JP3968257B2 - トンネル内装吸音パネル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネル内装吸音パネルに係り、特に共鳴箱を設けたトンネル内装吸音パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、型鋼枠にグラスウールを入れて表面をパンチングパネルやエキスバンドメタルで覆った吸音材パネルを壁面に内装してトンネル内の騒音を低減させている。このような吸音材パネルは、図１２に示すように、トンネルの壁面２４にアンカーボルト３１で上向き片３３ａと下向き片３３ｂを有するフックを固定し、吸音材パネル３０の係合片３２をフックの上向き片３３ａに引っ掛け、下向き片３３ｂにボルト３４で固着して、コンクリー卜等のトンネル壁面２４との間に間隔Ｒの背後空気層３５が形成されるよう取付け、騒音を低周波側にシフトさせ騒音レベルを低減させている（例えば特開平１１−５０７９５号公報参照）。
また、高速道路や鉄道の防音壁として吸音材の背後に背後空気層と共鳴吸音構造とを有するものが知られている（例えば特開２００１−３３２２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸音材パネルをトンネル壁面に背後空気層を設けて取り付けたものでは、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができなかった。また吸音材の背後に背後空気層と共鳴吸音構造とを有する防音壁は、トンネル壁面に取り付けるものではなく、またこれをトンネル壁面に取り付けてもトンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができなかった。
本発明は、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができるトンネル内装吸音パネルを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためのもので、側面枠部材と端面枠部材によって四角形に枠組みされたフレームに、前記側面枠部材とほぼ平行に設けられた２本の共鳴箱及び表面側に設けられた吸音板を備え裏面側が開放されているトンネル内装吸音パネルであって、前記共鳴箱は断面が幅狭開口頸部及び段部で幅広になっている幅広空間とを有するもので、２本の共鳴箱は幅広部を対向させて設けられているものであり、開放されている裏面側をトンネル壁面に設置することにより、前記２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり、前記共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として作用し、かつ前記側面枠部材と共鳴箱の外側面で区画されて吸音板の背後空気層を形成することを特徴とするトンネル内装吸音パネルである。
【０００５】
また、本発明のトンネル内装吸音パネルは、側面枠部材とで区画されて背後空気層を形成する共鳴箱の外側面は、その断面が幅狭開口頸部から幅広角形の底面に直線になっていることを特徴とするものである。
また、本発明のトンネル内装吸音パネルは、側面枠部材とで区画されて背後空気層を形成する共鳴箱の外側面は、その断面が幅狭開口頸部から段部で幅広角形になっていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のトンネル内装吸音パネルは、フレームの枠部材及び共鳴箱がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、吸音板がアルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む不織布であることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明のトンネル内装用吸音パネルは、表面側に設けられた吸音板及びその背後空気層により吸音し、またフレームの側面枠部材とほぼ平行に設けられた２本の共鳴箱により吸音し、さらに２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として吸音するものであり、このような相互の吸音作用により優れた吸音率を有するものである。
また、本発明のトンネル内装用吸音パネルは、フレームの枠材をアルミニウム又はアルミニウム合金、吸音板をアルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む不織布とし、全体をアルミニウム材で構成することにより、軽量化とリサイクル性の向上という効果を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１〜図９を参照して説明する。
図１は本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図であり、図２（ａ）は図１の表面側の平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ部の拡大図、図３（ｄ）は図１の裏面側の平面図、図４（ｅ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｆ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ側面図である。図５はトンネル内装用吸音パネルの取付けを説明する図で、図６は図５のＤ−Ｄ断面図、図７は図５のＥ−Ｅ断面図である。図８はトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態を示した図であり、図９は吸音パネルの吸音率を示したグラフである。
【０００８】
