車両の吸音構造
【課題】吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音することができる車両の吸音構造を提供する。
【解決手段】吸音空間１１において、フロアパネル２の振動に基づいて発生する空気粒子速度を環状部材１３の絞り孔１６により高め、その高めた空気粒子速度の運動エネルギを環状の吸音材１４に吸収させる。これにより、吸音空間１１の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音する。
【解決手段】吸音空間１１において、フロアパネル２の振動に基づいて発生する空気粒子速度を環状部材１３の絞り孔１６により高め、その高めた空気粒子速度の運動エネルギを環状の吸音材１４に吸収させる。これにより、吸音空間１１の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の吸音構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の吸音構造には、特許文献１に示すように、ロードノイズに基づいて車室内空気の粒子速度が高速となる部分に吸音材を配置するものがある。このものにおいては、吸音材に空気粒子が衝突する際、その高速の空気粒子速度を利用して、空気粒子と吸音材との摩擦力を高めることができ、ロードノイズを効果的に吸音することができる。
【０００３】
ところで、車両においては、一般に、ロードノイズを吸音する際、吸音空間においてロードノイズを共鳴させて定常波を生成することが考慮されている。定常波における空気粒子速度の最も速い部分(定常波の腹の部分）の運動エネルギを吸音材により吸収できることになり、ロードノイズを効果的に吸音できるからである。
【特許文献１】特開平０５−２４７２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、車両においてロードノイズを共鳴させるためには、吸音空間の全長（Ｌ）が、共鳴を図りたい周波数音の半波長（１／２・λ）の正数倍（ｎ）である必要があり（Ｌ＝１／２・λ・ｎ）、吸音したい(共鳴させたい）ロードノイズの周波数音が低い側、特に低・中周波数音であるときには、吸音空間の設置場所によっては、その吸音空間の全長として、所望の長さを得ることができず、共鳴しても、定常波の数が少ない場合がある。このような場合には、その低・中周波数音を十分に吸音することができない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音することができる車両の吸音構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
対向する一対の板材により扁平状の吸音空間が画成され、該吸音空間内に吸音材が配置され、前記一対の板材のうちの一方の板材が、振動可能とされた振動板部材とされている車両の吸音構造において、
前記吸音空間内に、前記一方の板材の振動に基づいて該吸音空間内に発生する音波の進行領域において、該音波の進行断面を狭める絞り路が形成され、
前記吸音材が、前記絞り路よりも前記音波の進行方向前側において該絞り路に近接配置されている構成としてある。請求項１の好ましい態様としては、請求項２以下の記載の通りとなる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、一方の板材の振動に基づいて発生する空気粒子速度が絞り路により高められ、その高められた空気粒子速度の運動エネルギを吸音材に吸収させることができる。このため、吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音することができる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、吸音空間が、一方の板材の全周囲を固定する固定部材によっても画成され、絞り路が、吸音空間内において、一方の板材の最大振幅予定部を中心とした周囲に複数配置され、複数の絞り路の外周側に、各絞り路に臨むようにして吸音材が配置されていることから、一方の板材の全周囲を固定部材によって固定することによって、振動の振幅が最も大きくなる最大振幅予定部を予想することができ（基本的に真ん中）、それを捉えて、効果的に吸音することができる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、環状部材と該環状部材の外周側に配置される環状の吸音材とが、その軸心が一方の板材の最大振幅予定部に位置するように配置され、複数の絞り路が、環状部材に該環状部材の周回り方向において所定間隔毎に形成されていることから、請求項２に係る構造を簡単に得ることができる。
【００１０】
請求項４の発明によれば、環状部材として、吸音材よりも剛性が高い剛性部材が用いられていることから、外部からの荷重に抗して環状の吸音材が圧縮されることを規制することができ、吸音材の圧縮に基づき吸音性能が低下することを防止できる。
【００１１】
請求項５の発明によれば、環状部材と前記環状の吸音材を一組として、複数組が内側から外側に向けて同心状に配置され、各組の環状部材の各絞り路が対向配置されていることから、音波の入力個所から音波が放射状に伝播される間に、限られた吸音空間内において、空気粒子速度の増速と、その運動エネルギの吸収とが複数回に亘って繰り返されることになり、吸音性能を効果的に高めることができる。
【００１２】
