JP5223608B2 - 吸音構造体 - Google Patents

Description

本発明は、音を吸音する技術に関する。

自動車の車室内の騒音を吸音する技術として特許文献１に開示された内装材がある。この内装材は、自動車のピラー部分に取り付けられるものであって車室側に向けて凹部を有している。また、多数の貫通孔を有する板状部材が凹部の開口部に配置されており、この凹部と板状部材とにより、貫通孔に進入した音を共鳴させる中空部が形成されている。そして、車室内の騒音は貫通孔から凹部内に進入し、凹部内で共鳴してエネルギーが減衰し、音が吸音される。

特開２００６−１４２８８５号公報

ところで、近年の自動車においては、エアーコンディショナーからの空気を後部座席に送るため、ピラーに取り付けられる内装材とピラーとの間にエアーコンディショナーからの空気を送るダクトを通し、ダクト内を通った空気を天井付近に設けられた吹き出し口から吹き出す構造が考案されている。
ここで、この構造と共に特許文献１に開示された吸音構造を採用すれば、ダクトを通して後部座席に空気を送りつつ、車室内の静粛性を向上させることが可能となる。しかしながら、ピラーに取り付けられる内装材とピラーとの間にできる空間は限りがあるため、送風する空気の量を確保するためにダクトの断面積を確保すると、吸音構造の凹部が十分に確保できなくなって吸音が十分に行われなくなり、一方、吸音構造の凹部を確保するとダクトを通すことができなくなって送風ができなくなる。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、限られた空間内で吸音と送風の両立できる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、中空であって、外面から内面に貫通した貫通孔と、外面から内面に貫通した少なくとも２つの通気孔を有する筐体と、音響透過性を備え、前記筐体外から前記通気孔を通って前記筐体内に送られた空気が前記筐体外から空気が送られた通気孔とは異なる通気孔を通って前記筐体外へ抜けるように前記筐体の中空部分を仕切る通路形成部材とを有する吸音構造体を提供する。

また、本発明においては、弾性を有する板状または膜状の振動体で前記貫通孔が塞がれている構成であってもよい。
また、本発明においては、前記貫通孔と前記筐体内の空気によりヘルムホルツの共鳴が生じる構成であってもよい。
また、本発明においては、前記貫通孔に管状部材が挿入されている構成であってもよい。

本発明においては、前記通路形成部材は筒状の構成であってもよい。
また、本発明においては、前記通路形成部材は、板状または膜状である構成であってもよい。

本発明によれば、限られた空間内で吸音と送風の両立することができる。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る吸音構造体１の外観図、図２は吸音構造体１を分解した図、図３は、吸音構造体１の断面図（図１のＡ−Ａ線断面矢視図）である。なお、図面においては、本実施形態の構成を分かりやすく図示するために、吸音構造体１の寸法を実際の寸法とは異ならせてある。

（各部の構成）
吸音構造体１は、自動車において車室を構成するピラーと車室内側に設けられた内装材との間に配置されて音を吸音するものであり、図に示したように、振動体１０、筐体２０、および通路形成部材３０で構成されている。
振動体１０は、弾性を有するプラスチックで形成された板状または膜状で矩形の部材であり、力（音圧）を加えると変形し、弾性により復元力を発生して振動する部材である。なお、本実施形態においては、振動体１０の素材はプラスチックとしているが、素材はプラスチックに限定されず、弾性を有し屈曲振動が生じるのであれば合成樹脂、紙、ゴム、金属、繊維板など他の素材であってもよい。

通路形成部材３０は、フェルトを角管の形状に形成したものであり、長手方向の長さは後述する筐体２０の長手方向の長さより長くなっている。通路形成部材３０は弾性を有しており、外部から力を加えられると変形する。また、通路形成部材３０は音響透過性を有し、外部と中空部分との間で音が通過する。なお、通路形成部材３０は、通気性が低い素材であって中空部分を通過する空気が外部へ漏れにくい素材であるのが好ましい。

筐体２０は、合成樹脂を中空な長方体の形状に形成したものである。筐体２０を形成する壁の一部には外側から内側へ貫通した矩形の孔２１が設けられており、また、長手方向の両端面にも外側から内側に貫通した矩形の通気孔２２が設けられている。なお、通気孔２２の内周長は、通路形成部材３０の長手方向に直交する断面の外周長より短くなっている。また、筐体２０の素材は合成樹脂に限定されず金属、木質材料、繊維板など他の素材であってもよいが、振動体１０よりも相対的に剛性が高く軽い素材であるのが好ましい。

