(57)【要約】【課題】所望の摺動特性を維持できる摺動寿命を延長でき得る金属複合材、および該金属複合材の製造方法を提案する。【解決手段】金属の溶湯６を鋳造してなる金属複合材１０であって、その外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３を露出形成したものであるから、該外表面のホウ酸アルミニウム粒子３内に油脂が侵入して保持し、摺動に伴って該油脂が滲み出る。これにより、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命が著しく延びる。この金属複合材１０は、シリカゾル４とアルミナゾル５とを水溶液中で混合することにより、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とがホウ酸アルミニウム粒子３を被覆し、これを焼結したプリフォームから成形することができる。【選択図】図５
2008019484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の溶湯を鋳造することにより成形された、該金属母材と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とが結合されてなる金属複合材において、
外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成されたものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が焼結されてなるプリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸して成形されたものである請求項１に記載の金属複合材。
【請求項３】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が金属母材内に分散され、外表面を研磨することにより、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が外表面に露出形成されたものである請求項１又は請求項２に記載の金属複合材。
【請求項４】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３〜１００μｍである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属複合材。
【請求項５】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、負に帯電したシリカ粒子を有するシリカゾルと、正に帯電したアルミナ粒子を有するアルミナゾルとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、
該予備混合体を所定温度で焼結して、プリフォームを成形する焼結工程と、
該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、
金属との結合後に、外表面を研磨する研磨工程と
を備えたことを特徴とする金属複合材の製造方法。
【請求項６】
混合工程で混合するシリカゾルが、その含有するシリカ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにすると共に、混合工程で混合するアルミナゾルが、その含有するアルミナ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにしたものである請求項５に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項７】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、正に帯電した電解質を有するカチオン性電解質溶液と、負に帯電した粒径４０〜２００ｎｍのシリカ粒子を有するシリカゾルとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、
該予備混合体を所定温度で焼結して、プリフォームを成形する焼結工程と、
該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、
金属との結合後に、外表面を研磨する研磨工程と
を備えたことを特徴とする金属複合材の製造方法。
【請求項８】
混合工程で、カチオン性電解質溶液を、シリカゾルとの混合後に水素イオン濃度ｐＨが４．５以上かつ８．０以下となるように混合したことを特徴とする請求項７に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項９】
混合工程で混合するシリカゾルが、その含有するシリカ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにしたものである請求項７又は請求項８に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１０】
混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３〜１００μｍである請求項５乃至請求項９のいずれかに記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１１】
混合工程で、高分子凝集剤を添加するようにした請求項５乃至請求項１０のいずれかに記載の金属複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の金属母材と、ホウ酸アルミニウム粒子とを結合してなる金属複合材、およびこの金属複合材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車には、燃費や走安性等を向上させるために、軽量化、高耐久性、低熱膨張性等に優れるアルミニウム等の軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。特に、エンジン部品等のように使用環境が厳しいものには、軽金属とセラミックス等の強化材とを複合化した金属複合材が適用されており、さらなる軽量化と高耐久性等とを発揮できるようにしている。
【０００３】
この金属複合材の製造方法としては、金属やセラミックの短繊維や粒子等の強化材を焼結して所定形状のプリフォームを成形し、このプリフォームにダイカスト成形等により金属の溶湯を加圧含浸する方法が知られている。ここで、プリフォームを成形する場合には、焼結前に、アルミナゾル等の無機バインダーを混入することが一般的である。この無機バインダーは、焼結時に、ゲル化して結晶化することによって強化材同士を結合するものである。
【０００４】
そして、プリフォームは、金属の溶湯を加圧含浸する時に、その加圧力によって変形したり壊れたりすることを防ぐために、セラミック短繊維やセラミック粒子等の強化材から成形されている。例えば、特許文献１にあっては、アルミナ短繊維とホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してプリフォームを成形し、このプリフォームにアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸することにより成形したアルミニウム複合材が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６３２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した金属複合材は、軽量化と優れた耐久性を有するものであるから、エンジンを構成するシリンダやピストン等の所謂摺動部材にも適用されている。このような摺動部材は、その駆動に伴って繰り返し摺動するものであるから、所望の摺動特性を長期に亘って維持する寿命（以下、摺動寿命という）が必要である。そのため、摺動部材を構成する金属複合材には、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命のさらなる向上が求められている。
【０００７】
本発明は、優れた摺動特性を長期に亘って維持し得る金属複合材、および該金属複合材の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、金属の溶湯を鋳造することにより成形された、該金属母材と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とが結合されてなる金属複合材において、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成されたものであることを特徴とする金属複合材である。
【０００９】
ここで、上述したピストンやシリンダ等の摺動部材は、一般的に、所定の潤滑油脂中で摺動するようにしている。そのため、摺動部材としての実状に即した場合に、金属複合材は、所定の潤滑油脂中で、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命が向上するものであれば良い。これに基づき発明者らが鋭意研鑽した結果、本発明の構成に到達したのである。
