JP2006328492A

JP2006328492A - 制振性焼結合金

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Publication number: JP2006328492A
Application number: JP2005154986A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tokuno; 誠徳野
Original assignee: Fine Sinter Co Ltd
Current assignee: Fine Sinter Co Ltd
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】制振性能に優れたアルミ焼結合金を提供する。
【解決手段】Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉを含むＡｌ系マトリックス中に黒鉛粒子が分散してなることを特徴とする制振性焼結合金に係る。
【選択図】なし

Description

本発明は、制振性焼結合金及びオイルポンプに関する。

近年、自動車をはじめとする輸送機関において、乗員の乗り心地あるいは静粛性に対する要求が高くなっている。

このような要求に対応するために、騒音発生源を構成する部材に種々の制振材料が用いられている。制振材料としては、例えば（１）双晶型、（２）転位型、（３）強磁性型、（４）複合型に大別することができる。具体的には、（１）の双晶型には、Ｃｕ系、Ｍｎ系等の材料がある（例えば、特許文献１）。（２）の転位型には、純Ｍｇ、Ｍｇ−Ｚｒ等の材料がある（例えば、特許文献２）。（３）の強磁性型には、純鉄、Ｆｅ−１３Ｃｒ、Ｆｅ−１２Ｃｒ−２Ａｌ等の材料がある（例えば、特許文献３）。（４）の複合型には、鋳鉄、Ａｌ−７８Ｚｎ等の材料がある（例えば、特許文献４）。その他、樹脂材料を利用したものも知られている。

この中でも、マトリックス中にＡｌを含む制振材料は、強度及び軽量性に優れているため、他の材料に比べて有利と言える。このようなＡｌをマトリックス中に含む制振材料（Ａｌ系制振材料）としては、例えばＡｌ−Ｓｉ合金粉末と銅めっき黒鉛粒子との混合粉末を成形・焼結してなる耐摩耗性軽量防振材料が知られている（特許文献５）。
しかしながら、従来のＡｌ系制振材料は、制振性能（防振性能を含む）が未だ不十分であり、さらなる改善の余地がある。
特開平７−２４２９７７号公報特開２００４−１０８５３９号公報特開平１０−２１９９００号公報特開平１１−１４１００５号公報特開平４−６６６３８号公報

従って、本発明の主な目的は、Ａｌ本来の特長を活かしつつ、優れた制振性能を発揮できるＡｌ系制振材料を提供することにある。

本発明者は、従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定のＡｌ系マトリックスに黒鉛粒子を分散してなる焼結合金が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記の制振性焼結合金に係る。
１．Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉを含むＡｌ系マトリックス中に黒鉛粒子が分散してなることを特徴とする制振性焼結合金。
２．前記Ａｌ系マトリックス中にＦｅ、Ｍｎ及びＺｎの少なくとも１種をさらに含む、上記項１に記載の制振性焼結合金。
３．前記黒鉛粒子の粒径が１０μｍ以上である、上記項１又は２に記載の制振性焼結合金。
４．Ａｌ系マトリックス中において、Ｃｕ：２〜８重量％、Ｍｇ：０．２〜２．０重量％、Ｓｉ：０．２〜２．０重量％を含む、上記項１〜３のいずれかに記載の制振性焼結合金。
５．黒鉛粒子の含有量が合金中３〜４０体積％である、上記項１〜４のいずれかに記載の制振性焼結合金。
６．Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ及び黒鉛を含む原料粉末を成形し、焼結することにより得られる、制振性焼結合金。
７．前記原料粉末中にＦｅ、Ｍｎ及びＺｎの少なくとも１種をさらに含む、上記項６に記載の制振性焼結合金。
８．黒鉛の一部又は全部として黒鉛粒子を含む、上記項６又は７に記載の制振性焼結合金。
９．前記黒鉛粒子の粒径が１０μｍ以上である、上記項６〜８のいずれかに記載の制振性焼結合金。
１０．前記原料粉末の組成が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉの合計１００重量％中、Ｃｕ：２〜８重量％、Ｍｇ：０．２〜２．０重量％、Ｓｉ：０．２〜２．０重量％であり、残部がＡｌである、上記項６〜９のいずれかに記載の制振性焼結合金。
１１．上記項１〜１０のいずれかに記載の制振性焼結合金からなるオイルポンプギア。
１２．アウターギア及びインナーギアを含むオイルポンプであって、アウターギア及びインナーギアの少なくとも一方が上記項１〜１０のいずれかに記載の制振性焼結合金からなるオイルポンプ。
１３．前記アウターギアが上記項１〜１０のいずれかに記載の制振性焼結合金からなり、前記インナーギアがＦｅ系焼結合金からなる上記項１２記載のオイルポンプ。

