JP2000104147A - 部分複合軽金属系部品およびそれの製造に用いる予備成形体 - Google Patents
部分複合軽金属系部品およびそれの製造に用いる予備成形体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的大型であっても、優れた耐摩耗性およ
び強度を発揮することができると共に高μ化が達成で
き、しかも表面性状を長期に亘って平滑に維持すること
ができ、特にブレーキロータの素材として最適な部分複
合軽金属系部品、およびこの様な部分複合軽金属系部品
を製造する為の予備成形体を提供する。 【解決手段】 少なくとも摺動面部が複合化される部分
複合軽金属系部品の製造に用いられる予備成形体であっ
て、硬質材料からなると共に気孔を有する多孔体であ
り、前記硬質材料は、ＴｉＯ2 粒子、セラミックス
短繊維および／またはウィスカ、平均粒径が２０〜１
００μｍのＳｉＣ粒子を含む原料を焼結したものであ
る。
び強度を発揮することができると共に高μ化が達成で
き、しかも表面性状を長期に亘って平滑に維持すること
ができ、特にブレーキロータの素材として最適な部分複
合軽金属系部品、およびこの様な部分複合軽金属系部品
を製造する為の予備成形体を提供する。 【解決手段】 少なくとも摺動面部が複合化される部分
複合軽金属系部品の製造に用いられる予備成形体であっ
て、硬質材料からなると共に気孔を有する多孔体であ
り、前記硬質材料は、ＴｉＯ2 粒子、セラミックス
短繊維および／またはウィスカ、平均粒径が２０〜１
００μｍのＳｉＣ粒子を含む原料を焼結したものであ
る。
Description
【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様に優れた耐摩耗性および強度を有
することが要求される箇所に使用される部分複合軽金属
系部品、およびこの部分複合軽金属系部品を製造する際
に用いられる予備成形体に関するものである。
ブレーキロータ等の様に優れた耐摩耗性および強度を有
することが要求される箇所に使用される部分複合軽金属
系部品、およびこの部分複合軽金属系部品を製造する際
に用いられ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等の様
に高度な耐摩耗性が求められる部品については、従来か
ら鋳鉄が使用されていたが、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輪等の重量を軽
減して走行安定性を向上させると共に、ブレーキロータ
の冷却性を改善しつつ、高摩擦係数化を図って制動性を
向上させるという観点から様々な素材の適用が試みられ
ている。
に高度な耐摩耗性が求められる部品については、従来か
ら鋳鉄が使用されていたが、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輪等の重量を軽
減して走行安定性を向上させると共に、ブレーキロータ
の冷却性を改善しつつ、高摩擦係数化を図って制動性を
向上させるという観点から様々な素材の適用が試みられ
ている。
【０００３】こうした技術の一つとして、ＳｉＣ粒子を
分散させたアルミニウム合金製インゴットを使用し、こ
れを砂型や金型鋳造によって作製されたブレーキロータ
が、電気自動車やスポーツカー等の一部の車に適用され
ている。しかしながら、上記の様な素材をブレーキロー
タに適用しても下記の様な問題があり、更に改善の余地
が残されていた。
分散させたアルミニウム合金製インゴットを使用し、こ
れを砂型や金型鋳造によって作製されたブレーキロータ
が、電気自動車やスポーツカー等の一部の車に適用され
ている。しかしながら、上記の様な素材をブレーキロー
タに適用しても下記の様な問題があり、更に改善の余地
が残されていた。
【０００４】この様な技術では、セラミックスであるＳ
ｉＣ粒子の粒径や体積率等において自由度が低く、高摩
擦係数化には限界がある。またこうした技術では、Ｓｉ
Ｃとの馴染み性の良好な母材を使用する必要があり、こ
うした観点から上記技術においては、母材としてＡＣ４
Ｃ相当のアルミニウム合金が採用されているが、こうし
た母材を使用すると耐用限界温度が低くなるという問題
もある。特に、ブレーキロータの場合には、制動時には
４５０℃程度になるのであるが、この様な高温では早期
に摩耗してしまうという問題がある。更に、上記の様な
部材では、製品全体に難加工性の強化材が存在した状態
であるので、その材料費が高くなると共に、加工に要す
る費用も高いものとなる。
ｉＣ粒子の粒径や体積率等において自由度が低く、高摩
擦係数化には限界がある。またこうした技術では、Ｓｉ
Ｃとの馴染み性の良好な母材を使用する必要があり、こ
うした観点から上記技術においては、母材としてＡＣ４
Ｃ相当のアルミニウム合金が採用されているが、こうし
た母材を使用すると耐用限界温度が低くなるという問題
もある。特に、ブレーキロータの場合には、制動時には
４５０℃程度になるのであるが、この様な高温では早期
に摩耗してしまうという問題がある。更に、上記の様な
部材では、製品全体に難加工性の強化材が存在した状態
であるので、その材料費が高くなると共に、加工に要す
る費用も高いものとなる。
【０００５】近年、強化が要求される部分（例えば、摺
動面部）だけ複合化する方法として、まず、所定形状に
成形された連続気孔を有する多孔質の予備成形体を製造
し、この予備成形体に軽金属の溶湯を浸漬し、溶湯を加
圧することにより該予備成形体の気孔内に軽金属を充填
するという複合化方法が提案され、当該方法に用いられ
る予備成形体およびその製造方法が種々提案されてい
る。
動面部）だけ複合化する方法として、まず、所定形状に
成形された連続気孔を有する多孔質の予備成形体を製造
し、この予備成形体に軽金属の溶湯を浸漬し、溶湯を加
圧することにより該予備成形体の気孔内に軽金属を充填
するという複合化方法が提案され、当該方法に用いられ
る予備成形体およびその製造方法が種々提案されてい
