JPH1029256A - 複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂材料等の劣化や複合材料自体の強度低下
等を招くことなく、異種材料間の結合強度の向上を図
る。 【解決手段】 第１の部材１上に、孔部３を有する板材
４を接合して中間層２を形成する。この中間層２の孔部
３内に、第１の部材１とは異種材料からなる第２の部材
５を一部充填しつつ積層して複合材料６を構成する。中
間層２を構成する板材４の孔部３は、第１の部材１表面
に垂直方向の引張応力に対して抗力を示す形状、例えば
第２の部材側に開口された第１の孔部と、この第１の孔
部に連通され、かつ第１の孔部とは重ならない空間を有
する第２の孔部とを有する形状、あるいは第２の部材側
の開口面積が第１の部材側の開口面積より小さい形状を
有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異種部材間の複合
材料およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業技術の発展に伴って、単独材
料では実現が不可能な複数の機能を兼備した材料、例え
ば特性の異なる 2種類の材料を積層、接合した複合材料
に対する要求が高まっている。このような複合材料のう
ち、異なる 2種類の金属材料を複合する場合には、熱間
圧延法（例えばクラッド法）、溶湯凝固法（例えば鋳造
法）等を適用して複合材料を作製することができ、これ
らの作製方法により比較的良好な接合強度が得られてい
る。

【０００３】ところで、複合材料に対する要求特性はよ
り複雑化しており、例えば金属材料と樹脂材料というよ
うに異種材料を複合化するようなことも求められてい
る。しかし、金属材料と樹脂材料とを積層した複合材料
等においては、金属材料間の複合材料に適用してきた複
合方法では十分な接合強度を得ることが難しいという問
題がある。すなわち、異なる金属部材を溶湯凝固法で接
合する場合には、金属材料同士であるために拡散反応等
が起こり、機械的な結合と共に物理的もしくは化学的な
結合が生じるのに対して、金属材料と樹脂材料とでは単
純な機械的結合となるため、十分な接合強度を得ること
は非常に困難である。また、金属材料と樹脂材料と高温
・高圧条件下で接合した場合には、樹脂材料に劣化が生
じたり、そのような条件下で長時間保持しなければなら
ないために、製造コストが増大する等の問題がある。

【０００４】また、金属材料と樹脂材料とを複合する場
合に、接着剤等を用いて接合することも考えられるが、
金属材料および樹脂材料の双方に対して良好な接着性を
示す接着剤の選定が困難であることに加えて、樹脂系接
着剤の場合には金属／樹脂接合界面が必ず存在すること
になるため、金属材料と樹脂材料間の接合強度を基本的
に改善することはできない。また、 2種類の部材を接合
する際に界面強度の向上を図る方法として、例えばホー
ニングや化学エッチング等で表面積を拡大して接合面積
を増大させる方法が知られているが、ホーニングや化学
エッチング等では接合面積の拡大に限界があり、また界
面のせん断剥離に対する抵抗が小さいため、異種材料間
の接合強度を十分に高めることはできない。

【０００５】一方、 2種類の金属材料からなる複合材料
においては、接合界面に金属粉末の多孔質焼結層等から
なる多孔質中間層を設け、この多孔質中間層内に一方の
金属材料を充填しつつ他方の金属材料上に積層すること
が提案されている（特開平7-232261号公報参照）。しか
し、このような構成を金属材料と樹脂材料との複合材料
等に適用したとしても、金属粉末の多孔質焼結層では樹
脂材料の十分な充填量が得にくいことから、金属材料と
樹脂材料との複合材料等においては十分な結合力を得る
ことは困難である。さらに、金属粉末の多孔質焼結層自
体の強度が低いことに加えて、樹脂材料自体は強度メン
バーになりにくいことから、中間層の強度不足が起こ
り、これに起因して複合材料自体の強度が低下するとい
う問題が生じてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の複合材料およびその製造方法では、金属材料と樹脂材
料というような異種材料を積層、接合しようとした場合
に、十分な結合強度を得ることが難しいという問題が生
じてしまう。さらに、樹脂材料の劣化や製造コストの上
昇等の問題を招いてしまう。

【０００７】また、異種材料間に金属粉末の多孔質焼結
層等の中間層を介在させても、樹脂材料等の十分な充填
量が得にくいことから、十分な結合力を得ることは困難
である。さらに、一方が樹脂材料等の低強度材料である
場合には、それ自体が強度メンバーになりにくいことに
加えて、多孔質焼結層自体の強度が低いことから、複合
材料自体の強度が低下するという問題が生じてしまう。