【００１０】
発明者らは、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、この空孔内へ油脂を吸入し易く、かつ該空孔内で油脂を保持する性質を有していることを突き止めた。ところが、上述したように、金属母材と強化材とから構成される金属複合材は、金属の溶湯を鋳造することにより成形されるものであるから、この鋳造時に、金属の溶湯がホウ酸アルミニウム粒子内に侵入してしまうため、その空孔が埋まり、油脂を吸入する性質を発揮できなくなっていた。そして、従来の、ホウ酸アルミニウム粒子を用いた構成では、該ホウ酸アルミニウム粒子が強度や硬さの向上を目的として用いられているだけであった。これに対して、本発明は、金属の溶湯を鋳造して形成される金属複合材にあっても、その外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子内に油脂を吸収できるようにしたのである。
【００１１】
かかる構成にあっては、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子内に、その空孔から入った油脂を保持することができる。この金属複合材により形成されたピストンやシリンダ等の摺動部材は、潤滑油脂中に配されることにより、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の空孔内へ該潤滑油脂が入って保持される。そして、摺動に伴って徐々に潤滑油脂が滲み出る。そのため、長期間に亘って摺動を繰り返しても、ホウ酸アルミニウム粒子内から徐々に滲み出た潤滑油脂によって、外表面の摩耗を抑制することができるから、所望の摺動特性を維持することができ、その摺動寿命が著しく延びる。ここで、長期に亘って摺動を繰り返すと、潤滑油脂が徐々に劣化していくが、ホウ酸アルミニウム粒子内から劣化していない潤滑油脂が徐々に滲み出てくることによって、所望の摺動特性を維持することが可能となる。
【００１２】
さらに、本構成の金属複合材では、ホウ酸アルミニウム粒子が露出した外表面に、予め所定の潤滑油脂を塗布することによって、該潤滑油脂がホウ酸アルミニウム粒子内に入って保持される。このように潤滑油脂を外表面に塗布することによっても、上述と同様に摺動寿命を安定して向上することができ得る。また、このように潤滑油脂を予め保持しておくことによって、該潤滑油脂を比較的多量に用いることができないところにも適用できる。さらにまた、ホウ酸アルミニウム粒子内に保持できる油脂量は、比較的少量であるため、ほとんど潤滑油脂を用いないところにも適用して、摺動寿命を延長できる。ここで、これら場合には、ホウ酸アルミニウム粒子内から滲み出た潤滑油脂が外表面に膜状に形成される。この外表面に生成された潤滑油脂の油膜により、外表面の耐摩耗性が向上するため、摺動寿命が延び、耐久性が著しく向上する。
【００１３】
このような金属複合材にあっては、摺動部材を構成する場合には少なくともその摺動表面となる特定の外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成したものとすれば、上記した作用効果を発揮することが可能である。
【００１４】
上述した金属複合材にあって、 多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が焼結されてなるプリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸して成形されたものである構成が提案される。
【００１５】
ここで、プリフォームは、強化材を焼結して所定形状に形成されるものであり、所定の金型内に配置されて、金属の溶湯が加圧含浸される。そのため、上述したように従来の構成では、ホウ酸アルミニウム粒子の空孔に、金属の溶湯が侵入しているため、潤滑油脂が入り込めなくなっている。
【００１６】
本構成は、プリフォームから成形される金属複合材にあっても、その外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成したものであることから、上述した本発明の作用効果を発揮でき得る。
【００１７】
また、プリフォームから成形される金属複合材にあっては、上述したように、エンジンのピストンやシリンダなどの比較的使用環境の厳しい摺動部材に適用されているものである。したがって、摺動寿命が延びて耐久性が向上することにより、摺動部材のさらなる軽量化や強度向上への発展が期待でき得る。
【００１８】
上述した金属複合材にあって、 多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が金属母材内に分散され、外表面を研磨することにより、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が外表面に露出形成されたものである構成が提案される。
【００１９】
かかる構成にあっては、外表面を研磨することにより、この外表面に、該研磨により多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が、露出するようにしたものである。そして、この金属複合材により上述した摺動部材を構成した場合に、外表面を研磨することによって、この外表面を所望の形状の摺動表面として形成することができる。
【００２０】
ここで、研磨としては、切削刃や砥石等による機械研磨、薬品等による化学研磨、該機械研磨と化学研磨の組み合わせる等、様々な研磨方法を用い得る。また、本構成の研磨には、前記した機械研磨や化学研磨のように、研磨する工程を単独で行う場合だけでなく、外表面を所定の寸法形状に加工して整える機械加工をも含むものとする。尚、この機械加工では、比較的高い精度で外表面の寸法形状を整えることができるように、例えば、ダイヤモンドチップなどの切削刃を用いることが好適である。
【００２１】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３〜１００μｍである構成が提案される。
【００２２】
ここで、ホウ酸アルミニウム粒子としては、その粒径が大きくなるに従って、空孔の孔径が大きくなる傾向にあると共に、該空孔の個数も多くなる。かかる粒径のホウ酸アルミニウム粒子により、油脂を充分かつ安定的に吸入して保持することができ得る。したがって、上述した本発明の作用効果を、安定的に発揮することができ得る。
【００２３】
このホウ酸アルミニウム粒子としては、粒径が３μｍより小さいと、空孔の孔径が小さくなりすぎてしまい、油脂の吸入性が低下すると共に、空孔の個数も少なくなるため、吸入保持できる油脂量が安定し難くなる。
【００２４】
また、ホウ酸アルミニウム粒子は、比較的硬いものであるから、粒径が大きくなるに従って、硬さ（強度）も向上するから、摺動する場合に、摺動相手材を傷つけ易くなる。そのため、粒径が１００μｍより小さいものとしている。ここで、粒径が１００μｍより大きくなると、上記した研磨する構成にあって、切削刃や砥石を傷つけ易く、適正な研磨を行い難くなる。
【００２５】
尚、ホウ酸アルミニウム粒子の粒径としては、上記した作用を一層良好に発揮し得るように、１０〜６０μｍとした構成が好適に用い得る。
【００２６】
一方、上述した金属複合材を製造するため製造方法として、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、負に帯電したシリカ粒子を有するシリカゾルと、正に帯電したアルミナ粒子を有するアルミナゾルとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、該予備混合体を所定温度で焼結して、プリフォームを成形する焼結工程と、該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、金属との結合後に、外表面を研磨する研磨工程とを備えたことを特徴とする金属複合材の製造方法である。ここで、シリカゾルは、コロイド溶液であり、コロイド状のシリカ粒子が液相（溶媒）に分散している水溶液である。同様に、アルミナゾルは、コロイド状のアルミナ粒子が液相に分散しているコロイド溶液である。
【００２７】
かかる方法は、強化材を焼結して成形したプリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより金属複合材を製造する方法にあって、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成した金属複合材を得ることができる。
【００２８】
