JPH0253146B2

JPH0253146B2 -

Info

Publication number: JPH0253146B2
Application number: JP30300887A
Authority: JP
Inventors: Takao Soma; Hideyuki Baba
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1990-11-15
Also published as: JPH01143755A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、鋳ぐるみ製品の製造法に係り、特に
被鋳ぐるみ材と鋳ぐるみ金属との接合性を高めた
鋳ぐるみ製品を製造するための方法に関するもの
である。

（従来技術）従来から、複合鋳造品を得るために、複合させ
られるべき所定形状の部材を被鋳ぐるみ材として
鋳型の鋳造キヤビテイ内に配置せしめ、所定の金
属溶湯を、かかる鋳造キヤビテイ内に注湯して、
鋳造を行なうことにより、かかる被鋳ぐるみ材が
一体的に埋設されてなる鋳ぐるみ製品（鋳造品）
を製造する手法が採用されてきている。

そして、このような鋳ぐるみ鋳造手法を用いて
得られる鋳ぐるみ製品の一つとして、孔部の周り
に所定の被鋳ぐるみ材が埋設されてなると共に、
かかる被鋳ぐるみ材が孔内面より所定距離隔てて
位置せしめられ、それによつて被鋳ぐるみ材と孔
部との間に所定厚さの鋳ぐるみ金属が介在せしめ
られてなる構造の有孔構造体が知られている。

ところで、この鋳ぐるみ製品である有孔構造体
を鋳造するに際しては、その孔部を形成する所定
形状の中子を鋳砂にて形成し、それを鋳型の鋳造
キヤビテイ内に配置せしめる一方、かかる中子の
周りに、所定の被鋳ぐるみ材を該中子から所定距
離隔てて配置せしめた状態下において、金属溶湯
が注湯せしめられることとなる。

（問題点）しかしながら、かかる有孔構造体からなる鋳ぐ
るみ製品を製造するに際して、被鋳ぐるみ材とし
て、セラミツクス等の鋳ぐるみ金属より熱膨張率
の低い材料を用いて、鋳ぐるみ鋳造を実施した場
合においては、鋳ぐるみ後の冷却中に、被鋳ぐる
み材の内周面（中子対向面）と鋳ぐるみ金属との
間に接合不良が生じ易い問題があつたのである。
即ち、被鋳ぐるみ材に対して鋳ぐるみ金属の熱膨
張率が高い場合、それらの熱膨張率差により、鋳
ぐるみ後の冷却中に被鋳ぐるみ材と金属との間に
収縮差が生じ、被鋳ぐるみ材の内周面と鋳ぐるみ
固化金属との間にギヤツプ（隙間）が発生し易
く、そしてそれによつて、そこに接合不良が惹起
されるようになるのである。

従つて、そのような接合不良の生じた鋳ぐるみ
製品にあつては、最早、その複合材としての充分
な機能を発揮することが困難となるのであり、そ
れが最終用途に適用された場合において、一体的
に保持されるべき被鋳ぐるみ材が脱落する等の問
題を惹起することとなるのである。

（解決手段）ここにおいて、本発明は、上記した問題を解消
するものであつて、その特徴とするところは、鋳
造キヤビテイ内の中子の周りに、所定の被鋳ぐる
み材を、該中子から所定距離隔てて配置せしめた
状態下において、所定の金属溶湯の鋳造を行なう
ことにより、該中子によつて形成される孔部の周
りに前記被鋳ぐるみ材が埋設されてなる有孔構造
体からなる鋳ぐるみ製品を製造するに際して、前
記中子の少なくとも前記被鋳ぐるみ材に対向する
部分を、該被鋳ぐるみ材と該中子との間における
前記金属溶湯の凝固・冷却に基づく内方への収縮
を拘束する固体拘束部材にて、構成するようにし
たのである。

（作用）このように、本発明に従う鋳ぐるみ手法にあつ
ては、目的とする有孔構造体の孔部を与える中子
として、少なくとも被鋳ぐるみ材に対向する部分
が、金属溶湯の凝固、そしてその凝固したものの
冷却に基づく内方への収縮を拘束する固体拘束部
材にて、構成された中子を用いるものであるとこ
ろから、鋳ぐるみ後の冷却中の金属の収縮変形
は、かかる中子の固体拘束部材部分にて矯正（拘
束）されるようになり、それによつて、被鋳ぐる
み材の内側、換言すれば孔部側に存在する金属の
収縮が抑制されて、被鋳ぐるみ材内周面に対する
密着状態が効果的に保持されるようになるのであ
る。そして、冷却固化の後、得られた鋳ぐるみ鋳
造品から、中子の一端をプレス機等で押し出すこ
とによつて、かかる中子を離型せしめることによ
り、目的とする健全な鋳ぐるみ有孔構造体が得ら
れるのである。

