(57)【要約】本発明は、吸音要素（１）と、該吸音要素（１）の製造方法と、１つ以上の構成部品が吸音要素（１）の形態で設計された航空機に関する。本発明による吸音要素（１）は、第１の壁領域（２）と、第２の壁領域（３）と、複数のバネ要素（４）を備える。本構成において、第１の壁領域（２）と第２の壁領域（３）は間隙（７）によって離間して配置され、この間隙には第１の壁領域（２）と第２の壁領域（３）を互いに接続する複数のバネ要素（４）が配置される。第２の壁領域（３）から第１の壁領域（２）を最良に分断するために、バネ要素（４）には事前張力がかけられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸音要素（１）であって、
第１の壁領域（２）と、
第２の壁領域（３）と、
複数のバネ要素（４）を備え、
前記第１の壁領域（２）と前記第２の壁領域（３）は、間隙（７）によって互いに離間して配置され、
前記間隙（７）には、前記第１の壁領域（２）及び前記第２の壁領域（３）を相互に接続する前記複数のバネ要素（４）が配置されており、
前記複数のバネ要素（４）における個々のバネ要素には、前記第１の壁領域（２）を前記第２の壁領域（３）から切り離すために事前張力がかけられ、
前記間隙（７）に負圧を与えることで、前記複数のバネ要素（４）に事前張力がかけられる、吸音要素。
【請求項２】
前記複数のバネ要素（４）はその各々が、減少領域を少なくとも一部にもつバネ特性Ｆ（ｘ）を有する、請求項１に記載の吸音要素。
【請求項３】
前記複数のバネ要素（４）の各々は、勾配∂Ｆ／∂ｘがゼロに近づく領域を１つ以上もつバネ特性Ｆ（ｘ）を有する、請求項１又は２に記載の吸音要素。
【請求項４】
前記複数のバネ要素（４）には、勾配∂Ｆ／∂ｘの値がバネ特性Ｆ（ｘ）の全領域における勾配∂Ｆ／∂ｘの最大値に対してその５％未満である範囲まで、事前に張力がかけられる、請求項３に記載の吸音要素。
【請求項５】
前記複数のバネ要素（４）が皿状バネとして形成された、請求項１から４のいずれか１項に記載の吸音要素。
【請求項６】
前記第１の壁領域（２）及び前記第２の壁領域（３）に接して、前記間隙（７）を大気から封止する封止要素（５）を更に備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の吸音要素。
【請求項７】
二重シェルの吸音要素を製造する方法であって、
第１の壁領域（２）と第２の壁領域（３）を、複数のバネ要素（４）によって接続することで、前記第１の壁領域（２）及び第２の壁領域（３）を間隙（７）によって互いに離間して配置させる工程と、
前記第１の壁領域（２）と前記第２の壁領域（３）が動的に分断されるように、前記複数のバネ要素（４）に事前張力をかける工程を有し、
前記複数のバネ要素（４）への事前張力の付与が、負圧を前記間隙（７）に与えることで生じるようにした方法。
【請求項８】
前記第１の壁領域及び前記第２の壁領域に接する封止要素（５）を用いて、前記間隙（７）を大気から封止する工程を更に有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のバネ要素（４）には、それらのバネ定数値が最大バネ定数値の５％未満とされる範囲まで事前に張力がかけられる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
防氷シールド及び機体外板からなる部品群のうちの１つ以上の部品を備え、該１つ以上の部品が請求項１から６のいずれか１項に記載の吸音要素として設計された航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月２６日に出願した米国仮特許出願番号第６０／７２０  ６４０号及び２００５年９月２６日に出願した独国特許出願番号第１０  ２００５  ０４５  ８４４．０号の出願日の利益を請求し、これらの出願の開示内容をここに参照により援用する。
【０００２】
本発明は一般に、音響技術分野に関する。特に本発明は吸音要素に関し、これによって全周波数スペクトル、特に低周波スペクトルにおける良好な吸音処置が達成される。更に、本発明は、この種の吸音要素の製造方法と、少なくとも１つの構成部品がこの種の吸音要素の形態で設計される航空機に関する。
【背景技術】
【０００３】
