JP7326649B2

JP7326649B2 - 自動車用遮音材

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Publication number: JP7326649B2
Application number: JP2020552499A
Authority: JP
Inventors: 一貴福井; 伸行高橋
Original assignee: Kotobukiya Fronte Co Ltd
Current assignee: Kotobukiya Fronte Co Ltd
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: EP3871927A1; US20210183350A1; EP3871927A4; WO2020084802A1; US11881198B2; CN112638718B; JPWO2020084802A1; CN112638718A

Description

本発明は、自動車用遮音材に関する。

自動車の構造として、前方にエンジン室があり、後方にはトランク室があり、その中間に客室を設ける構造が一般的である。客室には、運転席、助手席および後部座席といった座席を設けている。また、客室には、自動車内装の外側を覆うようにダッシュインシュレータ、フロアーカーペット、フロアースペーサ、トランクトリム、及びトランクフロアーが設置されており、これら部品は、車体の形状や部品のデザインに合わせた凹凸状の形状に成形されている。更に、車体下の外装には、フロントフェンダーライナー、リアフェンダーライナー、及び空気の流れを制御する凹凸形状に成形されたアンダーカバーが設置されている。これら部品の多くは、材料として熱可塑性樹脂が使用され、この材料を加熱して当該部品の形状の型によりプレス成形し、厚みが異なる複数の部分を有する凹凸形状の部品に仕上げられる。

自動車開発の最近の動向として車内の静寂性が重要視されている。自動車の車内に伝わる騒音としては、ウインドウからの騒音、タイヤからの騒音、車体下からの騒音、エンジン音からの騒音、モータ音からの騒音などがある。騒音中の特に５００Ｈｚから５０００Ｈｚの周波数が、運転者や同乗者に耳障りとなると言われている。よって、この周波数の帯域の騒音を吸音ないし遮音する機能が、自動車の内外装部品に求められている。一方で、燃費削減も重要であり、自動車の内外装部品の軽量化も求められている。

また、特表２００９－５３８７４６号公報には、航空機胴体部のセルの吸音内側クラッディングのためのサンドイッチ部材が記載されており、このサンドイッチ部材は、ハニカム状のコア構造体と、コア構造体の両側に適用されるカバー層とを備え、両方のカバー層はそれぞれ、音波を透過するための複数の通路を備え、プラスチック材料の半透性膜を用いて形成されたカバーは、音波の方向にあるカバー層上に配置され、プラスチック材料からなる半透性膜は、断面領域を有する複数の開口部を備え、異物および／または液体の侵入が主に防がれ、かつ音波の透過が許容され、吸音層は、音波から離れた方向にあるカバー層上に形成される。そして、このような構成によって、高い機械的負荷特性、軽量性、かつ優れた吸音特性を有するサンドイッチ部材を提供できることが記載されている。

特表２００９－５３８７４６号公報

上記公報に記載されているサンドイッチ部材は、コア構造体の方向から入射する騒音を、吸音層で吸音しやすくするというものであり、遮音性能を発揮させるためのものではない。従来の自動車用遮音材は、発泡ポリスチレン（発泡スチロール）や発泡ウレタン等が用いられており、軽量であるものの、軟らかく、剛性に欠けるという問題がある。

そこで本発明は、自動車用遮音材の軽量化を維持しつつ、剛性を高くし、且つ自動車で発生する５００Ｈｚ～５０００Ｈｚの周波数の騒音に対して十分な遮音性能を発揮することができる自動車用遮音材を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、筒状のセルが複数の列をなして配置されているハード層と、前記ハード層の一方の面に設けられたソフト層とを備える複層構造の自動車用遮音材であって、前記ハード層と前記ソフト層の構造体が有する動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓとの比が、０＜Ｋｄ／Ｋｓ≦１．５である。

前記筒状のセルは、略四角筒状や略六角筒状などの多角筒状であってもよいし、略円筒状や略楕円筒状などの曲線筒状であってもよい。前記ハード層の前記セルの各々は、一方の端に閉鎖面、他方の端に開放端を有し、前記セルの前記開放端によって前記セルの内部空間が外部と連通しており、前記セルの前記開放端は、前記ハード層の両面において、隣接したセルの列が一列おきに配置されていることが好ましい。前記開放端、前記一方側閉鎖面、および前記他方側閉鎖面は、前記セルの形状に従い、略四角形状や略六角形状などの多角形状であっても、略円形状や略楕円形状などの曲線形状であってもよい。

前記ハード層と前記ソフト層の構造体が有する静バネ定数Ｋｓは、２０Ｎ／ｍｍ以上が好ましく、前記動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓとの比は、０．７＜Ｋｄ／Ｋｓ≦１．５とすることが好ましい。

前記構造体は、前記ハード層と前記ソフト層との間に、追加層として、フィルム層、繊維層、又はこれらの組み合わせを備えても良い。その場合、動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓは、前記ハード層と前記ソフト層との間にフィルム層、繊維層、又はこれらの組み合わせを備える構造体のものである。前記ハード層の前記セルが隣接して列をなす方向の前記セル間のピッチＰｃｙは、４ｍｍから１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

前記ハード層とソフト層の間に追加層としてフィルム層を備える場合、前記フィルム層の厚さは５０μｍ～３００μｍの範囲としてもよい。前記フィルム層は、層を貫通する複数の開孔を有してもよい。

