(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備成形体が配設された金型内に軽金属溶湯を注入することにより製造される部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体であって、上記軽金属溶湯によって鋳ぐるまれるプリフォーム本体を有し、このプリフォーム本体の壁面部に放射方向に伸びる複数の第１リブと、各第１リブと交差して環状方向に伸びる第２リブとを突設し、これらのリブの設置部に軽金属溶湯の注入路となる間隙が形成されるように構成したことを特徴とする部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体。
【請求項２】
予備成形体が配設された金型内に軽金属溶湯を注入することにより製造される部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体であって、上記軽金属溶湯によって鋳ぐるまれるプリフォーム本体を有し、このプリフォーム本体の壁面部に複数のリブを交差状に突設し、一方のリブの突設高さを他方のリブの突設高さよりも小さくして、上記一方のリブの設置部に軽金属溶湯の注入路となる間隙が形成されるように構成したことを特徴とする部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体。
【請求項３】
高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、この強化材の焼結を促進させる焼結助剤との混合物の焼結体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体。
【請求項４】
高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、この強化材の焼結を促進させる焼結助剤と、短繊維及びウィスカの少なくとも一方からなる骨格形成材との混合物の焼結体からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されるブレーキロータ等のように優れた耐摩耗性及び強度を有することが要求される個所等に使用される部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されるブレーキロータを軽量化して車両のばね下重量、つまりシャーシばねの下方にある車軸や車輪等の重量を軽減して走行安定性を向上させるとともに、ブレーキロータの冷却性を改善しつつ、高μ化を図って制動性等を向上させるため、従来使用されてきた鋳鉄製のブレーキロータに代え、例えば特開平８−２２６４７６号公報に示されるように、ディスクロータの摺動面部を耐熱性及び耐摩耗性に優れたアルミニウム基複合材で予め成形し、この予備成形体をアルミニウム合金で鋳ぐるむことにより複合化した複合軽金属材によりディスクロータを製造することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように予備成形体を金型内にセットした状態でアルミニウム合金からなる軽金属溶湯を金型のキャビティ内に注入し、この軽金属溶湯を上記予備成形体の空孔内に含浸させてこの予備成形体を鋳ぐるむように構成した場合には、ディスクロータ等からなる比較的大型の部分複合軽金属系部品の製造時に、上記軽金属溶湯の含浸が不十分となった未複合化部が形成され易く、これによってディスクロータの耐摩耗性及び強度が低下するという問題がある。
【０００４】
このため、上記公報に記載されたディスクロータでは、摺動表面側部を空孔の少ない高密度とするとともに、反摺動表面側部を空孔の多い低密度とした予備成形体を使用し、ディスクロータの中央部側に位置する反摺動表面側部に上記軽金属溶湯を充分に含浸させることにより、この軽金属溶湯によって形成されるディスクロータの中央部分と、上記アルミニウム基複合材によって形成されるディスクロータの摺動表面側部との結合強度を充分に確保するようにしている。
【０００５】
