(57)【要約】  可溶性コアを含むモールド部品、金属マトリックス複合物品、および金属マトリックス複合物品の製造方法。
2007514867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主表面を含む金属マトリックス複合物品であって、前記第１の主表面が第１のネジ山を含み、前記第１のネジ山が第１の金属マトリックス複合体を含み、前記第１の金属マトリックス複合体が、第１の金属と、前記第１のネジ山と実質的に位置合わせされた第１の複数の実質的に連続的な繊維とを含む金属マトリックス複合物品。
【請求項２】
前記第１の複数の繊維が、金属繊維、セラミック繊維、黒鉛繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される繊維を含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項３】
前記第１の複数の繊維が、α−アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維、アルミノボロシリケート繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される繊維を含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項４】
前記第１の主表面が、少なくとも１つの追加のネジ山を更に含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項５】
前記第１の主表面が、第２のネジ山を更に含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項６】
前記第１のネジ山のらせん角と、前記第２のネジ山のらせん角とが実質的に同一であり、かつ任意に、前記第１のネジ山および前記第２のネジ山が散在している、請求項５に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項７】
前記第２のネジ山が第２の金属を含み、任意に、前記第１の金属および前記第２の金属が同一の金属である、請求項５に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項８】
前記第２のネジ山が、第２の複数の実質的に連続的な繊維を含み、任意に、前記第１の複数の繊維および前記第２の複数の繊維が同一の材料を含む、請求項５に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項９】
第３の複数の実質的に連続的な繊維を更に含み、任意に、前記第１の複数の繊維の主軸と前記第３の複数の繊維の主軸との間の角度が３０度〜６０度である、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項１０】
前記第１の金属が、アルミニウム、マグネシウム、およびこれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項１１】
前記第１の主表面の反対側の第２の主表面を更に含み、かつ任意に、前記第２の表面が第３のネジ山を含む、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項１２】
前記第３のネジ山が、第３の金属と、任意に、前記第３のネジ山と実質的に位置合わせされた第４の複数の実質的に連続的な繊維とを含む、請求項１１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項１３】
前記第１のネジ山が約０度のらせん角を有する、請求項１に記載の金属マトリックス複合物品。
【請求項１４】
第１の主表面と、前記第１の主表面の少なくとも一部に隣接する第１の複数の実質的に連続的な繊維とを有する可溶性コアを含むモールド部品。
【請求項１５】
前記第１の複数の繊維が、金属繊維、セラミック繊維、黒鉛繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１４に記載のモールド部品。
【請求項１６】
前記第１の複数の繊維が、アルミナ繊維、α−酸化アルミニウム繊維、アルミノシリケート繊維、アルミノボロシリケート繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１４に記載のモールド部品。
【請求項１７】
前記可溶性コアが塩を含む、請求項１４に記載のモールド部品。
【請求項１８】
前記可溶性コアが水溶性である、請求項１４に記載のモールド部品。
【請求項１９】
前記第１の主表面が第１の溝を含み、任意に、前記第１の複数の繊維が前記第１の溝と実質的に位置合わせされる、請求項１４に記載のモールド部品。
【請求項２０】
第１の複数の実質的に連続的な繊維で包まれた第１の領域を含む第１の主表面を有する可溶性コアを提供することと、
前記第１の複数の繊維に第１の溶融金属を浸透させることと、
前記第１の金属を凝固させることと、
を含む金属マトリックス複合物品の製造方法。
【請求項２１】
前記可溶性コアを除去することを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記可溶性コアの除去は、前記コアが可溶性である流体に前記コアをさらすことを含み、任意に、前記流体が、水、蒸気、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の複数の繊維が、金属繊維、セラミック繊維、黒鉛繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の複数の繊維が、アルミナ繊維、α−酸化アルミニウム繊維、アルミノシリケート繊維、アルミノボロシリケート繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の溶融金属上に第２の溶融金属を施すことと、前記第２の溶融金属を凝固させることとを更に含み、かつ任意に、前記第１の溶融金属および前記第２の溶融金属が同一である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記可溶性コアの前記第１の領域に第１の溝を形成することを更に含み、かつ任意に、前記第１の複数の繊維が前記第１の溝と実質的に位置合わせされる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記可溶性コアの前記第１の主表面が第２の領域を更に含み、任意に、前記第２の領域が前記第１の領域と少なくとも部分的に重なり合い、前記方法が、前記コアの前記第２の領域に第２の複数の実質的に連続的な繊維を施すことと、前記第２の複数の繊維に第３の溶融金属を浸透させることとを更に含み、かつ任意に、前記第１の溶融金属および前記第３の溶融金属が同一の金属である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
ネジ山を含む内側主表面を有するシリンダを含むネジ付き物品であって、前記ネジ山が、金属と、複数の実質的に連続的な繊維とを含むネジ付き物品。
【請求項２９】
前記複数の実質的に連続的な繊維が、前記ネジ山と実質的に位置合わせされる、請求項２８に記載のネジ付き物品。
【請求項３０】
前記金属が、アルミニウム、マグネシウムおよびこれらの合金からなる群から選択され、前記複数の実質的に連続的な繊維がα−アルミナ繊維を含む、請求項２８に記載のネジ付き物品。
【請求項３１】
前記複数の実質的に連続的な繊維が、２００よりも大きいアスペクト比を有する、請求項２８に記載のネジ付き物品。
【請求項３２】
前記複数の実質的に連続的な繊維が、少なくとも５センチメートルの平均長さを有する、請求項２８に記載のネジ付き物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属マトリックス複合物品と、金属マトリックス複合物品の製造方法、特に可溶性コアを用いる方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、当該技術分野では、セラミックを用いる金属マトリックスの補強が知られている。補強のために使用されるセラミック材料の例には、粒子、不連続繊維（ウイスカーを含む）および連続繊維、ならびにセラミックプリフォームが含まれる。通常、セラミック材料は金属中に取り込まれ、金属自体と比較して改善された機械特性を有する金属マトリックス複合体（ＭＭＣ）を生じる。
【０００３】
物品によっては、二次成型加工（例えば、所望の形状を提供するために材料の除去を必要とする、穴、ネジ山、またはその他の要素の形成）を受けることがある。従来のＭＭＣ物品は、通常十分なセラミック補強材料を含有し、機械加工は、実際的でない、あるいは少なくとも望ましくないとされる。通常、セラミック材料の存在は切削工具を急速に摩滅させ、ＭＭＣの機械加工を望ましくないものとする。従って、二次成形加工または処理を少ししか必要としない、あるいは全く必要としない「ネットシェイプ」または「ニアネットシェイプ」物品を製造するのが好ましい。一般に、ネットシェイプ物品の製造技法は、当該技術分野において知られている（例えば、米国特許第５，２３４，０４５号明細書（シスコ（Ｃｉｓｋｏ））および米国特許第５，８８７，６８４号明細書（ドール（Ｄｏｌｌ）ら））。
