(57)【要約】【課題】制振係数が２０％以上でかつ引張強度が１ＧＰａ以上の特性を併せ持つ制振合金材料を提供し、そのような制振合金材料を自動車用振動吸収材として提供する。【解決手段】ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれ、線分ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＡを除外した範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料である制振合金材料。前記ＡｌおよびＮｉのそれぞれの濃度は、図１の点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊで囲まれた範囲の濃度であるとより好ましく、点Ｋ、Ｌ、Ｍで囲まれた範囲の濃度であるとさらに好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれ、線分ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＡを除外した範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料であることを特徴とする制振合金材料。
【請求項２】
ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊで囲まれた範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料であることを特徴とする請求項１に記載の制振合金材料。
【請求項３】
ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ｋ、Ｌ、Ｍで囲まれた範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料であることを特徴とする請求項２に記載の制振合金材料。
【請求項４】
制振係数が２０％以上で、かつ引張強度が１ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の制振合金材料。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の制振合金材料からなることを特徴とする自動車用振動吸収材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振合金材料および自動車用振動吸収材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車、精密機器、電子機器、医療機器等様々な分野で、振動や振動に伴う騒音を効果的に吸収して軽減する機能、即ち減衰能あるいは制振性能と言われる機能（以下、単に「制振性能」という）が求められており、近年、その社会的ニーズはますます高まっている。
【０００３】
そして、近年、制振性能を有する材料を構造材料として起振源に近い部位に用い、効率的に振動を抑制することが検討されている。即ち、構造材料自体の持つ制振性能により振動を抑制しようとするものである。このような機能を持つ金属材料は制振合金材料と呼ばれている。その代表的なものには、（１）Ｔｉ−Ｎｉ合金等の相変態を利用した制振合金材料、（２）Ｍｎ−Ｃｕ合金等の双晶を利用した制振合金材料、（３）Ｆｅ−Ｃｒ合金等の強磁性体特有の磁壁移動を利用した制振合金材料等がある。
【０００４】
特に、自動車分野においては、エンジンやギヤと言った起振源付近の低振幅の振動に対して、より制振性能の優れた制振合金材料の使用が検討されている。起振源付近へ制振合金材料を適用することにより、従来は振動を吸収するために複雑な設計を要していた制振用の構造をシンプル化することが可能となり、車体の低振動化や低騒音化と同時に車体の軽量化を図ることができる。車体の低振動化や低騒音化は、快適な車室空間の形成に繋がる。また、車体の軽量化は、燃費の向上に繋がり、ひいては近年問題となっている二酸化炭素排出量の削減にも繋がる。
一方、自動車用材料には、長期の品質保証の面より、高い強度も要求されており、上記の制振合金材料においても例外ではない。
【０００５】
そして、自動車メーカーは、このような制振合金材料として、具体的に、制振性能として２０％以上の制振係数、ならびに強度として１ＧＰａ以上の引張強度を併せ持つ制振合金材料を求めている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】坂口琢哉，「自動車分野における制振合金の実用化に向けて」，金属，株式会社アグネ技術センター，平成１６年３月，第７４巻，第３号，ｐ.４３−４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１にも記載されているように、制振合金材料においては一般的に制振性能と強度とは互いにトレードオフの関係にあるため、これまで、制振係数が２０％以上で、かつ引張強度が１ＧＰａ以上の特性を併せ持つ制振合金材料は存在せず、その開発が望まれていた。
【０００７】
図５に、従来の制振合金材料における制振係数と引張強度との関係を示す。図５に示すように、従来の制振合金材料では、自動車メーカーの望む特性（制振係数が２０％以上でかつ引張強度が１ＧＰａ以上）を有する制振合金材料（斜線部で示す）は存在しない。
【０００８】
そこで、本発明は、制振係数が２０％以上で、引張強度が１ＧＰａ以上の特性を併せ持つ制振合金材料を提供することを課題とする。そして、そのような制振合金材料を自動車用振動吸収材として提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記の課題に鑑み、鋭意検討の結果、Ｆｅ−Ａｌ合金にＮｉを添加し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金の合金組成を最適化することにより、世界で初めて、自動車業界からの厳しい要求を満足することができる高制振性能、高強度を併せ持つ制振合金材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、各請求項の発明について説明する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、
ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれ、線分ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＡを除外した範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料であることを特徴とする制振合金材料である。
【００１１】
上記のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料は、強磁性体であり、磁壁の非可逆運動によるエネルギー損失で振動が吸収される。そして、合金組成が最適化されているため、制振係数が２０％以上という高い制振性能を得ることができる一方、規則構造の発達により引張強度が１ＧＰａ以上という極めて高い強度を得ることができる。
【００１２】
従来より、Ｆｅ−Ａｌ合金の低歪振幅における内部摩擦は磁壁の移動に由来することが指摘されていた。この内部摩擦は、下式により制振係数に変換することができるため、制振性能を判定する指標として用いることができる。
制振係数＝内部摩擦×２π×１００（％）
【００１３】
前記の内部摩擦は、磁壁の移動による歪み（磁歪）の３乗に比例するため、磁歪を大きくすれば、内部摩擦が大きくなり、制振性能が向上することが分かる。そして、大きな内部摩擦を得るためには、Ａｌの添加が有効であることが指摘されていた。しかし、１ＧＰａ以上の引張強度は得られていなかった。
【００１４】
そこで、本発明者は、前記のＦｅ−Ａｌ合金に第３成分を添加することを考え、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ等種々の第３成分につき、検討した。その結果、前記の第３成分の内、Ｎｉの適量添加が効果があり、磁歪を大きくさせて内部摩擦を向上させると共に、引張強度をも向上させることが分かった。
【００１５】
そして、上記知見の下に、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金の合金組成の最適化につき検討し、最終的に、ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれた（ただし、境界である線分ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＡを除外する）範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなる合金組成とすることにより、２０％以上の制振係数および１ＧＰａ以上の引張強度を有する制振合金材料が得られることを見出した。
【００１６】
ここで、図１は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金におけるＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度（ａｔ％）につき、Ａｌ濃度を横軸、Ｎｉ濃度を縦軸として示している。即ち、点Ｌを例にとると、２２ａｔ％のＡｌ、６ａｔ％のＮｉ、そして残部がＦｅよりなる合金組成のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金を示している。
【００１７】
本請求項の発明に係る制振合金材料は、高い制振係数と引張強度を併せ持つ制振合金材料であり、さらに比較的安価なＦｅ、Ａｌ、Ｎｉを用いて、従来の製造方法により製造することができるため、材料コストや製造コストが上昇せず、安価に得ることができる。
【００１８】
本請求項の発明に係る制振合金材料は、高純度のＦｅ、Ａｌ、Ｎｉをそれぞれが所定の濃度となるように秤量し、例えば、アーク溶解法により合金を作製し、均質化焼鈍処理を施した後、徐冷することにより製造することができる。なお、配合において、Ａｌ、Ｎｉ以外の残部には、Ｆｅの他に不可避的不純物が含まれている。
【００１９】
アーク溶解法の他、粉末冶金、高周波溶解等、従来公知の方法を適宜選択して製造してもよい。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、
ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊで囲まれた範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料であることを特徴とする請求項１に記載の制振合金材料である。
【００２１】
本請求項では、請求項１の発明に係る制振合金材料におけるＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度についてより好ましい濃度を規定している。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、
ＡｌおよびＮｉのそれぞれを、図１の点Ｋ、Ｌ、Ｍで囲まれた範囲の濃度で含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金材料であることを特徴とする請求項２に記載の制振合金材料である。
【００２３】
本請求項では、請求項２の発明に係る制振合金材料におけるＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度についてさらに好ましい濃度を規定している。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、
