JP2008038934A - 制振構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】制振性能，施工性に優れた制振構造体を提供する。
【解決手段】表材1，裏材2で粘弾性樹脂層3を挟み込んだ積層構造をもち、カシメ接合で表材1，裏材2が一体化されている。粘弾性樹脂層3は所定サイズに裁断された粘弾性樹脂フィルムからなり、スペーサ4の格子部4bで隣り合う粘弾性樹脂層3を相互に仕切ることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁材，外装材，内装材等の建材やモータ等からの振動伝播を遮断する部材として好適で、防振性能，施工性に優れた制振構造体に関する。

制振構造体として、粘弾性樹脂を二枚の鋼板で挟み込んだ複合型制振鋼板が知られており、外装材，内装材等、広汎な分野で使用されている。建築物躯体に複合型制振鋼板を取り付ける際、複合型制振鋼板を所定形状に成形する必要があるが、粘弾性樹脂層があるため加工しがたい。
複合型制振鋼板の加工性を改善するため、溶接，カシメ等により表材と裏材とを一体化することが知られている(特許文献１)。表裏一体化により表材又は裏材の塑性変形に他方の鋼板が追従し、反り等の形状不良なく所定形状に曲げ加工できるとされている。
特開平3-261550号公報

表材，裏材を溶接で一体化するとき、溶接個所では表材から裏材に金属材料が連続した振動伝播路が形成される。振動伝播路は、粘弾性樹脂層と異なり振動減衰能が小さく、制振鋼板の性能を低下させる原因にもなる。そのため、制振能を大きく下げない程度の個数に溶接個所を定める必要があり、接合強度の向上に制約を受ける。溶接接合による場合、溶接痕が制振鋼板の表面に残ることも問題である。なかでも、めっき鋼板，塗装鋼板を素材とする制振鋼板ではめっき層，塗膜が著しく損傷されるため、溶接後に溶射，塗装等で損傷部を補修する必要がある。

カシメ接合では、表材と裏材とが機械的に噛み合っているものの、溶接部のように金属材料が連続していない。そのため、溶接による一体化よりも、カシメ接合で一体化された制振鋼板の方が優れた制振能を示す。溶接法のようにめっき層，塗膜の損傷が少ないことも、カシメ接合の利点である。しかし、従来は表材，裏材の一体化にカシメ接合を利用しているだけであり、建築物躯体への取付けに際しては締結用ボルト孔を制振鋼板に別途形成する必要がある。

本発明は、制振鋼板の施工時に締結用ボルト孔が必要なことに着目し、ボルト孔形成部をカシメ接合に兼用することにより、表面性状の劣化防止を図りながら、防振性能，施工性に優れた制振構造体を提供することを目的とする。

本発明の制振構造体は、粘弾性樹脂層を挟んで二枚の金属板を重ね合わせた積層構造をもち、一方の金属板から起立した円筒部で締結用ボルト孔を形成し、円筒部の先端を拡開して他方の金属板にある開口縁部に噛み合わせたカシメ接合部で二枚の金属板が相互に接合されていることを特徴とする。

Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板又は塗装Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を一方又は双方の金属板に使用するとき、切断端面を含めた耐食性の向上も図られる。めっき層，塗膜の損傷が溶接法より少ないカシメ接合であり、塗装Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を素材に使用した制振構造体では施工後の補修塗装が省略又は軽減される。
開口部を有するスペーサを二枚の金属板の間に挟み間隙を一定に維持すると、粘弾性樹脂を偏りなく充填できるので、制振性能を初めとする品質も一定化する。

発明の効果及び実施の形態

本発明の制振構造体は、表材1と裏材2との間に粘弾性樹脂層3を介在させている(図１)。粘弾性樹脂層3が均質な厚みで表材1，裏材2の隙間に分布するように、好ましくは表材1，裏材2間にスペーサ4を挿入する。表材1，裏材2のカシメ接合される個所には、予め所定サイズの孔部5aが形成されている。スペーサ4を用いた制振構造体では、スペーサ4を挟んでいる部分に接合個所を設定し、表材1，裏材2と同様な孔部がスペーサ4にも孔部が形成されている。制振構造体は、図示した平板状に限らず、ウエーブ状，ジグザグ状に加工したものでも良い。

