【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、鋳造金属と非溶融処理可能なポリマとのハイブリッド体およびその製造方法に関する。 【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権の基礎たる米国特許出願第０８／０７２，９０１号（１
９９３年６月７日出願）の明細書の記載に基づくものであって、当該米国特許出願の番号を参照することによって当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。 【０００３】 【従来の技術】ポリイミドおよび該ポリイミドと類似のポリマは、長年、高温下での種々の用途に用いられてきた。 従って、ポリイミドの成型物は、ブッシング（ｂｕ
ｓｈｉｎｇｓ）、シール部材（ｓｅａｌｓ）、電気絶縁体、圧縮器の羽根（ｖａｎｅｓ）、ピストンリング、ギア、糸案内（ｔｈｒｅａｄ ｇｕｉｄｅｓ）、ブレーキライニング、およびクラッチ面として用いられてきた。
ポリイミドのコスト高を考慮し、かつ、可撓性のより一層の向上のため、しばしば、ポリイミドを金属等の他の材料と組み合わせることが望まれている。 このような事情において、ポリイミドを金属と組み合わせる経済的で有効な方法に関する継続的な必要性が存在する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、容易にかつ経済的に製造され得る高温での非溶融処理可能なポリマと鋳造金属とのハイブリッド体およびその製造方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、鋳造金属と非溶融処理可能なポリマとのハイブリッド体の製造方法であって、
（Ａ）少なくとも約１ｍｍの厚さを有し、かつ、非溶融処理可能なポリマからなる成型インサート部材を形成する工程、および（Ｂ）前記インサート部材を内包するために、該インサート部材の周囲に、融点が低くても約４
００℃である溶融金属部材を鋳造する工程を含むことを特徴とする。 【０００６】ここで、請求項２記載の発明は、請求項１
記載の方法において、前記非溶融処理可能なポリマは本質的にポリイミドを含むものであってもよい。 【０００７】請求項３記載の発明は、請求項２記載の方法において、前記ポリイミドは、オキシジアニリンとピロメリト酸二無水物とから製造されたものであってもよい。 【０００８】請求項４記載の発明は、請求項１記載の方法において、前記金属部材は、アルミニウム、アンチモン、バリウム、マグネシウムおよび亜鉛、およびこれらの鋳造可能な合金からなる群から選択されたものであってもよい。 【０００９】請求項５記載の発明は、請求項４記載の方法において、前記金属部材は、アルミニウム、またはアルミニウムの鋳造可能な合金を本質的に含むものであってもよい。 【００１０】また、請求項６記載の発明は、鋳造金属と非溶融処理可能なポリマとのハイブリッド体であって、
（Ａ）断面の厚さが少なくとも１ｍｍである非溶融処理可能なポリマからなる成型インサート部材と、（Ｂ）該インサート部材を内包する鋳造金属部材とを含み、前記インサート部材と前記鋳造金属部材は、インターロックの外形を有するものであることを特徴とする。 【００１１】ここで、請求項７記載の発明は、請求項６
記載のハイブリッド体において、前記非溶融処理可能なポリマは本質的にポリイミドからなるものであってもよい。 【００１２】請求項８記載の発明は、請求項７記載のハイブリッド体において、前記ポリイミドは、オキシジアニリンとピロメリト酸二無水物とから製造されたものであってもよい。 【００１３】請求項９記載の発明は、請求項６記載のハイブリッド体において、前記金属部材は、アルミニウム、アンチモン、バリウム、マグネシウムおよび亜鉛、
およびこれらの鋳造可能な合金からなる群から選択されたものであってもよい。 【００１４】請求項１０記載の発明は、請求項９記載のハイブリッド体において、前記金属部材は、アルミニウム、またはアルミニウムの鋳造可能な合金を本質的に含むものであってもよい。 【００１５】 【作用】本発明においては、ハイブリッド体を構成する部材の材料特性を生かすことができるので、高温下での用途に適したポリマ部材の用途にも使用可能であり、またポリマの価格により引上げられる製造コストを鋳造金属部材により低減することも可能である。 【００１６】 【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 【００１７】まず、本発明に用いられ得る非溶融処理可能なポリマは、それらの分解温度以下の融点をもたないか、あるいは約３７０℃以上の融点をもつものを含む。
そのようなポリマには、例えばポリイミドおよびポリベンズイミダゾールを含む。 【００１８】本発明に用いられ得る幅広いバリエーションのポリイミドは、エドワーズ（Ｅｄｗａｒｄｓ）の米国特許第３，１７９，６１４号明細書に記述されているポリイミドを含む。 上記エドワーズ特許は、ここに、特許番号を参照することによって当該特許明細書の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。 【００１９】エドワーズ特許明細書に記述されたポリイミドは少なくとも１種のジアミンと少なくとも１種の無水物とから製造される。 好適に用いられ得るジアミンは、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤ）、ｐ−フェニレンジアミン（ＰＰＤ）、オキシジアニリン（ＯＤＡ）、
