JP2002070938A - 圧電制振材料 - Google Patents
圧電制振材料Info
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Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】良好な制振効果を得るための導電率の調整が容
易な圧電制振材料を提供する。 【解決手段】導電性粒子としてカーボンナノチューブ
を、圧電性ポリマーとして例えばポリフッ化ビニリデン
を一定重量比率で充填し、これらを各温度、圧力の下で
混練、加熱プレス成型、冷却プレスしてシート状に成型
したものを、さらに一軸延伸した後、高電界を印加して
分極処理を行い圧電制振材料に変換する。これにより、
振動によって発生した電気エネルギーが圧電制振シート
７の内部及び表面に分布するカーボンナノチューブによ
って形成される電気抵抗に電流６として流れてジュール
熱として消費され、振動エネルギーを減衰させることが
できる。
易な圧電制振材料を提供する。 【解決手段】導電性粒子としてカーボンナノチューブ
を、圧電性ポリマーとして例えばポリフッ化ビニリデン
を一定重量比率で充填し、これらを各温度、圧力の下で
混練、加熱プレス成型、冷却プレスしてシート状に成型
したものを、さらに一軸延伸した後、高電界を印加して
分極処理を行い圧電制振材料に変換する。これにより、
振動によって発生した電気エネルギーが圧電制振シート
７の内部及び表面に分布するカーボンナノチューブによ
って形成される電気抵抗に電流６として流れてジュール
熱として消費され、振動エネルギーを減衰させることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動を速やかに減
衰させる機能を持つ圧電制振材料、特に、車両、鉄道、
航空機などの輸送機器関連部材、家電・ＯＡ機器などの
電気機器関連部材、建築・建材関連部材等において発生
する振動を減免するための制振特性を有する圧電制振材
料に関する。
衰させる機能を持つ圧電制振材料、特に、車両、鉄道、
航空機などの輸送機器関連部材、家電・ＯＡ機器などの
電気機器関連部材、建築・建材関連部材等において発生
する振動を減免するための制振特性を有する圧電制振材
料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、上記部材等に用いられている制振
材料としては、高分子系粘弾性材料を利用したものが多
く、例えば薄い鋼鈑の間に高分子系粘弾性層をサンドイ
ッチした制振鋼鈑が実用化されている。また、圧電セラ
ミックス粒子とカーボンブラックや黒鉛のような導電性
粒子とを充填した樹脂複合材料を圧電制振材料として利
用する試みもある。このような圧電制振材料では、外部
から振動が加えられると、その振動エネルギーは樹脂複
合材料内に分布する圧電セラミック粒子の圧電効果によ
り、電気エネルギーに変換されて同粒子内に交流電圧を
発生する。この交流電圧は、同複合材料内に分布する導
電性粒子により形成される電気抵抗に印加され、その電
気エネルギーが最終的にジュール熱として消費され、振
動エネルギーを吸収する。
材料としては、高分子系粘弾性材料を利用したものが多
く、例えば薄い鋼鈑の間に高分子系粘弾性層をサンドイ
ッチした制振鋼鈑が実用化されている。また、圧電セラ
ミックス粒子とカーボンブラックや黒鉛のような導電性
粒子とを充填した樹脂複合材料を圧電制振材料として利
用する試みもある。このような圧電制振材料では、外部
から振動が加えられると、その振動エネルギーは樹脂複
合材料内に分布する圧電セラミック粒子の圧電効果によ
り、電気エネルギーに変換されて同粒子内に交流電圧を
発生する。この交流電圧は、同複合材料内に分布する導
電性粒子により形成される電気抵抗に印加され、その電
気エネルギーが最終的にジュール熱として消費され、振
動エネルギーを吸収する。
【０００３】しかしながら、上記のような圧電制振材料
に用いられるカーボンブラックや黒鉛のような導電性粒
子は、ある臨界量近傍では高分子マトリクス中において
凝集を起こすため、導電性粒子間の距離が近接すると導
電率が顕著に増大して導電率の制御が困難になるという
欠点がある。この欠点を解決するものとして例えば、ポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような圧電フィルム
の表面にカーボン電極を塗布したり、Ａｌを蒸着させた
