JPH0616934B2 - 繊維強化シリンダブロツク素材の鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、シリンダボア回りを繊維成形体により強化し
た繊維強化シリンダブロック素材の鋳造方法に関する。

(2) 従来の技術 従来、この種のシリンダブロック素材を鋳造する場合、
軸線を水平に配設したシンリンダボア成形用中子の外周
面に円筒状繊維成形体を装着し、次いでその繊維成形体
を囲繞するシリンダブロック素材成形用キャビテイに、
前記繊維成形体の一端側から溶湯を注入し、その後溶湯
を加圧し、その加圧下で完全凝固させる手法が採用され
ている。

(3) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら前記手法によると、溶湯の流れが繊維成形
体の一端から他端に向かう軸方向の流れとなるたえ溶湯
がガスを巻込み易く、またシリンダブロック素材におけ
る繊維成形体の他端と対応する部位にガスが閉込められ
易い。その結果、シリンダブロック素材に巣が発生する
という問題がある。

本発明は前記問題を解決し得る前記鋳造方法を提供する
ことを目的とする。

Ｂ．発明の構成 (1) 問題点の解決するための手段 本発明は、シリンダボア回りを繊維成形体により強化し
たシリンダブロック素材の鋳造するに当り、軸線を上下
方向に向けて配設したシリンダボア成形用中込の外周面
に２００℃以上に予熱された円筒状繊維成形体を装着す
る工程と；前記繊維成形体を囲繞するシリンダブロック
素材成形用キャビテイ上部のガス抜き孔と開度を絞り、
該キャビテイ下部より該キャビテイに溶湯を注入する工
程と；前記ガス抜き孔を閉じて前記溶湯を加圧し、その
加圧下で安全凝固させる工程と；を用いることを特徴と
する。

(2) 作 用 キャビテイにそれの下部から溶湯を注入すると同時に、
開度を絞られたガス抜き孔の開口を通じてキャビテイ内
のガス抜きを行うので、その開口の絞り効果によってキ
ャビテイ内に背圧が発生し、その背圧は湯面全体に均等
に作用される。その結果、湯面はその波立ちを抑制され
て略水平に上昇し、これにより溶湯へのカスの巻込みが
防止され、またガス抜きも効率良く行われる。

また繊維成形体を２００℃以上に予熱するので、その繊
維成形体回りの溶湯の保温が行われ、これにより繊維成
形体に対する溶湯の凝着が回避される。

さらに溶湯を加圧し、その加圧下で完全凝固させるの
で、溶湯の圧力上昇過程で、繊維成形体回りに存する温
度の高い溶湯が繊維成形体に効率よく確実に充填され、
またマトリックスの金属組織が緻密化してその強度が向
上する。

ただし、繊維成形体の予熱温度が２００℃を下回ると、
溶湯の熱繊維成形体により奪われて繊維成形体に凝着
し、溶湯の充填性が損なわれる。

(3) 実施例 第１〜第３図は本発明により得られた素材からなる繊維
強化アルミニウム合金製サイアミーズ型シリンダブロッ
クＳを示し、そのシリンダブロックＳは、直列に並ぶ複
数、図示例は４個のシリンダバレル１_１〜１_４相互を結
合してなるサイアミーズシリンダバレル１と、そのサイ
アミーズシリンダバレル１を囲繞する外壁部２と、外壁
部２の下縁に連設されたクランクケース３とより構成さ
れる。各シリンダバレル１_１〜１_４におけるシリンダボ
ア４の周囲に円筒状の繊維成形体Ｆが埋設され、この繊
維成形体Ｆによりシリンダボア４回りが繊維強化され
る。

サイアミーズシリンダバレル１と外壁部２間に、サイア
ミーズシリンダバレル１の外周が臨む水ジャケット６が
形成される。その水ジャケット６のシリンダヘッド側端
部において、サイアミーズシリンダバレル１と外壁部２
間は複数の補強デッキ部８により部分的に連結され、相
隣る補強デッキ部８間はシリンダヘッド側へ連通口７と
して機能する。これによりシリンダブロックＳはクロー
ズドデッキ型に構成される。

