JP4684737B2

JP4684737B2 - 車両用軽量床材

Info

Publication number: JP4684737B2
Application number: JP2005134508A
Authority: JP
Inventors: 昭一山口; 鉄二三好; 幹夫波多野; 丈三石田
Original assignee: Shinko Wire Co Ltd; Narita Mfg Ltd
Current assignee: Kobelco Wire Co Ltd; Narita Mfg Ltd
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-05-02
Also published as: JP2006306349A

Description

本発明は、遮音性を有する車両用軽量床材に関する。

この種の従来技術においては、アルミニウム等の軽金属からなるハニカム構造体の上下面にそれぞれ上板と下板が接合されたアルミハニカム床材が知られている。
最近では、上板と下板との少なくとも一方の板とハニカム構造体との間にゴム状弾性体からなる制振材を介在させたものもあり、車両用床板として使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１４６２０８号公報（第３−５頁、第１図）

前記従来技術の車両床材として使用されているアルミハニカム床材やゴム状弾性体からなる制振材を介在させた床材では、遮音性を確保できるが、剛性に欠けたりするものである。
高速車両用の床材では、軽量で車内静粛化を確保でき、かつ高剛性の床材が望まれるので、剛性を向上させるためにフレームで補強をすることが考えられるが、その剛性をあげるフレーム補強構造では、各構成材が一体で絶縁部分がない構造部材となり、単一板の構造に似た質量則を下回る低い遮音性となり、車体振動による固体伝播音が伝わりやすく、床から放出される音が大きく、車内の静粛化を確保し難いという問題が生じる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにしたものであり、剛性を向上させるためにフレームで補強しながら、車内の静粛化を確保できる車両用軽量床材を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用軽量床材は、多孔質成形体の芯材と、前記多孔質成形体における床材として使用されたときに上面および下面となる面を除く周囲を補強する外枠、および前記外枠内において前記多孔質成形体を複数に区画する補強のための仕切り部材、からなるフレームと、前記芯材および前記フレームの上面、下面のそれぞれに接合された上板および下板と、前記仕切り部材で区画された前記多孔質成形体の下面に設けられた下方開放状の凹部と、前記凹部内に挿入された繊維材料と、前前記下板に装着された制振材と、で形成される。

これにより、高剛性を確保しながら、かつ高遮音性を確保した軽量の床材となる。芯材を単なる平面とせずに凹部を設け、その凹部中に繊維材料を挿入することにより、音エネルギーを減衰させ、振動減衰能を高める。制振材は、音波の振動の遮断層としても作用する。多孔質成形体自体の中空の孔内の部分により、音源の音波の振動が絶縁されるとともに、固体伝播音を伝わりにくくする。

前記凹部は、前記仕切り部材により区画された前記多孔質成形体のうち前記下面における面積が０．１ｍ²以上の区画内に形成され、前記凹部の開口の面積が区画された前記多孔質成形体における前記下面の面積の３５％〜８０％であることが好ましい。
実質的かつ有効的に高剛性及び高遮音性を確保しながら軽量化が達成できる。
前記制振材は、前記下板の前記凹部側に装着されて前記凹部の開口の一部または全部を覆うように形成するのが好ましい。

さらに、周波数１６０Ｈｚ〜４００Ｈｚでの音の透過損失が周波数と透過損失の質量則からの透過損失を３ｄＢ〜５ｄＢ、同１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚでの音の透過損失が同質量則からの透過損失を２ｄＢ〜３ｄＢ、各々上回ることを特徴とする。
防音が難しい低周波数での透過損失が大きい遮音性に優れた床材となる。

本発明によれば、フレームで補強して高剛性を達成しながら、遮音性を向上し、車内の静粛化を確保できる。

以下、本発明の実施の形態を図面及び表に基づいて説明する。
図１は、車両用軽量床材１の断面正面図である。すなわち、多孔質成形体の芯材２の周囲に補強用のフレーム３が設けられ、これら芯材２及びフレーム３の上下面にそれぞれ上板４と下板５とが接合されている。芯材２の下面に下方開放状の凹部６が設けられている。この凹部６内に繊維材料７が挿入され、下板５に装着された制振材８が配置されている。

芯材２の凹部６は、多孔質成形体の芯材２を一面から切削加工した部分であり、音波の乱反射を生じさせる。切削加工に替えて、圧縮加工を採用することもできる。
凹部６内の繊維材料７は、下板５の板振動を制御し、板振動により発生する音を減衰させる。すなわち、繊維材料７は、音エネルギーを空気の粘性摩擦によって熱エネルギーに変化させ、音エネルギーを減衰させる。また、共振系に蓄積された力学的なエネルギーによる振動減衰能を高める。なお、凹部６内の繊維材料７は、床下から入射してくる音を減衰させることで車両内の騒音レベルを下げるものである。

