制振部材
【課題】高い精度を要求される構造部品として採用することが可能な制振部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスと、塑性セラミックスに含浸した樹脂とからなる。塑性セラミックスに樹脂を含浸させれば、マイクロクラックに樹脂が侵入し塑性セラミックスの結晶の動きを樹脂が拘束して高い剛性を発揮する一方、柱状結晶間に侵入した樹脂が振動エネルギーを吸収するから高い剛性と高い制振性を併せ持つ。塑性セラミックス材自体の剛性が高く、柱状結晶の結合が離れがたいので高い精度を要求される構造部品に適用することができる。
【解決手段】チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスと、塑性セラミックスに含浸した樹脂とからなる。塑性セラミックスに樹脂を含浸させれば、マイクロクラックに樹脂が侵入し塑性セラミックスの結晶の動きを樹脂が拘束して高い剛性を発揮する一方、柱状結晶間に侵入した樹脂が振動エネルギーを吸収するから高い剛性と高い制振性を併せ持つ。塑性セラミックス材自体の剛性が高く、柱状結晶の結合が離れがたいので高い精度を要求される構造部品に適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制振部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴムや合成樹脂の弾性体のみからなる材料や、その弾性体をマトリックスとして内部に剛性体が分散している材料からなる制振部材が知られている。この制振部材は、弾性体が大きな内部摩擦を有して振動エネルギーを吸収しやすく、部品や部材の振動が外部に伝達することを防止したり、外部の振動が部品等に伝達することを防止したりすることができる。このため、この制振部材は機械、建築物等、様々な産業分野において広く用いられている。
【０００３】
しかし、従来の制振部材は、弾性体を主として構成されていたことから、剛性が低く、小さな力が加わっただけで大きく変形してしまう。このため、その制振部材は、電子顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡の試料ホルダー、精密加工機械等のように、高い精度を要求される構造部品には採用され難い。また、ゴムや合成樹脂の弾性体を板状の金属に積層させたり、挟み込んだりすることで制振性を発揮する制振鋼板のような制振部材であれば、これらは形状が板状に限定されてしまう。
【０００４】
この点、特許文献１に開示されたセラミックス製品を制振部材として用いることが考えられる。このような制振部材は、多孔質のセラミックス材と、このセラミックス材に含浸した熱硬化性アクリル樹脂等の樹脂とからなる。このセラミックス製品では、セラミックス材自体が高い剛性を発揮する一方、セラミックス材に含浸した樹脂がセラミックス材の個々の粒子間で振動エネルギーを吸収すると考えられることから、従来の弾性体を主とした制振部材と比較し、高い剛性を有し、小さな力によっては変形し難くなると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の制振部材では、より高い精度を要求される構造部品や高分解能が求められる機械等の構造部品に適用することが困難である。このため、より高い精度が要求される構造部材にも適用可能な制振部材が市場で求められている。
【０００７】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、高い剛性と高い制振性とにより、高い精度を要求される構造部品として採用することが可能な制振部材及びその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスを用いれば、その課題を解決できることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の制振部材は、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスと、該塑性セラミックスに含浸した樹脂とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の制振部材において、チタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）系の塑性セラミックスでは、粒界にマイクロクラックを有して柱状結晶が互いに絡み合い、歪みを高い値で示して大きな塑性変形を可能にしている。この塑性セラミックスに樹脂を含浸させれば、マイクロクラックに樹脂が浸入し、その塑性セラミックスの結晶の動きを樹脂が拘束して高い剛性を発揮する一方、柱状結晶間に浸入した樹脂が振動エネルギーを吸収する。これによって、本発明の制振部材は、高い剛性と高い制振性とを併せもつこととなる。この際、この制振部材では、塑性セラミックス材自体の剛性が高く、樹脂自体の振動によって柱状結晶の結合が離れ難く、これによって高い精度を要求される構造部品に適用することができる。
【００１１】
したがって、本発明の制振部材は、高い剛性と高い制振性とにより、高い精度を要求される構造部品として採用され得る。
【００１２】
また、本発明の制振部材では、マイクロクラックが多数発生している塑性セラミックスを利用している。このため、その制振部材に切削等の加工を施した場合、その加工によって生じる亀裂をマイクロクラックが防止することとなる。こうして、その制振部材では、マシナブル性を発揮することができ、後加工が可能になるため、形状の制約が小さくなる。このため、その制振部材を用いれば、寸法精度の高い部品を製造することが期待できる。
【００１３】
発明者らの試験結果によれば、塑性セラミックスは、実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料が焼成されてなることが好ましい。Ａｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2はチタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）の結晶を構成するとともに、アルカリ土類酸化物がＡｌ2Ｏ3及び／又はＴｉＯ2とともに他の結晶を構成する。この塑性セラミックスでは、これらの結晶が固溶して柱状結晶をなしており、粒界にマイクロクラックを有して各柱状結晶が互いに絡み合い、歪みを確実に高い値で示して大きな塑性変形を可能にしている。こうして、この塑性セラミックスでは、マイクロクラックによる大きな歪みによって内部摩擦が大きくなる。このため、本発明の制振部材がより優れた制振性を備えることができると考えられる。
【００１４】
「実質的に」とは、原料がＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物以外に不可避のＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3等を含有していてもよいことを意味する。
【００１５】
Ａｌ2Ｏ3を含む原料としては、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ（ＯＨ）3等を採用することができる。ＴｉＯ2を含む原料としては、ＴｉＯ2等を採用することができる。発明者らの考察によれば、アルカリ土類酸化物として、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ等を用いることができると考えられる。ＭｇＯを含む原料としては、ＭｇＣＯ3、Ｍｇ（ＯＨ）2等を採用することができる。ＣａＯを含む原料としては、ＣａＣＯ3。Ｃａ（ＯＨ）2等を採用することができる。ＢａＯを含む原料としては、ＢａＣＯ3、Ｂａ（ＯＨ）2等を採用することができる。発明者らの試験結果によれば、ＭｇＯをアルカリ土類酸化物として採用すれば、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）の結晶も構成され、塑性セラミックスが高い値の歪みを示す。このため、制振部材の内部摩擦を大きくすることができる。
【００１６】
発明者らの試験結果によれば、ＭｇＯをアルカリ土類酸化物として採用する場合、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯの合計を１００質量％として、Ａｌ2Ｏ3が５９質量％以下であり、ＴｉＯ2が３８質量％以上であり、残りがＭｇＯであることが好ましい。特に、ＭｇＯが２１質量％以下であることが好ましい。こうして得られる制振部材が、十分な制振性を備えることとなるからである。
【００１７】
樹脂としては、熱硬化性アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を採用することができる。発明者らの試験結果によれば、熱硬化性樹脂を採用することが好ましい。熱硬化性樹脂は３次元網目構造を有しているため、熱可塑性樹脂と比較して耐熱性及び機械的強度に優れ、耐熱性及び機械的強度に優れた制振部材とすることができるからである。特に、発明者らの試験結果によれば、熱硬化性樹脂として、熱硬化性アクリル樹脂を採用することが好ましい。熱硬化性アクリル樹脂であれば、確実に高い剛性を有する制振部材となる。複数種の熱硬化性アクリル樹脂を混合して用いることもできる。
【００１８】
樹脂は、求められる制振性能により、側鎖で選択される。樹脂は側鎖によって柔軟性が変化することから、樹脂の側鎖はその内部摩擦と深い係りがあると考えられるからである。例えば、熱硬化性アクリル樹脂は、メチルエステル基、エチルヘキシルエステル基、ラウリルエステル基等、種々のエステル基等から選択することができる。
【００１９】
