KR20100015386A - 개선된 진동 음향 댐핑 특성을 갖는 글레이징, 이러한 글레이징의 제조 방법, 및 차량 객실 내의 방음 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 유리 시트(10), 및 하나 이상의 면에 의해 유리 시트에 연결되고 0.4 이상의 손실 계수 및 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소(20)를 포함하는 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립(2)을 포함하는, 개선된 진동 음향 댐핑 특성을 갖는 글레이징(1)에 관한 것이다. 스트립(2)은 또한 0.05　kg/m 초과의 선형 질량을 갖고 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)에 연결되는 가중 요소(3)를 포함하고, 댐핑 물질로 이루어진 요소는 유리 시트와 가중 요소 사이에 제공되며, 글레이징 외의 다른 장치는 스트립에 결합되지 않는다.
글레이징 유닛, 유리 시트, 댐핑 물질, 스트립, 가중 요소

Description

개선된 진동 음향 댐핑 특성을 갖는 글레이징, 이러한 글레이징의 제조 방법, 및 차량 객실 내의 방음 방법 {GLAZING WITH IMPROVED VIBRO-ACOUSTIC DAMPING PROPERTIES, METHOD FOR MAKING SUCH GLAZING AND METHOD FOR ACOUSTIC PROTECTION IN A VEHICLE PASSENGER COMPARTMENT}
본 발명은 진동 음향 댐핑 장치를 포함하는, 개선된 진동 음향 댐핑 특성을 갖는 글레이징 유닛, 및 예를 들어 차량, 특히 자동차의 객실, 특히 이동 객실 내의 음향 및 진동 피해의 감소 방법에 관한 것이다.
자동차 또는 다른 유형의 차량, 예를 들어 트럭, 버스 및 농기계를 차치하고, 본 발명은 폐쇄되거나 또는 실질적으로 폐쇄된 객실을 갖는 임의의 유형의 이동 수단, 예를 들어 항공기, 기차, 선박, 잠수함 등에 적용된다.
차량, 특히 자동차에 합체된 글레이징 유닛에는 차량 내부의 음향적인 안락성을 개선하기 위한 목적으로 글레이징 유닛을 통해 전파하는 진동파를 흡수하는 기능을 하는 진동 음향 댐핑 수단이 제공된다.
자동차 내에서의 불쾌감의 원인은 그 원인이 기계적, 열적, 시야 관련 등에 상관없이 조금씩 처리되어 왔다. 그러나, 음향적인 안락성의 개선은 여전히 현재의 문제점으로 남아있다.
공기 역학적 원인, 즉 이동 차량에 대한 공기의 마찰에 의해 생성되는 소음은 자체로 그 공급원에서 적어도 부분적으로 처리되는데: 즉 에너지를 절약하기 위하여 형상을 변형시켜, 공기의 관통을 개선시키며, 그 자체가 소음원인 난류를 감소시킨다. 승객에 의해 점유된 내부 공간으로부터 외부의 공기 역학적 소음원을 분리하는 차량의 벽들 중에서, 글레이징 유닛은 물론 가장 다루기 어렵다.
현재, 개선된 진동 음향 댐핑 특성을 갖도록 열가소성 인터레이어를 적절히 선택한 적층된 글레이징 유닛을 제공하는 것이 알려져 있다.
예를 들어, 유럽 특허 제0 387 148 B1호는 특히 공기 역학적 원인, 즉 800 내지 10,000 Hz의 고주파의 소음에 대해 양호한 차단(insulation)을 달성하는 적층된 글레이징 유닛을 제공한다.
더욱이, 이러한 적층된 글레이징 유닛은 임계 주파수에서 전송 손실의 갑작스런 강하를 방지하도록 작용하고, 이는 대표적인 차음부(acoustic insulation)이다. 임계 주파수는 글레이징 유닛의 구성(구성 요소의 밀도 및 영률, 두께)에 고유하고, 글레이징 유닛 내의 굽힘파(flexural wave)와 글레이징 유닛을 둘러싸는 유체, 예를 들어 공기 내의 음파의 공간적 및 주파수적 일치에 상응한다. 이 임계 주파수는 통상 대략 3 mm 두께의 글레이징 유닛에 대해 4,000 Hz의 대역이다.
따라서, 소음이 증가할 수 있는 것은, 특히 사람 귀에서 가청인 (1,000 내지 6,000 Hz의) 주파수 대역 내인 상기 임계 주파수에서이다. 따라서, 이 주파수에서 양호한 소음 차단 성능을 갖는 것이 바람직하다.
개선된 진동 음향 특성을 갖는 적층된 글레이징 유닛의 사용에 대한 대안적 인 해결책(몇몇 글레이징 유닛이 적층되지 않기 때문) 또는 보완적인 해결책은, 글레이징 유닛의 주연부에 그리고 글레이징 유닛과 본체 사이에 스트립을 결합시키는 것으로 이루어질 수 있고, 상기 스트립은 진동 음향 댐핑 특성을 갖고, 글레이징 유닛 및 본체 모두에 고정되고 몇몇 댐핑 물질의 병치로 이루어지거나 또는 이루어지지 않을 수 있다.
용어 "댐핑 물질(damping material)"은 이하의 설명에서 0.25 초과의 손실 계수를 가져 에너지를 방산시킬 수 있는 물질인 점탄성 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 이는, 예를 들어 중합체 부류에 속할 수 있다.
특허 출원 제WO 04/012952호는 이러한 진동 음향 댐핑 특성을 제공하기 위하여, 스트립이 0.25 이상의 등가 손실 계수(tanδeq)와 함께 25 MPa 이상의 등가 실제 선형 강성도(K'eq)를 가져야 한다고 개시하고 있다. 등가 선형 강성도는 스트립의 선형 미터당 스트립의 등가 강성도이고, 강성도는 스트립을 이루는 물질의 강도(주로 인장-압축에 작용하는 영률) 및 스트립의 형상에 의해 특징지어진다.
