JP2004167556A

JP2004167556A - 塗型材の塗布方法

Info

Publication number: JP2004167556A
Application number: JP2002336888A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mori; 雅弘森; Tomonori Fukumoto; 知典福本; Nobuki Matsuo; 伸樹松尾; Takuji Suezawa; 拓治末澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP3820392B2

Abstract

【課題】シリンダスリーブの外周壁に良好な形状のスパイニーを形成する。
【解決手段】断熱材、離型剤および粘結剤が水に分散されたベース材ＬＢは、モーノポンプ２０によってタンク１２から揚液され、送液管２４に導入される。この送液管２４には、ジョイント２６および連結管４０を介してシリンダ付タンク２８が連結されている。このシリンダ付タンク２８に貯留されたアニオン系界面活性剤ＳＡは、ピストン４６からの押圧によって送液管２４に供給され、ベース材ＬＢに混合される。これにより調製された塗型材は、ノズル３０を介して噴射され、円筒状金型１４の内周壁に塗布される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心力を利用して中空体を鋳造成形する円筒状金型に対して塗型材を塗布する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車を走行させる駆動源である内燃機関においては、シリンダボア内に鋳鉄製のシリンダスリーブが配設されることがある。この場合、シリンダボア内で往復動作するピストンの側周壁部は、このシリンダスリーブの内周壁に摺接する。
【０００３】
シリンダスリーブは、特許文献１に記載されているように、いわゆる遠心鋳造法によって作製される。すなわち、まず、回転動作される円筒状金型の内周壁に塗型材が塗布される。
【０００４】
ここで、特許文献１においては、珪藻土、ベントナイト、離型剤および界面活性剤を混合したものを塗型材として用いるようにしている。界面活性剤が存在することにより、塗型材の表面張力が上昇する。このため、図２に示すように、該塗型材の表面には液滴状に盛り上がった凸部１が形成されるとともに、該凸部１同士の谷間に凹部２が形成される。このような凸部１および凹部２を有する塗型材が乾燥固化することにより、該凸部１および該凹部２を有する塗型膜が設けられる。なお、図２における参照符号３は、円筒状金型の内周壁を示す。
【０００５】
次に、回転動作される前記円筒状金型の内部に溶湯を導入して冷却固化させると、シリンダスリーブが得られる。図３に示すように、このシリンダスリーブの外周壁４には、塗型膜の表面に形成された前記凸部１および前記凹部２の形状が転写されることによって、多数の凹部５および凸部６からなる、いわゆるスパイニー７が形成される。
【０００６】
このようにして作製されたシリンダスリーブは、次に、内燃機関を構成するシリンダブロックを鋳造成形するための鋳造用金型のキャビティに配設される。そして、このキャビティにアルミニウム等の溶湯が導入された後、該溶湯が冷却固化されることによってシリンダブロックが鋳造成形されるとともに、該シリンダブロックに前記シリンダスリーブが鋳込まれる。
【０００７】
この鋳込みの際、上記したようにシリンダスリーブの外周壁にスパイニー７が設けられているため、アルミニウムの溶湯とシリンダスリーブとの密着性が向上する。すなわち、アルミニウムからなるシリンダブロック、鋳鉄からなるシリンダスリーブという異種金属同士が良好に密着し合ったシリンダブロックが得られるに至る。
【０００８】
シリンダスリーブの外周壁にアルミニウムの溶湯を密着させる他の試剤としては、特許文献２に記載されているように、発泡性の起泡成分を含有する離型剤が例示される。この場合、離型剤中に発生した気泡は、円筒状金型の内周壁側から離型剤の表層側に指向して移動し、最終的に離型剤から離脱する。これに伴い、該離型剤の表面にクレータ状の凹部が形成される。この凹部がシリンダスリーブの外周壁に転写されることに伴って、該外周壁に微小突起部が設けられる。この微小突起部が存在することにより、アルミニウムの溶湯が該外周壁に密着し易くなる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２７３５５６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８５４４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された技術では、上記したように界面活性剤を添加して塗型材としている。このような塗型材にあっては、界面活性剤を添加した直後のものを使用する場合には凸部１の直径同士が略同等であり、かつ該凸部１同士の間隔が略均一である形状が良好なスパイニー７を形成することができる。