圧電制振フィルムを上記用途の圧電制振材料として使用
することが提案されている。
に用いられるカーボンブラックや黒鉛のような導電性粒
子は、ある臨界量近傍では高分子マトリクス中において
凝集を起こすため、導電性粒子間の距離が近接すると導
電率が顕著に増大して導電率の制御が困難になるという
欠点がある。この欠点を解決するものとして例えば、ポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような圧電フィルム
の表面にカーボン電極を塗布したり、Ａｌを蒸着させた
圧電制振フィルムを上記用途の圧電制振材料として使用
することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような圧電制振
フィルムを圧電制振材料として使用する場合、圧電制振
フィルムの必要面積上に均一した一定厚さの導電層を塗
布又は蒸着により形成する必要がある。このためには導
電層の厚みや蒸着方法を厳密に制御して形成しなければ
ならず、導電層を形成するためのコストが高くなるとい
う問題がある。
フィルムを圧電制振材料として使用する場合、圧電制振
フィルムの必要面積上に均一した一定厚さの導電層を塗
布又は蒸着により形成する必要がある。このためには導
電層の厚みや蒸着方法を厳密に制御して形成しなければ
ならず、導電層を形成するためのコストが高くなるとい
う問題がある。
【０００５】また、圧電制振フィルムの表面だけに導電
層が存在するため、圧電効果により発生した電気エネル
ギーは導電層に集められてしまうので、図３に示すよう
に圧電制振フィルム１１の導電層１２に外部抵抗１３を
接続して電気エネルギーを電流１４として取り出しジュ
ール熱として消費させる必要があり、そのため装置自体
が複雑になるという問題がある。本発明は、このような
事情に鑑みてなされたものであって、外部抵抗を必要と
せず、必要な制振効果を得るために必要な導電率の調整
が容易な圧電制振材料を提供することを目的とする。
層が存在するため、圧電効果により発生した電気エネル
ギーは導電層に集められてしまうので、図３に示すよう
に圧電制振フィルム１１の導電層１２に外部抵抗１３を
接続して電気エネルギーを電流１４として取り出しジュ
ール熱として消費させる必要があり、そのため装置自体
が複雑になるという問題がある。本発明は、このような
事情に鑑みてなされたものであって、外部抵抗を必要と
せず、必要な制振効果を得るために必要な導電率の調整
が容易な圧電制振材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の圧電制振材料は、圧電ポリマーと導電性粒
子とを充填物質とする圧電制振材料において、導電性粒
子がカーボンナノチューブであることを特徴とするもの
である。本発明の圧電制振材料は上記の構成により、外
部抵抗を必要とせず、また良好な制振効果を得るための
導電率の調整が容易な圧電制振材料を提供することがで
きる。
め、本発明の圧電制振材料は、圧電ポリマーと導電性粒
子とを充填物質とする圧電制振材料において、導電性粒
子がカーボンナノチューブであることを特徴とするもの
である。本発明の圧電制振材料は上記の構成により、外
部抵抗を必要とせず、また良好な制振効果を得るための
導電率の調整が容易な圧電制振材料を提供することがで
きる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による圧電制振材料を詳細
に説明する。本発明の圧電制振材料は下記に説明する圧
電性ポリマーとカーボンナノチューブを充填物質とし、
この充填物質を一定の条件において溶融混練した後、加
熱、加圧して所定の形状に成型してなるものである。
に説明する。本発明の圧電制振材料は下記に説明する圧
電性ポリマーとカーボンナノチューブを充填物質とし、
この充填物質を一定の条件において溶融混練した後、加
熱、加圧して所定の形状に成型してなるものである。
【０００８】前記圧電ポリマーとしては、ポリフッ化ビ
ニリデン、ポリフッ化ビニリデン＋トリフルオロエチレ
ン共重合体、フッ化ビニリデン＋テトラフルオロエチレ
ン共重合体が使用できる。また、前記カーボンナノチュ
ーブは、図１に示す流通式固定床反応器を用いて生成す
ることができる。本流通式固定床反応器は、内径８ｃ
ｍ、長さ３０ｃｍなる石英製の反応管１と、これを囲ん
で加熱するための電気炉４と、反応管１内の反応ガスを
排出するためのバルブ５から構成されると共に、前記反
応管１の中央付近には触媒２とその両側にグラスウール
