剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板
【課題】積層板の剛性を大幅に向上するとともに、振動吸収性、軽量性及び導電性を有する積層板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】板面を対向させて平行に配された複数枚の平板と、隣接する前記平板間に層状に介在する複数の中空金属体とからなることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【解決手段】板面を対向させて平行に配された複数枚の平板と、隣接する前記平板間に層状に介在する複数の中空金属体とからなることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性、振動吸収性及び導電性を兼ね備えた中空金属球と平板からなる積層板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中空の球状体を平らな板材で挟持したパネルは、積層板あるいはサンドイッチ板、サンドイッチパネル等種々な呼び方がされているが（以下、積層板と呼ぶ）、軽量かつ高強度であり、しかも防音性、断熱性、制振性に優れている。積層板はこのような特性を有する故に、航空機、車両、船舶、建築、音響機器等の様々な用途に使用されている。また、その特性を改善するために、積層板を構成する中空の球状体と平らな板材の素材として種々の材質を使用する技術が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１、２には、高分子材料で製作した中空の球状体を使用する技術が開示されている。特許文献３には、無機物または有機物で製作した中空の球状体と金属またはFRPで製作した平らな板材とを使用する技術が開示されている。これらの技術は、いずれも球状体と板材を接着剤によって接着するので、積層板の強度は接着剤の接着力に依存する。
【０００４】
その接着剤は、使用する中空の球状体と平らな板材を接着できるものを選択せざるを得ないので、選択した接着剤に応じて積層板の強度が制約される。つまり従来の積層板は、強度向上の観点から改善の余地が残されていた。
【特許文献１】特開昭54-129079号公報
【特許文献２】特開昭55-9866号公報
【特許文献３】特開昭52-119220号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、積層板の剛性を大幅に向上するとともに振動吸収性、軽量性及び導電性を有する積層板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者等は積層板の軽量化を促進するとともに、強度と振動吸収性、導電性を一層高める技術について検討した。その結果、積層板を構成する中空の球状体を金属製（以下中空金属球という）とすることによって、積層板の厚さ方向に圧力を加えて平らな板材（以下平板という）と中空金属球との接触面積を増大させることが可能となり、接着剤を使用しても積層板の強度を向上できるとともに、厚さ方向の導電性を向上できることを知見した。
【０００７】
更に平板を金属製（以下金属製平板という）とすることによって、中空金属球と金属製平板との拡散接合が可能となり、積層板の強度を更に向上できることも知見した。また中空金属球と平板（あるいは金属製平板）との積層構造とすることによって剛性が向上し、中空金属球や平板の厚みを減少でき軽量化を促進できるとともに、単体の金属体では得ることができない、優れた振動吸収性を実現できることを知見した。
【０００８】
これらの知見に基づき本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。
【０００９】
第一の発明は、板面を対向させて平行に配された複数枚の平板と、隣接する前記平板間に層状に介在する複数の中空金属体とからなることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１０】
第二の発明は、中空金属体が中空金属球であり、平板と接着され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が接着されてなることを特徴とする第一の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１１】
第三の発明は、平板が金属製平板であり、中空金属球と拡散接合され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が拡散接合されてなることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１２】
第四の発明は、中空金属球の一部に平坦な面を有する平坦部を設け、該平坦部と平板とが接着または接合されていることを特徴とする第一の発明から第三の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１３】
第五の発明は、中空金属球及び平板が鉄系金属からなり、積層板の厚み方向に導電性を有することを特徴とする第一の発明から第四の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１４】
第六の発明は、表裏面平板の板厚（Ｔｓ）とコア内平板の板厚（Ｔｃ）との比が下記式（１）を満たすことを特徴とする第一の発明から第六の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【００１５】
【数１】
である。
【００１６】
第七の発明は、中空金属体と平板とを積層してなる積層板の製造方法であって、前記平板の前記中空金属体に接触する面、および前記中空金属体の表面に、接着剤を塗布した後に、接着剤を硬化させることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【００１７】
第八の発明は、中空金属体が中空金属球であり、平板で挟持した後、積層板の厚み方向に圧力を加えて前記中空金属球を変形させ、表面の一部を平坦な面にした平坦部を設けて、前記中空金属球と前記平板との接触面積を増大させることを特徴とする第七の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【００１８】
第九の発明は、平板が金属製平板であることを特徴とする第七の発明または第八の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【００１９】
第十の発明は、中空金属球と金属製平板とを積層した後、拡散熱処理して、前記中空金属球と前記金属製平板とを拡散接合させ、さらに互いに隣り合う前記中空金属球同士を拡散接合させることを特徴とする第七の発明から第九の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、中空金属体と平板とを積層することにより、剛性が向上しかつ振動吸収性に優れ、導電性を有する積層板を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の積層板１の積層構造を模式的に示す斜視図である。なお部分的に平板３を透視して中空金属球２を示す。図１（ａ）は、中空金属球２と平板４を多層に積層した一例を示す。図１（ｂ）は、複数の中空金属球２を１層積層し、平板３で狭持する構造である。図１（ｂ）の積層板を厚み方向に多層に積層したものが図１（ａ）の積層板である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の積層板の側面図である。
【００２２】
図１、図２に示すように、本発明の積層板は、複数個の中空金属球２と平板４を交互に積層させ、中空金属球２からなる層を１層（図１（ｂ））以上保有させたコア部６（図１（ａ））を平板３で狭持する構造である。
【００２３】
なお、ここで以下説明の便宜上、積層板１の最外面に使用される平板を表裏面平板３といい、表裏面平板３に挟まれ、中空金属球２からなる層と交互に積層される平板をコア内平板４とよび、区分の必要がない場合は平板と呼ぶ。コア部６は表裏面平板３で挟まれる中空金属球２からなる層または中空金属球２とコア内平板４とを含む層の総称である。なお、表裏面平板３とコア内平板４の機能は替わるところはない。
【００２４】
しかし、単に中空金属球２で挟持するだけでは、中空金属球２の配列が乱れたり、中空金属球２が脱落する等の問題が生じる。そこで、平板と中空金属球２とを接着するために接着剤５を塗布する。接着剤５は、平板と中空金属球２とが接触する面および／または中空金属球２の表面に塗布する。このようにしてコア部６を平板で挟持した後、接着剤５を硬化させて積層板を得る。
