JP2008114697A

JP2008114697A - 車両用防音構造

Info

Publication number: JP2008114697A
Application number: JP2006299113A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Kobayashi; 憲正小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】防音材からの低周波の放射音を効率的に低減できる車両用防音構造の提供。
【解決手段】本発明による車両用防音構造は、質量層を構成する表皮層３２と、多孔質材料を用いた中間層３４とを含む防音材３０と、防音材３０の側部に配置され、防音材３０の中間層３４に連通する開口２２を備えるヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管２８とを備えることを特徴とする。ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管は、好ましくは、車両の骨格部材２０の閉断面を利用して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘルムホルツ吸音器又は共鳴器を適切に用いた車両用防音構造に関する。

従来から、多孔質材料を用いた中間層上に質量層を備える車両用防音材が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、多孔質からなる吸音材の内部に容積室を設けると共に、該容積室を音源側(エンジン側)に開口させてヘルムホルツ共鳴器を構成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平０７−２４８７７６号公報特開平１１−２５９０７６号公報

ところで、上記の特許文献１に記載の発明のような多孔質材料を用いた中間層上に表皮層（質量層）を備える防音材を用いた場合、表皮層をマスとし、中間層をバネとしたバネマス共振が発生する。これに対して、中間層のバネ定数を低くすることで低バネ化してバネマス共振の共振周波数を下げることは可能であるが、かかる場合でも、依然としてバネマス共振自体はなくならず、共振周波数帯での放射音が増大する。一般的に、上述の種の防音材は、中・高周波の遮音性能の向上を目標として開発され、低周波での放射音に対して何ら対策が施されていない。

そこで、本発明は、質量層を構成する表皮層と多孔質材料を用いた中間層とを有する防音材を用いつつ、防音材からの放射音を効率的に低減できる車両用防音構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る車両用防音構造は、質量層を構成する表皮層と、多孔質材料を用いた中間層とを含む防音材と、
前記防音材の側部に配置され、前記防音材の中間層に連通する開口を備えるヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管とを備えることを特徴とする。これにより、バネマス共振時に生ずる防音材の中間層内の空気粒子の振動を、ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管により減衰させることができ、防音材からの放射音を効率的に低減できる。

第２の発明は、第１の発明に係る車両用防音構造において、
前記表皮層をマスとし、前記中間層をバネとしたバネマスモデルを想定した場合の該バネマスモデルの共振周波数に、前記ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管の共鳴周波数を対応させたことを特徴とする。これにより、ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管による放射音低減効果を最大化することができる。

第３の発明は、第１又は２の発明に係る車両用防音構造において、
前記ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管は、車両の骨格部材の閉断面を利用して構成されることを特徴とする。これにより、ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管をスペースの観点から効率的に構成することができる。

第４の発明は、第１の発明に係る車両用防音構造において、
ヘルムホルツ共鳴器を用いる場合に、前記ヘルムホルツ共鳴器が、
車両の骨格部材と、
該骨格部材の閉断面内の空間を仕切って複数の空洞を形成する仕切り板と、
前記骨格部材に形成され、前記空洞と前記中間層とを連通させる開口部と、により構成されることを特徴とする。これにより、骨格部材に複数のヘルムホルツ共鳴器を効率的に構成することができる。

第５の発明は、第３又は４の発明に係る車両用防音構造において、
前記骨格部材がロッカーパネルであることを特徴とする。これにより、閉断面が比較的大きいロッカーパネルを利用して、ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管を適切に構成することができる。

本発明によれば、質量層を構成する表皮層と多孔質材料を用いた中間層とを有する防音材を用いつつ、防音材からの放射音を効率的に低減できる車両用防音構造が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による車両用防音構造の実施例１を概略的に示す断面図である。図１には、車両のフロアパネルに適用された場合の車両用防音構造が示されている。図１は、車両のフロア部の車両幅方向の半分だけを切り出した断面図である。図１では、図の左側が車両中央側に対応し、図の右側が車両の車両幅方向外側に対応する。

フロアパネル１０は、薄板の板金部材であり、車両の底部を画成する。

骨格部材２０は、複数枚の板金からなり、図１に示すように、閉断面を有する高強度・剛性部材である。図示の骨格部材２０は、車両の側部を前後に延びるロッカーパネルである。

フロアパネル１０上には、図１に示すように、防音材３０が配置される。防音材３０は、フロアパネル１０上の所定領域を覆うように配置される。

防音材３０は、図１に示すように、表皮層３２と中間層３４とを含む。表皮層３２と中間層３４とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。表皮層３２は、いわゆる車両のカーペットであり、車室に直接露出する上層と、ビニール系ないしゴム系の素材から下層とを有する。表皮層３２は、下層の比較的大きい質量に起因して質量層を構成する。中間層３４は、フェルト等の多孔質材料により構成される。防音材３０は、図１に示すように、中間層３４の側部が骨格部材２０に車両幅方向で隣接するように、配置される。

