JPS5836920B2 - 高減衰材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動および騒音を軽減させる必要がある音響機
器および産業機器等に使用される高減衰材料の製造方法
に関するものである。

材料に腐食、熱処理などを施して、その表面に多数の微
細な割れを設け、この材料を振動減衰材に利用すること
が提案されている。

ところがその材料には必ずしも好ましい状態で割れが発
生しないものがあり、材料的に制約を受ける場合がある
。

この対策として展伸または展延可能な素材を使用し、高
い振動減衰能を有する減衰材料の製造方法を提案した。

本発明は上記減衰材料の各種特性をより一層に向上させ
ることを目的とするもので、展伸または展延可能な素材
表面にあらかじめ多数の凹凸部を設け、この素材に展伸
または展延加工を施すことにより、その表面部に適宜形
状の微細な摩擦界面を生或させたことを特徴とするもの
である。

また本発明は展伸または展延可能な素材の表面あるいは
表面と裏面に溝または穴を有する別個の部材を配置ある
いは接合させ、その後に展伸または展延加工を施して一
体に結合することにより、この結合体の表層部に適宜形
状の微細な摩擦界面を生威させたことを特徴とするもの
である。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図ａにおいて、１は展伸または展延可能な素材、２
，３は素材１の表面にあらかじめ多数設けた凹部と凸部
で、素材１を上、下方向より圧延加工することにより、
凹部２の側壁（凸部３の側壁）および凹部２の底壁はふ
くらみ、同ｂ，ｃ図に示すような断面がほぼ逆Ｙ字状あ
るいは逆Ｔ字状に生戊された界面４を有する材料１が製
作される。

上記界面４は第２図ａ−ｄに示すように、加工後の材料
１．の表面１１ａに対する垂直方向成分？ａと傾斜方向
或分４ｂ ，４ｃあるいは平行方向或分４ｄにより構或
され、または第３図ａ − ｃに示すように傾斜方向或
分４’ａ，４ｂ，４ｃにより構戊される。

この界面４の存在が振動減衰の増大に寄与することを次
に詳述する。

一般に内部に界面（割れ）を有する材料に振動による歪
が与えられた場合、振動減衰の発生は界面の存在より生
ずる高歪個所における粘弾性の結果および界面の接触に
よるものであると推定される。

第２図に示すように界面４を内在する材料１に対し、振
動により曲げ方向５の歪が作用すると、垂直方向成分４
ａ、傾斜方向成分４ｂ ，４ｃおよび平行方向或分４ｄ
の端部付近に高歪場が生成されるが、この高歪の発生は
界面の存在しない場合に比べて、材料自身の粘弾性によ
る振動減衰に大きく寄与する。

一方、曲げ方向６の歪が作用する場合、垂直方向成分４
ａは密に接触するので、表面１、３、垂直方向成分４ａ
および傾斜方向成分４ｂ ，４ｃまたは平行方向成分４
ｄにより囲まれた部分がいわゆる板ばねとなり、前記と
同様に振動減衰に寄与するものである。

第２図Ｃの場合には曲げ方向５でも板ばねが形成されて
振動減衰に寄与する。

また第２図ａにおいて曲げ方向５の歪が作用すると、傾
斜方向或分４ｂ ，４ｃの界面の上方面と下方面との間
に相対すべりが発生して摩擦減衰を生ずる。

これは第２図ｂ，ｃにおいても同様である。

さらに第２図ａ − ｃでは界面に微細な凹凸が存在し
ない限り垂直方向威分４ａの界面は互に離れるか、密に
接して移動するのみとなるから摩擦減衰は期待し難い。

曲げ方向６の場合についても同様である。

しかるに第２図ｄでは表面１、３、垂直方向或分４ａお
よび傾斜方向成分４ｂにより囲まれた部分と、表面１３
、垂直方向或分４ａおよび傾斜方向或分４ｃにより囲ま
れた部分の剛性が異なるため、一定歪のもとにおける前
記両者の変形量は異なるので、垂直方向或分４ａにおけ
る相対すべりを発生するから摩擦減衰を生ずる。

第３図ａ − ｃに示すように界面４が傾斜方向或分４
’ａ，４ｂ，４ｃからなる場合、同図ｂでは表面１３と
傾斜方向或分４’ａ，４ｃで囲まれた部分の変形は表面
１３と傾斜方向戊分４’ａ ， ４ ｂで囲まれた部分
の変形に比べて、曲げ方向５において界面（成分）間を
常に広げる方向となるから摩擦減衰を期待し難い。