表材1，裏材2の少なくとも一方に、耐食性の良好なめっき鋼板，なかでも高耐食性Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を使用することが好ましい。高耐食性Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板は、Ｍｇ含有亜鉛系腐食生成物で切断端面も覆われるため、打抜き，加工等で生じた切断端面や下地露出部の耐食性も優れている。金属光沢が要求される用途では、耐食性の良好なステンレス鋼板を表材1に使用しても良い。Ｚｎ-Ａｌ合金めっき鋼板，Ａｌめっき鋼板，Ａｌ合金板，Ｔｉ合金板等も表材1，裏材2に使用できる。

Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板は、Ｍｇ：０.０５〜１０質量％，Ａｌ：４〜２２質量％を含むめっき層が形成されており、緻密で腐食防止能のあるＭｇ含有Ｚｎ系腐食生成物及び固着性の極めて強いＺｎ-Ａｌ系腐食生成物が耐食性の向上に寄与する。めっき層には、必要に応じＴｉ：０．００１〜０.１質量％，Ｂ：０.０００５〜０.０４５質量％，希土類元素，Ｙ，Ｚｒ，Ｓｉ等の易酸化性元素少なくとも一種：０．００５〜２.０質量％を含ませることもできる。

Ｍｇ含有亜鉛系腐食生成物の形成には０.０５質量％以上のＭｇが必要であるが、２２質量％を超える過剰量のＭｇはめっき浴にドロスが多量発生する原因になる。Ｚｎ-Ａｌ系腐食生成物，Ｚｎ／Ａｌ／Ｚｎ₂Ｍｇ三元共晶組織を形成させるため４質量％以上のＡｌが必要であるが、Ａｌ含有量の増加に応じてめっき金属の融点が上昇し、めっき浴の高温保持が必要になるので、Ａｌ含有量の上限を２２質量％とする。

任意成分であるＴｉ，Ｂを添加すると、表面外観を害するＺｎ₁₁Ｍｇ₂相の生成が抑制され、めっき層中に晶出するＺｎ-Ｍｇ系金属間化合物が実質的にＺｎ₂Ｍｇのみになる。具体的には、Ｔｉ：０.００１質量％以上(好ましくは、０.００２質量％以上)でＺｎ₁₁Ｍｇ₂相の生成が効果的に抑制される。しかし、０.１質量％を超える過剰量のＴｉが含まれると、めっき層中にＴｉ-Ａｌ系析出物が成長し、めっき層に凹凸(ブツ)が生じ、外観が損なわれる。
Ｚｎ₁₁Ｍｇ₂相の生成抑制は、０.０００５質量％以上(好ましくは、０.００１質量％以上)のＢ含有によっても達成される。しかし、０.０４５質量％を超える過剰量のＢ含有では、めっき層中にＴｉ-Ｂ系析出物、Ａｌ-Ｂ系析出物が成長し、めっき層に凹凸(ブツ)が生じ、外観を損ねるようになる。

比較的多量のＡｌ，Ｍｇを含む溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ系合金めっき鋼板では、Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ系に特有の表面光沢劣化現象が生じやすい。表面光沢劣化現象は、めっき層表面が製造直後の美麗な金属光沢から灰色に経時変化する現象であり、制振構造体の外観を劣化させ商品価値を下げる。易酸化性元素である希土類元素，Ｙ，Ｚｒ，Ｓｉの少なくとも一種を０.００５質量％以上添加することにより、表面光沢劣化現象を抑制できる。しかし、過剰添加しても増量に見合った改善効果が得られないので、希土類元素，Ｙ，Ｚｒ，Ｓｉ等の添加量上限を２.０質量％とする。Ｓｉは、加工性に有害なＦｅ-Ａｌ系金属間化合物の生成を抑制する上でも有効である。

Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板は、無塗装のままでの使用も可能であるが、環境との調和を考慮して塗装を施してもよい。めっき層の表面光沢を活用したクリア塗装も可能である。塗装には、防錆顔料，着色顔料，体質顔料等をポリエステル系，エポキシ系，フッ素系，ウレタン系，ポリオレフィン系等の樹脂に配合した塗料が使用され、塗り重ね回数にもよるがたとえば膜厚：１０〜３００μｍの塗膜が形成される。塗装Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板の場合、膜厚：１０μｍ以上で塗膜性能が発揮されるが、膜厚：２５μｍを下回る膜厚では加工時に塗膜剥離等の欠陥が発生しやすくなる。

