JP2005247268A - 自動車のルーフ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車の搭乗者が自動車の走行中に感じる耳障りなロードノイズを、制振材や板圧等の大掛かりな対応を取るのではなく、コスト面、重量面で有利な吸音材を自動車のルーフに最適に配置することで、汚れ、耐久性、見映えの問題を生じることなく大幅に抑制できる自動車のルーフ構造を提供する。
【解決手段】 ２層のルーフパネルを備える自動車のルーフ構造において、上方に位置する第１のルーフパネル１１と下方に位置する第２のルーフパネル１２とで挟まれた部分であって、自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に通気性を有する吸音材１４が設置される。また、第２のルーフパネル１２は、吸音材１４が設置されていない部分に開口部１５を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、走行中の自動車の搭乗者にとって耳障りなロードノイズを低減する自動車のルーフ構造に関する。

走行中の自動車に発生する様々なノイズのうち、自動車の搭乗者にとって特に障害になっているものの一つとしてロードノイズが知られている。このようなロードノイズとしては、例えば、走行中の自動車のタイヤが路面と衝突することによって生じる振動がサスペンションと共振して大きな振動となって車体に伝達されてフロアーが大きく振動し、これによって室内の空気が振動することで生じる１６０Ｈｚ付近のノイズや、走行中の自動車のタイヤが路面と衝突することによって生じる振動によって直接フロアーが共振して室内の空気を振動させることによって生じる２５０Ｈｚ付近のノイズがある。

ここで、１６０Ｈｚ付近のロードノイズについては、自動車のサスペンションを調整することによって、またインシュレータ等を用いることによって効果的にフロアー振動を低減してノイズを抑制できることが知られている。また、フロアーの共振に基づく２５０Ｈｚ付近のロードノイズについては、メルシート等の制振材をフロアーに大量に貼り付けたり、フロアーの板圧や剛性を高くして２５０Ｈｚで共振しないようにしてきた。

一般的な手法では、５００Ｈｚ以下のような低周波の空気振動では吸音材の効果は期待できないが、材質を工夫したり、空気の粒子速度が高速な位置に制振材を設ければ、低周波でも一定の効果が期待できることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−３０６０８０号公報

しかしながら、メルシート等の制振材をフロアーに大量に貼り付けたり、フロアーの板圧を厚くしたりする方法では、材料増加や工程増加に伴って材料費や人件費等のコストが増加すると共に、車両の重量も増加するといった問題が生じていた。

非汎用の吸音材は本来５００Ｈｚ以上の高周波領域において効果の発揮が期待できるものであり、２５０Ｈｚ付近の低周波領域のロードノイズに対しては特許文献１に記載のように、特殊な材質のものにすれば効果が期待できるようであるが、現実にはそういうものはなく容易に入手できるものではない。

また、粒子速度が高い所に吸音材を設けることで一定の効果を期待できることは知られているが、フェルトのような吸音材を低周波でも効果があるように粒子速度の高い車室内の位置に設定することは容易なことではない。

詳細には、低周波で効果を期待するためには、空気が通過する量が多くなるようにやわらかいものにする必要があることから、汚れ、耐久性、見映え等の観点で工夫が必要であった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、自動車の搭乗者が自動車の走行中に感じる耳障りなロードノイズを、制振材や板圧等の大掛かりな対応を取るのではなく、コスト面、重量面で有利な吸音材を自動車のルーフに最適に配置することで、汚れ、耐久性、見映えの問題を生じることなく大幅に抑制できる自動車のルーフ構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、２層のルーフパネルを備える自動車のルーフ構造であって、
上方に位置する第１のルーフパネルと下方に位置する第２のルーフパネルとで挟まれた部分であって、前記自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に通気性を有する吸音材が設置され、
前記第２のルーフパネルは、前記吸音材が設置されていない部分に開口部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る自動車のルーフ構造は、前記第１のルーフパネルと前記第２のルーフパネルとの間であって、前記自動車の室内に伝達される車両の左右方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に吸音材がさらに設置され、
前記第２のルーフパネルは、前記吸音材が設置されていない粒子速度が低い部分に開口部を設定したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る自動車のルーフ構造は、前記吸音材が光透過性を有しており、
前記第１のルーフパネルと前記第２のルーフパネルとの間であって、前記吸音材が設置されていない部分に室内灯が設置され、
前記室内灯からの照明光が前記吸音材を透過して前記自動車の室内を照明することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る自動車のルーフ構造は、前記第１のルーフパネルと前記第２のルーフパネルと前記吸音材とを含むレゾネータ空間部と、前記第２のルーフパネルに設けられた所定径の開口部とから構成されるレゾネータ部をさらに有することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る自動車のルーフ構造は、前記ロードノイズの周波数が、２５０Ｈｚ付近での空洞共鳴周波数であることを特徴とする。