（具体的構成）ところで、かかる本発明において、鋳造キヤビ
テイ内の中子の周りに、所定の被鋳ぐるみ材を、
該中子から所定距離隔てて配置せしめた状態下に
おいて、所定の金属溶湯の鋳造を行なうことによ
り得られる、該中子によつて形成される孔部の周
りに前記被鋳ぐるみ材が埋設されてなる有孔構造
体からなる複合構造の鋳ぐるみ製品としては、各
種の形状、構造のものがあり、内燃機関のピスト
ンヘツド部品等として有利に用いられ得るもので
あつて、それぞれの用途に応じて、その複合形態
が適宜に決定されることとなるが、その単純な形
態の一例が第１図に示されている。

すなわち、第１図において、鋳ぐるみ製品であ
る有孔構造体２は、厚肉の円筒形状を呈し、その
中心部に貫通孔４を有している。そして、この貫
通孔４の周りに、リング状の被鋳ぐるみ材６が所
定深さにおいて鋳ぐるみ金属８中に埋設されてい
る一方、かかる被鋳ぐるみ材６と中心部の貫通孔
４内面との間には、鋳ぐるみ金属８が所定厚さに
おいて存在する構造となつている。なお、被鋳ぐ
るみ材６や鋳ぐるみ金属８の材質としては、有孔
構造体２からなる鋳ぐるみ製品の用途に応じて適
宜に選定されることとなるが、一般に、被鋳ぐる
み材６は、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素、ム
ライト、アルミナ、ジルコニア、コージエライト
等のセラミツクスからなるものであり、また鋳ぐ
るみ金属８としては、アルミニウム（Al）合金
等の金属が選ばれることとなる。

そして、このような有孔構造体２を鋳造するに
際しては、第２図に示されるように、従来から公
知の鋳砂にて構成される鋳型１０を用い、その内
部に形成された鋳造キヤビテイ１２内の所定位置
に被鋳ぐるみ材６を配置せしめ、そして貫通孔４
が形成されるように、中子１４を存在せしめた下
で、鋳型１０の注湯口１６を通じてAl合金溶湯
等の所定の金属溶湯１８が注湯されることとなる
のであるが、その際、目的とする有孔構造体２の
貫通孔４を形成する中子１４を、特定の部材にて
構成したところに、本発明の大きな特徴があるの
である。

すなわち、本発明にあつては、かかる中子１４
の、少なくとも前記被鋳ぐるみ材６に対向する部
分、換言すれば第２図において、被鋳ぐるみ材６
の内周面に対向する中子１４部分を少なくとも含
む部位を、被鋳ぐるみ材６と中子１４との間にお
ける金属溶湯１８の凝固、更にはその凝固物の冷
却に基づく内方（中子１４側）への収縮を拘束す
る一体的な固体拘束部材にて構成するようにした
のであり、これによつて、被鋳ぐるみ材６の内周
面に対する金属溶湯１８の凝固物（鋳ぐるみ金属
８）の離間を抑制せしめ、以てそれらの間に隙間
（ギヤツプ）が生じるのを阻止して、被鋳ぐるみ
材６内周面への密着性を確保するようにしたので
ある。なお、この中子１４は、その製作上の容易
性等の点から、一般に、その全体が固体拘束部材
にて構成されることとなる。

ところで、かかる中子１４の少なくとも被鋳ぐ
るみ材６に対向する部分を含む部位を構成する固
体拘束部材としては、一般に、前記金属溶湯１８
の凝固により形成される鋳ぐるみ金属８よりも小
さな熱膨張率を有するように、適宜にその材質が
選定されることとなるが、特にかかる固体拘束部
材の熱膨張率は、被鋳ぐるみ材６の熱膨張率と同
程度か、或いはそれ以下であることが望ましい。
そして、かかる固体拘束部材の熱膨張率を、被鋳
ぐるみ材６と同程度以下とすることにより、鋳ぐ
るみ金属８，１８の塑性変形による被鋳ぐるみ材
６の内周面の密着は、より完全なものとなるので
ある。