【００１１】
しかしながら、塗型材の表面張力は、界面活性剤を混合してからの時間が経過するに従って低下する。したがって、例えば、界面活性剤が混合されて１２時間を超えた後に塗布された塗型材には、図４に示すように、水平方向に広がる傾向が現れる。このため、塗型膜の表面に比較的小さな凸部８が突出形成され、前記凸部１が形成することが著しく困難となる。その結果、図５に示すように、シリンダスリーブの外周壁４に形成されるスパイニー７の形状が良好でなくなる。
【００１２】
このような事態が生じると、シリンダスリーブに対してアルミニウムの溶湯が良好に密着せず、したがって、シリンダスリーブとシリンダブロックとを互いに密着させることが容易でなくなるという不具合を招く。
【００１３】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、鋳造成形品の外壁に形状が良好なスパイニーを確実に設けることが可能であり、このために該鋳造成形品を鋳込んで得られる鋳込み品における密着性を良好なものとすることが可能な塗型材の塗布方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、時間の経過に伴って塗型材の表面張力が低下する理由につき鋭意検討を重ねる過程で、界面活性剤が金属イオン等の他の成分を囲繞する現象、すなわち、ミセル効果に着目した。塗型材には、例えば、溶媒である水中に溶出した金属イオン等が存在する。そこで、本発明者らは、界面活性剤が添加されると同時にミセル効果が開始され、時間の経過とともにこのミセル効果が進行して界面活性剤が順次消費されていくことにより、塗型材の表面張力が低下すると推察した。
【００１５】
この観点から、本発明者らは、ミセル効果が過度に進行していない状況下で塗型材を塗布する方法につき更に検討を重ね、本発明をするに至った。
【００１６】
すなわち、本発明は、回転する円筒状金型に溶湯を供給して遠心鋳造により中空部材を形成する際、前記円筒状金型の内周壁に界面活性剤を含有する塗型材を塗布する方法であって、
界面活性剤以外の塗型材の成分が混合された混合液を容器から揚液機構にて揚液する工程と、
前記揚液機構から前記円筒状金型に亘って橋架された送液管中を前記混合液が通過する際に界面活性剤を添加して塗型材を調製する工程と、
前記塗型材を前記円筒状金型の内周壁に塗布する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、界面活性剤を除いた成分の混合液（ベース材）を貯留しておき、円筒状金型に塗布する直前に該混合液に界面活性剤を添加して塗型材を調製するようにしている。これにより、混合液に含有された成分を界面活性剤が囲繞する現象、すなわち、ミセル効果が進行する前に塗型材を円筒状金型の内周壁に塗布することができる。
【００１８】
このため、界面活性剤の表面張力が低下しない時間内に塗型膜を形成することができる。したがって、遠心鋳造法によって得られる鋳造成形品の外壁に良好な形状のスパイニーを設けることができ、これにより、この鋳造成形品と、該鋳造成形品を鋳込む溶湯とが良好に密着する。その結果、異種金属製品同士が良好に密着した鋳込み品を製造することができる。
【００１９】
なお、塗型材の主成分である前記混合液の好適な例としては、断熱材と、潤滑性を付与する離型剤と、前記断熱材と前記離型剤とを付着結合させる粘結剤とが水に分散されたものを挙げることができる。
【００２０】
断熱材は、円筒状金型の内部に供給された溶湯の温度を保持する成分である。断熱材が存在することによって溶湯の冷却速度が一定範囲内に制御されるので、鋳造成形品の品質が一定となる。
【００２１】
離型剤は、得られた鋳造成形品に潤滑性を付与し、これにより、円筒状金型の内周壁から鋳造成形品を離脱させることを容易にする成分である。
【００２２】
そして、粘結剤が断熱材と離型剤とを互いに付着結合させることにより、塗型材の表面に液滴状の凸部が形成され易くなる。すなわち、塗型膜に凸部および凹部が形成され易くなり、良好な形状のスパイニーが得られ易くなる。
【００２３】
断熱材の好適な例としては珪藻土、離型剤の好適な例としてはタルク、粘結剤の好適な例としてはベントナイトをそれぞれ挙げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る塗型材の塗布方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
