JP4447391B2 - ディスクロータの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクブレーキシステムに用いられる、プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータの製造装置及び製造方法に関するものである。

ブレーキ用ディスクロータの分野では、軽量化を図る観点からロータ用素材は鋳鉄からアルミニウム等の軽金属への移行が進んでおり、更にアルミニウム単体での強度及び耐摩耗性の不足を補うため、アルミニウム又はその合金を母材とし且つプリフォームを含んだ金属基複合材料（ＭＭＣ）の利用に関する研究開発が盛んである。かかるアルミＭＭＣロータの製造手法としては、金型のキャビティ内の所定位置に多孔性プリフォームを支持しておき、加圧鋳造法に準じて、キャビティ内に注湯したアルミニウム溶湯をプリフォーム内に浸透させつつ型成形を行う方法が知られている。この種の製造方法では、金型内でプリフォームをいかにして安定支持するかが重要な技術課題となっている。

例えば、特許文献１の繊維強化金属部材の製造方法では、中子又は金型に対して嵌合（セット）される繊維成形体（多孔性プリフォームの一種）の当該嵌合部を他の部分よりも繊維密度が低い低密度部として構成する。そして、その繊維成形体の低密度部を中子又は金型に対して圧縮しながら嵌合することにより、中子又は金型へのセット時には繊維成形体の繊維密度が全体的に均一化するように仕向けると共に、圧縮時に生じた低密度部の弾性作用に基づく付勢力によって当該繊維成形体を金型内の所望位置に保持して加圧鋳造時の溶湯流に基づく繊維成形体の位置ずれを規制している。

また、特許文献２には、相対的に接離可能に設けられた第１及び第２の金型により形成されるキャビティ内にプリフォームを支持固定した状態で、前記キャビテイ内に金属溶湯を充填し加圧することに基づいてディスクロータを製造するためのディスクロータの製造装置であって、環状に配列されラジアル方向に沿って移動可能な分割された複数の中子要素、から構成される中子を有し、前記中子要素の内周側に、前記複数の中子要素が前記ラジアル方向外方に移動された前記中子の開状態において、少なくとも一枚の前記プリフォームを、該複数の中子要素によって囲まれた空間に挿入可能であり、且つ、前記複数の中子要素をラジアル方向内方に向かって所定部位まで移動させた前記中子の閉状態において、前記少なくとも一枚のプリフォームの外周部を保持可能な支持部が形成されたことを特徴とするディスクロータの製造装置が開示されている。

特開平１−２７２７２５号公報（第１〜２頁） 特開２００３−１３９１７２号公報（請求項６）

しかしながら、特許文献１の技術をディスクロータの製造に用いようとすると、金型又はその一部を構成する中子に対して繊維成形体を圧縮状態でセットしなければならず、圧縮力の調節を誤ると繊維成形体が圧縮応力に耐えきれず破損する可能性がある。また、局部的に繊維密度が異なる繊維成形体を作成する必要があり、その手間及び製造コストの負担は計り知れない。このため、特許文献１の技術をディスクロータの製造に応用することは容易ではない。

また、特許文献２には、金属溶湯の加圧時にはプリフォーム押え面を介してプリフォームを押圧することにより溶湯圧力の高まりによるプリフォームの位置ずれを防止するようなプリフォーム押え機構に関する記載はない。

本発明の目的は、プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータの製造に際して、プリフォーム破損の可能性を極力低減しながらディスクロータ成形用キャビティ内でのプリフォーム支持の安定化を図ることが可能なディスクロータの製造装置及び製造方法を提供することにある。また、使用可能なプリフォームに関する制約が少なく、作業効率の向上及び製造コストの抑制を図ることが可能なディスクロータの製造装置及び製造方法を提供することにある。

請求項１の発明（本発明の第１の視点）は、プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータの製造装置において、前記プリフォーム及び金属溶湯を収容可能なディスクロータ成形用キャビティを構成するためのキャビティ構成型と、前記キャビティ内での前記プリフォームの位置を定めるべく前記キャビティ構成型の一部に設けられたプリフォーム支持部と、前記キャビティ内に収容された前記金属溶湯を加圧するための溶湯加圧手段と、前記プリフォーム支持部に支えられた前記プリフォームに対し相対接近離間可能に設けられると共に、そのプリフォームの平面部に面接触可能な押え面を有するプリフォーム押え機構であって、前記プリフォーム支持部と協働して前記キャビティ内での前記プリフォームの位置決めを行うと共に、前記溶湯加圧手段による前記金属溶湯の加圧時には前記押え面を介して前記プリフォームを押圧することにより溶湯圧力の高まりによる前記プリフォームの位置ずれを防止するプリフォーム押え機構と、少なくとも前記プリフォーム押え機構と電気的又は機械的に接続されると共に、前記溶湯加圧手段による前記金属溶湯の加圧力を検知し、その加圧力に応じて前記押え面が前記プリフォームを押圧する力を制御する制御手段と、を備えてなることを特徴とするディスクロータの製造装置である。

前記製造装置によれば、キャビティ構成型の一部に設けられたプリフォーム支持部とプリフォーム押え機構との協働により（例えばプリフォーム支持部とプリフォーム押え機構との間にプリフォームを挟み込むことにより）、キャビティ内でのプリフォームの位置決めが行われる。このため、プリフォーム支持部が定める位置にプリフォームを確実に保持することができる。なお、プリフォーム押え機構はプリフォーム支持部に支えられたプリフォームに対し相対接近離間可能であるため、プリフォームの形状及び／又は寸法が変更された場合（例えばプリフォームの厚さが変更された場合）でもプリフォーム支持部との協働関係を維持し易く、プリフォームの変更に対する対応の自由度が高い。それ故、この装置によれば、使用可能なプリフォームに関する制約が少なく、ディスクロータの設計変更に対応し易いという利点がある。

