金属複合材および金属複合材の製造方法
【課題】摺動部材として構成した場合に、高い耐摩耗性と耐久性とを発揮し得る金属複合材、および該金属複合材の製造方法を提案する。
【解決手段】多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３を含有する多孔質状プリフォーム１に、金属の溶湯を加圧含浸することにより、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内に金属を充填してなる金属複合材１０とした。この金属複合材１０は、金属母材とホウ酸アルミニウム粒子３とが強固に結合され、高い強度と硬さとを有するため、摺動部材として適用した場合に、優れた耐摩耗性を発揮できる。
【解決手段】多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３を含有する多孔質状プリフォーム１に、金属の溶湯を加圧含浸することにより、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内に金属を充填してなる金属複合材１０とした。この金属複合材１０は、金属母材とホウ酸アルミニウム粒子３とが強固に結合され、高い強度と硬さとを有するため、摺動部材として適用した場合に、優れた耐摩耗性を発揮できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短繊維や粒子等の強化材を焼結した多孔質状プリフォームに、アルミニウム合金等の金属の溶湯を加圧含浸することにより成形される金属複合材および該金属複合材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車には、燃費や操安性等を向上させるために、軽量化、高耐久性、低熱膨張性等に優れるアルミニウム合金などの軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。特に、エンジン部品等のように使用環境が厳しいものには、軽金属とセラミックス等の強化材とを複合化した金属複合材が適用されており、さらなる軽量化と高耐久性等とを発揮できるようにしている。
【０００３】
この金属複合材の製造方法としては、金属やセラミックの短繊維、粒子等の強化材を焼結して多孔質状プリフォームを成形し、ダイカスト成形等により、この多孔質状プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸する方法が知られている。ここで、金属溶湯は比較的大きな圧力で加圧含浸されることから、多孔質状プリフォームには該加圧力により変形したり壊れたりすることを防ぐために、セラミック短繊維やセラミック粒子等から成形されている。
【０００４】
例えば、特許文献１，２にあっては、アルミナ短繊維やホウ酸アルミニウムウィスカなどの強化材を焼結して多孔質状プリフォームを成形して、アルミニウム合金の溶湯を加圧含浸することにより成形される構成が開示されている。ホウ酸アルミニウムウィスカを強化材として用いることにより、金属複合材の強度と硬さとを向上することができ、耐久性や耐摩耗性を高め得る。
【特許文献１】特開平９−３１６５６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した金属複合材は、軽量化と優れた耐久性を発揮するものとして、エンジンを構成するシリンダやピストン等の所謂摺動部材にも適用されている。このような摺動部材は、その駆動に伴って繰り返し摺動するものであるから、優れた耐摩耗性が求められている。そのため、摺動部材を構成する金属複合材には、さらなる耐摩耗性の向上が求められている。
【０００６】
本発明は、優れた耐摩耗性を発揮し得る金属複合材、および該金属複合材の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填してなるものであることを特徴とする金属複合材である。
【０００８】
かかる構成にあっては、多孔質状プリフォームを構成する強化材として、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を用いたものであると共に、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内にまで金属を充填したものである。これにより、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力を強化することができる。また、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子にあっても、その微細孔内に金属が充填されることから、硬さと強度が向上する。
【０００９】
上述した従来の、ホウ酸アルミニウムウィスカを含有する構成にあって、該ホウ酸アルミニウムウィスカは微細孔を有していない。そのため、本発明の、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属が充填された構成は、前記従来構成に比して、ホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力が向上する。また、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子は、その微細孔内に金属が充填されているため、微細孔を有していないホウ酸アルミニウムウィスカとほぼ同等の強度と硬さを発揮できる。以上のことから、本発明の金属部材は、その強度と硬さが、従来構成に比して向上するため、上述したような摺動部材に適用した場合に、その耐久性や耐摩耗性を向上する。
【００１０】
尚、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を用いた場合にあって、その微細孔内に金属が充填されていない構成では、本発明の構成に比して、当該ホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力が低く、かつ当該ホウ酸アルミニウム粒子自体の強度や硬さも低い。そのため、本発明の構成に比して、耐久性や耐摩耗性が低くなる。
【００１１】
一方、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出していると共に、内部に、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填したホウ酸アルミニウム粒子が分散していることを特徴とする金属複合材である。
【００１２】
ここで、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成された外表面としては、金属複合材の全ての外表面であっても良いし、また、当該金属複合材を摺動部材として適用した場合に、その摺動面を構成する特定の外表面だけであっても良い。
【００１３】
一般的に、上述したピストンやシリンダ等の摺動部材は、所定の潤滑油脂中で摺動するものであるから、該摺動部材を構成する金属複合材として、所定の潤滑油脂中で、所望の摺動特性を維持できる優れた摺動寿命が求められる。発明者らは、優れた摺動寿命を得ることを目的として鋭意研鑽した結果、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、この微細孔内へ油脂を吸入し易く、かつ該微細孔内で油脂を保持する性質を有していることを突き止めた。本発明は、これに基づいて成し得たものである。
【００１４】
かかる本発明の構成にあっては、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に、油脂を保持することができる。この金属複合材から成るピストンやシリンダ等の摺動部材は、潤滑油脂中に配されることにより、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に該潤滑油脂が入って保持される。そして、摺動に伴って徐々に潤滑油脂が滲み出る。そのため、長期間に亘って摺動を繰り返しても、ホウ酸アルミニウム粒子内から徐々に滲み出た潤滑油脂によって、外表面の摩耗を抑制することができるから、所望の摺動特性を維持することができ、その摺動寿命が著しく延びる。また、ホウ酸アルミニウム粒子が露出した外表面に、予め所定の潤滑油脂を塗布することによっても、該潤滑油脂をホウ酸アルミニウム粒子内に保持することができる。このように潤滑油脂を外表面に塗布することによっても、上述と同様に摺動寿命を向上することができ得る。
【００１５】
さらに、かかる本発明の構成にあっては、微細孔内に金属を充填した多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、内部に分散してなるものであるから、当該ホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力を強化することができると共に、当該ホウ酸アルミニウム粒子自体の硬さと強度も向上する。そのため、上述した従来の、微細孔を有していないホウ酸アルミニウムウィスカを含有する構成に比して、本発明の金属複合材は、高い強度と硬さとを発揮することができる。
【００１６】
このようにかかる本発明の金属複合材は、外表面に形成された、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子によって、潤滑油脂を保持すると共に、内部に分散された、微細孔内に金属が充填されたホウ酸アルミニウム粒子により、強度と硬さとが向上する。したがって、優れた耐久性と耐摩耗性とを発揮する摺動部材を構成することができ得る。
【００１７】
また、上述した金属複合材にあって、多孔質状プリフォームが、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してなるものとした構成が提案される。
【００１８】
かかる構成にあっては、セラミック短繊維を用いて多孔質状プリフォームを形成することにより、当該プリフォームの強度を向上することができる。さらに、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子はセラミック短繊維の間に擬着することから、セラミック短繊維間の強度を高めることができ、多孔質状プリフォームの強度を向上することができ得る。また、ホウ酸アルミニウム粒子は、上述した従来のホウ酸アルミニウムウィスカに比して、セラミック短繊維と混合した場合に分散し易く、かつ前記のようにセラミック短繊維間に擬着し易い。したがって、多孔質状プリフォームの強度向上効果に優れ、金属の溶湯を加圧含浸するときに潰れたり壊れたりすることがない。
【００１９】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍのものであるとした構成が提案される。
【００２０】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子は、粒径が大きくなるに従って、その微細孔も大きくなる傾向にある。そのため、微細孔は大きい方が金属を充填し易い。また、粒径は、小さい方が金属母材中の分散性が良い。以上のことから、かかる構成にあっては、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子の粒径を上記の範囲とすることにより、金属の溶湯を比較的充填し易く、かつホウ酸アルミニウム粒子を分散したものを成形し易い。
【００２１】
尚、ホウ酸アルミニウム粒子は、粒径１０μｍ〜６０μｍの範囲のものが好ましく、粒径１０μｍ〜４０μｍのものがさらに好ましい。このように粒径を限定することにより、上記した作用効果に一層優れたものとなる。
【００２２】
上述した金属複合材を製造する方法として、本発明は、セラミック短繊維と、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、無機バインダーとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、該予備混合体を所定温度で焼結して、多孔質状プリフォームを成形する焼結工程と、該多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を所定圧力により加圧含浸する溶湯含浸工程とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
かかる方法にあって、混合工程で、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを混合することにより、これら両者をほぼ均一に分散することができる。そのため、脱水工程から焼結工程を経て成形される多孔質状プリフォームは、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とがほぼ均一に分散し、かつ該ホウ酸アルミニウム粒子がセラミック短繊維間に擬着されたものとなるから、溶湯含浸工程で金属の溶湯を加圧含浸に充分に耐え得る高い強度を発揮できる。
【００２４】
そして、溶湯含浸工程により多孔質状プリフォームに加圧含浸した金属の溶湯が、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内にまで入り込んで充填される。これにより、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子の、その微細孔内に金属を充填してなる、上述した本発明の金属複合材を製造することができる。
【００２５】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で添加する無機バインダーが、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの固形粒子を有するコロイド状水溶液であるとした方法が提案される。
【００２６】
ここで、無機バインダーは、セラミック短繊維とホウ酸アルミニウム粒子とを擬結する作用を有するものである。そして、この固形粒子の粒径が大きくなるに従って、セラミック短繊維やホウ酸アルミニウム粒子に凝集し易くなる。ホウ酸アルミニウム粒子の表面に、無機バインダーの固形粒子が多量に凝集すると、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔を外部から遮るため、該微細孔内へ金属の溶湯が侵入することを妨げることともなり得る。一方、固形粒子の粒径が小さくなるに従って、該固形粒子がホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に侵入し易くなるため、該微細孔内へ金属の溶湯が侵入することを妨げることとなってしまう。以上のことから、無機バインダーの固形粒子の粒径を上記の範囲とすることにより、セラミック短繊維とホウ酸アルミニウム粒子とを充分に擬結することができると共に、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内へ金属の溶湯が充分に侵入することができる。
【００２７】
尚、固形粒子の粒径２０ｎｍ〜５０ｎｍのものが、上記した作用効果を一層適正に発揮することができるため、好適に用い得る。