まず、本実施の形態に係る塗型材の塗布方法が遂行される遠心鋳造機構の概略構成につき、そのブロック図である図１を参照して説明する。この遠心鋳造機構１０は、塗型材のベース材ＬＢを貯留したタンク１２と、円筒状金型１４と、タンク１２から円筒状金型１４へとベース材ＬＢを送液する供給系１６と、タンク１２に貯留されたベース材ＬＢを循環させるための循環系１８とを有する。
【００２６】
タンク１２に貯留されたベース材ＬＢは、塗型材の成分から界面活性剤のみが除かれたものである。すなわち、ベース材ＬＢは、塗型材から界面活性剤を除いた成分からなる液剤である。
【００２７】
この場合、ベース材ＬＢは、断熱材ないし耐熱材として機能する珪藻土、離型剤であるタルク、珪藻土とタルクとを物理的に結合させる粘結剤であるベントナイトが水に分散されてなる。このようなベース材ＬＢでは、ベントナイトからカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等が水中に溶出する。
【００２８】
供給系１６は、容積回転式で脈動の少ないモーノポンプ（揚液機構）２０と、該モーノポンプ２０の作用下にタンク１２から揚液されたベース材ＬＢを送液する揚液管２２と、該モーノポンプ２０から円筒状金型１４に亘って橋架された送液管２４と、該送液管２４に介装されたジョイント２６に連結されたシリンダ付タンク２８と、送液管２４の先端部に設けられたノズル３０とを有する。
【００２９】
このうち、モーノポンプ２０の吐出側には、レギュレータ３２が連結されている。このレギュレータ３２の出力側は流量計３４に連結されており、かつ該流量計３４の一方の出力側は比較器３６に連結されている。
【００３０】
このように、流量計３４の一方の出力側は比較器３６にフィードバックされるように連結されており、該比較器３６には、設定値に係る信号が導入される。すなわち、フィードバックされた流量計３４の出力信号と比較器３６における前記信号との差は、差信号としてレギュレータ３２に送られるよう構成されている。
【００３１】
流量計３４の他方の出力側は三方弁３８に接続され、該三方弁３８の一方の出力側は前記送液管２４に連結されている。そして、該三方弁３８の他方の出力側はタンク１２に連通されており、これにより前記循環系１８が設けられている。
【００３２】
送液管２４にジョイント２６を介して連結されたシリンダ付タンク２８には、粘度が予め調整されたアニオン系界面活性剤ＳＡが貯留されている。また、このシリンダ付タンク２８とジョイント２６とを連結する連結管４０には、バルブ４２が介装されている。
【００３３】
後述するように、このシリンダ付タンク２８に付設されたシリンダ４４を構成するピストン４６の押圧力を制御することにより、アニオン系界面活性剤ＳＡの供給量が調節される。
【００３４】
円筒状金型１４は、図示しない回転駆動源に連結されるローラ４８の回転作用下に回転自在である。また、この円筒状金型１４の一端部には円盤５０が嵌着されており、他端部には円環状枠体５２が取着されている。
【００３５】
円環状枠体５２の中心部には大径な孔部５４が設けられており、この孔部５４に対しては、前記ノズル３０が進退自在である。すなわち、ノズル３０は、孔部５４を通って円筒状金型１４の内部に進入し、その軸線に沿って変位しながら円筒状金型１４の内周壁に塗型材を塗布するように構成されている。
【００３６】
次に、上記のように構成された遠心鋳造機構１０において遂行される本実施の形態に係る塗型材の塗布方法につき、その作用とともに説明する。
【００３７】
まず、図示しない回転駆動源を介してローラ４８を回転させ、このローラ４８により円筒状金型１４を回転させる。その間にモーノポンプ２０を付勢し、タンク１２から揚液管２２およびモーノポンプ２０を介してベース材ＬＢを送液管２４まで送液する。なお、モーノポンプ２０の出力流量は予め設定されており、該モーノポンプ２０から導出されたベース材ＬＢは、レギュレータ３２に導入された後、流量計３４にて流量を制御され、比較器３６、三方弁３８を介して送液管２４に導入される。
【００３８】
その一方で、バルブ４２が開放され、かつシリンダ４４が付勢されることに伴い、該シリンダ４４のピストン４６が下降動作を開始する。これにより、シリンダ付タンク２８に貯留されたアニオン系界面活性剤ＳＡが送液管２４に流入してベース材ＬＢに添加され、その結果、塗型材が調製されるに至る。
【００３９】
勿論、アニオン系界面活性剤ＳＡの供給量は、ピストン４６の押圧力によって制御される。換言すれば、ピストン４６の押圧力を調整することによって、送液管２４に導入されたベース材ＬＢに応じた量のアニオン系界面活性剤ＳＡが供給される。
