JP5819731B2 - 運搬用乗物の遮音方法及び装置 - Google Patents
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Description
本願は、2008年12月23日に出願された、米国仮出願第61/140,413号の優先権を主張し、その内容を本明細書に参考として組み込む。
本発明は、運搬用乗物(例えば、航空機、自動車、列車、及び船舶など)に有用な遮音方法に関し、別の態様では、乗物内の音波を減衰させる、又は遮音するのに使用する装置に関する。
本特許出願で使用される場合:
「高耐熱性材料」とは、最大で少なくとも約500℃までの温度で、溶融しない、流動しない、分解しない、あるいは形状が実質的に変化しない材料を意味する。
上記に引用した本発明の方法で使用される音波バリアの粘弾性構成成分として好適な材料は、(好ましくは少なくとも周波数の可聴帯域内で)横波音波の伝播速度の少なくとも30倍(好ましくは少なくとも50倍、より好ましくは少なくとも75倍、最も好ましくは少なくとも100倍)である縦波音波の伝播速度を有する粘弾性固体及び液体を含む。有用な粘弾性固体及び液体は、周囲温度(例えば、約20℃)で、約5×106パスカル(Pa)以下の定常剪断プラトー弾性率(Go N)を有するものを含み、この定常剪断プラトー弾性率が、好ましくは材料のガラス転移温度(Tg)より約30ケルビン度(−243℃)〜約100ケルビン度(−173℃)高い温度範囲にわたって存在する。好ましくは、音波バリア中の粘弾性材料の少なくとも1つは、周囲温度(例えば、約20℃)で、約1×106Pa以下(より好ましくは、約1×105Pa以下)の定常剪断プラトー弾性率を有する。
本発明の方法で使用する音波バリアは、第1の密度を有する第1の媒質中に配置される実質周期的な(一次元、二次元又は三次元の)構造体のアレイを含み、前記構造体は、上述したように、第1の密度とは異なる第2の密度を有する第2の媒質から形成されている。そのようなアレイは、第1の媒質として、上述した粘弾性材料又は上述した弾性材料(又は、弾性材料の代わりとして第2の異なる粘弾性材料)のいずれかと、第2の媒質としてその2つのうちの他方とを使用することにより形成されてもよい。
本発明の方法で利用される遮音装置に使用する適切な高耐熱性材料としては、セラミック紙(例えば、Thermal Ceramics,Inc.(Augusta,GA)からKAOWOOL Paperとして、及びLydall,Inc.(Rochester,NH)から商品名LYTHERM Paperで市販されているアルミノケイ酸塩セラミック繊維紙、更には3M Company(St.Paul,MN)から3M NEXTEL Flame Shield AL−1として入手可能な、ポリイミドフィルムに封入されたセラミック繊維紙)、セラミック繊維織物(例えば、3M Company(St.Paul,MNから)商品名NEXTEL 312 AF−10 Aerospace Fabricで市販されている布地)、ガラス繊維織物(例えば、Ametek(Wilmington,DE)から商品名SILTEMP Silica Fabric Type 84CHで市販されている布地)、セラミック不織スクリム(例えば、3M Company(St.Paul,MN)から商品名NEXTEL 312 Ceramic Fibersで市販されている酸化セラミック繊維でできたスクリム)、及びガラス繊維不織スクリムが挙げられる。そのような材料は、公知の方法で製造することができる。適切な高耐熱性材料として、米国特許第6,670,291号(Tompkinsら)に記載のものが含まれ、この特許の明細書は、参考として本明細書に組み込むものとする。
本発明の方法で使用するのに適した遮音装置としては、(a)少なくとも1つの上記の音波バリアと、(b)所望により(しかし、好ましくは)、少なくとも1つの高耐熱性材料とを含む遮音装置が挙げられる。遮音装置の音波バリアの実質周期的な構造体のアレイは、第1の媒質及び第2の媒質を重ねてなる層を含む多層構造の形態の一次元アレイであるのが好ましい。
透過損失測定
