JP2613075B2 - 空洞を有する鋳物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、鋳物の製造方法に係り、更に詳細には空洞
を有する鋳物の製造方法に係る。

従来の技術 ヘッド部に環状の冷却用空洞を有する内燃機関用ピス
トンの如く、空洞を有する鋳物の製造方法として、例え
ば特開昭60−13955号及び特開昭61−67560号公報に記載
されている如く、空洞を形成するための可溶性中子をそ
れに部分的に係合する繊維成形体により所定の位置に保
持して鋳造を行う方法が従来より知られている。また本
願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭61−2677
62号明細書には、空洞を形成するための可溶性中子を無
機質繊維で包み込んだ成形体を形成し、該成形体を用い
て鋳造を行う方法が記載されている。これらの方法によ
れば、内部に空洞を有する鋳物であって、空洞の少くと
も一部の壁面が強化繊維にて複合強化された鋳物を製造
することができる。

発明が解決しようとする課題 しかし上述の如き従来の方法に於ては、繊維成形体が
中子に密に当接するように形成されなければ、繊維成形
体が中子を適正に保持することができないので、繊維成
形体は従来より一般に中子に密に当接するよう形成され
ている。従って繊維成形体の個々の強化繊維の間に金属
溶湯が良好に浸透するよう繊維成形体及び中子が予熱さ
れる場合には、中子及び繊維成形体の熱膨張率が相互に
異なることに起因してそれらの変形度合が相互に大きく
異なるため、中子又は繊維成形体が破損し、適正に空洞
を形成したりその壁面を適正に複合強化できないことが
ある。また繊維成形体及び中子の予熱が行われない場合
であっても、鋳型内に金属溶湯が注湯された段階に於い
てその熱によって繊維成形体及び中子が比較的高い温度
に加熱されるため、これらが予熱される場合と同様の不
具合が生じることがある。

本発明は、従来の空洞を有する鋳物の製造方法に於け
る如上の如き問題に鑑み、繊維成形体及び中子の破損を
生じることなく適正に空洞を形成しその壁面を適正に複
合強化することができるよう改善された空洞を有する鋳
物の製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、空洞を形成する
ための可溶性中子と、前記中子の熱膨張に伴なう変形を
吸収するバッファ領域が前記中子との間に郭定されるよ
う互いに共働して前記中子を包み込む少なくとも二つの
強化材成形体とを用意し、前記強化材成形体により前記
中子を保持した状態でこれらを鋳型内に配置し、該鋳型
内に金属溶湯を注湯することを含む空洞を有する鋳物の
製造方法によって達成される。

発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、少くとも二つの強化材成形体
によって中子が包み込まれるだけでなく、中子の熱膨張
に伴なう変形を吸収するバッファ領域が中子と強化材成
形体との間に形成されるので、強化材成形体及び中子が
予熱される場合にもバッファ領域によって中子の熱膨張
に伴なう変形が吸収され、従って中子と強化材成形体と
の間に大きい応力が相互に作用することに起因してこれ
らが破損することを回避することができ、これにより適
正に空洞を形成し、その壁面を適正に複合強化すること
ができる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、バッファ領域は
中子と強化材成形体との間に間隙を与えることにより郭
定される。かかる方法によれば、中子との間に所定量の
間隙が形成されるよう強化材成形体を形成するだけでよ
いので、本発明の方法を容易に且低廉に実施することが
できる。尚この場合中子と強化材成形体との間に与えら
れる間隙は、それらが所定の温度に予熱された場合に間
隙が完全になくなる大きさであることが好ましい。

また本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、バッフ
ァ領域は中子と強化材成形体との間に低体積率の強化繊
維を充填することにより郭定される。かかる方法によれ
ば、強化繊維によって中子と強化材成形体とが相対変位
することが回避されるので、内部に中子を包み込んだ状
態の強化材成形体のハンドリング性が向上し、強化材成
形体等の予熱を容易に行うことが可能になる。

尚本発明の方法に於ては、バッファ領域は中子と強化
材成形体との間の必ずしも全ての境界に設けられる必要
はなく、これらの熱膨張に伴なう相対変形の最も大きい
領域にのみ設けられてよい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例につい
て詳細に説明する。

実施例 第１図は三つの繊維成形体により塩中子が包み込まれ
た組立体を一部破断して示す解図的斜視図、第２図及び
第３図は第１図に示された組立体の要部をそれぞれ常温
状態及び予熱された状態について示す拡大断面図、第４
図は第１図に示された組立体を用いて鋳造工程を示す断
面図、第５図は本発明に従って製造されたピストンの一
つの実施例の要部を示す断面図である。

これらの図の於て、10はトップリング溝部、トップラ
ンド、及びセカンドランドの一部を複合強化するための
実質的に円筒形の繊維成形体を示しており、図示の実施
例に於ては、トップリング溝の複合強化に適するよう、
繊維成形体の軸線に沿う円筒面に平行な二次元ランダム
にて配向された強化繊維12よりなっている。また第１図
に於て、14及び16は断面実質的にＬ形をなす繊維成形体
を示しており、それぞれ実質的に三次元的に無作為に配
向された強化繊維18及び20よりなっている。繊維成形体
14及び16はその脚部の端面にて互いに当接し、それらの
径方向外周面にて繊維成形体10の内周面に当接してお
り、繊維成形体10に圧入されることにより該繊維成形体
により保持されている。繊維成形体10、14及び16は互い
に共働して環状の空間22を郭定しており、該空間内に塩
中子24がその全周に亙り繊維成形体により包み込まれた
状態にて配置されている。

