JP6114325B2 - 防音構造、および防音構造の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、防音構造、および防音構造の作製方法に係り、詳しくは、枠と、枠に固定された膜とが一体的に形成された防音セルが１つ、または２次元的に配置された複数からなり、ターゲットとなる周波数の音を選択的に強く遮蔽するための防音構造、およびこのような防音構造を作製するための防音構造の作製方法に関する。

一般的な遮音材は、質量が重ければ重いほど音を良く遮蔽するために、良好な遮音効果を得るために、遮音材自体が大きく重くなってしまう。一方、特に、低周波成分の音を遮蔽することは困難である。一般に、この領域は、質量則と呼ばれ周波数が２倍になると遮蔽が６ｄＢ大きくなることが知られている。
このように、従来のほとんどの防音構造は、構造の質量で遮音を行っていたために大きく重くなりまた低周波の遮蔽が困難という欠点があった。
これに対し、シートやフィルムに枠を張り合わせることで部材の剛性を高めた防音構造が報告されている（特許文献１および２参照）。この構造により、従来よりも軽量かつ薄い防音部材による防音構造を実現することができる。
特許文献１および２に開示の防音構造の場合、遮音の原理が上記質量則と異なる剛性則となるため薄い構造でも低周波成分をより遮蔽できる。この領域は、剛性則と呼ばれ、枠部分で膜振動が固定されることによって遮音がなされる。

特許文献１においては、貫通開口が形成された枠体と、該貫通開口の一方の開口を覆う吸音材を有し、吸音材の貯蔵弾性率が特定の範囲である吸音体が開示されている（要約、請求項１、段落[０００５]〜[０００７]、[００３４]等参照）。この吸音体は裏面における開口が施工面で閉じられて用いられる（段落［００１８］参照）。なお、吸音材の貯蔵弾性率は、吸音により吸音材に生じたエネルギのうち内部に保存する成分を意味する。
特許文献１では、枠体としては軽量化の点からは樹脂などの比重の低い材料が好ましいとされ（段落[００１９]参照）、実施例ではアクリル樹脂が用いられ（段落[００３０]参照）、吸音材としては熱可塑性樹脂を用いることができるとされ（段落[００２２]参照）、実施例では配合の材料を樹脂又は樹脂とフィラーの混合物とする吸音材を用いることにより（段落[００３０]〜[００３４]参照）、吸音体の大型化を招くことなく、低周波領域において高度な吸音効果を達成することができるとしている。

また、特許文献２には、複数の個々のセルに分割された、音響的に透過性のある２次元の剛性フレームと、剛性フレームに固定されたフレキシブルな材料のシートと、複数の錘と、を具備する音響減衰パネルであって、複数の個々のセルは、大体２次元セルであり、各錘は、各セルにそれぞれ錘が設けられるようにフレキシブルな材料のシートに固定され、音響減衰パネルの共鳴周波数は、個々の各セルの２次元形状、フレキシブルな材料の柔軟性、およびその上の各錘によって定義される音響減衰パネル、および音響減衰構造が開示されている（請求項１、１２、および１５、図４、第４欄等参照）。
特許文献１では、剛性フレームとしては支持体となる材料で、十分に剛性があり、軽量であることが好ましい点からアルミニウムまたはプラスチックのような材料が用いられ、フレキシブルな材料としてはゴム、またはナイロンのような材料等の弾性材料のような任意の適切なソフトな材料が用いられ、非常に薄く、軽量で、低周波数で遮音できる音響減衰パネルを、容易、かつ廉価に作製できるとしている。

特許第４８３２２４５号公報 米国特許第７３９５８９８号公報（対応日本特許公開：特開２００５−２５０４７４号公報参照）

ところで、特許文献１および２に開示された従来の膜状防音部材からなる防音構造は、材質の異なる膜と枠を接着材により貼り合せた構造となっている。
しかしながら、このような構成では、それら３つの物性（熱膨張率、剛性など）の差により、環境変化や経時劣化よる枠と膜の剥がれ、および防音特性の変化が生じてしまうという問題があった。
また、一般に、製造上においても、細い枠上に接着層を均一に塗布し、その上に膜を均一に接着し張り付けることは難度が高い作業であるため、防音構造の製造上においても接着剤による膜と枠の固定は好ましくないという問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を克服するものであって、膜と枠を同じ材料とし、一体形成することにより、環境変化や経時に対する耐性が高まり安定した防音性を得ることができることに加え、枠への膜の均一接着、貼り付け等の製造上の問題も回避することができる防音構造、および防音構造の作製方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、軽量で薄く、その貫通孔の位置および形状に遮蔽の周波数および大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、通気性があり、風および熱を通すことができ、熱がこもることが無く、機器、自動車、および一般家庭の用途に適し、作製適性に優れた防音構造、このような防音構造を確実、かつ容易に作製することができる防音構造の作製方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の防音構造は、１以上の防音セルを有する防音構造であって、１以上の防音セルの各々は、孔部を持つ枠と、孔部を覆うように枠に固定された振動可能な膜と、膜に穿孔された１以上の貫通孔と、を備え、枠の孔部の両方の端部は、共に閉塞されておらず、枠と膜とは、同じ材質からなり、一体的に形成され、防音構造は、１以上の防音セルの膜の共振周波数より低周波側に、１以上の防音セルの１以上の貫通孔に起因して定まり、かつ透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有し、遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に防音することを特徴とする。

ここで、１以上の防音セルは、２次元的に配置された複数の防音セルであることが好ましい。
また、さらに、膜に配置された錘を有することが好ましく、また、錘は、膜と同じ材質からなり、一体的に形成されていることが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の防音構造の作製方法は、上記防音構造を作製するに際し、圧縮成形または射出成形、インプリント、削り出し加工、および３次元形状形成（３Ｄ）プリンタのいずれかにより、枠と膜とを一体成形し、膜に１以上の貫通孔を穿孔することを特徴とする。

ここで、膜に錘を設けることが好ましく、また、膜に錘を一体成形することが好ましい。
また、１以上の防音セルの膜に１以上の貫通孔を、各防音セルの膜にエネルギを吸収する加工方法、又は物理的接触による機械加工方法によって穿孔することが好ましい。

本発明によれば、膜と枠を同じ材料とし、一体形成することにより、環境変化や経時に対する耐性が高まり安定した防音性を得ることができることに加え、枠への膜の均一接着、貼り付け等の製造上の問題も回避することができる。
また、本発明によれば、膜に１以上の貫通孔を穿孔することにより、軽量で薄く、その貫通孔の位置および形状に遮蔽の周波数および大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、通気性があり、風および熱を通すことができ、熱がこもることが無く、機器、自動車、および一般家庭の用途に適し、作製適性に優れた防音構造を提供することができる。
また、本発明によれば、このような防音構造を確実、かつ容易に作製することができる。

（Ａ）は、本発明の実施形態１に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。 図１（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造の周波数に対する透過損失遮音特性を示すグラフである。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造の孔部半径に対する共振周波数および第１遮蔽ピーク周波数を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る防音構造の一例を模式的に示す部分断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態３に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態４に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。 図６（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造の周波数に対する透過損失遮音特性を示すグラフである。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ図６（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造の錘半径に対する共振周波数および第１遮蔽ピーク周波数を示すグラフである。 （Ａ）は、本発明の実施形態５に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。 図９（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造の周波数に対する透過損失遮音特性を示すグラフである。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ図９（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造の貫通孔半径に対する共振周波数および第１次遮蔽ピーク周波数を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明の実施形態６に係る防音構造の作製方法の各工程の一例を模式的に示す部分断面図である。 本発明の実施形態７に係る防音構造の作製方法の一例を模式的に示す部分断面図である。 本発明の防音構造のパラメータＡに対する第１次遮蔽ピーク周波数を示すグラフである。 本発明の防音構造のパラメータＢに対する共振周波数を示すグラフである。

