JP5295136B2 - 音響隔壁キャップ・ハニカム - Google Patents

Description

本発明は、概ね、騒音を減衰させるために用いられる音響システムに関する。より詳細には、本発明は、ジェット・エンジン又は他の騒音源によって発生する騒音を低減するのに有用なナセル及び他の構造を作製するためのハニカム使用を含む。

特定の騒音源によって発生する過度の騒音に対処する最良の形はその騒音源で騒音を処理することであると広く認識されている。これは、典型的には、騒音源の構造に音響減衰構造（吸音処理）を追加することによって実現される。特に問題となる一騒音源は、ほとんどの旅客機で使用されるジェット・エンジンである。吸音処理は、典型的には、エンジン吸気口、ナセル及び排気構造に組み込まれる。これらの吸音処理は、エンジンが発生する音響エネルギーに対する音響インピーダンスを作り出す数百万の穴を有する比較的薄い吸音材又はグリッドを含む音響共振器を含む。エンジニアが直面している基本的な問題は、所望の騒音減衰をもたらすようにジェット・エンジンの構造要素及び周りのナセルへこれらの薄い可撓性の吸音材をどのようにして追加するかである。

ハニカムは、比較的強く軽量なので飛行機及び航空宇宙船で使用される人気の材料である。吸音の用途の場合は、目標は、ハニカム・セルが閉じられるか又はカバーされるように、薄い吸音材をどうにかしてハニカム構造に組み込むことである。セルを吸音材で閉じることにより、共振器がそれに基づく音響インピーダンスを作り出す。

薄い吸音材をハニカムに組み込む一手法は、サンドイッチ設計と称される。この手法では、薄い吸音シートは、２枚のハニカムの間に配置され、適位置で接着されて、単一の構造を形成する。この手法は、正確な寸法に編んだ、パンチング又はエッチングした精巧な吸音材設計を利用でき、接着プロセスが比較的単純であるという利点を有する。しかし、この設計の欠点は、構造の強度が２枚のハニカムの薄片と吸音材の接着に限定されることである。また、２枚のハニカム薄片間の接着面はハニカムの縁部に沿った面に限定される。さらに、吸音材の穴のいくつかが接着プロセス中に過度の接着剤で閉じられる可能性がある。共振器の有効な吸音領域のロスを生ずるので、該穴を閉じないことが重要である。

第２の手法は、ハニカム・セル内の適位置に個々に接着させられる比較的厚い、堅固なインサートを用いている。適位置に配置して、インサートは、インサートが吸音材の働きをするために必要な穴を形成するように穴明け又は処理される。この手法では、２枚のハニカムの薄片を互いに接着させる必要がない。その結果、インサートが確実に接着された、強度の高い構造になる。しかし、この手法にもいくつかの欠点がある。例えば、中実の堅固なインサートに数百万の穴をあけなければならないコスト及び複雑さが主な欠点である。さらに、比較的厚い中実のインサートがハニカムを堅くし、ジェット・エンジンのナセルなど、平面ではない構造に形成するのが難しくなる。

本発明によれば、個々のシート状の吸音材がハニカム・セルに挿入される隔壁キャップに形成される、ハニカム吸音構造が提供される。隔壁キャップは、吸音材よりずっと厚いフランジ部分を有し、ハニカムの壁に隔壁キャップを取り付けるのに使用されるアンカ面を提供する。隔壁キャップは、アンカ面とセルの壁との間の摩擦ロックによって、最初にセル内の適位置に保持される。こうした摩擦ロックは、接着剤で適位置に永久に接着されるまで隔壁キャップを適位置に維持するのに十分なものである。

本発明の吸音構造は、ジェット・エンジン又は他の発電所などの騒音源の近くに配置されるように設計される。この構造はハニカムを含み、そのハニカムは、騒音源の最も近くに配置される第１の縁部と、騒音源から離して配置される第２の縁部とを有する。ハニカムは複数の壁を含み、それらの壁は、ハニカムの第１の縁部と第２の縁部との間を延びる。ハニカムの壁は複数のセルを画定し、セルがそれぞれハニカム壁に垂直に測定される断面領域と、第１の縁部と第２の縁部の間の距離によって画定される深さとを有する。

本発明の特徴として、隔壁キャップが、少なくとも１つのハニカム・セル内に配置され、セルの全断面積をカバーする。隔壁キャップは、厚さ及び外周を有するシート状の吸音材から作製される。シートは好ましくは矩形である。隔壁キャップは共振器部分を含み、その共振器部分は、ハニカム壁に隣接して配置された外側縁部と、共振器部分の外側縁部とシート状の吸音材の外周との間を延びるフランジ部分とを有する。フランジ部分はアンカ面を有し、そのアンカ面は、最初に、前身構造を形成するように、摩擦係合によってセルの壁に取り付けられる。アンカ面の幅は、隔壁キャップとハニカム壁との間の必要な程度の摩擦ロックをもたらすように、シート状の吸音材の厚さよりかなり大きい。最終的な吸音構造は、前身構造をとり、適位置に永久に隔壁を接着させるためにアンカ面及びセルの壁に接着剤を塗布することによって作製される。

