JP6114080B2 - 遮音パネル構造、および建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、遮音パネル構造に関する。

従来より、遮音性の向上を図ったパネル構造がある（例えば特許文献１〜３など）。これらの技術は、２枚のパネルと、２枚のパネルの間に形成された内部空間と、内部空間内に配置された吸音材と、を備える。

実開昭６２−１９６２５５号公報 特開平１１−２０６５４６号公報 特開平１０−２０５０２２号公報

上記技術では、遮音性を確保するには、内部空間を大きくする必要がある。具体的には、パネルの全面（「全面」には「ほぼ全面」を含む、以下同様）にわたって内部空間が形成される必要がある。すなわち、２枚のパネル同士の接触が極力少なくなるように構成される必要がある。その理由は、内部空間内に吸音材を設けたとしても、内部空間が無い部分（２枚のパネル同士の接触部）で振動が伝播してしまい、遮音性能を十分確保できないからである。

一方で、パネルの剛性確保のみを考えると、上記の内部空間はパネルの全面に形成される必要はない場合がある。例えば、パネルの一部に突出部（詳細は後述）を持つような構造によって、パネルの剛性を確保できる場合がある。

そこで本発明は、内部空間を大きくする必要なく遮音性を確保できる、遮音パネル構造を提供することを目的とする。

本発明の遮音パネル構造は、パネルと、前記パネルの内部に形成された内部空間と、前記内部空間に設けられた振動体と、を備える。前記振動体は、前記パネルの厚さ方向に振動可能な錘と、前記パネルの内面と前記錘とをつなぐ弾性体と、を備える。

上記構成により、内部空間を大きくする必要なく遮音性を確保できる。

遮音パネル構造１０を備える建設機械を示す図である。 図１に示す遮音パネル構造１０をパネル厚さ方向から見た図である。 図２に示す遮音パネル構造のIII断面図（模式図）である。 （ａ）〜（ｃ）：図３に示す遮音パネル構造の具体例を示す図である。 図２に示す遮音パネル構造のVa断面図である。 （ａ）〜（ｃ）：第２実施形態の図４（ａ）相当図である。 第３実施形態の図２相当図である。 第４実施形態の図４（ａ）相当図である。 図３に示す遮音パネル構造を透過する伝播音の音圧レベルと周波数との関係を示すグラフである。

（第１実施形態）
図１〜図５を参照して第１実施形態の遮音パネル構造１０を備える建設機械１について説明する。

建設機械１は、図１に示すように、建設作業を行う機械であり、例えば建設車両であり、例えばショベルである。建設機械１は、下部走行体３と、上部旋回体５と、を備える。下部走行体３は、建設機械１を走行させる部分である。

上部旋回体５は、下部走行体３に対して旋回可能に、下部走行体３に搭載される。上部旋回体５は、旋回フレーム６と、エンジンルーム７と、キャブ８と、を備える。

旋回フレーム６は、下部走行体３に取り付けられる構造物である。旋回フレーム６には、図示しないアタッチメントが取り付けられる。

エンジンルーム７は、エンジン等の機械（図示なし）が内部に配置される部分（区画）である。上記「エンジン等の機械」には、エンジン、油圧ポンプ、及び、エンジンの冷却装置などがある。エンジンルーム７は、旋回フレーム６に固定される。

キャブ８は、建設機械１の運転室である。キャブ８は、旋回フレーム６に取り付けられる（例えば固定される）。キャブ８は、エンジンルーム７に隣接して配置される。キャブ８は、遮音パネル構造１０を備える（キャブ８は、言わば高遮音キャブである）。

遮音パネル構造１０は、遮音のための構造（板等を組み合わせたもの）である。遮音パネル構造１０は、キャブ８の外から内への騒音を遮音する。遮音パネル構造１０は、キャブ８の外壁の少なくとも一部に設けられる。例えば、遮音パネル構造１０は、キャブ８内とエンジンルーム７とを仕切るリアパネルに設けられる。また例えば、遮音パネル構造１０は、キャブ８の底面（旋回フレーム６と対向する面）であるフロアパネルに設けられてもよい（図示なし）。図３に示すように、遮音パネル構造１０は、パネル２０と、内部空間３０と、振動体４０と、を備える。

