車室内の振動騒音対策と低減技術

低融点 LCP の開発とその制振特性
石津 忍

太田 晃仁

上野製薬 ( 株 )LCP 事業部

技術開発部

本稿では，低融点 LCP の開発とその制振特性につい1. はじめにて紹介する。

液晶ポリマー（LCP：Liquid Crystal Polymer）はスーパプラスチックである。LCP は，一般的に図 1 に示すようなモノマー構成からなっており，剛直なモノマーにより構成されるその分子構造から，汎用プラスチックと比べると様々な特長を有している。

OOCOk
図1COlXmYn

液晶ポリマーのモノマー構成

水蒸気透過係数（g・25 μm/m2・24 hr・atm）

1000

ーエンジニアリングプラスチックに分類される熱可塑性

LCP の具体的な特長としては，耐薬品性や，リフロー

PA6MXD6EVOH

100PANHDPE

PET10PVDCOPP

1PCTFE

LCP
0.10.11101001000酸素透過係数（cm3・25 μm/m2・24 hr・atm）

はんだ等に耐える高い耐熱性，精密部品に適した成形性
や優れた寸法安定性，機械物性，低アウトガスなどが挙図2LCP のガスバリア性 1）

げられる。特に流動性に優れ，実質的にバリが出ないことから，SMT コネクタや電気・電子部品，情報通信分

2.

野に多く使用されている。また，誘電特性が良いことから，最近では 5G 向けの基板材料として注目されている。
LCP のあまり活かされていない特性としては，ガスバリア性，耐候性，振動減衰性などが挙げられ，例えばガスバリア性は酸素ガスバリア性，水蒸気ガスバリア性

2.1

LCP の構造と制振特性

LCP の異方性と試験片の構造

LCP 試験片の断面を顕微鏡観察すると，表面層に強い配向層が観察される。

ともに優れており，熱可塑性樹脂ではトップクラスの性非強化品（図 3 左）ではやや観察することが難しいが，能を有する（図 2）。これらの活かされていない特性をガラス繊維（GF）強化グレード（図 3 右）ではより明確活かし，LCP を新たな用途へ展開するため，モノマーにその形成が観察される。

構成成分を工夫して新規 LCP の開発や新規用途開拓に注力している。

車載テクノロジー Vol.8, No.5 2021

23

LCP 非強化品

表 1 に掲載しているデータは，試験片に加速度センサ

LCP GF 強化品

ーを取り付け，力検出器付きの打撃加振装置により加振した際の，加振力と応答加速度の測定を行い，伝達関数（イナータンス = 応答加速度 / 加振力）から共振ピークを求め，得られた共振周波数から半値幅法により，減衰0.200 nm/div

図30.200 nm/div

LCP 試験片の断面写真（左：非強化品，右：GF 強化品）

比を算出した結果である。
減衰比が高いことは，振動の減衰が早いことを示しており，LCP は振動減衰性能において優秀であることがまた，図 3 右を模式化したものが図 4 である。

見て取れる。
LCP が高い振動減衰値を持つ理由については諸説あ

スキン層るが，他樹脂と比較しても配向状態が大きく異なるコア- スキン構造の形成により，コア層とスキン層の界面でコア層の振動エネルギーが熱エネルギー等に変換されることが一例に挙げられる。

スキン層

この他に LCP が高い振動減衰値を示す理由としては，結晶性ポリマーと異なり，液晶性を持つことから，分子図4間の相互作用が弱く界面等で振動が吸収されてしまう

GF 強化 LCP 中の GF 配列図2）

ことが挙げられる。
LCP は射出成形での使用が大半を占めており，GF 強表 1 に示す結果では，GF が入ることにより振動減衰化品の LCP を用いて試験片の断面を観察すると，金型値が下がっているが，これは鉄筋コンクリートのような表面部分（スキン層）の GF は規則正しく配列していイメージで GF が層間を横断することによって補強材とるのに対して，試験片の中層部（コア層）については，して働くため，層間のずれを抑制していることに起因す

GF はランダムもしくは流動方向に垂直な形で存在してるのではないかと推察する。

いることが確認できる。

3.
2.2

表 1 に LCP と使用用途が一部重なる材料であるポリ

3.1

低融点 LCP

A-8100 の特長

ブチレンテレフタレート（PBT）及び，ポリフェニレン

LCP は，耐熱性の高さによって大まかに上から Ⅰ 型，Ⅱサルファイド（PPS）と同一形状で減衰比を比較した結型，Ⅲ 型に分類される。最も耐熱性の低い Ⅲ 型 LCP に果を示す。結果から LCP は他材料にはない優れた振動

