(57)【要約】【課題】開口部において発生する流体音を低減すると共に、長時間の使用に耐え、メンテナンスの容易な流体音低減装置を得る。【解決手段】流体と接する表面を有しこの表面に開口部１ａを備えた構造体１において、流体の流れ方向に対して開口部１ａの上流側の端部１ｂ又は下流側の端部１ｃの少なくとも一方に、多孔質部材により構成された整流体２ｂ又は２ｃを設けることにより、表面に沿って流れる流体が、開口部１ａを通過するときの渦流の発生を抑制し、又は渦流の衝突を緩和して流体音を低減するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する構造体の表面に沿って流れる流体が、上記開口部を通過するときに発生する流体音を低減する流体音低減装置であって、
上記流体の流れ方向に対して上記開口部の上流側の端部又は下流側の端部の少なくとも一方に、多孔質部材により構成された整流体が設けられていることを特徴とする流体音低減装置。
【請求項２】
段差部を有する構造体の表面に沿って流れる流体が、上記段差部を通過するときに発生する流体音を低減する流体音低減装置であって、
上記段差部の端部に多孔質部材により構成された整流体が設けられていることを特徴とする流体音低減装置。
【請求項３】
上記整流体は、空間率が７０％以上９９．９％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の流体音低減装置。
【請求項４】
上記整流体は、上記開口部の端部又は上記段差部の端部の、上記流体の流れ方向に対し平行な面に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の流体音低減装置。
【請求項５】
上記整流体は、上記開口部の端部又は上記段差部の端部の、上記流体の流れ方向に対し平行な面と垂直方向の面とに連続して設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の流体音低減装置。
【請求項６】
上記整流体には、上記開口部の端部又は上記段差部の端部のエッジ部側に向けて厚くなるように、傾斜が設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の流体音低減装置。
【請求項７】
上記整流体は、上記開口部の端部又は上記段差部の端部の、上記流体の流れ方向に対し垂直方向の面に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の流体音低減装置。
【請求項８】
上記整流体は、上記開口部の端部又は上記段差部の端部に形成された切欠部に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の流体音低減装置。
【請求項９】
上記整流体には、上記流体の流れ方向に沿う溝形凹部が、上記開口部又は上記段差部の幅方向に複数個形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の流体音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体と接する表面を有し、その表面に開口部又は段差部が形成された構造物において、開口部又は段差部で発生する流体音を低減する流体音低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体が開口部を通過するときに発生する騒音を低減する技術としては、例えば、平面に開口部を有する構造物において、開口部を流れる空気流の上流端エッジ部と後流端エッジ部のコーナ部の少なくとも一方に、同コーナ部を覆うように柔毛材を取付けた開口部騒音低減構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６３１７１号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すような従来の開口部騒音低減構造では、開口部のエッジ部に柔毛材が取り付けられており、この柔毛材は、例えば鳥の羽毛や綿毛のように細かく柔らかい繊維、又はその繊維に糸状化学繊維を混入したもので構成されている。従って、流体と接触する環境下で長時間使用されると、摩耗して飛散したり、抜け落ちたりする可能性があり、また、屋外では雨水や汚損により性能が劣化する虞があるため、性能維持のための保守に多大の時間と労力を要するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、開口部又は段差部において発生する流体音を低減できると共に、長時間の使用に耐え、メンテナンスの容易な流体音低減装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる流体音低減装置は、開口部を有する構造体の表面に沿って流れる流体が、開口部を通過するときに発生する流体音を低減する流体音低減装置であって、流体の流れ方向に対して開口部の上流側の端部又は下流側の端部の少なくとも一方に、多孔質部材により構成された整流体を設けたものである。
