JPH072396B2 - 抵抗溶接可能型制振綱板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、制振鋼板に係り、スポット溶接、シーム溶接
に代表される抵抗溶接性能に優れ、プレス成形性を左右
する接着強度に特に優れた抵抗溶接可能型制振鋼板に関
する。

（従来の技術） 近年、各種の分野において静音性、静粛性の要求が高ま
ってきた。特に、自動車、家庭電器製品等の原動機を使
用する商品分野、或いは建築物に使用される建材用途の
ように外部からの振動、騒音を効果的に抑制する必要の
ある分野では、この振動、騒音エネルギの吸収に有用な
制振鋼板の適用が積極的に進められている。

このような制振鋼板としては、鋼板、各種めっき鋼板、
ステンレス鋼板、アルミニウム板、チタン板、更には合
成樹脂板等を表皮材に使用し、この２枚の表皮板間に粘
弾性高分子樹脂を挟み込んだ、いわゆる拘束型の複合材
（制振材料）が適用されている。しかし、表皮板間に挟
み込まれた樹脂は電気絶縁体であるため、従来から薄物
材を構造部材に適用した場合の接合技術として代表的な
技術であるスポット溶接、シーム溶接、プロジェクショ
ン溶接等の抵抗溶接法をそのまま適用できない難点があ
った。

（発明が解決しようとする課題） 最近、この電気絶縁体である高分子粘弾性樹脂に導電性
を付与するために、鉄粉（特開昭57-51453号公報）、ニ
ッケル粉末（特開昭63-188040号公報）等の各種金属粉
末や、カーボン粉末（特開昭57-163560号公報）等の導
電性物質を添加する方法が広く採用されつつある。

これらの方法によれば、高分子粘弾性樹脂に導電性が一
応付与されるものの、溶接施工時の溶接不良発生を未然
に防止するためには、多量の導電性物質の添加が必要で
ある。

しかし、導電性物質の添加量を増すにつれて、溶接性は
安定化し、溶接不良発生率は低減できるものの、それと
ともに剪断引張接着強度も低下するという問題が生ずる
（「材料とプロセス」Vol.1、No.5、講演番号345、「鉄
と鋼」Vol.63、No.13、p.363参照）。接着強度の低下
は、薄物材料の加工法として代表的なプレス加工時に複
合板（２枚板）の剥離発生をもたらし、成形加工ができ
ないという致命的な欠陥となっている。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、制振性能を低下させることがないこ
とは勿論のこと、プレス成形に必要な接着強度を損なう
ことなく、抵抗溶接が可能な新規な制振鋼板を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） かゝる目的を達成するため、本発明者等は、まず、抵抗
溶接時の溶接欠陥の発生する原因と接着強度の低下する
原因を詳細に調査した。その結果、以下のような原因が
あることが判明した。

すなわち、接着強度の低下と溶接不良の発生する原因
は、制振鋼板ラミネート時の接着が不完全なため、樹脂
中に添加した導電性物質がラミネート後に表皮鋼板との
間に樹脂を介在させた状態のものと、樹脂の介在しない
ものとが不均一に存在する場合に発生する。つまり、抵
抗溶接時の通電初期には、樹脂を介在しない通電回路に
より電流が流れ、通電に伴う抵抗発熱により樹脂が溶融
軟化し、電極の加圧力により樹脂が排除され、表皮鋼板
と導電物質間で絶縁破壊を生じ、スパークを発生するも
のである。

これを防止するために、導電性物質の添加量を増してい
くと、表皮鋼板間に樹脂の介在しない安定な通電回路数
が増加し、溶接性は安定になる。しかし、本来の接着強
度を付与する鋼板表面と樹脂との接着面積の減少に伴
い、接着強度は低下する。また、樹脂膜厚さよりも粒子
径の小さい導電性物質を添加した場合には、電極の加圧
によっても有効な通電回路を形成することができず、溶
接のできない未通電や穴開き等の重大欠陥の発生を引き
起こすことが明らかになった。

したがって、抵抗溶接性の安定化を図るためには、表皮
板間の通電状態を良好にするために樹脂膜厚さよりも大
きな物質を添加することが望ましいが、ラミネート時に
導電性物質のみが変形する場合には、制振樹脂と表皮鋼
板との接着面積の低下をもたらし、接着強度が低下す
る。

