JPH1168190A - 圧電分散型有機系複合制振材料 - Google Patents
圧電分散型有機系複合制振材料Info
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- JPH1168190A JPH1168190A JP9368044A JP36804497A JPH1168190A JP H1168190 A JPH1168190 A JP H1168190A JP 9368044 A JP9368044 A JP 9368044A JP 36804497 A JP36804497 A JP 36804497A JP H1168190 A JPH1168190 A JP H1168190A
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Landscapes
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 損失係数tan δが１以上と大きく、歪振幅依
存性の小さな制振材料を得る。 【解決手段】 有機系誘電体又は強誘電体を非誘電体高
分子に分散させてなる。分散形態は針状であることが好
ましい。誘電体又は強誘電体の針状比が５以上であり、
直径又は断面積が矩形の場合はその一辺が２０ミクロン
以下であることが望ましい。誘電体又は強誘電体の非誘
電体に対する体積比は０．３−０．７が好ましい。 【効果】 tan δは１以上、歪振幅依存性が小さい制振
材料が得られる。分極処理、電極付着工程が不要。特
に、歪率の小さな領域で効果を発揮する。
存性の小さな制振材料を得る。 【解決手段】 有機系誘電体又は強誘電体を非誘電体高
分子に分散させてなる。分散形態は針状であることが好
ましい。誘電体又は強誘電体の針状比が５以上であり、
直径又は断面積が矩形の場合はその一辺が２０ミクロン
以下であることが望ましい。誘電体又は強誘電体の非誘
電体に対する体積比は０．３−０．７が好ましい。 【効果】 tan δは１以上、歪振幅依存性が小さい制振
材料が得られる。分極処理、電極付着工程が不要。特
に、歪率の小さな領域で効果を発揮する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動エネルギーを
電気エネルギーに変換して、振動を滅衰させる制振材
料、とくに、機器の防振、騒音の吸収等に利用される圧
電分散型有機系複合制振材料に関するものである。
電気エネルギーに変換して、振動を滅衰させる制振材
料、とくに、機器の防振、騒音の吸収等に利用される圧
電分散型有機系複合制振材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の制振材料は、高分子マトリックス
中にマイカ等の鱗片状の無機物を分散させて、振動によ
る分散材の相互摩擦により振動エネルギーを吸収させる
もの、又はフェライト等磁性材料粉末を使用して、前記
の摩擦効果に磁気相互作用を組合わせたものがあるが、
いずれも損失係数tan δが最大０．５前後である。
中にマイカ等の鱗片状の無機物を分散させて、振動によ
る分散材の相互摩擦により振動エネルギーを吸収させる
もの、又はフェライト等磁性材料粉末を使用して、前記
の摩擦効果に磁気相互作用を組合わせたものがあるが、
いずれも損失係数tan δが最大０．５前後である。
【０００３】また、分散材として無機セラミクス圧電体
の粉末を使用して電気エネルギーへの変換効果を目的と
したものもあるが、セラミクスと高分子材の弾性率が違
いすぎるため、力学エネルギーの伝達効果が悪く、粉末
の形状も球状のため反分極係数が０．３と大きく、歪電
気変換効果が滅少し、損失係数tan δは０．５以下であ
る。
の粉末を使用して電気エネルギーへの変換効果を目的と
したものもあるが、セラミクスと高分子材の弾性率が違
いすぎるため、力学エネルギーの伝達効果が悪く、粉末
の形状も球状のため反分極係数が０．３と大きく、歪電
気変換効果が滅少し、損失係数tan δは０．５以下であ
る。
【０００４】また、分散材として高分子のゲル状のもの
を使用してゲルと高分子マトリックス間の摩擦により振
動エネルギーの吸収を試みたものはあるが、いずれも損
失係数が１を越えるものはなく、特にゲルを使用したも
のは柔らかく、構造材として使用することは難しい。
を使用してゲルと高分子マトリックス間の摩擦により振
動エネルギーの吸収を試みたものはあるが、いずれも損
失係数が１を越えるものはなく、特にゲルを使用したも
のは柔らかく、構造材として使用することは難しい。
【０００５】上記いずれの制振材料も、高分子マトリッ
クスと分散材の力学相互作用を主として利用しているた
め、歪振幅依存性が大きく、振幅の大きいところでは効
果があるが、防音遮音のような歪振幅が１０-7のレンジ
では、あまりその効果を発揮しなかった。
クスと分散材の力学相互作用を主として利用しているた
め、歪振幅依存性が大きく、振幅の大きいところでは効
果があるが、防音遮音のような歪振幅が１０-7のレンジ
