JP6311780B1 - 車両フロアの遮音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロアパネルの構造に基づくフロアパネル面内における粒子速度の相違を勘案して、フロアパネルの面内における吸音材の面密度を適正に設定して、遮音性と軽量化とを共に満足できる車両フロアの遮音構造を提供する【解決手段】 フロアパネル１と吸音材４０Ａ、４０Ｂとフロアカーペット１６とからなる２重壁構造を備えた車両フロアの遮音構造において、吸音材４０Ａ、４０Ｂに、フロアフレーム１５の上方に配置された低密度部分４２Ａ、４２Ｂと、フロアフレーム１５が存在しない高密度部分４１Ａ及び４３Ａ、４１Ｂ及び４３Ｂを設け、低密度部分４２Ａ、４２Ｂにおける面密度を、高密度部分４１Ａ及び４３Ａ、４１Ｂ及び４３Ｂにおける面密度よりも小さく設定した。フロアカーペット１６の剛性は、低密度部分４２Ａ、４２Ｂの上方に配置される部分において、高剛性に設定される。【選択図】 図５

Description

本発明は、車両フロアの遮音構造に関するものである。

遮音のためのパネル構造として、騒音が入射される外側パネルに対して、間隔をあけて内側パネルを配設して、この外側パネルと内側パネルとの間の空間内に吸音材を充填した２重壁構造が知られている。

車両においては、ロードノイズがフロアパネルを介して車室内に伝達されることから、フロアパネル部分での遮音というものが重要となる。特許文献１には、フロアパネルパネル部分を２重壁構造としたものが開示されている。

特開２０１４−１８９２３０号公報

ところで、遮音のために採択された２重壁構造にあっては、吸音材の面密度が大きいほど（つまり空間内での空気の流れ抵抗が大きいほど）、遮音性向上の上では好ましい反面、面密度が高くなるほど重量増加となり、軽量化という点では好ましくないものとなる。

一方、車両のフロアパネルは、全体が一様な構造（形状）をしている訳ではないので、フロアパネルの各所に配置される吸音材（吸音層）も、フロアパネルの構造に対応して、より効果的な形態のものにすることが考えられるが、従来の２重壁構造では、吸音層はフロアパネルに沿って一様に配置（分布）されているものであった。

本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、フロアパネルの構造に基づくフロアパネル面内における粒子速度の相違を勘案して、フロアパネルの面内における吸音材の面密度を適正に設定して、遮音性と軽量化とを共に満足できる車両フロアの遮音構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決方法を採択している。すなわち、請求項１に記載のように、
フロアパネルと、前記フロアパネルの上面側に配置された表皮層と、前記フロアパネルと表皮層の間に配置された吸音材とからなる２重壁構造を備えた車両フロアの遮音構造であって、
前記フロアパネルにはフレーム部が設けられており、
前記吸音材は、前記フレーム部の上方に配置される低密度部分を備え、
前記低密度部分における目付で示す面密度が、前記低密度部分以外の部分における目付で示す面密度よりも小さく設定されている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、励起される粒子速度が大きいと考えられるフレーム部が存在していない部分においては、面密度が高密度に設定された吸音材により効果的な吸音を行う一方で、励起される粒子速度が小さいと考えられるフレーム部の上方においては、面密度が小さく設定された低密度部分を設けることにより、質量を低減することができる。したがって、２重壁構造の遮音性能を維持しつつ、軽量化を実現できる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載の通りである。すなわち、
前記フレーム部は、前記フロアパネルの下面側においてハット状断面を有している、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、フロアパネルの下面（裏面）に設けられたハット状断面のフレーム部の影響により、吸音材の低密度部分において励起される粒子速度が小さくなるので、低密度部分の面密度を小さくしても十分な遮音性能を確保することができ、構造の軽量化を図り得る。

前記表皮層は、前記吸音材の前記低密度部分の上方に位置する部位のヤング率が、前記吸音材の前記低密度部分以外の部分の上方に位置する部位のヤング率よりも大きくなっている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、面密度が小さく、剛性も低くなっている低密度部分の上方において、表皮層（フロアカーペット）の剛性が高くなっているので、低密度部分の上方においても、適切な踏み込み時の剛性を確保できる。

