吸音材
【課題】２００Ｈｚより低い周波数域の騒音及び２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対して高い吸音特性を有する吸音材を提供する。
【解決手段】質量部とばね部とを有し、ばね部を音源に対向する設置面に向けて設置される吸音材において、質量部を、ばね部側に配置される通気性のない第１質量部と、音源側に配置される多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成した構成とする。また、質量部の面密度を、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2とする。
【解決手段】質量部とばね部とを有し、ばね部を音源に対向する設置面に向けて設置される吸音材において、質量部を、ばね部側に配置される通気性のない第１質量部と、音源側に配置される多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成した構成とする。また、質量部の面密度を、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動吸振機構を利用した吸音材に関し、特に、２００Ｈｚより低い周波数域の騒音を効果的に吸収する低周波数域用の吸音材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場の機械類などの設備等から発生する様々な騒音に対する低減要求が厳しくなっている。騒音を吸収する吸音材としては、一般に多孔質材料が使用されている。多孔質材料には、グラスウールやロックウール等の無機繊維系のもの、ポリエステル等の高分子繊維系のもの、発泡軟質ウレタン等の樹脂発泡系のもの等がある。
多孔質材料で構成した吸音材は、５００Ｈｚ超の中・高周波数域用としては優れているが、５００Ｈｚ以下の低周波数域用としては必ずしも適していない。つまり、吸音材の厚さを厚くしたり、吸音材と設置面との間に十分な空気層を介在させたりすることで低周波数域に対応させることはできるが、十分な設置スペースを確保できない場合には適用できない。また、吸音材の厚さが厚くなることで、吸音材の重量が重くなるという問題もある。
【０００３】
そこで、低周波数域用の吸音材として、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用する技術が提案されている（例えば特許文献１〜３）。動吸振機構を利用した吸音材においては、音波（振動）の入射に伴い共振現象が生じ、ばね部で振動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、吸音が行われる。
【０００４】
具体的には、特許文献１には、高密度の繊維集合体で質量部を構成し、低密度の繊維集合体でばね部を構成した吸音材が開示されている。
特許文献２には、粘弾性体で質量部を構成し、繊維状集合体でばね部を構成した吸音材が開示されている。
特許文献３には、ゴム膜で質量部を構成し、グラスウール等の多孔質体でばね部を構成した吸音材が開示されている。
特許文献１〜３に記載の吸音材によれば、２００〜３００Ｈｚの周波数域において、高い吸音率が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５２８９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１５０１７０号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０９８０６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術を適用しても、２００Ｈｚ以下、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの周波数域の音波に対して、０．８以上の高い吸音率を実現することはできない。また、２００Ｈｚより低い低周波数域と、２００〜５０００Ｈｚの中・高周波数域の両方において、高い吸音特性が得られる吸音材は現状では実現されていない。
【０００７】
本発明は、２００Ｈｚより低い周波数域、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの騒音及び２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対して高い吸音特性を有する吸音材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】
【０００８】
本発明に係る吸音材は、質量部とばね部とを有し、前記ばね部を設置面に向けて設置される吸音材であって、
前記質量部が、前記ばね部側に配置される通気性のない第１質量部と、音源側に配置される多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成した構成を有し、
前記質量部の面密度が、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、音源側に通気性のある多孔質材料の第２質量部が配置されているので、この第２質量部が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能する。したがって、本発明によれば、２００Ｈｚより低い周波数域（特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚ）の騒音だけでなく、２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対しても高い吸音特性を有する吸音材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図である。
【図２】吸音材の等価モデルを示す図である。
【図３】通気性のないゴム膜で質量部を構成し、多孔質材料（例えばグラスウール）でばね部を構成した吸音材の吸音率を示す図である。
【図４】多数の孔（開口）を形成した通気性のあるゴム膜で質量部を構成し、多孔質材料でばね部を構成した吸音材の吸音率を示す図である。
【図５】ばね部の厚さｔを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度：０．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図６】ばね部の厚さｔを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度：２．４ｋｇ／ｍ2）である。
【図７】ばね部の厚さｔを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度：３．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図８】ばね部のヤング率Ｅを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度Ｄa：０．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図９】ばね部のヤング率Ｅを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度Ｄa：３．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図１０】質量部の面密度Ｄaを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図である。
【図１１】ばね部の減衰比ζを変化させたときの質量部の面密度Ｄaと理論上の吸音率が最大となる周波数（吸音率ピーク周波数）ｆ0の関係をシミュレーションした図である。
【図１２】本実施の形態に係る吸音材の構成を示す図である。
【図１３】比較例に係る吸音材の構成を示す図である。
【図１４】実施例１及び比較例１の吸音材について残響室法吸音率を測定した結果を示す図である。
【図１５】実施例２及び比較例２の吸音材について残響室法吸音率を測定した結果を示す図である。
【図１６】実施の形態に係る吸音材の一変形例（ばね部が空気層）を示す図である。
【図１７】実施の形態に係る吸音材の他の変形例（第２質量部の表面に凹凸構造）を示す図である。
【図１８】実施の形態に係る吸音材の他の変形例（ばね部の設置面との接触面に凹凸構造）を示す図である。
【図１９】実施の形態に係る吸音材の他の変形例（ばね部の第１質量部との接触面に凹凸構造）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明に想到した経緯について説明する。本発明者等は、低周波数域（特に６３〜１２５Ｈｚ）用の吸音材として、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材を候補に挙げて、吸音率０．８以上の高い吸音特性を得るべく、吸音材の寸法（厚さ）及び構成材料を検討した。
【００１２】
