JP6614584B2 - 遮音構造 - Google Patents

Description

本発明は、遮音構造に関する。

自動車等の車両や、建物等において、外部から内部空間への騒音の侵入、あるいは内部空間から外部への騒音の漏出を防ぐため、外部と内部空間とを区画する区画部材に、遮音性能を有した遮音材を設けることが行われている。

例えば、特許文献１には、区画部材（屋根板）と内部空間側の多孔質下地材との間に、複数の凹部を有したスペーサを、遮音材として配置した構成が開示されている。このような構成によれば、スペーサに形成された凹部内に、区画部材側から侵入した騒音（音波）が入り込み、凹部内で反射することで、遮音性能を発揮する。

また、特許文献２には、区画部材（車両床板）に、遮音材としてウレタン層を載せ、このウレタン層によって騒音を減衰して遮音性を発揮する構成が開示されている。また、この構成においては、ウレタン層に板状のマス層を載せることで、マス層を質量とし、ウレタン層をバネとした遮音構造を備えている。

特許文献３には、発泡多孔質材料または繊維材料からなる遮音材を、フィルムにより形成された袋内に配置し、封止気体を袋内に封止した構成が開示されている。

特開２０１０−２６５５８９号公報 特開２００３−１０４１３５号公報 特開２００６−１２３６１４号公報

ところで、遮音性をさらに高めることは、常に望まれている。例えば、自動車においては、車体のアウターパネルを形成する材料を、例えば車重の軽量化による燃料消費率向上等のために、鉄系材料からアルミ系材料や樹脂系材料に代替する場合がある。すると、アウターパネル自体における遮音性が低下する場合があり、遮音性をさらに高めることが要求される。

