JPH0432135B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、カム、カムシヤフト、ピストン、
シリンダ、シリンダライナ、軸受等の耐摩耗性が
要求される部品または製品に適用することができ
る繊維複合部材の製造方法に関するものである （従来技術） 従来の繊維複合部材としては、例えば第１図
ａ，ｂに示すようなものがある。この第１図はエ
ンジンの動弁機構を構成するカムシヤフトの一部
を示すもので、１はカムシヤフトのカム部、２は
カムシヤフトのシヤフト部である。このカム部１
およびシヤフト部２は軽合金（例えばAl合金）
で構成され、カム部１には耐摩性繊維質材料３が
複合してある。この場合、前記繊維質材料の体積
率（Vf値）は、カムノーズ部１ｎ（矢印N₁〜N₂
の部分）およびベースサークル部１ｂ（矢印B₁〜
B₂の部分）における任意の位置で一定である。

このようなカムシヤフトを製造する方法として
は、カムシヤフトを形成する型の少なくともカム
部１に相当する空間に、カム形状をした前記耐摩
耗性繊維質材料の成形体（成形体の任意の位置に
おいてVf値は一定のもの）を配し、この型内に
軽合金溶湯を圧力鋳造して前記繊維質材料中に軽
合金溶湯を浸透凝固させる方法がある。

しかしながら、このようなカムシヤフトにあつ
ては、前記繊維質材料のVf値がカムノーズ部１
ｎおよびベースサクル部１ｂにおける任意の位置
で一定となつているため、最もか酷な使用条件と
なるカムノーズ部１ｎの耐摩耗性を確保しうるよ
うに前記Vf値を決定すると、ベースサクル部１
ｂの耐摩耗性が過剰品質となつて、過剰の繊維分
だけコスト高となり、逆にベースサークル部１ｂ
の耐摩耗性を確保する限界のVf値では、カムノ
ーズ部１ａが摩耗するという問題点があつた。

第２図は従来の繊維複合部材の他の例を示す図
であつて、５はピストン本体であり、例えばAl
合金等で構成されている。また、６はクラウン部
で、このクラウン部６の側部外周域には耐摩耗性
繊維質材料７が複合化され、この複合化された部
分にトツプランド部およびピストンリング溝９の
少なくとも一つが形成されている。この場合に
も、繊維質材料７のVf値は任意の位置で一定と
なつている。そして、このようなピストンを製造
するに際しても、前記カムシヤフトの場合と同様
に圧力鋳造法等が用いられる。

しかしながら、このような従来のピストンにお
いても、前記繊維質材料７のVf値がピストンク
ランク部６の任意の位置で一定となつているた
め、最もか酷な使用条件となるピストンリング溝
部９およびトツプランド部８の表面近傍における
耐摩耗性を確保しうるように前記Vf値を決定す
ると、前記ピストンリング溝部９およびトツプラ
ンド部８近傍以外の部分の繊維質材料が過剰であ
り、過剰の繊維分だけコスト高になるという問題
点があり、このような問題点をなくすために最表
面層のみに前記繊維質材料を集中的に複合化させ
ると、この最表面層がはく離しやすくなるという
問題点があつた。

そこで、このような問題点を解決するには、例
えば特開昭53−37104号公報に記載されているよ
うに、かさ密度の異なる繊維成形体を高圧凝固鋳
造法で鋳包む方法も知られているが、異なる成形
体を継いでおくことがむずかしく、料成形体の金
属が入り込み、その部分が弱くなるという欠点が
あつた。

（発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、前記カムシヤフトの場合のカ
ムノーズ部１ａや、前記ピストンの場合のピスト
ンリング溝部９およびトツプランド部８の表面近
傍などの最もか酷な使用条件にさらされる部位に
おける耐摩耗性が前記耐摩耗性繊維質材料の複合
化によつて十分なものであり、全体として繊維質
材料の使用量が少なくてすむためコストの低減を
はかることができ、繊維により複合化された部分
の剥離のおそれもほとんどない繊維複合部材を提
供することを目的としている。