パネル２０は、全体として板状の部材である。ここで、パネル２０の厚さ方向を、パネル厚さ方向Ｘとする。パネル２０は、板状部２１と、突出部２３と、内面２５と、を備える。

板状部２１は、パネル２０のうち板状の部分である（詳細は後述）。

突出部２３は、板状部２１に対して、パネル厚さ方向Ｘ（板状部２１の厚さ方向）に突出する。図２に示すように、パネル厚さ方向Ｘから見たとき、突出部２３の形状は、例えば矩形状であり（円形状などでもよい）、例えば線状であり、例えば直線状である（曲線状でもよい）。なお、図２では、３本の直線状の突出部２３を示している。突出部２３の本数や延びる方向は様々に変更してもよい。線状の突出部２３同士が交差してもよい。ここで、線状の突出部２３の幅方向を幅方向Ｙとする。例えば、図４（ａ）に示すように、突出部２３は、板状部２１からパネル厚さ方向Ｘに離れるほど幅（幅方向Ｙの長さ）が狭くなる。また例えば、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、突出部２３の幅は、パネル厚さ方向Ｘの位置にかかわらず一定でもよい。

内面２５は、図３に示すように、板状部２１の内面と突出部２３の内面とで構成される。内面２５のうち、パネル厚さ方向Ｘに直交する２面を内面２５ａ及び内面２５ｂとする。内面２５のうち、内面２５ａと内面２５ｂとの端部（幅方向Ｙにおける端部）同士をつなぐ２面を内面２５ｃ及び内面２５ｄとする。

（パネル２０の具体的構成）
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、パネル２０は、具体的には例えば、次の［構成ａ１］〜［構成ｃ１］のように構成される。

［構成ａ１］図４（ａ）に示すように、パネル２０は、言わば二重パネルである。パネル２０は、１枚の平板のパネル構成部材２０Ａと、１枚の板状のパネル構成部材２０Ｂと、を備える。パネル構成部材２０Ｂは、平板部２０Ｂａと、凸部２０Ｂｂと、を備える。平板部２０Ｂａは、パネル構成部材２０Ａに固定される。平板部２０Ｂａは、パネル２０の板状部２１を構成する。凸部２０Ｂｂは、平板部２０Ｂａに対して突出する。凸部２０Ｂｂは、パネル２０の突出部２３を構成する。

［構成ｂ１］図４（ｂ）に示すように、パネル２０は、１枚の平板のパネル構成部材２０Ａと、梁状部材であるパネル構成部材２０Ｃと、を備える。パネル構成部材２０Ｃの断面は、例えば四角形であり、例えば長方形である。パネル構成部材２０Ｃは、パネル構成部材２０Ａに固定される固定部２０Ｃａと、それ以外の部分２０Ｃｂと、を備える。固定部２０Ｃａは、パネル２０の板状部２１を構成する。部分２０Ｃｂは、パネル２０の突出部２３を構成する。

［構成ｃ１］図４（ｃ）に示すように、パネル２０は、１枚の平板のパネル構成部材２０Ａと、１枚の板状のパネル構成部材２０Ｄと、を備える。パネル構成部材２０Ｄは、固定部２０Ｄａと、凸部２０Ｄｂと、を備える。固定部２０Ｄａは、パネル構成部材２０Ａに固定される。固定部２０Ｄａは、パネル２０の板状部２１を構成する。凸部２０Ｄｂは、固定部２０Ｄａに対して突出する。凸部２０Ｄｂは、パネル２０の突出部２３を構成する。
なお、パネル２０の構成（各構成部材の形状や配置等）は適宜変更できる。

