JPS60243239A - 繊維強化複合材料の製造方法 - 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、繊維強化複合材料に係り、更に詳細には繊維
強化複合材料の製造方法に係る。

従来技術 繊維強化複合材料の一つとして、アルミニウム合金の如
き軽金属が所定の方向に揃えて配向された無機質長繊維
にて複合強化された繊維強化金属複合材料が知られてお
り、かかる複合材料によれば軽金属の軽量性を活かしつ
つその強度及び剛性を向上させることができる。しかし
無機質長繊維を所定の体積率及び所定の配向状態にてマ
トリックス金属と複合化させることは容易ではない。゛
上述の如き繊維強化金属複合材料の製造方法として、無
機質長繊維に溶射、めフき、ＰＶＤ等によりマトリック
ス金属をコーティングし、かくしてコーティングされた
無機質長繊維を所定の方向に揃えて配列した後ホットプ
レスしたり、無機質長ＩＩｔ帷が所定の方向に揃えて配
向された繊維層と金属箔とを交互に積層させてそれをホ
ップレスするホットプレス法や、セラミックスやステン
レス鋼にて形成されたケースの中に一方向に配向された
無機質長ｖａｎを充填し、ケース内へ溶融マトリックス
金属を導入して個々の無機質長繊維間に溶融マトリック
ス金属を含浸させるオートクレーブ法等が知られている
。しかしこれらの方法は製造工程が複雑であり、生産性
が悪く、高コストであるという問題がある。

また上述の如き繊維強化金属複合材料の製造方法の一つ
として、強化ＩｊａＮにて所定形状のｆｌＡＭ成形体を
形成し、該繊維成形体を鋳型内に配置し、該鋳型内に溶
融マトリックス金属を導入し、該溶融マトリックス金属
を加圧しつつ凝固させる加圧鋳造法が知られている。し
かしかかる加圧鋳造法により高体積率にて所定の方向に
配向された無機質長繊維にて複合強化された繊維強化金
属複合材料を製造するには、無機質長繊維のみにて所定
の体積率、所定の配向状態、及び所定の形状の繊維成形
体を形成することが困難であり、また製造される複合材
料の機械的性質等に悪影響を及ぼさないバインダにて無
機質長繊維を固定することが困難であるため、オートク
レーブ法の場合と同様、ステンレス鋼製のケースや枠体
の如き担体を用意し、無機質長繊維をケース内に充填し
たり枠体に巻き付けたりしなければならず、その場合担
体が鋳ぐるまれでしまうため、鋳造工程後に凝固体より
担体を除去するという面倒な作檗工程を要し、特に担体
が枠体等である場合には製造された複合材料より担体を
取り除くことが困難であり、その場合には担体によって
複合材料の強度が低下されたり重量が増大されたりする
という問題がある。

発明の目的 本発明は、マトリックスが所定の方向に揃えて配向され
た長繊維にて複合強化された繊維強化複合材料を製造す
る従来の方法に於ける上述の如き問題に鑑み、マトリッ
クスが所定の体積率及び配向状態の無機質長繊維にて複
合強化された高強度及び高剛性を有する繊維強化複合材
料を能率良く製造することのできる方法を提供すること
を目的としている。

発明の構成 上述の如き目的は、本発明によれば、短繊維の集合体に
より所定の配向及び体積率に長繊維を保持してなる複合
繊維成形体を形成し、前記複合繊維成形体を鋳型内に配
置し、該鋳型内に溶融マ［・リックスを導入し、前記溶
融マトリックスを加圧しつつ凝固させる繊維強化複合材
料の製造方法くよって達成される。

発明の作用及び効果 本発明によれば、短繊維の集合体により所定の配向及び
体積率に長ｌ！維を保持してなる複合繊維成形体が形成
され、該複合繊維成形体の個々の短繊維及び長繊維の間
に溶融マトリックスが充填され、該溶融マトリックスが
加圧された状態にて凝固せしめられるので、個々の短繊
維及び長繊維の間に溶融マトリックスが充填される場合
にも、長繊維は短１ｉｆｅの集合体により所定の配向及
び体積率の状態に維持され、これによりマトリックスが
所定の配向及び体積率の長繊維にて複合強化された繊維
強化複合材料を能率良く製造１゛ることができる。

