JP7103579B2

JP7103579B2 - 吸音構造

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Publication number: JP7103579B2
Application number: JP2018139360A
Authority: JP
Inventors: 琢元 ▲鶴▼羽
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: JP2020016072A

Description

特許法第３０条第２項適用１）平成３０年５月２７日Ｅｕｒｏｎｏｉｓｅ２０１８予稿集にて公開２）平成３０年５月３１日Ｅｕｒｏｎｏｉｓｅ２０１８にて公開

本発明は、吸音構造に関する。

建物等に用いられる吸音材として、例えばグラスウール等を用いる多孔質型、乾式ボード等を用いる板振動型、及び有孔ボード等を用いる共鳴器型等の吸音材が知られている。しかし、これらの吸音材は、騒音対策のニーズが高い低周波数帯域において、吸音性能が必ずしも十分とは言えなかった。

ここで、低周波数帯域において吸音効果を有する吸音材として、例えば特許文献１及び特許文献２には、粒子の振動により吸音性能を発現する粉粒体を箱体又は袋体に充填した吸音材が開示されている。

特開平４－２５７８９６号公報特開平９－１１４４６８号公報

特許文献１及び特許文献２に示すような粉粒体を用いた吸音材では、一般的に粉粒体層の厚みが増加するとピーク周波数が低下する。しかし、粉粒体層の厚みが増加するにつれて下層の粉粒体層が負担する静的荷重が増加し、下層の粉粒体層のバネ定数が大きくなることでピーク周波数の低下の程度が小さくなる。このため、粉粒体層の厚みを増加させてもピーク周波数を一定の下限値より低くすることができず、低周波数帯域の吸音性能を高めることに限界があった。

本発明は上記事実に鑑み、低周波数帯域の吸音性能を高めることができる吸音構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の吸音構造は、上下が開放された箱状の第１フレーム部材と、前記第１フレーム部材の下側に配置され上下が開放された箱状の第２フレーム部材とを含んで構成されたフレーム部材と、前記第１フレーム部材の内部に配置され、入射する音波により振動して低周波数帯域の音波を吸収する複数の粒子で構成された第１粉粒体層と、前記第２フレーム部材の内部に配置され、入射する音波により振動して低周波数帯域の音波を吸収する複数の粒子で構成された第２粉粒体層と、前記第１フレーム部材と前記第２フレーム部材との間に設けられ、前記第１粉粒体層を支持し、前記第２粉粒体層へ伝わる前記第１粉粒体層の静的荷重を抑制するように第２粉粒体層から離間して配置された受け部材と、を有し、前記受部材は、前記第１粉粒体層及び前記第２粉粒体層の一方の振動を他方へ伝える振動伝達部材である。

上記構成によれば、受け部材によって第１粉粒体層を支持しているため、受け部材が設けられていない場合、すなわち第１粉粒体層と第２粉粒体層とが直接積み重ねられている場合と比較して、第２粉粒体層が負担する静的荷重を減らすことができる。これにより、第２粉粒体層のバネ定数が小さくなり、粉粒体層全体の厚みを増すことなく吸音構造のピーク周波数を下げることができる。
上記構成によれば、受け部材が振動伝達部材であることにより、第１粉粒体層及び第２粉粒体層の一方の振動を妨げることなく他方へ伝えることができ、吸音性能の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の吸音構造は、請求項１に記載の吸音構造であって、前記第１粉粒体層又は前記第２粉粒体層の少なくとも一方は、袋体によって包装されている。

上記構成によれば、第１粉粒体層又は第２粉粒体層の少なくとも一方が袋体によって包装されていることにより、第１粉粒体層及び第２粉粒体層の取扱性、及び吸音構造の施工性を高めることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の吸音構造において、前記第１フレーム部材の上側の開口は、膜部材で覆われている。

