JP4862286B2

JP4862286B2 - フロアカーペット

Info

Publication number: JP4862286B2
Application number: JP2005169757A
Authority: JP
Inventors: 正樹吉田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006341749A

Description

本発明は、車体フロアに敷くフロアカーペットに関する。

車体フロアに敷くフロアカーペットとしては、例えば特許文献１に記載のカーペットがある。このフロアカーペットは、裏面（下面）を構成するクッション層（弾性層）の外側表面に感圧接着剤が塗布されているものである。そして、フロアパネルに接着することで、フロアカーペットとフロアパネルとのとの間で発生する共振を防止し、もって防音効果を改良するものである。
特開平４−３６８２８６号公報

しかし、発明者らが調査した結果、上記従来例のようにフロアカーペットを車体パネルに接着しても、フロアカーペット自身が持つ固有振動数による振動は防止できず、そのため、タイヤ空洞共鳴との共振を防止できないおそれがあることが分かった。
すなわち、上述のように、フロアパネルとクッション層とを接着しても、クッション層は弾性を持つために変位が自在であることから、クッション層をバネ、カーペット本体をマスとした振動系が残る。そのため、その振動系とフロアパネルとの共振が発生するおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、フロアカーペットとフロアパネルもしくはタイヤ空洞共鳴との間で発生する連成による共振をより有効に抑制することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車体フロアの上に敷くフロアカーペットであって、表皮層の下側に、上側から、面密度が大きい質量層と弾性体からなる弾性層とが積層されて一体に成形され、上記弾性層の下面が車体フロアに接するように配置されるフロアカーペットにおいて、
上記質量層と弾性層からなり特性の異なる積層部の組合せを、２組以上備え、その各組を上記表皮層の下側に沿って分散配置すると共に、上記各組の質量層の質量および弾性層の弾性のうち少なくとも質量層の質量を相互に異ならせることで各組の積層部の固有振動を相互に異ならせたことを特徴とするものである。

本発明によれば、フロアカーペットと、フロアパネルもしくはタイヤ空洞共鳴との間で発生する連成による共振をより有効に抑制する。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のフロアカーペットの断面図である。
本実施形態のフロアカーペットは、図１に示すように、上側から表皮層１、面密度が大きい質量層２、および弾性を持った弾性層３の３層が積層され一体に成形され、弾性層３の下面が車体フロア４に接するように配置されて使用される。
表皮層１の下側に位置する質量層２及び弾性層３からなる積層部は、図１に示すように、左右両側部分の積層部（以下、第１積層部Ｘと呼ぶ。）と中央部分の積層部（以下、第２積層部Ｙと呼ぶ。）で異なる。すなわち、表皮層１の下側に沿って、図１中左右方向に交互に第１積層部Ｘと第２積層部Ｙとが分散配置されている。

第１積層部Ｘと第２積層部Ｙとの関係は、全体の厚さは等しいが、相対的に、第１積層部Ｘの質量層２の厚さｔ１を第２積層部Ｙの質量層２の厚さｔ２よりも厚くし、第１積層部Ｘの弾性層３の厚さを第２積層部Ｙの弾性層３の厚さよりも薄くすることで、第１積層部Ｘの固有振動数と第２積層部Ｙの固有振動数とを異ならせている。この結果、２種類の固有振動周波数（＝固有振動数）を平面上に分散して有する構造となり、一方の積層部の固有振動数が車体フロア４の固有振動数もしくはタイヤ空洞共鳴周波数Ｔと一致した場合でも、他方の積層部の固有振動数は車体フロア４の固有振動数もしくはタイヤ空洞共鳴周波数Ｔと一致しないことで、エネルギーが分散されて、車体フロア４もしくはタイヤ空洞共鳴周波数Ｔとの共振時の振動レベルを小さく抑えることができる。

また、２つの積層部Ｘ、Ｙの固有振動数の平均の周波数が、タイヤ空洞共鳴で問題となる周波数域（タイヤ共鳴周波数Ｔ）と一致するように、各積層部Ｘ、Ｙの質量層２の質量をそれぞれ設定する。これによって、フロアカーペットの固有振動数とタイヤ空洞共鳴周波数Ｔとの連成を効率よく避けることができる。