発明者らの試験結果によれば、熱硬化性樹脂がメタクリル酸メチル、メタクリル酸Ｓ−ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等である場合には、内部摩擦の周波数依存性が低いことから、振動の周波数を選択しない制振部材が得られる。
【００２０】
また、本発明の制振部材は、本発明の制振部材の製造方法により製造することができる。この製造方法は、実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料により調合物を得る調合工程と、該調合物を成形して成形体とする成形工程と、該成形体を焼成して塑性セラミックスを得る焼成工程と、該塑性セラミックスに樹脂を含浸させて制振部材を得る含浸工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の制振部材の製造方法では、調合工程によって実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料により調合物を得、成形工程によって調合物を成形体とし、焼成工程によって成形体を焼成して塑性セラミックスを得る。そして、含浸工程によって塑性セラミックスに樹脂を含浸させて制振部材を得る。
【００２２】
本発明の制振部材の製造方法では、焼成工程を１４００〜１５５０°Ｃで行うことが好ましい。焼成工程が１４００°Ｃ未満では、制振部材のヤング率は高く維持できるものの、塑性セラミックスの柱状結晶の成長が十分でないために歪みが小さいことから、制振部材の内部摩擦が十分でない。他方、焼成温度が１５５０°Ｃを超えれば、曲げ強度が低くなり、好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係り、制振部材の製造方法の工程図である。
【図２】実施形態の試験例１〜５に係り、チタン酸マグネシウムのモル比に対する内部摩擦とヤング率との変化を示すグラフである。
【図３】試験例６に係り、チタン酸マグネシウムのモル比に対する内部摩擦の変化を示すグラフである。
【図４】試験例６に係り、チタン酸マグネシウムのモル比に対するヤング率の変化を示すグラフである。
【図５】実施形態に係り、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスに生じ得る内部摩擦の範囲示す三成分系組成図である。
【図６】実施形態に係り、メタクリル酸メチルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲示す三成分系組成図である。
【図７】実施形態に係り、メタクリル酸メチルを含浸させた場合の制振部材に生じ得るヤング率の範囲示す三成分系組成図である。
【図８】実施形態に係り、メタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲示す三成分系組成図である。
【図９】実施形態に係り、メタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させた場合の制振部材に生じ得るヤング率の範囲示す三成分系組成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。実施形態では、以下に示す試験例１〜６を行う。
（試験例１）
【００２５】
試験例１の制振部材の製造方法では、図１に示す調合工程Ｓ１０において、表１に示す質量％になるようにＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料を混合する。アルカリ土類酸化物としてはＭｇＯを用いている。ここでは、ＭｇＯを３．０質量部に固定し、Ａｌ2Ｏ3を３０．０〜９０．０質量部、ＴｉＯ2を７０．０〜１０．０質量部で変化させている。つまり、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯが全体で１００質量％となる場合、ＭｇＯが２．９１質量％で固定され、Ａｌ2Ｏ3が２９．１３〜８７．３８質量％及びＴｉＯ2が９．７１〜６７．９６質量％で変化することとなる。各混合物を１時間ボールミルで湿式粉砕し、粉砕物を１２０°Ｃで乾燥し、乾燥物を目開き０．５ｍｍの篩いを通して調合物とする。
【００２６】
【表１】
【００２７】
次に、成形工程Ｓ２０において、各調合物を５００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で乾式プレス成形し、成形体とする。
【００２８】
次いで、焼成工程Ｓ３０において、各成形体を電気炉に入れ、１５００（°Ｃ）で２時間焼成する。こうして、試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスを得る。各塑性セラミックスの大きさは１０（ｍｍ）×６４（ｍｍ）×５（ｍｍ）である。
【００２９】
こうして得られた試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスの開気孔率（％）も表１に示す。また、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスにおける曲げ強度（ＭＰａ）をオートグラフを用いて測定する。その際、オートグラフの測定スパンを４０（ｍｍ）、そのクロスヘッドスピードを０．５（ｍｍ／ｍｉｎ）として３点曲げ試験を行う。３点曲げ試験を行う際、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスが破断するまでの間に生じる歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表１に示す。
【００３０】
そして、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスに熱硬化性樹脂としての熱硬化性アクリル樹脂を含浸させる。熱硬化性アクリル樹脂としては、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）を用いている。この際、真空デシケータを用いる。この真空デシケータには内部と外部とを連通するチューブが取り付けられており、外部側のチューブの途中には２方性コックが設けられている。この真空デシケータ内に各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスを入れ、真空ポンプによって１．３３ＫＰａの真空度で１０分間の脱気を行う。チューブの外部側の端部をメタクリル酸メチルに浸した後、２方性コックを開き、真空デシケータの内部と外部とを連通する。こうして、外部から真空デシケータ内部にメタクリル酸メチルを導入し、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスに熱硬化性メタクリル酸メチルを含浸する。その後、２方性コックを閉じて１０分間の脱気を行った後、大気圧に戻して５分間静置する。この間にメタクリル酸メチルは大気圧によって各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスへ含浸される。こうして、表２に示す各試料Ｎｏ．１〜６の制振部材を得る。
【００３１】
【表２】
【００３２】
各試料Ｎｏ．１〜６の制振部材における曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を上述と同様に測定する。その結果も表２に示す。
【００３３】
表１及び表２より、各試料Ｎｏ．１〜６の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスに比して、歪が概ね小さくなっている。また、曲げ強度が概ね大きくなっている。さらに、内部摩擦に大きな変化が現れておらず、ヤング率が大きくなっている。
【００３４】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表２より、各試料Ｎｏ．１〜４の制振部材では、内部摩擦が０．００９２〜０．０１７５であるため、その要件をほぼ満たしている。また、各試料Ｎｏ.１〜６の制振部材では、ヤング率が８８．４〜３１３．８（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
（試験例２）
【００３５】
試験例２の制振部材の製造方法では、試験例１と同様に、表３に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。ここでは、ＭｇＯを３．０質量部に固定し、Ａｌ2Ｏ3を５０．０〜９０．０質量部、ＴｉＯ2を５０．０〜１０．０質量部まで変化させている。つまり、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯが全体で１００質量％となる場合、ＭｇＯが２．９１質量％で固定され、Ａｌ2Ｏ3が４８．５４〜８７．３８質量％及びＴｉＯ2が９．７１〜４８．５４質量％で変化することとなる。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１４００（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ９の塑性セラミックスを得る。
【００３６】
【表３】
【００３７】
各試料Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ９の塑性セラミックスに関し、試験例１と同様、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表３に示す。
【００３８】
そして、試験例１と同様、含浸工程Ｓ４０を行う。こうして、各試料Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ９の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させることによって、表４に示す各試料Ｎｏ．７〜９の制振部材を得る。