内部空間３０は、図３に示すように、パネル２０の内部に形成される。内部空間３０は、突出部２３の内側に形成される。内部空間３０は、内面２５により囲まれた（閉じられた、又は、ほぼ閉じられた）空間である。図４（ａ）に示すように、パネル２０が上記［構成ａ１］の場合、内部空間３０は、パネル構成部材２０Ａの内面と、パネル構成部材２０Ｂの凸部２０Ｂｂの内面と、で囲まれた部分である。図４（ｂ）に示すように、パネル２０が上記［構成ｂ１］の場合、内部空間３０は、パネル構成部材２０Ｂの内面で囲まれた部分である。図４（ｃ）に示すように、パネル２０が上記［構成ｃ１］の場合、内部空間３０は、パネル構成部材２０Ａの内面と、パネル構成部材２０Ｄの凸部２０Ｄｂの内面と、で囲まれた部分である。

振動体４０は、図３に示すように、パネル２０に対して振動する部材である。振動体４０は、内部空間３０に設けられる。振動体４０は、錘４１と、弾性体４３と、を備える。

錘４１は、パネル厚さ方向Ｘ（パネル２０の厚さ方向、板状部２１の厚さ方向）に振動可能に構成される。錘４１は、例えば、パネル厚さ方向Ｘにおける内部空間３０の中央部に配置される。錘４１は、内面２５との間に間隔を開けて配置される。錘４１の形状は、例えば柱状、また例えば板状、また例えば球状（図６（ｃ）参照）などである。錘４１の表面のうち、内面２５ａに近い部分（対向する部分、面）を部分４１ａとし、内面２５ｂに近い部分（対向する部分、面）を部分４１ｂとする。

弾性体４３は、パネル２０に対して錘４１を振動可能とするための部材である。弾性体４３は、パネル２０の内面２５と錘４１とをつなぐ。弾性体４３は、内面２５ａと部分４１ａとをつなぐ。弾性体４３は、内面２５ｂと部分４１ｂとをつなぐ。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、弾性体４３は、内面２５ａ（図３参照）及び内面２５ｂ（図３参照）の少なくとも一部に接触する（全面に接触してもよい）。弾性体４３は、錘４１の表面全面に接触する（錘４１の表面の一部にのみ接触してもよい）。

この弾性体４３は、吸音材であることが好ましい。弾性体４３は、例えば、発泡材などの多孔質吸音材である。なお、図３に示すように、弾性体４３を吸音材以外のものとしてもよい。この「吸音材以外のもの」には、ゴム、板ばね、及びコイルばね等がある。図５に示すように、弾性体４３の表面には、面４３ａと面４３ｂとがある。なお、図５では、錘４１の図示を省略している。

面４３ａ及び面４３ｂは、パネル厚さ方向Ｘに直交する面である。面４３ａ及び面４３ｂのうち、パネル２０の内面２５ａに近い側の面が面４３ａであり、内面２５ｂに近い側の面が面４３ｂである。面４３ａは、内面２５ａに接触（かつ対向）する。面４３ｂは、内面２５ｂに接触（かつ対向）する。

（効果１）
図３に示す遮音パネル構造１０による効果を説明する。遮音パネル構造１０は、パネル２０と、パネル２０の内部に形成された内部空間３０と、内部空間３０に設けられた振動体４０と、を備える。
［構成１］振動体４０は、パネル厚さ方向Ｘ（パネル２０の厚さ方向）に振動可能な錘４１と、パネル２０の内面２５と錘４１とをつなぐ弾性体４３と、を備える。

上記［構成１］により、錘４１及び弾性体４３は、パネル２０の振動を吸収する動吸振器として作用する。具体的には、錘４１及び弾性体４３は、パネル厚さ方向Ｘのパネル２０の振動を打ち消す向きに、パネル２０に力を加える。よって、錘４１の共振周波数において、パネル厚さ方向Ｘのパネル２０の振動が抑制される。ここで、内部空間３０の大きさは、振動体４０を設けることが可能な大きさで足りる。すなわち、内部空間３０が、パネル２０の全面（ほぼ全面を含む）にわたって形成される必要はない。よって、遮音パネル構造１０では、内部空間３０を大きくする（全面にわたって形成する）必要なく遮音性を確保できる。なお、内部空間３０を、パネル２０の全面にわたって形成してもよい。

