JP2010064132A - 制振材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造の容易な制振材およびその製造方法の提供。
【解決手段】同種の金属材料にて形成された複数の板材１を重ね合わせた積層体２を、ケース３の下箱３１内に載置し、下箱３１にケース蓋３２を被せる。ケース３内に収容された状態で、積層体２を熱間圧延して、下箱３１の底面部３１ａおよびケース蓋３２の上面３２ａとともに、板材１同士を圧着させる。次に、冷間圧延することにより積層体２の厚みを調整した後、周縁部が切除され制振材４が完成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板を複数枚重ね合わせて形成された制振材およびその製造方法に関する。

同種の金属板を複数枚重ね合わせ、金属板の縁部を複数個のリベットにより互いに接合した制振材に関する従来技術があった（特許文献１参照）。この従来技術において、リベットにより接合されたそれぞれの金属板は一体化していないため、外部からの振動に対し各々固有の周波数で振動し、双方が同期することはない。したがって、金属板同士の接合面においては、相対的な振動に起因したずれが発生する。このずれが、双方の金属板間における摩擦熱となって振動エネルギーを消耗させ、制振効果を発揮している。
特開昭６４−５８３０号公報

しかしながら上述した制振材は、金属板にリベットの挿入孔を形成し、その後、挿入孔にリベットを挿入させた状態で、リベットをかしめるという製造工程をとる必要があり、製造に手間を要していた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造の容易な制振材およびその製造方法を提供することにある。

（手段１）手段１に係る制振材は、
同種の金属による板材を複数枚重ね合わせた積層体を圧延することにより、板材を互いに圧着させて形成する。
これにより、板材にリベット孔等を穿孔する必要がなく、また、かしめ等も必要なく、積層体を圧延するのみで製造可能であるため、製造が容易な制振材にすることができる。

この制振材は、圧延されたそれぞれの金属板が、板材としての原型を留めた状態で形成されている。したがって、制振材に振動が加わった場合、板材同士の接合面において双方の金属の分子同士が互いに摺動して、振動によるエネルギーを摩擦熱として消耗させる。
また、同種の金属による板材を圧延しているため、異種の金属板を重ね合わせたときのように、制振材が形成された後で、板材の接合面で化学反応が発生することが少なく、双方の板材がその原型を留め、長期間にわたって制振効果が持続する。

尚、本発明における同種の金属による板材とは、炭素鋼板とかニッケル板というようなおおまかな範疇での同種の金属を意味し、金属材料の詳細な組成比率あるいは製造条件まで含めたうえでの同種の金属を意味するものではない。
また、圧延とは、熱間圧延および冷間圧延を含んでいる。

（手段２）手段２に係る制振材の製造方法は、
同種の金属による板材を複数枚重ね合わせた積層体を圧延することにより、板材を互いに圧着させることで制振材を形成する。
これにより、板材に穿孔する必要がなく、また、かしめ等も必要なく、積層体を圧延するのみで製造可能であるため、容易に制振材を製造することができる。
また、同種の金属による板材を圧延しているため、異種の金属板を重ね合わせたときのように、制振材が形成された後で、板材の接合面で化学反応が発生することが少なく、双方の板材がその原型を留め、長期間にわたって制振効果が持続する制振材が形成できる。

尚、本発明における同種の金属による板材とは、炭素鋼板とかニッケル板というようなおおまかな範疇での同種の金属を意味し、金属材料の詳細な組成比率あるいは製造条件まで含めたうえでの同種の金属を意味するものではない。
また、圧延とは、熱間圧延および冷間圧延を含んでいる。

（手段３）手段２に係る制振材の製造方法において、
板材と同種の金属により形成された平板部と、平板部に立設された規制部とを有する拘束材により、積層体の端にある板材と平板部が互いに平行となって接するとともに、規制部により板材のスライス方向の動きを規制するように積層体を拘束した状態で、積層体と拘束材を圧延することにより、板材を平板部とともに圧着させることで制振材を形成する。

