(57)【要約】【課題】材料自体が振動吸収能を有する制振性ばね、それによって構成されるばね機能部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】炭素０．０５重量％以下、マンガン１５重量％以上、１８重量％未満、クロム９重量％以上、１５重量％未満、ニッケル０．０１重量％以上、４重量％未満、アルミニウム０．０１重量％以上、０．０５重量％未満、窒素０．０１重量％以下、残部鉄からなり、その成形加工の最終工程において、８００℃以上、１０００℃未満で加熱溶体化処理を行い、しかる後断面積比で１０％以上、５０％以下の冷間加工を施すことによって、１０％以上のイプシロン・マルテンサイト相を発現させた高強度高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金を制振性ばねに適用し、そのばねの断面積／（長さ）２で定義される指標Ｆ値が０．０１以上、０．５０以下で使用することによって上記課題を解決する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンガン１３重量％以上、１８重量％未満、ニッケル０．０１重量％以上、６重量％未満、クロム９重量％以上、１５重量％未満、その他元素及び残部鉄からなり、イプシロン・マルテンサイト相が１０％以上であることを特徴とする制振性ばね。
【請求項２】
炭素０．０５重量％以下、アルミニウム０．０１重量％以上、０．０５重量％未満、窒素０．０１重量％以下を含有することを特徴とする請求項１記載の制振性ばね。
【請求項３】
引張強度が７００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、損失係数（η）が０．００５以上、０．３０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の制振性ばね。
【請求項４】
請求項１又は２記載の組成からなる鋼塊を成形加工する際に、その最終工程において、８００℃以上、１０００℃未満で溶体化熱処理を行い、しかる後、断面積比で１０％以上、５０％以下の冷間加工を施すことを特徴とする制振性ばねの製造方法。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の制振性ばねを、そのばねの断面積／（長さ）２で定義される指標Ｆが０．０１以上、１．００以下で使用することを特徴とするばね機能部品。
【請求項６】
請求項１、２又は３記載の制振性ばねを、その予歪が撓み角度のラジアン表示で無荷重状態の５％以上、３０％以下で使用することを特徴とするばね機能部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、材料自体が振動吸収能を有する制振性ばね及びそれによって構成されるばね機能部品及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  制振性ばねをもって構成する代表的なばね機能部品であるハードデイスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）のサスペンションを例として説明する。このサスペンションは、回転する磁気デイスク等に情報を記録し再生するためのばね機能部品であり、回転可能なキャリッジを有し、ポジショニング用モータによって旋回駆動される。このキャリッジは、アクチュエータアームとその先端部に設けたサスペンションとサスペンションに取付けたスライダ及びヘッド部を備えている。デイスクが回転すると、デイスクとスライダとの間にエアベアリングが形成され、サスペンション先端部のスライダがデイスク表面から僅かに浮上するようになって記録及び再生が行われる。【０００３】  近年、ＨＤＤには、記録すべき情報の高密度化とデイスクの高速回転化が一段と進む傾向にある。このため、トラック幅は狭くなり、デイスクの高速回転によって発生する所謂風乱やデイスクフラッタ等の外乱による振動が大きくなり、ヘッド部をトラック中心に正確に保持することが極めて困難となっている。【０００４】  これに対して、例えば、ＨＤＤのサスペンションにおいて剛体部を金属プレート間に樹脂層を介在させて少なくとも３層構造とすることによって、全体的に軽量化を図りながら、共振周波数の高周波数化及び低ばね定数化によって、デイスクの高速回転時の風乱等による振動を吸収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】  さらに、板ばねの場合には、例えば、皿ばねと粘弾性体とを複合させて制振性を付与する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】  一方、従来から、自動車、精密機器、電子機器、医療機器の分野で、振動や騒音を軽減する機能をもつ制振性ばねが提案されている。