JP7488501B2 - 複合体、自動車部品、複合ユニット、及び、複合体の製造方法 - Google Patents
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Description
第1の金属部材と、
第2の金属部材と、
繊維強化樹脂材料を除く振動減衰材料と、
を有する複合体であって、
前記振動減衰材料は、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分の少なくとも一部に配置され、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に挟まれており、
前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間が接合されていない、
複合体
を開示する。
前記中間部材が、前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間に配置されていてもよく、
前記振動減衰材料が、前記中間部材を介して、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に挟まれていてもよい。
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。
前記振動減衰材料が、樹脂、ゴム材料、プラスチック材料及び発泡材料から選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。
前記振動減衰材料が固体であってもよく、
前記振動減衰材料の静止摩擦係数が0.30以上であってもよい。
前記振動減衰材料が固体であってもよく、
前記振動減衰材料の25℃における損失係数が0.01以上であってもよい。
前記振動減衰材料が固体であってもよく、
前記振動減衰材料の25℃における貯蔵弾性率が1.0×105MPa以下であってもよい。
前記振動減衰材料が液体であってもよく、
前記振動減衰材料の25℃における粘度が100mPa・s以上であってもよい。
前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材が鋼材であってもよい。
前記振動減衰材料が配置されていない部分において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが互いに接合されていてもよい。
前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが、機械締結、接着、溶接又はこれらの組み合わせによって、互いに接合されていてもよい。
前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との界面が接合されていなくてもよい。
前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分の全体の投影面積A1に対する、前記振動減衰材料の投影面積A2の比A2/A1が、0.05以上1.00以下であってもよい。
上記本開示の複合体を含む、自動車部品
を開示する。
前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方が自動車のインナー又はレインフォースであってもよい。
上記本開示の複合体に用いられる複合ユニットであって、
第1の金属部材と、
繊維強化樹脂材料を除く振動減衰材料と、
を有し、
前記振動減衰材料が、前記第1の金属部材の少なくとも片側に配置されている、
複合ユニット
を開示する。
前記中間部材が、前記第1の金属部材と前記振動減衰材料との間、且つ、前記第1の金属部材の表面の少なくとも一部に配置されていてもよく、
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。
前記第1の金属部材が、自動車のインナー又はレインフォースとして用いられるものであってもよい。
前記第1の金属部材が鋼材であってもよい。
上記本開示の複合体を製造する方法であって、
第1の金属部材の少なくとも片側に振動減衰材料を配置して複合ユニットを形成する、第1工程と、
前記複合ユニットの前記振動減衰材料を第2の金属部材に向かって押し付ける、第2工程と、
を含み、
前記第2工程において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分に前記振動減衰材料が配置されるように、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に前記振動減衰材料を挟むことで、前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間を接合することなく、前記複合ユニットと前記第2の金属部材とを複合化する、
複合体の製造方法
を開示する。
前記第1工程が、前記第1の金属部材の表面上に中間部材を配置し、前記中間部材の上に前記振動減衰材料を配置すること、を含んでいてもよく、
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。
前記第2工程が、前記第2の金属部材と前記振動減衰材料との間に中間部材を配置した後で、前記複合ユニットの前記振動減衰材料を、前記中間部材を介して、前記第2の金属部材の表面に押し付けること、を含んでいてもよく、