しかし、上記のように予備成形体の摺動表面側部と反摺動表面側部とで密度を異ならせるように構成した場合には、上記予備成形体の製造が煩雑になるという問題がある。また、上記空孔の多い予備成形体の反摺動表面側部には、上記軽金属溶湯を充分に含浸させることができるが、空孔の少ない摺動表面側部には、上記軽金属溶湯を充分に含浸させることが困難である。このため、特に耐摩耗性を向上させることが望まれるディスクロータの上記摺動表面側部に未複合部分が形成され易く、この部分の耐摩耗性及び強度が低下することが避けられないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、未複合部分が形成されるのを防止しつつ、部分複合軽金属系部品を容易かつ適正に製造することができる部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、予備成形体が配設された金型内に軽金属溶湯を注入することにより製造される部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体であって、上記軽金属溶湯によって鋳ぐるまれるプリフォーム本体を有し、このプリフォーム本体の壁面部に放射方向に伸びる複数の第１リブと、各第１リブと交差して環状方向に伸びる第２リブとを突設し、これらのリブの設置部に軽金属溶湯の注入路となる間隙が形成されるように構成したものである。
【０００８】
上記構成によれば、プリフォーム本体を金型内にセットした状態で、上記リブの設置部に形成された注入路に軽金属溶湯が注入されることにより、この軽金属溶湯が上記スペーサの設置部から金型のキャビティ全体に拡散され、上記プリフォーム本体の全体が軽金属溶湯によって適正に鋳ぐるまれた部分複合軽金属系部品を製造することが可能となるとともに、プリフォーム本体の壁面部が上記第１リブ及び第２リブよって効果的に補強され、上記予備成形体の焼結時に、プリフォーム本体の径方向に予備成形体が変形すること等が効果的に抑制される。
【０００９】
請求項２に係る発明は、予備成形体が配設された金型内に軽金属溶湯を注入することにより製造される部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体であって、上記軽金属溶湯によって鋳ぐるまれるプリフォーム本体を有し、このプリフォーム本体の壁面部に複数のリブを交差状に突設し、一方のリブの突設高さを他方のリブの突設高さよりも小さくして、上記一方のリブの設置部に軽金属溶湯の注入路となる間隙が形成されるように構成したものである。
【００１０】
上記構成によれば、プリフォーム本体の壁面部が上記交差状に突設された複数のリブによって効果的に補強されるとともに、上記一方のリブの設置部に形成された注入路から注入された軽金属溶湯によってプリフォーム本体の全体が適正に鋳ぐるまれることにより、優れた強度及び耐摩耗性を有する部分複合軽金属系部品が製造されることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体において、高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、この強化材の焼結を促進させる焼結助剤との混合物の焼結体からなるものである。
【００１２】
上記構成によれば、高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、上記焼結助剤との混合物が効果的に焼結されることにより、優れた耐摩耗性を有する多孔質の予備成形体が得られることになる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、上記請求項１または２に記載の部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体において、高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、この強化材の焼結を促進させる焼結助剤と、短繊維及びウィスカの少なくとも一方からなる骨格形成材との混合物の焼結体からなるものである。
【００１４】
上記構成によれば、高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、上記焼結助剤及び骨格形成体との混合物が効果的に焼結されることにより、優れた耐摩耗性を有する多孔質の予備成形体が得られることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明に係る部分複合軽金属系部品の製造方法に用いる予備成形体１の実施形態を示している。この予備成形体１は、アルミニウム合金またはマグネシウム合金等の軽金属材を母材金属として製造されるブレーキロータからなる部分複合軽金属系部品内に、補強材として配設されるものである。上記予備成形体１は、外径が３００ｍｍ程度、内径が１７０ｍｍ程度に設定されるとともに、厚さが５〜６ｍｍ程度に設定されたドーナツ盤状のプリフォーム本体２と、このプリフォーム本体２の壁面部に突設されたリブ３とからなっている。
【００１６】
上記リブ３は、プリフォーム本体２の壁面部に一定間隔で放射方向に配列された複数の第１リブ３ａと、これらの各第１リブ３ａと交差して円環状方向に伸びる第２リブ３ｂとからなっている。上記第２リブ３ｂは、その突設高さが上記第１リブ３ａよりも小さく設定されることにより、後述する軽金属溶湯の注入時に、この軽金属溶湯の注入路となる間隙が上記第２リブ３ｂの設置部に形成されるようになっている。