図１は１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図であり、図２は吸音材の等価モデルを示す図である。
図１、２に示すように、吸音材３は、質量部１０とばね部２０とを積層した構成を有する。質量部１０は通気性のない材料（例えばゴム）で構成され、ばね部２０は弾性効果を有する材料（例えば多孔質材料）で構成される。吸音材３は、質量部１０が音源側（入射音波側）に向くように、設置面Ｗに設置される。
【００１３】
図３は、通気性のないゴム膜で質量部１０を構成し、多孔質材料（例えばグラスウール）でばね部２０を構成した吸音材３の吸音率を示す図である。図１に示すように、通気性のないゴム膜で質量部１０を構成した場合、２２０Ｈｚ付近に吸音率ピーク（ピーク値０．８６）が出現した。
【００１４】
図４は、多数の孔（開口）を形成した通気性のあるゴム膜で質量部１０を構成し、多孔質材料でばね部２０を構成した吸音材３の吸音率を示す図である。なお、ゴム膜に形成される孔の有無以外の構成は、上記の吸音材３と同じとした。図４に示すように、通気性のあるゴム膜で質量部１０を構成した場合、２２０Ｈｚ付近の吸音率ピークが消滅した。
これより、通気性のない材料で質量部１０を構成することが、低周波数域における吸音特性を向上させるのに有効であることがわかった。
【００１５】
この吸音材３の共振周波数ｆ0（Ｈｚ）は、質量部１０の質量をｍ（ｋｇ）、ばね部２０のばね定数をｓ（Ｎ／ｍ）とすると、次式（１）で表される。共振周波数ｆ0が、吸音材３の吸音率ピークが出現する周波数（吸音率ピーク周波数）に他ならない。
【００１６】
【数１】
【００１７】
また、吸音材３の吸音率αは、理論的には次式（２）、（３）で表される。式（３）において、ζはばね部２０の減衰比、ρは空気の密度（ｋｇ／ｍ3）、ｃは空気中の音速（ｍ／ｓ）である。
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】
【００２０】
これらの式（１）〜（３）を用いてシミュレーションを行った。具体的には、質量部１０の面密度Ｄa、ばね部２０のヤング率Ｅ、厚さｔ、減衰比ζを任意に設定したときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした。
なお、吸音材３の断面積Ａは設置スペースに応じて変動するため、便宜上、単位面積当たりの吸音材でシミュレーションした。すなわち、質量部１０の質量ｍは、質量部１０の面密度Ｄaで表され、ばね定数ｓは、ばね部２０のヤング率Ｅ（Ｎ／ｍ2）／厚さｔ（ｍ）で表される。
【００２１】
図５〜７は、ばね部２０の厚さｔを２５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍとしたときの周波数ｆに対する吸音率αを、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。図５には質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合、図６には質量部１０の面密度Ｄaを２．４ｋｇ／ｍ2とした場合、図７には質量部１０の面密度Ｄaを３．６ｋｇ／ｍ2とした場合について示している。また、ばね部２０のヤング率Ｅを１.０×１０5Ｎ／ｍ2、減衰比ζを０．１とした。
【００２２】
図５〜７に示すように、ばね部２０の厚さｔが厚くなる（すなわち、ばね定数ｓが小さくなる）に従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトする。
また、質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、低周波数側にシフトするに伴い、吸音率のピーク値が低下する（図５参照）。一方、質量部１０の面密度Ｄaを２．４ｋｇ／ｍ2とした場合、及び３．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、吸音率のピーク値は低下しない（図６、７参照）。
【００２３】
図８、９は、ばね部２０のヤング率Ｅを１．０×１０5Ｎ／ｍ2、０．５×１０5Ｎ／ｍ2、０．２×１０5Ｎ／ｍ2、０．１×１０5Ｎ／ｍ2としたときの周波数ｆに対する吸音率αを、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。図８には質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合、図９には質量部１０の面密度Ｄaを３．６ｋｇ／ｍ2とした場合について示している。また、ばね部２０の減衰比ζを０．１、厚さｔを２５ｍｍとした。
【００２４】
図８、９に示すように、ばね部２０のヤング率Ｅが小さくなる（すなわち、ばね定数ｓが小さくなる）に従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトする。
また、質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、低周波数側にシフトするに伴い、吸音率のピーク値が低下する（図８参照）。一方、質量部１０の面密度Ｄaを３．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、吸音率のピーク値はほとんど変わらない（図９参照）。
【００２５】
図１０は、質量部１０の面密度Ｄaを、０．６ｋｇ／ｍ2、１．２ｋｇ／ｍ2、２．４ｋｇ／ｍ2、３．６ｋｇ／ｍ2としたときの周波数ｆに対する吸音率αを、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。また、ばね部２０のヤング率Ｅを１.０×１０5Ｎ／ｍ2、減衰比ζを０．１、厚さｔを５０ｍｍとした。
図１０に示すように、質量部１０の面密度Ｄaが高くなるに従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトする。
【００２６】
このように、質量部１０の面密度Ｄaを大きくして質量ｍを大きくすることにより、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせることができる。また、ばね部２０の厚さｔを厚くする、又はヤング率Ｅを小さくしてばね定数ｓを小さくすることにより、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせることができる。
また、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせる際、吸音率のピーク値を低下させないためには、面密度を所定値（例えば２．４ｋｇ／ｍ2）以上とする必要がある。
【００２７】
また、式（１）〜（３）より、吸音率αが１．０となる条件は、式（３）において、Ｒ＝１、Ｘ＝０である。したがって、次式（４）が満たされるときに、吸音率αが１．０となる。式（４）より、質量部１０の面密度Ｄaと共振周波数ｆ0との関係式が求まる。
【００２８】
【数４】
【００２９】
図１１は、ばね部２０の減衰比ζを、０．０５、０．１０、０．１５、０．２５としたときの質量部１０の面密度Ｄaと理論上の吸音率が最大となる周波数（吸音率ピーク周波数）ｆ0の関係を、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。
【００３０】
図１１より、ばね部２０の減衰比ζを０．２５とした場合に、例えば６３Ｈｚ近傍における理論上の吸音率αを最大（α＝１．０）とするためには、質量部１０の面密度Ｄaを２．０ｋｇ／ｍ2とすればよいことになる。
また、ばね部２０の減衰比ζを０．０５とした場合に、質量部１０の面密度Ｄaが１０．０ｋｇ／ｍ2であれば、吸音率ピーク周波数ｆ0を６３Ｈｚ近傍とすることが可能となる。
また、質量部１０の面密度Ｄaが同一であっても、減衰比ζを大きくすることで、吸音率ピーク周波数ｆ0を、より低周波数側にシフトさせることが可能である。
【００３１】
ここで、ばね部２０を、グラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂で構成することを想定した場合、ばね部２０の減衰比ζは０．０５〜０．２５となる。
図１１より、所望の周波数（例えば６３Ｈｚ）が吸音率ピーク周波数となるようにする場合、ばね部２０の減衰比が小さいほど、質量部１０の面密度Ｄaを高くする必要がある。
【００３２】
また、図１１より、質量部１０の面密度Ｄaが１０．０ｋｇ／ｍ2であれば、ばね部２０の減衰比が０．０５であっても、吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ近傍とすることができる。言い換えると、質量部１０の面密度Ｄaが１０．０ｋｇ／ｍ2を超えると、６３Ｈｚ〜１２５Ｈｚの周波数域で吸音率ピークが出現するように制御することが困難となる。
また、質量部１０の面密度Ｄaが２．０ｋｇ／ｍ2である場合は、ばね部２０の減衰比として０．１５〜０．２５を適宜設定することで、吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ〜１２５Ｈｚとすることができる。質量部１０の面密度Ｄaが２．０ｋｇ／ｍ2を下回ると、ばね部２０の減衰比を０．２５としても吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ近傍とすることは困難となる。