本発明は、現行のハニカム吸音構造に対するいくつかの利点を提供する。例えば、２枚のハニカムの薄片の間には、構造物を弱くする継ぎ目がない。隔壁キャップは、良く知られたヘルムホルツ共振器理論に基づいて騒音減衰の微調整を行うために、ハニカム・セル内で異なるレベルに配置することができる。複数の隔壁キャップを、複数の空所及びインピーダンスのグリッドを作るために単一のハニカム・セルに異なるレベルで配置することができる。同じハニカム構造内か、又は同じハニカム・セル内で、異なる吸音材から作られた隔壁キャップを使用することができる。フランジ部分は、この構造の耐用期間にわたってセルの壁への隔壁キャップの固定的な接着を保証するために、比較的大きいアンカ面積をもたらす。さらに、比較的薄く可撓性のある隔壁キャップは、ハニカムの可撓性を低減せず、このことはナセル及び他の非平面の吸音構造にとって非常に重要な問題である。

上記で考察した、本発明の他の多くの特徴となる付随の利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解できるであろう。

本発明による例示的な吸音構造の斜視図である。 本発明による例示的な隔壁キャップの斜視図である。 ３−３平面に沿った、図２に示す例示的な隔壁キャップの断面図である。 ２組の隔壁キャップが異なる２つの深さでハニカム・セル内に配置された、本発明による例示的な吸音構造の断面図である。 ２つの隔壁キャップが各ハニカム・セル内に配置された、本発明による例示的な吸音構造の断面図である。 隔壁キャップがシート状の吸音材から形成され、前身構造を形成するようにハニカムに挿入された、吸音構造を作製する作製プロセスの一部分の概略図である。 共振器部分を除く隔壁キャップのフランジが接着剤と接触するように、接着剤のプールに前身構造を浸漬することにより、隔壁キャップのアンカ面及びハニカム壁に接着剤を塗布する、例示的な好ましい方法を示す断面図である。 図９に示すタイプの吸音構造を形成するために互いに組み合わせた、堅固な外皮の吸音構造及び穿孔した外皮の一部分を示す分解斜視図である。 騒音源（ジェット・エンジン）の近くに配置された、例示的な吸音構造（ナセル）の部分断面図である。吸音構造は、堅固な外皮と穿孔した外皮との間に挟まれた吸音ハニカムを含む。 折り畳み及び接着剤の流れを制御するためにエンボス加工された、好ましい例示的な隔壁の上面図である。 図１０の隔壁と同じようにしてエンボス加工され、さらにハニカムへの隔壁の挿入を強化するために切断された、好ましい例示的な隔壁の上面図である。 エンボス加工する前のメッシュ材料の拡大図である。 接着剤フロー・バリアを形成するためにエンボス加工した後の、同じメッシュ材料の拡大図である。

本発明による例示的な吸音構造が、図１及び図６に全体的に１０で示されている。吸音構造１０はハニカム１２を含み、ハニカム１２は、騒音源の最も近くに配置される第１の縁部１４と、第２の縁部１６とを有する。ハニカム１０は壁１８を含み、壁１８は、複数のセル２０を画定するように２つの縁部１４と１６の間を延在している。セル２０はそれぞれ、２つの縁部１４と１６の間の距離と等しい（コアの厚さとも称される）深さを有する。各セル２０は、セルの壁１８に垂直に測定される断面も有する。ハニカムは、金属、セラミック、及び複合材料を含む、ハニカム・パネルを作製するのに用いられる従来の材料から作製することができる。

本発明の特徴として、セル２０内に隔壁キャップ２２が配置される。そうである必要はないが、セル２０の全てではなく、セル２０のほとんどに隔壁キャップ２２が配置されることが好ましい。特定の状況では、所望の吸音効果を生み出すために、いくつかのセルにのみ隔壁キャップ２２を挿入することが望ましいことがある。或いは、２つ以上の隔壁キャップを１つのセルに挿入することが望ましいことがある。

例示的な隔壁キャップ２２を図２及び図３に示す。隔壁キャップ２２は、シート状の吸音材を折って、ハニカム・セルの断面に合うようにサイズ設定された六角形のキャップにすることによって形成される。隔壁キャップ２２は、好ましくは、図６に示すように、吸音材のシート６０を、プランジャ６３を用いてキャップ折曲げ型６２に押し通すことによって形成される。シート６０は、好ましくは、形状が少し矩形であり、ロール状の吸音材６４から切断される。シート６０は、図３に示す厚さ（ｔ）及び外周６５を有する。シート６０のサイズ及び形状は、シートを挿入するハニカム・セルの形状／サイズ、シート６０の厚さ及び使用される特定の吸音材に応じて大幅に変更することができる。

図２及び図３を参照すると、隔壁キャップ２２は共振器部分２４を含み、共振器部分２４は外側縁部２５を有する。隔壁キャップ２２はさらにフランジ部分２６を含み、フランジ部分２６はアンカ面２７を有する。アンカ面２７は、最初に摩擦係合によってセルの壁１８に取り付けられ、次いで、適切な接着剤を用いて永久に接着される。アンカ面２７は幅（Ｗ）を有する。

アンカ面の幅（Ｗ）は、セルの断面、吸音材の厚さ、吸音材のタイプ及び接着剤を含むいくつかの要因に応じて変更することができる。０．６３５ｃｍ（１／４インチ）から２．５４ｃｍ（１インチ）のセルを有する典型的なハニカムの場合は、０．１２７ｃｍ（０．０５インチ）から１．２７ｃｍ（０．５００インチ）程度のアンカ面の幅が、厚さ０．００２５４ｃｍ（０．００１インチ）から０．２５４ｃｍ（０．１０インチ）程度の吸音材に適している。厚さ０．０１０１６ｃｍ（０．００４インチ）から０．０１５２４ｃｍ（０．００６インチ）の標準的な吸音材の場合は、アンカ面の幅は少なくとも０．５０８ｃｍ（０．２０インチ）が好ましい。一般に、アンカ面の幅が吸音材の厚さよりかなり大きいことが好ましい。「かなり大きい」とは、アンカ面の幅が吸音材の厚さの少なくとも５倍、好ましくは少なくとも２０倍大きいことを意味する。