前記フィルム層と前記ソフト層との間に追加層を備える場合、前記追加層の静バネ定数Ｋｓは、前記ソフト層の静バネ定数Ｋｓより小さいことが好ましい。この場合、前記ソフト層の素材は発泡ウレタンを用いてよく、前記追加層は繊維層としてよく、前記繊維層の厚さは０．３ｍｍ～１０ｍｍの範囲としてよい。

このように本発明に係る自動車用遮音材は、筒状のセルが複数の列をなして配置されているハード層と、前記ハード層の少なくとも一方の面に設けられたソフト層とを備え、ハード層とソフト層との構造体が有する動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓとの比を、０＜Ｋｄ／Ｋｓ≦１．５とする構成によって、自動車用遮音材の軽量化を維持しつつ、剛性を高くできるとともに、自動車から発生する５００Ｈｚ～５０００Ｈｚの周波数の騒音は車室内に、空気の振動を介して伝達したり、物体の振動を介して伝達するが、主に物体の振動を介して伝達する騒音を、上述したハード層とソフト層の構造体によって遮ることから、自動車で発生する騒音に対して十分な遮音性能を発揮することができる。動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、防振材の分野では動倍率と呼ばれ、防振性能の指標の一つとして一般的に用いられているものである。本発明のハード層は、従来、自動車用吸音材ではコア層として用いられ、自動車で発生する騒音を吸収する機能を有することは広く知られている。本発明では、このような筒状のセルが複数の列をなして配置されている硬いコア層（ハード層）に対して、軟らかいソフト層を貼り合わせ、このハード層とソフト層との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを、従来のコア層を用いた自動車用吸音材よりも顕著に低い値である、１．５以下とすることで、主に物体の振動を介して伝達する騒音を遮ることから、自動車で発生する騒音に対して十分な遮音性能を発揮することができる。

ハード層のセルの各々が、一方の端に閉鎖面、他方の端に開放端を有し、セルの開放端によってセルの内部空間が外部と連通しており、セルの開放端は、ハード層の両面において、隣接したセルの列が一列おきに配置されている構成にすることで、ハード層のセルの閉鎖面が、ソフト層に接着する面として確保され、セルの閉鎖面が一列おきに配置されているので、ソフト層との接着性を向上させることができる。

本発明に係る自動車用遮音材におけるハード層に用いるコア材料の製造過程を示す斜視図である。本発明に係る自動車用遮音材におけるハード層を示す概略平面図である。 III-III線に沿って図２のハード層を示す概略断面図である。本発明に係る自動車用遮音材の一実施の形態を示す分解斜視図である。図４に示す自動車用遮音材の実施の形態の概略断面図である。（ａ）は、本発明に係る自動車用遮音材の静バネ定数の測定方法を説明する模式図であり、（ｂ）は、測定値から静バネ定数を求めるグラフである。（ａ）は、本発明に係る自動車用遮音材の動バネ定数の測定方法を説明する模式図であり、（ｂ）は、測定値から動バネ定数を求めるグラフである。本発明に係る自動車用遮音材の別の実施の形態を示す分解斜視図である。本発明に係る自動車用遮音材のまた別の実施の形態を示す分解斜視図である。本発明に係る自動車用遮音材の更に別の実施の形態を示す分解斜視図である。本発明に係る自動車用遮音材の実施例１および比較例１における動バネ定数の測定結果を示すグラフである。本発明に係る自動車用遮音材の実施例１および比較例１における周波数とインサーションロスの関係を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る自動車用遮音材の一実施の形態について説明する。なお、図面は、別段の定めがない限り、縮尺通りに描くことを意図してはいない。

先ず、本発明に係る自動車用遮音材の各実施の形態において共通するハード層について説明する。図１は、このハード層（コア層ともいう）となるコア材料の製造過程を示す斜視図である。なお、このコア材料は、ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第２００６／０５３４０７号にその製造方法が詳細に記載されている。

図１に示すように、このコア材料１は、平坦な材料シートを所定の型を有するローラ（図示省略）によって熱成形され、実質的にシートを切ることなく塑性変形により形成されたものである。コア材料１の素材は、これらに限定されないが、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂や、繊維との複合材料、紙、金属等を用いることができ、特に熱可塑性樹脂が好ましい。本実施の形態では、熱可塑性樹脂を用いた場合について説明する。材料シートの厚みは、これに限定されないが、例えば、０．０５ｍｍから０．５０ｍｍの範囲が好ましく、熱成形後のコア材料１の厚みもほぼ同様である。

コア材料１は、製造方向Ｙに対して直交する幅方向Ｘに向かって、山部１１と谷部１２が交互に配置される三次元構造を有している。山部１１は、２つの側面１３とその間の頂面１７とで構成され、谷部１２は、隣接する山部１１と共有する２つの側面１３とその間の底面１４とで構成される。なお、本実施の形態では、図１に示すように山部１１の形状が台形の場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、三角形や長方形などの多角形の他、正弦曲線や弓形などの曲線形にしてもよい。

コア材料１は、上記の三次元構造を、製造方向Ｙに向かって連続するように備える。すなわち、図１に示すように、製造方向Ｙに向かって複数の山部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが連続して形成される。谷部１２も同様に連続して形成される。そして、山部１１間の接続および谷部１２間の接続は、２種類の接続方法を交互に繰り返すことでなされている。