本実施例１では、図１に示すように、骨格部材２０には、防音材３０の中間層３４に連通する開口２２を備える。開口２２は、骨格部材２０に例えば円形の穴を形成し、当該穴に円筒状の部材２４(以下、「首部２４」という)を一部挿入しつつ取り付けることにより形成される。かかる構成によれば、骨格部材２０は、首部２４内の空気がマスとなり、閉断面内の内部空間の空気がバネとして作用するヘルムホルツ共鳴器（レゾネータ）を構成する。

次に、図２を参照して、本実施例１におけるバネマス共振による放射音の低減作用について説明する。

例えば車両の走行時の各種入力等に起因してフロアパネル１０が加振源となり、防音材３０は、表皮層３２をマスとし、中間層３４をバネとしてバネマス共振を起こす。即ち、表皮層３２が、図２に矢印及び点線により模式的に示すように、共振する。このバネマス共振が発生すると、図２に白抜き矢印で模式的に示すように、表皮層３２から車室内に向けた放射音が増大しうる。

ここで、中間層３４自体は、バネマス共振時に生ずる空気粒子の流動に対して、空気粒子速度を減衰させる機能を有しているが、本実施例１のヘルムホルツ共鳴器が存在しない場合、かかる中間層３４の減衰作用だけでは、フロアパネル１０−表皮層３２間の振動伝達率を大きく低減させることができない。

これに対して、本実施例１では、バネマス共振が発生し、図２に横方向の矢印で模式的に示すように、中間層３４で空気粒子が激しく流動すると、その空気粒子速度が、骨格部材２０に構成されたヘルムホルツ共鳴器により減衰させられる。即ち、ヘルムホルツ共鳴器の首部２４で生ずる空気の振動による抵抗により、中間層３４内の空気粒子速度が減衰される。これにより、中間層３４による減衰効果に加えて、ヘルムホルツ共鳴器による減衰効果が得られるので、フロアパネル１０−表皮層３２間の振動伝達率を大きく低減させることができる。

図３は、横軸を周波数として振動増幅率を示すグラフ図である。図３には、対比のため、本実施例１のヘルムホルツ共鳴器が存在しない場合と、本実施例１のヘルムホルツ共鳴器が存在する場合の曲線がそれぞれ示されている。尚、図３に示すように、振動増幅率が大きいほど、放射音が大きくなる。

本実施例１のヘルムホルツ共鳴器が存在しない場合、図３で実線にて示すように、バネマス共振周波数にて、振動増幅率がピークとなり、放射音がピークとなる。本実施例１のヘルムホルツ共鳴器が存在する場合には、図３で破線にて示すような特性を呈し、ヘルムホルツ共鳴器が存在しない場合に比べて、バネマス共振周波数及びその周辺の周波数帯の振動増幅率が小さくなる。

かかる振動増幅率の低減効果を高めるべく、本実施例１のヘルムホルツ共鳴器は、好ましくは、バネマス共振周波数の一次共振に共鳴周波数が一致するように構成される。即ち、バネマス共振周波数の一次共振に、ヘルムホルツ共鳴器の吸音率が最大となる周波数（共鳴周波数）を一致させる。ここで、ヘルムホルツ共鳴器は、図４に示すようにモデル化でき、このとき、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_０は、閉断面内の内部空間の容積(空洞容積)をＶ、音速をｃ、開口断面積をｓ、開口部実効長さをｌ_ｅとしたとき、ｆ_０＝ｃ／２π√（ｓ／ｌ_ｅＶ）で表せる。ここで、開口断面積ｓは、首部２４の(略円形の空間)の断面積であり、開口部実効長さｌ_ｅは、首部２４の軸方向の実効長さである。

防音材３０のバネマス共振周波数は、表皮層３２をマスとし、中間層３４をバネとするバネマスモデルに基づいて算出されてよい。このとき、バネマスモデルは、防音材３０全体のバネマスモデルではなく、防音材３０のうちの振動する領域のバネマスモデルが用いられる。即ち、防音材３０は、車両のフロアパネル１０の全体に亘って連続的に設けられうるが、防音材３０は、例えば運転席と助手席とで実質的に互いに独立して共振する。このため、運転席若しくは助手席に係る防音材３０のバネマス共振周波数を決定する場合には、車両前後方向ではダッシュパネルの立上がり部とフロアクロスメンバ(共に図示せず) の間の区間、車両幅方向ではフロアトンネルの立上がり部とロッカーパネルの間の区間の領域における防音材３０の表皮層３２の質量及び中間層３４のばね定数を用いて、バネマスモデルが設定されてよい。バネマス共振周波数は、バネマスモデルによる計算の他、実験により決定されてもよい。

