JPS63238227A - 繊維強化軽合金部材 - Google Patents
繊維強化軽合金部材Info
- Publication number
- JPS63238227A JPS63238227A JP7088787A JP7088787A JPS63238227A JP S63238227 A JPS63238227 A JP S63238227A JP 7088787 A JP7088787 A JP 7088787A JP 7088787 A JP7088787 A JP 7088787A JP S63238227 A JPS63238227 A JP S63238227A
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- Japan
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- fibers
- molded body
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- light alloy
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ０発明の目的
（１）産業上の利用分野
本発明は、強化用繊維よりなる繊維成形体により強化し
た繊維強化軽合金部材に関する。
た繊維強化軽合金部材に関する。
（２）従来の技術
従来、この種部材において、繊維成形体の繊維体積率に
ついては厳密な検討がなされているが、その繊維成形体
を構成する繊維の平均アスペクト比についてはそれ程厳
密な検討がなされていない。
ついては厳密な検討がなされているが、その繊維成形体
を構成する繊維の平均アスペクト比についてはそれ程厳
密な検討がなされていない。
こ＼で、アスペクト比とは、繊維の長さをＬｌまた繊維
の直径をＤとした場合にＬ／Ｄで表わされる値であり、
したがって、使用繊維の直径が略等しければ繊維の長さ
を表わす値となる。
の直径をＤとした場合にＬ／Ｄで表わされる値であり、
したがって、使用繊維の直径が略等しければ繊維の長さ
を表わす値となる。
（３）発明が解決しようとする問題点
−ｍに、部材を繊維強化する場合には、その繊維強化部
の形状に略合致する繊維成形体を成形し、その繊維成形
体にマトリックスである軽合金の溶湯を充填するといっ
た手法が用いられている。
の形状に略合致する繊維成形体を成形し、その繊維成形
体にマトリックスである軽合金の溶湯を充填するといっ
た手法が用いられている。
前記繊維成形体の成形工程において、繊維体積率を高く
するときには成形圧力は比較的高く設定され、また繊維
体積率を低くするときには成形圧力は比較的低く設定さ
れる。この場合、繊維成形体の保形性は、繊維相互の絡
み合いによるものであるから、繊維体積率を高くすると
きに平均アスペクト比の大きな繊維を用いると、成形圧
力によりその繊維が切損して保形性が低下し、一方繊維
体積率を低くするときに平均アスペクト比の小さな繊維
を用いると、その成形圧力下では成形不能になるといっ
た事態を惹起する。
するときには成形圧力は比較的高く設定され、また繊維
体積率を低くするときには成形圧力は比較的低く設定さ
れる。この場合、繊維成形体の保形性は、繊維相互の絡
み合いによるものであるから、繊維体積率を高くすると
きに平均アスペクト比の大きな繊維を用いると、成形圧
力によりその繊維が切損して保形性が低下し、一方繊維
体積率を低くするときに平均アスペクト比の小さな繊維
を用いると、その成形圧力下では成形不能になるといっ
た事態を惹起する。
また繊維の平均アスペクト比は、同一繊維体積率の繊維
成形体を用いた前記部材において、その強度を左右する
因子にもなる。
成形体を用いた前記部材において、その強度を左右する
因子にもなる。
したがって繊維成形体の保形性および前記部材の強度の
両点を考慮に入れて、繊維体積率に応じ繊維の平均アス
ペクト比を特定する必要がある。
両点を考慮に入れて、繊維体積率に応じ繊維の平均アス
ペクト比を特定する必要がある。
本発明は、このような要請に応じ繊維体積率と平均アス
ペクト比との相関を究明したもので、これにより繊維強
化能を十分に発揮し得る保形性の優れた繊維成形体を用
いた高強度な前記部材を提供することを目的とする。
ペクト比との相関を究明したもので、これにより繊維強
化能を十分に発揮し得る保形性の優れた繊維成形体を用
いた高強度な前記部材を提供することを目的とする。
Ｂ１発明の構成
（１）問題点を解決するための手段
本発明は、強化用繊維よりなる繊維成形体により強化し
