(57)【要約】【課題】制振性に優れる新たな銅合金を提供する。【解決手段】本発明の銅合金は、全体を１００質量％としたときに、９〜３０質量％のＳｂと、Ｚｎと、残部がＣｕと不可避不純物および／または改質元素とからなり、ＳｂとＺｎとの合計が３９質量％以下である。この銅合金は、高周波域かつ低歪振幅で高い損失係数が得られ、制振性に優れる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体を１００質量％としたときに（以下単に「％」という。）、
９％以上３０％以下のアンチモン（Ｓｂ）と、
亜鉛（Ｚｎ）と、
残部が銅（Ｃｕ）と不可避不純物および／または改質元素とからなり、ＳｂとＺｎとの合計が３９％以下である制振性に優れることを特徴とする銅合金。
【請求項２】
前記Ｚｎは２％以上２５％以下である請求項１に記載の銅合金。
【請求項３】
全体を１００質量％としたときに（以下単に「％」という。）、
１７％以上３０％以下のアンチモン（Ｓｂ）と、
２％以上Ｓｂの含有量以下の亜鉛（Ｚｎ）と、
残部が銅（Ｃｕ）と不可避不純物および／または改質元素とからなり、ＳｂとＺｎとの合計が２８％以上３７％以下である制振性に優れることを特徴とする銅合金。
【請求項４】
Ｃｕ−Ｓｂ系のβ相を含む請求項１〜３のいずれかに記載の銅合金。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の銅合金からなる銅合金部材であって、
１×１０−６〜１×１０−５の低歪振幅域、１０００〜２００００Ｈｚの周波数域での制振性を指標する損失係数が０．００４以上の制振部材であることを特徴とする銅合金部材。
【請求項６】
請求項３または４に記載の銅合金からなる銅合金部材であって、
１×１０−６〜１×１０−５の低歪振幅域、１０００〜２００００Ｈｚの周波数域での制振性を指標する損失係数が０．０１以上の制振部材であることを特徴とする銅合金部材。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の銅合金素材を相変態点以上の加熱温度に加熱する加熱工程と、
該加熱工程後の銅合金素材を急冷する急冷する急冷工程と、
を備え、請求項５または６に記載の銅合金部材が得られることを特徴とする銅合金部材の製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程の加熱温度は４５０〜６５０℃である請求項７に記載の銅合金の製造方法。
【請求項９】
前記銅合金素材は、真空中で溶製した溶製材である請求項７に記載の銅合金部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた制振性などを示す銅合金、その銅合金からなる銅合金部材およびその銅合金部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械的に可動する可動部を有する装置や機器などは、その可動部が加振源となって、各部に多かれ少なかれ振動を生じることが多い。このような振動は、一般的に様々な騒音の原因となったり、疲労寿命の低下等につながったり、好ましくない。このような振動を抑制するために、制振材が用いられることが多い。
このような制振材として、例えば、強度や剛性などの機械的特性や耐熱性などがあまり厳しく要求されない部材には、振動を吸収し易い樹脂材や、その樹脂を部分的に用いた素材（例えば、鋼板間に樹脂材を挟持した制振鋼板）が用いられる。
【０００３】
しかし、強度などの機械的特性が要求され、高温雰囲気で使用される部材には、そのような制振材を安易に用いることはできず、金属材料からなる制振材が求められる。このような制振材として、Ｍｎをベースとした制振合金（特許文献１）の他、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系またはＣｕ−Ａｌ−Ｍｎ系の銅合金からなる制振材（特許文献２、特許文献３）などが提案されている。もっとも、それらの制振材は、どのような領域で制振性に優れるのか、必ずしも明確でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２４２９７７号公報