では、あまりその効果を発揮しなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑みてなされたものであり、その課題は、強度材料
としても使用できる硬度を有し、損失係数tan δが１以
上と大きく、歪振幅依存性の小さな制振材料を得ること
にある。圧電セラミクスにインピーダンス（Ｌ）を接続
し、セラミクスの容量（Ｃ）と共振させた場合、非常に
大きな損失係数が得られることは「 Journal of Sounda
nd Vibration (1991)」 N.W.HAGOOD 等により明らかに
されている。この技術を高分子圧電フィルム（ＰＶＤ
Ｆ）、シアノエチル化ヒドロキシエチルセルロースに適
用して、大きな損失係数、遮音効果が共振周波数付近で
得られることが、本発明者により発表されている（１９
９４ 高分子学会 春期大会 横浜）。圧電材料の電気
的損失による内部損失の効果は［数１］で示され、電気
機械共振状態では、式の分母がゼロに近くなるため、材
料の電気機械変換常数Ｋに依存しなく、非常に大きくな
ることが理論的に予想される。この予想は、ＰＶＤＦ
（Ｋ＝０．１）とシアノエチル化ヒドロキシエチルセル
ロース（Ｋ＝０．０３〜０．０１）で実験的に正しいこ
とを本発明者は示した。
術に鑑みてなされたものであり、その課題は、強度材料
としても使用できる硬度を有し、損失係数tan δが１以
上と大きく、歪振幅依存性の小さな制振材料を得ること
にある。圧電セラミクスにインピーダンス（Ｌ）を接続
し、セラミクスの容量（Ｃ）と共振させた場合、非常に
大きな損失係数が得られることは「 Journal of Sounda
nd Vibration (1991)」 N.W.HAGOOD 等により明らかに
されている。この技術を高分子圧電フィルム（ＰＶＤ
Ｆ）、シアノエチル化ヒドロキシエチルセルロースに適
用して、大きな損失係数、遮音効果が共振周波数付近で
得られることが、本発明者により発表されている（１９
９４ 高分子学会 春期大会 横浜）。圧電材料の電気
的損失による内部損失の効果は［数１］で示され、電気
機械共振状態では、式の分母がゼロに近くなるため、材
料の電気機械変換常数Ｋに依存しなく、非常に大きくな
ることが理論的に予想される。この予想は、ＰＶＤＦ
（Ｋ＝０．１）とシアノエチル化ヒドロキシエチルセル
ロース（Ｋ＝０．０３〜０．０１）で実験的に正しいこ
とを本発明者は示した。
【数１】 Ｋij＝電気機械結合定数 δ＝規格化共振周波数比（電気と機械） ｒ＝規格化抵抗 ｇ＝γの実数部＝規格化電気周波数 γ＝規格化周波数 ｗｎ＝系の共振周波数（端子ショート時）
【０００７】この技術を建築壁に適用するには、次のよ
うな問題点が指摘された。ＬＣＲの回路網で構成される
電気回路において、共振状態ではＬＣの効果はキャンセ
ルされ、その条件において最大電気損失を得る回路網の
最適抵抗Ｒは、次の［数２］で示される条件を満たす必
要がある。
うな問題点が指摘された。ＬＣＲの回路網で構成される
電気回路において、共振状態ではＬＣの効果はキャンセ
ルされ、その条件において最大電気損失を得る回路網の
最適抵抗Ｒは、次の［数２］で示される条件を満たす必
要がある。
【数２】 Ｃ 圧電材料の容量 Ｒ 圧電材料の電極抵抗を含む回路網の全抵抗 Ｋ 圧電材料の電気機械変換係数 ＰＶＤＦ Ｋ＝０．１ ｗ＝共振周波数
【０００８】厚み３０ミクロンのＰＶＤＦフィルムを使
用した場合、小型残響箱による音響測定レベルでは、フ
ィルムの面積は３０×４０ｃｍを使用するため、最適抵
抗は２５０Ωになるが、一般のドアのサイズ２００×１
００ｃｍでは０．２５Ωになり、実用的な回路構成では
抵抗値が小さく実現不可能である。
用した場合、小型残響箱による音響測定レベルでは、フ
ィルムの面積は３０×４０ｃｍを使用するため、最適抵
抗は２５０Ωになるが、一般のドアのサイズ２００×１
００ｃｍでは０．２５Ωになり、実用的な回路構成では
抵抗値が小さく実現不可能である。
【０００９】逆に圧電材料を小さくし分散させた場合、
４０×２ｍｍサイズでは最適抵抗は１０6 Ωと大きくな
り、もしミクロンサイズで圧電性を有する物体を非圧電
体に分散できれば、最適抵抗値は非常に大きくなる。通
常の高分子材料の固有抵抗はこの領域に入るので、高分
子材料を用いれば、特別の回路構成、例えば電極，リー
ド線が不要になると考えられる。また、本発明者は、圧
電材料の圧電マトリックスと材料の機械運動方程式によ
りこの等価インダクタンス（Ｌ）成分が［数３］で示さ
れることを高分子学会誌１９９７ ４６巻にて明らかに
した。
４０×２ｍｍサイズでは最適抵抗は１０6 Ωと大きくな
り、もしミクロンサイズで圧電性を有する物体を非圧電
体に分散できれば、最適抵抗値は非常に大きくなる。通
常の高分子材料の固有抵抗はこの領域に入るので、高分
子材料を用いれば、特別の回路構成、例えば電極，リー
ド線が不要になると考えられる。また、本発明者は、圧
電材料の圧電マトリックスと材料の機械運動方程式によ
りこの等価インダクタンス（Ｌ）成分が［数３］で示さ
れることを高分子学会誌１９９７ ４６巻にて明らかに
した。