また、前記プリフォーム押え機構の押え面が前記プリフォーム支持部に支えられたプリフォームの平面部に面接触することでキャビティ内の金属溶湯が逃げ場を失い、溶湯加圧手段による金属溶湯の加圧によって金属溶湯がプリフォーム内に浸透する。プリフォーム支持部が定める位置に位置決めされたプリフォームは、プリフォーム押え機構の押え面によって押圧されることで、キャビティ内での溶湯圧力の高まりに起因する位置ずれを防止される。このとき、プリフォーム押え機構のプリフォームに対する接触は押え面を介した面接触であるため、プリフォーム押え機構の押圧力がプリフォームの極めて狭い範囲に集中することがなく、その押圧力によってプリフォームが破損する可能性は極めて低い。従って、この装置によれば、プリフォーム破損の可能性を極力低減しながらディスクロータ成形用キャビティ内でのプリフォーム支持の安定化を図ることができる。
また、少なくともプリフォーム押え機構と電気的又は機械的に接続された制御手段は、溶湯加圧手段による金属溶湯の加圧力を検知し、その加圧力に応じてプリフォーム押え機構の押え面がプリフォーム支持部に支えられたプリフォームの平面部を押圧する力を制御する。このため、溶湯加圧手段が金属溶湯の圧力（即ちキャビティ内圧）を次第に高めていくような場合でも、その圧力変化に歩調をあわせて押え面がプリフォームの平面部を押圧する力を変化させるようなプリフォーム押え機構のフィードバック制御が可能となる。より具体的には例えば、溶湯加圧手段による金属溶湯の加圧力と、プリフォーム押え機構の押え面によるプリフォームの押圧力とが、常に均衡するような制御が可能となる。従って、溶湯加圧手段による金属溶湯の加圧力と、プリフォーム押え機構の押え面によるプリフォームの押圧力との間の較差に起因するプリフォームの予期せぬ破損を未然に防止しながら、プリフォームをキャビティ内の所望位置に拘束することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のディスクロータの製造装置において、前記溶湯加圧手段は、前記キャビティ内に収容された前記金属溶湯を加圧しながら前記ディスクロータの中央凹部を付形するための略円柱状の加圧付形部と、その加圧付形部を前記キャビティに対して進退可能とすべく該加圧付形部を前記キャビティの中心軸線の方向に駆動する加圧付形部駆動機構とから構成されることを特徴とする。

請求項２によれば、ディスクロータの中央凹部を形成するための略円柱状の加圧付形部は、加圧付形部駆動機構によりキャビティの中心軸線に沿ってキャビティに対し進退可能となっている。このため、加圧付形部駆動機構の作用により、キャビティ内に満たされた金属溶湯中に略円柱状の加圧付形部が進入することで金属溶湯が加圧され、その結果、プリフォーム内への金属溶湯の浸透と、加圧付形部の形状に対応したディスクロータ中央凹部の付形とが同時に達成される。

請求項３の発明は、請求項２に記載のディスクロータの製造装置において、前記プリフォーム押え機構は、前記押え面を具備すると共に前記略円柱状の加圧付形部に対して外嵌可能な環形状をなし、その加圧付形部から独立して前記キャビティの中心軸線の方向に移動可能に設けられた位置決め体と、その位置決め体を前記プリフォーム支持部に支えられた前記プリフォームに対し接近離間可能とすべく前記位置決め体を前記キャビティの中心軸線の方向に駆動する位置決め体駆動機構とから構成されることを特徴とする。

請求項３によれば、プリフォーム押え機構を構成する環形状の位置決め体は、溶湯加圧手段を構成する略円柱状加圧付形部から独立して、キャビティの中心軸線の方向（即ち加圧付形部の進退方向であり、又、プリフォーム支持部に支えられたプリフォームに接近離間する方向）に移動可能となっている。このため、略円柱状の加圧付形部を作動させる前に、位置決め体の押え面がプリフォームの平面部に面接触する位置に当該位置決め体を独自に移動させて、プリフォームの位置決めを行うことができる。また、加圧付形部がキャビティ内の金属溶湯中に進入するに伴い金属溶湯の圧力（即ちキャビティ内圧）が次第に高まる場合でも、その圧力変化に歩調をあわせて位置決め体の押え面がプリフォームの平面部を押圧する力を変化させることが可能となるため、プリフォームの破損防止を更に確実にしながら、プリフォームをキャビティ内の所望位置に拘束することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のディスクロータの製造装置において、前記キャビティ構成型は、前記キャビティの底壁部を構成する下型、及び、前記キャビティの内周側壁部を構成すべく前記下型の上に設けられた可動中子を少なくとも備えており、前記可動中子は、前記キャビティの中心軸線を包囲するように環状配列され且つ前記キャビティの半径方向に移動可能な複数の中子分割片を具備すると共に、全ての前記中子分割片が前記半径方向外方に移動することで前記キャビティ内への前記プリフォームの導入を許容する拡開状態、又は、全ての前記中子分割片が前記半径方向内方に移動することで前記キャビティの内周側壁部を構成する集合状態のいずれかの状態を選択的にとり得るように構成されており、前記複数の中子分割片のうちの全部又は一部には、その内周側において前記プリフォーム支持部が形成されていることを特徴とする。

