JP2004174584A - 砂型、該砂型の製造方法、並びに該砂型を用いた鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】極低圧での複合化が可能となり、安価で且つ形状自由度に優れる軽合金複合部材の製造方法の提供。
【解決手段】複合化用予備成形体７を外嵌・保持させた第１の砂型部１１と第２の砂型部１２とが低通気度層１３を介して接着された砂中子６を上下型１，２におけるキャビティ３内にセットし、溶湯を砂型１，２内に注入すると共に複合化用予備成形体７中に存在するエアをパイプ部材１４を介して排出しつつ、溶湯を複合化用予備成形体７内に含浸、充填させて複合化する。
【選択図】 図１
【解決手段】複合化用予備成形体７を外嵌・保持させた第１の砂型部１１と第２の砂型部１２とが低通気度層１３を介して接着された砂中子６を上下型１，２におけるキャビティ３内にセットし、溶湯を砂型１，２内に注入すると共に複合化用予備成形体７中に存在するエアをパイプ部材１４を介して排出しつつ、溶湯を複合化用予備成形体７内に含浸、充填させて複合化する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミニウム合金製シリンダブロックのシリンダボア部に金属多孔体を複合化するための砂型、該砂型の製造方法、並びに該砂型を用いた鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金製シリンダブロックにおけるピストン及びピストンリングが摺動するシリンダボア部には、耐摩耗性を確保するために鋳鉄製のライナ部材が鋳包み或いは圧入されている。
【０００３】
しかしながら、鋳鉄製のライナ部材を鋳包み或いは圧入する方法ではシリンダブロックの軽量化やアルミニウム合金の高い熱伝導性を生かすことができない。
【０００４】
シリンダブロックの軽量化が十分達成されないのは、ライナ部材自体が鋳鉄製であることによる重量増に加え、シリンダブロック本体側にライナ部材を保持するための鋳包み代、或いは圧入代が必要となるためシリンダボア間に厚みが必要となり、シリンダボア間のピッチを縮小させることができず、シリンダブロックのコンパクト化を阻害するためである。
【０００５】
また、高い熱伝導性を生かしきれないのは、鋳包みや圧入は冶金的な接合ではなく機械的嵌合であり、シリンダブロック本体とライナ部材との間に熱伝達上のギャップが生じるためである。
【０００６】
そこで、シリンダブロックの軽量化を促進し、高い熱伝導性を生かしてエンジン性能を向上させるために、鋳鉄製ライナ部材を廃したアルミニウム合金製シリンダブロックが開発され実用化されている。
【０００７】
特に、アルミニウム合金母材に予備成形体を複合化することによって材料特性（主に耐摩耗性）を向上させる手法における当該予備成形体の材料として、セラミック短繊維（アルミナ短繊維等）やカーボン短繊維等が知られている。
【０００８】
従来の複合化方法は、複合性（強化材への溶湯の含浸性）確保の点から、高圧鋳造法（溶湯鍛造法）や層流ダイキャストが採用されているが、高圧（数百ｋｇｆ／ｃｍ２）を要するため設備や金型が高価であるといった経済性の面に加え、鋳型に砂型が使用できず崩壊性中子の使用に制約があるため、鋳抜きを利用した軽量化が困難である等の形状自由度の面にも課題を残している。
【０００９】
砂型を用いた鋳造法（重力鋳造、低圧鋳造）をベースとした複合化手法として、溶射等により砂中子の表面の少なくとも一部を被覆金属にて被覆し、かくして被覆された砂中子を用いて鋳造を行ない、被覆金属を実質的にそのままの状態にて製品鋳物の表面部に残留させる所謂転写法と呼ばれる鋳造法があり、この手法をシリンダブロックのウォータジャケット部の耐食性向上に適用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）が、上記により形成された強化層が薄いため機械加工を前提としたシリンダボア部には適用が困難である上、別途中子への溶射設備が必要となる点で不経済である。
【００１０】
尚、高圧鋳造法へ適用可能な崩壊性中子は種々提案されているが（例えば、特許文献２参照）、本願発明のような”低通気度層”が介在されるものではなく、複合化に必要な部位のみの実質的な溶湯圧力を有効に上昇させるという効果を得ることはできない。また、高圧鋳造法を前提とするものであるため、砂中子表面部には溶湯の差し込みを防止する差し込み防止層（例えば、塗型層）を設ける必要があり、本願発明のように、予備成形体内に存在するエアを砂中子（砂型部）を介して排出することは困難である。従って、砂型を用いた極低圧での複合化は困難である。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−２４５６１５号公報
【特許文献２】
特開２００２−９６１４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、例えば、鋳鉄ライナを廃したアルミニウム合金製シリンダブロックを製造する際に、強化材複合化という手法を選択すると、鋳造方法が高圧鋳造法等の金型を用いた鋳造法に限定されてしまい、経済性や形状自由度に優れる砂型を用いた鋳造法が選択できないという課題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、極低圧での複合化が可能となり、安価で且つ形状自由度に優れる砂型、該砂型の製造方法、並びに該砂型を用いた鋳造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明の砂型は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた。
【００１５】
また、好ましくは、前記低通気度層は、前記第１の砂型部と第２の砂型部とを接着させる。
【００１６】
また、好ましくは、前記第１の砂型部の気孔の平均径を０．０７ｍｍ以下とした。
【００１７】
また、本発明は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた砂型の製造方法であって、一端部が当該第１の砂型部内に連通し他端部が前記第２の砂型部側に延びるようにパイプ部材を設置して前記第１の砂型部を成形し、前記パイプ部材を挿入する孔部が形成されるように前記第２の砂型部を成形し、前記第２の砂型部に形成した孔部に前記パイプ部材を挿入することにより前記第１の砂型部と前記第２の砂型部とを位置決めする。
【００１８】
また、本発明は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた砂型を用いた鋳造方法であって、前記予備成形体を保持した第１の砂型部と第２の砂型部とからなる砂型を型内にセットし、前記溶湯を前記型内に注入すると共に前記予備成形体中に存在するエアを前記第１の砂型部を介して排出しつつ、当該溶湯を当該予備成形体内に含浸、充填させて複合化する。
【００１９】
また、好ましくは、前記予備成形体は前記第１の砂型部の外部に嵌合されて保持され、前記エアは前記第１の砂型部の内部に形成された通路を介して排出される。