（効果２）
パネル２０は、板状の板状部２１を備える。パネル２０は、板状部２１に対してパネル厚さ方向Ｘに突出する突出部２３を備える。内部空間３０は、突出部２３の内側に形成される。

上記構成では、パネル２０は、突出部２３を備える。よって、パネル２０の全面にわたって内部空間３０を形成する場合に比べ、軽量なパネル２０で剛性を確保できる。よって、遮音パネル構造１０を軽くできる。その結果、遮音パネル構造１０を用いた機械の、消エネ化やコスト低減ができる。

（効果３）
図４（ａ）に示すように、弾性体４３は、吸音材である。また、上述したように、弾性体４３を含む振動体４０は、内部空間３０に設けられる。
この構成では、吸音材である弾性体４３により、内部空間３０の共鳴音が吸音される。よって、遮音パネル構造１０の遮音性能をより向上させることができる。

（他の効果１）
図５に示すように、内面２５のうちパネル厚さ方向Ｘに直交する内面２５ａ・内面２５ｂと、弾性体４３の面のうちパネル厚さ方向Ｘに直交する面４３ａ・面４３ｂと、が接触する。
この構成では、遮音パネル構造１０がパネル厚さ方向Ｘに振動する（変形する）と、パネル２０の内面２５ａ・内面２５ｂと、弾性体４３の面４３ａ・面４３ｂとが、せん断変形する。このせん断変形により、パネル２０の振動が減衰する。よって、遮音パネル構造１０の遮音性能をより向上させることができる。

（他の効果２）
図１に示すように、遮音パネル構造１０は、建設機械１のキャブ８に用いられる。
この構成では、キャブ８の外部から内部に伝わる騒音を抑制できる。その結果、キャブ８の内部のオペレータ（建設機械１の操作者）の耳元騒音を抑制できる。その結果、オペレータの作業環境を改善できる。

（他の効果３）
遮音パネル構造１０は、エンジンルーム７とキャブ８の内部とを仕切る。
この構成では、キャブ８の外部から内部に伝わる騒音として特に大きい、エンジンルーム７からキャブ８の内部に伝わる騒音（例えばエンジンや油圧ポンプから伝わる騒音）を抑制できる。

（第２実施形態）
図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照して、第２実施形態の遮音パネル構造２１０について、第１実施形態の遮音パネル構造１０（図３（ａ）参照）との相違点を説明する。図３（ａ）に示す遮音パネル構造１０では錘４１の数が１であったが、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す遮音パネル構造２１０では錘２４１の数が複数である。以下、上記相違点をさらに説明する。

錘２４１は、複数設けられる。複数の錘２４１の共振周波数（固有振動数）は互いに異なる。例えば、複数の錘２４１の質量は、互いに異なる。また例えば、複数の錘２４１の配置（例えば内面２５ａからの距離）は、互いに異なる。また例えば、複数の錘２４１につながれる（接触する）弾性体４３のばね定数は、互いに異なる。

この錘２４１は、例えば次の［構成ａ２］〜［構成ｃ２］のように設けられる。
［構成ａ２］図６（ａ）に示すように、錘２４１は、錘２４１Ａと錘２４１Ｂとを備える。錘２４１Ａと錘２４１Ｂとは、パネル厚さ方向Ｘに間隔を開けて並ぶように配置される。錘２４１Ａと錘２４１Ｂとは、突出部２３の幅方向Ｙに沿って延びる。
［構成ｂ２］図６（ｂ）に示すように、錘２４１は、錘２４１Ｃと錘２４１Ｄとを備える。錘２４１Ｃと錘２４１Ｄとは、突出部２３の幅方向Ｙに間隔を開けて並ぶように配置される。
［構成ｃ２］図６（ｃ）に示すように、錘２４１は、四角形断面の錘２４１Ｅ及び錘２４１Ｆと、円形断面の錘２４１Ｇ〜２４１Ｉと、を備える。錘２４１Ｅと錘２４１Ｆとは、質量が互いに異なる。錘２４１Ｇと錘２４１Ｈと錘２４１Ｉとは、配置（内面２５ａからの距離）が互いに異なる。
なお、複数の錘２４１の構成（数、配置、形状等）は適宜変更できる。