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。
前記中間部材が発泡材料からなるものであってもよい。
前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材が鋼材であってもよい。
前記第2工程が、前記振動減衰材料が配置されていない部分において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを、機械締結、接着、溶接又はこれらの組み合わせによって接合すること、を含んでいてもよい。
前記第2工程が、前記複合ユニットの前記振動減衰材料を前記第2の金属部材に対して押し付けた後、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを接合すること、を含んでいてもよい。
従来の複合体においては、金属部材と振動減衰材料との間に接着層が設けられ、金属部材と振動減衰材料とが互いに接合される。この場合、例えば、複合体の温度が上昇すると、金属部材と振動減衰材料との熱膨張係数のミスフィットによって内部応力が発生する。内部応力の発生により、接着層が破壊され、金属部材と振動減衰材料とが変形し、複合体の外観に凹凸やしわ等の外観不良(これらを総括して「面歪み」という場合がある。)が生じ易い。また、そのような場合、複合体としての特性が低下する場合があり、例えば、強度の低下、剛性の低下が生じる可能性がある。さらに、複合体を形成するために接着剤を用いる場合、複合体としての形態を維持するために強力かつ耐久性の高い接着剤が必要となり、コスト増加の要因となる。場合によっては十分な密着性を担保する接着剤が存在しない可能性すらある。また、接着剤を介して金属部材と振動減衰材料とを接合しようとすると、一般的に、塗布工程、加熱硬化工程及び/又は養生工程等が必要となるため、複合体やそれを用いた製品を製造するために必要となる時間もコストも増大することが懸念される。さらに、工程上の時間やコストの関係から、既存の製造ライン(例えば自動車用部材の製造ライン)に接着剤の塗布工程等を組み込むことは困難な場合がある。接着剤以外の手段によって金属部材と振動減衰材料とを接合した場合にも、同様の懸念がある。
上記の従来の複合体における課題を解決すべく、本開示の複合体は以下の構成を採る。図1~6に本開示の複合体の構成の一例を示す。図1~6に例示されるように、本開示の複合体100は、第1の金属部材10と、第2の金属部材20と、繊維強化樹脂材料を除く振動減衰材料30と、を有する。前記振動減衰材料30は、前記第1の金属部材10と前記第2の金属部材20とが重なり合う部分の少なくとも一部に配置され、前記第1の金属部材10と前記第2の金属部材20との間に挟まれている。ここで、本開示の複合体においては、前記第1の金属部材10及び前記第2の金属部材20のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料30との間が接合されていない。
第1の金属部材や第2の金属部材は、複合体の用途に応じて、最適な材質や形状が決定され得る。
第1の金属部材や第2の金属部材の材質は、特に限定されず、例えば、鉄、チタン、アルミニウム、マグネシウム及びこれらの合金などが挙げられる。ここで、合金の例としては、例えば、鉄系合金(ステンレス鋼含む)、Ti系合金、Al系合金、Mg合金などが挙げられる。金属部材は板状の材料(例えば鋼板)であることが好ましい。
金属部材の形状も特に限定されるものではなく、その用途に応じて適宜決定され得る。金属部材は板状の部分(平坦部や湾曲部や折り曲げ部等の「成形加工前に板状であったものとみなすことができる部分」)を有するものであってもよい。金属部材が板状の部分を有する場合、当該板状の部分における厚みは、特に限定されないが、複合体の強度及び加工性等の観点から、例えば0.1mm以上3.5mm以下であってもよい。第1の金属部材の板状の部分の厚みと第2の金属部材の板状の部分の厚みとは、互いに同じであっても異なっていてもよい。また、第1の金属部材と第2の金属部材とは、互いに同一の形状を有していても異なる形状を有していてもよい。
振動減衰材料は、金属部材と複合化された際に振動減衰性能を発揮するものであればよい。ただし、繊維強化樹脂については、繊維の異方性によって、どの向きにおいて振動減衰性能が発現し易いかが変化してしまい、安定した振動減衰性能が得られない虞がある。この点、本願において、繊維強化樹脂については振動減衰材料から除外される。本開示の複合体においては、振動減衰材料として繊維強化樹脂以外の材料が採用されることで、繊維配向や繊維含有率に影響されることがなく安定した振動減衰性能を発現できる。