【０００７】
また、段差部を有する構造体の表面に沿って流れる流体が、段差部を通過するときに発生する流体音を低減する流体音低減装置であって、段差部の端部に多孔質部材により構成された整流体を設けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の流体音低減装置によれば、流体の流れ方向に対して開口部の上流側の端部又は下流側の端部の少なくとも一方に多孔質部材により構成した整流体を設けたので、開口部の上流側端部では剥離する渦流の強度が弱められ、下流側端部では移流してきた渦流が整流体で柔らかく受け止められるため、発生する流体音を低減することができる。
また、整流体に多孔質部材を用いたことにより整流体の劣化が抑制できるので、維持管理の容易な流体音低減装置を提供することができる。
【０００９】
また、段差部の端部に多孔質部材により構成した整流体を設けたので、段差部で発生する流体音が整流体によって低減されると共に、上記と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である流体音低減装置の構成を示す断面図である。図において、構造体１は、例えば空気などの流体と接する表面を有し、その表面に開口部１ａが形成されている。流体は図の矢印方向に流れ、開口部１ａの上流側の端部１ｂと下流側の端部１ｃに、多孔質部材により構成した整流体２ｂ，２ｃを設けている。
ここで、開口部の端部とは、構造体１表面の流れに平行な面と、その面に垂直方向の開口部１ａの側面とが直交するエッジ部、及びその近傍を言う。エッジ部は直角に限定するものではなく、多少鋭角や鈍角でも良い。また、面取りやＲ加工をしたものも含む。
【００１１】
開口部１ａの形状としては、流体の流れ方向の「長さ」と、それに直角水平方向の「幅」と、底面方向の「深さ」とを有する図のようなキャビティ形以外にも、例えば、底面が開放されたものや、底面と幅方向の両方が開放された形状でも良い。
また、整流体２ｂ，２ｃの形状は、端部１ｂ，１ｃのエッジ部側に向けて厚くなるような傾斜を設けたものを例示しているが、このような形状に限定するものではなく、詳細は後述する。
【００１２】
整流体を構成する多孔質部材の材料としては、例えば、層状に構成した金属製又は合成樹脂製の網、発砲プラスチック、発泡金属材料等であり、特に、空隙（空間）を多く含んだものを使用する。多孔質部材で構成した整流体の空間率（単位体積に占める空隙（空間）の体積）としては、７０％〜９９．９％の範囲とするのが望ましい（理由は後述する）。このような多孔質部材の具体例として、例えば網を使用する場合であれば、柔軟な糸状の金属を互いに絡め合わせて構成したデミスター金網があり、空間率９０％を超えるものが多く市販されている。
【００１３】
本発明（実施の形態２以下も含む）において、整流体は、全体を多孔質部材で形成して「一体形」にしても良く、また、芯部材の表面に多孔質部材を重ねて貼り付けて多孔質層を形成した「層状形」としても良い。一体形にするか層状形にするかは、整流体の大きさや形状によって適宜選択すればよい。また、両形状において、強度を補強するために、整流体を強度部材で細かく区画し、その囲まれた空間に多孔質部材で面を作る、又は詰めるように構成しても良い。
なお、上記の空間率は、多孔質部材そのものの空間率を指すものではなく、整流体本体を組み上げたときの、多孔質部材で構成する多孔性部分の空間率であり、形状維持や強度補強のために入れる強度部材の部分は除いて求められる値である。
【００１４】
開口部を有する構造体の具体例としては、例えば、車両関係では台車空洞部、車両間継ぎ目部、磁気浮上式鉄道車両の車輪格納部等、また、航空機では車輪格納庫等、更に、自動車関係ではサンルーフ等がある。
【００１５】
流体音低減装置の整流体の作用を説明する前に、流体が構造体１の開口部１ａを通過するときに流体音が発生するメカニズムについて説明する。図２は開口部での流体音の発生を説明する図である。流体（例えば空気）が構造体１の表面に沿って流れ、開口部１ａの上流側の端部１ｂのエッジ部に達すると、エッジ部から剥離して渦流となって開口部１ａ内に入り、次に開口部１ａの下流側の端部１ｃに衝突し、旋回しながら開口部外へ噴出して、上方の気流と合流して下流に流れる。このとき、端部１ｂで剥離する渦流の強度が変動し、また渦流がぶつかり合いながら端部１ｃ側壁面に衝突することによって圧力変動が生じ、それらによって流体音が発生する。