隔壁キャップを形成するためにどんな標準的な吸音材も使うことができる。これらの吸音材は、典型的には、比較的薄いシートとして提供され、そのシートは、騒音を減衰するように設計された、穿孔、多孔質又は開口メッシュの布である。様々な材料（金属、セラミック、プラスチック）の穿孔した多孔質シートを使用することができるが、吸音材はモノフィラメント繊維を編んだ開口メッシュ布であることが好ましい。繊維は、ガラス、炭素、セラミック又はポリマーから構成されてよい。ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド６（ナイロン６、ＰＡ６）及びポリアミド１２（ナイロン１２、ＰＡ１２）から作製されたモノフィラメント・ポリマー繊維は、単にいくつかの実施例である。ＰＥＥＫから作製された開口メッシュ布が高温の用途には好ましい。本発明による隔壁キャップを形成するために使用できる開口メッシュの吸音布及び他の吸音材は、多種多様の市販元から利用可能である。例えば、開口メッシュの吸音布のシートは、ＳＥＦＡＲ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．（Ｂｕｆｆａｌｏ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ １１１ Ｃａｌｕｍｅｔ Ｓｔｒｅｅｔ Ｄｅｐｅｗ、ＮＹ １４０４３）からＳＥＦＡＲ ＰＥＴＥＲ、ＳＥＦＡＲ ＮＩＴＥＸ及びＳＥＦＡＲ ＰＥＥＫＴＥＸという商標名で入手することができる。

隔壁キャップ２２は、多種多様の吸音設計をもたらすようにハニカム・セルに挿入することができる。例えば、隔壁キャップは、図４の２２ａ及び２２ｂに示すようにハニカム１２ａ内の異なるレベルに配置することができる。このタイプの設計により、吸音構造の騒音減衰特性の微調整が可能になる。図４に示す２レベル設計は、本発明に従って可能である、多種多様の可能な複数レベルの隔壁配置の単なる実施例として意図される。当業者には理解されるように、異なる可能な隔壁の配置レベルの数は非常に多く、特定の騒音減衰要件を満たすように適合させることができる。

隔壁キャップ２２のための挿入構成の他の実施例を図５に示す。この構成では、２組の隔壁キャップ２２ｃ及び２２ｄが、各セルにそれぞれ２つの隔壁キャップを備えるようにハニカム１２Ｂ中に挿入されている。理解されるように、３つ以上の隔壁キャップが所与のセルに挿入される、多数の可能な追加の構成が可能である。さらに、図４に例示する複数レベルの挿入設計を、図５に例示する１つのセルに複数挿入する設計と組み合わせて、所与の騒音源に最適な騒音減衰をもたらすように吸音構造を微調整するために使用することができる、無限数の可能な隔壁キャップ挿入構成をもたらすことができる。

上記したように、キャップ折曲げ型６２及びプランジャ６３を用いて隔壁キャップを予め形成する、隔壁キャップをハニカムに挿入する好ましい方法を図６に示す。図６のハニカム構造を特定するために用いる参照番号は、この構造が、隔壁キャップがまだセルの壁に永久に接着されていない前身構造であることを示す符号「Ｐ」を含むことを除いて、図１と同じである。

必ずしも必要ではないが、個々のシート状の吸音材から隔壁キャップを形成するためにキャップ折曲げ型６２を使用することが好ましいことに留意されたい。ハニカムを型として使用し、プランジャ６３を用いて単にシート６０をセルに押し込むことによって隔壁キャップを形成することが可能である。しかし、多くのハニカム・パネルの縁部は、パネルが作製プロセス中に典型的にはより大きいブロックのハニカムから切断されるので、比較的ぎざぎざの傾向がある。したがって、ハニカムの縁部は、平坦なシート材料が強制的にセル中に直接挿入されるときに、吸音材を捕捉し、裂き、汚染する傾向がある。したがって、所望の場合は、ハニカムの縁部が荒いか又はぎざぎざの縁部を取り除くように処理する場合にのみ、キャップ折曲げ型を無くすことができる。

シート状の吸音材のサイズ／形状及び型／プランジャのサイズ／形状（又は型を使用しない場合はプランジャのみのサイズ／形状）は、吸音材を損傷することなしに隔壁キャップをセルに挿入し、同時に後続の前身構造の取り扱い中に隔壁キャップを適位置に保持するためにアンカ面とセルの壁との間に十分な摩擦接触を与えることができるように選択することが重要である。通常の実験を用いて、接着剤でセルの壁にアンカ面を永久に接着させる前に、前身構造での隔壁キャップの適位置への必要な摩擦ロック又は保持を実現するために必要な吸音シートの様々なサイズ及び形状を決定することができる。摩擦ロック又は保持の量は、たとえ取り扱い中に前身構造が意図せずに落ちても、隔壁キャップがハニカムから抜け落ちるのを避けるのに十分なものにすべきである。

