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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-25
(45)【発行日】2024-01-09
(54)【発明の名称】吸音構造
(51)【国際特許分類】
   E01F 8/00 20060101AFI20231226BHJP
   G10K 11/16 20060101ALI20231226BHJP
【FI】
E01F8/00
G10K11/16 120
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2020095545
(22)【出願日】2020-06-01
(65)【公開番号】P2021188394
(43)【公開日】2021-12-13
【審査請求日】2023-04-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】390021577
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100207756
【弁理士】
【氏名又は名称】田口 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100129746
【弁理士】
【氏名又は名称】虎山 滋郎
(72)【発明者】
【氏名】野口 勝俊
(72)【発明者】
【氏名】森本 裕介
(72)【発明者】
【氏名】石井 啓稔
(72)【発明者】
【氏名】大森 洋志
【審査官】石川 信也
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-255098(JP,A)
【文献】特開2012-180688(JP,A)
【文献】特開平11-305781(JP,A)
【文献】特開平09-173776(JP,A)
【文献】特開2000-080615(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E01F 8/00
G10K 11/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する第1の面及び第2の面を有する中空形状であり、前記中空形状の内部に前記第1の面側の第1の領域及び前記第2の面側の第2の領域を有する筐体と、
前記第1の領域おいて、前記第2の領域に向かって音源から発せられる音に対して正対する向きに傾斜し、互いに略平行に配置された複数の反射板と、
前記第1の領域を充填する第1の吸音材と、
前記第2の領域を充填する第2の吸音材とを備える、吸音構造。
【請求項2】
前記第1の面及び前記第2の面の法線方向における前記反射板の存在領域は、前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材の総厚に対して70%以下である、請求項1に記載の吸音構造。
【請求項3】
前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより、それぞれ独立して覆われている、請求項1又は2に記載の吸音構造。
【請求項4】
前記第1の領域と前記第2の領域は、上下方向に段違いであり、前記第2の領域が前記第1の領域より上方に配置されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の吸音構造。
【請求項5】
前記反射板の板厚は、0.1mm以上3.2mm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の吸音構造。
【請求項6】
前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材が乾式材料であり、前記乾式材料の密度は、16kg/m以上64kg/m以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の吸音構造。
【請求項7】
前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材が湿式材料であり、前記湿式材料の密度は、20kg/m以上100kg/m以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の吸音構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、吸音構造に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道から生じる音は、防音壁と車輌の間で多重反射をして防音壁外部に漏れて騒音となる。鉄道の高速化に伴い音源の音圧は大きくなる傾向にあり、従来の吸音パネルを適用した場合、騒音対策が不十分となる。新幹線のような高速鉄道の騒音を低減するために反射板を内蔵した吸音パネルが提案され、防音壁としての高架橋の側壁に実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
