JP2008513280A - 窓パネルと車両のボディとの間に配置された音響的減衰セクション - Google Patents

Abstract

本発明は窓パネル３と車両のボディ２との間に配置されることが意図される密封セクション１に関する。本発明は、振動場の影響を受けたとき、セクションが音響減衰手段を形成することを特徴とする。発明性のあるセクションは、ボディが窓に対して局所的垂直の方向に変形する一方で、その面内で窓の局所的移動に関連する剪断動作を保証する。

Description

本発明は、グレージングおよび車両のボディフレームを通って伝えられた振動波を吸収するための音響減衰手段を形成するために、車両のボディフレームとグレージングとの間に組み合わされることが意図されるストリップに関する。

そのようなストリップは、その内部の音響的な快適さを改良するために、特に車両、詳細には自動車、グレージングのために使用することができる。

自動車において、機械的、熱的、視覚、その他の原因の不快の源は、次第に克服されてきた。しかし、音響的な快適さの改善はまだ非常に大きな継続した関心事である。

空気力学的雑音、すなわち移動する車の上で空気摩擦によって生み出される雑音は、少なくとも部分的には、その源において処理され、すなわち、エネルギーを節約するために、形状が修正され、したがって空気を通る侵入を改良し、それ自体が騒音の源である乱流を減少させる。乗客が配置される内部空間から外部の空気力学的雑音の源を分離する車両の壁の中で、窓は明らかに取り扱いが最も難しい。不透明の壁用にとっておかれたペースト状または繊維状の吸収剤を使用することはできず、また実用上または重量の理由で、十分な考慮なしでは、厚さを増加させることができない。欧州特許ＥＰ−Ｂ１−０ ３８７ １４８は、それらの重量および／または厚さを過剰に増加させることなく、空気力学的な原因の雑音に対してよい絶縁を提供するグレージングを提案している。したがって、その特許は、中間層が０．１５より大きい曲げ減衰係数υ＝Δｆ／ｆｃをもつラミネートされたグレージングを提案し、樹脂がそれぞれ４ｍｍの厚さの２つのペインの間にある、ラミネートされたガラスから作られた長さ９ｃｍで幅３ｃｍのラミネートされたバーをショックを用いて励起することよって、また第１モードの共鳴振動数ｆ_ｃおよび、Ａは周波数ｆ_ｃにおける最大振幅である振幅Ａ／√２におけるピークの幅Δｆを測定することによって測定が行われ、その結果、その音響減衰指数は、８００Ｈｚより上の任意の周波数に対して、参照指数から５ｄＢより多くは変化せず、２０００Ｈｚまではオクターブ当たりで９ｄＢ増加し、より高い周波数ではオクターブ当たりで３ｄＢ増加する。さらに、参照指数に対する音響減衰指数の差の標準偏差σは、４ｄＢより低いままである。２つのガラス板の厚さは同じでよく、２．２ｍｍに等しい。したがって、その特許は、空気力学的雑音に対する車両の音響絶縁の問題に対する一般的な解法を提案している。

対照的に、固体伝搬雑音、すなわち、固体を介して伝わり、かつ５０から３００Ｈｚまたは、さらに８００Ｈｚまでの周波数領域における雑音に対するグレージングの処理は達成するのがより難しい。これは、連結片の使用では、グレージングの振動による雑音の伝達を回避するのに十分ではないことがわかったからである。実際、いくつかのエンジン速度で、乗客によって知覚されるハム音の雑音が起こり、したがって不快の原因となることがわかった。起こることは、エンジンをかけることは、例えば、ボディフレームに伝えられ、それから連鎖効果によってグレージング伝えられる振動を生じさせるということである。ショックにさらされた物体によって得られたエネルギーは振動現象を生み出し、かつショックのすぐ後で、再び自由になった物体は固有モードで振動することが知られている。振動周波数は各モードに関連している。振動の振幅は、初期励起に依存しており、すなわち、ショックのスペクトル成分（調査される周波数におけるショックの振幅）およびショックの衝撃の領域に依存しており、モード変形は、ショックが振動の波腹または振動の波節で起こるかによって、より大きくまたはより小さくなる。

固有モードが励起されるために、
（１）衝撃のポイントで引き起こされた変形がモードの振動の波節上に配置されないこと、および
（２）ショックのエネルギースペルトルがモードの共鳴周波数に成分をもつこと
が必要である。