た繊維強化軽合金部材において、前記繊維成形体の繊維
体積率を４〜６０％に、また前記強化用繊維の平均アス
ペクト比を２０〜１５０にそれぞれ設定したことを特徴
とする。
た繊維強化軽合金部材において、前記繊維成形体の繊維
体積率を４〜６０％に、また前記強化用繊維の平均アス
ペクト比を２０〜１５０にそれぞれ設定したことを特徴
とする。
（２）作 用
前記のように繊維成形体の繊維体積率を４〜６０％に設
定すると、繊維強化に必要な繊維量を確保することがで
きる。
定すると、繊維強化に必要な繊維量を確保することがで
きる。
たりし、繊維体積率が４％を下回ると、繊維量が不足し
て十分な繊維強化能を得ることができず、また繊維が切
欠き効果を発揮して部材の強度が低下し、一方、繊維体
積率が６０％を上回ると、繊維量が過剰となってマトリ
ックスの充填性が悪化し、所定の強度を得ることができ
ない。
て十分な繊維強化能を得ることができず、また繊維が切
欠き効果を発揮して部材の強度が低下し、一方、繊維体
積率が６０％を上回ると、繊維量が過剰となってマトリ
ックスの充填性が悪化し、所定の強度を得ることができ
ない。
また平均アスペクト比を２０〜１５０に設定すると、前
記繊維体積率の繊維成形体においてその保形性を良好に
し、また部材の強度を向上させることができる。
記繊維体積率の繊維成形体においてその保形性を良好に
し、また部材の強度を向上させることができる。
たりし、平均アスペクト比が２０を下回ると、繊維体積
率を４％に設定した場合に、その比較的低い成形圧力下
では成形不能となり、一方、平均アスペクト比が１５０
を上回ると、繊維体積率を６０％に設定した場合に、そ
の比較的高い成形圧力によって、繊維が切損して保形性
が低下する。
率を４％に設定した場合に、その比較的低い成形圧力下
では成形不能となり、一方、平均アスペクト比が１５０
を上回ると、繊維体積率を６０％に設定した場合に、そ
の比較的高い成形圧力によって、繊維が切損して保形性
が低下する。
（３）実施例
第１〜第３図は、軽合金としてのアルミニウム合金より
鋳造された、繊維強化軽合金部材としてのサイアミーズ
型シリンダブロック１を示し、そのシリンダブロックｌ
はシリンダボア２ａを有する複数のシリンダバレル２．
〜２４を連結したサイアミーズシリンダバレル２と、そ
れを囲繞するシリンダブロック外壁３と、シリンダブロ
ック外壁３に連設されたクランクケース４とを備え、サ
イアミーズシリンダバレル２およびシリンダブロック外
壁３間にサイアミーズシリンダバレル２の外周が臨む水
ジャケット５が設けられる。水ジャケット５のシリンダ
ヘッド接合面ａ側端部において、サイアミーズシリンダ
バレル２とシリンダブロック外壁３とが複数の補強デツ
キ部６により部分的に連結され、相隣る補強デツキ部６
間は水ジャケット５の、シリンダヘッドへの連通ロアと
して機能する。これによりシリンダブロック１は、いわ
ゆるクローズドデツキ型に構成される。
鋳造された、繊維強化軽合金部材としてのサイアミーズ
型シリンダブロック１を示し、そのシリンダブロックｌ
はシリンダボア２ａを有する複数のシリンダバレル２．
〜２４を連結したサイアミーズシリンダバレル２と、そ
れを囲繞するシリンダブロック外壁３と、シリンダブロ
ック外壁３に連設されたクランクケース４とを備え、サ
イアミーズシリンダバレル２およびシリンダブロック外
壁３間にサイアミーズシリンダバレル２の外周が臨む水
ジャケット５が設けられる。水ジャケット５のシリンダ
ヘッド接合面ａ側端部において、サイアミーズシリンダ
バレル２とシリンダブロック外壁３とが複数の補強デツ
キ部６により部分的に連結され、相隣る補強デツキ部６
間は水ジャケット５の、シリンダヘッドへの連通ロアと
して機能する。これによりシリンダブロック１は、いわ
ゆるクローズドデツキ型に構成される。
各シリンダバレル２Ｉ〜２４は、シリンダボア２ａ回り
を繊維強化する円筒状繊維強化部Ｃと、その外周を囲繞
する円筒状アルミニウム合金単体部Ｍとよりなる。繊維
強化部Ｃは、第４図に示す強化用繊維としてのアルミナ
系繊維より成形された円筒状繊維成形体Ｆと、それに充
填されたアルミニウム合金マトリックスとより構成され
る。
を繊維強化する円筒状繊維強化部Ｃと、その外周を囲繞
する円筒状アルミニウム合金単体部Ｍとよりなる。繊維
強化部Ｃは、第４図に示す強化用繊維としてのアルミナ
系繊維より成形された円筒状繊維成形体Ｆと、それに充
填されたアルミニウム合金マトリックスとより構成され
る。
引張り試験のために、前記構成を有する各種シリンダブ
ロック１を以下に述べる工程を経て製造する。
ロック１を以下に述べる工程を経て製造する。