特に、かかる固体拘束部材は、被鋳ぐるみ材６
と実質的に同一の材質からなるものであることが
望ましい。なお、ここで、実質的に同一とは、主
構成相が同一で、熱膨張率が同程度以下であれば
よいことを意味している。この固体拘束部材の材
質が被鋳ぐるみ材６と実質的に同一であることが
好ましい理由は、熱膨張率が略同一で、しかも鋳
ぐるみ時に必要な耐熱衝撃性も同一と考えられる
からである。

ところで、中子１４の少なくとも一部を構成す
る上述の如き一体の固体拘束部材は、鋳ぐるみ時
の熱衝撃に耐え、しかも鋳ぐるみ金属８の塑性変
形を支える強度を持つている必要があるところか
ら、この点において、かかる固体拘束部材として
は、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素、ムライ
ト、アルミナ、ジルコニア、コージエライト等の
セラミツクスからなるものであることが望まし
く、また石英ガラス、結晶化ガラス等の無機材料
からなるものでも好適である。通常のガラスは、
一般に、軟化温度が鋳ぐるみ温度（金属溶湯１８
の温度）より低くなるので好ましくないが、鋳ぐ
るみ金属８（金属溶湯１８）の凝固温度より軟化
温度が高いものであれば、ガラスを用いることも
可能である。例えば、金属溶湯１８がAl合金溶
湯である場合において、Al合金溶湯より高融点
で熱膨張率が低ければ、どのような材料でも使用
することが出来、金属を材質とすることも出来る
が、その場合には、Al合金と濡れ難いものがよ
く、またAl合金と濡れ難いPbを表面層としたク
ラツド材からなる拘束部材も使用可能である。

また、このような少なくとも一部が固体拘束部
材にて一体的に構成されてなる中子１４は、鋳ぐ
るみ後において、得られた鋳造物から取り出され
る（抜き出される）必要であるところから、第２
図に示されるように、中子１４を構成する固体拘
束部材をテーパー形状において形成したり、長手
方向に複数分割する構造としたり、更には、その
表面に固体潤滑部材を存在せしめたり、或いは塗
布したりすることによつて、中子１４の離型性は
向上せしめられ得ることとなる。

さらに、かかる中子１４を構成する固体拘束部
材の少なくとも鋳ぐるみ金属８（金属溶湯１８）
と接する面に、かかる鋳ぐるみ金属と焼付き難い
金属を、例えば箔状として巻き付けたり、プラズ
マスプレー等により溶射しておくと、また中子１
４の離型を容易にすることが出来る。

なお、鋳ぐるみ金属８としてAl合金を用いた
場合において、このAl合金と焼付き難い金属と
しては、例えば、Cd、In、Tl、Pb、Biがあり、
これらの金属にて固体拘束部材を構成したり、ま
たそれら金属成分を含む合金を用いて固体拘束部
材が形成されることによつて、離型性が向上され
る。そのなかでも、特にPbは取扱が容易で好ま
しい金属である。更にまた、固体拘束部材の中
に、MoO₃、MoS₂、CuF₂、LiF等の固体潤滑材
を含有せしめておくことにより、その離型性を更
に向上させることが出来る。

以上、第１図に示される最も簡単な構造の有孔
構造体２の一例に基づいて、本発明に従う鋳ぐる
み製品の製造手法を詳細に説明してきたが、先に
も述べたように、かかる有孔構造体の形状、構造
は、その用途に応じて適宜に変更され得るもので
あり、また有孔構造体の孔部の形態にあつても、
第１図に示される如き貫通孔４形態ばかりでな
く、一端が閉塞された孔形態、更には第３図に示
される如き、所定深さの凹所２４形態のものであ
つても、何等差支えないのである。なお、第３図
において、２０は鋳ぐるみ製品としての有孔構造
体であり、２６は被鋳ぐるみ材、２８は鋳ぐるみ
金属である。

別体で作成した上面に凹部を持つ金属製ピスト
ン本体の上面凹部に、第３図に示す鋳ぐるみ体を
嵌合し、例えばボルト締め、溶接、ろう付け等の
常法により金属同志を結合して、セラミツク−金
属複合ピストンを得ることが出来る。また、ピス
トンを形成するように鋳型及び固体拘束部材を構
成して鋳ぐるむことにより、鋳ぐるみ一工程でセ
ラミツク−金属複合ピストンを得ることが出来
る。

要するに、本発明には、上記した具体的記述の
他にも、また以下の実施例以外にも、本発明の趣
旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基
づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るも
のであることが、理解されるべきである。

（実施例）以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発
明を更に具体的に明らかにすることとするが、本
発明が、そのような実施例の記載によつて、何等
の制約をも受けるものでないことは、言うまでも
ないところである。