【数３】 Ｍ 圧電体質量 Ｙ ヤング率 Ｄ 圧電ｄ定数 ｗ 圧電体の幅 すなわち、材料の幅が小さくなり、有機誘電体（ヤング
率がセラミックに比較して２桁小さい）にすれば、大き
なインダクタンス成分が得られ、ＨＡＧＯＯＤの式で示
される外部インダクタンスが不要になることが期待され
る。
率がセラミックに比較して２桁小さい）にすれば、大き
なインダクタンス成分が得られ、ＨＡＧＯＯＤの式で示
される外部インダクタンスが不要になることが期待され
る。
【００１０】さらに、この圧電材料が細く針状に分散で
きれば、磁性材料における形状異方性の効果の類推よ
り、圧電ｄ定数の小さな誘電体でも圧電材料として使用
できることが予測できる。
きれば、磁性材料における形状異方性の効果の類推よ
り、圧電ｄ定数の小さな誘電体でも圧電材料として使用
できることが予測できる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような思
想に基づいてなされたものであり、上記課題を解決する
ため、高分子マトリックス中に分散された有機系の誘電
体又は強誘電体の歪電気変換効果を利用して振動エネル
ギーを吸収するようにしたものである。以下項目別に説
明する。 １）力学的振動エネルギーの伝達効率の向上 分散材としてマトリックスとなる高分子の弾性率に近い
有機系の誘電体又は強誘電体を使用した。これにより、
振動エネルギーの誘電体への伝達効率が高められた。 ２）振動エネルギーの電気エネルギーへの変換効率の向
上 分散された誘電体又は強誘電体の形状を針状にした。こ
れにより反分極係数が小さくなり、歪みにより発生する
電荷に基づく反電界の影響が下がり、電気への変換効率
が高められた。特に針状比を５以上に保つことにより、
反分極係数は０．０４以下になり、この効果は大きくな
る。次に、この針状分散材が円柱ならば直径、角柱なら
ばその断面の２辺のうち短い方の径を２０ミクロン以下
とすることにより、抗電力が増え、ヒステリシス面積が
増え、エネルギー損失が増える。さらに、分散された誘
電体又は強誘電体のマトリックスに対する体積比率を
０．３〜０．７に選択した。これにより、分散材の干渉
による相互作用に基づく抗電力の減少と誘電体の充填率
の増加による電荷の効果がバランスし、材料の滅衰能が
増した。ここで誘電体又は強誘電体とは、静電場を加え
たとき、又は電場を加えない状態で自発的に電気分極を
生ずるが直流電流を生じない物質をいい、一般に言われ
る誘電体でなくても、針状になると誘電体と同様の物性
を示す物質も含まれる。
想に基づいてなされたものであり、上記課題を解決する
ため、高分子マトリックス中に分散された有機系の誘電
体又は強誘電体の歪電気変換効果を利用して振動エネル
ギーを吸収するようにしたものである。以下項目別に説
明する。 １）力学的振動エネルギーの伝達効率の向上 分散材としてマトリックスとなる高分子の弾性率に近い
有機系の誘電体又は強誘電体を使用した。これにより、
振動エネルギーの誘電体への伝達効率が高められた。 ２）振動エネルギーの電気エネルギーへの変換効率の向
上 分散された誘電体又は強誘電体の形状を針状にした。こ
れにより反分極係数が小さくなり、歪みにより発生する
電荷に基づく反電界の影響が下がり、電気への変換効率
が高められた。特に針状比を５以上に保つことにより、
反分極係数は０．０４以下になり、この効果は大きくな
る。次に、この針状分散材が円柱ならば直径、角柱なら
ばその断面の２辺のうち短い方の径を２０ミクロン以下
とすることにより、抗電力が増え、ヒステリシス面積が
増え、エネルギー損失が増える。さらに、分散された誘
電体又は強誘電体のマトリックスに対する体積比率を
０．３〜０．７に選択した。これにより、分散材の干渉
による相互作用に基づく抗電力の減少と誘電体の充填率
の増加による電荷の効果がバランスし、材料の滅衰能が
増した。ここで誘電体又は強誘電体とは、静電場を加え
たとき、又は電場を加えない状態で自発的に電気分極を
生ずるが直流電流を生じない物質をいい、一般に言われ
る誘電体でなくても、針状になると誘電体と同様の物性
を示す物質も含まれる。
【００１２】以上のようなメカニズムを高分子複合材に
適用して、１ないし１５の高損失係数tan δを有する制
振材料を製造する方法の一例を以下に説明する。第一番
目のエネルギー伝達効率に関しては、ＰＺＴのようなセ
ラミクスはその弾性率、比重がマトリックスの高分子材
料に比べて大きいため、相互の音響インピーダンスが異
なり、マトリックスの歪みがセラミクス圧電体に伝えら
れにくいので、伝達効率の点で有機誘電体−高分子分散
型が優れていることは明らかである。第二番目の分散材
の形状効果については、針状誘電体を磁性体とみなし
て、針状磁性体のカーリングモデルで示される抗磁力の
式
適用して、１ないし１５の高損失係数tan δを有する制
振材料を製造する方法の一例を以下に説明する。第一番
目のエネルギー伝達効率に関しては、ＰＺＴのようなセ
ラミクスはその弾性率、比重がマトリックスの高分子材
料に比べて大きいため、相互の音響インピーダンスが異