また、一方の積層部の固有振動数ｆ１が、タイヤ空洞共鳴周波数Ｔの１／（√２）以下となるように設定すると共に、他方の積層部の固有振動数ｆ２が、タイヤ空洞共鳴周波数Ｔの（√２）以上となるように設定する。タイヤ空洞共鳴周波数域は、その振動周波数の１／（√２）以下と（√２）以上の周波数領域では、その振幅が減衰する防振領域となる（図２参照）。そのタイヤ空洞共鳴周波数域の防振領域の周波数に、各積層部Ｘ、Ｙの固有振動数ｆ１，ｆ２があるように設定すると、フロアカーペットの固有振動とタイヤ空洞共鳴との連成を回避することができる。この結果、タイヤ空洞共鳴とフロアカーペットの共振を回避できて、振動レベルを低減することができる。

このような周波数帯（１／（√２）以下と（√２）以上の周波数領域）に設定するためには、例えば次のように設定すれば良い。
すなわち、各積層部Ｘ、Ｙにおける、質量層２をマス、その下の弾性層３をバネとする共振を、タイヤの空洞共鳴周波数（Ｔ）と連成しない任意の周波数に変更するために、フロアの各パネル面積の１／２づつに、つまり第１積層部Ｘと第２積層部Ｙの面積が等しくなるように分散配置する。図１では、左右の第１積層部Ｘの幅を合わせた長さ（Ａ１＋Ａ２）と中央の第２積層部Ｙの幅（Ｂ）とが等しくなるように設定する。また、第２積層部Ｙの質量層２の質量に対し、第１積層部Ｘの質量層２の質量が４倍以上となるように形成する。図１では、第１積層部Ｘの質量層２と第２積層部Ｙの質量層２とを同一の材質で構成すると共に、第１積層部Ｘの質量層２の厚さｔ１を、第２積層部Ｙの質量層２の厚さｔ２の４倍以上となるように設定することで実現している。

従来のカーペットは質量層が均一な厚さで、かつそのマス効果による遮音性能のみに対応させていた。ただしその場合、カーペットの下の弾性層をバネ、質量層をマスとした共振がタイヤ空洞共鳴域で発生し、その領域の車体感度を悪化させ、タイヤ空洞共鳴音が問題となるケースがある。またタイヤ空洞共鳴は単純な一自由度系の振動問題である為、その周波数との共振を防止することは容易である。

上述のように、カーペットの質量層２が均一素材の場合に、２つの積層部Ｘ、Ｙの厚さを図１のように異なる厚さでかつその関係が１：４以上で形成させており、またその面積比が等しくなるように配置された質量分布を持った構造である。これにより、タイヤ空洞共鳴で問題となる周波数域Ｔに対し、その共振が０．７Ｔ以下、１．４Ｔ以上で構成されることで、十分に共振周波数域から離れ、連成を防ぐ事ができる。

ここで、第１積層部Ｘについて、固有振動数をｆ１，質量層２の厚さをｔ１，質量をＭ１とし、第２積層部Ｙについて、固有振動数をｆ２，質量層２の厚さをｔ２，質量をＭ２とすると、次のような式で表すことができる。なお、ｔ１：ｔ２＝４：１，カーペットの紙面直交方向の長さをＬとする。
ｆ２＝（１／２π）√（Ｋ／Ｍ２）
ｆ１＝（１／２π）√（Ｋ／Ｍ１）
また、Ｍ１＝（Ａ１＋Ａ２）×Ｌ×ｔ２×ρ（：ρは密度）
＝Ｂ×Ｌ×４×ｔ１×ρ＝４×Ｍ２である。

したがって、ｆ１＝（１／２π）√（Ｋ／（４×Ｍ２））＝（１／２）×ｆ２となる。
このように、上記構成を採用することで、第１積層部Ｘの固有振動数ｆ１は、第２積層部Ｙの固有振動数ｆ２の１／２に設定できることから、その平均値をタイヤ空洞共鳴で問題となる周波数域Ｔとなるように設定することで、両積層部Ｘ、Ｙの固有振動数を、１／（√２）以下と（√２）以上に設定される。例えば、第１積層部Ｘの固有振動数ｆ１を０．７１×Ｔにすれば、第２積層部Ｙの固有振動数ｆ２は、１．４Ｔに設定される。