【００２８】
また、上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で添加する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、多孔質状プリフォームの体積に対して０．０３〜０．３０の体積比となるように調合した方法が提案される。
【００２９】
かかる方法にあっては、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量を、多孔質状プリフォームに対する体積比によって示した上記範囲とする方法である。ここで、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量が少ないと、金属複合材の強度向上効果を充分に発揮できない。また、含有量が多くなりすぎても、金属複合材の脆性が高くなってしまう。一方、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量が増えると、金属の溶湯を含浸したときに、該溶湯の熱をホウ酸アルミニウムが奪ってしまうため、微細孔内へ侵入し難くなる。さらに、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量が増えると、多孔質状プリフォームの空隙が減少するため、金属の溶湯が含浸し難くなる。以上のように、本方法によれば、強度向上効果と成形性との両者を適度に満足する金属複合材を得ることができる。
【００３０】
また、上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍであるとした方法が提案される。
【００３１】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子は、粒径が大きくなるに従って、その微細孔も大きくなる傾向にある。微細孔は、大きい方が金属を充填し易い。また、粒径は、小さい方が金属母材中の分散性が良い。以上のことから、かかる構成にあっては、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子の粒径を上記の範囲とすることにより、金属が比較的充填され易くなる。尚、ホウ酸アルミニウム粒子は、粒径１０μｍ〜６０μｍの範囲のものが好ましく、粒径１０μｍ〜４０μｍのものがさらに好ましい。このように粒径を限定することにより、上記した作用効果に一層優れたものとなる。
【００３２】
また、上述した金属複合材の製造方法にあって、溶湯含浸工程が、金型内に、該金型の内面に多孔質状プリフォームの外表面が接触するように、該多孔質状プリフォームを装着して、多孔質状プリフォーム内に金属溶湯を加圧含浸するようにした方法が提案される。
【００３３】
通常、金属の溶湯をプリフォームに加圧含浸するときには、多孔質状プリフォームを金型内に装着し、金属の溶湯を加圧含浸させる方法が用いられている。この場合には、金属溶湯の多孔質状プリフォームへの含浸性を高めるために、該多孔質状プリフォームを予熱すると共に、該プリフォームを装着する金型を所定温度に加熱保持するようにしている。ここで、プリフォームの予熱温度は、金型の保持温度に比して高く設定されている。
【００３４】
かかる方法にあっては、このようにプリフォームを予熱し、かつ金型を所定温度に加熱保持して、溶湯含浸工程を行う場合に、多孔質状プリフォームの外表面を金型内面に接触して装着するようにした。これにより、当該プリフォームの外表面では、その熱量が金型に奪われてしまう。そのため、多孔質状プリフォームの外表面では、金属の溶湯の含浸性は維持できるものの、当該外表面に存在するホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属の溶湯が侵入し難くなる。したがって、このように製造された金属複合材は、その外表面に、多孔質状が維持さえれたホウ酸アルミニウム粒子が存在すると共に、内部のホウ酸アルミニウム粒子はその微細孔内に金属が充填されたものとなる。
【００３５】
この溶湯含浸工程の後に、該溶湯含浸工程で金型の内面に接触して形成した外表面を研磨する研磨工程を行うようにした方法が提案される。
【００３６】
かかる方法にあっては、溶湯含浸工程で金型の内面に接触した多孔質状プリフォームの外表面により形成される金属複合材の外表面を研磨して、該外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成することができる。そして、この研磨工程により、当該ホウ酸アルミニウム粒子を外表面に安定して露出することができ得る。ここで、研磨としては、切削刃や砥石等による機械研磨、薬品等による化学研磨、該機械研磨と化学研磨とを組み合わせる等、様々な研磨方法を用い得る。また、本構成の研磨工程には、前記した機械研磨や化学研磨のように、研磨する工程を単独で行う場合だけでなく、外表面を所定の寸法形状に加工して整える機械加工を含むものとしても良い。尚、この機械加工では、外表面の寸法形状を比較的高い精度で整えることができるように、例えば、ダイヤモンドチップなどの切削刃を用いることが好適である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填してなるものであるから、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と金属母材とが強固に結合すると共に、該ホウ酸アルミニウム粒子自体の強度と硬さが向上する。したがって、本発明の金属部材は、その強度と硬さとに優れ、高い耐久性や耐摩耗性を発揮することができるため、上述した摺動部材に適用して所望の性能を充分に発揮することができ得る。
【００３８】
一方、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出していると共に、内部に、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填したホウ酸アルミニウム粒子が分散しているものである。この構成により、内部では、金属母材とホウ酸アルミニウム粒子とが強固に結合され、かつ該ホウ酸アルミニウム粒子自体の強度と硬さとが向上する。そして、外表面では、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に潤滑油脂を保持することができ得る。したがって、潤滑油脂中で摺動する摺動部材を構成した場合に、外表面の摩耗を抑制でき、所望の摺動特性を維持できる潤滑寿命が著しく延びると共に、高い耐久性や耐摩耗性を発揮することができ得る。
【００３９】
多孔質状プリフォームが、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してなるものとした構成にあっては、該ホウ酸アルミニウム粒子がセラミック短繊維間に擬着するため、多孔質状プリフォームは高い強度を発揮し得る。したがって、金属の溶湯を比較的高い圧力により加圧含浸しても、当該多孔質状プリフォームが潰れたり壊れたりすることを防ぎ得る。
【００４０】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍのものであるとした構成にあっては、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充分に充填することができ、上述した本発明の作用効果を一層適正に発揮することができる。
【００４１】
一方、上述した金属複合材を製造するため製造方法として、本発明は、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と無機バインダーとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程を行った後に、脱水工程および焼結工程により多孔質状プリフォームを形成し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸する溶湯含浸工程を行うようにした方法である。かかる方法によれば、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が分散した多孔質状プリフォームを成形でき、さらに、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属の溶湯を含浸することができる。したがって、上述した、微細孔内に金属が充填されたホウ酸アルミニウム粒子が分散された金属複合材を成形することができ得る。
【００４２】
混合工程で添加する無機バインダーが、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの固形粒子を有するコロイド状水溶液であるとした製造方法にあっては、当該無機バインダーの固形粒子によってホウ酸アルミニウム粒子の微細孔が遮られることがなく、該微細孔内に金属溶湯が容易かつ安定的に侵入することができ得る。
【００４３】
混合工程で添加する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、多孔質状プリフォームの体積に対して０．０３〜０．３０の体積比となるように調合した製造方法にあっては、溶湯含浸工程で、金属の溶湯が含浸していく過程で失う熱量を抑制することができるため、該金属の溶湯をホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に安定して含浸でき得る。
【００４４】
混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍであるとした製造方法にあっては、その微細孔が適当な大きさのものとなるから、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属の溶湯を安定的かつ容易に含浸することができる。
【００４５】
溶湯含浸工程が、金型内に、該金型の内面に多孔質状プリフォームの外表面が接触するように、該多孔質状プリフォームを装着して、多孔質状プリフォーム内に金属溶湯を加圧含浸するようにした製造方法にあっては、多孔質状のプリフォームの、金型に接触した外表面が、該金型により熱を奪われることから、該外表面に、多孔質性を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出し、かつ、内部に、微細孔内に金属が充填したホウ酸アルミニウム粒子を分散した金属複合材を製造することができ得る。
【００４６】
溶湯含浸工程の後に、該溶湯含浸工程で金型の内面に接触して形成した外表面を研磨する研磨工程を行うようにした製造方法にあっては、当該研磨工程により、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を外表面に容易かつ安定的に露出形成することができ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図１は、プリフォーム１を成形する工程を表した図であり、このプリフォーム成形工程は、混合工程、脱水工程、乾燥工程、焼結工程から構成されている。図１（Ａ）は混合工程であって、所定の容器２１内で、各材料を水中で攪拌棒３１により攪拌してほぼ均質に混合させて混合水溶液８をつくる。そして、この混合水溶液８を、容器２１から吸引成形器２２に移す。図１（Ｂ）は脱水工程であって、混合水溶液８から、フィルター２４を介して真空ポンプ２３によって水分を吸引し、予備混合体９を得る。そして、この予備混合体９を、吸引成形器２２から取り出して充分に乾燥させる乾燥工程を行う（図示省略）。図１（Ｃ）は焼結工程であって、この予備混合体９を加熱炉２５内のテーブル３２に設置し、所定温度で加熱することにより焼結して、所望の多孔質状プリフォーム１を得る。
【００４８】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなダイカスト成形工程によって、上記した多孔質状プリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸して金属複合材１０を成形する。このダイカスト成形工程を行うダイカスト成形装置３３にあっては、図２（Ａ）のように、所定形状のキャビティ３５を形成する金型３４と、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を一旦滞留させ、進退駆動制御されたプランジャーチップ３８によって該溶湯６を射出するスリーブ３７とを備えている。この成形工程は、金型３４のキャビティ３５内に多孔質状プリフォーム１を装着し、また、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を、プランジャーチップ３８を退出位置としたスリーブ３７に注入する。そして、図２（Ｂ），（Ｃ）のように、金型３４の湯口３６にスリーブ３７を接続し、プランジャーチップ３８を進出駆動することにより、該スリーブ３７内の溶湯６をキャビティ３５内に射出して、溶湯６を多孔質状プリフォーム１に加圧含浸する。
【００４９】
尚、このようなダイカスト成形工程により、本発明にかかる溶湯含浸工程を構成している。
【００５０】
次に、上記したダイカスト成形工程後に、旋盤により所望の寸法形状に整える切削加工工程を行い、さらに、フライス盤により摺動面とする特定の外表面（後述する内周表面）を機械研磨する研磨工程を行う。これにより、所望の形状寸法の金属複合材１０を得る。
【００５１】
上述したプリフォーム１の成形工程、該プリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸させるダイカスト成形工程、切削加工工程、外表面を機械研磨する研磨工程により製造する金属複合材１０，５０を、以下の具体例に従って説明する。
【実施例１】
【００５２】
プリフォーム１の成形工程では、その混合工程（図１（Ａ））で、容器２１内の水中に下記（ｉ）〜（ｖ）の各材料を入れて混合する。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）ホウ酸アルミニウム粒子３（９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３、平均粒径４０μｍ）
（iii）シリカゾル４（水素イオン濃度ｐＨ１０、濃度約３０％のコロイド状水溶液）
（iv）ポリアクリルアミド７（濃度約１０％の水溶液）
ここで、ホウ酸アルミニウム粒子３は、図３のように、微細孔３ａを多数有する多孔質状の形態のものを使用している。また、シリカゾル４は、所謂無機バインダーであって、そのシリカ粒子の平均粒径が２０ｎｍものを用いている。
【００５３】
尚、上記した平均繊維径、平均繊維長、平均粒径は、それぞれ繊維径、繊維長、粒径の平均値であり、バラツキを有している。また、アルミナ短繊維２およびホウ酸アルミニウム粒子３が、いわゆる強化材である。
【００５４】
上記した各材料の混入する量として、アルミナ短繊維２は、その後の脱水工程および乾燥工程により成形した予備混合体９の体積率で約５％となるように調整している。また、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３は、同じく予備混合体９の体積率で約１０％となるように調整している。