이런 유형의 스트립에서, 글레이징 유닛에 직교하는 방향으로 인장-압축에 작용하는 물질에 의해 수행되는 응력 및 변형만이 고려되고, 전단에 작용하는 물질에 의한 응력 및 변형은 무시될 수 있다. 실제로, 스트립과 비교하면, 본체는 변형되지 않을 정도로 단단하고 진동 에너지를 흡수할 수 없다. 스트립만이 크게 변형할 수 있고 주로 인장-압축에 작용함으로써 기계적 에너지를 방산시킬 수 있다.
따라서, 상기 유형의 댐핑 스트립은 글레이징 유닛을 접합시키는 주연 결합 부를 또한 구성함으로써 글레이징 유닛과 본체 사이의 연결을 제공하기 때문에 적합하다. 그러나, 차량에서, 모든 글레이징 유닛이 본체의 전체 주연부에 걸쳐 고정되는 것은 아니고, 그 몇몇, 예를 들어 개구측 글레이징 유닛은 이동 가능하다. 따라서, 댐핑 수단으로 작용하는 이 주연 접합 밀봉 구성은 상기 측 글레이징 유닛에 적합할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 현재의 수단, 예를 들어 적층된 글레이징 유닛 및 글레이징 유닛의 접합을 위한 주연 결합의 대안 또는 이들을 보완하는 진동 음향, 더 구체적으로는 고주파수 댐핑 수단을 갖는 글레이징 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 본체 내에 하우징되도록 의도된 글레이징 유닛은 하나 이상의 유리 시트, 및 유리 시트의 면 중 하나 이상에 고정되고 0.4 이상의 손실 계수를 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소를 포함하는 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립을 포함하고, 상기 스트립은 유리 시트의 반대면 상의 다른 장치에는 결합되지 않고, 특히 본체에 독립적이고, 스트립은 또한 0.05 kg/m 초과의 선형 질량을 갖는 하나 이상의 가중 요소(weighting element)를 포함하고, 선형 질량은 댐핑 요소와 접촉하는 가장 큰 범위를 따른 상기 가중 요소의 길이에 대한 가중 요소의 질량의 비에 상응하고, 댐핑 물질로 이루어진 요소는 유리 시트와 가중 요소 사이에 삽입되고 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖고, 가중 요소는 유리 시트의 면과 접촉하는 측의 반대측 상에 있는 댐핑 물질로 이루어진 요소의 면에만 결합되는 것을 특징으로 한다.
스트립은 글레이징 유닛의 일면, 즉 가장 큰 범위에 걸쳐 연장하는 글레이징 유닛의 표면에 결합되고, 글레이징 유닛의 연부에 결합되지 않는다.
선형 질량이 댐핑 요소와 접촉하는 상기 가중 요소의 길이에 대한 가중 요소의 질량의 비에 상응함을 주목해야 한다. 선형 질량은 또한 단면이 요소의 전체 길이에 걸쳐 동일한 경우, 가중 요소를 구성하는 물질과 그 단면적의 곱, 또는 요소가 여러 물질로 이루어지는 경우, 각 물질의 밀도와 각 물질의 단면적의 곱의 총합에 의해 등가적으로 정의될 수 있다.
가중 요소가 그 길이에 걸쳐 변화하는 단면을 가지는 경우, 선형 질량은 바람직하게는 요소의 질량을 댐핑 요소와 접촉하는 총 길이로 나눔으로써 연산된다.
따라서, 글레이징 유닛은 차량의 본체에 결합되는 방식에 관계없이, 그리고 본체에 관계없이 진동 음향 댐핑 특성을 제공하고, 댐핑 물질은 스트립의 가중 요소 및 글레이징 유닛의 유리인 2개의 벌크 요소들 사이에 위치되는 한 완전히 진동 에너지 방산기로서 작용할 수 있다.
스트립이 글레이징 유닛에만 결합되고 글레이징 유닛의 반대측 상의 임의의 다른 부분과는 독립적임은 필수적이다. 글레이징 유닛의 유리 시트에 결합되는 부분의 반대측 상의 스트립의 부분에 결합되는 장치는 없다. 그러나, 특히, 본체에 합체된 하우징 내에 글레이징 유닛을 보유하기 위하여 글레이징 유닛이 본체에 적어도 부분적으로 결합될 수 있기 때문에, 글레이징 유닛에 고정된 스트립은 본체에 완전히 독립적으로 남아 있는데, 즉 본체에 접촉하지도 않는다.
추가적으로, 가중 요소는 댐핑 물질로 이루어진 요소의 일면, 즉 글레이징 유닛과 접촉하는 면의 반대측 상의 면에만 접촉해야 한다.
가중 요소의 면적이 글레이징 유닛의 유리 시트의 면적과 동일하지 않지만, 스트립 및 유리 시트에 의해 형성된 조합은 기대하지 않게 질량-스프링-질량 시스템과 실질적으로 등가인 시스템을 구성한다.
질량-스프링-질량 시스템에서, 스프링의 강성도는 특정 표적 주파수(질량-스프링-질량 시스템의 공진 주파수)에 대한 스프링의 일을 최대화하여 이 주파수에서 최대량의 에너지를 방산시키도록 조정될 수 있다.
본 발명의 시스템은 질량-스프링-질량 시스템에서의 스프링의 강성도에 비해 공지된 관계를 엄격하게 따를 수는 없지만, 본 발명자들은 스프링이 댐핑 요소에 연결될 수 있는 본 발명의 시스템에 관계를 적용하여 댐핑 요소의 강성도를 특징화할 수 있는 방법을 알게 되었다.
