JP2004027906A

JP2004027906A - シリンダブロックの製造方法及びシリンダブロック軸受部用プリフォーム

Info

Publication number: JP2004027906A
Application number: JP2002183057A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Omura; 大村　博幸; Yoji Yamada; 山田　洋二; Akitoshi Kawaguchi; 川口　彰敏; Toshio Yamauchi; 山内　利夫; Shogo Komura; 小村　章吾
Original assignee: Ryobi Ltd; Suzuki Motor Corp
Current assignee: Ryobi Ltd; Suzuki Motor Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP3768458B2

Abstract

【課題】金型内の適切な位置にプリフォームを確実にセットでき、且つ、鋳込み時にプリフォームが変形して割れが生じるのを防止できるシリンダブロックの製造方法及び当該製造方法で用いられるシリンダブロック軸受部用プリフォームの提供。
【解決手段】シリンダブロック軸受部用プリフォーム１の両端をなす平坦部１０Ａ、２０Ａには、この部分を貫通する貫通孔１ａ、１ａが形成されている。貫通孔１ａは、上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパー形状をなす。シリンダブロックの製造方法では、貫通孔１ａ、１ａの形成されたプリフォーム１を作製するプリフォーム作製工程を行い、金型内のピン５３、５４を貫通孔１ａに挿入してプリフォーム１を金型に保持するプリフォーム保持工程を行い、プリフォーム１にアルミニウム合金溶湯を鋳込む軸受部の鋳込み工程を行う。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダブロックの製造方法及びプリフォームに関し、特に、シリンダブロック軸受部の製造方法及びシリンダブロック軸受部に用いられるプリフォームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車等のエンジンを構成するシリンダブロック１００は、通常では図３に示されるように、シリンダライナ等を有する上部側のシリンダブロック本体部１０２とベアリングキャップ１０１を備えている。ベアリングキャップ１０１は、シリンダブロック本体部１０２の下部に対向して設けられており、本体部１０２に対向する位置には半円柱形状をした凹部１１０ａが形成されている。また、ベアリングキャップの凹部１１０ａに対向する本体部１０２の位置にも半円柱形状をした凹部１０２ａが形成されている。凹部１１０ａと凹部１０２ａとにより画成される円柱形状をした空間には、図示せぬクランクシャフトが回転可能に支承され、凹部１１０ａと凹部１０２ａとによりシリンダブロックの軸受部を構成する。ベアリングキャップ１０１の半円柱形状をした凹部１１０ａの近傍の位置には、凹部１１０ａの中心点を中心として略対称の位置関係で、図３の上下方向に貫通する貫通孔１０１ａが２つ形成されている。貫通孔１０１ａには、図示せぬボルトがそれぞれ１本ずつ挿入される。ボルトは、貫通孔の図３における下側から上側へ向かって挿入され、貫通孔を貫通し、本体１０２に形成された図示せぬ２つの孔部にそれぞれ螺合することにより、ベアリングキャップが本体部１０２に固定されるように構成されている。
【０００３】
従来より、ベアリングキャップ１０１については、その外形よりも小さい略相似形状をなし粒子や繊維や粒子と繊維との混合物により構成されたプリフォームを、アルミニウム合金で鋳込むことにより製造する方法が知られている。この方法では、アルミニウム合金で鋳込む前に、予めプリフォームを金型内にセットする。プリフォームを金型内にセットした後にアルミニウム合金溶湯を金型内に給湯して鋳込むことによって、プリフォーム内にアルミニウム合金が含浸し、また、プリフォームの周囲にアルミニウム合金層が生成されたベアリングキャップが製造される。最後に、ベアリングキャップにボルトを挿入するための２つのボルト貫通穴を形成する切削加工を行うことによって、ベアリングキャップ１０１を製造する。
【０００４】
