JP6572812B2 - 音響透過性部材 - Google Patents

Description

本発明は、音響透過性を有する音響透過性部材に関する。

従来、船舶用ソーナー装置等の音響透過領域として、音響透過性を有する音響透過性部材が用いられている。従来の音響透過性部材としては、鋼製が代表的であるが、これを改良した構造として、いわゆるラバードームまたはラバーウィンドウと呼ばれるゴム製の音響透過性部材が知られている。これら従来の音響透過性部材は、基本的に単層構造であり、数ｋＨｚ以下の低周波領域では良好な音響透過特性を得られるが、２０ｋＨｚ以上の高周波帯には適用が困難である。

また、下記特許文献１では、コア層の両面をスキン層で覆ったサンドイッチ構造を用いた音響透過性部材が提案されている。
図１５は、特許文献１にかかる音響透過性部材の構造を示す説明図である。図１５に示す音響透過性部材１３０は、コア層１３０２に厚さ５ｍｍの天然ゴム、スキン層１３０４に厚さ２ｍｍのＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を用いている。
この構造によれば、従来の音響透過性部材において音響透過性を得られる低周波領域に加えて、下記式（２）および（３）を満足する周波数ｆを中心周波数とする所定の周波数帯を透過する音響透過性部材を形成することができる。下記式（２）および（３）において、ｄｃはコア層１３０２の厚さ、Ｃはコア層１３０２における音速、Ｃ０は外囲媒質における音速である。

また、下記特許文献２では、２層のスキン層の間に、Ｎ＋１層のコア層と、Ｎ層の中間層とを交互に積層した音響透過性部材が提案されている。
図１７は、特許文献２にかかる音響透過性部材の構造を示す説明図である。図１７に示す音響透過性部材Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ上記Ｎ＝１，２，３の場合を示し、それぞれのコア層は天然ゴム、スキン層および中間層はＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を用いている。

米国特許４９９７７０５号公報 特開２０１５−０９８０８６号公報

図１５に示す特許文献１にかかる音響透過性部材１３０のコア層には、ゴムやウレタンなどの粘弾性体が用いられる。このような粘弾性体は温度特性を有しており、温度の変化によって粘弾性体中の音速（上記式（２）におけるＣ）も変化する。また、外囲媒質の音速（上記式（２）におけるＣ０）も温度によって変化する。このため、温度によって上記式（３）に示す周波数ｆにずれが生じ、システム性能に大きな影響を与えることになる。

図１６は、図１５に示す音響透過性部材の透過特性を示すグラフである。
図１６において、縦軸は透過損失ＩＬであり、横軸は周波数を示す。グラフ中、符号１４０２は図１５に示す音響透過性部材の水温２０℃の水中における音響透過特性を実測した実測値である。また、符号１４０４は符号１４０２に示す実測値から水温２０℃の水中における音響透過特性をモデル化した計算値、符号１４０６は符号１４０４に示す計算値に基づいて水温１６℃の水中における音響透過特性を計算した計算値である。

２０℃から１６℃への４℃の温度変化で、音速は１５％変動することが予測され、この結果、符号１４０４および符号１４０６に示すように、高周波領域の窓領域が１５％ずれることが予測される。たとえば、図１６中の矢印で示す周波数１５０ｋＨｚでの透過損失は、水温２０℃では０．６ｄＢ（１ｄＢ以下）であったのに対して、水温１６℃では３．５ｄＢに増大している。このような性能の変化は、システム性能に大きな影響を与えることとなる。
このように、上記特許文献１の技術によれば、音響透過性部材における透過帯域幅の拡大は可能であるものの、高周波帯域において実用的に十分な（上記温度変化による特性変化に対応できる）帯域幅が得られないという課題がある。

