JP6281895B2

JP6281895B2 - 断面積急変部を備えた消音器

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Publication number: JP6281895B2
Application number: JP2013207853A
Authority: JP
Inventors: 坂本　秀一; 秀一坂本
Original assignee: Niigata University
Current assignee: Niigata University
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: JP2015072360A

Description

本発明は、断面積急変部を備えた消音器に関するものである。

機械の筐体や隔壁の開口部の軸方向にオリフィスを持つ消音構造が知られている。特に、オリフィス型消音構造を二連に配したものは、２つのオリフィスの間が膨張室を成すため、広い周波数域で減音が期待できる。なお、オリフィスと隣接した領域では、通常、断面積が急変（急拡大又は急縮小）する。

しかしながら、このようなオリフィスを二連にした消音器（膨張型消音器、絞り型消音器とも呼ばれる。）は、吸音ピーク間のディップ（落ち込み）が顕著に現れてしまうことが指摘されている。

本発明者は、上記問題に長年の間、取り組んでおり、上記ディップの緩和を期待できる膨張型消音器を既に提案している（例えば、非特許文献１）。非特許文献１に開示の消音器は、軸方向に並んだ第１・第２オリフィスと、これらを連通する拡張室と、が設けられ、さらにこの拡張室内に、第１・第２オリフィス間を連結した不織布製の中空円筒が設けられた構成を成すものである。

しかしながら、非特許文献１に開示の消音構造においては、拡張室の軸方向長さが長くなる程、この長さに適した剛性等を有する不織布製中空円筒を作製することが難しくなるとともに、一方のオリフィスに対する他方のオリフィスの相対位置のずれも大きくなるため、当該円筒を取り付け・保持することも困難になる。

また、非特許文献１に開示の消音器が発揮する消音特性（ディップの緩和や透過損失の増大）は改善の余地がある。

星野陽、他４名、「自然換気用消音器の透過損失の測定および理論解析（膨張型消音器に不織布を内張りした場合）」、北陸信越学生会第４０回学生員卒業研究発表講演論文、日本機械学会、２０１１年３月４日

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、従来よりも簡素かつ据付容易な構造を有しながらも、高い消音特性を発揮する消音器を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討の末、非特許文献１等の拡張室に設けられていた不織布製円筒が拡張室の軸方向全長に亘って、必ずしも均一な消音特性を発揮するものではないこと、より具体的には、オリフィスに隣接する部分（つまり管路の断面積が急変する部分）だけに不織布製の環を設けることでも、非特許文献１の消音器とほぼ同等の消音特性が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、以下の構成・特徴を備えるものである。

（態様１）
媒体を区画する第１側壁と、
第１側壁の一側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第１内部空間を形成する第１周囲壁と、
第１側壁中に設けられて第１断面積急変部を形成しかつ第１周囲壁の第１内部空間と第１側壁の他側面との間で前記媒体の流通を可能にするオリフィスと、
を備えた消音器であって、かつ、
前記オリフィスの周縁から第１内部空間へ張り出した第１多孔質筒状体をさらに備え、
第１多孔質筒状体の張り出し長さが、前記オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に設定されており、
第１多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする消音器。
（態様２）
第１側壁の前記他側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第２内部空間を形成する第２周囲壁と、をさらに備えることを特徴とする態様１に記載の消音器。
（態様３）
前記オリフィスの周縁から第２内部空間へ張り出した第１追加多孔質筒状体と、
をさらに備え、かつ、
第１追加多孔質筒状体の張り出し長さが、前記オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に設定されており、
第１追加多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする態様２に記載の消音器。
（態様４）
互いに離間して配置された状態で媒体を区画する第１・第２側壁と、
第１・第２側壁の一側面の間を連結しかつ前記媒体を囲繞して第１内部空間を形成する第１周囲壁と、
第１・第２側壁中に設けられて第１・第２断面積急変部を形成しかつ第１周囲壁の第１内部空間と第１・第２側壁の他側面との間で前記媒体の流通を可能にする第１・第２オリフィスと、
を備えた消音器であって、かつ、
第１・第２オリフィスの周縁から第１内部空間へ張り出した第１・第２多孔質筒状体をさらに備え、
第１・第２多孔質筒状体の張り出し長さが、第１・第２オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に夫々設定されており、
第１・第２多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする消音器。
（態様５）
第１側壁の前記他側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第２内部空間を形成する第２周囲壁と、
第２側壁の前記他側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第３内部空間を形成する第３周囲壁と、
の少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする態様４に記載の消音器。
（態様６）
第１・第２オリフィスの周縁から第２・第３内部空間へ張り出した第１・第２追加多孔質筒状体の少なくとも一方をさらに備え、かつ、
第１・第２追加多孔質筒状体の張り出し長さが、第１・第２オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に設定されており、
第１・第２追加多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする態様５に記載の消音器。

