(57)【要約】【課題】高い制振性を示すとともに機械的強度にも優れる複合制振金属板およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の複合制振金属板は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ系合金等からなる金属板と、該金属板に積層する発泡アルミニウム等からなる金属発泡体層と、を有する。金属発泡体層は、金属板の表面に部分的に接合している。この複合制振金属板は、金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を、金属板の表面で溶融させるとともに発泡助剤粉末を発泡させることで作製できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と該金属板に積層する金属発泡体層とを有する複合制振金属板であって、
前記金属発泡体層は、前記金属板の表面に部分的に接合していることを特徴とする複合制振金属板。
【請求項２】
前記金属発泡体層の気泡率は、面積率で５０面積％以上７０面積％以下である請求項１記載の複合制振金属板。
【請求項３】
前記金属発泡体層は、発泡アルミニウムからなる請求項１または２記載の複合制振金属板。
【請求項４】
前記発泡アルミニウムは、珪素を含むアルミニウム合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載の複合制振金属板。
【請求項５】
前記金属板は、制振合金からなる請求項１〜４記載のいずれかに記載の複合制振金属板。
【請求項６】
前記制振合金は、鉄を主成分とする鉄系制振合金である請求項５記載の複合制振金属板。
【請求項７】
前記金属板と前記金属発泡体層とが交互に積層された３層以上からなる多層構造をもつ請求項１〜６のいずれかに記載の複合制振金属板。
【請求項８】
前記金属発泡体層は、それぞれ前記金属板に挟持されている請求項７記載の複合制振金属板。
【請求項９】
前記金属発泡体層は、金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を前記金属板の表面で溶融させるとともに該発泡助剤粉末を発泡させてなる請求項１〜８のいずれかに記載の複合制振金属板。
【請求項１０】
金属板と該金属板に積層する金属発泡体層とを有する複合制振金属板の製造方法であって、
金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を調製する調製工程と、
前記金属板と拘束板との間に前記混合粉末からなる混合粉末層を配置した少なくとも３層からなる積層体を得る積層工程と、
前記積層体を加熱することで前記金属粉末を溶融させるとともに前記発泡助剤粉末を発泡させる加熱発泡工程と、
を含むことを特徴とする複合制振金属板の製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記調製工程で得られた前記混合粉末を成形して板状成形体を得る成形工程を含み、前記積層工程は、前記金属板と前記拘束板との間に該板状成形体を配置する工程である請求項１０記載の複合制振金属板の製造方法。
【請求項１２】
前記拘束板は前記複合制振金属板を構成する他の金属板であって、前記積層工程は、前記混合粉末層と２枚以上の前記金属板とを交互に積層させる工程である請求項１０または１１記載の複合制振金属板の製造方法。
【請求項１３】
前記金属粉末は合金からなり、前記加熱発泡工程は、前記積層体を前記合金の固相線温度以上液相線温度以下の温度に加熱する工程である請求項１０〜１２のいずれかに記載の複合制振金属板の製造方法。
【請求項１４】
前記金属粉末は珪素を含むアルミニウム合金粉末であり、前記発泡助剤粉末はＴｉＨ２粉末である請求項１３記載の複合制振金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板と金属発泡体とからなる複合型の制振金属板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの車輌、工場、工事現場などからの振動および騒音が生活環境に及ぼす影響は大きくなっている。また、振動および騒音は、部品の寿命、現場で作動する機械の操作精度などに影響を与えるため、機能維持の面でも問題となる。振動および騒音の対策のひとつとして、振動エネルギーを減衰させる性質をもつ材料の開発が行われている。たとえば、いわゆる制振材料として用いられるゴムおよびプラスチックなどの材料の減衰能は非常に高い。しかし、これらの材料は、耐熱性、耐薬品性および機械的強度の面では、金属材料に劣る。そのため、金属組織を改良するなどして制振性を向上させた制振合金が有用である。また、特許文献１〜３に記載されているような、異種材料を組み合わせてなる複合型の制振材料も開発されている。
【０００３】