【００２５】
図2に示すように互いに隣合う中空金属球２が接触する場合は、その中空金属球２同士も接着される。一方、図示を省略するが、互いに隣合う中空金属球２が接触しないように配列する場合は、中空金属球２同士は接着されないので、積層板の強度は図2の例に比べて若干劣る。本発明では、中空金属球２の配列や充填密度、接着剤の成分や塗布量等は、積層板の用途に応じて求められる特性を満たすように適宜選択する。
【００２６】
接着剤５は、室温硬化型、加熱硬化型いずれも２５℃における粘度が４０００ｍＰａ・ｓ以上のアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤が好ましい。その理由は、中空金属球２を平板で挟持したときに、加熱硬化型の場合は、加熱硬化前でもある程度の一体性が得られるからである。接着剤５の塗布量が０．１ｇ／１００ｃｍ２未満では、必要な強度が得られない。一方、１５．０ｇ／１００ｃｍ２を超えると、圧下時に接着剤５がはみ出してしまい、中空金属球２の配列が乱れてしまう。したがって、接着剤５の塗布量は０．１〜１５．０ｇ／１００ｃｍ２の範囲内が好ましい。ここで塗布量は、接着剤５を塗布する平板あるいは中空金属球２の表面積１００ｃｍ２あたりの塗布量をいう。
【００２７】
また、中空金属球２の充填率が５０％未満では、必要な強度が得られない。一方、充填率が１００％を超えることは、あり得ない。したがって、中空金属球２の充填率は５０〜１００％の範囲内が好ましい。ここで充填率は、互いに対向する平板間の空間の体積に占める中空金属球２の体積を百分率で示した値である。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の積層板の他の例を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は、中空金属球が一層の例を、図３（ａ）は、厚み方向に中空金属球を多層に積層した積層板の例を示す。なお図は部分的に平板３を透視して中空金属球２を示している。図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）、（ｂ）の積層板の側面図である。
【００２９】
図３（ａ）、（ｂ）の積層板で使用する中空金属球２は、その一部を平坦な面とした部位（以下、平坦部という）を１箇所以上有している。そして、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中空金属球２の平坦部と平板とが接着している。このように、中空金属球２と平板との接触面積を増大させることによって、接着剤５による接着力を増加し、多層積層板の剛性を向上させることが可能となる。
【００３０】
中空金属球２に平坦部を形成する方法は、例えば切削加工、研削加工、押圧加工、圧延加工等の方法で平坦部を形成することができる。このようにして予め平坦部を形成した中空金属球２を平板で挟持して、図３（ａ）、（ｂ）に示すような積層板とすることができる。
【００３１】
上述した方法以外の技術を用いても図３（ａ）、（ｂ）に示すような積層板を得ることは可能であるが、中空金属球２と平板との密着性向上、積層板の生産性向上の観点から、中空金属球２を平板で挟持して，厚み方向に押圧力または圧下力を加える方法がより好適である。
【００３２】
しかも押圧力または圧下力を制御することによって、中空金属球２と平板との接触面積、互いに隣合う中空金属球２との接触面積を調整できる。また、厚み方向に押圧することによって、平板間の空間の体積を減少させ、かつ平板間で中空金属球２を延伸させて、充填率の調整も可能である。
【００３３】
図５、図６は、コア内平板４を使用せずに予め平坦部を形成した中空金属球２を３段に積層して表裏面平板３で狭持した例である。コア内平板４を使用しない分軽量化が図れ、コア部６となる中空金属球２層を増やせるので吸音性の向上も図れる。なお、図５に示す積層板を２段、３段と多段に積み上げた構造も本願発明の一実施例である。
【００３４】
また、中空金属球２やコア内平板４および表裏面平板３の硬さによっては、中空金属球２を表裏面平板３で挟持して厚み方向に圧力を加えることによって、コア内平板４および表裏面平板３に凹部が生じる場合がある。そのような場合も、中空金属球２とコア内平板４および表裏面平板３との接触面積が増大するので、積層板の強度を向上することが可能である。
【００３５】
図７は、中空金属球２の配列の例を模式的に示す平面図であり、図７（ａ）は正方形格子の各頂点に配列する例、図７（ｂ）は正三角形格子の各頂点に配列する例、図７（ｃ）は不規則に配列する例である。なお、中空金属球２の配列はこの３種類に限定するものではなく、上述した通り、積層板の用途に応じて求められる特性を満たすように接着剤５の成分や塗布量等とともに適宜選択することができる。
【００３６】
中空金属体の形状は、中空にして比重を軽減できれば、球形に限定されるものではなく、立方体や直方体等の形状であってもよい。
【００３７】
球形とする場合の、中空金属球２の外径は１ｍｍ以上が好ましい。その理由は、１ｍｍ未満では中空金属球２の平坦部があまり得られないからである。中空金属球外殻の厚みは外径の20％以下が好ましい。その理由は、20％を超えると中空金属球２の比重が大きくなり、軽量化に寄与しないからである。中空金属球２の金属素材は特に限定しないが、鉄系金属（たとえば鉄、炭素鋼、ステンレス鋼など）が好ましい。その理由は、後工程の金属拡散結合が容易に行える素材であるからである。
【００３８】
平板の厚みは２ｍｍ以下が好ましい。その理由は２ｍｍを超えると、積層板１自体の比重が大きくなるからである。平板の素材は特に限定しない。平板が有機物（例えば化学樹脂など）あるいは無機物（例えばセラミックスなど）である場合も、上述した手順で積層板１を得ることができる。すなわち、接着剤５を用いて中空金属球２と有機物や無機物からなる平板とを接着させることができる。
【００３９】
平板が金属である場合（すなわち金属製平板を使用する場合）は、さらに金属元素を拡散させるための熱処理（以下、金属拡散接合という）を施すことによって、中空金属球２と平板とを拡散接合させ、その接着力を大幅に増加できる。金属製平板の金属素材は特に限定しないが、鉄系金属（たとえば鉄、炭素鋼、ステンレス鋼など）が好ましい。
【００４０】
その理由は、中空金属球２と拡散接合を起こしやすい素材であるからである。また、金属製平板の金属素材は、中空金属球２と同種であっても良いし、異種であってもよい。ただし、金属元素を容易に拡散させて金属拡散熱処理の効率を向上するためには、金属製平板と中空金属球２とを同種の金属素材にすることが好ましい。
【００４１】
金属拡散熱処理は、接着剤を使用せずにコア６を平板で挟持して行うことが可能である。しかし中空金属球２の配列が乱れる、あるいは中空金属球２が脱落する等の問題が生じる恐れがあるので、接着剤を用いて中空金属球２と平板を一旦接着した後で、金属拡散結合を行うことが望ましい。従って、接着剤は、金属拡散熱処理によって燃焼、気化、分解などして消失するものが望ましい。
【００４２】
金属拡散熱処理の温度が１０００℃未満では、金属拡散接合を行うのに必要な面圧が
９．８ＫＰａ以上となり、大掛かりな設備が必要になる。一方、１３００℃を超えると、一部に溶融等の変形が見られる。したがって、金属拡散熱処理の温度は１０００〜１３００℃の範囲内が好ましい。金属拡散熱処理の保持時間が０．５時間未満では、金属拡散接合が十分に進行せず、未結合の領域が残存する。したがって、金属拡散熱処理の保持時間は０．５時間以上が好ましい。金属拡散熱処理の雰囲気は、水素雰囲気または窒素雰囲気が好ましい。
【００４３】
平板を金属製とし、中空金属球２を用いて積層板１の厚み方向に圧力を加えることによって、中空金属球２と平板との接触面積が増大するので、積層板１の厚さ方向の電気伝導性が接着剤５を使用した場合であっても向上することが確認された。
【００４４】
以上説明したように本発明を適用すれば、コア部６を中空金属球２とコア内平板４とで積層することにより多層積層板の剛性を大幅に向上でき、さらに振動吸収性、電気伝導度に優れた積層板を製造できる。
【実施例１】
【００４５】
鉄製の中空金属球２を接着剤５を塗布したステンレス鋼製の平板３で挟持し、さらに冷間圧延機で圧下して、厚み２ｍｍの積層板を得た。中空金属球２の外径は３ｍｍ、外殻の厚みは０．１ｍｍとした。平板の寸法は縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚み０．２ｍｍとした。
【００４６】
接着剤はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球の配列は図７（ｃ）に示す不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００４７】