これに反し第３図ａ，ｃは摩擦減衰を強く期待すること
ができる。

上記のように曲げ方向５，６の歪が作用すると、界面４
の摩擦が発生して減衰効果を生ずるが、第２図および第
３図の紙面に垂直な曲げ方向の歪が作用する場合には、
歪方向依存性が強度に存在するから減衰効果を期待する
ことができにくい。

以上述べたように本発明はこれらの界面形状を適宜選択
使用するものである。

第４図は前記摩擦界面４を材料１、内に生或させた各種
の平面形態を示したもので、ａはクロス状の配列、ｂは
線分状の交差配列、Ｃはループ状の配列、ｄは線分状集
合体の交差配列に界面４を生戊させたものである。

これらの場合のＸ，Ｙ方向の対数減衰率には大差のない
ことが実験結果よりわかった。

そのＸ，Ｙ方向は直角に交差させる必要はなく、用途お
よび圧延方法などにより選択することができる。

またＸ方向或分とＹ方向或分の界面の面積比率も前記と
同様に選択することが可能である。

第ｌ表は実験に使用し，た試料、すなわち展伸または展
延可能な素材（ＳＳ４１）の各寸法および加工後の材料
の寸法を示したものである。

表中のＡ１〜煮６に示す素材を用いて溝（凹部）方向お
よび溝に対し４５°方向に圧延し、最終的に板厚２朋の
材料を作或した。

この材料から試験片（ ３０Ｘ１ ４５Ｘ２ ）を圧延
方向に直角に切り出し、横振動法により減衰能を測定し
た。

その結果は第５図に示すとおりである。

この図から表面に平行方向戊分の長さが大きくなると減
衰能は増大することが明らかである。

また４５°方向圧延材は溝方向圧延材よりも高い減衰能
を有することが明らかである。

すなわち垂直方向成分の界面を傾斜させることが有効で
ある。

以上のことから、摩擦界面は表面より垂直方向だけでな
く、平行方向あるいは傾斜方向にあることに限定した。

また傾斜方向のみの場合は上記の変形と理解され、有効
であるため、そのように限定した。

ついでｊｐ６．６〜Ａｌｌの素材を用いて溝方向に圧延
し、最終的に板厚２闘の材料を作或した後、上記と同様
にして試験片を切り出して試験した。

その結果は第６図Ａ，Ｂに示すとおりである。

この図から減衰能はｄ／ｄｏ（部材厚）により影響され
、ｄ／ｄｏ＝０．３〜０．５に減衰能の極大値を示して
いることが明らかである。

その極大値の位置は最大歪振幅が増大するほどｄ／ｄｏ
は犬なる方向へ移動している。

そこで実用的な最大歪振幅を１０−６〜１０−３程度と
すれば、実用的なｄの値は０．１０〜０．７ｄｏである
ことが好ましい。

したがって本実施例では摩擦界面の表面からの位置ｄを
０．１ 〜０．７ｄｏに限定した。

次にＡ１２〜應１５に示す素材を用いて、上記と同様な
試験片により試験を行った。

その結果、煮１２，１３はそれぞれ表面より０．４，０
．８朋の位置に交互に界面を有する材料かえられ、その
減衰能は＆１ｌより大きく、Ａ８より小さい値であった
。

しかし最大歪振幅依存性は顕著でなく、最大歪振幅１
０−’ ， １ ０−’では対数減衰率は３５〜４ ｘ
１ ０−２であった。

一方、Ａ．１ ４ ． １ ５では＆７，８とほゾ同等
の対数減衰率を示し、かつ最大歪振幅依存性は顕著でな
く、最大歪振幅１０−’，１０−５では対数減衰率が４
．５〜５．ＯＸ１０”であった。

これより表面および表面と裏面から複数の深さを有する
摩擦界面を生或させた材料は単一のものに比べて歪振幅
依存性は小さいことが明らかである。

また本実施例では平行方向戊分の界面同志が必要以上に
接近することが少ないため、圧延加工時に見られる界面
端部からの割れの発生および使用時の割れに対し、割れ
同志が合体する可能性が小さく、安定した製造および使
用が可能である。