例えば、ばね性を有しかつ振動吸収能のある材料として、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等が知られている。このような材料は、振動吸収能は優れているが、機械的性質、即ち、ばね特性が不良で特殊用途以外には使用が不可能であり、また高価な元素を多く含んでいるため合金材料に起因した価格上昇となり工業的用途が極めて制限されている。【０００７】  このような問題を解決するために、機械的強度が高く、振動吸収能を有する材料として、高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。この特許には、Ｃｒ：９〜１５重量％、Ｍｎ：１８〜２６重量％、Ｆｅ：残部からなる素材を１０００〜１１５０℃の温度で溶体化熱処理した後に冷却し、１５〜８０％の冷間加工を加えることによって４０％以上のイプシロン・マルテンサイト相を発現させることを特徴とする高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。上記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金は、組成的にステンレス鋼と類似したものであり、従って、その機械的性質はステンレス鋼とほぼ同等であり、かつ、振動吸収能が優れているので、上記の問題点を解決するものである（例えば、特許文献３参照）。【０００８】
【特許文献１】特開２００３−５９２２３
【特許文献２】特開２００６−１０５１７１
【特許文献３】特許第３３７８５６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  前述したように、ＨＤＤには、記録すべき情報の高密度化とデイスクの高速回転化が一段と進む傾向にある。従って、アクチュエータからスライダまでの構造部材であるキャリッジアームとサスペンションとの共振モードの振幅制御とその共振周波数の高周波数化が重要な課題となっている。この対策として、例えば、特許文献１によって開示された技術によれば、ＨＤＤのサスペンションにおいて剛体部を金属プレート間に樹脂層を介在させて少なくとも３層構造とすることによって、全体的に軽量化を図りながら、共振周波数の高周波数化によって、デイスクの高速回転時の風乱等による振動を吸収する方法が提案されている。しかしながら、この機能を果すばね部の材料はステンレス鋼製であり、複合層のサスペンションの振動吸収効果が十分に発揮されていない。【００１０】  また、特許文献２は、皿ばねと粘弾性体とを複合させて、制振性を付与する技術を提案しているが、粘弾性体自体が温度や湿度等の使用環境の制限があるので、その適用範囲は極めて限定されているという問題がある。【００１１】  また、特許文献３によって開示された技術によれば、マンガン含有量を１８〜２６重量％と主張しているが、この材料を溶製する場合、マンガン成分が蒸発し易いため添加するマンガン合金の歩留まりが悪く、かつマンガンは溶製時に用いられる耐火物の溶損を促進させるという難点があるので、マンガン含有量を可能な限り低くすることが製造コストの点で求められている。更に、マンガン含有量が高い鉄鋼の場合、冷間加工硬化性を著しく上げるので、成形加工の観点からも可能な限りマンガン含有量を低く抑えることが求められている。【００１２】  本発明者は、上記の問題を解決すべく鋭意研究開発を進めた結果、材料自身が振動吸収能を有しかつ量産可能な材料及びその量産可能な製造方法を見出し、また、そのばね材が最も効果的に振動吸収能とばね性を発揮できる使用条件を見出し、以下の発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明が提供する制振性ばねは、マンガン１３重量％以上、１８重量％未満、クロム９重量％以上、１５重量％未満、ニッケル０．０１重量％以上、６重量％未満、その他元素及び残部鉄からなり、イプシロン・マルテンサイト相（以下、「ε・Ｍｓ相」という。）が１０％以上であることを特徴とするものである（以下、「第１の発明」という）。【００１４】  本発明が提供する制振性ばねは、第１の発明の組成分に加えて、炭素０．０５重量％以下、アルミニウム０．０１重量％以上、０．０５重量％未満、窒素０．０１重量％以下を含有することを特徴とするものである（以下、「第２の発明」という）。【００１５】  更に、本発明が提供する制振性ばねは、第１又は第２の発明の制振性ばねであって、引張強度が７００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、そして、ＪＩＳＧ０６０２に定められた方法によって測定した損失係数（以下、「損失係数（η）」という。）が０．００５以上、０．