メチレンジアニリン（ＭＤＡ）およびトルエンジアミン（ＴＤＡ）を含む。 好適に用いられ得る無水物は、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、ビフェニル二無水物（ＢＰＤＡ）、トリメリト酸無水物（ＴＭＡ）、ピロメリト酸二無水物（ＰＭＤＡ）、マレイン酸無水物（ＭＡ）およびナジ酸無水物（ＮＡ）を含む。 【００２０】本発明において好適に用いられ得るポリイミドは、次の無水物とジアミンとの組み合わせから製造されたものを含む。 その組み合わせとは、ＢＴＤＡ−Ｍ
ＰＤ，ＭＡ−ＭＤＡ，ＢＴＤＡ−ＴＤＡ−ＭＤＡ，ＢＴ
ＤＡ−ＭＤＡ−ＮＡ，ＴＭＡ−ＭＰＤとＴＭＡ−ＯＤ
Ａ，ＢＰＤＡ−ＯＤＡとＢＰＤＡ−ＰＰＤ，ＢＴＤＡ−
４，４′−ジアミノベンゾフェノン、およびＢＴＤＡ−
ビス−（ｐ−アミノフェノキシ）−ｐ，ｐ′−ビフェニルをいう。 本発明において特に満足すべきポリイミドは、ピロメリト酸二無水物と４，４′−オキシジアニリンとから製造されたポリイミドである。 【００２１】また、本発明のポリマ成分には、グラファイト等、ポリイミド組成物に用いられる代表的なタイプのフィラーを含めることができる。 そのような代表的なフィラーは、ポリマ組成物の全体の約４５％までの量で用いられる。 【００２２】本発明に特に好適に用いられ得るグラファイトは、実質的に反応性の不純物を含まない。 すなわち、その不純物は、ポリイミドとの混合物の酸化安定性に関し反対の作用をもたらすものである。 概して、グラファイト中の反応不純物の含有量は、約０．１５重量％
以下、好ましくは約０．１０重量％以下であるべきである。 代表的な反応不純物は金属酸化物および金属硫化物であり、特に硫化第二鉄、硫化バリウム、硫化カルシウム、硫化銅、酸化バリウム、酸化カルシウムおよび酸化銅である。 【００２３】本発明に従う非溶融処理可能なポリマは、
成型インサート部材に形成される。 その形状は、ポリイミドの予定の用途のために必然的に変化するであろう。
例えば、軸受用では、実質的に断面円形の筒体に形成される。 代表的には、軸受用では、上記円筒体の内部中央に孔が形成される。 【００２４】本発明に従えば、鋳造金属部材は、上記インサート部材を内包する。 本発明の最もシンプルな実施例では、図１に示されたように、鋳造金属部材が上記インサート部材を実質的に囲む。 非溶融処理可能なポリマ部材（円筒部材ともいう）１は、直立した円筒状をなしている。 孔２は上記円筒部材１の中央部に形成されている。 鋳造金属部材３は、上記円筒部材を実質的に囲む。
上記円筒部材の外周面には、保持手段４が平坦部の形態で設けられている。 この保持手段４は、鋳造金属部材３
に対し、鋳造金属部材３の円周方向に沿うポリマ部材１
の移動を防止する。 上記インサート部材の他の非円周形状または外辺部の不規則形状はポリマ要素（ポリマ部材１）と鋳造金属要素（鋳造金属部材３）とのインターロックの形状を与えるために用いられ得るものであり、当該技術分野における当業者にとって明らかなように、円周方向への移動を防止するものである。 【００２５】さらに、移動の規制は、図２に示されたように、長さ方向、すなわちハイブリッド体の軸線方向に沿って、図１に示されたものに代わるべき保持手段によっても与えられ得る。 図２は、図１に示した本発明のハイブリッド体の中央の孔の軸線に平行に切断した面で視た断面図である。 非溶融処理可能なポリマのインサート部材１１は、鋳造金属部材１３が上記インサートに対して相対的に長さ方向へ移動するのを防止するように、面取りされた角部１２を有している。 【００２６】図３は、非溶融処理可能なポリマ部材が摩耗片として用いられる本発明のハイブリッド体を示す断面図である。 非溶融処理可能なポリマ部材２１は、台形状をなしている。 このポリマ部材２１の角部２２は、鋳造金属部材２３の中に包含されている。 【００２７】本発明に用いられる金属は、少なくとも約４００℃の融点をもつものを含む。 そのような金属は、
例えばアルミニウム、アンチモン、バリウム、マグネシウムおよび亜鉛、およびこれらの金属の一つまたはそれ以上の鋳造可能な合金を含む。 アルミニウムおよびその合金は、本発明において特に満足すべきものであることが見出されている。 代表的な合金は、溶融状態における流動特性と、最終形状における合金の物理特性とのバランスをとって処方される。 【００２８】本発明に従えば、上記金属は、上記非溶融処理可能なポリマ部材を内包するように鋳造される。 上述のように、そのような内包（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎ
ｔ）は、例えば上記ポリマ部材が円筒状の軸受けの形態をとる場合にはほぼ完全なカプセルの形態をとり得る。