第１の接続方法は、図１に示すように、幅方向の第１の折り畳み線Ｘ１において、隣接する２つの山部１１ｂ、１１ｃの頂面１７ｂ、１７ｃが、それぞれ台形状の山部接続面１５ｂ、１５ｃを介して接続するというものである。山部接続面１５は頂面１７に対して直角の角度で形成されている。この幅方向の第１の折り畳み線Ｘ１において、隣接する２つの谷部の底面１４ｂ、１４ｃは、直接に接続している。第２の接続方法は、図１に示すように、幅方向の第２の折り畳み線Ｘ２において、隣接する２つの谷部の底面１４ａ、１４ｂ（又は１４ｃ、１４ｄ）が、それぞれ台形状の谷部接続面１６ａ、１６ｂ（又は１６ｃ、１６ｄ）を介して接続するというものである。谷部接続面１６は底面１４に対して直角の角度で形成されている。この幅方向の第２の折り畳み線Ｘ２において、隣接する２つの山部の頂面１２ａ、１２ｂ（又は１２ｃ、１２ｄ）は、直接に接続している。

このようにコア材料１は、複数の三次元構造（山部１１、谷部１２）が接続領域（山部接続面１５、谷部接続面１６）を介して接続されており、接続領域を折り畳むことで、本発明の自動車用遮音材のハード層が形成される。具体的には、第１の折り畳み線Ｘ１では山折りで、隣接する２つの谷部の底面１４ｂ、１４ｃ同士が、その裏面を介して重なり合い、隣接する２つの山部の山部接続面１５ｂ、１５ｃのなす角度が１８０度まで開くように折り畳む。また、第２の折り畳み線Ｘ２では谷折りで、隣接する２つの山部の頂面１７ａ、１７ｂ（又は１７ｃ、１７ｄ）同士が重なり合い、隣接する２つの谷部の谷部接続面１６ａ、１６ｂ（又は１６ｃ、１６ｄ）のなす角度が１８０度まで閉じるように折り畳む。このようにコア材料１を折り畳むことで得られた本発明の自動車用遮音材のハード層１０を、図２及び図３に示す。

図２及び図３に示すように、ハード層１０は、複数の列をなして配置されている略六角筒状のセル２０を備え、一列おきに、隣接する２つの山部から形成されたセル２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅと、隣接する２つの谷部から形成されたセル２０Ｂ、２０Ｄが配置される。図３中の破線１８は、コア材料の裏面であった面であり、略六角筒状のセル２０の内壁を概ね示すものである。

山部から形成されたセル２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅは、それぞれ略六角筒状を形成する６つのセル側壁を備え、これらセル側壁は、セル材料における２つ頂面１７と４つの側面１３から形成されたものである。また、これらセル２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅは、ハード層１０の一方の面１０ａ（図２での表側の面）のセル端部において、それぞれセル端部を閉塞する略六角筒状の閉鎖面２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅを備え、これら一方側の閉鎖面２１は、それぞれセル材料における２つの台形の山部接続面１５によって形成されたものである。更に、これらセル２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅは、ハード層１０の反対側である他方の面１０ｂのセル端部において、略六角形状に開口された開放端２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅを備える。この開放端２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅによって、セル２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｅのそれぞれの内部空間が外部と連通している。

谷部から形成されたセル２０Ｂ、２０Ｄも、それぞれ略六角筒状を形成する６つのセル側壁を備え、これらセル側壁は、セル材料における２つ底面１４と４つの側面１３から形成されたものである。また、これらセル２０Ｂ、２０Ｄは、ハード層１０の前記一方の面１０ａのセル端部において、略六角形状に開口された開放端２２Ｂ、２２Ｄを備える。この開放端２２Ｂ、２２Ｄによって、セル２０Ｂ、２０Ｄのそれぞれの内部空間が外部と連通している。更に、これらセル２０Ｂ、２０Ｄは、ハード層１０の反対側である他方の面１０ｂのセル端部において、それぞれセル端部を閉塞する略六角筒状の閉鎖面２１Ｂ、２１Ｄを備え、これら他方側の閉鎖面２１は、それぞれセル材料における２つの台形の谷部接続面１６によって形成されたものである。

このようにハード層１０は、一方の面１０ａのセル端部には、一列おきに、セル材料における山部から形成された一方側閉鎖面２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅを有し、他方の面１０ｂのセル端部には、上記とは異なるセルの列に、セル材料における谷部から形成された他方側閉鎖面２１Ｂ、２１Ｄを有しているが、別段の記載がない限り、一方側閉鎖面、他方側閉鎖面のどちらの閉鎖面２１も実質的に同一の機能を発揮するものである。

ハード層１０全体の厚みは、複層構造体を自動車のどこの部品に用いるかで変わるため、以下に限定されないが、後述するハード層とソフト層との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓをコントロールする点や、ハード層１０自体の吸音性能、ハード層１０の強度、重量の観点から、３ｍｍから５０ｍｍの範囲が好ましく、５ｍｍから３０ｍｍの範囲がより好ましい。

ハード層１０の目付け（単位面積当たりの重さ）は、複層構造体を自動車のどこの部品に用いるかで変わるため、これらに限定されないが、４００ｇ／ｍ^２から４０００ｇ／ｍ^２の範囲が好ましく、５００ｇ／ｍ^２から３０００ｇ／ｍ^２の範囲がより好ましい。ハード層１０の厚みが大きく、目付けが大きい程、概ね、ハード層１０の強度が高くなる。

