JP2006315443A - 衝撃吸収吸音材 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両ボンネットとエンジンとの間には、事故で頭部がボンネットに打ち付けられた際、ボンネットの変形がエンジンに届かないように、大きな変形許容隙間が設定される。この大きな変形許容隙間が車両デザインに大きな制約を与えている。
【解決手段】 衝撃吸収吸音材１は、ボンネットの裏面に沿う略板形状を呈するものであり、不織布の表面材２、ウレタンフォーム製の吸音材３、アルミニウム製のハニカム構造体よりなる衝撃吸収材４、不織布の裏面材５を厚み方向に積層した構造を採用している。衝突物によってボンネットが変形する際、ハニカム構造体が潰れて衝撃を吸収する効果と、吸音材３が変形して衝撃を吸収する効果が得られ、結果的に大きな衝撃吸収効果が得られる。また、吸音材３による吸音効果と、多数の空間４ａの共鳴による吸音効果が得られ、結果的に大きな吸音効果が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、衝撃を変形によって効率的に吸収するとともに、入射する音を効率的に吸音する衝撃吸収吸音材に関する。

従来の技術として、自動車の車両進行方向の前部においてエンジンを覆うボンネットを例に説明する。
自動車のボンネットには、万が一の事故で、人の頭部がボンネットに打ち付けられて、頭部によってボンネットが変形しても、その変形が内部のエンジン（人の頭部で変形しない部材）に届かないように、ボンネットとエンジンとの間には大きな変形許容隙間が設定される。

しかし、エンジンとボンネットの間に、大きな変形許容隙間を必要とすることで、車両デザインが制約を受けてしまう。
また、近年では、軽量なボンネット（例えば、アルミニウム製のボンネット）の要求が高まっている。しかし、軽量なボンネットは、頭部等の衝突によるボンネットの変形量が多くなるため、従来の鉄板をプレス加工したボンネットよりも、変形許容隙間をさらに大きくする必要が生じる。このため、軽量なボンネットを採用しようとする際に、大きな変形許容隙間によって車両デザインが大きな制約を受けてしまう。
特開２０００−２３３６９８号公報 特開２００４−０２７７８８号公報 特開２００５−０１７６３６号公報

本願発明者は、ボンネットの裏面（エンジンルーム側の面）に、従来よりエンジン騒音を低減させるための吸音材が配置されることに着目し、ボンネットの裏面に配置される吸音材の機能を果たす物によって、ボンネットの変形も効率的に吸収できる衝撃吸収吸音材を発明した。
また、発明した衝撃吸収吸音材は、ボンネットの裏面だけで効果を奏するものではなく、衝撃吸収と吸音とが要求される場所に広く用いることができることに着目した。
本願発明の目的は、衝撃吸収と吸音とを共に達成するとともに、衝撃吸収効率と吸音効率とを相乗的に高めることのできる衝撃吸収吸音材の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段の衝撃吸収吸音材は、外部と連通する空間を塑性変形可能な金属膜によって多数形成する衝撃吸収材と、繊維材料あるいは発泡樹脂の少なくとも一方よりなり、入射する音を吸音する吸音材とを組み合わせてなる。
この構成を採用することで、次の効果を得ることができる。
・衝撃吸収吸音材が外部から衝撃を受けた場合、金属膜が変形することで多数の空間が潰れて衝撃を吸収する第１衝撃吸収効果と、繊維材料あるいは発泡樹脂の少なくとも一方よりなる吸音材が変形して衝撃を吸収する第２衝撃吸収効果とにより、衝撃を効率的に吸収する。即ち、吸音材が単独の場合よりも、大きな衝撃吸収効果を得ることができる。
・衝撃吸収吸音材が衝撃を受けていない通常時、衝撃吸収吸音材に入射した音は、吸音材で吸音される第１吸音効果と、金属膜で区画された空間に入射した音が空間内で共鳴することで減衰する第２吸音効果とにより、効率的に吸音される。即ち、吸音材が単独の場合よりも、大きな吸音効果を得ることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段の衝撃吸収吸音材における衝撃吸収材は、略板形状を呈し、多数の空間が板の広い面において開口するハニカム構造体である。
これによって、衝撃吸収材を軽量化することができ、結果的に衝撃吸収吸音材を軽量化できる。
また、多数の空間の大きさ（空間の径および深さ）を任意に設定することが容易になり、共鳴周波数を任意に設定することができる。即ち、衝撃吸収材において任意の周波数を積極的に吸音することが可能になる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段の衝撃吸収吸音材における金属膜は、アルミニウムである。
これによって、衝撃吸収材を軽量化することができ、結果的に衝撃吸収吸音材を軽量化できる。
また、アルミニウムは、塑性変形が容易な金属であるため、金属膜の厚みや、形状、空間の密度等により、衝撃吸収の開始荷重や衝撃吸収量を容易に設定することが可能になる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段の衝撃吸収吸音材は、板材の入射音側に配置される場合、衝撃吸収材の入射音側において空間の開口を、吸音材によって閉塞するように設けられる。
これによって、衝撃吸収吸音材に入射する音は、先ず、吸音材を通過（透過）する際に吸音される。次に、吸音材を通過して空間内に入射した音は、吸音材で閉塞された空間内で効率的に減衰する。また、空間から吸音材へ入射した音は、再び吸音材で吸音される。即ち、衝撃吸収吸音材に入射した音が、効率的に吸音される。