以上の原因究明の結果に基づき、本発明者等は、粘弾性
高分子樹脂に粉末状の導電性物質を混合して、抵抗溶接
時に有効な通電回路を形成する方法について、前述の従
来技術とは全く別の角度から研究した結果、従来技術で
は困難であった溶接可能型制振鋼板の接着強度を損なう
ことなく、溶接性の安定化を容易にし、且つ低コストで
製造できることを見い出したものである。

すなわち、本発明に係る抵抗溶接可能型制振鋼板は、２
枚の薄鋼板（但し、めっき鋼板の場合は樹脂側となる表
面にめっき層を有していない鋼板）の間に、53μｍより
大きな平均粒径を有する金属粒子を均一分散させた粘弾
性高分子樹脂を挟み込んでラミネートされている制振鋼
板において、ラミネート前の金属粒子平均径（ｄ）とラ
ミネート後の樹脂膜厚さ（ｔ）の比が1.2≦d/t≦2.5の
範囲であり、ラミネート後の金属粒子の偏平率（ラミネ
ート前後の金属粒子の樹脂厚さ方向の粒径比）が６％以
上であり、かつ、ラミネート後の金属粒子の表皮鋼板素
地への噛み込み量（δ）と樹脂膜厚さ（ｔ）の比が１％
≦δ/tの範囲であることを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 本発明による抵抗溶接可能型制振鋼板は、２枚の薄鋼板
の間に、導電性物質としての金属粒子が均一に分散され
ている粘弾性高分子樹脂がラミネートされている構造を
有している。

薄鋼板としては、この種の用途に用いられる様々な鋼種
が可能であり、通常の鋼板、各種めっき鋼板、ステンレ
ス鋼板等々であり、またその厚さも特に制限されない。
但し、めっき鋼板の場合は、後述のように、金属粒子に
よる表皮鋼板素地へのアンカー効果を阻害するため、樹
脂側となる表面にめっき層を有していない鋼板である必
要がある。

粘弾性高分子樹脂層の厚さは特に制限されないが、10〜
150μｍが好ましく、より好ましくは30〜80μｍの範囲
である。樹脂膜厚さが10μｍ未満では、樹脂の制限性
能、すなわち、外部からの振動エネルギを熱エネルギに
変換し、放散させる効果が急激に減衰し、制振鋼板本来
の特性を発揮できなくなるので好ましくない。一方、樹
脂厚さが150μｍを越えても制振性能自体の低下はない
が、樹脂自体の強度不足により、制振鋼板の加工成形時
に鋼板端部のズレ量が大きくなり、不利である。なお、
粘弾性高分子樹脂としてはこの種の用途に用いられる種
々の材質が可能であることは云うまでもない。

導電性付与粒子としては、金属粒子を用いるが、純鉄系
の鉄粉が望ましい。

金属粒子の粒径は、本発明では、導電性付与粒子を含ん
だ状態の制振樹脂層よりも大きく設定したものであり、
平均粒子径（ｄ）とラミネート後の制振樹脂層（ｔ）の
比が1.2≦d/t≦2.5の範囲とする。ここで、ｄはラミネ
ート前の金属粒子の平均径でり、53μｍより大きいこと
が必要である。この比が1.2以上であれば、抵抗溶接不
良の発生は認められないが、2.5を超えると剪断接着強
度がやや大きく低下するので、好ましくない。

なお、添加する金属粒子の粒径に関しては、鉄粉の場合
を例にとり説明すると、粒子状のものを使用する場合に
は、一定の粒子サイズのもののみは得られず、常にある
範囲の粒度分布を伴うものである。したがって、JIS880
1の規定に従った篩いを使用して２ランクから異なるメ
ッシュの範囲の大きさの篩い分け整粒とした鉄粉の公称
メッシュサイズから得られる平均粒子径で考えるのが実
際的である。しかし、添加する金属粒子としては平均粒
径が53μｍ以下の細かい金属粒子を用いると、鋼板の表
層に対する十分なアンカー効果が得られず、その結果、
溶接が不安定になる。一方、溶接性確保のため金属粒子
の添加量を増加させると制振鋼板の本来の要求特性であ
る制振性が劣化し、また接着強度の低下を招くことにな
るので好ましくない。したがって、金属粒子としては平
均粒径が53μｍよりも大きなものを用いることが必要で
ある。

