JP6602915B2 - 多孔吸音板 - Google Patents

Description

本発明は、吸音部材としての多孔板に関する。

吸音部材としての多孔板、すなわち多孔吸音板は、その孔径を小さくすることで吸音性能が向上することが知られている。しかしながら、吸音部材として用いる板材は厚みが薄いため、板厚以下の径の孔を板材にあけることは難しい。一方、多孔板を吸音部材に適用し製品として成立させるには、耐食性・耐候性等の観点から多孔板に塗装を施すことを必要とする場合も多い。多孔吸音板は、当該多孔吸音板に形成された孔内を音が伝搬する過程で減衰するという原理で吸音するものである。したがって、多孔板に塗装を施して孔が塞がると、その吸音性能が劣化することが懸念される。

多孔板に塗装を施してなる多孔吸音板として、例えば特許文献１に記載されたものがある。その従来技術は、多孔板の表面に、貫通孔の開口部を塞ぐように１〜１０μｍの厚みの塗装薄膜を形成するというものである。特許文献１では、この塗装薄膜により、貫通孔への塵埃の侵入を防止でき、且つ経時変化等による劣化が抑制され、優れた吸音特性および外観特性に優れる、と称されている。

特開２００８−２３３７９２号公報

１〜１０μｍの厚みの塗装で必要十分な製品に関しては特に問題ないが、例えば自動車を構成する鋼板などの高い耐候性が求められる板材には、防錆のための電着塗装などで例えば２０μｍ程度の膜厚の塗装が施される。この程度の塗装膜厚になると、特許文献１に記載の貫通孔を塗膜で塞ぐ方法では吸音性能が大幅に悪化してしまう。
また、特許文献１に記載の１〜１０μｍの厚みの塗装薄膜で貫通孔を塞ぐという方法は、多孔板の吸音性能を向上させることを目的とするものではなく、吸音性能の悪化を回避することを目的とするものである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸音性能の悪化回避ではなく、塗装により多孔板の吸音性能の向上を図ることである。

本発明は、多数の貫通孔が形成された母材としての多孔板を有する多孔吸音板であって、当該貫通孔の内壁面に塗膜を有し、この塗膜により貫通孔の容積よりも小さな容積の貫通孔部が形成されていることを特徴とする。

本発明によると、母材の貫通孔の容積を塗膜によって小さくすることで、孔による粘性減衰を大きくすることが可能となり、その結果、母材の貫通孔以上の吸音性能を発揮させることができる。「粘性減衰」とは、音が通過する際の音波と壁面との摩擦による音波の減衰のことである。

本発明の第１実施形態に係る多孔吸音板を備える吸音構造を示す断面図である。 図１に示す多孔吸音板の貫通孔部分の拡大図である。 塗膜により貫通孔の容積を小さくしたことによる効果を示すグラフである。 膜厚／孔径と平均吸音率上昇率との関係を示すグラフである。 図２に示す貫通孔部分の第１変形例を示す図である。 図２に示す貫通孔部分の第２変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る多孔吸音板の貫通孔部分の拡大図である。 図７に示す貫通孔部分の第１変形例を示す図である。 図７に示す貫通孔部分の第２変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る多孔吸音板の貫通孔部分の拡大図である。 図１０に示す貫通孔部分の第１変形例を示す図である。 図１０に示す貫通孔部分の第２変形例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（多孔吸音板を用いた吸音構造）
図１に示すように、多孔吸音板１は、板形状または壁形状の閉塞部材２との間に空気層３が形成されるように、閉塞部材２との間に所定の間隔をあけて配置される。閉塞部材２とは、孔が開けられていない、すなわち、表面と裏面が連通していない部材のことである。閉塞部材２は、多孔吸音板１を間に挟んで、騒音源５の反対側に配置される。

本実施形態の多孔吸音板１は、多数の貫通孔４があけられた母材としての多孔板６の両面および貫通孔４の内壁面に塗膜７が形成されてなる吸音板である。塗膜７を形成するための塗装方法としては、例えば、電着塗装、ハケ塗り、吹付塗装などが挙げられる。多孔板６および閉塞部材２の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、鉄、樹脂などである。

