JP6902105B2

JP6902105B2 - 消音管状構造体

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Publication number: JP6902105B2
Application number: JP2019546723A
Authority: JP
Inventors: 真也白田; 昇吾山添; 暁彦大津; 美博菅原
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2038-10-02
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Description

本発明は、消音管状構造体に関する。

住宅の壁に換気のために設けられる通気スリーブ、および、自動車エンジンの排気のためのマフラー等の管状部材では、管状部材の長さおよび開口部の直径（開口面積）等に応じて、特定の周波数の音が透過する。この周波数は管状部材内で共鳴が生じる周波数であり、管状部材内で共鳴が生じることで高い透過率で音が管状部材内を透過してしまう。
そのため、管状部材には各種の消音構造が配置されて、管状部材内を透過する音を消音している。

例えば、特許文献１には、気体流路を形成するダクト本体と、ダクト本体に連通して一体形成される連通短管と、連通短管の連通孔を塞ぐ膜状シートと、膜状シートを覆うようにして連通短管に取付けられる保護キャップとを具備する低騒音ダクトが記載されている。特許文献１は連通短管を塞ぐ膜状シートの膜振動によって吸音するものである。

また、特許文献２には、通気管の消音構造であって、通気管は、一次側ダクトであり、一次側ダクトの周壁に通気孔が設けられ、通気孔を覆うようにして周壁の外側にカバーが設けられており、カバー内に活性炭が収納され、活性炭と周壁との間に通気性部材が介在する通気管の消音構造が記載されている。特許文献２は活性炭の消音作用を利用して吸音するものである。

特開２００３−６５１７３号公報国際公開第２００９／１１０３４４号

特許文献１に記載の低騒音ダクトでは、ダクト本体の外周面一部に開孔を設けてこの開孔の位置に合わせて、ダクト本体の外周部に連通短管が形成されている。そのため、ダクト本体の構造強度が小さくなってしまうという問題があった。連通短管のスペースが必要となるため、スペースの狭い電子機器、および、自動車等では配置が困難な場合が多いという問題があった。

特許文献２に記載の通気管の消音構造では、通気管の外周部に活性炭を収容するカバーが設けられている。通気管と活性炭を収容するカバー内と連通させるため、通気管の外周部に開口を設ける必要がある（特許文献２の図４（ｂ）等参照）。そのため、通気管の構造強度が小さくなってしまうという問題があった。カバー部分のスペースが必要となるため、スペースの狭い電子機器、および、自動車等では配置が困難な場合が多いという問題があった。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、高い強度を有し、狭いスペースにも配置できる消音管状構造体を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、筒状の管状部、および、管状部の内周面側に、少なくとも一部が一体成形された枠体部を有する管状部材と、管状部材の枠体部の開口面に交換可能に配置される蓋部材と、を有し、枠体部と蓋部材とが共鳴型の消音構造を構成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、以下の構成により上記課題を解決することができることを見出した。

［１］筒状の管状部、および、前記管状部の内周面側に、少なくとも一部が一体成形された枠体部を有する管状部材と、
管状部材の枠体部の開口面に交換可能に配置される蓋部材と、を有し、
枠体部と蓋部材とが共鳴型の消音構造を構成する消音管状構造体。
［２］蓋部材は、枠体部の開口面よりも小さく、開口面の一部を覆う板状部材であり、
消音構造は、枠体部および蓋部材に囲まれる中空部と、開口面の蓋部材に覆われていない開口部と、を有する共鳴構造である［１］に記載の消音管状構造体。
［３］蓋部材は、開口部を有し、
消音構造は、枠体部および蓋部材に囲まれる中空部と、蓋部材に形成された開口部と、を有する共鳴構造である［１］に記載の消音管状構造体。
［４］枠体部は、開口部を有し、
消音構造は、枠体部および蓋部材に囲まれる中空部と、枠体部に形成された開口部と、を有する共鳴構造である［１］に記載の消音管状構造体。
［５］共鳴構造での共鳴が気柱共鳴である［２］〜［４］のいずれかに記載の消音管状構造体。
［６］共鳴構造での共鳴がヘルムホルツ共鳴である［２］〜［４］のいずれかに記載の消音管状構造体。
［７］蓋部材は、膜振動可能な膜状部材であり、
消音構造は、枠体部の開口面に配置された膜状部材が膜振動する共鳴構造である［１］に記載の消音管状構造体。
［８］共鳴構造が、可聴域の音に共鳴する［２］〜［７］のいずれかに記載の消音管状構造体。
［９］消音構造は、管状部内で共鳴する音の音圧の腹になる位置に配置されている［１］〜［８］のいずれかに記載の消音管状構造体。
［１０］蓋部材の材質が、枠体部の材質と同じである［１］〜［９］のいずれかに記載の消音管状構造体。
［１１］共鳴型の消音構造の内部もしくは外部に、多孔質吸音体が存在する［１］〜［１０］のいずれかに記載の消音管状構造体。