振動減衰材料の材質は、繊維強化樹脂以外のものであれば特に限定されず、例えば、樹脂、ゴム材料、プラスチック材料及び発泡材料から選択される少なくとも一つからなるものであってよい。振動減衰材料の具体例としては、アクリロニトリル・アクリルゴム・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・塩素化ポリエチレン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・エチレンプロピレンゴム・スチレン共重合体、アクリロニトリルスチレン共重合体、(ポリ)ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ジアリルフタレート、ジシクロペンタジエン、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エポキシ樹脂、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、アイオノマー樹脂、液晶ポリマー(液晶構造を発現する高分子の総称)、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体、メラミンホルムアルデヒド(メラミン樹脂)、天然ゴム、ポリアミド(ナイロン等の酸アミド結合を持つ高分子化合物の総称)、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリアリレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリブチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、フェノール樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリイミド(全芳香族ポリイミド)、ポリメタクリル酸メチル(アクリル)、ポリメチルペンテンポリマー、ポリオキシメチレン(ポリアセタール)、ポリプロピレン、ポリフタルアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニルサルフォン、ポリスチレン、一般用ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリ四フッ化塩化エチレン、ポリテトラフルオロエチレン(四フッ化エチレン)、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、(ポリ)酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、(後)塩素化ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデンフルオライド(ポリフッ化ビニリデン)、ポリビニルフルオライド(フッ化ビニル)、アクリロニトリルスチレン共重合体、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体、シリコーン、シートモールディングコンパウンド、シンジオタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリスチレン(結晶性ポリスチレン)、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリメチルペンテン(TPXポリマー:三井化学社の商品名)、ユリア樹脂(尿素樹脂)、不飽和ポリエステル、天然樹脂(ロジンエステル類)等が挙げられる。
振動減衰材料の全体としての形状は、特に限定されるものではなく、上記の金属部材の形状等に応じて、最適な形状が選択され得る。例えば、振動減衰材料はシート状又は層状であってもよい。或いは、振動減衰材料は不定形の材料であってもよい。尚、後述するように、振動減衰材料は、第1の金属部材と第2の金属部材とが重なり合う部分(一方の金属部材の表面に対して垂直となる方向からみた時に、2つの金属部材が重なって投影される部分)の少なくとも一部に配置される。ここで、第1の金属部材と第2の金属部材とが重なり合う部分の全体の投影面積A1に対する、振動減衰材料の投影面積A2の比(A2/A1)は、例えば、0.05以上、0.10以上、0.15以上、0.20以上、0.25以上、0.30以上、0.35以上、0.40以上、0.45以上又は0.50以上であってもよく、1.00以下、0.95以下、0.90以下、0.85以下、0.80以下、0.75以下又は0.70以下であってもよい。
振動減衰材料は、振動減衰性能が発揮される限り、固体であっても液体であってもよい。振動減衰材料が固体である場合、当該振動減衰材料の静止摩擦係数は0.30以上であってもよい。振動減衰材料の静止摩擦係数が大きい場合、第1の金属部材と第2の金属部材との間における振動減衰材料の保持及び複合化が容易であるとともに、複合体の振動減衰性能を向上させ易い。振動減衰材料の静止摩擦係数は0.40以上、0.50以上又は1.00以上であってもよい。静止摩擦係数の上限は特に限定されるものではなく、例えば、100以下、50以下、20以下又は10以下であってもよい。
振動減衰材料が固体である場合、当該振動減衰材料の25℃における損失係数が0.01以上であってもよい。振動減衰材料の損失係数が大きい場合、高い振動減衰性能が発揮され易い。振動減衰材料の損失係数は0.03以上、0.05以上又は0.10以上であってもよい。損失係数の上限は特に限定されるものではなく、例えば、1.0以下又は10以下であってもよい。
振動減衰材料が固体である場合、当該振動減衰材料の25℃における貯蔵弾性率が1.0×105MPa以下であってもよい。振動減衰材料の貯蔵弾性率が小さい場合、高い振動減衰性能が発揮され易い。振動減衰材料の貯蔵弾性率は1.0×104MPa以下又は1.0×103MPa以下であってもよい。貯蔵弾性率の下限は特に限定されるものではなく、例えば、1MPa以上又は10MPa以上であってもよい。
振動減衰材料が液体である場合、当該振動減衰材料の25℃における粘度が100mPa・s以上であってもよい。振動減衰材料の粘度が大きい場合、第1の金属部材と第2の金属部材との間における振動減衰材料の保持及び複合化が容易であるとともに、複合体の振動減衰性能を向上させ易い。振動減衰材料の25℃における粘度は1000mPa・s以上であってもよい。粘度の上限は特に限定されるものではなく、例えば、1000Pa・s以下又は100Pa・s以下であってもよい。