請求項６の発明によれば、一方の板材がフロアパネルであることから、定常波の数が少なくならざるを得ない吸音空間を形成する傾向にあるフロアパネル構造において、フロアパネルを一方の板材として利用して、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音を吸音することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１，図２において、符号１は車両で、その車両１の下部にはフロアパネル２が配設されている。フロアパネル２には、車幅方向中央部において上方に膨出するトンネル部３が車体前後方向に延びるようにして備えられており、そのフロアパネル２の車幅方向両側部分は、左右一対のサイドシル４、及びそのサイドシル４よりも車幅方向内側に配置される左右一対のサイドフレーム５により支持されている。このようなフロアパネル２には、走行中に路面からタイヤ６を介して入力される振動が伝達されることになり、その振動は、音波として、フロアパネル２上方側に向けて伝播されることになっている（図１参照）。このようなフロアパネル２のヤング率は、一般に、７×１０10（Ｎ／ｍ2）〜２２．０×１０10（Ｎ／ｍ2）に設定されている。
【００１４】
前記フロアパネル２上には、図２，図３に示すように、前後方向に順次並ぶ複数のフレーム部材７ａ，７ｂ・・・を介してフロアマット８が敷設されている。フレーム部材７ａ，７ｂ・・・の中には、トンネル部３が存在する個所であってシート配設位置において配置されるものが含まれ、そのフレーム部材７ａ，７ｂは、トンネル部３を基準として両側において、フロアパネル２上面に固定されている。そのフレーム部材７ａ（７ｂ）は、トンネル部３とサイドシル４との間を跨ぐように延びており、そのフレーム部材７ａ（７ｂ）は、前後方向に所定の間隔をあけて配置されている。具体的には、補強を図る観点から、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔が狭められて、その間隔は、低・中周波数音（１００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）について、共鳴しても、定常波の腹（最も空気粒子速度の速い部分）の数が少なすぎる長さとなっている。すなわち、共鳴長さＬ＝１／２・λ・ｎにおいて、ｎ＝１又は２以下の長さとなっている。ここで、λは、共鳴を図りたい周波数音の波長、ｎは、正数である。
【００１５】
フロアマット８は、表皮９と、その表皮９の内面側に取付けられる格子状リブ（例えば樹脂製）１０とにより構成されている。格子状リブ１０は、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間に嵌り込んでフロアマット８の移動規制部材として機能すると共に、フロアマット８の剛性を硬いものとする機能を有している。
【００１６】
前記フロアパネル２と前記フロアマット８との間には、図３に示すように、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間において吸音空間１１が形成されている。この吸音空間１１においては、その各吸音空間１１に臨むフロアパネル２の全周囲がフレーム部材７ａ，７ｂ、トンネル部３、サイドシル４により固定され、さらには、そのフロアパネル２には、サイドシル４とトンネル部３との間においてサイドフレーム５が固定されており、吸音空間１１に臨むフロアパネル２は、全周が固定される面として、サイドフレーム５を基準として左右に２つの面２ａ，２ｂを有している（図２参照）。このため、走行中に路面からタイヤ６を介して入力される振動は、吸音空間１１においては、その吸音空間１１に臨むフロアパネル２の各面２ａ，２ｂの中央部分（最大振幅予定部）で最も大きな振幅をもって振動することになり、その振動は、吸音空間１１内に音波として伝播されることになる。
【００１７】
また、吸音空間１１は、音波が入力されることに伴い、その内部の空気の粒子速度の水平速度成分が増大するようにすべく、図３に示すように、扁平状に形成されている。吸音空間１１の扁平率は、図３中、左右方向をＸ方向、紙面直交方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として、Ｙ方向の長さを一定にした状態の下で、Ｚ方向の長さとＸ方向の長さとの比(扁平率）Ｚ／Ｘとして示すことができるが、本実施形態においては、その扁平率Ｚ／Ｘは、５０％以下となるように設定されている。これは、扁平率Ｚ／Ｘを変えて、フロアパネル２の振動に基づいて発生する空気粒子速度のＸ，Ｚ方向の各速度成分Ｖｐ（Ｘ），Ｖｐ（Ｚ）の割合について調べた図４に示す結果に基づいている。すなわち、図４に示す結果によれば、扁平率Ｚ／Ｘが５０％以下であれば、Ｚ方向の速度成分Ｖｐ（Ｚ）がほとんど発生せず、大部分がＸ方向の速度成分Ｖｐ（Ｘ）により占められることを示すことになっており、吸音空間１１には、この結果が利用されている。
【００１８】
しかし、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂが区画する吸音空間１１に関しては、その隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔に基づき、低・中周波数音（１００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の共鳴に基づいて吸音材により吸音を行うには不十分なものとなっている。すなわち、上記隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔が、共鳴（共鳴長さ：１００Ｈｚで４３ｃｍ）しても、そのときの長さが、Ｌ＝１／２・λ・ｎにおいて、ｎ＝１又は２程度以下の長さ（定常波の腹部（最も空気の粒子速度が速い部分）の数が少ない状態）となって、空気粒子と吸音材との摩擦による運動エネルギの吸収を十分に図ることができない状態にある。
【００１９】