図４は、従来のシリンダブロック２００を構成するシリンダブロック本体部２０２とクランクロアケース２０１とを示す。かかる構成では、図３のベアリングキャップ１０１に相当する部分がシリンダ数に対応して複数配列され、それらが一体に鋳造されている。クランクロアケース２０１は、シリンダブロック本体部２０２の下部に対向して設けられており、本体部２０２に対向する位置には半円柱形状をした凹部２１０ａが複数形成されている。また、本体部２０２にも半円柱形状をした凹部２０２ａが形成され、凹部２１０ａと凹部２０２ａとによりクランクシャフトの軸受部が構成される。凹部２１０ａの近傍の位置には、凹部２１０ａの中心点を中心として略対称の位置関係で、図４の上下方向に貫通する貫通孔２０１ａが形成され、図示せぬボルトがそれぞれ挿通されて、本体２０２に形成された図示せぬ孔部にそれぞれ螺合することにより、クランクロアケースが本体部２０２に固定されるように構成されている。
【０００５】
クランクロアケース２０１と同一外形をなす金型キャビティ内に、図３のベアリングキャップ１０１と同一又は類似形状のプリフォームを複数並設セットして、アルミニウム合金溶湯を充填することにより、図４に示されるクランクロアケース２０１が一体に鋳造される。なお明細書中、ベアリングキャップやクランクロアケースが、本発明の対象である「シリンダブロック軸受部」を構成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシリンダブロック軸受部の製造方法では、上述のように、プリフォームを金型内にセットする必要があるが、このセットが適切でない場合にはプリフォームがアルミニウム合金溶湯の影響により変形して割れが生じるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、金型内の適切な位置にプリフォームを確実にセットすることができ、且つ、鋳込み時にプリフォームが変形して割れが生じるのを防止できるシリンダブロックの製造方法及び当該製造方法に用いられるシリンダブロック軸受部用プリフォームを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、粒子、繊維、又は粒子と繊維との混合物を成形することにより、テーパ形状をなす２つの貫通孔が形成されたシリンダブロック軸受部用プリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、該貫通孔の一部又は全体と略同一のテーパ形状をなすピンを各該貫通孔にそれぞれ挿入することにより該プリフォームを金型に保持するプリフォーム保持工程と、該プリフォームにアルミニウム合金溶湯を鋳込むことによって、該プリフォーム内に該アルミニウム合金を含浸させて該プリフォームが存在する部分を該プリフォームと該アルミニウム合金とからなる複合部材とし、該プリフォーム上であってクランクシャフトとの摺動部となる部分にアルミニウム合金層を生成する軸受部の鋳込み工程とを有するシリンダブロックの製造方法を提供している。
【０００９】
ここで、該貫通孔は、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなし、外周面がテーパ面をなした２本のピンを各該貫通孔の両開口端から対向させて挿入することが好ましい。
【００１０】
また、該２本のピンの先端部分は更に先細り形状をしており、該貫通孔内で互いに点接触又は面接触した状態でプリフォームを金型に保持することが好ましい。
【００１１】
また、該ピンには、その外周面から突出する段部が設けられ、該ピンを該貫通孔に挿入するときには該段部が該プリフォームの該貫通孔の開口端周辺部に当接することが好ましい。
【００１２】
また、該貫通孔を画成する該プリフォームと該ピンとの間には、０．１〜０．２ｍｍの値を採るクリアランスが確保されていることが好ましい。
【００１３】
本発明は更に、粒子、繊維、又は粒子と繊維との混合物が成形されてなり、２本の金型内保持用ピンを挿入するためのテーパ形状の２つの貫通孔が形成されているシリンダブロック軸受部用プリフォームを提供している。
【００１４】
ここで、該貫通孔は、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるシリンダブロックの製造方法及びシリンダブロック軸受部用プリフォーム１について図１に基づき説明する。なお、第１の実施の形態は、ベアリングキャップをシリンダブロック軸受部に適用した場合について説明する。先ず、ベアリングキャップ用プリフォーム１の形状について説明する。ベアリングキャップ用プリフォーム１は、従来のベアリングキャップ用プリフォームと同様に、シリンダブロックを構成するベアリングキャップと略相似形状をなしており、アルミニウム合金で鋳込まれてベアリングキャップとなる。
ベアリングキャップは、従来のベアリングキャップと同様に、図示せぬシリンダブロック本体部と共にシリンダブロックを構成し、シリンダブロック本体部の下部に対向して設けられる。
【００１６】
