JP4057550B2 - 音および衝撃吸収性を有する取付け組立体、超軽量型構造体セットおよび取付組立体の使用 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載されているような、発動機付き車両用の音および衝撃吸収性を有する超軽量型構造体セットならびにその構造部材に関する。

床板、屋根板、エンジンボンネット、トランクカバーまたはドアおよびサイドパネルにおける化粧張りなどの車両において大面積の構造部材は、本来の強度が小さいために運転中に変形、振動または揺動する傾向にある。従来ではこのような特性に対抗するために減衰材料、具体的にはビチューメン製の重い層（Bitumenschwerchichten）が用いられている。走行騒音の車両内部への伝達を低減するために、自動車業界において以前から多層遮音組立体が用いられている。このような遮音組立体は基本的にバネ−質量系として設計されており、いずれも弾性を有するバネ層に連結される重い層を設けることによって車体における大面積の部分に受ける振動を減衰させて空気中の騒音の通過を遮断している。

このような遮音組立体はたとえばヨーロッパ特許０ ３３４ １７８号明細書において開示されており、本質的に揺動可能な車体の構造部材のために設けられ、バネ−質量系におけるバネとして機能する柔軟性を有する泡状層と、視覚的にコンパクトであり、バネ−質量系における質量として機能する、同じ素材からなる空気透過性を有しない層と、さらにはその上に設けられる装飾またはカーペット層とを含むものである。このような構成によって、重い層の重量を４０％まで低減することが可能であるが、それによって遮音システム全体の重量をも公知であるバネ−質量系に対して低減することになり、音響上の有効性を犠牲にすることになる。一般的に、バネ−質量構造は、常に遮音における共鳴の低下を招き、これらはいつもとくに不都合である低いエンジン周波数と同じ周波数領域に存在している。したがってこのような現象によって極端な軽量構造が原則的に許されないこととなる。

しかしながら自動車産業において一般的に車両重量、とくに内装の重量をさらに低減することが要求されている。したがって国際出願ＰＣＴ／ＣＨ９６／００３８１号明細書において、従来の遮音組立体よりも５０％以上軽量である遮音性を有する構造部材を製造することが提案されている。この構造部材の構造では、従来のバネ−質量系における重い層が、軽量であり、比較的薄く、微小空洞を有する、硬い繊維層によって置き換えられている点、および車体部分と取付け組立体（Montagepaket）とのあいだにおける境界領域における空気の流動特性にとくに注目しているという点とにおいて前記遮断組立体と異なっている。これによって基本的に従来のバネ−質量系における比較的重い減衰メカニズムが軽量で、かつ効率的である吸音能力にとって有益であるように低減される。

さらに、自動車産業においては、車両の衝突時において乗客が重傷を負わないように可能な限り保護するために内部空間においても衝撃吸収性を有する材料を装備する要求がなされている。その目的のために今日ではキャビンに衝撃吸収性を有する化粧張りを装備している。通常このような化粧張りは、その裏に衝撃吸収性を有する層が設けられた、多かれ少なかれ高価なカーペット層からなる。このような衝撃吸収性を有する内部化粧張りは、９０ジュールの衝突エネルギーおよび４００ｄａＮ未満の力の衝撃を完全に吸収するのに適している。このような化粧張りもまたバネ−質量系として形成されており、よってそれらの公知である欠点を有している。その上、これらの組み合わされた衝撃および音吸収性を有する化粧張りは所望されないほど厚い。したがってスイス特許ＣＨ１４１５／９６号明細書においてすでに、さらに改良された音および衝撃吸収特性を有する、薄い化粧張り構造部材を製造することが提案されている。このシステムもまた本質的にバネ−質量系であって、さらに車体部分と遮断構造体との境界領域において散逸的な機構をも付加的に用いるものである。

米国特許第４ ４７９ ９９２号明細書においてはバネ−質量系として設計されていない遮音性を有する構造部材が開示されている。これら構造部材は、少なくとも１つの開孔性の繊維層によって覆われている蜂の巣状の構造を呈している。これら構造部材は比較的かさばるものであり、容易に変形されるものであり、したがってショックアブソーバとしては適さないものである。