本発明によれば、高い強度を有し、狭いスペースにも配置できる消音管状構造体を提供することができる。

本発明の消音管状構造体の一例を模式的に示す斜視図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。消音構造を模式的に示す斜視図である。管状部材の一例を模式的に示す断面図である。図４をａ方向から見た図である。消音構造の他の一例を模式的に示す斜視図である。消音構造の他の一例を模式的に示す斜視図である。シミュレーションに用いた管状部のモデルを説明するための図である。周波数と音圧との関係を表すグラフである。開口からの距離と内部音圧との関係を表すグラフである。シミュレーションに用いた消音構造のモデルを説明するための図である。周波数と透過損失量との関係を表すグラフである。周波数と透過損失量との関係を表すグラフである。開放端からの距離と透過損失量との関係を表すグラフである。開放端からの距離と透過損失量との関係を表すグラフである。周波数と透過損失量との関係を表すグラフである。

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、例えば、「４５°」、「平行」、「垂直」あるいは「直交」等の角度は、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が５度未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、４度未満であることが好ましく、３度未満であることがより好ましい。

［消音管状構造体］
本発明の消音管状構造体は、
筒状の管状部、および、管状部の内周面側に、少なくとも一部が一体成形された枠体部を有する管状部材と、
管状部材の枠体部の開口面に交換可能に配置される蓋部材と、を有し、
枠体部と蓋部材とが共鳴型の消音構造を構成する消音管状構造体である。

本発明の消音管状構造体の一例について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本発明の消音管状構造体の一例を示す模式的な斜視図である。図２は、図１に示す消音管状構造体のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、図１に示す消音管状構造体が有する吸音機構を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、消音管状構造体１０は、管状部材１２と蓋部材１４とを有する。

図４に管状部材の一例を模式的に示す断面図を示す。また、図５に図４をａ方向から見た断面図を示す。
図４および図５に示すように、管状部材１２は、両底面が開放された筒状の管状部１６と、管状部１６の内周面側に一体成形された枠体部１８とを有する。
管状部１６は、筒の中心軸方向に垂直な断面形状（開口断面の形状）が長方形状の筒状の部位である。
枠体部１８は、管状部１６の内側の面（内周面）の一面に垂直な方向に高さを有する枠状の部位である。言い換えると、枠体部１８は、立方体形状で、一面を貫通する開口を有する形状で、開口の一方の面（開口面）が管状部１６の内周面で塞がれている。

管状部１６と枠体部１８とは、一体成形されている。すなわち、管状部１６と枠体部１８とは、接着剤、機械的接続方法を用いずに一体的に形成されている。

蓋部材１４は、板状部材であり、枠体部１８の開口面に配置されている。
図３に示す例では、蓋部材１４ａは、平面形状が四角形状で、枠体部１８の開口面よりも小さく、開口面の一部を覆うように配置されている。具体的には、蓋部材１４ａは、図３中ｙ方向の長さが枠体部１８の長さと略同じで、ｘ方向の長さが枠体部１８の長さよりも短い。

本発明において、管状部材１２の枠体部１８と、蓋部材１４とは、消音構造２０を構成する。消音構造２０は、吸音および反射の少なくとも一方の機能を発現して消音する構造である。
図３に示す消音構造２０ａにおいては、蓋部材１４ａは、図３中ｙ方向には枠体部１８の開口面を全て覆い、ｘ方向には、枠体部１８の開口面の一部のみを覆う。これによって、消音構造２０ａは、枠体部１８と蓋部材１４ａとに囲まれる中空部２４と、枠体部１８の開口面の、蓋部材１４ａに覆われていない開口部２２とを有する構成となる。開口部２２は、中空部２４と外部とを連通する。
このような構成の消音構造２０ａは、気柱共鳴またはヘルムホルツ共鳴を生じる共鳴構造となる。

周知のとおり、共鳴構造による消音は、共鳴現象を利用して特定の周波数（周波数帯域）の音を選択的に消音するものである。
気柱共鳴は、開管または閉管内に、管の長さに応じて定在波が生じることで共鳴が起こる現象である。
また、ヘルムホルツ共鳴は、開口部の空気がマスとして機能し、開口部を持った容器の内部にある空気がバネとしての役割を果たし、共鳴する現象である。

図３に示す消音構造２０ａを気柱共鳴が生じる共鳴構造として用いる場合には、枠体部１８および蓋部材１４ａが閉管として作用して中空部２４に定在波が生じることで共鳴が起こる。
従って、消音構造２０ａを気柱共鳴が生じる共鳴構造として用いる場合には、気柱共鳴の共鳴周波数を、管状部内で共鳴する音を消音するように適宜設定すればよい。気柱共鳴の共鳴周波数は、管の長さ（開口部２２からの深さ）と開口端補正（開口部２２の大きさに対応）等によって決まる。中空部２４の深さ、開口部２２の大きさ等を調整することで、共鳴する音の周波数を適宜設定することができる。

図３に示す消音構造２０ａをヘルムホルツ共鳴が生じる共鳴構造として用いる場合には、枠体部１８および蓋部材１４ａが容器として作用して開口部２２の空気が質量（マス）として、中空部２４にある空気がばねとしての役割を果たし、マスバネの共鳴をし、開口部２２の壁近傍部での熱粘性摩擦により吸音する構造である。
従って、消音構造２０ａをヘルムホルツ共鳴が生じる共鳴構造として用いる場合には、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、管状部内で共鳴する音を消音するように適宜設定すればよい。ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数は、中空部２４の内容積および開口部２２の面積等によって決まる。従って、消音構造２０ａの中空部２４の内容積および開口部２２の面積等を調整することで、共鳴する音の周波数を適宜設定することができる。