本開示の複合体は、2つの金属部材のうちの少なくとも一方と振動減衰材料とを接合することなく、2つの金属部材の間に振動減衰材料を挟むことにより構成される。これにより、振動減衰材料が接合されていない金属部材と振動減衰材料との界面において面内方向の実質的な拘束が生じないため、当該界面において内部応力が生じ難く、面歪みの発生を抑えつつ所望の振動減衰性が発揮される。例えば、振動減衰材料が、第1の金属部材及び第2の金属部材のうちの少なくとも一方に対して、接合されることなく接触していることで、当該接触している部分における面歪みの発生を抑えることができ、且つ、十分な振動減衰性が確保され得る。
本開示の複合体においては、第1の金属部材及び第2の金属部材のうちの少なくとも一方と振動減衰材料との間が接合されていないことが重要である。ここで、「接合」とは、接着、溶着、溶接、機械締結などの総称であり、振動減衰材料と金属部材とが、これらの界面において少なくとも面方向に拘束された状態を意味する。つまり、本開示の複合体において、振動減衰材料と少なくとも一方の金属部材との界面には接着層等の振動減衰材料と金属部材との接合に寄与する層は存在しない。振動減衰材料は、2つの金属部材の間に挟まれることにより、少なくとも一方の金属部材に向かって押し付けられることになる。この時、振動減衰材料と金属部材との間には、界面に対して交差する方向に押し付け力が生じる。これにより、振動減衰材料と金属部材との界面において面方向への拘束を抑えつつ、擬似的な複合状態を確保することができる。本開示の複合体は、上記したような疑似的な複合状態にあることで、たとえ温度が上昇した場合であっても、金属部材と振動減衰材料とが面方向に互いに自由に動き易く、内部応力が生じ難い。
図1~6に例示されるように、第1の金属部材10と第2の金属部材20とは接合部(固定部材40)を介して互いに接合されていてもよい。両金属部材同士が接合された場合、振動減衰材料と金属部材との間に作用する押し付け力が維持され易い。ただし、振動減衰材料が配置されている部分において両金属部材が互いに接合されると、振動減衰材料が金属部材に接合されてしまう。このため振動減衰材料が両金属部材に拘束されてしまい、複合体の内部応力を緩和することができない。よって、第1の金属部材と第2の金属部材とが互いに接合される場合、第1の金属部材と第2の金属部材とは、振動減衰材料が配置されていない部分において、互いに接合されるとよい。すなわち、一方の金属部材の表面に対して垂直となる方向からみた時に、振動減衰材料が配置されていない領域において、第1の金属部材と第2の金属部材とが互いに接合され得る。この場合、第1の金属部材と第2の金属部材とは、機械締結(リベット、ボルトナット等)、接着(接着剤等)、溶接(アーク溶接、スポット溶接、レーザー溶接等)又はこれらの組み合わせによって、互いに接合されていてもよい。ただし、接着剤の使用は工程コスト(例えば、塗布、加熱硬化、養生工程等に関するコスト)の増加を招く虞がある。コストの増加を抑える観点からは、第1の金属部材と第2の金属部材との接合方法は、機械締結、溶接、又はこれらの組み合わせであってもよい。
図3~6に例示されるように、本開示の複合体100は、第1の金属部材10、第2の金属部材20及び振動減衰材料30に加えて、中間部材50を有していてもよい。図3~6に例示されるように、中間部材50は、第1の金属部材10及び第2の金属部材20のうちの少なくとも一方と振動減衰材料30との間に配置されていてもよく、また、振動減衰材料30が、中間部材50を介して、第1の金属部材10と第2の金属部材20との間に挟まれていてもよい。この場合、振動減衰材料30と中間部材50との間は接着剤等を介して接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。また、振動減衰材料30の表面のうち、中間部材50とは反対側(中間部材50と接触していない側)の表面が、第1の金属部材10又は第2の金属部材20と接触していてもよく、この場合、振動減衰材料30と、振動減衰材料30が接触している第1の金属部材10又は第2の金属部材20との間(すなわち、振動減衰材料30と金属部材10又は20との界面)は、接合されていないほうがよい。言い換えれば、振動減衰材料30が中間部材50と接触する第1面と、第1の金属部材10又は第2の金属部材20と接触する第2面とを有する場合、中間部材50に対して第1面が接合されていても、接合されていなくてもよい一方、第1の金属部材10又は第2の金属部材20に対して第2面が接合されていないほうがよい。
振動減衰材料が金属部材に対して押し付けられているか否かは、以下のように判別するとよい。すなわち、複合体が形成された状態での断面図を光学顕微鏡で観察(振動減衰材料と金属部材との積層方向に切断する等して観察)し、金属部材間の振動減衰材料や中間部材の厚さ(積層方向の長さ)を測定する。測定した厚さを、各部材の解放状態(すなわち複合化されていない状態)での厚さと比較し、厚さの差(解放状態の厚さ-複合体での厚さ)がある場合(解放状態の厚さ>複合体での厚さ)に、金属部材に対して振動減衰材料が押し付けられていると判別する。好ましくは、解放状態の厚さと複合体での厚さとの差が、解放状態の厚さの1%以上、さらに好ましくは2%以上あるとよい。
