(57)【要約】     【課題】従来技術に比べ制振用微粒子の配合量が少なく、しかもより効果的な制振作用を発揮することができる制振材料を提供する。    【解決手段】本発明の複合制振材料１は、マトリックスとなる高分子材料２中に、針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子３が混合されているものである。針状の二酸化チタンからなる核体３０の表面に導電体層３１が設けられている制振用微細粒子３Ａを用いることもできる。導電体層３１は、アンチモンをドープした二酸化スズからなる。制振用微細粒子３，３Ａの好ましい配合量は、１重量％〜５重量％である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスとなる高分子材料中に、針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子が混合されている複合制振材料。
【請求項２】
前記制振用微細粒子が、針状の二酸化チタンからなる核体の表面に、導電体層が設けられている請求項１記載の複合制振材料。
【請求項３】
前記導電体層が、アンチモンをドープした二酸化スズからなる請求項１又は２のいずれか１項記載の複合制振材料。
【請求項４】
前記制振用微細粒子の配合量が、１重量％〜５重量％である請求項１乃至３のいずれか１項記載の複合制振材料。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の複合制振材料の成形体からなる制振部材。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の複合制振材料を用い、フィルム状に形成されている制振フィルム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特に、機器の防振、騒音の吸収等に利用される複合制振材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業機械、輸送機関の発達、家電用品の普及により、各種機器より発生する振動、騒音が健康管理または環境保全の観点から問題視されるに至っている。特に、輸送機関、とりわけ鉄道の高速化による振動・騒音、高速道路、橋梁での自動車等の車輌による振動・騒音、また、オーディオ機器、パーソナルコンピュータ等の各種精密機械の普及に伴なう振動・騒音が社会問題として取り上げられるようになり、その防止低減対策が今後の社会生活にとって不可欠な状況となっている。
【０００３】
従来、振動、騒音を防止するためには、（１）質量を増加させ、剛性を高めること、（２）共振を回避すること、（３）振動を減衰させることの三点が重要であるとされている（新素材ハンドフックｐ２３５（丸善）参照）。
前記（１）、（２）の振動を起こさせないようにするための剛構造設計に対し、前記（３）は、柔構造というべきものであり、自由に振動を起こさせてその後速やかに減衰させるのがよいとする考え方であり、かかる振動減衰には、振動体の有する振動エネルギーを熱にかえて消費することにより振幅を急速に減少させ振動を止める手法が提案され、また、実施にも移されている。特に、材料自体が有する減衰能を利用する制振材料が各種開発されてきている。
【０００４】
これらのうち、例えば、非圧電性の有機高分子マトリックスに圧電性、誘電性、導電性を有する低分子化合物を分散させた有機高分子系制振材料が提案されている。このような制振材料の作用は、従来の制振作用の原理とは異なる原理によるもので、振動エネルギーを一旦電気エネルギーに変換し、次いで、熱エネルギーに変換して消費することにより振動を減衰させるとするものであり、圧電・導電効果に基づく電気エネルギー損失が加わるため、より効率的な振動減衰が可能になるとされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
一方、例えば半導体製造装置等において微細な加工を行う場合等において、より効果的な制振作用が求められており、種々の技術分野において制振材料の研究開発が進展している。
さらに、近年では、より軽く、より薄い制振部材や制振フィルムが求められているが、軽量で薄い制振部材や制振フィルムを得るためには、有機高分子マトリックスに混合する制振用微粒子の配合量を少なくすることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−８５３４６号公報
【特許文献２】特開平１１−６８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、従来技術に比べ制振用微粒子の配合量が少なく、しかもより効果的な制振作用を発揮することができる制振材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、マトリックスとなる高分子材料中に針状の二酸化チタンを混合することで非常に効果的な制振材料が得られることを見い出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
かかる知見に基づいてなされた本発明は、マトリックスとなる高分子材料中に、針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子が混合されている複合制振材料である。
