JPH07102445B2 - 鋳造体およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に金属または軽合金鋳造体の製造に関し、
より詳細には、繊維によって補強された金属基材によっ
て構成されかつ取付けタブ、ローブ等のごとき瘤状突起
物を埋設した鋳造体の製造方法に関する。

軽合金鋳造体の製造において、今日まで顕著な機械的特
性の改善が達成されてきた。本発明において利用される
解決策の１つは強力な機械的特性を有する繊維を組み込
むことにより金属基材の機械的特性を補強することから
なる。最む古く使用される繊維はアルミナ、ホウ素、炭
素、炭化ケイ素、ケイ素、セラミック等の繊維である。
このような基材から成る鋳造体は周囲温度に於ける機械
的特性に関し、制限された破断点伸びを持つが顕著な改
善を示し、他方、熱的挙動に対する一定の改善が認めら
れる。したがって、合金2024の場合において、炭化ケイ
素短繊維30％の導入は350℃のおける繊維補強されない
同一金属の250℃で得られる引張り強さと同一の引張り
強さが得られる。繊維は織られるかまたは巻回可能な長
い連続繊維の形に、その長さが数μｍから数cmに変化す
ることができる短繊維の形に、またはその直径が約２〜
３μｍである粉砕された等軸多結晶または直径が0.1〜
２μｍで長さが一般に100μｍ以下の単結晶の形の結晶
ホイスカのごとき粒子の形にすることができる。

得られる特性および使用される技術は補強として使用さ
れる繊維の型に応じて異なる。したがって、均一に分布
された短繊維によって構成された補強の場合において平
均の非配向特性が得られるが、その場合変形（鍜造、成
形、延伸等）によって変換されることができる小球を得
ることができる。しかしながら、連続繊維を用いた補強
金属鋳造体の場合において、それらは繊維破断を生じる
ことはないが、その代わりに或る特定の方向への優れた
指向特性を生じる。

現在、長繊維を得るための幾つかの方法が存在する。例
えば、繊維層を金属化し、それを加熱しかつそれを圧縮
する方法、または引き抜きにより連続繊維が導入された
金属体の外周または断面を押し出す方法が考えられる。

フランス特許第2,363,636号明細書は高能率でかつより
容易に工業化し得る方法を記載し、この方法は予め作ら
れかつ鋳造前にモールド内に置かれた繊維予備成形体に
基材を鋳造するかまたは流し込むことからなる。このよ
うな予備成形体を製造するのに種々の方法を使用するこ
とができる。例えば、異なる方法で傾斜された織布、層
または細目網を重畳するかまたは一部か回転からなるな
らば一定数のフイラメントをコア上に巻回することがで
きる。また、三次元ウイービング予備成形体を使用する
こともできる。

このような方法により得られた構造は一般に周囲温度お
よび約300〜350℃の温度において顕著な特性を有する。
これらの機械的特性は使用された金属基材単体で鋳造さ
れた場合の機械的特性に優る。これらの方法は一定の厚
さの簡単な鋳物部品の製造を可能とし、同時に繊維予備
成形体の製造も容易でかつ従来技術で十分に対応可能で
ある。しかしながら、簡単な形状を有する部品は限定さ
れた用途にみに限定される。軽合金鋳造体における球体
の使用は、単純な平坦面以外の特別な機能を有する区
域、すなわち種々の突起または突出部、固着突起、接続
区域等、すなわち重要な局部隆起或いは結節を有する部
品の粗鋳造に多々散見され、この種の手法は軽合金鋳造
物品の製造可能範囲をより増大させる。

しかしながら、前述の方法によれば、鋳造物品の全体的
な補強を行っている連続繊維予備成形物は局部隆起部分
の強化に容易に適合されることができない。したがっ
て、最終部品において、繊維によって補強されない区域
は単に基材と同一の性能特性を有する。したがって、そ
れらは同一数の弱点を具備しかつこれは、このような局
部隆起部分が、しばしば接続または固着手段として使用
するため、とくに力学的剛性の面で不利となる。

本発明は、繊維強化部品によって補強されかつそれ自体
良好な機械的特性を有する金属基材によって構成される
鋳造体を提供することにより上述した欠点を回避するこ
とを目途とする。

本発明による鋳造体の主たる特徴によれば、該鋳造体は
繊維強化部材によって補強された金属基材によって構成
される固体部と少なくとも１つの金属隆起部を有し、前
記金属隆起部のその少なくとも一部が繊維強化部材に組
み込まれる非金属補強骨材からなる。