後者の条件は、非常に短いショックは、事実上一定のエネルギースペクトルを示すので、事実上常に満足される。

第１の条件も満足され、例えば、両端が自由であるバーに対して、必要とされるすべてのことは、両端のうちの１つが攻撃され、すべての曲げモードが励起されることであろう。

固体伝搬励起は周辺的であり、エンジンのある振動周波数で、すなわちあるエンジン速度で、少なくとも１つのグレージングが振動モードをもち、かつ車の運転室は音響モードをもち、これら２つのモードの間の結合が、グレージングを介して、この例では、エンジンから生じるエネルギーの音響放射から起こるハム音を増幅することが示された。もちろん、これらの現象をもたらすエンジン速度は、各タイプの車両に特有であり、したがって、単一の値に一般化することはできない。

したがって、固体伝搬雑音に関して車の運転室内で音響的な快適さを改良するために、特許ＥＰ ０ ８４４ ０７５は、それが０．６より大きい損失係数ｔａｎδおよび、１０と６０℃の間の温度範囲で２・１０^７Ｎ／ｍ^２より小さい剪断弾性係数Ｇ’をもつので、固体伝搬可聴雑音に関して非常に満足できる減衰品質を有する、少なくとも１つの中間層フィルムを含むラミネートされたグレージングを提案している。

音響減衰特性を備えるグレージングの使用の別法または追加となりうる１つの解法は、グレージングの周辺付近に、音響減衰特性をもつストリップを組み合わせることでもよい。特許出願ＷＯ ０４／０１２９５２は、そのような音響減衰特性を提供するために、少なくとも０．２５に等しい等価の損失係数ｔａｎδ_ｅｑと組み合わされて、少なくとも２５ＭＰａに等しい単位長さ当たりの実の等価のスティフネスＫ’_ｅｑを備えることが必要なストリップを開示している。

単位長さ当たりの等価のスティフネスは、ストリップの線形のメートル当たりのストリップの等価のスティフネスである。

等価のストリップのスティフネスは、材料の数またはそれらの構成にかかわらず、ストリップの全体のスティフネスである。

スティフネスはストリップの変形をそれに加えられた荷重と関係付ける量である。スティフネスは、ストリップを構成する材料の剛性によって、またストリップの幾何形状によって定義され、剛性は材料に特有の量であり、かつヤング係数および／または剪断弾性係数に依存する。引張―圧縮で働くとき、ヤング係数は応力および材料が受ける変形に関係し、一方、剪断で働くとき、剪断弾性係数は応力および材料が受ける変形に関係する。

等価の損失係数ｔａｎδ_ｅｑは、材料の数およびそれらの構成にかかわらず、ストリップの全体の損失係数である。

損失係数は、散逸パワー、すなわちストリップの変形のエネルギーからストリップにわたる熱エネルギーへの変換と、単位長さ当たりのスティフネスとの間の比によって定義される。

１つまたは複数の材料から構成されるストリップの単位長さ当たりの実の等価のスティフネスＫ’_ｅｑおよび等価の損失係数ｔａｎδ_ｅｑを決定するために、これらの量は粘弾性分析機を使用して見積もられる。粘弾性分析機は実の等価のスティフネスＫ’_ｅｑ、およびストリップと同じ断面で長さＬのストリップの試料の等価の散逸パワーＫ’’_ｅｑを測定し、以下の計算が行われる。すなわち、
−ストリップの単位長さ当たりの実の等価のスティフネスＫ’_ｅｑを得るために、測定された実の等価のスティフネスとストリップの長さＬとの間の比、
−ストリップの等価の損失係数ｔａｎδ_ｅｑを得るために、測定された等価の散逸パワーと測定された実の等価のスティフネスとの間の比
の計算が行われる。

本明細書中で上述されたストリップこのタイプでは、応力および、グレージングに対して垂直な方向に引張―圧縮で働くとき、材料によって受ける変形のみが考慮され、剪断については無視できる。これは、ボディフレームが、ストリップと比較して非常に剛性なので、それが変形せず、かつ振動エネルギーを吸収できないためである。ストリップだけが、大幅に変形し、主に引張―圧縮で働くことによって、機械エネルギーを散逸する。

次に、発明者は、車両のいくつかのタイプに対しては、ボディフレームがそれほど剛性でないことがあり、したがって、それが実際は変形をして、ストリップの働き、したがってこのストリップによる機械的エネルギーの散逸を低減させることを意味することに気づいた。したがって、少なくとも０．２５に等しい等価の損失係数ｔａｎδ_ｅｑと組み合わされて、少なくとも２５ＭＰａの単位長さ当たりの実の等価のスティフネスＫ’_ｅｑを備える本明細書中で上述された特徴を示すストリップにおいて、雑音低減能力は実際は期待通りではない。