以上の構成の本発明の消音器によれば、離間するオリフィス間を不織布製筒でブリッジ（連結）させた構造からなる非特許文献１に開示の従来の消音器と比べて、同等の消音性能が達成されるだけでなく、追加の長所（副産物）も得られる。

すなわち、本発明によれば、非特許文献１に開示の消音器において長い離間距離を懸架させるのに必要な大きな剛性を、本発明の多孔質筒状体（不織布製筒）に付与する必要は無く、またその離間距離に対応した長さを付与する必要も無くないため、消音器の重要部材である多孔質筒状体（不織布製筒）を、極めて簡素かつ安価なものにすることができる。また、本発明によれば、現場でのオリフィス同士の整列精度（アライメント精度）の高低に拘わらず、多孔質筒状体の側壁等への据え付けが容易となる。

実施例１の消音器の断面構造を示した概略図である。実施例２，３の消音器の断面構造を示した概略図である。実証試験（音響試験）用測定装置を示した図である。実施例４の消音器サンプルを示した図である。実施例４の消音器サンプルでの測定結果（透過損失）を示した図である。実施例５の消音器サンプルとその測定結果（透過損失）を示した図である。実施例６の消音器サンプルでの測定結果（透過損失）を示した図である。実施例７の消音器サンプルとその測定結果（透過損失）を示した図である。実施例８，９の消音器サンプルを示した図である。実施例８，９の消音器サンプルの測定結果（透過損失）を示した図である。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施例に何等限定されるものではない。なお、各図において同一又は対応する要素には同一符号を用いる。

（実施例１の消音器の構造）
図１（ａ）は、実施例１の消音器１の断面構造を示した概略図である。実施例１の消音器１は、具体的には、互いに離間して配置された状態で媒体２を区画する第１・第２側壁３，４と、第１・第２側壁３，４の一側面３Ａ，４Ａの間に区画された媒体２を囲繞した第１内部空間２Ａを形成する第１周囲壁９と、第１・第２側壁３，４中に設けられて第１周囲壁９の第１内部空間２Ａ（以下の実施例によっては「拡張室」とも呼ぶ。）と第１・第２側壁３，４の他側面３Ｂ，４Ｂとの間で媒体２の流通を可能にする第１・第２オリフィス５，６と、を備える。

ここで、第１・第２オリフィス５，６は、該オリフィス５，６の流通方向前方又は後方に、媒体２の流路断面積が急拡大又は急縮小する第１・第２断面積急変部５Ａ，６Ａを形成する。なお、本明細書の実施例においては、第１断面積急変部５Ａは流路断面積が急拡大する構成であるため「断面積急拡大部」とも呼び、一方、第２断面積急変部６Ａは流路断面積が急縮小する構成であるため「断面積急縮小部」とも呼ぶ。

さらに、実施例１の消音器１は、第１・第２オリフィス５，６の周縁５Ｅ，６Ｅから拡張室２Ａへ張り出した第１・第２多孔質筒状体７，８をさらに備える。ここで、第１・第２多孔質筒状体７，８の張り出し長さＬが、第１・第２オリフィス５，６の径Ｄの０．１〜１倍の範囲に夫々設定されていることを特徴とするものである。なお、第１・第２多孔質筒状体７，８は不織布で作られていることが好ましく、以下の説明ではこれらの筒状体７，８を「不織布製筒」、「不織布部」、や「不織布」とも呼ぶ。

実施例１及び以下の実施例では、説明の便宜上、配管内に消音器１を搭載する、つまり、第１周囲壁９が中空筒状（より具体的には、中空円筒状）を成すことを前提にしているが、本発明の消音器１は上記円筒状の配管に限らず、隔壁や機械の換気用通風部などの狭小な空間を有した構造体にも適用しても良い。

