(57)【要約】【課題】 振動が伝達されにくい構造を有し、制振材を張り付けた場合にはさらに制振効果を高めることができる２重壁制振構造体。【解決手段】互いに平行な２つの面板１、２と、面板１，２と一体成形され、面板１，２を接続しかつ同方向に延びるリブ３、４からなり、リブ３、４の延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される断面の全部又は大部分が台形断面である。この２重壁制振構造体は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金押出材や、樹脂又は樹脂を主成分とする複合材料の一体成形品からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な２つの面板と、前記面板と一体成形され、前記面板を接続しかつ同方向に延びる複数のリブからなり、全部又は大部分のリブが両面板に対して傾斜し、かつリブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される断面の全部又は大部分が台形断面であることを特徴とする２重壁制振構造体。
【請求項２】
リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される３角形断面が複数個存在する場合、面板の部分を底辺としたときの頂点が全て一方の面板の側にくることを特徴とする請求項１に記載された２重壁制振構造体。
【請求項３】
リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される３角形断面が複数個存在する場合、それらの間に台形断面が介在していることを特徴とする請求項１に記載された２重壁制振構造体。
【請求項４】
リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと一方の面板で構成される３角形断面が幅方向の両端に形成され、かつ幅方向の両端以外の箇所はすべて台形断面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載された２重壁制振構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載された２重壁制振構造体を１つのユニットとし、それを複数個幅方向に組み合わせたことを特徴とする２重壁制振構造体。
【請求項６】
樹脂又は樹脂を主成分とする複合材料の成形品からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された２重壁制振構造体。
【請求項７】
面板又はリブのいずれか又は双方に制振材が貼り付けられているか、面板の間の中空部に制振材が充填されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された２重壁制振構造体。
【請求項８】
全体として互いに平行な２つの面板と、それらを接続しかつ同方向に延びる複数のリブからなり、幅方向の一部に請求項１〜７のいずれかに記載された２重壁制振構造体を含む構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動騒音を防止する必要のある部分、あるいは音源との間を遮断して騒音を防止する必要のある部分に用いられる制振構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、２つの面板とそれらを接続する傾斜したリブからなるトラス型の形材に対し、そのリブ又は面板のいずれか一方又は双方に制振樹脂を貼り付けた制振形材が記載されている。この制振形材は、トラス型であるため断面剛性が高く、制振樹脂を貼り付けることで防音効果を高めることができるので、例えば鉄道車両等の輸送機用構造体として適している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１６４５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に記載されたトラス型構造の場合、図１１に示すように、隣合う２つのリブと面板で３角形断面が構成され、片側の面板の変形がリブを通して他方側の面板に伝わる際、２つのリブの変形が３角形の頂点で合わさるため、リブを通って面板にかかる荷重が法線方向、すなわち面板に垂直方向に向い、面板を突き上げる（図示矢印参照）ので、振動が伝達しやすい。トラス型構造が剛性が高く断面変形しにくい構造であることも、その傾向を強めている。