したがって本実施例では摩擦界面の表面と裏面からの位
置ｄを０．１〜０．８ｄｏに限定した。

次にＡ１６〜２２に示す素材を用い、上記と同様な試験
片により試験を行った。

その結果、厘１６，１７のように圧延率の犬なるもので
は、表面に対し垂直成分の界面間隙Ｃは１μｍ以下であ
るが、Ａ２ １ ， ２ ２では前記界面間隙Ｃは７０
，２ ０ ０ ｔｔｍと広くなる。

その減衰能は第７図に示すとおりで、Ｃの値が１μｍ以
下であるよりも有限の値すなわち１〜２００μｍである
方が減衰能が大きいことが明らかである。

これは、Ｃが有限であると表面に対し圧縮方向の曲げが
材料に付加された場合、第２図の界面４ａ同志がぶつか
り合うことがなく、界面４ｂ ，４ｃの摩擦を生ずるた
めであると推考される。

一方、間隙Ｃの値が必要以上に大きいと減衰能は低下す
るが、これは平行方向成分の有効長さが小さくなるばか
りでなく、垂直方向或分の摩擦が零になるためと解せら
れる。

したがって材料に両振りおよび片振り振動が作用する場
合、その減衰能を向上させるには、間隙Ｃを１〜２００
μｍの有限値に設定することが有効であり、その最適値
は材料に加わる最大歪振幅、界面および材料の形状など
により決定される。

さらにＡ２３〜２７に示す素材を用い、上記と同様な試
験片により試験を行った。

その結果は第８図に示すとおりで、これより界面同志の
ピッチが小さいほど減衰能は向上することが明らかであ
る。

図に示す曲線はピッチが小さくなるに伴ってほゾ飽和す
る傾向を示しているが、この傾向は最大歪振幅が大きく
なるほど顕著である。

これは界面が多数存在し、かつ必要以上に近接すると、
界面に加わる接触力は低下し、振動による界面間の摩擦
力が低下するため、界面密度が必要以上に増加しても減
衰能への寄与は飽和するからであると推考される。

したがって板厚２． ０ Ｉｇの材料における有効ピッ
チは、最大歪振幅が２Ｘ１０−’，２Ｘ１０−５程度の
振動のもとではそれぞれ４〜１２冨冨、９ｍ＋＋ＤＬ下
である。

その最適値は材料の肉厚、摩擦界面の形状などにより変
化するが、公知の弾塑性学および第８図より判断すると
、有効ピッチは界面の深さ０．２〜０．５ｄｏの場合に
は板厚の６倍以下と推測される。

したがって本実施例では摩擦界面同志のピッチを１２１
Ｅ１以下あるいは板厚の６倍以下に限定した。

上記ピッチの値を満足しながら高減衰材料を製造する場
合には、上記関係を満足する溝をストライプ状に設けた
後、溝の長手方向に圧延することが有効である。

この際、圧延によるピッチの増大は無視できる程度であ
る。

また溝に直角方向あるいは傾斜方向に圧延する場合、ピ
ッチの増大を防止することができないため、圧延後の形
状を考慮してピッチを決定することが必要である。

さらに展伸加工を行う場合には、逆にピッチが小さくな
るため、これを考慮してピッチを決定する必要がある。

前述した界面４を材料１、中に高密度に生成させること
は、表面に対する平行方向成分の界面４ｄの深さが均一
である場合に、界面４ｄ同志が合体する恐れがある。

これを防ぐため、本実施例では、平行方向戊分を相隣る
同志間で異なる深さに位置させると共に、摩擦界面４同
志のピッチを密にした。

このようにすれば減衰能および疲労特性を向上させ、か
つ減衰特性に対する最大振幅依存性を改善することがで
きる。

展伸または展延可能な素材に凹部（溝）を設けるには、
表面に凸部を有する圧延ロールにより加工し、その後に
平ロールにより加工するのが能率的である。

しかし素材が展伸または展延性に欠ける場合および加工
硬化の著しいものは種々の弊害がある。

その一つは加工性および作業性であるが、これに関して
は周知の軟化焼鈍を行い、あるいは温間圧延により容易
に解決することが可能である。

ところが上記熱処理および圧延過程で摩擦界面に融着を
生ずる恐れがあるため、次のような実験を行った。

表中のＡ８の素材を用いて熱処理および圧延条件と減衰
特性との関係を調べた。

その結果は第９図に示すとおりで、冷間圧延後に各温度
に１時間保持した場合には、曲線１０に示すように高温
になるにしたがって減衰性能は徐々に低下し、急激な低
下は認められない。