これにより、積層体が拘束材の規制部により規制されて、板材が互いにずれることなく圧延されるため、形成された制振材の表面積を十分確保することができ、製造品質を向上させることができる。
また、平板部は、板材と同種の金属により形成されているため、圧延後に平板部を取り去る必要がなく、平板部を板材とともに制振材の一部として使用することができる。

（手段４）手段３に係る制振材の製造方法において、
拘束材は、板材と同種の金属により形成された底板および底板に立設された側板を有した収容箱からなり、積層体の端にある板材と底板が互いに平行となって接するように、収容箱内に積層体が載置され、複数枚の板材のスライス方向の動きが側板により規制された状態で積層体と収容箱を圧延することにより、板材を収容箱とともに圧着させることで制振材を形成する。

これにより、積層体が収容箱内に載置されて周囲を規制されるため、よりいっそう板材のずれを低減でき、形成された制振材の表面積を十分確保して製造品質を向上させることができる。
また、底板は、板材と同種の金属により形成されているため、圧延後に底板を取り去る必要がなく、底板を板材とともに制振材の一部として使用することができる。

（手段５）手段４に係る制振材の製造方法において、
収容箱には、蓋を被せることが可能とされ、蓋は、板材と同種の金属により形成された天井面と、天井面に立設され収容箱の側板の外周面と嵌合する複数の側方部とを有し、側方部および天井面の少なくともいずれかには、内外を連通させる貫通孔が形成されており、積層体が収容箱内に載置された後、収容箱に蓋が被せられ、収容箱が閉塞された状態で圧延されることにより、収容箱および蓋により形成された内部空間が減少して、内部空間の気体が貫通孔を介して外部に排出され、板材を収容箱および蓋とともに圧着させることで制振材を形成する。

これにより、収容箱に蓋を被せることで、収容された板材が上下方向にずれることがなく、いっそう製造品質のよい制振材を製造することができる。
また、圧延時に、蓋に形成された貫通孔を介して、気体が収容箱の外部に排出されるため、収容箱内の内圧が高まることがなく、圧延に支障を来たすことがない。
さらに、蓋の天井面は、板材と同種の金属により形成されているため、圧延後に天井面を取り去る必要がなく、天井面を板材とともに制振材の一部として使用することができる。

（手段６）手段１に係る制振材において、
板材は同一の金属からなる。
これにより、同一の金属による板材を圧延しているため、板材同士の相性がよく、制振材が形成された後で、板材の接合面で化学反応が発生することがいっそう少なく、双方の板材がその原型を留め、長期間にわたって制振効果が持続する。
尚、本発明における同一の金属による板材とは、金属材料の詳細な組成比率および製造条件まで含めたうえでの同一の金属を意味している。

（手段７）手段２乃至５のいずれかに係る制振材の製造方法において、
板材は同一の金属からなる。
これにより、同一の金属による板材を圧延しているため、板材同士の相性がよく、制振材が形成された後で、板材の接合面で化学反応が発生することがいっそう少なく、双方の板材がその原型を留め、長期間にわたって制振効果が持続する。
尚、本発明における同一の金属による板材とは、金属材料の詳細な組成比率および製造条件まで含めたうえでの同一の金属を意味している。

図１および図２に基づき、本発明の一実施形態による制振材およびその製造方法について説明する。図１に示すように、制振材を製造する場合、最初に、同種の金属による複数の板材１を重ね合わせた積層体２を、ケース３内に収容する（第１工程）。複数の板材１は、これに限られるものではないが、本実施形態においては、すべて同一の金属である炭素鋼板（ＪＩＳ規格におけるＳ４５Ｃ）を使用している。ここで、同一金属とは、その組成や製造条件がほぼ同じ金属をいう。複数の板材１は、同一の金属ではなく、同種の金属（金属材料の詳細な組成比率あるいは製造条件までが同一ではなく、たとえば、炭素鋼板、ニッケル板といった、おおまかな範疇での同種の金属を意味する）であってもよい。