【００５５】
また、シリカゾル４の添加量は、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３との総重量に対して約０．０５の重量比となるように調整している。ここで、シリカゾル４内に含まれているシリカ粒子の重量が、ホウ酸アルミニウム粒子３に対して約０．０１５の重量比となる。
【００５６】
そして、上記（ｉ）〜（iv）の各材料を入れた水溶液を攪拌棒３１で攪拌することにより、各材料がほぼ均一に混在した混合水溶液８を得る。
【００５７】
次に、この混合水溶液８を吸引成形器２２に移し、上述の脱水工程（図１（Ｂ））に移行する。この吸引成形器２２には、内部をフィルター２４により上下に区画され、その上部領域２６ａに混合水溶液８が流入される円筒形状の水溶液滞留部２６と、この水溶液滞留部２６の下方に設けられ、該水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂと連通する水滞留部２７と、この水滞留部２７に接続され、該水滞留部２７を経て、水溶液滞留部２６から水分を吸引する真空ポンプ２３とを備えている。
【００５８】
脱水工程にあっては、吸引成形器２２の水溶液滞留部２６の上部領域２６ａに、上述の混合水溶液８を流入した後、真空ポンプ２３を作動させることにより、該混合水溶液８の水分を、水滞留部２７から水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂを経て吸引する。これにより、混合水溶液８の水分がフィルター２４を通過して流下し、上記した各材料が混合してなる円筒形状の予備混合体９を得る。さらに、この予備混合体９を吸引成形器２２から取り出し、約１２０℃の乾燥炉等に入れ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う（図示省略）。
【００５９】
この脱水工程では、混合水溶液８内の各材料も吸引されるため、この吸引に伴って、混合水溶液８に添加したポリアクリルアミド７により、アルミナ短繊維２と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３とが適度に凝集される。そして、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の互いに隣接するもの同士が、シリカゾル４により擬結される。このように形成された予備混合体９では、アルミナ短繊維２が互いに隣接するもの同士擬着しており、それらアルミナ短繊維２間に多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３が擬着している。この予備混合体９は、次の焼結工程までの搬送時に、その円筒形状が変形したり壊れたりすることなく維持され得る。
【００６０】
尚、本実施例では、シリカゾル４を、粒径２０ｎｍのシリカ粒子を有するものを用いている。このようにシリカ粒子が比較的小さいものであることから、該シリカ粒子が多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３に凝集し難く、かつホウ酸アルミニウム粒子３に付着したシリカ粒子によってその微細孔３ａが遮られない。すなわち、ホウ酸アルミニウム粒子３は、その多孔質状が維持されたまま存在している。
【００６１】
次に、上述した焼結工程（図１（Ｃ））に移行する。上記の予備混合体９を、加熱炉２５内に設置されたテーブル３２上に置く。そして、約１１５０℃まで加熱して、約１時間保持する。これにより、アルミナ短繊維２や多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３を焼結し、円筒形状の多孔質状プリフォーム１を得る。この多孔質状プリフォーム１は、図４のように、ホウ酸アルミニウム粒子３の多孔質状が維持されている。尚、この図４では、微細孔３ａの図示を省略している。
【００６２】
この多孔質状プリフォーム１では、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の表面に付着したシリカ粒子が結晶化することによって、それぞれ隣り合うもの同士が比較的強く結合している。そして、比較的広い空隙が生じており、多孔質状となっていることから、通気性に優れたものである。また、この多孔質状プリフォーム１は、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３が、全体に亘ってほぼ均一に分散して存在するものとなっている。
【００６３】
次に、上述したダイカスト成形工程（図２参照）に移行する。ダイカスト成形装置３３は、凸形状の上型３４ａと凹形状の下型３４ｂとからなる金型３４を備えており、該金型３４が円筒形状のキャビティ３５を形成するものとなっている。また、この金型３４の下型３４ｂには、スリープ３７が接続される接続部（図示省略）と、該スリープ３７が接続された場合に、スリープ３７内の溶湯６がキャビティ３５内に流入する湯口３６とが設けられている。尚、上型３４ａと下型３４ｂとが嵌め合わされた場合には、キャビティ３５と湯口３６とを連通する湯路３９も形成されるようになっており、湯口３６から流入した溶湯６は湯路３９を通じてキャビティ３５内へ流入する。
【００６４】
尚、円筒形状の多孔質状プリフォーム１は、その寸法形状を、ダイカスト成形装置３３のキャビティ３５の寸法に比して僅かに小さくなるように設定している。すなわち、この多孔質プリフォーム１をキャビティ３５内に装着した場合に、当該プリフォーム１は、その下面１ｂがキャビティ３５の底を構成する金型３４の床面４４ｂと接触するのみで、その他の内周表面１ａと外周表面（図示省略）と上面（図示省略）とが金型３４の内面に接触しない。
【００６５】
ダイカスト成形工程では、先ず、多孔質状プリフォーム１を約６００℃で予熱すると共に、金型３４を約２００℃に保持しておく。そして、図２（Ａ）のように、下型３４ｂに予熱した多孔質状プリフォーム１を配置して、上型３４ａを嵌め合わせる。これにより、金型３４の円筒形状のキャビティ３５内に、多孔質状プリフォーム１が装着される。この状態で、多孔質状プリフォーム１は、その下面１ｂがキャビティ３５の底を構成する金型３４の床面４４ｂと接触して支持されている。
【００６６】
一方、金型３４の下方位置に在って、プランジャーチップ３８を退出位置（図示省略）としたスリーブ３７に、約８００℃に保持したアルミニウム合金の溶湯６を注入する。ここで、本実施例にあっては、アルミニウム合金に「ＪＩＳ ＡＤＣ１２」を用いている。
【００６７】
その後、図２（Ｂ）のように、スリープ３７を昇動して、金型３４の湯口３６に該スリーブ３７の上端部を接続する。そして、プランジャーチップ３８を退避位置から所定駆動速度で進出駆動して、スリープ３７内の溶湯６をキャビティ３５内へ射出する。ここで、湯口３６から流入する溶湯６を、約５００ａｔｍの加圧力で射出するように、プランジャーチップ３８の駆動速度を調整している。このようにして、アルミニウム合金の溶湯６を、キャビティ３５内に装着した多孔質状プリフォーム１に加圧含浸する。
【００６８】
図２（Ｃ）のように、キャビティ３５内に溶湯６が充填されると、プランジャーチップ３８が停止して該溶湯６の注入が止まり、冷却後にスリーブ３７を降動して金型３４から取り外す。そして、金型３４の上型３４ａと下型３４ｂとを分離して、図２（Ｄ）のように、該金型３４から金属複合材１０を取り出す。この金属複合材１０は、アルミニウム合金６’を母材として、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３とが複合化されたものである。
【００６９】
次に、上述したようにダイカスト成形工程で成形した金属複合材１０を、旋盤により切削加工することにより、図２（Ｄ）のように、金型３４から取り出した状態で湯口３６及び湯路３９により形成された部位やバリ等を除去すると共に、所望寸法の円筒形状に整える切削加工工程を行う。さらに、この切削加工工程の後、その内周表面１０ａをフライス盤により機械研磨する研磨工程を行う。尚、本実施例にあって、研磨工程では、ダイヤモンドチップにより切削加工する機械研磨を行っている。
【００７０】
ここで、本実施例１にあっては、金属複合材１０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面１０ａを摺動面とするように設定している。すなわち、内周表面１０ａが、本発明にかかる外表面である。
【００７１】
このように製造された金属複合材１０を観ると、図５のように、ホウ酸アルミニウム粒子３が分散しており、かつ、該ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ（図３参照）が埋まっていることが確認できる。これは、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充填されていることを示している。
【００７２】
すなわち、上述したダイカスト成形工程では、予熱された多孔質状プリフォーム１に、アルミニウム合金の溶湯６を加圧含浸することにより、該溶湯６が多孔質状プリフォーム１の隅々にまで侵入する。さらに、多孔質状プリフォーム１を構成するホウ酸アルミニウム粒子３は、上述したように多数の微細孔３ａを有していることから、該微細孔３ａ内にも溶湯６が侵入する。これにより、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充填されてなる金属複合材１０が成形される。
【００７３】
尚ここで、多孔質状プリフォーム１は、その下面１ｂが金型３４の床面４４ｂに支持されてキャビティ３５内に装着されていることから、当該下面１ｂの熱が、該プリフォーム１よりも低温の金型３４に奪われてしまう。そのため、この下面１ｂの表層領域では、溶湯６の含浸性が低下する傾向となる。しかし、当該下面１ｂの表層領域は、湯路３９に隣接する部位であることから、含浸性はほとんど低下せず、溶湯６は充分に含浸できる。また、この下面１ｂの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３は、その熱量が低下するために、その微細孔３ａ内への溶湯６の含浸性が低下する傾向にある。しかし、例え、この下面１ｂの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充分に充填されなかったとしても、当該表層領域をダイカスト成形工程後の切削加工工程や研磨工程により削除すれば、微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充填されたホウ酸アルミニウム粒子３が分散した金属複合材１０を得ることができる。
【００７４】
また、本実施例１の金属複合材１０は、図５のように、アルミニウム合金６’が充分に含浸されており、巣（未含浸部位）を生じていない。さらに、金属複合材１０には、亀裂や割れ等も生じていない。これにより、アルミナ短繊維２と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３とを焼結して成形した多孔質状プリフォーム１は、溶湯６を加圧含浸する際の比較的高い圧力に充分に耐え得る強度と優れた通気性とを有している。
【実施例２】
【００７５】
実施例２は、上述した実施例１と同様のプリフォーム成形工程（図１参照）により、所望の多孔質状プリフォーム５１を成形する。ここで、実施例２の多孔質状プリフォーム５１は、その内周表面５１ａが、ダイカスト成形工程で使用する金型３４のキャビティ３５に装着した場合に、該金型３４の内側内周面４４ａと全体的に接触するように、当該プリフォーム５１の外径寸法を定めたものである（図２参照）。
【００７６】
尚、混合工程では、実施例１と同じ材料をそれぞれ同量だけ混入することにより、実施例１と同じ混合水溶液８をつくる。そして、脱水工程、乾燥工程、焼結工程を、実施例１と同じ条件で実行する。
【００７７】
本実施例２の多孔質状プリフォーム５１は、上述した実施例１の多孔質状プリフォーム１と比して、外形寸法を僅かに大きくした以外は同じ構成のものである。すなわち、この多孔質状プリフォーム５１にあっても、アルミナ短繊維２と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３とが全体的にほぼ均一に分散し、それぞれ隣り合うもの同士が強固に結合されていると共に、比較的広い空隙を有し、通気性に優れたものとなっている。そして、ホウ酸アルミニウム粒子３は、その多孔質状が維持された状態で存在している。
【００７８】
このように成形した円筒形状の多孔質状プリフォーム５１を、上述した実施例１と同様に、ダイカスト成形工程によって、アルミニウム合金の溶湯６を含浸して（図２参照）、金属複合材５０を成形する。ここで、本実施例２にあっては、多孔質状プリフォーム５１を金型３４のキャビティ３５内に装着した場合に、該多孔質状プリフォーム５１の内周表面５１ａが、キャビティ３５の外周を構成する金型３４の内側内周面４４ａと全体的に接触した状態となる。また、多孔質状プリフォーム５１の下面５１ｂは、上述した実施例１と同様に、キャビティ３５の底を構成する金型３４の床面４４ｂと接触して、該キャビティ３５内に支持されている。
【００７９】
尚、多孔質状プリフォーム５１の予熱、金型３４の加熱保持、溶湯６の温度は、いずれも上述した実施例１と同様としている。
【００８０】
このダイカスト成形工程後には、上述した実施例１と同様に、旋盤により不要な部分を削除すると共に所望の寸法形状に整える切削加工工程を行い、さらにフライス盤により内周表面５０ａを研磨する研磨工程を行っている。ここで、内周表面５０ａの切削量および研磨量は、その表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３が露出する程度の、極僅かな量としている。また、下面５０ｂの切削量は、上述した実施例１と同様に、その表層領域を削除する量としている。このように成形した金属複合材５０は、上述した実施例１とほぼ同寸法形状である。尚、このフライス盤による機械研磨により、本発明にかかる研磨工程が構成されている。
【００８１】
ここで、本実施例２にあっても、上述した実施例１と同様に、金属複合材５０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面５０ａを摺動面として設定している。すなわち、内周表面５０ａが、本発明にかかる外表面である。
【００８２】
本実施例２の金属複合材５０は、上述した実施例１と同様に、アルミニウム合金６’とアルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３とが複合化されたものである。この金属複合材５０の内部を観察すると、上述した実施例１と同様に、ホウ酸アルミニウム粒子３は、その微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されている（図５参照）。そして、このようなホウ酸アルミニウム粒子３が分散して存在している。これは、上述した実施例１と同様に、ダイカスト成形工程により、アルミニウム合金の溶湯６が、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にまで侵入したためである。尚、金属複合材５０は、その上面（図示省略）、下面５０ｂ、外周表面（図示省略）の各表層領域でも、同様に、微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填したホウ酸アルミニウム粒子３が分散して存在している。