따라서, 단면의 일면만이 글레이징 유닛과 접촉하고 가장 짧은 범위 중 하나에 상응하는 스트립의 단면(s)은, 특히 개선된 소음 차단성을 얻는 것이 희망되는 특정 주파수에서 댐핑 요소에 의한 진동 에너지의 방산이 최대화되도록 댐핑 물질이 갖는 영률을 또한 고려하여 유리하게 구성될 수 있다.
유리하게는, 최대량의 에너지를 방산시키기 위해, 가장 짧은 범위 중 하나를 따라 글레이징 유닛과 접촉하는 폭(L) 및 글레이징에 직교하는 두께(e)로 정의된, 댐핑 물질로 이루어진 요소의 단면(s)은, 댐핑 요소의 등가 선형 강성도(K'eq)가 특정 주파수 fp에서 기준:
Figure 112009060948640-PCT00001
을 만족하도록 치수를 가져야 하고, 여기서:
Figure 112009060948640-PCT00002
(여기서:
- E'는 주파수 fp 및 20 ℃에서 댐핑 물질의 영률이고;
- L은 글레이징 유닛과 접촉하는 댐핑 요소의 폭이고;
- e는 글레이징에 직교하는 댐핑 요소의 치수이다) 이고;
- ρv는 글레이징 유닛을 이루는 물질의 밀도이고;
- ev는 글레이징 유닛의 두께이고;
- ωp는 특정 주파수 fp에서의 표적 각주파수로서 ωp=2πfp로 정의되고;
- λp는 특정 주파수 fp에 상응하고 이하와 같이 공지된 방식으로 정의되는 글레이징 유닛의 파장이다.
Figure 112009060948640-PCT00003
(여기서, E'v 및 υv는 각각 글레이징 유닛을 이루는 물질의 영률 및 푸아송비이다).
바람직하게는, 특정 주파수 fp는 임계 주파수의 ±30% 이내에서 글레이징 유닛의 임계 주파수에 상응한다.
일 특징에 따르면, 가중 요소는 댐핑 물질로 이루어진 요소의 단일 면에만 댐핑 요소의 가장 큰 범위를 따라 접촉한다.
다른 특징에 따르면, 스트립은 글레이징 유닛의 마진부(marginal portion)에, 특히 글레이징 유닛의 연부에 근접하여 또는 연부에 배열되고, 글레이징 유닛의 일측의 길이에 이하에 걸쳐 연장한다.
스트립의 몇몇 대안적인 실시양태가 고려될 수 있다:
- 스트립은 댐핑 물질로 이루어진 단일 요소 및 단일 가중 요소를 포함한다;
- 스트립은 병치되거나 또는 병치되지 않을 수 있고 가장 큰 범위를 따라 나란히(side by side) 연장하는 댐핑 물질로 이루어진 복수의 요소, 및 댐핑 물질로 이루어진 각 요소의 면 중 하나를 덮는 단일 가중 요소를 포함한다; 및
- 스트립은 댐핑 물질로 이루어진 단일 요소 상에 고정되고 댐핑 요소의 가장 큰 범위를 따라 연장하는 복수의 가중 요소를 포함하고, 가중 요소들은 서로 접촉하거나 또는 접촉하지 않을 수 있다.
특정 선형 질량을 가져야 하는 가중 요소는 가중 요소를 이루는 물질 또는 물질들에 따라 선택된다. 그 형상은 특히 물질의 성질 및 최종 위치에 글레이징 유닛을 끼움 결합하도록 제공될 이용 가능 공간에 따라 구성될 수 있다. 이는 적어도 댐핑 물질로 이루어진 요소의 면 중 하나에 고정되는 웹으로 이루어지고, 유리하게는 웹에 결합되는 보강부를 포함할 수 있다.
가중 요소는 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있고, 물질의 조합은 요소가 0.05 kg/m 이상의 선형 질량을 가짐을 보장해야 한다.
또 다른 특징에 따르면, 댐핑 물질로 이루어진 요소는 각각이 0.4 이상의 손실 계수를 가져서 충분한 에너지 방산을 보장하는 하나 이상의 댐핑 물질로 구성된다.
물론, 글레이징 유닛은 본 발명의 수 개의 스트립을 가질 수 있다.
예시적인 일 실시양태에 따르면, 댐핑 물질은 엘라스토머이고, 가중 요소는 금속판이다.
유리하게는, 본 발명의 글레이징 유닛은 차량, 특히 자동차의 본체 내에 하우징되고, 스트립은 시야로부터 감추어진다.
본 발명의 다른 주제는 이러한 글레이징 유닛을 포함하는 차량, 특히 자동차의 객실 내의 음향 및 진동 피해의 감소를 위한 글레이징 유닛의 제조 방법이고, 상기 방법은 글레이징 유닛에 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립을 결합시키는 단계로 이루어지며 이하를 특징으로 한다:
- 0.4 이상의 손실 계수 및 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소, 및 가장 큰 범위를 따라 댐핑 요소의 일면에만 고정된 0.05 kg/m 이상의 선형 질량을 갖는 하나 이상의 가중 요소를 포함하는 스트립이 제공되고;
- 댐핑 물질(20)로 이루어진 요소의 단면(s)이 - 상기 단면은 가장 짧은 범위를 따라 글레이징 유닛과 접촉하는 길이(L) 및 글레이징 유닛에 직교하는 두께(e)로 정의됨 -, 댐핑 물질의 영률에 따라, 댐핑 요소의 등가 선형 강성도(K'eq)가 표적 특정 주파수 fp에서 기준:
Figure 112009060948640-PCT00004
을 만족시키도록 구성된다.