【０００４】
それに加えて、または代替的に、実現可能な限り、セラミックの補強材は低減されるか、あるいは機械加工および／または溶接などのその他の処理を妨げ得る領域には配置されないこともある。例えば、ＭＭＣ物品と共に金属スリーブおよび／またはインサートが使用され、二次成形加工は、実質的にスリーブおよび／またはインサートに制限されることもある。しかしながら、この構成は、ＭＭＣ鋳造物と、金属スリーブおよび／またはインサートとの間に弱い界面をもたらし得る。
【０００５】
ＭＭＣ物品の設計および製造において考慮すべきもう１つの問題は、セラミック補強材料自体のコストである。例えば、いくつかの連続多結晶性α−アルミナ繊維などのセラミック材料の機械特性は、アルミニウムなどの低密度金属と比較して高いが、このようなセラミック酸化物材料のコストは、通常、アルミニウムなどの金属よりも実質的に高い。従って、使用されるセラミック酸化物材料の量を最小限にすること、そしてセラミック酸化物材料により付与される特性を最大にするためにセラミック酸化物材料の配置を最適化する試みをすることが望ましい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、高応力領域にセラミック材料を有するＭＭＣ物品を提供するのが望ましい。もう１つの態様において、いくつかの実施形態では、ネットシェイプＭＭＣ物品（例えば、ネットシェイプのネジ付きＭＭＣ物品）を形成することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、本発明は、第１の主表面を含む金属マトリックス複合物品を提供し、第１の主表面は第１のネジ山を含み、第１のネジ山は第１の金属マトリックス複合体を含み、第１の金属マトリックス複合体は、第１の金属と、第１のネジ山と実質的に位置合わせされた第１の複数の実質的に連続的な繊維とを含む。いくつかの実施形態では、第１の金属は、アルミニウム、マグネシウム、およびこれらの合金からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第１のネジ山は、約０度のらせん角を有する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、金属マトリックス複合物品の第１の主表面は、少なくとも１つの追加のネジ山（例えば、第２のネジ山）を更に含む。いくつかの実施形態では、第１のネジ山のらせん角と第２のネジ山のらせん角は、実質的に同一である。いくつかの実施形態では、第１のネジ山および第２のネジ山は散在される。いくつかの実施形態では、第２のネジ山は第２の金属を含む。いくつかの実施形態では、第１の金属および第２の金属は同一の金属である。いくつかの実施形態では、第２のネジ山は、第２の複数の実質的に連続的な繊維を含む。いくつかの実施形態では、第１の複数の繊維および第２の複数の繊維は同一材料を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、金属マトリックス複合物品は、第３の複数の実質的に連続的な繊維を更に含む。いくつかの実施形態では、第１の複数の繊維の主軸と第３の複数の繊維の主軸との間の角度は、３０度〜６０度である。
【００１０】
いくつかの実施形態では、金属マトリックス複合物品は、第１の主表面と反対側の第２の主表面を更に含み、任意に、第２の表面は第３のネジ山を含む。
【００１１】
もう１つの態様では、本発明は、第１の主表面と、第１の主表面の少なくとも一部に隣接する第１の複数の実質的に連続的な繊維とを有する可溶性コアを含むモールド部品を提供する。いくつかの実施形態では、可溶性コアは塩を含む。いくつかの実施形態では、可溶性コアは水溶性である。
【００１２】
いくつかの実施形態では、モールド部品の第１の主表面は第１の溝を含み、第１の複数の繊維は、任意に、第１の溝と実質的に位置合わせされる。
【００１３】
更にもう１つの態様では、本発明は、金属マトリックス複合物品の製造方法を提供する。１つの実施形態では、本方法は、
第１の複数の実質的に連続的な繊維で包まれた第１の領域を含む第１の主表面を有する可溶性コアを提供することと、
第１の複数の繊維に第１の溶融金属を浸透させることと、
第１の金属を凝固させることと、
を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本方法は、可溶性コアを除去することを更に含む。いくつかの実施形態では、可溶性コアの除去は、コアが可溶性である流体にコアをさらすことを含み、流体は、任意に、水、蒸気、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、本方法は、第１の溶融金属上に第２の溶融金属を施すことと、第２の溶融金属を凝固させることとを更に含み、第１の溶融金属および第２の溶融金属は、任意に、同一である。
【００１５】
いくつかの実施形態では、本方法は、可溶性コアの第１の領域に第１の溝を形成することを更に含み、第１の複数の繊維は、任意に、第１の溝と実質的に位置合わせされる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、可溶性コアの第１の主表面は第２の領域を更に含み、第２の領域は、任意に、第１の領域と少なくとも部分的に重なり合い、本方法は、コアの第２の領域に第２複数の実質的に連続的な繊維を施すことと、第２の複数の繊維に第３の溶融金属を浸透させることとを更に含み、第１の溶融金属および第３の溶融金属は、任意に、同一の金属である。
【００１７】
更にもう１つの態様では、本発明は、ネジ山を含む内側主表面を有するシリンダを含むネジ付き物品を提供し、ネジ山は、金属と、複数の実質的に連続的な繊維とを含む。いくつかの実施形態では、複数の実質的に連続的な繊維は、ネジ山と実質的に位置合わせされる。いくつかの実施形態では、複数の実質的に連続的な繊維は、２００よりも大きいアスペクト比を有する。いくつかの実施形態では、複数の実質的に連続的な繊維は、少なくとも５センチメートルの平均長さを有する。
【００１８】
いくつかの実施形態では、本発明は、二次成形加工を少ししか必要としない、あるいは全く必要としないニアネットシェイプおよび／またはネットシェイプＭＭＣ物品を製造するために適切な可溶性コアを提供する。いくつかの実施形態では、本発明に従う可溶性コアの使用は、廃棄物および二次成形加工を低減する。
【００１９】
もう１つの態様では、本発明のいくつかの実施形態は、可溶性コアと、実質的に連続的な繊維の１つまたは複数のプライとを含むモールド部品を提供する。
【００２０】
もう１つの態様では、本発明のいくつかの実施形態は、ＭＭＣ物品の特徴物（例えば、ネジ山）と実質的に位置合わせされた実質的に連続的な繊維を有するＭＭＣ物品を提供する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維は、金属繊維、セラミック繊維、黒鉛繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維は、アルミナ繊維（例えば、α−アルミナ繊維）、アルミノシリケート繊維、アルミノボロシリケート繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ケイ素繊維、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、本発明は、高強度、高モジュラスの軽量構造要素への追加構造部材（例えば、フィン部分および／またはノーズコーン）の取付けを容易にする。
【００２３】
いくつかの実施形態では、本発明は、ネジ部分と構造要素の大部分との両方において同様の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する比較的軽量の構造要素（例えば、発射体管）を提供する。
【００２４】
更にもう１つの態様では、本発明のいくつかの実施形態は、ＭＭＣ物品にネットシェイプおよび／またはニアネットシェイプ特徴物（例えば、ネジ山）を提供する方法を提供し、これにより、製造方法のほぼ最後に重要な追加処理工程（例えば、研削）を実行する必要性が低減および／または排除される。
【００２５】
本発明の上記の概要は、本発明の各実施形態を説明することは意図されない。本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、以下の説明においても示される。本発明のその他の特徴および利点は、その説明および特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
いくつかの用途では、金属マトリックス複合（ＭＭＣ）物品を含む部品を１つまたは複数の追加の物品（例えば、金属物品または別のＭＭＣ物品）に接続することが望ましい。例えば、物品を接続する１つの方法は、雌ネジ付き物品を雄ネジ付き物品とはめ合わせる（例えば、雌ネジ付きナット雄をネジ付きボルトとはめ合わせる、または２つの雄ネジ付きパイプを雌ネジ付き連結器と接続する）ことを含む。このアプローチでは、ネジ山は、ネジ山が位置合わせされて係合されたときに物品がはめ合わされるように、通常、それぞれの物品に形成される。
