JP4258243B2

JP4258243B2 - 複合化用予備成形体及びそれを備えた砂型の製造方法

Info

Publication number: JP4258243B2
Application number: JP2003088153A
Authority: JP
Inventors: 信行小田; 智南場
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004291041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶湯が含浸される複合化用予備成形体及びそれを備えた砂型の製造方法に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミニウム合金製のシリンダブロックでは、ピストン及びピストンリングが摺動するシリンダボア内壁部に、耐摩耗性を向上させるために、鋳鉄製のライナ部材を鋳包み又は圧入するようにしている。
【０００３】
ところが、この構成では、上記ライナ部材による重量増加に加えて、ライナ部材を保持するための鋳包み代や圧入代が必要となるため、シリンダボア間ピッチを小さくすることが困難である。また、ライナ部材の鋳包みや圧入は、冶金的な接合ではなくて機械的嵌合であるため、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。このため、ライナ部材を鋳包み又は圧入する方法では、アルミニウムの軽量性や良熱伝導性といった特性を十分に発揮させることができない。
【０００４】
そこで、近年では、シリンダブロックの軽量化を促進しかつ良熱伝導性を生かしてエンジン性能を向上させるべく、ライナ部材を廃したシリンダブロックが開発され実用化されてきており、その１つとして、シリンダボア部を、セラミック繊維（例えばアルミナ短繊維やカーボン短繊維）等の複合化材料（強化材）で複合強化して耐摩耗性を向上させるようにする方法が知られている。この方法では、予め、上記複合化材料からなりかつ内部に気孔を有する複合化用予備成形体を成形しておき、この予備成形体を鋳型の所定箇所にセットした後、その鋳型内にアルミニウムの溶湯を注入して予備成形体に含浸させ、このようにして、シリンダボア部が複合化材料により複合化されたシリンダブロックを製造する。
【０００５】
このような方法で複合化する場合には、予備成形体に確実に溶湯を含浸させて十分な複合性を得る観点から、通常、特許文献１に開示されているような高圧鋳造法（溶湯鍛造法）で行うか、又は低速中圧ダイキャスト法により行う。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９６１４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の高圧鋳造法や低速中圧ダイキャスト法では、溶湯を高圧（数１０ＭＰａ程度）で加圧する必要があるため、設備や金型が高価になるとともに、砂中子等のような崩壊性中子の使用に制約が生じ、鋳造品の形状自由度が低くなるという問題がある（尚、上記特許文献１では、砂中子が用いられているが、この砂中子の表面にはレジンコートが塗布されるとともに、周囲全体に略均等に圧力が付与されるため、或る程度の高圧には耐えられるようになっている）。
【０００８】
一方、溶湯を低圧で加圧するようにすれば、砂型や砂中子を使用することができて、コストの低減化が図れるとともに、鋳造品の形状自由度が高くなるものの、予備成形体の内部（気孔内）にはエアが残存しているので、低圧の溶湯では、このエアを完全に排出することが困難であり、このため、予備成形体への含浸性が低くなって、良好な複合性が得られなくなってしまう。
【０００９】
そこで、予備成形体を砂型に保持させるとともに、溶湯との複合化時に、その砂型内を−１ａｔｍ（０．１０ＭＰａ）程度に減圧して予備成形体の内部のエアを該砂型に排出するようにすることが考えられる。こうすれば、溶湯をそれ程加圧しなくても、殆ど減圧力だけで十分な複合性を確保することができるようになる（溶湯の加圧力としては、例えば０．００７ＭＰａ程度でよい）。
【００１０】