先ず、円筒状繊維成形体Ｆの製造について説明すると、
平均直径３μｍで、平均アスペクト比を２０〜８００の
範囲内で種々変更した多種類のアルミナ系繊維に、アル
ミナゾル、シリカゾル等の無機バインダを各別に添加し
て多種類の成形材料の水溶液を調製し、これら成形材料
の水溶液を用いて吸引成形法の適用下で各種円筒体を得
、次いでこの円筒体に、それをラバーを介し成形圧力約
２０ｋｇ／ｃＩｌｌで押圧する、ラバープレス処理を施
して繊維体積率を決定し、さらに円筒体を加熱乾燥後焼
成することにより、繊維体積率（Ｖｆ）１２％の各種円
筒状繊維成形体Ｆを得る。
平均直径３μｍで、平均アスペクト比を２０〜８００の
範囲内で種々変更した多種類のアルミナ系繊維に、アル
ミナゾル、シリカゾル等の無機バインダを各別に添加し
て多種類の成形材料の水溶液を調製し、これら成形材料
の水溶液を用いて吸引成形法の適用下で各種円筒体を得
、次いでこの円筒体に、それをラバーを介し成形圧力約
２０ｋｇ／ｃＩｌｌで押圧する、ラバープレス処理を施
して繊維体積率を決定し、さらに円筒体を加熱乾燥後焼
成することにより、繊維体積率（Ｖｆ）１２％の各種円
筒状繊維成形体Ｆを得る。
鋳造時には、金型を１００〜１２０℃に、また円筒状繊
維成形体Ｆを約１５０〜４５０℃にそれぞれ予熱した後
、円筒状繊維成形体Ｆおよび水ジヤケツト用砂中子を金
型に設置する。そして、温度７３０〜７４０℃のアルミ
ニウム合金（、ｌ−３ｉ−Ｃｕ系）の溶湯を金型に注入
し、その溶湯を２００〜１０００ｋｇ／ｃＪＩの圧力下
で完全凝固させて各種シリンダブロック１を得る。これ
らシリンダブロック１には鋳造後Ｔ６処理等の熱処理が
施される。
維成形体Ｆを約１５０〜４５０℃にそれぞれ予熱した後
、円筒状繊維成形体Ｆおよび水ジヤケツト用砂中子を金
型に設置する。そして、温度７３０〜７４０℃のアルミ
ニウム合金（、ｌ−３ｉ−Ｃｕ系）の溶湯を金型に注入
し、その溶湯を２００〜１０００ｋｇ／ｃＪＩの圧力下
で完全凝固させて各種シリンダブロック１を得る。これ
らシリンダブロック１には鋳造後Ｔ６処理等の熱処理が
施される。
各種シリンダブロックｌの繊維強化部Ｃよりテストピー
スを切出し、各テストピースを用いて引張り試験を行っ
たところ、第５図線Ｘに示す結果を得た。
スを切出し、各テストピースを用いて引張り試験を行っ
たところ、第５図線Ｘに示す結果を得た。
第５図中、線Ｙ、Ｚは円筒状繊維成形体Ｆの繊維体積率
を６０％、４％にそれぞれ設定しな場合に該当し、その
使用繊維は、前記同様に平均直径３μｍのアルミナ系繊
維である。また繊維体積率６０％の場合の成形圧力は１
０００ ｋｇ／ｃＪ、同４％の場合のそれは１ｋｇ／−
である。
を６０％、４％にそれぞれ設定しな場合に該当し、その
使用繊維は、前記同様に平均直径３μｍのアルミナ系繊
維である。また繊維体積率６０％の場合の成形圧力は１
０００ ｋｇ／ｃＪ、同４％の場合のそれは１ｋｇ／−
である。
前記のようにアルミナ系繊維の繊維体積率を４〜６０％
に設定すると、繊維強化に必要な繊維量を確保して高強
度な繊維強化部Ｃを得ることができる。
に設定すると、繊維強化に必要な繊維量を確保して高強
度な繊維強化部Ｃを得ることができる。
たゾし、繊維体積率が４％を下回ると、前記のように繊
維量が不足してアルミナ系繊維による繊維強化能を得る
ことができない等の問題があり、一方、繊維体積率が６
０％を上回ると、前記のように繊維量が過剰となってマ
トリックスの充填性が悪化する等の問題がある。
維量が不足してアルミナ系繊維による繊維強化能を得る
ことができない等の問題があり、一方、繊維体積率が６
０％を上回ると、前記のように繊維量が過剰となってマ
トリックスの充填性が悪化する等の問題がある。
また平均アスペクト比を２０〜１５０に設定すると、前
記繊維体積率の円筒状繊維成形体Ｆにおいてその保形性
を良好にすると共に繊維強化部Ｃの強度を向上させるこ
とができる。
記繊維体積率の円筒状繊維成形体Ｆにおいてその保形性
を良好にすると共に繊維強化部Ｃの強度を向上させるこ
とができる。
たソ゛シ、平均アスペクト比が２０を下回ると、繊維体
積率を４％に設定した場合に、その比較的低い成形圧力
下では成形不能となり、一方、平均アスペクト比が１５
０を上回ると、繊維体積率を６０％に設定した場合に、
その比較的高い成形圧力によって、アルミナ系繊維が切
損して保形性が低下する。
積率を４％に設定した場合に、その比較的低い成形圧力
下では成形不能となり、一方、平均アスペクト比が１５
０を上回ると、繊維体積率を６０％に設定した場合に、
その比較的高い成形圧力によって、アルミナ系繊維が切