従来の繊維ガラス／フェノール樹脂材料から作製された、標準的な０．９５２５ｃｍ（３／８インチ）の複合ハニカムの場合は、シート状の典型的な開口メッシュ吸音材（厚さ０．０１０１６ｃｍ（０．００４インチ）から０．０１５２４ｃｍ（０．００６インチ））の好ましいサイズは、寸法が１．２７ｃｍ（０．５０インチ）から１．７７８ｃｍ（０．７０インチ）×１．５２４ｃｍ（０．６０インチ）から２．０３２ｃｍ（０．８０インチ）の範囲の矩形である。シート状の吸音材は、シートの折り曲げを増進するために、刻み目又は切り込みがないことが好ましい。切り込みなしのシートを折ると、アンカ面にしわがある隔壁キャップになり、そのしわがハニカム壁への隔壁キャップの接着を強化することが分かっている。さらに、切り込みは隔壁キャップのフランジ部分に存在する外側への張力又は偏倚力のいくらかを減らす傾向がある。こうした外側への張力又は偏倚力は、折られたシートが本質的に折られていない姿勢に戻ろうと偏倚されている結果である。この外側への変異力又は張力は、隔壁キャップとセルの壁との間の摩擦ロックの重要な部分である。

隔壁キャップ２２が摩擦ロックによってのみ適位置に保持された前身構造を図６に１０Ｐで示す。上記したように、摩擦ロックは、適切な接着剤を用いて永久に接着できるまで、隔壁キャップを適位置に固定的に保持するのに十分なものでなければならない。使用される接着剤は、ハニカム・パネル作製で用いられる、従来のどんな接着剤も使うことができる。好ましい接着剤には、高温（１４８．９℃（３００°Ｆ）〜２０４．４℃（４００°Ｆ））で安定するものが含まれる。例示的な接着剤には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シアノアクリレート、ＢＭＩ、ポリアミドイミド、及びポリイミドが含まれる。

接着剤は、様々な既知の接着剤塗布手順を用いてアンカ面とセルの境界面に塗布することができる。重要な考慮点は、隔壁キャップの共振器部分ではなく、フランジのアンカ面とセル壁の境界面にのみ選択的に接着剤を塗布すべきことである。共振器部分に接着剤を塗布すると、メッシュ又は他の吸音材の開口部を閉じるか、又は少なくともそのサイズを減少させることになる。アンカ面とセルの壁の境界面に接着剤を選択的に塗布することができる、どんな接着剤の塗布手順も使うことができる。

例示的な接着剤の塗布手順を図７に示す。この例示的な手順では、ハニカム１２Ｐは、隔壁キャップ２２ｐのフランジ部分のみが接着剤に漬かるように、単純に接着剤のプール７０に浸漬される。隔壁キャップが浸漬前に同じレベルに正確に配置される場合は、こうした浸漬手順を用いて接着剤を正確にアンカ面とセルの壁の境界面に塗布できることが分かっている。隔壁キャップが異なるレベルに配置される場合は、複数の浸漬ステップが必要になる。或いは、ブラシ又は他の特定位置に塗布する技術を用いて接着剤を塗布することができる。これらの技術のいくつかを用いて、隔壁キャップが挿入される前にコア壁を接着剤でコーティングすることができる。或いは、コアに挿入する前に接着剤を隔壁材料にスクリーン印刷することができる。

折り畳んだシート状の吸音材にあるしわが、アンカ面とセルの壁との間に、接着剤をより簡単に毛管作用によって吸い上げることを可能にする小さいチャネルを設けるので、図７に示すように接着剤を塗布する浸漬手順は、特にうまく機能することが分かっている。このように上に吸い上げることにより、共振器部分の外側縁部とセルの壁の交点に隅肉が形成される。共振器部分の縁部での接着剤隅肉の形成は、セルの壁に良好な接着をもたらすだけでなく、共振器部分の吸音特性が接着剤に悪い方向に影響されないことを保証するように、接着剤と共振器部分との間に明確な境界を設ける。

セルの壁と共振器部分の交点における隅肉の形成が、共振器部分の外側縁部を越えた、接着剤の連続した吸い上げを常に防止するわけではない。このように共振器部分への制御されない接着剤の吸い上げにより、共振器性能にばらつきが生じることがある。したがって、共振器部分への接着剤の吸い上げを防止するか、又は少なくとも遅らせるために、共振器部分の外側縁部に沿って接着剤のフロー・バリアを配置することが好ましい。隔壁キャップの前身を形成するシート状の材料６０ａを図１０に示す。このシート状の材料６０ａは、接着剤フロー・バリア１００を含む。この接着剤フロー・バリア１００は、隔壁キャップのフランジ部分２６ａから共振器部分２４ａへの接着剤の流れを止めるか、又は少なくとも遅らせることができるという条件で、いくつかの異なる形で作製することができる。バリアは、少なくとも最短で数分間接着剤の流れを遅らせることができるべきであり、より長く遅らせることが好ましい。

接着剤フロー・バリア１００は、吸音シート材料と融和性があり、セルの壁に隔壁キャップを接着させるために使用される接着剤をはじく材料を用いて作製することができる。こうした材料には、Ｒｅｌｅａｓｏｍｅｒｓ Ｉｎｃ．（Ｂｒａｄｆｏｒｄｗｏｏｄ、ＰＡ）から利用可能なＸＫ−２２離型剤及びＤｅｘｔｅｒ Ｃｏｒｐ．（Ｓｅａｂｒｏｏｋ、ＮＨ）から利用可能なＦＲＥＫＯＴＥ ０００４４が含まれる。或いは、バリア１００を形成するように、ライン状の接着剤をスクリーン印刷するか、又は塗布し、乾燥することができる。さらに、シート材料の完全性及び強度が悪い方向に影響されない場合は、吸音シート材料を熱で溶解することによってバリア１００を形成することができる。接着剤をはじく材料が用いられるときに、材料の共振器特性が過度に甘くならない場合は、バリア１００は、図１０に示すように連続する線の形態であってもよく、共振器部分２４ａ全体をコーティングしてもよい。