特許文献１には、アクリル系ゴムに気泡を含有させたフィルム状含泡粘着剤を、２枚の鋼板の間に挟み込んだ状態で積層してなる制振材が開示されている。また、特許文献２および特許文献３には、２枚の金属板の間に、金属粉末が焼結されてなる多孔質層をもつ制振金属板が開示されている。この制振金属板は、複数の気孔の存在により比表面積が大きいため、エネルギー吸収能が高く、制振性を示す。
【特許文献１】特開平５−１２４１４１号公報
【特許文献２】特開平１−２５８９４５号公報
【特許文献３】特開平４−２７８３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように金属材料とゴムとを組み合わせることで、ゴムのみで用いる場合に比べて機械的強度は向上するが、高温下での使用は困難である。そこで、特許文献２および特許文献３では、ゴムのかわりに金属からなる多孔質層を用いて、制振金属板を構成している。このような制振金属板であれば、高温下での使用も可能である。しかし、多孔質層は金属粉末を焼結して得られる焼結体からなるため、制振性を向上させるために気孔率を高めようとすると、機械的強度が低下する。また、焼結体の気孔率には限界があり、気孔率の高い焼結体は、強度の面でも製造の面でも問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、高い制振性を示すとともに機械的強度にも優れる複合制振金属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】
本発明の複合制振金属板は、金属板と該金属板に積層する金属発泡体層とを有する複合制振金属板であって、前記金属発泡体層は、前記金属板の表面に部分的に接合していることを特徴とする。
【０００７】
なお、「金属発泡体層」は、金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を、金属板の表面で溶融させるとともに発泡助剤粉末を発泡させてなる。したがって、金属の融点未満の温度で金属粉末を加熱して得られる焼結体からなる多孔質層とは異なる。
【０００８】
また、本発明の複合制振金属板の製造方法は、金属板と該金属板に積層する金属発泡体層とを有する複合制振金属板の製造方法であって、
金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を調製する調製工程と、
前記金属板と拘束板との間に前記混合粉末からなる混合粉末層を配置した少なくとも３層からなる積層体を得る積層工程と、
前記積層体を加熱することで前記金属粉末を溶融させるとともに前記発泡助剤粉末を発泡させる加熱発泡工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の複合制振金属板は、金属発泡体層を備える。金属発泡体層は、金属板に積層されているため、気泡率が高くても十分な強度が保たれる。そして、金属発泡体層は、金属板の表面に部分的に接合しているため、金属板と金属発泡体層との界面に空隙が形成され、界面においても金属板と金属発泡体層との間の振動よる摩擦エネルギーにより振動エネルギーが吸収される。その結果、制振性がさらに高まる。
【００１０】
上記本発明の複合制振金属板は、金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を金属板の表面に積層させた状態で加熱することで、容易に製造可能である。金属板と拘束板との間で混合粉末を加熱することで、金属発泡体層が金属板の表面に適度に接合された複合制振金属板が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の複合制振金属板およびその製造方法を実施するための最良の形態を説明する。
【００１２】
［複合制振金属板］
本発明の複合制振金属板（以下「制振金属板」と略記）は、金属板と、金属板に積層する金属発泡体層と、を有する。以下に、金属板および金属発泡層のそれぞれを説明する。
【００１３】
金属板は、金属発泡体よりも機械的強度に優れる金属材料からなればよい。そのため、制振金属板の用途に応じて適宜選択すればよい。たとえば、軽量化の観点からは、アルミニウム板、アルミニウム合金板、マグネシウム板またはマグネシウム合金板などを使用することができる。機械的強度を一層向上させたい場合には、各種鋼材、銅、銅合金、マンガン、マンガン合金、チタンまたはチタン合金などからなる金属板を用いるとよい。また、制振性をさらに高めたい場合には、マグネシウム、あるいはマグネシウム合金、鉄系合金、銅合金またはマンガン合金などの制振合金からなる金属板を用いるとよい。具体的には、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金などの鉄を主成分とする鉄系制振合金のほか、Ａｌ−Ｚｎ超塑性合金、Ｃｏ−Ｎｉ系合金、Ｍｇ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金などの制振合金が挙げられる。なお、制振合金は、損失係数ηが０．０１以上とする。
【００１４】