これに反し温間圧延の場合には、曲線１１に示すように
７００℃以上において減衰能が急激に低下する。

したがって熱処理条件は７００℃以下が好ましい。

この場合、上記処理後にさらに１パスのみ冷間圧延を行
ったときには、直線１２．１３で示すように減衰能は向
上する。

また冷間圧延の代りに表面を凸状に曲げ加工をしてもほ
ぼ同様な特性をうろことができる。

これは、高温に保持することにより融着し始めた界面の
一部が冷間圧延により再び引き離されるためと思われる
。

したがって最終過程で冷間圧延あるいはそれに近似した
工程を加えることが可能な場合には、９００℃前後の焼
鈍または温間圧延を付加することが有効である。

次に圧延工程と焼鈍の関係について述べるに、一般に圧
延を容易に行うためには、素材に焼鈍済の材料を用い、
加工ごとに焼鈍することが好ましいが、逆に摩擦界面の
形状に影響を与え減衰能および疲労限の低下を招くばか
りでなく、酸化スケールの生或も顕著となる恐れがある
。

一方、最終加工後の焼鈍は材料の熱分布の複雑による種
々の変化を生じ、減衰能を低下させる恐れがあるので注
意を要する。

したがって最終段階における材料の加工硬化をできるだ
け小さくするには、凹部カロエの直後または平ロール加
工の前段階で焼鈍するのが有効である。

また最終段階において材料の表面層のみ高周波加熱およ
びフレーム加熱する場合について述べるに、一般に展伸
、展延加工における材料内部の残留応力の分布は施工方
法により種々変化して明確でないが、第１表のＡ８試料
では表面から０．３〜０．８朋の深さまでは圧縮応力と
なっていることが明らかである。

そこでその材料の表面から０．３〜０．８朋までを高周
波加熱後に急冷したところ、第２図の垂直方向或分４ａ
、平行方向或分４ｂ，４ｃまたは４ｄおよび表面１１ａ
で囲まれた部分の残留応力は緩和され、垂直方向或分４
ａの下方向にしずむ方向の変形が認められた。

次に溝の底部形状について検討した。

第１表のＡ２８およびＡ２９において、溝底部のコーナ
の曲率Ｒを表に示すようにした。

そして前記と同様に圧延後、減衰能を測定した。

その結果、最犬歪振巾１０−４の対数減衰率はＡ２８に
おいて１５×１０−２、１１６． ２ ９において３Ｘ
１０ ”であった。

一方Ａ ７ （ Ｒ＜ ０． ２ ）においては４．５
Ｘ １ ０−２である。

以上のことは、溝を有する部材が上下方向より圧延され
る過程における溝測壁および底壁の変形から理解できる
もので、有効な摩擦界面を得るためにはＲを小さくすれ
ばよいことがわかる。

さらに十分焼鈍した純ＡＩ（３００ｘ２５０ｘ５ｔ）上
に２φの穴を３００個／ｄｍ２設けたＳＮＣＭ８（３０
０ｘ２５０ｘｌ．５ｔ）を接合させて冷間圧延を行った
。

その結果、ＳＮＣＭ８材の穴中にｋｌが侵入した板厚３
簡の圧延板かえられた，この材料より前述の試験片を切
出して試験を行ったところ、対数減衰率は３．２ Ｘ
１ ０−２であり、前記純ＡＩおよびＳＮＣＭ８のいづ
れに比べても減衰能が大幅に向上するばかりでなく、上
記圧延板の純Ａ［とＳＮＣＭ８の界面における剥離強さ
は測定が困難であるほど強固であった。

また上記と同様な素材を用い５４０〜５８０℃で純Ａｌ
とＳＮＣＭ８を大形プレスしたところ、上記と同様にＳ
ＮＣＭ８の穴（または溝）中に純Ａｌが侵入した板厚４
簡の材料板かえられた。

これより前記試験片を切り出して試験を行った結果、対
数減衰率は１．９Ｘ１０”であった。

このように押し出しによっても高減衰材料をうろことが
可能である。

上述した本実施例では穴または溝を有する部材としては
打抜き鋼板などの廃品を使用することができ、展伸、展
延加工が容易であり、かつ素材にあらかじめ凹凸部を設
ける必要がないなどの利点がある。