【００１６】
次に、本発明の流体音低減装置の整流体の作用について説明する。構造体１の表面に沿って流れる気体流は、開口部１ａの上流側の端部１ｂに設けた整流体２ｂにより、剥離する渦流の強度の変動が緩和され、後流に発生する渦流が弱められる。また、開口部１ａ内に生じた渦流は下流側の端部１ｃにぶつかるが、端部１ｃに設けた整流体２ｃによって渦流の衝突が弱められ、衝突，変形，崩壊に伴って生じる圧力変動が緩和されるため、開口部での流体音が低減される。
また、このとき、整流体２ｂ，２ｃの空間率を７０％以上９９．９％以下の範囲としているので、流体の変動を柔らかく受け止めることにより、低減効果が高められる。
【００１７】
更に、整流体２ｂ、２ｃの形状を、図１のように流体の流れに直角方向から見たときの断面を三角形状にし、端部１ｂ又は１ｃのエッジ部側に向けて厚くなるように設置した場合は、気体流が上流側の整流体２ｂによって上方に曲げられるため、下流側の端部１ｃの側壁面に衝突する渦流を低減できる。また、図のように開口部１ａの上流側と下流側で傾斜が対称になるように配置した場合は、流体の流れ方向が双方向となっても同様の効果が得られるので、例えば、鉄道車両のように双方向に移動する構造体に適している。
【００１８】
図３は本発明の整流体の効果を説明する図で、（ａ）は実験により求めた騒音レベルと周波数の関係をグラフに表したものであり、（ｂ）はその実験に使用した装置の概略を示すものである。整流体の材料には、線径０．２５ｍｍ，２００メッシュのデミスター金網を使用した。整流体の大きさは図に示すように大きいので、整流体として、（１）上記金網を１ｍｍのスペーサを介して８層重ね、約１０ｍｍの厚さとした多孔質層を、芯部材の上に貼り付けて層状に構成した場合と、（２）整流体全体を上記金網を重ねて一体に構成した場合との２種類で検証した。また、このときの整流体の空間率は９５％のものを使用した。比較のために、整流体が無い場合、及び整流体を剛体整流板で構成した場合を同様に計測し、同じグラフ上に記載した。なお、流体は空気である。
【００１９】
図３（ａ）のグラフで、多孔（層状）として示したものは上記（１）の整流体、多孔（一体）として示したものは上記（２）の整流体である。グラフから分かるように、開口部に整流体を取り付けない場合、又は剛体の整流板とした場合と比較して、（１）及び（２）のいずれの場合も、広い周波数範囲で音圧レベルが下がっており、本発明の整流体の効果が認められた。この実験装置の場合のように、整流体の大きさが大きい場合は、整流体にぶつかった流体はある程度の厚さ以上は整流体内に入り込まず表面に沿って流れるので、（１）のような層状形でも効果が得られることが分かった。
【００２０】
次に、多孔質部材で構成する整流体の空間率について説明する。図４は整流体の空間率と減音量との関係を示す図である。減音量は整流体を構成する多孔質部材の材料，形状，取付方法等によっても異なるので、図中の破線は各空間率における概略平均値を示している。破線上に縦線で示しているのはその点における減音量の幅を示すものである。
図に示すように、空間率が６５％程度までは減音はあまり期待できないが、７０％位から減音効果が現れ、８０％を超えれば減音量が大きくなり、ほぼ１００％に近い領域まで大きな減音効果があることが分かった。すなわち、多孔質部材で構成する整流体の空間率を７０％以上、９９．９％以下の範囲にすれば減音効果が期待できる。（実用的に製作できる限界として、上限を９９．９％とした。）
【００２１】
なお、整流体は、流体の流れ方向に対して開口部の上流側の端部と下流側の端部の両方に設けた場合について説明したが、いずれか一方だけでも良い。
【００２２】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、流体と接する表面に開口部を有する構造体の、流体の流れ方向に対して開口部の上流側の端部又は下流側の端部の少なくとも一方に、多孔質部材により構成した整流体を設けたので、構造体の表面に沿って流れる気体流は、開口部の上流側端部では剥離する渦流の強度が弱められ、下流側端部では渦流の衝突が緩和されるので、開口部での流体音を低減することができる。
また、例えば整流体に柔毛を使用するような従来技術に比べ、整流体が摩耗して飛散したり抜け落ちたりすることが無く、また、水や空気などによる洗浄も容易となり、長時間の使用に耐えられ、維持管理の容易な流体音低減装置を提供することができる。