Bruel & Kjaer Impedance Tube System Type 4206(100mm管、Bruel & Kjaer Sound & Vibration Measurement A/S,Denmark)を使用して透過損失測定を行った。4マイクロホン伝達関数試験法を使用して、周波数範囲50Hz〜1.6kHzで透過損失を測定した。
商用のARES動的レオメータ(TA Instruments of New Castle,Delawareから入手可能)で、材料の試験サンプルに対して、伸長モードで線形等温周波数掃引による動的機械分析(DMA)試験を行うことにより、レオロジー特性(例えば、定常剪断プラトー弾性率)を求めた。次いで、(22.7℃の室温とした)選択した基準温度での動的マスター曲線を得るために、時間−温度重ね合わせの原理を使用して、得られたデータをシフトした。動的マスター曲線をシフトするのに使用した水平移動因子をチェックしたところ、この水平移動因子が、Williams−Landel−Ferry(WLF)型に従うことが認められた。最終的に、Ninomiya−Ferry(NF)手順を使用して、得られた動的マスター曲線を室温(22.7℃)での定常線形伸長弾性率マスター曲線に変換した。ゴム引張係数プラトーの値を定常線形伸長弾性率マスター曲線から求め、材料の定常剪断プラトー弾性率についてはゴム伸長弾性率プラトー値の1/3とみなした。(例えば、Viscoelastic Properties of Polymers,2nd Edition,John Wiley & Sons,Inc.,New York(1980)の中の、John D.Ferryによるレオロジーデータ解析技術に関する考察を参照のこと)。
輻射パネル試験を用いて、輻射熱源及び火炎の両方に曝露した場合の本発明の遮音装置の可燃性及び火炎伝播特性を求めた。(Appendix FのPart VI〜Part 25を引用する)14 C.F.R.Part 25,Sections 25.856(a)で連邦航空局により示された方法に従って試験を行ったが、そのテキストは、参考として本明細書に組み込むものとする。試験方法の全詳細は、米国運輸省、連邦航空局(FAA)、Advisory Circular AC No:25.856−1(6/24/05に記録;www.fire.tc.faa.gov)で入手可能である。
シリコーンゴム1番:McMaster−Carr Inc.(Elmhurst,IL)から入手可能な商品番号86915K24、デュロメータ硬度40A、厚さ0.8mm、アクリル接着剤の裏当て付き、基本的に上記のように定めた室温22.7℃で定常剪断プラトー弾性率4.3×105Pa
シリコーンゴム2番:McMaster−Carr,Inc.,Elmhurst,ILから入手可能な商品番号86915K14、デュロメータ硬度40A、厚さ0.8mm、接着剤の裏当てなし
アルミニウム:アルミニウム箔、厚さ0.03mm、ブランド名Reynolds Wrap(商標)で市販、Alcoa Corp.,Pittsburgh,PAから入手可能
高耐熱性材料:3M(商標)Nextel(商標)Flame Shield AL−1、ポリイミドフィルムに封入されたセラミック繊維紙を含む火炎バリア、3M Company(St.Paul,MN)から入手可能
接着剤1番:3M(商標)Scotch−Weld(商標)7246−2B/A FST2要素構造エポキシ樹脂接着剤、3M Company(St.Paul,MN)から入手可能
接着剤2番:Dow Corning(商標)Q2−7406高温用シリコーン感圧接着剤(PSA)、ポリジメチルシロキサンゴム及び樹脂、55%固体、Dow Chemical Company(Midland,MI)から入手可能
(実施例1)
下記の表1に示すように、上記の材料を積層することで5層構造体を構築した。最初に、シリコーン1番層及びアルミニウム層を、シリコーン1番の2枚の各シート(それぞれ寸法は0.8mm×305mm×305mm)に接合された接着剤裏当てを使用して互いに貼り合わせた。シリコーンシートを、間に挟むアルミニウムシート(寸法は0.03mm×305mm×305mm)に貼り合わせて3層構造体を形成した。