しかし、上記特許文献１〜３に開示されたような従来の技術において、遮音性をさらに高めようとすると、いずれも遮音材の厚さを増大させる必要がある。しかし、遮音材の厚さが増えると、遮音材の使用量増加に伴い、重量の増加及びコストの上昇を招いてしまう。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、重量増加、コストの上昇を抑えつつ、遮音性を高めることのできる遮音構造を提供することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載の発明（遮音構造）は、構造体（例えば実施形態の車体１）の内部空間（例えば実施形態の内部空間３）と外部（例えば実施形態の外部４）とを区画する区画部材（例えば実施形態のアウターパネル５、インナーパネル６）に対して間隔をあけて配置され、少なくとも一部に平面形状を有するマス部（例えば実施形態のマス部１１）と、前記マス部において前記区画部材に対向する側に複数配置されたバネ部（例えば実施形態のバネ部１２）と、一端（例えば実施形態の一端１７ａ）が前記マス部に接合され、前記一端から他端（例えば実施形態の他端１７ｂ）に向けて前記区画部材に向かって延びる脚部（例えば実施形態の脚部１７）と、前記脚部と前記区画部材との間に設けられる減衰部（例えば実施形態の減衰部１８）と、を備え、前記バネ部は、気密性及び可撓性を有した中空の膜材（例えば実施形態の膜材１４）と、前記膜材の内部に封入されたガス（例えば実施形態のガス１５）と、を有し、前記脚部は、前記マス部とは別体で、前記一端と、前記他端とを一体に形成していることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遮音構造において、前記マス部と前記バネ部とを含む遮音部材（例えば実施形態の遮音部材１０）を形成し、前記遮音部材は、前記バネ部の前記区画部材に対向する側に設けられ、前記区画部材に接合可能な接合層部材（例えば実施形態の接合層部材１３）をさらに備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の遮音構造において、前記マス部は、ポリプロピレンからなり、前記膜材は、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなり、前記接合層部材は、ポリエチレンからなることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の遮音構造において、前記脚部は、前記マス部よりも高い剛性を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の遮音構造において、前記減衰部は、前記脚部の前記他端を前記区画部材に接着する接着剤（例えば実施形態の接着剤１９）であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の遮音構造において、前記脚部は、前記区画部材の表面に沿って連続するよう設けられ、前記接着剤は、前記脚部が連続する方向に沿って線状または点状に配置されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の遮音構造において、前記ガスは、空気であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の遮音構造において、前記ガスは、二酸化炭素またはヘリウムであることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の遮音構造において、前記構造体は、自動車の車体（例えば実施形態の車体１）であり、前記区画部材が前記車体のアウターパネル（例えば実施形態のアウターパネル５）または前記車体の内装を形成するインナーパネル（例えば実施形態のインナーパネル６）であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、マス部を質量とし、バネ部をバネとし、減衰部をダンパーとした遮音構造を構成することができる。したがって、マス部の質量、バネ部のバネのバネ定数、減衰部の減衰係数を適宜調整することで、マス部が騒音に対して共振する周波数を調整し、目的の周波数域の騒音を効率良く抑えることができる。
さらに、遮音構造は、中空の膜材の内部にガスを封入した構成であるため、膜材を形成する材料の使用量が、ウレタン層に比較すれば大幅に少ない。したがって、マス部と区画部材とが対向する方向における遮音構造の厚さを大きくしても、重量増加、コストの上昇を抑えつつ、遮音性を高めることができる。
請求項２に記載した発明によれば、マス部とバネ部とにより遮音部材を構成し、この遮音部材において、バネ部の区画部材に対向する側に接合層部材を設けることにより、区画部材に対し、遮音構造を接合層部材によって接合し、区画部材に遮音構造を容易に設けることができる。
請求項３に記載した発明によれば、マス部をポリプロピレンで形成することで、高い成形性を得ることができる。また、膜材を、エチレン−ビニルアルコール共重合体で形成することで、高い気密性を得て、膜材の内部に封入したガスの漏出を抑えることができる。さらに、接合層部材をポリエチレンから形成することで、区画部材に対して容易かつ確実に接合することができる。
請求項４に記載した発明によれば、脚部がマス部よりも高い剛性を有することで、マス部の変位にともなって脚部が変形してしまうのを抑え、減衰部における減衰効果を効率良く発揮させることができる。
請求項５に記載した発明によれば、減衰部は、脚部の他端を区画部材に接着する接着剤であるようにした。これにより、減衰部を構成するダンパー等の機構を別途備える必要が無く、低コストでダンパー機能を備えることができる。
請求項６に記載した発明によれば、接着剤は、脚部が連続する方向に沿って線状または点状に配置されている。これにより、脚部の全体を区画部材に確実に接着するとともに、脚部の全体で接着剤による減衰効果を得ることができる。
請求項７に記載した発明によれば、膜材内に封入するガスとして空気を用いることで、低コスト化を図ることができる。
請求項８に記載した発明によれば、膜材内に封入するガスとして二酸化炭素を用いることにより、空気中よりも音速（音波の伝搬速度）が下がり、遮音性能を向上させることができる。また、膜材内に封入するガスとしてヘリウムを用いることにより、空気よりも密度が低くなり、遮音性能を向上させることができる。
請求項９に記載した発明によれば、上記したような遮音構造を、自動車の車体のアウターパネルまたはインナーパネルに設けることで、車体の内部空間における遮音性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る遮音構造を備えた車体のルーフ部を示す縦断面図である。 上記ルーフ部を車外側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る遮音構造を示す断面図である。 上記遮音構造におけるバネ部の配置を示す平面図である。 上記遮音構造をモデル化した図である。 本発明の実施形態の第一変形例に係る遮音構造を備えた車体のルーフ部を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の第一変形例に係る遮音構造の断面図である。 本発明の実施形態の第二変形例に係る遮音構造を備えた車体のルーフ部を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の第三変形例に係る遮音構造の断面図である。 本発明の実施形態の第三変形例に係る遮音構造におけるバネ部の配置を示す平面図である。 本発明の実施形態の第四変形例に係る遮音構造におけるバネ部の配置を示す平面図である。 本発明の実施形態の第五変形例に係る遮音構造を示す断面図である。 本発明の実施形態の第六変形例に係る遮音構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態が適用された遮音構造を備えた車体のルーフ部を示す縦断面図である。図２は、上記ルーフ部を車外側から見た斜視図である。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る遮音構造は、遮音部材１０を備えている。遮音部材１０は、自動車の車体（構造体）１を構成するルーフ部のアウターパネル（区画部材）５と、車体１内の内部空間３に臨み、内装を形成するインナーパネル（ルーフガーニッシュ、区画部材）６との間に設けられている。この遮音部材１０は、アウターパネル５の下面に固定されている。

