JP3477188B2 - 積層用制振基材、及びこれを積層した制振構造体 - Google Patents
積層用制振基材、及びこれを積層した制振構造体Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層用制振基材お
よびこれを積層して構成される制振構造体に関するもの
である。
よびこれを積層して構成される制振構造体に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽
量で高強度、高剛性を有することを特徴として、一般産
業用構造材をはじめとして、航空宇宙分野、エネルギー
分野など幅広い分野で構造物の構造材料として用いられ
ている。構造物には種々の特性が要求され、なかでも構
造体の位置精度の向上や搭載機器の信頼性向上などの面
から、振動低減技術の開発が最近非常に重要になってい
る。しかし、ＦＲＰの振動減衰特性は一般に低く、金属
構造体と比較してもかなり劣っている。
量で高強度、高剛性を有することを特徴として、一般産
業用構造材をはじめとして、航空宇宙分野、エネルギー
分野など幅広い分野で構造物の構造材料として用いられ
ている。構造物には種々の特性が要求され、なかでも構
造体の位置精度の向上や搭載機器の信頼性向上などの面
から、振動低減技術の開発が最近非常に重要になってい
る。しかし、ＦＲＰの振動減衰特性は一般に低く、金属
構造体と比較してもかなり劣っている。
【０００３】そこで、本発明者は、ＦＲＰの振動減衰特
性を改善するため、図３に示したように、ＦＲＰ積層体
４の外側両面に圧電セラミックス５，６を接着し、それ
ぞれの圧電セラミックス５，６の間に抵抗体７を接続し
た制振構造体Ａを開発した（繊維工学，Vol.51，No.3
（1998））。この圧電セラミックスを用いた制振原理
は、圧電セラミックスに外力が加わった場合、圧電効果
により電荷が発生し、この電荷が圧電セラミックスの間
に接続された抵抗内を通ることにより電気的エネルギー
をジュール熱として消散できることにある。
性を改善するため、図３に示したように、ＦＲＰ積層体
４の外側両面に圧電セラミックス５，６を接着し、それ
ぞれの圧電セラミックス５，６の間に抵抗体７を接続し
た制振構造体Ａを開発した（繊維工学，Vol.51，No.3
（1998））。この圧電セラミックスを用いた制振原理
は、圧電セラミックスに外力が加わった場合、圧電効果
により電荷が発生し、この電荷が圧電セラミックスの間
に接続された抵抗内を通ることにより電気的エネルギー
をジュール熱として消散できることにある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の制振構
造体は、外部に抵抗体を接続する必要があるため、様々
な成形加工を施して実用的な用途に用いるには、構造的
に若干不都合な点があった。
造体は、外部に抵抗体を接続する必要があるため、様々
な成形加工を施して実用的な用途に用いるには、構造的
に若干不都合な点があった。
【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従来の制振構造体に用いられる抵抗の接続を
不要とし、より簡単な構造で、多種多様な成形加工がで
きる制振構造体の提供、およびこのような制振構造体を
構成する積層用の制振基材を提供することを目的とす
る。
のであり、従来の制振構造体に用いられる抵抗の接続を
不要とし、より簡単な構造で、多種多様な成形加工がで
きる制振構造体の提供、およびこのような制振構造体を
構成する積層用の制振基材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】本発明の積層用制振基材
は、圧電セラミックス材料または圧電高分子材料と、導
電性を有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）組成物と
から構成されることを特徴とする。
は、圧電セラミックス材料または圧電高分子材料と、導
電性を有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）組成物と
から構成されることを特徴とする。
【０００７】また、上記の圧電セラミックス材料として
は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ 3）、チタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（Ｐｂ
Ｎｂ2Ｏ6）から選ばれる少なくとも一種のセラミックス
材料からなる粒子が好ましく用いられる。
は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ 3）、チタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（Ｐｂ
Ｎｂ2Ｏ6）から選ばれる少なくとも一種のセラミックス
材料からなる粒子が好ましく用いられる。
【０００８】また、上記の圧電高分子材料としては、フ
ッ素系高分子材料からなるフィルムを裁断加工した細粒
体であることが好ましく、具体的にはポリフッ化ビニリ
デンの単独重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエ
チレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオ
ロエチレンとの共重合体から選ばれる少なくとも一種の
樹脂材料が好ましく用いられる。
ッ素系高分子材料からなるフィルムを裁断加工した細粒
体であることが好ましく、具体的にはポリフッ化ビニリ
デンの単独重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエ
チレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオ
ロエチレンとの共重合体から選ばれる少なくとも一種の
樹脂材料が好ましく用いられる。
【０００９】また、上記の導電性を有するＦＲＰ組成物
としては、炭素繊維からなる強化材とプラスチックから
なる母材を含有するもの、あるいは、ガラス繊維、アラ
ミド繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ボロン繊維から
選ばれる少なくとも一種の強化材と、金属粉、グラファ
イトならびにカーボンブラックから選ばれる少なくとも
一種の導電性材料と、プラスチックからなる母材とを含
有するものが好ましく用いられる。
としては、炭素繊維からなる強化材とプラスチックから
なる母材を含有するもの、あるいは、ガラス繊維、アラ
ミド繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ボロン繊維から
選ばれる少なくとも一種の強化材と、金属粉、グラファ
イトならびにカーボンブラックから選ばれる少なくとも
一種の導電性材料と、プラスチックからなる母材とを含
有するものが好ましく用いられる。
【００１０】本発明の第１の制振構造体は、上記の積層
用制振基材が一ないし複数枚積層されて構成される。ま
た、一の積層用制振基材を構成する繊維の繊維方向と、
前記一の積層用制振基材の上に直接積層される他の積層
用制振基材を構成する繊維の繊維方向と、が互いに重な
らないように順次積層して、積層用制振基材が元来有す
る剛性の異方性を緩和した積層構成とすることにより、
制振構造体の機械特性を優れたものとすることができて
好ましい。
用制振基材が一ないし複数枚積層されて構成される。ま
た、一の積層用制振基材を構成する繊維の繊維方向と、
前記一の積層用制振基材の上に直接積層される他の積層
用制振基材を構成する繊維の繊維方向と、が互いに重な
らないように順次積層して、積層用制振基材が元来有す
る剛性の異方性を緩和した積層構成とすることにより、
制振構造体の機械特性を優れたものとすることができて
好ましい。
【００１１】また、本発明の第１の制振構造体は、上記
の構成に加えて制振構造体の外側両面に圧電セラミック
スをそれぞれ接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電
セラミックスを接続することにより、制振減衰特性を相
乗的に向上させることができて好ましい。
の構成に加えて制振構造体の外側両面に圧電セラミック
スをそれぞれ接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電
セラミックスを接続することにより、制振減衰特性を相
乗的に向上させることができて好ましい。
【００１２】また、本発明の第１の制振構造体は、上記
の構成に加えて、制振構造体の間に少なくとも一層の粘
弾性高分子フィルムを積層することにより、制振減衰特
性を相乗的に向上させることができて好ましい。この粘
弾性高分子フィルムとしては、具体的にはポリオレフィ
ン系フィルムが好適に用いられる。
の構成に加えて、制振構造体の間に少なくとも一層の粘
弾性高分子フィルムを積層することにより、制振減衰特
性を相乗的に向上させることができて好ましい。この粘
