記吸音部材は、繊維状や短冊状の金属を圧縮した多孔質体または不織布からなる多孔質体である構成である。
上記の構成によれば、一般的な材料からなる多孔質体で吸音部材を形成することができるため、製造コストの上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【００４３】
請求項６の発明は、請求項４に記載の多孔質防音構造体であって、前記吸音部材は、空気層を介して配設される多数の貫通穴を有する１枚以上の多孔板である構成である。
上記の構成によれば、内装板に空気層を介して多孔板が１枚以上重ねられると、内装板による共鳴周波数に加えて、多孔板の枚数に対応した共鳴周波数が現れ、それらの共鳴周波数周辺の周波数帯域の騒音を良好に吸収することができ、広い周波数帯域の騒音を吸収するため、一層防音性能が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図２】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図３】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図４】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図５】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図６】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図７】吸音特性を示すグラフである。
【図８】音圧特性を示すグラフである。
【図９】従来の多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図１０】吸音特性を示すグラフである。
【図１１】吸音特性を示すグラフである。
【図１２】多孔質防音構造体の概略構成を示す説明図である。
【図１３】吸音特性を示すグラフである。
【図１４】板厚が０．３ｍｍの場合における吸音率と穴径と開口率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 外装板
３ 空気層
５ 内装板
５ｂ 凸部
６ 制振部材
７ａ〜７ｅ 第１〜第５吸音部材
８ 隔壁部材

Claims (6)

1. 外装板と多数の貫通穴を有した内装板とを対向配置して構成された多孔質防音構造体において、
   前記内装板には、前記外装板側に頂部を位置させるように凸部が形成されており、
   前記凸部の頂部は、振動を減衰させる制振部材を介して前記外装板に接合されていることを特徴とする多孔質防音構造体。
2. 前記制振部材は、騒音を吸収する機能を備える吸音材であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質防音構造体。
3. 前記制振部材の周囲に、騒音を吸収する吸音部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多孔質防音構造体。
4. 前記内装板における音源側の全体に吸音部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多孔質防音構造体。
5. 前記吸音部材は、繊維状や短冊状の金属を圧縮した多孔質体または不織布からなる多孔質体であることを特徴とする請求項２ないし４の何れか１項に記載の多孔質防音構造体。
6. 前記吸音部材は、空気層を介して配設される多数の貫通穴を有する１枚以上の多孔板であることを特徴とする請求項４に記載の多孔質防音構造体。

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