針だ本発明によれば、マトリックス中に短繊維が残存す
るが、これらの短繊維は強化繊維としてマトリックスを
複合強化するので、長繊維を保持するステンレス鋼等に
て形成された担体が使用される従来の加圧鋳造法により
形成された繊維強化複合材料の場合に比して、複合材料
の強度及び耐摩耗性等を遥かに向上させることができる
。

本発明の繊維強化複合材料の製造方法に於ける長繊維は
、アルミナ、アルミナ−シリカの如きセラミックスの長
繊維、炭素繊維、更にはボロンやタングステンの如き金
属繊維であってよく、短繊維はアルミナ、アルミナ−シ
リカ、炭化ケイ素等の短繊維や炭化ケイ素ボイス力、窒
化ケイ素ボイス力の如きボイス力であってよく、マトリ
ックスはアルミニウム、マグネシウム、又はこれらを主
成分とする軽金属の如き金属やエポキシ樹脂の如き樹脂
であってよい。

本発明の繊維強化複合材料の製造方法の一つの詳細な特
徴によれば、特にマトリックスが金属である場合には、
個々の短繊維及び長繊維の間に溶融マトリックス金属が
良好に浸透し且これらの繊維にマトリックス金属が良好
に密着するよう、鋳型内に溶融マトリックス金属が導入
されるに先立ち、複合繊維成形体はマトリックス金属の
融点以上の８！度に予熱される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 第１図乃至第５図は内燃機関用ピストンの製造に対し適
用された本発明によるｌｌ７Ａ＃１１強化複合材料の製
造方法の一つの実施例を示ず工程図である。

第１図に示されている如く、先ず平均繊維径が３、ｏμ
であす平均ｕＡｌｌｉ長カ２．２１１ＩＩｌテアリ９６
ｗｔ％δＡｌ　２０ａ　、　４ｗｔ％５ｉ０２なる組成
を有するアルミナ類ｍＮ１（ＩＣ１株式会社製［サフィ
ルＲＦＪ）よりなり、各アルミナ短繊維が体積率５％（
かさ密度０．１７ｏ　／ｃｃ）にて実質的に三次元ラン
ダム配向された内径７０１１１＋１．外径９４１１長さ
３８ＩＩＩＩｌｌの円筒状の短繊維成形体２を真空成形
法により形成した。次いで短繊維成形体２の円筒状外周
面にその一端より２〜４１ＩＩＩ１１の範囲に屋り幅２
　＋１１１１１．深さ６Ｉｌ１１１の環状溝３を形成し
た。次いで第３図に示されている如く、環状溝３内に平
均繊維径２０μのアルミナ良識８４（デュポン社製［フ
ァイバＦＰＪ）を体積率４６％（かさ密ｒ！Ｊ、ｉ。

８１１１００）にて周方向に巻き付け、その終端をコロ
イダルシリカにて固定することにより充填し、これによ
り環状溝３内に軸線５の周りに周方向に配向されたアル
ミナ長繊維４が充填され該アルミナ長繊維が短繊維成形
体２により保持された複合繊維成形体６を形成した。

次いで複合繊維成形体６を約７５０℃に加熱した後、第
４図に示されている如く、ピストン鋳造用の鋳造装置７
の下型８のモールドキャビティ９内にアルミナ長繊維４
が充填された端部を上方にして配置し、更にモールドキ
ャビティ９内に約７４０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ
規格ＡＣ８Ａ）の溶ｓ１０を注渇し、該溶湯を上型１１
により約１０００ｋａ／Ｃ１１′の圧力にて加圧し、そ
の加圧状態を溶湯１０が完全に凝固するまで保持した。

溶湯１０が完全に凝固した後、ノックアウトビン１２に
よって凝固体を下型８内より取出し、かくして得られた
ピストン素材に対し１°６熱処理を施した後、研削等の
機械加工を行って直径９０１ＩＩＩＩ１１長さ８５ｍ−
の第５図に示されている如きピストン１３とした。

