KR20100051809A - 음향 배플 - Google Patents

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KR20100051809A
KR20100051809A KR1020107002998A KR20107002998A KR20100051809A KR 20100051809 A KR20100051809 A KR 20100051809A KR 1020107002998 A KR1020107002998 A KR 1020107002998A KR 20107002998 A KR20107002998 A KR 20107002998A KR 20100051809 A KR20100051809 A KR 20100051809A
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쟝-루끄 워토위키
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헨켈 아게 운트 코. 카게아아
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Abstract

차량 공동을 밀봉하기 위한 열팽창성 배플로서, 상기 배플은 외주 (23) 및 그 외주의 대부분을 따라 열팽창성 재료의 스트랜드 (25) 를 갖는 캐리어 판 (21) 을 포함하고, 상기 스트랜드는 열팽창성 재료에 의해 덮이지 않는 캐리어 판의 중앙 구획을 한정하며, 상기 외주는 그 외주에 의해 제한되는 평균 면 (27) 을 규정하고, 상기 캐리어 판의 중앙 구획 (22) 은, 평균 면으로부터 가장 먼 거리에 있는 중앙 구획상의 지점이 캐리어 판의 최대 직선 길이의 적어도 5 % 인 평균 면으로부터의 거리 (h) 에 놓이도록 평균면으로부터 멀어지게 구부러지고/지거나 상기 중앙 구획은 집중 질량 분포를 갖는 열팽창성 배플.

Description

음향 배플{ACOUSTIC BAFFLE}
본 발명은 차량의 구조 부품의 공동 (cavity) 에 사용되는 음향적으로 유효한 밀봉 배플에 관한 것이다.
현대식 차량 컨셉과 차량의 구조적 디자인은, 습기와 오염물질이 해당 보디 부품의 내측으로부터 부식을 발생시킬 수 있기 때문에, 습기와 오염물질의 진입을 방지하기 위해 밀봉되어야 하는 다수의 공동을 갖는다. 무거운 프레임 구조가 이른바 "공간 프레임 (space frame)" 으로 대체되는 현대식 자체지지 보디 구조의 경우에 특히 그러하다. 공간 프레임의 경우, 조립식 중공 구획들로 이루어지고 경량이며 구조적으로 중실인 차대 (chassis) 가 이용된다. 그러한 구조는, 특정 시스템에 따라, 습기와 오염물질의 침입에 대해 밀봉되어야 하는 다수의 공동을 갖는다. 이들 공동은, 지붕 구조, 지붕 레일, 펜더 (fender) 의 일부 또는 문지방 (sill) 을 지지하는 위쪽으로 연장된 A-, B- 및 C-필러 (pillar) 를 포함한다. 그리고, 이들 공동은 불쾌한 차량 주행 소음과 바람 소음 형태의 공기전파음 (airborne sound) 을 전달한다. 그러므로, 이러한 밀봉 조치는 소음을 감소시키고 차량의 운행 안락성을 향상시키는데 기여한다.
차의 조립시, 공동을 포함하는 이러한 프레임 부품과 보디 부품은 폐쇄된 중공 구획을 형성하도록 용접 및/또는 점착성 본딩 (bonding) 에 의해 나중에 결합되는 절반셸 (half-shell) 부품으로부터 조립된다. 본 명세서에서, 결합 후의 그러한 절반셸 부품을 "서로 연결된 벽" 으로 부르며, 이 서로 연결된 벽은 둘러싸인 중공 구획 ("공동") 을 둘러싼다. 따라서, 이러한 종류의 구조의 경우, 차체의 흰색 ("보디 숍 (body shop)") 상태의 초기 보디의 공동에 용이하게 접근가능하므로, 밀봉 및 음향 감쇠 배플 부품 (때때로 "필러 충전재" 또는 "공동 충전재 인서트" 로 불림) 은, 기계적 현수 (hanging) 에 의해, 적절한 유지 장치, 보어에의 삽입에 의해, 또는 공동 벽에의 접착이나 용접에 의해, 보디 구성의 이러한 초기 단계에 고정될 수 있다.
가장 현대식인 배플은 지지 부재 또는 캐리어 (carrier) 에 배치되는 밀봉 재료를 포함하도록 설계된다. 캐리어는, 그 형상이 밀봉될 공동의 형상에 유사하도록, 경질 플라스틱과 같은 강성 재료로 제조되는 것이 일반적이다. 캐리어/밀봉 재료 조합은 캐리어가 공동에 삽입되도록 구성된다. 전형적으로, 밀봉 재료는 공동에 삽입된 후 팽창 (또는 "발포") 하도록 (열적으로 또는 화학적으로) 활성화되므로, 밀봉 재료는 공동의 벽과 함께 시일 (seal) 을 형성한다. 따라서, 팽창된 밀봉 재료는 캐리어와 공동의 벽 사이에 기밀 시일을 형성한다.
WO 99/37506 에는, 편평한 지지 부재 및 밀봉 부재를 포함하는 공동 밀봉 물품이 기재되어 있으며, 여기서의 밀봉 부재는, 긴밀한 (intimate) 접촉으로 지지 부재를 둘러싸며 지지 부재와 동일 평면을 이루는 발포성 중합체를 포함한다. 발포성 중합체는, 긴밀한 접촉을 하며 지지 부재와 동일 평면을 이루는 적어도 2 개의 층을 포함한다. 밀봉 부재의 최외부 층은 비가교 발포성 중합체를 포함하고, 내부 층은 가교 발포성 중합체를 포함한다.