以下に、本発明に係る防音構造、および防音構造の作製方法を添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。

まず、本発明に係る防音構造について説明する。
（実施形態１）
図１（Ａ）は、本発明の実施形態１に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す防音構造の模式的断面図である。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示す本実施形態の防音構造１０は、孔部１２を持つ枠１４と、孔部１２を覆うように枠１４に固定された振動可能な膜１６と、を持つ防音セル１８が２次元的に配置された構造を有する。
この防音構造１０においては、枠１４と膜１６とは、同じ材質からなり、一体的に形成されている。
図示例の防音構造１０は、複数、即ち１２個の防音セル１８によって構成されるものであるが、本発明はこれに限定されず、１つの枠１４と、１つの膜１６と、１以上の貫通孔とからなる１つの防音セル１８によって構成されるものであっても良い。

図示例の防音構造１０においては、一定の厚みの四角形状の板状防音部材２０に複数（１２）の孔部１２が設けられており、各防音セル１８の枠１４は、各孔部１２を囲む部分によって構成される。
枠１４は、孔部１２を環状に囲むように形成され、孔部１２を覆うように膜１６を固定し、かつ支持するためのもので、この枠１４に固定された膜１６の膜振動の節となるものである。
したがって、複数の膜１６の各々は、各孔部１２の開放端と逆側に閉止端として形成される。
なお、図示例では、複数の枠１４は、１つの枠体として構成され、この枠体は、複数の孔部１２及び複数の膜１６を除く板状防音部材２０によって構成される。
このように、防音構造１０は、複数の孔部１２と複数の膜１６とが一体となった構造を有する。

なお、枠１４は、膜１６の全周を抑えることができるように膜１６を固定できる閉じた連続した形状であることが好ましいが、本発明は、これに限定されず、枠１４が、これに固定された膜１６の膜振動の節となるものであれば、一部が切断され、不連続な形状であっても良い。即ち、枠１４の役割は、膜１６を固定し支持して膜振動を制御することにあるため、枠１４に小さな切れ目が入っていても、極わずかに接着していない部位が存在していても効果を発揮する。

また、枠１４の孔部１２の形状は、平面形状で、図１に示す例では円形であるが、本発明においては、特に制限的ではなく、例えば、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、２等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。
また、枠１４のサイズは、平面視のサイズであり、その孔部１２のサイズとして定義できるので、以下では、孔部１２のサイズとするが、図１（Ａ）に示す円形または正方形のような正多角形の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、又は円相当直径と定義することができ、多角形、楕円又は不定形の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径および半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径および半径である。
なお、本実施形態の防音構造１０において、枠１４の孔部１２のサイズは、全ての孔部１２おいて、一定であっても良いが、異なるサイズ（形状が異なる場合も含む）の枠が含まれていても良く、この場合には、孔部１２のサイズとして、孔部１２の平均サイズを用いればよい。

このような枠１４の孔部１２のサイズは、特に制限的ではなく、本発明の防音構造１０が防音のために適用される防音対象物、例えば、複写機、送風機、空調機器、換気扇、ポンプ類、発電機、ダクト、その他にも塗布機や回転機、搬送機など音を発するさまざまな種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車、航空機等の輸送用機器、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、テレビジョン、コピー機、電子レンジ、ゲーム機、エアコン、扇風機、ＰＣ、掃除機、空気清浄機等の一般家庭用機器などに応じて設定すればよい。
また、この防音構造１０自体をパーティションのように用いて、複数の騒音源からの音を遮る用途に用いることもできる。この場合も、枠１４のサイズは対象となる騒音の周波数から選択することができる。

例えば、図１（Ｂ）に示す孔部１２のサイズＲは、特に制限的ではないが、例えば、０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、１ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、２ｍｍ〜３０ｍｍであることが最も好ましい。
なお、枠１４のサイズは、各枠１４で異なるサイズが含まれる場合などは、平均サイズで表すことが好ましい。

本発明においては、枠１４の幅は、隣接する２つの膜１６の間の距離で定義できるが、孔部１２の形状が図１（Ａ）に示すような円形である場合には、最も近接する距離で定義しても良いし、もしくは平均距離で定義しても良い。
なお、枠１４の幅および厚さも、膜１６を確実に固定することができ、膜１６を確実に支持できれば、特に制限的ではないが、例えば、孔部１２のサイズに応じて設定することができる。
例えば、図１（Ｂ）に示すように、枠１４の幅Ｗは、孔部１２のサイズが、０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、０．７ｍｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍであることが最も好ましい。
また、枠１４の幅Ｗは、孔部１２のサイズが、５０ｍｍ超、２００ｍｍ以下の場合には、１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、３ｍｍ〜５０ｍｍであることがより好ましく、５ｍｍ〜２０ｍｍであることが最も好ましい。
また、図１（Ｂ）に示すように、枠１４、即ち孔部１２の厚さＨは、０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、０．７ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜５０ｍｍであることが最も好ましい。
なお、枠１４の幅および厚さは、各枠１４で異なる幅および厚さが含まれる場合などは、それぞれ平均幅および平均厚さで表すことが好ましい。

本発明の防音構造１０の枠１４の数、即ち図示例では、孔部１２の数も、特に制限的ではなく、本発明の防音構造１０の上述した防音対象物に応じて設定すればよい。もしくは、上述した孔部１２のサイズは、上述した防音対象物応じて設定されているので、枠１４の孔部１２の数は、孔部１２のサイズに応じて設定すればよい。
例えば、枠１４の数は、機器内騒音遮蔽の場合には、１個〜１００００個であることが好ましく、２個〜５０００個であることがより好ましく、４個〜１０００個であることが最も好ましい。

これは、一般の機器の大きさに対しては、機器のサイズが決まっているために、１つの防音セル１８のサイズを騒音の周波数に適したサイズとするためには、複数の防音セル１８を組み合わせた枠体で遮蔽する必要があることが多く、また、一方で防音セル１８を増やしすぎることで枠１４の重量分全体重量が大きくなることがあるためである。一方で、大きさに制約のないパーティションのような構造では、必要とされる全体の大きさに合わせて枠１４の個数を自由に選ぶことができる。
なお、１つの防音セル１８は、１つの枠１４を構成単位とするので、本発明の防音構造１０の枠１４の数は、防音セル１８の数ということができる。

膜１６は、枠１４の内部の孔部１２を覆うように枠１４に抑えられるように固定されるもので、外部からの音波に対応して膜振動することにより音波のエネルギを吸収して防音するものである。そのため、膜１６は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
ところで、膜１６は、枠１４を節として膜振動する必要があるので、枠１４に確実に抑えられるように固定され、膜振動の腹となり、音波のエネルギを吸収して防音する必要がある。このため、膜１６は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
このため、膜１６の形状は、枠１４の孔部１２の形状であり、また、膜１６のサイズは、孔部１２のサイズ、より詳細には、枠１４の孔部１２のサイズであるということができる。

