JPH03188165A

JPH03188165A - エネルギー変換性組成物

Info

Publication number: JPH03188165A
Application number: JP1325174A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uchino; 内野　研二; Masao Sumita; 雅夫住田; Eiji Sadanaga; 英二貞永
Original assignee: Titan Kogyo KK
Current assignee: Titan Kogyo KK
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1991-08-16

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、力学エネルギーを電気エネルギーを介して熱
エネルギーに変換するエネルギー変換組成物に関する。

また、該エネルギー変換組成物と振動体とを一体化させ
た複合体に関する。

従来技術振動を効果的に減衰させる方法として、材料に粘弾性層
をサンドイッチした制振鋼板や我が国で開発された「ト
ランカロイ」「サイレンタロイ」と呼ばれる吸振合金な
どを利用していた。この材料を利用した場合には、ある
程度の振動減衰効果が得られるが、吸振鋼板の場合、鋼
板からの剥離や加工性などの問題点、吸振合金の場合は
、熱処理費用が高（加工による減衰能の劣下などの問題
点があった。既に我々は、それらと全（異なる原理の圧
電セラミックス単体を用いた機械的ダンパを報告してい
る（内野研二、石井孝明：圧電セラミックスを用いた機
械的ダンパ、日本セラミックス協会学術論文誌、９６（
８）８６３−８６７、（１９８８））。しかし、圧電セ
ラミックス単体は、割れやす（かつ外部抵抗が必要であ
るなどの適用分野に限りがあった。

発明が解決すべき課題本発明は、機械特性に優れたエネルギー変換組成物を提
供することを目的とする。さらに、該組成物と振動体を
一体化した振動の減衰が迅速な複合体の提供を目的とす
る。

課題を解決するための手段本発明は、導電性物質および半導電性物質からなる群よ
り選ばれた少なくともひとつの物質、圧電セラミックス
およびポリマーを含むエネルギー変換組成物であって、
該組成物に印加された力学的エネルギーが電気エネルギ
ーに変換され、さらに熱エネルギーに変換され、当該熱
エネルギーが放散されることにより、力学的エネルギー
が消費されることを特徴とするエネルギー変換組成物を
提供するものであり、さらに、導電性物質および半４電
性物質からなる群より選ばれた少なくともひとつの物質
、圧電セラミックスおよびポリマーを含む組成物と振動
体とを一体化させたことを特徴とする複合体を提供する
ものである。

本発明において好ましく使用される圧電セラミックスは
、圧電定数ｄ３３が１００〜数千Ｘ　１０−１２＝／Ｖ
程度の特性を持つものであり、例えばチタン酸バリウム
系（ＢＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛系（ＰＺＴ）、ジル
コン酸チタン酸ランタン酸鉛系（ＰＬＺＴ）、チタン酸
鉛（ＰＴ）−ジルコン酸鉛（ｐｚ）を基本ベースとした
３成分系もしくは４成分系が好適に用いられる。３成分
系または４成分系の元素としてはＮｂ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｚ
ｓ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｆｍ、Ｃｄ、　Ｓｂ、　Ａｔ、
Ｙｂ、Ｉｎ５Ｓｃ、Ｙ、Ｔａ、Ｂ　ｉ、　Ｗ、Ｔ　ａ、
／？ｇなどが用いられる。圧電セラミックス粒子の平均
粒径は、３〜５０μｍ程度のものが好ましい。圧電セラ
ミックス粒子は複合化物中に体積分率として４０〜８０
　ｇｏ１％程度配合する。体積分率が８０　ｖｏＬ％を
越えると、複合材料が硬（なりすぎる場合があり、又加
工性が悪くなるため好ましくない場合がある。体積分率
が４０ｖｏ１％以下の場合では、振動エネルギーから電
気エネルギーへの変換効率が低くなる為好ましくない場
合がある。導電性物質の種類は限定するものではないが
、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラックなど
のコンダクチブカーボンブラック微粒子、Ｆａ、Ｎｉな
との金属および酸化物微粉末、Ｔｉｅ、酸化物粒子の表
面に導電性物質Ｓ％、ｓｂを被着させて導電性を持たせ
た微粉末、もしくはＴｉ０１Ｔ６０１、Ｔｉｅ□−、（
０＜　ｚ　＜：　０１０５）の微粉末などが使用できる
。半導電性物質の種類も特に限定するものではないが、
例えば、Ｓｉなどの共有結合物質、もしくはＣｕｔＯｌ
Ｚ　ｎ　Ｏなとの金属酸化物が使用できる。以上の導電
性物質及び半導電性物質は、複合体の内部抵抗率が１０
’〜１０’Ω・二の範囲を示すように加える事が好まし
く、より好ましくは１０６〜１０８Ω・儂を示す様に加
える。導電性物質及び半導電性物質は粒子の平均粒径が
、圧電セラミックス粒子の平均粒径の１／１００程度、
すなわち０．５μ惰以下の超微粉末である事が好ましく
、より好ましくは０．０５μｍ以下の超微粒子である。

