JPH02253939A - 金属複合体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属複合体とその製造方法、特に金属板と膨
張黒鉛とから構成される金属複合体とその製造方法に関
する。

（従来の技術） 金属複合体は、金属板と異種材料との組み合わせにより
それぞれの特性を同時に共有するとともにさらにその組
み合わせ特有の相乗的効果も発揮できる材料であって、
例えば振動抑制効果を発揮する制振鋼板が良く知られて
いる。

そこで、金属複合体として金属複合板である制振綱板を
例にとって説明すると、従来、このような振動を遮断ま
たは吸収する制振鋼板の−っとして、樹脂をラミネート
した鋼板が知られているが、加工性の問題や工業的に多
用されるスポット溶接が困難である等の問題がある。

そのような問題を解決するために、樹脂の間に導電性粉
を混入することが行われているが、導電性金属粉を混入
することによって加工性がかえって悪（なる等欠点が多
く、平板に近い状態でしが使い難いのが実情である。

一方、特開昭６２−２７３８４５号公報に開示されたよ
うな膨張黒鉛シートを基材に使い、これに樹脂を含浸さ
せたような使用方法も提案されている。これは黒鉛は本
質的に引張強度が小さく、すぐに剥離するため樹脂を含
浸させることにより樹脂のマトリックスを作りその強度
により制振鋼板としての機能を持たそうとしたものであ
る。したがって、黒鉛は単なる弾力性のある導電性粉と
しての役割を果たすだけであり、制振鋼板としての強度
は本質的に樹脂のマトリックスが担っている。

このような従来の制振鋼板はいずれも本質的に樹脂がそ
の強度および制振機能を担っているため共通の欠陥を持
つ、すなわち、低温、高温では樹脂はその本来の性質を
失うため制振機能を発揮しな（なる６例えば、低温では
樹脂は硬くなり脆（なる。一方、１００℃を趙える高温
では柔軟になり強度が維持できなくなる。したがって、
樹脂を使用する限り、本質的に樹脂の粘弾性の如く特定
の温度領域でしか制振性を発揮し得ない。

その他、従来のものは、耐候性や耐久性も悪く、長期間
にわたって使用できるものではなかった。

また、これらの従来法による樹脂層は導電性がないため
、抵抗溶接が非常に困難である。したがって、そのよう
な材料を抵抗溶接しようとする場合、従来は、二枚の鋼
板間で短絡回路を構成し、すなわち、銅線等でシシート
させ、上下鋼板間に電流を流していた。このため通常の
場合よりも相当の大電流を必要としていた。さらに、そ
の都度短絡回路を形成させる必要があるため、流れ作業
や工程の自動化等における大きなネックとなっていた。

これらを解消するため、緩衝材自体に導電性を持たせる
ために、ゴム成型時やプラスチックシート成型時に金属
粉等を混合することが考えられるが、このようにして得
た製品は汎用品でなく、当然非常に高価なものとなる。

さらに、このような有機系素材に金属粉等を混入すると
成型性が悪くなることは当然であり、十分な導電性を得
ようとし”ζ黒鉛粉等を配合すると、成型時にクラック
が入る等成形性に問題点が多い。

（発明が解決しようとする課題） ここに、本発明の目的は、従来の樹脂を使った制振綱板
に見られる上述のような欠点のない新規な複合金属体、
特に複合金属板を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、この目的達成のため黒鉛特に膨張黒鉛の持
つ温度依存性が極めて小さく、物性変化が殆どない特性
に着目して、膨張、黒鉛と金属板との複合化を試み次の
ような知見を得た。

（１）まず、制振性を発揮するためには金属板、例えば
鋼板と制振材との物理的連結が必要である。

この点、従来にあっては、膨張黒鉛と金属板の場合、前
述のように接着剤による連結を行っている。

そのときには接着性樹脂を金属板と黒鉛との間に塗布し
、挟む方法と黒鉛に樹脂を含浸させる方法とがある。前
者の方法はその接着強度を考えると大きな振動に対して
は、その構造からみて耐えることができない、また、後
者の方法は樹脂による接着と樹脂による制振をともに利
用しようとする方法であるがかかる方法はすでにのべた
ように樹脂本来の温度依存性からの影響を免れることは
できない。