鉄道通過音などのように音源方向が一定で方向性を持つ音を効率良く吸音するには、特許文献1に記載の反射板を内蔵した吸音パネルは非常に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2007-255098号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
さらに高速な鉄道であるリニアモーターカーの開通に伴い、新たに高架橋に防音壁を設置する必要が生じている。リニアモーターカーから発せられる騒音は、従来の高速鉄道よりも低周波であることが特徴であり、また音圧レベルも大きいことから、従来の吸音パネルでは騒音対策が不十分であった。
【0005】
そこで、本発明は、リニアモーターカーのような新幹線を超える速度域を持つ高速鉄道の騒音を低減することが可能な吸音構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の要旨は、以下のとおりである。
[1]対向する第1の面及び第2の面を有する中空形状であり、前記中空形状の内部に前記第1の面側の第1の領域及び前記第2の面側の第2の領域を有する筐体と、前記第1の領域おいて、前記第2の領域に向かって音源から発せられる音に対して正対する向きに傾斜し、互いに略平行に配置された複数の反射板と、前記第1の領域を充填する第1の吸音材と、前記第2の領域を充填する第2の吸音材とを備える、吸音構造。
[2]前記第1の面及び前記第2の面の法線方向における前記反射板の存在領域は、前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材の総厚に対して70%以下である、[1]に記載の吸音構造。
[3]前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより、それぞれ独立して覆われている、[1]又は[2]に記載の吸音構造。
[4]前記第1の領域と前記第2の領域は、上下方向に段違いであり、前記第2の領域が前記第1の領域より上方に配置されている、[1]~[3]のいずれかに記載の吸音構造。
[5]前記反射板の板厚は、0.1mm以上3.2mm以下である、[1]~[4]のいずれかに記載の吸音構造。
[6]前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材が乾式材料であり、前記乾式材料の密度は、16kg/m以上64kg/m以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の吸音構造。
[7]前記第1の吸音材及び前記第2の吸音材が湿式材料であり、前記湿式材料の密度は、20kg/m以上100kg/m以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の吸音構造。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、リニアモーターカーのような高速鉄道の騒音を低減することが可能な吸音構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の第1の実施形態に係る吸音構造を示す模式的図である。
図2】本発明の第2の実施形態に係る吸音構造を示す模式的図である。
図3】実施例1の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。
図4】比較例1の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。
図5】比較例2の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。
図6】比較例3の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明について実施形態を用いてより詳細に説明する。
【0010】
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る吸音構造1は、図1に示すように、対向する第1の面11及び第2の面12を有する中空形状であり、中空形状の内部に第1の面11側の第1の領域R及び第2の面12側の第2の領域Rを有する筐体10と、第1の領域Rおいて、第2の領域Rに向かって音源50から発せられる音に対して正対する向きに傾斜し、互いに略平行に配置された複数の反射板20と、第1の領域Rを充填する第1の吸音材30と、第2の領域Rを充填する第2の吸音材40とを備える。
【0011】
(筐体)
筐体10の形状は、対向する第1の面11及び第2の面12を有する中空形状であり、図1においては、直方体であるが特に限定されず、立方体、円柱、正四面体であってもよく、これら以外の他の形状であってもよい。
【0012】