しかしながら、砂型内を減圧すると、予備成形体の内部に含浸された溶湯が砂型内へも浸入し易くなるという問題が生じる。一方、溶湯が砂型内へ浸入しないように、砂型の表面に、上記特許文献１の如くレジンコート等を塗布するようにすると、予備成形体と砂型との間の通気が遮断されて、予備成形体の内部のエアを砂型に排出することができなくなってしまう。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のように、砂型に保持された複合化用予備成形体の内部のエアを該砂型に排出しながら予備成形体と溶湯とを複合化する場合に、予備成形体と砂型との間の通気を確保しつつ、砂型への溶湯の浸入を防止しようとすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、複合化用予備成形体の砂型接面に、通気性を有しかつ複合化時に予備成形体の内部に含浸された溶湯が該砂型接面から砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層を形成するようにした。
【００１３】
具体的には、請求項１の発明では、砂型に保持され、溶湯との複合化時に、該保持状態で該砂型と接する砂型接面から内部のエアが砂型内の減圧により砂型に排出されるとともに該エアの排出に伴って他の面から上記溶湯が内部に含浸されて複合化される複合化用予備成形体を対象とする。
【００１４】
そして、上記砂型接面に、通気性を有しかつ上記複合化時に内部に含浸された溶湯が該砂型接面から上記砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層が形成されているものとする。
【００１５】
上記の構成により、溶湯浸入阻止層が通気性を有するので、砂型内の減圧により、予備成形体の砂型接面から内部のエアが砂型に排出される。これにより、溶湯の加圧力がかなり低くても、溶湯が予備成形体内に含浸されて、十分な複合性が得られる。一方、予備成形体内に含浸された溶湯は溶湯浸入阻止層により砂型内への浸入が阻止される。このような溶湯浸入阻止層は、セラミック繊維やセラミック粒子等により構成することができ、その繊維又は粒子の体積率やその内部の平均気孔径（セル径ともいう）を調整することで容易に得られる。また、予備成形体の砂型接面上に、溶湯浸入阻止層を介して砂型を成形する場合、溶湯浸入阻止層により、その砂が複合化用予備成形体内に入り込むのを阻止することも可能となる。
【００１６】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、溶湯浸入阻止層は、溶湯の含浸圧が１ａｔｍ以下であるときに、溶湯が砂型接面から砂型内へ浸入するのを阻止するように構成されているものとする。
【００１７】
すなわち、溶湯の含浸圧は、溶湯の加圧力と砂型内の減圧力（絶対値）との和で表されることになるが、この含浸圧が１ａｔｍ以下であるときに、溶湯浸入阻止層が溶湯の砂型内への浸入を阻止できれば、請求項１の発明の作用効果が十分に得られる。
【００１８】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、溶湯浸入阻止層は、セラミック繊維からなる繊維成形体で構成されているものとする。
【００１９】
また、請求項４の発明では、請求項３の発明において、セラミック繊維は、アルミナ繊維、シリカ繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウムウィスカ及びホウ酸アルミニウムウィスカの群から選ばれた少なくとも１種であるものとする。
【００２０】
これらの発明により、通気性が良好でかつ溶湯の砂型内への浸入を確実に阻止することが可能な溶湯浸入阻止層を容易に形成することができる。また、予備成形体の砂型接面上に、溶湯浸入阻止層を介して、例えばブロー圧により砂型を成形するような場合には、溶湯浸入阻止層がそのブロー圧に対するクッションの働きをして、ブロー圧が付与された砂により予備成形体が変形したり損傷したりするのを防止することができる。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項３又は４の発明において、セラミック繊維の体積率が繊維成形体全体の８％以上とされているものとする。
【００２２】
このことにより、通気性が良好でかつ溶湯の砂型内への浸入を確実に阻止することが可能な溶湯浸入阻止層をより一層容易に形成することができる。
【００２３】
請求項６の発明では、請求項１又は２の発明において、溶湯浸入阻止層は、セラミック粒子で構成されているものとする。
【００２４】
また、請求項７の発明では、請求項６の発明において、セラミック粒子の平均粒径が１０μｍ以下とされているものとする。
【００２５】
