JP2006327528A - フードサイレンサ - Google Patents

Abstract

【課題】吸音特性に優れているとともに、組付け作業性に優れ、しかも衝撃吸収能をも備えた硬質のフードサイレンサとする。
【解決手段】硬度が５Ｎ／cm² 以上、密度が0.03〜0.15ｇ／cm³ であって、連泡率が50％以上の連続気泡構造を有し、セル径を 0.5〜10mmとすることで、１〜２KHz の音の平均吸音率がフードサイレンサ２全体で45％以上になるように構成されている。
上記特性をもつので、組付け時あるいは高温での使用時に垂れ下がらない程度の強度を有し、衝撃吸収能も備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動車のボンネット裏面に配設されるフードサイレンサに関する。

近年、自動車車室内の静粛性の改善が求められ、風切り音、タイヤからの騒音などが車室内へ侵入するのを抑制する手段が種々採用されている。例えば自動車のボンネット裏面にはフードサイレンサが設けられ、エンジンルームの騒音あるいはタイヤからの走行音などが車外へ漏れるのを抑制している。

従来、このフードサイレンサはグラスウールなどから形成され、繊維の振動によって音エネルギーを熱エネルギーに変換することで騒音を吸収している。ところがグラスウールから形成されたフードサイレンサでは、ボンネットへの組付け時にガラス繊維が皮膚を刺激するなど、作業環境上の問題がある。

そこでグラスウールに代えて、他の多孔質材を用いることが考えられる。例えば、スラブウレタンなどの軟質発泡ウレタンは優れた吸音材である。しかし軟質発泡ウレタン製のフードサイレンサでは、変形しやすいため組付け時の作業性が悪い。また高温下では自重で垂れ下がり、エンジンなどと干渉する恐れもある。

また特開2003−108146号公報には、プラスチック発泡体などの芯材に熱硬化性樹脂を含浸固化した吸音材料が提案され、フードサイレンサに利用できることが記載されている。特開2004−334022号公報には、プラスチック発泡体などの多孔質基材にフェノール系樹脂を含浸固化した吸音材が提案され、フードサイレンサに利用できることが記載されている。

しかし上記した公報に記載のものは、グラスウールあるいは軟質発泡ウレタンなどに比べて製造工数が多く高価となるという不具合がある。また近年では、歩行者保護の観点からボンネットに衝撃吸収能を付与することが求められているが、多孔質の芯材あるいは基材の細孔内に樹脂が含浸固化したフードサイレンサでは、衝撃吸収能はほとんど得られない。
特開2003−108146号 特開2004−334022号

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、吸音特性に優れているとともに、組付け作業性に優れ、しかも衝撃吸収能をも備えた硬質のフードサイレンサとすることを目的とする。

上記課題を解決する本発明のフードサイレンサの特徴は、ボンネットの裏面に配設されるフードサイレンサあって、少なくとも一部に硬質発泡ウレタン層が形成され、硬質発泡ウレタン層は、硬度が５Ｎ／cm² 以上、密度が0.03〜0.15ｇ／cm³ であって、連泡率が50％以上の連続気泡構造を有し、セル径を 0.5〜10mmとすることで、１〜２KHz の音の平均吸音率がフードサイレンサ全体で45％以上になるように構成されていることにある。

なお、ここでいう１〜２KHz における平均吸音率とは、１、1.25、1.6 、２KHz の１／３オクターブ毎の周波数における吸音率（JIS A 1405の基準に従い、垂直入射法により測定）の平均値をいう。

硬質発泡ウレタン層は、型成形によって最終形状に形成されていることが望ましい。

また硬質発泡ウレタン層の表面には、硬質発泡ウレタン層内部のセルと連通する連通部を有することが好ましい。なお硬質発泡ウレタン層表面に形成されたスキン層の平均厚さが２mm以下であれば、連通部を形成する必要はない。

本発明のフードサイレンサによれば、上記特性をもつ硬質発泡ウレタン層を有しているので、組付け時あるいは高温での使用時に垂れ下がらない程度の強度を有している。したがって組付け性に優れ、エンジンなどとの干渉も防止される。またグラスウールからなるフードサイレンサに比べて、組付け時の作業環境も向上する。そして容易に製造できるので、上記特許文献に記載されたようなフードサイレンサに比べて安価となる。

そして上記特性をもつことで硬質発泡ウレタン層は吸音特性に優れ、エンジンルーム内の騒音あるいは走行音などが車外に伝搬するのを抑制することができる。さらに硬質発泡ウレタン層は衝撃吸収能を有しているので、歩行者保護にもなる。また硬質であり、型成形可能であるので形状の自由度が高い、という特徴を利用し、ボンネット本体の裏面に形成されているリブに沿う形状とすることができ、ボンネット裏面全面を覆うことが容易であるので、吸音特性がさらに向上する。

