JP4437662B2 - 自動車用フロア敷設体 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のフロアパネル上に敷設されるフロア敷設体に関する。

従来から、乗用車等の自動車のフロア部は、フロアパネルの上に内装材としてカーペットを敷設することで意匠性を確保するようにしている。この種のフロアカーペットには、裏面に熱可塑性樹脂の裏打ちをほどこしたタフトカーペットやニードルパンチカーペットが多く用いられる。フロアカーペット裏面の裏打ちを加熱、可塑化させることで賦形性を発現させ、プレス成形によりおよそフロアパネルに沿う形状に立体的に成形してフロアパネル上に敷設するものである。

フロアカーペットを自動車のフロアパネル上に敷設する際、フロアカーペットとフロアパネルの間には、各種の嵩上材を介在、配設することが一般的である（しばしば嵩上材はフロアカーペットの裏面に貼着される）。嵩上材を配設する目的としては、嵩上材がフロアパネルの細かな凹凸を覆ってフロアの平滑性を確保すること、嵩上材にフロアパネル方向から騒音を吸音させることなどがある。これらの目的のために嵩上材の素材は自動車ごとに合わせて各種選択されるが、特に吸音性のためには、多孔質で、適度のクッション性を有する素材が適することから、各種の繊維フェルト類や、樹脂の発泡体が多く用いられている。

一方で、近年、自動車の衝突事故によって前席乗員が足下から受ける衝撃荷重に対して、この衝撃エネルギの一部を乗員室内にあるフロアカーペットに積層した衝撃吸収体（ティビアパッド）で吸収し、より安全性を高める研究が進められている。
この種の衝撃吸収体は、たとえば、特開平１０−３２９７６２号（特願平９−１３８９１３号）に開示されるように、車体の前席乗員が足を載せる足元部分の、フロアカーペットとフロアパネルの間に介在させるものである。衝撃吸収体は、エネルギ吸収性の素材からなり、嵩上材と並列して配設されることが一般的である。

衝撃吸収体としての機能のためには、衝撃吸収体の素材は嵩上材よりも耐圧縮荷重が大きい材料を用いる必要があり、特開平６−１８３２９３号や、特開平９−２２６４３０号に開示されるような いわゆるビーズ発泡成形体を用いる例が多い。
ビーズ発泡成形体は、ポリスチレン樹脂やポリプロピン樹脂の粒子に発泡剤を配合し、所要のキャビティを有する成形型に充填して、蒸気加熱等により個々の粒子を発泡させ、相互に融着させて、成形されるものであり、密度０．０２〜０．０６ｇ／ｃｍ^３、圧縮歪み率５０％時の圧縮強度が０．１〜１．５ＭＰａ程度のものが用いられる。
特開平１０−３２９７６２号公報（特願平９−１３８９１３） 特開平６−１８３２９３号公報（特願平３−７３５７９） 特開平９−２２６４３０号公報（特願平８−６１６６４）

上記のように、フロアカーペットの裏面の一部に、衝撃吸収体を配設した場合、一般にビーズ発泡成形体からなる衝撃吸収体の部分は並列する他の嵩上材と比較して音波の吸音性に劣る構成になり、結果、フロアパネル方向から入射してくるロードノイズや、ダッシュパネル方向から入射してくるエンジンノイズが衝撃吸収体を配した部位から乗員室内に侵入する比率が高く、乗員室内の静粛性の確保に関する課題となっている。
本発明は、この課題を解決するものであり、吸、遮音性にすぐれた衝撃吸収体（ティビアパッド）の構造を提供する。

課題を解決する本発明の手段は、自動車のフロアパネル上に敷設されるフロアカーペットと、フロアカーペットの裏面に積層配設される衝撃吸収体とからなる自動車用フロア敷設体であって、前記衝撃吸収体が、多数の筒状軟質樹脂粒子を集合成形してなるものであることを特徴とする、自動車用フロア敷設体による。