次いで、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚み２ｍｍの積層板とした。
【００４８】
このようにして得られた本発明の積層板のヤング率、比重、等価剛性を調査した。結果を表１に示す。
【００４９】
また比較として、材質の異なる単体板としてアルミニウム板、マグネシウム板、ＰＡ樹脂板を、積層板としてスピーカー振動板を用いてヤング率、比重、等価剛性を調査した。その結果も表１に併せて示す。なお、等価剛性とは本発明の積層板（Ｎｏ．１）の有する剛性を基準としてＮｏ．２以下の試料の剛性を本発明の積層板（Ｎｏ．１）の剛性と等しくするために必要な各試料の厚みと質量比をいう。
また、スピーカー振動板はエポキシ樹脂からなる中空の球状体と厚み０．１ｍｍのアルミニウム合金板からなる平板を使用した積層板である。
【００５０】
【表１】
【００５１】
各材質を等価剛性値で比較すると本発明の積層板は、厚み及び重量比で最小の値が得られた。即ち、本発明の積層板は、比較材であるアルミニウム板、マグネシウム板、ＰＡ樹脂板、スピーカー振動板に比べて軽量でヤング率即ち剛性が高い材料であることが判る。
【実施例２】
【００５２】
実施例１と同様の中空金属球２と平板３と接着剤５とを使用し、実施例１と同様に中空金属球２を配列して平板で挟持し、冷間圧延機で圧下した後、８０℃で３０分保持して接着剤を熱硬化させて積層板を作製した。
【００５３】
本実施例では、冷間圧延機における圧下率を種々変化させてその影響を確認した。圧下率は、１９．３％、２７．２％、４４．０％、６５．０％の４水準を採用した。なお、圧下率は、圧下前厚みに対する圧下後の厚み減少量の割合を百分率で示した値である。中空金属球２の冷間圧延による形状変化の様子を図８に示す。圧下率の増大に伴って中空金属球２と平板との接触面積は増大し、中空金属球の形状は球形から鼓形形状を呈するようになる。
【００５４】
このようにして得られた本発明の積層板のヤング率、曲げ最大応力、比重を測定した。また、中空金属球２のそれぞれが平板３に接触する面積の平均値（以下、単球接触面積という）も測定した。なお、単球接触面積は、積層板から中空金属球２を任意に１０個ずつ取り出し、画像処理にて平坦部の面積を測定し、その平均値を算出して求めた。測定結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
圧下率を増やすことによって、単球接触面積が増加し、ヤング率、曲げ最大応力、比重が増加する。特に圧下率２０％以上でその増加が顕著となる。単球接触面積の増加に伴って積層板１の曲げ最大応力が増加することが判る。
【００５７】
圧下率６５．０％で本発明の積層板の比重は、アルミニウム単体の比重とほぼ等しくなる（比重２．７）。従って、圧下率は軽量化（比重）、曲げ強度の観点から２０％〜６５％の範囲がより好ましい。
【実施例３】
【００５８】
鉄製の中空金属球２をステンレス鋼製または鉄製の平板３で挟持し、さらに冷間圧延機で圧下して、厚み１．６ｍｍの積層板を得た。中空金属球２の外径は３ｍｍ、外殻の厚みは０．１ｍｍとした。平板３の寸法は縦５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚み０．２ｍｍとした。
【００５９】
接着剤はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は平板１００ｃｍ２当たり、１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球の配列は図７（ｃ）に示す不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００６０】
次いで、金属拡散熱処理を施して、縦５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚み１．６ｍｍの積層板とした。金属拡散熱処理は水素雰囲気中で３ｋＰａの面圧をかけながら所定の温度（９００℃と１１００℃の２水準）に加熱し、１時間保持した後窒素雰囲気中で炉冷した。
【００６１】
このようにして得られた積層板の中空金属球２と平板３の接着状態を調べた。接着状態は、全面が結合したものを良好とし、一部に未結合が認められるものを不可として評価した。その結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
【００６３】
既に説明した通り、金属拡散熱処理の温度は１０００〜１３００℃の範囲が好適である。この好適範囲内の１１００℃で金属拡散熱処理を行うと、平板３の金属素材がステンレス鋼、鉄のいずれであっても中空金属球２と平板３の接着状態は良好であった。一方、金属拡散熱処理の温度が好適範囲を外れる９００℃では、接着状態は不可であった。
【実施例４】
【００６４】
外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる層を接着剤を塗布した厚さ０．２ｍｍステンレス鋼製のコア内平板４とで交互に積層し、コア部６を作製した。コア部６を厚さ０．６ｍｍステンレス鋼製の表裏面平板３に接着剤５を塗布したもので挟持し、さらに冷間圧延機で圧下率４４％、厚さ６ｍｍまで圧下した。
【００６５】
なお、圧下率は、圧下前の厚みに対する厚み減少量の割合を百分率で示す値である。接着剤５はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は表裏面平板３およびコア内平板４ともに１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球２の配列は図７（ｃ）に示すように不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００６６】
次いで、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚み６ｍｍの中空金属球２の層が３層からなる積層板を得た（図３）。
【００６７】
なお、同様な方法で、外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる層の数と、表裏面平板３の厚みを変えたものを他に２種類作製した。
その結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４から明らかなように、中空金属球２からなる層の数が増え、積層板の厚さが厚くなると剛性が大きくなる結果が得られた。
【実施例５】
【００７０】
外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる層と接着剤を塗布した厚さ０．２ｍｍステンレス鋼製のコア内平板４とを交互に積層し、コア部６を作製した。なお、コア部６には中空金属球が単層（図１（ｂ）、図３（ｂ））と多層（図５）の場合とがあり、中空金属球２とコア内平板４とを交互に積層した場合（図１（ａ）、図３（ａ））も含まれる。
【００７１】
次に、コア部６を厚さ０．２ｍｍステンレス鋼製の表裏面平板３に接着剤５を塗布したもので挟持し、さらに冷間圧延機で圧下率４４％で圧下し、中空金属球２からなる層の層数が１、２、３層（２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ）のものを3種類作製した。
【００７２】
なお、圧下率は、圧下前の厚みに対する厚み減少量の割合を百分率で示す値である。接着剤５はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は表裏面平板３およびコア内平板４ともに１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球２の配列は図７（ｃ）に示すように不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００７３】
次いで、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、の３種の単層および多層積層板を得た。
【００７４】
このようにして得られた3種類の単層および多層の積層板の導電性を調査するために厚さ方向の電気抵抗値を測定した。また、振動吸収性を調べるために振動減衰試験を行った。
振動減衰試験はＪＩＳ Ｇ０６０２の試験方法によって行った。その試験結果の評価は損失係数で表示した。損失係数の値が大きいほど振動減衰能が優れていることを意味する。
その結果を表５に示す。
【００７５】
【表５】
【００７６】
表５から明らかなように、中空金属球２からなる層の層数が増えると振動減衰性を表す損失係数の値が大きくなり、３層積層板で損失係数０．１０の値を得た。なお、損失係数の値は、周波数１０００〜３６００Ｈｚ域における平均値を示す値である。