WO 00/03894 A1 에는, 공동의 미리 결정된 단면에서 차체의 공동을 밀봉하기 위한 경량의 팽창성 배플이 개시되어 있다. 이 배플은, 공동의 단면의 형상에 일반적으로 대응하지만 그 형상보다 더 작은 형상의 외주를 갖는 강성 지지판을 포함한다. 상기 배플은 강성 지지판의 외주에 설치되는 열팽창성 밀봉 재료를 포함하며, 강성 지지판은 밀봉 재료가 팽창하는 활성화 온도 범위를 갖는다. 지지판은 밀봉 재료의 활성화 온도 범위보다 더 높은 녹는점을 갖는 재료로 형성된다. 밀봉 재료가 활성화되면, 밀봉 재료는 강성 지지판으로부터 반경방향으로 팽창하여, 강성 지지판과 공동 벽 사이의 단면 공동을 채운다.
WO 01/83206 A1 에는, 공동을 통한 음향 전달을 감쇠하고 구조 부재의 길이방향 축선을 가로지르는 방향으로 강화를 제공하기 위해, 구조 부재의 공동 내에서 사용되는 조합된 배플과 강화 어셈블리가 개시되어 있다. 조합된 어셈블리는 내부 영역, 가장자리 림 (marginal rim), 및 바람직하게는 구조 부재의 벽에 있는 대응 구멍에의 삽입에 적합한 클립 형태의 부착 부재를 포함하는 합성 캐리어를 포함한다. 캐리어는 캐리어의 외주 주위에 연장된 강화 재료의 연속적인 밴드 (band) 에 의해 제한된다. 캐리어의 가장자리 림은 베이스 벽 및 표면에 열팽창성 재료를 수용하기 위한 지지 플랜지를 포함할 수 있다.
WO 01/71225 에는, 자동차의 공동을 밀봉하기 위한 팽창성 배플 부품이 기재되어 있다. 이 부품은 e-코트 베이크 오븐 (e-coat bake oven) 의 온도에서 팽창할 수 있는 열팽창성 밀봉 재료를 포함한다. 더욱이, 배플 부품은, 열팽창이 개시될 때까지 공동의 미리 결정된 지점에 열팽창성 재료를 위치시키고 고정하는 지지부를 포함한다. 또한, 지지부는, 부품을 끼워맞추기 위해 중공 공간 구조의 대응 보어 또는 개구에 압력 하에서 삽입되는 적어도 하나의 클립 또는 스탭작용 또는 플러그인 장치를 갖는다.
종래 기술에 따른 배플에서, 열팽창성 밀봉 재료를 위한 캐리어는 일반적으로 판형이고 편평하다. 배플은 캐리어의 면이 공동의 길이방향 축선에 수직하게 놓이도록 길이방향 공동에 삽입되므로, 공동이 배플에 의해 양분된다.
배플과는 달리, US 4901395 에는, 칸막이 벽의 개구에 설치를 위한 그로밋 (grommet) 으로서, 기다란 부재를 칸막이 벽을 통해 전달하기 위한 관통 개구를 갖는 엘라스토머 보디를 포함하는 그로밋이 기재되어 있는데, 이 그로밋은,
- 칸막이 벽 개구의 직경보다 더 작은 직경을 갖는, 축선방향으로 연장된 중심 관형부;
- 칸막이 벽 개구로의 중심 관형부의 삽입 정도를 제한하기 위한, 칸막이 벽 개구의 직경보다 더 큰 직경을 갖고 중심 관형부와 일체를 이루는 플랜지부;
- 플랜지부로부터 축선방향으로 간격을 가지며 중심 관형부와 일체를 이루는 유지 수단으로서, 중심 관형부의 직경보다 더 큰 자유 상태 치수를 갖고, 칸막이 벽 개구를 통한 관형부의 삽입을 허락한 후, 자유 상태 조건으로 복귀되어 칸막이 벽에 대해 느슨한 끼워맞춤 관계로 그로밋을 유지할 수 있는 유지 수단; 및
- 그로밋에 의해 운반되는 열팽창성 재료로 이루어진 환형 링으로서, 미리 결정된 열 조건의 발생에 따라 팽창되어, 그로밋과 칸막이 벽 사이의 공간을 채우고, 이로써 칸막이 벽 개구를 밀봉하는 환형 링을 포함한다.
이 그로밋은, 그로밋이 상호연결 벽들에 의해 형성되는 (본질적으로 3차원인) 통상적인 길이방향 공동을 밀봉하는 것이 아니라 벽의 (본질적으로 2차원인) 구멍을 밀봉하도록 구성된다는 측면에서, 본 발명의 배플과 상이하다. 그로밋은 캐리어 판 (편평한 물체임) 을 포함하지 않지만, 본질적으로 3차원 물체이다. 팽창성 재료는 배플의 경우처럼 판의 외주를 따라 배치되지 않지만, 본질적으로 그로밋의 가장 얇은 구획 주위에 위치된다. 열팽창성 재료를 팽창시키기 전에 배플을 고정하기 위해 공동의 벽에 패스너 (fastener) 가 침입할 가능성을 제외하면 배플은 본질적으로 밀봉되는 공동 내부에 있는 반면, 그로밋은 밀봉되는 개구보다 더 큰 적어도 하나의 플랜지부를 갖는다.
먼지, 물, 일산화탄소의 진입에 대해 그리고 어느 정도의 소음에 대해 차체 공동을 밀봉하기 위해 전술한 배플이 성공적으로 채용될 수 있지만, 강화된 음향 억제 성능을 갖는 향상된 배플에 대한 요구가 존재한다.