【００２７】
本発明の１つの態様では、可溶性コアを使用して、ＭＭＣ物品におけるネジ山の形成を容易にする。いくつかの実施形態では、可溶性コアの使用は、ネジ山を作るために除去されるＭＭＣ材料の量を低減する。いくつかの実施形態では、ネジ山はネットシェイプまたはニアネットシェイプである（すなわち、次の処理（例えば、研削または研磨）が少ししか、あるいは全く必要とされない）。
【００２８】
本発明のもう１つの態様では、モールド部品（すなわち、可溶性コアおよび実質的に連続的な繊維の１つまたは複数のプライ）のいくつかの実施形態を使用して、ネジ領域とＭＭＣ物品の大部分との両方において実質的に同一の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するＭＭＣ物品を形成する。
【００２９】
図１Ａ〜図１Ｅを参照すると、本発明に従う例示的なＭＭＣ物品を製造するための１つの例示的な方法が説明されている。一般に、可溶性コアは、実質的に連続的な繊維の１つまたは複数のプライで包まれて、モールド部品を形成する。モールド部品はモールド内に配置され、そこで金属が繊維に浸透し、ＭＭＣ領域を形成する。任意に、１つまたは複数の追加のＭＭＣ領域および／または金属領域（すなわち、繊維のない領域）が、同一または次の鋳造工程で形成されてもよい。最後の鋳造工程の後、可溶性コアは、適切な溶媒（例えば、水）で溶解され、ＭＭＣ物品をもたらす。次に、研削および／または研磨などの任意的な機械加工工程が実施されてもよい（例えば、いくつかの実施形態では、ＭＭＣ物品にネジ山が機械加工され得る）。
【００３０】
より具体的には、図１Ａは、例示的な可溶性コア１００を説明する。可溶性コアは、どの可溶性材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、可溶性コアは、流体（例えば、液体（例えば、水）および／または気体（例えば、蒸気））に可溶性の材料を含む。いくつかの実施形態では、可溶性コアは、塩（例えば、ソーダ灰（例えば、マサチューセッツ州インディアン・オーチャードのヒートバス／パーク・メタラジカル社（Ｈｅａｔｂａｔｈ／Ｐａｒｋ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．，Ｉｎｄｉａｎ  Ｏｒｃｈａｒｄ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から、商品名「アルミニウム・キャスティング・ソルト（ＡＬＵＭＩＮＵＭ  ＣＡＳＴＩＮＧ  ＳＡＬＴ）ＡＣ」で入手可能）、または塩化ナトリウム）を含む。
【００３１】
いくつかの実施形態では、可溶性コアは、可溶性材料および不溶性材料の組み合わせを含むことができる。例えば、コアは、砂および／またはセラミック材料（例えば、酸化物、窒化物、および炭化物）と組み合わせて、塩を含むことができ、セラミック材料は、様々な形態（例えば、ウイスカー、繊維、微粒子、および／またはプレートレット）で取り込むことができる。いくつかの実施形態では、コアは、不溶性部材（例えば、ロッドまたは棒）を含むことができ、その少なくとも一部は可溶性層によって被覆され、可溶性層は、例えば、可溶性材料、または可溶性材料および不溶性材料の組み合わせを含むことができる。
【００３２】
可溶性コアを製造するための追加の適切な材料は、例えば、米国特許第５，２７３，０９８号明細書（ヒンドマン（Ｈｙｎｄｍａｎ）ら）、米国特許第５，９２１，３１２号明細書（カーデン（Ｃａｒｄｅｎ））、および米国特許第６，４７８，０７３号明細書（グレーブ（Ｇｒｅｂｅ）ら）に記載されている。
【００３３】
可溶性コア１００は主軸Ｍ1を有するシリンダとして示されているが、例えば、コアを用いて形成した結果得られるＭＭＣ物品または該物品の一部の所望のサイズおよび形状によって、様々なコアの形状およびサイズを使用することができる。適切なコアは、当該技術分野において既知の技法（例えば、溶融塩のダイへの注入、プレス、焼成、鋳造（例えば、消失模型鋳造）、およびこれらの組み合わせ）によって形成することができる。更に、コアの形状は、様々な既知の技法（例えば、機械加工、旋削、および研削）によって変更することができる。適切なコア形成方法は、例えば、米国特許第５，２７３，０９８号明細書（ヒンドマン（Ｈｙｎｄｍａｎ）ら）および米国特許第５，３０３，７６１号明細書（フレスナー（Ｆｌｅｓｓｎｅｒ）ら）に記載されている。
【００３４】
更に、図１Ｂは、可溶性コア１００と、コア１００に施された４プライの連続繊維（すなわち、プライ１０１、１０２、１０３、および１０４）とを含むモールド部品１１０を説明する。プライは、実質的に連続的な繊維の少なくとも１つの層である。いくつかの実施形態では、繊維は補強繊維である。各プライ（すなわち、プライ１０１、１０２、１０３、および１０４）は、コア１００の全長（すなわち、第１の端部１０８から第２の端部１０９まで）にわたる。明確にするために、上側のプライ（すなわち、プライ１０２、１０３、および１０４）は、下側のプライを露出させるために切り取られている。
【００３５】
「実質的に連続的な繊維」は、平均繊維直径と比べたときに、比較的無限である長さを有する繊維を意味する。通常、本発明に関しては、実質的に連続的な繊維は、少なくとも５センチメートル（ｃｍ）（いくつかの実施形態では、少なくとも１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍ、あるいは更に、少なくとも２５ｃｍ、いくつかの実施形態では、５〜２５ｃｍの範囲）の長さを有する。通常、完成ＭＭＣ物品中、数で少なくとも約８５％の繊維は、実質的に連続的である（いくつかの実施形態では、少なくとも約９０％、または更に、少なくとも約９５％）。いくつかの実施形態では、完成ＭＭＣ物品中、実質的に全ての（すなわち、数で９５％よりも多い、あるいは９８％よりも多い、あるいは更に、９９％よりも多い）繊維が、実質的に連続的である。いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維は、２００よりも大きい（いくつかの実施形態では、５００よりも大きい、１０００よりも大きい、２０００よりも大きい、１０，０００よりも大きい、２５，０００よりも大きい、または更に、５０，０００よりも大きい）アスペクト比（すなわち、平均繊維直径に対する繊維の長さの比）を有する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、特定のプライの実質的に連続的な繊維は、互いに略平行であるように実質的に長手方向に位置合わせされている。通常、特定のプライの実質的に連続的な繊維は全て、実質的に長手方向に位置合わせされた配置で保持され、個々の繊維の位置合わせは、その平均の長手方向軸（すなわち、プライの主軸）の±１０°（いくつかの実施形態では、±５°、または更に±３°）以内に保持されるのが望ましい。
【００３７】
これらの繊維は個々の繊維として特定のプライ内に取り込まれてもよいが、これらは、より一般的には、繊維群（例えば、ロービング（すなわち、撚りがないかまたはわずかな撚りがある、単一のストランド内の繊維のゆるい集合体）、ヤーン（すなわち、一緒に撚られた繊維の集まり）、またはトウ（すなわち、ロープのような形態で集められた複数の（個々の）繊維（通常、少なくとも１００本の繊維、より一般的には少なくとも４００本の繊維））として取り込まれる。いくつかの実施形態では、繊維群（すなわち、ロービング、ヤーン、またはトウ）は、繊維群あたり少なくとも７５０本の個々の繊維（または更に、繊維群あたり少なくとも２５５０本の個々の繊維）を含む。いくつかの実施形態では、繊維は、プリプレグ材料の一部（すなわち、樹脂（例えば、エポキシ）に埋め込まれた実質的に連続的な繊維）として、プライ内に取り込まれてもよい。
【００３８】
繊維群内の繊維は、実質的に長手方向に互いに位置合わせされた関係（すなわち、略平行）に保持される。多数の繊維群を用いてプライを形成する場合、繊維群も、実質的に長手方向に互いに位置合わせされた関係（すなわち、略平行）に保持される。織られたり編まれたりした繊維構造形態にある実質的に連続的な繊維は有用であり得るが、通常あまり望ましくない。何故なら、これらは、長手方向に位置合わせされた繊維と共に実現される、より高い繊維充填密度を提供する助けにならないからである。従って、織られたり編まれたりした繊維構造を用いるモールド部品に基づいて金属が浸透された物品は、通常、長手方向に位置合わせされた連続繊維を有る金属浸透物品よりも低い強度特性を示し、従って、あまり望ましくない。
【００３９】
