WO2019044589A1 - 防音構造、及び防音構造体 - Google Patents

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WO2019044589A1
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hole
soundproof structure
holes
soundproof
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暁彦 大津
真也 白田
昇吾 山添
美博 菅原
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富士フイルム株式会社
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    • E04B2001/8495Solid slabs or blocks with acoustical cavities, with or without acoustical filling the cavities opening onto the face of the element the openings going through from one face to the other face of the element

Definitions

  • the present invention relates to a soundproof structure and a soundproof structure.
  • Patent Documents 1 and 2 a fine perforated plate having a large number of circular fine holes penetrating in the thickness direction.
  • a riser of a stair provided in a living room such as a living room of a house, a back plate on the lower surface of a tread, a door panel of a stair storage under a stair, a door panel of storage furniture, or a side of a handrail
  • a reverberant noise reduction device is proposed in which a large number of fine holes penetrating in the thickness direction are formed in the panel, and sound absorption performance is added to the stairs by the riser and the space under the stairs to significantly reduce the reverberation time of the living space. It is done.
  • Patent Document 2 a front panel of storage furniture, a panel panel provided on the upper side of the storage furniture, or one panel panel of a multilayer panel panel such as a partition, disposed in an office space
  • a sound environment that makes it easy to hear conversations etc. by drilling a large number of fine holes penetrating in the thickness direction and absorbing sound by the front panel or panel panel and the air layer in the back space.
  • Patent Document 1 discloses that the diameter of the fine holes of the fine holed plate is appropriately set according to the required performance, but it is disclosed that 1 mm or less is more preferable, but some embodiments Disclosed in the form is 0.6 mm, and it does not specifically disclose micropores of 0.1 mm or less.
  • the pitch of the fine holes is preferably 0.8 to 10 mm, and the fine holes disclosed in the drawings are regularly arranged in the plate material.
  • the fine holes of the fine holed plate disclosed in Patent Documents 1 and 2 are physically drilled using a drill or punching etc., and basically the diameter of the fine holes is uniform, The variation is negligible. For this reason, in patent documents 1 or 2, distribution etc. of diameter do not become a problem.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a soundproof structure and a soundproof structure capable of absorbing sound in a wide band with a high absorptivity.
  • the soundproof structure according to the first aspect of the present invention is a soundproof structure including a film-like member having a plurality of through holes penetrating in a thickness direction, and the plurality of through holes of the film-like member
  • the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) representing the opening ratio ⁇ relative to the hole radius r
  • the hole radius at which the opening ratio ⁇ is maximum is r 0
  • the total opening ratio of all through holes is ⁇ sum
  • the thickness of the film-like member When t is set, the acoustic impedance Z 0 of the membrane-like member given by the following equation (1) satisfies the following equation (2), and the pore radius distribution histogram satisfies the following equation (3).
  • the soundproof structure according to the second aspect of the present invention is a soundproof structure including a film-like member having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction, and a plurality of film-like members.
  • the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) representing the opening ratio ⁇ with respect to the hole radius r of the through hole
  • the hole radius at which the opening ratio ⁇ is maximum is r 0
  • the total opening ratio of all through holes is ⁇ sum when the thickness t
  • the acoustic impedance Z 0 of the film member given by the following equation (1) satisfies the following formula (4)
  • pore radius distribution histogram satisfies the following formula (5).
  • is the density of air
  • is the viscosity of air
  • is the angular frequency
  • J 0 (x) is the angular frequency
  • J 1 (x) is Each represents a Bessel function of the first kind
  • i is an imaginary unit
  • Z air is an acoustic impedance of air
  • Re (*) is a real part of a complex number *.
  • k ′ r 0 0 ( ⁇ / ⁇ ).
  • ⁇ sum is expressed by the following equation.
  • the thickness t of the film-like member is preferably 0.1 mm or less.
  • the hole radius r of a several through-hole is 0.1 mm or less.
  • the plurality of through holes are randomly arranged in the film-like member.
  • the part which has the at least through-hole of a film-like member is a metal.
  • the metal is preferably nickel, copper or iron.
  • the metal is preferably aluminum.
  • the soundproof structure according to the third aspect of the present invention includes the soundproof structure according to any one of the first aspect and the second aspect, and the back surface of the soundproof structure is closed. And the back air layer.
  • the back air layer is preferably configured by a honeycomb structure.
  • the back air layer has an opening, and a frame in which one opening end of the opening is disposed on one surface of the soundproof membrane member and a back plate closing the other opening end of the opening of the frame. It is preferred to be configured.
  • the back air layer has an opening, and a frame in which one opening end of the opening is disposed on one surface of the soundproof membrane member of one of the two soundproofing structures, and the other opening of the opening of the frame It is preferable that it is comprised by the other soundproofing structure of two soundproofing structures which close an end.
  • a frame is a honeycomb structure.
  • the soundproof structure according to the present invention is the soundproof structure according to any one of the first aspect and the second aspect, and the opening, and one opening of the opening on one surface of the soundproof membrane member.
  • a soundproof structure according to the present invention is a membrane-like member having one of the two soundproof structures, the two soundproof structures according to any of the first aspect and the second aspect, and an opening.
  • the frame and the other soundproof structure are provided with a frame in which one open end of the opening is disposed on one surface, and the other soundproof structure of two soundproof structures closing the other open end of the opening of the frame; It is preferable to constitute a rear air layer of a soundproof structure.
  • the present invention it is possible to provide a soundproof structure and a soundproof structure capable of absorbing sound in a wide band with a high absorptivity.
  • FIG. 1 is a front view conceptually and partially showing an example of a soundproof structure according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the soundproof structure shown in FIG. It is an example of a hole radius distribution histogram showing the aperture ratio ⁇ with respect to the hole radius r of the through hole of the soundproof structure according to the present invention. It is another example of the hole radius distribution histogram which represents aperture ratio (sigma) with respect to the hole radius r of the through-hole of the soundproof structure which concerns on this invention. It is a conceptual diagram of the sound absorption model of the film-like member which has a fine penetration hole of the soundproof structure of the present invention.
  • a numerical range represented using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as the lower limit and the upper limit.
  • the soundproof structure according to the first aspect of the present invention is a soundproof structure including a film-like member having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction, and an aperture ratio ⁇ with respect to a hole radius r of the plurality of through holes of the film-like member.
  • ⁇ (r) representing, when the hole radius at which the aperture ratio ⁇ is maximum is r 0 , the total aperture ratio of all through holes is ⁇ sum , and the thickness t of the film-like member
  • the soundproof structure according to the second aspect of the present invention is a soundproof structure including a film-like member having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction, and an opening relative to the hole radius r of the plurality of through holes of the film-like member.
  • the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) representing the rate ⁇ , assuming that the hole radius at which the aperture ratio ⁇ is maximum is r 0 , the total aperture ratio of all through holes is ⁇ sum , and the thickness t of the film-like member the formula (1) acoustic impedance Z 0 of the film member provided by satisfies the following formula (4), and pore radius distribution histogram satisfies the following formula (5).
  • is the density of air
  • is the viscosity of air
  • is the angular frequency
  • J 0 (x) is the angular frequency
  • J 1 (x) is Each represents a Bessel function of the first kind
  • i is an imaginary unit
  • Z air is an acoustic impedance of air
  • Re (*) is a real part of a complex number *.
  • k ′ r 0 0 ( ⁇ / ⁇ ).
  • ⁇ sum is expressed by the following equation.
  • FIG. 1 is a schematic front view showing an example of a preferred embodiment of the soundproof structure of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
  • the soundproof structure 10 of the present invention is provided with a film-like member 12 having a plurality of through holes 14 (14a, 14b and 14c) penetrating in the thickness direction.
  • the plurality of through holes 14 are the through holes 14a, 14b, and 14c having three different hole radii, but the present invention is not limited to four or more different types. It may be a through hole 14 having a hole radius.
  • FIG. 3 shows the aperture ratio ⁇ with respect to the pore radius r classified as such, and can be referred to as a pore radius distribution histogram function ⁇ (r).
  • the hole radius r 0 at which the aperture ratio ⁇ is maximum is 12 ⁇ m.
  • the hole radius r 0 can also be referred to as a hole radius at which the intensity of the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) is maximized.
  • the hole radius r of all the through holes 14 is classified in 0.5 ⁇ m steps and classified into 26 types of hole radius r from 0.5 ⁇ m to 13.0 ⁇ m. ing. Also in FIG. 4, as in FIG. 3, the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) can be said. Here, in FIG. 4, the hole radius r 0 at which the aperture ratio ⁇ is maximum is 3 ⁇ m.
  • the soundproof structure 10 of the present invention includes various kinds of manufacturing equipment that emits sound such as copying machines, fans, air conditioners, ventilation fans, pumps, generators, ducts, and other coating machines, rotating machines, conveying machines, etc.
  • Industrial equipment, Transportation equipment such as automobiles, trains and aircrafts, Refrigerator, washing machine, dryer, television, copy machine, microwave, game machine, air conditioner, fan, PC (personal computer), vacuum cleaner, It is used for general household appliances, such as an air cleaner and a ventilation fan, etc., and is suitably arrange
  • a sound absorption model 20 of a film-like member (hereinafter, also referred to as a fine through hole film) 12 having a fine through hole 14 as shown in FIG. 5 is applied to obtain a sound absorption rate.
  • the fine through hole film 12 is disposed in the tube 22 so as to be orthogonal to the tube.
  • the thickness of the fine through hole film 12 is ignored, and it is assumed that there is no thickness.
  • sound enters the fine through hole film 12 from the left side of the tube 22 in FIG. 5 passes through the fine through hole film 12, and exits from the right side in FIG. .
  • the acoustic impedance Z MPP of the fine through-hole film 12 when the sound absorption model 20 shown in FIG. 5 is considered is based on the equation (7.35) on page 256 of Acoustic Absorbers and Diffusers, Third Edition (CRC Press) It can be determined as the following equation (8).
  • Z MPP Z h + Z h1 + Z h2
  • Z h , Z h1 and Z h2 on the right side of the above equation (8) are respectively given by the following equations (9).
  • the first item Z h on the right side is the impedance of the through hole 14.
  • the second item Z h1 on the right side is the radiation resistance of the portion of the through hole 14.
  • the third item Z h2 on the right side is a term of aperture end correction in consideration of the radiation reactance of the portion of the through hole 14.
  • the acoustic impedance Z MPP of the fine through hole film 12 given by the above equation (10) is the radius of a large number of through holes 14 of the fine through hole film 12 r, the aperture ratio of all through holes 14 is ⁇ , a film member When the thickness of 12 is t, it is the acoustic impedance of such a film-like member 12.
  • is the density of air
  • is the viscosity of air
  • is the angular frequency
  • J 0 (x) is the Bessel function of the first kind
  • i is an imaginary unit
  • Z air represents the acoustic impedance of air
  • Re (*) represents the real part of complex number *
  • k ′ r ⁇ ( ⁇ / ⁇ ).
  • the reflection coefficient rf and the transmission coefficient tr are determined from the above equation (18) using the acoustic impedance Z MPP of the fine through hole film 12 determined based on the above equation (10), and then the above equation (19) ), The reflectance R, the transmittance T, and the absorptivity A can be obtained.
  • the acoustic impedance Z MPP of the fine through hole film 12 defined by the above equation (10) and the absorptivity A defined by the above equation (19) are calculated by changing the aperture radius r and the aperture ratio ⁇ .
  • the real part Re (Z MPP ), imaginary part Im (Z MPP ), and absorptivity A of the acoustic impedance Z MPP are as shown in FIGS. 6 to 9A, respectively.
  • the value of) is represented as a contour map.
  • the thickness t of the film member 12 is 20 mm
  • the density ⁇ ⁇ of air is 1.205 (kg / m 3 )
  • the viscosity ⁇ of air is 1.84 Pa ⁇ N
  • the acoustic impedance Z air of air is It is assumed to be 413.3 (kg / (m 2 s)).
  • white parts indicate parts where the respective values are large, and black parts indicate parts where the respective values are small.
  • the imaginary part Im (Z MPP ) is much smaller than the real part Re (Z MPP ), so it can be almost ignored. That is, when calculating the absorptivity, it is understood that the value can be obtained by considering only the real part Re (Z MPP ).
  • the whitest part is the boundary line between the two. Absorption rate is highest.
  • the boundary line with the highest absorption rate in FIG. 8 is 826.6 (kg) of the real part Re (Z MPP ) of the acoustic impedance Z MPP in FIG. 9A. It can be regarded as a contour line of (m 2 s).
  • a region on the upper right side of the contour line represented by 2 ⁇ Z air is a region (A), and a region on the lower left side of the contour line is a region (B).
  • This area (A) is an area where the real part Re (Z MPP ) of the acoustic impedance Z MPP is smaller than 2 ⁇ Z air, and the smaller the hole radius r and the smaller the aperture ratio ⁇ , the better the absorptivity Region.
  • This area (B) is an area where the real part Re (Z MPP ) of the acoustic impedance Z MPP is larger than 2 ⁇ Z air , and the absorptivity is better as the hole radius r is larger and the aperture ratio ⁇ is larger. Region.
  • the plurality of fine through holes 14 formed in the film-like member 12 are classified into a large number of hole radii as shown in FIG. 3 or FIG. ing. 3, or as shown in FIG. 4, when having classified pore radius to a plurality of types having a plurality of through holes 14 are different, each type of pore radius r 1, r 2, ..., r m ( i.e.
  • the thickness of the film-like member 12 is t.
  • the synthetic acoustic impedance Z MPP of the fine through-hole film 12 defined by the above can be determined.
  • the synthetic acoustic impedance Z MPP of the fine through hole film 12 thus obtained can be treated in the same manner as the acoustic impedance Z MPP obtained using the above equation (10), and the reflection coefficient rf is similarly obtained from the above equation (18).
  • the transmission coefficient tr can be determined, and then the reflectance R, the transmittance T, and the absorptivity A can be determined from the above equation (19).
  • the acoustic impedance Zx of the soundproof structure in the case where one side of the back air layer is a soundproof structure and the other side is a rigid body is the following equation (21-1) obtained by adding the impedance Z cavity of the back airspace to the above equation (21) It is represented by).
  • Zx Z MPP + Z cavity ... (21-1)
  • the sound reflectance R in the soundproof structure 60 arranged as shown in FIG. 9B is expressed by the following equation (21-2).
  • the soundproof structure 60 of the arrangement shown in FIG. 9B is a soundproof structure 64 in which one side of the back air layer 62 is a fine through hole film, and the other side is a rigid body 66.
  • an incident wave incident on the soundproof structure 64 is represented by pi, and a reflected wave emitted from the soundproof structure 64 is represented by pr.
  • the absorptivity A in the system of FIG. 9B is expressed by the following formula (21-3).
  • A 1-R (21-3)
  • the plurality of fine through holes 14 formed in the film-like member 12 are shown by the hole radius distribution histogram function .sigma. (R) shown in FIG. 3 or FIG.
  • the pore radius of the aperture ratio sigma is maximized can be obtained r 0, the total aperture ratio sigma sum of all the through-hole 14 following formula (6) it can.
  • the acoustic impedance Z 0 is given by the following equation (10) It can be represented by 1).
  • Z 0 the acoustic impedance
  • pore radius r corresponds to the acoustic impedance in the case where no distribution (if only the through-hole 14 of the pore radius r 0 is present in a total aperture ratio sigma sum).
  • the acoustic impedance Z 0 can be said to be the acoustic impedance of the best mode having no distribution in the hole radius r.
  • acoustic impedance Z 0 obtained, or in the area (A) of FIG. 9A described above, to determine the region (B). That is, it is determined whether the real part Re (Z 0 ) of the acoustic impedance is smaller or larger than 2 ⁇ Z air .
  • the acoustic impedance Z 0, when in the region (A) of FIG. 9A, soundproof structure 10 of the present invention satisfies the following formula (2).
  • the soundproof structure 10 of the present invention needs to satisfy the following formula (3).
  • Soundproof structure 10 of the present invention for example as represented by pore radius distribution histogram function sigma (r) shown in FIG. 3, when the distribution of smaller radius than the pore radius r 0 (pore radius deviation) is larger an acoustic impedance Z 0 will be in the region (a) of FIG. 9A. If there Thus in region (A) of FIG. 9A, for example, as shown in FIG. 3, the total open percentage of the total through-hole 14 having a pore radius r 0 is smaller than the hole radius r, than the pore radius r 0 The total open area ratio of all through holes 14 having a large hole radius r needs to be larger.
  • the reason why the above equation (3) needs to be satisfied is that R (Z MPP ) has a value close to 2 ⁇ Z air as compared with the case where the above equation (3) is not satisfied. Compared to the case where the formula is not satisfied, higher absorption can be obtained when the formula is satisfied.
  • the acoustic impedance Z 0 of the soundproof structure 10 of the present invention when in the region (B) of FIG. 9A, soundproof structure 10 of the present invention, satisfies the following formula (4).
  • the soundproof structure 10 of the present invention needs to satisfy the following formula (5).
  • Soundproof structure 10 of the present invention for example as represented by pore radius distribution histogram function sigma (r) shown in FIG. 4, when the distribution towards larger radius than the pore radius r 0 (pore radius deviation) is larger an acoustic impedance Z 0 will be in the region (B) of FIG. 9A. If there Thus in region (B) of FIG. 9A, for example, as shown in FIG. 4, the total open percentage of the total through-hole 14 having a pore radius r 0 greater than the hole radius r, than the pore radius r 0 The total opening ratio of all through holes 14 having a small hole radius r needs to be larger.
  • the reason why the above equation (5) needs to be satisfied is that R (Z MPP ) has a value close to 2 ⁇ Z air as compared with the case where the above equation (5) is not satisfied. Compared to the case where the formula is not satisfied, higher absorption can be obtained when the formula is satisfied.
  • the sound absorbing mechanism of the soundproof structure according to the present invention is presumed to be a change of sound energy into heat energy due to the friction between the inner wall surface of the through hole and air when the sound passes through the fine through hole.
  • This mechanism is different from the mechanism due to resonance because it is caused by the fine through-hole size.
  • the path directly passing through as a sound in air by the through hole has a much smaller acoustic impedance than the path once converted to film vibration and then emitted again as a sound. Therefore, the sound can easily pass through the path of the through hole which is finer than the membrane vibration.
  • the sound When passing through the through hole portion, the sound is concentrated and passed from the entire wide area of the upper surface of the film member to the narrow area of the through hole. The local velocity is extremely increased by the collection of sounds in the through holes. Because friction correlates with speed, friction increases in the fine through holes and is converted to heat.
  • the ratio of the edge length of the through hole to the opening area is increased, so that it is considered that the friction generated at the edge or the inner wall surface of the through hole can be increased.
  • the energy of sound can be converted into heat energy and absorbed.
  • the soundproof structure of the present invention since sound is absorbed by friction when passing through the through hole, sound can be absorbed regardless of the frequency band of the sound, and can be absorbed in a wide band.
  • the present invention is a technology which is not in the prior art and can not be easily inferred from the prior art, and has no back air layer, and a hole for increasing the absorptivity when the hole radius of the fine through hole has a distribution.
  • the present invention considers the magnitude relation between the real part and the imaginary part of the impedance of the fine through hole, and finds that the imaginary part becomes so small that it can be ignored relative to the real part, particularly when the aperture ratio is large. It defines the effective range of the impedance real part value.
  • the soundproof structure of the present invention does not require a closed space on the back surface, and functions as a single membrane-like member having a through hole, so the size can be reduced. Further, as described above, the soundproof structure according to the present invention can absorb sound regardless of the frequency band of sound because it absorbs sound by friction when passing through the through hole, and can absorb sound in a wide band. In addition, since there is no closed space on the back, air permeability can be ensured. Moreover, since it has a through hole, light can be transmitted while being scattered. In addition, since it functions by forming fine through holes, there is a high degree of freedom in material selection, and problems of contamination of the surrounding environment and environmental resistance performance can be reduced because materials can be selected according to the environment. be able to.
  • the membrane-like member has fine through holes, even if a liquid such as water adheres to the membrane-like member, water does not block the through holes due to surface tension by avoiding water through the through holes. , Sound absorption performance is difficult to reduce. Moreover, since it is a thin film-like member, it can be curved according to the place to arrange.
  • the hole radius of the through hole is preferably 0.05 mm (50 ⁇ m) or less on the upper limit side, more preferably 40 ⁇ m or less, still more preferably 35 ⁇ m or less, and further 25 ⁇ m or less Preferably, 15 ⁇ m or less is the most preferable. This is because the smaller the hole radius of the through hole, the larger the ratio of the length of the through hole edge contributing to the friction in the through hole to the opening area of the through hole, and the friction is more likely to occur. . If the hole radius of the through hole is too large, the friction when sound passes through the through hole will be small, and the sound absorption performance will be reduced.
  • the pore radius is preferably 0.05 ⁇ m or more, more preferably 0.25 ⁇ m or more, still more preferably 0.5 ⁇ m or more, and most preferably 2 ⁇ m or more on the lower limit side. If the average hole radius is too small, the viscous resistance at the time of passing through the through hole is too high and the sound does not pass sufficiently, and even if the aperture ratio is increased, the sound absorbing effect can not be obtained sufficiently.
  • the radius of the through hole is determined by photographing the surface of the film member at a magnification of 200 times from one surface of the film member using a high resolution scanning electron microscope (SEM), and obtaining a predetermined SEM photograph
  • SEM scanning electron microscope
  • the range is selected and calculated by reading the hole radius of the through hole annularly connected to the circumference within the selected predetermined range.
  • the step of the hole radius is determined, and the number of the through holes falling within the step range is counted.
  • the hole radius division in the hole radius histogram of the through holes it is preferable to set the hole radius division in the hole radius histogram of the through holes to 0.1 ⁇ m to 6 ⁇ m, more preferably 0.2 ⁇ m to 5 ⁇ m, and set to 0.3 ⁇ m to 4 ⁇ m. Are more preferable, and 0.4 ⁇ m to 3 ⁇ m is most preferable.
  • the step range of the hole radius of the hole radius histogram is determined, 100 through holes in the step range of the hole radius are extracted, the hole radius is read, and the average value thereof is calculated as the hole radius.
  • the through holes in another predetermined range in the periphery may be counted, or the SEM photograph may be counted at another position in the periphery. Photographing may be newly performed, and counting may be performed until the total number reaches 100.
  • the hole radius is evaluated by measuring the area of the through hole portion and using half of the diameter (equivalent circle diameter) when replacing the circle with the same area. That is, since the shape of the hole of the through hole is not limited to the substantially circular shape, when the shape of the hole is non-circular, it was evaluated at half the diameter of the circle having the same area. Therefore, for example, even in the case of a through hole having a shape in which two or more through holes are integrated, this is regarded as one through hole, and half of the circle equivalent diameter of the through hole is taken as the hole radius.
  • the circle equivalent diameter, the aperture ratio and the like can all be calculated by Analyze Particles using “Image J” (https://imagej.nih.gov/ij/).
  • the average aperture ratio is obtained by photographing the surface of a film-like member from directly above at a magnification of 200 times using a high resolution scanning electron microscope (SEM), and a 30 mm ⁇ 30 mm field of view (20 points) of the obtained SEM photograph
  • SEM scanning electron microscope
  • the image is binarized with image analysis software etc.
  • the plurality of through holes may be regularly arranged, but it is preferable that they be randomly arranged. It is preferable to arrange at random from the viewpoints of productivity of fine through holes, robustness of sound absorption characteristics, and suppression of sound diffraction.
  • the diffraction of sound when the through holes are periodically arranged, the phenomenon of sound diffraction occurs according to the period of the through holes, and there is a concern that the sound bends due to diffraction and the traveling direction of the noise is divided into plural. Random is a state in which there is no periodicity such as complete alignment, and while the absorption effect by each through hole appears, the diffraction phenomenon by the minimum distance between through holes does not occur.
  • the arrangement of the through holes at random is defined as follows.
  • strong diffracted light appears.
  • diffracted light appears due to the remaining structure. Since the diffracted light is a wave formed by superposition of the scattered light from the basic cell of the periodic structure, even if only a part of it is disturbed, the interference by the remaining structure is a mechanism that generates the diffracted light. Therefore, as the number of basic cells disordered from the periodic structure increases, the intensity of the diffracted light decreases because the scattered light that interferes with the diffracted light decreases.
  • Random in the present invention indicates that at least 10% of the through holes in the whole are in a state of being shifted from the periodic structure. From the above discussion, it is preferable that the number of basic cells deviated from the periodic structure is more desirable in order to suppress diffracted light, so a structure in which 50% of the whole deviates is preferable, and a structure in which 80% of the whole deviates It is further preferable that a 90% of the whole is deviated.
  • the image can be used by an optical microscope, an SEM, or any other image capable of recognizing the positions of a plurality of through holes. In the photographed image, attention is paid to one through hole, and the distance to the surrounding through hole is measured.
  • the closest distances are a1, a2, a3, and a4, respectively, and the closest distances are a2, a3, and a4, respectively.
  • the through hole can be judged as a hole having a periodic structure with respect to the distance of b1.
  • the through hole can be determined as a through hole shifted from the periodic structure. This operation is performed on all through holes on the image to make a determination.
  • the above “matching” matches up to the deviation of ⁇ when the focused hole diameter of the through hole is ⁇ . That is, it is assumed that a2 and a1 coincide with each other when a2-2- ⁇ a1 ⁇ a2 + a. This is because it is considered that scattering occurs in the range of the hole diameter ⁇ because the diffracted light considers the scattered light from each through hole.
  • the number of “through holes having a periodic structure with respect to the distance of b1” is counted, and a ratio to the number of all through holes on the image is obtained.
  • this ratio is c1
  • the ratio c1 is the ratio of through holes having a periodic structure
  • 1-c1 is the ratio of through holes deviated from the periodic structure
  • 1-c1 is the numerical value that determines the above "random" and Become. If there are a plurality of distances, for example, "a through hole having a periodic structure for a distance of b1" and "a through hole having a periodic structure for a distance of b2", b1 and b2 are separately counted.
  • the ratio of the periodic structure is c1 for the distance of b1 and the ratio of the periodic structure is c2 for the distance of b2, if (1-c1) and (1-c2) are both 10% or more, the structure It will be random. On the other hand, when either (1-c1) or (1-c2) is less than 10%, the structure has a periodic structure and is not “random”. Thus, the structure is defined as "random" when the condition "random" is satisfied for any of the ratios c1, c2, ....
  • productivity is improved by allowing variation in the hole radius from the viewpoint of performing a large amount of etching processing.
  • the size of dust and dirt varies depending on the environment, so if it is a through-hole of one type of hole radius, it affects all the holes when the size of the main dust substantially matches the through-hole Will give.
  • the provision of the through holes of a plurality of different hole radii makes the device applicable in various environments.
  • the through hole having the largest inside diameter in which the hole radius is expanded inside the through hole.
  • dust a dust, toner, non-woven fabric, loose foam, etc.
  • Dust larger than the diameter of the outermost surface of the through hole does not intrude into the through hole, while dust smaller than the diameter can pass through the through hole as it is because the internal diameter is large.
  • the inner wall surface of the through hole is preferably roughened.
  • the surface roughness Ra of the inner wall surface of the through hole is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.1 ⁇ m to 10.0 ⁇ m, and 0.2 ⁇ m to 1.0 ⁇ m. It is more preferable that there be.
  • the surface roughness Ra can be measured by measuring the inside of the through hole with an AFM (Atomic Force Microscope).
  • AFM Anamic Force Microscope
  • SPA300 manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.
  • the cantilever can be measured in DFM (Dynamic Force Mode) mode using OMCL-AC200TS. Since the surface roughness of the inner wall surface of the through hole is about several microns, it is preferable to use AFM from the viewpoint of having a measurement range of several microns and accuracy.
  • the average particle diameter of a convex part can be calculated by regarding each one of the convex part of the unevenness
  • an SEM image field of view of about 1 mm ⁇ 1 mm
  • yen which becomes the same area as each area is calculated
  • the average particle diameter of the convex portion is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10.0 ⁇ m or less, and more preferably 0.15 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less.
  • design is performed using an acoustic module of COMSOLver 5.1 (COMSOL Inc) which is analysis software of finite element method.
  • the local velocity indicates the local moving velocity of the medium that mediates the sound wave. From this, it was assumed that the particles were vibrating in the penetration direction of the through hole, and the movement distance was determined. Since the sound is vibrating, the distance amplitude is a distance that can be moved within a half cycle. At 2500 Hz, since one cycle is 1/2500 seconds, half of the time can be in the same direction.
  • the maximum travel distance (acoustic travel distance) in the sound wave half cycle determined from the local velocity is 10 ⁇ m at 94 dB and 0.2 ⁇ m at 60 dB. Therefore, the friction is increased by having the surface roughness about this acoustic movement distance, so the range of the surface roughness Ra described above and the range of the average particle diameter of the convex portion are preferable.
  • the hole radius of the plurality of through holes formed in the film-like member is preferably 25 ⁇ m or less, and more preferably 15 ⁇ m or less. Since the membrane-like member having fine through holes, which is used in the soundproof structure of the present invention, is disposed in a place where the outsider of the external environment can see, the through holes themselves are impaired in design. It is desirable for the through hole to be difficult to see.
  • the visibility of one through hole is examined.
  • the resolution of the human eye is discussed below in the case of eyesight 1 below.
  • the definition of visual acuity 1 is to look with resolution of one minute. This shows that 87 ⁇ m can be resolved at a distance of 30 cm.
  • the relationship between the distance and the resolution in the case of the visual acuity 1 is shown in FIG. Whether or not the through hole can be seen is strongly related to the above vision.
  • the visual acuity test is performed with recognition of the gap portion of the Landolt's ring, it may depend on the resolution to see gaps between two points and / or two lines.
  • the through hole having a hole diameter smaller than the resolution of the eye becomes difficult to visually recognize.
  • a 100 ⁇ m through hole can be disassembled from a distance of 35 cm, but a 50 ⁇ m through hole can not be disassembled until it reaches 18 cm and a 20 ⁇ m through hole can reach 7 cm distance. Therefore, even if the 100 ⁇ m through hole can be visually recognized and anxious, using the 20 ⁇ m through hole, it can not be recognized unless it approaches an extremely close distance of 1 ⁇ 5. Therefore, a smaller hole diameter is advantageous for hiding the through hole.
  • the distance from the observer is generally several tens cm, but in this case, the pore diameter is about 100 ⁇ m.
  • the diameter of several ⁇ m to several tens of ⁇ m discussed in the present invention is sufficiently larger than the optical wavelength.
  • the scattering cross section an amount indicating how strongly an object is scattered, a unit is an area
  • the size of the visible light scattered is proportional to the square of the radius of the through hole (half of the circle equivalent diameter). Therefore, the larger the through hole is, the larger the light scattering intensity becomes with the square of the through hole radius. Since the visibility of the through holes alone is proportional to the amount of light scattering, it is easier to see when the through holes are large even if the average aperture ratio is the same.
  • the difference between the periodic arrangement and the random arrangement having no periodicity in the arrangement of the through holes is examined.
  • a periodic arrangement light diffraction phenomena occur according to the period.
  • the light is diffracted and appears to be discolored like a rainbow, or strongly reflected at a specific angle, etc.
  • the pattern stands out because it looks like a lot. That is, in the case of the periodic arrangement of the through holes, there is a problem that human beings are easily aware of the presence of glare by the influence of diffracted light. Moreover, in the case of a regular arrangement, there is a problem that the through holes themselves are easily visible.
  • the thickness of the film-like member 12 is not particularly limited, but it is considered that the larger the thickness is, the larger the frictional energy received when the sound passes through the through hole, and the sound absorbing performance is further improved. Moreover, when it is extremely thin, it is difficult to handle it and it is easy to break it. In the case of using etching or the like as the method of forming the through holes, the thicker the film, the longer it takes to produce the film, and therefore the thinner is desirable from the viewpoint of productivity.
  • the thickness of the film-like member is preferably 0.1 mm (100 ⁇ m) or less, preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 7 ⁇ m or more, and still more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the material of the film member is not limited, and aluminum, titanium, nickel, permalloy, 42 alloy, kovar, nichrome, copper, beryllium, phosphor bronze, brass, nickel, tin, zinc, iron, tantalum, niobium, molybdenum, Various metals such as zirconium, gold, silver, platinum, palladium, steel, tungsten, lead and iridium; PET (polyethylene terephthalate), TAC (triacetylcellulose), polyvinylidene chloride, polyethylene, polyvinyl chloride, polymethylbenten Resin materials such as COP (cycloolefin polymer), polycarbonate, zeonoa, PEN (polyethylene naphthalate), polypropylene, and polyimide can be used. Furthermore, glass materials such as thin film glass; fiber reinforced plastic materials such as CFRP (carbon fiber reinforced plastics) and GFRP (glass fiber reinforced plastics) can also be used.
  • CFRP carbon fiber reinforced
  • a metal material from the viewpoint that film vibration does not easily occur because the Young's modulus is high and the rigidity is high even if the thickness is small, and the effect of sound absorption by the friction in minute through holes is easily obtained. That is, it is preferable that at least a portion having a through hole of the film-like member, or a main component of the film-like member is a metal.
  • a rubber material or resin material as the material of the film-like member, film vibration may occur and the sound may escape if it is not thickened because the rigidity is low, but in the case of a metal material, the rigidity Because it is high, it can be used as a thin film.
  • the metal material is more preferably nickel, copper or iron because of its high rigidity.
  • the average pore diameter of the through holes may be adjusted to a smaller range by metal plating at least on the inner surface of the through holes.
  • a conductive material such as a metal material which does not charge as a material of the film-like member, fine dust, dust and the like are not attracted to the film by static electricity, and the through-holes of the film-like member Can prevent the sound absorption performance from decreasing due to dust, dirt, etc.
  • heat resistance can be made high by using a metal material as a material of a film-like member.
  • ozone resistance can be enhanced.
  • radio waves can be shielded.
  • the metal material since the metal material has a large reflectance to radiant heat due to far infrared rays, the metal material also functions as a heat insulating material for preventing heat transfer due to the radiant heat by using the metal material as the material of the film-like member.
  • the film-like member functions as a reflective film because the diameter of the through holes is small.
  • a structure in which a plurality of fine through holes are opened in metal is known to function as a frequency high pass filter.
  • a window with a metal mesh of a microwave oven has a property of shielding visible light that is high frequency while passing microwaves used in the microwave oven.
  • the hole diameter of the through hole is ⁇ and the wavelength of the electromagnetic wave is ⁇
  • the long wavelength component in the relationship of ⁇ ⁇ does not pass
  • the short wavelength component with ⁇ > ⁇ functions as a transmitting filter.
  • the hole diameter ⁇ is several tens of ⁇ m, the radiation heat propagation performance largely changes depending on the difference in the hole diameter ⁇ , and it is understood that the smaller the hole diameter ⁇ , that is, the smaller the average hole diameter, the more the radiation heat cut filter functions. Therefore, from the viewpoint of a heat insulating material that prevents heat transfer due to radiant heat, the average hole diameter of the through holes formed in the film-like member is preferably 20 ⁇ m or less.
  • the film-like member may be appropriately subjected to surface treatment (plating treatment, oxide film treatment, surface coating (fluorine, ceramic), etc.) according to the material to improve the durability of the film-like member.
  • surface treatment plating treatment, oxide film treatment, surface coating (fluorine, ceramic), etc.
  • an oxide film can be formed on the surface by performing an alumite treatment (anodic oxidation treatment) or a boehmite treatment.
  • alumite treatment anodic oxidation treatment
  • boehmite treatment an oxide film on the surface.
  • corrosion resistance, abrasion resistance, abrasion resistance and the like can be improved.
  • by adjusting the treatment time and adjusting the thickness of the oxide film it is possible to adjust the color tone by optical interference.
  • coloring, decorating, decoration, design and the like can be performed on the film-like member.
  • an appropriate method may be selected according to the material of the film-like member and the state of the surface treatment. For example, printing using an inkjet method can be used.
  • highly durable coloring can be performed by performing a color
  • the color alumite treatment is a treatment in which the surface is subjected to alumite treatment, then impregnated with a dye, and then the surface is sealed. By this, it is possible to obtain a film-like member having high designability, such as the presence or absence of metallic gloss and color.
  • the anodic oxide film is formed only on the aluminum portion, so that the dye covers the through holes and decoration is performed without reducing the sound absorption characteristics. be able to.
  • the aluminum base used as the film-like member is not particularly limited, and, for example, a known aluminum base such as alloy No. 1085, 1N 30, 3003 described in JIS Standard H4000 can be used.
  • an aluminum base material is an alloy plate which has aluminum as a main component and contains a trace amount of different elements.
  • the thickness of the aluminum substrate is not particularly limited, but is preferably 5 ⁇ m to 100 ⁇ m (0.1 mm), more preferably 7 ⁇ m to 100 ⁇ m, and still more preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the manufacturing method of the soundproof structure using an aluminum base material is A film forming step of forming a film having aluminum hydroxide as a main component on the surface of an aluminum substrate; A through hole forming step of forming a through hole by performing a through hole forming process after the film forming step; A film removing step of removing the aluminum hydroxide film after the through hole forming step; Have.
  • the film forming step, the through hole forming step, and the film removing step it is possible to preferably form a through hole having a hole diameter of 0.1 mm or less.
  • FIGS. 11 to 15 are schematic cross-sectional views showing an example of a preferred embodiment of a method of manufacturing a soundproof structure using an aluminum base.
  • a film forming process is performed on one main surface of the aluminum substrate 11 to form an aluminum hydroxide film 13 (FIG. 11, And FIG. 12)
  • the electrolytic solution treatment is performed after the film forming step to form the through holes 14, and the through holes are formed in the aluminum base 11 and the aluminum hydroxide film 13 (FIG. 12; 13) and a film removing step (FIGS.
  • the film-like member 12 having the through holes 14 is subjected to electrochemical roughening treatment to roughen the surface of the film-like member 12 It is preferable to have steps (FIGS. 14 and 15).
  • electrolytic dissolution treatment is performed in the through hole forming step to form through holes, whereby the average pore diameter is 0. Through holes of 1 ⁇ m to less than 100 ⁇ m can be formed.
  • the film forming step of the method for producing a film-like member is a step of forming a film of aluminum hydroxide by subjecting the surface of the aluminum substrate to a film forming treatment.
  • the film formation process is not particularly limited, and, for example, the same process as the conventionally known aluminum hydroxide film formation process can be performed.
