(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流路を形成するダクト本体と、
該ダクト本体の所定部位でダクト本体の一部を構成し、ダクト壁の一般部と一体成形され且つその肉厚が一般部の肉厚より薄く形成されてなる膜状部と、
該膜状部の外周縁を取り囲んでダクト本体のダクト壁から外方へ盛り上り、該ダクト本体に一体成形される隆起部と、
該膜状部を覆うようにして該隆起部に被着される別体のキャップと、を具備し、
該膜状部が音波に対し共鳴振動をなし得るようにしたことを特徴とする低騒音ダクト。
【請求項２】
前記ダクト本体がエラストマー系材料で造られた請求項１記載の低騒音ダクト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両エンジンの燃焼室へ外気を導入する吸気ダクトや車両用空調ダクトとして用いられ、低騒音化に役立つ低騒音ダクトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車外低騒音化が求められるなか、例えば車両用吸気ダクトにおいてはこれまで様々な方法が採られてきた。その代表的な手法として、▲１▼ダクトに孔を穿設し、該孔を塞ぐようにしてグラスウール,発泡ウレタン,不織布等のシートを貼着して吸音する方法、▲２▼ダクト内で発生してしまう共鳴の減衰を狙った多孔質材（繊維,焼結品等）による気柱共鳴減衰方法（特開昭６２−８４５２５号等）、▲３▼ある特定の周波数帯の騒音をチャンバー内で乱反射減衰させる消音器（レゾネータ）による減衰方法などがあり、これらが単一或いは複合仕様で採用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記▲１▼〜▲３▼の方法には次のような問題があった。▲１▼のグラスウールはそのままでは吸気負圧による分散（バラバラに散ってしまう）が予想されるため、形状維持できるような後加工が必要となった。発泡ウレタンは基本的にエンジンルーム内に使用するのに不向きであった。一つに加水分解があり、止水用カバーが必要になってしまう。また熱劣化が起こりやすく耐久性に難があった。
前記▲２▼は騒音そのものを消すのではなく、ダクト長さからくる気柱共鳴による騒音増大をダクト管途中からその音圧を逃すことによって共鳴を減少させ、結果として低騒音化を狙う手法であり、騒音そのものを消音する構造をもたなかった。またレゾネータのごとく、特定の周波数帯のみを狙うことはできなかった。加えて、ホットエアの吸い込みなどの不具合も考えられる。さらに、▲１▼にもいえることであるが、連通多孔質材を使用しているため、吸気ダクト内へ塵やゴミを混入させる可能性があることからエアクリーナより吸い込み口側のいわゆる一次側吸気部品にしか使用できなかった。
前記▲３▼は基本的に大容量のチャンバが必要で、エンジンルーム内に大きな空間を確保しなければならず、また高コストになっていた。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するもので、ゴミ侵入等がなく、且つ設置スペースを殆ど必要とせずして低騒音化を実現し、吸気ダクトだけでなく空調ダクト等にも有用な低騒音ダクトを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、気体流路を形成するダクト本体と、  該ダクト本体の所定部位でダクト本体の一部を構成し、ダクト壁の一般部と一体成形され且つその肉厚が一般部の肉厚より薄く形成されてなる膜状部と、該膜状部の外周縁を取り囲んでダクト本体のダクト壁から外方へ盛り上り、該ダクト本体に一体成形される隆起部と、該膜状部を覆うようにして該隆起部に被着される別体のキャップと、を具備し、該膜状部が音波に対し共鳴振動をなし得るようにしたことを特徴とする低騒音ダクトにある。