金属板の厚さに特に限定はなく、本発明の制振金属板の用途に応じて適宜選択すればよい。あえて規定するのであれば、０．５ｍｍ以上さらには１ｍｍ以上であるのが好ましい。金属板の厚さが０．５ｍｍ未満では、機械的強度が不十分であるとともに制振金属板の製造が困難となる。
【００１５】
金属発泡体層は、金属板の表面に部分的に接合している。すなわち、本発明の制振金属板は、金属板と金属発泡体層とが積層された状態で一体的となっている。金属板と金属発泡体層とは、それぞれを一層ずつもつ二層構造の他、金属板／金属発泡体層／金属板というように三層構造であってもよく、金属板と金属発泡体層とをさらに交互に積層させた四層以上の構造であってもよい。このとき、金属発泡体層は、それぞれ金属板に挟持されているとよい。三層以上の構造である場合には、それぞれの金属板および金属発泡体層をなす金属は、同一であっても異なってもよい。また、強度の観点から、最外層（厚さ方向の両端面側に位置する）のうちの少なくとも一方を金属板とするのが好ましい。
【００１６】
また、金属発泡体層が金属板の表面に部分的に接合している状態とは、積層している界面の全面で金属板と金属発泡体層とが密着している状態にはなく、金属板と金属発泡体層との間に部分的に空隙が存在することで、実質的な接合面積が減少している状態である。
【００１７】
金属発泡体層は、気泡率が５０面積％以上７０面積％以下であるとよい。なお、本明細書において「気泡率」は、金属発泡体の断面において、自動画像認識により算出した断面全体の面積１００％に対する、同じく自動画像認識により算出した気泡の部分の合計面積の割合であらわすこととする。気泡率が５５面積％以上さらには６０面積％以上であれば、軽量化効果はもちろんのこと、制振性が向上するため好ましい。しかし、気泡率が増加するにつれて強度は低下するため、気泡率を７０面積％以下さらには６５面積％以下とするのがよい。なお、焼結体では、焼結体の強度の面でも製造工程の面でも、気孔率（すなわち気泡率）を高くするのは困難である。
【００１８】
また、金属発泡体層に存在する気泡の平均気泡径が小さいほど、エネルギー吸収能は高くなり、本発明の制振金属板の制振性は向上する。そのため、金属発泡体層の平均気泡径は、３ｍｍ以下さらには２ｍｍ以下であるとよい。なお、本明細書において「平均気泡径」は、金属発泡体の断面観察を行い、２００〜３００個程度の気泡の最大径を測定して得た測定値の算術平均値とする。平均気泡径の下限に特に限定はないが、１．２ｍｍ以上さらには１．５ｍｍ以上であるとよい。平均気泡径が１．２ｍｍ未満の金属発泡体は、製造が困難であるとともに、制振性の大きな向上効果が見込めないためである。
【００１９】
金属発泡体層の厚さに特に限定はなく、本発明の制振金属板の用途に応じて適宜選択すればよい。あえて規定するのであれば、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下さらには０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのが好ましい。金属発泡体層の厚さが０．３ｍｍ未満では、気泡の大きさに対して金属発泡体層の厚さが薄すぎて強度および製造の面で問題があるとともに制振性の大きな向上が見込めない。しかし、平均気泡径が小さいのであれば、金属発泡体層の厚さを薄くしても強度が保たれるし製造の困難さも低減される。さらに、金属発泡体層が金属板に挟持される構造であれば、金属発泡体層の厚さを薄くしても強度が保たれるし、製造も容易である。一方、金属発泡層が１．５ｍｍを超えると、強度が不十分となるため、好ましくない。また、金属板の厚さＴｂと金属発泡体層の厚さＴｐとの比がＴｂ：Ｔｐ＝１：０．５〜１であるとよい。
【００２０】
金属発泡体層は、金属の種類に限定はなく、アルミニウム、鋼、銅、ニッケル、チタン等の一般的な金属発泡体から構成されていればよい。中でも、発泡アルミニウムは、軽量であるとともに珪素を含有することで強度を付与できるため、望ましい。また、珪素を含むアルミニウム合金からなる金属発泡体層は、高い気泡率をもち微細で均一に分散した気泡をもつため、エネルギー吸収能ひいては制振性の面で有効である。以下に、本発明の制振金属板の金属発泡体層に最適な発泡アルミニウムを説明する。
【００２１】
発泡アルミニウムは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる多孔質体である。珪素（Ｓｉ）を含むアルミニウム合金からなる発泡アルミニウムは、軽量であるとともに純アルミニウムからなる発泡アルミニウムよりも高強度であるため、好ましい。Ｓｉを含むアルミニウム合金は、Ｓｉ含有割合が固溶限以上で共晶点でのＳｉ量未満であるとよい。なお、Ｓｉ含有量を表す「固溶限」および「共晶点」とは、Ａｌ−Ｓｉ系２元合金の平衡状態図において定義され、「固溶限以上で共晶点でのＳｉ量未満」を具体的に数値で表すと、１．６６質量％以上で１１．７質量％未満である。Ｓｉ量が共晶点でのＳｉ量以上になると、硬質な初晶Ｓｉが晶出して金属発泡体自体が硬質となり、制振性が低下するため好ましくない。アルミニウム合金を１００質量％としたときのＳｉ含有量が３質量％以上、５質量％以上さらには６質量％以上、１０質量％以下さらには９質量％以下である金属発泡体は、微細な気泡が発生しやすく高気泡率の金属発泡体を製造しやすい（後述）ためさらに好ましい。なお、アルミニウム合金は、Ｓｉと不可避不純物の他、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ等のアルミニウム合金に一般的に含まれる合金元素を一種以上含有してもよい。ただし、これらの元素の含有割合は、珪素の含有割合よりも少ないものとする。