また、膜１６の厚さは、音波のエネルギを吸収して防音するために膜振動することができれば、特に制限的ではないが、固有振動モードを高周波側に得るためには厚く、低周波側に得るためには薄くすることが好ましい。例えば、膜１６の厚さは、本発明では、孔部１２のサイズ、即ち膜１６のサイズに応じて設定することができる。
例えば、図１（Ｂ）に示すように、膜１６の厚さｔは、孔部１２のサイズＲが０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．００５ｍｍ（５μｍ）〜５ｍｍであることが好ましく、０．００７ｍｍ（７μｍ）〜２ｍｍであることがより好ましく、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜１ｍｍであることが最も好ましい。
また、膜１６の厚さｔは、孔部１２のサイズが、５０ｍｍ超、２００ｍｍ以下の場合には、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜２０ｍｍであることが好ましく、０．０２ｍｍ（２０μｍ）〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．０５ｍｍ（５０μｍ）〜５ｍｍであることが最も好ましい。
なお、膜１６の厚みは、１つの膜１６で厚みが異なる場合、又は各膜１６で異なる厚さが含まれる場合などは、平均厚さで表すことが好ましい。

枠１４及び膜１６は、同じ材質の材料で構成されるので、上述した必要な機能を果たすことができる膜１６を形成することができ、同時に、上述した必要な機能を果たすことができる枠１４を形成することができるものあれば、特に制限的ではなく、防音対象物およびその防音環境に応じて選択することができる。枠１４及び膜１６の材料は、薄いフィルムやシートなどの膜状にすることができ、膜状にした時上述した振動可能で音波のエネルギを反射または吸収する膜１６として機能するとともに、所定厚みの複数の孔部１２を持つ防音部材とすることができ、孔部１２を持つ枠１４とした時に、上述したように、膜１６を振動可能に支持して固定する強度及び耐性を有し、膜１６の膜振動の節として機能する。
このような材料としては、例えば、アルミニウム、スチール、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデンやこれらの合金等の金属材料、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、トリアセチルセルロース等の樹脂材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、カーボンファイバー、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等の炭素繊維を含む材料、またはガラス、サファイア、セラミックス等の無機材料等を挙げることができる。
また、これらの枠１４の材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。

ここで、図２に示すように、防音セル１８の枠１４に固定された膜１６は、最も低次の固有振動モードの周波数である、透過損失が最小、例えば０ｄＢとなる共振周波数を持つものである。本発明においては、この共振周波数は、枠１４および膜１６からなる防音構造１０によって決まる。
なお、図２は、本実施形態の単一の防音セル１８に平面波が入射した際の遮音性能を有限要素法（ＦＥＭ）によってシミュレーションした結果を示す。本シミュレーションにおける部材の防音構造１０は、枠１４の孔部１２の半径（Ｒ）が５ｍｍの円形であり、孔部１２を有する枠１４の厚み（Ｈ）が３ｍｍで、幅（Ｗ）が３ｍｍであり、孔部１２を覆う膜１６の厚み（ｔ）が５０μｍである防音セル１８を有するものである。

このような構成の防音構造１０の防音部材をＰＭＭＡとした場合のシミュレーション結果である図２から分かるように、２０００Ｈｚにおいて、透過損失が非常に小さい特異点が存在する。この周波数において、膜１６の第１振動モードと音波が共振しており、高い透過性を有しているため、透過損失が激減している。
即ち、枠１４および膜１６からなる構造における、即ち枠１４に抑えられるように固定された膜１６の共振周波数は、音波が膜振動を最も揺らすところで、音波はその周波数で大きく透過する固有振動モードの周波数である。
なお、遮音性能のＦＥＭによるシミュレーション方法については後述する。

そこで、本実施形態の防音構造１０は、剛性則に従う周波数領域と、質量側に従う周波数領域を有するものであるが、その境界が共振周波数となることから、防音構造１０の共振周波数、即ち枠１４に固定された膜１６の共振周波数を、人間の音波の感知域に相当する１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚとすることが好ましく、人間の音波の可聴域である２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚとすることがより好ましく、４０Ｈｚ〜１６０００Ｈｚとすることが更により好ましく、１００Ｈｚ〜１２０００Ｈｚとすることが最も好ましい。

ここで、本発明の防音構造１０において、枠１４および膜１６からなる構造における膜１６の共振周波数は、複数の防音セル１８の枠１４の幾何学的形態、例えば枠１４の形状および寸法（サイズ）と、複数の防音セルの膜の剛性、例えば膜の厚さおよび可撓性とによって定めることができる。
なお、膜１６の固有振動モードを特徴づけるパラメータとしては、同種材料の膜１６の場合は、膜１６の厚み(ｔ)と孔部１２のサイズ（Ｒ）の２乗との比、例えば、正四角形の場合には一辺の大きさとの比［Ｒ^２／ｔ］を用いることができ、この比［Ｒ^２／ｔ］が等しい場合には、上記固有振動モードが同じ周波数、即ち同じ共振周波数となる。即ち、比［Ｒ^２／ｔ］を一定値にすることにより、スケール則が成立し、適切なサイズを選択することができる。

図２から分かるように、この共振周波数より低周波側においては、周波数が低くなるにつれて遮音性能が増加している。これは、本実施形態の防音構造１０の部材の剛性による遮音性であり、膜１６に枠１４を固定して剛性を高めたことによって生じたものである。
一方、共振周波数より高周波側においては、周波数が高くなるにつれて遮音性能が増加している。これは、防音構造１０の防音部材２０の質量によるものであり、防音部材２０が重ければ重いほど遮音性能が高くなる。さらに、この領域において、７０７９Ｈｚに非常に鋭い遮音ピークが存在しており、膜に枠を付加することにより生じている。なお、防音構造１０の防音部材２０をＰＭＭＡからＰＥＴに変更しても、図２に示すように、同様な遮音性能を得ることができることが分かる。

即ち、図２に示すように、本実施形態の防音構造１０では、膜１６には共振周波数よりも高周波側の第１次遮蔽ピーク周波数において透過損失がピーク（極大）となる音波の遮蔽のピークが現れる。
したがって、本発明の防音構造１０は、第１次遮蔽ピーク周波数において遮蔽（透過損失）がピーク（極大）となるため、第１次遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に防音することができる。

なお、図２に示す音響特性の測定において、本発明の防音構造における透過損失（ｄＢ）は以下のように測定した。
音響特性は、自作のアルミニウム製音響管に４本のマイクを用いて伝達関数法による測定を行った。この手法は「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従うものである。音響管としては、例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のＷｉｎＺａｃと同一の測定原理であるものを用いた。この方法で広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。本実施形態の防音構造１０を音響管の測定部位に配置し、１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲で音響透過損失測定を行った。その結果が図２に示されている。

図３（Ａ）および（Ｂ）に、防音構造１０の枠体１４の孔部１２の半径（Ｒ）および膜１６の厚み（ｔ）を変化させた時の共振周波数、および第１次遮音ピークの周波数を示す。本実施形態の防音構造１０の防音部材はＰＭＭＡであり、枠部１４の厚み（Ｈ）は３ｍｍ、その幅（Ｗ）は３ｍｍである。
図３（Ａ）および（Ｂ）に示されているように、孔部１２の半径（Ｒ）および膜１６の厚み（ｔ）を変化させることにより、可聴域（５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）において、広い帯域にわたって共振周波数および第１次遮音ピークの周波数を変化させることができる。低周波側の音を広帯域に遮音したい場合は、共振周波数を高周波側にシフトさせるような構造が好ましい。また、特定帯域の音を高く遮音したい場合には、第１次遮音ピークをその周波数に合わせるような構造が好ましい。

