JPH10306332A - 成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状が単純でない成形体をニアネットで製造
する方法の提供。 【解決手段】 強化材とバインダを液体中に分散させた
スラリー１中に通気性面２を有する成形型３を浸漬させ
る工程と、一定時間吸引後、成形型３をスラリー１液面
から引上げつつ吸引を行い、厚さが異なる吸着層４ｂを
形成する成形体４の製造方法。成形型３の通気性面２に
軸と直交する方向の面２ｂを形成しておけば、スリーブ
に鍔のついた成形体を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属基複合材料
（ＭＭＣ、メタルマトリックスコンパウンド）製造用の
多孔質成形体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック、金属、金属間化合物など
の、無機繊維、ウィスカ、粒子をアルミ、マグネ等の軽
合金の中に複合化した金属基複合材料を製造する方法と
しては、液相法が一般的である。すなわち、あらかじめ
無機繊維、ウィスカ、粒子などで多孔質な成形体を製作
し、これを金型の中に配置して軽合金の溶湯を注ぎ、そ
の溶湯を加圧して成形体の空隙に軽合金を充満させて金
属基複合材料とする方法である。この多孔質成形体の製
造方法としては、従来、特開昭６２−１１６７３８号公
報に開示されているように、一般に、強化材（上記のセ
ラミック、金属、金属間化合物などの、無機繊維、ウィ
スカ、粒子）と、成形体の形状を保持するためのバイン
ダを水の中に分散させたスラリーの中に、金網などの細
かいメッシュを取り付けた金型を浸漬し、金型の内側か
らスラリーを吸引することにより、金型表面のメッシュ
部分に強化材とバインダを付着させる、いわゆる吸引成
形が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、吸引成形法は
外径と内径が平行な円筒状のような単純な形状のもので
は問題なく製造できるが、外径と内径の傾きが異なる場
合（したがって、肉圧が軸方向に変化する場合）や形状
が複雑な場合（たとえば、フランジ付き形状の場合な
ど）は、肉厚に成形し成形後切削加工を施して最終形状
とするという方法をとっていたので、原料歩留りが悪い
という問題があった。本発明の課題は、外径と内径の傾
きが異なる成形体やフランジ付き成形体など、外径と内
径が平行な円筒形に比べて形状が複雑な形状の成形体
を、ニアネットで（ニアネットとは、最終形状に近く、
ほとんど加工を加えなくてよい状態に、の意味）成形す
る製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明は、つぎの通りである。 （１） 強化材を液体中に分散させたスラリー中に、表
面の少なくとも一部に通気性面を有する成形型を浸漬さ
せる工程と、所定時間吸引を行って通気性面に強化材の
層を所定厚さ形成する工程と、その後、成形型をスラリ
ーから引き上げつつ吸引を行って前記強化材の層の上に
さらに位置によって厚さが変化する強化材の層を形成す
る工程と、からなる成形体の製造方法。 （２） 前記通気性面が成形型の軸方向に延びている成
形型を用いて成形体を製造する（１）記載の成形体の製
造方法。 （３） 前記通気性面が成形型の軸方向に延びている部
分と少なくとも成形型の軸方向と直交する部分とを有す
る成形型を用いて成形体を製造する（１）記載の成形体
の製造方法。

【０００５】上記（１）の製造方法では、成形型をスラ
リーから引き上げつつ吸引を行う工程を有するので、そ
の工程で成形される成形体は引き上げ方向（成形体の軸
方向）に成形体の厚さが変化し、内径面と外径面が平行
でない部分を有する成形体を製造することができる。な
お、繊維のみでは成形体強度が不十分な場合は、スラリ
ー中にバインダーを含ませることが望ましい。上記
（２）の製造方法では、通気性面が軸方向に延びている
ので、内径がテーパ、外径がストレート、または内径が
ストレート、外径がテーパのスリーブ状成形体を製造す
ることができる。また、引き上げ速度の調節の仕方によ
っては、直線的ばかりでなく曲線的に肉厚を変化させる
ことができる。上記（３）の製造方法では、通気性面が
軸方向に延びている部分とそれと直交する部分とを有す
るので、内径がテーパ、外径がストレートまたは内径が
ストレート、外径がテーパのスリーブで一端にフランジ
を有する成形体を製造することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例の成形
体の製造方法を示し、図２は本発明の第２実施例の成形
体の製造方法を示し、図３は本発明の第３実施例の成形
体の製造方法を示し、図４は本発明の第４実施例の成形
体の製造方法を示す。本発明の全実施例にわたって共通
する部分には本発明の全実施例にわたって同じ符号が付
してある。

