制振合金(素材・工具保持具)

スターサイレント

振動を吸収する画期的制振合金「スターサイレント®

スターサイレントは従来にない優れた制振性能に加え、加工性と強度を高次元で両立した制振合金です。お客様のアイデアで素材を各種防振・防音用途にお使いいただけます。また工具保持具は加工時の振動を吸収し、優れた切削加工性を発揮します。

スターサイレント組込工具保持具

基礎データ・工具保持具データ集(2013年11月更新)

基礎データ集(PDF: 2,049KB)
バイトホルダーデータ集(PDF: 1,286KB)
スリーブデータ集(PDF: 1,221KB)
コレットデータ集(PDF: 652KB)

  • 特長・用途
  • 基礎データ集
  • バイトホルダー
  • スリーブ
  • コレット
  • 製品・販売店

スターサイレントは、物質・材料研究機構(旧 金属材料技術研究所)によって開発された制振合金をベースに当社が独自の改良を加え、コスト面や汎用性をさらに向上させた制振合金です。

特長

優れた制振性
制振能の周波数依存性が少ない。ひずみが大きい領域まで制振特性を発揮。
優れた成形性・加工性
熱間・冷間加工が容易で、薄板、細線、箔も加工可能
溶接が可能
TIG、電子ビーム、スポット、レーザービーム等の溶接・ロウ付け
磁性
非磁性(反強磁性)

用途例

成形・加工性に優れ、表面処理、溶接等も容易なため、機械部品から自動車、スポーツ用品等の身近な製品まで幅広い用途にご利用が可能です。

自動車 機械要素
(ワッシャー)
工作機械・工具 計測機器
精密機械 スポーツ

代表的な化学成分

Mn Cu Ni Fe 単位
Bal.
22.4
5.2
2.0
wt%
Bal.
20.0
5.0
2.0
at%

主な物性値

物性
近い元素
ヤング率
80 GPa (300K)
Al、Ag、Cd
熱伝導率
10 W/(m・k) (300K)
Ti、Sb、Pb、Bi
比熱
512.7 J/(kg・K) (300K)
Ti、Fe、Cr
熱膨張率
22.4 X10-6/K (300K)
Al、Ag、Sn、Cu
密度
7.25 X103kg/m3
Fe、Mn
硬さ
120~140
 

機械的強度

  引張強さ 耐力(0.2%) 伸び 絞り 疲労強度(X107回)
標準材
530MPa
265
40%
61%
125MPa

1.制振合金の基礎データ

(1) 制振合金の種類と減衰能と強度の関係

制振合金が振動を吸収するメカニズムは外部からの振動エネルギーを内部で熱エネルギーに変化させ材料表面から放熱させることですが、エネルギー変換の方法により4種類あります。

●各種材料と減衰能と強度の関係

●制振合金の種類

名称 機構
複合型 母相と析出相との界面または粒界での粘性流動または塑性流動によるエネルギー損失 片状黒鉛鋳鉄
Al-Zn合金
転位型 すべり転位と不純物原子の相互作用による機械的静履歴によるエネルギー損失 Mg
Mg-0.6%Zr合金
強磁性型 磁区壁の非可逆移動に伴う磁気・機械的静履歴によるエネルギー損失 Fe12%Cr
T.D.ニッケル
NIVCO-10合金
双晶型 熱弾性マルテンサイトの双晶境界または母相とマルテンサイト相との境界の移動に伴う静履歴損失あるいは応力暖和によるエネルギー損失 NiTi、Cu-Al-Ni、Mn-Cu、Mn-Cu-
Ni-Fe(STAR SILENT)

(2) 制振合金スターサイレントの振動吸収メカニズム

スターサイレントは双晶型制振合金に分類されます。双晶(Twin Crystal)はわずかに結晶の向きが異なるだけですので右下の写真のように見えます。外部から振動が加わると双晶と双晶の間に摩擦が生じ熱が発生することににより、振動エネルギーが熱エネルギーに変換され振動を吸収します。

●スターサイレントの双晶の動き

●双晶の光学顕微鏡写真

●双晶の透過電子顕微鏡写真

2.制振合金スターサイレントの特徴

(1) 成分と製造可能な素材形状

スターサイレントの代表的成分を表に示します。主成分はマンガンで銅、ニッケル、鉄を添加した合金です。溶解鋳造後のインゴットから鍛造、熱間圧延、冷間圧延等の工程を経て各種丸棒や板材が製造されます。さらには丸棒から線材を経てワイヤーに加工されます。標準寸法は当ウェブサイトの製品サイズのページに掲載しています。