【０００８】このようなことから、例えば金属材料と樹
脂材料というような異種材料を複合した複合材料におい
ては、樹脂材料等の劣化や複合材料自体の強度低下等を
招くことなく、異種材料間の結合強度を向上させること
によって、異種材料間の複合材料の信頼性を高めること
が課題とされている。

【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、樹脂材料等の劣化や複合材料自体の
強度低下等を招くことなく、異種材料間の結合強度の向
上を図ることを可能にした複合材料およびその製造方法
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】本発明の複合材料は、請
求項１に記載したように、第１の部材と、前記第１の部
材上に接合され、孔部を有する板材からなる中間層と、
前記第１の部材とは異種材料からなり、前記中間層を構
成する前記板材の孔部内に一部が充填されつつ積層され
た第２の部材とを具備し、前記板材の孔部は前記第１の
部材表面に垂直方向の引張応力に対して抗力を示す形状
を有することを特徴としている。

【００１１】本発明の複合材料は、具体的には請求項２
に記載したように、前記中間層を構成する前記板材の孔
部は、前記第２の部材側に開口された第１の孔部と、前
記第１の孔部に連通され、かつ前記第１の孔部とは重な
らない空間を有する第２の孔部とを有すること、あるい
は請求項３に記載したように、前記中間層を構成する前
記板材の孔部は、前記第２の部材側の開口面積が前記第
１の部材側の開口面積より小さいことを特徴としてい
る。

【００１２】また、本発明の複合材料の製造方法は、請
求項８に記載したように、第１の部材と、前記第１の部
材とは異種材料からなる第２の部材とを積層して複合材
料を製造するにあたり、前記第１の部材上に、前記第１
の部材表面に垂直方向の引張応力に対して抗力を示す孔
部を有する板材を接合して、中間層を形成する工程と、
前記第２の部材の一部を前記中間層を構成する前記板材
の孔部内に充填しつつ、前記第２の部材を前記第１の部
材上に積層する工程とを有することを特徴としている。

【００１３】本発明の複合材料および複合材料の製造方
法は、第１の部材として金属材料を金属材料を用いると
共に、第２の部材として前記金属材料の融点より低い硬
化温度を有する樹脂材料、ゴム材料、ガラス材料および
セラミックス材料から選ばれる 1種を用いる際に特に好
適である。

【００１４】本発明の複合材料およびその製造方法にお
いては、第２の部材の一部が充填される中間層を、少な
くとも第２の部材側に開口された孔部を有する板材を第
１の部材上に接合して構成しているため、中間層自体の
強度および第１の部材と中間層との接合強度を向上させ
ることができる。これらに加えて、第２の部材が充填さ
れる空間を孔部により形成しているため、第２の部材の
充填部となる空間を大きく設定することが可能となる。
すなわち、中間層に対する第２の部材の充填量を増大す
ることができる。

【００１５】そして、孔部の形状は第１の部材表面に垂
直方向の引張応力に対して抗力を示す形状、例えば第２
の部材側に開口された第１の孔部と、それと重ならない
空間を有する第２の孔部とを有する形状や、第２の部材
側の開口面積を第１の部材側の開口面積より小面積とし
た形状としている。これらによって、第２の部材として
樹脂材料やガラス材料等を用いる場合においても、これ
らの第１の部材に対する結合強度を高めることができ、
異種材料間の複合材料の信頼性を大幅に向上させること
が可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施形態による複合材
料の構成を模式的に示す断面図である。同図において、
１は複合材料の一方の構成部材となる第１の部材であ
り、この第１の部材１上には中間層２が設けられてい
る。ここで、第１の部材１を構成する材料は特に限定さ
れるものでないが、例えば各種の金属材料を用いること
ができる。

【００１８】このような第１の部材１上に設けられた中
間層２は、第１の部材１側の面から反対側の面（後述す
る第２の部材５側の面）にかけて連通された孔部３を有
する1枚または複数枚の板材４からなり、このような板
材４を第１の部材１の表面に接合することにより中間層
２が構成されている。この中間層２を構成する板材４に
設けられた孔部３は、後に詳述するように、第１の部材
１の表面に垂直方向の引張応力に対して抗力を示す形状
を有している。

