JPH10328811A - 成形体のボア入子への装着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形体の圧縮剪断割れ、周方向割れ伝播を防
止できる成形体のボア入子への装着方法の提供。 【解決手段】 （１）ボア入子１に成形体２を所定の圧
力で挿入し、その状態で成形体２を押さえる。（２）ボ
ア入子１に成形体２を所定の圧力で挿入し、その状態で
第１のピン１４で成形体２を位置決めし、第２のピン１
２で成形体２を押さえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダボア内面
が金属基複合材料（ＭＭＣ）から構成されるタイプのシ
リンダブロックの製造方法における、強化材繊維成形体
のボア入子への装着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリンダボア内面が金属基複合材
料から構成されるシリンダブロックの製造方法は、図８
に示すように、外周がテーパ形状とされたボア入子１０
１の外周に、予め予熱した、内周がテーパ形状、外周が
軸芯と平行なストレート形状の成形体１０２を配置し、
その成形体を配置したボア入子を鋳型１０３内のキャビ
ティ１０４に配置し、ついで溶湯１０５を射出シリンダ
１０６にてキャビティ１０４に注湯し、プランジャーチ
ップ１０７により射出、加圧することで成形体１０２の
外周面側のみから成形体１０２の中に溶湯を含浸させて
成形体部分を金属基複合材料とし、冷却後シリンダブロ
ック製品を鋳型１０３およびボア入子１０１から取り外
して出し、ついで金属基複合材料とされたシリンダボア
内面を機械加工して所定寸法の直円筒面のシリンダボア
とする、という工程からなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のシリン
ダブロックの製造方法にはつぎの問題がある。従来製造
方法では、ボア入子１０１と成形体１０２の間には、図
９に示すように、多少のクリアランス１０８が必ず発生
する。クリアランス１０８は、たとえば、ボア入子１０
１のテーパ角度と成形体１０２のテーパ角度の公差、ボ
ア入子温度（たとえば、１００〜２００℃）と成形体温
度（たとえば、５００〜９００℃）の温度のばらつきな
どにより、発生する。このクリアランス１０８の存在す
る状態で、アルミ溶湯に圧力がかけられて成形体１０２
にアルミ溶湯が含浸する際に、図１０に示すように成形
体１０２が圧縮剪断の割れ１０９を生じる。すなわち、
外周からの圧力で成形体１０２に生じる周方向圧縮応力
が許容剪断応力を越えたときに圧縮力の方向に対し４５
°の面に沿って剪断破壊を生じ、破壊面に沿って座屈が
生じて局部的に成形体の強化繊維の密度の濃い部分が生
じる。この部分が、実際の使用時にピストンリングと摺
動すると、ピストンリングの摩耗を増大させる。また、
成形体１０２は、一般的に、通気性型を強化繊維を混入
したスラリー中に浸漬して通気性型内から吸引し通気性
型の表面に強化繊維を積層形成し乾燥させた後成形体か
ら通気性型を抜くという方法によって製造されるため、
成形体１０２中では強化材繊維が周方向に向いていて厚
さ方向には積層された状態（バームクーヘン状）になっ
ており、層間強度は比較的弱い。そのため、上記の圧縮
剪断の割れ１０９が厚さ方向の途中で周方向に伝播して
周方向割れ１１０を生じ（図１１）、そこに溶湯が侵入
して凝固し、加工時にこの部分が露出すると、図１２に
示すように、局部的に強化材の無い部分１１１が生じ
る。このような部分１１１が存在すると、実際の使用時
にピストンリングの異常摩耗や焼きつきが発生する。本
発明の課題は、成形体内周面とボア入子外周面との間の
隙間を無くし成形体にその外周面から溶湯圧がかかった
時に成形体が圧縮剪断割れや周方向割れを生じることを
防止できる成形体のボア入子への装着方法を提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明は、つぎの通りである。 （１） ボア入子に成形体を所定の圧力で挿入する工程
と、挿入した状態で成形体挿入側から前記成形体を抜け
出ないように押さえる工程と、からなる成形体のボア入
子への装着方法。 （２） ボア入子に成形体を所定の圧力で挿入する工程
と、挿入した状態で少なくとも成形体挿入側と反対側か
ら成形体に第１のピンを当てて挿入方向前進端を位置決
めする工程と、挿入した状態で成形体挿入側から前記成
形体を成形体挿入方向に付勢された第２のピンにより押
さえる工程と、からなる成形体のボア入子への装着方
法。