図１、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ｄ）及び図４（ｅ）（ｆ）に示すように、トンネル内装用吸音パネル１のフレームは、長辺の側面枠部材１１、１２及び短辺の端面枠部材１３、１４によって四角形に枠組みされている。側面枠部材１１、１２はアルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ」という）で上面部１１ａ、１２ａ及び下面部１１ｂ、１２ｂを有する型材である。端面枠部材１３、１４もアルミで上面部１３ａ、１４ａ及び下面部１３ｂ、１４ｂを有する型材である。
側面枠部材１１、１２と端面枠部材１３、１４の接合部は、端面枠部材１３、１４の曲げ部（図２（ｃ）の符号１３ｃ）と側面枠部材１１、１２をアルミのネジあるいはリベット１２ｃで固着されている。
【０００９】
側面枠部材１１、１２及び端面枠部材１３、１４によって四角形に枠組みされたフレームに、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に２本の共鳴箱１５、１６が設けられている。共鳴箱１５、１６は、端の曲げ部１５ｇ、１６ｇを端面枠部材１３、１４にアルミのネジあるいはリベットで固着されている。
図４（ｅ）の断面図のように、共鳴箱１５、１６は１５ａ〜１５ｆ、１６ａ〜１６ｆのように折り曲げて形成されており、折り曲げ部で強度が高くなっており、吸音パネル１のフレーム強度を補強し、薄型化を図ることができる。
共鳴箱１５の断面は１５ａと１５ｅの間の幅狭開口頸部を有し、段部１５ｂで幅広になり、１５ｃと１５ｅの間の幅で底部１５ｄとによる幅広角形空間になっている。また共鳴箱１６の断面も１６ａと１６ｅの間の幅狭開口頸部を有し、段部１６ｂで幅広になり、１６ｃと１６ｅの間の幅で底部１６ｄとによる幅広角形空間になっている。
【００１０】
フレームの表面側に吸音板１０を設け、裏面側は開放されている。側面枠部材の上面部１１ａ、１２ａ及び端面枠部材の上面部１３ａ、１４ａに吸音板１０を載置し、側面の押板１７及び端面の押板１８をアルミ製リベットあるいはビス１７ａ、１８ａで吸音板１０を固着する。また、共鳴箱１５、１６の折り曲げ部１６ｆにアルミ製リベットあるいはビス１０ａで固定し、共鳴箱１５、１６の幅狭開口頸部に吸音板１０を装着する。
吸音板１０としてアルミニウム又はアルミニウム合金の繊維を含む不織布が用いられる。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の繊維を不織布に加工したウェブを押圧・加熱して、微細なアルミ繊維を焼結（融着）したもの、あるいはアルミ繊維にアルミのチップを絡ませウエブ状にして押圧・加熱し焼結（融着）したもので、その空隙率は５０〜９０％程度で吸音性に優れている。
従来のトンネル用吸音材パネルで使用していたグラスウール製吸音材の場合は、通常５ｃｍの厚さを必要としていたが、アルミニウム又はアルミ合金繊維を含む焼結不織布の吸音板の場合は厚さ１．５ｍｍ程度で、５ｃｍの厚さのグラスウール製吸音材と同等の吸音特性を有することが可能である。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む焼結不織布を装着した本発明のトンネル内装吸音パネルは、枠部材や共鳴箱を含め全体がアルミであるので、水滴、熱風に影響されず、水により吸音等の性能が低下することがなく、電磁波、電波のシールド効果も有しているものである。さらに切断、ロー付等の加工性に優れ、トンネル内装用吸音パネルの制作時の作業性、リベットあるいはビスの打釘にも優れているものである。また全てアルミニウムで構成されているため、そのまま溶解し鋳造品等に再利用可能である。
【００１１】
トンネル内装用吸音パネル１は、図１、図２（ｂ）（ｃ）から明らかなように、その端面枠部材１３、１４及び吸音板１０に取付け用のＵカット２０を設ける。また端面枠部材の下面部１３ｂ、１４ｂにパッキン１９を介在させることが好ましい。なお、パッキン１９は端面枠部材の下面部１３ｂ、１４ｂに貼り付け、リサイクル時に簡単に取れるようにするものである。
また、端面枠部材１３、１４は、上面部１３ａ、１４ａより下面部１３ｂ、１４ｂを短くなるように段部１３ｅを設ける。端面枠部材の段部１３ｅは取付けネジを挿入しする間隙となり、隣接する吸音パネルを１か所のネジ締で取り付けるようにするものである。
【００１２】
図５、図６及び図７でトンネル内装用吸音パネルの取付けについて説明する。トンネル内装用吸音パネル１の構造は図１〜図４に示したものである。
図５に示すように、トンネル内装用吸音パネル１は、吸音パネル１の四角形の各端部を互いに隣接させて取付ける。また吸音パネル１のＵカットは合わされて円形になり、ネジ２７を挿入・締め付けを行い、トンネル壁面２４に吸音パネル１を取付けるものである。
図６（図５のＤ−Ｄ断面）及び図７（図５のＥ−Ｅ断面）に示すように、トンネル壁面２４にアンカーボルト２５を嵌める。アンカーボルト２５は取付け部２６を設けたＴ字型のもので、１個のアンカーボルト２５の取付け部２６には、４個の吸音パネル１のコーナーが取付けられるものである。
【００１３】
図５のＤ−Ｄ断面を示した図６のように、吸音パネル１は、それぞれの端面押板１８、吸音板１０が接し、対向するＵカット２０が合わされて円形になっている。また端面枠部材の下面部１３ｂ、１４ｂは、吸音パネル１、上面部１３ａ、１４ａより短かくネジの間隙が形成されている。
アンカーボルト２５の取付け部２６にパッキン１９を介在させて吸音パネル１のそれぞれを載置し、隣接している吸音パネル１の端面枠部材下面部１３ｂ、１４ｂに跨がるワッシャー２８を介在させて、隣接している吸音パネル１を１つのネジ２７で固定されるものである。
また、図５のＥ−Ｅ断面を示した図７のように、吸音パネル１は、それぞれの側面押板１７、吸音板１０が接して取付けられているもので、アンカーボルト２５の取付け部２６に２つのネジ２７により、図５のように４個の吸音パネル１のコーナーが取付けられるものである。
【００１４】
