JP4977506B2

JP4977506B2 - 複合材製品及びその製造方法

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Publication number: JP4977506B2
Application number: JP2007077939A
Authority: JP
Inventors: 直樹大矢; 尚秋山本
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Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2012-07-18
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Description

本発明は、複合材製品及びその製造方法に関するものである。

複合材製品の製造方法には、多孔質成形体にアルミニウム合金を載せた後、アルミニウム合金を溶解し、多孔質成形体に浸透させる製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１８３２６９号公報（第４頁、図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１０は、従来の技術の基本原理を説明する図であり、従来の金属・セラミックス複合材料の製造方法では、坩堝２０１に多孔質成形体２０２を入れ、多孔質成形体２０２にアルミニウム合金ブロック２０３を載せた状態で、坩堝２０１を雰囲気炉２０４に入れる。また、坩堝２０５にマグネシウム発生源２０６を入れて、雰囲気炉２０４に入れる。次に、雰囲気炉２０４内をＡｒガス雰囲気にして加熱することで、マグネシウム蒸気を発生させ、Ａｒガスを窒素ガスに置換して窒化マグネシウムを生成する。窒化マグネシウムで多孔質成形体２０２の表面の酸化物を還元した後、アルミニウム合金ブロック２０３を溶解して、雰囲気炉２０４内を減圧し、還元している多孔質成形体２０２にアルミニウム合金ブロック２０３を浸透させると、複合材料が完成する。

しかし、特許文献１の複合材料の製造方法では、金属（アルミニウム）とセラミックス（多孔質成形体）との複合材料が得られるが、金属とセラミックスとの割合は、多孔質成形体の形態で決定される。すなわち、開孔率が大きければ金属の溶湯が多孔質成形体の内部に浸透しやすくなり金属の割合が増加し、開孔率が小さければ金属の溶湯が多孔質成形体の内部に浸透し難くなり金属の割合は減少する。特許文献１の方法では、金属・セラミックスの要求比率に応じた開孔率を有する多孔質成形体を準備する必要があり、製造コストが嵩む。

また、特許文献１の方法で得られた複合材料では、金属とセラミックスとの割合は、どの部位も一様である。しかし、用途によっては、局部的にセラミックスの比率を高めることが望まれる。
従って、局部的に複合材料における複合物の比率を高めることができる製造方法が求められる。

