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公開番号2021018357
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210215
出願番号2019134790
出願日20190722
発明の名称吸音装置
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人ゆうあい特許事務所
主分類G10K 11/16 20060101AFI20210118BHJP(楽器;音響)
要約【課題】空気中を伝播する音の低減効果を高めることの可能な吸音装置を提供する。
【解決手段】通路部材10は、空気の流れる通路を有する。微細穿孔板20は、複数の微細な貫通孔21が穿たれた板状の部材であって、一方の面が通路のうち空気の流れ場11に臨み、他方の面が空気層12を介して通路部材の内壁面13と対向するように設けられ、貫通孔21を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる。そして、複数の貫通孔21は、少なくとも隣り合う貫通孔21において、通路の中心線CLに対し直交する方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
空気中を伝播する音を吸収する吸音装置において、
空気の流れる通路を有する通路部材(10)と、
複数の微細な貫通孔(21)が穿たれた板状の部材であって、一方の面が前記通路のうち空気の流れ場(11)に臨み、他方の面が空気層(12)を介して前記通路部材の内壁面(13)と対向するように設けられ、前記貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる微細穿孔板(20)と、を備え、
複数の前記貫通孔は、少なくとも隣り合う前記貫通孔同士において、前記通路の中心線(CL)に対し直交する方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている、吸音装置。
続きを表示(約 1,200 文字)【請求項2】
空気中を伝播する音を吸収する吸音装置において、
空気の流れる通路を有する通路部材(10)と、
複数の微細な貫通孔(21)が穿たれた板状の部材であって、一方の面が前記通路のうち空気の流れ場(11)に臨み、他方の面が空気層(12)を介して前記通路部材の内壁面(13)と対向するように設けられ、前記貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる微細穿孔板(20)と、を備え、
複数の前記貫通孔は、少なくとも隣り合う前記貫通孔同士において、前記通路の中心線(CL)と平行な方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている、吸音装置。
【請求項3】
複数の前記貫通孔は、少なくとも隣り合う前記貫通孔同士において、前記通路の中心線に対し直交する方向に直線状に配置されることなく、且つ、前記通路の中心線と平行な方向に直線状に配置されることなく、いずれの方向に対してもずれた位置に配置されている、請求項1または2に記載の吸音装置。
【請求項4】
複数の前記貫通孔は、少なくとも隣り合う前記貫通孔同士において、前記通路部材の内壁面と前記貫通孔との距離が異なっている、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の吸音装置。
【請求項5】
空気中を伝播する音を吸収する吸音装置において、
空気の流れる通路を有する通路部材(10)と、
複数の微細な貫通孔(21)が穿たれた板状の部材であって、一方の面が前記通路のうち空気の流れ場(11)に臨み、他方の面が空気層(12)を介して前記通路部材の内壁面(13)と対向するように設けられ、前記貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる微細穿孔板(20)と、
前記通路部材の内壁面と前記微細穿孔板とを接続し、前記空気層を仕切る仕切板(30)と、を備え、
前記通路部材の内壁面と前記微細穿孔板と前記仕切板により形成された複数の区画は、少なくとも隣り合う前記区画同士の体積が異なっている、吸音装置。
【請求項6】
前記通路部材の内壁面と前記微細穿孔板と前記仕切板により形成される複数の区画は、少なくとも隣り合う前記区画同士において、前記区画ごとに設けられた前記貫通孔の孔数とその区画の体積との比が異なっている、請求項5に記載の吸音装置。