実施例１第１図に示されるものと同様な構造の有孔構造
体２を、第２図に示される如き鋳ぐるみ鋳造方式
にて鋳造した。なお、被鋳ぐるみ材６としては、
窒化珪素焼結体からなる、外径：120mm、内径：
100mm、厚さ：20mmの有孔円板を用い、また中子
１４としては、かかる有孔円板と同一材質の窒化
珪素焼結体からなる、一端の直径が80mmで、他端
にかけて10゜のテーパーを持ち、厚さが20mm、表
面粗さがR_nax：3.2μの円柱体を用い、第２図に示
される如く、鋳砂にて形成された鋳型１０の鋳造
キヤビテイ１２内にセツトして、Al合金溶湯１
８を注湯口１６から注湯して、目的とする窒化珪
素製有孔円板を被鋳ぐるみ材６として有する鋳ぐ
るみ製品２を鋳造した。Al合金溶湯１８の冷
却・凝固の後、鋳型１０から取り出された鋳造物
から、プレス機により、窒化珪素系円柱体１４
を、その小径側から押し出し、窒化珪素−Al合
金複合中空体を得た。

かくして得られた複合体を、蛍光浸透探傷法、
Ｘ線透過法、及び超音波探傷法により、それぞれ
検査したが、被鋳ぐるみ材６としての窒化珪素製
有孔円板とAl合金との境界部には、何等の欠陥
も認め得なかつた。

実施例２外径：40mm、内径：30mm、長さ：100mmの部分
安定化ジルコニアパイプを、被鋳ぐるみ材６とす
る一方、直径：20mm、長さ：100mm、表面粗さ
（R_nax）：1.6μのムライト磁器製円柱を長手方向に
４分割したものを、中子１４として用い、Al合
金８，１８により鋳ぐるみ鋳造を行なつた。Al
合金溶湯１８の凝固・冷却後、プレス機により鋳
造物中のムライト磁器製円柱を押し出すことによ
り、部分安定化ジルコニアの内外壁に、それぞれ
５mm厚さのAl合金層を有する複合体を得た。

この得られた複合体を実施例１と同様の方法に
て検査したが、部分安定化ジルコニアとAl合金
層との間の境界面には、何等の欠陥も認められな
かつた。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従え
ば、被鋳ぐるみ材、特にその内周面と鋳ぐるみ金
属との間にギヤツプ（隙間）の発生しない、密着
性の良好な、健全な鋳ぐるみ製品（複合体）を得
ることが出来るのであり、これによつて、例えば
ピストンヘツド等の、中空セラミツクスを鋳ぐる
んでなる有孔構造体を有利に製造し得ることとな
つたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて製造される鋳ぐるみ
製品の最も簡単な一例を示す断面説明図であり、
第２図は、そのような鋳ぐるみ製品を製造するた
めの鋳型内構造を示す断面説明図であり、第３図
は本発明に従つて製造される鋳ぐるみ製品の他の
一例を示す断面図である。２，２０：有孔構造体、４：貫通孔、６，２
６：被鋳ぐるみ材、８，２８：鋳ぐるみ金属、１
０：鋳型、１２：鋳造キヤビテイ、１４：中子、
１８：金属溶湯、２４：凹所（孔部）。

Claims

【特許請求の範囲】１鋳造キヤビテイ内の中子の周りに、所定の被
鋳ぐるみ材を、該中子から所定距離隔てて配置せ
しめた状態下において、所定の金属溶湯の鋳造を
行なうことにより、該中子によつて形成される孔
部の周りに前記被鋳ぐるみ材が埋設されてなる有
孔構造体からなる鋳ぐるみ製品を製造するに際し
て、前記中子の少なくとも前記被鋳ぐるみ材に対
向する部分を、該被鋳ぐるみ材と該中子との間に
おける前記金属溶湯の凝固・冷却に基づく内方へ
の収縮を拘束する固体拘束部材にて、構成したこ
とを特徴とする鋳ぐるみ製品の製造法。２前記固体拘束部材が、前記金属溶湯を与える
金属よりも小さな熱膨張率を有している特許請求
の範囲第１項記載の製造法。３前記固体拘束部材が、前記被鋳ぐるみ材と実
質的に同一の材質からなるものである特許請求の
範囲第１項または第２項記載の製造法。４前記被鋳ぐるみ材が、セラミツクスからなる
特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載
の製造法。５前記被鋳ぐるみ材が、窒化珪素からなる特許
請求の範囲第４項記載の製造法。６前記金属溶湯が、アルミニウム合金溶湯であ
る特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記
載の製造法。