【００２０】
また、好ましくは、上記方法において、前記溶湯の含浸圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下とした。
【００２１】
また、好ましくは、上記方法において、前記予備成形体の体積率を８〜２０％とした。
【００２２】
また、好ましくは、上記方法において、前記予備成形体の気孔の平均径を０．２５〜０．６２５ｍｍとした。
【００２３】
また、好ましくは、上記方法において、前記予備成形体を金属多孔体とした。
【００２４】
尚、上記低通気度とは通気度が零の通気を遮断した状態も含んでいる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、第１の砂型部と第２の砂型部とを低通気度層を介して密着させることによって、第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できるので、複合化に必要な部位（第１の砂型部）のみの実質的な溶湯圧力を上昇させることができる。また、砂型を用いた極低圧での複合化が可能となる。
【００２６】
請求項２の発明によれば、低通気度層は第１の砂型部と第２の砂型部とを接着させることにより、第１の砂型部と第２の砂型部とを個々に成形した後に接着できるため取り扱い性が向上する。
【００２７】
請求項３の発明によれば、第１の砂型部の気孔の平均径を０．０７ｍｍ以下としたことにより、予備成形体中のエア抜き性と溶湯の侵入を抑制する特性とを両立することができる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、第１の砂型部の成形時に一端部が第１の砂型部内に連通し他端部が第２の砂型部側に延びるようにパイプ部材を設置し、第２の砂型部に形成した孔部にパイプ部材を挿入することにより第１の砂型部と第２の砂型部とを位置決めすることにより、両砂型部がパイプ部材を介して位置決めできると共に、両砂型部のエアの排出に必要な通気性を確保することができる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する砂型に保持させた状態で型内にセットし、溶湯を型内に注入すると共に予備成形体中に存在するエアを砂型を介して排出しつつ、当該溶湯を当該予備成形体内に含浸、充填させて複合化することにより、極低圧での複合化が可能となり、安価で且つ形状自由度に優れた軽合金複合部材の製造方法を実現できる。
【００３０】
請求項６の発明によれば、予備成形体は第１の砂型部の外部に嵌合されて保持され、エアは第１の砂型部の内部に形成された通路を介して排出されることにより、予備成形体の保持を簡単な方法により安定化させ、エア抜きも容易化することができる。
【００３１】
請求項７の発明によれば、溶湯の含浸圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下としたことにより、砂型表面への溶湯の差し込み等を招くことなく、必要な溶湯の含浸性を確保することができる。
【００３２】
請求項８の発明によれば、予備成形体の体積率を８〜２０％としたことにより、必要な溶湯の含浸性確保と、必要な製品の複合化層の物性（例えば、耐摩耗性）を得ることとの両立を図ることができる。
【００３３】
請求項９の発明によれば、予備成形体の気孔の平均径を０．２５〜０．６２５ｍｍとしたことにより、必要な溶湯の含浸性確保と、必要な製品の複合化層の物性（例えば、耐摩耗性）を得ることとの両立を図ることができる。
【００３４】
請求項１０の発明によれば、予備成形体を金属多孔体としたことにより、極低圧での複合化に最適なものとなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。また、本発明の砂型には、溶湯を注入する鋳造用砂型のほか、この鋳造用砂型内部に設置される砂中子を含むものである。
【００３７】
［鋳造用砂型］
図１は、本実施形態として例示する鋳造用砂中子が配置されたシリンダブロック鋳造用砂型の断面図である。図２は、本実施形態の鋳造用砂型により成形されたシリンダブロックの断面図である。
【００３８】
図１に例示する鋳造用砂型は、自動車用エンジンにおけるアルミニウム合金製のシリンダブロックの低圧鋳造に用いられる。鋳造用砂型は、一対の上型１及び下型２とを有し、型内部に形成されたキャビティ３には砂中子６が配置される。下型２にはキャビティ３に連通して溶湯を充填するための湯口４と、この湯口４に連通する溶湯通路５とが設けられ、不図示の圧縮空気や電磁ポンプなどの低圧鋳造に用いられる装置を用いて溶湯を湯口４まで圧入させ、湯口４からキャビティ３内に導入する。
【００３９】
図２に示すように、本実施形態の低圧鋳造法により製造されるシリンダブロック２０は、シリンダボア内壁部に複合化層２１が形成された、所謂ライナレスシリンダブロックであり、ライナを無くしたことでシリンダボア間が短縮され、シリンダボア径の拡大やシリンダブロックの軽量化、小型化を図ることができる。
【００４０】
上型１及び下型２により形成されるキャビティ３はシリンダボア及びクランクケースの外壁部に対応する転写形状３ａを有し、上型１がクランクケースとシリンダボアを画定し、下型２がシリンダボア上端部を画定するように実際のエンジンの配置とは上下が反対になってキャビティ３が形成されている。
【００４１】
砂中子６は、シリンダボアの内壁部に対応する転写形状を有する円筒状の第１の砂型部（ボア中子）１１と、クランクケースの内壁部に対応する転写形状を有し第１の砂型部１１に密着して配置される第２の砂型部（クランク中子）１２とが別体に構成されている。
【００４２】
また、第１の砂型部１１の上端部１１ａと第２の砂型部１２の下端部１２ａとは、第２の砂型部１２よりも通気度が低い低通気度層１３を介して密着状態で接着されるように構成されている。尚、上記低通気度層１３は通気度が零の通気を遮断した状態も含むものとする。
【００４３】
上記低通気度層１３は、例えば、無機系の鋳型用接着剤や離型剤や金属板などのいずれかからなり、第１の砂型部１１の上端部１１ａと第２の砂型部１２の下端部１２ａとを接着すると共に、第２の砂型部１２から第１の砂型部１１へのエアの侵入を抑制又は遮断する機能を持っている。
【００４４】
第１の砂型部１１は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体７を保持し、当該予備成形体７よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を持っている。
【００４５】
第１の砂型部１１の外周面には、軽合金材料としてのアルミニウム合金からなる溶湯が含浸（溶浸）されて母材と複合化される円筒状の複合化用予備成形体７が嵌合保持されている。また、第１の砂型部１１と第２の砂型部１２の軸方向（上下方向）の略中央部分には、第１の砂型部１１の内部から第２の砂型部１２の内部を通って外部に連通する耐熱性を持つ（金属製やセラミック製）中空状で長軸状のパイプ部材１４が同軸状に配設されている。
【００４６】