ハード層１０の目付けは、ハード層１０の素材の種類や、ハード層１０全体の厚み、セル２０の壁厚（材料シートの厚み）の他に、ハード層１０のセル２０間のピッチＰｃｘ、Ｐｃｙ（セルの中心軸間の距離）によっても調整することができる。ハード層１０の目付けを上記の範囲とするためには、例えば、コアの製造方向Ｙであるセル２０が隣接して列をなす方向のセル２０間のピッチＰｃｙを、２ｍｍから２０ｍｍの範囲とすることが好ましく、３ｍｍから１５ｍｍの範囲とすることがより好ましい。特に、後述する動バネ定数と静バネ定数との比Ｋｄ／Ｋｓを所定の範囲内にコントロールするためには、セル２０間のピッチＰｃｙは４ｍｍから１０ｍｍの範囲内にすることが更に好ましい。

次に、上述したハード層１０を用いて本発明に係る自動車用遮音材の各実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の自動車用遮音材は、図４及び図５に示すように、上述したハード層１０と、その一方の面に設けられたソフト層３０と、ハード層１０の他方の面に設けられた表皮層５０とを備える。なお、本発明の自動車用遮音材は、騒音の発生源の側にソフト層３０側が位置するように用いられ、すなわち、本発明の自動車用遮音材は、ソフト層３０を車体のパネル１００側に設置して車室内側に設けられる。

ソフト層３０は、ハード層１０（コア層ともいう）が、筒状のセルが複数の列をなして配置されており硬い性質を有し、それと比べて軟らかいことから、本明細書ではソフト層と呼ぶ。ソフト層３０の素材は、自動車用遮音材において遮音層に通常用いられる素材であれば、特に限定されないが、自動車用遮音材の軽量化の観点から、発泡ウレタンや、発泡ポリエチレン、発泡ナイロンなどの熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの発泡体が好ましく、また、ポリエステル繊維や、ナイロン繊維、アクリル繊維等の合成繊維、グラスウールやロックウール等の無機質繊維、アルミニウム繊維等の金属繊維などの繊維も好ましい。繊維としては、フェルトが好ましく、低融点ポリエステル繊維などのポリエステル繊維や、グラスウール等の素材で形成することが好ましい。また、フェルトの製法としては、ニードルパンチングや、サーマルボンド、スパンレース等の製法で作製されているものが好ましい。なお、ソフト層３０は、発泡体と繊維を組み合わせてもよい。

ソフト層３０の目付けとしては、後述する動バネ定数と静バネ定数との比Ｋｄ／Ｋｓによるため、以下に限定されないが、例えば、その下限は、２００ｇ／ｍ^２以上が好ましく、３００ｇ／ｍ^２以上がより好ましく、５００ｇ／ｍ^２以上が更に好ましい。また、目付けの上限は、２０００ｇ／ｍ^２以下が好ましく、１５００ｇ／ｍ^２以下がより好ましく、１２００ｇ／ｍ^２以下が更に好ましい。

ソフト層３０の厚みは、後述する動バネ定数と静バネ定数との比Ｋｄ／Ｋｓによるため、以下に限定されないが、例えば、その下限は、４ｍｍ以上が好ましく、７ｍｍ以上がより好ましく、１０ｍｍ以上が更に好ましい。また、厚みの上限は、５０ｍｍ以下が好ましく、４０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以下が更に好ましい。

本実施の形態において、ハード層１０とソフト層３０との構造体は、その動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓとの比が０＜Ｋｄ／Ｋｓ≦１．５を満たすものである。この動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、防振材の分野では動倍率と呼ばれ、防振性能の指標の一つとして一般的に用いられているものである。本発明では、このハード層１０とソフト層３０の構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを、従来のコア層を用いた自動車用吸音材よりも顕著に低い値である、１．５以下とした。自動車から発生する５００Ｈｚ～５０００Ｈｚの周波数の騒音は、車室内に空気の振動を介して伝達したり、物体の振動を介して伝達するが、主に物体の振動を介して伝達する騒音を、ハード層１０とソフト層３０との構造体によって遮ることができ、よって、自動車で発生する騒音に対して十分な遮音性能を発揮することができる。動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、１．４以下がより好ましく、１．０以下が更に好ましい。一方、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、低すぎると低周波で振動するため、自動車用防音材としては不適となることから、その下限は、０を超える必要があり、０．５以上が好ましく、０．７以上がより好ましい。

特に、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓが０．７以上の場合、ハード層２０とソフト層３０との構造体の静バネ定数Ｋｓは、形状保持のため、２０Ｎ／ｍｍ以上とすることが好ましく、２５Ｎ／ｍｍ以上がより好ましい。構造体の静バネ定数Ｋｓの上限は、特に限定されないが、５０Ｎ／ｍｍ以下が好ましく、３０Ｎ／ｍｍ以下がより好ましい。また、構造体の動バネ定数Ｋｄは、特に限定されないが、下限として、２Ｎ／ｍｍ以上が好ましく、１０Ｎ／ｍｍ以上がより好ましく、上限として、８０Ｎ／ｍｍ以下が好ましく、５０Ｎ／ｍｍ以下がより好ましい。

