(57)【要約】【課題】  本発明は、自動車の下部部位が到達する温度範囲の全体に渡って高い振動減衰率を発揮することができるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金を提供することを目的とする。【解決手段】  ０．１〜１５mass％のＺｎ、０．１〜１０mass％のＡｌおよび残部のＣｕから成り、Ｚｎmass％＋２．５Ａｌmass％＜２７．５であって、−３０℃〜２００℃での振動減衰率ｔａｎφ≧０．０３であることを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１〜１５mass％のＺｎ、０．１〜１０mass％のＡｌおよび残部のＣｕから成り、Ｚｎmass％＋２．５Ａｌmass％＜２７．５であって、−３０℃〜２００℃での振動減衰率ｔａｎφ≧０．０３であることを特徴とするＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振合金に関し、特に自動車用に適したＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、エンジン等の駆動装置を初めとして種々の振動源を持ち、また走行中に路面との接触等によっても振動が発生する。車内の快適性を高めると同時に環境への騒音負荷を低減するために、振動の発生を低減することが基本的には必要であるが、発生した振動は速やかに減衰させることが重要である。
【０００３】
一般に形状記憶合金は減衰能が高いことが周知である。形状記憶合金の形状記憶効果は温度変化に伴うマルテンサイト変態を利用したものである。形状記憶合金の減衰能はこのマルテンサイト変態が起きている間のみに一時的に高くなる。しかし、マルテンサイト変態に必要な温度変化が無い場合や、マルテンサイト変態が起きない温度域では、減衰能は低いままである。
【０００４】
自動車の振動を低減させるには、自動車の各部位に減衰能の高い材料を用いる必要がある。ただし、エンジンの高温部位を除いても、各部位の到達温度は−３０℃〜２００℃という広い範囲に跨るし、部位毎の温度も変動する。したがって、マルテンサイト変態温度域という狭い温度範囲でのみ高い減衰能を示す従来の形状記憶合金では、いずれの部位でもその到達温度範囲全体に渡って十分な制振作用を確保することができない。
【０００５】
そのため、自動車各部位の到達温度範囲である−３０〜２００℃全体に渡って高い減衰能を発揮できる材料が求められる。
【０００６】
特許文献１（特公昭６２−４７９３７号公報）には、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ形状記憶合金の形状記憶機能の熱的な安定性を確保するための化学組成として、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ三元状態図の特定範囲すなわちＡ（７８．３％Ｃｕ、１２％Ｚｎ、９．７％Ａｌ）−Ｂ（７５，１％Ｃｕ、１７．４％Ｚｎ、７．５％Ａｌ）−Ｃ（６７％Ｃｕ、２８．８％Ｚｎ、４．２％Ａｌ）−Ｄ（７２．６％Ｃｕ、１９．５％Ｚｎ、７．９Ａｌ）で囲まれた範囲内の組成を開示している。しかし、制振性や減衰能と化学組成との関係についての検討はなされていない。特に、自動車の種々の部位が到達する上記のような広い温度範囲全体に渡って有効な制振性を達成するという課題は何ら示唆されていない。
【０００７】
特許文献２（特開平５−３３０８７号公報）には、Ｚｎ：１０〜３８wt％、Ａｌ：０．５〜２．０wt％、残部Ｃｕから成り、結晶粒径を５〜５０μｍとすることで成形性および強度を高め、応力緩和率を小さくした小型導電性部材用銅合金が開示されている。自動車用電気・電子部品の端子、コネクタ等の導電性部材などとしての用途が記載されている。制振性あるいは減衰能については何ら考慮されていない。
【０００８】
特許文献３（特開平３−１７０６４７号公報）には、Ｚｎ：２５〜４５wt％、Ａｌ：０．００５〜３．０wt％、残部Ｃｕおよび不可避不純物から成る特殊黄銅の製造方法が開示されている。熱間圧延割れを防止するために圧下率を限定している。自動車ラジエータのタンク、チューブなどとしての用途が記載されている。制振性あるいは減衰能についての言及は無い。
【０００９】
特許文献４（特開平１−２７９７２３号公報）には、Ｚｎ：２５〜２８wt％、Ａｌ：４．０〜４．２wt％、残部Ｃｕの組成を有するＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ焼結超弾性合金が開示されている。制振性あるいは減衰能についての言及は無い。
【００１０】