●スターサイレントの代表的化学成分

Mn Cu Ni Fe 単位
Ba1. 22.4 5.2 2.0 wt%
Ba1. 20.0 5.0 2.0 at%

●各種板材

●インゴット

●各種棒材

●ワイヤー

(2) スターサイレントの機械的特性とその他の諸特性

工業的に生産されている制振合金スターサイレントの機械的特性を表に示します。特徴は構造用部材としても十分使用可能な強度を持っている点です。
スターサイレントのその他の特性の特徴は熱伝導率や比熱はチタンに近く熱を伝えにくい点です。線膨張係数は鋼の約2倍で、ほぼアルミニウムと同じです。密度は鉄と比較すると僅かに小さい値です。本材料の磁性は約80℃の変態点(ネール点)以下の温度では反強磁性で、それ以上の温度では常磁性です。従って磁性が問題となる精密機器等への使用には最適であると言えます。 

●スターサイレントの機械的特性

ヤング率 ポアソン比 耐力
0.2%
引張強さ 伸び 絞り 疲労強度
×107
80GPa 0.301 265MPa 530MPa 40% 61% 125MPa

●その他の物性

物性
熱伝導率 10W/(m/K)
比熱 512.7J/(kg・K)
電気抵抗率 1.35×10-7Ω・m
綿膨張係数 22.4×10-6/K
密度 7.25×103kg/m3
硬さ Hv120〜140
透磁率 <1.0012
磁性 反強磁性/常磁性

●シャルピー試験の温度依存性

●引張試験の温度依存性

(3) スターサイレントの加工性

スターサイレントは棒、板、線への加工が可能です。さらに、それらの素材を使用して各種部品への加工が可能です。例えばワイヤーを使用して転造法でネジを作製できます。板材を使用してプレス打抜きで座金やシムを製造することも可能です。また鍛造法でリングを作製することも可能です。
機械加工は旋盤加工、フライス加工、研削加工が可能です。さらには放電加工やレーザー加工も可能です。

●ワッシャー

ワッシャー

●プレス品と機械加工品

プレス品と機械加工品

●鍛造リング

鍛造リング

(4) スターサイレントの表面処理

スターサイレントは用途に応じて各種表面処理を施すことが可能です。例えば真空中や厳しい環境でご使用される場合は最適な表面処理を施すことができます。
表面処理の具体的なご相談は当社まで直接お問い合わせください。ご使用環境に合わせた表面処理を提案いたします。

●スターサイレントの各種表面処理

メッキ 二ッケル(電気、無電解)
亜鉛(三価クロメート)
レイデント処理
ジオメット
コーティング Zコート
CZコート
樹脂コート

3.スターサイレントの減衰能

(1) 各種材料との減衰能の比較

スターサイレントの減衰能(内部摩擦)を一般的な制振合金である鋳鉄(FC100)や強磁性型制振合金(他社および自社鉄系制振合金MER1F)や一般的構造材料であるSUS304やS45Cと比較しました。
さらに高周波域での減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性を比較し等高線で表しました。等高線図では減衰能(内部摩擦Q-1)が大きいほど濃い色で示してあります。

●減衰能の比較

減衰能の比較

●スターサイレントの減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

スターサイレントの減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

●SUS304の減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

SUS304の減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

●S45Cの減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

S45Cの減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

(2) 板の重ね合せによるスターサイレントの減衰能の向上

制振合金の板材を重ね合せることにより、さらに高い減衰能を得ることが可能です。スターサイレントは重ね合せると大きな減衰能を得られます。

●スターサイレントの重ね合わせによる減衰率の増大

スターサイレントの重ね合わせによる減衰率の増大

●SUS304の重ね合わせの場合

SUS304の重ね合わせの場合減衰率の増大

さらに高周波域での減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性を比較し等高線で表しました。
等高線図では減衰能(内部摩擦Q-1)が大きいほど濃い色で示してあります。

●重ね合せによるスターサイレントの減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

●1mm厚み板×2枚の場合

1mm厚み板×2枚の場合

●1mm厚み板×1枚の場合

1mm厚み板×1枚の場合

●2mm厚み板×1枚の場合

2mm厚み板×1枚の場合

(3) スターサイレントの形状による低周波域の減衰能の向上

スターサイレントは形状を工夫することで低周波域における減衰能を向上させることが可能です。スターサイレントをコの字型の形状にした場合、高い減衰能が得られる周波数領域が低周波側にシフトします。