本発明では、衝撃吸収体が多数の筒状軟質樹脂粒子を集合成形してなることにより、全体として多孔質に形成することができ、ロードノイズやエンジンノイズ等の侵入音波を内側に取り込んで乱反射させ、エネルギーを吸収する性能（吸音性能）にすぐれるものである。また、衝撃吸収体としての緩衝性能は従来の衝撃吸収体と同等に維持することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の好適の実施の形態を説明する。

図１は、前後の座席を有する乗用自動車のフロアのうち、前席乗員の足下部を示した模式断面図である。前席乗員の足下部では、フロアパネルＰは、平坦部 Ｐ_０からエンジンルームとの境界に立壁部 Ｐ_１が立ち上る構成になっている。この部位では、フロアパネルの平坦部 Ｐ_０からは、ロードノイズＮ_０が多く侵入し、フロアパネルの立壁部 Ｐ_１からは、エンジンノイズＮ_１が多く侵入する傾向があり、また、自動車の前方からの衝突事故では、フロアパネルの平坦部 Ｐ_０と立壁部 Ｐ_１の境界近傍が、斜め上後方に突き上げられ、乗員Ｍの足下に強い衝撃が作用する可能性がある。

本発明では、フロアパネルの平坦部 Ｐ_０から立壁部 Ｐ_１にわたって内装材として意匠性のフロアカーペット１０を敷設して室内を装飾し、また、フロアカーペット１０の裏面に衝撃吸収体２０と吸音性の嵩上材３０とを隣接して配置したフロア敷設体１としている。 特にフロアパネルの平坦部 Ｐ_０と立壁部 Ｐ_１の境界部近傍から前方には衝撃吸収体２０を、その他の部位には吸音性の嵩上材３０（フェルト類）を配設するものである。

フロアカーペット１０は、基布に立毛パイルを組織したタフトカーペットや、不織ウェブをニードリングして繊維相互を絡め形成したニードルパンチカーペット等である。フロアカーペット１０の裏面には低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル等の低融点の熱可塑性樹脂からなる薄いシートを裏打ちしてなり、裏打ち１０ａを加熱、可塑化させた状態で所要の形状にプレス成形することで、自動車のフロアパネルＰに沿う形状に賦形されるものである。裏打ち１０ａはまた、フロアカーペット１０の裏面に衝撃吸収体２０や嵩上材３０を積層する際に、これを貼着する接着剤の役割も果たす。

嵩上材３０は、多孔質で高吸音性のものであり、各種の繊維フェルトが最も適する。好ましい例としては、繊維径が１〜５ｄ、繊維長が２０〜７０ｍｍのポリエステル繊維を集積し、部分的に繊維相互を融着して密度０．０４〜０．１ｇ／ｃｍ^３に形成した合繊フェルトがある。 衝撃吸収体２０と嵩上材３０は、ともにフロアカーペット１０の裏面にフロアカーペットの裏打ち１０ａを介して貼着されていることが適する。この際、衝撃吸収体２０と嵩上材３０の間の隙間が小さいことが好ましく、隙間からの音の侵入を防止することができる。

本発明に用いる衝撃吸収体２０は、多数の筒状軟質樹脂粒子２１（図２）を集合成形してなるものである。個々の筒状軟質樹脂粒子２１は、熱可塑性のポリプロピレン樹脂や、ポリスチレン樹脂に発泡剤を含ませた状態で、微小な筒状に形成してなるもので、内径ｄが２．０〜４．０ｍｍ、外径Ｄが４〜６ｍｍ、長さＬが３〜６ｍｍ程のものである。代表的な製品名としては、株式会社ジェイ エス ピー 製のポーラスＥＰＰがある。

上記の筒状軟質樹脂発泡粒子２１を多数、所要のキャビティを有する成形型に充填し、蒸気等により加熱することで、その表面を微溶融状態において粒子相互を融着させることで、集合成形することができる。得られた成形体の密度は、０．０３〜０．０５ｇ／ｃｍ^３であり、適度の柔軟性を有し、ティビアパッドとして適した衝撃吸収性能が得られる。本発明において個々の筒状軟質樹脂粒子は、以下の特徴づけをおこなうことが好ましい。