る。
【０００６】こうした技術として、例えば特開平７−１
０８３７０号には、無機繊維とＴｉＯ2 を含有した予備
成形体について開示されている。また特開平６−１８２
５２４号公報には、ホウ酸アルミウィスカ、ケイ酸ナト
リウムおよび炭化珪素（ＳｉＣ）を含有した予備成形体
について記載されている。
０８３７０号には、無機繊維とＴｉＯ2 を含有した予備
成形体について開示されている。また特開平６−１８２
５２４号公報には、ホウ酸アルミウィスカ、ケイ酸ナト
リウムおよび炭化珪素（ＳｉＣ）を含有した予備成形体
について記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で提案されている技術では、ブレーキロータの様に優れ
た耐摩耗性および高強度を有することが要求される部品
に適用する予備成形体としては、依然として不十分であ
り、特性の更なる改善が望まれているのが実状である。
即ち、これまで提案されている予備成形体を用いてブレ
ーキロータ等の様な部分複合軽金属部品に適用しても、
摺動面に凹凸が早期に生じてしまい、これが原因となっ
てノイズや振動（シャダ）が発生するという問題があ
る。
で提案されている技術では、ブレーキロータの様に優れ
た耐摩耗性および高強度を有することが要求される部品
に適用する予備成形体としては、依然として不十分であ
り、特性の更なる改善が望まれているのが実状である。
即ち、これまで提案されている予備成形体を用いてブレ
ーキロータ等の様な部分複合軽金属部品に適用しても、
摺動面に凹凸が早期に生じてしまい、これが原因となっ
てノイズや振動（シャダ）が発生するという問題があ
る。
【０００８】ところで上記の様な予備成形体を用いて複
合軽金属系部品を製造する場合には、上記予備成形体を
金型内にセットした状態でアルミニウム合金等の軽金属
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充填してこの予備成形体を鋳
ぐるむ様に構成されるのが一般的である。しかしなが
ら、上記の様な各種予備成形体は、比較的小型の部材を
製造することを想定してなされたものであり、こうした
予備成形体を用いてブレーキロータの様な比較的大きな
部材に適用する部分複合軽金属系部品を上記の様な製造
工程で製造しようとしても、上記軽金属溶湯の含浸が不
十分となった未複合化部分が形成されやすく、これによ
ってブレーキロータの耐摩耗性や強度が低下するという
問題もある。
合軽金属系部品を製造する場合には、上記予備成形体を
金型内にセットした状態でアルミニウム合金等の軽金属
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充填してこの予備成形体を鋳
ぐるむ様に構成されるのが一般的である。しかしなが
ら、上記の様な各種予備成形体は、比較的小型の部材を
製造することを想定してなされたものであり、こうした
予備成形体を用いてブレーキロータの様な比較的大きな
部材に適用する部分複合軽金属系部品を上記の様な製造
工程で製造しようとしても、上記軽金属溶湯の含浸が不
十分となった未複合化部分が形成されやすく、これによ
ってブレーキロータの耐摩耗性や強度が低下するという
問題もある。
【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、比較的大型で
あっても、優れた耐摩耗性および強度を発揮することが
できると共に高摩擦係数化が達成でき、しかも表面性状
を長期に亘って平滑に維持することができ、特にブレー
キロータの素材として最適な部分複合軽金属系部品、お
よびこの様な部分複合軽金属系部品を製造する為の予備
成形体を提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、比較的大型で
あっても、優れた耐摩耗性および強度を発揮することが
できると共に高摩擦係数化が達成でき、しかも表面性状
を長期に亘って平滑に維持することができ、特にブレー
キロータの素材として最適な部分複合軽金属系部品、お
よびこの様な部分複合軽金属系部品を製造する為の予備
成形体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の予備成形体は、少なくとも摺動面部が
複合化される部分複合軽金属系部品の製造に用いられる
予備成形体であって、硬質材料からなると共に気孔を有
する多孔体であり、前記硬質材料は、 ＴｉＯ2 粒子、 セラミックス短繊維および／またはウィスカ、 平均粒径が２０〜１００μｍのＳｉＣ粒子、を含む原
料を焼結したものである点に要旨を有するものである。
尚この予備成形体において、前記気孔は連続気孔である
ことが好ましいが、連続していない気孔を一部含んだも
のであっても良い。
のできた本発明の予備成形体は、少なくとも摺動面部が
複合化される部分複合軽金属系部品の製造に用いられる
予備成形体であって、硬質材料からなると共に気孔を有
する多孔体であり、前記硬質材料は、 ＴｉＯ2 粒子、 セラミックス短繊維および／またはウィスカ、 平均粒径が２０〜１００μｍのＳｉＣ粒子、を含む原
料を焼結したものである点に要旨を有するものである。
尚この予備成形体において、前記気孔は連続気孔である
ことが好ましいが、連続していない気孔を一部含んだも
のであっても良い。
【００１１】本発明の上記予備成形体においては、Ｔｉ
Ｏ2 の体積率は２〜２０ｖｏｌ％であることが好まし
く、ＳｉＣ粒子の体積率は１０〜３０ｖｏｌ％であるこ
とが好ましい。
Ｏ2 の体積率は２〜２０ｖｏｌ％であることが好まし
く、ＳｉＣ粒子の体積率は１０〜３０ｖｏｌ％であるこ
とが好ましい。
【００１２】この予備成形体は、ＳｉＣがＴｉＯ2 中に
海島構造で焼結された組織を含むものとなる。また上記
セラミックス粒子は、セラミックス短繊維および／また
はウィスカの表面に付着したものとなる。
海島構造で焼結された組織を含むものとなる。また上記
セラミックス粒子は、セラミックス短繊維および／また
