JP2009149117A

JP2009149117A - 自動車天井用吸音構造及びその製造方法

Info

Publication number: JP2009149117A
Application number: JP2007326336A
Authority: JP
Inventors: Kunio Hiyama; 邦夫樋山
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP5061881B2

Abstract

【課題】薄型化を図ることができ、広い音域での吸音性能を向上させることができるようにすること。
【解決手段】天井材１０は、多孔質材１１Ａからなるパネル本体１１の面内に膜吸音部１２を設けることにより構成される。膜吸音部１２は、パネル本体１１に形成された凹み部１５と、この凹み部１５内に設けられた吸音体１６とからなり、パネル本体１１の面内に複数設けられる。吸音体１６は、多孔質材１８と、この多孔質材１８の外周面側に形成された表層１９とからなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車天井用吸音構造及びその製造方法に係り、更に詳しくは、薄型化を図りつつ吸音性能を高めることができる自動車天井用吸音構造及びその製造方法に関する。

従来より、自動車の車内において、音響空間としての快適性が要求されており、かかる要求を実現すべく、例えば、特許文献１及び２に開示されているように、天井材により吸音する構造が知られている。
特許文献１の天井材は、ポリエステル繊維を主な構成基材とする中間層の面に緻密層を積層する構造となっている。
特許文献２の天井材は、表層シートに低通気型スラブウレタンをラミネートした表皮を、基材の表面に積層する構造となっている。

特許３４８０１７９号公報特許３６５６２３２号公報

前記特許文献１は、ポリエステル繊維を用いた中間層により吸音作用が得られるものであり、特許文献２では、表皮のスラブウレタンにより吸音作用が得られる。つまり、特許文献１及び２にあっては、多孔質材だけにより吸音を行っているため、天井材を車内に実装する際の厚み（具体的には１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度）とした場合、周波数が４００Ｈｚ以下の中低域における吸音性能が十分に得られないという不都合を招来する。
ここで、前記厚みを大きく形成すれば、前記中低域での吸音性能を若干改善できるものの十分な吸音性能と言えるものでなく、また、比較的狭い空間となる車内に実装するには不向きとなる、という不都合がある。

［発明の目的］
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、薄型化を図ることができ、中低域を含む広い音域での吸音性能を向上させることができる自動車天井用吸音構造及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、簡単に製造することができる自動車天井用吸音構造及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の自動車天井用吸音構造は、多孔質材からなるパネル本体の面内に膜吸音部を設ける、という構成を採っている。

本発明において、前記膜吸音部は、パネル本体に形成された凹み部と、この凹み部内に設けられた吸音体とからなってパネル本体の面内に複数設けられ、
前記吸音体は、多孔質材と、この多孔質材の外周面に形成されるとともに、閉じた領域を形成する非通気性の表層とからなる、という構成を採ることが好ましい。

また、前記膜吸音部は、パネル本体に形成された凹み部と、この凹み部内に設けられた吸音体とからなってパネル本体の面内に複数設けられ、
前記吸音体は、内部に閉じた領域を形成する非通気性の膜状体を備える、という構成を採ってもよい。

更に、前記閉じた領域に多孔質材を設けることが好ましい。

また、前記膜吸音部は、パネル本体を形成する多孔質材の一部の外周面領域に形成されるとともに、閉じた領域を形成する非通気性の表層を備え、パネル本体の面内に複数設けられる、という構成を採用してもよい。

更に、前記膜吸音部は、パネル本体に形成された凹み部と、この凹み部の底部に形成された非通気性の表層と、凹み部の開口側を閉塞する位置に張設された膜状体とを備え、パネル本体の面内に複数設けられる、という構成を採ってもよい。

また、本発明の自動車天井用吸音構造の製造方法は、パネル本体の面内に複数の凹み部を形成する前又は後に、
多孔質材を部分的に溶融し、当該多孔質材の外周面側に表層を形成し、当該表層により閉じた領域が形成される吸音体を作製し、
その後、各凹み部内に吸音体をそれぞれ配置する、という方法を採っている。