本発明に係る制振性焼結合金は、Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉを含むＡｌ系マトリックス中に黒鉛粒子が分散してなるため、強度及び軽量性に優れるとともに、黒鉛粒子の内部摩擦及び複合効果による高減衰能を有する。その結果、焼結合金の表面から放射される騒音を低減することができる。このような制振性焼結合金は、例えば、オイルポンプに用いられるオイルポンプギアの材料として好適である。より好ましくは、インナーギア及びアウターギアを有するオイルポンプのギア（特にアウターギア）として本発明合金を用いることができる。

制振性焼結合金
本発明の制振性焼結合金は、Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉを含むＡｌ系マトリックス中に黒鉛粒子が分散してなるものである。

Ａｌ系マトリックスは、Ａｌ以外にもＣｕ、Ｍｇ及びＳｉ（以下「第２成分」ともいう）を含む。これら第２成分を含むことにより、優れた機械的特性を得ることができる。

第２成分の含有量は、所望の特性等に応じて適宜決定できる。Ｃｕは、Ａｌ系マトリックス中２〜８重量％、特に４〜６重量％とすることが好ましい。Ｍｇは、Ａｌ系マトリックス中０．２〜２．０重量％、特に０．５〜１．５重量％とすることが好ましい。Ｓｉは、Ａｌ系マトリックス中０．２〜２．０重量％、特に０．５〜１．０重量％とすることが好ましい。

本発明の合金では、必要に応じてＦｅ、Ｍｎ及びＺｎの少なくとも１種（以下「第３成分」ともいう。）をさらに含んでいても良い。第３成分の含有量は、Ａｌ系マトリックス中２．０重量％以下であればよい。

黒鉛粒子としては、その種類は限定されず、天然黒鉛または人造黒鉛のいずれも使用することができる。

黒鉛粒子の粒子形状としては、例えば球状、柱状、鱗片状、不定形状等が挙げられるが、特に限定されない。特に、制振性能の向上だけでなく、強度の観点からも優れた効果を発揮するという点で、鱗片状粒子を用いることが望ましい。

黒鉛粒子の粒子径は、一般的に１０μｍ以上の範囲内で適宜決定することができるが、特に４５μｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好ましく、さらに７５μｍ以上３００μｍ以下とすることがより好ましい。この範囲に設定することによって、優れた制振性と強度との両立がより確実に行うことが可能となる。黒鉛粒子の粒子径が小さすぎる場合には、制振性能を十分発揮するまで黒鉛粒子の添加量を増加させた場合、金属粉末粒子の周囲に黒鉛粒子のネットワークが形成され、機械特性の低下を招くおそれがある。

黒鉛粒子の含有量は限定的でないが、特に合金中３〜４０体積％とし、特に４〜４０体積％とすることが望ましい。黒鉛粒子の含有量が３体積％未満では、Ａｌ合金の制振性が低下するおそれがある。また、黒鉛粒子の含有量が４０体積％を超える場合には、Ａｌ合金の強度が低下するおそれがある。

本発明においては、目的に応じて、黒鉛粒子の含有量を変えることができる。例えば、黒鉛粒子の含有量を５〜１０体積％とした場合、本発明の制振性焼結合金を強度重視材として使用することができる。また、黒鉛粒子の含有量を２０〜４０体積％とした場合、制振性重視材として使用することができる。

制振性焼結合金の製造方法
本発明の合金の製法は、上記のような構造が得られる限り、特に制限されない。基本的には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ及び黒鉛を含む原料粉末を成形し、焼結することにより製造することができる。

原料粉末としては、前記のような合金組成が得られるように各成分を含有させれば良い。この場合、原料粉末としては、各成分の単独の粉末の混合粉末であっても良いし、各成分の２成分以上含む合金粉末を用いても良い。

また、原料粉末に対し、必要に応じてワックス系潤滑剤、その他金属系潤滑剤等の公知の添加剤を配合することもできる。

原料粉末の平均粒径は限定的でないが、通常は４５〜２００μｍ程度とすれば良い。また、粒度を調整するために、必要に応じて粉砕処理、分級処理等の公知の処理を実施しても良い。

原料粉末は、焼成に先立って成形することが好ましい。成形方法は、例えばプレス成形、押出成形、ＨＩＰ法等の公知の方法を採用することができる。

成形時の圧力は、所望の成形体密度となるように適宜設定すれば良く、通常は１〜６ton/cm²、好ましくは３〜４ton/cm²の範囲とすれば良い。

また必要に応じて、成形体は、焼成に先立って、仮焼及び脱脂処理を実施することもできる。仮焼及び脱脂処理は、４００〜５００℃で成形体を加熱することにより実施できる。

次いで、成形体の焼成を行う。焼成温度は、成形体が焼結する温度に設定すれば良いが、通常は５００〜６６０℃、特に５４０〜６３０℃とすることが好ましい。焼成雰囲気は限定的でないが、通常は真空中、不活性ガス雰囲気中、還元性雰囲気中等の雰囲気とすることが望ましい。焼成時間は、成形体の大きさ、焼成温度等により適宜設定すれば良い。

