JP2016507379A - スリーブ部材及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一態様では、部品を形成する方法であって、金属マトリックス複合材料から形成されたスリーブ部材を準備し、そして該部品の鋳造部を鋳造し、これにより該鋳造部の少なくとも一部をスリーブ部材内で与えることを含む方法を提供する。本発明の実施形態は、スリーブ部材を備えない鋳造部品と比較して増大した剛性の部品を製造することができるという利点を有する。スチールなどの材料から形成された同等の強度及び剛性の部品と比較して剛性が大きくかつ軽量の部品を形成させることができる。

Description

技術分野
本発明は、スリーブ部材及び鋳造方法に関する。本発明の態様は、鋳造品及び部品の鋳造方法に関する。

背景
金型に溶融アルミニウムを注型することにより鋳造アルミニウム部品を得ることが知られている。アルミニウム及びアルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金などの他の比較的軽質の金属を、部品の重量を低減させるためにスチールなどの重質材料の代わりに使用することができる。これは、自動車などの多部品製品の製造業者が製品の重量を制御するのを支援する。しかし、アルミニウムは比較的低いヤング率（７０ＧＰａ程度）を有する。軽質ではあるが剛性の部品をアルミニウムから形成する必要がある場合には、典型的にはスチールなどの剛性の高い材料（２０７ＧＰａ程度のヤング率を有する）から作製された部品に要求されるよりも多くの材料を使用することが必要になる。通常、部品の断面二次モーメントを増大させるように余分材料が配置される。したがって、部品の形状は、部品の剛性、例えば曲げ剛性及び／又はねじり剛性を高めるように調節される。いくつかの用途では、部品が適合しなければならない利用可能なスペースが制限され、スチールなどの剛性の高い材料を、必要な部品剛性仕様を満たすために使用することが必要となる場合がある。しかしながら、スチールの使用は、部品の重量増加をもたらすため、いくつかの用途では極めて望ましくない。

本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲を参照して理解できる。

本発明の態様は、方法、部品、システム、車両、航空機及び船舶を提供する。

保護を求める本発明の一態様では、部品を形成する方法が提供され、該方法は、
金属マトリックス複合材料から形成されたスリーブ部材を準備し、そして
該部品の鋳造部を鋳造し、これにより該鋳造部の少なくとも一部をスリーブ部材内で鋳造すること
を含む。

鋳造部がスリーブ部材内に設けられるとは、該鋳造部がスリーブ部材のボア内に設けられることを意味するものと理解すべきである。

本発明の実施形態は、スリーブ部材を備えない鋳造部品と比較して増大した剛性の部品を製造することができるという利点を有する。スチールなどの材料から形成された同等の強度及び剛性の部品と比較して剛性が大きくかつ軽量の部品を形成させることができる。

いくつかの実施形態では、スリーブ部材は、金型内にある間には支持を必要とすることなく鋳造用金型内に配置できる。

本発明のいくつかの実施形態は、曲げ及び／又はねじり剛性がスリーブ部材を有していない部品に対して相対的に増大できるという利点を有する。いくつかの実施形態は、既知の部品に匹敵する剛性の部品を、さらにコンパクトにする及び／又は軽量化することを可能にする。

部品は、形状が実質的に細長くてよい。部品は、使用中に１以上の曲げ応力を受けることができる。

この方法は、スリーブ部材が部品の外部表面の少なくとも一部を画定するように部品の鋳造部を鋳造することを含むことができる。

この方法は、スリーブ部材が導管を画定し、該導管を通して溶融金属が流れてスリーブ部材を充填することができるように部品を形成させることを含むことができ、該方法は、該スリーブ部材に溶融金属を少なくとも部分的に充填することを含む。

有利には、この方法は、スリーブ部材に溶融金属を実質的に充填することを含むことができる。

この方法は、内部で流動する溶融金属のための単一の開口部を有する実質的にブラインドのスリーブ部材を設けることを含むことができる。

この方法は、内部に形成された、溶融金属流通用の複数の開口部を有するスリーブ部材を設けることを含むことができる。

有利には、この方法は、溶融金属をスリーブ部材に流してスリーブ部材を充填させ、そして溶融金属を冷却させることを含むことができ、それによって、該部品の鋳造部のそれぞれの部分が該スリーブ部材によって画定されたそれぞれ開口を介してスリーブ部材から突出する。