【００８３】
金属複合材５０の内周表面５０ａを観察すると、図６のように、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出している。これは、ダイカスト成形工程にあって、多孔質状プリフォーム５１の内周表面５１ａが、金型３４の内側内周面４４ａと接触していたために、該プリフォーム５１の内周表面５１ａの熱が金型３４に奪われ、アルミニウム合金の溶湯６が該内周表面５１ａの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内に充填されなかったためである。そして、ダイカスト成形工程後に、研磨工程を行うことにより、その内周表面５０ａに、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成された金属複合材５０を得る。
【００８４】
尚、多孔質状プリフォーム５１の内周表面５１ａの熱が金型３４に奪われたとしても、この内周表面５１ａの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａには、該微細孔３ａの開口部分であればアルミニウム合金の溶湯６が侵入することも可能である。このように微細孔３ａの開口部分がアルミニウム合金６’で塞がれたとしても、研磨工程で金属複合材５０の内周表面５０ａを切削加工することにより、当該内周表面５０ａに存在するホウ酸アルミニウム粒子３の表面をも切削することから、該ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａの開口部分を塞いでいるアルミニウム合金６’を削除することができる。したがって、金属複合材５０の内周表面５０ａには、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されることとなる。
【００８５】
上述したように、本実施例２の金属複合材５０は、その内周表面５０ａに、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出すると共に、内部に、微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されたホウ酸アルミニウム粒子３が分散したものである。尚、上述したように、本実施例２の金属複合材５０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面５０ａが摺動面となるようにしている。
【００８６】
本実施例２は、多孔質状プリフォーム５１の外径寸法を大きくし、ダイカスト成形工程で、多孔質状プリフォーム５１を、その内周表面５１ａが金型３４の内側内周面４４ａと接触するように、キャビティ３５内に装着した以外は、上述した実施例１と同じ方法で成形している。そのため、実施例１と同じ成形工程や同じ構成には、同じ符号を記し、その説明を省略している。
【００８７】
次に、上述した実施例１，２の金属複合材１０，５０について、その強度と硬さとを確認する。ここで、強度は、引張試験により測定し、硬さは、ビッカース硬さ試験により測定している。また、比較対照として、金属複合材１０，５０の母材と同じアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＤＣ１２）について同じ試験により、その強度と硬さとを測定している。
【００８８】
引張試験は、ＪＩＳ Ｚ２２０１に従って行った。試験片は、平行部外径を約５ｍｍφの円柱状とした。そして、標点間距離を約２５ｍｍとして引張試験を行っている。この引張試験から引張強度と０．２％耐力とを測定した。ここで、引張強度は、いわゆる公称応力とし、試験片が破断する最大荷重により求めた。この引張試験に供する試験片は、上述した実施例１，２の金属複合材１０，５０から作成している。尚、実施例２の金属複合材５０から作成した試験片は、該金属複合材５０の内周表面５０ａを含まないように作成している。また、アルミニウム合金についても同じ形状の試験片を作成している。
【００８９】
ビッカース硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に従って行った。試験では、所定の四角錐の圧子を、実施例１，２の金属複合材１０，５０の各内周表面１０ａ，５０ａに、９８Ｎの荷重で押し付けてその硬さを測定している。ここで、金属複合材１０，５０は、摺動部材に適用した場合に、その内周表面１０ａ，５０ａを摺動面とするように設定していることから、該内周表面１０ａ，５０ａにおける硬さを測定している。また、アルミニウム合金についても同様に硬さを測定した。
【００９０】
上記した引張試験、ビッカース硬さ試験の結果、実施例１の金属複合材１０は、引張強度が３４０ＭＰａ、０．２％耐力が２２０ＭＰａ、ビッカース硬さが１３０Ｈｖであった。
【００９１】
実施例２の金属複合材５０は、引張強度が３２０ＭＰａ、０．２％耐力が２００ＭＰａ、ビッカース硬さが１１０Ｈｖであった。
【００９２】
アルミニウム合金は、引張強度が３１０ＭＰａ、０．２％耐力が１８０ＭＰａ、ビッカース硬さが１００Ｈｖであった。
【００９３】
この結果から、本実施例１，２の金属複合材１０，５０は、アルミニウム合金に比して、強度と硬さとが著しく向上していることが確認できた。これは、金属複合材１０，５０が、微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されたホウ酸アルミニウム粒子３を分散してなるものであるから、アルミニウム合金６’の母材と該ホウ酸アルミニウム粒子３とが強固に結合されており、高い強度と硬さとを発現できるのである。このように高い強度と硬さとを有することから、金属複合材１０，５０を摺動部材として適用した場合に、優れた耐久性と耐摩耗性とを発揮でき得る。
【００９４】
ここで、ビッカース硬さは、実施例１の金属複合材１０が、実施例２の金属複合材５０に比して高くなった。これは、硬さ試験をした内周表面１０ａ，５０ａで、実施例１では、ホウ酸アルミニウム粒子３はその微細孔３ａ内にまでアルミニウム合金６’が充填されていることに対して、実施例２では、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されているためである。
【００９５】
すなわち、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３は、その微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されることにより、その硬さが向上する。具体的には、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３の硬さを測定すると、ビッカース硬さ相当で２００〜３００Ｈｖ程度であり、これに対して、微細孔３ａ内にアルミニウム合金を充填したホウ酸アルミニウム粒子３では、４００〜６００Ｈｖとなる。このように実施例１では、内周表面１０ａに存在するホウ酸アルミニウム粒子３の硬さが、実施例２に比して高くなり、総じてビッカース硬さが一層高く発揮されているのである。
【００９６】
尚、上記した引張試験では、実施例２から採取した試験片が、金属複合材５０の内周表面５０ａを含まないようにしたものであるから、実施例１と同じ強度を発揮している。
【００９７】
また、本実施例１，２の金属複合材１０，５０については、各内周表面１０ａ，５０ａを３０ｍｍ×４０ｍｍの長方形とする矩形片を切り出し、油脂の保持性を調べた。油脂の保持性を測定する試験としては、実施例１，２の各試験片の各内周表面１０ａ，５０ａに、自動車用のエンジンオイル（潤滑性油脂）を塗布し、塗布前後の重量増加を測定した。尚ここで、油脂の保持性は、金属複合材１０，５０の内周表面１０ａ，５０ａについて測定している。これは、本実施例にあっては、この金属複合材１０，５０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面１０ａ，５０ａを摺動面とするように設定しているからである。
【００９８】
この油脂保持性の試験結果は、実施例１の試験片が約０．２ｍｇの重量増加であり、また、実施例２の試験片が約５．２ｍｇの重量増加であった。これにより、実施例２の試験片は、実施例１の試験片に比して、油脂の保持性が高いことが確認できた。これは、実施例２の金属複合材５０の内周表面５０ａには、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出しており、エンジンオイルが、該ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内に侵入して保持されるためである。一方、実施例１の金属複合材１０の内周表面１０ａに存在するホウ酸アルミニウム粒子３は、その微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されているために、エンジンオイルが侵入できず、油脂を保持することができない。
【００９９】
実施例２の金属複合材５０は、摺動面として設定した内周表面５０ａに露出するホウ酸アルミニウム粒子３内に油脂を保持できるものであるから、摺動部材として構成することにより、摺動時に、ホウ酸アルミニウム粒子３内に保持した油脂が滲み出て、高い摺動特性を発揮することができる。これにより、金属複合材５０から構成した摺動部材は、総じて耐摩耗性が向上し、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命も延びるために耐久性が向上する。したがって、実施例２の金属複合材５０は、実施例１に比して、その内周表面５０ａの硬さが低いものの、優れた油脂保持性を有していることから、充分な耐摩耗性を発揮することができ得る。
【０１００】
尚、上述した実施例２にあっては、金属複合材５０の内周表面５０ａにのみ、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３を露出するようにした構成であるが、その他の構成として、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３を、金属複合材の全ての外表面に露出した構成や、内周表面と外周表面とに露出した構成とすることもできる。この構成は、金属複合材を摺動部材とした場合に、少なくともその摺動面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出するようにしたものであればよく、これにより本発明の作用効果を充分に発揮できるのである。
【０１０１】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。例えば、強化材として、アルミナ短繊維の他に、セラミック短繊維やセラミック粒子など他の短繊維、ウィスカ、粒子を添加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施例１の多孔質状プリフォーム１を成形するプリフォーム成形工程を表す説明図である。
【図２】同上のプリフォーム成形工程で成形した多孔質状プリフォーム１から、ダイカスト成形工程および切削加工工程により金属複合材１０を成形する工程を表す説明図である。
【図３】多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３の、（Ａ）拡大写真と、（Ｂ）その表面をさらに拡大した拡大写真である。
【図４】実施例１の多孔質状プリフォーム１を構成しているホウ酸アルミニウム粒子３の拡大写真である。
【図５】同上の多孔質状プリフォーム１から成形した金属複合材１０の拡大写真である。
【図６】実施例２の金属複合材１０の内側内周面４４ａの拡大写真である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，５１ 多孔質状プリフォーム
１ａ，５１ａ，多孔質状プリフォームの内周表面（外表面）
２ アルミナ短繊維（セラミック繊維）
３ ホウ酸アルミニウム粒子
３ａ 微細孔
４ シリカゾル（無機バインダー）
６ アルミニウム合金の溶湯（金属の溶湯）
６’ アルミニウム合金（金属母材）
８ 混合水溶液
９ 予備混合体
１０，５０ 金属複合材
１０ａ，５０ａ 金属複合材の内周表面（外表面）
３４ 金型
４４ａ 内側内周面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短繊維や粒子等の強化材を焼結した多孔質状プリフォームに、アルミニウム合金等の金属の溶湯を加圧含浸することにより成形される金属複合材および該金属複合材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車には、燃費や操安性等を向上させるために、軽量化、高耐久性、低熱膨張性等に優れるアルミニウム合金などの軽金属から製造された部品が増加する傾向にある。特に、エンジン部品等のように使用環境が厳しいものには、軽金属とセラミックス等の強化材とを複合化した金属複合材が適用されており、さらなる軽量化と高耐久性等とを発揮できるようにしている。
【０００３】
この金属複合材の製造方法としては、金属やセラミックの短繊維、粒子等の強化材を焼結して多孔質状プリフォームを成形し、ダイカスト成形等により、この多孔質状プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸する方法が知られている。ここで、金属溶湯は比較的大きな圧力で加圧含浸されることから、多孔質状プリフォームには該加圧力により変形したり壊れたりすることを防ぐために、セラミック短繊維やセラミック粒子等から成形されている。
【０００４】
例えば、特許文献１，２にあっては、アルミナ短繊維やホウ酸アルミニウムウィスカなどの強化材を焼結して多孔質状プリフォームを成形して、アルミニウム合金の溶湯を加圧含浸することにより成形される構成が開示されている。ホウ酸アルミニウムウィスカを強化材として用いることにより、金属複合材の強度と硬さとを向上することができ、耐久性や耐摩耗性を高め得る。
【特許文献１】特開平９−３１６５６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した金属複合材は、軽量化と優れた耐久性を発揮するものとして、エンジンを構成するシリンダやピストン等の所謂摺動部材にも適用されている。このような摺動部材は、その駆動に伴って繰り返し摺動するものであるから、優れた耐摩耗性が求められている。そのため、摺動部材を構成する金属複合材には、さらなる耐摩耗性の向上が求められている。
【０００６】
本発明は、優れた耐摩耗性を発揮し得る金属複合材、および該金属複合材の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填してなるものであることを特徴とする金属複合材である。
【０００８】