筐体10を構成する面は、多数の貫通孔が設けられていることが好ましく、例えば、金網、パンチングメタル及びルーバー等が挙げられる。筐体10を構成する面としては、吸収効果を向上させ、かつ、剛性及び耐久性を得る観点から、多数の貫通孔が設けられているパンチングメタル等の多孔板であることが好ましい。貫通孔の形状は、丸孔、角孔及び長孔等のいずれであってもよい。筐体10を構成する第1の面11を除く面に多数の貫通孔が設けられていることによって、音源50からの音が第1の領域R1、及び第2の領域R2で多重反射して減衰量が多くなり、音源50からの騒音に対する吸収効果を高めることができる。
例えば、筐体10を構成する第2の面12に設けられる多数の貫通孔は、音源50から筐体10に直接入射する音の吸収に効果を奏する。また、筐体10を構成する上面13に多数の貫通孔が設けられている場合、筐体10の上部を超える音Sの吸収に効果を奏する。
筐体10を構成する面の貫通孔による開口率は、20%以上70%以下であることが好ましく、35%以上65%以下であることがより好ましく、40%以上60%以下であることがさらに好ましい。筐体10を構成する面の貫通孔による開口率が上記範囲内であることで、筐体10の剛性及び耐久性を維持しつつ、音源50からの騒音に対する吸収効果を効率よく奏することができる。なお、筐体10を構成する面の貫通孔による開口率とは、筐体10を構成する面を平面視したときに、周囲のフレーム部分を除いた貫通孔を含む面全体の面積に対する貫通孔の面積の割合である。
防音壁を構成するための吸音構造1である場合、第1の面11は十分な遮音性能を持った平板であることが好ましい。上面13及び下面14は、平板であってもよい。
【0013】
筐体10の材質としては、剛性及び耐久性を有する材質を採用することができ、例えば、鉄、鋼鉄及びアルミニウム等の金属、並びに、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等の樹脂などが挙げられる。筐体10の材料として、耐久性の面からは、金属が好ましく、中でも、高耐食性めっき鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板が好ましい。高耐食性めっき鋼板として、具体的には、スーパーダイマ鋼板(登録商標)及びZAM(登録商標)鋼板等が挙げられる。正面板10の材質として、金属が好ましく、中でも、防音壁を構成するための吸音構造1においては高い剛性を有する高耐食性めっき鋼板がより好ましい。正面板10は、耐食性を向上させるための塗装等を施してもよい。
【0014】
筐体10の厚みは、0.8mm以上9.0mm以下であることが好ましく、1.2mm以上6.0mm以下であることがより好ましく、1.6mm以上4.5mm以下であることがさらに好ましい。筐体10の厚みが上記範囲内であることで、剛性及び耐久性を有し、且つ軽量な筐体10とすることができる。
【0015】
(反射板)
反射板20は、1枚だけでは吸音効果が不十分であり、複数枚設けられる。具体的には、反射板20は、第2の領域Rに向かって音源に対して正対する向きに傾斜し、互いに隣接する少なくとも2枚が略平行であればよい。
反射板20は、第2の領域Rに向かって音源に対して正対する向きに傾斜して配置されることで、音源50に対して所定の角度で互いに隣接する少なくとも2枚が略平行に配置される。
他の反射板20は、所定の角度を保ち非平行でお互いに交差するように設けられていてもよい。
複数の反射板20が、音源50に対して所定の角度で互いに略平行に設けられることによって、吸音構造1を防音壁に採用したときに、防音壁と車輌との間で多重反射して防音壁外部に漏れていた騒音の多重反射部分の方向を変え、騒音が防音壁外側に漏れにくくなり防音効果が増大する。
また、反射板20間で騒音が多重反射することによって、多重反射中の音が第1の吸音材30の中を通過することで減衰量が大きくなり、さらに防音効果が増大する。
なお、本明細書における略平行とは、厳密な意味での平行のみを意味するのではなく、上記騒音の多重反射の方向を変えうる程度の角度を許容する意味であり、通常は互いに隣接する反射板が±10°以内にあればよい。
【0016】
反射板20は、第1の領域Rに第2の領域Rに向かって音源に対して正対する向きに傾斜し、互いに隣接する少なくとも2枚が略平行となるように配置可能な手段であれば特に限定されない。
例えば、第2の領域Rに固定部材(図示せず)を備え、反射板20を固定部材に固定する手段でもよく、反射板20を第2の吸音材40で反射板20を固定する手段でもよい。
中でも、反射板20の傾斜角度の設定及び保持が容易である観点から、反射板20を固定部材に固定する手段が好ましい。
図1に示すように、反射板20の下端部20aを第2の領域Rの第2の面11側に備える固定部材に固定した場合、反射板20と固定部材とのなす角θは、10°以上65°以下であることが好ましく、12°以上55°以下であることがより好ましく、15°以上45°以下であることがさらに好ましい。反射板20と固定部材とのなす角θが上記範囲内であることで、反射板20が音源50に対して所定の角度で設けられ防音効果を向上させることができる。