この説明において使用される表現「固体部」は隆起部に
対比され、通常の繊維補強金属基材で製造される簡単な
形状を有する鋳造物の部分を表現している。

本発明はとくにその金属基材がアルミニウム、マグネシ
ウム、シリコンおよびチタニウムによって構成されるグ
ループから選ばれた材料から作られる鋳造体に適用され
る。

本発明の他の特徴によれば、繊維強化部材および補強骨
材は耐熱性材料から作られる。この説明を通して、術語
「耐熱性材料」はその溶融点が1300℃以上である材料を
意味すると理解される。本目的にとくに適する材料は、
例えばアルミナ、ホウ素、ケイ素、炭化ケイ素、チッ化
ケイ素、チッ化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭化
チタン、グラファイト、酸化ベリリウム、炭化ホウ素、
酸化ニッケル、シュウ化ニッケル、セレニウム等であ
る。

本発明はまた、かかる鋳造体の製造方法に関する。本方
法の主たる特徴によれば、この方法は以下の段階、すな
わち、 ａ）一方の成形金型を構成する支持体上に前記繊維強化
部材を部分的に配置し、 ｂ）補強骨材を別個に製造し、 ｃ）前記補強骨材の少なくとも一部を前記繊維強化部材
に組み込み、 ｄ）前記繊維強化部材を他方の成形金型を構成する支持
体と前記一方の成形金型を構成する支持体とに依って画
成されるモールドキャビティ内に置き、そして ｅ）前記繊維強化部材および前記補強骨材内のすべての
空間を前記金属基材を完全に充填する事により該補強骨
材の周囲に前記金属隆起部を生成せしめて前記繊維強化
部材、前記補強骨材および金属基材とを一体的に鋳造し
てなることからなる。

幾つかの場合に、前記方法は段階ｂ）後に行なわれかつ
保護キャップにより補強骨材の少なくとも一部を被覆し
てなる追加の段階を伴うことができる。保護キャップは
金属基材の注湯中に溶融し得る材料から作られることが
好ましい。

補強骨材は種々の方法において製造されることができ、
例えば有機結合剤と混合された粒子および繊維を圧縮す
るかまたは繊維の三次元ウイービングを実施することが
できる。骨材はまた繊維を巻回により製造されることが
でき、繊維はそれ自体これと同一の材料から製造される
粒子または繊維のコア上に位置決めされることができ
る。

補強骨材が縁辺部を有し、本方法は段階ｂ）の後に行な
われかつ繊維強化部材の一部にわたって平らにすること
により縁辺部を拡開することからなる追加の段階を伴
う。最後に、繊維強化部材に組み込まれた溶融可能な突
起またはピンが使用され、かつそれに前記段階ｃ）中
に、前記補強骨材が織り込まれるのが好ましい。

以下に、本発明を非限定的な実施例および添付図面に基
づき詳細に説明する。

第１図は補強骨材２を示し、該補強骨材２はここで説明
される特別な場合において、回転対称を有しかつ有機結
合材とともに押圧または圧縮することにより塊状になさ
れる結晶ホイスカ、粒子または短繊維によって構成され
る。骨材２は、その作用を第2a図〜第2e図に基づき後述
される細長い筒状凹所４を有する。

これらの図面は本発明による鋳造の種々の製造段階を示
す。第2a図は繊維層８がモールドの部分６と接触して置
かれかつそれに続いて注入されるかまたは金属基材を鋳
造することを示す。モールド部分６は、製造されるべき
鋳造体が略管形状を有するならば、筒状マンドレルにす
ることができる。ピンまたは突起10はモールド部分６に
積層されかつ繊維層８によってその長さの小さな割合に
わたって取り囲まれる。以下の段階は凹所４によりこれ
を所定位置に配置してなる。符号10のごときピンの使用
は補強骨材２の良好な嵌合精度を許容し、補強骨材の所
定位置における保持はその中心孔４とピン10との間で締
め付けることにより保証される。前記繊維層上には次い
で第2c図に示すごとく、補強骨材のまわりに少なくとも
部分的に係合するように他の繊維層12が配置される。金
型は次いで繊維層8,12および補強骨材２が第１要素６と
その第２要素14との間に置かれる（第2d図）ように閉止
される。後者において金型部分14が閉じられるとき補強
骨材２の近傍に凹所16を有するのを見ることができる。
金属基材18は次いで金型部分６および14間で鋳造され、
その結果溶融金属は繊維層8,12のすべてのギヤップ、な
らびに補強骨材２を充填する。金属基材はまたモールド
キャビティ16を充填する。ピン10は基材18を鋳造すると
きに溶融する十分に低い溶融点を有する金属から作られ
る。一旦後者が固化されると、鋳造体はモールドから抜
き取られかつこれが必要ならば、機会加工を行なうこと
ができる。第2e図は鋳造体20が局部補強部または金属隆
起部22が配置される区域に孔19を有する機械加工の例を
示す。第2e図の点線は補強骨材２の最初の位置を示す。