第５図に示されている如く、上述の如く形成されたピス
トン１３はアルミナ類ｓｉｎにて複合強化されたアルミ
ニウム合金よりなる部分１４と、アルミナ長繊維にて複
合強化されたアルミニウム合金よりなる部分１５とを含
んでおり、トップランド１６、トップリング溝１７、セ
カンドランド１８、セカンドリング溝１９、サードラン
ド２０、オイルリング溝２１の各表面は部分１４にて郭
定されており、部分１５はオイルリング溝２１のスカー
ト部２２の側の壁面とビンボス２３−との間に位置して
いる。

上述の如く形成されたピストンを総排気量２２ＱＱｃｃ
の４気筒デイ一ゼル機関に組込み、回転数５２００ｒｐ
ｍ、全負荷にて３００時間に厘る耐久試験を行ったとこ
ろ、アルミナ類ｔａｎにて複合強化されていないピスト
ンの場合に比して、トップリング溝１７、セカンドリン
グ溝１９、オイルリング溝２１の壁面の摩耗量は遥かに
少なく、アルミナ長＃ａ雑にて周方向に複合強化されて
いないピストンの場合に比してピストンの拡径膨張が小
さく、また運転騒音も小さく、更にはトップランド１６
に於ける焼付きも発生していないことが認められた。ま
た耐久試験後にピストンを切断して部分１４及び１５の
断面を顕微鏡にて観察したところ、これら両方の部分ど
もアルミナ短繊維及びアルミナ長りｌ雑の間にアルミニ
ウム合金が十分に浸透しており且それらに良好に密着し
ており、ま１＝アルミナ長繊維は所定の体積率及び配向
状態に維持されていることが認めらり、た。

実施例２ 第６図乃至第９図は内燃機関用ピストンピンの製造に対
し適用された本発明による繊維強化複合材料の製造方法
の一つの実施例を示す工程図である。

第６図に示されている−如く、先ず平均繊維径が０．６
μであり平均繊維長が２００μである炭化ケイ素ホイス
カ２５（東海カーボン株式会社゛製「トーカマックス」
）よりなり、各炭化ケイ素ボイス力が体積率１５％（か
さ密度０．４８０　／ａ？＞にて三次元ランダム配向さ
れた内径１４１ｍ、外径１８ＩＩｌｌ１１長さ６（Ｊｎ
−の円筒状の短繊維成形体２６を真空成形法により形成
した。次いで第７図に示されている如り、ｗＩＩＩＡ雑
成形体２６の内部にその軸線２７に沿って一方向に配向
されｔｃ状態にて平均繊維径２０μのアルミナ長繊維２
８（デュポン社製「ファイバＦＰＪ　）を体積率５０％
にて充填し、更に短ｔＩＡ帷成形体２６の周りに体積率
が５０％になるよう平均繊維径が７μの炭素長繊維２９
（東し株式会社製［トレカＭ４０Ｊ　）をピッチ角±２
５６の螺旋状に巻き付け、該炭素長繊維の端部をコロイ
ダルシリカにて固定することにより、アルミナ良識１２
８及び炭素長ｇＡ維が短繊維成形体２６により所定の体
積率及び配向状態にて保持された直径２２１１１１１１
、長さ６９ＩＩＩＩＩｌの複合繊維成形体３０を形成し
た。

次いで複合繊維成形体３０を約６００℃に加熱した後、
第８図に示されている如く、ピストンピン鋳造用の鋳造
装置３１の鋳型３２のモールドキャビティ３３内に配置
し、更にモールドキャビティ３３内に約７３０℃のアル
ミニウム合金（ＪＩＳＮＡ格ＡＣ４Ｇ）の溶湯３４を注
渇し、該溶湯をプランジャ３５により約８００　ｋｏ／
♂の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯３４が完全に
凝固するまで保持した。溶湯３４が完全に凝固した後、
ノックアウトビン３６により凝固体を鋳型３２内より取
出し、かくして得られた凝固体よりアルミニウム合金の
みの部分を切断によって除去し、かくして得られたピス
トンピン素材に対しＴｅ熱処理を施した後、研削等の機
械加工を行って直径２２１１１１１、長さ６５１！１１
１１の第９図に示されている如きピストンピン３７とし
た。