[여기서:
Figure 112009060948640-PCT00005
(여기서:
- E'는 주파수(fp) 및 20 ℃에서 댐핑 물질의 영률이고;
- L은 글레이징 유닛과 접촉하는 댐핑 요소의 폭이고;
- e는 글레이징에 직교하는 댐핑 요소의 치수이다) 이고;
- ρv는 글레이징 유닛을 이루는 물질의 밀도이고;
- ev는 글레이징 유닛의 두께이고;
- ωp는 특정 주파수 fp에서의 표적 각주파수로서 ωp=2πfp로 정의되고;
- λp는 특정 주파수 fp에 상응하고 이하와 같이 공지된 방식으로 정의되는 글레이징 유닛의 파장이다:
Figure 112009060948640-PCT00006
(여기서, E'v 및 υv는 각각 글레이징 유닛을 이루는 물질의 영률 및 푸아송비이다)];
- 스트립은 가중 요소에 고정된 면의 반대측 상에 댐핑 물질로 이루어진 요소의 면을 통해 글레이징 유닛 상에 고정되고, 다른 장치는 스트립에 결합되지 않는다.
마지막으로, 본 발명은 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립을 포함하는 개선된 진동 음향 댐핑성의 글레이징 유닛을 포함하는 차량, 특히 자동차의 객실 내의 방음 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 0.4 이상의 손실 계수 및 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소, 및 가장 큰 범위를 따라 댐핑 요소의 단일 면 상에 고정된 하나 이상의 가중 요소를 포함하는 스트립을 이용하는 단계를 포함하고, 스트립은 가중 요소로부터 반대면 상의 글레이징 유닛의 면 중 하나에 댐핑 물질로 이루어진 요소를 통해 고정되고, 글레이징 유닛 외의 장치는 (특히 가중 요소를 통해) 스트립에 결합되지 않는 것을 특징으로 한다.
제조 방법 및 방음 방법에 대해서, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 글레이징 유닛을 사용하는 것이 유리할 것이고, 특히 댐핑 물질의 단면은 댐핑 요소에 의해 최대 방산을 위한 주파수가 특정 주파수, 특히 글레이징 유닛의 임계 주파수로 표적화되도록 댐핑 물질이 갖는 영률에 따라 구성될 것이다.
손실 계수 및 영률 특징은 바람직하게는 점성 분석기(viscoanalyzer)를 사용하여 측정된다.
본 발명의 다른 상세 및 이점은 이제 첨부된 도면에 대해서 설명할 것이다:
- 도 1은 본 발명에 따른 진동 음향 댐핑 스트립이 제공된 글레이징 유닛의 사시도이고;
- 도 2는 도 1의 개략적인 부분 단면도이고, 글레이징 유닛은 차량 본체 내에 포함되고;
도 3 내지 도 7은 글레이징 유닛에 결합된, 본 발명에 따른 진동 음향 댐핑 프로파일의 여러 실시양태의 개략적인 부분 단면도이고;
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 스트립이 글레이징 유닛에 결합되는 다른 실시양태의 단면도이고;
도 11은 본 발명에 따른 스트립이 제공된 글레이징 유닛의 2개의 예와 보통의(bare) 글레이징 유닛의 비교를 위한 고주파 차음 곡선을 도시한 것이며;
도 12는 저주파로부터 고주파에 걸친 도 11의 글레이징 유닛에 대한 곡선을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 10은 이해를 더 쉽게 하기 위해 축척에 맞게 도시되지는 않았다.
도 1은 하나 이상의 스트립(2)에 의해 형성된 본 발명의 진동 음향 댐핑 수 단이 제공된 글레이징 유닛(1)을 도시한 것이다.
글레이징 유닛(1)은 자동차와 같은 차량 본체(4) 내, 예를 들어 도어 내에 잘 하우징되어 측 글레이징 유닛을 형성하고(도 2), 보통의 밀봉부(40)에 의해 밀봉이 제공되도록 의도된다. 여기서 이 글레이징 유닛은 모노리식이고, 이에 따라 하나의 유리 시트(10)를 포함하지만, 예를 들어 적층되고 2개의 유리 시트들 사이에 개재된 플라스틱 인터레이어를 포함할 수 있다.
글레이징 유닛(1)은 2개의 반대면(11, 12)을 갖는데, 하나는 차량의 내부를 향하는 반면, 다른 것은 외부 환경을 향하도록 의도된다.
추가적으로, 글레이징 유닛(1)은 일측(14) 상에 위치되고 도 1에서 점선으로 경계지어진 마진부(13)를 갖는다. 이 부분은 개구측 글레이징 유닛의 경우에 저부 밴드라고 지칭된다. 이 마진부는 글레이징 유닛을 고정하기 위해서 본체 내에 하우징되기 때문에 가시적이지 않도록 의도된다.
스트립(2)은 이 마진부(13) 내에 하우징되지만, 필수적으로 본체와는 독립적으로 남아있다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 단지 글레이징 유닛의 유리 시트의 일면에 부착되고, 글레이징 유닛의 반대면 상의 임의의 다른 장치와 접촉하지 않는다.
따라서, 스트립은 글레이징 유닛에 부착된 장치를 구성하고, 글레이징 유닛이 합체될 수 있는 임의의 다른 시스템과는 독립적이다.
스트립(2)은 댐핑 물질로 이루어진 제1 요소(20), 및 0.05　kg/m 이상의 선형 질량을 갖는, 가중 요소라 불리는 제2 요소(3)를 포함한다.
댐핑 물질로 이루어진 요소(20)는, 한편으로는 그 면 중 하나를 통해 글레이징 유닛에 고정되고, 다른 한편으로는 그 반대면을 통해 가중 요소(3)에 고정된다. 가중 요소(3)는 그 면 중 하나만을 통해 가장 긴 범위를 따라 댐핑 물질로 이루어진 요소에 결합되는데, 이 면은 글레이징 유닛에 댐핑 물질로 이루어진 요소를 고정하기 위한 면의 반대측 상의 면이다. 가중 요소(3)는 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)에 효과적으로 결합되는 것 외에 다른 결합은 없다.
