JP2010521245A - 低質量の音響的に強化された床カーペット機構 - Google Patents

Abstract

車両用の低質量で音響的に強化された床カーペット機構。第一の実施態様では、カーペット組立品は、表面層および対向する下側繊維マットを含んでなる。カーペット組立品は、表面層がふさ状加工されている場合、主要裏張り材料、裏被覆層、上側繊維マット、及び有孔フィルム層を、全て表面層と下側繊維マットとの間に、さらに含む。有孔フィルム層は、音吸収を強化する。別の実施態様では、カーペット組立品が、表面層、前面相に対向する絶縁体パッド、裏被覆、有孔フィルム層、及び絶縁体パッドを、全て表面層と絶縁体パッドとの間に、さらに含む。

Description

関連出願

本願は、参照によりここに組み込まれる2007年3月14日に出願された米国仮特許出願第60/894,713号の利点及びそれに対する優先権を主張するものである。

発明の背景

本発明は、音響的に強化された床カーペット機構に関し、より詳しくは、自動車工業用の低質量で音響的に強化された床カーペット機構及びその製造方法に関する。

自動車市場では、消費者の要求による、製造業者にとって極めて重大な、様々なファクター及び傾向がある。このために、これらの分野に研究開発が集中している。そのような関心事の一つは快適性である。快適性は、消費者が、ある自動車が他の自動車よりも重要であると考える最優先ファクターの一つである。一般的な用語「快適性」は、多くの異なったファクターを含んでなり、それらの幾つかは通常のファクター、例えば座席の快適性、であるが、あまり明確ではない幾つかのファクターが、消費者にとって、従って、自動車会社及び供給者にとって、より重要になっている。そのような重要性を増している問題の一つは、車両の音響的性能であり、外部の騒音、例えば道路騒音、エンジン騒音、振動、等、により引き起こされることが多い車両室内の騒音を減衰させる方法が求められている。

各種の音響調節材料が、車両室内の騒音を吸音により軽減することにも使用されている。これらの材料は、ダッシュボード、車輪室(wheel well)、トランクルーム、アンダーフード、ヘッドライナー、及び特にカーペット床パネルに使用される。残念ながら、他のファクター、例えばコスト及びカーペットの重量、も考慮する必要があるので、カーペット床パネルの音響特性だけが、カーペットパネルに関して考慮すべき唯一の問題または機能ではない。

床カーペットに関する世界的な自動車工業標準は、車両内音響に対処するための2種類の主要構造からなる。図1Aに関して、第一の床カーペット機構10の構造は、PVC(ポリ塩化ビニル)、EVA(エチレンビニルアセテート)、またはPE(ポリエチレン)の重質層(heavy layer)16により裏被覆された、ふさ状加工されたナイロン/ニードルパンチ加工された不織カーペット14を含む重質量材料床機構12からなる。「重質層」は、音響バリヤーを形成するのに十分に大きな用途を有する裏被覆(back coating)として定義される。この裏被覆用途は、通常、400〜800 g/平方ｍである。

「重質層」16は、車両空気または構造から生じる騒音が、床張り機構を通して車両室内に入るのを阻止するためのバリヤーとして作用する。バリヤー層のすぐ下には、カーペット機構10と車体との間の衝撃吸収材(de-coupler)として作用する別の絶縁体パッド18がある。この種のカーペット機構は、非常に効果的な音響解決策になり得るが、車両に重大なコスト及び重量を付加する。「質量で裏打ちされた(mass backed)」カーペット機構は、床音響の大部分を吸収するのにカーペットの「面重量(face weight)」に頼っているので、車両内部における特定の空気から生じる騒音の問題に対処する能力は限られている。

