(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工及び／又は機械加工により形成した溝部を該溝部内空間を縮小させる方向に塑性加工を加える方法によって形成した、金属的に結合することなく接触している非結合界面を有し、該非結合界面は、表面から内部の所定深さまで形成されており、貫通していないことを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項２】
請求項１において、前記非結合界面の深さ方向の長さが、同一方向の厚み寸法の２０％以上であることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項３】
第１の素材と第２の素材の少なくとも一方の表面にスケールを形成してなる２つの素材を用い、穴部を有する前記第１の素材の前記穴部に前記第２の素材を圧入する方法によって形成した、金属的に結合することなく接触している非結合界面を有し、該非結合界面は、界面にスケールが挟まっていることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項４】
請求項３において、前記非結合界面は、一表面から他の表面に貫通するように形成されていることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記機械部品用制振素材は、制振特性を有する歯車を形成するための歯車用制振素材であり、リング状又は円盤状の本体部と、その外周側面又は内周側面に設けた歯型形成予定部を有しており、前記非結合界面は、前記本体部の軸方向の少なくとも一端面から形成されていることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、前記非結合界面は、環状に形成されていることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項７】
請求項６において、前記非結合界面は、円状に形成されていることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項８】
請求項６において、前記非結合界面は、不等辺の多角形状に形成されていることを特徴とする機械部品用制振素材。
【請求項９】
金属的に結合することなく接触している非結合界面を有する機械部品用制振素材を製造する方法であって、
素材の表面に塑性加工及び／又は機械加工により非結合界面の元となる溝部を成形する溝部形成工程と、
前記溝部内空間を縮小させる方向に塑性加工を加え、対面する内壁面を接触した状態とすることによって前記非結合界面を形成する圧縮工程とを有することを特徴とする機械部品用制振素材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記溝形成工程は、前記溝部に対応する突起部を有する金型を用いて鍛造することにより行うことを特徴とする機械部品用制振素材の製造方法。
【請求項１１】
金属的に結合することなく接触している非結合界面を有する機械部品用制振素材を製造する方法であって、
穴部を有する第１の素材と、該穴部に圧入可能な外形状を有する第２の素材とを準備し、前記第２の素材を前記第１の素材に圧入することによって前記穴部の内周壁位置に前記非結合界面を形成する圧入工程を有し、
前記第１の素材と前記第２の素材の少なくとも一方は、前記圧入工程を行う前に、表面にスケールを形成するための予備熱処理を行うことを特徴とする機械部品用制振素材の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の機械部品用制振素材に加工を加えることにより作製してなることを特徴とする機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、建設機械、産業機械等で用いられる部品を加工するための素材に関するものであり、特に、使用する素材の材質に関係なく制振性を大きく高めることが可能な機械部品用制振素材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建設機械、産業機械等では、エンジンやモーター等によって発生した動力によって各部が駆動する。それらに用いられる部品には、耐面圧性や曲げ強度等、部品に応じて様々な要求特性があり、それを満足させるのに適した材料が選択され、使用されている。【０００３】
そして、これらの素材は、その多くがＦｅ、Ａｌ等の合金であるが、素材の材質そのものでは解決し難い欠点がある。すなわち、これらの合金からなる部品は、使用環境で発生した振動を伝播させやすく、かつその部品のみでは振動を減衰させる能力に限界があり、結果としてノイズが発生し静粛性が低下すること、振動により部品の使用寿命が低下する場合があることである。【０００４】
例えば、最近の自動車においては、単にエンジン性能が優れていることだけでは、ユーザーの厳しい要求を満足させることができず、運転中における車内での高いレベルでの静粛性が要求されるようになってきた。自動車の場合、騒音発生の１つの大きな要因はギヤノイズであるが、ノイズ発生の原因となる歯車は一般的に浸炭処理されているものが多く、熱処理歪の発生等により、歯車の噛み合いに悪影響が生じることがノイズ発生の原因であることがわかってきている。従って、熱処理歪低減を目的とした様々な技術開発が盛んにおこなわれる一方で、発生した音や振動を遮断、あるいは低減する技術の開発が強く望まれていた。【０００５】