図1~6を参照しつつ、複合体の具体例について説明する。図1~6には、説明の便宜上、温度上昇時における面歪みの発生を抑制して外観不良の発生を抑えたい金属部材が第2の金属部材20であり、第2の金属部材20と振動減衰材料30とが互いに接合されていない形態が例示されている。ただし、複合体の形態はこれに限定されず、温度上昇時における面歪みの発生を抑制して外観不良の発生を抑えたい金属部材が第1の金属部材10であり、第1の金属部材10と振動減衰材料30とが互いに接合されていない形態であってもよいし、温度上昇時における面歪みの発生を抑制して外観不良の発生を抑えたい金属部材が第1の金属部材10と第2の金属部材20との両方であり、第1の金属部材と振動減衰材料30とが互いに接合されておらず、且つ、第2の金属部材20と振動減衰材料30とが互いに接合されていない形態であってもよい。
図1に示される複合体100は全体として板状であり、図2に示される複合体100は全体としてハット形状を有する。ハット形状とは、例えば、図2に示されるように、天板部21と、縦壁部22と、フランジ部23とを有するような形状である。ただし、複合体100の形状はこれらに限定されるものではない。図1及び2に示される複合体100は、第1の金属部材10と、第2の金属部材20と、それらの間に挟まれた振動減衰材料30とを備える。図1及び2に示されるように、第1の金属部材10と第2の金属部材20とは、一方の金属部材の表面に対して垂直となる方向からみた時に、互いに重なり合う部分を有し、その重なり合った部分の少なくとも一部に振動減衰材料30が挟まれている。振動減衰材料30は両金属部材10、20に挟まっているだけであり接合(接着等)はされていない。すなわち、両金属部材10、20と振動減衰材料30との界面15に接着剤等が存在しない状態で、振動減衰材料30は、両金属部材10、20に挟まれることにより、両金属部材10、20と振動減衰材料30とが互いに押し付け合った状態になっている。このことにより、振動減衰材料30は、両金属部材10、20に対して面方向には実質的に拘束されることはなく、押し付けによって疑似的な複合状態になっている。尚、図1においては、振動減衰材料30が両金属部材10、20との間に界面15を有する形態が示されているが、本開示の複合体100はこの形態に限定されない。以下に例示されるように、振動減衰材料30は、第1の金属部材10及び第2の金属部材20のうちの少なくとも一方との間に界面15を有し、且つ、当該界面15において接合がなされていなくてもよい(接着剤等が存在しなくてもよい)。また、中間部材50が存在する場合等においては、振動減衰材料30と金属部材との界面15において接合がなされていてもよいし、なされていなくてもよい。
図3に示されるように、複合体100においては、振動減衰材料30が、中間部材50を介して、第1の金属部材10と第2の金属部材20との間に挟まれていてもよい。図3に示される複合体100において、中間部材50は、第1の金属部材10と振動減衰材料30との間に積層されている。図3に示される中間部材50は、金属材料からなり、積層方向(金属部材の表面に対して垂直な方向)に圧縮されることにより力(復元力)を発生させ、振動減衰材料30を金属部材20に押し付けるものである。第1の金属部材10と振動減衰材料30との間に中間部材50を備える場合、上述したように、第2の金属部材20と振動減衰材料30との間は、接合されていないほうが高い振動減衰性能が期待できる。ただし、第1の金属部材10側において面歪みを抑制したい場合は、第2の金属部材20と振動減衰材料30との間が接合されていてもよい。また、中間部材50と振動減衰材料30との間は、接合されていなくてもよいし、接合されていてもよいが、接合されていない(拘束されていない)ほうが、内部応力の発生が一層抑制され易い。
本開示の複合体は、振動減衰性能が求められる各種の部品に用いられる。例えば、自動車、鉄道車両、船舶及び航空機等の輸送機器の部品として用いられてもよい。或いは、本開示の複合体は、建築部品等の輸送機器以外の部品として用いられてもよい。以下、一例として、本開示の複合体を含む自動車部品について説明する。
本開示の技術は、上記の複合体に用いられる複合ユニットとしての側面も有する。複合ユニットは、上記の複合体を製造するための中間製品である。すなわち、本開示の複合ユニットは、上記本開示の複合体に用いられる複合ユニットであって、第1の金属部材と、繊維強化樹脂材料を除く振動減衰材料と、を有し、前記振動減衰材料が、前記第1の金属部材の少なくとも片側に配置されている。第1の金属部材や振動減衰材料の詳細については既に説明した通りである。例えば、第1の金属部材は鋼材であってもよい。
本開示の複合体は、例えば、以下の方法によって製造可能である。すなわち、上記本開示の複合体を製造する方法は、
第1の金属部材の少なくとも片側に振動減衰材料を配置して複合ユニットを形成する、第1工程と、
前記複合ユニットの前記振動減衰材料を第2の金属部材に向かって押し付ける、第2工程と、
を含んでいてもよく、
前記第2工程において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分に前記振動減衰材料が配置されるように、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に前記振動減衰材料を挟むことで、前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間を接合することなく、前記複合ユニットと前記第2の金属部材とを複合化してもよい。