なお、開口部２２と中空部２４を有する消音構造２０において、気柱共鳴が生じる共鳴構造となるか、ヘルムホルツ共鳴が生じる共鳴構造となるかは、開口部２２の大きさ、位置、中空部２４の大きさ等によって決まる。従って、これらを適宜調整することで、気柱共鳴とヘルムホルツ共鳴のいずれの共鳴構造とするかを選択できる。
気柱共鳴の場合は、開口部が狭いと音波が開口部で反射して中空部内に音波が侵入し難くなるため、開口部がある程度広いことが好ましい。具体的には、開口部が長方形状の場合には、短辺の長さが１ｍｍ以上であるのが好ましく、３ｍｍ以上であるのがより好ましく、５ｍｍ以上であるのがさらに好ましい。開口部が円形状の場合には、直径が上記範囲であるのが好ましい。
一方、ヘルムホルツ共鳴の場合は、吸音させるためには開口部の側壁において熱粘性摩擦を生じる必要があるため、開口部がある程度狭いことが好ましい。具体的には、開口部が長方形状の場合には、短辺の長さが０．５ｍｍ以上２０ｍｍが好ましく、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下がさらに好ましい。開口部が円形状の場合には、直径が上記範囲であるのが好ましい。

このように、管状部材１２の枠体部１８と蓋部材１４ａとが消音構造２０ａを構成することで、管状部１６内を通過する音を消音することができる。

前述のとおり、管状部の外周面の一部に開口を設けて、開口の位置に合わせて消音構造を構成する枠体部を管状部の外周部に形成する構成では、管状部材の構造強度が小さくなってしまうという問題があった。また、枠体部（消音構造）を配置するためのスペースが必要となるため、スペースの狭い電子機器（例えば、複写機等）、および、自動車等では配置が困難な場合が多いという問題があった。

これに対して、本発明の消音管状構造体１０は、管状部１６の内周面側に枠体部１８を一体成形して、この枠体部１８の開口部に蓋部材を配置して消音構造を構成する。管状部１６の外周面に開口を形成する必要がないため、管状部材の構造強度が低下することがなく、高い強度を保つことができる。また、枠体部１８が、管状部１６の内周面に約垂直方向に形成されるため、管状部１６の剛性がより高くなる。
また、消音構造２０を管状構造の内部に配置するため、消音構造２０を配置するためのスペースが必要なく、スペースの狭い電子機器、および、自動車等でも配置が容易となる。

ここで、上述のような共鳴構造を有する消音構造２０ａは、可聴域の音に共鳴するものであるのが好ましい。本発明において可聴域とは、２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚである。また、消音構造２０ａは、より聞こえやすい１００Ｈｚ〜１６０００Ｈｚの音に共鳴するものであるのがより好ましく、２００Ｈｚ〜１２０００Ｈｚの音に共鳴するものであるのがさらに好ましい。
また、管状部１６において、管状部１６内で共鳴する音の共鳴周波数の周波数帯において音が通り易くなる。従って、消音構造２０ａは、管状部１６内の共鳴周波数の音を消音するものであるのが好ましい。
なお、管状部材１２の管状部１６が他のダクト等に接続されて用いられる場合には、管状部１６内で共鳴する音の共鳴周波数は、他のダクトに接続された状態での管状部１６内で共鳴する音の共鳴周波数である。

また、消音構造２０ａは、管状部１６内で共鳴する音の音圧の腹の位置、すなわち、音圧が高くなる位置に配置されるのが好ましい。消音構造２０ａを管状部１６内で共鳴する音の音圧の腹の位置に配置することで、吸音の効果をより高くすることができる。
ここで、本発明の消音管状構造体１０においては、消音構造２０ａを構成する枠体部１８は、管状部１６の内周面に、管状部１６と一体的に形成される。従って、管状部１６の内周面における枠体部１８の位置は、管状部１６内で共鳴する音の腹の位置となるように予めシミュレーションまたは実験等によって設定される。
また、管状部材１２の管状部１６が他のダクト等に接続されて用いられる場合には、音圧の腹の位置は、他のダクトに接続された状態での管状部１６内で音圧の腹の位置である。
管状部１６内の共鳴としては例えば、管状部１６終端部が開放されている場合、その部位で音響インピーダンスが大きく変化するために反射が生じる。その反射音が管状部１６内の透過音と干渉を起こす。特定の周波数においては、その干渉により管状部１６内に定在波が生じて共鳴となる。

また、枠体部１８は予め位置決めされて、管状部１６の内周面に、管状部１６と一体的に形成されるので、消音構造２０ａの管状部１６内での位置決めが容易である。
また、消音構造２０ａの位置精度を大幅に高めることができるので、確実に高い吸音効果を得ることができる。特に、共鳴による消音構造２０ａは、管状部１６内における配置によって音響特性が大きく変化するため、消音構造２０ａの位置決め精度は重要である。
また、消音構造を管状部とは別体で作製して管状部内に配置する構成では、大量に作製する場合に同じ音響特性を得るのが難しい。これに対して、本発明では容易にかつ高精度に位置決めできるので、大量に作製する場合でも同じ音響特性を容易に安定して得ることができる。
また、消音構造２０ａの位置ズレ等が起こらないため、位置ズレによって音圧の腹の位置からズレて吸音効果が低下することを防止できる。