３０以下であることを特徴とするものである（以下、「第３の発明」という）。【００１６】  本発明の制振性ばねの製造方法は、第１又は第２の発明の組成からなる鋼塊を成形加工する際に、その成形加工の最終工程において、８００℃以上、１０００℃未満で溶体化熱処理を行い、しかる後断面積比で１０％以上、５０％以下の冷間加工を施すことを特徴とするものである（以下、「第４の発明」という）。【００１７】  本発明のばね機能部品は、第１、２又は３の発明の制振性ばねをそのばねの断面積／（長さ）２で定義される指標Ｆが０．０１以上、１．００以下で使用することを特徴とするものである（以下、「第５の発明」という）。【００１８】  本発明のばね機能部品は、第１、２又は３の発明の制振性ばねをその予歪が撓み角度のラジアン表示で無荷重状態の５％以上、３０％以下で使用することを特徴とするものである（以下、「第６の発明」という）
【発明の効果】
【００１９】  本発明は、材料自体が優れた振動吸収能とばね性を兼備する量産可能な材料、それを効果的に使ったばね機能部品及びその製造方法を提供するので工業的意義は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下に、実施例によって本発明の最良の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２１】  実施例１は、第１の発明に関するものである。
表１に示す化学組成の材料を真空溶解炉によって溶製し５ｋｇの鋼塊を得た。なお、表１に示す組成以外の元素は、シリコン、燐、硫黄等の不純物元素及び残鉄分である。得られた鋼塊を表面切削加工した後、１１００℃ｘ１時間加熱処理し、さらにこれを熱間圧延によって板厚３．０ｍｍの熱延板を得た。しかる後に、酸洗によって表面の酸化層を除去し、冷間圧延を行い１．０ｍｍの板を得て後、９５０℃にて溶体化熱処理を行ったのち３０％の冷間加工の振動吸収能を付与する処理をして、０．７ｍｍの試験材を得た。表１に示す試験材を用いて、制振性の指標となるε・Ｍｓ相の面積率（％）、冷間加工性の指標となる０．２％耐力、制振性を示す損失係数（η）及び耐食性を測定した。その結果を表２に示す。
【表１】
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【表２】
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【００２２】  実施例１は、ニッケル含有量を０．０１重量％以上、６重量％未満とすることによってマンガン含有量を１３重量％以上、１８重量％未満とすることが出来、これによって振動吸収能を発現するγ／ε相間の相互作用効果を維持しつつ、且つ、合金の溶製を容易にすることによって製造コストを低減できることを示している。本発明者らは、制振性を示すことのできるオーステナイト相の安定化作用をするニッケル含有量とマンガン含有量との関係を検討した結果、オーステナイト安定指標としてＡ値＝Ｍｎ（％）＋Ｎｉ（％）の関係を見出した。即ち、表１及び表２の結果から、このＡ値が、１８以上になる様にニッケルを添加することが望ましい。これによって、耐火物の溶損による溶製コストを上げたり、加工硬化による冷間加工性を阻害するマンガン成分の一部をニッケル成分に置換することができる。ここで、ニッケル含有量が０．０１重量％未満の場合は上記のγ相を安定させる効果が不十分であり、また、６重量％以上では製造コストを不必要に上げるので得策ではない。これによってマンガン含有量を１３重量％以上、１８重量％未満に低く抑えることができる。また、クロム９重量％以上、１５重量％未満としたのは、本材料の用途に必要な耐食性を付与するためであり、９重量％未満の場合耐食性が不十分であり、１５重量％以上では不必要に添加することになりコストが不必要に上がるためである。また、マンガン含有量を１８重量％未満としたのは、マンガン含有量が１８重量％を越えると加工硬化性の指標となる０．２％耐力が９５０ＭＰａ以上となり冷間加工性が低下し加工費が高くなるのを避けるためである。
【実施例２】
【００２３】  実施例２は、第２の発明に関するものである。
即ち、実施例２は、振動吸収能を害する炭素及び窒素の制御方法に関するものである。表３に示す化学組成の材料を真空溶解炉によって溶製し５ｋｇの鋼塊を得た。なお、表３に示す組成以外の元素は、シリコン、燐、硫黄等の不純物元素及び残鉄分である。得られた鋼塊を表面切削加工し、１１００℃ｘ１時間加熱処理した後、熱間圧延によって板厚３．０ｍｍの熱延板を得た。しかる後に、酸洗によって表面の酸化層を除去した後に冷間圧延を行い１．０ｍｍの板を得て後、９５０℃にて溶体化熱処理を行ったのち３０％の冷間加工の振動吸収能を付与する処理をして、０．７ｍｍの試験材を得た。表３に示す試験材を用いて、制振性を示す損失係数（η）を測定した。その結果を表４に示す。