かかる構成にあっては、多孔質状プリフォームを構成する強化材として、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を用いたものであると共に、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内にまで金属を充填したものである。これにより、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力を強化することができる。また、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子にあっても、その微細孔内に金属が充填されることから、硬さと強度が向上する。
【０００９】
上述した従来の、ホウ酸アルミニウムウィスカを含有する構成にあって、該ホウ酸アルミニウムウィスカは微細孔を有していない。そのため、本発明の、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属が充填された構成は、前記従来構成に比して、ホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力が向上する。また、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子は、その微細孔内に金属が充填されているため、微細孔を有していないホウ酸アルミニウムウィスカとほぼ同等の強度と硬さを発揮できる。以上のことから、本発明の金属部材は、その強度と硬さが、従来構成に比して向上するため、上述したような摺動部材に適用した場合に、その耐久性や耐摩耗性を向上する。
【００１０】
尚、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を用いた場合にあって、その微細孔内に金属が充填されていない構成では、本発明の構成に比して、当該ホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力が低く、かつ当該ホウ酸アルミニウム粒子自体の強度や硬さも低い。そのため、本発明の構成に比して、耐久性や耐摩耗性が低くなる。
【００１１】
一方、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出していると共に、内部に、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填したホウ酸アルミニウム粒子が分散していることを特徴とする金属複合材である。
【００１２】
ここで、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出形成された外表面としては、金属複合材の全ての外表面であっても良いし、また、当該金属複合材を摺動部材として適用した場合に、その摺動面を構成する特定の外表面だけであっても良い。
【００１３】
一般的に、上述したピストンやシリンダ等の摺動部材は、所定の潤滑油脂中で摺動するものであるから、該摺動部材を構成する金属複合材として、所定の潤滑油脂中で、所望の摺動特性を維持できる優れた摺動寿命が求められる。発明者らは、優れた摺動寿命を得ることを目的として鋭意研鑽した結果、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、この微細孔内へ油脂を吸入し易く、かつ該微細孔内で油脂を保持する性質を有していることを突き止めた。本発明は、これに基づいて成し得たものである。
【００１４】
かかる本発明の構成にあっては、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に、油脂を保持することができる。この金属複合材から成るピストンやシリンダ等の摺動部材は、潤滑油脂中に配されることにより、外表面に露出したホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に該潤滑油脂が入って保持される。そして、摺動に伴って徐々に潤滑油脂が滲み出る。そのため、長期間に亘って摺動を繰り返しても、ホウ酸アルミニウム粒子内から徐々に滲み出た潤滑油脂によって、外表面の摩耗を抑制することができるから、所望の摺動特性を維持することができ、その摺動寿命が著しく延びる。また、ホウ酸アルミニウム粒子が露出した外表面に、予め所定の潤滑油脂を塗布することによっても、該潤滑油脂をホウ酸アルミニウム粒子内に保持することができる。このように潤滑油脂を外表面に塗布することによっても、上述と同様に摺動寿命を向上することができ得る。
【００１５】
さらに、かかる本発明の構成にあっては、微細孔内に金属を充填した多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、内部に分散してなるものであるから、当該ホウ酸アルミニウム粒子と金属母材との結合力を強化することができると共に、当該ホウ酸アルミニウム粒子自体の硬さと強度も向上する。そのため、上述した従来の、微細孔を有していないホウ酸アルミニウムウィスカを含有する構成に比して、本発明の金属複合材は、高い強度と硬さとを発揮することができる。
【００１６】
このようにかかる本発明の金属複合材は、外表面に形成された、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子によって、潤滑油脂を保持すると共に、内部に分散された、微細孔内に金属が充填されたホウ酸アルミニウム粒子により、強度と硬さとが向上する。したがって、優れた耐久性と耐摩耗性とを発揮する摺動部材を構成することができ得る。
【００１７】
また、上述した金属複合材にあって、多孔質状プリフォームが、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してなるものとした構成が提案される。
【００１８】
かかる構成にあっては、セラミック短繊維を用いて多孔質状プリフォームを形成することにより、当該プリフォームの強度を向上することができる。さらに、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子はセラミック短繊維の間に擬着することから、セラミック短繊維間の強度を高めることができ、多孔質状プリフォームの強度を向上することができ得る。また、ホウ酸アルミニウム粒子は、上述した従来のホウ酸アルミニウムウィスカに比して、セラミック短繊維と混合した場合に分散し易く、かつ前記のようにセラミック短繊維間に擬着し易い。したがって、多孔質状プリフォームの強度向上効果に優れ、金属の溶湯を加圧含浸するときに潰れたり壊れたりすることがない。
【００１９】
上述した金属複合材にあって、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍのものであるとした構成が提案される。
【００２０】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子は、粒径が大きくなるに従って、その微細孔も大きくなる傾向にある。そのため、微細孔は大きい方が金属を充填し易い。また、粒径は、小さい方が金属母材中の分散性が良い。以上のことから、かかる構成にあっては、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子の粒径を上記の範囲とすることにより、金属の溶湯を比較的充填し易く、かつホウ酸アルミニウム粒子を分散したものを成形し易い。
【００２１】
尚、ホウ酸アルミニウム粒子は、粒径１０μｍ〜６０μｍの範囲のものが好ましく、粒径１０μｍ〜４０μｍのものがさらに好ましい。このように粒径を限定することにより、上記した作用効果に一層優れたものとなる。
【００２２】
上述した金属複合材を製造する方法として、本発明は、セラミック短繊維と、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、無機バインダーとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、該予備混合体を所定温度で焼結して、多孔質状プリフォームを成形する焼結工程と、該多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を所定圧力により加圧含浸する溶湯含浸工程とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
かかる方法にあって、混合工程で、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを混合することにより、これら両者をほぼ均一に分散することができる。そのため、脱水工程から焼結工程を経て成形される多孔質状プリフォームは、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とがほぼ均一に分散し、かつ該ホウ酸アルミニウム粒子がセラミック短繊維間に擬着されたものとなるから、溶湯含浸工程で金属の溶湯を加圧含浸に充分に耐え得る高い強度を発揮できる。
【００２４】
そして、溶湯含浸工程により多孔質状プリフォームに加圧含浸した金属の溶湯が、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内にまで入り込んで充填される。これにより、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子の、その微細孔内に金属を充填してなる、上述した本発明の金属複合材を製造することができる。
【００２５】
上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で添加する無機バインダーが、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの固形粒子を有するコロイド状水溶液であるとした方法が提案される。
【００２６】
ここで、無機バインダーは、セラミック短繊維とホウ酸アルミニウム粒子とを擬結する作用を有するものである。そして、この固形粒子の粒径が大きくなるに従って、セラミック短繊維やホウ酸アルミニウム粒子に凝集し易くなる。ホウ酸アルミニウム粒子の表面に、無機バインダーの固形粒子が多量に凝集すると、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔を外部から遮るため、該微細孔内へ金属の溶湯が侵入することを妨げることともなり得る。一方、固形粒子の粒径が小さくなるに従って、該固形粒子がホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に侵入し易くなるため、該微細孔内へ金属の溶湯が侵入することを妨げることとなってしまう。以上のことから、無機バインダーの固形粒子の粒径を上記の範囲とすることにより、セラミック短繊維とホウ酸アルミニウム粒子とを充分に擬結することができると共に、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内へ金属の溶湯が充分に侵入することができる。
【００２７】
尚、固形粒子の粒径２０ｎｍ〜５０ｎｍのものが、上記した作用効果を一層適正に発揮することができるため、好適に用い得る。
【００２８】
また、上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で添加する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、多孔質状プリフォームの体積に対して０．０３〜０．３０の体積比となるように調合した方法が提案される。
【００２９】
かかる方法にあっては、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量を、多孔質状プリフォームに対する体積比によって示した上記範囲とする方法である。ここで、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量が少ないと、金属複合材の強度向上効果を充分に発揮できない。また、含有量が多くなりすぎても、金属複合材の脆性が高くなってしまう。一方、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量が増えると、金属の溶湯を含浸したときに、該溶湯の熱をホウ酸アルミニウムが奪ってしまうため、微細孔内へ侵入し難くなる。さらに、ホウ酸アルミニウム粒子の含有量が増えると、多孔質状プリフォームの空隙が減少するため、金属の溶湯が含浸し難くなる。以上のように、本方法によれば、強度向上効果と成形性との両者を適度に満足する金属複合材を得ることができる。
【００３０】
また、上述した金属複合材の製造方法にあって、混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍであるとした方法が提案される。
【００３１】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子は、粒径が大きくなるに従って、その微細孔も大きくなる傾向にある。微細孔は、大きい方が金属を充填し易い。また、粒径は、小さい方が金属母材中の分散性が良い。以上のことから、かかる構成にあっては、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子の粒径を上記の範囲とすることにより、金属が比較的充填され易くなる。尚、ホウ酸アルミニウム粒子は、粒径１０μｍ〜６０μｍの範囲のものが好ましく、粒径１０μｍ〜４０μｍのものがさらに好ましい。このように粒径を限定することにより、上記した作用効果に一層優れたものとなる。
【００３２】
また、上述した金属複合材の製造方法にあって、溶湯含浸工程が、金型内に、該金型の内面に多孔質状プリフォームの外表面が接触するように、該多孔質状プリフォームを装着して、多孔質状プリフォーム内に金属溶湯を加圧含浸するようにした方法が提案される。
【００３３】
通常、金属の溶湯をプリフォームに加圧含浸するときには、多孔質状プリフォームを金型内に装着し、金属の溶湯を加圧含浸させる方法が用いられている。この場合には、金属溶湯の多孔質状プリフォームへの含浸性を高めるために、該多孔質状プリフォームを予熱すると共に、該プリフォームを装着する金型を所定温度に加熱保持するようにしている。ここで、プリフォームの予熱温度は、金型の保持温度に比して高く設定されている。
【００３４】
かかる方法にあっては、このようにプリフォームを予熱し、かつ金型を所定温度に加熱保持して、溶湯含浸工程を行う場合に、多孔質状プリフォームの外表面を金型内面に接触して装着するようにした。これにより、当該プリフォームの外表面では、その熱量が金型に奪われてしまう。そのため、多孔質状プリフォームの外表面では、金属の溶湯の含浸性は維持できるものの、当該外表面に存在するホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属の溶湯が侵入し難くなる。したがって、このように製造された金属複合材は、その外表面に、多孔質状が維持さえれたホウ酸アルミニウム粒子が存在すると共に、内部のホウ酸アルミニウム粒子はその微細孔内に金属が充填されたものとなる。
【００３５】