第2e図の特別な場合において、この骨材を構成する粒子
が結果として補強されかつ鋳造体20の残部と同一の機械
的特性を有する金属隆起部22に置かれることを見ること
ができる。

第2c図の繊維層12を所定位置に配置するとき、前記繊維
は比較的砕け易い骨材２の表面を劣化し易い応力または
張力を受けるかも知れない。骨材２を保護するために、
第３図に示した方法で保護キャップでそれを保護するの
が有利かも知れない。

第３図において、前示の図面におけると同一の形状を有
する骨材２は保護キャップ24で被覆されることを見るこ
とができる。図面の右半分の部分において、キャップ24
は骨材２を完全に被覆するが、その左半分の部分におい
て、キャップ24bはそれを部分的にのみ被覆する。キャ
ップ24は骨材および繊維を構成する材料と両立し得る薄
い金属（例えば厚さ0.1mm）により作られる。

さらに、この材料は基材の浸入中溶融することができ
る。

第４図は補強生成物が鋳造体内に置かれる他の例を示
す。この場合に、補強骨材２は本体26および係留部分30
を有する。本体26はモールド６のキャビティ28内に配置
され、一方係留部分30は繊維層８を所定位置に配置する
とき繊維層８によって埋設される。補強骨材２は第４図
の実線により示されるように、単一の係留部分30を、ま
たは補強骨材がより大きな寸法を有するならばかつ同図
に実線によって示されるようにそのような部分を幾つか
（係留部分30a,30b等）有することができる。明らかな
ように、この場合には、また骨材２をまたは少なくとも
係留部分30を、第３図の場合におけるように、保護キャ
ップにより被覆することができる。

第５図および第６図は第４図の例と同様な変形例を示す
が、製造されるべき部品が筒状でありかつここで説明さ
れる特別な場合において、補強骨材２は本体26と４個の
係留部分30a〜30dを有する。

第７図は予め定めた形状に機会加工されることができる
拡大部34を特定点に有する筒状部品32の製造への本発明
の応用を示す。前述のごとく、そのまわりに繊維層８が
配置または巻回されるマンドレル６が使用される。繊維
層８内には、第５図および第６図の場合におけるよう
に、任意の連続骨材の形にすることができる１またはそ
れ以上の補強骨材が配置される。

前述のごとく、最初の手順は金属基材をモールド内に配
置することであり、次いで金属基材を鋳造しかつ該金属
基材を固化させることを伴なう。これに第７図の破線36
に沿う機会加工が続き、骨材２は補強されかつ鋳造体の
残部の機械的特性と同じ機械的特性を有する拡大部34に
位置決めされる。

第８図の断面図は補強骨材２が第１図におけると同じ外
部形状を有するが、有機結合剤との粒子の凝集によって
製造されることに代えて、繊維の三次元ウイービンによ
って製造される変形例を示す。符号38のごとき繊維は図
面の平面に対して垂直な方向ｘに配置され、一方繊維40
および42は図面の平面内にかつ方向ｙおよびｚにそれぞ
れ向けられる。

第9a図ないし第9d図は補強骨材が織布を巻回することに
より製造される場合を示す。第9a図は補強骨材がノッチ
46を有する縁辺部（フリンジ）の付いた織布の形であ
り、この織布が次いでそれ自体に第9b図に示した形状を
付与するように巻回される。巻回は骨材２が実質上円錐
形状を有しかつここで説明される特定の場合においては
部分キャップであるキャップ24によって保護される。次
の段階は第2a図〜第2e図の変形例において使用されたピ
ンと同様なピン10上に骨材２を通すことにより該骨材２
の繊維または辺部を拡開することからなる。この拡開は
実質上円錐のコア48からなる取付け具によって任意に容
易にされかつ第１図における骨材２と同一の材料から作
られることができる。円錐コア48はそれ自体ピン10上に
心出しされる。これに骨材２を少なくとも部分的に被覆
するように第２繊維層12（第9d図）の取着が続く。次い
でモールドは閉じられかつ基材が前述された方法で鋳造
される。