  • the film formation process for example, the conditions and apparatus described in paragraphs ⁇ 0013> to ⁇ 0026> of JP-A-2011-201123 can be appropriately adopted.
  • the conditions of the film formation treatment can not be determined indiscriminately because they vary depending on the electrolyte used, but generally, the electrolyte concentration is 1 to 80 mass%, the solution temperature is 5 to 70 ° C. It is appropriate that the current density is 0.5 to 60 A / dm 2 , the voltage is 1 to 100 V, and the electrolysis time is 1 second to 20 minutes, and it is adjusted to obtain a desired amount of film.
  • the electrochemical treatment it is preferable to carry out the electrochemical treatment using nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid or a mixed acid of two or more of these acids as the electrolytic solution.
  • direct current may be applied between the aluminum base and the counter electrode, and alternating current may be applied.
  • the current density is preferably 1 to 60 A / dm 2 , more preferably 5 to 50 A / dm 2 .
  • the liquid electric power feeding system which supplies electric power through electrolyte solution.
  • the amount of the aluminum hydroxide film formed by the film forming treatment is preferably 0.05 to 50 g / m 2 , and more preferably 0.1 to 10 g / m 2 .
  • the through hole forming step is a step of performing electrolytic dissolution treatment after the film forming step to form a through hole.
  • the electrolytic dissolution treatment is not particularly limited, and an acidic solution can be used as an electrolytic solution using direct current or alternating current.
  • electrochemical treatment is preferably performed using at least one or more acids of nitric acid and hydrochloric acid, and electrochemical treatment is performed using a mixed acid of at least one or more of sulfuric acid, phosphoric acid and oxalic acid in addition to these acids. Is more preferred.
  • the concentration of the acidic solution is preferably 0.1 to 2.5% by mass, particularly preferably 0.2 to 2.0% by mass.
  • the liquid temperature of the acidic solution is preferably 20 to 80 ° C., and more preferably 30 to 60 ° C.
  • the aqueous solution mainly composed of the acid is a nitrate compound having nitrate ion such as aluminum nitrate, sodium nitrate and ammonium nitrate in an aqueous solution of acid having a concentration of 1 to 100 g / L, or aluminum chloride, sodium chloride, ammonium chloride and the like. It is possible to add and use at least one of a hydrochloric acid compound having a hydrochloric acid ion and a sulfuric acid compound having a sulfate ion such as aluminum sulfate, sodium sulfate and ammonium sulfate in the range from 1 g / L to saturation.
  • a hydrochloric acid compound having a hydrochloric acid ion and a sulfuric acid compound having a sulfate ion such as aluminum sulfate, sodium sulfate and ammonium sulfate in the range from 1 g / L to saturation.
  • the metal contained in aluminum alloys such as iron, copper, manganese, nickel, titanium, magnesium, a silica
  • the alternating current power source wave is not particularly limited when using alternating current, and sine wave, rectangular wave, trapezoidal wave, triangular wave or the like is used, Among them, rectangular waves or trapezoidal waves are preferable, and trapezoidal waves are particularly preferable.
  • nitric acid electrolysis In the present invention, through holes having an average pore diameter of 0.1 ⁇ m or more and less than 100 ⁇ m can be easily obtained by electrochemical dissolution treatment using an electrolyte mainly composed of nitric acid (hereinafter also abbreviated as “nitric acid dissolution treatment”). It can be formed.
  • nitric acid dissolution treatment the condition that the average current density is 5 A / dm 2 or more and the amount of electricity is 50 C / dm 2 or more using a direct current because it is easy to control the dissolution point of through hole formation It is preferable that it is the electrolytic treatment given by.
  • the average current density is preferably 100 A / dm 2 or less, and the amount of electricity is preferably 10000 C / dm 2 or less.
  • concentration and temperature of the electrolyte in nitric acid electrolysis are not particularly limited, and electrolysis is performed at 30 to 60 ° C. using a high concentration nitric acid electrolyte having a nitric acid concentration of 15 to 35 mass%, for example. Electrolysis can be performed at a high temperature, for example, 80 ° C. or more, using a 7 to 2% by mass nitric acid electrolyte. In addition, electrolysis can be performed using an electrolytic solution obtained by mixing at least one of sulfuric acid, oxalic acid and phosphoric acid at a concentration of 0.1 to 50% by mass with the above nitric acid electrolytic solution.
  • through-holes having an average pore diameter of 1 ⁇ m or more and less than 100 ⁇ m can be easily formed by electrochemical dissolution treatment using an electrolytic solution mainly composed of hydrochloric acid (hereinafter also abbreviated as “hydrochloric acid dissolution treatment”) can do.
  • hydrochloric acid dissolution treatment the condition that the average current density is 5 A / dm 2 or more and the amount of electricity is 50 C / dm 2 or more using a direct current because it is easy to control the dissolution point of through hole formation It is preferable that it is the electrolytic treatment given by.
  • the average current density is preferably 100 A / dm 2 or less, and the amount of electricity is preferably 10000 C / dm 2 or less.
  • the concentration and temperature of the electrolytic solution in hydrochloric acid electrolysis are not particularly limited, and electrolysis is carried out at 30 to 60 ° C. using a high concentration, for example, a hydrochloric acid electrolytic solution having a hydrochloric acid concentration of 10 to 35 mass%. Electrolysis can be performed at a high temperature, for example, 80 ° C. or more, using a 7 to 2% by mass hydrochloric acid electrolyte solution. Further, electrolysis can be performed using an electrolytic solution obtained by mixing at least one of sulfuric acid, oxalic acid and phosphoric acid at a concentration of 0.1 to 50% by mass with the above-mentioned hydrochloric acid electrolytic solution.
  • the film removal step is a step of chemical dissolution treatment to remove the aluminum hydroxide film.
  • the aluminum hydroxide film can be removed by performing an acid etching treatment or an alkali etching treatment described later.
  • the solution treatment is a treatment in which an aluminum hydroxide film is dissolved using a solution in which aluminum hydroxide is preferentially dissolved in preference to aluminum (hereinafter referred to as “aluminum hydroxide solution”).
  • the aluminum hydroxide solution for example, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, chromium compound, zirconium compound, titanium compound, lithium salt, cerium salt, magnesium salt, sodium silicofluoride, fluoride fluoride
  • An aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of zinc, a manganese compound, a molybdenum compound, a magnesium compound, a barium compound, and a single halogen is preferable.
  • chromium compound for example, chromium (III) oxide, chromium (VI) anhydride and the like can be mentioned.
  • zirconium-based compound include ammonium zirconium fluoride, zirconium fluoride and zirconium chloride.
  • titanium compounds include titanium oxide and titanium sulfide.
  • lithium salts include lithium fluoride and lithium chloride.
  • cerium salt include cerium fluoride and cerium chloride.
  • magnesium salt magnesium sulfide is mentioned, for example.
  • manganese compounds include sodium permanganate and calcium permanganate.
  • molybdenum compound sodium molybdate is mentioned, for example.
  • magnesium fluoride pentahydrate is mentioned, for example.
  • a barium compound for example, barium oxide, barium acetate, barium carbonate, barium chlorate, barium chloride, barium fluoride, barium iodide, barium lactate, barium oxalate, barium perchlorate, barium selenate, selenious acid
  • barium stearate, barium sulfite, barium titanate, barium hydroxide, barium nitrate, and hydrates of these barium oxide, barium acetate and barium carbonate are preferred, and barium oxide is particularly preferred.
  • the halogen alone include chlorine, fluorine and bromine.
  • the above-mentioned aluminum hydroxide solution is preferably an aqueous solution containing an acid, and examples of the acid include nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid and the like, and even a mixture of two or more acids.
  • the acid concentration is preferably 0.01 mol / L or more, more preferably 0.05 mol / L or more, and still more preferably 0.1 mol / L or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but generally 10 mol / L or less is preferable, and 5 mol / L or less is more preferable.
  • the dissolution treatment is carried out by bringing the aluminum base on which the aluminum hydroxide film is formed into contact with the above-mentioned solution.
  • the method for contacting is not particularly limited, and examples thereof include a dipping method and a spraying method. Among them, the immersion method is preferred.
  • the immersion method is a process of immersing the aluminum base on which the aluminum hydroxide film is formed in the above-described solution. Stirring during the immersion treatment is preferable because the treatment without unevenness is performed.
  • the immersion treatment time is preferably 10 minutes or more, more preferably 1 hour or more, and still more preferably 3 hours or more and 5 hours or more.
  • the alkali etching treatment is a treatment in which the surface layer is dissolved by bringing the aluminum hydroxide film into contact with an alkali solution.
  • alkali used for the alkali solution examples include caustic alkali and alkali metal salts.
  • caustic alkali examples include sodium hydroxide (caustic soda) and caustic potash.
  • alkali metal salt for example, alkali metal silicates such as sodium metasilicate, sodium silicate, potassium metasilicate and potassium silicate; alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; Alkali metal aluminates such as sodium acid and potassium aluminate; Alkali metal aldonates such as sodium gluconate and potassium gluconate; dibasic sodium phosphate, dibasic potassium phosphate and tribasic sodium phosphate And alkali metal hydrogen phosphates such as potassium triphosphate.
  • a solution of caustic alkali and a solution containing both caustic alkali and an alkali metal aluminate are preferable from the viewpoint of high etching rate and low cost.
  • an aqueous solution of sodium hydroxide is preferred.
  • the concentration of the alkaline solution is preferably 0.1 to 50% by mass, and more preferably 0.2 to 10% by mass.
  • concentration of aluminum ions is preferably 0.01 to 10% by mass, and more preferably 0.1 to 3% by mass.
  • the temperature of the alkaline solution is preferably 10 to 90.degree.
  • the treatment time is preferably 1 to 120 seconds.
  • a method of bringing an aluminum hydroxide film into contact with an alkaline solution for example, a method of passing an aluminum base on which an aluminum hydroxide film is formed through a tank containing an alkaline solution, aluminum on which an aluminum hydroxide film is formed There is a method of immersing the substrate in a bath containing an alkaline solution, and a method of spraying the alkaline solution onto the surface (aluminum hydroxide film) of the aluminum substrate on which the aluminum hydroxide film is formed.
  • the optional surface roughening treatment step which may be possessed by the method for producing a soundproof structure is electrochemical roughening treatment (hereinafter referred to as “electrolytic Roughening treatment (abbreviated as “roughening treatment”) to roughen the surface or the back surface of the aluminum substrate.
  • electrochemical roughening treatment hereinafter referred to as “electrolytic Roughening treatment”
  • the through-hole is roughened after forming the through-hole, the present invention is not limited to this, and the through-hole may be formed after the roughening.
  • the surface can be easily roughened by electrochemical graining treatment (hereinafter also referred to as “nitric acid electrolysis”) using an electrolyte mainly composed of nitric acid.
  • nitric acid electrolysis electrochemical graining treatment
  • hydrochloric acid electrolysis electrochemical surface roughening treatment
  • the method of manufacturing the soundproof structure can adjust at least the average pore diameter of the through holes formed by the above-described electrolytic dissolution treatment to a small range of about 0.1 ⁇ m to 20 ⁇ m. It is preferable to have a metallizing step of covering a part or all of the surface of the aluminum base including the inner wall of the through hole with a metal other than aluminum.
  • “covering a part or all of the surface of the aluminum base including at least the inner wall of the through hole with a metal other than aluminum” means at least the entire surface of the aluminum base including the inner wall of the through hole.
  • the inner wall of the through hole is meant to be coated, and the surfaces other than the inner wall may be uncoated or may be partially or entirely coated.
  • the metal-coating step for example, a substitution process and a plating process described later are performed on an aluminum substrate having through holes.
  • the above-mentioned substitution treatment is a treatment in which zinc or a zinc alloy is substitutionally plated on a part or the whole of the surface of the aluminum substrate including at least the inner wall of the through hole.
  • the displacement plating solution include a mixed solution of sodium hydroxide 120 g / L, zinc oxide 20 g / L, crystalline ferric chloride 2 g / L, rossell salt 50 g / L, and sodium nitrate 1 g / L.
  • a commercially available Zn or Zn alloy plating solution may be used, for example, Substar Zn-1, Zn-2, Zn-3, Zn-8, Zn-10, Zn-, manufactured by Okuno Pharmaceutical Industry Co., Ltd. 111, Zn-222, Zn-291 or the like can be used.
  • the immersion time of the aluminum base in such a displacement plating solution is preferably 15 seconds to 40 seconds, and the immersion temperature is preferably 20 to 50.degree.
  • ⁇ Plating treatment> When zinc or a zinc alloy is displacement-plated on the surface of an aluminum substrate to form a zinc film by the above-described substitution treatment, for example, after the zinc film is replaced with nickel by electroless plating to be described later, It is preferable to apply a plating treatment to deposit various metals by electrolytic plating.
  • the nickel plating solution used for the electroless plating treatment examples thereof include an aqueous solution containing 30 g / L of nickel sulfate, 20 g / L of sodium hypophosphite, and 50 g / L of ammonium citrate.
  • the nickel alloy plating solution examples include a Ni-P alloy plating solution in which a phosphorus compound is a reducing agent, and a Ni-B plating solution in which a boron compound is a reducing agent.
  • the immersion time in such a nickel plating solution or nickel alloy plating solution is preferably 15 seconds to 10 minutes, and the immersion temperature is preferably 30 ° C. to 90 ° C.
  • Electrolytic plating process for example, as a plating solution for electroplating Cu, for example, 60 to 110 g / L of sulfuric acid, 160 to 200 g / L of sulfuric acid and 0.1 to 0.15 mL / L of hydrochloric acid are added to pure water , And Okuno Pharmaceutical Co., Ltd. TOP LUTINA SF base WR 1.5 to 5.0 mL / L, TOP LUTINA SF-B 0.5 to 2.0 mL / L and TOP LUTINA SF leveler 3.0 to 10 mL / L were added as additives. Plating solution can be mentioned.
  • the immersion time in such a copper plating solution is not particularly limited because it depends on the thickness of the Cu film, but for example, in the case of applying a 2 ⁇ m Cu film, it is preferable to immerse for about 5 minutes at a current density of 2 A / dm.
  • the temperature is preferably 20.degree. C. to 30.degree.
  • Water washing treatment In the present invention, it is preferable to wash with water after completion of the above-described processing steps. Pure water, well water, tap water or the like can be used for washing. A nip device may be used to prevent the processing solution from being carried into the next process.
  • Such a soundproof structure may be manufactured using a cut sheet-like aluminum substrate, or may be performed by roll-to-roll (hereinafter also referred to as RtoR).
  • RtoR roll-to-roll
  • raw materials are drawn from a roll formed by winding a long raw material, and while being transported in the longitudinal direction, various treatments such as surface treatment are performed, and the treated raw materials are again treated.
  • a roll-shaped manufacturing method According to the manufacturing method of forming the through holes in the aluminum base as described above, the through holes of about 20 ⁇ m can be easily and efficiently formed by RtoR.
  • the minute through holes manufactured in the film-like member by the manufacturing method as described above may have variations in the hole radius.
  • the distribution shape of the hole radius histogram distribution is characterized with respect to the variation of the hole radius
  • the acoustic impedance Z 0 obtained by the above equation (1) satisfies the above equation (2) and the above equation (3) by giving a bias to the histogram distribution representing the hole radius distribution.
  • the absorptivity can be further enhanced by using a porous membrane or a fine through-hole membrane satisfying the above formulas (4) and (5).
  • the method of forming the through holes is not limited to the method described above, and a film can be formed as long as it is possible to form a fine through hole film satisfying the above formulas (2) and (3) or the above formulas (4) and (5). It may be carried out by a known method according to the forming material of the second member.
  • a method by lithography can be used as a method of forming the through holes.
  • a hole pattern having a desired aperture ratio and hole radius is formed by electron beam (EB: Electron Beam) lithography or photolithography, and the resist pattern is subjected to an etching process to obtain the present invention.
  • EB Electron Beam
  • a through hole can be formed with a hole radius distribution satisfying the following conditions.
  • a dot pattern having a desired aperture ratio and hole radius is formed on a silicon wafer by EB lithography or photolithography, and a dot pattern is formed by performing an etching process.
  • Ni electroforming treatment can be performed based on the silicon master to form a Ni film member (fine through hole film).
  • the through hole is formed by a processing method that absorbs energy such as laser processing or a mechanical processing method by physical contact such as punching or needle processing.
  • the soundproof structure of the present invention is not limited to those used in various devices such as industrial equipment, transportation equipment, and general household equipment, and various sound absorption structures are required as long as high sound absorption is required. It can be used for structural members.
  • the soundproof structure of the present invention is, for example, a fixed wall such as a fixed partition structure (partition) which is disposed in a room of a building and partitions the room, a movable partition structure which is disposed in a room of the building and partitions the room It can also be used for movable walls such as partitions.
  • a fixed wall such as a fixed partition structure (partition) which is disposed in a room of a building and partitions the room
  • a movable partition structure which is disposed in a room of the building and partitions the room
  • it can also be used for movable walls such as partitions.
  • the soundproof structure of the present invention as a partition, it is possible to preferably shield sound between partitioned spaces.
  • the soundproof structure of this invention can also be suitably used as a window member in what has light transmittance and air permeability.
  • it can also be used as a cage surrounding an apparatus serving as a noise source, such as an air conditioner outdoor unit or a water heater, for noise prevention.
  • a noise source such as an air conditioner outdoor unit or a water heater
  • the member of the present invention By applying the member of the present invention to all or a part of a pet breeding cage, for example, by replacing one surface of the pet cage with this member, a lightweight and sound absorbing pet cage can be obtained. By using this cage, it is possible to protect pets in the cage from external noise, and to suppress the rattling of pets in the cage from leaking out.
  • the soundproof structure of the present invention can be used as a soundproofing member as described below in addition to the above.
  • Soundproofing materials for building materials Soundproofing materials used for building materials
  • Soundproofing members for air conditioning equipment Soundproofing members installed in ventilation openings, air conditioning ducts, etc.
  • Soundproof member for external opening A soundproof member installed in the window of a room to prevent noise from indoor or outdoor
  • Soundproofing material for ceiling A soundproofing material installed on the ceiling of the room to control the sound in the room
  • Floor soundproofing members Soundproofing members installed on the floor that control the sound in the room
  • Soundproofing members for internal openings Soundproofing members installed in indoor doors and bran to prevent noise from each room
  • Soundproofing material for toilets Installed in the toilet or in the door (outdoor), a soundproofing material to prevent noise from the toilet
  • Soundproofing material for balconies A soundproofing material that is installed on a balcony and prevents noise from your own balcony or the next balcony.
  • Interior adjustment members soundproof members for controlling the sound of a room
  • Simple soundproof room member A soundproof member that can be easily assembled and moved easily Soundproof room for pets: A soundproofing unit that encloses the pet room and prevents noise.
  • Amusement facilities Soundproofing members installed at game centers, sports centers, concert halls, movie theaters, Soundproofing members for temporary construction enclosures: Soundproofing members to prevent noise leakage around many construction sites, Soundproofing members for tunnels: Soundproofing members installed in a tunnel to prevent noise leaking to the inside and the outside of the tunnel can be mentioned.
  • a film-like member is formed by laminating and arranging a frame 16 having a plurality of holes 18 as a mesh structure on the surface on one side of the film-like member 12. It may be possible to suppress the 12 membrane vibrations.
  • the hole radius of the hole 18 of the frame 16 is larger than the hole radius of the through hole 14 of the membrane member (fine through hole film) 12 and the opening of the hole 18 of the frame 16 The rate is larger than the opening rate of the through hole 14 of the film-like member 12.
  • the soundproof structure 10A has a configuration in which the resonant frequency of the film-like member 12 in contact with the frame 16 is larger than the audible range.
  • the soundproof structure 10A provided with the film-like member 12 having the plurality of through holes 14 is a soundproof structure capable of obtaining a wide band sound absorption characteristic.
  • the membrane member (fine through hole membrane) 12 is a thin membrane, it is likely to cause resonance vibration (film vibration) to the sound wave, so the sound absorption characteristic is lowered in the frequency band around the resonance vibration frequency by itself. There is a risk of
  • the rigidity of the film-like member 12 in the frame 16 is achieved by arranging the frame 16 having a plurality of holes 18 with a large hole radius in contact with the film-like member 12. Raise. At this time, by setting the hole radius of the hole 18 of the frame 16 to a radius such that the resonant vibration frequency of the film member 12 is higher than the audible region, the resonant vibration frequency of the film member 12 is audible Make it higher. Thereby, in the audible range, it is possible to suppress the decrease in absorptivity due to the resonance vibration.
  • the soundproof structure 10A of the present invention it is possible to suppress the decrease in the absorptivity due to the resonance vibration. Therefore, according to the soundproof structure 10A of the present invention, since the film-like member 12 does not vibrate, it is possible to prevent the absorption from being reduced in the low frequency range.
  • the apparent rigidity of the film-like member is increased by arranging the frame 16 in contact with the film-like member 12, and the resonance vibration frequency is higher than the audible range. It is also high. Therefore, since the sound in the audible range mainly passes through the path passing through the through hole rather than the path reradiated by the membrane vibration of the membrane member 12, the sound is absorbed by the friction when passing through the through hole.
  • the first natural vibration frequency of the film-like member 12 disposed in contact with the frame 16 is the frequency of the natural vibration mode where the sound wave is largely transmitted at that frequency where the sound wave shakes the film vibration most by resonance. .
  • the first natural vibration frequency is determined by the structure having the frame 16 and the film-like member 12 and therefore, regardless of the presence or absence of the through holes 14 perforated in the film-like member 12 It becomes the same value. Further, in the soundproof structure 10A of the present invention, the film vibration becomes large at a frequency near the first natural vibration frequency, so the sound absorbing effect due to the friction with the fine through hole becomes small. Therefore, in the soundproof structure of the present invention, the absorptivity becomes minimum at the first natural vibration frequency ⁇ 100 Hz.
  • the soundproof structure 10A of the present invention is configured such that the frame 16 is disposed in contact with the surface on one side of the film-like member 12 in the example shown in FIG. 16, but is not limited thereto.
  • the frame 16 may be disposed in contact with the surface of the side, or the frame 16 may be disposed in contact with both surfaces of the film-like member 12.
  • the rigidity of the film-like member can be made higher, and the resonance vibration frequency can be made higher. Therefore, the resonant vibration frequency of the film-like member 12 can be easily made higher than the audible range.
  • the two frames 16 disposed on each side of the film member 12 may have the same configuration or may be different.
  • the two frame bodies 16 may have the same hole radius, opening ratio, material, and the like of the hole 18 or may differ from each other.
  • the film-like member 12 and the frame 16 should just be arrange
  • the rigidity of the film-like member 12 can be made higher, and the resonance vibration frequency can be made higher. Therefore, the resonant vibration frequency of the film-like member 12 can be easily made higher than the audible range.
  • the adhesive used to bond and fix the film-like member 12 and the frame 16 may be selected according to the material of the film-like member 12 and the material of the frame 16 or the like.
  • epoxy-based adhesive (Araldite (registered trademark) (manufactured by Nichiban Co., Ltd.) and the like)
  • cyanoacrylate-based adhesive (Aron Alpha (registered trademark) (manufactured by Toagosei Co., Ltd. and the like)
  • acrylic A system adhesive etc. can be mentioned.
  • the thickness of the frame 16 is not particularly limited as long as the rigidity of the film-like member 12 can be suitably enhanced, and, for example, the specifications of the film-like member 12, the material of the frame 16, the hole radius of the hole 18 It can be set according to the etc.
  • the thickness of the frame 16 is preferably 0.1 mm to 3 mm, more preferably 0.2 mm to 2 mm, and still more preferably 0.3 mm to 1 mm.
  • the shape of the opening cross section of the hole 18 of the frame 16 is not particularly limited, and, for example, other rectangles such as rectangles, rhombuses, and parallelograms, triangles such as equilateral triangles, isosceles triangles, and right triangles It may be any shape such as a polygon including regular polygons such as regular pentagons and regular hexagons, circles, and ovals, or it may be irregular.
  • the shape of the opening cross section of the hole 18 is preferably a regular hexagon
  • the frame 16 has a so-called honeycomb structure in which a plurality of holes 18 whose cross sectional shape is a regular hexagon are arranged closest to each other. preferable.
  • the radius of the hole 18 is the diameter (equivalent circle diameter) when the area of the hole 18 is measured and replaced with a circle having the same area.
  • the rigidity of the film-like member 12 is suitably increased, the radius of the hole is larger than the through-hole 14 of the film-like member 12, the influence on the path passing through the through-hole 14 is reduced, and handling
  • the radius of the hole 18 of the hole 18 of the frame 16 is preferably 22 mm or less from the viewpoint of preventing the finger or the like from directly touching the film-like member 12, etc. It is more preferable to be one, and particularly preferable to be 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the rigidity of the film-like member 12 is suitably increased, the aperture ratio is larger than the through-hole 14 of the film-like member 12, the influence on the path passing through the through-hole 14 is reduced, and handling
  • the aperture ratio of the hole 18 of the frame 16 is greater than 1%, preferably 98% or less, and more preferably 5% or more and 75% or less.
  • 10% to 50% is particularly preferable.
  • metal materials such as aluminum, titanium, magnesium, tungsten, iron, steel, chromium, chromium molybdenum, nichrome molybdenum, and alloys thereof; acrylic resin, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyamide Resin materials such as polyesters, polyarylates, polyetherimides, polyacetals, polyetheretherketones, polyphenylene sulfides, polysulfones, polyethylene terephthalates, polybutylene terephthalates, polyimides, and triacetyl celluloses; carbon fiber reinforced plastics (CFRP: Carbonon Fiber Reinforced Plastics), carbon fiber, glass fiber Reinforced Plastics (GFRP), paper, etc.
  • CFRP Carbonon Fiber Reinforced Plastics
  • GFRP Glass fiber Reinforced Plastics
  • Metal materials are preferable in that they have high durability and are nonflammable.
  • the resin material is preferable in terms of easy formation, transparency, and the like.
  • Paper is preferable in that it is lightweight and inexpensive. Among them, it is preferable to use any of aluminum, an aluminum alloy, iron and an iron alloy.
  • the frame member 16 having a plurality of holes 18 as a mesh structure is stacked and arranged on the surface on one side of the film member (fine through hole film) 12, although the present invention suppresses the vibration of the membrane of the present invention, the present invention is not limited thereto.
  • one open end of the frame 34 having the opening 32 is attached to the surface of one side of the film-like member 12 of the soundproof structure 10 or 10A.
  • the back plate 36 may be attached to the open end, and the opening 32 of the frame 34 closed by the back plate 36 may be configured as the back air layer 38 of the surface on one side of the membrane member 12.
  • the soundproof structure 30 may be configured of the soundproof structure 10 and the closed back air layer on the back side of the soundproof structure 10.
  • the back air layer 38 has an opening 32 and a frame 34 in which one open end of the opening 32 is disposed on at least one surface of the film-like member 12 of the soundproof structure 10 and the other opening of the opening 32 of the frame 34 It is preferable to be comprised by the backplate 36 which closes an end.
  • the thickness of the back air layer 38 is represented by t.
  • high sound absorption can be realized in a wide band by the frictional sound absorption by the inner wall surface of the through hole 14 of the film-like member 12 of the soundproof structure 10.
  • the film-like member 12 and the frame 34 may be disposed in contact with each other as in the case of the film-like member 12 and the frame 16, but it is preferable that they be adhered and fixed.
  • the rigidity of the film member 12 can be made higher and the film vibration is suppressed. It is possible to avoid the decrease in absorption rate due to this.
  • the adhesive used to bond and fix the film-like member 12 and the frame 34 may be selected according to the material of the film-like member 12 and the material of the frame 34.
  • the adhesive for example, an adhesive similar to the adhesive for bonding and fixing the film-like member 12 and the frame 16 described above may be used.
  • the thickness of the frame 34 is not particularly limited as long as the rigidity of the film-like member 12 can be suitably enhanced, and for example, according to the specification of the film-like member 12, the material of the frame 34, the size of the opening 32, It can be set.
  • the thickness of the frame 34 is preferably 0.1 mm to 10 mm, more preferably 0.3 mm to 5 mm, and still more preferably 0.5 mm to 3 mm.
  • the shape of the opening cross section of the opening 32 of the frame 34 is not particularly limited, and may be, for example, the same shape as the shape of the opening cross section of the hole 18 of the frame 16.
  • the shape of the opening cross section of the opening 32 is preferably a regular hexagon as in the case of the frame 16, and the frame 34 is a so-called cross-sectional array of the plurality of openings 32 in a close packed arrangement. It is preferable to have a honeycomb structure. Therefore, it is preferable that the back air layer 38 be configured by a honeycomb structure.
  • the frame 34 into a honeycomb structure, the apparent rigidity of the film-like member 12 can be further increased, and the strength can be increased while maintaining the soundproof performance.
  • the hole radius of the opening 32 of the frame 34 is larger than the hole radius of the through hole 14 of the membrane member (fine through hole film) 12, and the frame 34
  • the opening ratio of the opening 32 is larger than the opening ratio of the through hole 14 of the film-like member 12.
  • the hole radius of the opening 32 is the diameter (equivalent circle diameter) when the area of the opening 32 is measured and replaced with a circle having the same area.
  • the rigidity of the film-like member 12 is suitably enhanced, the radius of the hole is larger than the through-hole 14 of the film-like member 12, and the influence on the path passing through the through-hole 14 is reduced.
  • the hole radius of the opening 32 of the frame 34 is preferably 20 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 15 mm or less, and particularly preferably 1 mm or more and 10 mm or less. Also, from the viewpoint of suitably enhancing the rigidity of the film-like member 12, a point of an aperture ratio larger than that of the through-hole 14 of the film-like member 12, a point of reducing the influence on a path passing through the through-hole 14, etc.
  • the opening ratio of the opening 32 of the frame 34 is more than 5%, preferably 90% or less, more preferably 10% or more and 75% or less, and particularly preferably 15% or more and 50% or less.
  • Examples of the forming material of the frame 34 include the same forming materials as the forming material of the frame 16.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the soundproof structure 40 shown instead of the back plate 36, another membrane-like member with a soundproof structure (fine through hole membrane) may be used.
  • the soundproof structure 40 shown in FIG. 31 has two soundproof structures 10a and 10b, and the back air layer 38 can be said to be configured between the two soundproof structures 10a and 10b.
  • the thickness of the back air layer 38 is indicated by t.
  • the back air layer 38 has an opening 32 and a frame in which one open end of the opening 32 is disposed on one surface of the membrane 12a or 12b of the soundproof structure 10a or 10b of one of the two soundproof structures. 34 and the other soundproof structure 10b or 10a of the two soundproof structures closing the other open end of the opening 32 of the frame 34 is preferable. That is, in the soundproof structure 40, one of the back air layers 38 of the film-like member 12a of the soundproof structure 10a on the upper side in the figure, for example, It is constituted by the opening 32 of the frame 34 closed by 12b.
  • the back air layer 38 of the film-like member 12b of the other, for example, the soundproof structure 10b on the lower side in the drawing is a film-like member of one soundproof structure 10a It is constituted by the opening 32 of the frame 34 closed by 12a.
  • the film-like members 12a of the soundproof structure 10a disposed on both sides of the frame 34 and the film-like members 12b of the soundproof structure 10b have the same thickness.
  • the present invention is not limited to this, and may have different thicknesses, the arrangement of through holes may be the same, and the forming material is the same. Or even different.
  • the reinforcing member 52 is configured so as not to block the plurality of through holes 14 of the membrane member 12 at all or to block the sound flow as much as possible, and is stronger than the membrane member 12 It is preferable that it is a member with a large bending rigidity.
  • the film-like member (fine through film) 12 is aluminum foil or the like, such a configuration is effective because it is easily broken.
  • the reinforcing member 52 the resin, metal, cardboard, etc. mentioned as the forming material of the frame can be used.
  • Example 1 With regard to the soundproof structure 10 of the present invention provided with the fine through hole film 12 having the hole radius histogram shown in FIG. 17, the acoustic impedance Re (Z 0 ) is obtained using the above equation (1) of the acoustic impedance Z 0 of the fine through hole film 12. ) was calculated for each frequency.
  • the total aperture ratio ⁇ sum of the through holes 14 of the soundproof structure 10 according to the first embodiment is 0.055, and the hole radius r 0 at which the aperture ratio ⁇ (r) is maximum is 12 ⁇ m.
  • the size of 12 was 40 mm ⁇ 40 mm, and the thickness t was 20 ⁇ m.
  • the acoustic impedance corresponding to each hole radius was calculated using the hole radius histogram distribution shown in FIG.
  • the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) representing the aperture ratio is expressed by the following equation (26).
  • s is the standard deviation
  • ⁇ and r 0 at s s L
  • ⁇ C is a constant and was set to satisfy the following equation (27).
  • Example 1 as apparent from Table 1, the obtained acoustic impedance Re (Z 0 ) is 377 kg / (m 2 s), and the value of 2 ⁇ Z air is 826.6 kg / (m 2 s). ) Is smaller and it is understood that the above equation (2) is satisfied. Further, as is clear from Table 1, the hole radius r (integral of the left side of the inequality) of the hole radius r ⁇ r 0 represented by the above equation (28) is represented by the above equation (29) It is larger than the total aperture ratio ⁇ (integral of the right side of the inequality) of> r 0 , and it can be seen that the above equation (3) is satisfied. Moreover, the absorptivity shows a high value of 0.5 (50%).
  • Example 1 The absorptivity was simulated in the same manner as in Example 1 except that the hole radius histogram shown in FIG. 18 was a soundproof structure having fine through holes having no distribution.
  • the hole radius r of all the through holes was 12 ⁇ m. Strictly, all the hole radius r was within the range of 11.75 ⁇ m to 12.25 of the hole radius.
  • the total aperture ratio ⁇ sum was 0.055.
  • Table 1 As apparent from Table 1, the same acoustic impedance Re (Z 0 ) as in Example 1 is satisfied, and the above equation (2) is satisfied, but the above equation (3) is not satisfied, and the absorptivity is 0.43. Yes, lower than Example 1.
  • Example 1-2 The absorptivity was simulated in the same manner as in Example 1 except that the hole radius histogram shown in FIG. 19 was a soundproof structure having fine through holes having a symmetrical distribution.
  • the hole radius r 0 at which the aperture ratio ⁇ (r) is maximized is 12 ⁇ m, and the standard deviation s L of r ⁇ r 0 and the standard deviation s H of r> r 0 are also 2 ⁇ m.
  • the total aperture ratio ⁇ sum was 0.055. The obtained results are shown in Table 1 and FIG.
  • Example 1-3 The absorptivity was simulated in the same manner as in Example 1 except that the hole radius histogram shown in FIG. 20 was a soundproof structure having fine through holes having an asymmetric distribution.
  • the pore radius r 0 at which the aperture ratio ⁇ (r) is maximum is 12 ⁇ m
  • the standard deviation s L of r ⁇ r 0 is 2 ⁇ m
  • the standard deviation s H of r> r 0 is 15 ⁇ m.
  • the total aperture ratio ⁇ sum was 0.055. The obtained results are shown in Table 1.
  • the constant ⁇ c of the hole radius distribution histogram function ⁇ (r) representing the aperture ratio ⁇ represented by the above equation (26) is set to satisfy the following equation (30). Also, the standard deviation s L of r ⁇ r 0 was 0.5 ⁇ m, and the standard deviation s H of r> r 0 was 2.5 ⁇ m. Moreover, it carried out similarly to Example 1, and calculated the left side (following Formula (28)) and right side (following Formula (29)) of the inequality of said Formula (5) using said Formula (26), respectively. The results thus obtained are shown in Table 1 and FIG.
  • Example 2 as apparent from Table 1, the obtained acoustic impedance Re (Z 0 ) is 3682 kg / (m 2 s), and the value of 2 ⁇ Z air is 826.6 kg / (m 2 s). It is understood that the above equation (4) is satisfied. Further, as is clear from Table 1, the hole radius r (integral of the left side of the inequality) of the hole radius r ⁇ r 0 represented by the above equation (28) is represented by the above equation (29) It is smaller than the total aperture ratio ⁇ (integral of the right side of the inequality) of> r 0 , and it can be seen that the above equation (5) is satisfied. Moreover, the absorptivity shows a high value of 0.5 (50%).
  • the absorptivity was simulated in the same manner as in Example 2 except that the hole radius histogram was a soundproof structure having fine through holes having an asymmetric distribution.
  • the hole radius r 0 at which the aperture ratio ⁇ (r) is maximized is 2 ⁇ m, and the total aperture ratio ⁇ sum is 0.2.
  • the standard deviation s L of r ⁇ r 0 was fixed at 0.5 ⁇ m, and the standard deviation s H of r> r 0 was larger than the standard deviation s L , and the degree of change in the absorption rate was variously changed. .
  • Example 3 After applying a positive resist on a 25 mm long ⁇ 25 mm wide ⁇ 20 ⁇ m thick aluminum foil, using an electron beam lithography system, the hole radius distribution histogram of the resist is random as shown in FIG. The dot shape pattern was created. Thereafter, etching was performed using the resist as a mask, and then the resist was removed to form an aluminum film (fine through hole film) having through holes as a soundproof structure of the present invention. As an acoustic characteristic of the created aluminum film having a through hole, the absorptivity at 1500 Hz was measured by a four-microphone method using an acoustic tube. The results are shown in Table 2 (Comparative Example 3). Comparative Example 3 has the same configuration as Example 3 except that the hole radius distribution histogram of the dot pattern of the aluminum film is shown in FIG. Further, the acoustic characteristics were measured in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 2.
  • the acoustic measurement was performed as follows using the acoustic tube of internal diameter 8 cm.
  • the acoustic characteristics were measured by a transfer function method using four microphones in an aluminum acoustic tube (tube). This method is in accordance with "ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method".
  • an acoustic tube for example, a tube made of aluminum was used as the same measurement principle as WinZac manufactured by Nittobo Acoustic Engineering Co., Ltd.
  • the cylindrical box (not shown) which accommodated the speaker (not shown) in the inside of a tube was arrange
  • a sound with a predetermined sound pressure was output from a speaker (not shown) and measured with four microphones. Sound transmission losses can be measured in a wide spectral band in this way.
  • the aluminum of Example 3 mentioned above was arrange
  • the acoustic resulting impedance Re (Z 0) is 301kg / (m 2 s), the value of 2 ⁇ Zair 826.6kg / (m 2 s It can be seen that the above equation (2) is satisfied.
  • the total aperture ratio (corresponding to the integral of the left side of the inequality) of the hole radius r ⁇ r 0 represented by the above equation (28) is the hole radius r> r 0 where the above equation
  • the total aperture ratio (corresponding to the integral on the right side of the inequality) is also large, and it can be seen that the above equation (3) is satisfied. It is understood from Table 2 that the absorptivity of Example 3 is higher than that of Comparative Example 3 in which the formula (3) is not satisfied. From the above, the effectiveness of the present invention was shown.
  • Example 4 A frame 34 having an opening 32 of approximately the same size and having a thickness of 20 mm is attached by adhesion to one surface of the film-like member (fine through hole film) 12 of Example 1 and the opening 32 of the frame 34 is opened.
  • a back plate 36 of substantially the same size was adhesively fixed to the open end, and the opening 32 was closed to produce a soundproof structure 30 shown in FIG.
  • the forming material of the frame 34 was acrylic, and its thickness was 1 mm.
  • the forming material of the back plate 36 was acrylic, and its thickness was 2 mm.
  • the thickness of the back air layer 38 of the film-like member 12 was 20 mm.
  • the absorptivity of the soundproof structure 30 of Example 4 produced in this manner was simulated using the above equation (21-3) to obtain an absorptivity with respect to frequency. The results are shown in FIG.
  • Example 4 A soundproof structure having the same structure as the soundproof structure 30 of Example 4 was produced except that the film-like member was a filmy member of the soundproof structure of Comparative Example 1-3.
  • the absorptivity with respect to the frequency was obtained by simulating the absorptivity of the soundproof structure of Comparative Example 4 manufactured in this way.
  • the results are shown in FIG. As shown in FIG. 35, it is understood that the sound absorptivity is higher in Example 4 than in Comparative Example 4. From the above, the effectiveness of the present invention was shown. From the above, the effects of the present invention are clear.