これらの発明により、セラミック粒子を水等と混合してスラリーにして、これを刷毛等により砂型接面に塗布することで、通気性が良好でかつ溶湯の砂型内への浸入を確実に阻止することが可能な溶湯浸入阻止層を容易に形成することができる。
【００２６】
請求項８の発明は、砂型に保持され、溶湯との複合化時に、該保持状態で該砂型と接する砂型接面から内部のエアが砂型内の減圧により砂型に排出されるとともに該エアの排出に伴って他の面から上記溶湯が内部に含浸されて複合化される複合化用予備成形体における上記砂型接面上に、砂に圧力を付与することによって上記砂型を成形する複合化用予備成形体を備えた砂型の製造方法の発明である。
【００２７】
そして、この発明では、上記複合化用予備成形体を成形する工程と、上記成形した複合化用予備成形体の砂型接面に、通気性を有しかつ上記複合化時に該複合化用予備成形体の内部に含浸された溶湯が該砂型接面から上記砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層を形成する工程と、上記複合化用予備成形体の砂型接面上に、上記溶湯浸入阻止層を介して上記砂型を成形する工程とを含むものとする。
【００２８】
このことにより、予備成形体を保持する砂型を容易に製造することができるとともに、砂型成形工程において、砂が複合化用予備成形体内に入り込むのを抑制することができる。
【００２９】
請求項９の発明では、請求項８において、溶湯浸入阻止層を、砂型成形時に該砂型を構成する砂が複合化用予備成形体内に入り込むのを阻止することが可能な、セラミック繊維からなる繊維成形体で構成するようにする。
【００３０】
こうすることで、砂が複合化用予備成形体内に入り込むのを確実に抑制することができるとともに、砂型成形工程において、例えばブロー圧により砂型を成形するような場合には、溶湯浸入阻止層がそのブロー圧に対するクッションの働きをして、ブロー圧が付与された砂により予備成形体が変形したり損傷したりするのを防止することができる。このような溶湯浸入阻止層は、セラミック繊維の体積率やセル径を調整することで容易に得られ、通常は、溶湯浸入阻止可能な体積率やセル径にしておけば、上記のようなブロー圧に対するクッション作用が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る複合化用予備成形体１を示し、この予備成形体１は、図２に示すように、自動車用エンジンにおけるアルミニウム合金製シリンダブロック２のシリンダボア内壁部に複合化層２ａを形成するために用いられるものである。この複合化層２ａは、上記予備成形体１にアルミニウム合金母材（例えばＪＩＳＨ５２０２に規定されているＡＣ４Ｄ）の溶湯が含浸されて複合化されたものである。これにより、このシリンダブロック２は、鋳鉄製のライナ部材が不要となり、ライナ部材を有するものに比べて、小型軽量化を図ることができるとともに、熱伝導性が良好となる。
【００３２】
尚、図２中、３は、シリンダボア周囲に形成された、冷却水が流れるウォータジャケットであり、４は、クランク軸方向に延びるように形成された、エンジンオイルが流れるオイルギャラリであり、５は、クランク軸を収容するクランク室を構成するクランクケースである。
【００３３】
上記予備成形体１は、セラミック繊維（アルミナ短繊維やカーボン短繊維等）や、耐摩耗性が良好な金属（１８−８ステンレス鋼（Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ）、タングステン、モリブデン、炭素鋼等）からなる金属繊維材又は金属多孔体のような複合化材料からなっていて、内部に気孔を有しており、この複合化材料１の体積率は、例えば１０％とされている。一例として、実際に、予備成形体１を金属多孔体（Ｆｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ）で構成したところ、体積率が１０％でセル径が０．３８ｍｍのものが得られた。
【００３４】
上記予備成形体１は、図１に示すように、上記シリンダボア内壁部の形状に合うように、円筒形状をなしており（つまり、円柱の中心部を貫通する貫通孔を有する）、その内周面（貫通孔の内壁面）全体が、後述の如く、砂型としての円柱状をなす第１砂中子１３の外周面に外嵌状態で保持されるようになっている（図３参照）。この保持状態では、上記予備成形体１の内周面が砂型（第１砂中子１３）と接する砂型接面となる。そして、後述の如く、この砂型接面（内周面）から予備成形体１内部のエアが第１砂中子１３内の減圧により第１砂中子１３に排出されるとともに、該エアの排出に伴って予備成形体１の内周面以外の面（主として外周面）から上記溶湯が内部に含浸されるようになっている。尚、この実施形態では、砂型接面は、砂型に保持される砂型被保持面でもあるが、砂型に保持される部分は、エアが排出される砂型接面とは別の箇所（例えば予備成形体１の両端面）であってもよい。