なお、図３に示す例では、枠体部１８の全てが管状部１６と一体成形される構成としたが、これに限定はされず、枠体部１８の少なくとも一部が管状部１６と一体成形されていればよい。例えば、枠体部１８を構成する４枚のフレームのうちの１枚または２枚または３枚が管状部１６と一体成形された構成としてもよい。

管状部材１２（管状部１６および枠体部１８）の材料としては、金属材料、樹脂材料、強化プラスチック材料、および、カーボンファイバ等を挙げることができる。金属材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデン、銅、および、これらの合金等の金属材料を挙げることができる。また、樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、ＡＢＳ樹脂(アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン(Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂)、ポリプロピレン、および、トリアセチルセルロース等の樹脂材料を挙げることができる。また、強化プラスチック材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、および、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）を挙げることができる。また、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）、シリコーンゴム等ならびにこれらの架橋構造体を含むゴム類を挙げることができる。
また、空気を含む構造体、すなわち、発泡材料、中空材料、多孔質材料等を用いることもできる。多数の膜型の防音構造体を用いる場合に各セル間で通気しないためにはたとえば独立気泡の発泡材料などを用いて枠を形成することができる。例えば、独立気泡ポリウレタン、独立気泡ポリスチレン、独立気泡ポリプロピレン、独立気泡ポリエチレン、独立気泡ゴムスポンジなど様々な素材を選ぶことができる。独立気泡体を用いることで、連続気泡体と比較すると音、水、気体等を通さず、また構造強度が大きいため、枠材料として用いるには適している。このように、内部に空気を含む材料系を用いることで管状部材を軽量化することができる。また、断熱性を付与することができる。

ここで、管状部材１２は、排気口等に利用可能な点から、難燃材料や耐熱性の高い材料からなることが好ましい。耐熱性は、例えば、建築基準法施行令の第百八条の二各号を満たす時間で定義することができる。建築基準法施行令の第百八条の二各号を満たす時間が５分間以上１０分間未満の場合が難燃材料であり、１０分間以上２０分間未満の場合が準不燃材料であり、２０分間以上の場合が不燃材料である。ただし耐熱性は各分野ごとで定義されることが多い。そのため、消音管状構造体を利用する分野に合わせて、管状部材１２を、その分野で定義される難燃性相当以上の耐熱性を有する材料からなるものとすればよい。

また、管状部１６の開口断面の形状は、特に制限的ではなく、例えば、正方形、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、２等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは円形、楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。

また、枠体部１８の開口断面の形状は、特に制限的ではなく、例えば、正方形、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、２等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは円形、楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。

管状部１６の大きさ（開口断面の大きさ）、肉厚および長さ等は、特に制限的ではなく、求められるサイズ等に応じて適宜設定すればよい。

枠体部１８の肉厚（フレーム厚み）および高さ（管状部１６の内周面に垂直な方向の高さ）も、蓋部材１４を確実に固定、支持することができれば、特に制限的ではなく、例えば、枠体部１８の開口断面の大きさ等に応じて設定することができる。

また、管状部１６と枠体部１８とが、一体的に形成された構成は、圧縮成形、射出成形、インプリント、削り出し加工、および３次元形状形成（３Ｄ）プリンタを用いた加工方法などの単純な工程で作製することができる。
ここで、管状構造に開口を設けることは、一括成形だけでは難しい場合が多く、後から穴開け加工が必要になる。後から加工が必要となる場合、位置決め精度が問題になる。これに対して、本発明では、管状部１６と枠体部１８とが一体成形されるため、位置決めに問題がない。

蓋部材１４ａの材料としては、上述した管状部材１２の材料と同様の材料を用いることができる。なお、蓋部材１４ａと管状部材１２の材料は同じであっても異なっていてもよい。
特に、蓋部材１４ａと管状部材１２が同じ材料であれば、熱や湿度などに対する特性が等しいために環境変化に対して扱いが容易となる。また、同じ材料同士は接着が容易な場合が多く、蓋部材を確実に管状部材に固定する上でも利点がある。

蓋部材１４ａの厚みは、特に制限的ではなく、必要な強度、小型化等に応じて適宜設定することができる。

また、枠体部１８への蓋部材１４ａの固定方法は特に制限的ではなく、両面テープまたは接着剤を用いる方法、ネジ止め等の機械的固定方法、圧着等が適宜利用可能である。この固定方法についても、管状部材の材質と同様に耐熱、耐久性、耐水性の観点から選択することができる。例えば、接着剤としては、セメダイン社「スーパーＸ」シリーズ、スリーボンド社「３７００シリーズ（耐熱）」、太陽金網株式会社製耐熱エポキシ系接着剤「Duralcoシリーズ」などを選択することができる。また、両面テープとしては、スリーエム製高耐熱両面粘着テープ9077などを選択することができる。このように、要求する特性に対して様々な固定方法を選択することができる。