請求項４によれば、キャビティの内周側壁部を構成するための可動中子が、キャビティの中心軸線を包囲するように環状配列され且つキャビティの半径方向に移動可能な複数の中子分割片からなることで、当該可動中子は、全ての中子分割片が半径方向外方に移動する拡開状態、又は、全ての中子分割片が前記半径方向内方に移動する集合状態のいずれかの状態を選択的にとることができる。可動中子が拡開状態の場合、全ての中子分割片がキャビティの中心軸線から離れて位置するため、それら中子分割片やその内周側に形成されたプリフォーム支持部が障害物となること無く、キャビティ内にプリフォームを円滑に導入可能となる。他方、可動中子が集合状態の場合、全ての中子分割片がキャビティの中心軸線に接近してキャビティの内周側壁部が構成されるのみならず、中子分割片の内周側に形成されたプリフォーム支持部が、プリフォーム押え機構と協働してキャビティ内でのプリフォームの位置決め機能を発揮可能となる。

請求項５の発明（本発明の第２の視点）は、ディスクロータ成形用キャビティを構成するキャビティ構成型、そのキャビティ構成型の一部に設けられたプリフォーム支持部、前記キャビティ内に収容された金属溶湯を加圧するための溶湯加圧手段、及び、プリフォームの平面部に面接触可能な押え面を有するプリフォーム押え機構を備えた装置を用いて、前記プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータを製造する方法であって、前記プリフォーム支持部に支えられた前記プリフォームの平面部に対し前記プリフォーム押え機構の押え面を面接触させて前記キャビティ内での前記プリフォームの位置決めを行う準備工程と、前記溶湯加圧手段によって前記キャビティ内に収容された金属溶湯を加圧する加圧工程とを備え、その加圧工程では、前記溶湯加圧手段による金属溶湯の昇圧に歩調をあわせて前記プリフォーム押え機構の押え面が前記プリフォームの平面部を押圧する力を次第に高めることにより、前記溶湯加圧手段による前記金属溶湯の加圧によって前記プリフォームの下面に作用する、該プリフォームを浮上させる方向に作用する面圧と、前記プリフォーム押え機構が前記プリフォームを押圧する力による、該プリフォームの上面に作用する面圧とを常に均衡させることを特徴とするディスクロータの製造方法である。

請求項５は、請求項１〜４のいずれかに記載のディスクロータの製造装置を用いて、プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータを製造する方法である。請求項５の方法によれば、溶湯加圧手段によってキャビティ内に収容された金属溶湯を加圧する際、金属溶湯の昇圧に歩調をあわせてプリフォーム押え機構の押え面がプリフォームの平面部を押圧する力を次第に高めることにより、溶湯加圧手段による金属溶湯の加圧によってプリフォームの下面に作用する、プリフォームを浮上させる方向に作用する面圧と、プリフォーム押え機構がプリフォームを押圧する力による、プリフォームの上面に作用する面圧とを常に均衡させている。このため、プリフォーム押え機構の押え面が面接触しているプリフォームの平面部側とその反対側との間で圧力差が生じることが回避され、その結果、そのような圧力差に起因するプリフォームの予期せぬ破損を未然に防止しながら、プリフォームをキャビティ内の所望位置に拘束することが可能となる。

（付記）本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。イ．請求項１〜５において、前記プリフォームは非圧縮性の多孔質無機焼結体からなること。ロ．請求項１〜５において、ディスクロータ成形用キャビティは、その中心軸線が製造目的物たるディスクロータの中心軸線と一致するように、キャビティの中心軸線を中心として回転対称性のあるキャビティ（成形用空間）として構成されていること。

本発明は、第３の視点において、少なくとも一つのプリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータの製造装置において、前記プリフォームが収容された状態で金属溶湯が注湯されるディスクロータ成形用のキャビティを構成する型及び該型内に配置される中子と、前記キャビティ内に注湯された前記金属溶湯を加圧する溶湯加圧手段と、前記中子に設けられ、前記プリフォームの下面を支持するプリフォーム支持部と、前記プリフォームの上面と当接して前記プリフォーム支持部との間で該プリフォームを押さえるプリフォーム位置決め体と、前記プリフォーム位置決め体を前記プリフォームに向かって加圧するプリフォーム位置決め体駆動機構と、前記キャビティ内に注湯され、前記溶湯加圧手段によって加圧された前記金属溶湯が前記プリフォームを介して前記プリフォーム位置決め体に及ぼす加圧力を検知するセンサと、前記センサによる前記加圧力に関する検知情報を参照して、前記プリフォーム位置決め体駆動機構が前記プリフォーム位置決め体に及ぼす加圧力を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とするディスクロータの製造装置を提供する。

この製造装置によれば、プリフォーム破損の可能性を極力低減しながらディスクロータ成形用キャビティ内でのプリフォーム支持の安定化を図ることができる。また、この製造装置によれば、使用可能なプリフォームに関する制約が少なく、プリフォーム形状の変更に対する対応の自由度が大きいため、作業効率の向上及び製造コストの抑制を図ることが可能となる。

本発明は、第３の視点において、前記型が上型と下型を有し、前記溶湯加圧手段は、前記キャビティ内に進入可能に前記上型の中心部に設けられ、前記プリフォーム位置決め体は、環状であって、前記上型において前記溶湯加圧手段の周囲に、垂直移動可能に設けられることを特徴とするディスクロータの製造装置を提供する。

この製造装置によれば、装置をコンパクトに構成することができる。

本発明は、第３の視点において、前記プリフォームは円環板状であり、前記プリフォーム支持部は、前記円環板状の前記プリフォーム下面の外周側と面接触する環状面を有し、前記プリフォーム位置決め体は、前記円環板状の前記プリフォーム上面と面接触する環状面を有することを特徴とするディスクロータの製造装置を提供する。

