JP2009040071A - 吸音材及び吸音材を備えた吸音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低・中周波数から高周波数に亘る広い範囲での吸音性能をいままで以上の高いレベルに高めることができる吸音材を提供する。
【解決手段】吸音特性が、低・中周波数から高周波数に亘る吸音性能をほとんど決定する因子である流れ抵抗、ヤング率及び損失係数を用いて特定され、その流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴、ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴、損失係数が、損失係数≦０．１２とされて、各因子が低・中周波数及び高周波数に対する吸音性能を高める観点から設定されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、吸音材及び吸音材を備えた吸音構造に関する。

吸音材としては、特許文献１に示すように、繊維間の空隙に発泡性樹脂バインダーを介在させて粉体を保持し、ヤング率を１０⁵N/ｍ² 以下として成るものが提案されている。このものによれば、低周波域においても良好な吸音特性を示し、粉体のこぼれによる性能劣化を起こしにくい吸音材を提供できる。また、別の吸音材として、特許文献２に示すように、損失係数０．０５以上、通気量０．１ｄｍ³／ｓ以上、かつ厚さが１〜５０ｍｍの多孔質体として構成されたものが提案されている。このものによれば、１００Ｈｚ付近の低周波数領域から２０００Ｈｚ付近の高周波数領域までの範囲において吸音効果を高めることができる。さらには、ドーム状構造物として、特許文献３に示すように、外周構造部と、この外周構造部の上に設けられた屋根構造体とを具備してなり、前記屋根構造体が、膜材からなる第１の層と、この第１の層の外側にあって吸音材からなる第２の層と、この第２の層の外側にあって板材からなる第３の層と、前記第１の層と第２の層との間に設けられた第１の空気層と、前記第２の層と第３の層との間に設けられた第２の空気層とを具備してなり、 第１の層を構成する膜材が空気透過性材料からなり、第１の層を構成する膜材の流れ抵抗が、２０℃、１気圧の条件下において、１×１０⁵ 〜２×１０⁶Ｎ・ｓｅｃ／ｍ⁴ であるものが開示されている。これによれば、 吸音性などの音響特性が良好で、エコーの起き難い内部空間を有するドーム状構造物を提供できる。
特開平０８−０３９５９６号公報 特開２００４−１９１４４５号公報 特開平１１−６２０１号公報

しかし、上記各特許文献１〜３においては、吸音性能を高めた内容が開示されているものの、その内容は、吸音材の物性値（流れ抵抗、ヤング率、損失係数等）等の一部に着目しただけにすぎないものであり、吸音材の吸音性能に全体として何が関係し、その関係するものがどの程度の関わりをもっているかの深い考察はない。このため、低・中周波数から高周波数に亘る吸音性能は必ずしも高くない。

このような状況の下、本件発明者は、研究の結果、低・中周波数音及び高周波数音の吸音性能に流れ抵抗、ヤング率及び損失係数が深く関わり、それら三者によりほとんど吸音性能が決定されることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その第１の技術的課題は、低・中周波数から高周波数に亘る広い範囲での吸音性能をいままで以上の高いレベルに高めることができる吸音材を提供することにある。
第２の技術的課題は、上記吸音材を利用した吸音材を備えた吸音構造を提供することにある。

前記第１の技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
吸音特性が、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数を用いて特定され、
前記流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴とされ、
前記ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴とされ、
前記損失係数が、損失係数≦０．１２とされている、
ことを特徴とする吸音材とした構成としてある。請求項１の好ましい態様としては、請求項２〜４の記載の通りとなる。

前記第２の技術的課題を達成するために本発明（請求項５に係る発明）においては、
一対の板材を対向配置させることにより該一対の板材間に吸音空間が形成され、前記一対の板材のうちの一方の板材が、低・中周波の波動によって微振動可能な振動部を備える振動板部材とされ、前記吸音空間内に吸音材が、該振動板部材の振動部に面した位置に配置されている吸音材を備えた吸音構造であって、
前記吸音材が、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数を用いて特定され、
前記流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴とされ、
前記ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴とされ、
前記損失係数が、損失係数≦０．１２とされている構成としてある。この請求項５の好ましい態様として、請求項６以下の記載の通りとなる。