本発明は、複合材料において局部的に添加材料の比率を高めることができる複合材製品及びその製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、マトリックス金属中に、添加材料を添加して複合化した材料で構成される複合材製品であって、この複合材製品は、円筒部と、円筒部の縁に連なっている取付け円盤部と、円筒部の外周に連なり半径方向外方に形成している押出し外周部と、からなり、円筒部は、内周粒子複合物層と、内周粒子複合物層に連なる中間繊維複合物層と、中間繊維複合物層に連なる押出し外周部との３層からなり、取付け円盤部に複合材が流入することによって、取付け円盤部が、マトリックス金属材料に所定の割合で添加材料が添加されている複合部で形成され、次いで円盤部と連続する円筒部に複合材が流入することによって、内周粒子複合物層が、繊維を所定の密度に結合するとともにリング状に結合し、マトリックス金属材料より融点が高くて添加材料を通さないが溶融状態のマトリックス金属材料を通すフィルタの作用を有する繊維材料の一方の面に堆積し、複合部よりもマトリックス金属材料に高い割合で添加材料が添加されている添加材料リッチ部で形成され、次いで複合材の溶湯が繊維材料に流入することによって、中間繊維複合物層が、繊維材料の内部にマトリックス金属を浸透させた複合物で形成され、次いで複合材の溶湯が繊維材料を通過することによって、押出し外周部が、繊維材料の他方の面の外方に存在し、添加材料が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属部で形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、添加材料リッチ部は、耐摩耗性が要求される部位に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、マトリックス金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金であり、添加材料は、けい素であり、繊維材料は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、マトリックス金属中に、添加材料を添加して複合化した材料で構成される複合材製品の製造方法であって、複合材製品は、円筒部と、円筒部の縁に連なっている取付け円盤部と、円筒部の外周に連なり半径方向外方に形成している押出し外周部と、からなり、複合材製品に対応するキャビティを有する固定型と、固定型に対向してキャビティを有する可動型とを備え、固定型は、繊維を所定の密度に結合するとともにリング状に結合した繊維材料の一端を支持する掛止部と、掛止部のうち円筒部の半径方向外方と同じ方向の外方に形成されキャビティに含まれる湯押出し部とを有し、可動型は繊維材料の他端を支持する掛止部と、掛止部のうち円筒部の半径方向外方と同じ方向の外方に形成されキャビティに含まれる湯押出し部とを有する鋳造成形型と、マトリックス金属材料と、このマトリックス金属材料より融点が高い添加材料と、マトリックス金属材料より融点が高くて添加材料を通さないが溶融状態のマトリックス金属材料を通すフィルタの作用を有する繊維材料とを、準備する工程と、マトリックス金属材料は溶融するが、添加材料は溶融しない温度に保ちながらマトリックス金属材料と添加材料との混合物を調整する工程と、繊維材料を鋳造成形型の掛止部にセットする工程と、混合物をキャビティへ鋳込むことによって湯押出し部にそれぞれマトリックス金属材料を充填する工程と、鋳造成形型から鋳造品を取出し、この鋳造品に機械加工を加えることで複合材製品を得る工程と、からなることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、鋳込み湯押出し部にマトリックス金属材料を充填する工程では、混合物の鋳込み圧力、混合物の溶湯温度、鋳造成形型の型温度、繊維材料の密度、添加材料の粒径のうちの何れかの条件、又は複数の条件を制御することで、繊維材料に堆積する添加材料の厚さを制御することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、複合材製品は、複合材製品に繊維材料を含み、円筒部の取付け円盤部が添加材料が添加されている複合部で形成され、繊維材料の一方の面に添加材料の比率が高い添加材料リッチ部が形成されこの添加材料リッチ部で内周粒子複合物層が形成され、中間繊維複合物層が繊維材料の内部にマトリックス金属を浸透させた複合物で形成され、押出し外周部が、繊維材料の他方の面の外方に存在し、添加材料が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属部で形成されている。円筒部の内周粒子複合物層を形成している添加材料リッチ部は、添加材料の比率が高いので耐摩耗性などを発揮させることができる。繊維材料の位置を調整すれば、好みの部位に添加材料リッチ部を形成させることができる。
また、繊維材料（中間繊維複合物層）の外方に添加材料が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属部で形成された押出し外周部を形成することができる。

請求項２に係る発明では、添加材料リッチ部は、耐摩耗性が要求される部位に形成されているので、摩擦する部位の摩耗を抑制することができるという利点がある。

請求項３に係る発明では、マトリックス金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金であり、添加材料は、けい素であり、繊維材料は、アルミナを主成分とする材料からなる。その結果、摩擦する部位の摩耗をより抑制することができるという利点がある。

請求項４に係る発明では、繊維材料を鋳造成形型の掛止部にセットし、この鋳造成形型へマトリックス金属材料と添加材料との混合物を鋳込む。これで繊維材料の一方の側で添加材料の比率が高い鋳造品を得ることができる。繊維材料の位置を調整すれば、好みの部位に添加材料リッチ部を形成させることができる。
従って、局部的に添加材料の比率を高めることができる製造方法を提供することができる。
また、混合物を鋳込むと、繊維材料の外方（他方の側）に添加材料が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属材料が充填され、押出し外周部を得ることができる。