（実施例１の変形例）
なお、図１（ｂ）に、実施例１の変形例を示す。この変形例の消音器１は、図１の構成の他に、第１側壁３の他側面３Ｂから張り出しかつ媒体２を囲繞して第２内部空間２Ｂを形成する第２周囲壁２５と、第２側壁４の他側面４Ｂから張り出しかつ媒体２を囲繞して第３内部空間２Ｃを形成する第３周囲壁３５と、の少なくとも一方（図示では両方）を備えていてもよい。

さらに、この変形例は、第１・第２オリフィス５，６の周縁５Ｅ，６Ｅから第２・第３内部空間２Ｂ，３Ｂへ張り出した第１・第２追加多孔質筒状体２７，３８の少なくとも一方をさらに備えてもよく。この場合、第１・第２追加多孔質筒状体２７，３８の張り出し長さＬが、第１・第２オリフィス５，６の径Ｄの０．１〜１倍の範囲に設定されていることが好ましい。これにより、消音器１の消音特性の向上がさらに望めるようになる。

（配管内での音波の伝播）
なお、配管の一部分たる第１周囲壁９の管径（内直径）は、減音したい周波数に対して平面波が成立する直径以下に設定されていることが好ましい。例えば、配管（第１周囲壁９）の内直径が音波波長の０．５８倍以下であれば音波は平面波として軸方向Ｏにのみ伝搬すると言える。

配管（管路）の管径がこの条件を満たす場合、消音器１内の音波１は、図１（ｃ）に示すように伝播すると考えられる。つまり、オリフィス５に隣接した断面積急拡大部５Ａでは、断面積Ｓ_１を有したオリフィス５から出て軸方向Ｏに進入した音波は直ちに膨張後の断面積Ｓ_２に合わせた波面に拡がり、その後、第１内部空間（拡張室）２Ａからオリフィス６に向かう断面積急縮小部６Ａでは、当該部分６Ａに進入した音波は軸方向Ｏに通過した直ちに縮小後の断面積Ｓ_１に合わせた波面になると考えられる。なお、Ｓ_１とＳ_２との断面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）は、消音器１への通気性（圧力損失）と音響透過損失とのトレードオフで決定される。

（実施例１の消音器での作用）
本発明者は、上述のように急拡大直後または急縮小直前の狭い領域５Ａ，６Ａでは半径方向の音波の伝搬が局所的に存在し、当該部分５Ａ，６Ａを音響的に特段の対処を施すことが最も肝要であることを見出し、本発明を想到したのである。

つまり、急拡大直後または急縮小直前の領域５Ａ，６Ａのみに、音波に対して適度な抵抗を持った透過性の膜（例えば、不織布製の膜）を筒状に設置すれば（つまり、図１（ａ）及び（ｃ）に示すように、第１・第２多孔質筒状体７，８を設置すれば）、音波が膜７，８を透過する際に音波の媒質粒子の運動に対して大きな摩擦抵抗となり、音響エネルギーを、摩擦などにより熱に変換することができることに想到したのである。なお、第１周囲壁９の管径が上記条件に設定されていない場合はそもそも平面波が成立せず、以上の効果は得られない。

本発明による上記効果は、実施例１の具体的な構成に限定されず、例えば、実施例１の構成の一部を削除又は変更した以下の変形例においても、十分に奏することができる。

（実施例２の消音器の構造）
図２（ａ）は、実施例２の消音器１の構造を示した概略図である。具体的には、媒体２を区画する第１側壁３と、第１側壁３の一側面３Ａから張り出しかつ媒体２を囲繞して第１内部空間２Ａを形成する第１周囲壁９と、第１側壁３中に設けられて第１周囲壁９の第１内部空間２Ａと第１側壁３の他側面３Ｂとの間で媒体２の流通を可能にするオリフィス５と、が設けられる。さらに、この消音器１は、オリフィス５の周縁５Ｅから第１内部空間２Ａへ張り出した第１多孔質筒状体７を備え、かつ、第１多孔質筒状体７の張り出し長さＬが、オリフィス５の径（内径）Ｄの０．１〜１倍の範囲に設定されていることを特徴とする。

つまり、実施例２の消音器１は、図１（ａ）で示した実施例１の上記構成の左半分に相当するものであるが、左半分の構成部分だけでも、オリフィス５と断面積急変部５Ａと多孔質筒状体７とを通過する音波のパスが存在するため、十分に減音特性を発揮するものと考えられる。