図1Bに関して、第二の床カーペット機構20の構造は、一般的に、音を透過させるのに十分に多孔質なラテックスまたはPEの軽量裏被覆26を付けた、ふさ状加工されたナイロンまたはニードルパンチ加工された不織カーペット24から形成された軽量の多孔質床機構22からなる。この床カーペット構造のすぐ下は、図に示すような、通常、薄く圧縮した層および高弾性の共鳴する/合成繊維のサンドイッチ、または(図には示していない)高弾性の合成繊維の単層(クロスまたは垂直に巻き付けた)からなる二重層/二重密度繊維機構28からなる。これらの種類の構造の機能は、どちらも、車両室内に入って来る騒音またはすでに室内にある騒音を、閉め出すのではなく、吸収する音響機構を提供することである。この種の機構の利点は、車両重量及びコストが低いことであるが、これらの種類の機構は、水の侵入及び微生物、例えば黴及び白黴、の問題に対して、より敏感である。

軽量多孔質床機構20は、音響性能が異なっている。二重密度/二重層機構は、従来の重質層/質量裏打ちされたカーペット機構より低周波数吸収が優れているが、高周波数では性能が良くない。単層の高弾性繊維(クロスまたは垂直に巻き付けた)は、低周波数では二重/密度ほど音を吸収しないが、優れた高周波数吸収を示す。

伝統的な車両の「音マッピング」は、床、脚室(foot well)及びトンネルエリアから放射されるほとんどの車両内部騒音が、低〜中周波数領域(800〜2000 Hz)に集中していることを示している。この周波数領域は、現在確立している重質層でも、軽量多孔質床機構でも、音響減衰させるのが特に困難である。800〜2000 Hz周波数における不十分な音響性能は、ほとんどの合成繊維(PE、PP、PET及びナイロン)に特徴的である。

従って、この分野では、全ての領域で音響性能を有し、コスト的に有利な、軽量、低密度のカーペットが求められている。また、水の吸収/透過に対して耐性があり、循環使用可能な材料を含んでなるカーペット機構も求められている。これらの、及び他の問題は、下記の新規な開示により解決される。

上記の考察から、低質量の音響的に強化された床カーペットアセンブリーを提供する。本発明の代表的な一実施態様により、カーペットは、表面層と、裏被覆層と、上側繊維マットと、有孔フィルム層と、及び下側繊維マットとを備えてなり、該有孔フィルム層が、水の吸収を防止しながら、音響吸収を行う。

本発明の別の代表的な実施態様により、表面層と、裏被覆と、フィルム層と、絶縁体パッドとを備えた、音響吸収を改良するための軽量カーペット組立品を提供する。フィルム層は、音響を吸収するために孔が開いており、孔の形状、サイズ、及び／またはパターンを変えることにより、調整することができる。絶縁体パッドは、有利な音響吸収を与えると共に、床マットまたは脚室挿入物として使用する場合にカーペット組立品の横滑りを防止するための滑り防止表面を与える。

本発明の上記の、ならびに他の利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の好ましい実施態様の詳細な説明により、当業者には明らかである。
先行技術のカーペット構造を例示する図である。 先行技術のカーペット構造を例示する図である。 本発明の第一の好ましい実施態様の断面図である。 本発明の第二の好ましい実施態様の断面図である。 本発明の有孔フィルム層の部分的上面図である。

好ましい実施態様の説明

本発明は、一般的には車両に関し、より詳しくは、低質量の音響的に強化された車両用床カーペット機構に関する。本発明は、典型的には800〜2000 Hzとして確認される臨界周波数領域における音減衰を改良し、伝統的な軽量床機構と比較して耐湿性を改良し、完全に循環使用可能な床機構を提供するように設計された、軽量の音響的に強化され床機構を含んでなる。以下により詳細に説明するように、カーペット機構におけるフィルムまたは有孔フィルム層の新規な使用により、これまで先行技術の繊維技術によっては達成できなかった周波数領域における音吸収が強化及び改良されるのみならず、水吸収の危険性も軽減され、複合材料の他の構成部品に対する結合機能も与えられる。本発明の床カーペット機構のさらなる利点は、自動車用途におけるカーペット機構の使用を本明細書では開示しているが、非自動車用途、例えば商業的または住居用カーペット、または他の車両における使用の可能性も存在することである。