第1工程においては、例えば、第1の金属部材の表面に振動減衰材料を積層して複合ユニットを形成する。第1の金属部材や振動減衰材料や複合ユニットの詳細については上述した通りである。例えば、第1の金属部材は鋼材であってよい。第1工程では、第1の金属部材と振動減衰材料との間に、上記の中間部材を配置してもよい。すなわち、第1工程が、前記第1の金属部材の表面上に中間部材を配置し、前記中間部材の上に前記振動減衰材料を配置すること、を含んでいてもよく、前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。特に、中間部材が発泡材料からなる場合、発泡倍率による押し付け荷重の制御が可能になり振動減衰性能を向上させ易くなる。
第2工程においては、第1の金属部材と第2の金属部材とが重なり合う部分に振動減衰材料が配置されるように、第1の金属部材と第2の金属部材との間に振動減衰材料を挟むことで、第1の金属部材及び第2の金属部材のうちの少なくとも一方と振動減衰材料との間を接合することなく、複合ユニットと第2の金属部材とを複合化する。第2の金属部材の詳細については上述した通りである。例えば、第2の金属部材は鋼材であってよい。上述したように本開示の複合体は、第1の金属部材及び第2の金属部材のうちの少なくとも一方と振動減衰材料との間に中間部材が配置されていてもよい。この点、第2工程は、前記第2の金属部材と前記振動減衰材料との間に中間部材を配置した後で、前記複合ユニットの前記振動減衰材料を、前記中間部材を介して、前記第2の金属部材の表面に押し付けること、を含んでいてもよく、前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなるものであってもよい。特に、中間部材が発泡材料からなる場合、気泡内で生じる空気との摩擦抵抗により振動減衰性能が向上し易い。
第1の金属部材及び第2の金属部材として、ティンフリースチール鋼板(日本製鉄社製「TFS0.18」、板厚0.18mm)を準備した。図8に示されるように、第1の金属部材(図8の下側の金属部材)については当該鋼板を平板材のまま使用し、第2の金属部材(図8の上側の金属部材)については当該鋼板をハット型に折り曲げ加工して使用した。ハット材は、図8に示されるように、縦壁部の高さ5mm及び天板部の幅30mmとした。尚、図8には、中間部材としてハット型の鋼板が採用された形態を例示しているが、中間部材の形態はこれに限定されない。
第1の金属部材と第2の金属部材との間に挟み込む振動減衰材料や中間部材として、以下の材料を用意した。
・ アクリル板(板厚:2mm、岩田製作所製「アクリル板(透明)2mm」)
・ ハット型の鋼板(板厚:0.18mm、ハット型、日本製鉄社製ティンフリースチール鋼板「TFS0.18」)
・ 平板の鋼板(板厚:0.4mm、平板型、日本製鉄社製溶融亜鉛めっき鋼板(引張強度590GPa)
・ NBRゴム(アクリロニトリル・ブタジエンゴム、亜木津工業社製「AK NBRゴム板材 シート」)
・ CRゴム(クロロプレンゴム、亜木津工業社製「AK CRゴム板材 シート」)
・ 天然ゴム(光社製「天然ゴム板角タイプ」)
・ EPDMゴム(エチレン・プロピレン・ジエンゴム、和気産業製「EPDMシート 非粘着タイプ」)
・ ウレタンゴム(和気産業製「ウレタンゴムシート」)
・ シリコンゴム(和気産業製「シリコンゴムシート」)
・ EPRゴム(アズワン社製「エチレンプロピレンゴムシートEP 厚み:2mm」)
・ ロジンエステルA-18(荒川化学工業株式会社製)
・ ロジンエステルAT(荒川化学工業株式会社製)
・ ポリカーボネート板(板厚:2mm、岩田製作所製)
・ PET(ポリエチレンテレフタレート、岩田製作所製)
・ 塩化ビニル板(板厚:2mm、岩田製作所製)
・ αゲルシート(タイカ社製「θ-7」)
・ 制振シート(3M社製「VEM414」)
・ BPA型エポキシ樹脂(日鉄ケミカル&マテリアル社製「YD-128」)
・ エポキシ反応性希釈剤(日鉄ケミカル&マテリアル社製「YH-300」)
・ 低反発ウレタン(エスコ社製「EA944KD-84」)
・ 板バネ(厚さ0.5mmの焼き入れリボン鋼をM型に折り曲げたもの)
一部のサンプルに使用した接着剤は以下の通りである。尚、下記表1において「第1の接着剤」とは、第1の金属部材と振動減衰材料との間に用いられた接着剤を意味し、「第2の接着剤」とは、第2の金属部材と振動減衰材料との間に用いられた接着剤を意味する。
・ エポキシ系接着剤(ニチバン社製「アラルダイト」)
・ シアノアクリレート系接着剤(東亜合成社製「アロンアルファ」)
