JP5731921B2 - 吸音構造体 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ディーゼルエンジン用の過給機の吸気口に設けられるサイレンサに適用される吸音構造体に関する。

ディーゼルエンジン用の軸流式排気ターボ過給機において、コンプレッサの吸気口側に、複数の吸気用エレメントを内蔵する吸気サイレンサを配置することが行われている（特許文献１，２参照）。

特開２００６−１９４１６１号公報 特開２００５−０６９２２８号公報

かかる過給機のコンプレッサの吸気口側に設けられる吸気サイレンサには、０．６３〜３．１５ｋＨｚと中音域から高音域まで広い周波数帯域（１／３オクターブバンド中心周波数）で高い吸音性能が要求される。従来の吸音材で、このような中音域から高音域まで高い吸音性能を確保するためには、吸音材を厚くする必要があるが、吸音材を厚くすると空気の流路が狭くなり、気流抵抗が増えるとともに高音域の吸音性能が低下する傾向がある。

本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、広い周波数帯域において好適な吸音性能を実現することが可能な吸音構造体を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の吸音構造体は、不織布からなる第一の吸音材と、前記第一の吸音材の両面に配置された、不織布からなる第二の吸音材と、を備え、前記第二の吸音材の流れ抵抗は、前記第一の吸音材の流れ抵抗よりも大きく、前記第二の吸音材は、一体に形成された当該第二の吸音材を折り曲げることによって前記第一の吸音材を挟み込んでおり、前記第二の吸音材の両端部が向かい合った側において、前記第一の吸音材の端部及び前記第二の吸音材の両端部を互いに固定する第一の固定部材を備えており、前記第一の吸音材及び前記第二の吸音材は、前記第一の固定部材側から前記第二の吸音材が折り曲げられた側に向かって、凸状に屈曲形成されていることを特徴とする。

かかる構成によると、流れ抵抗が異なる二種類の吸音材によって吸音するので、広い周波数帯域（中高音域（０．６３〜３．１５ｋＨｚ））において吸音することができる。また、音波が流れ抵抗の大きい第二の吸音材に先に入力され、続いて流れ抵抗の小さい第一の吸音材に入力されることによって、音波が第二の吸音材から出射して第一の吸音材に入射する際に多くの音響入射エネルギーが熱エネルギーに変換されるので、より好適な吸音性能を実現することができる。

また、前記第二の吸音材の嵩密度は、前記第一の吸音材の嵩密度よりも大きい構成であってもよい。

かかる構成によると、嵩密度が大きい第二の吸音材が外側に配置された構造を採用しているので、嵩密度が小さい第一の吸音材が外側に配置された構造と比べて、吸音部分の表面の強度（引き裂き強度等）の向上を実現することができる。

また、前記吸音構造体は、前記第二の吸音材の前記第一の吸音材とは反対側の面に配置された、音波を透過可能な一対の表面保護材と、前記第一の吸音材、前記第二の吸音材及び前記一対の表面保護材を、前記表面保護材の両端部において固定する一対の第二の固定部材と、をさらに備え、前記一対の表面保護材は、凸状に屈曲形成されており、前記第一の吸音材及び前記第二の吸音材は、前記一対の表面保護材に挟み込まれることによって、凸状に屈曲形成される構成であってもよい。

かかる構成によると、第一の吸音材及び第二の吸音材を物体の衝突等から好適に保護することができる。

また、複数の前記第一の吸音材が、層状に配置されており、複数の前記第一の吸音材の前記第一の固定部材側から前記第二の吸音材が折り曲げられた側への長さは、中央の前記第一の吸音材から両端の前記第一の吸音材にいくにつれて短くなるように設定されている構成であってもよい。

かかる構成によると、表面保護材が曲面形状を呈する場合であっても、表面保護材に対する第一の吸音材及び第二の吸音材の組立体の沿い性を高めることができる。
また、前記第一の吸音材の凸側面には、凸状と直交する方向に延びる切り込みが形成されている構成であってもよい。

本発明によれば、広い周波数帯域において好適な吸音性能を実現することができる。

本発明の実施形態に係る過給機を示す一部破断斜視図である。 図１の吸気サイレンサを示す分解斜視図である。 図２の吸音構造体を示す分解斜視図である。 図２の吸音構造体を示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係る吸音構造体の第一の吸音材、第二の吸音材及び不織布の組立体を示す側面図である。 本発明の実施例に係る吸音構造体の吸音率を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、本発明の吸音構造体をディーゼルエンジン用の過給機の吸気口に設けられる吸気サイレンサに適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