図２に示すように、ケース３は下箱３１（本発明の拘束材および収容箱に該当する）と、下箱３１に被せられるケース蓋３２（本発明の蓋に該当する）とにより形成されている。
下箱３１は、板材１と同一の金属材料（具体的にはＳ４５Ｃ）により一体に形成されており、平坦な底面部３１ａ（本発明の平板部および底板に該当する）と、底面部３１ａの周囲に立設された４つの側部３１ｂ（本発明の規制部および側板に該当する）とにより形成されている。底面部３１ａの平面視による面積および形状は、積層体２の上面の面積および形状とほぼ等しく、積層体２の周端部と側部３１ｂとの間に、積層体２を下箱３１内に入れる場合に支障がない程度の、わずかな隙間を有するように形成されている。底面部３１ａの厚みは、本実施形態においては４．４ｍｍとした。

下箱３１は、底面部３１ａの部分だけ板材１と同種または同一の金属材料により形成し、側部３１ｂは板材１とは異なる金属材料等により形成してもよい。また、側部３１ｂは必ずしも壁状に連続的に形成されていなくてもよく、載置された板材１の位置ずれを防止可能なものであれば、複数の杭状のものなど、あらゆる形状のものが適用可能である。

一方、ケース蓋３２は、板材１と同種の金属材料により一体に形成されており、平坦な上面３２ａ（本発明の天井面に該当する）と、上面３２ａの外周端において鉛直下方に延びた４つの囲繞部３２ｂ（本発明の側方部に該当する）とにより構成されている。上面３２ａは、囲繞部３２ｂの上部を連結して水平方向に広がっている。上面３２ａの厚みも、本実施形態においては４．４ｍｍとした。

また、対向する囲繞部３２ｂ同士の間隔は、ケース蓋３２を下箱３１に被せたときに、それぞれの囲繞部３２ｂが、側部３１ｂの外周面と嵌合するような距離に形成されている。ケース蓋３２は、上面３２ａの部分だけ板材１と同種の金属材料により形成し、囲繞部３２ｂは板材１とは異なる金属材料等により形成してもよい。また、必ずしも壁状に連続的に形成されていなくてもよく、ケース蓋３２の下箱３１に対する位置ずれを防止可能なものであれば、複数の杭状のものなど、あらゆる形状のものが適用可能である。

また、囲繞部３２ｂの一つには、通気孔３２ｃ（本発明の貫通孔に該当する）が形成されている。通気孔３２ｃは、囲繞部３２ｂを貫通しており、ケース蓋３２の内外を連通させている。通気孔３２ｃは、ケース蓋３２に複数個形成されていてもよく、または、囲繞部３２ｂではなく上面３２ａに形成されていてもよく、もしくは、囲繞部３２ｂおよび上面３２ａの双方に形成されていてもよい。また通気孔３２ｃは、ケース蓋３２を下箱３１に被せた場合に、ケース３内の気体の出入りを許容するものであれば、任意の大きさのものでよい。

積層体２は、端にある板材１（最下方にある板材１）と底面部３１ａとが互いに平行となって接するように下箱３１内に載置されることにより、その周囲を取り囲む側部３１ｂによって、水平方向（本発明の板材１のスライス方向に該当する）の移動を規制され、各々の板材１が位置ずれすることがない。尚、図１に示した第１工程においては、板材１と下箱３１の側部３１ｂとの間に隙間が表れているが、上述したように、実際の製造工程においては、板材１と側部３１ｂとの間にはわずかな隙間しか形成されていない。

積層体２が載置された下箱３１には、ケース蓋３２が被せられる。これにより、下箱３１の上方に位置する開放部が閉塞され、板材１の上下方向の位置ずれも規制された状態で、加熱炉等により加熱し熱間圧延が行われる（第２工程）。積層体２は熱間圧延を行うことにより、隣り合う板材１が互いに圧着して一体化する。また、下箱３１およびケース蓋３２も、板材１とともに圧着される。
熱間圧延時には、ケース３の内部空間の減少と加熱により、ケース３内の気圧が上昇するが、ケース蓋３２に形成された通気孔３２ｃにより、ケース３内の気体が排出されるため、支障なく熱間圧延を行うことができる。