金属マトリックス複合材料から形成されたスリーブ部材を準備する工程は、アルミニウムマトリックス複合（ＡＭＣ）材料から形成されたスリーブ部材を準備することを含むことができる。

有利には、鋳造部は、アルミニウムを含む溶融材料から形成できる。

溶融材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金から選択されたものとすることができる。

この方法は、自動車又は航空宇宙部品である部品を形成することを含むことができる。

この方法は、部品がサスペンションシステムの部品である部品を形成することを含むことができる。

部品は、サスペンションアーム、リンケージ又は任意の他の好適な部品などのサスペンションシステムの任意の好適な部品とすることができる。

有利には、金属マトリックス複合材料は、アルミナと、該アルミナが埋め込まれるマトリックスとなる少なくとも１種の金属とを含むことができる。

有利には、この方法は、金型内にスリーブ部材を配置し；そして該金型に溶融金属を導入することを含むことができる。

保護を求める本発明のさらなる態様では、スリーブ部材を備える部品が提供され、該スリーブ部材は金属マトリックス複合材料を含み、該部品は鋳造部を備え、ここで、該鋳造部の少なくとも一部が該スリーブ部材内に設けられている。

鋳造部は、有利にはスリーブ部材に接触するように形成され、任意に、スリーブ部材の内面の実質的に全体がスリーブ部材に接触している。

有利には、スリーブ部材の金属マトリックス複合材料は、アルミニウムマトリックス複合材料を含むことができる。

金属マトリックス複合材料は、アルミナと、該アルミナが埋め込まれるマトリックスとなる少なくとも１種の金属とを含むことができ、任意に、該少なくとも１種の金属はアルミニウムを含み、任意に該少なくとも１種の金属はアルミニウムから本質的になる。

部品の鋳造部は、アルミニウム及びアルミニウム合金から選択されたものを含むことができる。

部品は、車両用サスペンション部品とすることができる。

保護が求められる本発明のさらなる態様では、前述の態様に係る部品を備える車両用サスペンションシステムが提供される。

保護が求められる本発明のさらに別の態様では、前述の態様に係る部品を備える自動車、航空機又は船舶が提供される。

保護が求められる本発明のさらなる態様では、スリーブ部材を含む部品が提供され、該スリーブ部材は金属マトリックス複合材料を含み、該部品は鋳造部を備え、ここで、該鋳造部の少なくとも一部がスリーブ部材内に設けられている。

本願の範囲内で、前段落、請求の範囲及び／又は以下の説明及び図面に示される様々な態様、実施形態、実施例、及び選択肢、特にそれらの個々の特徴は、独立して又は任意の組み合わせで得られることが予想される。一実施形態に関連して説明した特徴は、このような特徴が矛盾しない限り、全ての実施形態に適用可能である。

誤解を避けるために、本発明の一態様に関して説明される特徴は、本発明の任意の他の態様内に、単独で又は１以上の他の特徴と適宜組み合わせて包含され得ると理解すべきである。

本願の範囲内で、前段落、請求の範囲及び／又は以下の説明及び図面に示される様々な態様、実施形態、実施例及び選択肢、特にその個々の特徴は、独立して又は任意の組み合わせで得られることが明示的に意図される。一実施形態に関連して説明した特徴は、このような特徴が矛盾しない限り、全ての実施形態に適用可能である。

ここで、本発明の１以上の実施形態を、添付の図面において単に例示として示される実施形態を参照しながら、単なる例示として説明する。

図１は、鋳造アルミニウム合金から形成された車両用サスペンションシステムの既知の部品を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る車両用サスペンションシステムの部品を示す図である。 図３は、図２の部分のＡ−Ａ面を通した断面を示す。

本発明の実施形態は、鋳造操作中に形成された改良部品を提供することに関する。

図１は、金型にアルミニウム合金をキャストすることにより形成された車両用サスペンションシステムの既知の部品１００を示す。この部品は、サスペンションシステムのサスペンションアームを形成し、かつ、略フック形状である。部品１００は、その第１端部に形成された第１取付部１１０と、該第１端部の反対側の第２端部に形成された第２取付部１３０とを有する。部品１００の強度及び／又は剛性を増大させることが必要とされる場合には、従来のアプローチは、その１以上の位置で部品の厚みを増大させるべき又はスチールなどの様々部品を形成させるべきであったことを理解すべきである。これらの選択肢のそれぞれは望ましくない場合がある。例えば、部品を同じ材料であるがより厚いプロポーションのものから作製することを可能にするには利用可能な実装スペースが不十分な場合がある。同様に、得られる部品の重量増加及び耐用期間内での腐食に関連した問題のため、スチールなどの異なる材料を使用することは望ましくないことがある。