本発明によれば、車両フロアの遮音構造における２重壁構造の吸音材において、励起される粒子速度の小さい低密度部分において質量を低減する一方で、低密度部分以外の部分で十分な吸音を図るようにしたので、遮音性能を低下させることなく、遮音構造の軽量化を実現できる。

２重壁構造を模式的に示すと共に外側パネルが振動されている状況を示す断面図。 吸音材の目付と粒子速度と透過損失との関係を示す特性図。 本発明の実施形態における車両のフロアパネル構造を示す平面図。 図３のＸ−Ｘ線相当断面図。 図３に示されるフロア領域の一部を示す平面図。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明するが、まず、図１及び図２を参照しつつ、２重壁構造による遮音の原理について説明する。図１は、２重壁構造を模式的に示すものである。この図１において、２０は外側パネル、３０は内側パネル、４０は吸音材（吸音層）である。外側パネル２０と内側パネル３０とは小間隔（例えば１０〜３０ｍｍ程度）あけて配設されている。両パネル２０と３０との間が空間Ｋとされている。そして、空間Ｋに、吸音材４０が隙間無く充填されている。そして、両パネル２０と３０との周囲の隙間は、閉塞部材５０によって閉塞されている（空間Ｋが外部を遮断された密閉空間あるいはほぼ密閉された空間とされている）。なお、図１において、フロアパネルについて２重壁構造を採択する場合を想定したときは、外側パネル２０として例えば０．６ｍｍ厚程度の軟鋼板を用い、内側パネル３０としてフロアカーペットを用いることができる。

両パネル２０と３０は、静止状態のときが破線で示されて、ほぼ平行状態を維持している。外側パネル２０に対して入射音（外側パネル２０を車両のフロアパネルとしたときはロードノイズ）が入力される。このとき、実線で示すように、外側パネル２０が振動され、これに応じて内側パネル３０も振動される。このように、パネル２０、３０の振動により、空間Ｋの容積は、外側パネル２０（内側パネル３０）の面内において変化し、空間Ｋ内の粒子速度（空気速度）が外側パネル２０の面内において相違することになる。

吸音材４０によって、粒子速度を小さくする効果が高いほど、遮音効果が高いものとなる。すなわち、騒音エネルギの伝達が、外側パネルの振動→粒子速度への変化→内側パネルを振動→室内への伝播という過程を経ることから、吸音材４０によって粒子速度を低減することにより遮音効果を高めることができる。ここで、吸音材４０の面密度が大きいほど、流れ抵抗（粒子速度を低減させる抵抗）が大きくなって、遮音効果の高いものとなる。また、同じ遮音効果を得るのであれば、粒子速度が小さいほど吸音材４０の面密度を小さくすることができる。

このような２重壁構造において、外側パネル２０の外側（図の左側）に何らかの部材が配設されている場合、外側パネル２０の面内で部材が配置されている部分では、外側パネル２０の振動が抑制されるため、空間Ｋにおける粒子速度は小さくなると考えられる。したがって、部材が配設されている部分においては、吸音材４０の面密度を小さくしても、部材が配設されていない部分と同等の遮音性能を確保することができ、その分軽量化を図ることができる。

図２は、吸音材４０の目付（面密度、重量に対応）と透過損失（騒音レベルの低減度合い）との関係を示すものである。この図２から明らかなように、同じ透過損失を得るのに必要な目付は、粒子速度が大きいほど大きくする必要がある。つまり、ある透過損失δを得る場合に、粒子速度Ｖpが大きいときに比して粒子速度Ｖpが小さい方が、目付を小さくすることができ、その差分が吸音材４０の重量差（重量の低減代）となる。なお、図５において、Ｖp・大の特性は、検出された粒子速度Ｖpの最大値に対応し（例えば５ｍ／ｓ）、Ｖp・小の特性は、検出された粒子速度Ｖpの中央値（例えば２．５ｍ／ｓ）に対応している。