第９図に示されている如く、上述の如く形成されたピス
トンピン３７は軸線２７に沿って一方向に配向されたア
ルミナ長ｌ１１２８にて複合強化されたアルミニウム合
金よりなる芯部３８と、炭化ケイ素小イスカ２５にて複
合強化されたアルミニウム合金よりなる中間部３９と、
軸線２７の周りに螺旋状に配向された炭素良識１１２９
にて複合強化されたアルミニウム合金よりなる表面部４
０とよりなっており、これらの部分が互に一体に結合さ
れている。

上述の如く形成されたピストンピンを総排気量２８００
ｃｃの６気筒ガソリン機関に組込み、回転数６５０Ｏｒ
ｐｍ、、全負荷にて１００時間に亙る耐久試験を行った
ところ、上述のピストンピンには割れや表面部のへたり
が発生していないことが確認された。また耐久試験後に
ビスｔ−ンビンを切断してその断面を観察したところ、
何れの部分に於ても強化繊維の間にアルミニウム合金が
十分に浸透しており且それらに良好に密着しており、ま
たアルミナ長ｍ雑及び炭素長繊維はそれぞれ所定の体積
率及び配向状態に維持されてい条ことが認められた。

実施例３ 第１０図乃至第１５図は内燃機関用ピストンの製造に対
し適用された本発明による繊維強化複合材料の製造方法
の他の一つの実施例を示す工程図である。尚第１４図及
び第１５図に於てそれぞれ第４図及び第５図に示された
部分と実質的に同一・の部分に−は同一の符号が付され
ている。

第１０図に示されている如く、先ず平均繊維径が２．８
μであり平均繊維長が３ＩＩＩＩＩｌであり４７ｗｔ％
Ａｌ　２０８．５２ｗｔ％５ｔｏ２なる組成を有するア
ルミナ−シリカ短繊維４２（イソライト工業株式会社製
「カオウール」）を、３ｗｔ％のアルギン酸ソーダと２
ｏｗｔ％のコロイダルシリカとを含有する水溶液中に分
散させてスラリー４３を形成した。次いで円筒状の金網
４４とその両端を閉じる金属板４５及び４６とよりなる
濾過器４７をスラリー４３内に浸漬し、スラリー４３を
インペラ４８により攪拌しつつ濾過器４７内の分散媒体
を導管４９を経て吸引除去する所謂減圧成形法により、
金網４４の周りにアルミナ−シリカ短繊維４２よりなる
厚さ２ＩＩＩＩＩｌの円筒体を形成した。次いで円筒体
を濾過器４４より取外してそれを乾燥させた後、その外
周面に対し機械加工を行って平滑にすることにより、第
１１図に示されている如く、体積率６％にて実質的に三
次元ランダム配向されたアルミナ−シリカ短繊維４２よ
りなる内径７２１転外径７６Ｉｌ１１１１長さ１００Ｉ
ＩＩＩｌｌの短繊維成形体・５０を形成した。

次いで第１２図に示されている如く、短繊維成形体５０
の円筒状外周面の周りに図には示されていないフィラメ
ントワインディング装置により、平均繊維径が７μであ
る炭素長繊維５１（東し株式会社製［トレカＭ４０Ｊ　
）をピッチ角±２０゜にて軸線５２の周りに螺旋状に厚
さ４ＩＩＩ１１になるまで巻き付け、炭素長繊維の端部
をコロイダルシリカにて固定することにより、アルミナ
−シリカ短繊維４２と炭素長城［５１とよりなる内径７
２Ｉ１１＋！１、外径８０＋ｎｍ、長さ１００ｍ１ｌ＋
の円筒状の繊維成形体５３を形成した。次いで繊維成形
体５３の両端を第１０図に示された金属板４５及び４６
と同様の金属板にて閉ざし、それを第１０図に示された
濾過器４７と同様の濾過器として使用する減圧成形法に
より、繊維成形体５３の円筒状外周面の周りにこれと一
′体的に体積率４５％にて実質的に三次元ランダム配向
されたアルミナ−シリカ類ｍ１Ｍ１４２よりなる内径８
０Ｉｉ＋！１１外径９４１ＩＩＩＩ＋１長さ１００ｍｍ
の短繊維成形体５４を形成した。次いでこの繊維成形体
を５００℃に加熱することにより有機バインダとしての
アルギン酸ソーダを焼失させた後、２４ｍｍの長さに切
断することにより、第１３図に示されている如く、軸線
５２の周りに螺旋状に配向された炭素長ｌＩＡ雑５１が
実質的に三次元ランダム配向されたアルミナ−シリカ短
繊維よりなる二つの短繊維成形体５０及び５４の間に挟
持された複合繊維成形体５５を形成した。