この製造装置によれば、溶湯加圧時におけるプリフォームの保持が安定する。

本発明のディスクロータの製造装置によれば、プリフォーム破損の可能性を極力低減しながらディスクロータ成形用キャビティ内でのプリフォーム支持の安定化を図ることができる。また、この製造装置によれば、使用可能なプリフォームに関する制約が少なく、プリフォーム形状の変更に対する対応の自由度が大きいため、作業効率の向上及び製造コストの抑制を図ることが可能となる。

本発明のディスクロータの製造方法によれば、プリフォーム押え機構の押え面が面接触しているプリフォームの平面部側とその反対側との間で圧力差が生じることを回避することで、そのような圧力差に起因するプリフォームの予期せぬ破損を未然に防止しながらプリフォームをキャビティ内の所望位置に安定的に拘束することができる。

本発明をアルミＭＭＣディスクロータの製造装置及び製造方法に具体化した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

（ディスクロータ）
図６は、製造目的物たるベンチレーテッドタイプのアルミＭＭＣディスクロータの概要を示す。ディスクロータは、略円盤状の本体部６１と、その本体部６１の上面中央から突出した有天円筒状の円筒部６２とを備えている。円筒部６２はその径方向断面がハット形状をなしており、その内部には、本体部６１の下面側（円筒部とは反対側）に開口した中央凹部（図示略）が確保されている。本体部６１には、その外周面側に開口すると共に本体部６１の半径方向に延びる複数の通風孔６３が形成されている。また、本体部６１のアウタ側及びインナ側摺動部を構成する部分には、それぞれアウタ側複合材料部６４及びインナ側複合材料部６５が設けられている。

ディスクロータの本体部６１及び円筒部６２はアルミニウム又はその合金からなるのに対し、アウタ側及びインナ側複合材料部６４，６５はリング状のプリフォーム４，５（図１〜図３参照）にアルミニウム又はその合金を含浸させることによって構成されている。プリフォームとしては、炭化珪素等のセラミックス粒子を成形後焼成した多孔質セラミックス焼結体、アルミナ等の粒子を成形し加圧固化又は焼成固化した多孔質金属酸化物固体、あるいは、金属やセラミックス等の無機繊維を成形した繊維成形体を例示できる。かかるプリフォームに金属を含浸させてなる複合材料部６４，６５でディスクロータの摺動部を構成することにより、各摺動部の強度及び耐摩耗性が向上する。

（ディスクロータの製造装置）
図１及び図２に示すように、ディスクロータの製造装置は、装置下部に設けられた円盤状の下型１０、その下型１０の上に設けられた特殊な可動中子２０、下型及び可動中子の上方において下型１０に対し接近離間可能に設けられた上型３０、並びに、その上型３０に併設されたプリフォーム押え機構４０を備えている。

下型１０は、円盤状の支持台１１及び下型本体１２から構成されている。下型本体１２は、支持台１１の中央に形成された平面視円形状の凹部１１ａに対して嵌合固定されている。支持台１１及び下型本体１２の各上端面は面一な水平ガイド面１６を提供する。下型本体１２の中央部上面側には、環状の段差部１２ａを有する成形用凹部１２ｂが形成されている。段差部１２ａの直径及び深さは第１のプリフォーム４（アウタ側プリフォーム）の直径及び厚みにほぼ対応しており、その段差部１２ａには第１のプリフォーム４が設置される。支持台１１の下方には、装置の中心軸線Ｃを取り囲むように複数の駆動シリンダ１３（本例では４本）が立設され、各駆動シリンダのロッド１３ａは支持台１１の底部に連結されている。下型１０はこれら駆動シリンダ１３によって水平に支持されると共に、シリンダロッド１３ａの出没動作に応じて水平状態を保ちながら中心軸線Ｃに沿って上下動する。下型１０は、図１に示す上方待機位置と、図２に示す下方鋳造位置との間を上下動することができる。

この製造装置はまた、支持台１１の下方に設置された固定部（図示略）に支持固定された複数本の傾斜ピン１４（本例では３６本）を備えている。これらの傾斜ピン１４は、装置の中心軸線Ｃを取り囲むように等角度間隔にて配置されると共に、各傾斜ピン１４の上端部ほど下型１０の半径方向外方に開くような傾斜状態で設けられている。下型の支持台１１には傾斜ピン１４の数と同数の半径方向に延びる長孔又は溝１５が形成されており、これらの長孔又は溝１５内に傾斜ピン１４をそれぞれ配置することで、下型１０の上下動時における支持台１１と各傾斜ピン１４との干渉を回避している。

下型１０の上面（水平ガイド面１６）には、傾斜ピン１４の数と同数のスライダ１７が載置されると共に、これらのスライダ１７は装置の中心軸線Ｃを取り囲むように等角度間隔にて放射状に配置されている。各スライダ１７には、対応する傾斜ピン１４を挿通させるための傾斜したガイド孔１７ａが貫通形成されている。そして、ガイド孔１７ａと傾斜ピン１４とのガイド関係に基づいて、下型１０の上下動に伴い全てのスライダ１７が同期して装置の半径方向（中心軸線Ｃに接近離間する方向）にスライド可能となっている。より具体的には、下型１０の上動に伴って各スライダ１７は半径方向外方（中心軸線Ｃから離間する方向）へスライドし、下型の下動に伴って各スライダ１７は半径方向内方（中心軸線Ｃに接近する方向）へスライドする。

各スライダ１７の中心軸線側先端部には中子分割片２１が一体化されている。図４に示すように、中子分割片２１は、ブロック状の本体部２２と、その本体部２２の垂直な前面２３と、その垂直前面２３上に設けられた支持突部２４と、その支持突部２４から更に前方に突出形成された通風孔形成部２５とを備えている。支持突部２４の上端面２４ａは垂直前面２３に対して直交しており、中子分割片２１がスライダ１７と共に水平ガイド面１６上に配置されたとき、当該支持突部上端面２４ａは水平なプリフォーム支持部を提供する。可動中子２０は、スライダ１７に一体化された複数個の中子分割片２１が中心軸線Ｃを包囲するように環状配列されることにより構成される。