図８はトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態の断面で、トンネル壁面２４にアンカーボルト２５を嵌め、その取付け部２６に吸音パネル１が取付けられている。
吸音板１０を設けたトンネル内装用吸音パネル１の構造は図１〜図４に示したものであり、図５〜図７で説明したようにトンネル壁面２４に取付けられたもので、厚さｔのトンネル内装用吸音パネル１が、アンカーボルト２５にトンネル壁面２４と間隔Ｒをとって取付けられている、
吸音パネル１には、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に共鳴箱１５、１６が設けられている。共鳴箱１５、１６は、フレームの短辺幅Ｗ（端面枠部材１３、１４の長さ）のものに、側面枠部材１１、１２から各々Ｗ２の位置に、間隔Ｗ１で対向するように設けられる。
【００１５】
共鳴箱１５、１６は、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に設けられている。共鳴箱１５は、深さｘ３であり、その断面は、１５ａと１５ｅ間の幅ｙ１で深さｘ１の幅狭開口頸部、段部１５ｂで幅広になっている部分１５ｃと１５ｅ間の幅ｙ２で深さｘ２の幅広角形空間により共鳴空間３を形成している。共鳴箱１６も共鳴箱１５と同様に、深さｘ３であり、その断面は、幅狭開口頸部が１６ａと１６ｅ間の幅ｙ１で深さｘ１の幅狭開口頸部、段部１６ｂで幅広になっている部分１６ｃと１６ｅ間の幅ｙ２で深さｘ２の幅広角形空間により共鳴空間２を形成している。すなわち共鳴空間２と３は、幅ｙ１で深さｘ１の頸部と、幅ｙ２で深さｘ２の幅広角形空間の容積によりヘルムホルツ共鳴器を構成するものである。
【００１６】
２本の共鳴箱１５と１６は、共鳴箱１５の幅広部１５ｃと共鳴箱１６の幅広部１６ｃが対向しており、その幅広部１５ｃと１６ｃの間の間隔ｙ３の空間が幅狭開口頸部となり、２本の共鳴箱１５、１６の底面１５ｄ、１６ｄの外側面とトンネル壁面２４の間隔ｘ４により区画された空間４が、共鳴空間として作用するものである。すなわち空間４は、幅ｙ３と深さｘ２の頸部と共鳴箱１５の頸中心から共鳴箱１６の頸中心までの距離に相当する幅Ｗ１と深さｘ４により区画された空間の容積によりヘルムホルツ共鳴器を構成するものである。
また、側面枠部材１１と共鳴箱１５の外側面１５ｅで区画されて吸音板１０に背後空気層６、及び側面枠部材１２と共鳴箱１６の外側面１６ｅで区画されて吸音板１０に背後空気層７が形成される。背後空気層６、７の厚さはｘ３＋ｘ４である。
【００１７】
本発明の実施形態の吸音パネルについて、図８で具体的データを示し説明する。
吸音パネル１のフレーム長辺（側面枠部材１１、１２）は１８９ｃｍ、短辺（端面枠部材１３、１４）Ｗ＝５０ｃｍ、厚さｔ＝４．４ｃｍのものをトンネル壁面２４に間隔Ｒ＝４．６ｃｍで取付けた。使用された吸音板１０の厚さは０．１５ｃｍである。
２本の共鳴箱１５、１６は、Ｗ１＝２０ｃｍ、Ｗ２＝１５ｃｍの位置に幅広部１５ｃと１６ｃを対向させて設けられている。共鳴箱１５、１６の肉厚は０．２ｃｍである。
共鳴箱１５、１６のサイズは、長さがフレーム長辺と同じ１８９ｃｍ、頸部の幅ｙ１＝３ｃｍ，深さｘ１＝１．４ｃｍであり、共鳴箱１５、１６の共鳴空間２、３の頸部の入口面積は５６７ｃｍ２（頸部開口の幅３ｃｍ×長さ１８９ｃｍ）である。幅広角形空間の幅ｙ２＝６．６ｃｍ、深さｘ２＝２．５ｃｍであり、その容積は３１１８．５ｃｍ３（幅広角形空間の幅６．６ｃｍ×深さ２．５ｃｍ×長さ１８９ｃｍ）である。
ヘルムホルツ共鳴器において、共振周波数χＨｚは式１で計算される。
【式１】
式１において、
Ｃ：音速（３４０００ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｓ：頸部の入口面積（ｃｍ２）
Ｖ：幅広角形空間容積（ｃｍ３）
ｌ：頸部の長さ（ｃｍ）
上記の共鳴箱１５、１６について計算すると、共振周波数χＨｚ＝１９５１Ｈｚであり、共鳴箱１５、１６の共鳴空間２、３により周波数１９５１Ｈｚの音は共振して消音されるものである。
【００１８】
また、共鳴箱１５と１６の対向している幅広部１５ｃと１６ｃの間隔ｙ３＝９．４ｃｍであり、共鳴箱の底面１５ｄ、１６ｄとトンネル壁面２４の間隔ｘ４＝４．６ｃｍである。また共鳴箱の底面１５ｄ、１６ｄとトンネル壁面２４とは仕切りを設けるものではないが、２本の共鳴箱１５と１６は間隔Ｗ１＝２０ｃｍが共鳴空間４として作用するものと推定すると、共鳴空間４では頸部の幅ｙ３＝９．４ｃｍ，深さｘ３＝４．１ｃｍであり、共鳴空間４の頸部の入口面積は１７７６．６ｃｍ２（頸部開口の幅９．４ｃｍ×長さ１８９ｃｍ）である。共鳴空間４の幅広角形空間の幅Ｗ１＝２０ｃｍ、深さｘ４＝４．６ｃｍであり、その容積は１７３８８ｍ３（幅広角形空間の幅Ｗ１（２０ｃｍ）×深さｘ４（４．６ｃｍ）×長さ（１８９ｃｍ））である。
この共鳴空間４の共振周波数χＨｚを式１で計算すると、共振周波数χＨｚ＝８５４Ｈｚであり、共鳴空間４により周波数８５４Ｈｚの音は共振して消音されるものである。
【００１９】
図９は、吸音パネルの吸音率を測定した結果をグラフに示したもので、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸が吸音率である。実線Ａは本発明の実施形態の吸音パネルの吸音率、破線Ｂは吸音板のみの吸音パネル（本発明のような共鳴箱を設けていないもの）を背後空気層９０ｍｍで、トンネル壁面に取り付けた比較例の吸音率である。
比較例の破線Ｂでは、約６３０Ｈｚの吸音率がピークで、これより高い周波数では吸音率が低下した。これに対して本発明の吸音パネルは、約６３０Ｈｚから約２０００Ｈｚで高い吸音率を示し、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができるものであった。
