(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製基材の一方の面に第１のプリフォームを一体形成し、前記金属製基材の他方の面に金属製基材より小さな嵩比重の第２のプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造方法において、
下型のキャビティの底に設けられているプリフォーム載置面に、前記第１のプリフォームの一端面全体を密着させて載置する第１のプリフォーム載置工程と、
前記プリフォーム載置面に載せられ、上から抑えられていない前記第１のプリフォームへ上から溶湯を注ぐようにして、前記キャビティへ所定量の溶湯を注ぐ注湯工程と、
注いだ溶湯に、前記第２のプリフォームを浮かべる第２のプリフォーム供給工程と、
前記下型に対して溶湯を加圧する方向に移動可能な上型を用いて、浮かべた第２のプリフォームを介して前記溶湯を加圧し、溶湯を第１のプリフォーム及び第２のプリフォームに含浸する溶湯含浸工程と、からなることを特徴とする複合材の鋳造方法。
【請求項２】
前記第１のプリフォームには、下面の面積より上面の面積の方が小さく、下面から上面に向かうにつれて、外周が徐々に小さくなるように形成されている形状のものを用いることを特徴とする請求項１記載の複合材の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製基材の両面にプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に装備される制動装置として、例えばディスクロータにブレーキパッドを押し付ける形式のディスクブレーキがある。
ディスクロータの軽量化を図るために母材を、アルミニウム合金などの軽合金で構成することがある。軽合金では耐摩耗性が低下するために、ディスクロータの要部にプリフォームと称する耐摩耗部材を一体形成することが望まれる。
【０００３】
従来、プリフォームを一体鋳造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１３９１７２公報（図１、図３）
【０００４】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は従来の技術の基本原理を説明する図であり、（ａ）に示されように、第１のプリフォーム１０１は下型本体１０２に載置される。第２のプリフォーム１０３は、空中に保持されている。次に、上部スライダ１０４、１０４と共に下型本体１０２を下降させる。上部スライダ１０４、１０４は、傾斜ピン１０５、１０５のガイド作用により、矢印（１）、（１）のように水平に移動する。この移動の結果、（ｂ）に示されるように、中子要素１０６、１０６で第２のプリフォーム１０３は挟持される。また、第１のプリフォーム１０１は、中子要素１０６、１０６の底面で抑える。
【０００５】
この状態で矢印（２）のように、溶湯を供給し、矢印（３）のように上型１０７を下げて、溶湯を加圧する。湯が凝固したら、上部スライダ１０４、１０４と共に下型本体１０２を上昇させる。これで、鋳造品を得ることができる。
【０００６】
しかし、第１のプリフォーム１０１を中子要素１０６、１０６で抑え、第２のプリフォーム１０３を中子要素１０６、１０６で挟持するようにしたので、中子要素１０６、１０６の構造が複雑になり、設備コストが嵩む。
中子要素１０６、１０６の簡略化又は削減が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、第１・第２のプリフォームを保持する中子要素を、廃止し、構造を簡略化することができる鋳造技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、金属製基材の一方の面に第１のプリフォームを一体形成し、前記金属製基材の他方の面に金属製基材より小さな嵩比重の第２のプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造方法において、
下型のキャビティの底に設けられているプリフォーム載置面に、前記第１のプリフォームの一端面全体を密着させて載置する第１のプリフォーム載置工程と、
前記プリフォーム載置面に載せられ、上から抑えられていない前記第１のプリフォームへ上から溶湯を注ぐようにして、前記キャビティへ所定量の溶湯を注ぐ注湯工程と、
注いだ溶湯に、前記第２のプリフォームを浮かべる第２のプリフォーム供給工程と、
前記下型に対して溶湯を加圧する方向に移動可能な上型を用いて、浮かべた第２のプリフォームを介して前記溶湯を加圧し、溶湯を第１のプリフォーム及び第２のプリフォームに含浸する溶湯含浸工程と、からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、第１のプリフォームとして、下面の面積より上面の面積の方が小さく、下面から上面に向かうにつれて、外周が徐々に小さくなるように形成されている形状のものを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、第１のプリフォームを溶湯の圧力で抑え、第２のプリフォームを溶湯に浮かせるようにした。この結果、第１・第２のプリフォームを保持する中子要素を、廃止することができ、設備コストを低減することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、第１のプリフォームとして、下面の面積より上面の面積の方が小さく、下面から上面に向かうにつれて、外周が徐々に小さくなるように形成されている形状のものを採用する。第１のプリフォームが溶湯より小さな嵩比重のものである場合に、第１のプリフォームの下へ溶湯が回り込むと、アルキメデスの原理に基づいて、第１のプリフォームは浮き上がる。
周縁部が先尖りのテーパー部であれば、テーパー部の先端ほど撓みやすくなり、上からの溶湯の圧力で、テーパー部がプリフォーム載置面に良好に密着して、溶湯の回り込みを防止する。この結果、溶湯より小さな嵩比重の第１のプリフォームであっても、浮上を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る複合材の断面図であり、複合材１０は、アルミニウム製基材１１の一方の面に第１のプリフォーム１２を一体的に備え、アルミニウム製基材１１の他方の面に第２のプリフォーム１３を一体的に備えてなり、ボルト穴加工などを施すことにより、ブレーキディスクにすることができる。
【００１３】