第５〜第８図は、第４図に示すシリンダブロック素材Ｓ
ｍを鋳造すべく本発明と実施に用いられる鋳造装置を示
し、その装置は金型Ｍを備え、その金型Ｍは昇降自在な
上型９と、その上型９の下方に配設され、第５，第６図
において左右二つ割の第１および第２側型１０_１，１０
_２ならびに第７図において左右二つ割の第３およひ第４
側型１０_３，１０_４と、各側型１０_１〜１０_４を摺動自
在に載置する下型１１とより構成される。

上型９の下面に各側型１０_１〜１０_４の上半部と協働し
てサイアミーズシリンダバレル１および外壁部２を成形
するための第１キャビティＣ_１を画成する型締め用凹部
１２が形成され、その凹部１２と嵌合する型締め用凹部
１３が各側型１０_１〜１０_４の上面に突設される。

第７，第８図に示すように、下型１１に溶解炉（図示せ
ず）よりアルミニウム合金の溶湯を受ける湯溜部１４
と、その湯溜部１４に連通する給湯シリンダ１５と、そ
の給湯シリンダ１５に摺合されるプランジャ１６と、湯
溜部１４より２本に分岐して第１キャビテイＣ_１の長手
方向に、且つそれと略同一長さに亘って延びる一対の湯
道１７とが設けられる。また下型１１は両湯道１７間に
おいて上方へ突出する成形ブロック１８を有し、その成
形ブロック１８は各側型１０_１〜１０_４の下半部と協働
してクランクケース３を成形するための第２キャビテイ
Ｃ_２を画成する。そのキャビテイＣ_２の上端は前記第１
キャビテイＣ_１に連通し、また両側の下端は両湯道１７
に複数の堰１９を介して連通する。これら第１，第２キ
ャビテイＣ_１，Ｃ_２はシリンダブロック素材成形用キャ
ビテイを構成する。

成形ブロック１８は、所定の間隔で形成された背の高い
４個のかまぼこ形第１成形部１８_１と、相隣る第１成形
部１８_１間および最外側の両第１成形部１８_１の外側に
位置する凸字形第２成形部１８_２とよりなり、各第１成
形部１８_１はクランクピンおよびクランクアーム用回転
空間２０（第２，第３図）を成形するために用いられ、
第２成形部１８_２はクランクジャーナルの軸受ホルダ２
１（第２，第３図）を成形するために用いられる。各堰
１９は各第２成形部１８_２に対応して設けられており、
第２キャビテイＣ_２の容量の大きな部分に溶湯を早期に
注入するようになっている。

両湯道１７の断面積が湯溜部１４側より湯道先１７ａに
向けて段階的に減少するように、湯道１７底面は湯溜部
１４側より数段の上り階段状に形成されている。各段部
１７ｂに連なる各立上がり部１７ｃは溶湯を各堰１９に
スムーズに導くことができるように斜めに形成される。

このように湯道１７の断面積を段階的に減少させると、
断面積の大きな部分では大量の溶湯を遅い速度で堰１９
を通じて第２キャビテイＣ_２に注入し、また断面積の小
さな部分では少量の溶湯を速い速度で堰１９を通じて第
２キャビテイＣ_２に注入することができるので、そのキ
ャビテイＣ_２内に溶湯が湯道１７の全長に亘って略均等
に注入される。また溶湯の注入作業が効率良く行われる
ので、鋳造能率を向上させることができる。