はウィスカの表面に付着したものとなる。
【００１３】上記の様な予備成形体の気孔部分に軽金属
を充填することによって、希望する特性の部分複合軽金
属系部品が得られる。
を充填することによって、希望する特性の部分複合軽金
属系部品が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明者らは、摺動面部における
表面性状が長期に亘って変化しない様に部分複合軽金属
系部品を製造できる予備成形体について様々な角度から
検討した。その結果、ＴｉＯ2 粒子、セラミックス
短繊維および／またはウィスカ、ＳｉＣ粒子を適切に
組み合わせて添加してやれば、ＳｉＣ粒径が比較的大き
い方が摩擦試験後の表面が平滑にできることが判明し
た。
表面性状が長期に亘って変化しない様に部分複合軽金属
系部品を製造できる予備成形体について様々な角度から
検討した。その結果、ＴｉＯ2 粒子、セラミックス
短繊維および／またはウィスカ、ＳｉＣ粒子を適切に
組み合わせて添加してやれば、ＳｉＣ粒径が比較的大き
い方が摩擦試験後の表面が平滑にできることが判明し
た。
【００１５】即ち、予備成形体にＳｉＣ粒子を添加する
場合には、分散性の観点からその粒径が１０μｍ程度の
ものが使用されるのが一般的であったが、本発明者ら
が、上記〜を原料として用い、これらを種々の組み
合わせで様々な予備成形を作製し、これにアルミニウム
合金を含浸したブレーキロータ（部分複合軽金属系部
品）を作製し、該部品の摩擦試験後の表面摩擦係数μの
変化について検討したところ、ＳｉＣ粒子の粒径を２０
μｍ以上と比較的大きくしてやれば、１０μｍの小さい
粒径のＳｉＣを用いた場合よりも、摩擦試験後の摺動面
の平滑性が維持できることを見出し、本発明を完成し
た。
場合には、分散性の観点からその粒径が１０μｍ程度の
ものが使用されるのが一般的であったが、本発明者ら
が、上記〜を原料として用い、これらを種々の組み
合わせで様々な予備成形を作製し、これにアルミニウム
合金を含浸したブレーキロータ（部分複合軽金属系部
品）を作製し、該部品の摩擦試験後の表面摩擦係数μの
変化について検討したところ、ＳｉＣ粒子の粒径を２０
μｍ以上と比較的大きくしてやれば、１０μｍの小さい
粒径のＳｉＣを用いた場合よりも、摩擦試験後の摺動面
の平滑性が維持できることを見出し、本発明を完成し
た。
【００１６】本発明の係る予備成形体は、上述の如く
ＴｉＯ2 粒子、セラミックス短繊維および／またはウ
ィスカ、平均粒径が２０〜１００μｍのＳｉＣ粒子を
必須成分として含有する原料を焼結したものであるが、
これらの作用は次の通りである。
ＴｉＯ2 粒子、セラミックス短繊維および／またはウ
ィスカ、平均粒径が２０〜１００μｍのＳｉＣ粒子を
必須成分として含有する原料を焼結したものであるが、
これらの作用は次の通りである。
【００１７】ＴｉＯ2 粒子は、本発明の予備成形体の基
本的な硬質材料を形成するものであり、予備成形体の強
度を確保する上で必要な成分である。またＴｉＯ2 粒子
は、少量の添加で部分複合軽金属系部品の摩擦面の平滑
性を維持する上でも有効である。こうした効果を発揮さ
せる為には、Ｔｉの含有量は体積率Ｖｆで２ｖｏｌ％以
上含有させることが好ましいが、その量が多くなると高
圧鋳造での複合化を比較的容易に行なうのに必要な通気
性が確保できなくなるので、２０Ｖｏｌ％以下とすべき
である。このＴｉＯ2 粒子の粒径については、各特性に
影響を与えるものでないので、どの様なものを用いても
良いが、通常は０．３μｍ程度の粒径のものを用いる。
本的な硬質材料を形成するものであり、予備成形体の強
度を確保する上で必要な成分である。またＴｉＯ2 粒子
は、少量の添加で部分複合軽金属系部品の摩擦面の平滑
性を維持する上でも有効である。こうした効果を発揮さ
せる為には、Ｔｉの含有量は体積率Ｖｆで２ｖｏｌ％以
上含有させることが好ましいが、その量が多くなると高
圧鋳造での複合化を比較的容易に行なうのに必要な通気
性が確保できなくなるので、２０Ｖｏｌ％以下とすべき
である。このＴｉＯ2 粒子の粒径については、各特性に
影響を与えるものでないので、どの様なものを用いても
良いが、通常は０．３μｍ程度の粒径のものを用いる。
【００１８】尚上記体積率Ｖｆは、予備成形体全体に対
する体積率を示している。気孔も含めた予備成形体の体
積をＶ1 、気孔の体積をＶ0 とすると、硬質材料の体積
率は（Ｖ1 −Ｖ0 ）となるので、予備成形体に占める硬
質材料の体積率は（Ｖ1 −Ｖ 0 ）／Ｖ1 で示されること
になる。尚後述する様な方法によって、本発明の予備成
形体を製造すれば、焼結前後における体積収縮がほとん
どないので、体積率Ｖｆは吸引脱水した最密充填状態の
混合体の見掛け密度と各配合物の配合重量および密度と
から算出できる。以下では、この体積率Ｖｆを、「Ｖｆ
％」と略称する。
する体積率を示している。気孔も含めた予備成形体の体
積をＶ1 、気孔の体積をＶ0 とすると、硬質材料の体積
率は（Ｖ1 −Ｖ0 ）となるので、予備成形体に占める硬
質材料の体積率は（Ｖ1 −Ｖ 0 ）／Ｖ1 で示されること
になる。尚後述する様な方法によって、本発明の予備成
形体を製造すれば、焼結前後における体積収縮がほとん
どないので、体積率Ｖｆは吸引脱水した最密充填状態の
混合体の見掛け密度と各配合物の配合重量および密度と
から算出できる。以下では、この体積率Ｖｆを、「Ｖｆ
％」と略称する。
【００１９】硬質材料に含まれる短繊維やウィスカは、
予備成形体の骨格を形成する上で必要な成分である。こ
の様な短繊維としては、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。
予備成形体の骨格を形成する上で必要な成分である。こ
の様な短繊維としては、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】ＳｉＣ粒子は前述の如く、粒径が２０μｍ
以上のものを用いることによって、摺動面の平滑性の維
持に有効な元素である。またブレーキロータの様な部分