したがって、本発明の目的は、ボディフレームに固定されたとき、完全にその機能を遂行することができる、かつその変形がストリップの働きをグレージングに対して垂直な方向に限定する、音響減衰特性をもつストリップを含む別の解法を提供することである。

本発明によれば、ストリップは、振動場の作用にさらされたとき、それが音響減衰手段を構成し、ボディフレームがグレージングに対して局所的垂直方向に変形する一方で、それが、その面内でグレージングの局所的移動と組み合わされて剪断で働くことを特徴とする。

剪断でのストリップの働きによる散逸は、ストリップがもつＱ値 Ａによって定義され、このＱ値は４より小さいまたはそれに等しい。

Ｑ値 Ａは剪断モード準静的レセプタンスＲ_０に対する最大レセプタンスＲ_１の比によって決定される。より詳細には、レセプタンスＲ（ｆ）は重量に加えられる力に対する重量の周波数依存変位の比を与える周波数応答関数であり、重量がストリップの２つの試料によって２つの金属支持体の間に取り付けられる。

最大レセプタンスＲ_１は、最小周波数の局所極大におけるレセプタンスＲ（ｆ）の値として定義され、それはストリップの試料からの重量の懸垂モードに対応する。この極大が達成される周波数はｆ_１と表される。

剪断モード準静的レセプタンスＲ_０は、周波数がｆ_１／１０に等しいときに測定されたレセプタンスＲ（ｆ）の値として定義される。

したがって、Ｑ値 Ａは剪断モード準静的レセプタンスに対する最大レセプタンスの比Ｒ_１／Ｒ_０によって定義される。

発明者は、Ｑ値 Ａのために与えられた基準を、有利には、３・１０^−６ｍ／Ｎより大きいまたはそれに等しいことが必要であるストリップのレセプタンスＲ_０に関する基準と関連付けることができることも示した。

別の特徴によれば、ストリップは、ただ１つの材料、または一緒に積み重ねられたいくつかの材料から作られる。

好ましくは、１つまたは複数の材料は少なくともグレージングおよび／またはボディフレームとの接着特性をもつ。

材料の好ましい例は、１成分のポリウレタンであり、より詳細には、シランで終端化処理された１成分のポリウレタンであり、その材料は、２つの非常に明確な温度領域において２つのガラス転移をもつ。

別の特徴によれば、ストリップは、その長さ全体または部分にわたって均一な、または非均一な断面をもつ。

ストリップは、押出および／または封入および／または移送成形ならびに／あるいは射出成形の方法によってグレージングおよびボディフレームである要素の少なくとも１つに適用される。

ストリップは自動車のボディフレームと組み合わされてもよく、特に、車両のグレージングは、少なくとも２つのガラスと音響特性をもつフィルムとを含むラミネートされたグレージングであってもよい。音響特性をもったフィルムが満たすべき基準に関しては、特許出願ＥＰ ０ １００ ７０１およびＥＰ ０ ８４４ ０７５を参照することができる。

本発明は、車両のボディフレームとグレージングとの間に組み合わされることが意図されるストリップの散逸特性を決めるための方法であって、それが剪断モード準静的レセプタンスＲ_０に対する最大レセプタンスＲ_１の比として決められるストリップのＱ値 Ａを確立することにあり、レセプタンスが重量に加えられる力に対する重量の周波数依存変位の比を与える周波数応答関数であり、重量がストリップの２つの試料によって２つの金属支持体の間に取り付けられ、Ｑ値 Ａが４より小さいまたはそれに等しいとき、ストリップが散逸特性をもつことを特徴とする方法も提案する。

この方法によれば、剪断モード準静的レセプタンスＲ_０は３・１０^−６ｍ／Ｎより大きいまたはそれに等しい。したがって、発明者は、ボディフレームがグレージングに対し垂直方向に変形する一方で、ストリップが、その面内でグレージングの局所的移動と組み合わされて剪断で働くとき、グレージングおよび／またはボディフレームによって放射された雑音を起こす振動エネルギーを散逸するために、車両のグレージングとボディフレームとの間に組み合わされるストリップを使用することの利益を示した。

振動エネルギーの散逸のための使用では、ストリップは本明細書中で上述された特徴を有利に示す。適切な材料および適当な寸法を、４またはそれより低いＱ値に到達するために、ストリップの最小の寸法（高さおよび幅）によって選択しなければならないであろう。