このギヤノイズを例とすれば、その発生を防止するために、浸炭処理後に再度仕上げ加工を行って、熱処理歪を解消する方法も考えられないわけではない。しかしながら、そのための仕上げ加工に多大なコストが必要となる。また、歯車やそれを内蔵したユニット自体にダンパー機構を設けることも技術的には可能であるが、そのためのスペースの確保や、部品点数の増加により、コスト面の制約が生じてしまい、それらの方策の採用が進まないのが現状である。従って、製造した歯車に浸炭によって生じた歪が残ったままで使用しても、ユーザーが満足できる静粛性が確保可能な技術開発が強く要望されていた。【０００６】
この課題に対して、最も直接的な改善方法として、部品を制振材料によって製造し、部品そのもので振動を吸収してしまう方法がある。しかしながら、従来から知られている制振材料としては、鉄基の高合金であったり、純Ｍｇ、Ｍｇ合金、あるいはＭｎ−Ｃｕ合金が良く知られているが、いずれも高価であることは言うまでもなく、加えて機械構造用部品として使用した場合には、十分な強度を確保できないという問題がある。また、鋼板分野で知られている制振性の優れた複合鋼板にしても、機械構造用部品、特に動力伝達部品となると、鋼板という形状面での制約があり、使用できる範囲は極端に少ない。従って、これらの問題を発生させることなく、材料の種類に関係なく、優れた制振性を付与することが可能な素材の開発が強く望まれていた。【０００７】
前記したような特別な制振性の優れた材料を用いることなく制振性を高められる方策としては、従来から部品中に意図的に金属結合していない割れ等の界面を導入する方法が良く知られており、例えば特許文献１、２等に記載の技術が知られている。【０００８】
このうち、特許文献１に記載の技術は、材料内に脆い層（部分）を形成させ、その後に過熱、急冷等の熱衝撃を加え、材料内部に意図的に割れを発生させて制振性を高めようとするものである。【０００９】
また、特許文献２は、金属板の所要部位に線状のビード部を形成し、このビード部内に生じさせた割れによって、該金属板の制振効果を高めようとするものである。【００１０】
【特許文献１】特開昭５２−１４７５１０号公報
【特許文献２】特開２０００−３５０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記した従来の発明には次の問題がある。
前記した特許文献１に記載の発明は、材料内部に脆い層を形成するために、低炭素鋼においては、意図的に浸炭を行ったり、あらかじめ脆い材料である高炭素鋼を用い、それに急冷等の熱衝撃を与えることを特徴としている。【００１２】
そのため、特許文献１の技術を利用して機械部品の制振性を高めようとすると、強度上浸炭の必要のない部位に使用する場合にまで浸炭が必要となったり、高炭素鋼を使うのが適しない部位にまで高炭素鋼等の割れやすい材料を用いることとなり、本来最適と判断される材料や、適した熱処理を選択することができず、材質、熱処理方法の選択が著しく制限されてしまうという問題がある。【００１３】
また、特許文献２に記載の発明は、その明細書にも記載されている通り、焼入硬化能を利用しており、焼入硬化能が大きく割れ感受性の高い金属板を用い、割れを発生させる部位にビード部を形成させて割れを付与させることを特徴としている。従って、必然的にこの技術は焼入硬化能の高い金属板を用いないとその効果が得られないものであり、鋼板という形状面での制約に加えて、材質面で適用範囲が大きく制限されてしまうという問題がある。【００１４】
本発明は、前記課題を解決することを目的に成されたものであり、材質面での制限が少なく要求に応じた材質選択が容易であり、多くの機械部品に広く適用することができ、さらに優れた制振特性を容易に得ることのできる機械部品用制振素材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】
本発明の第１の側面（請求項１）は、塑性加工及び／又は機械加工により形成した溝部を該溝部内空間を縮小させる方向に塑性加工を加える方法によって形成した、金属的に結合することなく接触している非結合界面を有し、該非結合界面は、表面から内部の所定深さまで形成されており、貫通していないことを特徴とする機械部品用制振素材にある。
本発明の第２の側面（請求項３）は、第１の素材と第２の素材の少なくとも一方の表面にスケールを形成してなる２つの素材を用い、穴部を有する前記第１の素材の前記穴部に前記第２の素材を圧入する方法によって形成した、金属的に結合することなく接触している非結合界面を有し、該非結合界面は、界面にスケールが挟まっていることを特徴とする機械部品用制振素材にある。
【００１６】
本発明の第１の側面及び第２の側面は、材質面、形状面での制限ができるだけ少なくなるよう、鋭意検討した結果、以下の知見を得ることにより、材質面での制限が非常に少なく、幅広い範囲で制振性を高めた部品を提供可能とすることに成功したものである。
【００１７】