床材１が小面積のものであれば１つの外枠３１内に１つの芯材２が配置されておればよいが、床材１が大面積のものであれば１つの外枠３１内に複数の仕切部材３２を縦横に設けて複数の室に区画し、各区画内に最適な芯材２が配置される。各区画内の芯材２は、外枠３１、仕切部材３２によって包囲され、それらが芯材２を補強するためのフレーム３となる。なお、フレーム３は外枠３１と仕切部材３２とを互いに溶接を主体に形成されている。

床材１の平面図の例を図２に示す。多孔質成形体の芯材２の周囲は、外枠３１内を複数の仕切部材３２で区画されたフレーム３で補強されており、斜線部は、その芯材２に設けた凹部６を示し、繊維材料７、制振材８の図示は省略している。
図２の床材１は、上からＢ列、Ａ列、Ｃ列の区画が３列設けられ、Ｂ列では左から区画Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４（同様に、Ａ列では区画Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｃ列では区画Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）であって、区画内の芯材２の面積は各々０．０５ｍ²、０．１ｍ²、０．２５ｍ²、並びに０．５ｍ²である。そして、Ｂ列には２０％（ただし、Ｂ１のみ凹部６は設けられていない。）、Ａ列には６０％、Ｃ列には８５％、の凹部６が芯材２の各区画に設けられている。

図２に示すように、各区画は、区画Ａ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ３、Ｃ４のような広い部分、もしくは区画Ａ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２のような細かい部分に、凹部６が設けられている。なお、区画Ｂ１は、芯材２のみが設けられていて、凹部６が設けられていないが、その他のブランク部分（図示せず）の区画などであっても良い。
区画Ａ３、Ｂ３、Ｃ３は正方形の区画で、区画Ｂ１、Ｂ２、Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２は縦方向の長方形、区画Ａ４、Ｂ４、Ｃ４は横方向の長方形である。また、凹部６の大きさや形状も違っているし、変化させることもできる。

区画Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の凹部６は縦長の長円形、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ４は横長の長円形である。そして、区画Ａ２、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ２は１個、Ａ１、Ａ４、Ｃ１、Ｃ４は２個、Ａ３、Ｃ３は３個の各凹部６が設けられている。なお、区画Ａ１、Ｃ１は、縦方向に２個の凹部６が設けられている。
芯材２には、発泡アルミニウムによる多孔質成形体、フレーム３、上板４、ならびに下板５にはアルミニウム、繊維材料７にはポリエステル繊維、制振材８にはブチルゴムを用いている。

また、例えば芯材２の厚みは１９．２ｍｍ、凹部６の深さは１０ｍｍ、上板４の厚みは２．０ｍｍ、下板５の厚みは０．５ｍｍ、制振材８の厚みは１ｍｍである。
このような軽量床材１を用いて遮音性の試験を行った。すなわち、音源用残響室と受音用残響室の間の隣接壁面の開口部に軽量床材１を設置し、音源用残響室のスピーカーから音を発生させ、マイクロホンにより音源用残響室と受音用残響室の平均音圧レベルを測定して透過損失（ｄＢ）を求めた。

外枠３１内の複数の仕切部材３２で区画した区画内の芯材２の面積が０．１ｍ²以上で、かつ、各区画内の芯材２の面積に対する芯材２の下方開放状の凹部６の面積の比率を変化させた遮音性の試験結果が表１である。
芯材２の面積に対する凹部６の面積の比率が３５％〜８０％である区画Ａ２〜Ａ４において、表１に示す破線のような良好な遮音性を示した。

すなわち、表１は、横軸に周波数Ｈｚ、縦軸に透過損失ｄＢを示すもので、破線が測定値であるが、周波数Ｈｚと透過損失ｄＢの質量則（直線関係で示す。）からの透過損失ｄＢの差異が判読できる。この質量則と透過損失実測値ｄＢの差が大きいほど遮音性が良いと言える。
破線である測定値は、１２５Ｈｚから質量則を上回り８００Ｈｚ近傍まで引き続き上回り、遮音性が良好である。さらに、前記８００Ｈｚ近傍から再度質量則を上回って２５００Ｈｚ近傍まで上回って、遮音性が良好である。その範囲では、特に周波数１６０Ｈｚ〜４００Ｈｚでの音の質量則からの透過損失ｄＢを３ｄＢ〜５ｄＢ、同１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚでの音の透過損失ｄＢが同質量則からの透過損失を２ｄＢ〜３ｄＢ各々上回って遮音性が良好である。すなわち、破線が質量則を各々上回っている範囲で遮音性が良好である。なお、縦軸の目盛の間隔は５ｄＢである。

