JPH0437465A - 金属基複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高圧凝固鋳造法を用いた金属基複合材の製造
方法に関する。

［従来の技術］ 金属基複合材を製造する方法の一つとして、高圧凝固鋳
造法（以下、スクイズキャスト法と呼ぶ）がある。この
方法は、他の鋳造方法と比べて製品の生産性および造形
性に優れているので、工業的に広く使用されている。

スクイズキャスト法は、予めセラミックウィスカー等の
強化材からなる予成形体を鋳造金型のキャビティーに載
置し、その後、溶融状態の母材金属、例えば、アルミニ
ウムを予成形体内に圧入して鋳造するものである。この
方法で得られた金属基複合材は、高強度、優れた耐摩耗
性等の機械的特性を有する。このため、近年ではスクイ
ズキャスト法による金属基複合材は、ゴルフクラブヘッ
ドのようなスポーツ部材用途にも用いられている。

第３図に示すように、従来のスクイズキャスト法におい
ては予成形体３０を金型（図示せず）内に組み込み、予
成形体３０および金型を加熱し、溶湯注入口３６から矢
印方向に溶融状態の母材金属を圧入して予成形体３０に
含浸させる。このようにして、金属基複合材が製造され
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の金属基複合材の製造方法では、例
えば、ゴルフクラブヘッドのような複雑で、断面積に比
し含浸経路の長い部材については、第４図に示すように
シャフト部３２およびフェイス部３４を介して予成形体
３０に溶融状態の母材金属を圧入すると、溶融金属に押
されて予成形体３０が圧縮され、金型内に予成形体３０
の存在しない空間部分４０ができる。また、シャフト部
３２に予成形体３０の曲り変形も生じる。母材金属は、
予成形体３０のある部分のみ強化されるので、得られた
金属基複合材は必要とする寸法よりも小さいものとなる
。このように、従来の金属基複合材の製造方法により得
られる金属基複合材は、表層に母材金属層を多量に有し
寸法精度が悪いものであった。

また、従来の金属基複合材の製造方法では、溶融状態の
母材金属は、予成形体に含浸しながら金型内に充填され
るので、含浸と、金型からの冷却による凝固が同時に進
行する。このため、母材金属が金型全体に完全に充填さ
れる前に金型や予成形体によって冷やされる。その結果
、得られる金属基複合材には、母材金属の未充填部分が
生じる。

この未充填部分を有する金属基複合材は、機械的強度が
低いものである。また、未充填部分が応力が生じやすい
シャフト部３２とフェイス部３４の連通ずる部分４２近
傍にあると、その連通部分４２でクラックが発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、寸法精
度が良く、しかも優れた機械的強度を有する金属基複合
材を効率よく得ることができる金属基複合材の製造方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、中空部が形成され、強化材で成形された予成
形体を金型内に組み込み、該中空部に溶融状態の母材金
属を供給し、これをを加圧して該中空部から該予成形体
に含浸させることを特徴とする。

［作用］ 本発明の金属基複合材の製造方法によれば、中空部を有
する予成形体を用いて、その中空部に溶融状態の母材金
属を流し込み、その後母材金属を予成形体に含浸させる
。

母材金属を予成形体の中空部から流し込むことにより、
母材金属が予成形体を圧縮して予成形体を収縮させたり
、変形させたりすることを防止する。

また、母材金属を予成形体の中空部から流し込むので母
材金属の流れがスムーズであり、短時間で金型内に母材
金属を充填することかできる。母材金属の充填が完全に
終わる前に母材金属か金型と接触することを防ぎ、母材
金属の冷却を防止する。このため、母材金属の未充填部
分がない金属基複合材を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の金属基複合材の製造方法の一実施例につ
いて具体的に説明する。

第１図は、本発明に使用するゴルフクラブヘッドの予成
形体の概略説明図である。図中１０は、予成形体である
。予成形体１０は、強化材からなる繊維部１１と中空部
１２とで構成されていて、金型１３内に載置されている
。金型１３には予成形体１０の中空部１２に溶融状態の
母材金属を供給するための通流口１４が設けられている
。この通流口１４は、予成形体１０のシャフト部側およ
びフェイス部トウ側の両開口部１５．１６と連通してい
る。また、通流口は図示しない母材金属供給機と連結し
ている。

まず、この予成形体１０を金型（図示せず）内に載置し
、予成形体１０および金型１３を加熱する。次に、この
予成形体１０の中空部１２のシャフト部側およびフェイ
ス部トウ側の両開口部１５゜１６から矢印の方向に溶融
状態の母材金属を流し込む。その後、母材金属を加圧注
入することにより、第２図に示すように母材金属は中空
部１２から繊維部１１の方向に向かって含浸される。こ
のようにして、金属基複合材が製造される。