本方法の混合工程では、負に帯電したシリカ粒子を有するシリカゾルと正に帯電したアルミナ粒子を有するアルミナゾルとを混ぜることによって、互いに電荷のやり取りをし、電気的に中性となった（電荷を失った）シリカ粒子と、同じく電気的に中性となったアルミナ粒子とを生じる。これら電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とが、水溶液内で、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集する。これにより、ホウ酸アルミニウム粒子が被覆され、その空孔を塞ぐこととなる。ここで、アルミナ粒子は凝集作用を有していることから、シリカ粒子と共に、ホウ酸アルミニウム粒子に凝集し易くなっている。そして、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集したシリカ粒子が、主に該表面を覆い隠す隠蔽作用を発揮する。このように、混合工程で生成された混合水溶液は、ホウ酸アルミニウム粒子が、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とによって被覆された状態で存在するものとなる。
【００２９】
この混合水溶液から、脱水工程、焼結工程を経てプリフォームを形成する。このプリフォームでは、そのホウ酸アルミニウム粒子が、シリカ粒子とアルミナ粒子とに被覆された状態となる。そのため、溶湯含浸工程で、金属の溶湯を加圧含浸しても、該溶湯がホウ酸アルミニウム粒子内へ侵入することを防ぐことができる。そして、溶湯含浸工程後のホウ酸アルミニウム粒子は、その内部に空孔が保たれたままとなる。
【００３０】
次の研磨工程で、外表面を研磨することによって、該外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子は、その露出した部分を被覆していたシリカ粒子とアルミナ粒子とが取り除かれて、多孔質状に維持された状態で存在する。すなわち、研磨工程後には、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成されている。
【００３１】
このように、本方法によれば、上述した本発明の金属複合材を製造することができる。そして、この金属複合材は、上述した本発明の作用効果を発揮し得るものである。
【００３２】
尚、研磨工程にあっては、上述した機械研磨、化学研磨のいずれを用いることも可能である。
【００３３】
また、上記したシリカゾルは、正に帯電したシリカ粒子を有するものであるから、一般的にアルカリ性の水溶液であり、アルミナゾルは、負に帯電したアルミナ粒子を有するものであるから、一般的に酸性の水溶液である。そのため、シリカゾルとアルミナゾルとを、混合することによって中和するように調整した方法が好適に用い得る。この方法では、シリカゾルとアルミナゾルとを混合して中和した状態で、各々に含まれるシリカ粒子とアルミナ粒子とのほとんどが電気的に中性となる。すなわち、混合した水溶液が中和したことにより、上述したように、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とが、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集したと判断することができる。これにより、製造現場にあって、中和した否かを調べることで、シリカ粒子とアルミナ粒子とがホウ酸アルミニウム粒子を被覆したことを、定量的に管理することができる。ここで、中和の判断として、水素イオン濃度ｐＨが５．５〜８．５の範囲となることを判断基準とする方法が好ましい。
【００３４】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で混合するシリカゾルが、その含有するシリカ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにすると共に、混合工程で混合するアルミナゾルが、その含有するアルミナ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにしたものであるとした方法が提案される。
【００３５】
かかる方法にあっては、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とによって、ホウ酸アルミニウム粒子の表面全体を充分に被覆することができるようにしている。これにより、溶湯含浸工程で、ホウ酸アルミニウム粒子の内部に金属の溶湯が侵入することを確実に防ぐことができる。
【００３６】
尚、シリカ粒子、アルミナ粒子の各総重量が、重量比０．０１より小さいと、ホウ酸アルミニウム粒子の表面を充分に被覆できず、被覆できない部位に在る空孔から金属溶湯が侵入することとなり得る。また、重量比０．３０より大きいと、ホウ酸アルミニウム粒子への付着量が過多となり、プリフォームの空隙を狭くすることとなる。そのため、上述したように、金属の溶湯の含浸性が低下してしまい、金属複合材として所望の特性を発揮し難くなる。
【００３７】
また、上記したシリカ粒子とアルミナ粒子とのそれぞれの総重量としては、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０３以上かつ０．１５以下の重量比とすることが好適であり、上述した作用効果を一層適正に発揮し得る。
【００３８】
一方、上述した金属複合材を製造する別の製造方法として、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、正に帯電した電解質を有するカチオン性電解質溶液と、負に帯電した粒径４０〜２００ｎｍのシリカ粒子を有するシリカゾルとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、該予備混合体を所定温度で焼結して、プリフォームを成形する焼結工程と、該プリフォームに、金属の溶湯を加圧鋳造により含浸させる溶湯含浸工程と、金属との結合後に、外表面を研磨する研磨工程とを備えたことを特徴とする製造方法である。
【００３９】
かかる方法にあっては、混合工程で、カチオン性電解質溶液とシリカゾルとを混ぜることによって互いに電荷のやり取りをして、電気的に中性となった（電荷を失った）シリカ粒子が生じる。この電気的に中性となったシリカ粒子は、水溶液内で、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集する。これにより、ホウ酸アルミニウム粒子が被覆され、その空孔を塞ぐこととなる。このように、混合工程で生成された混合水溶液は、ホウ酸アルミニウム粒子が、電気的に中性となったシリカ粒子によって被覆された状態で存在するものとなる。
【００４０】
そして、この混合水溶液から形成したプリフォームは、そのホウ酸アルミニウム粒子が、シリカ粒子とアルミナ粒子とに被覆された状態のものとなる。そのため、溶湯含浸工程で、金属の溶湯を加圧含浸しても、該溶湯がホウ酸アルミニウム粒子内へ侵入することを防ぐことができ、該ホウ酸アルミニウム粒子は、その内部に空孔が保たれたままとなる。
【００４１】
次の研磨工程で、外表面を研磨することによって、該外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の、その露出した部分を被覆していたシリカ粒子が取り除かれる。したがって、研磨工程後には、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成される。
【００４２】
このように、本方法によっても、上述した本発明の金属複合材を製造することができる。そして、この金属複合材は、上述した本発明の作用効果を発揮し得るものである。
【００４３】
本方法にあって、シリカゾルは、そのシリカ粒子がその粒径を４０〜２００ｎｍの範囲のものを用いることにより、該シリカ粒子が電気的に中性となった場合に、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集して充分に覆うことができる。ここで、シリカ粒子は、粒径が小さくなるに従って、凝集性が低下するため、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に付着し難くなる。そして、粒径が４０ｎｍより小さいと、ホウ酸アルミニウム粒子をほとんど被覆できなくなる。また、シリカ粒子は、その粒径が大きくなるに従って、プリフォームの空隙を狭くすることとなる。そして、粒径が２００ｎｍより大きいと、プリフォームの空隙を塞いでしまう傾向が顕著となるため、溶湯含浸工程で、金属の溶湯の含浸性が低下してしまい、金属複合材として所望の特性を発揮し難くなる。
【００４４】
尚、このシリカゾルは、シリカ粒子がその粒径を７０〜１２０ｎｍであるものが好適に用い得る。この粒径のシリカ粒子は、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集して、全表面を充分に被覆する効果に優れている。そのため、金属の溶湯が侵入することを、確実かつ安定して防ぐことができ得る。
【００４５】
尚、本製造方法にあって、正に帯電した電解質を有するカチオン性電解質溶液としては、酢酸水溶液や塩酸水溶液などのように酸性の水溶液が好適に用い得る。このような水溶液では、正に帯電した水素イオンが、負に帯電したシリカ粒子と電荷のやり取りをして、該シリカ粒子を電気的に中性とする。
【００４６】