請求項２の発明たる低騒音ダクトは、請求項１で、ダクト本体がエラストマー系材料で造られたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明のごとく一般部と一体成形され且つその肉厚が一般部の肉厚より薄く形成されてなる膜状部が音波に対し共鳴振動をなし得るようにすると、膜共振によって減音できる。ダクト本体に孔を開けることなく、ダクト本体の一部の肉厚を薄くして膜状部を形成するだけで減音できるので、ダクト内にゴミ等の侵入がない。膜状部を覆うようにして隆起部に別体のキャップが被着されると、膜状部とキャップの底部との間に空気層厚みができるので、この空気層厚みを変えることによって狙いの周波数を吸収できるようになる。請求項２の発明のごとくダクト本体がエラストマー系材料で造られると、エラストマーの有する粘弾性特性によって吸音効果をより高めることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る低騒音ダクトについて詳述する。図１〜図７は本発明の低騒音ダクトの一形態で、図１はその全体斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図、図３は（イ）が図２のキャップの斜視図、（ロ）が（イ）とは別態様のキャップの斜視図、図４は図１とは別態様の低騒音ダクトの部分縦断面図、図５は所要スペースを対比計算するために用いたレゾネータの斜視図、図６は所要スペースを計算するために用いたキャップ付き膜状部の縦断面図、図７は低騒音ダクトにおける膜状部設置箇所の一例を示す縦断面図である。車両用吸気ダクトに適用する。
【０００８】
本実施形態の低騒音ダクトはダクト本体１と膜状部３と隆起部２４とキャップ４とを具備する。ダクト本体１は外気を取り入れる気体流路Ｏを形成した導管で、ダクト壁２１の肉厚がｔ１でほぼ全体を占める一般部２と、肉厚がｔ２でダクト壁２１の一部を占める膜状部３と、が一体成形で造られている。ここでのダクト本体１は吸気口からエアクリーナまでのエアクリーナ上流側ダクト本体とするが、エアクリーナからエンジンへ向かう二次側ダクト本体にも適用できる。符号２２は大気を導入する吸入部、符号２３はエアクリーナ側の接続部で、その外周面には適宜嵌合用シール材５（図７参照）が巻回される。
【０００９】
膜状部３は既述のごとくダクト本体１の所定部位で該ダクト本体１の一部を構成し、ダクト壁２１の一般部２と一体成形され且つその肉厚ｔ２が一般部２の肉厚ｔ１より薄く形成される部分である。ダクト本体１の成形においてダクト壁２１の一部を薄肉化して膜状部３が造られる。ここでの膜状部３は平面視で薄膜円板形にする。膜状部３は薄肉になりながらもダクト本体１に係るダクト壁２１の一部を担って、一般部２と共に気体流路Ｏを形成する。そして、膜状部３の所が０.５ｍｍ〜３ｍｍの厚みで薄く形成されることによって、音波に対し共鳴振動できるようになっている。膜状部肉厚ｔ２はあまり厚くなってしまうと振動しなくなるので、できるだけ薄肉化するのが好ましい。かといって、薄くしすぎると冷間時や熱老化時に膜が破れてしまう。材料の強度によってどれほど薄肉にできるか変わってくるが、例えばクロロプレンゴムを用いた場合は膜状部３の肉厚ｔ２を１ｍｍ〜３ｍｍ程度に設定する。
【００１０】