【０００５】上記（１）の成形体のボア入子への装着方
法では、成形体を所定圧でボア入子に挿入するので、成
形体内周面とボア入子外周面との間の隙間は無くなり、
その状態で挿入側から押さえるので、隙間０の状態が成
形体に過不足の軸方向力をかけることなく維持され、溶
湯を注湯した時、成形体にその外周面から溶湯圧がかか
っても、成形体は圧縮剪断割れおよび周方向割れを生じ
ない。上記（２）の成形体のボア入子への装着方法で
は、成形体を所定圧でボア入子に挿入するので、成形体
内周面とボア入子外周面との間の隙間は無くなり、その
状態で挿入と反対方向からピンで位置決めし挿入側から
付勢ピンで押さえるので、隙間０の状態が成形体に過不
足の軸方向力をかけることなく維持され、溶湯を注湯し
た時、成形体にその外周面から溶湯圧がかかっても、成
形体は圧縮剪断割れおよび周方向割れを生じない。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の成形体のボア入子
への装着方法を含むシリンダブロックの製造方法を工程
順に示しており、図２は本発明の成形体のボア入子への
装着方法における可動型と成形体との間の距離の許容範
囲を示すグラフを示し、図３および図４は本発明の第１
実施例の成形体のボア入子への装着方法を示し、図３
（第１、第２実施例に共用）、図５〜図７は本発明の第
２実施例の成形体のボア入子への装着方法を示す。本発
明の全実施例にわたって共通または類似の構成部分に
は、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してあ
る。

【０００７】まず、本発明の成形体のボア入子への装着
方法を含むシリンダブロックの製造方法を、図１を参照
して説明する。本発明のシリンダブロックの製造方法
は、予め予熱した、内外周面２ａ、２ｂを有するほぼ円
筒状の成形体２を、外周面１ａを有するボア入子１の外
周面１ａに接触させて、可動型３ｂと固定型３ａとから
なる型３のキャビティ４に配置する第１の工程と、キャ
ビィ４に溶湯５を注湯し、成形体２の外周面２ｂから成
形体２に溶湯圧をかけつつ溶湯５を含浸させ成形体２を
複合化させる第２の工程と、を有する。本発明の成形体
のボア入子への装着方法は上記の第１の工程に含まれ、
成形体２の内周面２ａとボア入子１の外周面１ａとの間
の隙間８が実質０にされる。

【０００８】上記シリンダブロックの製造方法は、さら
に、溶湯の冷却固化後シリンダブロック粗材９を鋳型３
およびボア入子１から取り外して出す第３の工程と、つ
いで金属基複合材料９ａとされたシリンダボア内面１０
を機械加工して所定寸法の直円筒面のシリンダボアとす
る第４の工程を有していてもよい。

【０００９】図１中、６は、キャビティ４に溶湯を射
出、加圧する射出シリンダを示し、７は、射出シリンダ
のプランジャーチップを示している。図示例の装置では
ボア入子１および成形体２が縦方向となるように配置し
てあるが、横方向の型であってもよい。溶湯５は、たと
えばアルミ溶湯である（ただし、アルミ溶湯に限るもの
ではない）。