ハード層１０とソフト層３０との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、以下の方法によって求めることがきる。先ず、ハード層１０とソフト層３０の構造体の静バネ定数Ｋｓと動バネ定数Ｋｄを、ＪＩＳＫ６３８５、ＪＩＳＫ６３９４に準拠してそれぞれ測定する。具体的に説明すると、静バネ定数Ｋｓ（Ｎ／ｍｍ）の測定では、図６（ａ）に示すように、ハード層１０とソフト層３０との構造体の試料を、圧縮装置（図示省略）を用いて、荷重Ｆ（Ｎ）で圧縮方向６０から圧縮し、その時の試料の厚さの変位ｘ（ｍｍ）を測定して、図６（ｂ）に示すように、荷重に対する変位のグラフ（Ｋｓ＝Ｆ／ｘ）を作成し、このグラフの線形域の傾きから、静バネ定数Ｋｓを算出する。動バネ定数Ｋｄ（Ｎ／ｍｍ）の測定では、図７（ａ）に示すように、ハード層１０とソフト層３０との構造体の試料を、マスプレート７２で挟み所定の質量ｍとし、これのハード層１０側を加速度計７０に設置するとともに、ソフト層３０側に加振器７４を設置し、周波数１０Ｈｚから４００Ｈｚまでの間に加速度振幅０．１ｍ／ｓ^２で、振動させた場合の振動レベルを測定した。そして、図７（ｂ）に示すように、周波数に対する振動レベルのグラフを作成し、共振ｆする周波数を求め、Ｋｄ＝（２πｆ）^２×ｍの式から、動バネ定数Ｋｄを算出する。そして、このように算出した静ばね定数Ｋｓと動ばね定数Ｋｄの比（Ｋｄ／Ｋｓ）を算出する。静バネ定数Ｋｓは、例えば、市販されている引張、圧縮試験機（島津製作所製、ＡＧ－２０ｋＮＸ）で測定することができる。動バネ定数Ｋｄは、例えば、市販されている電磁加振器（エア・ブラウン社製、ＶＧ－１００）と振動測定装置（ＬＭＳ社製、Ｔｅｓｔ．Ｌａｂ）の組み合わせで測定することができる。

静バネ定数Ｋｓと動バネ定数Ｋｄは、ソフト層３０の構成（例えば、素材の種類や、目付け、厚み等）によって異なる他、ソフト層３０が設けられているハード層１０の構成（例えば、素材や、セルの配置、ハード層全体の厚み、セルのピッチ、セル壁面の厚み等）などによっても影響を受ける。ソフト層３０の静バネ定数Ｋｓは、特に限定されないが、下限として、２０Ｎ／ｍｍ以上が好ましく、２５Ｎ／ｍｍ以上がより好ましく、上限として、８０Ｎ／ｍｍ以下が好ましく、５０Ｎ／ｍｍ以下がより好ましい。

表皮層５０は、本実施の形態の自動車用遮音材が車体のパネル１００に設置された場合の車室側の表面となる層である。表皮層５０は、自動車用遮音材や自動車用吸音材の表皮層として通常用いられるカーペットや、発泡ウレタン等でよい。カーペットの素材としては、例えば、ポリエステル繊維や天然繊維等を主材として用いることができる。カーペットの製法としては、例えば、ニードルパンチ等を用いることができる。カーペットの面密度としては、８００～２０００ｇ／ｍ^２の範囲が好ましい。

第１の実施形態によれば、一列おきに開放端と閉鎖面が配置されるハード層１０の一方の面にソフト層３０を設け、ハード層１０の他方の面に表皮層５０を設け、上述した動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを上記の数値範囲内にすることによって、自動車用遮音材の軽量化を維持しつつ、剛性を高くできるとともに、自動車で発生する５００Ｈｚ～５０００Ｈｚの周波数の騒音に対して、主に物体の振動を介して伝達する騒音を遮ることができ、十分な遮音性能を発揮することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の自動車用遮音材は、図９に示すように、上述したハード層１０と、その一方の面に追加層としてフィルム層８０を介して設けられたソフト層３０と、ハード層１０の他方の面に設けられた表皮層５０とを備える。なお、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、ここでの詳細な説明は省略する。

第２の実施形態では、ハード層１０とソフト層３０との間にフィルム層８０が設けられており、この場合、上述したハード層１０とソフト層３０との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、フィルム層８０を介したハード層１０とソフト層３０との構造体に対して、上述した測定方法を実施して得られた動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓから算出する。このように算出した動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓが、上述した所定の数値範囲内であれば、第１の実施形態と同様の遮音効果を得ることができる。

フィルム層８０の素材は、これらに限定されないが、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）などの樹脂フィルムを用いることができる。

フィルム層８０の厚みは、上述したハード層１０とソフト層３０との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを所定の範囲内に維持する範囲であれば特に限定されないが、例えば、その下限は、０．０３ｍｍ以上が好ましく、０．０４ｍｍ以上がより好ましく、０．０５ｍｍ以上が更に好ましい。また、厚みの上限は、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．４ｍｍ以下がより好ましく、０．３ｍｍ以下が更に好ましい。

フィルム層８０は、ハード層１０及びソフト層３０に対して、熱溶着させて接着させてもよいし、接着剤（図示省略）を介して接着させてもよい。接着剤としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ系やアクリル系等の接着剤を用いることができる。また、表皮層５０をハード層１０及びソフト層３０と熱溶着させるために、例えば、表皮層５０を三層構造にして、中央の層と、その両側の面に位置する２つの接着層とを備えるようにしてもよい。この場合、接着層の素材は、中央の層に用いる素材の融点よりも低い融点を有する素材を用いる。例えば、中央の層に１９０℃から２２０℃の融点を有するポリアミドを用い、接着層に９０℃から１３０℃の融点を有するポリエチレンを用いることで、表皮層５０をハード層１０とソフト層３０に貼り合わせる際の加熱時の温度や自動車用遮音材の所定の形状に熱成形する温度を１５０℃から１６０℃程とすれば、中央の層は溶融せずに、接着層のみを溶融してハード層１０及びソフト層３０と強固に接着することができる。接着層のポリエチレンよりも融点の高い樹脂としては、ポリアミドの他に、ポリプロピレンがある。