본 발명에 의해 제공되는 이러한 문제의 해결책이 청구항에 기재되는데, 본질적으로, 서로 연결된 벽들에 의해 형성되는 차량 공동을 밀봉하기 위한 열팽창성 배플로서, 열팽창성 재료를 팽창시키기 전에 그 배플을 고정하기 위해 공동의 벽에 패스너가 침입할 가능성을 제외하면 본질적으로 밀봉되는 공동의 내부에 고정되며, 상기 배플은 외주 및 그 외주의 대부분을 따라 열팽창성 재료 ("열적 팽창성 재료" 또는 "발포성 재료" 로도 불림) 의 스트랜드를 갖는 캐리어 판을 포함하고, 상기 스트랜드는 열팽창성 재료에 의해 덮이지 않는 캐리어 판의 중앙 구획을 한정하며, 상기 외주는 그 외주에 의해 제한되는 평균 면을 규정하고, 상기 캐리어 판의 중앙 구획은, 평균 면으로부터 가장 먼 거리에 있는 중앙 구획상의 지점이 캐리어 판의 최대 직선 길이의 적어도 5 % 인 평균 면으로부터의 거리에 놓이도록 평균면으로부터 멀어지게 구부러지고/지거나 상기 중앙 구획은 집중 질량 분포를 갖는 열팽창성 배플을 제공하는 것으로 구성된다. 바람직하게는, 열팽창성 재료의 스트랜드가 캐리어 판의 외주의 적어도 80 %, 더 바람직하게는 90 % 를 따라 배치된다. 통상적으로, 열팽창성 재료의 스트랜드는 캐리어 판의 외주 전체를 따라 배치된다.
바람직하게는, 배플은 외주를 따라 열팽창성 재료의 스트랜드를 유지하는 지지 구조를 포함한다.
자동차의 공동은 서로 연결된 벽들 (예컨대, 서로 접합된 2 개의 조립된 절반셸) 에 의해 형성되고, 통상적으로 똑바르거나 구부러진 채널 형태의 3차원 연장부를 갖는다. 그러한 공동의 예로, 차량의 필러 또는 다른 지지 프레임 내 중공 공간이 있다. 도 1 은, 배플 (30) 이 차체의 공동 내에 설치될 수 있는 몇몇 위치를 보여준다. 시트의 (본질적으로 2차원인) 구멍은 본 발명에 있어서의 공동이 아니다. 열팽창성 재료를 팽창시키기 전에 배플을 고정하기 위해 공동의 벽에 패스너가 침입할 가능성을 제외하면, 배플은 본질적으로 완전히 공동의 내부에 위치된다. US 4901395 에 기재된 그로밋과 달리, 배플 전체에 비해 작은 패스너를 제외하면 배플이 본질적으로 완전히 공동의 내부에 끼워맞춰져야 하므로, 배플은 밀봉되는 "개구" 보다 더 큰 직경의 플랜지부를 갖지 않는다.
판은, 최대 길이 방향에서의 구조물의 길이의 10 % 이하이고 "수직의 판 축선" 에 수직한 방향에서의 구조물의 최소 폭의 25 % 이하인 최소 연장 방향 ("수직의 판 축선" 이라 함) 에서의 두께를 갖는 구조물로서 정의된다. 판은, 판에서 돌출할 수 있는 지지 구조를 제외하고는 편평한 것이 이상적이다. 그렇지만, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 캐리어 판의 중앙 구획은 아치형 (vaulted) 또는 "보울형 (bowl-like)" 구조를 형성하도록 구부러지므로, 판은 볼록한 "상부" 및 오목한 "하부" 표면을 갖는다. 이러한 구부러진 또는 아치형 구조 대신에 또는 그와 함께, 판은 집중 질량 (lumped mass) 분포를 나타낼 수 있다. 이는, 판의 질량이 균일하게 분포되지 않고, 질량의 일부가 1 이상의 선택된 지점 주위에 집중되는 것을 의미한다. 특히, 질량은 판의 무게중심 주위에, 또는 판이 구부러진 경우에는, 판 구조물의 무게중심에 가장 가까운 판 표면상의 지점 주위에 집중될 수 있다. US 4901395 에 기재된 그로밋은 판이 아니라, 3차원 물체이다.
캐리어 판의 외주에 의해 형성되는 평균 면 (mean plane) 은 캐리어 판의 외주에 있는 6 개의 지점을 지나는 최소 제곱 면 (least squares plane) 으로서 정의되는데, 이 6 개의 지점 중 2 개의 지점는 캐리어 판의 가장 긴 부분에 놓인 선의 양끝에 위치되고, 나머지 4 개의 지점은 2 개의 다른 선 (판의 가장 긴 부분에 놓인 선과 60°및 120°의 각도를 이루며 이 선의 중점 (midpoint) 을 지나는 2 개의 선) 이 캐리어 판의 외주와 교차하는 곳에 위치된다. 6 개의 지점을 지나는 최소 제곱 면은, 그 면으로부터 각 지점까지의 수직 거리의 제곱의 합계가 최소가 되도록 배향된 면이다. 평균 면의 정의에 지지 구조를 제외한 단지 캐리어 판만 고려된다. 평균 면을 정의하는 6 개의 지점은 캐리어 판의 두께 절반에서 캐리어 판의 외주에 위치되는 것으로 간주된다. 이를 도 2 에 개략적으로 나타내었다. 선 A-A' 이 캐리어 판 (21) 의 가장 긴 부분에 놓여 있다. 선 B-B' 및 선 C-C' 은, 각각 60°의 각도를 이루면서 선 A-A' 의 중점을 지난다. 캐리어 판 (21) 의 평균 면은 캐리어 판의 외주 (23) 에 있는 6 개의 지점 (A, B, C, A', B', C') 을 지나는 최소 제곱 면이며, 이 면은 판의 두께 절반에 놓인 것으로 간주된다.
