JP5918662B2 - 多孔吸音構造 - Google Patents

Description

本発明は、吸音性を有する多孔吸音構造に関する。さらには、本発明は、自動車を構成する部品に好適に適用される多孔吸音構造である。

この種の技術として、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の吸音構造は、繊維質材と多孔板とを互いが重なるように設けるとともに、この多孔板または繊維質材の背後に空気層を設けたというものである。繊維質材の密度：ρ（ｋｇ／ｍ^３）、繊維質材の厚さ：ｔ（ｍｍ）が、ρ×ｔ≧０．０１ｋｇ／ｍ^２の関係を満足することが良いとされている。

特開２００６−１９９２７６号公報

特許文献１に記載の吸音構造を例えば自動車のフード（ボンネットとも言う）に適用する場合、フード６のインナー材（多孔板２）の下面（エンジン側）に繊維質材４（繊維系吸音材）を取り付けることになる（特許文献１の図１参照）。

一方、歩行者保護（衝撃吸収）の観点では、インナー材とエンジンとの間の距離を広くとることが衝撃吸収性能向上に繋がる。そのため、インナー材の下面に繊維系吸音材を取り付けることでエンジンルーム内のスペースを減らすことは可能な限り避けたい。

ここで、インナー材（多孔板２）の吸音率は、その孔径・孔ピッチ・インナー材とアウター材との間の距離（空気層の厚さ）によって決まるある特定の周波数で最大となる。インナー材とアウター材との間の距離が比較的大きいと、インナー材（多孔板２）のみで高い周波数の音を吸音させにくい（空気層の厚さが大きくなると低い周波数の音を吸音するインナー材（多孔板２）となるからである）。なお、インナー材とアウター材との間の距離は、通常、吸音性付与を優先して決定できるものではない。

そのため、特許文献１に記載の吸音構造では、繊維質材４（繊維系吸音材）により、例えば１ｋＨｚ以上の高い周波数の音を吸音させる。そのため、エンジンルーム内のスペースを減らさないために、インナー材の下面から繊維系吸音材を単に取るということでは、高周波数の音の吸音性が低くなってしまう懸念がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、インナー材（内側材）の下面に繊維系吸音材を取り付けることなく、吸音率が大きな周波数範囲を容易に広げることができる多孔吸音構造を提供することである。

本発明は、滑らかな曲面形状を有する外側材と、前記外側材と周囲同士が結合されたことで前記外側材との間に中空部が形成された凹凸形状を有する内側材と、前記外側材および／または前記内側材の前記中空部側の面に、当該面との間に空気層が形成されるように取り付けられた多数の貫通孔を有する補強板材と、を備える多孔吸音構造である。この多孔吸音構造は、前記補強板材により前記中空部内に吸音性が付与されており、前記外側材および／または前記内側材において、前記補強板材と対向する位置に、前記中空部内の前記補強板材に音波を導くための開口部が設けられており、前記外側材および／または前記内側材において、前記補強板材と対向しない位置に、多数の貫通孔が開けられていることで、前記外側材および／または前記内側材自体に吸音性が付与されている。

補強板材は、外側材（アウター材）と内側材（インナー材）との間に位置する。そのため、補強板材の背後空気層の厚さは、例えば特許文献１に記載の多孔板２（インナー材）の背後空気層の厚さよりも同条件で比較して小さくなる。背後空気層の厚さを小さくすれば、多数の貫通孔を有する補強板材は、背後空気層の厚さを小さくした分、より高い周波数の音を吸音するようになる。
また、補強板材のそもそもの機能（役割）は、外側材および／または内側材の補強である。補強板材を利用することで、吸音性付与のための新たな部材を対象物に追加することなしに、すなわち、容易に対象物に吸音性を持たせることができる。
このように、本発明によれば、インナー材（内側材）の下面に繊維系吸音材を取り付けることなく、吸音率が大きな周波数範囲を容易に広げることができる。
さらに、外側材および／または内側材に、中空部内の補強板材に音波を導くための開口部が設けられているため、補強板材に音波が導入されやすくなり、補強板材による吸音効果が高まる。
また、開口部が、補強板材と対向する位置に設けられているため、補強板材に音波がより導入されやすくなり、補強板材による吸音効果がさらに高まる。
しかも、補強板材だけでなく、外側材および／または内側材にも、多数の貫通孔が設けられており、外側材および／または内側材自体にも吸音性が付与されているため、補強板材による吸音効果に加え、外側材および／または内側材自体による、補強板材とは別の周波数域における吸音効果も得ることができる。これにより、より幅広い周波数範囲で吸音性能を向上させることができる。
さらに、外側材および／または内側材に設けられた多数の貫通孔（吸音部）と、補強部材とが、音源からみて相互にずらされているため、補強板材及び吸音部の裏側の空気層がより吸音に適した背後空気層となり、且つ、補強板材及び吸音部のそれぞれに音源からの音が導入されやすくなることから、吸音性がより向上する。また、外側材および／または内側材に設けられた開口部と、外側材および／または内側材に設けられた多数の貫通孔（吸音部）とが、音源からみて互いに離隔しているため、吸音部の背後空気層への開口部の影響が小さくなり、その結果、設計した吸音部の吸音性能を効率良く発揮することができる。これにより、多孔吸音構造全体としての吸音性がさらに向上する。