ベアリングキャップ用プリフォーム１は、図１に示されるように、上面１０の両端近傍の部分が平坦部１０Ａ、１０Ａをなしている。上面１０の中央の位置には、プリフォーム１の内方へ凹んだ凹部１０ａが形成されている。凹部１０ａは、プリフォーム１の上面１０と下面２０とを結ぶ方向に切った断面では半円形状をしている。凹部１０ａを含めたプリフォーム１の全外周面上には、後述のようにアルミニウム合金層が生成されるが、この凹部１０ａ相当位置には、円柱形状をした図示せぬクランクシャフトの半径方向の断面における半円分が当接し、クランクシャフトはベアリングキャップに対して回転可能に支持されるように構成されている。図示せぬクランクシャフトの残りの半円分は、図示せぬシリンダブロック本体部の下部に形成された図示せぬ半円柱形状の凹部に当接し、クランクシャフトはシリンダブロック本体部に対して回転可能に支持される。図１におけるベアリングキャップ用プリフォーム１の下面２０は上面１０に倣った形状になっており、両端近傍の部分が平坦部２０Ａ、２０Ａをなし、中央の位置には、断面が略円弧形状にプリフォーム１の外方へ緩やかに突出する凸部２０Ｂが設けられている。ベアリングキャップ用プリフォーム１の、図１における左右の側面は、それぞれ平面３０、４０になっている。
【００１７】
ベアリングキャップ用プリフォーム１の、図１における左右両端の平坦部１０Ａ、２０Ａには、それぞれ貫通孔１ａ、１ａが１つずつ合計２つ形成されている。これら２つの貫通孔１ａ、１ａは、それぞれ上面１０、下面２０の平坦部１０Ａ、２０Ａにおいて開口して開口端１ｂ、１ｃをなし、上面１０、下面２０の開口端１ｂ、１ｃを結ぶ方向に垂直な方向に切った断面は、いずれの位置においても円形状をしており、その全体は、上底を共有する同一形状の２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしている。即ち、図１に示されるように、２つの貫通孔１ａ、１ａはそれぞれ上面１０の開口端１ｂから下面２０へ向かってプリフォーム１の厚さの略半分の位置に至るまでの部分は、除々に窄まった先細りのテーパ形状をなす。そして、その略半分の位置から下面の開口端１ｃへ至るまでの部分は、当該開口端１ｃへ向かって除々に拡径するテーパ形状をなしている。これら２つのテーパの勾配はそれぞれ１°３０′である。後述のように、２つの貫通孔１ａ、１ａにはそれぞれ、ベアリングキャップ用プリフォーム１を金型５０内の所定の位置に保持するためのピン５３、５４が挿入可能に構成されている。この貫通孔１ａ、１ａは、鋳造後のベアリングキャップをシリンダブロック本体部に固定するためのネジ穴として利用できる。ベアリングキャップ用プリフォーム１の寸法の詳細については、図１における左右両端部をなす平坦部１０Ａ、２０Ａ間の厚さが４０ｍｍ、凹部１０ａの中央の位置の一番薄い部分の厚さが１５ｍｍであり、凹部１０ａの直径が６０ｍｍである。
【００１８】
テーパ形状の２つの貫通孔１ａ、１ａが形成されているため、後述の金型５０内に設けられたピン５３、５４を貫通孔１ａ、１ａに挿入してプリフォーム１を金型５０内に保持することができる。また、貫通孔１ａ、１ａやピン５３、５４がテーパ形状をしているため、プリフォーム１を金型５０内の所定位置に正確且つ確実に保持することができ、鋳込み時にプリフォーム１が変形して割れが生じてしまうことを防止できる。また、鋳込んだ後にピン５３、５４を貫通孔１ａ、１ａから引抜くのを容易にする抜け勾配とすることができる。
【００１９】
また、従来では、プリフォームが鋳込まれることによって製造されたベアリングキャップの、プリフォームの平坦部相当位置に、ベアリングキャップをシリンダブロック本体部に固定するためのボルトを挿入する２つの貫通孔を形成する穿孔加工を行う必要があったが、本実施の形態では、鋳込む前からプリフォーム１に貫通孔１ａ、１ａが形成されているため、アルミニウム合金による鋳造後も貫通孔相当部分が既に提供されており、内周面にネジ加工又は仕上げ加工のみを施せばよく、鋳造後に穿孔加工を行わずに済む。よってアルミニウム合金の廃棄量を減少できる。
【００２０】
本実施の形態とは異なり、仮に、それぞれの貫通孔が単一のテーパ形状をなしているとすれば、プリフォームの例えば上面の開口面積が小さく下面の開口面積が大きくなる。この場合、貫通穴をボルト穴として最終的に仕上げ加工する場合には、下面側の開口面積が基準となり、上面側に向かって徐々に削り代が大きくなってゆき、上面側で最大の削り代となる。しかし上述したように本実施の形態では、２つの貫通孔１ａ、１ａが、上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしているため、肉厚方向中央に向かって削り代が大きくなるものの、単一のテーパ形状の貫通孔の場合と比較して削り代の厚さを大きく削減することができる。
【００２１】