【００３９】
【表４】
【００４０】
各試料Ｎｏ．７〜９の制振部材に関し、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を上述と同様に測定する。その結果も表４に示す。
【００４１】
表３及び表４より、各試料Ｎｏ．７及び８の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ７及びＣ８の塑性セラミックスに比して、歪が小さくなっている。また、内部摩擦が大きくなっており、ヤング率も大きくなっている。しかし、試料Ｎｏ．９の制振部材は、試料Ｎｏ．Ｃ９の塑性セラミックスに比して、歪が大きくなっている。また、内部摩擦が小さくなっており、ヤング率も小さくなっている。
【００４２】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表４より、試料Ｎｏ．７の制振部材では、内部摩擦が０．０１０４であるため、その要件を満たしている。また、各試料Ｎｏ.７〜９の制振部材では、ヤング率が１０４．７〜２７７．１（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
（試験例３）
【００４３】
試験例３の制振部材の製造方法では、試験例１と同様、表５に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。ここでは、Ａｌ2Ｏ3を５０．０質量部、ＴｉＯ2を５０．０質量部に固定し、ＭｇＯを０．０〜２０．０質量部まで変化させている。つまり、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯが全体で１００質量％となる場合、Ａｌ2Ｏ3が４１．６７〜５０．００質量％、ＴｉＯ2が４１．６７〜５０．００質量％及びＭｇＯが０．００〜１６．６６質量％で変化することとなる。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１５００（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の塑性セラミックスを得る。
【００４４】
【表５】
【００４５】
こうして得られた各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の開気孔率（％）も表５に示す。また、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の塑性セラミックスに関し、試験例１と同様に、曲げ強度（ＭＰａ）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表５に示す。
【００４６】
そして、試験例１と同様、含浸工程Ｓ４０を行う。こうして、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させることによって、表６に示す各試料Ｎｏ．１０〜１３の制振部材を得る。
【００４７】
【表６】
【００４８】
各試料Ｎｏ．１０〜１３の制振部材に関し、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を上述と同様に測定する。その結果も表６に示す。
【００４９】
表５及び表６より、各試料Ｎｏ．１０〜１３の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜１３の塑性セラミックスに比して、内部摩擦が大きくなっており、ヤング率も大きくなっている。
【００５０】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表６より、試料Ｎｏ．１０及び１１の制振部材では、内部摩擦が０．００９５〜０．０１７１であるため、その要件をほぼ満たしている。また、各試料Ｎｏ.１０〜１３の制振部材では、ヤング率が６０．５０〜１６２．００（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
（試験例４）
【００５１】
試験例４の制振部材の製造方法では、試験例３の試料Ｎｏ.Ｃ１２の塑性セラミックスを得る。そして、含浸工程Ｓ４０において、試料Ｎｏ.Ｃ１２の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリル（ＳＬ）を含浸させることによって、表７に示す試料Ｎｏ.１４の制振部材を得る。また、、試料Ｎｏ.Ｃ１２の塑性セラミックスにメタクリル酸２−エチルヘキシル（２ＥＨ）を含浸させることによって、表７に示す試料Ｎｏ.１５の制振部材を得る。各試料Ｎｏ．１４及び１５の制振部材に関し、試験例１と同様、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表７に示す。
【００５２】
【表７】
【００５３】
また、試験例４の制振部材の製造方法では、試験例１の試料Ｎｏ.Ｃ３の塑性セラミックスを得る。そして、含浸工程Ｓ４０において、試料Ｎｏ.Ｃ３の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させることによって、表８に示す試料Ｎｏ.１６の制振部材を得る。また、試料Ｎｏ.Ｃ３の塑性セラミックスにメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させることによって、表８に示す試料Ｎｏ.１７の制振部材を得る。各試料Ｎｏ．１６及び１７の制振部材に関し、試験例１と同様、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表８に示す。
【００５４】
【表８】
【００５５】
表７及び表８より、各試料Ｎｏ．１４〜１７の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ３及びＣ１２の塑性セラミックスに比して、内部摩擦が小さくなっているものの、ヤング率が大きくなっている。
【００５６】
試験例１〜４の結果によれば、熱硬化性樹脂がメタクリル酸メチル、メタクリル酸Ｓ−ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等である場合には、内部摩擦の周波数依存性が低いことから、振動の周波数を選択しない制振部材が得られると考えられる。
（試験例５）
【００５７】
試験例５の制振部材の製造方法では、試験例１と同様に、表９に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。ここでは、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスが塑性チタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）の結晶及びチタン酸マグネシウム（ＭｇＴ2ｉＯ5）の結晶が固溶して柱状結晶をなしていると仮定する。そして、Ａｌ2ＴｉＯ5のモル比が１．０００〜０．０００まで変化し、ＭｇＴ2ｉＯ5のモル比が０．０００〜１．０００まで変化した場合、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯの割合が全体で１００質量％となるような成形体を得る。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１５００（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスを得る。
【００５８】
【表９】
【００５９】
各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の開気孔率（％）も表９に示す。また、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスに関し、試験例１と同様、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表９に示す。
【００６０】
そして、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ.Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させることによって、表１０に示す各試料Ｎｏ．１８〜２４の制振部材を得る。また、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ.Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させることによって、表１０に示す各試料Ｎｏ．２５〜３１の制振部材を得る。
【００６１】
【表１０】
【００６２】
各試料Ｎｏ．１８〜２４の制振部材に関し、試験例１と同様に、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表１０に示す。また、各試料Ｎｏ．２５〜３１の制振部材に関し、試験例１と同様、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表１０に示す。
【００６３】
表９及び表１０より、各試料Ｎｏ．１８〜２４の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスに比して歪が極めて小さくなっている。また、曲げ強度が極めて大きくなっている。さらに、内部摩擦が小さくなっており、ヤング率が大きくなっている。また、表９及び表１０に示すように、各試料Ｎｏ．２５〜３１の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスに比して歪が概ね小さくなっている。また、曲げ強度が極めて大きくなっている。さらに、内部摩擦が概ね大きくなっており、ヤング率が大きくなっている。
