JP4258244B2

JP4258244B2 - 軽合金複合部材の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP4258244B2
Application number: JP2003088177A
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: JP2004291042A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型のキャビティ内に軽合金溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることで、溶湯及び複合化用予備成形体を複合化する軽合金複合部材の製造方法及び製造装置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（酸素）が残存しているために、予備成形体内部に含浸しつつある溶湯が酸化し、これにより、表面に酸化膜が生じる等して溶湯の粘度が上昇し、このため、低圧の溶湯では、予備成形体内部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】
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、低圧で軽合金溶湯をキャビティ内に充填して該溶湯及び複合化用予備成形体を複合化することによって軽合金複合部材を製造する場合に、溶湯の予備成形体内部への含浸性の低下を防止して、良好な複合性が得られるようにすることにある。
【００１０】
【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、キャビティ内に溶湯を充填する前に、該キャビティ内にセットした複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、気孔を有する複合化用予備成形体を保持可能に構成されているとともに該複合化用予備成形体よりも通気度が低くかつ溶湯浸入性が低い砂型部を有する鋳型のキャビティ内に、上記複合化用予備成形体を上記砂型部に保持させた状態でセットし、しかる後、上記キャビティ内に軽合金溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることで、溶湯及び複合化用予備成形体を複合化する軽合金複合部材の製造方法を対象とする。
【００１２】
そして、上記キャビティ内に上記溶湯を充填する前に、該キャビティ内にセットした複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするようにする。
【００１３】
このことにより、予備成形体内部に含浸しつつある溶湯の酸化を防止することができ、これにより、溶湯の粘度の上昇を抑えることができて、溶湯の予備成形体内部への含浸性の低下を防止することができる。よって、低圧で溶湯をキャビティ内に充填しても、良好な複合性が得られる。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にした後、該複合化用予備成形体内部を砂型部を介して減圧しながらキャビティ内に溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるようにする。
【００１５】
こうすることで、溶湯が予備成形体内部へ吸い込まれるように含浸し、これにより、溶湯の予備成形体内部への含浸性を向上させることができる。よって、より一層良好な複合性が得られる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、予め、鋳型の砂型部内に、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路を設けておき、キャビティ内に溶湯を充填する前に、上記減圧用通路を介して非酸化性ガスを複合化用予備成形体内部へ送給することで、該複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にし、その後、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるようにする。
【００１７】
このことで、非酸化性ガス（例えばアルゴン等の不活性ガスや窒素ガス等）を予備成形体内部へ送給することにより予備成形体内部を容易に非酸化性雰囲気にすることができる。しかも、複合化時には、複合化用予備成形体内部を減圧するので、上記非酸化性ガスが予備成形体内部から減圧用通路へ排出されるとともに、溶湯が予備成形体内部へ吸い込まれるように含浸する。また、減圧用通路を介して非酸化性ガスの予備成形体内部への送給と予備成形体内部の減圧とを行うので、非酸化性ガスの送給と減圧とを容易にかつ確実に行うことができる。よって、良好な複合性が容易にかつ確実に得られる。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項２の発明において、予め、鋳型の砂型部内に、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路を設けておくとともに、上記鋳型における上記砂型部以外の部分に、キャビティ内へ非酸化性ガスを送給するためのガス送給通路を設けておき、上記キャビティ内に溶湯を充填する前に、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら、上記ガス送給通路を介して非酸化性ガスを上記キャビティ内へ送給することで、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にし、その後、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるようにする。