弾性高分子フィルムとしては、具体的にはポリオレフィ
ン系フィルムが好適に用いられる。
【００１３】また、本発明の第２の制振構造体は、導電
性を有する積層用ＦＲＰ基材を複数枚積層して構成され
る多層積層体の間に少なくとも１層の圧電高分子のフィ
ルムまたは圧電セラミックスの薄膜を積層したことを特
徴とする。
性を有する積層用ＦＲＰ基材を複数枚積層して構成され
る多層積層体の間に少なくとも１層の圧電高分子のフィ
ルムまたは圧電セラミックスの薄膜を積層したことを特
徴とする。
【００１４】また、上記の圧電高分子としては、フッ素
系高分子が好ましく、具体的にはポリフッ化ビニリデン
の単独重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレ
ンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエ
チレンとの共重合体から選ばれる少なくとも一種の高分
子が好ましく用いられる。
系高分子が好ましく、具体的にはポリフッ化ビニリデン
の単独重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレ
ンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエ
チレンとの共重合体から選ばれる少なくとも一種の高分
子が好ましく用いられる。
【００１５】また、上記の圧電セラミックスとしては、
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ
2Ｏ6）から選ばれる少なくとも一種のセラミックスが好
ましく用いられる。
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ
2Ｏ6）から選ばれる少なくとも一種のセラミックスが好
ましく用いられる。
【００１６】また、上記の導電性を有する積層用ＦＲＰ
基材としては、炭素繊維からなる強化材とプラスチック
からなる母材を含有するもの、あるいはガラス繊維、ア
ラミド繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ボロン繊維か
ら選ばれる少なくとも一種の強化材と、金属粉、グラフ
ァイトならびにカーボンブラックから選ばれる少なくと
も一種の導電性材料と、プラスチックからなる母材とを
含有するものが好ましく用いられる。
基材としては、炭素繊維からなる強化材とプラスチック
からなる母材を含有するもの、あるいはガラス繊維、ア
ラミド繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ボロン繊維か
ら選ばれる少なくとも一種の強化材と、金属粉、グラフ
ァイトならびにカーボンブラックから選ばれる少なくと
も一種の導電性材料と、プラスチックからなる母材とを
含有するものが好ましく用いられる。
【００１７】また、本発明の第２の制振構造体は、上記
の構成に加えて制振構造体の外側両面に圧電セラミック
スを接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミッ
クスを接続することにより、制振減衰特性を相乗的に向
上させることができて好ましい。
の構成に加えて制振構造体の外側両面に圧電セラミック
スを接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミッ
クスを接続することにより、制振減衰特性を相乗的に向
上させることができて好ましい。
【００１８】また、本発明の第２の制振構造体は、上記
の構成に加えて、制振構造体の間に少なくとも一層の粘
弾性高分子フィルムを積層することにより、制振減衰特
性を相乗的に向上させることができて好ましい。この粘
弾性高分子フィルムとしては、具体的にはポリオレフィ
ン系フィルムが好適に用いられる。
の構成に加えて、制振構造体の間に少なくとも一層の粘
弾性高分子フィルムを積層することにより、制振減衰特
性を相乗的に向上させることができて好ましい。この粘
弾性高分子フィルムとしては、具体的にはポリオレフィ
ン系フィルムが好適に用いられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の積層用制振基材と
これを積層して構成される制振構造体について説明す
る。まず、本発明の制振構造体は、圧電セラミックス材
料または圧電高分子材料（以下、「圧電材料」とい
う。）が粒子状、粉粒状、または細粒状の形態で存在す
る第１のタイプの制振構造体（以下、「第１の制振構造
体」という。）と、圧電材料がフィルム状または薄膜状
の形態で存在する第２のタイプの制振構造体（以下、
「第２の制振構造体」という。）に分けることができ
る。また、第１の制振構造体は、本発明の積層用制振基
材を基本単位として互いに積層して構成される。以下、
第１の制振構造体の構成部材である積層用制振基材、第
１の制振構造体、ならびに第２の制振構造体に項目を分
けて説明する。
これを積層して構成される制振構造体について説明す
る。まず、本発明の制振構造体は、圧電セラミックス材
料または圧電高分子材料（以下、「圧電材料」とい
う。）が粒子状、粉粒状、または細粒状の形態で存在す
る第１のタイプの制振構造体（以下、「第１の制振構造
体」という。）と、圧電材料がフィルム状または薄膜状
の形態で存在する第２のタイプの制振構造体（以下、
「第２の制振構造体」という。）に分けることができ
る。また、第１の制振構造体は、本発明の積層用制振基
材を基本単位として互いに積層して構成される。以下、
第１の制振構造体の構成部材である積層用制振基材、第
１の制振構造体、ならびに第２の制振構造体に項目を分
けて説明する。
【００２０】［積層用制振基材］本発明の積層用制振基
材（以下、「制振基材」という。）は、圧電材料と導電
性を有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）組成物とか
ら構成される。本発明において、この制振基材は、一定
形状と一定厚みを有するような形態とすることが好まし
く、複数の制振基材を互いに積層して本発明の第１の制
振構造体を構成するための積層用基材として用いられ
る。また、本発明の制振基材は、上記ＦＲＰ組成物に対
して圧電材料を分散させた単層構成とすることもできる
し、あるいは、ＦＲＰ組成物の外表面上に圧電材料を散
布して固着させることにより、ＦＲＰ組成物層と圧電材
料層からなる２層構成とすることもできる。以下、まず
制振基材の構成材料について説明する。
材（以下、「制振基材」という。）は、圧電材料と導電
性を有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）組成物とか
ら構成される。本発明において、この制振基材は、一定
形状と一定厚みを有するような形態とすることが好まし
く、複数の制振基材を互いに積層して本発明の第１の制
振構造体を構成するための積層用基材として用いられ
る。また、本発明の制振基材は、上記ＦＲＰ組成物に対
して圧電材料を分散させた単層構成とすることもできる
し、あるいは、ＦＲＰ組成物の外表面上に圧電材料を散
布して固着させることにより、ＦＲＰ組成物層と圧電材
料層からなる２層構成とすることもできる。以下、まず
制振基材の構成材料について説明する。
【００２１】制振基材に用いられる圧電材料は、制振基
材に外力が加わったとき、振動エネルギーを電気エネル
ギーに変換する役割を有するものである。圧電材料とし
ては、圧電性を示す材料、すなわち外力が加わると瞬時
にひずんで電荷を発生する材料が好ましく、特に圧電セ
ラミックス材料と圧電高分子材料が好ましく用いられ
る。
材に外力が加わったとき、振動エネルギーを電気エネル
ギーに変換する役割を有するものである。圧電材料とし
ては、圧電性を示す材料、すなわち外力が加わると瞬時
にひずんで電荷を発生する材料が好ましく、特に圧電セ
ラミックス材料と圧電高分子材料が好ましく用いられ
る。
【００２２】好ましい圧電セラミックス材料としては、
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ
2Ｏ6）を挙げることができ、これらは単独でもあるいは
複数を組み合わせても好ましく用いることができる。
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ
2Ｏ6）を挙げることができ、これらは単独でもあるいは
複数を組み合わせても好ましく用いることができる。
【００２３】上記の圧電セラミックス材料は、導電性を
有するＦＲＰ組成物の外表面に散布・固着したり、ある
いは上記ＦＲＰ組成物の中に分散させる必要があるの
で、粒子状の形態で用いることが好ましい。また、粒子
として用いる場合の圧電セラミックス材料の粒径、粒子
形状、ならびに配合量は、特に限定されるものではな
く、制振基材の生産性、圧電特性などが最適化されるよ
うに適宜設計して使用すればよい。
有するＦＲＰ組成物の外表面に散布・固着したり、ある
いは上記ＦＲＰ組成物の中に分散させる必要があるの
で、粒子状の形態で用いることが好ましい。また、粒子
