JP6847579B2 - 複合型磁性制振材 - Google Patents
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Description
その一例として、ゴム磁石等から構成される磁性材層と、低粘度のゴム系接着剤等から構成される粘弾性材層と、金属等から構成される拘束材層とを積層した複合型制振材が挙げられる(特許文献1)。また、常温だけでなく80℃程度の高温域まで、制振効果を発揮することが可能な複合型制振材が開示されている(特許文献2)。
[2] 前記高透磁率層が磁性材料からなることを特徴とする上記[1]に記載の複合型磁性制振材。
[3] 前記被着面が非磁性材料からなり、前記被着面から0.55mm〜0.65mmの深さに鉄材が配置されている場合において、前記被着面に対して50g/cm2以上の吸着力を有することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の複合型磁性制振材。
[4] 前記被着面から0mm〜1.0mmの深さに鉄材が配置されている場合において、前記磁性層の単位面積あたりの前記複合型磁性制振材の質量(単位質量)と、前記被着面に対する前記複合型磁性制振材の吸着力との比(吸着力/単位質量)が、6以上であることを特徴とする上記[1]〜[3]の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
[5] 前記拘束層、粘弾性層及び高透磁率層は、前記粘弾性層の自己粘着力により互いに接着されることを特徴とする上記[1]〜[4]の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
[6] 前記被着面が車両関連構造体の表面であることを特徴とする上記[1]〜[5]の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
[7] 前記被着面が鉄道用レールの表面であることを特徴とする上記[1]〜[6]の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
図1に示すように、本実施形態の複合型磁性制振材10は、拘束層1、粘弾性層2、高透磁率層3及び磁性層4をこの順で備えてなる積層体であり、磁性層4の磁力により被着面に吸着される。
複合型磁性制振材10の制振効果をより向上させる観点から、拘束層1と粘弾性層2の間、粘弾性層2と高透磁率層3の間には、接着剤層を設けないことが好ましい。
接着剤層の材料としては、例えば、ゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤が挙げられる。
粘弾性層2の第一の面(図1における上面)側に積層される拘束層1は、ヤング率が300MPa以上の板材であることが好ましく、1〜500GPaであることがより好ましい。ここでヤング率は、JIS Z 2241:2011「鋼材の引張試験方法」で測定される値である。
ヤング率が上記範囲内であると、拘束層1によって複合型磁性制振材10の全体を被着面の形状に沿わせてより強固に吸着させることができる。
上記厚さが0.6mm以上であると、上記ヤング率の範囲に調整することが容易であるとともに、優れた制振効果が得られ易い。
上記厚さが18mm以下であると、拘束層1が嵩張らず、鉄道用レールと車輪の軌道の間隙等の狭い場所にも複合型磁性制振材10を容易に吸着させることができる。さらに、拘束層1が自重によって粘弾性層2から剥離することを防止できる。
なお、拘束層1が金属板である場合は、自重を減らすために、その厚さが3.0mm以下であることが好ましい。3.0mmを超える拘束層1の場合は、合成樹脂製板であることが好ましい。
粘弾性層2は、拘束層1と高透磁率層3の間に積層されている。
粘弾性層2の厚さは、1mm以上であることが好ましく、拘束層1よりも厚いことがより好ましい。制振効果と軽量化のバランスを取る観点から、上記厚さは、1.5mm〜25mmがより好ましく、2mm〜20mmがさらに好ましい。
上記厚さの比が2以上であると、粘弾性層2における内部損失による制振効果が充分に得られる。上記厚さの比が10以下であると、磁性層4の被着体への吸着に伴って複合型磁性制振材10の全体が変形する際に、拘束層1とともに粘弾性層2が磁性層4の変形に容易に追従することができる。これにより、優れた吸着力が得られる。
針入度が3以上であると、柔軟性が向上して自己粘着力が大きくなり、針入度が90以下であると粘弾性層2の自己形状保持力が向上する。また、針入度が10〜60であると、常温域(−10℃以上40℃未満)において、優れた制振効果が得られ易い。