【請求項7】
複数の前記貫通孔は、少なくとも隣り合う前記貫通孔同士において、前記通路の中心線(CL)に対し直交する方向に直線状に配置されることなく、且つ、前記通路の中心線と平行な方向に直線状に配置されることなく、いずれの方向に対してもずれた位置に配置されており、
前記通路部材の内壁面と前記微細穿孔板と前記仕切板により形成される複数の区画は、少なくとも隣り合う前記区画同士において、前記区画ごとに設けられた前記貫通孔の孔数とその区画の体積との比が異なっている、請求項5に記載の吸音装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、空気中を伝播する音を吸収する吸音装置に関するものである。
続きを表示(約 7,600 文字)【背景技術】
【0002】
従来、剛壁の前に空気層を介して多孔板を設けることで吸音効果を得る技術が知られている。特許文献1には、円筒形の配管の内壁に空気層を介して多孔板を設けることで配管内を伝播する音を吸収する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2005−9483号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、発明者らは、通路部材の内壁に空気層を介して微細穿孔板を設置した構成について鋭意研究を重ねた。ここで、微細穿孔板とは、板状の部材に複数の微細な貫通孔が穿たれたものであり、MPP(Micro perforated Panelの略)と呼ばれるものである。その結果、発明者らは、通路部材の空気の流れ場を空気が流れると、空気層の空気が微細穿孔板の貫通孔を通じて流れ場に吹き出す状態と、流れ場を流れる空気が貫通孔を通じて空気層に入り込む状態とが一定の周期で繰り返されることを発見した。
そのことから、発明者らは、通路部材の空気の流れ場に対して微細穿孔板の貫通孔から吹き出す空気、または、流れ場から貫通孔に入り込む空気が、微細穿孔板による騒音低減効果に影響を与えることを見出した。
【0005】
上述した特許文献1に記載の構成は、配管内部を伝播する騒音の低減を目的とするものであるが、配管内部を流れる空気に対して多孔板の孔から吹き出され、または、入り込む空気の影響は考慮されていない。そのため、多孔板の複数の孔から吹き出す空気の渦により、配管内の空気の流れが乱れることが考えられる。また、多孔板の複数の孔からそれぞれ吹き出す空気の渦同士が互いに干渉し合い、それらの渦が大きくなると、配管内の空気の流れの乱れも大きくなることが考えられる。したがって、特許文献1に記載の構成は、騒音低減効果が減少し、もしくは騒音が悪化するおそれがある。
【0006】
本発明は上記点に鑑みて、空気中を伝播する音の低減効果を高めることの可能な吸音装置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】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、
空気中を伝播する音を吸収する吸音装置において、
空気の流れる通路を有する通路部材(10)と、
複数の微細な貫通孔(21)が穿たれた板状の部材であって、一方の面が通路のうち空気の流れ場(11)に臨み、他方の面が空気層(12)を介して通路部材の内壁面(13)と対向するように設けられ、貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる微細穿孔板(20)と、を備え、
複数の貫通孔は、少なくとも隣り合う貫通孔同士において、通路の中心線(CL)に対し直交する方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている。
【0008】
これによれば、微細穿孔板は、複数の微細な貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させるように構成されている。そのため、この吸音装置は、通路部材を流れる空気中を伝播する音を吸収することが可能である。
【0009】
そして、上述したように、通路部材の空気の流れ場を一定の流速で空気が流れると、空気層の空気が微細穿孔板の貫通孔を通じて流れ場に吹き出す状態と、流れ場を流れる空気が貫通孔を通じて空気層に入り込む状態とが繰り返される。その際、仮に、複数の貫通孔が通路の中心線に対し直交する方向に直線状に配置されていると、複数の貫通孔から流れ場に吹き出す複数の空気の渦は、通路の中心線に対し直交する方向に渦糸芯を形成し、渦同士が干渉、成長することになる。
