(57)【要約】【課題】  機械部品の内部空間に制振性材料を充填して制振性機械部品を作成する場合に発生する制振性のばらつきを解消することができ、複雑な内部空間構造を有する機械部品へ制振性材料を細部まで十分に充填して、一様に優れた制振性を有する制振性機械部品を製造する方法を提供する。【解決手段】  制振性機械部品の製造方法は、水硬性組成物をスラリーにして機械部品の内部空間に導入し、当該水硬性組成物が膨張することにより当該水硬性組成物が機械部品の内部空間に充填され、次いで当該水硬性組成物を硬化させることにより、水硬性組成物と機械部品と密着させるものである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性組成物をスラリーにして機械部品の内部空間に導入し、当該水硬性組成物が膨張することにより当該水硬性組成物が機械部品の内部空間に充填され、次いで当該水硬性組成物を硬化させることを特徴とする、制振性機械部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の制振性機械部品の製造方法において、前記水硬性組成物は、膨張性を有することを特徴とする、制振性機械部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振性機械部品の製造方法に関し、特に機械部品の内部空間が複雑であっても十分に機械部品の内部空間に充填されることによって該機械部品に有効な制振性を与える制振性機械部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家電機器、ＯＡ機器、工作機械基盤、半導体用シリコンウエハー研磨定盤、半導体用ボンディングマシン等の各種産業機械の部品として、機器使用時の振動やこれにより発生する騒音を抑制するために制振性を有する種々の材料が多用されている。
【０００３】
これらの製品部品材料として多用される樹脂系、ゴム系、アスファルト系等の粘弾性材料は、一般に金属より良好な制振性を有するが、これらの高分子材料は、共振周波数領域が狭く、共振周波数より高い周波数領域においてはかえって減衰効果が小さくなるなどの問題を有する。
また、制振性を要求される機械部品に粘弾性材料を充填する方法も用いられており、かかる粘弾性材料を例えばボールネジ等の管状体に充填する場合には、ホットメルト法を用いて溶融状態で行うことになるが、特に小さい管状体の場合には、これらの粘弾性物質を当該管状体に充填することは難しく、また管壁と粘弾性物質との接着性を高めることが十分にできず、期待する制振性が得られない等の問題があった。
【０００４】
これらの問題点に鑑み、本発明者らは、制振性材料として水硬性組成物を用いることを、特開２００３−２８７０８５号公報により提案している。これは、管状体内に水硬性組成物混合物を流動性のあるモルタル状態で、主として押出法により充填し、硬化させることによって機械部品に制振性を付与するものである。
しかし、この場合、制振性材料である水硬性組成物の充填は、流動性のあるモルタル状態で行えるので、小さな部品への適用が容易となり、また水硬性組成物を充填する機械部品の内部空間が比較的単純な構造、例えば直線的な管状部材等の場合に充填が容易となるが、機械部品の内部空間構造が複雑な場合には、機械部品の空間細部の充填性の低下が発生する場合がある。この場合、充填した水硬性組成物の水和反応による体積収縮から、管壁との接着力の低下が生じ、従って制振性のばらつきが発生する場合があり、制振性、特に複雑な内部空間を有する機械部品の一様な制振性が十分に満足できるものではなかった。
【特許文献１】特開２００３−２８７０８５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、機械部品の内部空間に制振性材料を充填して制振性機械部品を作成する場合に発生する制振性のばらつきを解消することができ、複雑な内部空間構造を有する機械部品へ制振性材料を細部まで十分に充填して、一様に優れた制振性を有する制振性機械部品を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、水硬性組成物として膨張性を有するものを用い、機械部品内部に充填した水硬性組成物を硬化して、当該機械部品と水硬性組成物からなる成形体とが一体化することにより、上記課題を解決したものである。