【００３５】
上記予備成形体１の内周面には、通気性を有しかつ上記複合化時に該予備成形体１内部に含浸された溶湯が該内周面から上記第１砂中子１３へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層１ａが形成されている。この溶湯浸入阻止層１ａは、溶湯の含浸圧（溶湯の加圧力と第１砂中子１３内の減圧力（絶対値）との和）が１ａｔｍ以下であるときに、溶湯が予備成形体１の内周面から第１砂中子１３内へ浸入するのを阻止するように構成されている。尚、本実施形態では、後述の如く、溶湯の加圧力は、第１砂中子１３内の減圧力（絶対値）に比べてかなり小さく、溶湯の含浸圧は、実質的に第１砂中子１３内の減圧力の絶対値と略同じ圧力である。
【００３６】
上記溶湯浸入阻止層１ａは、セラミック繊維からなる繊維成形体で構成されており、このセラミック繊維としては、アルミナ繊維、シリカ繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウムウィスカ及びホウ酸アルミニウムウィスカの群から選ばれた少なくとも１種であればよく、セラミック繊維の体積率は繊維成形体全体の８％以上とするのがよい。すなわち、セラミック繊維の体積率が８％よりも小さいと、セル径が大きくなって通気性は良好となるものの、溶湯の第１砂中子１３内への浸入を確実に阻止することが困難となるからである。一方、セラミック繊維の体積率の上限値は特に定めていないが、３０％程度が成形可能な限界であり、たとえそれ以上であっても、内部に僅かな隙間がありさえすれば（体積率が１００％でなければ）通気性を確保することができる。但し、良好な通気性を得る観点からは、３０％以下であればよい。一例として、実際に、湯浸入阻止層１ａをアルミナ短繊維成形体で構成したところ、体積率が１０％でセル径が約１０μｍのものが得られた。このように溶湯浸入阻止層１ａのセル径は、予備成形体１（溶湯浸入阻止層１ａを除く本体）のセル径よりもかなり小さい。
【００３７】
上記予備成形体１を溶湯と複合化するためには、先ず、図３に示すように、該予備成形体１を備えた第１砂中子１３を製造する。この第１砂中子１３の中心部には、該第１砂中子１３内、延いては予備成形体１内部を減圧するための減圧用パイプ１９が配設されており、この減圧用パイプ１９の一端側は、第１砂中子１３内部に位置している一方、他端側は、第１砂中子１３の外側に突出していて、後述の如く、複合化時に減圧ポンプ等の減圧手段（図示せず）に接続されるようになっている。
【００３８】
上記第１砂中子１３を製造するには、図４に示すような砂中子製造装置２０を用いる。この砂中子製造装置２０は、上型２１と下型２２との上下一対の金型を有しており、上型２１の下面及び下型２２の上面には、各々、キャビティ２３を構成するための断面円形状の凹部２１ａ，２２ａが形成されている。この下型２２の凹部２２ａの側面近傍部分は、上記予備成形体１がセットされるセット部２２ｂとされており、このセット部２２ｂの深さは予備成形体１の長さと略同じに設定されており、このセット部２２ｂよりも中心側の部分は、セット部２２ｂよりも僅かに深くなるように形成されている。また、下型２２の下部には、上記減圧用パイプ１９を支持可能なパイプ支持孔２２ｃが形成されている。
【００３９】
上記上型２１の上部には、上記キャビティ２３内に砂を充填するための複数の砂充填孔２１ｂが形成されている。また、上型２１の上側には、下面に該上型２１と共に砂収容部２４を構成する凹部２５ａが形成された砂収容ケース２５が配設されており、この砂収容部２４内に砂が入れられる。この砂には、アミンガスによって硬化する硬化剤としてのレジンが混入されている。尚、上記砂としては、例えば、粒度指数ＡＦＳが６５〜７３（平均粒径０．２〜０．３ｍｍ）であるシリカサンド等を用いることができる。
【００４０】
上記砂収容ケース２５の上部には、上記砂収容部２４内に所定圧の工場エアを供給するためのガス供給管２６が設けられており、このガス供給管２６を介して砂収容部２４内に所定圧の工場エアが供給されると、砂収容部２４内の砂が砂充填孔２１ｂを通ってキャビティ２３内に充填されるようになっている。すなわち、この砂中子製造装置２０は、砂に圧力（ブロー圧）を付与することによって第１砂中子１３を形成するものである。