また、２つの貫通孔１ａ、１ａが、上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしているため、貫通孔１ａ、１ａの両開口端１ｂ、１ｃにおける開口面積を大きくすることができる。仮にそれぞれの貫通孔が単一のテーパ形状をなしているとすれば、上述のとおりプリフォームの例えば上面の開口面積が小さく下面の開口面積が大きくなる。この場合、ぞれぞれの貫通孔内に延びるテーパ状のピンも１本であり、ピンは可動金型から延びた先細り形状となる。かかるピンにプリフォームの貫通孔を挿通させるためには、図示せぬロボットの爪を貫通孔に挿入してプリフォーム１を掴んで運搬するのであるが、ロボットの爪はプリフォーム上面の開口面積の小さい側を掴んで開口面積の大きい側からピンに挿通させる必要がある。小さい開口に爪を挿入するのは困難であるため、プリフォームの搬送に支障を来すことになる。しかし本実施の形態では、プリフォーム１を可動金型５１にセットするときに、ロボットの爪を貫通孔１ａ、１ａに挿入してプリフォーム１を掴んで運搬するのであるが、上述したようにプリフォーム１の貫通孔１ａ、１ａの開口端における開口面積が大きくなっているため、ロボットは爪を貫通孔１ａ、１ａに容易に挿入することができ、プリフォーム１を確実に掴むことができる。
【００２２】
次に、ベアリングキャップ用プリフォーム１を金型５０内に保持するための金型５０の構成について説明する。金型５０は、図１に示されるように、可動金型５１と固定金型５２とからなり、これら可動金型５１と固定金型５２とによってキャビティ５０ａが画成されている。キャビティ５０ａは、ベアリングキャップ用プリフォーム１の外形よりも若干大きい略相似形状をしている。即ち、図１におけるキャビティ５０ａの上半分は可動金型５１によって画成され、下半分は固定金型５２によって画成されており、平坦部１０Ａ、１０Ａに対向する可動金型５１の位置は平坦部５１Ａ、５１Ａをなす。また、凹部１０ａに対向する可動金型５１の位置には、キャビティ５０ａの内方へ突出し断面が半円形状をした凸部５１Ｂが設けられている。平坦部２０Ａ、２０Ａに対向する固定金型５２の位置は平坦部５２Ａ、５２Ａをなしており、凸部２０Ｂに対向する固定金型５２の位置には、断面が略円弧形状にキャビティ５０ａの外方へ緩やかに凹んで、プリフォーム１の凸部２０Ｂと略同一形状をなす凹部５２ａが形成されている。平面３０に対向する可動金型５１、固定金型５２の位置は平面５１Ｃ、５２Ｃをなしており、平面４０に対向する可動金型５１、固定金型５２の位置も平面５１Ｄ、５２Ｄをなしている。
【００２３】
可動金型５１の平坦部５１Ａ、５１Ａには、ピン５３、５３がそれぞれ１本ずつ設けられている。ピン５３、５３は、固定金型５２へ向かって突出しており、金型５０が閉じられてキャビティ５０ａが画成されているときの、図１におけるキャビティ５０ａの上下方向の長さの略半分の位置に至るまで延びている。ピン５３、５３の突出する方向に垂直に切ったピン５３、５３の断面は円形をしている。ピン５３、５３は、段部と小径部とからなり、ピン５３、５３の基端から先端へ向かった所定の位置までの部分がフランジ状に突出した段部５３Ａ、５３Ａをなし、これ以外の部分は小径部５３Ｂをなしており、小径部５３Ｂは貫通孔１ａに挿入可能に構成されている。
【００２４】
段部５３Ａは、図１に示されるように、プリフォーム１の貫通孔１ａにピン５３が挿入されたときに、ピン５３の先端寄りの段部５３Ａの端部においてプリフォーム１の平坦部１０Ａと当接するように構成されている。プリフォーム１と段部５３Ａ、５３Ａとが当接することによって、図１におけるプリフォーム１の上面１０と可動金型５１とが所定の距離を隔てて離間した状態とされる。金型５０内においてプリフォーム１を鋳込むときに、プリフォーム１の上面１０と可動金型５１との間にアルミニウム合金溶湯が入り込み、プリフォーム１の上面１０を覆うようにしてアルミニウム合金層が上面１０上に生成される。従って、ピン５３が延びる方向における段部５３Ａ、５３Ａの厚さは、プリフォーム１の上面１０上に生成されるアルミニウム合金層の厚さと一致する。ピンの段部５３Ａ、５３Ａの厚さは５ｍｍ程度である。
【００２５】
ここで、プリフォーム１上にこの程度の厚さのアルミニウム合金層を生成するのは、切削加工による最終仕上げを施すことによって、クランクシャフトとの摺動部を形成する際に、この切削加工を容易とするためである。プリフォーム１を鋳込むことによって、プリフォーム１内にアルミニウム合金が含浸してプリフォーム１とアルミニウムとからなる複合材が生成されるのであるが、この複合材が凹部１０ａ相当位置においておいてむき出しの状態になっていると、複合材を直接切削加工することになり、加工性が低下するためである。
【００２６】