댐핑 물질로 이루어진 요소(20)는 0.4 이상의 손실 계수 및 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖는다.
더욱이, 댐핑 요소(20)는 가장 짧은 범위를 따라 글레이징 유닛과 접촉하는 하나 이상의 치수(L), 및 글레이징 유닛에 직교하는 치수(e)로 이루어진 단면(s)을 갖고, 이들 치수는 상기 요소에 의한 최대 방산을 위한 주파수가 상기 주파수 대역에 대해 얻기를 희망하는 소음 차단성에 관해 미리 정의된 주파수 대역 내에 존재하도록 물질의 영률을 따라 구성된다.
상기 길이는 최대 방산 주파수에 영향을 주지 않지만, 프로파일이 길어지면 방산이 커질 것이다. 스트립은 더 큰 범위에 상응하는 길이, 즉 치수(L)보다 더 크고, 바람직하게는 이 양(L)의 2배 이상보다 더 큰 길이를 갖도록 설계될 것이다.
평행육면체 댐핑 요소의 경우, 단면(s)은 글레이징 유닛과 접촉하는 측에 상응하는 폭(L) 및 폭에 직교하는 측에 상응하는 두께(e)로 이루어진다(도 1).
이들 치수를 구성하기 위하여, 댐핑 요소가 최대량의 에너지를 방산시키는 데 바람직한 주파수에서 가져야 하는 등가 선형 강성도(K'eq)의 개념이 이용된다.
최대 댐핑을 제공하는 데 바람직한 이 표적 특정 주파수를 fp로 표시하면, 댐핑 요소의 등가 선형 강성도(K'eq)는 단일 물질의 경우에 이하로 정의될 것이다:
Figure 112009060948640-PCT00007
여기서:
- E'는 주파수 fp 및 20 ℃에서 댐핑 물질의 영률이고;
- L은 글레이징 유닛과 접촉하는 댐핑 요소의 폭이며;
- e는 글레이징 유닛에 직교하는 댐핑 요소의 치수이다.
본 발명자들은 댐핑 요소의 등가 선형 강성도(K'eq)가, 시스템이 표적 주파수에서 유효하게 되기 위해 필수적으로 이하의 조건을 만족해야 함을 입증했다:
Figure 112009060948640-PCT00008
여기서:
- ρv는 글레이징 유닛을 이루는 물질의 밀도이고;
- ev는 글레이징 유닛의 두께이고;
- ωp는 특정 주파수(fp)에서의 표적 각주파수로서 ωp=2πfp로 정의되고;
- λp는 특정 주파수 fp에 상응하고 이하와 같이 공지된 방식으로 정의되는 글레이징 유닛의 파장이다:
Figure 112009060948640-PCT00009
여기서, E'v 및 υv는 각각 글레이징 유닛을 이루는 물질의 영률 및 푸아송비이다.
차량, 특히 자동차의 경우, 개선된 차단성을 얻는 데 바람직한 주파수 대역이 글레이징 유닛의 임계 주파수 근방에 있음이 밝혀졌다. 따라서, 글레이징 유닛의 임계 주파수와 동일하거나 또는 ±30% 이내(fp = fc 또는 fc±30%)의 특정 주파수를 선택하는 것이 유리할 것이다. 글레이징 유닛을 통한 차량의 외부로부터의 소음 전달이 가장 현저한 것은 사실 상기 임계 주파수 근방이며, 차음성의 현저한 강하에 의한 측정으로 입증되었다. 따라서, 본 발명은 더욱 구체적으로는 글레이징 유닛의 진동 음향 댐핑을 개선시키도록 이 주파수 대역을 목표로 한다. 따라서, 특정 주파수(fp)는 더욱 구체적으로는 글레이징 유닛의 임계 주파수에 상응할 수 있다.
글레이징 유닛의 임계 주파수(fc)는 구성 물질의 특성 및 글레이징 유닛의 두께에만 의존한다. 그 값은 공지된 방식으로 이하의 식으로 연산된다:
Figure 112009060948640-PCT00010
여기서, c0은 유체, 일반적으로 공기 중의 음속이다.
댐핑 요소(20)는 글레이징 유닛의 면(12) 중 하나에 결합된 면(21), 및 가중 요소(3)에 결합된 반대면(22)을 갖는다. 댐핑 요소의 반대측 상에서, 가중 요소는 임의의 다른 장치와 접촉하지 않는다.
각 면은 각 물질과 상용성인 접착 수단에 의해 결합된다. 접착 수단은 공지된 유형, 예를 들어 자가 접착 수단이거나, 또는 열 활성화 접착제로 이루어진다.
결합은 또한, 댐핑 요소와 가중 요소가 이러한 기술을 허용하는 물질로 이루어지는 경우, 적합한 기술에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 물질은 열 공급에 의해 서로 용접된다.
댐핑 요소(20)는 단일 댐핑 물질 또는 복수의 댐핑 물질의 병치로 이루어질 수 있다.
각 물질은 0.4 이상의 손실 계수를 가져야 하고, 각 물질의 형상은 수학식 1을 만족시키도록 구성될 것이다. 그 후, 수학식 1은 점성 분석기를 사용하여 댐핑 요소의 등가 선형 강성도를 측정함으로써 점검될 것이다.