【００４１】
次に、上記砂中子製造装置２０を用いて、予備成形体１を備えた第１砂中子１３を製造する方法について図５を参照して説明する。
【００４２】
先ず、予備成形体１（本体）を作製するとともに、これとは別個に溶湯浸入阻止層１ａとなる円筒状の繊維成形体３１（ペーパー状のもの）を作製する。この繊維成形体３１の外周径は、予備成形体１（本体）の内周径よりも僅かに小さく設定する。
【００４３】
その後、図５（ａ）に示すように、上記予備成形体１と繊維成形体３１とを、上記砂中子製造装置２０における下型２２のセット部２２ｂにセットする。すなわち、予備成形体１の貫通孔内に繊維成形体３１を挿入して該予備成形体１の内周面が繊維成形体３１で覆われた状態にして（つまり、予備成形体１の内周面に溶湯浸入阻止層１ａを形成して）両者をセット部２２ｂにセットする（セット完了状態としては図５（ｂ）参照）。このとき、予備成形体１と繊維成形体３１とは接着剤等により一体化する必要はなく、繊維成形体３１が予備成形体１に対して自重で下側にずれない程度にくっついていればよい。尚、予備成形体１と繊維成形体３１とは、後述の如くブロー圧により一体化される。
【００４４】
続いて、図５（ｂ）に示すように、下型２２のパイプ支持孔２２ｃに減圧用パイプ１９を支持させるとともに、砂収容ケース２５の凹部２５ａ内に砂（及びレジン）を入れてその凹部２５ａの開口を上型２１で塞いで、砂収容部２４を形成する。
【００４５】
そして、上型２１及び下型２２同士の型締めをし、その後、図５（ｃ）に示すように、ガス供給管２６を介して砂収容部２４内に所定圧の工場エア（ブロー圧）を供給する。これにより、砂収容部２４内の砂が砂充填孔２１ｂよりキャビティ２３に充填されて、ブロー圧により予備成形体１と繊維成形体３１（溶湯浸入阻止層１ａ）とが一体化されるとともに、予備成形体１の内周面上に溶湯浸入阻止層１ａを介して第１砂中子１３が成形される。これにより、予備成形体１の貫通孔が第１砂中子１３によって埋められるとともに、第１砂中子１３は予備成形体１の貫通孔を貫通した状態となる。その後、砂収容ケース２５を外して上型２１の砂充填孔２１ｂから上記第１砂中子１３内にアミンガスを流入させると、このアミンガスにより、砂に混入されたレジンが硬化することで、第１砂中子１３の外周面に予備成形体１が保持されることになる。
【００４６】
上記第１砂中子１３の成形時において、上記溶湯浸入阻止層１ａは、第１砂中子１３を構成する砂（レジンも含む）が予備成形体１内に入り込むのを阻止する役目を果たすものである。すなわち、溶湯浸入阻止層１ａを、複合化時に溶湯が予備成形体１の内周面から第１砂中子１３へ浸入するのを阻止するように構成すれば、通常は、上記砂が予備成形体１内に入り込むのを阻止することが可能なものとなる。また、溶湯浸入阻止層１ａは、上記ブロー圧に対するクッションの働きをして、ブロー圧が付与された砂により予備成形体１が変形したり損傷したりするのを防止する働きもする。
【００４７】
次いで、図５（ｄ）に示すように、上型２１及び下型２２の型開きをして、下型２２の凹部２２ａより第１砂中子１３を取り出せば、この第１砂中子１３の外周面には予備成形体１が保持されているとともに、第１砂中子１３の中心部には減圧用パイプ１９が配設されていることになる。尚、減圧用パイプ１９は、第１砂中子１３を成形した後に、該第１砂中子１３の中心部に差し込んで配設することも可能である。
【００４８】
次に、上記第１砂中子１３に保持された予備成形体１を溶湯と複合化してシリンダブロック２を製造する方法を説明する。
【００４９】
上記シリンダブロック２は、図６に示すような鋳造装置１０を用いて砂型低圧鋳造法により製造する。すなわち、この鋳造装置１０は、鋳型として、上記第１砂中子１３の他に、上型１１、下型１２及び第２砂中子１４を備えている。そして、上記第１砂中子１３は、シリンダボアの内側に相当する部分に配設され、これにより、予備成形体１がキャビティ１６内に第１砂中子１３に保持された状態でセットされることになる。また、上記第２砂中子１４は、クランクケース５の内側に相当する部分に配設されるとともに、上記第１砂中子１３における減圧用パイプ１９が突出している側（クランクケース５に相当する側）の面に、通気性を殆ど有していない低通気度層１５を介して鋳型用接着剤（モルペット等）により接合される。さらに、上記上型１１は、クランクケース５及びシリンダボアの外側に相当する部分に配設され、上記下型１２は、シリンダボアの上端側に相当する部分に配設される。つまり、上記上型１１、下型１２、第１砂中子１３及び第２砂中子１４により、鋳型内に、実際のエンジン配置とは上下関係が逆になるようにシリンダブロック２と同形状のキャビティ１６が形成される（図６では、ウォータジャケット３やオイルギャラリ４等を形成するための砂中子は省略しているとともに、キャビティ１６の形状は簡略化している）。尚、上記第１砂中子１３における上記第２砂中子１４と反対側の面は、通気性を殆ど有していない低通気度層１８を介して上型１１と当接している。