小径部５３Ｂは、先端に向かって径が除々に小さくなるテーパ形状部５３Ｃと、小径部５３Ｂの先端に位置しテーパ形状部５３Ｃに連続して接続された曲面部５３Ｄからなる。テーパ形状部５３Ｃの勾配は１°３０′であり、貫通孔１ａのテーパの勾配に一致する。曲面部５３Ｄは略半球形状をしており、その半径は４ｍｍである。前述のように、プリフォーム１の２つの貫通孔１ａ、１ａは、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしているが、テーパ形状部５３Ｃは、これら２つの裁頭円すいの内の一方の平坦部１０Ａに開口するものよりも若干小さい相似形状となっている。このことによって、テーパ形状部５３Ｃのテーパ面と貫通孔１ａとの間には、０．１〜０．２ｍｍのクリアランスが確保された状態となっている。クリアランスがこのような小さな値を採るため、プリフォーム１をアルミニウム合金溶湯で鋳込む際に、ピン５３と貫通孔１ａとの間にアルミニウム合金溶湯が入りにくくなり、変形や割れを防ぐことができる。また、鋳込んだ後に、ピン５３を貫通孔１ａから抜き取る際の抜取り性を良好にすることができる。
【００２７】
図１に示されるように、キャビティ５０ａの下面を画成する固定金型５２の２つの平坦部５２Ａ上であってピン５３に対向する位置にも、貫通孔１ａ、１ａに挿入可能に構成されたピン５４、５４がそれぞれ１本ずつ設けられている。ピン５４、５４は、可動金型５１へ向かって突出しており、金型５０が閉じられてキャビティ５０ａが画成されているときの、図１におけるキャビティ５０ａの上下方向の長さの略半分の位置に至るまで延びている。従って、金型５０が閉じられてピンが貫通孔１ａ、１ａに挿入されているときには、ピン５３、５３の先端とピン５４、５４の先端とがそれぞれ互いに当接するように構成されている。ピン５４、５４の形状は、ピン５３、５３の形状と略同一であり、ピン５４の延びる方向における段部５４Ａの厚さがピン５３、５３の段部５３Ａの厚さよりも厚い点のみにおいてピン５４はピン５３とは異なる。
【００２８】
なお、プリフォーム１の図１における側面をなす平面３０、４０と、可動型５１、固定型５２との間は、段部５４Ａの厚さと略同一の距離をもって離間されている。従って、製造されるベアリングキャップは、その周囲の全面にアルミニウム合金層が生成される。
【００２９】
ピン５３、５４の先端部分が略半球形状をした曲面部５３Ｄからなるため、ピン５３、５４の先端部分をテーパ形状部５３Ｃよりも更に先細り形状とすることができ、貫通孔１ａ、１ａにピン５３、５４を挿入する際に、ピン５３、５４の先端部分がプリフォーム１に接触してしまうのを防止することができる。
【００３０】
また、ピン５３、５４に段部５３Ａ、５４Ａが設けられているため、アルミニウム合金溶湯を鋳込んだときにプリフォーム１がキャビティ５０ａ内で移動するのを防止することができ、正確な位置にプリフォーム１を確実に保持することができる。また、プリフォーム１内にアルミニウム合金溶湯を良好に含浸させるには、プリフォーム１の周囲の全面にアルミニウム合金を巡らせて、全面からアルミニウム合金溶湯が含浸するようにさせる必要があるが、ピン５３、５４の段部５３Ａ、５４Ａにプリフォーム１が当接することによって、キャビティ５０ａを画成する金型５０の内周面からプリフォーム１を所定の距離だけ離間した位置に保持することができるため、鋳込むときにプリフォーム１の周囲の全面にアルミニウム合金を巡らせることができる。
【００３１】
次に、本実施の形態によるシリンダブロックの製造方法におけるベアリングキャップの製造方法について説明する。先ず、プリフォーム作製工程を行う。具体的には、粒子のみ、繊維のみ、又はこれら粒子と繊維との混合物に酸化ケイ素系の添加剤を加えた後に、圧縮成形してプリフォーム１を製造する。圧縮成形で用いられる型には、貫通孔１ａ、１ａを形成するための部分が設けられており、圧縮成形されて製造されたプリフォーム１には貫通孔１ａ、１ａが形成されている。
【００３２】
ここで、プリフォーム１を構成する材料としては、線膨張係数については鋼よりも値が小さく、且つ、縦弾性係数（ヤング率）についてはある程度値の大きいもの、より好ましくは鋼よりも縦弾性係数の大きいものが用いられる。鋼の線膨張係数は１２×１０^−６／Ｋであり、縦弾性係数（ヤング率）は２．１×１０^１１Ｎ／ｍ^２であるから、プリフォーム１を構成する粒子、繊維としては、線膨張係数が１２×１０^−６／Ｋよりも小さく、縦弾性係数は２．１×１０^１１Ｎ／ｍ^２よりも大きいものを用いる。このことによって、プリフォーム１にアルミニウム合金が含浸してなる複合材は、アルミニウム合金よりも熱膨張率（線膨張率及び体積膨張率）が小さく、剛性の高いものとなる。
【００３３】