●形状による減衰能の向上(コの字型)

形状による減衰能の向上(コの字型)

●1次側の減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

1次側の減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

●2次側の減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

2次側の減衰能の周波数と振幅ひずみ依存性

(4) スターサイレントの減衰能の温度依存性

スターサイレントと他の制振合金や材料の減衰特性の温度依存性を測定しました。制振合金を使用するほとんど全ての場合、振動の他に荷重(静的負荷)が同時に負荷されています。従って実際の使用時の減衰能は負荷に応じて変化します。

●減衰能の温度依存性の比較

振幅ひずみ:1.0×10-4
静的負荷:無し

減衰能の温度依存性の比較

●スターサイレントの減衰能の負荷応力と温度依存性

振幅ひずみ:3.6×10-5
静的負荷:8~80MPa

スターサイレントの減衰能の負荷応力と温度依存性

4.スターサイレントの音の吸収能力

制振合金の特徴は振動の吸収能力が大きい点にあります。音の吸収能力を測定するために減衰能力を一般材料と比較しました。スターサイレントとSUJ2でリングを作製し、無響室内で細線で吊るした状態をハンマーで叩いて音の減衰挙動を測定しました。スターサイレントは一般材料と比べて短時間で音を吸収することが分かります。

●リングの形状

外径75mm、内径63mm、厚み16mm
スターサイレント、SUJ2

リングの形状

●音の減衰挙動の比較

音の減衰挙動の比較

5.制振合金の寿命予測

制振合金の寿命を予測するために疲労試験で加速試験を行い、試験前後の減衰能を比較しました。疲労試験後、試験片の中央の均一応力部から1mm厚×5mm幅×40mm長さの試験片を採取し減衰能を測定しました。スターサイレントは疲労試験後も他の材料と比較して大きな減衰能を保持しています。

●加速試験の条件

最大応力 100,200MPa
応力比 R=0.1
周波数 10Hz
サイクル数 n=107

●応力振幅の様子

応力振幅の様子

●疲労試験片概観

疲労試験片概観

●加速試験前後の減衰能の劣化挙動

加速試験前後の減衰能の劣化挙動

スターサイレント 応用編(座金とバイトホルダー)

1.スターサイレントを使用した振動遮断固定方法

制振合金を単独で使用することはほとんどありません。従って、制振合金を振動している相手部材に接触させて振動を遮断したり吸収するためには固定(締結)する必要があります。締結方法は何通りか考えられますが、ここでは比較的簡単な4通りの方法を紹介いたします。
最初の2通りはスターサイレント製の座金と板を使用して振動を遮断する方法です。ここで重要なのは図中にも記載してある通り、座金の位置決めを行うことです。
次の2通りはスターサイレント製の座金を使用しない締結方法です、振動遮断例の3と4をご参照ください。

*大同特殊鋼(株)特許

(1) スターサイレント製の座金と板を用いる締結方法

(2) スターサイレント製の板と普通座金を用いる締結方法

2.スターサイレントの座金への適用

スターサイレントの板材の加工品である座金やシムは振動遮断、振動吸収、さらには緩み止めとして使用されており汎用性の高い機械要素です。既述のようにスターサイレント製座金はそれ自体を他の材料に締結する場合にも必要であり用途は多岐にわたります。座金は板材のプレス打抜きで製造できるため大量生産が可能です。
スターサイレントを座金として使用すると、次の3つの分野で効果が期待できます

  • 座面のずれを防止できる
  • 小さな締め付けトルクで効果を発揮できるので被締結面の変形や陥没を防止できる
  • 面間(板と板)における振動伝達を遮断できる

(1) 振動試験

加速度5G 振幅2.8mm 30Hz で一定時間振動後、加速度センサーで減衰挙動を測定しました

●振動試験治具

振動試験治具

●振動試験模式図

振動試験模式図

振動試験は座金を下に入れて実施

3.スターサイレントのバイトホルダーへの適用例

優れた制振性能を発揮するスターサイレント組込バイトホルダー*
~切削加工時の振動を低減し、「表面粗さ」「工具寿命」「切削能率」の向上を実現します~

*大同特殊鋼(株)特許

(1) 振動抑制メカニズム

  • スターサイレントの高い振動吸収能力によって、切削加工時に発生する振動を吸収
  • 更にホルダーへの振動伝達を遮断することで、工具の共振によるびびり振動を抑制し安定加工を実現