【００１９】中間層２を構成する板材４には、例えば第
１の部材１が金属材料の場合には同様な金属材料を用い
ることが好ましく、特に熱膨張率が近似する等の特性を
有する金属材料を用いることが好ましい。具体的には、
例えば第１の部材１が鋼材であれば同材や鉄基合金等が
挙げられる。このような中間層２を構成する板材４の厚
さは特に限定されるものではなく、また第１の部材１や
後述する第２の部材５の材質や厚さ等によっても異なる
が、0.01〜 100mm程度とすることが好ましい。また、孔
部３の断面形状は、円形、楕円形、矩形、異形等の種々
の形状とすることができる。さらに、孔部３の大きさや
形成ピッチについては、第１の部材１や第２の部材５の
材質、厚さ等により、これらの結合強度を十分に維持し
得るように設定すればよく、数10μm 〜数10mm程度の範
囲から適宜設定されるものである。なお、孔部３は規則
的に形成されていなければならないものではなく、不規
則に形成されていてもよいが、第１の部材１や第２の部
材５と結合強度を全体的に向上させる上で、規則的に形
成することが好ましい。

【００２０】さらに、中間層２を構成する板材４は、そ
れより低融点の物質もしくは低融点の物質を生成し得る
物質（以下、まとめて低融点接合材と記す）を介して、
第１の部材１に接合されている。このような低融点接合
材としては、板材４が金属材料からなる場合には、それ
より低融点の金属材料や板材４と反応して低融点の物質
（合金等）を生成し得る金属材料等が用いられる。この
ような低融点物質としては、いわゆるろう材として機能
するような材料であってもよい。具体的には、板材４が
鉄系材料からなる場合には銅や銅合金、アルミニウムや
アルミニウム合金等が例示される。

【００２１】上述した中間層２を構成する板材４の孔部
３内には、第１の部材１とは異種材料からなる第２の部
材５が一部充填されており、その上で第２の部材５は第
１の部材１上に積層されている。すなわち、第１の部材
１と第２の部材５とは、第１の部材１上に接合形成さ
れ、かつ第２の部材５の一部が充填された中間層２を介
して結合されている。これらによって、複合材料６が構
成されている。

【００２２】第２の部材５としては、第１の部材１とは
異種材料からなるものであればよいが、例えば第１の部
材１としての金属材料との接合性が低く、かつそれ自体
の強度が小さい樹脂材料、ゴム材料、ガラス材料、セラ
ミックス材料等を用いる場合に本発明は好適である。特
に、第１の部材１となる金属材料の融点より低い硬化温
度を有する樹脂材料、ゴム材料、ガラス材料およびセラ
ミックス材料等を、第２の部材５として用いる場合に好
適である。なお、それらの具体的な材質は複合材料に求
められる特性に応じて選択するものとする。また、上記
した硬化温度とは、第２の部材５として樹脂材料やゴム
材料を用いる場合にはその熱硬化温度や軟化固化温度、
ガラス材料を用いる場合にはその溶融（もしくは流動
化）固化温度、セラミックス材料を用いる場合にはその
焼結温度等を指すものである。

【００２３】ここで、上述した中間層２を構成する板材
４の孔部３は、第１の部材１の表面に垂直方向の引張応
力に対して抗力を示す形状を有している。この引張応力
に対して抗力を示す孔部３とは、その内部に一部が充填
された第２の部材５に引抜く力が作用した際に抗力を示
す形状を有するものであって、上記した引抜き力（引張
応力）に対してくさび効果を発揮し、第１の部材１に対
する第２の部材５の結合強度の増大を図るものである。
このような孔部３としては、 (1) 第２の部材側に開口された第１の孔部と、この第
１の孔部に連通され、かつ第１の孔部とは重ならない空
間を有する第２の孔部とを有する孔部形状。 (2) 第２の部材側の開口面積が第１の部材側の開口面
積より小さい孔部形状。 等が例示される。

【００２４】上述したように、この実施形態の複合材料
６においては、第２の部材５の一部が充填される中間層
２を、孔部３を有する板材４を第１の部材１上に接合し
て構成しているため、中間層２自体の強度および第１の
部材１と中間層２との接合強度を向上させることができ
る。この接合強度の向上に加えて、第２の部材５が充填
される空間を孔部３により形成しているため、この空間
を大きく設定することができる。これによって、中間層
２に対して第２の部材５を十分な量で充填することが可
能となる。その上で、孔部３は上記した形状(1) や形状
(2) 等の引張応力に対して抗力を示す形状としているた
め、第２の部材５として樹脂材料やガラス材料等を用い
る場合においても、これらの第１の部材１に対する結合
強度を高めることができ、異種材料間の複合材料６の信
頼性を大幅に向上させることが可能となる。