プリフォーム１を構成する粒子や繊維としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ムライト（Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）などの酸化物、スピネル（ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの酸化物、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などの窒化物が好適に用いられる。また、これらの粒子と繊維とを混合したものが好適に用いられる。この場合には、粒子と繊維とが同等の材質であることは必要とされない。
【００３４】
本実施の形態では、より詳細には平均粒径が６μｍで最大１０μｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３粒子と、断面の径が３μｍのＡｌ_２Ｏ_３繊維とを５：５の割合で混合し、この混合物にシリカ（ＳｉＯ_２）ゾルをバインダーとして２．５ｗｔ％添加してＡｌ_２Ｏ_３粒子とＡｌ_２Ｏ_３繊維の表面を改質した後に圧縮成形することによって、体積率が２５％のベアリングキャッププリフォーム１を製造した。Ａｌ_２Ｏ_３粒子及びＡｌ_２Ｏ_３繊維の線膨張係数は７．０×１０^−６／Ｋであり、鉄の熱膨張係数（１２×１０^−６／Ｋ）よりも十分に小さい。なお、プリフォーム１を鋳込んで製造されるベアリングキャップの複合材の部分における線膨張係数は１６×１０^−６／Ｋ、アルミニウム合金層の部分における線膨張係数は２２×１０^−６／Ｋとなる。シリカゾルをバインダーとして添加したのは、粒子や繊維の表面を改質させて表面処理を行うことによってアルミニウム合金との濡れ性を向上させて、アルミニウム合金溶湯をプリフォーム１内に含浸し易くさせるためである。
【００３５】
次に、プリフォーム保持工程を行う。具体的には、先ずプリフォーム作製工程で製造したプリフォーム１を７００℃に予熱する。次にロボットによりプリフォーム１を運搬し、プリフォーム１の貫通孔１ａ、１ａの開口端１ｂ、１ｂから、可動金型５１側のピン５３、５３を挿入してゆき、プリフォーム１を段部５３Ａに当接させる。そして、可動金型５１を移動させることによって、プリフォーム１の貫通孔１ａ、１ａの開口端１ｃ、１ｃから固定金型５２のピン５４、５４を挿入してゆき、段部５４Ａをプリフォーム１に当接させると同時に、ピン５３の先端の曲面部５３Ｄとピン５４の先端の曲面部５４Ｄとを点接触させる。このとき、金型５０が閉じられた状態となり、キャビティ５０ａが画成され、プリフォーム１が金型５０の最適な位置に確実にセットされる。
【００３６】
次に、軸受部の鋳込み工程を行う。具体的には、キャビティ５０ａ内に６８０℃のアルミニウム合金溶湯を給湯し一定の圧力を付与してダイカスト鋳造法により鋳込み、プリフォーム１の内部にアルミニウム合金溶湯を含浸させてプリフォーム１とアルミニウム合金とからなる複合材とし、また、プリフォーム１の周囲にアルミニウム合金層を生成する。以上の軸受部の鋳込み工程を経た後に、最終仕上げとして、図示せぬクランクシャフトとの摺動部となるプリフォーム１の上面１０上のアルミニウム合金層に切削加工を施して、ベアリングキャップを製造する。また、貫通穴１ａ、１ａに相当する部分の内周面にボルト挿通穴のための仕上げ切削加工を施す。このとき上述したように、２つの貫通孔１ａ、１ａが、上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしているため、削り代を大きく減少できる。
【００３７】
本発明によるシリンダブロックの製造方法及びシリンダブロック軸受部用プリフォームは、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上述した実施の形態では、ベアリングキャップをシリンダブロック軸受部として説明したが、図４に示されるようなクランクロアケースをシリンダブロック軸受部とした場合も本発明を同様に適用できる。例えば、図１に示されるベアリングキャップ用プリフォームと同一又は類似形状のプリフォームを複数用意し、図４に示されるクランクロアケースと同一外形を画成するキャビティ内に複数のプリフォームを並設させて、キャビティ内にアルミニウム合金溶湯を充填させることにより、一体のクランクロアケースが提供できる。
【００３８】
また本実施の形態においては、ピンの小径部のテーパの勾配の値は１°３０′であったが、１〜２°の値の範囲内であればよい。また、小径部の先端部分は半円形状をなし、その半径は４ｍｍであったが、１〜９ｍｍの値の範囲内であればよい。半径をこの値の範囲とすることによって、ピンを貫通孔に挿入する際に、ピンの先端部が、貫通孔を画成するプリフォームに接触してしまうのを防止することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、プリフォーム１を製造する際に、粒子のみ、繊維のみ、又はこれら粒子と繊維との混合物に酸化ケイ素系の添加剤を加えた後に圧縮成形した。圧縮成形することが好ましいのであるが、圧縮せずに成形するようにしてもよい。