製造に際しては、予め樹脂中に導電性付与のための金属
粒子を均一に分散させた樹脂フィルムとし、この樹脂フ
ィルムを２枚の表皮材（薄鋼板）でこの樹脂層を挟み込
む時、加熱により樹脂を一旦溶融させ、制振樹脂層への
空気の巻き込みを防止するため、樹脂溜まりを生成させ
る。その後、所定の樹脂膜厚さに金属ロールでラミネー
トする場合に、溶融樹脂の反力以上の加圧力を付加した
状態てでラミネートすることにより、導電性物質である
金属粒子が樹脂膜厚さまで変形すると共に表皮鋼板素地
に金属粒子が噛み込んだ状態でラミネートする。この金
属粒子が、表皮鋼板素地に噛み込んだ状態でラミネート
されることにより、金属粒子と表皮鋼板素地との接触状
況が極めて良好となり、溶接性は安定となる。また、こ
の時の金属粒子が表皮鋼板素地に噛み込んだ状態で存在
することが、接着強度に関してはアンカー効果として作
用し、導電性物質の添加量を増した場合の接着強度の低
下防止に有効に作用するものである（第２図参照）。

そのためには、添加した金属粒子のラミネート前後の樹
脂膜厚さ方向の粒径比、すなわち変形量（扁平率）を少
なくとも６％以上、望ましくは20％以上確保することが
好ましい。なお、変形量の上限は特に規定しないが、常
識的に使用される範囲の粒径の金属粒子を用いて、常識
的な樹脂厚さにラミネートされる状況を考慮すれば、90
％を超える状況で行われることはない。

また、接着強度に与える金属粒子のアンカー効果を確保
するためには、ラミネート後の金属粒子の表皮鋼板素地
への噛み込み量（δ）を樹脂膜厚さ（ｔ）の最低１％以
上とすれば効果がある。しかし、10％以上も噛み込ませ
た状態でラミネートすることは困難であり、また、大き
く噛み込ませるためには金属粒子の硬さを高くする必要
があり、プレス加工後の表面状況にも影響を与える。そ
のため、10％を上限とするのが望ましい。

なお、金属粒子の添加量は、溶接性の安定に必要な最低
量以上とすればよい。２容量％未満の添加では、溶接不
良の発生を防止できず、また制振性能、接着強度に影響
のない範囲で最大値は５容量％であり、２〜５容量％が
望ましい。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 板厚0.4mmの連鋳アルミキルド鋼板を使用し、鉄粉を予
め均一分散させたポリオレフィン系樹脂をラミネートし
た。このラミネート鋼板より試験片を採取し、確性試験
を行った。

ラミネート鋼板の試作条件は次のとおりである。

導電性付与物質：水アトマイズした純鉄系 鉄粉 鉄粉粒径： （１）37〜52μｍ（平均粒径45μｍ） （２）44〜61μｍ（平均粒径53μｍ） （３）53〜73μｍ（平均粒径63μｍ） （４）62〜87μｍ（平均粒径75μｍ） （５）88〜104μｍ（平均粒径96μｍ） （６）105〜124μｍ（平均粒径115μｍ） 鉄粉添加量:3.5容量％（一定） ラミネート樹脂膜厚さ:50μｍ（±３μｍ） 鉄粉平均粒子径（ｄ）／樹脂膜厚さ（ｔ）＝0.89〜
2.30 試作した制振鋼板より、試験片サイズ30mmw×10mmlの形
状に切断し、1000枚のサンプルを採取した。このサンプ
ルを用い、重ね代30mmでスポット溶接性の評価を行っ
た。また、接着強度及び損失係数も調べた。

溶接条件は、電極加圧力2000kgf、溶接電流8kA、通電時
間12サイクルである。スポット溶接性は、溶接後のスポ
ット溶接試験片の表面状況を観察し、鋼板表面の穴開
き、焼け、未通電等の溶接不良発生個数を集計し、全溶
接試験枚数比で溶接不良発生率を求めて、評価した。