【特許文献２】特開２００３−７３７５９号公報
【特許文献３】特開２００４−１０９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、従来の合金とは全く異なる新規な組成からなる制振性に優れる銅合金、その銅合金からなる銅合金部材およびその製造方法を提供することを目的とする。特に本発明は、従来の合金では制振性が不十分であった高周波域および低歪振幅域において優れた制振性を発現する銅合金等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】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、Ｃｕ−Ｓｂ系合金にＺｎを含有させた銅合金が、高周波域および低歪振幅域で高い制振性を発現することを新たに見出した。そして、この成果を発展させることで以下に述べる本発明を完成するに至った。
【０００７】
《銅合金》
（１）本発明の銅合金は、全体を１００質量％としたときに（以下単に「％」という。）、９％以上３０％以下のアンチモン（Ｓｂ）と、亜鉛（Ｚｎ）と、残部が銅（Ｃｕ）と不可避不純物および／または改質元素とからなり、ＳｂとＺｎとの合計が３９％以下である制振性に優れることを特徴とする。
【０００８】
（２）本発明の銅合金は、基本的に、構成元素中でもっとも含有量が多い主たる元素（特に全体の５０質量％以上の元素）であるＣｕと、その合金元素となるＳｂおよびＺｎを含有するＣｕ−Ｓｂ−Ｚｎの３元系銅合金からなる。
先ず、本発明の銅合金は、合金元素であるＳｂの含有量が特定範囲にあることにより、制振性のみならず機械的特性（硬さ、強度など）にも優れたものとなる。さらにこのＣｕ−Ｓｂの２元系銅合金にＺｎが加わることにより、本発明の銅合金は一層優れた制振性を発現する。
【０００９】
（３）本発明の銅合金（後述の銅合金部材や銅合金素材を含む。）が上記のような優れた制振性を発現するメカニズムや理由は必ずしも定かではないが、現状では次のように考えられる。
本発明の銅合金の制振性は、振動エネルギーが制振材内部で部分的に吸収等されて低下し、吸収された振動エネルギーが主に熱エネルギーに変換されて外部に放出されることにより、振動の伝達が阻害されて生じると考えられる。一般的に、そのような振動エネルギーの吸収・低減メカニズム（制振メカニズム）として、磁壁（磁区の境界）の移動により振動を吸収する強磁性型、金属結晶の転位の運動により振動を吸収する転位型、マルテンサイト的変態で生成した双晶の運動により振動を吸収する双晶型、マトリクスと柔らかい分散粒子の界面付近の粘性流動により振動を吸収する複合型などがあるといわれている。
【００１０】
本発明の銅合金の制振メカニズムは、その成分組成からして主に前述した双晶型であると思われる。もっとも、この制振メカニズムは、上記のいずれか一種に限定されなければならないものではなく、複数の制振メカニズムが融合して優れた制振性を発現していることも十分に考えられる。特に、本発明の銅合金に塑性加工を加えた銅合金部材の場合、転位の運動によって振動が吸収されることも考えられる。現在、このような制振メカニズムの詳細を調査中である。
（４）ところで本発明の銅合金（銅合金部材）を解析したところ、高周波域における低歪振幅域での制振性が特に良好であることがわかった。具体的には、低歪振幅域（１×１０−６〜１×１０−５）かつ高周波域（１０００〜２００００Ｈｚ）において、減衰性を指標する損失係数（η）が０．００４以上となるのが好ましく、０．００５以上、０．００６以上、０．００７以上、０．００８以上、０．００９以上、０．０１０以上さらには０．０１１以上ともなることがわかった。
なお、この損失係数は中央加振法により求めた（図１参照）。すなわち、試験片（銅合金部材）の中央を種々の周波数で加振したときの加振周波数（ｆ０）に対する、試験片の端部で測定した測定周波数（ｆ１、ｆ２）の差分（Δｆ＝ｆ２−ｆ１）の割合（η＝Δｆ／ｆ０）である。具体的な測定方法は後述する。
