CN109643535B - 防音结构体及开口结构体 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种能够抑制由共振振动引起的吸音特性的下降的防音结构体及开口结构体。本发明的防音结构体具备:微穿孔板,具有在厚度方向上贯穿的多个贯穿孔;及第1框体,与微穿孔板的一面相接而配置,且具有多个孔部,第1框体的孔部的开口直径大于微穿孔板的贯穿孔的开口直径,第1框体的孔部的开口率大于微穿孔板的贯穿孔的开口率,与第1框体相接的微穿孔板的共振频率大于可听范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种防音结构体及开口结构体。
背景技术
如专利文献1所记载,利用亥姆霍兹共振的防音结构体具有在形成有多数贯穿孔的板状部件的背面配置屏蔽板而设置屏蔽声音的封闭空间的结构。这种亥姆霍兹结构通过改变贯穿孔的直径或长度及封闭空间的体积等而在所期望的频率下得到高吸音效果,因此可广泛地用于各种领域。
并且,作为代替聚氨酯等以往的吸音材料的新的防音部件,设有多个直径为1mm以下的贯穿孔的防音结构体(以下,也称为微穿孔板)受到关注(参考专利文献2)。微穿孔板(Micro Perforated Plate:MPP)在可得到宽带的吸音特性的点上优选,从可得到宽带的吸音特性的点考虑,孔径越小越优选。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-338795号公报
专利文献2:日本特开2007-058109号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而,微穿孔板中,当进行1mm以下的开孔时,从加工上的问题考虑需要使用薄的板或膜。根据本发明人等的研究,得知存在如下问题:将微穿孔板设为薄的板或膜时,对于低频的声波容易引起共振振动,因此在共振振动频率周边的频带中吸收率下降等问题。
在此,专利文献2中记载有通过设为在微穿孔板安装设有多个开口部的增强体的结构来提高强度。然而,未提及由于共振振动而在共振振动频率周边的频带中吸收率下降的问题。
本发明的目的在于提供一种能够解决上述现有技术的问题点,且能够抑制由共振振动引起的吸收率的下降的防音结构体及开口结构体。
用于解决技术课题的手段
本发明人为了实现上述目的而进行深入研究的结果,具备:微穿孔板,具有在厚度方向上贯穿的多个贯穿孔;及第1框体,与微穿孔板的一面相接而配置,且具有多个孔部,第1框体的孔部的开口直径大于微穿孔板的贯穿孔的开口直径,第1框体的孔部的开口率大于微穿孔板的贯穿孔的开口率,与第1框体相接的微穿孔板的共振频率大于可听范围,由此发现能够解决上述问题,从而完成了本发明。
即,发现了通过以下结构能够实现上述目的。
[1]一种防音结构体,其具备:
微穿孔板,具有在厚度方向上贯穿的多个贯穿孔;及
第1框体,与微穿孔板的一面相接而配置,且具有多个孔部,
第1框体的孔部的开口直径大于微穿孔板的贯穿孔的开口直径,
第1框体的孔部的开口率大于微穿孔板的贯穿孔的开口率,
与第1框体相接的微穿孔板的共振振动频率大于可听范围。
[2]根据[1]所述的防音结构体,其中,第1框体的孔部的开口直径为22mm以下。
[3]根据[1]或[2]所述的防音结构体,其中,微穿孔板的贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的防音结构体,其中,贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且小于100μm,将贯穿孔的平均开口直径设为phi(μm),将微穿孔板的厚度设为t(μm)时,贯穿孔的平均开口率rho处于大于0且小于1的范围,且处于以rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6为中心,以rho_center-(0.052×(phi/30)-2)为下限,以rho_center+(0.795×(phi/30)-2)为上限的范围。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的防音结构体,其具有与微穿孔板的两面分别相接而配置的2个第1框体。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的防音结构体,其中,第1框体粘接固定于微穿孔板。
[7]根据[1]~[6]中任一项所述的防音结构体,其中,微穿孔板由金属或合成树脂形成。
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的防音结构体,其中,微穿孔板由铝或铝合金形成。
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的防音结构体,其中,第1框体具有蜂窝结构。
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的防音结构体,其中,第1框体由金属形成。
[11]根据[1]~[9]中任一项所述的防音结构体,其中,第1框体由合成树脂形成。
[12]根据[1]~[9]中任一项所述的防音结构体,其中,第1框体由纸形成。
[13]根据[1]~[10]中任一项所述的防音结构体,其中,第1框体由铝、铁、铝合金及铁合金中的任一个形成。
[14]根据[1]~[13]中任一项所述的防音结构体,其具有配置在第1框体的与配置微穿孔板的面相反的一侧的面的背面板。
[15]根据[1]~[13]中任一项所述的防音结构体,其具有与微穿孔板及第1框体的层叠体分开而配置的背面板。
[16]根据[1]~[15]中任一项所述的防音结构体,其具有第2框体,所述第2框体具有1个以上的开口部,
所述防音结构体具有防音单元,所述防音单元覆盖第2框体的1个以上的开口部地配置微穿孔板和第1框体的层叠体。
[17]一种开口结构体,其具有:
[16]所述的防音结构体;及
具有开口的开口部件,在开口部件的开口内,以微穿孔板的膜面的垂线方向与垂直于开口部件的开口截面的方向相交的方式配置防音结构体,在开口部件设置成为气体所通过的通气口的区域。
发明效果
根据本发明,能够提供一种能够抑制由共振振动引起的吸收率的下降的防音结构体及开口结构体。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的防音结构体的一例的剖视图。
图2是示意性地表示图1的防音结构体的主视图。
图3是示意性地表示微穿孔板的主视图。
图4是示意性地表示第1框体的主视图。
图5是用于说明吸收率的测定方法的示意剖视图。
图6是概念性地表示用于说明本发明的防音结构体的效果的吸收率与频率的关系的曲线图。
图7是示意性地表示本发明的防音结构体的另一例的剖视图。
图8是示意性地表示本发明的防音结构体的另一例的剖视图。
图9是示意性地表示本发明的防音结构体的另一例的剖视图。
图10是示意性地表示本发明的防音结构体的另一例的剖视图。
图11是示意性地表示本发明的开口结构体的一例的剖视图。
图12A是用于说明具有多个贯穿孔的微穿孔板的优选制造方法的一例的示意剖视图。
图12B是用于说明具有多个贯穿孔的微穿孔板的优选制造方法的一例的示意剖视图。
图12C是用于说明具有多个贯穿孔的微穿孔板的优选制造方法的一例的示意剖视图。
图12D是用于说明具有多个贯穿孔的微穿孔板的优选制造方法的一例的示意剖视图。
图12E是用于说明具有多个贯穿孔的微穿孔板的优选制造方法的一例的示意剖视图。
图13是具有本发明的防音结构体的防音部件的一例的剖面示意图。
图14是具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例的剖面示意图。
图15是表示具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例的剖面示意图。
图16是表示具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例的剖面示意图。
图17是表示具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例的剖面示意图。
图18是表示具有本发明的防音结构体的防音部件安装在壁上的状态的一例的剖面示意图。
图19是图18所示的防音部件从壁的拆卸状态的一例的剖面示意图。
图20是表示具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例中的单位单元组的装卸的俯视图。
图21是表示具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例中的单位单元组的装卸的俯视图。
图22是本发明的防音结构体的防音单元的一例的俯视图。
图23是图22所示的防音单元的侧视图。
图24是本发明的防音结构体的防音单元的一例的俯视图。
图25是图24所示的防音单元的A-A线向视剖面示意图。
图26是具有本发明的防音结构体的防音部件的另一例的俯视图。
图27是图26所示的防音部件的B-B线向视剖面示意图。
图28是图26所示的防音部件的C-C线向视剖面示意图。
图29是示意性地表示测定声学特性的测定装置的立体图。
图30是表示频率与声学特性的关系的曲线图。
图31是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图32是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图33是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图34是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图35是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图36是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图37是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图38是示意性地表示测定声学特性的测定装置的立体图。
图39是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图40是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图41是表示平均开口率与声学特性的关系的曲线图。
图42是表示平均开口直径与最佳平均开口率的关系的曲线图。
图43是表示平均开口直径与最大吸收率的关系的曲线图。
图44是表示平均开口直径与最佳平均开口率的关系的曲线图。
图45是表示平均开口率与最大吸收率的关系的曲线图。
图46是示意性地表示本发明的防音结构体的另一例的剖视图。
图47是表示距离与眼睛的分辨率的关系的曲线图。
图48是示意性地表示第1框体的另一例的主视图。
图49是用于说明第2框体的形状的示意立体图。
图50是表示频率与吸收率的关系的曲线图。
图51是表示平均开口率与最大吸收率的关系的曲线图。
图52是表示频率与吸音率的关系的曲线图。
图53是用于说明实施例的防音结构体的结构的示意剖视图。
图54是表示频率与吸音率的关系的曲线图。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明根据本发明的代表性实施方式而完成,但本发明并不限定于这种实施方式。
另外,本说明书中,使用“~”来表示的数值范围是指将记载于“~”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
[防音结构体]
本发明的防音结构体为如下防音结构体,其具备:微穿孔板,具有在厚度方向上贯穿的多个贯穿孔;及
第1框体,与微穿孔板的一面相接而配置,且具有多个孔部,
第1框体的孔部的开口直径大于微穿孔板的贯穿孔的开口直径,
第1框体的孔部的开口率大于微穿孔板的贯穿孔的开口率,
与第1框体相接的微穿孔板的共振频率大于可听范围。
本发明的防音结构体用于影印机、送风机、空调设备、排气扇、泵类、发电机、导管、此外还有涂布机及旋转机、输送机等发出声音的各种种类的制造设备等工业设备、汽车、电车及航空器等运输用设备、冰箱、洗衣机、烘干机、电视、复印机、微波炉、游戏机、空调、风扇、PC(个人计算机)、吸尘器、空气净化器及排气扇等一般家用设备等,各种设备中适当配置于从噪音源产生的声音所通过的位置。
利用图1~图4对本发明的防音结构体的结构进行说明。
图1是表示本发明的防音结构体的优选实施方式的一例的示意剖视图,图2是防音结构体的示意主视图。
图1及图2所示的防音结构体10a具有:板状的微穿孔板12,具有多个在厚度方向上贯穿的贯穿孔14,及第1框体16,具有多个孔部17,且与微穿孔板12一面相接而配置。
图3中示出微穿孔板12的一例的示意主视图,图4中示出第1框体16的一例的示意主视图。
如图2~图4所示,第1框体16的孔部17的开口直径大于微穿孔板12的贯穿孔14的开口直径,并且,第1框体16的孔部的开口率大于微穿孔板12的贯穿孔14的开口率。
在此,在本发明中,防音结构体10a具有与第1框体相接的微穿孔板的共振频率大于可听范围的结构。
如前所述,作为获得宽带的吸音特性的防音结构体,设有多个直径为1mm以下的贯穿孔的微穿孔板受到关注。微穿孔板在获得宽带的吸音特性的点上,设置于微穿孔板的孔径越小越优选。微穿孔板中,当进行1mm以下的开孔时,从加工上的问题考虑,需要使用薄板或膜。
然而,根据本发明人等的研究,得知存在如下问题:将微穿孔板设为薄板或膜时,微穿孔板对于声波容易引起共振振动,因此导致在共振振动频率周边的频带中吸音特性下降。
相对于此,本发明的防音结构体中,通过与微穿孔板12相接而配置具有多个大开口直径的孔部17的第1框体16,从而通过第1框体16提高微穿孔板12的刚性。此时,将第1框体16的孔部17的开口直径设为使微穿孔板12的共振振动频率高于可听范围的开口直径,由此使微穿孔板12的共振振动频率高于可听范围。由此,在可听范围中,能够抑制由共振振动引起的吸收率下降。
对于该点,使用图5及图6来进行说明。
图5是用于说明防音结构体的吸收率的测定方法的示意剖视图,图6是概念性地表示吸收率与频率的关系的曲线图。
如图5所示,关于防音结构体的吸收率,在声管P中配置防音结构体并使用多个扩音器(未图示)来测定在声管P中的多个位置上的声音并通过传递函数法来进行计算。
