JPH02295666A - 複合摺動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強化繊維部材が複合された複合摺動部材の製
造方法に関する。

〔従来技術〕

近年、主としてセラミック繊維からなる強化繊維部材を
各種金属中に複合化して耐熱性や耐摩耗性に優れた複合
部材を製造する製造方法の開発が各分野で進められてい
る． 特に、自動車工業ではシリンダやピストンなどの摺動部
材に上記強化繊維部材を用いた複合部材の採用が進めら
れ、例えば特開昭６２−１８７５６１号公報には、強化
繊維部材を筒状に成形した予備成形体を鋳型内にセット
し、金属溶湯により上記予備成形体を鋳ぐるんだライナ
ーレスシリンダブロックの製造方法が記載されている。

従来、強化繊維部材からなる上記予備成形体は第４図（
ａ）〜（ｄ）に示すような製造工程により作られていた
。

まず、第４図（８）に示すようにセラミック短繊維或い
はセラミック長繊維をカッティングしたものからなる強
化繊維部材１００を水や有機溶剤の溶液中に入れ、攪拌
器１０１により強化繊維部材１００を溶液に混合分散さ
せ、その後混合液を濾過してから第４図（ｂ）に示すよ
うに成形型１０３内に充填して湿潤繊維ケーキ１０２を
作る．次に、第４図（Ｃｌに示すように強化繊維部材１
００の体積率が最適になるように加圧部材１０４で湿潤
繊維ケーキ１０２に圧力を加え脱液・成形を行う。その
後、成形された湿潤繊維ケーキ１０２を成形型１０３か
ら取出し焼成することにより、第４図（ｄ）に示すスポ
ンジ状の予備成形体１０５が得られる。

このようにして出来上った予備成形体１０５は、複合摺
動部材を鋳造する鋳型内にセットされ、鋳型内に加圧注
湯された金属溶湯で予備成形体１０５が鋳ぐるまれるこ
とにより複合摺動部材が製造される。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図は従来の製造方法で作られた予備成形体１０６を
示すもので、予備成形体１０６内の強化繊維部材１００
の配向性について説明すると、ノーマル面１０６ａ　　
（湿潤繊維ケーキ状態での加圧方向と平行な面）から見
ると破線で示したように強化繊維部材１００が相互に平
行に配列した配向性を有しているが、パラレル面１０６
ｂ　（湿潤繊維ケーキ状態での加圧方向に垂直な面）か
ら見ると強化繊維部材１００は無方向に分散し配向性が
ない。

通常、複合摺動部材を鋳造する際には、予備成形体１０
６のノーマル面１０６ａが複合摺動部材の摺動面になる
ように配設され予備成形体１０６は鋳ぐるまれるが、強
化繊維部材１００がノーマル面１０６ａに対して垂直向
きに配向されていないので、複合摺動部材の摩擦摺動に
より発生する摩擦熱の伝導性が悪く耐熱性の向上を図る
ことが困難であるという問題がある。

また、強化繊維部材１００の２次元的に無方向な配向は
摩擦摺動に対する強度の面において不利であり、摺動面
の摩耗・損傷を招きやすいという問題がある。

加えて、従来の製造方法による予備成形体は組織体が跪
く、鋳造時の加圧溶湯により容易に破損するという問題
がある。

本発明の目的は、複合摺動部材の耐熱性・耐摩耗性を向
上させるとともにその製造性に優れた複合摺動部材の製
造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る複合摺動部材の製造方法は、強化繊維部材
を金属溶湯により鋳ぐるんだ複合摺動部材の製造方法で
あって、上記強化繊維部材を収容した容器とその表面に
接着剤が塗布された金属製成形母材との間に高電圧を印
加して強化繊維部材を成形母材の表面に垂直に付着させ
て予備成形体を作り、次に上記予備成形体を鋳型内にセ
ットした状態で金属溶湯を注湯して強化繊維部材を鋳ぐ
るみ、鋳造後上記成形母体を除去するものである．〔作
用〕 本発明における複合摺動部材の製造方法においては、ま
ず強化繊維部材を容器に収容し、その容器と表面に接着
剤が塗布された金属製の成形母材との間に高電圧を印加
する。その際、上記容器と上記成形母材との間の静電作
用により容器内の強化繊維部材が成形母材の方へ移動す
るとともに接着剤でその表面に接着されることにより、
予備成形体が作られる。