●振動抑制のメカニズム

●スターサイレントの使用方法

※スターサイレントをより効果的に使用するために

  • スターサイレントを直接ネジで締付けると変形し、減衰能を低下させる可能性があります
    構造用鋼のような硬い材料をスターサイレントとネジの間に挿入することで、より高い効果が得られます
  • スターサイレントの組込量には適切な量がございます

(2) スターサイレント組込バイトホルダーでの加工使用例

使用例①

●スターサイレント組込バイトホルダーの構成と加工条件

ホルダー上下を削りスターサイレントを組込(24%)

切削条件
被削材 SCM420
形状 φ24×300L
切削速度[Vc] 100〜200m/min
切込量[ap] 1.0mm
送り速度[f] 0.3mm/rev
バイトホルダー 住友電気工業(株)製 PCLN2525-43
チップ 住友電気工業(株)製 CNMG120408
突出し長さ 70mm
切削油 Dry

●びびり振動の大きさと表面粗さの関係

加工時の振動を抑制することで、表面粗さが向上します

●スターサイレントの組込率と表面粗さの関係

組込率24%前後で表面粗さが最も向上します(当社例)

※組込率の定義

組込率=(スターサイレントの板厚)/(バイトホルダー全体の厚さ)
例 25mm角バイトホルダーの上下を削って3mm厚の
スターサイレントを上下に挿入した場合

組込率=(3+3)/25×100=24(%)

使用例②

●スターサイレント組込バイトホルダーの構成と加工条件

ホルダー上下を削り、スターサイレントを組込

切削条件
被削材 耐熱系ステンレス
切削速度[Vc] 110m/min
切込量[ap] 1.0mm
送り速度[f] 0.25mm/rev
切削油 Wet

●工具損傷の比較

断続加工時の衝撃を吸収することで、工具寿命が向上します

スターサイレント組込なし

スターサイレント組込なし

スターサイレント組込あり

スターサイレント組込あり

N=30個/コーナーでのチップの状況

使用例③

●スターサイレント組込バイトホルダーの構成と加工条件

ホルダー上下を削りスターサイレントを組込

切削条件
被削材 Ti-6A1-4V
形状 φ510×2000
切削速度[Vc] 26m/min
切込量[ap] 5.0mm
送り速度[f] 0.3mm/rev
バイトホルダー Seco Tools社製
DSSNR3232P19-M
チップ Seco Tools社製
SNMG190616-MR7
切削油 DRY

●工具寿命とびびり振動の比較

加工時の振動を抑制することで、工具摩耗(欠け)が減少します

●びびり振動低減の様子

(3) スターサイレントのバイトホルダーへの適用時のご注意

  • バイトホルダーに取り付けるスターサイレントの厚みは取り付ける工作機械の剛性、切削条件、被削材に依存します。
    特にバイトホルダーを取り付ける刃物台やタレットの剛性に強く依存します。
  • ご購入の際は一度お問い合わせ願います。

スターサイレント 応用編(ボーリングバースリーブ)

1.スターサイレントのボーリングバーへの適用例

優れた制振性能を発揮するスターサイレント組込ボーリングバースリーブ*
~切削加工時の振動を低減し、「表面粗さ」「真円度」「工具寿命」の向上を実現します

*特許出願済み

(1) 振動抑制メカニズム

  • スターサイレントの高い振動減衰能力によって、切削加工時にボーリングバーから伝搬する振動を吸収
  • 工作機械側から伝わる振動もアウタースリーブを介してスターサイレント製インナースリーブで吸収

使用例①

スターサイレント組込ボーリングバースリーブと加工条件

スリーブを二重構造にして、アウタースリーブを鋼、インナースリーブをスターサイレントで作製することにより、あらゆる方向からの振動を吸収することができます。結果的に軽切削から重切削まで使用することができます。

切削条件
被削材 SUS304
φ(100-62)×200mm
切削速度[Vc] 100mm/min
切込[ap] 0.5mm & 1.5mm
送り速度[f] 0.2mm/rev
L/D 5.6(通常3~4で使用)
突出し長さ140mm
中ぐり工具 FCTU125R
チップ TPMR160308