図２は、図１の既知の部品と同様のサイズを有するが、ただし実質的に増大した剛性を有する本発明の一実施形態に係る部品２００を示す。図１の部品と同様の図２の部品の特徴は１００だけ増やした同様の符号で示されている。

部品２００は、アルミニウムマトリックス複合材料（ＡＭＣ）から形成されたスリーブ部材２２０を備える。本実施形態では、ＡＭＣは、スリーブの形状を形成するように折り曲げられたアルミナ繊維を含む。これらの繊維にはアルミニウム金属が含浸されて、アルミナ繊維とアルミニウムとの複合材料となっている。いくつかの実施形態では、スリーブ部材２２０は、スリーブの形状を画定させるように、繊維を該部材に巻き付け、その後前者のものを除去し、そして繊維にアルミニウム金属を含浸させることによって形成できる。

また、いくつかの構成では、スリーブ部材２２０をオーバーキャスト又はオーバーキャスト部材ということもできる。というのは、このものは、部品が鋳造されたときに該部品の外部表面を形成することができるからである。

部品２００は、金型内にスリーブ部材２２０を配置し、該金型内に溶融アルミニウムを注入して金型を充填することにより形成される。溶融アルミニウムは、部品の鋳造部２０５とスリーブ部材２２０との間に強固な結合を形成させるように、スリーブ部材２２０に含まれる金属の少なくとも部分的な溶融を生じさせるように構成できる。また、他の構成も有用である。

図３は、図２に示した部品２００のＡ−Ａ面を通る断面を示す。部品２００は、上記のようにスリーブ部材２２０と鋳造部２０５とを備える。いくつかの実施形態では、スリーブ部材２２０と鋳造部２０５との間の境界面２２５は、図３に示すものよりも小さく画定される。これは、スリーブ部材２２０が鋳造前に金型内に配置され、金型への溶融金属の導入によりスリーブ部材２２０が満たされ、スリーブ部材２２０の境界面２２０ｉの少なくとも部分的な溶融が生じたときに生じる。これは、該少なくとも部分的に溶融した部分が鋳造部分２０５と共に溶融して、第１取付部２１０と第２取付部２３０との間の曲げ応力に効率的に反応する部品２００を形成するため有利である。

いくつかの実施形態では、スリーブ部材２２０は、鋳造前に金属を含まなくてもよい。したがって、スリーブ部材２２０を含むアルミナ繊維は、部品が形成される金型に溶融アルミニウムが充填されたときにアルミニウムを含浸させることができる。

本発明の実施形態は、実質的に増大した剛性を有する、既知の鋳造アルミニウム部品と同程度のサイズ及び重量の部品を、スリーブ部材を使用することにより形成することができるという利点を有する。

スリーブ部材は、例えば単一の開口部を有するミトン又はグローブ部材の形のブラインドスリーブ部材とすることができ、この開口部から部品の鋳造部の一部が突出する。

あるいは、スリーブ部材は、内部に２個の開口部が形成された図２の実施形態のスリーブ部材２２０と同様に、複数の開口部を有することができる。このスリーブ部材は、図２の実施形態のように、その両端部で開いていてもよい。また、他の構成も有用である。

本発明の実施形態は、金属マトリックス複合材料から形成されたスリーブ部材を与えることにより、簡便な方法で実質的に増大した強度及び／又は剛性の所定の部品を形成することができるという利点を有する。このスリーブ部材は、いくつかの実施形態では部品が成形される金型に挿入でき、部品の鋳造部分が従来の方法で金型内にキャストされる。本発明のいくつかの実施形態は、製造設備を比較的少ししか中断させない増大した剛性の部品を形成することを可能にする。いくつかの実施形態では、スリーブ部材なしの部品を形成するために使用されてきたタイプの金型を、ほとんど又は全く変更することなくスリーブ部材を有するタイプの部品を形成するために使用できる。いくつかの実施形態では、スリーブ部材は、このものを単に金型に挿入し、そして溶融金属を従来の方法で型に注ぎ又は注入するようにして形成できる。