更に、本発明は、多孔質材の一部の外周面領域を溶融して非通気性の表層を形成し、当該表層により閉じた領域が形成される中間素材を作製した後、当該中間素材を賦形してパネル本体を形成する、という方法を採っている。

本発明によれば、膜吸音部により膜振動型の吸音作用を奏することができるので、前述した周波数が４００Ｈｚ以下の中低域における吸音性能を高めることができ、全体の厚みが増大することを抑制することが可能となる。しかも、パネル本体を形成する多孔質材により高域での吸音性能も向上でき、広い音域での吸音を実現することが可能となる。

また、パネル本体の凹み部に吸音体を配置することで、当該吸音体における表層や吸音体の振動により中低域での吸音作用を容易に奏することができ、且つ、吸音体の多孔質材によっても吸音可能となるので吸音性能をより一層高めることができる。また、吸音体が凹み部内に配置されるので、全体の厚みが増大することを抑制可能となる。しかも、既に実装されたパネル本体であっても、凹み部を形成して吸音体を配置することで膜吸音部を簡単に形成可能となり、既存の自動車にも容易に適用することができる。

更に、パネル本体を形成する多孔質材の一部の外周面領域を溶融して表層を形成することで、前述と同様に表層による吸音作用が得られる他、パネル本体と表層とを一体に形成することができる。これにより、製造工程の簡略化を図ることができるばかりでなく、自動車へのパネル本体の取り付けを容易に行うことが可能となる。

また、前記表層を、多孔質材を溶融して形成することにより、薄型化を図りつつ膜振動による吸音作用を良好に得られるようになる。

更に、凹み部に膜状体を張設することで膜吸音部を設けても、膜状体により前述した表層と同様の吸音作用を得ることが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）には、第１実施形態に係る吸音構造が適用された天井材を模式的に表した概略横断面図が示されている。この図において、天井材１０は、自動車Ｃの室内に配置されるとともに、ルーフＣ１下面に沿って湾曲した形状に設けられている。天井材１０は、パネル本体１１と、このパネル本体１１の面内に所定間隔を隔てて複数設けられた膜吸音部１２とを備えている。

前記パネル本体１１は、後述する型装置により多孔質材１１Ａを加熱圧縮することにより形成されている。パネル本体１１の厚みは、１０〜５０ｍｍに設定されている。パネル本体１１を形成する多孔質材１１Ａは、後述する吸音体の多孔質材と同じ材料により構成してもよいし、異なっていてもよい。

前記膜吸音部１２は、パネル本体１１の前記ルーフＣ１に対向する面（図１（Ａ）中上面）に形成された凹み部１５と、この凹み部１５内に設けられた吸音体１６とからなる。
前記凹み部１５は、吸音体１６と略同じ平面形状に設けられ、その深さは、凹み部１５の底部を形成するパネル本体１１の厚みが０．０５ｍｍ〜１０ｍｍとなるように設定されている。

前記吸音体１６は、多孔質材１８と、この多孔質材１８の外周面側に形成された表層１９とを備え、図１（Ｂ）の紙面直交方向に延びる面に沿うシート状に形成されている。吸音体１０の平面形状としては、正方形、長方形、円形、楕円形、多角形等が例示できる。また、吸音体１０の横断面形状は、本実施形態では、同図中上下両面が円弧状をなし、外縁に向かって次第に厚みが小さくなる形状に設けられている。