として用いる場合の圧電セラミックス材料の粒径、粒子
形状、ならびに配合量は、特に限定されるものではな
く、制振基材の生産性、圧電特性などが最適化されるよ
うに適宜設計して使用すればよい。
【００２４】また、好ましい圧電高分子材料としては、
フッ素系高分子材料を挙げることができ、具体的にはポ
リフッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンと
トリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデン
とテトラフルオロエチレンとの共重合体を挙げることが
できる。これらは単独でもあるいは複数を組み合わせて
も好ましく用いることができる。
フッ素系高分子材料を挙げることができ、具体的にはポ
リフッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンと
トリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデン
とテトラフルオロエチレンとの共重合体を挙げることが
できる。これらは単独でもあるいは複数を組み合わせて
も好ましく用いることができる。
【００２５】なお、本発明に用いられる高分子材料は、
一般に原料樹脂を延伸した後に融点以下の高温で高電場
を印加して分極（残留分極）を起こさせた後、室温に戻
す方法（この方法を「ポーリング」という。）を採用す
ることによりはじめて圧電性を示すので、必然的にフィ
ルムの状態で用いることになる。そこで、導電性を有す
るＦＲＰ組成物の外表面に散布・固着したり、あるいは
上記ＦＲＰ組成物の中に分散させて所望の圧電性を発揮
させるためには、フィルムを細かく裁断加工して、細粒
体の状態にしたものを用いることが好ましい。
一般に原料樹脂を延伸した後に融点以下の高温で高電場
を印加して分極（残留分極）を起こさせた後、室温に戻
す方法（この方法を「ポーリング」という。）を採用す
ることによりはじめて圧電性を示すので、必然的にフィ
ルムの状態で用いることになる。そこで、導電性を有す
るＦＲＰ組成物の外表面に散布・固着したり、あるいは
上記ＦＲＰ組成物の中に分散させて所望の圧電性を発揮
させるためには、フィルムを細かく裁断加工して、細粒
体の状態にしたものを用いることが好ましい。
【００２６】制振基材に用いられるＦＲＰ組成物は、制
振基材としての剛性を有し、かつ上記の圧電材料に外力
が加えられた際に発生する電荷を通すとともに、電荷の
抵抗体として電気エネルギーをジュール熱に変換する役
割を有するものである。本発明においては、導電性を有
する繊維材料（以下、「導電性繊維材料」という。）を
用いる場合と導電性を有しない繊維材料（以下、「非導
電性繊維材料」という。）を用いる場合とで、ＦＲＰ組
成物の構成材料を異なるものとすることがコスト的に好
ましい。以下、導電性繊維材料と非導電性繊維材料とに
場合を分けて、ＦＲＰ組成物について説明する。
振基材としての剛性を有し、かつ上記の圧電材料に外力
が加えられた際に発生する電荷を通すとともに、電荷の
抵抗体として電気エネルギーをジュール熱に変換する役
割を有するものである。本発明においては、導電性を有
する繊維材料（以下、「導電性繊維材料」という。）を
用いる場合と導電性を有しない繊維材料（以下、「非導
電性繊維材料」という。）を用いる場合とで、ＦＲＰ組
成物の構成材料を異なるものとすることがコスト的に好
ましい。以下、導電性繊維材料と非導電性繊維材料とに
場合を分けて、ＦＲＰ組成物について説明する。
【００２７】導電性繊維材料を用いる場合、導電性繊維
材料からなる強化材と、プラスチックからなる母材と、
を必須構成成分とすることにより、本発明において好ま
しい導電性を有するＦＲＰ組成物を構成することができ
る。ここで、導電性繊維材料としては、炭素繊維が好ま
しく用いられる。また、母材としてのプラスチックは、
繊維強化プラスチックとして用いられる公知の熱硬化性
樹脂または熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化
性樹脂としては例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン
樹脂などが好ましく用いられる。一方、熱可塑性樹脂と
しては例えば、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリ
カーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、エン
ジニアリングプラスチック樹脂、ポリエチレン樹脂、ポ
リプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹
脂、フッ素樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ＡＳ樹脂など
が好ましく用いられる。
材料からなる強化材と、プラスチックからなる母材と、
を必須構成成分とすることにより、本発明において好ま
しい導電性を有するＦＲＰ組成物を構成することができ
る。ここで、導電性繊維材料としては、炭素繊維が好ま
しく用いられる。また、母材としてのプラスチックは、
繊維強化プラスチックとして用いられる公知の熱硬化性
樹脂または熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化
性樹脂としては例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン
樹脂などが好ましく用いられる。一方、熱可塑性樹脂と
しては例えば、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリ
カーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、エン
ジニアリングプラスチック樹脂、ポリエチレン樹脂、ポ
リプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹
脂、フッ素樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ＡＳ樹脂など
が好ましく用いられる。
【００２８】非導電性繊維材料を用いる場合、非導電性
繊維材料からなる強化材と、プラスチックからなる母材
と、導電性材料と、を必須構成成分とすることにより、
本発明において好ましい導電性を有するＦＲＰ組成物を
構成することができる。ここで、非導電性繊維材料とし
ては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）繊維、ボロン繊維が好ましく用いられる。また、こ
れらは単独でもあるいは二種以上を組み合わせても好ま
しく用いることができる。
繊維材料からなる強化材と、プラスチックからなる母材
と、導電性材料と、を必須構成成分とすることにより、
本発明において好ましい導電性を有するＦＲＰ組成物を
構成することができる。ここで、非導電性繊維材料とし
ては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）繊維、ボロン繊維が好ましく用いられる。また、こ
れらは単独でもあるいは二種以上を組み合わせても好ま
しく用いることができる。
【００２９】また、プラスチックとしては、繊維強化プ
ラスチックとして用いられる公知の熱硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂とし
ては例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂などが
好ましく用いられる。一方、熱可塑性樹脂としては例え
ば、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、エンジニアリン
グプラスチック樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレ
ン樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、フッ素樹
脂、飽和ポリエステル樹脂、ＡＳ樹脂などが好ましく用
いられる。
ラスチックとして用いられる公知の熱硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂とし
ては例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂などが
好ましく用いられる。一方、熱可塑性樹脂としては例え
ば、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、エンジニアリン
グプラスチック樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレ
ン樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、フッ素樹