図３に示すように、遮音部材１０は、マス部１１と、バネ部１２と、接合層部材１３と、脚部１７と、減衰部１８と、を備えている。遮音部材１０は、アウターパネル５と、インナーパネル６との間の空間に配置されている。

マス部１１は、例えば板状で、車体１の内部空間３と外部４（図１参照）とを区画するアウターパネル５に対して間隔をあけて配置される。このマス部１１は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）から形成するのが好ましい。マス部１１は、後述するバネ部１２の膜材１４よりも比重が大きく、高い成形性を有している材料で形成するのが好ましい。このようなマス部１１を形成する材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いるのが好ましい。なお、マス部１１は板状に限らず、少なくとも一部に平面形状を有する部材であればよい。

バネ部１２は、マス部１１においてアウターパネル５に対向する側の対向面に沿って複数配置されている。図４に示すように、この実施形態において、バネ部１２は、マス部１１に沿って千鳥状に配置されている。
各バネ部１２は、中空の膜材１４と、膜材１４の内部に封入されたガス１５と、を有している。

膜材１４は、マス部１１とアウターパネル５とが対向する方向を軸線として延びる筒状をなしている。膜材１４は、マス部１１とアウターパネル５とが対向する方向から見た断面形状が例えば円形の筒状部１４ａと、筒状部１４ａのマス部１１側の端部と接合層部材１３側の端部とをそれぞれ閉塞する端部閉塞部１４ｂと、を一体に備えた密閉容器状をなしている。この膜材１４は、気密性及び可撓性を有した材料から形成されている。また、膜材１４は、マス部１１よりも積極的に弾性変形するよう、マス部１１を形成する材料よりもヤング率が低い材料で形成するのが好ましい。このような膜材１４を形成する材料としては、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体（例えば、クラレ製「エバール（商品名」）を用いるのが好ましい。なお、膜材１４が有する「気密性」については、完全に空気の出入りのない閉空間を形成するものに限らず、膜材１４がバネ部として機能できるくらいに多少の空気の出入りを許容することもできる。

ガス１５は、中空の膜材１４の内部に、少なくとも膜材１４の弛みが無くなるよう、予め設定した圧力以上に充填されている。
このようなガス１５としては、例えば、空気を用いることができる。また、ガス１５としては、二酸化炭素、ヘリウムを用いることもできる。

接合層部材１３は、バネ部１２において、アウターパネル５に対向する側に設けられている。この実施形態において、接合層部材１３は、膜状をなし、複数のバネ部１２を覆うように形成されている。
このような接合層部材１３は、アウターパネル５に接合可能な材料により形成されている。この実施形態では、接合層部材１３は、アウターパネル５に超音波や熱等を用いた溶着により接合される。このため、接合層部材１３は、アウターパネル５に対する溶着性に優れる材料で形成するのが好ましい。このような接合層部材１３を形成する材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）を用いることができる。なお、接合層部材１３が粘着層や接着剤でアウターパネル５に接合されてもよい。

なお、接合層部材１３は、各バネ部１２のアウターパネル５側の端部閉塞部１４ｂのみに設けているが、各バネ部１２のマス部１１側の端部閉塞部１４ｂに設けてマス部１１を接合してもよい。