制振係数が２０％以上で、かつ引張強度が１ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の制振合金材料である。
【００２５】
請求項１ないし請求項３の発明は、前記した通り、制振係数が２０％以上で、かつ引張強度が１ＧＰａ以上の特性を有する制振合金材料である。本請求項の発明は、前記の点を確認的に規定したものである。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の制振合金材料からなることを特徴とする自動車用振動吸収材である。
【００２７】
本発明に係る制振合金材料は、制振係数が２０％以上で、かつ引張強度が１ＧＰａ以上の制振合金材料であるため、車体の低振動化や低騒音化と同時に車体の軽量化を図ることができる。また、前記したように、本発明に係る制振合金材料は比較的安価に提供することができる。このため、このような材料は、この面からも、自動車用振動吸収材として好適である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、制振係数が２０％以上でさらに引張強度が１ＧＰａ以上の特性を持つ制振合金材料を提供することができる。そして、本発明に係る制振合金材料は、特に自動車分野において、エンジンやギヤと言った起振源付近等へ使用する自動車用振動吸収材として好ましく用いることができ、車体の低振動化や低騒音化と同時に車体の軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００３０】
１．第３成分の選択実験
最初に、Ｆｅ−Ａｌ合金に添加する第３成分につき検討した。
第３成分の候補として、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉを候補として挙げ、予備実験を行い、その結果、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉの４つに絞り込んでより詳細に実験を行った。
【００３１】
絞り込んだＣｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉについて、Ｆｅ−２３ａｔ％Ａｌ−２ａｔ％Ｘ（Ｘは、前記第３成分のいずれか）合金を作製した。具体的には、純度９９．９％のＦｅ、Ａｌ、Ｘを秤量し、アーク溶解法により溶解した後、１１００℃で４８時間均質化焼鈍後、８０℃／ｈｒの降温速度で徐冷して、各合金を得た。なお、第３成分を含まないＦｅ−２３ａｔ％Ａｌ合金（単結晶）も併せて作製した。
【００３２】
得られた各合金を用い、動的粘弾性測定装置（ＤＭＡ）により室温下で１Ｈｚの振動を与え、歪振幅と内部摩擦との関係を測定した。結果を図２に示す。図２に示すように、歪振幅の低い範囲では、第３成分としてＮｉを添加することにより、大きな内部摩擦が得られている。本実験の結果に従って、Ｎｉを第３成分として添加することと決定し、次に最適組成の検討を行った。
【００３３】
２．最適組成の検討実験
本実験では、種々の組成に基づいてＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金を作製し、得られた各合金の有する制振係数および引張強度につき比較検討し、最適組成を求めた。
【００３４】
なお、実際の物性測定においては、制振係数の指標としては内部摩擦を測定し、引張強度の指標としては降伏強度を測定した。これは、制振係数は前記の通り内部摩擦より換算することが可能であり、また、引張強度は一般に降伏強度よりも大きな値を示すためである。
【００３５】
（１）各合金の作製
初めに、各合金の作製について説明する。
まず、表１の番号１〜２０に示されたＦｅ、Ａｌ、Ｎｉの組成比率に従い、純度９９．９％のＦｅ、Ａｌ、Ｎｉを秤量する。秤量したＦｅ、Ａｌ、Ｎｉをアーク溶解法により溶解し、各Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金を作製した。得られた各Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金は、１１００℃で４８時間均質化焼鈍を行った後、８０℃／ｈｒの降温速度で徐冷し各母合金とした。
【００３６】
得られた各母合金を用いて、長さ３０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの平板試験片に加工し、測定用試験片とした。
【００３７】
（２）内部摩擦の測定
次に、各測定用試験片の内部摩擦を測定した。内部摩擦の測定にはＤＭＡを用い、シングルカンチレバー方式により測定した。具体的には、ＤＭＡにより室温下で各測定用試験片に１Ｈｚの振動を与え、歪振幅を０．００５〜０．５％の範囲で変化させた時の内部摩擦をそれぞれ測定した。そして、０．０１％程度の歪振幅で測定したときの内部摩擦のピーク値を、制振係数を算定する際の内部摩擦とした。
【００３８】
（３）制振係数の算定
前記した、制振係数＝内部摩擦×２π×１００（％）の式を用いて、内部摩擦より制振係数を算定した。
【００３９】
（４）降伏強度の測定
次に、各測定用試験片の降伏強度を測定した。測定には材料試験機を用い、室温、大気中にて１．７×１０−４／ｓの歪速度で変形させたときの０．２％耐力を降伏強度とした。
【００４０】
（５）性能評価結果
測定結果を表１に、各組成と併せて示す。なお、表１においては、内部摩擦はすべて測定し制振係数を求めたが、降伏強度は制振係数が２０％未満である組成の一部については測定していない。これらは、降伏強度欄に「未」と記載した。また、表１には、組成をａｔ％からｗｔ％に換算した結果も併せて記載している。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１に示した結果から、作製した２０種類の各合金の内、番号９、１３、１４、１５の４種類のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金が制振係数≧２０％および降伏強度≧１０００ＭＰａを示し、目標性能（制振係数≧２０％および引張強度≧１ＧＰａ（１０００ＭＰａ））を満たしていることが分かる。