（第１実施形態）
（貫通孔部分の詳細）
図２は、図１に示す第１実施形態に係る多孔吸音板１の貫通孔４部分の拡大図である。図２に示すように、母材である多孔板６の貫通孔４は円柱形状の孔であり、この貫通孔４の内壁面の全体に塗膜７ａが形成され、この塗膜７ａにより貫通孔４の孔径ｄ（直径ｄ）よりも小さな貫通孔部８が形成されている。且つ、形成された貫通孔部８の孔の容積は、塗装が施されていない貫通孔４のみの場合の孔の容積よりも小さい。塗膜７ａは、例えばその表面張力により、板厚方向の端部よりも中央側のほうが盛り上がった（厚くなった）山形となっている。その稜線部１１（膜厚最大部）の膜厚Ｌｍａｘは、貫通孔４の孔径ｄの１／２未満とされる。

なお、この例では、貫通孔部８の、板厚方向に対する直交断面は、板厚方向におけるいずれの部位においても円形とされているが、塗装のし方によっては、潰れた円形、潰れた四角形など、貫通孔部８が円形（真円）にならないことがある。本発明ではこのような真円ではない貫通孔部であってもよい。また、この例では、貫通孔４の軸芯と貫通孔部８の軸芯とが一致しているが、塗装のし方によっては、貫通孔４の軸芯と貫通孔部８の軸芯とが一致しない場合がある。上記した例では、貫通孔４の軸芯と貫通孔部８の軸芯とが一致するため、膜厚Ｌｍａｘが貫通孔４の孔径ｄの１／２未満とされるが、貫通孔４の軸芯と貫通孔部８の軸芯とが一致しない場合、すなわち、貫通孔４の内壁面の周方向において塗装のムラや偏りがある場合には、場所によっては膜厚Ｌｍａｘが貫通孔４の孔径ｄの１／２以上となる場合もある。必須なのは、貫通孔４の内壁面に塗装が施されても、孔が閉塞することなく貫通孔部が形成されていることである。

ここで、図３は、塗膜により貫通孔の容積が小さくされたことによる効果を示すグラフである。図３中の点線は、貫通孔４の内壁面を塗装していない場合の様々な周波数域での吸音率を示し、図３中の実線は、貫通孔４の内壁面を塗装した場合（塗装して貫通孔４の容積を小さくした場合）の様々な周波数域での吸音率を示している。この図３からわかるように、貫通孔４の容積を塗膜によって小さくすることで、孔による粘性減衰を大きくすることが可能となり、その結果、全ての周波数域において、母材の貫通孔以上の吸音性能が発揮可能になる。

図４は、膜厚Ｌ／孔径ｄと平均吸音率上昇率との関係を示すグラフである。なお、解析対象の多孔吸音板の母材の貫通孔４は円柱形状としている。図４の横軸でいう膜厚Ｌ／孔径ｄの「膜厚Ｌ」とは、円柱形状の貫通孔４の内壁面全てに均一の厚みの塗膜が形成されている場合には、その膜厚であり、図２に示すような板厚方向で塗膜の厚みが異なる場合には、最大膜厚である膜厚Ｌｍａｘのことである。

また、「平均吸音率」とは、板厚１ｍｍの板に孔径ｄ＝１ｍｍの孔をあけ、当該孔の内壁面に膜厚Ｌの塗装を施してなる多孔吸音板であって、吸音ピークが吸音率１となるように開口率を決めた多孔吸音板の、１００〜５０００Ｈｚの吸音率の平均である。一般的には、平均吸音率は、約０．５〜０．７程度となる。図４における貫通孔部分の条件として、平均吸音率を０．５とし、かつ、貫通孔４の内壁面の周方向において塗装のムラがない、すなわち、貫通孔４の軸芯と、その内側に塗膜により形成される貫通孔部の軸芯とが一致しているとしている。図４中の右側のグラフは、左側のグラフの膜厚Ｌ／孔径ｄが０〜０．０５の部分を拡大したものである。

図４中の右側のグラフからわかるように、膜厚Ｌ／孔径ｄが０から０．０２になると平均吸音率が２％上昇する。平均吸音率が２％上昇すると、反射エネルギは約０．１ｄＢ低減するため、吸音率には優位な差が表れ始める。すなわち、膜厚Ｌ／孔径ｄは０．０２（１／５０）以上とされることが好ましい。