【０００７】まず、本発明の全実施例にわたって共通す
る部分を、たとえば図１を参照して、説明する。本発明
の何れの実施例の成形体４の製造方法も、（１）強化材
とバインダを液体中に分散させたスラリー１中に、表面
の少なくとも一部に通気性面２を有する成形型３を浸漬
させる工程と、（２）所定時間吸引を行って通気性面２
に強化材とバインダの層４ａを所定厚さ形成する工程
と、（３）その後、成形型をスラリーから引き上げつつ
吸引を行って前記強化材とバインダの層４ａの上にさら
に位置によって厚さが変化する強化材とバインダの層４
ｂを形成する工程と、を有する。

【０００８】強化材は、セラミック、金属、金属間化合
物などの、無機繊維、ウィスカ、粒子からなる。セラミ
ックは、たとえば、アルミナ短繊維（ＩＣＩ社製、商品
名サフィル、アルミナ９５％、シリカ５％含有のも
の）、あるいはアルミナ・シリカ短繊維（イソライト工
業株式会社製、商品名アルシロン、アルミナ５０％、シ
リカ５０％含有）などを用いることができる。金属は、
ステンレス繊維、金属シリコン粉末、ニッケル粉末など
を用いることができる。金属間化合物は鉄・モリブデン
間化合物などを用いることができる。バインダは、無機
質のバインダと、有機材バインダと、その両者を混合し
たもの、の何れかを液体（たとえば、水）でといたもの
である。無機質のバインダはコロイダルシリカ、アルミ
ナゾルなどであり、有機材バインダはカチオン化澱粉な
どである。カチオン化澱粉は成形体焼成時に消失する。
スラリー１は、液（たとえば、水）１リットルに対し約
５グラムの強化材を加えたもので、強化材とバインダが
均一に分散された状態を維持するために、回転羽根など
の攪拌機５で常時攪拌されている。

【０００９】スラリー１中に浸漬される成形型３は、表
面の一部に通気性面２を有し、この通気性面２は、形状
を保ちかつ通気性を有するために、パンチングメタルの
上に目の細かい金網などのメッシュ材を少なくとも１重
巻いたものから構成されている。成形型３のうち通気性
面２でない部分は、孔のない金属板（たとえば、ステン
レス板）から構成されている。成形型３は空洞型で型内
は吸引され、型外からスラリーを液ごと型内に吸引し、
スラリーが通気性面２を通るときに、繊維状または粒子
状の強化材とバインダーがメッシュでろ過されて通気性
面２の外面に付着堆積し、層４ａ、４ｂを形成可能にな
っている。

【００１０】吸引は、一定時間吸引して成形型３の通気
性面２に全域にわってほぼ均一に一定の厚さの層４ａを
形成する工程と、その後吸引したまま成形型３をスラリ
ーから少しづつ引き上げることにより位置によって厚さ
の異なる層４ｂを形成する工程と、からなる。この場
合、引上げ速度を制御することにより、任意の層厚４ｂ
とすることができ、これによって、たとえば、内径テー
パ、外径ストレート、または内径ストレート、外径テー
パの面を形成することができる。通常の場合、成形体成
形後、成形体から成形型を脱型するので、内径をテーパ
にすると好都合である。この時、スラリー１の液面も、
吸引によって低下するので、成形型３の引上げ速度は、
スラリー１の液面の下降速度も考慮されて決定されなけ
ればならない。

【００１１】完全に引き上げられた成形型３は、さら
に、層４（層４ａと層４ｂの和）の脱水のため、さらに
一定時間吸引する。これにより得られた成形体４となる
層４は、まだ若干水分を含んでいて柔らかいため、この
段階で脱型（メッシュをもつ成形型３と層４とを分離）
すると、層４の形状がくずれてしまうため、成形型３か
ら外さない状態で層４を乾燥（たとえば、１２０℃×１
ｈｒ）し、乾燥後に脱型する。その後、バインダの結合
力を十分出すために、層４をさらに高温で焼成（たとえ
ば、４００〜１３００℃×３０ｍｉｎ〜１ｈｒ）して、
成形体４を得る。この成形体４は多孔質であり、内径と
外径とが平行でないスリーブ、フランジをもつスリーブ
など、単純でない形状をもっている。その後、必要に応
じて、少量の切削加工を加え、最終形状の成形体４とす
る。たとえば、内径テーパ、外径ストレートのスリーブ
状成形体４の場合、切削加工時に内径をストレートに加
工し、厚さ約３〜４ｍｍの成形体４としてもよい。ある
いは、用途によっては、内径テーパのまま加工せず使用
してもより。