３が充填されている。
ニリデン、ポリフッ化ビニリデン＋トリフルオロエチレ
ン共重合体、フッ化ビニリデン＋テトラフルオロエチレ
ン共重合体が使用できる。また、前記カーボンナノチュ
ーブは、図１に示す流通式固定床反応器を用いて生成す
ることができる。本流通式固定床反応器は、内径８ｃ
ｍ、長さ３０ｃｍなる石英製の反応管１と、これを囲ん
で加熱するための電気炉４と、反応管１内の反応ガスを
排出するためのバルブ５から構成されると共に、前記反
応管１の中央付近には触媒２とその両側にグラスウール
３が充填されている。
【０００９】前記反応管１にｗｔ％で各５０％づつのＮ
ｉとＳｉＯ２からなる触媒３００ｇを充填し、流量２Ｌ
／ｍｉｎのＨ２ガスを供給し、５００℃で１ｈｒ還元し
た後、体積比で２：１のＨ２ガスとＣＯ２ガスからなる
混合ガスを流量７．５Ｌ／ｍｉｎで導入し、５００℃で
４ｈｒ反応させた後、同反応管１内を窒素ガスで置換し
て室温まで冷却することにより、カーボンナノチューブ
が生成される。また、アーク放電法、レーザー蒸発法、
化学気相成長法、熱分解法などの公知のカーボンナノチ
ューブ生成法によっても生成されるカーボンナノチュー
ブも本圧電制振材料の導電性粒子として用いることがで
きる。
ｉとＳｉＯ２からなる触媒３００ｇを充填し、流量２Ｌ
／ｍｉｎのＨ２ガスを供給し、５００℃で１ｈｒ還元し
た後、体積比で２：１のＨ２ガスとＣＯ２ガスからなる
混合ガスを流量７．５Ｌ／ｍｉｎで導入し、５００℃で
４ｈｒ反応させた後、同反応管１内を窒素ガスで置換し
て室温まで冷却することにより、カーボンナノチューブ
が生成される。また、アーク放電法、レーザー蒸発法、
化学気相成長法、熱分解法などの公知のカーボンナノチ
ューブ生成法によっても生成されるカーボンナノチュー
ブも本圧電制振材料の導電性粒子として用いることがで
きる。
【００１０】この圧電制振材料におけるカーボンナノチ
ューブの含有量は一定である必要はなく、減免したい振
動の大きさや振動の個所および成型品の大きさ、厚みを
考慮し、最適な表面抵抗が得られるようにカーボンナノ
チューブの含有量を決定することができる。すなわち、
カーボンナノチューブはカーボンブラックや黒鉛のよう
な導電性粒子とは異なり、導電率が急激に変化する臨界
量なるものが存在せず、前記カーボンナノチューブの含
有量は任意の値に調節することができ、目的とする機能
の発現に応じて適宜選択することができる。
ューブの含有量は一定である必要はなく、減免したい振
動の大きさや振動の個所および成型品の大きさ、厚みを
考慮し、最適な表面抵抗が得られるようにカーボンナノ
チューブの含有量を決定することができる。すなわち、
カーボンナノチューブはカーボンブラックや黒鉛のよう
な導電性粒子とは異なり、導電率が急激に変化する臨界
量なるものが存在せず、前記カーボンナノチューブの含
有量は任意の値に調節することができ、目的とする機能
の発現に応じて適宜選択することができる。
【００１１】本発明の圧電制振材料は種々の形状に成型
することができるが、本実施例ではシート状にする場合
について説明する。導電性粒子として上記の方法により
生成したカーボンナノチューブを、また、圧電ポリマー
としてポリフッ化ビリニデンを使用する。重量比におい
て３５：６５のカーボンナノチューブと圧電性ポリマー
を使用しこれを１９０℃で混練した後、２１０℃で３０
Ｋｆｇ／ｃｍ２で４分間加熱プレス成型した後、３０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ２で３分間冷却プレスすることにより厚さ
０．２ｍｍのシートが得られる。
することができるが、本実施例ではシート状にする場合
について説明する。導電性粒子として上記の方法により
生成したカーボンナノチューブを、また、圧電ポリマー
としてポリフッ化ビリニデンを使用する。重量比におい
て３５：６５のカーボンナノチューブと圧電性ポリマー
を使用しこれを１９０℃で混練した後、２１０℃で３０
Ｋｆｇ／ｃｍ２で４分間加熱プレス成型した後、３０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ２で３分間冷却プレスすることにより厚さ
０．２ｍｍのシートが得られる。
【００１２】さらに、上記シートを圧電制振材料にする
ため次のような分極処理を行う。上記シートを一軸延伸
機で１５０℃で３倍に一軸延伸した後、２５℃で１００
ＭＶ／ｍの電界をかけ分極処理することにより、１５０
×１５０（ｍｍ２）当たり２×１０３Ωの表面抵抗を得
