JP2023105633A - 自動車用防音材と自動車の防音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】防音材の重量を増加させることなく、遮音性の低下を抑えることができる、自動車用防音材を提供する。【解決手段】自動車のフロアパネル６上に配置される防音材１が、多孔質材からなる吸音層２と、吸音層２の一方の面に積層され吸音層２に比べて通気性が低い材料からなる遮音層３と、吸音層２の他方の面に設けられフロアパネル６に対する接合面を構成する界面層４とを有する。界面層４は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、厚さ３ｍｍのプレスシートの状態で測定される、押針接触開始直後のショアーＡ硬度の値と、押針接触開始から１５秒後におけるショアーＡ硬度の値との間の変化量ΔＨｓが５以上５０以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１０７に準拠して測定した４０℃での圧縮応力緩和率が２５％以上であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２０℃以上４５℃以下であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ3以下である。【選択図】図１

Description

本発明は自動車用防音材と自動車の防音構造に関する。

自動車において、車室の外部の騒音（ロードノイズなど）が車室の内部に伝わることを抑えるために、車体に防音材が取り付けられている。

特許文献１に記載されている防音材は、フェルト等からなり通気性を有する吸音層の一方の面に、樹脂シートからなり非通気性の遮音層と、毛羽立たせた不織布からなるカーペット表皮とが積層された構成である。吸音層の他方の面が、車室の床板を構成するフロアパネルに固定されている。

特許文献２に記載されている防音材は、ウレタン層の一方の面に、下部マス層を介して繊維質層または低弾性ウレタン層が積層され、さらに繊維質層または低弾性ウレタン層の上に、上部マス層を介してカーペットが積層された構成である。ウレタン層の他方の面が、車室の床板を構成するフロアパネルに固定されている。

特開2010-234896号公報 特開2003-104135号公報

特許文献１，２には、防音材をフロアパネルに固定する方法については明示されていない。通常は、防音材の端部等を樹脂製クリップ等の固定部材でフロアパネルに固定することが一般的である。この場合、防音材は、固定部材に接する部分のみがフロアパネルに固定され、それ以外の部分はフロアパネルの上に載っているだけで固定されていない。従って、防音材の大部分はフロアパネルに固定されていない。

特許文献１に記載の構成によると、遮音層に磁性体が含まれており、磁性体の磁力により防音材をフロアパネルに密着させようとしている。しかし、磁性体は、防音材のフロアパネルに接する面とは反対側に位置する遮音層に含まれており、フロアパネルに接する部分には磁性体が存在しない。そのため、特許文献１に記載の構成では、フロアパネルの形状に対する防音材の追従性は不十分であり、フロアパネルと防音材とは十分に密着せず、フロアパネルと防音材との間に空隙（空気層）が生じて音響透過損失が低下し、遮音性が低下する可能性がある。そして、フロアパネルと防音材との密着性を向上させるため、すなわち、フロアパネルの形状に対する防音材の追従性を向上させるためには、遮音層に含まれる磁性体の量を増やす必要があり、防音材の重量増加を招くという問題がある。

また、特許文献２は一般的な防音材（フロアカーペット）の一例を開示しており、フロアパネルへの防音材の密着性（追従性）は不十分であり、フロアパネルと防音材の間に空隙（空気層）が生じて遮音性が低下する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、防音材の重量を増加させることなく、遮音性の低下を抑えることができる、自動車用防音材と自動車の防音構造を提供することにある。

本発明は、自動車の車室の床面を構成するフロアパネル上に配置される防音材であって、多孔質材からなる吸音層と、前記吸音層の一方の面に積層されており前記吸音層に比べて通気性が低い材料からなる遮音層と、前記吸音層の他方の面に設けられており前記フロアパネルに対する接合面を構成する界面層と、を有し、前記界面層は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、厚さ３ｍｍのプレスシートの状態で測定される、押針接触開始直後のショアーＡ硬度の値と、押針接触開始から１５秒後におけるショアーＡ硬度の値との間の変化量ΔＨｓが５以上５０以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１０７に準拠して測定した４０℃での圧縮応力緩和率が２５％以上であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２０℃以上４５℃以下であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする。
前記吸音層の厚さは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であってよい。
前記遮音層の厚さは０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であってよい。
前記界面層の厚さは０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってよい。
前記吸音層の単位厚さ流れ抵抗は１．０×１０⁴Ｎｓ／ｍ⁴以上１．０×１０⁷Ｎｓ／ｍ⁴以下であってよい。
前記界面層は４－メチル－１－ペンテン共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物からなるものであってよい。
前記界面層が、１．６Ｈｚの周波数で動的粘弾性を測定して得られる損失正接（ｔａｎδ）の０～５０℃の間にあるピーク値が０．５以上５．０以下であってよい。
本発明の自動車の防音構造は、前述したいずれかの構成の防音材と、前記フロアパネルと、を含むことを特徴とする。