【００７７】
本願発明の積層板（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）の損失係数と金属単体である１．６ｍｍ熱延鋼板（Ｎｏ．５）の損失係数とを対比するとＮｏ．１は３４５倍、Ｎｏ．２は６９倍、Ｎｏ．３は３５倍、Ｎｏ．４は１３８倍の値が得られた。同じく、金属単体である０．８ｍｍステンレス鋼板の損失係数と対比するとＮｏ．１は１０６倍、Ｎｏ．２は２１倍、Ｎｏ．３は１１倍、Ｎｏ．４は４３倍の値が得られた。
【００７８】
即ち、本願発明の積層板は、熱延鋼板やステンレス鋼板等の金属単体に比較して、中空金属球２が１層の場合（Ｎｏ．３）で１１〜３５倍、中空金属球が３層の場合（Ｎｏ．１）では、１０６〜３４５倍の減衰性能を得ることができる。また、比重は鋼の約１／４であり、本願発明の中空金属球を内蔵した積層板は、軽量で、顕著な振動減衰能を保有することがわかる。
また、損失係数の周波数依存性を図９に示す。図９から明らかなように，損失係数は周波数にあまり依存しない値を得た。
【００７９】
図１０〜図１４に振動減衰グラフである振幅時間曲線の測定例を示す。
図１０〜図１２は、本願発明である積層板の振動減衰グラフであり、図１０は、中空金属球が１層の積層板を、図１１は同じく２層積層した積層板を、図１２は、同じく３層積層した積層板を振動させた場合の振幅、時間曲線を測定した一例である。図１３〜図１４に比較例として金属単体である鋼板の振動減衰グラフを示す。図１３は、１．６ｍｍ厚の熱延板の振幅時間曲線を、図１４は０．８ｍｍ厚のステンレス鋼板の振幅時間曲線を示す。
【００８０】
本願発明は、図１０に示す１層の積層板でも比較例である、熱延板やステンレス鋼板と比較すると、圧倒的に振動減衰性能に優れることが判る。本願発明では、更に積層数を増やすに連れて振動減衰性能は向上するが、３層積層（図１２）すると瞬時に振動は減衰することが判る。一方、比較例である熱延板、ステンレス鋼板では、なかなか振動が止まらないことが判る。
【００８１】
導電性については、電気抵抗値が小さく、表裏面平板間の厚さ方向で通電することが確認された。
【実施例６】
【００８２】
外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる１層を剥離剤を塗布した平板で挟持し、冷間圧延機で中空金属球２が１．９ｍｍになるまで圧下した。中空金属球を接着する接着剤５はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球２の配列は図７（ｃ）に示すように不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００８３】
そして、接着剤を硬化させるために80℃で30分保持して室温まで冷却した後、平板を剥がして中空金属球２からなる厚さ１．９ｍｍの１層のシートを作製した。
【００８４】
次に、上記したシートを３層に重ねて接着剤で貼り合わせ、接着剤を塗布した厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼製の表裏面平板３で挟持した。その後、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して硬化させて中空金属球からなる層が３層でコア内平板４が存在しない多層積層板を作製した（図５、図６）。
【００８５】
本実施例で得られた結果を表５の試料Ｎｏ．４と図９に示す。コア内平板４が存在しない分比重は１．３と軽く，アルミニウム単体の場合の比重の１／２と軽量化されている。さらに振動減衰性能を表す損失係数も０．０４と中空金属球が１層の場合よりも優れている。もちろん、中空金属球２が１層の場合でも金属単体である熱延鋼板やステンレス鋼板と比較すると顕著な振動減衰性が得られた。
【実施例７】
【００８６】
圧下率や中空金属球の積層数によって剛性を変化させることができることを上述したが、本実施例では、平板の厚さを変化させた場合の剛性への影響を調べた。
【００８７】
中空金属球の積層数や圧下率による比重の変化の影響を一定にするために、中空金属球からなる層のかずを５層、比重を２．６ｇ／ｃｍ２に一定として平板の厚さを変化させた。その結果を表６に示す。
【００８８】
【表６】
【００８９】
表裏面平板３の厚さ（Ｔｓ）とコア内平板４の厚さ（Ｔｃ）の比を１以上にすると中空金属球１層の場合に比較して比剛性（剛性／比重）が改善されることが判る
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の例を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の他の例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の他の例を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明の積層板の更に他の例を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の積層板の更に他の例を模式的に示す側面図である。
【図７】中空金属球の配列の例を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の積層板の損失係数と周波数の関係を示す図である。
【図９】中空金属球の冷間圧延による形状変化を説明する図である。
【図１０】振幅時間曲線（１層積層）を示す図である。
【図１１】振幅時間曲線（２層積層）を示す図である。
【図１２】振幅時間曲線（３層積層）を示す図である。
【図１３】振幅時間曲線（１.６ｍｍ熱延鋼板)を示す図である。
【図１４】振幅時間曲線（０.８ｍｍステンレス鋼板）を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 積層板
２ 中空金属球
３ 表裏面平板
４ コア内平板
５ 接着剤
６ コア部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性、振動吸収性及び導電性を兼ね備えた中空金属球と平板からなる積層板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中空の球状体を平らな板材で挟持したパネルは、積層板あるいはサンドイッチ板、サンドイッチパネル等種々な呼び方がされているが（以下、積層板と呼ぶ）、軽量かつ高強度であり、しかも防音性、断熱性、制振性に優れている。積層板はこのような特性を有する故に、航空機、車両、船舶、建築、音響機器等の様々な用途に使用されている。また、その特性を改善するために、積層板を構成する中空の球状体と平らな板材の素材として種々の材質を使用する技術が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１、２には、高分子材料で製作した中空の球状体を使用する技術が開示されている。特許文献３には、無機物または有機物で製作した中空の球状体と金属またはFRPで製作した平らな板材とを使用する技術が開示されている。これらの技術は、いずれも球状体と板材を接着剤によって接着するので、積層板の強度は接着剤の接着力に依存する。
【０００４】
その接着剤は、使用する中空の球状体と平らな板材を接着できるものを選択せざるを得ないので、選択した接着剤に応じて積層板の強度が制約される。つまり従来の積層板は、強度向上の観点から改善の余地が残されていた。
【特許文献１】特開昭54-129079号公報
【特許文献２】特開昭55-9866号公報
【特許文献３】特開昭52-119220号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、積層板の剛性を大幅に向上するとともに振動吸収性、軽量性及び導電性を有する積層板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者等は積層板の軽量化を促進するとともに、強度と振動吸収性、導電性を一層高める技術について検討した。その結果、積層板を構成する中空の球状体を金属製（以下中空金属球という）とすることによって、積層板の厚さ方向に圧力を加えて平らな板材（以下平板という）と中空金属球との接触面積を増大させることが可能となり、接着剤を使用しても積層板の強度を向上できるとともに、厚さ方向の導電性を向上できることを知見した。
【０００７】
更に平板を金属製（以下金属製平板という）とすることによって、中空金属球と金属製平板との拡散接合が可能となり、積層板の強度を更に向上できることも知見した。また中空金属球と平板（あるいは金属製平板）との積層構造とすることによって剛性が向上し、中空金属球や平板の厚みを減少でき軽量化を促進できるとともに、単体の金属体では得ることができない、優れた振動吸収性を実現できることを知見した。