【００１９】
このことにより、予備成形体内部を減圧しながら非酸化性ガスをキャビティ内へ送給するので、予備成形体内部に残存しているエアは、予備成形体内部から減圧用通路へ排出されるとともに、キャビティ内へ送給された非酸化性ガスが予備成形体内部に吸い込まれる。この結果、予備成形体内部を非酸化性雰囲気に確実にすることができる。しかも、複合化時には、請求項３の発明と同様に、非酸化性ガスが予備成形体内部から減圧用通路へ排出されて、溶湯が予備成形体内部へ吸い込まれるように含浸する。また、ガス送給通路を、溶湯をキャビティに充填するための溶湯通路と兼用するようにすれば、特別にガス送給通路を設けなくても済む。よって、良好な複合性が容易にかつ確実に得られる。
【００２０】
請求項５の発明では、請求項３又は４の発明において、複合化用予備成形体は、円筒状をなし、鋳型の砂型部を、上記複合化用予備成形体を外嵌状態で保持するように構成し、減圧用通路を、一端部が上記砂型部の中心部に差し込まれてなるパイプ材で構成し、上記パイプ材における上記一端部の開口を、上記砂型部内における上記外嵌部に対応する部分に位置させるようにする。
【００２１】
このことで、予備成形体を安定的に保持することができるとともに、非酸化性ガスの送給と減圧とをより一層容易にかつ確実に行うことができる。
【００２２】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれか１つの発明において、複合化用予備成形体の平均気孔径が、０．０５ｍｍ以上であるものとする。
【００２３】
こうすることで、低圧で溶湯をキャビティ内に充填しても、より一層良好な含浸性が得られるようになる。
【００２４】
請求項７の発明は、気孔を有する複合化用予備成形体を保持可能に構成されているとともに該複合化用予備成形体よりも通気度が低くかつ溶湯浸入性が低い砂型部を有し、上記複合化用予備成形体が該砂型部により保持された状態でキャビティ内にセットされるように構成された鋳型を備え、該鋳型のキャビティ内に、上記複合化用予備成形体をセットした状態で、軽合金溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることで、溶湯及び複合化用予備成形体を複合化するようにした軽合金複合部材の製造装置の発明であり、この発明では、上記キャビティ内に上記溶湯を充填する前に、該キャビティ内にセットされた複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするように構成されているものとする。この発明により、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
請求項８の発明では、請求項７の発明において、鋳型の砂型部内に設けられ、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路と、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧する減圧手段と、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部へ非酸化性ガスを送給するガス送給手段と、上記減圧用通路を上記減圧手段に接続した状態と、上記ガス送給手段に接続した状態とに選択的に切換え可能な切換え手段とを備え、上記切換え手段により上記減圧用通路を上記ガス送給手段に接続した状態にして、該ガス送給手段により複合化用予備成形体内部へ非酸化性ガスを送給することで、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするとともに、該複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にした後、上記切換え手段により上記減圧用通路を上記減圧手段に接続した状態にして、該減圧手段により上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填することで、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるように構成されているものとする。このことにより、請求項３の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
請求項９の発明では、請求項７の発明において、鋳型の砂型部内に設けられ、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路と、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧する減圧手段と、上記鋳型における上記砂型部以外の部分に設けられ、キャビティ内へ非酸化性ガスを送給するためのガス送給通路と、上記ガス送給通路を介して非酸化性ガスを上記キャビティ内へ送給するガス送給手段とを備え、上記減圧手段により上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら、上記ガス送給手段により上記キャビティ内へ非酸化性ガスを送給することで、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするとともに、該複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にした後、上記減圧手段により上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填することで、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるように構成されているものとする。このことで、請求項４の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