【００１２】成形体４は金属基複合材料（ＭＭＣ）の液
相法による製造に利用される。すなわち、多孔質の成形
体４を金型の中に設置して、アルミニウム、マグネシウ
ムなどの軽合金の溶湯を注ぎ、成形体の中に溶湯を含浸
させて、ＭＭＣを得る。このスリーブは内燃機関のアル
ミシリンダブロックのシリンダライナーとして利用で
き、鋳鉄ライナーにかわって用いることにより、シリン
ダブロックの軽量化をはかることができる。また、シリ
ンダブロック母材のアルミとの融合性が良いことからラ
イナー間距離を鋳鉄ライナーの場合よりも低減でき、そ
れによって内燃機関の全長の低減、重量低減をはかるこ
とができ、あるいは全長を変えないでボア径を拡大で
き、それによって機関出力の増大をはかることができ
る。

【００１３】つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を
説明する。本発明の第１実施例では、図１に示すよう
に、成形型３は雄型であり、その外周面に通気性面２を
有する。成形型３は、図１の工程Ａに示すように、軸方
向を鉛直方向にしてスラリー１中に浸漬される。成形型
３の通気性面２の部分は、内径面が下端にいくにしたが
って縮径するテーパ面とされている。図１の工程Ｂに示
すように、通気性面２全体をスラリー中に浸漬した状態
で行われる第１の吸引段階で、通気性面２全体にわたっ
て、同じ厚さの層４ａが形成される。たとえば、１０〜
２０秒間吸引を保持して５〜７ｍｍの層厚を得る。つい
で、図１の工程Ｃに示すように、通気性面２をスラリー
から引上げつつ行われる第２の吸引段階で、下端ほど厚
さが厚くなる層４ｂが形成され、層４ｂは層４ａ上に形
成される。これによって外径ストレート、内径テーパ
の、水分を含むスリーブ状の層４を得る。たとえば、成
形型の高さが１６０ｍｍの場合、２０〜３０秒かけて引
き上げる（速度で、０．５〜０．８ｃｍ／ｓｅｃ）。図
１の工程Ｄは完全引上げ状態を示す。その後、層４を乾
燥し、脱型して、焼成すると、図１の工程Ｅに示すよう
に、内径テーパ（下端が縮径）、外径ストレートの成形
体４を得る。なお、成形型３の通気性面２がストレート
形状であれば、内面がストレート、外面が下にいく程外
径が大きくなるテーパ形状の成形体４が得られる。

【００１４】本発明の第２実施例では、図２に示すよう
に、成形型３は雌型であり、その内周面に通気性面２を
有する。成形型３は、図２の工程Ａに示すように、軸方
向を鉛直方向にしてスラリー１中に浸漬される。成形型
３の通気性面２の部分は、軸芯と平行に延びるストレー
ト面とされている。図２の工程Ｂに示すように、通気性
面２全体をスラリー中に浸漬した状態で行われる第１の
吸引段階で、通気性面２全体にわたって、同じ厚さの層
４ａが形成される。ついで、図２の工程Ｃに示すよう
に、通気性面２をスラリーから引上げつつ行われる第２
の吸引段階で、下端ほど厚さが厚くなる層４ｂが形成さ
れ、層４ｂは層４ａ上に形成される。図２の工程Ｄは完
全引上げ状態を示す。その後、乾燥し、脱型して、焼成
すると、図２の工程Ｅに示すように、内径テーパ（下端
が縮径）、外径ストレートの成形体４を得る。本実施例
の場合も、通気性面２を下方ほど内径の大きいテーパと
することで、内径ストレート、外径テーパ（下端の外径
が大）とすることが可能である。

【００１５】本発明の第３実施例では、図３に示すよう
に、成形型３は雄型であり、その外表面に成形型の軸方
向に延びる部分２ａとそれと直交する方向に延びる部分
２ｂとからなる通気性面２を有する。成形型３は、図１
の工程Ａに示すように、軸方向を鉛直方向にしてスラリ
ー１中に浸漬される。成形型３の通気性面２の部分２ａ
は、内径面が下端にいくにしたがって縮径するテーパ面
とされている。図３の工程Ｂに示すように、通気性面２
全体をスラリー中に浸漬した状態で行われる第１の吸引
段階で、通気性面２全体にわたって、同じ厚さの層４ａ
が形成される。ついで、図３の工程Ｃに示すように、通
気性面２をスラリーから引上げつつ行われる第２の吸引
段階で、下端ほど厚さが厚くなる層４ｂが形成され、層
４ｂは層４ａ上に形成される。これによって外径ストレ
ート、内径テーパ、フランジ（鍔）付きの、水分を含む
スリーブ状の層４を得る。図３の工程Ｄは完全引上げ状
態を示す。その後、層４を乾燥し、脱型して、焼成する
と、図３の工程Ｅに示すように、内径テーパ（下端が縮
径）、外径ストレート、上端にフランジ（鍔）付きの成
形体４を得る。図示例ではフランジは半径方向外側に延
びるものを示したが、半径方向内側に延びるものであっ
てもよい。本実施例では、フランジを形成する通気性面
は、軸方向に延びる部分２ａと、それと直交する部分２
ｂの２面であるが、さらに図５に示すような、部分２ｂ
の外周にあり部分２ａと対向する軸方向に延びる部分２
ｃを設けてもよい。この場合、３方向に吸引面があるこ
とにより、とくにフランジ部の形状バラツキがなくな
る。