次に、図３〜図５にしたがって、本発明の実施形態における車両のフロア構造について説明する。図３において、１は、車室床面を構成するフロアパネルであり、前後２列のシートを有する車両用とされている。フロアパネル１の後部は、キックアップ部２を介して、リアフロアパネル３が連なっている。フロアパネル１の車幅方向中央部には、上方へ膨出されて前後方向に向けて伸びるトンネル部４が形成されている。そして、フロアパネル１の車幅方向端部は、前後方向に伸びる強度部材としてのサイドシル５に接合されている。なお、キックアップ部２の底部には、図示を略すが、車幅方向に延びるクロスメンバが接合されていて、キックアップ部２の底部の剛性（強度）が高いものとされている。

フロアパネル１上には、車幅方向に伸びる前後２組のクロスメンバ１１、１２が接合されている。前側のクロスメンバ１１は、前席用シートが取付けられるようになっており、トンネル部４とサイドシル５とを連結している。後側のクロスメンバ１２は、後席用シートが取付けられるようになっており、トンネル部４とサイドシル５とを連結している。なお、図中７は左右一対のフロントフレーム、８はエンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルである。

フロアパネル１に対しては、左右一対のサイドシル５の間において、前後方向に斜めに延びるフロアフレーム（フレーム部）１５が接合されている。このフロアフレーム１５は、その前端がフロントフレーム７の後部に直接的にまたは強度部材を介して間接的に連なり、その後端がサイドシル５の後部に連なっている。すなわち、フロアフレーム１５は、フロントフレーム７に入力される前方からの荷重が伝達されるロードパスを構成している。なお、フロアフレーム１５は、クロスメンバ１１よりも前側においては、ハット状の強度部材がフロアパネル１の上面と下面とに接合されることにより上下２つの閉断面を構成する一方、クロスメンバ１１よりも後部は、フロアパネル１の下面にのみハット状の強度部材が接合されて１つの閉断面を構成している。

フロアパネル１は、左右一対のサイドシル５、トンネル部４、クロスメンバ１１、１２によって、平面視において、ロードノイズを受けて振動されやすい６箇所のパネル部分１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅ及び１８Ｆが存在して、この各パネル部分について、２重壁構造の遮音構造が採択されている。

図４及び図５には、上記２重壁構造のうち、後席側に位置する左側のパネル部分１８Ａ、１８Ｂの構造を示している。なお、図５において、クロスメンバ１１、１２、トンネル部４、キックアップ部２、左側のサイドシル５が、図１での閉塞部材５０に対応したものとなる。

図示されるように、パネル部分１８Ａ、１８Ｂの各々における２重壁遮音構造は、外側パネル２０に相当するフロアパネル１と、内側パネル３０に相当するフロアカーペット（表皮層）１６とを有し、その間の空間に、それぞれ吸音材（吸音層）４０Ａ、４０Ｂが充填されている。吸音材４０Ａ、４０Ｂは、繊維系のものが用いられている。また、フロアカーペット１６の全周縁部は、シールされて、吸音材４０Ａ、４０Ｂが配設される空間が極力密閉構造となるように設定されている。なお、図４においては、吸音材４０Ａ、４０Ｂは、フロアパネル１とフロアカーペット１６の間の空間に隙間なく充填されたものが開示されているが、フロアパネル１、クロスメンバ１１、１２、フロアカーペット１６など吸音材４０Ａ、４０Ｂが隣接する部材との間に微小な隙間を有していても本発明の効果を奏することができる。

このような２重壁構造において、各パネル部分１８Ａ、１８Ｂにおける吸音材４０Ａ、４０Ｂは、粒子速度が小さくなると考えられるフロアフレーム１５の上方の部分において面密度が小さく、それ以外の部分（フロアフレーム１５が配設されていない部分）において面密度が大きくなるように設定されている。