【００１１】
ちなみに、振動減衰能を示す指標として、本明細書で主に用いた損失係数ηの他に、対数減衰率δや比減衰能Ｗ等がある。これらは相互に関係があり、δ＝πηまたはＷ＝２πηという関係式により、関連付けられる。従って、振動減衰能の指標が異なる場合でも、それら関係式を用いて換算することにより相互に比較することは可能である。
【００１２】
《銅合金部材》
上記した本発明の銅合金は、加工前または熱処理前の素材（銅合金素材）を含むが、塑性加工や熱処理などが施された部材（銅合金部材）が主となる。この銅合金部材の場合、１×１０−６〜１×１０−５の低歪振幅域、１０００〜２００００Ｈｚの周波数域での制振性を指標する損失係数が０．００４以上さらには０．０１以上の制振部材であると好適である。
【００１３】
《銅合金部材の製造方法》
本発明の銅合金の場合、特定の熱処理を施すことによって制振性を一層高めることもできる。そこで本発明は、銅合金（部材）としてのみならず、その熱処理方法（製造方法）としても把握可能である。
すなわち、本発明は、全体を１００質量％としたときに（以下単に「％」という。）、９〜３０％のアンチモン（Ｓｂ）と、亜鉛（Ｚｎ）と、残部が銅（Ｃｕ）と不可避不純物および／または改質元素とからなりＳｂとＺｎとの合計が３９％以下である銅合金素材を相変態点以上の加熱温度に加熱する加熱工程と、該加熱工程後の銅合金素材を急冷する急冷する急冷工程と、を備え、上述した銅合金部材が得られることを特徴とする銅合金部材の製造方法であってもよい。
【００１４】
《その他》
（１）本明細書中でいう「改質元素」は、Ｃｕ、ＳｂおよびＺｎ以外であって、銅合金の特性改善に有効な元素である。改善される特性の種類は問わないが、制振性、硬さ、強度、靱性、延性、高温安定性などがある。改質元素となり得る各元素の組合せは任意であり、それら元素は通常微量である。
「不可避不純物」は、原料中に含まれる不純物や各工程時に混入等する不純物などであって、コスト的または技術的な理由等により除去することが困難な元素である。本発明に係る銅合金の場合であれば、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｆｅなどである。なお当然ながら不可避不純物は少ないほど好ましく、その組成は特に限定されない。
【００１５】
（２）特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限ｘおよび上限ｙを含む。また、本明細書に記載した下限および上限は任意に組合わせて「ａ〜ｂ」のような範囲を構成し得る。さらに、数値範囲内から任意に選択した数値を上下限値とすることができる。
【００１６】
（３）本明細書でいう「銅合金」または「銅合金部材」はその形態を問わない。特に銅合金は、例えば、バルク状、板状、棒状、管状等の素材であっても良いし、最終的な形状またはそれに近い構造部材自体であっても良い。
また、それらの素材となる銅合金素材は、溶製材でも焼結材でもよいが、溶製材であれば、緻密で安定した品質の素材が安価で得られる。一方、焼結材であれば、（ニア）ネットシェイプにより最終製品形状に近い状態の銅合金素材が得られる。なお、いずれの場合でも酸化防止雰囲気で製造されるものであると好適である。例えば、溶製材の場合であれば、前記銅合金素材が真空中で溶製したものであると好適である。ちなみに、この場合の真空度は１０〜１００Ｐａ程度であると好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】制振性を指標する損失係数の算出方法を示す説明図である。
【図２】成分組成の異なる銅合金に関するβ相比率と損失係数との相関を示す分散図である。
【図３】熱処理を変更した種々の銅合金に関する周波数と損失係数との相関を示す分散図である。
【図４】銅合金の金属組織を示す顕微鏡写真であり、同図（１ａ）はＣｕ−１５％Ｓｂの供試材を示し、同図（１ｂ）はＣｕ−１５％Ｓｂ−１０％Ｚｎの供試材を示し、同図（２ａ）はＣｕ−２５％Ｓｂの供試材を示し、同図（２ｂ）はＣｕ−２５％Ｓｂ−１０％Ｚｎの供試材を示す。