（１）前記した先願特許では、熱衝撃により割れを生成させることとしていたため、脆い材料を選択するか意図的に脆くする処理が必須となり、必然的に材質が極端に制限されるという欠点を有していた。しかしながら、熱衝撃を与えることなく非結合界面を生成できれば、同様な制振効果が得られるのではないかと考えた。そこで、例えば、塑性加工及び／又は機械加工を利用して意図的に非結合界面を付与し、制振性の評価を行った結果、前記加工によって意図的に付与した非結合界面であってもその界面の形状によっては、十分に大きな制振性改善効果が得られることを見出したものである。また、前記非結合界面は、後述する製造方法から知られるように、例えば、塑性加工及び／又は機械加工により生成できるので、これらの加工が可能な材質であれば、共通して大きな制振効果が得られるという利点があり、前記特許文献記載の発明に比べ、材質面の制限をはるかに小さくすることができる。【００１８】
（２）本発明では、例えば、塑性加工及び／又は機械加工によって非結合界面を生成させるため、当然の如く非結合界面の位置を機械部品にとって都合の良い位置及び形状とすることが容易となる。従って、部品の強度上問題とされない位置（＝高い応力が負荷されない位置）に非結合界面を設けることにより、非結合界面を有するにもかかわらず強度面でも問題のない機械部品を製造可能な素材を得ることができる。【００１９】
（３）優れた制振性を確保するためには、生成した非結合界面の隙間が狭く閉じて、金属結合することなく接触していることが必要である。なお、ここでいう接触とは、ミクロに見れば非接触の部分が部分的に存在する場合も含んでおり、見かけ上界面で接触している場合をすべて含むものである。【００２０】
本発明の第３の側面（請求項９）は、金属的に結合することなく接触している非結合界面を有する機械部品用制振素材を製造する方法であって、
素材の表面に塑性加工及び／又は機械加工により非結合界面の元となる溝部を成形する溝部形成工程と、
前記溝部内空間を縮小させる方向に塑性加工を加え、対面する内壁面を接触した状態とすることによって前記非結合界面を形成する圧縮工程とを有することを特徴とする機械部品用制振素材の製造方法にある。
【００２１】
本発明の第４の側面（請求項１１）は、金属的に結合することなく接触している非結合界面を有する機械部品用制振素材を製造する方法であって、
穴部を有する第１の素材と、該穴部に圧入可能な外形状を有する第２の素材とを準備し、前記第２の素材を前記第１の素材に圧入することによって前記穴部の内周壁位置に前記非結合界面を形成する圧入工程を有し、
前記第１の素材と前記第２の素材の少なくとも一方は、前記圧入工程を行う前に、表面にスケールを形成するための予備熱処理を行うことを特徴とする機械部品用制振素材の製造方法にある。
【００２２】
これらの製造方法によれば、上述した優れた機械部品用制振素材を確実に製造することができる。【００２３】
本発明の第５の側面（請求項１２）は、前記機械部品用制振素材に加工を加えることにより作製してなることを特徴とする機械部品にある。前記の優れた機械部品用制振素材を素材として、これに加工を加えて作製した機械部品、例えば、前記機械部品用制振素材に歯部を形成した歯車等は、非常に優れた制振特性を発揮し、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１における、非結合界面を成形する途中状態である溝加工直後の形状を示す説明図。
【図２】実施例１における、非結合界面成形後の状態を示す説明図。
【図３】実施例１における、非結合界面の深さを変化させた場合の対数減数率の変化を示す説明図。
【図４】実施例２における、平歯車の制振性評価時の加振位置を示す説明図。
【図５】実施例４における、第１の素材を示す説明図。
【図６】実施例４における、第２の素材を示す説明図。
【図７】実施例４における、ピンを圧入したタイプの平歯車を示す説明図。
【図８】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【図９】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【図１０】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【図１１】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【図１２】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【図１３】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【図１４】非結合界面の形状の一例を示す説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、発明の内容について詳細に説明する。
本発明の機械部品用制振素材における非結合界面の成形は、前記第３の側面の発明のように、少なくとも前記溝部形成工程と圧縮工程とを実行することによって行うことができる。前記溝部形成工程は、塑性加工又は機械加工あるいは両者の加工の組み合わせによって行う。また、前記圧縮工程は塑性加工により行う。これらの加工方法の選択は材質に合わせて適当な方法を選択することができ、冷間で行っても良いし、加熱して熱間で行うこともできる。
【００２６】