請求項５に係る発明では、鋳込み湯押出し部にマトリックス金属材料を充填する工程では、混合物の鋳込み圧力、混合物の溶湯温度、鋳造成形型の型温度、繊維材料の密度、添加材料の粒径のうちの何れかの条件、又は複数の条件を制御することで、繊維材料に堆積する添加材料の厚さを制御するので、堆積する添加材料の厚さを調節することができ、所望の耐摩耗性を付与することができるという利点がある。

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、本発明の複合材製品（第１実施の形態）の斜視図である。
複合材製品（第１実施の形態）１１は、例えば、ドラムブレーキ１２に採用されているブレーキドラム１３である。
ドラムブレーキ１２は、ブレーキドラム１３の内面１５に摩擦材１６を押付けて制動する摩擦ブレーキであり、摩擦材１６を有するブレーキシュー１７と、ブレーキシュー１７に掛止するブレーキスプリング１８と、を備えている。

図２は、本発明の複合材製品（第１実施の形態）の断面図である。図１を併用して説明する。
複合材製品１１（ブレーキドラム１３）は、制動作用をさせるためにブレーキシュー１７を押付ける円筒部２１と、円筒部２１の縁２２に連なっている取付け円盤部２３と、円筒部２１の外周に連なり半径方向外方（矢印ａ１の方向）に形成している押出し外周部２４と、からなる。

円筒部２１は、３層からなり、摩擦材１６が接触する内周粒子複合物層２６と、内周粒子複合物層２６に連なる中間繊維複合物層２７と、中間繊維複合物層２７に連なる外周層２８とからなる。外周層２８に一体に押出し外周部２４が形成されている。

複合材製品１１の材質は、ＭＭＣ（ＭｅｔａｌｍａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）で、マトリックス金属（マトリックス金属材料３１）中に、添加材料３２を添加して複合化した材料で構成される複合材製品である。
取付け円盤部２３は、マトリックス金属材料３１に所定の割合で添加材料３２が添加されている複合部３４である。

内周粒子複合物層２６は、繊維材料３５の一方の面３６に堆積し、複合部３４よりもマトリックス金属材料３１に高い割合で添加材料３２が添加されている添加材料リッチ部３７で、添加材料リッチ部３７は、耐摩耗性が要求される部位に形成されている。
内周粒子複合物層２６の厚さはｔである。厚さｔは繊維材料３５に堆積する添加材料３２の厚さ（マトリックス金属材料３１を含む）でもある。

中間繊維複合物層２７は、繊維材料３５の内部及び他方の面の外方に存在し、添加材料３２が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属部３８が存在している部位である。つまり、マトリックス金属部３８を繊維材料３５の内部に浸透させた複合物である。
「繊維材料３５の内部にマトリックス金属部３８が存在している」とは、繊維を立体形成することで形成された編み目に充填（浸透）しているという意味である。

外周層２８と押出し外周部２４はともに、添加材料３２が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属部３８であり、ここでは複合材でないとする。
なお、外周層２８の形成は、任意であり、外周層２８を省いて、繊維材料３５の外周に直接、押出し外周部２４を形成してもよい。

マトリックス金属材料３１の材質は、アルミニウム合金、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であり、ＪＩＳ−Ａ６０６１を用いた。製品によってはアルミニウムや銅を用いてもよい。
添加材料は、けい素の粒子である。粒子の径は、繊維材料３５の編み目の大きさを考慮し、編み目を通過しないように設定するのが望ましい。
繊維材料３５は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする材料からなる繊維である。

次に、本発明の複合材製品１１の作用を説明する。
複合材製品（第１実施の形態）１１では、複合部３４（取付け円盤部２３）に含まれる添加材料３２の割合に比べ、添加材料リッチ部３７（内周粒子複合物層２６）に含まれる添加材料３２の割合は大きいので、添加材料リッチ部３７（内周粒子複合物層２６）の耐摩耗性は向上する。
つまり、複合材製品１１では鋳造すると同時に部分的に特性（耐摩耗性）を向上させることができる。