【００２５】また、第２の部材５として例えば樹脂材料
を用いる場合、この樹脂材料を中間層２内（すなわち孔
部３内）に容易に多量充填することができるため、冷間
で粉末状の樹脂材料を充填、加圧し、この後に熱硬化処
理を施すことによっても、十分な結合強度を得ることが
できる。このような工程によれば、従来の高温下での加
圧含浸等のように樹脂材料等の劣化を招くことがないた
め、第２の部材５として本来の特性を有する樹脂材料等
を容易に得ることが可能となる。

【００２６】なお、上記した引張応力に対して抗力を示
す孔部３を有する板材４は、このような作用を有するも
のであればよいため、一般的な板材に孔部を設けたもの
に限らず、複数の網状物を網目が完全に一致しないよう
に接合したもの等を用いることもできる。

【００２７】次に、上記した引張応力に対して抗力を示
す孔部３を有する板材４について、図２、図３、図４お
よび図５を参照して以下に詳述する。まず、上記 (1)の
孔部形状の具体例について述べる。図２に示す中間層２
を構成する板材４は、60°千鳥状に形成された円形の第
１の孔部７を有し、かつ第２の部材５側に配置される第
１の板材８と、第１の孔部７と同パターン、同ピッチで
形成されていると共に、第１の孔部７より直径が大きい
円形の第２の孔部９を有し、かつ第１の部材１側に配置
される第２の板材１０とを、これら第１の孔部７と第２
の孔部９の中心が略一致するように接合した接合材から
なるものである。そして、このような接合材からなる板
材４を第１の部材１上に接合して中間層２を構成してい
る。なお、第１の板材８と第２の板材１０との接合に
は、前述したような低融点接合材が用いられる。以下、
同様である。

【００２８】すなわち、上記した第１の孔部７と第２の
孔部９は、第１の部材１側が大径とされた段穴を構成し
ている。なお、この段穴は上記 (2)の孔部形状にも相当
するものである。このような形状の孔部３では、第１の
部材１側を大径とすることによって、第２の孔部９に第
１の孔部７とは重ならない空間を形成しており、その部
分が引張応力に対して抗力を示して、第１の部材１に対
する第２の部材５の結合強度を高めている。言い換える
と、第２の孔部９と重なる第１の孔部７周囲の第１の板
材８の下面８ａ、すなわち第１の孔部７と第２の孔部９
とで構成した段穴のテラス部分が引張応力に対して抗力
を示すことになる。

【００２９】また、上記したような各板材８、１０とし
ては、打抜き等の機械加工やエッチング等により孔部
７、９を形成した板材を用いることができ、例えば孔径
の異なるパンチングプレートを使用することができる。
なお、以下の例においても同様である。

【００３０】上述した第１の板材８と第２の板材１０と
の接合材からなる板材４を用いることによって、引張応
力に対して抗力を示す部分となる、第１の孔部７とは重
ならない空間を有する第２の孔部９を容易に得ることが
でき、複合材料６の製造コストの低減に大きく貢献す
る。また、第１の孔部７とは重ならない空間を有する第
２の孔部９を容易に均等形成することができるため、第
１の部材１と第２の部材５との結合強度の平均化を図る
ことができる。すなわち、部分的な結合強度の低下によ
る剥離や特性劣化等を防止することが可能となる。

【００３１】なお、図２では第１の孔部７と第２の孔部
９の中心が略一致するように、第１の板材８と第２の板
材１０とを接合した場合について示したが、これに限ら
ず第１の孔部７と第２の孔部９の中心をずらして接合し
たもの、第１の孔部７と第２の孔部９とが一部重なるよ
うに接合したもの、さらには多段の段穴を形成するよう
に 3枚以上の板材を接合したもの等、種々の接合材を使
用することができる。すなわち、第１の孔部７と第２の
孔部９とが少なくとも一部重なるように、第１の板材８
と第２の板材１０とを接合した接合材を使用することが
可能であるが、図２に示す孔部形状は第２の部材５の充
填が容易であると共に、各種方向からの引張応力に対し
て均等に抗力を示すことから、より望ましい形状という
ことができる。

【００３２】また上記した例では、第１の部材１側が大
径とされた段穴を、径の異なる孔部７、９を有する板材
８、１０を接合することにより形成したが、このような
段穴は 1枚の板材に両側からエッチング等を施して形成
することも可能であり、その場合にも上記した例と同様
な効果を得ることができる。