図1A及び1Bは上に詳細に説明した。これらの先行技術の例示と比較して、及び図2に関して、本発明の新規なカーペット機構の第一の好ましい実施態様を説明する。本明細書でより詳細に説明するように、図2に示す第一の好ましい実施態様は、カーペット面30、主要裏張り(backing)材料31、裏被覆32、上側繊維マット34、フィルム層36、及び下側繊維マット38からなる。

カーペットに装飾的外観を与えるカーペット面30は、好ましくは不織のニードル-パンチポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ふさ状加工されたナイロン、またはふさ状加工されたPETヤーン、から構築される。PETをふさ状に加工する方法は、ここに参考として含める、2008年3月6日に出願された米国特許出願第12/043,723号に記載されている方法と類似の方法でよい。本発明の循環使用可能性の目的により、ニードル-パンチ不織PETポリエステルまたはふさ状加工されたPETは、PETが循環使用材料であるために、好ましい構造である。好ましい実施態様による軽量カーペット構造では、カーペット面30の重量は、好ましくは300〜450 g/平方ｍである。音吸収に関して、カーペット面30は、典型的には、中及び高周波数音の吸収に貢献することが分かっている。

次の層である裏被覆32は、カーペット構造の第二層を形成する。ふさ状加工されたナイロンまたはPETヤーンを使用するカーペット機構の場合、カーペット面30の繊維は、通常、ポリエステル、PETまたは他の合成繊維ブレンドからなる主要裏張り材料31を通して織られている。ふさ状加工された繊維は、裏被覆32により、この主要材料に固定される。裏被覆32は、好ましくはラテックス、発泡PET、またはアクリル系ラテックスからなる。本発明の好ましい実施態様により、多孔性を確保するために、この被覆は、好ましくは270〜340 g/平方ｍ範囲内にあるべきである。やはり、循環使用目的を達成するために、裏被覆32はPEからなる。

ふさ状加工しないカーペット構造、例えば不織ニードル-パンチポリエステルまたはPET、の場合、裏被覆32をカーペット面30に直接押し出す。多孔性を確保するために、本発明の好ましい実施態様では、好ましい裏被覆32の材料及び製法は、上記のようなふさ状加工した構造と同じである。

上側繊維マット34は、好ましい実施態様によるカーペット構造の第三の層である。この層は、好ましくは純粋PE、循環使用PET繊維、または他の合成繊維を含んでなる。最良の結果を得るには、上側繊維マットは、好ましくは300〜450 g/平方ｍ密度範囲内にあるべきである。しかし、マット34を特定の用途に最適化するためには、マット34の密度を変えることも考えられる。そのような最適化は、コスト、質量、及び／または音響性能のようなファクターを含むことができる。PE及びPET繊維は、疎水性なので、急速に乾燥し、水飽和に対して耐性がある。これによって、本発明のカーペット機構では黴や白黴の可能性が低下する。この上側繊維マット34の層は、今日使用されている典型的なカーペット材料を含んでなる層よりも高い周波数をさらに吸収し、カーペットと車体との間の衝撃吸収材を形成する、すなわち車両の室内からエネルギーを吸収する。つまり、この層により、低周波数騒音である振動エネルギーが車体から確実に吸収される。