【0010】
それに対し、請求項1に係る発明では、複数の貫通孔は、少なくとも隣り合う貫通孔同士において、通路の中心線に対し直交する方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている。これにより、複数の貫通孔から流れ場に吹き出す複数の空気の渦は、通路の中心線に対し直交する方向に渦糸芯を形成することがない。そのため、微細穿孔板の近傍において、空気の渦が成長することが防がれるので、通路の流れ場を流れる気流の乱れが抑制される。したがって、この吸音装置は、微細穿孔板の粘性減衰作用により通路部材の空気中を伝播する音を吸収しつつ、その微細穿孔板の近傍における気流の乱れを抑制することで、通路部材の空気中を伝播する音の低減効果を高めることができる。
【0011】
請求項2に係る発明は、
空気中を伝播する音を吸収する吸音装置において、
空気の流れる通路を有する通路部材(10)と、
複数の微細な貫通孔(21)が穿たれた板状の部材であって、一方の面が通路のうち空気の流れ場(11)に臨み、他方の面が空気層(12)を介して通路部材の内壁面(13)と対向するように設けられ、貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる微細穿孔板(20)と、を備え、
複数の貫通孔は、少なくとも隣り合う貫通孔同士において、通路の中心線(CL)と平行な方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている。
【0012】
これによれば、仮に、複数の貫通孔が通路の中心線と平行な方向に直線状に配置されていると、上流側の貫通孔から吹き出す空気の渦と、その下流側の貫通孔から吹き出す空気の渦とが互いに干渉し合い、その渦が上流側から下流側に向かって次第に大きく成長する。
それに対し、請求項2に係る発明では、複数の貫通孔は、少なくとも隣り合う貫通孔同士において、通路の中心線と平行な方向に直線状に配置されることなく、その方向に対してずれた位置に配置されている。これにより、上流側の貫通孔から吹き出す空気の渦と、その下流側の貫通孔から吹き出す空気の渦とが互いに干渉し合うことが抑制されるので、その渦が上流側から下流側に向かって次第に大きく成長することが防がれる。そのため、微細穿孔板の近傍において、通路部材の流れ場を流れる気流の乱れが抑制される。したがって、この吸音装置は、微細穿孔板の粘性減衰作用により通路部材の空気中を伝播する音を吸収しつつ、その微細穿孔板の近傍における気流の乱れを抑制することで、通路部材の空気中を伝播する音の低減効果を高めることができる。
【0013】
請求項5に係る発明は、
空気中を伝播する音を吸収する吸音装置において、
空気の流れる通路を有する通路部材(10)と、
複数の微細な貫通孔(21)が穿たれた板状の部材であって、一方の面が通路のうち空気の流れ場(11)に臨み、他方の面が空気層(12)を介して通路部材の内壁面(13)と対向するように設けられ、貫通孔を通過する空気により粘性減衰作用を発生させる微細穿孔板(20)と、
通路部材の内壁面と微細穿孔板とを接続し、空気層を仕切る仕切板(30)と、を備え、
通路部材の内壁面と微細穿孔板と仕切板により形成された複数の区画は、少なくとも隣り合う区画同士の体積が異なっている。
【0014】
これによれば、区画ごとに設けられた貫通孔から流れ場に空気が吹き出す周期をずらすことが可能である。そのため、区画ごとに設けられた貫通孔から流れ場に空気が吹き出すタイミングがずれるので、複数の空気の渦同士が互いに干渉することなく、渦が大きく成長することが防がれる。したがって、この吸音装置は、微細穿孔板の粘性減衰作用により通路部材の空気中を伝播する音を吸収しつつ、その微細穿孔板の近傍における気流の乱れを抑制することで、通路部材の空気中を伝播する音の低減効果を高めることができる。
なお、本明細書で「異なっている」とは、製造公差の範囲で異なるものではなく、発明の効果を奏する程度に実質的に異なっていることをいう。
【0015】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0016】
第1実施形態に係る吸音装置の通路の中心線に平行な断面図である。
図1のII―II線の断面図である。
図1のIII―III線の断面図である。