最良の形態１の衝撃吸収吸音材は、外部と連通する空間を塑性変形可能な金属膜によって多数形成する衝撃吸収材と、繊維材料あるいは発泡樹脂の少なくとも一方よりなり、入射する音を吸音する吸音材とを、組み合わせてなる。
なお、衝撃吸収材は、略板形状を呈し、多数の空間が板の広い面において開口するハニカム構造体であっても良い。
また、金属膜は、アルミニウムであっても良い。
さらに、衝撃吸収吸音材が板材の入射音側（例えば、ボンネットの裏面など）に配置される場合、衝撃吸収材の入射音側において空間の開口を、吸音材によって閉塞するように設けても良い。

実施例１を図１〜図５を参照して説明する。
実施例１に示す衝撃吸収吸音材１は、自動車の車両進行方向の前部においてエンジンを覆うボンネットの裏面（エンジンルーム側の面）に取り付けられて、エンジン騒音を吸音するとともに、ボンネットの上方から万が一、衝突物（人の頭など）が当たった場合に衝突物の衝撃を吸収するものである。

（衝撃吸収吸音材１の構成）
先ず、衝撃吸収吸音材１の構造を、図１、図２を参照して説明する。
実施例１の衝撃吸収吸音材１は、ボンネットの裏面に沿う略板形状を呈するものであり、表面材２、吸音材３、衝撃吸収材４、裏面材５をそれぞれの厚み方向に積層した構造を採用している。

表面材２は、ボンネットを開けた際に、外部から見える部材であり、意匠性が考慮されているとともに、エンジンルーム内の音（主にエンジン音）が、衝撃吸収吸音材１の内部に入射する材質によって設けられている。
具体的に、この実施例１の表面材２は、音の透過率が高く、且つ少量ではあるが吸音効果も得られる数ｍｍ厚の不織布によって設けられている。

吸音材３は、表面材２を通過した音を積極的に吸音する部材であり、繊維材料（例えば、グラスウール等）あるいは発泡樹脂（例えば、ウレタンフォーム等）の少なくとも一方よりなる。即ち、吸音材３は、繊維材料と発泡樹脂とを組み合わせたものであっても良い。
具体的に、この実施例１の吸音材３は、所定板厚（例えば、２０〜４０ｍｍ）のウレタンフォームによって設けられている。