ここで、図３に示す消音構造２０ａにおいては、蓋部材１４として、枠体部１８の開口面よりも小さい板状の蓋部材１４ａを用いて、開口面の一部を覆うことで開口部２２および中空部２４を有する共鳴構造となるものとしたが、これに限定はされない。
例えば、図６に示す消音構造２０ｂのように、蓋部材１４として、枠体部１８の開口面を全面的に覆う大きさの板状の部材で、厚み方向に貫通する開口部１５を有する蓋部材１４ｂを用いて、この蓋部材１４ｂで枠体部１８の開口面を覆う構成とする。これによって、消音構造２０ｂは、枠体部１８および蓋部材１４ｂに囲まれる中空部２４と、蓋部材１４ｂに形成された開口部１５とを有する共鳴構造となる。

図６に示す消音構造３０ｂは、気柱共鳴またはヘルムホルツ共鳴を生じる共鳴構造となる。
なお、本明細書中において、異なる構成の消音構造に対して３０ａ、３０ｂ・・・のように、異なる符合を付すが、これらの消音構造を区別する必要が無い場合には、符号３０を付す。同様に、異なる構成の蓋部材に対して１４ａ、１４ｂ・・・のように、異なる符合を付すが、これらの蓋部材を区別する必要が無い場合には、符号１４を付す。

あるいは、蓋部材１４として、枠体部１８の開口面を全面的に覆う大きさの板状の部材を用い、枠体部１８の側面に開口部を設けて、蓋部材１４で枠体部１８の開口面を覆う構成としてもよい。消音構造２０は、枠体部１８および蓋部材１４に囲まれる中空部２４と、枠体部１８に形成された開口部とを有する共鳴構造となる。

また、図１に示す例では、消音構造２０ａは、気柱共鳴またはヘルムホルツ共鳴を生じる共鳴構造としたが、これに限定はされない。
例えば、図７に示す消音構造２０ｃのように、蓋部材１４として、振動可能な膜状の蓋部材１４ｃを用いて、この蓋部材１４ｃで枠体部１８の開口面を覆う構成としてもよい。消音構造２０ｃは、膜状の蓋部材１４ｃが周縁部を枠体部１８に固定されて振動可能に支持されており、膜振動を利用する共鳴構造である。

消音構造２０ｃの膜振動の共鳴周波数は、管状部内で共鳴する音を消音するように適宜設定すればよい。膜振動の共鳴周波数は、膜状の蓋部材１４ｃの大きさ、厚み、硬さ等によって決まる。従って、消音構造２０ｃの蓋部材１４ｃの大きさ、厚み、硬さ等を調整することで、共鳴する音の周波数を適宜設定することができる。

膜状の蓋部材１４ｃの材料としては、アルミニウム、チタン、ニッケル、パーマロイ、４２アロイ、コバール、ニクロム、銅、ベリリウム、リン青銅、黄銅、洋白、錫、亜鉛、鉄、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鋼鉄、タングステン、鉛、および、イリジウム等の各種金属；ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＭＰ（ポリメチルペンテン）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ゼオノア、ポリカーボネート、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、アラミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ナイロン、ＰＥｓ（ポリエステル）、ＣＯＣ（環状オレフィン・コポリマー）、ジアセチルセルロース、ニトロセルロース、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアミドイミド、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ポリロタキサン（スライドリングマテリアルなど）および、ポリイミド等の樹脂材料等が利用可能である。さらに、薄膜ガラスなどのガラス材料、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）およびＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）のような繊維強化プラスチック材料を用いることもできる。また、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム等ならびにこれらの架橋構造体を含むゴム類を用いることができる。または、それらを組合せたものでもよい。
または、それらを組合せたものでもよい。

また、金属材料を用いる場合には、錆びの抑制等の観点から、表面に金属めっきを施してもよい。

膜状の蓋部材１４ｃのヤング率は、膜振動することができれば特に制限的ではない。膜状の蓋部材１４ｃのヤング率は、１０００Ｐａ〜１０００ＧＰａであることが好ましく、１００００Ｐａ〜５００ＧＰａであることがより好ましく、１ＭＰａ〜３００ＧＰａであることが最も好ましい。

また、膜状の蓋部材１４ｃの密度も、膜振動することができるものであれば、特に制限的ではない。膜状の蓋部材１４ｃの密度は、１０ｋｇ／ｍ³〜３００００ｋｇ／ｍ³であることが好ましく、１００ｋｇ／ｍ³〜２００００ｋｇ／ｍ³であることがより好ましく、５００ｋｇ／ｍ³〜１００００ｋｇ／ｍ³であることが最も好ましい。

また、膜状の蓋部材１４ｃの厚さは、膜振動することができれば、特に制限的ではない。例えば、膜状の蓋部材１４ｃの厚さは、０．００５ｍｍ（５μｍ）〜１ｍｍであることが好ましく、０．００７ｍｍ（７μｍ）〜０．５ｍｍであることがより好ましく、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜０．２５ｍｍ（２５０μｍ）であることが最も好ましい。

また、枠体部１８への膜状の蓋部材１４ａの固定方法は特に制限的ではなく、両面テープまたは接着剤を用いる方法、ネジ止め等の機械的固定方法、圧着等が適宜利用可能である。