一般的な硬質発泡ウレタンは、連泡率が15％程度、硬度が70Ｎ／cm² 程度、密度が 0.1ｇ／cm³ 程度、セル径が 0.1〜 0.5mm程度であり、１〜２KHz の音の平均吸音率は10％程度であるので、軟質発泡ウレタンに比べて吸音特性がきわめて低い。

そこで本発明では、硬度が５Ｎ／cm² 以上、密度が0.03〜0.15ｇ／cm³ であって、連泡率が50％以上の連続気泡構造を有し、セル径を 0.5〜10mmの硬質発泡ウレタン層とすることで、１〜２KHz の音の平均吸音率がフードサイレンサ全体で45％以上になるように構成されている。このような特性を備えることで、軟質発泡ウレタンに匹敵する吸音特性が発現される。

硬度が５Ｎ／cm² 未満では軟質となって強度に不足し、 100Ｎ／cm² を超えると、音の反射などにより吸音機能が損なわれる可能性があるため、硬度は５〜 100Ｎ／cm² の範囲とすることが好ましい。また組付け工数をより少なく抑え、吸音機能をより多く確保するためには、硬度を10〜80Ｎ／cm² とすることが好ましく、より好ましくは20〜70Ｎ／cm² とする。なお硬度は、JIS K 6400に準拠して測定される数値である。

密度が0.03ｇ／cm³ 未満では硬度と連泡率との両方を上記範囲とすることが困難であり、密度が0.15ｇ／cm³ を超えると通気量が低下し十分な吸音特性が得られなくなるとともに、重量が増大してしまう。密度は0.04〜0.12ｇ／cm³ であることがより好ましく、0.05〜 0.1ｇ／cm³ であることが特に好ましい。

連泡率は高いほど好ましく、 100％であってもよいが、50％未満では吸音特性が不十分となって実用的でない。

またセル径が 0.5mm未満では吸音特性が低下し、10mmを超えると十分な強度が得られない。強度を保ち吸音機能を確保するには、セル径は１〜８mmであることがより好ましく、さらに好ましくは 1.5〜７mm、特に好ましくは２〜６mmである。

さらに本発明のフードサイレンサは、全体で１〜２KHz の音の平均吸音率が45％以上の特性を有している。このような吸音特性を有することで、エンジンルームの騒音あるいは籠もり音を効果的に吸音することができ、フードサイレンサとして特に効果的である。

一般的な硬質発泡ウレタンは、硬質でありかつ内部のセル径が小さいために、吸音特性は低いものである。しかし消泡剤を加えて発泡成形することで、発泡樹脂の表面張力を部分的に低下させることができ、発泡させた際にセルが連続気泡構造となるとともに平均セル径を大きくすることができるので、上記したような特性をもつ硬質発泡ウレタンを製造することができる。

なお、本発明に用いる硬質発泡ウレタンを製造する際に必要な成分及び含有量は、下記のとおりである。

ポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオールなどが例示され、これらの単独あるいは２種以上の混合品を用いることができる。

ポリイソシアネートは、芳香族系、脂肪族系及び脂環族系から選ばれる各種ポリイソシアネートを用いることができる。クルードＭＤＩが特に好ましい。このポリイソシアネートの配合量は、イソシアネートインデックスとして50〜 500、好ましくは80〜 400、より好ましくは 100〜 300である。イソシアネートインデックスが50未満の場合、発泡が正常に行われず、割れが生じたり、泡体の崩落が発生したりすることがある。

発泡剤は特に制限されないが、通常、水が用いられる。またメチレンクロライド、エチレンクロライドなどの塩化アルキレン、イソペンタンなどを用いてもよい。この発泡剤の配合量は特に限定されないが、ポリオール 100質量部に対して、通常、１〜15質量部、好ましくは２〜10質量部、より好ましくは３〜８質量部である。

消泡剤としては、例えば、シリコーン系、油脂径、脂肪酸系、脂肪酸エステル系、リン酸エステル系のものが挙げられる。中でもシリコーン系消泡剤が特に好ましい。このシリコーン系消泡剤としては、オイル型、オイルコンパウンド型、溶液型、エマルジョン型、自己乳化型及び粉末型のものが例示され、特にオイル型のものが好ましい。

消泡剤は、ＨＬＢ値が５以下であることが好ましく、より好ましくは４以下、さらに好ましくは 0.5〜 3.5、特に好ましくは１〜３である。ＨＬＢ値が５を超えると、親水性が強くなり過ぎるため、連続気泡構造の硬質発泡ウレタンが得られなくなることがある。なお、このＨＬＢ値は、グリフィンの式｛20×（親水基の質量比）｝に基づいて算出した値である。