更に、整流体の空間率を７０％以上９９．９％以下としたので、流体を柔らかく受け止めて剥離する渦流の強度変動や衝突する圧力変動を和らげることができるため、流体音低減効果を更に高めることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による流体音低減装置の構成を示す断面図である。図に示すように、本実施の形態の流体音低減装置は、流体の流れ方向（矢印）に対し、流体と接する構造体３の表面に段差部を有している。（ａ）は下り段差部を有する場合であり、段差部３ａの端部３ｂに整流体４が設けられている。（ｂ）は上り段差部を有する場合であり、段差部３ｃの端部３ｄに整流体５が設けられている。端部の定義は実施の形態１と同等である。また、整流体４及び５は、多孔質部材で構成されており、材料及び空間率は実施の形態１の場合と同等なので、説明は省略する。
【００２４】
整流体４，５の形状は一例を示すものであり、図に限定するものではなく、後述するような各種形状を状況に応じて使用すればよい。
また、整流体を、実施の形態１で説明したような、一体形にするか層状形にするかについても、整流体の大きさや形状によって適宜選択すればよい。
【００２５】
段差部を有する構造体の具体例としては、例えば、車両，自動車，航空機等の窓の段差、トレーラの運転台と荷台の段差、また、ダクト内の急な拡大部や縮小部等がある。
【００２６】
次に、整流体４，５の作用について説明する。流体を空気とした場合、構造体３の表面に沿って流れる空気流は、（ａ）のような下り段差部３ａにおいては、端部３ｂのエッジ部で剥離し渦流を生じるが、このとき、端部３ｂに設けた整流体４により、剥離する渦流の強度の変動が緩和される。また、（ｂ）のような空気流が衝突する上り段差部３ｃにおいては、端部３ｄに設けた整流体５によって、空気流の衝突に伴って生じる圧力変動が緩和される。こうして、いずれの場合にも、空気流が段差部３ａ又は３ｃを通過するときに発生する流体音が低減される。
【００２７】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、流体と接する表面を有し表面の一部に段差部が形成された構造体において、流体が剥離又は衝突する段差部の端部に多孔質部材で構成した整流体を設けたので、流体が段差部を通過するときに剥離する渦流の強度の変動又は衝突する渦流の圧力変動が緩和されるため、段差部で発生する流体音を低減することができ、且つ、多孔質部材を用いたことにより、整流体の表面の摩耗を抑制して、長時間の使用に耐えられ、維持管理の容易な流体音低減装置を提供することができる。
また、多孔質部材で構成する整流体の空間率を７０％〜９９．９％としているので、空気流が柔らかく受け止められることにより、低減効果が高められる。
【００２８】
実施の形態３．
本実施の形態の流体音低減装置は、構造体自身は実施の形態１又は２で示したものと同等であり、それらの構造体に設けられる整流体の形状と取付部位の細部とが異なるものである。従って、以下に説明する整流体は、全て実施の形態１又は２に適用できる。
整流体を構成する材料や整流体の作用については、実施の形態１又は実施の形態２の場合と同等なので説明は省略する。
【００２９】
図６〜図１１は本実施の形態による流体音低減装置の整流体を示す図である。図中の矢印は流体の流れ方向を示すが、開口部の下流側端部に設ける場合又は上り段差部の端部に設ける場合は、流れ方向が図と逆方向になる。
図６に示す整流体６，７は、流体の流れ方向に対し平行な端部の面に設けた場合である。（ａ）は端部のエッジ部側に向けて厚くなるように傾斜を設けた場合であり、実施の形態１の図１と類似であるが、厚くした側の端部を丸めている。（ｂ）は断面が矩形状で同一厚さとした場合である。
このような形状にすれば、取付面が１面なので、取付が簡単である。（ａ）のようにエッジ部側を厚くしたものでは、流体がエッジ部側で上方に曲げられるので、下流側端部に衝突する渦流を減少でき、流体音低減効果が大きい。また、（ｂ）のように断面を矩形状にしたものでは、形状が単純なため材料を有効に利用でき、製作も簡単である。
【００３０】
図７に示す整流体８，９は、流体の流れ方向に対し平行な端部の面と垂直方向となる端部の側面とに、連続して設けたものである。（ａ）の整流体８は、エッジ部側を厚くしたものであり、（ｂ）の整流体９は同一厚さにしたものである。
このような形状にすれば、流体が開口部又は段差部の側壁に衝突するのを緩和できるので、左右双方向に流れる流体に対し、同一形状を採用して効果を発揮できる。
【００３１】
図８は、流体の流れ方向に対し垂直方向となる端部の側面に整流体１０を設けた場合である。