特に、機械部品は、生産性が優れていることから鍛造によって製造される場合が多い。そのため、従来から鍛造で製造されていた部品に対し本発明を適用する場合には、従来の鍛造工程を、前記溝部形成工程と圧縮工程とが可能な工程に設計し直すことにより、生産性を大幅に低下させることなく、非結合界面を付与した機械部品を製造することが可能である。【００２７】
また、溝部形成工程における溝部の加工については、機械加工によっても行うことができる。この場合、溝部の加工は、最終的に溝部内空間が狭く閉じられた形状とすることができれば良いので、機械加工の方法には特に制限はなく、様々な手段を選択することができる。但し、熱鍛、冷鍛といった塑性加工によって溝部の加工を行う場合には、Ｖ型の溝とするのが加工がしやすく容易である。勿論Ｖ型の溝を機械加工によって行うことも可能である。
なお、鍛造を利用する場合には、前記溝部形成工程は、前記溝部に対応する突起部を有する金型を用いて鍛造することにより行うことができる。そして、その突起部の形状として所望の形状を選択することにより、溝部の形状を制御することができる。【００２８】
このように、上記第３の側面の製造方法を用いれば、前記非結合界面は、表面から内部の所定深さまで形成されており、貫通していないものとすることができる。この場合には、一部品のままで作製することができるので、寸法精度や安定性に優れたものを得ることができる。
【００２９】
また、生成させる非結合界面は、その大きさに比例して制振性向上効果が左右されるので、ある程度大きな非結合界面を生成させることが必要である。すなわち、界面の面積が広いほど振動を減衰する効果が大きくなるからである。具体的には、前記非結合界面の深さ方向の長さが、同一方向の厚み寸法の２０％以上であることが好ましい。深さ方向の長さの下限を２０％としたのは、２０％未満では振動の減衰効果が十分に得られないおそれがあるためである。また、上限は特に規定していないが、非結合界面の位置を大きな応力が負荷されない部位となるように選択して製造したとしても、部品形状、負荷される応力等の状況によって強度上問題が起きる可能性がある場合には、適用する部品に応じて界面深さの上限を適切に判断する必要がある。目安としては９０％程度以下とするのが望ましい。なお、十分な制振効果を得るためには、界面の深さを同一方向の厚み寸法の５０％以上とすることが望ましい。【００３０】
また、上述したように、非結合界面の成形は、まず最初に塑性加工及び／又は機械加工により非結合界面の元となる溝部を成形し、その後この溝部内空間を縮小させる方向にさらに塑性加工を加え、前記溝部内空間を可能な限り小さくなるまで加工を加え、成形された非結合界面上で見掛け上ほぼ全面が接触した状態とすることにより、行うことができる。ここで、非結合界面は最終的に見掛け上接触した状態とできれば良いので、最初に加工する溝部の断面形状は特に限定する必要がない。加工上都合の良い形状（例えば鍛造により行う場合には、加工が容易で用いる型寿命の問題を懸念する必要がない形状）を自由に選択して行うことができる。【００３１】
溝加工を行った後は、塑性加工によってその溝部内空間を縮小させる方向に加工を加え、最終的に成形した界面上で見掛け上全面がほぼ接触した状態となるまで加工することにより、界面の成形が完成する。ここで言う界面上の接触とはあくまでも見掛け上であり、厳密に全面が接触しているかどうかは必要としない。従って、仮に顕微鏡観察した結果部分的に非接触の部分があったとしても、そのことを理由に本発明の対象外となることはなく、肉眼でほぼ接触している状態まで加工されていれば十分である。その状態まで加工することにより、制振性を大幅に向上することができる。また、材質が鋼である場合には、溝部の加工を熱間で行ったり、変態点以上の温度で熱処理する場合があり、その場合には、表面にスケールが生成されるため、溝部内空間を縮小する方向に加工し、接触した界面を生成した結果、界面上にスケールが入り込んだ状態とすることが可能である。この場合にはスケールの存在により、非結合界面での振動減衰効果を高めることができ、より優れた制振効果を得ることができる。【００３２】
上述したように、前記非結合界面の形態の一つは、表面から内部の所定深さまで形成された貫通していないものであるが、これは、前記の塑性加工及び／又は機械加工による溝部形成工程と塑性加工による圧縮工程の組み合わせにより形成することができるだけでなく、前述した第４の側面の製造方法によって、部分的な圧入を行っても実現できる。一方、前記非結合界面は、一表面から他の表面に貫通するように形成された形態とすることもできる。この場合には、前述した第４の側面の製造方法である圧入法により実現することができる。
すなわち、穴部を有する第１の素材と、該穴部に圧入可能な外形状を有する第２の素材とを準備し、前記第２の素材を前記第１の素材に圧入することによって前記穴部の内周壁位置に前記非結合界面を形成する圧入工程を行い、前記第１の素材と前記第２の素材の少なくとも一方は、前記圧入工程を行う前に、表面にスケールを形成するための予備熱処理を行うことによって上記の貫通する又は貫通していない非結合界面を有する機械部品用制振素材を製造することができる。
【００３３】