次いで複合ＩＩＩＡＩＩ＃、、成形体５５を約６００℃
に加熱した後、−第１４図に示されている如く、ピスト
ン鋳造用の鋳造装置７の下型８のモールドキャビティ９
内に配置し、更にモールドキャビティ９内に約７３０℃
のアルミニウム合金（ＪＩＳＮＡ格ＡＣ８Ａ）溶湯１０
を注湯し、該溶湯を上型１１により約６００ｋＭｃｌＩ
の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯１０が完全に凝
固するまで保持した。溶湯１０が完全に凝固した後、ノ
ックアウトビン１２によって凝固体を下型８より取出し
、かくして得られたピストン素材に対しＴ６熱処理を施
した後、研削等の機械加工を行って直径９０ＩＩＩ１１
長さ８５ＩＩＩｍの第１５図に示されている如きピスト
ン５６とした。

第１５図に示されている如く、上述の如く形成されたピ
ストン５６はアルミナ−シリカ短繊維にて複合強化され
たアルミニウム合金よりなる部分５７及び５８と、炭素
長繊維にて複合強化されたアルミニウム合金よりなる部
分５９とを含んでおり、トップランド１６、トップリン
グ溝１７、セカンドランド１８の一部の表面は部分５８
にて郭定されている。

上述の如く形成されたピストンを総排気ｆｆ１２２Ｃ）
　Ｑ’ｃｃの４気筒デイ一ゼル機関に組込み、回転数５
２０Ｏｒ１１１ｎ、全負荷にて２００時間に亙る耐久試
験を行ったところ、アルミナ−シリカ類ｆｌＡＨにて複
合強化されていないピストンの場合に比して、トップリ
ング溝の壁面の摩耗量は追かに少なく、炭素長繊維にて
周方向に複合強化されていないピストンの場合に比して
ピストンの拡径膨張が少なく、また運転騒音も小さく、
更にはトップランド１６に於ける焼付きも発生していな
いことが認められた。また耐久試験後にピストンを切断
して部分５７〜５９の断面を顕微鏡にて観察したところ
、これら何れの部分に於てもアルミナ−シリカ短繊維及
び炭素長繊維の間にアルミニウム合金が十分に浸透して
おり且それらに良好に密着しており、炭素長繊維は所定
の体積率及び配向状態に維持されていることが認められ
た。

実施例４ 第１６図は複合繊維成形体を一部破断して示す正面図、
第１７図は第１６図に示された複合繊維成形体を用いて
本発明の方法に従って形成された内燃機関用ピストンの
要部を示す拡大部分断面図である。尚これらの図に於て
、第１３図及び第１５図に示された部分と実質的に同一
の部分には同一の符号又はダッシュ付の同一の符号が付
されている。