本発明によれば、自動車の搭乗者が自動車の走行中に感じる耳障りなロードノイズ（例えば、２５０Ｈｚ付近のロードノイズ）を、自動車のルーフ付近の当該ノイズによる室内空気の粒子速度が高速となる部分に通気性を有する吸音材を設けることによって当該吸音材内をノイズによる室内空気が通り過ぎることにより好適に減少させることができる。また、搭乗者にとって支障になりにくい天井（ルーフ）部分を２層構造のルーフパネルとして、その間に吸音材を設置するとともに、吸音材設置部分以外の粒子速度が低い部分は開放しているので、搭乗者に対して広々とした室内空間を提供することができ、搭乗者に圧迫感を与えることがなく、効率的に吸音材に空気を接触させることができる。さらに、ルーフパネルを２層構造として吸音材を搭乗者からは直接視認できないようにしているため見映えもよく、長期間の使用による空気の流れによって吸音材にごみ、ほこり等が付着して汚れた場合であっても、搭乗者からは直接見えないので室内の美観を維持することができる。さらにまた、２５０Ｈｚ付近のロードノイズをルーフパネル部分で好適に減少することができるので、これまでのようにメルシート等の制振材をフロアー部分に大量に貼る必要もない。これにより、制振材による重量増加や貼り付け加工による工程短縮についても期待することができ、コスト的にも優れた遮音方法を得ることができる。

また、本発明によれば、特に、自動車の搭乗者が自動車の走行中に感じる耳障りな２５０Ｈｚ付近のロードノイズによる室内空気の粒子速度が左右の窓等によって反射することによって生ずる耳障りなロードノイズを好適に減少させることができる。さらに、左右のウインドウを介して伝達してくる風切り音も併せて減少させることができる。

さらに、本発明によれば、吸音材を透過して室内に照明された照明光が間接照明として機能し、装飾的にも優れたルーフ構造を提供することができる。

さらにまた、本発明によれば、レゾネータ空間部と開口部のサイズを特定の周波数のノイズに対して適合するように設定することにより、当該閉空間がレゾネータとして機能し、開口部から入力したノイズの消音を吸音材による遮音と併せて効果的に遮音することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る自動車のルーフ構造及び当該ルーフ構造を備えた自動車について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動車のルーフ構造を示す図である。尚、図１（ａ）は本実施形態に係る自動車のルーフ構造の外観図、図１（ｂ）は図１（ａ）の外観図における線ＡＡ’に対応した断面図（端面）である。図１に示すように、本実施形態に係る自動車のルーフ構造は、上方に位置する第１のルーフパネル１１と下方に位置する第２のルーフパネル１２との２層のルーフパネルを備えている。尚、第１のルーフパネル１１と第２のルーフパネル１２とは、ルーフレール等の補強部材１３を用いて固定されている。

そして、第１のルーフパネル１１と第２のルーフパネル１２とで挟まれた部分であって、自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に通気性を有する吸音材１４が設置されている。また、第２のルーフパネル１２には、吸音材１４が設置されていない部分に開口部１５が設けられている。尚、吸音材１４の設置場所については、座席に着座した搭乗者からは第２のルーフパネル１２に隠れており、直接視認することができよういような位置に配置することが望ましい。この理由として、ルーフパネルを２層構造として吸音材を搭乗者からは直接視認できないようにしているため見映えがよくなるからである。また、長期間の使用による空気の流れによって吸音材１４に対して、ごみやほこり等が付着して汚れることが想定され、そのような場合であったも搭乗者からは直接視認することができないので室内の美観を損なわず維持することができる。