本実施形態の鋳造では、上記複合化用予備成形体７を外嵌・保持させた第１の砂型部１１と第２の砂型部１２とが低通気度層１３を介して接着された砂中子６を上下型１，２におけるキャビティ３内の所定位置に設置し、下記鋳造条件に従い、パイプ部材１４の内部を不図示の真空ポンプにより減圧して負圧を発生させながら、溶湯を電磁ポンプにより０．１−０．５ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧・保持して複合化用予備成形体７に溶湯を含浸させると同時に、複合化用予備成形体７中で溶湯と置換されるエアや砂中子６中のレジンが燃焼して発生するガスをパイプ部材１４から排出することで複合化及び鋳造が行われる。
【００４７】
これにより、複合化用予備成形体７に複合性（溶湯含浸性）の良い金属多孔体を適用し、複合化用予備成形体中で溶湯と置換されるエアやレジンが燃焼して発生するガスをパイプ部材１４から排出することができ、従来のダイキャスト法での溶湯の加圧力に対して１／１０００程度の極低圧による複合化及び鋳造が可能となる。
【００４８】
また、高価な設備や金型を用いずに、一般的で簡便な砂型重力鋳造法や低圧鋳造法を適用できるため、安価で且つ形状自由度に優れたアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方法となる。
【００４９】
また、第１の砂型部と第２の砂型部とを低通気度層を介して接合することによって、パイプ部材を介した減圧によって両砂型部間に圧力差が発生することにより第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できるので、複合化に必要な部位（第１の砂型部）のみの実質的な溶湯圧力を上昇させることができる。
【００５０】
また、上記複合化用予備成形体７を第１の砂型部により外嵌・保持させているので、予備成形体保持の容易化及び安定化が図れると同時に、エア抜きの容易化及び確実化も図ることができる。
【００５１】
尚、上記パイプ部材１４の代りに、第１の砂型部１１と第２の砂型部１２の軸方向の略中央部分に第１の砂型部１１の内部から第２の砂型部１２の内部を通って外部に連通する空洞部を設け、この空洞部を減圧することによりエアを排出させてもよい。
【００５２】
［鋳造条件］
鋳造法：砂型低圧鋳造（電磁ポンプにより加圧）
材質（母材）：ＪＩＳＡＣ２Ｂ相当（Ａｌ−３Ｃｕ−６Ｓｉ）のアルミニウム合金
鋳込み温度：７５０℃
シリンダボア部における溶湯の加圧力：０．０７ｋｇｆ／ｃｍ２
砂中子背面：真空ポンプにより減圧
減圧度：−０．９７ｋｇｆ／ｃｍ２
［複合化用予備成形体］
材質：金属多孔体（Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ）
セル径：０．３８ｍｍ以上
尚、本実施形態では溶湯を加圧しているが、加圧は必ずしも必要ではない。
【００５３】
また、図８に示すように、減圧度の値については、溶湯温度を６５０〜７５０℃以上に設定した場合には−０．９７ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定することで、予備成形体における母材の充填が不十分な気孔（ピンホール）が発生することなく、良好に複合化できることになる。
【００５４】
［砂中子の製造方法］
上記砂中子６は下記▲１▼〜▲３▼の手順で製造される。即ち、
▲１▼不図示のボア中子型を用いて複合化用予備成形体７を外嵌・保持した状態で第１の砂型部１１を成形する。また、成形時にパイプ部材１４の一端部が第１の砂型部１１内部に位置し他端部が第２の砂型部側に突出して延びるようにパイプ部材１４と共に一体的に成形する（図３（ａ）参照）。
【００５５】
▲２▼同様に、不図示のクランク中子型を用いて第２の砂型部１２を成形するのであるが、その際にパイプ部材１４を挿入するための連通孔部１２ｂが軸方向（上下方向）の略中央部分に形成される（図３（ｂ）参照）。
【００５６】
▲３▼上記のように第１及び第２の砂型部１１，１２を造型後、第１の砂型部１１の上端部１１ａ（接合面）に鋳型用接着剤（低通気度層１３）を塗布し、第２の砂型部１２に形成した孔部１２ｂに第１の砂型部１１から突出するパイプ部材１４を挿入することにより第１の砂型部１１と第２の砂型部１２とを位置決めしつつ接着させる（図３（ｃ）参照）。
【００５７】
上記砂中子の製造方法によれば、第１の砂型部と第２の砂型部とを個々に成形した後に鋳型用接着剤により接着できるため取り扱い性が向上する。
【００５８】
また、両砂型部がパイプ部材を介して位置決めできると共に、両砂型部のエアの排出に必要な通気性を確保することができる。
【００５９】
尚、上記第１及び第２の砂型部１１，１２の造型においては、上記不図示のボア中子型又はクランク中子型内にアミンガスに反応して硬化する硬化剤を混ぜ込んだ砂（中子砂）を圧入してアミンガスを吹き付けることにより硬化させる。
【００６０】
また、上記第１の砂型部１１の成形と同時に、当該第１の砂型部１１の外周面であって予備成形体７を保持する部位にアルミニウム合金製のショット（粒）材を埋設したり、アルミニウム合金製の繊維材を被覆させることで、第１の砂型部１１の外周面と予備成形体７の内周面との間にアルミニウム合金材が介在することになるので、中子造型時に気孔内に砂が混入するのを防止して後工程に使用される工具の寿命の低下を防ぐことができる。尚、上記ショット材や繊維材は予備成形体７への溶湯の含浸と同時に母材と一体化される。
【００６１】
［変形例１］
図４（ａ）は第１及び第２の砂型部の変形例１を示す図であり、以下では上記実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００６２】
図４（ａ）において、第１の砂型部１１の軸方向の略中央部には、その上端部が開口して第２の砂型部１２の連通孔部１２ｂに通じる一方、その下端部が閉じられた空洞部１１ａが形成され、第２の砂型部１２の下端部には連通孔部１２ｂを閉塞するゴムパッキンなどの閉塞部材１５が設置されている。
【００６３】
上記空洞部１１ａと連通孔部１２ｂとは中空ホースなどの連通部材１６でのみ連通される。連通部材１６は閉塞部材１５に形成された孔部に挿通され、その一端部は空洞部１１ａに臨み、他端部は外部に延びている。そして、連通部材１６の他端部から減圧することで空洞部１１ａ内のエアは外部に排出される。
【００６４】
尚、閉塞部材１５は第２の砂型部１２の成形時に同時に作り込まれるか、第２の砂型部１２の成形後に嵌入することにより設置される。
【００６５】
上記変形例の構成によれば、パイプ部材１４の代りに閉塞部材１５及び連通部材１６を用いてエアを排出することができ、同時に低通気度層１３が遮断層となって第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できる。
【００６６】
［変形例２］
図４（ｂ）は第１及び第２の砂型部の変形例２を示す図であり、以下では上記実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００６７】