캐리어 판의 외주 전체가 하나의 면에 놓이는 것이 이상적이지만, 특별한 것은 아니다. 이 경우, 캐리어 판의 외주 (23) 상의 6 개의 지점 (A, B, C, A', B', C') 도 모두 이 면에 놓이고, "평균 면" 은 캐리어 판의 외주 전체를 포함하는 면이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 캐리어 판의 중앙 구획은 아치형 또는 "보울형" 구조를 형성하도록 구부러지므로, 판은 볼록한 "상부" 및 오목한 "하부" 표면을 갖는다. "상부" 표면은 평균 면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 표면이고, "하부" 표면은 평균 면을 향하는 표면이다. 따라서, 구부러진 캐리어 판의 하부 표면에 의해 그리고 평균 면에 의해 제한되는 공극 (void) 체적이 규정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 캐리어 판의 중앙 구획은, 평균 면으로부터 가장 먼 거리를 갖는 중앙 구획의 지점이 캐리어 판의 최대 직선 길이의 적어도 5 % 이상 50 % 이하인 평균 면으로부터의 거리에 놓이도록 평균 면으로부터 멀어지게 구부러진다. 그 결과, 캐리어 판이 모든 곳에서 본질적으로 동일한 두께를 갖는다면, 아치형 구조가 형성된다.
도 3 은, 외주 (23) 를 갖는 캐리어 판 (21) 을 구비한 배플의 3 개의 실시형태의 단면을 보여주는데, 캐리어 판 (21) 은 외주를 지나는 평균 면 (27) 으로부터 멀어지도록 구부러져 있으므로, 평균 면 (27) 으로부터 가장 먼 거리를 갖는 캐리어 판의 중앙 단면상의 지점 (22) 이 평균 면 위로 거리 ("높이") h 에 위치된다. 이 거리 h 를 이용하여, "곡률 비 (curvature ratio)" c 가 다음과 같이 정의될 수 있다. 먼저, "유압 (hydraulic) 반경" 또는 "등가 반경" R 이 정의된다. 이는 "평균 면" 에서 돌출된 캐리어 판의 중앙 구획과 동일한 표면적을 갖는 (이론적인) 원의 반경이다. 본 발명에 있어서 "곡률 비" 는 캐리어의 중앙 구획이 편평한 것으로부터 벗어난 정도의 척도이고, 분수 h/R, 즉 평균 면으로부터의 최대 높이 h 나누기 유압 반경 R 로 정의된다. 편평한 배플의 경우, 이 "곡률 비" c 는 0 이 되고, 원형 외주 및 반구 형상을 갖는 배플의 경우, 곡률 비 c 는 1 이 된다. 곡률 비 c = h/R 의 바람직한 범위는 0.05 ∼ 0.5, 더 바람직한 범위는 0.2 초과이다.
열팽창성 재료 (25) 의 스트랜드를 유지하기 위해, 다른 종류의 지지 구조 (26) 가 캐리어 판 (21) 에 일체로 성형된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 캐리어 판의 중앙 구획은 불균일한 ("집중") 질량 분포를 갖는다. 이는 캐리어 판의 두께가 위치에 따라 상이하다는 것을 의미한다. 특히, 캐리어 판의 중앙 구획이, 중앙 구획의 무게중심에 위치되는, 또는 중앙 구획의 무게중심이 판의 외부에 위치된다면, 중앙 구회의 무게중심에 가장 가까운 판의 지점에 위치되는 집중 질량 분포 (즉, 가장 두꺼운 두께) 를 갖는다.
본 발명에 있어서 "집중 질량 분포" 는 캐리어 판의 중앙 구획의 질량의 불균일한 분포로 정의된다. 바람직한 실시형태에서, 캐리어 판의 중앙 구획의 총 질량의 2 % ∼ 50 %, 바람직하게는 5 % ∼ 10 % 가 캐리어 판의 중앙 구획에 "집중" (응집) 된다. 이는, 평균 두께보다 더 두꺼운 두께를 갖는 캐리어 판의 중앙 구획의 그러한 부분의 질량이 캐리어 판의 중앙 구획의 질량 분포가 균일한 경우보다 2 % ∼ 50 %, 바람직하게는 5 % ∼ 10 % 더 많은 것을 의미한다.
캐리어 판은 금속 또는 바람직하게는 열가소성 물질 (thermoplastics) 로 형성될 수 있으며, 그 경우 열가소성 물질은 선택적으로 섬유 강화될 수 있다. 바람직한 열가소성 물질은, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리옥시프로필렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 열가소성 물질은 열팽창성 재료의 팽창 온도보다 더 높은 녹는점을 가져야 한다. 선택적으로 지지 구조를 포함하는 캐리어 판은 바람직하게는 사출 성형에 의해 제조된다. 바람직한 실시형태에서, 열가소성 캐리어 판 및 열팽창성 재료는 동일한 주사 성형 유닛에서 하나의 공압출 프로세스나 순차적인 압출 프로세스로 형성된다.
