JPH09136136A - 複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に耐摩耗性が要求されるＶＴＲ下ドラム
等をＡｌ−２０〜４０％Ｓｉ材で製造する場合、この材
料の機械加工性が悪いために製造コストが高くなる。 【解決手段】 加工性の良好なＡｌ合金から成る基材１
１の表面に上記材料の肉盛層１２を形成し、その後、型
鍛造を行って下ドラム１を製造する。この型鍛造は、肉
盛層１２と基材１１との接合界面の面積が拡がるべく、
成形前の接合界面に略平行な方向への材料流れを伴う変
形が接合界面近傍の基材１１と肉盛層１２とに生じるよ
うに設定された鍛造型で行う。これにより、加工が容易
になると共に基材１１と肉盛層１２との接合強度が向上
し、耐摩耗性に優れた下ドラム１をより安価に製造する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば耐摩耗性や
耐食性、耐熱性などの特性が表面に要求されるＶＴＲド
ラムやブレーキディスクロータ、エンジンピストン等の
部品の製造に適用し得る複合体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）には、
アルミニウム合金、例えばJIS 規格A2218 の鍛造材やAC
8Cの鋳造材で作製された下ドラムと上ドラムとが上下に
組合わされて組み込まれる。これらドラムのうち、特に
下ドラムには、磁気テープが摺接する外周面に耐摩耗性
が強く要求されている。そこで、下ドラムについては、
その耐摩耗性を向上すべく、前記材質に替えて例えばAl
−20〜30％Siで製造するようにもなってきている。

【０００３】この場合、例えば図４(a) に示すように、
Al−20〜30％Si粉末材から成形された押出丸棒31を素材
とし、この押出丸棒31を切断して所定長のブランク32を
作製した後、このブランク32からの削り出しで、所定形
状の下ドラム33を製造することができる。しかしなが
ら、上記の材料は硬度が高く、難切削材であるために刃
物の摩耗が激しく、この結果、上記の製造法では充分な
生産性が得られずに加工コストが高価なものとなる。

【０００４】一方、同図(b) には、鍛造による下ドラム
の製造法を示している。すなわち、前記と同様にAl−20
〜30％Siの押出丸棒41を素材とし、これを切断して円板
状のブランク42を作製する。これに、熱間鍛造を繰返し
て一次成形体43、二次成形体44を順次成形してニアネッ
トシェイプとし、最後に、切削等による仕上げ加工を行
って下ドラム45を形成する。しかしながら、この場合で
も、上記の材料は加工性が悪いために数回の熱間鍛造の
繰返しが必要であり、このために加工コストが依然とし
て高価なものとなってしまう。

【０００５】ところで、例えば特開昭49-38839号公報に
は、基材の表面に特殊材料層を設けてエンジンピストン
を製造する方法が開示されている。その方法では、図５
(a)に示すように、まず、アルミニウム合金から成る円
柱状の基材51の頭部表面に、アルミニウム酸化物等を溶
射して肉盛層52を形成し、次いで、同図(b) に示すよう
に、肉盛層52を鍛造型53の底部に当てて基材51をこの型
53内に収容した後、同図(c) に示すような密閉型鍛造に
よって、基材51を所定形状に成形する。このとき、肉盛
層52にはこれを圧縮する方向に高圧力が作用し、これに
よって、この肉盛層52が圧縮される。この結果、溶射の
ままでは気孔率の高い肉盛層52の密度が向上する。

【０００６】なお、肉盛層52が鍛造型53の内周面に密着
する周縁部分では、肉盛層52と型面との間で生じる摩擦
力によって肉盛層52の圧縮変形が生じ難く、これによっ
て、肉盛層52と基材51との接合界面はその周縁部で若干
変化しているものの、この場合には、上記の接合界面の
形状が鍛造成形の前後でほぼ不変な密閉型鍛造が行われ
ている。