ここで、本発明において、蓋部材１４は、枠体部１８に交換可能に取り付けられている。従って、蓋部材１４を取り替えることで異なる周波数帯域の音を消音可能となる。
本発明において交換可能とは、両面テープ、接着剤および粘着剤等による固定方法、テープで側壁側から固定する方法、あるいは、ネジ止め等の機械的接続方法、はめ合い構造による固定方法などのように、蓋部材１４および枠体部１８を損傷することなく、容易に取り外して再度取り付けることができることをいう。
例えば、図３及び図６に示すような開口部を有する共鳴構造の消音構造２０において、開口部の大きさが異なる蓋部材１４に変更することで消音する音の周波数帯域を変更することができる。また、図７に示すような膜状の蓋部材１４ｃを有する消音構造２０ｃにおいて、蓋部材１４ｃを、厚み、硬さ等が異なる蓋部材１４ｃに変更することで消音する音の周波数帯域を変更することができる。あるいは、図３及び図６に示すような開口部を有する消音構造２０の蓋部材１４を、図７に示すような膜状の蓋部材１４ｃに変更して消音する音の周波数帯域を変更することができる。

また、上記共鳴型の消音構造の内部もしくは外部に多孔質吸音体を配置することで、消音の周波数帯域を広げること、また高周波の吸音効果を持たせることが可能である。例えば、多孔質吸音体を枠体内部に配置した後に蓋部材を取り付けてもよいし、蓋部材に多孔質吸音材がついていて、それを枠体に取り付けてもよい。
多孔質吸音体としては、特に限定はなく、従来公知の多孔質吸音体が適宜利用可能である。例えば、発泡ウレタン、軟質ウレタンフォーム、木材、セラミックス粒子焼結材、フェノールフォーム等の発泡材料および微小な空気を含む材料；グラスウール、ロックウール、マイクロファイバー（３Ｍ社製シンサレートなど）、フロアマット、絨毯、メルトブローン不織布、金属不織布、ポリエステル不織布、金属ウール、フェルト、インシュレーションボードおよびガラス不織布等のファイバーおよび不織布類材料；木毛セメント板；シリカナノファイバーなどのナノファイバー系材料；石膏ボード；種々の公知の多孔質吸音体が利用可能である。
多孔質吸音体の流れ抵抗には特に限定はないが、１０００〜１０００００（Ｐａ・ｓ／ｍ²）が好ましく、５０００〜８００００（Ｐａ・ｓ／ｍ²）がより好ましく、１００００〜５００００（Ｐａ・ｓ／ｍ²）がさらに好ましい。

以上、本発明の消音管状構造体についての種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。

［参考例１］
図８に示すような、Ｌ字型ダクトを作製した。
図８に示すように、Ｌ字型ダクトは、ＡＢＳ製で、幅５０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの第１管構造と、幅５０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、長さ３０ｍｍの第２管構造とを有し、第１管構造の端部の側面（幅５０ｍｍの面）に、第２管構造が接続された構造とした。すなわち、第１管構造の長さ方向と第２管構造の長さ方向は９０°で交わるものとした。第１管構造の長さ方向の、第２管構造から遠い側の端面が開放端であり、また、第２管構造の長さ方向の、第１管構造に接続されない側の端面が開放端である。

Ｌ字型ダクトの第２管構造の開放端にスピーカー（ソニー株式会社製SRS-XB10）を配置し、第１管構造の開放端から２００ｍｍの距離に１／２インチマイクロフォン（アコー株式会社製TYPE 7146、以下、単に「マイクロフォン」ともいう）を配置した。
スピーカーからホワイトノイズを発生させて、マイクロフォンで音圧を２０秒間測定した。測定した音圧に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：fast Fourier transform）を行い、周波数ごとの音圧を、２０秒間の平均値にして求めた。これらの測定プログラムは、Labview(National Instruments社)を用いて作成した。
参考例１の結果を音圧の基準として、本発明の実施例における消音効果の評価を行った。
まず、図９に参考例１の測定結果を示す。図９は、Ｌ字型ダクトからの透過音量と周波数との関係を示すグラフである。入射音圧をホワイトノイズとしたため、それぞれの周波数の透過率に対応する。図９によると、このＬ字型ダクトにおいては、５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲では８１０Ｈｚにおいて透過率が最も大きくなり、この周波数で透過する共鳴を生じることが分かる。
以下、周波数８１０Ｈｚに着目し、周波数８１０Ｈｚの通りやすい音がどこまで減少させることができるかを中心に実験を行った。

次に、スピーカーからホワイトノイズを発生させたまま、マイクロフォンを第１管構造の内部で移動させて、Ｌ字型ダクト内部での音圧分布を調べた。
図１０に８１０Ｈｚにおける結果を示す。
図１０から、開放端でのインピーダンス変化によって、Ｌ字型ダクトの内部にモードが生じることがわかる。