本実施形態で用いられる吸音材１４は、フェルト等の天然繊維を用いたものや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成繊維を用いたもの等からなる吸音機能を有する一般的な材質から構成されるものである。このような汎用の吸音材は、高周波数領域の吸音性能には優れているものの、５００Ｈｚ以下の低周波数領域の吸音性能は低下する。尚、本実施形態で主として対象としているロードノイズは、搭乗者にとって騒音性の特に高い、２５０Ｈｚ付近での空洞共鳴周波数である。このため、従来は、吸音材の使用量を増加することで対応していたが、使用量の増加に伴うコスト増加や重量増加の割には吸音性能が向上しないために効率的ではなかった。

そこで本実施形態は、このような汎用の吸音材であっても、５００Ｈｚ以下の低周波数領域のノイズによる空気粒子の粒子速度が高速状態で吸音させた場合には、効果的に吸音できるという事実に着目し、そのような位置に吸音材を配置したルーフ構造を用いて、ロードノイズの低減を図ることとしている。

ここで、自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分について具体的に説明する。前述のように、ロードノイズには、走行中の自動車のタイヤが路面と衝突することによって生じる振動がサスペンションと共振して大きな振動となって車体に伝達されてフロアーが大きく振動し、これによって室内の空気が振動することで生じる１６０Ｈｚ付近のノイズや、走行中の自動車のタイヤが路面と衝突することによって生じる振動によって直接フロアーが共振して室内の空気を振動させることによって生じる２５０Ｈｚ付近のノイズがある。このうち、１６０Ｈｚ付近のロードノイズについては、自動車のサスペンションを調整することによって、またインシュレータ等を用いることによって効果的にフロアー振動を低減してノイズを抑制できることから、本実施形態では、主として２５０Ｈｚ付近の周波数を有するロードノイズを対象としている。

図２は、自動車の車内における２５０Ｈｚ付近のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度分布を説明するための図である。図２に示すように、粒子速度の分布は一般的には正弦波で表現することができる。ここで、図２（ａ）〜（ｃ）は、一般的な自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度分布を示すものである。図２に示すように、一般的な自家用車等では、車両の前後方向については符号２１〜２７で示される部分が室内空気の粒子速度が高速となる部分であり、自動車の室内空間の長さ等に応じて２〜３箇所生じることがわかる。この位置は、自動車の種類（すなわち、室内空間の形状や長さ等）に応じて決定されるものである。

本実施形態では、自動車の搭乗者の障害となりにくいルーフパネル付近で上記定収はロードノイズを低減するものである。そこで、図１に示すように、これらのロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に上述した吸音材を設置することにより、汎用の吸音材であっても吸遮音効果を期待することが可能となる。これにより、２５０Ｈｚ付近のロードノイズをルーフパネル部分で減少するために、ルーフパネル内側面の全面に渡って吸音材を貼り付ける必要がなく、必要最小限の吸音材だけを設置すればよくなるので、吸音材を大量に使用する必要もなく、貼り付け加工による工程短縮やコスト的にも優れた遮音方法を得ることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る自動車のルーフ構造の別の例を示す図である。ここで、上述した自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分について吸音材を設置する目的から見れば、図３（ａ）に示すようなルーフ構造をとり、図１（ａ）では開口部１５とされていた第２のルーフパネルの部分（すなわち、破線３１で示される部分）にも吸音材を配置することが望ましい。但し、開放部分が小さくなることによって、搭乗者にとって第２のルーフパネルが支障となり、圧迫感を与えてしまう可能性がある。

また、図３（ｂ）に示すようなルーフ構造の場合は、吸音効果という面では、図１（ａ）に示すルーフ構造と同様の効果が得られる。しかし、図３（ｂ）の第２のルーフパネルの部分３２〜３５が角張っているのに対して、図１（ａ）に示す第２のルーフパネルの当該部分は先端に行くにつれて細くなるとともに丸みを持たせた形状になっている。これにより、角張っている構造よりもさらに搭乗者に開放感を与えるとともに、デザイン的にも優れたルーフ構造を提供することができるという効果が得られる。また、同一の長さであっても、先に丸みを帯びている方が先が角張っている形状よりも、搭乗者に開放感を与えると考えられる。