また、研磨工程にあっては、上述した機械研磨、化学研磨のいずれを用いることも可能である。
【００４７】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で、カチオン性電解質溶液を、シリカゾルとの混合後に水素イオン濃度ｐＨが４．５以上かつ８．０以下となるように混合した方法が提案される。
【００４８】
ここで、シリカゾルは、負に帯電したシリカ粒子を有するものであるから、一般的にアルカリ性の水溶液であり、カチオン性電解質溶液は、正に帯電した電解質を有するものであるから、一般的に酸性の水溶液である。そのため、両者を混合して中和することにより、シリカゾルに含まれるシリカ粒子のほとんどが、電気的に中性となり、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集する。このように、カチオン性電解質溶液の添加量を、シリカゾルとの混合後に中和するように調整することによって、該シリカゾルに含まれるシリカ粒子を、ホウ酸アルミニウム粒子を被覆することに効率的に用いることができる。
【００４９】
また、本方法では、カチオン性電解質溶液とシリカゾルとを混合した場合に、水素イオン濃度ｐＨが４．５以上かつ８．０以下となったことを調べることによって、電気的に中性となったシリカ粒子がホウ酸アルミニウム粒子を被覆したと判断することができる。これにより、製造現場にあって、中和した否かを調べることで、シリカ粒子とアルミナ粒子とがホウ酸アルミニウム粒子を被覆したことを、定量的に管理することができる。
【００５０】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で混合するシリカゾルが、その含有するシリカ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにしたものである方法が提案される。
【００５１】
かかる方法にあっては、電気的に中性となったシリカ粒子によって、ホウ酸アルミニウム粒子の表面全体を充分に被覆することができるようにしている。これにより、溶湯含浸工程で、ホウ酸アルミニウム粒子の内部に金属の溶湯が侵入することを確実に防ぐことができる。
【００５２】
尚、シリカ粒子の各総重量が、重量比０．０１より小さいと、ホウ酸アルミニウム粒子の表面を充分に被覆できず、被覆できない部位に在る空孔から金属溶湯が侵入することとなり得る。また、重量比０．３０より大きいと、ホウ酸アルミニウム粒子への付着量が過多となり、プリフォームの空隙を狭くすることとなる。そのため、上述したように、金属の溶湯の含浸性が低下してしまい、金属複合材として所望の特性を発揮し難くなる。
【００５３】
また、上記したシリカ粒子の総重量としては、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０３以上かつ０．１５以下の重量比とすることが好適であり、上述した作用効果を一層適正に発揮し得る。
【００５４】
上述した二種類の金属複合材の製造方法にあって、混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３〜１００μｍであるとした方法が提案される。
【００５５】
ここで、ホウ酸アルミニウム粒子としては、その粒径が大きくなるに従って、空孔の孔径が大きくなる傾向にあると共に、該空孔の個数も多くなる。かかる粒径のホウ酸アルミニウム粒子により、油脂を充分かつ安定的に吸入して保持することができ得る。したがって、上述した本発明の作用効果を、安定的に発揮することができ得る。
【００５６】
このホウ酸アルミニウム粒子としては、粒径が３μｍより小さいと、空孔の孔径が小さくなりすぎてしまい、油脂の吸入性が低下すると共に、空孔の個数も少なくなるため、吸入保持できる油脂量が安定し難い。
【００５７】
また、ホウ酸アルミニウム粒子は、比較的硬いものであるから、粒径が大きくなるに従って、硬さ（強度）も向上するため、摺動する場合に、摺動相手材を傷つけ易くなる。そのため、粒径が１００μｍより小さいものとしている。ここで、粒径が１００μｍより大きくなると、上記した研磨する構成にあって、切削刃や砥石を傷つけ易く、適正な研磨を行い難くなる。さらに、切削刃や砥石を比較的短期間で交換することが必要となるため、製造費用が増大するという不利益も生じる。
【００５８】
尚、ホウ酸アルミニウム粒子の粒径としては、上記した作用を一層良好に発揮し得るように、１０〜６０μｍとした構成が好適に用い得る。
【００５９】
一方、上述した二種類の金属複合材の製造方法にあって、混合工程で、高分子凝集剤を添加するようにした方法が提案される。
【００６０】
かかる方法にあっては、高分子凝集剤を添加することにより、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子、又は電気的に中性となったシリカ粒子が、ホウ酸アルミニウム粒子の表面に、充分な接着力により付着した状態で保持できるようにしている。これにより、混合工程から焼結工程までの各工程間の移送中で、ホウ酸アルミニウム粒子は、その被覆された状態のままで確実かつ安定して保持され得る。そのため、焼結後のプリフォームでは、ホウ酸アルミニウム粒子が被覆されたままの状態で存在する。したがって、溶湯含浸工程で、金属の溶湯が侵入することを防ぐ効果が一層高まる。
【００６１】
ここで、高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミドを用いることが好適である。
【発明の効果】
【００６２】
本発明は、金属の溶湯を鋳造することにより成形された、該金属母材と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とが結合されてなる金属複合材において、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成されたものであるから、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に、油脂を吸入して保持することができる。そのため、この金属複合材から構成した摺動部材は、その空孔内に潤滑油脂を保持した状態で摺動すると、その摺動に伴って潤滑油脂が徐々に滲み出ることにより、外表面の摩耗を抑制でき、所望の摺動特性を維持できる潤滑寿命が著しく延びる。また、外表面に予め潤滑油脂を塗布することによっても、該潤滑油脂を保持することができるため、該潤滑油脂をほとんど使用しないものであっても、ホウ酸アルミニウム粒子内から滲み出る摺動油脂により、その摺動寿命が延びる。
【００６３】
上述した金属複合材にあって、 多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が焼結されてなるプリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸して成形されたものである構成であっても、上述した本発明の作用効果を適正に発揮し得る。そのため、比較的使用環境の厳しい摺動部材に適用された場合にあって、該摺動部材として、さらなる軽量化や強度向上を進めることが可能となる。
【００６４】
上述した金属複合材にあって、 多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が金属母材内に分散され、外表面を研磨することにより、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が外表面に露出形成されたものである構成では、研磨された外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子内に油脂を保持できるものである。そして、研磨によって形成された外表面を摺動表面とする摺動部材を構成することにより、上述した本発明の作用効果を適正に発揮することができ得る。
【００６５】
上述した金属複合材にあって、 多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３〜１００μｍである構成では、油脂を充分かつ安定的に吸入して保持できるため、上述した本発明の作用効果を安定して発揮でき得る。
【００６６】
一方、上述した金属複合材を製造するため製造方法として、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、負に帯電したシリカ粒子を有するシリカゾルおよび正に帯電したアルミナゾルを有するアルミナゾルとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程を行った後に、脱水工程および焼結工程により該プリフォームを形成し、溶湯含浸工程で該プリフォームに金属の溶湯を加圧鋳造により含浸し、該含浸後に外表面を研磨するようにした方法である。この方法によれば、混合工程で、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とがホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集して被覆するため、溶湯含浸工程で、金属の溶湯が該ホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に侵入することを防ぐことができる。そして、研磨工程後には、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成することができ得る。したがって、本製造方法は、上述した本発明の金属複合材を製造することができ得る。