≪過給機≫
図１に示すように、本発明の実施形態に係る過給機１は、ディーゼルエンジンに適用される軸流式排気ターボ過給機であり、ケーシング１１ａ及びケーシング１１ｂから構成される排気タービンケーシング１１と、コンプレッサケーシング１２と、排気タービンケーシング１１とコンプレッサケーシング１２との間に延設されたタービンシャフト１３と、コンプレッサケーシング１２の吸気口側に設けられた吸気サイレンサ２０と、を備える。タービンシャフト１３は、軸受（図示せず）によって軸線まわりに回転可能に支持されている。タービンシャフト１３の排気タービンケーシング１１側端部には、タービン翼を有するタービンディスク１３ａが取り付けられており、コンプレッサケーシング１２側端部には、コンプレッサホイール１３ｂが取り付けられている。かかる過給機１は、ケーシング１１ｂ内に供給された排気によってタービンシャフト１３を回転させ、吸気サイレンサ２０を介してコンプレッサケーシング１２の吸気口側に供給された空気を圧縮し、圧縮空気をコンプレッサケーシング１２の排出口１２ａから排出する。

≪吸気サイレンサ≫
図２に示すように、本発明の実施形態に係る吸気サイレンサ２０は、保持体２１と、円筒部（パンチングプレート）２２と、円筒部（フィルタマット）２３と、ラッシングベルト２４ａ〜２４ｃと、複数の吸音構造体３０，３０，・・・と、を備える。

保持体２１は、対向配置される一対の円板部２１ａ，２１ｂと、これら円板部２１ａ，２１ｂを繋ぐ複数の壁部（リブ）２１ｃ，２１ｃ，・・・と、を備える。円板部２１ｂには、吸音構造体３０を挿入するための複数の孔部２１ｂ１，２１ｂ１，・・・が形成されている。壁部（リブ）２１ｃは、円板部２１ａ，２１ｂの径方向に沿って設けられおり、タービンシャフト１３（図１参照）の回転方向Ｒに向かって凸となるように屈曲形成されている。円筒部（パンチングプレート）２２は、同径に形成された円板部２１ａ，２１ｂの外径と略同一の内径を呈し、円筒部（フィルタマット）２３は、円筒部２２の外径と略同一の内径を呈する。すなわち、内側から保持体２１、円筒部２２、円筒部２３の順に配置されている。円筒部（パンチングプレート）２２は、ターンバックル（図示せず）によって保持体２１に対して固定され、円筒部（フィルタマット）２３は、円筒部２３の外周に設けられたラッシングベルト２４ａ〜２４ｃによって保持体２１及び円筒部（パンチングプレート）２２の組立体に対して固定される。

複数の吸音構造体３０，３０，・・・は、主としてコンプレッサケーシング１２内で発生する騒音を吸音するものであり、円板部２１ｂに形成された複数の孔部から保持体２１内に収容される。吸音構造体３０は、壁部２１ｃ（図１参照）と同様、タービンシャフト１３（図１参照）の回転方向Ｒ（図２参照）に向かって凸となるように屈曲形成されている。これは、コンプレッサケーシング１２へ供給される空気を流れやすくするための措置である。

≪吸音構造体≫
図３及び図４に示すように、吸音構造体３０は、第一の吸音材３１と、第二の吸音材３２と、一対の表面保護材３３，３３と、を備える。

第一の吸音材３１は、ポリエステル等の高分子繊維から形成された不織布からなる平板部材であり、両面から入力された音波の音響入射エネルギーを熱エネルギーに変換することによって吸音することができる。

第二の吸音材３２は、第一の吸音材３１の両面に配置された、ポリエステル等の高分子繊維から形成されたフェルト状の不織布からなる平板部材であり、両面から入力された音波の音響入射エネルギーを熱エネルギーに変換することによって吸音することができる。本実施形態において、第二の吸音材３２は、折り曲げられて第一の吸音材３１を挟み込むように配置される。

第二の吸音材３２の流れ抵抗は、第一の吸音材３２の流れ抵抗よりも大きい。ここで、第一の吸音材３１及び第二の吸音材３２の流れ抵抗は、平板状の各吸音材３１，３２の面に直交する方向における流れ抵抗である。また、第二の吸音材３２の嵩密度は、第一の吸音材の嵩密度よりも大きい。