【００４０】
この場合、ベース材ＬＢは、２００ｍｌ／秒で１０秒間に亘って送液管２４を通過する。一方、アニオン系界面活性剤ＳＡは、１．０ｍｌ／秒の割合で１０秒間に亘ってシリンダ付タンク２８から導出され、ベース材ＬＢに混入する。換言すれば、２０００ｍｌのベース材ＬＢに対して１０ｍｌのアニオン系界面活性剤ＳＡが添加される。勿論、アニオン系界面活性剤ＳＡの粘度は上記の割合で添加可能なように調整されており、例えば、０．１５Ｐ（濃度２．５％）に設定される。
【００４１】
なお、アニオン系界面活性剤ＳＡの濃度を５０％として粘度を７．５Ｐとした場合、該アニオン系界面活性剤ＳＡを０．０５ｍｌ／秒の割合で合計０．５ｍｌ添加しても、形状が良好なスパイニー７は形成され難い。
【００４２】
すなわち、アニオン系界面活性剤ＳＡの粘度の最適化を図ることにより、形状が良好なスパイニー７を設けることができる。
【００４３】
上記のようにして調製された塗型材は、円環状枠体５２に設けられた孔部５４を通って円筒状金型１４の内部に進入したノズル３０から噴射される。このノズル３０が退動動作することに伴い、円筒状金型１４の内周壁に対し、その長手方向に沿って塗型材が塗布される。
【００４４】
このように、本実施の形態においては、ベース材ＬＢにアニオン系界面活性剤ＳＡを添加して塗型材を調製した直後に、該塗型材を円筒状金型１４の内周壁に塗布するようにしている。すなわち、塗型材は、アニオン系界面活性剤ＳＡがカルシウムイオンやマグネシウムイオン、ナトリウムイオン、さらには珪藻土等を囲繞するミセル効果が充分に進行していない状態で塗布される。換言すれば、この場合、塗型材は、アニオン系界面活性剤ＳＡの表面張力が低下しない時間内に塗布され、乾燥固化して塗型膜となる。
【００４５】
この塗型膜の表面には、直径同士が略同等である液滴状に盛り上がり、かつ略等間隔で互いに離間した凸部１（図２参照）が多数形成されている。上記したように、塗型材に含有されるアニオン系界面活性剤ＳＡの表面張力が高く、このために塗型材の表面に液滴状の凸部１が多数形成されるからである。
【００４６】
なお、塗型材が塗布されている間、比較器３６では、流量計３４のフィードバック信号と、設定値に係る信号とを対比し、そこに差が生じているとき、その差がなくなるまでレギュレータ３２に対して信号を送る。レギュレータ３２は、前記差信号によってその流量制御を行い、三方弁３８に最適な流量下にベース材ＬＢを送る。三方弁３８の他方の出力側は、前記の通り、タンク１２に連通している。したがって、三方弁３８から送り込まれるベース材ＬＢは、タンク１２に対して所定の流量で流入する。
【００４７】
すなわち、比較器３６には予め設定された値が信号として供給されており、この設定信号と流量計３４の出力信号とが比較される。そして、設定信号と流量計３４の出力信号との差信号に基づき、レギュレータ３２における流量が制御される。
【００４８】
このようにしてベース材ＬＢを循環させることにより、時間の経過とともにベース材ＬＢの粘度が上昇することを回避することができる。すなわち、ベース材ＬＢの粘度を一定に保つことができ、このため、特に、円筒状金型１４内部で長尺なシリンダスリーブを鋳造成形する場合、塗型膜の膜厚にばらつきが少なくなる。
【００４９】
塗型膜を形成した後、図示しない溶湯供給機構を介して円筒状金型１４の内部に溶湯を供給する。円筒状金型１４が回転動作しているため、この溶湯には遠心力が作用し、その結果、該溶湯は塗型膜を介して円筒状金型１４の内周壁に偏在する。この状態で溶湯が冷却固化することにより、シリンダスリーブが鋳造成形される。
【００５０】
上記したように、塗型膜の表面には液滴状に突出した凸部１が多数形成されているとともに、該凸部１同士の谷間に凹部２が形成されている。しかも、該凸部１の直径同士は略同等であり、かつ該凸部１同士は互いに略等間隔で離間している。換言すれば、塗型膜の表面には良好な形状のスパイニーが形成されており、このため、シリンダスリーブの外周壁４に転写形成されたスパイニー７の形状も良好なものとなる（図３参照）。
【００５１】
さらに、本実施の形態においては、形成された塗型膜の膜厚におけるばらつきが著しく小さい。したがって、シリンダスリーブの外周寸法のばらつきを抑制することができる。
【００５２】
次いで、円筒状金型１４から円環状枠体５２を取り外し、この開口端部からシリンダスリーブを塗型膜とともに引き抜いて取り出す。このように、塗型膜と一体的にシリンダスリーブを引き抜くことにより、該シリンダスリーブを円筒状金型１４から容易に離脱させることができる。
【００５３】
シリンダスリーブの外周壁に付着した塗型膜は、例えば、ショットピーニング処理やショットブラスト処理等によって除去される。その後、該シリンダスリーブを所定の寸法に切断すれば、完成製品としてのシリンダスリーブが得られる。