本発明の第１参考例に係る多孔吸音構造を適用した自動車のフードを示す図である。 本発明の第２参考例に係る多孔吸音構造を適用した自動車のフードを示す図である。 本発明の一実施形態に係る多孔吸音構造を適用した自動車のフードを示す図である。 本発明の第３参考例に係る多孔吸音構造を適用した自動車のフードを示す図である。 本発明の第４参考例に係る多孔吸音構造を適用した自動車のドアを示す図である。 図１に示したフードの遮音性を示すグラフである。 図２に示したフードの吸音性を示すグラフである。 図３に示したフードの吸音性を示すグラフである。 自動車のサイドボディを示す斜視図である。 図９に示したサイドボディの各部の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、本発明の多孔吸音構造を、自動車を構成する部品に適用した場合の例を示している。なお、本発明の適用対象は自動車を構成する部品に限られるものではない。

（フード（第１参考例））
図１〜４は、本発明の第１参考例に係る多孔吸音構造を自動車のフード（ボンネットとも言う）に適用した場合の例を示す図である。図１〜４のうちの図１は、第１参考例のフード１（多孔吸音構造体）を示す。図１（ａ）は、フード１を裏から視た図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、フード１は、滑らかな曲面形状を有するアウター材２（外側材）と、凹凸形状を有するインナー材３（内側材）とが相互の周囲部で溶接などの手段で接合されてなるものである。

アウター材２とインナー材３との間に形成された中空部Ｓには、補強板材４が収容されている。補強板材４は、その周囲部分（縁部分）でアウター材２の中空部Ｓ側の面に固定されている。

フード１のアウター材２は、歩行者保護の観点から、歩行者の衝突時の衝撃を緩和するため、または軽量化・低コスト化の観点などから、薄板とされる。そのため、人が手で押さえたときにアウター材２が容易にへこまないように、アウター材２の裏面に補強板材４が取り付けられる。

アウター材２・インナー材３・補強板材４の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。なお、アウター材２・インナー材３・補強板材４の材料として鉄などの金属材料を用いてもよい。

図１（ａ）に示したように、本例では、補強板材４は略長方形とされている。また、図１（ｂ）に示したように、その断面形状は、２つの山部４ａ・４ｂを有し、山部４ａと山部４ｂとの間は所定幅の谷部４ｃとなっている。山部４ａ・４ｂ、および谷部４ｃと、アウター材２との間には空気層（背後空気層）が形成されている。なお、補強板材４の形状は一例である。すなわち、本発明における補強板材は、本参考例の形状のものに限られるものではない。

また、補強板材４は、アウター材２ではなく、インナー材３の中空部Ｓ側の面に当該面との間に空気層が形成された態様で固定されていてもよい。さらには、アウター材２およびインナー材３のそれぞれの中空部Ｓ側の面に当該面との間に空気層が形成された態様で、それぞれ、補強板材が固定されていてもよい。

本発明では、この補強板材４に多数の孔５（貫通孔）を開けて、中空部Ｓ内に吸音性を付与している。補強板材４の吸音率は、孔５の径・そのピッチ・補強板材４とアウター材２との間の距離（背後空気層の厚さ）によって決まるある特定の周波数で最大となる。なお、背後空気層の厚さは、補強板材４の断面形状により変化させることができる。

量産性の観点から、孔５の径：ｄ（ｍｍ）は、０．７ｔ≦ｄ≦１．３ｔとされていることが好ましい。なお、ｔ（ｍｍ）は、補強板材の板厚である。補強板材の板厚：ｔは、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．２ｍｍ程度である。なお、アウター材２およびインナー材３の板厚も、０．８ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下程度の板厚である。また、補強板材４が有するべき強度を下回らない範囲で孔５を開ける（孔５の数、そのピッチを決める）。