なり、マトリックスの歪みがセラミクス圧電体に伝えら
れにくいので、伝達効率の点で有機誘電体−高分子分散
型が優れていることは明らかである。第二番目の分散材
の形状効果については、針状誘電体を磁性体とみなし
て、針状磁性体のカーリングモデルで示される抗磁力の
式
【数４】 Ｉ＝磁化率 Ｒ＝粒子径 Ｒ0 ＝交換積分で決定される径 に従うと、針状の分散材が細くなればなるほど、常磁性
体にならない範囲（Ｆｅ１００オングストローム）で抗
磁力は大きくなる。磁性体の場合、電子スピンはある程
度の集合にならないと、その方位の維持はできないが、
誘電体の場合は、この制約が分子サイズまで小さくなる
と考えられる。磁性体理論を誘電体に適用することに関
しては、現象として類似点が多いので、妥当であると思
われる。これと同様の現象で誘電体が細くなると抗電力
が大きくなり、ヒステリシス面積が増してエネルギー損
失が増す。この効果は分散材が粒状であっても全体とし
てつながっていれば、針状分散材と同様な取扱いができ
る。また、針状比が５を超して細長くなれば、反分極係
数が小さくなり、自発分極による反電界の影響が小さく
なるため、針状誘電体はその電荷に比例した電界を周り
の誘電体に及ぼすことができて、歪みにより発生した電
荷に基づく損失を大きくできる。誘電体の分極モーメン
トの損失効果に及ぼす影響は、前記式で磁化率に比例し
て抗磁力が増していることから、同様の効果が期待でき
ることは明らかである。さらに、分散された誘電体を機
械電気共振周波数付近で使用すれば、損失効果が著しく
大きくなることは、圧電体の理論式より導かれる。誘電
体の体積効果については、針状磁性体の充填率と抗磁力
の関係に適用されるＮｅｅｌの式 Ｈｃ（Ｐ）＝（１−Ｐ）＊Ｈｃ（０） Ｉ（Ｐ）＝Ｐ＊Ｉ Ｈｃ＝抗磁力 Ｉ＝磁化率 Ｐ＝充填率 を適用すると、充填率の最適値は５０％付近にあり、誘
電体の体積比が０．７を超すと、針状誘電体の相互作用
の結果、その抗電力が落ちてくる。また、体積比が０．
３を下回ると、個々の誘電体の抗電力は大きいが、その
絶対量が少なくなるため、結果としてエネルギー損失が
減ってくる。誘電体分散型制振材料の以上のような現象
は、水銀中でのメッキにより作成された針状磁性体を非
磁性化マトリックスに分散させることにより得られる磁
石材料（ＧＥ社商品名ＬＯＤＯＸ）にて取扱われている
現象と同じであるといえる。
体にならない範囲（Ｆｅ１００オングストローム）で抗
磁力は大きくなる。磁性体の場合、電子スピンはある程
度の集合にならないと、その方位の維持はできないが、
誘電体の場合は、この制約が分子サイズまで小さくなる
と考えられる。磁性体理論を誘電体に適用することに関
しては、現象として類似点が多いので、妥当であると思
われる。これと同様の現象で誘電体が細くなると抗電力
が大きくなり、ヒステリシス面積が増してエネルギー損
失が増す。この効果は分散材が粒状であっても全体とし
てつながっていれば、針状分散材と同様な取扱いができ
る。また、針状比が５を超して細長くなれば、反分極係
数が小さくなり、自発分極による反電界の影響が小さく
なるため、針状誘電体はその電荷に比例した電界を周り
の誘電体に及ぼすことができて、歪みにより発生した電
荷に基づく損失を大きくできる。誘電体の分極モーメン
トの損失効果に及ぼす影響は、前記式で磁化率に比例し
て抗磁力が増していることから、同様の効果が期待でき
ることは明らかである。さらに、分散された誘電体を機
械電気共振周波数付近で使用すれば、損失効果が著しく
大きくなることは、圧電体の理論式より導かれる。誘電
体の体積効果については、針状磁性体の充填率と抗磁力
の関係に適用されるＮｅｅｌの式 Ｈｃ（Ｐ）＝（１−Ｐ）＊Ｈｃ（０） Ｉ（Ｐ）＝Ｐ＊Ｉ Ｈｃ＝抗磁力 Ｉ＝磁化率 Ｐ＝充填率 を適用すると、充填率の最適値は５０％付近にあり、誘
電体の体積比が０．７を超すと、針状誘電体の相互作用
の結果、その抗電力が落ちてくる。また、体積比が０．
３を下回ると、個々の誘電体の抗電力は大きいが、その
絶対量が少なくなるため、結果としてエネルギー損失が
減ってくる。誘電体分散型制振材料の以上のような現象
は、水銀中でのメッキにより作成された針状磁性体を非
磁性化マトリックスに分散させることにより得られる磁
石材料（ＧＥ社商品名ＬＯＤＯＸ）にて取扱われている
現象と同じであるといえる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、実施例について説明する。 ［実施例１］試料の作成マトリックスとしての塩化ポリ
エチレン（分子量 (50,000〜350,000)）及び誘電分散材
としてＮ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアジル
スルフェンアミドを所定量計測し、１２０〜１６０℃の
温度で１０分間加熱混合し、１００〜２００ｋｇ・ｃｍ
2 の圧力でプレス成形し、厚み０．１〜０．３ｍｍのシ
ートを作成した。試料の成型性を増し、針状体の形状、
分散を整えるため、必要に応じてジオクチルフタレート
等の第二の可塑剤を少量添加した。シートを８０〜１０
