JP2018092160A - パネル遮音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外側パネルと内側パネルの間に繊維からなる吸音材を配置したパネル遮音構造において、遮音特性を向上させる。
【解決手段】パネル遮音構造は、フロアパネル（外側パネル）１と、車内側パネル（内側パネル）１６と、フロアパネル１と室内側パネル１６の間に配置された吸音材２０とからなる。吸音材２０は、フロアパネル１側の横織繊維層２１と、室内側パネル１６側の縦織繊維層２２とから構成される。車内側パネルは、第１パネル部と第２パネル部との間の空間に配設した仕切板部によって、複数の小空間が区画される。各小空間は、連通孔を介して、縦織繊維層２２側と連通される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、車両のフロアパネル等に用いられるパネル遮音構造に関するものである。

車両のフロアパネル等のパネルにおいては、質量則に基づく遮音を超える遮音性能（透過損失）を得るために、従来から２重壁構造の研究がなされてきている。２重壁構造は、騒音が入射される外側パネルに対して、間隔をあけて内側パネルを配設して、この外側パネルと内側パネルとの間の空間内に吸音材（中間層）を充填して形成されるが、この吸音材をどのようなものにするかについては、様々な検討がなされてきている。

このような吸音材として、従来は横織繊維を用いたものが主流であり、遮音効果を高めるために様々な工夫がなされていた。例えば、特許文献１（特開平６−２４７２０２）には、自動車用フロアカーペットにおいて、緩衝層を高密度層と低密度層で構成して、防音特性を向上させた発明が開示されている。また、特許文献２（特開平９−２２６４８０）には、自動車用サイレンサーパッドにおいて、横織繊維を波状に設けた発明が開示されている。

特開平６−２４７２０２ 特開平９−２２６４８０

ところで、出願人の研究によれば、外側パネルと内側パネルとの間の所定空間において励起される粒子速度（振動）はパネル面内方向に向かうことから、この所定空間内の粒子速度を阻害する方向に繊維を配向すること、すなわち、吸音材に縦織繊維（外側パネルから略直角に内側パネルに向かう方向に配向された繊維）を用いることが有意であるとの知見に至った。しかしながら、吸音材に縦織繊維を用いた場合には、一方で、２重壁構造の剛性が高くなってしまい、外側パネルと内側パネルの共振による性能悪化が見込まれてしまう。したがって、吸音材における透過損失（振動の減衰）を高め得るとともに、２重壁の共振も適切に防止し得るような吸音材を構成する工夫が必要である。

本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、外側パネルと内側パネルの間に繊維からなる吸音材を配置したパネル遮音構造において、遮音特性を向上させ得るパネル遮音構造を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項１に記載のように、
騒音の入射側となる外側パネルと、前記外側パネルに対して間隔をあけて配設された内側パネルと、該外側パネルと内側パネルとの間の空間内に配設された吸音材とを有するパネル遮音構造において、
前記吸音材は、前記外側パネルの平面方向に沿って延びる繊維からなる横織繊維層と、前記外側パネルの平面と直交する方向に延びる縦織繊維層とを備え、
前記横織繊維層は、前記外側パネル側に設けられ、
前記横織繊維層は、前記縦織繊維層の全面に渡って設けられている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、パネル面内方向の剛性が小さい横織繊維層が外側パネル側に配置されているので、外側パネル側（入射側）で大きく励起された振動が内側パネル側（透過側）に伝達され難い一方で、パネル面内方向の剛性が大きい（流れ抵抗が大きい）縦織繊維層が内側パネル側に配置されているので、縦織繊維層によって振動が大きく減衰される。したがって、パネル遮音構造における遮音特性（透過損失）が高められる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載の通りである。すなわち、
前記横織繊維層は、厚みが１ｍｍ〜３ｍｍとなるように設けられている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、横織繊維層の厚さを不必要に厚くするのを防止して、その分縦織繊維層の厚さを十分に確保して、遮音特性を高める上で好ましいものとなる。なお、横織繊維層は、柔らかいために薄いと形状保持が問題となるが、１ｍｍの厚さとすることにより確実に形状保持を行うことができる。