次に、熱間圧延後の積層体２に冷間圧延を施し、積層体２の厚み調整を行う（第３工程）。本実施形態においては、２５％に圧下率を設定して冷間圧延を行っているが、これに限られるものではない。冷間圧延時においても、通気孔３２ｃによりケース３内の気体が排出されるため、冷間圧延は滞りなく進行される。
冷間圧延後の積層体２は、その周縁部が切除され、ケース蓋３２の囲繞部３２ｂおよび下箱３１の側部３１ｂが切り離され、制振材４が完成する（第４工程）。

＜実施例＞
図３乃至図１０に基づき、本発明の実施例について説明する。図３は、上述した実施形態による製造方法を用いて形成した制振材４について、その制振特性を測定するために使用した測定装置を示している。
加振器５のインピーダンスヘッド５１の先端には、ワーク４１が固着されている。ワーク４１は、上述した製造方法により形成された制振材４を板状（長さが１６０ｍｍ、幅が１０ｍｍの大きさで、厚みが３ｍｍ）に切断したものであり、そのほぼ中央部がインピーダンスヘッド５１に対して接着されている。

加振アンプ６は、入力される加振信号を増幅して加振器５に対し出力している。コントローラー７はＦＦＴアナライザであり、測定者による操作量に基づき、加振アンプ６に対して加振信号を発信している。
検出器８はマスキャンセルアンプであり、加振器５がワーク４１に対して加えた荷重と、加えられた荷重によりインピーダンスヘッド５１に発生する加速度を検出し、コントローラー７へと出力する信号に関して、インピーダンスヘッド５１の重量の影響分をキャンセルする働きを有する。

上述した測定装置を用いて、測定者による操作量に応じて、コントローラー７から加振アンプ６に対して加振信号が出力されると、加振アンプ６は増幅信号を加振器５へと送信する。加振器５は、受信した増幅信号をインピーダンスヘッド５１の機械的振動に変換し、ワーク４１を所定の振幅および周波数で振動させる。
このときにワーク４１に対して加えた荷重と、加えられた荷重によりインピーダンスヘッド５１に発生する加速度（ワーク４１の加速度と等しい）を測定した。ワーク４１に対して加えた荷重とインピーダンスヘッド５１の加速度の測定は、加振振幅および周波数をそれぞれ別々に変化させて行った。

次に、図４に基づき、上述した測定方法によるワーク４１の制振特性の求め方について説明する。図４は、ワーク４１に対して、所定の振幅および周波数により振動を加えた場合の、加振周波数と伝達関数：｜Ｈ(jω)｜（共振線図）との関係を示している。伝達関数：｜Ｈ(jω)｜は、（インピーダンスヘッド５１に発生する加速度）／（ワーク４１に対して加えた荷重）と等しく、ワーク４１に与えた振動の振幅および周波数に応じて、一意的に求まる。

図４に示すように、伝達関数：｜Ｈ(jω)｜から、式：η＝（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₀に基づき損失係数ηを求めた。ここで、ｆ₀はワーク４１の共振周波数であり、ｆ₁およびｆ₂は、伝達関数：｜Ｈ(jω)｜が共振点における値よりも３ｄＢ低いときの周波数を示している。損失係数ηの値は、大きいほど制振材４の制振性が優れていることを示している。
損失係数：ηは、ワーク４１に与えた振動の振幅および周波数を別々に変化させ、各振幅および周波数において測定した。振幅は、当該測定における基準振幅（振幅目盛1.0）、基準振幅の２倍の振幅（振幅目盛2.0）および基準振幅の１０の１の振幅（振幅目盛0.1）について測定を行った。尚、振幅目盛の数値は、測定者の操作によるコントローラー７の目盛数を示している。