前記多孔質材１８は、不織布等の繊維類のように毛細管を持つ材料や、発泡体等の連続気泡を持つ材料からなり、音が入射したときに、その細孔中で音波が周壁との摩擦や粘性抵抗及び材料小繊維の振動などによって、音のエネルギの一部を熱エネルギとして消費可能に設けられている。多孔質材１８は、熱可塑性高分子を用いて後述のように溶融可能に構成され、必要に応じて有機低分子等の可塑剤や、内部損失向上のための無機材からなる充填材を入れた複合素材としてもよい。
前記熱可塑性高分子としては、ＴＰＯ（オレフィン系エラストマー）、ＣＰＥ（塩素化ＰＥ）、ＰＶＣ（塩ビ）、ＰＥＴ、ポリエステル、合成ゴム（イソプレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、その他）、シリコンゴム、ＰＥが例示できる。
前記可塑剤としては、フタル酸エステル系可塑剤、ＤＢＳなど架橋促進剤、老化・酸化防止剤、充填材としては、炭酸カルシュウム、珪酸カルシュウム、雲母（マイカ）、カーボンブラック、ＰＺＴ、シリカが例示できる。

前記表層１９は、多孔質材１８の外周面側を後述するように溶融することにより形成され、当該多孔質材１８と一体に連なる非通気性の薄膜状に設けられている。表層１９は、多孔質材１８の表裏両面と端面とを含む全ての外周面を被覆しており、当該多孔質材１８が内部に位置する閉じた領域を形成するようになっている。表層１９の厚みは、０．３〜３ｍｍに設定され、音が入射したときに、その内部損失により音のエネルギを消費可能に設けられている。

次に、天井材１０の製造方法について説明する。

天井材１０を製造すべくパネル本体１１を作製するにあたって、図２（Ａ）に示される型装置２１が用いられる。当該型装置２１は、パネル本体１１の外形に対応する成形空間２２を有する上型２３及び下型２４からなる。この型装置２１を開いた状態で、上型２３及び下型２４の間に、シート状の５０ｍｍ厚程度となる多孔質材１１Ａを配置する。その後、図２（Ｂ）に示されるように、多孔質材１１Ａを加熱しながらプレスすることで成形空間２２に対応する形状に賦形し、所定のキープ時間を経過後、型装置２１からパネル本体１１を取り出す。

このように作製されたパネル本体１１に対し、図３（Ａ）の点線で示される位置でパネル本体１１を削り取り、図３（Ｂ）に示されるように、パネル本体１１の面内に複数の凹み部１５を形成する。この凹み部１５の形成と前後して、図４（Ａ）に示されるような型装置２７を用いて吸音体１６を作製する。型装置２７は、吸音体１６の外形に対応する成形空間２８を有する上型２９及び下型３０からなる。
この型装置２７により吸音体１８を作製する場合、先ず、型装置２７を開いた状態で、上型２９及び下型３０の間に、シート状の５０ｍｍ厚程度となる多孔質材１８を配置する。その後、図４（Ｂ）に示されるように、閉型し、上型２９及び下型３０を介して多孔質材１８を加熱しつつ厚み方向に加圧して圧縮する表層１９の形成工程を行う。これにより、多孔質材１８の外周面側が部分的に溶融して薄膜状の表層１９が形成され、当該表層１９により多孔質材１８が被覆された状態となる。所定のキープ時間を経過後、型装置２７を開くことにより、厚みが１０〜３０ｍｍとなる吸音体１８の作製が完了する。このとき、吸音体１８の外縁に表層１９の一部がはみ出して形成された場合、当該表層１９の一部を切断する処理を行うことが好ましい。

吸音体１８を作製した後、図３（Ｂ）に示されるように、パネル本体１１の各凹み部１５の内部に吸音体１８をそれぞれ配置し、当該吸音体１８の端部と凹み部１５とを接着等によってパネル本体１１に吸音体１８を取り付けることにより、天井材１０が完成する。

なお、凹み部１５を形成する工程は、図５（Ａ）に示されるように、型装置２１に投入する前に、前記多孔質材１１Ａの凹み部１５に対応する位置に凹部１１Ｂを形成したものを前述と同様に賦形することにより行ってもよい。また、図５（Ｂ）に示されるように、パネル本体１１の凹み部１５に対応する位置に貫通穴１５Ａを形成した後、パネル本体１１の同図中下面側にシート材３２を貼り付けてもよい。