本発明の実施形態は、強度及び／又は剛性特性の改善した部品を、従来同様の部品を形成するために使用されていたものと同様でかつ同等の又は実質的に同一の寸法の材料を使用して、比較的簡便な方法で提供することを可能にする。いくつかの実施形態では、部品は、スリーブ部材を有しない同等の部品よりも小さい寸法を有し、かつ、向上した又は同様の強度及び／又は剛性特性を有するように形成できる。また、他の構成も有用である。

本明細書の説明及び特許請求の範囲を通して、用語「備える」及び「含む」並びにそれらの用語の変形、例えば「備えること」及び「備え」は、「挙げられるが、これらに限定されない」ことを意味し、他の部分、付加物、部品、整数又はステップを排除することを意図するものではない（及び排除しない）。

特に断りのない限り、本明細書の説明及び特許請求の範囲を通して、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合には、明細書は、特に断りのない限り、単数のみならず複数を意図すると解すべきである。

本発明の特定の態様、実施形態又は例と共に説明した特徴、整数、特性、化合物、化学的部分又は基は、それと矛盾しない限り、ここで記載する任意の他の態様、実施形態又は例に適用可能であると解すべきである。

１００ 部品
１１０ 第１取付部
１３０ 第２取付部
２００ 部品
２０５ 鋳造部
２２０ スリーブ部材

Claims (23)

1. 部品を形成する方法であって、
   金属マトリックス複合材料から形成されたスリーブ部材を準備し、そして
   該部品の鋳造部を鋳造し、これにより該鋳造部の少なくとも一部をスリーブ部材内で鋳造すること
   を含む方法。
2. 前記スリーブ部材が前記部品の外部表面の少なくとも一部を画定するように該部品の前記鋳造部を鋳造することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記部品を、前記スリーブ部材が導管を画定し、該導管を通して溶融金属が流れて該スリーブ部材を充填することができるように形成することを含み、該方法は、該スリーブ部材に溶融金属を少なくとも部分的に充填することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記スリーブ部材に溶融金属を実質的に充填することを含む、請求項３に記載の方法。
5. 内部で流動する溶融金属のための単一の開口部を有するブラインドスリーブ部材を設けることを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 内部に形成された、溶融金属流通用の複数の開口部を有するスリーブ部材を設けることを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
7. 前記スリーブ部材に溶融金属を流して該スリーブ部材を充填させ、そして該溶融金属を冷却させることを含み、それによって、前記部品の前記鋳造部のそれぞれの部分が該スリーブ部材によって画定されたそれぞれ開口を介して該スリーブ部材から突出する、請求項６に記載の方法。
8. 前記金属マトリックス複合材料から形成されたスリーブ部材を準備する工程が、アルミニウムマトリックス複合（ＡＭＣ）材料から形成されたスリーブ部材を準備することを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記鋳造部がアルミニウムを含む溶融材料から形成される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記溶融材料がアルミニウム及びアルミニウム合金から選択されたものである、請求項９に記載の方法。
11. 自動車又は航空宇宙部品である部品を形成する、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. サスペンションシステムの部品である部品を形成する、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記金属マトリックス複合材料が、アルミナと、該アルミナが埋め込まれるマトリックスとなる少なくとも１種の金属とを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記スリーブ部材を金型内に配置し；そして該金型に溶融金属を導入することを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
    
15. スリーブ部材を備える部品であって、該スリーブ部材が金属マトリックス複合材料を含み、該部品が鋳造部を備え、該鋳造部の少なくとも一部が該スリーブ部材内に設けられている部品。
16. 前記スリーブ部材の前記金属マトリックス複合材料がアルミニウムマトリックス複合材料を含む、請求項１５に記載の部品。
17. 前記金属マトリックス複合材料が、アルミナと、該アルミナが埋め込まれるマトリックスとなる少なくとも１種の金属とを含む、請求項１５又は１６に記載の部品。
18. 前記部品の前記鋳造部がアルミニウム及びアルミニウム合金から選択されたものを含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の部品。
19. 前記部品が車両用サスペンション部品である、請求項１５〜１８のいずれかに記載の部品。
20. 請求項１５〜１９のいずれかに記載の部品を備える車両用サスペンションシステム。
21. 請求項１５〜１９のいずれかに記載の部品又は請求項２０に記載のシステムを備える自動車。
22. 請求項１５〜１９のいずれかに記載の部品を備える航空機又は船舶。
23. 添付図面を参照して本明細書に実質的に記載された方法、部品、システム、車両、航空機又は船舶。

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