前記内側パネルは、表側の第１パネル部と、該第１パネル部に対して間隔をあけて前記外側パネル側に配設された第２パネル部と、該第１パネル部と該第２パネル部との間に配設された仕切板部と、を有し、
前記仕切板部は、断面ハット形状とされたハット形状部を前記第１パネル部の板面に沿って連続させた形状とされて、前記第１パネル部と前記第２パネル部との間の空間が該各ハット形状部によって複数の小空間に区画されている、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、内側パネルにおいて、大きな剛性を確保することができる。また、内側パネルは複数の小空間を有することから、遮音特性を高める上でも好ましいものとなる。

前記第２パネル部および前記仕切板部には、前記各小空間を前記縦織繊維層に連通させる連通孔が形成されている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、内側パネル内の空間を有効に活用して、内側パネル側に空間体積を拡大する効果が得られ、遮音特性が高める上で好ましいものとなる。

前記横織繊維層のヤング率が、１０⁵ Ｎ／ｍ²以下とされている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、横織繊維層が十分に柔らかいものとなるので、外側パネルが十分に振動されること、つまり外側パネルの振動が効果的に粒子速度に変換されるようにして、縦織繊維層による吸音を効果的に行う上で好ましいものとなる。

前記外側パネルは、車両におけるフロアパネルであり、
前記内側パネルは、前記フロアパネルの上方を覆うように車室内に配置された車内側パネルである、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、車両において、車室内へのロードノイズの伝達を適切に低減することができる。

本発明によれば、横織繊維によって外側パネル付近での剛性が小さくなっているため、外側パネル側（入射側）で大きく励起された振動が、内側パネル側（透過側）に伝達され難くできるとともに、励起された振動により生じる粒子速度が縦織繊維により効果的に減衰されるので、高い遮音特性を得ることができる。

２重壁構造を示す簡略断面図。 図１に示す２重壁構造において、騒音の入射側パネルの振動と粒子速度とを示す図。 吸音材なしの中空二重壁構造において、共鳴透過周波数付近での遮音音特性を示す特性図。 吸音材ありの中空二重壁構造において、共振点での粒子速度が低減されたときの共鳴透過周波数付近での遮音特性を示す図。 ２枚のパネル間での粒子速度の相違を示す図。 入射側パネルの振動加速度と粒子速度との関係を示す図。 吸音材の剛性と入射側パネルの振動加速度との関係を示す図。 吸音材のヤング率と透過損失との関係を示す図。 本発明が適用される車両のフロアパネル構造を示す平面図。 本発明の第１実施形態におけるパネル遮音構造を示す断面図。 本発明の第２実施形態におけるパネル遮音構造を示す断面図。

まず、図１〜図８を参照しつつ、２重壁構造における粒子速度と遮音特性と吸音材の剛性との関係について説明する。図１は、中空の２重壁構造を示すもので、互いに間隔をあけて配設された外側パネルｍ１と内側パネルｍ２とがフレームＦに固定されている。

外側パネルｍ１は騒音が入射される入射側パネルとなる。外側パネルｍ１が騒音によって振動されると、その面内方向に沿って粒子速度（空気の移動）が発生される。すなわち、騒音エネルギが粒子速度として変換されることになる。よって、両パネルｍ１とｍ２との間に吸音材を配設して粒子速度を低減させることにより、内側パネルｍ２を透過する透過音が低減することが可能である。

図３は、両パネルｍ１とｍ２との間が中空（吸音材なし）のときの遮音特性を示す。遮音壁が単層構造の場合に比して周波数が高い領域での遮音特性が改善されるが、共鳴透過周波数域およびその付近での遮音特性は悪化する傾向となる。

図３中、遮音特性の谷となる位置が共振点であり、山となる位置が反共振点となる。そして、共振点における粒子速度は、反共振点における粒子速度よりもはるかに大きい（約３．３倍程度の大きさ）ものである。図中、「振動大」として示すのは内側パネルｍ１の振動が大きい場合で、「振動小」として示すのは内側パネルｍ１の振動が小さい場合である。

上記共振点での粒子速度が極めて大きいことから、両パネルｍ１とｍ２との間に吸音材を配設して共振点での粒子速度を低減することにより、劇的に遮音特性を改善することが可能となる。図４は、共振点での粒子速度を低減させたときの遮音特性を示す。なお、反共振点は粒子速度が小さいため、吸音材を配設したときの粒子速度の変化（低減効果）は小さく、反共振点における遮音特性の変化は小さいものである。