具体而言,本申请中,防音结构体的声学特性的测定方法是按照“ASTM E2611-09:基于传递矩阵法测量声学材料的正常发声声传播的标准测试方法(Standard Test Methodfor Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of AcousticalMaterials Based on the Transfer Matrix Method)”而进行的。该测定法例如为与使用了由Nihon Onkyo Engineering Co.,Ltd.提供的WinZac的4个扩音器测定法相同的测定原理。该方法中能够在宽光谱带中测定声透射损失。尤其,通过同时测定透射率与反射率,并求出吸收率为1-(透射率+反射率),从而还能够准确地测定样品的吸收率。
另外,以下说明中,将垂直声透射率、反射率、吸收率统称为声学特性。
图6是概念性地表示如上所述地测定吸收率时的吸收率与频率的关系的曲线图。
图6中,用虚线表示微穿孔板单体时的吸收率,用实线表示设为具有微穿孔板及第1框体的防音结构体时的吸收率。
如图6所示,为微穿孔板单体的情况下,共振振动频率成为可听范围,吸收率在可听范围的特定的频率中下降。相对于此,设为具有微穿孔板及第1框体的防音结构体的情况下,微穿孔板的刚性变高,且共振振动频率成为高于可听范围的频率,因此产生吸收率在共振振动频率附近下降的频带(图中,由箭头a表示),但图中如由箭头b所示,能够抑制在可听范围内的吸收率的下降。
如此,根据本发明的防音结构体,能够抑制由共振振动引起的吸收率的下降。
根据本发明人等的研究认为,本发明的结构中,由于存在微穿孔板及贯穿孔,因此声音通过这两种中的任一种来透射。透射微穿孔板的路径(path)为一度转换为微穿孔板的膜振动的固体振动作为声波而再次放射的路径,透射贯穿孔的路径为作为气体传播声音在贯穿孔中直接通过的路径。并且,虽然认为通过贯穿孔的路径作为这次的吸收机制为主导,但认为微穿孔板的共振振动频率(第一固有振动频率)附近的频带的声音主要通过由微穿孔板的膜振动再次放射的路径。
在此,透射贯穿孔的路径中的吸音的机制推断为:声音通过微贯穿孔时由贯穿孔的内壁面与空气的摩擦引起的声能向热能的变化。通过贯穿孔部分时,声音从整个微穿孔板上的宽面积汇集到贯穿孔的窄面积而通过。通过声音汇集到贯穿孔中而使局部速度变得极大。由于摩擦与速度相关,因此在微贯穿孔内摩擦变大且转换为热。
当贯穿孔的平均开口直径小时,相对于开口面积的贯穿孔的边缘长度的比率变大,因此认为能够增大在贯穿孔的边缘部或内壁面产生的摩擦。增大通过贯穿孔时的摩擦,由此能够将声能转换为热能,从而能够更有效地进行吸音。
并且,声音被通过贯穿孔时的摩擦吸收,因此能够与声音的频带无关地进行吸音,且能够在宽带中进行吸音。
在此,如前所述,本发明中,通过与微穿孔板相接而配置第1框体来提高微穿孔板的表观刚性,并使共振振动频率高于可听范围。因此,比起由微穿孔板的膜振动再次放射的路径,可听范围的声音主要通过经过贯穿孔的路径,因此被通过贯穿孔时的摩擦吸收。
另外,与第1框体16相接而配置的微穿孔板12的第一固有振动频率为固有振动模式的频率,所述固有振动模式的频率中,在声波通过共振现象使膜振动的摇动最大处,声波在该频率下大量透射。被本发明人等发现:本发明中,第一固有振动频率根据由包含第1框体16及微穿孔板12的结构或还具有第2框体18的结构来确定,因此不管有无贯穿于微穿孔板12的贯穿孔14,都成为大致相同的值。
并且,第一固有振动频率附近的频率中,膜振动变大,因此由与微贯穿孔的摩擦产生的吸音效果变小。因此,本发明的防音结构体中,吸收率在第一固有振动频率±100Hz中变得极小。
并且,本发明中可听范围是指100Hz~20000Hz。因此,本发明的防音结构体中,微穿孔板的共振振动频率大于20000Hz。
并且,微穿孔板具有微贯穿孔,因此即使在水等液体附着于微穿孔板时,也通过表面张力而水避开贯穿孔的部分而不堵塞贯穿孔,因此难以降低吸音性能。
并且,由于是薄的板状(膜状)的部件,因此能够配合所配置的场所而使其弯曲。
在此,图1所示的例中,设为与微穿孔板12的一面相接而配置第1框体16的结构,但并不限定于此,如图7所示的防音结构体10b,也可以设为与微穿孔板12的两面分别相接而配置第1框体16的结构。
通过在微穿孔板12的两面分别配置第1框体16,能够更加提高微穿孔板的刚性,且能够更加提高共振振动频率。因此,能够使微穿孔板12的共振振动频率容易高于可听范围。
另外,分别配置于微穿孔板12的两面的2个第1框体16可以是相同的结构,也可以是不同的结构。例如,2个第1框体16的孔部的开口直径、开口率及材质等可以相同,也可以相互不同。
并且,只要微穿孔板12与第1框体16相接而配置即可,但优选被粘接固定。
通过粘接固定微穿孔板12与第1框体16,能够更加提高微穿孔板的刚性,且能够更加提高共振振动频率。因此,能够使微穿孔板12的共振振动频率容易高于可听范围。
关于在粘接固定微穿孔板12与第1框体16时所使用的粘接剂,根据微穿孔板12的材质及第1框体16的材质等来进行选择即可。作为粘接剂,例如能够举出环氧系粘接剂(Araldite(注册商标)(Nichiban Co.,Ltd.制)等)、氰基丙烯酸酯系粘接剂(Aron Alpha(注册商标)(Toagosei Company,Limited制)等)及丙烯酸系粘接剂等。
并且,本发明的防音结构体还可以为如下结构,即还具有具备1个以上的开口部的第2框体,且微穿孔板和第1框体的层叠体覆盖第2框体的开口部而配置。
图8中示出本发明的防音结构体的另一例的示意剖视图。
图8所示的防音结构体10c具有微穿孔板12、第1框体16及第2框体18。
图8所示的防音结构体中,第2框体18具有贯穿的1个开口部19,微穿孔板12和第1框体16的层叠体覆盖具有开口部19的开口面的一侧而配置。
如图8所示,第2框体18的开口部19的开口直径大于第1框体16的孔部17的开口直径,并且,第2框体18的开口部19的开口率大于第1框体16的孔部17的开口率。
如此,通过设为还具有第2框体18的结构,能够更加提高微穿孔板12的刚性,且能够更加提高共振振动频率。因此,使微穿孔板12的共振振动频率容易高于可听范围。
另外,图8所示的例中,第2框体18与层叠体的微穿孔板12侧相接而配置,但也可以与层叠体的第1框体16侧相接而配置。
并且,第2框体18与层叠体(微穿孔板12和第1框体16的层叠体)的固定方法并无特别限制,只要能够固定第2框体18与层叠体,则可以是任一种方法,例如能够举出使用粘接剂的方法或使用物理固定用具的方法等。
关于使用粘接剂的方法,在包围第2框体18的开口的表面上涂布粘接剂,并在其之上载置层叠体,从而固定于第2框体18。作为粘接剂,例如能够举出环氧系粘接剂(Araldite(注册商标)(Nichiban Co.,Ltd.制)等)、氰基丙烯酸酯系粘接剂(Aron Alpha(注册商标)(Toagosei Company,Limited制)等)及丙烯酸系粘接剂等。
作为使用物理固定用具的方法,能够举出将以覆盖第2框体18的开口的方式配置的层叠体夹在第2框体18与棒等固定部件之间,并使用螺丝或螺钉等固定用具将固定部件固定于第2框体18的方法等。
并且,图8所示的例中,第2框体18设为具有1个开口部19的结构,但并不限定于此,也可以具有2个以上的开口部19。
另外,以下说明中,将在具有1个开口部19的第2框体18的开口部19配置层叠体(微穿孔板12和第1框体16的层叠体)的结构也称为1个防音单元。本发明的防音结构体可以设为具有多个这种防音单元的结构,并且,在具有多个防音单元的情况下,多个防音单元中的每一个的第2框体18可以一体形成。多个防音单元中的每一个的微穿孔板12以及第1框体16也可以分别一体形成。
并且,图8所示的例中,设为具有1个第2框体18的结构,但并不限定于此,也可以设为在微穿孔板12和第1框体16的层叠体的两面分别配置第2框体18的结构。
图9中示出本发明的防音结构体的另一例的示意剖视图。
图9所示的防音结构体10d具有微穿孔板12、分别配置于微穿孔板12的两面的2个第1框体16及分别配置于2个第1框体16的2个第2框体18。即,图9所示的防音结构体10d具有如下结构:用2个第1框体16夹住微穿孔板12,而且用2个第2框体18夹住用第1框体16夹住微穿孔板12而成的层叠体。
如此,设为用2个第2框体18夹住微穿孔板12和第1框体16的层叠体的结构,由此能够更加提高微穿孔板12的刚性,且能够更加提高共振振动频率。因此,使微穿孔板12的共振振动频率容易高于可听范围。
另外,图9所示的例中,设为用2个第2框体18夹住用2个第1框体16夹住微穿孔板12而成的层叠体的结构,但并不限定于此,也可以设为用2个第2框体18夹住在微穿孔板12的一面配置第1框体16而成的层叠体的结构。
另外,图8中,第1框体16与第2框体18设为独立的部件,但第1框体16与第2框体18可以一体化。或进一步也可以为微穿孔板12、第1框体16及第2框体18一体化的结构。
第1框体16与第2框体18一体化的部件例如能够利用3D打印机来进行制作。并且,例如利用3D打印机来对形成微穿孔板12的板状部件、第1框体16及第2框体18进行一体成型之后,用激光在板状部件形成微贯穿孔14,由此能够制作微穿孔板12、第1框体16及第2框体18一体化的部件。
并且,图8所示的例中,设为第2框体18的与配置有层叠体的面相反一侧的开口面开放的结构,但并不限定于此,也可以设为如下结构:如图10所示,在第2框体的与配置有层叠体的面的相反一侧的开口面配置覆盖开口部19的背面板20。另外,本发明中,在层叠体与背面板20之间的区域中存在气体(空气)。即,由层叠体、第2框体18及背面板20形成大致封闭空间。
或者,如图46所示,也可以设为具有微穿孔板12、第1框体16及背面板20而不具有第2框体的结构,且设为在第1框体16的与配置有微穿孔板12的面相反一侧的面配置有背面板20的结构。即使设为这种结构的情况下,也在微穿孔板12与背面板20之间的区域中存在气体(空气),且由微穿孔板12、第1框体16及背面板20形成大致封闭空间。在这种结构的情况下,第1框体16的厚度优选设为5mm以上。并且,第1框体16的孔部17的开口直径优选设为1mm以上。
背面板20的厚度优选为0.1mm~10mm。
并且,作为背面板20的材质,能够利用铝及铁等各种金属、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等各种树脂材料。
并且,背面板20可以为设置防音结构体的各种设备的结构部件或壁等。即,也可以设为如下结构:例如将包含微穿孔板及第1框体的防音结构体设置于壁时,将第1框体的与配置有微穿孔板的面相反一侧的面以相接的方式配置于壁,由此利用壁作为背面板20。
[开口结构体]
本发明的开口结构体具有:
上述防音结构体;及
具有开口的开口部件,在开口部件的开口内,以微穿孔板的膜面的垂线方向与垂直于开口部件的开口截面的方向相交的方式配置防音结构体,在开口部件设置成为气体所通过的通气口的区域。
图11是示意性地表示本发明的开口结构体的一例的剖视图。
图11所示的开口结构体100具有防音结构体10c及开口部件102,在开口部件102的开口内配置有防音结构体10c。
如图11所示,开口结构体100中,防音结构体10c以微穿孔板12的膜面的垂线方向z与垂直于开口部件102的开口截面的方向s相交的方式配置。并且,在开口结构体100的开口与配置在开口内的防音结构体10c之间,设置有成为气体能够通过的通气口的区域q。
另外,图11的防音结构体10c为与图8所示的防音结构体10c相同结构的防音结构体。在本发明的开口结构体中所使用的防音结构体只要是具有微穿孔板12、第1框体16及第2框体18的防音结构体即可。
当开口部件102为具有如导管一样的长度的筒状的部件,且在该开口部件102内配置防音结构体10c时,声音在开口部件102的开口内向大致垂直于开口截面的方向s行进,因此大致垂直于开口截面的方向s成为声源的方向。因此,通过将微穿孔板12的膜面的垂线方向z配置成相对于与开口部件102的开口截面垂直的方向s倾斜,从而配置成膜面的垂线方向z相对于设为防音对象的声源的方向倾斜的状态。即,本发明的开口结构体中,声音并不垂直地撞击膜面,而是吸收在倾斜方向上撞击或平行撞击的声音
另外,图11所示的例中,以微穿孔板12的膜面的垂线方向相对于垂直于开口部件102的开口截面的方向s成为约45度的方式配置有防音结构体10c,但并不限定于此,只要以微穿孔板12的膜面的垂线方向z与垂直于开口部件102的开口截面的方向s相交的方式配置有防音结构体10c即可。
从增大吸音性能、通气性、即通气孔,且为伴随风扇等的风的噪音结构的情况下,缩小与膜面撞击的风量等的观点考虑,防音结构体10c的微穿孔板12的膜面的垂线方向z相对于与开口部件102的开口截面垂直的方向s的角度优选为20度以上,更优选为45度以上,进一步优选为80度以上。并且,上述角度的上限为90°。
并且,图示例中,设为将防音结构体10c配置于开口部件102的开口内的结构,但并不限定于此,也可以是防音结构体10c配置在从开口部件102的端面突出的位置的结构。具体而言,优选从开口部件102的开口端配置于开口端校正距离以内。当使用开口部件102时,声场的驻波的波腹向开口部件102的开口的外侧突出与开口端校正的距离相当的量,从而即使在开口部件102的外部,也能够具有防音性能。另外,圆筒形的开口部件102时的开口端校正距离大约为0.61×管半径。
在此,如果只有没有第2框体的微穿孔板在开口部件内与垂直于开口部件的开口截面的方向水平地配置,则其膜的两面上的声压与局部速度完全相同。此时,由于从两面施加相同的压力,因此声音通过微孔内并朝向反对面的力(即具有膜的垂线分量的元素的方向上的力)不起作用。因此,能够推测为在该情况下不会产生吸收。
相对于此,本发明的开口结构体中,存在第2框体,由此朝向防音结构体行进而来的声音被第2框体回绕。此时认为,当从微穿孔板的两面到框架的端部的距离不同时,由于从框的两侧回绕的声音所通过的距离不同,因此在微穿孔板的两面的声场存在相位差,并且具有通过衍射效果来改变声音的局部行进方向而产生微穿孔板的垂线方向分量的效果。即,通过具有第2框体,能够改变微穿孔板的两面上的相位,能够将声压与局部速度设为不同的状态,且能够使空气通过微贯穿孔,因此产生由贯穿孔的内壁面与空气的摩擦引起的声能向热能的转换,从而能够进行吸音。
在此,图11所示的开口结构体100设为在开口部件102内配置具有1个防音单元的防音结构体10c的结构,但并不限定于此,可以是将具有2个以上的防音单元的防音结构体配置于开口部件102内的结构。并且,也可以是将2个以上的防音结构体配置于开口部件102内的结构。
另外,本发明中,开口部件优选具有形成在阻断气体通过的物体的区域内的开口,优选设置在分隔2个空间的壁上。