本発明に係る建物によれば、低周波数帯域の吸音性能を高めることができる。

第１実施形態に係る吸音構造の分解斜視図である。第１実施形態に係る吸音構造の断面図である。吸音構造のピーク周波数を示すグラフである。第２実施形態に係る吸音構造の断面図である。第３実施形態に係る吸音構造の断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態における吸音構造について、図１～図３を用いて説明する。

図１、図２に示すように、本実施形態の吸音構造１０は、第１フレーム部材１２の収容部１４に収容された第１粉粒体層１６と、第２フレーム部材１８の収容部２０に収容された第２粉粒体層２２と、を有している。

図１に示すように、第１フレーム部材１２は、上下が開放された矩形の箱状部材であり、例えば鉄等の金属材料で構成されている。また、第１フレーム部材１２内には、仕切板１２Ａによって仕切られた複数の収容部１４が形成されており、各収容部１４内には、第１粉粒体層１６がそれぞれ収容されている。

第１粉粒体層１６は、複数の粒子１６Ａによって構成されており、袋体２４によって包装されている。また、粒子１６Ａは、例えばタルク（含水珪酸マグネシウム）等から成り、粒径が２００μｍ以下、かさ比重が０．２以下とされている。一方、袋体２４は、第１粉粒体層１６の振動を妨げない材料で構成されており、本実施形態では、例えば厚さが０．１ｍｍ程度のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で構成されている。

第１フレーム部材１２と同様に、第２フレーム部材１８は、上下が開放された矩形の箱状部材であり、例えば鉄等の金属材料で構成されている。また、第２フレーム部材１８内には、仕切板１８Ａによって仕切られた複数の収容部２０が形成されており、各収容部２０内には、第２粉粒体層２２がそれぞれ収容されている。

第２粉粒体層２２は、複数の粒子２２Ａによって構成されており、袋体２６によって包装されている。また、粒子２２Ａは、例えばタルク（含水珪酸マグネシウム）等から成り、粒径が２００μｍ以下、かさ比重が０．２以下とされている。一方、袋体２６は、第２粉粒体層２２の振動を妨げない材料で構成されており、本実施形態では、例えば厚さが０．１ｍｍ程度のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で構成されている。

なお、第１フレーム部材１２及び第２フレーム部材１８を構成する材料は、音波によって振動しない程度の剛性を有していればよく、金属材料の他、木質材料や硬質のプラスチック材料等を用いることができる。第１フレーム部材１２と第２フレーム部材１８は、同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。

同様に、第１粉粒体層１６の粒子１６Ａ及び第２粉粒体層２２の粒子２２Ａを構成する材料としては、タルクの他、中空ガラスビーズやケイ酸カルシウム、カーボン等を用いることができる。第１粉粒体層１６の粒子１６Ａと第２粉粒体層２２の粒子２２Ａは同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。

図２に示すように、第１フレーム部材１２は第２フレーム部材１８の上に積層されており、これにより、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２が上下に配置されている。なお、第２フレーム部材１８は、例えば建物２８の天井ボード上や、床下のコンクリートスラブ上に載置されている。

また、第１フレーム部材１２と第２フレーム部材１８の間には、受け部材としての第１膜部材３０が挟持されて支持されている。第１膜部材３０は、例えばガラスろ紙で構成されており、図１に示すように、第１フレーム部材１２及び第２フレーム部材１８と同じ矩形状とされている。

第１膜部材３０は、第１粉粒体層１６を支持することができる程度の緊張状態で第１粉粒体層１６と第２粉粒体層２２との間に設けられている。これにより、第１膜部材３０によって第１粉粒体層１６を支持することで、第２粉粒体層２２へ伝わる第１粉粒体層１６の静的荷重が抑制されるとともに、第１膜部材３０によって第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２の一方の振動が他方へ伝達可能とされている。

なお、第１粉粒体層１６が第１フレーム部材１２の収容部１４から脱落することを防ぐため、第１フレーム部材１２の上部には、第１膜部材３０と同じ形状の第２膜部材３２が設けられている。