脂、飽和ポリエステル樹脂、ＡＳ樹脂などが好ましく用
いられる。
【００３０】また、導電性材料としては、金属粉末、グ
ラファイトならびにカーボンブラックなどが好ましく用
いられる。また、これらは単独でもあるいは複数を組み
合わせても好ましく用いることができる。なお、制振基
材に対する導電性材料の配合割合は、制振基材としたと
きの導電特性に応じて最適な量を適宜設計すればよく、
特に限定されるものではない。
ラファイトならびにカーボンブラックなどが好ましく用
いられる。また、これらは単独でもあるいは複数を組み
合わせても好ましく用いることができる。なお、制振基
材に対する導電性材料の配合割合は、制振基材としたと
きの導電特性に応じて最適な量を適宜設計すればよく、
特に限定されるものではない。
【００３１】上述した如く、本発明の制振基材は、上記
ＦＲＰ組成物に対して圧電材料を分散させた単層構成と
することもできるし、あるいは、ＦＲＰ組成物の外表面
上に圧電材料を散布して固着させることにより、ＦＲＰ
組成物層と圧電材料層からなる２層構成とすることもで
きる。したがって、本発明において単層構成とするか２
層構成とするかは、特に制限されるものではない。しか
し、一般的にＦＲＰ組成物に含まれる繊維材料が短繊維
か長繊維かによってＦＲＰ組成物に対する圧電材料の分
散性が異なるので、制振基材の製造にあたっては、繊維
材料の形状に応じて、制振基材の層構成を適宜設計する
ことが好ましい。具体的には、短繊維を用いる場合は単
層構成とすることが好ましく、長繊維を用いる場合は２
層構成とすることが好ましい。
ＦＲＰ組成物に対して圧電材料を分散させた単層構成と
することもできるし、あるいは、ＦＲＰ組成物の外表面
上に圧電材料を散布して固着させることにより、ＦＲＰ
組成物層と圧電材料層からなる２層構成とすることもで
きる。したがって、本発明において単層構成とするか２
層構成とするかは、特に制限されるものではない。しか
し、一般的にＦＲＰ組成物に含まれる繊維材料が短繊維
か長繊維かによってＦＲＰ組成物に対する圧電材料の分
散性が異なるので、制振基材の製造にあたっては、繊維
材料の形状に応じて、制振基材の層構成を適宜設計する
ことが好ましい。具体的には、短繊維を用いる場合は単
層構成とすることが好ましく、長繊維を用いる場合は２
層構成とすることが好ましい。
【００３２】次に制振基材の製造方法について説明す
る。まず、導電性繊維あるいは非導電性繊維のいずれを
用いる場合でも、これらの繊維を織布状の形態に加工し
た基材（以下、「繊維基材」という。）として使用する
ことが好ましい。織布状の形態としては特に制限はない
が、一般的に平織クロス、朱子織クロス、ロービングク
ロス、フィラメントワインディング、またはこれらを組
み合わせたものが好ましく用いられる。また、高強度の
制振基材を構成したい場合には、上記の繊維を一方向に
強く引きそろえた繊維基材を用いることが好ましい。そ
して単層構造の制振基材は、例えば圧電材料をプラスチ
ックの溶融樹脂に分散し、次いで炭素繊維から構成され
る上記の繊維基材を含浸させた後、樹脂を硬化させるこ
とにより製造される。また、２層構造の制振基材は、例
えばプラスチックの溶融樹脂に炭素繊維から構成される
上記の繊維基材を含浸させた後に、樹脂の外表面に圧電
材料を散布して、固着させることにより製造される。な
お、樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、半硬化状態
とした制振基材（いわゆる「プリプレグ」という。）を
製造することができる。このような制振基材はある程度
の粘着性があるので、制振基材を複数枚積み重ねて本発
明の第１の制振構造体を作成する場合に、加熱、加圧操
作により制振基材同士の積層成形を容易に行うことがで
きるので製造上好ましい。
る。まず、導電性繊維あるいは非導電性繊維のいずれを
用いる場合でも、これらの繊維を織布状の形態に加工し
た基材（以下、「繊維基材」という。）として使用する
ことが好ましい。織布状の形態としては特に制限はない
が、一般的に平織クロス、朱子織クロス、ロービングク
ロス、フィラメントワインディング、またはこれらを組
み合わせたものが好ましく用いられる。また、高強度の
制振基材を構成したい場合には、上記の繊維を一方向に
強く引きそろえた繊維基材を用いることが好ましい。そ
して単層構造の制振基材は、例えば圧電材料をプラスチ
ックの溶融樹脂に分散し、次いで炭素繊維から構成され
る上記の繊維基材を含浸させた後、樹脂を硬化させるこ
とにより製造される。また、２層構造の制振基材は、例
えばプラスチックの溶融樹脂に炭素繊維から構成される
上記の繊維基材を含浸させた後に、樹脂の外表面に圧電
材料を散布して、固着させることにより製造される。な
お、樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、半硬化状態
とした制振基材（いわゆる「プリプレグ」という。）を
製造することができる。このような制振基材はある程度
の粘着性があるので、制振基材を複数枚積み重ねて本発
明の第１の制振構造体を作成する場合に、加熱、加圧操
作により制振基材同士の積層成形を容易に行うことがで
きるので製造上好ましい。
【００３３】上記の単層構造の制振基材は、圧電材料が
導電性を有するＦＲＰ組成物の中に分散されて構成され
ている。したがって、制振基材に外力が加わった場合、
以下のようなエネルギー変換が生ずる。まず、制振基材
に外力（機械的な振動エネルギー）が加わると、この振
動エネルギーは制振基材全体に存在する圧電材料の圧電
効果により電気エネルギーに変換され、制振基材の広い
範囲にわたって電荷が発生する。そして、生じた電荷は
導電性物質の導電作用により制振基材全体を流れるとと
もに、導電性物質による抵抗体としての働きにより、大
部分の電気エネルギーのジュール熱への変換が制振基材
全体に生じる。そして変換されたジュール熱は制振基材
の外部に消散されてしまい、制振基材の内部に加えられ
たエネルギーが減少する。
導電性を有するＦＲＰ組成物の中に分散されて構成され
ている。したがって、制振基材に外力が加わった場合、
以下のようなエネルギー変換が生ずる。まず、制振基材
に外力（機械的な振動エネルギー）が加わると、この振
動エネルギーは制振基材全体に存在する圧電材料の圧電
効果により電気エネルギーに変換され、制振基材の広い
範囲にわたって電荷が発生する。そして、生じた電荷は
導電性物質の導電作用により制振基材全体を流れるとと
もに、導電性物質による抵抗体としての働きにより、大
部分の電気エネルギーのジュール熱への変換が制振基材
全体に生じる。そして変換されたジュール熱は制振基材
の外部に消散されてしまい、制振基材の内部に加えられ
たエネルギーが減少する。
【００３４】また、上記の２層構造の制振基材は、圧電
材料と導電性を有するＦＲＰ組成物がそれぞれ別々の層
を形成して構成されている。したがって、制振基材に外
力が加わった場合、以下のようなエネルギー変換が生ず
る。まず、制振基材に外力（機械的な振動エネルギー）
が加わると、この振動エネルギーは圧電材料層に集中し
て存在する圧電材料の圧電効果により、制振基材の狭い
領域で電気エネルギーに変換されて電荷が発生する。そ
して、生じた電荷はＦＲＰ組成物の全体に含まれる導電
性物質の導電作用により制振基材の全体に流れるととも
に、導電性物質による抵抗体としての働きにより、大部
分の電気エネルギーのジュール熱への変換が制振基材の
広い範囲にわたって生じる。そして変換されたジュール
熱は制振基材の外部に消散されてしまい、制振基材の内
部に加えられたエネルギーが減少する。
材料と導電性を有するＦＲＰ組成物がそれぞれ別々の層
を形成して構成されている。したがって、制振基材に外
力が加わった場合、以下のようなエネルギー変換が生ず
る。まず、制振基材に外力（機械的な振動エネルギー）
が加わると、この振動エネルギーは圧電材料層に集中し
て存在する圧電材料の圧電効果により、制振基材の狭い
領域で電気エネルギーに変換されて電荷が発生する。そ
して、生じた電荷はＦＲＰ組成物の全体に含まれる導電
性物質の導電作用により制振基材の全体に流れるととも
に、導電性物質による抵抗体としての働きにより、大部
分の電気エネルギーのジュール熱への変換が制振基材の
広い範囲にわたって生じる。そして変換されたジュール
熱は制振基材の外部に消散されてしまい、制振基材の内
部に加えられたエネルギーが減少する。
【００３５】［第１の制振構造体］本発明の第１の制振
構造体は、上述した制振基材を一ないし複数枚積み重ね
て、加圧、加熱処理を施すことにより多層積層体として
成形加工されて製造される。制振基材の加圧、加熱条件
は特に限定されず、用いる制振基材に応じて適宜最適条
件を設定すればよい。なお、本発明においては、複数の
制振基材を順次上方に積層して制振構造体を構成する場
合、それぞれの制振基材が元来有する剛性の異方性が緩
和されるような積層構成とすることが好ましい。以下、
このことを単層構成の制振基材を積層した制振構造体を
例に挙げて具体的に説明する。
構造体は、上述した制振基材を一ないし複数枚積み重ね
て、加圧、加熱処理を施すことにより多層積層体として