【図５】成分組成の異なる銅合金の損失係数を示すグラフである。
【図６】銅合金の金属組織を示す顕微鏡写真であり、同図（６Ａ）はＣｕ−１５％Ｓｂ−１５Ｚｎ、（６Ｂ）はＣｕ−１５％Ｓｂ−２０％Ｚｎ、（６Ｃ）はＣｕ−１５％Ｓｂ−２５Ｚｎ、（６Ｄ）はＣｕ−１５％Ｓｂ−３０％Ｚｎの試験片を示す。
【図７】銅合金の金属組織を示す顕微鏡写真であり、同図（７Ａ）はＣｕ−２０％Ｓｂ−１０Ｚｎ、（７Ｂ）はＣｕ−２０％Ｓｂ−１５％Ｚｎ、（７Ｃ）はＣｕ−２０％Ｓｂ−２０Ｚｎの試験片を示す。
【図８】銅合金の金属組織を示す顕微鏡写真であり、同図（８Ａ）はＣｕ−２５％Ｓｂ、（８Ｂ）はＣｕ−２５％Ｓｂ−１０％Ｚｎ、（８Ｃ）はＣｕ−２５％Ｓｂ−２０Ｚｎの試験片を示す。
【図９】銅合金（Ｃｕ−２５％Ｓｂ−１０％ＺｎおよびＣｕ−２５％Ｓｂ−２０％Ｚｎ）の結晶構造を示すＸ線回折図形である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。
なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る銅合金のみならず、銅合金部材およびその製造方法にも適宜適用される。このため、下記から選択される構成は、いずれの発明にも、また、カテゴリーを越えて、重畳的または任意的に、上述した本発明の構成に付加可能である。例えば、銅合金の組成に関する構成であれば、銅合金部材は勿論、その製造方法にも関連する。また、製造方法に関する構成のように見えても、プロダクトバイプロセスとして理解すれば、銅合金に関する構成ともなり得る。なお、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００１９】
《合金組成》
本発明の銅合金、銅合金部材および銅合金素材（以下、単に「銅合金」という。）は、主成分であるＣｕと、ＳｂおよびＺｎからなる。具体的には、本発明の銅合金は、９〜３０％のＳｂとＺｎと残部がＣｕと不可避不純物および／または改質元素とからなる。これらの必須元素について以下に説明する。
（１）Ｓｂ
Ｓｂは制振性の向上に有効な元素である。Ｓｂが過少では、制振性を生じる主要因と考えられる双晶を生じるβ相（面心立方晶）のうち制振性の高いＣｕ−Ｓｂ系β相の比率が低下し、十分な制振性が得られない。Ｓｂが過多では銅合金が脆くなり、例えば、冷間加工（冷間圧延等）の際に割れが生じたり靱性が低下したりし得る。そこでＳｂは上記のように９〜３０％が好ましいが、その上下限値はその数値範囲内で任意に選択され得る。例えば、その上下限値には、１０％、１２％、１３％、１４％、１５％、１７％、２０％、２３％、２５％、２６％、２７％さらには２８％のいずれかから任意に選択した数値を用いることができる。特に好ましいＳｂの下限値は１４％さらには１７％であり、１４％以上であれば高い損失係数を示す銅合金部材が得られやすい。
【００２０】
（２）Ｚｎ
Ｚｎは、上記のＳｂの存在を前提として、銅合金の制振性を大きく向上させるのに有効な元素である。Ｚｎが過少では、十分な制振性の向上効果が得られない。Ｚｎが過多では、α相中のＺｎ濃度が高くなり、α相の一部が制振性の低いβ相であるＣｕ−Ｚｎ系β相に変態する。また、Ｓｂ含有量の多い銅合金ほどα相中のＺｎ濃度が高くなりやすい。つまり、Ｓｂ含有量とＺｎ含有量とが相関しつつ制振性に影響する。そのため、Ｚｎは、Ｓｂとの合計で３９％以下さらには３８％以下であるとよい。下限値としては、２３％、２４％さらには２５％のいずれかから任意に選択した数値を用いることができる。特に、ＳｂとＺｎとの合計が２８〜３７％であれば、高い損失係数を示す銅合金部材が得られやすい。
さらに、Ｚｎの含有量は、Ｓｂ含有量以下であるとよい。銅合金のβ相のうち、制振性の高いＣｕ−Ｓｂ系β相が多くを占めるようになるためである。