（効果４）
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す遮音パネル構造２１０による効果を説明する。
錘２４１は、複数設けられる。複数の錘２４１の共振周波数は、互いに異なる。
この構成では、錘２４１の共振周波数が複数ある。よって、遮音パネル構造２１０で遮音できる周波数帯域を広くできる。

（第３実施形態）
図７を参照して、第３実施形態の遮音パネル構造３１０について、第１実施形態の遮音パネル構造１０（図２参照）との相違点を説明する。図２に示す第１実施形態との相違点は、図７に示す振動体３４０の位置である。以下、上記相違点をさらに説明する。

（中心線Ｃ１，Ｃ２）パネル２０の形状（パネル厚さ方向Ｘから見たパネル２０の形状）は、例えば長方形などである。以下、パネル厚さ方向Ｘから見た場合について説明する。パネル２０の幅方向（短手方向）に延びる、パネル２０の中心線を中心線Ｃ１とする。パネル２０の長手方向に延びる、パネル２０中心線を中心線Ｃ２とする。

振動体３４０は、パネル２０の振動の腹の位置に配置される。振動体３４０は、低次の振動モードの振動の腹に配置される。低次とは、例えば１〜５次、１〜４次、１〜３次、１〜２次、１次などである。振動体３４０は、例えば以下のように複数設けられる（１つでもよい）。

振動体３４０Ｃは、（パネル厚さ方向Ｘから見た）パネル２０の中央に配置される。

振動体３４０ＬＵ、３４０ＬＢ、３４０ＲＵ、及び３４０ＲＢは、パネル２０を中心線Ｃ１及び中心線Ｃ２で４分割したときの各部分の中央に配置される。

振動体３４０ＣＵ及び振動体３４０ＣＢは、パネル２０を中心線Ｃ２で２分割したときの各部分の中央に配置されるとみなすことができる仮想的な振動体３４０である。振動体３４０ＣＵは、振動体３４０ＬＵと３４０ＲＵとを合成したものである。振動体３４０ＣＢは、振動体３４０ＬＢと３４０ＲＢとを合成したものである。

振動体３４０ＬＣ及び振動体３４０ＲＣは、パネル２０を中心線Ｃ１で２分割したときの各部分の中央に配置されるとみなすことができる仮想的な振動体３４０である。振動体３４０ＬＣは、振動体３４０ＬＵと３４０ＬＢとを合成したものである。振動体３４０ＲＣは、振動体３４０ＲＵと３４０ＲＢとを合成したものである。

（効果５）
図７に示す遮音パネル構造３１０による効果を説明する。
振動体３４０は、パネル２０の振動が特に大きい、振動の腹の位置に配置される。よって、パネル２０の振動をより抑制できる結果、遮音パネル構造３１０の遮音性能をより向上させることができる。

（他の効果）
建設機械１のキャブ８（図１参照）に、遮音パネル構造３１０が設けられ、かつ、低次（上記参照）の振動モードの振動の腹の位置に振動体３４０が配置された場合、次の効果がある。遮音パネル構造３１０では、建設機械１のキャブ８（図１参照）で特に問題となる低次の振動モードの振動による騒音を抑制できる。よって、キャブ８の内部の騒音（オペレータの耳元騒音）を、より抑制できる。

（第４実施形態）
図８を参照して、第４実施形態の遮音パネル構造４１０について、第１実施形態の遮音パネル構造１０（図４（ａ）参照）との相違点を説明する。図４（ａ）に示す第１実施形態では、吸音材である弾性体４３は、例えば多孔質吸音材であった。しかし、図８に示す第４実施形態では、吸音材である弾性体４４３は、多孔板である。以下、上記相違点をさらに説明する。