複合軽金属系部品における摩擦係数化を図る為にも有用
な成分である。こうした効果を発揮させる為には、Ｓｉ
Ｃ含有量は２Ｖｆ％以上含有させることが好ましいが、
その量が多くなるとＴｉＯ2 の場合と同様に高圧鋳造で
の複合化を比較的容易に行なうのに必要な通気性が確保
できなくなるので、３０Ｖｆ％以下とすべきである。尚
このＳｉＣ粒子の粒径の上限については、予備成形系体
中に均一に分散させる必要性から１００μｍと規定し
た。
以上のものを用いることによって、摺動面の平滑性の維
持に有効な元素である。またブレーキロータの様な部分
複合軽金属系部品における摩擦係数化を図る為にも有用
な成分である。こうした効果を発揮させる為には、Ｓｉ
Ｃ含有量は２Ｖｆ％以上含有させることが好ましいが、
その量が多くなるとＴｉＯ2 の場合と同様に高圧鋳造で
の複合化を比較的容易に行なうのに必要な通気性が確保
できなくなるので、３０Ｖｆ％以下とすべきである。尚
このＳｉＣ粒子の粒径の上限については、予備成形系体
中に均一に分散させる必要性から１００μｍと規定し
た。
【００２１】本発明の予備成形体の構成材料は、セラミ
ックス粒子としてＴｉＯ2 およびＳｉＣ粒子を含有する
ものであるが、これらは予備成形体の組織はＳｉＣがＴ
ｉＯ 2 中に海島構造で焼結されたものとなり、こうした
形態となることによって予備成形体に十分な強度を付与
することができる。これら以外にも、必要によって、Ａ
ｌ2 Ｏ3 等のセラミックス粒子を含ませても良い。また
上記セラミックス短繊維やウィスカ等は、その表面に上
記セラミックス粒子が付着したものとなる。
ックス粒子としてＴｉＯ2 およびＳｉＣ粒子を含有する
ものであるが、これらは予備成形体の組織はＳｉＣがＴ
ｉＯ 2 中に海島構造で焼結されたものとなり、こうした
形態となることによって予備成形体に十分な強度を付与
することができる。これら以外にも、必要によって、Ａ
ｌ2 Ｏ3 等のセラミックス粒子を含ませても良い。また
上記セラミックス短繊維やウィスカ等は、その表面に上
記セラミックス粒子が付着したものとなる。
【００２２】本発明の予備成形体は、上記の様な硬質材
料を基本的な構成材料とするものであるが、これらの他
に硬質材料の焼結を促進させる焼結助剤や、体積率調節
用の消失性粉末、無機バインダまたは凝集剤等を添加し
たものを原料とし、これを焼結することによって形成す
るようにしても良い。
料を基本的な構成材料とするものであるが、これらの他
に硬質材料の焼結を促進させる焼結助剤や、体積率調節
用の消失性粉末、無機バインダまたは凝集剤等を添加し
たものを原料とし、これを焼結することによって形成す
るようにしても良い。
【００２３】上記焼結助剤は、１１００℃程度の比較的
低温で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Ｃ
ａＯ、ＭｇＯ若しくはＡｌ2 Ｏ3 等の金属酸化物が挙げ
られる。また上記体積率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、ポリエチエン粒子、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。こうした消失性粉末
を添加することによって、強度を維持しつつ予備成形体
の空孔率を増大させることができ、複合化し易いものと
なる。
低温で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Ｃ
ａＯ、ＭｇＯ若しくはＡｌ2 Ｏ3 等の金属酸化物が挙げ
られる。また上記体積率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、ポリエチエン粒子、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。こうした消失性粉末
を添加することによって、強度を維持しつつ予備成形体
の空孔率を増大させることができ、複合化し易いものと
なる。
【００２４】上記無機バインダとしては、シリカゲルや
アルミナゾル等のコロイド物質が用いられる。更に、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、上記予備成形体を形成する混合物に硫酸ア
ンモニウム等の添加物を添加するようにしても良い。
アルミナゾル等のコロイド物質が用いられる。更に、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、上記予備成形体を形成する混合物に硫酸ア
ンモニウム等の添加物を添加するようにしても良い。
【００２５】本発明の予備成形体を成形するには、上記
〜を含む硬質材料と、上記焼結助剤とを水等の分散
媒に混合すると共に、必要に応じて体積率調節用の消失
性粉末、無機バインダを混合すると共に、または凝集剤
を添加して攪拌することによりスラリーを調製する。そ
して、図１に示すように、底部に濾過部４および脱水吸
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、図２に示す様
な脱水体８を形成する。
〜を含む硬質材料と、上記焼結助剤とを水等の分散
媒に混合すると共に、必要に応じて体積率調節用の消失
性粉末、無機バインダを混合すると共に、または凝集剤
を添加して攪拌することによりスラリーを調製する。そ
して、図１に示すように、底部に濾過部４および脱水吸
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、図２に示す様
な脱水体８を形成する。
【００２６】次いで、この脱水体８を６００℃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
失させると共に、上記成形体を乾燥させる。更に、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