（実施例２の変形例）
図２（ｂ）は、実施例２の変形例を示した概略図である。実施例２の変形例は、実施例２にて説明した上記各構成要素と略同様であるが、これらに加え、以下の構成要素を備える。

すなわち、実施例２の変形例は、図２（ｂ）に示すように、第１側壁３の他側面３Ｂから張り出しかつ媒体２を囲繞して第２内部空間２Ｂを形成する第２周囲壁２５をさらに備えていてもよい。

加えて、上記構成に、オリフィス５の周縁５Ｅから第２内部空間２Ｂへ張り出した第１追加多孔質筒状体２７をさらに設け、第１追加多孔質筒状体２７の張り出し長さＬを、第１多孔質筒状体７の場合と同様に、オリフィス５の径Ｄの０．１〜１倍の範囲に設定されていることが好ましい。これにより、消音器１の消音特性の向上がさらに望めるようになる。

また、実施例１，２の上記説明では、図１及び図２に示すように、配管の軸方向Ｏ（言い換えれば、媒体２の流れ）に上記構成の消音器１が一つ設けられることを前提としていたが、必ずしも一つに限定されず、配管の軸方向Ｏに同様の構成の消音器１が多数連結（直列的に連結）されるようにしてもよいし、隔壁に適用した場合には媒体の流れ方向やこの方向に直交する方向に消音器１を多数連結（並列的に連結）するようにしてもよい。

図２（ｃ）は、実施例３の消音器１の構造を示した概略図である。実施例３の消音器１は、互いに離間して配置された状態で媒体２を区画する第１・第２側壁３，４と、第１・第２側壁３，４の一側面３Ａ，４Ａの間に区画された媒体２を囲繞して第１内部空間２Ａを形成する第１周囲壁９と、第１・第２側壁３，４中に設けられて第１・第２断面積急変部５Ａ，６Ａを形成し、第１周囲壁９の第１内部空間２Ａと第１・第２側壁３，４の他側面３Ｂ，４Ｂとの間で媒体２の流通を可能にする第１・第２オリフィス５，６と、を備える。

ここで、第１内部空間２Ａの軸方向長さは第１・第２オリフィス５，６の径Ｄよりも大きい。また、第１・第２側壁３，４の間に、第１内部空間２Ａを分割するようにオリフィス５１，５２付きの追加側壁４１，４２（以下、「仕切り壁」とも呼ぶ。）が少なくとも一つ（図２（ｃ）では二つ）設けられ、各々の追加側壁４１，４２によって軸方向ＯのピッチＰが、オリフィス５，６，５１，５２の径Ｄの０．２〜２倍の範囲に設定されている。また、隣接するオリフィス５，６，５１，５２のいずれかの区間は多孔質筒状体７１，７２，７３で連結されている。

実施例３の構成は、従来の消音器１内の拡張室（第１内部空間）２Ａが、軸方向Ｏに少なくとも一つ以上の追加側壁（内壁）４１，４２によって分割されており、その追加壁４１，４２には最も両側の壁（外壁）３，４に設けられたオリフィス５，６と同心軸Ｏ上に追加のオリフィス５１，５２が設けられている。

つまり、実施例３では、拡張室２Ａは、外壁部３，４以外の中央空間において軸方向Ｏに沿って流路断面積の急拡大・急縮小が何度も繰り返される構成が採用されている。拡張室２Ａ内で流路断面積の急変が繰り返される程、局所的な消音が図られ、消音器１全体としての消音特性が向上するのである。一方、単一拡張室２Ａの両側壁３，４間に不織布製筒状体７を架け渡しただけの従来の消音器では、上述のとおり消音は実質的には両壁部３，４の周辺のみで行われており、拡張室２Ａの中央領域やこの領域に存在する不織布は、実質的には消音に貢献（寄与）しない領域であった為、無駄の多い構造であったともいえる。