また、トラス型構造は断面変形しにくい構造であるため、面板やリブに貼り付けた制振材５が歪みにくく、制振効果についてもリブ及び面板が独立して変形する周波数領域でなければ効果的に発揮できない。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、構造体本体を振動が伝達しにくい構造とするとともに、制振処理を行った場合には制振材の制振作用が効果的に発揮され、さらに必要な断面剛性も確保できる制振構造体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る制振構造体は２重壁制振構造体であり互いに平行な２つの面板と、前記面板と一体成形され、前記面板を接続しかつ同方向に延びる複数のリブからなり、全部又は大部分のリブが両面板に対して傾斜し、かつリブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される断面の全部又は大部分が台形断面であることを特徴とする。隣合う２つのリブと１つの面板で構成される断面は３角形断面であり、隣合う２つのリブと双方の面板で構成される断面は台形断面である。台形断面の場合、各リブと面板の接合部には距離が置かれている。なお、本発明において大部分とは過半数という意味である。
【０００７】
このような２重壁制振構造体としては、例えば次のようなものがある。（１）リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される３角形断面が複数個存在する場合、面板の部分を底辺としたときの頂点が全て一方の面板の側にくるもの。（２）リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される３角形断面が複数個存在する場合、それらの間に台形断面が介在しているもの。つまり、３角形断面同士が隣接しないもの。（３）リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと一方の面板で構成される３角形断面が幅方向の両端に形成され、かつ幅方向の両端以外の箇所はすべて台形断面が形成されているもの。
【０００８】
なお、以上述べた２重壁制振構造体を１つのユニットとし、それを複数個幅方向に組み合わせて、同じく互いに平行な２つの面板と、それらを接続しかつ同方向に延びる複数のリブからなる広幅の２重壁制振構造体を作ることができる。
また、必要に応じて、面板又はリブのいずれか又は双方に制振材を貼り付けたり、面板の間の中空部に発泡樹脂制振材等の制振材を充填することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の２重壁制振構造体は振動が伝達しにくい構造であり、制振処理を行った場合に制振作用が効果的に発揮され、従来例以上に振動騒音を防止できる。また、構造体としての断面剛性確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図１０を参照して、本発明に係る２重壁制振構造体について具体的に説明する。
図１（ａ）には、互いに平行な２つの面板１、２と、それらを接続しかつ同方向に延びる複数のリブ（傾斜したリブ３、垂直のリブ４）からなる２重壁制振構造体が記載されている。隣合う２つのリブと面板で構成される断面は、幅方向の両端が三角形断面であり、その内側がすべて台形断面となっている。図１（ｂ）に示すのは、面板１、２及びリブ３に制振樹脂５を貼り付けたもの、図１（ｃ）に示すのは、面板１及びリブ３に制振樹脂５を貼り付けたものである。
【００１１】
この２重壁制振構造体は、大部分のリブが面板に対し傾斜し、隣合う２つのリブと面板で構成される断面の大部分が台形断面である。台形断面の場合は、３角形断面と比較すると断面剛性が高くないため、面板及びリブが曲げ変形を起こしやすく、片側の面板の変形がリブを通して他方側の面板に伝わりにくい。また、２つのリブと面板の接合部が離れているため、面板にかかる荷重が法線方向に向って面板を突き上げるということも起こりにくい。従って、従来のトラス型構造体に比べて振動そのものが小さくなる。さらに、面板及びリブが曲げ変形を起こしやすいため、制振材の制振作用も効果的に発揮される。なお、台形断面では、斜めに入ったリブにより必要な断面剛性を確保することもできる。
【００１２】
この２重壁制振構造体は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金押出材、あるいは樹脂又は樹脂を主成分とする成形品からなる。しかし、鋼など他の素材で構成することもできる。
【００１３】
２重壁制振構造体に用いるアルミニウム合金としては、例えば、ＡＡ又はＪＩＳに規格される２０００系、５０００系、６０００系、７０００系の成分規格のアルミニウム合金が挙げられる。ただし、ＡＡ又はＪＩＳに規格される上記以外のアルミニウム合金あるいは上記の成分規格以外のアルミニウム合金も、構造部材としての用途の要求特性を満足するのであれば使用できる。