【００６７】
上述した金属複合材の製造方法にあって、シリカゾルに含有するシリカ粒子の総重量とアルミナゾルに含有するアルミナ粒子の総重量とをそれぞれ、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにした方法では、電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とによって、ホウ酸アルミニウム粒子の表面を充分に被覆することができ、溶湯含浸工程で金属の溶湯が侵入することを確実に防ぎ得る。
【００６８】
また、上述した金属複合材を製造するため製造方法として、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、正に帯電した電解質を有するカチオン性電解質溶液と、負に帯電した粒径４０〜２００ｎｍのシリカ粒子を有するシリカゾルとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程を行った後に、脱水工程および焼結工程により該プリフォームを形成し、溶湯含浸工程で該プリフォームに金属の溶湯を加圧鋳造により含浸し、該含浸後に外表面を研磨するようにした方法である。この方法によれば、混合工程で、電気的に中性となったシリカ粒子がホウ酸アルミニウム粒子の表面に凝集して被覆するため、溶湯含浸工程で、金属の溶湯が該ホウ酸アルミニウム粒子の空孔内に侵入することを防ぐことができる。そして、研磨工程後には、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成することができ得る。したがって、本製造方法は、上述した本発明の金属複合材を製造することができ得る。
【００６９】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で、カチオン性電解質溶液を、シリカゾルとの混合後に水素イオン濃度ｐＨが４．５以上かつ８．０以下となるように混合した方法では、混合後の水溶液が中和されることにより、シリカゾルに含まれているシリカ粒子のほとんどを電気的に中性とすることができ、該シリカ粒子により、ホウ酸アルミニウム粒子を効率的に被覆することができる。また、製造現場にあって、シリカ粒子がホウ酸アルミニウム粒子を被覆することを、定量的に管理することができる。
【００７０】
上述した金属複合材の製造方法にあって、シリカゾルに含有するシリカ粒子の総重量を、ホウ酸アルミニウム粒子の総重量に対して０．０１以上かつ０．３０以下の重量比となるようにした方法では、電気的に中性となったシリカ粒子によって、ホウ酸アルミニウム粒子の表面を充分に被覆することができ、溶湯含浸工程で金属の溶湯が侵入することを確実に防ぎ得る。
【００７１】
上述した金属複合材の製造方法にあって、 多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３〜１００μｍであるとした方法では、油脂を充分かつ安定的に吸入して保持できる金属複合材を製造することができ、上述した本発明の作用効果を適正に発揮でき得る。
【００７２】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で、高分子凝集剤を添加するようにした方法では、該高分子凝集剤により、ゲル状のシリカ粒子とアルミナ粒子とをホウ酸アルミニウム粒子の表面に充分な付着力により被覆保持することができ、該表面から剥がれてしまうことを抑制できる。したがって、金属の溶湯の侵入を防ぐ効果が一層向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図１は、プリフォーム１を成形する工程を表した図であり、このプリフォーム成形工程は、混合工程、脱水工程、乾燥工程、焼結工程から構成されている。図１（Ａ）は混合工程であって、所定の容器２１内で、各材料を水中で攪拌棒３１により攪拌してほぼ均質に混合させて混合水溶液８をつくる。そして、この混合水溶液８を、容器２１から吸引成形器２２に移す。図１（Ｂ）は脱水工程であって、混合水溶液８から、フィルター２４を介して真空ポンプ２３によって水分を吸引し、予備混合体９を得る。そして、この予備混合体９を、吸引成形器２２から取り出して充分に乾燥させる乾燥工程を行う（図示省略）。図１（Ｃ）は焼結工程であって、この予備混合体９を加熱炉２５内のテーブル３２に設置し、所定温度で加熱することにより焼結して、所望のプリフォーム１を得る。
【００７４】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなダイカスト成形工程によって、上記したプリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸して金属複合材１０を成形する。このダイカスト成形工程を行うダイカスト成形装置３３にあっては、図２（Ａ）のように、所定形状のキャビティ３５を形成する金型３４と、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を一旦滞留させ、進退駆動制御されたプランジャーチップ３８によって該溶湯６を射出するスリーブ３７とを備えている。そして、金型３４のキャビティ３５内にプリフォーム１を配置し、また、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を、プランジャーチップ３８を退出位置としたスリーブ３７に注入する。そして、図２（Ｂ），（Ｃ）のように、金型３４の湯口３６にスリーブ３７を接続し、プランジャーチップ３８を進出駆動することにより、該スリーブ３７内の溶湯６をキャビティ３５内に射出して加圧鋳造する。
【００７５】
尚、このようなダイカスト成形工程は、アルミニウム合金の溶湯６をプリフォーム１に加圧含浸する工程であり、本発明にかかる溶湯含浸工程を構成している。
【００７６】
次に、上記したダイカスト成形工程により成形した金属複合材１０を、その外表面を切削加工することにより、この外表面を所望の形状寸法に整える研磨工程を行う。これにより、所望の形状寸法の金属複合材１０を得る。
【００７７】
上述したプリフォーム１の成形工程、該プリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸させるダイカスト成形工程、所望の形状寸法に機械加工する研磨工程により製造する金属複合材１０を、以下の具体例に従って説明する。
【実施例１】
【００７８】
プリフォーム１の成形工程では、その混合工程（図１（Ａ））で、容器２１内の水中に下記（ｉ）〜（ｖ）の各材料を入れて混合する。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）ホウ酸アルミニウム粒子３（９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３、平均粒径４０μｍ）
（iii）シリカゾル４（水素イオン濃度ｐＨ１０、濃度約４０％のコロイド状水溶液）
（iv）アルミナゾル５（水素イオン濃度ｐＨ３、濃度約２０％のコロイド状水溶液）
（v）ポリアクリルアミド７（濃度約１０％の水溶液）
ここで、平均繊維径、平均繊維長、平均粒径は、それぞれ繊維径、繊維長、粒径の平均値であり、バラツキを有している。尚、アルミナ短繊維２およびホウ酸アルミニウム粒子３が、いわゆる強化材であり、シリカゾル４およびアルミナゾル５が、無機バインダーである。
【００７９】
上記したホウ酸アルミニウム粒子３は、図３のように、その表面に微細な隙間が多数存在しており、この隙間が粒子内部に向かってつながっている。このように、ホウ酸アルミニウム粒子３は、多孔質状となっている。
【００８０】
上記したアルミナ短繊維２は、その後の脱水工程および乾燥工程により成形した予備混合体９の体積率で約１０体積％となるように調整している。また、ホウ酸アルミニウム粒子３は、同じく予備混合体９の体積率で約８体積％となるように調整している。
【００８１】
上記したアルミナゾル５は、正に帯電した平均粒径２０ｎｍのアルミナ粒子を有しているコロイド状水溶液であり、酸性である。また、シリカゾル４は、負に帯電した平均粒径８０ｎｍのシリカ粒子を有しているコロイド状水溶液であり、アルカリ性である。ここで、酸性のアルミナゾル５と、アルカリ性のシリカゾル４とを混ぜ合わせると、水素イオン濃度ｐＨが６．０〜７．０の範囲となるように、調整している。そして、この混合によって中和されると（前記水素イオン濃度ｐＨ＝６．０〜７．０）、アルミナゾル５とシリカゾル４とが充分に混ざり合い、後述するように両者のほとんどが互いの電荷をやり取りして電気的に中性になったと判断している。