従って、このような第１実施形態によれば、パネル本体１１及び吸音体１６の多孔質材１８による吸音と、吸音体１６の表層１９による膜振動型吸音とを行うことが可能となる。これにより、良好な吸音作用が得られる音域を拡大しつつ、天井材１０全体の薄型化を図ることが可能となる。

次に、本発明の第１実施形態以外の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同一若しくは同等の構成部分については必要に応じて同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。

［第２実施形態］
図６（Ａ）〜（Ｃ）には、本発明の第２実施形態が示されている。この第２実施形態の天井材１０は、パネル本体１１を形成する多孔質材１１Ａの外周面領域を部分的に複数箇所溶融することで膜吸音部１２を形成したものである。

本実施形態の天井材１０を作製する場合、先ず、当該天井材１０に対応する平面サイズの多孔質材１１Ａにエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の粉末を混ぜたものを用意する。次いで、図６（Ｂ）に示されるように、熱プレス装置３５により第１実施形態の型装置２７と同様にして前記多孔質材１１Ａを溶融し、多孔質材１１Ａの上下両面に非通気性の表層１９を形成する工程を行う。この工程を、前記多孔質材１１Ａに所定間隔を隔てて複数箇所で行うことにより、図６（Ｃ）に示されるように、複数の膜吸音部１２を面内に有する中間素材３６が形成される。その後、同図に示されるように、中間素材３６を型装置２１に投入し、前記表層１９が形成されていない領域を前記膜吸音部１２と同じ厚みとなるように加熱圧縮することにより中間素材３６が賦形される。このとき、前記熱硬化性樹脂の粉末が多孔質材１１Ａを点付けするように硬化して圧縮された形状を保持する。これにより、図６（Ａ）に示されるようにパネル本体１１形成され、当該パネル本体１１が押圧に対する弾力性や吸音特性を有する天井材１０が完成する。

このような第２実施形態によれば、パネル本体１１の膜吸音部１２が一体に形成でき、天井材１０の取り付け作業等における取扱性を向上させることが可能となる。

［第３実施形態］
図７（Ａ）及び（Ｂ）には、本発明の第３実施形態が示されている。この第３実施形態の膜吸音部１２は、パネル本体１１に形成された凹み部１５と、この凹み部１５の底部に形成された非通気性の表層３８と、凹み部１５の上部開口側を閉塞して閉じた空間を形成するように張設された膜状体３９とを備えている。表層３８は、パネル本体１１の上面に加熱された凸状の金型を押圧することで凹み部１５と同時に形成される。膜状体３９は、膜振動型の吸音を行えるようになっており、第１の実施形態と同様の吸音作用が得られるようになっている。

以下に本発明の実施例を比較例とともに説明する。

［実施例１］
実施例１では、パネル本体１１の表裏各面が略フラットとなる点を除き、前記第１実施形態と同様の構造となる天井材１０を作製した。天井材１０全体の平面形状を１０００ｍｍ×１０００ｍｍの方形とし、膜吸音部１２の平面形状を１５０ｍｍ×１５０ｍｍの方形、膜吸音部１２を平面視で縦横に４列ずつ設け、膜吸音部１２の縦及び横方向のピッチ間隔２５０ｍｍとした。また、パネル本体１１の厚み１０ｍｍ、吸音体１６の厚み１０ｍｍ、凹み部１５の底部を形成するパネル本体１１の厚み５ｍｍ、吸音体１６を設けた領域の天井材１０の最大厚１５ｍｍ、表層１９の厚み１ｍｍとした。パネル本体１１を形成する多孔質材１１Ａ及び吸音体１６の多孔質材１８はＰＶＣ不織布とした。

［実施例２］
実施例２では、パネル本体１１の表裏各面が略フラットとなる点を除き、前記第２実施形態と同様の構造となる天井材１０を作製した。パネル本体１１及び膜吸音部１２の厚みを１０ｍｍにそれぞれ設定し、平面形状、平面サイズ、材質等の条件は、実施例１と同じ条件とした。