本発明では、前記制振用微細粒子が、針状の二酸化チタンからなる核体の表面に、導電体層が設けられている場合にも効果的である。
本発明では、前記導電体層が、アンチモンをドープした二酸化スズからなる場合にも効果的である。
本発明では、前記制振用微細粒子の配合量が、１重量％〜５重量％である場合にも効果的である。
また、本発明は、上述したいずれかの複合制振材料の成形体からなる制振部材である。
また、本発明は、上述したいずれかの複合制振材料を用い、フィルム状に形成されている制振フィルムである。
【００１０】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の原理を模式的に示す説明図である。
本発明の複合制振材料１は、マトリックスとなる高分子材料２中に針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子３が混合されている。
この針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子３は、詳細は明らかではないが、後述する実施例からも明らかなように、例えば、粒子製造時の圧力や、高分子材料中に混合（混練）する際の圧力に起因する応力によって、分子配列が一方向に向くいわゆるモノドメイン構造となっていると考えられる。
【００１１】
すなわち、このような針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子３は、圧電効果を発現し、しかも発生した電気エネルギーが微細粒子の長手方向に沿って流れやすい分子の配列構造となっていると考えられる。
このような構造の制振用微細粒子３を有する複合制振材料１に振動伝達が行われると、その圧電効果によって、制振用微細粒子３の両端部間に周期的に電位差が生ずる。
【００１２】
その結果、図１（ａ）（ｂ）に示すように、制振用微細粒子３の長手方向表面に沿って電気的回路が形成され、同方向に交流電流４が流れる。
そして、図１（ｃ）に示すように、この発生した交流電流４による電気エネルギーが最終的にジュール熱５として消費される。
【００１３】
このような圧電効果を有する粒子を混合した圧電複合材料の抵抗をＲ、圧電粒子の容量をＣ、減衰させたい振動の振動数をωとすると、インピーダンスの整合条件として、Ｒ＝１／ωＣの条件が成立するときに、最も迅速に振動が減衰することが知られている。
したがって、本発明において、複合制振材料の固有振動数に対応する適切な導電率を設定することによって、大きな制振効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、制振用微細粒子自体が導電性を有しているため、ごく小量（例えば、１〜５重量％）の制振用微細粒子を混合するだけで制振材料を得ることができ、しかも、別途導電粒子等を混合する必要がないので、マトリックス材料自体の物性を損なうこともない。
【００１５】
また、本発明の場合、二酸化チタンは白色の材料であり、また、マトリックスにごく小量混合させるだけで優れた制振効果を発揮することができるため、例えば、二酸化チタンを混合した薄いフィルムを形成すれば、透光性の制振フィルムを得ることができる。これにより、画像・映像を表示させる表示画面を覆うための保護部材の機能を持たせることができる。
【００１６】
本発明において、制振用微細粒子が、針状の二酸化チタンからなる核体の表面に、例えばアンチモンをドープした二酸化スズからなる導電体層が設けられている場合には、制振用微細粒子の長手方向表面に沿って流れる電流の大きさを大きくすることができるので、消費されるジュール熱を大きくすることができ、その結果、より大きな制振効果を得ることができる。
【００１７】
さらに、本発明において、上記複合制振材料の成形体からなる制振部材や、上記複合制振材料を用い、フィルム状に形成されている制振フィルムによれば、種々の技術分野においてより効果的な制振技術を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来技術に比べ制振用微粒子の配合量が少なく、しかもより効果的な制振作用を発揮することができる制振材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）〜（ｃ）：本発明の原理を模式的に示す説明図
【図２】（ａ）：本発明の制振材料の概略構成を示す図（ｂ）：本発明に用いる制振用微細粒子の寸法関係を示す模式図（ｃ）：二酸化チタンの表面に導電体層を設けた制振用微細粒子の構成を示す断面図
【図３】本発明の使用例を示す説明図
【図４】本発明の他の使用例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２（ａ）は、本発明の制振材料の概略構成を示す図、図２（ｂ）は、本発明に用いる制振用微細粒子の寸法関係を示す模式図、図２（ｃ）は、二酸化チタンの表面に導電体層を設けた制振用微細粒子の構成を示す断面図である。
図２（ａ）に示すように、本発明の複合制振材料１は、マトリックスとなる高分子材料２中に、針状の二酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる制振用微細粒子３が複数混合されているものである。
【００２１】