ることができる。この方法により製作された圧電制振材
料では、振動により発生した電気エネルギーが図２に示
すように圧電制振シート７の内部及び表面に分布するカ
ーボンナノチューブによって形成される電気抵抗に電流
６として流され、ジュール熱として消費される。
ため次のような分極処理を行う。上記シートを一軸延伸
機で１５０℃で３倍に一軸延伸した後、２５℃で１００
ＭＶ／ｍの電界をかけ分極処理することにより、１５０
×１５０（ｍｍ２）当たり２×１０３Ωの表面抵抗を得
ることができる。この方法により製作された圧電制振材
料では、振動により発生した電気エネルギーが図２に示
すように圧電制振シート７の内部及び表面に分布するカ
ーボンナノチューブによって形成される電気抵抗に電流
６として流され、ジュール熱として消費される。
【００１３】上記圧電制振材料から３×４０（ｍｍ２）
の試料片を切り取り、ダイナミック熱機械分析装置によ
り制振性能を評価した結果、２０〜８０Ｈｚの低周波領
域において制振機能を有することが確認された。このこ
とは、カーボンナノチューブの含有量を変えることによ
り表面抵抗を変えることができるため、この含有量を調
節することにより、微妙な制振性能の制御が簡単にでき
る可能性を示している。
の試料片を切り取り、ダイナミック熱機械分析装置によ
り制振性能を評価した結果、２０〜８０Ｈｚの低周波領
域において制振機能を有することが確認された。このこ
とは、カーボンナノチューブの含有量を変えることによ
り表面抵抗を変えることができるため、この含有量を調
節することにより、微妙な制振性能の制御が簡単にでき
る可能性を示している。
【００１４】本発明の圧電制振材料は、圧電性ポリマー
に充填する導電性粒子にカーボンナノチューブを使用
し、その充填量を調節して混練、延伸、加熱、加圧、分
極などの加工処理を行うことにより、用途に適した制振
特性を有することができるようにしたことを特徴として
おり、前記加工処理での規定値は実施例に限定されるも
のではなく、用途に応じた制振特性を得るために種々の
規定値に変更してもよい。 また、圧電制振材料に使用
される圧電ポリマーは、実施例に限定されるものではな
く、例えばＰＶＤＦよりも厚さ方向の圧電特性が優れた
シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体など他の共
重合体も使用することができる。
に充填する導電性粒子にカーボンナノチューブを使用
し、その充填量を調節して混練、延伸、加熱、加圧、分
極などの加工処理を行うことにより、用途に適した制振
特性を有することができるようにしたことを特徴として
おり、前記加工処理での規定値は実施例に限定されるも
のではなく、用途に応じた制振特性を得るために種々の
規定値に変更してもよい。 また、圧電制振材料に使用
される圧電ポリマーは、実施例に限定されるものではな
く、例えばＰＶＤＦよりも厚さ方向の圧電特性が優れた
シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体など他の共
重合体も使用することができる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の圧電制振材料は、良好な制振効
果を得るための導電率の制御が容易であるため、工業規
模での製造に好適な圧電制振成型品を提供でき、自動
車、オーディオ、建築・建設関係における振動・騒音の
抑制、減衰に有効に使用することができる。また、スパ
ボンドやガラスウールなどの多孔質繊維材料と組み合わ
せることにより優れた吸遮音構造体としても使用するこ
とができる。さらに、圧電制振シートで発生した電気エ
ネルギーをカーボンナノチューブで形成される閉回路で
消費して、ジュール熱に変換できるので、外部抵抗を不
要にでき、装置構成を簡単にすることができる。
果を得るための導電率の制御が容易であるため、工業規
模での製造に好適な圧電制振成型品を提供でき、自動
車、オーディオ、建築・建設関係における振動・騒音の
抑制、減衰に有効に使用することができる。また、スパ
ボンドやガラスウールなどの多孔質繊維材料と組み合わ
せることにより優れた吸遮音構造体としても使用するこ
とができる。さらに、圧電制振シートで発生した電気エ
ネルギーをカーボンナノチューブで形成される閉回路で
消費して、ジュール熱に変換できるので、外部抵抗を不
要にでき、装置構成を簡単にすることができる。
【図１】本発明に係わるカーボンナノチューブを製造す