可動中子２０は下型１０の高さ位置に応じて拡開状態又は集合状態のいずれかの状態をとる。即ち、図１に示すように下型１０が上方待機位置に配置されることで全てのスライダ１７及び中子分割片２１が装置の半径方向外方に移動している場合には、全ての中子分割片２１が互いに最も離間した拡開状態をとる。これに対し、図２に示すように下型１０が下方鋳造位置に配置されることで全てのスライダ１７及び中子分割片２１が装置の半径方向内方に移動している場合には、全ての中子分割片２１が互いに最も接近した集合状態をとる。集合状態では、中子分割片２１の垂直前面２３が集まってディスクロータ成形用キャビティ１８の内周側壁部が構成される。このとき、下型１０はキャビティ１８の底壁部を構成する。尚、キャビティ１８の中心軸線は装置の中心軸線Ｃと一致する。他方、拡開状態では、全ての中子分割片２１が最大限外方に広がるため、これら中子分割片２１によって囲まれたキャビティ領域に外部からプリフォーム４，５を導入することが可能又は容易になる。

図１及び図２に示すように、下型１０及び可動中子２０の上方には、上型３０及びプリフォーム押え機構４０が配設されている。上型３０は、筐体部３１と、その筐体部３１の底から突設された円柱状の加圧付形部３２とを備えている。加圧付形部３２の直径は、使用するリング状プリフォーム４，５の中心孔の直径よりも若干小さく設定されている。上型３０は上型駆動機構３３に作動連結されており、上型駆動機構３３によって上型３０は装置の中心軸線Ｃに沿って上下動可能となっている。上型３０の上下動に伴い、加圧付形部３２は下型１０及び集合状態の可動中子２０によって構成されるキャビティ１８内へ進入し又はキャビティ１８内から退出する。故に、上型駆動機構３３は、加圧付形部３２をキャビティ１８に対して進退可能とする加圧付形部駆動機構としても位置づけられる。

円柱状加圧付形部３２の周囲には、環形状の位置決め体４１が設けられている。図５に示すように、位置決め体４１には加圧付形部３２の直径に相当する内径の中央孔４１ａが貫通形成されている。そして、この中央孔４１ａ内に加圧付形部を挿入する格好で位置決め体４１が加圧付形部３２に対し外嵌され（図１等参照）、位置決め体４１は加圧付形部３２から独立して当該加圧付形部３２に沿って垂直移動可能となっている。すなわち、溶湯加圧手段である加圧付形部３２は、キャビティ１８内に進入可能に上型３０の中心部に設けられ、プリフォーム位置決め体４１は、環状であって、上型３０において加圧付形部３２の周囲に、垂直移動可能に設けられている。この位置決め体４１の直径は、集合状態の可動中子２０によって構成されるキャビティ１８の直径（即ち径方向に相対向する二つの中子分割片２１の垂直前面２３間の距離）にほぼ一致するように設定されている。それ故、可動中子２０が集合状態にあるときでも、位置決め体４１は可動中子２０によって構成されるキャビティ１８の内周側壁部に沿って垂直摺動することができる。また、位置決め体４１の下側には、第２のプリフォーム５（インナ側プリフォーム）の上側平面部に面接触可能な平滑な押え面４１ｂが形成されている。位置決め体４１の押え面４１ｂと第２のプリフォーム５の上側平面部とは同寸同形であり、それらは互いに全面接触可能となっている。

上型の筐体部３１の中には、油圧シリンダ４２及びその油圧シリンダ４２によって上下動される作動板４３が設けられている。作動板４３には筐体部３１の下側に突出する複数本の作動ロッド４４（本例では４本）が固定されると共に、これらの作動ロッド４４を介して位置決め体４１が作動板４３に連結されている。作動板４３は位置決め体４１が加圧付形部３２から抜け落ちるのを防止すると共に、油圧シリンダ４２が油圧ポンプＰから油圧の供給を受けて発生した加圧力を位置決め体４１に伝達する働きをする。従って、油圧シリンダ４２、作動板４３、作動ロッド４４及び油圧ポンプＰは、位置決め体４１を中心軸線Ｃの方向に駆動する位置決め体駆動機構を構成する。そして、この位置決め体駆動機構及び位置決め体４１により、プリフォーム押え機構４０が構成される。

更にこの製造装置は、上型駆動機構３３に組み込まれた加圧力センサ４５及びマイクロコンピュータを内蔵した制御装置４６からなる制御手段を備えている。加圧力センサ４５は、上型駆動機構３３を作動させたときの機械的負荷の大きさに基づいて上型３０の加圧力、つまりは加圧付形部３２がキャビティ１８内の金属溶湯に及ぼす圧力を検知し、それを電気信号に変換して制御装置４６に出力する。制御装置４６は上型駆動機構３３及び油圧ポンプＰに電気的に接続され、これらを電気制御することでディスクロータの製造スケジュールに合わせて上型３０及び位置決め体４１の配置をシーケンス制御する。また、制御装置４６は、上型の加圧付形部３２による金属溶湯の加圧時には、加圧力センサ４５から入力される上型３０の加圧力に関する情報を参照して、油圧ポンプＰの能力、つまりは油圧シリンダ４２による位置決め体４１の加圧力をフィードバック制御する。