セラミックス粒子等の硬質材料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通気性の高い多孔体か
らなる予備成形体が形成される。この様にして形成され
たブレーキロータ用の予備成形体の外形例を図３に示
す。
度で加熱して、上記黒鉛粉末等からなる消失性粉末を消
失させると共に、上記成形体を乾燥させる。更に、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
セラミックス粒子等の硬質材料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通気性の高い多孔体か
らなる予備成形体が形成される。この様にして形成され
たブレーキロータ用の予備成形体の外形例を図３に示
す。
【００２７】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℃程度の温
度でＣａＯとＣＯ2 ガスとに分解され、このＣａＯが、
上記ＴｉＯ２粒子等からなるセラミックス粒子と反応し
てＣａＴｉＯ3 が生成される。そして、この新たに生成
された化合物（ＣａＴｉＯ3 ）は、一般に上記焼結性セ
ラミックスよりも低温で焼結することができる。
使用した場合には、このＣａＣＯ3が９００℃程度の温
度でＣａＯとＣＯ2 ガスとに分解され、このＣａＯが、
上記ＴｉＯ２粒子等からなるセラミックス粒子と反応し
てＣａＴｉＯ3 が生成される。そして、この新たに生成
された化合物（ＣａＴｉＯ3 ）は、一般に上記焼結性セ
ラミックスよりも低温で焼結することができる。
【００２８】このため、１１００℃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
ラミックス粒子を上記ＣａＴｉＯ3 によって強固に結び
付けることができる。従って、上記硬質材料として特性
の異なる複数種のセラミックス粒子を上記予備成形体に
配合した場合においても、この予備成形体の空孔率が高
められて複合化しやすい予備成形体が得られ、そのハン
ドリング性が確保されると共に、大型化が可能となる。
た上記ＣａＴｉＯ3 により、ＳｉＣ等からなる高硬度セ
ラミックス粒子を上記ＣａＴｉＯ3 によって強固に結び
付けることができる。従って、上記硬質材料として特性
の異なる複数種のセラミックス粒子を上記予備成形体に
配合した場合においても、この予備成形体の空孔率が高
められて複合化しやすい予備成形体が得られ、そのハン
ドリング性が確保されると共に、大型化が可能となる。
【００２９】この様にして、セラミックスと焼結助剤が
反応して生成された新たなセラミックスを介して、セラ
ミックス粒子、骨格形成材が夫々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
予備成形体が得られる。そして、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、予備成形体内におい
てセラミックス粒子の一部と反応してなる化合物として
存在している。また、黒鉛粉等からなる体積率調節用の
消失性粉末が配合されている場合には、焼結時に、上記
黒鉛粉等がＣＯまたはＣＯ2 となって系外へ排出される
ことにより、消失性粉末の配合部に空孔が形成されて予
備成形体の空孔率が上昇する。
反応して生成された新たなセラミックスを介して、セラ
ミックス粒子、骨格形成材が夫々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
予備成形体が得られる。そして、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、予備成形体内におい
てセラミックス粒子の一部と反応してなる化合物として
存在している。また、黒鉛粉等からなる体積率調節用の
消失性粉末が配合されている場合には、焼結時に、上記
黒鉛粉等がＣＯまたはＣＯ2 となって系外へ排出される
ことにより、消失性粉末の配合部に空孔が形成されて予
備成形体の空孔率が上昇する。
【００３０】焼結温度は、セラミックス粒子が焼結でき
る温度であればよい。使用するセラミックス粒子が０．
２〜１μｍのＴｉＯ2 の場合には、１０００℃以上、好
ましくは１０００〜１２００℃で、２時間程度で焼結で
きる。尚、焼失性粉末が黒鉛粉末の場合には、６００℃
程度からＣＯ，ＣＯ2 となって系外へ放出除去、すなわ
ち焼失しはじめる。
る温度であればよい。使用するセラミックス粒子が０．
２〜１μｍのＴｉＯ2 の場合には、１０００℃以上、好
ましくは１０００〜１２００℃で、２時間程度で焼結で
きる。尚、焼失性粉末が黒鉛粉末の場合には、６００℃
程度からＣＯ，ＣＯ2 となって系外へ放出除去、すなわ
ち焼失しはじめる。
【００３１】尚、無機バインダ等の他の添加剤が配合さ
れていた場合には、これがセラミックスの部分とともに
予備成形体の骨格部分を形成することとなる。
れていた場合には、これがセラミックスの部分とともに
予備成形体の骨格部分を形成することとなる。
【００３２】以上のようにして得られる複合化用予備成
形体を用いて、ブレーキロータからなる部分複合軽金属
系部品を製造する方法について以下に説明する。まず、
図４に示すように、上記予備成形体１を金型１０の内部
にセットし、次いで図５に示す様に、この予備成形体に
向けて母材となるアルミニウム等の軽金属溶湯１２をピ
ストン１３により加圧して注入する。この様にして、予
備成形体に向けて軽金属溶湯１２を加圧注入することに
よって、この軽金属溶湯１２が予備成形体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。尚本発明の部分複
合軽金属部品で適用できる軽金属としては、アルミニウ
ム、アルミニウム系合金、マグネシウム合金等が挙げら
れる。
形体を用いて、ブレーキロータからなる部分複合軽金属
系部品を製造する方法について以下に説明する。まず、
図４に示すように、上記予備成形体１を金型１０の内部
にセットし、次いで図５に示す様に、この予備成形体に