図４（ｂ）において、第１の砂型部１１の軸方向の略中央部には、その上端部が開口して第２の砂型部１２の連通孔部１２ｂに通じる一方、その下端部が閉じられた空洞部１１ａが形成され、第２の砂型部１２の下端部には連通孔部１２ｂを閉塞する金属板１７が設置されている。
【００６８】
第１の砂型部１１の下端部と第２の砂型部１２の上端部とは上記金属板１７を介して連結される。
【００６９】
上記空洞部１１ａと連通孔部１２ｂとは中空ホースなどの連通部材１６でのみ連通される。連通部材１６は金属板１７に形成された孔部に挿通され、その一端部は空洞部１１ａに臨み、他端部は外部に延びている。そして、連通部材１６の他端部から減圧することで空洞部１１ａ内のエアは外部に排出される。
【００７０】
尚、金属部材１７は第２の砂型部１２の成形時に同時に作り込まれるか、第１の砂型部１１と第２の砂型部１２を連結する際に挿入して設置される。
【００７１】
上記変形例の構成によれば、パイプ部材１４の代りに金属部材１７及び連通部材１６を用いてエアを排出することができ、同時に金属部材１７が遮断層となって第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できる。
【００７２】
本実施形態及び変形例の第１及び第２の砂型部は下記造型条件に従って造型される。
【００７３】
［造型条件］
造型法：コールドボックス（アミンガスにより硬化）
砂種：シリカサンド
粒度：ＡＦＳ６５〜７３（平均径０．２〜０．３ｍｍ）
通気度：７０〜１００
尚、少なくとも第１の砂型部１１の通気度は、下記式１で表されるＪＩＳに基づく試験により、複合化用予備成形体７の通気度より小さいことが要件とされる。第１の砂型部１１の通気度が複合化用予備成形体７の通気度より大きいと、空気は抜けやすいが、溶湯が砂中子表面に差し込みやすくなる（溶湯非浸入性が低くなる）からである。
【００７４】
Ｐ＝Ｖ×ｈ／ｐ×Ａ×ｔ
但し、Ｐ：通気度，Ｖ：通過する空気量（ｍｌ），ｈ：試験片の高さ（ｃｍ），ｐ：空気圧（ｃｍＨ２Ｏ），Ａ：試験片の断面積（ｃｍ２），ｔ：Ｖが通過する時間（ｍｉｎ）
また、第１の砂型部１１の気孔径は０．０７ｍｍ以下、体積率６０〜７０％のものが適用できる。尚、砂中子の体積率とは、中子全体の体積に対する複合化部位の体積が占める割合を意味する。これにより、エア抜き性と溶湯の侵入を抑制する特性とを両立することができる。
【００７５】
また、複合化用予備成形体７としての金属多孔体の体積率は８〜２０％のものが適用できる。図５に示すように、体積率が上記数値より低いと耐摩耗性が悪化し、高いと複合性が悪化するからである。尚、金属多孔体の体積率とは、鋳造品全体の体積に対する複合化部位の体積が占める割合を意味する。
【００７６】
また、金属多孔体の平均気孔径（セル径）は０．２５〜０．６３ｍｍのものが適用できる。図６に示すように同じセル径では溶湯温度が高くなるにつれて必要含浸圧は低くなるものの、図７（ａ）に示すように平均気孔径が小さくなるにつれて必要含浸圧が大きくなって複合性が悪化するため平均気孔径の下限は０．２５ｍｍとしている。
【００７７】
また、図７（ｂ）に示すように、平均気孔径が大きくなるにつれてスカッフ限界荷重が低くなり、つまり、各気孔内の個々の母材の面積が大きくなって摩擦対象材との接触面積が大きくなり、耐摩耗性が悪化したり、焼き付きなどが発生しやすくなるため平均気孔径の上限は０．６３ｍｍとしている。
【００７８】
また、金属多孔体の材質は、１５％以上のＣｒを含むＦｅ系のものが適用できる。Ｃｒの含有により鋳造中の多孔体表面の酸化による複合性の悪化を防止するためである。
【００７９】
複合化用予備成形体としては、金属多孔体以外に、セラミック繊維、ステンレス等からなる金属繊維材等も適用できる。金属繊維材としてはステンレス以外に、タングステン、モリブデン、炭素鋼等もあるが、ステンレス繊維材が最も強度が高くしかも安価なので実用的である。
【００８０】
以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明により製造されるアルミニウム合金鋳物は、上述した実施形態のような低圧鋳造法によるシリンダブロックに限られず、他の耐摩耗性及び軽量化を必要とする部品にも適用できる。また、本発明によれば、アルミニウム合金以外に、例えばマグネシウム合金等の他の軽合金鋳物にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態として例示する鋳造用砂中子が配置されたシリンダブロック鋳造用砂型の断面図である。
【図２】本実施形態の鋳造用砂型により成形されたシリンダブロックの断面図である。
【図３】（ａ）は第１の砂型部の断面図、（ｂ）は第２の砂型部の断面図、（ｃ）は第１の砂型部と第２の砂型部とを接合する様子を示す断面図である。
【図４】（ａ）は第１及び第２の砂型部の変形例１を示す図、（ｂ）は第１及び第２の砂型部の変形例２を示す図である。
【図５】本実施形態の低圧鋳造に適用される多孔体の体積率と耐摩耗性との関係を示す図である。
【図６】本実施形態の低圧鋳造に適用される多孔体のセル径を溶湯温度と必要含浸圧との関係で示す図である。
【図７】（ａ）は金属多孔体の平均気孔径と必要含浸圧との関係を示す図、（ｂ）は金属多孔体の平均気孔径とスカッフ限界荷重との関係を示す図である。
【図８】本実施形態の低圧鋳造に適用される減圧度と溶湯温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
３ キャビティ
４ 湯口
６ 砂中子
７ 複合化用予備成形体
１１ 第１の砂型部（ボア中子）
１２ 第２の砂型部（クランク中子）
１３ 低通気度層
１４ パイプ部材
２０ シリンダブロック
２１ 複合化層
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミニウム合金製シリンダブロックのシリンダボア部に金属多孔体を複合化するための砂型、該砂型の製造方法、並びに該砂型を用いた鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金製シリンダブロックにおけるピストン及びピストンリングが摺動するシリンダボア部には、耐摩耗性を確保するために鋳鉄製のライナ部材が鋳包み或いは圧入されている。
【０００３】
しかしながら、鋳鉄製のライナ部材を鋳包み或いは圧入する方法ではシリンダブロックの軽量化やアルミニウム合金の高い熱伝導性を生かすことができない。
【０００４】
シリンダブロックの軽量化が十分達成されないのは、ライナ部材自体が鋳鉄製であることによる重量増に加え、シリンダブロック本体側にライナ部材を保持するための鋳包み代、或いは圧入代が必要となるためシリンダボア間に厚みが必要となり、シリンダボア間のピッチを縮小させることができず、シリンダブロックのコンパクト化を阻害するためである。
【０００５】
また、高い熱伝導性を生かしきれないのは、鋳包みや圧入は冶金的な接合ではなく機械的嵌合であり、シリンダブロック本体とライナ部材との間に熱伝達上のギャップが生じるためである。
【０００６】
そこで、シリンダブロックの軽量化を促進し、高い熱伝導性を生かしてエンジン性能を向上させるために、鋳鉄製ライナ部材を廃したアルミニウム合金製シリンダブロックが開発され実用化されている。