ここで、母材金属は、予成形体が溶融または軟化しない
温度で溶融状態になるものを選ぶ。このような金属とし
てアルミニウム、マグネシウム等が用いられる。

予成形体を構成するものとしては、ＳｉＣウィスカー、
Ａｌ２Ｏ３短繊維、ステンレス繊維、炭素繊維等が用い
られる。

予成形体の加熱温度は、成形時の母材金属温度にするこ
とが好ましい。これは、予成形体の温度が母材金属の温
度未満であると母材金属の凝固を早め、予成形体の温度
が母材金属の温度を超えるでもより高い効果が得られな
いからである。

金型の加熱温度は、母材金属の種類により異なるが、２
００ないし４００℃であることが好ましい。これは、金
型の加熱温度が２００℃未満であると母材金属の凝固を
早め、金型の加熱温度が４００℃を超えると金型の耐久
性を下げるからである。

予成形体の厚さは、得られる金属基複合材に必要とされ
る機械的強度により異なるが、２ないし５關であること
が好ましい。これは、予成形体の厚さが２ｍｍ未満であ
ると得られる金属基複合材の機械的強度が低く、予成形
体の厚さが５關を超えると母材金属が予成形体に含浸す
るのに時間ががかり母材金属の凝固を早めるからである
。

上記のようにして金属基複合材を製造する場合、母材金
属は、予成形体の中空部を流れるので予成形体を圧縮す
ることがない。このため、予成形体が変形・収縮するの
を防止する。また、予成形体か母材金属の充填を妨げな
いので母材金属の充填・含浸時間が短縮される。このと
き、母材金属は予成形体の中空部から放射状に拡がりな
がら予成形体に含浸される。したがって、母材金属は、
予成形体への含浸が完全に終了するまで金型接触しない
ので、金型により冷却されるのを防止する。

その結果、母材金属の温度低下による母材金属の粘度上
昇を防止して母材金属が完全に充填した金属基複合材を
得ることができる。。

また、母材金属が予成形体に含浸する時に予成形体が母
材金属によって拡げられ、予成形体は金型面に接触する
。このため、表面が繊維強化された金属基複合材、いわ
ゆるネットシエイプ複合材を得ることができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った試験例を示
す。なお、この試験例では、金属基複合材としてゴルフ
クラブヘッドを製造した。

試験例 まず、ＳｉＣウィスカーからなる中空のゴルフクラブヘ
ッド予成形体を金型内に載置１．た。次に、８００℃の
アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）を供給速度３０　ｍｍ　
／　ｓｅｅで金型内に導入し、予成形体に含浸させた。

なお、このとき、金型は２５０℃に加熱し、予成形体も
予め８００℃に加熱した。その後、５ｋｇ／ｍｍ２の圧
力で１分間、加圧状態を保持した後、鋳造体を金型から
取出して、ゴルフクラブヘッドを製造した。

得られたゴルフクラブヘッドの予成形体状態、表面状態
、曲げ強度を調べた。その結果を下記第１表に示す。な
お、予成形体状態は目視によりおこなった。表面状態は
研磨により行い、母材層が表面にない状態を良とした。

曲げ強度はＪＩＳの三点曲げ強度試験により行った。

比較例 ＳｉＣウィスカーからなる中空部を有しない予成形体を
用いることを除いて試験例と同様にしてゴルフクラブヘ
ッドを製造した。

得られたゴルフクラブヘッドの予成形体状態、表面状態
、曲げ強度を試験例と同様にして調べた。

その結果を下記第１表に併記する。

第１表 第１表から明らかなように、本発明により得られた製品
（試験例）は、予成形体にワレ・変形がなく設計寸法通
りであり、表面に強化材が存在して充分に強化されてお
り、しかも曲げ強度が高いものであった。これに対して
、従来の方法により得られた製品（比較例）は、予成形
体にワレ・変形が生じ、表面に母材層があり強化材によ
り充分に強化されておらず、曲げ強度が低いものであっ
た。

［発明の効果コ 以上説明した如く、本発明の金属基複合材の製造方法は
、寸法精度が良く、しかも優れた機械的強度を有する金
属基複合材を効率よく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される予成形体の概略説明図、第
２図は■−■−に沿う断面図、第３図は従来の方法に使
用される予成形体の概略説明図、第４図は従来の方法に
おける母材金属圧入後の予成形体を示す概略説明図であ
る。 １０．３０・・・予成形体、１１・・・繊維部、１２・
・・中空部、１３・−・金型、１４・・・通流口、１５
．１６・・・開口部、３２・・・シャフト部、３４・・
・フェイス部、３６・・・溶湯注入口、４０・・・空間
部分、４２・・・連通部分。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中空部が形成され、強化材で成形された予成形体を金型
   内に組み込み、該中空部に溶融状態の母材金属を供給し
   、これをを加圧して該中空部から該予成形体に含浸させ
   ることを特徴とする金属基複合材の製造方法。