この溶湯含浸工程の後に、該溶湯含浸工程で金型の内面に接触して形成した外表面を研磨する研磨工程を行うようにした方法が提案される。
【００３６】
かかる方法にあっては、溶湯含浸工程で金型の内面に接触した多孔質状プリフォームの外表面により形成される金属複合材の外表面を研磨して、該外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を露出形成することができる。そして、この研磨工程により、当該ホウ酸アルミニウム粒子を外表面に安定して露出することができ得る。ここで、研磨としては、切削刃や砥石等による機械研磨、薬品等による化学研磨、該機械研磨と化学研磨とを組み合わせる等、様々な研磨方法を用い得る。また、本構成の研磨工程には、前記した機械研磨や化学研磨のように、研磨する工程を単独で行う場合だけでなく、外表面を所定の寸法形状に加工して整える機械加工を含むものとしても良い。尚、この機械加工では、外表面の寸法形状を比較的高い精度で整えることができるように、例えば、ダイヤモンドチップなどの切削刃を用いることが好適である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填してなるものであるから、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と金属母材とが強固に結合すると共に、該ホウ酸アルミニウム粒子自体の強度と硬さが向上する。したがって、本発明の金属部材は、その強度と硬さとに優れ、高い耐久性や耐摩耗性を発揮することができるため、上述した摺動部材に適用して所望の性能を充分に発揮することができ得る。
【００３８】
一方、本発明は、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出していると共に、内部に、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填したホウ酸アルミニウム粒子が分散しているものである。この構成により、内部では、金属母材とホウ酸アルミニウム粒子とが強固に結合され、かつ該ホウ酸アルミニウム粒子自体の強度と硬さとが向上する。そして、外表面では、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に潤滑油脂を保持することができ得る。したがって、潤滑油脂中で摺動する摺動部材を構成した場合に、外表面の摩耗を抑制でき、所望の摺動特性を維持できる潤滑寿命が著しく延びると共に、高い耐久性や耐摩耗性を発揮することができ得る。
【００３９】
多孔質状プリフォームが、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してなるものとした構成にあっては、該ホウ酸アルミニウム粒子がセラミック短繊維間に擬着するため、多孔質状プリフォームは高い強度を発揮し得る。したがって、金属の溶湯を比較的高い圧力により加圧含浸しても、当該多孔質状プリフォームが潰れたり壊れたりすることを防ぎ得る。
【００４０】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍのものであるとした構成にあっては、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充分に充填することができ、上述した本発明の作用効果を一層適正に発揮することができる。
【００４１】
一方、上述した金属複合材を製造するため製造方法として、本発明は、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と無機バインダーとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程を行った後に、脱水工程および焼結工程により多孔質状プリフォームを形成し、該プリフォームに金属の溶湯を加圧含浸する溶湯含浸工程を行うようにした方法である。かかる方法によれば、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が分散した多孔質状プリフォームを成形でき、さらに、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属の溶湯を含浸することができる。したがって、上述した、微細孔内に金属が充填されたホウ酸アルミニウム粒子が分散された金属複合材を成形することができ得る。
【００４２】
混合工程で添加する無機バインダーが、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの固形粒子を有するコロイド状水溶液であるとした製造方法にあっては、当該無機バインダーの固形粒子によってホウ酸アルミニウム粒子の微細孔が遮られることがなく、該微細孔内に金属溶湯が容易かつ安定的に侵入することができ得る。
【００４３】
混合工程で添加する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、多孔質状プリフォームの体積に対して０．０３〜０．３０の体積比となるように調合した製造方法にあっては、溶湯含浸工程で、金属の溶湯が含浸していく過程で失う熱量を抑制することができるため、該金属の溶湯をホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に安定して含浸でき得る。
【００４４】
混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍであるとした製造方法にあっては、その微細孔が適当な大きさのものとなるから、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属の溶湯を安定的かつ容易に含浸することができる。
【００４５】
溶湯含浸工程が、金型内に、該金型の内面に多孔質状プリフォームの外表面が接触するように、該多孔質状プリフォームを装着して、多孔質状プリフォーム内に金属溶湯を加圧含浸するようにした製造方法にあっては、多孔質状のプリフォームの、金型に接触した外表面が、該金型により熱を奪われることから、該外表面に、多孔質性を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出し、かつ、内部に、微細孔内に金属が充填したホウ酸アルミニウム粒子を分散した金属複合材を製造することができ得る。
【００４６】
溶湯含浸工程の後に、該溶湯含浸工程で金型の内面に接触して形成した外表面を研磨する研磨工程を行うようにした製造方法にあっては、当該研磨工程により、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子を外表面に容易かつ安定的に露出形成することができ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の実施例を添付図面を用いて詳述する。
図１は、プリフォーム１を成形する工程を表した図であり、このプリフォーム成形工程は、混合工程、脱水工程、乾燥工程、焼結工程から構成されている。図１（Ａ）は混合工程であって、所定の容器２１内で、各材料を水中で攪拌棒３１により攪拌してほぼ均質に混合させて混合水溶液８をつくる。そして、この混合水溶液８を、容器２１から吸引成形器２２に移す。図１（Ｂ）は脱水工程であって、混合水溶液８から、フィルター２４を介して真空ポンプ２３によって水分を吸引し、予備混合体９を得る。そして、この予備混合体９を、吸引成形器２２から取り出して充分に乾燥させる乾燥工程を行う（図示省略）。図１（Ｃ）は焼結工程であって、この予備混合体９を加熱炉２５内のテーブル３２に設置し、所定温度で加熱することにより焼結して、所望の多孔質状プリフォーム１を得る。
【００４８】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなダイカスト成形工程によって、上記した多孔質状プリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸して金属複合材１０を成形する。このダイカスト成形工程を行うダイカスト成形装置３３にあっては、図２（Ａ）のように、所定形状のキャビティ３５を形成する金型３４と、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を一旦滞留させ、進退駆動制御されたプランジャーチップ３８によって該溶湯６を射出するスリーブ３７とを備えている。この成形工程は、金型３４のキャビティ３５内に多孔質状プリフォーム１を装着し、また、該キャビティ３５内に射出する溶湯６を、プランジャーチップ３８を退出位置としたスリーブ３７に注入する。そして、図２（Ｂ），（Ｃ）のように、金型３４の湯口３６にスリーブ３７を接続し、プランジャーチップ３８を進出駆動することにより、該スリーブ３７内の溶湯６をキャビティ３５内に射出して、溶湯６を多孔質状プリフォーム１に加圧含浸する。
【００４９】
尚、このようなダイカスト成形工程により、本発明にかかる溶湯含浸工程を構成している。
【００５０】
次に、上記したダイカスト成形工程後に、旋盤により所望の寸法形状に整える切削加工工程を行い、さらに、フライス盤により摺動面とする特定の外表面（後述する内周表面）を機械研磨する研磨工程を行う。これにより、所望の形状寸法の金属複合材１０を得る。
【００５１】
上述したプリフォーム１の成形工程、該プリフォーム１にアルミニウム合金の溶湯６を含浸させるダイカスト成形工程、切削加工工程、外表面を機械研磨する研磨工程により製造する金属複合材１０，５０を、以下の具体例に従って説明する。
【実施例１】
【００５２】
プリフォーム１の成形工程では、その混合工程（図１（Ａ））で、容器２１内の水中に下記（ｉ）〜（ｖ）の各材料を入れて混合する。
（ｉ）アルミナ短繊維２（平均繊維径３μｍ、平均繊維長４００μｍ）
（ii）ホウ酸アルミニウム粒子３（９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３、平均粒径４０μｍ）
（iii）シリカゾル４（水素イオン濃度ｐＨ１０、濃度約３０％のコロイド状水溶液）
（iv）ポリアクリルアミド７（濃度約１０％の水溶液）
ここで、ホウ酸アルミニウム粒子３は、図３のように、微細孔３ａを多数有する多孔質状の形態のものを使用している。また、シリカゾル４は、所謂無機バインダーであって、そのシリカ粒子の平均粒径が２０ｎｍものを用いている。
【００５３】
尚、上記した平均繊維径、平均繊維長、平均粒径は、それぞれ繊維径、繊維長、粒径の平均値であり、バラツキを有している。また、アルミナ短繊維２およびホウ酸アルミニウム粒子３が、いわゆる強化材である。
【００５４】
上記した各材料の混入する量として、アルミナ短繊維２は、その後の脱水工程および乾燥工程により成形した予備混合体９の体積率で約５％となるように調整している。また、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３は、同じく予備混合体９の体積率で約１０％となるように調整している。
【００５５】
また、シリカゾル４の添加量は、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３との総重量に対して約０．０５の重量比となるように調整している。ここで、シリカゾル４内に含まれているシリカ粒子の重量が、ホウ酸アルミニウム粒子３に対して約０．０１５の重量比となる。
【００５６】
そして、上記（ｉ）〜（iv）の各材料を入れた水溶液を攪拌棒３１で攪拌することにより、各材料がほぼ均一に混在した混合水溶液８を得る。
【００５７】
次に、この混合水溶液８を吸引成形器２２に移し、上述の脱水工程（図１（Ｂ））に移行する。この吸引成形器２２には、内部をフィルター２４により上下に区画され、その上部領域２６ａに混合水溶液８が流入される円筒形状の水溶液滞留部２６と、この水溶液滞留部２６の下方に設けられ、該水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂと連通する水滞留部２７と、この水滞留部２７に接続され、該水滞留部２７を経て、水溶液滞留部２６から水分を吸引する真空ポンプ２３とを備えている。
【００５８】
脱水工程にあっては、吸引成形器２２の水溶液滞留部２６の上部領域２６ａに、上述の混合水溶液８を流入した後、真空ポンプ２３を作動させることにより、該混合水溶液８の水分を、水滞留部２７から水溶液滞留部２６の下部領域２６ｂを経て吸引する。これにより、混合水溶液８の水分がフィルター２４を通過して流下し、上記した各材料が混合してなる円筒形状の予備混合体９を得る。さらに、この予備混合体９を吸引成形器２２から取り出し、約１２０℃の乾燥炉等に入れ、充分に水分を除去する乾燥工程を行う（図示省略）。
【００５９】
この脱水工程では、混合水溶液８内の各材料も吸引されるため、この吸引に伴って、混合水溶液８に添加したポリアクリルアミド７により、アルミナ短繊維２と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３とが適度に凝集される。そして、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の互いに隣接するもの同士が、シリカゾル４により擬結される。このように形成された予備混合体９では、アルミナ短繊維２が互いに隣接するもの同士擬着しており、それらアルミナ短繊維２間に多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３が擬着している。この予備混合体９は、次の焼結工程までの搬送時に、その円筒形状が変形したり壊れたりすることなく維持され得る。
【００６０】
尚、本実施例では、シリカゾル４を、粒径２０ｎｍのシリカ粒子を有するものを用いている。このようにシリカ粒子が比較的小さいものであることから、該シリカ粒子が多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３に凝集し難く、かつホウ酸アルミニウム粒子３に付着したシリカ粒子によってその微細孔３ａが遮られない。すなわち、ホウ酸アルミニウム粒子３は、その多孔質状が維持されたまま存在している。
【００６１】
次に、上述した焼結工程（図１（Ｃ））に移行する。上記の予備混合体９を、加熱炉２５内に設置されたテーブル３２上に置く。そして、約１１５０℃まで加熱して、約１時間保持する。これにより、アルミナ短繊維２や多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３を焼結し、円筒形状の多孔質状プリフォーム１を得る。この多孔質状プリフォーム１は、図４のように、ホウ酸アルミニウム粒子３の多孔質状が維持されている。尚、この図４では、微細孔３ａの図示を省略している。
【００６２】
この多孔質状プリフォーム１では、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３の表面に付着したシリカ粒子が結晶化することによって、それぞれ隣り合うもの同士が比較的強く結合している。そして、比較的広い空隙が生じており、多孔質状となっていることから、通気性に優れたものである。また、この多孔質状プリフォーム１は、アルミナ短繊維２やホウ酸アルミニウム粒子３が、全体に亘ってほぼ均一に分散して存在するものとなっている。