また、Ｚｎの含有量を具体的に規定するのであれば、２〜２５％が好ましいが、その上下限値はその数値範囲内で任意に選択され得る。例えば、その上下限値には、３％、４％、５％、８％、９％、１０％、１３％、１７％、１９％、２３％さらには２４％のいずれかから任意に選択した数値を用いることができる。Ｚｎ含有量が２５％を超えても制振性は向上すると思われるが、コスト高となり好ましくない。
【００２１】
《製造方法》
（１）銅合金素材
銅合金素材は、上述した組成を有するものであれば、溶製材でも焼結材でもよい。もっとも、酸化物等の介在によって銅合金の制振性や機械的特性等が低下し得るので、銅合金素材は酸化防止雰囲気さらには真空雰囲気で鋳造や焼結されたものであると好ましい。
この銅合金素材は、鋳造または焼結させた銅合金に熱間加工（熱間圧延、熱間鍛造等）または冷間加工などの塑性加工を施したものでもよい。この塑性加工により最終的な製品（銅合金部材）形状かそれに近い形状とされた銅合金素材が後述の熱処理に供されると、塑性加工により導入された加工歪みなども解消されるので好ましい。
【００２２】
（２）熱処理
本発明に係る熱処理（工程）には、銅合金素材を相変態点以上の加熱温度に加熱する加熱工程と、加熱工程後の銅合金素材を急冷する急冷工程とがある。このような熱処理（いわゆる溶体化処理）を施すことにより、熱処理を施さなかった場合やいわゆる焼鈍または焼準だけをおこなった場合よりも、銅合金部材の制振性が大きく向上し得る。この理由は、高温から室温付近まで急冷することにより、高温で安定なβ相を室温でも維持することができるからである。冷却速度が遅い場合、高い制振性を示すβ相がδ相に変態してしまい、ほとんど制振性を示さなくなる。
なお、ここでいう相変態点は、Ｃｕ−Ｓｂ−Ｚｎの３元系銅合金において、α相またはδ相がβ相へ変態する際の温度であって、マルテンサイト変態温度ではない。
【００２３】
加熱工程の好ましい加熱温度は、銅合金の成分組成により異なるが、本発明の範囲内であれば、４５０〜６５０℃さらには５００〜６００℃であると好適である。この加熱時間は、銅合金が十分に均質化すると共に生産性を向上し得る時間であると好ましく、例えば、０．５〜３時間さらには１〜２時間であるとよい。
急冷工程の好ましい冷却速度は、高温の銅合金素材が室温でもβ相を保持し得る速度である。具体的な冷却速度は銅合金の成分組成により異なるが、３００〜１０００℃／秒さらには８００〜９００℃／秒であると好適である。
なお、これらの熱処理以外に、本発明の銅合金の制振性を向上させるか、極端に低下させない範囲で低温焼鈍や時効処理などをさらに行ってもよい。
【００２４】
《銅合金部材》
本発明の銅合金部材はその形状や用途などは問わないが、一例として、前述した制振部材がある。
（１）制振部材に係る具体例を挙げると、内燃機関の振動部位に介在させる振動緩衝体がある。より具体的には、エンジンのオイルパンをシリンダブロックへ固定するボルトに介在させるワッシャ、燃料用インジェクタとシリンダヘッドとの間に介在させるワッシャ、エンジンの排気熱を遮蔽するインシュレータやそれを固定するボルトに介在させるワッシャの他、オイルパン、吸気パイプ、ヘッドカバー等などである。
【００２５】
（２）本発明の銅合金部材は金属製であるから、上述したような制振性の他に、強度、剛性、靱性、伸びなど、各種の機械的特性にも優れる。例えば、その硬さは１５０ＨＶ以上さらには２４０ＨＶ以上あり十分に高硬度である。このように各種の機械的特性に優れるので本発明の銅合金は構造部材としても十分利用可能である。
【実施例】
【００２６】
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《試験片の製造Ｉ》
（１）銅合金素材の溶製
原料として純Ｃｕ、純Ｓｂおよび純Ｚｎの鋳塊を用意して、表１に示す種々の合金組成に配合した。これらの配合原料を黒鉛製坩堝に入れて高周波真空溶解炉で溶解した。この溶解は、(i)０．１〜０．５ｔｏｒｒ（13.322〜66.661Ｐａ）まで排気した後、(ii)１００ｔｏｒｒ（13332.2 Ｐａ）までＡｒガスを導入し、(iii)さらにその脱ガス後に５００ｔｏｒｒ（66661 Ｐａ）までＡｒガスを導入した雰囲気で行った。このときの溶解温度は１０５０℃とし、一度の溶解で５Ｋｇの溶湯を調製した。