【０００８】
これらの知見に基づき本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。
【０００９】
第一の発明は、板面を対向させて平行に配された複数枚の平板と、隣接する前記平板間に層状に介在する複数の中空金属体とからなることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１０】
第二の発明は、中空金属体が中空金属球であり、平板と接着され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が接着されてなることを特徴とする第一の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１１】
第三の発明は、平板が金属製平板であり、中空金属球と拡散接合され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が拡散接合されてなることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１２】
第四の発明は、中空金属球の一部に平坦な面を有する平坦部を設け、該平坦部と平板とが接着または接合されていることを特徴とする第一の発明から第三の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１３】
第五の発明は、中空金属球及び平板が鉄系金属からなり、積層板の厚み方向に導電性を有することを特徴とする第一の発明から第四の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板である。
【００１４】
第六の発明は、表裏面平板の板厚（Ｔｓ）とコア内平板の板厚（Ｔｃ）との比が下記式（１）を満たすことを特徴とする第一の発明から第六の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【００１５】
【数１】
である。
【００１６】
第七の発明は、中空金属体と平板とを積層してなる積層板の製造方法であって、前記平板の前記中空金属体に接触する面、および前記中空金属体の表面に、接着剤を塗布した後に、接着剤を硬化させることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【００１７】
第八の発明は、中空金属体が中空金属球であり、平板で挟持した後、積層板の厚み方向に圧力を加えて前記中空金属球を変形させ、表面の一部を平坦な面にした平坦部を設けて、前記中空金属球と前記平板との接触面積を増大させることを特徴とする第七の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【００１８】
第九の発明は、平板が金属製平板であることを特徴とする第七の発明または第八の発明に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【００１９】
第十の発明は、中空金属球と金属製平板とを積層した後、拡散熱処理して、前記中空金属球と前記金属製平板とを拡散接合させ、さらに互いに隣り合う前記中空金属球同士を拡散接合させることを特徴とする第七の発明から第九の発明のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、中空金属体と平板とを積層することにより、剛性が向上しかつ振動吸収性に優れ、導電性を有する積層板を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の積層板１の積層構造を模式的に示す斜視図である。なお部分的に平板３を透視して中空金属球２を示す。図１（ａ）は、中空金属球２と平板４を多層に積層した一例を示す。図１（ｂ）は、複数の中空金属球２を１層積層し、平板３で狭持する構造である。図１（ｂ）の積層板を厚み方向に多層に積層したものが図１（ａ）の積層板である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の積層板の側面図である。
【００２２】
図１、図２に示すように、本発明の積層板は、複数個の中空金属球２と平板４を交互に積層させ、中空金属球２からなる層を１層（図１（ｂ））以上保有させたコア部６（図１（ａ））を平板３で狭持する構造である。
【００２３】
なお、ここで以下説明の便宜上、積層板１の最外面に使用される平板を表裏面平板３といい、表裏面平板３に挟まれ、中空金属球２からなる層と交互に積層される平板をコア内平板４とよび、区分の必要がない場合は平板と呼ぶ。コア部６は表裏面平板３で挟まれる中空金属球２からなる層または中空金属球２とコア内平板４とを含む層の総称である。なお、表裏面平板３とコア内平板４の機能は替わるところはない。
【００２４】
しかし、単に中空金属球２で挟持するだけでは、中空金属球２の配列が乱れたり、中空金属球２が脱落する等の問題が生じる。そこで、平板と中空金属球２とを接着するために接着剤５を塗布する。接着剤５は、平板と中空金属球２とが接触する面および／または中空金属球２の表面に塗布する。このようにしてコア部６を平板で挟持した後、接着剤５を硬化させて積層板を得る。
【００２５】
図2に示すように互いに隣合う中空金属球２が接触する場合は、その中空金属球２同士も接着される。一方、図示を省略するが、互いに隣合う中空金属球２が接触しないように配列する場合は、中空金属球２同士は接着されないので、積層板の強度は図2の例に比べて若干劣る。本発明では、中空金属球２の配列や充填密度、接着剤の成分や塗布量等は、積層板の用途に応じて求められる特性を満たすように適宜選択する。
【００２６】
接着剤５は、室温硬化型、加熱硬化型いずれも２５℃における粘度が４０００ｍＰａ・ｓ以上のアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤が好ましい。その理由は、中空金属球２を平板で挟持したときに、加熱硬化型の場合は、加熱硬化前でもある程度の一体性が得られるからである。接着剤５の塗布量が０．１ｇ／１００ｃｍ２未満では、必要な強度が得られない。一方、１５．０ｇ／１００ｃｍ２を超えると、圧下時に接着剤５がはみ出してしまい、中空金属球２の配列が乱れてしまう。したがって、接着剤５の塗布量は０．１〜１５．０ｇ／１００ｃｍ２の範囲内が好ましい。ここで塗布量は、接着剤５を塗布する平板あるいは中空金属球２の表面積１００ｃｍ２あたりの塗布量をいう。
【００２７】
また、中空金属球２の充填率が５０％未満では、必要な強度が得られない。一方、充填率が１００％を超えることは、あり得ない。したがって、中空金属球２の充填率は５０〜１００％の範囲内が好ましい。ここで充填率は、互いに対向する平板間の空間の体積に占める中空金属球２の体積を百分率で示した値である。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の積層板の他の例を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は、中空金属球が一層の例を、図３（ａ）は、厚み方向に中空金属球を多層に積層した積層板の例を示す。なお図は部分的に平板３を透視して中空金属球２を示している。図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）、（ｂ）の積層板の側面図である。
【００２９】
図３（ａ）、（ｂ）の積層板で使用する中空金属球２は、その一部を平坦な面とした部位（以下、平坦部という）を１箇所以上有している。そして、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中空金属球２の平坦部と平板とが接着している。このように、中空金属球２と平板との接触面積を増大させることによって、接着剤５による接着力を増加し、多層積層板の剛性を向上させることが可能となる。
【００３０】
中空金属球２に平坦部を形成する方法は、例えば切削加工、研削加工、押圧加工、圧延加工等の方法で平坦部を形成することができる。このようにして予め平坦部を形成した中空金属球２を平板で挟持して、図３（ａ）、（ｂ）に示すような積層板とすることができる。
【００３１】
上述した方法以外の技術を用いても図３（ａ）、（ｂ）に示すような積層板を得ることは可能であるが、中空金属球２と平板との密着性向上、積層板の生産性向上の観点から、中空金属球２を平板で挟持して，厚み方向に押圧力または圧下力を加える方法がより好適である。
【００３２】
しかも押圧力または圧下力を制御することによって、中空金属球２と平板との接触面積、互いに隣合う中空金属球２との接触面積を調整できる。また、厚み方向に押圧することによって、平板間の空間の体積を減少させ、かつ平板間で中空金属球２を延伸させて、充填率の調整も可能である。