図４は、本発明の一実施形態に係る車両の前後方向及び左右方向のロードノイズを考慮した自動車のルーフ構造を示す外観図である。尚、一般的な自動車の室内に伝達される車両の左右方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度は図２（ｄ）に示すような分布をしている。図２（ｄ）に示すように、車両の左右方向のロードノイズによる室内空気の粒子速度は、符号２８で示す部分が高速となる部分である。すなわち、ルーフパネル付近において粒子速度が高速となる部分が、一般的な自家用車等では車内に１箇所生じることがわかる。

そこで、図４（ａ）では、図１（ａ）に示されたルーフパネルに対して、左右方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分（すなわち、第２のルーフパネル４１の部分４２、４３と第１のルーフパネル４４とで挟まれた部分）に同様に吸音材が設置されている。尚、吸音材が設置されている部分は、図２に示す場合と同様に、上下ルーフパネルの間である。すなわち、図４に示されるルーフ構造は、図１に示されるルーフ構造に対して、さらに、第１のルーフパネルと第２のルーフパネルとの間であって、自動車の室内に伝達される車両の左右方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に吸音材が設置され、第２のルーフパネルは、吸音材が設置されていない部分に開口部を有するものである。

また、上述した自動車の室内に伝達される車両の左右方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分について吸音材を設置する目的から見れば、図４（ｂ）に示すようなルーフ構造をとり、図３や図４（ａ）では開口部とされていた第２のルーフパネルの部分（すなわち、破線４５で示される部分）にも吸音材を配置することが望ましい。但し、開放部分が小さくなることによって、搭乗者にとって第２のルーフパネルが支障となり、圧迫感を与えてしまう可能性がある。

尚、自動車の搭乗者にとっては、車両左右方向のロードノイズよりも車両前後方向のロードノイズから受ける騒音の方が大であるため、特に前後方向のロードノイズに対する吸音材の設置を優先するようにするほうがより望ましい。

上述したようなルーフ構造を有することによって、特に、自動車の搭乗者が自動車の走行中に感じる耳障りな２５０Ｈｚ付近のロードノイズによる室内空気の粒子速度が左右の窓等によって反射することによって生ずる耳障りなロードノイズを好適に減少させることができる。

上述したように、本実施形態では、自動車の搭乗者が自動車の走行中に感じる耳障りな２５０Ｈｚ付近のロードノイズによる室内空気の粒子速度が高速となる部分に通気性を有する吸音材を設けたルーフ構造を示した。これにより、当該吸音材内をノイズによる室内空気が通り過ぎることで好適に減少させることができる。また、搭乗者にとって支障になりにくい天井（ルーフ）部分の２層構造のルーフパネルの間に吸音材を設置するとともに、吸音材設置部分以外は開放しているので（特に、図１（ａ）に示すようなルーフ構造）、搭乗者に対して広々とした室内空間を提供することができ、搭乗者に圧迫感を与えることもない。

さらに、左右のウインドウを介して伝達してくる風切り音も併せて減少させることができるという効果も期待できる。図５は、本発明の一実施形態に係る車両の前後方向及び左右方向のロードノイズ及び左右方向の風切り音を考慮した自動車のルーフ構造を示す図である。すなわち、左右のウインドウを介して伝達してくる風切り音を本格的に減少させたいような場合は、例えば図４（ｂ）のルーフ構造に対してさらに風切り音対策用の吸音材を配置するために、３００Ｈｚ〜４００Ｈｚといった自動車の左右方向の風切り音に対応させた位置（図５の破線５１、５２で示される部分）に、吸音材を配置可能な第２のルーフパネルを有するルーフ構造を提供してもよい。