上記針状フィラーとしては、例えば、ウォラストナイト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、セピオライト、ゾノトライト、ホウ酸アルミニウム等が挙げられる。この中でも、ウォラストナイト又はゾノトライトを使用すれば、吸油量が少ないため、ブチルゴムの針入度を大幅に低下させることなく、制振効果を増大させることができる。
高透磁率層3は、粘弾性層2の拘束層1が積層された第一の面とは反対の第二の面側において、粘弾性層2と磁性層4の間に積層されている。
高透磁率層3の材料は、透磁率の高い軟磁性材料である。この軟磁性材料の透磁率は1.0×10−6H/m以上であることが好ましい。高透磁率層3の透磁率が高いほど、磁性層4に対するヨーク(バックアップヨーク)としての機能が高まり、磁性層4の吸着力をより一層高めることができる。
高透磁率層3の材料は、剛性の高い材料であってもよく、剛性の低い材料であってもよいが、剛性の高い材料が好ましい。すなわち拘束層に用いられる材料のうち、上記した透磁率を有するものが好適な材料として挙げられる。
高透磁率層3が剛性の高い材料である場合、高透磁率層3の剛性によって高透磁率層3が粘弾性層2の伸びを抑制することによる振動抑制効果が得られるため、優れた制振効果が得られる。
また、上記板材のヤング率は、1GPa以上であることが好ましい。1GPa以上であると、高透磁率層3の形状を被着面と同じ形状とすることにより、その剛性により、磁性層4の形状を被着面に容易に沿わせることができる。ここでヤング率は、JIS Z 2241:2011「鋼材の引張試験方法」で測定される値である。
上記厚さが0.1mm以上であると、優れた制振効果が得られ易い。
上記厚さが18mm以下であると、高透磁率層3が嵩張らず、鉄道用レールと車輪の軌道の間隙等の狭い場所にも複合型磁性制振材10を容易に吸着させることができる。さらに、高透磁率層3が自重によって磁性層4から剥離することを防止できる。
上記範囲であると、拘束層1に対する高透磁率層3の剛性が適度となり、複合型磁性制振材10を被着面の形状に沿わせて、磁性層4を被着面に対してより容易に密着させることができる。これにより、優れた吸着力及び制振効果が得られる。
上記範囲であると、粘弾性層2における内部損失による制振効果がより一層発揮され易くなる。
上記厚さの比が0.05以上であると、高透磁率層3がヨークとして充分に機能し、磁性層4の磁力、即ち複合型磁性制振材10全体の磁力を高められるため、磁性層4の吸着力及び制振効果が高められる。また、高透磁率層3が剛性の高い材料である場合には、高透磁率層3が粘弾性層2の伸びを抑制することによる振動抑制効果が得られるため、優れた制振効果が得られる。
上記厚さの比が2以下であると、磁性層4の被着体への吸着に伴って複合型磁性制振材10の全体が変形する際に、高透磁率層3とともに粘弾性層2及び拘束層1が磁性層4の変形に容易に追従することができる。これにより、優れた吸着力及び制振効果が得られる。
磁性層4は、高透磁率層3の粘弾性層2が積層された面とは反対の面側に積層されている。磁性層4は、被着面に接し、磁性層4が有する磁力によって被着面に吸着する層である。
磁性層4としては、例えば、バインダーによって硬磁性粉が結着されてなるマグネットシートが挙げられる。マグネットシートは、公知方法により所定の着磁パターンで着磁されている。
上記範囲の極間距離であると、各極間同士の干渉を防ぎつつ、磁束密度を高められるので、吸着力をより一層向上させることができる。
磁性層4の厚さが0.4mm以上であると、被着面に対する吸着力を100g/cm2以上にすることが容易になる。
磁性層4の厚さが4.0mm以下であると、磁性層4の可撓性が高まり、拘束層1及び高透磁率層3の剛性の影響を受けて、被着面の形状に沿うことが容易になり、吸着力がより一層向上する。また、磁性層4が嵩張らず、鉄道用レールと車輪の軌道の間隙等の狭い場所にも複合型磁性制振材10を容易に吸着させることができる。さらに、磁性層4が自重によって被着面から脱落したり、ズレたりすることを防止できる。
前記熱可塑性樹脂系のバインダーとしては、例えば、塩素化ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフォン、ポリブチレンテレフタレート、塩化ビニル、EVA樹脂(エチレン酢酸ビニル共重合樹脂)、エポキシ樹脂等が挙げられる。
前記ゴム系(加硫ゴム系)のバインダーとしては、例えば、ニトリルゴム、ブチルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、アクリルゴム、塩化ゴム、EPDM等が挙げられる。
前記熱可塑性エラストマー系のバインダーとしては、例えば、スチレン系TPE(thermoplastic elastomer)、オレフィン系TPE、塩化ビニル系TPE、ウレタン系TPE、エステル系TPE、ポリアミド系TPE、1,2−ポリブタジエン系TPE等が挙げられる。
本発明の複合型磁性制振材の被着面に対する吸着力は、以下の方法によって測定される値である。