【００２２】
本発明の複合制振金属板は、制振性および機械的強度に優れることから、衝撃吸収性が必要なバンパビーム、衝撃吸収性と剛性が必要なサイドフレーム、フード、制振性および防音性が必要なフロアパネルやダッシュボードなどの自動車用構造材として利用できる。そのほか、織機の綜絖枠において複数のヘルドを支持するロッドに適用可能である。ロッドは、織機の運転時にヘルドに衝突するため、振動および騒音の原因となる。本発明の複合制振金属板は、機械的強度に優れ、厚みを薄く成形することも可能であるため、綜絖枠のロッドに好適であり、織機の運転時に発生する振動および騒音を低減することができる。
【００２３】
本発明の複合制振金属板は、金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を、金属板の表面で溶融させるとともに発泡助剤粉末を発泡させることで作製できる。また、所定の寸法および形状をもつ金属発泡体を板状に作製し、金属板に溶接したり接着剤で接着したりして接合することで作製することも可能である。また、金属粉末を板状に成形する際に、発泡させたい部位のみに溶融しやすい金属粉末および発泡助剤粉末を含有させて加熱することで、焼結体からなる金属板と金属発泡体層とからなる複合制振金属板を作製することもできる。以下に、本発明の制振金属板を製造可能な望ましい製造方法を説明する。
【００２４】
［複合制振金属板の製造方法］
本発明の制振金属板の製造方法では、金属発泡体層が金属板の表面に部分的に接合した複合制振金属板が得られる。本発明の制振金属板の製造方法は、主として、調製工程、積層工程および加熱発泡工程を経て制振金属板を製造する。以下に、各工程を説明する。
【００２５】
調製工程は、金属粉末と加熱により分解して気体を発生する発泡助剤粉末との混合粉末を調製する工程である。所定の質量比となるように秤量した金属粉末と発泡助剤粉末とを、粉末の混合に一般的に用いられる混合機により混合すればよい。このとき、潤滑剤、結合材などを必要に応じて添加してもよい。金属粉末および発泡助剤粉末は、両者の合計を１００質量％としたときに、発泡助剤粉末の含有割合を０．３質量％以上１．５質量％以下さらには０．４質量％以上１質量％以下とするとよい。発泡助剤粉末の含有割合が０．３質量％未満では、気泡率の高い金属発泡体層が得られないため望ましくない。発泡助剤粉末の含有割合が多いほど、気泡率の高い金属発泡体が形成されやすくなるが、１．５質量％以下とすることで、粗大な気泡の形成が抑制される。
【００２６】
金属粉末は、作製する金属発泡体層の組成に応じて適宜選択すればよい。合金からなる金属発泡体層を得るためには、その合金の組成に合わせて２種類以上の金属粉末を混合して用いてもよいし、その合金の組成をもつ合金粉末を用いてもよい。合金粉末を用いれば、均一な組成の金属発泡体層が得られるため望ましい。たとえば、珪素を含むアルミニウム合金からなる金属発泡体層を得るためには、珪素を含むアルミニウム合金からなる合金粉末を使用するとよい。アルミニウム合金の組成は、製造する金属発泡体の合金組成に応じて選択すればよい。しかし、発泡性の面から、珪素（Ｓｉ）の含有割合が固溶限以上で共晶点でのＳｉ量未満であるのが望ましい。なお、発泡性については、加熱発泡工程の説明で述べる。
【００２７】
また、金属粉末としては、鋳塊を粉砕したり溶湯を粉化したりして得られる粉末が使用可能であり、たとえばアトマイズ粉末は市販されており容易に入手できる。金属粉末の平均粒径に限定はないが、１５０μｍ以下の金属発泡体の製造に一般的に用いられるサイズが望ましい。
【００２８】
発泡助剤粉末は、加熱により分解して気体を発生する。発泡助剤粉末としては、金属発泡体の製造に一般的に用いられる粉体を使用すればよい。たとえば、水素化チタン（ＴｉＨ２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）等が挙げられる。特に、珪素を含むアルミニウム合金を用いる場合には、５００〜６００℃で分解して水素ガスを発生するＴｉＨ２が最適である。
【００２９】