（実証試験）
本発明者は、本発明の作用効果を確認するための実証試験を行った。

（実証試験用測定装置）
図３に、実証試験用の測定装置を示す。この測定装置は、４マイクロホンインピーダンス測定管を用いて音響透過損失（ＴＬ）の測定を行うものである。具体的には、測定装置は、内直径２９ｍｍを有したインピーダンス測定管（Ｂ＆Ｋ４２０６Ｔ型）内に、測定対象である消音器サンプルが設置され、サンプル前後の測定管壁面にマイクロホンが２本ずつ取り付けられた構成をしている。信号発生器及び増幅器にて基準信号による音波を発生させ、音波がサンプルを透過する前後の音圧を各マイクロホンで測定し、測定データをＡＤ変換器及び計測ソフトウェアにてデータの取得・解析を行うことが可能である。このインピーダンス測定管において平面波が成立する周波数は６．８ｋＨｚまでである。従って、後述の測定結果（図５〜図８及び図１０に示す各グラフ）に示す周波数範囲では平面波が成立していることになる。なお、ここで詳細は省略するが波動方程式に基づく理論計算も行い、上記測定装置を用いた実験結果との比較検討も行った。両者の傾向が一致し、理論的にも動作の説明が出来た。

（一方の壁の断面積急拡大部に多孔質筒状体を設置したサンプルの使用）
図４（ｅ）に示すように、側壁３（以下、「リング」とも呼ぶ。）にオリフィスのみが設けられたサンプル（実際には、オリフィスの内周縁には不織布７が設けられているが、リング３の外側へは突出させてはいないサンプル）を用意し比較例とした。一方、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、リング３から不織布７が一方の外側へ軸方向Ｏに突出させたサンプル（Ｌ＝５，１０，１５，３５ｍｍ）を幾つか用意し、これらを実施例４とした。なお、図４（ｆ）は、図４（ａ）〜（ｅ）のサンプルの側面を示した図である。

上記サンプルを上記インピーダンス測定管内に封入して、該サンプルの透過損失を測定した。図６に透過損失の測定結果を示す。

図５から、不織布７をリング３外方へ僅か（Ｌ＝５ｍｍ）に突出させたサンプル（ａ）を、比較例のサンプル（ｅ）と比較しても、透過損失に大きな差異があることが確認できた。また、サンプル（ｂ）においては、突出長さＬの増加によりさらなる透過損失の向上を確認できた。しかしながら、サンプル（ｃ）及び（ｄ）のように突出長さＬをさらに増大させても透過損失の向上は頭打ちになっており、突出長さＬをこれ以上延長しても改善は期待できないものと予想される。言い換えれば、不織布７の突出長さＬを、オリフィス５の内径Ｄの０．１〜１倍程度まで留めた方が音響的には無駄が無いことが分かる。

（断面積急縮小部及び断面積急拡大部の一方と両方に筒状不織布を設置したサンプル）
次に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、断面積急縮小部と断面積急拡大部との間に挟まれ空間的に狭くなった領域（絞り長さは４５ｍｍ）を有した管を用意し、断面積急縮小部の直前のみに不織布７（突出長さは５ｍｍ）を設置したサンプル（つまり、片側のみのサンプル（ｆ））と、断面積急縮小部の直前及び断面積急拡大部の直後に不織布７（突出長さは夫々５ｍｍ）を設置したサンプル（つまり、両側付きサンプル（ｇ））と、を実施例として用意し、これらの透過損失を上記装置で評価した。なお、不織布７を設置しない絞りのみのサンプル（不織布なしのサンプル（ｈ））も比較例として用意し、この透過損失を上記装置で評価した。

図６（ｃ）にこれらのサンプル（ｆ）〜（ｈ）の透過損失を示す。この図６（ｃ）から、不織布７を片側に設置しただけのサンプル（ｆ）でも消音効果が向上するが、両側とも設置したサンプル（ｇ）の方が最も消音効果が高くなることが確認された。特に、比較例である絞り型消音器（つまり、サンプル（ｈ））では、３５００Ｈｚ付近で透過損失が低下してしまうが、サンプル（ｆ）や（ｇ）のように僅かな長さを有した不織布７を取り付けるだけで、この周波数付近及びこれより高い周波数域での消音性能が大幅に改善されることが確認された。

なお、サンプル（ｆ）は、不織布７を片側（上流側）のみに設置して透過損失を測定しているが、このサンプル（ｆ）の上流側と下流側を入れ替えて透過損失を測定しても同じ結果となったため、入れ替えた場合の結果は図示していない。