【００５０】
上記上型１１、下型１２及び第２砂中子１４も、上記第１砂中子１３と同様に、砂に圧力を付与することによって成形された砂型であるが、これら上型１１、下型１２及び第２砂中子１４は、金型であってもよい。但し、シリンダブロック２の形状自由度を高める観点からは砂型であることが好ましく、後述の如く低圧で溶湯をキャビティ１６に充填するので、このように砂型で構成しても問題は全くない。尚、上型１１を金型で構成したときには、上記低通気度層１８は必要ない。
【００５１】
上記下型１２には、上記キャビティ１６に溶湯を充填するための溶湯通路１７が設けられており、この溶湯通路１７の先端部には、キャビティ１６に連通する湯口１７ａが形成されている。そして、不図示の電磁ポンプや圧縮空気等の低圧鋳造に用いられる加圧手段により、溶湯が溶湯通路１７及び湯口１７ａを介してキャビティ１６内に充填されるようになっている。この溶湯の鋳込み温度は、例えば７５０℃に設定される。
【００５２】
上記減圧用パイプ１９は、第２砂中子１４を上下に貫通しており、該減圧用パイプ１９の第１砂中子１３と反対側の端部は、減圧ポンプ等の減圧手段に接続されている。本実施形態では、この減圧力は、−１ａｔｍ〜−０．７２ａｔｍ（−０．１０ＭＰａ〜−０．０７３ＭＰａ）に設定している。一方、上記溶湯の加圧力は、０．００７ＭＰａ程度に設定しており、減圧力に比べてかなり小さく、溶湯の含浸圧としては、実質的に第１砂中子１３内の減圧力の絶対値と略同じ圧力である。
【００５３】
上記減圧手段が作動すると、減圧用パイプ１９を介して第１砂中子１３内、延いては予備成形体１内部が減圧され、これにより、予備成形体１内部のエアが、通気性を有する溶湯浸入阻止層１ａを介して第１砂中子１３に排出され、この第１砂中子１３に排出されたエアは、減圧用パイプ１９に吸い込まれて鋳型外に排出されることになる。このとき、第１砂中子１３と第２砂中子１４との間、及び第１砂中子１３と上型１１との間には、低通気度層１５，１８がそれぞれ形成されているので、第１砂中子１３を介して第２砂中子１４内及び上型１１内が減圧されることはなく、予備成形体１内部が減圧されてその内部のエアが減圧用パイプ１９に確実に吸い込まれるようになっている。
【００５４】
上記のように減圧手段を作動させながら、溶湯を溶湯通路１７及び湯口１７ａを介してキャビティ１６に充填すると、その溶湯は殆ど上記減圧力だけで予備成形体１内に含浸されて、溶湯及び予備成形体１が複合化される。このとき、溶湯は上記減圧力だけでも予備成形体１内に確実に含浸され、十分な複合性が得られる。このときの溶湯の含浸圧の最大は１ａｔｍであるが、溶湯浸入阻止層１ａは、溶湯の含浸圧が１ａｔｍ以下であるときに、溶湯が予備成形体１の内周面から第１砂中子１３内へ浸入するのを阻止するように構成されているので、溶湯が第１砂中子１３内へ差し込むようなことはない。
【００５５】
そして、上記キャビティ１６に充填された溶湯が凝固した後、型全体を加熱炉内に入れて加熱すると、上型１１、下型１２、第１砂中子１３及び第２砂中子１４のレジンが分解して該各砂型１１〜１４が崩壊する。このとき、溶湯浸入阻止層１ａが予備成形体１の内周面から砂と共に剥がれ落ちる。こうしてシリンダブロック２が完成する。尚、このシリンダブロック２のシリンダボア内壁部に対しては、更にブラスト仕上げが施されるので、たとえ溶湯浸入阻止層１ａの一部が予備成形体１の内周面に残っていたとしても、このブラスト仕上げにより完全に除去される。また、所定の箇所については、機械加工等が施される。
【００５６】
したがって、上記実施形態では、複合化用予備成形体１の内周面（砂型接面）に、通気性を有しかつ複合化時に予備成形体１の内部に含浸された溶湯が該砂型接面から、予備成形体１を保持する第１砂中子１３内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層１ａを形成するようにしたので、溶湯の加圧力がかなり低くても、溶湯が予備成形体１内に含浸されて、十分な複合性が得られるとともに、予備成形体１内に含浸された溶湯が第１砂中子１３内へ浸入するのを防止することができる。