【表３】
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【表４】
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【００２４】  実施例２は、振動吸収能を害する炭素及び窒素の制御方法に関するものであり、表４を基に、振動吸収能を発現するγ／ε相間の相互作用に悪影響を及ぼす不純物の制御方法について述べる。炭素については、炭素含有量を０．０５重量％以下とするのは、炭素含有量の上限を定めることによって振動吸収能の向上及び安定を計るためであり、炭素含有量が０．０５重量％を超えると固溶炭素が多くなるため振動吸収能を示す損失係数（η）が低下しかつ不安定になるためである。【００２５】  また、炭素と同様の影響を及ぼす窒素については、鋼中の窒素量を０．０１重量％以下にして、かつ、アルミニウム含有量を０．０１重量％以上、０．０５重量％以下とすることによって鋼中の窒素をＡｌＮの大きい介在物の形にすることによって、溶解製造時に大気中より不可避的に混入する固溶窒素の振動吸収能を低下させる害を無くすためである。即ち、アルミニウム含有量が０．０１重量％未満であると上記の鋼中窒素と結合するに必要なアルミニウム含有量が不足する場合がり、０．０５重量％を越えると過剰のアルミニウムによって合金の表面や内部にＡｌ２Ｏ３系の欠陥が発生しやすくなるためである。また、鋼中の窒素が０．０１重量％を越えると、これと結合するためのアルミニウム含有量が多く必要となるため、アルミニウムによるＡｌ２Ｏ３系の欠陥が増大するためである。【００２６】  実施例１及び２より明らかなように、本発明は、上記の第１及び第２の発明に記載の条件を設定することによって、特許文献２の発明よりも、安定した振動吸収能を有する制振性ばねをより安価かつ安定して提供することができる。
【実施例３】
【００２７】  実施例３は、第３の発明に関するものである。【００２８】  実施例３として、実施例１におけるサンプル（Ｎｏ．１）を用いて、冷間加工率と損失係数（η）、引張強さ及び伸び値との関係を実験によって求めた。即ち、実施例１のサンプル（Ｎｏ．１）に９５０℃ｘ５ｍｉｎの溶体化熱処理を行った後に、５、１０、２０、３０、５０、６０及び７０％の冷間加工を施し、損失係数（η）、引張強さ及び伸び値を測定した。その結果を表５．に示す。これによると、５％の冷間加工率では、損失係数（η）及び引張強さともに不十分である。１０％以上、５０％以下の冷間加工率では、損失係数（η）、引張強さ及び伸び値ともに良好である。そして、５０％を越える冷間加工率では、伸び値が極めて悪くもはや材料としての延性を失っている。即ち、実施例３によると、引張強度が７００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、かつ、損失係数（η）が０．００５以上、０．３０以下の条件の特性が最適材料特性である。さらに、用途に応じて最適の冷間加工率を選択することによって損失係数（η）と材料特性の最適化が可能である。
【表５】
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【００２９】  即ち、実施例３から明らかなように、制振性ばねの引張強度が７００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下及び損失係数（η）が０．００５以上０．１０以下としたのは、引張強度が７００ＭＰａ未満、損失係数（η）が０．００５未満であると、良好なばね特性が得られないためであり、また、引張強度が１５００ＭＰａ以下又は損失係数（η）が０．１０以下としたのは、これを越えると機械的性質特に延性が劣化するために、材料の所謂「へたり」が生じるためである。
【実施例４】
【００３０】  実施例４は、第４の発明に関するものである。【００３１】  実施例４は、表５．をもって説明する。即ち、本発明が提供する制振性ばねの製造方法は、その成形加工の最終工程において、８００℃以上、１０００℃未満で溶体化熱処理を行い、しかる後に断面積比で１０％以上、５０％以下の冷間加工を施す工程は、所望の振動吸収能を発現させるための重要な工程である。即ち、溶体化熱処理において、８００℃以上、１０００℃未満の温度に規定したのは、８００℃未満であると溶体化熱処理の効果が不十分であり、また、１０００℃を越えると結晶組織が粗大化して加工割れが起こり易くなるばかりでなく不必要なエネルギーを必要とし得策ではない。更に、冷間加工が、１０％未満の時には所望の振動吸収能の発現が得られない為であり、また、冷間加工が５０％を越えると材料の延性が劣るためである。
【実施例５】