【００３３】
図５、図６は、コア内平板４を使用せずに予め平坦部を形成した中空金属球２を３段に積層して表裏面平板３で狭持した例である。コア内平板４を使用しない分軽量化が図れ、コア部６となる中空金属球２層を増やせるので吸音性の向上も図れる。なお、図５に示す積層板を２段、３段と多段に積み上げた構造も本願発明の一実施例である。
【００３４】
また、中空金属球２やコア内平板４および表裏面平板３の硬さによっては、中空金属球２を表裏面平板３で挟持して厚み方向に圧力を加えることによって、コア内平板４および表裏面平板３に凹部が生じる場合がある。そのような場合も、中空金属球２とコア内平板４および表裏面平板３との接触面積が増大するので、積層板の強度を向上することが可能である。
【００３５】
図７は、中空金属球２の配列の例を模式的に示す平面図であり、図７（ａ）は正方形格子の各頂点に配列する例、図７（ｂ）は正三角形格子の各頂点に配列する例、図７（ｃ）は不規則に配列する例である。なお、中空金属球２の配列はこの３種類に限定するものではなく、上述した通り、積層板の用途に応じて求められる特性を満たすように接着剤５の成分や塗布量等とともに適宜選択することができる。
【００３６】
中空金属体の形状は、中空にして比重を軽減できれば、球形に限定されるものではなく、立方体や直方体等の形状であってもよい。
【００３７】
球形とする場合の、中空金属球２の外径は１ｍｍ以上が好ましい。その理由は、１ｍｍ未満では中空金属球２の平坦部があまり得られないからである。中空金属球外殻の厚みは外径の20％以下が好ましい。その理由は、20％を超えると中空金属球２の比重が大きくなり、軽量化に寄与しないからである。中空金属球２の金属素材は特に限定しないが、鉄系金属（たとえば鉄、炭素鋼、ステンレス鋼など）が好ましい。その理由は、後工程の金属拡散結合が容易に行える素材であるからである。
【００３８】
平板の厚みは２ｍｍ以下が好ましい。その理由は２ｍｍを超えると、積層板１自体の比重が大きくなるからである。平板の素材は特に限定しない。平板が有機物（例えば化学樹脂など）あるいは無機物（例えばセラミックスなど）である場合も、上述した手順で積層板１を得ることができる。すなわち、接着剤５を用いて中空金属球２と有機物や無機物からなる平板とを接着させることができる。
【００３９】
平板が金属である場合（すなわち金属製平板を使用する場合）は、さらに金属元素を拡散させるための熱処理（以下、金属拡散接合という）を施すことによって、中空金属球２と平板とを拡散接合させ、その接着力を大幅に増加できる。金属製平板の金属素材は特に限定しないが、鉄系金属（たとえば鉄、炭素鋼、ステンレス鋼など）が好ましい。
【００４０】
その理由は、中空金属球２と拡散接合を起こしやすい素材であるからである。また、金属製平板の金属素材は、中空金属球２と同種であっても良いし、異種であってもよい。ただし、金属元素を容易に拡散させて金属拡散熱処理の効率を向上するためには、金属製平板と中空金属球２とを同種の金属素材にすることが好ましい。
【００４１】
金属拡散熱処理は、接着剤を使用せずにコア６を平板で挟持して行うことが可能である。しかし中空金属球２の配列が乱れる、あるいは中空金属球２が脱落する等の問題が生じる恐れがあるので、接着剤を用いて中空金属球２と平板を一旦接着した後で、金属拡散結合を行うことが望ましい。従って、接着剤は、金属拡散熱処理によって燃焼、気化、分解などして消失するものが望ましい。
【００４２】
金属拡散熱処理の温度が１０００℃未満では、金属拡散接合を行うのに必要な面圧が
９．８ＫＰａ以上となり、大掛かりな設備が必要になる。一方、１３００℃を超えると、一部に溶融等の変形が見られる。したがって、金属拡散熱処理の温度は１０００〜１３００℃の範囲内が好ましい。金属拡散熱処理の保持時間が０．５時間未満では、金属拡散接合が十分に進行せず、未結合の領域が残存する。したがって、金属拡散熱処理の保持時間は０．５時間以上が好ましい。金属拡散熱処理の雰囲気は、水素雰囲気または窒素雰囲気が好ましい。
【００４３】
平板を金属製とし、中空金属球２を用いて積層板１の厚み方向に圧力を加えることによって、中空金属球２と平板との接触面積が増大するので、積層板１の厚さ方向の電気伝導性が接着剤５を使用した場合であっても向上することが確認された。
【００４４】
以上説明したように本発明を適用すれば、コア部６を中空金属球２とコア内平板４とで積層することにより多層積層板の剛性を大幅に向上でき、さらに振動吸収性、電気伝導度に優れた積層板を製造できる。
【実施例１】
【００４５】
鉄製の中空金属球２を接着剤５を塗布したステンレス鋼製の平板３で挟持し、さらに冷間圧延機で圧下して、厚み２ｍｍの積層板を得た。中空金属球２の外径は３ｍｍ、外殻の厚みは０．１ｍｍとした。平板の寸法は縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚み０．２ｍｍとした。
【００４６】
接着剤はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球の配列は図７（ｃ）に示す不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００４７】
次いで、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚み２ｍｍの積層板とした。
【００４８】
このようにして得られた本発明の積層板のヤング率、比重、等価剛性を調査した。結果を表１に示す。
【００４９】
また比較として、材質の異なる単体板としてアルミニウム板、マグネシウム板、ＰＡ樹脂板を、積層板としてスピーカー振動板を用いてヤング率、比重、等価剛性を調査した。その結果も表１に併せて示す。なお、等価剛性とは本発明の積層板（Ｎｏ．１）の有する剛性を基準としてＮｏ．２以下の試料の剛性を本発明の積層板（Ｎｏ．１）の剛性と等しくするために必要な各試料の厚みと質量比をいう。
また、スピーカー振動板はエポキシ樹脂からなる中空の球状体と厚み０．１ｍｍのアルミニウム合金板からなる平板を使用した積層板である。
【００５０】
【表１】
【００５１】
各材質を等価剛性値で比較すると本発明の積層板は、厚み及び重量比で最小の値が得られた。即ち、本発明の積層板は、比較材であるアルミニウム板、マグネシウム板、ＰＡ樹脂板、スピーカー振動板に比べて軽量でヤング率即ち剛性が高い材料であることが判る。
【実施例２】
【００５２】
実施例１と同様の中空金属球２と平板３と接着剤５とを使用し、実施例１と同様に中空金属球２を配列して平板で挟持し、冷間圧延機で圧下した後、８０℃で３０分保持して接着剤を熱硬化させて積層板を作製した。
【００５３】
本実施例では、冷間圧延機における圧下率を種々変化させてその影響を確認した。圧下率は、１９．３％、２７．２％、４４．０％、６５．０％の４水準を採用した。なお、圧下率は、圧下前厚みに対する圧下後の厚み減少量の割合を百分率で示した値である。中空金属球２の冷間圧延による形状変化の様子を図８に示す。圧下率の増大に伴って中空金属球２と平板との接触面積は増大し、中空金属球の形状は球形から鼓形形状を呈するようになる。
【００５４】
このようにして得られた本発明の積層板のヤング率、曲げ最大応力、比重を測定した。また、中空金属球２のそれぞれが平板３に接触する面積の平均値（以下、単球接触面積という）も測定した。なお、単球接触面積は、積層板から中空金属球２を任意に１０個ずつ取り出し、画像処理にて平坦部の面積を測定し、その平均値を算出して求めた。測定結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
圧下率を増やすことによって、単球接触面積が増加し、ヤング率、曲げ最大応力、比重が増加する。特に圧下率２０％以上でその増加が顕著となる。単球接触面積の増加に伴って積層板１の曲げ最大応力が増加することが判る。
【００５７】
圧下率６５．０％で本発明の積層板の比重は、アルミニウム単体の比重とほぼ等しくなる（比重２．７）。従って、圧下率は軽量化（比重）、曲げ強度の観点から２０％〜６５％の範囲がより好ましい。
【実施例３】
【００５８】
鉄製の中空金属球２をステンレス鋼製または鉄製の平板３で挟持し、さらに冷間圧延機で圧下して、厚み１．６ｍｍの積層板を得た。中空金属球２の外径は３ｍｍ、外殻の厚みは０．１ｍｍとした。平板３の寸法は縦５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚み０．２ｍｍとした。
【００５９】