この実施例に於ては、上述の実施例３の場合と同様の要
領にて平均繊維径が３μｍであり平均繊維長が３１ＩＩ
Ｉｌｌであり９５ｗｔ％Ａ　’　ｌ！　Ｏａ　、５　ｗ
ｔ％５ｆｏ２なる組成を有するアルミナ短繊維６１（■
ＣＩ株式会社＠「サフイル」）よりなり各アルミナ短繊
維が体積率５％にて実質的に三次元ランダム配向された
内径７２１１１１１１外径７６１１＋１１．長さ３８Ｉ
ＩＩＩＩｌの円筒状の短繊維成形体５０′を形成し、該
短繊維成形体の一端の周りにアルミナ長繊維６２（デュ
ポン社製［ファイバＦＰＪ　）を体積率４０％にて厚さ
２１１Ｉｍ、長さ４Ｉｌｌｌの範囲に亙り実質的に周方
向に巻き付け、更に短繊維成形体５０’及びアルミナ長
繊維６２の周りに体積率５％にて実質的に三次元ランタ
ム配向されたアルミナ短繊維１　（ＩＣＩ株式会社製「
サフィル」）よりなる内径７５ｍｍ、外径９４ＩＩＩＩ
ｌｌ、長さ３８．ｍｍの短繊維成形体５４′を減圧成形
法により形成することにより、第１６図に示されている
如くアルミナ長繊維６２が短繊維成形体５０′及び５４
′により保持され・　た内径７２１１１１１１．外径９
４ＩｌｌＩＩ１１長さ３８１１の円筒状の複合繊維成形
体５５′を形成した。次いで複合＃Ａ雑成形体５５′を
約７００℃に加熱した後、上述の実施例３の場合と同一
の要領にて高圧鋳造法によりピストン素材を形成し、該
ピストン素材に対しＴｅ熱処理を施した後、研削等の機
械加工を行って直径９０１ＩＩ１１長さ８５＋ｕ＋の第
１７図に示されている如きピストン６３とした。

第１７図に示されている如く、上述の如く成形されたピ
ストン６３はアルミナ知識１１１６１にて複合強化され
たアルミニウム合金よりなる部分５７′及び５８″と、
アルミナ長＃Ｉ雑６２にて複合強化されたアルミニウム
合金よりなる部分５９′とを含んでおり、トップランド
１６、トップリング溝１７、セカンドランド１８、セカ
ンドリング溝１９、サードランド２０、オイルリング溝
２１の各表面は部分５８′にて郭定されており、部分５
９′はオイルリング溝２１のスカート部の側の壁面と図
には示されていないピンボスとの間に位置している。

上述の如く形成されたピストンを総排気ｆｆ１２２００
ｃｃの４気筒デイ一ゼル機関に組込み、回転数５２００
ｒｐｍ、全負荷にて２００時間に屋る耐久試験を行った
ところ、アルミナ短繊維にて複合強化されていないピス
トンの場合に比して、トップリング溝１７、セカンドリ
ング溝１９、オイルリング８９２１の壁面の摩耗ｍは遥
かに少なく、アルミナ長繊維にて周方向に複合強化され
ていないピストンの場合に比してピストンの拡径膨張が
小さく、まｔｃ運転騒音も小さく、史にはトップランド
１６に於ける焼付きも発生していないことが認められた
。また耐久試験後にピストンを切断して部分５７′〜５
９′の断面を顕微鏡にて観察したところ、これら何れの
部分に於てもアルミナ短繊維及びアルミナ長繊維の間に
アルミニウム合金が十分に浸透しており且それらに良好
に密着しており、またアルミナ長繊維が所定の体積率及
び配向状態に維持されていることが認められた。

実施例５ 第１８図乃至第２１図はス／Ｉ・−ベーン型コンプレッ
サのスルーベーンの製造に対し適用された本発明による
繊維強化複合材料の製造方法の一つの実施例を示す工程
図である。

第１８図に示されている如く、上端にて開いた東断面長
方形のハウジング６５と、該ハウジングの底壁６６に平
行に延在しハウジング６５内を上室６７と王室６８とに
分離する金網６９とよりなり底壁６６に排出ロア０が設
けらた濾過器７１を用意した。次いで濾過器７１の上室
６７内にアルミナ−シリカ短繊維（イソライト工業株式
会社製「力Ａウール」）が１０ｗｔ％のコロイダルシリ
カを含有する水に分散されたスラリーを導入し、王室６
８内を排出ロア０を経て減圧することによりスラリー中
の分散媒体を下室６８及び排出ロア０を経て除去し、こ
れにより金網６９上にアルミナ−シリカ短繊維のマツド
ア２を形成した。次いでマツドア２上に炭素良識ｍ＜東
し株式会社製［トレカＭ４０Ｊ　）よりなるクロス織物
７３を載置し、更に上室６７内に上述のスラリーと同一
のスラリー７４を導入し、王室６８内を排出ロア０を経
て減圧することにより、スラリー７１１内の分散媒体を
王室６８及び排出ロア０を経て除去し、これによりアル
ミナ−シリカ類ｍｌ！Ｉよりなるマツドア５を形成した
。