上記のマス部１１と、バネ部１２と、接合層部材１３とは、接着剤、溶着等により、互いに接合されて一体化している。

脚部１７は、断面視略クランク状をなし、一端１７ａと、他端１７ｂと、中間部１７ｃと、を一体に有している。一端１７ａは、マス部１１の外周端部に接合されている。中間部１７ｃは、一端１７ａから他端１７ｂに向けてアウターパネル５に直交して延びている。他端１７ｂは、アウターパネル５に近接して配置されている。

このような脚部１７は、帯状に延びるマス部１１の短手方向両側にそれぞれ配置されている。各脚部１７は、アウターパネル５の表面に沿って、マス部１１の長手方向に連続して設けられている。なお、この脚部１７は、アウターパネル５が湾曲している場合、その湾曲面に沿って長手方向で湾曲している。

この脚部１７は、例えば金属製で、マス部１１の変位にともなって脚部１７が変形しないよう、マス部１１よりも高い剛性を有する。ここでいう剛性とは、材料のヤング率、断面二次モーメント等である。

また、脚部１７の中間部１７ｃおよび他端１７ｂは、バネ部１２に対して間隔を隔てて配置され、バネ部１２が撓んだときに脚部１７に干渉しないように設けられている。
このような脚部１７は、騒音の音波によってマス部１１が変位すると、マス部１１と一体的に変位する。

減衰部１８は、脚部１７とアウターパネル５との間に設けられ、脚部１７の変位を減衰する。この実施形態において、減衰部１８は、脚部１７の他端１７ｂをアウターパネル５に接着する接着剤１９である。より具体的には、接着剤１９は、脚部１７の他端１７ｂとアウターパネル５とを結ぶ方向において、ある程度の厚さを有し、脚部１７が変位したときに、その変位を減衰できるよう、可撓性及び粘性を有している。
また、このような接着剤１９は、脚部１７が連続する方向に沿って線状または点状に配置されている。

図１、図２に示すように、遮音部材１０は、車体１のアウターパネル５に対し、アウターパネル５に設けられた補強フレーム（ルーフクロスメンバ）８を避けた位置に設けられている。この実施形態では、遮音部材１０は、互いに隣り合う補強フレーム８の間において、補強フレーム８が延びる方向を長手方向とする帯状に形成されている。このように、遮音部材１０は、アウターパネル５の形状や、アウターパネル５に設けられる補強フレーム８やその他の部材の配置に応じて形成され、四角形に限らず、三角形や台形、その他の各種形状に形成することができる。

上記遮音部材１０は、マス部１１と、バネ部１２と、減衰部１８と、を備えることで、図５に示すように、マス部１１を質量ｍとし、バネ部１２をバネ定数ｋのバネとし、減衰部１８を減衰係数ｃのダンパーとした遮音構造を構成する。このような遮音構造の遮音部材１０においては、マス部１１の重さと、バネ部１２を構成する膜材１４に封入するガス１５の圧力と、を調整することで、質量ｍとバネ定数ｋとを調整する。

上述したように、遮音部材１０は、マス部１１とバネ部１２とを備えるとともに、マス部１１を支持する脚部１７と減衰部１８とを備え、バネ部１２は、中空の膜材１４の内部にガス１５を封入することで形成されている。
このようにして、遮音部材１０は、マス部１１を質量とし、バネ部１２をバネとし、減衰部１８をダンパーとした遮音構造を構成することができる。したがって、マス部１１の質量ｍ、バネ部１２のバネ定数ｋ、減衰部１８の減衰係数ｃを適宜調整することで、遮音部材１０が騒音に対して共振する周波数を調整し、目的の周波数域の騒音を効率良く抑えることができる。また、膜材１４内に封入するガス１５の圧力を調整することで、バネ部１２のバネ定数ｋの調整を容易に行うことができる。さらに、バネ部１２は中空の膜材１４の内部にガス１５を封入した構成であるため、膜材１４を形成する材料の使用量が、ウレタン層に比較すれば大幅に少ない。したがって、遮音性を高めるために、マス部１１とアウターパネル５とが対向する方向におけるバネ部１２の厚さｔ２を大きくしても、バネ部１２の重量増加、コストの上昇を抑えることができる。
したがって、重量増加、コストの上昇を抑えつつ、遮音性を高めることができる。