このように、本実施形態の防音構造１０においては、孔部１２の半径（Ｒ）および膜１６の厚み（ｔ）を適切に設定することにより、必要な特定の周波数帯域を選択的に遮音し、防音することができる。
また、膜１６と枠１４が一体となった構成を持つ本実施形態の防音構造１０は、圧縮成形、射出成形、インプリント、削り出し加工、および３次元形状形成（３Ｄ）プリンタを用いた加工方法などの単純な工程で作製することができる。
本実施形態の防音構造は、基本的に以上のように構成される。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る防音構造の一例を模式的に示す部分断面図である。
同図に示す本実施形態の防音構造１０ａは、枠２２の中間に、したがって枠２２の図中上側の枠１４ａと図中下側の枠１４ｂとの間に膜１６が配置される構造を有し、孔部１２ａおよび１２ｂを膜１６の両側に有する。したがって、防音セル１８ａは、孔部１２ａを持つ枠１４ａおよび孔部１２ｂを持つ枠１４ｂからなる枠２２と、孔部１２ａと１２ｂとの間に配置される膜１６とから構成される。

ここで、図４に示す本実施形態の防音構造１０ａは、膜１６が枠２２の枠１４ａと１４ｂの間、即ち孔部１２ａと１２ｂとの間に配置される点において異なるが、膜１６と枠２２の孔部１２ａを持つ枠１４ａとからなる防音構造、および膜１６と枠２２の孔部１２ｂを持つ枠１４ｂとからなる防音構造は、枠１４の片側に孔部１２の片側を覆うように膜１６が配置されている図１（Ａ）および（Ｂ）に示す実施形態１の防音構造１０と同様の構成を有するものであると見做せるので、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の防音構造１０ａは、このような構成を有することにより、膜１６をより強固に固定可能であるため好ましい。

なお、膜１６は、枠１４の孔部１２の少なくとも一方の側を覆うように枠１４に固定されていればよい。即ち、膜１６は、枠１４の孔部１２の一方の側、又は他方の側、もしくは両側の開口を覆うように枠１４に固定されていても良い。
ここで、防音構造１０の複数の枠１４の孔部１２の同じ側に全ての膜１６が設けられていても良いし、一部の膜１６が、複数の枠１４の一部の孔部１２の一方の側に一部の膜１６が設けられ、複数の枠１４の残りの一部の孔部１２の他方の側には残りの膜１６が設けられていても良いし、更に、枠１４の孔部１２一方の側、他方の側、および両側に設けられた膜が混在していても良い。

（実施形態３）
図５（Ａ）は、本発明の実施形態３に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。
これらの図に示す本実施形態の防音構造１０ｂは、孔部１２を持つ枠１４と、枠１４に固定された膜１６と、膜１６に接着固定された錘２４と、を持つ防音セル１８ｂが２次元的に配置された構造を有する。
図５（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造１０ｂは、図１（Ａ）および（Ｂ）示す実施形態１の防音構造１０と、錘２４が膜１６に接着固定されている点を除いて、同一の構成を有するものであるので、同一の構成についての説明は省略する。

本実施形態の防音構造１０ｂでは、錘２４を、膜１６に接着固定することにより、上記実施形態１の防音構造１０及び図４に示す実施形態２の防音構造１０ａのように錘の無い防音構造に比べて、遮音性能の制御性を高めるために設けられるものである。
即ち、錘２４は、その重さを変えることで、第１遮音ピークの周波数および遮音性を制御することができる。
錘２４の形状は、図示例の円形に限定されず、枠１４の孔部１２の形状、したがって膜１６の形状と同様に、上述した種々の形状とすることができるが、膜１６の形状と同じであるのが好ましい。

また、錘２４のサイズも、特に制限的ではないが、孔部１２のサイズである膜１６のサイズより小さい必要がある。したがって、錘２４のサイズは、孔部１２のサイズＲが０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．０１ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましく、０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることが最も好ましい。
また、錘２４の厚さも、特に制限的ではなく、必要の重さおよび錘２４のサイズに応じて適宜設定すれば良い。例えば、錘２４の厚さは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることがより好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることが最も好ましい。
なお、錘２４のサイズおよび／または厚さは、複数の膜１６において異なるサイズおよび／または厚さが含まれる場合などは、平均サイズおよび／または平均厚さで表すことが好ましい。

錘２４の材料は、必要なサイズで必要な重さがあれば、特に制限的ではなく、枠１４及び膜１６の材料と同様に、上述した種々の材料を用いることができるが、枠１４及び膜１６の材料と同じであっても、異なる材料であっても良い。
なお、例えば、図２に示す遮音特性（音響特性）を示した実施形態１の遮音構造１０に設ける場合には、錘２４としては、厚さ１ｍｍ、半径１．５ｍｍの鉄を用いることができる。

（実施形態４）
図６（Ａ）は、本発明の実施形態４に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示す本実施形態の防音構造１０ｃは、孔部１２を持つ枠１４と、枠１４に固定された膜１６と、膜１６に配置された錘２６と、を持つ防音セル１８ｃが２次元的に配置された構造を有する。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造１０ｃは、図５（Ａ）および（Ｂ）示す防音構造１０ｂと同様に、膜１６に錘を有するものであるが、防音構造１０ｂの錘２４が膜１６に接着固定されるのに対して、本実施形態の防音構造１０ｃの錘２６は、枠１４および膜１６と同じ材質の材料で、一体形成されている点で異なる以外は、同一の構成を有するものであるので、同一の構成についての説明は省略する。

本実施形態の防音構造１０ｃは、錘２６を、枠１４および膜１６と同じ材質の材料で、一体形成する構造にすることにより、錘２６と膜１６とを強固に固定することが可能で、錘２６が膜１６から剥がれることを防ぐことができる。
また、本実施形態の防音構造１０ｃは、実施形態３の防音構造１０ｂのように、錘２６を、膜１６を張り合わせる工程が必要なく、上述したように、圧縮成形、射出成形、インプリント、削り出し加工、および３次元形状形成（３Ｄ）プリンタを用いた加工方法などの単純な工程で作製することができる。

なお、図７に、本実施形態の単一の防音セル１８ｃに平面波が入射した際の遮音性能を後述する有限要素法（ＦＥＭ）によってシミュレーションした結果を示す。本シミュレーションにおける部材の防音構造１０ｃは、枠１４の孔部１２の半径（Ｒ）が５ｍｍの円形であり、孔部１２を有する枠１４の厚み（Ｈ）が３ｍｍで、幅（Ｗ）が３ｍｍであり、孔部１２を覆う膜１６の厚み（ｔ）が１００μｍであり、錘２６の半径（Ｒ’）が２ｍｍ、その厚みが３ｍｍである防音セル１８ｃを有するもので、防音部材の材質は、ＰＭＭＡである。
このような本実施形態の防音構造１０ｃには、図７に示すように、４４７Ｈｚにおいて共振周波数があり、共振周波数よりも高周波側の１４１３Ｈｚに遮蔽性能が高い第１遮蔽ピークが存在している。

図８（Ａ）および（Ｂ）に、錘２６の半径（Ｒ’μｍ）および孔部１２の半径（Ｒｍｍ）を変えた時の共振周波数および第１遮蔽ピークの周波数を示す。このように、錘２６の半径（Ｒ’）および孔部１２の半径（Ｒ）を変えることで、共振周波数および第１遮蔽ピークの周波数を制御することができる。
このように、本実施形態の防音構造１０ｃにおいては、錘２６の半径（Ｒ’）および孔部１２の半径（Ｒ）等を適切に設定することにより、要求される特定の周波数帯域を選択的に遮音し、防音することができる。

（実施形態５）
図９（Ａ）は、本発明の実施形態５に係る防音構造の一例を模式的に示す斜視図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す防音構造の模式的部分断面図である。
同図に示す本実施形態の防音構造１０ｄは、孔部１２を持つ枠１４と、枠１４に固定された膜１６と、膜１６に穿孔された貫通孔２８と、を持つ防音セル１８ｄが２次元的に配置された構造を有する。
図９（Ａ）および（Ｂ）に示す防音構造１０ｄは、図１（Ａ）および（Ｂ）示す防音構造１０と、貫通孔２８が膜１６に穿孔されている点を除いて、同一の構成を有するものであるので、同一の構成についての説明は省略する。

