JP3109441B2 - 複合制振金属板およびその曲げ加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機樹脂等を用い
ることなく複数枚の金属板を積層することにより制振性
を高めた軽量複合制振金属板とその曲げ加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】制振材料として一般に使用されている制
振合金や、２枚の金属板の間に高分子樹脂を挟んだ樹脂
サンドイッチ型の複合制振鋼板は、いずれも溶接による
接続が困難であるか、または、たとえ溶接が可能であっ
ても溶接後の制振性能が著しく低下するといった欠点を
有する。この欠点を解消したのが金属板を直接積層して
点状に部分接合した複合制振金属板である（たとえば、
特開昭６１−１８２８２０号公報など）。

【０００３】図２は、これら従来の複合制振金属板を示
す図面である。

【０００４】この種の複合制振金属板は、図２に示すよ
うに強度部材としての主板（１）を制振性を発現するた
めの補助板（２）２枚以上で両側から挟込み、３枚以上
の鋼板を複数箇所で点結合したものである。この点結合
はスポット溶接、栓溶接、ボルトとナットによる締結な
ど種類を問わないが、製造能率の点からスポット溶接に
より行われる場合が多い。以後の説明において、主金属
板を主板、補助金属板を補助板という場合がある。

【０００５】上記の点結合は一定以上の間隔をあけてで
きるだけ均等に分散配置してある。また、複合型である
にも関わらず有機樹脂を必要としないため溶接性や耐久
性、耐火性にも優れており、例えば、船舶の床材や壁材
などの構造材料として近年大きな注目を集めている。

【０００６】このような複合制振金属板では、振動が生
じたときに各板の振動モードが相違することにより相互
干渉作用が生じ、その結果板同志が直接擦れ合うことに
より生じる摩擦によるエネルギー減衰機構により、優れ
た制振性が得られる。しかも、有機樹脂を必要としない
ので、構造部材として他の構造部材と溶接して用いるこ
とも可能である。さらには、板の成分組成に対する制限
がないので、強度、靭性等の確保も容易である。

【０００７】しかしながら、構造部材としてこの複合制
振金属板を使用する場合、補助金属板を、応力を分担す
る部材とすることができないために、静的な力学構造と
いう観点からみると補助金属板は単に重量増をもたらす
ものにすぎない。複合制振金属板の重量増を抑制するた
めに、従来は補助板の板厚を主板に対してできるだけ薄
くするという方法で重量増を押さえてきた。

【０００８】しかし、この方法では主板に対して補助板
の板厚が１／１６程度以下になると十分な制振性を発現
させることができなくなるので、これ以上は補助板は薄
くできない。したがって、主板の板厚が厚くなってくる
と重量増は無視できなくなる。

【０００９】また、複合制振金属板は構造材料として曲
げ剛性が求められるが、曲げ剛性は主板の板厚に全面的
に依存し、必要な曲げ剛性を得るためには、通常、主板
の厚さは１０mm以上必要である。このことが重量を増加
させるもう一つの要因となっている。

【００１０】さらに、この複合制振金属板には曲げ加工
を行うと板同士の間に隙間が生じ制振性が劣化するとい
う大きな問題がある。曲げ加工による制振性の劣化は、
主板（１）の板厚増加に伴う制振性確保のための補助板
（２）の板厚増加に伴って大きく現れる。以後の説明に
おいて“曲げ加工性が優れる”とは、“曲げ加工による
隙間の発生が少なくかつ制振性の劣化も小さい”ことを
さす。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、補助板によ
る重量増加を可能な限り低減したうえで、曲げ加工後も
優れた制振性を確保しうる複合制振金属板およびその曲
げ加工方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決するために主板と補助板の配置および板厚を変化
させて実験を重ねた結果、下記の事項を確認することが
できた。

【００１３】（ａ）曲げ加工の際、曲げの外側に板厚の
薄い補助板を配置すると、外側の補助板が内側の板に追
随して変形することができ隙間の発生が少ない。主板を
曲げの外側とした逆の場合は、曲げの内側の薄い補助板
はなめらかに曲がらず腰折れするように変形し、曲がり
の小さい外側の厚い主板との間に大きな隙間を発生す
る。

【００１４】（ｂ）このような傾向は主板と補助板との
間の関係のみならず、補助板同士の間においても存在す
る。すなわち曲げ加工の外側ほど補助板を薄くすると制
振性が劣化するほどの隙間はほとんど発生しなくなる。

【００１５】（ｃ）しかしながら、あまり極端に補助板
の板厚の勾配をつけると、曲げ加工性および軽量性には
有効であっても制振性を確保できなくなり、補助板の板
厚逓減率には制限が必要である。