請求項１の発明によれば、低・中周波数から高周波数に亘る吸音性能をほとんど決定する因子である流れ抵抗、ヤング率及び損失係数の三者を用いて、その流れ抵抗、ヤング率及び損失係数が、低・中周波数及び高周波数に対する吸音性能を高める観点から決められた各該当範囲に属するように設定されていることから、低・中周波数から高周波数に亘る広い範囲での吸音性能を、いままで以上の高いレベルに確実に高めることができる。

請求項２の発明によれば、吸音特性が、１００Hz〜１０ｋHzの音域における音を吸音するように設定されていることから、具体的当該音域における音に対する吸音性能についても、いままで以上の高いレベルに確実に高めることができる。

請求項３の発明によれば、一対の板材を対向配置させることにより扁平な吸音空間が形成され、その一対の板材のうちの一方の板材が、低・中周波の波動によって微振動可能な振動部を備える振動板部材とされる構造に対して、前記吸音空間内において前記振動部に面した状態で配置されるものであることから、当該構造における振動板部材及びその振動部の微振動により、吸音空間外の低・中周波数音を該吸音空間内に伝播し、その吸音空間内において、空気の粒子速度を振動板部材に沿う分布にすると共にその粒子速度を増大させた状態にできることになり、当該吸音材に、主として、低・中周波数音を効果的に吸音する役割を担わせることができる。

請求項４の発明によれば、構造における前記振動板部材が車両の客室に面していることから、高周波数音は勿論、車室内における低・中周波数音も、前述の振動板部材及びその振動部の微振動を利用して、吸音空間の吸音材に吸音させることができる。

請求項５の発明によれば、前記請求項１に係る吸音材が吸音空間に配置されて用いられることになり、前記請求項１に係る吸音材を利用した吸音構造を提供できる。この場合、当該吸音構造においては、吸音空間に入り込んでくる高周波数音は勿論、低・中周波数音についても、振動板部材及びその振動部の微振動により空気の粒子速度を振動板部材に沿う分布にすると共にその粒子速度を増大させた状態にして、吸音空間内に導くことができることになり、吸音空間内に配置される前記請求項１に係る吸音材により、低・中周波数音から高周波数音に亘る広い範囲の音を的確且つ効果的に吸音できる。

請求項６の発明によれば、吸音材が、吸音空間内に、該吸音空間の厚み方向において略充填状態をもって配置されていることから、本件発明者の知見に基づき、吸音空間への吸音材の充填程度の面から、吸音性能を最大限、引き出すことができる。

請求項７の発明によれば、振動板部材の振動部が、該振動板部材の振動部以外の部分の剛性よりも低い剛性に設定されていることから、振動板部の微振動を促進して、吸音空間内における低・中周波数音についての粒子速度の増大を図ることができ、吸音材による低・中周波数音の吸音性能を、一層向上させることができる。その一方、本件発明者の知見に基づき、高周波数音の吸音に対して一方の板材の剛性が及ぼす影響が極めて小さいことから、低・中周波数音の吸音のため振動部の剛性を低めたとしても、高周波数音の吸音性能の低下を極力抑えることができる。

請求項８の発明によれば、振動板部材が、既存の構造物の構成部材である内側部材を利用して形成されていることから、既存の構造物に当該吸音構造を形成するに際して、別途、振動板部材を用意する必要はなくなり、投入部材の節約を図ることができる。

請求項９の発明によれば、振動板部材が車両のトリムであることから、既存の構造物としての車両に当該吸音構造を形成するに際して、その車両のトリムを有効に利用して、投入部材の節約を図ることができる。

請求項１０の発明によれば、トリムがルーフトリムであることから、ルーフトリムを有効に利用して、投入部材の節約を図ることができる。しかもこの場合、ルーフトリムの広い面積を利用して、吸音材の設置自由度を高めることができるばかりか、吸音材を広範囲に設置できることになり、吸音性能を、より効果的に高めることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
（Ａ） 吸音材について
（１）(i)本件吸音材は、天然繊維、合成繊維等の繊維を板状に成形することにより形成されるが、その吸音特性は、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数を用いて特定されている。低・中周波数（１００〜８００Ｈｚ）及び高周波数（１ｋＨｚ以上）のいずれの周波数帯においても、吸音特性（吸音性能）に影響を及ぼす因子の寄与率に関し、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数の三者が全体のほとんどを占めることになるからである。