（発明の構成） この発明による繊維複合部材の製造方法は、耐
摩耗性繊維質材料を含んだスラリーを、底部にフ
イルタを有しかつ前記フイルタの高さを異ならせ
たスラリー容器中に流し込み、前記スラリー中の
液体分を前記フイルタに通過させて排出すること
により、高さ方向の厚さが異なる繊維予備成形体
として、前記繊維予備成形体を高さ方向に圧縮し
て前記繊維質材料の体積率を異ならせた繊維成形
体とし、前記繊維成形体の間隙部分に金属溶湯を
浸透凝固させて所定形状に鋳造（高圧鋳造、溶湯
鍛造等を含む。）することにより、最もか酷な使
用条件にさらされる部位におけるマトリツクス中
の耐摩耗性繊維質材料の体積率が最大であり、前
記部位の周辺に向つてマトリツクス中の耐摩耗性
繊維質材料の体積率が連続的に減少している繊維
複合部材を得る構成としたことを特徴としてい
る。

この発明において使用される耐摩耗性繊維質材
料は特に限定されず、すでに開発されている各種
の繊維質材料、例えば炭化けい素繊維、窒化けい
素繊維、アルミナ繊維、…等々の中から適宜選ん
で使用することができる。

また、複合部材のマトリツクスにおいても特に
限定されず、従来既知の種々の材料、例えばAl
またはAl合金、MgまたはMg合金…等々の中か
ら適宜選んで使用することができる。

そして、この発明による繊維複合部材を製造す
る際には、例えば部分的にかさ密度の異なる所定
形状の耐摩耗性繊維質材料よりなる成形体を作成
し、この繊維成形体を複合部材形状の空間を有す
る金型内に設置するに際し、前記繊維成形体の高
密度側を複合部材の最もか酷な使用条件にさらさ
れる部位に対応させ、その後金型空間内に金属溶
湯を供給して加圧下で凝固させ、繊維成形体内に
金属溶湯が浸透凝固した所定形状の複合部材を得
る。

なお、部分的にかさ密度の異なる繊維成形体を
得る場合には、例えば高さの異なる繊維成形体を
例えば一定高さにプレスすれば、高さが大であつ
た部分のかさ密度が大きくなり、複合化されたの
ちにはこのかさ密度の大きな部分が繊維質材料の
体積率が最大となる部位になる。

この場合、繊維成形体を複数個重ねてプレスす
ることにより繊維成形体のかさ密度を部分的に異
ならせるようにしても良い。

（実施例 １） 第３図ないし第８図はこの発明の一実施例を示
す図である。

まず、第３図ａ，ｂにおいて、１１は容器、１
２は容器１１の内部を減圧するのに使用される吸
引口、１３はカム外形状に対応した平面状のスラ
リー容器、１４はスラリー容器１３内に設置した
中空円柱体、１５はスラリー容器１３の底部に左
半分側を傾斜させて設置したフイルタ、１６は耐
摩耗性繊維質材料と無機および有機バインダと水
とを懸濁させたスラリーである。

この装置を使用して、まず、スラリー容器１３
内に、図示しない容器内で攪拌した前記スラリー
１６を流し込む。このスラリー１６の流し込み後
にスラリー１６を静置すると、前記スラリー１６
中の繊維質材料は無機および有機バインダを伴つ
て前記フイルタ１５上に沈澱する。そして、この
沈澱した状態において、図示しないポンプにて吸
引口１２を介して容器１１内を減圧する。この減
圧によつて、スラリー１６中の水はフイルタ１５
を通つて容器１１内へ移り、その結果、第４図に
示すように、厚さがカムノーズ部対応部位におい
て最大であり、かつベースサークル部対応部位に
向つて次第に減少した繊維予備成形体１８が得ら
れる。次に、前記予備成形体１８が水分を含んで
いるしめつた状態で、この予備成形体１８を第５
図に示すプレス型２０の外型２１と、中型２２
と、下型２３とにより形成された空間２４内に配
設する。次いで、カム形状に対応した形状のパン
チ２５を第６図に示すように降下させて前記予備
成形体１８を圧縮成形する。その後、パンチ２５
を上昇させた後、第７図ｂに示すように中型２２
をまず降下させ、次に外型２１を降下させて、第
７図ａに示すようなカム形状の繊維成形体２７を
取り出す。この繊維成形体２７においては、繊維
質材料のかさ密度がカムノーズ部にて最大であ
り、ベースサークル部に向つて減少している。次
いでこの繊維成形体２７を乾燥および焼成した
後、第８図に示すようなカムシヤフト成形用分割
型３１，３２のカム部形成空間内に配設し、次い
で図示しないプランジヤにて軽金属溶湯３３を加
圧鋳造し、この軽金属溶湯３３を前記繊維成形体
２７の繊維間隙部分の浸透させた状態にして凝固
させることによりカムシヤフトを得る。