好ましい実施態様によるカーペット構造の第四層は、フィルム層36であり、これは、好ましくは薄いメンブランまたは有孔フィルムである。フィルム層36は、好ましくは厚さが1.0〜4.5 mmであるが、当業者には明らかなように、この厚さは、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の所望の結果及び用途に応じて変えることができる。フィルム層36は、好ましくはポリアミド、ポリエチレン、及び／またはポリエステルからなる。本発明で好ましい、フィルム層36に複数の孔37(図2及び4に示す)を開けることにより、音吸収に関して、層36の吸収品質がさらに改良される傾向がある。孔37の直径及び間隔は、フィルム層36の音吸収特性に重大な影響を及ぼす。本発明の好ましい実施態様では、孔37は、好ましくはフィルム層36の総表面積の20％を超えるべきではない。研究により、孔37のパターンを変えることにより、低〜中周波数領域(1000〜3000 Hz)における音吸収に様々な利点をもたらすことが分かった。従って、特定の用途目的に応じて、孔のパターンを変えて所望の目的を達成することになる。この変化は、異なったカーペット用途間で、あるいは同じフィルム層43の中においても可能であり、一つのカーペット用途で、孔37の直径及び／またはパターンを変えることができる。さらに、有孔フィルム層36により、カーペットを通る水の侵入に対する耐性が得られる。この耐性により、車体における水の保持およびその結果である黴、白黴、及び錆の可能性が、本発明により大きく低下する。最後に、フィルム層36は、上側繊維マット34と下側繊維マット38を結合する接着剤機構としても作用する。

下側繊維マット38は、本発明のカーペット機構における好ましい実施態様の第五層である。下側繊維マット38は、好ましくは上側マット34と同じ種類の材料を含んでなるが、下側繊維マット38の密度は、上側マット34に好ましい密度とは異なっていてよい。下側繊維マット38は、上側マット34と類似の結果を達成し、実質的に同様の機能を果たす。

ここで図3に関して、本発明の第二の好ましい実施態様を例示する。この実施態様は、一般的にカーペット面40、主要裏張り材料41、裏被覆42、フィルム層43、及び絶縁体パッド44からなる。

本発明のこの実施態様では、カーペット面40は、典型的には不織ニードル-パンチポリエステル、例えばPET、ふさ状加工したナイロン、またはふさ状加工したPETヤーン、から構築される。循環使用可能性の目的を達成するために、PETヤーンを使用するのが好ましい。本明細書で開示する軽量カーペット構造では、カーペット面40の重量は、好ましくは280〜450 g/平方ｍであるが、当業者には明らかなように、この範囲は本発明を制限するものではなく、面重量は、本発明の範囲から逸脱することなく、この範囲の外に合ってもよい。このカーペット面40は、カーペット機構に装飾的外観を与え、室内の中及び高周波数音吸収に貢献する。

主要裏張り材料41は、好ましくは、カーペット面40がふさ状加工される場合、本開示のカーペット構造の、この実施態様における第二層である。カーペット面40がふさ状加工したナイロンまたはPETヤーンからなる場合、繊維は、典型的には、通常ポリエステル、PETまたは他の合成繊維ブレンドからなる主要裏張り材料41を通して織る。カーペット面40のふさ状加工した繊維は、好ましくはラテックス、発泡PE、またはアクリル系ラテックスである非常に薄い多孔質裏被覆41により、主要裏張り材料41に固定される。次いで、薄いメンブランフィルム層43を、このふさ状加工した、またはふさ状加工していないカーペットに加える。フィルム層43の構造は、好ましくは厚さが1.0〜4.5 mmであるが、フィルム層43の実際の厚さは、本発明の範囲から逸脱することなく、この範囲の外に合ってもよい。フィルム層43は、好ましくはポリアミド、ポリエチレン、及び／またはポリエステルを含んでなる。