図示の実施例に於ては、塩中子24の径方向外周面と繊
維成形体10の内周面との間には間隙であるバッファ領域
25が郭定されている。このバッファ領域は、第３図に示
されている如く、繊維成形体等が予熱された場合に繊維
性形体と塩中子との間の熱膨張による相対変形を吸収
し、塩中子24の径方向外周面と繊維成形体10の内周面と
が互いに密に当接するようになる大きさにて設けられて
いる。

尚繊維成形体10、14、16及び塩中子24よりなる組立体
26は、繊維成形体10に対し繊維成形体16を圧入し、繊維
成形体16上に塩中子24を配置し、更に繊維成形体10に繊
維成形体14を圧入することにより形成されてもよく、或
いは塩中子24を繊維成形体14及び16によって挟み込み、
それらを繊維成形体10に圧入又は接着することにより形
成されてもよい。

次いで第４図に示されている如く、組立体26がピスト
ン鋳造装置28の鋳型30のモールドキャビティ32内に配置
される。この場合組立体26はその一端がモールドキャビ
ティの肩部32aに当接する位置まで該キャビティ内に圧
入されることにより所定の位置に固定される。次いでモ
ールドキャビティ32内にピストンを構成する金属の溶湯
34が注湯され、該溶湯が鋳型30に嵌合する上型36により
所定の圧力に加圧され、その加圧状態が溶湯が完全に凝
固するまで保持される。この場合溶湯34は繊維成形体の
各強化繊維の間に浸透し、これにより元の繊維成形体の
領域に繊維強化金属複合材料が形成される。

溶湯が完全に凝固すると、形成されたピストン粗材が
ノックアウトピン38により鋳型より取出される。次いで
第５図に示されている如く、ピストン粗材に対しオイル
導入孔40が塩中子に到達するよう形成され、該孔より高
圧水を注入することにより塩中子が除去される。しかる
後トップリング溝42、セカンドリング溝44、オイルリン
グ溝46が形成される。尚第５図に於て、48はヘッド部を
示しており、50は元の繊維成形体10の強化繊維12により
複合強化された複合材料の領域を示しており、52及び54
はそれぞれ元の繊維成形体14及び16の強化繊維18及び20
により複合強化された複合材料の領域を示しており、56
は冷却用空洞を示している。

第６図乃至第11図はそれぞれ本発明の方法に於ける繊
維成形体及び塩中子よりなる組立体の他の実施例を常温
状態について示す第１図の同様の斜視図である。尚これ
らの図に於て、第１図に示された部分に対応する部分に
は第１図に示された符号と同一の符号が付されており、
またこれらの図に於ては製造されるピストンの外形の一
部が仮想線にて示されている。

第６図に示された実施例に於ては、繊維成形体10は一
体的な凸部10aを有し、該凸部の先端にて繊維成形体14
の脚部に当接しており、塩中子24は繊維成形体10及び14
により全周に亙りこれらに包み込まれている。図示の如
く、塩中子の径方向外周面と繊維成形体10の内周面との
間には間隙であるバッファ領域25が郭定されている。

第７図に示された実施例に於ては、繊維成形体10は断
面Ｌ形をなす凸部10aを有し、その先端にて円環板状を
なす繊維成形体14に当接しており、繊維成形体14はその
径方向外周面にて繊維成形体10の内周面に圧入されてお
り、塩中子24は繊維成形体10及び14により全周に亙りこ
れらに包み込まれた状態をなしている。図示の如く、こ
の実施例に於ても間隙であるバッファ領域25が塩中子の
径方向外周面と繊維成形体10の内周面との間に郭定され
ている。

第８図に示された実施例に於ては、繊維成形体14及び
16の構成は第１図に示された実施例の場合と同一である
が、繊維成形体10の軸線方向長さは第１図に示された実
施例の場合よりも長く、ピストンのヘッド部の端面まで
強化繊維12により複合強化が行われるようになってい
る。図示の如く、この実施例に於ても間隙であるバッフ
ァ領域25が塩中子の径方向外周面と繊維成形体10の内周
面との間に郭定されている。

第９図に示された実施例に於ては、繊維成形体14及び
16はそれぞれ円筒部14a及び16aとこれらより径方向に延
在する脚部14b及び16bとよりなる断面Ｌ形をなし、脚部
14b及び16bの先端にてそれぞれ円筒部16a及び14aに当接
しており、塩中子24はこれらの繊維成形体により全周に
亙り包み込まれている。また繊維成形体14、16及び塩中
子24は繊維成形体16の円筒部16aが繊維成形体10の内周
面に圧入されることによって保持されるようになってい
る。図示の如く、この実施例に於ては塩中子の径方向外
周面と繊維成形体16の円筒部16aの内周面との間に間隙
であるバッファ領域25が郭定されている。