【００３３】次に、上記 (1)の孔部形状の他の具体例に
ついて述べる。図３に示す中間層２を構成する板材４
は、60°千鳥状に形成された円形の第１の孔部７を有
し、かつ第２の部材５側に配置される第１の板材８と、
第１の孔部７とは 180°反転させた同ピッチの60°千鳥
状に形成されていると共に、第１の孔部７と同径の円形
の第２の孔部９を有し、かつ第１の部材１側に配置され
る第２の板材１０とを、第１の孔部７の中心点と第２の
孔部９の形成位置の重心点とが略一致するように接合し
た接合材からなるものである。そして、このような接合
材からなる板材４を第１の部材１上に接合して中間層２
を構成している。

【００３４】すなわち、上記した第１の孔部７は、正三
角形を形成するように配列された3つの第２の孔部９に
またがって配置されており、 3つの第２の孔部９とそれ
ぞれ連通されている。言い換えると、第２の孔部９は正
三角形を形成するように配列された 3つの第１の孔部７
を繋ぐ部分の下側に配置され、この部分がブリッジ構造
を形成しており、この第１の板材８のブリッジ部に相当
する下面８ａが引張応力に対して抗力を示すことにな
る。このような形状の孔部３では、 1つの第１の孔部７
に対して 3つの第２の孔部９で重ならない空間を形成し
ており、逆に見た場合には 1つの第２の孔部９で 3つの
第１の孔部７に対して重ならない空間を形成しているた
め、孔部３に対する第２の部材５の充填形状が複雑化さ
れると共に平均化され、これらによって第１の部材１に
対する第２の部材５の結合強度がより均等に高めること
が可能となる。

【００３５】上述した第１の板材８と第２の板材１０と
の接合材からなる板材４を用いることによって、前述し
た例と同様に、引張応力に対して抗力を示す部分とな
る、第１の孔部７とは重ならない空間を有する第２の孔
部９を容易に得ることができ、複合材料６の製造コスト
の低減に大きく貢献する。また、複数の第１の孔部７と
複数の第２の孔部９とが重なり合うため、第１の部材１
と第２の部材５との結合強度のより一層の向上および均
等化を図ることができる。

【００３６】図３では、第１の孔部７の中心点と第２の
孔部９の形成位置の重心点とが略一致するように、第１
の板材８と第２の板材１０とを接合した場合について示
したが、例えば図４に示すように、同パターン（図４に
示す60°千鳥パターンに限らず、升目パターン等でもよ
い）、同ピッチ、同径で形成した第１の孔部７と第２の
孔部９とを 1/2ピッチずらして接合したもの等、種々の
接合材を使用することができる。図４に示す接合材で
は、 1つの第１の孔部７に対して 2つの第２の孔部９で
重ならない空間を形成しており、逆に見た場合には 1つ
の第２の孔部９で2つの第１の孔部７に対して重ならな
い空間を形成している。すなわち、同パターンで略同径
の第１の孔部７と第２の孔部９とが複数重なるように、
第１の板材８と第２の板材１０とを接合した接合材を使
用することが可能である。ただし、より均等な抗力が得
られることから、図３に示す接合材が特に好ましい形状
ということができる。

【００３７】なお、本発明では 1つの第１の孔部に対し
て略同径の 1つの第２の孔部で重ならない空間を形成し
た接合材の適用も可能であるが、図３や図４に示したよ
うに、 1つの第１の孔部７に対して複数の第２の孔部９
で重ならない空間を形成することによって、より大きな
抗力が得られることから望ましい。

【００３８】次に、上記 (2)の孔部形状の具体例につい
て述べる。図５に示す中間層２を構成する板材４は、第
２の部材５側の開口部３ａより第１の部材１側の開口部
３ｂが大形とされた切頭円錐状の孔部３を有しており、
このような板材４を第１の部材１上に接合して中間層２
を構成している。この切頭円錐状の孔部３は、孔部３全
体で引張応力に対して抗力を示して、第１の部材１に対
する第２の部材５の結合強度を高めている。

【００３９】上述した切頭円錐状の孔部３を有する板材
４を用いることによって、引張応力に対する抗力を孔部
３全体として得ることができ、これによって第１の部材
１と第２の部材５との結合強度の向上および平均化を図
ることができる。

【００４０】なお、引張応力に対する抗力は、図５に示
したように孔部全体として得てもよいが、望ましくは図
２〜図４に示したように、抗力を示す面を設けた孔部で
得るようにする方が、第１の部材１と第２の部材５とを
より確実にかつ大きな力で結合することができる。