【００６４】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表９及び表１０より、各試料Ｎｏ．各試料Ｎｏ.１８〜２３及び２５〜３１の制振部材では、内部摩擦が０．０１４２〜０．０４２７であるため、その要件を満たしている。また、各試料Ｎｏ.１８〜２４及び２６〜３１の制振部材では、ヤング率が５３．１〜１２２．５（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
【００６５】
ここで、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）のモル比に対する制振部材の内部摩擦とヤング率との変化を図２に示す。ＭｇＯによって、チタン酸マグネシウムの結晶が塑性セラミックスに形成されたり、チタン酸アルミニウムの結晶及びチタン酸マグネシウムの結晶によって構成される柱状結晶が塑性セラミックスに形成されていると考えられる。こうして、それらの粒界によって制振部材の内部摩擦を大きくすることができ、そのヤング率を高めることができると考えられる。
【００６６】
（試験例６）
試験例６の制振部材の製造方法では、試験例５と同様に、表１１及び表１２に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１５５０（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスを得る。
【００６７】
【表１１】
【００６８】
【表１２】
【００６９】
そして、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ.Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−エステル、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させることによって、表１１及び表１２に示す各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材を得る。
【００７０】
各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材に関し、試験例１と同様、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。内部摩擦の結果を表１１に示し、ヤング率の結果を表１２に示す。また、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）のモル比に対する制振部材の内部摩擦の変化を図３に示し、その制振部材のヤング率の変化を図４に示す。
【００７１】
表１１及び図３より、樹脂を含浸させない各試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスでも比較的大きな内部摩擦を有している。そして、メタクリル酸Ｓ−エステル、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させた各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材は、それら試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスよりも内部摩擦が低くなることもある。この理由は、内部摩擦の発生要因となる結晶の動きを樹脂が拘束することによると考えられる。また、表１２及び図４より、メタクリル酸Ｓ−エステル、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させた各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材は、樹脂を含浸させない試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスよりもヤング率が極めて大きくなっている。このため、これら試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材は、特に例えばハードディスクのヘッドのアームや電子顕微鏡の試料ホルダー等に適用して好適であると考えられる。
【００７２】
また、以上の試験例から、本発明の制振部材は、１４００〜１５５０°Ｃの焼成温度で焼成工程Ｓ３０を行うことが好ましいと考えられる。
【００７３】
試験例１〜６より、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスに生じ得る内部摩擦の範囲は、図５に示す三成分系組成図に表示することができる。塑性セラミックスは、枠線Ａ１及びＡ２に示す範囲内で高い内部摩擦を生じることとなる。ここで、枠線Ａ１に示す範囲内では、枠線Ａ２に示す範囲内より高い内部摩擦が生じている。特に、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯの合計を１００質量％として、Ａｌ2Ｏ3が５９質量％以下であり、ＴｉＯ2が３８質量％以上であり、残りがＭｇＯであれば、制振部材が概ね０.０１以上の内部摩擦を備えることとなる。このため、制振部材として十分な制振性を備えることとなる。
【００７４】
また、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲は、図６に示す三成分系組成図に表示することができる。その制振部材は、枠線Ｂ１、Ｂ２及びＢ３に示す範囲内で高い内部摩擦を生じることとなる。ここで、枠線Ｂ１に示す範囲内では、枠線Ｂ２に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。枠線Ｂ２に示す範囲内では、枠線Ｂ３に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。また、その制振部材に生じ得るヤング率の範囲は、図７に示す三成分系組成図に表示することができる。
【００７５】
さらに、試験例４及び試験例５より、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲は、図８に示す三成分系組成図に表示することができる。その制振部材は、枠線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３に示す範囲内で高い内部摩擦を生じることとなる。ここで、枠線Ｃ１に示す範囲内では、枠線Ｃ２に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。枠線Ｃ２に示す範囲内では、枠線Ｃ３に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。また、その制振部材に生じ得るヤング率の範囲は、図９に示す三成分系組成図に表示することができる。
【００７６】
以上のように、実施形態の制振部材では、塑性セラミックスが実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯからなる原料を焼成することによって得られる。その際、Ａｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2はチタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）の結晶を構成するとともに、ＭｇＯがＴｉＯ2とともにチタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）を構成する。この塑性セラミックスでは、これらの結晶が固溶して柱状結晶をなしており、粒界にマイクロクラックを有して各柱状結晶が互いに絡み合い、歪みを確実に高い値で示して大きな塑性変形を可能にしていると考えられる。こうして、この塑性セラミックスでは、マイクロクラックによる大きな歪みによって内部摩擦が大きくなる。また、柱状結晶によってヤング率が高く維持される。このため、実施形態の制振部材がより優れた制振性を備えることができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る制振部材は、より高い精度を要求される構造部品や高分解能が求められる機械等の構造部品等に利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｓ１０…調合工程
Ｓ２０…成形工程
Ｓ３０…焼成工程
Ｓ４０…含浸工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は制振部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴムや合成樹脂の弾性体のみからなる材料や、その弾性体をマトリックスとして内部に剛性体が分散している材料からなる制振部材が知られている。この制振部材は、弾性体が大きな内部摩擦を有して振動エネルギーを吸収しやすく、部品や部材の振動が外部に伝達することを防止したり、外部の振動が部品等に伝達することを防止したりすることができる。このため、この制振部材は機械、建築物等、様々な産業分野において広く用いられている。
【０００３】
しかし、従来の制振部材は、弾性体を主として構成されていたことから、剛性が低く、小さな力が加わっただけで大きく変形してしまう。このため、その制振部材は、電子顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡の試料ホルダー、精密加工機械等のように、高い精度を要求される構造部品には採用され難い。また、ゴムや合成樹脂の弾性体を板状の金属に積層させたり、挟み込んだりすることで制振性を発揮する制振鋼板のような制振部材であれば、これらは形状が板状に限定されてしまう。