接着剤はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は平板１００ｃｍ２当たり、１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球の配列は図７（ｃ）に示す不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００６０】
次いで、金属拡散熱処理を施して、縦５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚み１．６ｍｍの積層板とした。金属拡散熱処理は水素雰囲気中で３ｋＰａの面圧をかけながら所定の温度（９００℃と１１００℃の２水準）に加熱し、１時間保持した後窒素雰囲気中で炉冷した。
【００６１】
このようにして得られた積層板の中空金属球２と平板３の接着状態を調べた。接着状態は、全面が結合したものを良好とし、一部に未結合が認められるものを不可として評価した。その結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
【００６３】
既に説明した通り、金属拡散熱処理の温度は１０００〜１３００℃の範囲が好適である。この好適範囲内の１１００℃で金属拡散熱処理を行うと、平板３の金属素材がステンレス鋼、鉄のいずれであっても中空金属球２と平板３の接着状態は良好であった。一方、金属拡散熱処理の温度が好適範囲を外れる９００℃では、接着状態は不可であった。
【実施例４】
【００６４】
外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる層を接着剤を塗布した厚さ０．２ｍｍステンレス鋼製のコア内平板４とで交互に積層し、コア部６を作製した。コア部６を厚さ０．６ｍｍステンレス鋼製の表裏面平板３に接着剤５を塗布したもので挟持し、さらに冷間圧延機で圧下率４４％、厚さ６ｍｍまで圧下した。
【００６５】
なお、圧下率は、圧下前の厚みに対する厚み減少量の割合を百分率で示す値である。接着剤５はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は表裏面平板３およびコア内平板４ともに１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球２の配列は図７（ｃ）に示すように不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００６６】
次いで、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚み６ｍｍの中空金属球２の層が３層からなる積層板を得た（図３）。
【００６７】
なお、同様な方法で、外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる層の数と、表裏面平板３の厚みを変えたものを他に２種類作製した。
その結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４から明らかなように、中空金属球２からなる層の数が増え、積層板の厚さが厚くなると剛性が大きくなる結果が得られた。
【実施例５】
【００７０】
外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる層と接着剤を塗布した厚さ０．２ｍｍステンレス鋼製のコア内平板４とを交互に積層し、コア部６を作製した。なお、コア部６には中空金属球が単層（図１（ｂ）、図３（ｂ））と多層（図５）の場合とがあり、中空金属球２とコア内平板４とを交互に積層した場合（図１（ａ）、図３（ａ））も含まれる。
【００７１】
次に、コア部６を厚さ０．２ｍｍステンレス鋼製の表裏面平板３に接着剤５を塗布したもので挟持し、さらに冷間圧延機で圧下率４４％で圧下し、中空金属球２からなる層の層数が１、２、３層（２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ）のものを3種類作製した。
【００７２】
なお、圧下率は、圧下前の厚みに対する厚み減少量の割合を百分率で示す値である。接着剤５はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は表裏面平板３およびコア内平板４ともに１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球２の配列は図７（ｃ）に示すように不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００７３】
次いで、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、の３種の単層および多層積層板を得た。
【００７４】
このようにして得られた3種類の単層および多層の積層板の導電性を調査するために厚さ方向の電気抵抗値を測定した。また、振動吸収性を調べるために振動減衰試験を行った。
振動減衰試験はＪＩＳ Ｇ０６０２の試験方法によって行った。その試験結果の評価は損失係数で表示した。損失係数の値が大きいほど振動減衰能が優れていることを意味する。
その結果を表５に示す。
【００７５】
【表５】
【００７６】
表５から明らかなように、中空金属球２からなる層の層数が増えると振動減衰性を表す損失係数の値が大きくなり、３層積層板で損失係数０．１０の値を得た。なお、損失係数の値は、周波数１０００〜３６００Ｈｚ域における平均値を示す値である。
【００７７】
本願発明の積層板（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）の損失係数と金属単体である１．６ｍｍ熱延鋼板（Ｎｏ．５）の損失係数とを対比するとＮｏ．１は３４５倍、Ｎｏ．２は６９倍、Ｎｏ．３は３５倍、Ｎｏ．４は１３８倍の値が得られた。同じく、金属単体である０．８ｍｍステンレス鋼板の損失係数と対比するとＮｏ．１は１０６倍、Ｎｏ．２は２１倍、Ｎｏ．３は１１倍、Ｎｏ．４は４３倍の値が得られた。
【００７８】
即ち、本願発明の積層板は、熱延鋼板やステンレス鋼板等の金属単体に比較して、中空金属球２が１層の場合（Ｎｏ．３）で１１〜３５倍、中空金属球が３層の場合（Ｎｏ．１）では、１０６〜３４５倍の減衰性能を得ることができる。また、比重は鋼の約１／４であり、本願発明の中空金属球を内蔵した積層板は、軽量で、顕著な振動減衰能を保有することがわかる。
また、損失係数の周波数依存性を図９に示す。図９から明らかなように，損失係数は周波数にあまり依存しない値を得た。
【００７９】
図１０〜図１４に振動減衰グラフである振幅時間曲線の測定例を示す。
図１０〜図１２は、本願発明である積層板の振動減衰グラフであり、図１０は、中空金属球が１層の積層板を、図１１は同じく２層積層した積層板を、図１２は、同じく３層積層した積層板を振動させた場合の振幅、時間曲線を測定した一例である。図１３〜図１４に比較例として金属単体である鋼板の振動減衰グラフを示す。図１３は、１．６ｍｍ厚の熱延板の振幅時間曲線を、図１４は０．８ｍｍ厚のステンレス鋼板の振幅時間曲線を示す。
【００８０】
本願発明は、図１０に示す１層の積層板でも比較例である、熱延板やステンレス鋼板と比較すると、圧倒的に振動減衰性能に優れることが判る。本願発明では、更に積層数を増やすに連れて振動減衰性能は向上するが、３層積層（図１２）すると瞬時に振動は減衰することが判る。一方、比較例である熱延板、ステンレス鋼板では、なかなか振動が止まらないことが判る。
【００８１】
導電性については、電気抵抗値が小さく、表裏面平板間の厚さ方向で通電することが確認された。
【実施例６】
【００８２】
外径３ｍｍの鉄製の中空金属球２からなる１層を剥離剤を塗布した平板で挟持し、冷間圧延機で中空金属球２が１．９ｍｍになるまで圧下した。中空金属球を接着する接着剤５はアクリル系接着剤を使用し、その塗布量は１．２ｇ／１００ｃｍ２とした。中空金属球２の配列は図７（ｃ）に示すように不規則な配列とし、中空金属球２の充填率は９０％とした。
【００８３】
そして、接着剤を硬化させるために80℃で30分保持して室温まで冷却した後、平板を剥がして中空金属球２からなる厚さ１．９ｍｍの１層のシートを作製した。
【００８４】
次に、上記したシートを３層に重ねて接着剤で貼り合わせ、接着剤を塗布した厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼製の表裏面平板３で挟持した。その後、接着剤を硬化させるために８０℃で３０分保持して硬化させて中空金属球からなる層が３層でコア内平板４が存在しない多層積層板を作製した（図５、図６）。
【００８５】
本実施例で得られた結果を表５の試料Ｎｏ．４と図９に示す。コア内平板４が存在しない分比重は１．３と軽く，アルミニウム単体の場合の比重の１／２と軽量化されている。さらに振動減衰性能を表す損失係数も０．０４と中空金属球が１層の場合よりも優れている。もちろん、中空金属球２が１層の場合でも金属単体である熱延鋼板やステンレス鋼板と比較すると顕著な振動減衰性が得られた。
