(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ板厚で互いに平行な２つの面板と、それらを垂直にほぼ等ピッチで接続し一体化されかつ互いに平行に延びる複数のリブからなり、前記面板のヤング率をＥ、密度をρ、板厚をｔとし、リブのピッチをｌとしたとき、次式（１）を満たすことを特徴とする２重壁防音構造体。
【数１】
0004197854.tif 000003
【請求項２】
アルミニウム又はアルミニウム合金押出材からなることを特徴とする請求項１に記載された２重壁防音構造体。
【請求項３】
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に記載された２重壁防音構造体。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載された２重壁防音構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音源との間を遮断して騒音を防止するための防音構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−１６４５８４号公報には、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】
【発明が解決しようとする課題】
トラス型の形材に防音効果を付加するためには制振樹脂を貼り付けるなどの制振処理を行わなくてはならない。しかし、制振処理を行うにはコストがかかり、また、構造体の断面サイズあるいは適用箇所によっては制振処理ができない場合もある。さらに、制振処理した場合でも、トラス型は断面剛性が高く断面変形しにくい構造であるため、リブ又は面板に貼り付けた制振材が歪みにくく、また、制振作用が効果的に発揮されない周波数領域がある。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、構造体本体に防音効果を効果的に発現させるための形状及び構造を提供することを主たる目的とする。また、制振処理を行った場合に制振作用が効果的に発揮され、防音効果を高めることができる防音構造体を提供することを他の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る防音構造体は２重壁防音構造体であり、同じ板厚で互いに平行な２つの面板と、それらを垂直に等ピッチで接続し一体化されかつ互いに平行に延びる複数のリブからなり、前記面板のヤング率をＥ、密度をρ、板厚をｔとし、リブのピッチをｌとしたとき、次式（１）を満たす。
【数２】
0004197854.tif 000002
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記２重壁防音構造体の基本構造は、図１に例示するように、同じ板厚で互いに平行な２つの面板１、２と、それを垂直に等ピッチで接続し、かつ長さ方向（紙面に垂直）に互いに平行に延びる複数のリブ３からなる。断面形状は長さ方向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。
【０００７】
この２重壁防音構造体は、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。また、面板１、２は同じ材質又は特性とされるが、リブ３は必ずしも面板１、２と同じ材質又は特性でなくてもよい。さらに、面板１、２とリブ３は接続し一体化されているが、これは溶接、接着等により一体化されたものでもよい。
【０００８】
なお、アルミニウム合金としては、例えば、ＡＡ又はＪＩＳの規格に含まれる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の規格に含ま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。押出材の場合、両面板及びリブが一体化した押出材が望ましい。
あるいは、両面板及びリブが一体化した押出材を製造する代わりに、例えば熱間圧延−冷間圧延−調質処理により製造したアルミニウム又はアルミニウム合金圧延板材を溶接や接着により一体化して所定の断面形状にすること、又は押出材と圧延板材を溶接や接着により一体化して所定の断面形状にすることも考えられる。
【０００９】
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重壁防音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。
【００１０】
図２に例示するのは、面板１、２又はリブ３に制振樹脂４を貼り付けた２重壁防音構造体である。制振樹脂４としては、先に示した特開平７−１６４５８４号公報に記載されたと同様、アスファルト系樹脂やブチルゴム系特殊合成ゴム、その他が使用できる。これは接着又は加熱融着により面板１、２又はリブ３に貼り付けられる。これにより、２重壁防音構造体の制振性が向上して防音効果をより高めることができる。そのほか、２重壁防音構造体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。
【００１１】
さて、上記（１）式の中辺は上記２重壁防音構造体の面板１、２の最低次の固有振動数ｆを表す。つまり、本発明では、面板の固有振動数ｆが２５０〜５０００Ｈｚの範囲内になるように、面板の材質、板厚及びリブピッチを設定するということである。この２重壁防音構造体の一方の面板側に固有振動数ｆ以上の振動数の音波が入射すると、２重壁防音構造体はある特定の変形モードで固有振動を起こす。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。
【００１２】