このため、前記吸音空間１１内には、図３，図５に示すように、フロアパネル２の各面２ａ，２ｂにおいて、比較的圧肉の円板形状の吸音ユニット１２がそれぞれ配置されている。各吸音ユニット１２は、その軸心方向を上下方向に向けて配設されており、その各吸音ユニット１２はフロアマット８とフロアパネル２とにより挟持されている。この各吸音ユニット１２は、図５、図６に示すように、樹脂製の環状部材（樹脂リブ）１３と環状の吸音材１４とが、同心状に交互に内側から外側に向けて嵌め込まれる構成となっており、環状部材１３と環状の吸音材１４とを一組（基本単位）として、複数組が設けられる構造となっている。本実施形態においては、各吸音ユニット１２の径方向中央部分が貫通孔１５となっており、その各貫通孔１５の下端開口が、吸音空間１１に臨むフロアパネル２における各面２ａ，２ｂの中央部分にそれぞれ位置されることになっている。
【００２０】
前記各環状部材１３は、図５，図６に示すように、前記吸音ユニット１２の肉厚を確保すべく、硬質ウレタン等を用いて、その軸心方向に一定幅を有するように形成されている。この各環状部材１３は、その軸心方向において高い剛性を有しており、その各環状部材１３の軸心方向の剛性が、吸音ユニット１２の軸心方向の実質的剛性を担保している。また、この各環状部材１３には、図６に示すように、複数の絞り路としての複数の絞り孔１６が、該環状部材１３の周回り方向において所定間隔毎に形成されている。本実施形態においては、この複数の絞り孔１６として、各環状部材１３の下端側周縁部を形成された三角形状の切り欠きと、各環状部材１３の幅方向内方側に形成された円孔とが備えられており、それらは、環状部材１３の周回り方向に互い違いに配置されている。また、この各環状部材１３の各絞り孔１６は、互いに対向した配置関係となっており、それらは、吸音ユニット１２の貫通孔１５から放射状に配列されることになっている。
【００２１】
この各環状部材における絞り孔１６の孔数、大きさ、間隔、形状等は、次の観点から設定されている。すなわち、絞り孔１６の孔数は、孔と孔との間の中央ラインが、両孔からの音の干渉で打ち消し合うことになるため、多くない方が好ましい。具体的には、下記絞り孔１６の大きさ、形状との関係から、絞り孔１６の孔数は、周方向の孔−孔間の距離が孔の大きさの２倍以上になるようにすることにより決定することが好ましい。
絞り孔１６の大きさ（高さ）は、欲しい方向の粒子速度Ｖｐ（ｘ）を９０％にするためには、扁平率５０％以上が望ましいので、絞り孔１６の高さは、環状部材１３の幅長さ（上下長さ）の５０％以内にすることが好ましい。
絞り孔１６の間隔は、実験結果より３ｃｍ以下が好ましい。
絞り孔１６の形状については、空気の圧力変動への寄与は小さいと考えられるが、絞り孔１６による音の吸収効果よりも吸音材１４による音の吸収効果の方が大きく(吸音材の場合、通気抵抗と柔らかい繊維の微小運動とによる減衰が含まれる）、絞り孔１６による絞り効果により粒子速度をできるだけ高い状態に保って吸音材１４に入射させたいことから、円、正方形等のアスペクト比（縦横比）＝１の形状が好ましい。
【００２２】
前記各吸音材１４としては、低・中周波数音（１００〜８００Ｈｚ）から高周波数音（１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ）までのいずれの周波数音についても吸音できるものが用いられている。具体的には、この吸音性能を確保すべく、ウレタン、フェルト等の材質を用いて、流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０4、ヤング率が１．２×１０3〜２．０×１０4、損失係数が、損失係数≦０．１２とされている。
【００２３】
このように吸音ユニット１２が環状部材１３と環状の吸音材１４とを基本単位として備えているのは、吸音空間１１の全長（主として隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔）が十分に確保できないために、低・中周波数音について共鳴させても定常波の腹の数が少なくならざるを得ないことから、そのような周波数音であっても吸音を図るべく、吸音空間１１に入力された音波を環状部材１３の絞り孔１６により絞って空気粒子速度を高め（絞り効果）、その高められた空気粒子速度の運動エネルギを吸音材１４に吸収させようとしているのである。また、空気粒子速度の大部分を吸音材１４側（Ｘ方向）に向けた成分とすることを高め、吸音材１４による運動エネルギの吸収を効果的に高めるためでもある。
【００２４】
図７は、上記構造（絞り孔１６）を取り入れる根拠としている実験結果を示している。実験は、絞り効果が吸音性能に及ぼす影響を調べたもので、図８に示すように、吸音空間１１を区画する振動板１７（フロアパネル２に相当）上に吸音材１４を設けただけの場合と、図９に示すように、吸音空間１１を画成する振動板１７（フロアパネル２に相当）上に突部（突出量：０．０２ｍ〜０．０５ｍ以上の所定値）１８を設けて絞り路１９（絞り孔１６に相当）を形成すると共に、その絞り路１９に隣り合うように吸音材１４（突部１８から０．０１ｍ〜０．０５ｍの範囲内の所定値）を設けた場合とについて、振動板１７下方側から低・中周波数音（１００〜８００Ｈｚ）を入力し、振動板１７上方側における吸音空間１１の所定位置において、マイクロフォン２０をもって音を検出した。この場合、実験には、図１０に示すように、硬質壁をもって形成した密閉空間Ｒを用意し、振動板１７により上下二室１１，２２に区画した。そして、その上室を吸音空間１１とし、その吸音空間１１内に、前述のように、音を検出するべくマイクロフォン２０を配置した。一方、下室２２には、音源としてのスピーカ２１を配置した。このとき、密閉空間Ｒの縦長さＨ１をＨ１＝０．７８ｍ、横長さＨ２をＨ２＝１．３ｍ、高さＨ３をＨ３＝０．８ｍ、上室としての吸音空間１１の高さＨ４をＨ４＝０．０５〜０．１ｍとした。このような実験の結果、図７に示すように、絞り路１９を形成した場合（図９）の方が、絞り路１９を形成しない場合（図８）に比べて吸音材１４による吸音性能が高まることとなった。
【００２５】