前記実施形態では、凹部６による音波の乱反射、凹部６内に挿入された繊維材料による下板５の板振動の制御や板振動により発生する音の減衰・吸収、また、下板５に装着した制振材８の音波の遮断などが複合的に作用して、良好な遮音性を有することとなる。なお、芯材２である発泡アルミニウムによる多孔質成形体自体が中空の孔内部分に空気層を保持し、そのために音を遮断し、また乱反射を生じて、良好な複合的な遮音性を有する。

このことは、表２で示すように、区画内の芯材２の面積に対する凹部６の面積の比率％と透過損失実測値ｄＢから質量則による理論値ｄＢを引いたもので示される。すなわち、表２では、表１に示すように、透過損失が大きい周波数１６０Ｈｚ〜４００Ｈｚと１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの間の周波数２５０Ｈｚ（○印）、４００Ｈｚ（◇印）、１２５０Ｈｚ（□印）、１６００Ｈｚ（×印）における値を示し、縦軸は、透過損失実測値ｄＢから質量則による理論値ｄＢを引いたもの（質量則との差ｄＢ）で、この質量則との差ｄＢが大きいほど遮音性が良い。横軸は、前記のように区画内の芯材２の面積に対する凹部６の面積の比率である。

表２で示すように、前記比率が２０％（区画Ｂ２〜Ｂ４）程度から質量則との差ｄＢが発生し、３５％に近づくとともに質量則との差ｄＢは増加し、遮音効果が上昇している。前記比率が３５％からの質量則との差ｄＢの増加は緩やかで遮音効果が均一に得られて遮音効果は良好である。すなわち、区画内の芯材２の面積に対する凹部６の面積の比率が３５％〜８０％において遮音効果は良好で、区画Ａ１〜Ａ４が好ましい。

なお、表２では区画内の芯材２の面積は０．５ｍ²である。また、試験は実施していないが、同比率を８０％より大、区画Ｃ１〜Ｃ４にしても遮音効果はある。ただし、芯材２が凹部６以外の面で下板５に接する面積が２０％より小になるので、芯材２の強度を別の手段で確保する必要が生じる。そのため、同比率を８０％以下の区画Ａ１〜Ａ４にするのが好ましい。

前記比率が３５％未満となれば、凹部６の遮音効果よりも、凹部６が設けられていない芯材２の部分の遮音効果が支配的となり、遮音特性は、周波数と透過損失の質量則に従う傾向になり、固体伝播音も伝わり易くなる。しかし、そのような３５％未満であっても、従来の質量則に従う床材１より良好な遮音特性を有しているのは表２のとおりである。
次に、区画内の芯材２の面積に対する芯材２の凹部６の面積の比率は３５％〜８０％の間にある６０％(区画Ａ１〜Ａ４）において、区画内の芯材２の面積を横軸に、縦軸に質量則との差ｄＢを表３に示す。

表３も表２と同様に周波数２５０Ｈｚ、４００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚにおける値を示している。芯材２の面積が０．０３ｍ²〜０．０５ｍ²にかけては、芯材２の面積の増加につれ質量則との差ｄＢが急激に増加する。そして、０．０５ｍ²〜０．１ｍ²ではやや緩やかとなり、０．１ｍ²からは均一な質量則との差ｄＢが得られる。遮音性を有する床材１を効率良く製造するには芯材２の面積が０．１ｍ²からが好ましい。

凹部６の面積の比率がたとえば３５％〜８０％のように大きくても、高遮音性を確保するためには、フレーム３で補強された区画内の芯材２の面積は０．１ｍ²以上は必要であるが、０．１ｍ²未満であっても、従来の質量則に従う床材１より良好な遮音特性を有することとなる。
次に、芯材２の面積が０.１ｍ²において、凹部６の面積が６０％である芯材２の面積が、全芯材２の総面積に対して７０％〜９０％に変化させた例を表４に示す。

縦軸は表２〜３と同様であるが、横軸は凹部６を設ける芯材２の面積の全芯材２の総面積に対する比率である。
前記比率が７０％〜７７％までは質量則との差ｄＢが緩慢に上昇するが、７７％〜８０％では急激に上昇する。８０％〜９０％では同じような傾向があって均一な質量則との差ｄＢが得られるので、凹部６を設ける芯材２の面積の全芯材２の総面積に対する比率が８０％以上であれば、好ましい遮音性を得る。前記総面積の中には、凹部６を形成しない芯材２の面積（たとえば区画Ｂ１）が含まれる。