本発明の複合型磁性制振材の磁性層を上方に向けて、拘束層を平面台に接した状態で固定する。この磁性層の上に面積5cm2の鉄片(鉄含有量99.9質量%以上)を磁力によって吸着させる。これにより、磁性層と鉄片の吸着面積は5cm2となる。次に、ロードセルを使用して、吸着した鉄片を鉛直上方に100mm/分の速度で持ち上げる際にかかる、吸着面(被着面)の単位面積当たりの最大荷重を吸着力として測定する。
上記吸着力が100g/cm2以上であると、後述する様に被着面に塗装等の非磁性材料が配置されている場合においても、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。上記吸着力を得るためには、磁性層の最大エネルギー積((BH)max)を0.7MGOe以上とすることが好ましい。
上記吸着力が85g/cm2以上であると、後述する様に被着面にさらに厚い非磁性材料が配置されている場合においても、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。上記吸着力を得るためには、磁性層の最大エネルギー積((BH)max)を0.7MGOe以上とすることが好ましい。
上記吸着力が70g/cm2以上であると、後述する様に被着面にさらに厚い非磁性材料が配置されている場合においても、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。上記吸着力を得るためには、磁性層の最大エネルギー積((BH)max)を0.7MGOe以上とすることが好ましい。
上記吸着力が50g/cm2以上であると、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。上記吸着力を得るためには、磁性層の最大エネルギー積((BH)max)を0.7MGOe以上とすることが好ましい。
上記吸着力の比が6以上であると、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。
上記吸着力の比が10以上であると、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。
上記吸着力の比が6以上であると、被着体の振動によって複合型磁性制振材が脱落する恐れが低減する。また、湾曲した表面を有する被着体へ設置する際に、磁性層を部分的に吸着すると、磁性層の磁力により被着体の表面に複合型磁性制振材の全体が追従するため、全体を押圧して設置する必要がない。
本発明の複合型磁性制振材の制振性能は、以下の方法によって測定される損失係数である。
鋼鉄道橋規格(SRS 41)の中央支持による共振法に基づいて、厚さ×縦×横=10mm×25mm×500mmの鋼材を基板として使用し、基板の片面に同じ寸法の複合型磁性制振材を磁力によって吸着させて、基板の中央部に動電加振器からインピーダンスヘッドを介してランダムノイズを加振する。この加振において、基板の中央部のモビリティー(V/F)の共振曲線(V/F周波数応答関数)から、1次及び2次モードの内挿法によって500Hzにおける損失係数を測定する。
本発明の複合型磁性制振材の製造方法としては、高透磁率層を設ける点を除いて、従来の複合型制振材の製造方法が適用できる。拘束層、粘弾性層、高透磁率層の積層方法は、粘弾性層を構成する材料が完全に固化(架橋)する前の自己粘着力を利用して、粘弾性層の両面にそれぞれ拘束層と高透磁率層を接着する方法が好ましい。また、高透磁率層と磁性層の積層方法は、磁性層を多極着磁した後、高透磁率層との間に接着剤層を設けて接着する方法が好ましい。
接着剤層の材料としては、例えば、ゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤が挙げられる。
本発明の複合型磁性制振材は、拘束層と粘弾性層と高透磁率層とを順に積層している。この構成とすることで、粘弾性層のずり変形により制振効果が増加する。また、高透磁率層が磁性材料である場合には、複合型磁性制振材の磁力を増加させることができるため、複合型磁性制振材の吸着力をより一層増加させることができる。このメカニズムとして、高透磁率層が磁性層の磁力によって磁化され(磁性材料の磁気モーメントが少なくとも部分的に増加して)、高透磁率層の磁力が磁性層の磁力に上乗せされること、即ち高透磁率層がヨーク(バックアップヨーク)として機能すること、が考えられる。
また、本発明の複合型磁性制振材は、端部を持ち上げることにより被着面から容易に取り外すことができる。このため、複合型磁性制振材を被着面から回収して、再使用(リサイクル)することが容易である。
拘束層として、厚さ2.3mmのZAM鋼板(日新製鋼社製、比重7.8)を使用した。