またこの場合、図１１に示すように、絞り路１９内に吸音材１４を配置した場合についても吸音性能を調べ、その場合と、絞り路１９に隣り合うように吸音材１４を設けた場合（前述の図９参照）とを比較した。その結果を示すのが図１２である。その図１２によれば、予想外にも、絞り路内に吸音材１４を配置した場合よりも、絞り路１９に隣り合うように吸音材１４を設けた場合の方が優れていた。
【００２６】
図１３は、同じく上記構造（絞り孔１６）を取り入れる根拠としている実験結果を示すもので、図１４に示すように、音波２３を絞り路１９で絞った場合に、絞り路１９近傍位置（１〜３ｃｍ）と、絞り路１９から遠方位置（１５ｃｍ）とにおいて、空気粒子速度のＸ方向成分及びＺ方向成分がどのようになるかをセンサ（ＳＰＬ（音圧）マイク機能、Ｖｐ（粒子速度）マイク機能等を有するもの）２４を用いて測定したものである。尚、紙面に直交する方向であるＹ方向についての長さを一定幅（単位幅）とした。図１３の結果によれば、絞り路１９近傍位置においては、絞り効果に基づき、空気粒子速度のＸ方向成分がほとんどの割合を占め、絞り路１９から遠方位置においては、絞り効果が反映されなくなる結果、空気粒子速度のＸ方向成分とＺ方向成分とが半々の割合となった。このため、この点も考慮して、絞り路１９に隣り合うように吸音材１４を設ける構造が本件吸音構造に取り入れられている。
【００２７】
したがって、上記吸音構造においては、吸音空間１１に臨むフロアパネル２の中央部分が大きく振動し、その振動は、吸音ユニット１２の径方向中央部分の貫通孔１５の内部空間に音波として伝播される。その音波は、吸音空間１１の扁平形状に基づき水平方向に進行方向が変えられ、その音波は、図１５の矢印で示すように、吸音ユニット１２の径方向中央部分から、各環状部材１３の対向する絞り孔１６を通って放射状に進行する。このとき、各絞り孔１６を通過する度に空気粒子速度が高められ、その高められた空気粒子速度の運動エネルギが吸音材１４に吸収される。このため、吸音空間１１の全長が十分に確保できないために、共鳴しても定常波の腹の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を効果的に吸音できる。
【００２８】
また、吸音ユニット１２は、その剛性の高い各環状部材１３がフロアマット８を支えることになっており、その各環状部材１３は、フロアマット８が乗員２５の荷重によりへこむことを規制するだけでなく、各吸音材１４が圧縮されて吸音性能が低下することを防止する（図３参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】フロアパネルの入力振動を説明する説明図。
【図２】フロアパネルの上面構造を示す斜視図。
【図３】実施形態に係る吸音構造を示す縦断面図。
【図４】吸音空間の扁平率と粒子速度の各速度成分の割合との関係を示す図。
【図５】実施形態に係る吸音ユニットの配置を説明する説明図。
【図６】実施形態に係る吸音ユニットの構造を説明する分解斜視図。
【図７】吸音効果代と絞り孔の有無との関係を示す図。
【図８】吸音空間に吸音材だけを配置した実験例を示す説明図。
【図９】吸音空間に、絞り路を形成する共に吸音材を配置した実験例を示す説明図。
【図１０】実験装置を簡略的に示す説明図。
【図１１】吸音空間に、絞り路を形成する共に、その絞り路に吸音材を配置した実験例を示す説明図。
【図１２】吸音効果代と、絞り孔に対する吸音材の配置場所との関係を示す図。
【図１３】絞り路に対して近傍位置、遠方位置での空気粒子速度成分の割合（実験結果）を示す図。
【図１４】図１３の実験内容を説明する説明図。
【図１５】音波の進行を平面的に説明する説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１ 車両
２ フロアパネル（一方の板材）
３ トンネル部（固定部材）
４ サイドシル（固定部材）
５ サイドフレーム（固定部材）
７ａ フレーム部材（固定部材）
７ｂ フレーム部材（固定部材）
１１ 吸音空間
１２ 吸音ユニット
１３ 環状部材
１４ 環状の吸音材
１６ 絞り孔（絞り路）
１９ 絞り路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の吸音構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の吸音構造には、特許文献１に示すように、ロードノイズに基づいて車室内空気の粒子速度が高速となる部分に吸音材を配置するものがある。このものにおいては、吸音材に空気粒子が衝突する際、その高速の空気粒子速度を利用して、空気粒子と吸音材との摩擦力を高めることができ、ロードノイズを効果的に吸音することができる。
【０００３】
ところで、車両においては、一般に、ロードノイズを吸音する際、吸音空間においてロードノイズを共鳴させて定常波を生成することが考慮されている。定常波における空気粒子速度の最も速い部分(定常波の腹の部分）の運動エネルギを吸音材により吸収できることになり、ロードノイズを効果的に吸音できるからである。
【特許文献１】特開平０５−２４７２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、車両においてロードノイズを共鳴させるためには、吸音空間の全長（Ｌ）が、共鳴を図りたい周波数音の半波長（１／２・λ）の正数倍（ｎ）である必要があり（Ｌ＝１／２・λ・ｎ）、吸音したい(共鳴させたい）ロードノイズの周波数音が低い側、特に低・中周波数音であるときには、吸音空間の設置場所によっては、その吸音空間の全長として、所望の長さを得ることができず、共鳴しても、定常波の数が少ない場合がある。このような場合には、その低・中周波数音を十分に吸音することができない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音することができる車両の吸音構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