薄肉化した膜状部３が音波に対し共鳴振動できるよう、ダクト本体１（膜状部３，一般部２）の材質が選定される。その材質には例えば汎用ホースに用いられるＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム），ＣＲ（クロロプレンゴム），ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエン・ゴム），ＴＰＯ（オレフィン系熱可塑性エラストマー），ＴＰＥ（アミド系熱可塑性エラストマー），ＮＲ（天然ゴム）などが選定される。ＥＰＤＭ，ＣＲ，ＮＢＲ等のエラストマー系材料がより好ましいとされる。膜状部３、すなわちダクト本体１にエラストマー系材料が良い理由は、硬さに相当する弾性と粘っこさに相当する粘性が複合された粘弾性という物理的両方の特性を有して、分子運動による摩擦によってエネルギ損失が起こり、エネルギに効率良く変換されるからである。膜状部３の膜振動によって吸音効果を発揮することになるが、エラストマーの場合は、運動エネルギが加わると、それが変形し応力を取り去るとまた元に戻り、そしてその間に分子間に摩擦が生じ、熱エネルギにとって変えられる。この分子鎖の運動による摩擦エネルギの熱エネルギへの変換が騒音減衰のメカニズムであるとされている。こうしたことから、粘弾性的性質に優れ振動減衰能のあるエラストマー系材料が特に好ましくなる。
【００１１】
ダクト本体１に前記膜状部３を設定する位置（部位）は、ダクト内部音の圧力振幅の腹になる部分に設けられる。音波の吸収効果をより大きくするためであり、ヘルムホルツ型の消音器を設定するときと同様である。例えば、図７のようにダクト内径が一定で全長Ｚの直管からなる吸気ダクトでは、ダクト中央（端からＺ／２の距離）にダクト内部音の圧力振幅の腹になる部分ができるので、このダクト中央に膜状部３が設けられる。そして、今度はダクト中央とエアクリーナ接続部（吸入部）の地点を圧力振幅の節とし、それらの中間点（端からＺ／４の距離）に圧力振幅の腹になる部分ができるので該中間点に膜状部３が設定される。そうすれば、圧力振幅の腹がさらに解消して音圧レベルを低下させることができるようになる。本実施形態は図１，図２のごとくダクトのほぼ中央に膜状部３を設ける。
【００１２】
隆起部２４は、ダクト本体１の成形時に、前記膜状部３の外周縁を取り囲んでダクト本体１のダクト壁２１から外方へ盛り上るようにして造った部分である。隆起部２４は図１，図２のごとくの筒状体２４ａになっている。隆起部２４はダクト１の一部分に膜状部３を形成することによってそこが薄肉化されるので、剛性を確保するために設けられる。ここでの隆起部２４はさらにキャップ４を保持する役目も担っている。膜状部３の周囲を囲むようにしてダクト壁２１の外方へ盛り上る筒状体２４ａが形成され、その先端に外付きフランジ２４１が設けられる。符号２５は筒状体２４ａの基端部に形成されたアンダーカット部分の凹所を示す。
【００１３】
かくのごとく、前記隆起部２４を備えた一般部２と前記膜状部３とが一体になって気体流路Ｏを形成するダクト本体１は、例えば膜状部３の薄肉を確保するためにゴム系インジェクション成形によって造ることができる。ゴム系インジェクション成形では、材料を自動供給，予熱可塑化したものを自動計量し、型締めされた金型内に射出し、予め設定してある所定加熱時間で加硫製品が得られる。
ところで、ダクト本体１は成形品として見たとき、アンダーカット部分の凹所２５が存在する。樹脂成形ではアンダーカットがある場合、アンダーカット部分をスライドさせるなどして脱型しなければならないが、ゴム系インジェクション成形においてはゴムの性質を利用して無理抜きによって脱型できる。ダクト本体１のダクト壁２１の曲がっている部分についてもゴムの特性を生かして無理抜きやエアを吹き込ませたりしてその成形品を膨張させて脱型できるようになる。
なお、ゴム，エラストマーの有する弾性変形に比べ、熱可塑性エラストマーの弾性変形の融通性には限界があり、無理抜きによるアンダーカット処理に一定の制限がある。前述した吸音効果の観点に加え、斯る点からも、ダクト本体１の材料はＥＰＤＭ，ＣＲ，ＮＢＲ等のゴム，エラストマー系材料がより好ましいとされる。
【００１４】