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Abstract

この防音構造は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr、全貫通孔の合計開口率をσsum、膜状部材の厚みtとするときに、下記式(1)によって与えられる膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(2)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(3)を満足する。  Re(Z)<2×Zair …(2)  この防音構造は、音を広帯域に高い吸収率で吸音することができる。

Description

防音構造、及び防音構造体
 本発明は、防音構造、及び防音構造体に関する。
 吸音構造等の防音構造においても、適用範囲が広がり、様々な場所、又は環境で用いられるようになってきている。このため、防音構造においても、板厚方向に貫通する多数の円形微細孔を有する微細孔明き板を利用することが提案されている(特許文献1、及び2)。
 例えば、特許文献1には、住宅のリビングルーム等の居室内に設けられた階段の蹴込み板、踏板下面の背板、階段下収納室の扉パネル、収納家具の扉パネル、又は手すりの側面パネルに板厚方向に貫通する多数の微細孔を形成し、蹴込み板と階段下空間とにより階段に吸音性能を付加して、居室空間の残響時間を大幅に低減する残響音低減装置が提案されている。
 また、特許文献2には、オフィス空間内に配置された、収納家具の前面板、収納家具の上側に設けられたパネル板、又はパーティション等の複層のパネル板の1つのパネル板に、板厚方向に貫通する多数の微細孔を穿設し、前面板、又はパネル板とその背面空間の空気層とにより吸音して、オフィス空間における残響時間を短縮することにより会話等が聞き取り易い音環境を容易に実現することができる実用的な残響音低減装置が提案されている。
特開2007-162253号公報 特開2007-183447号公報
 ところで、特許文献1に開示の残響音低減装置では、多数の微細孔は階段の蹴込み板等の板材に形成されるものである。また、特許文献2に開示の残響音低減装置では、多数の微細孔は収納家具の前面板等の板材に形成されるものである。したがって、特許文献1、及び2においては、微細孔明き板の微細孔の直径は、要求性能に応じて適宜設定されるが、1mm以下がより好ましいことが開示されているが、いくつかの実施形態において開示されているのは0.6mmであり、0.1mm以下の微細孔について具体的に開示していない。また、微細孔のピッチは、0.8~10mmがより好ましいことが開示されており、また、図面に開示されている微細孔は、板材に規則正しく配置されている。
 このため、特許文献1、又は2に開示の残響音低減装置に用いられる微細孔の直径のばらつき、又は直径の分布については、開示もしていないし示唆もない。特許文献1及び2に開示の微細孔明き板の微細孔は、ドリル、又はパンチング等を用いて物理的に穿孔されたものであり、基本的に微細孔の直径は、一様であり、そのばらつきは無視できるほど少ない。このため、特許文献1、又は2では、直径の分布等は問題にならない。
 しかしながら、金属板等に穿孔される微細孔のように、0.1mm以下の孔半径の微細孔の場合には、化学的な処理によって穿孔される場合があり、微細孔の穿孔位置はばらつくし、微細孔の孔径もばらつき、微細孔の孔径は分布を持つものと思われる。
 このため、特許文献1、又は2に開示の技術は、このように孔半径が分布を持つ微細孔が形成された板状部材、又は膜状部材を用いる防音構造には適用でき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解消し、音を広帯域に高い吸収率で吸音することができる防音構造、及び防音構造体を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明の第1の態様の防音構造は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、膜状部材の複数の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr0、全貫通孔の合計開口率をσsum、膜状部材の厚みtとするときに、下記式(1)によって与えられる膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(2)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(3)を満足する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007

   Re(Z)<2×Zair               …(2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 また、上記目的を達成するために、本発明の第2の態様の防音構造は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、膜状部材の複数の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr0、全貫通孔の合計開口率をσsum、膜状部材の厚みtとするときに、下記式(1)によって与えられる膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(4)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(5)を満足する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010

   Re(Z)>2×Zair               …(4)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 上記第1の態様、及び第2の態様において、ここで、ρは、空気の密度、ηは、空気の粘度、ωは、角周波数、J(x)、及びJ(x)は、それぞれ第1種ベッセル関数、iは、虚数単位、Zairは、空気の音響インピーダンス、Re(*)は複素数*の実部を表す。また、k’=r√(ρω/η)である。また、σsumは下記式で表される。
 ここで、上記第1の態様、又は第2の態様の防音構造において、膜状部材の厚みtは、0.1mm以下であることが好ましい。
 また、複数の貫通孔の孔半径rは、0.1mm以下であることが好ましい。
 また、複数の貫通孔は、膜状部材にランダムに配列されていることが好ましい。
 また、膜状部材の少なくとも貫通孔を有する部分は、金属であることが好ましい。
 また、金属は、ニッケル、銅、又は鉄であることが好ましい。
 また、金属は、アルミニウムであることが好ましい。
 また、更に、膜状部材に積層されるメッシュ構造を備えることが好ましい。
 また、上記目的を達成するために、本発明の第3の態様の防音構造体は、上記第1の態様、及び第2の態様のいずれかの防音構造と、防音構造の背面の閉じ切られた背面空気層とから構成される。
 ここで、背面空気層は、ハニカム構造によって構成されることが好ましい。
 また、背面空気層は、開口を有し、防音構造の膜状部材の一方の表面に開口の一方の開口端が配置される枠と、枠の開口の他方の開口端を閉じる背面板とによって構成されることが好ましい。
 また、防音構造を2つ有し、背面空気層は、2つの防音構造の間に構成されることが好ましい。
 また、背面空気層は、開口を有し、2つの防音構造の一方の防音構造の膜状部材の一方の表面に開口の一方の開口端が配置される枠と、枠の開口の他方の開口端を閉じる2つの防音構造の他方の防音構造とによって構成されることが好ましい。
 また、枠は、ハニカム構造であることが好ましい。
 また、本発明の防音構造体は、上記第1の態様、及び第2の態様のいずれかの防音構造と、開口を有し、防音構造の膜状部材の一方の表面に開口の一方の開口端が配置される枠と、枠の開口の他方の開口端を閉じる背面板とを備え、枠及び背面板は、背面空気層を構成することが好ましい。
 また、本発明の防音構造体は、上記第1の態様、及び第2の態様のいずれかの2つの防音構造と、開口を有し、2つの防音構造の一方の防音構造の膜状部材の一方の表面に開口の一方の開口端が配置される枠と、枠の開口の他方の開口端を閉じる2つの防音構造の他方の防音構造とを備え、枠及び他方の防音構造は、一方の防音構造の背面空気層を構成することが好ましい。
 本発明によれば、音を広帯域に高い吸収率で吸音することができる防音構造、及び防音構造体を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る防音構造の一例を概念的かつ部分的に示す正面図である。 図1に示す防音構造の断面図である。 本発明に係る防音構造の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラムの一例である。 本発明に係る防音構造の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラムの他の一例である。 本発明の防音構造の微細な貫通孔を有する膜状部材の吸音モデルの概念図である。 図5に示す吸音モデルの膜状部材の音響インピーダンスの一例の実部の大きさを孔半径及び開口率に対して示すグラフである。 図6に示す音響インピーダンスの虚部の大きさを孔半径及び開口率に対して示すグラフである。 図5に示す吸音モデルの音の吸収率の一例の大きさを孔半径及び開口率に対して示すグラフである。 図6に示す音響インピーダンスの実部の等高線図である。 背面空気層の一方の片側が防音構造であり、他方の片側が剛体である防音構造体の断面模式図である。 距離と目の分解能との関係を表すグラフである。 本発明のアルミニウム板の好適な製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 本発明のアルミニウム板の好適な製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 本発明のアルミニウム板の好適な製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 本発明のアルミニウム板の好適な製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 本発明のアルミニウム板の好適な製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 本発明の他の実施形態に係る防音構造を概念的に示す断面図である。 本発明の防音構造の実施例1の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例1-1の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例1-2の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例1-3の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の参考例1の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の孔半径分布の標準偏差に対する音の吸収率のグラフである。 本発明の実施例2の防音構造の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例2-1の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例2-2の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例2-3の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の参考例2-1の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の参考例2-2の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の孔半径分布の標準偏差に対する音の吸収率のグラフである。 本発明の他の実施形態に係る防音構造を概念的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る防音構造を概念的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る防音構造を概念的に示す断面図である。 本発明の防音構造の実施例3の孔半径分布ヒストグラムである。 防音構造の比較例3の孔半径分布ヒストグラムである。 本発明の防音構造体の実施例3及び比較例4の音の周波数に対する音の吸収率のグラフである。
 以下、本発明について詳細に説明する。
 以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
 なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値、及び上限値として含む範囲を意味する。
[防音構造]
 本発明の第1の態様の防音構造は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、膜状部材の複数の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr0、全貫通孔の合計開口率をσsum、膜状部材の厚みtとするときに、下記式(1)によって与えられる膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(2)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(3)を満足する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013