成形母材の表面に移動した強化繊維部材間には相互に電
気的反撥力が作用するので、強化繊維部材は成形母材の
表面に対して垂直方向すなわち鋳造される複合摺動部材
の摺動面に対して垂直方向に配向する。

次に、上記成形予備体を鋳型内にセットし、その後鋳型
内に金属溶湯を加圧注湯して予備成形体の強化繊維部材
を鋳ぐるみ複合摺動部材を鋳造する。この場合、予備成
形体は金属製の成形母材に強化繊維部材が接着固定され
て作られているため加圧溶湯により破損することはなく
、強化繊維部材もその配同性を保った状態で鋳ぐるまれ
る。

鋳造後、鋳型から複合摺動部材の鋳造品を取出し成形母
材を切削加工などにより除去することにより複合摺動部
材が出来上る。

このようにして強化繊維部材を摺動面などに対して垂直
に配向させて複合化することにより、摺動面に発生する
摩擦熱が効率よく伝達されるので複合摺動部材の耐熱性
の大幅な向上を図ることが出来るうえ、摩擦摺動などに
対する強度が高《なるので複合摺動部材の耐摩耗性を大
幅に向上させることが出来る。

〔発明の効果〕

本発明に係る複合摺動部材の製造方法によれば、上記〔
作用〕の項で説明したように、強化繊維部材が摺動面に
対して垂直に配向させて耐熱性と耐摩耗性に優れた複合
摺動部材を製造することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明する。

本実施例は自動車用エンジンのシリンダライナＣの製造
方法に本発明を適用した一例であり、第１図（ａ）〜（
ｇ）はその製造工程を示すものである．第１工程におい
て、第１図（ａｌに示すようにスチール製或いはアルミ
製の円筒形の成形母材１を準備し、その外周部１ａの表
面に接着剤を数１０μ〜数１００μの厚さに塗布する。

接着剤は水ガラスなどの無機系のものが望ましい， 第２工程において、第１図山》に示すようにシリコンカ
ーバイド（Ｓｉ　Ｃ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や或い
は酸化アルミニウム（Ａ　Ｉｌ　ｔ　Ｏｘ　）などのセ
ラミックの短繊維或いは長繊維をカットしたものからな
る長さ数１０μ〜数１００μの強化繊維部材２を金属性
の容器３に収容し、上記成形母材１を正掻に上記容器３
を負極にして高電圧Ｖ．を印加する。

このとき、成形母材１と容器３との間の静電作用により
強化繊維部材２が成形母材１の方へ移動するとともに、
移動した強化繊維部材２は成形母材１の外周部１ａに接
着剤により接着される。成形母材１に接着された強化繊
維部材２間には相互に電気的反ｔａ力が作用するので、
強化繊維部材２は成形母材１の外周部１ａの表面に対し
て垂直にすなわちシリンダライナＣの内周摺動面に対し
て垂直に配向する．その状態で外周部１ａの表面にＣ　
Ｏ　ｚガスを穏やかに吹付けることにより接着剤を乾燥
させて強化繊維部材２を強力に固定する。

尚、強化繊維部材２の体積率は、高電圧Ｖ．の印加時間
を変えることにより或いは成形母材１の外周部１ａのう
ち接着剤の塗布部位を変えることにより調整することが
可能である。

第１図ｆｃ）はこのようにして作られた成形予備体４を
示したものである。

第３工程において、上記予備成形体４を第１図（ｄ）に
示すように、高圧鋳造装置（溶湯鍛造装置）の下型５と
上型６とで形成される成形キャビティ７内の所定部位に
セットする。

次に、上記下型５と上型６を型閉めし、その状態で、第
１図（８１に示すように加圧プランジャ８により成形キ
ャビティ７内にアルミ合金の溶湯９を加圧注湯して鋳造
を行う。