る流通式固定床反応器の構成図である。
る流通式固定床反応器の構成図である。
【図２】本発明の圧電制振材料内の電気エネルギーによ
って発生する電流の流路を示す図である。
って発生する電流の流路を示す図である。
【図３】従来の圧電制振フィルム内の電気エネルギーに
よって発生する電流の流路を示す図である。
よって発生する電流の流路を示す図である。
１…反応管 ２…触媒 ３…グラスウール ４…電気炉 ５…バルブ ６、１４…電流 ７…圧電制振シート １１…圧電制振フィルム １２…導電層 １３…外部抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 宣利 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 Ｆターム(参考） 3J048 AC10 BD04 EA07
Claims (1)
- 【請求項１】圧電ポリマーと導電性粒子を充填物質とす
る圧電制振材料において、導電性粒子がカーボンナノチ
ューブであることを特徴とする圧電制振材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000254858A JP2002070938A (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 圧電制振材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000254858A JP2002070938A (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 圧電制振材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002070938A true JP2002070938A (ja) | 2002-03-08 |
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ID=18743735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003007314A1 (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-23 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Polyvinylidene fluoride composites and methods for preparing same |
| US6559550B2 (en) * | 2000-11-03 | 2003-05-06 | Lockheed Martin Corporation | Nanoscale piezoelectric generation system using carbon nanotube |
| US6783702B2 (en) * | 2001-07-11 | 2004-08-31 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Polyvinylidene fluoride composites and methods for preparing same |
| CN100336282C (zh) * | 2005-01-04 | 2007-09-05 | 西安交通大学 | 利用公路系统振动能量压电发电的方法及系统 |
| JP2009298691A (ja) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Qinghua Univ | 電歪複合材料及びその製造方法 |
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| KR101254784B1 (ko) | 2010-04-28 | 2013-04-17 | 인하대학교 산학협력단 | 셀룰로오스-ＺｎＯ 압전 종이 및 이의 제조 방법 |
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-
2000
- 2000-08-25 JP JP2000254858A patent/JP2002070938A/ja active Pending
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