【００１０】上記シリンダブロックの製造方法におい
て、第２の工程における溶湯圧力変化と含浸開始、完了
の関係はつぎの通りである。注湯開始から所定期間は溶
湯がキャビティに充填されている途中でこの間は溶湯圧
はほとんど上がらない。溶湯がキャビティを充満した時
点から急に溶湯圧が上がり始め、加圧完了時には約７５
０〜８５０ｋｇ／ｃｍ² （７３．５〜８３．３ＭＰａ）
に達する。そして、圧力急増開始点から圧力が上がって
いく初期の段階で約３〜３０ｋｇ／ｃｍ² （０．２９４
〜２．９４ＭＰａ）で溶湯の成形体への含浸が行われ完
了する。従来のように隙間が存在する状態において成形
体に外周面のみから溶湯圧がかかる場合は約３ｋｇ／ｃ
ｍ² （０．２９４ＭＰａ）で成形体に圧縮剪断が生じる
が、本発明では第１の工程で隙間８が無くなるように成
形体２をボア入子１に支持するので、加圧完了時まで圧
縮剪断割れ、周方向割れは生じない。

【００１１】つぎに、本発明の成形体２のボア入子１へ
の装着方法（上記第１の工程に含まれる）の各実施例に
共通な部分とその作用を説明する。本発明の成形体２の
ボア入子１への装着方法は、インサート機１１を用いて
内周面２ａがテーパの成形体２を外周面１ａがテーパの
ボア入子１に固定型３ａ側から所定の圧力で挿入し、そ
の状態で成形体２を軸方向に保持する、工程を有する。

【００１２】挿入工程では、図２に示すように、インサ
ート機１１の成形体２挿入圧力が急に上昇した時点（成
形体２がボア入子１に接触した時点）で挿入を停止す
る。この時点での成形体２の挿入方向前端と可動型３ｂ
との距離は、成形体２に潰れによる公差があるためある
範囲（イ）をとることができ、（イ）の範囲より距離を
大の（ア）の範囲では、成形体２とボア入子１との間に
隙間８ができて溶湯注湯時に成形体２が割れることにな
り、（イ）の範囲より距離を小の（ウ）の範囲では、成
形体２とボア入子１が締まり嵌めになって成形体２が冷
却して収縮したときに成形体２の潰れでは吸収できなく
なって成形体２が割れる。この（イ）の範囲にある状態
において、成形体２を軸方向に保持、固定する。

【００１３】上記共通部分の作用については、成形体２
がボア入子１に隙間８が無い状態とされ、この状態で第
２工程において注湯されるので、溶湯圧が成形体２の外
周面２ｂからかかっても成形体２は圧縮剪断割れおよび
周方向割れ伝播を生じることはない。

【００１４】つぎに、本発明の成形体２のボア入子１へ
の装着方法の各実施例に特有な部分とその作用を説明す
る。本発明の第１実施例の方法では、図３に示すよう
に、ボア入子に成形体を所定の圧力（上記（イ）の範囲
にある距離とする圧力）で挿入した後、この状態で図４
に示すように成形体挿入側（固定型３ａ側）から、成形
体２をボア入子１から抜け出ない（緩む方向に移動しな
い）ように、押さえる。この押えは固定型３ａ自体によ
って押さえてもよいし、固定型３ａから成形体２に向か
って突出するピン１２によって押さえてもよい。また、
ピン１２は、成形体２に過大な力をかけて（ウ）の領域
に入らないように、バネ１３、シリンダなどにより成形
体２側に所定圧で付勢されていてもよい。

【００１５】第１実施例の作用については、ボア入子に
成形体を所定の圧力で挿入後成形体２を押さえて保持す
るので、インサート機１１が後退した後、溶湯注湯時
に、成形体２が軸方向に移動して緩むことがなく、緩み
によって成形体２とボア入子１の間に隙間が生じること
がなく、溶湯圧が成形体２の外周面２ｂからかかっても
成形体２は圧縮剪断割れおよび周方向割れ伝播を生じる
ことはない。

【００１６】本発明の第２実施例の方法では、図３に示
すように、ボア入子に成形体を所定の圧力（上記（イ）
の範囲にある距離とする圧力）で挿入した後、この状態
で図５に示すように、成形体挿入側と反対側（可動型３
ｂ側）から成形体２に第１のピン１４を当てて挿入方向
前進端を位置決めしその状態で第１のピン１４をロック
し、ついで、固定型３ａ側（成形体挿入側）から成形体
２を成形体挿入方向に、たとえばばね１３、シリンダな
どにより付勢された第２のピン１２により、押さえる。