【００６３】
次に、上述したダイカスト成形工程（図２参照）に移行する。ダイカスト成形装置３３は、凸形状の上型３４ａと凹形状の下型３４ｂとからなる金型３４を備えており、該金型３４が円筒形状のキャビティ３５を形成するものとなっている。また、この金型３４の下型３４ｂには、スリープ３７が接続される接続部（図示省略）と、該スリープ３７が接続された場合に、スリープ３７内の溶湯６がキャビティ３５内に流入する湯口３６とが設けられている。尚、上型３４ａと下型３４ｂとが嵌め合わされた場合には、キャビティ３５と湯口３６とを連通する湯路３９も形成されるようになっており、湯口３６から流入した溶湯６は湯路３９を通じてキャビティ３５内へ流入する。
【００６４】
尚、円筒形状の多孔質状プリフォーム１は、その寸法形状を、ダイカスト成形装置３３のキャビティ３５の寸法に比して僅かに小さくなるように設定している。すなわち、この多孔質プリフォーム１をキャビティ３５内に装着した場合に、当該プリフォーム１は、その下面１ｂがキャビティ３５の底を構成する金型３４の床面４４ｂと接触するのみで、その他の内周表面１ａと外周表面（図示省略）と上面（図示省略）とが金型３４の内面に接触しない。
【００６５】
ダイカスト成形工程では、先ず、多孔質状プリフォーム１を約６００℃で予熱すると共に、金型３４を約２００℃に保持しておく。そして、図２（Ａ）のように、下型３４ｂに予熱した多孔質状プリフォーム１を配置して、上型３４ａを嵌め合わせる。これにより、金型３４の円筒形状のキャビティ３５内に、多孔質状プリフォーム１が装着される。この状態で、多孔質状プリフォーム１は、その下面１ｂがキャビティ３５の底を構成する金型３４の床面４４ｂと接触して支持されている。
【００６６】
一方、金型３４の下方位置に在って、プランジャーチップ３８を退出位置（図示省略）としたスリーブ３７に、約８００℃に保持したアルミニウム合金の溶湯６を注入する。ここで、本実施例にあっては、アルミニウム合金に「ＪＩＳ ＡＤＣ１２」を用いている。
【００６７】
その後、図２（Ｂ）のように、スリープ３７を昇動して、金型３４の湯口３６に該スリーブ３７の上端部を接続する。そして、プランジャーチップ３８を退避位置から所定駆動速度で進出駆動して、スリープ３７内の溶湯６をキャビティ３５内へ射出する。ここで、湯口３６から流入する溶湯６を、約５００ａｔｍの加圧力で射出するように、プランジャーチップ３８の駆動速度を調整している。このようにして、アルミニウム合金の溶湯６を、キャビティ３５内に装着した多孔質状プリフォーム１に加圧含浸する。
【００６８】
図２（Ｃ）のように、キャビティ３５内に溶湯６が充填されると、プランジャーチップ３８が停止して該溶湯６の注入が止まり、冷却後にスリーブ３７を降動して金型３４から取り外す。そして、金型３４の上型３４ａと下型３４ｂとを分離して、図２（Ｄ）のように、該金型３４から金属複合材１０を取り出す。この金属複合材１０は、アルミニウム合金６’を母材として、アルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３とが複合化されたものである。
【００６９】
次に、上述したようにダイカスト成形工程で成形した金属複合材１０を、旋盤により切削加工することにより、図２（Ｄ）のように、金型３４から取り出した状態で湯口３６及び湯路３９により形成された部位やバリ等を除去すると共に、所望寸法の円筒形状に整える切削加工工程を行う。さらに、この切削加工工程の後、その内周表面１０ａをフライス盤により機械研磨する研磨工程を行う。尚、本実施例にあって、研磨工程では、ダイヤモンドチップにより切削加工する機械研磨を行っている。
【００７０】
ここで、本実施例１にあっては、金属複合材１０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面１０ａを摺動面とするように設定している。すなわち、内周表面１０ａが、本発明にかかる外表面である。
【００７１】
このように製造された金属複合材１０を観ると、図５のように、ホウ酸アルミニウム粒子３が分散しており、かつ、該ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ（図３参照）が埋まっていることが確認できる。これは、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充填されていることを示している。
【００７２】
すなわち、上述したダイカスト成形工程では、予熱された多孔質状プリフォーム１に、アルミニウム合金の溶湯６を加圧含浸することにより、該溶湯６が多孔質状プリフォーム１の隅々にまで侵入する。さらに、多孔質状プリフォーム１を構成するホウ酸アルミニウム粒子３は、上述したように多数の微細孔３ａを有していることから、該微細孔３ａ内にも溶湯６が侵入する。これにより、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充填されてなる金属複合材１０が成形される。
【００７３】
尚ここで、多孔質状プリフォーム１は、その下面１ｂが金型３４の床面４４ｂに支持されてキャビティ３５内に装着されていることから、当該下面１ｂの熱が、該プリフォーム１よりも低温の金型３４に奪われてしまう。そのため、この下面１ｂの表層領域では、溶湯６の含浸性が低下する傾向となる。しかし、当該下面１ｂの表層領域は、湯路３９に隣接する部位であることから、含浸性はほとんど低下せず、溶湯６は充分に含浸できる。また、この下面１ｂの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３は、その熱量が低下するために、その微細孔３ａ内への溶湯６の含浸性が低下する傾向にある。しかし、例え、この下面１ｂの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充分に充填されなかったとしても、当該表層領域をダイカスト成形工程後の切削加工工程や研磨工程により削除すれば、微細孔３ａ内にアルミニウム合金が充填されたホウ酸アルミニウム粒子３が分散した金属複合材１０を得ることができる。
【００７４】
また、本実施例１の金属複合材１０は、図５のように、アルミニウム合金６’が充分に含浸されており、巣（未含浸部位）を生じていない。さらに、金属複合材１０には、亀裂や割れ等も生じていない。これにより、アルミナ短繊維２と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３とを焼結して成形した多孔質状プリフォーム１は、溶湯６を加圧含浸する際の比較的高い圧力に充分に耐え得る強度と優れた通気性とを有している。
【実施例２】
【００７５】
実施例２は、上述した実施例１と同様のプリフォーム成形工程（図１参照）により、所望の多孔質状プリフォーム５１を成形する。ここで、実施例２の多孔質状プリフォーム５１は、その内周表面５１ａが、ダイカスト成形工程で使用する金型３４のキャビティ３５に装着した場合に、該金型３４の内側内周面４４ａと全体的に接触するように、当該プリフォーム５１の外径寸法を定めたものである（図２参照）。
【００７６】
尚、混合工程では、実施例１と同じ材料をそれぞれ同量だけ混入することにより、実施例１と同じ混合水溶液８をつくる。そして、脱水工程、乾燥工程、焼結工程を、実施例１と同じ条件で実行する。
【００７７】
本実施例２の多孔質状プリフォーム５１は、上述した実施例１の多孔質状プリフォーム１と比して、外形寸法を僅かに大きくした以外は同じ構成のものである。すなわち、この多孔質状プリフォーム５１にあっても、アルミナ短繊維２と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３とが全体的にほぼ均一に分散し、それぞれ隣り合うもの同士が強固に結合されていると共に、比較的広い空隙を有し、通気性に優れたものとなっている。そして、ホウ酸アルミニウム粒子３は、その多孔質状が維持された状態で存在している。
【００７８】
このように成形した円筒形状の多孔質状プリフォーム５１を、上述した実施例１と同様に、ダイカスト成形工程によって、アルミニウム合金の溶湯６を含浸して（図２参照）、金属複合材５０を成形する。ここで、本実施例２にあっては、多孔質状プリフォーム５１を金型３４のキャビティ３５内に装着した場合に、該多孔質状プリフォーム５１の内周表面５１ａが、キャビティ３５の外周を構成する金型３４の内側内周面４４ａと全体的に接触した状態となる。また、多孔質状プリフォーム５１の下面５１ｂは、上述した実施例１と同様に、キャビティ３５の底を構成する金型３４の床面４４ｂと接触して、該キャビティ３５内に支持されている。
【００７９】
尚、多孔質状プリフォーム５１の予熱、金型３４の加熱保持、溶湯６の温度は、いずれも上述した実施例１と同様としている。
【００８０】
このダイカスト成形工程後には、上述した実施例１と同様に、旋盤により不要な部分を削除すると共に所望の寸法形状に整える切削加工工程を行い、さらにフライス盤により内周表面５０ａを研磨する研磨工程を行っている。ここで、内周表面５０ａの切削量および研磨量は、その表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３が露出する程度の、極僅かな量としている。また、下面５０ｂの切削量は、上述した実施例１と同様に、その表層領域を削除する量としている。このように成形した金属複合材５０は、上述した実施例１とほぼ同寸法形状である。尚、このフライス盤による機械研磨により、本発明にかかる研磨工程が構成されている。
【００８１】
ここで、本実施例２にあっても、上述した実施例１と同様に、金属複合材５０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面５０ａを摺動面として設定している。すなわち、内周表面５０ａが、本発明にかかる外表面である。
【００８２】
本実施例２の金属複合材５０は、上述した実施例１と同様に、アルミニウム合金６’とアルミナ短繊維２とホウ酸アルミニウム粒子３とが複合化されたものである。この金属複合材５０の内部を観察すると、上述した実施例１と同様に、ホウ酸アルミニウム粒子３は、その微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されている（図５参照）。そして、このようなホウ酸アルミニウム粒子３が分散して存在している。これは、上述した実施例１と同様に、ダイカスト成形工程により、アルミニウム合金の溶湯６が、ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内にまで侵入したためである。尚、金属複合材５０は、その上面（図示省略）、下面５０ｂ、外周表面（図示省略）の各表層領域でも、同様に、微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填したホウ酸アルミニウム粒子３が分散して存在している。
【００８３】
金属複合材５０の内周表面５０ａを観察すると、図６のように、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出している。これは、ダイカスト成形工程にあって、多孔質状プリフォーム５１の内周表面５１ａが、金型３４の内側内周面４４ａと接触していたために、該プリフォーム５１の内周表面５１ａの熱が金型３４に奪われ、アルミニウム合金の溶湯６が該内周表面５１ａの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内に充填されなかったためである。そして、ダイカスト成形工程後に、研磨工程を行うことにより、その内周表面５０ａに、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成された金属複合材５０を得る。
【００８４】
尚、多孔質状プリフォーム５１の内周表面５１ａの熱が金型３４に奪われたとしても、この内周表面５１ａの表層領域に存在するホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａには、該微細孔３ａの開口部分であればアルミニウム合金の溶湯６が侵入することも可能である。このように微細孔３ａの開口部分がアルミニウム合金６’で塞がれたとしても、研磨工程で金属複合材５０の内周表面５０ａを切削加工することにより、当該内周表面５０ａに存在するホウ酸アルミニウム粒子３の表面をも切削することから、該ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａの開口部分を塞いでいるアルミニウム合金６’を削除することができる。したがって、金属複合材５０の内周表面５０ａには、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されることとなる。
【００８５】
上述したように、本実施例２の金属複合材５０は、その内周表面５０ａに、多孔質状が維持されたホウ酸アルミニウム粒子３が露出すると共に、内部に、微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されたホウ酸アルミニウム粒子３が分散したものである。尚、上述したように、本実施例２の金属複合材５０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面５０ａが摺動面となるようにしている。
【００８６】
本実施例２は、多孔質状プリフォーム５１の外径寸法を大きくし、ダイカスト成形工程で、多孔質状プリフォーム５１を、その内周表面５１ａが金型３４の内側内周面４４ａと接触するように、キャビティ３５内に装着した以外は、上述した実施例１と同じ方法で成形している。そのため、実施例１と同じ成形工程や同じ構成には、同じ符号を記し、その説明を省略している。
【００８７】
次に、上述した実施例１，２の金属複合材１０，５０について、その強度と硬さとを確認する。ここで、強度は、引張試験により測定し、硬さは、ビッカース硬さ試験により測定している。また、比較対照として、金属複合材１０，５０の母材と同じアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＤＣ１２）について同じ試験により、その強度と硬さとを測定している。
【００８８】
引張試験は、ＪＩＳ Ｚ２２０１に従って行った。試験片は、平行部外径を約５ｍｍφの円柱状とした。そして、標点間距離を約２５ｍｍとして引張試験を行っている。この引張試験から引張強度と０．２％耐力とを測定した。ここで、引張強度は、いわゆる公称応力とし、試験片が破断する最大荷重により求めた。この引張試験に供する試験片は、上述した実施例１，２の金属複合材１０，５０から作成している。尚、実施例２の金属複合材５０から作成した試験片は、該金属複合材５０の内周表面５０ａを含まないように作成している。また、アルミニウム合金についても同じ形状の試験片を作成している。
【００８９】
ビッカース硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に従って行った。試験では、所定の四角錐の圧子を、実施例１，２の金属複合材１０，５０の各内周表面１０ａ，５０ａに、９８Ｎの荷重で押し付けてその硬さを測定している。ここで、金属複合材１０，５０は、摺動部材に適用した場合に、その内周表面１０ａ，５０ａを摺動面とするように設定していることから、該内周表面１０ａ，５０ａにおける硬さを測定している。また、アルミニウム合金についても同様に硬さを測定した。