高分子材料としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ
樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタンな
どの熱可塑性汎用プラスチック、ポリアミド、ポリエス
テル、ポリエーテルなどのエンジニアプラスチック、さ
らに、特殊エンプラ、各種ポリマーアロイなどが使用で
きる。又天然ゴムや、シリコンゴムなどの合成ゴムなど
も使用できる。高分子材料を用いる事により、材料自体
での減衰も期待できる。圧電ポリマーであるポリフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた場合は、高温で延伸分
極化処理を行う事により、複合化物全体の圧電効果（圧
電定数）を高める事が出来る。従って、力学エネルギー
を電気的エネルギーに変換する効率が大きくなる為、エ
ネルギー変換効果が太き（なる。最高の変換効率を得る
には最適の抵抗値を選ばなければならないが、逆に抵抗
値を変化させる事でエネルギーの変換効率を調節する事
ができる。

本発明のエネルギー変換組成物は、また、前記の原理に
基づき、半導体セラミックスを用いても構成される。前
記の特性を持つ圧電セラミックスに微量添加元素、例え
ばＬａ、Ｃ８、Ｓｍ、Ｄｙ、　Ｙ。

Ｔα、Ｎ６．Ｎｄ、Ｂｉ、Ｃ〜など、を添加する事によ
り、圧電セラミックス自体を半導体化する方法、圧電セ
ラミックス粒子なＮ、ガス雰囲気中で還元処理する事に
より、粒子表面を半導体化させる方法、あるいは両者を
併用する方法により半導体セラミックスが得られる。原
理的には半導体セラミックスのみでも減衰効果を持たせ
ることができる。

また、この半導体セラミックス粉末を高分子材料に複合
化させてもよい。半導体セラミックスの複合化割合は、
複合体の内部抵抗率が１０５〜１０９Ω・αの範囲を示
す様に加える事が好ましく、より好ましくは１０６〜１
０８Ω・儂を示す様に加える。

組成物中の導電性物質と半導体物質との組成比、セラミ
ックスに添加する希土類元素の種類や量を変化させるこ
とにより、エネルギー変換効率を変化させることができ
る。

本発明にかかる組成物を振動体と一体化することにより
本発明にかかる複合体が得られる。

振動とは、周期的に変化する力学エネルギーをいい、代
表的には音が振動の例として挙げられる。

振動体とは振動を受ける物体の意であり、振動を音とす
れば振動体とは音の波がぶつかる物体である。

また、一体化とは、物体に加わる力学エネルギーを実質
的に熱エネルギーに変換できるような状態にすることを
いい、一体化のだの手段は特に規定するものではない。

具体的な一体化の方法としては、例えば、接着、吸き付
けの他、適当な隙間に充填しても良いし、本発明にかか
る組成物をシート状にした後、振動体の間に挟むような
いわゆるサンドインチ構造にしても良い。

振動体と一体化されたエネルギー変換性組成物に含まれ
る圧電セラミックス粒子で振動エネルギーを電気エネル
ギーに変換し、さらに当該組成物に含まれる導電性物質
または半導電性物質の微粒子に電気を流す事で電気エネ
ルギーを熱エネルギーとして放散させる事により、振動
の迅速な減衰が得られる。高分子材料は複合体の母体と
して用いる事により、複合体の機械的柔らかさを増大さ
せる役割をもっており、成形加工を容易にし、大面積の
シート状への加工が可能になった。また、目的の振動物
に取りつげる際に適した形状に成形する事ができる。

また、エネルギー変換組成物中の導電性物質及び半導電
性物質の組成比や圧電セラミックスに添加する希土類元
素などの組成比を変化させることにより、振動の減衰率
を調節することができ、又あらゆる周波数の振動を選択
的に減衰させることもできる。すなわち、上記の組成比
を変えることにより、所望の周波数帯について所望の減
衰率を有する組成物が得られるのである。

本発明にかかる複合体は、各種防音部材として好適に使
用される。例えば、住宅用の窓、電動機または騒音を発
生する機器を収納する箱と本発明にかかる組成物を一体
化させることにより、防音効果を得ることができる。前
述のように、これらの物にシート状にした本発明の組成
物を接着しても良いし、また溶融状態にしたものを吹き
付けても良い。さらに、窓わ（等の隙間に充填しても良
い。