好ましい実施例では、接着剤フロー・バリア１００は、吸音シート材料をエンボス加工する（すなわち平らにする）ことによって作製される。吸音シート材料をこのようにエンボス加工することによって、繊維を平らにして、繊維間の隙間が小さいバリア１００を形成する。このように繊維を平らにすることは、十分な期間、接着剤の流れを効果的に止めて、バリアを越えることなく接着剤を乾燥させることができる。いくつもの異なる機械装置を用いて、シート材料にエンボス加工した接着剤フロー・バリア１００を形成することができる。用語「エンボス加工」とは、編んだ繊維（又は他のタイプのメッシュ材料）を、材料の隙間を減少してフロー・バリア１００を形成するように、折り目を付けるか又は変形して繊維又はメッシュ材料を平らにすることである。

パンチ及び型を使用してシート状の吸音材をエンボス加工して、接着剤フロー・バリア１００を形成することが好ましい。他のタイプの吸音メッシュ材料をエンボス加工することができるが、吸音材は、好ましくはモノフィラメント・ポリマー繊維である、編んだ繊維から作製された開口メッシュ布であることが好ましい。ＰＥＥＫ繊維から作製された吸音材は、繊維が簡単に変形されるので好ましい。例示的な開口メッシュ布の断面を図１２に概略的に１１０で示す。この布１１０は、モノフィラメント・ポリマー繊維１１２から構成される。エンボス加工プロセス中に、図１３に示すように、繊維を変形（すなわち平らに）して、平らにした繊維１１２ａを有するエンボス加工部分１１４を形成する。繊維の平らにする加工は好ましくは恒久的である。しかし、吸音構造の作製に必要な期間接着剤の流れに対するバリアを設けるように、繊維が十分な期間変形したままになることが非常に重要である。

接着剤フロー・バリアの物理的な寸法及び特徴は、使用する特定のタイプのバリアに応じて変更することができる。隔壁キャップへの接着剤の塗布中及びそれに続く吸音構造内での接着剤乾燥中に接着剤がバリアを越えて流れるのを防止するように、バリアを十分に不浸透性に作製することが非常に重要である。編んだ布をエンボス加工して形成したバリアでは、接着剤フロー・バリアの幅は０．０１２７ｃｍ（０．００５インチ）から０．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）にすべきである。約０．０５０８ｃｍ（０．０２０インチ）程度のバリアの幅が好ましい。繊維は、元々の直径が約２０％から約６０％だけ平らになるように変形すべきである。接着剤フロー・バリアは、典型的には、図１０に示すように六角形の形態になる。しかし、この形状は、隔壁キャップが挿入されるセルの特定の形状に応じて変更することができる。

吸音材の接着剤フロー・バリアを形成するエンボス加工した凹所は、様々な断面形状を有することができる。その形状は、比較的正方形又は矩形の凹所から円形又は楕円形の凹所に及ぶことができる。シート材料を変形して接着剤フロー・バリアを形成するのに用いるパンチ及び型は、繊維が切断されるか又は悪い方向に影響される恐れがある鋭利な角を有しない凹所を設けるような形状にすべきである。

隔壁キャップの形状にするときにシート材料の折畳みの制御を助けるために、吸音シート材料をエンボス加工するか又はそれに折り目を付けることも好ましい。図１０を参照すると、シート状材料６０ａは折畳み補助部１０２を含む。折畳み補助部は、好ましくは、隔壁キャップの形状にするときにシートの最初の折畳みをうまく制御するためにシート６０ａの外周に沿って配置されている。折畳み補助部１０２の数及び向きは、使用する特定のシート材料や隔壁キャップが挿入されるセルの形状を含むいくつかの要因に応じて変更することができる。図１０に示すような折畳み補助部１０２の向き及び配置は、六角形のハニカム構造に挿入される隔壁キャップの場合に好ましい。

折畳み補助部１０２は、シート状材料に他の位置より折りやすい位置を生み出すどんなプロセスを用いても作製することができる。折畳み補助部１０２は、接着剤フロー・バリア１００を形成するのに用いられるのと同じエンボス加工プロセスを用いて作製されることが好ましい。折畳み補助部及び接着剤フロー・バリアがパンチと型の単一の組合せを用いて同時に形成されることがさらに好ましい。接着剤フロー・バリアと折畳み補助部の両方を形成するためにエンボス加工を使用することは、異なる２つの無関係の作製に関する問題を単一の単純なステップで解決するという利点をもたらす。

エンボス加工した折畳み補助部の物理的寸法は、特定のシート材料に応じて変更する。エンボス加工した領域又は折り目が、隔壁キャップの形成中に所望の位置で始まるように材料が折り畳まれることは非常に重要である。エンボス加工した線の幅は、０．０３８１ｃｍ（０．０１５インチ）から０．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）にすべきであり、約０．１０１６ｃｍ（０．０４０インチ）が好ましい。材料のエンボス加工の（すなわち平らにする）程度は繊維の元々の直径の２０％から６０％が好ましい。

吸音材に折畳み補助部を形成するエンボス加工した凹所は、様々な断面形状を有することができる。これらの形状は、比較的正方形又は矩形の凹所から円形又は楕円形の凹所に及ぶことができる。シート材料を変形して折畳み補助部を形成するのに用いるパンチ及び型は、繊維が切断されるか又は悪い方向に影響される恐れがある鋭利な角を有しない凹所を設けるような形状にすべきである。