本発明の場合、マトリックスとなる高分子材料は特に限定されることはないが、例えば、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、又はポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフッ素ビニリデンなどのフッ素系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の高分子樹脂を好適に用いることができる。
【００２２】
これらのうちでも、フィルム（シート）の作りやすさの観点からは、塩化ビニル樹脂やポリプロピレン樹脂を用いることが好ましい。
また、例えば、スクリーン印刷用の水性インクとして使用する場合には、作りやすさの観点から、アクリル樹脂を用いることが好ましい。
一方、マトリックスとなる高分子材料として、合成ゴム等のエラストマー等を好適に用いることもできる。
【００２３】
本発明に用いる制振用微細粒子３は、針状の二酸化チタン（ＴｉＯ2）からなるものである。なお、二酸化チタンの結晶形態としては、ルチル型のものを好適に用いることができる。
本明細書において、「針状」とは、図２（ｂ）に示すように、長軸の長さＬ1が、短軸の径Ｌ2より大きい形状を意味するものとし、紡錘状、棒状と同じ意味である。
【００２４】
ここで、制振用微細粒子３としては、アスペクト比、すなわち、長軸の長さＬ1と短軸の径Ｌ2の比（Ｌ1／Ｌ2）を、１０〜３０とすることが好ましい。
制振用微細粒子３のアスペクト比は、発生する電気エネルギーを大きくする観点からは、できるだけ大きい（細長い）ことが好ましいが、制振用微細粒子３のアスペクト比が３０を超えることは製造上困難である。
【００２５】
他方、制振用微細粒子３のアスペクト比が１０未満の場合には、十分な電気エネルギーを発生させることができない。
具体的には、制振用微細粒子３として、長軸の長さＬ1が４．０〜６．０μｍ、短軸の径が０．１〜０．３μｍのものを好適に用いることができる。
本発明の場合、複合制振材料１における制振用微細粒子３の配合量は特に限定されることはないが、１重量％〜５重量％に設定することが好ましい。
【００２６】
複合制振材料１における制振用微細粒子３の配合量が１重量％未満であると、十分な制振効果を奏することができず、他方、５重量％を超えると、成形後に脆くなるため好ましくない。
本発明においては、制振用微細粒子の二酸化チタンの表面に導電体層を設けることもできる。
【００２７】
図２（ｃ）に示すように、このような制振用微細粒子３Ａは、針状の二酸化チタンからなる核体３０の表面に、導電体層３１が設けられて構成されている。
本発明の場合、二酸化チタンからなる核体３０の表面に設ける導電体層３１の材料としては特に限定されることはないが、製造のしやすさ及びより少ない量で導電性を向上させる観点からは、アンチモン（Ｓｂ）をドープした二酸化スズ（ＳｎＯ2）を好適に用いることができる。
【００２８】
この場合、導電体層３１の厚さは、プリントによる場合には、１〜２０μｍに設定することが好ましい。
他方、導電体層３１の厚さは、蒸着による場合には、０．１〜１００μｍまで設定することができる。
なお、核体３０としては、上述した条件の制振用微細粒子３を用いることができる。
【００２９】
一方、このような導電体層３１を有する制振用微細粒子３Ａの抵抗率は、２〜８０Ω・ｃｍのものが好ましく、より好ましくは１０〜６０Ω・ｃｍである。
本発明の場合、複合制振材料１における制振用微細粒子３Ａの配合量は特に限定されることはないが、１重量％〜５重量％に設定することが好ましい。
複合制振材料１における制振用微細粒子３Ａの配合量が１重量％未満であると、十分な制振効果を奏することができず、他方、５重量％を超えると、成形後に脆くなるため好ましくない。
【００３０】
本発明に係る複合制振材料１及びその成形体を得るには通常の方法を用いればよい。
すなわち、マトリックス用の高分子材料２に、上述した針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子３を所定量加えて所定温度で混練し、例えば熱ロールプレス成形後、所定の大きさに切断すればよい。
【００３１】
図３は、本発明の使用例を示す説明図である。
本例では、上述した針状の二酸化チタンからなる制振用微細粒子３が高分子材料中に混合されている複合制振材料１を用い、例えば円柱や角柱形状に形成（成形）された制振部材１０を使用したものである。
【００３２】
ここでは、例えば床面１１と制振対象物１２との間に複数の制振部材１０を介在させる。制振対象物１２としては、種々の装置、例えば、オーディオ機器や半導体製造装置等を適用することができる。
このような構成によれば、床面１１から制振対象物１２に対する振動を制振部材１０によって減衰させることができる。
【００３３】
図４は、本発明の他の使用例を示す説明図である。
本例では、上記制振部材１０と、上述した複合制振材料１を用い、フィルム状に形成（成形）され透光性を有する制振フィルム２０を使用したものである。
ここでは、まず、例えば床面１１と制振対象物１３との間に複数の制振部材１０を介在させる。
さらに、本例の制振対象物１３は、画面１４上に例えば画像１５を表示可能な表示装置であり、この表示装置の画面１４上に制振フィルム２０が貼り付けられている。
【００３４】