具体的に、パネル部分１８Ａ、１８Ｂにおける吸音材４０Ａ、４０Ｂは、図５に異なる向きのハッチングで示すような３つの部分に区分され、区分毎に、異なる面密度が設定されている。すなわち、吸音材４０Ａは、フロアフレーム１５の上方に配置される低密度部分４２Ａと、低密度部分の両側の高密度部分４１Ａ及び４３Ａに区分され、高密度部分４１Ａ及び４３Ａにおいては、通常の面密度（高密度）に設定されている一方で、低密度部分４２Ａにおいては、両側の高密度部分４１Ａ、４３Ａよりも小さい面密度が設定されている。同様に、吸音材４０Ｂは、フロアフレーム１５の上方に配置された低密度部分４２Ｂと、両側の高密度部分４１Ｂ及び４３Ｂに区分され、高密度部分４１Ｂ及び４３Ｂにおいては通常の面密度に設定されている一方で、低密度部分４２Ｂにおいては、両側の高密度部分４１Ｂ、４３Ｂよりも小さい面密度が設定されている。このように、フロアフレーム１５の上方に低密度部分４２Ａ、４２Ｂを設けているので、その分、吸音材４０Ａ、４０Ｂの全体の重量を小さくすることができ、遮音性能を低下させることなく、２重壁構造の軽量化を図ることができる。なお、この場合、低密度部分４２Ａ、４２Ｂにおける面密度の低減代は、低密度部分４２Ａ、４２Ｂと高密度部分４１Ａ、４３Ａ及び４１Ｂ、４３Ｂのそれぞれにおける粒子速度を算出することにより、図２に示した特性関係を用いて求めることができる。

また、吸音材４０Ａ、４０Ｂの上に配置されるフロアカーペット１６は、各吸音材４０Ａ、４０Ｂの低密度部分４２Ａ、４２Ｂの上方に配置される部分において、剛性が高められている。これにより、高密度部分よりも剛性が小さな低密度部分の上方においても、フロアカーペット１６に適切な踏み込み時の剛性を確保することができる。

なお、上記の説明では、便宜上、フロアパネル１のパネル部分１８Ａ、１８Ｂについて説明したが、他のパネル部分１８Ｃ〜１８Ｆについても、パネル部分１８Ａ、１８Ｂにおける２重壁構造と同様の設定されている。すなわち、全てのパネル部分１８Ａ〜１８Ｆについて、フロアフレーム１５の上方に配置される低密度部分において、吸音材の面密度が小さく設定された２重壁構造を用いることができる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、低密度部分の上方のフロアカーペット１６の剛性を高めることにより、踏込時の剛性を確保したが、低密度部分自体をヤング率の大きな部材で形成することにより、剛性を確保することも可能である。

本発明は、車両のフロアパネルの遮音構造において、遮音性能を低下させずに、構造の軽量化を図るために利用できる。

１：フロアパネル
２：キックアップ部
４：トンネル部
５：サイドシル
１１：クロスメンバ
１２：クロスメンバ
１５：フロアフレーム（フレーム部）
１６：フロアカーペット（表皮層）
１８Ａ〜１８Ｆ：フロアパネルのパネル部分
２０：外側パネル
３０：内側パネル
４０、４０Ａ、４０Ｂ：吸音材（吸音層）
４１Ａ、４１Ｂ：吸音材の高密度部分
４２Ａ、４２Ｂ：吸音材の低密度部分
４３Ａ、４３Ｂ：吸音材の高密度部分
Ｋ：空間
β１：粒子速度が大の領域での吸音材の目付
β２：粒子速度が小の領域での吸音材の目付

Claims (3)

1. フロアパネルと、前記フロアパネルの上面側に配置された表皮層と、前記フロアパネルと表皮層の間に配置された吸音材とからなる２重壁構造を備えた車両フロアの遮音構造であって、
   前記フロアパネルにはフレーム部が設けられており、
   前記吸音材は、前記フレーム部の上方に配置される低密度部分を備え、
   前記低密度部分における目付で示す面密度が、前記低密度部分以外の部分における目付で示す面密度よりも小さく設定されている、
   ことを特徴とする車両フロアの遮音構造。
2. 請求項１において、
   前記フレーム部は、前記フロアパネルの下面側においてハット状断面を有していることを特徴とする車両フロアの遮音構造。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記表皮層は、前記吸音材の前記低密度部分の上方に位置する部位のヤング率が、前記吸音材の前記低密度部分以外の部分の上方に位置する部位のヤング率よりも大きくなっている、ことを特徴とする車両フロアの遮音構造。
   

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