成形加工されて製造される。制振基材の加圧、加熱条件
は特に限定されず、用いる制振基材に応じて適宜最適条
件を設定すればよい。なお、本発明においては、複数の
制振基材を順次上方に積層して制振構造体を構成する場
合、それぞれの制振基材が元来有する剛性の異方性が緩
和されるような積層構成とすることが好ましい。以下、
このことを単層構成の制振基材を積層した制振構造体を
例に挙げて具体的に説明する。
【００３６】図１に示したように、制振構造体１は、第
１制振基材１１を構成する繊維の繊維方向を基準（０
°）として、第２制振基材１２を構成する繊維の繊維方
向を＋４５°として第２制振基材１２を第１制振基材１
１の上方に積層し、以下第３制振基材１３を第２制振基
材の上方に繊維方向−４５°で積層し、さらに第４制振
基材１４を第３制振基材の上方に繊維方向９０°で積層
するという具合に、４枚を１組とする［０°／＋４５°
／−４５°／９０°］の積層構成を１組または複数組積
層して構成される（本明細書においてこの積層構成を
「擬似等方形の積層構成」という。）。
１制振基材１１を構成する繊維の繊維方向を基準（０
°）として、第２制振基材１２を構成する繊維の繊維方
向を＋４５°として第２制振基材１２を第１制振基材１
１の上方に積層し、以下第３制振基材１３を第２制振基
材の上方に繊維方向−４５°で積層し、さらに第４制振
基材１４を第３制振基材の上方に繊維方向９０°で積層
するという具合に、４枚を１組とする［０°／＋４５°
／−４５°／９０°］の積層構成を１組または複数組積
層して構成される（本明細書においてこの積層構成を
「擬似等方形の積層構成」という。）。
【００３７】また、他の例としては、２枚を一組とする
［０°／９０°］の積層構成を１組または複数組積層し
た制振構造体を挙げることができる（本明細書において
この積層構成を「クロス形の積層構成」という。）。す
なわち、それぞれの制振基材の繊維方向が全て異なる積
層構成を１組として、この積層構成を１組または複数組
積層して制振構造体を構成することが好ましい。このよ
うな積層構成を採用することにより、制振基材が元来有
する剛性の異方性がさまざまな方向に減殺されて、制振
構造体としたときの剛性の異方性を小さくすることがで
き、制振構造体としてより好ましい機械特性を備えたも
のとなる。
［０°／９０°］の積層構成を１組または複数組積層し
た制振構造体を挙げることができる（本明細書において
この積層構成を「クロス形の積層構成」という。）。す
なわち、それぞれの制振基材の繊維方向が全て異なる積
層構成を１組として、この積層構成を１組または複数組
積層して制振構造体を構成することが好ましい。このよ
うな積層構成を採用することにより、制振基材が元来有
する剛性の異方性がさまざまな方向に減殺されて、制振
構造体としたときの剛性の異方性を小さくすることがで
き、制振構造体としてより好ましい機械特性を備えたも
のとなる。
【００３８】次に第１の制振構造体の制振原理について
説明する。第１の制振構造体は、上述したエネルギー変
換作用を有する制振基材が一ないし複数枚積層されて構
成されるものである。したがって、第１の制振構造体１
に外力が加わると、構成部材である個々の制振基材全体
に振動エネルギーが伝わり、この振動エネルギーは個々
の制振基材に分散した状態で存在する圧電材料の圧電効
果によって電気的エネルギーに変換され（電荷の発
生）、次いで発生した電荷が個々の制振基材を流れる際
の抵抗によって大部分ジュール熱に変換・放散される。
すなわち、上記の進行過程を経た後の残余の振動エネル
ギーは、当初の振動エネルギーよりもかなり減少するた
め、制振構造体の振動をいち早く減衰させることができ
るのである。
説明する。第１の制振構造体は、上述したエネルギー変
換作用を有する制振基材が一ないし複数枚積層されて構
成されるものである。したがって、第１の制振構造体１
に外力が加わると、構成部材である個々の制振基材全体
に振動エネルギーが伝わり、この振動エネルギーは個々
の制振基材に分散した状態で存在する圧電材料の圧電効
果によって電気的エネルギーに変換され（電荷の発
生）、次いで発生した電荷が個々の制振基材を流れる際
の抵抗によって大部分ジュール熱に変換・放散される。
すなわち、上記の進行過程を経た後の残余の振動エネル
ギーは、当初の振動エネルギーよりもかなり減少するた
め、制振構造体の振動をいち早く減衰させることができ
るのである。
【００３９】本発明の第１の制振構造体は、従来の制振
構造体に用いられていた外部抵抗体を用いる必要がな
く、さらに内部抵抗体としての導電性材料と、機械エネ
ルギーを電気エネルギーに変換する圧電材料と、を分散
させて構成される制振基材を一ないし複数枚積層した点
に特徴があり、構造体として非常に簡単な構成で制振性
を付与することに成功したものである。
構造体に用いられていた外部抵抗体を用いる必要がな
く、さらに内部抵抗体としての導電性材料と、機械エネ
ルギーを電気エネルギーに変換する圧電材料と、を分散
させて構成される制振基材を一ないし複数枚積層した点
に特徴があり、構造体として非常に簡単な構成で制振性
を付与することに成功したものである。
【００４０】なお、第１の制振構造体の構成は、上述し
たとおりであるが、第１の制振構造体に従来の制振構造
体に用いられてきた技術的要素を適宜組み合わせること
により、制振性を相乗的に向上させることもできる。例
えば、第１の制振構造体の外側両面に圧電セラミックス
をそれぞれ接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セ
ラミックスを接続した構成としてもよい。あるいは第１
の制振構造体の間に少なくとも一層の粘弾性高分子フィ
ルム（例えばポリオレフィン系フィルム）を積層した構
成とすることもできる。後者の粘弾性高分子フィルムの
挿入による制振構造体の制振原理は、振動エネルギーを
フィルムのずり変形によって熱エネルギーに変換、放散
させることに基づくものである。
たとおりであるが、第１の制振構造体に従来の制振構造
体に用いられてきた技術的要素を適宜組み合わせること
により、制振性を相乗的に向上させることもできる。例
えば、第１の制振構造体の外側両面に圧電セラミックス
をそれぞれ接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セ
ラミックスを接続した構成としてもよい。あるいは第１
の制振構造体の間に少なくとも一層の粘弾性高分子フィ
ルム（例えばポリオレフィン系フィルム）を積層した構
成とすることもできる。後者の粘弾性高分子フィルムの
挿入による制振構造体の制振原理は、振動エネルギーを
フィルムのずり変形によって熱エネルギーに変換、放散
させることに基づくものである。
【００４１】以上説明したように、本発明の第１の制振
構造体は、ＦＲＰの多層積層体として優れた振動制御特
性を有するものである。したがって、このような構造体
は、軽量、高強度に加えて、優れた振動減衰性能と防音
・消音性能を有するので種々の分野において構造体とし
て使用することができる。たとえば優れた制振材料とし
て、ロボットアーム、風力発電用風車材料、自動車・車
両、船舶、スポーツ材料（ゴルフシャフト、テニスラケ
ット）など幅広い分野で構造体として使用することがで
きる。また、優れた防音、遮音材料として土木建築分
野、各種機械、電気部品の構造体としても使用すること
ができる。
構造体は、ＦＲＰの多層積層体として優れた振動制御特
性を有するものである。したがって、このような構造体
は、軽量、高強度に加えて、優れた振動減衰性能と防音
・消音性能を有するので種々の分野において構造体とし
て使用することができる。たとえば優れた制振材料とし
て、ロボットアーム、風力発電用風車材料、自動車・車
両、船舶、スポーツ材料（ゴルフシャフト、テニスラケ
ット）など幅広い分野で構造体として使用することがで
きる。また、優れた防音、遮音材料として土木建築分
野、各種機械、電気部品の構造体としても使用すること
ができる。
【００４２】［第２の制振構造体］本発明の第２の制振
構造体は、導電性を有する積層用ＦＲＰ基材を複数枚積
層して構成されるＦＲＰ多層積層体の間に少なくとも１
層の圧電フィルムまたは圧電薄膜（以下、「圧電フィル
ム（薄膜）」という。）を積層して構成されるものであ
る。以下、各構成材料について説明する。
構造体は、導電性を有する積層用ＦＲＰ基材を複数枚積
層して構成されるＦＲＰ多層積層体の間に少なくとも１
層の圧電フィルムまたは圧電薄膜（以下、「圧電フィル
ム（薄膜）」という。）を積層して構成されるものであ
る。以下、各構成材料について説明する。
【００４３】まず、圧電フィルム（薄膜）は、第２の制
振構造体に外力が加わったとき、振動エネルギーを電気
エネルギーに変換する役割を有するものである。圧電フ
ィルム（薄膜）としては、圧電性を示す材料、すなわち
外力が加わると瞬時にひずんで電荷を発生する材料から
構成されるフィルムまたは薄膜が好ましく、特に圧電セ
ラミックスの薄膜または圧電高分子のフィルムが好まし
く用いられる。
振構造体に外力が加わったとき、振動エネルギーを電気