【００３３】
したがって、減衰比ζが０．０５〜０．２５の材料でばね部２０を構成する場合は、質量部１０の面密度Ｄaを２．０ｋｇ／ｍ2〜１０．０ｋｇ／ｍ2とするのが望ましい。
これにより、吸音材３の吸音率ピーク周波数を６３〜１２５Ｈｚとすることができる。また、質量部１０の面密度Ｄaが２．０ｋｇ／ｍ2以上であれば、ばね部２０のばね定数ｓを小さくして吸音率ピークを低周波数側にシフトさせても、吸音率のピーク値は低下しないので、高い吸音特性（吸音率で０．８以上）が実現される。
【００３４】
上述したように、質量部１０の面密度Ｄaを２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2の範囲で設定すれば、６３〜１２５Ｈｚの周波数域において、理論上、吸音率αを最大とすることができる。
しかし、質量部１０の質量ｍ（面密度Ｄa）を大きくするために厚さｔを大きくすると、質量部１０に剛性が生じてしまい、逆に質量部１０の振動が減少するため、所望の吸音特性が得られない。また、質量部１０の質量ｍ（面密度Ｄa）を大きくするために、金属材料のように密度の高い材料を選定した場合、材料自体の剛性により質量部１０の振動が抑制される懸念がある。したがって、質量部１０を単層構造にする場合は、厚さ及び構成材料の選定に制約が生じる。
【００３５】
そこで、本発明者等は、質量部１０の振動機能を維持しつつ、質量部１０の面密度Ｄaを上述した範囲で設定すべく、検討を重ねた。そして、質量部１０を、通気性のない第１質量部（例えばゴム）と、多孔質材料からなる第２質量部の二層構造として一体的に形成することを発案した。この場合、第１質量部の質量を質量部１０の質量ｍとみなすのではなく、第１質量部と第２質量部の合計質量を質量部１０の質量ｍとすることで、式（１）〜（３）によるシミュレーション結果と実測値が良好に一致する。
なお、通気性のない第１質量部が音源側（入射音波側）となるように配置し、第１質量部の背面側（ばね部側）に第２質量部を配置した構成については、先に出願している（特願２０１０−２７４６８６）。この先願技術によれば、６３〜１２５Ｈｚの周波数域の騒音を効果的に吸音することができる。
【００３６】
さらに検討を重ねた結果、二層構造の質量部１０の構成を改良することで、６３〜１２５Ｈｚの低周波数域だけでなく、２００〜５０００Ｈｚの周波数域においても、高い吸音特性が得られることを見出し、本発明に想到した。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１２は本実施の形態に係る吸音材の構成を示す図である。
図１２に示すように、本実施の形態に係る吸音材１は、質量部１０とばね部２０とを積層した構成を有し、ばね部２０を設置面Ｗに向けて設置される。なお、設置面Ｗは音源（入射音波）と対向している。
【００３８】
質量部１０は、ばね部２０側に配置される通気性のない第１質量部１１と、音源側に配置される多孔質材料からなる、すなわち通気性のある第２質量部１２とを有する。質量部１０の面密度、すなわち第１質量部１１と第２質量部１２の面密度の合計は、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2である。
【００３９】
ここで、「通気性のない」とは、全く通気しない場合（例えばゴム等）はもちろん、吸音材１に音波が入射することにより質量部１０が振動する程度に通気性が低い場合（例えば高密度の繊維集合体）も含まれる。また、「通気性のある」とは、吸音材１に音波が入射したときに、この音波が内部の空気を振動させることにより減衰される程度の通気性を有していることを意味する。
【００４０】
第１質量部１１は、例えばゴム、アクリル樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂等の樹脂、アルミニウム等の金属、又はこれらの組み合わせ（ゴム、樹脂、又は金属膜の積層体）で構成される。
【００４１】
第１質量部１１の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、吸音材１の受音面に対して垂直方向から入射する音波に対しては質量部１０が振動するが、斜方向から入射する音波に対しては質量部１０の振動が著しく抑制されるので、吸音効果が低下する。
そのため、第１質量部１１は、質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有することが望ましい。これにより、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１０は振動する。具体的には、第１質量部１１の構成材料（ヤング率）、及び厚さを適宜に選定することにより、第１質量部１１の柔軟性を制御することができる。
【００４２】
第１質量部１１をゴム又は樹脂で構成する場合には、第１質量部１１を厚さ：０．１〜３ｍｍの膜状に形成するのが望ましい。また、第１質量部１１を金属で構成する場合には、第１質量部１１を厚さ：０．０１〜０．２ｍｍの膜状に形成するのが望ましい。ゴム膜又は樹脂膜の厚さが３ｍｍを超えると、又は金属膜の厚さが０．２ｍｍを超えると、第１質量部１１に剛性を生じ、第１質量部１１の振動が抑制され、所望の吸音効果が得られなくなるためである。また、膜厚が薄いほど第１質量部１１の柔軟性は高まるが、膜厚が薄すぎると正確な膜厚制御が困難となるため、上述のように下限値を設定している。
【００４３】
第１質量部１１を構成するゴム又は樹脂としては、室温下でのヤング率Ｅが０．２×１０6〜５．０×１０6Ｎ／ｍ2のものが好適である。ゴム材としては、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、ポリオレフィンが挙げられる。
これにより、ゴム又は樹脂を０．１〜３ｍｍの膜厚で形成した場合に、高い柔軟性を確保することができる。なお、第１質量部１１をゴムで構成する場合は、ゴムの硬度にも留意する必要がある。
【００４４】
第１質量部１１を構成する金属として、例えば、室温下でのヤング率Ｅが７×１０10Ｎ／ｍであるアルミニウムが挙げられる。このように、金属のヤング率Ｅは、上述したゴム又は樹脂のヤング率Ｅに比べて非常に大きいが、０．０１〜０．２ｍｍの膜厚で金属膜を形成することで、第１質量部１１の高い柔軟性を確保することができる。アルミニウムの密度を２７００ｋｇ／ｍ3とすると、膜厚０．０１〜０．２ｍｍのアルミ箔の面密度は０．０２７〜０．５４ｋｇ／ｍ2となる。
【００４５】
また、ゴム、樹脂、又は金属を組み合わせて第１質量部１１を構成する場合は、質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有するように、各材料を所定のヤング率Ｅ及び厚さの範囲にて形成し、積層すればよい。
特に金属を使用した場合、高い柔軟性を確保するため、厚さ０．０１〜０．２ｍｍの膜状に形成することになるが、面密度は、例えばアルミ箔の場合０．０２７〜０．５４ｋｇ／ｍ2と小さくなってしまう。したがって、第２質量部１２での面密度調整負担を低減するため、金属膜と、ゴム膜又は樹脂膜とを積層した構成で第１質量部１１を形成し、第１質量部１１の面密度を大きくすることが好ましい。
【００４６】
第１質量部１１と同様に、第２質量部１２の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、やはり吸音材１の吸音効果が低下する。そのため、第２質量部１１は、質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有することが望ましい。これにより、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１０は振動する。
【００４７】
多孔質材料としては、室温下でのヤング率Ｅが１×１０4〜１×１０6Ｎ／ｍ2のグラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂が好適である。質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有し、第１質量部１１との面密度の合計が２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2の範囲となるように、第２質量部１２の厚さが適宜に選定される。
【００４８】
第１質量部１１と第２質量部１２は、例えば接着により一体化されている。第１質量部１１と第２質量部１２が一体化されているので、第１質量部１１と第２質量部１２の両方が、ばね−マス振動系の質量となる。
【００４９】
ばね部２０は、例えば多孔質材料で構成される。多孔質材料としては、グラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂が好適である。この場合、ばね部２０の減衰比は０．０５〜０．２５程度となる。