【００１７】
上記予備成形体１は、高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミック粒子からなる強化材と、これらの強化材の焼結を促進させる焼結助剤との混合体に、必要に応じて短繊維またはウィスカいずれか少なくとも一方からなる骨格形成材、体積調節用の消失性粉末、無機バインダーまたは凝集剤等を添加したものを焼結することによって形成されたものである。
【００１８】
上記高硬度セラミックス粒子は、モースコードが８以上で、平均粒径が１５μｍ程度のセラミックス粒子からなり、具体的にはＳｉＣ粒子、ＢＮ粒子またはＡｌ２Ｏ３粒子等が挙げられる。また、上記焼結性セラミック粒子は、上記高硬度セラミックス粒子よりも融点が低く、１７００°Ｃ程度以下の温度で焼結される平均粒径が０．３μｍ程度のセラミックス粒子からなり、具体的にはＴｉＯ２粒子またはＳｉＯ２粒子等が挙げられる。
【００１９】
上記焼結助剤としては、１１００°Ｃ程度の比較的低温で上記焼結性セラミックス粒子と反応して化合物を形成するものであり、具体的にはＣａＣＯ３等の炭酸塩、またはＣａＯ、ＭｇＯもしくはＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物が挙げられる。また、上記骨格形成材となる短繊維としては、繊維径が２〜１０μｍ程度で、繊維長が２００〜３００μｍ程度のアルミナ繊維またはＳｉＣ繊維等が挙げられ、上記ウィスカとしては、繊維径が２〜１０μｍ程度で、繊維長が１０〜３０μｍ程度のほう酸アルミニウムウィスカが挙げられる。
【００２０】
また、上記体積調節用の消失性粉末としては、上記焼結温度で消失する粒子、例えばポリプロピレン粒子、ポリエチレン粒子、ポリアクリルアミド粒子等の樹脂粉末または黒鉛粉末等が挙げられ、消失し易さの点では黒鉛粉末が好ましく用いられる。上記消失性粉末を添加することにより、焼結された予備成形体１の空孔率を増大させることができる。
【００２１】
上記無機バインダーとしては、シリカゾルやアルミナゾル等のコロイド物質が用いられる。さらに、上記凝集剤としては、ポリアクリルアミドゲル等が挙げられ、その他、上記予備成形体１を形成する混合体に硫酸アンモニウム等の添加物を添加するようにしてもよい。
【００２２】
上記予備成形体１を成形するには、上記高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミック粒子からなる強化材と、上記焼結助剤とを水等の分散媒に混合するとともに、必要に応じて上記骨格形成材、体積調節用の消失性粉末、無機バインダーまたは凝集剤等を添加して撹拌することによりスラリーを調節する。そして、図３に示すように、底部に濾過部４及び脱水吸引口５が設けられた容器６内に上記スラリー７を入れ、上記脱水吸引口５から分散媒を吸引して排出させることにより、図４に示すように、脱水体８を形成する。
【００２３】
次いで、下面にリブ形成用の凹部９ａが形成されたパンチ９を下降させて上記脱水体８を加圧することにより、所定形状に成形した後、この成形体を６００°Ｃ程度の温度で加熱して、上記黒鉛粉末等からなる消失性粉末を消失させるとともに、上記成形体を乾燥させる。さらに上記成形体の加熱温度を上昇させて、上記焼結助剤によって高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミック粒子からなる強化材の焼結を促進させることにより、優れた耐摩耗性を有する多孔質の予備成形体１が形成される。
【００２４】
例えば、上記焼結助剤としてＣａＣＯ３を使用した場合には、このＣａＣＯ３が９００°Ｃ程度の温度でＣａＯとＣＯ２ガスとに分解され、このＣａＯが、上記ＴｉＯ２粒子等からなる焼結性セラミックと反応してＣａＴｉＯ３が生成される。この新たに生成された化合物（ＣａＴｉＯ３）は、一般に上記焼結性セラミックよりも低温で焼結することが可能である。
【００２５】
このため、１１００度程度の温度で焼結した上記ＣａＴｉＯ３により、ＳｉＣ等からなる高硬度セラミックス粒子を強固に結び付けることができる。したがって、上記強化材として特性の異なる複数種のセラミック粒子を上記予備成形体１に配合した場合においても、この予備成形体１の空孔率が高められて複合化し易い予備成形体１が得られ、そのハンドリング性が確保されるとともに、大型化が可能となる。
【００２６】
このようにして焼結性セラミックスと焼結助剤とが反応して生成された新たなセラミックスを介して、高硬度セラミックス、焼結性セラミックス及び骨格形成体がそれぞれの結合部分で融合焼結され、多数の間隙からなる連通孔が形成された多孔質の予備成形体１が成形される。そして、上記混合体に配合された炭酸塩または金属酸化物からなる焼結助剤は、予備成形体１内において上記焼結性セラミックスと反応してなる化合物として存在している。また、上記混合体に黒鉛粉末等からなる体積調節用の消失性粒子が配合されている場合には、焼結時に、上記黒鉛粉末等がＣＯまたはＣＯ２となって系外へ排出されることにより、消失性粒子の配合部に空孔が形成されて予備成形体１の空孔率が上昇する。