第５，第６図に示すように、各第１成形部１８_１と頂面
に繊維成形体Ｆの下端部が嵌合する位置決め突起２２が
突設され、その位置決め突起２２の中心に凹部２３が形
成される。また両側に位置する２つの第１成形部に１８
_１に、位置決め突起２２の両側において第１成形部１８
_１を貫通する貫通孔２４が形成され、それら貫通孔２４
に一対の仮設置ピン２５がそれぞれ摺合させる。それら
仮設置ピン２５は、後述する水ジャケット用砂中子の仮
設置のために用いられる。両仮設置ピン２５の下端は、
成形ブロック１８の下方に配設された取付板２６に固定
される。その取付板２６に２本の支持ロッド２７が挿通
され、各支持ロッド２７の下部と取付板２６の下面との
間にコイルばね２８が縮設される。型開き時には、取付
板２６は各コイルばね５８の弾発力を受けて各支持ロッ
ド２７先端のストッパ２７ａに当接するまで上昇し、こ
れにより各仮設置ピン２５の先端は第１成形部１８_１頂
面より突出している。各仮設置ピン２５の先端面に砂中
子の下縁と係合する凹部２５ａが形成される。

また両側に位置する２つの第１成形部１８_１に、両貫通
孔２４間の二等分位置において第１成形部１８_１を貫通
する貫通孔２９が形成され、その貫通孔２９に下端を取
付板２６に固定された作動ピン３０が摺合される。型開
き時には、作動ピン３０の先端には凹部２３内に突出
し、また型閉め時には後述するシリダボア成形用中子に
より押し下げられ、これにより両仮設置ピン２５を第１
成形部１８_１頂面より引き込ませるようになっている。

第１および第２側型１０_１，１０_２における第１キャビ
テイＣ_１を画成する壁部の中央部分に砂中子を本設置す
るための中子受３１が２個所宛設けられている。各中子
受３１は砂中子の位置決めを行う係合孔３１ａと、その
開口部外周に形成されて砂中子を挟持する挟持面３１ｂ
とよりなる。

上型９の型締め用凹部１２に、第１キャビテイＣ_１に連
通して溶湯をオーバフローせるための複数の第３キャビ
テイＣ_３および連通口７を成形するための第４キャビテ
イＣ_４がそれぞれ形成され、また上型９に各第３キャビ
テイＣ_３および第４キャビテイＣ_４に連通するガス抜き
孔３２，３３がそれぞれ形成される。

それらガス抜き孔３２，３３に閉鎖ピン３４，３５がそ
れぞれ遊挿され、それら閉鎖ピン３４，３５の上端部は
上型９の上方に配設される取付板３６に固定される。

各ガス抜き孔３２，３３の、両キャビテイＣ_３，Ｃ_４に
対する連通端から上方へ所定の長さ亘って延びる小径部
３２ａ，３３ａは各閉鎖ピン３４，３５と下端部と嵌合
して第３キャビテイＣ_３および第４キャビテイＣ_４を閉
鎖し得るようになっている。

上型９と上面と取付板３６間に油圧シリンダ３９が介装
され、その油圧シリンダ３９の作動により取付板３６を
昇降して役閉鎖ピン３４，３５により各小径部３２ａ，
３３ａを開閉するようになっている。４０は取付板３６
の案内ロッドである。

上型９の型締め用凹部１２天面に、各シリンダバレル１
_１〜１_４に対応して軸線を上、下方向に向けて配設した
シリンダボア成形用円柱状中子４１が突設され、各中子
４１の下端面に第１成形部１８_１頂面の凹部２３に嵌合
し得る凸部４１ａが設けられる。

第９，第１０図は水ジャケット用砂中子５９を示し、そ
の砂中子５９は、シリンダブロックＳの４本のシリンダ
バレル１_１〜１_４に対応して４本の円筒部６０_１〜６０
_４を備えると共にそれらの相隣るもの相互の重合する周
壁を欠如させた中子本体６１と、水ジャケットをシリン
ダヘッドの水ジャケットに連通する連通口７および補強
デッキ部８を形成すべき、中子本体６１の上端面に突設
された複数の突起６２と、中子本体６１のシリンダバレ
ル配列方向両外側面、図示例は中間に位置する２本の円
筒部６０_２，６０_３は両外側面にそれぞれ突設された幅
木６３とより構成される。各幅木６３は中子本体６１と
一体の大径部６３ａと、その端面に突設される小径部６
３ｂとより形成される。