【００１６】本発明の第４実施例では、図４に示すよう
に、成形型３は雌型であり、その内表面に成形型の軸方
向に延びる部分２ａとそれと直交方向に延びる部分２ｂ
とからなる通気性面２を有する。成形型３は、図４の工
程Ａに示すように、軸方向を鉛直方向にしてスラリー１
中に浸漬される。成形型３の通気性面２の部分２ａは、
軸芯と平行に延びるストレート面とされている。図４の
工程Ｂに示すように、通気性面２全体をスラリー中に浸
漬した状態で行われる第１の吸引段階で、通気性面２全
体にわたって、同じ厚さの層４ａが形成される。つい
で、図４の工程Ｃに示すように、通気性面２をスラリー
から引上げつつ行われる第２の吸引段階で、下端ほど厚
さが厚くなる層４ｂが形成され、層４ｂは層４ａ上に形
成される。図４の工程Ｄは完全引上げ状態を示す。その
後、乾燥し、脱型して、焼成すると、図４の工程Ｅに示
すように、内径テーパ（下端が縮径）、外径ストレー
ト、上端にフランジ（鍔）付きの成形体４を得る。図示
例ではフランジは半径方向外側に延びるものを示した
が、半径方向内側に延びるものであってもよい。

【００１７】上記では、外径がストレートまたは鍔付き
ストレート、内径がテーパの場合の例を説明したが、成
形型を引き上げている途中で一時的に止め液面と同じ速
度で下降させ、しかる後に、再度引き上げることによ
り、雄型では、外径が段付き形状の成形体を製造するこ
とが可能である。また、上記では、成形型の引き上げ速
度を選定することにより成形体の厚さを変えるようにし
たが、成形型の引上げ速度を選定するとともに吸引圧力
を変化させても成形体の厚さを変えてもよい。

【００１８】

【発明の効果】請求項１の成形体の製造方法によれば、
成形型をスラリーから引き上げつつ吸引を行う工程を有
するので、その工程で成形される成形体は引き上げ方向
（成形体の軸方向）に成形体の厚さが変化し、内径面と
外径面が平行でない部分を有する成形体を製造すること
ができる。請求項２の成形体の製造方法によれば、通気
性面が軸方向に延びているので、内径がテーパ、外径が
ストレート、または内径がストレート、外径がテーパの
スリーブ状成形体を製造することができる。さらに、引
き上げ速度を変化させることにより、肉厚が曲線的に変
化する成形体を製造することができる。請求項３の成形
体の製造方法によれば、通気性面が軸方向に延びている
部分とそれと直交する部分とを有するので、内径がテー
パ、外径がストレート、または内径がストレート、外径
がテーパのスリーブで一端にフランジを有する成形体を
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の成形体の製造方法の工程
順に示した断面図である。

【図２】本発明の第２実施例の成形体の製造方法の工程
順に示した断面図である。

【図３】本発明の第３実施例の成形体の製造方法の工程
順に示した断面図である。

【図４】本発明の第４実施例の成形体の製造方法の工程
順に示した断面図である。

【図５】本発明の製造対象の成形体がフランジをもち３
面に通気性面をもつ場合の成形型の断面図である。

【符号の説明】

１ スラリー ２ 通気性面 ２ａ 軸方向に延びる部分 ２ｂ 軸方向と直交する方向に延びる部分 ３ 成形型 ４ 成形体 ４ａ 層 ４ｂ 層 ５ 攪拌機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶川 義明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 佐野 達郎 愛知県宝飯郡音羽町大字萩字向山７番地 イソライト工業株式会社内 (72)発明者 樫本 和明 愛知県宝飯郡音羽町大字萩字向山７番地 イソライト工業株式会社内 (72)発明者 木下 康史 愛知県宝飯郡音羽町大字萩字向山７番地 イソライト工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化材を液体中に分散させたスラリー中
   に、表面の少なくとも一部に通気性面を有する成形型を
   浸漬させる工程と、 所定時間吸引を行って通気性面に強化材の層を所定厚さ
   形成する工程と、 その後、成形型をスラリーから引き上げつつ吸引を行っ
   て前記強化材の層の上にさらに位置によって厚さが変化
   する強化材の層を形成する工程と、からなる成形体の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記通気性面が成形型の軸方向に延びて
   いる成形型を用いて成形体を製造する請求項１記載の成
   形体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記通気性面が成形型の軸方向に延びて
   いる部分と少なくとも成形型の軸方向と直交する部分と
   を有する成形型を用いて成形体を製造する請求項１記載
   の成形体の製造方法。