【００５７】
尚、上記実施形態では、予備成形体１（本体）と繊維成形体３１とを別個に形成して、第１砂中子１３を成形する際のブロー圧によりこれらを一体化するようにしたが、第１砂中子１３を成形する前に予備成形体１と繊維成形体３１とを一体化するようにしてもよい。この場合、先ず、例えば図７（ａ）に示すように、有底筒状の容器４１内に、繊維成形体３１を成形するためのスラリー４２を入れておき、このスラリー４２に、吸引成形装置５１の成形部５２を浸漬して、この成形部５２に繊維成形体３１を吸引成形する。すなわち、一端開口が閉塞されかつ他端開口が不図示の吸引装置と接続された円筒部材５３における該一端側の外周面が成形部５２とされ、この成形部５２に、円筒部材５３の内周面及び外周面の両方に開口する開口部５４が形成されている。そして、上記成形部５２を上記スラリー４２に浸漬した状態で、吸引装置を作動させると、成形部５２に繊維成形体３１が吸引成形されることになる。続いて、図７（ｂ）に示すように、上記吸引成形装置５１の成形部５２を、今度は、予備成形体１（本体）を形成するためのスラリー４４を入れた別の容器４３における該スラリー４４に浸漬し、上記と同様に吸引装置を作動させると、上記繊維成形体３１上に予備成形体１が成形される。こうして成形したものを乾燥して焼結すると、内周面に溶湯浸入阻止層１ａが一体形成された予備成形体１が得られることになる。
【００５８】
また、上記実施形態では、溶湯浸入阻止層１ａは、繊維成形体に限らず、セラミック粒子で構成してもよい。このセラミック粒子の平均粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、セラミック粒子の平均粒径が１０μｍよりも大きいと、セル径が大きくなって、溶湯の第１砂中子１３内への浸入を確実に阻止することが困難となるからである。このセラミック粒子としては、チタニア粒子、アルミナ粒子、酸化亜鉛粒子等を用いることができる。この場合、チタニア粉末、アルミナ粉末、酸化亜鉛（亜鉛華）粉末等を水等と混合してスラリーにして、これを予備成形体１の内周面に刷毛等により塗布すれば、溶湯浸入阻止層１ａを容易に形成することができる。また、溶湯浸入阻止層１ａを、セラミック繊維及びセラミック粒子の両方で構成するようにしてもよい。一例として、実際に、湯浸入阻止層１ａをアルミナ短繊維及びチタニア粒子（平均粒径０．３〜０．５μｍ）の両方（質量比４３：５７）で構成したところ、体積率が１０％でセル径が約５０μｍのものが得られた。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、アルミニウム合金製シリンダブロック２のシリンダボア内壁部に複合化層２ａを形成する場合について説明したが、本発明は、上記シリンダブロック２に限らず、車両制動系のブレーキディスクロータやエンジン動弁系のバルブリフタ等のような部品における複合強化が必要な部分に複合化層を形成する場合にも、広く適用することができる。その際、予備成形体の形状は、上記実施形態のような円筒状に限らず、複合化する部分の形状に合わせて自由に設定すればよい。また、本発明は、上記シリンダブロック２のようなアルミニウム合金複合部材に限らず、マグネシウム合金等の軽合金複合部材に広く適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合化用予備成形体によると、砂型接面に、通気性を有しかつ複合化時に内部に含浸された溶湯が該砂型接面から砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層を形成するようにしたことにより、十分な複合性が得られるようにしつつ、予備成形体内に含浸された溶湯が砂型内へ浸入するのを防止することができる。
【００６１】