隔壁キャップの前身を形成するシート状材料の代替の実施例を図１１に６０ｂで示す。シート状材料６０ｂは、接着剤フロー・バリア１００ｂ及び折畳み補助部１０２ｂを設けるように図１０に示す６０ａと同じようにしてエンボス加工される。さらに、シート状材料の角は、辺の長さが不等の八角形の形状である外周１０４を設けるように整えられている。適切な隔壁キャップの前身は、どんな数の外周形状と折畳み補助部の組合せを使っても作製することができる。しかし、図１１に示すように八角形の外周と６個の折畳み補助部の組合せが好ましい。

本発明による吸音構造を騒音減衰が必要な多種多様の状況で使用することができる。それらの構造は、騒音の減衰が通常問題となる発電所のシステムと共に使用するのに適している。ハニカムは、比較的軽量の材料である。したがって、本発明の吸音構造は、航空機のシステムで使用するのに特に適している。例示的な使用には、ジェット・エンジンのナセル、大型タービンのカウリング、又は往復動エンジン及び関連の吸音構造が含まれる。

本発明の基本的な吸音構造は、典型的には、エンジン・ナセルの最終的な形状に熱成形され、次いで（１つ又は複数の）接着剤層で、外側材料の外皮又はシートを、成形された吸音構造の外側縁部に接着させる。この完成したサンドイッチが、接着中にナセルの複雑な形状を維持する保持具で硬化する。例えば、図８に示すように、吸音構造１０は、最終的なナセルの形状に熱成形される。サンドイッチ部分は、堅固なシート又は外皮８０を接着ツールに配置することによって作製される。次に、層状の接着剤が外皮上に配置される。その次に、形成された吸音構造１０を追加する。接着剤フィルムの第２の層、次いで上側外皮８２を追加する。これでサンドイッチが完成する。このアセンブリは熱及び圧力で接着される。この最終的なナセルの形状は、接着ツールによって制御される。次いで、パネルが、図９に９０で概略的に示すジェット・エンジンの周りに適合される。
実際の実施例は以下の通りである。

以下の実施例は、本発明による例示的な吸音隔壁キャップ・ハニカムに関する詳細を提示する。多種多様の寸法、ハニカムの材料、吸音メッシュ材料及び接着剤を使用できることが当業者には認識されるであろう。一般的に、特定の構造及び吸音の適用例が、コアの密度、隔壁の深さ、音響インピーダンス、コアの厚さ、薄片の長さ、薄片の幅及びメッシュ材料の寸法を含む、様々な設計要件を決定するであろう。

例示的な隔壁コア製品
例示的な吸音隔壁キャップのコアは、セルが０．９５２５ｃｍ（３／８インチ）の繊維ガラス・ハニカムから作製した。隔壁は、厚さ３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）のコアの縁部から１．２７ｃｍ（０．５００インチ）の位置に配置された。隔壁コアの音響インピーダンスは、７００Ｎ・ｓ／ｍ^３（７０レール（ｃｇｓ単位））であることが分かった。

材料
ハニカムは、Ｈｅｘｃｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｄｕｂｌｉｎ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって供給され、部品番号ＨＲＰとして識別され、６．０ｋｇ／ｍ^３（３／８ポンド／立方フィート）〜７２．１ｋｇ／ｍ^３（４．５ポンド／立方フィート）（フェノール樹脂を有する０／９０度繊維ガラス構造）であった。ハニカムの密度は７２．１ｋｇ／ｍ^３（４．５ポンド／立方フィート）であった。吸音メッシュは、ＳＥＦＡＲ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から得られ、部品番号１７−２００５−Ｗ０２２（音響インピーダンスの範囲が４５０Ｎ・ｓ／ｍ^３（４５レール（ｃｇｓ単位））から６４０Ｎ・ｓ／ｍ^３（６４レール（ｃｇｓ単位））の、非金属の編んだメッシュ）として識別された。接着剤はＨｅｘｃｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから得られ、部品番号８９９−５５として識別された。その接着剤は、ポリアミドイミド族であり、独占権のある材料である。所望の場合は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シアノアクリレート及びポリアミドなど、他の接着剤を使用することができる。

吸音コアの寸法は以下の通りであった。
コアのセルのサイズ：典型的なセルのサイズは、壁から壁を測った内寸が１．００６ｃｍ（０．３９６インチ）の六角形であった。薄片の厚さは、典型的には３．１７５ｃｍ（１．２５０インチ）であった。六角形のセルに挿入されたメッシュは、典型的には１．７７８ｃｍ（０．７００インチ）×１．６５１ｃｍ（０．６５０インチ）の矩形の形状であった。メッシュは、キャップを形成するように折り畳まれ、ハニカム・セル中に挿入された。キャップの上面は、セルの形状及びサイズ（内寸が１．００６ｃｍ（０．３９６インチ）の六角形形状）に適合する。キャップの側面は、接着剤の取り付けのためのハニカム・セルの壁に適合する。キャップの側面は、典型的には長さ０．４７６２ｃｍ（０．１８７５インチ）であり、ハニカムの隔壁キャップの取り付けのために接着剤中に浸漬される。