   Re(Z)<2×Zair               …(2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 また、本発明の第2の態様の防音構造は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、膜状部材の複数の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr0、全貫通孔の合計開口率をσsum、膜状部材の厚みtとするときに、上記式(1)によって与えられる膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(4)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(5)を満足する。
   Re(Z)>2×Zair               …(4)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 上記第1の態様、及び第2の態様において、ここで、ρは、空気の密度、ηは、空気の粘度、ωは、角周波数、J(x)、及びJ(x)は、それぞれ第1種ベッセル関数、iは、虚数単位、Zairは、空気の音響インピーダンス、Re(*)は複素数*の実部を表す。また、k’=r√(ρω/η)である。また、σsumは下記式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 本発明の防音構造の構成について、図1~図4を用いて説明する。
 図1は、本発明の防音構造の好適な実施態様の一例を示す模式的な正面図であり、図2は、図1の断面図である。
 図1、及び図2に示すように、本発明の防音構造10は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔14(14a、14b、及び14c)を有する膜状部材12を備えるものである。
 なお、図1に示す防音構造10においては、複数の貫通孔14は、3種類の異なる孔半径を有する貫通孔14a、14b、及び14cであるが、本発明は、4種類以上の多数の異なる孔半径を有する貫通孔14であっても良い。
 例えば、図3に示す孔半径分布ヒストグラムでは、全ての貫通孔14の孔半径rは、0.5μm刻みで分類されて、0.5μmから25.0μmまでの50種類の孔半径rに分類されている。図3は、そのように分類される孔半径rに対する開口率σを表わしており、孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)ということができる。なお、図3では、開口率σが最大となる孔半径rは、12μmである。ここで、孔半径rは、孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)の強度が最大となる孔半径ということもできる。
 一方、図4に示す孔半径分布ヒストグラムでは、全ての貫通孔14の孔半径rは、0.5μm刻みで分類されて、0.5μmから13.0μmまでの26種類の孔半径rに分類されている。なお、図4も、図3同様、孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)ということができる。ここで、図4では、開口率σが最大となる孔半径rは、3μmである。
 本発明の防音構造10は、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、及び回転機、搬送機など音を発する様々な種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車、及び、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(パーソナルコンピュータ)、掃除機、空気清浄機、及び、換気扇等の一般家庭用機器等に用いられるものであり、各種機器において騒音源から発生する音が通過する位置に適宜配置される。
 本発明においては、図5に示すような微細な貫通孔14を有する膜状部材(以下、微細貫通孔膜ともいう)12の吸音モデル20を適用して、音の吸収率を求める。
 図5に示す吸音モデル20では、管体22内に微細貫通孔膜12が管体に直交するように配置されている。吸音モデル20では、微細貫通孔膜12の厚みは無視し、厚み無いものと仮定する。
 図5における吸音モデル20においては、音は、管体22の図5中左側から微細貫通孔膜12に入射し、微細貫通孔膜12を透過して管体22の図5中右側から出射する。ここで、微細貫通孔膜12の図5中左側において、微細貫通孔膜12に入射する入射側の空気の音圧がP1であり、空気の粒子速度はu1であり、微細貫通孔膜12の図5中左側において、微細貫通孔膜12から出射する出射側の空気の音圧がP2であり、空気の粒子速度はu2であるとすると、下記式(7)で示す4つの式が成り立つ。
   P1=Pi+Pr
   P2=Pt
   u1=ui-ur
   u2=ut                  …(7)
 ここで、Piは入射音圧、uiは入射粒子速度、Prは反射音圧、urは反射粒子速度、Ptは透過音圧、utは透過粒子速度である。
 図5に示す吸音モデル20を考慮した場合の微細貫通孔膜12の音響インピーダンスZMPPは、Acoustic Absorbers and Diffusers、Third Edition (CRC Press)の第256頁の(7.35)式を参考にして下記式(8)のように求めることができる。
   ZMPP=Z+Zh1+Zh2         …(8)
 上記式(8)の右辺のZ、Zh1、及びZh2は、それぞれ下記式(9)の各式で与えられる。右辺の第1項目のZは、貫通孔14のインピーダンスである。右辺の第2項目のZh1は、貫通孔14の部分の放射抵抗である。右辺の第3項目のZh2は、貫通孔14の部分の放射リアクタンスを考慮した開口端補正の項である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 その結果、上記式(8)の右辺のZ、Zh1、及びZh2にそれぞれ上記式(9)の各式を代入することにより、上記式(8)は、下記式(10)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 上記式(10)で与えられる微細貫通孔膜12の音響インピーダンスZMPPは、微細貫通孔膜12の多数の貫通孔14の孔半径をr、全貫通孔14の開口率をσ、膜状部材12の厚みをtとする時、このような膜状部材12の音響インピーダンスである。
 ここで、ρは、空気の密度、ηは、空気の粘度、ωは、角周波数、J(x)、及びJ(x)は、それぞれ第1種ベッセル関数、iは、虚数単位、Zairは、空気の音響インピーダンス、Re(*)は複素数*の実部を表し、k’=r√(ρω/η)である。
 次に、図5に示す吸音モデル20において、伝達マトリックスを用いると、下記式(11)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 この上記式(11)より、下記式(12)が求まる。
   P1=P2+ZMPPu2
   u1=u2                     …(12)
 上記式(12)の2式に上記式(9)の4式を代入すると、下記式(13)及び(14)が得られる。
   Pi+Pr=Pt++ZMPPut           …(13)
   ui-ur=ut                  …(14)
 ここで、空気の音響インピーダンスZairは、透過音圧Pt、及び透過粒子速度utで表すと、Zair=Pt/utで表されるので、上記式(13)から下記式で表される。
   Pi+Pr=Pt++ZMPPut=Pt++ZMPPPt/Zair
        =Pt(1+ZMPP/Zair
 上記式の両辺をPiで除算すると、下記式(15)となる。
  1+Pr/Pi=(Pt/Pi)(1+ZMPP/Zair) …(15)
 ここで、反射係数rf=Pr/Piであり、透過係数tr=Pt/Piであるので、上記式(15)は、下記式(16)となる。
   1+rf=tr(1+ZMPP/Zair)        …(16)
 上記式(14)の両辺をuiで除算すると、反射係数rf=ur/uiであり、透過係数tr=ut/uiで与えられるので、上記式(16)は、下記式(17)となる。
   1-ur/ui=ut/ui=1-rf=tr     …(17)
 上記式(16)、及び(17)より、rf及びtrは、下記式(18)のようになる。
   rf=ZMPP/(2Zair+ZMPP
   tr=2Zair/(2Zair+ZMPP)        …(18)
 こうして上記式(18)で求められる反射係数rf及び透過係数trを用いて、反射率R、透過率T、及び吸収率Aを、下記式(19)によって求めることができる。
   R=rf
   T=tr
   A=1-R-T                  …(19)
 こうして、音の吸収率である吸収率Aを求めることができる。
 ここで、空気の音響インピーダンスZairは、音速cと空気の密度ρの積として与えられる。即ち、Zair=ρcである。
 以上のように、上記式(10)に基づいて求められた微細貫通孔膜12の音響インピーダンスZMPPを用いて上記式(18)から反射係数rf及び透過係数trを求め、次いで上記式(19)から、反射率R、透過率T、及び吸収率Aを求めることができる。
 上記式(10)で定義される微細貫通孔膜12の音響インピーダンスZMPPと、上記式(19)で定義される吸収率Aとを、孔半径r、及び開口率σを変えて計算してグラフ化すると、音響インピーダンスZMPPの実部Re(ZMPP)、虚部Im(ZMPP)、及び吸収率Aは、それぞれ図6~図9Aのようになる。図9Aは、図6の音響インピーダンスZMPPの実部Re(ZMPP)の濃度スケール分布図(横軸を孔半径、縦軸を開口率に取った2次元マップ)を実部Re(ZMPP)の値を等高線図として表したものである。ここで、膜状部材12の厚みtは、20mm、空気の密度ρは、1.205(kg/m)、空気の粘度ηは、1.84Pa・N、空気の音響インピーダンスZairは、413.3(kg/(ms))としている。
 図6~図8中、白い部分はそれぞれの値が大きい部分を示し、黒い部分はそれぞれの値が小さい部分を示す。
 ところで、図6及び図7に示すように、実部Re(ZMPP)に対して虚部Im(ZMPP)は非常に小さくなるため、ほぼ無視できる。即ち、吸収率を計算する際には、実部Re(ZMPP)のみを考慮すれば値を求めることができることが分かる。
 また、図8において、左下から右上に向って黒い部分から白い部分に向うと共に、右上から左下に向って黒い部分から白い部分に向うので、最も白い部分は、両者の境界線となり、この境界線上で吸収率は最も高くなる。ここで、図8、及び図9Aを比較してみると、図8の吸収率は最も高い境界線は、図9Aにおいて、音響インピーダンスZMPPの実部Re(ZMPP)が826.6(kg/(ms))の等高線であると見做すことができる。ところで、上述したように、空気の音響インピーダンスZairは、413.3(kg/(ms))であるので、上記境界線と見做される等高線は、2×413.3(kg/(ms))=2×Zairと表すことができる。
 なお、図9Aにおいては、この2×Zairで表される等高線より右上側の領域を領域(A)とし、この等高線より左下側の領域を領域(B)とする。
 この領域(A)は、音響インピーダンスZMPPの実部Re(ZMPP)が2×Zairより小さい領域であり、孔半径rが小さくなるほど、また、開口率σが小さくなるほど、吸収率が良くなる領域である。
 この領域(B)は、音響インピーダンスZMPPの実部Re(ZMPP)が2×Zairより大きい領域であり、孔半径rが大きくなるほど、また、開口率σが大きくなるほど、吸収率が良くなる領域である。
 ところで、図1及び図2に示す防音構造10においては、膜状部材12に形成された複数の微細な貫通孔14は、図3、又は図4に示すように、多数の孔半径に分類されている。
 図3、又は図4に示すように、複数の貫通孔14が異なる複数種類に分類された孔半径を持つ場合には、各種類の孔半径をr、r、…、r(即ち、r(j=1、2、・・・、m))(mは2以上の整数)とし、それらの孔半径rを持つ1以上の貫通孔14の開口率をσ、σ、…、σ(即ち、σ(j=1、2、・・・、m))とする。この時、膜状部材12の厚みは、tとする。
 これらの孔半径r、及びそれらの孔半径rを持つ1以上の貫通孔14の開口率σを用いて、それらの孔半径rを持つ複数の貫通孔14に対応する音響インピーダンスZ(j=1、2、・・・、m)を、下記式(20)を用いて求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 こうして求められた各孔半径rの貫通孔14に対応する音響インピーダンスZ、Z、…、Z(即ちZ(j=1、2、・・・、m)から下記式(21)で定義される微細貫通孔膜12の合成音響インピーダンスZMPPを求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 こうして求められた微細貫通孔膜12の合成音響インピーダンスZMPPは、上記式(10)用いて求められた音響インピーダンスZMPPと同様に扱うことができ、同様に上記式(18)から反射係数rf及び透過係数trを求め、次いで上記式(19)から、反射率R、透過率T、及び吸収率Aを求めることができる。
 さらに、背面空気層の片側が防音構造、片側が剛体である場合の防音構造体の音響インピーダンスZxは、上記式(21)に背面空気層のインピーダンスZcavityを加えた以下の式(21-1)で表わされる。
   Zx = ZMPP + Zcavity               …(21-1)
ここで、Zcavity= -iρccot(kd)であり、k=2πf/cである。
 図9Bに示すような配置の防音構造体60における音の反射率Rは、下記式(21-2)となる。
   R=|(ZMPP-Zair)/(ZMPP+Zair)|     …(21-2)
 図9Bに示す配置の防音構造体60は、背面空気層62の一方の片側が微細貫通孔膜からなる防音構造64であり、他方の片側が剛体66である。ここで、防音構造64に入射する入射波をpiで表し、防音構造64から出射される反射波をprで表す。
 このケースでは透過波は存在しないため、反射波以外は全て吸収成分となる。したがって、図9Bの系における吸収率Aは、下記式(21-3)となる。
   A=1-R                    …(21-3)
 図1及び図2に示す防音構造10においては、膜状部材12に形成された複数の微細な貫通孔14は、図3、又は図4に示す孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)に示されるように、複数の孔半径r(j=1、2、・・・、m)(mは2以上の整数))、及び複数の孔半径rにそれぞれ対応する開口率σ(j=1、2、・・・、m))を有する。
 ここで、図3に示す孔半径ヒストグラムから、開口率σが最大となる孔半径をrを求めることができ、全貫通孔14の合計開口率σsumを下記式(6)によって求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 こうして求められた孔半径r、及び合計開口率σsumを、上記式(10)に代入したときの微細貫通孔膜12の音響インピーダンスをZとすると、音響インピーダンスZは、下記式(1)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
 ここで、音響インピーダンスをZは、孔半径rが分布を持たない場合(孔半径rの貫通孔14のみが合計開口率σsumで存在する場合)の音響インピーダンスに相当する。換言すれば、音響インピーダンスZは、孔半径rに分布の無いベストモードの音響インピーダンスということができる。
 本発明においては、こうして得られた音響インピーダンスZが、上述した図9Aに示す領域(A)にあるか、領域(B)にあるかを判別する。即ち、音響インピーダンスの実部Re(Z)が2×Zairより小さいか、大きいかを判別する。
 ここで、音響インピーダンスZが、図9Aの領域(A)にある場合には、本発明の防音構造10は、下記式(2)を満足する。
   Re(Z)<2×Zair               …(2)
 この場合、本発明の防音構造10は、下記式(3)を満足する必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 なお、本発明においては、下記式(22)を満足することが好ましく、下記式(23)を満足することがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
 本発明の防音構造10が、例えば図3に示す孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)で表されるように、孔半径rより半径が小さい方に分布(孔半径の偏り)が大きい場合には、音響インピーダンスZは、図9Aの領域(A)にあることになる。このように図9Aの領域(A)にある場合には、例えば図3に示すように、孔半径rより小さい孔半径rを持つ全貫通孔14の合計開口率は、孔半径rより大きい孔半径rを持つ全貫通孔14の合計開口率より大きい必要がある。
 本発明において、上記式(3)を満足する必要がある理由は、上記(3)式を満足しない場合に比べて、R(ZMPP)が2×Zairに近い値となり、その結果(3)式を満足しない場合に比べて、満足する場合の方がより高い吸収率を得ることが出来るためである。
 一方、本発明の防音構造10の音響インピーダンスZが、図9Aの領域(B)にある場合には、本発明の防音構造10は、下記式(4)を満足する。
   Re(Z)>2×Zair                …(4)
 この場合、本発明の防音構造10は、下記式(5)を満足する必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
 なお、本発明においては、下記式(24)を満足することが好ましく、下記式(25)を満足することがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
 本発明の防音構造10が、例えば図4に示す孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)で表されるように、孔半径rより半径が大きい方に分布(孔半径の偏り)が大きい場合には、音響インピーダンスZは、図9Aの領域(B)にあることになる。このように図9Aの領域(B)にある場合には、例えば図4に示すように、孔半径rより大きい孔半径rを持つ全貫通孔14の合計開口率は、孔半径rより小さい孔半径rを持つ全貫通孔14の合計開口率より大きい必要がある。
 本発明において、上記式(5)を満足する必要がある理由は、上記(5)式を満足しない場合に比べて、R(ZMPP)が2×Zairに近い値となり、その結果(5)式を満足しない場合に比べて、満足する場合の方がより高い吸収率を得ることが出来るためである。
 本発明の防音構造の吸音のメカニズムは、微細な貫通孔を音が通る際の、貫通孔の内壁面と空気との摩擦による、音のエネルギの熱エネルギへの変化であると推定される。このメカニズムは貫通孔サイズが微細なことによって生じるため、共振によるメカニズムとは異なる。貫通孔によって空気中の音として直接通過するパスは、いったん膜振動に変換されてから再び音として放射されるパスに比べて、音響インピーダンスが遥かに小さい。したがって、膜振動よりも微細な貫通孔のパスを音は通りやすい。その貫通孔部分を通過する際に、膜状部材上面の全体の広い面積から貫通孔の狭い面積へと音が集約されて通過する。貫通孔の中で音が集まることによって局所速度が極めて大きくなる。摩擦は速度と相関するために、微細な貫通孔内で摩擦が大きくなり熱に変換される。
 貫通孔の孔半径が小さい場合は、開口面積に対する貫通孔の縁長さの比率が大きくなるため、貫通孔の縁部や内壁面で生じる摩擦を大きくすることができると考えられる。貫通孔を通る際の摩擦を大きくすることによって、音のエネルギを熱エネルギへと変換して、吸音することができる。
 また、本発明の防音構造では、音が貫通孔を通過する際の摩擦で吸音するので、音の周波数帯によらず吸音することができ、広帯域で吸音することができる。
 本発明は、従来技術になく、先行技術から容易に類推することができない技術であり、背面空気層が無く、微細な貫通孔の孔半径が分布を有する場合に吸収率を高くするための孔半径分布ヒストグラム関数の孔半径の偏りに関する条件(不等式)を具体的に示した発明である。特に、本発明は、微細貫通孔のインピーダンスの実部、虚部の大小関係を考察し、特に開口率が大きい場合に虚部が実部に対して無視できるほど小さくなることを見出し、有効なインピーダンス実部の値の有効範囲を規定したものである。
 このように、本発明の防音構造は、背面に閉空間を必要とせず、貫通孔を有する膜状部材単体で機能するので、サイズを小さくすることができる。
 また、上述のように、本発明の防音構造は、音が貫通孔を通過する際の摩擦で吸音するので、音の周波数帯によらず吸音することができ、広帯域で吸音することができる。
 また、背面に閉空間を有さないため、通気性を確保できる。
 また、貫通孔を有するため光を散乱しながら透過することができる。
 また、微細な貫通孔を形成することによって機能するので、素材選択の自由度が高く、周辺環境の汚染や、耐環境性能の問題もその環境に合わせて素材を選択できるために問題を少なくすることができる。
 また、膜状部材が微細な貫通孔を有するので、膜状部材に水等の液体が付着した場合であっても、表面張力により水が貫通孔の部分を避けて貫通孔を塞がないため、吸音性能が低下しにくい。
 また、薄い膜状部材であるため、配置する場所に合わせて湾曲させることができる。
 ここで、吸音性能の観点から、貫通孔の孔半径は、上限側では、0.05mm(50μm)以下であることが好ましく、40μm以下がより好ましく、35μm以下が更に好ましく、25μm以下が更により好ましく、15μm以下が最も好ましい。これは、貫通孔の孔半径が小さくなるほど、貫通孔の開口面積に対する貫通孔の中で摩擦に寄与する貫通孔の縁の長さの比率が大きくなり、摩擦が生じやすくなることによるからである。貫通孔の孔半径が大きくなり過ぎると、音が貫通孔を通過する際の摩擦が小さくなり、吸音性能が低下してしまうからである。
 また、孔半径は、下限側では、0.05μm以上であることが好ましく、0.25μm以上がより好ましく、0.5μm以上が更に好ましく、2μm以上が最も好ましい。平均孔半径が小さすぎると貫通孔を通過する際の粘性抵抗が高すぎて十分に音が通らないため開口率を高くしても吸音効果が十分に得られない。
 なお、貫通孔の孔半径は、膜状部材の一方の面から、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて膜状部材の表面を倍率200倍で撮影し、得られたSEM写真から所定範囲を選択し、選択された所定範囲内において、周囲が環状に連なっている貫通孔の孔半径を読み取ることによって算出する。なお、貫通孔の孔半径ヒストグラムを作成する場合には、孔半径の刻みを決めて、その刻み範囲内に入る貫通孔の個数をカウントする。なお、本発明においては、貫通孔の孔半径ヒストグラムにおける孔半径刻みは、0.1μm~6μmとすることが好ましく、0.2μm~5μmとすることがより好ましく、0.3μm~4μmとすることが更に好ましく、0.4μm~3μmとすることが最も好ましい。
 なお、孔半径ヒストグラムの孔半径の刻みの範囲を決めて、この孔半径の刻み範囲内にある貫通孔を100個抽出し、その孔半径を読み取ってこれらの平均値を孔半径として算出する。もし、1枚のSEM写真内の所定範囲内に貫通孔が100個未満の場合は、周辺の別の所定範囲内の貫通孔をカウントしても良いし、周辺の別の位置でSEM写真を新たに撮影し、合計個数が100個になるまでカウントしても良い。
 なお、本発明においては、孔半径は、貫通孔部分の面積をそれぞれ計測し、同一の面積となる円に置き換えたときの直径(円相当直径)の半分を用いて評価する。即ち、貫通孔の孔部の形状は略円形状に限定はされないので、孔部の形状が非円形状の場合には、同一面積となる円の直径の半分で評価した。したがって、例えば、2以上の貫通孔が一体化したような形状の貫通孔の場合にも、これを1つの貫通孔とみなし、貫通孔の円相当直径の半分を孔半径とする。
 これらの作業は、例えば「Image J」(https://imagej.nih.gov/ij/)を用いて、Analyze Particlesにより円相当直径、開口率などを全て計算することができる。
 また、平均開口率は、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて膜状部材の表面を真上から倍率200倍で撮影し、得られたSEM写真の30mm×30mmの視野(20箇所)について、画像解析ソフト等で2値化して貫通孔部分と非貫通孔部分を観察し、貫通孔の開口面積の合計と視野の面積(幾何学的面積)とから、比率(開口面積/幾何学的面積)から算出し、各視野(20箇所)における平均値を平均開口率として算出する。
 ここで、本発明の防音構造において、複数の貫通孔は、規則的に配列されていてもよいが、ランダムに配列されていることが好ましい。微細な貫通孔の生産性や、吸音特性のロバスト性、更に音の回折を抑制する等の観点から、ランダムに配列されているのが好ましい。音の回折に関しては、貫通孔が周期的に配列されているとその貫通孔の周期に従って音の回折現象が生じ、音が回折により曲がり騒音の進む方向が複数に分かれる懸念がある。ランダムとは完全に配列したような周期性は持たない配置になっている状態であり、各貫通孔による吸収効果が現れる一方で、貫通孔間最小距離による回折現象は生じない配置となる。
 また、本発明の実施例ではロール状の連続処理中でのエッチング処理により作製したサンプルもあるが、大量生産のためには周期的配列を作製するプロセスよりも表面処理など一括でランダムなパターンを形成する方が容易であるため、生産性の観点からもランダムに配列されていることが好ましい。
 なお、本発明において、貫通孔がランダムに配置されるとは、以下のように定義する。
 完全に周期構造であるときには強い回折光が現れる。また、周期構造のごく一部だけ位置が異なるなどしても、残りの構造によって回折光が現れる。回折光は、周期構造の基本セルからの散乱光の重ね合わせで形成される波であるため、ごく一部だけ乱されても残りの構造による干渉が回折光を生じるというメカニズムである。
 よって、周期構造から乱れた基本セルが多くなればなるほど、回折光を強めあう干渉をする散乱光が減っていくことにより、回折光の強さが小さくなる。
 よって、本発明における「ランダム」とは、少なくとも全体の10%の貫通孔が周期構造からずれた状態であることを示す。上記の議論より、回折光を抑制するためには周期構造からずれた基本セルが多いほど望ましいため、全体の50%がずれている構造が好ましく、全体の80%がずれている構造がより好ましく、全体の90%がずれている構造が更に好ましい。
 ずれの検証としては、貫通孔が5個以上が収まる画像をとり、その分析を行うことによって可能である。収める貫通孔の数は多い方がより精度の高い分析を行うことができる。画像は光学顕微鏡によっても、SEMによっても、その他、貫通孔複数個の位置を認識できる画像であったら用いることができる。
 撮影した画像において、一つの貫通孔に着目し、その周囲の貫通孔との距離を測定する。最近接である距離をa1、第2、第3、第4番目に近い距離をそれぞれa2、a3、a4とする。このとき、a1からa4の中で二つ以上の距離が一致する場合(例えば、その一致した距離をb1とする)、その貫通孔はb1の距離について周期構造を持つ孔として判断できる。一方で、a1からa4のどの距離も一致しない場合、その貫通孔は周期構造からずれた貫通孔として判断できる。この作業を画像上の全貫通孔に行い判断を行う。
 ここで、上記「一致する」は着目した貫通孔の孔径をΦとしたときにΦのずれまでは一致したとする。つまり、a2-Φ<a1<a2+Φの関係であるとき、a2とa1は一致したとする。これは、回折光が各貫通孔からの散乱光を考えているため、孔径Φの範囲では散乱が生じていると考えられるためである。