いくつかの構造では、長手方向に位置合わせされた繊維は、一直線とは対照的に湾曲されている（すなわち、平面的に延在しない（例えば、シリンダのまわりに円周方向に巻きつけられた繊維））ことが望ましい、または必要なこともある。従って、例えば、長手方向に位置合わせされた繊維は、繊維の全長にわたって平面状でもよいし、繊維の全長にわたって非平面状（すなわち、湾曲）でもよいし、あるいはある部分では平面状であり、他の部分では非平面状（すなわち、湾曲）であってもよく、連続繊維は、その湾曲部分にわたって実質的に交差しない曲線（すなわち、長手方向に位置合わせされた）配列に保持される。いくつかの実施形態では、繊維は、その湾曲部分にわたって互いに実質的に等距離の関係に保持される。
【００４０】
もう一度図１Ｂを参照すると、実質的に連続的な繊維の第１のプライ１０１は、主軸Ｍ1に垂直にコア１００のまわりに円周方向に巻きつけられる。実質的に連続的な繊維の第２のプライ１０２は、コア１００の主軸Ｍ1に平行に巻きつけられ、第１の繊維プライ１０１と重なり合う。連続繊維プライのその他の方向付けも可能である（例えば、プライは、ゼロ度（すなわち、主軸Ｍ1に平行）〜９０度（すなわち、主軸Ｍ1に垂直）の主軸Ｍ1に対する角度で位置合わせされ得る）。更に、各繊維プライは、１つまたは複数の他の繊維プライに対してどんな角度で施されてもよい。特定の用途次第であるが、別のプライに関するプライの方向付けの違いは、ゼロ度より大きい角度〜９０°までのどの角度でもよい。いくつかの実施形態では、別のプライに関するプライの位置決めは、約３０°〜約６０°の範囲、あるいは更に、例えば約４０°〜約５０°の範囲であり得る。
【００４１】
いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維のただ１つのプライが可溶性コアに施されて、モールド部品が形成されるが、他の実施形態では、実質的に連続的な繊維の２つ以上のプライが可溶性コアに施される。例えば、図１Ｂでは、４プライの実質的に連続的な繊維が示されており、実質的に連続的な繊維の第３のプライ１０３、および実質的に連続的な繊維の第４のプライ１０４はそれぞれ、円周方向および平行な方向で施される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維の第１のプライは、可溶性コアと同一の広がりを有する。いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維の第１のプライは、可溶性コアの選択された領域にのみ施される。実質的に連続的な繊維の次のプライは、可溶性コアの選択された領域に独立して施され、例えば、可溶性コアと同一の広がりを有することを含む。いくつかの実施形態では、次の繊維プライは、１つまたは複数の他の繊維プライの全てまたは一部と重なり合ってもよい。いくつかの実施形態では、次のプライは、１つまたは複数の他のプライと当接するが、重なり合わなくてもよい。いくつかの実施形態では、次のプライは、１つまたは複数の他のプライから横方向にいくらかの距離だけ離間されていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維の第１のプライは、可溶性コアの１つの領域に施され、実質的に連続的な繊維の第２のプライは、可溶性コアの第２の領域に施され得る。
【００４３】
本発明に従うＭＭＣ物品を製造するために有用であり得る実質的に連続的な繊維の例としては、金属酸化物繊維（例えば、アルミナ繊維、α酸化アルミニウム繊維、アルミノシリケート繊維、およびアルミノボロシリケート繊維）、ホウ素繊維、窒化ホウ素繊維、黒鉛繊維、および炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維がある。通常、セラミック酸化物繊維は、結晶性セラミックおよび／または結晶性セラミックとガラスの混合物（すなわち、繊維は、結晶性セラミック相およびガラス相の両方を含有し得る）である。特定のプライの繊維は、１つの種類の繊維を含んでもよいし、あるいはプライは２つ以上の種類の繊維を含んでもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態では、これらの繊維は、少なくとも１．４ギガパスカル（ＧＰａ）（いくつかの実施形態では、少なくとも１．７ＧＰａ、少なくとも２．１ＧＰａ、または更に、少なくとも２．８ＧＰａ）の平均引張り強さを有する。いくつかの実施形態では、これらの繊維は、少なくとも７０ＧＰａ（いくつかの実施形態では、少なくとも１００ＧＰａ、少なくとも１５０ＧＰａ、少なくとも２００ＧＰａ、少なくとも２５０ＧＰａ、少なくとも３００ＧＰａ、または更に、少なくとも３５０ＧＰａ）のヤング率を有する。
【００４５】
通常、実質的に連続的な繊維は、５マイクロメートル〜２５０マイクロメートル、更に一般的には５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲の平均直径を有するが、繊維トウでは、平均繊維直径は、通常、５０マイクロメートル以下であり、より一般的には２５マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、繊維は、円形または楕円形の断面形状を有する。
【００４６】
アルミナ繊維の製造方法は当該技術分野において知られており、米国特許第４，９５４，４６２号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）に開示される方法が含まれる。いくつかの実施形態では、アルミナ繊維は多結晶性αアルミナベースの繊維であり、理論上の酸化物に基づいて、アルミナ繊維の全重量を基準として約９９重量パーセントよりも多いＡｌ2Ｏ3と、約０．２〜０．５重量パーセントのＦｅ2Ｏ3とを含む。いくつかの実施形態では、多結晶性αアルミナベースの繊維は、１マイクロメートル未満（または更に、０．５マイクロメートル未満）の平均粒径を有するαアルミナを含む。いくつかの実施形態では、多結晶性αアルミナベースの繊維は、少なくとも１．６ＧＰａ（いくつかの実施形態では、少なくとも２．１ＧＰａ、または更に、少なくとも２．８ＧＰａ）の平均引張り強さを有する。例示的なαアルミナ繊維は、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」の商品名で市販されている。もう１つの例示的なαアルミナ繊維は、繊維の全重量を基準として約８９重量パーセントのＡｌ2Ｏ3、約１０重量パーセントのＺｒＯ2、および約１重量パーセントのＹ2Ｏ3を含み、３Ｍカンパニーにより商品名「ネクステル６５０」で市販されている。
【００４７】
適切なアルミノシリケート繊維は、例えば、米国特許第４，０４７，９６５号明細書（カルスト（Ｋａｒｓｔ）ら）に記載されている。いくつかの実施形態では、アルミノシリケート繊維は、理論上の酸化物に基づいて、アルミノシリケート繊維の全重量を基準として６７〜８５重量パーセントの範囲のＡｌ2Ｏ3と、３３〜１５重量パーセントの範囲のＳｉＯ2とを含む。いくつかの例示的なアルミノシリケート繊維は、理論上の酸化物に基づいて、アルミノシリケート繊維の全重量を基準として６７〜７７重量パーセントの範囲のＡｌ2Ｏ3と、３３〜２３重量パーセントの範囲のＳｉＯ2とを含む。いくつかの実施形態では、アルミノシリケート繊維は、理論上の酸化物に基づいて、アルミノシリケート繊維の全重量を基準として約８５重量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、約１５重量パーセントのＳｉＯ2とを含む。もう１つの例示的なアルミノシリケート繊維は、理論上の酸化物に基づいて、アルミノシリケート繊維の全重量を基準として約７３重量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、約２７重量パーセントのＳｉＯ2とを含む。アルミノシリケート繊維は、例えば、３Ｍカンパニーから商品名「ネクステル７２０」および「ネクステル５５０」で市販されている。
【００４８】
適切なアルミノボロシリケート繊維は、例えば、米国特許第３，７９５，５２４号明細書（ソウマン（Ｓｏｗｍａｎ））に記載されている。いくつかの実施形態では、アルミノボロシリケート繊維は、理論上の酸化物に基づいて、アルミノボロシリケート繊維の全重量を基準として３５重量パーセント〜７５重量パーセント（いくつかの実施形態では、５５重量パーセント〜７５重量パーセント）のＡｌ2Ｏ3と、０重量パーセントよりも多く（いくつかの実施形態では、少なくとも１５重量パーセント）、そして５０重量パーセント未満（いくつかの実施形態では、４５重量パーセント未満、または更に、４４重量パーセント未満）のＳｉＯ2と、１重量パーセントよりも多いＢ2Ｏ3とを含む。いくつかの実施形態では、アルミノボロシリケート繊維は、５重量パーセントよりも多いＢ2Ｏ3を含む。いくつかの実施形態では、アルミノボロシリケート繊維は、約２５重量パーセント未満のＢ2Ｏ3を含む。いくつかの実施形態では、アルミノボロシリケート繊維は、約１重量パーセント〜約５重量パーセント、または約２重量パーセント〜約２０重量パーセントのＢ2Ｏ3を含む。アルミノボロシリケート繊維は、例えば、３Ｍカンパニーから商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）３１２」および「ネクステル４４０」で市販されている。
【００４９】