さらに、本発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金押出材は、常法による押出加工により製造することができる。例えば、溶解調整されたアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯を通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造し、その鋳塊に均質化処理を施し、押出加工−調質処理（焼鈍、溶体化処理、時効処理、安定化処理など）により、所定断面形状の押出材とする。両面板及びリブが押出しにより一体成形される。
【００１４】
樹脂成形品からなる場合、樹脂は熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミド（ナイロン）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルフォン、ＰＰＳ樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂の例としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエルテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これら樹脂は好適に相溶するものであれば、２種類あるいはそれ以上がブレンドあるいはアロイ化されて用いられていてもよい。さらには、それら樹脂の機械的物性を向上させるために、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、及びナイロン繊維等の有機繊維などと複合されて用いられてもよく、それらは連続長繊維であってもチョップドあるいはミルドファイバーと呼ばれる短繊維であってもよい。成形性の調節や機械的物性の改善のため炭酸カルシウム粉末やタルク等の充填材や各種添加剤が加えられることもある。
上記樹脂又は樹脂複合材にて前記２重壁制振構造体を製造するには、一般に用いられている樹脂成形法が用いられるが、特に熱可塑性樹脂及びその複合材においては押出成形法、熱硬化性樹脂及びその複合材においてはプルトルージョン（引抜き）成形法が好適に使用される。
【００１５】
本発明に係る２重壁制振構造体の別の例を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。この２重壁制振構造体は、リブの延びる方向に対し垂直な断面において、隣合う２つのリブと面板で構成される３角形断面が複数個存在するが、他はすべて台形断面である。この３角形断面は、２つのリブ３、３のなす頂点（面板１の部分が底辺）が全て面板２の側にあり、また３角形断面同士は隣接せず、間に台形断面が介在している。
この２重壁制振構造体は、２つのリブと両面板で構成される台形断面が大部分を占め、図１に示す２重壁制振構造体と同様の作用効果を示す。なお、この２重壁制振構造体は一部に３角形断面を有し、その部分の断面剛性が高いが、リブ３、３のなす頂点がいずれも面板２の側にきているため、面板２の側を音源側とすれば、リブ３、３から面板１に法線方向に突き上げるような荷重がかからず、居住側（面板１の側）に振動が伝達されにくい。また、３角形断面を構成する傾斜したリブ３、３が、同時に隣接する台形断面を構成するリブであることも、振動を伝達しにくくすることに寄与している。
【００１６】
本発明に係る２重壁制振構造体のさらに別の例を図３に示す。隣合う２つのリブと面板で構成される断面は、幅方向の両端が三角形断面であり、その内側がすべて台形断面となっているが、図１の２重壁制振構造体と異なり、台形断面の形状が一定していない。しかし、機能的には図１に示すものと同様である。なお、幅方向の両端に形成した垂直のリブ４と三角形断面（この点は図１も同じ）は、この２重壁制振構造体の組み付け及び設置上の観点で形成したもので、制振機能上の観点で形成したものではない。
【００１７】
広幅の２重壁制振構造体が必要とされるとき、狭幅の２重壁制振構造体を１つのユニットとし、それを複数個幅方向に組み合わせて製造することができる。例えばアルミニウム合金押出材を利用する場合、押出可能な幅には製造上の限界があり、複数個を幅方向に組み合わせることがむしろ現実的とさえいえる。複数個を組み合わせる場合、溶接、接着、その他の組付手段が適宜利用できる。