가중 요소(3)는 필수적으로 글레이징 유닛에 대해 위치하는 면(21)의 반대측 상의 면(22)에 상응하는, 가장 큰 범위를 따라 댐핑 요소의 적어도 한면과 접촉해야 하며, 이에 따라 2개의 벌크 요소들 - 요소(3)와 글레이징 요소의 유리 - 사이 에 개재된 댐핑 요소는 최대량의 에너지를 방산하도록 스프링 방식으로 전적으로 인장-압축으로 작용한다.
이 목적을 위해, 가중 요소(3)는 0.05　kg/m 이상의 선형 질량을 갖는다.
가중 요소의 벌크 성질은 물질의 성질에 의해서뿐 아니라 요소의 형상의 변화(댐핑 물질에 고정된 웹의 두께 및/또는 보강부의 추가)에 의해서도 얻어진다.
물론, 가중 요소는 덩어리로서 작용하는 복수의 물질로 형성될 수 있고, 예를 들어 라미네이트로서 조립되거나 또는 특정 형상의 구조체를 형성하도록 조합될 수 있다.
도 1에 도시된 요소(3)는 1 mm 이상의 두께를 갖는 단일 웹(30), 예를 들어 2 mm 두께의 강판으로 형성된다.
도 3 내지 도 6은 각각 웹(30)이 댐핑 요소(20)에 고정된 강성 요소의 실시양태를 도시한 것이다.
도 3은 웹(30)에 직교하는 단부 플랜지(31)를 갖는 L 형상 요소를 도시한 것이다.
도 4는 웹(30)에 직교하는 단부 플랜지(31), 및 웹(30)에 평행하고 반대 방향의 복귀부(32)를 갖는 L 형상 요소를 도시한 것이다. 복귀부(32)는 댐핑 요소(20)를 지지하는 글레이징 유닛의 동일 면(12)을 향한 채로 남아있다.
도 5는 웹(30)에 직교하는 단부 플랜지(31), 및 웹(30)에 평행하고 웹(30)을 향하는 복귀부(33)를 갖는 U 형상 요소를 도시한 것이다. 플랜지(31)는 복귀부(33)가 댐핑 요소(20)를 지지하는 면의 반대의 글레이징 유닛의 면(11)을 향하도 록 충분히 길다.
도 6은 웹(30)에 직교하고 댐핑 요소에 결합하기 위한 면의 반대에 중심부(34)를 갖는 T 형상 요소를 도시한 것이다.
도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 실시양태의 경우, 가중 요소의 웹(30)은 댐핑 요소의 짧은 범위 중 하나를 따라 연장하는 부분(이 경우, 플랜지(31)의 형태)을 갖는다. 최적 진동 댐핑 기능을 제공하기 위하여, 이 플랜지는 도면에 도시된 바와 같이 댐핑 요소와 접촉하지 않는다.
스트립의 가중 요소(3)는 도 1에 도시된 바와 같이 댐핑 요소(2)의 길이를 따라 연장하는 단일 요소이다. 그러나, 가중 요소의 물질의 성질, 및 특히 예를 들어 특정 치수로 상업적으로 이용 가능한 형상에 따라, 댐핑 요소(2)의 길이를 따라 연장하고 모두가 서로 접촉하는 복수의 가중 요소(3)를 고려하는 것이 가능하다(도 7).
마지막으로, 도 8, 도 9 및 도 10은 댐핑 수단의 추가적인 실시양태를 도시한 것이다.
도 8은 일 요소를 다른 요소 옆에 이격시켜 위치시킨, 댐핑 물질로 이루어진 2개의 요소(20), 및 2개의 요소의 결합면(22) 및 이격된 틈을 커버하는 단일 L 형상의 가중 요소(3)를 갖는 스트립(2)을 도시한 것이다.
글레이징 유닛은 또한 도 9 및 도 10에서 각각 알 수 있는 바와 같이 동일한 구성인지 여부에 상관없이 다수의 댐핑 스트립(2)을 가질 수 있다.
도 9는 도 1의 스트립에 상응하는 다수의 스트립(2)의 조합을 도시한 것이 다.
도 10은 각각 도 1 및 도 3의 스트립에 상응하는 2개의 스트립(2)의 조합을 도시한 것이다.
상기한 실시양태는 글레이징 유닛의 일측에만 위치된 하나 이상의 스트립을 가지지만, 또한 글레이징 유닛을 수용하도록 의도된 이용 가능한 설치 공간과 양립할 수 있는 경우, 글레이징 유닛의 반대면 상에 하나 이상의 스트립을 추가적으로 제공할 수 있음을 인식할 수 있다.
본 발명의 댐핑 수단의 효과를 설명하기 위하여, 보통의 글레이징 유닛과 비교하여 댐핑 수단이 제공된 글레이징 유닛의 진동 레벨의 감쇠는 글레이징 유닛의 임계 주파수를 포함하는 2,500 내지 10,000 Hz 주파수 대역에 걸쳐 실증되었다.
글레이징 유닛의 진동 에너지가 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)를 통해 방산되기 때문에, 풍매(airborne) 수단에 의해 여기된 보통의 글레이징 유닛의 진동 레벨은 본 발명의 댐핑 수단이 제공된 글레이징 유닛보다 더 높다. 따라서, 객실 내의 압력 레벨은 더 낮고, 이에 따라 소음이 감쇠된다.
예를 들어, 도 11은, 한편으로는 글레이징 유닛 중 하나가 본 발명의 댐핑 수단이 제공된 글레이징 유닛인 차량, 및 다른 한편으로는 등가 글레이징 유닛이 본 발명의 수단을 갖지 않는 유사한 차량의 내측의 차음성에 대한 비교 곡선을 도시한 것이다.
따라서, 차량, 특히 자동차의 객실 내의 음향 및 진동 피해의 감소 방법은 본 발명에 따른 스트립이 제공된 글레이징 유닛을 제공하는 단계를 포함한다.