(ii)本件発明者が、低・中周波数、高周波数における吸音特性に影響を与える因子（Ｂｉｏｔ理論に基づく音響パラメータ）の割合について調べたところ、図１，図２に示す結果を得た。図１は、低・中周波数における吸音特性に影響を与える因子（Ｂｉｏｔパラメータ）の割合を示し、図２は、高周波数における吸音特性に影響を与える因子（Ｂｉｏｔパラメータ）の割合を示している。これらは、各パラメータを複数の水準に振ったサンプルを作成し、吸音特性の計測値との関係を、多変量解析により寄与率として求めたものである。これらによれば、吸音特性に影響を与える因子としては、熱的特性長、粘性特性長、迷路度、損失係数、ヤング率、流れ抵抗等が考えられるものの、図１，図２からも明らかなように、そのうち、流れ抵抗、ヤング率、損失係数の三者の寄与率の総和が９０％近くを占め、これらが、低・中周波数及び高周波数における吸音特性を実質的に支配することを示した。これに基づき、上述の通り、本件吸音材は、その吸音特性が流れ抵抗、ヤング率、損失係数をもって特定されている。

(iii)本件吸音材の吸音特性を特定する流れ抵抗、ヤング率、損失係数は、下記内容を有している。
(a)流れ抵抗は、材料固有の特性を表す指標の１つで、材料に空気を流したときの該材料中の空気の流れにくさを表すものである。具体的には、流れ抵抗Ｒは、Ｒ＝ΔP／(v・ｄ）で示すことができる。ここで、ΔP：空気を流したときにおける材料の前後に発生する圧力差（Ｎ／ｍ²）、ｖ：材料中を流れる空気の流速（ｍ／ｓ）、ｄ：材料の流れ方向の厚みであり、流れ抵抗Rの単位はＮ・ｓ／ｍ⁴となる。
(b)ヤング率は、材料の硬さ（弾性率）により、材料自体の振動のし易さを表すものである。具体的には、ヤング率Ｅは、Ｅ＝σ／ε （σ：垂直応力 ε：縦ひずみ）であり、そのヤング率の単位はＮ／ｍ²である。
(c)損失係数は、材料が振動する際の減衰のし易さを表すもので、振動が収まりやすいほど値が大きくなり、振動がおさまりにくいほど小さくなる。具体的には、損失係数δを求めるためには、半値幅法等、種々の方法が用いられるが、その半値幅法においては、図３に示すように、サンプルの周波数応答関数のピーク値ｆ0から 3 dB 小さい点の周波数 f 1 、f 2 を読み取り、δ＝Δｆ／ｆ0 より求められる。この場合、Δｆは、Δｆ＝f 1 −f 2、損失係数δの単位は、無次元である。

（２）(i)本件吸音材は、流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴、ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴、損失係数が、損失係数≦０．１２とされている。これは、前述の如く、低・中周波数及び高周波数のいずれの周波数帯においても、吸音特性に影響を及ぼす因子の寄与率に関し、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数の三者が全体のほとんどを占めることから、その流れ抵抗、ヤング率及び損失係数の三者について、低、中周波数及び高周波数のいずれの周波数帯でも高い吸音特性を示すことができる範囲を特定したのである。

(ii)図４は、流れ抵抗Ｒ、ヤング率Ｅ、損失係数δが、低・中周波数音(ロードノイズ（１００〜８００Hz))及び高周波数音（風騒音（１ｋHz以上))に対する吸音特性に与える影響について調べた内容を示す。尚、吸音特性については、実際には、吸音特性ｆ＝ｆ（Ｒ，Ｅ，δ）の形で結果が求められることになるが、それをより感覚的にわかりやすくすべく、図４においては、各因子（流れ抵抗、ヤング率、損失係数）と各周波数帯における吸音特性との関係を重回帰分析により求め、吸音効果を縦軸にする一方、各因子毎の値を横軸にとったグラフとしている。