既知の吸音要素は多くの場合、二重壁システムとして設計される。このような二重壁システムは通常、２つの壁領域から構成され、これらは機械的接続部によって離間した状態で相互に接続される。とりわけ、空間的な理由で二重壁システムを薄くしなければならない場合、特に低周波域での既知の二重壁システムの吸音処置は比較的適切である。この場合、既知の二重壁システムにおける２つの壁領域は、壁領域同士の間に閉じ込められる空気を介在して、あまり好適でない方法で互いに結合され、また、必要な機械的接続部による結合が生じるため、その結果、１つの壁領域からの音が他の壁領域へと伝わってしまうことになる。しかし、この設計の結果、既知の二重壁システムは、適度な吸音処置をもたらすが、特に航空宇宙技術の分野において、乗客の快適性の観点から不十分であるという明白な状況を招く。
【０００４】
別の先端技術では絶縁ガラスユニットを含み、これは独逸国特許第３０１４２０７号に開示され、内側のガラス枠と外側のガラス枠をもち、空隙に充填された気体を有する。１つ以上のガラス枠における少なくとも１つの縁部は、バネ付端部ユニットで位置を変えられるように保持され、これは、音を受けた際に振動するためである。中央部において端部ユニットのバネ特性は、基本的に水平部分をもち、音を受けた場合に、この部分に沿って端部ユニットの動作点が移動する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
記載した二重壁システムに関連する不具合をはじめとして、少なくとも二重壁を備えた吸音要素を提供することが必要とされ、個々の壁における吸音要素の結合が、既知の二重壁システムと比較した場合に低減される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、第１の典型的な態様によれば、吸音要素が、第１の壁領域、第２の壁領域、及び複数のバネ要素を備える。本構成において、第１の壁領域は、間隙によって第２の吸音要素から離間して配置される。この間隙には、複数のバネ要素が配置され、該バネ要素は第１の壁領域と第２の壁領域を互いに接続する。これらのバネ要素は、減少するバネ特性を有しており、プレテンショニング（事前張力付与）により、それらのバネ定数がゼロに近づくことで第１の壁領域と第２の壁領域との間の動的結合力もまたバネを介して、概ねゼロに近づく状態に至る。第１の壁領域と第２の壁領域との間に最大の可能な動的分断を達成するため、複数のバネ要素に事前張力を与えることができ、その結果、特に低周波域にて、第１の壁領域と第２の壁領域との間で広範囲に及ぶ分断を達成できる。前記説明では吸音要素が互いに離間した２つの壁領域を備えるものとしたが、吸音要素はまた、３つ以上の壁領域を備えてもよく、その各々がバネ要素によって互いに切り離される。
【０００７】
バネに作用する必要な事前張力を可能限り発生させるために、間隙、つまりこれを通して第１の壁領域と第２の壁領域とが対向する間隙を負圧下に置くことができ、その結果、複数のバネ要素には事前張力がかけられる。このような間隙の排気によって得られる事前張力の効果とは別に、この間隙を負圧下におくことには、更に積極的な効果があり、その結果、通常、間隙に閉じ込められた空気による第１の壁と第２の壁との結合力が最小となる。間隙の排気の結果として生じる大きな荷重は、バネ要素を介して受け入れられ、負圧から生じる荷重範囲におけるバネ要素のバネ定数が、ゼロに近づくように設定され、その結果、負荷はそれ以上動的に伝わらなくなる。
【０００８】
このようなバネ定数をできる限り得るために、典型的な実施形態によれば、複数のバネ要素はそれぞれ、少なくとも一部において減少領域をもつバネ特性Ｆ（ｘ）を有する。よって、バネ特性Ｆ（ｘ）については、特定領域で凹状に湾曲させることができ、該特性は高地点つまり最大値をもつことが好ましく、バネ定数は勾配形成の結果、ゼロに調節される。この高地点の周辺領域において、バネ定数は、勾配形成の結果として正確にはゼロにならないが、それでもバネ定数はゼロに近づいていき、吸音を目的として、本領域において負荷がそれ以上動的に殆ど伝わらなくなるという好ましい効果がある。
【０００９】
減少するバネ特性の範囲におけるバネ定数がそれ自体をゼロに設定するまで、事前張力を増加させようと試みられるが、通常、このポイントを設定するのは困難である。しかしながら、複数のバネ要素において個々のバネ要素は、勾配、つまりバネ定数が、バネ特性の全領域における勾配の最大値に対してその５％未満とされる領域まで事前張力をかけられる場合であれば、良好な結果を得ることができる。
【００１０】