本発明によると、防音材の重量を増加させることなく、遮音性の低下を抑えることができる、自動車用防音材と自動車の防音構造を提供することができる。

本発明の一実施形態の防音材を示す拡大断面図である。 （Ａ）は図１に示す防音材が取り付けられた自動車を示す側面図であり、（Ｂ）は自動車の内部の一部を拡大して示す側面図である。 本発明の実施例１と比較例１の音響透過損失を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の防音材１の基本構造を示している。防音材１は、多孔質材からなる吸音層２と、吸音層２の一方の面に積層されている遮音層３と、吸音層２の他方の面に設けられている界面層４と、を有する積層体である。遮音層３は、吸音層２に比べて通気性が低い材料からなる。界面層４は、熱可塑性樹脂組成物を含み、図２に示す自動車５の車室の床面を構成するフロアパネル６に対する接合面を構成する。

この防音材１を、図２（Ａ）に示す自動車５の車体の一部、具体的には、例えば鋼板からなるフロアパネル６に取り付けることにより、自動車の防音構造（フロアカーペット、フロアサイレンサーとも言う）を構成している。図２（Ｂ）に示すように、自動車５の内部において座席７の下方のフロアパネル６の上に防音材１が配置されている。この防音材１とフロアパネル６とを含む防音構造により、車室の外部の騒音（ロードノイズ等）がフロアパネル６を介して車室の内部に進入することを抑制することができる。

防音材の防音効果について説明する。防音材をフロアパネルに取り付けて防音構造を構成すると、車室の内部への騒音の進入を抑制することができる。しかし、例えば特許文献１，２に記載されている防音材は、フロアパネルの形状に対する追従性が悪いため、防音材とフロアパネルとの密着性が悪く、両者の間に空気層が存在する。その結果、防音材の遮音性が低下する。具体的には、中空二重壁構造において一般的に生じる共鳴透過現象、すなわち空気層がバネとなって振動する共振現象が発生し、特に低周波数から中周波数の領域の音に対する遮音性が低下する。

それに対し、図１に示す本実施形態の防音材１は、フロアパネル６に対する接合面に界面層４が設けられている。この界面層４は熱可塑性樹脂組成物からなり、防音材１のフロアパネル６の形状に対する追従性を向上させ、防音材１とフロアパネル６との密着性を向上させる。それにより、防音材１とフロアパネル６との間における空気層の発生を抑え、その結果、共鳴透過現象による特に低周波数から中周波数の領域の音に対する遮音性の低下を抑えることができる。すなわち、従来の防音材に比べて、防音効果を向上させることができる。

このように、フロアパネル６の形状に対する追従性を向上させ、かつ遮音性の低下を招かないように、本実施形態の防音材１の界面層４は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が室温付近であって応力緩和が大きいことが好ましい。具体的には、界面層４の押針接触開始直後から１５秒後までのショアーＡ硬度の変化量ΔＨｓが５以上５０以下であることが好ましい。この変化量ΔＨｓは、より詳しくは、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、厚さ３ｍｍのプレスシートの状態で測定される、押針接触開始直後のショアーＡ硬度の値と、押針接触開始から１５秒後におけるショアーＡ硬度の値との差である。また、界面層４の温度４０℃における圧縮応力緩和率（ＪＩＳ Ｋ７１０７に準拠して測定）が２５％以上であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）（１．６Ｈｚの周波数で動的粘弾性を測定して得られる損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度）が２０℃以上４５℃以下であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましい。このような界面層４の一例としては、４－メチル－１－ペンテン共重合体からなる層が挙げられる。界面層４の厚さは０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。界面層４の厚さが薄すぎると、フロアパネルに対する密着性が悪化する恐れがあり、界面層４の厚さが厚すぎると、防音材１の重量が増加してしまう。

また、界面層４の、１．６Ｈｚの周波数で動的粘弾性を測定して得られる損失正接（ｔａｎδ）の０～５０℃の間にあるピーク値が０．５以上５．０以下であることが好ましい。損失正接（ｔａｎδ）の０～５０℃の間にあるピーク値がこの範囲にあることで、この界面層４がフロアパネル６に接するように防音材１を車体に設置する際に、界面層４がフロアパネル６に追従しやすく、しかも過剰に変形することはなく、より好適である。