エネルギーに変換する役割を有するものである。圧電フ
ィルム（薄膜）としては、圧電性を示す材料、すなわち
外力が加わると瞬時にひずんで電荷を発生する材料から
構成されるフィルムまたは薄膜が好ましく、特に圧電セ
ラミックスの薄膜または圧電高分子のフィルムが好まし
く用いられる。
【００４４】圧電セラミックスの薄膜を構成する圧電セ
ラミックス材料と圧電高分子のフィルムを構成する圧電
高分子材料は、上述した積層用制振基材に用いられるも
のと同様のものを用いることができる。また、薄膜また
はフィルムの厚みについては、最適な圧電特性が得られ
るように適宜設計すればよく、特に限定されるものでは
ない。
ラミックス材料と圧電高分子のフィルムを構成する圧電
高分子材料は、上述した積層用制振基材に用いられるも
のと同様のものを用いることができる。また、薄膜また
はフィルムの厚みについては、最適な圧電特性が得られ
るように適宜設計すればよく、特に限定されるものでは
ない。
【００４５】導電性を有する積層用ＦＲＰ基材は、制振
基材としての剛性を有し、かつ上記の圧電フィルム（薄
膜）に外力が加えられた際に発生する電荷を通すととも
に、電荷の抵抗体として電気エネルギーをジュール熱に
変換する役割を有するものである。また、この積層用Ｆ
ＲＰ基材を構成する材料は、上述した積層用制振基材に
用いられるＦＲＰ組成物と同様のものを用いることがで
きる。これらのＦＲＰ基材としては、市販品があればそ
れを入手して使用することができる。具体的には炭素繊
維と熱硬化性樹脂とから構成される市販の積層用基材
（プリプレグ）を用いれば、わざわざＦＲＰ基材を製造
する必要がなく、さらに基材同士の積層成形も容易に行
うことができるので、本発明の第２の制振構造体を容易
に製造することができる。
基材としての剛性を有し、かつ上記の圧電フィルム（薄
膜）に外力が加えられた際に発生する電荷を通すととも
に、電荷の抵抗体として電気エネルギーをジュール熱に
変換する役割を有するものである。また、この積層用Ｆ
ＲＰ基材を構成する材料は、上述した積層用制振基材に
用いられるＦＲＰ組成物と同様のものを用いることがで
きる。これらのＦＲＰ基材としては、市販品があればそ
れを入手して使用することができる。具体的には炭素繊
維と熱硬化性樹脂とから構成される市販の積層用基材
（プリプレグ）を用いれば、わざわざＦＲＰ基材を製造
する必要がなく、さらに基材同士の積層成形も容易に行
うことができるので、本発明の第２の制振構造体を容易
に製造することができる。
【００４６】第２の制振構造体は、導電性を有する積層
用ＦＲＰ基材を複数枚積層して構成される多層積層体の
間に、少なくとも１層の圧電フィルム（薄膜）を積層し
て構成される。まず、ＦＲＰ基材の積層構成は、第１の
制振構造体について説明したのと同様の理由により、個
々のＦＲＰ基材が元来有する剛性の異方性を緩和した積
層構成とすることが好ましい。例えば、図２に示したよ
うに、複数のＦＲＰ基材２１，２１，・・を擬似等方性
の積層構成として積層し、次いでＦＲＰ基材２１とＦＲ
Ｐ基材２１との間に上記の圧電フィルム（薄膜）３を挿
入、接着することにより、第２の制振構造体２を製造す
ることができる。挿入する圧電フィルム（薄膜）の形
状、寸法、位置、枚数は特に制限されず、最適な圧電特
性が得られるように適宜設計して使用すればよい。な
お、圧電フィルム（薄膜）とＦＲＰ基材との接着方法に
ついては、通常の熱圧着操作で十分な接着強度が得られ
ない場合、公知の接着剤を用いて接着してもよい。
用ＦＲＰ基材を複数枚積層して構成される多層積層体の
間に、少なくとも１層の圧電フィルム（薄膜）を積層し
て構成される。まず、ＦＲＰ基材の積層構成は、第１の
制振構造体について説明したのと同様の理由により、個
々のＦＲＰ基材が元来有する剛性の異方性を緩和した積
層構成とすることが好ましい。例えば、図２に示したよ
うに、複数のＦＲＰ基材２１，２１，・・を擬似等方性
の積層構成として積層し、次いでＦＲＰ基材２１とＦＲ
Ｐ基材２１との間に上記の圧電フィルム（薄膜）３を挿
入、接着することにより、第２の制振構造体２を製造す
ることができる。挿入する圧電フィルム（薄膜）の形
状、寸法、位置、枚数は特に制限されず、最適な圧電特
性が得られるように適宜設計して使用すればよい。な
お、圧電フィルム（薄膜）とＦＲＰ基材との接着方法に
ついては、通常の熱圧着操作で十分な接着強度が得られ
ない場合、公知の接着剤を用いて接着してもよい。
【００４７】次に、第２の制振構造体の制振原理につい
て説明する。第２の制振構造体に外力が加わると、まず
振動エネルギーが発生し、この振動エネルギーが圧電フ
ィルム（薄膜）に到達すると、圧電フィルム（薄膜）の
圧電効果によって電気的エネルギーに瞬時に変換され
（電荷の発生）、次いで発生した電荷がＦＲＰ中を流れ
る際の抵抗によって大部分ジュール熱に変換・放散され
ることに基づく。すなわち、上記の進行過程を経た後の
残余の振動エネルギーは、当初の振動エネルギーよりも
かなり減少するため、制振構造体の振動をいち早く減衰
させることができるのである。
て説明する。第２の制振構造体に外力が加わると、まず
振動エネルギーが発生し、この振動エネルギーが圧電フ
ィルム（薄膜）に到達すると、圧電フィルム（薄膜）の
圧電効果によって電気的エネルギーに瞬時に変換され
（電荷の発生）、次いで発生した電荷がＦＲＰ中を流れ
る際の抵抗によって大部分ジュール熱に変換・放散され
ることに基づく。すなわち、上記の進行過程を経た後の
残余の振動エネルギーは、当初の振動エネルギーよりも
かなり減少するため、制振構造体の振動をいち早く減衰
させることができるのである。
【００４８】本発明の第２の制振構造体は、従来の制振
構造体に用いられていた外部抵抗体を用いる必要がな
く、さらに制振構造体の内部に内部抵抗体としての導電
性材料を均一に分散させ、機械エネルギーを電気エネル
ギーに変換する圧電体をフィルム（薄膜）として設けた
点に特徴があり、構造体として非常に簡単な構成で制振
性を付与することに成功したものである。
構造体に用いられていた外部抵抗体を用いる必要がな
く、さらに制振構造体の内部に内部抵抗体としての導電
性材料を均一に分散させ、機械エネルギーを電気エネル
ギーに変換する圧電体をフィルム（薄膜）として設けた
点に特徴があり、構造体として非常に簡単な構成で制振
性を付与することに成功したものである。
【００４９】なお、第２の制振構造体の構成は、上記に
説明したとおりであるが、従来の制振構造体に用いられ
てきた技術的要素を適宜組み合わせることにより、制振
性を相乗的に向上させることもできる。例えば、第２の
制振構造体の外側両面に圧電セラミックスをそれぞれ接
着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミックスを
接続した構成としてもよい。あるいは第２の制振構造体
の間に少なくとも一層の粘弾性高分子フィルムを積層し
た構成とすることもできる。後者の粘弾性高分子フィル
ムの挿入による制振構造体の制振原理は、振動エネルギ
ーをフィルムのずり変形によって熱エネルギーに変換、
放散させることに基づくものである。
説明したとおりであるが、従来の制振構造体に用いられ
てきた技術的要素を適宜組み合わせることにより、制振
性を相乗的に向上させることもできる。例えば、第２の
制振構造体の外側両面に圧電セラミックスをそれぞれ接
着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミックスを
接続した構成としてもよい。あるいは第２の制振構造体
の間に少なくとも一層の粘弾性高分子フィルムを積層し
た構成とすることもできる。後者の粘弾性高分子フィル
ムの挿入による制振構造体の制振原理は、振動エネルギ
ーをフィルムのずり変形によって熱エネルギーに変換、
放散させることに基づくものである。
【００５０】以上説明したように、本発明の第２の制振
構造体は、ＦＲＰの多層積層体として優れた振動制御特
性を有するものであるしたがって、このような構造体
は、軽量、高強度に加えて、優れた振動減衰性能と防音
・消音性能を有するので種々の分野において構造体とし
て使用することができる。たとえば優れた制振材料とし
て、ロボットアーム、風力発電用風車材料、自動車・車
両、船舶、スポーツ材料（ゴルフシャフト、テニスラケ
ット）など幅広い分野で構造体として使用することがで
きる。また、優れた防音、遮音材料として土木建築分
野、各種機械、電気部品の構造体としても使用すること
ができる。
構造体は、ＦＲＰの多層積層体として優れた振動制御特
性を有するものであるしたがって、このような構造体
は、軽量、高強度に加えて、優れた振動減衰性能と防音
・消音性能を有するので種々の分野において構造体とし
て使用することができる。たとえば優れた制振材料とし
て、ロボットアーム、風力発電用風車材料、自動車・車
両、船舶、スポーツ材料（ゴルフシャフト、テニスラケ
ット）など幅広い分野で構造体として使用することがで
きる。また、優れた防音、遮音材料として土木建築分
野、各種機械、電気部品の構造体としても使用すること
ができる。