接着剤浸漬及び硬化プロセス
隔壁キャップが各セルに挿入されたハニカムコアは以下のように浸漬される。
ａ、コアは隔壁の上部を上にして接着剤のタンクに配置される。
ｂ、薄片が設定したレベルまで下げられ、それにより接着剤が、ハニカムの薄片の厚さまで上昇しキャップの底面をカバーすることが可能になる。
ｃ、キャップ側までの接着剤の浸漬レベルは典型的には０．３８１ｃｍ（０．１５０インチ）である。接着剤は、最後の典型的な０．０９５２５ｃｍ（０．０３７５インチ）吸い上げられて、メッシュ繊維を閉じロックし、ハニカム壁にキャップを接着させる。
接着剤の硬化サイクルは以下のように行われる。
浸漬及び排出のすぐ後で、コアを１４８．９℃（３００°Ｆ）のオーブンに入れる。接着剤は、１４８．９℃（３００°Ｆ）で３０分、１７６．７℃（３５０°Ｆ）で３０分、及び２０４．４℃（４００°Ｆ）で３０分間の硬化サイクルにかけられる。

メッシュ及び隔壁コアの吸音試験
１、ＳＥＦＡＲ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．によって提供された上述のメッシュは、２５０Ｎ・ｓ／ｍ^３（２５レール（ｃｇｓ単位））から１２００Ｎ・ｓ／ｍ^３（１２０レール（ｃｇｓ単位））の音響インピーダンスをもたらすように、サプライヤが調節することができる。
２、隔壁コアの音響インピーダンスの範囲もまた、メッシュに配置された接着剤の量によって調節することができる。ハニカムに挿入される５００Ｎ・ｓ／ｍ^３（５０レール（ｃｇｓ単位））メッシュの実施例を利用。キャップ両面の接着剤の浸漬レベルが０．２５４ｃｍ（０．１００インチ）までである場合。接着剤ラインより上の追加の未シールのメッシュは、典型的に４２０Ｎ・ｓ／ｍ^３（４２レール（ｃｇｓ単位））までセルの最終的なコアのインピーダンスを低減させる。これは、この設計で利用可能な最低のインピーダンスになる。接着剤が０．４７６２ｃｍ（０．１８７５インチ）のレベルまでシールする場合は、典型的なインピーダンスは７００Ｎ・ｓ／ｍ^３（７０レール（ｃｇｓ単位））になる。

メッシュ及びコアのための試験方法
吸音評価には２つの試験方法を利用することができる。レイロメータ又は通気性のための個々のセルの真空試験。レイロメータは単位がレール（ｃｇｓ単位）であり、個々のセル真空は単位がキロ・パスカルである。キャップがメッシュのみ（接着剤なし）の場合と上述のようにキャップが接着剤で適位置に接着されている場合の、吸音隔壁キャップ用ハニカムの吸音評価の結果を以下の表に示す。

メッシュのみのコアの場合の真空の読取りは、内径０．６３５ｃｍ（０．２５０インチ）の真空試験のヘッドを用いて行われ、メッシュが開口部に対してシールされている。隔壁コアの真空の読取りは、３．４９２ｃｍ（１と３／８インチ）の隔壁セルの内側で行われる。これは、内径１．００６ｃｍ（０．３９６インチ）の試験ヘッドと同様である。この真空ヘッドは以下のように校正される。真空の読取りが外気に開いているときは２０ＫＰａ、外気に対して完全にシールされているときは８０ＫＰａ。

メッシュ領域（より多くの穴）が増えるにつれて音響インピーダンスの読取り値が小さくなることに留意されたい。典型的な共振器メッシュは、２％から４％の開口領域を有する。音波が吸音メッシュを通るときに、波の圧力によりメッシュの粒子が動く。音のインピーダンスは、圧力とメッシュ中で発生する粒子速度の比である。言い換えると、音響インピーダンスは、メッシュ上の音波の圧力を、メッシュの瞬間的な粒子速度によって割ったものである。上述のように、ここでの音響インピーダンスの測定単位は、ｃｇｓ単位系のレールである。実際のｃｇｓ単位系のレールは、「ダイン秒／立方メートル」である。ＭＫＳ単位のレールの吸音抵抗は、「パスカル秒／メートル」で表される。ｃｇｓ単位の１レールはＭＫＳ単位の１０レールに等しい。音響インピーダンス及びメッシュ材料の両端の真空圧力降下は、開口面積（単位面積当たりの穴の数及びサイズ）に依存している。

例えば、Ｓｅｆａｒメッシュ部品番号１７−２００５−Ｗ０２２を用いるときは、（上記で説明したように準備された）隔壁コアの様々なサイズの円形メッシュ面積の圧力降下は、以下の通りであった。

この表は、穴の数がメッシュ面積と共に増加し、より大きい隔壁メッシュ領域にわたる圧力降下が低いことを示す。

上記で説明したような例示的な隔壁コアで使用されるＳｅｆａｒメッシュ部品番号１７−２００５−Ｗ０２２は、隔壁キャップ・メッシュの開口部の直径が０．９０１７ｃｍ（０．３５５インチ）であり、この設計で真空読取りでは３１ｋＰａ、レールの読取りでは７００Ｎ・ｓ／ｍ^３（７０レール（ｃｇｓ単位））であった。

０．９５２５ｃｍ（３／８インチ）のハニカム・セルの吸音メッシュの両端で真空降下が測定されると、読取り値は２５から３５ｋＰａになり、０．９５２５ｃｍ（３／８インチ）ハニカム・セルのメッシュの音響インピーダンスは、５００Ｎ・ｓ／ｍ^３（５０レール（ｃｇｓ単位））から１２００Ｎ・ｓ／ｍ^３（１２０レール（ｃｇｓ単位））になる。