在此,具有形成有开口的区域,且阻断气体通过的物体是指分隔2个空间的部件及壁等,作为部件,是指管体及筒状部件等部件,作为壁,例如是指构成房屋、高楼及工厂等建筑物的结构体的固定壁、配置在建筑物的房间内,且分隔房间内的固定间壁(分隔板)等固定壁、以及配置在建筑物的房间内,且分隔房间内的可动间壁(分隔板)等可动壁等。
本发明中,开口部件是指窗框、门、出入口、通风口、导管部及百叶窗部等以通气、散热及物质的移动为目的而具有开放部的部件。即,开口部件可以是管道、软管、管子及导管等管体或筒状部件,也可以是具有用于安装百叶窗及固定窗等的通风口部以及用于安装窗户等的开口的壁本身,也可以是由分隔板上部、天花板和/或壁构成的部分,也可以是安装在壁上的窗框等窗户部件等。即,周边由闭合曲线包围的部分为开口部,且优选本发明的防音结构体配置在所述开口部中。
另外,本发明中,只要能够在开口部件的开口配置防音结构体,则开口的截面形状并无限定,例如,可以为圆形、正方形、矩形、菱形及平行四边形等其他四边形、正三角形、等腰三角形及直角三角形等三角形、包含正五边形及正六边形等正多边形的多边形以及椭圆形等,也可以为不规则的形状。
并且,作为本发明的开口部件的材料,并无特别限制,能够举出金属材料、树脂材料、增强塑料材料、碳纤维及壁材料等。作为金属材料,例如能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼及它们的合金等金属材料。并且,作为树脂材料,例如能够举出丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺及三乙酰纤维素等树脂材料。并且,作为增强塑料材料,能够举出碳纤维增强塑料(CFRP:Carbon FiberReinforced P1astics)及玻璃纤维增强塑料(GFRP:GlassFiber Reinforced Plastics)。并且,作为壁材料,能够举出与建筑物的壁材料相同的混凝土、砂浆及木材等壁材料等。
以下,对本发明的防音结构体的构成要件进行说明。
微穿孔板12具有多个贯穿孔14,声音与来自外部的声波对应地通过贯穿孔14,且进行膜振动,由此吸收或反射声波的能量来进行防音。
在此,如前所述,本发明中,微穿孔板12与第1框体16相接而配置,因此以被第1框体16限制的方式被固定,从而共振振动频率高于可听范围。
微穿孔板12具有在厚度方向上贯穿的多个贯穿孔14。形成于微穿孔板12的多个贯穿孔14优选平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下。
如前所述,微穿孔板12和第1框体16只要相接即可,可以不进行固定,但优选用粘接剂进行固定。
并且,根据本发明人等的研究发现,在贯穿孔的平均开口率中存在最佳比例,尤其平均开口直径较大为50μm左右以上时,平均开口率越小,吸收率越高。认为当平均开口率大时,声音通过多个贯穿孔的每一个,相对于此,当平均开口率小时,由于贯穿孔的数量变少,因此通过1个贯穿孔的声音变多,更加增大通过贯穿孔时的空气的局部速度,能够更加增大在贯穿孔的边缘部或内壁面产生的摩擦。
在此,从吸音性能等的观点考虑,贯穿孔的平均开口直径优选为100μm以下,更优选为80μm以下,进一步优选为70μm以下,尤其优选为50μm以下。
并且,平均开口直径的下限值优选为0.5μm以上,更优选为1μm以上,进一步优选为2μm以上。若平均开口直径过小,则通过贯穿孔时的粘性阻抗过高而声音没有充分通过,因此即使提高开口率,也无法充分得到吸音效果。
并且,贯穿孔的平均开口率只要根据平均开口直径等而适当进行设定即可,但从吸音性能及通气性等的观点考虑,贯穿孔的平均开口率优选为2%以上,更优选为3%以上,进一步优选为5%以上。并且,通气性及排热性更重要的情况下,优选10%以上。
在此,微穿孔板12优选具有如下结构:将多个贯穿孔14的平均开口直径设为0.1μm以上且小于100μm,将平均开口直径设为phi(μm),将微穿孔板12的厚度设为t(μm)时,贯穿孔14的平均开口率rho处于大于0且小于1的范围,且处于以rho_center=(2+0.25× t)×phi-1.6为中心,以rho_center-(0.052×(phi/30)-2)为下限,以rho_center+(0.795×(phi/30)-2)为上限的范围。
将贯穿孔的平均开口直径设为0.1μm以上且小于100μm,将多个贯穿孔14的平均开口直径设为phi(μm),将微穿孔板12的厚度设为t(μm)时,贯穿孔14的平均开口率rho处于大于0且小于1的范围,且处于以rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6为中心,以rho_center-(0.052×(phi/30)-2)为下限,以rho_center+(0.795×(phi/30)-2)为上限的范围,由此可得到更高的吸音效果。
并且,平均开口率rho优选rho_center-0.050×(phi/30)-2以上且rho_center+0.505×(phi/30)-2以下的范围,更优选rho_center-0.048×(phi/30)-2以上且rho_center+0.345×(phi/30)-2以下的范围,进一步优选rho_center-0.085×(phi/20)-2以上且rho_center+0.35×(phi/20)-2以下的范围,尤其优选rho_center-0.24×(phi/10)-2以上且rho_center+0.57×(phi/10)-2以下的范围,最优选rho_center-0.185×(phi/10)-2以上且rho_center+0.34×(phi/10)-2以下的范围。关于这一点,在后述的模拟中进行详细说明。
另外,关于贯穿孔的平均开口直径,从微穿孔板的一面,利用高分辨率扫描型电子显微镜(SEM Hitachi High-Technologies Corporation.制:FE-SEM S-4100)以倍率200倍对微穿孔板的表面进行拍摄,在所得到的SEM照片中,提取20个周围以环状相连的贯穿孔,并读取其开口直径,将它们的平均值计算为平均开口直径。如果,在1张SEM照片内贯穿孔少于20个时,在周边的其他位置拍摄SEM照片,并进行计数直到合计个数成为20个。
另外,关于开口直径,分别测量贯穿孔部分的面积,利用替换为相同面积的圆时的直径(当量圆直径)来进行了评价。即,贯穿孔的开口部的形状并未限定于大致圆形状,因此当开口部的形状为非圆形状时,用相同面积的圆的直径来进行了评价。因此,例如即使在如2个以上的贯穿孔一体化的形状的贯穿孔的情况下,也将其视为1个贯穿孔,将贯穿孔的当量圆直径设为开口直径。
这些作业例如使用“Image J”(https://imagej.nih.gov/ij/),并通过分析粒子(Analyze Particles)而能够计算全部的当量圆直径、开口率等。
并且,关于平均开口率,利用高分辨率扫描型电子显微镜(SEM)以倍率200倍从正上方拍摄微穿孔板的表面,对于所得到的SEM照片的30mm×30mm的视场(5处),用图像分析软件等进行2值化来观察贯穿孔部分和非贯穿孔部分,根据贯穿孔的开口面积的合计和视场的面积(几何面积),计算比率(开口面积/几何面积),计算各视场(5处)中的平均值而作为平均开口率。
在此,本发明的防音结构体中,多个贯穿孔可以有规则地进行排列,也可以无规则地进行排列。从微贯穿孔的生产率或吸音特性的耐用性、以及抑制声音的衍射等观点考虑,优选无规则地进行排列。对于声音的衍射,若周期性地排列有贯穿孔,则根据该贯穿孔的周期而产生声音的衍射现象,存在声音因衍射而弯曲且噪音的行进方向被分为多个的担忧。无规则是指成为不具有如完全排列的周期性的配置的状态,且成为出现由各贯穿孔引起的吸收效果,另一方面不产生由贯穿孔间最小距离引起的衍射现象的配置。
并且,在本发明的实施例中,也有通过卷状的连续处理中的蚀刻处理而制作的样品,但为了大规模生产,比起制作周期性排列的工艺,表面处理等统一形成无规则的模式为更容易,因此从生产率的观点考虑,也优选无规则地排列。
另外,本发明中,所谓贯穿孔无规则地进行配置,定义为如下。
在完全为周期结构时出现强衍射光。并且,即使只有周期结构的极少部分位置不同等,也因剩余的结构而出现衍射光。衍射光为通过来自周期结构的基本单元的散射光的重叠而形成的波,因此为即使只有极少部分被散乱,由剩余结构引起的干涉也会产生衍射光的机制。
因此,从周期结构散乱的基本单元越多,越减少对衍射光进行相长干涉的散射光,由此衍射光的强度变小。
因此,本发明中的“无规则”是指表示至少整体的10%的贯穿孔从周期结构偏离的状态。根据以上讨论,为了抑制衍射光,从周期结构偏离的基本单元越多越优选,因此优选整体的50%偏离的结构,更优选整体的80%偏离的结构,进一步优选整体的90%偏离的结构。
作为偏离的验证,取包含5个以上的贯穿孔的图像,并进行其分析,由此能够进行验证。所包含的贯穿孔的数量多时,能够进行更高精度的分析。关于图像,只要是如下图像就能够使用,即,通过光学显微镜进行拍摄的图像,通过SEM进行拍摄的图像,此外,能够识别多个贯穿孔的位置的图像。
在所拍摄的图像中,关注一个贯穿孔,并测定与其周围的贯穿孔的距离。将最接近的距离设为a1,将第二、第三、第四接近的距离分别设为a2、a3、a4。此时,当从a1到a4中两个以上的距离一致时(例如,将其一致的距离设为b1),其贯穿孔能够判断为是对b1的距离具有周期结构的孔。另一方面,当从a1到a4中任一距离均不一致时,其贯穿孔能够判断为是从周期结构偏离的贯穿孔。对图像上的所有贯穿孔进行该作业并进行判断。
在此,关于上述“一致”,将所关注的贯穿孔的孔径设为Φ时,Φ的偏差为止视为一致。即,当为a2-Φ<a1<a2+Φ的关系时,a2和a1视为一致。这是因为由于将衍射光看作来自各贯穿孔的散射光,因此认为在孔径Φ的范围产生散射。
接着,例如计数“对b1的距离具有周期结构的贯穿孔”的个数,并求出相对于图像上的所有贯穿孔的个数的比例。将该比例设为c1时,比例c1为具有周期结构的贯穿孔的比例,1-c1成为从周期结构偏离的贯穿孔的比例,1-c1成为确定上述“无规则”的数值。存在多个距离例如“对b1的距离具有周期结构的贯穿孔”及“对b2的距离具有周期结构的贯穿孔”时,分别单独对b1和b2进行计数。若对于b1的距离的周期结构的比例为c1,对于b2的距离的周期结构的比例为c2,则当(1-c1)和(1-c2)均为10%以上时,其结构成为“无规则”。
另一方面,当(1-c1)和(1-c2)中的任一个小于10%时,其结构具有周期结构而并非“无规则”。如此,对于任一比例c1、c2、……,当满足“无规则”的条件时,其结构定义为“无规则”。
并且,多个贯穿孔可以由1种开口直径的贯穿孔构成,也可以由2种以上的开口直径的贯穿孔构成。从生产率的观点、耐久性的观点等考虑,优选由2种以上的开口直径的贯穿孔构成。
作为生产率,与上述无规则排列相同地,从大规模进行蚀刻处理的观点考虑,允许在开口直径中具有偏差时,提高生产率。并且,作为耐久性的观点,由于灰尘或垃圾的尺寸根据环境而不同,因此如果设为1种开口直径的贯穿孔,则主要垃圾的尺寸与贯穿孔几乎一致时,对所有贯穿孔造成影响。通过预先设置多种开口直径的贯穿孔,成为能够适用于各种环境的设备。
并且,通过国际公开WO2016/060037号中记载的制造方法等,能够形成孔径在贯穿孔内部变大的、在内部成为最大直径的贯穿孔。通过该形状,贯穿孔尺寸程度的垃圾(灰尘、碳粉、破碎的无纺布或发泡体等)不易堵塞在内部,从而提高具有贯穿孔的膜的耐久性。
大于贯穿孔的最表面的直径的垃圾并不侵入贯穿孔内,另一方面,由于内部直径变大,因此小于直径的垃圾能够直接通过贯穿孔内。
这考虑到内部以相反形状变窄的形状,与通过贯穿孔的最表面的垃圾卡在内部的直径小的部分,从而垃圾容易直接留下的情况相比时,可知在内部成为最大直径的形状在抑制垃圾的堵塞时发挥有效功能。
并且,如所谓锥形形状,在膜的任一表面成为最大直径,且内部直径略单调减少的形状中,当满足“最大直径>垃圾的尺寸>另一表面的直径”关系的垃圾从成为最大直径的一面进入时,内部形状像斜坡一样发挥功能而在中途堵塞的可能性变得更大。
并且,从进一步加大声音通过贯穿孔内时的摩擦的观点考虑,贯穿孔的内壁面优选进行表面粗糙化。具体而言,贯穿孔的内壁面的表面粗糙度Ra优选为0.1μm以上,更优选为0.1μm~10.0μm,更优选为0.15μm以上且1.0μm以下。
在此,关于表面粗糙度Ra,能够通过用原子力显微镜(AFM:Atomic ForceMicroscope)测量贯穿孔内来进行测定。作为AFM,例如能够使用Hitachi High-TechScience Corporation.制:SPA300/SPI3800N。关于悬臂,能够使用OMCL-AC200TS,并以动力模式(DFM:Dynamic Force Node)(轻敲模式)进行测定。贯穿孔的内壁面的表面粗糙度约为几微米,因此从具有几微米的测定范围及精度的点考虑,优选使用AFM。
并且,根据贯穿孔内的SEM图像将贯穿孔内的凹凸的每一个凸部视为粒子,从而能够计算凸部的平均粒径。
具体而言,将以2000倍进行拍摄的SEM图像读入Image J,以黑白进行二值化,以使凸部变白,通过Ana]yze Partie]es求出其各凸部的面积。对于各凸部求出假定了与其各面积相同面积的圆的当量圆直径,并计算其平均值而作为平均粒径。该SEM图像的拍摄范围成为100μm×100μm左右。
该凸部的平均粒径优选为0.1μm以上且10.0μm以下,更优选为0.2μm以上且5.0μm以下。
在此,从贯穿孔的可见性的观点考虑,形成在微穿孔板的多个贯穿孔的平均开口直径优选50μm以下,更优选20μm以下。
当将用于本发明的防音结构体的具有微贯穿孔的微穿孔板配置于壁表面或人眼可见处时,若贯穿孔本身可见,则设计性受损,且在外观上会在意开孔,因此希望难以看到贯穿孔。若在房间内的防音壁、调音壁、防音板、调音板及机器的外装部分等各种地方看到贯穿孔,则会成为问题。
首先,对一个贯穿孔的可见性进行研究。
以下,在人类的眼睛的分辨率为视力1的情况下,进行讨论。
视力1的定义为分辨可见1分角。这表示在30cm的距离中能够分辨87μm。在图47中示出视力1时的距离与分辨率的关系。
是否可见贯穿孔与上述视力有很大的关系。如通过识别兰氏(Landolt)环的间隙部分来进行视力检查,是否可见两点和/或两个线段之间的空白依赖于分辨率。即,小于眼睛的分辨率的开口直径的贯穿孔由于无法用眼睛分辨贯穿孔的边缘之间的距离,因此难以进行视觉辨认。另一方面,能够识别眼睛的分辨率以上的开口直径的贯穿孔的形状。
在视力1的情况下,能够从35cm的距离分辨100μm的贯穿孔,但50μm的贯穿孔和20μm的贯穿孔若不接近到18cm和7cm的距离,则无法进行分辨。因此,即使在100μm的贯穿孔下能够视觉辨认而在意的情况下,除非通过使用20μm的贯穿孔来接近1/5的极近的距离,否则无法识别。因此,开口直径小时,有利于贯穿孔的隐藏。当在壁或车内使用防音结构体时,从观察者的距离通常成为数10cm的距离,但在该情况下,开口直径100μm左右成为其界限。