図５は、本実施例１のヘルムホルツ共鳴器の好ましい構成例を示す。図５は、ヘルムホルツ共鳴器を構成する骨格部材２０を模式的に示す斜視図である。尚、図５においては、以下の説明に関連しない構成、即ち骨格部材２０の開口２２等について簡易的に示している。図５に示す例では、骨格部材２０は、閉断面により車両前後方向に延在する内部空間が、仕切り板２６より複数の空洞部に分割されている。尚、仕切り板２６は、板金からなってよく、骨格部材２０が閉断面に構成される前に、骨格部材２０を構成する板金部材に溶接等により固定されてよい。

また、仕切り板２６より分割された複数の空洞部には、それぞれに対して、開口２２（首部２４）が設定される。これにより、骨格部材２０には、車両の前後方向に沿って、複数のヘルムホルツ共鳴器が構成されることになる。各ヘルムホルツ共鳴器は、仕切り板２６の配置間隔を適切に設定することで（即ち空洞部の容積を適切に設定することで）、それぞれ、防音材３０のバネマス共振周波数の一次共振に共鳴周波数が一致するように構成される。尚、例えば、後部座席に対応する領域の防音材３０のバネマス共振周波数が、前部座席に対応する領域の防音材３０のバネマス共振周波数と異なる場合には、それに応じて、仕切り板２６の配置間隔が、前部座席と後部座席側とで適切に異ならしめればよい。

以上説明した本実施例１の車両用防音構造によれば、とりわけ以下のような有利な効果が奏される。

先ず、上述の如く、質量層付きの表皮層３２と中間層３４とを含む防音材３０が共振した場合でも、その際に防音材３０の中間層３４に生ずる空気流動が、中間層３４の側部に構成されたヘルムホルツ共鳴器により減衰されるので、防音材３０の表皮層３２からの放射音を効果的に低減することができる。

また、上述の如く、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を、防音材３０の一次共振のバネマス共振周波数に合わせることで、ヘルムホルツ共鳴器による放射音低減効果を最大化することができる。

また、上述の如く、骨格部材２０の閉断面の内部空間を利用してヘルムホルツ共鳴器を構成するので、他の部材との関係でスペース上の制約となることなく、また、追加する部品点数も最小限に抑えることができる。

また、上述の如く、骨格部材２０としてロッカーパネルを利用した場合には、ロッカーパネルは元々比較的大きな閉断面を有しているので、低周波のバネマス共振周波数に、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を容易に合わせることができる。即ち、防音材３０の一次共振のバネマス共振周波数は、一般的に低周波となるが、かかる低周波に応じた共鳴周波数をもつヘルムホルツ共鳴器を容易に構成することができる。

尚、上述した実施例１に対しては、以下のような変形例が考えられる。

例えば、上述の実施例１では、好ましい実施例として、防音材３０の側部に位置し閉断面が比較的大きいロッカーパネルを利用して、ヘルムホルツ共鳴器を構成しているが、車両幅方向に延在し閉断面を有するフロアクロスメンバを利用して、ヘルムホルツ共鳴器を構成してもよい。

また、上述の実施例１では、車両用防音構造は、フロアに対して適用されているが、ルーフに対しても適用することができる。この場合、ルーフパネルに配置されるルーフヘッドライニングを防音材として構成し、ルールサイドレールを利用してヘルムホルツ共鳴器を構成することとしてよい。

また、上述の実施例１では、ヘルムホルツ共鳴器の空洞部を画成する骨格部材２０の内部空間は、空気層であるが、骨格部材２０の内部空間の一部に、グラスウール等の吸音材を配置してもよい。

次に、図６及び図７を参照して、本発明による車両用防音構造の実施例２を説明する。図６は、本発明による車両用防音構造の実施例２を概略的に示す断面図である。図７は、図６に示す車両用防音構造の主要構成を抜き出して示す斜視図である。

本実施例２による車両用防音構造は、図１等を参照して説明した実施例１の車両用防音構造に対して、ヘルムホルツ共鳴器に代えて、共鳴管２８を用いる点が主に異なる。以下では、上述の実施例１と同様の構成については、同様の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

共鳴管２８は、図６及び図７に示すように、車両前後方向に延在し、骨格部材２０としてのロッカーパネル内に配置される。共鳴管２８は、両端が閉塞されており、首部２４を介して中間層３４に連通する。首部２４は、図７に示すように、共鳴管２８の長手方向の端部付近に設定され、共鳴管２８の周面に形成された開口を介して、共鳴管２８の内部空間に連通する。共鳴管２８の長手方向の長さは、防音材３０のバネマス共振周波数に相当する波長の四分の一とされる。即ち、バネマス共振周波数の一次共振に、共鳴管２８の吸音率が最大となる周波数（共鳴周波数）を一致させる。バネマス共振周波数の決定方法は、上述の実施例１と同様であってよい。