また、ばね部２０の厚さｔ及びヤング率Ｅは、設置スペースや吸音率ピーク周波数等に応じて適宜に選定される。
【００５０】
吸音材１によれば、音源側に通気性のある多孔質材料の第２質量部１２が配置されているので、この第２質量部１２が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能する。すなわち、音源からの音波が第２質量部１２を伝播して第１質量部１１を振動させる際に、第２質量部１２内でも吸音される。したがって、吸音材１は、６３〜１２５Ｈｚの低周波数域の騒音に対する高い吸音特性（吸音率ピーク値が０．８以上）に加え、２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対しても高い吸音特性を有する。
また、第２質量部１２により第１質量部１１の表面が保護されるので、第１質量部１１が傷つくことにより振動による吸音機構が損なわれるのを防止できる。さらには、中・高周波数域の吸音に対応させるために、吸音材１の厚さが厚くなることもない。
【００５１】
[実施例１]
実施例１では、質量部１０の面密度が２．９ｋｇ／ｍ2となるように、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、ヤング率：１．０×１０6Ｎ／ｍ2、厚さ：０．２ｍｍの樹脂膜で第１質量部１１を構成し、ヤング率：１．５×１０5Ｎ／ｍ2、厚さ：２５ｍｍ、密度：９６ｋｇ／ｍ3のグラスウールで第２質量部１２を構成した。また、ヤング率：１．０×１０5Ｎ／ｍ2、厚さ：２００ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ3のグラスウールでばね部２０を構成した。
ばね部２０のばね定数を小さくし、質量部１０の質量を大きくすることにより、吸音率ピークを低周波数側に容易にシフトさせることができる。特に、第２質量部１２とばね部２０を同じグラスウールで構成するような場合は、第２質量部１２の密度をばね部２０の密度より大きくするのがよい。
【００５２】
[比較例１]
比較例１では、実施例１の吸音材１において、第１質量部１１と第２質量部１２の配置を逆にした（図１３参照、吸音材２）。すなわち、第１質量部１１を音源側、第２質量部１２をばね部２０側に配置した。各構成材料については実施例１と同様とした。
【００５３】
実施例１及び比較例１について残響室法吸音率を測定した結果を図１４に示す。
図１４に示すように、実施例１では、６３Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．０６であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、高周波数域になるほど吸音率が増加した。
これに対して、比較例１では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は０．９９であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、一部吸音率ピークがみられたものの、全体として高周波数域になるほど吸音率が低下する傾向にあった。
このように、実施例１では、低周波数域において比較例１と同等の吸音特性が得られる上、さらに２００〜５０００Ｈｚの周波数域における吸音特性が格段に向上した。
【００５４】
[実施例２]
実施例２では、質量部１０の面密度が３．２ｋｇ／ｍ2となるように、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、ヤング率：７．０×１０10Ｎ／ｍ2、厚さ：０．１ｍｍの金属膜と、ヤング率：０．５×１０6Ｎ／ｍ2、厚さ：１．４ｍｍのゴム膜との積層体で第１質量部１１を構成し、ヤング率：０．２×１０6Ｎ／ｍ2、厚さ：２５ｍｍ、密度：２２ｋｇ／ｍ3の発泡性ウレタン樹脂で第２質量部１２を構成した。また、ヤング率：１．０×１０5Ｎ／ｍ2、厚さ：２００ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ3のグラスウールでばね部２０を構成した。
【００５５】
[比較例２]
比較例２では、実施例２の吸音材１において、第１質量部１１と第２質量部１２の配置を逆にした（図１３参照、吸音材２）。すなわち、第１質量部１１を音源側、第２質量部１２をばね部２０側に配置した。各構成材料については実施例２と同様とした。
【００５６】
実施例２及び比較例２について残響室法吸音率を測定した結果を図１５に示す。
図１５に示すように、実施例２では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．０８であった。また、２００〜１０００Ｈｚの周波数域では、吸音率が０．６前後で推移し、１０００Ｈｚ以上の周波数域では高周波数域になるほど増加した。
これに対して、比較例２では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．１４であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、高周波数域になるほど吸音率が低下する傾向にあった。
このように、実施例２では、低周波数域において比較例２と同等の吸音特性が得られる上、さらに５００〜２０００Ｈｚの周波数域における吸音特性が格段に向上した。
【００５７】
本発明では、第１質量部１１と第２質量部１２が一体化され、両方でばね−マス振動系の質量を構成するため、第１質量部１１と第２質量部１２の配置を逆にしても、低周波数域における吸音特性は同等となる。さらに、音源側に多孔質材料の第２質量部１２が配置されているので、この第２質量部１２が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能する。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００５９】
例えば、図１６に示すように、吸音材１において、多孔質材料の代わりに空気層２０Ａをばね部２０として適用してもよい。この場合、例えば設置面Ｗに立設した断面「コ」字状の支持部材２１により、設置面Ｗから離間した位置で質量部１０を支持する。質量部１０と設置面Ｗの間に空間が形成されるので、質量部１０の背面側（設置面Ｗ側）の空気層２０Ａがばねとして作用して吸音する。
【００６０】
また、図１７に示すように、第２質量部１２の表面（音源側）１２ａを凹凸状に形成してもよい。これにより、受音面の表面積が増加するので、吸音特性がさらに向上する。
【００６１】
また、図１８、１９に示すように、ばね部２０の設置面Ｗとの接触面２０ａ又は第１質量部１１との接触面２０ｂを凹凸状に形成してもよい。これにより、ばね部２０は対向する面（設置面Ｗ又は第１質量部１１）に点支持又は線支持されることとなり、ばね部２０のばね定数が低減される。したがって、吸音率ピークを低周波数域側へシフトさせるのに有効である。
また、図１６〜１９に示した例を組み合わせて、第２質量部１２とばね部２０の双方に凹凸構造を設けてもよい。また、図１６〜１９に示した例の凹凸構造は波形であるが、点支持あるいは線支持ができる形状であればよい。
【００６２】
また、吸音材１において、第２質量部１２の音源側にさらに多孔質材料からなる層を積層してもよい。これにより、５０〜５０００Ｈｚの広帯域において、所望の吸音率（吸音率０．８以上）を得ることができる。但し、多孔質材料からなる層を追加するため、吸音材１の厚さとしては厚くなるため、設置スペースの確保が必要となる。
【００６３】
また、本発明は、６３〜１２５Ｈｚの周波数域において吸音率ピークを有し、また所望のピーク値（吸音率０．８以上）を達成できる低周波数域用の吸音材として有用であるが、２００Ｈｚ近傍の騒音を効果的に吸収することもできる。
【００６４】
また、第１質量部１１をアルミニウム等の金属で構成した場合、吸音材１は吸音効果を有するだけでなく、電磁波のシールド効果も有することとなる。したがって、騒音とともに電磁波を発する機器（例えば変圧器）用の騒音対策として極めて有用である。この場合、金属からなる第１質量部１１を接地することにより、シールド効果をさらに高めることもできる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
１ 吸音材
１０ 質量部
１１ 第１質量部
１２ 第２質量部
２０ ばね部
Ｗ 設置面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動吸振機構を利用した吸音材に関し、特に、２００Ｈｚより低い周波数域の騒音を効果的に吸収する低周波数域用の吸音材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場の機械類などの設備等から発生する様々な騒音に対する低減要求が厳しくなっている。騒音を吸収する吸音材としては、一般に多孔質材料が使用されている。多孔質材料には、グラスウールやロックウール等の無機繊維系のもの、ポリエステル等の高分子繊維系のもの、発泡軟質ウレタン等の樹脂発泡系のもの等がある。