積層工程は、金属板と拘束板との間に混合粉末からなる混合粉末層を配置した少なくとも３層からなる積層体を得る工程である。積層工程を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の制振金属板の製造方法の説明図であって、制振金属板の厚さ方向（すなわち積層方向）の断面図である。金属板１ａの表面には、混合粉末からなる混合粉末層２’を積層する。さらに混合粉末層２’には、拘束板１ｂを積層する。拘束板１ｂは、混合粉末層２’に接触させて積層してもよいし、僅かに間隙を設けてもよい。間隙を設ける場合には、金属板１ａと拘束板１ｂとの対向面間隔を、作製する制振金属板がもつ金属発泡体層の厚さとなるように固定する。また、積層体を厚さ方向に圧縮してもよい。あるいは、上記の調製工程で得られた混合粉末を成形して板状成形体を得る成形工程を行い、積層工程において、金属板と拘束板との間に板状成形体を配置してもよい。このとき、混合粉末層および板状成形体は、気孔率が、１体積％以下さらには０．８体積％以下となるように圧縮されるのが望ましい。
【００３０】
積層工程において、拘束板１ｂはグラファイト板であるとよい。グラファイト板は、金属発泡体層との接合性が悪いため、金属発泡体の厚さ方向への成長を拘束する役割のみを果たす。この場合には、金属板と金属発泡体層との二層構造をもつ制振金属板が製造できる。また、グラファイト板を中間に挟むことにより、一度に２つ以上の制振金属板を作製することも可能となる。また、積層工程において、拘束板１ｂは、制振金属板を構成する他の金属板であってもよい。つまり、積層工程は、混合粉末層と２枚以上の金属板とを交互に積層させる工程であってもよい。図１において、拘束板１ｂが金属板であれば、金属板１ａ／金属発泡体層２／金属板１ｂからなる三層構造の制振金属板（図１の下図）を製造することができる。そして、複数枚の金属板を、混合粉末層を介して何枚も積層させてゆくことで、さらなる多層構造の制振金属板を製造することも可能となる。たとえば、図２の断面図に示すように、金属板１ａと１ｂとの間に金属発泡体層２ａ、金属板１ｂと１ｃとの間に金属発泡体層２ｂ、金属板１ｃと１ｄとの間に金属発泡体層２ｃ、が挟持された制振金属板が得られる。なお、金属板１ａ〜１ｄおよび金属発泡体層２ａ〜２ｃは、同一の組成であってもよいし異なる組成であってもよいことは、既に説明した通りである。ただし、積層枚数が多い程、自重により厚さ方向へ圧縮されるため、混合粉末層および板状積層体の気孔率が低下したり、金属板と金属発泡体層との界面における密着性が必要以上に向上したり、といった問題がある。これらの問題は制振性の低下に繋がるため、金属板および金属発泡体層は、合計で２層以上１０層以下さらには３層以上５層以下とするとよい。
【００３１】
また、積層工程の前に、金属板に前処理を施してもよい。たとえば、金属板の表面の一部にあらかじめ離型剤を塗布することで金属板と金属発泡体層との接合面積を調整してもよい。金属板と金属発泡体層との部分的な接合を意図的に発生させることができる。
【００３２】
加熱発泡工程は、積層体を加熱することで金属粉末を溶融させるとともに発泡助剤粉末を発泡させる工程である。上記の構成の積層体を加熱し、混合粉末層または板状積層体を溶融させ発泡させることで、金属発泡体層が金属板の表面に部分的に接合された複合制振金属板が得られる。加熱は、金属発泡体の製造に通常用いられる加熱炉を用いればよい。また、加熱は、真空中、不活性ガス雰囲気中のいずれで行っても構わない。
【００３３】
金属粉末が合金粉末である場合には、積層体が固相線温度ＴＳ以上に加熱されることで、合金粉末が半溶融状態となり、同時に、発泡助剤粉末が分解して気泡が発生して膨張していく。このとき、加熱発泡工程における加熱温度が合金の液相線温度ＴＬを超えないようにするのが望ましい。積層体の加熱温度がＴＬを超えると、発泡性が必要以上に高くなりすぎるため、微細な気泡を成形することが困難となる。
【００３４】
また、加熱発泡工程において、微細で均一に分散する気泡が得られるような良好な発泡性を得るためには、上記のＴＳとＴＬとの差がある程度必要である。ＴＳとＴＬとの差が小さいと、ＴＳを超えるとすぐに半溶融状態の合金における液相の占める割合が高くなり、気泡が成長しすぎたり隣接する気泡同士が癒着しやすくなったりすると考えられるからである。つまり、加熱発泡工程における加熱温度は、液相率により定義することが可能である。液相率が７０質量％以上９０質量％以下さらには７５質量％以上８５質量％以下で加熱発泡工程を行えば、適度に固相が存在することで気泡の成長や癒着が抑制され、微細で均一に分散する気泡が得られやすい。つまり、Ｓｉ含有量にかかわらず、上記液相率の範囲となる温度で加熱発泡工程を行うのが望ましい。
【００３５】