実施例2の場合、下記の表1に示す上記の材料を積層することにより、5層構造体を構築した。最初に、トルエン中の10重量パーセント(%)の過酸化ベンゾイルを接着剤2番と混合して、過酸化物濃度が(接着剤固体を基準として)1.5重量%となるよう接着剤/触媒溶液を調製した。#48マイヤーバー(湿らせたフィルム厚さが0.109mm(4.3ミル))を使用して、接着剤/触媒溶液を2枚のシリコーン2番シート(それぞれ寸法は0.8mm×305mm×305mm)に塗布することによって、シリコーン2番層とアルミニウム層とを互いに貼り合わせた。溶媒を飛ばすために、結果としてコーティングされたシリコーンシートを60℃で10分間加熱した。次いで、コーティングされたシリコーンシートを、間に挟むアルミニウムシート(寸法は0.03mm×305mm×305mm)に貼り付け、得られた3層構造体を100℃で加熱して接着剤を硬化させた。
実施例4の場合、高耐熱性材料層(又はそれらに隣接する接着剤層)が3層構造体に追加されなかった(下記の表1を参照のこと)ことを除いて、基本的に実施例1を繰り返した。実施例5の場合、基本的に実施例4で説明したのと同様に3層構造体を作製した。次いで、アクリル接着剤(3M Company(St.Paul,MN)から入手可能な、厚さ0.127mmの3M(商標)9472LE−LSEアクリル接着剤転写テープ)を使用して、構造体の最外層(シリコーン1番)の一方に(前述と同じ寸法の)アルミニウムシートを接着し、次いで、(前述と同じ寸法の)別のシリコーン1番シートを、シリコーン1番の接着剤裏当てを使用して、得られたアルミニウム層に接着することにより、構造体に変更を加えた。これにより、最外層としてシリコーン1番を有する5層構造体が得られた(下記の表1を参照のこと)。
Claims (4)
- (a)少なくとも1つの音波バリアを含む、少なくとも1つの遮音装置を用意することであって、
前記音波バリアは、フォノニック結晶を有し、
該フォノニック結晶は、第1の密度を有する第1の媒質と、前記第1の密度とは異なる第2の密度を有する第2の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造体の形態の、複数の構造体からなる一次元で実質周期的なアレイを少なくとも1つ含み、
前記第1の媒質及び前記第2の媒質のうちの一方は、縦波音波の伝播速度と、横波音波の伝播速度とを有する粘弾性媒質であり、前記縦波音波の伝播速度は、前記横波音波の伝播速度の少なくとも30倍であり、
前記第1の媒質及び前記第2の媒質のうちの他方は、粘弾性媒質又は弾性媒質である、少なくとも1つの遮音装置を用意することと、
(b)運搬用乗物の音響源領域と音響受信領域との間に前記遮音装置を介在させることと、を含む、方法。 - 前記粘弾性媒質は、粘弾性固体、粘弾性液体及びそれらの組み合わせから選択され、
前記第1の媒質及び前記第2の媒質のうちの前記他方は、弾性媒質であり、
前記複数の構造体からなる実質周期的なアレイは、前記第1の媒質と前記第2の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造体の形態の一次元アレイであり、及び/又は、
前記音波バリアは、800Hz〜1500Hzの範囲にわたって20dB以上の透過損失をもたらし、前記音波バリアは、20cm以下の厚さを有する、請求項1に記載の方法。 - 前記遮音装置は、少なくとも1つの高耐熱性材料を更に含む、請求項1に記載の方法。
- (a)フォノニック結晶を有する少なくとも1つの音波バリアであって、
前記フォノニック結晶は、第1の密度を有する第1の媒質中と、第2の密度を有する第2の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造体の形態の、複数の構造体からなる一次元で実質周期的なアレイを少なくとも1つ含み、
前記第1の媒質及び前記第2の媒質のうちの一方は、縦波音波の伝播速度と、横波音波の伝播速度とを有する粘弾性媒質であり、前記縦波音波の伝播速度は、前記横波音波の伝播速度の少なくとも約30倍であり、
前記第1の媒質及び前記第2の媒質のうちの他方は、粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも1つの音波バリアと、
(b)少なくとも1つの高耐熱性材料と、を備える、遮音装置。
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