【００１７】第２実施例の作用については、ボア入子に
成形体を所定の圧力で挿入後、成形体２を第１のピン１
４、第２にピン１２で押さえて保持するので、インサー
ト機１１が後退した後、溶湯注湯時に、成形体２が軸方
向に移動して緩むことがなく、緩みによって成形体２と
ボア入子１の間に隙間が生じることがなく、溶湯圧が成
形体２の外周面２ｂからかかっても成形体２は圧縮剪断
割れおよび周方向割れ伝播を生じることはない。

【００１８】

【発明の効果】請求項１の成形体のボア入子への装着方
法によれば、成形体を所定圧でボア入子に挿入するの
で、成形体内周面とボア入子外周面との間の隙間は無く
なり、その状態で挿入側から押さえるので、隙間０の状
態が成形体に過不足の軸方向力をかけることなく維持さ
れ（（ア）や（ウ）の領域にならない）、溶湯を注湯し
た時、成形体にその外周面から溶湯圧がかかっても、成
形体は圧縮剪断割れおよび周方向割れを生じない。請求
項２の成形体のボア入子への装着方法によれば、成形体
を所定圧でボア入子に挿入するので、成形体内周面とボ
ア入子外周面との間の隙間は無くなり、その状態で挿入
と反対方向からピンで位置決めし挿入側から付勢ピンで
押さえるので、隙間０の状態が成形体に過不足の軸方向
力をかけることなく維持され、溶湯を注湯した時、成形
体にその外周面から溶湯圧がかかっても、成形体は圧縮
剪断割れおよび周方向割れを生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形体のボア入子への装着方法を含む
シリンダブロックの製造方法を実施している状態を工程
順に示した断面図である。

【図２】成形体のボア入子への装着時における可動型と
成形体の距離と嵌合状態との関係図である。

【図３】本発明の第１実施例および第２実施例の成形体
のボア入子への挿入工程を示す断面図である。

【図４】本発明の第１実施例の成形体の押え工程を示す
断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の成形体の位置決め工程を
示す断面図である。

【図６】本発明の第２実施例の成形体の押え工程を示す
断面図である。

【図７】本発明の第１実施例、第２実施例の成形体の軸
方向と直角の面で切った断面図である。

【図８】従来のシリンダブロックの製造方法を実施する
装置の断面図である。

【図９】従来方法におけるボア入子と成形体の断面図で
ある。

【図１０】従来方法における成形体の圧縮剪断を示す成
形体の一部の断面図である。

【図１１】従来方法における成形体の周方向割れを示す
成形体の一部の断面図である。

【図１２】従来方法における成形体の周方向割れ部か加
工時に露出した状態を示す成形体の一部の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ボア入子 １ａ ボア入子外周面 ２ 成形体 ２ａ 成形体内周面 ３ 型 ３ａ 固定型 ３ｂ 可動型 ４ キャビティ ５ 溶湯 ８ 隙間 １１ インサート機 １２ ピン（固定型側、第２のピン） １３ ばね １４ ピン（可動型側、第１のピン）

フロントページの続き (72)発明者 藤根 学 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山崎 彦人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 清水 益雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボア入子に成形体を所定の圧力で挿入す
   る工程と、 挿入した状態で成形体挿入側から前記成形体を抜け出な
   いように押さえる工程と、からなる成形体のボア入子へ
   の装着方法。
2. 【請求項２】 ボア入子に成形体を所定の圧力で挿入す
   る工程と、 挿入した状態で成形体挿入側と反対側から成形体に第１
   のピンを当てて挿入方向前進端を位置決めする工程と、 挿入した状態で成形体挿入側から前記成形体を成形体挿
   入方向に付勢された第２のピンにより押さえる工程と、
   からなる成形体のボア入子への装着方法。