得られた焼結体は、そのまま製品として使用することも可能であるが、必要に応じて熱間鍛造、溶体化処理、時効硬化等の公知の加工処理・強化処理等を実施することもできる。例えば、上記焼結体を熱間鍛造し、溶体化処理した後、時効硬化することによって本発明合金を得ることができる。

熱間鍛造の条件は、例えば大気雰囲気中３５０〜５５０℃で行えば良い。熱間鍛造により、マトリックス中の気孔が減少する結果、強度を高めることができる。また、熱間鍛造により、Ａｌ合金の制振性能を維持しつつ、強度を向上させることができる。

溶体化処理の条件は、例えば窒素ガス雰囲気中４５０〜６００℃で熱処理した後、２５℃以下に急冷（例えば水中急冷）を行うことにより実施することができる。溶体化処理した後は、必要に応じて常温あるいは、８０〜２００℃で時効硬化処理を施しても良い。

オイルポンプギア及びオイルポンプ
本発明は、上記の制振性焼結合金からなるオイルポンプギアも包含する。例えば、アウターギア及びアウターギアに内接して噛み合うインナーギアであって、アウターギア及びインナーギアの少なくとも一方に本発明の制振性焼結合金を用いたものを挙げることができる。本発明では、このようなアウターギア及びインナーギアを有するオイルポンプも包含する。

上記アウターギア及びインナーギアの製造及びオイルポンプの組み立ては、ギアの材質として本発明合金を用いるほかは、従来の製造方法により製造することができる。
アウターギアに用いる合金は、特に限定されないが、本発明の制振性焼結合金が好ましい。このとき、本発明の制振性焼結合金中、黒鉛粒子の含有量の好ましい範囲は、５〜４０体積％である。
インナーギアに用いる合金は、本発明の制振性焼結合金あるいはそれ以外の材料であってもよく、特に限定されるものではない。本発明では、特にインナーギアはＦｅ系焼結合金からなるものが好ましい。
前記Ｆｅ系焼結合金は、特に限定されないが、Ｃｕを含むＦｅ系マトリックス中に黒鉛粒子が固溶してなるものが好ましい。このとき、Ｃｕの含有量は、特に限定されないが、Ｆｅ系マトリックス中０．５〜３．０重量％程度であればよい。Ｆｅ系マトリックス中に固溶する黒鉛粒子の種類、粒子形状及び粒子径は、特に限定されず、適宜設定すればよい。また、黒鉛粒子の含有量は、特に限定されないが、前記Ｆｅ系焼結合金中１．０重量％以下程度であればよい。なお、前記Ｆｅ系焼結合金の製造方法は、特に限定されず、公知の方法に従えばよい。

以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。

実施例１
Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉ粉末を、合金組成がＣｕ：４．５重量％、Ｍｇ：０．５重量％、Ｓｉ：０．７重量％であり、残部がＡｌとなるように秤量した。これに対し、黒鉛粉末を合金中３体積％となるよう添加した。その後、これらに１．５体積％のワックス系潤滑剤を混合し、Ｖコーン混合を実施した。得られた混合粉末を金型に充填し、４．０ ton/cm²の成形圧力で圧入して成形し、次いでこれをＮ_２ガス条件下４５０℃で６０分加熱することにより、前記潤滑剤を熱分解した。得られた成形体を真空中５９５℃で３５分間焼結した後、Ｎ_２ガス雰囲気下５００℃で６０分間加熱し、その後水中で急冷させた。得られた焼結体を常温で時効処理を施した後、６．０ ton/cm²の成形圧力で再圧縮し、本発明合金を得た。

実施例２
黒鉛粉末の添加量を５体積％としたほかは、実施例１と同様にして合金を得た。

実施例３
黒鉛粉末の添加量を１０体積％としたほかは、実施例１と同様にして合金を得た。

実施例４
黒鉛粉末の添加量を２０体積％としたほかは、実施例１と同様にして合金を得た。

実施例５
黒鉛粉末の添加量を４０体積％としたほかは、実施例１と同様にして合金を得た。

試験例１
実施例１〜５で得られた合金を用いて黒鉛粉末の添加量と騒音との関係を調べた。騒音の評価は、試料をハンマーでたたいたときに発生する音量（ｄＢＡ）を測定することにより行った。その結果を図１に示す。なお、図１には、黒鉛粉末を添加しないほかは実施例１と同様にして作製された合金について同様の測定を行った結果も併せて示す。