損して保形性が低下する。
第５図より明らかなように、各繊維強化部Ｃにおいて、
その引張強さを最良値に保つためには各繊維体積率と平
均アスペクト比との間には密接な関連があり、繊維体積
率４％（線Ｚ）、１２％（線Ｘ）、６０％（線Ｙ）につ
いては、それぞれ平均アスペクト比が１００〜１３０．
８０〜１００゜３０〜７０である。
その引張強さを最良値に保つためには各繊維体積率と平
均アスペクト比との間には密接な関連があり、繊維体積
率４％（線Ｚ）、１２％（線Ｘ）、６０％（線Ｙ）につ
いては、それぞれ平均アスペクト比が１００〜１３０．
８０〜１００゜３０〜７０である。
第６図は、平均直径３μｍ、平均アスペクト比７０のア
ルミナ系繊維よりなる、繊維体積率１２％の円筒状繊維
成形体Ｆを用いた前記繊維強化部Ｃにおける、アルミナ
系繊維のα化率と引張強さとの関係を示し、α化率が６
０％以下であれば所定の引張強さが得られるが、α化率
が６０％を上回ると、引張強さが急激に低下する。これ
はアルミナ系繊維の硬度が増すため、その繊維が成形圧
力により切損することに起因する。
ルミナ系繊維よりなる、繊維体積率１２％の円筒状繊維
成形体Ｆを用いた前記繊維強化部Ｃにおける、アルミナ
系繊維のα化率と引張強さとの関係を示し、α化率が６
０％以下であれば所定の引張強さが得られるが、α化率
が６０％を上回ると、引張強さが急激に低下する。これ
はアルミナ系繊維の硬度が増すため、その繊維が成形圧
力により切損することに起因する。
アルミナ系繊維の平均直径は１０μｍ以下であることが
望ましい。その理由は、平均直径が１０μｍを上回ると
、その繊維が、軸線を引張り荷重方向と交差するように
配列された場合、マトリックスを遮断して大きな切欠き
効果を発揮するからである゛。
望ましい。その理由は、平均直径が１０μｍを上回ると
、その繊維が、軸線を引張り荷重方向と交差するように
配列された場合、マトリックスを遮断して大きな切欠き
効果を発揮するからである゛。
本発明に係る前記部材としては、前記シリンダブロック
の外に、バルブシートを繊維強化部としたシリンダヘッ
ド、トップランド部を繊維強化部としたピストン、主と
してボルト孔間に存するクランクジャーナル支承部を繊
維強化部としたクランクシャフト用ベアリングキャップ
（およびシリンダブロック）、主として枠部を繊維強化
部としたコンロンド、全体を繊維強化したロッカアーム
等各種内燃機関用部品、その他の構造部材が該当する。
の外に、バルブシートを繊維強化部としたシリンダヘッ
ド、トップランド部を繊維強化部としたピストン、主と
してボルト孔間に存するクランクジャーナル支承部を繊
維強化部としたクランクシャフト用ベアリングキャップ
（およびシリンダブロック）、主として枠部を繊維強化
部としたコンロンド、全体を繊維強化したロッカアーム
等各種内燃機関用部品、その他の構造部材が該当する。
下表は、前記内燃機関用部品における最適な繊維体積率
（ｖｒ）’および平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）の関係を
示す。
（ｖｒ）’および平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）の関係を
示す。
前記表においてｆａｔは断熱性を向上させる場合にまた
（ｂｌはリング溝の耐摩耗性を向上させる場合にそれぞ
れ該当する。
（ｂｌはリング溝の耐摩耗性を向上させる場合にそれぞ
れ該当する。
なお、部材に耐摩耗性、耐焼付き性等の摺動特性が要求
されるときには、アルミナ系繊維等に炭素繊維等の自己
潤滑能を有する繊維を混合することは有効であり、この
場合、主たる繊維と混合繊維の平均直径が異なっても、
それらの平均アスペクト比を前記範囲に特定することに
よって部材の強度を向上させることができる。
されるときには、アルミナ系繊維等に炭素繊維等の自己
潤滑能を有する繊維を混合することは有効であり、この
場合、主たる繊維と混合繊維の平均直径が異なっても、
それらの平均アスペクト比を前記範囲に特定することに
よって部材の強度を向上させることができる。
Ｃ１発明の効果
本発明によれば、繊維成形体の繊維体積率および強化用
繊維の平均アスペクト比を前記のように特定することに
より、繊維強化能を十分に発揮し得る保形性の優れた繊
維成形体を用いた高強度な繊維強化軽合金部材を提供す
ることができる。
繊維の平均アスペクト比を前記のように特定することに
より、繊維強化能を十分に発揮し得る保形性の優れた繊
維成形体を用いた高強度な繊維強化軽合金部材を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１ないし第３図はシリンダブロックを示し、第１図は