また、ワーク４１については、積層された板材１の枚数が、１枚、７枚、１６枚、２０枚、２４枚、３０枚、３５枚、４０枚、６０枚の９種類を形成し、それぞれのワーク４１について上述した測定を行った。
尚、今回の測定における板材１の積層数毎の圧下率と、イニシャル板厚を以下に記載する。
積層数 圧下率［％］ イニシャル板厚［ｍｍ］／枚
１ ０ ２２
７ ８７．２ ４．５
１６ ８７．２ １．６
２０ ８９．４ １．０
２４ ９０．９ １．６
３０ ８９．１ １．０
３５ ９０．４ １．０
４０ ９１．５ １．０
６０ ８９．４ ０．５
図５乃至図１０に示した測定結果によれば、加振振幅に拘わらず、２４枚の板材１を積層して形成したワーク４１が最も制振性に優れている。尚、図８乃至図１０は、いずれも加振周波数が６５００Ｈｚのときの、板材１の積層枚数と損失係数：ηとの関係を示したグラフである。

本実施形態によれば、同種の金属による板材１を複数枚重ね合わせた積層体２を熱間圧延することにより、板材１を互いに圧着させて制振材４を形成する。
これにより、板材１にリベット孔等を穿孔する必要がなく、また、かしめ等も必要なく、積層体２を熱間圧延するのみで製造可能であるため、製造が容易な制振材４にすることができる。
この制振材４は、熱間圧延されたそれぞれの金属板が、板材１としての原型を留めた状態で形成されている。したがって、制振材４に振動が加わった場合、板材１同士の接合面において、双方の金属の分子同士が互いに摺動して、振動によるエネルギーを摩擦熱として消耗させる。

また、同種の金属による板材１を圧延しているため、異種の金属板を重ね合わせたときのように、制振材４が形成された後で、板材１の接合面で化学反応が発生することが少なく、双方の板材１がその原型を留め、長期間にわたって制振効果が持続する。
また、同種の金属による板材１を圧着しているため、異種の金属同士を接合した場合のように、加熱時に熱膨張係数の差により、積層体２のそり等が起こり、板材１間の剥離等が発生することがない。
さらに、積層した複数の板材１を圧延して制振材４を形成しているため、制振材４の厚みを小さくすることができ、車両等に搭載する場合にスペースをとらずに便利である。

また、本実施形態によれば、板材１と同種の金属により形成された底面部３１ａおよび底面部３１ａに立設された側部３１ｂを有した下箱３１内に積層体２が載置され、複数枚の板材１の水平方向の動きが側部３１ｂにより規制された状態で積層体１と下箱３１を熱間圧延することにより、板材１を下箱３１とともに圧着させて形成する。
これにより、下箱３１内に載置された積層体１が側部３１ｂにより規制されて、板材１が互いにずれることなく圧延されるため、形成された制振材４の表面積を十分確保することができ、製造品質を向上させることができる。
また、底面部３１ａは、板材１と同種の金属により形成されているため、圧延後に底面部３１ａを取り去る必要がなく、底面部３１ａを板材１とともに制振材４の一部として使用することができる。

また、下箱３１には、ケース蓋３２を被せることが可能とされ、ケース蓋３２は、下箱３１の側部３１ｂの外周面と嵌合する複数の囲繞部３２ｂと、複数の囲繞部３２ｂの上部を連結して水平方向に広がるとともに板材１と同種の金属により形成された上面３２ａを有し、囲繞部３２ｂには、内外を連通させる通気孔３２ｃが形成されている。積層体２が下箱３１内に載置された後、下箱３１にケース蓋３２が被せられ、下箱３１の上方が閉塞された状態で熱間圧延されることにより、下箱３１およびケース蓋３２により形成された内部空間が減少して、内部空間の気体が通気孔３２ｃを介して外部に排出され、板材１を下箱３１およびケース蓋３２とともに圧着させて形成する。

これにより、下箱３１にケース蓋３２を被せることで、収容された板材１が上下方向にずれることがなく、いっそう製造品質のよい制振材４を製造することができる。
また、圧延時に、ケース蓋３２に形成された通気孔３２ｃを介して、気体が下箱３１の外部に排出されるため、下箱３１内の内圧が高まることがなく、圧延に支障を来たすことがない。
さらに、ケース蓋３２の上面３２ａは、板材１と同種の金属により形成されているため、圧延後に上面３２ａを取り去る必要がなく、上面３２ａを板材１とともに制振材４の一部として使用することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
下箱３１内に載置した積層体２を圧延する場合、板材１が上下方向に位置ずれする恐れがなければ、必ずしもケース蓋３２を被せる必要はない。
上述した実施形態による制振材４の製造工程において、熱間圧延後の冷間圧延工程は必ずしも必要ではない。