図５は、両パネルｍ１とｍ２との間隔をｄとして、横軸に外側パネルｍ１から内側パネルｍ２に向かう方向の距離を示してある。空気は粘性を有することから、粒子速度は、パネルｍ１、ｍ２付近では小さく、両パネルｍ１とｍ２との中間の位置でもっとも大きくなる。パネル付近となる粒子速度が小さい範囲を除く０．１ｄ〜０．９ｄの範囲では、吸音材を利用した粒子速度の低減効果が十分に得られる範囲となる。なお、図５中μ１は、反共振点での粒子速度を示すが、吸音材を利用して粒子速度をμ１よりも低下させることが実質的に難しいものである。また、共振点において粒子速度が最大となる。

図６は、入射側パネルとしての外側パネルｍ１の振動加速度と粒子速度との関係を示すものである。外側パネルｍ１をより大きく振動させるほど、粒子速度が高まるということが理解される。つまり、外側パネルｍ１は、極力振動されやすい設定とするのが好ましものとなる。

図７は、両パネルｍ１とｍ２との間に配設される吸音材の剛性と入射側パネルとなる外側パネルの振動加速度との関係を示すものである。吸音材の剛性が高くなると、外側パネルｍ１の振動が小さくなってしまい、大きな粒子速度を発生させつつこの粒子速度を低減するという要請とは合致しなくなってしまう。このため、充填材として、外側パネルｍ１側においては、外側パネルｍ１が十分に振動されて大きな粒子速度が発生されるように、極力剛性の低い吸音材（つまり横織繊維層）を配設する一方、内側パネルｍ２側には、発生された大きな粒子速度を十分に低減させるために剛性の高い吸音材（つまり縦織繊維層）を配設すればよい、ということが理解される。

図８は、中空部に配設される吸音材のヤング率が透過損失に及ぼす影響を示す図である。この図８から明かなように、ヤング率が１０⁵ Ｎ／ｍ² を超えると、透過損失が一気に小さくなり、遮音特性が悪化してしまうことになる。したがって、吸音材のヤング率はヤング率が１０⁵ Ｎ／ｍ² 以下 とするのが好ましいことになる。この一方、粒子速度を低下させるための縦織繊維層のヤング率は１０⁵ Ｎ／ｍ² よりも大きくなる。このため、吸音材として、外側パネルｍ１側にはヤング率の小さな（剛性の低い）横織繊維層を配設する一方、内側パネルｍ２側には剛性の高い縦織繊維層を配設することにより、遮音特性を改善する（透過損失を大きくする）ことが可能となる。剛性の低い横織繊維層の厚さは、両パネルｍ１とｍ２との間隔をｄとしたとき、図５の説明から明かなように０．１ｄ以下とし、残りの厚さ分を剛性の高い縦織繊維層とすればよい。なお、ウレタン系の吸音材は、、ヤング率が相当に大きくなってしまうことから、横織繊維層の代わりとしては事実上採用し難いものとなる。

次に、本発明による遮音構造を車両のフロアパネル構造に適用した例について、図９以下を参照しつつ説明する。まず、図９において、１は、車室床面を構成するフロアパネルであり、前後２列のシートを有する車両用とされている。フロアパネル１の後部は、キックアップ部２を介して、リアフロアパネル３が連なっている。フロアパネル１の車幅方向中央部には、上方へ膨出されて前後方向に向けて伸びるトンネル部４が形成されている。そして、フロアパネル１の車幅方向端部は、前後方向に伸びる強度部材としてのサイドシル５に接合されている。なお、キックアップ部２の底部には、図示を略すが、車幅方向に延びるクロスメンバが接合されていて、キックアップ部２の底部の剛性（強度）が高いものとされている。

フロアパネル１上には、車幅方向に伸びる前後２組のクロスメンバ１１、１２が接合されている。前側のクロスメンバ１１は、前席用シートが取付けられるようになっており、トンネル部４とサイドシル５とを連結している。後側のクロスメンバ１２は、後席用シートが取付けられるようになっており、トンネル部４とサイドシル５とを連結している。なお、図中７は左右一対のフロントフレーム、８はエンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルである。

フロアパネル１は、左右一対のサイドシル５、トンネル部４、クロスメンバ１１、１２によって、平面視において、ロードノイズを受けて振動されやすい６箇所のパネル部分１８が存在している。この各パネル部分について、本発明の２重壁構造のパネル遮音構造が採択されている。