多孔質材料で構成した吸音材は、５００Ｈｚ超の中・高周波数域用としては優れているが、５００Ｈｚ以下の低周波数域用としては必ずしも適していない。つまり、吸音材の厚さを厚くしたり、吸音材と設置面との間に十分な空気層を介在させたりすることで低周波数域に対応させることはできるが、十分な設置スペースを確保できない場合には適用できない。また、吸音材の厚さが厚くなることで、吸音材の重量が重くなるという問題もある。
【０００３】
そこで、低周波数域用の吸音材として、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用する技術が提案されている（例えば特許文献１〜３）。動吸振機構を利用した吸音材においては、音波（振動）の入射に伴い共振現象が生じ、ばね部で振動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、吸音が行われる。
【０００４】
具体的には、特許文献１には、高密度の繊維集合体で質量部を構成し、低密度の繊維集合体でばね部を構成した吸音材が開示されている。
特許文献２には、粘弾性体で質量部を構成し、繊維状集合体でばね部を構成した吸音材が開示されている。
特許文献３には、ゴム膜で質量部を構成し、グラスウール等の多孔質体でばね部を構成した吸音材が開示されている。
特許文献１〜３に記載の吸音材によれば、２００〜３００Ｈｚの周波数域において、高い吸音率が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５２８９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１５０１７０号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０９８０６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術を適用しても、２００Ｈｚ以下、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの周波数域の音波に対して、０．８以上の高い吸音率を実現することはできない。また、２００Ｈｚより低い低周波数域と、２００〜５０００Ｈｚの中・高周波数域の両方において、高い吸音特性が得られる吸音材は現状では実現されていない。
【０００７】
本発明は、２００Ｈｚより低い周波数域、特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚの騒音及び２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対して高い吸音特性を有する吸音材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】
【０００８】
本発明に係る吸音材は、質量部とばね部とを有し、前記ばね部を設置面に向けて設置される吸音材であって、
前記質量部が、前記ばね部側に配置される通気性のない第１質量部と、音源側に配置される多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成した構成を有し、
前記質量部の面密度が、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、音源側に通気性のある多孔質材料の第２質量部が配置されているので、この第２質量部が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能する。したがって、本発明によれば、２００Ｈｚより低い周波数域（特に設備等で問題となる６３〜１２５Ｈｚ）の騒音だけでなく、２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対しても高い吸音特性を有する吸音材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図である。
【図２】吸音材の等価モデルを示す図である。
【図３】通気性のないゴム膜で質量部を構成し、多孔質材料（例えばグラスウール）でばね部を構成した吸音材の吸音率を示す図である。
【図４】多数の孔（開口）を形成した通気性のあるゴム膜で質量部を構成し、多孔質材料でばね部を構成した吸音材の吸音率を示す図である。
【図５】ばね部の厚さｔを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度：０．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図６】ばね部の厚さｔを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度：２．４ｋｇ／ｍ2）である。
【図７】ばね部の厚さｔを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度：３．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図８】ばね部のヤング率Ｅを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度Ｄa：０．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図９】ばね部のヤング率Ｅを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図（質量部の面密度Ｄa：３．６ｋｇ／ｍ2）である。
【図１０】質量部の面密度Ｄaを変化させたときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした図である。
【図１１】ばね部の減衰比ζを変化させたときの質量部の面密度Ｄaと理論上の吸音率が最大となる周波数（吸音率ピーク周波数）ｆ0の関係をシミュレーションした図である。
【図１２】本実施の形態に係る吸音材の構成を示す図である。
【図１３】比較例に係る吸音材の構成を示す図である。
【図１４】実施例１及び比較例１の吸音材について残響室法吸音率を測定した結果を示す図である。
【図１５】実施例２及び比較例２の吸音材について残響室法吸音率を測定した結果を示す図である。
【図１６】実施の形態に係る吸音材の一変形例（ばね部が空気層）を示す図である。
【図１７】実施の形態に係る吸音材の他の変形例（第２質量部の表面に凹凸構造）を示す図である。
【図１８】実施の形態に係る吸音材の他の変形例（ばね部の設置面との接触面に凹凸構造）を示す図である。
【図１９】実施の形態に係る吸音材の他の変形例（ばね部の第１質量部との接触面に凹凸構造）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明に想到した経緯について説明する。本発明者等は、低周波数域（特に６３〜１２５Ｈｚ）用の吸音材として、１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材を候補に挙げて、吸音率０．８以上の高い吸音特性を得るべく、吸音材の寸法（厚さ）及び構成材料を検討した。
【００１２】
図１は１自由度のばね−マス振動系の動吸振機構を利用した吸音材の構成を示す図であり、図２は吸音材の等価モデルを示す図である。
図１、２に示すように、吸音材３は、質量部１０とばね部２０とを積層した構成を有する。質量部１０は通気性のない材料（例えばゴム）で構成され、ばね部２０は弾性効果を有する材料（例えば多孔質材料）で構成される。吸音材３は、質量部１０が音源側（入射音波側）に向くように、設置面Ｗに設置される。
【００１３】
図３は、通気性のないゴム膜で質量部１０を構成し、多孔質材料（例えばグラスウール）でばね部２０を構成した吸音材３の吸音率を示す図である。図１に示すように、通気性のないゴム膜で質量部１０を構成した場合、２２０Ｈｚ付近に吸音率ピーク（ピーク値０．８６）が出現した。
【００１４】
図４は、多数の孔（開口）を形成した通気性のあるゴム膜で質量部１０を構成し、多孔質材料でばね部２０を構成した吸音材３の吸音率を示す図である。なお、ゴム膜に形成される孔の有無以外の構成は、上記の吸音材３と同じとした。図４に示すように、通気性のあるゴム膜で質量部１０を構成した場合、２２０Ｈｚ付近の吸音率ピークが消滅した。
これより、通気性のない材料で質量部１０を構成することが、低周波数域における吸音特性を向上させるのに有効であることがわかった。
【００１５】
この吸音材３の共振周波数ｆ0（Ｈｚ）は、質量部１０の質量をｍ（ｋｇ）、ばね部２０のばね定数をｓ（Ｎ／ｍ）とすると、次式（１）で表される。共振周波数ｆ0が、吸音材３の吸音率ピークが出現する周波数（吸音率ピーク周波数）に他ならない。
【００１６】
【数１】
【００１７】
また、吸音材３の吸音率αは、理論的には次式（２）、（３）で表される。式（３）において、ζはばね部２０の減衰比、ρは空気の密度（ｋｇ／ｍ3）、ｃは空気中の音速（ｍ／ｓ）である。
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】
【００２０】