接着,对通过贯穿孔产生的光散射进行讨论。可见光的波长为400nm~800nm(0.4μm~0.8μm)左右,因此在本发明中讨论的数10μm的开口直径充分大于光学波长。在该情况下,可见光中散射截面积(表示物体有多强烈地散射的量、单位为面积)与几何截面积即这次的情况下贯穿孔的截面积大体一致。即,可知可见光散射的大小与贯穿孔的半径(当量圆直径的一半)的平方成正比。因此,贯穿孔越大,光的散射强度越大,为贯穿孔的半径的平方。由于贯穿孔单体的可见度与光的散射量成正比,因此即使在平均开口率为相同的情况下,每一个贯穿孔较大时更容易看得到。
最后,关于贯穿孔的排列,对不具有周期性的无规则排列和周期性排列之间的差异进行研究。在周期性排列中,根据其周期产生光的衍射现象。在该情况下,当透射的白光、反射的白光及宽光谱的光等撞击时,由于光衍射而像彩虹一样颜色看起来偏移的、以特定角度强烈反射等色调看起来多种多样,从而图案引人注目。
另一方面,当无规则地排列时,不会产生上述衍射现象。并且,确认到即使在反射配置中观察,外观也具有与通常铝箔相同的金属光泽,且不会产生衍射反射。
并且,为了得到所期望的频率的包括第1框体16及微穿孔板12的结构的固有振动模式,可以适当设定微穿孔板12的厚度。并且,认为厚度越厚,声音通过贯穿孔时所受到的摩擦能量越大,因此更提高吸音性能。并且,当它极薄时,难以处理且容易破裂,因此优选具有能够维持程度的厚度。另一方面,从小型化、通气性及光的透射性的观点考虑,优选厚度薄。并且,当在贯穿孔的形成方法中使用蚀刻等时,厚度越厚,制作所需的时间越长,因此从生产率的观点考虑,优选厚度较薄。
从吸音性能、小型化、通气性及光的透射性等观点考虑,微穿孔板12的厚度优选5μm~500μm,更优选10μm~300μm,尤其优选20μm~100μm。
为了得到所期望的频率的防音结构体的固有振动模式,也可以适当设定微穿孔板12的材质。例如,作为微穿孔板12的材料,能够举出能够制成膜状的树脂材料、能够制成箔状的金属材料、成为其他纤维状的膜的材质的材料、无纺布、包含纳米尺寸的纤维的膜、进行了薄加工的多孔材料、加工成薄膜结构的碳材料及橡胶材料等、能够形成薄结构的材质或结构等。具体而言,作为金属材料,能够举出铝、钛、镍、坡莫合金、42合金、可伐合金、镍铬合金、铜、铍、磷靑铜、黄铜、镍银、锡、锌、铁、钽、铌、钼、锆、金、银、铂、钯、钢铁、钨、铅、铱等各种金属及这些金属的合金。并且,作为树脂材料,能够利用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、TAC(三乙酰纤维素)、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基戊烯、COP(环烯烃聚合物)、聚碳酸酯、ZEONOR、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯及聚酰亚胺等树脂材料等。作为成为其他纤维状的膜的材质的材料,例如能够举出纸及纤维素等。作为较薄地进行了加工的多孔材料,例如能够举出较薄地进行了加工的聚氨酯及Thinsulate等。而且,还能够使用薄膜玻璃等玻璃材料、如CFRP(碳纤维增强塑料:Carbon Fiber Reinforced Plastjcs)及GFRP(玻璃纤维增强塑料:Glass Fiber Reinforced Plastics)的纤维增强塑料材料。并且,作为橡胶材料,例如能够举出硅酮橡胶及天然橡胶。
并且,当使用纤维状的材料而作为微穿孔板12的材料时,可以是纤维状的材料相互重叠的材料(无纺布)或编织纤维的材料(网、织布),优选在俯视观察时以使在纤维之间产生的开口的平均开口直径成为0.1μm以上且250μm以下,优选平均开口直径为0.1μm以上且小于100μm,且平均开口率rho处于上述范围(以rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6为中心,以tho_center-(0.052×(phi/30)-2)为下限,并以rho_center+(0.795×(phi/30)-2)为上限的范围)。
并且,微穿孔板12也可以设为层叠包含这些材料的膜的结构。
本发明的防音结构体中,由于在第一固有振动频率下产生膜振动,因此优选板状部件相对于振动不易破碎。另一方面,为了有效利用通过微贯穿孔中的摩擦进行的吸音,板状部件优选使用弹簧常数大且不会增大太多振动的位移的高杨氏模量的材料。从这些观点考虑,优选使用金属材料。其中,从轻量,且通过蚀刻等容易形成微小的贯穿孔,且获取性或成本等观点考虑,优选使用铝或铝合金。
并且,当使用金属材料时,从抑制生锈等观点考虑,可以对表面实施金属镀覆。
而且,通过至少对贯穿孔的内表面实施金属镀覆,可以将贯穿孔的平均开口直径调整为更小的范围。
并且,作为微穿孔板的材料,使用如金属材料一样具有导电性且不带电的材料,由此微小的灰尘及垃圾等不会因静电而被膜吸引,且能够抑制灰尘及垃圾等堵塞微穿孔板的贯穿孔而吸音性能下降。
并且,通过使用金属材料而作为微穿孔板的材料,能够提高耐热性。并且,能够提高耐臭氧性。
并且,当使用金属材料而作为微穿孔板时,能够屏蔽电波。
并且,金属材料对由远红外线产生的辐射热的反射率大,因此通过使用金属材料而作为微穿孔板的材料,从而也作为防止由辐射热产生的传热的绝热材料而发挥功能。此时,在微穿孔板中形成有多个贯穿孔,但贯穿孔的开口直径小,因此微穿孔板作为反射膜而发挥功能。
已知金属中开有多个微贯穿孔的结构作为频率的高通滤波器而发挥功能。例如,微波炉的具有金属网眼的窗户具有如下性质,即通过高频的可见光,并且屏蔽用于微波炉的微波。在该情况下,将贯穿孔的孔径设为Φ,将电磁波的波长设为λ时,作为Φ<λ关系的长波长成分不通过,且Φ>λ的短波长成分透射的滤波器而发挥功能。
在此,考虑对辐射热的响应。辐射热是指远红外线根据物体温度从物体辐射,且该远红外线传递到其他物体的传热机构。根据维恩辐射定律(Wien’s radiation law)已知,室温程度的环境下的辐射热以λ=10μm为中心进行分布,并有助于在长波长侧有效地将热通过辐射传递至其3倍左右的波长(至30μm为止)。若考虑上述高通滤波器的孔径Φ与波长λ的关系,则当Φ=20μm时,较强地屏蔽λ>20μm的成分,另一方面当Φ=50μm时,成为Φ>λ的关系且导致辐射热通过贯穿孔而传播。即,可知由于孔径Φ为数10μm,因此辐射热的传播性能根据孔径Φ的不同而产生大幅变化,孔径Φ即平均开口直径越小越发挥辐射热截止滤波器的功能。因此,从作为防止由辐射热产生的传热的绝热材料的观点考虑,形成在微穿孔板的贯穿孔的平均开口直径优选为20μm以下。
另一方面,当整个防音结构体需要透明性时,作为微穿孔板的材料,能够使用能够制成透明的树脂材料或玻璃材料。例如,PET膜由于在树脂材料之中杨氏模量也较高,也容易获取且透明性也高,因此能够形成贯穿孔且能够制作适合的防音结构体。
并且,微穿孔板根据其材料适当进行表面处理(镀覆处理、氧化被膜处理、表面涂覆(氟、陶瓷)等),由此能够提高微穿孔板的耐久性。例如,当使用铝而作为微穿孔板的材料时,能够进行氧化铝膜处理(阳极氧化处理)或勃姆石处理而在表面形成氧化被膜。通过在表面形成氧化被膜,能够提高耐腐蚀性、耐磨性及耐刮伤性等。并且,通过调整处理时间来调整氧化被膜的厚度,从而能够通过光学干涉来调整色调。
并且,能够对微穿孔板实施着色、加饰、装饰及设计等。作为实施它们的方法,根据微穿孔板的材质或表面处理的状态来选择适当方法即可。例如,能够使用利用了喷墨法的印刷等。并且,当使用铝而作为微穿孔板的材料时,能够通过进行彩色氧化铝膜处理来进行耐久性高的着色。彩色氧化铝膜处理是指对表面进行氧化铝膜处理之后,使染料浸透,之后对表面进行封孔处理的处理。由此,能够作为金属光泽的有无或颜色等设计性高的板状部件。并且,通过形成贯穿孔之后进行氧化铝膜处理,从而仅在铝部分形成阳极氧化被膜,因此不会导致染料覆盖贯穿孔而降低吸音特性,并能够进行加饰。
通过与上述氧化铝膜处理相结合,能够附上各种色调或设计。
<铝基材>
用作微穿孔板的铝基材并无特别限定,例如能够使用JIS标准H4000中记载的合金号1085、1N30及3003等公知的铝基材。另外,铝基材为以铝为主成分并含有微量的杂元素的合金板。
作为铝基材的厚度,并无特别限定,但优选5μm~1000μm,更优选5μm~200μm,尤其优选10μm~100μm。
[具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法]
接着,对于具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法,以使用铝基材的情况为例进行说明。
使用了铝基材的具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法具有:
被膜形成工序,在铝基材的表面形成以氢氧化铝为主成分的被膜;
贯穿孔形成工序,被膜形成工序之后,进行贯穿孔形成处理来形成贯穿孔;及
被膜去除工序,贯穿孔形成工序之后,去除氢氧化铝被膜。
通过具有被膜形成工序、贯穿孔形成工序及被膜去除工序,能够适当形成平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
接着,利用图12A~图12E对具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法的各工序进行说明之后,对各工序进行详述。
图12A~图12E为用于说明使用了铝基材的具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法的优选实施方式的一例的示意剖视图。
如图12A~图12E所示,具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法为具有如下工序的制造方法:被膜形成工序(图12A及图12B),对铝基材11的一主面实施被膜形成处理,从而形成氢氧化铝被膜13;贯穿孔形成工序(图12B及图12C),被膜形成工序之后实施电解溶解处理而形成贯穿孔14,在铝基材11及氢氧化铝被膜13中形成贯穿孔;及被膜去除工序(图12C及图12D),贯穿孔形成工序之后,去除氢氧化铝被膜13,从而制作具有贯穿孔14的微穿孔板12。
并且,具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法优选具有表面粗糙化处理工序(图12D及图12E),被膜去除工序之后,对具有贯穿孔14的微穿孔板12实施电化学表面粗糙化处理,从而将微穿孔板12的表面进行表面粗糙化。
氢氧化铝被膜中容易形成小孔,因此在形成氢氧化铝被膜的被膜形成工序之后,贯穿孔形成工序中实施电解溶解处理而形成贯穿孔,由此能够形成平均开口直径为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
〔被膜形成工序〕
本发明中,具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法所具有的被膜形成工序为对铝基材的表面实施被膜形成处理而形成氢氧化铝被膜的工序。
<被膜形成处理>
上述被膜形成处理并无特别限定,例如能够实施与以往公知的氢氧化铝被膜的形成处理相同的处理。
作为被膜形成处理,例如能够适当采用日本特开2011-201123号公报的[0013]~[0026]段中所记载的条件或装置。
本发明中,被膜形成处理的条件根据所使用的电解液发生各种变化,因此不能一概确定,但一般而言电解液浓度1~80质量%、液温5~70℃、电流密度0.5~60A/dm2、电压1~100V、电解时间1秒钟~20分钟是适当的,调整成为所期望的被膜量。
本发明中,作为电解液,优选使用硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、草酸或这些酸的2个以上的混合酸来进行电化学处理。
当在包含硝酸、盐酸的电解液中进行电化学处理时,在铝基材与对电极之间可以施加直流电,也可以施加交流电。在对铝基材施加直流电的情况下,电流密度优选为1~60A/dm2,更优选为5~50A/dm2。当连续进行电化学处理时,优选通过经由电解液向铝基材供电的液体供电方式来进行。
本发明中,通过被膜形成处理来形成的氢氧化铝被膜的量优选为0.05~50g/m2,更优选为0.1~10g/m2。
〔贯穿孔形成工序〕
贯穿孔形成工序为被膜形成工序之后实施电解溶解处理而形成贯穿孔的工序。
<电解溶解处理>
上述电解溶解处理并无特别限定,能够使用直流电或交流电,并将酸性溶液用作电解液。其中,优选使用硝酸及盐酸中的至少1个以上的酸来进行电化学处理,进一步优选除了这些酸以外还使用硫酸、磷酸及草酸中的至少1个以上的混合酸来进行电化学处理。
本发明中,作为电解液即酸性溶液,除了上述酸以外,还能够使用美国专利第4,671,859号、美国专利第4,661,219号、美国专利第4,618,405号、美国专利第4,600,482号、美国专利第4,566,960号、美国专利第4,566,958号、美国专利第4,566,959号、美国专利第4,416,972号、美国专利第4,374,710号、美国专利第4,336,113号、美国专利第4,184,932号的各说明书等中所记载的电解液。
酸性溶液的浓度优选为0.1~2.5质量%,尤其优选为0.2~2.0质量%。并且,酸性溶液的液温优选为20~80℃,更优选为20~50℃,进一步优选为20~35℃。
并且,以上述酸为主体的水溶液能够在浓度1~100g/L的酸的水溶液中以lg/L到饱和为止的范围添加硝酸铝、硝酸钠及硝酸铵等具有硝酸离子的硝酸化合物、或氯化铝、氯化钠及氯化铵等具有盐酸离子的盐酸化合物、硫酸铝、硫酸钠及硫酸铵等具有硫酸离子的硫酸化合物中的至少一个而使用。
并且,在以上述酸为主体的水溶液中可以溶解铁、铜、锰、镍、钛、镁及二氧化硅等包含在铝合金中的金属。优选使用在酸的浓度0.1~2质量%的水溶液中以铝离子成为1~100g/L的方式添加氯化铝、硝酸铝及硫酸铝等而成的液体。
电化学溶解处理中主要使用直流电流,但在使用交流电流的情况下其交流电源波并无特别限定,可使用正弦波、矩形波、梯形波及三角波等,其中,优选矩形波或梯形波,尤其优选梯形波。
(硝酸电解)
本发明中,通过使用了以硝酸为主体的电解液的电化学溶解处理(以下,也简称为“硝酸溶解处理”。),能够轻松地形成平均开口直径成为0.1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