但し、この場合には、界面上においては圧入により非常に大きな残留応力が発生し、これが制振性の向上に悪影響を及ぼす場合があるので、圧入代を適切に調整することが必要である。また、第１の素材に設けられる穴部は、貫通していてもいなくてもよいが、貫通していない場合には、圧入作業がスムーズにできるよう、第１の素材と第２の素材のいずれか一方に空気抜き穴を設けておく必要がある。【００３４】
また、前記第１の素材と前記第２の素材の少なくとも一方は、前記圧入工程を行う前に、表面にスケールを形成するための予備熱処理を行う。スケールが予め存在している場合には、得られた非結合界面による制振効果が高くなる。このことは、後述する実施例からも明らかである。
【００３５】
次に、前記機械部品用制振素材は、歯車として使用するとその効果を有効に活かすことができるので、制振特性を有する歯車を形成するための歯車用制振素材として用いることができる。この場合には、リング状又は円盤状の本体部と、その外周側面又は内周側面に設けた歯型形成予定部を有し、前記非結合界面は、前記本体部の軸方向の少なくとも一端面から形成されているようにするとよい。【００３６】
歯車は、当然の如く歯と歯が噛み合うことによりエンジン等の動力を伝達する役目を果たす部品であるが、歯車の部品全体に均等に応力が負荷されるのではなく、駆動力は歯部に集中して負荷されるため、歯部から離れた位置、すなわち、例えば外周又は内周に歯が加工された歯車では、この外周又は内周の歯部以外の領域には、大きな力が負荷されることがない。場合によっては、軽量化のために部分的に貫通穴をあけて使用されている場合もある。そこで、本発明者等は、このような歯車における応力負荷状態に注目し、歯を加工する領域から適当な長さ離れた位置に非結合界面を成形し、製造した歯車について、実際の使用時と同様に駆動力を負荷した疲労試験を実施した。その結果、負荷する駆動力を増加していった際に非結合界面からの破壊によるのではなく、歯部の破壊によって歯車の強度限界が起きることを把握し、本発明の有効性を確認したものである。従って、本発明の制振素材を用いて歯車を製造することにより、著しく制振性に優れた歯車を容易に製造することができる。【００３７】
前記した通り、非結合界面の生成によって、歯を加工する前の素材段階において、かなり大きく制振性が向上するが、歯車として使用するためにこの素材に歯を加工して歯車の製品形状とした場合には、さらに著しく制振性が向上する（その改善の程度は後述の実施例で具体的に示す。）。歯車形状への加工によって著しく制振性が向上する理由は十分に明確になっているわけではないが、外周に歯が加工されたことによって、歯底においては、非結合界面との距離が近くなったことが理由の一つとして考えられる。また、歯車は、高強度を得る必要がある場合には浸炭処理が行われることが多くあるが、本発明は浸炭処理の有無に関係なく、優れた制振性を得ることができる。【００３８】
また、前記非結合界面は、環状に形成されていることが好ましい。この場合には、この環状の内外における振動の伝達を確実に抑制することができる。
また、この場合、前記非結合界面は、円状に形成することができる。円形状を採用した場合には、非結合界面の形成を容易にすることができる。
また、前記非結合界面は、非対称形状に形成することもできる。非対称形状としては、不等辺多角形、不規則な波形、その他様々な形状がある。この場合には、制振効果をさらに高めることが期待できる。
【実施例１】
【００３９】
次に、本発明の機械部品用制振素材につき、比較例と対比して、実施例により説明する。供試材として用いた鋼の化学成分は、０．２１％Ｃ−０．３２％Ｓｉ−０．７７％Ｍｎ−１．１６％Ｃｒ−０．１６％Ｍｏ−０．０３２％Ａｌ−０．０１１％Ｎ鋼であり、市販で容易に入手可能なＪＩＳ−ＳＣＭ４２０Ｈの丸棒を使用したものである。【００４０】
図１に示すごとく、このＳＣＭ４２０Ｈの外径１２０ｍｍ、内径２５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの供試材１を準備し、熱間鍛造で金型の代用として円筒治具（図示略）を打ちつけることで表面に素材と同心円の幅ｗ（最大）が６ｍｍ、深さｄが７〜１５ｍｍの溝部５（図１に示す通り、溝の奥の方が幅が小さくなる形状）を、中心Ｏからの距離Ｌを３水準に分けて成形した。さらに、同一成分からなる同寸法の別の供試材を使用して同様な溝形状で機械加工を施したものも作製した（溝部形成工程）。【００４１】
次に、熱間鍛造で溝加工したものについては、溝加工後に冷却することなく引き続いてさらに熱間鍛造により、前記溝内の空間が縮小される方向に加工を加え（内径寸法に合った丸棒を差し込んだ状態で）、溝内の空間が可能な限り小さくなるまで加工を加えた（圧縮工程）。その結果、外観上では、成形された溝の内径側と外径側が接触した状態となった。そこで、その状態において加工後の試験片を切断し、断面を観察したが、図２に示す通り、内部まで見掛け上ではほぼ接触した非結合界面５０が成形されていた。また、機械加工により溝加工したものについても同様に熱間鍛造でその溝を加工し、切断して断面を確認したが、同様に見掛け上界面において内部まで接触した状態となっていた。【００４２】