これらの式（１）〜（３）を用いてシミュレーションを行った。具体的には、質量部１０の面密度Ｄa、ばね部２０のヤング率Ｅ、厚さｔ、減衰比ζを任意に設定したときの周波数ｆに対する吸音率αをシミュレーションした。
なお、吸音材３の断面積Ａは設置スペースに応じて変動するため、便宜上、単位面積当たりの吸音材でシミュレーションした。すなわち、質量部１０の質量ｍは、質量部１０の面密度Ｄaで表され、ばね定数ｓは、ばね部２０のヤング率Ｅ（Ｎ／ｍ2）／厚さｔ（ｍ）で表される。
【００２１】
図５〜７は、ばね部２０の厚さｔを２５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍとしたときの周波数ｆに対する吸音率αを、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。図５には質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合、図６には質量部１０の面密度Ｄaを２．４ｋｇ／ｍ2とした場合、図７には質量部１０の面密度Ｄaを３．６ｋｇ／ｍ2とした場合について示している。また、ばね部２０のヤング率Ｅを１.０×１０5Ｎ／ｍ2、減衰比ζを０．１とした。
【００２２】
図５〜７に示すように、ばね部２０の厚さｔが厚くなる（すなわち、ばね定数ｓが小さくなる）に従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトする。
また、質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、低周波数側にシフトするに伴い、吸音率のピーク値が低下する（図５参照）。一方、質量部１０の面密度Ｄaを２．４ｋｇ／ｍ2とした場合、及び３．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、吸音率のピーク値は低下しない（図６、７参照）。
【００２３】
図８、９は、ばね部２０のヤング率Ｅを１．０×１０5Ｎ／ｍ2、０．５×１０5Ｎ／ｍ2、０．２×１０5Ｎ／ｍ2、０．１×１０5Ｎ／ｍ2としたときの周波数ｆに対する吸音率αを、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。図８には質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合、図９には質量部１０の面密度Ｄaを３．６ｋｇ／ｍ2とした場合について示している。また、ばね部２０の減衰比ζを０．１、厚さｔを２５ｍｍとした。
【００２４】
図８、９に示すように、ばね部２０のヤング率Ｅが小さくなる（すなわち、ばね定数ｓが小さくなる）に従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトする。
また、質量部１０の面密度Ｄaを０．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、低周波数側にシフトするに伴い、吸音率のピーク値が低下する（図８参照）。一方、質量部１０の面密度Ｄaを３．６ｋｇ／ｍ2とした場合は、吸音率のピーク値はほとんど変わらない（図９参照）。
【００２５】
図１０は、質量部１０の面密度Ｄaを、０．６ｋｇ／ｍ2、１．２ｋｇ／ｍ2、２．４ｋｇ／ｍ2、３．６ｋｇ／ｍ2としたときの周波数ｆに対する吸音率αを、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。また、ばね部２０のヤング率Ｅを１.０×１０5Ｎ／ｍ2、減衰比ζを０．１、厚さｔを５０ｍｍとした。
図１０に示すように、質量部１０の面密度Ｄaが高くなるに従って、吸音率ピークは低周波数側にシフトする。
【００２６】
このように、質量部１０の面密度Ｄaを大きくして質量ｍを大きくすることにより、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせることができる。また、ばね部２０の厚さｔを厚くする、又はヤング率Ｅを小さくしてばね定数ｓを小さくすることにより、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせることができる。
また、吸音率ピークを低周波数側にシフトさせる際、吸音率のピーク値を低下させないためには、面密度を所定値（例えば２．４ｋｇ／ｍ2）以上とする必要がある。
【００２７】
また、式（１）〜（３）より、吸音率αが１．０となる条件は、式（３）において、Ｒ＝１、Ｘ＝０である。したがって、次式（４）が満たされるときに、吸音率αが１．０となる。式（４）より、質量部１０の面密度Ｄaと共振周波数ｆ0との関係式が求まる。
【００２８】
【数４】
【００２９】
図１１は、ばね部２０の減衰比ζを、０．０５、０．１０、０．１５、０．２５としたときの質量部１０の面密度Ｄaと理論上の吸音率が最大となる周波数（吸音率ピーク周波数）ｆ0の関係を、式（１）〜（３）によりシミュレーションした図である。
【００３０】
図１１より、ばね部２０の減衰比ζを０．２５とした場合に、例えば６３Ｈｚ近傍における理論上の吸音率αを最大（α＝１．０）とするためには、質量部１０の面密度Ｄaを２．０ｋｇ／ｍ2とすればよいことになる。
また、ばね部２０の減衰比ζを０．０５とした場合に、質量部１０の面密度Ｄaが１０．０ｋｇ／ｍ2であれば、吸音率ピーク周波数ｆ0を６３Ｈｚ近傍とすることが可能となる。
また、質量部１０の面密度Ｄaが同一であっても、減衰比ζを大きくすることで、吸音率ピーク周波数ｆ0を、より低周波数側にシフトさせることが可能である。
【００３１】
ここで、ばね部２０を、グラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂で構成することを想定した場合、ばね部２０の減衰比ζは０．０５〜０．２５となる。
図１１より、所望の周波数（例えば６３Ｈｚ）が吸音率ピーク周波数となるようにする場合、ばね部２０の減衰比が小さいほど、質量部１０の面密度Ｄaを高くする必要がある。
【００３２】
また、図１１より、質量部１０の面密度Ｄaが１０．０ｋｇ／ｍ2であれば、ばね部２０の減衰比が０．０５であっても、吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ近傍とすることができる。言い換えると、質量部１０の面密度Ｄaが１０．０ｋｇ／ｍ2を超えると、６３Ｈｚ〜１２５Ｈｚの周波数域で吸音率ピークが出現するように制御することが困難となる。
また、質量部１０の面密度Ｄaが２．０ｋｇ／ｍ2である場合は、ばね部２０の減衰比として０．１５〜０．２５を適宜設定することで、吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ〜１２５Ｈｚとすることができる。質量部１０の面密度Ｄaが２．０ｋｇ／ｍ2を下回ると、ばね部２０の減衰比を０．２５としても吸音率ピーク周波数を６３Ｈｚ近傍とすることは困難となる。
【００３３】
したがって、減衰比ζが０．０５〜０．２５の材料でばね部２０を構成する場合は、質量部１０の面密度Ｄaを２．０ｋｇ／ｍ2〜１０．０ｋｇ／ｍ2とするのが望ましい。
これにより、吸音材３の吸音率ピーク周波数を６３〜１２５Ｈｚとすることができる。また、質量部１０の面密度Ｄaが２．０ｋｇ／ｍ2以上であれば、ばね部２０のばね定数ｓを小さくして吸音率ピークを低周波数側にシフトさせても、吸音率のピーク値は低下しないので、高い吸音特性（吸音率で０．８以上）が実現される。
【００３４】
上述したように、質量部１０の面密度Ｄaを２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2の範囲で設定すれば、６３〜１２５Ｈｚの周波数域において、理論上、吸音率αを最大とすることができる。
しかし、質量部１０の質量ｍ（面密度Ｄa）を大きくするために厚さｔを大きくすると、質量部１０に剛性が生じてしまい、逆に質量部１０の振動が減少するため、所望の吸音特性が得られない。また、質量部１０の質量ｍ（面密度Ｄa）を大きくするために、金属材料のように密度の高い材料を選定した場合、材料自体の剛性により質量部１０の振動が抑制される懸念がある。したがって、質量部１０を単層構造にする場合は、厚さ及び構成材料の選定に制約が生じる。
【００３５】
そこで、本発明者等は、質量部１０の振動機能を維持しつつ、質量部１０の面密度Ｄaを上述した範囲で設定すべく、検討を重ねた。そして、質量部１０を、通気性のない第１質量部（例えばゴム）と、多孔質材料からなる第２質量部の二層構造として一体的に形成することを発案した。この場合、第１質量部の質量を質量部１０の質量ｍとみなすのではなく、第１質量部と第２質量部の合計質量を質量部１０の質量ｍとすることで、式（１）〜（３）によるシミュレーション結果と実測値が良好に一致する。
なお、通気性のない第１質量部が音源側（入射音波側）となるように配置し、第１質量部の背面側（ばね部側）に第２質量部を配置した構成については、先に出願している（特願２０１０−２７４６８６）。この先願技術によれば、６３〜１２５Ｈｚの周波数域の騒音を効果的に吸音することができる。
【００３６】