［実施例１］
参考例１と同サイズのＡＢＳ製のＬ字型ダクトであって、第１管構造の幅５０ｍｍの面の内周面側に、第１管構造の開放端から８０ｍｍの位置と１９０ｍｍの位置に高さ２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚み３ｍｍのフレームが一体成形されたＬ字型ダクト（管状部材）を作製した。作製は、ＸＹＺプリンティング社製の３Ｄプリンターを用いて行った。形成した２枚のフレームの幅を５０ｍｍとしたため、２枚のフレームは両端が高さ８０ｍｍの面と接しており、高さ８０ｍｍの面が枠体部を兼ねて、２枚のフレームと共に枠体部を構成している。また、Ｌ字型ダクトの２枚のフレーム以外の部分が本発明の管状部に相当する。

蓋部材として、第１管構造の長さ方向の長さが、一体成形された２枚のフレーム間の距離＋フレーム厚み（計１１６ｍｍ）で、幅５０ｍｍ、厚み２ｍｍのアクリル板を用意した。このアクリル板の長さ方向の一端から３ｍｍの位置から２３ｍｍの位置まで、長さ２０ｍｍの開口部を形成した。開口部の幅は４４ｍｍで、幅方向の両端部それぞれ３ｍｍずつ残した。

開口部を有するアクリル板を、２枚のフレームに両面テープで固定した。開口部側を第１管構造の開放端側として取り付けて消音管状構造体を作製した。
これによって、図１１に示すような消音構造を形成した。中空部は、長さ１１０ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ２０ｍｍであり、開口部は長さ２０ｍｍ、幅４４ｍｍである。この消音構造は、気柱共鳴を生じる共鳴構造である。この共鳴構造の共鳴周波数は、８１０Ｈｚである。

作製した消音管状構造体について、参考例１と同様にして音圧を測定した。消音構造の消音効果を評価するため、２０×ｌｏｇ₁₀（参考例１の音圧／実施例１の音圧）として、実施例１での透過損失量をｄＢを単位として評価した。
結果を図１２に示す。

図１２から、Ｌ字型ダクトの共鳴周波数である８１０Ｈｚにおいて約２４ｄＢの大きな消音効果が得られることがわかる。ここで、図１０によると、８１０Ｈｚにおいて、Ｌ字型ダクト内のモードは、開放端から９０ｍｍの位置に腹（音圧のピーク）を有する。実施例１において、消音構造の開口部は、Ｌ字型ダクトの開放端から８０ｍｍから１００ｍｍまでの間に形成されており、ちょうど腹の位置に存在することがわかる。
このように、Ｌ字型ダクト内の共鳴周波数において音圧の腹の位置に配置することで大きな消音効果を得ることができる。

［実施例２］
２枚のフレームの位置をそれぞれ開放端から７０ｍｍと１８０ｍｍの位置とした以外は実施例１と同様にして消音管状構造体を作製した。すなわち、消音構造がＬ字型ダクトの開放端から７０ｍｍの位置に形成される。
実施例１と同様にして透過損失量を評価した。結果を図１３に示す。
実施例２の場合、消音構造の開口部が、音圧の腹の位置からわずかにずれている。そのため、実施例１と比較するとわずかに透過損失量が小さいが、大きな消音効果を得ることができることがわかる。

［実施例３］
２枚のフレームの位置をそれぞれ開放端から２０ｍｍと１３０ｍｍの位置とした以外は実施例１と同様にして消音管状構造体を作製した。すなわち、消音構造がＬ字型ダクトの開放端から２０ｍｍの位置に形成される。
実施例１と同様にして透過損失量を評価した。

［実施例４］
２枚のフレームの位置をそれぞれ開放端から１４０ｍｍと２５０ｍｍの位置とした以外は実施例１と同様にして消音管状構造体を作製した。すなわち、消音構造がＬ字型ダクトの開放端から１４０ｍｍの位置に形成される。
実施例１と同様にして透過損失量を評価した。
実施例１〜４の８１０Ｈｚにおける透過損失量を図１４に示す。

図１４から、いずれの実施例でも、すなわち、消音構造の位置がどの位置でも消音効果が得られていることがわかる。また、消音構造の位置（開口部の位置）によって、消音効果が大きく変わり、音圧の腹の位置に消音構造の開口部が配置されるのが好ましいことがわかる。
以上から、消音構造の位置決め精度および使用中に位置ズレが発生しないことが重要であることがわかる。本発明においては、消音構造のフレーム（枠体部）をＬ字型ダクト（管状部）と一体成形しているため、位置決め精度が高く、また、位置ズレが発生しないため、高い消音効果が得られることがわかる。

［実施例５］
実施例１と同様にして、開放端から８０ｍｍと１００ｍｍの位置にフレーム（高さ２０ｍｍ）を有するＬ字型ダクト（管状部材）を作製した。
蓋部材として、第１管構造の長さ方向の長さが、２枚のフレーム間の距離＋フレーム厚み（計２６ｍｍ）で、幅５０ｍｍ、厚み５ｍｍのアクリル板を用意した。このアクリル板の中央に６．３ｍｍ×６．３ｍｍの正方形状の貫通孔を形成した。
この蓋部材を２枚のフレームに両面テープで固定して消音管状構造体を作製した。
これによって形成される消音構造は、貫通孔（開口部）と背面に体積（中空部）とを有するヘルムホルツ共鳴器である。この共鳴構造の共鳴周波数は、８１０Ｈｚである。