（オリフィスが軸方向に二重に設置された消音器に筒状不織布を設置したサンプル）
次に、円筒管９内に上流側と下流側にオリフィス５，６付きの側壁３，４を設けた消音器１（二重オリフィス消音器とも呼ぶ。）を用意し（図１（ａ）を参照）、上流側オリフィス５直後の断面積急拡大部５Ａと、下流側オリフィス６直前の断面積急縮小部６Ａと、の双方に軸方向長さ５ｍｍ又は１０ｍｍを有した筒状多孔質体（筒状不織布）７，８を設けた。また、オリフィス５，６間のギャップが３５ｍｍの場合と５５ｍｍの場合の２つの消音器１を用意した。これらの筒状不織布７，８を設置した構成を実施例（後述の図７の各図では「ｅｌｉｍｉｎａｔｅ」と表記）とした。

また、どちらの側壁３，４にも不織布７，８を設置していない構成を比較例（図７の各図では「Ｗｉｔｈｏｕｔｎｏｎｗｏｖｅｎ」と表記）とした。また、不織布が両側壁３，４を架け渡すように配置された構成も比較例（図７の各図では「Ｆｕｌｌｌｅｎｇｔｈｎｏｎｗｏｖｅｎ」と表記）とした。

図７（ａ）にギャップが３５ｍｍの場合の透過損失を示し、図７（ｂ）に５５ｍｍの場合の透過損失を示す。なお、二重オリフィス消音器は膨張型消音器と同様に、「膨張部の長さが半波長の倍数に一致する周波数」において透過損失がほぼゼロになる特性があり、例えば、図７（ａ）の約５５００Ｈｚや図７（ｂ）の約３８００Ｈｚにて確認された。実施例のように僅かな長さを有した筒状不織布７，８を取り付けることにより、これらの周波数における消音性能が大幅に改善されていること、全周波数域において消音性能が大幅に改善されていること、及び不織布を両側壁３，４に架け渡した場合に匹敵する程の消音性能を有することが確認された。

（多孔質筒状体の形状及び材料の検討）
以上の実証試験において単純円筒状不織布７，８を使用したが、これ以外のものも用意した。具体的には、不織布７として、末広がりの円錐状を有するもの（図８（ａ）中央の図形を参照）やＬ字状断面を有するもの（図８（ａ）右側の図形を参照）を用意し、これらの透過損失を測定し、比較検討を行った。また、円筒状不織布７と同様の外形を有した筒状金網も併せて用意し、透過損失を測定した。

図８（ｂ）にそれぞれのサンプルでの透過損失を示す。先ず、不織布７や金網等何も設置していないオリフィス単品のサンプルと、金網設置のサンプルとは、ほぼ同様の透過損失を示しており、多孔質の材料が金網では消音性能の改善されないことが確認された。また、単純円筒状サンプルとＬ字状サンプルとが最も高い透過損失を示しているが、この結果より、Ｌ字状サンプルの垂直に立ち上げた追加部分は消音に大きく貢献せず、その効果は限定的であることが確認された。また、斜め状サンプルの透過損失は、周波数全域において、単純円筒状サンプルより低く、オリフィス直後に放射状に広がる音波が直交するように不織布７を設置した方が消音特性向上には望ましいことが確認された。

（膨張型消音器での実証試験）
次に、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように膨張室２Ａを有する円管（内径φ＝２９ｍｍ及び長さ８０ｍｍ）に対し、膨張室２Ａの両側壁３，４に円筒状不織布７，８を設けた消音器１に対して上述の測定法により透過損失を評価した。なお、不織布７，８は軸方向長さＬが異なるもの（Ｌ＝２．５ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ）を幾つか用意した。なお、膨張室２Ａの軸方向長さは８０ｍｍであり、全長８０ｍｍの不織布では膨張室２Ａの一端３，４から他端まで円筒状不織布７を架け渡す従来の消音器（以下、ブリッジ型とも呼ぶ。）となり、これを比較例とした。さらに、不織布７，８を付加しないもの（つまり、Ｌ＝０ｍｍ）も比較例として評価した。