例えば、ブレーキドラム１３の円筒部２１は、３層からなり、摩擦材１６が接触する内周粒子複合物層２６と、内周粒子複合物層２６に連なる中間繊維複合物層２７と、中間繊維複合物層２７に連なる外周層２８とからなるので、鋳造すると同時に添加材料リッチ部３７（内周粒子複合物層２６）を形成して、耐摩耗性を向上させることができる。

このような本発明の複合材製品（第１実施の形態）１１の製造方法を次に説明する。
複合材製品（第１実施の形態）１１の製造方法では、必要なものを準備する工程と、混合物を調整する工程と、繊維材料をセットする工程と、鋳込む工程と、複合材製品を得る工程と、を実施する。具体的に説明する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、複合材製品（第１実施の形態）の製造に必要な主なものを準備する工程を説明する模式図である。
図２の複合材製品１１に対応する（ａ）のキャビティ４１を有する鋳造成形型４２と、（ｂ）に示しているマトリックス金属材料３１と、（ｃ）に示しているマトリックス金属材料３１より融点が高い添加材料３２と、（ｄ）に示しているマトリックス金属材料３１より融点が高くて添加材料３２を通さないが溶融状態のマトリックス金属材料３１を通すフィルタの作用を有する繊維材料３５とを、準備する。

マトリックス金属材料３１の材質は、アルミニウム合金であり、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金で、ＪＩＳ−Ａ６０６１を用いた。
なお、マトリックス金属材料３１の材質としては、製品によって、その他にアルミニウムや銅を挙げることができる。

添加材料３２は、けい素の粒子である。粒子の径は、繊維材料３５の編み目の大きさを考慮し、編み目を通過しないように設定するのが望ましい。

繊維材料３５は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする材料からなる繊維を接着剤で所定の密度に結合すると同時にリング状に結合したものである。密度は、例えば６０ｋｇ／ｍ^３〜４００ｋｇ／ｍ^３である。
なお、リング状に接着した後、接着剤を飛ばすために、リング状の繊維材料３５を溶湯温度（ここでは、６６０℃〜７５０℃）とほぼ同じ温度に加熱する。
ここでは「繊維材料」は、繊維同士を接着してリング状に形成したものであるが、接着前の繊維を含む。

図４は、混合物を調整する工程を説明する模式図である。
坩堝４４にマトリックス金属材料３１及び添加材料３２を入れ、混合する。マトリックス金属材料３１は溶融するが、添加材料３２は溶融しない温度に保ちながらマトリックス金属材料３１と添加材料３２との混合物４６を調整する。
混合物４６を構成しているマトリックス金属材料３１の割合と添加材料３２の割合で凝固したものが複合部３４（図２参照）となる。

図５は、繊維材料を鋳造成形型の掛止部にセットする工程を説明する模式図である。
繊維材料３５を鋳造成形型４２にセットする。
鋳造成形型４２は、固定型５１と、固定型５１に対向している可動型５２とを備え、固定型５１は、第１型面５３が形成され、第１型面５３に繊維材料３５の一端５５を支持する第１掛止部５６が形成され、第１ヒータ５７、押出し機構５８が配置されている。

可動型５２は、第２型面６１が形成され、第２型面６１に繊維材料３５の他端６２を支持する第２掛止部６３が形成され、第２ヒータ６４、温度センサー６６が配置されている。
第１型面５３には、拡幅湯道部６８及び第１湯押出し部７１を形成している。
第２型面６１には、第２湯押出し部７２を形成している。

このような鋳造成形型４２をスクイズダイカスト装置７４に取付け、可動型５２を横に矢印ａ１のようにスライドさせて、型開後、固定型５１の第１掛止部５６に繊維材料３５を矢印ａ２のように取付け、可動型５２を戻して型閉する。
なお、スクイズダイカスト装置７４の仕様は、任意であり、横型を示しているが縦型でもよく、下方（図の下）から射出（充填）する装置でもよい。