다른 바람직한 실시형태에서, 배플은 공동에서 배플을 고정하기 위한 적어도 하나의 부착 부재 또는 패스너를 포함한다. 본 기술분에에서 공지된 장치 중, 구조 부재 공동의 내부 벽에 팽창성 재료에 맞닿은 캐리어를 고정시킬 수 있는 임의의 장치가, 본 발명의 배플이나 공동 충전재 인서트에서 부착 부재로서 이용될 수 있고, 특정 디자인의 선택은 특히 중요한 것으로 생각되지 않는다. 예컨대, 부착 부재는 구조 부재의 개구에서의 고정 수용을 위해 구성된 2 이상의 탄성 편향가능한 바브 (barb) 를 포함할 수 있다. 각 바브는, 후크를 형성하도록 섕크에 대해 각도를 가지며 돌출한 유지 피이스에 맞닿는 섕크를 포함할 수 있다. 그러한 부착 부재는, 작은 힘을 가하면서, 공동 벽 개구에 삽입되고, 바브가 함께 그리고 서로를 향해 가역적으로 구부러지게 된다. 바브는 개구를 통해 전달된 후, 서로에게서 떨어져서 표준 (normal) 위치로 되돌아간다. 이로 인해, 유지 피이스가 개구의 외주 쥐위에서 구조 부재 벽의 외부 표면과 맞물릴 수 있고, 이로써 부착 부재가 개구를 통해 용이하게 제거되는 것이 방지되고, 공동 충전재 인서트가 공동 내에 고정된다. 배플이 쉽게 변위되는 것을 방지하기 위해 이런 식으로 배플을 고정하는 것은, 매우 바람직한데, 그 이유는, 그렇지 않은 경우, 팽창성 부재의 가열 및 활성화 전에 차량의 조립 동안 구조 부재가 통상적으로 겪게 되는 핸들링으로 인해, 배플이 공동 내 원하는 위치에 더 이상 적절히 위치되지 않는 경향이 있기 때문이다.
예컨대, 여러 각진 플랜지와 함께 기다란 부분을 갖는 "크리스마스 트리"형 패스너 (일반적으로 탄성 플라스틱으로 제조됨) 를 포함하는 다른 종류의 부착 부재도 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 공동 충전재 인서트 또는 배플은 하나의 부착 부재, 또는 동일한 종류 또는 다른 종류의 복수의 부착 부재를 가질 수 있다.
일반적으로, 부착 부재는 배플로부터 반경방향으로 돌출하고, 일반적으로 배플의 평균 면에 평행하거나 배플의 평균 면에 있을 수 있다. 바람직하게는, 부착 부재 (패스너) 는 캐리어 판과 동일한 재료로 이루어지고, 동일한 사출 성형 단계에서 캐리어 판과 함께 일체로 성형된다. 열팽창성 재료는 통상적으로 패스너의 기부 (basis) (캐리어 판과의 연결을 형성하는 패스너의 구획) 를 둘러싸도록 배치되므로, 패스너가 삽입된 캐리어 벽의 개구가 팽창 및 경화되는 열팽창성 재료에 의해 폐쇄 및 밀봉된다.
열팽창성 재료는, 예컨대 에틸렌/비닐아세테이트 공중합체 (EVA), 중합에 의해 비례적으로 혼입된 (메트)아크릴산을 선택적으로 포함하는 (메트)아크릴레이트 에스테르와 에틸렌의 공중합체, 부타디엔 또는이소프렌과 스티렌의 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체 또는 이들의 수소화 생성물로 이루어질 수 있다. 블록 공중합체는 또한 SBS, SIS 타입의 tri-블록 공중합체 또는 그의 수소화 생성물, SEBS 또는 SEPS 일 수 있다. 그리고, 중합체 조성물은 가교제, 커플링제, 가소제 및 다른 보조 물질과 첨가제를 또한 포함할 수 있다.
충분한 발포 성능 및 팽창성을 달성하기 위해, 이 중합체 조성물은 블로잉제 (blowing agent) 를 또한 포함할 수 있다. 원리적으로, 예컨대, 분해의 결과로 가스를 방출하는 "화학적 블로잉제" 또는 중공 비드를 확장시키는 "물리적 블로잉제" 와 같은 모든 공지된 블로잉제가 블로잉제로서 적합하다. 화학적 블로잉제의 예로는, 아조비스이소부티로니트릴, 아조디카본아미드, 디나이트로소 펜타메틸렌사아민 (dinitroso pentamethylenetetramine), 4,4'-옥시비스(벤젠술폰산 하이드라지드), 디페닐술폰-3,3'-디술포하이드라지드, 벤젠-1,3-디술포하이드라지드, p-톨루엔 술포닐세미카바자이드가 있다. 물리적 블로잉제의 예로는, 예컨대, Pierce & Stevens 사의 상품명 "Dualite®" 및 Casco Nobel 사의 상품명 "Expancel®" 으로 상업적으로 입수가능한 것과 같이, 폴리비닐리덴-클로라이드 공중합체 또는 아크릴로니트릴/(메트)아크릴레이트 공중합체에 기초한 팽창성 플라스틱 중공 마이크로비드가 있다. 바람직하게는, 열팽창성 재료는 120 ℃ 초과 200 ℃ 미만의 활성화 온도를 갖는다.
일반적으로, 열적 팽창성 재료는 U자형 부분의 개방 측으로부터 돌출하는 반면, 일반적으로, 열적 팽창성 (열팽창성) 재료는 캐리어 판을 완전히 둘러싸고 바람직하게는 지지 구조를 형성하는 U자형 경계 또는 반경방향 그루브 내에 위치된다. 그러나, L자형 지지 구조도 또한 가능하다. 지지 구조에 대한 비제한적인 3 개의 다른 예가 도 2 에 도시되어 있다.