(iii)図４によれば、流れ抵抗に関しては、低・中周波数音及び高周波数音のいずれの周波数帯についての吸音特性も、流れ抵抗の値が大きくなるにしたがって吸音効果(騒音低減効果）が高まる特性を示した。ヤング率に関しては、低・中周波数音に対する吸音特性として、上に凸となる湾曲特性を示して、吸音効果を得るためには適正範囲が存在することを示し、高周波数音に対する吸音特性としては、ヤング率の値が小さくなるにしたがって吸音効果が大きくなることを示した。損失係数に関しては、低・中周波数音に対する吸音特性として、損失係数が小さくなるに従って吸音効果が大きくなる特性を示した。高周波数音の吸音特性に損失係数が及ぼす影響については、省略されているが、これは、図２に示すように、高周波数音の吸音に対する損失係数の寄与が小さく、損失係数に関しては、低・中周波数だけを調整（チューニング）すればよいと考えるからである。尚、上記図４の各吸音特性を調べるに際して、吸音材として、厚み１０ｍｍ、面積０．９５ｍ²のものを用いた。

(iv)このような図４の各特性の下で、高周数音に対する吸音特性として、基準線ｈsを基準として、それを超える範囲に着目する一方、低・中周波数音に対する音低減効果として、基準線ｌsを基準として、それを超える範囲に着目して、両者の共通する領域を求めた。この場合、基準線ｈｓについては、垂直入射吸音率を０．２５、より具体的には、普通車セダン、ハッチバック型で、風騒音が、吸音材を設けない場合に比して２．０（ｄＢＡ）向上するレベル（現在の高性能品レベル））に設定され、基準線ｌsについては、普通車セダン、ハッチバック型で、ロードノイズが、吸音材を設けない場合に比して０．３（ｄＢＡ）向上するレベルに設定されている。この結果、上述のように、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴、ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴、損失係数≦０．１２を得た。これにより、低、中周波数から高周波数に至る広い範囲に亘って高い吸音特性を得ることができることになる。尚、損失係数については、低・中周波数音についてのもののみを利用しているが、これについては、前述の通りである。

(v)図５，図６は、上記内容を裏付ける実験結果を示している。図５は、低周波数音から高周波数音に変化させた場合における吸音率を示しており、図６は、高周波数音吸音効果を一方の座標軸、低・中周波数音吸音効果を他方の座標軸とした場合において、所定の低・中周波数音（例えば１００〜８００Ｈｚ）及び所定の高周波数音（１ｋＨｚ以上）に対する吸音効果をそれぞれ調べ、それを座標上の位置として表したものを示している。この場合、各実験においては、図７に示す吸音材Ａ，Ｂ，Ｃを用いた。吸音材Ａは、高周波数音用吸音材（現在における高性能品）であり、この吸音材Ａは、流れ抵抗に関しては本件吸音材の範囲に属するものの、ヤング率及び損失係数は本件吸音材の範囲から外れている。吸音材Ｂは、低・中周波数音用吸音材（現在における高性能品）であり、この吸音材Ｂは、ヤング率及び損失係数に関して、本件吸音材の範囲に属するものの、流れ抵抗に関しては、本件吸音材の範囲から外れている。吸音材Ｃは、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数のいずれも本件吸音材の範囲に属する具体例である。

(vi)図５の結果によれば、吸音材Ｃは、低・中周波数音帯（１００〜８００Hz)で、低・中周波数音用吸音材として現在高性能品である吸音材Ｂよりも吸音率が高くなると共に、高周波数音帯（１ｋHz以上)においても、高周波数音用吸音材として現在高性能品である吸音材Ａよりも吸音率が高くなり、全周波数音領域において、吸音材Ｃは、吸音特性に関し、格段に優れた結果を示した。また、図６の結果によれば、高周波数音用吸音材である吸音材Ａが、高周波数音に対してしか高い吸音効果を示さず、また、低・中周波数音用吸音材である吸音材Ｂが、低・中周波数音に対してしか高い吸音効果を示さないのに対して、吸音材Ｃは、高周波数音及び低・中周波数音に高い吸音効果を示した。尚、図６中、「■」印は一般品を示す。