例示的なホウ素繊維は、例えば、マサチューセッツ州ローウェル（Ｌｏｗｅｌｌ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）のスペシャルティ・マテリアルズ社（Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている。
【００５０】
窒化ホウ素繊維は、例えば、米国特許第３，４２９，７２２号明細書（エコノミー（Ｅｃｏｎｏｍｙ））および米国特許第５，７８０，１５４号明細書（オカノ（Ｏｋａｎｏ）ら）に記載されるように製造することができる。
【００５１】
例示的な炭素繊維は、例えば、２０００、４０００、５０００、および１２，０００本の繊維のトウにおいてジョージア州アルファレッタ（Ａｌｐｈａｒｅｔｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ）のＢＰアモコ・ケミカルズ（ＢＰ  Ａｍｏｃｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から商品名「ソーネル・カーボン（ＴＨＯＲＮＥＬ  ＣＡＲＢＯＮ）」で、コネチカット州スタンフォード（Ｓｔａｍｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）のヘクセル・コーポレーション（Ｈｅｘｃｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から、カリフォルニア州サクラメント（Ｓａｃｒａｍｅｎｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のグラフィル社（Ｇｒａｆｉｌ，Ｉｎｃ．）（三菱レイヨン社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｒａｙｏｎ  Ｃｏ．）の子会社）から、商品名「パイロフィル（ＰＹＲＯＦＩＬ）」で、日本国東京の東レ（Ｔｏｒａｙ）から、商品名「トレカ（ＴＯＲＡＹＣＡ）」で、日本の東邦レーヨン社（Ｔｏｈｏ  Ｒａｙｏｎ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ，Ｌｔｄ．）から商品名「ベスファイト（ＢＥＳＦＩＧＨＴ）」で、ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）のゾルテック・コーポレーション（Ｚｏｌｔｅｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から商品名「パネックス（ＰＡＮＥＸ）」および「パイロン（ＰＹＲＯＮ）」で、そしてニュージャージー州ワイコフ（Ｗｙｃｋｏｆｆ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）のインコ・スペシャル・プロダクツ（Ｉｎｃｏ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（ニッケル被覆された炭素繊維）から商品名「１２Ｋ２０」および「１２Ｋ５０」で市販されている。
【００５２】
例示的な黒鉛繊維は、例えば、１０００、３０００、および６０００本の繊維のトウにおいて、ジョージア州アルファレッタのＢＰアモコ（ＢＰ  Ａｍｏｃｏ）から商品名「Ｔ−３００」で市販されている。
【００５３】
例示的な炭化ケイ素繊維は、例えば、５００本の繊維のトウにおいて、カリフォルニア州サンディエゴ（Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のＣＯＩセラミックス（ＣＯＩ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）から商品名「ニカロン（ＮＩＣＡＬＯＮ）」で、日本の宇部興産（Ｕｂｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から商品名「チラノ（ＴＹＲＡＮＮＯ）」で、そしてミシガン州ミッドランド（Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）のダウ・コーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）から商品名「シルラミック（ＳＹＬＲＡＭＩＣ）」で市販されている。
【００５４】
市販されている実質的に連続的な繊維（例えば、セラミック酸化物繊維）は、通常、潤滑性を提供するため、およびハンドリング中に繊維ストランドを保護するために、その製造中に繊維に添加される有機サイジング材料を含む。サイジングは、例えば布地に加工する間に、繊維の破断、静電気、および粉塵の量を低減する傾向があると信じられる。サイジングは、除去することができる（例えば、溶解または焼失によって）。いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維は、水でサイジングされ（ｗａｔｅｒ−ｓｉｚｅｄ）得る。また、実質的に連続的な繊維上にその他のコーティングを有することも本発明の範囲内である。このようなコーティングを使用して、例えば、繊維の湿潤性を高める、および／または繊維と溶融金属マトリックス材料との間の反応を低減または防止することができる。コーティングおよびコーティングを提供するための技法は、繊維および金属マトリックス複合体技術分野において知られている。
【００５５】
例えば、加圧浸透鋳造、スクイズ鋳造、重力鋳造、インベストメント鋳造、または遠心鋳造を含む当該技術分野において既知の技法を用いて、モールド部品を使用して本発明に従うＭＭＣ物品を形成することができる。一般に、モールド部品は、モールドキャビティ内に位置決めされる。次に金属がモールドキャビティ内に導入される。いくつかの例示的な実施形態では、金属は固体片として導入され、これは次にその場で溶融される。いくつかの例示的な実施形態では、金属は溶融状態で導入される。通常、圧力を加えて（例えば、加圧ガス、重力、ピストン、および／または遠心力により）、溶融金属を実質的に連続的な繊維のプライに浸透させ、個々の繊維を封入し、金属マトリックス複合体領域を形成する。任意に、例えばモールドキャビティの形状に応じて、金属はモールド部品を包囲することができ、金属領域（すなわち、繊維のない領域）を形成する。いくらか存在すれば、最終ＭＭＣ物品は、金属マトリックス複合体領域および金属領域の両方を含む。いくつかの実施形態では、モールドキャビティは、ＭＭＣ物品の金属領域を最小限にするように選択され得る。
【００５６】
モールドキャビティは、例えばＭＭＣ物品の所望の形状に応じて、様々な形状のどれでも有することができる。いくつかの実施形態では、多段階鋳造方法を用いてＭＭＣ物品を形成することができる。ＭＭＣ物品の例示的な二段形成階方法は、モールド部品を第１のモールド内に配置することを含み、第１の金属が実質的に連続的な繊維のプライに浸透して、第１の金属マトリックス複合体領域と、任意に、第１の金属領域とを形成する。次に、モールド部品は、より大きいモールドキャビティを有する第２のモールドに移動され、第２の金属が施されて、第２の金属領域を形成する。いくつかの実施形態では、第１の金属と第２の金属とは同一である。
【００５７】
いくつかの実施形態では、２つよりも多いモールドおよび／または鋳造工程が使用される。いくつかの実施形態では、鋳造工程の合間に追加の繊維プライが導入されてもよい。いくつかの実施形態では、単一の鋳造工程中に、２つ以上の金属がモールドに導入されてもよい。各鋳造工程で使用される繊維および金属はいずれも独立して選択され、他の鋳造工程で使用される繊維および／または金属と同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００５８】
通常、金属マトリックス複合体の金属は、例えば、繊維の外側に保護コーティングを提供する必要性を排除するために、マトリックス材料が繊維材料と化学的に著しく反応しない（すなわち、繊維材料に関して、化学的に比較的不活性である）ように選択される。典型的な適切な金属の例としては、アルミニウム、鉄、チタン、ニッケル、コバルト、銅、スズ、マグネシウム、亜鉛、およびこれらの合金が挙げられる。いくつかの実施形態では、ＭＭＣ物品のための金属は、アルミニウム、マグネシウム、およびこれらの合金（例えば、アルミニウムと、マグネシウム、銅、ケイ素、クロム、およびこれらの組み合わせとの合金（例えば、少なくとも約９８重量パーセントのアルミニウムおよび約２重量パーセントまでの銅を含むアルミニウムおよび銅の合金））からなる群から選択することができる。いくつかの実施形態では、金属は、少なくとも９８重量パーセントのアルミニウム（いくつかの実施形態では、少なくとも９９重量パーセント、９９．９重量パーセント、または更に、９９．９５重量パーセントよりも多いアルミニウム）を含む。いくつかの実施形態では、有用な合金は、２００、３００、４００、７００、および／または６０００シリーズのアルミニウム合金である。より高純度の金属は、より高い引張り強さの細長い金属マトリックス複合物品を製造するために望ましい傾向があるが、純度の低い金属形態も有用である。
【００５９】