【００４３】
表２は、表１に示した測定結果に基づき、ＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度と制振係数との関係を示した表である。
【００４４】
【表２】
2010090465.tif 000004
【００４５】
また表３は、表１に示した測定結果に基づき、ＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度と降伏強度との関係を示した表である。
【００４６】
【表３】
2010090465.tif 000005
【００４７】
表１〜表３に示された測定結果に基づき、目標性能を満足する合金組成と、目標性能に達しない周辺の合金組成（図３では、表１に示した２０個の組成より、１１個の組成を取り出している）につき、図３に、目標性能を満たす合金組成を●、目標性能に達しない合金組成を×で示した。
【００４８】
（６）Ｎｉ添加量と内部摩擦の関係について
Ｆｅ−２３ａｔ％Ａｌ合金について、Ｎｉ添加量を０、２、４（ａｔ％）と変化させた各合金（表１における番号１１、１２、１３）に対して、ＤＭＡを用いて歪振幅を０．００５〜０．５％の範囲で変化させた時の内部摩擦を測定した。結果を図４に示す。
【００４９】
図４に示すように、４ａｔ％のＮｉ添加により、歪振幅の低い範囲で大きな内部摩擦を得ることができ、自動車のエンジンやギヤといった起振源付近へ使用する制振合金材料として特に好ましいことが分かる。
【００５０】
このように、本発明に係る制振合金材料は、高い制振係数と引張強度を併せ持つ制振合金材料であり、さらに比較的安価なＦｅ、Ａｌ、Ｎｉを用いて、従来の製造方法により製造することができるため、材料コストや製造コストが上昇せず、安価に得ることができる。
【００５１】
３．本発明のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金における最適組成について
上記最適組成の検討実験の結果に基づき、図１に本発明のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金におけるＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度の最適組成を示す。図１において、横軸はＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金全体に対するＡｌ濃度（ａｔ％）を示しており、縦軸は同様にＮｉ濃度（ａｔ％）を示している。そして、図１に示されたＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度の残部は、Ｆｅと不可避的不純物である。
【００５２】
図１において、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれ、線分ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＡを除外した範囲が請求項１の発明における範囲である。
【００５３】
また、図１において、点Ｋ、Ｌ、Ｍで囲まれた範囲が上記最適組成の検討実験の結果最も高い性能が得られた範囲であり、請求項３の発明はこの範囲のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金である。
【００５４】
そして、図１において、点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊは、前記請求項１および請求項３の発明における範囲に基づく、ＡとＫ、ＢとＬ、ＣとＭ、ＤとＭおよび線分ＫＭと点Ｅのそれぞれ中点である。これらの点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊで囲まれた範囲が請求項２の発明の範囲である。
【００５５】
４．まとめ
以上のように、本発明によれば、Ｆｅ−Ａｌ合金にＮｉを添加してＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金とし、さらにその合金組成を最適化しているため、トレードオフの関係にあり両立させることが困難であった制振係数と引張強度が共に優れた自動車業界からの厳しい要求（２０％以上の制振係数および１ＧＰａ以上の引張強度）を満足することができる制振合金材料を提供することができる。そして、このような特性を有する制振合金材料は、自動車用振動吸収材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金におけるＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度の最適組成を説明する図である。
【図２】Ｆｅ−Ａｌ−Ｘ（Ｘは第３成分）合金における歪振幅と内部摩擦との関係を説明するグラフである。
【図３】本発明の実施の形態において、ＡｌおよびＮｉそれぞれの濃度と、目標性能との関係を説明するグラフである。
【図４】本発明の実施の形態において、Ｎｉ添加量による影響を、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ制振合金材料の歪振幅と内部摩擦との関係から見たグラフである。
【図５】従来の制振合金材料における制振係数と引張強度との関係を説明するグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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