かかる実施例２においても、上述の実施例１と同様、バネマス共振により中間層３４で空気粒子が激しく流動すると、その空気粒子速度が、骨格部材２０内に構成された共鳴管２８により減衰させられる。即ち、中間層３４内の空気粒子が共鳴管２８に首部２４を介して入射することで生ずる共鳴作用により、中間層３４内の空気粒子速度が減衰される。これにより、フロアパネル１０−表皮層３２間の振動伝達率を大きく低減させることができる。

以上説明した実施例２の車両用防音構造によれば、とりわけ以下のような有利な効果が奏される。

先ず、上述の如く、質量層付きの表皮層３２と中間層３４とを含む防音材３０が共振した場合でも、その際に防音材３０の中間層３４に生ずる空気流動が、中間層３４の側部に構成された共鳴管２８により減衰されるので、防音材３０の表皮層３２からの放射音を効果的に低減することができる。

また、上述の如く、共鳴管２８の共鳴周波数を、防音材３０の一次共振のバネマス共振周波数に合わせることで、共鳴管２８による放射音低減効果を最大化することができる。

また、上述の如く、骨格部材２０の閉断面の内部空間を利用して共鳴管２８を配置するので、共鳴管２８を配置することによって他の部材との関係でスペース上の制約が生ずることがない。

また、上述の如く、骨格部材２０としてロッカーパネルを利用した場合には、ロッカーパネルは元々比較的大きな閉断面を有しているので、共鳴管２８の配置が容易である。また、ロッカーパネルは比較的長尺な部材であるので、共鳴管２８の長さを長くすることができる。これにより、低周波のバネマス共振周波数に、共鳴管２８の共鳴周波数を容易に合わせることができる。即ち、防音材３０の一次共振のバネマス共振周波数は、一般的に低周波となるが、かかる低周波に応じた共鳴周波数をもつ共鳴管２８を容易に構成することができる。

尚、上述した実施例２に対しては、以下のような変形例が考えられる。

例えば、上述の実施例２では、共鳴管２８と首部２４とが別部材で構成されているが、一部材により構成してもよい。例えば、共鳴管２８の一端だけを閉塞し、共鳴管２８の開口した他端側を屈曲させて、共鳴管２８の開口端が防音材３０の中間層３４に向くようにしてもよい。

また、上述の実施例２では、好ましい実施例として、防音材３０の側部に位置し閉断面が比較的大きいロッカーパネルの内部空間を利用して、共鳴管２８を配置しているが、車両幅方向に延在し閉断面を有するフロアクロスメンバの内部空間を利用して、共鳴管２８を配置してもよい。

また、上述の実施例２では、車両用防音構造は、フロアに対して適用されているが、ルーフに対しても適用することができる。この場合、ルーフパネルに配置されるルーフヘッドライニングを防音材として構成し、ルールサイドレールの閉断面により画成される内部空間に共鳴管２８を配置することとしてよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、防音材３０は、表皮層３２と中間層３４とからなる２層構造であるが、その他の層を追加しても良く、その他の層が、例えばフロアパネル１０と中間層３４との間に介在されてもよい。

本発明による車両用防音構造の一実施例を概略的に示す断面図である。本実施例におけるバネマス共振による放射音の低減作用の説明図である。横軸を周波数として振動増幅率を示す図である。ヘルムホルツ共鳴器のモデルを簡易的に示す図である。本実施例のヘルムホルツ共鳴器の好ましい構成例を示す。本発明による車両用防音構造の実施例２を概略的に示す断面図である。図６に示す車両用防音構造の主要構成を抜き出して示す斜視図である。

符号の説明

１０フロアパネル
２０骨格部材
２２開口
２４首部
２６仕切り板
２８共鳴管
３０防音材
３２表皮層
３４中間層

Claims

質量層を構成する表皮層と、多孔質材料を用いた中間層とを含む防音材と、
前記防音材の側部に配置され、前記防音材の中間層に連通する開口を備えるヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管とを備えることを特徴とする、車両用防音構造。
前記表皮層をマスとし、前記中間層をバネとしたバネマスモデルを想定した場合の該バネマスモデルの共振周波数に、前記ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管の共鳴周波数を対応させたことを特徴とする、請求項１に記載の車両用防音構造。
前記ヘルムホルツ共鳴器又は共鳴管は、車両の骨格部材の閉断面を利用して構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の車両用防音構造。
ヘルムホルツ共鳴器を用いる請求項１に記載の車両用防音構造であって、
前記ヘルムホルツ共鳴器が、
車両の骨格部材と、
該骨格部材の閉断面内の空間を仕切って複数の空洞を形成する仕切り板と、
前記骨格部材に形成され、前記空洞と前記中間層とを連通させる開口部と、により構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用防音構造。
前記骨格部材がロッカーパネルであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の車両用防音構造。