フィルム層８０は、層を貫通する複数の開孔を有する通気性のものでもよいし、このような開孔のない非通気性のものでもよい。開孔を有する場合、開孔はフィルム層８０がハード層１０に貼り合わされる前に予め行われるものであり、例えば、熱針やパンチ加工（オス型とメス型を用いたパンチ加工）で開け、孔が塞がることを防止するため、孔のバリを極力抑えた孔形状とすることが好ましい。開孔パターンは、特に限定されないが、千鳥配列や格子配列で配置することが好ましい。フィルム層８０の開孔率は、特に限定されないが、０．２％から５％の範囲が好ましい。開孔の直径は、０．２５ｍｍから２．５ｍｍの範囲が好ましく、０．３ｍｍから２．０ｍｍの範囲がより好ましい。なお、フィルム層８０の開孔のピッチは、図２に示すハード層１０のセル２０のピッチＰｃｘ、Ｐｃｙと、必ずしも一致させなくてもよく、また、フィルム層８０をハード層１０に貼り合わせる際に必ずしも開孔とセル２０の位置合わせをしなくてもよい。これは、フィルム層８０の開孔とハード層１０のセル２０の開放端２２の位置がランダムに重なることで、適度に内外の連通が確保されるようになるからである。フィルム層８０の開孔のピッチは、ハード層１０のセル２０のピッチよりも少なくともＸ方向あるいはＹ方向のどちらかを小さくすることが好ましい。

第２の実施形態によれば、一列おきに開放端と閉鎖面が配置されるハード層１０とソフト層３０との間にフィルム層８０を設けることによって、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、フィルム層８０で吸音または遮音できるという効果を得ることができる。特にフィルム層８０に複数の開孔を設けることで、吸音することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の自動車用遮音材は、図９に示すように、上述したハード層１０と、その一方の面に第１のフィルム層８０ａを介して設けられたソフト層３０と、ハード層１０の他方の面に第２のフィルム層８０ｂを介して設けられた表皮層５０とを備える。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、ここでの詳細な説明は省略する。

第１及び第２のフィルム層８０ａ、８０ｂは、第２の実施形態で説明したフィルム層８０と同様の構成（素材や、厚み、層構造、開孔の有無など）のものを用いることができる。第１及び第２のフィルム層８０ａ、８０ｂは、同一の構成のものを用いても、異なる構成のものを用いてもよい。第３の実施形態も、ハード層１０とソフト層３０との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、第２の実施形態と同様に、第１のフィルム層８０ａを介したハード層１０とソフト層３０との構造体に対して、上述した測定方法を実施して得られた動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓから算出する。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果が得られるとともに、一列おきに開放端と閉鎖面が配置されるハード層１０と表皮層５０との間に第２のフィルム層８０ｂを設けることによって、第２のフィルム層８０ｂでも吸音または遮音できるという効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の自動車用遮音材は、図１０に示すように、上述したハード層１０と、その一方の面に追加層としてフィルム層８０及び繊維層９０を順に介して設けられたソフト層３０と、ハード層１０の他方の面に設けられた表皮層５０とを備える。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、ここでの詳細な説明は省略する。

第４の実施形態では、ハード層１０とソフト層３０との間にフィルム層８０及び繊維層９０が設けられており、この場合、上述したハード層１０とソフト層３０との構造体の動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは、フィルム層８０及び繊維層９０を介したハード層１０とソフト層３０との構造体に対して、上述した測定方法を実施して得られた動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓから算出する。このように算出した動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓが、上述した所定の数値範囲内であれば、第１の実施形態と同様の遮音効果を得ることができる。

繊維層９０は、上述した動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを所定の範囲内に維持するものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの樹脂製繊維を用いたスパンボンド、スパンレース、又はニードルパンチなどの各種不織布を用いることが好ましい。繊維層９０の目付けは、上述した動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを所定の範囲内に維持する範囲であれば特に限定されないが、例えば、１０ｇ／ｍ^２から６００ｇ／ｍ^２の範囲が好ましく、２０ｇ／ｍ^２から５００ｇ／ｍ^２の範囲がより好ましく、３０ｇ／ｍ^２から３００ｇ／ｍ^２の範囲が更に好ましい。

特に、追加層であるフィルム層８０と繊維層９０の積層体の静バネ定数Ｋｓは、振動を伝達しにくくさせるため、ソフト層３０の静バネ定数Ｋｓより小さいことが好ましい。例えば、この追加層である積層体の静バネ定数Ｋｓは、特に限定されないが、下限として、０．１Ｎ／ｍｍ以上が好ましく、０．５Ｎ／ｍｍ以上がより好ましく、上限として、３０Ｎ／ｍｍ以下が好ましく、２０Ｎ／ｍｍ以下がより好ましい。