【０００４】
この点、特許文献１に開示されたセラミックス製品を制振部材として用いることが考えられる。このような制振部材は、多孔質のセラミックス材と、このセラミックス材に含浸した熱硬化性アクリル樹脂等の樹脂とからなる。このセラミックス製品では、セラミックス材自体が高い剛性を発揮する一方、セラミックス材に含浸した樹脂がセラミックス材の個々の粒子間で振動エネルギーを吸収すると考えられることから、従来の弾性体を主とした制振部材と比較し、高い剛性を有し、小さな力によっては変形し難くなると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の制振部材では、より高い精度を要求される構造部品や高分解能が求められる機械等の構造部品に適用することが困難である。このため、より高い精度が要求される構造部材にも適用可能な制振部材が市場で求められている。
【０００７】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、高い剛性と高い制振性とにより、高い精度を要求される構造部品として採用することが可能な制振部材及びその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスを用いれば、その課題を解決できることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の制振部材は、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスと、該塑性セラミックスに含浸した樹脂とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の制振部材において、チタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）系の塑性セラミックスでは、粒界にマイクロクラックを有して柱状結晶が互いに絡み合い、歪みを高い値で示して大きな塑性変形を可能にしている。この塑性セラミックスに樹脂を含浸させれば、マイクロクラックに樹脂が浸入し、その塑性セラミックスの結晶の動きを樹脂が拘束して高い剛性を発揮する一方、柱状結晶間に浸入した樹脂が振動エネルギーを吸収する。これによって、本発明の制振部材は、高い剛性と高い制振性とを併せもつこととなる。この際、この制振部材では、塑性セラミックス材自体の剛性が高く、樹脂自体の振動によって柱状結晶の結合が離れ難く、これによって高い精度を要求される構造部品に適用することができる。
【００１１】
したがって、本発明の制振部材は、高い剛性と高い制振性とにより、高い精度を要求される構造部品として採用され得る。
【００１２】
また、本発明の制振部材では、マイクロクラックが多数発生している塑性セラミックスを利用している。このため、その制振部材に切削等の加工を施した場合、その加工によって生じる亀裂をマイクロクラックが防止することとなる。こうして、その制振部材では、マシナブル性を発揮することができ、後加工が可能になるため、形状の制約が小さくなる。このため、その制振部材を用いれば、寸法精度の高い部品を製造することが期待できる。
【００１３】
発明者らの試験結果によれば、塑性セラミックスは、実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料が焼成されてなることが好ましい。Ａｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2はチタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）の結晶を構成するとともに、アルカリ土類酸化物がＡｌ2Ｏ3及び／又はＴｉＯ2とともに他の結晶を構成する。この塑性セラミックスでは、これらの結晶が固溶して柱状結晶をなしており、粒界にマイクロクラックを有して各柱状結晶が互いに絡み合い、歪みを確実に高い値で示して大きな塑性変形を可能にしている。こうして、この塑性セラミックスでは、マイクロクラックによる大きな歪みによって内部摩擦が大きくなる。このため、本発明の制振部材がより優れた制振性を備えることができると考えられる。
【００１４】
「実質的に」とは、原料がＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物以外に不可避のＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3等を含有していてもよいことを意味する。
【００１５】
Ａｌ2Ｏ3を含む原料としては、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ（ＯＨ）3等を採用することができる。ＴｉＯ2を含む原料としては、ＴｉＯ2等を採用することができる。発明者らの考察によれば、アルカリ土類酸化物として、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ等を用いることができると考えられる。ＭｇＯを含む原料としては、ＭｇＣＯ3、Ｍｇ（ＯＨ）2等を採用することができる。ＣａＯを含む原料としては、ＣａＣＯ3。Ｃａ（ＯＨ）2等を採用することができる。ＢａＯを含む原料としては、ＢａＣＯ3、Ｂａ（ＯＨ）2等を採用することができる。発明者らの試験結果によれば、ＭｇＯをアルカリ土類酸化物として採用すれば、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）の結晶も構成され、塑性セラミックスが高い値の歪みを示す。このため、制振部材の内部摩擦を大きくすることができる。
【００１６】
発明者らの試験結果によれば、ＭｇＯをアルカリ土類酸化物として採用する場合、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯの合計を１００質量％として、Ａｌ2Ｏ3が５９質量％以下であり、ＴｉＯ2が３８質量％以上であり、残りがＭｇＯであることが好ましい。特に、ＭｇＯが２１質量％以下であることが好ましい。こうして得られる制振部材が、十分な制振性を備えることとなるからである。
【００１７】
樹脂としては、熱硬化性アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、熱可塑性アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を採用することができる。発明者らの試験結果によれば、熱硬化性樹脂を採用することが好ましい。熱硬化性樹脂は３次元網目構造を有しているため、熱可塑性樹脂と比較して耐熱性及び機械的強度に優れ、耐熱性及び機械的強度に優れた制振部材とすることができるからである。特に、発明者らの試験結果によれば、熱硬化性樹脂として、熱硬化性アクリル樹脂を採用することが好ましい。熱硬化性アクリル樹脂であれば、確実に高い剛性を有する制振部材となる。複数種の熱硬化性アクリル樹脂を混合して用いることもできる。
【００１８】
樹脂は、求められる制振性能により、側鎖で選択される。樹脂は側鎖によって柔軟性が変化することから、樹脂の側鎖はその内部摩擦と深い係りがあると考えられるからである。例えば、熱硬化性アクリル樹脂は、メチルエステル基、エチルヘキシルエステル基、ラウリルエステル基等、種々のエステル基等から選択することができる。
【００１９】
発明者らの試験結果によれば、熱硬化性樹脂がメタクリル酸メチル、メタクリル酸Ｓ−ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等である場合には、内部摩擦の周波数依存性が低いことから、振動の周波数を選択しない制振部材が得られる。
【００２０】
また、本発明の制振部材は、本発明の制振部材の製造方法により製造することができる。この製造方法は、実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料により調合物を得る調合工程と、該調合物を成形して成形体とする成形工程と、該成形体を焼成して塑性セラミックスを得る焼成工程と、該塑性セラミックスに樹脂を含浸させて制振部材を得る含浸工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の制振部材の製造方法では、調合工程によって実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料により調合物を得、成形工程によって調合物を成形体とし、焼成工程によって成形体を焼成して塑性セラミックスを得る。そして、含浸工程によって塑性セラミックスに樹脂を含浸させて制振部材を得る。
【００２２】
本発明の制振部材の製造方法では、焼成工程を１４００〜１５５０°Ｃで行うことが好ましい。焼成工程が１４００°Ｃ未満では、制振部材のヤング率は高く維持できるものの、塑性セラミックスの柱状結晶の成長が十分でないために歪みが小さいことから、制振部材の内部摩擦が十分でない。他方、焼成温度が１５５０°Ｃを超えれば、曲げ強度が低くなり、好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係り、制振部材の製造方法の工程図である。
【図２】実施形態の試験例１〜５に係り、チタン酸マグネシウムのモル比に対する内部摩擦とヤング率との変化を示すグラフである。
【図３】試験例６に係り、チタン酸マグネシウムのモル比に対する内部摩擦の変化を示すグラフである。
【図４】試験例６に係り、チタン酸マグネシウムのモル比に対するヤング率の変化を示すグラフである。
【図５】実施形態に係り、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスに生じ得る内部摩擦の範囲示す三成分系組成図である。