また、図９に示された本発明の吸音パネルの実線Ａは、上記式１で計算した共鳴空間２、３の周波数χＨｚ＝８５４Ｈｚ、共鳴空間４の周波数χＨｚ＝１９５１Ｈｚにより高い吸音率を示していることは、比較例の破線Ｂとの比較からも読み取れるものである。また本発明の吸音パネルの実線Ａにおける約６３０Ｈｚでの吸音率は、吸音板１０の背後空気層６、７によってもたらされるものである。
【００２０】
本発明のもう１つの実施の形態について図１０、図１１を参照して説明する。
図１０は本発明のもう１つの実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図であり、図１１はそのトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態を示した図である。
図１０に示すように、トンネル内装用吸音パネル１のフレームは、アルミの長辺の側面枠部材１１、１２及びアルミの短辺の端面枠部材１３、１４によって四角形に枠組みされているもので、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に２本の共鳴箱４５、４６が設けられている。共鳴箱４５、４６は、端の曲げ部４５ｇ、４６ｇを端面枠部材１３、１４にアルミのネジあるいはリベットで固着されている。共鳴箱４５、４６の以外のトンネル内装用吸音パネルの構成は、図１〜図４で示したものと同様である。
共鳴箱４５の断面は４５ａ間の幅狭開口頸部を有し、段部４５ｂで幅広になり、４５ｃ幅で底部４５ｄとによる幅広角形空間になっている。また共鳴箱４６の断面も４６ａ間の幅狭開口頸部を有し、段部４６ｂで幅広になり４６ｅ間の幅で底部４６ｄとによる幅広角形空間になっているものである。
【００２１】
図１１はトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態の断面で、トンネル壁面２４にアンカーボルト２５を嵌め、その取付け部２６に吸音パネル１が取付けられている。
共鳴箱４５の断面は幅狭開口頸部が４５ａ間の幅で長さは段部４５ｂまであり、段部４５ｂで幅広になっている部分４５ｃと底面４５ｄの幅広角形空間により共鳴空間４３を形成している。また共鳴箱４６も同様に、断面は幅狭開口頸部が４６ａ間の幅で長さは段部４６ｂまであり、段部４６ｂで幅広になっている部分４６ｃと底面４６ｄの幅広角形空間により共鳴空間４２を形成している。すなわち共鳴空間４２と４３は、頸部と幅広角形空間の容積によりヘルムホルツ共鳴器を構成するものである。
【００２２】
２本の共鳴箱４５と４６は、その幅広部４５ｃと４６ｃが対向しており、そのの間隔が幅狭開口頸部となり、２本の共鳴箱４５、４６の底面４５ｄ、４６ｄの外側面とトンネル壁面２４の間隔により区画された空間４４が、ヘルムホルツ共鳴器を構成し共鳴空間として作用するものである。
また、側面枠部材１１と共鳴箱４５の外側面４５ｃで区画されて吸音板１０に背後空気層６、及び側面枠部材１２と共鳴箱４６の外側面４６ｃで区画されて吸音板１０に背後空気層７が形成される。
このような本発明の吸音パネルで、約６３０Ｈｚから約２０００Ｈｚで高い吸音率を示し、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができるものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトンネル内装用吸音パネルによれば、吸音板及びその背後空気層をにより吸音され、また２本の共鳴箱により吸音され、さらに２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として吸音されるもので高い吸音率を有するという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図
【図２】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの平面図と側面図
【図３】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの平面図
【図４】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの断面図
【図５】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付けの図
【図６】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付けの図
【図７】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付けの図
【図８】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付け状態の図
【図９】 吸音パネルの吸音率を示したグラフ
【図１０】 本発明のもう１つの実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図
【図１１】 本発明実施形態のもう１つのトンネル内装用吸音パネルの取付け状態の図
【図１２】 従来例を示した図
【符号の説明】
１ トンネル内装用吸音パネル
２、３、４ 共鳴空間
６、７ 背後空気層
１０ 吸音板
１１、１２ 側面枠部材
１３、１４ 端面枠部材
１５、１６ 共鳴箱
２０ Ｕカット
２４ トンネル壁面
２５ アンカーボルト
２６ 取付け部
４５、４６ 共鳴箱
４２、４３、４４ 共鳴空間
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネル内装吸音パネルに係り、特に共鳴箱を設けたトンネル内装吸音パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、型鋼枠にグラスウールを入れて表面をパンチングパネルやエキスバンドメタルで覆った吸音材パネルを壁面に内装してトンネル内の騒音を低減させている。このような吸音材パネルは、図１２に示すように、トンネルの壁面２４にアンカーボルト３１で上向き片３３ａと下向き片３３ｂを有するフックを固定し、吸音材パネル３０の係合片３２をフックの上向き片３３ａに引っ掛け、下向き片３３ｂにボルト３４で固着して、コンクリー卜等のトンネル壁面２４との間に間隔Ｒの背後空気層３５が形成されるよう取付け、騒音を低周波側にシフトさせ騒音レベルを低減させている（例えば特開平１１−５０７９５号公報参照）。