さらに検討を重ねた結果、二層構造の質量部１０の構成を改良することで、６３〜１２５Ｈｚの低周波数域だけでなく、２００〜５０００Ｈｚの周波数域においても、高い吸音特性が得られることを見出し、本発明に想到した。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１２は本実施の形態に係る吸音材の構成を示す図である。
図１２に示すように、本実施の形態に係る吸音材１は、質量部１０とばね部２０とを積層した構成を有し、ばね部２０を設置面Ｗに向けて設置される。なお、設置面Ｗは音源（入射音波）と対向している。
【００３８】
質量部１０は、ばね部２０側に配置される通気性のない第１質量部１１と、音源側に配置される多孔質材料からなる、すなわち通気性のある第２質量部１２とを有する。質量部１０の面密度、すなわち第１質量部１１と第２質量部１２の面密度の合計は、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2である。
【００３９】
ここで、「通気性のない」とは、全く通気しない場合（例えばゴム等）はもちろん、吸音材１に音波が入射することにより質量部１０が振動する程度に通気性が低い場合（例えば高密度の繊維集合体）も含まれる。また、「通気性のある」とは、吸音材１に音波が入射したときに、この音波が内部の空気を振動させることにより減衰される程度の通気性を有していることを意味する。
【００４０】
第１質量部１１は、例えばゴム、アクリル樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂等の樹脂、アルミニウム等の金属、又はこれらの組み合わせ（ゴム、樹脂、又は金属膜の積層体）で構成される。
【００４１】
第１質量部１１の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、吸音材１の受音面に対して垂直方向から入射する音波に対しては質量部１０が振動するが、斜方向から入射する音波に対しては質量部１０の振動が著しく抑制されるので、吸音効果が低下する。
そのため、第１質量部１１は、質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有することが望ましい。これにより、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１０は振動する。具体的には、第１質量部１１の構成材料（ヤング率）、及び厚さを適宜に選定することにより、第１質量部１１の柔軟性を制御することができる。
【００４２】
第１質量部１１をゴム又は樹脂で構成する場合には、第１質量部１１を厚さ：０．１〜３ｍｍの膜状に形成するのが望ましい。また、第１質量部１１を金属で構成する場合には、第１質量部１１を厚さ：０．０１〜０．２ｍｍの膜状に形成するのが望ましい。ゴム膜又は樹脂膜の厚さが３ｍｍを超えると、又は金属膜の厚さが０．２ｍｍを超えると、第１質量部１１に剛性を生じ、第１質量部１１の振動が抑制され、所望の吸音効果が得られなくなるためである。また、膜厚が薄いほど第１質量部１１の柔軟性は高まるが、膜厚が薄すぎると正確な膜厚制御が困難となるため、上述のように下限値を設定している。
【００４３】
第１質量部１１を構成するゴム又は樹脂としては、室温下でのヤング率Ｅが０．２×１０6〜５．０×１０6Ｎ／ｍ2のものが好適である。ゴム材としては、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、ポリオレフィンが挙げられる。
これにより、ゴム又は樹脂を０．１〜３ｍｍの膜厚で形成した場合に、高い柔軟性を確保することができる。なお、第１質量部１１をゴムで構成する場合は、ゴムの硬度にも留意する必要がある。
【００４４】
第１質量部１１を構成する金属として、例えば、室温下でのヤング率Ｅが７×１０10Ｎ／ｍであるアルミニウムが挙げられる。このように、金属のヤング率Ｅは、上述したゴム又は樹脂のヤング率Ｅに比べて非常に大きいが、０．０１〜０．２ｍｍの膜厚で金属膜を形成することで、第１質量部１１の高い柔軟性を確保することができる。アルミニウムの密度を２７００ｋｇ／ｍ3とすると、膜厚０．０１〜０．２ｍｍのアルミ箔の面密度は０．０２７〜０．５４ｋｇ／ｍ2となる。
【００４５】
また、ゴム、樹脂、又は金属を組み合わせて第１質量部１１を構成する場合は、質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有するように、各材料を所定のヤング率Ｅ及び厚さの範囲にて形成し、積層すればよい。
特に金属を使用した場合、高い柔軟性を確保するため、厚さ０．０１〜０．２ｍｍの膜状に形成することになるが、面密度は、例えばアルミ箔の場合０．０２７〜０．５４ｋｇ／ｍ2と小さくなってしまう。したがって、第２質量部１２での面密度調整負担を低減するため、金属膜と、ゴム膜又は樹脂膜とを積層した構成で第１質量部１１を形成し、第１質量部１１の面密度を大きくすることが好ましい。
【００４６】
第１質量部１１と同様に、第２質量部１２の柔軟性が低い（剛性が大きい）と、やはり吸音材１の吸音効果が低下する。そのため、第２質量部１１は、質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有することが望ましい。これにより、受音面に対して音波が斜方向から入射した場合でも、これに追従して質量部１０は振動する。
【００４７】
多孔質材料としては、室温下でのヤング率Ｅが１×１０4〜１×１０6Ｎ／ｍ2のグラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂が好適である。質量部１０の振動が損なわれない程度の柔軟性を有し、第１質量部１１との面密度の合計が２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2の範囲となるように、第２質量部１２の厚さが適宜に選定される。
【００４８】
第１質量部１１と第２質量部１２は、例えば接着により一体化されている。第１質量部１１と第２質量部１２が一体化されているので、第１質量部１１と第２質量部１２の両方が、ばね−マス振動系の質量となる。
【００４９】
ばね部２０は、例えば多孔質材料で構成される。多孔質材料としては、グラスウール、ロックウール、これらの混合物、又は発泡性ウレタン樹脂が好適である。この場合、ばね部２０の減衰比は０．０５〜０．２５程度となる。
また、ばね部２０の厚さｔ及びヤング率Ｅは、設置スペースや吸音率ピーク周波数等に応じて適宜に選定される。
【００５０】
吸音材１によれば、音源側に通気性のある多孔質材料の第２質量部１２が配置されているので、この第２質量部１２が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能する。すなわち、音源からの音波が第２質量部１２を伝播して第１質量部１１を振動させる際に、第２質量部１２内でも吸音される。したがって、吸音材１は、６３〜１２５Ｈｚの低周波数域の騒音に対する高い吸音特性（吸音率ピーク値が０．８以上）に加え、２００〜５０００Ｈｚの周波数域の騒音に対しても高い吸音特性を有する。
また、第２質量部１２により第１質量部１１の表面が保護されるので、第１質量部１１が傷つくことにより振動による吸音機構が損なわれるのを防止できる。さらには、中・高周波数域の吸音に対応させるために、吸音材１の厚さが厚くなることもない。
【００５１】
[実施例１]
実施例１では、質量部１０の面密度が２．９ｋｇ／ｍ2となるように、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、ヤング率：１．０×１０6Ｎ／ｍ2、厚さ：０．２ｍｍの樹脂膜で第１質量部１１を構成し、ヤング率：１．５×１０5Ｎ／ｍ2、厚さ：２５ｍｍ、密度：９６ｋｇ／ｍ3のグラスウールで第２質量部１２を構成した。また、ヤング率：１．０×１０5Ｎ／ｍ2、厚さ：２００ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ3のグラスウールでばね部２０を構成した。
ばね部２０のばね定数を小さくし、質量部１０の質量を大きくすることにより、吸音率ピークを低周波数側に容易にシフトさせることができる。特に、第２質量部１２とばね部２０を同じグラスウールで構成するような場合は、第２質量部１２の密度をばね部２０の密度より大きくするのがよい。
【００５２】
[比較例１]
比較例１では、実施例１の吸音材１において、第１質量部１１と第２質量部１２の配置を逆にした（図１３参照、吸音材２）。すなわち、第１質量部１１を音源側、第２質量部１２をばね部２０側に配置した。各構成材料については実施例１と同様とした。
【００５３】
実施例１及び比較例１について残響室法吸音率を測定した結果を図１４に示す。
図１４に示すように、実施例１では、６３Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．０６であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、高周波数域になるほど吸音率が増加した。