【００１６】図１は、本発明に係る複合制振金属板を示
す図面である。

【００１７】本発明者らは上記の事項を組み合わせた結
果、図１に示すように主板（１）の片側に補助板
（２）、（２’）が積層する複合制振鋼板を新しい基本
的な構造と設定した。そのうえで、補助板（２’）の補
助板（２）に対する板厚の減少率を種々変化させて曲げ
加工をおこない、制振性を測定することにより本発明を
完成した。

【００１８】本発明はつぎの曲げ加工性に優れた複合制
振金属板およびその複合制振金属板に曲げ加工を施した
後も優れた制振性を発揮する複合制振金属板の曲げ加工
方法を要旨とする（図１参照）。

【００１９】主構造部材である主金属板の片面側に２
枚以上の補助金属板が積層された複合制振金属板であっ
て、補助金属板の板厚が主金属板から遠ざかるほど順次
薄い曲げ加工性と軽量性に優れた複合制振金属板（〔発
明１〕とする）。

【００２０】主板に接する補助板の１枚目の板厚が主
板の板厚の１／２〜１／１０であり、２枚目以降の補助
板の板厚は、順次、主板に近い側に隣接する補助板の板
厚の１／２〜１／１０である上記に記載する曲げ加工
性と軽量性に優れた複合制振金属板（〔発明２〕とす
る）。

【００２１】曲げ加工に際して、主板を曲げの内側と
して上記またはに記載する複合制振板を曲げる曲げ
加工方法（〔発明３〕とする）。

【００２２】上記において、“積層する”とは金属板を
重ねて点結合することをさす。

【００２３】主板または補助板の材質は、金属であれば
よく、鋼、銅、アルミニウムを問わず適用される。

【００２４】主構造部材である主板とは、構造物に組み
込まれて応力を分担する板をさし、積層された金属板の
うち最大板厚の板である。補助板とは主板に積層されて
面同士の接触により制振性を高める働きをする金属板を
さし、構造物中で静荷重を分担する場合は少ない。

【００２５】補助板は主板の全面に積層されていなくて
もよく、主板の中心部付近において例えば５０％だけ接
触するように積層されていてもよい。

【００２６】補助板が主板から遠ざかるほど順次薄いと
は、積層される補助板は主板側において隣接する補助板
の板厚よりも薄い板厚の補助板が順次積層されることを
さす。

【００２７】〔発明１〕および〔発明２〕の複合制振金
属板は、平坦なものおよび曲げ加工部を有する複合制振
金属板が該当する。

【００２８】〔発明３〕においては、〔発明１〕または
〔発明２〕の複合制振金属板のうち平坦な状態のものを
曲げる場合、または一度曲げられた複合制振金属板をさ
らに曲げる場合が、該当する。

【００２９】

【発明の実施の形態】

１．板厚 本発明において補助板を２枚とした場合、主板に接する
補助板を（２）、その上の補助板を（２’）とすると
き、補助板（２）、（２’）の板厚は、主板から遠い補
助板ほど板厚が薄いという条件を満たしさえすればどの
ような板厚の組み合わせでも制振性能を発揮する。しか
し、補助板（２）、（２’）の板厚を厚くしすぎると重
量が大きくなり、一方、薄すぎると十分な制振性能を発
揮できないことがあるため、補助板（２）の板厚は主板
（１）の１／２〜１／１０の、補助板（２’）の板厚は
補助板（２）の１／２〜１／１０の板厚が適当である。

【００３０】補助板は、通常は２枚であるが、それ以上
であってもよい。しかし、最外層の板があまり薄くて
は、積層数に見合った高い制振性能は得られないので、
３〜４枚を上限とすることが望ましい。主板の板厚を１
０ｍｍとするとき、補助板４枚の場合、最外層の４枚目
の補助板の板厚は、最小の減少率１／２を採用したとし
ても０．６２５ｍｍとなり、制振性に寄与する限界とい
ってよい板厚になる。

【００３１】２．結合方法 本発明において、主板や補助板を１枚の板として結合す
る方法は、スポット溶接もしくはボルト締め（３）、ま
たはリベット止め（３）等の方法で点状に結合すること
が望ましい。また、これら板の縁を溶接によって接合し
てもよい。

【００３２】点状に結合する場合、点結合の間隔はどの
ような間隔でも制振性を発揮する。しかし、この間隔が
あまり狭すぎると積層した金属板同士を拘束して一体物
として振動させる状態に近づき制振性が劣化するので、
間隔は２００ｍｍ以上とすることが望ましい。

【００３３】３．曲げ加工 〔発明３〕における曲げ加工は、補助板が曲げの外側に
なるかぎりどのような曲げ加工でもよい。ただし、外側
の薄い補助板が曲げ内側の板よりも、より大きく伸びる
ことが必要なので、外側の補助板に引張応力がかかりに
くい曲げ加工方法は避けることが望ましい。