【図６】実施形態に係り、メタクリル酸メチルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲示す三成分系組成図である。
【図７】実施形態に係り、メタクリル酸メチルを含浸させた場合の制振部材に生じ得るヤング率の範囲示す三成分系組成図である。
【図８】実施形態に係り、メタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲示す三成分系組成図である。
【図９】実施形態に係り、メタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させた場合の制振部材に生じ得るヤング率の範囲示す三成分系組成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。実施形態では、以下に示す試験例１〜６を行う。
（試験例１）
【００２５】
試験例１の制振部材の製造方法では、図１に示す調合工程Ｓ１０において、表１に示す質量％になるようにＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料を混合する。アルカリ土類酸化物としてはＭｇＯを用いている。ここでは、ＭｇＯを３．０質量部に固定し、Ａｌ2Ｏ3を３０．０〜９０．０質量部、ＴｉＯ2を７０．０〜１０．０質量部で変化させている。つまり、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯが全体で１００質量％となる場合、ＭｇＯが２．９１質量％で固定され、Ａｌ2Ｏ3が２９．１３〜８７．３８質量％及びＴｉＯ2が９．７１〜６７．９６質量％で変化することとなる。各混合物を１時間ボールミルで湿式粉砕し、粉砕物を１２０°Ｃで乾燥し、乾燥物を目開き０．５ｍｍの篩いを通して調合物とする。
【００２６】
【表１】
【００２７】
次に、成形工程Ｓ２０において、各調合物を５００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で乾式プレス成形し、成形体とする。
【００２８】
次いで、焼成工程Ｓ３０において、各成形体を電気炉に入れ、１５００（°Ｃ）で２時間焼成する。こうして、試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスを得る。各塑性セラミックスの大きさは１０（ｍｍ）×６４（ｍｍ）×５（ｍｍ）である。
【００２９】
こうして得られた試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスの開気孔率（％）も表１に示す。また、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスにおける曲げ強度（ＭＰａ）をオートグラフを用いて測定する。その際、オートグラフの測定スパンを４０（ｍｍ）、そのクロスヘッドスピードを０．５（ｍｍ／ｍｉｎ）として３点曲げ試験を行う。３点曲げ試験を行う際、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスが破断するまでの間に生じる歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表１に示す。
【００３０】
そして、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスに熱硬化性樹脂としての熱硬化性アクリル樹脂を含浸させる。熱硬化性アクリル樹脂としては、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）を用いている。この際、真空デシケータを用いる。この真空デシケータには内部と外部とを連通するチューブが取り付けられており、外部側のチューブの途中には２方性コックが設けられている。この真空デシケータ内に各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスを入れ、真空ポンプによって１．３３ＫＰａの真空度で１０分間の脱気を行う。チューブの外部側の端部をメタクリル酸メチルに浸した後、２方性コックを開き、真空デシケータの内部と外部とを連通する。こうして、外部から真空デシケータ内部にメタクリル酸メチルを導入し、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスに熱硬化性メタクリル酸メチルを含浸する。その後、２方性コックを閉じて１０分間の脱気を行った後、大気圧に戻して５分間静置する。この間にメタクリル酸メチルは大気圧によって各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスへ含浸される。こうして、表２に示す各試料Ｎｏ．１〜６の制振部材を得る。
【００３１】
【表２】
【００３２】
各試料Ｎｏ．１〜６の制振部材における曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を上述と同様に測定する。その結果も表２に示す。
【００３３】
表１及び表２より、各試料Ｎｏ．１〜６の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６の塑性セラミックスに比して、歪が概ね小さくなっている。また、曲げ強度が概ね大きくなっている。さらに、内部摩擦に大きな変化が現れておらず、ヤング率が大きくなっている。
【００３４】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表２より、各試料Ｎｏ．１〜４の制振部材では、内部摩擦が０．００９２〜０．０１７５であるため、その要件をほぼ満たしている。また、各試料Ｎｏ.１〜６の制振部材では、ヤング率が８８．４〜３１３．８（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
（試験例２）
【００３５】
試験例２の制振部材の製造方法では、試験例１と同様に、表３に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。ここでは、ＭｇＯを３．０質量部に固定し、Ａｌ2Ｏ3を５０．０〜９０．０質量部、ＴｉＯ2を５０．０〜１０．０質量部まで変化させている。つまり、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯが全体で１００質量％となる場合、ＭｇＯが２．９１質量％で固定され、Ａｌ2Ｏ3が４８．５４〜８７．３８質量％及びＴｉＯ2が９．７１〜４８．５４質量％で変化することとなる。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１４００（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ９の塑性セラミックスを得る。
【００３６】
【表３】
【００３７】
各試料Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ９の塑性セラミックスに関し、試験例１と同様、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表３に示す。
【００３８】
そして、試験例１と同様、含浸工程Ｓ４０を行う。こうして、各試料Ｎｏ．Ｃ７〜Ｃ９の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させることによって、表４に示す各試料Ｎｏ．７〜９の制振部材を得る。
【００３９】
【表４】
【００４０】
各試料Ｎｏ．７〜９の制振部材に関し、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を上述と同様に測定する。その結果も表４に示す。
【００４１】
表３及び表４より、各試料Ｎｏ．７及び８の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ７及びＣ８の塑性セラミックスに比して、歪が小さくなっている。また、内部摩擦が大きくなっており、ヤング率も大きくなっている。しかし、試料Ｎｏ．９の制振部材は、試料Ｎｏ．Ｃ９の塑性セラミックスに比して、歪が大きくなっている。また、内部摩擦が小さくなっており、ヤング率も小さくなっている。
【００４２】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表４より、試料Ｎｏ．７の制振部材では、内部摩擦が０．０１０４であるため、その要件を満たしている。また、各試料Ｎｏ.７〜９の制振部材では、ヤング率が１０４．７〜２７７．１（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
（試験例３）
【００４３】
試験例３の制振部材の製造方法では、試験例１と同様、表５に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。ここでは、Ａｌ2Ｏ3を５０．０質量部、ＴｉＯ2を５０．０質量部に固定し、ＭｇＯを０．０〜２０．０質量部まで変化させている。つまり、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯが全体で１００質量％となる場合、Ａｌ2Ｏ3が４１．６７〜５０．００質量％、ＴｉＯ2が４１．６７〜５０．００質量％及びＭｇＯが０．００〜１６．６６質量％で変化することとなる。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１５００（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の塑性セラミックスを得る。
【００４４】
【表５】
【００４５】