こうして得られた銅合金溶湯をアルゴンガス雰囲気の下、アルミナ製の鋳型へ注湯し、自然冷却により凝固させた。こうして、円柱形状（φ７０×Ｔ１３０ｍｍ）の試験片素材（銅合金素材）を得た。
【００２７】
（２）熱処理
熱間圧延後の試験片素材を、大気雰囲気の加熱炉中に入れて５００〜６００℃で１時間加熱した後（加熱工程）、水冷によって急冷した（急冷工程）。このときの冷却速度は約９００〜１０００℃／秒である。こうして得られた試験片（銅合金部材）を用いて種々の測定、観察を行った。
【００２８】
《測定Ｉ》
（１）上記の各種試験片を用いて、中央加振法により、損失係数を測定した。中央加振法は、試験片の中央を三角治具で支持して、その三角治具に所定の振動を付与し、試験片の端部で伝達された振動の周波数を測定する方法である。本実施例で付与した振動は、周波数は０〜１５０００Ｈｚ、歪振幅は１×１０−６〜１×１０−５とした。
周波数を変化させて前記の周波数域内における周波数応答関数を求めた。その周波数応答関数から半値幅法により損失係数を算出した。この算出方法の概要を図１に示した。
（２）各試験片の硬さは、ビッカース硬度計により測定した。このときの測定条件は１０kgf とした。こうして各種試験片について測定した結果を表１に併せて示した。なお、表１の損失係数は、周波数が４０００Ｈｚでの値である。
【００２９】
《評価Ｉ》
（１）制振性
表１を観れば明らかなように、Ｃｕ−Ｓｂの２元系銅合金に対して、Ｚｎが少量でも含まれているＣｕ−Ｓｂ−Ｚｎの３元系銅合金では、損失係数が増大した。従って、Ｓｂ量が同量であれば、Ｚｎを含有することで銅合金の制振性が向上することがわかった。
また、試験片Ｎｏ．２−２を除き、ＳｂやＺｎが増加するほど各試験片の損失係数は増加した。特に、試験片Ｎｏ．２−３（Ｃｕ−２０％Ｓｂ−１５％Ｚｎ）や試験片Ｎｏ．３−２（Ｃｕ−２５％Ｓｂ−１０％Ｚｎ）では、損失係数が０．０１を超える高い制振性を示すことが明かとなった。
【００３０】
（２）硬さ
表１を観れば明らかなように、いずれの試験片も十分に大きな硬さを示し、１００ＨＶ、１５０ＨＶさらには２００ＨＶを超えるものもあった。特に、Ｓｂの含有量が多い試験片ほど硬さは大きくなった。一方、Ｓｂ量が同じならＺｎ量の相違による硬さの変化は僅かであった。
【００３１】
（３）β相比率
表１に示した各試験片のβ相比率と損失係数との関係をプロットしたものを図２に示した。なお、このβ相比率は、画像解析により求めたものである。
この図２から明らかなように、上記の各試験片に係る銅合金は、β相比率の増加と共に損失係数が増加する傾向にある。もっとも仮にβ相比率が同じであっても、本発明に係るＣｕ−Ｓｂ−Ｚｎ系の銅合金では、Ｃｕ−Ｓｂ系の銅合金に比べて、損失係数が格段に向上していることがわかる。
（４）熱処理の影響
Ｃｕ−２５％Ｓｂ−１０％Ｚｎの組成をもつ銅合金素材に前記熱処理を施した水冷材（試験片Ｎｏ．３−２）と、同組成の銅合金素材に対して前記熱処理の水冷を炉冷に変更した熱処理を施した炉冷材と、同組成の銅合金素材に対して熱処理を施さなかった未処理材とを用意した。
これら供試材に対して印加する周波数を種々変化させつつ、それぞれの損失係数を求め、その結果を図３に示した。この図３から明らかなように、本発明に係る水冷材の場合、他の供試材と比較して、損失係数が広範囲の周波数域で格段に向上した。特に、１０００〜１００００Ｈｚの領域において、水冷材の損失係数は他の供試材の損失係数に比べて格段に大きくなった。
ちなみに、この図３からもわかるように、単に制振材といっても、優れた制振性が発現される領域（周波数や歪振幅など）が制振材によって異なるので、制振性を厳密に比較検討するには、対象となる損失係数が求まる領域を予め特定するのが好ましい。
（５）金属組織
Ｃｕ−１５％Ｓｂの供試材１ａと、それに１０％Ｚｎを添加したＣｕ−１５％Ｓｂ−１０％Ｚｎの供試材１ｂ（試験片Ｎｏ．１−２相当）と、Ｃｕ−２５％Ｓｂの供試材２ａと、それに１０％Ｚｎを添加したＣｕ−２５％Ｓｂ−１０％Ｚｎの供試材２ｂ（試験片Ｎｏ．３−２相当）とを用いて、それぞれの金属組織を金属顕微鏡で観察した顕微鏡写真を図４に示した。