【０００７】
特に、アルミニウム合金母材に予備成形体を複合化することによって材料特性（主に耐摩耗性）を向上させる手法における当該予備成形体の材料として、セラミック短繊維（アルミナ短繊維等）やカーボン短繊維等が知られている。
【０００８】
従来の複合化方法は、複合性（強化材への溶湯の含浸性）確保の点から、高圧鋳造法（溶湯鍛造法）や層流ダイキャストが採用されているが、高圧（数百ｋｇｆ／ｃｍ２）を要するため設備や金型が高価であるといった経済性の面に加え、鋳型に砂型が使用できず崩壊性中子の使用に制約があるため、鋳抜きを利用した軽量化が困難である等の形状自由度の面にも課題を残している。
【０００９】
砂型を用いた鋳造法（重力鋳造、低圧鋳造）をベースとした複合化手法として、溶射等により砂中子の表面の少なくとも一部を被覆金属にて被覆し、かくして被覆された砂中子を用いて鋳造を行ない、被覆金属を実質的にそのままの状態にて製品鋳物の表面部に残留させる所謂転写法と呼ばれる鋳造法があり、この手法をシリンダブロックのウォータジャケット部の耐食性向上に適用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）が、上記により形成された強化層が薄いため機械加工を前提としたシリンダボア部には適用が困難である上、別途中子への溶射設備が必要となる点で不経済である。
【００１０】
尚、高圧鋳造法へ適用可能な崩壊性中子は種々提案されているが（例えば、特許文献２参照）、本願発明のような”低通気度層”が介在されるものではなく、複合化に必要な部位のみの実質的な溶湯圧力を有効に上昇させるという効果を得ることはできない。また、高圧鋳造法を前提とするものであるため、砂中子表面部には溶湯の差し込みを防止する差し込み防止層（例えば、塗型層）を設ける必要があり、本願発明のように、予備成形体内に存在するエアを砂中子（砂型部）を介して排出することは困難である。従って、砂型を用いた極低圧での複合化は困難である。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−２４５６１５号公報
【特許文献２】
特開２００２−９６１４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、例えば、鋳鉄ライナを廃したアルミニウム合金製シリンダブロックを製造する際に、強化材複合化という手法を選択すると、鋳造方法が高圧鋳造法等の金型を用いた鋳造法に限定されてしまい、経済性や形状自由度に優れる砂型を用いた鋳造法が選択できないという課題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、極低圧での複合化が可能となり、安価で且つ形状自由度に優れる砂型、該砂型の製造方法、並びに該砂型を用いた鋳造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明の砂型は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた。
【００１５】
また、好ましくは、前記低通気度層は、前記第１の砂型部と第２の砂型部とを接着させる。
【００１６】
また、好ましくは、前記第１の砂型部の気孔の平均径を０．０７ｍｍ以下とした。
【００１７】
また、本発明は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた砂型の製造方法であって、一端部が当該第１の砂型部内に連通し他端部が前記第２の砂型部側に延びるようにパイプ部材を設置して前記第１の砂型部を成形し、前記パイプ部材を挿入する孔部が形成されるように前記第２の砂型部を成形し、前記第２の砂型部に形成した孔部に前記パイプ部材を挿入することにより前記第１の砂型部と前記第２の砂型部とを位置決めする。
【００１８】
また、本発明は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた砂型を用いた鋳造方法であって、前記予備成形体を保持した第１の砂型部と第２の砂型部とからなる砂型を型内にセットし、前記溶湯を前記型内に注入すると共に前記予備成形体中に存在するエアを前記第１の砂型部を介して排出しつつ、当該溶湯を当該予備成形体内に含浸、充填させて複合化する。
【００１９】
また、好ましくは、前記予備成形体は前記第１の砂型部の外部に嵌合されて保持され、前記エアは前記第１の砂型部の内部に形成された通路を介して排出される。
【００２０】
また、好ましくは、上記方法において、前記溶湯の含浸圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下とした。
【００２１】
また、好ましくは、上記方法において、前記予備成形体の体積率を８〜２０％とした。
【００２２】
また、好ましくは、上記方法において、前記予備成形体の気孔の平均径を０．２５〜０．６２５ｍｍとした。
【００２３】
また、好ましくは、上記方法において、前記予備成形体を金属多孔体とした。
【００２４】
尚、上記低通気度とは通気度が零の通気を遮断した状態も含んでいる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、第１の砂型部と第２の砂型部とを低通気度層を介して密着させることによって、第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できるので、複合化に必要な部位（第１の砂型部）のみの実質的な溶湯圧力を上昇させることができる。また、砂型を用いた極低圧での複合化が可能となる。
【００２６】
請求項２の発明によれば、低通気度層は第１の砂型部と第２の砂型部とを接着させることにより、第１の砂型部と第２の砂型部とを個々に成形した後に接着できるため取り扱い性が向上する。
【００２７】
請求項３の発明によれば、第１の砂型部の気孔の平均径を０．０７ｍｍ以下としたことにより、予備成形体中のエア抜き性と溶湯の侵入を抑制する特性とを両立することができる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、第１の砂型部の成形時に一端部が第１の砂型部内に連通し他端部が第２の砂型部側に延びるようにパイプ部材を設置し、第２の砂型部に形成した孔部にパイプ部材を挿入することにより第１の砂型部と第２の砂型部とを位置決めすることにより、両砂型部がパイプ部材を介して位置決めできると共に、両砂型部のエアの排出に必要な通気性を確保することができる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する砂型に保持させた状態で型内にセットし、溶湯を型内に注入すると共に予備成形体中に存在するエアを砂型を介して排出しつつ、当該溶湯を当該予備成形体内に含浸、充填させて複合化することにより、極低圧での複合化が可能となり、安価で且つ形状自由度に優れた軽合金複合部材の製造方法を実現できる。
【００３０】