【００３４】複合制振金属板全体に引張応力を負荷しな
がら、その中央部をポンチで引張応力に垂直に主板をプ
レス押出しして曲げる方法などが望ましい。また、Ｖブ
ロックなどの型の上に本発明に係る複合制振金属板の補
助板側を下にして乗せ、楔状ポンチ等にて主板を押して
曲げてもよい。

【００３５】曲げ半径はどのようなものでもよいが、あ
まり大きな変形が加わると隙間を生じるので、複合制振
鋼板全体の板厚の２倍程度の曲げ半径であることが望ま
しい。

【００３６】また、曲げは直線状の曲げに限定されず、
型および型押しの形状に応じた曲線状の曲げであっても
よい。

【００３７】

【実施例】

Ａ．実験１：曲げ加工前の制振性（〔発明１〕および
〔発明２〕の実施例） つぎに本発明の軽量複合制振金属板の制振性能を確認す
るため加振実験により振動加速度を測定し、測定した加
速度を高速フーリエ変換（以下ＦＦＴ）解析して、半値
幅法を用いて減衰係数を求めた結果について説明する。

【００３８】図１にしめすように、本発明の実施に用い
た複合制振金属板は、長さ１０００ｍｍ、幅５００ｍｍ
で板厚１０ｍｍの鋼板を主板（１）として、その片側に
５ｍｍと２．５ｍｍ、３ｍｍと１ｍｍ、および１ｍｍと
０．４ｍｍの２枚の補助板（２）、（２’）を組み合わ
せたものである。

【００３９】なお、以下の説明において、“金属板”は
“鋼板”を意味することとする。

【００４０】図２は、比較に用いた主金属板を挟んで両
側に補助金属板がある従来の複合制振鋼板を示す図面で
ある。両側の補助金属板はともに板厚５ｍｍおよびとも
に３ｍｍの２種類とした。比較例には、このほかに１０
ｍｍ厚の単板（鋼板）を加えた。

【００４１】図３は、曲げ加工前の複合制振鋼板および
比較の鋼板の制振性を測定する方法を示す図面である。

【００４２】試験は、図３に示すように試験片（４）の
両端部を治具（５）で固定し、中央部をハンマ（７）で
加振したときの加振点近傍の振動加速度を加速度計
（６）を用い測定した。

【００４３】図４は、治具に固定された部分の試験片の
断面図をあらわす。

【００４４】図５は、共振周波数付近での加速度の変化
を示す図面である。

【００４５】測定した振動加速度をＦＦＴ分析器（８）
で周波数分析し、次の式(a) を用いて減衰比ζを求め
た。

【００４６】 ζ＝（１／２）×（△ω／ω_n）・・・（ａ） ここで、記号Δω およびω_nの意味は、つぎのとおりで
ある（図４参照）。

【００４７】Δω ：共振曲線上で加速度Ｘがピーク値
Ｘ_max の０．７０７倍以上となる周波数 の幅、 ω_n：共振周波数 図６は、上記の測定によって得られた減衰比ζと重量比
（総重量／主板重量）の関係を示した図面である。重量
比は１に近いほど構造部材である主板の比率が高くな
り、応力を分担する部材という視点からは、無駄な部分
が少なくなるので好ましい。図中の●、■、◆は本発明
の複合制振金属板を、○、□、◇は従来の複合制振金属
板の制振性能を示し、さらに、△は単板の制振性能を示
している。

【００４８】表１は、実験１の結果を示す一覧表であ
る。

【００４９】

【表１】

【００５０】図６から明らかなように本発明の複合制振
金属板は、単板に比べて十分の、また従来形状の複合制
振金属板に比べて同等の制振性能を示している。従来の
複合制振鋼板は制振性は優れているものの、重量比はい
ずれも１より相当大きく、軽量化という点で、本発明例
に劣っている。

【００５１】Ｂ．実験２：曲げ加工前の結合間隔の減衰
比に及ぼす影響 複合制振鋼板の結合間隔および接合方法の制振性に及ぼ
す影響を確認するため、３００ｍｍ、２５０ｍｍ、２０
０ｍｍ、１５０ｍｍおよび１００ｍｍ間隔の点結合をス
ポット溶接、栓溶接およびリベット止めによりおこない
複合制振金属板を作成し試験した。なお、この試験に使
用した複合制振金属板の板厚の組合せは、従来タイプが
３ｍｍ(補助板)／１０ｍｍ(主板)／３ｍｍ(補助板)、本
発明が１０ｍｍ(主板)／３ｍｍ(補助板)／１ｍｍ(補助
板)とした。