［実施例６］
２枚のフレームの位置をそれぞれ開放端から２０ｍｍと４０ｍｍの位置とした以外は実施例５と同様にして消音管状構造体を作製した。

［実施例７］
２枚のフレームの位置をそれぞれ開放端から１４０ｍｍと１６０ｍｍの位置とした以外は実施例５と同様にして消音管状構造体を作製した。

実施例５〜７の消音管状構造体の音響性能を実施例１と同様にして測定した。図１５に８１０Ｈｚにおける透過損失量を示す。
図１５から、消音構造の位置がどの位置でも消音効果が得られていることがわかる。特に、音圧の腹の位置に消音構造が配置される実施例５（開放端から８０ｍｍの位置）の透過損失量が高いことがわかる。

［実施例８］
蓋部材に形成される貫通孔を６．０ｍｍ×６．０ｍｍとした以外は実施例５と同様にして消音管状構造体を作製した。

［実施例９］
蓋部材に形成される貫通孔を６．６ｍｍ×６．６ｍｍとした以外は実施例５と同様にして消音管状構造体を作製した。

実施例８および９の消音管状構造体の音響性能を実施例１と同様にして測定した。図１６に実施例５、８および９の透過損失量の測定結果を示す。

図１６から、蓋部材に形成される貫通孔の大きさを変えることで、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を変えることができることがわかる。すなわち、本発明の消音管状構造体は、蓋部材の種類を変えることで、共鳴構造の共鳴周波数を変えて、吸音する周波数を容易に変更可能であることがわかる。

［実施例１０］
２枚のフレームの位置をそれぞれ開放端から８０ｍｍと１３０ｍｍの位置とし、フレームの高さを３２ｍｍとし、さらに、２枚のフレームの間の幅方向両端部側に厚み２ｍｍ、高さ３２ｍｍの２枚のフレームを有する構成とした以外は実施例５と同様にしてＬ字型ダクト（管状部材）を作製した。すなわち、Ｌ字型ダクトは、４枚のフレームで囲まれる長方形状（５０ｍｍ×４６ｍｍ）の開口を有する枠体部が一体成形されている。

蓋部材として、第１管構造の長さ方向の長さが、２枚のフレーム間の距離＋フレーム厚み（計５６ｍｍ）で、幅５０ｍｍ、厚み７５μｍのＰＥＴフィルム（東レ株式会社製）を用意した。
この蓋部材を４枚のフレームに両面テープで固定して消音管状構造体を作製した。
これによって形成される消音構造は、膜振動可能な膜振動型の共鳴構造である。この共鳴構造の共鳴周波数は、８１０Ｈｚである。

実施例１０の消音管状構造体の音響性能を実施例１と同様にして測定したところ、８１０Ｈｚにおいて、８．５ｄＢの透過損失量を得た。このように、膜振動を用いても、ダクトの消音をすることができた。
以上より本発明の効果は明らかである。

１０消音管状構造体
１２管状部材
１４、１４ａ〜１４ｅ蓋部材
１５開口部
１６管状部
１８枠体部
２０、２０ａ〜２０ｅ消音構造
２２開口部
２４中空部
２６多孔質吸音体

Claims

筒状の管状部、および、前記管状部の内周面側に、少なくとも一部が一体成形された枠体部を有する管状部材と、
前記管状部材の前記枠体部の開口面に交換可能に配置される蓋部材と、を有し、
前記枠体部と前記蓋部材とが共鳴型の消音構造を構成し、
前記蓋部材は、前記枠体部の前記開口面よりも小さく、前記開口面の一部を覆う板状部材であり、
前記消音構造は、前記枠体部および前記蓋部材に囲まれる中空部と、前記開口面の前記蓋部材に覆われていない開口部と、を有する共鳴構造であり、
前記蓋部材を交換することで前記消音構造が消音する音の周波数帯域を変更する消音管状構造体。
筒状の管状部、および、前記管状部の内周面側に、少なくとも一部が一体成形された枠体部を有する管状部材と、
前記管状部材の前記枠体部の開口面に交換可能に配置される蓋部材と、を有し、
前記枠体部と前記蓋部材とが共鳴型の消音構造を構成し、
前記枠体部は、開口部を有し、
前記消音構造は、前記枠体部および前記蓋部材に囲まれる中空部と、前記枠体部に形成された開口部と、を有する共鳴構造であり、
前記蓋部材を交換することで前記消音構造が消音する音の周波数帯域を変更する消音管状構造体。
前記共鳴構造での共鳴が気柱共鳴である請求項１または２に記載の消音管状構造体。
前記共鳴構造での共鳴がヘルムホルツ共鳴である請求項１または２に記載の消音管状構造体。
前記共鳴構造が、可聴域の音に共鳴する請求項１〜４のいずれか一項に記載の消音管状構造体。
前記消音構造は、前記管状部内で共鳴する音の音圧の腹になる位置に配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の消音管状構造体。
前記蓋部材の材質が、前記枠体部の材質と同じである請求項１〜６のいずれか一項に記載の消音管状構造体。
前記共鳴型の消音構造の内部もしくは外部に、多孔質吸音体が存在する請求項１〜７のいずれか一項に記載の消音管状構造体。