本発明は、簡単な方法において鋳造物の固体部の機械的
特性に匹敵し得る機械的特性を有する隆起部または結節
を持つ鋳造体の製造を可能とするため、とくに興味ある
利点を提供する。最後に、本発明が前述された実施例に
限定されずかつそれに対する種々の変形が本発明の範囲
を越えることなく可能であることは明らかである。した
がって特別な場合の結果として、専門家は補強骨材の形
状を必要に応じて上記第2e図、第４図、第５図および第
７図に示したように設計する事が可能であり、また、そ
の係留部分の繊維強化部材8,12への埋設方法もその形状
に応じて様々な変化に富むであろう。考え得る材料に関
して、前に示したリストは限定的なものではなく、かつ
本発明は鋳造体、繊維強化部材または補強骨材を製造す
るための材料に関係なく適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は補強骨材を示す概略断面図、 第2a図ないし第2e図は本発明による鋳造体の種々の製造
段階を示す概略断面図、第３図は保護キャップによって
補強骨材をどのように保護することができるかを示す概
略断面図、 第４図は平らな部分の場合において繊維塊中に補強骨材
をどのように配置することができるかを示す概略断面
図、 第５図は第４図と同様であるが、筒状部品の場合におい
て示す概略断面図、 第６図は第５図の線VI−VIに沿う断面図、 第７図は補強骨材が該骨材で機械加工される前にどのよ
うに筒状部材内に配置されるかを示す概略断面図、 第８図は繊維の三次元ウイービングによって得られる補
強骨材を示す概略断面図、 第9a図ないし第9d図は補強骨材が織布を巻回するかまた
は巻き上げることによって製造される、本発明による鋳
造体を製造する種々の段階を示す概略断面図である。 〔図中の符号〕 ２……非金属補強骨材、４……凹所、８……繊維強化部
材、 ６……モールド部分、10……ピン、12…繊維強化部材、 16……モールドキャビティ（凹所）、18……金属基材、 20……鋳造体、22……金属隆起部、24……保護キャッ
プ、 38,40,41……繊維。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化部材（8,12）によって補強された
   金属基材（18）によって構成される固体部と少なくとも
   １つの金属隆起部（22）を有する鋳造体において、前記
   金属隆起部の少なくとも一部が前記繊維強化部材に組み
   込まれる非金属補強骨材（２）からなることを特徴とす
   る鋳造体。
2. 【請求項２】前記金属基材（18）がアルミニウム、マグ
   ネシウム、シリコンおよびチタニウムによって構成され
   るグループから選択された金属から作られることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の鋳造体。
3. 【請求項３】前記繊維強化部材（8,12）が耐熱性材料か
   ら作られることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の鋳造体。
4. 【請求項４】前記補強骨材が耐熱性材料から作られるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の鋳造体。
5. 【請求項５】繊維強化部材（8,12）によって補強された
   金属基材（18）によって構成された固体部および少なく
   とも１つの前記金属隆起部（22）を結合する鋳造体の製
   造方法において、 ａ）一方の成形金型を構成する支持体（６）上に前記繊
   維強化部材を部分的に配置し、 ｂ）補強骨材（２）を別個に製造し、 ｃ）前記補強骨材の少なくとも一部を前記繊維強化部材
   （8,12）に組み込み、 ｄ）前記繊維強化部材（8,12）を他方の成形金型（14）
   を構成する支持体（14）と前記一方の成形金型を構成す
   る支持体（６）とに依って画成されるモールドキャビテ
   ィ（16）内に置き、そして ｅ）前記繊維強化部材および前記補強骨材内のすべての
   空間を前記金属基材（18）を完全に充填する事により該
   補強骨材の周囲に前記金属隆起部を生成せしめて前記繊
   維強化部材、前記補強骨材および金属基材とを一体的に
   鋳造してなることを特徴とする鋳造体の製造方法。
6. 【請求項６】前記ｂ）の段階後実施されかつ前記補強骨
   材（２）を保護キャップ（24）で少なくとも部分的に被
   覆してなる追加の段階を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載の鋳造体の製造方法。
7. 【請求項７】前記保護キャップが前記金属基材（18）の
   注湯中に溶融できる材料から作られることを特徴とする
   特許請求の範囲第６項に記載の鋳造体の製造方法。
8. 【請求項８】前記補強骨材（２）が粒状体と繊維とを有
   機結合剤を含浸しかつ圧縮することによって製造される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の鋳造体
   の製造方法。
9. 【請求項９】前記補強骨材（２）が繊維（38,40,42）の
   三次元ウイービングによって製造されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項に記載の鋳造体の製造方法。
10. 【請求項１０】前記補強骨材（２）が織布（44）の巻回
    によって製造されることを特徴とする特許請求の範囲第
    ５項に記載の鋳造体の製造方法。
11. 【請求項１１】前記織布（44）が粒状体またはこの織布
    （44）と同一材料から作られる繊維コア（48）上に位置
    決めされることを特徴とする特許請求の範囲第10項に記
    載の鋳造体の製造方法。
12. 【請求項１２】前記補強骨材（２）が縁辺部を有し、そ
    して、前記ｂ）の段階後実施されかつ前記繊維骨材の部
    分にわたって平らにすることにより前記縁辺部を拡開し
    てなる追加の段階を含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第５項に記載の鋳造体の製造方法。
13. 【請求項１３】前記繊維強化部材（8,12）に組み込まれ
    た溶融可能なピン（10）が使用され、かつそれに前記段
    階ｃ）中に、前記補強骨材（２）が織り込まれることを
    特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の鋳造体の製造
    方法。