図１０には、本発明の第１実施形態におけるパネル遮音構造を断面図で示す。図示されるように、パネル遮音構造は、騒音の入射側である外側パネルに相当するフロアパネル１と、車室内に配置された内側パネルに相当する車内側パネル１６の間に、吸音層を構成する吸音材２０を配置して構成されている。フロアパネル１は、可能な限り柔らかい素材（例えばＰＰ板）で形成されている。また、車内側パネル１６は、例えばアルミ板で形成されている。なお、図２には示されていないが、車内側パネル１６の全周縁部は、シールされて、吸音材２０が配設される空間が極力密閉構造となるように設定されている。

吸音材２０は、フロアパネル１側に配置された横織繊維層２１と、横織繊維層２１と車内側パネル１６の間に配置された縦織繊維層２２とから構成されている。横織繊維層２１は、パネル面内方向に配向された繊維（例えばフェルト）から構成され、所定厚さとされている。具体的には、横織繊維層２１の厚さは、１ｍｍ〜３ｍｍ（実施形態では２ｍｍ）することができる。すなわち、横織繊維層２１は、柔らかくて形状保持が難しいことから、形状保持の観点から１ｍｍ以上とするのが好ましい。また、横織繊維層２１は、パネル遮音構造がむやみに厚くなってしまうのを抑制するために、３ｍｍ以下とするのが好ましい（図５に関する説明をも参照）。

なお、横織繊維層２１の厚さは、フロアパネル１が十分に振動できるようにその最大振幅（１０^-7ｍｍ程度）よりも厚いものであればよいが、上述した厚さ１ｍｍはこの要請に十分に合致するものである。また、横織繊維層２１を厚くし過ぎても、フロアパネル１を十分に振動させるという点で効果がなく、よって、フロアパネル１と車内側パネル１６との間の間隔をｄとしたとき、横織繊維層２１の厚さは０．１ｄ〜０．１５ｄの範囲で設定するのが好ましい。

横織繊維層２１は、騒音の入力側となるフロアパネル１が十分に振動されて、騒音が粒子速度に効果的に変換されるのを阻害しないようにすることが望まれるものである。このため、前述したように、横織繊維層２１のヤング率を１０⁵ Ｎ／ｍ²（ほぼ空気の体積弾性率に相当）よりも小さい値にするのが好ましい。

縦織繊維層２２は、パネル面に対して直交する方向（上下方向）に配向された繊維（例えばフェルト）から構成され、横織繊維層２１よりも大きな厚み（例えば１０ｍｍ〜２５ｍｍで、実施形態では２２ｍｍ程度）を有するように形成されている。特に、フロアパネル１と車内側パネル１６との間の間隔をｄとしたとき、粒子速度の十分な低減という観点から、縦織繊維層２２の厚さとして０．８５ｄ〜０．９ｄ程度確保するのが好ましいものである。

横織繊維層２１と縦織繊維層２２とからなる吸音材２０は、フロアパネル１および車内側パネル１６の全面に渡って配設される。すなわち、横織繊維層２１がフロアパネル１の全面に渡って配設され、縦織繊維層２２が車内側パネル１６の全面に渡って配設される。つまり、横織繊維層２１は、縦織繊維層２２の全面に渡って配設されている。

以上のような構成により、フロアパネル１に騒音振動が入射された場合、フロアパネル１は可能な限り柔らかい素材で構成されており、またフロアパネル１に隣接してパネル面直方向の動的弾性率の小さい（柔らかい）横織繊維層２１が配置されているので、パネル面内方向の粒子速度（振動）が大きく励起されるが、このフロアパネル１側の振動は、車内側パネル１６側に伝わり難くなっている。また、横織繊維層２１の上側には、パネル面内方向の流れ抵抗が大きな縦織繊維層２２が設けられているので、パネル面内方向の振動（粒子速度）は、縦織繊維層２２によって大きく減衰される。したがって、本パネル遮音構造によれば、フロアパネル１と車内側パネル１６の共振を適切に防止しつつ、吸音材２０による大きな透過損失（騒音振動の減衰）を得ることができる。また、この場合、横織繊維層２１は薄く形成されているので、縦織繊維層２２には十分な厚みを与えることができ、縦織繊維層２２において大きな透過損失を得ることができる。

図１１には、本発明の第２実施形態におけるパネル遮音構造を示す。図示されるように、本実施形態のパネル遮音構造は、上記第１実施形態の車内側パネル１６に代えて、車内側パネル３０を備えている。車内側パネル３０は、例えばＧＦ（ガラス繊維）強化樹脂等の樹脂から形成されている。