（フード（第２参考例））
図２は、第２参考例のフード１０２を示す。図２（ａ）は、フード１０２を裏から視た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図２において、第１参考例のフード１と同様の部材には同じ符号を付している（他の参考例及び実施形態についても同様）。

フード１０２と、図１に示したフード１との相違点は、フード１０２においてインナー材３に開口部３ａが設けられている点である。

フード１０２の裏面側、図２（ｂ）でいうとフード１０２の右側には、フード１０２が閉じられた状態でエンジンが位置する。開口部３ａは、中空部Ｓ内の多数の孔５があけられた補強板材４へエンジンが発する音（音波）を導くためのものである。本参考例では、この開口部３ａは、補強板材４へ音（音波）が導かれやすいように、補強板材４と対向する位置に設けられている。また、複数の開口部３ａはジグザグに配置されている（千鳥足配置とされている）。なお、複数の開口部３ａがインナー材３に設けられているが、開口部３ａは１つであってもよい。開口部３ａの形状は矩形に限られるものではない。

（フード（実施形態））
図３は、本発明の一実施形態のフード１０３を示す。図３（ａ）は、フード１０３を裏から視た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

フード１０３と、図２に示したフード１０２との相違点は、フード１０３では、補強板材４だけでなく、インナー材３にも多数の孔６（貫通孔）が開けられて、インナー材３自体に吸音性が付与されている点である。

ここで、多数の孔５が開けられた補強板材４は、フード１０３の平面視においてフード１０３の前部に配置されている。開口部３ａも補強板材４に合わせてフード１０３（インナー材３）の前部側に設けられている。これに対して、インナー材３自体に形成された吸音部１２（孔６が開けられている領域）の位置は、補強板材４・開口部３ａよりも後方とされている（フード１０３（インナー材３）の中央よりも後方とされている）。このような態様で、エンジン（音源）からみて、補強板材４と吸音部１２とが相互にずらされている（重ならない位置とされている）。

補強板材４と吸音部１２とがエンジン（音源）からみて相互にずらされていることで、多孔板部（補強板材４、吸音部１２）の裏側の空気層がより吸音に適した背後空気層となる（吸音部１２については、多孔板部の裏側の対向面を確実に閉ざすことができるからである）。また、それぞれの多孔板部（補強板材４、吸音部１２）にエンジン（音源）からの音が導入されやすくなる。これらにより、より吸音性が向上する。

なお、開口部３ａの位置は、図３に示された位置よりも、フード１０３（インナー材３）の前側端部（一方の端部）に寄せられていることが好ましい。これにより、開口部３ａと吸音部１２との間の距離が大きくなる。開口部３ａと吸音部１２との間の距離が大きいと、吸音部１２の吸音性能に開口部３ａの影響が少なくなる。吸音部１２と開口部３ａとの距離が近くなると吸音部１２の背後空気が開口部３ａから出入りし易くなるため、有効な背後空気層が大きくなり、設計した吸音部１２の吸音性能が発揮できなくなる。これに対して、吸音部１２と開口部３ａとの距離を大きくすることにより、吸音部１２の背後空気層への開口部３ａの影響が小さくなり、その結果、設計した吸音部１２の吸音性能を効率良く発揮することができる。これにより、フード１０３全体として吸音性がさらに向上する。このように、開口部３ａと吸音部１２とはできるだけ長い距離、離されていることが好ましい。

量産性の観点から、孔６の径：ｄ（ｍｍ）は、０．７ｔ≦ｄ≦１．３ｔとされていることが好ましい。なお、ｔ（ｍｍ）は、インナー材３の板厚である。孔径と板厚との関係は、吸音性を付与するための孔をアウター材２に開ける場合も同様である。

（フード（第３参考例））
図４は、第３参考例のフード１０４を示す。図４（ａ）は、フード１０４を裏から視た図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

フード１０４と、図３に示したフード１０３との相違点は、フード１０４に関して、そのインナー材３に、補強板材４に音（音波）を導くための開口部３ａが設けられていない点である。その他の構造については、フード１０４とフード１０３とで同じである。

（ドア）
図５は、本発明の第４参考例に係る多孔吸音構造を自動車のドアに適用した場合の一例を示す図である。なお、図５は自動車のドアの断面図である。

図５に示すように、ドア５１は、滑らかな曲面形状を有するアウター材７（外側材）と、凹凸形状を有するインナー材８（内側材）とが相互の周囲部で溶接などの手段で接合されてなるものである。アウター材７とインナー材８との間に形成された中空部Ｓには、窓ガラス９が収容されるようになっている。