次に、前記熱間鍛造にて成形した鍛造素材を機械加工により外径９６ｍｍ、内径２５ｍｍ、厚さ１６ｍｍの形状に加工して機械部品用制振素材（歯車用制振素材）とした。なお、機械加工後の非結合界面径は、前記溝加工時に溝部５の位置を３通りに分けて加工していたので、表１に示すごとく、機械加工後においては、５０ｍｍ（試験Ｎｏ．Ｅ１１）、６０ｍｍ（試験Ｎｏ．Ｅ１２）、７５ｍｍ（試験Ｎｏ．Ｅ１３）となり、非結合界面５０の深さは、４〜１３ｍｍとなった。また、比較材（試験Ｎｏ．Ｃ１１）である同じ成分からなる非結合界面を有していない素材丸棒についてもそのまま同様に機械加工し、同一寸法に加工した。そして、この機械加工後の試験片を用いて後述の制振性の評価を行った。【００４３】
制振性の評価は、前記のように準備したリング状素材を、２本のワイヤーで吊り、外径端をハンマーで加振させ、その加振により発生した対角の外径端における振動をレーザー変位計を用いて測定するという方法で行った。そして得られた振動の波形から対数減衰率を計算し、その値によって制振性の改善レベルを評価した。結果を表１及び図３に示す。【００４４】
【表１】
0004826474.tif 000002
【００４５】
表１及び図３から明らかなように、本例のように塑性加工及び／又は機械加工を利用して素材中に非結合界面５０を導入した試験片（Ｅ１１〜Ｅ１３）は、非結合界面を全く有しない従来の素材（Ｃ１１）に比べて、格段に対数減衰率が高く、非結合界面の生成により、大幅に制振性が改善されることがわかる。特に非結合界面の深さを増して、界面の面積を増加させていくほど、制振性が向上していくことがわかる。但し、非結合界面深さの厚さに対する割合が２５％の実施例は、制振効果が比較材に比較して小さいため、本実験によっては少なくとも３０％以上の深さの非結合界面を設けることが好ましいと判断できる（但し、後述するように、歯車形状に加工した後で評価すると、制振効果が大幅に増加するため、界面深さ割合の好ましい範囲の下限は２０％としている。なお、部材の形状が異なれば、好ましい深さの範囲は変動すると考えられる）。また、本実験により非結合界面を成形する位置によっても、制振性の性能に差異が生じることが明らかになった。本実施例では、非結合界面径が大きいほど制振性能が良いという結果が得られたが、これはノイズ発生源の位置と非結合界面の位置関係によって、性能に差異が生じると考えられるので、本実施例の部品形状であっても必ずしも非結合界面径が大きい方が性能が良いということではなく、実際には、ノイズ発生源を把握した上で部品毎に最適な位置を正確に見極めることが必要と考えられる。
少なくとも、歯車の場合には、歯車全体が振動するので、最も振幅が大きい外周側により近いところに非結合界面が存在した方が減衰能が大きくなると考えられる。
【実施例２】
【００４６】
前記実施例１では、歯を加工する前の機械部品用制振素材（歯車用制振素材）の状態における制振性の評価結果について示したが、当然の如く実部品である歯車へ加工したことによる影響を把握しておく必要がある。そこで、表２に示すごとく、前記実施例１で制振性の効果が大きかった非結合界面の深さが１３ｍｍで径が５０ｍｍ、６０ｍｍ、７５ｍｍの３種類の素材（試験Ｎｏ．Ｅ２１〜Ｅ２３）と、非結合界面深さが３．５ｍｍと前記実施例１の評価材の下限よりも若干浅く、かつ、非結合界面径が６０ｍｍの素材（試験Ｎｏ．Ｅ２４）を用いてモジュール３、歯数３０の平歯車２を作製した。そして、前記実施例１と同様に２本のワイヤに吊り下げた状態で図４に示す位置（端面加振位置Ｓ１、歯面加振位置Ｓ２）をハンマーで加振して、その加振により発生した対角の歯の端面の振動をレーザー変位計を用いて測定するという方法で制振性の評価を行った。界面深さが３．５ｍｍの素材で試験を行ったのは、歯車とした状態での効果が明確に認められる下限の界面深さを見極めるためである。対数減衰率の計算方法は前記実施例１と同様である。なお、従来品との差異が明確に比較できるようにするため、非結合界面のない同一仕様の歯車を同じ材料（ＳＣＭ４２０Ｈ）で作製したもの（試験Ｎｏ．Ｃ２１）と、鋼に比べ制振性が優れることが知られている球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ５００（試験Ｎｏ．Ｃ２２）を用いて作製したものとを同時に準備して、同様の評価を行った。結果を表２に示す。なお、表２には、前記実施例１と同様に、ＳＣＭ４２０Ｈ（非結合界面なし）の素材段階での対数減衰率（実施例１の試験Ｎｏ．Ｃ１１）を１とした場合の比で値を示した。【００４７】
【表２】
0004826474.tif 000003
【００４８】
前記した通り、歯を加工する前に評価した実施例１の結果では、非結合界面の生成による効果は最大で５．４倍（対数減衰率比）であったが、平歯車に加工した状態で評価した場合には、最大で２００倍を超える効果（対数減衰率比）が得られた。この顕著な効果が得られた原因としては、前記した通り歯車への加工によって歯底においては、非結合界面との距離が近くなったということが考えられるが、他に単純な円盤形状である素材と比較して、平歯車の歯形状の方が、非結合界面を生成した際における制振性の改善に適した形状となっていることが考えられる。また、界面深さが３．５ｍｍの歯車も４倍程度の制振効果が認められた。【００４９】
また、従来から制振性が鋼に比べ優れていると言われていた球状黒鉛鋳鉄の中の１つであるＦＣＤ５００（Ｃ２２）との比較でも、本発明の効果は極めて大きいものであることが確認できた。
【実施例３】
【００５０】