このようにして製造されたカムシヤフトは、そ
のカム部のマトリツクス中に複合化させた耐摩耗
性繊維質材料の体積率（Vf値）カムノーズ部に
おいて最大であり、ベースサークル部に向つて
Vf値が次第に減少したものであるから、最もか
酷な使用条件となるカムノーズ部の耐摩耗性を十
分確保することができると同時に、ベースサーク
ル部の繊維の減少によりコストの低減をはかるこ
とができ、さらには上記Vf値は次第に変化する
ものであるため、繊維複合化した部分の剥離を生
ずるおそれも全くないという著しくすぐれた利点
を有している。

（実施例 ２） 第９図ないし第１３図はこの発明の他の実施例
を示す図である。

まず、第９図において、４１は容器、４２は容
器４１の内部を減圧するのに使用される吸引口、
４３はピストン外形形状に対応した平面形状のス
ラリー容器、４４はスラリー容器４３内に設置し
た中空円柱体、４５はスラリー容器４３の底部に
傾斜させて設置したフイルタ、４６は耐摩耗性繊
維質材料と無機および有機バインダと水とを懸濁
させたスラリーである。

この装置を使用して、まず、スラリー容器４３
内に、図示しない容器内で攪拌した前記スラリー
４６の流し込む。このスラリー４６の流し込み後
にスラリー４６を静置すると、前記スラリー４６
中の繊維質材料は無機および有機バインダを伴つ
て前記フイルタ４５上に沈澱する。そして、この
沈澱した状態において、図示しないポンプにて吸
引口４２を介して容器４１内を減圧する。この減
圧によつて、スラリー４６中の水はフイルタ４５
を通つて容器４１内へ移り、その結果、第１０図
に示すように、厚さが外周部側において最大であ
り、かつ内周部側に向つて次第に減少した繊維予
備成形体４８が得られる。次に、前記予備成形体
４８が水分を含んでいるしめつた状態で、この予
備成形体４８を第１１図に示すプレス型５０の外
型５１と、中型５２と、下型５３とにより形成さ
れた空間５４内に配設する。次いで、環状のパン
チ５５を第１１図に示すように降下させて前記予
備成形体４８を圧縮成形する。その後、パンチ５
５を上昇させた後中型５２を先ず降下させ、次に
外型５１を降下させて、環状の繊維成形体５７
（第１２図参照）を取り出す。この繊維成形体５
７においては、繊維質材料のかさ密度が外周部に
おいて最大であり、内周部に向つて連続的に減少
している。次いで、この繊維成形体５７を乾燥お
よび焼成した後、第１２図に示すようなピストン
成形型６１内のピストン成形空間６２内に配設
し、次いで、プランジヤ６３を押し込んで軽金属
溶湯６４を加圧鋳造し、この軽金属溶湯６４を前
記繊維成形体５７の繊維間隙部分に浸透させた状
態にして凝固させることによりピストンを得た。