供試材１ａと供試材１ｂまたは供試材２ａと供試材２ｂとを比較すると明らかなように、Ｚｎの添加により直線状組織が増加していることがわかる。この組織が銅合金の制振性を向上させていると思われる。
また供試材１ａと供試材２ａまたは供試材１ｂと供試材２ｂとを比較すると明らかなように、Ｓｂ量が増加することによりβ相比率が増加していることがわかる。このことから、銅合金中のβ相が銅合金の制振性に寄与しており、β相の増加が銅合金の制振性を向上させたと思われる。
【００３２】
【表１】
2010159485.tif 000003
【００３３】
《試験片の製造ＩＩ》
（１）銅合金素材の溶製
原料として純Ｃｕ、純Ｓｂおよび純Ｚｎの鋳塊を用意して、表２に示す種々の合金組成に配合した。これらの配合原料を黒鉛製坩堝に入れて高周波真空溶解炉で溶解した。この溶解は、(i)０．１〜０．５ｔｏｒｒ（13.322〜66.661Ｐａ）まで排気した後、(ii)１００ｔｏｒｒ（13332.2 Ｐａ）までＡｒガスを導入し、(iii)さらにその脱ガス後に５００ｔｏｒｒ（66661 Ｐａ）までＡｒガスを導入した雰囲気で行った。このときの溶解温度は１０５０℃とし、一度の溶解で５Ｋｇの溶湯を調製した。
こうして得られた銅合金溶湯をアルゴンガス雰囲気の下、アルミナ製の鋳型へ注湯し、自然冷却により凝固させた。こうして、円柱形状（φ７０×Ｔ１３０ｍｍ）の試験片素材（銅合金素材）を得た。
【００３４】
（２）熱処理
熱間圧延後の試験片素材を、大気雰囲気の加熱炉中に入れて５００〜６００℃で１時間加熱した後（加熱工程）、水冷によって急冷した（急冷工程）。このときの冷却速度は約９００〜１０００℃／秒である。こうして得られた試験片（銅合金部材）を用いて種々の測定、観察を行った。
【００３５】
《測定ＩＩ》
上記の各種試験片を用いて、既に説明した中央加振法により、損失係数を測定した。本実施例で付与した振動は、周波数は０〜２００００Ｈｚ、歪振幅は１×１０−６〜１×１０−５とした。
【００３６】
《評価Ｉ》
（１）制振性
図５に、表２に示す各試験片の損失係数を示した。
試験片Ｎｏ．５−１〜６は、いずれもＳｂを１５％含む銅合金である。Ｚｎを含まないＮｏ．５−１は、４０００Ｈｚでの損失係数が非常に低かった。しかし、Ｚｎを１０〜２０％含むＮｏ．５−２〜４は、Ｎｏ．５−１よりも優れた制振性を示した。しかし、Ｚｎ含有量が多くなりＳｂとＺｎとの合計が４０％を超えると、制振性はＺｎを含まないＮｏ．５−１よりも低下した。
また、試験片Ｎｏ．８−１〜３は、いずれもＳｂを２５％含む銅合金である。なかでも、Ｚｎを１０％含むＮｏ．８−２は、いずれの周波数においても損失係数が０．０１を上回った。しかし、ＳｂとＺｎとの合計が４５％であるＮｏ．８−３の制振性は、Ｚｎを含まないＮｏ．８−１と同程度で低いものであった。
ここで、Ｚｎを含まないＣｕ−Ｓｂ二元系合金は、Ｓｂ含有量が多いほど制振性に優れる傾向にある。Ｎｏ．５−１とＮｏ．８−１とを比較すると、１８０００〜１９０００Ｈｚでの制振性は同程度であるが、４０００Ｈｚでの制振性は、Ｓｂ含有量が多い方が高かった。そのため、Ｃｕ−１７．５％Ｓｂ合金およびＣｕ−２０％Ｓｂ合金は、Ｎｏ．８−１（Ｃｕ−２５Ｓｂ合金）よりも制振性が劣ると考えられ、特に４０００Ｈｚでの損失係数は、０．００４を下回ることが予測される。
ＺｎとともにＳｂを１７．５％含む試験片６−１および６−２は、いずれの周波数においても損失係数が０．００４を超え、Ｎｏ．８−１と同等あるいはそれ以上の制振性を示した。そのため、試験片６−１および６−２は、Ｃｕ−１７．５％Ｓｂ合金よりも制振性に優れると言える。同様に、ＺｎとともにＳｂを２０％含む試験片Ｎｏ．７−１〜３についても、Ｃｕ−２０％Ｓｂ合金よりも制振性に優れると言える。しかし、ＳｂとＺｎとの合計が４０％であるＮｏ．７−４の１８０００〜１９０００Ｈｚでの制振性は、Ｎｏ．７−１〜３と比べて低いものであった。