（２）一方、制振材である膨張黒鉛を金属板の間に挟み
込み、さらに制振材を圧縮して閉じ込めておくだけで、
両者の連結が可能となるとともに、制振材である膨張黒
鉛は圧縮復元性に優れていることにより制振材を圧縮す
ることにより制振材は反発して復元力が働き、そのよう
な復元力が働（間は制振材と金属板とが物理的に連結し
ていて制振性が発揮される。以下、これを圧縮型の制振
性という。

（３）このような圧縮型の制振性は接着剤を使用した制
振性と比較して、特に膨張黒鉛の場合、温度依存性が全
く見られないということと、金属板自身もそれが有する
剛性によって制振性を発揮する。

かくして、本発明は、膨張黒鉛層と少なくともその一方
の側に添着した金属板とから成る金属複合板であって、
板厚方向に圧縮力を加えられた状態で固定されているこ
とを特徴とする金属複合体である。

上記金属板は膨張黒鉛層の両側に設けるのが好ましく、
かかる好適態様によれば、本発明は、膨張黒鉛を金属板
に挟み込んだ金属複合体であって、該金属複合体の板厚
方向に圧縮力を加えた後、所定の間隔で板厚方向に拘束
力を加えることによってその状態に固定してなる金属複
合体である。ここに、所定の間隔とは膨張黒鉛と金属板
とが全面にわたって物理的連結を保持し制振性を発揮で
きるに十分な間隔である。

金属複合体に対し板厚方向に圧縮力を加えるのは、膨張
黒鉛層と金属板との間の物理的連結を確保するためであ
って、その状態を使用期間中も維持するために今度は同
じく板厚方向に拘束力を加えて固定している。そのよう
な固定手段は単に機械的にボルトとナツトであっても、
スボッ）ｔ９接であっても、あるいはかしめ加工であっ
てもよい、。

ボルトとナツトであるいはスポット溶接で拘束して固定
すると板厚方向への圧縮力も同時に掛かることから、そ
のような拘束手段が好ましい。

このように、本発明によれば、制振性を与えたい構造物
に！１１張黒鉛を圧縮して閉じ込めることにより制振性
を与えるのであり、圧縮する側の板は特に金属板あるい
は鋼板である必要はなく、膨張黒鉛を圧縮する力に耐え
る強度を持ったものであれば、いずれであっても制限さ
れない。また制振材料としても黒鉛のように圧縮力に対
し復元力を有するものであれば何れであってもよい。

このようにして膨張黒鉛を圧縮して閉じ込める制振複合
金属体は最終用途に供される段階で制振性を発揮ずべく
圧縮状態を拘束するように構成してもよい。

ここに、上記「複合金属体」は制振鋼板のように板状の
ものが代表例として挙げられるが、管体、その他の形状
体に成形加工されたものも包含する。

最終成形品として板厚方向への圧縮力を加えた状態で固
定されていればいずれであってもよい。

実際に上記のような状態の製品を作るにあたり、工業的
に使用可能にするためには最終加工段階で膨張黒鉛シー
トの状態で金属板の間に圧縮状態に閉じ込めることも考
えられるが、膨張黒鉛シートは引張強度が小さいため工
業的に不利な場合が嶌えられる。

したがって、工業的に１！造する場合には、金属板の片
面にのみ膨張黒鉛を接着剤で張り付けて、あるいは両面
を金属板に接着剤で張り付けるかして制振材料の中間体
として製造し、実際の使用に際して板厚方向に圧縮力を
作用させ、保持させるようにしてもよい。

なお、この両面に接着剤で金属板を張り付ける方法は前
述の特開昭６２−２７３８４５号開示の方法に一見して
似ていると考えられるが、本発明にあってはこのような
接着剤による接合は最終的制振材料とするための仮止め
程度の役割を担うに過ぎず、このまま制振材として使用
することはできない。

接着力を増すために接着剤の量を多くすると、その温度
依存性が強く見られるため、本発明にあって接着剤の使
用量は可及的に少なくすべきである。

ここに、「膨張黒鉛」とは、次のようにして製造される
ものである。すなわち、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシ
ュ黒鉛等を硫酸や硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウ
ムまたはシュウ素やハロゲン化物等で処理すると、眉間
化合物が得られる。この眉間化合物は、黒鉛の層状構造
の層間に他の反応物質が浸入してきて炭素平面と結合し
たものであり、いわば炭素の層状構造を維持したままの
結晶化合物である。これを高温で熱処理することによっ
て、眉間化合物からガスが発生し、それにより黒鉛層間
は拡張される０通常、炭素平面と直角の方向に２００倍
程炭鉱張する。この拡張したものが膨張黒鉛である。