その結果は、第１図に示すように、d/t≧1.2の条件範囲
では、溶接不良の発生は１件も観察されず、接着強度の
低下や制振性能の低下も認められなかった。また、本発
明条件を満足する範囲で製造した鋼板は、その断面を光
学顕微鏡（×400）にて観察したところ、第２図の模式
図に示すように、鉄粉はすべて、変形されると共に表皮
鋼板に噛み込んでいることが観察された。

実施例２ 板厚0.4mmの連鋳アルミキルド鋼板を使用し、鉄粉を予
め均一分散させたポリオレフィン系樹脂をラミネートし
た。このラミネート鋼板より試験片を採取し、確性試験
を行った。

ラミネート鋼板の試作条件は次のとおりである。

導電性付与物質：水アトマイズした純鉄系 鉄粉 鉄粉粒径:88〜104μｍ（平均粒径96μｍ） 鉄粉添加量：容量％で、１％、２％、３％、４％、
５％の５水準 ラミネート樹脂膜厚さ:50μｍ（±３μｍ） 試作した制振鋼板より、試験片サイズ30mmw×100mmlの
形状に切断し、1000枚のサンプルを採取した。このサン
プルを用い、重ね代30mmでスポット溶接性の評価を行っ
た。また、接着強度及び損失係数も調べた。なお、溶接
条件及びスポット溶接性の評価は実施例１の場合と同様
とした。

その結果は、第３図に示すように、鉄粉添加量が２容量
％を超えると、溶接不良の発生は１件も観察されず、接
着強度の低下や制振性能の低下も認められなかった。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、平均粒径の大き
い金属粒子を用い且つ広い範囲の金属粒子平均径／樹脂
膜厚さ比にて安定した抵抗溶接性が確保され、かつ、プ
レス成形性に影響の大きい接着強度を損なうことなく、
また制振鋼板の最大の特徴である制振性能（η、損失係
数）を低下せしめることのない抵抗溶接可能型制振鋼板
を提供でき、その効果は大きい。

特に、金属フィラーとして安価な水アトマイズ鉄粉を使
用でき、その成分も純鉄に近いことから、溶接継手を形
成する母材の成分と同等であり、継手の各種特性に及ぼ
す影響も極めて小さく、非常に効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は制振鋼板のスポット溶接性、接着強度及び損失
係数と、鉄粉平均径／樹脂膜厚さの比との関係を示す
図、 第２図は制振鋼板の断面の顕微鏡観察結果を模式図的に
示すと共に剪断接着強度に与える金属粒子のアンカー効
果を説明する図、 第３図は制振鋼板のスポット溶接性、接着強度及び損失
係数と、鉄粉添加量との関係を示す図である。 １……表皮鋼板、２……制振樹脂、３……金属フィラ
ー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 隆一 兵庫県神戸市灘区岸地通４―１―11 (56)参考文献 特開 昭61−290044（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−209829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−170031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−57226（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の薄鋼板（但し、めっき鋼板の場合は
   樹脂側となる表面にめっき層を有していない鋼板）の間
   に、53μｍより大きな平均粒径を有する金属粒子を均一
   分散させた粘弾性高分子樹脂を挟み込んでラミネートさ
   れている制振鋼板において、ラミネート前の金属粒子平
   均径（ｄ）とラミネート後の樹脂膜厚さ（ｔ）の比が1.
   2≦d/t≦2.5の範囲であり、ラミネート後の金属粒子の
   偏平率（ラミネート前後の金属粒子の樹脂厚さ方向の粒
   径比）が６％以上であり、かつ、ラミネート後の金属粒
   子の表皮鋼板素地への噛み込み量（δ）と樹脂膜厚さ
   （ｔ）の比が１％≦δ/tの範囲であることを特徴とする
   抵抗溶接可能型制振鋼板。
2. 【請求項２】ラミネート後の金属粒子の偏平率が20％以
   上である請求項１に記載の制振鋼板。
3. 【請求項３】ラミネート後の金属粒子の表皮鋼板素地へ
   の噛み込み量（δ）と樹脂膜厚さ（ｔ）の比が１％≦δ
   /t≦10％の範囲である請求項１又は２に記載の制振鋼
   板。
4. 【請求項４】金属粒子の粘弾性高分子樹脂への添加量が
   ２〜５容量％である請求項１に記載の制振鋼板。