請求項１０の発明では、請求項８又は９の発明において、複合化用予備成形体は、円筒状をなし、鋳型の砂型部は、上記複合化用予備成形体を外嵌状態で保持するように構成され、減圧用通路は、一端部が上記砂型部の中心部に差し込まれてなるパイプ材で構成され、上記パイプ材における上記一端部の開口は、上記砂型部内における上記外嵌部に対応する部分に位置しているものとする。
こうすることで、請求項５の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２８】
【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。
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る軽合金複合部材の製造装置１０を示し、この製造装置１０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（軽合金複合部材）を砂型低圧鋳造法により製造するものである。このシリンダブロック２のシリンダボア内壁部には、複合化層２ａが形成されており、この複合化層２ａは、図３に示すような複合化用予備成形体１にアルミニウム合金母材（例えばＪＩＳＨ５２０２に規定されているＡＣ２Ｂ（Ａｌ−３Ｃｕ−８Ｎｉ））の溶湯（軽合金溶湯）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、この平均気孔径（セル径ともいう）は、溶湯の含浸性の観点より、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、溶湯の含浸性の観点からは大きいほどよいが、耐摩耗性を確実に維持する等の観点より、０．６５ｍｍ以下であることが好ましい。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％で気孔平均径が０．３８ｍｍのものが得られた。
【００３２】
上記予備成形体１は、図３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、砂型部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、この保持状態で後述のキャビティ１６内にセットされるようになっている（図１参照）。
【００３３】
上記製造装置１０は、図１に示すように、鋳型として、上型１１、下型１２、第１砂中子１３及び第２砂中子１４を備えている。上記第１砂中子１３は、その外周面において上記予備成形体１を外嵌状態で保持可能に構成されているとともに該予備成形体１よりも通気度が低くかつ溶湯浸入性が低くなるように構成されたものである。但し、第１砂中子１３は、後述の如く、予備成形体１内部を該第１砂中子１３を介して減圧したり非酸化性ガスを第１砂中子１３を介して予備成形体１内部へ送給したりすることができる程度の通気性は有している。
【００３４】
上記第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は、予備成形体１内部を第１砂中子１３を介して減圧するための減圧用通路を構成することになる。この減圧用パイプ１９の一端部は、第１砂中子１３内に埋め込まれ、この一端部の開口は、第１砂中子１３内における上記予備成形体１外嵌部に対応する部分（保持された予備成形体１の長さ方向中間に対応する部分）に位置している。一方、減圧用パイプ１９の他端部及び両端部の間の中間部は、第１砂中子１３の外側に位置している。したがって、上記減圧用通路は、一端部が第１砂中子１３の中心部に差し込まれてなるパイプ材で構成されていることになる。
【００３５】
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、上記予備成形体１を保持した状態で配設され、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）により接合されている。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ている。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が形成されている（図１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。
【００３６】
上記上型１１、下型１２、第１砂中子１３及び第２砂中子１４は、砂に圧力（ブロー圧）を付与することによって成形したものである。この砂としては、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、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を混入しておく。そして、工場エア等によって砂に圧力を付与して各型を成形し、その後、アミンガスにより上記レジンを硬化させる。特に、第１砂中子１３の場合には、型内に予備成形体１をセットした状態で、この予備成形体１の内周面上に、砂に圧力を付与することによって第１砂中子１３を成形し、その後、この第１砂中子１３内にアミンガスを流入させてレジンを硬化させることで、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。