０℃で３０分間アニールして、配合比及び混合条件の異
なる各種のサンプルを試作した。サンプルサイズは４０
ないし１０×２×０．１ｍｍである。Ｎ，Ｎ−ジシクロ
ヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミドの融点
は８０℃付近にあるため、析出再結晶の過程で針状に分
散する。Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾ
ルスルフェンアミドと塩化ポリエチレンの場合には、セ
ルロースファイバー、ポリエステルウィスカー等の表面
に誘電体を吸着させて使用することにより、耐久性の向
上が見られる。誘電体が繊維状に加工できるナイロン１
１、液晶ポリマー（商標ベクトラン）のような場合に
は、細い繊維状に加工後、所定の寸法比に切断して分散
させても良い。この場合、繊維径、寸法比の関係で、高
分子マトリックスの電気伝導度が不足する場合は、炭素
粉末、繊維で電気伝導度を補うのも有効である。また、
分散される誘電体が比較的低分子量の化合物で、融点が
低く、高分子マトリックスよりにじみ出やすい場合に
は、必要に応じて無機又は有機材料のフィラーの表面に
結合させて使用するか、又はフィラーの間に分散させて
所定の形状を保てばよい。 ［実施例２］高分子マトリックスに塩化ポリエチレンを
用い、これに誘電体として２５μｍφ、針状比５以上の
ナイロン１１の繊維を体積比１０％、上記実施例１の場
合と同一の温度条件で混合し、同一圧力条件でプレスし
てシートを作成した。 ［実施例３］マトリックスとして高分子セルロースファ
イバーを、分散材として木材パルプファイバー１００ｐ
ｈｒ（Ｎｏ．１），液晶ポリマー繊維（商標ペクトラ
ン）３０ミクロンφ １００ｐｈｒ（Ｎｏ．２），Ｎ
ｏ．２とカーボン粉末１０％ｗｔＮの混合物をそれぞれ
用い、実施例１と同一の条件で制振シートを作成した。
損失係数tan δはバイブロン２型（東洋ボールドウィン
株式会社製測定器）にて測定した。充填率及び針状比の
測定はＥＤＸ（エネルギー分散形Ｘ線分析器）付ＳＥＭ
（走査形電子顕微鏡）で行った。
エチレン（分子量 (50,000〜350,000)）及び誘電分散材
としてＮ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアジル
スルフェンアミドを所定量計測し、１２０〜１６０℃の
温度で１０分間加熱混合し、１００〜２００ｋｇ・ｃｍ
2 の圧力でプレス成形し、厚み０．１〜０．３ｍｍのシ
ートを作成した。試料の成型性を増し、針状体の形状、
分散を整えるため、必要に応じてジオクチルフタレート
等の第二の可塑剤を少量添加した。シートを８０〜１０
０℃で３０分間アニールして、配合比及び混合条件の異
なる各種のサンプルを試作した。サンプルサイズは４０
ないし１０×２×０．１ｍｍである。Ｎ，Ｎ−ジシクロ
ヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミドの融点
は８０℃付近にあるため、析出再結晶の過程で針状に分
散する。Ｎ，Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾ
ルスルフェンアミドと塩化ポリエチレンの場合には、セ
ルロースファイバー、ポリエステルウィスカー等の表面
に誘電体を吸着させて使用することにより、耐久性の向
上が見られる。誘電体が繊維状に加工できるナイロン１
１、液晶ポリマー（商標ベクトラン）のような場合に
は、細い繊維状に加工後、所定の寸法比に切断して分散
させても良い。この場合、繊維径、寸法比の関係で、高
分子マトリックスの電気伝導度が不足する場合は、炭素
粉末、繊維で電気伝導度を補うのも有効である。また、
分散される誘電体が比較的低分子量の化合物で、融点が
低く、高分子マトリックスよりにじみ出やすい場合に
は、必要に応じて無機又は有機材料のフィラーの表面に
結合させて使用するか、又はフィラーの間に分散させて
所定の形状を保てばよい。 ［実施例２］高分子マトリックスに塩化ポリエチレンを
用い、これに誘電体として２５μｍφ、針状比５以上の
ナイロン１１の繊維を体積比１０％、上記実施例１の場
合と同一の温度条件で混合し、同一圧力条件でプレスし
てシートを作成した。 ［実施例３］マトリックスとして高分子セルロースファ
イバーを、分散材として木材パルプファイバー１００ｐ
ｈｒ（Ｎｏ．１），液晶ポリマー繊維（商標ペクトラ
ン）３０ミクロンφ １００ｐｈｒ（Ｎｏ．２），Ｎ
ｏ．２とカーボン粉末１０％ｗｔＮの混合物をそれぞれ
用い、実施例１と同一の条件で制振シートを作成した。
損失係数tan δはバイブロン２型（東洋ボールドウィン
株式会社製測定器）にて測定した。充填率及び針状比の
測定はＥＤＸ（エネルギー分散形Ｘ線分析器）付ＳＥＭ
（走査形電子顕微鏡）で行った。
【００１４】針状比による損失係数依存性 針状比は、加熱混合の温度、ロールによる圧下率を変え
ることにより、各種のサンプルを試作し、３５−１１０
Ｈｚにて損失係数を測定した。１１０Ｈｚの損失係数測
定データを図１に、また、針状比測定のＳＥＭ写真を図