平均吸音率が２％上昇すると、反射エネルギが約０．１ｄＢ低減する理由を次式に基づいて説明する。改善前（平均吸音率上昇前）の反射エネルギ（反射波のエネルギ）をＥｒ（ｄＢ）とし、改善後の反射エネルギをＥｒ´（ｄＢ）とする。反射エネルギの低減量は、ΔＩ（ｄＢ）である。ここで、αは、改善前（膜厚がゼロ）の平均吸音率であり、α´は、改善後の平均吸音率である。Ｅｉは、入力波のエネルギである。
ΔＩ＝Ｅｒ−Ｅｒ´
＝１０log₁₀（１−α）Ｅｉ−１０log₁₀（１−α´）Ｅｉ
＝１０log₁₀（（１−α）／（１−α´））
上記した式に、α´＝α＋０．０２α、α＝０．５を代入すると、ΔＩ＝約０．１ｄＢとなる。

なお、塗膜により形成される貫通孔部の径は小さい方が好ましいが、貫通孔４が塗膜により閉塞してしまうと吸音性能が低減してしまうので、膜厚Ｌ／孔径ｄは０．５（１／２）未満とされる。なお、塗膜によって貫通孔４が塞がれることをより確実に防止するには、膜厚Ｌ／孔径ｄを１／３以下とすることが好ましい。

また、図２に示す実施形態では、板厚方向の端部（板厚方向における塗膜の端部）よりも中央側（塗膜の板厚方向中央側）のほうの塗装膜厚が厚くなっている。これにより、均一な塗膜による孔の断面が一定の場合に比べて孔径が小となる部分（領域）の板厚方向の長さが短くなる。その結果、孔による粘性減衰効果を向上させることができ、同じ吸音性能を発揮させるための孔数を減らすことができるという効果もある。なお、本発明を適用する微細多孔板に関し、音波減衰の向上には、貫通孔４の内壁面に形成される塗膜の厚み（均一な厚みの塗膜の場合はその厚み、均一でない場合は最大膜厚部の厚み）を、１０〜１００μｍとし、且つ、孔径ｄを０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

（第１実施形態の第１変形例）
図５は、図２に示す貫通孔部分の第１変形例を示す図である。図１、２に示す多孔吸音板１では多孔板６の両面に塗装を施しているが、本実施形態では、多孔板６の片面のみに塗装を施し、これにより、貫通孔４の内壁面の一部に塗膜７ｂを形成している。なお、塗膜７ｂは、図２に示す塗膜７ａと同じく山形の塗膜であるが、これに限られることはなく、板厚方向の各部で均一な厚みの塗膜であってもよい。

貫通孔４の内壁面の一部のみに塗膜７ｂを形成することによっても、母材の貫通孔４の直径よりも小さく、且つ母材の貫通孔４の容積よりも小さな容積の貫通孔部を形成することができ、母材の貫通孔４以上の吸音性能が発揮可能になる。また、表面張力などにより塗膜７ｂを山形とすることで、均一な塗膜による孔の断面が一定の場合に比べて孔径が小となる部分（領域）の板厚方向の長さが短くなるため、孔による粘性減衰効果を向上させることができ、同じ吸音性能を発揮させるための孔数を減らすことができるという効果もある。

なお、貫通孔部８は、塗膜７ｂ面と、貫通孔４の内壁面のうちの塗膜７ｂがない面（塗装されていない面）とで形成される孔部のことである（母材の貫通孔の内壁面の一部に塗装が施される後述する他の実施形態においても同様）。