【００３７】
尚、上記上型１１、下型１２及び第２砂中子１４は、金型であってもよいが、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。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。
【００３８】
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、溶湯の加圧力は、例えば０．００７ＭＰａ程度に設定される。
【００３９】
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、第２砂中子１４の外側に位置していて、切換え弁３５に接続されている。この切換え弁３５には、更に、第１及び第２接続パイプ３６，３７の各一端部が接続されている。この第１接続パイプ３６の他端部は、図示は省略するが、減圧ポンプ等のような、上記減圧用パイプ１９を介して予備成形体１内部を減圧する減圧手段に接続されている。一方、上記第２接続パイプ３７の他端部は、図示は省略するが、圧送ポンプ等のような、上記減圧用パイプ１９を介して予備成形体１内部へ非酸化性ガスを送給するガス送給手段にされている。この非酸化性ガスは、例えばアルゴン等の不活性ガスや窒素ガス等であって、後述の如く、予備成形体１内部を非酸化性雰囲気にするためのガスである。
【００４０】
そして、上記切換え弁３５は、上記減圧用パイプ１９を上記減圧手段（第１接続パイプ３６）に接続した状態と、上記ガス送給手段（第２接続パイプ３７）に接続した状態とに選択的に切換え可能な切換え手段を構成しており、溶湯を溶湯通路１７及び湯口１７ａを介してキャビティ１６内に充填する前では、減圧用パイプ１９を上記ガス送給手段に接続した状態にする一方、溶湯の充填時には、減圧用パイプ１９を上記減圧手段に接続した状態にするようになっている。
【００４１】
次に、上記製造装置１０を用いて、予備成形体１と溶湯とを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。
【００４２】
先ず、切換え弁３５により減圧用パイプ１９をガス送給手段に接続した状態にしておき、この状態で、ガス送給手段を作動させて、減圧用パイプ１９を介して非酸化性ガスを予備成形体１内部へ送給する。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、非酸化性ガスは、第１砂中子１３の外周面から予備成形体１へ確実に送給される。この非酸化性ガスにより予備成形体１内部は非酸化性雰囲気となる。尚、予備成形体１に残存しているエアは、非酸化性ガスにより追い出されてキャビティ１６空間に排出される。
【００４３】
その後、上記切換え弁３５により減圧用パイプ１９を減圧手段に接続した状態にして、該減圧手段により減圧用パイプ１９を介して上記予備成形体内部を減圧しながら、溶湯通路１７及び湯口１７ａを介してキャビティ１６内に溶湯を充填する。すると、上記非酸化性ガスが予備成形体１内部から減圧用パイプ１９へ排出されるとともに、溶湯が予備成形体１内部へ吸い込まれるように含浸して、溶湯及び予備成形体１が複合化される。
【００４４】
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。また、所定の箇所については、機械加工等が施される。
【００４５】
したがって、上記実施形態１では、キャビティ１６内に溶湯を充填する前に、該キャビティ１６内にセットした予備成形体１内部を非酸化性雰囲気にするようにしたので、予備成形体１内部に含浸しつつある溶湯の酸化を防止することができ、これにより、溶湯の粘度の上昇を抑えることができて、溶湯の予備成形体１内部への含浸性の低下を防止することができる。しかも、溶湯の充填時には、予備成形体１内部を減圧用パイプ１９を介して減圧するようにしたので、上記非酸化性ガスが予備成形体１内部から減圧用パイプ１９へ排出されるとともに、溶湯が予備成形体１内部へ吸い込まれるように含浸するので、溶湯の含浸性が向上する。よって、低圧で溶湯をキャビティ１６内に充填しても、複合化層２ａにおいて良好な複合性が得られる。
【００４６】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２を示し（尚、図１と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、非酸化性ガスを減圧用パイプ１９を介して予備成形体１内部へ送給する代わりに、溶湯通路１７を介して非酸化性ガスをキャビティ１６内へ送給するようにしたものである。
【００４７】
すなわち、この実施形態２では、減圧用パイプ１９は、上記実施形態１と同様の減圧手段に接続されていて、予備成形体１内部を減圧する役割のみを有し、上記実施形態１のように非酸化性ガスを予備成形体１内部へ送給する役割を有していない。そして、溶湯通路１７が、鋳型における第１砂中子１３以外の部分（つまり下型１２）に設けられた、キャビティ１６内へ非酸化性ガスを送給するためのガス送給通路を構成しており、キャビティ１６内へ溶湯を充填する前には、この溶湯通路１７が、上記実施形態１と同様のガス送給手段と接続されて、このガス送給手段によりキャビティ１６内へ非酸化性ガスを送給するようになっている。この非酸化性ガスの送給は、減圧手段により予備成形体１内部を減圧しながら行う。これにより、予備成形体１内部に残存しているエアは、予備成形体１内部から減圧用パイプ１３へ排出されるとともに、キャビティ１６内へ送給された非酸化性ガスが予備成形体１内部に吸い込まれ、この結果、予備成形体１内部を非酸化性雰囲気に確実にすることができるようになる。