本発明の目的は、従来の遮音材とショックアブソーバとの特性を兼ねているものでありながら結果として、これらよりも重くなったり嵩張ったりすることがない車両内部空間用の化粧張り構造部材を提供することにある。とくに、本発明の目的は薄くて超軽量である音および衝撃吸収性を有する化粧張り構造部材を提供することにある。

この目的は、本発明において請求項１の特徴を有する取付け組立体によって解決され、とくに多層を有する重い層を設けない取付け組立体であって、これら複数の層のうちの１つは複数の並列された中空体を有しており、これらの壁は取付け平面に対して実質的に垂直に立設され、その横方向に穿孔、好ましくは少なくとも部分的にスリットが形成されていることによって、連通されている中空迷路が形成されるようなものによって解決される。

このような中空迷路によって、一方では音響吸収能力を実質的な形で改善することができ、または取付け組立体の全体の厚さを従来のシステムに比して音響吸収能力を損なうことなく低減することが可能となる。一方、実質的には取付け平面に対して垂直に立設されている中空体の壁によってとくに有利な圧縮特性が得られる。物体が取付け組立体に衝突した場合、これらの衝撃力によって実質的に衝突方向に立設されている壁が圧縮し、またはこれら壁を折り曲げまたは折損する。

当業者が、材質とその寸法を適宜選択することによって所望の圧縮特性が得られることはいうまでもない。本出願において、プラトー（台形（Plateau）型）の圧縮特性が好ましい。

したがって好ましい実施の形態において、中空体の壁は、最大プラトー（台形）応力（maximalen Plateauspannung）が０．５ＭＰａ＜σ＜１．２Ｍｐａである場合に少なくとも５０％の圧縮を許容し、その場合約０．５ＭＪ／ｍ³の衝突エネルギーを非弾性的に完全に変形作用に変換するような寸法を有するように設けられる。

また別の実施の形態においては、この取付け組立体は、その空気流抵抗が９００Ｎｓ／ｍ³＜Ｒ_t＜２０００Ｎｓ／ｍ³であり、曲げ剛性が０．０２７Ｎｍ＜Ｂ＜０．２７５Ｎｍ、また単位面積あたりの重量が０．３ｋｇ／ｍ²＜ｍ_F＜０．７ｋｇ／ｍ²であるような微小空洞の硬化層を有する。

このような極めて軽量な硬化層は取付け組立体の音響上の有効性にとって重要である。空気流抵抗はこの層の吸収特性に対して実質的な影響を及ぼすものであり、適当な開孔性を有する構造（繊維層または泡状物）を選択することによって決定することができる。この層の比較的高い曲げ剛性は低周波数領域にとって有意義であり、取付け組立体全体の自立性に著しく寄与し得るものである。

本発明による構造体セットのその他の実施の形態とそれらに特異な技術的特徴は従属クレームによって明らかになる。

これら音響上有効なショックアブソーバ手段の利点は当業者にとって直接明らかであり、とくに重い層がなく、すなわち超軽量であり、薄い構造において明らかとなる。

この取付け組立体は接着された場合に硬化する効果があるため、その他の車両部分にも装着され得ることはいうまでもない。とくにキャビン、エンジン室、トランク、Ａ、ＢまたはＣ柱、車両の屋根部、足空間における衝突に対して敏感な部分、ドアサイドにおける化粧張り、トランク、スペアタイヤカバーまたは内外側におけるフロントパネルなどの化粧張り用に用いることができる。この付加的な硬化によって低周波数領域における遮音において所望しない共鳴の低下が移動されることとなる。