適切な金属は、市販されている。例えば、アルミニウムは、ペンシルベニア州ピッツバーグ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）のアルコア（Ａｌｃｏａ）から商品名「スーパー・ピュア・アルミニウム（ＳＵＰＥＲ  ＰＵＲＥ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ；９９．９９％Ａｌ」で入手可能である。アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−２重量パーセントのＣｕ（０．０３重量パーセントの不純物））は、例えば、ニューヨーク州ニューヨークのベルモント・メタルズ（Ｂｅｌｍｏｎｔ  Ｍｅｔａｌｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）から入手することができる。例えば、マグネシウムは、英国マンチェスターのマグネシウム・エレクトロン（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｅｌｅｋｔｒｏｎ，Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ，Ｅｎｇｌａｎｄ）から商品名「ピュア（ＰＵＲＥ）」で入手可能である。マグネシウム合金（例えば、ＷＥ４３Ａ、ＥＺ３３Ａ、ＡＺ８１Ａ、およびＺＥ４１Ａ）は、例えば、コロラド州デンバー（Ｄｅｎｖｅｒ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ）のＴＩＭＥＴから入手することができる。
【００６０】
図１Ｃを見ると、鋳造工程後、そして可溶性コア（図示せず）が除去されて内側主表面１２７が露出された後のＭＭＣ物品１２０が説明されている。ＭＭＣ物品１２０は、ＭＭＣ領域１２２および金属領域１２４を含む。一般に、ＭＭＣ領域は、実質的に連続的な繊維のプライと、これらのプライの繊維に浸透してこれを封入する金属とを含むが、金属領域は繊維を含まない。一般に、様々な既知の技法を使用して、コアを除去することができる。例えば、コアは、流体（例えば、液体（例えば、水）および／または気体（例えば、蒸気））中に溶解させて除去することができる。いくつかの実施形態では、例えば、コアは、溶媒（例えば、水および／または蒸気）の１つまたは複数の流れ（例えば、ジェット）を塩コアに向けて除去することができる。いくつかの実施形態では、溶媒は、機械的な作用を提供して可溶性コアを分解および除去するのに役立つ充填剤材料（例えば、塩および／または砂）を含有することができる。いくつかの実施形態では、例えば、コアは液体浴中で除去することができ、この際、ＭＭＣおよび可溶性コアは溶媒中に浸漬される。
【００６１】
いくつかの実施形態では、ＭＭＣ物品がまだ熱い間にコアを溶解することが望ましいであろう。いくつかの実施形態では、可溶性コア内へ、そして更にそこを通り抜ける通路（例えば、穴）を形成して、例えば、溶媒と接触するコアの表面積を増大させることが望ましいであろう。一般に、可溶性コア（例えば、可溶性材料および／または不溶性材料）を含む材料は、捕集および再利用される。
【００６２】
ＭＭＣ物品においてアンダーカット、ネジ山および／またはその他のパターンが所望される場合、１つまたは複数の研削および／または研磨工程を実施して、所望の形状を形成することができる。一般に、例えばダイアモンド研削を含む様々な既知の技法を用いて、所望の形状を形成することができる。
【００６３】
図１Ｄを参照すると、内側主表面１２７にネジ山１５０が形成されたＭＭＣ物品１３０が示されている。
【００６４】
図１Ｅを参照すると、ＭＭＣ物品１３０のネジ領域の拡大図が示されている。図１Ｅでは、ＭＭＣ物品１３０は、封入された繊維が示されるようにシャドーラインで示される。実質的に連続的な繊維の第１のプライ１０１は、主軸Ｍ1と９０°の角度を形成する。それに対して、らせん角Ｈ1を有するネジ山１５０、主軸Ｍ1と角度Ｇ1（すなわち、９０°−Ｈ1）を形成する。従って、第１のプライ１０１の繊維は、ネジ山１５０と位置合わせされない。また、内側表面１２７からＭＭＣ材料が除去されて（例えば、研削によって）、ネジ山１５０が形成されたときに、第１のプライ１０１内の個々の繊維１１１は切断されており、従って、ネジ山１５０内の繊維１１１はもはや実質的に連続的ではない。
【００６５】
図４Ａおよび図４Ｂを見ると、ネジ山のらせん角の定義が説明されている。図４Ａおよび図４Ｂは、外側のネジ山（すなわち、シリンダ外側表面のネジ山）を説明しているが、内側のネジ山（例えば、ネジ付きパイプ）を有する物品にも、らせん角、平均直径、ピッチ、およびリードに対して同一の定義が適用される。
【００６６】
ネジ山のらせん角は、ネジ山が巻きつくネジ付き物品の軸に垂直な線に対して測定される。図４Ａを参照すると、主軸Ｍ4のまわりにらせん状に巻きつく一条ネジ山４０５を有するネジ付き物品４００が示されている。ネジ付き物品４００は、長径Ｄ2、短径Ｄ1、および平均直径Ｄ3を有し、ここで、平均直径Ｄ3は、長径Ｄ2および短径Ｄ1の平均である。一条ネジ山では、ピッチＰ1（すなわち、隣接するネジ山の同様の地点の間の距離）は、リードＬ1（すなわち、ネジ付き物品４００にネジ留めされたナットが、一回のフルターンで回転された場合にネジ付き物品４００に沿って移動し得る距離）に等しい。一般に、らせん角のタンジェントは、リードをπ×平均直径の積で除した値に等しい。従って、らせん角Ｈ4は、
ｔａｎ（Ｈ4）＝Ｌ1／πＤ3
であると定義される。
【００６７】
らせん角Ｈ4は、一条ネジ山４００が巻きつくネジ付き物品４００の軸Ｍ4に垂直な線に対して定義されるので、軸Ｍ4に対する一条ネジ山４００の角度（すなわち、角度Ｇ4）は、９０°−Ｈ4に等しい。ゼロ度のらせん角を有するネジ山は、当該技術分野においてゼロ度のネジ山またはバットレス溝として知られており、このようなネジ山は、それが巻きつく物品の主軸に垂直であり得る。
【００６８】
図４Ｂを参照すると、平均直径がＤ4であり、第１のネジ山４１５および第２のネジ山４１６を含む二条ネジ山を有するネジ付き物品４１０が示されている。ネジ山４１５および４１６は、散在されている（すなわち、ネジ山４１５が広がるネジ付き物品４１０の領域は、ネジ山４１６が広がる領域と重なり合うが、ネジ山４１５および４１６は交差しない）。二条ネジ山では、リードＬ2は、ピッチＰ2の２倍に等しい。一条ネジ山と同様に、らせん角のタンジェントは、リードをπと平均直径の積で除した値に等しい。三条およびそれよりも高次のネジ山も可能である。
【００６９】
図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、本発明に従う例示的なＭＭＣ物品を製造するための第２の例示的な方法が示されている。一般に、所望のネジ山パターンに対応する溝を有する可溶性コアが作製される。実質的に連続的な繊維の第１のプライがコアに施され、溝内に配置され、溝と実質的に位置合わせされる。任意に、実質的に連続的な繊維の１つまたは複数の追加のプライが可溶性コアに施され、モールド部品が形成される。モールド部品は、モールド内に配置され、金属が繊維に浸透し、ＭＭＣ領域と、任意に金属領域とを形成する。任意に、同じ鋳造工程または次の鋳造工程で、１つまたは複数の追加のＭＭＣ領域および／または金属領域が形成されてもよい。モールドから取り外した後、可溶性コアが除去される（例えば、適切な溶媒（例えば、水および／または蒸気）で溶解することによって）。任意に、次に研削および／または研磨などの仕上げ工程が実行されてもよい。いくつかの実施形態では、ＭＭＣ物品は、ニアネットシェイプまたはネットシェイプであり、仕上げ工程の必要性が最小限にされるか、あるいは排除される。
【００７０】
より具体的には、図２Ａは、コア２００の表面２１５内に設けられた溝２０５を有する可溶性コア２００を説明する。コア２００は、主軸Ｍ2を有するシリンダとして示されているが、例えば、コアを用いて形成した結果得られるＭＭＣ物品または該物品の一部の所望のサイズおよび形状によって、様々なコア形状およびサイズのいずれかを使用することができる。同様に、コア２００は、コア２００の表面２１５内に設けられた溝２０５を有して示されているが、例えばコアを用いて形成されるＭＭＣ物品の所望の表面特徴物に応じて、適切なコアは、所望の隆起またはレリーフ構造が表面２１５上に形成されてもよい。一般に、コアの表面上の陥凹特徴物は、そのコアで形成されるＭＭＣ物品の表面上の隆起特徴物に対応するであろう。同様に、コアの表面上の隆起特徴物は、通常、ＭＭＣ物品の表面上の陥凹特徴物に対応するであろう。更に、溝２０５は矩形断面を有して示されているが、コア表面上の隆起または陥凹特徴物（例えば、溝）は、例えば、完成ＭＭＣ物品上に得られる特徴物の所望の断面に応じて、所望の断面（例えば、三角形、先端を切った三角形、およびＡＣＭＥネジ）を有することができる。
【００７１】