図６（ａ），（ｂ）は、混合物をキャビティへ鋳込む工程を説明する模式図である。
（ａ）に示す固定型５１に繊維材料３５を入れた後、可動型５２を戻して型閉すると、繊維材料３５が第２掛止部６３に取付けられる。

繊維材料３５の一端を第１掛止部５６に掛け、他端６２を第２掛止部６３に掛けることで、下流の工程で鋳込んだ場合、円筒部２１（図１参照）の繊維材料３５の外周に外周層２８を形成することができ、強度を向上させることができる。
また、添加材料３２の厚さ（製品の厚さ）ｔ（図２参照）をより確実に均一にすることができる。

ここでは、繊維材料３５の一端を第１掛止部５６に掛け、他端６２を第２掛止部６３に掛けるが、射出圧力や各温度など条件によっては第１型面５３に形成した第１段部７６及び第２型面６１に形成した第２段部７７に繊維材料３５を密着させることで、セットしてもよい。その結果、リング形状の繊維材料３５をより安定させることができる。

型閉後、鋳造成形型４２を第１ヒータ５７及び第２ヒータ６４で所定の温度まで昇温する。例えば、型温度を１００℃〜４００℃に保つ。
なお、型閉すると、第１型面５３と第２型面６１とでキャビティ４１が形成される。

一方、同時並行に、混合物４６がスクイズダイカスト装置７４に供給されて、所定の溶湯温度に保たれる。例えば、溶湯温度を６６０℃〜７５０℃に保つ。

次に、（ｂ）に示している混合物４６をキャビティ４１へ鋳込む。例えば、予めスクイズダイカスト装置７４に設定した、鋳込み量（射出量）、鋳込み圧力（射出圧力）、鋳込み速度（射出速度）の条件によって、鋳造成形型４２に溶解した混合物４６を矢印のように射出する。

ここでは、鋳込み圧力（射出圧力）は３０ＭＰａ〜１００ＭＰａ、鋳込み速度（射出速度）は０．０５ｍ／ｓｅｃに設定した。

図７（ａ），（ｂ）は、混合物をキャビティへ鋳込む工程の続きを説明する図である。
（ａ），（ｂ）に示しているように、キャビティ４１に混合物４６を充填すると、繊維材料３５に添加材料３２が堆積して、内周粒子複合物層２６が形成される。

具体的には、所定の射出圧力で押込まれた混合物４６が繊維材料３５に押付けられると、粒径の大きい添加材料（けい素）３２は繊維材料３５を通過できずに、一方の面３６に残り、マトリックス金属材料３１は繊維材料３５を矢印ｂ１のように通過して、第１湯押出し部７１及び第２湯押出し部７２に入る。
その際、粒径の小さかった添加材料（けい素）３２も繊維材料３５を矢印ｂ１のように通過する。

そして、繊維材料３５内及び繊維材料３５の外方の第１湯押出し部７１及び第２湯押出し部７２に、粒径の小さい添加材料（けい素）３２を含むマトリックス金属材料３１が充填される。

「繊維材料３５内に充填される」とは、リング状の繊維材料３５は繊維を織る過程を経ないが、繊維を立体形成することで形成された編み目に充填されるという意味である。

繊維材料３５に堆積する添加材料３２の厚さ（製品の厚さ）ｔは、混合物４６の鋳込み圧力、混合物４６の溶湯温度、鋳造成形型４２の型温度、繊維材料３５の密度、添加材料３２の粒径のうちの何れかの条件、又は複数の条件で制御する。
なお、これらの数値は製品や成形型、例えば、キャビティの形状やキャビティに連通している湯道によって異なるから、数値を限定していない。