第１３図はこのようにして得られたピストン６
５を示し、ピストンクランク部６６の側部外周域
に耐摩耗性繊維質材料が複合化されたものであ
り、最もか酷な使用条件にさらされる外周部のピ
ストンリング溝部６７およびトツプランド部６８
のマトリツクス中において繊維質材料の体積率
（Vf値）が最大であり、内周部に向けて繊維質材
料のVf値が連続的に減少したものとなつている
から、最もか酷な使用条件となるピストンリング
溝部６７およびトツプランド部６８における表面
近傍の耐摩耗性を十分に確保することができると
同時に前記ピストンリング溝部６７およびトツプ
ランド部６８の表面以外の繊維質材料を節約する
ことができ、また、中心に向つてVf値が減少し
た繊維質材料が基地中に埋まつているため繊維複
合化部分の剥離を確実に防止することができると
いう利点がある。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明による繊維
複合部材の製造方法では、耐摩耗性繊維質材料を
含んだスラリーを、底部にフイルタを有しかつ前
記フイルタの高さを異ならせたスラリー容器中に
流し込み、前記スラリー中の液体分を前記フイル
タに通過させて排出することにより、高さ方向の
厚さが異なる繊維予備成形体として、前記繊維予
備成形体を高さ方向に圧縮して前記繊維質材料の
体積率を異ならせた繊維成形体とし、前記繊維成
形体の間隙部分に金属溶湯を浸透凝固させて所定
形状に鋳造することにより、最もか酷な使用条件
にさらされる部位におけるマトリツクス中の耐摩
耗性繊維質材料の体積率が最大であり、前記部位
の周辺に向つてマトリツクス中の耐摩耗性繊維質
材料の体積率が連続的に減少している繊維複合部
材を得るようにしたものであるから、最もか酷な
条件にさらされる部位における耐摩耗性が前記耐
摩耗性繊維質材料の複合化によつて十分にすぐれ
た繊維複合部材を提供することが可能であり、上
記部位の周辺では前記繊維質材料の体積率が低い
ため繊維質材料の使用量を減らすことができ、コ
ストの著しい低減が可能である繊維複合部材を提
供することができるうえ全体を高密度化した繊維
質材料を前記最もか酷な使用条件にさらされる部
位に局所的に複合化した場合のように、複合化し
た部分で剥離を生ずるというおそれも全くない繊
維複合部材を提供することが可能であるなどの非
常に優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来の繊維複合部材を利用した
カムシヤフトのカム部分の側面説明図および縦断
面説明図、第２図は従来の繊維複合部材を利用し
たピストンの縦断面説明図、第３図ないし第８図
はこの発明の一実施例を示し、第３図ａ，ｂは繊
維予備成形体を成形する装置の平面説明図および
縦断面説明図、第４図は繊維予備成形体の縦断面
説明図、第５図ａ，ｂは繊維予備成形体を加圧す
るプレス型の加圧前における平面説明図および縦
断面説明図、第６図は第５図のプレス型による加
圧途中の縦断面説明図、第７図ａ，ｂは第５図の
プレス型による加圧後に得られた繊維成形体の平
面説明図および縦断面説明図、第８図ａ，ｂはカ
ムシヤフト成形型の軸方向縦断面説明図および径
方向縦断面説明図、第９図ないし第１３図はこの
発明の他の実施例を示し、第９図は繊維予備成形
体を成形する装置の縦断面説明図、第１０図は繊
維予備成形体の縦断面説明図、第１１図は繊維予
備成形体を加圧するプレス型の加圧途中における
縦断面説明図、第１２図はピストン成形型の縦断
面説明図、第１３図はピストンの縦断面説明図で
ある。 １３，４３……スラリー容器、１５，４５……
フイルタ、１６，４６……スラリー、１８，４８
……繊維予備成形体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐摩耗性繊維質材料を含んだスラリーを、底
   部にフイルタを有しかつ前記フイルタの高さを異
   ならせたスラリー容器中に流し込み、前記スラリ
   ー中の液体分を前記フイルタに通過させて排出す
   ることにより、高さ方向の厚さが異なる繊維予備
   成形体として、前記繊維予備成形体を高さ方向に
   圧縮して前記繊維質材料の体積率を異ならせた繊
   維成形体とし、前記繊維成形体の間隙部分に金属
   溶湯を浸透凝固させて所定形状に鋳造することに
   より、最もか酷な使用条件にさらされる部位にお
   けるマトリツクス中の耐摩耗性繊維質材料の体積
   率が最大であり、前記部位の周辺に向つてマトリ
   ツクス中の耐摩耗性繊維質材料の体積率が連続的
   に減少している繊維複合部材を得ることを特徴と
   する繊維複合部材の製造方法。 ２ 繊維複合部材がカムであり、カムノーズ部に
   おいてマトリツクス中の耐摩耗性繊維質材料の体
   積率が最大であり、ベースサークル部に向つてマ
   トリツクス中の繊維質材料の体積率が連続的に減
   少している繊維複合部材となつていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の繊維複合部材
   の製造方法。 ３ 繊維複合部材がピストンであり、ピストンリ
   ング溝部およびトツプランド部の表面近傍におい
   てマトリツクス中の耐摩耗性繊維質材料の体積率
   が最大であり、ピストン中心に向つてマトリツク
   ス中の繊維質材料の体積率が連続的に減少してい
   る繊維複合部材となつていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の繊維複合部材の製造方
   法。