第２膜部材３２は、第１膜部材３０と同じガラスろ紙で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。また、第１膜部材３０及び第２膜部材３２を構成する材料としては、ガラスろ紙の他、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリプロピレン（ＰＰ）等を用いることができる。

本実施形態の吸音構造１０によれば、吸音構造１０に音波が入射した場合、第１粉粒体層１６の粒子１６Ａ、及び第２粉粒体層２２の粒子２２Ａが振動する。この粒子１６Ａ、２２Ａの振動により、粒子１６Ａ間、及び粒子２２Ａ間に摩擦と衝突が生じ、音エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、音波を吸収することができる。

ここで、図３のグラフを用いて本実施形態の吸音構造１０と比較例の吸音構造のそれぞれのピーク周波数について説明する。図３は、粉粒体層全体の層厚が１６０ｍｍとされた吸音構造のピーク周波数を示すグラフであり、横軸は音波の周波数、縦軸は吸音率である。

また、図３のグラフにおいて、第１膜部材が設けられておらず第１粉粒体層と第２粉粒体層とが直接積み重ねられている比較例の吸音構造のピーク周波数を実線で示し、第１膜部材３０によって第１粉粒体層１６、第２粉粒体層２２の２層に分かれている本実施形態の吸音構造１０を破線で示す。なお、３枚の第１膜部材によって粉粒体層が４層に分かれている参考例の吸音構造を二点鎖線で示す。

比較例の吸音構造では、第１膜部材が設けられていないため、上層の粉粒体層（第１粉粒体層）の静的荷重を下層の粉粒体層（第２粉粒体層）が負担している。このため、粉粒体層の厚みが増加するにつれて下層の粉粒体層が負担する静的荷重が増加し、下層の粉粒体層のバネ定数が大きくなるため、粉粒体層の共振周波数、すなわち吸音構造のピーク周波数を一定の下限値より低くすることができない。

一方、本実施形態の吸音構造１０では、第１膜部材３０によって第１粉粒体層１６を支持しているため、比較例の吸音構造に比べて第２粉粒体層２２が負担する静的荷重を減らすことができる。これにより、比較例の吸音構造に比べて第２粉粒体層２２のバネ定数が小さくなり、図３に示すように、比較例の吸音構造に比べてピーク周波数を下げることができる。すなわち、本実施形態によれば、吸音構造１０の第１粉粒体層１６、第２粉粒体層２２の厚みを増すことなく、低周波数帯域の吸音性能を高めることができる。

なお、図３に示すように、粉粒体層が４層に分かれている参考例の吸音構造は、第１粉粒体層１６、第２粉粒体層２２の２層に分かれている本実施形態の吸音構造１０に比べてピーク周波数が低くなる。図３のグラフによると、吸音構造の粉粒体層の層数が多いほど、すなわち受け部材の数が多いほど、ピーク周波数が低くなることが分かる。

また、本実施形態によれば、第１膜部材３０は、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２の一方の振動を他方へ伝える振動伝達部材とされている。このため、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２の一方の振動を妨げることなく他方へ伝えることができ、吸音性能の低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２は、袋体２４、２６によってそれぞれ包装されている。このため、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２の粒子１６Ａ、２２Ａが飛散することを防ぐことができ、取扱性及び吸音構造１０の施工性を高めることができる。

なお、本実施形態の吸音構造１０では、第１膜部材３０、第２膜部材３２の材質や厚さ、第１粉粒体層１６、第２粉粒体層２２の材質等を変えることで、吸収する音波の周波数を調整することが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態における吸音構造について、図４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、図示及び説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の吸音構造４０は、上下に積層された第１フレーム部材４２と第２フレーム部材４８とを有している。第１フレーム部材４２は、上下が開放された円筒状部材であり、外周部から径方向内側に延出された延出部４４が下端部に全周にわたって形成されている。一方、第２フレーム部材４８は、第１フレーム部材４２と外径寸法及び内径寸法が略同一である有底の円筒状部材であり、外周部から径方向内側に延出された延出部５０が上端部に全周にわたって形成されている。