실증에 사용된 차량은 자동차 제조업체 르노사 제조의 메간 Ⅱ형의 승용차였다.
시험에 사용된 글레이징 유닛은 3.85 mm의 두께를 갖는 유리 전방 도어측 개구 창유리(pane)에 상응한다. 그 임계 주파수(fc)는 3,100 Hz였다.
인장-압축으로 작용하는 본 발명의 댐핑 수단을 갖는 글레이징 유닛의 2개의 예는 댐핑 수단이 제공되지 않은 글레이징 유닛과 비교하기 위하여 선택되었다.
댐핑 수단으로서 스트립의 각 예는 0.5 m의 길이를 갖고, 가중 요소로서 0.32 kg/m의 선형 질량을 갖는 2 mm 두께의 강판, 및 댐핑 요소로서 엘라스토머, 예를 들어 예1의 경우 헨켈(Henkel)에 의해 판매되는 부틸 고무 테로스탯(Terostat) 969 및 예2의 경우 ENAC에 의해 판매되는 비스코댐프 티(ViscoDamp　T)를 포함했다. 댐핑 요소는 열을 가함으로써 글레이징 유닛 및 강판에 고정되었다. 아래의 표는 각 스트립 예의 댐핑 물질에 관련한 특징들을 요약한 것이다.
테로스탯 969 부틸 고무 기재 예1 비스코댐프 티 기재 예2
20 ℃, 4,000 Hz에서의 영률(E') 50 MPa 50 MPa
20 ℃ 및 4,000 Hz에서의 손실 계수(tanδ) 1.1 1.6
단면적(L×e) 5 mm × 6 mm 6 mm × 5.2 mm
Figure 112009060948640-PCT00011
 0.1 0.14
댐핑 요소의 단면적(L×e)은 상기한 수학식 1이 글레이징 유닛의 임계 주파수에 상응하는 특정 주파수(fp)에 대해 만족되도록 선택되었다.
따라서, 얻어진 식
Figure 112009060948640-PCT00012
은 대략 0.1이고, 이에 따라 상기한 기준, 즉 0.5 미만을 만족시켰다.
차량은 공지된 방식으로 차음성 측정을 위해 설계된 반향실 내에 위치되었다. 글레이징 유닛에 확산 음장을 가하는 한편, 차량의 다른 글레이징 유닛은 객실 내의 음향 방산에 대해 이들 글레이징 유닛에 의한 기여를 최소화하고 시험 글레이징 유닛만을 적격화하도록 진동파를 흡수하는 적합한 코팅부(격벽)에 의해 마스킹되었다.
18 ℃의 주변 온도에서 차단 측정이 이루어졌다.
도 10에 도시된 곡선은, 보통 전송 손실에서 발견되는 상당한 "구멍"이 임계 주파수, 이 경우 특히 4,000 Hz 및 부근 및 그 이상에서 감소되어 이 주파수에서 차음이 비교적 효과적임을 설명한다.
본 발명의 제1 목적에 따르면, 글레이징 유닛의 임계 주파수 대역(임계 주파수의 30% 미만 내지 임계 주파수의 30% 초과의 대역에 대해) 내에서 최대량의 진동 에너지를 방산할 수 있지만, 본 발명은 또한 저주파수를 비롯한 더 넓은 주파수 대역에 걸쳐 양호한 진동 음향 댐핑을 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 11은 본 발명의 글레이징 유닛에 관련한 차단 곡선이 보통의 글레이징 유닛에 상응하는 곡선 위에 있음을 도시한 것이다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 유리 시트(10), 및 유리 시트의 면(12) 중 하나 이상에 고정되고 0.4 이상의 손실 계수를 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소(20)를 포함하는 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립(2)을 포함하는, 개선된 진동 음향 댐핑 특성을 갖는 글레이징 유닛(1)이며,
    상기 스트립은 유리 시트의 반대측 상에서 다른 장치와 결합되지 않고, 스트립(2)은 또한 0.05 kg/m 초과의 선형 질량을 갖고 댐핑 물질로 이루어진 요소(20) 상에 고정된 하나 이상의 가중 요소(3)를 포함하고, 선형 질량은 댐핑 요소와 접촉하는 가장 큰 범위를 따른 상기 가중 요소의 길이에 대한 가중 요소의 질량의 비에 상응하고, 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)는 유리 시트(10)와 가중 요소(3) 사이에 삽입되고 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖고, 가중 요소(3)는 유리 시트의 면과 접촉하는 측의 반대측 상에 있는 댐핑 물질로 이루어진 요소의 면에만 결합되는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)가 단면(s)을 갖고, 이 단면의 일측만 글레이징 유닛과 접촉하고, 댐핑 물질의 영률에 따라 댐핑 요소가 특정 주파수에 대해 최대량의 에너지를 방산하도록 적합한 치수를 갖는 댐핑 요소의 가장 짧은 범위 중 하나에 상응하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  3. 제2항에 있어서, 글레이징 유닛과 접촉하는 길이(L) 및 글레이징 유닛에 직교하는 두께(e)로 정의되는, 댐핑 물질로 이루어진 요소의 단면(s)이, 댐핑 요소의 등가 선형 강성도(K'eq)가 해당 표적 특정 주파수 fp에서 이하의 기준을 충족시키는 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
    Figure 112009060948640-PCT00013
    [여기서:
    Figure 112009060948640-PCT00014
    (여기서:
    - E'는 주파수 fp 및 20 ℃에서 댐핑 물질의 영률이고;
    - L은 글레이징 유닛과 접촉하는 댐핑 요소의 폭이고;
    - e는 글레이징에 직교하는 댐핑 요소의 치수이다) 이고;
    - ρv는 글레이징 유닛을 이루는 물질의 밀도이고;
    - ev는 글레이징 유닛의 두께이고;
    - ωp는 특정 주파수 fp에서의 표적 각주파수로서 ωp=2πfp로 정의되고;
    - λp는 특정 주파수 fp에 상응하고 이하와 같이 공지된 방식으로 정의되는 글레이징 유닛의 파장이다
    Figure 112009060948640-PCT00015
    (여기서, E'v 및 υv는 각각 글레이징 유닛을 이루는 물질의 영률 및 푸아송비이다)]