消泡剤の配合量は、ポリオール 100質量部に対して、通常、 0.001〜１質量部、好ましくは 0.002〜 0.8質量部、より好ましくは 0.004〜 0.6質量部である。この範囲で配合することで、好ましい平均セル径を有する連泡硬質発泡ウレタンが得られる。この配合量が 0.001質量部未満では、セルが荒れて均一なセルが得られず、硬度が不足する。また１質量部を超えると、平均セル径が小さくなって吸音特性が不十分となる。

また架橋剤を配合すれば、架橋構造により樹脂強度に優れた硬質発泡ウレタンを形成することができる。この架橋剤としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミンなどのトリオール、ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ペンタエリスリトールなどのテトラオールが挙げられる。

硬質発泡ウレタン層の厚さは、５mm以上とすることが望ましい。厚さが５mm未満では、強度が不足したり、所望の吸音特性が発現されなかったりする場合がある。なお厚さは厚いほど好ましいが、スペース上の制約や重量アップなどの問題により上限が決定される。

硬質発泡ウレタン層は、予め形成された板状の硬質発泡ウレタンから切り出すことで所定形状とすることもできるが、型成形によって最終形状に形成されていることが望ましい。このようにすれば、形状の自由度が高く複雑であってもその形状とすることが容易であり、局所的に厚さに差があっても容易に形成することができる。したがって補強リブなども容易に形成することができ、強度及び吸音特性を高く維持しつつ軽量とすることも容易である。

また、硬質発泡ウレタン層の内部のセルを介して、硬質発泡ウレタン層の一方の表面から他方の表面まで気孔どうしが連通していることが好ましい。すなわち、硬質発泡ウレタン層の内部に形成されたセルが各々閉じられた状態ではなく、各セルどうしが空気を行き来可能に連通している状態であることが好ましい。これによって、型成形過程において、硬質発泡ウレタン層の表面にスキン層が形成された場合であっても、このスキン層に起因する吸音特性の低下を回避することができる。

なお、前述のように、硬質発泡ウレタン層においてその一方の表面から他方の表面まで気孔どうしが連通していることで、硬質発泡ウレタン層の内部のセルとともにレゾネータ機能を果たすことが可能になるため、より高い防音性能をもたらすことも可能となる。

硬質発泡ウレタン層の製造過程において、あらかじめ硬質発泡ウレタン層表面から内部まで連通する気孔を作成することで、硬質発泡ウレタン層が連通した状態となるが、硬質発泡ウレタン層の表面に前記スキン層が形成された場合は、このスキン層を削り取って硬質発泡ウレタン層の表面に開口を表出させるか、スキン層に穴を形成することで、前述のような硬質発泡ウレタン層の連通した状態を形成する必要がある。

またスキン層を薄くすれば、意図的に連通させなくても吸音特性を満足させることができる。この場合は、スキン層の平均厚さを２mm以下、より好ましくは１mm以下とすればよい。スキン層をこのように薄く形成するには、発泡成形時間を短縮することで行うことができ、具体的には型温を高くする方法、触媒などで硬化時間を調節する方法などがある。

また硬質発泡ウレタン層は、上記特性値の組み合わせによっては、吸音特性が相対的に低くなる場合もある。そのような場合には、硬質発泡ウレタン層の表面に軟質の吸音層をさらに積層することが好ましい。このように硬質発泡ウレタン層と軟質の吸音層との２色積層体とすることで、同じ厚さ及び同じ重量の硬質発泡ウレタンのみの場合に比べて広い周波数域で吸音特性が向上する場合がある。この吸音層の材質は、吸音特性に優れた軟質発泡ウレタンが特に好ましい。

なお、ピーク周波数が異なる軟質ウレタン発泡体どうしを組み合わせた場合、個々の特性が必ずしも生かされるような結果になるとは限らず、広い周波数域で吸音特性に優れる結果にはならない。ただし、本発明のように、ピーク周波数が異なる硬質発泡ウレタンと軟質発泡ウレタンとを組み合わせた場合には、比較的広い周波数域で吸音特性が優れるようになることが確認されている。