【0017】
第1の面11及び第2の面12の法線方向Nにおける反射板20の存在領域Eは、第1の吸音材30及び第2の吸音材40の総厚Eに対して70%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましく、50%以下であることがさらに好ましい。
反射板20の存在領域Eが第1の吸音材30及び第2の吸音材40の総厚Eに対して上記上限値以下であることで、音が反射板20で反射して第2の面12側から出る場合に、音の経路に第1の吸音材30及び第2の吸音材40が存在することになり、吸音効果を高めることができる。
【0018】
反射板20の板厚Wは、0.1mm以上3.2mm以下であることが好ましく、0.3mm以上2.3mm以下であることがより好ましく、0.4mm以上1.6mm以下であることがさらに好ましい。反射板20の板厚Wが上記範囲内であることで、音の反射をさせる機能を維持するとともに重量を低減することができ、音が外に漏れにくくなる効果と軽量化効果の両立ができる。
【0019】
反射板20の面密度は、0.05g/cm以上7g/cm以下であることが好ましい。
反射板20の面密度が上記下限値以上であることで、音の反射量が増大し、音が外に漏れにくくなる。また、反射板20の面密度が上記上限値以下であることで、吸音構造1の軽量化を図ることができる。
【0020】
反射板20の材質としては、剛性及び耐久性を有する材質を採用することができ、例えば、鉄、鋼鉄及びアルミニウム等の金属、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等の樹脂、並びに、木製合板などが挙げられる。反射板20の材料として、金属が好ましく、中でも、高耐食性めっき鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板が好ましい。高耐食性めっき鋼板として、具体的には、スーパーダイマ鋼板(登録商標)及びZAM(登録商標)鋼板等が挙げられる。反射板20の材質として、金属が好ましく、中でも、剛性を有しかつ軽量であることから、アルミニウム板が好ましい。反射板20は、耐食性を向上させるための塗装等を施してもよい。
【0021】
(第1の吸音材、第2の吸音材)
第1の吸音材30は、第1の領域Rの反射板20間を充填する。また、第2の吸音材40は、第2の領域Rを充填する。つまり、第1の吸音材30及び第2の吸音材40によって、筺体10の内部が充填されることになり、防音壁と車輌との間で発生する多重反射を吸音することで防音効果が大きくなる。また、第1の吸音材30及び第2の吸音材40によって、反射板20を設けたことで生じる筺体10の内部での多重反射音及び直接反射音を取り除く(吸音する)ことが可能となり、さらに防音効果を向上させることができる。
吸音材30と吸音材40は、一体成型されたものであっても、分割されたものであってもよい。
【0022】
第1の吸音材30及び第2の吸音材40の材質は、特に限定されるものではないが、例えばグラスウール、ロックウール、合成繊維及び金属繊維等の乾式材料、並びに、ウレタンフォーム及びパテ等の湿式材料が挙げられる。第1の吸音材30及び第2の吸音材40の材質は、乾式材料又は湿式材料を単体で用いてもよい。乾式材料のうち、グラスウール等の水分を含むと変形するものは、撥水性のものを用いることが好ましい。
【0023】
第1の吸音材30及び第2の吸音材40の乾式材料の密度は、16kg/m以上64kg/m以下であることが好ましく、20kg/m以上48kg/m以下であることがより好ましく、24kg/m以上32kg/m以下であることがさらに好ましい。第1の吸音材30及び第2の吸音材40の乾式材料の密度が上記範囲内であることで、吸音効果と製造コスト低減とを両立させることができる。
【0024】
第1の吸音材30及び第2の吸音材40の湿式材料の密度は、20kg/m以上100kg/m以下であることが好ましく、25kg/m以上80kg/m以下であることがより好ましく、30kg/m以上60kg/m以下であることがさらに好ましい。第1の吸音材30及び第2の吸音材40の湿式材料の密度が上記範囲内であることで、吸音効果と吸音構造の軽量化とを両立させることができる。
【0025】
第1の吸音材30及び第2の吸音材40は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより、それぞれ独立して覆われていることが好ましい。第1の吸音材30及び第2の吸音材40が、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより覆われていることで、第1の吸音材30及び第2の吸音材40に撥水性又は防水性を付与することができ、水分を含むことによる変形を防止し、耐久性を向上させることができる。また、第1の吸音材30及び第2の吸音材40をそれぞれ独立して覆うことで、吸音材の飛散を防止することができ、第1の吸音材30及び第2の吸音材40の密度及び厚み等を制御することが容易となる。