【００２７】
なお、上記複数の第１リブ３ａ及び円環状の第２リブ３ｂからなるリブ３とプリフォーム本体２とを必ずしも同時に形成する必要はなく、上記リブ３とプリフォーム本体２とを別体に形成した後、プリフォーム本体２の壁面部にリブ３を、アルミナゾル、シリカゾルまたは水ガラス等の接着剤で接着するように構成してもよい。
【００２８】
上記プリフォーム本体２の壁面部に複数の第１リブ３ａと円環状の第２リブ３ｂとが設けられた一対の予備成形体１を用いてブレーキロータからなる部分複合軽金属系部品の製造する製造方法について以下に説明する。図５に示すように、上記予備成形体１の第１，第２リブ３ａ，３ｂを金型１０のキャビティの内方側に配設することにより、両予備成形体１の第１，第２リブ３ａ，３ｂを互いに対向させた状態でセットした後、図６に示すように、上記第２リブ３ｂの設置部間に設けられた注入路１１にアルミニウム合金等の軽金属溶湯１２をピストン１３により加圧して注入する。
【００２９】
すなわち、高さの異なる上記第１，第２リブ３ａ，３ｂが突設された一対の予備成形体１を上下に重ね、上方の予備成形体１の第１リブ３ａを下方の予備成形体１の第２リブ３ｂに当接させるとともに、下方の予備成形体１の第１リブ３ａを上方の予備成形体１の第２リブ３ｂに当接させた状態で、金型１０内にセットすることにより、上下予備成形体１の第２リブ３ｂ間に上記両リブ３ａ，３ｂの突設高さの差に対応した間隙からなる注入路１１が形成される。そして、この注入路１１に向けて軽金属溶湯１２を加圧注入することにより、この軽金属溶湯１２が上記注入路１１を通ってプリフォーム本体２の壁面部全域に迅速に拡散する。この結果、上記予備成形体１の空孔内に軽金属溶湯１２が効率よく含浸され、予備成形体１の全体が軽金属溶湯１２によって適正に鋳ぐるまれた部分複合軽金属系部品が製造されることになる。
【００３０】
上記のように部分複合軽金属系部品内に配設されるプリフォーム本体２と、このプリフォーム本体２の壁面部に突設された第１，第２リブ３ａ，３ｂからなるスペーサ部とを有する予備成形体１を用い、この予備成形体１を金型１０のキャビティ内にセットした後、上記スペーサ部の設置部に設けられた注入路１１に軽金属溶湯１２を注入することにより、上記予備成形体１が軽金属溶湯１２によって鋳ぐるまれた部分複合軽金属系部品を製造するように構成したため、簡単な構成で上記軽金属溶湯１２を予備成形体１の全域に効率よく行き渡らせることができ、未複合化部分のない部分複合軽金属系部品が得られる。
【００３１】
したがって、従来のように予備成形体の摺動表面側部と反摺動表面側部とで密度を異ならせる等の煩雑な構成を採用することなく、上記ブレーキロータ等からなる比較的大型の部分複合軽金属系部品を容易に製造することができるとともに、耐摩耗性を向上させることが望まれる上記ブレーキロータの摺動表面側部、つまりブレーキパッドの圧接部に上記軽金属溶湯の含浸されない未複合化部分が形成されるのを効果的に防止し、優れた耐摩耗性及び強度を有するブレーキロータ等を得ることができる。
【００３２】
また、上記のようにプリフォーム本体２の壁面部に複数の第１リブ３ａと、第２リブ３ｂとが交差状に突設された予備成形体１を用いたため、これらの第１，第２リブ３ａ，３ｂにより、平板状に形成された比較的大型のプリフォーム本体２を有する上記予備成形体１を効果的に補強することができる。したがって、予備成形体１が変形するのを抑制して、そのハンドリング性を向上させることができるととともに、製造された部分複合軽金属系部品の剛性及び強度を効果的に向上させることができる。
【００３３】
さらに、上記第２リブ３ｂの突設高さを、第１リブ３ａの突設高さよりも小さくして、上記第２リブ３ｂの設置部に軽金属溶湯１２の注入路１１となる間隙が形成されるように構成したため、上記リブ３ａ，３ｂの設置部に、上記注入路となる加工穴を形成するという繁雑な作業を要することなく、簡単な構成で上記軽金属溶湯１２を予備成形体１の全域に効率よく行き渡らせてこれを効果的に鋳ぐるむことができる。
【００３４】