軽切削条件(切込0.5mm)における真円度、表面粗さ、工具損傷の比較

加工時のびびり振動を抑制することで真円度が向上し、表面粗さが向上します

加工時のびびり振動を抑制することでチップの摩耗を減少させることができます


スターサイレント組込なしでのチップ摩耗状況

スターサイレント組込ありでのチップ摩耗状況

重切削条件(切込1.5mm)における真円度、表面粗さ、工具損傷の比較

重切削条件においても加工時のびびり振動を抑制することで軽切削同様の効果が得られます
加工時のびびり振動を抑制することで真円度が向上し、表面粗さが向上します

加工時のびびり振動を抑制することでチップの摩耗を減少させることができます


スターサイレント組込なしでのチップ摩耗状況

スターサイレント組込ありでのチップ摩耗状況

使用例②

被削材の内径を変えた場合の効果

切削条件
被削材 SUS304
φ(99-36)×80L
切削速度[Vc] 100m/min
切込[ap] 0.4mm
送り速度[f] 0.1mm/rev
ボーリングバー FCTU125L
チップ TPMR160308
突出し長さ 120mm
切削油 Wet

加工時の振動抑制

びびり振動抑制による加工精度の向上

びびり振動抑制による加工表面の向上


スターサイレント組込なし


スターサイレント組込あり

びびり振動抑制による工具寿命の向上


スターサイレント組込なし


スターサイレント組込あり

(2) スターサイレントのボーリングバースリーブへの適用時のご注意

  • スリーブに組込むスターサイレントの厚みは取り付ける工作機械の剛性、切削条件、被削材に依存します。
    特に切削条件と被削材に強く依存します。
  • ご購入の際は一度お問い合わせ願います。

スターサイレント 応用編(エンドミルコレット)

1.スターサイレントのエンドミルコレットへの適用例

優れた制振性能を発揮するスターサイレント組込エンドミルコレット*
~切削加工時の振動を低減し、「表面粗さ」「工具寿命」の向上を実現します

*特許出願済み

(1) 振動抑制メカニズム

  • スターサイレントの高い振動吸収能力によって、切削加工時にエンドミルから伝搬する振動を吸収
  • コレット軸方向にスターサイレントを組込むことにより切削加工点と工作機械側からの振動も吸収

使用例①

スターサイレント組込エンドミルコレットと加工条件

コレット軸方向にスターサイレント製のねじを組込むことによりエンドミルからの振動を吸収
スターサイレントをねじ構造にすることによりあらゆる方向からの振動を吸収

切削条件
被削材 A2024
形状 200×90×60
硬さ Hv145
切削速度 136m/min
切り込み量 深さ方向4mm 幅方向0.5mm
送り速度 360mm/min
工具突出量 35.8mm
工具 三菱マテリアル 2MSD1000
冷却 ドライ
切削条件
被削材 SKD61
形状 200×200×100
硬さ HRC45
切削速度 300m/min
切り込み量 深さ方向1mm 幅方向2mm
送り速度 1200mm/min
工具突出量 30mm
工具 OSG WXL-2D-DE
冷却 エアブロー

表面粗さの向上

加工時のびびり振動を抑制することで表面粗さが向上します

工具寿命の向上

加工時のびびり振動を抑制することで工具寿命が向上します

切削加工断面角度の比較

スターサイレントの振動吸収効果により断面角度がほぼ垂直になります

素材

製造可能な素材サイズ

棒材(mm) 板(圧延)材(mmt)
Φ17~
0.5~

素材サイズ表

形状 厚み(mm) 幅 x 長さ(mm)
板材
0.5
250 x 500
1
300 x 500
2
3
4
12
25
45
形状 径(mm) 長さ(mm)
丸棒
Φ28
500
Φ30
Φ45
Φ50
Φ55
Φ60以上
お問い合わせ
ください

上記以外のサイズについてはお問い合わせください

製品加工についてもお問い合わせください

販売店

素材の購入をご希望される場合は、下記販売店からの直接のご購入を推奨します。

株式会社ナカタニ
本社 (浦和) TEL 048-815-8100
  FAX 048-815-8108
大阪支店 TEL 06-6394-9788
  FAX 06-6394-9789
大同資材サービス株式会社
本社 ソリューション営業部 TEL 052-611-8804
  FAX 052-611-8864
株式会社UEX
本社 流通営業部 第一課 TEL 03-5460-6470
  FAX 03-5460-6536

工具保持具

製造可能な工具保持具

スターサイレント組込バイトホルダー
スターサイレント組込ボーリングバースリーブ
スターサイレント組込エンドミルコレット
お問い合わせ先
大同特殊鋼株式会社 新分野事業部 営業室 TEL 052-611-9425
  FAX 052-611-9347

制振合金の特性を最大限に発揮するためにはお客様の工具の寸法、加工条件、ワーク(被削材)、
取り付ける工作機械の情報が必要です。

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