前記実施例２では、機械加工したままの状態における平歯車を用いて評価したが、実際の歯車では、要求される強度を満足させるために、浸炭処理されることが多く、その処理による影響を正確に把握しておく必要がある。そこで、前記実施例２で用いた歯車をそのまま用い、９３０℃×４ｈｒの浸炭処理を施し、同様の制振性評価を行った。なお、前記実施例２では制振性評価のため、被評価材をワイヤーで吊る際に歯車側面がワイヤーと接触した状態で加振して評価していたが、本実施例３ではワイヤーの接触による影響を少なくするため、側面がワイヤーと接触しないような状態で評価した。また、評価は浸炭前と浸炭後の両方について行った。結果を表３（図４の端面加振位置Ｓ１での測定結果）、表４（図４の歯面加振位置Ｓ２での測定結果）に示す。なお、表３、４に示した数値は、比較材であるＳＣＭ４２０Ｈの非結合界面なしの平歯車（浸炭前、試験Ｎｏ．Ｃ２１）の対数減衰率を１とした場合の各歯車試験片の対数減衰率を比で表示したものである。【００５１】
【表３】
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【００５２】
【表４】
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【００５３】
表３、４より明らかなように、本発明である非結合界面の形成による効果は、浸炭の有無に関係なく大きな制振性向上効果が得られることがわかる。また、原因は明確ではないが、得られた結果から判断すると浸炭後の方が非結合界面による制振性向上効果がより増加するという傾向がみられた。また、評価時のワイヤーの吊り方を変更した結果、本発明の歯車と比較材の歯車との制振性の差異がより大きくなり、最大で約１０００倍という顕著に大きな減衰率の向上が確認できた（Ｅ４３）。さらに、歯を加工する前の評価では、界面深さが３．５ｍｍの場合（Ｅ３４、Ｅ４４）、ほとんど制振性の向上が確認できなかったが、歯車へ加工することにより大幅に効果が上昇し、表２の結果と同様に、非結合界面なしの歯車と比較して、対数減衰率で４倍程度の効果が得られることが確認できた。
【実施例４】
【００５４】
本例では、試験片として、圧入により非結合界面を形成した平歯車を準備して評価した。
試験片は、前述した実施例２と同様に、厚さ１６ｍｍ、モジュール３、歯数３０、内径２５ｍｍの平歯車であるが、これは、図５、図６に示すごとく、外径側の第１の素材２１の貫通した穴部２１０に、内径側の第２の素材２２を圧入し、その後、歯部等を形成する機械加工を施すことにより作製した。また、図７に示すごとく、一部のものは、得られた平歯車２における非結合界面５の周方向６箇所に、貫通穴６を設けてピン６１を圧入する仕様とした。また、図７に示すごとく、中心と貫通穴６の延長線上に歯２９がくるように加工した。なお、同図においては、歯の記載を一部省略し、波線でその外周端を示した。【００５５】
非結合界面５を変化させるため、図６に示すごとく、上記第２の素材２２としては、その外径Ｄ２を４５．０９ｍｍ、６０．１１ｍｍ、７５．１５ｍｍ（内径Ｄ１はすべて２５ｍｍ）の３種類を準備した。また、図５に示すごとく、第１の素材２１としては、穴部２１０の内径Ｄ３が７５．００ｍｍ、６０．００ｍｍ、４５．００ｍｍ（外径Ｄ４をすべて９５．８ｍｍ）の３種類を準備した。また、第２の素材２２の外周角部には面取部２２５を設け、第１の素材２１の内周角部には面取部２１５を設けた。【００５６】
また、上記試験片のより具体的な作製方法としては、以下に示す冷間圧入法（参考例）及びスケール圧入法の２種類を採用した。
参考例である冷間圧入法では、２部品（第１の素材２１及び第２の素材２２）を、室温で圧入する。
スケール圧入法では、圧入する上記２部品を９００℃×１ｈｒに加熱して、表面にスケールが付いた状態とし、その後、冷間で圧入する。なお、スケール厚みは１００μｍ程度であった。
【００５７】
上記スケール圧入法の場合には、圧入時に一部のスケールが表面から脱落したが、一部はそのまま非結合界面上に残存した状態で圧入できた。圧入後制振性の評価を実施した。なお、制振性の評価方法は実施例３と同様とした。
また、作製した試験片の種類と試験結果は表５に示す。比較品（試験Ｎｏ．Ｃ５１）は、実施例２における比較材１（Ｃ２１）と同じものである。【００５８】
【表５】
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【００５９】
表５より知られるように、圧入により生成した非結合界面により、制振性は対数減衰率で１．３〜８．５倍に向上した。特にピンを挿入して界面の面積を増加させたもの（Ｅ５３、Ｅ５６）は、他の試験品に比べ高い制振性向上効果が得られた。また、予めスケールを表面に付着させて圧入した場合（Ｅ５１、Ｅ５４）には、スケールの付着がない場合に比較して制振性が向上した。この結果より、界面にスケールが存在している場合の方が、制振性が向上することがわかる。【００６０】
すなわち、圧入により非結合界面を形成した場合には、その非結合界面にスケールが狭まっているが方が、スケールが存在しない場合に比べ制振性が向上するので、スケールが界面上に挟まれるような工程で製造することが望ましい。【００６１】