팽창 및 경화된 형태에서, 열팽창성 재료는 0.2 내지 1 이상의 손실 인자 (또는 감쇠 인자) 를 갖는 것이 바람직하다. 손실 인자 (종종 구조적 내인성 감쇠 또는 탄 델타 (tan delta) 로 불림) 는 인장 압축에서의 감쇠에 대한 Young 의 손실률 (E") 나누기 Young 의 저장률 (E1) 의 비이다. 전단 (shear) 에서의 감쇠의 경우, 손실 인자는 전단 손실률 (G") 나누기 전단 저장률 (G') 의 비이다. 이들 값은 재료 (본 발명에서는 팽창 후의 열팽창성 재료임) 의 동적 기계적 분석 (Dynamic Mechanical Analysis, DMA) 에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 본 기술분야에서 잘 알려져 있는 것처럼, 동적 기계적 분석은 캐리어 상에서 재료가 특징지워지는 간접적인 방법 (Oberst's beam test) 에 의해 또는 시험되는 샘플이 단지 특징지워지는 재료로만 이루어지는 직접적인 방법 (점성분석기 (viscoanalyzer)) 에 의해 행해질 수 있다. Young 의 저장률 (E') 은 재료의 비례 한계 미만에서 인장 변형에 대한 인장 응력의 비로 정의된다. 전단 저장률 (G') 은 비례 한계 내에서 전단 변형에 대한 전단 응력의 비로 정의되고, 재료에 탄성적으로 저장되는 동등한 에너지의 척도로 간주된다.
이하에서, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 열팽창성 배플의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1 은, 차체 프레임의 사시도이다.
도 2 는, 캐리어 판의 외주의 평균 면이 어떻게 정의되는지 보여주는 캐리어 판의 개략도이다.
도 3 은, 열팽창성 재료를 위한 지지 구조의 구성이 다른, 아치형 캐리어 판의 3 가지 버전의 단면도이다.
도 4 는, 본 발명에 따른 캐리어의 형상이 편평하지 않은 열팽창성 배플의 측면도이다.
도 5 는, 본 발명에 따른 배플의 다른 측면도이다.
도 6 은, 캐리어의 형상이 편평하지 않은 배플의 단면도이다.
도 7 은, 집중 질량 분포를 갖는 캐리어의 단면도이다.
도 8 은, 곡률 비가 증가함에 따른 배플의 음향 전달 손실 (sound transmission loss, STL) 을 보여준다.
도 9 는, 집중 질량 분포의 양이 다른 경우의 배플의 음향 전달 손실을 보여준다.
도 10 은, 팽창성 재료의 거품의 감쇠에 따른 음향 전달 손실을 보여준다.
차체가 도 1 에 도시되어 있는데, 이 차체는 승객실 (P), 엔진실 (E), 트렁크 (T), 출입구 (D), 윈도우 (W), 및 바퀴 수납부 (wheel well, WW) 를 규정하는 서로 연결된 여러 개의 중공 프레임 부재 또는 "필러" 를 포함한다. 자동차 공학에서, 지붕을 지지하는 필러를 문자로 나타내는 것, 즉 전방측 필러 (2A) 를 "A" 필러, 중간측 필러 (2B) 를 "B" 필러, 그리고 후방측 필러 (2C) 를 "C" 필러 등으로 나타내는 것이 통상적이다.
중공 프레임 부재 또는 필러 각각은, 필러의 서로 연결된 벽들에 의해 형성되는 공동을 둘러싼다. 배플에 의한 밀봉이 필요할 수 있는 상기 중공 프레임 부재 또는 필러의 공동 내 위치의 예를 점선 (30) 으로 나타내었다. 이들 위치는 수평방향 및 수직방향 공동을 포함하고, 필러의 하측 또는 상측 단부뿐만 아니라, 지붕 레일링 (roof railing), 문지방 및 바퀴 수납부를 둘러싸는 펜더의 공동 내 또는 이들 사이에 어디든지 위치될 수 있다.
배플의 단면 형상은 필러 또는 중공 프레임 부재의 단면에 맞게 개조될 수 있고, 이로써 비팽창 및 비경화 형태에서, 배플 캐리어 플러스 열팽창성 재료의 단면이 중공 프레임 부재 또는 필러의 개구 단면보다 더 작다. 이로 인해, 탈지 (degreasing) 유체, 침린 (phosphatizing) 유체 및 전기 피복 페인트 (electro coat paint) 와 같은 처리 유체가 중공 프레임 부재 및 필러를 통해 자유로이 유동할 수 있고 그 내부 벽을 완전히 젖게 할 수 있다. 열팽창성 중합체 조성물은, 전기 피복 (electro coat) 의 경화 동안, e-코트 오븐 (종종 "보디 숍 오븐" 으로 불림) 에서 활성화된다. 이때, 열팽창성 리본이, 가능하게는 지지 구조의 벽에 의해 안내되면서, 배플 외주 주위에서 반경방향으로 팽창하고, 경화되어, 중공 프레임 부재 또는 필러의 내벽에 단단히 고착되고, 이로써 이 중공 부재를 효과적으로 밀봉한다.
도 2 는, 캐리어 판 (21) 의 외주 (23) 의 평균 면이 어떻게 정의되는지를 보여주는 캐리어 판의 개략도이다. 먼저, 서로 가능한 한 멀리 떨어져 있는 외주 (23) 상의 두 지점 (A 및 A') 을 연결하는 선을 긋는다. 이것이 선 AA' 이다. 선 AA' 의 중점을 지나면서 60°의 각도를 각각 이루는 다른 2 개의 선을 긋는다. 이 2 개의 선은 캐리어 판 (21) 의 외주 (23) 상의 지점 B 및 B' 와 지점 C 와 C' 을 각각 지난다. 외주 (23) 의 평균 면은 이들 지점을 지나는 최소 제곱 면, 즉 그 면으로부터 이들 지점까지의 수직 거리의 제곱의 합계가 가능한 한 작게 되도록 배향되는 면으로 정의된다. 지점 A 와 A' 사이의 거리는 캐리어 판의 최대 직선 길이이다.