解析の対象とした構造体は、図３に示すように、（ａ）厚さ３０ｍｍ、幅６００ｍｍ、リブピッチ７５ｍｍ、面板の板厚２ｍｍ、リブの板厚１．５ｍｍのアルミニウム合金押出材、（ｂ）その面板に板厚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とした。アルミニウム合金のヤング率Ｅは６９ＧＰａ、密度ρは２７００ｋｇ／ｍ３、制振樹脂のヤング率Ｅは２ＧＰａ、密度ρは１５００ｋｇ／ｍ３とした。
【００１３】
この構造体に対し、図４に示す有限要素法による解析モデルを作成し、図４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。なお、節点とは有限要素法による解析モデル上の点を意味する。また、図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に対応する。
加振周波数は図３（ａ）、（ｂ）の場合は２２００Ｈｚ、（ｃ）の場合は２０３０Ｈｚといずれも高次の固有振動数付近の周波数とした。
解析結果を図５に示す。図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３（ａ）〜（ｃ）の構造材の振動時の変形モードである。（ａ）の構造材では上下面板が同じように変形し、かつ変形が左右にほぼ規則正しく伝搬し、（ｂ）の構造材ではその形態をほぼ保つが振幅が減衰した状態となり、（ｃ）の構造材では両面板が全く異なる変形を示し、かつ変形が左右にきわめて不規則に伝搬している。
【００１４】
図５（ａ）の振動時の変形モードを模式的に示したのが図６である。音の放射に関係する上側の面板の変形モードは、リブの付近の変形（破線より上の部分）と中間部分の変形（破線より下の部分）が対称的となっている。従って、面板の振動の振幅自体は大きくても、それにより放射される音波が隣接する部位同士で互いにキャンセレーションを起こして音響放射効率が小さくなり、結果として音が小さくなる。図５（ｂ）については、リブの付近の変形と中間部分の変形が対称的となるだけでなく、振動自体が小さくなるため、さらに音響放射効率が小さく音が小さくなる。
これに対し、図５（ｃ）の場合、上側の面板の変形モードは左右に不規則（下側も面板も不規則）であるため、放射される音波がキャンセレーションを起こさず、音響放射効率が大きく音が小さくならない。
【００１５】
このような音波のキャンセレーションを起こさせるためには、この２重壁防音構造体を、前記のとおり、同じ板厚で互いに平行な２つの面板と、両面板を垂直にほぼ等ピッチで接続するリブで構成する必要がある。なお、リブは両面板に対し数学的な意味で垂直である必要はなく、実質的な意味で垂直であればよい（防音性能を阻害しない範囲での多少の傾斜は許容される）。そのほか、平行あるいは等ピッチという要件についても同様に実質的に解釈すべきである。
【００１６】
ここで、本発明の２重壁防音構造体において、面板の固有振動数ｆが２５０〜５０００Ｈｚの範囲内になるように、面板の材質、板厚及びリブピッチを設定する理由を説明する。
先に述べたように本発明の２重壁防音構造体に面板の固有振動数ｆ以上の振動数の音波が入射したとき、当該構造体は前記の変形モードで振動し、音波のキャンセレーションにより防音効果を発揮する。いいかえれば固有振動数ｆ以上の音波に対して防音効果がある。従って、固有振動数ｆを小さく設定することで、広い振動数領域で防音効果が得られるが、その場合、同じ材質であれば板厚ｔを小さく及び／又はリブピッチｌを大きく設定する必要があり、構造体の断面剛性が低下する。
【００１７】
一方、人間の耳にぎりぎり聞こえる音圧レベル（実効値）を最小可聴値といい、その値は振動数によって大きく変わる。一般に５００Ｈｚ以下では振動数が少ないほど耳の感度が悪くなり、特に２５０Ｈｚ以下では最小可聴値が大きくなるため、効率のよい防音構造体を得るには、固有振動数ｆを２５０Ｈｚ以上に設定するのが現実的であるといえる。構造体の断面剛性等、他の要因を考慮して５００Ｈｚ以上に設定してもよい。また、５０００Ｈｚ以上では振動数が大きくなるほど耳の感度が悪くなり、その最小可聴値は大きくなる。従って、５０００Ｈｚを越える固有振動数ｆに設定するのは余り意味がない。このような理由から本発明の２重壁防音構造体の固有振動数ｆを２５０〜５０００Ｈｚとした。なお、最小可聴値が一般に最も小さくなる３０００〜４０００Ｈｚの範囲を確実にカバーするため、固有振動数ｆを３０００Ｈｚ以下、あるいは２０００Ｈｚ以下の範囲に設定することが一般には望ましいともいえる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の２重壁防音構造体によれば、放射される音波が互いにキャンセレーションするため音響放射効率が小さく、高い防音効果が得られる。また、制振処理を行った場合に制振作用が効果的に発揮され、さらに防音効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る２重壁防音構造体の断面図である。
【図２】  制振処理した２重壁防音構造体の断面図である。
【図３】  有限要素法による解析の対象とした２重壁防音構造体の断面模式図である。
【図４】  その解析モデルである。
【図５】  ２重壁防音構造体の変形モードの解析結果である。
【図６】  変形モードの解析結果を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１、２  面板
３  リブ
４  制振材
【図１】
0004197854.tif 000004
【図２】
0004197854.tif 000005
【図３】
0004197854.tif 000006
【図４】
0004197854.tif 000007
【図５】
0004197854.tif 000008
【図６】
0004197854.tif 000009