【００４０】
また、可動金型５１に設けた２つのピン５３、５３と固定金型５２に設けた２つのピン５４、５４とを貫通孔１ａ、１ａに挿入することによってプリフォーム１を保持したが、可動金型、固定金型のうちの一方にのみ２つのピンを設け、このピンによってプリフォームを保持してもよい。この場合には、２つの貫通孔は、２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状ではなく、１つの裁頭円すいからなるテーパ形状であればよい。また、この場合には、金型が閉じられた状態のときに、プリフォームを貫通するピンの先端が、対向する相手側金型に当接することが好ましい。
【００４１】
また、本実施の形態では、ピン５３、５４の先端部分が半球形状の曲面部５３Ｄ、５４Ｄにより構成されていたが、この形状には限定されない。例えば、図２に示されるように、ピンの先端部分以外の小径部の勾配とは異なる値の勾配を有するテーパ形状部６３Ｅと、平坦面６３Ｆとにより構成されるようにしてもよい。この場合には、先端部分のテーパ形状部６３Ｅの勾配は、１０°程度とすることが好ましい。この値とすることにより、ピンの先端部分が更に先細り形状となり、貫通孔にピンを挿入する際に、ピンの先端部がプリフォームに接触してしまうのを防止することができる。金型が閉じられた状態のときには、対向する２つのピンは互いに平坦面６３Ｆで面接触するのが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載のシリンダブロックの製造方法によれば、２つの貫通孔が形成されたシリンダブロック軸受部用プリフォームを作製するプリフォーム作製工程を備えているため、プリフォーム保持工程で、金型内に設けられたピンを貫通孔に挿入することによりプリフォームを金型内の所定の位置に保持することができる。また、貫通孔とピンとがテーパ形状をしているため、鋳込み時にプリフォームが変形して割れが生じてしまうことを防止でき、また、鋳込んだ後にピンを貫通孔から引抜くのを容易にすることができる。また、軸受部の鋳込み工程を行う前に、既にプリフォームに貫通孔が形成されているため、軸受部の鋳込み工程を行った後に貫通孔を形成するような穿孔加工を行わずに済む。また貫通孔を利用し、貫通孔の内周面加工のみでボルト穴とすることができる。
【００４３】
請求項２記載のシリンダブロックの製造方法によれば、貫通孔は、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしており、外周面がテーパ面をなした２本のピンを貫通孔の両開口端から対向させて挿入するようにしたため、貫通孔の両開口端における開口面積を大きくすることができ、プリフォームを可動金型又は固定金型にセットする際に、ロボットの爪を貫通孔に挿入してプリフォームを掴んで運搬する場合、プリフォームの貫通孔の開口端における開口面積が大きくなっているため、ロボットの爪を貫通孔に挿入し易く、プリフォームを確実に掴むことができる。
【００４４】
また、仮にそれぞれの貫通孔が単一のテーパ形状をなしているとすれば、プリフォームの例えば上面の開口面積が小さく下面の開口面積が大きくなる。この場合、貫通穴をボルト穴として最終的に仕上げ加工する場合には、下面側の開口面積が基準となり、上面側に向かって徐々に削り代が大きくなってゆき、上面側で最大の削り代となる。しかし請求項２記載の貫通穴では、２つの貫通孔が、上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしているため、上面開口と下面開口を基準としてプリフォームの肉厚方向の中心に向かって切削加工すればよく、単一のテーパ形状の貫通孔の場合と比較して削り代を大きく削減することができる。
【００４５】
請求項３記載のシリンダブロックの製造方法によれば、２本のピンの先端部分が更に先細り形状をしており、貫通孔内で互いに点接触又は面接触するようにしたため、ピンを貫通孔に挿入する際に、ピンの先端部分がプリフォームに接触するのを防止することができる。
【００４６】
請求項４記載のシリンダブロックの製造方法によれば、ピンには、その外周面から突出する段部が設けられ、ピンを貫通孔に挿入するときには段部がプリフォームの貫通孔の開口端周辺部に当接するため、鋳込み時にプリフォームが移動するのを防止でき、金型内の正確な位置に確実に保持することが可能である。
【００４７】
また、プリフォーム内にアルミニウム合金溶湯を良好に含浸させるには、プリフォームの周囲の全面にアルミニウム合金を巡らせて、全面からアルミニウム合金溶湯が含浸するようにさせる必要があるが、ピンの段部にプリフォームが当接することによってプリフォームをキャビティの内周面から所定の距離だけ離間した位置に保持することができるため、鋳込むときにプリフォームの周囲の全面にアルミニウム合金を巡らせることができる。