第10図に示された実施例に於ては、繊維成形体14は円
環板状に構成され、繊維成形体16は断面Ｊ形に構成さ
れ、繊維成形体14の径方向外周面が繊維成形体16の外側
の円筒部16cの内周面に圧入によって固定され、繊維成
形体16の内側の円筒部16aの端面が繊維成形体14に当接
し、塩中子24はこれらの繊維成形体によって全周に亙り
包み込まれている。またこの実施例に於ても、繊維成形
体14、16及び塩中子24は繊維成形体16の外側の円筒部が
繊維成形体10に圧入されることによってこれにより保持
されるようになっており、またこの実施例に於ても間隙
であるバッファ領域25が塩中子の径方向外周面と繊維成
形体16の円筒部16aの内周面との間に郭定されている。

第11図に示された実施例に於ては、繊維成形体14及び
16は第１図に示された実施例の繊維成形体14及び16と同
様の構成を有し、それらの径方向外周面にて強化繊維60
よりなり実質的に円筒状をなす繊維成形体58に当接し、
塩中子24は繊維成形体14、26、58により全周に亙り包み
込まれている。またこの実施例に於ては、これらの繊維
成形体及び塩中子は繊維成形体58が繊維成形体10の内周
面に圧入されることによってこれにより保持されるよう
になっており、間隙であるバッファ領域25が塩中子の径
方向外周面と繊維成形体58の内周面との間に郭定されて
いる。

第12図及び第13図は本発明の製造方法に於ける繊維成
形体と塩中子とよりなる組立体の他の一つの実施例をそ
れぞれ常温状態及び予熱された状態について示すそれぞ
れ第２図及び第３図と同様の拡大断面図である。尚これ
らの図に於て、第２図及び第３図に示された部分に対応
する部分には第２図及び第３図に示された符号と同一の
符号が付されている。

この実施例に於ては、塩中子の径方向外周面と繊維成
形体10の内周面との間には実質的に無作為に配向された
低体積率の強化繊維62が充填され、この強化繊維により
バッファ領域25が郭定されている。このバッファ領域
は、第13図に示されている如く、繊維成形体等が予熱さ
れると強化繊維62が繊維成形体と塩中子との間にて圧縮
され、これによりこれらの間の熱膨張による相対変形を
吸収し、塩中子の径方向外周面と繊維成形体10の内周面
とが圧縮された強化繊維を介して互いに当接するように
なる大きさにて設けられている。

尚この実施例と同様、上述の第６図乃至第11図の実施
例に於てもバッファ領域は低体積率の強化繊維にて郭定
されてよいことが理解されよう。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

ｈ第１図は三つの繊維成形体により塩中子が包み込まれ
た組立体を一部破断して示す解図的斜視図、第２図及び
第３図は第１図に示された組立体の要部をそれぞれ常温
状態及び予熱された状態について示す拡大断面図、第４
図は第１図に示された組立体を用いて行われる鋳造工程
を示す断面図、第５図は本発明に従って製造されたピス
トンの一つの実施例の要部を示す断面図、第６図乃至第
11図は本発明の製造方法に於ける繊維成形体と塩中子と
よりなる組立体の他の実施例をそれぞれ一部破断して示
す斜視図、第12図及び第13図は本発明の製造方法に於け
る繊維成形体と塩中子とよりなる組立体の他の一つの実
施例それぞれ常温状態及び予熱された状態について示す
それぞれ第２図及び第３図と同様の拡大断面図である。 10……繊維成形体,12……強化繊維,14、16……繊維成形
体,18、20……強化繊維,22……環状空間,24……塩中子,
25……バッファ領域,26……組立体,28……ピストン鋳造
装置,30……鋳型,32……モールドキャビティ,34……金
属の溶湯,36……上型,38……ノックアウトピン,40……
オイル導入孔,42……トップリング溝,44……セカンドリ
ング溝,48……ヘッド部,50、52、54……複合材料の領
域,56……冷却用空洞,58……繊維成形体,60、62……強
化繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−166158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−215363（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−108549（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−123746（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空洞を形成するための可溶性中子と、前記
   中子の熱膨張に伴なう変形を吸収するバッファ領域が前
   記中子との間に郭定されるよう互いに共働して前記中子
   を包み込む少なくとも二つの強化材成形体とを用意し、
   前記強化材成形体により前記中子を保持した状態でこれ
   らを鋳型内に配置し、該鋳型内に金属溶湯を注湯するこ
   とを含む空洞を有する鋳物の製造方法。
2. 【請求項２】請求項第１項の空洞を有する鋳物の製造方
   法に於て、前記バッファ領域は前記中子と前記強化材成
   形体との間に間隙を与えることにより郭定されることを
   特徴とする空洞を有する鋳物の製造方法。
3. 【請求項３】請求項第１項の空洞を有する鋳物の製造方
   法に於て、前記バッファ領域は前記中子と前記強化材成
   形体との間に低体積率の強化繊維を充填することにより
   郭定されることを特徴とする空洞を有する鋳物の製造方
   法。