在此,硝酸溶解处理从容易控制贯穿孔形成的溶解点的理由考虑,优选为使用直流电流,在将平均电流密度设为5A/dm2以上,且将电量设为50C/dm2以上的条件下实施的电解处理。另外,平均电流密度优选为100A/dm2以下,电量优选为10000C/dm2以下。
并且,硝酸电解中的电解液的浓度或温度并无特别限定,能够使用高浓度例如硝酸浓度15~35质量%的硝酸电解液在20~60℃下进行电解,或者使用硝酸浓度0.7~2质量%的硝酸电解液在高温例如80℃以上的温度下进行电解。
并且,能够使用在上述硝酸电解液中混合浓度0.1~50质量%的硫酸、草酸及磷酸中的至少1个而成的电解液来进行电解。
(盐酸电解)
本发明中,通过使用了以盐酸为主体的电解液的电化学溶解处理(以下,也简称为“盐酸溶解处理”。),也能够轻松地形成平均开口直径成为1μm以上且250μm以下的贯穿孔。
在此,盐酸溶解处理从容易控制贯穿孔形成的溶解点的理由考虑,优选为使用直流电流,在将平均电流密度设为5A/dm2以上,且将电量设为50C/dm2以上的条件下实施的电解处理。另外,平均电流密度优选为100A/dm2以下,电量优选为10000C/dm2以下。
并且,盐酸电解中的电解液的浓度或温度并无特别限定,能够使用高浓度例如盐酸浓度10~35质量%的盐酸电解液在20~60℃下进行电解,或者使用盐酸浓度0.7~2质量%的盐酸电解液在高温例如80℃以上的温度下进行电解。
并且,能够使用在上述盐酸电解液中混合浓度0.1~50质量%的硫酸、草酸、磷酸中的至少1个而成的电解液来进行电解。
〔被膜去除工序〕
被膜去除工序为进行化学溶解处理而去除氢氧化铝被膜的工序。
上述被膜去除工序例如能够通过实施后述的酸蚀刻处理或碱蚀刻处理来去除氢氧化铝被膜。
<酸蚀刻处理>
上述溶解处理为使用比起铝更优先溶解氢氧化铝的溶液(以下,称为“氢氧化铝溶解液”。)来溶解氢氧化铝被膜的处理。
在此,作为氢氧化铝溶解液,例如优选为含有选自包含硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、草酸、铬化合物、锆系化合物、钛系化合物、锂盐、铈盐、镁盐、氟硅酸钠、氟化锌、锰化合物、钼化合物、镁化合物、钡化合物及卤素单质的组中的至少1种的水溶液。
具体而言,作为铬化合物,例如可举出氧化铬(III)及无水铬(VI)酸等。
作为锆系化合物,例如可举出氟化锆铵、氟化锆及氯化锆。
作为钛化合物,例如可举出氧化钛及硫化钛。
作为锂盐,例如可举出氟化锂及氯化锂。
作为铈盐,例如可举出氟化铈及氯化铈。
作为镁盐,例如可举出硫化镁。
作为锰化合物,例如可举出高锰酸钠及高锰酸钙。
作为钼化合物,例如可举出钼酸钠。
作为镁化合物,例如可举出五水合氟化镁。
作为钡化合物,例如可举出氧化钡、乙酸钡、碳酸钡、氯酸钡、氯化钡、氟化钡、碘化钡、乳酸钡、草酸钡、高氯酸钡、硒酸钡、亚硒酸钡、硬脂酸钡、亚硫酸钡、钛酸钡、氢氧化钡、硝酸钡或它们的水合物等。
上述钡化合物之中,优选氧化钡、乙酸钡及碳酸钡,尤其优选氧化钡。
作为卤素单质,例如可举出氯、氟及溴。
其中,上述氢氧化铝溶解液优选为含有酸的水溶液,作为酸,可举出硝酸、盐酸、硫酸、磷酸及草酸等,也可以为2种以上的酸的混合物。
作为酸浓度,优选为0.01mol/L以上,更优选为0.05mol/L以上,进一步优选为0.1mol/L以上。上限没有特别限定,但一般而言优选为10mol/L以下,更优选为5mol/L以下。
溶解处理通过使形成有氢氧化铝被膜的铝基材与上述的溶解液接触而进行。接触的方法并无特别限定,例如可举出浸渍法、喷雾法。其中,优选浸渍法。
浸渍法为使形成有氢氧化铝被膜的铝基材浸渍于上述的溶解液的处理。若在浸渍处理时进行搅拌,则可进行没有不均的处理,因此优选。
浸渍处理的时间优选为10分钟以上,更优选为1小时以上,进一步优选为3小时以上、5小时以上。
<碱蚀刻处理>
碱蚀刻处理为通过使上述氢氧化铝被膜与碱溶液接触来溶解表层的处理。
作为碱溶液中使用的碱,例如可举出苛性碱、碱金属盐。具体而言,作为苛性碱,例如可举出氢氧化钠(苛性钠)及苛性钾。并且,作为碱金属盐,例如可举出偏硅酸钠、硅酸钠、偏硅酸钾及硅酸钾等碱金属硅酸盐;碳酸钠及碳酸钾等碱金属碳酸盐;铝酸钠及铝酸钾等碱金属铝酸盐;葡糖酸钠及葡糖酸钾等碱金属醛糖酸盐;磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸三钠及磷酸三钾等碱金属磷酸氢盐。其中,从蚀刻速度快的点及廉价的点考虑,优选苛性碱的溶液及含有苛性碱及碱金属铝酸盐这两者的溶液。尤其优选氢氧化钠的水溶液。
碱溶液的浓度优选为0.1~50质量%,更优选为0.2~10质量%。当在碱溶液中溶解有铝离子时,铝离子的浓度优选为0.01~10质量%,更优选为0.1~3质量%。碱溶液的温度优选为10~90℃。处理时间优选为1~120秒钟。
作为使氢氧化铝被膜与碱溶液接触的方法,例如可举出使形成有氢氧化铝被膜的铝基材通过装入碱溶液的槽中的方法、使形成有氢氧化铝被膜的铝基材浸渍于装入碱溶液的槽中的方法、将碱溶液喷涂在形成有氢氧化铝被膜的铝基材的表面(氢氧化铝被膜)的方法。
〔表面粗糙化处理工序〕
本发明中,具有多个贯穿孔的微穿孔板的制造方法可以具有的任意的表面粗糙化处理工序为对去除了氢氧化铝被膜的铝基材实施电化学表面粗糙化处理(以下,也简称为“电解表面粗糙化处理”。),从而对铝基材的表面或背面进行表面粗糙化的工序。
另外,上述实施方式中,设为形成贯穿孔之后进行表面粗糙化处理的结构,但并不限定于此,也可以设为表面粗糙化处理之后形成贯穿孔的结构。
本发明中,通过使用了以硝酸为主体的电解液的电化学表面粗糙化处理(以下,也简称为“硝酸电解”。),能够轻松地对表面进行表面粗糙化。
或者,通过使用了以盐酸为主体的电解液的电化学表面粗糙化处理(以下,也简称为“盐酸电解”。),也能够进行表面粗糙化。
〔金属涂覆工序〕
本发明中,从能够将通过上述的电解溶解处理而形成的贯穿孔的平均开口直径调整为0.1μm~20μm左右的小范围的理由考虑,具有多个贯穿孔的板状部件的制造方法优选在上述的被膜去除工序之后,具有用铝以外的金属涂覆至少包含贯穿孔的内壁的铝基材的表面的一部分或全部的金属涂覆工序。
在此,“用铝以外的金属涂覆至少包含贯穿孔的内壁的铝基材的表面的一部分或全部”是指在包含贯穿孔的内壁的铝基材的整个表面中,至少对贯穿孔的内壁进行涂覆,且内壁以外的表面可以不进行涂覆,也可以涂覆一部分或全部。
金属涂覆工序为对具有贯穿孔的铝基材实施例如后述的置换处理及镀覆处理的工序。
<置换处理>
上述置换处理为对至少包含贯穿孔的内壁的铝基材的表面的一部分或全部置换镀覆锌或锌合金的处理。
作为置换镀覆液,例如可举出氢氧化钠120g/L、氧化锌20g/L、结晶性氯化铁2g/L、罗谢尔盐50g/L、硝酸钠1g/L的混合溶液等。
并且,也可以使用市售的Zn或Zn合金镀覆液,例如能够使用OKUNO CHEMICALINDUSTRIES C0.,LTD制Substar Zn-1、Zn-2、Zn-3、Zn-8、Zn-10、Zn-111、Zn-222及Zn-291等。
铝基材在这种置换镀覆液的浸渍时间优选为15秒钟~40秒钟,浸渍温度优选为20~50℃。
<镀覆处理>
通过上述的置换处理,对铝基材的表面置换镀覆锌或锌合金来形成锌被膜时,优选例如实施镀覆处理,所述镀覆处理中,通过后述的非电解镀覆使锌被膜置换成镍之后,通过后述的电解镀覆析出各种金属。
(非电解镀覆处理)
作为在非电解镀覆处理中使用的镍镀覆液,能够广泛使用市售品,例如可举出包含硫酸镍30g/L、次磷酸钠20g/L及柠檬酸铵50g/L的水溶液等。
并且,作为镍合金镀覆液,可举出磷化合物成为还原剂的Ni-P合金镀覆液或硼化合物成为还原剂的Ni-B镀覆液等。
在这种镍镀覆液或镍合金镀覆液中的浸渍时间优选为15秒钟~10分钟,浸渍温度优选为30℃~90℃。
(电解镀覆处理)
作为电解镀覆处理,例如,电镀Cu时的镀覆液例如可举出将硫酸Cu60~110g/L、硫酸160~200g/L及盐酸0.1~0.15mL/L添加到纯水中,进一步将OKUNO CHEMICALINDUSTRIES CO.,LTD制Top Lucina SF Base WR1.5~5.0mL/L、Top Lucina SF-B0.5~2.0mL/L及Top Lucina SF Leveler3.0~10mL/L作为添加剂添加的镀覆液。
在这种铜镀覆液中的浸渍时间由于取决于Cu膜的厚度,因此并无特别限定,但例如赋予2μm的Cu膜时,优选以电流密度2A/dm2浸渍约5分钟,浸渍温度优选为20℃~30℃。
〔水洗处理〕
本发明中,优选在结束上述的各处理的工序之后进行水洗。水洗中能够使用纯水、井水及自来水等。为了防止处理液向下一工序的带入,也可以使用夹持装置。
这种具有贯穿孔的微穿孔板的制造可以使用切板状的铝基材来进行制造,也可以通过卷对卷(Roll to Roll以下也称为RtoR)来进行。
众所周知,RtoR是指从卷绕长形状的原材料而成的卷拉出原材料,在长度方向上进行输送,并且进行表面处理等各种处理,并将已处理的原材料再次卷绕成卷状的制造方法。
如上所述的在铝基材形成贯穿孔的制造方法通过RtoR,能够容易且有效地形成20μm左右的贯穿孔。
并且,贯穿孔的形成方法并不限定于上述的方法,只要根据微穿孔板的形成材料等以公知的方法进行即可。
例如,当使用PET膜等树脂膜而作为微穿孔板时,能够通过激光加工等吸收能量的加工方法、或者冲孔及针加工等基于物理接触的机器加工方法来形成贯穿孔。
第1框体16为具有多个孔部17的部件,与微穿孔板12的一面相接而配置,且为用于提高微穿孔板12的表观刚性的部件。
第1框体16的孔部17的开口直径大于微穿孔板12的贯穿孔14的开口直径。并且,第1框体16的孔部17的开口率大于微穿孔板12的贯穿孔14的开口率。
另外,第1框体16的孔部17的开口截面的形状并无特别限制,例如可以为矩形、菱形及平行四边形等其他四边形、正三角形、等腰三角形及直角三角形等三角形、包含正五边形及正六边形等正多边形的多边形、圆形以及椭圆形等中的任一形状,也可以为不规则的形状。其中,孔部17的开口截面的形状优选为正六边形,第1框体16优选具有最紧密地排列截面形状为正六边形的多个孔部17的所谓蜂窝结构(参考图48)。通过设为第1框体16具有蜂窝结构的结构,能够更加提高微穿孔板12的表观刚性,且能够容易使共振振动频率高于可听范围。
另外,孔部17的开口直径设为分别测量孔部17的面积,并被替换为相同面积的圆时的直径(当量圆直径)。
具体而言,从适当地提高微穿孔板12的刚性的点、为大于微穿孔板12的贯穿孔14的开口直径的点、缩小对通过贯穿孔14的路径的影响的点、处理上防止手指等直接触摸微穿孔板12的点等观点考虑,第1框体16的孔部17的开口直径优选为22mm以下,更优选为大于0.1mm且15mm以下,尤其优选为1mm以上且10mm以下。
被称为MPP(Micro Perforated Plate)的一般的微穿孔板具有直径100μm~1mm左右的贯穿孔。为了形成具有这种微贯穿孔的微穿孔板,从加工上的问题考虑,需要使用如纵横比(贯穿孔的开口直径与长度之比)成为1左右的薄板。因此,优选使用厚度1mm以下的基板作为微穿孔板。将厚度设为1mm以下时,即使使用例如刚性相对高的材料即铝的情况下,为了使共振振动频率大于可听范围,也需要将第1框体的孔部的开口直径设为22mm以下(参考后述的式(1))。
并且,从适当地提高微穿孔板12的刚性的点、为大于微穿孔板12的贯穿孔14的开口率的点、缩小对通过贯穿孔14的路径的影响的点、处理上防止手指等直接触摸微穿孔板12的点等观点考虑,第1框体16的孔部17的开口率优选大于1%且98%以下,更优选5%以上且75%以下,尤其优选10%以上且50%以下。
另外,第1框体16的厚度只要能够适当地提高微穿孔板12的刚性,则并无特别限制,例如,能够根据微穿孔板12的规格、第1框体16的材质、孔部17的开口直径等来进行设定。
作为第1框体16的形成材料,能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼及它们的合金等金属材料;丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺及三乙酰纤维素等树脂材料;碳纤维增强塑料(CFRP:Carbon FiberReinforcedPlastics)、碳纤维、玻璃纤维增强塑料(GFRP:Glass Fiber ReinforcedPlastics)以及纸等。
金属材料在耐久性高的点、为不燃性的点等上优选。树脂材料在容易形成的点、能够赋予透明性的点等上优选。纸在为轻量的点、为廉价的点等上优洗。
其中,优选使用铝、铝合金、铁及铁合金中的任一种。
第2框体18具有1个以上的开口部19,且用于以覆盖开口部19的方式固定并且支撑微穿孔板12和第1框体16的层叠体。
另外,第2框体18优选为关闭且连续的形状,以使能够固定抑制微穿孔板12和第1框体16的层叠体的整周,但并不限定于此,第2框体18也可以为一部分被切断而不连续的形状。
并且,第2框体18的开口部19的开口截面的形状并无特别限制,例如可以为正方形、矩形、菱形及平行四边形等其他四边形、正三角形、等腰三角形及直角三角形等三角形、包含正五边形及正六边形等正多边形的多边形、圆形、以及椭圆形等中的任一形状,也可以为不规则的形状。另外,第2框体18的开口部19的两侧的端部都未被封闭,而是都原样向外部开放。
并且,第2框体18的尺寸为俯视观察时的尺寸,能够定义为其开口部的尺寸,因此以下中设为开口部的尺寸,但在圆形或如正方形的正多边形的情况下,能够定义为通过其中心的相对的边之间的距离或当量圆直径,在多边形、椭圆或不规则的形状的情况下,能够定义为当量圆直径。本发明中,当量圆直径及半径是指分别换算为面积相等的圆时的直径及半径。
这种第2框体18的开口部的尺寸并无特别限制,只要根据本发明的防音结构体为了防音而适用的防音对象物,例如影印机、送风机、空调设备、排气扇、泵类、发电机、导管、此外还有涂布机、旋转机及输送机等发出声音的各种种类的制造设备等工业设备;汽车、电车及航空器等运输用设备;冰箱、洗衣机、烘干机、电视、复印机、微波炉、游戏机、空调、风扇、PC、吸尘器及空气净化器等一般家用设备等来设定即可。
并且,如前所述,将在第2框体18固定有微穿孔板12和第1框体16的层叠体的结构设为防音单元时,将该防音单元设为单位防音单元,也能够设为具有多个单位防音单元的防音结构体。由此,也能够无需使开口部尺寸与导管等的尺寸相匹配,而是组合多个单位防音单元来配置于导管端而用于防音。
并且,通过设置多个单位防音单元,能够对应于大面积。
并且,各单位防音单元中,通过使微穿孔板12、第1框体16及第2框体18各自的形状及材质等不同,容易组合防音特性不同的单位防音单元。