減少するバネ特性を一部に有する、所望のバネ要素を任意に使用できるが、実験では、バネ要素として皿状バネ又は円盤状バネを用いて良好な結果が得られることが示された。
【００１１】
第１の壁領域と第２の壁領域との間隙において生じる負圧が消失しないように極力防止するために、典型的な実施形態によれば、第１の壁領域及び第２の壁領域が、可撓性の封止要素によって縁取りされ、該封止要素は間隙を外気から封鎖する。
【００１２】
バネ要素に係る勾配が殆どゼロである領域においてバネ要素の「スナッピングアラウンド（ｓｎａｐｐｉｎｇ  ａｒｏｕｎｄ）」を極力防止するために、典型的な実施形態によれば、第１の壁領域と第２の壁領域はまた、端部ストッパとしての別のバネ要素により相互に支持することができ、該バネ要素は、線形的、累進的、又は他の任意のタイプのバネ特性を有し、スナップ−アラウンド効果を示さないか、又は、その高地点が本発明に関連して最初に述べたバネ要素の高地点とは異なる変位領域にある。このように、最初に述べたバネ要素がスナップアラウンドの傾向をもつ場合に、真空引きの結果として生じる荷重は、バネ要素、つまり、本明細書で第２のバネ要素として述べるバネ要素によって更に吸収できるという状況が得られる。
【００１３】
導入部で既に述べたように、既知の二重壁による薄い吸音要素では、特に低周波域において、適度な吸音処置が得られるに過ぎない。これとは対照的に、本発明の典型的な実施形態に従う吸音要素の設計によって、大幅な改善がなされる。
【００１４】
本発明の別の典型的な態様によれば、二重シェルの吸音要素を製造する方法が提示され、その第１工程では、第１の壁領域が複数のバネ要素によって第２の壁領域に接続されることで、第１の壁領域と第２の壁領域が間隙によって互いに離間するように配置される。本構成において、間隙の間隔はバネ要素の伸長量で決定される。次の工程では、第１の壁領域と第２の壁領域の大半部が機械的に、かつ動的に切り離されるように、複数のバネ要素には事前張力がかけられる。複数のバネ要素によって、２つの壁領域だけの離隔させるのではなく、第３の壁領域、更に別に壁領域をバネ要素によって第１の壁領域又は第２の壁領域から離間させて配置することも勿論可能であり、互いに離間して配置される複数の壁領域のパケット全体が生成される。
【００１５】
複数のバネ要素に事前張力をかけて、空気中の音響伝播を低減させる、特に簡単な方法は、第１の壁要素と第２の壁要素との間隙に負圧を与えることであるが、典型的な実施形態によれば、第１の壁要素と第２の壁要素との間隙が、封止要素によって外気から封鎖され、該封止要素は第１の壁領域と第２の壁領域に接してこれらを縁取る。このような封止によれば、間隙に生じる負圧は時間が経過しても外気圧と同じにならず、一定に維持されるという状況が得られる。あるいは、吸引ノズル及びこれに接続した吸引ポンプによって、必要な負圧を使用条件と適合させることができる。
【００１６】
上記のように典型的な実施形態によれば、バネ要素は、減少するバネ特性を少なくとも一部にもつ必要があり、その範囲でバネ特性が高地点を形成する。第１の壁領域と第２の壁領域の良好な分断については、バネ特性の勾配、すなわちバネ定数がゼロ値をもつ程度まで複数のバネ要素が事前に張力をかけられる場合に起こる。但し、この位置は設定が難しいので、一般には、バネ要素のバネ定数がその最大のバネ定数値の５％未満となる値をもつ領域まで、複数のバネ要素に事前張力を加えれば充分である。バネ定数をこのような値に設定した場合に、吸音について相当の改善を実現できる。
【００１７】
本発明の別の典型的な態様によれば航空機が提供され、推進部の防氷シールド及びある短い距離をもってその下にある機体外板が、上記したように吸音要素として設計される。特に、プロペラ（推進器）から剥がれ落ちた氷から機体を保護するために機体に取り付けられる防氷シールド上では、極めて大きな騒音レベルが生じ、乗客の快適性を損なわないように騒音をキャビン内部から遠ざける必要があるので、本発明の典型的な実施形態による吸音要素の形態をした防氷シールドの設計は特に有利であることが分かる。
【００１８】
以下では、本発明について、同封図面を参照して例示的に説明する。一例として図示した典型的な実施形態は、本発明をより深く理解するのに役立つものに過ぎず、これは特に、いかなる形であれ、本発明の保護範囲を限定するものとして解釈されてはならない。
【００１９】