請求項６の発明によれば、予備成形体は第１の砂型部の外部に嵌合されて保持され、エアは第１の砂型部の内部に形成された通路を介して排出されることにより、予備成形体の保持を簡単な方法により安定化させ、エア抜きも容易化することができる。
【００３１】
請求項７の発明によれば、溶湯の含浸圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下としたことにより、砂型表面への溶湯の差し込み等を招くことなく、必要な溶湯の含浸性を確保することができる。
【００３２】
請求項８の発明によれば、予備成形体の体積率を８〜２０％としたことにより、必要な溶湯の含浸性確保と、必要な製品の複合化層の物性（例えば、耐摩耗性）を得ることとの両立を図ることができる。
【００３３】
請求項９の発明によれば、予備成形体の気孔の平均径を０．２５〜０．６２５ｍｍとしたことにより、必要な溶湯の含浸性確保と、必要な製品の複合化層の物性（例えば、耐摩耗性）を得ることとの両立を図ることができる。
【００３４】
請求項１０の発明によれば、予備成形体を金属多孔体としたことにより、極低圧での複合化に最適なものとなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。また、本発明の砂型には、溶湯を注入する鋳造用砂型のほか、この鋳造用砂型内部に設置される砂中子を含むものである。
【００３７】
［鋳造用砂型］
図１は、本実施形態として例示する鋳造用砂中子が配置されたシリンダブロック鋳造用砂型の断面図である。図２は、本実施形態の鋳造用砂型により成形されたシリンダブロックの断面図である。
【００３８】
図１に例示する鋳造用砂型は、自動車用エンジンにおけるアルミニウム合金製のシリンダブロックの低圧鋳造に用いられる。鋳造用砂型は、一対の上型１及び下型２とを有し、型内部に形成されたキャビティ３には砂中子６が配置される。下型２にはキャビティ３に連通して溶湯を充填するための湯口４と、この湯口４に連通する溶湯通路５とが設けられ、不図示の圧縮空気や電磁ポンプなどの低圧鋳造に用いられる装置を用いて溶湯を湯口４まで圧入させ、湯口４からキャビティ３内に導入する。
【００３９】
図２に示すように、本実施形態の低圧鋳造法により製造されるシリンダブロック２０は、シリンダボア内壁部に複合化層２１が形成された、所謂ライナレスシリンダブロックであり、ライナを無くしたことでシリンダボア間が短縮され、シリンダボア径の拡大やシリンダブロックの軽量化、小型化を図ることができる。
【００４０】
上型１及び下型２により形成されるキャビティ３はシリンダボア及びクランクケースの外壁部に対応する転写形状３ａを有し、上型１がクランクケースとシリンダボアを画定し、下型２がシリンダボア上端部を画定するように実際のエンジンの配置とは上下が反対になってキャビティ３が形成されている。
【００４１】
砂中子６は、シリンダボアの内壁部に対応する転写形状を有する円筒状の第１の砂型部（ボア中子）１１と、クランクケースの内壁部に対応する転写形状を有し第１の砂型部１１に密着して配置される第２の砂型部（クランク中子）１２とが別体に構成されている。
【００４２】
また、第１の砂型部１１の上端部１１ａと第２の砂型部１２の下端部１２ａとは、第２の砂型部１２よりも通気度が低い低通気度層１３を介して密着状態で接着されるように構成されている。尚、上記低通気度層１３は通気度が零の通気を遮断した状態も含むものとする。
【００４３】
上記低通気度層１３は、例えば、無機系の鋳型用接着剤や離型剤や金属板などのいずれかからなり、第１の砂型部１１の上端部１１ａと第２の砂型部１２の下端部１２ａとを接着すると共に、第２の砂型部１２から第１の砂型部１１へのエアの侵入を抑制又は遮断する機能を持っている。
【００４４】
第１の砂型部１１は、溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体７を保持し、当該予備成形体７よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を持っている。
【００４５】
第１の砂型部１１の外周面には、軽合金材料としてのアルミニウム合金からなる溶湯が含浸（溶浸）されて母材と複合化される円筒状の複合化用予備成形体７が嵌合保持されている。また、第１の砂型部１１と第２の砂型部１２の軸方向（上下方向）の略中央部分には、第１の砂型部１１の内部から第２の砂型部１２の内部を通って外部に連通する耐熱性を持つ（金属製やセラミック製）中空状で長軸状のパイプ部材１４が同軸状に配設されている。
【００４６】
本実施形態の鋳造では、上記複合化用予備成形体７を外嵌・保持させた第１の砂型部１１と第２の砂型部１２とが低通気度層１３を介して接着された砂中子６を上下型１，２におけるキャビティ３内の所定位置に設置し、下記鋳造条件に従い、パイプ部材１４の内部を不図示の真空ポンプにより減圧して負圧を発生させながら、溶湯を電磁ポンプにより０．１−０．５ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧・保持して複合化用予備成形体７に溶湯を含浸させると同時に、複合化用予備成形体７中で溶湯と置換されるエアや砂中子６中のレジンが燃焼して発生するガスをパイプ部材１４から排出することで複合化及び鋳造が行われる。
【００４７】
これにより、複合化用予備成形体７に複合性（溶湯含浸性）の良い金属多孔体を適用し、複合化用予備成形体中で溶湯と置換されるエアやレジンが燃焼して発生するガスをパイプ部材１４から排出することができ、従来のダイキャスト法での溶湯の加圧力に対して１／１０００程度の極低圧による複合化及び鋳造が可能となる。
【００４８】
また、高価な設備や金型を用いずに、一般的で簡便な砂型重力鋳造法や低圧鋳造法を適用できるため、安価で且つ形状自由度に優れたアルミニウム合金製シリンダブロックの製造方法となる。
【００４９】
また、第１の砂型部と第２の砂型部とを低通気度層を介して接合することによって、パイプ部材を介した減圧によって両砂型部間に圧力差が発生することにより第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できるので、複合化に必要な部位（第１の砂型部）のみの実質的な溶湯圧力を上昇させることができる。
【００５０】
また、上記複合化用予備成形体７を第１の砂型部により外嵌・保持させているので、予備成形体保持の容易化及び安定化が図れると同時に、エア抜きの容易化及び確実化も図ることができる。
【００５１】
尚、上記パイプ部材１４の代りに、第１の砂型部１１と第２の砂型部１２の軸方向の略中央部分に第１の砂型部１１の内部から第２の砂型部１２の内部を通って外部に連通する空洞部を設け、この空洞部を減圧することによりエアを排出させてもよい。
【００５２】
［鋳造条件］
鋳造法：砂型低圧鋳造（電磁ポンプにより加圧）
材質（母材）：ＪＩＳＡＣ２Ｂ相当（Ａｌ−３Ｃｕ−６Ｓｉ）のアルミニウム合金
鋳込み温度：７５０℃
シリンダボア部における溶湯の加圧力：０．０７ｋｇｆ／ｃｍ２
砂中子背面：真空ポンプにより減圧
減圧度：−０．９７ｋｇｆ／ｃｍ２
［複合化用予備成形体］
材質：金属多孔体（Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ）