（１）筒内側の粗面化
図２に示すように、筒状軟質樹脂粒子２１の筒内側に凹凸模様２１ａを形成するなどして、筒内側を粗面化しておくと、吸音性が高まり好ましいこと（乱反射の増加効果）を実験により確認した。

ポリプロピレン樹脂製の筒状軟質樹脂（外径Ｄ＝６．０ｍｍ、内径ｄ＝４．０ｍｍ、長さＬ＝４．０ｍｍ）の内側に、半径０．１ｍｍの凹凸模様を均一に形成して筒内側を粗面化した粒子の成形体（厚さ２０ｍｍ、密度０．０４ｇ／ｃｍ^３、通気度は４４ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ）を実施例吸音体とし、比較例として、実施例と同じ樹脂、サイズの粒子の筒状軟質樹脂粒子の筒内側を平滑にした粒子の成形体（厚さ２０ｍｍ、密度０．０４ｇ／ｃｍ^３、通気度は４１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ）を比較例吸音体として、垂直入射吸音率のちがいを測定評価した。結果、図３に示すように、実施例のように筒内側を粗面化して、通気抵抗を高めた筒状軟質樹脂粒子で成形した吸音体の吸音率が各周波数域で、比較例を上回り筒内側の粗面化による吸音性の向上効果が確認できた。

（２）筒内径の偏平化
図２に示すように、筒状軟質樹脂粒子２１の筒内径を偏平化 （楕円率＝（長径ｄ_１−短径ｄ_２）／長径ｄ_１）することにより、吸音性が高まり好ましいこと（通気抵抗を高める効果）を実験により確認した。

ポリプロピレン樹脂製の筒状軟質樹脂（外径Ｄ＝６．０ｍｍ、内径ｄ_１＝４．０ｍｍ、長さＬ＝４．０ｍｍ）を偏平化し、内径の（長径ｄ_１−短径ｄ_２）／長径ｄ_１で定義される楕円率を １００％未満に偏平化した各粒子を用いて、各実施例吸音体（厚さ２０ｍｍ、密度０．０４ｇ／ｃｍ^３、通気度は４０〜５０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ）を成形し、垂直入射吸音率（１０００〜６３００Ｈｚ平均）のちがいを測定評価した。 結果、図４に示すように、楕円率を１０〜７０％、程度にすることにより楕円率が０％の粒子を成形するのと比較して吸音率が高められる効果が確認できた。

（３）筒状軟質粒子の傾斜配列
ポリプロピレン樹脂製の筒状軟質樹脂（外径Ｄ＝６．０ｍｍ、内径ｄ＝４．０ｍｍ、長さＬ＝４．０ｍｍ）を、図５に示すように、衝撃吸収体内において配列して、実施例、および比較例１、２の衝撃吸収体（厚さ２０ｍｍ、密度０．０４ｇ／ｃｍ^３）を成形し、垂直入射吸音率のちがいを測定評価した。
このうち、実施例は、各筒状軟質樹脂粒子の過半がフロア敷設体の厚さ方向に対して傾斜して配列している例であり、傾斜角度はランダムに０度以上、９０度未満（平均傾斜角度４５度）においている。これに対して比較例１は、各筒状軟質樹脂粒子の過半をフロア敷設体の厚さ方向に対して平行に揃えて配列している例であり、比較例２は、逆に各筒状軟質粒子の過半をフロア敷設体の厚さ方向に対して垂直に揃えて配列している例である。
結果、図６に示すように、実施例の配列が最も吸音率が高められ、ついで比較例１、比較例２の順に吸音率が低下することが確認できた。比較例２の配列では筒状軟質樹脂粒子内に音波を取り込み難いために吸音率が低下する。また、比較例１の配列では音波が筒状軟質樹脂粒子の内壁に反射する比率が少なくなるため、吸音率が低下すると考えられる。