【００５１】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものでは
ない。
明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものでは
ない。
【００５２】［構成材料］積層用ＦＲＰとして、１方向
カーボン／エポキシプリプレグ（商品名；トレカＴ８０
０Ｈ／♯２５００、東レ株式会社製）を用いた。圧電高
分子として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（商品
名；クレハＫＦポリマー、呉羽化学工業株式会社製）を
用いた。圧電セラミックスとして、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）を用いた。圧電セラミックスシートとし
て、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）（商品名Ｃ−８
２，富士セラミックス株式会社製）を用いた。また、寸
法１０ｍｍ×１５ｍｍ×０．２８ｍｍのシート状のもの
を用いた。
カーボン／エポキシプリプレグ（商品名；トレカＴ８０
０Ｈ／♯２５００、東レ株式会社製）を用いた。圧電高
分子として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（商品
名；クレハＫＦポリマー、呉羽化学工業株式会社製）を
用いた。圧電セラミックスとして、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）を用いた。圧電セラミックスシートとし
て、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）（商品名Ｃ−８
２，富士セラミックス株式会社製）を用いた。また、寸
法１０ｍｍ×１５ｍｍ×０．２８ｍｍのシート状のもの
を用いた。
【００５３】［実施例１］長さ９０ｍｍ、幅１５ｍｍの
積層用ＦＲＰの外側片面に、平均粒径６．５μｍのＰＺ
Ｔ粒子を目付９．２６ｇ／ｍ2で散布することにより、
ＰＺＴ粒子が積層用ＦＲＰの表面に固着された積層用制
振基材を作成した。なお、上記の積層用ＦＲＰは半硬化
型のプリプレグであり、適度な粘着性を有するので、Ｐ
ＺＴ粒子は積層用ＦＲＰの表面に容易に固着することが
できた。次いでこの積層用制振基材を［０°／９０°／
９０°／０°］のクロス形の積層構成で積み重ね、１３
０℃、５ｂａｒの条件で３時間オートクレーブ処理を行
うことにより、４つの積層用制振基材が積層された第１
の制振構造体を作成した。 ［比較例１］積層用ＦＲＰの外側片面にＰＺＴ粒子を分
散・固着しないこと以外は、実施例１と同様の制振構造
体を作成した。 ［動力学的特性の評価］上記２種類の構造体について、
構造体の一端を固定し、自由端を振動させる片持ち梁式
の振動試験を行い、１〜４次までの共振モードの損失係
数を算出した。結果を図４に示した。
積層用ＦＲＰの外側片面に、平均粒径６．５μｍのＰＺ
Ｔ粒子を目付９．２６ｇ／ｍ2で散布することにより、
ＰＺＴ粒子が積層用ＦＲＰの表面に固着された積層用制
振基材を作成した。なお、上記の積層用ＦＲＰは半硬化
型のプリプレグであり、適度な粘着性を有するので、Ｐ
ＺＴ粒子は積層用ＦＲＰの表面に容易に固着することが
できた。次いでこの積層用制振基材を［０°／９０°／
９０°／０°］のクロス形の積層構成で積み重ね、１３
０℃、５ｂａｒの条件で３時間オートクレーブ処理を行
うことにより、４つの積層用制振基材が積層された第１
の制振構造体を作成した。 ［比較例１］積層用ＦＲＰの外側片面にＰＺＴ粒子を分
散・固着しないこと以外は、実施例１と同様の制振構造
体を作成した。 ［動力学的特性の評価］上記２種類の構造体について、
構造体の一端を固定し、自由端を振動させる片持ち梁式
の振動試験を行い、１〜４次までの共振モードの損失係
数を算出した。結果を図４に示した。
【００５４】［実施例２］長さ７０ｍｍ、幅１５ｍｍの
積層用ＦＲＰを［０°／９０°／９０°／０°］のクロ
ス形の積層構成により積み重ね、９０°と９０°の間に
圧電高分子フィルム（幅１５ｍｍ、長さ１０ｍｍ）を挿
入して、１１０℃、５ｂａｒの条件で３時間オートクレ
ーブ処理を行い、第２の制振構造体を作成した。なお、
圧電高分子フィルムは積層構造体の片側端縁部に挿入し
た。 ［実施例３］実施例２で作成した制振構造体の片側端縁
部の外側両面に圧電セラミックスシートを接着し、電気
抵抗体を介してこれらの圧電セラミックスシートを接続
した。なお、それぞれの圧電セラミックスシートの分極
方向は外側方向を向いていた。 ［比較例２］圧電高分子フィルムを挿入しないこと以外
は、実施例２と同様の制振構造体を作成した。 ［比較例３］比較例２で作成した制振構造体の片側端縁
部の外側両面に実施例３で用いた圧電セラミックスシー
トを貼り付け、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミ
ックスシートを接続した。 ［動力学的特性の評価］上記４種類の構造体について、
片持ち梁式の振動試験を行い、１〜４次までの共振モー
ドの損失係数を算出した。結果を図５に示した。
積層用ＦＲＰを［０°／９０°／９０°／０°］のクロ
ス形の積層構成により積み重ね、９０°と９０°の間に
圧電高分子フィルム（幅１５ｍｍ、長さ１０ｍｍ）を挿
入して、１１０℃、５ｂａｒの条件で３時間オートクレ
ーブ処理を行い、第２の制振構造体を作成した。なお、
圧電高分子フィルムは積層構造体の片側端縁部に挿入し
た。 ［実施例３］実施例２で作成した制振構造体の片側端縁
部の外側両面に圧電セラミックスシートを接着し、電気
抵抗体を介してこれらの圧電セラミックスシートを接続
した。なお、それぞれの圧電セラミックスシートの分極
方向は外側方向を向いていた。 ［比較例２］圧電高分子フィルムを挿入しないこと以外
は、実施例２と同様の制振構造体を作成した。 ［比較例３］比較例２で作成した制振構造体の片側端縁
部の外側両面に実施例３で用いた圧電セラミックスシー
トを貼り付け、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミ
ックスシートを接続した。 ［動力学的特性の評価］上記４種類の構造体について、
片持ち梁式の振動試験を行い、１〜４次までの共振モー
ドの損失係数を算出した。結果を図５に示した。
【００５５】［結果］図４より、１〜４次のすべての共
振モードにおいて、実施例１は比較例１よりも大きな損
失係数を示した。このことより、本発明の第１の制振構
造体は、従来の炭素繊維を含むプリプレグが積層された
ＦＲＰ構造体（比較例１）よりも高い制振性を示すこと
が確認された。また、図５より、ほぼすべての共振モー
ドにおいて、実施例２と実施例３は比較例２と比較例３
よりも大きな損失係数を示した。この結果から、圧電高
分子フィルムをＦＲＰ多層積層体の間に挿入する手段と
（実施例２）、上記手段に加えて、制振構造体の片側端
縁部の外側両面に圧電セラミックスシートを接着し、電
気抵抗体を介する手段（実施例３）とは、共に高い制振
性を示すことが確認された。さらに、すべての共振モー
ドにおいて、実施例３は実施例２よりも大きな損失係数
を示した。このことより、制振構造体の片側端縁部の外
側両面に圧電セラミックスシートを接着し、電気抵抗体
を介することにより、制振性の相乗効果が発現されるこ
とが確認された。
振モードにおいて、実施例１は比較例１よりも大きな損
失係数を示した。このことより、本発明の第１の制振構
造体は、従来の炭素繊維を含むプリプレグが積層された
ＦＲＰ構造体（比較例１）よりも高い制振性を示すこと
が確認された。また、図５より、ほぼすべての共振モー
ドにおいて、実施例２と実施例３は比較例２と比較例３
よりも大きな損失係数を示した。この結果から、圧電高
分子フィルムをＦＲＰ多層積層体の間に挿入する手段と
（実施例２）、上記手段に加えて、制振構造体の片側端
縁部の外側両面に圧電セラミックスシートを接着し、電
気抵抗体を介する手段（実施例３）とは、共に高い制振
性を示すことが確認された。さらに、すべての共振モー
ドにおいて、実施例３は実施例２よりも大きな損失係数
を示した。このことより、制振構造体の片側端縁部の外
側両面に圧電セラミックスシートを接着し、電気抵抗体
を介することにより、制振性の相乗効果が発現されるこ
とが確認された。
【００５６】
【発明の効果】上記に詳述したように、本発明の第１の
制振構造体は、導電性を有するＦＲＰ組成物に対して、
圧電材料が分散された本発明の制振基材を一ないし複数
枚積層して構成されているので、軽量、高強度に加えて
優れた振動減衰性能と防音・消音性能を有する。また、
本発明の第２の制振構造体は、圧電材料がシート又は薄
膜の形態で導電性を有するＦＲＰ積層体の間に挿入・積
層されているので、軽量、高強度に加えて優れた振動減
衰性能と防音・消音性能を有する。
制振構造体は、導電性を有するＦＲＰ組成物に対して、
圧電材料が分散された本発明の制振基材を一ないし複数
枚積層して構成されているので、軽量、高強度に加えて
優れた振動減衰性能と防音・消音性能を有する。また、