また、積層体の圧延後に、適宜、熱処理等を行ってもよい。
本発明による制振材４は、炭素鋼板以外の金属板同士を重ね合わせた積層体２を、圧延して形成してもよい。
熱間圧延を行う代わりに、積層体に予熱を加えた後に冷間圧延を行ってもよい。
積層体に対する拘束材として、日本国公開特許公報である特開昭６３−１３０２８５号の図２に示されたような拘束材を使用してもよい。

本実施形態による制振材の製造方法を示した図。 圧延時に使用する下箱およびケース蓋を示した斜視図。 制振材の制振特性の測定装置を示した図。 制振材の共振線図を示したグラフを表した図。 振幅目盛が1.0のときの周波数と損失係数との関係を示したグラフを表した図。 振幅目盛が2.0のときの周波数と損失係数との関係を示したグラフを表した図。 振幅目盛が0.1のときの周波数と損失係数との関係を示したグラフを表した図。 振幅目盛が1.0のときの板材の積層枚数と損失係数との関係を示したグラフを表した図。 振幅目盛が2.0のときの板材の積層枚数と損失係数との関係を示したグラフを表した図。 振幅目盛が0.1のときの板材の積層枚数と損失係数との関係を示したグラフを表した図。

符号の説明

図面中、１は板材、２は積層体、４は制振材、３１は下箱（拘束材、収容箱）、３１ａは底面部（平板部、底板）、３１ｂは側部（規制部、側板）、３２はケース蓋（蓋）、３２ａは上面（天井面）、３２ｂは囲繞部（側方部）、３２ｃは通気孔（貫通孔）を示している。

Claims (7)

1. 同種の金属による板材を複数枚重ね合わせた積層体を圧延することにより、前記板材を互いに圧着させて形成したことを特徴とする制振材。
2. 同種の金属による板材を複数枚重ね合わせた積層体を圧延することにより、前記板材を互いに圧着させることで制振材を形成することを特徴とする制振材の製造方法。
3. 前記板材と同種の金属により形成された平板部と、該平板部に立設された規制部とを有する拘束材により、
   前記積層体の端にある前記板材と前記平板部が互いに平行となって接するとともに、前記規制部により前記板材のスライス方向の動きを規制するように前記積層体を拘束した状態で、前記積層体と前記拘束材を圧延することにより、
   前記板材を前記平板部とともに圧着させることで制振材を形成することを特徴とする請求項２記載の制振材の製造方法。
4. 前記拘束材は、前記板材と同種の金属により形成された底板および該底板に立設された側板を有した収容箱からなり、
   前記積層体の端にある前記板材と前記底板が互いに平行となって接するように、前記収容箱内に前記積層体が載置され、複数枚の前記板材のスライス方向の動きが前記側板により規制された状態で前記積層体と前記収容箱を圧延することにより、
   前記板材を前記収容箱とともに圧着させることで制振材を形成することを特徴とする請求項３記載の制振材の製造方法。
5. 前記収容箱には、蓋を被せることが可能とされ、
   前記蓋は、
   前記板材と同種の金属により形成された天井面と、該天井面に立設され前記収容箱の前記側板の外周面と嵌合する複数の側方部とを有し、前記側方部および前記天井面の少なくともいずれかには、内外を連通させる貫通孔が形成されており、
   前記積層体が前記収容箱内に載置された後、前記収容箱に前記蓋が被せられ、前記収容箱が閉塞された状態で圧延されることにより、前記収容箱および前記蓋により形成された内部空間が減少して、前記内部空間の気体が前記貫通孔を介して外部に排出され、
   前記板材を前記収容箱および前記蓋とともに圧着させることで制振材を形成することを特徴とする請求項４記載の制振材の製造方法。
6. 前記板材は同一の金属からなることを特徴とする請求項１記載の制振材。
7. 前記板材は同一の金属からなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の制振材の製造方法。

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