また、高速道路や鉄道の防音壁として吸音材の背後に背後空気層と共鳴吸音構造とを有するものが知られている（例えば特開２００１−３３２２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸音材パネルをトンネル壁面に背後空気層を設けて取り付けたものでは、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができなかった。また吸音材の背後に背後空気層と共鳴吸音構造とを有する防音壁は、トンネル壁面に取り付けるものではなく、またこれをトンネル壁面に取り付けてもトンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができなかった。
本発明は、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができるトンネル内装吸音パネルを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためのもので、側面枠部材と端面枠部材によって四角形に枠組みされたフレームに、前記側面枠部材とほぼ平行に設けられた２本の共鳴箱及び表面側に設けられた吸音板を備え裏面側が開放されているトンネル内装吸音パネルであって、前記共鳴箱は断面が幅狭開口頸部及び段部で幅広になっている幅広空間とを有するもので、２本の共鳴箱は幅広部を対向させて設けられているものであり、開放されている裏面側をトンネル壁面に設置することにより、前記２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり、前記共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として作用し、かつ前記側面枠部材と共鳴箱の外側面で区画されて吸音板の背後空気層を形成することを特徴とするトンネル内装吸音パネルである。
【０００５】
また、本発明のトンネル内装吸音パネルは、側面枠部材とで区画されて背後空気層を形成する共鳴箱の外側面は、その断面が幅狭開口頸部から幅広角形の底面に直線になっていることを特徴とするものである。
また、本発明のトンネル内装吸音パネルは、側面枠部材とで区画されて背後空気層を形成する共鳴箱の外側面は、その断面が幅狭開口頸部から段部で幅広角形になっていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のトンネル内装吸音パネルは、フレームの枠部材及び共鳴箱がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、吸音板がアルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む不織布であることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明のトンネル内装用吸音パネルは、表面側に設けられた吸音板及びその背後空気層により吸音し、またフレームの側面枠部材とほぼ平行に設けられた２本の共鳴箱により吸音し、さらに２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として吸音するものであり、このような相互の吸音作用により優れた吸音率を有するものである。
また、本発明のトンネル内装用吸音パネルは、フレームの枠材をアルミニウム又はアルミニウム合金、吸音板をアルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む不織布とし、全体をアルミニウム材で構成することにより、軽量化とリサイクル性の向上という効果を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１〜図９を参照して説明する。
図１は本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図であり、図２（ａ）は図１の表面側の平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ部の拡大図、図３（ｄ）は図１の裏面側の平面図、図４（ｅ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｆ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ側面図である。図５はトンネル内装用吸音パネルの取付けを説明する図で、図６は図５のＤ−Ｄ断面図、図７は図５のＥ−Ｅ断面図である。図８はトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態を示した図であり、図９は吸音パネルの吸音率を示したグラフである。
【０００８】
図１、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ｄ）及び図４（ｅ）（ｆ）に示すように、トンネル内装用吸音パネル１のフレームは、長辺の側面枠部材１１、１２及び短辺の端面枠部材１３、１４によって四角形に枠組みされている。側面枠部材１１、１２はアルミニウム又はアルミニウム合金（以下「アルミ」という）で上面部１１ａ、１２ａ及び下面部１１ｂ、１２ｂを有する型材である。端面枠部材１３、１４もアルミで上面部１３ａ、１４ａ及び下面部１３ｂ、１４ｂを有する型材である。
側面枠部材１１、１２と端面枠部材１３、１４の接合部は、端面枠部材１３、１４の曲げ部（図２（ｃ）の符号１３ｃ）と側面枠部材１１、１２をアルミのネジあるいはリベット１２ｃで固着されている。
【０００９】