本実施形態の防音構造１０ｄでは、貫通孔２８が、膜１６に形成されることにより、図１（Ａ）および（Ｂ）示す実施形態１の防音構造１０及び図４に示す実施形態２の防音構造１０ａのように貫通孔の無い防音構造に比べて、遮音性能の制御性を高めることができる。
即ち、貫通孔２８は、その径を変えることで、第１遮音ピークの周波数および遮音性を制御することができる。
また、本実施形態の防音構造１０ｄは、実施形態３及び４の防音構造１０ｂおよび１０ｃのように、錘２４または２６を付加する必要がないため、より軽量な防音構造とすることができる。

貫通孔２８の形状は、図示例の円形に限定されず、枠１４の孔部１２の形状、したがって膜１６の形状と同様に、上述した種々の形状とすることができるが、膜１６の形状と同じであるのが好ましい。
また、孔部１２に相当する膜１６内に貫通孔２８を設ける位置は、全ての貫通孔２８において防音セル１８ｄまたは膜１６の間中または中央であっても良いし、少なくとも一部の貫通孔２８が中央でないどのような位置に穿孔されていても良い。即ち、単に、貫通孔２８の穿孔位置が変わっただけでは、本発明の防音構造１０ｄの遮音特性は変化しないからである。
なお、本実施形態においては、貫通孔２８は、１つの膜１６に、図示例のように、１個設けられていても良いが、複数個（２個以上）設けられていても良い。貫通孔２８の径を変える代わりに、１つの膜１６に設けられる貫通孔２８の個数を変えて、第１遮音ピークの周波数および遮音性を制御するようにしても良い。

なお、１つの膜１６に複数個の貫通孔２８が設けられる場合には、複数個の貫通孔２８の合計面積から円相当径を求め、１つの貫通孔に相当するサイズとして用いても良いし、あるいは、複数個の貫通孔２８の合計面積と孔部１２に相当する膜１６の面積との面積率を求めて、貫通孔２８の面積率、即ち開口率で、貫通孔の２８のサイズを表わしても良い。
防音構造１０ｄは、通気性の点からは、各防音セル１８ｄの貫通孔２８は、１個で構成することが好ましい。その理由は、一定の開口率の場合、風としての空気の通り易さは、一つの貫通孔２８が大きく、境界での粘性が大きく働かない場合の方が大きいためである。

一方、１個の防音セル１８ｄ内に複数の貫通孔２８がある時は、本発明の防音構造１０ｄの遮音特性は、複数の貫通孔２８の合計面積に対応した遮音特性、即ち、対応する遮音ピーク周波数において対応する遮音ピークを示す。したがって、１個の防音セル１８ｄ（又は膜１６）内にある複数の貫通孔２８の合計面積が、他の防音セル１８ｄ（又は膜１６）内に１個のみ有する貫通孔２８の面積に等しいことが好ましいが、本発明はこれに限定されない。
なお、防音セル１８ｄ内の貫通孔２８の開口率（孔部１２を覆う膜１６の面積に対する貫通孔２８の面積率（全ての貫通孔２８の合計面積の割合）が同一の場合には、単一貫通孔２８と複数貫通孔２８で同様の防音構造１０が得られるため、ある貫通孔２８のサイズに固定しても様々な周波数帯の防音構造を作製することができる。

本実施形態においては、防音セル１８ｄ内の貫通孔２８の開口率（面積率）は、特に制限的ではなく、選択的に遮音するべき遮音周波数帯域に応じて設定すれば良いが、０．０００００１％〜７０％であるのが好ましく、０．０００００５％〜５％であるのがより好ましく、０．００００１％〜３０％であるのが好ましい。貫通孔２８の開口率を上記範囲に設定することにより、選択的に遮音するべき遮音周波数帯域の中心となる遮音ピーク周波数及び遮音ピークの透過損失を決定することができる。

本実施形態の防音構造１０ｄは、製造適性の点からは、１つの防音セル１８ｄ内には、同一サイズの貫通孔２８を複数個有することが好ましい。即ち、各防音セル１８ｄの膜１６には、同一サイズの複数の貫通孔２８を穿孔することが好ましい。
更に、防音構造１０ｄでは、全ての防音セル１８ｄの１つの貫通孔２８を同一サイズの穴とすることが好ましい。

本発明においては、貫通孔２８は、エネルギを吸収する加工方法、例えばレーザ加工によって穿孔されることが好ましく、または物理的接触による機械加工方法、例えばパンチング、または針加工によって穿孔されることが好ましい。
このため、１つの防音セル１８ｄ内の複数の貫通孔２８、または、全ての防音セル１８ｄ内の１個又は複数個の貫通孔２８を同一サイズとすると、レーザ加工、パンチング、または針加工で穴をあける場合に、加工装置の設定や加工強度を変えることなく連続して穴をあけることができる。

また、本発明の防音構造１０においては、防音セル１８ｄ（又は膜１６）内の貫通孔２８のサイズ（大きさ）は、各防音セル１８ｄ（又は膜１６）毎に異なっていても良い。このように防音セル１８ｄ（又は膜１６）毎にサイズの異なる貫通孔２８がある場合には、それらの貫通孔２８の面積を平均した平均面積に対応した遮音特性、即ち、対応する遮音ピーク周波数において対応する遮音ピークを示す。
また、本発明の防音構造１０の各防音セル１８ｄの貫通孔２８は、７０％以上が同一サイズの貫通孔で構成されることが好ましい。

貫通孔２８のサイズは、上述した加工方法で適切に穿孔できれば、どのようなサイズでも良く、特に限定されないが、孔部１２のサイズである膜１６のサイズより小さい必要がある。
しかしながら、貫通孔２８のサイズは、その下限側では、レーザの絞りの精度等のレーザ加工の加工精度、又はパンチング加工もしくは針加工などの加工精度や加工の容易性などの製造適性の点から、２μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが最も好ましい。
なお、これらの貫通孔２８のサイズの上限値は、枠１４のサイズより小さい必要があるので、通常、枠１４のサイズはｍｍオーダであり、貫通孔２８のサイズをμｍオーダに設定しておけば、貫通孔２８のサイズの上限値は、枠１４のサイズを超えることはないが、もし、超えた場合には、貫通孔２８のサイズの上限値を枠１４のサイズ以下に設定すればよい。
なお、貫通孔２８のサイズは、複数の膜１６において異なるサイズが含まれる場合などは、平均サイズで表すことが好ましい。

なお、図１０に、本実施形態の単一の防音セル１８ｄに平面波が入射した際の遮音性能を後述する有限要素法（ＦＥＭ）によってシミュレーションした結果を示す。本シミュレーションにおける部材の防音構造１０ｄは、枠１４の孔部１２の半径（Ｒ）が５ｍｍの円形であり、孔部１２を有する枠１４の厚み（Ｈ）が３ｍｍで、幅（Ｗ）が３ｍｍであり、孔部１２を覆う膜１６の厚み（ｔ）が１００μｍであり、膜１６の中心に形成された貫通孔２８の半径が２０μｍである防音セル１８ｄを有するもので、防音部材の材質は、ＰＭＭＡである。
このような本実施形態の防音構造１０ｄには、図１０に示すように、３１６２Ｈｚにおいて共振周波数があり、共振周波数よりも低周波側の５６２Ｈｚに遮蔽性能が高い第１遮蔽ピークが存在している。