この膨張黒鉛には、バインダーとして酢酸セルロースや
フェノール樹脂等の合成樹脂を混合してもよい、また、
酸化黒鉛を配合したのを用いてもよい、酸化黒鉛とは、
黒鉛酸と呼ばれているものであり、炭素の結合環平面に
酸素等が共有結合している構造のものをいう。

本発明にかかる金属複合板における中間層としての膨張
黒鉛層の厚みは、特に限定するものではなく、目的とす
べき金属複合板の用途等によって適宜選択すればよい０
通常、その厚みは０．１〜１゜５ｍｍ程度が好適である
。

このようにして本発明により構成される膨張黒鉛積層複
合材は、例えば制振鋼板として、建材用、自動車用材料
として、あるいは家電用材料として、さらに、原子炉用
材料として優れた特性を発揮する。

したがって、本発明は、その特性に着目すれば、金属板
と膨張黒鉛とを圧縮力の作用下で積層化させて成る制振
鋼板、および原子炉用遮蔽鋼板などである。

ところで、上述のような本発明にかかる複合金属板にあ
って、板厚方向に圧縮力を与えた状態で拘束するに先立
って、膨張黒鉛を金属板に挟み込む方法としては、接着
剤を使用する方法、スポット溶接を行う方法があるが、
接着剤を用いる方法が加工上は便利である。

したがって、本発明は、その別の面からは、膨張黒鉛シ
ートおよび金属板を用意し、該膨張黒鉛シートまたは／
および金属板に接着剤を塗布後、該膨張黒鉛シートの両
面または片面に金属板を貼着し、連続的に圧着すること
を特徴とする金属複合体の製造方法である。

さらに別の面からは、本発明は、金属板を用意し、該金
属板に接着剤を塗布後、該金属板上に圧着するか、圧延
するか、あるいは圧着せずに膨張黒鉛粉を層状に供給し
、他の金属板を該膨張黒鉛粉上に貼着して両金属板間に
該膨張黒鉛粉を挟み込み、連続的に圧着、圧延を行うこ
とを特徴とする金属複合体の製造方法である。

なお、厳密にいえば、上述の金属複合板は圧縮型制振性
を発揮する金属複合体の中間体ともいうべきものである
が、本明細書では便宜上それらも含めて「金属複合体」
と称する。

上述の複合化に際しては、接着剤に代えて、スポット溶
接を行ってもよい。すでに述べたように、これはいわば
これは複合化のための仮止めであって、かかる金属複合
体の使用に際しては板厚方向に圧縮力を加えた後に所定
の間隔で同じく板厚方向に拘束力を加え目的とする金属
複合体を構成するのである。しかし、この段階でスポッ
ト溶接を行う場合には、スポット溶接と同時に板厚方向
への圧縮、そしてその状態の保持が行ない得るから、そ
のときはそのまま物理的連結を行った金属複合体として
使用できる。

ここに、スボッｌ［？接とは、抵抗溶接の一種であり、
被溶接物の上下側から電極によって加圧し、大電流を流
し、抵抗によって発生する熱で融解し溶接するものであ
る。

ここに、膨張黒鉛の両面に接着剤を塗布し金属板を両側
に貼り合わせ、ロール圧着する場合、接着剤としては、
フェノール樹脂系が好適であるが、酢酸ビニル系等、い
ずれのものであってもよい。

ロール１着の圧力も限定するものではなく、適切に接着
できればよいが、通常は１０　ｋｇ／ａｍ”程度が好適
である。

なお、上述のように接着剤を用いることなく、スポット
溶接によって膨張黒鉛層の金属板への添着を行う場合、
その前工程として、作業性向上のために、膨張黒鉛また
は／および金属板に接着剤を塗布し、金属面に接着して
おくことが考えられる。このようにすると、膨張黒鉛層
を挟持した以後の工程で取り扱いが容易となり、挟持し
た膨張黒鉛層が落下する等の支障を防止することができ
る。このとき接着剤は全体に塗布せず、落下防止できる
程度で部分的に塗布してもよい。このようにすると、接
着剤による通電の妨害が防止できる。

また、接着剤として導電性を有するものを用いることも
可能である１例えば、通常の接着剤に金属粉を分散した
ものや、特殊導電性有機高分子系接着剤等である。

（作用） 次に、添付図面を参照して本発明にかかる複合金属体を
複合金属板（制振鋼板）を例にとってさらに詳述する。

第１図は、本発明にかかる膨張黒鉛を中間層として含む
積層鋼板の断面構造を説明する略式断面図である。なお
、図示例は接着剤を使用して膨張黒鉛と金属板とを固定
する場合を示す。