使用可能な粘弾性樹脂は、樹脂種に特段の拘束が加わるものではないが、高い制振性能を発揮させる上で動的粘弾性評価における損失正接(tanδ)のピーク値が１以上である樹脂が好ましい。ピーク値１以上の粘弾性樹脂としては、ポリブタジエンやブチルゴム等のゴム系樹脂，ポリ塩化ビニルや塩素化ポリエチレン等の塩素含有樹脂，ポリアクリル酸ブチルやポリアクリル酸-2-エチルヘキシル等のアクリル系樹脂，エポキシ樹脂やナイロン系樹脂等の高極性樹脂等が挙げられる。

このような粘弾性樹脂は単独でも、或いは二種以上を混合しても使用できる。また、制振性，加工性，粘着性，長期安定性等の特性を向上させるため、可塑剤，安定剤，粘着付与剤，充填剤，紫外線吸収剤，酸化防止剤等を粘弾性樹脂に添加しても良い。なかでも、可塑剤，充填剤，紫外線吸収剤，酸化防止剤は、制振性向上に有効な添加剤である。
粘弾性樹脂から作成されたフィルムを適宜のサイズに裁断し、表材1又は裏材2の上に接着又は粘着させる。樹脂フィルムは、必要とする制振性能を付与する上で０.１ｍｍ以上の膜厚が好ましいが、５ｍｍを超える厚膜になると加工性，施工性に支障をきたす。

スペーサ4は、適宜の間隔で開口部4aが設けられた格子状に形成されており、必要に応じて表材1，裏材2の間に挟み込まれる。スペーサ4には、表材1，裏材2と同材質の金属板が使用されるが、高強度で耐湿性，耐久性の良好な樹脂シートも使用可能である。開口部4aの配列は格子状に特定されることなく、制振構造体のサイズに応じ一条配列，千鳥配列等を採用でき、開口部4a自体も矩形，三角形，多角形，円形等、種々の形状に成形できる。
表材1，裏材2，開口部4aで区画される空隙に粘弾性樹脂フィルムが確保されるため、表材1，裏材2がカシメ接合された後、更には制振構造体が建築物躯体に取り付けられた後でも粘弾性樹脂層3が均一な厚みで表材1，裏材2間に分布する。

裏材2上に所定間隔で粘弾性樹脂フィルムを配置し、隣り合う粘弾性樹脂フィルム間をスペーサ4の格子部4bで仕切った後、表材1を重ね合わせる。スペーサ4が存在している個所で表材1から裏材2に向けて孔部5aをバーリング加工し、締結用ボルト孔となる円筒部5bを裏材2の孔部5aから若干突出するまで起立させる。次いで、円筒部5bの先端を半径方向外向きに押し広げ、裏材2に形成されている孔部5aの段差5cと噛み合わせる(図３)。

このようにして、粘弾性樹脂層3を表材1，裏材2で挟んだ制振構造体(図２)が得られる。塑性変形でカシメ接合部5が形成され、表材1，裏材2が一体化されるので、塗装鋼板を素材にした場合でも塗膜に与える損傷を溶接接合に比較して大幅に軽減できる。高耐食性のＺｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を素材とするとき、切断端面の防食も図られるので、カシメ接合部5を起点とする腐食も抑えられる。また、拡開部5dを裏材2側に設定しているのでカシメ接合部5に起因する外観の劣化がなく、溶接接合による場合のような補修塗装が省略又は軽減される。しかも、カシメ接合に利用された円筒部5bが締結用ボルト孔として使用されるため、建築物躯体への取付けも容易になる。

カシメ接合による一体化は、制振性能からも有利な方法である。すなわち、拡開部5dが段差5cに機械的に噛み合っているものの、振動伝播路となる金属材料の連続部が表材1，裏材2間に形成されない。そのため、表材1又は裏材2に加えられた振動がカシメ接合部5を介して裏材2又は表材1に伝播するとき、段差5c，拡開部5dの噛合い部の摩擦で振動エネルギーが吸収され、振動の伝播が効果的に抑制される。

Ｚｎ-６％Ａｌ-３％Ｍｇ合金めっき層が形成された板厚：２.３ｍｍのめっき鋼板に膜厚：２４０μｍのタールエポキシ樹脂系塗膜を形成した６００ｍｍ×２４３０ｍｍの塗装鋼板を表材1，裏材2に使用し、カシメ接合部5を３００ｍｍの間隔で縦横方向に設定し、カシメ接合部5の設定個所に口径：１６ｍｍの孔部5aを形成した。