衝撃吸収材４は、外部と連通する空間４ａを、塑性変形可能な金属膜（アルミニウム等）４ｂによって多数形成するものである。即ち、外部から衝撃を受けた場合、金属膜４ｂが変形することで多数の空間４ａが潰れて衝撃を吸収する部材である。
具体的に、この実施例１の衝撃吸収材４は、図３に示すように、金属膜４ｂによって六角柱形状の多数の空間４ａ（ハニカム空間）を構成するハニカム構造体であり、このハニカム構造体は略板形状を呈しており、両面（板の広い面）において多数の空間４ａが開口する。即ち、衝撃吸収材４は、空間４ａの開口が両面に向いて形成されたハニカム構造体よりなる。
また、この実施例１では、ハニカム構造体を構成する金属膜４ｂは、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）によって設けられている。
ここで、この実施例１の衝撃吸収材４の具体的な一例を開示すると、空間４ａの内径（六角柱の内径）は１０ｍｍ〜３０ｍｍ、空間４ａの長さ（六角柱の高さ）は１５ｍｍ〜２５ｍｍ、金属膜４ｂの厚みは２０μｍ〜１００μｍのものである。

裏面材５は、衝撃吸収吸音材１がボンネットの裏面に取り付けられた際に、ボンネット側に向けられる部材であり、車両の振動などで衝撃吸収吸音材１がボンネットに接触しても、接触音の発生を防ぐためのものである。
具体的に、この実施例１の裏面材５は、少量ではあるが吸音効果も得られる数ｍｍ厚の不織布によって設けられている。

上記よりなる表面材２、吸音材３、衝撃吸収材４、裏面材５は、熱硬化樹脂を用いた加熱接着などの接着技術により、積層された状態で一体化される。
なお、吸音材３の一部は、衝撃吸収材４の空間４ａの内部に押し込められた状態であっても良い。
そして、上記よりなる衝撃吸収吸音材１は、裏面材５がボンネット側に向けられた状態（表面材２がエンジンに向く状態）で、ボンネットの裏面に取り付けられる。

（衝撃吸収吸音材１による衝撃吸収効果）
上記構成を採用する実施例１の衝撃吸収吸音材１は、次の衝撃吸収効果が得られる。
万が一の事故の際、人の頭部などの衝突物がボンネットに打ち付けられて、衝突物によってボンネットが変形する際、ボンネットの裏面に取り付けられた衝撃吸収吸音材１もボンネットの変形とともに変形する。
この時、衝突物の衝撃力によって金属膜４ｂが変形することで多数の空間４ａが潰れて、衝突物の衝撃を吸収する第１衝撃吸収効果が得られる。
また、この時、衝突物の衝撃を吸音材３が変形することで、衝撃を吸収する第２衝撃吸収効果が得られる。
即ち、吸音材３が単独の場合よりも、大きな衝撃吸収効果を得ることができる。

ここで、具体的な実験結果の一例を開示する。
従来の技術では、ボンネットの裏面には、吸音材３のみが設けられるものであった。
吸音材３のみによる衝撃吸収結果を図４の破線Ａ１に示す。なお、このデータは、厚さ２０ｍｍ、密度１６００ｇ／ｍ² のグラスウールを吸音材３として用いた例である。
これに対し、衝撃吸収材４のみによる衝撃吸収結果を図４の実線Ａ２に示す。なお、このデータは、板厚２０ｍｍ、ハニカム径２０ｍｍ、金属膜４ｂが６０μｍのアルミニウムよりなるハニカム構造体を衝撃吸収材４として用いた例である。
この図４からも、破線Ａ１の吸音材３に比較して、実線Ａ２の衝撃吸収材４は小さな変形ストローク（横軸）から大きな応力を吸収することが読み取れる。

このように、吸音材３が単独の場合よりも、衝撃吸収材４は大きな衝撃吸収効果を得る。即ち、吸音材３と衝撃吸収材４とを組み合わせてなる衝撃吸収吸音材１は、吸音材３が単独の従来の吸音材３に比較して、大きな衝撃吸収効果を得ることができる。