（３）本件吸音材における前記流れ抵抗、ヤング率、損失係数（物性値）は、吸音材の材料としての繊維材料の状態、吸音材の製法により効果的に調整されている。

(a)繊維材料の状態
繊維材料に基づき上記物性値を変更できるパラメータとして、繊維素材、繊維断面の穴の有無（中空又は中実）、繊維の縮れが考えられる。図８は、それらを単独的に用いて各物性値について調べた結果である。その図８によれば、流れ抵抗に関しては、その流れ抵抗の値を大きくするために、繊維素材、繊維断面の穴の有無があまり影響を与えなかったのに対して、繊維の縮れが大きく影響を与えた。ヤング率に関しては、その値を大きくするためには、繊維素材として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が効果的であり、繊維断面の穴の有無については中実のものが効果的であった。繊維の縮れについては、あまり影響がみられなかった。これに対して、ヤング率の値を小さくするためには、繊維素材として、アクリル樹脂が効果的であり、繊維断面の穴の有無については中空であるものが効果的であった。繊維の縮れについては、この場合もあまり影響を与えなかった。損失係数に関しては、その値を小さくするために、繊維素材として、ＰＥＴが効果的であり、繊維断面の穴の有無については中実であるものが効果的であった。繊維の縮れについては、あまり影響が見られなかった。本件吸音材は、流れ抵抗、ヤング率、損失係数に関して、このような繊維材料の状態に基づく知見を利用して、効果的に調整が図られている。

(b)吸音材の製法
本件吸音材は、バインダ繊維（本実験においては、低融点のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を使用）を含む繊維を加熱下で成形して板状等に形成されるが、この際、成形温度、成形時間、バインダ繊維量（他の繊維を含む全体に対するバインダ繊維の割合）が、流れ抵抗、ヤング率、損失係数を変更できるパラメータとして考えられる。図９〜図１１は、これらパラメータが、流れ抵抗、ヤング率、損失係数に及ぼす影響について、図１２に示す条件の下で調べた結果である。勿論、この図９〜図１１の結果を得るに当たり、一のパラメータを各水準に従って変更するときには、他のパラメータは一定値に固定した。

（ａ）流れ抵抗に関しては、図９に示すように、成形温度、成形時間を水準１から３へ向けて大きくするに従って流れ抵抗の値も大きくなり、成形温度、成形時間が流れ抵抗の値を調整するために有効であることを示した。これに対して、バインダ繊維量については、水準１〜３に向けて増大させても流れ抵抗の値をあまり変動させず、流れ抵抗の調整手段としては有効ではないことを示した。
（ｂ）ヤング率に関しては、図１０に示すように、成形温度、成形時間、バインダ繊維量を水準１から３へ向けて大きくするに従ってヤング率の値も大きくなり、成形温度、成形時間、バインダ繊維量がヤング率の値を調整するために有効であることを示した。
（ｃ）損失係数に関しては、図１１に示すように、成形温度、成形時間、バインダ繊維量を水準１から３へ向けて大きくするに従って損失係数の値も大きくなり、成形温度、成形時間、バインダ繊維量が損失係数の値を調整するために有効であることを示した。
本件吸音材は、流れ抵抗、ヤング率、損失係数に関して、このような吸音材の製法に基づく知見も利用して、効果的に調整が図られている。

（Ｂ）吸音構造について
前記本件吸音材は、一対の板材を対向配置させることにより形成される扁平な吸音空間内において配置されて、それらと吸音構造を形成することができる。吸音構造の一例として、車両のルーフ部に形成されるものについて説明する。