セル径：０．３８ｍｍ以上
尚、本実施形態では溶湯を加圧しているが、加圧は必ずしも必要ではない。
【００５３】
また、図８に示すように、減圧度の値については、溶湯温度を６５０〜７５０℃以上に設定した場合には−０．９７ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定することで、予備成形体における母材の充填が不十分な気孔（ピンホール）が発生することなく、良好に複合化できることになる。
【００５４】
［砂中子の製造方法］
上記砂中子６は下記▲１▼〜▲３▼の手順で製造される。即ち、
▲１▼不図示のボア中子型を用いて複合化用予備成形体７を外嵌・保持した状態で第１の砂型部１１を成形する。また、成形時にパイプ部材１４の一端部が第１の砂型部１１内部に位置し他端部が第２の砂型部側に突出して延びるようにパイプ部材１４と共に一体的に成形する（図３（ａ）参照）。
【００５５】
▲２▼同様に、不図示のクランク中子型を用いて第２の砂型部１２を成形するのであるが、その際にパイプ部材１４を挿入するための連通孔部１２ｂが軸方向（上下方向）の略中央部分に形成される（図３（ｂ）参照）。
【００５６】
▲３▼上記のように第１及び第２の砂型部１１，１２を造型後、第１の砂型部１１の上端部１１ａ（接合面）に鋳型用接着剤（低通気度層１３）を塗布し、第２の砂型部１２に形成した孔部１２ｂに第１の砂型部１１から突出するパイプ部材１４を挿入することにより第１の砂型部１１と第２の砂型部１２とを位置決めしつつ接着させる（図３（ｃ）参照）。
【００５７】
上記砂中子の製造方法によれば、第１の砂型部と第２の砂型部とを個々に成形した後に鋳型用接着剤により接着できるため取り扱い性が向上する。
【００５８】
また、両砂型部がパイプ部材を介して位置決めできると共に、両砂型部のエアの排出に必要な通気性を確保することができる。
【００５９】
尚、上記第１及び第２の砂型部１１，１２の造型においては、上記不図示のボア中子型又はクランク中子型内にアミンガスに反応して硬化する硬化剤を混ぜ込んだ砂（中子砂）を圧入してアミンガスを吹き付けることにより硬化させる。
【００６０】
また、上記第１の砂型部１１の成形と同時に、当該第１の砂型部１１の外周面であって予備成形体７を保持する部位にアルミニウム合金製のショット（粒）材を埋設したり、アルミニウム合金製の繊維材を被覆させることで、第１の砂型部１１の外周面と予備成形体７の内周面との間にアルミニウム合金材が介在することになるので、中子造型時に気孔内に砂が混入するのを防止して後工程に使用される工具の寿命の低下を防ぐことができる。尚、上記ショット材や繊維材は予備成形体７への溶湯の含浸と同時に母材と一体化される。
【００６１】
［変形例１］
図４（ａ）は第１及び第２の砂型部の変形例１を示す図であり、以下では上記実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００６２】
図４（ａ）において、第１の砂型部１１の軸方向の略中央部には、その上端部が開口して第２の砂型部１２の連通孔部１２ｂに通じる一方、その下端部が閉じられた空洞部１１ａが形成され、第２の砂型部１２の下端部には連通孔部１２ｂを閉塞するゴムパッキンなどの閉塞部材１５が設置されている。
【００６３】
上記空洞部１１ａと連通孔部１２ｂとは中空ホースなどの連通部材１６でのみ連通される。連通部材１６は閉塞部材１５に形成された孔部に挿通され、その一端部は空洞部１１ａに臨み、他端部は外部に延びている。そして、連通部材１６の他端部から減圧することで空洞部１１ａ内のエアは外部に排出される。
【００６４】
尚、閉塞部材１５は第２の砂型部１２の成形時に同時に作り込まれるか、第２の砂型部１２の成形後に嵌入することにより設置される。
【００６５】
上記変形例の構成によれば、パイプ部材１４の代りに閉塞部材１５及び連通部材１６を用いてエアを排出することができ、同時に低通気度層１３が遮断層となって第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できる。
【００６６】
［変形例２］
図４（ｂ）は第１及び第２の砂型部の変形例２を示す図であり、以下では上記実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００６７】
図４（ｂ）において、第１の砂型部１１の軸方向の略中央部には、その上端部が開口して第２の砂型部１２の連通孔部１２ｂに通じる一方、その下端部が閉じられた空洞部１１ａが形成され、第２の砂型部１２の下端部には連通孔部１２ｂを閉塞する金属板１７が設置されている。
【００６８】
第１の砂型部１１の下端部と第２の砂型部１２の上端部とは上記金属板１７を介して連結される。
【００６９】
上記空洞部１１ａと連通孔部１２ｂとは中空ホースなどの連通部材１６でのみ連通される。連通部材１６は金属板１７に形成された孔部に挿通され、その一端部は空洞部１１ａに臨み、他端部は外部に延びている。そして、連通部材１６の他端部から減圧することで空洞部１１ａ内のエアは外部に排出される。
【００７０】
尚、金属部材１７は第２の砂型部１２の成形時に同時に作り込まれるか、第１の砂型部１１と第２の砂型部１２を連結する際に挿入して設置される。
【００７１】
上記変形例の構成によれば、パイプ部材１４の代りに金属部材１７及び連通部材１６を用いてエアを排出することができ、同時に金属部材１７が遮断層となって第２の砂型部から第１の砂型部へのエアの侵入を防止できる。
【００７２】
本実施形態及び変形例の第１及び第２の砂型部は下記造型条件に従って造型される。
【００７３】
［造型条件］
造型法：コールドボックス（アミンガスにより硬化）
砂種：シリカサンド
粒度：ＡＦＳ６５〜７３（平均径０．２〜０．３ｍｍ）
通気度：７０〜１００
尚、少なくとも第１の砂型部１１の通気度は、下記式１で表されるＪＩＳに基づく試験により、複合化用予備成形体７の通気度より小さいことが要件とされる。第１の砂型部１１の通気度が複合化用予備成形体７の通気度より大きいと、空気は抜けやすいが、溶湯が砂中子表面に差し込みやすくなる（溶湯非浸入性が低くなる）からである。
【００７４】
Ｐ＝Ｖ×ｈ／ｐ×Ａ×ｔ
但し、Ｐ：通気度，Ｖ：通過する空気量（ｍｌ），ｈ：試験片の高さ（ｃｍ），ｐ：空気圧（ｃｍＨ２Ｏ），Ａ：試験片の断面積（ｃｍ２），ｔ：Ｖが通過する時間（ｍｉｎ）
また、第１の砂型部１１の気孔径は０．０７ｍｍ以下、体積率６０〜７０％のものが適用できる。尚、砂中子の体積率とは、中子全体の体積に対する複合化部位の体積が占める割合を意味する。これにより、エア抜き性と溶湯の侵入を抑制する特性とを両立することができる。
【００７５】
また、複合化用予備成形体７としての金属多孔体の体積率は８〜２０％のものが適用できる。図５に示すように、体積率が上記数値より低いと耐摩耗性が悪化し、高いと複合性が悪化するからである。尚、金属多孔体の体積率とは、鋳造品全体の体積に対する複合化部位の体積が占める割合を意味する。
【００７６】