すなわち、本発明者らが種々研究を重ねたところ、制振性のばらつきの原因は、１．水硬性組成物が内部空間の細部まで充填されないこと、２．水硬性組成物の水和反応による体積収縮のため水硬性組成物と空間内壁との接着性が低下することの２点にあることが分かった。
【０００７】
そこで、水硬性組成物として膨張性を有するものを用いることによって、充填性の改良を行った。すなわち、機械部品内部に膨張性水硬性組成物スラリーを流し込んだ後注入口を閉鎖すると、スラリーが膨張して未充填空間に向かって移動することを利用して充填性の改良を行った。
そして、このような膨張性水硬性組成物は、膨張性故に、水和収縮を補償する働きがあるので、充填性の改良と同時に水硬性組成物と充填空間内壁との接着性低下の問題も改良することができることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
本発明の制振性機械部品の製造方法は、水硬性組成物をスラリーにして機械部品の内部空間に導入し、当該水硬性組成物が膨張することにより機械部品の内部空間に充填され、次いで硬化させることを特徴とし、好適には、前記水硬性組成物は、膨張性を有するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制振性機械部品の製造方法は、水硬性組成物が膨張性を有することから、自己充填性に優れ、より複雑な内部空間であっても、細部まで均質な充填が可能となり、更に、制振性材料である水硬性組成物と充填空間内壁との密着低下を防止することを可能にするため、制振性にばらつきがなく、一様に優れた制振性能を有する制振性機械部品を経済的に有効な方法で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を、好適な実施態様を挙げて以下に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の制振性機械部品の製造方法は、水硬性組成物をスラリーにして機械部品の内部空間に導入し、当該水硬性組成物が膨張することにより当該水硬性組成物が機械部品の内部空間に充填され、次いで当該水硬性組成物を硬化させる方法である。
これにより、如何なる複雑な形状の機械部品であっても、水硬性組成物と機械部品とが一体化でき、優れた制振性能を有することができることとなる。
【００１１】
本発明の制振性機械部品の製造に用いる制振性組成物は、水硬性組成物であり、水硬性粉体と、非水硬性粉体及び／又は樹脂とが含有される。
当該水硬性組成物は、機械部材に容易に内装できるので、得られる制振性機械部品の生産性を著しく向上することができる製造方法を提供することが可能となる。
【００１２】
本発明の制振性機械部品の製造方法に用いる内装材である上記水硬性組成物は、水硬性粉体を含有することが好ましい。
水硬性粉体とは、水と接触して硬化する粉体を意味し、好ましくはポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、カルシウムフルオロアルミネート、カルシウムサルファアルミネート、リン酸カルシウム、半水石こう、等の自硬性を有する粉体の１つあるいはいくつかの組み合わせたものが使用される。発泡剤の反応性の問題からポルトランドセメントの使用がより好ましい。
当該水硬性粉体の粒径等は特に制限されないが、上記水硬性粉体の平均粒径より小さいことが好ましい。これは平均粒径の小さい非水硬性粉体は水硬性粉体の間隙を充填し、マイクロフィラー効果等により流動性の向上、および成形体強度向上に効果がある。
【００１３】
さらに、前記水硬性組成物には、非水硬性粉体を含有することができる。
非水硬性粉体とは、単体では水と接触しても硬化することのない粉体を意味し、アルカリ性若しくは酸性状態においてその成分が溶出し、他の既溶出成分と反応して生成物を形成する粉体をも含む意である。非水硬性粉体としては珪砂、水酸化カルシウム粉末、珪石粉末、粘土粉末、シリカヒューム、フライアッシュ、炭酸カルシウム、二水石膏よりなる群より選ばれる少なくとも１種の粉体を好適に用いることができる。
【００１４】
前記非水硬性粉体の配合量は、上記水硬性粉体１００〜２００重量部に対して非水硬性粉体８０重量部以下とすることが好ましく、非水硬性粉体が８０重量部を超えると強度及び充填率が低下し、硬化後の成形体形状の安定性に悪影響を及ぼす。非水硬性粉体の配合の下限値は、本発明において水硬性組成物の要求される性能が満足できれば非水硬性粉体は含まれなくても良いので、特に制限はない。