この界面層４を構成する熱可塑性樹脂組成物は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、厚さ３ｍｍのプレスシートの状態で測定される、押針接触開始直後のショアーＡ硬度の値と、押針接触開始から１５秒後におけるショアーＡ硬度の値との間の変化量ΔＨｓが５以上５０以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１０７に準拠して測定した４０℃での圧縮応力緩和率が２５％以上であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２０℃以上４５℃以下であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ³以下であることを満たせば特に制限されないが、４－メチル－１－ペンテンから導かれる構成単位（Ａ－ｉ）と、４－メチル－１－ペンテンを除く炭素原子数２～２０のα－オレフィンから選ばれる少なくとも１種以上のα－オレフィンから導かれる構成単位（Ａ－ｉｉ）とを含む４－メチル－１－ペンテン・α－オレフィン共重合体を含む組成物であることが特に好ましい。この４－メチル－１－ペンテン・α－オレフィン共重合体は、非共役ポリエンから導かれる構成単位（Ａ－ｉｉｉ）をさらに含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。前述した構成単位（Ａ－ｉ）と（Ａ－ｉｉ）と（Ａ－ｉｉｉ）との合計を１００モル％とすると、構成単位（Ａ－ｉ）を５５モル％以上８５モル％以下含み、構成単位（Ａ－ｉｉ）を１５モル％以上４５モル％以下含む。そして、構成単位（Ａ－ｉｉｉ）を含む場合には、１０モル％以下である。

この界面層４を構成する熱可塑性樹脂組成物は、その全質量に対して１０質量％以上１ ００質量％以下の４－メチル－１－ペンテン・α－オレフィン共重合体を含有することが特に好ましい。また、この界面層４を構成する熱可塑性樹脂組成物は、前述した４－メチル－１－ペンテン・α－オレフィン共重合体を１０質量％以上９０質量％以下含有するとともに、オレフィン系エラストマーまたはスチレン系エラストマーを１０質量％以上９０質量％以下含有する組成物であってもよい。また、この熱可塑性樹脂組成物は必要に応じて、充填剤、補強剤、可塑剤、パラフィンオイル、安定材、酸化防止剤、難燃剤、顔料などの添加剤を含む組成物であってもよい。また、この熱可塑性樹脂組成物は発泡体であってもよい。

本実施形態の防音材１の遮音層３は、マス層として機能するように、非通気性のゴムや低通気性の多孔質材等からなることが好ましい。遮音層３の厚さは０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。遮音層３の厚さが薄すぎると防音材１としての遮音性が悪化する恐れがあり、遮音層３の厚さが厚すぎると、防音材１の重量が増加してしまう。

本実施形態の防音材１の吸音層２は、バネ層として機能するように、高通気性の多孔質材料、例えばフェルトや不織布やウレタンフォーム等からなることが好ましい。吸音層２の厚さは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、吸音層２の単位厚さ流れ抵抗（ＩＳＯ ９０５３に準拠して測定）は１．０×１０⁴Ｎｓ／ｍ⁴以上１．０×１０⁷Ｎｓ／ｍ⁴以下であることが好ましい。防音材１の実際の使用時には側面（端部）において吸音層２がむき出しとなっている場合があり、この側面や隙間から音波が入射する場合に吸音層２自体の吸音機能が必要になる可能性がある。そこで、現在特に遮音することが望まれている周波数帯の音に対する吸音機能を発現するために、吸音層２の単位厚さ流れ抵抗を前述した範囲にすることが好ましい。

このような構成の遮音層３と吸音層２と界面層４とがこの順番に積層された防音材１が、界面層４がフロアパネル６に接するように配置されると、界面層４のフロアパネル６の形状に対する追従性およびフロアパネル６との密着性が良いため、良好な遮音性が得られ、例えばロードノイズの車室内への進入を抑えることができる。さらに、このように界面層４のフロアパネル６の形状に対する追従性およびフロアパネル６との密着性が良いため、防音材１の制振性も良好であり、樹脂製クリップ等の固定部材が少なくて済むなど車体への設置が容易であるという効果も得られる。
図示しないが、防音材１は遮音層３の上にカーペット表皮が設けられていてもよい。カーペット表皮はニードルパンチにより毛羽立たせた不織布であってよい。