本発明の第２の制振構造体は、圧電材料がシート又は薄
膜の形態で導電性を有するＦＲＰ積層体の間に挿入・積
層されているので、軽量、高強度に加えて優れた振動減
衰性能と防音・消音性能を有する。
【図１】第１の制振構造体の１実施例を示したものであ
る。
る。
【図２】第２の制振構造体の１実施例を示したものであ
る。
る。
【図３】従来の制振構造体の１実施例を示したものであ
る。
る。
【図４】第１の制振構造体の共振モードと損失係数の関
係を示したものである。
係を示したものである。
【図５】第２の制振構造体の共振モードと損失係数の関
係を示したものである。
係を示したものである。
１ 制振構造体
１１ 第１制振基材
１２ 第２制振基材
１３ 第３制振基材
１４ 第４制振基材
２ 制振構造体
２１ ＦＲＰ基材
３ 圧電フィルム（薄膜）
Ａ 従来の制振構造体
４ ＦＲＰ積層体
５ 圧電セラミックス
６ 圧電セラミックス
７ 抵抗体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B32B 1/00 - 35/00
F16F 15/00 - 15/36
E04B 1/98
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (20)
- 【請求項１】 圧電セラミックス材料または圧電高分子
材料と、導電性を有する繊維強化プラスチック（ＦＲ
Ｐ）組成物とから構成される積層用制振基材。 - 【請求項２】 圧電セラミックス材料が、ニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ2Ｏ6）から
選ばれる少なくとも一種のセラミックス材料からなる粒
子であることを特徴とする請求項１に記載の積層用制振
基材。 - 【請求項３】 圧電高分子材料が、フッ素系高分子材料
からなるフィルムを裁断加工した細粒体であることを特
徴とする請求項１に記載の積層用制振基材。 - 【請求項４】 フッ素系高分子材料が、ポリフッ化ビニ
リデンの単独重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロ
エチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフル
オロエチレンとの共重合体から選ばれる少なくとも一種
の樹脂材料であることを特徴とする請求項３に記載の積
層用制振基材。 - 【請求項５】 導電性を有するＦＲＰ組成物が、炭素繊
維からなる強化材とプラスチックからなる母材を含有す
ることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに
記載の積層用制振基材。 - 【請求項６】 導電性を有するＦＲＰ組成物が、ガラス
繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ボロ
ン繊維から選ばれる少なくとも一種の強化材と、金属
粉、グラファイトならびにカーボンブラックから選ばれ
る少なくとも一種の導電性材料と、プラスチックからな
る母材とを含有することを特徴とする請求項１から請求
項４のいずれかに記載の積層用制振基材。 - 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれかに記載
の積層用制振基材が一ないし複数枚積層されたことを特
徴とする制振構造体。 - 【請求項８】 一の積層用制振基材を構成する繊維の繊
維方向と、前記一の積層用制振基材の上に直接積層され
る他の積層用制振基材を構成する繊維の繊維方向と、が
互いに重ならないように順次積層して、積層用制振基材
が元来有する剛性の異方性を緩和した積層構成としたこ
とを特徴とする請求項７に記載の制振構造体。 - 【請求項９】 請求項７または請求項８に記載の制振構
造体の外側両面に圧電セラミックスをそれぞれ接着し、
電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミックスを接続し
たことを特徴とする制振構造体。 - 【請求項１０】 請求項７から請求項９のいずれかに記
載の制振構造体の間に少なくとも一層の粘弾性高分子フ
ィルムが積層されたことを特徴とする制振構造体。 - 【請求項１１】 粘弾性高分子フィルムが、ポリオレフ
ィン系フィルムであることを特徴とする請求項１０に記
載の制振構造体。 - 【請求項１２】 導電性を有する積層用ＦＲＰ基材を複
数枚積層して構成される多層積層体の間に少なくとも１
層の圧電高分子のフィルムまたは圧電セラミックスの薄
膜を積層したことを特徴とする制振構造体。 - 【請求項１３】 圧電高分子が、フッ素系高分子である
ことを特徴とする請求項１２に記載の制振構造体。 - 【請求項１４】 フッ素系高分子が、ポリフッ化ビニリ
デンの単独重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエ
チレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオ
ロエチレンとの共重合体から選ばれる少なくとも一種の
高分子であることを特徴とする請求項１３に記載の制振
構造体。 - 【請求項１５】 圧電セラミックスが、ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ2Ｏ6）から
選ばれる少なくとも一種のセラミックスであることを特
徴とする請求項１２に記載の制振構造体。 - 【請求項１６】 導電性を有する積層用ＦＲＰ基材が、
炭素繊維からなる強化材とプラスチックからなる母材を
含有することを特徴とする請求項１２から請求項１５の
いずれかに記載の制振構造体。 - 【請求項１７】 導電性を有する積層用ＦＲＰ基材が、
ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊
維、ボロン繊維から選ばれる少なくとも一種の強化材
と、金属粉、グラファイトならびにカーボンブラックか
ら選ばれる少なくとも一種の導電性材料と、プラスチッ
クからなる母材とを含有することを特徴とする請求項１
２から請求項１５のいずれかに記載の制振構造体。 - 【請求項１８】 請求項１２から請求項１７のいずれか
に記載した制振構造体の外側両面に圧電セラミックスを
接着し、電気抵抗体を介してこれらの圧電セラミックス
を接続したことを特徴とする制振構造体。 - 【請求項１９】 請求項１２から請求項１８のいずれか
に記載した制振構造体の間に少なくとも一層の粘弾性高
分子フィルムが積層されたことを特徴とする制振構造
体。 - 【請求項２０】 粘弾性高分子フィルムが、ポリオレフ
ィン系フィルムであることを特徴とする請求項１９に記
載の制振構造体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| PCT/JP2002/008201 WO2003033256A1 (fr) | 2001-10-12 | 2002-08-09 | Matiere de base multicouche a effet amortisseur et structure d'amortissement formee d'un empilement de cette matiere de base |
| DE10297295T DE10297295B4 (de) | 2001-10-12 | 2002-08-09 | Laminiertes Dämpfungsbasismaterial und Dämpfungsanordnung mit Schichtung dieses Basismaterials |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315295A JP3477188B2 (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | 積層用制振基材、及びこれを積層した制振構造体 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003118038A JP2003118038A (ja) | 2003-04-23 |
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|---|---|---|---|---|
| US20030145980A1 (en) * | 2002-02-04 | 2003-08-07 | Sinha Sumon Kumar | System and method for using a flexible composite surface for pressure-drop free heat transfer enhancement and flow drag reduction |
| JP3612670B1 (ja) * | 2004-03-15 | 2005-01-19 | 秋田県 | アクチュエータの減衰方法およびアクチュエータ |
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