（全体構成）
吸音構造体１においては、筐体２０の通気孔２２へ通路形成部材３０が挿入されて図１に示したように通路形成部材３０が筐体２０を貫通している。なお、上述したように通気孔２２の内周長は、通路形成部材３０の長手方向に直交する断面の外周長より短くなっているため、筐体２０を貫通した通路形成部材３０は弾性変形して外面が通気孔２２に密着する。そして、筐体２０においては孔２１を塞ぐようにして振動体１０が固着されている。このように孔２１が振動体１０で塞がれると、外側から見て振動体１０の背後には振動体１０と筐体２０を形成する壁で囲まれた空気層４０が形成される。

そして、この吸音構造体１は、図４（自動車のピラーに取り付けられる内装材、ピラーおよび吸音構造体１の断面図）に示したように、振動体１０を車の車室側に向けて車のピラー１００に取り付けられ、複数の貫通孔２０１を備えた内装材２００とピラー１００との間にできる空間内に位置する。そして、通路形成部材３０において筐体２０からはみ出している部分には、車両が備えるエアーコンディショナーからの空気を送るダクト５０Ａ，５０Ｂが接続される。

エアーコンディショナーからの空気はダクト５０Ａを通過して通路形成部材３０の一方の端から通路形成部材３０の内部へ入る。ここで、通路形成部材３０は通気性が低いため、ダクト５０Ａから通路形成部材３０の内側に送られた空気は、通路形成部材３０の内側から外側に漏れにくく、ダクト５０Ｂ側へ通過する。つまり、通路形成部材３０は、エアーコンディショナーからの空気が通過する通路として機能する。そして、通路形成部材３０を通過した空気、即ち吸音構造体１の内部を通過した空気は、ダクト５０Ｂに接続された図示せぬ吹き出し口から車室内に吹き出す。このように、エアーコンディショナーから送られた空気は吸音構造体１内を通過するため、内装材２００とピラー１００との間の空間において、吸音構造体１の空気層の厚さを確保しつつ、ダクトを通して送風を行うことができる。

また、吸音構造体１においては、振動体１０の質量成分と筐体２０内の空気（空気層４０の空気および通路形成部材３０の内側にある空気）のバネ成分によってバネマス系の吸音メカニズムが形成され、さらに吸音構造体１においては振動体１０が弾性を有して屈曲振動をするため、屈曲振動（固有振動）による屈曲系の吸音メカニズムが形成される。

そして、車室側から内装材２００の貫通孔２０１を通過した音波が吸音構造体１の振動体１０に到達すると、音波の音圧と吸音構造体１の空気層４０および通路形成部材３０内の空気の圧力との差により振動体１０が振動し、音波のエネルギは、この振動により消費されて音が吸音される。
ここで、通路形成部材３０は音響透過性を有しており、通路形成部材３０内の空気も音響的に吸音に作用するため、ダクトを通して送風を行いつつ、吸音構造体１の空気層の厚さを厚くして吸音を行うことができる。
なお、振動体１０と空気層４０によるバネマス系の吸音メカニズムは空気層４０の影響を受け、空気層４０が厚いほうが吸音する音の周波数が低くなるが、本実施形態では、ダクトを吸音構造体１の外に配置する場合と比較して吸音構造体１の空気層４０の厚さを厚くできるため、ダクトを吸音構造体１の外に配置する場合より低い音を吸音することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は本発明の第２実施形態に係る吸音構造体１Ａの外観図、図６は吸音構造体１Ａの断面図（図５のＢ−Ｂ線断面矢視図）である。なお、図面においては、本実施形態の構成を分かりやすく図示するために、吸音構造体１Ａの寸法を実際の寸法とは異ならせてある。また、以下の説明においては、第１実施形態と同じ構成の部材については第１実施形態と同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。

吸音構造体１Ａは、第１実施形態の吸音構造体１と同様に、振動体１０と筐体２０を備えており、外観については第１実施形態の吸音構造体１と同じである。吸音構造体１Ａが第１実施形態の吸音構造体１と異なる点は、図に示したように、筐体２０の内部を上下に区切る通路形成部材３１を通路形成部材３０に替えて有している点である。

通路形成部材３１は、フェルトを矩形の板状に形成したものであり、筐体２０内の中空部において壁面に固着され、筐体２０の内部を図に示したように第１空気層４１と第２空気層４２に区切る。なお、筐体２０内において通路形成部材３１は、通気孔２２より振動体１０側に固着され、第２空気層４２は筐体２０の長手方向両端にある通気孔２２から外部へ通じている。

そして、この吸音構造体１Ａは、第１実施形態と同様に振動体１０を車の車室側に向けて車のピラー１００に取り付けられ、内装材２００とピラー１００との間にできる空間内に位置し、２つの通気孔２２にはダクト５０Ａ，５０Ｂが接続される。