軟質の吸音層をさらに積層する場合、硬質発泡ウレタン層の表裏面のどちらに用いても吸音特性が向上するが、吸音層は硬質発泡ウレタン層のエンジンルームに向かう表面側に積層するのが好ましい。またこの場合、硬質発泡ウレタン層の厚さは強度が確保できればよく、５mm以上とすればよい。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１に本実施例のフードサイレンサ２をもつボンネット１の要部断面図を示す。ボンネット１の裏面にはリブ10が溶接により形成されている。そしてフードサイレンサ２が、図示しないクリップによってボンネット１の裏面に固定されている。フードサイレンサ２は、リブ10どうしの間を充填するとともにリブ10の頂部を被覆し、その表面は平滑表面となっている。フードサイレンサ２のリブ10を除く部位は平均厚さ35mm、リブ10の表面は平均厚さ10mmに形成され、硬質発泡ウレタン成形品から一体的に形成されている。

フードサイレンサ２は、連泡率が95％以上の連続気泡構造をもち、硬度が30Ｎ／cm² 、密度が 0.1ｇ／cm³ 、セル径が４mmの各特性を備えている。

このフードサイレンサ２は、表１に示す配合で消泡剤を含む硬質発泡ウレタン樹脂から型成形により形成された。なお表面には、厚さ１mmの図示しないスキン層が形成されている。

実施例１のフードサイレンサによれば、後述するように高い吸音特性を示し、エンジンルームの騒音あるいは走行音などが車外へ漏れるのを抑制することができる。そして30Ｎ／cm² の硬度を有しているので十分な強度を有し、組付け作業性に優れ、高温時の垂れ下がりもない。また気孔が潰れることによる衝撃吸収能も備えているので、歩行者保護の観点からも好ましい。

（実施例２）
図２に示す本実施例のフードサイレンサ２は、実施例１と同様のボンネット１の裏面に固定されている。このフードサイレンサ２は、リブ10どうしの間に箱状の凹部20が形成されている。凹部20は、その開口側がボンネット１の裏面に対向するように固定され、凹部20は密閉空間となっている。また凹部20の底部には、フードサイレンサ２の表面に開口する貫通孔21が形成されている。

すなわちこのフードサイレンサ３では、凹部20の容積、貫通孔21の径及び長さからヘルムホルツの共鳴理論によって決まる周波数域の騒音を消音できるレゾネータを有しているので、実施例１に比べてさらに高い吸音特性が発現される。

（比較例１）
硬質発泡ウレタンに代えて、表２に示す配合で同一形状に形成された軟質発泡ウレタンから形成したこと以外は実施例１と同様のものを比較例１のフードサイレンサとした。軟質発泡ウレタンは、連泡率が90〜95％の連続気泡構造をもち、硬度が0.01〜0.05Ｎ／cm₂ 、密度が0.07ｇ／cm₃ 、セル径が 0.1〜 0.5mmの各特性を備えている。しかしこのフードサイレンサは、軟質であるために、組付け性及び高温時の耐垂れ下がり性に劣っている。

＜試験例＞
実施例１と比較例１のフードサイレンサの吸音特性を比較するために、それぞれ厚さ15mmに切り出した試験片を用い、吸音特性をそれぞれ評価した。吸音特性は JIS A 1405に規定された方法に従って各周波数で吸音率を測定し、 200〜3150Hzの周波数の吸音率で比較した。結果を図３に示す。

図３より実施例１のフードサイレンサは１〜２KHz の音の平均吸音率が45％以上（46.9％）であり、比較例１における１〜２KHz の音の平均吸音率（39.4％）より高い吸音特性を示している。また１KHz を超える高周波数域で比較例１より高い吸音特性を示し、フードサイレンサとして特に好適であることがわかる。

本発明の一実施例のフードサイレンサをもつボンネットの要部断面図である。 本発明の第２の実施例のフードサイレンサをもつボンネットの要部断面図である。 周波数と吸音率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１：ボンネット ２：フードサイレンサ 10：リブ
20：凹部 21：貫通孔

Claims (4)

1. ボンネットの裏面に配設されるフードサイレンサあって、少なくとも一部に硬質発泡ウレタン層が形成され、
   該硬質発泡ウレタン層は、硬度が５Ｎ／cm² 以上、密度が0.03〜0.15ｇ／cm³ であって、連泡率が50％以上の連続気泡構造を有し、セル径を 0.5〜10mmとすることで、１〜２KHz の音の平均吸音率がフードサイレンサ全体で45％以上になるように構成されていることを特徴とするフードサイレンサ。
2. 前記硬質発泡ウレタン層は、型成形によって最終形状に形成されている請求項１に記載のフードサイレンサ。
3. 前記硬質発泡ウレタン層の表面には、前記硬質発泡ウレタン層内部のセルと連通する連通部を有する請求項１又は請求項２に記載のフードサイレンサ。
4. 前記硬質発泡ウレタン層表面には、平均厚さが２mm以下のスキン層が形成されている請求項１又は請求項２に記載のフードサイレンサ。
   

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