また、バネ部１２においてアウターパネル５に対向する側に接合層部材１３を設けるようにした。
これにより、アウターパネル５に対し、遮音部材１０を接合層部材１３によって接合して取り付けることができる。
また、マス部１１をポリプロピレンで形成することで、高い成形性を得ることができる。また、膜材１４を、エチレン−ビニルアルコール共重合体で形成することで、高い気密性を得て、膜材１４の内部に封入したガス１５の漏出を抑えることができる。さらに、接合層部材１３をポリエチレンから形成することで、アウターパネル５に対して容易かつ確実に溶着することができる。

また、脚部１７は、マス部１１よりも高い剛性を有している。
これにより、マス部１１の変位にともなって脚部１７が変形してしまうのを抑え、マス部１１の変位を減衰部１８に確実に伝達して、減衰部１８における減衰効果を効率良く発揮させることができる。

また、減衰部１８は、脚部１７の他端１７ｂをアウターパネル５に接着する接着剤１９であるようにした。
これにより、減衰部１８を構成するダンパー等の機構を別途備える必要が無く、低コストでダンパー機能を備えることができる。

また、接着剤１９は、脚部１７が連続する方向に沿って線状または点状に配置されている。
これにより、脚部１７の全体をアウターパネル５に確実に接着するとともに、脚部１７の全体で接着剤１９による減衰効果を得ることができる。

また、複数のバネ部１２を、対向面に沿う方向で互いに間隔をあけて設けるようにした。
これにより、マス部１１がアウターパネル５側に向かって接離するように変位するのにともなってバネ部１２が弾性変形するときに、互いに隣り合うバネ部１２同士が緩衝することを抑えることができる。これにより、バネ部１２の変形を他のバネ部１２が阻害することを抑え、騒音を効率良く抑えることができる。

また、膜材１４内に封入するガス１５として空気を用いるようにした。
これにより、遮音部材１０の低コスト化を図ることができる。
また、膜材１４内に封入するガス１５として二酸化炭素を用いれば、空気中よりも音速（音波の伝搬速度）が下がる。これにより、遮音性能を向上させることができる。
また、膜材１４内に封入するガス１５としてヘリウムを用いれば、空気よりも密度が低くなる。これにより、遮音性能を向上させることができる。

また、上記したような遮音部材１０を、自動車の車体１のアウターパネル５に取り付けることで、車体１の内部空間３における遮音性を高めることができる。

（実施形態の第一変形例）
上記したような遮音部材１０において、図６、図７に示すように、接合層部材１３側に、硬質のボード材１６を追加することもできる。この場合、ボード材１６は、膜材１４よりも硬質な樹脂材料等から形成することができる。このようなボード材１６は、バネ部１２と接合層部材１３との間に挟み込むように設けることができる。

（実施形態の第二変形例）
また、図８に示すように、例えば、遮音部材１０は、アウターパネル５側ではなく、インナーパネル６側に装着することもできる。この場合、遮音部材１０は、接合層部材１３をインナーパネル６に接合し、マス部１１は、アウターパネル５側に位置するように設けることができる。

（実施形態の第三変形例）
また、上記実施形態では、各バネ部１２を、断面円形としたが、これに限らない。例えば、図９、図１０に示すように、バネ部１２Ｂを、上記実施形態のバネ部１２よりも断面積が大きな略矩形状に形成してもよい。この場合、互いに隣り合うバネ部１２Ｂ同士の間隔を、上記実施形態におけるバネ部１２同士の間隔よりも狭めるようにしてもよい。