도 3 에 대해서는 이미 설명하였다.
도 4 는 본 발명에 따른 배플의 가능한 실시형태의 사시도이다. 캐리어 (21) 는 열가소성 중합체 조성물로 이루어지고, 피크 (22) 에서는 평균 면 밖으로 연장된다. 캐리어의 중앙부의 편평하지 않은 부분은, 구 또는 타원체 (바람직하게는 회전타원체) 의 형상 또는 아치형 형상을 가질 수 있다. 그렇지만, 피크 (22) 는 상기한 선 AA' 의 중점과 일치될 필요는 없다.
지지 구조는 캐리어 판의 외주 (23) 에 또는 외주 근방에 (예컨대, 외주로부터 2 ㎝ 이하의 거리에) 형성될 수 있다. 이 지지 구조 (그 예를 도 3 에 나타내었음) 는, 캐리어 판 (21) 의 면에 수직하게 배치된 편평한 "경주용 트랙 (race track)" 플랜지, 반경방향 플랜지 또는 그루브일 수 있다. 또한, 캐리어의 외주 플랜지부 (23) 는, 열팽창성 재료 (25) 를 더 양호하게 고정하기 위해, U자형 채널의 형태일 수 있다. 캐리어 판과 지지 구조는 동일한 재료로 이루어지는 것이 일반적이지만, 반드시 그렇지는 않다. 만약 캐리어 판과 지지 구조가 동일한 열가소성 재료로 이루어진다면, 이들은 일반적으로 하나의 단일 사출 성형 단계로 함께 형성될 것이다. 균일한 리본 또는 밴드 형태의 열팽창성 재료 (25) 는 지지 구조에 부착된다. 열팽창성 재료는 캐리어 판의 지지 구조에 일체로 성형될 수 있다.
패스너 (24) 는 캐리어와 일체로 성형되고, 열팽창성 재료 (25) 를 통해 돌출된다. 통상적으로 패스너는, 중공 플랜지 부재 또는 필러의 벽의 대응 구멍에 열팽창성 배플을 고정하기 위해, "압핀 (push pin)" 형태의 클립을 갖는다.
도 5 는 도 4 에 본질적으로 유사한 실시형태를 보여주는데, 이는 도 4 의 축선 A-A (도 2 의 선 AA' 과 일치될 필요는 없음) 을 중심으로 회전되어 있다. 또한, 이 배플은, 중앙 부분 (32) 에 구 또는 타원체에 유사한 곡선형으로 형성된 편평하지 않은 부분을 갖는 캐리어 (31) 를 포함한다. 다시, 캐리어의 외주 (33) 는 열팽창성 재료 (35) 를 유지하기 위해 플랜지형 구조로서 설계되어 있다. 도 5 의 후방에서 패스너 (34) 를 볼 수 있다. 수직방향 필러 (2A, 2B, 2C) (도 1 참조) 에 고정된 배플의 경우처럼 공동에 수평방향으로 배플이 배치된다면, 배플은 도 5 에 따른 위치에 고정될 수 있다. 이 경우, 중앙부 (32) 는, 차량 제조 프로세스의 물 또는 처리 유체로부터의 임의의 응축물 (condensate) 이 배플로부터 배수될 수 있게 하는 작은 구멍 (도면에 도시 생략) 을 가질 수 있다.
도 6 은, 축선 B-B (도 2 의 선 BB' 와 일치될 필요는 없음) 를 따라 자른 도 5 에 나타낸 배플의 단면도이다. 이 도면은 지점 42 까지 연장된 곡률을 갖는 캐리어 (41) 의 편평하지 않은 중앙 구획을 보여준다. 열팽창성 재료 (45) 는 외주 플랜지 (43) 주위에 설치된다. 패스너 (44) 는 후방에 도시되어 있다.
도 7 은, 집중 질량 (52) 이 캐리어 판의 중앙부에 배치되어 있는 캐리어 판 (51) 의 편평한 구획을 구비하는 배플을 보여준다. 다시, 외주의 플랜지 (53) 가 열팽창성 재료 (55) 를 유지한다. 패스너 (54) 가 후방에 도시되어 있다.
활성화된 공동 충전재 인서트의 효율은 표준 음향 전달 손실 (STL) 을 이용하여 측정될 수 있으며, 표준 음향 전달 손실은, 인서트 하류에서 방사되는 파워 "Prad" 로 나눈 인서트 상류의 공동 내부에서의 입사 음향 파워 (acoustic power) "Pinc" 의 비에 해당한다. 음향 전달 손실은 dB 로 표시되며:
STL = 10 log {Pinc/Prad}
높은 STL 값을 갖는 인서트가 음향 감쇠에 있어서 효율이 더 높다.
인서트의 제 1 진동 공명에서 가장 낮은 STL 값 (최소값) 이 관찰된다. 이러한 낮은 값은, 이 진동수 근처에서 음향 절연이 전혀 이루어지지 않음을 의미하는 0 dB 에 가까울 수 있다. 본 발명의 목적은 이 특정 진동수 범위에서 STL 을 증가시킴으로써 이러한 약점을 회피하는 것이다.