吸音装置の微細穿孔板による粘性減衰作用を説明するための図である。
吸音装置における実験のモデルを説明するための図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図5Bに続く図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図5Cに続く図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図5Dに続く図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図5Eに続く図である。
吸音装置における実験のモデルを説明するための図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図6Bに続く図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図6Cに続く図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図6Dに続く図である。
吸音装置に空気が流れている状態を示す、図6Eに続く図である。
図3のVII部分において、微細穿孔板の貫通孔の配置とその作用を説明するための図である。
図1のVIII部分において、微細穿孔板の貫通孔の配置とその作用を説明するための図である。
微細穿孔板の貫通孔の位置ずれ量を説明するための図である。
第2実施形態に係る吸音装置が備える微細穿孔板の一部を示す平面図である。
第3実施形態に係る吸音装置の一部を示す断面図である。
第4実施形態に係る吸音装置の一部を示す断面図である。
第5実施形態に係る吸音装置の一部を示す断面図である。
第6実施形態に係る吸音装置が設置される空調ユニットの断面図である。
図14のXV方向の矢視図である。
第7実施形態に係る吸音装置の平面図である。
第8実施形態に係る吸音装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【0018】
(第1実施形態)
第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の吸音装置は、例えば車両用空調装置または吹出ダクトなどに設置され、空気中を伝播する音の吸収を行うものである。
【0019】
図1〜図3に示すように、吸音装置は、通路部材10および微細穿孔板20などを備えている。通路部材10は、例えば、断面が矩形状に形成され、その内側に空気の流れる通路を有している。なお、通路部材10の断面形状は、矩形状に限らず、円形、楕円形、多角形、またはそれらの組み合わせなど、種々の形状を採用することが可能である。
【0020】
図1および図3では、通路部材10の通路を流れる空気の主流方向を、白抜きの矢印で示している。なお、本実施形態では、通路部材10の通路を流れる空気の主流方向と、通路の中心線CLとは一致している。また、通路部材10の通路の中心線CLとは、空気の流れ場を形成している壁面のうち対向する壁面同士の中心となる仮想線をいう。
【0021】
通路部材10の内壁には、微細穿孔板20が固定されている。微細穿孔板20は、複数の微細な貫通孔21が穿たれた板状の部材である。微細穿孔板20は、MPP(Micro perforated Panelの略)と呼ばれる。具体的に、貫通孔21の孔径dは、0より大きく1mm以下である。微細穿孔板20は、一方の面が通路のうち空気の流れ場11に臨み、他方の面が空気層12を介して通路部材10の内壁面13と対向するように設けられている。なお、通路部材10に微細穿孔板20を設ける箇所は、通路部材10の内壁の一つの面に限らず、複数の面、または、全面としてもよい。
【0022】
微細穿孔板20は、複数の貫通孔21を通過する空気により粘性減衰作用を発生させるように構成されている。ここで、粘性減衰作用について説明する。
微細穿孔板20に設けられた複数の微細な貫通孔21を毛細管として考えた場合、粘性境界層のふるまいにより粘性減衰作用が働くか否かが決まる。粘性減衰作用が働くか否かは、音響的レイノルズ数により検討可能である。なお、図4は、貫通孔21の直径dと粘性境界層の厚さtを示している。図4では、粘性境界層の厚さtを、破線のハッチングで示している。
空気の密度:ρ[kg/m3]
粘性係数:η[Pa・s]
角周波数:ω[rad/s]
とすると、音響的レイノルズ数Reyは、次の式1で示される。