こうして得られた各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の開気孔率（％）も表５に示す。また、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の塑性セラミックスに関し、試験例１と同様に、曲げ強度（ＭＰａ）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表５に示す。
【００４６】
そして、試験例１と同様、含浸工程Ｓ４０を行う。こうして、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜Ｃ１３の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させることによって、表６に示す各試料Ｎｏ．１０〜１３の制振部材を得る。
【００４７】
【表６】
【００４８】
各試料Ｎｏ．１０〜１３の制振部材に関し、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を上述と同様に測定する。その結果も表６に示す。
【００４９】
表５及び表６より、各試料Ｎｏ．１０〜１３の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１０〜１３の塑性セラミックスに比して、内部摩擦が大きくなっており、ヤング率も大きくなっている。
【００５０】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表６より、試料Ｎｏ．１０及び１１の制振部材では、内部摩擦が０．００９５〜０．０１７１であるため、その要件をほぼ満たしている。また、各試料Ｎｏ.１０〜１３の制振部材では、ヤング率が６０．５０〜１６２．００（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
（試験例４）
【００５１】
試験例４の制振部材の製造方法では、試験例３の試料Ｎｏ.Ｃ１２の塑性セラミックスを得る。そして、含浸工程Ｓ４０において、試料Ｎｏ.Ｃ１２の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリル（ＳＬ）を含浸させることによって、表７に示す試料Ｎｏ.１４の制振部材を得る。また、、試料Ｎｏ.Ｃ１２の塑性セラミックスにメタクリル酸２−エチルヘキシル（２ＥＨ）を含浸させることによって、表７に示す試料Ｎｏ.１５の制振部材を得る。各試料Ｎｏ．１４及び１５の制振部材に関し、試験例１と同様、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表７に示す。
【００５２】
【表７】
【００５３】
また、試験例４の制振部材の製造方法では、試験例１の試料Ｎｏ.Ｃ３の塑性セラミックスを得る。そして、含浸工程Ｓ４０において、試料Ｎｏ.Ｃ３の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させることによって、表８に示す試料Ｎｏ.１６の制振部材を得る。また、試料Ｎｏ.Ｃ３の塑性セラミックスにメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させることによって、表８に示す試料Ｎｏ.１７の制振部材を得る。各試料Ｎｏ．１６及び１７の制振部材に関し、試験例１と同様、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表８に示す。
【００５４】
【表８】
【００５５】
表７及び表８より、各試料Ｎｏ．１４〜１７の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ３及びＣ１２の塑性セラミックスに比して、内部摩擦が小さくなっているものの、ヤング率が大きくなっている。
【００５６】
試験例１〜４の結果によれば、熱硬化性樹脂がメタクリル酸メチル、メタクリル酸Ｓ−ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等である場合には、内部摩擦の周波数依存性が低いことから、振動の周波数を選択しない制振部材が得られると考えられる。
（試験例５）
【００５７】
試験例５の制振部材の製造方法では、試験例１と同様に、表９に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。ここでは、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスが塑性チタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）の結晶及びチタン酸マグネシウム（ＭｇＴ2ｉＯ5）の結晶が固溶して柱状結晶をなしていると仮定する。そして、Ａｌ2ＴｉＯ5のモル比が１．０００〜０．０００まで変化し、ＭｇＴ2ｉＯ5のモル比が０．０００〜１．０００まで変化した場合、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯの割合が全体で１００質量％となるような成形体を得る。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１５００（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスを得る。
【００５８】
【表９】
【００５９】
各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の開気孔率（％）も表９に示す。また、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスに関し、試験例１と同様、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表９に示す。
【００６０】
そして、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ.Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させることによって、表１０に示す各試料Ｎｏ．１８〜２４の制振部材を得る。また、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ.Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させることによって、表１０に示す各試料Ｎｏ．２５〜３１の制振部材を得る。
【００６１】
【表１０】
【００６２】
各試料Ｎｏ．１８〜２４の制振部材に関し、試験例１と同様に、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表１０に示す。また、各試料Ｎｏ．２５〜３１の制振部材に関し、試験例１と同様、曲げ強度（ＭＰａ）、歪（％）、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。その結果も表１０に示す。
【００６３】
表９及び表１０より、各試料Ｎｏ．１８〜２４の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスに比して歪が極めて小さくなっている。また、曲げ強度が極めて大きくなっている。さらに、内部摩擦が小さくなっており、ヤング率が大きくなっている。また、表９及び表１０に示すように、各試料Ｎｏ．２５〜３１の制振部材は、各試料Ｎｏ．Ｃ１４〜Ｃ２０の塑性セラミックスに比して歪が概ね小さくなっている。また、曲げ強度が極めて大きくなっている。さらに、内部摩擦が概ね大きくなっており、ヤング率が大きくなっている。
【００６４】
特に、制振部材が十分な制振性を備えるためには、内部摩擦が概ね０．０１以上である要件を満たす必要がある。この点、表９及び表１０より、各試料Ｎｏ．各試料Ｎｏ.１８〜２３及び２５〜３１の制振部材では、内部摩擦が０．０１４２〜０．０４２７であるため、その要件を満たしている。また、各試料Ｎｏ.１８〜２４及び２６〜３１の制振部材では、ヤング率が５３．１〜１２２．５（ＧＰａ）であるため、概ねアルミニウム合金等と同等以上のヤング率を有していることがわかる。
【００６５】
ここで、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）のモル比に対する制振部材の内部摩擦とヤング率との変化を図２に示す。ＭｇＯによって、チタン酸マグネシウムの結晶が塑性セラミックスに形成されたり、チタン酸アルミニウムの結晶及びチタン酸マグネシウムの結晶によって構成される柱状結晶が塑性セラミックスに形成されていると考えられる。こうして、それらの粒界によって制振部材の内部摩擦を大きくすることができ、そのヤング率を高めることができると考えられる。
【００６６】
（試験例６）
試験例６の制振部材の製造方法では、試験例５と同様に、表１１及び表１２に示す質量％になるように混合工程Ｓ１０及び成形工程Ｓ２０を行うことによって成形体を成形する。そして、焼成工程Ｓ３０において、成形体を１５５０（°Ｃ）の焼成温度で焼成し、各試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスを得る。
【００６７】
【表１１】
【００６８】
【表１２】
【００６９】
そして、含浸工程Ｓ４０において、各試料Ｎｏ.Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−エステル、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させることによって、表１１及び表１２に示す各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材を得る。
【００７０】