一対の表面保護材３３，３３は、第二の吸音材３２の外側面（第一の吸音材３１とは反対側の面）に配置された、複数の開口３３ａ，３３ａを介して音波を透過可能な部材であり、壁部２１ｃ（図１参照）と同様、タービンシャフト１３（図１参照）の回転方向Ｒ（図２参照）に向かって凸となるように屈曲形成されている。表面保護材３３としては、金網、パンチングメタル等、開口を有する金属製部材が好適に使用可能であり、その開口率は、２０％以上であることが望ましい。

ここで、本実施形態に係る吸音構造体３０の製造方法について簡単に説明する。まず、第二の吸音材３２を折り曲げることによって、第一の吸音材３１を挟み込み、第二の吸音材３２の両端部が向かい合った側において、固定部材Ａ１によって第一の吸音材３１及び第二の吸音材３２を固定する。続いて、前記工程で得られた組立体の両面に表面保護材３３，３３を配置し、一対の固定部材Ａ２，Ａ３によって組立体及び表面保護材３３，３３を固定する。

なお、第二の吸音材３２は、縦配向（繊維が第二の吸音材３２の厚み方向に延びるように配列されている）であることが望ましい。かかる構成によると、第一の吸音材３１を挟み込むように折り曲げたり、表面保護材３３に沿って屈曲させたりする際に好適に変形させることができる。また、第一の吸音材３１の凸側面において凸状と直交する方向に延びる切り込み３１ａを形成することによって、屈曲時に切り込み３１ａが開くようにし、表面保護材３３に沿って屈曲させやすくする構成であってもよい。

本実施形態に係る吸音構造体３０には、その両面から音波が入力される。入力された音波は、表面保護材３３を介して第二の吸音材３２に入力され、第二の吸音材３２によって音波の音響入射エネルギーが熱エネルギーに変換される。第二の吸音材３２に入力された音波のうち、熱エネルギーに変換されなかった分は、続いて第一の吸音材３１に入力され、第二の吸音材３２よりも流れ抵抗が小さい第一の吸音材３１によって音波の音響入射エネルギーが熱エネルギーに変換される。このように、本発明の実施形態に係る吸音構造体３０は、流れ抵抗が異なる二種類の吸音材３１，３２によって吸音するので、広い周波数帯域において吸音することができる。また、音波が流れ抵抗の大きい第二の吸音材３２に先に入力され、続いて流れ抵抗の小さい第一の吸音材３１に入力されることによって、音波が第二の吸音材３２から出射して第一の吸音材３１に入射する際に多くの音響入射エネルギーが熱エネルギーに変換されるので、より好適な吸音性能を実現することができる。また、本実施形態に係る吸音構造体３０は、その両面から入力される音波の音響入射エネルギーを熱エネルギーに変換することによって吸音するので、その両面側で空気が流れる吸気サイレンサ２０用として好適である。
また、第一の吸音材３１の流れ抵抗は、０．０４×１０^３〜０．１×１０^３Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^３であり、第二の吸音材３２の流れ抵抗は、１．５×１０^３〜２．２×１０^３Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^３であることが望ましく、吸音構造体３０としての総合的な流れ抵抗は、１．８×１０^３〜２．４×１０^３Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^３であることが望ましい。かかる構成によると、第一の吸音材３１が高音域（１．００〜４．００ｋＨｚ）の音波を吸音し、第二の吸音材３２が比較的中音域（０．６３〜１．２５ｋＨｚ）の音波を吸音するとともに、第一の吸音材３１及び第二の吸音材３２の相互作用によって吸音効果を高めることができるので、０．６３〜３．１５ｋＨｚという広い周波数帯域において好適な吸音性能を実現することができる。

本実施形態に係る吸音構造体３０は、嵩密度が大きい第二の吸音材３２が外側に配置された構造を採用しているので、嵩密度が小さい第一の吸音材３１が外側に配置された構造と比べて、吸音部分の表面の強度（引き裂き強度等）の向上を実現することができる。