また、第１フレーム部材４２の延出部４４と第２フレーム部材４８の延出部５０の間には、受け部材としての第１膜部材５４が挟持されている。第１膜部材５４は、第１フレーム部材４２及び第２フレーム部材４８と同じ円形状とされており、外周部の両面が延出部４４、５０にそれぞれ接着されている。

また、第１フレーム部材４２及び第２フレーム部材４８には、それぞれ第１粉粒体層４６及び第２粉粒体層５２が収容されている。第１粉粒体層４６及び第２粉粒体層５２は、第１実施形態の第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２とは異なり、袋体に包装されておらず、複数の粒子４６Ａ、５２Ａが第１フレーム部材４２内、及び第２フレーム部材４８内に直接充填されている。

なお、第１フレーム部材４２、第２フレーム部材４８、及び第１膜部材５４等の吸音構造４０を構成する材料としては、第１実施形態の第１フレーム部材１２、第２フレーム部材１８、及び第１膜部材３０等の吸音構造１０を構成する材料と同様の材料を用いることができる。

本実施形態の吸音構造４０によれば、第１実施形態の吸音構造１０と同様に、吸音構造４０に音波が入射した場合、第１粉粒体層４６の粒子４６Ａ、及び第２粉粒体層５２の粒子５２Ａが振動する。この粒子４６Ａ、５２Ａの振動により、粒子４６Ａ間、及び粒子５２Ａ間に摩擦と衝突が生じ、音エネルギーが熱エネルギーに変換されることで、音波を吸収することができる。

また、本実施形態によれば、第１膜部材５４が第１フレーム部材４２、第２フレーム部材４８の延出部４４、５０に挟持されているとともに、延出部４４、５０に接着されている。このため、第１フレーム部材４２、第２フレーム部材４８によって第１膜部材５４をより強固に支持することができ、第１膜部材５４によって第１粉粒体層４６をより確実に支持することができる。

また、本実施形態によれば、第１粉粒体層４６、第２粉粒体層５２の粒子４６Ａ、５２Ａが第１フレーム部材４２内、及び第２フレーム部材４８内に直接充填されている。このため、粒子４６Ａ、５２Ａを袋体で包装する作業を省略することができ、部品点数を減らすことができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態における吸音構造について、図５を用いて説明する。なお、第１、第２実施形態と同様の構成については、図示及び説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の吸音構造６０は、第１フレーム部材６２と、第１フレーム部材６２の収容部６４に収容された第１粉粒体層６６と、第２フレーム部材６８と、第２フレーム部材６８の収容部７０に収容された第２粉粒体層７２と、を有している。

第１フレーム部材６２及び第２フレーム部材６８は、第１実施形態の第１フレーム部材１２及び第２フレーム部材１８と同様の矩形の箱状部材であり、第１フレーム部材６２が第２フレーム部材６８の上に積層されている。また、第１フレーム部材６２と第２フレーム部材６８の間には、受け部材としての第１膜部材８０が挟持されて支持されており、第１フレーム部材６２の上部には、第２膜部材８２が設けられている。

第１粉粒体層６６及び第２粉粒体層７２は、第１実施形態の第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２と同様に、複数の粒子６６Ａ、７２Ａによって構成されており、袋体７４、７６によってそれぞれ包装されている。

また、本実施形態では、第２フレーム部材６８の下に第３フレーム部材８４が積層されている。第３フレーム部材８４は、第１フレーム部材６２及び第２フレーム部材６８と同様に、上下が開放された矩形の箱状部材であり、第３フレーム部材８４内には、仕切板８４Ａによって仕切られた複数の収容部８６が形成されている。

なお、第３フレーム部材８４の収容部８６には、粉粒体層は収容されておらず、空気層が形成されている。さらに、第２フレーム部材６８と第３フレーム部材８４の間には、矩形状の第３膜部材８８が挟持されて支持されている。