【００４８】
尚、この実施形態２では、上記のようにガス送給通路を溶湯通路１７と兼用したが、ガス送給通路を鋳型における第１砂中子１３以外の部分（例えば上型１１）に溶湯通路１７とは別途に設けるようにしてもよい。但し、ガス送給通路を溶湯通路１７と兼用した方が、構成を簡略化できて好ましい。
【００４９】
その後は、上記実施形態１と同様にして、減圧手段により減圧用パイプ１９を介して予備成形体１内部を減圧しながら、溶湯通路１７及び湯口１７ａを介してキャビティ１６内に溶湯を充填すれば、非酸化性ガスが予備成形体１内部から減圧用パイプ１９へ排出されるとともに、溶湯が予備成形体１内部へ吸い込まれるように含浸して、溶湯及び予備成形体１が複合化される。
【００５０】
したがって、この実施形態２においても、上記実施形態１と同様に、溶湯の酸化を防止することができ、しかも、溶湯の充填時には、非酸化性ガスが予備成形体１内部から減圧用パイプ１９へ排出されるとともに、溶湯が予備成形体１内部へ吸い込まれるように含浸するので、溶湯の含浸性が向上して、複合化層２ａにおいて良好な複合性が得られる。
【００５１】
尚、上記実施形態１，２では、キャビティ１６内に溶湯を充填するときに、減圧手段により減圧用パイプ１９を介して予備成形体１内部を減圧するようにしたが、この減圧は必ずしも必要でない。但し、予備成形体１内部を減圧する方が、溶湯の予備成形体１内への含浸性がより一層向上するので好ましい。
【００５２】
また、上記実施形態１，２では、アルミニウム合金製シリンダブロック２を製造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に、複合強化が必要な部品を製造する場合にも、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。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軽合金複合部材の製造方法及び製造装置によると、キャビティ内に溶湯を充填する前に、該キャビティ内にセットした複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするようにしたことにより、溶湯の酸化による予備成形体内部への含浸性の低下を防止して、良好な複合性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る軽合金複合部材の製造装置を示す断面図である。
【図２】シリンダボア内壁部に複合化層が形成された、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】複合化用予備成形体を示す斜視図である。
【図４】実施形態２を示す図１相当図である。
【符号の説明】
１予備成形体
２シリンダブロック
２ａ複合化層
１０軽合金複合部材製造装置
１３第１砂中子（鋳型の砂型部）
１６キャビティ
１７溶湯通路（ガス送給通路）
１９減圧用パイプ（減圧用通路）
３５切換え弁（切換え手段）

Claims

気孔を有する複合化用予備成形体を保持可能に構成されているとともに該複合化用予備成形体よりも通気度が低くかつ溶湯浸入性が低い砂型部を有する鋳型のキャビティ内に、上記複合化用予備成形体を上記砂型部に保持させた状態でセットし、しかる後、上記キャビティ内に軽合金溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることで、溶湯及び複合化用予備成形体を複合化する軽合金複合部材の製造方法であって、
上記キャビティ内に上記溶湯を充填する前に、該キャビティ内にセットした複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にすることを特徴とする軽合金複合部材の製造方法。
請求項１記載の軽合金複合部材の製造方法において、
複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にした後、該複合化用予備成形体内部を砂型部を介して減圧しながらキャビティ内に溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることを特徴とする軽合金複合部材の製造方法。
請求項２記載の軽合金複合部材の製造方法において、
予め、鋳型の砂型部内に、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路を設けておき、
キャビティ内に溶湯を充填する前に、上記減圧用通路を介して非酸化性ガスを複合化用予備成形体内部へ送給することで、該複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にし、
その後、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることを特徴とする軽合金複合部材の製造方法。
請求項２記載の軽合金複合部材の製造方法において、