【０００７】上記のように型鍛造を行って得られた成形
品54（同図(d) ）に対し、仕上げ加工を行って同図(e)
に示すようなピストン部品55が製造されている。そこ
で、前記した下ドラムの製造においても、加工コストの
低減と共に全体的な材料費の低廉化を図るために、上記
同様に、基材として機械加工性に優れた例えばJIS 規格
A2218 の鍛造材等を用い、その外周面に耐摩耗性に優れ
たAl−20〜30％Siなどの特殊材料を溶射等により被覆し
て複合体として製造することが考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、下ドラ
ムの製造に上記公報記載の方法をそのまま適用したので
は、特に基材と肉盛層との間に充分な接合強度が得られ
ないという問題を生じる。つまり、上記公報記載の方法
では、鍛造時の肉盛層52には、圧縮力によって内部気孔
の消滅等に伴う圧縮変形しか基本的に生じないようにブ
ランク形状と型形状とが設定され、基材51と肉盛層52と
の接合界面は鍛造成形前後でほぼ不変である。したがっ
て、下ドラムの製造に当たって、例えば前記したJIS 規
格A2218 から成る基材の外周面に前記Al−20〜30％Siの
肉盛層を形成し、上記のような鍛造成形を行ったとして
も、基材の表面層、特にアルミニウム合金における表面
酸化膜が肉盛層との間にそのまま残存する。このため、
基体と肉盛層とには金属学的な接合状態は得られず、こ
の結果、充分な接合強度を確保することができない。こ
れにより、鍛造成形後に肉盛層に仕上げ加工を施す際等
に、この肉盛層が剥離する等の不具合が生じ易く、製品
歩留りが低下して、製品コストの低減を充分には図れな
くなる。

【０００９】本発明は、上記した問題点に鑑みなされた
もので、基材表面に肉盛層を設けて製造される部品の製
作コストを低減し得る複合体の製造方法を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の複合体の製造方法は、基材表面にこの基
材とは異なる材料から成る肉盛層を形成した後、上記基
材を型鍛造によって所定形状に成形する複合体の製造方
法であって、上記肉盛層と基材との接合界面の面積が拡
がるべく、成形前の接合界面に略平行な方向への材料流
れを伴う変形が接合界面近傍の基材と肉盛層とに生じる
ように設定された鍛造型を設けて型鍛造を行うことを特
徴としている。

【００１１】このような製造方法によれば、型鍛造時に
は接合界面を挟んで基材と共に肉盛層にも接合界面に略
平行な方向への材料流れが生じて変形し、これにより、
肉盛層と基材との接合界面の面積が拡がる結果、この接
合界面における基材や肉盛層の表皮層、特に、請求項２
記載のように基材がアルミニウム合金から成る場合には
その表面酸化膜が分断される。そして、この分断箇所で
は基材と肉盛層との各基地同志が直接密着し、これによ
り、例えば原子拡散を生じて金属学的な接合状態が得ら
れることになる。この結果、肉盛層と基材との接合が強
固になるので、その後の仕上げ加工時等において肉盛層
の剥離は生じ難く、加工が容易になる。これによって、
肉盛層の材質に起因する特性を基材表面に確実に保持し
た複合成形体をより安価に製造することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明をＶＴＲの下ドラム
の製造に適用した実施形態について説明する。初めに、
図２を参照して下ドラム１の形状について説明する。こ
の下ドラム１には、中心軸線上に円筒状の軸部1aが設け
られ、この軸部1aの中途位置外周に、径方向に拡がる鍔
状部1bが延設されている。軸部1aには、後述する上ドラ
ム２の中心軸が貫通する中心貫通穴1cが形成される一
方、軸部1aにおける鍔状部1bの下側外周は、二段の段差
状に形成されている。一方、鍔状部1bの外周縁から、軸
部1aと同心状に上方に延びる外壁部1dが延設され、この
外壁部1dと軸部1aとの間に、上方に開口する凹部1eが形
成されている。また、外壁部1dの一部には、内部に設け
られる磁気ヘッド等との信号伝達用のリード線が挿通す
る切欠形状の開口1fが形成されている。

【００１３】このような形状の下ドラム１が、同径の上
ドラム２と上下に組合わされてビデオ装置に組込まれ、
これらドラム１・２の外周面に磁気テープ３を斜めに巻
き掛けて走行する構成として、この磁気テープ３への情
報の記録再生が行われる。この情報記録再生時には、上
ドラム２は高速回転され、これによって、その表面と磁
気テープ３との間には空気層が介在する。一方、下ドラ
ム１は固定状態にあり、磁気テープ３はこの下ドラム１
の表面に摺接しながら走行する。この結果、特に下ドラ
ム１の外周面、すなわち、前記外壁部1dの外周面に耐摩
耗性が要求される。なお、上記のような下ドラム１の具
体的寸法を例示すれば、軸部1aの外径約20mm、長さ約26
mm、外壁部1dの外径約62mm、この外壁部1dの軸方向長約
15mmである。

【００１４】上記形状の下ドラム１が、本実施形態では
以下のように製造される。すなわち、図１(a) に示すよ
うに、まず、例えばJIS 規格A2218 相当の型打鍛造用の
アルミニウム合金の押出丸棒が、基材11として用いられ
る。なお、この基材11の径は、前記外壁部1dの外径より
もやや小さく、例えば58mm程度とされている。そして、
同図(b) に示すように、この基材11の外周面の全長にわ
たってAl−30％Siが例えばフレーム溶射法によって溶射
され、厚さ１mm程度の肉盛層12が形成される。