并且,如分隔板一样使用具有第2框体的防音结构体本身,也能够用于遮蔽来自多个噪音源的声音的用途。
具有多个单位防音单元的防音结构体中,单位防音单元的数量并没有限定。例如在设备内噪音屏蔽(反射和/或吸收)的情况下,单位防音单元的数量优选为1个~10000个,更优选为2~5000,最优选为4~1000。
另外,第2框体18的尺寸适当设定即可。例如,第2框体18(开口部)的尺寸优选为0.5mm~200mm,更优选为1mm~100mm,最优选为2mm~30mm。
另外,只要能够可靠地固定并支撑层叠体,则第2框体18的框架的壁厚及开口部19的贯穿方向上的厚度(以下,也称为第2框体18的厚度)也没有特别限制,但例如能够根据第2框体18的尺寸来进行设定。
在此,如图49所示,第2框体18的框架壁厚为第2框体18的开口面上的厚度最薄的部分的厚度d1。并且,第2框体18的厚度为开口部的贯穿方向上的高度h1。
例如,当第2框体18的尺寸为0.5mm~50mm时,第2框体18的框架的壁厚优选为0.5mm~20mm,更优选为0.7mm~10mm,最优选为1mm~5mm。
若第2框体18的壁厚相对于第2框体18的尺寸的比率过大,则整体结构中所占的第2框体18的部分的面积率变大,从而担忧设备变重。另一方面,若上述比率过小,则该第2框体18部分中难以通过粘接剂等牢固地固定层叠体。
并且,当第2框体18的尺寸为大于50mm且200mm以下时,第2框体18的框架壁厚优选为1mm~100mm,更优选为3mm~50mm,最优选为5mm~20mm。
并且,第2框体18的厚度即开口部的贯穿方向的厚度优选为0.5mm~200mm,更优选为0.7mm~100mm,最优选为1mm~50mm。
第2框体18的形成材料只要能够支撑微穿孔板12和第1框体16的层叠体,具有适用于上述的防音对象物时适合的强度,且对防音对象物的防音环境具有耐性,则并无特别限制,能够根据防音对象物及其防音环境来进行选择。例如,作为第2框体18的材料,能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼及它们的合金等金属材料;丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺及三乙酰纤维素等树脂材料;碳纤维增强塑料(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、碳纤维以及玻璃纤维增强塑料(GFRP:Glass Fiber ReinforcedPlastics)等。
并且,也可以组合使用多种这些第2框体18的材料。
并且,也可以在第2框体18的开口部内配置以往公知的吸音材料。
通过配置吸音材料,能够通过由吸音材料产生的吸音效果来更加提高隔音性。
作为吸音材料,并无特别限定,能够利用发泡聚氨酯及无纺布等各种公知的吸音材料。
以下,对能够组合于具有本发明的防音结构体的防音部件的结构部件的物性或特性进行说明。
[阻燃性]
当使用具有本发明的防音结构体的防音部件而作为建材或设备内防音材料时,要求具有阻燃性。
因此,微穿孔板优选阻燃性的微穿孔板。当使用树脂而作为微穿孔板时,例如使用作为阻燃性的PET膜的LUMIRROR(注册商标)非卤素阻燃型ZV系列(TORAY INDUSTRIES,INC.制)、Teijin Tetoron(注册商标)UF(TFIJIN LIMITED制)和/或作为阻燃性聚酯系膜的DIALAMY(注册商标)(Mitsubishi Plastics,Inc.制)等即可。
并且,通过使用铝、镍、钨及铜等金属材料,也能够赋予阻燃性。
并且,第1框体及第2框体也优选为阻燃性的材质,可举出铝等金属、陶瓷等无机材料、玻璃材料、阻燃性聚碳酸酯(例如,PCMUPYG10(TAKIRON Corporation制))和/或阻燃性丙烯酸(例如,ACRYLITE(注册商标)FR1(Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制))等阻燃性塑料等。
而且,将微穿孔板固定于第1框体的方法、将微穿孔板和第1框体的层叠体固定于第2框体的方法也优选利用阻燃性粘接剂(ThreeBond1537系列(ThreeBond Co.,Ltd.制))、焊锡进行的粘接方法、或由2个框体夹持微穿孔板而固定等机械固定方法。
[耐热性]
担忧防音特性因伴随环境温度变化的本发明的防音结构体的结构部件的膨胀伸缩而发生变化,因此构成该结构部件的材质优选耐热性尤其低热收缩的材质。
微穿孔板例如优选使用Teijin Tetoron(注册商标)膜SLA(Teijin DuPont FilmsJapan Limited制)、PEN膜TEONEX(注册商标)(TeijinDuPont Films Japan Limited制)和/或LUMIRROR(注册商标)离线退火低收缩型(TORAY INDUSTRIES,INC.制)等。并且,也优选使用一般热膨胀率小于塑料材料的铝等金属膜。
并且,第1框体及第2框体优选使用聚酰亚胺树脂(TECASINT4111(Engineer JapanCorporation制))和/或玻璃纤维增强树脂(TECAPEEK GF30(Engineer Japan Corporation制))等耐热塑料,和/或优选使用铝等金属或陶瓷等无机材料或玻璃材料。
而且,粘接剂也优选使用耐热粘接剂(TB3732(ThreeBond Co.,Ltd.制)、超耐热1成分收缩型RTV硅酮粘接密封材(Momentive PerformanceMaterials Japan LLC制)和/或耐热性无机粘接剂ARON CERAMIC(注册商标)(Toagosei Company,Limited制)等)。优选将这些粘接剂涂布于微穿孔板、第1框体或第2框体时,通过设为1μm以下的厚度,能够降低膨胀收缩量。
[耐候/耐光性]
当具有本发明的防音结构体的防音部件配置在屋外或光照射的场所时,结构部件的耐候性成为问题。
因此,微穿孔板优选使用特殊聚烯烃膜(ARTPLY(注册商标)(MitsubishiPlastics,Inc.制))、丙烯酸树脂膜(ACRYPLEN(Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制))和/或Scotchcal Film(商标)(3M Company制)等耐候性膜。
并且,第1框体及第2框体优选使用聚氯乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)等耐候性高的塑料、铝等金属、陶瓷等无机材料和/或玻璃材料。
而且,粘接剂也优选使用环氧树脂系的粘接剂和/或DRY FLEX(Repair CareInternational制)等耐候性高的粘接剂。
关于耐湿性,也优选适当选择具有高耐湿性的微穿孔板、第1框体、第2框体及粘接剂。关于吸水性及耐化学性,也优选适当选择适当的微穿孔板、第1框体、第2框体及粘接剂。
[垃圾]
在长期的使用中,在微穿孔板表面附着有垃圾,有可能对本发明的防音结构体的防音特性造成影响。因此,优选防止垃圾的附着或去除所附着的垃圾。
作为防止垃圾的方法,优选使用垃圾难以附着的材质的微穿孔板。例如,通过使用导电性膜(FLECLEAR(注册商标)(TDK Corporation.制)和/或NCF(NAGAOKA SANGYOU CO.,LTD.制))等,从而微穿孔板不带电,由此能够防止由带电引起的垃圾的附着。并且,通过使用氟树脂膜(DI-NOCFILM(商标)(3M Company制))和/或亲水性膜(MIRACLEAN(LIFE CARDCO.,LTD.制)、RIVEX(RIKEN TECHNOS CORP制)和/或SH2CLHF(3M Company制)),也能够抑制垃圾的附着。而且,通过使用光催化剂膜(LACLEAN(KIMOTO Co.,Ltd.制)),也能够防止微穿孔板的污染。通过将具有这些导电性、亲水性和/或光催化性的喷雾剂和/或包含氟化合物的喷雾剂涂布于微穿孔板,电能够得到相同的效果。
除了使用如上所述的特殊的微穿孔板以外,通过在微穿孔板上设置罩体,也能够防止污染。作为罩体,能够使用薄膜材料(SARAN WRAP(注册商标)等)、具有不通过垃圾的大小的网眼的网状物、无纺布、聚氨酯、气凝胶及多孔状的膜等。
例如,如图13及图14中分别表示的防音部件30a及30b,在微穿孔板12和第1框体16的层叠体40上分开规定的距离而配置罩体32,以覆盖层叠体40,由此能够避免风或垃圾直接撞击到层叠体40上。
并且,当使用特别薄的膜材料等而作为罩体时,并不粘贴于层叠体40,而是空出距离,从而不抑制贯穿孔的效果,因此优选。并且,由于薄膜材料不具有强烈的膜振动而使声音通过,因此若以拉紧薄膜材料的状态进行固定,则容易引起膜振动,因此优选松散地支撑薄膜材料的状态。
作为去除所附着的垃圾的方法,通过放射微穿孔板的共振频率的声音,且使微穿孔板强烈振动,从而能够去除垃圾。并且,使用鼓风机或擦拭,也能够得到相同的效果。
[风压]
由于强风撞击到微穿孔板,从而微穿孔板成为被按压的状态,共振频率有可能发生变化。因此,通过用无纺布、聚氨酯和/或膜等覆盖微穿孔板上,能够抑制风的影响。与上述垃圾的情况相同地,如图13及图14中分别表示的防音部件30a及30b,优选在层叠体40上设置罩体32来配置,以避免风直接撞击到层叠体40(微穿孔板12)上。
并且,如图15所示的防音部件30c,层叠体40相对于声波倾斜的结构中,优选在层叠体40的上部设置挡风框34,该挡风框防止风W直接撞击层叠体40。
而且,作为最优选的挡风的方式,如图16所示,在层叠体40上设置罩体32,并用挡风框34以封闭它们之间的方式围住,由此能够防止相对于层叠体40从垂直方向撞击的风,也能够防止从平行方向撞击的风。
而且,如图17所示的防音部件30d,为了抑制因在防音部件侧面阻隔风W而产生的湍流所导致的影响(对膜的风压、风噪声),优选在防音部件侧面设置整流风W的整流板等整流机构35。
[单位单元组的组合]
如前所述,当具有多个防音单元时,可以是多个第2框体18由连续的1个框体构成的结构,或者也可以具有多个作为单位单元组的防音单元。即,具有本发明的防音结构体的防音部件并不一定由1个连续的框体构成,可以是作为单位单元组具有第2框体18及安装在第2框体18的层叠体40的结构的防音单元,能够独立使用这种单位单元组,或者也能够连结多个单位单元组来使用。
作为多个单位单元组的连结方法,将在后面叙述,但可以在框体部安装MAGICTAPE(注册商标)、磁铁、按钮、吸盘和/或凹凸部来组合,也能够使用胶带等来连结多个单位单元组。
[配置]
为了使具有本发明的防音结构体的防音部件能够简便地安装或拆卸到壁等,优选在防音部件安装有包括磁性体、MAGICTAPE(注册商标)、按钮或吸盘等的装卸机构。例如,如图18所示,可以在防音部件(防音单元组)30e的第2框体18的外侧的框的底面预先安装装卸机构36,并将安装在防音部件30e的装卸机构36安装于壁38,从而使防音部件30e配置于壁38,如图19所示,也可以将安装在防音部件30e的装卸机构36从壁38拆卸,从而使防音部件30e从壁38脱落。
并且,共振频率不同的各防音单元例如如图20所示,分别组合防音单元31a、31b及31c来调整防音部件30f的防音特性时,优选在各防音单元31a、31b及31c上安装有磁性体、MAGICTAPE(注册商标)、按钮及吸盘等装卸机构41,以轻松地组合防音单元31a、31b及31c。
并且,在防音单元设置凹凸部,例如如图21所示,可以在防音单元31d设置凸部42a,并且在防音单元31e设置凹部42b,通过卡合这些凸部42a与凹部42b来进行防音单元31d与防音单元31e的装卸。若能够组合多个防音单元,则可以在1个防音单元设置凸部及凹部这两者。
而且,也可以组合上述的图20所示的装卸机构41与图21所示的凹凸部即凸部42a及凹部42b来进行防音单元的装卸。
[框机械强度]
随着具有本发明的防音结构体的防音部件的尺寸变大,第2框体变得容易振动,从而作为固定端的功能下降。因此,优选增加第2框体的厚度来提高框刚性。但是,若增加框的厚度,则增加防音部件的质量,从而本防音部件的轻量的优点下降。
因此,为了在维持高刚性的状态下减少质量的增加,优选在第2框体形成孔或槽。例如,通过对图22所示的防音单元44的第2框体46,如图23中作为侧视图所示使用桁架结构,或者通过对图24所示的防音单元48的第2框体50,如图25中作为A-A线向视图所示使用刚性框架结构,能够兼顾高刚性及轻量。
并且,例如如图26~图28所示,通过改变或组合面内的框厚度来确保高刚性,还能够实现轻量化。如图26所示的具有本发明的防音结构体的防音部件52,如由B-B线切断图26所示的防音部件52的剖面示意图即图27所示,使由36个防音单元54的多个框56构成的第2框体58的两外侧及中央的框材58a的厚度比其他部分的框材58b厚,在图示例中使其厚2倍以上。如由与B-B线正交的C-C线切断的剖面示意图即图28所示,在正交的方向上也相同地,使第2框体58的两外侧及中央的框材58a的厚度比其他部分的框材58b厚,在图示例中使其厚2倍以上。
通过这样做,能够兼顾高刚性化和轻量化。
另外,在上述的图13~图28中,省略微穿孔板12及第1框体16的图示,统一图示为层叠体40。
本发明的防音结构体并不限定于用于上述的工业设备、运输用设备及一般家用设备等各种设备,还能够用于配置在建筑物的房间内,且分隔房间内的固定分隔结构(分隔板)等固定壁、以及配置在建筑物的房间内,且分隔房间内的可动分隔结构(分隔板)等可动壁。
如此,通过将本发明的防音结构体用作分隔板,能够在所隔断的空间之间适当地屏蔽声音。并且,尤其在可动式分隔板的情况下,薄且轻的本发明的结构由于容易搬运,因此优点较大。
并且,本发明的防音结构体由于具有透光性及通气性,因此也能够适当地用作窗户部件。
或者,作为防止噪音的用途,也能够用作包围成为噪音源的设备例如空调室外机或热水器等的笼子。通过由本部件包围噪音源,能够在确保散热性或通气性的状态下吸收声音,且防止噪音。
并且,也可以用于宠物饲养用的笼子。在宠物饲养的笼子的全部或一部分适用本发明的部件,例如通过用本部件替换宠物笼子的一面,从而能够设为轻量且具有吸声效果的宠物笼子。通过使用该笼子,能够从外部噪音保护笼子内的宠物,并且,能够抑制在笼子内的宠物的鸣声向外部泄露。
本发明的防音结构体除上述以外,还能够用作如下的防音部件。
例如,作为具有本发明的防音结构体的防音部件,能够举出:
建材用防音部件:作为建材用途使用的防音部件、
空调设备用防音部件:设置在通风口及空调用导管等,防止来自外部的噪音的防音部件、
外部开口部用防音部件:设置在房间的窗户,防止来自室内或室外的噪音的防音部件、
天花板用防音部件:设置在室内的天花板,控制室内的声音的防音部件、