ここで、アウター材７の中空部Ｓ側の面には、当該面との間に空気層（背後空気層）が形成される態様で、多数の孔１０ａ（貫通孔）を有する補強板材１０が固定されている。また、インナー材８の中空部Ｓ側の面には、当該面との間に空気層（背後空気層）が形成される態様で、多数の孔１１ａ（貫通孔）を有する補強板材１１が固定されている。

補強板材１０（１１）の吸音率は、孔１０ａ（１１ａ）の径・そのピッチ・補強板材１０（１１）とアウター材７（インナー材８）との間の距離（背後空気層の厚さ）によって決まるある特定の周波数で最大となる。なお、背後空気層の厚さは、補強板材１０（１１）の断面形状により変化させることができる。

アウター材７・インナー材８・補強板材１０・補強板材１１の材質は、フードの場合と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。なお、鉄などの他の金属であってもよい。

補強板材１０、１１は、例えば車載オーディオからの音など、車内から車外へ放出される音、及びロードノイズ・風きり音など、車外から車内へ入ってくる音を吸音する。

（放出音低減効果の解析結果）
図６は、図１に示したフード１の遮音性を示すグラフである。図６からわかるように、アウター材２の中空部Ｓ側の面に、多数の孔５が開けられた補強板材４を取り付けたことで、従来よりも容易に背後空気層の厚さの小さい吸音構造を形成することができ、吸音率が大きな周波数範囲を容易に広げることができる。これにより、エンジンルームからフードを経由して車外へ放出される音を低減することができる。

図７は、図２に示したフード１０２の吸音性を示すグラフである。フード１０２の吸音率設計では、補強板材４の背後空気層・孔径・孔の開口率などを調整し、１ｋＨｚ〜２ｋＨｚの音の吸音率が高くなるようにしている。図７からわかるように、インナー材３のうちの補強板材４が対向する面に、当該補強板材４に音（音波）を導くための開口部３ａを設けることにより、補強板材４による吸音効果がより発揮される。

図８は、図３に示したフード１０３の吸音性を示すグラフである。フード１０３の吸音率設計では、補強板材４の背後空気層・孔径・孔の開口率などを調整し、当該補強板材４により１ｋＨｚ〜２ｋＨｚの音の吸音率が高くなるようにしている。また、インナー材３の吸音部１２の孔径・孔の開口率などを調整し、当該吸音部１２により１．２５ｋＨｚ〜３．１５ｋＨｚの音の吸音率が高くなるようにしている。図８からわかるように、補強板材４が対抗する部分のインナー材３に開口部３ａを設けることに加えて、インナー材３自体に多孔の吸音部１２を設けることで、補強板材４による吸音効果に加え、インナー材３自体による吸音効果も得られる。これにより、より幅広い周波数範囲で吸音性能を向上させることができる。

（自動車を構成するフード・ドア以外の部品への適用）
図９は、自動車のサイドボディ１００を示す斜視図である。図１０（ａ）・（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）は、それぞれ、図９に示すサイドボディ１００のＡ−Ａ断面図・Ｂ−Ｂ断面図・Ｃ−Ｃ断面図・Ｄ−Ｄ断面図である。

図１０（ａ）は、サイドボディ１００のフロントピラー４１の断面図である。フロントピラー４１は、滑らかな曲面形状を有するアウター材２１（外側材）と、凹凸形状を有するインナー材２２（内側材）とが相互の周囲部で溶接などの手段で接合されてなるものである。アウター材２１の中空部側の面には、当該面との間に空気層（背後空気層）が形成される態様で、多数の孔２３ａ（貫通孔）を有する補強板材２３が固定されている。この補強板材２３により、アウター材２１とインナー材２２との間の中空部内に吸音性が付与されている。

図１０（ｂ）は、サイドボディ１００のセンターピラー４２の断面図である。前記したフロントピラー４１と同様に、センターピラー４２は、アウター材２４と、インナー材２５と、多数の貫通孔を有する補強板材２６とを備えている。補強板材２６により、アウター材２４とインナー材２５との間の中空部内に吸音性が付与されている。

図１０（ｃ）は、サイドボディ１００のリヤピラー４３の断面図である。リヤピラー４３に関しても同様、リヤピラー４３は、アウター材２７と、インナー材２８と、多数の貫通孔を有する補強板材２９とを備えている。補強板材２９により、アウター材２７とインナー材２８との間の中空部内に吸音性が付与されている。