弾性体４４３は、多数の貫通孔が形成された多孔板である。弾性体４４３は、内面２５ａ及び内面２５ｂとの間に間隔を開けて配置される。すなわち、弾性体４４３は、弾性体４４３と内面２５ａとの間、及び、弾性体４４３と内面２５ｂとの間、それぞれに空気層（隙間）が形成されるように配置される。弾性体４３は、内面２５ｃと内面２５ｄとをつなぐ。弾性体４４３は、例えば突出部２３の幅方向Ｙに延びる。

（伝搬音解析）
図９に示すグラフに、伝播音（パネル厚さ方向Ｘにパネルを透過する音）の音圧レベルと、周波数との関係を示す。このグラフは、図３に示す遮音パネル構造１０（本発明）、及び、比較例のパネル構造（以下「比較例」）それぞれについてのグラフである。遮音パネル構造１０は、約８０Ｈｚでの遮音性能向上を狙ったものである。具体的には、錘４１の共振周波数を約８０Ｈｚに設定したものである。一方、比較例は、遮音パネル構造１０から振動体４０を取り除いたものである。図９に示すように、比較例では、約８０Ｈｚに騒音のピークがある。一方、遮音パネル構造１０では、比較例に比べ約８０Ｈｚの騒音を低減できている。

（変形例）
上記実施形態では、図１に示すように、遮音パネル構造１０は、建設機械１の例えばキャブ８に設けられた。しかし、遮音パネル構造１０は、キャブ８以外の部分（例えばエンジンルーム７の外壁など）に設けられてもよく、また、建設機械１以外の機械（騒音が問題となる、車両などの機械）に設けられてもよい。

１ 建設機械
７ エンジンルーム
８ キャブ
１０ 遮音パネル構造
２０ パネル
２１ 板状部
２３ 突出部
３０ 内部空間
４０、３４０ 振動体
４１、２４１ 錘
４３、４４３ 弾性体
３４０Ｃ 振動体（第１振動体）
３４０ＬＢ、３４０ＬＵ、３４０ＲＢ、３４０ＲＵ 振動体（第２振動体）
Ｃ１ 中心線（第１中心線）
Ｃ２ 中心線（第２中心線）

Claims (6)

1. パネルと、
   前記パネルの内部に形成された内部空間と、
   前記内部空間に設けられた振動体と、
   を備え、
   前記パネルの幅方向に延びる前記パネルの中心線を第１中心線とし、
   前記パネルの長手方向に延びる前記パネルの中心線を第２中心線とし、
   前記振動体は、
   前記パネルの厚さ方向から見たときの前記パネルの中央の位置であって前記パネルの振動の腹の位置に配置される第１振動体と、
   前記パネルの厚さ方向から見たとき、前記第１中心線と前記第２中心線とで前記パネルを４つの領域に分けたときの４つの領域それぞれの中央の位置であって、前記パネルの振動の腹の位置に配置される４か所の第２振動体と、
   を備え、
   前記第１振動体および４か所の前記第２振動体それぞれは、
   前記パネルの厚さ方向に振動可能な錘と、
   前記パネルの内面と前記錘とをつなぐ弾性体と、
   を備える遮音パネル構造。
2. 前記パネルは、
   板状の板状部と、
   前記板状部に対して前記板状部の厚さ方向に突出する突出部と、
   を備え、
   前記内部空間は、前記突出部の内側に形成される、
   請求項１に記載の遮音パネル構造。
3. 前記弾性体は吸音材である、
   請求項１または２に記載の遮音パネル構造。
4. 複数の前記錘の共振周波数は、互いに異なる、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の遮音パネル構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の遮音パネル構造を有するキャブを備える、
   建設機械。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の遮音パネル構造は、エンジンルームとキャブの内部とを仕切る、
   建設機械。

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