【００４８】
請求項５記載のシリンダブロックの製造方法によれば、貫通孔を画成するプリフォームとピンとの間には、０．１〜０．２ｍｍの値を採るクリアランスが確保されているため、プリフォームをアルミニウム合金溶湯で鋳込む際に、ピンと貫通孔との間にアルミニウム合金溶湯が入りにくくなり、プリフォーム変形や割れを防ぐことができる。また、鋳込んだ後に、ピンを貫通孔から抜き取る際の抜取り性を良好にすることができる。
【００４９】
請求項６記載のシリンダブロック軸受部用プリフォームによれば、２本の金型内保持用ピンを挿入するためのテーパ形状の２つの貫通孔が形成されているため、鋳造後に貫通孔の内周面に仕上げ加工をするだけで、貫通孔を、シリンダブロック軸受部をシリンダブロック本体に取付けるためのボルトを挿通させるボルト穴とすることができる。また、金型内に設けられたテーパ形状のピンを用いることにより、貫通孔とピンとが共にテーパ形状をすることで、鋳込み時にプリフォームが変形して割れが生じてしまうことを防止でき、また、鋳込んだ後にピンを貫通孔から引抜くのを容易にすることができる。
【００５０】
請求項７記載のシリンダブロック軸受部用プリフォームによれば、貫通孔は、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしているため、貫通孔の両開口端における開口面積を大きくすることができ、請求項２の効果と同様に、ロボットの爪によるプリフォームの把持能力や、削り代の削減に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるシリンダブロック軸受部用プリフォームを示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態によるシリンダブロック軸受部用プリフォームを、金型内に保持するためのピンの変形例を示す要部断面図。
【図３】従来のシリンダブロックを構成するシリンダブロック本体部とベアリングキャップとを示す要部斜視図。
【図４】従来のシリンダブロックを構成するシリンダブロック本体部とクランクロアケースとを示す要部斜視図。
【符号の説明】
１　　　シリンダブロック軸受部用プリフォーム
１ａ　　貫通孔
１ｂ、１ｃ　　　開口端
５０　　金型
５３、５４　　　ピン
５３Ａ、５４Ａ　段部

Claims

粒子、繊維、又は粒子と繊維との混合物を成形することにより、テーパ形状をなす２つの貫通孔が形成されたシリンダブロック軸受部用プリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
該貫通孔の一部又は全体と略同一のテーパ形状をなすピンを各該貫通孔にそれぞれ挿入することにより該プリフォームを金型に保持するプリフォーム保持工程と、
該プリフォームにアルミニウム合金溶湯を鋳込むことによって、該プリフォーム内に該アルミニウム合金を含浸させて該プリフォームが存在する部分を該プリフォームと該アルミニウム合金とからなる複合部材とし、該プリフォーム上であってクランクシャフトとの摺動部となる部分にアルミニウム合金層を生成する軸受部の鋳込み工程とを有することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
該貫通孔は、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしており、外周面がテーパ面をなした２本のピンを各該貫通孔の両開口端から対向させて挿入することを特徴とする請求項１記載のシリンダブロックの製造方法。
該２本のピンの先端部分が更に先細り形状をしており、該貫通孔内で互いに点接触又は面接触した状態でプリフォームを金型に保持することを特徴とする請求項２記載のシリンダブロックの製造方法。
該ピンには、その外周面から突出する段部が設けられ、該ピンを該貫通孔に挿入するときには該段部が該プリフォームの該貫通孔の開口端周辺部に当接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のシリンダブロックの製造方法。
該貫通孔を画成する該プリフォームと該ピンとの間には、０．１〜０．２ｍｍの値を採るクリアランスが確保されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のシリンダブロックの製造方法。
粒子、繊維、又は粒子と繊維との混合物が成形されてなり、２本の金型内保持用ピンを挿入するためのテーパ形状の２つの貫通孔が形成されていることを特徴とするシリンダブロック軸受部用プリフォーム。
該貫通孔は、それぞれ上底を共有する２つの裁頭円すいを組合せた２つのテーパ形状をなしていることを特徴とする請求項６記載のシリンダブロック軸受部用プリフォーム。