溝形（凹凸）部を素材に設ける方法としては、表面に歯
形を有するロールにより加工することが有効である。

すなわちロールの長手方向あるいは円周方向に溝をつけ
たもので圧延するものである。

溝底部、コーナの曲率を小さくするため、およびロール
加工を容易にするためには複数個のロールを用いて多重
加工あるいは隔列毎に加工することが有効である。

第１表、Ａ７において素材をＳＳ４１の代りに１３Ｃｒ
−Ａｌ系材料（ ３ Ａｌ−１ ３Ｃ ｒ−０．２Ｓ
ｉ−０．２Ｍｎ−０．０ １ １ Ｃ ）を用いて圧延
加工を行ない、７００℃Ｘｌｈｒの焼鈍を施したものに
ついても減衰能を測定した。

その結果、対数減衰率は８ｘｌＯ−２（最犬歪振巾；１
０−’）であった。

これより素材自身の減衰能が太きいものに本発明を適用
すれば一層減衰能を向上させることが可能である。

素材の対数減衰率が１０−３以下の場合にはその効果も
小さい。

以上説明したように、本発明によれば減衰材料の減衰能
およびその他の特性をより一層に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明に使用される素材の断面図、同ｂおよ
びＣは本発明の製造方法に係わる高減衰材料の断面図お
よび顕微鏡写真、第２図および第３図は同高減衰材料の
断面図、第４図は同高減衰材料の界面形態を示す平面図
、第５図〜第９図は同高減衰材料の特性図である。 １・・・素材、１、・・・材料、２・・・凹部、４・・
・界面、４ａ・・・垂直方向或分、４’ａ，４ｂ，４ｃ
・・・傾斜方向成分、４ｄ・・・平行方向或分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 展伸または展延可能な素材表面にあらかじめ多数の
   凹凸部を設け、この素材に展伸または展延加工を施すこ
   とにより、その表層部に適宜形状の微細な摩擦界面を生
   成させたことを特徴とする高減衰材料の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、摩擦界面は表面に対する垂直方向或分と傾斜
   方向成分あるいは平行方向成分よりなるか、または傾斜
   方向或分のみよりなることを特徴とする高減衰材料の製
   造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、摩擦界面の表面からの最大深さｄおよび部材
   の板厚ｄ。 が次の条件を満足することを特徴とする高減衰材料の製
   造方法。 ０．１ ｄｏ＜ｄ＜０．７ ｄｏ ４ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、展伸または展延加工を素材の表面と裏面の双
   方より施すことにより、摩擦界面の表面からの最大深さ
   ｄが下記条件を満足するもとで多数の摩擦界面を生威さ
   せたことを特徴とする高減衰材料の對造方法。 ０．１ ｄｏ＜ｄ＜０．８ ｄｏ ５ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、摩擦界面の垂直方向成分間隙を１〜２００μ
   ｍ範囲内の適当値に設定したことを特徴とする高減衰材
   料の製造方法。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、摩擦界面同志のピッチを１２ｕ以下あるいは
   板厚の６倍以下に設定したことを特徴とする高減衰材料
   の製造方法。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、摩擦界面の平行方向成分の表面からの深さを
   相隣る同志間で異なる深さに位置させると共に、摩擦界
   面同志のピッチを密にすることを特徴とする高減衰材料
   の製造方法。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、摩擦界面を平面上に適当な配列に生戊させる
   ことにより、所定の模様形状に形威させたことを特徴と
   する高減衰材料の製造方法。 ９ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造方法
   において、展伸または展延加工に際し、その加工前、加
   工中または加工後に熱処理を施すことを特徴とする高減
   衰材料の製造方法。 １０ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製造
   において、歯形を有するロールによって素材表面に凹凸
   を設けることを特徴とする高減衰材料の製造方法。 １１ 特許請求の範囲第１項記載の高減衰材料の製？
   法において、素材に対数減衰率が１０−３であるものを
   用いることを特徴とする高減衰材料の製造方法。 １２ 展伸または展延可能な素材の表面あるいは表面
   と裏面に溝または穴を有する別個の部材を配置あるいは
   接合させ、その後に展伸または展延加工を施して一体に
   結合することにより、この結合体の表層部に適宜形状の
   微細な摩擦界面を生威させたことを特徴とする高減衰材
   料の製造方法。