車内側パネル３０は、車内側となる第１パネル部３１と、第１パネル部３１と間隔をあけてフロアパネル１側に配設された第２パネル部３２と、両パネル部３１と３２との間に配設された仕切板部３３と、を有する。仕切板部３３は、断面ハット形状とされたハット形状部３４を第１パネル部３１の板面に沿って連続させた形状とされている。各ハット形状部３４によって、第１パネル部３１と第２パネル部３２との間の空間が、複数の小空間３５に区画されている。そして、各小空間３５は、仕切板部３３に形成された連通孔３３ａと第２パネル部３２に形成された連通孔３２ａとのいずれか一方または両方を介して、縦織繊維層２２側に連通されている。

本実施形態によれば、車内側パネル３０を、ハット形状部３４により仕切られた複数の小空間３５を有する構造とすることにより、軽量化を図りつつ高い剛性を確保することができる。

複数の小空間３５は、連通孔３２ａを介して、または連通孔３２ａと３３ａとを介して縦織繊維層２２側に連通されていることから、第１パネル部３１と縦織繊維層２２との間の空間を有効に活用でき、内側パネル２０側に空間体積を拡大する効果が得られるので、遮音特性が高められる。

ここで、既述のように、フロアパネル１に入力される騒音の周波数に応じた透過損失を示す波形のうち、谷となる部位が共振点であり、山となる部位が反共振点となる。そして、フロアパネル１を十分に振動させることによって、特に共鳴透過周波数およびその付近における共振点での粒子速度が高められて、縦織繊維層２２による遮音性改善が図られることになる（共振点での透過損失を増大させる改善で、例えば図３の状態から図５の状態への変更）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、本発明は、車両のフロアパネルに限らず、車両の他の部位（例えばサイドドア部分、トランクリッド等）にも適用でき、また車両に限らず、建物用の遮音壁等適宜の部位に適用することができる。

本発明は、車両のフロアパネル等における遮音特性を高めるために利用できる。

１：フロアパネル（外側パネル）
２：キックアップ部
４：トンネル部
５：サイドシル
１１：クロスメンバ
１２：クロスメンバ
１６：車内側パネル（内側パネル）
１８：フロアパネルのパネル部分
２０：吸音材
２１：横織繊維層
２２：縦織繊維層
２３：間隔
３０：車内側パネル（図３で、内側パネル）
３１：第１パネル部
３２：第２パネル部
３２ａ：連通孔
３３：仕切板部
３３ａ：連通孔
３４：ハット形状部
３５：小空間

Claims (6)

1. 騒音の入射側となる外側パネルと、前記外側パネルに対して間隔をあけて配設された内側パネルと、該外側パネルと内側パネルとの間の空間内に配設された吸音材とを有するパネル遮音構造において、
   前記吸音材は、前記外側パネルの平面方向に沿って延びる繊維からなる横織繊維層と、前記外側パネルの平面と直交する方向に延びる縦織繊維層とを備え、
   前記横織繊維層は、前記外側パネル側に設けられ、
   前記横織繊維層は、前記縦織繊維層の全面に渡って設けられている、
   ことを特徴とするパネル遮音構造。
2. 請求項１において、
   前記横織繊維層は、厚みが１ｍｍ〜３ｍｍとなるように設けられている、ことを特徴とするパネル遮音構造。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記内側パネルは、表側の第１パネル部と、該第１パネル部に対して間隔をあけて前記外側パネル側に配設された第２パネル部と、該第１パネル部と該第２パネル部との間に配設された仕切板部と、を有し、
   前記仕切板部は、断面ハット形状とされたハット形状部を前記第１パネル部の板面に沿って連続させた形状とされて、前記第１パネル部と前記第２パネル部との間の空間が該各ハット形状部によって複数の小空間に区画されている、
   ことを特徴とするパネル遮音構造。
4. 請求項３において、
   前記第２パネル部および前記仕切板部には、前記各小空間を前記縦織繊維層に連通させる連通孔が形成されている、ことを特徴とするパネル遮音構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記横織繊維層のヤング率が、１０⁵ Ｎ／ｍ²以下とされている、ことを特徴とするパネル遮音構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
   前記外側パネルは、車両におけるフロアパネルであり、
   前記内側パネルは、前記フロアパネルの上方を覆うように車室内に配置された車内側パネルである、
   ことを特徴とするパネル遮音構造。

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