図１８は、図１７に示す音響透過性部材（特許文献２）の透過特性を示すグラフである。
図１８において、縦軸は透過損失ＩＬであり、横軸は周波数を示す。
図１８に示すように、特許文献２にかかる音響透過性部材Ａ，Ｂ，Ｃは、単純なサンドイッチ構造（Ａサンドイッチ構造）Ｃ１等と比較して高周波帯域まで優れた音響透過特性を有する。
しかしながら、特許文献２にかかる音響透過性部材Ａ，Ｂ，Ｃは、薄膜構造であるため、必要な強度剛性を確保することが容易ではないという課題がある。多層化により強度剛性を増すことも考えられるが、製造の難度が上昇するとともに、コストも高くなってしまう。
また、使用する周波数帯まで一様に良好な音響透過特性を示すため、使用する周波数帯よりも低い周波数帯で外来雑音を透過してしまう。そのため、システムとしてのノイズ耐性は劣化するという課題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高周波領域に適切な広さの音響透過帯域を得るとともに、一定の強度を確保した音響透過性部材を提供することを目的とする。

上述した問題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる音響透過性部材は、所定の音響周波数帯を透過周波数帯とする面状の音響透過性部材であって、２層のスキン層の間にコア層が積層されており、前記スキン層は前記コア層よりも弾性率が高い素材で形成され、前記スキン層の厚さｄｓは、前記透過周波数帯の中心周波数ｆ、前記音響透過性部材を外囲する媒質内の音速ｃｗ、前記媒質内における前記中心周波数に対応する波長λ、前記スキン層内の縦波音速ｃｄｓおよび任意の自然数ｎに対して、下記式（１）を満たす、ことを特徴とする。

請求項２の発明にかかる音響透過性部材は、前記スキン層は、前記弾性率が１００ＭＰａ以上３５０ＧＰａ以下の素材で形成されている、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる音響透過性部材は、前記スキン層は、繊維強化プラスチック、プラスチック、金属のいずれかを含んで形成されている、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる音響透過性部材は、前記コア層は、粘弾性体またはプラスチックで形成されている、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる音響透過性部材は、前記コア層は、前記粘弾性体または前記プラスチック内にガラスマイクロバルーンが注入され、密度および弾性率が所定の値に形成されている、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる音響透過性部材は、前記コア層を形成する素材の音響インピーダンスは、前記媒質の音響インピーダンスの±５０％の範囲内である、ことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる音響透過性部材は、前記媒質は液体であり、前記コア層を形成する素材は、その音響インピーダンスが前記液体の音響インピーダンスの±５０％の範囲内の液体である、ことを特徴とする。
請求項８の発明にかかる音響透過性部材は、前記コア層の厚さｄｃは、前記波長λに対して、０．０６７５≦ｄｃ／λ≦５．４を満たす、ことを特徴とする。
請求項９の発明にかかる音響透過性部材は、前記スキン層の表面に保護層が設けられている、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、スキン層を半波長構造とすることによりコア層の厚さに関わらず中心周波数における透過特性が良好な音響透過性部材を作成することができ、音響透過性部材の設計の自由度を向上させる上で有利となる。また、中心周波数に一定の広さの透過帯域を確保できるので、温度変化による外囲媒体中の温度変化に対応する上で有利となる。また、中心周波数から離れた領域では音波を遮蔽する性能を有するので、音響透過性部材のノイズ耐性を向上させる上で有利となる。
請求項２の発明によれば、スキン層を様々な素材で形成することができる。
請求項３の発明によれば、音響透過性部材の強度を確保しつつ、優れた音響透過特性を得ることができる。
請求項４の発明によれば、音響透過性部材の強度を確保しつつ、優れた音響透過特性を得ることができる。
請求項５の発明によれば、コア層を任意の密度および弾性率で形成することができる。
請求項６の発明によれば、境界面での反射を低減し、音響透過特性を向上させることができる。
請求項７の発明によれば、音響透過性部材を外囲する流体と同種の流体をコア層として用いることができ、外囲流体とコア層の音響インピーダンスを近づける上で有利となる。
請求項８の発明によれば、より確実に中心周波数における良好な透過特性を有する音響透過性部材を作成する上で有利となる。
請求項９の発明によれば、保護層により外囲媒質からの圧力や海洋生物の影響を低減させ、音響透過性部材の強度を向上させることができる。