エアーコンディショナーからの空気はダクト５０Ａを通過して一方の通気孔２２から第２空気層４２へ入る。ここで、通路形成部材３１は通気性が低いため、ダクト５０Ａから第２空気層４２に送られた空気は、第１空気層４１側へ漏れにくく、ダクト５０Ｂ側へ通過する。つまり、第２空気層４２はエアーコンディショナーからの空気が通過する通路として機能する。そして、第２空気層４２を通過した空気、即ち吸音構造体１Ａの内部を通過した空気は、ダクト５０Ｂに接続された図示せぬ吹き出し口から車室内に吹き出す。
このように、エアーコンディショナーから送られた空気は吸音構造体１Ａ内を通過するため、内装材２００とピラー１００との間の空間において、吸音構造体１の空気層の厚さを確保しつつ、ダクトを通して送風を行うことができる。

また、吸音構造体１Ａにおいては、振動体１０の質量成分と筐体２０内の空気（第１空気層４１および第２空気層４２にある空気）のバネ成分によってバネマス系の吸音メカニズムが形成され、また吸音構造体１Ａにおいては振動体１０が弾性を有して屈曲振動をするため、屈曲振動（固有振動）による屈曲系の吸音メカニズムが加わる。

そして、車室側から内装材２００の貫通孔２０１を通過した音波が吸音構造体１Ａの振動体１０に到達すると、音波の音圧と第１空気層４１および第２空気層４２の空気の圧力との差により振動体１０が振動し、音波のエネルギは、この振動により消費されて音が吸音される。
ここで、通路形成部材３１は音響透過性を有しており、第２空気層４２内の空気も音響的に吸音に作用するため、ダクトを通して送風を行いつつ、吸音構造体１の空気層の厚さを厚くして吸音を行うことができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

上記説明では、車両の車室を構成するピラーに吸音構造体１，１Ａを配置する場合を例に説明を行ったが、吸音構造体１，１Ａが配置されるのは車両のピラーに限定されるものではない。吸音構造体１，１Ａは、自動車において車室を構成するピラー以外の各種パネルの車室側に配置してもよい。また、車室内の椅子においてはダクトが通される椅子があるが、この椅子においても吸音構造体１，１Ａを配置し、ダクトに吸音構造体１，１Ａを接続してもよい。
また、一般家屋やビルなどの部屋、防音室、音楽室、ホール、劇場、音響機器のリスニングルーム、会議室等の居室など各種の音響室の境界面（壁、床、天井など）より外側に配置し、境界面の外側に配置されたダクトを接続してもよい。

上述した実施形態においては、通路形成部材３０は筐体２０内において筐体２０に接しているが、通気孔２２を筐体２０の長手方向の両端面の中央部分に設け、通気孔２２に挿入された通路形成部材３０を筐体２０の長手方向の両端面で支持し、筐体２０内部で通路形成部材３０が浮いた状態となるようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては通路形成部材３０は角管の形状となっているが、角管の形状に限定されず、円管の形状など他の形状であってもよい。
また、通路形成部材３０，３１の素材は、音響透過性を有していればグラスウール、合成樹脂、紙、ゴム、連続気泡体など他の素材であってもよい。
また、通路形成部材３０，３１は、音響透過性を有していれば連続気泡体で形成し、弾性を有していなくてもよい。
また、通路形成部材３０の外周長を通気孔２２の内周長より短くし、通路形成部材３０を通気孔２２に挿入して筐体２０を貫通させた時に通気孔２２の内周面と通路形成部材３０との間の隙間を充填材で埋めるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、筐体２０の形状は長方体となっているが、筐体２０は長方体の形状に限定されず、Ａ−Ａ線断面の形状が台形、円形、多角形など他の形状であってもよい。

上述した実施形態においては筐体２０内に通路形成部材３０のみが貫通しているが、電気信号を送るケーブルも筐体２０内に通すようにしてもよい。

上述した吸音構造体１，１Ａにおいては、空気層にグラスウール、フェルト、発泡ポリウレタン、不織布など多孔質の吸音材を配置し、上述したバネマス系の吸音メカニズムが吸音する音をさらに広帯域に吸音するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、振動体１０は筐体２０の外面のうち一つの面にのみ固着されているが、筐体２０において振動体１０が固着されている面と直交し、通気孔２２が設けられていない面にも孔２１を設け、この孔２１に振動体１０を固着するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、振動体１０が振動して吸音がなされているが、振動体１０の振動を用いず、筐体２０に貫通孔を設けて筐体２０がヘルムホルツの吸音構造体として作用するようにしてもよい。
図７（ａ）は、この構成に係る吸音構造体の断面図である。図７（ａ）に示された貫通孔２３は、筐体２０を形成する壁の外側から内側へ貫通した貫通孔である。この構成においては貫通孔２３部分にある空気の質量と筐体２０内部の空気（空気層４０の空気および通路形成部材３０の内側にある空気）のバネ性によりバネマスの振動系が構成され吸音構造体はヘルムホルツの共鳴器として作用する。そして、バネマスの振動系の共振周波数の音が貫通孔２３内に入ると、貫通孔２３部分の空気が激しく振動し、貫通孔２３部分の空気と筐体２０との摩擦により音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて消費され、吸音がなされる。
なお、図７（ａ）においては貫通孔２３の数は一つであるが貫通孔２３は複数設けられていてもよい。また、図７（ｂ）に示したように、筐体２０の厚さより長い管状部材６０を貫通孔２３に挿入して管状部材６０を筐体２０に固着してもよい。
また、第２実施形態のように筐体２０内に通路形成部材３１を配置する構成においても、上述したように貫通孔２３を設けて筐体２０がヘルムホルツの吸音構造体として作用するようにしてもよい。なお、第２実施形態の構成において筐体２０をヘルムホルツの吸音構造体とする場合においても貫通孔２３を複数設けてもよく、また、貫通孔２３に管状部材６０を挿入して固着させてもよい。