溝２０５は、らせん角Ｈ2を有するらせんである。一般に、らせん角は、ゼロ度〜９０度のいずれの角度でもよい。いくつかの実施形態では、可溶性コアに複数の溝が形成されてもよい。各溝のらせん角は、独立して選択することができる。いくつかの実施形態では、溝のらせん角は、実質的に同一（すなわち、各溝のらせん角は、複数の溝の平均らせん角の±５度（または±３度、あるいは更に±１度）の範囲内）である。いくつかの実施形態では、溝は散在される（すなわち、溝は、重なり合うことなく織り交ぜられる）。いくつかの実施形態では、第１の溝は可溶性コアの第１の領域に形成され、第２の溝は可溶性コアの第２の領域に形成される。
【００７２】
いくつかの実施形態では、溝２０５を有する可溶性コア２００は、当該技術分野で既知の技法（例えば、成形または鋳造）を用いて直接形成される。更に、または代替的に、可溶性コア２００は、形成技法（例えば、成形および／または鋳造）と既知の機械加工技法（例えば、研削および／または旋削）との組み合わせによって製造され得る。例えば、基本的な可溶性コアは、例えば、成形および／または鋳造技法によって形成することができる。そして、次の機械加工技法（例えば、研削）を用いて、基本的な可溶性コアを所望の最終形状（例えば、らせん状の溝を有するシリンダ）に変化させることができる。
【００７３】
更に、図２Ｂは、本発明のモールド部品の例示的な実施形態を説明する。モールド部品２１０は、可溶性コア２００に施された実質的に連続的な繊維の第１のプライ２０１を含む。第１のプライ２０１の繊維は溝２０５内に配置され、溝２０５と実質的に位置合わせされる。いくつかの実施形態では、第１のプライは、溝を実質的に充填する。いくつかの実施形態では、第１のプライのいくらかの繊維は、可溶性コアの表面２１５と実質的に同じ高さである。一般に、実質的に位置合わせされた繊維の使用は、繊維の間の空隙体積を低下させる。通常、空隙体積は約６０％未満（いくつかの実施形態では、約５０％未満、または更に約４０％未満）である。
【００７４】
次に、図２Ｃは、鋳造工程後、そして可溶性コアが除去された後の例示的なＭＭＣ物品２３０を説明する。ＭＭＣ物品２３０は、ＭＭＣ領域２２２および金属領域２２４を含む。ＭＭＣ領域２２２は、第１のプライ２０１（図示せず）と、第１のプライ２０１に浸透した第１の金属２４１を含む。いくつかの実施形態では、ＭＭＣ領域は、約６０体積％未満の金属（いくつかの実施形態では、約５０体積％未満の金属、または約４５体積％未満の金属、約４０体積％未満の金属、または更に約３５体積％未満の金属）を含む。
【００７５】
ＭＭＣ領域２２２は、内側主表面２２７上に配置されたネジ山２５０を含む。ネジ山２５０は、可溶性コア２００（図２Ｂに示される）の溝２０５（図２Ｂに示される）に対応する。金属領域２２４は、第２の金属２４２を含む。それぞれの金属（すなわち、第１の金属２４１および第２の金属２４２）は独立して選択され、同じ金属でも異なる金属でもよい。いくつかの実施形態では、ＭＭＣ領域および金属領域は、同一の鋳造作業で形成される。いくつかの実施形態では、ＭＭＣ領域および金属領域は、別々の鋳造作業で形成される。いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維の追加のプライは、鋳造工程の前に、可溶性コア２００に施すことができる。いくつかの実施形態では、ネジ山に隣接するＭＭＣ物品の領域は金属マトリックス複合体領域を含み得る。
【００７６】
図２Ｄを参照すると、ＭＭＣ物品２３０のネジ領域の拡大図が示されている。図２Ｄにおいて、ＭＭＣ物品２３０は、封入された繊維が示されるようにシャドーラインで示される。実質的に連続的な繊維の第１のプライ２０１は、ネジ山２５０と実質的に位置合わせされる。いくつかの実施形態では、ネジ山は、ＭＭＣ物品２３０を別の物品（例えば、第２のＭＭＣ物品、または金属物品）に取り付けるために使用することができる。
【００７７】
鋳造工程中に金属が全くまたは実質的に可溶性コアに浸透しなければ、ＭＭＣ物品は、使用できる状態にある。このような物品は、続いての研削工程などを必要としないので、「ネットシェイプ」であると説明される。望ましくない量の金属が可溶性コアに浸透すれば、ＭＭＣ物品の表面から金属を除去する必要があり得る（例えば研削によって）。このような物品は、「ニアネットシェイプ」と呼ばれる。いずれの場合も、ネジ山をＭＭＣ物品に機械加工する必要はない。通常、ニアネットシェイプまたはネットシェイプ物品のネジ山内に配置される繊維は、実質的に連続的である（すなわち、例えば研削によってこれらは切断されない）。
【００７８】
図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、本発明に従う例示的なＭＭＣ物品を製造するための第３の例示的な方法が示される。
【００７９】
図３Ａを参照すると、本発明に従うモールド部品のもう１つの例示的な実施形態が示される。モールド部品３１０は、実質的に連続的な繊維の第１のプライ３０１および実質的に連続的な繊維の第２のプライ３０２を有する可溶性コア３００を含む。第１のプライ３０１は、第１の溝３０５ａおよび第２の溝３０５ｂ内に配置され、これらは両方ともゼロ度のらせん角を有する。
【００８０】
第２のプライ３０２は可溶性コア３００を包み、プライ３０１と重なり合う（説明の目的で、第２のプライ３０２の一部は、第１のプライ３０１を現わすために除去されている）。第２のプライ３０２の繊維は、繊維の主軸が可溶性コア３００の主軸Ｍ3と角度Ａを形成するように位置合わせされる。角度Ａは、ゼロ度〜９０度の全てを含めた角度のいずれでもよい。いくつかの実施形態では、角度Ａは約ゼロ度である（すなわち、繊維は主軸Ｍ3と実質的に平行である）。いくつかの実施形態では、角度Ａは、約９０度である（すなわち、繊維は、主軸Ｍ3と実質的に垂直である（すなわち、可溶性コア３００を円周方向に包む））。いくつかの実施形態では、角度Ａは３０度〜６０度、または更に４０度〜５０度である。
【００８１】
いくつかの実施形態では、実質的に連続的な繊維の追加のプライが可溶性コアに施されてもよい。いくつかの実施形態では、追加のプライは、１つまたは複数の他のプライの全てまたは一部と重なり合ってもよい。いくつかの実施形態では、追加のプライは、可溶性コアと実質的に同一の広がりを有し得る。いくつかの実施形態では、プライは、コアの主表面の約９０％よりも大きい、または約９５％よりも大きい、または更に約９９％よりも大きい面積を被覆することができる。いくつかの実施形態では、追加のプライは、１つまたは複数の他のプライと当接することができる。各プライは、独立して、ゼロ度〜９０度の全てを含む角度のいずれかを主軸Ｍ3と形成することができる。
【００８２】
図３Ｂを見ると、第１のＭＭＣ領域３２２、第２のＭＭＣ領域３２３、および金属領域３２４を含む例示的なＭＭＣ物品３３０が示されている。それぞれ溝３０５ａおよび３０５ｂに対応する第１のネジ山３５０ａおよび第２のネジ山３５０ｂを含む第１のＭＭＣ領域３２２は、実質的に連続的な繊維の第１のプライ３０１（図示せず）と、第１のプライ３０１に浸透した第１の金属３４１とを含む。同様に、第２のＭＭＣ領域３２３は、第２のプライ３０２（図示せず）と、第２のプライ３０２に浸透した第２の金属３４２とを含む。最後に、金属領域３２４は、第３の金属３４３を含む。各金属（すなわち、第１の金属３４１、第２の金属３４２、および第３の金属３４３）は独立して選択され、各金属は、ＭＭＣ物品３１０を製造するために使用される１つまたは複数の他の金属と同一でも異なっていてもよい。
【００８３】
図３Ｃを参照すると、ＭＭＣ物品３３０のネジ領域の拡大図が示される。図３Ｃにおいて、ＭＭＣ物品３３０は、封入された繊維が示されるようにシャドーラインによって示される。実質的に連続的な繊維の第１のプライ３０１は、ネジ山３５０ａと位置合わせされる。実質的に連続的な繊維の第２のプライ３０２は、主軸Ｍ3と角度Ａで位置合わせされる。一般に、第１のプライ３０１内の繊維は切断されておらず、ネジ山３５０ａ内で実質的に連続的なままである。
【００８４】
いくつかの実施形態では、金属領域は、例えばモールドキャビティの選択によって最小限にされるか、あるいは更に、排除される。いくつかの実施形態では、追加のＭＭＣおよび／または金属領域が形成されてもよい。各領域では、実質的に連続的な繊維および／または金属は、独立して選択される。各領域は、１つまたは複数の他の領域と同一または異なる鋳造作業において形成することができる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、本発明のＭＭＣ物品は、例えば、連結発射体管、アクチュエータ部品（例えば、プッシュプル装置）、ねじり棒または部材、石油掘削管材、構造部材（例えば、宇宙船および／または航空機の管材）、および機械的な動力伝達要素として使用することができる。
【００８６】
以下の特定の、しかし非限定的な実施例は、本発明を説明するのに役立つであろう。この実施例では、全ての割合は、特に断りのない限りは重量部である。
【実施例】
【００８７】