第１のプリフォーム１２は、セラミックス粒子をバインダで一体化した成形品又は、セラミックス繊維を圧縮してなる成形品である。成形品は多孔構造にすることにより、嵩比重を０．１〜１．０にすることができる。アルミニウムの比重が２．７程度であるから、嵩比重が０．１〜１．０の範囲の第１のプリフォーム１２はアルミニウム溶湯に浮く。第２のプリフォーム１３も同様である。
【００１４】
以上の構成からなる複合材の鋳造方法を次に説明する。
図２は本発明に係る第１のプリフォーム載置工程から注湯工程までを説明する図であり、（ａ）に示すように、プリフォーム載置面１５が底に設けられている下型１６と、この下型１６へ進入する上型１７と、この上型１７を昇降させるロッド１８とを準備する。そして、プリフォーム載置面１５に第１のプリフォーム１２を密着させるように載置する（第１のプリフォーム載置工程）。
【００１５】
次に、（ｂ）に示すように、第１のプリフォーム１２へ上から、第１のプリフォーム１２をプリフォーム載置面１５に押さえる方向で、キャビティ２１へ所定量のアルミニウム溶湯１９を注ぐ（注湯工程）。
【００１６】
（ｃ）は（ｂ）のｃ部拡大図であり、アルミニウム溶湯１９は第１のプリフォーム１２とぬれ性が悪い。そのために、第１のプリフォーム１２の側面２２とプリフォーム載置面１５とが交わるコーナー部分に略三角形断面の空洞部２３が発生する。この結果、アルミニウム溶湯１９は第１のプリフォーム１２の下面とプリフォーム載置面１５との間に、侵入しない。
【００１７】
液体に没した物体に作用する浮力は、物体が排斥した液体の質量に相当することが、アルキメデスの原理によって知られている。しかし、本例のように、第１のプリフォーム１２の下面に液体が存在しないときには、この原理は適用できない。すなわち、下向き矢印で示すように、液圧が下向き作用し、第１のプリフォーム１２は浮上しない。
【００１８】
（ａ）において、プリフォーム載置面１５と第１のプリフォーム１２との間を、接着力が弱い接着剤で接着することは差し支えない。接着力が弱いとは、脱型時に成形品が容易に下型１６から外せる程度の力を言う。この結果、生産時間の短縮や生産性の向上を図ることができる。
【００１９】
図３は本発明に係る第２のプリフォーム供給湯工程から溶湯含浸工程までを説明する図であり、（ａ）に示すように、アルミニウム溶湯１９に第２のプリフォーム１３を静かに載せる。そして、（ｂ）に示すように、第２のプリフォーム１３は、アルミニウム溶湯１９より嵩比重が小さいため、アルミニウム溶湯１９上に浮く（第２のプリフォーム供給湯工程）。
【００２０】
次に、（ｃ）に示すように、下型１６に対して溶湯を加圧する方向に移動可能な上型１７を用いて、浮かべた第２のプリフォーム１３を介してアルミニウム溶湯１９を加圧し、アルミニウム溶湯１９を第１のプリフォーム１２及び第２のプリフォーム１３に含浸させる（溶湯含浸工程）。これで、図１に示す複合材１０を得ることができる。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように、第１のプリフォーム１２を溶湯１９の圧力で抑え、第２のプリフォーム１３を溶湯１９に浮かせるようにした。この結果、第１・第２のプリフォーム１２、１３を保持する中子要素を、廃止し、構造を簡略化することができ、設備コストを低減することができる。
【００２２】
次に、本発明の別実施例を説明する。
図４は図１の別実施例図であり、図１と共通の要素は符号を流用して詳細な説明は省略する。図１との変更点は、第１・第２のプリフォーム１２Ｂ、１３Ｂの形状にある。すなわち、第１のプリフォーム１２Ｂは、下面２５の面積より上面２６の面積の方が小さく、下面から上面に向かうにつれて、外周が徐々に小さくなるように形成されている形状であり、周縁部が先尖りのテーパー部２７である。第２のプリフォーム１３は天地が逆なだけで、形状は第１のプリフォーム１２と同じである。
【００２３】
図５は図２（ｂ）と（ｃ）の別実施例図であり、（ａ）に示すように、第１のプリフォーム１２Ｂへ上から、第１のプリフォーム１２Ｂをプリフォーム載置面１５に押さえる方向で、キャビティ２１へ所定量のアルミニウム溶湯１９を注ぐ（注湯工程）。
【００２４】
（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、下向き矢印で示すようにアルミニウム溶湯１９の圧力が第１のプリフォーム１２Ｂに加わる。このときに、テーパー部２７の先ほど薄肉であるため撓みやすくなり、結果、テーパー部２７はプリフォーム載置面１５に、より密着する。この結果、第１のプリフォーム１２Ｂの下面へのアルミニウム溶湯１９の回り込みを、より確実に回避することができる。
【００２５】
テーパー部２７は、先に向かって薄肉になればよく、例えば階段部に変更することができる。
【００２６】
尚、基材１１を構成する金属材料は、アルミニウム合金の他、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましいが、他の金属をマトリックスとする合金であってもよい。
【００２７】
また、本発明の複合材は、車両用ディスクロータに限定するものではなく、車両用ブレーキドラムや他の機械部品であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、車両用ディスクロータの鋳造方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る複合材の断面図である。
【図２】本発明に係る第１のプリフォーム載置工程から注湯工程までを説明する図である。
【図３】本発明に係る第２のプリフォーム供給湯工程から溶湯含浸工程までを説明する図である。
【図４】図１の別実施例図である。
【図５】図２（ｂ）と（ｃ）の別実施例図である。
【図６】従来の技術の基本原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…複合材、１１…アルミニウム製基材、１２、１２Ｂ…第１のプリフォーム、１３、１３Ｂ…第２のプリフォーム、１５…プリフォーム載置面、１６…下型、１７…上型、１９…アルミニウム溶湯、２１…キャビティ、２５…第１のプリフォームの下面、２６…第１のプリフォームの上面、２７…テーパー部。
【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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