（実施形態の第四変形例）
また、例えば、図１１に示すように、バネ部１２Ｃを、断面六角形状とし、互いに隣り合うバネ部１２Ｃを隙間無く配置し、いわゆるハニカム状に構成することもできる。

（実施形態の第五変形例）
また、脚部１７は、略クランク状の断面形状に限らず、他の形状とすることができる。例えば、図１２に示すように、脚部１７Ｂを断面略Ｈ字状とし、互いに隣接するマス部１１同士の間に配置するようにしてもよい。

（実施形態の第六変形例）
また、図１３に示すように、マス部１１と脚部１７とを、一体に形成するようにしてもよい。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、マス部１１と膜材１４とを一体に成形するようにしてもよい。これにより、マス部１１と膜材１４とを別途接合する必要がなく、遮音部材１０の製造を効率良く行うことができる。
例えば、上記実施形態およびその変形例では、遮音部材１０を車体１のルーフ部に設けるようにしたが、これに限らない。遮音部材１０は、車体１のドア、ピラー、ボンネットやトランク、ボディパネル等、他の部位に設けるようにしてもよい。また、遮音部材１０は、自動車に限らず、建物の天井、壁、床、各種装置のカバー等、他の構造体に設けるようにしてもよい。
遮音構造を車体１から独立した遮音部材１０で構成することで製造や取り扱いが容易になるが、マス部１１とバネ部１２とを備える遮音構造を区画部材に直接設ける構成としてもよい。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 車体（構造体）
３ 内部空間
４ 外部
５ アウターパネル（区画部材）
６ インナーパネル（区画部材）
１０ 遮音部材
１１ マス部
１２、１２Ｂ、１２Ｃ バネ部
１３ 接合層部材
１４ 膜材
１５ ガス
１７、１７Ｂ 脚部
１７ａ 一端
１７ｂ 他端
１７ｃ 中間部
１８ 減衰部
１９ 接着剤

Claims (9)

1. 構造体の内部空間と外部とを区画する区画部材に対して間隔をあけて配置され、少なくとも一部に平面形状を有するマス部と、
   前記マス部において前記区画部材に対向する側に複数配置されたバネ部と、
   一端が前記マス部に接合され、前記一端から他端に向けて前記区画部材に向かって延びる脚部と、
   前記脚部の前記他端と前記区画部材との間に設けられる減衰部と、を備え、
   前記バネ部は、
   気密性及び可撓性を有した中空の膜材と、
   前記膜材の内部に封入されたガスと、
   を有し、
   前記脚部は、前記マス部とは別体で、前記一端と、前記他端とを一体に形成している
   ことを特徴とする遮音構造。
2. 前記マス部と前記バネ部とを含む遮音部材を構成し、
   前記遮音部材は、
   前記バネ部の前記区画部材に対向する側に設けられ、前記区画部材に接合可能な接合層部材をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮音構造。
3. 前記マス部は、ポリプロピレンからなり、
   前記膜材は、エチレン−ビニルアルコール共重合体からなり、
   前記接合層部材は、ポリエチレンからなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の遮音構造。
4. 前記脚部は、前記マス部よりも高い剛性を有する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遮音構造。
5. 前記減衰部は、前記脚部の前記他端を前記区画部材に接着する接着剤であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の遮音構造。
6. 前記脚部は、前記区画部材の表面に沿って連続するよう設けられ、
   前記接着剤は、前記脚部が連続する方向に沿って線状または点状に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の遮音構造。
7. 前記ガスは、空気である
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遮音構造。
8. 前記ガスは、二酸化炭素またはヘリウムである
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遮音構造。
9. 前記構造体は、自動車の車体であり、前記区画部材が前記車体のアウターパネルまたは前記車体の内装を形成するインナーパネルである
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の遮音構造。

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