各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材に関し、試験例１と同様、内部摩擦及びヤング率（ＧＰａ）を測定する。内部摩擦の結果を表１１に示し、ヤング率の結果を表１２に示す。また、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）のモル比に対する制振部材の内部摩擦の変化を図３に示し、その制振部材のヤング率の変化を図４に示す。
【００７１】
表１１及び図３より、樹脂を含浸させない各試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスでも比較的大きな内部摩擦を有している。そして、メタクリル酸Ｓ−エステル、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させた各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材は、それら試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスよりも内部摩擦が低くなることもある。この理由は、内部摩擦の発生要因となる結晶の動きを樹脂が拘束することによると考えられる。また、表１２及び図４より、メタクリル酸Ｓ−エステル、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸２−エチルヘキシルを含浸させた各試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材は、樹脂を含浸させない試料Ｎｏ．Ｃ２１〜Ｃ２７の塑性セラミックスよりもヤング率が極めて大きくなっている。このため、これら試料Ｎｏ．３２〜３８の制振部材は、特に例えばハードディスクのヘッドのアームや電子顕微鏡の試料ホルダー等に適用して好適であると考えられる。
【００７２】
また、以上の試験例から、本発明の制振部材は、１４００〜１５５０°Ｃの焼成温度で焼成工程Ｓ３０を行うことが好ましいと考えられる。
【００７３】
試験例１〜６より、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスに生じ得る内部摩擦の範囲は、図５に示す三成分系組成図に表示することができる。塑性セラミックスは、枠線Ａ１及びＡ２に示す範囲内で高い内部摩擦を生じることとなる。ここで、枠線Ａ１に示す範囲内では、枠線Ａ２に示す範囲内より高い内部摩擦が生じている。特に、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯの合計を１００質量％として、Ａｌ2Ｏ3が５９質量％以下であり、ＴｉＯ2が３８質量％以上であり、残りがＭｇＯであれば、制振部材が概ね０.０１以上の内部摩擦を備えることとなる。このため、制振部材として十分な制振性を備えることとなる。
【００７４】
また、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスにメタクリル酸メチルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲は、図６に示す三成分系組成図に表示することができる。その制振部材は、枠線Ｂ１、Ｂ２及びＢ３に示す範囲内で高い内部摩擦を生じることとなる。ここで、枠線Ｂ１に示す範囲内では、枠線Ｂ２に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。枠線Ｂ２に示す範囲内では、枠線Ｂ３に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。また、その制振部材に生じ得るヤング率の範囲は、図７に示す三成分系組成図に表示することができる。
【００７５】
さらに、試験例４及び試験例５より、チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスにメタクリル酸Ｓ−ラウリルを含浸させた場合の制振部材に生じ得る内部摩擦の範囲は、図８に示す三成分系組成図に表示することができる。その制振部材は、枠線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３に示す範囲内で高い内部摩擦を生じることとなる。ここで、枠線Ｃ１に示す範囲内では、枠線Ｃ２に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。枠線Ｃ２に示す範囲内では、枠線Ｃ３に示す範囲内より高い内部摩擦を生じている。また、その制振部材に生じ得るヤング率の範囲は、図９に示す三成分系組成図に表示することができる。
【００７６】
以上のように、実施形態の制振部材では、塑性セラミックスが実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＭｇＯからなる原料を焼成することによって得られる。その際、Ａｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2はチタン酸アルミニウム（Ａｌ2ＴｉＯ5）の結晶を構成するとともに、ＭｇＯがＴｉＯ2とともにチタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉ2Ｏ5）を構成する。この塑性セラミックスでは、これらの結晶が固溶して柱状結晶をなしており、粒界にマイクロクラックを有して各柱状結晶が互いに絡み合い、歪みを確実に高い値で示して大きな塑性変形を可能にしていると考えられる。こうして、この塑性セラミックスでは、マイクロクラックによる大きな歪みによって内部摩擦が大きくなる。また、柱状結晶によってヤング率が高く維持される。このため、実施形態の制振部材がより優れた制振性を備えることができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る制振部材は、より高い精度を要求される構造部品や高分解能が求められる機械等の構造部品等に利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｓ１０…調合工程
Ｓ２０…成形工程
Ｓ３０…焼成工程
Ｓ４０…含浸工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスと、該塑性セラミックスに含浸した樹脂とからなることを特徴とする制振部材。
【請求項２】
前記塑性セラミックスは、実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料が焼成されてなることを特徴とする請求項１記載の制振部材。
【請求項３】
前記アルカリ土類酸化物はＭｇＯであることを特徴とする請求項２記載の制振部材。
【請求項４】
前記Ａｌ2Ｏ3、前記ＴｉＯ2及び前記ＭｇＯの合計を１００質量％として、該Ａｌ2Ｏ3が５９質量％以下であり、該ＴｉＯ2が３８質量％以上であり、残りが該ＭｇＯであることを特徴とする請求項２記載の塑性セラミックス。
【請求項５】
樹脂は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の制振部材。
【請求項６】
熱硬化性樹脂は熱硬化性アクリル樹脂であることを特徴とする請求項５記載の制振部材。
【請求項１】
チタン酸アルミニウム系の塑性セラミックスと、該塑性セラミックスに含浸した樹脂とからなることを特徴とする制振部材。
【請求項２】
前記塑性セラミックスは、実質的にＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びアルカリ土類酸化物からなる原料が焼成されてなることを特徴とする請求項１記載の制振部材。
【請求項３】
前記アルカリ土類酸化物はＭｇＯであることを特徴とする請求項２記載の制振部材。
【請求項４】
前記Ａｌ2Ｏ3、前記ＴｉＯ2及び前記ＭｇＯの合計を１００質量％として、該Ａｌ2Ｏ3が５９質量％以下であり、該ＴｉＯ2が３８質量％以上であり、残りが該ＭｇＯであることを特徴とする請求項２記載の塑性セラミックス。
【請求項５】
樹脂は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の制振部材。
【請求項６】
熱硬化性樹脂は熱硬化性アクリル樹脂であることを特徴とする請求項５記載の制振部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−５２８２７（Ｐ２０１１−５２８２７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８９４０（Ｐ２０１０−２１８９４０）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【分割の表示】特願２００３−３４４２１９（Ｐ２００３−３４４２１９）の分割
【原出願日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【出願人】（００００００４７９）株式会社ＩＮＡＸ (1,429)
【出願人】（５９２１０８１０４）株式会社アコーセラミック (3)
【出願人】（５９１０８９８５５）三和油化工業株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【分割の表示】特願２００３−３４４２１９（Ｐ２００３−３４４２１９）の分割
【原出願日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【出願人】（００００００４７９）株式会社ＩＮＡＸ (1,429)
【出願人】（５９２１０８１０４）株式会社アコーセラミック (3)
【出願人】（５９１０８９８５５）三和油化工業株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
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