第１型面５３には、拡幅湯道部６８を形成している。拡幅湯道部６８を形成することで、リング形状の繊維材料３５の一端５５の縁、他端６２の縁に添加材料３２をより確実に堆積させることができる。
また、添加材料３２の厚さ（製品の厚さ）ｔ（図２参照）をより均一にすることができる。

このように、鋳込む工程では、鋳造すると同時に部分的に添加材料３２の割合を高めるので、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるのが容易である。
また、以降の下流の工程で、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるための工程、例えば、表面処理工程を設定する必要がなく、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるのが容易である。

また、鋳込む工程では、繊維材料３５は、混合物４６に含まれるマトリックス金属材料３１と添加材料３２とを分離させることを主目的とするフィルタのようなものであり、強化材として用いる繊維に比べ、安価である。従って、繊維材料３５を用いて摩擦部（内面１５）の添加材料３２の割合を高めても、耐摩耗性を向上させるのは安価である。

図８（ａ），（ｂ）は、鋳造品の取出しから複合材製品を得る工程までを説明する模式図である。（ａ）は鋳造品取出し工程、（ｂ）は鋳造品切削工程を示している。
（ａ）に示している可動型５２を型開し、押出し機構５８のアクチュエータ（図に示していない）を矢印ｂ２のように作動させることで、鋳造品８１を押して第１型面５３から離型する。離型した鋳造品８１を取出し機８２で取出す。これで、図５から図８（ａ）までの鋳造の１サイクルが完了する。図５に戻って２サイクル目を開始する。

図５の繊維材料３５のセット後から図８（ａ）までの工程は、予めスクイズダイカスト装置７４（取出し機８２含む）に設定した条件に基づいて自動で行うので、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるのが容易である。

その次に、（ｂ）に示している、ＮＣ（数値制御）加工機８４に予めＮＣプログラムを転送し、鋳造品８１をセットし、円筒部２１の内周粒子複合物層２６（添加材料リッチ部３７）や取付け円盤部２３（複合部３４）を全自動で所定の寸法に切削する。

このように、機械加工を加えることで複合材製品１１を得る工程では、ほぼ全自動で内周粒子複合物層２６（添加材料リッチ部３７）を所定の寸法に加工するので、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させた部位を得るのが容易である。

次に、本発明の複合材製品及びその製造方法の別の実施の形態を説明する。
図９（ａ）〜（ｃ）は、参考実施の形態を説明する模式図である。（ａ）は複合材製品（参考実施の形態）１１Ｂ、（ｂ），（ｃ）は複合材製品（参考実施の形態）１１Ｂの製造法を示している。上記図１〜図８に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。

（ａ）に示している複合材製品（参考実施の形態）１１Ｂは、ディスクブレーキ９１に採用されているディスクロータ９２である。
ディスクブレーキ９１は、ディスクロータ９２の両方の摩擦面９３にパッド
９４を押付けて制動力を発生させる。

ディスクロータ９２は、車輪のハブに固定される取付け円盤部２３Ｂと、取付け円盤部２３Ｂに連ねて摩擦面９３を形成している摩擦部９５とからなる。
取付け円盤部２３Ｂは、マトリックス金属材料３１に所定の割合で添加材料３２が添加されている複合部３４である。

摩擦部９５は３層からなり、一方の粒子複合物層９７と、中間の中間繊維複合物層２７と、他方の粒子複合物層９８とからなる。
一方の粒子複合物層９７は、繊維材料３５Ｂの一方の面３６に堆積し、複合部３４よりもマトリックス金属材料３１に高い割合で添加材料３２が添加されている添加材料リッチ部３７で、添加材料リッチ部３７は、耐摩耗性が要求される部位に形成されている。
他方の粒子複合物層９８は、一方の粒子複合物層９７と同様であるが、繊維材料３５Ｂの他方の面１０１に堆積している添加材料リッチ部３７である。