向けて母材となるアルミニウム等の軽金属溶湯１２をピ
ストン１３により加圧して注入する。この様にして、予
備成形体に向けて軽金属溶湯１２を加圧注入することに
よって、この軽金属溶湯１２が予備成形体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。尚本発明の部分複
合軽金属部品で適用できる軽金属としては、アルミニウ
ム、アルミニウム系合金、マグネシウム合金等が挙げら
れる。
【００３３】ところで、ＴｉＯ2 およびＳｉＣを強化材
（予備成形体）に使用したアルミニウム複合材では、溶
体化処理（Ｔ４熱処理）等の熱処理によってＴｉ−Ａｌ
−Ｓｉ化合物を生成することが予想され、この化合物は
ブレーキロータの相手材であるパッド材と凝着し易い性
質を有していることから、熱処理を施すことは部分複合
軽金属系部品の高μ化を達成する上で有効な手段と考え
られる。しかしながら、こうした熱処理を施す場合に、
上記焼結助剤としてＣａＣＯ3 を添加していると、前述
の様にＴｉＯ2 はＣａＣＯ3 の分解によって生じた安定
酸化物であるＣａＯと反応して、ＣａＴｉＯ3 が生成す
るので、熱処理を行なってもＴｉＯ2 とＡｌやＳｉとの
反応は起こらないことになる。
（予備成形体）に使用したアルミニウム複合材では、溶
体化処理（Ｔ４熱処理）等の熱処理によってＴｉ−Ａｌ
−Ｓｉ化合物を生成することが予想され、この化合物は
ブレーキロータの相手材であるパッド材と凝着し易い性
質を有していることから、熱処理を施すことは部分複合
軽金属系部品の高μ化を達成する上で有効な手段と考え
られる。しかしながら、こうした熱処理を施す場合に、
上記焼結助剤としてＣａＣＯ3 を添加していると、前述
の様にＴｉＯ2 はＣａＣＯ3 の分解によって生じた安定
酸化物であるＣａＯと反応して、ＣａＴｉＯ3 が生成す
るので、熱処理を行なってもＴｉＯ2 とＡｌやＳｉとの
反応は起こらないことになる。
【００３４】そこで、アルミニウム複合材を熱処理する
場合には、焼結助剤としてのＣａＣＯ3 は添加せずに予
備成形体を形成するのが好ましい。尚焼結助剤としてＣ
ａＣＯ3 を添加しない場合には、予備成形体の強度が低
くなることが予想されるが、ＳｉＣ粒子の含有量を５Ｖ
ｆ％以上とすることによって、十分な強度を確保でき
る。尚前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ化合物を生成して凝着性を
向上させるという観点からしても、Ｔｉの含有量は体積
率で２ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。
場合には、焼結助剤としてのＣａＣＯ3 は添加せずに予
備成形体を形成するのが好ましい。尚焼結助剤としてＣ
ａＣＯ3 を添加しない場合には、予備成形体の強度が低
くなることが予想されるが、ＳｉＣ粒子の含有量を５Ｖ
ｆ％以上とすることによって、十分な強度を確保でき
る。尚前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ化合物を生成して凝着性を
向上させるという観点からしても、Ｔｉの含有量は体積
率で２ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。
【００３５】また本発明者らが検討したところによる
と、車両のばね下重量軽量化の為に、ディスク部をセラ
ミックス粒子、短繊維およびウィスカ等で複合強化した
アルミブレーキロータにおいては、摺動面をバフ研磨し
た後、エッチング処理を施すことも摩擦初期における高
摩擦係数化を達成する上で有効であることも見出してい
る。上記の様なアルミブレーキロータにおいては、機械
加工しただけの表面では、硬質のセラミックス粒子や短
繊維と比較して母材のアルミニウム部分が柔らかいの
で、これら粒子や短繊維のところが母材によって覆われ
た状態になっている。こうしたことから、摺動初期にお
いては、パッド材表面にアルミニウムが付着して初期に
おける当たりが悪く高μ化が達成されないものと考えら
れる。こうしたことから、上記の様な処理を行って、セ
ラミックス粒子や短繊維等の表面を覆っているアルミニ
ウムを除去すれば、摺動初期から硬質粒子がパッド材と
接触ですることができ、摺動初期における高摩擦係数化
が達成できるものと考えられる。
と、車両のばね下重量軽量化の為に、ディスク部をセラ
ミックス粒子、短繊維およびウィスカ等で複合強化した
アルミブレーキロータにおいては、摺動面をバフ研磨し
た後、エッチング処理を施すことも摩擦初期における高
摩擦係数化を達成する上で有効であることも見出してい
る。上記の様なアルミブレーキロータにおいては、機械
加工しただけの表面では、硬質のセラミックス粒子や短
繊維と比較して母材のアルミニウム部分が柔らかいの
で、これら粒子や短繊維のところが母材によって覆われ
た状態になっている。こうしたことから、摺動初期にお
いては、パッド材表面にアルミニウムが付着して初期に
おける当たりが悪く高μ化が達成されないものと考えら
れる。こうしたことから、上記の様な処理を行って、セ
ラミックス粒子や短繊維等の表面を覆っているアルミニ
ウムを除去すれば、摺動初期から硬質粒子がパッド材と
接触ですることができ、摺動初期における高摩擦係数化
が達成できるものと考えられる。
【００３６】以下本発明を実施例によって、この効果を
より具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定するも
のではなく、前記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
より具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定するも
のではなく、前記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３７】
【実施例】実施例 ＳｉＣ粒子とＴｉＯ2 粒子を下記表１に示す配合割合で