金属発泡体層が珪素を含むアルミニウム合金からなる場合には、次のような組成とすることで、微細で均一に分散する気泡が形成される。図９は、Ｓｉ含有量の異なるＡｌ−Ｓｉ合金の温度と液相率の関係を示すグラフである。図中、Ｓｉの前に記した数字は、Ａｌ−Ｓｉ合金を１００質量％としたときのＳｉ含有量［質量％］である。また、純アルミニウム（１質量％程度の不純物を含む）と６０６１（ＪＩＳで規定されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であってＭｇ：０．７５質量％、Ｓｉ：０．６８質量％）の温度と液相率の関係も合わせて示す。図９から、微細で均一に分散する気泡を得るためには、液相率を考慮して、アルミニウム合金を１００質量％としたときの珪素の含有量が５質量％以上さらには６質量％以上、１０質量％以下さらには９質量％以下であるアルミニウム合金粉末を用いるとよいことがわかる。換言すれば、珪素の含有量がこの範囲にある金属発泡体層は、微細で均一に分散する気泡をもつ。図９から、珪素含有量が１０質量％を越えると、液相率を７０〜９０％とすることが困難になってしまうため望ましくない。また、たとえば、図９で「７Ｓｉ］と示されるＳｉを７質量％含むアルミニウム合金（「Ａｌ−７％Ｓｉ合金」と略記）を合金粉末として用いる場合には、Ａｌ−７％Ｓｉ合金の固相線温度はＴＳ＝５８０℃、液相線温度はＴＬ＝６３０℃であり、５９０℃以上６２５℃以下さらには６００℃以上６２０℃以下の温度で加熱発泡工程を行うのが望ましい。
【００３６】
積層体を加熱する際の昇温速度に特に限定はないが、１０〜２０℃／分で上記の所定温度まで昇温させるとよい。また、積層体が所定温度に到達したら直ちに、あるいは所定温度で所定時間成形体を保持した後に、気泡を含む半溶融状態の金属を冷却して固化させることによって、金属発泡体層をもつ制振金属板が得られる。アルミニウム合金からなる金属発泡体層であれば、保持時間は０〜３０分さらには０〜２０分が望ましい。長時間保持すると、比較的低温であっても気泡が成長しやすいが、３０分以上保持しても気泡の成長に特に影響はないからである。また、保持時間を２０分以下とすることで、金属発泡体層が金属板に挟持されていない場合に、金属発泡体層の表面に発生する凹凸が抑制される。また、冷却は、気泡が所望の形状を保った状態で金属が固化する条件で行えばよく、冷却速度が２００〜３００℃／分程度の空冷が望ましい。
【００３７】
なお、冷却過程において、発泡助剤粉末の成分（ＴｉＨ２であればＴｉ）が金属に固溶するが、既に述べたように、発泡助剤粉末は少量使用されるのみであるため、金属発泡体層を構成する金属の特性に悪影響はない。
【００３８】
以上、本発明の複合制振金属板およびその製造方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００３９】
以下に、本発明の複合制振金属板およびその製造方法の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。
【００４０】
［実施例１］
［複合制振金属板の作製］
（調製工程）合金粉末としてＡｌ−７％Ｓｉ合金粉末（平均粒径：７０μｍ）、発泡助剤粉末としてＴｉＨ２粉末を準備した。ＴｉＨ２粉末は、篩により４５μｍ以下とした。Ａｌ−７％Ｓｉ合金粉末とＴｉＨ２粉末とをボールミルにより混合して混合粉末を得た。混合割合は、混合粉末を１００質量％としてＴｉＨ２粉末を０．５質量％とした。
【００４１】
（成形工程）混合粉末を一軸プレスにより直径１２ｍｍ長さ１０ｍｍの棒状に成形後さらに１ｍｍの厚さまで長手方向に順に圧延し、板状プリカーサを得た。
【００４２】
（積層工程）２０ｍｍ×１８０ｍｍに切り出した板状プリカーサを、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ系合金からなる制振合金板（２０ｍｍ×１８０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）の上に載置し、さらに板状プリカーサの上に同様の制振合金板を載置した。こうして、厚さ３ｍｍの積層体を得た。なお、積層体は、厚さが処理中に変化しないよう固定した。
【００４３】
（加熱発泡工程）積層体を赤外線大型イメージ炉（以下「加熱炉」と略記）で真空雰囲気において加熱して合金粉末を半溶融状態とするとともにＴｉＨ２粉末を発泡させた。板状プリカーサは、５００℃で２０分間予熱後、１５℃／分で所定温度まで昇温させ、６００℃に達してから５分間保持した後、加熱炉から取り出し、４℃／秒で空冷した。
【００４４】
上記の手順で得られた本実施例の複合制振金属板の断面写真を、図３に示す。上記の積層工程では、下から順に積層された。得られた複合制振金属板は、２枚の制振合金板と、それらの間に挟持された珪素を含むアルミニウム合金からなる発泡アルミニウム層と、を備え、それぞれの厚さは１ｍｍであった。制振合金板と発泡アルミニウム層との界面には、両者が接合している接合部と、接合されていない非接合部と、が観察された。
【００４５】
なお、実施例１の複合制振金属板が備える発泡アルミニウム層の気泡率は６０面積％、平均気孔径は１．８２ｍｍであった。気泡率は、図３に示す金属発泡体層の断面において、自動画像認識により算出した断面全体の面積１００％に対する、同じく自動画像認識により算出した気泡の部分の合計面積の割合（面積％）として求めた。また、平均気泡径は、金属発泡体の厚さ方向の断面で観察される全ての気泡の直径の最大径を測定し、算術平均値を求めた。
【００４６】
［評価：制振性］