５、図７及び図８に示す。図７は誘電体が細かく、損失
係数tan δが大きい例であり、図８は誘電体が太く、損
失係数tan δが小さい例である。このデータより、針状
比５以上，断面径が２０ミクロン以下のものが、損失係
数が大きいことがわかる。
ることにより、各種のサンプルを試作し、３５−１１０
Ｈｚにて損失係数を測定した。１１０Ｈｚの損失係数測
定データを図１に、また、針状比測定のＳＥＭ写真を図
５、図７及び図８に示す。図７は誘電体が細かく、損失
係数tan δが大きい例であり、図８は誘電体が太く、損
失係数tan δが小さい例である。このデータより、針状
比５以上，断面径が２０ミクロン以下のものが、損失係
数が大きいことがわかる。
【００１５】誘電体分散比率による損失係数依存性 構成材料の配合比率を変えることにより、サンプルを作
成し、ＥＤＸにより所定の個所の硫黄、及び塩素量を測
定して分散量を確認した。サンプルの針状比は約３０、
径は１０ミクロンである。損失係数は前記測定器にて３
５−１１０Ｈｚにて測定した。１１０Ｈｚの測定データ
を図２に示す。分散比率５０％を中心として前後２０％
のものが特性の良いことがわかる。
成し、ＥＤＸにより所定の個所の硫黄、及び塩素量を測
定して分散量を確認した。サンプルの針状比は約３０、
径は１０ミクロンである。損失係数は前記測定器にて３
５−１１０Ｈｚにて測定した。１１０Ｈｚの測定データ
を図２に示す。分散比率５０％を中心として前後２０％
のものが特性の良いことがわかる。
【００１６】損失係数の歪振幅依存性 分散材としてゲルを使用した内部摩擦型の商品名ゲルナ
ック（株式会社日本オートメーション）と比較した損失
係数の振幅依存性を図３に示す。本発明品は振幅の小さ
なところで損失係数の劣化がなく、振動エネルギー吸収
のメカニズムが通常と異なることを示しており、音響振
動の制御に優れていることを示す。
ック（株式会社日本オートメーション）と比較した損失
係数の振幅依存性を図３に示す。本発明品は振幅の小さ
なところで損失係数の劣化がなく、振動エネルギー吸収
のメカニズムが通常と異なることを示しており、音響振
動の制御に優れていることを示す。
【００１７】損失係数の温度依存性 図４に誘電体体積比率５０％、塩化ポリエチレン（ＣＰ
Ｅ）及びスルフェンアミン系添加剤（ＤＺ）の配合比率
１対１の混合物に１５％のジオクチルフタレート（ＤＯ
Ｐ）を加え、１６０℃で加熱成型した針状比３０以上、
最大径１６ミクロンの複合制振材料の１１０Ｈｚにおけ
る損失係数の温度依存性を示す。このサンプルは１００
℃付近で共振し、損失係数は３０００以上の大きな値を
示す。共振点温度及び周波数は、有機誘電体とマトリッ
クス高分子材料の選択により変化できる。このような大
きな損失係数は、従来、液体でしか観測されなかった現
象であり、ヤング率１０6 ｄｙｎ・ｃｍ2 の固体制振材
料では得られていなかった。
Ｅ）及びスルフェンアミン系添加剤（ＤＺ）の配合比率
１対１の混合物に１５％のジオクチルフタレート（ＤＯ
Ｐ）を加え、１６０℃で加熱成型した針状比３０以上、
最大径１６ミクロンの複合制振材料の１１０Ｈｚにおけ
る損失係数の温度依存性を示す。このサンプルは１００
℃付近で共振し、損失係数は３０００以上の大きな値を
示す。共振点温度及び周波数は、有機誘電体とマトリッ
クス高分子材料の選択により変化できる。このような大
きな損失係数は、従来、液体でしか観測されなかった現
象であり、ヤング率１０6 ｄｙｎ・ｃｍ2 の固体制振材
料では得られていなかった。
【００１８】以上の効果は、有機誘電体及びマトリック
ス高分子として前記材料を用いた場合に得られる効果
で、材料の組合わせにより使用条件に合わせた選択が可
能であることは自明のことである。
ス高分子として前記材料を用いた場合に得られる効果
で、材料の組合わせにより使用条件に合わせた選択が可
能であることは自明のことである。
【００１９】垂直入射吸音率 実施例２により得られた制振シートを試験方法ＪＩＳＡ
１４０５により垂直入射吸音率を測定した。図９に示す
ように、周波数１００〜２３０Ｈｚの範囲において良好
な結果を得た。
１４０５により垂直入射吸音率を測定した。図９に示す
ように、周波数１００〜２３０Ｈｚの範囲において良好
な結果を得た。
【００２０】内部損失増加率 実施例３により得られた制振シートの高分子セルロース
ファイバーを基準としたときの内部損失増加率は、図１
０に示す通りであった。
ファイバーを基準としたときの内部損失増加率は、図１
０に示す通りであった。
【００２１】劣化率テスト 上記実施例により得られた制振材料について、それぞれ
６０日後の劣化率を測定したところ、図１１に示される
ような結果を得た。図１１において、Ｎｏ．４は塩化ポ
リエチレン＋Ｎ，Ｎジシクロヘキシルスルヘンアミド
１００：１００、Ｎｏ．５はＮｏ．４にプラズマ処理セ
ルロースファイバー１０％ｗｔを加えたもの、Ｎｏ．６
は高分子セルロース＋液晶ポリマー繊維５０である。
６０日後の劣化率を測定したところ、図１１に示される
ような結果を得た。図１１において、Ｎｏ．４は塩化ポ