（衝撃吸収吸音材１による吸音効果）
上記構成を採用する実施例１の衝撃吸収吸音材１は、次の吸音効果が得られる。
衝撃吸収吸音材１に入射した音が、吸音材３で吸音される第１吸音効果が得られる。
また、金属膜４ｂで区画された空間４ａ（ハニカム空間）に入射した音が、空間４ａ内で共鳴することで減衰する第２吸音効果が得られる。
即ち、吸音材３が単独の場合よりも、大きな吸音効果を得ることができる。

ここで、具体的な実験結果の一例を開示する。
従来の技術では、ボンネットの裏面には、吸音材３のみが設けられるものであった。
吸音材３のみによる吸音結果を図５の実線Ｂ１に示す。なお、このデータは、厚さ２５ｍｍのウレタンフォームを吸音材３として用いた例である。
これに対し、吸音材３と衝撃吸収材４とを組み合わせた吸音結果を図５の実線Ｂ２に示す。なお、このデータは、２５ｍｍ厚のウレタンフォームの吸音材３と、板厚２０ｍｍ、ハニカム径２０ｍｍ、金属膜４ｂが６０μｍのアルミニウムのハニカム構造体の衝撃吸収材４とを組み合わせた例である。
この図５からも、実線Ｂ１の吸音材３が単独の場合に比較して、実線Ａ２の吸音材３と衝撃吸収材４とを組み合わせることで、大きな吸音効果が得られることが読み取れる。

このように、吸音材３が単独の場合よりも、吸音材３に衝撃吸収材４を組み合わせることで大きな吸音効果を得ることができる。即ち、吸音材３が単独の従来の吸音材３に比較して、衝撃吸収吸音材１は大きな吸音効果を得ることができる。

（上記以外の効果）
従来、ボンネットとエンジンとの間には、衝撃吸収効果の小さい吸音材３しか配置されていなかった。このため、従来では、エンジンとボンネットの間に、大きな変形許容隙間を必要とし、車両のデザインが制約を受けていた。
これに対し、ボンネットの裏面に、吸音効果の他に、衝撃吸収効果の高い衝撃吸収吸音材１を配置することで、エンジンとボンネットの間の変形許容隙間を小さくすることが可能になる。これによって、車両デザインの制約を緩和することができる。
また、軽量なボンネット（例えば、アルミニウム製のボンネット）を用いる場合でも、ボンネットの裏面に衝撃吸収吸音材１を配置することで、エンジンとボンネットの間の変形許容隙間を小さくすることが可能になり、軽量なボンネットを用いた車両デザインの制約を緩和することが可能になる。

実施例１の衝撃吸収吸音材１は、衝撃吸収材４としてハニカム構造体を採用することにより、衝撃吸収材４を軽量化することができ、結果的に衝撃吸収吸音材１を軽量化できる。
また、多数の空間４ａの大きさ（ハニカム径およびハニカムの深さ）を任意に設定することが可能になり、共鳴周波数を任意に設定することができ、特定の騒音（例えば、特定周波数のエンジン騒音）や、人が気になる特定周波数の騒音を積極的に吸音することが可能になる。

実施例１の衝撃吸収吸音材１は、金属膜４ｂとしてアルミニウムを用いた。これによって、衝撃吸収材４を軽量化することができ、結果的に衝撃吸収吸音材１を軽量化できる。 また、アルミニウムは、塑性変形が容易な金属であるため、金属膜４ｂの厚みや、形状、空間４ａの密度等により、衝撃吸収の開始荷重や衝撃吸収量を容易に設定することができる。