車両１の車体２内には、図１３に示すように、車室３が区画されており、その上方には、車室３を内装すべく、一方の板材としてのルーフトリム１０が配設されている。このルーフトリム１０は、その上方に離間して配置されるルーフパネル（他方の板材）５に略沿った状態で配設されており、そのルーフトリム１０とルーフパネル５との間には吸音空間Ｓ１が形成されている。ルーフトリム１０は、ある程度の硬さを有しつつ、車室３内に伝播される低周波音により微振動するように振動板部材として形成されている。具体的に説明すれば、ルーフトリム１０は、図１４に示すように、比較的高い剛性（例えばヤング率：１．４×１０⁵（Ｎ／ｍ²）〜１．９×１０⁵（Ｎ／ｍ²））を示す固定部１１と、その固定部１１よりも薄肉化されて比較的高い可撓性（固定部１１よりも剛性低（例えばヤング率：８．０×１０⁴（Ｎ／ｍ²）〜１．１×１０⁴（Ｎ／ｍ²）））を示す振動部１２とを備えている。本実施形態では、平面視において、固定部１１が略「田」の字状に形成され、振動部１２が固定部１１により囲まれる形状を呈している。

前記固定部１１には、その剛性を利用すべく、補機類６０が取付けられている。具体的には、補機類６０としてのルームミラー６１，サンバイザ６２，アシストグリップ６３，ルームランプ６４等が、図１４〜図１６に示すように、その固定部１１と共に吸音空間Ｓ１内のクロスメンバ２ａ等に取付けられている。図1４中、符号２ｆはルーフトリム１０の後部外周部分をクロスメンバ２ａ等に取付けるためのファスナ、２ｄはサンバイザ６２をルーフトリム１０と共にクロスメンバ２ａに共締めする固定具である。

前記各振動部１２は、ルーフトリム１０の薄肉化に基づき凹部としてそれぞれ形成されている。その各凹部内に、図１４〜図１６に示すように、前記本件吸音材５０がそれぞれ設置されており、これにより、吸音構造が構成されている。

この吸音構造は、扁平な吸音空間Ｓ１において、ルーフトリム１０に沿う方向の粒子速度の速度成分を増大させて、それを本件吸音材５０に効果的に吸収させること(吸音）を目的としている。具体的に説明する。車両１においては、図１７に示すように、走行中、車体２に対して、路面の凹凸が車輪９，サスペンション等を介して振動として入力されると共に、風圧変動が振動として入力され、それらがそのままルーフトリム１０に伝達される。また、路面から車体に入力された振動は、車室３内に音波として伝達され、また、隙間音や透過音等も車室内に入力されることになり、それら音波(周波数１００〜８００Hz)はルーフトリム１０に衝突する。これらにより、ルーフトリム１０は微振動(振動速度：〜２．１ｍｍ／ｓ）することになり、このルーフトリム１０の微振動が吸音空間Ｓ１内の空気に伝播され、吸音空間Ｓ１において、空気の粒子速度は、リーフトリム１０に沿って分布する現象(ルーフトリム１０に沿う方向の速度成分が発生する現象）を生じる。本件吸音材５０は、この高い粒子速度状態の空気粒子を受け止めること（熱変換）により、音波を吸収している。またこのとき、各振動部１２が、固定部１１の剛性に比べて格段に低い剛性、すなわち可撓性を有するようにされて、微振動し易くなっており、前述の車体２からの振動、車室内の音波に基づき各振動部１２の微振動が促進され、吸音空間Ｓ１内の粒子速度の水平方向成分は増大される。このため、本件吸音材５０による低・中周波数音の吸音効果に関しては、一層高いものとなる。

図１８は、ルーフトリム１０の振動部１２の上記内容を裏付けるべく、低・中周波数音（６０ｋｍ／ｈロードノイズ（１００〜８００Ｈｚ)下における板材（ルーフトリムに使用）の剛性と吸音効果との関係を調べたものである。この図１８によれば、板材の剛性が低ければ低いほど、低・中周波数音の吸音効果が大きくなることを示した。この場合、板材の剛性の評価においては、図１９に示すように、各サンプルとしての板材５０の一端部を固定用重り５１により台５２上に固定する一方、その板材５０の他端部を台５２から突出し、その他端部に負荷用重り（一定荷重）５３を載せることによりその他端部を撓ませ、その撓み変位ｘが大きいものほど剛性が低いと評価した。
これに対して、高周波数音の吸音効果に及ぼすルーフトリム１０の振動部１２の影響を調べるべく、高周波数音の吸音効果とルーフトリム１０の剛性との関係についても調べた。図２０がその結果を示すものであるが、図２０によれば、高周波数音に関しては、剛性の相違が吸音代に与える影響が小さいことを示した。このため、低・中周波数音に対する吸音効果を高めるために振動部１２を設け或いはその剛性を低めても、高周波数音の吸音効果の低下が極めて低く抑えることが確認された。