上記の実施例から明らかなように、ハニカムに隔壁キャップを接着させるために異なる量の接着剤を使用と、六角形のセルのメッシュ領域の効果的な量を増減することができるようになる。これにより、吸音レール値を制御することができる。例えば、６００Ｎ・ｓ／ｍ^３（６０レール（ｃｇｓ単位））のメッシュを隔壁キャップに使用する場合。セルのインピーダンスは、キャップの上面のメッシュが接着剤でカバーされないようにすることによって５００Ｎ・ｓ／ｍ^３（５０レール（ｃｇｓ単位））まで低くすることができる。この手法は、セルのメッシュにより多くの開放領域を生成し、有効な音響インピーダンスを低くする。接着剤が側面及びキャップの垂直面と隔壁キャップの水平な上面との間の半径部分を完全にカバーする場合は、インピーダンスは７５０Ｎ・ｓ／ｍ^３（７５レール（ｃｇｓ単位））まで増大する。

このように本発明の例示的な実施例を説明してきたが、開示されているものには例示的なもののみが含まれ、本発明の範囲内で様々な変更、適合及び修正を行うことができることに当業者には留意されたい。したがって、本発明は、上記の好ましい実施例及び実施例に限定されるものではないが、以下の請求項によってのみ限定される。

Claims (10)

1. 騒音源の近くに配置するようにされた吸音構造であって、
   前記騒音源の最も近くに配置される第１の縁部と、第２の縁部とを備えるハニカムであって、前記第１の縁部と第２の縁部の間に延在する複数の壁をさらに備え、前記壁が、複数のセルを画定し、前記セルがそれぞれ、前記壁に垂直に測定した断面領域及び前記第１の縁部と第２の縁部の間の距離によって画定された深さを有するハニカムと、
   前記セルのうち少なくとも１つの内部に配置された隔壁キャップであって、厚さ及び外周を有するシート状の吸音材からなり、前記シート状の吸音材が、前記壁に配置された外側縁部を有する共振器部分と、前記共振器部分の前記外側縁部と前記シート状の吸音材の外周の間を延びるフランジ部分とを形成し、前記シート状の吸音材が、編んだモノフィラメント・ポリマー繊維からなる開口メッシュ布からなり、前記隔壁キャップが、前記共振器部分の前記外側縁部に沿って配置された接着剤フロー・バリアを備え、前記接着剤フロー・バリアが、平らにした前記モノフィラメント・ポリマー繊維からなる、隔壁キャップと、
   前記アンカ面を前記壁に接着させる接着剤であって、前記アンカ面の少なくとも一部分をカバーする接着剤とを備える、吸音構造。
2. 前記シート状の吸音材が、前記外周に沿って配置された１つ又は複数の折畳み補助部を備える、請求項１に記載の吸音構造。
3. 少なくとも２つの隔壁が、前記セルに配置され、前記隔壁キャップが、前記セル内で異なる深さに配置されている、請求項１に記載の吸音構造。
4. 前記吸音構造が、複数のセルのほぼ同じ深さに配置される複数の隔壁キャップを備える、請求項１に記載の吸音構造。
5. 厚さ及び外周を有するシート状の吸音材を備え、前記シート状の吸音材が共振器部分を備え、前記共振器部分が、外側縁部と、前記共振器部分の前記外側縁部と前記シート状の吸音材の外周との間を延びるフランジ部分とを有し、前記シート状の吸音材が、編んだモノフィラメント・ポリマー繊維からなる開口メッシュ布からなり、前記シート状の吸音材が、前記共振器部分の前記外側縁部に沿って配置された接着剤フロー・バリアを備え、前記接着剤フロー・バリアが、平らにした前記モノフィラメント・ポリマー繊維からなる、隔壁キャップ前身。
6. 前記シート状の吸音材が、前記外周に沿って配置された１つ又は複数の折畳み補助部を備える、請求項５に記載の隔壁キャップ前身。
7. 前記共振器部分の外側縁部が六角形である、請求項５に記載の隔壁キャップ前身。
8. 前記外周が八角形である、請求項５に記載の隔壁キャップ前身。
9. 騒音源の近くに配置されるようにされた吸音構造を作製する方法であって、
   前記騒音源の最も近くに配置される第１の縁部と、第２の縁部とを備えるハニカムであって、前記ハニカムがさらに、前記第１の縁部と第２の縁部との間を延在する複数の壁を備え、前記壁が複数のセルを画定し、前記セルがそれぞれ、前記壁に垂直に測定した断面領域及び前記第１の縁部と第２の縁部と間の距離によって画定された深さを有する、ハニカムを提供するステップと、
   シート状の吸音材を提供するステップであって、前記シート状の吸音材が、編んだモノフィラメント・ポリマー繊維からなる開口メッシュ布からなり、前記シート状の吸音材が、平らにした前記モノフィラメント・ポリマー繊維からなる接着剤フロー・バリアを有する、シート状の吸音材を提供するステップと、
   前記シート状の吸音材から、外側縁部を有する共振器部分と、前記共振器部分の前記外側縁部と前記シート状の吸音材の外周との間を延在するフランジ部分とを備えた隔壁キャップを形成するステップであって、前記接着剤フロー・バリアが、前記共振器部分の前記外側縁部に沿って配置される、ステップと、
   前記ハニカムのセルに前記隔壁キャップを挿入するステップであって、前記フランジ部分が、前記壁と接触する、ステップと、
   前記アンカ留めフランジ部分を前記壁に接着剤で接着するステップと
   を含む、吸音構造作製方法。
10. 前記シート状の吸音材が、前記外周に沿って配置された１つ又は複数の折畳み補助部を備えている、請求項９に記載の吸音構造を作製する方法。

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