【００１５】
さらに、本発明の制振性機械部品の製造に用いる制振性組成物には、樹脂を含有することができる。
樹脂を水硬性組成物に添加するに際しては、天然ゴムラテックス、合成ゴムラテックス、熱可塑性樹脂エマルジョン、熱硬化性樹脂エマルジョン、瀝青質エマルジョン、再乳化型粉末エマルジョン、ポリマー水溶液、液状ポリマーの群から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００１６】
ここで合成ゴムとしてはクロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリメタクリル酸メチルブタジエンが好ましく、熱可塑性樹脂としてはポリアクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニルデン塩化ビニル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリエチレン酢酸ビニル、ポリプロピレンが好ましく、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が好ましい。
また、瀝青質エマルジョンの形で添加する樹脂としてはアスファルト、ゴムアスファルト、パラフィンが好ましく、再乳化形粉末エマルジョンの形で添加する樹脂としては、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニルバーサテートが好ましい。
ポリマー水溶液はセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、フルフリルアルコールの水溶液が好ましく、液状ポリマーは不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂が好ましい。
当該樹脂は、水硬性組成物中に含有されることによって、水硬性組成物成形体の粘弾性を高めるとともに、成形性を向上させる機能を有する。
【００１７】
上記樹脂の配合量は、固形分として、水硬性粉体と非水硬性粉体との合計重量１００重量部に対して５〜５０重量部であることが好ましく、５０重量を超えると、内装した水硬性組成物成形体の寸法安定性が低下し、密実な充填が出来ない虞があり、一方、当該樹脂が５重量部未満では、水硬性組成物と機械部品の内壁との接着性が低下する場合があり望ましくない。
【００１８】
本発明の水硬性組成物の膨張性は、水硬性組成物に膨張剤、発泡剤及び起泡剤からなる群より選ばれる少なくとも１種の膨張材を添加することにより実現できる。
【００１９】
膨張剤としては、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ分類によるＫ型膨張材（カルシウムサルホアルミネート、酸化カルシウム、石こうから構成）、Ｓ型膨張材（アルミン酸三カルシウムと石こうから構成）、Ｍ型膨張材（アルミナセメントと石こうから構成）が例示できる。
かかる膨張剤は、カルシウムサルホアルミネートからエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成することによる膨張、または、水酸化カルシウムの生成による水和膨張による膨張により、膨張するものである。
【００２０】
起泡剤とは、界面活性作用により物理的に気泡を導入することができるものであって、例えば、界面活性剤系気泡剤としては、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等の種々の合成界面活性剤及び天然界面活性剤を使用することができる。例えば、アニオン系界面活性剤としては、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、りん酸エステル塩、カチオン系界面活性剤としては、第一級アミン塩、第二級アミン塩、第三級アミン塩、第四級アンモニウム塩、両性界面活性剤としては、アミノ酸型、ベタイン型、非イオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール型、多価アルコール型を例示することができ、天然界面活性剤としては、ケラチン加水分解物やコラーゲン加水分解物等が挙げられ、これらを単独でまたは混合して用いることができる。特に、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート、ポリオキシエチレンアルキルフェニールエーテルサルフェート、α―オレフィンスルホン酸が好適に使用できる。