また、Ｃｕ−１０％Ｓｂ合金は、Ｎｏ．５−１（Ｃｕ−１５Ｓｂ合金）よりも制振性が劣ると考えられる。ＺｎとともにＳｂを１０％含む試験片４−１および４−２は、いずれの周波数においても、Ｎｏ．８−１と同等またはそれ以上の制振性を示した。そのため、試験片４−１および４−２は、Ｃｕ−１０％Ｓｂ合金よりも制振性に優れると言える。
【００３７】
すなわち、Ｓｂ含有量が１０〜２５％かつＳｂとＺｎとの合計の含有量が３７．５％以下のＣｕ−Ｓｂ−Ｚｎ三元系合金である試験片Ｎｏ．４−１、４−２、５−２〜４、６−１、６−２、７−１〜３および８−２は、同量のＳｂを含みＺｎを含まないＣｕ−Ｓｂ二元系合金に比べ、いずれの周波数においても優れた制振性を示した。
【００３８】
これらの試験片の中でも、特に、Ｓｂ含有量が１７．５％以上でＳｂ含有量がＺｎ含有量以上であり、かつＳｂとＺｎとの合計の含有量が３０〜３５％である試験片Ｎｏ．６−１、７−２、７−３および８−２は、いずれの周波数においても特に優れた制振性（損失係数で０．０１程度）を示した。
【００３９】
（２）金属組織
表２に示すいずれかの試験片の金属組織を金属顕微鏡で観察した。それぞれの顕微鏡写真を図６〜図８に示した。それぞれの顕微鏡写真において、明るく見える部分がα相、暗く見える部分がβ相である。
図６は、Ｓｂを１５％含むＣｕ−Ｓｂ−Ｚｎ合金の組織である。Ｚｎを１５％含むＮｏ．５−３および２０％含むＮｏ．５−４の試験片は、（６Ａ）（６Ｂ）のようにα相およびβ相の直線状組織が観察された。これらは、優れた制振性を示す試験片であった。一方、Ｚｎが２５％以上になると、（６Ｃ）（６Ｄ）のようにα相組織が肥大化し、α相およびβ相の球状の組織となった。球状組織が見られた試験片は、制振性の低いＮｏ．５−５および５−６の試験片であった。
図７は、Ｓｂを２０％含むＣｕ−Ｓｂ−Ｚｎ合金の組織である。Ｚｎを１０％含むＮｏ．７−２および１５％含むＮｏ．７−３の試験片は、（７Ａ）（７Ｂ）のようにα相の直線状組織が観察された。これらは、優れた制振性を示す試験片であった。一方、Ｚｎが２０％であるＮｏ．７−４は、（７Ｃ）のようにα相組織が肥大化し、α相およびβ相の球状の組織が見られた。この試験片は、制振性が低かった。
図８（８Ａ）は、Ｃｕ−２５Ｓｂ合金の組織である。（８Ｂ）から、Ｃｕ−２５Ｓｂ合金に１０％のＺｎを添加したＮｏ．８−２の試験片は、直線状組織となることがわかった。しかし、Ｚｎ含有量が２０％になると、（８Ｃ）に示すＮｏ．８−３のようにα相およびβ相の球状の組織が見られた。
以上より、制振性に優れる銅合金においては、α相の直線状組織が観察されることがわかった。
なお、画像解析によりβ相率を求めたところ、特に優れた制振性を示した試験片Ｎｏ．７−２、７−３および８−２では、β相率が５０％以上であった。Ｎｏ．８−２では、６９％がβ相であった。
【００４０】
次に、β相の金属組織をさらに詳しく調べるために、Ｎｏ．８−２および８−３の試験片について、ＣｕＫαを使用したＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行った。結果を図９に示した。
試験片Ｎｏ．８−２では、α相とともにＣｕ−Ｓｂ系β相が検出された。一方、試験片Ｎｏ．８−３では、α相およびＣｕ−Ｓｂ系β相に加え、さらにＣｕ−Ｚｎ系β相が検出された。つまり、図８（８Ｂ）の顕微鏡写真においてはβ相の部分（暗い部分）のほとんどがＣｕ−Ｓｂ系β相であるのに対し、（８Ｃ）においてはβ相の部分にはＣｕ−Ｚｎ系β相が含まれていることがわかった。また、試験片Ｎｏ．８−３よりもＮｏ．８−２のほうが制振性に優れたことから、Ｃｕ−Ｓｂ系β相が制振性向上に関与していることがわかった。
【００４１】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図９】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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