［比較例１］
比較例１は、厚さ１０ｍｍ、平面形状が１０００ｍｍ×１０００ｍｍの方形のグラスウールとした。

実施例１及び２、比較例１の吸音体を評価するにあたって、ランダム入射吸音率を評価指標として用いた。ランダム入射吸音率は、残響室吸音率と呼ばれるもので、ＪＩＳＡ１４０９に準じた方法により、残響室内で音を出して急に止めた際の、残響室の減衰時間から算出したものである。
各実施例及び各比較例１ではさらに、湾曲した残響減衰波形に理論式をフィットさせて完全拡散下の残響時間を推定計算するＰＬＤ（Ｐｏｗｅｒｌａｗｄｅｃａｙ）補正法（Ｊ．Ａｃｏｕｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．（Ｅ）１９，５（１９９８）３１５−３２６）、及び材料周囲にアクリル板囲い（Ｄｅｅｐｗｅｌｌ）を設置することにより面積効果を抑制するＤｅｅｐ−ｗｅｌｌ法（Ｊ．Ａｃｏｕｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．（Ｅ）１９，５（１９９８）３２７−３３８）を用いて吸音率を測定した。
各実施例及び比較例１では、図８に示されるように、容積（Ｖ）６４ｍ^３、表面積（Ｓ）１００ｍ^２、Ｖ／Ｓ＝０．６４の残響室４０の床面４０ａのほぼ中央に、縦１ｍ、横１ｍの大きさの各実施例及び各比較例の天井材１０を設置し、天井材１０の周囲には厚さ２０ｍｍのアクリル板からなる高さ８００ｍｍの拡散枠板４２を設置した。そして、音源４３を、天井材１０から離れた位置に配置した。このようにして、天井材１０の表面１０ａに対して、ランダムな方向から音（音による空気振動）が入射するようにした。
各実施例及び各比較例の吸音率の結果を図９のグラフに示す。

吸音率は大きくなる程、吸音性能は良好となるが、実際の健常者の体感では、吸音率が０．４０以上あれば、効果が実感でき、良好な吸音材といえる。
ここで、図９のグラフにおいて、実施例１及び２、比較例１の吸音率が０．４０以上となる中心周波数を見ると、比較例１では、２５００Ｈｚの高音域だけであるのに対し、実施例１及び２では、実施例２の４００Ｈｚで０．４０より若干低くなるものの、３１５Ｈｚ以上の高音域及び中低音域となり、比較例１に比べ、実施例１及び２の方が吸音性能が良好となる音域が広くなることが理解できる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施形態、実施例に対し、形状、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

例えば、第１実施形態の吸音体１６の横断面形状は、種々の設計変更が可能であり、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示される形状としてもよい。図１０（Ａ）では、上下両面を平行としつつ端面を上下両面と直交するように形成している。図１０（Ｂ）では、図８（Ａ）の端面の上下両側を面取りして端部の厚み方向中間部が尖った形状とし、図１０（Ｃ）では、図８（Ａ）の端面の上側を面取りし、端部の下部が尖った形状に形成されている。図１０（Ｄ）では、上面を円弧状とし、下面をフラットに形成している。

また、第１実施形態の吸音体１６は、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示される構造に設計変更可能である。図１１（Ａ）の吸音体１６は、同実施形態の表層１９と同様の構造をなすように非通気性の膜状体５０を設け、この膜状体５０の内部に閉じた領域を形成している。この吸音体１６は、一方の面が膨出するように二つの膜状体５０を形成した後、膨出する面が外側になるように外周縁側を相互に接合することで前記閉じた領域を形成している。
図１１（Ｂ）の吸音体１６は、図１１（Ａ）の吸音体１６の前記閉じた領域に、シート状の多孔質材５１を別途設けたものである。