【００２１】
また発泡剤としては、金属アルミニウム粉末が好ましく用いられ、セメントスラリー中に混和された際に、化学反応によって水素を発生し、膨張する。
【００２２】
かかる膨張剤、気泡剤、発泡剤の添加量は、特に限定はされず、機械部品の内部に水硬性組成物を充填したときに、機械部品形状に応じて十分膨張して、機械部品と水硬性組成物との間に、間隙が生じず、一体化できる量であれば十分である。
【００２３】
上記主成分以外に、各種の添加助剤が水硬性組成物に必要に応じて添加され、例えば減水剤等が挙げられる。
減水剤は、減水効果により流動性の向上に寄与するものであり、メラミン系、ナフタリン系、ポリカルボン酸系などの公知の減水剤が好適に使用できる。その配合量は、水硬性粉体１００重量部に対して、固形分換算で４重量部未満であり、これは４重量部を超えると、成形体の強度が低下する虞があるからである。
【００２４】
本発明の制振性機械部品の製造方法により得られる機械部品は、機械部品の内部空間に水硬性組成物が充填された構造を有するものである。
機械部品に内装充填する上記水硬性組成物を調製するには、上記水硬性粉体（必要に応じて非水硬性粉体も添加）、樹脂（好ましくは、粉末もしくはエマルジョン等）と、膨張剤、起泡剤及び発泡剤と、水と、必要に応じて加えられるその他の添加剤、例えば減水剤等の添加助剤とを混練してスラリーを得る。
これにより、流し込み成形に必要な成形用混合物である水硬性組成物のスラリーが得られる。
【００２５】
流し込み方法による制振性機械部品の製造における水硬性組成物スラリーの調製方法は、水硬性組成物１００重量部に対して水を１０〜６５重量部、好ましくは１５〜２５重量部、更に膨張剤等と、更に必要に応じて減水剤や遅延剤等を添加して、混合することによってスラリーを得る。
かかる流し込み方法による場合の混合方法は、特に限定されない。
なお、流し込み成形できる程度に水硬性組成物の粘性を高めることができれば、水の添加量の下限値は特に限定されない。
水を混合する方法については特に限定されず、好ましくは、強力な剪断力を水硬性組成物混合物に付加することが可能な混合方法が、均一な混合物を得るために好ましい。
【００２６】
機械部材の内部空間に該水硬性組成物スラリーを流し込む方法においては、直接重力により流し込み充填する方法は充填に要する時間が長くなり、生産性が劣ることとなる。このため、機械部材に振動を与えながら充填する方法、機械部材の内部空間を脱気減圧しながら充填する方法、水硬性組成物スラリーを加圧ポンプにて充填する方法のいずれかを用いることによって、充填時間を短縮することが可能となる。
【００２７】
次いで、得られた水硬性組成物スラリーを、直接機械部品の内部空間に圧入した後、注入口を閉鎖する。当該スラリーは膨張性を発現するため、開放された一方の口に向かい、内部空間を移動することとなり自己充填をすることとなる。その結果、機械部品の内部空間がより複雑な構造を有していても、容易に水硬性組成物の密な充填が可能となる。
【００２８】
このように機械内部空間に充填された水硬性組成物は、含有される膨張剤、気泡剤、発泡剤の作用により、膨張性を有し、機械部品内部の細部の空間にわたって均質な充填を確保し、良好な密着性を有するものとなる。
【００２９】
当該機械部品の内部空間に充填され膨張して機械部品と一体化した水硬性組成物スラリー混合物は、十分な強度を発現するまでには数時間から数日を要するため、養生が必要となる。
かかる養生方法は、特に限定されるものではなく、例えばそのまま室温に放置してもよいが、蒸気養生やオートクレーブ養生方法等も用いることができる。
【００３０】
例えば、オートクレーブ養生の場合は、５〜１０時間程度の養生により成形体の硬化反応が完全に終結し、該制振性機械部品の大量生産には好ましいが、機械部品の材質が高温高圧蒸気雰囲気により変質するおそれがある場合は、室温での自然養生を用いて、硬化させ、制振性機械部品を製造する。
【００３１】
本発明の製造方法に適用される機械部品は、特に限定されないが、必要な剛性が確保できれば、金属又は硬質プラスチック製のものが適用でき、その形状は特に限定されず、複雑な種々の形状のものが使用できる。
【００３２】