第１１図は、炭素繊維とアルミナ繊維との混合繊維より
成形された円筒状繊維成形体Ｆを示し、その寸法は外径
８９mm、内径７８mm、高さ１５２mmで、そのかさ密度は
０．３ｇ／cm^３である。繊維成形体Ｆは、平均直径１８
μｍ、平均長さ０．８mmの炭素繊維（短繊維）と、平均
直径３〜４μｍ、平均長さ０．５mmのアルミナ繊維（短
繊維）とを１対３の割合で混合し、その混合繊維にシリ
カゾルをバインダとして加え、吸引付着成形法を適用し
て成形されたものである。この場合、シリカゾルの代り
にアルミナゾル単体、またはシリカゾルとアルミナゾル
の混合物を用いることが可能である。

前記吸引付着成形法とは、前記混合繊維とシリカゾルを
混合物を入れた槽中に、両端面を密封した通気性を有す
る円筒型を立設し、その円筒型の内部に吸引作用を施し
て前記混合物を円筒型外周面に吸着させる手法をいう。

前記手法により成形された繊維成形体は、離型後乾燥お
よび焼成工程を経て使用に供される。

次に前記繊維成形体Ｆを用いた前記鋳造装置によるシリ
ンダブロック素材Ｓｍの鋳造作業について説明する。

先ず第５図に示すように上型９を上昇させ、また相対向
する両側型１０_１，１０_２；１０_３，１０_４を互いに離
間するように移動させて型開きを行う。上型９上の油圧
シリンダン３９を作動させて取付板３６を介し各閉鎖ピ
ン３４，３５を上昇させ、それらの下端部を第３，第４
キャビテイＣ_３，Ｃ_４に連通する小径部３２ａ，３３ａ
の上部開口近傍に位置あせて各上部開口の開度を絞る。
さらに給湯シリンダ１５内のプランジャ１６を下降させ
る。

略３００℃に予熱された各繊維成形体Ｆを各中子４１に
装着し、繊維成形体Ｆの上端開口を上型９の凹所１２天
面に当接する。

第５，第１０図に示すように砂中子５９における両側の
円筒部６０_１，６０_４下縁を、下型１１における両側の
第１成形部１８_１の頂面に突出する各仮設置ピン２５の
凹部２５ａに係合させて砂中子５９の仮設置を行う。

第６図に示すように、両側型１０_１，１０_２をそれらが
互いに接近する方向に所定距離移動させ、各中子受３１
と各幅木６３とを係合して砂中子５９の本設置を行う。
即ち、各中子受３１の係合孔３１ａに砂中子５９におけ
る各幅木６３の小径部６３ｂを嵌合して砂中子５９を位
置決めし、また各大径部６３ａのシリンダバレル配列方
向と平行な端面を各中子受３１の挟持面３１ｂに衝合し
て砂中子５９をそれら挟持面３１ｂにより挟持するもの
である。

次いで上型９を下降させ、各繊維成形体Ｆを砂中子５９
の各円筒部６０_１〜６０_４内に挿入して各繊維成形体Ｆ
の下端部を位置決め突起２２に嵌合し、また中子４１と
凸部４１ａを第１成形部１８_１頂面の凹部２３に嵌合す
る。この凹凸嵌合により作動ピン３０が押し下げられる
ので各仮設置ピン２５が下降して第１成形部１８_１頂面
より引込む。また砂中子５９の各突起６２が各第４キャ
ビテイＣ_４に遊挿され、さらに上型９の型締め用凹部１
２が各側型１０_１〜１０_４の型締め用凹部１３に嵌合し
て型締めが行われる。