【００８２】
シリカゾル４の添加量は、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３との総重量に対して約０．２０の重量比とする。ここで、シリカゾル４内に含まれているシリカ粒子の重量が、ホウ酸アルミニウム粒子３に対して約０．０９の重量比となる。一方、アルミナゾル５の添加量は、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３との総重量に対して約０．１８の重量比とする。これにより、アルミナゾル５内に含まれているアルミナ粒子の重量が、ホウ酸アルミニウム粒子３に対して約０．０４の重量比となる。
【００８３】
そして、上記（ｉ）〜（ｖ）の各材料を入れた水溶液を攪拌棒３１で攪拌することにより、各材料がほぼ均一に混在した混合水溶液８を得る。
【００８４】
この攪拌により、シリカゾル４とアルミナゾル５とが混ぜ合わされて互いに電荷をやり取りして、電気的に中性となった（電荷を失った）シリカ粒子とアルミナ粒子とが生じる。この電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とが、ホウ酸アルミニウム粒子３の表面に凝集する。これにより、ホウ酸アルミニウム粒子３は、シリカ粒子とアルミナ粒子とによって被覆されて、空孔が塞がれることとなる。ここで、アルミナ粒子が凝集性を有していることから、シリカ粒子と共にホウ酸アルミニウム粒子３の表面に適当に凝集し易くなっている。一方、シリカ粒子は、ホウ酸アルミニウム粒子３を主に被覆するという、隠蔽作用を発揮する。
【００８５】
さらに、ポリアクリルアミド７を極少量添加していることにより、ホウ酸アルミニウム粒子３と、その表面に凝集したシリカ粒子およびアルミナ粒子とを、より安定するように適度に接着している。そして、上述したように、シリカゾル４およびアルミナゾル５とをそれぞれ、ホウ酸アルミニウム粒子３に比して比較的多量に添加していることにより、混合水溶液８内では、シリカ粒子とアルミナ粒子とがホウ酸アルミニウム粒子３の表面を全体的に覆った状態となる。
【００８６】
次に、この混合水溶液８を吸引成形器２２に移し、上述の脱水工程（図１（Ｂ））に移行する。この吸引成形器２２には、内部をフィルター２４により上下に区画され、その上部領域２６ａに混合水溶液８が流入される円筒形状の水溶液滞留部２６と、この水溶液滞留部２６の下方に設けられ、該水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂと連通する水滞留部２７と、この水滞留部２７に接続され、該水滞留部２７を経て、水溶液滞留部２６から水分を吸引する真空ポンプ２３とを備えている。
【００８７】
脱水工程にあっては、吸引成形器２２の水溶液滞留部２６の上部領域２６ａに、上述の混合水溶液８を流入した後、真空ポンプ２３を作動させることにより、該混合水溶液８の水分を、水滞留部２７から水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂを経て吸引する。これにより、混合水溶液８の水分がフィルター２４を通過して流下し、上記した各材料が混合してなる円筒形状の予備混合体９を得る。さらに、この予備混合体９を吸引成形器２２から取り出し、約１２０℃の乾燥炉等に入れ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う（図示省略）。
【００８８】
ここで、上記した脱水工程後の予備混合体９は、混合工程で各材料がほぼ均一に分散されて存在する混合水溶液８から成るものであるから、同様に各材料がほぼ均一に分散された状態となっている。尚、上記したように電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とは、アルミナ短繊維２の表面にも付着することから、脱水工程後の予備混合体９では、それらシリカ粒子およびアルミナ粒子とによって、該アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の互いに夫々隣接するもの同士が充分に接着された状態となっている。これにより、次の加熱炉２５への搬送時に、円筒形状の予備混合体９が変形したり壊れたりすることを防止し、該予備混合体９の形態が維持され得る。
【００８９】
次に、上述した焼結工程（図１（Ｃ））に移行する。上記の予備混合体９を、加熱炉２５内に設置されたテーブル３２上に置く。そして、約１１５０℃まで加熱して、約１時間保持する。これにより、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３を焼結し、円筒形状のプリフォーム１を得る。
【００９０】
このプリフォーム１では、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３が、その表面に付着したシリカ粒子やアルミナ粒子が結晶化することによって、それぞれに隣り合うもの同士が比較的強く結合している。このプリフォーム１にあっては、図４のように、ホウ酸アルミニウム粒子３の表面が結晶化したシリカ粒子やアルミナ粒子によって被覆されている。このため、ホウ酸アルミニウム粒子３の空孔が隠れている。
【００９１】
そして、このプリフォーム１は、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３が、全体に亘ってほぼ均一に分散して存在しているものとなっている。尚、このプリフォーム１は、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の間に比較的広い空隙が生じており、通気性に優れたものとなっている。
【００９２】
このようなプリフォーム１を、上述したダイカスト成形工程により、金属複合材１０に成形する（図２参照）。ダイカスト成形装置３３は、凸形状の上型３４ａと凹形状の下型３４ｂとからなる金型３４を備えており、該金型３４が円筒形状のキャビティ３５を形成するものとなっている。このキャビティ３５内に、円筒形状に形成されたプリフォーム１が嵌入可能となっている。また、この金型３４の下型３４ｂには、スリープ３７が接続される接続部（図示省略）と、該スリープ３７が接続された場合に、スリープ３７内の溶湯６がキャビティ３５内に流入する湯口３６とが設けられている。尚、上型３４ａと下型３４ｂとが嵌め合わされた場合には、キャビティ３５と湯口３６とを連通する湯路３９も形成されるようになっており、湯口３６から流入した溶湯６は湯路３９を通じてキャビティ３５内へ流入する。
【００９３】
ダイカスト成形工程では、先ず、プリフォーム１を約６００℃で予熱すると共に、金型３４を２００〜２５０℃に保持しておく。そして、図２（Ａ）のように、下型３４ｂに予熱したプリフォーム１を配置して、上型３４ａを嵌め合わせる。これにより、金型３４の円筒形状のキャビティ３５にプリフォーム１が収容される。一方、金型３４の下方位置に在って、プランジャーチップ３８を退出位置（図示省略）としたスリーブ３７に、約６８０℃に保持したアルミニウム合金の溶湯６を注入する。ここで、本実施例にあっては、アルミニウム合金に「ＪＩＳ  ＡＤＣ１２」を用いている。
【００９４】
その後、図２（Ｂ）のように、スリープ３７を昇動して、金型３４の湯口３６に該スリーブ３７の上端部を接続する。そして、プランジャーチップ３８を退避位置から所定駆動速度で進出駆動して、スリープ３７内の溶湯６をキャビティ３５内へ射出する。ここで、湯口３６から流入する溶湯６を、約５００ａｔｍの加圧力で射出するように、プランジャーチップ３８の駆動速度を調整している。このようにして、アルミニウム合金の溶湯６を、キャビティ３５内に配置したプリフォーム１へ加圧含浸する。
【００９５】
そして、図２（Ｃ）のように、キャビティ３５内に溶湯６が充填されると、プランジャーチップ３８が停止して該溶湯６の注入が止まり、冷却後にスリーブ３７を降動して金型３４から取り外す。そして、金型３４の上型３４ａと下型３４ｂとを分離して、図２（Ｄ）のように、該金型３４から金属複合材１０を取り出す。この金属複合材１０は、アルミニウム合金６’を母材として、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３とが複合化されたものである。
【００９６】
次に、上述したようにダイカスト成形工程で成形した金属複合材１０を、フライス盤により切削加工する。この切削加工工程では、図２（Ｄ）のように、金型３４から取り出した状態で湯口３６及び湯路３９により形成された部位を除去して、円筒形状とする。さらに、この金属複合材１０の外周表面を切削することにより、該外周表面を機械研磨する（図示省略）。これにより、金属複合材１０を所望寸法形状に整えている。すなわち、このフライス盤による切削加工工程により、本発明にかかる研磨工程が構成されている。
【００９７】