【００４１】上述した実施形態の複合材料６は、例えば
以下のようにして作製することができる。すなわち、ま
ず前述した各種形状の板材４を低融点接合材を介して第
１の部材１表面に積層し、用いた低融点接合材に応じた
温度で熱処理して板材４と第１の部材１とを接合するこ
とによって、第１の部材１上に接合された中間層２を形
成する。

【００４２】次に、上記中間層２を構成する板材４の孔
部３内に、第２の部材５を一部充填しつつ第１の部材１
上に積層する。この積層方法としては、第２の部材５を
構成する材料の粉末等を中間層２の孔部３内に加圧充填
した後に加熱硬化させる方法や、第２の部材５を構成す
る材料の融液や溶液を含浸させる方法等を適用すること
ができる。

【００４３】なお、上記した粉末原料を加熱硬化させる
際に、軟化含浸や溶融含浸等を併用することも可能であ
るが、本発明においては中間層２内の個々の孔部３を比
較的大形状とすることができ、粉末原料を容易に多量充
填することができるため、通常の加圧充填および熱硬化
処理によっても十分な結合強度を得ることができる。こ
れは、特に第２の部材５として樹脂材料を用いる場合に
有効であり、樹脂材料の劣化を防止することが可能とな
る。

【００４４】なお、上記実施形態においては、金属材料
等からなる第１の部材１上に樹脂材料、ゴム材料、ガラ
ス材料等からなる第２の部材５を積層した複合材料につ
いて説明したが、本発明の複合材料を構成する各部材は
これらに限定されるものではなく、例えば第１の部材１
としてセラミックス材料やガラス材料等を用いると共
に、第２の部材５として金属材料、樹脂材料、ゴム材料
等を用いることも可能である。第１の部材１としてセラ
ミックス材料やガラス材料等を用いる場合には、同様な
材料からなる板材を使用すればよい。

【００４５】次に、本発明の複合材料を摺動部材に適用
した一具体例について、図６を参照して述べる。

【００４６】図６に示す摺動部材１１は、各種合金等の
金属材料からなる摺動部材本体１２の一方の面上に、そ
の面（接合面）に垂直方向の引張応力に対して抗力を示
す孔部１３を有する板材１４を接合して中間層が形成さ
れており、この中間層を構成する板材１４の孔部１３内
に一部を充填しつつフッ素系樹脂層１５が積層形成され
ている。この摺動部材１１においては、フッ素系樹脂層
１５が摺動面を構成している。摺動部材１１の具体的な
構成は、前述した本発明の複合材料の実施形態で示した
通りである。

【００４７】上記フッ素系樹脂層１５には、ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素系樹
脂が用いられ、ＰＴＦＥを単独で用いてもよいし、また
グラスファイバや二硫化モリブデンを混合したＰＴＦＥ
を用いてもよい。また、ＰＴＦＥの単独層とグラスファ
イバや二硫化モリブデンを混合したＰＴＦＥ層との積層
構造を採用することも可能である。この場合、ＰＴＦＥ
の単独層を摺動部材本体１２側に配置することによっ
て、ＰＴＦＥを孔部１３内に充填しやすくなり、かつ摺
動面側は耐摩耗性に優れ、小さな摩擦係数を持つグラス
ファイバ、二硫化モリブデン等を充填したＰＴＦＥとす
ることにより、優れた摺動特性を発揮させることができ
る。なお、ＰＴＦＥの単独層と充填材入りＰＴＦＥ層の
加熱接合は同時に行うことができる。

【００４８】上述した摺動部材１１においては、ＰＴＦ
Ｅやそれとグラスファイバ、二硫化モリブデンとの混合
物等からなるフッ素系樹脂層１５を、前述した本発明の
複合材料の実施形態で説明したように、摺動部材本体１
２に対して一様に高強度に接合することができる。従っ
て、摺動部材１１の信頼性、ひいてはそれを用いた各種
装置の信頼性を大幅に高めることができる。

【００４９】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００５０】実施例１ まず、中間層２を構成する板材４として、図２に示した
ように、 200mm× 200mm×厚さ 1mmのＳＳ４１鋼板に直
径 3mm、ピッチ 4mmの60°千鳥貫通孔を形成したもの
（第１の板材８）と、同様なＳＳ４１鋼板に直径 2mm、
ピッチ 4mmの60°千鳥貫通孔を形成したもの（第２の板
材１０）とを用意した。