対向する一対の板材により扁平状の吸音空間が画成され、該吸音空間内に吸音材が配置され、前記一対の板材のうちの一方の板材が、振動可能とされた振動板部材とされている車両の吸音構造において、
前記吸音空間内に、前記一方の板材の振動に基づいて該吸音空間内に発生する音波の進行領域において、該音波の進行断面を狭める絞り路が形成され、
前記吸音材が、前記絞り路よりも前記音波の進行方向前側において該絞り路に近接配置されている構成としてある。請求項１の好ましい態様としては、請求項２以下の記載の通りとなる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、一方の板材の振動に基づいて発生する空気粒子速度が絞り路により高められ、その高められた空気粒子速度の運動エネルギを吸音材に吸収させることができる。このため、吸音空間の全長が十分に確保できないために、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を吸音することができる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、吸音空間が、一方の板材の全周囲を固定する固定部材によっても画成され、絞り路が、吸音空間内において、一方の板材の最大振幅予定部を中心とした周囲に複数配置され、複数の絞り路の外周側に、各絞り路に臨むようにして吸音材が配置されていることから、一方の板材の全周囲を固定部材によって固定することによって、振動の振幅が最も大きくなる最大振幅予定部を予想することができ（基本的に真ん中）、それを捉えて、効果的に吸音することができる。
【０００９】
請求項３の発明によれば、環状部材と該環状部材の外周側に配置される環状の吸音材とが、その軸心が一方の板材の最大振幅予定部に位置するように配置され、複数の絞り路が、環状部材に該環状部材の周回り方向において所定間隔毎に形成されていることから、請求項２に係る構造を簡単に得ることができる。
【００１０】
請求項４の発明によれば、環状部材として、吸音材よりも剛性が高い剛性部材が用いられていることから、外部からの荷重に抗して環状の吸音材が圧縮されることを規制することができ、吸音材の圧縮に基づき吸音性能が低下することを防止できる。
【００１１】
請求項５の発明によれば、環状部材と前記環状の吸音材を一組として、複数組が内側から外側に向けて同心状に配置され、各組の環状部材の各絞り路が対向配置されていることから、音波の入力個所から音波が放射状に伝播される間に、限られた吸音空間内において、空気粒子速度の増速と、その運動エネルギの吸収とが複数回に亘って繰り返されることになり、吸音性能を効果的に高めることができる。
【００１２】
請求項６の発明によれば、一方の板材がフロアパネルであることから、定常波の数が少なくならざるを得ない吸音空間を形成する傾向にあるフロアパネル構造において、フロアパネルを一方の板材として利用して、定常波の数が少なくならざるを得ない周波数音を吸音することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１，図２において、符号１は車両で、その車両１の下部にはフロアパネル２が配設されている。フロアパネル２には、車幅方向中央部において上方に膨出するトンネル部３が車体前後方向に延びるようにして備えられており、そのフロアパネル２の車幅方向両側部分は、左右一対のサイドシル４、及びそのサイドシル４よりも車幅方向内側に配置される左右一対のサイドフレーム５により支持されている。このようなフロアパネル２には、走行中に路面からタイヤ６を介して入力される振動が伝達されることになり、その振動は、音波として、フロアパネル２上方側に向けて伝播されることになっている（図１参照）。このようなフロアパネル２のヤング率は、一般に、７×１０10（Ｎ／ｍ2）〜２２．０×１０10（Ｎ／ｍ2）に設定されている。
【００１４】
前記フロアパネル２上には、図２，図３に示すように、前後方向に順次並ぶ複数のフレーム部材７ａ，７ｂ・・・を介してフロアマット８が敷設されている。フレーム部材７ａ，７ｂ・・・の中には、トンネル部３が存在する個所であってシート配設位置において配置されるものが含まれ、そのフレーム部材７ａ，７ｂは、トンネル部３を基準として両側において、フロアパネル２上面に固定されている。そのフレーム部材７ａ（７ｂ）は、トンネル部３とサイドシル４との間を跨ぐように延びており、そのフレーム部材７ａ（７ｂ）は、前後方向に所定の間隔をあけて配置されている。具体的には、補強を図る観点から、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔が狭められて、その間隔は、低・中周波数音（１００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）について、共鳴しても、定常波の腹（最も空気粒子速度の速い部分）の数が少なすぎる長さとなっている。すなわち、共鳴長さＬ＝１／２・λ・ｎにおいて、ｎ＝１又は２以下の長さとなっている。ここで、λは、共鳴を図りたい周波数音の波長、ｎは、正数である。
【００１５】
フロアマット８は、表皮９と、その表皮９の内面側に取付けられる格子状リブ（例えば樹脂製）１０とにより構成されている。格子状リブ１０は、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間に嵌り込んでフロアマット８の移動規制部材として機能すると共に、フロアマット８の剛性を硬いものとする機能を有している。
【００１６】