実施例１の衝撃吸収吸音材１は、エンジン騒音を低減する目的でボンネット（板材）のエンジンルーム側（入射音側）に配置される。また、衝撃吸収材４は、両面（板形状を呈するハニカム構造体の広い面）において開口するものであり、衝撃吸収材４の入射音側に吸音材３が配置されて、衝撃吸収材４の空間４ａの開口を吸音材３によって閉塞する構造である。
これによって、衝撃吸収吸音材１に入射する音は、先ず、吸音材３を通過（透過）する際に吸音される。次に、吸音材３を通過して空間４ａ内に入射した音は、吸音材３で閉塞された空間４ａ内（ハニカム空間内）で効率的に減衰する。また、衝撃吸収体の空間４ａ（ハニカム空間）から吸音材３へ戻る音は、再び吸音材３で吸音される。即ち、衝撃吸収吸音材１に入射した音が、効率的に吸音される。
この結果、衝撃吸収吸音材１によって、エンジン騒音を効率的に吸音することができる。

［変形例］
上記の実施例１では、吸音材３を衝撃吸収材４の騒音源側に配置する例を示したが、吸音材３を衝撃吸収材４に対して衝撃を受ける側、即ち例えばボンネット側に配置しても良い。このように吸音材３を衝撃を受ける側に設置することにより、衝撃吸収吸音材１が外部から衝撃を受けた場合、先ず、吸音材３が衝撃を受ける。即ち、吸音材３が初期衝撃を吸収する。
吸音材３は柔らかいため、初期衝撃を先ず柔らかい吸音材３で吸収することができる。この結果、衝撃吸収吸音材１に衝撃を与える衝突物（例えば、人の頭部など）のダメージを緩和することが可能になる。

上記の実施例１では、吸音材３を衝撃吸収材４の一方の面のみに設ける例を示したが、衝撃吸収材４の両面に吸音材３を設けても良い。
上記の実施例１では、吸音材３を衝撃吸収材４の一方の面に設ける例を示したが、衝撃吸収材４の空間４ａの内部に吸音材３を配置しても良い。これによって、衝撃吸収吸音材１の厚みを薄くすることが可能になる。なお、空間４ａ内に配置する吸音材３として、リサイクルによるウレタンチップや、繊維など、細かく分かれた吸音部材を用いても良い。

上記の実施例１では、衝撃吸収材４をハニカム構造体で設ける例を示したが、金属膜４ｂを格子状に配置したり、多数の平行板状に配置したり、金属膜４ｂをジグザグに曲折するなど、他の構造を採用して衝撃を吸収するように設けても良い。
上記の実施例１では、衝撃吸収吸音材１がボンネットの裏面に配置される例を示したが、他の部位に配置して吸音と衝撃吸収を行うようにしても良い。例えば、道路脇の消音壁に用いて、騒音の防止とともに、車両衝突時の衝撃を緩和するものに適用しても良い。この場合、金属膜４ｂをアルミニウム以外の金属で構成しても良い。

衝撃吸収吸音材の分解斜視図である。 衝撃吸収吸音材の分解側面図である。 衝撃吸収材の斜視図である。 衝撃吸収特性を示すグラフである。 吸音特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 衝撃吸収吸音材
２ 表面材
３ 吸音材
４ 衝撃吸収材
４ａ 空間
４ｂ 金属膜
５ 裏面材

Claims (4)

1. 外部と連通する空間を塑性変形可能な金属膜によって多数形成する衝撃吸収材と、
   繊維材料あるいは発泡樹脂の少なくとも一方よりなり、入射する音を吸音する吸音材とを、組み合わせてなる衝撃吸収吸音材。
2. 請求項１に記載の衝撃吸収吸音材において、
   前記衝撃吸収材は、略板形状を呈し、多数の前記空間が板の広い面において開口するハニカム構造体であることを特徴とする衝撃吸収吸音材。
3. 請求項２に記載の衝撃吸収吸音材において、
   前記金属膜は、アルミニウムであることを特徴とする衝撃吸収吸音材。
4. 請求項２または請求項３に記載の衝撃吸収吸音材において、
   この衝撃吸収吸音材が板材の入射音側に配置される場合、
   前記衝撃吸収材の入射音側において前記空間の開口を、前記吸音材によって閉塞するように設けられることを特徴とする衝撃吸収吸音材。
   

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