■中、膨張黒鉛層１０から成る中間層の両側には綱板１
２．１４が接着剤層１６を介して貼着されており全体と
して複合材を構成する。なお、通常、上記接着剤層１６
は極薄く設けられているため、その存在が層状には認め
られない。

スポット溶接などの手段を採用する場合には、この接着
剤１１ｉ１１６は設けなくても両側の金属板と膨張黒鉛
層との十分な接合強度を確保できる。

膨張黒鉛層１０および鋼板１２．１４のそれぞれの厚さ
は特に制限はないが、制振鋼板の場合、通常、膨張黒鉛
層は０．１〜３，０■、両側の鋼板は０．０３〜５．０
ｍである。接着剤層は５〜４０μ階で十分である。

第２図は、本発明にかかる膨張黒鉛複合材の好適製造方
法の略式説明図である。

第２図の場合、金属板の上に供給された膨張黒鉛粉を金
属板上で層状に成形する例を示す。

すなわち、アンコイラ−２０から連続的に巻戻される第
一金属板２１は、まず、接着剤塗布帯域２２で接着剤が
塗布され、乾燥帯域２４で乾燥され、膨張黒鉛供給域２
６でホッパー２８がらの膨張黒鉛粉の供給、そして一定
厚さへの堆積が行われる。符号２９で示すのは供給膨張
黒鉛粉を一定厚さに堆積させる一種のならし板であり、
中空となっており絶えず吸引を行うことにより余分の高
さ部分の膨張黒鉛粉を吸引除去している０次いで、第一
金属板２１上に設けたロール３０を使って膨張黒鉛粉の
予備圧延が行われる０通常これでほぼ５〜２０％の圧縮
比で膨張黒鉛の成形を行う０例えば、０．１〜３．Ｏｖ
ｗ程度の所定の厚さにまで圧延されて成形された膨張黒
鉛層３１はこのとき接着剤の作用で第一金属板上に接着
される。

次いで、このように上側に膨張黒鉛層３１を接着された
第−金１１Ｅ板２１は乾燥帯域３２に送給されるが、こ
のときの加熱により揮発成分の除去が行われる。

その後、今度は上方から同じく接着剤の塗布帯域３３、
乾燥帯域３４を経て第二金属板３５が供給され、ロール
を介して膨張黒鉛層３１の上に貼着される。

この第二金属板３５を貼着してから、同じく乾燥帯域３
６で揮発成分の除去が行われ、次いで圧延ロー・し３８
．３９を介して圧着、そして冷却制御が行われる。最後
に、コイラー４０によって巻き取り適宜長さになったら
シャー４２によって切断する。

第３図は別の態様を示すもので、第２図の場合と同様に
して膨張黒鉛供給域４６でホッパー４７からの膨張黒鉛
粉の供給、そして一定厚さへの堆積が行われ、次いで、
ロール４８を使って膨張黒鉛粉の予備圧延を行い、膨張
黒鉛のシー）５０を成形し、これを上下の第一、第二金
属板５２．５４の間に挟み込むのである。以下の工程に
あっては、第２図の場合と同様にして加工されるためそ
の説明は簡略化のために省略する。なお、第３図におい
て第２図と同一手段は同一符号をもって示す。

次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する
。

実施例１ 本例では第１図の構造の複合金属体を制振鋼板として製
造した。鋼板の寸法は４０ＧＩ　Ｘ　３０（４１Ｘ　Ｏ
，、８ｓ１１であり、膨張黒鉛は４０ｅｓ　Ｘ　３０ｃ
ｍの面積ご、厚さが０．４　ｍｔｓ、０．７５ｍ＋＊、
１．５　ｍｆｆ１の３種類の厚さに変更して複合金属板
とした。なお、膨張黒鉛としてはＳＧレシート（商品名
、住友金属工業■製造）を使用した。

鋼板と膨張黒鉛は予めフェノール接着剤で添着されてお
り、第４図に示すように板の端部８ケ所をスポット溶接
することにより、複合金属板に５０ｋｇｆ７ｃｍ”の板
厚方向の圧縮力を与えた。なお、圧縮力の調整はスポッ
ト溶接時の電極の加圧力を調整することにより行った。