実施の形態にかかる音響透過性部材１０の構成を示す説明図である。 スキン層１０２Ａ，１０２Ｂおよびコア層１０４を形成する素材の材料定数を示す表である。 ＣＦＲＰ内の縦波音速の周波数特性を示すグラフである。 ５０ｋＨｚの音波に対するＣＦＲＰ単層板の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚１８ｍｍの音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。 ５００ｋＨｚの音波に対するＣＦＲＰ単層板の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚３ｍｍの音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚２．５ｍｍの音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚２ｍｍの音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚１．５ｍｍの音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚１ｍｍの音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。 スキン層厚２．５ｍｍおよび３．０ｍｍの音響透過性部材１０の５００ｋＨｚにおける透過損失を示す表である。 図１２から抽出した５００ｋＨｚで良好な透過特性を有する音響透過性部材１０の透過特性を示すグラフである。 音響透過性部材を搭載した船舶用のソーナー装置２０の構成を示す説明図である。 従来技術１にかかる音響透過性部材の構造を示す説明図である。 図１５に示す音響透過性部材の透過特性を示すグラフである。 従来技術２にかかる音響透過性部材の構造を示す説明図である。 図１７に示す音響透過性部材の透過特性を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる音響透過性部材の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１４は、音響透過性部材を搭載した船舶用のソーナー装置２０の構成を示す説明図である。本発明にかかる音響透過性部材は、たとえばソーナー装置２０の音響透過領域αを形成するために用いられる。
ソーナー装置２０は、船舶の船体に設けられたソーナー装置支持台（図示なし）の前端に配置され、常時水中に位置している。
ソーナー装置２０は、送受波器２４と音響窓２６とを含んで構成されている。
送受波器２４は、音響窓２６の内部に支持されたＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製のフレーム２８に搭載され、船舶の前方に向けて配置されている。

音響窓２６は、送受波器２４を保護するものであり、送受波器２４を覆うように設けられ、音響窓２６の内部には水が充填されている。
音響窓２６は、円筒部２６Ａと、円筒部２６Ａの先部に前方に凸状の曲面で形成された曲面部２６Ｂとを有している。
送受波器２４が搭載されたフレーム２８は、円筒部２６Ａの内部で支持されている。

音響窓２６は、音響の透過を可能とした音響透過領域αと、音響を遮音する遮音領域βとを有している。
音響透過領域αを構成する音響窓２６の曲面部２６Ｂは、本発明にかかる音響透過性部材で構成されている。
また、遮音領域βを構成する音響窓２６の円筒部２６Ａは、音響を遮音する（振動雑音の低減を含む）遮音材で構成されている。このような遮音材として、気泡（ビニル系マイクロバルーン）を混在させたゴムやポリウレタンなどの粘弾性体（気泡分散型遮音材）や、あるいは、小孔が多数貫設された薄肉のゴム板の両面を薄肉のゴム板で挟んだもの（気孔型遮音材）など、従来公知の様々な材料が使用可能である。
本実施の形態では、音響透過領域αは、円筒部２６Ａ寄りの端部を除いた曲面部２６Ｂの全域となっており、図１４に示す範囲θが、クジラや流木などのような前方の障害物を送受波器２４により探索する範囲となっている。

つぎに、音響透過領域αを構成する音響透過性部材について説明する。
図１は、実施の形態にかかる音響透過性部材１０の構成を示す説明図である。
以下の説明では、説明の便宜上、音響透過性部材１０を平面状に図示しているが、音響透過性部材１０は、用途に応じて成形可能である。
音響透過性部材１０は、音響透過性を有する面状の音響透過性部材である。音響透過性部材１０は、所定の音響周波数帯を透過周波数帯としており、透過周波数帯の中心周波数をｆとする。
音響透過性部材１０は、２層のスキン層１０２Ａ，１０２Ｂの間に、コア層１０４が積層されている。より詳細には、図１の上部側から順に、スキン層１０２Ａ、コア層１０４、スキン層１０２Ｂが積層されている。

なお、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂの表面、すなわち２層のスキン層１０２Ａ，１０２Ｂのコア層１０４に接合される側と反対側の表面に、さらに保護層が設けられていてもよい。この保護層は、たとえば外部からの荷重からソーナー装置２０を保護したり、海洋生物忌避のために設けられる。
また、保護層は、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂのいずれか一方の表面にのみ設けられていてもよい。