次に、参考実施の形態の複合材製品１１Ｂの作用を説明する。
複合材製品（参考実施の形態）１１Ｂ（ディスクロータ９２）では、複合部３４（取付け円盤部２３Ｂ）に含まれる添加材料３２の割合に比べ、添加材料リッチ部３７（粒子複合物層９７，９８）に含まれる添加材料３２の割合は大きいので、添加材料リッチ部３７（粒子複合物層９７，９８）の耐摩耗性を向上させることができる。

例えば、ディスクロータ９２では、摩擦部９５は、３層からなり、一方の粒子複合物層９７と、中間の中間繊維複合物層２７と、他方の粒子複合物層９８とからなるので、一方の粒子複合物層９７（摩擦面９３）及び他方の粒子複合物層９８（摩擦面９３）の耐摩耗性を向上させることができる。

このように、参考実施の形態の複合材製品１１Ｂは、第１実施の形態の複合材製品１１と同様の効果を発揮する。
つまり、複合材製品１１Ｂでは、鋳造すると同時に部分的に特性（耐摩耗性）を向上させることができる。

このような参考実施の形態の複合材製品１１Ｂ（ディスクロータ９２）の製造方法を次に説明する。
（ｂ）に示している鋳造成形型４２Ｂに薄い円盤状の繊維材料３５Ｂをセットする。
鋳造成形型４２Ｂは、摩擦面９３に対応している第１型面５３Ｂに第１拡幅湯道部１０３が形成され、摩擦面９３に対応している第２型面６１Ｂに第２拡幅湯道部１０４が形成され、キャビティ４１Ｂに連通して外方に湯押出し部１０５が形成されている。
また、繊維材料３５Ｂの縁１０７を図に示していない支持部材で支持する。

次に、鋳込む工程を実施する。
鋳造成形型４２Ｂに混合物４６をスクイズダイカスト装置で充填する。混合物４６を充填すると、既に説明したように、繊維材料３５Ｂの両面に添加材料３２が堆積し、湯押出し部１０５にマトリックス金属材料３１が流入する。

参考実施の形態の鋳込む工程では、第１実施の形態の鋳込む工程と同様の効果を発揮する。
すなわち、鋳造すると同時に部分的に添加材料３２の割合を高めるので、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるのが容易である。
また、以降の下流の工程で、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるための工程を設定する必要がなく、部分的に特性（耐摩耗性）を向上させるのが容易である。

（ｃ）に示しているＮＣ加工機８４Ｂで摩擦部９５を所定の寸法に仕上げる。
参考実施の形態の製造方法は、第１実施の形態の製造方法と同様の効果を発揮する。

尚、本発明の複合材製品及びその製造方法は、実施の形態ではブレーキのブレーキドラム及びディスクロータに採用したが、ブレーキ以外の摩擦部材に採用してもよい。

本発明の複合材製品及びその製造方法は、ドラムブレーキに用いるブレーキドラムやディスクブレーキに採用されているディスクロータに好適である。

本発明の複合材製品（第１実施の形態）の斜視図である。本発明の複合材製品（第１実施の形態）の断面図である。複合材製品（第１実施の形態）の製造に必要な主なものを準備する工程を説明する模式図である。混合物を調整する工程を説明する模式図である。繊維材料を鋳造成形型にセットする工程を説明する模式図である。混合物をキャビティへ鋳込む工程を説明する模式図である。混合物をキャビティへ鋳込む工程の続きを説明する図である。鋳造品の取出しから複合材製品を得る工程までを説明する模式図である。参考実施の形態を説明する模式図である。従来の技術の基本原理を説明する図である。

符号の説明

１１…複合材製品、３１…マトリックス金属材料、３２…添加材料、３４…複合部、３５…繊維材料、３６…一方の面、３７…添加材料リッチ部、３８…マトリックス金属部、４１…キャビティ、４２…鋳造成形型、４６…混合物、８１…鋳造品。