（ディスクロータの製造方法）
次に、上記製造装置を用いてディスクロータを製造する方法を説明する。装置作動前の準備として、下型本体１２、上型の加圧付形部３２、並びに、ディスクロータのアウタ側及びインナ側複合材料部６４，６５を構成するための第１及び第２のプリフォーム４，５を予め所定温度（例えば２００〜５００℃）に加熱しておく。

第１及び第２のプリフォーム４，５を装置の所定位置にセットする際には、先ず図１に示すように、下型１０及び可動中子２０から上型３０を上方に離間させた状況の下、駆動シリンダ１３によって下型１０を上動させて上方待機位置に配置すると共に、可動中子２０をスライダ１７及び中子分割片２１が下型本体１２に対して半径方向外方へ移動した拡開状態とする。この拡開状態では、全ての中子分割片２１が中心軸線Ｃから遠く離れるため、各中子分割片２１の内周側突起物（２４，２５）が障害物となること無く、可動中子２０の中心域にプリフォーム４，５を導入可能となる。そして、図示しないロボットアームを用いて下型本体の段差部１２ａ上に第１のプリフォーム４を載置する。また、ロボットアームで第２のプリフォーム５を第１のプリフォーム４の上方所定高さに保持する。その保持を維持したまま駆動シリンダ１３により下型１０を下動させ、可動中子２０をスライダ１７及び中子分割片２１が下型本体１２に対して相対的に半径方向内方へ移動した集合状態とする。

すると図２に示すように、第１のプリフォーム４の上面に各中子分割片２１の一部が移動し、プリフォーム４の上面側周縁部を押さえ付ける中子分割片２１によって、プリフォーム４が下型本体の段差部１２ａから離脱不能（且つ垂直移動不能）となる。また、これに同期して、中心軸線Ｃから所定距離の位置に集合した中子分割片２１の垂直前面２３によってディスクロータ成形用キャビティ１８の内周壁部が構築され、上方に開口したキャビティ１８が出現すると共に、ロボットアームに保持された第２のプリフォーム５の外周縁部下側に各中子分割片２１の支持突部２４が進入配置される。ロボットアームからプリフォーム５を切り離すことで、第２のプリフォーム５の外周縁部が各中子分割片の支持突部上端面２４ａ上に載置される。その後、ロボットアームをキャビティ１８の外に退去させる。ここまでの操作で、キャビティ１８内における第１プリフォーム４の確定的な位置決め及び第２プリフォーム５の予備的な位置決めが完了する。

続いて、図示しない注湯機構によってＭＭＣの母材となるアルミニウム又はその合金の溶湯をキャビティ１８内に注ぐ（図３（Ａ）参照）。溶湯面が第２プリフォーム５の高さに達する程度まで金属溶湯をキャビティ１８内に充填する。その後、素早く、上型の加圧付形部３２の軸線とキャビティ１８の中心軸線Ｃとを一致させながら上型３０を下型１０及び可動中子２０に接近させる。そして図３（Ａ）に示すように、上型駆動機構３３により上型３０及びそれに併設されたプリフォーム押え機構４０を下動させ、位置決め体４１の押え面４１ｂを第２プリフォーム５の上面（平面部）に当接させる。すると、その押え面４１ｂの外周縁部と各中子分割片２１の支持突部上端面２４ａとの間に第２プリフォーム５の周縁部が挟み込まれ、該プリフォーム５は垂直移動不能となりキャビティ１８内において確定的に位置決めされる。

すなわち、各中子分割片２１の支持突部上端面２４ａ（プリフォーム支持部）は、円環板状のプリフォーム５下面の外周側と面接触する環状面を有し、プリフォーム位置決め体４１は、円環板状のプリフォーム５上面の全てと面接触する環状面を有する。

位置決め体４１による第２プリフォーム５の確定的な位置決めが完了するときには、位置決め体４１の外周部が各中子分割片２１の垂直前面２３に密接すると共に、上型の加圧付形部３２の底部が位置決め体の中央孔４１ａを塞ぎつつ第２プリフォーム５の中央孔内に進入配置される。その結果、金属溶湯を満たしたキャビティ１８が密閉化され（即ち下型１０、中子２０及び上型３０が型閉じされ）、金属溶湯の加圧準備が整う（図３（Ａ）参照）。

次に図３（Ｂ）に示すように、上型駆動機構３３により上型３０を更に下動させて上型の加圧付形部３２をキャビティ１８内に深く進入させることで、金属溶湯を加圧する。前述のようにキャビティ１８は密閉状態におかれているため、加圧付形部３２がキャビティ１８内に進入するに伴い、金属溶湯がプリフォーム４，５の内部に強制浸透させられると共に、金属溶湯の圧力（即ちキャビティ１８の内圧）が次第に高まる。

このとき、加圧力センサ４５は、加圧付形部３２による金属溶湯加圧の反作用の結果として生じる上型駆動機構３３の機械的負荷の大きさに基づいて、金属溶湯の圧力（即ちキャビティ１８の内圧）を検知する。制御装置４６は、加圧工程に入ってから加圧力センサ４５が検知した溶湯圧力の変化に歩調を合わせて油圧ポンプＰの能力を調節することにより、位置決め体４１が第２プリフォーム５を押圧する力を変化させる。より具体的には、第２プリフォーム５を支持突部２４から浮上させようとする方向に作用する金属溶湯の圧力と、その浮上方向圧力と反対方向に作用する位置決め体押え面４１ｂの第２プリフォーム５の上面に対する面圧とが、加圧中（昇圧プロセス中）常に等しくなるように油圧ポンプＰの能力（つまりは位置決め体４１の押圧力）をフィードバック制御する。こうして第２プリフォーム５の上下で圧力差が生じるのを回避することにより、第２プリフォーム５の破損を回避しつつ第２プリフォーム５の浮上による位置ずれが防止される。