さらに、上記効果について、補足説明する。
タイヤ空洞共鳴に伴うサスペンションからの振動入力によるカーペット表皮の振動Ｘｔ、カーペット自体の振動Ｘc、任意の周波数ωによる振動入力をＸ0とし、タイヤ空洞共鳴周波数Ｔに対する任意の周波数比（ω／Ｔ）を横軸、振動入力Ｘ0に対する各振動の比を（Ｘ／Ｘ0）を縦軸に表したものを図３に示す。

一般的に共振周波数域の振動倍率は、入力振幅に対しその構造物の持つ減衰率にもよるが一般的には数倍の振幅となる。仮にタイヤの空洞共鳴周波数領域(図３中横軸ω／Ｔ＝１)、具体的には０．７Ｔ（＝１／（√２・Ｔ）〜１．4Ｔ（＝√２・Ｔ）の周波数域にカーペットの共振があると、タイヤ空洞共鳴と連成し合い、その表面のトータルの振幅レベルはその共振どうしが連成した分の振幅レベルに増大する。

カーペット表皮でその現象が発生した場合、そのまま車室内の空気の体積変化を発生させ、その連成周波数域で音として人間の耳に聞こえる。
上記連成を防止する為には、タイヤサイズとタイヤ内空気温度で一義的に決まるタイヤ空洞共鳴周波数Ｔに対し、完全に連成が外れる0．7Ｔ以下もしくは１．4Ｔ以上の周波数域にカーペット共振ωｃを持っていけばよい。
仮に0．7Ｔ以下の領域にカーペット共振を持っていった場合、タイヤ空洞共鳴周波数域はカーペット振動の防振領域（振動倍率が１以下）となり、トータルの振動レベルも連成していたものよりも大幅に低下する（図４参照）。

そして、上記のように設定することで、このような効果を得ることができる。
また、上記効果はωcを下げているだけであるが、実際には遮音性能、質量条件から一義的な変更は難しい。本実施形態では、カーペット共振を均一材料で決定される一共振周波数だけでなく、タイヤ空洞共鳴周波数Ｔの0．7Ｔ以下、１．4Ｔ以上の２つ以上の共振周波数領域に分散させることで、元々のカーペット質量そのままで遮音性能を低下させず、カーペット自体の振動レベルも分散され、より室内空気の加振力も任意の周波数で低下させる事が可能となる。

ここで、第２積層部Ｙの質量層２が薄くなって面密度が下がり、遮音度が悪化するが、通常カーペット下には樹脂製空調ダクトなどがあり、樹脂部品の上の部分で薄板部を形成することで、遮音度低下を防ぐ事が可能である。
また、所定方向に沿って質量層２に断面積差をつけることで、左右方向中央の質量層の厚さが相対的に薄くなることでカーペットを丸める事が容易となり、作業性も向上する。なお、両積層部Ｘ、Ｙの分散配置は上記例に拘らない。

なお、単純に断面積差をつけられない場合は、図５のように質量分布を面密度により変更して、第１積層部Ｘの質量が、第２積層部Ｙの質量の４倍以上となるように設定することで、同様に共振を防止する事が可能となる。
ここで、上記実施形態では、質量が異なる積層部の種類が２種類の場合を例示しているが、３種類の質量が異なる積層部を分散配置しても良い。この場合でも各積層部の固有振動数を、タイヤ空洞共鳴周波数Ｔの0．7Ｔ以下、１．4Ｔ以上となるように設定する。

また、上記実施形態では、各積層部の固有振動数をタイヤ共鳴周波数Ｔの0．7Ｔ以下、１．4Ｔ以上となるように設定する場合を例示しているが、各積層部の固有振動数を、車体パネルの固有振動数の0．7Ｔ以下、１．4Ｔ以上として、車体フロアパネルとの共振を低減もしくは抑えるようにしても良い。また、各積層部の固有振動数を、タイヤ空洞共鳴及び車体の固有振動数の両方に対して、0．7Ｔ以下、１．4Ｔ以上となるように設定しても良い。

本発明を適用した場合の効果を図６に示す。
なお、図１においては、表皮層１の材質をナイロンＢＣＦ（面密度０．４ｋｇ／ｍ²）、質量層２の材質をＵＢＥポリエチレン（面密度４．０ｋｇ／ｍ²）、弾性層３は空気層、ｔ１＝３．１ｍｍ、ｔ２＝１．３ｍｍ、ｔ３＝１０ｍｍ、厚さｔ１相当のＡ１部とＡ２部を合わせた面積が２．０ｍ²、厚さｔ２相当のＢ部の面積が１．３ｍ²としたときに、図６の効果が得られる。