上記吸音空間Ｓ１については、粒子速度の水平速度成分の割合を増大させるべく、扁平率が考慮されている。吸音空間Ｓ１の扁平率が粒子速度の速度成分の方向に与える影響を調べるべく、図２１において、左右方向をＸ方向、紙面直交方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として、吸音空間Ｓ１を、Ｙ方向の長さを一定にした状態の下で、Ｚ方向の長さとＸ方向の長さとの比(扁平率）Ｚ／Ｘをもって特定した。そして、扁平率Ｚ／Ｘを変えて、ルーフトリウムの微振動に基づいて発生する粒子速度のＸ，Ｙ，Ｚ方向の各速度成分Ｖｐ（Ｘ），Ｖｐ（Ｙ），Ｖｐ（Ｚ），の割合について調べたところ、図２１に示す結果を得た。この図２１に示す結果によれば、扁平率Ｚ／Ｘが５０％以下であれば、Ｚ方向の速度成分がほとんど発生せず、大部分がＸ，Ｙ方向の速度成分Ｖｐ（Ｘ），Ｖｐ（Ｙ）により占められることを示した。このため、吸音空間Ｓ１については、扁平率が５０％以下に設定されている。

上記吸音構造においては、吸音空間Ｓ１に対する本件吸音材５０の充填率が考慮されている。低・中周波数音の音低減効果代と本件吸音材５０の充填率（吸音材５０の体積／吸音空間Ｓ１の体積）との関係を、本件吸音材５０を吸音空間Ｓ１の全体に略均等の厚みをもって配置する前提の下で、調べたところ、図２２に示す結果を得た。この図２２によれば、音低減効果に関し、充填率が５３％から飽和状態に移行し、充填率が７５％以上では吸音効果はほぼ一定となった。このことから、本件吸音構造においては、吸音空間Ｓ１内に対する厚さ方向の本件吸音材５０の充填率は５３％以上に設定されている。尚、充填率１００％は、吸音空間Ｓ１内にその厚さ方向において吸音材が圧縮されることなく一杯に充填された状態である。

また、車両１においては、図１３に示すように、吸音構造は、ルーフ部以外にも種々設けられている。すなわち、サイドドアにおいては、既知の如く、インナパネルにドアモジュール本体（図示略）が設けられ、ドアトリム２０が、そのドアモジュール本体を覆いつつインナパネルの内側を内装することになっている。そのドアトリム２０とドアモジュール本体との間が吸音空間として利用され、その吸音空間内に本件吸音材５０が配置されている。この場合、ドアトリム２０は振動板部材として利用されることになるが、その周囲の取付け部分２１が固定部１１を構成し、その取付け部分の内側部分（波線で示す）２２が振動部１２を構成することになる。さらに、本実施形態においては、図１３に示すように、車体２の下部に設けられたアンダボディ（サブフレーム）７に、車室３の下方に配置されるフロアアンダカバー３０や、エンジンルーム４の下方に配置されるエンジンアンダカバー４０が固定されており、これらカバー３０，４０は、車体２のボディシェルに固定される外装材としてのアンダボディ７との間で吸音空間Ｓ３，Ｓ４を区画することになり、その各吸音空間Ｓ３，Ｓ４内に本件吸音材５０が配置されている。この他、吸音構造は、車両１に関しては、トランクサイドルーム、トランクフロア等に形成することができ、車両以外についても、建物の壁面構造、高速道路の側壁構造等に適用できる。このとき、振動板部材（一方の板材）を構成する部材は、吸音空間を形成する他方の部材に対して内側配置となる。