そして、Rey<10であれば、粘性減衰作用が働く。これにより、微細穿孔板20は、貫通孔21の内壁とその内壁に接する空気との間に、空気の粘性による摩擦力を生じさせ、通路部材10の流れ場11を流れる空気中を伝播する音を吸収、減衰することができる。
【0023】
さらに、発明者らは、本実施形態の吸音装置のような通路部材10の内壁に空気層12を介して微細穿孔板20を設置した構成について鋭意研究を重ねた結果、次のことを発見した。すなわち、通路部材10の空気の流れ場11を一定の流速で空気が流れると、空気層12の空気が微細穿孔板20の貫通孔21を通じて流れ場11に吹き出す状態と、流れ場11を流れる空気が貫通孔21を通じて空気層12に入り込む状態とが一定の周期で繰り返されることを発見したのである。
【0024】
図5Aは、吸音装置の実験に使用したモデルを説明するための図である。図5Aでも、通路部材10の流れ場11を流れる空気の主流方向を、白抜きの矢印で示している。なお、その主流方向と、通路部材10の通路の中心線CLとは一致している。
この実験に使用したモデルでは、空気層12の厚みは一定である。微細穿孔板20に穿たれた複数の貫通孔21は、通路の中心線CLと平行な方向に直線状に配置されている。複数の貫通孔21の孔径dは、いずれも1.0mmである。また、主流方向に隣り合う一方の貫通孔21の中心と他方の貫通孔21の中心との距離Pは、いずれも3mmである。
【0025】
図5Aに示したようなモデルにおいて、通路の流れ場11に一定の風速Uで空気を流した。その風速Uは、10m/sである。
そして、空気層12の中に微細な粒子を配置し、空気層12の空気が微細穿孔板20の貫通孔21を通じて流れ場11に吹き出す状態と、流れ場11を流れる空気が貫通孔21を通じて空気層12に入り込む状態を可視化評価した。図5B〜図5Fは、その実験により得られた画像を2値化処理したものである。
【0026】
図5Bは、実験を開始した後、空気層12の空気が複数の貫通孔21を通じて流れ場11に吹き出し始めた状態が示されている。なお、上述したように、空気層12から複数の貫通孔21を通じて流れ場11に吹き出す空気は、空気層12に配置した微細な粒子によって可視化されている。空気層12の空気は、複数の貫通孔21から流れ場11に略同時に吹き出し始めている。
図5Cは、図5Bに続く状態を示している。このとき、空気層12から複数の貫通孔21を通じて流れ場11に略同時に吹き出した空気は、それぞれ渦となり、流れ場11を流れる風により下流側へ移動している。
【0027】
図5Dは、図5Cに続く状態を示している。このとき、空気層12から複数の貫通孔21を通じて流れ場11に吹き出した空気は、上流側の貫通孔21から吹き出された空気の渦と、その下流側の貫通孔21から吹き出された空気の渦とが干渉し合い、成長を始めている。
図5Eは、図5Dに続く状態を示している。このとき、空気層12から複数の貫通孔21を通じて流れ場11に吹き出した空気の渦は、上流側から下流側に向かい次第に、より大きく成長している。
【0028】
図5Fは、図5Eに続く状態を示している。このとき、空気層12から複数の貫通孔21を通じて流れ場11へ空気が吹き出す状態が終了している。その後、流れ場11を流れる空気は、貫通孔21を通じて空気層12に入り込む状態となる。
図5Fの状態から一定の時間が経過すると、再び、上述した図5B〜図5Fの現象が一定の周期で繰り返される。このように、吸音装置の通路部材10の流れ場11を一定の流速で空気が流れると、空気層12の空気が、呼吸をするように、複数の貫通孔21から流れ場11に吹き出す状態と、流れ場11から貫通孔21を通じて空気層12に入り込む状態とが、一定の周期で繰り返される。
【0029】
なお、図6Aは図5Aと同一の図である。図6B〜図6Fは、図5B〜図5Fと同一の状態を示したものであるが、上記の実験により得られた画像をグレースケールで示したものである。
【0030】
上述の実験結果から発明者らは、吸音装置において、複数の貫通孔21から流れ場11に吹き出す空気の渦同士が干渉し、成長すると、通路の流れ場11を流れる気流が乱れることで、騒音低減効果が減少し、もしくは騒音が悪化する可能性があると考えた。そして、発明者らは、複数の貫通孔21から流れ場11に吹き出す空気の渦同士の干渉および成長を抑制することで、吸音装置における騒音の低減効果を高めることが可能であることを見出した。
(【0031】以降は省略されています)

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