また、図５においては、表皮層１の材質をナイロンＢＣＦ（面密度０．４ｋｇ／ｍ²）、質量層２−１の材質をＵＢＥポリエチレン（面密度４．０ｋｇ／ｍ²）、質量層２−２の材質をナイロンＢＣＦ（面密度０．４ｋｇ／ｍ²）、弾性層３は空気層、ｔ１＝２．２ｍｍ、ｔ３＝１０ｍｍ、質量層２−１の面積を０．５５ｍ²、質量層２−２の面積を２．７５ｍ²としたときに、図６の効果が得られる。

ある実験車のタイヤの空洞共鳴で発生する音のピーク周波数（２００Ｈｚ、２３０Ｈｚ付近）については、上記実施形態の構成を適用したカーペットに組替える事により、その音のピークレベルが３〜５dＢ低減させることが可能となった。
タイヤ空洞共鳴周波数Ｔについては、タイヤサイズ、及びそのタイヤ内の空気温度により一義的に決定する為、カーペットの各積層部の固有振動数については、単に採用するタイヤサイズ、タイヤ空気温度条件により計算上決定すれば良い。

本発明に基づく実施形態に係るフロアカーペットを示す断面図である。タイヤ空洞共鳴周波数域とカーペットの固有振動数との関係を示す図である。タイヤ空洞共鳴とカーペット自体の共振による表皮の振動例を示す図である。タイヤ空洞共鳴とカーペット自体の連成を防止した例を説明する図である。本発明に基づく実施形態に係る別のフロアカーペットを示す断面図である本発明の効果を説明する図である。

符号の説明

１表皮層
２質量層
３弾性層
４車体フロア
Ｘ第１積層部
Ｙ第２積層部

Claims

車体フロアの上に敷くフロアカーペットであって、表皮層の下側に、上側から、面密度が大きい質量層と弾性体からなる弾性層とが積層されて一体に成形され、上記弾性層の下面が車体フロアに接するように配置されるフロアカーペットにおいて、
上記質量層と弾性層からなり特性の異なる積層部の組合せを、２組以上備え、その各組を上記表皮層の下側に沿って分散配置すると共に、上記各組の質量層の質量および弾性層の弾性のうち少なくとも質量層の質量を相互に異ならせることで各組の積層部の固有振動を相互に異ならせたことを特徴とするフロアカーペット。
上記分散配置される質量層と弾性層の組合せは、２組であり、且つ上記各積層部の全体の厚さは等しいことを特徴とする請求項１に記載したフロアカーペット。
質量層と弾性層の組合せからなる上記各組の積層部の固有振動数の平均値を、車体フロアの固有振動数もしくはタイヤ空洞共鳴周波数に一致させることを特徴とする請求項２に記載したフロアカーペット。
一方の組の積層部の固有振動数を車体フロアの固有振動数の１／（√２）以下に設定し、他方の組の積層部の固有振動数を車体フロアの固有振動数の（√２）以上に設定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載したフロアカーペット。
一方の組の積層部の固有振動数をタイヤ空洞共鳴周波数の１／（√２）以下に設定し、他方の組の積層部の固有振動数をタイヤ空洞共鳴周波数の（√２）以上に設定することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載したフロアカーペット。
２組の質量層と弾性層との組合せは、相対的に、質量層の層厚が厚く且つ弾性層の層厚が薄い積層部と、質量層の層厚が薄く且つ弾性層の層厚が厚い積層部であり、左右方向中央の積層部の質量層の層厚が相対的に薄いことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載したフロアカーペット。
２組の質量層と弾性層の組合せは、所定方向に沿って交互に配置されることで分散配置されていることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載したフロアカーペット。
上記各組の平面展開した際の各組の面積を等しくすると共に厚さも等しくし、且つ一方の組の質量層の厚さを、他方の組の質量層の厚さの４倍以上とすることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載のフロアカーペット。
各組の弾性層は、面密度を異ならせることで相互の質量を変えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載したフロアカーペット。