第３フレーム部材８４や第３膜部材８８等の吸音構造６０を構成する材料としては、第１実施形態の第１フレーム部材１２や第１膜部材３０等の吸音構造１０を構成する材料と同様の材料を用いることができる。

本実施形態の吸音構造６０によれば、第２粉粒体層７２と建物２８の天井ボード又はコンクリートスラブとの間に、第３フレーム部材８４の収容部８６によって空気層が形成されている。このため、吸収する音波の周波数を空気層によって調整することが可能である。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明について実施形態の一例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。

例えば、上記実施形態では、吸音構造１０、３０、６０は建物２８の天井ボード上又はコンクリートスラブ上に載置されて使用されていたが、吸音構造１０、３０、５０の設置場所は天井裏や床下には限られず、建物２８の壁内等であってもよい。

また、上記実施形態では、受け部材としての第１膜部材３０、５４、８０によって粉粒体層が第１粉粒体層１６、４６、６６と第２粉粒体層２２、５２、７２の２層に分けられていたが、２つ以上の受け部材によって粉粒体層が３層以上に分けられていてもよい。前述したように、粉粒体層の層数が多いほど、すなわち受け部材の数が多いほど、ピーク周波数を下げることができ、低周波数帯域の吸音性能を高めることができる。

また、例えば第１実施形態では、矩形の第１フレーム部材１２及び第２フレーム部材１８に収容部１４、２０が４つずつ形成されていた。しかし、第１フレーム部材１２及び第２フレーム部材１８の形状や大きさ、収容部１４、２０の数や各収容部１４、２０に収容される第１粉粒体層１６、第２粉粒体層２２の数等は、上記実施形態には限られない。

さらに、上記実施形態では、受け部材が例えばガラスろ紙から成る膜部材で構成されていたが、受け部材は布や不織布、金属の薄板や格子で構成されていてもよい。なお、受け部材を金属の薄板や格子で構成した場合には、受け部材と第１フレーム部材１２、４２、６２、第２フレーム部材１８、４８、６８とを一体形成してもよい。

また、例えば第１実施形態では、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２が袋体２４、２６によってそれぞれ包装されていた。しかし、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２は、袋体２４、２６によって包装されていなくてもよく、また、第１粉粒体層１６及び第２粉粒体層２２のどちらか一方のみが袋体２４、２６によって包装されていてもよい。

１０、４０、６０吸音構造
１２、４２、６２第１フレーム部材（フレーム部材の一例）
１６、４６、６６第１粉粒体層
１８、４８、６８第２フレーム部材（フレーム部材の一例）
２２、５２、７２第２粉粒体層
２４、２６、７４、７６袋体
３０、５４、８０第１膜部材（受け部材の一例）

Claims

上下が開放された箱状の第１フレーム部材と、前記第１フレーム部材の下側に配置され上下が開放された箱状の第２フレーム部材とを含んで構成されたフレーム部材と、
前記第１フレーム部材の内部に配置され、入射する音波により振動して低周波数帯域の音波を吸収する複数の粒子で構成された第１粉粒体層と、
前記第２フレーム部材の内部に配置され、入射する音波により振動して低周波数帯域の音波を吸収する複数の粒子で構成された第２粉粒体層と、
前記第１フレーム部材と前記第２フレーム部材との間に設けられ、前記第１粉粒体層を支持し、前記第２粉粒体層へ伝わる前記第１粉粒体層の静的荷重を抑制するように第２粉粒体層から離間して配置された受け部材と、
を有し、
前記受部材は、前記第１粉粒体層及び前記第２粉粒体層の一方の振動を他方へ伝える振動伝達部材である、
吸音構造。
前記第１粉粒体層又は前記第２粉粒体層の少なくとも一方は、袋体によって包装されている、
請求項１に記載の吸音構造。
前記第１フレーム部材の上側の開口は、膜部材で覆われている、
請求項１または請求項２に記載の吸音構造。