図６は、第１のルーフパネル１１と第２のルーフパネル１２間に吸音材１４の他に、室内灯（電球）６０を設置したときのルーフ構造を示す断面図である。尚、この際の吸音材１４については光透過性を持たせておく。すなわち、光透過性を有する吸音材１４を第１のルーフパネル１１と第２のルーフパネル１２との間であって、吸音材１４が設置されていない部分に室内灯６０を設置し、室内灯６０からの照明光が吸音材１４を透過して自動車の室内を照明するようにした。これにより、室内灯６０から照射された室内光は、光透過性を有する吸音材１４内を透過して、第２のルーフパネル１２の開放部上部に位置する第１のルーフパネル面６１や他の室内壁面等に対して照射され、間接照明によるソフトな光を照射することができるという効果が得られる。そして、間接照明としての機能を付加することで、図１（ａ）に示すように先細りの丸みを持たせたことと相まって、搭乗者に対してより開放感を与えるとともに装飾的にも優れたルーフ構造を提供することができる。

図７は、図６に示すルーフ構造をレゾネータとして活用する場合のルーフ構造を示す図である。尚、図７（ｂ）は当該ルーフ構造の外観図、図７（ｂ）は外観図の線ＢＢ’に対応する断面図（端面）である。すなわち、第１のルーフパネル１１と第２のルーフパネル１２と吸音材１４とを含むレゾネータ空間部７１を設け、第２のルーフパネル１２にはさらに所定径の開口部７２を設け、当該レゾネータ空間部７１と開口部７２とから構成されるレゾネータ部を上述したルーフ構造に持たせるようにする。そして、レゾネータ空間部７１と開口部７２のサイズを特定の周波数のノイズに対して適合するように設定することにより、当該閉空間がレゾネータとして機能し、開口部７２から入力したノイズの消音を吸音材による遮音と併せて効果的に遮音することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る自動車のルーフ構造を示す図である。 自動車の車内における２５０Ｈｚ付近のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度分布を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る自動車のルーフ構造の別の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両の前後方向及び左右方向のロードノイズを考慮した自動車のルーフ構造を示す外観図である。 本発明の一実施形態に係る車両の前後方向及び左右方向のロードノイズ及び左右方向の風切り音を考慮した自動車のルーフ構造を示す外観図である。 第１のルーフパネルと第２のルーフパネル間に吸音材の他に、室内灯を設置したときのルーフ構造を示す断面図である。 図６に示すルーフ構造をレゾネータとして活用する場合のルーフ構造を示す図である。

符号の説明

１１ 第１のルーフパネル
１２ 第２のルーフパネル
１３ 補強部材
１４ 吸音材
１５、７２ 開口部
６０ 室内灯
７１ レゾネータ空間部

Claims (5)

1. ２層のルーフパネルを備える自動車のルーフ構造であって、
   上方に位置する第１のルーフパネルと下方に位置する第２のルーフパネルとで挟まれた部分であって、前記自動車の室内に伝達される車両の前後方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に通気性を有する吸音材が設置され、
   前記第２のルーフパネルは、前記吸音材が設置されていない粒子速度が低い部分に開口部を設定したことを特徴とする自動車のルーフ構造。
2. 前記第１のルーフパネルと前記第２のルーフパネルとの間であって、前記自動車の室内に伝達される車両の左右方向のロードノイズに基づく室内空気の粒子速度が高速となる部分に吸音材がさらに設置され、
   前記第２のルーフパネルは、前記吸音材が設置されていない部分に開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の自動車のルーフ構造。
3. 前記吸音材が光透過性を有しており、
   前記第１のルーフパネルと前記第２のルーフパネルとの間であって、前記吸音材が設置されていない部分に室内灯が設置され、
   前記室内灯からの照明光が前記吸音材を透過して前記自動車の室内を照明することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車のルーフ構造。
4. 前記第１のルーフパネルと前記第２のルーフパネルと前記吸音材とを含むレゾネータ空間部と、前記第２のルーフパネルに設けられた所定径の開口部とから構成されるレゾネータ部をさらに有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の自動車のルーフ構造。
5. 前記ロードノイズの周波数が、２５０Ｈｚ付近での空洞共鳴周波数であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の自動車のルーフ構造。

Images