特開 2023-127710 音響構造材及び構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127710

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】音響構造材及び構造体

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/16 20060101AFI20230907BHJP

   G10K 11/168 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

G10K11/16 120

G10K11/168

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031565

(22)【出願日】2022-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000006714

【氏名又は名称】横浜ゴム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 豪敏

(72)【発明者】

【氏名】中川 美薫

(72)【発明者】

【氏名】田中 友輔

(72)【発明者】

【氏名】竹本 周平

【テーマコード（参考）】

5D061

【Ｆターム（参考）】

5D061AA06

5D061BB37

(57)【要約】

【課題】構造材としての機能を有し且つ軽量化を実現する音響材を提供する。
【解決手段】音響構造材は、音波を吸収する吸音層を有する表面部と、表面部の背面に接合された背面部とを備える。背面部が、繊維強化プラスチック製の２枚の板状部材と、２枚の板状部材に挟まれた反射層とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波を吸収する吸音層を有する表面部と、
前記表面部の背面に接合された背面部とを備え、
前記背面部が、繊維強化プラスチック製の２枚の板状部材と、前記２枚の板状部材に挟まれた反射層とを有する、
音響構造材。

【請求項2】

前記表面部は水よりも密度が大きい、
請求項１に記載の音響構造材。

【請求項3】

前記表面部は、気泡分散型粘弾性材料又は気孔構造型粘弾性材料からなる、
請求項１又は２に記載の音響構造材。

【請求項4】

前記背面部は前記表面部よりも密度が小さい、
請求項１に記載の音響構造材。

【請求項5】

前記表面部は複数の前記吸音層からなる積層構造を有し、前記背面部に近い前記吸音層ほど密度が小さい、
請求項１～３のいずれか一項に記載の音響構造材。

【請求項6】

フレーム部材と、
前記フレーム部材に結合された請求項１～５のいずれか一項に記載の音響構造材と、を備える、
構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、構造材としての機能を有する音響材及びそれを備える構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、音波を吸収する吸音材や音波を遮断する遮音材などの音響材が知られている。例えば、特許文献１は、板状の遮音材である遮音板を開示する。

【0003】

特許文献１の遮音板は、一側面に凹部が形成されたゴム弾性体から成る遮音材本体と、遮音材本体の上記の一側面を覆うカバー部材とを備える。カバー部材は、両側面に配置されたゴム層と、ゴム層の間に配置された繊維補強樹脂層とを有し、この繊維補強樹脂層によって経年後もカバー部材の形状が保持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－１６６７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、板状の音響材は、構造物のフレームや面材に貼り付けられるか、ボルト及びナット等で締結される。この様式を合理化するにあたり、音響材自体は構造材としての機能や強度を備えていない。音響材に構造材としての強度を併せ備えるために金属製の構造面材を単純に組み合わせると、重量の増加を免れないうえ、吸音性能が低下する。

【0006】

本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、構造材としての機能を有する音響材及びそれを用いる構造体の軽量化を実現する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る音響構造材は、
音波を吸収する吸音層を有する表面部と、
前記表面部の背面に接合された背面部とを備え、
前記背面部が、繊維強化プラスチック製の２枚の板状部材と、前記２枚の板状部材に挟まれた反射層とを有することを特徴としている。

【0008】

また、本開示の一態様に係る構造体は、
フレーム部材と、
前記フレーム部材に結合された前記音響構造材と、を備えることを特徴としている。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、構造材としての機能を有する音響材及びそれを用いる構造体の軽量化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る音響構造材の断面図である。