上記の第1の金属部材、第2の金属部材、振動減衰材料/中間部材、及び任意に接着剤を、表1に記載の組み合わせ及び順番で積層して複合体を作製した。第1の金属部材と第2の金属部材とは、振動減衰材料や中間部材が存在しない部分において、ネジ径2mmのステンレス製ボルト及びナットで機械締結した。これにより、振動減衰材料が接着剤を介して、或いは、接着剤を介さずに、第2の金属部材に押し付けられて接触することにより、両金属部材に挟まれた状態となった。尚、複合体における押し付け荷重の平均値が0.3kg/cm2となるように、各複合体における機械締結を調節した。下記表1に、実施例、及び比較例に係る複合体の構成を示す。下記表1には、各々の構成と対応する本願の図番号も合わせて示している。下記表1において、中間部材について「平板の鋼板/ハット型の鋼板」、「アクリル板/ハット型の鋼板」、「ブチルゴム/ハット型の鋼板」、「天然ゴム/ハット型の鋼板」とは、図6に示されるように、中間部材として「ハット型の鋼板の上(第2の金属部材側)に平板の鋼板が載置されたもの」、「ハット型の鋼板の上(第2の金属部材側)にアクリル板が載置されたもの」、「ハット型の鋼板の上(第2の金属部材側)にブチルゴムが載置されたもの」、「ハット型の鋼板の上(第2の金属部材側)に天然ゴムが載置されたもの」を用いたことを意味する。また、「Y600/ハット型の鋼板」、「アラルダイト/ハット型の鋼板」とは、中間部材としてのハット型の鋼板の上に接着剤としてのY600やアラルダイトを配置し、その上に振動減衰材料を積層したこと(すなわち、振動減衰材料と中間部材とが接着剤を介して接合されたこと)を意味する。また、表1において、A2/A1とは、「第1の金属部材と第2の金属部材とが重なり合う部分の全体の投影面積A1に対する、振動減衰材料の投影面積A2の比A2/A1」を意味する。
5.1 振動減衰材料の静止摩擦係数
固体の振動減衰材料の静止摩擦係数を測定した。測定方法については上述した通りである。評価結果を下記表2に示す。
固体の振動減衰材料の25℃における損失係数を測定した。測定方法については上述した通りである。評価結果を下記表2に示す。
固体の振動減衰材料の25℃における貯蔵弾性率を測定した。測定方法については上述した通りである。評価結果を下記表2に示す。
液体の振動減衰材料の25℃における粘度を測定した。測定方法については上述した通りである。評価結果を下記表2に示す。
作製した複合体の振動減衰性を評価すべく、吊り下げ打撃加振法を行った。具体的には、図9に示されるように、試験体を設置台に釣り糸により吊り下げ、試験体の9番のポイントをハンマリングし、対角線上に位置する加速度センサーの応答値から時間軸データを出力し評価を行った。得られた時間/振幅波形において包絡線(エンベロープ)を描画し、包絡線が示す最大の振幅値から95%振幅が減少するのに要した時間を「減衰時間」と定義し評価した。減衰時間が短いほど、振動減衰性能に優れる。評価結果を下記表2に示す。下記表2においては、両金属部材間に何も挟まれていない場合(比較例1)の減衰時間を下回った場合に「○」と評価した。
自動車製造ラインへの組み込みを想定して経済性を評価した。前提として材料(振動減衰材料、接着剤そのもの)にかかるコストよりも、工程コスト(生産性)にかかるコストが非常に大きい。特に、第2の金属部材(上側となる金属部材)との接着はタクトタイムにダイレクトに影響しコストへの影響が非常に大きい。一方、第1の金属部材(下側となる金属部材)との接着は材料及び鋼板のユニット(部品)として自動車に組み込み可能であり、自動車製造ラインにおけるコストへの影響が少ない。よって、第2の金属部材と接着しているサンプルは経済性に劣るもの(×)と評価し、第1の金属部材と接着しているサンプルは経済性にやや優れるもの(△)と評価し、接着剤を使用していないサンプルは経済性に最も優れるもの(○)と評価した。評価結果を下記表2に示す。
各サンプルについて、作製直後、大気圧下において150℃に加熱し、1時間保持して、放冷した後に第1の金属部材の面(平板部)及び第2の金属部材の面(ハット型材の天板部)の面歪みの有無を、目視により確認した。確認方法は蛍光灯などの明るい光をあてて、面内の陰影(場合によっては、表面に反射する蛍光灯の直線部の歪みでも観察できる。)から歪みや凹凸の有無を観察した。歪みや凹凸が確認できるものを面歪みあり(×)、観察できないものを面歪みなし(○)と評価した。評価結果を下記表2に示す。
20 第2の金属部材
30 振動減衰材料
40 固定部材
50 中間部材
100 複合体
Claims (25)
- 第1の金属部材と、
第2の金属部材と、
繊維強化樹脂材料を除く振動減衰材料と、
を有する複合体であって、
前記振動減衰材料は、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分の少なくとも一部に配置され、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に挟まれており、
前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間が接合されておらず、
前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分の全体の投影面積A1に対する、前記振動減衰材料の投影面積A2の比A2/A1が、0.05以上1.00以下である、
複合体。 - 中間部材を有し、
前記中間部材が、前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間に配置されており、
前記振動減衰材料が、前記中間部材を介して、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に挟まれている、
請求項1に記載の複合体。 - 前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなる、
請求項2に記載の複合体。 - 前記振動減衰材料が、樹脂、ゴム材料、プラスチック材料及び発泡材料から選択される少なくとも一つからなる、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記振動減衰材料が固体であり、