特許文献５（特開平３−２３２９３９号公報）には、Ｚｎ：５〜３５wt％、Ａｌ：０．１〜３．０wt％、残部Ｃｕ及び不可避不純物から成るＣｕ合金素地中に、酸化物粒子を１〜１５vol％分散させて高温での耐摩耗性を高めた銅基焼結合金が開示されている。内燃機関のバルブガイド、ターボチャージャーの軸受合金としての用途が記載されている。制振性あるいは減衰能についての言及は無い。
【００１１】
特許文献６（特開平４−１３１３３９号公報）には、Ｚｎ：５〜３５wt％、Ａｌ：０．１〜１０．０wt％、残部Ｃｕ及び不可避不純物から成るＣｕ合金素地中に、酸化アルミニウムの殻状硬質相を３〜３０vol％分布させて耐摩耗性を高めた銅基焼結合金が開示されている。摺動駆動装置の構造部材としての用途が記載されている。制振性あるいは減衰能についての言及は無い。
【００１２】
特許文献７（特開２００５−３０５９）には、ローラクラッチ内蔵型プーリ装置のばねをＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ形状記憶合金製とし、ローラクラッチのへたりによるロック不良を防止することが開示されている。実施例にＣｕ：３８．５wt％、Ａｌ：数wt％、残部Ｃｕの化学組成が記載されている。制振性あるいは減衰能と化学組成との関係については何ら言及が無い。
【００１３】
【特許文献１】特公昭６２−４７９３７号公報
【特許文献２】特開平５−３３０８７号公報
【特許文献３】特開平３−１７０６４７号公報
【特許文献４】特開平１−２７９７２３号公報
【特許文献５】特開平３−２３２９３９号公報
【特許文献６】特開平４−１３１３９号公報
【特許文献７】特開２００５−３０５９号公報
【非特許文献１】L.Delaey, A.Deruyttere, N.Aernoudt and J.R.Roos, "Shape Memory Effect, Super-Elasticity and Damping in Cu-Zn-Al Alloys", INCRA Research Report (Project No.238) (Katholieke Universitait Leuven), February 1978) p.76.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、自動車の各部位が到達する温度範囲の全体に渡って高い振動減衰率を発揮することができるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金は、０．１〜１５mass％のＺｎ、０．１〜１０mass％のＡｌおよび残部のＣｕから成り、Ｚｎmass％＋２．５Ａｌmass％＜２７．５であって、−３０℃〜２００℃での振動減衰率ｔａｎφ≧０．０３であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金は、自動車用として必要な−３０〜２００℃の温度範囲全体で制振性を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金の化学組成は以下の理由により限定した。
【００１８】
〔Ｚｎ：０．１〜１５mass％、Ａｌ：０．１〜１０mass％〕
Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金の制振性は、基本的にはマルテンサイト組織中の双晶境界移動による内部摩擦によって得られる。
【００１９】
ここで、マルテンサイトから成る母相の結晶格子に対してＺｎおよびＡｌは、含有量が少量の場合には固溶して格子歪みあるいは格子欠陥を形成し、これらが双晶境界移動に対してピンニング作用をし、ある変形応力以上になるとピンから外れ内部摩擦が増大し、振動減衰効果を高める。このピンニング作用を得るには、ＺｎおよびＡｌの含有量をいずれも０．１mass％以上とする必要がある。
【００２０】
一方、ＺｎおよびＡｌの含有量が多くなると、Ｃｕ中への固溶限を越えた分は金属間化合物として析出し、マルテンサイト組織中の双晶境界移動をピンニングするがこれもある変形応力以上になるとピンから外れ内部摩擦が増大し、振動減衰効果を高める。
【００２１】
しかし、ＺｎおよびＡｌの含有量が過剰になるとピンニング作用が強すぎて双晶境界移動できなくなり、内部摩擦の増大による振動減衰効果の向上効果が得られなくなる。そのため、Ｚｎの含有量は１５mass％以下とし、Ａｌの含有量は１０mass％以下とする。
【００２２】
〔Ｚｎmass％＋２．５Ａｌmass％＜２７．５〕
自動車用として温度範囲−３０℃〜２００℃の全体に渡って高い制振性を得るには、この温度範囲において安定してマルテンサイト組織とする必要がある。そのために、本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金においてはマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）が２５０℃以上になるように、合金成分であるＺｎおよびＡｌの含有量が下記式（１）を満たす範囲に限定した。