フィルム層43は、好ましくは複数の実質的に円形の孔45を開け、そのような孔により、層43の音吸収品質が改良されることが確認されているように、車両室内で高度の音吸収を達成する。特に、孔45のサイズ直径及び孔45の間隔を開けるパターンは、フィルム層43の吸収特性に重大な影響を及ぼすことができる。孔45のサイズ及び間隔を開けるパターンを変え、特定の用途目的を達成することができる。この変化は、異なったカーペット用途間で、あるいは一つのカーペット用途の同じフィルム層43の中においても可能である。しかし、孔45は、フィルム層43の総表面積の20％を超えないのが好ましい。孔45のパターンをフィルム層に加えることにより、低〜中周波数領域(1000〜3000 Hz)で最大の有益性が得られることが示されている。これらの振動数領域で有益性が得られることに加えて、フィルム層43は、カーペット機構全体を通る水の侵入に対する耐性を与え、その結果、車体内の黴、白黴及び錆の可能性が低下する。最後に、フィルム層43は、カーペット面40をカーペット機構の好ましい次の層-絶縁体パッド44に結合する接着剤機構としても作用する。以下に説明するように、絶縁体パッド44の組成は、カーペットの所望の用途に応じて変えることができる。

より詳しくは、カーペットにパッドを入れる絶縁体パッド44の組成は、好ましくは、カーペットを床マットまたは脚室挿入物として使用するか、または主要床カーペットに対する二次的な裏張り材料として使用するかによって異なる。より厚い、及び／または高品質の絶縁体パッド44が望ましい床マットまたは脚室挿入物用途(「A区域」用途)では、パッド44は、好ましくは低密度ジュート、フェルト、PET、または他の、厚さ4〜10 mmの合成繊維を含んでなる。パッド44は、好ましくは厚さ2〜6 mmの連続気泡PEまたはPUフォームパッドを含んでなる。絶縁体44は、車両の内部に有益な音響吸収を与えると共に、車両の通常使用の際にカーペットが容易に横滑りしないように、脚室区域で滑り防止表面を与える。

あるいは、絶縁体パッド44は、ニードル加工したフリースを含んでなることもできる。絶縁体パッド44がニードル加工したフリースを含んでなり、カーペットを不織ポリエステルまたはPET表面上に配置する場合、「ロッキング」が起こり、カーペット機構の滑り防止機能を大きく改良する。全床カーペット用途(「B区域」用途)には、絶縁体パッド44の主目的は、音響減衰させることであり、滑り防止特性を与える必要は無い、そのような用途では、絶縁体パッド44は、好ましくは高弾性PET繊維パッドを含んでなるが、本開示の範囲から逸脱することなく、他の材料も使用することができる。

本発明の両実施態様及びそれらの可能な変形は、モジュール式カーペット機構、例えば2007年2月1日に出願されたPCT出願PCT/US2007/061434号に開示され、参照によりここに組み込まれるWO2007/098311として公開された機構に好適である。

図2及び図3に示す本発明の両実施態様では、試験により、フィルム層43が厚すぎる(4.0〜4.5 mmを超える)場合、バリヤーを形成し、バリヤーとして作用し、本発明が意図する音響的有益性が得られないことが確認されたので、フィルム層43の厚さを4.0 mm未満に維持することが望ましい。本発明のカーペット機構を形成する好ましい材料には、現在、PEが、フィルム層43として使用するのに最も経済的で、製造に適している材料であると思われる。

ここに開示するカーペット機構の改良された音減衰及び他の特徴に加えて、本発明は、自動車工業の他の問題も解決する。ここに開示するカーペット機構は、水吸収に対する性能を改良する低密度の軽量カーペット機構であり、循環使用の可能性が高く、先行技術のカーペット機構とコスト的に競合できる。当業者には明らかなように、ここに開示する材料及び特定の範囲は、例としてのみ記載するのであり、本発明の範囲から逸脱することなく、変更することができる。さらに、一個以上の層を加えるか、除去するか、または他の層に対して移動することも考えられる。また、各層に使用する材料を修正し、特定用途の異なった目的を達成するか、または新しい材料としてより広く入手できるようになることも考えられる。さらに、本開示は、フィルム層中の孔が実質的に円形であることを想定しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、他のどのような形状でも可能である。ここに記載する好ましい実施態様の層は、例示目的でのみ記載しているのであり、様々様式で混合し、適合させ、補足することができる。そのような変形は、本開示から予想できることであり、従って、本発明の範囲外ではない。