低・中周波数音吸音に貢献する影響因子の寄与率を示す図。 高周波数音吸音に貢献する影響因子の寄与率を示す図。 半値幅法を用いた損失係数の求め方を説明する説明図。 低・中周波数音吸音及び高周波数音吸音に対して、流れ抵抗、ヤング率、損失係数が及ぼす影響を説明する説明図。 低・中周波数音から高周波数音までの範囲における本件吸音材の吸音率を示す図。 低・中周波数音及び高周波数音に対する本件吸音材の吸音効果を説明する説明図。 図５，図６において用いた吸音材の物性値を示す図。 流れ抵抗、ヤング率及び損失係数に対する繊維の状態が及ぼす影響を説明する図。 流れ抵抗に対する成形時間、成形温度、バインダ繊維量の影響を説明する図。 ヤング率に対する成形時間、成形温度、バインダ繊維量の影響を説明する図。 損失係数に対する成形時間、成形温度、バインダ繊維量の影響を説明する図。 図９，図１０，図１１の各水準において用いる成形時間、成形温度、バインダ繊維量を示す図。 車両に搭載された吸音構造を説明する説明図。 実施形態に係るルーフトリムを平面的に示す図。 図１４のＡ−Ａ線断面図。 図１４のＢ−Ｂ線断面図。 車両におけるルーフトリムの微振動を説明する説明図。 低・中周波数音の吸音効果に対して剛性が及ぼす影響を示す図。 図１８において用いたサンプルとしての板材の剛性評価方法を説明する説明図。 高周波数音の吸音効果に対して剛性が及ぼす影響を示す図。 吸音空間の扁平率と粒子速度の各速度成分の割合との関係を示す図。 吸音効果と吸音空間への吸音材の充填率との関係を示す図。

符号の説明

１ 車両
２ 車体
３ 車室
５ ルーフパネル（他方の板材）
１０ ルーフトリム（一方の板材）
５０ 本件吸音材
Ｓ１ 吸音空間

Claims (10)

1. 吸音特性が、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数を用いて特定され、
   前記流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴とされ、
   前記ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴とされ、
   前記損失係数が、損失係数≦０．１２とされている、
   ことを特徴とする吸音材。
2. 請求項１において、
   吸音特性が、１００Hz〜１０ｋHzの音域における音を吸音するように設定されている、
   ことを特徴とする吸音材。
3. 請求項１又は２において、
   一対の板材を対向配置させることにより扁平な吸音空間が形成され、その一対の板材のうちの一方の板材が、低・中周波の波動によって微振動可能な振動部を備える振動板部材とされる構造に対して、前記吸音空間内において前記振動部に面した状態で配置されるものである、
   ことを特徴とする吸音材。
4. 請求項３において、
   前記構造が車両に形成され、
   前記構造における前記振動板部材が車両の客室に面している、
   ことを特徴とする吸音材。
5. 一対の板材を対向配置させることにより該一対の板材間に吸音空間が形成され、前記一対の板材のうちの一方の板材が、低・中周波の波動によって微振動可能な振動部を備える振動板部材とされ、前記吸音空間内に吸音材が、該振動板部材の振動部に面した位置に配置されている吸音材を備えた吸音構造であって、
   前記吸音材が、流れ抵抗、ヤング率及び損失係数を用いて特定され、
   前記流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０⁴とされ、
   前記ヤング率が１．２×１０³〜２．０×１０⁴とされ、
   前記損失係数が、損失係数≦０．１２とされている、
   ことを特徴とする吸音材を備えた吸音構造。
6. 請求項５において、
   前記吸音材が、前記吸音空間内に、該吸音空間の厚み方向において略充填状態をもって配置されている、
   ことを特徴とする吸音材を備えた吸音構造。
7. 請求項５又は６において、
   前記振動板部材の振動部が、該振動板部材の振動部以外の部分の剛性よりも低い剛性に設定されている、
   ことを特徴とする吸音材を備えた吸音構造。
8. 請求項５〜７のいずれか１項において、
   前記振動板部材が、既存の構造物の構成部材である内側部材を利用して形成されている、
   ことを特徴とする吸音材を備えた吸音構造。
9. 請求項８において、
   前記振動板部材が車両のトリムである、
   ことを特徴とする吸音材を備えた吸音構造。
10. 請求項９において、
    前記トリムが、ルーフトリムである、
    ことを特徴とする吸音構造。
    
    
    

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