本発明の他の利点および特徴が、添付された図面に関する説明の残り部分において明らかになるであろう。

図１はボディフレーム２と車両、例えば自動車のグレージング３との間に組み合わされた音響減衰ストリップ１の部分概略図を表す。ボディフレームが引張―圧縮で働くことができる一方で、このストリップによって引き起こされた音響減衰は、剪断でグレージング面に平行な変形において働く能力の結果である。

ストリップは、単一の材料、またはストリップの高さ方向および／または幅方向に積み重ねられた材料のスタックなどの層に配置された、いくつかの材料から作ることができる。

剪断で働く一方、散逸エネルギーのその機能は、ストリップがもつＱ値 Ａによって定義される。本発明によれば、このＱ値は４に等しいまたはそれより低いことが必要である。

上で説明したように、Ｑ値 Ａは剪断モード準静的レセプタンスＲ_０に対する最大レセプタンスＲ_１の比を計算することによって決定される。

ストリップの音響減衰特性またはそれ外以外のものを決定するために、そのＱ値 Ａというものを確立することが必要である。

レセプタンスを測定するために図２に概略的に示された手順は以下の通りである。０．０２５ｋｇの重さがあり、長方形の平行六面体の鉄のブロックから構成される重量４０が２つの鉄のアプライト４１および４２の間にストリップ１の２つの試料を用いて固定される。アプライトは、それ自体、例えば、適切な結合によってスラブ４３に固定される。アプライト、ストリップの試料および重量は、強固な結合によって、様々な構成要素の自重以外のいかなる予荷重もなしで、例えば、シアノアクリレート接着剤を使用することによって固定される。ストリップの試料は、０．０２ｍの長さであり、ボディフレームとグレージングとの間に取り付けられる場合と同じ断面をもつ。それらは、アプライトと重量との間に配置されるように、ボディフレームとグレージングとの間に方向付けて置かれる。

重量は力変換器４５を介してそれに接続された電動式ポット４４を用いて振動的に励起される。電動式ポットによって送られる荷重信号は、少なくとも４０から１０００Ｈｚの周波数帯域にわたって白色雑音から構成される。力変換器４５によってＮで測定された力はＦで表される。

同時に、重量４０の加速度は、０．００５ｋｇより小さい重量をもつ加速度計４６を使用して測定される。加速度計４６によってｍ／ｓ^２で測定された加速度は、γと表される。

電動式ポットによって加えられた荷重および重量の加速度は、ストリップの試料の長さに平行に向けられて、２つのアプライトの中央平面で、同じ方向で測定される。その結果、重量の移動が、それらの長手方向に剪断で働くストリップの試料内に存在する。

周波数の関数として、重量に加えられた力に測定された加速度を関係付ける周波数応答関数の係数［γ／Ｆ］が細かい帯域で決定される。周波数ｆの関数として、レセプタンスＲ（ｆ）は、それから次のように導き出すことができる。すなわち、Ｒ（ｆ）＝｜γ／Ｆ｜／（２πｆ）^２

最大レセプタンスＲ_１が決定され、これは局所極大におけるレセプタンスＲ（ｆ）の値として決定され、その周波数は最小であり、それはストリップの試料の長手方向におけるストリップの試料からの重量の並進懸垂モードに対応する。この極大が達成される周波数はｆ_１と表される。

剪断モード準静的レセプタンスＲ_０は、周波数がｆ_１／１０に等しいとき測定されたレセプタンスＲ（ｆ）の値として定義される。

Ｒ_１およびＲ_０が決定されたのでＱ値 ＡがＲ_１／Ｒ_０比を使用して計算される。それぞれ、４またはそれより低いＱ値 Ａをもつという基準に合うおよび合わないストリップの２つの例Ｐ１およびＰ２がこの後に与えられる。本発明のストリップＰ１は、１成分のポリウレタン製、より詳細にはシランで終端化処理された１成分のポリウレタン製の１０ｍｍの幅で５ｍｍの厚さの長方形のビードから作られ、製品は２つの非常に異なる温度領域において２つのガラス転移をもつ。それはガラスをボディフレームに接着させる特性をもつ。上で説明されたプロトコールを使用して決定されたそのＱ値は１．３である。

ストリップＰ２は、ポリウレタンマスチック、例えば、グレージングをボディフレームに固定する自動車の構成でよく知られている材料である、Ｄｏｗ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ社によって販売されているＧｕｒｉｔからなる１２ｍｍの幅で６ｍｍの厚さの長方形のビードから作られる。上で説明されたプロトコールによって決定されたそのＱ値は５．２である。