前記フロアパネル２と前記フロアマット８との間には、図３に示すように、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間において吸音空間１１が形成されている。この吸音空間１１においては、その各吸音空間１１に臨むフロアパネル２の全周囲がフレーム部材７ａ，７ｂ、トンネル部３、サイドシル４により固定され、さらには、そのフロアパネル２には、サイドシル４とトンネル部３との間においてサイドフレーム５が固定されており、吸音空間１１に臨むフロアパネル２は、全周が固定される面として、サイドフレーム５を基準として左右に２つの面２ａ，２ｂを有している（図２参照）。このため、走行中に路面からタイヤ６を介して入力される振動は、吸音空間１１においては、その吸音空間１１に臨むフロアパネル２の各面２ａ，２ｂの中央部分（最大振幅予定部）で最も大きな振幅をもって振動することになり、その振動は、吸音空間１１内に音波として伝播されることになる。
【００１７】
また、吸音空間１１は、音波が入力されることに伴い、その内部の空気の粒子速度の水平速度成分が増大するようにすべく、図３に示すように、扁平状に形成されている。吸音空間１１の扁平率は、図３中、左右方向をＸ方向、紙面直交方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として、Ｙ方向の長さを一定にした状態の下で、Ｚ方向の長さとＸ方向の長さとの比(扁平率）Ｚ／Ｘとして示すことができるが、本実施形態においては、その扁平率Ｚ／Ｘは、５０％以下となるように設定されている。これは、扁平率Ｚ／Ｘを変えて、フロアパネル２の振動に基づいて発生する空気粒子速度のＸ，Ｚ方向の各速度成分Ｖｐ（Ｘ），Ｖｐ（Ｚ）の割合について調べた図４に示す結果に基づいている。すなわち、図４に示す結果によれば、扁平率Ｚ／Ｘが５０％以下であれば、Ｚ方向の速度成分Ｖｐ（Ｚ）がほとんど発生せず、大部分がＸ方向の速度成分Ｖｐ（Ｘ）により占められることを示すことになっており、吸音空間１１には、この結果が利用されている。
【００１８】
しかし、隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂが区画する吸音空間１１に関しては、その隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔に基づき、低・中周波数音（１００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の共鳴に基づいて吸音材により吸音を行うには不十分なものとなっている。すなわち、上記隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔が、共鳴（共鳴長さ：１００Ｈｚで４３ｃｍ）しても、そのときの長さが、Ｌ＝１／２・λ・ｎにおいて、ｎ＝１又は２程度以下の長さ（定常波の腹部（最も空気の粒子速度が速い部分）の数が少ない状態）となって、空気粒子と吸音材との摩擦による運動エネルギの吸収を十分に図ることができない状態にある。
【００１９】
このため、前記吸音空間１１内には、図３，図５に示すように、フロアパネル２の各面２ａ，２ｂにおいて、比較的圧肉の円板形状の吸音ユニット１２がそれぞれ配置されている。各吸音ユニット１２は、その軸心方向を上下方向に向けて配設されており、その各吸音ユニット１２はフロアマット８とフロアパネル２とにより挟持されている。この各吸音ユニット１２は、図５、図６に示すように、樹脂製の環状部材（樹脂リブ）１３と環状の吸音材１４とが、同心状に交互に内側から外側に向けて嵌め込まれる構成となっており、環状部材１３と環状の吸音材１４とを一組（基本単位）として、複数組が設けられる構造となっている。本実施形態においては、各吸音ユニット１２の径方向中央部分が貫通孔１５となっており、その各貫通孔１５の下端開口が、吸音空間１１に臨むフロアパネル２における各面２ａ，２ｂの中央部分にそれぞれ位置されることになっている。
【００２０】
前記各環状部材１３は、図５，図６に示すように、前記吸音ユニット１２の肉厚を確保すべく、硬質ウレタン等を用いて、その軸心方向に一定幅を有するように形成されている。この各環状部材１３は、その軸心方向において高い剛性を有しており、その各環状部材１３の軸心方向の剛性が、吸音ユニット１２の軸心方向の実質的剛性を担保している。また、この各環状部材１３には、図６に示すように、複数の絞り路としての複数の絞り孔１６が、該環状部材１３の周回り方向において所定間隔毎に形成されている。本実施形態においては、この複数の絞り孔１６として、各環状部材１３の下端側周縁部を形成された三角形状の切り欠きと、各環状部材１３の幅方向内方側に形成された円孔とが備えられており、それらは、環状部材１３の周回り方向に互い違いに配置されている。また、この各環状部材１３の各絞り孔１６は、互いに対向した配置関係となっており、それらは、吸音ユニット１２の貫通孔１５から放射状に配列されることになっている。
【００２１】
この各環状部材における絞り孔１６の孔数、大きさ、間隔、形状等は、次の観点から設定されている。すなわち、絞り孔１６の孔数は、孔と孔との間の中央ラインが、両孔からの音の干渉で打ち消し合うことになるため、多くない方が好ましい。具体的には、下記絞り孔１６の大きさ、形状との関係から、絞り孔１６の孔数は、周方向の孔−孔間の距離が孔の大きさの２倍以上になるようにすることにより決定することが好ましい。
絞り孔１６の大きさ（高さ）は、欲しい方向の粒子速度Ｖｐ（ｘ）を９０％にするためには、扁平率５０％以上が望ましいので、絞り孔１６の高さは、環状部材１３の幅長さ（上下長さ）の５０％以内にすることが好ましい。
絞り孔１６の間隔は、実験結果より３ｃｍ以下が好ましい。
絞り孔１６の形状については、空気の圧力変動への寄与は小さいと考えられるが、絞り孔１６による音の吸収効果よりも吸音材１４による音の吸収効果の方が大きく(吸音材の場合、通気抵抗と柔らかい繊維の微小運動とによる減衰が含まれる）、絞り孔１６による絞り効果により粒子速度をできるだけ高い状態に保って吸音材１４に入射させたいことから、円、正方形等のアスペクト比（縦横比）＝１の形状が好ましい。