Claims

マトリックス金属中に、添加材料を添加して複合化した材料で構成される複合材製品であって、
この複合材製品は、円筒部と、該円筒部の縁に連なっている取付け円盤部と、前記円筒部の外周に連なり半径方向外方に形成している押出し外周部と、からなり、
前記円筒部は、内周粒子複合物層と、該内周粒子複合物層に連なる中間繊維複合物層と、該中間繊維複合物層に連なる押出し外周部との３層からなり、
前記取付け円盤部に複合材が流入することによって、
前記取付け円盤部が、前記マトリックス金属材料に所定の割合で添加材料が添加されている複合部で形成され、
次いで前記円盤部と連続する前記円筒部に複合材が流入することによって、
前記内周粒子複合物層が、繊維を所定の密度に結合するとともにリング状に結合し、前記マトリックス金属材料より融点が高くて前記添加材料を通さないが溶融状態の前記マトリックス金属材料を通すフィルタの作用を有する繊維材料の一方の面に堆積し、前記複合部よりも前記マトリックス金属材料に高い割合で前記添加材料が添加されている添加材料リッチ部で形成され、
次いで複合材の溶湯が前記繊維材料に流入することによって、
前記中間繊維複合物層が、前記繊維材料の内部に前記マトリックス金属を浸透させた複合物で形成され、
次いで複合材の溶湯が前記繊維材料を通過することによって、
前記押出し外周部が、前記繊維材料の他方の面の外方に存在し、前記添加材料が含まれない若しくは殆ど含まれていないマトリックス金属部で形成されていることを特徴とする複合材製品。
前記添加材料リッチ部は、耐摩耗性が要求される部位に形成されていることを特徴とする請求項１記載の複合材製品。
前記マトリックス金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金であり、
前記添加材料は、けい素であり、
前記繊維材料は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の複合材製品。
マトリックス金属中に、添加材料を添加して複合化した材料で構成される複合材製品の製造方法であって、
前記複合材製品は、円筒部と、該円筒部の縁に連なっている取付け円盤部と、前記円筒部の外周に連なり半径方向外方に形成している押出し外周部と、からなり、
前記複合材製品に対応するキャビティを有する固定型と、該固定型に対向して前記キャビティを有する可動型とを備え、前記固定型は、繊維を所定の密度に結合するとともにリング状に結合した繊維材料の一端を支持する掛止部と、該掛止部のうち前記円筒部の半径方向外方と同じ方向の外方に形成され前記キャビティに含まれる湯押出し部とを有し、前記可動型は繊維材料の他端を支持する掛止部と、該掛止部のうち前記円筒部の半径方向外方と同じ方向の外方に形成され前記キャビティに含まれる湯押出し部とを有する鋳造成形型と、前記マトリックス金属材料と、このマトリックス金属材料より融点が高い添加材料と、前記マトリックス金属材料より融点が高くて前記添加材料を通さないが溶融状態の前記マトリックス金属材料を通すフィルタの作用を有する繊維材料とを、準備する工程と、
前記マトリックス金属材料は溶融するが、前記添加材料は溶融しない温度に保ちながらマトリックス金属材料と添加材料との混合物を調整する工程と、
前記繊維材料を前記鋳造成形型の前記掛止部にセットする工程と、
前記混合物を前記キャビティへ鋳込むことによって前記湯押出し部にそれぞれ前記マトリックス金属材料を充填する工程と、
前記鋳造成形型から鋳造品を取出し、この鋳造品に機械加工を加えることで複合材製品を得る工程と、からなることを特徴とする複合材製品の製造方法。
前記鋳込み前記湯押出し部に前記マトリックス金属材料を充填する工程では、前記混合物の鋳込み圧力、前記混合物の溶湯温度、前記鋳造成形型の型温度、前記繊維材料の密度、前記添加材料の粒径のうちの何れかの条件、又は複数の条件を制御することで、前記繊維材料に堆積する添加材料の厚さを制御することを特徴とする請求項４記載の複合材製品の製造方法。