下型１１の湯溜部１４に溶解炉より７３０〜７４０℃の
アルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＤＣ１２）の溶湯を供給
し、プランジャ１６を０．０８〜０．３ｍ／sec の速度
で上昇させて溶湯を両湯道１７より堰１９を通じて第２
キャビテイＣ_２の両下部よりそのキャビテイＣ_２および
第１キャビテイＣ_１に注入する。両キャビテイＣ_１，Ｃ
_２内の空気等のガスは、溶湯により押し上げられて第
３，第４キャビテイＣ_３，Ｃ_４に連通するガス抜き孔３
２，３３を経て上型９の上方へ抜ける。

この場合、前述のように両湯道１７の断面積が湯道先１
７ａに向けて段階的に減少するように、湯道底面は湯溜
部１４側より数段の上り階段状に形成されているので、
プランジャ１６の上昇により溶湯は両湯道１７より各堰
１９を通じて第２キャビテイＣ_２に、その両下部よりそ
の全長に亘って略均等に注入される。

また、第１，第２キャビテイＣ_１，Ｃ_２内に溶湯を注入
する最、閉鎖ピン３４，３５によりガス抜き孔３２，３
３における小径部３２ａ，３３ａの開度が絞られている
ので、その開口の絞り効果によって第１，第２キャビテ
イＣ_１，Ｃ_２内に背圧が発生し、その背圧は湯面全体に
均等に作用する。その結果、湯面は波立ちを抑制されて
略水平に上昇し、これにより溶湯へのガスの巻込みが防
止され、またガス抜きも効率良く行われるので巣の発生
が回避される。前記背圧に起因して、第１，第２キャビ
テイＣ_１，Ｃ_２内における溶湯の注入圧は、第１２図に
示すように大気圧を上回る圧力ｐ_１、例えば２〜５Kg／
cm²になる。

さらに繊維成形体Ｆが前記温度に予熱されているので、
その繊維成形体Ｆ回りの溶湯の保温が行われ、これによ
り繊維成形体Ｆに対する溶湯の凝着が回避される。

第３，第４キャビテイＣ_３，Ｃ_３に溶湯が完全に注入さ
れた時点で、上型９上の油圧シリンダ３９を作動させて
取付板３６を下降させ、閉鎖ピン３４，３５によて両キ
ャビテイＣ_３，Ｃ_４に連通する小径部３２ａ，３３ａを
閉鎖する。

その後プランジャ１６を０．１４〜０．１８ｍ／sec の
速度で上昇させて溶湯を、前記圧力ｐ_１を上回る高圧力
ｐ_２下、即ち４００Kg／cm²の圧力下に保持して完全に
凝固させ、マトリックスであるアルミニウム合金の組織
を緻密化してその強度の向上を図る。この溶湯の圧力上
昇過程において溶湯の圧力５〜２０Kg／cm²、繊維成形
体Ｆ回りに存する温度の高い溶湯が繊維成形体Ｆに対し
て確実に充填される。このように溶湯の充填圧力が低い
のて、充填中に繊維成形体Ｆが溶湯により破壊されるこ
とはない。

砂中子５９は、それの各幅木６３を介して両側型１
０_１，１０_２に正確な位置に挟持されているので、第１
キャビテイＣ_１内への溶湯の注入時およびそのキャビテ
イＣ_１内の溶湯の加圧時において砂中子５９が浮き上が
ったりすることがない。また各幅木６３の大径部６３ａ
の端面が両側型１０_１，１０_２における中子受３１の挟
持面３１ｂに衝合しているので、砂中子５９が脹らみ傾
向になると、その変形力は各挟持面３１ｂにより支承さ
れ、これにより砂中子５９の変形が防止されて各シリン
ボア４回りの肉厚が均一なサイアミーズシリンダバレル
１が得られる。

溶湯が凝固を完了した後、型開きを行うと第４図に示す
シリンダブロック素材Ｓｍが得られる。

前記シリンダブロック素材Ｓｍに研削加工を施して各第
４キャビテイＣ_４と砂中子５９の各突起６２との協働に
より成形された各突出部６４を除去すると各連通口７お
よび補強デッキ部８が形成され、また砂抜きを行うこと
により水ジャケット６が得られ、さらに各シリンダボア
４の内周面に真円加工を施し、さらにまたその他の所定
の加工を施すと第１〜第３図に示すシリンダブロックＳ
が得られる。