（第１実施形態の第２変形例）
図６は、図２に示す貫通孔部分の第２変形例を示す図である。本実施形態では、母材である多孔板６の貫通孔４の孔両端部４ａを面取りしている。そのため、貫通孔４の内壁面に形成される塗膜７ｃは、図２の塗膜７ａよりも湾曲の程度が大きくなり、板厚方向において塗装により孔径が小さくなる領域（稜線部１１周辺の領域）が、孔端部が面取りされていない図２に示す多孔板６の場合よりも少なくなる。これにより、孔による粘性減衰効果をより向上させることができ、同じ吸音性能を発揮させるための孔数をより減らすことができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る多孔吸音板２１の貫通孔部分の拡大図である。図２，５，６に示す母材である多孔板６に形成された貫通孔４が、いずれも円柱形状の孔であるのに対して、本実施形態の多孔板６（母材）に形成された貫通孔９は、円錐台形状の孔とされている。貫通孔９は、多孔板６の一方の面に形成された最大孔径部１２と、多孔板６の他方の面に形成された最小孔径部１３とを有し、最小孔径部１３から最大孔径部１２へ向かうにつれて徐々に孔径が拡大している。

なお、本実施形態の貫通孔９は、円錐台形状のうちの直円錐台（軸対称の円錐台）形状に分類されるものであるが、斜円錐台形状の貫通孔であってもよい。さらには、貫通孔は、円錐台形状に限られるものではなく、前記したように、最小孔径部１３から最大孔径部１２へ向かうにつれて徐々に孔径が拡大するものであればよい（後述する第３実施形態における貫通孔１４の円錐台状孔１４ｂについても同様）。

この貫通孔９の内壁面の全体に塗膜７ｄが形成され、この塗膜７ｄにより貫通孔９の容積よりも小さな容積の貫通孔部１０が形成されている。

貫通孔９の形状をテーパ状にすることで、孔径が最小になる部位を最小孔径部１３に限定することができるため、孔形状の精度、塗膜厚のバラツキなどにより孔が閉塞するリスクを小さくすることができる。

なお、多孔吸音板２１の配置に関し、最小孔径部１３側の面が騒音源５側にされてもよいし、最大孔径部１２側の面が騒音源５側にされてもよい（図８〜１２に示す貫通孔部分を有する多孔吸音板についても同様）。

（第２実施形態の第１変形例）
図８は、図７に示す貫通孔部分の第１変形例を示す図である。本実施形態では、多孔板６の最小孔径部１３側の面のみに塗装を施し、これにより、貫通孔９の内壁面のうちの最小孔径部１３側のみに塗膜７ｅを形成している。この構成によると、孔形状の精度、塗膜厚のバラツキなどにより孔が閉塞するリスクを小さくすることができるという前記した効果を、より少ない塗装量で達成することができる。

（第２実施形態の第２変形例）
図９は、図７に示す貫通孔部分の第２変形例を示す図である。本実施形態では、多孔板６の最大孔径部１２側の面のみに塗装を施し、これにより、貫通孔９の内壁面のうちの最大孔径部１２側のみに塗膜７ｆを形成している。この構成によると、最小孔径部１３の径を維持したまま、塗膜７ｆにより孔径を全体的に小さくすることができ（孔の容積を小さくすることができ）、孔部での粘性減衰を向上させることができる。

塗膜７ｆ面および塗膜７ｆがない面（塗装されていない孔面）で形成される貫通孔部１０のうちの、塗膜７ｆ部の内径は、最小孔径部１３の内径よりも小さい。すなわち、貫通孔部１０は、塗膜７ｆにより母材の貫通孔９の最小直径よりも小さな直径部を有する。ここで、吸音効果は、音波が孔を通過する際の圧力損失により決定され、この圧力損失は、孔の一番小さな部位の影響が大きい。そのため、本実施形態のように、貫通孔９の内壁面に塗装を施し、孔容積を小さくするとともに母材の貫通孔９の最小孔径部１３よりも小さな孔部を形成することで、より大きな吸音効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態に係る多孔吸音板３１の貫通孔部分の拡大図である。本実施形態の多孔板６（母材）に形成された貫通孔１４は、多孔板６の一方の面に形成された最大孔径部１２と、多孔板６の他方の面に形成された最小孔径部１３とを有する。この点は、図７〜９に示す貫通孔９と同じである。本実施形態では、貫通孔１４は、最小孔径部１３から最大孔径部１２へ向かうにつれて、最初は、最小孔径部１３と同径の円柱状孔１４ａとされ、途中から徐々に孔径が拡大する円錐台状孔１４ｂとされている。円柱状孔１４ａは、最小孔径部１３と同径を維持する部分である。