【００１５】次いで、前記の下ドラム１の体積に合わせ
た板厚、例えば約８mmの厚さで順次切断され、同図(c)
に示すように、型鍛造用の円板状のブランク13が作製さ
れる。なお、基材11を所定の厚さで先に切断し、その外
周面にAl−30％Siを溶射して肉盛層12を形成することに
より、上記同様のブランク13を作製することも可能であ
る。

【００１６】上記のブランク13が、同図(d) に示すよう
に、鍛造装置の下型14内に挿入される。この下型14に
は、その底面に前記下ドラム１における軸部1aの上部側
に対応する中央キャビティ部14ａが形成され、また、周
縁部に、前記外壁部1dに対応する周縁キャビティ部14ｂ
が形成されている。そして、上記下型14に、同図(e) に
示すように、前記下ドラム１における鍔状部1bよりも下
側の形状、および中心貫通穴1cに各々対応する形状を下
面に有する上型15が上方から嵌挿され、所定の温度に加
熱されているブランク13の密閉型鍛造が行われる。

【００１７】このとき、ブランク13の大半を占める基材
11が、JIS 規格A2218 相当の加工性の良好な材料から成
ることにより、上記のような熱間鍛造を一回行うだけ
で、下ドラム１の形状とほぼ同等の形状に成形すること
ができる。そして、上記のような基材11の塑性変形に伴
って、ブランク13の周縁側の領域は、下型14の内周面に
密着するまで径方向に拡がるような変形を生じ、同時
に、その下側の空間、すなわち、前記周縁キャビティ部
14ｂへと流入するような材料流れが生じて、この空間部
を埋め、これによって、下ドラム１における前記外壁部
1dが形成される。このとき、ブランク13の最外層に設け
られている肉盛層12も、周縁キャビティ部14ｂへと流入
する材料流れを生じ、ブランク13での当初の形状から、
径方向と共に軸方向にも押し拡げられる。これによっ
て、この肉盛層12は、当初の厚さ約１mmが0.６〜0.７mm
程度に薄くなるものの、前記外壁部1dの外周面のほぼ全
体を被覆した状態となる。

【００１８】このような材料流れが肉盛層12にも生じる
ような加工が加えられる結果、この肉盛層12は、溶射時
に内部に生じていた気孔等は消滅し、密度が充分に高め
られると共に、粉末表面の酸化皮膜も分断される。同時
に、肉盛層12と基材11との接合界面においては、その面
積が拡がるような変形が生じる結果、アルミニウム合金
から成る基材11の表皮層、特に酸化皮膜は分断される。
これにより、基材11と肉盛層12とが酸化皮膜の介在なく
直接的に接する接合面が現れ、この接合面を通して基材
11と肉盛層12との間の原子拡散が容易に生じる状態とな
る。この結果、肉盛層12が基材11に強固に接合した接合
状態が得られる。

【００１９】上記のような型鍛造終了後、同図(f) に示
すような鍛造成形体16が型内から取り出され、次いで、
この成形体16に前記開口1fの追加加工や表面仕上げ加工
が施されて、同図(e) に示すように、前記外壁部1dの外
周面に、耐摩耗性の良好なAl−30％Siから成る表面層を
有する下ドラム１として完成される。このように、本実
施形態では、鍛造成形が容易な基材11の外周面に、Al−
30％Siを溶射して肉盛層12を形成しておき、これを鍛造
して下ドラム１の形状に成形する。これにより、材料費
が高価な特殊材料の使用が必要最小限に抑えられ、しか
も、大半は加工性の良好な材料を基材11として使用する
ことによって加工コストも低減することができるので、
全体の製品コストをより安価なものとすることができ
る。

【００２０】さらに、上記では鍛造成形時に、肉盛層12
の部分にも、基材11との接合界面に沿う方向に塑性変形
を生じさせるような加工が行われるので、その密度が向
上し、耐摩耗性がより向上する。しかも、基材11と肉盛
層12との接合状態も強固なものとなる結果、例えば、鍛
造成形後の機械仕上げ加工時等に過大な加工力が肉盛層
12に加わったとしても、肉盛層12の剥離は生じ難い。こ
の結果、仕上げ加工も容易となり、これによって、形状
精度の良好な下ドラム１をより安価に製造することがで
きる。

【００２１】次に、本発明の他の実施形態について、図
３を参照して説明する。同図(b) には、ディスクブレー
キに使用されるディスクロータ21を示している。このよ
うなディスクロータ21は軽量化が望まれる一方、高温下
での使用状況となるため、ブレーキ摺動面、すなわち、
径方向に拡がる円板状のフランジ部22の表裏面に、耐熱
性・耐摩耗性が要求される。