なお、前記実施形態においては、第一の吸音材３１は、単一層から構成されているが、図５に示すように、第一の吸音材３１は、複数層から構成されていてもよい。図５（ａ）において、第一の吸音材３１は、６層の板状部材から構成されており、図５（ｂ）において、第一の吸音材３１は、７層の板状部材から構成されている。そして、複数層の板状部材のうち、中央のものは長く、両端のものほど短く形成されていることによって、曲面形状を呈する表面保護材３３に対する第一の吸音材３１及び第二の吸音材３２の組立体の沿い性を高め、表面保護材３３に対する組立体の抵抗を小さくすることができる。なお、図５においては、複数層構造を説明するため、吸音構造体３０の厚みを誇張して図示している。

続いて、本発明の実施例について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施例に係る吸音構造体の吸音率を示すグラフである。

第一の実施例においては、第一の吸音材３１として、流れ抵抗０．０５×１０^３Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^３、嵩密度約６４ｋｇ／ｍ^３、厚さ約５ｍｍのポリエステル製の不織布からなる板状部材を６枚用いて複数層（６層）構造を構成し、第二の吸音材３２として、流れ抵抗１．９×１０^３Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^３、嵩密度約１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ約５ｍｍのポリエステル製のフェルト状不織布からなる板状部材を用い、厚さ約３０ｍｍ、直径１００ｍｍで総合的な流れ抵抗が１．９５×１０^３Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^３の吸音構造体３０のサンプルを製造し、かかる吸音構造体３０の１／３オクターブバンド周波数の吸音率を、音波をサンプルに対して垂直に入射して反射した音波のエネルギーを測定し、入射した音波のエネルギーと反射した音波のエネルギーとの差に基づいて吸音率を算出する、いわゆる垂直入射法で計測した。
比較例においては、嵩密度約５０ｋｇ／ｍ^３、厚さ約３０ｍｍのグラスウールからなる従来の吸音構造体の１／３オクターブバンド周波数の吸音率を垂直入射法で計測した。
図６に示すように、実施例に係る吸音構造体３０は、中高音域（０．６３〜３．１５ｋＨｚ）において、比較例に係る吸音構造体よりも高い吸音性能を発揮することがわかった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。本発明の吸音構造体３０は、例えば、船舶、陸上における発電等に用いられるディーゼルエンジンに適用される軸流式排気ターボ過給機等の過給機に適用可能である。また、本発明の吸音構造体３０は、第二の吸音材３２を折り曲げることによって第一の吸音材３１を挟む込む構成に代えて、平板状の２枚の第二の吸音材３２によって第一の吸音材３１を挟み込む構成であってもよい。

１ 過給機
２０ 吸気サイレンサ
３０ 吸音構造体
３１ 第一の吸音材
３２ 第二の吸音材
３３ 表面保護材

Claims (5)

1. 不織布からなる第一の吸音材と、
   前記第一の吸音材の両面に配置された、不織布からなる第二の吸音材と、
   を備え、
   前記第二の吸音材の流れ抵抗は、前記第一の吸音材の流れ抵抗よりも大きく、
   前記第二の吸音材は、一体に形成された当該第二の吸音材を折り曲げることによって前記第一の吸音材を挟み込んでおり、
   前記第二の吸音材の両端部が向かい合った側において、前記第一の吸音材の端部及び前記第二の吸音材の両端部を互いに固定する第一の固定部材を備えており、
   前記第一の吸音材及び前記第二の吸音材は、前記第一の固定部材側から前記第二の吸音材が折り曲げられた側に向かって、凸状に屈曲形成されている
   ことを特徴とする吸音構造体。
2. 前記第二の吸音材の嵩密度は、前記第一の吸音材の嵩密度よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
3. 前記第二の吸音材の前記第一の吸音材とは反対側の面に配置された、音波を透過可能な一対の表面保護材と、
   前記第一の吸音材、前記第二の吸音材及び前記一対の表面保護材を、前記表面保護材の両端部において固定する一対の第二の固定部材と、
   をさらに備え、
   前記一対の表面保護材は、凸状に屈曲形成されており、
   前記第一の吸音材及び前記第二の吸音材は、前記一対の表面保護材に挟み込まれることによって、凸状に屈曲形成される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸音構造体。
4. 複数の前記第一の吸音材が、層状に配置されており、
   複数の前記第一の吸音材の前記第一の固定部材側から前記第二の吸音材が折り曲げられた側への長さは、中央の前記第一の吸音材から両端の前記第一の吸音材にいくにつれて短くなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の吸音構造体。
5. 前記第一の吸音材の凸側面には、凸状と直交する方向に延びる切り込みが形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の吸音構造体

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