なお、ガラスクロスは、特に限定されるものではないが、吸音性能と飛散防止性能とのバランスから目の密度及び厚みがEP12D相当からEP18B相当(JIS R 3414:2012)の範囲にあるものであることが好ましい。
【0026】
第1の実施形態に係る区画構造によれば、反射板間による音の内部反射回数が増加することで吸音効果を向上させることができる。さらに、第1の実施形態に係る区画構造によれば、音が反射板で直接反射して第2の面側から出る場合に、音の経路に第1の吸音材及び第2の吸音材が存在することで、音が減衰しながら進行していくことになり、低周波化した騒音に対しても吸音効果を向上させることができる。
【0027】
[第2の実施形態]
第2の実施形態において第1の実施形態と相違する点は、図2に示すように、第1の領域Rと第2の領域Rは、上下方向に段違いであり、第2の領域Rが第1の領域Rより上方に配置されている点である。以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を説明する。また、以下では、異なる実施形態の説明でも、同一の構成を有する部材には同一の符号を付す。
【0028】
本実施形態における第2の吸音材40の充填する第2の領域Rは、第1の領域Rより、図2において紙面上方向に段違いに配置されている。第2の領域Rが第1の領域Rより下方に配置されると最上部の反射板20より上方の範囲に音が入る経路が狭まり、その領域にある吸音材の性能を活用することができない。第2の領域Rが第1の領域Rより上方に配置されることにより、この領域を有効に活用できることとなり、第2の領域Rの第2の吸音材40を有効に利用することが可能となることから防音効果を向上させることができる。
【実施例
【0029】
以下に実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、本発明における吸音構造の評価方法は以下のとおりである。
【0030】
<評価方法>
試験方法は、平成7年度建設技術評価制度(国土交通省)公募課題「騒音低減効果の大きい吸音板の開発」で規定された吸音性能試験方法(斜入射吸音率法)に準じて行った。
【0031】
[実施例1]
(吸音構造)
対向する第1の面及び第2の面を有する中空形状であり、中空形状の内部に第1の領域及び第2の領域を有する直方体の筐体(亜鉛系合金メッキ鋼板、日鉄日新製鋼社製、商品名「ZAM(登録商標)鋼板」)を用意した。筐体の壁面の厚みは2.3mm、第1の面は、4.5mmの平板鋼板、第2の面は、1.2mmの多孔板とした。
第1の面及び第2の面の法線方向における第1の領域の厚みは50mmであり、第2の領域の厚みは50mmであった。
第1の領域おいて、第2の領域に向かって斜め上方に傾斜し、互いに略平行に配置された反射板(亜鉛系合金メッキ鋼板、新日本製鉄社製、商品名「ZAM(登録商標)鋼板」)を設けた。反射板の面密度は0.31g/cm、反射板の板厚は0.4mm、固定部材とのなす角は23°とした。
第1の領域おいて、反射板を設けた後、第1の領域を第1の吸音材(グラスウール、マグ・イゾベール株式会社製)で充填した。第1の吸音材の密度は、32kg/mとした。
第2の領域を第2の吸音材(グラスウール、マグ・イゾベール株式会社製)で充填した。第2の吸音材の密度は、32kg/mとした。
なお、第1の面及び第2の面の法線方向における反射板の存在領域は、第1の吸音材及び第2の吸音材の総厚に対して50%であった。
この吸音構造の評価結果を図3のグラフに示す。
【0032】
[比較例1]
実施例1において、第2の領域がない筐体に変更し、第2の吸音材を無くした以外は実施例1と同様に吸音構造を得た。
この吸音構造の評価結果を図4のグラフに示す。
【0033】
[比較例2]
実施例1において、第1の面及び第2の面の法線方向における反射板の存在領域が、第1の吸音材及び第2の吸音材の総厚に対して100%に変更した以外は実施例1と同様に吸音構造を得た。
この吸音構造の評価結果を図5のグラフに示す。
【0034】
[比較例3]
実施例1において、反射板を無くして、第1の面及び第2の面の法線方向における反射板の存在領域が、第1の吸音材及び第2の吸音材の総厚に対して0%に変更した以外は実施例1と同様に吸音構造を得た。
この吸音構造の評価結果を図6のグラフに示す。
【0035】
実施例1では、反射板と第1の吸音材と第2の吸音材とを備えることで、低周波領域に対しても優れた防音効果を奏した。
これに対して、比較例1~3では、低周波領域に対して防音効果が不良であった。
【符号の説明】
【0036】
1 吸音構造
10 筐体
11 第1の面
12 第2の面
20 反射板
20a 下端部
30 第1の吸音材
40 第2の吸音材
50 音源
図1
図2
図3
図4
図5
図6