特許法の規定に従い、本発明を、その好ましい実施態様を代表すると考えられる形態で説明した。しかし、本発明は、具体的に例示し、説明した以外の様式でも、本発明の精神または範囲から離れることなく、実施することができる。

Claims (20)

1. 表面層と、
   前記表面層に対向する下側繊維マットと、
   前記表面層および前記下側繊維マットの間の裏被覆層と、
   前記表面層および前記下側繊維マットの間の第一繊維マットと、
   前記表面層および前記下側繊維マットの間のフィルム層と
   を備えた、音響的に強化されたカーペット機構。
2. 前記フィルム層が、結合用の接着剤フィルムである、請求項１に記載のカーペット組立品。
3. 前記フィルム層が、ポリアミド、ポリエチレン、及びポリエステルの一種を含んでなる、請求項１に記載のカーペット組立品。
4. 前記フィルム層が、孔のパターンを形成する孔を含む、請求項１に記載のカーペット組立品。
5. 前記孔が実質的に円形である、請求項４に記載のカーペット組立品。
6. 前記孔のパターンが、1000〜3000 Hzの低〜中周波数領域における音響吸収を与える、請求項４に記載のカーペット組立品。
7. 前記フィルム層が、ある表面積を有し、前記孔が、前記フィルム層の前記表面積の20％未満を構成する、請求項４に記載のカーペット組立品。
8. 前記フィルム層の厚さが1.0〜4.5 mmである、請求項１に記載のカーペット組立品。
9. 前記表面層がポリエステル及びテレフタレート(PET)の一種を含んでなる、請求項１に記載のカーペット組立品。
10. 前記表面層がふさ状加工されており、ふさ状加工されたナイロン及びふさ状加工されたPETの一種を含んでなる、請求項１に記載のカーペット組立品。
11. 前記表面層のための主要裏張り材料をさらに含んでなり、前記裏被覆層が、前記主要裏張り材料に隣接して前記表面層を主要裏張り材料に固定する、請求項１０に記載のカーペット組立品。
12. 前記主要裏張り材料が、ナイロン、PET及び合成ヤーンの一種を含んでなる、請求項１１に記載のカーペット組立品。
13. 前記表面層の面重量が280〜450 g/平方mである、請求項１に記載のカーペット組立品。
14. 前記裏被覆が、ラテックス、発泡ポリエチレン、アクリル系ラテックスの一種である、請求項１に記載のカーペット組立品。
15. 前記裏被覆が、340 g/平方m未満である、請求項１に記載のカーペット組立品。
16. 表面層と、
    前記表面層に対向する絶縁体パッドと、
    前記表面層および前記絶縁体パッドの間の裏被覆と、
    前記表面層および前記絶縁体パッドの間のフィルム層と
    を備えた、音響吸収を改良するための軽量カーペット組立品。
17. 前記フィルム層が、結合用の接着剤フィルムであり、ポリアミド、ポリエチレン、及びポリエステルの一種を含んでなる、請求項１６に記載のカーペット組立品。
18. 前記フィルム層が、孔のパターンを形成する孔を含む、請求項１６に記載のカーペット組立品。
19. 前記表面層が、ふさ状加工されたナイロン及びふさ状加工されたPETの一種を主要裏張り材料上に含んでなり、前記裏被覆が、前記ふさ状加工されたナイロン及びふさ状加工されたPETの一種を前記主要裏張り材料に固定する、請求項１６に記載のカーペット組立品。
20. 前記絶縁体パッドがニードルフリースを含んでなり、前記ニードルフリースが、不織ポリエステル及びPETの表面の一つの上に配置された時、滑り防止特性を与える、請求項１６に記載のカーペット組立品。

Images