平面図、第２図は第１図■−ｎ線断面図、第３図は第２
図ｍ−ｍ線断面図、第４図は円筒状繊維成形体の斜視図
、第５図はアルミナ系繊維の平均アスペクト比と繊維強
化部の引張強さとの関係を示すグラフ、第６図はアルミ
ナ系繊維のα化率と繊維強化部の引張強さとの関係を示
すグラフである。
平面図、第２図は第１図■−ｎ線断面図、第３図は第２
図ｍ−ｍ線断面図、第４図は円筒状繊維成形体の斜視図
、第５図はアルミナ系繊維の平均アスペクト比と繊維強
化部の引張強さとの関係を示すグラフ、第６図はアルミ
ナ系繊維のα化率と繊維強化部の引張強さとの関係を示
すグラフである。
Claims (4)
- （１）強化用繊維よりなる繊維成形体により強化した繊
維強化軽合金部材において、前記繊維成形体の繊維体積
率を４〜６０％に、また前記強化用繊維の平均アスペク
ト比を２０〜１５０にそれぞれ設定したことを特徴とす
る繊維強化軽合金部材。 - （２）前記平均アスペクト比を３０〜１３０に設定した
、特許請求の範囲第（１）項記載の繊維強化軽合金部材
。 - （３）前記強化用繊維の平均直径を１０μｍ以下に設定
した、特許請求の範囲第（１）または第（２）項記載の
繊維強化軽合金部材。 - （４）前記強化用繊維はアルミナ系繊維であり、該アル
ミナ系繊維のα化率を６０％以下に設定した、特許請求
の範囲第（１）、第（２）または第（３）項記載の繊維
強化軽合金部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7088787A JPS63238227A (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 繊維強化軽合金部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7088787A JPS63238227A (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 繊維強化軽合金部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63238227A true JPS63238227A (ja) | 1988-10-04 |
Family
ID=13444487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7088787A Pending JPS63238227A (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 繊維強化軽合金部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63238227A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5421087A (en) * | 1989-10-30 | 1995-06-06 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of armoring a vehicle with an anti-ballistic material |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61195940A (ja) * | 1985-02-26 | 1986-08-30 | Toshiba Corp | 短繊維プリフオ−ムの製造方法 |
-
1987
- 1987-03-25 JP JP7088787A patent/JPS63238227A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61195940A (ja) * | 1985-02-26 | 1986-08-30 | Toshiba Corp | 短繊維プリフオ−ムの製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5421087A (en) * | 1989-10-30 | 1995-06-06 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of armoring a vehicle with an anti-ballistic material |
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