図１０（ｄ）は、サイドボディ１００のサイドシル４４の断面図である。サイドシル４４に関しても同様、サイドシル４４は、アウター材３０と、インナー材３１と、多数の貫通孔を有する補強板材３２とを備えている。補強板材３２により、アウター材３０とインナー材３１との間の中空部内に吸音性が付与されている。

このように、本発明の多孔吸音構造は、自動車を構成する様々な部品に適用することができる。そして、本発明の多孔吸音構造を適用することで、エンジン音、ロードノイズ、風きり音、車室内共鳴などを低減することができる。

ここで、車室内の空間はできるだけ大きなものであることが望ましいので、新たな部品を車室まわりに追加することはスペース的に厳しい。そのため、吸音材などの新たな部品の追加は難しい。これに対して本発明では、強度確保の観点から補強部材としてそもそも必要となる部品に孔を開けることで吸音性を発現させている。すなわち、本発明によると、新たな部品を追加することなく防音性能を向上させることができる。

（作用・効果）
以上、多くの例を示して説明したように、本発明の多孔吸音構造では、補強板材は、外側材（アウター材）と内側材（インナー材）との間に位置する。そのため、補強板材の背後空気層の厚さは、例えば特許文献１に記載の多孔インナー材の背後空気層の厚さよりも同条件で比較して小さくなる。背後空気層の厚さを小さくすれば、多数の貫通孔を有する補強板材は、背後空気層の厚さを小さくした分、より高い周波数の音を吸音するようになる。

また、補強板材のそもそもの機能（役割）は、外側材および／または内側材の補強である。この補強板材を利用することで、吸音性付与のための新たな部材を対象物に追加することなしに、すなわち、容易に対象物に吸音性を持たせることができる。このように、本発明によれば、インナー材（内側材）の下面に繊維系吸音材を取り付けることなく、吸音率が大きな周波数範囲を容易に広げることができる。

さらに、本発明においては、外側材および／または内側材に、当該外側材と内側材との間の中空部内の補強板材に音波を導くための開口部が設けられている。この構成によると、補強板材に音波が導入されやすくなり、補強板材による吸音効果が高まる。

また、開口部が、補強板材と対向する位置に設けられているため、補強板材に音波がより導入されやすくなり、補強板材による吸音効果がさらに高まる。

さらに、補強板材だけでなく、外側材および／または内側材にも多数の貫通孔を開けることで、外側材および／または内側材自体にも吸音性を付与すると、補強板材による吸音効果に加え、外側材および／または内側材自体による、補強板材とは別の周波数域における吸音効果も得ることができる。これにより、より幅広い周波数範囲で吸音性能を向上させることができる。

なお、補強板材、内側材、外側材などに多孔加工を施す場合、孔の径：ｄ（ｍｍ）は、多孔加工を施す板材の厚さをｔ（ｍｍ）とすると、０．７ｔ≦ｄ≦１．３ｔとされていることが好ましい。なお、板材の厚さ：ｔは、０．８ｍｍ≦ｔ≦１．２ｍｍ程度である。この範囲の大きさの孔径とすると、例えばパンチング加工の孔開けが容易に行え、量産性が向上する。

１：フード
２：アウター材（外側材）
３：インナー材（内側材）
４：補強板材
５：孔（貫通孔）
Ｓ：中空部

Claims (2)

1. 滑らかな曲面形状を有する金属製の外側材と、
   前記外側材と周囲同士が結合されたことで前記外側材との間に中空部が形成された凹凸形状を有する金属製の内側材と、
   前記外側材および／または前記内側材の前記中空部側の面に、当該面との間に空気層が形成されるように取り付けられた多数の貫通孔を有する補強板材と、
   を備えており、
   前記補強板材により前記中空部内に吸音性が付与されており、
   前記外側材および／または前記内側材において、前記補強板材と対向する位置に、前記中空部内の前記補強板材に音波を導くための開口部が設けられており、
   前記外側材および／または前記内側材において、前記補強板材と対向しない位置に、多数の貫通孔が開けられていることで、前記外側材および／または前記内側材自体に吸音性が付与されている、多孔吸音構造。
2. 請求項１に記載の多孔吸音構造において、
   前記補強板材の板厚：ｔ（ｍｍ）は、０．８≦ｔ≦１．２とされており、
   前記補強板材に開けられる前記貫通孔の径：ｄ（ｍｍ）は、０．７ｔ≦ｄ≦１．３ｔとされている、多孔吸音構造。