つぎに、各層の素材について説明する。
スキン層１０２Ａ，１０２Ｂは、コア層１０４よりも弾性率が高い素材で形成されている。
スキン層１０２Ａ，１０２Ｂは、たとえば弾性率が１００ＭＰａ以上３５０ＧＰａ以下の素材で形成されている。これは、弾性率が１００ＭＰａ未満の素材では構造体として維持するのが困難となり、弾性率３５０ＧＰａを超える素材では音響インピーダンスが高くなりすぎるためである。
スキン層１０２Ａ，１０２Ｂは、具体的には、たとえば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）など）、プラスチック、金属（銅、チタンなど）のいずかを用いて形成することができる。

コア層１０４は、たとえばゴムやポリウレタンなどの粘弾性体またはプラスチックで形成されている。
また、コア層１０４の上記粘弾性体またはプラスチック内にガラスマイクロバルーンを注入し、密度および弾性率を所望の値（所定の値）に形成するようにしてもよい。

また、コア層を形成する素材の音響インピーダンスは、音響透過性部材１０を外囲する媒質（本実施の形態では真水または海水）の音響インピーダンスの±５０％の範囲内とすることが望ましい。
より詳細には、音響インピーダンスは、物質の密度ρと縦波音速ｃの積ρｃで与えられる。すなわち、コア層１０４を形成する素材の音響インピーダンスは、コア層１０４を形成する素材の密度ρ１と、コア層１０４を形成する素材中の縦波音速ｃ１との積ρ１ｃ１とで与えられる。また、音響透過性部材１０を外囲する媒質の音響インピーダンスは、音響透過性部材１０を外囲する媒質の密度ρ２と、同媒質中の縦波音速ｃ２の積ρ２ｃ２とで与えられる。
そして、コア層１０４を形成する素材の音響インピーダンスρ１ｃ１が、音響透過性部材１０を外囲する媒質の音響インピーダンスρ２ｃ２の±５０％以内の範囲に入るように、コア層１０４の密度および弾性率を調整することが望ましい。
これは、コア層１０４を形成する素材の音響インピーダンスρ１ｃ１と、音響透過性部材１０を外囲する媒質の音響インピーダンスρ２ｃ２との差が大きいと、境界面での反射が大きくなり、音響透過性が低下するためである。

本実施の形態では、音響透過性部材１０を外囲する媒質は、真水や海水などの液体である。このため、コア層１０４を形成する素材を、その音響インピーダンスが外囲流体の音響インピーダンスの±５０％の範囲内の液体、特に外囲流体と同種の液体としてもよい。
すなわち、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂ間に、外囲流体である真水や海水などを封入してコア層１０４としてもよい。なお、外囲流体が海水である場合には、腐食等の可能性を低減させるために真水を使用するのが好ましい。

つぎに、各層の厚さについて説明する。
各スキン層１０２Ａ，１０２Ｂの厚さｄｓは、音響透過性部材１０の透過周波数帯の中心周波数ｆ、音響透過性部材１０を外囲する媒質内の音速ｃｗ、媒質内における中心周波数ｆに対応する波長λ、スキン層内の縦波音速ｃｄｓおよび任意の自然数ｎに対して、下記式（１）を満たすように形成されている。

上記式（１）を満たすスキン層１０２Ａ，１０２Ｂは、中心周波数に対する半波長構造を取り、音響透過損失が極小となっている。このような厚さを選択することで、コア層１０４の厚さに関わらず、透過周波数帯に対して良好な透過特性を有する音響透過性部材１０を形成することができる。

コア層１０４の厚さｄｃは、媒質内における中心周波数ｆに対応する波長λに対して、０．０５＜ｄｃ／λ＜５．４を満たすようにすることが好ましい。
これは、後述するように本発明者らがコア層１０４の厚さｄｃを変更しながら算出した音響透過特性において、上記の範囲内で良好な音響透過特性を得られることが確認されたためである。