上述した実施形態においては吸音構造体１，１Ａ内を通過するダクトからの空気は一方向へのみ流れるが、吸音構造体内部でダクトからの空気が分岐するようにしてもよい。
図８は、この構成に係る吸音構造体の分解図である。
この吸音構造体の筐体２０においては、貫通孔２１が設けられた壁と直交する壁に外側から内側へ貫通した矩形の通気孔２２Ａ，２２Ｂが設けられている。また、通路形成部材３０においても、通路形成部材３０を形成する壁の外側から内側へ貫通する貫通孔３１Ａ，３１Ｂが設けられている。なお、図８において通路形成部材３０Ａ，３０Ｂは通路形成部材３０と同じ素材を角管の形状に形成したものである。
図８に示した部材を備えた吸音構造体においては、第１実施形態と同様に振動体１０が貫通孔２１を塞ぎ、筐体２０の通気孔２２へ通路形成部材３０が挿入されて通路形成部材３０が筐体２０を貫通する。また、通路形成部材３０Ａが通気孔２２Ａに挿入されて筐体２０内部で通路形成部材３０の貫通孔３１Ａに接続され、通路形成部材３０Ｂが通気孔２２Ｂに挿入されて筐体２０内部で通路形成部材３０の貫通孔３１Ｂに接続される。
そして、この構成においては、図示しないダクト５０Ａから通路形成部材３０の内側へ送られた空気は、筐体２０内で分岐して図示しないダクト５０Ｂ、及び通路形成部材３０Ａおよび通路形成部材３０Ｂの方向へ送られ、通路形成部材３０Ａ及び通路形成部材３０Ｂにそれぞれ接続される図示しないダクトに送られる。
また、この構成の吸音構造体においては、振動体１０の質量成分と筐体２０内の空気（空気層４０および通路形成部材３０，３０Ａ，３０Ｂの内側にある空気）のバネ成分によってバネマス系の吸音メカニズムが形成され、吸音がなされる。

なお、上述した第２実施形態においても、筐体２０に貫通孔３１Ａ，３１Ｂを設け、この貫通孔３１Ａ，３１Ｂにダクトを接続し、第２空気層４２の空気が貫通孔３１Ａ，３１Ｂに接続されたダクトへ分岐するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る吸音構造体１の外観図である。 吸音構造体１の分解図である。 吸音構造体１の断面図である。 吸音構造体１を車両のピラー部分に配置した時の図である。 第２実施形態に係る吸音構造体１Ａの外観図である。 吸音構造体１Ａの断面図である。 本発明の変形例に係る吸音構造体の断面図である。 本発明の変形例に係る吸音構造体の分解図である。

符号の説明

１，１Ａ・・・吸音構造体、１０・・・振動体、２０・・・筐体、２１・・・孔、２２・・・通気孔、３０，３１・・・通路形成部材、４０・・・空気層、５０Ａ，５０Ｂ・・・ダクト、１００・・・ピラー、２００・・・内装材

Claims (6)

1. 中空であって、外面から内面に貫通した貫通孔と、外面から内面に貫通した少なくとも２つの通気孔を有する筐体と、
   音響透過性を備え、前記筐体外から前記通気孔を通って前記筐体内に送られた空気が前記筐体外から空気が送られた通気孔とは異なる通気孔を通って前記筐体外へ抜けるように前記筐体の中空部分を仕切る通路形成部材と
   を有する吸音構造体。
2. 弾性を有する板状または膜状の振動体で前記貫通孔が塞がれていることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
3. 前記貫通孔と前記筐体内の空気によりヘルムホルツの共鳴が生じることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
4. 前記貫通孔に管状部材が挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の吸音構造体。
5. 前記通路形成部材は筒状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の吸音構造体。
6. 前記通路形成部材は、板状または膜状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の吸音構造体。

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