前記振動減衰材料の静止摩擦係数が0.30以上である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記振動減衰材料が固体であり、
前記振動減衰材料の25℃における損失係数が0.01以上である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記振動減衰材料が固体であり、
前記振動減衰材料の25℃における貯蔵弾性率が1.0×105MPa以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記振動減衰材料が液体であり、
前記振動減衰材料の25℃における粘度が100mPa・s以上250,000mPa・s以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材が鋼材である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記振動減衰材料が配置されていない部分において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが互いに接合されている、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが、機械締結、接着、溶接又はこれらの組み合わせによって、互いに接合されている、
請求項10に記載の複合体。 - 前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との界面が接合されていない、
請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の複合体を含む、
自動車部品。 - 前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方が自動車のインナー又はレインフォースである、
請求項13に記載の自動車部品。 - 請求項1に記載の複合体に用いられる複合ユニットであって、
第1の金属部材と、
繊維強化樹脂材料を除く振動減衰材料と、
を有し、
前記振動減衰材料が、前記第1の金属部材の少なくとも片側に配置されている、
複合ユニット。 - 中間部材を有し、
前記中間部材が、前記第1の金属部材と前記振動減衰材料との間、且つ、前記第1の金属部材の表面の少なくとも一部に配置され、
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなる、
請求項15に記載の複合ユニット。 - 前記第1の金属部材が、自動車のインナー又はレインフォースとして用いられる、
請求項15又は16に記載の複合ユニット。 - 前記第1の金属部材が鋼材である、
請求項15又は16に記載の複合ユニット。 - 請求項1に記載の複合体を製造する方法であって、
第1の金属部材の少なくとも片側に振動減衰材料を配置して複合ユニットを形成する、第1工程と、
前記複合ユニットの前記振動減衰材料を第2の金属部材に向かって押し付ける、第2工程と、
を含み、
前記第2工程において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とが重なり合う部分に前記振動減衰材料が配置されるように、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材との間に前記振動減衰材料を挟むことで、前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材のうちの少なくとも一方と前記振動減衰材料との間を接合することなく、前記複合ユニットと前記第2の金属部材とを複合化する、
複合体の製造方法。 - 前記第1工程が、前記第1の金属部材の表面上に中間部材を配置し、前記中間部材の上に前記振動減衰材料を配置すること、を含み、
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなる、
請求項19に記載の複合体の製造方法。 - 前記第2工程が、前記第2の金属部材と前記振動減衰材料との間に中間部材を配置した後で、前記複合ユニットの前記振動減衰材料を、前記中間部材を介して、前記第2の金属部材の表面に押し付けること、を含み、
前記中間部材が、金属材料、プラスチック材料、ゴム材料、発泡材料及び板バネから選択される少なくとも一つからなる、
請求項19に記載の複合体の製造方法。 - 前記中間部材が発泡材料からなる、
請求項20又は21に記載の複合体の製造方法。 - 前記第1の金属部材及び前記第2の金属部材が鋼材である、
請求項19~21のいずれか1項に記載の複合体の製造方法。 - 前記第2工程が、前記振動減衰材料が配置されていない部分において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを、機械締結、接着、溶接又はこれらの組み合わせによって接合すること、を含む、
請求項19~21のいずれか1項に記載の複合体の製造方法。 - 前記第2工程が、前記複合ユニットの前記振動減衰材料を前記第2の金属部材に対して押し付けた後、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材とを接合すること、を含む、
請求項24に記載の複合体の製造方法。
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