このように製造された金属複合材１０の外周表面を観ると、図５（Ａ）のように、外周表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子３に、多数の孔が存在していることを確認できる。さらに、このホウ酸アルミニウム粒子３をさらに拡大した図５（Ｂ）からも、該ホウ酸アルミニウム粒子３の孔にアルミニウム合金６’が侵入していないことがわかる。これにより、金属複合材１０は、その外周表面に、図５のように、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されたものとなっている。
【００９８】
すなわち、上述した製造方法にあっては、混合工程で電気的に中性となったシリカ粒子とアルミナ粒子とによりホウ酸アルミニウム粒子３が被覆され、この被覆されたまま状態で焼結されてプリフォーム１が成形される。このプリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を加圧含浸すると、該プリフォーム１内に含浸した溶湯６は、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３との間に形成されている空隙を充填していく。この含浸時に、ホウ酸アルミニウム粒子３は、上記したように被覆されているため、該ホウ酸アルミニウム粒子３の空孔内へ溶湯６が侵入できない。そして、この金属複合材１０の外周表面を切削加工により研磨すると、該金属複合材１０内に分散されているホウ酸アルミニウム粒子３のなかで、外周表面付近に存在するものが切削される。この切削されたホウ酸アルミニウム粒子３は、その被覆しているシリカ粒子やアルミナ粒子が削ぎ落とされて、空孔が外周表面に露出することとなる。これにより、金属複合材１０の外周表面には、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出することとなっている。
【００９９】
また、本実施例１の金属複合材１０は、図５のように、アルミニウム合金６’が充分に含浸されており、巣（未含浸部位）を生じていない。さらに、金属複合材１０には、亀裂や割れ等も生じていないことからも、プリフォーム１は、溶湯６の加圧含浸に充分耐え得る強度と優れた通気性とを有していることがわかる。
【０１００】
尚、本実施例１にあっては、円筒形状の外周表面を研磨することにより所望の金属複合材１０を製造していることから、この外周表面が、本発明にかかる外表面となっている。
【実施例２】
【０１０１】
実施例２にあっては、混合工程で、アルミナゾル５に代えて酢酸水溶液を添加して、プリフォーム５１（図６（Ａ）参照）を成形した後、該プリフォーム５１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸して金属複合材５０（図６（Ｂ）参照）を成形した。ここで、プリフォーム５１と金属複合材５０とは、上述した実施例１と同様のプリフォーム成形工程、ダイカスト成形工程、フライス盤による切削加工（研磨工程）により製造している。
【０１０２】
混合工程（図１（Ａ）参照）で、容器２１内の水中に下記（ｉ）〜（ｖ）の各材料を入れて混合する。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）ホウ酸アルミニウム粒子３（９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３、平均粒径４０μｍ）
（iii）シリカゾル４（水素イオン濃度ｐＨ１０、濃度約４０％のコロイド状水溶液）
（iv）酢酸水溶液（水素イオン濃度ｐＨ３、濃度約１０％の酸性水溶液）
（v）ポリアクリルアミド７（濃度約１０％の水溶液）
ここで、アルミナ短繊維２、ホウ酸アルミニウム粒子３はそれぞれ、上述した実施例１と同じものを用い、その添加量も同じとしている。また、シリカゾル４にあっても、負に帯電した粒径８０ｎｍのシリカ粒子を有するものとして、実施例１と同じものを用いて、その添加量も同じとしている。尚、ポリアクリルアミド７も同様に、実施例１と同じとしている。
【０１０３】
上記した酢酸水溶液は、その水溶液中で、正に帯電した水素イオンを有している。すなわち、本実施例２にあって、酢酸水溶液が本発明にかかるカチオン性電解質溶液である。そして、この酢酸水溶液は、シリカゾル４と混合した場合に、混合後の水溶液の水素イオン濃度ｐＨが５．０〜６．０の範囲となるように、添加量を調整している。
【０１０４】
この混合工程では、シリカゾル４と酢酸水溶液とが混ざり合うことによって、互いに電荷をやり取りし、電気的に中性となったシリカ粒子が生じる。この電気的に中性となったシリカ粒子は、ホウ酸アルミニウム粒子３の表面に凝集して被覆する。このように混合工程で生成した混合水溶液は、そのホウ酸アルミニウム粒子３がシリカ粒子により被覆された状態で存在するものとなっている。
【０１０５】
混合工程後には、実施例と同様に、脱水工程、乾燥工程、焼結工程を順次実行して（図１参照）、円筒形状のプリフォーム５１（図６（Ａ）参照）を成形する。このプリフォーム５１は、図６（Ａ）のように、ホウ酸アルミニウム粒子３の表面が結晶化したシリカ粒子よって被覆されており、該ホウ酸アルミニウム粒子３の空孔が隠れている。
【０１０６】
尚、このプリフォーム５１では、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３が、その表面に付着したシリカ粒子が結晶化することによって、それぞれに隣り合うもの同士が比較的強く結合している。そして、上述した実施例１と同様に、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３が、全体に亘ってほぼ均一に分散して存在しており、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の間に比較的広い空隙が生成された、優れた通気性を有するものとなっている。
【０１０７】
このように成形したプリフォーム５１を、上述した実施例１と同様に、ダイカスト成形工程によって、アルミニウム合金の溶湯６を含浸して（図２参照）、金属複合材５０を成形する。ここで、溶湯６を含浸する加圧力は上述した実施例１と同じとしている。その後、フライス盤により外周表面を切削加工することにより、円筒形状とすると共に、その外周表面を切削研磨することにより、上述した実施例１と同寸法形状の金属複合材５０を得る。この金属複合材５０は、アルミニウム合金６’とアルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３とが複合化されたものであり、図６（Ｂ）のように、外周表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されたものとなっている。これは、上述した実施例１と同様に、混合工程でシリカ粒子により被覆されたホウ酸アルミニウム粒子３内に、ダイカスト成形工程で溶湯６が侵入できないためである。
【０１０８】
尚、本実施例２にあっては、上述したように混合工程で酢酸水溶液を添加するようにした以外は、実施例１と同じ製造方法により金属複合材５０を製造しており、同じ工程は説明を省略し、同じ構成要素には同じ符号を記している。
【０１０９】
（比較例）
一方、上述した実施例１，２と比較するための比較例として、混合工程で、シリカゾル４のみを添加した、従来のプリフォーム６１（図７参照）を成形し、該プリフォーム６１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸して金属複合材６０（図８参照）を成形した。ここで、プリフォーム６１と金属複合材６０とは、上述した実施例１と同様のプリフォーム成形工程、ダイカスト成形工程、フライス盤による切削加工（研磨工程）により製造している。
【０１１０】
混合工程（図１（Ａ）参照）では、下記（ｉ）〜（iii）の各材料等を容器２１の水中で攪拌して混合水溶液（図示省略）を得る。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）ホウ酸アルミニウム粒子３（９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３、平均粒径４０μｍ）
（iii）シリカゾル４（ＳｉＯ２、水素イオン濃度ｐＨ１０、濃度約４０％のコロイド状水溶液）
ここで、アルミナ短繊維２およびホウ酸アルミニウム粒子３は、上述した実施例１と同じものを用い、その添加量も同じとしている。また、シリカゾル４は、上述した実施例１と同じものを用いているが、その添加量は、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３との総重量に対して約０．０７の重量比とした。これにより、シリカゾル４内に含まれているシリカ粒子の重量が、ホウ酸アルミニウム粒子３に対して約０．０３の重量比となっている。尚、この比較例では、これらシリカゾル４の添加量を、上述した本発明に係る実施例１，２に比して、かなり少量としている。
【０１１１】
混合工程後には、実施例１と同様に、脱水工程、乾燥工程、焼結工程を順次実行して（図１参照）、円筒形状のプリフォーム６１（図７参照）を成形する。このプリフォーム６１では、図７のように、ホウ酸アルミニウム粒子３がその表面の空孔をむき出しの状態で存在している。すなわち、比較例の場合、上述した実施例１，２のようにホウ酸アルミニウム粒子３が被覆されていない。