実施例６
実施例１において真空中５９５℃で３５分間焼結することにより得られた焼結体を、金型温度５００℃及び焼結体の温度５００℃の条件下、６．０ ton/cm²の成形圧力で熱間鍛造を行い、その後水中で急冷させた。得られた鍛造体を常温で時効処理を施し、本発明合金を得た。

実施例７
黒鉛粉末の添加量を１５体積％としたほかは、実施例６と同様にして合金を得た。

実施例８
黒鉛粉末の添加量を２０体積％としたほかは、実施例６と同様にして合金を得た。

実施例９
黒鉛粉末の添加量を３０体積％としたほかは、実施例６と同様にして合金を得た。

試験例２
実施例２〜９で得られた合金を用いて黒鉛添加量と引張強度の関係を調べた。引張強度の評価は、JIS Z 2241により行った。その結果を図２に示す。なお、図２には、黒鉛粉末を添加しないほかは実施例１又は６と同様にして作製された合金について同様の測定を行った結果も併せて示す。

実施例１０
従来の製造方法により、オイルポンプを組み立てた。このとき、アウターギアとして実施例２で得られた合金を用いた。また、インナーギアとしては、Ｆｅ系焼結合金を用いた。このときのＦｅ系焼結合金は、合金組成がＣｕ：２重量％、Ｃ：０．８重量％であり、残部がＦｅとなるようにＦｅ、Ｃｕ、Ｃ粉末を秤量し、その混合粉末を金型に充填し、５．０ton/cm²の成形圧力で圧入して成型した後、Ｎ_２ガス雰囲気下１１２０℃で２０分焼結し、得られた焼結体を４．０ton/cm²の成形圧力で再圧縮することにより得られた。

試験例３
実施例１０で得られたオイルポンプの作動時に発生する騒音について調べた。騒音の評価は、防音室内においてオイルポンプを作動させ、マイクロフォンを用いて騒音を測定することにより行った。その結果を図３に示す。このとき、マイクロフォンは、オイルポンプから１ｍの距離に設置した。なお、図３には、実施例１０においてインナーギアの製造に用いた合金を材料としてアウターギアを製造したほかは、実施例１０と同様にして作製されたオイルポンプについて同様の測定を行った結果も併せて示す。

本発明のオイルポンプで用いられるアウターギア及びインナーギアの写真を図４に示す。

黒鉛添加量と騒音（ｄＢＡ）の関係を示すグラフである。黒鉛添加量と引張強度の関係を示すグラフである。オイルポンプの作動時に発生する騒音（ｄＢ−Ａ・１ｍ）を示すグラフである。本発明のオイルポンプで用いられるアウターギア及びインナーギアの写真である。

Claims

Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉを含むＡｌ系マトリックス中に黒鉛粒子が分散してなることを特徴とする制振性焼結合金。
前記Ａｌ系マトリックス中にＦｅ、Ｍｎ及びＺｎの少なくとも１種をさらに含む、請求項１に記載の制振性焼結合金。
前記黒鉛粒子の粒径が１０μｍ以上である、請求項１又は２に記載の制振性焼結合金。
Ａｌ系マトリックス中において、Ｃｕ：２〜８重量％、Ｍｇ：０．２〜２．０重量％、Ｓｉ：０．２〜２．０重量％を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の制振性焼結合金。
黒鉛粒子の含有量が合金中３〜４０体積％である、請求項１〜４のいずれかに記載の制振性焼結合金。
Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ及び黒鉛を含む原料粉末を成形し、焼結することにより得られる、制振性焼結合金。
前記原料粉末中にＦｅ、Ｍｎ及びＺｎの少なくとも１種をさらに含む、請求項６に記載の制振性焼結合金。
黒鉛の一部又は全部として黒鉛粒子を含む、請求項６又は７に記載の制振性焼結合金。
前記黒鉛粒子の粒径が１０μｍ以上である、請求項６〜８のいずれかに記載の制振性焼結合金。
前記原料粉末の組成が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ及びＳｉの合計１００重量％中、Ｃｕ：２〜８重量％、Ｍｇ：０．２〜２．０重量％、Ｓｉ：０．２〜２．０重量％であり、残部がＡｌである、請求項６〜９のいずれかに記載の制振性焼結合金。
請求項１〜１０のいずれかに記載の制振性焼結合金からなるオイルポンプギア。
アウターギア及びインナーギアを含むオイルポンプであって、アウターギア及びインナーギアの少なくとも一方が請求項１〜１０のいずれかに記載の制振性焼結合金からなるオイルポンプ。
前記アウターギアが請求項１〜１０のいずれかに記載の制振性焼結合金からなり、前記インナーギアがＦｅ系焼結合金からなる請求項１２記載のオイルポンプ。