また、金属多孔体の平均気孔径（セル径）は０．２５〜０．６３ｍｍのものが適用できる。図６に示すように同じセル径では溶湯温度が高くなるにつれて必要含浸圧は低くなるものの、図７（ａ）に示すように平均気孔径が小さくなるにつれて必要含浸圧が大きくなって複合性が悪化するため平均気孔径の下限は０．２５ｍｍとしている。
【００７７】
また、図７（ｂ）に示すように、平均気孔径が大きくなるにつれてスカッフ限界荷重が低くなり、つまり、各気孔内の個々の母材の面積が大きくなって摩擦対象材との接触面積が大きくなり、耐摩耗性が悪化したり、焼き付きなどが発生しやすくなるため平均気孔径の上限は０．６３ｍｍとしている。
【００７８】
また、金属多孔体の材質は、１５％以上のＣｒを含むＦｅ系のものが適用できる。Ｃｒの含有により鋳造中の多孔体表面の酸化による複合性の悪化を防止するためである。
【００７９】
複合化用予備成形体としては、金属多孔体以外に、セラミック繊維、ステンレス等からなる金属繊維材等も適用できる。金属繊維材としてはステンレス以外に、タングステン、モリブデン、炭素鋼等もあるが、ステンレス繊維材が最も強度が高くしかも安価なので実用的である。
【００８０】
以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明により製造されるアルミニウム合金鋳物は、上述した実施形態のような低圧鋳造法によるシリンダブロックに限られず、他の耐摩耗性及び軽量化を必要とする部品にも適用できる。また、本発明によれば、アルミニウム合金以外に、例えばマグネシウム合金等の他の軽合金鋳物にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態として例示する鋳造用砂中子が配置されたシリンダブロック鋳造用砂型の断面図である。
【図２】本実施形態の鋳造用砂型により成形されたシリンダブロックの断面図である。
【図３】（ａ）は第１の砂型部の断面図、（ｂ）は第２の砂型部の断面図、（ｃ）は第１の砂型部と第２の砂型部とを接合する様子を示す断面図である。
【図４】（ａ）は第１及び第２の砂型部の変形例１を示す図、（ｂ）は第１及び第２の砂型部の変形例２を示す図である。
【図５】本実施形態の低圧鋳造に適用される多孔体の体積率と耐摩耗性との関係を示す図である。
【図６】本実施形態の低圧鋳造に適用される多孔体のセル径を溶湯温度と必要含浸圧との関係で示す図である。
【図７】（ａ）は金属多孔体の平均気孔径と必要含浸圧との関係を示す図、（ｂ）は金属多孔体の平均気孔径とスカッフ限界荷重との関係を示す図である。
【図８】本実施形態の低圧鋳造に適用される減圧度と溶湯温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
３ キャビティ
４ 湯口
６ 砂中子
７ 複合化用予備成形体
１１ 第１の砂型部（ボア中子）
１２ 第２の砂型部（クランク中子）
１３ 低通気度層
１４ パイプ部材
２０ シリンダブロック
２１ 複合化層
Claims (10)
- 溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、
前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させたことを特徴とする砂型。 - 前記低通気度層は、前記第１の砂型部と第２の砂型部とを接着させることを特徴とする請求項１に記載の砂型。
- 前記第１の砂型部の気孔の平均径を０．０７ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の砂型。
- 溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた砂型の製造方法であって、
一端部が当該第１の砂型部内に連通し他端部が前記第２の砂型部側に延びるようにパイプ部材を設置して前記第１の砂型部を成形し、
前記パイプ部材を挿入する孔部が形成されるように前記第２の砂型部を成形し、
前記第２の砂型部に形成した孔部に前記パイプ部材を挿入することにより前記第１の砂型部と前記第２の砂型部とを位置決めすることを特徴とする砂型の製造方法。 - 溶湯が含浸されて母材と複合化される予備成形体を保持し、当該予備成形体よりも通気度が低く、且つ溶湯の侵入を抑制する特性を有する第１の砂型部と、前記第１の砂型部に密着して配置される第２の砂型部とを備え、前記第１の砂型部と第２の砂型部とが密着する部分に、前記第２の砂型部よりも通気度が低い低通気度層を介在させた砂型を用いた鋳造方法であって、
前記予備成形体を保持した第１の砂型部と第２の砂型部とを備えた砂型を型内にセットし、
前記溶湯を前記型内に注入すると共に前記予備成形体中に存在するエアを前記第１の砂型部を介して排出しつつ、当該溶湯を当該予備成形体内に含浸、充填させて複合化することを特徴とする鋳造方法。 - 前記予備成形体は前記第１の砂型部の外部に嵌合されて保持され、前記エアは前記第１の砂型部の内部に形成された通路を介して排出されることを特徴とする請求項５に記載の鋳造方法。
- 前記溶湯の含浸圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下としたことを特徴とする請求項５又は６に記載の鋳造方法。
- 前記予備成形体の体積率を８〜２０％としたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の鋳造方法。
- 前記予備成形体の気孔の平均径を０．２５〜０．６３ｍｍとしたことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の鋳造方法。
- 前記予備成形体を金属多孔体としたことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の鋳造方法。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007061891A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Yanmar Co Ltd | 鋳鉄の鋳造方法及びその方法を使用した内燃機関用シリンダヘッドの製造方法 |
| CN102343418A (zh) * | 2011-08-29 | 2012-02-08 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法 |
| WO2021179606A1 (zh) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | 中信戴卡股份有限公司 | 一种异形泡沫铝填充铝合金空腔铸件的制备方法 |
| JP7453936B2 (ja) | 2021-03-31 | 2024-03-21 | 三菱重工業株式会社 | 砂型中子および砂型中子の製造方法 |
-
2002
- 2002-11-28 JP JP2002345845A patent/JP2004174584A/ja not_active Abandoned
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