工業用旋盤（ナルディーニ・レーズ（Ｎａｒｄｉｎｉ  Ｌａｔｈｅ）、モデルＮｏ．ＴＴ１２３０Ｅ、テキサス州ダラスのマクダウエル・マシーナリー（ＭｃＤｏｗｅｌｌ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｄａｌｌａｓ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能）を用いて、２２．７キログラム（５０ポンド）の塩ブロック（カンザス州オーバーランドパークのノース・アメリカン・ソルト社（Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓａｌｔ  Ｃｏ．，Ｏｖｅｒｌａｎｄ  Ｐａｒｋ，Ｋａｎｓａｓ）から入手可能）を、その元の寸法（約２２センチメートル（ｃｍ）（８．５インチ（ｉｎ．））×２２ｃｍ（８．５インチ）×２５ｃｍ（１０インチ））から、シリンダ（長さ７ｃｍ（２．８８インチ）×直径８ｃｍ（３．２５インチ））に従来どおりに機械加工した。塩のシリンダの全長を更に機械加工して、０．４３ｃｍ（０．１７ｉｎ）のピッチおよび０．２５ｃｍ（０．１０ｉｎ）の深さ、１センチメートルあたり２．３個のネジ山（１インチあたり５．９個のネジ山）を有する右回りのＡＣＭＥネジに対応する溝を有するネガティブな鋳造モールドを製造した。
【００８８】
ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手可能な水でサイジングされたアルミナロービング材料「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０ロービング材料」の形の実質的に連続的な繊維を、溝と位置合わせして、溝が実質的に充満されるまで溝内に巻きつけた。ロービング内の個々の繊維の直径は、１０〜１２マイクロメートルであった。１５００デニールおよび３０００デニール（９０００メートルあたりのグラム数）の両方のロービングを用いた。溝の約５０体積％を繊維で充填し、残りの５０％を繊維間の空間で満たした。
【００８９】
次に、２５０マイクロメートル（０．０１０インチ）厚さのプリプレグ材料のプライをシリンダの表面に施した。６０体積パーセントのα−アルミナ繊維（３Ｍカンパニーから商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）６１０」で入手可能、１０，０００デニール）と、４０体積パーセントの樹脂（テキサス州ヒューストンのレゾリューション・パフォーマンス・プロダクツ（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から商品名「エポン（ＥＰＯＮ）８２８」で得られる）とを含むプリプレグ材料は、カリフォルニア州ポーウェイのアルディラ社（Ａｌｄｉｌａ  Ｃｏｒｐ，Ｐｏｗａｙ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって製造された。シリンダに施す際、プリプレグ材料の第１のプライの繊維は、シリンダの主軸と実質的に位置合わせした。プリプレグ材料の第２のプライの繊維は、シリンダの主軸に垂直（すなわち、プリプレグ材料の第１のプライの繊維に垂直）に位置合わせした。シリンダの外径が９．９ｃｍ（３．９インチ）になるまで、プリプレグ材料の追加のプライを交互に方向付けて（すなわち、シリンダの主軸に平行および垂直）施した。次に、ロービング材料の繊維をシリンダの主軸に垂直に位置合わせして、ロービング材料（「ネクステル６１０ロービング材料」）の最終プライをプリプレグ材料の外側プライ上に円周方向に巻きつけ、完全に形成されたモールド部品を得た。
【００９０】
このモールド部品を、５００℃に予熱した抵抗加熱オーブン（ネーバーサーム（ＮＡＢＥＲＴＨＥＲＭ）モデルＮ４１、デラウェア州ニューカッスルのネーバーサーム（Ｎａｂｅｒｔｈｅｒｍ，Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）から得られる）内に配置した。温度を１０時間５００℃に保持し、次に、オーブンを消した。室温まで冷却してからコアをオーブンから取り出し、モールドセンタリング機構を、コアの中央の直径１．３ｃｍ（０．５インチ）の穴に挿入した。黒鉛るつぼ（長さ２０ｃｍ（８インチ）×直径１０ｃｍ（４インチ）、ペンシルベニア州トップテンのグラファイト・マシーニング社（Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．，Ｔｏｐｔｅｎ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から入手可能）の底部にコアを配置した。約２，２００グラムのアルミニウム合金（ニューヨーク州ニューヨークのベルモント・メタルズ（Ｂｅｌｍｏｎｔ  Ｍｅｔａｌｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）から得られるＡｌ−６０６１誘導体）の固体片を鋳造アセンブリの上部に配置し、アルミニウム片内に布で包んだＪ型熱電対を挿入した。Ａｌ−６０６１誘導体は、Ｍｇ：０．８〜１．２％と、Ｆｅ：最大（ｍａｘ．）０．０４％と、Ｓｉ：０．４〜０．８％と、その他：最大０．０５％（それぞれ）、最大０．１５％（合計）とを含み、残りは純粋なアルミニウムであった。
【００９１】
長さ９１．４ｃｍ（３６インチ）×直径１７．８ｃｍ（７インチ）の加圧容器（ニューハンプシャー州プレイストーのプロセス・エンジニアリング社（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．，Ｐｌａｉｓｔｏｗ，Ｎｅｗ  Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ）から得られる）内にるつぼアセンブリを配置した。加圧容器を密封し、２０パスカル（１５０ミリトル）まで真空に引き、鋳造アセンブリを半径方向に包囲する従来の抵抗ヒーターを用いてチャンバを約７２０℃まで加熱した。アルミニウム合金が約６９０℃の温度に到達したことを熱電対が示したら、ヒーターを消し、真空バルブを閉鎖し、加圧容器の内部を９ＭＰａ（１３００ｐｓｉ）まで加圧して、溶融金属を実質的に連続的な繊維のプライに浸透させた。
【００９２】
周囲温度まで冷却したら、加圧容器を開き、鋳造コアおよび鋳造ＭＭＣ物品を加圧容器から取り出した。鋳造コアおよびＭＭＣ物品の上部にある過剰のアルミニウムを、帯鋸を用いて除去した。残りのアセンブリに、塩のほとんどが溶解するまで（約３０分）蛇口の熱湯（約６０℃）を流した。次に、アセンブリを液圧プレス内に置き、残りの塩コアおよび塩コアに浸透したアルミニウムを除去した。
【００９３】
得られた鋳造ＭＭＣ物品は、塩コア内の溝に対応する右回りのネジ山を有し、実質的に連続的な繊維は、ネジ山と実質的に位置合わせされた。
【００９４】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１Ａ】本発明に従う金属マトリックス複合物品の実施形態の製造において有用な例示的な可溶性コアを説明する斜視図である。
【図１Ｂ】多数の繊維プライで包まれた図１Ａの可溶性コアを含む、本発明に従う例示的なモールド部品を説明する斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｂのモールド部品を用いて鋳造され、可溶性コアが除去された後の本発明に従う例示的な金属マトリックス複合物品を説明する斜視図である。
【図１Ｄ】金属マトリックス複合物品の内側主表面にネジ山を機械加工した後の図１Ｃの金属マトリックス複合物品の切欠図である。
【図１Ｅ】図１Ｄの金属マトリックス複合物品のネジ領域の拡大図を説明する断面図である。
【図２Ａ】本発明に従う金属マトリックス複合物品の実施形態の製造において有用な第２の例示的な可溶性コアであって、その主表面にらせん状の溝を有する可溶性コアの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの可溶性コアのまわりに巻かれた繊維を含む本発明に従う第２の例示的なモールド部品であって、繊維はらせん状の溝と位置合わせされているモールド部品の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｂのモールド部品を用いて鋳造され、可溶性コアが除去された後の本発明に従う例示的な金属マトリックス複合物品を説明する斜視図である。
【図２Ｄ】図２Ｃの金属マトリックス複合物品のネジ領域の拡大図である。
【図３Ａ】本発明に従う金属マトリックス複合物品の実施形態の製造において有用な第３の例示的なモールド部品であって、可溶性コアがその主表面に形成された一連の溝を有するモールド部品の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａのモールド部品を用いて鋳造され、可溶性コアが除去された後の本発明に従う第３の例示的な金属マトリックス複合物品を説明する斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの金属マトリックス複合物品のネジ領域の拡大図である。
【図４Ａ】単一のネジ山を有する例示的なネジ付き物品を説明する側面図である。
【図４Ｂ】同一のらせん角を有する複数の散在されたネジ山を有する例示的なネジ付き物品を説明する側面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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