【００９０】
上記した引張試験、ビッカース硬さ試験の結果、実施例１の金属複合材１０は、引張強度が３４０ＭＰａ、０．２％耐力が２２０ＭＰａ、ビッカース硬さが１３０Ｈｖであった。
【００９１】
実施例２の金属複合材５０は、引張強度が３２０ＭＰａ、０．２％耐力が２００ＭＰａ、ビッカース硬さが１１０Ｈｖであった。
【００９２】
アルミニウム合金は、引張強度が３１０ＭＰａ、０．２％耐力が１８０ＭＰａ、ビッカース硬さが１００Ｈｖであった。
【００９３】
この結果から、本実施例１，２の金属複合材１０，５０は、アルミニウム合金に比して、強度と硬さとが著しく向上していることが確認できた。これは、金属複合材１０，５０が、微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されたホウ酸アルミニウム粒子３を分散してなるものであるから、アルミニウム合金６’の母材と該ホウ酸アルミニウム粒子３とが強固に結合されており、高い強度と硬さとを発現できるのである。このように高い強度と硬さとを有することから、金属複合材１０，５０を摺動部材として適用した場合に、優れた耐久性と耐摩耗性とを発揮でき得る。
【００９４】
ここで、ビッカース硬さは、実施例１の金属複合材１０が、実施例２の金属複合材５０に比して高くなった。これは、硬さ試験をした内周表面１０ａ，５０ａで、実施例１では、ホウ酸アルミニウム粒子３はその微細孔３ａ内にまでアルミニウム合金６’が充填されていることに対して、実施例２では、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出形成されているためである。
【００９５】
すなわち、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３は、その微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されることにより、その硬さが向上する。具体的には、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３の硬さを測定すると、ビッカース硬さ相当で２００〜３００Ｈｖ程度であり、これに対して、微細孔３ａ内にアルミニウム合金を充填したホウ酸アルミニウム粒子３では、４００〜６００Ｈｖとなる。このように実施例１では、内周表面１０ａに存在するホウ酸アルミニウム粒子３の硬さが、実施例２に比して高くなり、総じてビッカース硬さが一層高く発揮されているのである。
【００９６】
尚、上記した引張試験では、実施例２から採取した試験片が、金属複合材５０の内周表面５０ａを含まないようにしたものであるから、実施例１と同じ強度を発揮している。
【００９７】
また、本実施例１，２の金属複合材１０，５０については、各内周表面１０ａ，５０ａを３０ｍｍ×４０ｍｍの長方形とする矩形片を切り出し、油脂の保持性を調べた。油脂の保持性を測定する試験としては、実施例１，２の各試験片の各内周表面１０ａ，５０ａに、自動車用のエンジンオイル（潤滑性油脂）を塗布し、塗布前後の重量増加を測定した。尚ここで、油脂の保持性は、金属複合材１０，５０の内周表面１０ａ，５０ａについて測定している。これは、本実施例にあっては、この金属複合材１０，５０により摺動部材を構成した場合に、その内周表面１０ａ，５０ａを摺動面とするように設定しているからである。
【００９８】
この油脂保持性の試験結果は、実施例１の試験片が約０．２ｍｇの重量増加であり、また、実施例２の試験片が約５．２ｍｇの重量増加であった。これにより、実施例２の試験片は、実施例１の試験片に比して、油脂の保持性が高いことが確認できた。これは、実施例２の金属複合材５０の内周表面５０ａには、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出しており、エンジンオイルが、該ホウ酸アルミニウム粒子３の微細孔３ａ内に侵入して保持されるためである。一方、実施例１の金属複合材１０の内周表面１０ａに存在するホウ酸アルミニウム粒子３は、その微細孔３ａ内にアルミニウム合金６’が充填されているために、エンジンオイルが侵入できず、油脂を保持することができない。
【００９９】
実施例２の金属複合材５０は、摺動面として設定した内周表面５０ａに露出するホウ酸アルミニウム粒子３内に油脂を保持できるものであるから、摺動部材として構成することにより、摺動時に、ホウ酸アルミニウム粒子３内に保持した油脂が滲み出て、高い摺動特性を発揮することができる。これにより、金属複合材５０から構成した摺動部材は、総じて耐摩耗性が向上し、所望の摺動特性を維持できる摺動寿命も延びるために耐久性が向上する。したがって、実施例２の金属複合材５０は、実施例１に比して、その内周表面５０ａの硬さが低いものの、優れた油脂保持性を有していることから、充分な耐摩耗性を発揮することができ得る。
【０１００】
尚、上述した実施例２にあっては、金属複合材５０の内周表面５０ａにのみ、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３を露出するようにした構成であるが、その他の構成として、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３を、金属複合材の全ての外表面に露出した構成や、内周表面と外周表面とに露出した構成とすることもできる。この構成は、金属複合材を摺動部材とした場合に、少なくともその摺動面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子３が露出するようにしたものであればよく、これにより本発明の作用効果を充分に発揮できるのである。
【０１０１】
本発明にあっては、上述した実施例に限定されるものではなく、その他の構成についても、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。例えば、強化材として、アルミナ短繊維の他に、セラミック短繊維やセラミック粒子など他の短繊維、ウィスカ、粒子を添加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施例１の多孔質状プリフォーム１を成形するプリフォーム成形工程を表す説明図である。
【図２】同上のプリフォーム成形工程で成形した多孔質状プリフォーム１から、ダイカスト成形工程および切削加工工程により金属複合材１０を成形する工程を表す説明図である。
【図３】多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子３の、（Ａ）拡大写真と、（Ｂ）その表面をさらに拡大した拡大写真である。
【図４】実施例１の多孔質状プリフォーム１を構成しているホウ酸アルミニウム粒子３の拡大写真である。
【図５】同上の多孔質状プリフォーム１から成形した金属複合材１０の拡大写真である。
【図６】実施例２の金属複合材１０の内側内周面４４ａの拡大写真である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，５１ 多孔質状プリフォーム
１ａ，５１ａ，多孔質状プリフォームの内周表面（外表面）
２ アルミナ短繊維（セラミック繊維）
３ ホウ酸アルミニウム粒子
３ａ 微細孔
４ シリカゾル（無機バインダー）
６ アルミニウム合金の溶湯（金属の溶湯）
６’ アルミニウム合金（金属母材）
８ 混合水溶液
９ 予備混合体
１０，５０ 金属複合材
１０ａ，５０ａ 金属複合材の内周表面（外表面）
３４ 金型
４４ａ 内側内周面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填してなるものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出していると共に、内部に、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填したホウ酸アルミニウム粒子が分散しているものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項３】
多孔質状プリフォームが、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してなるものである請求項１又は請求項２に記載の金属複合材。
【請求項４】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍのものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属複合材。
【請求項５】
セラミック短繊維と、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、無機バインダーとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、
該予備混合体を所定温度で焼結して、多孔質状プリフォームを成形する焼結工程と、
該多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を所定圧力により加圧含浸する溶湯含浸工程と
を備えたことを特徴とする金属複合材の製造方法。
【請求項６】
混合工程で添加する無機バインダーが、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの固形粒子を有するコロイド状水溶液であることを特徴とする請求項５に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項７】
混合工程で添加する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、多孔質状プリフォームの体積に対して０．０３〜０．３０の体積比となるように調合したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項８】
混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍである請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の金属複合材の製造方法。
【請求項９】
溶湯含浸工程が、金型内に、該金型の内面に多孔質状プリフォームの外表面が接触するように、該多孔質状プリフォームを装着して、多孔質状プリフォーム内に金属溶湯を加圧含浸するようにしたことを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１０】
溶湯含浸工程の後に、該溶湯含浸工程で金型の内面に接触して形成した外表面を研磨する研磨工程を行うようにしたことを特徴とする請求項９に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、該ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填してなるものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を含有する多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を加圧含浸することにより、外表面に、多孔質状を維持したホウ酸アルミニウム粒子が露出していると共に、内部に、ホウ酸アルミニウム粒子の微細孔内に金属を充填したホウ酸アルミニウム粒子が分散しているものであることを特徴とする金属複合材。
【請求項３】
多孔質状プリフォームが、セラミック短繊維と多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子とを焼結してなるものである請求項１又は請求項２に記載の金属複合材。
【請求項４】
多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍのものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属複合材。
【請求項５】
セラミック短繊維と、多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子と、無機バインダーとを水中で混ぜて混合水溶液を調合する混合工程と、
該混合水溶液から水分を除去して、予備混合体を形成する脱水工程と、
該予備混合体を所定温度で焼結して、多孔質状プリフォームを成形する焼結工程と、
該多孔質状プリフォームに、金属の溶湯を所定圧力により加圧含浸する溶湯含浸工程と
を備えたことを特徴とする金属複合材の製造方法。
【請求項６】
混合工程で添加する無機バインダーが、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍの固形粒子を有するコロイド状水溶液であることを特徴とする請求項５に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項７】
混合工程で添加する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子を、多孔質状プリフォームの体積に対して０．０３〜０．３０の体積比となるように調合したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の金属複合材の製造方法。
【請求項８】
混合工程で混合する多孔質状のホウ酸アルミニウム粒子が、粒径３μｍ〜１００μｍである請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の金属複合材の製造方法。
【請求項９】
溶湯含浸工程が、金型内に、該金型の内面に多孔質状プリフォームの外表面が接触するように、該多孔質状プリフォームを装着して、多孔質状プリフォーム内に金属溶湯を加圧含浸するようにしたことを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の金属複合材の製造方法。
【請求項１０】
溶湯含浸工程の後に、該溶湯含浸工程で金型の内面に接触して形成した外表面を研磨する研磨工程を行うようにしたことを特徴とする請求項９に記載の金属複合材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−６８３０６（Ｐ２００８−６８３０６Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５１４４６（Ｐ２００６−２５１４４６）
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（３９１００６４３０）中央精機株式会社 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（３９１００６４３０）中央精機株式会社 (128)
【Ｆターム（参考）】
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