また、本発明の予備成形体を備えた砂型の製造方法によると、予備成形体を成形し、この成形した予備成形体の砂型接面に、通気性を有しかつ複合化時に該予備成形体の内部に含浸された溶湯が該砂型接面から上記砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層を形成し、次いで、上記複合化用予備成形体の砂型接面上に、上記溶湯浸入阻止層を介して上記砂型を成形するようにしたことにより、予備成形体を保持する砂型を容易に製造することができるとともに、砂型成形時に砂が予備成形体内に入り込むのを抑制することができる。そして、上記溶湯浸入阻止層を、砂型成形時に該砂型を構成する砂が予備成形体内に入り込むのを阻止することが可能な、セラミック繊維からなる繊維成形体で構成すると、砂が予備成形体内に入り込むのを確実に抑制することができるとともに、ブロー圧等が付与された砂により予備成形体が変形したり損傷したりするのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る複合化用予備成形体の斜視図であり、（ｂ）は、その縦断面図である。
【図２】図１の予備成形体が複合化されてなる複合化層を有する、自動車用エンジンのシリンダブロックを示す断面図である。
【図３】図１の予備成形体を備えた砂型としての第１砂中子を示す断面図である。
【図４】第１砂中子を製造するための砂中子製造装置を示す断面図である。
【図５】第１砂中子を製造する方法を示す概略図である。
【図６】図２のシリンダブロックを製造するための鋳造装置を示す断面図である。
【図７】第１砂中子を成形する前に予備成形体と繊維成形体とを一体化する方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１予備成形体
１ａ溶湯浸入阻止層
２シリンダブロック
２ａ複合化層
１０鋳造装置
１３第１砂中子（砂型）
１９減圧用パイプ
２０砂中子製造装置
３１繊維成形体

Claims

砂型に保持され、溶湯との複合化時に、該保持状態で該砂型と接する砂型接面から内部のエアが砂型内の減圧により砂型に排出されるとともに該エアの排出に伴って他の面から上記溶湯が内部に含浸されて複合化される複合化用予備成形体であって、
上記砂型接面に、通気性を有しかつ上記複合化時に内部に含浸された溶湯が該砂型接面から上記砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層が形成されていることを特徴とする複合化用予備成形体。
請求項１記載の複合化用予備成形体において、
溶湯浸入阻止層は、溶湯の含浸圧が１ａｔｍ以下であるときに、溶湯が砂型接面から砂型内へ浸入するのを阻止するように構成されていることを特徴とする複合化用予備成形体。
請求項１又は２記載の複合化用予備成形体において、
溶湯浸入阻止層は、セラミック繊維からなる繊維成形体で構成されていることを特徴とする複合化用予備成形体。
請求項３記載の複合化用予備成形体において、
セラミック繊維は、アルミナ繊維、シリカ繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウムウィスカ及びホウ酸アルミニウムウィスカの群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする複合化用予備成形体。
請求項３又は４記載の複合化用予備成形体において、
セラミック繊維の体積率が繊維成形体全体の８％以上とされていることを特徴とする複合化用予備成形体。
請求項１又は２記載の複合化用予備成形体において、
溶湯浸入阻止層は、セラミック粒子で構成されていることを特徴とする複合化用予備成形体。
請求項６記載の複合化用予備成形体において、
セラミック粒子の平均粒径が１０μｍ以下とされていることを特徴とする複合化用予備成形体。
砂型に保持され、溶湯との複合化時に、該保持状態で該砂型と接する砂型接面から内部のエアが砂型内の減圧により砂型に排出されるとともに該エアの排出に伴って他の面から上記溶湯が内部に含浸されて複合化される複合化用予備成形体における上記砂型接面上に、砂に圧力を付与することによって上記砂型を成形する複合化用予備成形体を備えた砂型の製造方法であって、
上記複合化用予備成形体を成形する工程と、
上記成形した複合化用予備成形体の砂型接面に、通気性を有しかつ上記複合化時に該複合化用予備成形体の内部に含浸された溶湯が該砂型接面から上記砂型内へ浸入するのを阻止する溶湯浸入阻止層を形成する工程と、
上記複合化用予備成形体の砂型接面上に、上記溶湯浸入阻止層を介して上記砂型を成形する工程とを含むことを特徴とする複合化用予備成形体を備えた砂型の製造方法。
請求項８記載の複合化用予備成形体を備えた砂型の製造方法において、
溶湯浸入阻止層を、砂型成形時に該砂型を構成する砂が複合化用予備成形体内に入り込むのを阻止することが可能な、セラミック繊維からなる繊維成形体で構成することを特徴とする複合化用予備成形体を備えた砂型の製造方法。