混合し、これに下記の成分を配合した各種の原料を準備
し、前述した方法に従って前記図３に示した様なブレー
キロータ用の予備成形体を作製した。このとき、ＴｉＯ
2 粒子しては、平均粒径が０．３μｍのものを用いた。
また焼結温度は１１４０℃として３時間焼結した。 （他の成分） 骨格形成材：アルミナ短繊維（３．０Ｖｆ％）、ほう酸
アルミウィスカ（３．０Ｖｆ％） 焼結助剤 ：ＣａＣＯ3 （１．０Ｖｆ％） その他 ：アルミナゾル（適量）、ポリアクリルアミ
ドゲル（適量）
混合し、これに下記の成分を配合した各種の原料を準備
し、前述した方法に従って前記図３に示した様なブレー
キロータ用の予備成形体を作製した。このとき、ＴｉＯ
2 粒子しては、平均粒径が０．３μｍのものを用いた。
また焼結温度は１１４０℃として３時間焼結した。 （他の成分） 骨格形成材：アルミナ短繊維（３．０Ｖｆ％）、ほう酸
アルミウィスカ（３．０Ｖｆ％） 焼結助剤 ：ＣａＣＯ3 （１．０Ｖｆ％） その他 ：アルミナゾル（適量）、ポリアクリルアミ
ドゲル（適量）
【００３８】
【表１】
【００３９】得られた予備成形体を用いて、溶湯鍛造に
よってアルミニウム合金と複合化（アルミブレーキロー
タ）し、得られた複合材料について１００〜４００℃の
範囲で摩耗試験を行なった。このとき、摩耗試験の相手
材としては、アルミディスクブレーキ用のパッド材ＴＳ
−１６（商品名：日清紡株式会社製）を使用した。
よってアルミニウム合金と複合化（アルミブレーキロー
タ）し、得られた複合材料について１００〜４００℃の
範囲で摩耗試験を行なった。このとき、摩耗試験の相手
材としては、アルミディスクブレーキ用のパッド材ＴＳ
−１６（商品名：日清紡株式会社製）を使用した。
【００４０】ＳｉＣ体積率、ＳｉＣ粒径およびＴｉＯ2
等が、摩耗試験後の表面粗さ（Ｒｍａｘ：アルミブレー
キロータの摺動面の表面粗さ）に与える影響について調
査した。その結果を、夫々図６〜８に示す。尚図６〜８
には、粒径１０μｍ程度のＳｉＣ粒子を強化材として２
０Ｖｆ％使用して溶湯攪拌法で作製したデュランキャン
材（商品名）についても示した。
等が、摩耗試験後の表面粗さ（Ｒｍａｘ：アルミブレー
キロータの摺動面の表面粗さ）に与える影響について調
査した。その結果を、夫々図６〜８に示す。尚図６〜８
には、粒径１０μｍ程度のＳｉＣ粒子を強化材として２
０Ｖｆ％使用して溶湯攪拌法で作製したデュランキャン
材（商品名）についても示した。
【００４１】図６は、ＳｉＣ体積率と最大表面粗さ（Ｒ
ｍａｘ）との関係を示したものであるが（ＴｉＯ2 の体
積率は２〜６Ｖｆ％）、粒径が２５μｍのＳｉＣを１０
Ｖｆ％以上含有させたものでは、表面粗さ（Ｒｍａｘ）
が小さい値に維持されていることが分かる。
ｍａｘ）との関係を示したものであるが（ＴｉＯ2 の体
積率は２〜６Ｖｆ％）、粒径が２５μｍのＳｉＣを１０
Ｖｆ％以上含有させたものでは、表面粗さ（Ｒｍａｘ）
が小さい値に維持されていることが分かる。
【００４２】図７は、ＳｉＣ粒径と最大表面粗さ（Ｒｍ
ａｘ）との関係を示したものであるが（ＴｉＯ2 の体積
率は２〜６Ｖｆ％）、粒径が２０μｍ以上のＳｉＣを含
有させたものでは、表面粗さＲｍａｘが小さい値に維持
されていることが分かる。
ａｘ）との関係を示したものであるが（ＴｉＯ2 の体積
率は２〜６Ｖｆ％）、粒径が２０μｍ以上のＳｉＣを含
有させたものでは、表面粗さＲｍａｘが小さい値に維持
されていることが分かる。
【００４３】図８は、ＴｉＯ2 体積率と最大表面粗さ
（Ｒｍａｘ）との関係を示したものであるが（ＳｉＣの
体積率は１８〜２２Ｖｆ％）、ＴｉＯ2 は少量添加（２
Ｖｆ％以上）するだけで、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を小さ
い値に維持できることが分かる。
（Ｒｍａｘ）との関係を示したものであるが（ＳｉＣの
体積率は１８〜２２Ｖｆ％）、ＴｉＯ2 は少量添加（２
Ｖｆ％以上）するだけで、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を小さ
い値に維持できることが分かる。
【００４４】一方、図９はＳｉＣ体積率が摩擦係数μ
（全試験温度での摩擦係数の平均値）に与える影響を示
すグラフであるが、摩擦係数μはＳｉＣの粒径よりも体
積率への依存性が大きいことが分かる。
（全試験温度での摩擦係数の平均値）に与える影響を示
すグラフであるが、摩擦係数μはＳｉＣの粒径よりも体
積率への依存性が大きいことが分かる。
【００４５】参考例１ ＴｉＯ2 ８Ｖｆ％、ＳｉＣ１２Ｖｆ％およびアルミナ短
繊維３Ｖｆ％をベース材とし、これにＣａＣＯ3 を添加
したものと添加しないものを原料として準備し、実施例
と同様にしてアルミブレーキロータ（母材ＡｌはＡＣ４
Ｃ相当）を作製した。そして、ＣａＣＯ3 を添加しなか
ったものについて、５２０℃に４時間保持した後水冷す
る条件での溶体化熱処理（Ｔ４熱処理）を施したものと
熱処理をしないもの（as cast 材）についてついて、実
施例と同様に摩耗試験を行ない、熱処理が摩擦係数μ及
ぼす影響について調査した。
繊維３Ｖｆ％をベース材とし、これにＣａＣＯ3 を添加
したものと添加しないものを原料として準備し、実施例
と同様にしてアルミブレーキロータ（母材ＡｌはＡＣ４
Ｃ相当）を作製した。そして、ＣａＣＯ3 を添加しなか
ったものについて、５２０℃に４時間保持した後水冷す
る条件での溶体化熱処理（Ｔ４熱処理）を施したものと
熱処理をしないもの（as cast 材）についてついて、実
施例と同様に摩耗試験を行ない、熱処理が摩擦係数μ及
ぼす影響について調査した。
【００４６】その結果を図１０に示すが、ＣａＣＯ3 を
添加しないものについて熱処理を施すことは、アルミブ
レーキロータの高摩擦係数化を達成する上で有効な手段
であることが分かる。
添加しないものについて熱処理を施すことは、アルミブ
レーキロータの高摩擦係数化を達成する上で有効な手段
であることが分かる。