この場合、溶湯９は約３　０　０　ｋｇ　ｆ　／ｔｍ”
の高圧力で注湯されるが、予備成形体４は金属製の成形
母材１に強化繊維部材２が接着剤により強力に固定され
て作られているため、加圧注湯により予備成形体４が破
損することはな《強化繊維部材２もその配向性を保った
状態で円滑に鋳ぐるまれる。

上記溶湯９が所定時間経過後に凝固すると、次に下型５
と上型６との型開きを行い第１図（ｆ）に示すようなシ
リンダライナ鋳造品ＣＡを取出す。

第４工程において、第１図（ａに示すように上記シリン
ダライチ鋳造品ＣＡから湯口部１０を切除するとともに
、成形母材ｌを切削除去後内周摺動面を研磨してシリン
ダライナＣを完成させる。

このように内周摺動面に対して強化繊維部材２を垂直方
向に配向させて複合化することにより、燃焼室からシリ
ンダライナＣに伝達する伝達熱或いはピストンの摺動に
より内周摺動面に発生する摩擦熱を効率よくシリンダブ
ロックに伝導させることが出来、シリンダライナＣの耐
焼付性・耐熱性が大幅に向上する．また、内周摺動面に
対して垂直方向に配列した強化繊維部材２により、内周
摺動面の摩擦摺動に対する強度が高くなりシリンダライ
ナＣの耐摩耗性が大幅に向上する。尚、上記実施例では
自動車用エンジンのシリンダライナＣを製造する例につ
いて説明したが、アルミ合金製のライナレスシリンダブ
ロックも上記実施例と略同様に製造することが出来る。

〔別実施例〕

次に、本発明の別実施例について説明する。

この実施例は自動車用エンジンのピストンの製造方法に
本発明を適用したもので、第２図（ａ）〜（［１はアル
ミニウム合金製ピストンの製造工程を示すものである。

第１工程において、第２図（ａ）に示すようにピストン
Ｐのリング溝部２２（第２図（ｆ）参照）を形成するた
めのスチール製或いはアルミ製のリング状の成形母材１
１を準備し、この成形母材１ｌの上面１１ａと下面１ｌ
ｂに無機系の接着剤を塗布する。

第２工程において、第２図（ｂ）に示すように上記成形
母材１１を強化繊維部材１２が収容された容器１３の近
くに配設し、成形母材１１を正極にまた容器３を負極に
して高電圧ＶＷを印加し強化繊維部材１２を成形母材１
１に接着させる。このとき、強化繊維部材１２の接着は
上面１１ａと下面１ｌｂについて交互に行う。接着した
強化繊維部材１２は前記実施例と同様に強化繊維部材１
２の相互間の電気的反撥力により上面１１ａ及び下面？
ｌｂに対して垂直に接着される。その状態で成形母材１
１にＣＯ■ガスを吹付けて接着剤を乾燥させ強化繊維部
材１２を強力に固定する。

第２図（Ｃ）は出来上った予備成形体１４を示したもの
である。

第３工程において、上記のようにして製作した２つの予
備成形体１４を、第２図（ｄｌに示すように下型１５と
上型１６と中子２１により形成された成形キャビティｌ
７内の所定部位に配設して下型１５と上型１６を型閉め
し、その後加圧ブランジャ１８により成形キャビティ１
７内にアルミ合金の溶湯１９を加圧注湯する。

上記溶湯ｌ９が所定時間経過後に凝固してから、次に下
型１５と上型１６との型開きを行い第２図ｔｅｌに示す
ようにピストン鋳造品ＰＡを取出す。

第４工程において、ピストン鋳造品ＰＡから中子２ｌや
湯口部２０を取除くとともに、上下の成形母材１１を切
削除去することにより強化繊維部材１２により複合化さ
れた環状のリング溝部２２を有するピストンＰが形成さ
れる。