キャップ４は前記膜状部３を覆うようにして前記隆起部２４に被着される別体の有底筒体である。キャップ４は膜状部３に覆着することによって膜状部３とその背後の底部４２との間に空気層Ｌを確保するための部品であり、金属,樹脂又は複合材料等で造られ所定剛性を有している。本実施形態で用いるキャップ４は図３（イ）のような有底円筒状体である。キャップ４の開口側を膜状部３に対向させ、隆起部２４の円筒壁内にキャップ４を押し込むようにして該キャップ４が隆起部２４に被着される。キャップ４の開口縁には突起４３が形成されており、キャップ４が隆起部２４に被着されると突起４３が凹所２５に嵌合しキャップ４が固定保持される。さらに、必要に応じ筒状体２４ａの外周面からワイヤークランプ６等で締結することによってキャップ４を隆起部２４に確実に被着保持される。符号６１はクランプ具，符号６２はワイヤを示す。前記突起４３に代え、図３（ロ）のような鍔４４にすることもできる。  また、キャップ４は隆起部２４に被着されることによって膜状部３が破れたり損傷したりするのを保護する。車両用吸気ダクトや車両用空調ダクトでは、走行中の小石等が飛び跳ね膜状部３を破る可能性があり、一旦破れると膜状部３による騒音減衰機能を失ってしまう。キャップ４が膜状部３を守って安定した吸音性能を発揮させる。
【００１５】
キャップ４が隆起部２４に被着されると膜状部３の背後に空気層厚みＬができる。膜状部３の共振による消音機構を考えた場合、共振周波数は理論的には膜状部３の面密度Ｍ（ｋｇ／ｍ２）と背後の空気層厚みＬの積（Ｍ×Ｌ）の平方根に反比例する。したがって、膜状部３の膜厚ｔ２と空気層厚みＬを適当に設定することで狙いの周波数を吸収できるようになる。さらに、レゾネータに比べてその設置スペースが少なくて済む。
【００１６】
例えば、図５のようなレゾネータで周波数ｆ＝２００Ｈｚの共鳴を考えると、
ｆ＝（ｃ／２π）｛πｒ２／Ｖ（Ｌ＋０．８×２ｒ）｝１／２  …（１）
となり、（１）式に音速値であるｃ＝３４０［ｍ／ｓｅｃ］，ｒ＝１７.５×１０−３［ｍ］,Ｌ＝２５×１０−３［ｍ］,ｆ＝２００［Ｈｚ］を代入して、Ｖ＝１.３３×１０−３［ｍ３］＝１３３３［ｃｍ３］を得、仮に図５（ロ）のごとくａ×ｂが１０ｃｍ角の角柱とすると高さｃは１３.３ｃｍ弱必要になる。
これに対し、図６（図２）のような膜状部３で周波数ｆ＝２００Ｈｚの共鳴を考えると、
ｆ＝（ｃ／２π）（ρ／ＭＬ）１／２  …（２）
となる。ここで、空気の密度ρ＝１.２ｋｇ／ｍ３,面密度Ｍ［ｋｇ／ｍ２］,空気層の厚み［ｍ］である。膜状部３の厚みが１［ｍｍ］のとき、比重を１.１５として面密度Ｍ＝１.１５［ｋｇ／ｍ２］となり、これを（２）式に代入すればＬ＝７６.５［ｍｍ］が得られる。膜状部３の厚みが２［ｍｍ］ならばＬ＝３８.３［ｍｍ］が得られ、膜状部３の厚みが３［ｍｍ］ならばＬ＝２５.５［ｍｍ］が得られる。かくのごとく、膜状部３によった場合はレゾネータに比べて設置スペースを小さくできる。
【００１７】
（２）式から判るように、膜状部３の面積は共振周波数とかかわりがない。しかし、その面積が大きくなればなるほど減音量が増すので、ダクトの強度が確保できる範囲で膜状部３の面積は大きく設置するのが好ましい。
【００１８】
ところで、（２）式の膜共振において、前述のごとく共振周波数は理論的に膜状部３の面密度Ｍ（ｋｇ／ｍ２）と背後の空気層厚みＬの積（Ｍ×Ｌ）の平方根に反比例する。しかし、ある一定の周波数以下、つまり膜状部３の面密度Ｍを一定とすれば所定の空気層以上では共振周波数の実測値はほぼ一定となり、理論式との差が大きくなっていく。斯る現象のため、数値的には１６０Ｈｚ以上の周波数に適し、この機構は低周波数域の消音には向かないことになる。反対に、背後の空間層Ｌを確保しなくても、ある特定の周波数で膜状部３が共鳴し、ダクト内部の音波を吸収できることになる。こうしたことから、前記キャップ４は膜状部３が破れたり損傷したりするのを保護する保護キャップとし、図３（ロ）のような透孔４１１（或いは網目）を設けた筒状体２４ａにすることができる。
【００１９】