도 8 은, 표준 편평한 디자인 (원형 부분, 직경 100 ㎜, c = 0) 에 비교하여, 편평하지 않은 캐리어 판의 곡률 비 (c = h/R, 위에서 정의하였으며, 본 도면에서는 간단히 "곡률" 이라 함) 에 의존하는 진동수에 대한 음향 전달 손실을 보여준다. 편평한 배플 (c = 0) 의 STL 딥 (deep) ("저점 (trough)" 또는 최저값) 은 150 ㎐ 근방의 낮은 진동수에 위치된다. 이는 제 1 진동 모드의 공명 진동수에 해당한다. 배플의 캐리어 판의 곡률 비 (c) 가 증가함에 따라, 캐리어 판의 제 1 진동 모드의 공명 진동수가 더 높은 진동수로 이동되고, 음향 감쇠 손실이 약 3 dB 만큼 크게 향상된다.
도 9 는 집중 질량을 갖는 편평한 캐리어 판의 효과를 보여준다. 집중 질량을 갖지 않는 (평균 질량에 비해 0 % 의 추가 질량을 의미함) 공명 진동수가 가장 높고, 음향 전달 손실이 집중 질량을 갖는 캐리어의 경우보다 현저히 더 낮다. 집중 질량 (= 추가 질량) 의 양이 증가함에 따라, 공명 진동수가 더 낮은 진동수로 이동되고, 음향 감쇠 손실이 약 3 dB 만큼 향상된다 (0 % 집중 질량 대 100 % 집중 질량).
도 10 은, 팽창된 형태에서 열팽창성 재료의 감쇠 인자 (d) 가 STL 에 미치는 영향을 보여준다. 감쇠 인자가 커짐에 따라, 음향 전달 손실이 커지며, 예컨대, STL 은, 감쇠 인자가 0.88 인 열팽창성 재료의 경우 약 17 dB 인 반면, 감쇠 인자가 0.22 인 열팽창성 재료의 경우 약 11 dB 이다. 공명 진동수는, 다른 감쇠 인자를 갖는 재료에 의해 크게 영향을 받지 않는다.
본 발명의 매우 바람직한 실시형태에 있어서, 열팽창성 재료가 적어도 0.7 내지 0.9 의 감쇠 인자를 가지며, 중앙부에서 집중 질량을 갖고 곡률 비가 큰 캐리어를 이용함으로써, 3 개의 인자 모두가 조합될 수 있다.

Claims (14)

  1. 서로 연결된 벽들에 의해 형성되는 차량 공동을 밀봉하기 위한 열팽창성 배플로서, 열팽창성 재료를 팽창시키기 전에 그 배플을 고정하기 위해 공동의 벽에 패스너가 침입할 가능성을 제외하면 본질적으로 밀봉되는 공동의 내부에 고정되며, 상기 배플은 외주 및 그 외주의 대부분을 따라 열팽창성 재료의 스트랜드를 갖는 캐리어 판을 포함하고, 상기 스트랜드는 열팽창성 재료에 의해 덮이지 않는 캐리어 판의 중앙 구획을 한정하며, 상기 외주는 그 외주에 의해 제한되는 평균 면을 규정하고, 상기 캐리어 판의 중앙 구획은, 평균 면으로부터 가장 먼 거리에 있는 중앙 구획상의 지점이 캐리어 판의 최대 직선 길이의 적어도 5 % 인 평균 면으로부터의 거리에 놓이도록 평균면으로부터 멀어지게 구부러지고/지거나 상기 중앙 구획은 집중 질량 분포를 갖는 열팽창성 배플.
  2. 제 1 항에 있어서, 외주를 따라, 열팽창성 재료의 스트랜드를 유지하는 지지 구조를 포함하는 열팽창성 배플.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캐리어 판의 중앙 구획은, 평균 면으로부터 가장 먼 거리를 갖는 중앙 구획상의 지점이 캐리어 판의 최대 직선 길이의 적어도 5 % 이상 50 % 이하인 평균 면으로부터의 거리에 놓이도록 평균 면으로부터 멀어지게 구부러지는 열팽창성 배플.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 판의 중앙 구획은 평균면으로부터 멀어지게 일방향으로 구부러져서 아치형 구조가 형성되는 열팽창성 배플.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 구획은, 그 중앙 구획의 무게중심에 위치되는, 또는 그 중앙 구획의 무게중심이 판의 외부에 위치된다면, 중앙 구획의 무게중심에 가장 가까운 판의 지점에 위치되는 집중 질량 분포를 갖는 열팽창성 배플.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 집중 질량이 상기 캐리어의 중앙 구획의 총 질량의 2 % ∼ 50 %, 바람직하게는 5 % ∼ 10 % 인 열팽창성 배플.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열팽창성 재료는 팽창된 형태에서 0.2 내지 적어도 1 의 감쇠 인자를 갖는 것을 특징으로 하는 열팽창성 배플.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 판의 지지 구조는 열팽창성 재료가 수용되는 반경방향 그루브를 포함하는 열팽창성 배플.
  9. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 판의 지지 구조는 열팽창성 재료가 설치되는 반경방향 플랜지를 포함하는 열팽창성 배플.
  10. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열팽창성 재료는 캐리어 판의 지지구조에 일체로 성형되는 열팽창성 배플.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 판은 열팽창성 재료의 팽창 온도보다 더 높은 녹는점을 갖는 열가소성 물질로 이루어지는 열팽창성 배플.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플은 공동에 배플을 고정하기 위한 적어도 하나의 패스너를 포함하는 열팽창성 배플.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 판은 폴리아미드로 이루어지는 열팽창성 배플.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열팽창성 재료는 에틸렌-공중합체, 블로잉제, 선택적으로 점착 부여제 (tackifier), 및 선택적으로 부가적인 중합체 또는 올리고머 및 가교제를 포함하는 열팽창성 배플.
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