図１０（ａ）に各消音器の透過損失を示す。不織布７，８が付加されていない比較例（Ｌ＝０ｍｍ）の透過損失が最も低い結果となり、不織布７，８の長さＬが２．５ｍｍ、５ｍｍと大きくなるにつれて、透過損失の値も周波数全域に亘って高くなることが分かる。しかしながら、不織布７，８の長さＬを１０ｍｍより大きくしても透過損失は微増となり、Ｌが１５ｍｍ以上（つまり、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ）の場合では８０ｍｍのブリッジさせたものとほぼ同等の結果となり、これらの透過損失にほとんど違いが表れないことが確認された。従って、Ｌ＝１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度の長さを有した不織布７，８を両側壁３，４に夫々設置するだけで従来のブリッジ型消音器と同程度の消音特性が得られることがわかった。

（膨張型多段式消音器の評価）
また、図９（ｃ）に示すように、前述の膨張室２Ａ内を軸方向Ｏに仕切るように追加側壁（仕切り壁）４１，４２をさらに設けた消音器１（以下、「膨張型多段式消音器」とも呼ぶ。）を用意した。それぞれの仕切り壁４１，４２は、膨張室２Ａの両側端３，４に設けられたオリフィス５，６と同径Ｄ（φ＝２９ｍｍ）のオリフィス５１，５２が設けられた構成をなす。つまり、この消音器１は、急拡大と急縮小を繰り返す断面積を有した拡張室２Ａが軸方向Ｏに数個（図示では３個）連続して設けられた構成を有するものとなる。そして、円筒状不織布を全ての拡張室２Ａ_１，２Ａ_２，２Ａ_３に挿通するように消音器１内に設置した。拡張室２Ａ_１，２Ａ_２，２Ａ_３の軸方向長さ（言い換えれば、仕切り壁５１，５２間や仕切り壁５１，５２と側壁３，４と間のピッチＰ）はそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、つまり、オリフィス径Ｄ（φ＝２９ｍｍ）より小さいかほぼ同程度の大きさ（０．４倍〜２倍）に設定した。

比較例として、拡張室２Ａ内に仕切り壁４１，４２は設置して拡張室２Ａを分割したが不織布を設置しないサンプル、不織布７は設置したが仕切り壁４１，４２で拡張室２Ａを仕切らないサンプル、及び、仕切り壁４１，４２も不織布７も設置しないサンプルも用意して、図３で説明した手法と同様の測定法で透過損失を評価した。

図１０（ｂ）は、膨張型多段式消音器１及びその比較例の透過損失の結果を示す。図１０（ｂ）中の破線で示すように、仕切り壁４１，４２を設けて急拡大と急縮小を繰り返す構成（つまり図９（ｃ）に示すような多段式消音器１）にするだけで、従来の単一拡張室に比べ透過損失が飛躍的に増大することが確認された。また、不織布７を設置していない多段式サンプルでは、低い周波数域では単一拡張室の場合よりも透過損失が低く、高い周波数域では透過損失が上下に振れてしまう傾向が確認された。一方、不織布７付き多段式サンプルでは、透過損失は、周波数全域に亘って（特に２０００Ｈｚ〜６４００Ｈｚの範囲で）、単一拡張室サンプルの場合よりも約１０ｄＢも高いことが確認され、極めて消音特性が向上することがわかった。

（不織布の定数についての検討）
なお、本発明の消音器１には、以下の物性値を有した不織布７，８を使用することが好ましい。具体的には、本発明の不織布７，８は、表１に示す固有音響インピーダンスを有することが好ましい。なお、固有音響インピーダンスは、音圧（定常圧力からの音波による媒質の圧力変動）に対する媒質粒子速度の比（音圧／速度）を示し、例えば、固有音響インピーダンスが小さいほど，少ない音圧で粒子速度が大きくなる。つまり、固有音響インピーダンスは音に関する抵抗値を示す。

また、本発明の不織布７，８は、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有することが好ましい。つまり、不織布７，８の厚さ１ｍｍにした場合、この不織布７，８を音が通過した場合に不織布７，８の前後で音圧が０．５〜１．０ｄＢ減衰するものを選択することが好ましい。

また、本発明の不織布７，８は、以下の位相速度となるものが好ましい。すなわち、１０００Ｈｚの音波が１００ｍ／ｓ以下で進み、６０００Ｈｚの音波が１７０ｍ／ｓ（空気中の音速の半分）以下で進むことになる材料を選択することが好ましい。