側面枠部材１１、１２及び端面枠部材１３、１４によって四角形に枠組みされたフレームに、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に２本の共鳴箱１５、１６が設けられている。共鳴箱１５、１６は、端の曲げ部１５ｇ、１６ｇを端面枠部材１３、１４にアルミのネジあるいはリベットで固着されている。
図４（ｅ）の断面図のように、共鳴箱１５、１６は１５ａ〜１５ｆ、１６ａ〜１６ｆのように折り曲げて形成されており、折り曲げ部で強度が高くなっており、吸音パネル１のフレーム強度を補強し、薄型化を図ることができる。
共鳴箱１５の断面は１５ａと１５ｅの間の幅狭開口頸部を有し、段部１５ｂで幅広になり、１５ｃと１５ｅの間の幅で底部１５ｄとによる幅広角形空間になっている。また共鳴箱１６の断面も１６ａと１６ｅの間の幅狭開口頸部を有し、段部１６ｂで幅広になり、１６ｃと１６ｅの間の幅で底部１６ｄとによる幅広角形空間になっている。
【００１０】
フレームの表面側に吸音板１０を設け、裏面側は開放されている。側面枠部材の上面部１１ａ、１２ａ及び端面枠部材の上面部１３ａ、１４ａに吸音板１０を載置し、側面の押板１７及び端面の押板１８をアルミ製リベットあるいはビス１７ａ、１８ａで吸音板１０を固着する。また、共鳴箱１５、１６の折り曲げ部１６ｆにアルミ製リベットあるいはビス１０ａで固定し、共鳴箱１５、１６の幅狭開口頸部に吸音板１０を装着する。
吸音板１０としてアルミニウム又はアルミニウム合金の繊維を含む不織布が用いられる。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の繊維を不織布に加工したウェブを押圧・加熱して、微細なアルミ繊維を焼結（融着）したもの、あるいはアルミ繊維にアルミのチップを絡ませウエブ状にして押圧・加熱し焼結（融着）したもので、その空隙率は５０〜９０％程度で吸音性に優れている。
従来のトンネル用吸音材パネルで使用していたグラスウール製吸音材の場合は、通常５ｃｍの厚さを必要としていたが、アルミニウム又はアルミ合金繊維を含む焼結不織布の吸音板の場合は厚さ１．５ｍｍ程度で、５ｃｍの厚さのグラスウール製吸音材と同等の吸音特性を有することが可能である。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む焼結不織布を装着した本発明のトンネル内装吸音パネルは、枠部材や共鳴箱を含め全体がアルミであるので、水滴、熱風に影響されず、水により吸音等の性能が低下することがなく、電磁波、電波のシールド効果も有しているものである。さらに切断、ロー付等の加工性に優れ、トンネル内装用吸音パネルの制作時の作業性、リベットあるいはビスの打釘にも優れているものである。また全てアルミニウムで構成されているため、そのまま溶解し鋳造品等に再利用可能である。
【００１１】
トンネル内装用吸音パネル１は、図１、図２（ｂ）（ｃ）から明らかなように、その端面枠部材１３、１４及び吸音板１０に取付け用のＵカット２０を設ける。また端面枠部材の下面部１３ｂ、１４ｂにパッキン１９を介在させることが好ましい。なお、パッキン１９は端面枠部材の下面部１３ｂ、１４ｂに貼り付け、リサイクル時に簡単に取れるようにするものである。
また、端面枠部材１３、１４は、上面部１３ａ、１４ａより下面部１３ｂ、１４ｂを短くなるように段部１３ｅを設ける。端面枠部材の段部１３ｅは取付けネジを挿入しする間隙となり、隣接する吸音パネルを１か所のネジ締で取り付けるようにするものである。
【００１２】
図５、図６及び図７でトンネル内装用吸音パネルの取付けについて説明する。トンネル内装用吸音パネル１の構造は図１〜図４に示したものである。
図５に示すように、トンネル内装用吸音パネル１は、吸音パネル１の四角形の各端部を互いに隣接させて取付ける。また吸音パネル１のＵカットは合わされて円形になり、ネジ２７を挿入・締め付けを行い、トンネル壁面２４に吸音パネル１を取付けるものである。
図６（図５のＤ−Ｄ断面）及び図７（図５のＥ−Ｅ断面）に示すように、トンネル壁面２４にアンカーボルト２５を嵌める。アンカーボルト２５は取付け部２６を設けたＴ字型のもので、１個のアンカーボルト２５の取付け部２６には、４個の吸音パネル１のコーナーが取付けられるものである。
【００１３】
図５のＤ−Ｄ断面を示した図６のように、吸音パネル１は、それぞれの端面押板１８、吸音板１０が接し、対向するＵカット２０が合わされて円形になっている。また端面枠部材の下面部１３ｂ、１４ｂは、吸音パネル１、上面部１３ａ、１４ａより短かくネジの間隙が形成されている。
アンカーボルト２５の取付け部２６にパッキン１９を介在させて吸音パネル１のそれぞれを載置し、隣接している吸音パネル１の端面枠部材下面部１３ｂ、１４ｂに跨がるワッシャー２８を介在させて、隣接している吸音パネル１を１つのネジ２７で固定されるものである。
また、図５のＥ−Ｅ断面を示した図７のように、吸音パネル１は、それぞれの側面押板１７、吸音板１０が接して取付けられているもので、アンカーボルト２５の取付け部２６に２つのネジ２７により、図５のように４個の吸音パネル１のコーナーが取付けられるものである。
【００１４】
図８はトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態の断面で、トンネル壁面２４にアンカーボルト２５を嵌め、その取付け部２６に吸音パネル１が取付けられている。
吸音板１０を設けたトンネル内装用吸音パネル１の構造は図１〜図４に示したものであり、図５〜図７で説明したようにトンネル壁面２４に取付けられたもので、厚さｔのトンネル内装用吸音パネル１が、アンカーボルト２５にトンネル壁面２４と間隔Ｒをとって取付けられている、
吸音パネル１には、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に共鳴箱１５、１６が設けられている。共鳴箱１５、１６は、フレームの短辺幅Ｗ（端面枠部材１３、１４の長さ）のものに、側面枠部材１１、１２から各々Ｗ２の位置に、間隔Ｗ１で対向するように設けられる。