測定する複合金属板を第４図に示すように、ウレタンゴ
ム製の台の上にのせ、直径３４ｍｍの石英ボールを４０
ａｍ高さから自由落下させた時の音圧レベルを測定した
。なお、比較材として接着剤で添着したままの複合金属
板についても同様に測定を行った。

その結果を第５図に示すが、接着のみのものよりも、接
着後スポット溶接を行ったものの方が良好な制振性を示
しており、膨張黒鉛の厚さを変更しても同様の値を示し
た。

また、接着剤を使用せずにスボノＨａ接のみにて結合さ
せた複合金属板について調査した結果、接着後スポット
溶接を行ったものと同等の制振性を示した。

実施例２ 本例では、第２図に示す装置を使用して本発明にかかる
金属複合体を製造した。金属板としては０、．４ｍｙａ
厚の冷延鋼板、接着剤はフェノール樹脂を使用し、膨張
黒鉛層厚さは０．２ｍｍとした。

このようにして得られた複合金属体に対しては、実施例
１と同様の手段で圧縮力の付与および保持を行いながら
、かくして得られた金属複合体に各種特性試験を行い、
その結果を第６図および第１表にまとめて示す。

本例の複合板と共に比較用として同じ厚さで積層したゴ
ム系の複合板と、ｌａｗ厚さの鋼板を用いて常温および
高温での制振性を測定した。測定方法は無音響室におい
て当該制振鋼板の片側から９０デシベルの発信音波を出
し、測定側にて騒音レヘルを測定した。

その結果を第６回に示すが、鋼板では常温、高温におい
て減衰がほとんど認められなかった。

方、ゴム系の制振鋼板は常温では本例の複合板と同程度
の減衰を示したが、１５０　’Ｃでは減衰は認められず
、これより高温ではゴムが溶け、制振鋼板としての用を
なさなかった。本例の複合板は１５０℃、３００℃で常
温と比較して若干制振性は低下するものの、高温での制
振性は従来のものと比べて良好である。

さらに高温にすることにより、制振性を発揮できる限界
温度を調査した結果、５００°Ｃで十分に制振効果を発
揮し、７００°Ｃ近傍でもある程度の効果が見られた。

逆に低温域においても調査したがその結果−５０℃付近
まで十分な制振性を保持していた。

また、第１表には鋼板と比較した断熱性を示すが、加熱
側と反対側の温度は本例複合板の方が低くなっている。

第１表 第６図および第１表の示す結果から、本発明のよる金属
複合体は耐熱性に優れているのが分かる。

（発明の効果） このように、本発明によれば、その得られる金属複合体
は、次のような特性を備えたものであり、制振鋼板、断
熱鋼板、放射線遮蔽鋼板として有用であることが分かる
。

■制振性が優れている。

■膨張自体の温度依存性が少ない。

■耐熱性が非常に高い。

■低温時にも硬化しない。

■耐候性、耐久性は非常に高い。

■耐薬品性も非常に高い。

■放射線遮蔽性が優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる金属複合体の略式断面図； 第２図および第３図は、本発明にかかる金属複合体の製
造ラインを示す略式説明図； 第４菌は、実施例１における音圧レベルの測定要領の説
明図：および 第５図および第６図は、それぞれ実施例１および実施例
２の結果をまとめて示すグラフである。 ＩＯ：膨張黒鉛Ｎ　　　１２：鋼板 １４：鋼板　　　　　　１６：接着剤層出願人妙中鉱業
株式会社（外２名） 代理人　弁理士　広　ｉｆｉ　　章 第、１ 図 第６ 図 未２図 尾３ 凹

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）膨張黒鉛層と少なくともその一方の側に添着した
   金属板とから成る金属複合体であって、板厚方向に圧縮
   力を加えられた状態で固定されていることを特徴とする
   金属複合体。
2. （２）膨張黒鉛シートおよび金属板を用意し、該膨張黒
   鉛シートまたは／および金属板に接着剤を塗布後、該膨
   張黒鉛シートの両面または片面に前記金属板を貼着し、
   連続的に圧着することを特徴とする金属複合体の製造方
   法。
3. （３）金属板を用意し、該金属板に接着剤を塗布後、該
   金属板上に圧着するか、圧延するか、あるいは圧着せず
   に膨張黒鉛粉を層状に供給し、他の金属板を該膨張黒鉛
   粉上に貼着して両金属板間に該膨張黒鉛粉を挟み込み、
   連続的に圧着、圧延を行うことを特徴とする金属複合体
   の製造方法。