【図2】図２は、表面部が複数の吸音層からなる変形例に係る音響構造材の断面図である。

【図3】図３は、音響構造材が構造物の構成部材として用いられた例を示す図である。

【図4】図４は、従来の音響材が構造物の構成部材として用いられた例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。図１は本開示の一態様に係る音響構造材１の断面図である。図１に示す音響構造材１は、音響材及び構造材としての機能を併せ備える板状部材である。音響材とは、音波を吸収する吸音材と、音波を遮断する遮音材とを指し、本開示に係る音響構造材１は吸音材及び遮音材の両方の機能を備える。構造材とは、建築物、船体、車体、及び機体などの構造物の構成要素（構造材料）となる部材である。構造材には荷重が掛かることから、非構造部材と比較して高い強度及び曲げ剛性が要求される。

【0012】

音響構造材１は、表面部２と背面部４とが積層されてなる。表面部２の背面に背面部４が接合されており、表面部２と背面部４は一体化されている。音響構造材１の表面には表面部２が表れ、背面には背面部４が表れている。

【0013】

表面部２は、音波を吸収して反射波を減衰させる吸音機能を有する。表面部２の構成材料及び構造は、音響構造材１の使用態様に合わせて選択されることが望ましい。本開示に係る音響構造材１は水中で使用される態様を想定して、表面部２は気泡分散型粘弾性材料からなり、水中で音波を吸収して反射波を減衰させる機能を有する。気泡分散型粘弾性材料は、ゴム又はゴム状樹脂などの粘弾性材料の内部に多数の微細気泡が略均一に分散したものである。気泡分散型粘弾性材料は、発泡体であってよい。或いは、表面部２は、気孔構造型粘弾性材料から構成されていてもよい。表面部２の厚みは、減衰したい周波数帯における最高周波数の波長の１／４乃至１／１６程度が望ましい。表面部２の固有音響インピーダンス値を水の固有音響インピーダンス値を基準として表した指標値Ｋ0（Ｋ0＝表面部２の固有音響インピーダンス値／水の固有音響インピーダンス値）は０．５以上０．９以下が望ましい。

【0014】

図２に示すように、表面部２は、固有音響インピーダンス値の異なる２種類以上のｎの吸音層Ａからなる積層構造を有していてよい。ここで、ｎは実数であり、ｎの値が大きいほど背面部４に近い。図２に示す例では、ｎ＝３である。例えば、第１吸音層Ａ1の固有音響インピーダンス値のほうが第ｎ吸音層Ａnの固有音響インピーダンス値よりも大きい。その上で、第１吸音層Ａ1の固有音響インピーダンス値を水の固有音響インピーダンス値を基準として表した指標値Ｋ1（Ｋ1＝第１吸音層Ａ1の固有音響インピーダンス値／水の固有音響インピーダンス値）は０．５以上０．９以下が望ましい。同様に、第ｎ吸音層Ａnの固有音響インピーダンス値を水の固有音響インピーダンス値を基準として表した指標値Ｋn（Ｋn＝第ｎ吸音層Ａnの固有音響インピーダンス値／水の固有音響インピーダンス値）は０．５以上０．９以下が望ましい。つまり、表層の第１吸音層Ａ1と水との固有音響インピーダンス値の差は音波の反射を抑える程度に十分に小さく、第ｎ吸音層Ａnと水との固有音響インピーダンス値の差はそれよりも大きい。例えば、指標値Ｋ1が０．９である場合に、指標値Ｋnは０．７である。そして、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1の指標値Ｋn-1は、第ｎ吸音層Ａnの指標値Ｋnよりも大きい。ここで、指標値Ｋn-1は、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1の固有音響インピーダンス値／水の固有音響インピーダンス値である。固有音響インピーダンス値は、媒質の密度×媒質中の音速として表されることから、表面部２の密度は水の密度よりも大きく、且つ、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1の密度は第ｎ吸音層Ａnの密度よりも大きいこととなる。