粘弾性層として、ブチルゴム(アサヒゴム社製、制振ブチルゴム#3030)100質量部、カーボンブラック(東海カーボン社製、シーストS)10質量部、タッキファイヤー(東燃ゼネラル石油社製、T−REZ RA100)50質量部、炭酸カルシウム60質量部、ケイ酸カルシウム240質量部、マイカ(レプコ社製、S-200)50質量部、軟化剤(日油社製、015MN)100質量部を加圧ニーダーを使用して混練し、押出機を使用して厚さ6.0mmの未加硫のシート(針入度35、比重1.65)を形成した。
高透磁率層として、厚さ0.5mmの冷延鋼板(JFEスチール社製、JFE-CCUP比重7.8)を使用した。
磁性層として、異方性ストロンチウムフェライト88質量部、塩素化ポリエチレン12質量部を混合し、厚さ2.0mmの可撓性を有するシート(シーアイ化成社製、ビノンマグネットシート、着磁ピッチ:5mm、(BH)max:1.0MGOe、比重3.6)を形成した。
作製した複合型磁性制振材の各層の厚さは、拘束層:2.3mm、粘弾性層:6.0mm、高透磁率層:0.5mm、磁性層:2.0mm、であった。
作製した複合型磁性制振材の寸法は、縦×横×厚さ=10mm×210mm×10.8mmであり、各層はほぼ同じ面積とした。
作製した複合型磁性制振材の単位面積あたりの質量は、381.6N/m2(38.94kg/m2、即ち3.894g/cm2)であった。
磁性層の着磁ピッチを8mmに変更した以外は、実施例1と同様に複合型磁性制振材を作製した。この複合型磁性制振材の単位面積あたりの質量は、実施例1と同じ、3.894g/cm2であった。
高透磁率層を設けず、拘束層、粘弾性層、磁性層の順に積層した以外は、実施例1と同様に制振材を作製した。
高透磁率層を設けず、拘束層、粘弾性層、磁性層の順に積層した以外は、実施例2と同様に制振材を作製した。
拘束層として厚さ2.3mmの亜鉛メッキ鋼板を使用した。この拘束層の上に、合成ゴム系溶剤型の接着剤を塗布し、さらに、磁性粉と、加硫剤とが配合された、厚さ3.0mmのブチルゴムを主成分とする未加硫の高分子粘弾性シートを積層した。これを加熱プレスすることによって、加硫するとともに、高分子粘弾性シート、接着剤層、拘束層とを接着した。その後に着磁して、(BH)max:0.4MGOeの制振材を得た。
実施例1〜2及び比較例1〜2の各制振材の吸着力を前述した方法により測定した。この際、被着体である鉄材(鉄片)の被着面に、塗装厚さ0mm〜1.0mmの範囲で、0.1mmずつ厚さを変えて塗装を施した被着面に対する吸着力(g/cm2)をそれぞれ測定した。これらの結果を表1及び図2に示す。
実施例1及び比較例3の各制振材の制振性能としての損失係数を前述した方法により測定した。この際、20℃と40℃の場合について、それぞれ500Hzにおける損失係数をそれぞれ測定した。これらの結果を表2及び図3に示す。
Claims (7)
- 拘束層、粘弾性層、高透磁率層及び磁性層をこの順で備え、前記磁性層の磁力により被着面に吸着する複合型磁性制振材であり、
前記高透磁率層のヤング率が1GPa以上であり、
前記高透磁率層の厚さ/前記拘束層の厚さの比が0.2以上0.5以下であり、
前記高透磁率層の厚さ/前記粘弾性層の厚さの比が0.03以上0.5以下であり、
前記高透磁率層の厚さ/前記磁性層の厚さの比が0.2以上0.5以下であり、
前記高透磁率層の厚さが0.3mm以上1.0mm以下であることを特徴とする複合型磁性制振材。 - 前記高透磁率層が磁性材料からなることを特徴とする請求項1に記載の複合型磁性制振材。
- 前記被着面が非磁性材料からなり、前記被着面から0.55mm〜0.65mmの深さに鉄材が配置されている場合において、前記被着面に対して50g/cm2以上の吸着力を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の複合型磁性制振材。
- 前記被着面から0mm〜1.0mmの深さに鉄材が配置されている場合において、
前記磁性層の単位面積あたりの前記複合型磁性制振材の質量(単位質量)と、前記被着面に対する前記複合型磁性制振材の吸着力との比(吸着力/単位質量)が、6以上であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。 - 前記拘束層、前記粘弾性層及び前記高透磁率層は、前記粘弾性層の自己粘着力により互いに接着されることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
- 前記被着面が車両関連構造体の表面であることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
- 前記被着面が鉄道用レールの表面であることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の複合型磁性制振材。
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