（実施例）
以下、本発明を適用した音響透過性部材の特性について具体的に説明する。
以下の実施例では、スキン層１０２Ａ，１０２ＢとしてＣＦＲＰ（プリプレグＣ３ＷＰＷ／Ｆ−６９８６）、コア層１０４として天然ゴムＦ−９０９９を使用した。各材料の材料定数を図２に示す。
また、スキン層１０２Ａ，１０２ＢであるＣＦＲＰ内の縦波音速を図３に示す。縦軸はＣＦＲＰ内の縦波音速、横軸は周波数（ｋＨｚ）である。ＣＦＲＰ内の音速は周波数特性を有することを仮定している。具体的には、例えば５０ｋＨｚでは１８３０ｍ／ｓ、５００ｋＨｚでは２９００ｍ／ｓとなる。

まず、５０ｋＨｚを中心周波数とする音響透過性部材１０について検討する。
図４は、５０ｋＨｚの音波に対するＣＦＲＰ（スキン層１０２Ａ，１０２Ｂ）単層板の透過損失（ＩＬ）特性を示すグラフである。
図４のグラフにおいて、縦軸は透過損失（ｄＢ）であり、横軸はＣＦＲＰ板の厚さ（ｍｍ）である。
図４に示すように、ＣＦＲＰ板には周期的に透過損失が小さくなる厚さがある。この極小値を取る厚さが、上記式（１）から算出されるスキン層厚である。例えば、上記式（１）のｎ＝１の場合はＣＦＲＰ板厚１８ｍｍ付近の極小値に、ｎ＝２の場合はＣＦＲＰ板厚３６ｍｍ付近の極小値に対応する。

図５は、スキン層厚を固定してコア層厚さを変更した場合の音響透過性部材１０の透過損失（ＩＬ）特性を示すグラフである。
図５は、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂの厚さをｎ＝１に対応する１８ｍｍにし、コア層１０４の厚さを２ｍｍ〜２０ｍｍまで２ｍｍ刻みで変更して、それぞれの透過損失（ＩＬ）特性を算出したものである。
図５のグラフにおいて、縦軸は透過損失（ｄＢ）であり、横軸は周波数（ｋＨｚ）である。すなわち、それぞれの音響透過性部材１０は、透過損失が小さい周波数帯の音響を透過させ、透過損失が大きい周波数帯の音響を遮断する性質を有する。

図５に示すように、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂの厚さを１８ｍｍにした音響透過性部材１０では、コア層１０４の厚さに関わらず５０ｋＨｚ付近で良好な透過特性を得られることがわかる。
一方で、各特性カーブは、中心周波数である５０ｋＨｚより低周波側および高周波側では、それぞれ透過損失が高くなっており、中心周波数から離れた帯域の音波を遮蔽する効果が得られていることもわかる。

つぎに、５００ｋＨｚを中心周波数とする音響透過性部材１０について検討する。
図６は、５００ｋＨｚの音波に対するＣＦＲＰ（スキン層１０２Ａ，１０２Ｂ）単層板の透過損失（ＩＬ）特性を示すグラフである。
図６のグラフにおいて、縦軸は透過損失（ｄＢ）であり、横軸はＣＦＲＰ板の厚さ（ｍｍ）である。
５００ｋＨｚの場合には、透過損失が極小値を取るＣＦＲＰ板の厚さは、２．９ｍｍ（ｎ＝１）、５．８ｍｍ（ｎ＝２）・・となっている。この値は、上述した式（１）に沿った値である。

図７は、スキン層を３ｍｍに固定してコア層厚さを変更した場合の音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフ、また図８は、スキン層を２．５ｍｍに固定してコア層厚さを変更した場合の音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。
なお、図７および図８では、コア層１０４の厚さを０．５ｍｍ〜１０ｍｍまでおおよそ１ｍｍ刻みで変更している。

上述したように、５００ｋＨｚの音波が透過損失の極小値を取るＣＦＲＰ板の厚さは約２．９ｍｍであるため、図７（３ｍｍ）および図８（２．５ｍｍ）のいずれも極小値の谷は５００ｋＨｚからずれているが、ＣＦＲＰ板の厚さが薄くなるほど極小値の谷が高周波よりに移動しており、上記式（１）が正しいことがわかる。特に、図７（３ｍｍ）では、５００ｋＨｚにごく近い箇所が極小値の谷となっている。
ＣＦＲＰ板における縦波音速を５００ｋＨｚにおける音速２９００ｍ／ｓで近似して上記式（１）を適用すれば、図７のＣＦＲＰ板厚３ｍｍにおける中心周波数は４８３ｋＨｚ、図８のＣＦＲＰ板厚２．５ｍｍにおける中心周波数は５８０ｋＨｚとなり、グラフにおける極小値の谷とほぼ一致する。
ＣＦＲＰ板厚を２．９ｍｍ程度とすれば、狙い通り５００ｋＨｚを中心周波数とする音響透過性部材が得られると考えられる。