これらの２つのストリップは１体式のグレージングを自動車のボディフレームに固定するために独立に使用された。両方の例で、雑音伝達測定が行われた。すなわち、衝撃ハンマーによってグレージングに加えられた力、およびこの同じ衝撃によって引き起こされた内部雑音の同時の測定が、雑音伝達と呼ばれる周波数応答関数［ｐ／Ｆ］を導き出すことを可能にし、ｐは乗客の耳のところで測定される音響圧力であり、Ｆはグレージングの中心のところで、衝撃ハンマーによって生み出された力である。グレージングと車のボディとの間の振動―音響の結合が強いほど、雑音伝達は高くなる。言い換えれば、雑音伝達レベルが低減されたときに、音響の改良が得られる。

図３は周波数の関数として、１３０から２３０Ｈｚの範囲にわたって、ストリップＰ１およびＰ２に関して得られた雑音伝達の結果を示す。４またはそれより低いＱ値をもつという基準に合うストリップＰ１の使用は、雑音伝達を低減させ、したがってグレージングボディフレームシステムの音響性能を改良させることを可能にすることがわかる。

車両のボディフレームとグレージングとの間に組み合わされた本発明によるストリップの部分断面図である。 ストリップを特徴付けるレセプタンスを測定するために使用される装置を示す概略図である。 特に本発明のストリップを含む車両でとられた周波数の関数として比較雑音伝達測定の曲線を示す図である。

Claims (14)

1. 車両のボディフレーム（２）とグレージング（３）との間に組み合わされることが意図される密封ストリップ（１）であって、振動場の作用にさらされたとき、音響減衰手段を構成し、ボディフレームがグレージングに対して局所的垂直方向に変形する一方で、その面内でグレージングの局所的移動と組み合わされて剪断で働くことを特徴とする、密封ストリップ（１）。
2. 剪断でのストリップの働きがストリップがもつＱ値 Ａによって定義され、このＱ値が４より小さいまたはそれに等しく、剪断モード準静的レセプタンスＲ_０に対する最大レセプタンスＲ_１の比によって決定され、レセプタンスが重量に加えられる力に対する重量の周波数依存変位の比をもたらす周波数応答関数であり、重量がストリップの試料によって２つの金属支持体の間に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のストリップ。
3. ストリップのレセプタンスＲ_０が３・１０^−６ｍ／Ｎより大きいまたはそれに等しいことを特徴とする、請求項２に記載のストリップ。
4. ストリップがただ１つまたは一緒に積み重ねられたいくつかの材料から作られることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のストリップ。
5. １つまたは複数の材料が少なくともグレージングおよび／またはボディフレームとの接着特性をもつことを特徴とする、請求項４に記載のストリップ。
6. ストリップの材料が１成分のポリウレタンであり、より詳細には、シランで終端化処理された１成分のポリウレタンであり、その材料が、２つの非常に明確な温度領域において２つのガラス転移をもつことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のストリップ。
7. それが押出および／または封入および／または移送成形ならびに／あるいは射出成形の方法によってグレージングおよびボディフレームである要素の少なくとも１つに適用されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のストリップ。
8. ストリップが、その長さ全体または部分にわたって均一な、または非均一な断面をもつことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のストリップ。
9. それが自動車のボディフレームと組み合わされることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のストリップ。
10. それが少なくとも２つのガラス板と音響特性をもつフィルムとを含むラミネートされたグレージングと組み合わされることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のストリップ。
11. 車両のボディフレームとグレージングとの間に組み合わされることが意図されるストリップの散逸特性を決めるための方法であって、それが剪断モード準静的レセプタンスＲ_０に対する最大レセプタンスＲ_１の比として決定されるストリップのＱ値 Ａを確立することにあり、レセプタンスが重量に加えられる力に対する重量の周波数依存変位の比を与える周波数応答関数であり、重量がストリップの試料によって２つの金属支持体の間に取り付けられ、Ｑ値 Ａが４より小さいまたはそれに等しいとき、ストリップが散逸特性をもつことを特徴とする、方法。
12. ストリップのレセプタンスＲ_０が３・１０^−６ｍ／Ｎより大きいまたはそれに等しいことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 車両のグレージングとボディフレームとの間に組み合わせられた、グレージングおよび／またはボディフレームがそれにさらされた振動放射の音響減衰のためのストリップの使用であって、ボディフレームがグレージングに対して垂直方向に変形する一方で、ストリップがその面内でグレージングの局所的移動と組み合わされて剪断で働くことを特徴とする、ストリップの使用。
14. 請求項２に記載のストリップの使用。

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