 次に、例えば「b1の距離について周期構造を持つ貫通孔」の個数を数えて、画像上の全貫通孔の個数に対する割合を求める。この割合をc1としたとき、割合c1が周期構造を持つ貫通孔の割合であり、1-c1が周期構造からずれた貫通孔の割合となり、1-c1が上記の「ランダム」を決める数値となる。複数の距離、例えば「b1の距離について周期構造を持つ貫通孔」と「b2の距離について周期構造を持つ貫通孔」が存在した場合、b1とb2についてはそれぞれ別にカウントする。b1の距離について周期構造の割合がc1、b2の距離について周期構造の割合がc2であったとすると、(1-c1)と(1-c2)がともに10%以上である場合にその構造は「ランダム」となる。
 一方で、(1-c1)と(1-c2)のいずれかが10%未満となる場合、その構造は周期構造を持つことになり「ランダム」ではない。このようにして、いずれの割合c1、c2、…に対しても「ランダム」の条件を満たす場合に、その構造を「ランダム」と定義する。
 生産性としては、上記のランダム配列と同じく、大量にエッチング処理を行う観点から孔半径にばらつきを許容した方が生産性が向上する。また、耐久性の観点としては、環境によってほこりやごみのサイズが異なるため、もし1種類の孔半径の貫通孔とすると主要なゴミのサイズが貫通孔とほぼ合致するときに全ての孔に影響を与えることとなる。複数種類の孔半径の貫通孔を設けておくことによって、様々な環境において適用できるデバイスとなる。
 また、国際公開WO2016/060037号に記載の製造方法などによって、貫通孔内部で孔半径が膨らんでいる、内部で最大径となる貫通孔を形成することができる。この形状によって、貫通孔サイズ程度のゴミ(埃、トナー、不織布や発泡体のバラけたものなど)が内部に詰まりにくくなり、貫通孔を有する膜の耐久性が向上する。
 貫通孔の最表面の直径より大きなゴミは貫通孔内に侵入せず、一方直径より小さなゴミは内部直径が大きくなっていることよりそのまま貫通孔内を通過できる。
 これは、逆の形状で内部がすぼまっている形状を考えると、貫通孔の最表面を通ったゴミが内部の直径が小さい部分に引っかかり、ゴミがそのまま残りやすいことと比較すると、内部で最大径となる形状がゴミの詰まり抑制では有利に機能することがわかる。
 また、いわゆるテーパー形状のように、膜のどちらか一方の表面が最大径となり、内部直径が略単調減少する形状においては、最大径となる方から「最大径>ゴミのサイズ>もう一方の表面の直径」の関係を満たすゴミが入った場合に、内部形状がスロープのように機能して途中で詰まる可能性が更に大きくなる。
 また、音が貫通孔内を通過する際の摩擦をより大きくする観点から、貫通孔の内壁面は、粗面化されているのが好ましい。具体的には、貫通孔の内壁面の表面粗さRaは、0.1μm以上であるのが好ましく、0.1μm~10.0μmであるのがより好ましく、0.2μm以上1.0μm以下であるのがより好ましい。
 ここで、表面粗さRaは貫通孔内をAFM(Atomic Force Microscope)で計測することによって測定を行うことができる。AFMとしては、例えば、株式会社日立ハイテクサイエンス社製 SPA300を用いることができる。カンチレバーはOMCL-AC200TSを用い、DFM(Dynamic Force Mode)モードで測定することができる。貫通孔の内壁面の表面粗さは、数ミクロン程度であるため、数ミクロンの測定範囲、及び精度を有する点から、AFMを用いることが好ましい。
 また、貫通孔内のSEM画像から貫通孔内の凹凸の凸部の一つ一つを粒子とみなして、凸部の平均粒径を算出することができる。
 具体的には、2000倍の倍率で撮ったSEM画像(1mm×1mm程度の視野)をImage Jに取り込み、凸部が白となるように白黒に二値化し、その各凸部の面積をAnalyze Particlesにて求める。その各面積と同一面積となる円を想定した円相当径を各凸部について求めて、その平均値を平均粒径として算出した。
 この凸部の平均粒径は0.1μm以上10.0μm以下であることが好ましく、0.15μm以上5.0μm以下であることがより好ましい。
 ここで、シミュレーション結果において、貫通孔内の速度は、音圧が1[Pa](=94dB)のときに5×10-2(m/s)程度、60dBのときに1×10-3(m/s)程度となる。
 シミュレーションにおいては、有限要素法の解析ソフトウェアであるCOMSOLver5.1(COMSOL Inc)の音響モジュールを用いて設計を行う。音響モジュール内での熱音響モデルを用いることによって、流体中(空気も含む)を透過する音波と微細貫通孔の壁面の摩擦による吸音を計算することができる。
 周波数2500Hzの音を吸音するとき、局所速度より、音波を媒介する媒質の局所的な移動速度が分かる。それより、もし貫通孔の貫通方向に粒子が振動していると仮定して、移動距離を求めた。音は振動しているため、その距離振幅は半周期内に移動できる距離となる。2500Hzでは、一周期が1/2500秒であるため、その半分の時間は同じ方向にできる。局所速度から求められる音波半周期での最大移動距離(音響移動距離)は、94dBで10μm、60dBで0.2μmとなる。よって、この音響移動距離程度の表面粗さを持つことによって摩擦が増加するため、上述した表面粗さRaの範囲、及び、凸部の平均粒径の範囲が好ましい。
 ここで、貫通孔の視認性の観点からは、膜状部材に形成される複数の貫通孔の孔半径は、25μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましい。
 本発明の防音構造に用いられる、微細な貫通孔を有する膜状部材を外部環境の外部者の目に見えるところに配置するので、貫通孔自体が見えてしまうとデザイン性を損ない、見た目として孔があいていることが気になるため、貫通孔が見えにくいことが望ましい。
 まず、一つの貫通孔の視認性について検討する。
 以下、人間の目の分解能が視力1の場合において議論する。
 視力1の定義は1分角を分解して見えることである。これは30cmの距離で87μmが分解できることを示す。視力1の場合の距離と分解能との関係を図10に示す。
 貫通孔が見えるかどうかは、上記視力に強く関係する。視力検査をランドルト環のギャップ部分の認識で行うように、二点及び/又は二線分間の空白が見えるかは分解能に依存する。すなわち、目の分解能未満の孔径の貫通孔は、貫通孔のエッヂ間の距離が目で分解ができないため視認が困難となる。一方で目の分解能以上の孔径の貫通孔の形状は認識できる。
 視力1の場合、100μmの貫通孔は35cmの距離から分解できるが、50μmの貫通孔は18cm、20μmの貫通孔は7cmの距離まで近づかないと分解することができない。よって、100μmの貫通孔では視認できて気になる場合でも、20μmの貫通孔を用いることで1/5の極めて近い距離に近づかない限り認識できない。よって、孔径が小さい方が貫通孔の隠ぺいに有利となる。防音構造を壁や車内に用いたときに観察者からの距離は一般的に数10cmの距離となるが、その場合は孔径100μm程度がその境目となる。
 次に、貫通孔によって生じる光散乱について議論する。可視光の波長は400nm~800nm(0.4μm~0.8μm)程度であるため、本発明で議論している数μm~数10μmの孔径は十分に光学波長より大きい。この場合、可視光において散乱断面積(物体がどれだけ強く散乱するかを示す量、単位は面積)は幾何学的断面積、すなわち今回の場合では貫通孔の断面積にほぼ一致する。すなわち、可視光が散乱される大きさは貫通孔の半径(円相当直径の半分)の二乗に比例することが分かる。よって、貫通孔が大きければ大きいほど、光の散乱の強さが貫通孔の半径の二乗で大きくなっていく。貫通孔単体の見えやすさは光の散乱量に比例するため、平均開口率が同一の場合でも貫通孔一つ一つが大きい場合の方が見えやすい。
 最後に、貫通孔の配列に関して周期性を有さないランダムな配列と、周期的な配列との差について検討する。周期的な配列では、その周期に応じて光の回折現象が生じる。この場合、透過する白色光、反射する白色光、及び広いスペクトルの光等が当たった場合に、光が回折して虹のように色がずれて見える、特定角度で強く反射するなど、色みが様々に見えてしまうことでパターンが目立つ。即ち、貫通孔の周期的な配列の場合、回折光の影響により、ギラついて見えることで、人間に存在を意識されやすいという問題がある。また、規則的な配列の場合、貫通孔自体を視認しやすいという問題がある。また、周期的な配列の場合、意匠性の観点から望ましくない。
 一方で、ランダムに配列した場合は上記の回折現象が生じない。微細な貫通孔を形成したアルミニウム膜は、蛍光灯にすかしてみても回折光による色み変化は見えない。また、反射配置で眺めても見た目は通常のアルミニウム箔と同等の金属光沢を有し、回折反射が生じていない。
 また、膜状部材12の厚みには、特に限定はないが、厚みが厚いほど音が貫通孔を通過する際に受ける摩擦エネルギが大きくなるため吸音性能がより向上すると考えられる。また、極端に薄い場合には取り扱いが難しく破けやすいため、保持できる程度に厚い方が望ましい。また、貫通孔の形成方法にエッチングなどを用いる場合は、厚みが厚いほど作製に時間がかかるため生産性の観点からは薄い方が望ましい。
 吸音性能、小型化、及び通気性の観点から、膜状部材の厚みは、0.1mm(100μm)以下が好ましく、5μm以上が好ましく、7μm以上がより好ましく、10μm以上が更に好ましい。
 膜状部材の材質には限定はなく、アルミニウム、チタン、ニッケル、パーマロイ、42アロイ、コバール、ニクロム、銅、ベリリウム、リン青銅、黄銅、洋白、錫、亜鉛、鉄、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鋼鉄、タングステン、鉛、及び、イリジウム等の各種金属;PET(ポリエチレンテレフタレート)、TAC(トリアセチルセルロース)、ポリ塩化ビニルデン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルベンテン、COP(シクロオレフィンポリマー)、ポリカーボネート、ゼオノア、PEN(ポリエチレンナフタレート)、ポリプロピレン、及び、ポリイミド等の樹脂材料等が利用可能である。更に、薄膜ガラスなどのガラス材料;CFRP(炭素繊維強化プラスチック:CarbonFiber Reinforced Plastics)、及び、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック:Glass FiberReinforced Plastics)のような繊維強化プラスチック材料を用いることもできる。
 ヤング率が高く、厚みが薄くても剛性が高いために膜振動が起きにくく、微小な貫通孔での摩擦による吸音の効果が得られやすい等の観点から、金属材料を用いることが好ましい。即ち、膜状部材の少なくとも貫通孔を有する部分、又は膜状部材の主成分は、金属であることが好ましい。ゴム材料、又は樹脂材料等を膜状部材の材料として用いる場合、剛性が低いために、厚くしないと、膜振動が生じ、音が抜けてしまうことがあるが、金属材料の場合には、剛性が高いために薄い膜として用いることができるからである。
 金属材料としては、剛性が高いことから、ニッケル、銅、又は鉄であることがより好ましい。
 また、軽量である、エッチング等により微小な貫通孔を形成しやすい、入手性やコスト等の観点からアルミニウムを用いることもより好ましい。
 また、金属材料を用いる場合には、錆びの抑制等の観点から、表面に金属めっきを施してもよい。
 更に、少なくとも貫通孔の内表面に金属めっきを施すことによって、貫通孔の平均孔径をより小さい範囲に調整してもよい。
 また、膜状部材の材料として、金属材料のように導電性を持ち帯電しない材料を用いることによって、微小な埃、及びゴミ等が静電気で膜に引き寄せられることがなく、膜状部材の貫通孔に埃、及びゴミ等が詰まって吸音性能が低下することを抑制できる。
 また、膜状部材の材料として金属材料を用いることによって、耐熱性を高くできる。また、耐オゾン性を高くすることができる。
 また、膜状部材として金属材料を用いる場合には、電波を遮蔽することができる。
 また、金属材料は、遠赤外線による輻射熱に対する反射率が大きいため、膜状部材の材料として金属材料を用いることで、輻射熱による伝熱を防ぐ断熱材としても機能する。その際、膜状部材には複数の貫通孔が形成されているが、貫通孔の孔径が小さいため膜状部材は反射膜として機能する。
 金属に複数の微細な貫通孔が開いた構造は、周波数のハイパスフィルタとして機能することが知られている。例えば、電子レンジの金属の網目がついた窓は、高周波である可視光は通しながら、電子レンジに用いられるマイクロ波に対しては遮蔽する性質を持つ。この場合、貫通孔の孔径をΦ、電磁波の波長をλとしたときに、Φ<λの関係の長波長成分は通さず、Φ>λである短波長成分は透過するフィルタとして機能する。
 ここで、輻射熱に対する応答を考える。輻射熱とは、物体から物体温度に応じて遠赤外線が放射され、それが他の物体に伝えられる伝熱機構である。ヴィーンの放射法則(Wien's radiation law)から、室温程度の環境における輻射熱はλ=10μmを中心として分布し、長波長側にはその3倍程度の波長まで(30μmまで)は実効的に熱を輻射で伝えることに寄与していることが知られている。上記ハイパスフィルタの孔径Φと波長λの関係を考えると、Φ=20μmの場合はλ>20μmの成分を強く遮蔽する一方で、Φ=50μmの場合はΦ>λの関係となり輻射熱が貫通孔を通って伝搬してしまう。すなわち、孔径Φが数10μmであるために孔径Φの違いによって輻射熱の伝搬性能が大きく変わり、孔径Φ、すなわち、平均孔径が小さいほど輻射熱カットフィルタとして機能することが分かる。したがって、輻射熱による伝熱を防ぐ断熱材としての観点からは、膜状部材に形成される貫通孔の平均孔径は20μm以下が好ましい。
 また、膜状部材は、その素材に応じて、適宜、表面処理(メッキ処理、酸化皮膜処理、表面コーティング(フッ素、セラミック)など)を行うことで、膜状部材の耐久性を向上することができる。例えば、膜状部材の材料としてアルミニウムを用いる場合には、アルマイト処理(陽極酸化処理)あるいはベーマイト処理を行なって表面に酸化皮膜を形成することができる。表面に酸化皮膜を形成することで、耐腐食性、耐摩耗性、及び耐擦傷性等を向上することができる。また、処理時間を調整して酸化皮膜の厚みを調整することで光学干渉による色味の調整を行なうことができる。
 また、膜状部材に対して、色付け、加飾、装飾、及びデザイン等を施すことができる。これらを施す方法としては、膜状部材の材質や表面処理の状態により適宜方法を選択すればよい。例えば、インクジェット法を用いた印刷などを用いることができる。また、膜状部材の材料としてアルミニウムを用いる場合には、カラーアルマイト処理を行うことで耐久性の高い色付けを行なうことができる。カラーアルマイト処理とは表面にアルマイト処理を行った後に、染料を浸透させ、その後に表面を封孔処理する処理のことである。これによって、金属光沢の有無や色など、デザイン性の高い膜状部材とすることができる。また、貫通孔を形成したのちにアルマイト処理を行うことで、アルミニウム部分のみに陽極酸化被膜が形成されるために、染料が貫通孔を覆ってしまい吸音特性を低減するということなく加飾を行うことができる。
 上記アルマイト処理と合わせることで、さまざまな色みやデザインをつけることができる。
 <アルミニウム基材>
 膜状部材として用いられるアルミニウム基材は、特に限定はされず、例えば、JIS規格H4000に記載されている合金番号1085、1N30、3003等の公知のアルミニウム基材を用いることができる。なお、アルミニウム基材は、アルミニウムを主成分とし、微量の異元素を含む合金板である。
 アルミニウム基材の厚みとしては、特に限定はないが、5μm~100μm(0.1mm)が好ましく、7μm~100μmがより好ましく、10μm~100μmが更に好ましい。
[防音構造の製造方法]
 次に、本発明の防音構造の製造方法について、アルミニウム基材を用いる場合を例に説明する。
 アルミニウム基材を用いた防音構造の製造方法は、
 アルミニウム基材の表面に水酸化アルミニウムを主成分とする皮膜を形成する皮膜形成工程と、
 皮膜形成工程の後に、貫通孔形成処理を行って貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
 貫通孔形成工程の後に、水酸化アルミニウム皮膜を除去する皮膜除去工程と、
を有する。
 皮膜形成工程と貫通孔形成工程と皮膜除去工程とを有することにより、孔径が0.1mm以下の貫通孔を好適に形成することができる。
 次に、防音構造の製造方法の各工程を図11~図15を用いて説明した後に、各工程について詳述する。
 図11~図15は、アルミニウム基材を用いた防音構造の製造方法の好適な実施態様の一例を示す模式的な断面図である。
 防音構造の製造方法は、図11~図15に示すように、アルミニウム基材11の一方の主面に対して皮膜形成処理を施し、水酸化アルミニウム皮膜13を形成する皮膜形成工程(図11、及び図12)と、皮膜形成工程の後に電解溶解処理を施して貫通孔14を形成し、アルミニウム基材11、及び水酸化アルミニウム皮膜13に貫通孔を形成する貫通孔形成工程(図12、及び図13)と、貫通孔形成工程の後に、水酸化アルミニウム皮膜13を除去し、貫通孔14を有する膜状部材12からなる防音構造を作製する皮膜除去工程(図13、及び図14)と、を有する製造方法である。
 また、防音構造の製造方法は、皮膜除去工程の後に、貫通孔14を有する膜状部材12に電気化学的粗面化処理を施し、膜状部材12の表面を粗面化する粗面化処理工程(図14、及び図15)を有しているのが好ましい。
 水酸化アルミニウム皮膜には小さな孔ができやすいため、水酸化アルミニウム皮膜を形成する皮膜形成工程の後に、貫通孔形成工程において電解溶解処理を施して貫通孔を形成することによって、平均孔径が0.1μm以上100μm未満の貫通孔を形成することができる。
〔皮膜形成工程〕
 本発明において、膜状部材の製造方法が有する皮膜形成工程は、アルミニウム基材の表面に皮膜形成処理を施し、水酸化アルミニウム皮膜を形成する工程である。
 <皮膜形成処理>
 上記皮膜形成処理は特に限定されず、例えば、従来公知の水酸化アルミニウム皮膜の形成処理と同様の処理を施すことができる。
 皮膜形成処理としては、例えば、特開2011-201123号公報の<0013>~<0026>段落に記載された条件や装置を適宜採用することができる。
 本発明においては、皮膜形成処理の条件は、使用される電解液によって種々変化するので一概に決定され得ないが、一般的には電解液濃度1~80質量%、液温5~70℃、電流密度0.5~60A/dm2、電圧1~100V、電解時間1秒~20分であるのが適当であり、所望の皮膜量となるように調整される。
 本発明においては、電解液として、硝酸、塩酸、硫酸、燐酸、シュウ酸、あるいは、これらの酸の2以上の混酸を用いて電気化学的処理を行うのが好ましい。
 硝酸、塩酸を含む電解液中で電気化学的処理を行う場合には、アルミニウム基材と対極との間に直流を印加してもよく、交流を印加してもよい。アルミニウム基材に直流を印加する場合においては、電流密度は、1~60A/dm2であるのが好ましく、5~50A/dm2であるのがより好ましい。連続的に電気化学的処理を行う場合には、アルミニウム基材に、電解液を介して給電する液給電方式により行うのが好ましい。
 本発明においては、皮膜形成処理により形成される水酸化アルミニウム皮膜の量は0.05~50g/m2であるのが好ましく、0.1~10g/m2であるのがより好ましい。
〔貫通孔形成工程〕
 貫通孔形成工程は、皮膜形成工程の後に電解溶解処理を施し、貫通孔を形成する工程である。
 <電解溶解処理>
 上記電解溶解処理は特に限定されず、直流、又は交流を用い、酸性溶液を電解液に用いることができる。中でも、硝酸、塩酸の少なくとも1以上の酸を用いて電気化学処理を行うのが好ましく、これらの酸に加えて硫酸、燐酸、シュウ酸の少なくとも1以上の混酸を用いて電気化学的処理を行うのが更に好ましい。
 本発明においては、電解液である酸性溶液としては、上記酸のほかに、米国特許第4,671,859号、同第4,661,219号、同第4,618,405号、同第4,600,482号、同第4,566,960号、同第4,566,958号、同第4,566,959号、同第4,416,972号、同第4,374,710号、同第4,336,113号、同第4,184,932号の各明細書等に記載されている電解液を用いることもできる。
 酸性溶液の濃度は0.1~2.5質量%であるのが好ましく、0.2~2.0質量%であるのが特に好ましい。また、酸性溶液の液温は20~80℃であるのが好ましく、30~60℃であるのがより好ましい。
 また、上記酸を主体とする水溶液は、濃度1~100g/Lの酸の水溶液に、硝酸アルミニウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム等の硝酸イオンを有する硝酸化合物、又は塩化アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム等の塩酸イオンを有する塩酸化合物、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム等の硫酸イオンを有する硫酸化合物少なくとも一つを1g/Lから飽和するまでの範囲で添加して使用することができる。
 また、上記酸を主体とする水溶液には、鉄、銅、マンガン、ニッケル、チタン、マグネシウム、シリカ等のアルミニウム合金中に含まれる金属が溶解していてもよい。好ましくは、酸の濃度0.1~2質量%の水溶液にアルミニウムイオンが1~100g/Lとなるように、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム等を添加した液を用いることが好ましい。
 電気化学的溶解処理には、主に直流電流が用いられるが、交流電流を使用する場合にはその交流電源波は特に限定されず、サイン波、矩形波、台形波、三角波等が用いられ、中でも、矩形波、又は台形波が好ましく、台形波が特に好ましい。
 (硝酸電解)
 本発明においては、硝酸を主体とする電解液を用いた電気化学的溶解処理(以下、「硝酸溶解処理」とも略す。)により、容易に、平均孔径が0.1μm以上100μm未満の貫通孔を形成することができる。
 ここで、硝酸溶解処理は、貫通孔形成の溶解ポイントを制御しやすい理由から、直流電流を用い、平均電流密度を5A/dm2以上とし、かつ、電気量を50C/dm2以上とする条件で施す電解処理であるであるのが好ましい。なお、平均電流密度は100A/dm2以下であるのが好ましく、電気量は10000C/dm2以下であるのが好ましい。
 また、硝酸電解における電解液の濃度や温度は特に限定されず、高濃度、例えば、硝酸濃度15~35質量%の硝酸電解液を用いて30~60℃で電解を行ったり、硝酸濃度0.7~2質量%の硝酸電解液を用いて高温、例えば、80℃以上で電解を行うことができる。
 また、上記硝酸電解液に濃度0.1~50質量%の硫酸、シュウ酸、燐酸の少なくとも1つを混ぜた電解液を用いて電解を行うことができる。
 (塩酸電解)
 本発明においては、塩酸を主体とする電解液を用いた電気化学的溶解処理(以下、「塩酸溶解処理」とも略す。)によっても、容易に、平均孔径が1μm以上100μm未満の貫通孔を形成することができる。
 ここで、塩酸溶解処理は、貫通孔形成の溶解ポイントを制御しやすい理由から、直流電流を用い、平均電流密度を5A/dm2以上とし、かつ、電気量を50C/dm2以上とする条件で施す電解処理であるであるのが好ましい。なお、平均電流密度は100A/dm2以下であるのが好ましく、電気量は10000C/dm2以下であるのが好ましい。
 また、塩酸電解における電解液の濃度や温度は特に限定されず、高濃度、例えば、塩酸濃度10~35質量%の塩酸電解液を用いて30~60℃で電解を行ったり、塩酸濃度0.7~2質量%の塩酸電解液を用いて高温、例えば、80℃以上で電解を行うことができる。
 また、上記塩酸電解液に濃度0.1~50質量%の硫酸、シュウ酸、燐酸の少なくとも1つを混ぜた電解液を用いて電解を行うことができる。
〔皮膜膜除去工程〕
 皮膜除去工程は、化学的溶解処理を行って水酸化アルミニウム皮膜を除去する工程である。
 上記皮膜除去工程は、例えば、後述する酸エッチング処理やアルカリエッチング処理を施すことにより水酸化アルミニウム皮膜を除去することができる。
 <酸エッチング処理>
 上記溶解処理は、アルミニウムよりも水酸化アルミニウムを優先的に溶解させる溶液(以下、「水酸化アルミニウム溶解液」という。)を用いて水酸化アルミニウム皮膜を溶解させる処理である。
 ここで、水酸化アルミニウム溶解液としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸、燐酸、シュウ酸、クロム化合物、ジルコニウム系化合物、チタン系化合物、リチウム塩、セリウム塩、マグネシウム塩、ケイフッ化ナトリウム、フッ化亜鉛、マンガン化合物、モリブデン化合物、マグネシウム化合物、バリウム化合物、及びハロゲン単体からなる群から選択される少なくとも1種を含有した水溶液が好ましい。
 具体的には、クロム化合物としては、例えば、酸化クロム(III)、無水クロム(VI)酸等が挙げられる。
 ジルコニウム系化合物としては、例えば、フッ化ジルコンアンモニウム、フッ化ジルコニウム、塩化ジルコニウムが挙げられる。
 チタン化合物としては、例えば、酸化チタン、硫化チタンが挙げられる。
 リチウム塩としては、例えば、フッ化リチウム、塩化リチウムが挙げられる。
 セリウム塩としては、例えば、フッ化セリウム、塩化セリウムが挙げられる。
 マグネシウム塩としては、例えば、硫化マグネシウムが挙げられる。
 マンガン化合物としては、例えば、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カルシウムが挙げられる。
 モリブデン化合物としては、例えば、モリブデン酸ナトリウムが挙げられる。
 マグネシウム化合物としては、例えば、フッ化マグネシウム・五水和物が挙げられる。
 バリウム化合物としては、例えば、酸化バリウム、酢酸バリウム、炭酸バリウム、塩素酸バリウム、塩化バリウム、フッ化バリウム、ヨウ化バリウム、乳酸バリウム、シュウ酸バリウム、過塩素酸バリウム、セレン酸バリウム、亜セレン酸バリウム、ステアリン酸バリウム、亜硫酸バリウム、チタン酸バリウム、水酸化バリウム、硝酸バリウム、あるいはこれらの水和物等が挙げられる。
 上記バリウム化合物の中でも、酸化バリウム、酢酸バリウム、炭酸バリウムが好ましく、酸化バリウムが特に好ましい。
 ハロゲン単体としては、例えば、塩素、フッ素、臭素が挙げられる。
 中でも、上記水酸化アルミニウム溶解液が、酸を含有する水溶液であるのが好ましく、酸として、硝酸、塩酸、硫酸、燐酸、シュウ酸等が挙げられ、2種以上の酸の混合物であってもよい。
 酸濃度としては、0.01mol/L以上であるのが好ましく、0.05mol/L以上であるのがより好ましく、0.1mol/L以上であるのが更に好ましい。上限は特にないが、一般的には10mol/L以下であるのが好ましく、5mol/L以下であるのがより好ましい。
 溶解処理は、水酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム基材を上述した溶解液に接触させることにより行う。接触させる方法は、特に限定されず、例えば、浸せき法、スプレー法が挙げられる。中でも、浸せき法が好ましい。
 浸せき法は、水酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム基材を上述した溶解液に浸せきさせる処理である。浸せき処理の際にかくはんを行うと、ムラのない処理が行われるため、好ましい。
 浸せき処理の時間は、10分以上であるのが好ましく、1時間以上であるのがより好ましく、3時間以上、5時間以上であるのが更に好ましい。
 <アルカリエッチング処理>
 アルカリエッチング処理は、上記水酸化アルミニウム皮膜をアルカリ溶液に接触させることにより、表層を溶解させる処理である。
 アルカリ溶液に用いられるアルカリとしては、例えば、カセイアルカリ、アルカリ金属塩が挙げられる。具体的には、カセイアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム(カセイソーダ)、カセイカリが挙げられる。また、アルカリ金属塩としては、例えば、メタケイ酸ソーダ、ケイ酸ソーダ、メタケイ酸カリ、及び、ケイ酸カリ等のアルカリ金属ケイ酸塩;炭酸ソーダ、及び、炭酸カリ等のアルカリ金属炭酸塩;アルミン酸ソーダ、及び、アルミン酸カリ等のアルカリ金属アルミン酸塩;グルコン酸ソーダ、及び、グルコン酸カリ等のアルカリ金属アルドン酸塩;第二リン酸ソーダ、第二リン酸カリ、第三リン酸ソーダ、及び、第三リン酸カリ等のアルカリ金属リン酸水素塩が挙げられる。中でも、エッチング速度が速い点及び安価である点から、カセイアルカリの溶液、及び、カセイアルカリとアルカリ金属アルミン酸塩との両者を含有する溶液が好ましい。特に、水酸化ナトリウムの水溶液が好ましい。