図１１（Ａ）および（Ｂ）に、貫通孔２８の半径（μｍ）および防音部材の材質を変えた時の共振周波数および第１遮蔽ピークの周波数を示す。図１１（Ａ）に示すように、防音部材の材質に応じて共振周波数は異なるが、防音部材の材質が同じであれば、貫通孔２８の半径を変えても、共振周波数にはほとんど変化は見られない。一方、図１１（Ｂ）に示すように、防音部材の材質の違いによる第１遮蔽ピーク周波数の差はさほど大きくないが、第１遮蔽ピーク周波数は、貫通孔２８の半径に応じて大きく変化することがわかる。
このように、本実施形態の防音構造１０ｄにおいては、貫通孔２８の半径（μｍ）および防音部材の材質等を適切に設定することにより、要求される特定の周波数帯域を選択的に遮音し、防音することができる。

ところで、本実施形態の防音構造１０ｄにおいては、共振周波数は、枠１４および膜１６からなる構造によって定まり、透過損失がピークとなる第１次遮蔽ピーク周波数は、枠１４および膜１６からなる構造の膜１６に穿孔された貫通孔２８に依存して定まる。したがって、防音構造１０ｄにおいては、共振周波数は、枠１４及び膜１６からなる構造によって決まるので、膜１６に穿孔される貫通孔２８の有無にかかわらず、略同一の値となる。
また、防音構造１０ｄでは、膜１６には貫通孔２８が穿孔されていることから、共振周波数よりも低周波側の第１次遮蔽ピーク周波数において透過損失がピーク（極大）となる音波の遮蔽のピークが現れる。

したがって、防音構造１０ｄは、第１次遮蔽ピーク周波数において遮蔽（透過損失）がピーク（極大）となるため、第１次遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に防音することができる。
なお、枠１４及び膜１６からなる構造の固有振動モードを高周波側に得るために、枠１４のサイズを小さくすることが好ましい。
また、枠１４の平均サイズは、膜１６に設けられる貫通孔２８による防音セル１８ｄの遮蔽ピークにおける回折による音の漏れを防止するために、第１次遮蔽ピーク周波数に対応する波長サイズ以下であることが好ましい。

このため、枠１４及び膜１６からなる構造において、１以上の貫通孔２８に依存する第１次遮蔽ピーク周波数を可聴域内の任意の周波数とするためには、できるだけ固有振動モードを高周波側に得ることが重要であり、特に、実用的には重要となる。そのために、膜１６を厚くすることが好ましく、膜１６の材質のヤング率を大きなものとすることが好ましく、さらに、枠１４のサイズ、したがって、膜１６のサイズを小さくすることなどが好ましい。即ち、本実施形態においては、これらの好ましい条件も重要となる。
そこで、本実施形態の防音構造１０ｄは剛性則に従うものであり、枠１４に固定された膜１６の共振周波数より小さい周波数で音波の遮蔽を起こすため、膜１６の共振周波数は、上述した範囲とするのが好ましい。

本実施形態の防音構造は、以上のように構成されているため、従来の防音構造において困難であった低周波遮蔽を可能にし、さらに、低周波から１０００Ｈｚを超える周波数まで様々な周波数の騒音に合わせて強く遮音する構造を設計できるという特徴も有する。また、本実施形態の防音構造は、構造の質量（質量則）によらない遮音原理であるため、従来の防音構造と比較して非常に軽量かつ薄い遮音構造を実現できるために、従来の防音構造では十分な遮音が困難であった防音対象にも適用することができる。

また、本実施形態の防音構造は、特許文献２に記載の技術、本発明の実施形態３及び４の防音構造のように、錘を必要とせず、膜に貫通孔を設けるだけで作製適性があり遮音材としてロバスト性の高い遮音構造であるという特徴を有する。即ち、本実施形態の防音構造は、特許文献２に記載の技術、本発明の実施形態３及び４の防音構造に比較して、以下の特徴を有する。
１．質量を重くしてしまう要因であった錘が必要ないため、より軽い遮音構造を実現できる。
２．レーザ加工やパンチ貫通孔により、高速かつ容易に膜に貫通孔をあけることができるために、作製適性を有する。
３．貫通孔の位置や形状に遮音特性がほとんど依存しないため、作製において安定性が高い。
４．貫通孔が存在することで膜が通気性をもつ、すなわち風や熱を通しながら音を遮蔽する構造を実現できる。
本発明の実施形態１〜実施形態５の防音構造は、基本的に以上のように構成される。

次に、本発明に係る防音構造の作製方法について説明する。
（実施形態６）
本発明に係る実施形態６の防音構造の作製方法は、本発明に係る実施形態１、２、４および５の防音構造を作製する方法であって、防音構造の形状が掘られた鋳型に、アルミニウム等の金属材料、またはアクリル等樹脂材料を流し込み、圧縮成形して、防音構造を作製する方法である。
図１２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明の実施形態１の防音構造を製造するための本発明の実施形態６の防音構造の作製方法の各工程の一例を模式的に示す部分断面図である。
本実施形態では、実施形態１の防音構造１０の枠１４および膜１６の材料の代表例として熱硬化性プラスチックを挙げ、溶融した熱硬化性プラスチックから防音構造１０を圧縮成形により作製する方法を代表例として説明する。

まず、図１２（Ａ）に示すように、鋳型３０および蓋３２を準備し、鋳型３０および蓋３２を加熱する。
次に、加熱された鋳型３０に溶融された熱硬化性プラスチック（以下単に、プラスチックという。）３４を流し込んだ後、図１２（Ｂ）に示すように、溶融プラスチック３４に加熱された蓋３２を押し当てる。この際、蓋３２の押し当て量により膜１６の厚みを制御する。
蓋３２を押し当てた状態において鋳型３０を冷却し、プラスチック３４を硬化させた後に、図１２（Ｃ）に示すように、蓋３２をプラスチック３４から外し、鋳型３０から硬化したプラスチックからなる本発明の実施形態１の防音構造１０の部材を取り出す。

本実施形態の防音構造の作製方法は、大量生産に好ましい。
本実施形態の防音構造の作製方法において、鋳型３０及び蓋３２の形状等を変えることにより、本発明の実施形態２、４および５の防音構造１０ａ，１０ｃおよび１０ｄは、勿論のこと、本発明の実施形態３の防音構造１０ｂの錘２４を接着固定する前の枠１４および膜１６からなる防音部材、または本発明の実施形態５の防音構造１０ｄの貫通孔２８を穿孔する前の枠１４および膜１６からなる防音部材を作製することもできる。
なお、鋳型を用いる方法としては、圧縮成形のみならず、射出成型であってもよい。

ここで、本発明の実施形態５の防音構造１０ｄの貫通孔２８を穿孔する前の枠１４および膜１６からなる部材を作製した場合には、複数の防音セル１８ｄの個々の膜１６に、レーザ加工などのエネルギを吸収する加工方法、もしくはパンチング、又は針加工などの物理的接触による機械加工方法によって１個以上の貫通孔２８をそれぞれ穿孔して、各防音セル１８に貫通孔２８を形成する。
こうして、本発明の実施形態５の防音構造１０ｄを作製することができる。

（実施形態７）
本発明に係る実施形態７の防音構造の作製方法は、本発明に係る実施形態１、２、４および５の防音構造を製造する方法であって、インプリント成形により防音構造の形状を部材に形成し、熱または光により部材を硬化させて、防音構造を作製する方法である。
図１３は、本発明の実施形態５の防音構造を製造するための本発明の実施形態７の防音構造の作製方法の一例を模式的に示す部分断面図である。
本実施形態では、防音構造１０ｄの枠１４および膜１６の材料の代表例として紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂を挙げ、ＵＶ硬化性樹脂の板状部材から防音構造１０ｄをインプリント成形により作製する方法を代表例として説明する。

