WO2006025488A1

WO2006025488A1 - 機械部品用制振素材及びその製造方法

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Publication number: WO2006025488A1
Application number: PCT/JP2005/015999
Authority: WO
Inventors: Tomoaki Nishikawa; Tatsuo Tanaka; Yukio Ito
Original assignee: Aichi Steel Corporation
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2006-03-09
Also published as: JP4826474B2; US20080060465A1; DE602005017647D1; EP1795781A1; EP1795781B1; EP1795781A4; JPWO2006025488A1

Abstract

　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である。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、貫通していない構造をとることができる。この場合、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。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してもよい。機械部品用制振素材としては、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って、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たものがある。

Description

明細書

機械部品用制振素材及びその製造方法

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、 A1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、これらの合金力もなる部品は、使用環境で発生した振動を伝播させやすぐ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!、ては、単にエンジン性能が優れて、ることだけでは、ユーザーの厳し、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、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ぐ熱処理歪の発生等により、歯車の嚙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力つてきている。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、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カ卩ェを行って、熱処理歪を解消する方法も考えられないわけではない。し力しながら、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力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。し力しながら、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力いずれも高価であることは言うまでもなぐ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ぐ材料の種類に関係なぐ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、な、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

発明が解決しょうとする課題

[0011] し力しながら、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、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、る。従って、必然的にこの技術は焼入硬化能の高、金属板を用いな、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の側面は、塑性加工及び Z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、あるいは穴部を有する第 1の素材の前記穴部に第 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す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ぐ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 Z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、後述する製造方法力知られるように、例えば、塑性加工及び z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 Z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つて都合の良、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、見力 4ナ上界面で接触して、る場合をすベて含むものである。

[0020] 本発明の第 2の側面は、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 Z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 3の側面は、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。

[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さる。

[0023] 本発明の第 4の側面は、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 2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、従来カゝ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ぐ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っ、ては、機械カ卩ェ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ぐ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ゃすく容易である。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 2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力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 Z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、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、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カロェすることにより、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つたとしても、そのことを理由に本発明の対象外となることはなぐ肉眼でほぼ接触してヽる状態まで加工されてヽれば十分である。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力これは、前記の塑性カ卩工及び Z又は機械加工による溝部形成工程と塑性カ卩ェ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ぐ前述した第 3の側面の製造方法によって、部分的な圧入を行つても実現できる。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 3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ことが好ましい。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ヽるようにするとよ、。

[0036] 歯車は、当然の如く歯と歯が嚙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ぐ駆動力は歯部に集中して負荷されるため、歯部力離れた位置、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力 tlしていった際に非結合界面からの破壊によるのではなぐ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、力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。 ) o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つ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ぐ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、ることが好ま、。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%M n- 1. 16%Cr-0. 16%Mo— 0. 032%A1— 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に示すごとぐこの 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〖こ素材と同心円の幅 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力もの距離 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、熱間鍛造で溝カ卩ェしたものについては、溝カ卩ェ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カロェを加えた (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カ卩ェし、切断して断面を確認した力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!/、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 25 mm、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に示すごとぐ機械加工後においては、 50mm (試験 No. E 11)、 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. C 11)である同じ成分カゝらなる非結合界面を有して、な、素材丸棒にっ、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つた。

[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、外径端をノヽンマーで加振させ、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！/、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]

1

[0045] 表 1及び図 3から明らかなように、本例のように塑性カ卩工及び Z又は機械力卩ェ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力る。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ぐ実際には、ノィ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っ、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に示すごとぐ前記実施例 1で制振性の効果が大き力つた非結合界面の深さが 13mmで径が 50mm、 60 mm、 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ぐかつ、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 Sl、歯面加振位置 S2)をノヽンマーで加振して、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!/、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铸鉄 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] 2

※比較材①—SCM420 比較材②— FGD500

※対数減衰率比は、比較材①の素材の対数減衰率を 1とした値

[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つたということが考えられる力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、従来力制振性が鋼に比べ優れていると言われていた球状黒鉛铸鉄の中の 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ぐ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°C X 4hrの浸炭処理を施し、同様の制振性評価を行つた。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！/ヽたが、本実施例 3ではワイヤ一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 SI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]

( 3)

※対数減衰率比は、比較材①の浸炭前の対数減衰率を 1とした値

[表 4]

※比較材①→SCM420H、比較材②→FGD500

※対数減衰率比は、比較材①の浸 *前の対数減衰率を 1とした値

[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、得られた結果力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力つた力歯車へカ卩ェ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 2 5mmの平歯車である力これは、図 5、図 6に示すごとぐ外径側の第 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に示すごとぐ一部のものは、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に示すごとぐ中心と貫通穴 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に示すごとぐ上記第 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に示すごとぐ第 1の素材 21としては、穴部 210の内径 D 3力 5. 00mm, 60. 00mm, 45. 00mm (外径 D4をすベて 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及びスケール圧入法の 2種類を採用した。

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°C X lhr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 100 μ m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力脱落したが、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] 5

[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力！]させたもの (E 53、 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力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、。

[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力つた。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銀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ぐ他の形状とすることも勿論可能である。

例えば、図 8、図 9に示すごとぐ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に示すごとぐ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、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、ィ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、セレーシヨン状に非結合界面 57を設けた例である。

[0063] また、図 10、図 11に示すごとぐ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、歯車対の嚙み合いは、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、嚙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、振動減衰効果力、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に示すごとぐ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°C X 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つても、非結合界面力も折損することがなぐ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、大きな応力負荷力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、素材を用いて製造された同仕様の歯車にっヽても試験を行った力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力つた。

[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!/、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、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 Z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カ卩ェした場合には、カロェ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ぐ得ることができる。

[0067] また、本発明は、塑性加工及び Z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、機械加工ゃ塑性加工、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。

Claims

請求の範囲

[1] 塑性加工及び Z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、あるいは穴部を有する第 1の素材の前記穴部に第 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することを特徴とする機械部品用制振素材。

[2] 請求項 1において、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!/、な、ことを特徴とする機械部品用制振素材。

[3] 請求項 2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 2

0%以上であることを特徴とする機械部品用制振素材。

[4] 請求項 1において、前記非結合界面は、一表面力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。

[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力形成されていることを特徴とする機械部品用制振素材。

[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。

[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。

[8] 請求項 6において、前記非結合界面は、非対称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。

[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、

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。

[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。

[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することを特徴とする機械部品用制振素材の製造方法。

[12] 請求項 11において、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。

[13] 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。