なお、図１０では、追加層としてフィルム層８０と繊維層９０の積層体を示したが、追加層を繊維層９０のみとしてもよい。この場合、繊維層９０の静バネ定数Ｋｓは、ソフト層３０の静バネ定数Ｋｓより小さいことが好ましい。例えば、繊維層９０の静バネ定数Ｋｓは、特に限定されないが、下限として、０．１Ｎ／ｍｍ以上が好ましく、０．５Ｎ／ｍｍ以上がより好ましく、上限として、３０Ｎ／ｍｍ以下が好ましく、２０Ｎ／ｍｍ以下がより好ましい。この場合のソフト層３０の素材としては、発泡ウレタンを用いることができる。また、この場合の繊維層９０の厚さは、振動を伝達しにくくさせるため、下限として、０．３ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましく、上限として、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。

第４の実施形態によれば、一列おきに開放端と閉鎖面が配置されるハード層１０とソフト層３０との間にフィルム層８０及び繊維層９０を設けることによって、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、追加層であるフィルム層８０及び繊維層９０で吸音できるという効果を得ることができる。また、追加層を繊維層９０のみにした場合、より軽量化できるという効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。

実施例１として、図１０に示す複層構造を有する自動車用遮音材を作製した。先ず、図１～図３の構造を有するハード層（素材：ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、セル間のピッチＰｃｙ：８ｍｍ、ハード層の厚み：１０ｍｍ）の一方の面に、フィルム層（素材：開孔ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、厚み：５０μｍ）、繊維層（素材：ＰＰニードルパンチ不織布、目付け：１５ｇ／ｍ^２）、及びソフト層（素材：発泡ポリウレタン（ＰＵ）、目付け：１０００ｇ／ｍ^２、厚み：１０ｍｍ）の順に貼り、このハード層、フィルム層、繊維層およびソフト層の構造体の静バネ定数Ｋｓを引張、圧縮試験機（島津製作所製、ＡＧ－２０ｋＮＸ）で測定する（圧縮端子スピード：５０ｍｍ／分、圧縮率：２０％まで）とともに、動バネ定数Ｋｄを電磁加振器（エア・ブラウン社製、ＶＧ－１００）と振動測定装置（ＬＭＳ社製、Ｔｅｓｔ．Ｌａｂ）の組み合わせで測定した（周波数：１０～４００Ｈｚ、加速度振幅：０．１ｍ／ｓ^２、質量ｍ：０．０２３２ｋｇ）。その結果を表１に示す。表１に示すように、静バネ定数Ｋｓは２７．５Ｎ／ｍｍで、動バネ定数Ｋｄは２７．７Ｎ／ｍｍであった。よって、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは１．０であった。また、繊維層およびソフト層のそれぞれ単独の静バネ定数Ｋｓを上記と同様の手順にて測定した。その結果を表１に示す。フィルム層の静バネ定数Ｋｓは、影響が無視できる程に小さいため、ここでは測定しなかった。

なお、動バネ定数Ｋｄの測定によって得られた結果のグラフを図１１に示す。図１１に示すように、実施例１では、共振周波数ｆが５６．７５Ｈｚであったことから、この測定結果と質量ｍの０．０２３２ｋｇ（０．２３Ｎ）を、上述したＫｄ＝（２πｆ）^２×ｍの式に代入することで、Ｋｄの値が求められる。

次に、この実施例１のハード層、フィルム層、繊維層及びソフト層の４層の構造体について、インサーションロス（挿入損失）を測定した。インサーションロスは、パネル等のベースに対して、遮音材を取り付けることにより上昇した遮音性能を示す指標である。具体的には、ベースとして自動車のパネルのみの状態の音響透過損失をＴＬ_{ｐａｎｅｌ}とし、このパネルに遮音材となる上記構造体、表皮層を取り付けた状態の音響透過損失をＴＬ_{ｐａｎｅｌ－ｔｒｉｍ}とすると、遮音材となる上記構造体のインサーションロス（ＩＬ_ｔｒｉｍ）は、ＩＬ_ｔｒｉｍ＝ＴＬ_{ｐａｎｅｌ－ｔｒｉｍ}－ＴＬ_{ｐａｎｅｌ}の式で導き出せる。

ベースの状態および上記構造体を取り付けた状態のそれぞれの状態について、周波数２００Ｈｚから５０００Ｈｚの間の音響透過損失を測定し、これら測定結果から上記式に基づいてインサーションロスを求めた。その結果を図１２に示す。なお、音響透過損失は、残響室と無響室を組み合わせて、音響インテンシティーを測定することで音響透過損失を測定した。音響透過損失と各測定値の関係を次式に示す。計測サンプルのサイズは５００ｍｍ×６００ｍｍとした。
ＴＬ＝ＳＰＬ_０－ＰＷＬ_ｉ＋１０ｌｏｇ_１０Ｓ－６
ＴＬ：音響透過損失（ｄＢ）
ＳＰＬ_０：残響室内の平均音圧レベル（ｄＢ）
ＰＷＬ_ｉ：透過音のパワーレベル（ｄＢ）
Ｓ：試料面積（ｍ^２）

なお、比較のため、ハード層に替えて発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）（厚み：１０ｍｍ）を用い、フィルム層及び繊維層を省いたことを除いて実施例１と同様に作製した比較例１についても、実施例１と同様にして、静バネ定数Ｋｓ及び動バネ定数Ｋｄを測定した。その結果を表１及び図１１に示す。また、比較例１についても、実施例１と同様にしてインサーションロスを測定した。その結果を図１２に示す。