【００５２】表２は、実験２の結果を示す一覧表であ
る。

【００５３】

【表２】

【００５４】図７は、この試験の結果である結合間隔と
減衰比ζの関係を示す図面である。図７から明らかなよ
うに本発明の複合制振金属板も、従来の複合制振金属板
と同様にスポット間隔が２００ｍｍ以下になると急激に
制振性能が劣化することがわかる。

【００５５】Ｃ．実験３：曲げ加工後の減衰比（〔発明
３〕の実施例） 次ぎに、曲げ加工後の制振性能を実施例を用いて説明す
る。

【００５６】図８は、曲げ加工をおこなった治具を示す
図面である。

【００５７】前述した試験片を、図８に示すようにＶブ
ロック（１１）上に置き、くさび型のポンチ（１０）を
押し当てて荷重を加えることにより曲げ加工して試験片
（４）を作成した。このとき、Ｖブロック側（曲げ加工
の外側）に補助板がくる場合と、主板がくる場合の両方
の試験片を作成した。前者は〔発明３〕の実施例に該当
するが、後者は〔発明３〕の範囲外である。

【００５８】図９は、曲げ加工後の制振性を測定する方
法を示す図面である。

【００５９】図９に示すように一端に２個の穴をあけ天
井からつるしてハンマ（７）で加振し、加振点近傍の振
動加速度を加速度計（６）を用い測定した。得られた加
速度を前述の試験と同様ＦＦＴ分析器（８）で周波数分
析した後、式(a) を用いて減衰比ζを求めた。

【００６０】表３は、実験３の試験結果を示す一覧表で
ある。

【００６１】

【表３】

【００６２】図１０は、曲げ加工後の減衰比ζと重量比
（総重量／主板重量）の関係を表す図面である。図中の
●は〔発明３〕の例、■は曲げの外側を主板とした比較
例、また、○は従来タイプの複合制振金属板をそれぞれ
示している。

【００６３】図１０から明らかなように、本発明の複合
制振金属板において補助板側を曲げ加工の外側に配置し
た場合には、制振性能がほとんど劣化しないのに対し
て、従来タイプの複合制振金属板、および外側に主板を
配置した場合には制振性能が大きく劣化することがわか
る。これは、曲げ加工により金属板間に隙間が生じ、こ
の隙間が大きすぎ、鋼板間の摩擦によるエネルギー源衰
機構が十分に発揮されていないためである。

【００６４】

【発明の効果】本発明により、積層する補助板の板厚の
総和を減少することが可能となり、軽量で制振性能に優
れた複合制振金属板の提供が可能となった。さらに、補
助板側を曲げ加工面の外側に配置して曲げることによ
り、曲げ加工によって主板と補助板の間に隙間が生じに
くくなり、曲げ加工を施した後も制振性に優れた複合制
振金属板であることを維持できる曲げ加工方法を提供す
ることが可能となった。これらの発明は人口が密集する
都市部の住民の快適な生活を保証する構造物の基礎資材
として非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いた複合制振金属板を示す。

【図２】主金属板を挟んで両側に補助金属板がある従来
の複合制振鋼板を示す。

【図３】曲げ加工前の複合制振金属板の制振性を測定す
る方法を示す。

【図４】治具に固定された部分の試験片の断面図をあら
わす。

【図５】共振周波数付近での加速度の変化（共振曲線）
を示す。

【図６】減衰比と重量比（総重量／主板重量）の関係を
示す。

【図７】接合間隔と減衰比の関係を示す。

【図８】曲げ加工に用いた治具を示す。

【図９】曲げ加工後の制振性を測定する方法を示す。

【図１０】曲げ加工後の減衰比と重量比（総重量／主板
重量）の関係を示す。

【符号の説明】

１…主金属板 ２…補助金属板 ２’…補助金属板 ３…点結合 ４…複合制振金属板 ５…加振実験用治具 ６…加速度計 ７…加振用ハンマ ８…ＦＦＴ分析器 ９…共振曲線 １０…Ｖ型ポンチ １１…Ｖブロック

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B32B 15/01 B21C 37/00 B23K 11/00 520 F16F 15/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主構造部材である主金属板の片面側に２枚
   以上の補助金属板が積層された複合制振金属板であっ
   て、補助金属板の板厚が主金属板から遠ざかるほど順次
   薄いことを特徴とする曲げ加工性と軽量性に優れた複合
   制振金属板。
2. 【請求項２】主金属板に接する補助金属板の１枚目の板
   厚が主金属板の板厚の１／２〜１／１０であり、２枚目
   以降の補助金属板の板厚は、順次、主金属板に近い側に
   隣接する補助金属板の板厚の１／２〜１／１０であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載する曲げ加工性と軽量性
   に優れた複合制振金属板。
3. 【請求項３】曲げ加工に際して、主金属板を曲げの内側
   として請求項１または請求項２に記載する複合制振金属
   板を曲げることを特徴とする曲げ加工方法。