図７には、上記（１）〜（３）に記載の、「筒内側の粗面化」、「筒内径の偏平化」、「傾斜配列」をすべておこなったポリプロピレン樹脂製の筒状軟質樹脂（外径Ｄ＝６．０ｍｍ、内径ｄ_１＝４．０ｍｍ、楕円率３０％、長さＬ＝４．０ｍｍ、）の成形体（厚さ２０ｍｍ、密度０．０４ｇ／ｃｍ^３）を実施例として、垂直入射吸音率を測定評価した。
この実施例では、複合効果により上記（１）〜（３）の各実施例を上回る最もすぐれた吸音率を観測した。なお、同図中の比較例は、形状が筒状でなく、球形に近い軟質樹脂粒子からなる衝撃吸収体として、実施例と同形状、同密度に成形して同じく垂直入射吸音率を測定したものであり、音波の吸収性が非常に劣ることが示される。

以上の吸音率の測定をとおして、衝撃吸収体２０に高い吸音性を発現させるためには２．０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ以上の通気度があることが好ましいことがわかった。 一方、この衝撃吸収体をフロアカーペットの裏面に積層配設した状態での通気度は、小さいことが好ましく、０〜９０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ未満であることが適する。これは、遮音における古典的な二重壁理論により説明される効果が発現し、すなわち、自動車のフロアパネル方向からの騒音の入射に対して、フロアパネルが第１の遮音壁となり、衝撃吸収体を介して所定の距離を確保したフロアカーペットの裏面が第２の遮音壁となり、すぐれた遮音性を発現するためである。

（試験車両、評価方法）
試験車両として、エンジン排気量１０００ｃｃのセダン型乗用自動車を用い、以下の実施例および比較例のフロア敷設材を敷設し、シャシーダイナモ装置を用いて試験車両の実車走行状態（スムース路、１００ｋｍ／ｈ 定速走行状態）を再現し、この際に試験車両の乗員室内で観測される騒音レベルを測定することによって、実施例および比較例フロア敷設材の遮音性能を比較評価した。

（フロア敷設材構成）
フロアカーペットは、基布にＰＥＴ繊維のパイルをタフト組織して形成されたタフテッドカーペット（単位面積重量６５０ｇ／ｍ^２）を用い、裏面にポリエチレン樹脂のシート状に裏打ち（２００ｇ／ｍ^２）をほどこし、略試験車両のフロアパネルに沿う形状に賦形した。このフロアカーペットの通気度は、０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓである。フロアカーペットの裏面には、平面部から立壁部にわたって、厚さ３０ｍｍの衝撃吸収体を、投影面積０．１５ｍ^２に配設し、実施例および比較例の衝撃吸収体は、上記図７の垂直入射吸音率の測定に用いた衝撃吸収体に相当するものとした。また、この衝撃吸収体に隙間なく隣接して後方の平坦部には厚さ２０ｍｍの合繊フェルト（ＰＥＴ繊維製、繊維径３〜６ｄ、平均繊維長２０〜７０ｍｍ）を投影面積０．５０ｍ^２に配設した。

上記試験車両での測定の結果、会話明瞭度を示すＡＩ値（Articulation Index）として比較評価した結果、エンジンノイズに対して実施例が比較例を０．８ポイント上回り、ロードノイズに対して実施例が比較例に対して１．９ポイント上回ることが確認された。

図８は、図１におけるフロア敷設材の衝撃吸収体積層部の拡大図であり、本発明の別の実施態様を示す。この例では、衝撃吸収体２０’ のフロアパネルに面する裏面２０ａ’ を粗面化している。衝撃吸収体の裏面を（深さ数ミリに）粗面化することにより 衝撃吸収体内への音波の進入面積を増やすとともに、衝撃吸収体とフロアパネルの接触面積を低下させて、こすれ音の発生を抑止する効果もある。 粗面化の手法としては、衝撃吸収体２０’ の成形時に型形状によって形成する方法が好ましい。