得られた複合制振金属板（厚さ３ｍｍ）を１０ｍｍ×１６０ｍｍに切り出して試験片を作製し、中央加振法による損失係数の測定を行った。中央加振法は、三角治具で固定された試験片の中央部をランダム加振（振幅：１．０×１０−７〜１．０×１０−５、周波数：２００００Ｈｚ以下）する方法であって、加振により得られた周波数応答関数から半値幅法にて損失係数ηを算出する。周波応答関数の測定には、小野測器製ＤＳ−２０００を用いた。結果を図４に示す。
【００４７】
また、比較として、制振金属板のかわりにグラファイト板を用いた以外は上記実施例１と同様に作製した発泡アルミニウム（厚さ１ｍｍ）の制振性を同様に測定した。結果を図４に合わせて示す。なお、図示しないが、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｒ系合金からなる制振合金板の損失係数ηは、図４において実施例と比較例との間に位置する。
【００４８】
実施例１の試料では、損失係数ηが０．０４〜０．０８程度であって、樹脂材料に匹敵するような高い減衰能を示した。発泡アルミニウムのみの場合、制振金属板のみの場合、と比較して減衰能が大きく向上したのは、制振金属板と発泡アルミニウム層との間が部分的に接合されており、両者の界面においても振動エネルギーの吸収が行われるからであると考えられる。なお、Ｓｉ含有割合が６．５質量％以上７．５質量％以下であるアルミニウム合金からなり、気泡率が５７面積％以上６３面積％以下、平均気泡径が１．６ｍｍ以上１．９ｍｍ以下の金属発泡体であれば、誤差範囲であり、実施例１の複合制振金属板と同等の減衰能を示すと考えられる。
【００４９】
［参考例］
以下に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属発泡体の製造方法を参考例として示す。作製された金属発泡体は、そのままあるいは所定の寸法に切り出して、各種金属板と接合することで、複合制振金属板が得られる。
【００５０】
［金属発泡体の作製］
（調製工程）金属粉末としてＡｌ−７％Ｓｉ合金粉末、６０６１合金粉末および純Ａｌ粉末を準備した。これらの金属粉末の平均粒径は、Ａｌ−７％Ｓｉ合金粉末が約７０μｍ、純Ａｌ粉末が約３０μｍであった。また、発泡助剤粉末として、ＴｉＨ２粉末を用いた。ＴｉＨ２粉末は、篩により４５μｍ以下とした。Ａｌ−７％Ｓｉ合金粉末、６０６１合金粉末または純Ａｌ粉末と、ＴｉＨ２粉末と、をボールミルにより混合して混合粉末を得た。混合割合は、混合粉末を１００質量％としてＴｉＨ２粉末を０．５質量％とした。
【００５１】
（成形工程）混合粉末を一軸プレスにより直径１２ｍｍ長さ１０ｍｍの棒状に成形後さらに１ｍｍの厚さまで長手方向に順に圧延し、板状プリカーサを得た。
【００５２】
（加熱発泡工程）２０ｍｍ×１８０ｍｍに切り出した板状プリカーサを赤外線大型イメージ炉（以下「加熱炉」と略記）で真空雰囲気において加熱して金属粉末を半溶融状態とするとともにＴｉＨ２粉末を発泡させた。板状プリカーサは、５００℃で２０分間予熱後、１５℃／分で所定温度まで昇温させ、所定温度に達した時点で加熱炉から取り出し、４℃／秒で空冷した。取り出すときの温度を、Ａｌ−７％Ｓｉ合金の固相線温度（ＴＳ＝５８０℃）より低い５６０℃、ＴＳ以上で液相線温度（ＴＬ＝６３０℃）未満の５８０〜６２０℃およびＴＬ以上の６４０〜７５０℃の範囲でそれぞれ変化させ、複数の金属発泡体を作製した。なお、加熱発泡工程における温度は、加熱炉内の温度を熱電対で測定した値である。それぞれの混合粉末を用いて作製した金属発泡体の厚さ方向の断面写真を、取り出した温度毎に、図５に示す。
【００５３】
いずれの金属粉末を用いても、金属粉末が溶融するとともにＴｉＨ２粉末が発泡することで、気泡をもつ金属発泡体が得られた。純Ａｌ粉末を用いた場合には、６９０℃以下で形成される気泡は、板状プリカーサ内で厚さ方向へ剥離するように亀裂状に成長した。同様に、６０６１合金粉末を用いた場合には、６６０℃以下で形成される気泡は、板状プリカーサ内で厚さ方向へ剥離するように亀裂状に成長した。これは、温度が低く液相率が低い中で、ＴｉＨ２粉末の発泡が活発に発生したためである。いずれも、温度が上昇すると円形に近い気泡が形成された。
【００５４】
一方、Ａｌ−７％Ｓｉ合金を用いた場合には、固相線温度未満の５６０℃では、板状プリカーサに反りが発生するのみであった。固相線温度以上での加熱により、微細な気泡が均一に分散して形成された。しかし、温度が液相線温度以上に上昇すると気泡は大きく成長し、７００℃以上では３ｍｍを超えるような大きな気泡が多数観察された。
【００５５】
［評価：平均気泡径および気泡率の測定］
作製した金属発泡体の平均気泡径および気泡率を上記と同様に測定した。なお、平均気泡径の測定は、５８０℃または６００℃で取り出したＡｌ−７％Ｓｉ合金からなる金属発泡体について測定した。結果は、それぞれ０．５８ｍｍ（５８０℃）、０．８３ｍｍ（６００℃）であった。また、取り出し温度に対する各金属発泡体の気泡率を図６に示す。６０６１合金粉末を用いた場合ならびに純Ａｌ粉末を用いた場合には、温度の上昇に伴い、気泡率、平均気泡径ともに増大する傾向にあることがわかった。しかし、温度が高くなりすぎると、大きく膨らんだ気泡内部の水素が外へ抜けてしまい、発泡体は収縮した。一方、Ａｌ−７％Ｓｉ合金粉末を用いた場合には、５８０℃で形成された微細な球状の気泡が、高温になるにつれてそのまま成長して気泡率が増加したと考えられる。しかし、６４０℃以上では、粗大な気泡が見られるようになった。これは、液相の占める割合が１００％となったことで、気泡が成長しすぎたり隣接する気泡同士が癒着しやすくなったりしたためであると考えられる。