以下に、いくつかの実施の形態に基づいて図面を参照しつつ本発明を詳述する。

図１に基づいて、本発明の取付け組立体の構成と構造部材の操作方法とについて説明する。図１に示される取付け組立体１は、好ましくは多孔性繊維層（Vlies）、とくに好ましくは多孔性を有するポリプロピレン繊維層からなる基台層（Auflageschicht）２を有する。中間層３は複数の小筒状の要素４からなり、これらの壁は少なくとも部分的にスリットが形成されていることによって個々の小筒状の要素４における中空部がこれらスリット状の開口部５を通して互いに連結されて、これにより連通されている中空迷路を形成するものである。本発明において、これら小筒状の要素４が取付け平面１０に対して実質的に垂直に、すなわち期待される衝突の方向に立設されていることが重要である。これら小筒状の要素４は熱可塑性を有するプラスチック材料、とくにポリエチレンを用いても製造され得、好ましい実施の形態においてそれらの直径は５〜１２ｍｍであり、またそれらの高さは１０〜２５ｍｍである。これら小筒状の要素４の壁の強度は、車両領域における衝撃吸収性を有する部材に対する要求が満たされるように、いいかえれば中間層３が約９０ジュールの衝突エネルギーを完全に変形作用に変換し得るように選択される。好ましい実施の形態において、これら小筒はポリエチレン製であり、これらの上部または下部の端部領域において互いに融合されている。これら小筒を、たとえばポリプロピレン、耐燃紙、アラミド、ケブラーまたはアルミニウムなど、その他の適当な材料を用いて製造することが可能であることはいうまでもない。この中間層３の上に、同様にポリプロピレン繊維層を用いて製造され得る被覆層６が設けられている。この被覆層６は複数の異なる層から形成されていてもよく、とくにたとえばポリプロピレン製の圧縮成形された繊維層７と、硬い微小空洞を有する層８と、装飾層９とからなるものであってもよい。

この微小空洞を有する層８は、最適な吸音性を得るために重要であり、微小空洞を有する硬化層として形成されている。従来の被覆層に対して、このような微小空洞を有する硬化層は９００Ｎｓ／ｍ³＜Ｒ_t＜２０００Ｎｓ／ｍ³、とくに約１５００Ｎｓ／ｍ³である空気流抵抗を生じさせ、よって２５０Ｈｚを越える周波数を６０〜８０％吸収することが可能である。なお比較のために述べると、通常、車両形成の際に用いられる空気透過性を有するカーペットは、約２００Ｎｓ／ｍ³の空気流抵抗を有するものである。しかしながら、これらカーペットは（吸音性の改善を目的として）空気透過性を有しないフィルムまたは泡状層によって裏張りされており、これら下の層によって効果的な吸音が妨げられているのが常である。

本実施の形態における微小空洞を有する硬化層は、さらに０．０２７Ｎｍ＜Ｂ＜０．２７５Ｎｍである曲げ剛性と、０．３ｋｇ／ｍ²＜ｍ_F＜０．７ｋｇ／ｍ²である単位面積あたりの重量とを有することが好ましい。

騒音低減および衝撃吸収のために、この取付け組立体１は、車体部分１１に設けられ、好ましくは単に上敷きされる。好ましい実施の形態において、基台層２は車体部分１１に対向している面においてレリーフ状に変形されている。振動し揺動する車体部分１１によって生じる空気圧変動と空気流とは実質的に中間層３によって吸収、または相殺される。とくに、中間層３によって得られた中空迷路によって局所的にその強度が異なる空気流が埋め合わされて分散される。レリーフ状に変形された基台層２によって、局所的にその強度とその方向とが異なる空気流が車体部分１１と基台層２とのあいだの領域に導入されるという付加的な吸音機能がもたらされる。

本発明の取付け組立体１は、音波の場によって生じる空気揺動が中空迷路内に導入されるように形成されている、硬いながらも空気透過性を有する中間層３を用いることによって、公知である吸音性を有する遮断組立体とは異なるものである。

図２に示されている、本発明の取付け組立体１の実施の形態においてもまた中間層３が基台層２と被覆層６とのあいだに設けられている。本実施の形態において小筒状の要素４が孔の形状を有する細孔５を有し、これらの要素４の壁は取付け平面１０に対して実質的に垂直に設けられている。これら細孔５によって中間層３において連通している中空迷路が形成される。本実施の形態において、取付け組立体１全体が減衰層１７に連結されており、この層自体は車体部分１１の上に上敷きされている。好ましい実施の形態において、この減衰層１７はＥＰＤＭ層であって車体部分側に構成されていて固定せずに単に上敷きされている。別の実施の形態において、この減衰層１７は車体部分１１に対してしっかり固着されており、取付け組立体１の基台層２が減衰層１７の上に固定されずに上敷きされている。この実施の形態において、これら２つの層２、１７のあいだに連通される空気層を形成するために、基台層２を減衰層の上に設けても減衰層１７を基台層の上に設けてもよい。最も簡単な実施の形態において、これらの層２、１７がたとえば接着によって固着されることはいうまでもない。図１に示される実施の形態と同様、被覆層６はここでも、好ましくは装飾層９、微細孔層８および圧縮成形された繊維層７などの複数の層を含むものであり得る。