リエチレン＋Ｎ，Ｎジシクロヘキシルスルヘンアミド
１００：１００、Ｎｏ．５はＮｏ．４にプラズマ処理セ
ルロースファイバー１０％ｗｔを加えたもの、Ｎｏ．６
は高分子セルロース＋液晶ポリマー繊維５０である。
【００２２】以上のように、本発明は誘電体をモノドメ
イン構造に高分子マトリックスに分散させて、その圧電
効果により制振効果を得るものであり、製造方法には依
存しない。特に誘電体が液晶材料に使用される直鎖構造
の化合物である場合は、分子レベルで分散しても、制振
効果が得られる。
イン構造に高分子マトリックスに分散させて、その圧電
効果により制振効果を得るものであり、製造方法には依
存しない。特に誘電体が液晶材料に使用される直鎖構造
の化合物である場合は、分子レベルで分散しても、制振
効果が得られる。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、損失係
数tan δが１以上と大きく、歪振幅依存性の小さな制振
材料を得ることが可能である。また、本発明は、有機誘
電体の形状異方性に基づく歪電気効果を利用したため、
振動エネルギーの吸収効果が大きく、通常の圧電高分子
膜の応用と異なり、分極処理、電極付着工程が不要であ
るので、経済効果が大きい。特に歪率の小さな領域で効
果を発揮するので、音響制振材料として、顕著な効果が
期待される。
数tan δが１以上と大きく、歪振幅依存性の小さな制振
材料を得ることが可能である。また、本発明は、有機誘
電体の形状異方性に基づく歪電気効果を利用したため、
振動エネルギーの吸収効果が大きく、通常の圧電高分子
膜の応用と異なり、分極処理、電極付着工程が不要であ
るので、経済効果が大きい。特に歪率の小さな領域で効
果を発揮するので、音響制振材料として、顕著な効果が
期待される。
【図１】誘電体の直径又は断面径及び針状比率による損
失係数の依存性を示すグラフである。
失係数の依存性を示すグラフである。
【図２】誘電体の分数比率による損失係数依存性を示す
グラフである。
グラフである。
【図３】分散型圧電制振材料及び内部摩擦型制振材料の
歪振幅依存性を示すグラフである。
歪振幅依存性を示すグラフである。
【図４】損失係数の共振特性を示すグラフである。
【図５】成分分析個所の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図６】ＳＥＭ写真のＣ及びＳ部の成分分析の結果を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】成分分析針状比の例を示すＳＥＭ写真である。
【図８】成分分析針状比の他の例を示すＳＥＭ写真であ
る。
る。
【図９】誘電体が繊維の場合の垂直入射吸音率の測定結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
【図１０】マトリックスに高分子セルロースファイバー
を用いた場合の内部損失増加率を例示するグラフであ
る。
を用いた場合の内部損失増加率を例示するグラフであ
る。
【図１１】各種制振材料の劣化率のテスト結果を示すグ
ラフである。
ラフである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｈ (31)優先権主張番号 特願平9−169423 (32)優先日 平９(1997)６月10日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ）
Claims (4)
- 【請求項１】 有機系の誘電体又は強誘電体を非誘電体
高分子に分散させてなる圧電分散型有機系複合制振材
料。 - 【請求項２】 誘電体又は強誘電体の形態が針状である
ことを特徴とする請求項１記載の圧電分散型有機系複合
制振材料。 - 【請求項３】 誘電体又は強誘電体の針状比が５以上で
あり、断面積が円形の場合はその直径が、断面積が矩形
の場合はその一辺が２０ミクロン以下である請求項２記
載の圧電分散型有機系複合制振材料。 - 【請求項４】 誘電体又は強誘電体の非誘電体高分子に
対する体積比が０．３ないし０．７である請求項１，２
又は３記載の圧電分散型有機系複合制振材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36804497A JP3192400B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-12-25 | 圧電分散型有機系複合制振材料 |
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP319697 | 1997-01-10 | ||
| JP6919897 | 1997-03-05 | ||
| JP14319797 | 1997-05-16 | ||
| JP9-3196 | 1997-06-10 | ||
| JP9-69198 | 1997-06-10 | ||
| JP9-143197 | 1997-06-10 | ||
| JP9-169423 | 1997-06-10 | ||