なお、例えば音響透過性部材１０の要求寸法や材料板の仕様などにより、ＣＦＲＰ板厚を上記式（１）に沿った値と一致できない場合であっても、コア層１０４の厚さを調整することによって中心周波数で十分な透過性能を得られる場合がある。
例えば、上記図７に示す３ｍｍ厚や２．５ｍｍ厚のＣＦＲＰ板を用いて５００ｋＨｚを中心周波数とする音響透過性部材１０を形成することができる。

図１２は、２．５ｍｍ厚および３．０ｍｍ厚のＣＦＲＰ板を用いて形成した音響透過性部材１０の５００ｋＨｚにおける透過損失を示す表（単位はｄＢ）である。
図１２から透過損失が２ｄＢ以下のものを抽出すると、（スキン層厚／コア層厚）として、（２．５ｍｍ／１．０ｍｍ）、（３．０ｍｍ／０．５ｍｍ）、（３．０ｍｍ／１．０ｍｍ）、（３．０ｍｍ／２．０ｍｍ）、（３．０ｍｍ／３．０ｍｍ）、（３．０ｍｍ／４．０ｍｍ）の６通りとなる。

図１３は、図１２から抽出した５００ｋＨｚで良好な透過特性を有する音響透過性部材１０の透過特性を示すグラフである。
これらの中では、特にスキン層厚３．０ｍｍ／コア層厚０．５ｍｍの組み合わせが最良である。この組み合わせでは４５０ｋＨｚ〜５４０ｋＨｚで透過損失が２ｄＢ以下となっており、透過損失２ｄＢ以下の高透過帯域幅は１８％となっている。
このように、スキン層厚を上記式（１）で算出した値そのものでなく、周辺の値を用いてもコア層厚を調整することによって十分高い透過性能を有する音響透過性部材１０を作成することができる。

さらに、図９はスキン層を２ｍｍに、図１０はスキン層を１．５ｍｍに、図１１はスキン層を１ｍｍに、それぞれ固定してコア層厚さを変更した場合の音響透過性部材１０の透過損失特性を示すグラフである。
いずれの図でも、コア層１０４の厚さを０．５ｍｍ〜１０ｍｍまでおおよそ１ｍｍ刻みで変更している。
図９では８００ｋＨｚ付近に極小値の谷があるが、図１０および図１１では、極小値の谷（透過窓）を形成する周波数が１０００ｋＨｚ以下となるため、図中に極小値の谷は見られない。

（コア層厚さについての検討）
図５ではスキン層厚を１８ｍｍに固定し、コア層１０４の厚さｄｃを２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で変更している。また、外囲媒質（本実施の形態では水）内における音速を１４８１ｍ／ｓとすると、中心周波数５０ｋＨｚに対応する波長λは２９．６ｍｍとなる。
このため、図５におけるｄｃ／λの範囲は、０．０６７５（２ｍｍの場合）〜０．６７５（２０ｍｍの場合）となる。

また、図９ではスキン層厚を２ｍｍに固定し、コア層１０４の厚さｄｃを０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変更している。また、外囲媒質（本実施の形態では水）内における音速を１４８１ｍ／ｓとすると、中心周波数８００ｋＨｚに対応する波長λは１．８５ｍｍとなる。
このため、図１０におけるｄｃ／λの範囲は、それぞれ０．２７（０．５ｍｍの場合）〜５．４（１０ｍｍの場合）となる。

このことから、実施の形態にかかる音響透過性部材１０において、コア層１０４の厚さｄｃは、中心周波数ｆに対応する波長λに対して、０．０６７５≦ｄｃ／λ≦５．４を満たすようにすれば、中心周波数ｆにおける良好な透過性能を有する音響透過性部材１０を形成できることがわかる。