 アルカリ溶液の濃度は、0.1~50質量%であるのが好ましく、0.2~10質量%であるのがより好ましい。アルカリ溶液中にアルミニウムイオンが溶解している場合には、アルミニウムイオンの濃度は、0.01~10質量%であるのが好ましく、0.1~3質量%であるのがより好ましい。アルカリ溶液の温度は10~90℃であるのが好ましい。処理時間は1~120秒であるのが好ましい。
 水酸化アルミニウム皮膜をアルカリ溶液に接触させる方法としては、例えば、水酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム基材をアルカリ溶液を入れた槽の中を通過させる方法、水酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム基材をアルカリ溶液を入れた槽の中に浸せきさせる方法、アルカリ溶液を水酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム基材の表面(水酸化アルミニウム皮膜)に噴きかける方法が挙げられる。
〔粗面化処理工程〕
 本発明において、防音構造の製造方法が有していてもよい任意の粗面化処理工程は、水酸化アルミニウム皮膜を除去したアルミニウム基材に対して電気化学的粗面化処理(以下、「電解粗面化処理」とも略す。)を施し、アルミニウム基材の表面ないし裏面を粗面化する工程である。
 なお、上記実施形態では、貫通孔を形成した後に粗面化処理を行う構成としたが、これに限定はされず、粗面化処理の後に貫通孔を形成する構成としてもよい。
 本発明においては、硝酸を主体とする電解液を用いた電気化学的粗面化処理(以下、「硝酸電解」とも略す。)により、容易に表面を粗面化することができる。
 あるいは、塩酸を主体とする電解液を用いた電気化学的粗面化処理(以下、「塩酸電解」とも略す。)によっても、粗面化することができる。
〔金属被覆工程〕
 本発明において、防音構造の製造方法は、上述した電解溶解処理により形成された貫通孔の平均孔径を0.1μm~20μm程度の小さい範囲に調整できる理由から、上述した皮膜除去工程の後に、少なくとも貫通孔の内壁を含むアルミニウム基材の表面の一部、又は全部をアルミニウム以外の金属で被覆する金属被覆工程を有しているのが好ましい。
 ここで、「少なくとも貫通孔の内壁を含むアルミニウム基材の表面の一部、又は全部をアルミニウム以外の金属で被覆する」とは、貫通孔の内壁を含むアルミニウム基材の全表面のうち、少なくとも貫通孔の内壁については被覆されていることを意味しており、内壁以外の表面は、被覆されていなくてもよく、一部、又は全部が被覆されていてもよい。
 金属被覆工程は、貫通孔を有するアルミニウム基材に対して、例えば、後述する置換処理、及びめっき処理を施すものである。
 <置換処理>
 上記置換処理は、少なくとも貫通孔の内壁を含むアルミニウム基材の表面の一部、又は全部に、亜鉛、又は亜鉛合金を置換めっきする処理である。
 置換めっき液としては、例えば、水酸化ナトリウム120g/L、酸化亜鉛20g/L、結晶性塩化第二鉄2g/L、ロッセル塩50g/L、硝酸ナトリウム1g/Lの混合溶液などが挙げられる。
 また、市販のZn、又はZn合金めっき液を使用してもよく、例えば、奥野製薬工業株式会社製サブスターZn-1、Zn-2、Zn-3、Zn-8、Zn-10、Zn-111、Zn-222、Zn-291等を使用することができる。
 このような置換めっき液へのアルミニウム基材の浸漬時間は15秒~40秒であるのが好ましく、浸漬温度は20~50℃であるのが好ましい。
 <めっき処理>
 上述した置換処理により、アルミニウム基材の表面に亜鉛、又は亜鉛合金を置換めっきして亜鉛皮膜を形成させた場合は、例えば、後述する無電解めっきにより亜鉛皮膜をニッケルに置換させた後、後述する電解めっきにより各種金属を析出させる、めっき処理を施すのが好ましい。
 (無電解めっき処理)
 無電解めっき処理に用いるニッケルめっき液としては、市販品が幅広く使用でき、例えば、硫酸ニッケル30g/L、次亜リン酸ソーダ20g/L、クエン酸アンモニウム50g/Lを含む水溶液などが挙げられる。
 また、ニッケル合金めっき液としては、りん化合物が還元剤となるNi-P合金めっき液やホウ素化合物が還元剤となるNi-Bメッキ液などが挙げられる。
 このようなニッケルめっき液やニッケル合金めっき液への浸漬時間は15秒~10分であるのが好ましく、浸漬温度は30℃~90℃であるのが好ましい。
 (電解めっき処理)
 電解めっき処理として、例えば、Cuを電気めっきする場合のめっき液は、例えば、硫酸Cu60~110g/L、硫酸160~200g/L、及び塩酸0.1~0.15mL/Lを純水に加え、更に奥野製薬株式会社製 トップルチナSFベースWR1.5~5.0mL/L、トップルチナSF-B 0.5~2.0mL/L及びトップルチナSFレベラー 3.0~10mL/Lを添加剤として加えためっき液が挙げられる。
 このような銅めっき液への浸漬時間は、Cu膜の厚みによるため特に限定されないが、例えば、2μmのCu膜をつける場合は、電流密度2A/dmで約5分間浸漬するのが好ましく、浸漬温度は20℃~30℃であるのが好ましい。
〔水洗処理〕
 本発明においては、上述した各処理の工程終了後には水洗を行うのが好ましい。水洗には、純水、井水、水道水等を用いることができる。処理液の次工程への持ち込みを防ぐためにニップ装置を用いてもよい。
 このような防音構造の製造は、カットシート状のアルミニウム基材を用いて製造を行ってもよく、ロール・トゥ・ロール(Roll to Roll 以下、RtoRともいう)で行ってもよい。
 周知のように、RtoRとは、長尺な原材料を巻回してなるロールから、原材料を引き出して、長手方向に搬送しつつ、表面処理等の各種の処理を行い、処理済の原材料を、再度、ロール状に巻回する製造方法である。
 上述のようなアルミニウム基材に貫通孔を形成する製造方法は、RtoRによって、20μm程度の貫通孔を容易に効率よく形成することができる。
 以上のような製造方法によって膜状部材に製造された微細な貫通孔は、孔半径にばらつきが生じることがある。このように孔半径にばらつきがある多数の貫通孔を有する膜状部材(微細貫通孔膜)において、その孔半径のばらつきに関して、その孔半径ヒストグラム分布の分布形状に特徴を持たせる、具体的には、孔半径分布を表すヒストグラム分布に偏りを付与することによって、上記式(1)によって求められる音響インピーダンスZが上記式(2)を満足し、かつ上記式(3)を満足する微細貫通孔膜、又は上記式(4)及び(5)を満足する微細貫通孔膜とすることにより、吸収率をより高めることができる。即ち、孔半径にばらつきがある多数の貫通孔を有する微細貫通孔膜であっても、上記式(2)及び(3)、又は上記式(4)及び(5)を満足する微細貫通孔膜とすることにより、本発明の防音構造として用いることができ、吸収率をより高めることができる。
 また、貫通孔の形成方法は、上述した方法に限定はされず、上記式(2)及び(3)、又は上記式(4)及び(5)を満足する微細貫通孔膜を形成できれば、膜状部材の形成材料等に応じて、公知の方法で行えばよい。
 例えば、貫通孔の形成方法として、リソグラフィによる方法を用いることができる。この方法では、電子ビーム(EB:Electron Beam)リソグラフィ、又はフォトリソグラフィによって、所望の開口率、及び孔半径を有するホールパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクにエッチング処理を施すことで、本発明を満足する孔半径分布を持つ貫通孔を形成することができる。
 また、大面積化する方法として、例えば、シリコンウエハにEBリソグラフィ、又はフォトリソグラフィにより所望開口率、孔半径を有するドットパターンを金属膜上に形成し、エッチング処理を施すことで、ドットパターンを形成する。その後、当該シリコン原盤をもとにNi電鋳処理を施し、Ni膜状部材(微細貫通孔膜)を形成することができる。
 例えば、膜状部材としてPETフィルム等の樹脂フィルムを用いる場合には、レーザー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、針加工などの物理的接触による機械加工方法で貫通孔を形成することができる。
 本発明の防音構造は、産業用機器、輸送用機器、及び一般家庭用機器などの各種機器に用いられるものに限定はされず、音の高い吸収率が要求されるものであれば、各種の構造部材に用いることができる。
 本発明の防音構造は、例えば、建造物の部屋内に配置され、部屋内を仕切る固定仕切り構造(パーティション)等の固定壁、建造物の部屋内に配置され、部屋内を仕切る可動仕切り構造(パーティション)等の可動壁に用いることもできる。
 このように、本発明の防音構造をパーティションとして用いることにより、間仕切りした空間の間で音を好適に遮蔽することができる。また、特に可動式のパーティションの場合には、薄く軽い本発明の構造は、持ち運び容易なためメリットが大きい。
 また、本発明の防音構造は、光透過性、及び通気性を有するものでは、窓部材として好適に用いることもできる。
 あるいは、騒音防止用に、騒音源となる機器、たとえばエアコン室外機や給湯器等を囲むケージとして用いることもできる。本部材によって騒音源を囲むことによって、放熱性や通気性を確保したまま音を吸収し、騒音を防ぐことができる。
 また、ペット飼育用のケージに用いてもよい。ペット飼育のケージの全て、又は一部に本発明の部材を適用し、例えばペットケージの一面を本部材で置き換えることによって、軽量かつ音響吸収効果のあるペットケージとすることができる。このケージを用いることによって、ケージ内にいるペットを外の騒音から守ることができ、また、ケージ内にいるペットの鳴き声が外に漏れるのを抑制できる。
 本発明の防音構造は、上記以外にも以下のような防音部材として使用することができる。
 例えば、本発明の防音構造を持つ防音部材としては、
 建材用防音部材:建材用として使用する防音部材、
 空気調和設備用防音部材:換気口、空調用ダクトなどに設置し、外部からの騒音を防ぐ防音部材、
 外部開口部用防音部材:部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音部材、
 天井用防音部材:室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
 床用防音部材:床に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
 内部開口部用防音部材:室内のドア、ふすまの部分に設置され、各部屋からの騒音を防ぐ防音部材、
 トイレ用防音部材:トイレ内、又はドア(室内外)部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音部材、
 バルコニー用防音部材:バルコニーに設置し、自分のバルコニー、又は隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音部材、
 室内調音用部材:部屋の音響を制御するための防音部材、
 簡易防音室部材:簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音部材、
 ペット用防音室部材:ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音部材、
 アミューズメント施設:ゲームセンター、スポーツセンター、コンサートホール、映画館に設置される防音部材、
 工事現場用仮囲い用の防音部材:工事現場を多い周囲に騒音の漏れを防ぐ防音部材、
 トンネル用の防音部材:トンネル内に設置し、トンネル内部、及び外部に漏れる騒音を防ぐ防音部材、等を挙げることができる。
 本発明においては、図16に示す防音構造10Aように、膜状部材12の一方の側の表面に、メッシュ構造として複数の孔部18を有する枠体16を積層配置することによって、膜状部材12の膜振動を抑制できるようにしても良い。
 図16に示すとおり、枠体16の孔部18の孔半径は、膜状部材(微細貫通孔膜)12の貫通孔14の孔半径よりも大きく、また、枠体16の孔部18の開口率は、膜状部材12の貫通孔14の開口率よりも大きい。
 ここで、本発明において、防音構造10Aは、枠体16に接する膜状部材12の共振周波数が可聴域より大きい構成を有する。
 複数の貫通孔14を有する膜状部材12を備える防音構造10Aは、広帯域な吸音特性が得られる防音構造である。膜状部材12は、広帯域な吸音特性が得られる点で設けられる貫通孔14の孔半径は小さいほど好ましく、例えば0.1mm以下であることが好ましい。しかしながら、膜状部材(微細貫通孔膜)12は、薄い膜である場合、音波に対して共鳴振動(膜振動)を起こしやすくなるため、単体では共鳴振動周波数周辺の周波数帯域で吸音特性が低下してしまう恐れがある。
 これに対して、本発明の防音構造10Aでは、膜状部材12に、大きな孔半径の孔部18を複数有する枠体16を接して配置することによって、枠体16で膜状部材12の剛性を高める。その際、枠体16の孔部18の孔半径を、膜状部材12の共鳴振動周波数が可聴域よりも高くなるような孔半径とすることによって、膜状部材12の共鳴振動周波数を可聴域よりも高くする。これにより、可聴域において、共鳴振動による吸収率低下を抑制することができる。
 このように、本発明の防音構造10Aによれば、共鳴振動による吸収率の低下を抑制することができる。したがって、本発明の防音構造10Aによれば、膜状部材12が振動しないため、低周波域で吸収が低下するのを防止できる。
 ここで、上述のとおり、本発明の防音構造10Aにおいては、膜状部材12に枠体16を接して配置することによって膜状部材の見かけの剛性を高くして、共鳴振動周波数を可聴域よりも高くしている。そのため、可聴域の音は、膜状部材12の膜振動により再放射されるパスよりも、貫通孔を通過するパスを主に通過するので、貫通孔を通過する際の摩擦で吸音される。
 なお、枠体16に接して配置された膜状部材12の第一固有振動周波数は、共鳴現象により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。本発明の防音構造10Aにおいては、第一固有振動周波数は、枠体16、及び膜状部材12を有する構造によって決まるので、膜状部材12に穿孔される貫通孔14の有無にかかわらず、略同一の値となる。
 また、本発明の防音構造10Aでは、第一固有振動周波数近傍の周波数では、膜振動が大きくなるため、微細な貫通孔との摩擦による吸音効果は小さくなる。したがって、本発明の防音構造は、第一固有振動周波数±100Hzで吸収率が極小となる。
 本発明の防音構造10Aは、図16に示す例では、膜状部材12の一方の側の表面に、枠体16が接して配置される構成としたが、これに限定はされず、他方の側の表面に枠体16が接して配置される構成としてもよいし、膜状部材12の両面それぞれに枠体16が接して配置される構成としてもよい。
 膜状部材12の両面それぞれに枠体16を配置することによって、膜状部材の剛性をより高くすることができ、共鳴振動周波数をより高くすることができる。したがって、膜状部材12の共鳴振動周波数を容易に可聴域よりも高くすることができる。
 なお、膜状部材12の両面それぞれに配置される2つの枠体16は、同じ構成であってもよいし、異なるものであってもよい。例えば、2つの枠体16は、孔部18の孔半径、開口率、及び材質等が、同じであっても、互いに異なっていてもよい。
 また、膜状部材12と枠体16とは接して配置されていればよいが、接着固定されるのが好ましい。
 膜状部材12と枠体16とを接着固定することによって、膜状部材12の剛性をより高くすることができ、共鳴振動周波数をより高くすることができる。したがって、膜状部材12の共鳴振動周波数を容易に可聴域よりも高くすることができる。
 膜状部材12と枠体16とを接着固定する場合に用いる接着剤は、膜状部材12の材質及び枠体16の材質等に応じて選択すればよい。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤(アラルダイト(登録商標)(ニチバン株式会社製)等)、シアノアクリレート系接着剤(アロンアルフア(登録商標)(東亜合成株式会社製)など)、及び、アクリル系接着剤等を挙げることができる。
 また、本発明の防音構造は、膜状部材と枠体との積層体に、更に孔部の孔半径、開口率、又は材質が異なる枠体を積層配置する構成としてもよい。
 なお、枠体16の厚みは、膜状部材12の剛性を好適に高めることができれば、特に制限的ではなく、例えば、膜状部材12の仕様、枠体16の材質、孔部18の孔半径等に応じて設定することができる。例えば、枠体16の厚みは、0.1mm~3mmとするのが好ましく、0.2mm~2mmとするのがより好ましく、0.3mm~1mmとするのが更に好ましい。
 なお、枠体16の孔部18の開口断面の形状は特に制限的ではなく、例えば、長方形、ひし形、及び平行四辺形等の他の四角形、正三角形、2等辺三角形、及び直角三角形等の三角形、正五角形、及び正六角形等の正多角形を含む多角形、円形、ならびに、楕円形等のいずれの形状であっても良いし、不定形であっても良い。中でも、孔部18の開口断面の形状は正六角形であるのが好ましく、枠体16は、断面形状が正六角形の複数の孔部18を最密に並べた、いわゆる、ハニカム構造を有するのが好ましい。枠体16がハニカム構造を有する構成とすることによって、膜状部材12の見かけの剛性をより高くすることができ、容易に共鳴振動周波数を可聴域よりも高くすることができる。
 なお、孔部18の孔半径は、孔部18部分の面積をそれぞれ計測し、同一の面積となる円に置き換えたときの直径(円相当直径)とする。
 具体的には、膜状部材12の剛性を好適に高める点、膜状部材12の貫通孔14よりも大きい孔半径である点、貫通孔14を通過するパスへの影響を小さくする点、取り扱い上、指などが直接膜状部材12に触れないようにする点等の観点から、枠体16の孔部18の孔半径は、22mm以下であるのが好ましく、0.1mmより大きく15mm以下であるのがより好ましく、1mm以上10mm以下であるのが特に好ましい。
 また、膜状部材12の剛性を好適に高める点、膜状部材12の貫通孔14よりも大きい開口率である点、貫通孔14を通過するパスへの影響を小さくする点、取り扱い上、指などが直接膜状部材12に触れないようにする点等の観点から、枠体16の孔部18の開口率は、1%より大きく、98%以下が好ましく、5%以上75%以下がより好ましく、10%以上50%以下が特に好ましい。
 枠体16の形成材料としては、アルミニウム、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、及び、これらの合金等の金属材料;アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、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、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、及び、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:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、カーボンファイバ、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)、ならびに、紙等を挙げることができる。
 金属材料は耐久性が高い点、不燃性である点等で好ましい。樹脂材料は、形成が容易な点、透明性を付与できる点等で好ましい。紙は、軽量である点、安価である点等で好ましい。
 なかでも、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、及び、鉄合金のいずれかを用いるのが好ましい。
[防音構造体]
 図16に示す防音構造10Aは、膜状部材(微細貫通孔膜)12の一方の側の表面に、メッシュ構造として複数の孔部18を有する枠体16を積層配置して、膜状部材12の膜振動を抑制しているが、本発明はこれに限定されない。図30に示す防音構造体30のように、防音構造10、又は10Aの膜状部材12の一方の側の表面に、開口32を有する枠34の一方の開口端を取り付け、枠34の他方の開口端に背面板36を取り付け、背面板36によって閉じられた枠34の開口32を膜状部材12の一方の側の表面の背面空気層38として構成してもよい。即ち、本発明の防音構造体30は、防音構造10と、防音構造10の背面の閉じ切られた背面空気層とから構成されるということもできる。背面空気層38は、開口32を有し、防音構造10の膜状部材12の少なくとも一方の表面に開口32の一方の開口端が配置される枠34と、枠34の開口32の他方の開口端を閉じる背面板36とによって構成されることが好ましい。なお、図30においては、背面空気層38の厚さをtで表している。
 本発明の防音構造体30においては、このような構成とすることにより、防音構造10のインピーダンスに加え、背面空気層38のインピーダンスを利用するようにしても良い。
 防音構造体30においては、防音構造10の膜状部材12の貫通孔14の内壁面による摩擦吸音によって、広い帯域で高い吸音を実現することができる。
 また、膜状部材12と枠34とは、膜状部材12と枠体16の場合と同様に、接して配置されていればよいが、接着固定されるのが好ましい。
 膜状部材12と枠34とを接着固定することによって、膜状部材12と枠体16との接着の場合と同様に、膜状部材12の剛性をより高くすることができ、膜振動を抑制することができるため、これに起因する吸収率の低下を回避することができる。
 膜状部材12と枠34とを接着固定する場合に用いる接着剤は、膜状部材12の材質及び枠34の材質等に応じて選択すればよい。接着剤としては、例えば、上述した膜状部材12と枠体16とを接着固定する接着剤と同様の接着剤を用いれば良い。
 なお、枠34の厚みは、膜状部材12の剛性を好適に高めることができれば、特に制限的ではなく、例えば、膜状部材12の仕様、枠34の材質、開口32のサイズ等に応じて設定することができる。例えば、枠34の厚みは、0.1mm~10mmとするのが好ましく、0.3mm~5mmとするのがより好ましく、0.5mm~3mmとするのが更に好ましい。
 なお、枠34の開口32の開口断面の形状は特に制限的ではなく、例えば、枠体16の孔部18の開口断面の形状と同様な形状であっても良い。特に、開口32の開口断面の形状は、枠体16の場合と同様に、正六角形であるのが好ましく、枠34は、断面形状が正六角形の複数の開口32を最密に並べた、いわゆる、ハニカム構造を有するのが好ましい。したがって、背面空気層38は、ハニカム構造によって構成されることが好ましい。このように、枠34をハニカム構造にすることによって、膜状部材12の見かけの剛性をより高くすることができ、防音性能を維持しつつ強度を高くすることができる。
 図30に示すとおり、孔部18の場合と同様に、枠34の開口32の孔半径は、膜状部材(微細貫通孔膜)12の貫通孔14の孔半径よりも大きく、また、枠34の開口32の開口率は、膜状部材12の貫通孔14の開口率よりも大きい。
 なお、孔部18の場合と同様に、開口32の孔半径は、開口32部分の面積をそれぞれ計測し、同一の面積となる円に置き換えたときの直径(円相当直径)とする。
 具体的には、膜状部材12の剛性を好適に高める点、膜状部材12の貫通孔14よりも大きい孔半径である点、貫通孔14を通過するパスへの影響を小さくする点等の観点から、枠34の開口32の孔半径は、20mm以下であるのが好ましく、0.1mmより大きく15mm以下であるのがより好ましく、1mm以上10mm以下であるのが特に好ましい。
 また、膜状部材12の剛性を好適に高める点、膜状部材12の貫通孔14よりも大きい開口率である点、貫通孔14を通過するパスへの影響を小さくする点等の観点から、枠34の開口32の開口率は、5%より大きく、90%以下が好ましく、10%以上、75%以下がより好ましく、15%以上、50%以下が特に好ましい。
 枠34の形成材料としては、枠体16の形成材料と同様な形成材料等を挙げることができる。
 図30に示す防音構造体30の防音構造10の膜状部材12の背面の背面空気層38を枠34及び背面板36によって構成しているが、本発明はこれに限定されず、図31に示す防音構造体40のように、背面板36の代わりに、もう一つの防音構造の膜状部材(微細貫通孔膜)を用いても良い。
 図31に示す防音構造体40は、2つの防音構造10a、及び10bを有し、背面空気層38は、2つの防音構造10a、及び10bの間に構成されるものであるということができる。ここで、図31では、背面空気層38の厚さをtで示す。
 背面空気層38は、開口32を有し、2つの防音構造の一方の防音構造10a、又は10bの膜状部材12a、又は12bの一方の表面に開口32の一方の開口端が配置される枠34と、枠34の開口32の他方の開口端を閉じる2つの防音構造の他方の防音構造10b、又は10aとによって構成されることが好ましい。
 即ち、防音構造体40においては、一方の、例えば、図中上側の防音構造10aの膜状部材12aの背面空気層38を、他方の、例えば、図中下側の防音構造10bの膜状部材12bによって閉じられた枠34の開口32によって構成している。また、防音構造体40においては、他方の、例えば、図中下側の防音構造10bの膜状部材12bの背面空気層38を、一方の、例えば、図中上側の防音構造10aの膜状部材12aによって閉じられた枠34の開口32によって構成している。
 図31に示す防音構造体40は、枠34の両側に配置される防音構造10aの膜状部材12aと、防音構造10bの膜状部材12bとは、同様の厚さを持ち、貫通孔14の配置が異なるものであるが、本発明はこれに限定されず、異なる厚さを持つものであっても良いし、貫通孔の配置が同じものであっても良いし、形成材料が同じであっても異なっていても良い。
 また、図32に示す防音構造体50のように、図30に示す防音構造体30の膜状部材12の、枠34の反対側の表面を、音の流れを妨げない程度に孔径、及び開口率の大きな補強部材52で覆っても良い。即ち、補強部材52は、膜状部材12の複数の貫通孔14を全く塞がない、又は音の流れを妨げない程度にできるだけ塞がないように構成されている、膜状部材12より強度、曲げ剛性が大きい部材であることが好ましい。例えば、膜状部材(微細貫通膜)12がアルミニウム箔などの場合には、破れやすいのでこのような構成が有効となる。補強部材52としては、枠の形成材料として挙げた樹脂、金属、厚紙等を用いることができる。
 以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
(実施例1)
 図17に示す孔半径ヒストグラムを有する微細貫通孔膜12を備える本発明の防音構造10に関して、微細貫通孔膜12の音響インピーダンスZの上記式(1)を用いて、音響インピーダンスRe(Z)を各周波数に対して計算した。実施例1の防音構造10の貫通孔14の合計開口率σsumを0.055とし、開口率σ(r)が最大となる孔半径rを12μmとし、膜状部材(微細貫通孔膜)12のサイズは、40mm×40mmとし、厚みtは、20μmとした。図17に示す孔半径ヒストグラム分布、及び上記式(20)を用いて各孔半径に対応する音響インピーダンスをそれぞれ計算し、上記式(21)を用いて並列合成した音響インピーダンスZMPPを計算した。このZMPPを用いて吸収率をシミュレートした。
 ここで、孔半径rがrより小さい(r<r)の孔半径分布のばらつきとして正規分布を仮定し、標準偏差sLを15μmとした。なお、当該正規分布では、孔半径rが負というのはありえないため、孔半径rは正(r>0)でのみ考えた。
 更に、孔半径rがrより大きい(r>r)の孔半径分布のばらつきとして正規分布を仮定し、標準偏差sHを2μmとした。
 なお、開口率を表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)は、下記式(26)で表した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028