以上、幾つかの実施例を例示して本発明の消音器１を詳しく説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの具体的な構成に何等限定されるものではない。例えば、上述の実施例では第１・第２オリフィス５，６や第１・第２多孔質筒状体７，８は、説明の便宜上、互いに同一寸法を有したものを前提としたが必ずしもこれに限定されず、例えば、径Ｄや張り出し長さＬなどを異なるように構成しても本発明の作用効果を如何なく発揮するであろう。

本発明によれば、既存の配管等に僅かな寸法の筒状多孔質体（不織布）を付加するだけで従来の不織布ブリッジ型消音器と同様の消音特性を発揮する消音器を提供することができる。

さらに、本発明で提案された筒状多孔質体は、配管に限らず、隔壁や機械の換気用通風部等の狭いスペースしか有しない騒音発生源にも設置可能である。特に、自然換気や通風が見直されている昨今、狭い厚さしか通常与えられない壁に内蔵可能な消音器、又は張り出しが少ない消音器の存在意義は大きいといえる。また、本発明の消音器をアレイ状に並べて配置することで、大きな面を有した騒音発生源に対しても適応可能である。また、本発明の消音器は、強制換気・自然換気に関わらず適用可能である。

このように、本発明の消音器は、産業上の利用価値及び利用可能性が非常に高い。

１消音器
２媒体
２Ａ第１内部空間（拡張室）
３，４第１・第２側壁
５，６第１・第２オリフィス
５Ａ第１断面積急変部（断面積急拡大部）
５Ｅ，６Ｅ第１・第２オリフィスの周縁
６Ａ第２断面積急変部（断面積急縮小部）
７，８第１・第２多孔質筒状体
９第１周囲壁
２５第２周囲壁
２７第１追加多孔質筒状体
３５第３周囲壁
３８第２追加多孔質筒状体
４１，４２追加側壁（仕切り壁）
５１，５２追加側壁内のオリフィス
７１，７２，７３多孔質筒状体
Ｄ第１・第２オリフィスの径
Ｌ多孔質筒状体の軸方向長さ（張り出し長さ）
Ｏ軸（管路の中心軸）
Ｐ追加側壁間のピッチ又は追加側壁と側壁との間のピッチ

Claims

媒体を区画する第１側壁と、
第１側壁の一側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第１内部空間を形成する第１周囲壁と、
第１側壁中に設けられて第１断面積急変部を形成しかつ第１周囲壁の第１内部空間と第１側壁の他側面との間で前記媒体の流通を可能にするオリフィスと、
を備えた消音器であって、かつ、
前記オリフィスの周縁から第１内部空間へ張り出した第１多孔質筒状体をさらに備え、
第１多孔質筒状体の張り出し長さが、前記オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に設定されており、
第１多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする消音器。
第１側壁の前記他側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第２内部空間を形成する第２周囲壁と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
前記オリフィスの周縁から第２内部空間へ張り出した第１追加多孔質筒状体と、
をさらに備え、かつ、
第１追加多孔質筒状体の張り出し長さが、前記オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に設定されており、
第１追加多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする請求項２に記載の消音器。
互いに離間して配置された状態で媒体を区画する第１・第２側壁と、
第１・第２側壁の一側面の間を連結しかつ前記媒体を囲繞して第１内部空間を形成する第１周囲壁と、
第１・第２側壁中に設けられて第１・第２断面積急変部を形成しかつ第１周囲壁の第１内部空間と第１・第２側壁の他側面との間で前記媒体の流通を可能にする第１・第２オリフィスと、
を備えた消音器であって、かつ、
第１・第２オリフィスの周縁から第１内部空間へ張り出した第１・第２多孔質筒状体をさらに備え、
第１・第２多孔質筒状体の張り出し長さが、第１・第２オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に夫々設定されており、
第１・第２多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする消音器。
第１側壁の前記他側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第２内部空間を形成する第２周囲壁と、
第２側壁の前記他側面から張り出しかつ前記媒体を囲繞して第３内部空間を形成する第３周囲壁と、
の少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の消音器。
第１・第２オリフィスの周縁から第２・第３内部空間へ張り出した第１・第２追加多孔質筒状体の少なくとも一方をさらに備え、かつ、
第１・第２追加多孔質筒状体の張り出し長さが、第１・第２オリフィスの径の０．１〜１倍の範囲に設定されており、
第１・第２追加多孔質筒状体が、０．５〜１．０ｄＢ／ｍｍの減衰定数を有した不織布で作られていることを特徴とする請求項５に記載の消音器。