本実施形態では、図１３に示すように、図示しないロールから流れてくる板状のＵＶ硬化性樹脂３６に、成形判ロール３８の成形判４０により、防音構造１０ｄの構造を転写する。その後、ＵＶランプ４２により、防音構造１０ｄの構造が転写されたＵＶ硬化性樹脂３６を硬化させて、実施形態５の防音構造１０ｄを作製する。
本実施形態の防音構造の作製方法は、ロールツーロール（roll to roll）での防音構造の作製が可能となるため、大量生産に好ましい。
本実施形態の防音構造の作製方法において、成形判ロール３８の成形判４０の形状等を変えることにより、実施形態６の場合と同様に、本発明の他の実施形態の防音構造および防音部材を作製することもできる。

（実施形態８）
本発明に係る実施形態８の防音構造の作製方法は、本発明に係る実施形態１、２、４および５の防音構造、並びに実施形態３等の上記防音部材を製造する方法であって、アルミニウム等の金属材料、またはアクリル等の樹脂材料の防音構造の部材から削り出し加工によって防音構造、または上記防音部材を作製する方法である。
本実施形態の防音構造の作製方法は、防音構造の大量生産には不向きではあるが、多形状小ロット生産において好ましい。

(実施形態９）
本発明に係る実施形態９の防音構造の作製方法は、本発明に係る実施形態１、２、４および５の防音構造、並びに実施形態３等の上記防音部材を作製する方法であって、３次元形状形成（３Ｄ）プリンタを用いた加工方法によって、即ち、溶融樹脂を３Ｄプリンタから吐出して、防音構造、または上記防音部材を形成する方法である。
本実施形態の防音構造の作製方法は、防音構造の大量生産には不向きではあるが、多形状小ロット生産において好ましい。
本発明の防音構造の作製方法は、基本的に以上のように構成される。

本発明において行うことができる防音構造の単一の防音セルに平面波が入射した際の遮音性能を有限要素法（ＦＥＭ）によってシミュレーションする方法について説明する。
本発明の防音構造の系は、膜振動と空気中の音波の相互作用系であるため、音響と振動の連成解析を用いて解析を行った。具体的には、有限要素法の解析ソフトウェアであるＣＯＭＳＯＬｖｅｒ５．０の音響モジュールを用いて設計を行った。まず、固有振動解析によって共振周波数を求めた。次に、周期構造境界中で周波数スイープによる音響構造連成解析を行って、正面から入射する音波に対する各周波数における透過損失を求めた。この設計に基づいて、サンプルの形状や材質を決定した。実験結果における遮蔽ピーク周波数とシミュレーションからの予測はよく一致した。

ここで、例えば、本発明の実施形態５の防音構造１０ｄの音響構造連成解析シミュレーションを行い、第１次遮蔽ピーク周波数（以下、単に遮蔽ピーク周波数ともいう）と各物性の対応を求めた。パラメータＡとして、膜１６の厚みｔ（μｍ）、孔部１２のサイズ（又は半径）Ｒ（ｍｍ）、膜のヤング率Ｅ（ＧＰａ）、貫通孔２８の円相当半径ｒ（μｍ）を変化させて音波に対する各周波数における透過損失を求め、遮蔽ピーク周波数を求めた。本発明者らは、図１４に示すように、この計算により遮蔽ピーク周波数が√（Ｅ）＊（ｔ^１．２）＊（ｌｎ（ｒ）−ｅ）／（Ｒ^２．８）に略比例することを見出した。したがって、パラメータＡを下記式（１）で表すことで遮蔽ピーク周波数が予測できることを確認した。なお、パラメータＡは、膜１６の密度やポアソン比には、略依存しないことも分かった。
Ａ＝√（Ｅ）＊（ｔ^１．２）＊（ｌｎ（ｒ）−ｅ）／（Ｒ^２．８）…（１）
ここで、ｅは、ネイピア数を示し、ｌｎ（ｘ）は、ｅを底としたｘの対数である。
ここで、防音セル１８ｄ内に複数個の貫通孔２８が存在するとき、円相当半径ｒは複数個の開口部の合計面積から求めるものとする。

なお、図１４は、上述した設計段階におけるシミュレーションの結果から得られたものである。
本発明の防音構造１０において、共振周波数を１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚとする時、遮蔽ピーク周波数は、共振周波数以下の主端数となることから、遮蔽ピーク周波数を１０Ｈｚから１０００００Ｈｚまでの間の複数の値に対応するパラメータＡの値を表１に示す。

表１から明らかなように、パラメータＡは、共振周波数に対応することから、本発明においては、０．０７以上７５９．１以下であることが好ましく、０．１４１〜１５１．８２であることがより好ましく、０．２８２〜１２１．４６であることが更により好ましく、０．７０５〜９１．０９２であることが最も好ましい。
以上のように規格化されたパラメータＡを用いることにより、本発明の防音構造において遮蔽ピーク周波数を決定することができ、遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に遮音することができる。また、逆に、このパラメータＡを用いることにより、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を持つ本発明の防音構造を設定することができる。

また、材料特性や膜厚を自由に変化させることができるシミュレーションの特徴を活かして、本発明の実施形態５の防音構造１０ｄの共振周波数と各物性の対応を求めた。パラメータＢとして、膜１６の厚みｔ（ｍ）、孔部１２のサイズ（又は半径）Ｒ（ｍ）、膜のヤング率Ｅ（ＧＰａ）、膜の密度ｄ（ｋｇ／ｍ^３）を変化させて固有振動を求めた。本発明者らは、図１５に示すように、この計算により共振周波数ｆ_resonanceがｔ／Ｒ^２＊√（Ｅ／ｄ）に略比例することを見出した。したがって、パラメータＢを下記式（２）で表すことで固有振動（共振周波数）が予測できることを確認した。また、図１５に示すように、共振周波数をｙで表し、パラメータＢをｘで表すと、下記式（３）で表されることが分かった。なお、パラメータＢは、貫通孔２８には依存しない。
Ｂ＝ｔ／Ｒ^２＊√（Ｅ／ｄ） …（２）
ｙ＝０．７２７８ｘ^{０．９５６６} …（３）
なお、図１３は、上述した設計段階におけるシミュレーションの結果から得られたものである。

以上から、本発明の防音構造１０においては、防音セル１８の円相当半径Ｒ（ｍ）、膜１６の厚みｔ（ｍ）、膜１６のヤング率Ｅ（Ｐａ）、膜１６の密度ｄ（ｋｇ／ｍ^３）をパラメータＢ（√ｍ）で規格化することにより、２次元（ｘｙ）座標上において、パラメータＢと防音構造１０の共振周波数（Ｈｚ）との関係を表わす点は、略一次式と見做せる上記式（３）で表され、全ての点が略同一直線上にあること分かる。
共振周波数を１０Ｈｚから１０００００Ｈｚまでの間の複数の値に対するパラメータＢの値を表２に示す。

表２から明らかなように、パラメータＢは、共振周波数に対応することから、本発明においては、１５．４７以上２３５０１０以下であることが好ましく、３１．９４〜４３６９３であることがより好ましく、６５．９２〜３４６０２であることが更により好ましく、１７１．７９〜２５６１５であることが最も好ましい。
以上のように規格化されたパラメータＢを用いることにより、本発明の防音構造において遮蔽ピーク周波数の高周波側の上限となる共振周波数を決定することができ、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を決めることができる。また、逆に、このパラメータＢを用いることにより、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を持つことができる共振周波数を有する本発明の防音構造を設定することができる。