ついては融点を下げるために脂肪族モノマーを一部使用減衰性能を有していることが確認できる。

した半芳香族 LCP が市場で一部流通しているが，全芳香

表1
材料
固有振動数
［Hz］
減衰比
ξ
測定条件

族かつ低融点の LCP はほとんど開発されていなかった。

各種材料の減衰比と固有振動数

上野製薬は，LCP のモノマーメーカーでもある自社のLCP1

LCP-2

LCP-2 GF30％

PPS GF30％PBT GF30％

優位性を活かして全芳香族 LCP の融点を下げる検討を

197

15016789107

行い，融点 220℃ の低融点 LCP A-8100（以下 A-8100）

0.025

0.040

0.030

0.014

0.012

：自由支持条件

インパクト加振法

試験片形状 ：150 mm × 150 mm × 3 mmt

24

全芳香族低融点 LCPLCP の振動減衰性能

車載テクノロジー Vol.8, No.5 2021を開発，上市している。
A-8100 は全て芳香族モノマーで構成されており，耐熱性以外の LCP の持つ特長をそのまま保有している。

車室内の振動騒音対策と低減技術
3）の振動減衰特性試験方法

ンドが困難であったが，A-8100 を用いることで，他樹数 η を求めた結果である。に準拠し，A-8100 の損失係

また，他樹脂にブレンドすることによって本性能を付芳香族 LCP の優れた特性（流動性，ガスバリア性，熱与する一例として，ポリカーボネート（PC）単体の振動安定性，耐候性など）を付与することができる。

減衰性と，PC に A-8100 を添加した際の振動減衰性能をこれまであまり行われていなかった汎用樹脂等の LCP集脂が熱分解しない温度域でのブレンドが可能となり，全特

一般の LCP は加工温度が高いために，他樹脂とのブレ

図 7，図 8 にそれぞれ示す。

ブレンドによる改質が可能になったことから，さらに他樹脂に A-8100 をブレンドした際の振動減衰性能に融点の低い超低融点 LCP へのニーズも現れた。この市

ついては，振動が減衰するまでの時間短縮に加えて，共場ニーズに応えるべく，融点が 180℃ である超低融点振を抑える効果も期待される。

LCP AL-7000（以下，AL-7000）も開発した。

2

一例として，高密度ポリエチレン（HDPE）に A-8100をブレンドした試験片を自由支持条件下でインパクト加振試験を行った際の伝達関数を図 9 に示す。試験は表 1

3.2 他樹脂とのブレンドによる振動減衰性への効果

記載のものと同様の条件で行った。

上述の通り，低融点 LCP である A-8100 は熱的性質以

図 9 から A-8100 をブレンドすることで，グラフ上で外の LCP の特長を保持しており，振動減衰性能が優れみられるピークの数が少なくなっており，共振点が少なていることを確認している。図 6 は JIS G0602 制振鋼鈑くなっていることが確認できる。

各材料における加工温度 Processing temperature of each material
120140160180200

220240260

280300

LCP320 （℃）

一般 LCP
General LCP

A-8100低融点 LCPLow melting point LCP

AL-7000（開発品）
PET

エンプラ

Engineering plastics

PA6PP

汎用樹脂

Commodity plastics

HDPE
図5融点

全芳香族 LCP の融点と当社開発低融点 LCP の融点

A-81006

振動減衰特性4
振幅［−］

20−2−400.5

11.5

22.5

3−6−8時間［s］

試験条件 ：片持ち梁法
試験片形状：0.8 mmt 12.7 mm × 170 mm バーフロー試験片η ＝ 0.063
図6A-8100 の振動減衰特性

車載テクノロジー Vol.8, No.5 2021

25ポリカーボネート

振幅［−］6振動減衰特性

4.