図９は、図１におけるフロア敷設材の衝撃吸収体積層部の拡大図であり、本発明のまた別の実施態様を示す。この例では、衝撃吸収体２０” のフロアパネルに面する裏面２０ａ” を凹凸形状に形成し、さらにこの凹凸形状を埋める形にフェルト２２を積層重畳している。
この構造の場合、まず、衝撃吸収体を凹凸形状とすることで、衝撃吸収体の表面積が増加し、音波の進入面積の増加につながるので吸音性が向上する。衝撃吸収体の表面積を増すためには、凹凸形状の凸部を台形形状にすることがさらに好ましい。
この構造ではさらに、衝撃吸収体２０”とフェルト２２の吸音特性が組み合わされて、高い吸音性が発現する。また、衝撃吸収体とフロアパネル間のこすれ音も完全に無くすことができる。
衝撃吸収体２０” とフェルト２２は接着剤や熱融着により接着することが可能であり、また衝撃吸収体２０” の成形時にフェルト２２ を一体化することも可能である。

本発明のフロア敷設体を自動車のフロアパネル上に敷設した状態を示す模式断面図を示す。 筒状軟質樹脂粒子の外観図を示す。 筒状軟質樹脂粒子の筒内側の粗面化による吸音率の変化を確認する実験結果を示すグラフを示す。 筒状軟質樹脂粒子の筒内径の楕円化による吸音率の変化を確認する実験結果を示すグラフを示す。 衝撃吸収体内における筒状軟質樹脂粒子の配列状態の模式図を示す。 筒状軟質樹脂粒子の配列による吸音率の変化を確認する実験結果を示すグラフを示す。 効果を複合した、衝撃吸収体による吸音率の測定結果を示す。 衝撃吸収体積層部の拡大図−別の実施態様を示す。 衝撃吸収体積層部の拡大図−また別の実施態様を示す。

符号の説明

１ フロア敷設体
１０ フロアカーペット
１０ａ 裏打ち
２０ 衝撃吸収体（ティビアパッド）
２１ 筒状軟質樹脂粒子
Ｄ：外径、ｄ：内径、Ｌ：長さ
３０ 嵩上材（フェルト）
Ｐ フロアパネル
Ｐ_０ 平坦部
Ｐ_１ 立壁部
Ｍ 前席乗員
Ｎ、ｎ 音波（ノイズ）の進行方向、大きさを示す
Ｎ_０ ロードノイズ等の騒音
Ｎ_１ エンジンノイズ等の騒音

Claims (8)

1. 自動車のフロアパネル上に敷設されるフロアカーペットと、フロアカーペットの裏面に積層配設される衝撃吸収体とからなる自動車用フロア敷設体であって、前記衝撃吸収体が、多数の筒状軟質樹脂粒子を集合成形してなるものであることを特徴とする、自動車用フロア敷設体。
2. 前記筒状軟質樹脂粒子の筒内側が、粗面化されていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロア敷設体。
3. 前記筒状軟質樹脂粒子の筒内径が、１０〜７０％の楕円率に偏平化されていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロア敷設体。
4. 前記衝撃吸収体の筒状軟質樹脂粒子の過半が、フロア敷設体の厚さ方向に傾斜して配列していることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロア敷設体。
5. 前記衝撃吸収体が２．０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ以上の通気度を有することを特徴とする、請求項１〜４に記載の自動車用フロア敷設体。
6. 前記衝撃吸収体と、前記フロアカーペットの積層の通気度が、０〜９０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロア敷設材。
7. 前記衝撃吸収体のフロアパネルに面する裏面を粗面に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロア敷設体。
8. 前記衝撃吸収体のフロアパネルに面する裏面を凹凸状に形成し、フェルトを積層重畳することを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロア敷設体。

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