【００４７】参考例２ ＴｉＯ2 ８Ｖｆ％、ＳｉＣ１２Ｖｆ％およびアルミナ短
繊維３Ｖｆ％をベース材とし、これにＣａＣＯ3 を添加
したものを原料として準備し、実施例と同様にしてアル
ミブレーキロータ（母材ＡｌはＡＣ４Ｃ相当）を作製し
た。
繊維３Ｖｆ％をベース材とし、これにＣａＣＯ3 を添加
したものを原料として準備し、実施例と同様にしてアル
ミブレーキロータ（母材ＡｌはＡＣ４Ｃ相当）を作製し
た。
【００４８】得られたアルミブレーキロータについて、
摺動面をバフ研磨した後にエッチング処理を施した場合
と、これらの処理を施さない場合（機械加工のみのも
の）において、摩耗試験を行なって初期の摩擦係数μを
測定した。
摺動面をバフ研磨した後にエッチング処理を施した場合
と、これらの処理を施さない場合（機械加工のみのも
の）において、摩耗試験を行なって初期の摩擦係数μを
測定した。
【００４９】その結果を図１１に示すが、上記の様な処
理を行なえば、摺動初期における高摩擦係数化が達成で
きることが分かる。
理を行なえば、摺動初期における高摩擦係数化が達成で
きることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、比
較的大型であっても、優れた耐摩耗性および強度を発揮
することができると共に高摩擦係数化が達成でき、しか
も表面性状を長期に亘って平滑に維持することができ、
特にブレーキロータの素材として最適な部分複合軽金属
系部品、およびこの様な部分複合軽金属系部品を得るこ
とのできる予備成形体が実現できた。
較的大型であっても、優れた耐摩耗性および強度を発揮
することができると共に高摩擦係数化が達成でき、しか
も表面性状を長期に亘って平滑に維持することができ、
特にブレーキロータの素材として最適な部分複合軽金属
系部品、およびこの様な部分複合軽金属系部品を得るこ
とのできる予備成形体が実現できた。
【図１】予備成形体の製造方法を示す断面図である。
【図２】予備成形体の製造方法を示す断面図である。
【図３】形成されたブレーキロータ用の予備成形体の外
形例を示す概略説明図である。
形例を示す概略説明図である。
【図４】本発明に係る部分複合軽金属系部品の製造方法
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】本発明に係る部分複合軽金属系部品の製造方法
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】ＳｉＣ体積率と最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）との
関係を示したグラフである。
関係を示したグラフである。
【図７】ＳｉＣ粒径と最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）との関
係を示したグラフである。
係を示したグラフである。
【図８】ＴｉＯ2 体積率と最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）と
の関係を示したグラフである。
の関係を示したグラフである。
【図９】ＳｉＣ体積率が摩擦係数μ（全試験温度での摩
擦係数の平均値）に与える影響を示すグラフである。
擦係数の平均値）に与える影響を示すグラフである。
【図１０】参考例１における温度別摩耗試験の結果を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１１】参考例２における温度別摩耗試験の結果を示
すグラフである。
すグラフである。
１ 予備成形体 ４ 濾過部 ５ 脱水吸引口 ６ 容器 ７ スラリー ８ 脱水体 １０ 金型 １２ 軽金属溶湯
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも摺動面部が複合化される部分
複合軽金属系部品の製造に用いられる予備成形体であっ
て、硬質材料からなると共に気孔を有する多孔体であ
り、前記硬質材料は、 ＴｉＯ2 粒子、 セラミックス短繊維および／またはウィスカ、 平均粒径が２０〜１００μｍのＳｉＣ粒子、を含む原
料を焼結したものであることを特徴とする予備成形体。 - 【請求項２】 ＴｉＯ2 の体積率が２〜２０ｖｏｌ％で
ある請求項１に記載の予備成形体。 - 【請求項３】 ＳｉＣの体積率が１０〜３０ｖｏｌ％で
ある請求項１または２に記載の予備成形体。 - 【請求項４】 ＳｉＣがＴｉＯ2 中に海島構造で焼結さ
れたものである請求項１〜３のいずれかに記載の予備成
形体。 - 【請求項５】 セラミックス短繊維および／またはウイ
スカの表面に上記セラミックス粒子が付着したものであ
る請求項１〜４のいずれかに記載の予備成形体。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の予備成
形体の気孔部分に軽合金が充填されたものであることを
特徴とする部分複合軽金属系部品。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27903198A JP3376292B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 部分複合軽金属系部品およびそれの製造に用いる予備成形体 |
| EP99118782A EP0992307B1 (en) | 1998-09-30 | 1999-09-27 | Partially composite lightweight product and preform for producing the same |
| DE69932687T DE69932687T2 (de) | 1998-09-30 | 1999-09-27 | Partielles Leichtkompositprodukt und Vorform zu seiner Herstellung |
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