上記リング溝部２２の上下の内端面２３に対して強化繊
維部材ｌ２が垂直に配向しているので、ピストンリング
から内端面２３に作用する荷重に対する強度が高くなり
リング溝部２２の耐摩耗性を大幅に向上させることが出
来る。

次に、以上説明したような製造方法により作られた複合
部材の摩耗試験の結果について述べる。

第３図は本実施例と同じ方法により作られた複合部材Ｄ
と他の比較部材Ａ−Ｂ−Ｃをディスク材に用いて摩耗試
験を行った結果を示したものである。

上記耐摩耗試験に用いた複合部材Ｄは酸化アルミニウム
の短繊維の体積率Ｖｆを２０％にしてアルミ合金ＡＣ８
Ａで鋳ぐるんだものであり、比較部材ＡにはＦＣＤ４５
Ａを用い、比較部材ＢにはＡＣ８Ａ−Ｔ６を（時効硬化
処理）を用い、比較部材Ｃには酸化アルミニウムの短繊
維の体積率■ｆを２０％にしてアルミ合金ＡＣ８Ａで従
来の方法により鋳ぐるんだものを用いた。但し、比較部
材Ｃについてはそのノーマル面を摺動面にして耐摩耗試
験を行った。

上記ビンーディスク耐摩耗試験はＦＣＨＢ製のピンによ
るピンディスク法で行い、試験条件は面圧１　１　０　
ｋｇ／ｃｎｉ、摺動速度５ｍ／ｓｅｅ、摺動距離１８０
００ｍであり、潤滑油には１　０Ｗ３　０の劣化油を油
温１００℃及び油量Ｑ．３　ｊ２　／　ａｍの条件で用
いた。

第３図の試験結果からもわかるように、本実施例による
複合部材Ｄは比較部材Ａ・Ｂに比べてその耐摩耗性が優
れているとともに、従来の製造方法による比較部材Ｃと
比較してもその耐摩耗性が向上していることが判る。

尚、本発明は自動車用エンジンの部品以外にも種々の複
合摺動部材の製造に適用することが出来るが、当業者な
らば本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変更を加え
て実施することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例に係るもので、第１図
（ａ）は成形母材の斜視図、第１図（′ｂ）は成形母材
に強化繊維部材を付着させる状態を示す斜視図、第１図
（Ｃｌは予備成形体の斜視図、第１図（ｄ）は高圧鍛造
装置の下型及び上型と予備成形体の断面図、第１図（ｅ
）注湯状態における第１図（ｄ）相当図、第１図（ｆ）
はシリンダライナ鋳造品の断面図、第１図＜ｇ＋はシリ
ンダライチの断面図、第２図（ａ）〜第２図（ｆ）は別
実施例に係るもので第２図ｆａ）は成形母材の斜視図、
第２図（ｂ）は成形母材に強化繊維部材を付着させる状
態を示す斜視図、第２図（Ｃ）は予備成形体の斜視図、
第２図（ｄ）は高圧鋳造装置の下型及び上型等の断面図
、第２図（ｅ）はピストン鋳造品の断面図、第２図（ｆ
）はピストンの断面図、第３図は摩耗試験の結果を示す
グラフ、第４図（ａ）〜第４図（ｄ）は従来技術におけ
る予備成形体の製造工程を示す説明図、第５図は従来技
術による成形予備体の斜視図である。 第３図 ■・１１・・成形母材、　２・１２・・強化繊維部材、
　３・１３・・容器、　４・１４・・予備成形体、　７
・１７・・成形キャビティ、　Ｃ・・シリンダライナ、
　　Ｐ・・ピストン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）強化繊維部材を金属溶湯により鋳ぐるんだ複合摺
   動部材の製造方法であって、 上記強化繊維部材を収容した容器とその表面に接着剤が
   塗布された金属製成形母材との間に高電圧を印加して強
   化繊維部材を成形母材の表面に垂直に付着させて予備成
   形体を作り、 次に上記予備成形体を鋳型内にセットした状態で金属溶
   湯を注湯して強化繊維部材を鋳ぐるみ、鋳造後上記成形
   母体を除去することを特徴とする複合摺動部材の製造方
   法。