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 특정 주파수가 글레이징 유닛의 임계 주파수(fc) 또는 [fc-0.3fc;fc+0.3fc] 범위 이내의 주파수에 상응하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가중 요소(3)가 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)의 단일 면(22)에만 댐핑 요소의 가장 큰 범위를 따라 접촉하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립(2)이 글레이징 유닛의 연부에 또는 연부에 근접하게 위치되고, 글레이징 유닛의 일측의 길이 이하에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립(2)이 댐핑 물질로 이루어진 단일 요소(20) 및 단일 가중 요소(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립(2)이, 병치되거나 또는 병치되지 않을 수 있고 가장 큰 범위를 따라 나란히(side by side) 연장하는 댐핑 물질로 이루어진 복수의 요소(20), 및 댐핑 물질로 이루어진 각 요소의 면(22) 중 하나를 덮는 단일 가중 요소(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립(2)이 댐핑 물질로 이루어진 단일 요소(20) 상에 고정되고 댐핑 요소의 가장 큰 범위를 따라 연장하는, 서로 접촉하거나 또는 접촉하지 않을 수 있는 복수의 가중 요소(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 가중 요소(3)가 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)의 면(22) 중 하나에 고정된 웹(30)으로 구성되고, 웹(30)에 결합된 보강부(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)가, 각각 0.4 이상의 손실 계수를 갖는 하나 이상의 댐핑 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 가중 요소(3)가 0.05 kg/m 이상의 선형 질량을 제공하는 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 수 개의 스트립(2)을 갖는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스트립(2)이 적어도 댐핑 요소로서 엘라스토머 및 가중 요소로서 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 차량, 특히 자동차의 본체 내에 하우징되고, 스트립이 시야에서 감추어지고 본체와 독립적인 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛.
  16. 글레이징 유닛을 포함하는 차량, 특히 자동차의 객실 내의 음향 및 진동 피해의 감소를 위한 글레이징 유닛(1)의 제조 방법이며,
    글레이징 유닛에 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립(2)을 결합시키는 단계를 포함하고,
    - 0.4 이상의 손실 계수 및 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소, 및 가장 큰 범위를 따라 댐핑 요소의 일면(22)에만 고정된 0.05 kg/m 이상의 선형 질량을 갖는 하나 이상의 가중 요소를 포함하는 스트립이 제공되고;
    - 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)의 단면(s)이 - 상기 단면은 가장 짧은 범위의 하나를 따라 글레이징 유닛과 접촉하는 길이(L) 및 글레이징 유닛에 직교하는 두께(e)로 정의됨 -, 댐핑 물질의 영률에 따라, 댐핑 요소의 등가 선형 강성도(K'eq)가 표적 특정 주파수 fp에서 이하의 기준을 충족시키도록 구성되고,
    Figure 112009060948640-PCT00016
    [여기서:
    Figure 112009060948640-PCT00017
    (여기서:
    - E'는 주파수 fp 및 20 ℃에서 댐핑 물질의 영률이고;
    - L은 글레이징 유닛과 접촉하는 댐핑 요소의 폭이고;
    - e는 글레이징에 직교하는 댐핑 요소의 치수이다) 이고;
    - ρv는 글레이징 유닛을 이루는 물질의 밀도이고;
    - ev는 글레이징 유닛의 두께이고;
    - ωp는 특정 주파수 fp에서의 표적 각주파수로서 ωp=2πfp로 정의되고;
    - λp는 특정 주파수 fp에 상응하고 이하와 같이 공지된 방식으로 정의되는 글레이징 유닛의 파장이다
    Figure 112009060948640-PCT00018
    (여기서, E'v 및 υv는 각각 글레이징 유닛을 이루는 물질의 영률 및 푸아송비이다)];
    - 스트립은 가중 요소에 고정된 면(22)의 반대측 상에 댐핑 물질로 이루어진 요소의 면(21)을 통해 글레이징 유닛 상에 고정되고, 다른 장치는 스트립에 결합되지 않는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 특정 주파수 fp가 글레이징 유닛의 임계 주파수에 상응하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛의 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 글레이징 유닛을 사용하는 것을 특징으로 하는 글레이징 유닛의 제조 방법.
  19. 하나 이상의 진동 음향 댐핑 스트립(2)을 포함하는 개선된 진동 음향 댐핑의 글레이징 유닛(1)을 포함하는 차량, 특히 자동차의 객실 내의 방음 방법이며,
    0.4 이상의 손실 계수 및 5,000 Hz 미만의 주파수에 대해 20 ℃에서 200 MPa 미만의 영률을 갖는 댐핑 물질로 이루어진 하나 이상의 요소(20), 및 가장 큰 범위를 따라 댐핑 요소의 단일 면(22) 상에 고정된 하나 이상의 가중 요소(3)를 포함하는 스트립을 이용하는 단계를 포함하고, 스트립은 가중 요소(3)로부터 반대측 상의 글레이징 유닛의 면(13) 중 하나에 댐핑 물질로 이루어진 요소(20)를 통해 고정되고, 글레이징 유닛 외의 장치는 스트립에 결합되지 않는 것을 특징으로 하는 차량 객실 내의 방음 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제2항 내지 제15항 중 어느 한 항의 글레이징 유닛을 사용하는 것을 특징으로 하는 차량 객실 내의 방음 방법.
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