 但し、sは、標準偏差で、r<rでs=sLとし、r>rでs=sHである。
また、σは、定数であり、下記式(27)を満たすように設定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 こうして、上記式(26)を用いて、上記式(3)の不等式の左辺(下記式(28))、及び右辺(下記式(29)をそれぞれ計算した。これらは、孔半径r<rの開口率σ、及び孔半径r>rの開口率σをそれぞれ合計することで算出することができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
 こうして得られた結果を表1、及び図22に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000031
 本実施例1では、表1から明らかなように、得られた音響インピーダンスRe(Z)は、377kg/(ms)であり、2×Zairの値826.6kg/(ms)より小さく、上記式(2)を満足していることが分かる。
 また、表1から明らかなように、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも大きくなっており、上記式(3)を満足していることが分かる。
 また、吸収率は、0.5(50%)と高い値を示している。
(比較例1-1)
 図18に示す孔半径ヒストグラムが分布を持たない微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例1と同様にして、吸収率をシミュレートした。全ての貫通孔の孔半径rは、12μmであった。厳密には、全ての孔半径rが、孔半径刻み11.75μm~12.25の範囲内に入っていた。また、合計開口率σsumは0.055であった。
 得られた結果を表1に示す。
 表1から明らかなように、実施例1と同じ音響インピーダンスRe(Z)を持ち、上記式(2)を満たすが、上記式(3)を満足せず、吸収率は、0.43であり、実施例1に比べて低かった。
(比較例1-2)
 図19に示す孔半径ヒストグラムが対称的な分布を有する微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例1と同様にして、吸収率をシミュレートした。開口率σ(r)が最大となる孔半径rを12μmとし、r<rの標準偏差sLも、r>rの標準偏差sHも2μmとした。また、合計開口率σsumは0.055であった。
 得られた結果を表1、及び図22に示す。
 表1から明らかなように、実施例1と同じ音響インピーダンスRe(Z)を持ち、上記式(2)を満たすが、上記式(3)の不等式の左辺も右辺も同じ値になり、上記式(3)を満足せず、吸収率は、0.43であり、実施例1に比べて低かった。
(比較例1-3)
 図20に示す孔半径ヒストグラムが非対称的な分布を有する微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例1と同様にして、吸収率をシミュレートした。開口率σ(r)が最大となる孔半径rを12μmとし、r<rの標準偏差sLを2μmとし、r>rの標準偏差sHを15μmとした。また、合計開口率σsumは0.055であった。
 得られた結果を表1に示す。
 表1から明らかなように、実施例1と同じ音響インピーダンスRe(Z)を持ち、上記式(2)を満たすが、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも小さくなっており、上記式(3)を満足せず、吸収率は、0.20であり、実施例1に比べて非常に低かった。
 以上から明らかなように、これらの実施例1、並びに比較例1-1、1-2、及び1-3では、同じ音響インピーダンスRe(Z)の値は、いずれも2×Zair(約826.6)よりも小さく、上記式(2)を満足することが分かる、このような場合において、孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも大きく、上記式(3)を満足する実施例1の場合に吸収率が高くなっていることが分かる。
 上記の実施例1、及び比較例1-1~1-3から、本願の請求項1に記載の発明の有効性が示された。
(参考例1)
 図21に示すように、孔半径ヒストグラムが非対称的な分布を有する微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例1と同様にして、吸収率をシミュレートした。開口率σ(r)が最大となる孔半径rを12μmとし、合計開口率σsumは0.055であった。r>rの標準偏差sHを2μmに固定し、r<rの標準偏差sLを、標準偏差sHをより大きく、様々に変えた場合の吸収率の変化の度合いを調べた。なお、図21に示す孔半径ヒストグラムの場合は、標準偏差sLを8μmにしている。
 その結果を図22に示す。
 図22から明らかなように、上記式(3)を満足しない比較例1-2では、吸収率が低く、参考例1から実施例1まで、上記式(3)を満足し、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも大きくなるにつれ、吸収率が大きくなっていることが分かる。
 図22からも、本願の請求項1に記載の発明の有効性が示されたことが分かる。
(実施例2)
 ここで、上記式(26)で表される開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)の定数σcは、下記式(30)を満たすように設定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
 また、r<rの標準偏差sLを0.5μmとし、r>rの標準偏差sHを2.5μmとした。
 また、実施例1と同様にして、上記式(26)を用いて、上記式(5)の不等式の左辺(下記式(28))、及び右辺(下記式(29))をそれぞれ計算した。
 こうして得られた結果を表1、及び図29に示す。
 本実施例2では、表1から明らかなように、得られた音響インピーダンスRe(Z)は、3682kg/(ms)であり、2×Zairの値826.6kg/(ms)より大きく、上記式(4)を満足していることが分かる。
 また、表1から明らかなように、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも小さくなっており、上記式(5)を満足していることが分かる。
 また、吸収率は、0.5(50%)と高い値を示している。
(比較例2-1)
 図24に示す孔半径ヒストグラムが分布を持たない微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例2と同様にして、吸収率をシミュレートした。全ての貫通孔の孔半径rは、2μmであった。厳密には、全ての孔半径rが、孔半径刻み1.75μm~2.25の範囲内に入っていた。また、合計開口率σsumは0.2であった。
 得られた結果を表1に示す。
 表1から明らかなように、実施例1と同じ音響インピーダンスRe(Z)を持ち、上記式(4)を満たすが、上記式(5)を満足せず、吸収率は、0.30であり、実施例2に比べてかなり低かった。
(比較例2-2)
 図25に示す孔半径ヒストグラムが対称的な分布を有する微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例2と同様にして、吸収率をシミュレートした。開口率σ(r)が最大となる孔半径rを2μmとし、r<rの標準偏差sLも、r>rの標準偏差sHも0.5μmとした。また、合計開口率σsumは0.2であった。
 得られた結果を表1、及び図29に示す。
 表1から明らかなように、実施例2と同じ音響インピーダンスRe(Z)を持ち、上記式(4)を満たすが、上記式(3)の不等式の左辺も右辺も同じ値になり、上記式(5)を満足せず、吸収率は、0.31であり、実施例2に比べてかなり低かった。
(比較例2-3)
 図26に示す孔半径ヒストグラムが非対称的な分布を有する微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例2と同様にして、吸収率をシミュレートした。開口率σ(r)が最大となる孔半径rを2μmとし、r<rの標準偏差sLを2.5μmとし、r>rの標準偏差sHを0.5μmとした。また、合計開口率σsumは0.2であった。
 得られた結果を表1に示す。
 表1から明らかなように、実施例2と同じ音響インピーダンスRe(Z)を持ち、上記式(4)を満たすが、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも小さくなっており、上記式(5)を満足せず、吸収率は、0.23であり、実施例2に比べて非常に低かった。
 以上から明らかなように、これらの実施例2、並びに比較例2-1、2-2、及び2-3では、同じ音響インピーダンスRe(Z)の値は、いずれも2×Zair(約826.6)よりも大きく、上記式(4)を満足することが分かる、このような場合において、孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)が、孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)よりも小さく、上記式(5)を満足する実施例2の場合に吸収率が高くなっていることが分かる。
 上記の実施例2、及び比較例2-1~2-3から、本願の請求項2に記載の発明の有効性が示された。
(参考例2-1、2-2)
 図27、及び図28に示すように、孔半径ヒストグラムが非対称的な分布を有する微細な貫通孔を有する防音構造である以外は、実施例2と同様にして、吸収率をシミュレートした。開口率σ(r)が最大となる孔半径rを2μmとし、合計開口率σsumは0.2であった。r<rの標準偏差sLを0.5μmに固定し、r>rの標準偏差sHを、標準偏差sLより大きく、様々に変えた場合の吸収率の変化の度合いを調べた。なお、図27、及び図28に示す孔半径ヒストグラムの場合は、それぞれ標準偏差sHを1.5μm、及び1.0μmにしている。
 その結果を図29に示す。
 図29から明らかなように、上記式(5)を満足しない比較例1-2では、吸収率が低く、参考例1から実施例1まで、上記式(5)を満足し、上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率σ(不等式右辺の積分)が、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率σ(不等式左辺の積分)よりも大きくなるにつれ、吸収率が大きくなっていることが分かる。
 図29からも、本願の請求項2に記載の発明の有効性が示されたことが分かる。
(実施例3)
 縦25mm×横25mm×厚さ20μmアルミニウム箔上にポジ型レジストを塗布後、電子ビーム描画装置を用いて、レジストに対して、孔半径分布ヒストグラムが、図33に示す結果となるように、ランダムなドット形状パターンを作成した。その後、レジストをマスクとして、エッチング処理を施し、その後レジストを除去し、本発明の防音構造として、貫通孔を有するアルミニウム膜(微細貫通孔膜)を作成した。作成した貫通孔を有するアルミニウム膜の音響特性として、音響管を用いた4マイク法で、1500Hzにおける吸収率を測定した。
 その結果を表2に示す
(比較例3)
 比較例3は、アルミニウム膜のドットパターンの孔半径分布ヒストグラムが図34に示すことを除いては実施例3と同様の構成であった。また、実施例3と同様に音響特性を測定した。
 その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
 なお、音響測定は、内径8cmの音響管を用い、以下のようにして行った。
 音響特性は、アルミニウム製音響管(管体)に4つのマイクロフォン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として、アルミニウム製の管体を用いた。管体の内部にスピーカ(図示せず)を収納した円筒状の函体(図示せず)を配置し、函体(図示せず)に管体を載置した。スピーカ(図示せず)から所定音圧の音を出力し、4本のマイクロフォンで測定した。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。例えば、上述した実施例3のアルミニウムを音響管となる管体の所定測定部位に配置して、1500Hzにおける音響吸収率測定を行った。
 実施例3、比較例3共に孔半径分布ヒストグラムがピークとなる孔半径r=13.75[μm]であり、開口率合計はσsum=0.053(5.3%)であった。
 実施例3では、表2より明らかなように、得られた音響インピーダンスRe(Z)は、301kg/(ms)であり、2×Zairの値である826.6kg/(ms)よりも小さく、上記式(2)を満足していることが分かる。
 また、表2より、上記式(28)で表される孔半径r<rの合計開口率(不等式左辺の積分に相当)が上記式(29)で表される孔半径r>rの合計開口率(不等式右辺の積分に相当)も大きくなっており、上記式(3)を満足していることが分かる。
 表2より、上記式(3)式を満足していない比較例3に対して、実施例3の吸収率が高いことが分かる。
 以上より本発明の有効性が示された。
 (実施例4)
 実施例1の膜状部材(微細貫通孔膜)12の一方の表面に、略同サイズの、厚さ20mmの開口32を有する枠34を接着固定して取り付け、枠34の開口32の開放された開口端に略同サイズの背面板36を接着固定して開口32を閉じて、図30に示す防音構造体30を作製した。枠34の形成材料は、アクリルであり、その厚みは1mmであった。背面板36の形成材料は、アクリルであり、その厚みは2mmであった。ここで、膜状部材12の背面空気層38の厚みは20mmであった。
 こうして作製した実施例4の防音構造体30の吸収率を、上記式(21-3)を用いてシミュレートして、周波数に対する吸収率を得た。
 その結果を図35に示す。
 (比較例4)
 膜状部材が、比較例1-3の防音構造の膜状部材である以外は、実施例4の防音構造体30と同様の構造を有する防音構造体を作製した。
 こうして作製した比較例4の防音構造体の吸収率をシミュレートして、周波数に対する吸収率を得た。
 その結果を図35に示す。
 図35に示すように、音の吸収率は、比較例4に対して、実施例4の方が高くなっていることが分かる。
 以上より、本発明の有効性が示された。
 以上より、本発明の効果は明らかである。
 以上、本発明に係る防音構造、及び防音構造体についての種々の実施形態、及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、及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、10A、10a、10b、64 防音構造
 11 アルミニウム基材
 12、12a、12b 膜状部材(微細貫通孔膜)
 13 水酸化アルミニウム皮膜
 14、14a、14b、14c 貫通孔
 16 枠体
 18 孔部
 20 吸音モデル
 22 管体
 30、40、50、60 防音構造体
 32 開口
 34 枠
 36 背面板
 38、62 背面空気層
 52 補強部材
 66 剛体