【００１５】
共鳴箱１５、１６は、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に設けられている。共鳴箱１５は、深さｘ３であり、その断面は、１５ａと１５ｅ間の幅ｙ１で深さｘ１の幅狭開口頸部、段部１５ｂで幅広になっている部分１５ｃと１５ｅ間の幅ｙ２で深さｘ２の幅広角形空間により共鳴空間３を形成している。共鳴箱１６も共鳴箱１５と同様に、深さｘ３であり、その断面は、幅狭開口頸部が１６ａと１６ｅ間の幅ｙ１で深さｘ１の幅狭開口頸部、段部１６ｂで幅広になっている部分１６ｃと１６ｅ間の幅ｙ２で深さｘ２の幅広角形空間により共鳴空間２を形成している。すなわち共鳴空間２と３は、幅ｙ１で深さｘ１の頸部と、幅ｙ２で深さｘ２の幅広角形空間の容積によりヘルムホルツ共鳴器を構成するものである。
【００１６】
２本の共鳴箱１５と１６は、共鳴箱１５の幅広部１５ｃと共鳴箱１６の幅広部１６ｃが対向しており、その幅広部１５ｃと１６ｃの間の間隔ｙ３の空間が幅狭開口頸部となり、２本の共鳴箱１５、１６の底面１５ｄ、１６ｄの外側面とトンネル壁面２４の間隔ｘ４により区画された空間４が、共鳴空間として作用するものである。すなわち空間４は、幅ｙ３と深さｘ２の頸部と共鳴箱１５の頸中心から共鳴箱１６の頸中心までの距離に相当する幅Ｗ１と深さｘ４により区画された空間の容積によりヘルムホルツ共鳴器を構成するものである。
また、側面枠部材１１と共鳴箱１５の外側面１５ｅで区画されて吸音板１０に背後空気層６、及び側面枠部材１２と共鳴箱１６の外側面１６ｅで区画されて吸音板１０に背後空気層７が形成される。背後空気層６、７の厚さはｘ３＋ｘ４である。
【００１７】
本発明の実施形態の吸音パネルについて、図８で具体的データを示し説明する。
吸音パネル１のフレーム長辺（側面枠部材１１、１２）は１８９ｃｍ、短辺（端面枠部材１３、１４）Ｗ＝５０ｃｍ、厚さｔ＝４．４ｃｍのものをトンネル壁面２４に間隔Ｒ＝４．６ｃｍで取付けた。使用された吸音板１０の厚さは０．１５ｃｍである。
２本の共鳴箱１５、１６は、Ｗ１＝２０ｃｍ、Ｗ２＝１５ｃｍの位置に幅広部１５ｃと１６ｃを対向させて設けられている。共鳴箱１５、１６の肉厚は０．２ｃｍである。
共鳴箱１５、１６のサイズは、長さがフレーム長辺と同じ１８９ｃｍ、頸部の幅ｙ１＝３ｃｍ，深さｘ１＝１．４ｃｍであり、共鳴箱１５、１６の共鳴空間２、３の頸部の入口面積は５６７ｃｍ２（頸部開口の幅３ｃｍ×長さ１８９ｃｍ）である。幅広角形空間の幅ｙ２＝６．６ｃｍ、深さｘ２＝２．５ｃｍであり、その容積は３１１８．５ｃｍ３（幅広角形空間の幅６．６ｃｍ×深さ２．５ｃｍ×長さ１８９ｃｍ）である。
ヘルムホルツ共鳴器において、共振周波数χＨｚは式１で計算される。
【式１】
Ｃ：音速（３４０００ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｓ：頸部の入口面積（ｃｍ２）
Ｖ：幅広角形空間容積（ｃｍ３）
ｌ：頸部の長さ（ｃｍ）
上記の共鳴箱１５、１６について計算すると、共振周波数χＨｚ＝１９５１Ｈｚであり、共鳴箱１５、１６の共鳴空間２、３により周波数１９５１Ｈｚの音は共振して消音されるものである。
【００１８】
また、共鳴箱１５と１６の対向している幅広部１５ｃと１６ｃの間隔ｙ３＝９．４ｃｍであり、共鳴箱の底面１５ｄ、１６ｄとトンネル壁面２４の間隔ｘ４＝４．６ｃｍである。また共鳴箱の底面１５ｄ、１６ｄとトンネル壁面２４とは仕切りを設けるものではないが、２本の共鳴箱１５と１６は間隔Ｗ１＝２０ｃｍが共鳴空間４として作用するものと推定すると、共鳴空間４では頸部の幅ｙ３＝９．４ｃｍ，深さｘ３＝４．１ｃｍであり、共鳴空間４の頸部の入口面積は１７７６．６ｃｍ２（頸部開口の幅９．４ｃｍ×長さ１８９ｃｍ）である。共鳴空間４の幅広角形空間の幅Ｗ１＝２０ｃｍ、深さｘ４＝４．６ｃｍであり、その容積は１７３８８ｍ３（幅広角形空間の幅Ｗ１（２０ｃｍ）×深さｘ４（４．６ｃｍ）×長さ（１８９ｃｍ））である。
この共鳴空間４の共振周波数χＨｚを式１で計算すると、共振周波数χＨｚ＝８５４Ｈｚであり、共鳴空間４により周波数８５４Ｈｚの音は共振して消音されるものである。
【００１９】
図９は、吸音パネルの吸音率を測定した結果をグラフに示したもので、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸が吸音率である。実線Ａは本発明の実施形態の吸音パネルの吸音率、破線Ｂは吸音板のみの吸音パネル（本発明のような共鳴箱を設けていないもの）を背後空気層９０ｍｍで、トンネル壁面に取り付けた比較例の吸音率である。
比較例の破線Ｂでは、約６３０Ｈｚの吸音率がピークで、これより高い周波数では吸音率が低下した。これに対して本発明の吸音パネルは、約６３０Ｈｚから約２０００Ｈｚで高い吸音率を示し、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができるものであった。
また、図９に示された本発明の吸音パネルの実線Ａは、上記式１で計算した共鳴空間２、３の周波数χＨｚ＝８５４Ｈｚ、共鳴空間４の周波数χＨｚ＝１９５１Ｈｚにより高い吸音率を示していることは、比較例の破線Ｂとの比較からも読み取れるものである。また本発明の吸音パネルの実線Ａにおける約６３０Ｈｚでの吸音率は、吸音板１０の背後空気層６、７によってもたらされるものである。
【００２０】
本発明のもう１つの実施の形態について図１０、図１１を参照して説明する。
図１０は本発明のもう１つの実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図であり、図１１はそのトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態を示した図である。