本発明にかかる組成物は賦形が容易であり、幅広い物体
に関して、種々の態様で適用可能なことも長所のひとつ
である。

以下に実施例により、本発明をより詳細に説明するが、
以下の実施例は単に例示のためのものであり、本発明の
範囲はこれによって何の制限を受けるものでもない。

実施例実施例１゜圧電セラミックスとして平均粒径５μｍのジルコン酸チ
タン酸ランタン鉛、ＰＬＺＴ　（３１５２／　４８　）
　（Ｐ　ｂｏ、ｖｔＬａｏｂｓｃ　ＺｒｏｓＪｉａＡＪ
　Ｏｓ　）、導電性物質として平均粒径０．０３μ濯の
カーボン粉末、高分子材料としてポリフッ化ビニリデン
を用いた。

試料の複合化割合を表１に示した。母体のポリフッ化ビ
ニリデンを１７０〜１９０℃で溶融して、ＰＬＺＴ圧電
セラミックス粉末及びカーボン粉末をロール混練した。

その後プレス機で厚さ０．５龍程度のシート状に成形を
行い、形状が６０Ｘ１５Ｘｏ、５１１ｍ＋３の試験片を
作成した。屈曲振動についての共振周波数は２５０Ｈｇ
程度である。

第１図にカーボン粉末の体積割合による試料抵抗値の変
化を示した。試料抵抗値をかなり広い範囲で変化させる
事ができた。

第２図には、発振器の矩形波出力を増幅し、パルス駆動
モータで片持張り試験片に振動を与え、その残留振動を
非接触センサで入力し、増幅した後オシロスコープに取
り入れる減衰振動試験の測定系を示す。

変位の測定には、渦電流式の非接触変位センサを採用し
た。減衰振動試験において得られる減衰波形の一例を第
３図に示した。減衰波形から測定した減衰時間と、複合
化物中のカーボン粉未配合量の関係を第４図に示した。

カーボン粉未配合量を変化させる事により、つまり内部
抵抗を変化させる事により、振動の減衰時間をコントロ
ールする事が出来、振動の減衰を最も有効にする複合体
が存在する事が分かった。

比較試料ＰＶ−ＩＰＶ−２ＰＶ−３ＰＶ−４ＰＶ−５ｐｐ’−６ＰＶ−７ＰＶ−８ＰＶ−９ＰＶ−１０ＰＶ−１１ｐｖ−１２ＰＶ−１３ＰＶ−１４ＰＶ−１５表１ＬＺＴ（体積分率）ＶＤＦ（体積分率）０．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５００．５０１．０００．５００．４９０．４８０．４７０．４６０゜４５０．４４０．４３０．４２５０．４２０．４１５０．４１０．４０５０．４００．３９Ｂ（体積分率）０．０１０．０２０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．０７５０．０８０．０８５０．０９０．０９５０．１００．１１実施例２゜半導体セラミックスとしてチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏｓ）を用いた。チタン酸バリウムにランタン（Ｌａ２
０３）を添加していくと、第５図のように抵抗値は１０
桁程度大きく変化する。作製工程はＢａＣ０，とＴｉＯ
２を等モル秤量し、それに所定量のＬａ２０．を添加し
、混合シタ後、１１００’Ｃで２〜３時間仮焼した後、
粉砕、成形を行い１３００℃で２時間焼成した。得られ
た種々の抵抗値をもつ焼結体試料から２０　Ｘ　４　Ｘ
　Ｑ、５ｓｎ’の形状の試験片を切り出し、ステップ状
機械的強制振動試験からの減衰時間を求めた。第６図に
結果を示したが、やはり内部抵抗率が１θ７４Ω・儂の
試料において振動減衰時間の最小値が観測され、本発明
の有効性が実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーボン粉末の体積割合による試料抵抗値の変
化、第２図は減衰摂動試験の測定系、第３図は減衰振動
試験において得られる波設波形の一例、第４図は試料中
のカーボン粉末’＋　（’Ｆ積割合と減衰時間の関係、
第５図はチタン酸バリウムにランタンを添加していった
時の抵抗率の変化、第６図はランタンを添加したチタン
酸バリウムの抵抗率と減衰時間の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性物質および半導電性物質からなる群より選
ばれた少なくともひとつの物質、圧電セラミックスおよ
びポリマーを含むエネルギー変換組成物であつて、該組
成物に印加された力学的エネルギーが電気エネルギーに
変換され、さらに熱エネルギーに変換され、当該熱エネ
ルギーが放散されることにより、力学的エネルギーが消
費されることを特徴とするエネルギー変換性組成物。
（２）前記の力学的エネルギーが振動エネルギーである
、請求項１記載の組成物。
（３）導電性物質および半導電性物質からなる群より選
ばれた少なくともひとつの物質、圧電セラミックスおよ
びポリマーを含む組成物と振動体とを一体化させたこと
を特徴とする複合体。