次いでかくして形成されたマツドア２及び７５とクロス
織物７３とよりなる成形体を濾過器７１より取出し、こ
れを乾燥させることにより、第１９図に示されている如
く、体積率７％にて実質的に三次元ランダム配向された
アルミナ−シリカ短繊維よりなる厚さ２１の二つの板状
の短繊維成形体７６及び７７と、これらの短繊維成形体
の間に挟持された炭素長繊維のクロス織物７３（体積率
３０％、厚さ約ｉｍｍ）とよりなる長さ８０１１＋１１
．幅３５Ｉ！１Ｉ１１厚さ５ＩＩＩＩＩｌの板状の複合
繊維成形体７８を形成した。

次いで複合繊維成形体７８を約６５０℃に加熱した後、
第２０図に示されている如く、複合繊維成形体７８を受
入れる成形室７９と該成形室と連通する加圧室８０とを
有する鋳型８１の成形室７９内に複合繊維成形体７８を
配置し、鋳型８１内に約７３０℃のアルミニウム合金（
ＪＩＳＭ格ＡＣ４Ｃ）（７１！溶湯８２を注渇し、該溶
湯をプランジ１７８３により約７００ｋＭ、＆の圧力に
て加圧し、その加圧状態を溶ｉ＠８２が完全に凝固する
まで保持した。溶湯８２が完全に凝固した後、ノックア
ウトピン８４によって凝固体を鋳型８１内より取出し、
その凝固体のアルミニウム合金のみよりなる部分を切断
によって除去し、かくして得られたベーン素材に対しＴ
６熟処理を施した後、研削等の機械加工を行って、第２
１図に示されている如く、中央の一方の側縁に長手方向
の長さ３０ＩＩＩＩ１１１幅方向の長さ１７ＩＩＩＩｌ
ｌの切欠き８５を有する長さ８０１！１Ｉ１１１幅３５
１１１１．厚さ５＋＋ｕｎのベーン８６を形成した。