【００３２】  実施例５は、第５の発明に関するものである。【００３３】  即ち、本発明になるＦｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金、即ち、実施例１のサンプル（Ｎｏ．１）を用いて、冷間圧延によって６０μｍの板を得た。これを９５０℃ｘ１ｍｉｎの条件で溶体化熱処理を行い、これに制振性付与のために５０％の冷間加工を行い３０μｍ箔を作成した。比較例として、市販ＳＵＳ３０４の同板厚の箔を用いた。これを図１に示す形状に加工した。サンプル寸法は、保持部は、厚さ３０μｍｘ１０ｍｍｘ１０ｍｍ、振動部は、厚さ３０μｍｘ幅１０ｍｍｘ長さ４０、３０、２０、１０、１及び０．５ｍｍに変化させた長方形状である。振動伝達率ｖｓ  加振周波数の測定において、加振器は、ＢＫ社製加振器、加振最大５ｋＨｚであり、レーザー振動計は、ポリテック社製ＰＳＶ−１００、検出能５ｋＨｚ、分解能１μｍを用い非接触で測定した（図２）。振動伝達率は、ゲイン（＝測定加速度／加振加速度）で表示する。【００３４】  振動伝達率測定の第１次共振点における共振周波数、損失係数（η）及びばね性評価結果を形状指標Ｆと対比させて表６に示す。ここで、形状指標Ｆは、Ｆ＝Ｄ＊Ｗ／Ｌ２で表される指標である。ここで、Ｄ：ばね部の厚さ、Ｗ：幅及びＬ：長さであり、無次元数であり、ばね定数を表す指標でもある。Ｆ値が大きくなるとばね定数が大となる関係にある。表６より、第１次共振周波数（ｆｎ）とＦ値（−）との関係は下記の様に求められる。
【数１】
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本発明の制振ばね材の使用環境は多くの場面が想定されるが、例えば、ＨＤＤ用サスペンションの場合では、１０ｋＨｚレベルであり、（１）式よりＦ値は０．０１以上が必要である。また、Ｆ値が大きくなるとばね性が無くなりデイスク等の対象物に疵を付け恐れが生じるので、１．００以下が必要である。なお、関係式（１）における定数は、ヤング率や損失係数（η）等のような材料そのものの物性によるものである。従って、式（１）の定数１．０ｘ１０５は、本発明の材料にのみ適用するものであり、ＳＵＳ３０４や普通鋼においては実験、測定の上決定されなければならない。
【表６】
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【００３５】  ここで、ＨＤＤ実物のばね部指標Ｆ値は０．２５０レベルであるので、Ｆ値を０．２５０にしたモデル・サスペンションを本発明材と従来材のＳＵＳ３０４で試作にて振動諸特性を測定比較した。結果を表７に示す。即ち、本発明は、例えば、ＨＤＤ用サスペンションに適用した場合にもその材料の優れた制振性によって効果を発揮していることが明らかになった。
【表７】
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【実施例６】
【００３６】  実施例６は、第６の発明に関するものである。【００３７】  実施例１のサンプル（Ｎｏ．１）を用いて、図３に示す様な締結部を作成した。これに振動を与えて、加振後の緩み有無によって評価した。皿ばねの傾斜角（θラジアン）は、
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歪量とした。これに加振器で振動を付与して所定回数後にボルト・ナットの緩み発生の
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結果を表８．に示す。即ち、予歪量が０．０１ラジアン以上で緩み発生は見られず良好な振動吸収能を発揮していることが分る。ただし、予歪の上限値に関しては、材料のへたりという別の観点から制限されるので、０．１ラジアンを上限とする。
【表８】
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【００３８】  以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能であり、これらは本発明とみなすことは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例５のサンプル作成方法を示した図。
【図２】実施例５の測定方法を示した図。
【図３】実施例５の測定結果を示した図。
【図４】実施例６の締結部構造を示した図。
【符合の説明】
【００４０】１０１：ばね材
１０２：補強材
２０１：ばね材
２０２：レーザー計
２０３：加振器
２０４：レーザー・ビーム
４０１：皿ばね
４０２：被締結部
４０３：ボルト
４０４：ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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