【００５１】一方、第１の部材１として、 200mm× 200
mm×厚さ20mmのＳＳ４１鋼板を用意し、このＳＳ４１鋼
板上に平均粒径10μm の純銅粉末を適量の有機バインタ
と共に混合した純銅ペーストを厚さ 0.2mmで塗布した。
この純銅ペーストの塗布層上に、まず上記した直径 3mm
の60°千鳥貫通孔を形成したＳＳ４１鋼板を配置し、次
いでこのＳＳ４１鋼板上に上記純銅ペーストを厚さ 0.2
mmで塗布した後、上記した直径 2mmの60°千鳥貫通孔を
形成したＳＳ４１鋼板を、各貫通孔の中心が一致するよ
うに配置した。

【００５２】次いで、上記した中間層を構成する板材を
配置した第１の部材を水素ガス雰囲気中にて 1373Kで30
分間焼成して、ＳＳ４１鋼板からなる第１の部材上に段
穴形状の孔部を有する中間層を接合形成した。

【００５３】この後、上記した中間層を接合形成した第
１の部材を金型の底部に配置し、この金型内に第２の部
材の形成材料としてＰＴＦＥ粉末を 40MPaの圧力で加圧
充填した後、673K× 1時間の条件でＰＴＦＥを熱硬化さ
せた。このようにして、ＳＳ４１鋼板上に接合、形成し
た孔部を有する板材からなる中間層内にＰＴＦＥを一部
充填しつつ積層、結合した複合材料を得た。

【００５４】この複合材料の特性評価としてせん断強度
を以下のようにして測定した。すなわち、上記実施例１
による条件にしたがって、それぞれ表面に中間層を形成
した2個の第１の部材の間に、上記第２の部材としてＰ
ＴＦＥを介在（充填、積層）させた試料を用いて、接合
面と平行にせん断試験を行った。その結果、 15.5MPaと
良好なせん断強度が得られた。

【００５５】実施例２ 中間層２を構成する板材４として、 200mm× 200mm×厚
さ 2mmのＳＳ４１鋼板に、まず直径 2mm、ピッチ 4mmの
60°千鳥貫通孔を形成し、次いで片側から上記貫通孔と
同中心で直径 3mm、深さ 1mmの孔を形成したものを用意
した。

【００５６】この 1枚の板材を中間層として用いる以外
は、実施例１と同様にして第１の部材との接合、および
複合材料の作製を行った。得られた複合材料のせん断強
度を実施例１と同様にして測定評価したところ、 14.7M
Paと良好な強度が得られた。 実施例３ 中間層２を構成する板材４として、 200mm× 200mm×厚
さ 1mmの 2枚のＳＳ４１鋼板に直径 3mm、ピッチ 4mmの
60°千鳥貫通孔をそれぞれ形成した。次に、第１の部材
１としての 200mm× 200mm×厚さ20mmのＳＳ４１鋼板上
に、実施例１と同様な純銅ペーストを厚さ 0.2mmで塗布
した。この純銅ペーストの塗布層上に、まず上記した直
径 3mmの60°千鳥貫通孔を形成したＳＳ４１鋼板を 1枚
配置し、次いでこのＳＳ４１鋼板上に上記純銅ペースト
を厚さ 0.2mmで塗布した後、図３に示したように、下側
の60°千鳥貫通孔の中心点と上側の60°千鳥貫通孔の形
成位置の重心点、すなわち 3つの貫通孔を繋ぐ部分とを
一致させてブリッジ構造を形成するように、他方の60°
千鳥貫通孔を形成したＳＳ４１鋼板を配置した。

【００５７】次いで、実施例１と同一条件で焼成して、
ＳＳ４１鋼板からなる第１の部材上にブリッジ構造の孔
部を有する中間層を接合形成した。この後、実施例１と
同一条件で、上記中間層の孔部内にＰＴＦＥを一部充填
しつつ積層、結合して、複合材料を作製した。得られた
複合材料のせん断強度を実施例１と同様にして測定、評
価したところ、 15.3MPaと良好な強度が得られた。