但し、前述の各実施例に示した鍛造によって非結合界面を成形して準備した平歯車と比較すると、圧入により非結合界面を形成した場合には制振性向上効果が小さくなると共に、非結合界面の径が大きくなるほど制振性が改善するという傾向も見られなかった。また、圧入は鍛造に比較して生産性も劣る。そのため、できる限り鍛造により非結合界面を成形することが望ましい。但し、部品が大型であり、生産個数が少ない等の理由により型鍛造を行うメリットが十分に得られない場合には圧入による制振性向上を選択することも可能である。【００６２】
以上の各実施例１〜４では、非結合界面の形状は全て実験を容易にするため円形状とした。しかし、本発明において非結合界面は制振性を高められればよいので円形状に限定されるものではなく、他の形状とすることも勿論可能である。
例えば、図８、図９に示すごとく、機械部品用制振素材又は機械部品としての円盤状の部材６を想定した場合、正多角形の非結合界面５１、５２を形成することができる。さらに、図１０、図１１に示すごとく、非対称である不等辺の多角形状を呈する非結合界面５３、５４であってもよい。特に貫通する穴部に圧入することによって非結合界面を形成する場合には、安定してトルクを伝達可能とするために、円形以外の形状、例えば上記の多角形等にすることによって、非結合界面で外径側と内径側の部品が滑ることのないようにする必要がある。その他の非結合界面形状の例を図１２〜図１４に示す。図１２は、角形スプライン状に非結合界面５５を設けた例である。図１３は、インボリュートスプライン状に非結合界面５６を設けた例である。図１４は、セレーション状に非結合界面５７を設けた例である。【００６３】
また、図１０、図１１に示すごとく、不等辺多角形の非結合界面５３、５４等を採用した場合には、下記理由により等辺多角形とした場合と比較して制振性が改善されると考えられる。
すなわち、歯車のように内径側あるいは外径側に等間隔で歯を形成してあると、歯車対の噛み合いは、回転周波数と歯数に応じて、ある特定の周波数となる。また、トルクも同様にある特定の周波数で生じる。等辺多角形の非結合界面の場合は、噛み合い歯面からのトルクや振動の周期的な伝達に対し、非結合界面も角数に応じた周期でそれらを受けるので、振動減衰効果が小さくなる可能性がある。それに対して、不等辺界面であると、振動減衰する界面が不定周期になるため、実際の歯車駆動環境において、より制振効果の向上が期待できる。
【実施例５】
【００６４】
実施例１〜４に示すごとく、非結合界面の形成によって制振性については大きな効果が得られることが確認されたが、非結合界面を成形することにより強度が大きく低下し使用上支障が生じるのでは、実際に機械部品としての使用は困難となる。そこで、前記した試験片のうち、非結合界面径６０ｍｍ、非結合界面深さが１３ｍｍの試験片である平歯車（９３０℃×４ｈｒ浸炭処理したもの、実施例３のＥ４２）を使用して、歯元曲げ試験を行うことにより、歯車の強度を評価した。
その結果、本発明のように非結合界面を有する素材を用いて加工した歯車であっても、非結合界面から折損することがなく、限界となる応力を超えると、外周部に加工した歯の折損によって強度限界が生じることが確認できた。これは、大きな応力が負荷されるのは、あくまでも外周部の歯に対してであり、非結合界面を成形した位置には、大きな応力負荷がかかっていないためと推察される。また、同時に従来と同様に非結合界面のない素材を用いて製造された同仕様の歯車についても試験を行ったが、歯の折損が起こらない最大応力は、本発明のように非結合界面を有する歯車で評価した値と大きな差異は認められなかった。【００６５】
この結果より、大きな応力が負荷される部位とそうでない部位があり、本発明のように非結合界面を導入した場合でも、その界面を機械部品の中の大きな応力が負荷されることのない部位に成形した場合には、従来の全く非結合界面を有しない機械部品と比較して、極端な強度変化はないということが明らかとなった、【００６６】
以上説明したように、本発明による機械部品用制振素材は、塑性加工及び／又は機械加工、あるいは圧入により、金属的に結合していない非結合界面を成形させてあるので、従来の非結合界面を有していない素材に比較して大幅に制振性を向上させることができる。特に歯車等の実部品に加工した場合には、加工前の素材での制振性に比べてさらに優れた制振性が得られるという顕著な効果を有し、かつその効果は代表的な表面硬化処理である浸炭処理の有無に関係なく、得ることができる。【００６７】
また、本発明は、塑性加工及び／又は機械加工あるいは圧入によって非結合界面を成形することを特徴としているので、これらの加工が可能である限り非結合界面を成形することが可能であり、材質の制限が従来の熱衝撃を利用して割れを生成させる場合に比べて著しく少ない。従って、使用する部位、要求される特性に合わせて、最適な材質を選択することが可能である。【００６８】
さらに、機械加工や塑性加工、あるいは圧入によって非結合界面を成形する際には、当然の如く機械部品にとって都合の良い部位を自由に選択して非結合界面を成形させることができるので、大きな応力が負荷されない部位を選択して、非結合界面を成形することにより、従来の機械部品と比較してほとんど強度を低下させることなく、制振性を大幅に向上させることができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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