（各層厚の設計方法）
このように、音響透過性部材１０はスキン層１０２Ａ，１０２Ｂの厚さを調整することによって任意の周波数を中心周波数とする透過周波数帯を形成することができる。よって、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂの厚さは、音響透過性部材１０に要求される透過周波数帯に合わせて決定すればよい。

また、コア層１０４の厚さは、例えば以下のように決定すればよい。
＜１＞音響透過性部材１０の要求強度剛性に合わせてコア層１０４の厚さを決定する。
上述のように、コア層１０４の厚さは任意の厚さとすることができる。よって、音響透過性部材１０の要求強度剛性に合わせてコア層１０４の厚さを任意に決定することができる。
例えば、要求される強度剛性が相対的に大きい場合には、コア層１０４を相対的に厚くすることで要求される強度剛性を確保することができる。また、要求される強度剛性が相対的に小さい場合には、コア層１０４を相対的に薄くすることで軽量化やコストダウンを図ることができる。

＜２＞遮断周波数帯に合わせてコア層１０４の厚さを決定する。
図５等に示すように、本実施の形態の音響透過性部材１０は、一様に中心周波数周辺では透過損失が小さくなるが、中心周波数から離れた周波数帯では、コア層１０４の厚さによって透過損失性能が異なる。すなわち、透過損失の極大値がコア層１０４の厚さごとに異なる。
このことから、遮断したい周波数帯の近傍に透過損失の極大値が位置するコア層厚を選択することにより、遮断性能を含めた所望の透過性能を有する音響透過性部材１０を形成することができる。

以上説明したように、実施の形態に係る音響透過性部材１０は、スキン層１０２Ａ，１０２Ｂを半波長構造とすることによりコア層１０４の厚さに関わらず中心周波数における透過特性が良好な音響透過性部材１０を作成することができ、音響透過性部材１０の設計の自由度を向上させる上で有利となる。
また、音響透過性部材１０は、中心周波数に一定の広さの透過帯域を確保できるので、温度変化による外囲媒体中の温度変化に対応する上で有利となる。
また、音響透過性部材１０は、中心周波数から離れた領域では音波を遮蔽する性能を有するので、ノイズ耐性を向上させる上で有利となる。

１０……音響透過性部材、１０２Ａ，１０２Ｂ……スキン層、１０４……コア層。

Claims (9)

1. 所定の音響周波数帯を透過周波数帯とする面状の音響透過性部材であって、
   ２層のスキン層の間にコア層が積層されており、
   前記スキン層は前記コア層よりも弾性率が高い素材で形成され、
   前記スキン層の厚さｄｓは、前記透過周波数帯の中心周波数ｆ、前記音響透過性部材を外囲する媒質内の音速ｃｗ、前記媒質内における前記中心周波数に対応する波長λ、前記スキン層内の縦波音速ｃｄｓおよび任意の自然数ｎに対して、下記式（１）を満たす、
   ことを特徴とする音響透過性部材。
   

   
2. 前記スキン層は、前記弾性率が１００ＭＰａ以上３５０ＧＰａ以下の素材で形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の音響透過性部材。
3. 前記スキン層は、繊維強化プラスチック、プラスチック、金属のいずれかを含んで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の音響透過性部材。
4. 前記コア層は、粘弾性体またはプラスチックで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の音響透過性部材。
5. 前記コア層は、前記粘弾性体または前記プラスチック内にガラスマイクロバルーンが注入され、密度および弾性率が所定の値に形成されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の音響透過性部材。
6. 前記コア層を形成する素材の音響インピーダンスは、前記媒質の音響インピーダンスの±５０％の範囲内である、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の音響透過性部材。
7. 前記媒質は液体であり、
   前記コア層を形成する素材は、その音響インピーダンスが前記液体の音響インピーダンスの±５０％の範囲内の液体である、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の音響透過性部材。
8. 前記コア層の厚さｄｃは、前記波長λに対して、０．０６７５≦ｄｃ／λ≦５．４を満たす、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の音響透過性部材。
9. 前記スキン層の表面に保護層が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の音響透過性部材。

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