| JP16942397 | 1997-06-10 | ||
| JP36804497A JP3192400B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-12-25 | 圧電分散型有機系複合制振材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168190A true JPH1168190A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3192400B2 JP3192400B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=27518326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36804497A Expired - Fee Related JP3192400B2 (ja) | 1997-01-10 | 1997-12-25 | 圧電分散型有機系複合制振材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3192400B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6680349B2 (en) | 2000-08-31 | 2004-01-20 | Masao Sumita | Organohybrid-based damping material, method for producing the same, and damping improver for damping material |
| US7029598B2 (en) | 2002-06-19 | 2006-04-18 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Composite material for piezoelectric transduction |
| JP2006308679A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Tokyo Institute Of Technology | 吸音周波数の制御方法、および吸音構造体 |
| JP2013228097A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-11-07 | Titecs Japan:Kk | 複合制振材料 |
| WO2014155786A1 (ja) | 2013-03-27 | 2014-10-02 | 木曾興業株式会社 | 複合制振材料 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001298368A (ja) | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Sakai Yasue | 圧縮方法及び装置、伸長方法及び装置、圧縮伸長システム、記録媒体 |
-
1997
- 1997-12-25 JP JP36804497A patent/JP3192400B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6680349B2 (en) | 2000-08-31 | 2004-01-20 | Masao Sumita | Organohybrid-based damping material, method for producing the same, and damping improver for damping material |
| US7029598B2 (en) | 2002-06-19 | 2006-04-18 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Composite material for piezoelectric transduction |
| JP2006308679A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Tokyo Institute Of Technology | 吸音周波数の制御方法、および吸音構造体 |
| JP2013228097A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-11-07 | Titecs Japan:Kk | 複合制振材料 |
| WO2014155786A1 (ja) | 2013-03-27 | 2014-10-02 | 木曾興業株式会社 | 複合制振材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3192400B2 (ja) | 2001-07-23 |
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