図１０に示すように、トンネル内装用吸音パネル１のフレームは、アルミの長辺の側面枠部材１１、１２及びアルミの短辺の端面枠部材１３、１４によって四角形に枠組みされているもので、側面枠部材１１、１２とほぼ平行に２本の共鳴箱４５、４６が設けられている。共鳴箱４５、４６は、端の曲げ部４５ｇ、４６ｇを端面枠部材１３、１４にアルミのネジあるいはリベットで固着されている。共鳴箱４５、４６の以外のトンネル内装用吸音パネルの構成は、図１〜図４で示したものと同様である。
共鳴箱４５の断面は４５ａ間の幅狭開口頸部を有し、段部４５ｂで幅広になり、４５ｃ幅で底部４５ｄとによる幅広角形空間になっている。また共鳴箱４６の断面も４６ａ間の幅狭開口頸部を有し、段部４６ｂで幅広になり４６ｅ間の幅で底部４６ｄとによる幅広角形空間になっているものである。
【００２１】
図１１はトンネル内装用吸音パネルが取付けられた状態の断面で、トンネル壁面２４にアンカーボルト２５を嵌め、その取付け部２６に吸音パネル１が取付けられている。
共鳴箱４５の断面は幅狭開口頸部が４５ａ間の幅で長さは段部４５ｂまであり、段部４５ｂで幅広になっている部分４５ｃと底面４５ｄの幅広角形空間により共鳴空間４３を形成している。また共鳴箱４６も同様に、断面は幅狭開口頸部が４６ａ間の幅で長さは段部４６ｂまであり、段部４６ｂで幅広になっている部分４６ｃと底面４６ｄの幅広角形空間により共鳴空間４２を形成している。すなわち共鳴空間４２と４３は、頸部と幅広角形空間の容積によりヘルムホルツ共鳴器を構成するものである。
【００２２】
２本の共鳴箱４５と４６は、その幅広部４５ｃと４６ｃが対向しており、そのの間隔が幅狭開口頸部となり、２本の共鳴箱４５、４６の底面４５ｄ、４６ｄの外側面とトンネル壁面２４の間隔により区画された空間４４が、ヘルムホルツ共鳴器を構成し共鳴空間として作用するものである。
また、側面枠部材１１と共鳴箱４５の外側面４５ｃで区画されて吸音板１０に背後空気層６、及び側面枠部材１２と共鳴箱４６の外側面４６ｃで区画されて吸音板１０に背後空気層７が形成される。
このような本発明の吸音パネルで、約６３０Ｈｚから約２０００Ｈｚで高い吸音率を示し、トンネル内の騒音レベルを充分に低減させることができるものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトンネル内装用吸音パネルによれば、吸音板及びその背後空気層をにより吸音され、また２本の共鳴箱により吸音され、さらに２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として吸音されるもので高い吸音率を有するという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図
【図２】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの平面図と側面図
【図３】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの平面図
【図４】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの断面図
【図５】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付けの図
【図６】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付けの図
【図７】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付けの図
【図８】 本発明実施形態のトンネル内装用吸音パネルの取付け状態の図
【図９】 吸音パネルの吸音率を示したグラフ
【図１０】 本発明のもう１つの実施形態のトンネル内装用吸音パネルの斜視図
【図１１】 本発明実施形態のもう１つのトンネル内装用吸音パネルの取付け状態の図
【図１２】 従来例を示した図
【符号の説明】
１ トンネル内装用吸音パネル
２、３、４ 共鳴空間
６、７ 背後空気層
１０ 吸音板
１１、１２ 側面枠部材
１３、１４ 端面枠部材
１５、１６ 共鳴箱
２０ Ｕカット
２４ トンネル壁面
２５ アンカーボルト
２６ 取付け部
４５、４６ 共鳴箱
４２、４３、４４ 共鳴空間
Claims (4)
- 側面枠部材と端面枠部材によって四角形に枠組みされたフレームに、前記側面枠部材とほぼ平行に設けられた２本の共鳴箱及び表面側に設けられた吸音板を備え裏面側が開放されているトンネル内装吸音パネルであって、前記共鳴箱は断面が幅狭開口頸部及び段部で幅広になっている幅広空間とを有するもので、２本の共鳴箱は幅広部を対向させて設けられているものであり、開放されている裏面側をトンネル壁面に設置することにより、前記２本の共鳴箱の対向している幅広部の外側面が幅狭開口頸部となり、前記共鳴箱の底面外側とトンネル壁面とにより区画された空間が共鳴空間として作用し、かつ前記側面枠部材と共鳴箱の外側面で区画されて吸音板の背後空気層を形成することを特徴とするトンネル内装吸音パネル。
- 側面枠部材とで区画されて背後空気層を形成する共鳴箱の外側面は、その断面が幅狭開口頸部から幅広角形の底面に直線になっていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内装吸音パネル。
- 側面枠部材とで区画されて背後空気層を形成する共鳴箱の外側面は、その断面が幅狭開口頸部から段部で幅広角形になっていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内装吸音パネル。
- フレームの枠部材及び共鳴箱がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、吸音板がアルミニウム又はアルミニウム合金繊維を含む不織布であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル内装吸音パネル。
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