粘弾性樹脂層3には、塩素化ポリエチレン系樹脂から成膜された膜厚：５５０μｍの粘弾性樹脂フィルムを使用し、１７５ｍｍ×６９０ｍｍのサイズに裁断した。
スペーサ4としては、粘弾性樹脂フィルムより若干薄い板厚：０.４ｍｍのめっき鋼板を素材とし、２１４.５ｍｍ×７３４ｍｍの開口部4aを縦横に複数形成した。なお、隣り合う開口部4a間の格子部4bの幅は６０ｍｍに設定した。

裁断した粘弾性樹脂フィルムを所定間隔で裏材2上に配置し、隣り合う粘弾性樹脂フィルムを格子部4bで仕切るようにスペーサ4をセットし、表材1を重ね合わせた。次いで、表材1から裏材2に向けて孔部5aをバーリング加工し、ボルト孔となる円筒部5bを内径：１６ｍｍに整形すると共に、カシメ接合部5で表材1，裏材2を一体化した。

作製された制振構造体を観察したところ、カシメ接合部5においても塗膜の劣化がなく、補修塗装を要しない美麗な外観をもっていた。また、無負荷状態の粘弾性樹脂フィルムよりも薄いスペーサ4を挟んでカシメ接合しているので、表材1／裏材2間の空隙に粘弾性樹脂層3が密に充填されていた。

カシメ接合した制振構造体及び溶接接合した制振構造体を次の試験に供し、制振性能を表す伝達関数を求めた。
〔試験方法〕
制振構造体の所定位置に図４の位置関係で６個の振動センサーＳを取り付け、インパルスハンマＨで制振構造体を加振して振動センサーＳで振動加速度を測定し(図５)、ハンマ加振力に対する振動加速度レベルの比として伝達関数を求めた。
測定結果を対比すると、溶接接合した制振構造体に比較してカシメ接合した制振構造体が制振性能に優れており、制振性能の面からもカシメ接合の有意性を確認できた(図６)。

以上に説明したように、粘弾性樹脂層3を挟んで表材1，裏材2をカシメ接合で一体化しているので、金属材料内部を伝播する振動の経路がカシメ接合部5で遮断され、溶接による一体化に比較して優れた制振性能を示す制振構造体が得られる。素材表面の損傷が少ないカシメ接合によるので、表材1，裏材2に塗装鋼板を用いた場合でも接合後の補修塗装を省略又は軽減できる。また、締結用ボルト孔を利用してカシメ接合するため、外観劣化の原因となる接合部がほとんど観察されず、建築物躯体への取付けも容易になる。更に、高耐食性のＺｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板を表材1，裏材2に使用すると、端面を起点とする錆発生も抑えられ、長期にわたり美麗な外観を呈する制振構造体となる。

制振構造体の層構成を示す分解斜視図 カシメ接合された制振構造体の斜視図 カシメ接合部の断面を示す模式図 制振性能の調査のため制振構造体に取り付ける振動センサーの位置関係を示す図 制振性能の調査のため制振構造体をインパルスハンマで加振する説明図 カシメ接合した制振構造体の制振性能が溶接接合した制振構造体よりも優れていることを示すグラフ

符号の説明

1：表材 2：裏材 3：粘弾性樹脂層 4：スペーサ 4a：開口部 4b：格子部 5：カシメ接合部 5a：孔部 5b：円筒部 5c：段差 5d：拡開部

Claims (3)

1. 粘弾性樹脂層を挟んで二枚の金属板を重ね合わせた積層構造をもち、一方の金属板から起立した円筒部が締結用ボルト孔となり、前記円筒部の先端を拡開して他方の金属板に形成した開口縁部に噛み合わせたカシメ接合部で二枚の金属板が相互に接合されていることを特徴とする制振構造体。
2. 金属板の何れか一方又は双方がＺｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板又は塗装Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき鋼板である請求項１記載の制振構造体。
3. 開口部を有するスペーサが二枚の金属板の間に挟まれ、金属板，スペーサで区画される空隙に粘弾性樹脂が充填されている請求項１記載の制振構造体。

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