【0015】

図１に戻って、背面部４は、表面部２を支える基台となり、音響構造材１に構造材としての強度と曲げ剛性を与える。また、背面部４は、音波を吸収する吸音機能、及び、音波を遮断して反射する遮音機能を有する。背面部４は、第１ＦＲＰ板４１、反射層４３、及び、第２ＦＲＰ板４２が、この順に積層されてなる。第１ＦＲＰ板４１、反射層４３、及び第２ＦＲＰ板４２は接合されて一体構造となっている。例えば、第１ＦＲＰ板４１と反射層４３、及び、反射層４３と第２ＦＲＰ板４２が接着により接合されていてよい。第１ＦＲＰ板４１は、表面部２と接合されている。例えば、第１ＦＲＰ板４１と表面部２は接着により接合されていてよい。

【0016】

第１ＦＲＰ板４１及び第２ＦＲＰ板４２は、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics、ＦＲＰ）から成る板状部材である。繊維強化プラスチックは、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などに、ガラス繊維、樹脂繊維、及び炭素繊維などの繊維を複合して強度を向上させた強化プラスチックである。繊維強化プラスチックは、金属材料よりも比強度が高く、軽量化が可能である。第１ＦＲＰ板４１及び第２ＦＲＰ板４２の個々の厚みは、減衰したい周波数帯における最高周波数の波長の１／４乃至１／１６程度が望ましい。

【0017】

反射層４３は、音波を吸収して反射波を減衰させる機能を有する。本開示に係る反射層４３は、表面部２と同様に、気泡分散型粘弾性材料又は気孔構造型粘弾性材料からなる。反射層４３の厚みは、減衰したい周波数帯における最高周波数の波長の１／１６乃至１／３２程度が望ましい。つまり、反射層４３の厚みは、表面部２と同程度かそれよりも小さい。反射層４３の固有音響インピーダンス値を水の固有音響インピーダンス値を基準として表した指標値ＫR（ＫR＝反射層４３の固有音響インピーダンス値／水の固有音響インピーダンス値）は０．２以上０．４以下が望ましい。つまり、反射層４３の固有音響インピーダンス値は表面部２の固有音響インピーダンス値よりも小さい。換言すれば、反射層４３の密度は水の密度よりも小さく、反射層４３の密度は表面部２の密度よりも小さい。

【0018】

背面部４は、第１ＦＲＰ板４１及び第２ＦＲＰ板４２の間に反射層４３が介在することによって、同じ厚みのＦＲＰ板と比較して軽量となっている。このように、背面部４は、背面部４に要求される曲げ強度を備えるための厚みが、より軽量な構造で実現されている。

【0019】

ここで、上記構成の音響構造材１の音響機能について説明する。外部から音響構造材１の表面である表面部２へ音波が入射する。表面部２へ入射した音波の一部は表面部２で吸収され、余の一部は表面部２で反射され、残部は表面部２を透過する。背面部４の第１ＦＲＰ板４１と第２ＦＲＰ板４２は、音波を吸収しつつ反射する。表面部２を透過した音波の一部は、第１ＦＲＰ板４１で反射して表面部２で再び吸収され、残部は背面部４へ入る。背面部４へ入った音波の一部は、第１ＦＲＰ板４１及び第２ＦＲＰ板４２で反射して第１ＦＲＰ板４１と第２ＦＲＰ板４２の間に留まり、反射層４３で吸収される。このように、背面部４は、入ってきた音波を吸収するとともに、音響構造材１の背面への音波の透過を抑制する。背面部４による音波の透過抑制および反射により、位相差による音波減衰も実現される。

【0020】

続いて、音響構造材１の適用例について説明する。図３は、音響構造材１の施工例を示す図である。図３に示す例では、音響構造材１は、構造物の表面を形成する構造体１０として用いられている。構造体１０は枠組みとなるフレーム部材５を備え、フレーム部材５に音響構造材１が取り付けられている。音響構造材１は、当該音響構造材１の背面を形成する背面部４の第２ＦＲＰ板４２とフレーム部材５とが接触するように配置されている。