用途例

4

高弾性率かつ高振動減衰値を特長とする材料の使用例

2としては音響関係でスピーカーやヘッドフォンの振動板

000.5

11.5

22.53−2が挙げられている。固体中を伝わる音速は（ヤング率／密度）の 1/2 乗に比例すると言われており，樹脂中でも高いヤング率を誇る LCP は振動板に向いている材料である。

−4−6時間［s］

試験条件 ：片持ち梁法
試験片形状：0.8 mmt 12.7 mm × 170 mm バーフロー試験片η ＝ 0.013
図76PC の振動減衰特性

ポリカーボネート / A-8100 ＝ 70/30 振動減衰特性

振幅［−］42000.511.522.53−2−4

図 10LCP 製スピーカーコーン

また，振動減衰値が他樹脂に比べて高く，振動の収ま−6りが早いことに起因して，意図しない音の重なりも抑制

時間［s］

試験条件 ：片持ち梁法
試験片形状：0.8 mmt 12.7 mm × 170 mm バーフロー試験片η ＝ 0.050
図8PC/A-8100 ＝ 70/30 ブレンド品の振動減衰特性される傾向にあり，共振点が少なくなることから，全周波数領域において平坦な音圧の確保が期待できる。その高い流動性から，薄肉成形も得意な材料で，厚みが薄い程ヤング率が上昇するという LCP の特長が活用できる周波数［Hz］用途と言える。
6055504540353025201510

図 11 は A-8100 におけるヤング率の厚み依存性を示したデータである。試験片厚みが薄い程ヤング率は上昇
し，0.8 mm 厚みでは非強化品ながらも 20 GPa を越える数値となっている。

HDPE
HDPE/A-8100 ＝ 70/30

50550105015502050

伝達関数［dB］（加速度 / 力）
測定条件：自由支持条件 インパクト加振法
試験片形状 ：150 mm × 150 mm × 2 mmt
図926

ブレンド材料における周波数応答特性

車載テクノロジー Vol.8, No.5 2021

車室内の振動騒音対策と低減技術
材料の機能を底上げすることが可能となる。また，超25的特性を除いた LCP の特長をそのまま保持している。

18.6

A-8100 と同様，他樹脂とブレンドすることで，LCP の15特性を付与することができているため，振動減衰性につ10.410いても付与することができると考えている。

2上野製薬では，A-8100 を含む LCP と他樹脂をブレン50

集ヤング率［GPa］20特低融点 LCP である AL-7000 も全芳香族 LCP であり，熱20.9ドした高機能ポリマーについて LCP とは別に UENO
0試験片厚み試験条件

12

試験片厚み［mm］

3®

TECROS ブランドとして上市しており，さらに高機能4化を目指して鋭意開発検討中である。

：0.8 mmt，1.6 mmt，3.2 mmt：引張速度：5 mm/min
図 11A-8100 ヤング率の厚み依存性

文献5.

1）井上 俊英ほか

おわりに2）末永 純一

A-8100 を添加することで期待される効果としては振液晶便覧

丸善 p.524（2000）

成形・設計のための液晶ポリマー

シグマ出版

p.56

（1995）
3）日本工業規格

動減衰性能以外にも，ガスバリア性の向上，機械物性値の向上，耐熱性の向上（荷重たわみ温度の向上）並びに

JISG0602

制振鋼鈑の振動減衰特性試験方法（1993）

一部材料では流動性の改善効果も確認されており，汎用表2UENOTECROS®

物性一覧

機械物性組成Charpy

引張曲げ強度

伸び強度

弾性率

強度
ノッチ有り

［MPa］

％

［MPa］

［GPa］

［kJ/m2］DTUL
0.45 MPa［℃］

29＞ 200

421.41.690

ホモ PP/LCP=90/10

32

7.4

48

1.92.2108

ホモ PP/LCP ＝ 80/20

38

ホモ PP

100％

1.754

2.72.4

131

22＞ 200

27

1.25.872

HDPE/LCP ＝ 90/10

2382.931

1.54.884

HDPE/LCP ＝ 80/20

33

1.8

39

2.44.7107

ホモ PET 100％5156.677

2.31.874

PET/LCP ＝ 90/10

65

18.4

97

3.1

1.784

PET/LCP ＝ 80/20

815.4115

4.71.898

EVOH（エチレン 44％） 100％57

15.695

3.2‐81

EVOH/LCP ＝ 90/10

6213.1983.62.498

EVOH/LCP ＝ 80/20

77

4.7

111

4.82.811855

79.0

86

2.0

13.1

148

PA6/LCP ＝ 90/10

61

28.1

91

2.48.0160

PA6/LCP ＝ 80/20

69

14.0

99

3.0

3.7

159

67

3.6

104

3.43.054

PLA/LCP ＝ 90/10

69

2.31004.32.961

PLA/LCP ＝ 80/20

84

2.0

106

5.42.879

HDPEPA6

PLA

100％100％100％

車載テクノロジー Vol.8, No.5 202127