【００２３】
Ｚｎmass％＋２．５Ａｌmass％＜２７．５・・・・（１）
上記式（１）の関係は、非特許文献１に記載されたＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金の組成とＭｓ点との関係に基づいて本発明者が導出したものである。
【００２４】
図１に、本発明のＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金の組成範囲を示す。横軸がＡｌ含有量（mass％）、縦軸がＺｎ含有量（mass％）であり、残部は実質的にＣｕ（すなわちＣｕおよび不可避的不純物）である。図中のハッチングを施した領域が本発明の組成範囲であり、Ａｌmass％−Ｚｎmass％座標系において、Ｚｎ：０．１〜１５mass％かつＡｌ：０．１〜１０mass％の範囲を表す矩形領域内のうち、Ｚｎmass％＋２．５Ａｌmass％＝２７．５を表す直線より下方（左方）の部分である。上記の直線上の組成ならＭｓ＝２５０℃であり、直線より下方（左方）の組成でＭｓ＞２５０℃、直線より上方（右方）の組成でＭｓ＜２５０℃である。
【００２５】
図１のハッチング領域内の組成であれば、式（１）の関係を満たすことにより自動車用としての到達温度上限２００℃以下の温度範囲において安定してマルテンサイト組織とすることができ、矩形領域内とすることによりマルテンサイト組織の双晶境界移動に対して適度なピンニング作用を実現することができる。
【００２６】
〔振動減衰率ｔａｎφ≧０．０３〕
振動による騒音の大小を人が認識できるには音圧レベルで１ｄＢ以上の差が必要であり、騒音を１ｄＢ低減させるにはｔａｎφに換算して０．０３以上必要である。すなわち、本発明による制振効果を人が有意に識別できる下限値としてｔａｎφ＝０．０３とした。
【実施例】
【００２７】
表１の組成を有するＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金サンプルNo.１〜４を作製した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
サンプルNo.１は本発明の範囲内の組成であり、サンプルNo.２〜４は本発明の範囲外の組成である。作製手順は下記のとおりであった。
【００３０】
〔サンプル作製手順〕
黒鉛るつぼ中に所定量の原料（Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ）を投入し、還元雰囲気中にて１１００℃で溶解後砂型へ重力鋳造した。
この鋳物から６０mm×１０mm×１mmの寸法の試片を切削加工した。
上記にて作製した各サンプルについて、−１２０℃〜２００℃の範囲の種々の温度で振動減衰率ｔａｎφを測定した。測定条件は下記のとおりであった。
【００３１】
〔ｔａｎφ測定条件〕
装置：Dynamical Mechanical Analyzer
歪み振幅：１×１０-4ストレイン
振動モード：曲げ（両端固定）
振動周波数：１０Ｈｚ
昇温速度：５℃／ｍｉｎ
温度範囲：−１２０℃〜２００℃
測定結果を図２に示す。
【００３２】
本発明のサンプルNo.１は、図１のハッチング領域内の本発明範囲内の組成を有しており、−３０℃〜２００℃の温度範囲全体に渡って振動減衰率ｔａｎφ値は０．０３以上である。すなわち、測定温度−３０℃においてｔａｎφは最小値であるが０．０３以上であり、測定温度の上昇に伴いｔａｎφが増加しており、５０℃以上では０．０４７程度の大きな値が安定して得られている。
【００３３】
これに対して比較例サンプルはＺｎ、Ａｌ、Ｚｎ＋２．５Ａｌの少なくともいずれかが本発明の範囲外であるため、測定温度１８０℃以上の温度域でサンプルNo.３、No.４が０．０３を若干超えるｔａｎφ値となっているだけであり、−３０℃〜２００℃の温度範囲全体に渡ってｔａｎφ値≧０．０３を達成することはできない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、自動車の各部位が到達する温度範囲の全体に渡って高い振動減衰率を発揮することができるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ制振合金が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の組成範囲を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明例および比較例について振動減衰率ｔａｎφと測定温度との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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