区画内の芯材２の面積が０.１ｍ²以上であり、芯材２の面積の３５％〜８０％が凹部６の面積である区画毎の芯材２の面積が芯材２の総面積の８０％以上であれば好ましい遮音性を得ることができる。
芯材２の面積の３５％未満の，あるいは８０％を越して、凹部６を設けた芯材２の面積が、芯材２の総面積の８０％以上であれば、従来の床材１に比して良好な遮音性を得る。これは、芯材２の面積が０．１ｍ²未満のものに凹部６が設けられていても良い。

また、凹部６を設ける芯材２の面積が全芯材の総面積（凹部６を設けられていない芯材２を含む。）の８０％未満であっても、従来の床材１に比して良好な遮音性を有することとなるのは表４のとおりである。
なお、芯材２に設けた凹部６の幅は８０ｍｍ以上で、その深さは１５ｍｍ以下とすることができるし、また、例えば、繊維材料はグラスウール、制振材８はクロロプレンゴムを使用でき、下板５に装着した制振材８は芯材２に設けた凹部内の幅（溝幅）の全面に設けても良い。

さらに、下板５に装着した制振材８を芯材２に設けた凹部６内の繊維材料７に当接させた図１のような形態に限定せず、下板５の反芯材２の方向、すなわち下板５の外方（下方）に向けて制振材８を設けても構わない。
また、床材１の剛性を測定するため、等分布の荷重２００ｋｇｆ／ｍ²を縦１ｍ、横２ｍの床材１に載荷した時における中央部の撓み量を求めた。

図２の区画Ａ２〜Ａ４のような芯材２の面積が０．１ｍ²以上である多数の区画であって、その区画内に設けられた凹部６の面積が３５％〜８０％である床材１の撓み量は、フレーム３で補強されていない床材１の撓み量（４．５ｍｍ）に対して、６０％程度の撓み量（２．７ｍｍ）となり、４０％近くの撓み量の改善が認められ、高剛性を確保できた。
凹部６を設ける芯材２の面積が全芯材の総面積の８０％の場合における床材１の撓み量は２．５ｍｍであってフレーム３で補強されていない床材１の撓み量（４．５ｍｍ）の５５％となり、４５％近くの撓み量の改善が認められた。凹部６を設ける芯材２の面積が全芯材の総面積の８０％での前記撓み量２．５ｍｍは、同じく凹部６を設ける芯材２の面積を全芯材の総面積が８０％以上においても同等の撓み量であった。

本発明の床材１は、アルミニウムという軽量金属を主体とした軽量で高剛性を有する遮音性の床材１といえる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。
本発明の芯材２の下方開放状の凹部６は、実施形態などの図では、長円形であるが、長方形や三角形に近いものでも良く、その深さも適宜設定しても良い。

また、芯材２の表面（下面）に直角方向に切り込み下方開放状の凹部６を形成しているが、厳密な直角であることも要しない。凹部６の奥を球面状に形成しても良い。また、凹部６は１枚の芯材２に対して１つでも複数に分割されていても良い。凹部６は、１枚の芯材２に対して複数の短いものが互いに並列に、もしくは複数の長いものが互いに並列に設けられていても良い。

前記芯材２、上板４、下板５、繊維材料７及び制振材８は、前記実施形態以外の材料、厚さに設定しても良い。

本発明の床材の部分断面正面図である。本発明の床材の一部断面平面図である。

１車両用軽量床材
２芯材
３フレーム
３１外枠
３２仕切部材
４上板
５下板
６凹部
７繊維材料
８制振材

Claims

多孔質成形体の芯材と、
前記多孔質成形体における床材として使用されたときに上面および下面となる面を除く周囲を補強する外枠、および前記外枠内において前記多孔質成形体を複数に区画する補強のための仕切り部材、からなるフレームと、
前記芯材および前記フレームの上面、下面のそれぞれに接合された上板および下板と、
前記仕切り部材で区画された前記多孔質成形体の下面に設けられた下方開放状の凹部と、
前記凹部内に挿入された繊維材料と、
前記下板に装着された制振材と、で形成された
ことを特徴とする車両用軽量床材。
前記凹部は、前記仕切り部材により区画された前記多孔質成形体のうち前記下面における面積が０．１ｍ²以上の区画内に形成され、
前記凹部の開口の面積が区画された前記多孔質成形体における前記下面の面積の３５％〜８０％である
ことを特徴とする請求項１記載の車両用軽量床材。
前記制振材は、
前記下板の前記凹部側に装着されて前記凹部の開口の一部または全部を覆う
ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用軽量床材。
周波数１６０Ｈｚ〜４００Ｈｚでの音の透過損失が周波数と透過損失の質量則からの透過損失を３ｄＢ〜５ｄＢ、同１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚでの音の透過損失が同質量則からの透過損失を２ｄＢ〜３ｄＢ、各々上回る
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用軽量床材。