また別に、そのような内包は、金属部材が成型ポリマインサート部材の角部または保持タブを内包する位置関係（ｓｉｔｕａｔｉｏｎ）など、部分的なものとすることができる。 【００２９】高温で非溶融製造可能なポリマは、直接成形、二次加工を伴う直接成形または、高温・高圧の条件での特別の樹脂に対する成形など、そのような材料のために通常用いられる技術によって所望の形状に形成され得る。 【００３０】上記の最終的なハイブリッド製品における鋳造金属部材は、鋳造金属の樹枝状の結晶構造の特性によって特徴付けられる。 樹枝状結晶は樹木の枝のパターン形状を有するものである。 当該技術分野に属する当業者にとって明らかなように、樹枝状結晶は、その固相化段階を通して金属が冷えるように形成されている。 鋳造処理は、従来の種々の鋳造作業によって実施され得る。
例えば、砂型鋳造またはインベストメント鋳造の技術を用いることができる。 しかしながら、代表的には、金属鋳型に対するダイカスト技術が本発明のために特に有効であることが見出された。 【００３１】本発明は、鋳造金属と非溶融製造可能なポリマとを組み合わせたハイブリッド体の製造方法を効率よく、しかもコスト的にも有効な方法であることを可能にする。 驚くべきことに、上記ポリマ部材の成型金属との接触は、上記ポリマ部材の断面の厚さが要求される最小の約１ｍｍであるにもかかわらず、上記ポリマ部材の評価を明白な程度に下げないことが見出された。 例えば、円筒状の軸受け要素における要求される厚さは、軸受けの全体の径に対する円筒部材要素の壁厚として測定される。 【００３２】［実施例］オキシジアニリンとピロメリト酸二無水物とから製造されたポリイミドからなるインサート部材は、固相直接成型された半加工品から加工された。 インサート部材は、外径２４ｍｍｘ内径２１ｍｍｘ
厚さ９．５”（インチ）の外形寸法を有していた。インサート部材の両端部の外縁には、面取り部が形成された。インサート部材の外周面には、互いに１８０度離れた位置に二つの平坦部が形成された。上記面取り部および平坦部は、ダイカストされた金属部材に対してインサート部材の軸線方向および回転（軸回り）方向への運動を防止するための保持手段として機能するものである。 【００３３】その後、上記ポリイミド製のインサート部材は、ダイカスト鋳型の金属製の中子・ピン（ｃｏｒｅ
−ｐｉｎ）上に配置された。 鋳型を閉じ、その内部にインサート部材を保持した。 この鋳型を２０４℃の温度に予備加熱した。 【００３４】鋳型を閉じた後、溶融したアルミニウム合金を上記鋳型の内部に射出した。 溶融金属の温度を７０
４℃とした。 溶融金属が冷却して固化するまでの間の２
０秒間、鋳型を閉じ続けた。 その後、鋳型を開け、ダイカスト金属部材とポリイミド製インサート部材とからなるハイブリッド体を取り出し、室温まで冷却した。 この操作の一回に要する時間は３０秒間であった。 【００３５】ハイブリッド体の温度が室温に達した後、
内径を測定した。 この測定は、金属部材の収縮がインサート部材の内径を０．３３ｍｍ程と、ほんの僅かだけ減少させたことを示した。 また、インサート部材の内周面には、０．１５ｍｍから０．１８ｍｍまでのテーパが形成されていた。 このテーパはダイカスト部の二つの異なる金属塊によって引き起こされたものと信じられる。 大きい方の塊は、小さい方の塊よりも、インサート部材の内径を一層縮小させるものである。 最終製品の検査では、ポリイミドの内周面の表面仕上げに影響がないことがわかった。 【００３６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温であっても溶融に至らない程度の温度で処理が可能なポリマと特定の鋳造金属とを組み合わせることにより、それぞれの特性を生かした低コストで高温下での用途に適したハイブリッド体を製造することができる。 【００３７】従って、このハイブリッド体は、ブッシング、シール部材、電気絶縁体、圧縮器の羽根、ピストンリング、ギア、糸案内、ブレーキライニング、およびクラッチ面などの用途に好適に使用することができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のハイブリッド体の一実施例を示す正面図である。 【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 【図３】本発明のハイブリッド体の他の実施例を示す部分断面図である。 【符号の説明】 １ ポリマ部材 ２ 孔 ３ 鋳造金属部材 ４ 保持手段 １１ ポリマインサート部材 １２ 角部 １３ 鋳造金属部材 ２１ ポリマ部材 ２２ 角部 ２３ 鋳造金属部材 フロントページの続き (72)発明者 エドワード アンソニィー ミラー アメリカ合衆国 19713 デラウェア州 ニューアーク ブルー ジェイ ドライブ 31 (72)発明者 デイヴィッド マーク ペンテンブルグ アメリカ合衆国 43065 オハイオ州 ポ ウェル ニミッツ ドライブ 8450 (72)発明者 アーノルド ウエイン レイモンド アメリカ合衆国 19702 デラウェア州 ニューアーク ベルフォート ループ ７ |