床用防音部件:设置在床上,控制室内的声音的防音部件、
内部开口部用防音部件:设置在室内的门或拉门的部分,防止来自各房间的噪音的防音部件、
卫生间用防音部件:设置在卫生间内或门(室内外)部,防止来自卫生间的噪音的防音部件、
阳台用防音部件:设置在阳台,防止来自自身的阳台或相邻的阳台的噪音的防音部件、
室内调音用部件:用于控制房间的声音的防音部件、
简便防音室部件:能够简便地组装且移动也简便的防音部件、
宠物用防音室部件:围绕宠物的房间,防止噪音的防音部件、
娱乐设施:设置在游戏厅、体育中心、演奏厅及电影院等的防音部件、
施工现场用临时围墙用的防音部件:覆盖施工现场而防止噪音向周围泄露的防音部件、
隧道用防音部件:设置在隧道内,防止向隧道内部及外部泄露的噪音的防音部件等。
实施例
以下根据实施例对本发明进一步进行详细说明。以下实施例所示的材料、使用量、比例、处理内容及处理顺序等只要不脱离本发明的宗旨,就能够适当进行变更。因此,本发明的范围不应该被以下所示的实施例作限定性解释。
[实施例1]
<具有多个贯穿孔的微穿孔板的制作>
对平均厚度20μm、大小210mm×297mm(A4尺寸)的铝基材(JISH-4160、合金号:1N30-H、铝纯度:99.30%)的表面实施以下所示的处理,从而制作了具有多个贯穿孔的微穿孔板。
(a1)氢氧化铝被膜形成处理(被膜形成工序)
使用保温在50℃的电解液(硝酸浓度10g/L、硫酸浓度6g/L、铝浓度4.5g/L、流量0.3m/s),将上述铝基材设为阴极,在电量总和为1000C/dm2的条件下实施20秒钟的电解处理,从而在铝基材上形成了氢氧化铝被膜。另外,使用直流电源进行了电解处理。电流密度设为50A/dm2。
形成氢氧化铝被膜之后,进行了利用喷雾的水洗。
(b1)电解溶解处理(贯穿孔形成工序)
接着,使用保温在50℃的电解液(硝酸浓度10g/L、硫酸浓度6g/L、铝浓度4.5g/L、流量0.3m/s),将铝基材设为阳极,在电量总和为600C/dm2的条件下实施24秒钟的电解处理,从而在铝基材及氢氧化铝被膜形成了贯穿孔。另外,使用直流电源进行了电解处理。电流密度设为5A/dm2。
形成贯穿孔之后,进行利用喷雾的水洗,并使其干燥。
(c1)氢氧化铝被膜的去除处理(被膜去除工序)
接着,将电解溶解处理后的铝基材在氢氧化钠浓度50g/L、铝离子浓度3g/L的水溶液(液温35℃)中浸渍32秒钟之后,在硝酸浓度10g/L、铝离子浓度4.5g/L的水溶液(液温50℃)中浸渍40秒钟,由此溶解并去除氢氧化铝被膜。
之后,进行利用喷雾的水洗,并使其干燥,由此制作了具有贯穿孔的微穿孔板。
测定所制作的微穿孔板的贯穿孔的平均开口直径及平均开口率的结果,平均开口直径为25μm,平均开口率为6%。
<防音结构体的制作>
作为第1框体,使用了市售的网状物(AS ONE Corporation.制PP-#50:材质聚丙烯、线直径136μm、网孔370μm、开口率53%)。
与所制作的微穿孔板的一面相接而配置第1框体,由此制作了如图1所示的防音结构体10a。
[比较例1]
除了不具有第1框体以外,与实施例1相同地制作了防音结构体。即,设为微穿孔板单体的防音结构体。
[评价]
<声学特性>
在如图29所示的自制的丙烯酸制声管P中使用4个扩音器M并通过传递函数法来测定了所制作的防音结构体的声学特性。该方法按照“ASTM E2611-09:Standard TestMethod for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of AcousticalMaterials Based on the Transfer Matrix Method”进行。
将防音结构体X夹在声管P中,测定了防音结构体的垂直声透射率、反射率、吸收率。
在图30中示出比较例1的透射率及吸收率的测定结果,在图31中示出实施例1及比较例1的吸收率的测定结果。
如图30所示,可知即使是微穿孔板单体,也具有1000Hz~4000Hz的宽带的吸音特性。然而,可知吸收率在310Hz附近大幅下降。由于在该频率中透射率变大,因此认为该频率中的吸收率下降的原因在于因微穿孔板的共振引起的振动而声音透射。
并且,如图31所示,可知作为本发明的防音结构体的实施例1在310Hz附近的吸收率高于比较例1。认为这是因为实施例1的防音结构体具有第1框体,由此提高微穿孔板的刚性,且共振振动频率变高。
第1框体的孔部的开口直径为370μm。若根据下述式(1)(参考文献“动力学、声学及振动的公式(Formulas for dynamics,acoustics and vibration)”p.261)求出第1框体的开口直径为370μm时的微穿孔板的共振振动频率,则为161kHz且大于可听范围(100Hz~20000Hz)。因此,能够抑制由微穿孔板的共振引起的吸收率的下降。
[数式1]
式(1)
上述式(1)中,f:振动频率、λ:振动频率参数(35.99正方形且模式1)、a:一边的长度、E:弹性模量、ρ:密度、v:泊松比。
[实施例2]
除了作为第1框体使用了市售的网状物(AS ONE Corporation.制PP-#10:材质聚丙烯、线直径395μm、网孔2.145mm、开口率71.3%)以外,与实施例1相同地制作了防音结构体。
[实施例3]
除了在微穿孔板的两面配置第1框体以外,与实施例2相同地,制作了如图7所示的防音结构体10b。
若根据上述式(1)求出共振振动频率,则为126kHz。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图32中示出测定结果。
如图32所示,可知本发明的实施例2及3的防音结构体在310Hz附近的吸收率高于比较例1。
并且,从实施例2与实施例3的对比可知,通过在微穿孔板的两面配置第1框体,能够更加提高刚性,且能够抑制吸收率的下降。
[实施例4]
除了使用如下所述制作的微穿孔板以外,与实施例3相同地制作了防音结构体。
若根据上述式(1)求出共振振动频率,则为209kHz。
作为微穿孔板,使用厚度100μm的PET膜,利用激光加工机每隔1mm形成了开口直径60μm的贯穿孔。开口率为0.2%。
[比较例2]
除了不具有第1框体以外,与实施例4相同地制作了防音结构体。即,设为微穿孔板单体的防音结构体。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图33中示出测定结果。
如图33所示,可知在比较例2的防音结构体中,吸收率在230Hz附近、1000Hz附近、2240Hz附近、3500Hz附近下降。相对于此,可知在实施例4的防音结构体中,230Hz附近、1000Hz附近、2240Hz、3500Hz附近的吸收率比比较例2高。
[实施例5]
除了用粘接剂粘接固定微穿孔板与第1框体以外,与实施例2相同地制作了防音结构体。
作为粘接剂,使用了喷胶55(3M Company制)。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图34中示出测定结果。
如图34所示,可知实施例5的防音结构体在宽频带中吸收率比实施例2的防音结构体高。
[实施例6]
除了作为第1框体使用了市售的网状物(AS ONE Corporation.制不锈钢网状物#10(平纹):材质SUS304、线直径500μm、网孔2.5mm、开口率64.5%)以外,与实施例4相同地制作了防音结构体。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图35中示出测定结果。
如图35所示,可知实施例6的防音结构体在宽频带中吸收率比比较例2的防音结构体高。
并且,与使用了聚丙烯制的网状物的实施例4相比,局部的吸收率的下降也较少。这认为与聚丙烯制的网状物相比,不锈钢制的网状物的刚性高且能够更高地抑制微穿孔板的共振。
[实施例7]
制作了在与实施例1相同的微穿孔板的两面配置与实施例1相同的第1框体,而且用2个第2框体夹持的如图9所示的防音结构体10d。
第2框体使用了材质为铝且厚度为3mm并具有25mm角的开口部的框体。
[比较例3]
除了不具有第1框体以外,与实施例7相同地制作了防音结构体。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图36中示出测定结果。
如图36所示,可知在比较例3的防音结构体中吸收率在600Hz附近下降,但在实施例7的防音结构体中,在600Hz附近的吸收率比比较例3高。
[实施例8]
在与实施例1相同的微穿孔板的一面粘接固定与实施例1相同的第1框体,而且在微穿孔板的另一面粘接固定以下第2框体,从而制作如图8所示的防音结构体10c,并配置于具有开口的开口部件内,从而制成如图11所示的开口结构体。
第2框体使用了材质为氯乙烯且厚度为20mm并具有16mm角的开口部的框体。
并且,开口部件使用了具有40mm的开口的部件。
并且,防音结构体以微穿孔板的膜面的垂线方向z与垂直于开口部件的开口截面的方向s所成的角成为45度的方式配置在开口内。
[比较例4]
除了不具有第1框体以外,与实施例8相同地制作防音结构体,并配置于开口部件内而制成开口结构体。
[评价]
<吸收率>
测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图37中示出测定结果。
如图37所示,可知在实施例8中,在宽频带中吸收率比比较例4高。并且,由于具有成为通气口的区域q,因此能够在使风通过的状态下在宽带上消音。
[实施例9]
除了进一步具有背面板以外,与实施例3相同地制作了防音结构体。
作为背面板使用了厚度3mm的丙烯酸板。具体而言,如图38所示,在从微穿孔板和第1框体的层叠体分开50mm的位置上固定在声管P。
[比较例5]
除了不具有第1框体以外,与实施例9相同地制作了防音结构体。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图39中示出测定结果。
如图39所示,可知在比较例5的防音结构体中,在950Hz以下的频带中吸收率下降,但在实施例9的防音结构体中,在950Hz以下的频带中的吸收率比比较例5高。
[实施例10]
在实施例1中所制作的微穿孔板12(厚度20μm、平均开口直径25μm、平均开口率6.2%)的一面侧配置具有如图48所示的蜂窝结构的第1框体16,而且,如图46所示,在第1框体16的与配置有微穿孔板的面相反一侧的面配置背面板20而制作了防音结构体。
关于第1框体16,材质设为ABS,厚度设为15mm,孔部17的开口截面的形状为正六边形,且其外切圆的直径设为1cm,开口率设为约95%。
关于背面板20,材质设为铝,厚度设为5em。
[比较例6]
除了不具有第1框体以外,与实施例10相同地制作了防音结构体。即,具有微穿孔板及背面板,设为微穿孔板与背面板分开15mm而配置的结构。
[评价]
<吸收率>
与实施例1相同地测定了所制作的防音结构体的吸收率。在图50中示出测定结果。
如图50所示,可知实施例10与比较例6相比,在宽带中吸收率较高。可知尤其在1200Hz以下的频带中的吸收率较高。
根据以上结果,本发明的效果是显而易见的。
[模拟]
如前所述,本发明人等推测本发明的防音结构体的吸音的原理为声音通过微贯穿孔时的摩擦。
因此,为了增大吸收率,重要的是最佳设计微穿孔板的贯穿孔的平均开口直径和平均开口率以增强摩擦。因为认为尤其在高频区域中,膜振动也变小,因此安装在第1框体及第2框体的影响不大,通过贯穿孔+微穿孔板本身的吸音特性来吸收声音。
因此,对由贯穿孔产生的摩擦热进行了模拟。
具体而言,使用作为有限元法的分析软件的COMSOLver5.1(COMSOL Inc)的声音模块来进行了设计。通过使用声音模块内的热声模型,能够计算由透射流体中(也包含空气)的声波与壁的摩擦产生的吸音。
首先,作为与实验的比较,对于实施例1中所使用的具有贯穿孔的微穿孔板单体,通过松散地固定在实施例1中所使用的声管来测定了微穿孔板的吸收率。即,在没有安装在第1框体的情况下,尽可能缩小固定端的影响,进行了微穿孔板本身的评价。在图40中作为参考例示出吸收率的测定结果。
模拟中,作为铝的物性值使用了COMSOL的程序库的值,通过热声模块计算了贯穿孔内部,并计算了由膜振动与贯穿孔内摩擦产生的吸音。模拟上,通过微穿孔板的端部设为辊固定,使得微穿孔板在微穿孔板平面上沿垂线方向自由移动,再现微穿孔板单体的系统。在图40中作为模拟示出结果。
如图40所示,可知比较实验与模拟的吸收率时,模拟很好地再现了实验。实验中的低频侧的尖峰状的变化表示即使松散地固定微穿孔板的端部,也产生由若干固定端引起的膜振动的效果。由于越是高频侧,膜振动的影响越变小,因此与进行了微穿孔板单体的性能评价的模拟的结果很一致。
通过该结果,能够担保模拟再现实验结果。
接着,为了进行贯穿孔的摩擦特性的最佳化,进行微穿孔板部分固定约束且声音仅通过贯穿孔内的模拟,改变该微穿孔板的厚度、贯穿孔的平均开口直径、平均开口率来研究了吸收的行为。并且,在频率3000Hz下进行了以下计算。
例如,在图41中示出计算了改变微穿孔板的厚度20μm、贯穿孔的平均开口直径20μm时的平均开口率时的透射率T、反射率R、吸收率A的变化的结果。若着眼于吸收率,可知通过改变平均开口率,吸收率发生变化。因此,可知存在吸收率最大化的最佳值。此时可知在开口率6%下吸收最大化。此时,透射率与反射率几乎相等。如此,尤其平均开口直径小时,并不是说平均开口率小就好,需要调整到最佳值。
并且,可知吸收率变大的平均开口率的范围以最佳的平均开口率为中心平缓地扩展。
分别在微穿孔板的厚度10μm、20μm、30μm、50μm及70μm下,在20μm~140μm的范围改变贯穿孔的平均开口直径,计算总结了各个条件下的吸收率最大化的平均开口率和此时的吸收率。在图42中示出结果。
贯穿孔的平均开口直径小时,最佳的平均开口率根据微穿孔板的厚度而不同,但在贯穿孔的平均开口直径为100μm左右以上时,0.5%~1.0%的非常小的平均开口率成为最佳值。
并且,在图43中示出相对于各贯穿孔的平均开口直径将平均开口率最佳化时的最大吸收率。图43中示出微穿孔板的厚度20μm的情况和微穿孔板的厚度50μm的情况这两种。得知最大吸收率几乎不取决于微穿孔板的厚度,而是根据贯穿孔的平均开口直径来确定。可知平均开口直径较小为50μm以下时,最大吸收率成为50%,但是若平均开口直径比它大,则吸收率变小。吸收率在平均开口直径100μm下为45%,在平均开口直径200μm下为30%,在平均开口直径250μm下变小至20%。因此,明确了平均开口直径小的一方为优选。
由于本发明中吸收率大的一方为优选,因此需要吸收率以20%为上限的250μm以下的平均开口直径,优选吸收率以45%为上限的100μm以下的平均开口直径,最优选吸收率以50%为上限的50μm以下的平均开口直径。