図３ａには、複数の円筒状の要素４から形成されている、本発明における中間層３の断面図が示されている。これら要素４は、好ましくはポリプロピレン製であり、これらの上端部または下端部において互いに融合されている。これによって硬い自立した層が形成され、取付け組立体１全体が自重に抗して自身の形状を保つことが可能となる。この中間層３における細孔５はスリット状に形成され得、円筒状の要素４の全長に亘って延伸し得る。これらスリットに代えて、たとえば複数の孔など、その他の形状を有する細孔を設けることが可能であることは理解され得る。本発明において細孔５は、個々の小筒状の中空部１２とそれらのあいだにおける空間とが互いに迷路状に連結されるように配置されている。

図３ｂは中間層３の蜂の巣状構造を示している。この構成においても個々の蜂の巣の壁１３は穿孔されており、チャンバー１４によって連通される中空迷路が形成されている。この実施の形態においても、壁は取付け組立体が衝撃吸収性を有する車両化粧張りに対する要求を満たすようにそれらの寸法が定められている。

図３ｃには、開口部１６によって互いに連結されている菱形状セル１５を有する中間層３が図示されている。また当業者は、適当な細孔を設けることによって音響上も有効である、硬い衝撃吸収性を有する層を形成するために、複数のチャンバーによって形成される中間層をも考慮に入れることはいうまでもない。とくに、当業者は図３ｄにおいて図示されているように角柱状のセル１８を有する中間層３をも考慮し得るものであり、それぞれの利用用途によって最も有利である構造を選択するものである。

図４に示される測定曲線１９は、本発明の取付け組立体の圧縮時における圧縮特性を示すものである。図において、Ｘ軸には百分率によって示された変形が記入されており、Ｙ軸には付与された応力がＮ／ｍｍ²の単位によって記入されている。図示されている測定曲線１９の形状より、０．５Ｎ／ｍｍ²（＝ＭＰａ）以下の低い応力値の場合には取付け組立体１、具体的には中間層３における変形が生じないことが見受けられる。これらの値の場合、個々の小筒が付与された応力を弾性的に回避することが可能であり、生じ得る変形が再び完全にもとにもどる。これら応力を超えると個々の小筒が折り曲げおよび／または折損し始める。したがってこのプラトー領域において衝突エネルギーの実質的な部分が変形作用に変換され、応力が実質的に一定に保たれる。自動車製造業における当業者にとって相当する圧縮特性を有するショックアブソーバは公知であり、よって中間層３に対して必要とされる特性を有するようにその寸法を定めることは容易である。とくに、衝撃吸収性を有する構造部材に対する最小の要求を知っているため、圧縮特性が予め定められた公差領域内２１にあることに注意を払うことであろう。

図５に示されている測定曲線において、本発明の構造部材の異なる実施の形態における音響上の吸収特性が示されている。この曲線２２は周波数に依存する取付け組立体の吸収の形状を示すものであって、この組立体はその高さが約１０．５ｍｍでありその単位面積あたりの重量が約７３０ｇ／ｍ²であるプラスチック小筒からなる中間層と、微小空洞を有する硬化層であって、とくに高度に圧縮成形され、約１．４ｍｍの厚さを有し、その単位面積あたりの重量が約７００ｇ／ｍ²である繊維層と、その単位面積あたりの重量が約２４０ｇ／ｍ²である装飾層とを有するものである。本実施の形態において１０００Ｈｚを越える周波数における吸収係数αは約０．８であって、１０００Ｈｚ以下の周波数におけるこの係数は継続的に低下して約５００Ｈｚにおいて０．４の値となる。

同じ図５において示されている測定曲線２３において、単位面積あたりの重量が約１２４０ｇ／ｍ²である、約２１ｍｍの厚さを有するプラスチック小筒からなる中間層を有する、直接床の上に設けられた取付け組立体の周波数に依存する吸収特性が示されている。この取付け組立体もまた高度に圧縮成形された、約１．４ｍｍの厚さを有する、その単位面積あたりの重量が約７００ｇ／ｍ²である繊維層とその単位面積あたりの重量が約２４０ｇ／ｍ²である装飾部とを有するものである。本実施の形態においても１０００Ｈｚを越える周波数における吸収係数は約０．８である。吸収特性における明らかな改善は１０００Ｈｚ以下の領域において見受けられる。