第２１図に示されている如く、上述の如く形成されたベ
ーン８６はアルミナ−シリカ短繊維にて複合強化された
アルミニウム合金よりなる部分８７及び８８と、炭素長
繊維にて複合強化されたアルミニウム合金よりなる部分
８９とよりなっており、部分８９は部分８７と８８との
間に一体的に介装された構造をなしている。また上述の
如く形成されたベーン８６の長手方向の熱膨張率は１１
Ｘ　１０”　／ｄｅｏであり、このベーンを回転可能に
収容し旦内周面にてベーンの両端と摺接づるコンプレッ
サの鋳鉄製のシリンダ部の径方向の熱膨張率とほぼ同一
であり、従ってかかる熱膨張率の関係から、コンプレッ
サの運転によってその温度が変化しても、ベーンとシリ
ンダの内周面との間のクリアランスが大きくなったり、
ベーンとシリンダの内面とが物理的に干渉することがな
く、しかも従来のアルミニウム合金製のベーンに比して
軽量であるので、コンプレッサの性能を向上させ得るこ
とが解る。また上述の如く形成されたベーンの部分８７
〜８９の断面を顕微鏡にて観察したところ、これらの何
れの部分に於てもアルミナ−シリカＹｕｆｍ維及び炭素
ＩＭ雑の間にアルミニウム合金が十分に浸透しており且
それらに良好に密着しており、また炭素長繊維が所定の
体積率及び配向状態に維持されていることが認められた
。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。例えば上述の各
実施例に於ける鋳造法は高圧鋳造法であるが、本発明の
方法に於ける鋳造法はダイキャスト鋳造法、低圧鋳造法
、吸引鋳造法、遠心鋳造法等であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は内燃機関用ピストンの製造に対し適
用された本発明による繊維強化複合材料の製造方法の一
つの実施例を示す工程図、第６図乃至第９図は内燃機関
用ビス［・ンビンの製造に対し適用された本発明による
繊維強化複合材料の製造方法の一つの実施例を示す工程
図、第１０図乃至第１５図は内燃機関用ピストンの製造
に対し適用された本発明による繊維強化複合材料の＠遣
方法の他の一つの実施例を示す工程図、第１６図は内燃
機関用ピストンの製造に使用される複合繊維成形体の他
の一つの実施例を一部破断して示す正面図、第１７図は
第１６図に示された複合繊維成形体を用いて本発明の方
法に従って製造された内燃機関用ピストンの要部を示す
拡大部分断面図、第１８図乃至第２１図はスルーベーン
型コンプレッサのスルーベーンの製造に対し適用された
本発明による繊維強化複合材料の製造方法の一つの実施
例を示す工程図である。 １・・・アルミナ短ｍ雑、２・・・短繊維成形体、３・
・・溝、４・・・アルミナ長ｍ維、５・・・軸線、６・
・・複合繊雑成形体、７・・・鋳造装置、８・・・下型
、９・・・モールドキャビティ、１０・・・溶湯、１１
・・・上型、１２・・・ノックアウトビン、１３・・・
ピストン、１４．１５・・・部分、１６・・・トップラ
ンド、１７・・・トップリング溝、１８・・・セカンド
ランド、１９・・・セカンドリング溝、２０・・・サー
ドランド、２１・・・オイルリング溝、２２・・・スカ
ート部、２３・・・ピンボス、２５・・・炭化ケイ素ボ
イス力、２６・・・短繊維成形体、２７・・−軸線、２
８・・・アルミナ長繊維、２９・・・炭素長繊維、３０
・・・複合繊維成形体、３１・・・鋳造装置。 ３２・・・鋳型、３３・・・モールドキャビティ、３４
・・・溶湯、３５・・・プランジャ、３６・・・ノック
アウトビン、３７・・・ピストンピン、３８・・・芯部
、３９・・・中間部、４０・・・表面部、４２・・・ア
ルミナ−シリカ短繊維、４３・・・スラリー、４４・・
・金網、４５．４６・・・金属板、４７・・・濾過器、
４８・・・インペラ、４９・・・導管、５０・・・短繊
維成形体、５１・・・炭素長繊維。 ５２・・・軸線、５３・・・繊維成形体、５４・・・短
繊維成形体、５５・・・複合繊維成形体、５６・・・ピ
ストン。 ５７〜５９・・・部分、６１・・・短繊維成形体、６２
・・・アルミナ長繊維、６３・・・ピストン、６５・・
・ハウジング、６６・・・底壁、６７・・・上室、６８
・・・下室、６９・・・金網、７０・・・排出口、７１
・・・ど過器、７２・・・マット、７３・・・クロス織
物、７４・・・スラリー、７５・・・マツｉ−，７６，
７７・・・短繊維成形体、７８・・・複合＃！維成形体
、７９・・・成形室、８０・・・加圧室。 ８１・・・鋳型、８２・・・溶湯、８３・・・プランジ
ャ、８４・・・ノックアウトビン、８５・・・切欠き、
８６・・・ベーン、８７〜８９・・・部分 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代　理　人　弁理士　明石　昌毅 第１図。 第２図 第３図 第４図 第５図 第　６　図 第８図 第９図 第１０図 第１Ｉ図 第１２図 第　１３　図 第１４図 第１５図 ら６ ９ ８ ７ ９ １ 第１６図 第１７図 ３ 第旧図 第１９図 第２０図 第２１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 短繊維の集合体により所定の配向及び体積率に長繊維を
   保持してなる複合繊維成形体を形成し、前記複合繊維成
   形体を鋳型内に配置し、該鋳型内に溶融マトリックスを
   導入し、前記溶融マトリックスを加圧しつつ凝固させる
   繊維強化複合材料の製造方法。