かかる構造、すなわち粘弾性に優れる性質と機械的強度を有する特徴とを共に発揮できる水硬性組成物が、制振を必要とする複雑な機械部品の内部空間に密に充填されて、密着した構造を有するために、本発明の制振性機械部品の製造方法は、広い範囲の周波数帯域において一様な優れた振動吸収性能を得ることができる制振性機械部品を経済的に得ることができるものである。さらに、上記本発明により製造された制振制機械部品は、内部の水硬性組成物硬化体が気泡を有するものは、特に、著しく制振性を向上することができる。
【実施例】
【００３３】
本発明を以下の実施例、比較例及び試験例により説明する。
（実施例１）
表１に示す配合割合（重量部）にしたがって、水硬性粉体として普通ポルトランドセメント（平均粒径２０μｍ  住友大阪セメント（株）製）、非水硬性粉体としてシリカヒューム（平均粒径０．２μｍ  ＳＫＷ社製）、樹脂としてポリアクリル酸塩水溶性樹脂（商品名  ペトロック１５０  旭化成社製）、更に発泡剤として金属アルミニウム粉末（平均粒径５０μｍ；東洋アルミニウム社製）及び膨張剤として商品名サクス（住友大阪セメント株式会社製）を用いて、均一に混合して制振性水硬性組成物スラリーを得た。
かかるスラリーを、金属中空板（外径２０×２０ｍｍ  内径７×７ｍｍ  長さ２５０ｍｍ）内に流し込んだ後、注入口を閉じた。スラリーの膨張が収まった後、注入口反対側からあふれ出たスラリーを除去し、自然養生にて硬化させ、制振性機械部品を製造した。
【００３４】
（比較例１）
表１に示す配合割合にしたがって水硬性粉体として普通ポルトランドセメント（（平均粒径２０μｍ  住友大阪セメント（株）製）、非水硬性粉体としてシリカヒューム（平均粒径０．２μｍ  ＳＫＷ社製）とポリアクリル酸塩水溶性樹脂（商品名  ペトロック１５０  旭化成社製）を使用した。ここでは発泡剤、膨張材を使用せずにスラリーを得て、実施例１と同様にして、金属中空板内に流し込んで、機械部品を得た。
【００３５】
（比較例２）
減衰能金属である片状黒鉛鋳鉄（ＦＣ３５０）を使用して金属中空板（外径２０×２０ｍｍ  内径７×７ｍｍ  長さ２５０ｍｍ）を作製し、中空のまま機械部品を得た。
【００３６】
【表１】
2005273837.tif 000002
なお、表中の充填性の評価は以下の基準による。
◎・・・前記中空板において２５０ｍｍすべてに充填された。
○・・・２５０ｍｍ×９０％充填された。
△・・・２５０ｍｍ×８０％充填された
×・・・２５０ｍｍ×８０％以下充填された。
【００３７】
試験例
上記実施例１、比較例１及び２において得られた機械部品について制振性の評価を行った。
制振性の評価はＪＩＳ  Ｇ  ０６０２「制振鋼板の振動減衰特性試験方法」における「中央支持定常加振法」によって行った。試料はインピーダンスヘッドを介して加振機に固定し、ＦＦＴのスェプサイン信号を用いて加振を行った。
ＦＦＴを用いてインピーダンスヘッドからの力と振動加速度の信号を用いて、力／振動速度（振動加速度は振動速度に変換）の関係から求められる周波数応答関数を測定した。
これを反共振特性（機械インピーダンス）とし、損失係数は半価幅法により求めた。
得られた結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
2005273837.tif 000003
【００３９】
表１より、実施例１で用いた水硬性組成物は、膨張性を有さない比較例１の水硬性組成物と比較して、良好な充填性を示すこが確認できた。
表２より、実施例１の製造方法により得られた制振性機械部品は、比較例１、２の試料と比較して、良好な制振性を示すことが分かる。
ここで、実施例１の製造方法により得られた制振性機械部品は、膨張剤や発泡剤を含まないこと以外は実施例１と全く同様にして作成された比較例１の機械部品と比較して良好な制振性を示すのは、内部に充填した水硬性組成物硬化体が気泡を含むためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の制振性機械部品の製造方法により得られた制振性機械部品は、複雑な形状であっても、制振性にばらつきがなく、優れた制振性を有するので、特に家電機器、ＯＡ機器、工作機械基盤、半導体用シリコンウエハー研磨定盤、半導体用ボンディングマシン等の各種産業機械の部品、特にＬＭガイド、ローラーガイド、ボールスプライン、ボールネジ等の動力または運動の伝達を目的とした制振性直動部品等に利用することが可能となる。