図１１に示すように、比較例１では、共振周波数ｆが７６．５Ｈｚであったことから、動バネ定数Ｋｄは５２．６Ｎ／ｍｍと実施例１よりも非常に高かった。静バネ定数Ｋｓは２５Ｎ／ｍｍと実施例１と比較的に近い値であったが、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは２．１と高い値となった。そして、図１２に示すように、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓが１．０であった実施例１は、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓが２．１であった比較例１と比べて、周波数５００～５０００Ｈｚの間にわたりインサーションロスが約３ｄＢ以上高く、優れた遮音性能を示すことが確認できた。また、比較例１は、発泡ポリウレタンと発泡ポリスチレンの構造体となるため、どちらも軟らかく、遮音材全体として剛性に欠けるが、一方、実施例１は、比較例の発泡スチロールに替えて、ハード層として、筒状のセルが複数の列をなして配置されていることより硬く軽量のコア層を用いており、よって、遮音材全体として軽量を維持しながら剛性を高くすることができる。

実施例２～６として、表１に示すように、ハード層のコアのセル間のピッチＰｃｙを変えたり、ソフト層の材料をフェルト（素材：雑綿、目付け：６００ｇ／ｍ^２）に変えたり、それらの間のフィルム層や繊維層を設けなかったり、又はフィルム層として開孔のない非通気性のフィルムを用いたり、厚みを変えたり、繊維層の目付けを変えたりした点を除き、実施例１と同様にして遮音材となる構造体を作製し、静バネ定数Ｋｓ及び動バネ定数Ｋｄを測定した。また、比較例１、２として、表１に示すように、実施例１、６のソフト層のみを構造体とした点を除き、実施例１と同様にして静バネ定数Ｋｓ及び動バネ定数Ｋｄを測定した。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、ハード層とソフト層との間にフィルム層も繊維層も設けなかった実施例２、３でも、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを１．５以下とすることができた。また、フィルム層、繊維層またはソフト層をそれぞれ変更した実施例４～６でも、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓを１．５以下と低くすることができた。一方、発泡ウレタンのみの比較例２では、動バネ定数Ｋｄが比較例１より更に高くなり、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓも２．４と高かった。更に、フェルトのみの比較例３では、動バネ定数Ｋｄが比較例１、２よりも大幅に低くなったものの、静バネ定数Ｋｓも大幅に低くなり、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓは４．８と非常に高かった。このようなソフト層のみの比較例１～３では、剛性が低く、また、動バネ定数と静バネ定数の比Ｋｄ／Ｋｓが１．５を超えるため、周波数５００～５０００Ｈｚの間の遮音性能も実施例より劣る。

本発明の自動車用遮音材によれば、ハード層とソフト層により、軽量化を維持しつつ剛性を高くし、且つ十分な遮音性能を得ることができる。本発明の自動車用遮音材は、より具体的には、例えば、フロアーカーペット、フロアースペーサ、トランクトリム、トランクフロアー、ダッシュインシュレータ、アンダーカバーなどの騒音発生源と自動車室内との間で騒音を遮蔽する部品に有用である。

１コア材料
１０ハード層（コア層）
１１山部
１２谷部
１３側面部
１４底面部
１５山部接続面
１６谷部接続面
１７頂面
１８コア材料裏面
２０セル
２１閉鎖面
２２開放端
３０ソフト層
５０表皮層
６０圧縮方向
７０加速度計
７２マスプレート
７４加振器
８０フィルム層
９０繊維層
１００パネル

Claims

筒状のセルが複数の列をなして配置されているハード層と、前記ハード層の一方の面に設けられたソフト層と、前記ハード層の他方の面に設けられた表皮層とを備える複層構造の自動車用遮音材であって、前記ハード層と前記ソフト層の構造体が有する動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓとの比が、０＜Ｋｄ／Ｋｓ≦１．５であり、前記ソフト層が車体のパネル側に設置される自動車用遮音材。
前記ハード層と前記ソフト層の構造体が有する静バネ定数Ｋｓが、２０Ｎ／ｍｍ以上であり、前記動バネ定数Ｋｄと静バネ定数Ｋｓとの比が、０．７＜Ｋｄ／Ｋｓ≦１．５である請求項１に記載の自動車用遮音材。
前記ハード層の前記セルが隣接して列をなす方向の前記セル間のピッチＰｃｙが、４ｍｍから１０ｍｍの範囲内である請求項１又は２に記載の自動車用遮音材。
前記ハード層とソフト層の間に更にフィルム層を備え、前記フィルム層の厚さが５０μｍ～３００μｍの範囲である請求項１～３のいずれか一項に記載の自動車用遮音材。
前記フィルム層が、層を貫通する複数の開孔を有する請求項４に記載の自動車用遮音材。
前記フィルム層と前記ソフト層との間に更に追加層を備え、前記追加層の静バネ定数Ｋｓが、前記ソフト層の静バネ定数Ｋｓより小さい請求項４又は５に記載の自動車用遮音材。
前記ソフト層の素材が発泡ウレタンであり、前記追加層が繊維層であり、前記繊維層の厚さが０．３ｍｍ～１０ｍｍの範囲である請求項６に記載の自動車用遮音材。
前記ハード層の前記セルの各々が、一方の端に閉鎖面、他方の端に開放端を有し、前記セルの前記開放端によって前記セルの内部空間が外部と連通しており、前記セルの前記開放端が、前記ハード層の両面において、隣接したセルの列が一列おきに配置されている請求項１～７のいずれか一項に記載の自動車用遮音材。