また、音響特性は、自作のアルミニウム製音響管に４本のマイクを用いて伝達関数法による測定を行った。この手法は「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従うものである。音響管としては、例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のＷｉｎＺａｃと同一の測定原理であるものを用いた。この方法で広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。本発明の防音構造を音響管の測定部位に配置し、１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲で音響透過損失測定を行った。

なお、本発明の実施形態５の防音構造は、２次元的に配置された複数の防音セルを有する防音構造であって、複数の防音セルの各々は、音が透過する貫通開口をそれぞれ有する枠と、枠に固定された振動可能な膜と、膜に穿孔された１以上の貫通孔からなる開口部と、を備え、枠と膜とは、同じ材質からなり、一体的に形成されており、防音構造は、複数の防音セルの膜の共振周波数より低周波側に、複数の防音セルの開口部に起因して定まり、かつ透過損失が極大となる第１次遮蔽ピーク周波数を有し、第１次遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に防音することを特徴とする。

ここで、共振周波数は、第１次複数の防音セルの枠の幾何学的形態と、複数の防音セルの膜の剛性とによって定まり、第１次遮蔽ピーク周波数は、複数の防音セルの開口部の面積に応じて定まるものであることが好ましい。
また、共振周波数は、複数の防音セルの枠の形状および寸法と、複数の防音セルの膜の厚さおよび可撓性とによって定まり、第１次遮蔽ピーク周波数は、複数の防音セルの開口部の平均面積率に応じて定まるものであることが好ましい。
また、共振周波数は、１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚの範囲内に含まれることが好ましい。

また、枠の円相当半径をＲ（ｍｍ）、膜の厚みをｔ（μｍ）、膜のヤング率をＥ（ＧＰａ）、開口部の円相当半径をｒ（μｍ）とする時、下記式（１）で表されるパラメータＢが、０．０７以上７５９．１以下であることが好ましい。
Ｂ＝√（Ｅ）＊（ｔ^１．２）＊（ｌｎ（ｒ）−ｅ）／（Ｒ^２．８）…（１）
ここで、ｅは、ネイピア数を示し、ｌｎ（ｘ）は、ｅを底としたｘの対数である。
また、枠の円相当半径をＲ（ｍ）、膜の厚みをｔ（ｍ）、膜のヤング率をＥ（ＧＰａ）、膜の密度をｄ（ｋｇ／ｍ^３）とする時、下記式（２）で表されるパラメータＡが、１５．４７以上２３５０１０以下であることが好ましい。
Ａ＝ｔ／Ｒ^２＊√（Ｅ／ｄ） …（２）

また、複数の防音セルの開口部は、１つの貫通孔で構成されることが好ましい。
また、複数の防音セルの開口部は、同一サイズの複数の貫通孔で構成されることが好ましい。
また、複数の防音セルの開口部は、その７０％以上が同一サイズの貫通孔で構成されることが好ましい。
また、複数の防音セルの開口部の１以上の貫通孔のサイズは、２μｍ以上であることが好ましい。
また、複数の防音セルの枠の平均サイズは、遮蔽ピーク周波数に対応する波長サイズ以下であることが好ましい。

また、複数の防音セルの開口部の１以上の貫通孔は、エネルギを吸収する加工方法によって穿孔された貫通孔であることが好ましく、また、エネルギを吸収する加工方法は、レーザ加工であることが好ましい。
また、複数の防音セルの開口部の１以上の貫通孔は、物理的接触による機械加工方法によって穿孔された貫通孔であることが好ましく、また、機械加工方法は、パンチング、又は針加工であることが好ましい。

また、膜は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
また、防音セルの開口部の１つの貫通孔は、膜の中心に設けられていることが好ましい。
また、膜は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
また、複数の防音セルの枠は、複数の防音セルを覆う１つの枠体によって構成されたものであることが好ましい。
また、複数の防音セルの膜は、複数の防音セルを覆う１枚のシート状の膜体によって構成されることが好ましい。

また、防音構造の作製方法は、上記実施形態５の防音構造を作製するに際し、複数の防音セルの開口部の１以上の貫通孔を、各防音セルの膜に、エネルギを吸収する加工方法、又は物理的接触による機械加工方法によって穿孔したことを特徴とする。
また、エネルギを吸収する加工方法は、レーザ加工であり、機械加工方法は、パンチング、又は針加工であることが好ましい。

本発明の実施形態５の防音構造によれば、膜構造および枠の剛性則遮蔽構造の膜部分にごく小さな貫通孔を設けることで任意の狙った周波数成分を極めて強く遮蔽することができる。
また、本実施形態によれば、質量則でも、剛性則でも、薄く軽い構造では遮蔽することが一般に困難であり、かつ人の耳に大きく聞こえる領域である１０００Ｈｚ付近に関しても大きな遮音を行うことができる。
また、本実施形態によれば、膜に貫通孔をあけるだけで、強い遮音構造を実現することができる。

また、本実施形態によれば、特許文献２に記載の音響減衰パネルおよび構造に対して、質量を重くしてしまう要因であった錘が必要ないため、より軽い遮音構造を実現できる。
また、本実施形態によれば、貫通孔が存在することで膜が通気性をもち、すなわち風や熱を通しながら音を遮蔽する構造を実現できる。
また、本実施形態によれば、レーザ加工、およびパンチ貫通孔加工により、高速かつ容易に膜に貫通孔をあけることができるために、作製適性を有する。
また、本実施形態によれば、貫通孔の位置や形状に遮音特性がほとんど依存しないため、作製において安定性が高いという利点がある。

以上、本発明の防音構造、および防音構造の作製方法についての種々の実施形態および実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態および実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ 防音構造
１２、１２ａ、１２ｂ 孔部
１４、１４ａ、１４ｂ、２２ 枠
１６ 膜
１８ 防音セル
２０ 板状防音部材
２４、２６ 錘
２８ 貫通孔
３０ 鋳型
３２ 蓋
３４ 熱硬化性プラスチック
３６ 紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂
３８ 成形判ロール
４０ 成形判
４２ 紫外線（ＵＶ）ランプ

Claims (7)

1. １以上の防音セルを有する防音構造であって、
   前記１以上の防音セルの各々は、
   孔部を持つ枠と、
   前記孔部を覆うように前記枠に固定された振動可能な膜と、
   前記膜に穿孔された１以上の貫通孔と、を備え、
   前記枠の孔部の両方の端部は、共に閉塞されておらず、
   前記枠と前記膜とは、同じ材質からなり、一体的に形成され、
   前記防音構造は、前記１以上の防音セルの前記膜の共振周波数より低周波側に、前記１以上の防音セルの前記１以上の貫通孔に起因して定まり、かつ透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有し、前記遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域の音を選択的に防音することを特徴とする防音構造。
2. 前記1以上の防音セルは、２次元的に配置された複数の防音セルである請求項１に記載の防音構造。
3. さらに、前記膜に配置された錘を有することを特徴とする請求項１または２に記載の防音構造。
4. 前記錘は、前記膜と同じ材質からなり、一体的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の防音構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の防音構造を作製するに際し、圧縮成形または射出成形、インプリント、削り出し加工、および３次元形状形成プリンタのいずれかにより、前記枠と前記膜とを一体成形し、
   前記膜に前記１以上の貫通孔を穿孔することを特徴とする防音構造の作製方法。
6. 前記膜に錘を一体成形することを特徴とする請求項５に記載の防音構造の作製方法。
7. 前記１以上の防音セルの前記膜に前記１以上の貫通孔を、各防音セルの前記膜にエネルギを吸収する加工方法、又は物理的接触による機械加工方法によって穿孔することを特徴とする請求項５または６に記載の防音構造の作製方法。