【００５８】比較例１ 中間層２を構成する板材４として、 200mm× 200mm×厚
さ 2mmのＳＳ４１鋼板に直径 3mm、ピッチ 4mmの60°千
鳥貫通孔を形成したものを用いる以外は、実施例１と同
様にして第１の部材との接合、および複合材料の作製を
行った。得られた複合材料のせん断強度を実施例１と同
様にして測定、評価したところ、中間層の孔部内に充填
したＰＴＦＥが剥離して抜けたため、せん断強度は5.0M
Paと低いものであった。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合材料
によれば、樹脂材料等の劣化や複合材料自体の強度低下
等を招くことなく、異種材料間の結合強度を十分に高め
ることができる。従って、信頼性に優れた異種材料の複
合材料を提供することが可能となる。また、本発明の複
合材料の製造方法によれば、そのような異種材料による
複合材料を再現性よく作製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よる複合材料の構成を
模式的に示す断面図である。

【図２】 図１に示す複合材料の中間層の一具体例を示
す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線
に沿った断面図である。

【図３】 図１に示す複合材料の中間層の他の具体例を
示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図であ
る。

【図４】 図１に示す複合材料の中間層のさらに他の具
体例を示す平面図である。

【図５】 図１に示す複合材料の中間層のさらに他の具
体例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はその
Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

【図６】 本発明の複合材料を摺動部材に適用した一具
体例の構成を一部断面で示す斜視図である。

【符号の説明】

１………第１の部材 ２………中間層 ３………孔部 ４………板材 ５………第２の部材 ６………複合材料

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の部材と、前記第１の部材上に接合
   され、孔部を有する板材からなる中間層と、前記第１の
   部材とは異種材料からなり、前記中間層を構成する前記
   板材の孔部内に一部が充填されつつ積層された第２の部
   材とを具備し、前記板材の孔部は前記第１の部材表面に
   垂直方向の引張応力に対して抗力を示す形状を有するこ
   とを特徴とする複合材料。
2. 【請求項２】 請求項１記載の複合材料において、 前記中間層を構成する前記板材の孔部は、前記第２の部
   材側に開口された第１の孔部と、前記第１の孔部に連通
   され、かつ前記第１の孔部とは重ならない空間を有する
   第２の孔部とを少なくとも有することを特徴とする複合
   材料。
3. 【請求項３】 請求項１記載の複合材料において、 前記中間層を構成する前記板材の孔部は、前記第２の部
   材側の開口面積が前記第１の部材側の開口面積より小さ
   いことを特徴とする複合材料。
4. 【請求項４】 請求項２記載の複合材料において、 前記板材の孔部は、前記第１の孔部より大径の前記第２
   の孔部を有し、この第２の孔部と前記第１の孔部とで段
   穴を形成していることを特徴とする複合材料。
5. 【請求項５】 請求項２記載の複合材料において、 前記板材は、前記第１の孔部を有する第１の板材と、前
   記第１の孔部より大径の前記第２の孔部を有する第２の
   板材とを、前記第１の孔部が前記第２の孔部と重なるよ
   うに接合した接合材からなることを特徴とする複合材
   料。
6. 【請求項６】 請求項２記載の複合材料において、 前記板材は、前記第１の孔部を有する第１の板材と、前
   記第１の孔部と略同径の前記第２の孔部を有する第２の
   板材とを、前記第１の孔部と第２の孔部とが一部重なる
   ように接合した接合材からなることを特徴とする複合材
   料。
7. 【請求項７】 請求項６記載の複合材料において、 前記接合材は、前記第１の孔部と複数の前記第２の孔部
   とが一部重なるように接合されていることを特徴とする
   複合材料。
8. 【請求項８】 請求項１記載の複合材料において、 前記第１の部材は金属材料からなり、かつ前記第２の部
   材は前記金属材料の融点より低い硬化温度を有する樹脂
   材料、ゴム材料、ガラス材料およびセラミックス材料か
   ら選ばれる 1種からなることを特徴とする複合材料。
9. 【請求項９】 第１の部材と、前記第１の部材とは異種
   材料からなる第２の部材とを積層して複合材料を製造す
   るにあたり、 前記第１の部材上に、前記第１の部材表面に垂直方向の
   引張応力に対して抗力を示す孔部を有する板材を接合し
   て、中間層を形成する工程と、 前記第２の部材の一部を前記中間層を構成する前記板材
   の孔部内に充填しつつ、前記第２の部材を前記第１の部
   材上に積層する工程とを有することを特徴とする複合材
   料の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記第１の部材として金属材料を用いると共に、前記第
    ２の部材として前記金属材料の融点より低い硬化温度を
    有する樹脂材料、ゴム材料、ガラス材料およびセラミッ
    クス材料から選ばれる 1種を用いることを特徴とする複
    合材料の製造方法。