【００２２】そこで、本実施形態では、前記実施形態と
同様に、例えばJIS 規格A2218 相当の高力Al合金や5000
番系のAl-Mg 合金の丸棒を素材とし、まず、これを所定
の長さに切断することによって、同図(a) に示すように
円板状の基材23を作製する。次いで、この基材23の表裏
面に、それぞれ、例えばAl−20〜40％Siの材料を環状に
溶射して肉盛層24を形成する。そして、これを鍛造用の
ブランクとして前記同様の型鍛造を行い、同図(b) に示
す形状のディスクロータ21に成形する。

【００２３】この場合も、同図中破線矢印で示すよう
に、基材23と共に肉盛層24も径方向に拡がるような材料
流れが生じてフランジ部22が形成されるように、ブラン
ク23の形状および鍛造型の形状を定めて型鍛造が行われ
る。これにより、フランジ部22の表裏面に表出する肉盛
層24の密度が向上し、しかも、基材23との接合強度も強
固なものとなる。この結果、軽量であり、しかも、上記
の肉盛層24により与えられるブレーキ摺動面は耐熱性・
耐摩耗性に優れ、かつ、剥離を生じにくいことから、安
定したブレーキ性能を長期にわたって維持し得るディス
クロータ21として製造することができる。

【００２４】なお、上記の各実施形態は本発明を限定す
るものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能で
ある。例えば上記ではAl−20〜40％Siの材料を用いて肉
盛層を形成したが、その他、Al合金にSiＣやAl₂O₃ の強
化粒子を分散させた耐摩耗性・耐熱性材料で肉盛層を形
成することも可能であり、さらに、基材の材質や肉盛層
の材質の任意の組合せに本発明を適用することが可能で
ある。

【００２５】また、上記では、フレーム溶射により肉盛
層を形成した例を挙げたが、フレーム溶射の他、例えば
HVOF(High Velocity Oxygen Fuel, 高速ガス溶射）やプ
ラズマ溶射等のその他の溶射法を、肉盛層形成材料に応
じて適宜選択して用いることが可能である。また、この
ときの肉盛層の厚さも、例えば0.５〜５mm程度の範囲内
で適宜設定することができる。

【００２６】さらに、肉盛層の形成に当たっては溶射法
以外に、例えばPTA(Plasma Transfered Arc Welding,プ
ラズマ粉体溶接）等のその他の方法で行うことも可能で
ある。また、本発明は、上記した下ドラムやディスクロ
ータ以外にも、例えばエンジンピストン等、表面の材質
を基材とは異なる材料で構成することによって表面特性
を向上し得る任意の部品の製造に適用することが可能で
ある。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明の複合体の
製造方法によれば、基材表面に肉盛層を形成した後の型
鍛造時の成形が、肉盛層と基材との接合界面の面積が拡
がるように、接合界面を挟んで基材と共に肉盛層にも接
合界面に略平行な方向への材料流れを生じさせて行われ
る。これにより、この接合界面に介在している例えば酸
化膜等は分断され、この分断箇所で、基材と肉盛層との
各基地同志が直接密着して原子拡散を生じ得る状態とな
り、接合が強固になる。この結果、その後の仕上げ加工
等で肉盛層の剥離が生じ難く、肉盛層の材質に起因する
特性を基材表面に確実に保持した複合成形体をより安価
に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるVTR 下ドラムの製
造工程を示す説明図である。

【図２】上記下ドラムの形状を示す一部切欠き正面図で
ある。

【図３】本発明の他の実施形態におけるブレーキディス
クロータの製造法を示すもので、同図(a) は型鍛造前の
ブランク形状を示す斜視図、同図(b) は型鍛造後の成形
形状を示す断面図である。

【図４】従来の特殊材料より成るVTR 下ドラムの製造法
の例を示すもので、同図(a) は削り出しによる製造法の
説明図、同図(b) は鍛造による製造法の説明図である。

【図５】従来例におけるエンジンピストンの製造法を示
す説明図である。

【符号の説明】 11 基材 12 肉盛層 13 ブランク 14 下型 15 上型

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材表面にこの基材とは異なる材料から
   成る肉盛層を形成し、その後、上記基材を型鍛造によっ
   て所定形状に成形する複合体の製造方法であって、 上記肉盛層と基材との接合界面の面積が拡がるべく、成
   形前の接合界面に略平行な方向への材料流れを伴う変形
   が接合界面近傍の基材と肉盛層とに生じるように設定さ
   れた鍛造型を設けて型鍛造を行うことを特徴とする複合
   体の製造方法。
2. 【請求項２】 上記基材がアルミニウム合金から成るこ
   とを特徴とする請求項１記載の複合体の製造方法。