【００５６】
また、上述のように、加熱温度が高くなりすぎると気泡が大きくなってしまう可能性が出てくる。しかし、Ａｌ−７％Ｓｉ合金粉末を用いた場合に、液相率を約７０〜９０％となるように加熱することで、微細な気泡を均一に発生させることができたと考えられる。そのため、珪素の含有量が７質量％以上であれば、より低い加熱温度であっても最適な液相率とすることができる。したがって、図９を考慮すると、Ｓｉ含有量が７質量％以上１０質量％以下であれば、微細な気泡を均一に発生させることができる可能性が高い。
【００５７】
［板状金属発泡体の作製］
次に、上記の手順で作製したＡｌ−７％Ｓｉ合金粉末とＴｉＨ２粉末とからなる板状プリカーサ（厚さ１ｍｍ）を７０ｍｍ×１８ｍｍに切り出し、２枚のグラファイト板の間に配設した状態で、加熱炉内で加熱して板状金属発泡体を作製した。板状プリカーサは、一方のグラファイト板の中央に載置した。このグラファイト板の四隅には、厚さ３ｍｍのスペーサが固定されており、その上からもう一枚のグラファイト板を載置して固定した。下側のグラファイト板には、端面に開口し中央部へと延びる挿通孔が設けられており、挿通孔に熱電対を挿入して板状プリカーサの載置された中央部の温度を測定した。なお、グラファイト板は単なる拘束板であり、加熱発泡工程を経て冷却した後、板状金属発泡体とグラファイト板とは容易に分離する。
【００５８】
板状プリカーサは、５００℃で２０分間予熱後、１５℃／分で所定温度まで昇温させ、所定温度に達してから取り出すまでの時間（保持時間）を０、５、１５、３０、６０分と変更して、複数の板状金属発泡体を作製した。なお、保持時間の間の加熱温度（保持温度）は一定とした。また、取り出してからの冷却速度を４℃／秒（空冷）とした。保持温度を６００℃とした金属発泡体の厚さ方向の断面写真を、保持時間毎に図７に示す。
【００５９】
また、純Ａｌ粉末とＴｉＨ２粉末とからなる板状プリカーサ（厚さ１ｍｍ）についても同様にして、板状金属発泡体を作製した。ただし、保持温度を６６０℃とした。
【００６０】
［評価：平均気泡径および気泡率の測定］
上記の手順で作製した金属発泡体の平均気泡径および気泡率（Ａｌ−７％Ｓｉ合金のみ）を測定した。結果を図７および図８に示す。
【００６１】
Ａｌ−７％Ｓｉ合金からなる板状金属発泡体に関しては、６４０℃になった時点で取り出した場合（図示せず）および６００℃で５分以上保持した場合は、ＴｉＨ２粉末の発泡により上側のグラファイト板に接触した。また、保持温度が５８０℃以上では、保持時間をとることで気泡率を高くする効果が見られた。しかし、３０分以上保持しても、気泡率、気泡径ともに大きな変化は見られなかった。特に、６００℃で５〜１５分保持することで、気泡率が５０面積％を超え平均気泡径が２ｍｍ未満である板状金属発泡体が得られた。
【００６２】
また、純Ａｌからなる板状金属発泡体に関しては、保持時間なしでは、板状プリカーサ内で厚さ方向へ剥離するように亀裂状に成長した。しかし、５分以上保持することで径の小さい気泡も発生し、全体として均一に分散した気泡をもつ金属発泡体層が形成された。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の複合制振金属板の製造方法の説明図であって、複合制振金属板の厚さ方向の断面図である。
【図２】本発明の複合制振金属板の一例を模式的に示す断面図であって、厚さ方向の断面図である。
【図３】実施例１の複合制振金属板の断面を示す図面代用写真である。
【図４】実施例１の複合制振金属板の制振性を示すグラフであって、発泡アルミニウムの制振性も合わせて示す。
【図５】純アルミニウム、６０６１合金および珪素を７質量％含むアルミニウム合金からなる金属発泡体の断面図を示す。
【図６】図５に示す各金属発泡体の気泡率（面積％）を示すグラフである。
【図７】純アルミニウムおよび珪素を７質量％含むアルミニウム合金からなる金属発泡体の平均気泡径および断面図を示す。
【図８】珪素を７質量％含むアルミニウム合金からなる金属発泡体の気泡率（面積％）を示すグラフである。
【図９】組成の異なるアルミニウム合金および純アルミニウムの温度と液相率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ：金属板（１ｂ：拘束板）
２’：混合粉末層
２，２ａ，２ｂ，２ｃ：金属発泡体層
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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