【0021】

図４は、構造物の一要素としての従来の音響材１０１を示す図である。図４に示す従来例では、構造物を構成する構造体１０Ａはフレーム部材５と金属製面材１０２とを備え、フレーム部材５に金属製面材１０２が固定され、金属製面材１０２に音響材１０１が結合されている。このような従来例の金属製面材１０２及び音響材１０１の組み合わせと比較して、本開示に係る音響構造材１は、同等又はそれ以上の強度及び曲げ剛性を備えながら、金属製面材１０２の省略により構造体１０を軽量化できる。

【0022】

〔総括〕
以上に説明した通り、本開示に係る音響構造材１は、
音波を吸収する吸音層を有する表面部２と、
表面部２の背面に接合された背面部４とを備え、
背面部４が、繊維強化プラスチック製の２枚の板状部材（第１ＦＲＰ板４１，第２ＦＲＰ板４２）と、２枚の板状部材４１，４２に挟まれた反射層４３とを有することを特徴としている。

【0023】

上記構成の音響構造材１では、表面部２によって吸音材としての機能が備えられ、表面部２の背面に設けられた背面部４によって構造材としての機能が備えられる。背面部４は第１ＦＲＰ板４１と第２ＦＲＰ板４２の間に軽量の反射層４３を挟んで一体構造とした、いわゆる、サンドイッチ構造を有する。このようなサンドイッチ構造を有する背面部４は、背面部４として金属板を採用する場合と比較して、軽量で大きな曲げ剛性を備えることができる。よって、本開示によれば、構造材としての強度及び曲げ剛性を備え且つ軽量化を実現する面状の音響材である音響構造材１を提供することができる。

【0024】

更に、背面部４は、第１ＦＲＰ板４１及び第２ＦＲＰ板４２で反射した音波が反射層４３で吸収されることによって、吸音材及び遮音材としての機能を備える。よって、音響構造材１は、優れた遮音及び吸音機能を備える。

【0025】

上記構成の音響構造材１において、表面部２は水よりも密度が大きいものであってよい。

【0026】

上記構成の音響構造材１において、背面部４は表面部２よりも密度が小さいものであってよい。

【0027】

これにより、背面部４は軽量化され、音響構造材１の軽量化に寄与することができる。

【0028】

上記構成の音響構造材１において、表面部２は、傾斜的に密度が変化していく構造を有し、当該構造を実現するために任意のｎの吸音層Ａの積層構造を有していてよい。ここで、背面部４に近い吸音層Ａほど密度が小さい。例えば、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1の密度は第ｎ吸音層Ａnの密度よりも大きい。

【0029】

これにより、表面部２が１種類の吸音層Ａで形成される場合と比較して、高い吸音性能を備えることができる。

【0030】

上記構成の音響構造材１において、表面部２は、気泡分散型粘弾性材料又は気孔構造型粘弾性材料からなるものであってよい。この音響構造材１において、表面部２は、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1と当該第（ｎ－１）吸音層Ａn-1の背面側に積層された第ｎ吸音層Ａnとを有し、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1及び第ｎ吸音層Ａnは水よりも密度が大きく、且つ、第（ｎ－１）吸音層Ａn-1は第ｎ吸音層Ａnも密度が大きいものであってよい。

【0031】

上記の音響構造材１は水中で音波の吸収に使用されるのに好適である。このような音響構造材１は、例えば、船体や水中航走体の構造外面材として用いることができる。

【0032】

また、本開示の一態様に係る構造体１０は、フレーム部材５と、フレーム部材５に結合された音響構造材１と、を備える。

【0033】

上記構成の構造体１０によれば、音響構造材１が金属材料製の構造材及び音響材としての機能を併せ備えるので、音響材と構造材とが別部材である場合と比較して構造体１０の軽量化を実現できる。

【0034】

上記の開示は例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、本開示に含まれる特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0035】

１ ：音響構造材
２ ：表面部
４ ：背面部
５ ：フレーム部材
１０ ：構造体
４１ ：第１ＦＲＰ板（板状部材）
４２ ：第２ＦＲＰ板（板状部材）
４３ ：反射層
Ａ ：吸音層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】