【００２２】
前記各吸音材１４としては、低・中周波数音（１００〜８００Ｈｚ）から高周波数音（１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ）までのいずれの周波数音についても吸音できるものが用いられている。具体的には、この吸音性能を確保すべく、ウレタン、フェルト等の材質を用いて、流れ抵抗が、流れ抵抗≧ ３．３×１０4、ヤング率が１．２×１０3〜２．０×１０4、損失係数が、損失係数≦０．１２とされている。
【００２３】
このように吸音ユニット１２が環状部材１３と環状の吸音材１４とを基本単位として備えているのは、吸音空間１１の全長（主として隣り合うフレーム部材７ａ，７ｂ間の間隔）が十分に確保できないために、低・中周波数音について共鳴させても定常波の腹の数が少なくならざるを得ないことから、そのような周波数音であっても吸音を図るべく、吸音空間１１に入力された音波を環状部材１３の絞り孔１６により絞って空気粒子速度を高め（絞り効果）、その高められた空気粒子速度の運動エネルギを吸音材１４に吸収させようとしているのである。また、空気粒子速度の大部分を吸音材１４側（Ｘ方向）に向けた成分とすることを高め、吸音材１４による運動エネルギの吸収を効果的に高めるためでもある。
【００２４】
図７は、上記構造（絞り孔１６）を取り入れる根拠としている実験結果を示している。実験は、絞り効果が吸音性能に及ぼす影響を調べたもので、図８に示すように、吸音空間１１を区画する振動板１７（フロアパネル２に相当）上に吸音材１４を設けただけの場合と、図９に示すように、吸音空間１１を画成する振動板１７（フロアパネル２に相当）上に突部（突出量：０．０２ｍ〜０．０５ｍ以上の所定値）１８を設けて絞り路１９（絞り孔１６に相当）を形成すると共に、その絞り路１９に隣り合うように吸音材１４（突部１８から０．０１ｍ〜０．０５ｍの範囲内の所定値）を設けた場合とについて、振動板１７下方側から低・中周波数音（１００〜８００Ｈｚ）を入力し、振動板１７上方側における吸音空間１１の所定位置において、マイクロフォン２０をもって音を検出した。この場合、実験には、図１０に示すように、硬質壁をもって形成した密閉空間Ｒを用意し、振動板１７により上下二室１１，２２に区画した。そして、その上室を吸音空間１１とし、その吸音空間１１内に、前述のように、音を検出するべくマイクロフォン２０を配置した。一方、下室２２には、音源としてのスピーカ２１を配置した。このとき、密閉空間Ｒの縦長さＨ１をＨ１＝０．７８ｍ、横長さＨ２をＨ２＝１．３ｍ、高さＨ３をＨ３＝０．８ｍ、上室としての吸音空間１１の高さＨ４をＨ４＝０．０５〜０．１ｍとした。このような実験の結果、図７に示すように、絞り路１９を形成した場合（図９）の方が、絞り路１９を形成しない場合（図８）に比べて吸音材１４による吸音性能が高まることとなった。
【００２５】
またこの場合、図１１に示すように、絞り路１９内に吸音材１４を配置した場合についても吸音性能を調べ、その場合と、絞り路１９に隣り合うように吸音材１４を設けた場合（前述の図９参照）とを比較した。その結果を示すのが図１２である。その図１２によれば、予想外にも、絞り路内に吸音材１４を配置した場合よりも、絞り路１９に隣り合うように吸音材１４を設けた場合の方が優れていた。
【００２６】
図１３は、同じく上記構造（絞り孔１６）を取り入れる根拠としている実験結果を示すもので、図１４に示すように、音波２３を絞り路１９で絞った場合に、絞り路１９近傍位置（１〜３ｃｍ）と、絞り路１９から遠方位置（１５ｃｍ）とにおいて、空気粒子速度のＸ方向成分及びＺ方向成分がどのようになるかをセンサ（ＳＰＬ（音圧）マイク機能、Ｖｐ（粒子速度）マイク機能等を有するもの）２４を用いて測定したものである。尚、紙面に直交する方向であるＹ方向についての長さを一定幅（単位幅）とした。図１３の結果によれば、絞り路１９近傍位置においては、絞り効果に基づき、空気粒子速度のＸ方向成分がほとんどの割合を占め、絞り路１９から遠方位置においては、絞り効果が反映されなくなる結果、空気粒子速度のＸ方向成分とＺ方向成分とが半々の割合となった。このため、この点も考慮して、絞り路１９に隣り合うように吸音材１４を設ける構造が本件吸音構造に取り入れられている。
【００２７】
したがって、上記吸音構造においては、吸音空間１１に臨むフロアパネル２の中央部分が大きく振動し、その振動は、吸音ユニット１２の径方向中央部分の貫通孔１５の内部空間に音波として伝播される。その音波は、吸音空間１１の扁平形状に基づき水平方向に進行方向が変えられ、その音波は、図１５の矢印で示すように、吸音ユニット１２の径方向中央部分から、各環状部材１３の対向する絞り孔１６を通って放射状に進行する。このとき、各絞り孔１６を通過する度に空気粒子速度が高められ、その高められた空気粒子速度の運動エネルギが吸音材１４に吸収される。このため、吸音空間１１の全長が十分に確保できないために、共鳴しても定常波の腹の数が少なくならざるを得ない周波数音であっても、その周波数音を効果的に吸音できる。
【００２８】
また、吸音ユニット１２は、その剛性の高い各環状部材１３がフロアマット８を支えることになっており、その各環状部材１３は、フロアマット８が乗員２５の荷重によりへこむことを規制するだけでなく、各吸音材１４が圧縮されて吸音性能が低下することを防止する（図３参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】フロアパネルの入力振動を説明する説明図。
【図２】フロアパネルの上面構造を示す斜視図。
【図３】実施形態に係る吸音構造を示す縦断面図。
【図４】吸音空間の扁平率と粒子速度の各速度成分の割合との関係を示す図。
【図５】実施形態に係る吸音ユニットの配置を説明する説明図。
【図６】実施形態に係る吸音ユニットの構造を説明する分解斜視図。