【００５４】
このようにして得られたシリンダスリーブは、次に、自動車用の内燃機関を構成するシリンダブロックを鋳造成形するための鋳造金型のキャビティに配置される。そして、このキャビティにアルミニウム等の溶湯が導入された後、該溶湯が冷却固化されることによってシリンダブロックが鋳造成形されるとともに、該シリンダブロックにシリンダスリーブが鋳込まれる。
【００５５】
上記したように、このシリンダスリーブの外周壁には、良好な形状のスパイニー７が形成されている。このスパイニー７は、鋳込みの際、アンカーとなって該シリンダスリーブを鋳込む溶湯との密着性を向上させる。
【００５６】
すなわち、本実施の形態によれば、界面活性剤による表面張力が低下しない時間内に塗型材を塗布してシリンダスリーブを鋳造成形することができるので、該シリンダスリーブとシリンダブロックとの密着性が極めて良好な内燃機関を構成することができる。
【００５７】
なお、上記した実施の形態においては、ピストン４６の押圧力を制御することによってアニオン系界面活性剤ＳＡの供給量を調整するようにしているが、バルブ４２の開度を調整することによって制御するようにしてもよい。
【００５８】
また、界面活性剤はアニオン系界面活性剤ＳＡに限定されるものではなく、ベース材ＬＢの表面張力を向上させるものであれば、カチオン系界面活性剤であってもよいし、ノニオン系界面活性剤であってもよい。
【００５９】
さらに、この実施の形態では、鋳造成形品としてシリンダスリーブを例示して説明したが、自動車用のブレーキドラムに鋳込まれるシューであってもよい。
【００６０】
さらに、断熱材である珪藻土に代替してジルコン、珪砂、クロマイト、セピオライト、アルミナ、ムライトシリカ、酸化チタンの１種以上を使用する一方、粘結剤であるベントナイトに代替して黒鉛、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、コロイダルシリカ、アルミン酸ソーダの１種以上をそれぞれ使用するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る塗型材の塗布方法によれば、円筒状金型に塗布する直前にベース材に界面活性剤を添加して塗型材を調製するようにしている。このため、界面活性剤の表面張力が低下しない時間内に塗型膜を形成することができるので、遠心鋳造法によって得られる鋳造成形品の外壁に良好な形状のスパイニーを設けることができ、その結果、異種金属製品同士が良好に密着した鋳込み品を製造することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る塗型材の塗布方法を実施するための遠心鋳造機構の概略構成を示すブロック説明図である。
【図２】液滴状に盛り上がった凸部が塗型材の表面に形成された状態を説明する要部拡大説明図である。
【図３】塗型膜の凸部および凹部が転写されることによってシリンダスリーブの外周壁に形成されたスパイニーを示す要部拡大説明図である。
【図４】界面活性剤の表面張力が低下した場合において、塗型膜の表面に形成された凸部を示す要部拡大説明図である。
【図５】図４の凸部が転写されることによってシリンダスリーブの外周壁に形成されたスパイニーを示す要部拡大説明図である。
【符号の説明】
１、６、８…凸部２、５…凹部
７…スパイニー１０…遠心鋳造機構
１２…タンク（容器）１４…円筒状金型
１６…供給系１８…循環系
２０…モーノポンプ（揚液機構）２２…揚液管
２４…送液管２８…シリンダ付タンク
３０…ノズル３８…三方弁
４２…バルブ４４…シリンダ
４６…ピストン４８…ローラ
ＬＢ…ベース材（混合液）ＳＡ…アニオン系界面活性剤

Claims

回転する円筒状金型に溶湯を供給して遠心鋳造により中空部材を形成する際、前記円筒状金型の内周壁に界面活性剤を含有する塗型材を塗布する方法であって、
界面活性剤以外の塗型材の成分が混合された混合液を容器から揚液機構にて揚液する工程と、
前記揚液機構から前記円筒状金型に亘って橋架された送液管中を前記混合液が通過する際に界面活性剤を添加して塗型材を調製する工程と、
前記塗型材を前記円筒状金型の内周壁に塗布する工程と、
を有することを特徴とする塗型材の塗布方法。
請求項１記載の塗布方法において、前記混合液として、断熱材と、潤滑性を付与する離型剤と、前記断熱材と前記離型剤とを付着結合させる粘結剤とが水に分散されたものを調製することを特徴とする塗型材の塗布方法。
請求項２記載の塗布方法において、前記断熱材として珪藻土、前記離型剤としてタルク、前記粘結剤としてベントナイトを使用することを特徴とする塗型材の塗布方法。