さらに発展させて、キャップ４のない図４のような低騒音ダクトにすることができる。図４の低騒音ダクトでは膜状部厚みｔ２、膜状部３の形状等が狙いの周波数によって適宜設定されることになるが、図１,図２の低騒音ダクトと同様、厚みｔ２に関しては一定の制約を受ける。なお、図４の低騒音ダクトはダクトの一部が膜状部３によって薄肉化されるので、剛性を確保すべく膜状部３の外周縁に補強用リブ２４ｂたる隆起部２４を設けるのが好ましい。
【００２０】
このように構成した低騒音ダクトはダクト本体１の一部の肉厚を薄くして膜状部３を形成して、この膜状部３を音波に対し共鳴振動させるようにして減音するので、前記（２）式を適用できレゾネータ等の他の消音器と比較して小型化が可能になる。そして、１６０Ｈｚ以上の周波数の騒音低減に威力を発揮する。
また、ダクト本体１はその一部を薄肉化して膜状部３とするだけでありダクト壁２１に孔が開いていないので、従来技術▲１▼のごとくダクト本体１に孔を開けて通気性グラスウール等の吸音材を貼着したり、従来技術▲２▼のダクト本体１に多孔質材を用いたものと違ってエンジン内部に塵やゴミが入り込む心配がない。したがって、エアクリーナとエンジン間の吸気ダクト等にも用いることができる。エンジン室の熱いホットエアを吸い込む虞もない。
そして、キャップ４が膜状部３を覆うようにして取り付けられれば、膜状部３が自動車走行中等における飛び跳ねる小石,砂利等によって破られる危険性を該キャップ４が守って解決するので、長期安定して減音対策を講じることができる。前記▲１▼,▲２▼の多孔質材を使った場合に起き易い目詰まりの問題もない。
加えて、ダクト本体１を構成する膜状部３と一般部２とは一体成形で造られるので製造が楽で低コスト化が可能であり、さらに同じ材質で造られることからリサイクルが容易になる。膜状部３（ダクト本体１）にエラストマー材料を使用すると、エラストマー材料の粘弾性特性が吸音効果を発揮し、振動減衰能をより高めることができる。
【００２１】
尚、本発明においては、前記実施形態に示すものに限られず、目的，用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。ダクト本体１,一般部２,膜状部３,キャップ４等の形状，大きさ，それらの材質等は用途に合わせて適宜選択できる。実施形態は吸気ダクトに適用したが、車両用空調ダクト等にも適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上ごとく、本発明に係る低騒音ダクトはゴミ侵入等がなく、設置スペースを小さくし且つ騒音低減を選択的に可能するなど優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低騒音ダクトの一形態で、その全体斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】（イ）が図２のキャップの斜視図、（ロ）が（イ）とは別態様のキャップの斜視図である。
【図４】図１とは別態様の低騒音ダクトの部分縦断面図である。
【図５】所要スペースを対比計算するために用いたレゾネータの斜視図である。
【図６】所要スペースを計算するために用いたキャップ付き膜状部の縦断面図である。
【図７】低騒音ダクトにおける膜状部設置箇所の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１        ダクト本体
２        一般部
２１      ダクト壁
２４      隆起部
３        膜状部
４        キャップ
ｔ１,ｔ２    肉厚
Ｏ        気体流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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