上述相对于贯穿孔的平均开口直径的最佳的平均开口率中,详细地进行了平均开口直径为100μm以下时的计算。在图44中以双对数曲线示出对于厚度10μm、20μm、30μm、50μm、70μm的每一个,示出贯穿孔的每一平均开口直径的最佳的平均开口率的结果。从曲线图发现,最佳的平均开口率相对于贯穿孔的平均开口直径以大致-1.6乘方发生变化。
更具体而言,将最佳的平均开口率设为rho_center,将贯穿孔的平均开口直径设为phi(μm),将微穿孔板的厚度设为t(μm)时,明确了当设为rho_center=a×phi-1.6时,由a=2+0.25×t确定。
如此,尤其当贯穿孔的平均开口直径小时,最佳的平均开口率通过微穿孔板厚度和贯穿孔的平均开口直径来确定。
如上所述,吸收率变大的范围以最佳的平均开口率为中心平缓地扩展。为了其详细的分析,在图45中示出微穿孔板的厚度50μm的模拟中改变了平均开口率的结果。贯穿孔的平均开口直径设为10μm、15μm、20μm、30μm、40μm,使平均开口率在0.5%至99%内发生了变化。
在任何平均开口直径下,吸收率变大的平均开口率的范围在最佳的平均开口率的周边扩展。作为特征,贯穿孔的平均开口直径小时,吸收率变大的平均开口率的范围涉及较广的范围。并且,高于最佳的平均开口率的平均开口率侧的吸收率变大的平均开口率的范围较广。
在任何平均开口直径下,吸收率的最大值为大致50%,因此在表1中分别示出吸收率成为30%、40%、45%的下限的平均开口率和上限的平均开口率。并且,在表2示出基于最佳的平均开口率的各吸收率的范围。
例如,当贯穿孔的平均开口直径为20μm时,最佳的平均开口率为11%,吸收率成为40%以上的平均开口率的下限为4.5%,上限为28%。此时,以最佳的平均开口率为基准的吸收率成为40%的平均开口率的范围为(4.5%-11.0%)=-6.5%~(28.0%-11.0%)=17.0%,因此在表2中表示为-6.5%~17.0%。
[表1]
[表2]
根据表2,对贯穿孔的每一平均开口直径的吸收率的幅度进行了比较的结果,将贯穿孔的平均开口直径设为phi(μm)时,吸收率的幅度大致以100×phi-2的比率发生变化。因此,对于各个吸收率30%、40%、45%,能够按各贯穿孔的每一平均开口直径确定适当的范围。
即,关于吸收率30%的范围,使用上述最佳的平均开口率rho_center,作为基准使用贯穿孔的平均开口直径为20μm时的范围,需要落入
rho_center-0.085×(Dhi/20)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.35×(phi/20)-2
为上限的平均开口率的范围。其中,平均开口率限制在大于0且小于1(100%)的范围。
优选为吸收率40%的范围,且优选为
rho_center-0.24×(phi/10)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.57×(phi/10)-2
成为上限的平均开口率的范围。在此,为了尽量缩小误差,将贯穿孔的平均开口直径的基准设为10μm。
进一步优选为吸收率45%的范围,且进一步优选为rho_center-0.185×(phi/10)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.34×(phi/10)-2
成为上限的平均开口率的范围。
而且,为了确定为更小的吸收率时的最佳的平均开口率的范围,在平均开口率小的范围内进行精细的计算。作为代表例,在图51中示出板状部件的厚度为50μm,贯穿孔的平均开口直径为30μm时的结果。
在表3及表4分别示出对于各个吸收率10%、15%及20%,成为该吸收率的平均开口率的范围及近似式。另外,表4中,将“rho_center”标记为“rc”。
[表3]
[表4]
下限 | 上限 | |
10%范围 | rc-0.052×(phi/30)<sup>-2</sup> | rc+0.795×(phi/30)<sup>-2</sup> |
15%范围 | rc-0.050×(phi/30)<sup>-2</sup> | rc+0.505×(phi/30)<sup>-2</sup> |
20%范围 | rc-0.048×(phi/30)<sup>-2</sup> | rc+0.345×(phi/30)<sup>-2</sup> |
根据表3及表4,关于吸收率10%的范围,使用上述最佳的平均开口率rho_center,作为基准使用贯穿孔的平均开口直径为30μm时的范围,需要落入
rho_center-0.052×(phi/30)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.795×(phi/30)-2
为上限的平均开口率的范围。其中,平均开口率限制在大于0且小于1(100%)的范围。
优选吸收率成为15%以上,其范围成为
rho_center-0.050×(phi/30)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.505×(phi/30)-2
为上限的平均开口率的范围。
更优选吸收率成为20%以上,其范围成为
rho_center-0.048×(phi/30)-2
为下限的平均开口率,
rho_center+0.345×(phi/30)-2
为上限的平均开口率的范围。
进一步优选落入上述吸收率成为30%以上、40%以上或45%以上的平均开口率的范围,能够更加增大吸收率。
如上所述,使用模拟,明确了由贯穿孔内的摩擦产生的吸音现象的特征。并且,通过板状部件的厚度、贯穿孔的平均开口直径及平均开口率来确定吸收率的大小,并确定了其最佳值范围。
[实施例11]
作为实施例11,制作了如图10所示的依次层叠第1框体16、微穿孔板12、第2框体18及背面板20而成的结构的防音结构体。
与实施例1相同地制作了微穿孔板12(厚度20μm、平均开口直径25μm、平均开口率6.2%)。
第2框体18使用了材质为铝且厚度为30mm并具有直径40mm的开口部的框体。
背面板20中,材质设为铝,厚度设为5cm。
第1框体16设为在厚度1mm的丙烯酸板具有多个直径2mm的孔部17的框体,将开口率变更为8%、19%、31%,与实施例1相同地测定了垂直声吸音率。以“1-反射率”定义(垂直声)吸音率。
在图52中示出结果。
从图52可知,随着第1框体的孔部的开口率变小,中心频率低频率化,且频带变窄。这是因为若第1框体的孔部的开口率及开口直径变小,则由孔部产生的电感成分变大。因此,根据防音结构体的用途,调整第1框体的孔部的开口直径及开口率,由此能够得到低频窄带或中频宽带的吸音特性。
[实施例12]
作为实施例12,制作了如图53所示的依次层叠第1框体16b、微穿孔板12、第1框体16及背面板20而成的结构的防音结构体。即,在实施例10中所制作的防音结构体的微穿孔板12上配置第1框体16b而制作了防音结构体。
第1框体16b设为在厚度1mm的丙烯酸板具有多个直径2mm的孔部17的框体,将开口率变更为8%、19%、31%,与实施例1相同地测定了垂直声吸音率。
在图54中示出结果。
从图54可知,随着第1框体16b的孔部的开口率变小,中心频率低频率化,且频带变窄。这是因为若第1框体16b的孔部的开口率及开口直径变小,则由孔部产生的电感成分变大。因此,根据防音结构体的用途,调整第1框体的孔部的开口直径及开口率,由此能够得到低频窄带或中频宽带的吸音特性。
并且,形成在实施例1等中所使用的微穿孔板的贯穿孔的平均开口直径phi及平均开口率rho处于以上述的rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6为中心,以rho_center-(0.052×(phi/30)-2)为下限,且以rho_center+(0.795×(phi/30)-2)为上限的范围。具有处于这种范围的贯穿孔的微穿孔板由于具有适度的平均开口率和薄且小的贯穿孔,因此具有小的电感成分和高的声阻值。因此能够在宽带中得到高的吸音特性。
并且,微穿孔板12配置有第1框体16,由此加上由第1框体16的孔部产生的声阻而阻抗变得过大,从而吸音性能有可能下降。关于阻抗的虚部为零的共振频率中的垂直入射吸音率d,使用作为由空气的阻抗(ρc)标准化的微穿孔板和第1框体的声阻值之和的Rtotal,并由下述式(1)表示。((吸声器和扩散器(Acoustic Absorbers and Diffusers)、作者:Trevor Cox,Peter D’Antonio、pp27、August 24,2016by CRC Press)
d=1-(1-Rtotal)2/(1+Rtotal)2……(1)
为了得到共振频率中的20%以上的垂直入射吸音率,需要Rtotal为0.056以上且18以下,为了得到共振频率中的50%以上的垂直入射吸音率,需要Rtotal为0.17以上且6以下。
贯穿孔的平均开口直径phi及平均开口率rho处于上述的范围的微穿孔板的电感成分小,且声阻值为接近1的值,因此为了得到上述垂直入射吸音率,第1框体的孔部的声阻优选17以下,进一步优选5以下。
若孔部的开口直径变小,则阻抗值上升,因此第1框体16的开口直径优选0.1mm以上。并且,已知若开口直径成为1mm以下,则孔部的侧壁中的空气摩擦阻抗显著变大(”微穿孔板吸声体的潜力(Potential of microperforated panel absorber)”J.Acoust.Soc.Am.104,2861-28661998)。因此,孔部的开口直径进一步优选1mm以上。并且,框体的厚度大于孔部的开口直径的框体难以制造,因此框体的厚度与孔部的开口直径之比优选为1以下。
框体的孔部中的阻抗值r能够由下述式(2)表示。(Acoustic Absorbers andDiffusers、作者:Trevor Cox,Peter D’Antonio、pp245、August 24,2016by CRC Press)
r=ρ/ε×√(8μω)×(1+t/a)……(2)
在此,ρ:空气的密度、ε:开口率、μ:空气摩擦系数、t:框体的厚度、a:框体的孔部的开口直径。
当纵横比为1(t=a)以下时,为了将框体的孔部的声阻值设为17以下,需要将开口率设为0.1%以上。并且为了将框体的孔部的声阻值设为5以下,需要将开口率设为0.3%以上。
综上所述,本发明的效果是显而易见的。
符号说明
10a~10e-防音结构体,11-铝基材,12-微穿孔板,13-氢氧化铝被膜,14-贯穿孔,16-第1框体,17-孔部,18、46、50、58-第2框体,19-开口部,20-背面板,30a~30h、52-防音部件,31a~31e、44、48、54-防音单元,32-罩体,34-挡风部件,35-整流机构,36-装卸机构,38-壁,42a-凸部,42b-凹部,56-框,58a-两外侧及中央的框材,58b-其他部分的框材,z-膜面的垂线方向,s-垂直于开口截面的方向,q-成为通气口的区域,W-风,M-扩音器,P-声管。
Claims (15)
1.一种防音结构体,其特征在于,具备:
微穿孔板,具有在厚度方向上贯穿的多个贯穿孔;及
第1框体,与所述微穿孔板的一面相接而配置,且具有多个孔部,
所述贯穿孔的平均开口直径为0.1μm以上且小于100μm,
所述第1框体的所述孔部的开口直径大于所述微穿孔板的所述贯穿孔的开口直径,
所述第1框体的所述孔部的开口率大于所述微穿孔板的所述贯穿孔的开口率,
与所述第1框体相接的所述微穿孔板的共振振动频率大于可听范围,
将所述贯穿孔的平均开口直径设为phiμm,将所述微穿孔板的厚度设为tμm时,所述贯穿孔的平均开口率rho处于大于0且小于1的范围,且处于以rho_center=(2+0.25×t)×phi-1.6为中心,以rho_center-(0.052×(phi/30)-2)为下限,以rho_center+(0.795×(phi/30)-2)为上限的范围。
2.根据权利要求1所述的防音结构体,其中,
所述第1框体的所述孔部的开口直径为22mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述防音结构体具有与所述微穿孔板的两面分别相接而配置的2个所述第1框体。
4.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述第1框体粘接固定于所述微穿孔板。
5.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述微穿孔板由金属或合成树脂形成。
6.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述微穿孔板由铝或铝合金形成。
7.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述第1框体具有蜂窝结构。
8.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述第1框体由金属形成。
9.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述第1框体由合成树脂形成。
10.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述第1框体由纸形成。
11.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述第1框体由铝、铁、铝合金及铁合金中的任一个形成。
12.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述防音结构体具有配置在所述第1框体的与配置所述微穿孔板的面相反的一侧的面的背面板。
13.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述防音结构体具有与所述微穿孔板及所述第1框体的层叠体分开而配置的背面板。
14.根据权利要求1或2所述的防音结构体,其中,
所述防音结构体具有第2框体,所述第2框体具有1个以上的开口部,
所述防音结构体具有防音单元,所述防音单元覆盖所述第2框体的所述1个以上的开口部地配置所述微穿孔板与所述第1框体的层叠体。
15.一种开口结构体,其特征在于,具有:
权利要求14所述的防音结构体;及
具有开口的开口部件,
在所述开口部件的开口内,以所述微穿孔板的膜面的垂线方向与垂直于所述开口部件的开口截面的方向相交的方式配置所述防音结构体,在所述开口部件设置成为气体所通过的通气口的区域。
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