金属溶湯の圧力（即ちキャビティ１８の内圧）が所定の目標値に達したら、上型３０の下動を停止してキャビティ内圧の上昇を停止させると共に、位置決め体押え面４１ｂの第２プリフォーム５上面に対する面圧の上昇をも停止させる。その後、金属溶湯が完全に固化するまでの時間それぞれの加圧状態を持続する。固化完了後、下型１０及び可動中子２０から上型３０及びプリフォーム押え機構４０を上方に離間させると共に、下型１０を下方鋳造位置から上方待機位置に移動させて可動中子２０を拡開状態とする（即ち型開きする）ことにより、加圧鋳造品（ディスクロータ中間製品）が取り出される。その加圧鋳造品は、各中子分割片の通風孔形成部２５の抜き跡たる複数の通風孔部及び加圧付形部３２の抜き跡たる中央凹部を有している。この製造装置から取り出された加圧鋳造品に対して表面切削や表面研磨等の所定の後加工を施すことで、図６に示すような最終製品としてのアルミＭＭＣディスクロータが得られる。

（実施形態の効果）
ディスクロータの複合材料部６４，６５を構成するための多孔性素材たるプリフォーム４，５は一般に金属溶湯よりも比重が小さいため、プリフォーム内に金属溶湯を含浸させるべく金属溶湯を加圧した場合、その影響でプリフォーム（本例では特に第２プリフォーム５）がキャビティ１８内で浮上して位置ずれを起こす心配がある。この点、本実施形態によれば、上型の加圧付形部３２でキャビティ１８内に収容された金属溶湯を加圧する際に、金属溶湯の圧力上昇に歩調をあわせて、プリフォーム押え機構４０の位置決め体押え面４１ｂが第２プリフォーム５の上面を押圧する力を次第に高めることにより、加圧付形部３２による金属溶湯の加圧力と位置決め体４１による第２プリフォーム５の押圧力とを常に均衡させている。それ故、第２プリフォーム５の上面側と下面側との間で圧力差が生じることを回避し、そのような圧力差に起因する第２プリフォーム５の破損を未然に防止しながら、第２プリフォーム５をキャビティ内１８の所望位置に拘束することができる。

また、プリフォーム押え機構４０を構成する位置決め体４１の第２プリフォーム５に対する接触は押え面４１ｂを介した面接触であるため、プリフォーム押え機構４０からの押圧力が第２プリフォーム５の極めて狭い範囲（局部）に集中することがない。それ故、プリフォーム押え機構４０が第２プリフォーム５を破損する心配が無い。

プリフォーム押え機構４０を構成する位置決め体４１は、各中子分割片２１の支持突部２４に支持された第２プリフォーム５に対し接近離間可能であるため、例えば第２プリフォーム５の厚さが変更された場合でも、各支持突部２４と協働して第２プリフォーム５を挟み込み保持する機能は損なわれない。つまり、本実施形態の製造装置は、第２プリフォーム５の厚さ変更に対応する際の自由度が高く、ディスクロータの設計変更に対応し易いという特徴がある。尚、第１プリフォーム４の厚さ変更に対しては、その厚さに対応する深さの段差部１２ａを持った下型本体１２に取り替えることで容易に対応できる。

（変更例）本発明の実施形態を以下のように変更してもよい。
上記実施形態では、上型駆動機構３３に組み込まれた加圧力センサ４５を用いたが、これに代えて、キャビティ１８の内壁部（例えば下型本体１２）に金属溶湯の圧力を直接検知する圧力検出手段を設けてもよい。また、上記実施形態では、複数の通風孔６３を有するベンチレーテッドタイプのディスクロータの製造について説明したが、通風孔を持たない通常のソリッドタイプのディスクロータの製造装置及び製造方法にも本発明を適用できる。その場合には例えば、各中子分割片２１から通風孔形成部２５を取り除いた可動中子２０を採用すればよい。

可動中子が拡開状態のときのディスクロータ製造装置を示す概略断面図。 可動中子が集合状態のときのディスクロータ製造装置を示す概略断面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は、加圧鋳造時におけるディスクロータ製造装置のキャビティ付近を拡大して示す概略断面図。 可動中子を構成する中子分割片の斜視図。 位置決め体の底面図。 製造目的物たるベンチレーテッドタイプディスクロータの斜視図。

符号の説明

４…第１のプリフォーム、５…第２のプリフォーム、１０…下型（キャビティ構成型）、１６…水平ガイド面、１７…スライダ、１８…ディスクロータ成形用キャビティ、２０…可動中子（キャビティ構成型）、２１…中子分割片、２４…支持突部、２４ａ…支持突部の上端面（プリフォーム支持部）、３０…上型、３２…加圧付形部、３３…上型駆動機構（加圧付形部駆動機構）、４０…プリフォーム押え機構、４１…位置決め体、４１ｂ…位置決め体の押え面、４２…油圧シリンダ、４３…作動板、４４…作動ロッド、４５…加圧力センサ、４６…制御装置（４５及び４６は制御手段を構成する）、Ｃ…中心軸線、Ｐ…油圧ポンプ（４２，４３，４４及びＰは位置決め体駆動機構を構成する）。

Claims (8)

1. プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータの製造装置において、
   前記プリフォーム及び金属溶湯を収容可能なディスクロータ成形用キャビティを構成するためのキャビティ構成型と、
   前記キャビティ内での前記プリフォームの位置を定めるべく前記キャビティ構成型の一部に設けられたプリフォーム支持部と、
   前記キャビティ内に収容された前記金属溶湯を加圧するための溶湯加圧手段と、
   前記プリフォーム支持部に支えられた前記プリフォームに対し相対接近離間可能に設けられると共に、そのプリフォームの平面部に面接触可能な押え面を有するプリフォーム押え機構であって、前記プリフォーム支持部と協働して前記キャビティ内での前記プリフォームの位置決めを行うと共に、前記溶湯加圧手段による前記金属溶湯の加圧時には前記押え面を介して前記プリフォームを押圧することにより溶湯圧力の高まりによる前記プリフォームの位置ずれを防止するプリフォーム押え機構と、
   少なくとも前記プリフォーム押え機構と電気的又は機械的に接続されると共に、前記溶湯加圧手段による前記金属溶湯の加圧力を検知し、その加圧力に応じて前記押え面が前記プリフォームを押圧する力を制御する制御手段と、
   を備えてなることを特徴とするディスクロータの製造装置。
2. 前記溶湯加圧手段は、
   前記キャビティ内に収容された前記金属溶湯を加圧しながら前記ディスクロータの中央凹部を付形するための略円柱状の加圧付形部と、
   その加圧付形部を前記キャビティに対して進退可能とすべく該加圧付形部を前記キャビティの中心軸線の方向に駆動する加圧付形部駆動機構と
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載のディスクロータの製造装置。
3. 前記プリフォーム押え機構は、
   前記押え面を具備すると共に前記略円柱状の加圧付形部に対して外嵌可能な環形状をなし、その加圧付形部から独立して前記キャビティの中心軸線の方向に移動可能に設けられた位置決め体と、
   その位置決め体を前記プリフォーム支持部に支えられた前記プリフォームに対し接近離間可能とすべく前記位置決め体を前記キャビティの中心軸線の方向に駆動する位置決め体駆動機構と
   から構成されることを特徴とする請求項２に記載のディスクロータの製造装置。
4. 前記キャビティ構成型は、前記キャビティの底壁部を構成する下型、及び、前記キャビティの内周側壁部を構成すべく前記下型の上に設けられた可動中子を少なくとも備えており、
   前記可動中子は、前記キャビティの中心軸線を包囲するように環状配列され且つ前記キャビティの半径方向に移動可能な複数の中子分割片を具備すると共に、全ての前記中子分割片が前記半径方向外方に移動することで前記キャビティ内への前記プリフォームの導入を許容する拡開状態、又は、全ての前記中子分割片が前記半径方向内方に移動することで前記キャビティの内周側壁部を構成する集合状態のいずれかの状態を選択的にとり得るように構成されており、
   前記複数の中子分割片のうちの全部又は一部には、その内周側において前記プリフォーム支持部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディスクロータの製造装置。
5. ディスクロータ成形用キャビティを構成するキャビティ構成型、そのキャビティ構成型の一部に設けられたプリフォーム支持部、前記キャビティ内に収容された金属溶湯を加圧するための溶湯加圧手段、及び、プリフォームの平面部に面接触可能な押え面を有するプリフォーム押え機構を備えた装置を用いて、前記プリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータを製造する方法であって、
   前記プリフォーム支持部に支えられた前記プリフォームの平面部に対し前記プリフォーム押え機構の押え面を面接触させて前記キャビティ内での前記プリフォームの位置決めを行う準備工程と、前記溶湯加圧手段によって前記キャビティ内に収容された金属溶湯を加圧する加圧工程とを備え、その加圧工程では、前記溶湯加圧手段による金属溶湯の昇圧に歩調をあわせて前記プリフォーム押え機構の押え面が前記プリフォームの平面部を押圧する力を次第に高めることにより、前記溶湯加圧手段による前記金属溶湯の加圧によって前記プリフォームの下面に作用する、該プリフォームを浮上させる方向に作用する面圧と、前記プリフォーム押え機構が前記プリフォームを押圧する力による、該プリフォームの上面に作用する面圧とを常に均衡させることを特徴とするディスクロータの製造方法。
6. 少なくとも一つのプリフォームを含んだ金属基複合材料からなるディスクロータの製造装置において、
   前記プリフォームが収容された状態で金属溶湯が注湯されるディスクロータ成形用のキャビティを構成する型及び該型内に配置される中子と、
   前記キャビティ内に注湯された前記金属溶湯を加圧する溶湯加圧手段と、
   前記中子に設けられ、前記プリフォームの下面を支持するプリフォーム支持部と、
   前記プリフォームの上面と当接して前記プリフォーム支持部との間で該プリフォームを押さえるプリフォーム位置決め体と、
   前記プリフォーム位置決め体を前記プリフォームに向かって加圧するプリフォーム位置決め体駆動機構と、
   前記キャビティ内に注湯され、前記溶湯加圧手段によって加圧された前記金属溶湯が前記プリフォームを介して前記プリフォーム位置決め体に及ぼす加圧力を検知するセンサと、
   前記センサによる前記加圧力に関する検知情報を参照して、前記プリフォーム位置決め体駆動機構が前記プリフォーム位置決め体に及ぼす加圧力を制御する制御装置と、
   を備える、ことを特徴とするディスクロータの製造装置。
7. 前記型が上型と下型を有し、
   前記溶湯加圧手段は、前記キャビティ内に進入可能に前記上型の中心部に設けられ、
   前記プリフォーム位置決め体は、環状であって、前記上型において前記溶湯加圧手段の周囲に、垂直移動可能に設けられることを特徴とする請求項６記載のディスクロータの製造装置。
8. 前記プリフォームは円環板状であり、
   前記プリフォーム支持部は、前記円環板状の前記プリフォーム下面の外周側と面接触する環状面を有し、
   前記プリフォーム位置決め体は、前記円環板状の前記プリフォーム上面と面接触する環状面を有することを特徴とする請求項６又は７記載のディスクロータの製造装置。

Images