また、本発明に係る２重壁制振構造体は、全体として互いに平行な２つの面板と、それらを接続しかつ同方向に延びる複数のリブからなる構造部材において、幅方向の一部に用いることができる。例えば図４（ａ）に示す構造部材は、幅方向の両側が従来のトラス型であり、幅方向の中間部分が本発明に係る２重壁制振構造体である。これは例えば１つの一体型押出材を想定したものだが、図４（ｂ）に示すように、各々押出材からなる４つの構造材（中間の２つが本発明に係る２重壁制振構造体）を組み付けて一体化することもできる。
【００１８】
なお、本発明に係る２重壁制振構造体の断面形状は長さ方向（紙面に垂直）のどの位置でも本質的に同一である。ここで、本質的にと表現したのは、長さ方向の全長にわたり全幅が同一である必要はなく、長さ方向で全幅の広いところと狭いところがあってもよいという意味である。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
本発明に係る２重壁制振構造体の制振作用について実験を行った。実験の対象とした構造体は、図５に示すように、（ａ）両端と中央に垂直リブ、両端に三角形断面を有し、厚さ３０ｍｍ、幅６００ｍｍ、台形断面の長い方の底辺の長さが１００ｍｍ、短い方の底辺の長さが２５ｍｍ、リブの投影長さが３７．５ｍｍ、面板及びリブの板厚２ｍｍのアルミニウム合金押出材、（ｂ）その面板及びリブに板厚３ｍｍの制振樹脂を貼り付けたもの、（ｃ）厚さ３０ｍｍ、幅６００ｍｍ、リブピッチ３７．５ｍｍ、面板及びリブの板厚２ｍｍのトラス型アルミニウム合金押出材、（ｄ）その面板及びリブに板厚３ｍｍの制振樹脂を貼り付けたものとした。
【００２０】
この構造体に対して、図６に示す要領で加振試験を行った。すなわち、構造体の両端を固定し、面板の一部をインピーダンスヘッド６を介して加振器７で支持する。インピーダンスヘッド６から加振力と振動速度の信号線をチャージアンプ８を経由して周波数分析装置９に接続する。インピーダンスヘッド６はロードセルと圧電式加速時計を内蔵しており、加振力と振動が同時に計測できるセンサである。
加振器で５００Ｈｚから３０００Ｈｚまでを連続的に周波数を変化させながら正弦波加振し、その際のインピーダンスヘッド６で計測された振動速度と加振力を、周波数分析装置９で振動速度／加振力として演算して出力した結果を図７及び図８に示す。
【００２１】
図７の制振処理を行っていないものをみると、本発明の２重壁制振構造体（ａ）はトラス型構造体（ｃ）に比べて振動の減衰が大きいことが分かる。図８の制振処理を行っているものをみると、本発明の２重壁制振構造体（ｂ）とトラス型構造体（ｄ）の差はさらに大きく、制振材の制振作用の効果が大きく出ていることが分かる。
【００２２】
（実施例２）
２重壁制振構造体の一方の面板側にその固有振動数以上の振動数の音波が入射すると、２重壁制振構造体はある特定の変形モードで振動する。その変形モードを有限要素法により解析した。その結果を従来のトラス型の構造体と比較して次に示す。
解析の対象とした構造体は、図５の（ｂ）と（ｄ）に示す構造である。解析にあたり、アルミニウム合金のヤング率Ｅを６９ＧＰａ、密度ρを２７００ｋｇ／ｍ３、制振樹脂のヤング率Ｅを２ＧＰａ、密度ρを１５００ｋｇ／ｍ３とした。
【００２３】
この構造体に対し、図９に示す有限要素法による解析モデルを作成し、図９に示す節点ａ、ｂを固定し、面板上の節点ｃを下から加振し、各構造体を振動させた。加振周波数は図５（ｂ）の場合は１８８０Ｈｚ、（ｄ）の場合は１６４０Ｈｚとした。
解析結果を図１０に示す。図１０（ｂ）、（ｄ）はそれぞれ図５（ｂ）、（ｄ）の構造材の振動時の変形モードである。（ｂ）では（ｄ）に比べて振動が相当減衰した状態となっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る２重壁制振構造体の断面図である。
【図２】本発明に係る他の２重壁制振構造体の断面図である。
【図３】本発明に係るさらに他の２重壁制振構造体の断面図である。
【図４】本発明に係るさらに他の２重壁制振構造体の断面図である。
【図５】加振試験に用いた２重壁制振構造体の断面模式図である。
【図６】加振試験を説明する模式図である。
【図７】加振試験の結果を示す図である。
【図８】加振試験の結果を示す図である。
【図９】有限要素法による解析の対象とした２重壁制振構造体の断面模式図である。
【図１０】２重壁制振構造体の変形モードの解析結果である。
【図１１】従来の制振構造体の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１、２  面板
３  傾斜したリブ
４  垂直のリブ
５  制振材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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