［実施例１］
本発明の防音材１の具体的な実施例について説明する。本発明の実施例１の防音材１は、以下の遮音層３と吸音層２と界面層４とを有する。遮音層３はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）からなり、厚さが１．５ｍｍで密度が１４００ｋｇ／ｍ³である。吸音層２はフェルトからなり、厚さが２０ｍｍで、単位厚さ流れ抵抗が１３０００Ｎｓ／ｍ⁴で、密度が５０ｋｇ／ｍ³で、せん断弾性率が５．０×１０⁶Ｐａで、損失係数が０．１０である。

界面層４は、４－メチル－１－ペンテン共重合体（４－メチル－１－ペンテンに由来する構成単位の含有量は７２モル％、プロピレンに由来する構成単位の含有量は２８モル％）を含む熱可塑性樹脂組成物からなり、厚さが０．３ｍｍで、密度が８５０ｋｇ／ｍ³である。そして界面層４の押針接触開始直後のショアーＡ硬度の値と、押針接触開始から１５秒後におけるショアーＡ硬度の値との間の変化量ΔＨｓは３８であり、ＪＩＳ Ｋ７１０７に準拠して測定した４０℃での圧縮応力緩和率が５３％以上であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）は２８℃である。

前述した遮音層３と吸音層２と界面層４とが順番に積層された防音材１を、図１，２に示すフロアパネル６に相当する厚さ０．８ｍｍの鉄板（図示せず）に積層して防音構造を構成して、音響透過損失を求めた。具体的には、界面層４が鉄板に密着した積層状態にして、鉄板側を入射側としてランダム入射条件（０度～７８度）による伝達マトリクス法を行って音響透過損失を算出した。音響透過損失の算出結果を図３に示している。音響透過損失の値が高いほど遮音性に優れている。

［比較例１］
本発明の実施例１と同様な遮音層３と吸音層２とが積層されているが、界面層４を有していない防音材を作製し、厚さ０．８ｍｍの鉄板に重ね合わせて防音構造を構成して、音響透過損失を求めた。この時、吸音層２を鉄板側に配置するが、吸音層２と鉄板との間に厚さ０．５ｍｍの空気層を介在させた。これは、防音材の鉄板への追従性（密着性）が低い取り付け状態を再現するためであった。この比較例１の音響透過損失の算出結果を図３に示している。

［遮音性の比較］
図３を参照すると、界面層４を有していない防音材を用いる比較例１では、特に自動車のフロア用の防音材として重要な４００Ｈｚ～６３０Ｈｚの中周波数の音に対する音響透過損失が低く、遮音性が劣る。これは、共鳴透過の影響による音響透過損失の低下が一因であると考えられる。一方、鉄板に密着する界面層４を有する防音材１を用いる実施例１では、４００Ｈｚ～６３０Ｈｚの中周波数の音に対する音響透過損失が低くなっておらず、良好な遮音性が得られる。これは、防音材１の鉄板への追従性（密着性）が良好であることにより、共鳴透過現象の発生が抑制されたからであると考えられる。

１ 防音材
２ 吸音層
３ 遮音層
４ 界面層
５ 自動車
６ フロアパネル
７ 座席

Claims (8)

1. 自動車の車室の床面を構成するフロアパネル上に配置される防音材であって、
   多孔質材からなる吸音層と、前記吸音層の一方の面に積層されており前記吸音層に比べて通気性が低い材料からなる遮音層と、前記吸音層の他方の面に設けられており前記フロアパネルに対する接合面を構成する界面層と、を有し、
   前記界面層は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、厚さ３ｍｍのプレスシートの状態で測定される、押針接触開始直後のショアーＡ硬度の値と、押針接触開始から１５秒後におけるショアーＡ硬度の値との間の変化量ΔＨｓが５以上５０以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１０７に準拠して測定した４０℃での圧縮応力緩和率が２５％以上であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２０℃以上４５℃以下であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とする防音材。
2. 前記吸音層の厚さは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１に記載の防音材。
3. 前記遮音層の厚さは０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の防音材。
4. 前記界面層の厚さは０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の防音材。
5. 前記吸音層の単位厚さ流れ抵抗は１．０×１０⁴Ｎｓ／ｍ⁴以上１．０×１０⁷Ｎｓ／ｍ⁴以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の防音材。
6. 前記界面層は４－メチル－１－ペンテン共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物からなる、請求項１から５のいずれか１項に記載の防音材。
7. 前記界面層が、１．６Ｈｚの周波数で動的粘弾性を測定して得られる損失正接（ｔａｎδ）の０～５０℃の間にあるピーク値が０．５以上５．０以下である、請求項１から６のいずれかに記載の防音材。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の防音材と、前記フロアパネルと、を含むことを特徴とする自動車の防音構造。

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