【実施例７】
【００８６】
圧下率や中空金属球の積層数によって剛性を変化させることができることを上述したが、本実施例では、平板の厚さを変化させた場合の剛性への影響を調べた。
【００８７】
中空金属球の積層数や圧下率による比重の変化の影響を一定にするために、中空金属球からなる層のかずを５層、比重を２．６ｇ／ｃｍ２に一定として平板の厚さを変化させた。その結果を表６に示す。
【００８８】
【表６】
【００８９】
表裏面平板３の厚さ（Ｔｓ）とコア内平板４の厚さ（Ｔｃ）の比を１以上にすると中空金属球１層の場合に比較して比剛性（剛性／比重）が改善されることが判る
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の例を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の他の例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の積層板（(a)多層、(b)単層）の他の例を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明の積層板の更に他の例を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の積層板の更に他の例を模式的に示す側面図である。
【図７】中空金属球の配列の例を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の積層板の損失係数と周波数の関係を示す図である。
【図９】中空金属球の冷間圧延による形状変化を説明する図である。
【図１０】振幅時間曲線（１層積層）を示す図である。
【図１１】振幅時間曲線（２層積層）を示す図である。
【図１２】振幅時間曲線（３層積層）を示す図である。
【図１３】振幅時間曲線（１.６ｍｍ熱延鋼板)を示す図である。
【図１４】振幅時間曲線（０.８ｍｍステンレス鋼板）を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 積層板
２ 中空金属球
３ 表裏面平板
４ コア内平板
５ 接着剤
６ コア部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板面を対向させて平行に配された複数枚の平板と、隣接する前記平板間に層状に介在する複数の中空金属体とからなることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項２】
中空金属体が中空金属球であり、平板と接着され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が接着されてなることを特徴とする請求項１に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項３】
平板が金属製平板であり、中空金属球と拡散接合され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が拡散接合されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項４】
中空金属球の一部に平坦な面を有する平坦部を設け、該平坦部と平板とが接着または接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項５】
中空金属球及び平板が鉄系金属からなり、積層板の厚み方向に導電性を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項６】
表裏面平板の板厚（Ｔｓ）とコア内平板の板厚（Ｔｃ）との比が下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【数１】
【請求項７】
中空金属体と平板とを積層してなる積層板の製造方法であって、前記平板の前記中空金属体に接触する面、および前記中空金属体の表面に、接着剤を塗布した後に、接着剤を硬化させることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項８】
中空金属体が中空金属球であり、平板で挟持した後、積層板の厚み方向に圧力を加えて前記中空金属球を変形させ、表面の一部を平坦な面にした平坦部を設けて、前記中空金属球と前記平板との接触面積を増大させることを特徴とする請求項７に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項９】
平板が金属製平板であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項１０】
中空金属球と金属製平板とを積層した後、拡散熱処理して、前記中空金属球と前記金属製平板とを拡散接合させ、さらに互いに隣り合う前記中空金属球同士を拡散接合させることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項１】
板面を対向させて平行に配された複数枚の平板と、隣接する前記平板間に層状に介在する複数の中空金属体とからなることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項２】
中空金属体が中空金属球であり、平板と接着され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が接着されてなることを特徴とする請求項１に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項３】
平板が金属製平板であり、中空金属球と拡散接合され、あるいはさらに互いに隣り合う前記中空金属球同士が拡散接合されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項４】
中空金属球の一部に平坦な面を有する平坦部を設け、該平坦部と平板とが接着または接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項５】
中空金属球及び平板が鉄系金属からなり、積層板の厚み方向に導電性を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【請求項６】
表裏面平板の板厚（Ｔｓ）とコア内平板の板厚（Ｔｃ）との比が下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板。
【数１】
【請求項７】
中空金属体と平板とを積層してなる積層板の製造方法であって、前記平板の前記中空金属体に接触する面、および前記中空金属体の表面に、接着剤を塗布した後に、接着剤を硬化させることを特徴とする剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項８】
中空金属体が中空金属球であり、平板で挟持した後、積層板の厚み方向に圧力を加えて前記中空金属球を変形させ、表面の一部を平坦な面にした平坦部を設けて、前記中空金属球と前記平板との接触面積を増大させることを特徴とする請求項７に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項９】
平板が金属製平板であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【請求項１０】
中空金属球と金属製平板とを積層した後、拡散熱処理して、前記中空金属球と前記金属製平板とを拡散接合させ、さらに互いに隣り合う前記中空金属球同士を拡散接合させることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の剛性、振動吸収性及び導電性に優れた積層板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−３４９８１（Ｐ２００９−３４９８１Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１５９３９（Ｐ２００７−３１５９３９）
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（５９１００６２９８）ＪＦＥテクノリサーチ株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（５９１００６２９８）ＪＦＥテクノリサーチ株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
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