この取付け組立体は衝撃および音吸収特性が必要とされるいかなる個所にも適応され得、したがって、とくに重量物車両あるいは自家用車における外側フロントパネルの上部領域にこれらを設けることが可能である。

用途によっては、この取付け組立体の中空構造は、耐熱紙、ケブラー、アラミドまたはアルミニウムから形成され得る。とくに、このような取付け組立体はスペース・フレーム車両において適応され得る。

本発明の取付け組立体と構造体セットの概略図である。 本発明の取付け組立体および構造体セットの概略図である。 本発明の取付け組立体における中間層の好ましい実施の形態の概略断面図である。 本発明の取付け組立体における中間層が蜂の巣状に設けられた実施の形態の概略断面図である。 本発明の取付け組立体における中間層が菱形状に設けられた実施の形態の概略断面図である。 本発明の取付け組立体における中間層が角柱状に設けられた実施の形態の概略断面図である。 本発明の取付け組立体の圧縮特性を示す測定曲線である。 本発明の取付け組立体の吸収特性を示す測定曲線である。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの基台層（２）と中間層（３）と被覆層（６）とを有し、音および衝撃吸収性を有する車両の化粧張り用の層がなく自立性を有する取付け組立体であって、前記中間層（３）が、取付け平面（１０）に対して垂直に立設されている壁を有する複数の並列された中空体（４）からなり、
   該中空体（４）の壁が横方向に穿孔、好ましくは部分的にスリットが形成されていることによって、連通されている中空迷路が形成され、かつ
   前記中空体（４）の壁が、最大プラトー応力が０．５ＭＰａ＜σ＜１．２Ｍｐａである場合に少なくとも５０％の圧縮を許容し、その場合０．５ＭＪ／ｍ³の衝突エネルギーを非弾性的で、かつ完全に変形作用に変換するような寸法を有し、中間層（３）に印加される応力が０．５ＭＰａ以下の低い応力値の場合には中間層（３）における変形が生じず、個々の小筒が付与された応力を弾性的に回避することが可能であり、生じ得る変形が再び完全にもとにもどり、０．５ＭＰａを超えると個々の小筒が、折り曲げ、または折損の少なくともいずれかによって衝突エネルギーの実質的な部分が変形作用に変換され、応力が実質的に一定に保たれ、
   全体の空気流抵抗が９００Ｎｓ／ｍ³／Ｒ_t＜２０００Ｎｓ／ｍ³ ＜Ｒ _t であり、曲げ剛性が０．０２７Ｎｍ＜Ｂ＜０．２７５Ｎｍであり、さらに単位面積あたりの重量が０．３ｋｇ／ｍ²＜ｍＦ＜０．７ｋｇ／ｍ²であるような微小空洞の硬化層（８）を有し、前記基台層（２）が、車体部分に対向している面においてレリーフ状に変形していることを特徴とする取付け組立体。
2. 前記中間層（３）が、直径が５〜１２ｍｍであり、高さが５〜４０ｍｍである複数の並列された小筒（４）からなる中空構造を有することを特徴とする請求項１記載の取付け組立体。
3. 前記中間層（３）が、深いくぼみのあるとくに蜂の巣状、菱形状または角柱状の中空構造からなることを特徴とする請求項１記載の取付け組立体。
4. 前記中空構造が、プラスチック材料、とくに熱可塑性を有する材料、好ましくはポリプロピレンまたはポリエチレンから形成されることを特徴とする請求項２または３記載の取付け組立体。
5. 前記中空構造の個々の要素（４）が、少なくともその端部において互いに融合されていることを特徴とする請求項４記載の取付け組立体。
6. 前記中間層（３）が、紙、とくに耐熱紙、ケブラー、アラミドまたはアルミニウムからなることを特徴とする請求項２または３記載の取付け組立体。
7. 前記基台層（２）が、多孔性を有するポリプロピレン繊維層、ポリエチレン繊維層、または化学および天然繊維からなる混合繊維層からなることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の取付け組立体。
8. さらに減衰層（１７）を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載の取付け組立体。

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