Claims (15)

  1.  厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、
     前記膜状部材の前記複数の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr0、全貫通孔の合計開口率をσsum、前記膜状部材の厚みtとするときに、下記式(1)によって与えられる前記膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(2)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(3)を満足する防音構造。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

    Re(Z)<2×Zair              …(2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    ここで、ρは、空気の密度、ηは、空気の粘度、ωは、角周波数、J(x)、及びJ(x)は、それぞれ第1種ベッセル関数、iは、虚数単位、Zairは、空気の音響インピーダンス、Re(*)は複素数*の実部を表す。また、k’=r√(ρω/η)である。また、σsumは下記式で表される。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  2.  厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する膜状部材を備える防音構造であって、
     前記膜状部材の前記複数の貫通孔の孔半径rに対する開口率σを表わす孔半径分布ヒストグラム関数σ(r)において、開口率σが最大となる孔半径をr0、全貫通孔の合計開口率をσsum、前記膜状部材の厚みtとするときに、下記式(1)によって与えられる前記膜状部材の音響インピーダンスZ0が下記式(4)を満足し、かつ孔半径分布ヒストグラムが下記式(5)を満足する防音構造。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004

       Re(Z)>2×Zair                 …(4)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
    ここで、ρは、空気の密度、ηは、空気の粘度、ωは、角周波数、J(x)、及びJ(x)は、それぞれ第1種ベッセル関数、iは、虚数単位、Zairは、空気の音響インピーダンス、Re(*)は複素数*の実部を表す。また、k’=r√(ρω/η)である。また、σsumは下記式で表される。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  3.  前記膜状部材の厚みtは、0.1mm以下である請求項1、又は2に記載の防音構造。
  4.  前記複数の貫通孔の孔半径rは、0.05mm以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の防音構造。
  5.  前記複数の貫通孔は、前記膜状部材にランダムに配列されている請求項1~4のいずれか1項に記載の防音構造。
  6.  前記膜状部材の少なくとも前記貫通孔を有する部分は、金属である請求項1~5のいずれか1項に記載の防音構造。
  7.  前記金属は、ニッケル、銅、又は鉄である請求項6に記載の防音構造。
  8.  前記金属は、アルミニウムである請求項6に記載の防音構造。
  9.  更に、前記膜状部材に積層されるメッシュ構造を備える請求項1~8のいずれか1項に記載の防音構造。
  10.  請求項1~9のいずれか1項に記載の防音構造と、前記防音構造の背面の閉じ切られた背面空気層とから構成される防音構造体。
  11.  前記背面空気層は、ハニカム構造によって構成される請求項10に記載の防音構造体。
  12.  前記背面空気層は、開口を有し、前記防音構造の前記膜状部材の表面に前記開口の一方の開口端が配置される枠と、前記枠の前記開口の他方の開口端を閉じる背面板とによって構成される請求項10、又は11に記載の防音構造体。
  13.  前記防音構造を2つ有し、前記背面空気層は、2つの前記防音構造の間に構成される請求項10、又は11に記載の防音構造体。
  14.  前記背面空気層は、開口を有し、2つの前記防音構造の一方の前記防音構造の前記膜状部材の表面に前記開口の一方の開口端が配置される枠と、前記枠の前記開口の他方の開口端を閉じる2つの前記防音構造の他方の前記防音構造とによって構成される請求項13に記載の防音構造体。
  15.  前記枠は、ハニカム構造である請求項12、又は14に記載の防音構造体。
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