これに対して、比較例１では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は０．９９であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、一部吸音率ピークがみられたものの、全体として高周波数域になるほど吸音率が低下する傾向にあった。
このように、実施例１では、低周波数域において比較例１と同等の吸音特性が得られる上、さらに２００〜５０００Ｈｚの周波数域における吸音特性が格段に向上した。
【００５４】
[実施例２]
実施例２では、質量部１０の面密度が３．２ｋｇ／ｍ2となるように、また振動が損なわれない柔軟性を有するように、ヤング率：７．０×１０10Ｎ／ｍ2、厚さ：０．１ｍｍの金属膜と、ヤング率：０．５×１０6Ｎ／ｍ2、厚さ：１．４ｍｍのゴム膜との積層体で第１質量部１１を構成し、ヤング率：０．２×１０6Ｎ／ｍ2、厚さ：２５ｍｍ、密度：２２ｋｇ／ｍ3の発泡性ウレタン樹脂で第２質量部１２を構成した。また、ヤング率：１．０×１０5Ｎ／ｍ2、厚さ：２００ｍｍ、密度：３２ｋｇ／ｍ3のグラスウールでばね部２０を構成した。
【００５５】
[比較例２]
比較例２では、実施例２の吸音材１において、第１質量部１１と第２質量部１２の配置を逆にした（図１３参照、吸音材２）。すなわち、第１質量部１１を音源側、第２質量部１２をばね部２０側に配置した。各構成材料については実施例２と同様とした。
【００５６】
実施例２及び比較例２について残響室法吸音率を測定した結果を図１５に示す。
図１５に示すように、実施例２では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．０８であった。また、２００〜１０００Ｈｚの周波数域では、吸音率が０．６前後で推移し、１０００Ｈｚ以上の周波数域では高周波数域になるほど増加した。
これに対して、比較例２では、８０Ｈｚに吸音率ピークが出現し、そのピーク値は１．１４であった。また、２００〜５０００Ｈｚの周波数域では、高周波数域になるほど吸音率が低下する傾向にあった。
このように、実施例２では、低周波数域において比較例２と同等の吸音特性が得られる上、さらに５００〜２０００Ｈｚの周波数域における吸音特性が格段に向上した。
【００５７】
本発明では、第１質量部１１と第２質量部１２が一体化され、両方でばね−マス振動系の質量を構成するため、第１質量部１１と第２質量部１２の配置を逆にしても、低周波数域における吸音特性は同等となる。さらに、音源側に多孔質材料の第２質量部１２が配置されているので、この第２質量部１２が一般に用いられている多孔質吸音材と同様に中・高周波数域用の吸音材として機能する。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００５９】
例えば、図１６に示すように、吸音材１において、多孔質材料の代わりに空気層２０Ａをばね部２０として適用してもよい。この場合、例えば設置面Ｗに立設した断面「コ」字状の支持部材２１により、設置面Ｗから離間した位置で質量部１０を支持する。質量部１０と設置面Ｗの間に空間が形成されるので、質量部１０の背面側（設置面Ｗ側）の空気層２０Ａがばねとして作用して吸音する。
【００６０】
また、図１７に示すように、第２質量部１２の表面（音源側）１２ａを凹凸状に形成してもよい。これにより、受音面の表面積が増加するので、吸音特性がさらに向上する。
【００６１】
また、図１８、１９に示すように、ばね部２０の設置面Ｗとの接触面２０ａ又は第１質量部１１との接触面２０ｂを凹凸状に形成してもよい。これにより、ばね部２０は対向する面（設置面Ｗ又は第１質量部１１）に点支持又は線支持されることとなり、ばね部２０のばね定数が低減される。したがって、吸音率ピークを低周波数域側へシフトさせるのに有効である。
また、図１６〜１９に示した例を組み合わせて、第２質量部１２とばね部２０の双方に凹凸構造を設けてもよい。また、図１６〜１９に示した例の凹凸構造は波形であるが、点支持あるいは線支持ができる形状であればよい。
【００６２】
また、吸音材１において、第２質量部１２の音源側にさらに多孔質材料からなる層を積層してもよい。これにより、５０〜５０００Ｈｚの広帯域において、所望の吸音率（吸音率０．８以上）を得ることができる。但し、多孔質材料からなる層を追加するため、吸音材１の厚さとしては厚くなるため、設置スペースの確保が必要となる。
【００６３】
また、本発明は、６３〜１２５Ｈｚの周波数域において吸音率ピークを有し、また所望のピーク値（吸音率０．８以上）を達成できる低周波数域用の吸音材として有用であるが、２００Ｈｚ近傍の騒音を効果的に吸収することもできる。
【００６４】
また、第１質量部１１をアルミニウム等の金属で構成した場合、吸音材１は吸音効果を有するだけでなく、電磁波のシールド効果も有することとなる。したがって、騒音とともに電磁波を発する機器（例えば変圧器）用の騒音対策として極めて有用である。この場合、金属からなる第１質量部１１を接地することにより、シールド効果をさらに高めることもできる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
１ 吸音材
１０ 質量部
１１ 第１質量部
１２ 第２質量部
２０ ばね部
Ｗ 設置面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量部とばね部とを有し、前記ばね部を設置面に向けて設置される吸音材であって、
前記質量部が、前記ばね部側に配置される通気性のない第１質量部と、音源側に配置される多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成した構成を有し、
前記質量部の面密度が、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2であることを特徴とする吸音材。
【請求項２】
前記第１質量部が、ゴム、樹脂、金属材料又はそれらの積層体で構成されることを特徴とする請求項１に記載の吸音材。
【請求項３】
前記第２質量部の表面が、凹凸構造を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸音材。
【請求項４】
前記ばね部が、多孔質材料で構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の吸音材。
【請求項５】
前記ばね部の表面が、凹凸構造を有していることを特徴とする請求項４に記載の吸音材。
【請求項６】
前記ばね部が、空気層で構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の吸音材。
【請求項１】
質量部とばね部とを有し、前記ばね部を設置面に向けて設置される吸音材であって、
前記質量部が、前記ばね部側に配置される通気性のない第１質量部と、音源側に配置される多孔質材料からなる第２質量部とを一体的に形成した構成を有し、
前記質量部の面密度が、２．０〜１０．０ｋｇ／ｍ2であることを特徴とする吸音材。
【請求項２】
前記第１質量部が、ゴム、樹脂、金属材料又はそれらの積層体で構成されることを特徴とする請求項１に記載の吸音材。
【請求項３】
前記第２質量部の表面が、凹凸構造を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸音材。
【請求項４】
前記ばね部が、多孔質材料で構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の吸音材。
【請求項５】
前記ばね部の表面が、凹凸構造を有していることを特徴とする請求項４に記載の吸音材。
【請求項６】
前記ばね部が、空気層で構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の吸音材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−２０００３（Ｐ２０１３−２０００３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１９２８（Ｐ２０１１−１５１９２８）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 日本音響学会２０１１年春季研究発表会 平成２３年３月９日−１１日開催（社団法人 日本音響学会）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（３０６０１３１１９）昭和電線デバイステクノロジー株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 日本音響学会２０１１年春季研究発表会 平成２３年３月９日−１１日開催（社団法人 日本音響学会）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（３０６０１３１１９）昭和電線デバイステクノロジー株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
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