【０１１２】
尚、このプリフォーム６１は、焼結工程でシリカゾル４が結晶化して、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の互いに隣り合うもの同士を結合している。
【０１１３】
次に、プリフォーム６１を、上述したダイカスト成形装置３３（図２参照）によって、アルミニウム合金の溶湯６を含浸して、金属複合材６０（図８参照）を成形する。ここで、溶湯６の加圧力は上述した実施例１と同じとしている。その後、この金属複合材６０を、実施例１と同様にフライス盤により切削加工して、円筒形状とすると共に、その外周表面を切削研磨することにより、上述した実施例と同寸法形状の金属複合材６０得る。
【０１１４】
このように成形された比較例の金属複合材６０は、その外周表面を観ると、図８（Ａ）のように、露出しているホウ酸アルミニウム粒子３に空孔がなくなっている。これは、実施例１の金属複合材１０（図５（Ａ））及び実施例２の金属複合材５０（図６（Ｂ））と比較すると、明らかである。すなわち、プリフォーム６１の状態で存在していた空孔には、溶湯６の加圧含浸によって、該溶湯６が侵入し、ホウ酸アルミニウム粒子３の空孔を内部まで埋めてしまったのである。
【０１１５】
上述した実施例１の金属複合材１０と比較例の金属複合材６０とのそれぞれのホウ酸アルミニウム粒子３を拡大して詳細に比較してみると、上述したように実施例１の場合、図５（Ｂ）のように、ホウ酸アルミニウム粒子３にアルミニウム合金の侵入が無いことが明らかである。一方、比較例の場合、図８（Ｂ）のように、ホウ酸アルミニウム粒子３の空孔がアルミニウム合金により埋まっている。そして、図５（Ｂ）および図８（Ｂ）に示したスペクトル（分析）範囲で、エネルギー分散型Ｘ線分析装置により原子の質量濃度を分析した。この分析結果を図９に示す。実施例１の金属複合材１０（図９（Ａ））は、比較例の金属複合材５０（図９（Ｂ））に比して、アルミニウムの濃度が低くなっている。この分析結果からも、ホウ酸アルミニウム粒子３内へアルミニウム合金が侵入していないことがわかる。ここで、この分析にあっては、炭素より原子量の小さいホウ素は検出できないため、結果に表れていない。
【０１１６】
尚、この原子質量濃度の分析は実施例２について記載していないが、実施例１と同様に外周表面に多孔質状に維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されていることから、同様の分析結果となると考えられる。
【０１１７】
また、実施例１，２の金属複合材１０、５０と比較例の金属複合材６０とからそれぞれ所定寸法の試験片を切り出して、油脂の保持性を測定した。ここで、試験片は、各金属複合材１０，５０の外周表面を３０ｍｍ×４０ｍｍの長方形とした矩形に切り出している。
【０１１８】
油脂の保持性を測定する試験としては、実施例１，２と比較例の各試験片の各外周表面に、自動車用のエンジンオイル（潤滑性油脂）を塗布し、塗布前後の重量増加を測定する。ここで、エンジンオイルを塗布した後は、１０分間放置し、外周表面を布で拭き取る作業を行う。この拭き取り作業は、測定した重量が安定するまで繰り返し行う。そして、安定した重量から得た増加分が、油脂を保持していることを表し、これを保持性として評価している。
【０１１９】
このような試験の結果、図１０のように、比較例の金属複合材６０から切り出した試験片に比して、実施例１，２の金属複合材１０、５０から切り出した各試験片では、油脂保持性が極めて高くなっている。これは、エンジンオイルが、金属複合材１０，５０の各外周表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子３の空孔内に吸入して保持されているためであると言える。
【０１２０】
尚ここでは、従来構成として、シリカゾル４を添加した比較例について説明したが、このシリカゾル４に代えてアルミナゾル５を添加した場合にあっても、上述した比較例と同様の結果となる。
【０１２１】
上述したように、本実施例１，２の金属複合材１０，５０は、その外周表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子３内に油脂を保持することができるものであるから、摺動部材を構成することにより、高い摺動特性を発揮することが可能である。すなわち、本実施例１，２と同様に成形した金属複合材１０，５０から所望の摺動部材を形成し、その摺動表面を、外周表面と同様に切削加工して研磨する。このように製造した摺動部材は、その摺動表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されたものとなる。
【０１２２】
そして、この摺動部材を、例えば、その摺動表面に予め潤滑油脂を塗布した後に、所定位置に配設するものとする。この場合、摺動部材が摺動するに従って、その摺動表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子３内から潤滑油脂がにじみ出て、該摺動表面に潤滑油脂により油膜が形成される。これにより、摺動部材は、総じて耐摩耗性が向上して、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命が延び、耐久性が著しく向上する。
【０１２３】
また、摺動部材としてエンジンのシリンダやピストンを、本実施例１，２の金属複合材１０，５０から構成した場合には、この摺動部材はエンジンオイル中で摺動することから、その摺動表面のホウ酸アルミニウム粒子３内にエンジンオイルが入って保持される。そして、摺動が繰り返されるに従って、ホウ酸アルミニウム粒子３内に保持したエンジンオイルが徐々に滲み出てくる。そのため、摺動部材の周囲に存在するエンジンオイルが、摺動を繰り返すことによって徐々に劣化しても、ホウ酸アルミニウム粒子３内からエンジンオイルが滲み出てくるため、該摺動部材の摩耗を抑制することができる。したがって、金属複合材１０，５０により構成したシリンダやピストンは、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命が延び、耐久性が著しく向上する。
【０１２４】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。例えば、強化材として、アルミナ短繊維の他に、セラミック短繊維やセラミック粒子など他の短繊維、ウィスカ、粒子を添加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】実施例１のプリフォーム１を成形するプリフォーム成形工程を表す説明図である。
【図２】同上のプリフォーム成形工程で成形したプリフォーム１から、ダイカスト成形工程および切削加工工程により金属複合材１０を成形する工程を表す説明図である。
【図３】多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３の、（Ａ）拡大写真と、（Ｂ）その表面をさらに拡大した拡大写真である。
【図４】実施例１のプリフォーム１を構成しているホウ酸アルミニウム粒子３の拡大写真である。
【図５】同上のプリフォーム１から成形した金属複合材１０の外周表面の、（Ａ）拡大写真と、（Ｂ）露出したホウ酸アルミニウム粒子３をさらに拡大した拡大写真である。
【図６】実施例２の、（Ａ）プリフォーム５１を構成するホウ酸アルミニウム粒子３の拡大写真と、（Ｂ）プリフォーム５１から成形した金属複合材５０の外周表面の拡大写真である。
【図７】比較例のプリフォーム６１を構成しているホウ酸アルミニウム粒子３の拡大写真である。
【図８】同上のプリフォーム６１から成形した金属複合材６０の外周表面の、（Ａ）拡大写真と、（Ｂ）露出したホウ酸アルミニウム粒子３をさらに拡大した拡大写真である。
【図９】（Ａ）実施例１の金属複合材１０の質量濃度と、（Ｂ）比較例の金属複合材５０の質量濃度とを測定した結果を示す図表である。
【図１０】実施例の金属複合材１０と比較例の金属複合材６０の、油脂の保持性を測定した結果を示す図表である。
【符号の説明】
【０１２６】
１，５１  プリフォーム
３  ホウ酸アルミニウム粒子
４  シリカゾル
５  アルミナゾル
６  アルミニウム合金の溶湯（金属の溶湯）
８  混合水溶液
９  予備混合体
１０，５０  金属複合材
【図１】
2008019484.tif 000003
【図２】
2008019484.tif 000004
【図９】
2008019484.tif 000005
【図１０】
2008019484.tif 000006
【図３】
2008019484.tif 000007
【図４】
2008019484.tif 000008
【図５】
2008019484.tif 000009
【図６】
2008019484.tif 000010
【図７】
2008019484.tif 000011
【図８】
2008019484.tif 000012