【図７】吸音効果代と絞り孔の有無との関係を示す図。
【図８】吸音空間に吸音材だけを配置した実験例を示す説明図。
【図９】吸音空間に、絞り路を形成する共に吸音材を配置した実験例を示す説明図。
【図１０】実験装置を簡略的に示す説明図。
【図１１】吸音空間に、絞り路を形成する共に、その絞り路に吸音材を配置した実験例を示す説明図。
【図１２】吸音効果代と、絞り孔に対する吸音材の配置場所との関係を示す図。
【図１３】絞り路に対して近傍位置、遠方位置での空気粒子速度成分の割合（実験結果）を示す図。
【図１４】図１３の実験内容を説明する説明図。
【図１５】音波の進行を平面的に説明する説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１ 車両
２ フロアパネル（一方の板材）
３ トンネル部（固定部材）
４ サイドシル（固定部材）
５ サイドフレーム（固定部材）
７ａ フレーム部材（固定部材）
７ｂ フレーム部材（固定部材）
１１ 吸音空間
１２ 吸音ユニット
１３ 環状部材
１４ 環状の吸音材
１６ 絞り孔（絞り路）
１９ 絞り路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の板材により扁平状の吸音空間が画成され、該吸音空間内に吸音材が配置され、前記一対の板材のうちの一方の板材が、振動可能とされた振動板部材とされている車両の吸音構造において、
前記吸音空間内に、前記一方の板材の振動に基づいて該吸音空間内に発生する音波の進行領域において、該音波の進行断面を狭める絞り路が形成され、
前記吸音材が、前記絞り路よりも前記音波の進行方向前側において該絞り路に近接配置されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記吸音空間が、前記一方の板材の全周囲を固定する固定部材によっても画成され、
前記絞り路が、前記吸音空間内において、前記一方の板材の最大振幅予定部を中心とした周囲に複数配置され、
前記複数の絞り路の外周側に、該各絞り路に臨むようにして前記吸音材が配置されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項３】
請求項２において、
環状部材と該環状部材の外周側に配置される環状の吸音材とが、その軸心が前記一方の板材の最大振幅予定部に位置するように配置され、
前記複数の絞り路が、前記環状部材に該環状部材の周回り方向において所定間隔毎に形成されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項４】
請求項３において、
前記環状部材として、前記吸音材よりも剛性が高い剛性部材が用いられている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項５】
請求項３において、
前記環状部材と前記環状の吸音材を一組として、複数組が内側から外側に向けて同心状に配置され、
前記各組の環状部材の各絞り路が対向配置されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記一方の板材がフロアパネルである、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項１】
対向する一対の板材により扁平状の吸音空間が画成され、該吸音空間内に吸音材が配置され、前記一対の板材のうちの一方の板材が、振動可能とされた振動板部材とされている車両の吸音構造において、
前記吸音空間内に、前記一方の板材の振動に基づいて該吸音空間内に発生する音波の進行領域において、該音波の進行断面を狭める絞り路が形成され、
前記吸音材が、前記絞り路よりも前記音波の進行方向前側において該絞り路に近接配置されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記吸音空間が、前記一方の板材の全周囲を固定する固定部材によっても画成され、
前記絞り路が、前記吸音空間内において、前記一方の板材の最大振幅予定部を中心とした周囲に複数配置され、
前記複数の絞り路の外周側に、該各絞り路に臨むようにして前記吸音材が配置されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項３】
請求項２において、
環状部材と該環状部材の外周側に配置される環状の吸音材とが、その軸心が前記一方の板材の最大振幅予定部に位置するように配置され、
前記複数の絞り路が、前記環状部材に該環状部材の周回り方向において所定間隔毎に形成されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項４】
請求項３において、
前記環状部材として、前記吸音材よりも剛性が高い剛性部材が用いられている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項５】
請求項３において、
前記環状部材と前記環状の吸音材を一組として、複数組が内側から外側に向けて同心状に配置され、
前記各組の環状部材の各絞り路が対向配置されている、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記一方の板材がフロアパネルである、
ことを特徴とする車両の吸音構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−６９９１２（Ｐ２０１０−６９９１２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６４３０（Ｐ２００８−２３６４３０）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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