全図において、同一又は同様の構成要素は、同じか又は対応する参照符号を有する。線図は必ずしも正確な縮尺ではないが、それらは定性的なサイズ関係を再現させる上で適当である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の典型的な実施形態による吸音要素１の斜視図を示し、吸音要素１には、第１の壁領域２及び第２の壁領域３が、複数のバネ要素４、つまり図示の構成では皿状バネ４によって互いに離間して配置される。明確化のため、第１の壁領域２を透明で示しており、これは、本発明の典型的な実施形態による吸音要素１の内部を見易く示すためである。本構成では、複数の皿状バネ４が互いに、規則的な矩形グリッド状とされて、できるだけ均等に配置されており、これによって第２の壁領域３から第１の壁領域２が離隔されている。
【００２１】
図２から良く分かるように、第１の壁領域２と第２の壁領域３は、間隙７によって互に離間して配置される。図示の実施形態におけるこの間隙７には、２つの皿状バネ４が配置され、それらは第１の壁領域２と第２の壁領域３を相互に接続する。壁領域２と３との間で接触が起こらないことを前提として、皿状バネ４は所望の任意の方法で事前に張力をかけられるが、吸入部６を介して間隙７に対して負圧を与えるという、皿状バネ４に予め張力をかける特に単純な選択肢があり、その結果、皿状バネ４は事前張力をかけられる。このように生成した負圧を、時間経過に対して間隙７で維持するために、吸音要素１は、柔軟なゴム製封止要素５によって第１の壁領域２と第２の壁領域３の外縁に接しており、該封止要素は外気から間隙７を封止する。これに代わるものとして、負圧は、吸引ノズル６に接続した吸引ポンプによって設定して維持することができる。負圧とは、圧力が間隙の外側の空間における圧力よりも低いこと、例えば、周囲空気の空気圧より低い圧力を意味する。
【００２２】
図３を参照すると、最終的に、皿状バネ４のもつバネ特性Ｆ（ｘ）が提示され、これは、本発明の典型的な実施形態に従って、第１の壁領域２を第２の壁領域３から分断させるためである。図３に示す線図は、ｘ軸に変位を示し、ｙ軸にバネ力、つまり負荷Ｆ（ｘ）を示す。ゼロから始まって、バネ力は、バネ特性の高地点まで比例関係を下回って増加し、バネ特性は通常、減少している又は下降していると称される。既知のように、位置ｘにおけるバネ特性の勾配は、バネのバネ定数を表すので、図３に示すバネ特性では、バネ定数が原点において最大である。その理由は、原点で最大勾配が生じるからである。高地点に達するまで、バネ特性の増加分は連続的に減少し、これは同時にバネ定数も次第に減少することを意味する。高地点では最終的に、勾配、つまりバネ特性の増加分がゼロに等しくなり、これはバネ定数がゼロであることを意味する。
【００２３】
高地点の周辺領域に達するまで皿状バネが事前に張力をかけられ、音の結果として皿状バネに力学的な変位を伴う場合に、前記皿状バネはもはや追加的な負荷を伝えることができなくなり、その結果、上記バネ特性を有する皿状バネを用いて、広範囲に及ぶ分断が達成可能となる。確かに、最高の分断については、皿状バネがそのバネ特性の正確な最高地点まで事前張力がかけられる場合に生じるが、この位置は設定が難しいため、それらの勾配∂Ｆ／∂ｘの値がバネ特性Ｆ（ｘ）の全領域における最大勾配値∂Ｆ／∂ｘの５％未満となる範囲まで皿状バネ４に事前張力をかけるように設定すれば十分である。なお、最大勾配値は図示のバネ特性に関して原点で得られる。図３において、ハッチング線を付した領域は、耐荷重が大きく、バネ定数の小さい、すなわち、
【００２４】
【数１】
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の領域を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の典型的な実施形態による吸音要素のワイヤーフレームモデルを示す斜視図である。
【図２】本発明の典型的な実施形態による吸音要素を示す断面図である。
【図３】本発明の典型的な実施形態による吸音要素のバネ要素について典型的なバネ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  吸音要素
２  第１の壁領域
３  第２の壁領域
４  バネ要素
５  封止要素
６  吸引部
７  間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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