更に、第３実施形態の吸音部１２は、図１２に示されるように、凹み部１５の内部に多孔質材５３を別途設けた構成としてもよい。

また、前記多孔質材１８，１１Ａの形成は、当該多孔質材１８，１１Ａの外周面側を溶媒により溶解する工程により行ってもよい。この工程の後の上型２２及び下型２３又はプレス装置３５による圧縮時において、それらの加熱は行わなくてもよい。また、溶媒による溶解方法は、多孔質材１８，１１Ａに溶媒をスプレー等で噴霧する方法とすることが好ましい。但し、第１実施形態では、溶媒が入った槽の中に多孔質材１１を直接浸漬してもよい。

（Ａ）は、第１実施形態に係る吸音構造が適用された天井材を模式的に表した概略横断面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ部拡大図。（Ａ）は、パネル本体を作製する準備段階の横断面図、（Ｂ）は、パネル本体を作製中の横断面図。（Ａ）は、凹み部の形成工程を説明するための横断面図、（Ｂ）は、吸音部の取り付け工程を説明するための横断面図。（Ａ）は、吸音体を作製する準備段階の横断面図、（Ｂ）は、吸音体を作製中の横断面図。（Ａ）は、変形例に係るパネル本体を形成する多孔質材の横断面図、（Ｂ）は、他の変形例に係るパネル本体の横断面図。（Ａ）は、第２実施形態に係る天井材の図１（Ａ）と同様の横断面図、（Ｂ）は、同実施形態の中間素材を作製する準備段階の横断面図、（Ｃ）は、同実施形態のパネル本体を作製する準備段階の横断面図。（Ａ）及び（Ｂ）は、第３実施形態に係る天井材の図１（Ａ）及び（Ｂ）と同様の横断面図。吸音率を測定する残響室の説明図。実施例１，２及び比較例１の吸音率を表すグラフ。（Ａ）〜（Ｄ）は、更に他の変形例に係る吸音体の横断面図。（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態の変形例に係る吸音体の横断面図。第３実施形態の変形例に係る吸音体の横断面図。

符号の説明

１０・・・天井材、１１・・・パネル本体、１２・・・膜吸音部、１５・・・凹み部、１６・・・吸音体、１８・・・多孔質材、１９・・・表層、３６・・・中間素材、３９・・・膜状体、Ｃ・・・自動車

Claims

多孔質材からなるパネル本体の面内に膜吸音部を設けたことを特徴とする自動車天井用吸音構造。
前記膜吸音部は、パネル本体に形成された凹み部と、この凹み部内に設けられた吸音体とからなってパネル本体の面内に複数設けられ、
前記吸音体は、多孔質材と、この多孔質材の外周面に形成されるとともに、閉じた領域を形成する非通気性の表層とからなることを特徴とする請求項１記載の自動車天井用吸音構造。
前記膜吸音部は、パネル本体に形成された凹み部と、この凹み部内に設けられた吸音体とからなってパネル本体の面内に複数設けられ、
前記吸音体は、内部に閉じた領域を形成する非通気性の膜状体を備えていることを特徴とする請求項１記載の自動車天井用吸音構造。
前記閉じた領域に多孔質材を設けたことを特徴とする請求項３記載の自動車天井用吸音構造。
前記膜吸音部は、パネル本体を形成する多孔質材の一部の外周面領域に形成されるとともに、閉じた領域を形成する非通気性の表層を備え、パネル本体の面内に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動車天井用吸音構造。
前記膜吸音部は、パネル本体に形成された凹み部と、この凹み部の底部に形成された非通気性の表層と、凹み部の開口側を閉塞する位置に張設された膜状体とを備え、パネル本体の面内に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動車天井用吸音構造。
パネル本体の面内に複数の凹み部を形成する前又は後に、
多孔質材を部分的に溶融し、当該多孔質材の外周面側に表層を形成し、当該表層により閉じた領域が形成される吸音体を作製し、
その後、各凹み部内に吸音体をそれぞれ配置することを特徴とする自動車天井用吸音構造の製造方法。
多孔質材の一部の外周面領域を溶融して非通気性の表層を形成し、当該表層により閉じた領域が形成される中間素材を作製した後、当該中間素材を賦形してパネル本体を形成することを特徴とする自動車天井用吸音構造の製造方法。