このような構成によれば、床面１１から制振対象物１３に対する振動を制振部材１０によって減衰させることに加え、制振対象物１３自体の振動を制振フィルム２０によって減衰させることができるので、より効果的な制振を行うことができる。
しかも、本例の制振フィルム２０は、透光性を有しているため、制振フィルム２０を介して画面１４上の画像１５を表示することができる。したがって、本例の制振フィルム２０によれば、制振機能に加え、表示装置の画面１４を保護する機能を併せ持たせることができる。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、図３及び図４に示す例は、本発明及び本発明の使用例の一部であり、制振部材、制振フィルムの形状や大きさ、また制振部材、制振フィルムの配置位置等については、制振対象物によって適宜変更することができる。
また、制振対象物についても特に限定されることはなく、種々の装置、機器、部材等に適用することができるものである。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
＜実施例１＞
まず、マトリックス用の高分子材料として塩化ビニル樹脂を用いるとともに、制振用微細粒子として、導電体層を有しない針状の二酸化チタン微細粒子（商品名  ＦＴＬ−３００  石原産業社製、長軸長さ：５．１５μｍ、短軸径：０．２７μｍ）を用い、制振材料の試料を作成した。
【００３８】
この場合、まず、塩化ビニル樹脂に、上述した針状の二酸化チタン微細粒子３重量％を加えて温度１７０℃で混練し、熱ロールプレス成形後、大きさ１０ｍｍ×２００ｍｍに切断して厚さ０．８ｍｍの試験用フィルムを得た。
なお、実施例１の制振用微細粒子の抵抗率は、３１２ｋΩ・ｃｍであった（ＩＳＫ法による９．８０７ＭＰａ圧分体）。
【００３９】
＜実施例２＞
制振用微細粒子として、導電体層を有する針状の二酸化チタン微細粒子（商品名  ＦＴ−３０００  石原産業社製、長軸長さ：５．１５μｍ、短軸径：０．２７μｍ）を用いた他は実施例１と同一の条件で制振材料の試料を作成した。
なお、実施例２の制振用微細粒子の抵抗率は、１３．７Ω・ｃｍであった（ＩＳＫ法による９．８０７ＭＰａ圧分体）。
【００４０】
＜実施例３＞
制振用微細粒子として、導電体層を有する針状の二酸化チタン微細粒子（商品名  ＦＴ−４０００  石原産業社製、長軸長さ：１０μｍ、短軸径：０．５μｍ）を用いた他は実施例１と同一の条件で制振材料の試料を作成した。
なお、実施例３の制振用微細粒子の抵抗率は、３．３Ω・ｃｍであった（ＩＳＫ法による９．８０７ＭＰａ圧分体）。
【００４１】
＜比較例＞
制振用微細粒子として、アンチモンをドープした針状の二酸化スズ微細粒子（商品名  ＦＳ−１０Ｐ  石原産業社製、長軸長さ：５．１５μｍ、短軸径：０．２７μｍ）を用いた他は実施例１と同一の条件で制振材料の試料を作成した。
なお、比較例の制振用微細粒子の抵抗率は、９７．９Ω・ｃｍであった（ＩＳＫ法による９．８０７ＭＰａ圧分体）。
【００４２】
実施例及び比較例の試料について、中央加振法によって損失係数（Ｔａｎδ）の周波数依存性を測定した。測定系としては、発振器はＴｙｐｅ  ２８２５、増幅器はＴｙｐｅ  ２７１８、加振器はＴｙｐｅ  ４８０９、加速度センサはＴｙｐｅ  ８００１で構成されるシステムを用い（いずれもＢ＆Ｋ社製）、各機器の制御はパーソナルコンピュータを用いた。
この場合、共振周波数は、第１次〜第７次まで測定した。共振周波数の測定結果を表１に示し、損失係数の測定結果を表２に示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
2011099497.tif 000004
【００４５】
表１及び表２から明らかなように、針状の二酸化チタン微細粒子を混合した実施例１〜実施例３の制振材料は、第１次〜第７次共振周波数（約５０Ｈｚ〜約５０００Ｈｚ）において、いずれも損失係数が０．１を超えており、十分実用に耐えうることが理解される。
また、これら実施例１〜実施例３の制振材料は、アンチモンをドープした針状の二酸化スズ微細粒子を混合した比較例に比べ、第１次〜第４次共振周波数（約５０Ｈｚ〜約１６００Ｈｚ）において、いずれも大きい損失係数が得られた。
【００４６】
特に、表面に導電層を有する針状の二酸化チタン微細粒子を混合した実施例２及び実施例３については、導電体層を有しない針状の二酸化チタン微細粒子を混合した実施例１に比べ、第２次及び第３次共振周波数（約３００Ｈｚ〜約８００Ｈｚ）において、実施例１を超える損失係数が得られた。
【００４７】
この結果から、針状の二酸化チタン微細粒子に導電体層を設けることによって、針状の二酸化チタン微細粒子において、より大きな電気エネルギーが発生していることが理解される。
また、このことは、高分子材料中に混合された針状の二酸化チタン微細粒子が、圧電性を発現しており、モノドメイン構造を有していることの証左であると考えられる。
【符号の説明】
【００４８】
１…複合制振材料、２…高分子材料、３，３Ａ…制振用微細粒子、４…交流電流、５…ジュール熱、３０…核体、３１…導電体層 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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