予め、鋳型の砂型部内に、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路を設けておくとともに、上記鋳型における上記砂型部以外の部分に、キャビティ内へ非酸化性ガスを送給するためのガス送給通路を設けておき、
上記キャビティ内に溶湯を充填する前に、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら、上記ガス送給通路を介して非酸化性ガスを上記キャビティ内へ送給することで、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にし、
その後、上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることを特徴とする軽合金複合部材の製造方法。
請求項３又は４記載の軽合金複合部材の製造方法において、
複合化用予備成形体は、円筒状をなし、
鋳型の砂型部を、上記複合化用予備成形体を外嵌状態で保持するように構成し、
減圧用通路を、一端部が上記砂型部の中心部に差し込まれてなるパイプ材で構成し、
上記パイプ材における上記一端部の開口を、上記砂型部内における上記外嵌部に対応する部分に位置させることを特徴とする軽合金複合部材の製造方法。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の軽合金複合部材の製造方法において、
複合化用予備成形体の平均気孔径が、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする軽合金複合部材の製造方法。
気孔を有する複合化用予備成形体を保持可能に構成されているとともに該複合化用予備成形体よりも通気度が低くかつ溶湯浸入性が低い砂型部を有し、上記複合化用予備成形体が該砂型部により保持された状態でキャビティ内にセットされるように構成された鋳型を備え、該鋳型のキャビティ内に、上記複合化用予備成形体をセットした状態で、軽合金溶湯を充填して、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させることで、溶湯及び複合化用予備成形体を複合化するようにした軽合金複合部材の製造装置であって、
上記キャビティ内に上記溶湯を充填する前に、該キャビティ内にセットされた複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするように構成されていることを特徴とする軽合金複合部材の製造装置。
請求項７記載の軽合金複合部材の製造装置において、
鋳型の砂型部内に設けられ、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路と、
上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧する減圧手段と、
上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部へ非酸化性ガスを送給するガス送給手段と、
上記減圧用通路を上記減圧手段に接続した状態と、上記ガス送給手段に接続した状態とに選択的に切換え可能な切換え手段とを備え、
上記切換え手段により上記減圧用通路を上記ガス送給手段に接続した状態にして、該ガス送給手段により複合化用予備成形体内部へ非酸化性ガスを送給することで、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするとともに、該複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にした後、上記切換え手段により上記減圧用通路を上記減圧手段に接続した状態にして、該減圧手段により上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填することで、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるように構成されていることを特徴とする軽合金複合部材の製造装置。
請求項７記載の軽合金複合部材の製造装置において、
鋳型の砂型部内に設けられ、複合化用予備成形体内部を該砂型部を介して減圧するための減圧用通路と、
上記減圧用通路を介して上記複合化用予備成形体内部を減圧する減圧手段と、
上記鋳型における上記砂型部以外の部分に設けられ、キャビティ内へ非酸化性ガスを送給するためのガス送給通路と、
上記ガス送給通路を介して非酸化性ガスを上記キャビティ内へ送給するガス送給手段とを備え、
上記減圧手段により上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら、上記ガス送給手段により上記キャビティ内へ非酸化性ガスを送給することで、複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にするとともに、該複合化用予備成形体内部を非酸化性雰囲気にした後、上記減圧手段により上記複合化用予備成形体内部を減圧しながら上記キャビティ内に溶湯を充填することで、該溶湯を複合化用予備成形体内部に含浸させるように構成されていることを特徴とする軽合金複合部材の製造装置。
請求項８又は９記載の軽合金複合部材の製造装置において、
複合化用予備成形体は、円筒状をなし、
鋳型の砂型部は、上記複合化用予備成形体を外嵌状態で保持するように構成され、
減圧用通路は、一端部が上記砂型部の中心部に差し込まれてなるパイプ材で構成され、
上記パイプ材における上記一端部の開口は、上記砂型部内における上記外嵌部に対応する部分に位置していることを特徴とする軽合金複合部材の製造装置。