この貫通孔１４の内壁面の全体に塗膜７ｇが形成され、この塗膜７ｇにより貫通孔１４の容積よりも小さな容積の貫通孔部１５が形成されている。

本実施形態の多孔吸音板３１によると、図７に示す第２実施形態の多孔吸音板２１と同様に、貫通孔１４の形状をテーパ状にすることで、孔径が最小になる部位を最小孔径部１３に限定することができるため、孔形状の精度、塗膜厚のバラツキなどにより孔が閉塞するリスクを小さくすることができる。これに加えて、径が最小の円柱状孔１４ａの板厚方向の長さを変化させることで、孔部での音波の減衰を容易に制御することができる。

（第３実施形態の第１変形例）
図１１は、図１０に示す貫通孔部分の第１変形例を示す図である。本実施形態では、多孔板６の最小孔径部１３側の面のみに塗装を施し、これにより、貫通孔１４の内壁面のうちの最小孔径部１３側のみに塗膜７ｈを形成している。この構成によると、孔形状の精度、塗膜厚のバラツキなどにより孔が閉塞するリスクを小さくすることができるという前記した効果を、より少ない塗装量で達成することができる。径が最小の円柱状孔１４ａの板厚方向の長さを変化させることで、孔部での音波の減衰を容易に制御することができるという効果もある。

（第３実施形態の第２変形例）
図１２は、図１０に示す貫通孔部分の第２変形例を示す図である。本実施形態では、多孔板６の最大孔径部１２側の面のみに塗装を施し、これにより、貫通孔１４の内壁面のうちの最大孔径部１２側のみに塗膜７ｉを形成している。この構成によると、最小孔径部１３の径を維持したまま、塗膜７ｉにより孔径を全体的に小さくすることができ（孔の容積を小さくすることができ）、孔部での粘性減衰を向上させることができる。径が最小の円柱状孔１４ａの板厚方向の長さを変化させることで、孔部での音波の減衰を容易に制御することができるという効果もある。

（変形例）
母材である多孔板６に形成される貫通孔４として円柱形状の孔を図２，５，６に例示したが、これに代えて、断面が三角形、四角形といった断面が多角形の貫通孔としてもよいし、断面が楕円、長円などの貫通孔としてもよい。また、母材である多孔板６に形成される貫通孔９，１４として円錐台形状の孔を図７〜１２に例示したが、これに代えて、角錐台形状の貫通孔としてもよい。本発明の多孔吸音板で必須なのは、母材にあけられた貫通孔が閉塞することなくその内壁面に塗装が施されていることである。

上記した実施形態では、いずれの実施形態においても貫通孔４，９，１４の内壁面の周方向全てにわたって塗膜が形成されているが、貫通孔４，９，１４の内壁面の周方向の一部のみに塗膜が形成され、当該塗膜により貫通孔４の容積よりも小さな容積の貫通孔部が形成されてもよい。

１：多孔吸音板
２：閉塞部材
３：空気層
４：貫通孔
５：騒音源
６：多孔板（母材）
７：塗膜
８：貫通孔部（塗膜により形成された孔）

Claims (3)

1. 多数の貫通孔が形成された母材としての多孔板を有する多孔吸音板であって、
   前記貫通孔は、
   前記多孔板の一方の面に形成される最大孔径部と、
   前記多孔板の他方の面に形成される最小孔径部と、を有し、
   前記最小孔径部から前記最大孔径部へ向かうにつれて、徐々に孔径が拡大しており、または、最初は同径を維持し、途中から徐々に孔径が拡大しており、
   前記貫通孔の内壁面に塗膜を有し、当該塗膜により前記貫通孔の容積よりも小さな容積の貫通孔部が形成されており、
   前記内壁面の前記塗膜の厚さは、板厚方向における前記塗膜の両端部よりも前記塗膜の板厚方向中央側の方が厚くされていることを特徴とする、多孔吸音板。
2. 請求項１に記載の多孔吸音板において、
   前記貫通孔部は、前記塗膜により前記貫通孔の最小直径よりも小さな直径部を有することを特徴とする、多孔吸音板。
3. 請求項１または２に記載の多孔吸音板において、
   前記貫通孔の内壁面の一部に前記塗膜を有することを特徴とする、多孔吸音板。

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