この形状は、特に、流体の流れ方向の下流側の開口部の端部、又は上り段差部の端部に用いれば、簡単な形状で効果を発揮できる。また、流体と接する表面側に、流れを妨げる整流体が存在しないので、抵抗ロスが少なくなる。
【００３２】
図９は、図７又は図８の変形例であり、構造体の、少なくとも開口部を形成する部分の厚さが薄く、板状の場合である。（ａ）は図７の変形例で、整流体１１は、開口部端部の、流体に接する表面側と板厚方向の側面側に加え、裏面側にも連続して３方を覆うように設けたものである。
また、（ｂ）は図８の変形例で、整流体１２は、開口部の端部の板厚方向の側面側に加え、裏面側に連続して２面を覆うように設けられている。
整流体は、構造体の表面に、例えば接着などの方法で固定されるが、図９のように構造体の開口部が薄い板状の場合は、取付面積が少なくなるので、裏面側に巻き込むように取り付けることにより、確実に固定することができる。
【００３３】
図１０は、開口部又は段差部の、流れ方向に平行な端部に切欠部１３を形成し、この切欠部１３に整流体を埋め込んで接着等の方法で固定したものである。（ａ）の整流体１４は、表面を構造体の流れ方向に平行な面に合わせ同一高さになるようにしたものであり、（ｂ）の整流体１５は、その表面を構造体の表面より高くしたものである。切欠部及び整流体の形状は、図のような段差形以外に、例えば端部を４５度斜めにカットして、カット部を埋めるように断面直角三角形の整流体を貼り付けてもよい。
このような構成によれば、整流体を構造体に確実に固定でき、流体の流れによって整流体全体が剥離したりするのを防止できる。
【００３４】
図１１は、整流体に、流体の流れ方向に沿う溝形凹部を、開口部又は段差部の幅方向に複数個設けたものである。（ａ）の整流体１６は、平たい三角錐状の整流体片を、尖端側を上流に向けて、開口部又は段差部の端部の幅方向に横並びに貼り付けることにより、並べた三角形の谷部によって溝形凹部１７を形成したものであり、（ｂ）の整流体１８は、図７（ａ）で示したような整流体８を原形とし、流体の流れ方向に沿う溝形凹部１９を、開口部又は段差部の幅方向に複数個形成したものである。
このような構成よって、開口部又は段差部の端部において、後流渦の流れの直角方向の相間を低減し、また、噴流混合を促進できるので、流体音を更に低減できる効果が期待できる。
【００３５】
なお、溝形凹部の形状は図に限定するものではなく、例えば、（ａ）の三角錐状の整流体片に替えて、多孔質部材からなる矩形状の細片を同様に並べて構成しても良い。
また、この溝形凹部は、上記図６〜図１０のいずれの整流体に採用しても、同様な効果を得ることができる。
【００３６】
以上説明した図６から図１１の整流体は、開口部の上流側端部、又は下流側端部のいずれに設けても良い。片側のみでもよく両側に使用しても良い。両側に設ける場合は、同形状のもの同士でも良く、異形状のものを組み合わせてもよい。
【００３７】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、整流体を多孔質部材で構成しているので、自由な形状に形成することができ、状況に応じ最適の形状の整流体を適用して、上記で説明したような各形状による効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１による流体音低減装置の構成を示す断面図である。
【図２】開口部での流体音の発生を説明する図である。
【図３】実施の形態１による流体音低減装置の整流体の効果を説明する図である。
【図４】流体音低減装置の整流体の空間率と減音量との関係を示す図である。
【図５】実施の形態２による流体音低減装置の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態３による流体音低減装置の整流体を示す図である。
【図７】実施の形態３による流体音低減装置の整流体の他の例を示す図である。
【図８】実施の形態３による流体音低減装置の整流体の他の例を示す図である。
【図９】実施の形態３による流体音低減装置の整流体の他の例を示す図である。
【図１０】実施の形態３による流体音低減装置の整流体の他の例を示す図である。
【図１１】実施の形態３による流体音低減装置の整流体の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，３  構造体
１ａ  開口部
１ｂ，１ｃ，３ｂ，３ｄ  端部
２ｂ，２ｃ，４〜１２，１４〜１６，１８  整流体
３ａ，３ｃ  段差部
１３  切欠部
１７，１９  溝形凹部。
【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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