第１３図は繊維成形Ｆとマトリックスであるアルミニウ
ム合金Ａと複合部の金属組織を示す顕微鏡写真（１００
倍）であり、図中黒色の小点および線状部Ｆａがアルミ
ナ繊維に、また灰色の楕円形状部Ｆｃが炭素繊維にそれ
ぞれ該当する。

第６図から、繊維成形体Ｆに対しアルミニウム合金Ａが
略完全に充填されていることが明らかである。

なお、繊維成形体Ｆは一種類の強化繊維より成形しても
よい。またマトリックスとしては前記アルミニウム合金
の外に鋳鉄、銅、マグネシウム合金等が用いられる。

Ｃ．発明の効果 本発明によれば、シリンダブロック素材成形用キャビテ
イにそれの下部から溶湯を注入すると同時に開度を絞ら
れたガス抜き孔の開口を通じてキャビテイ内のガス抜き
を行うので、その開口の絞り効果によってキャビテイ内
に発生した背圧が湯面全体に均等に作用し、その結果、
湯面はその波立ちを抑制されて略水平に上昇し、これに
より溶湯へのガスの巻込みを防止し、またガス抜きも効
率良く行うことができる。

さらに繊維成形体を２００℃以上に予熱するので、その
繊維成形体回りの溶湯の保温が行われ、これにより繊維
成形体に対する溶湯の凝着が回避される。

その上溶湯を、加圧下に完全凝固させるので、溶湯の圧
力上昇過程で、繊維成形体回りに存する温度の高い溶湯
を繊維成形体に効率よく確実に充填することができると
共にマトリックスの金属組織を緻密化してその強度を向
上させることができる。

したがって前記手法を採用することにより、シリンダボ
ア回りを確実に繊維強化した巣の発生の無い高強度な繊
維強化シリンダブロック素材を能率良く鋳造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１乃至第３図は本発明により得られた素材からなるサ
イアミーズ型シリンダブロックを示し、第１図は上方か
ら見た斜視図、第２図は第１図II−II線断面図、第２Ａ
図は第２図IIａ−IIａ線断面図、第３図は下方から見た
斜視図、第４図は本発明により得られたサイアミーズ型
シリンダブロック素材を上方から見た斜視図、第５図は
鋳造装置の型開き時の縦断正面図、第６図は鋳造装置の
型閉め時の縦断正面図、第７図は第６図VII−VII線断面
図、第８図は第７図VIII−VIII線断面図、第９図は砂中
子を上方から見た斜視図、第１０図は第９図Ｘ−Ｘ線断
面図、第１１図は繊維成形体の斜視図、第１２図は溶湯
の圧力と時間の関係を示すグラフ、第１３図は繊維成形
体とアルミニウム合金との複合部の金属組織を示す顕微
鏡写真である。 Ｃ_１，Ｃ_２……シリンダブロック素材成形用キャビテイ
を構成する第１，第２キャビテイ、Ｆ……繊維成形体、
Ｓｍ……サイアミーズ型シリンダブロック素材、４……
シリンダボア、３２，３３……ガス抜き孔、４１……中
子

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−293651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−293652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−6762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−6763（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダボア回りを繊維成形体により強化
   したシリンダブロック素材を鋳造するに当り、軸線を上
   下方向に向けて配設したシリンダボア成形用中子の外周
   面に２００℃以上に予熱された円筒状繊維成形体を装着
   する工程と；前記繊維成形体を囲繞するシリンダブロッ
   ク素材成形用キャビテイ上部のガス抜き孔の開度を絞
   り、該キャビテイ下部より該キャビテイに溶湯を注入す
   る工程と；前記ガス抜き孔を閉じて前記溶湯を加圧し、
   その加圧下で完全凝固させる工程と；を用いることを特
   徴とする繊維強化シリンダブロック素材の鋳造方法。