特に、上記のようにプリフォーム本体２の壁面部に、放射方向に伸びる複数の第１リブ３ａと、これらの各第１リブ３ａと交差して環状方向に伸びる第２リブ３ｂとを突設した場合には、上記プリフォーム本体２の壁面部を上記第１リブ３ａ及び第２リブ３ｂよって効果的に補強し、平板状のプリフォーム本体２の曲げ変形を抑制することができるとともに、上記予備成形体１の焼結時に、プリフォーム本体２の径方向に予備成形体１が伸縮するのを効果的に抑制することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、プリフォーム本体２の壁面部に上記第１リブ３ａと第２リブ３ｂとからなるスペーサ部が一体に設けられた一対の予備成形体１を用い、上記第１，第２リブ３ａ，３ｂをキャビティの内方側に配設してこれらを互いに対向させてセットした後、上記第１，第２リブ３ａ，３ｂの設置部間に形成された注入路１１に軽金属溶湯１２を注入するように構成したため、この軽金属溶湯１２を上記第１，第２リブ３ａ，３ｂの設置部間から金型１０のキャビティ全体に拡散させることができる。したがって、耐摩耗性を向上させることが要求される上記ブレーキロータ等からなる部分複合軽金属系部品の両壁面部に、上記軽金属溶湯１２によって適正に鋳ぐるまれた予備成形体１からなる複合化部を形成し、ブレーキパッドが圧接される部分の耐摩耗性を効果的に向上させることができる。
【００３６】
さらに、同一形状を有する一対の予備成形体１を用いて上記ブレーキロータ等の部分複合軽金属系部品を製造することができるため、予備成形体１の量産化が可能になってその製造コストを低減することができる。しかも、上記部分複合軽金属系部品に配設される両プリフォーム本体２の間に上記第１，第２リブ３ａ，３ｂが配設されることにより、この第１，第２リブ３ａ，３ｂが上記部分複合軽金属系部品の板厚方向に作用する圧縮荷重に対する補強部材としての役目を果たし、上記部品の変形を効果的に防止することができる。
【００３７】
また、上記実施形態に示すように、ＳｉＣ粒子等の高硬度セラミックス粒子及びＴｉＯ２粒子等の焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、この強化材の焼結を促進させる焼結助剤との焼結体によって予備成形体１を成形した場合には、上記焼結助剤によって高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミック粒子からなる強化材の焼結を促進することができるため、上記強化材を効果的に焼結して優れた耐摩耗性を有する多孔質の予備成形体１を成形することができる。
【００３８】
また、上記高硬度セラミックス粒子及び焼結性セラミックス粒子からなる強化材と、この強化材の焼結を促進させる焼結助剤と、短繊維及びウィスカの少なくとも一方からなる骨格形成材との混合物を焼結することによって予備成形体１を成形するように構成した場合には、上記焼結助剤によって上記強化材と骨格形成体との焼結を促進することにより、さらに優れた耐摩耗性及び通気性を有する多孔質の予備成形体１を成形することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、部分複合軽金属系部品内に配設されるプリフォーム本体と、このプリフォーム本体の壁面部に設置されたリブからなるスペーサ部とを有する予備成形体を用い、この予備成形体を金型のキャビティ内にセットした後、このスペーサ部の設置部に設けられた注入路に軽金属溶湯を注入することにより、上記予備成形体が軽金属溶湯によって鋳ぐるまれた部分複合軽金属系部品を製造するように構成したため、従来のように予備成形体の摺動表面側部と反摺動表面側部とで密度を異ならせるように構成する等の煩雑な構成を採用することなく、上記ブレーキロータ等からなる比較的大型の部分複合軽金属系部品を容易に製造することができるとともに、耐摩耗性を向上させることが望まれる上記ブレーキロータの摺動表面側部、つまりブレーキパッドが圧接される部分に上記軽金属溶湯の含浸されない未複合化部分が形成されるのを効果的に防止し、優れた耐摩耗性及び強度を有するブレーキロータ等が得られるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る予備成形体の実施形態を示す斜視図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  予備成形体の製造方法を示す断面図である。
【図４】  予備成形体の製造方法を示す断面図である。
【図５】  本発明に係る部部分複合軽金属系部品の製造方法の実施形態を示す断面図である。
【図６】  本発明に係る部部分複合軽金属系部品の製造方法の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  予備成形体
２  プリフォーム本体
３  リブ
３ａ  第１リブ
３ｂ  第２リブ
１０  金型
１１  注入路
１２  軽金属溶湯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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