JPH01143755A - 鋳ぐるみ製品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、鋳ぐるみ製品の製造法に係り、特に被鋳ぐる
み材と鋳ぐるみ金属との接合性を高めた鋳ぐるみ製品を
製造するための方法に関するものである。

（従来技術） 従来から、複合鋳造品を得るために、複合させられるべ
き所定形状の部材を被鋳ぐるみ材として鋳型の鋳造キャ
ビティ内に配置せしめ、所定の金属溶湯を、かかる鋳造
キャビティ内に注湯して、鋳造を行なうことにより、か
かる被鋳ぐるみ材が一体的に埋設されてなる鋳ぐるみ製
品（鋳造品）を製造する手法が採用されてきている。

そして、このような鋳ぐるみ鋳造手法を用いて得られる
鋳ぐるみ製品の一つとして、孔部の周りに所定の被鋳ぐ
るみ材が埋設されてなると共に′、かかる被鋳ぐるみ材
が孔内面より所定距離隔てて位置せしめられ、それによ
って被鋳ぐるみ材と孔部との間に所定厚さの鋳ぐるみ金
属が介在せしめられてなる構造の有孔構造体が知られて
いる。

ところで、この鋳ぐるみ製品である有孔構造体を鋳造す
るに際しては、その孔部を形成する所定形状の中子を鋳
砂にて形成し、それを鋳型の鋳造キャビティ内に配置せ
しめる一方、かかる中子の周りに、所定の被鋳ぐるみ材
を該中子から所定距離隔てて配置せしめた状態下におい
て、金属溶湯が注湯せしめられることとなる。

（問題点） しかしながら、かかる有孔構造体からなる鋳ぐるみ製品
を製造するに際して、被鋳ぐるみ材として、セラミック
ス等の鋳ぐるみ金属より熱膨張率の低い材料を用いて、
鋳ぐるみ鋳造を実施した場合においては、鋳ぐるみ後の
冷却中に、被鋳ぐるみ材の内周面（中子対向面）と鋳ぐ
るみ金属との間に接合不良が生じ易い問題があったので
ある。

即ち、被鋳ぐるみ材に対して鋳ぐるみ金属の熱膨張率が
高い場合、それらの熱膨張率差により、鋳ぐるみ後の冷
却中に被鋳ぐるみ材と金属との間に収縮差が生じ、被鋳
ぐるみ材の内周面と鋳ぐるみ固化金属との間にギャップ
（隙間）が発生し易（、そしてそれによって、そこに接
合不良が惹起されるようになるのである。

従って、そのような接合不良の生じた鋳ぐるみ製品にあ
っては、最早、その複合材としての充分な機能を発揮す
ることが困難となるのであり、それが嵌終用途に適用さ
れた場合において、一体内に保持されるべき被鋳ぐるみ
材が脱落する等の問題を惹起することとなるのである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、上記した問題を解消するもの
であって、その特徴とするところは、鋳造キャビティ内
の中子の周りに、所定の被鋳ぐるみ材を、該中子から所
定距離隔てて配置せしめた状態下において、所定の金属
溶湯の鋳造を行なうことにより、該中子によって形成さ
れる孔部の周りに前記被鋳ぐるみ材が埋設されてなる有
孔構造体からなる鋳ぐるみ製品を製造するに際して、前
記中子の少なくとも前記被鋳ぐるみ材に対向する部分を
、該被鋳ぐるみ材と該中子との間における前記金属溶湯
の凝固・冷却に基づく内方への収縮を拘束する固体拘束
部材にて、構成するようにしたのである。

（作用） このように、本発明に従う鋳ぐるみ手法にあっては、目
的とする有孔構造体の孔部を与える中子として、少なく
とも被鋳ぐるみ材に対向する部分が、金属溶湯の凝固、
そしてその凝固したものの冷却に基づく内方への収縮を
拘束する固体拘束部材にて、構成された中子を用いるも
のであるところから、鋳ぐるみ後の冷却中の金属の収縮
変形は、かかる中子の固体拘束部材部分にて矯正（拘束
）されるようになり、それによって、被鋳ぐるみ材の内
側、換言すれば孔部側に存在する金属の収縮が抑制され
て、被鋳ぐるみ材内周面に対する密着状態が効果的に保
持されるようになるのである。

そして、冷却固化の後、得られた鋳ぐるみ鋳造品から、
中子の一端をプレス機等で押し出すことによって、かか
る中子を離型せしめることにより、目的とする健全な鋳
ぐるみ有孔構造体が得られるのである。

（具体的構成） ところで、かかる本発明において、鋳造キャビティ内の
中子の周りに、所定の被鋳ぐるみ材を、該中子から所定
距離隔てて配置せしめた状態下において、所定の金属溶
湯の鋳造を行なうことにより得られる、該中子によって
形成される孔部の周りに前記被鋳ぐるみ材が埋設されて
なる有孔構造体からなる複合構造の鋳ぐるみ製品として
は、各種の形状、構造のものがあり、内燃機関のビスト
ンヘッド部品等として有利に用いられ得るものであって
、それぞれの用途に応じて、その複合形態が適宜に決定
されることとなるが、その単純な形態の一例が第１図に
示されている。

すなわち、第１図において、鋳ぐるみ製品である有孔構
造体２は、厚肉の円筒形状を呈し、その中心部に貫通孔
４を有している。そして、この貫通孔４の周りに、リン
グ状の被鋳ぐるみ材６が所定深さにおいて鋳ぐるみ金属
８中に埋設されている一方、かかる被鋳ぐるみ材６と中
心部の貫通孔４内面との間には、鋳ぐるみ金属８が所定
厚さにおいて存在する構造となっている。なお、被鋳ぐ
るみ材６や鋳ぐるみ金属８の材質としては、有孔構造体
２からなる鋳ぐるみ製品の用途に応じて適宜に選定され
ることとなるが、一般に、被鋳ぐるみ材６は、窒化珪素
、サイアロン、炭化珪素、ムライト、アルミナ、ジルコ
ニア、コージェライト等のセラミックスからなるもので
あり、また鋳ぐるみ金属８としては、アルミニウム（Ａ
１）合金等の金属が選ばれることとなる。

そして、このような有孔構造体２を鋳造するに際しては
、第２図に示されるように、従来から公知の鋳砂にて構
成される鋳型１０を用い、その内部に形成された鋳造キ
ャビティ１２内の所定位置に被鋳ぐるみ材６を配置せし
め、そして貫通孔４が形成されるように、中子１４を存
在せしめた下で、鋳型１０の注湯口１６を通じてＡ１合
金溶湯等の所定の金属溶湯１８が注湯されることとなる
のであるが、その際、目的とする有孔構造体２の貫通孔
４を形成する中子１４を、特定の部材にて構成したとこ
ろに、本発明の大きな特徴があるのである。

すなわち、本発明にあっては、かかる中子１４の、少な
くとも前記被鋳ぐるみ材６に対向する部分、換言すれば
第２図において、被鋳ぐるみ材６の内周面に対向する中
子１４部分を少なくとも含む部位を、被鋳ぐるみ材６と
中子１４との間における金属溶湯１８の凝固、更にはそ
の凝固物の冷却に基づく内方（中子１４側）への収縮を
拘束する一体的な固体拘束部材にて構成するようにした
のであり、これによって、被鋳ぐるみ材６の内周面に対
する金属溶湯１８の凝固物（鋳ぐるみ金属８）の離間を
抑制せしめ、以てそれらの間に隙間（ギャップ）が生じ
るのを阻止して、被鋳ぐるみ材６内周面への密着性を確
保するようにしたのである。なお、この中子１４は、そ
の製作上の容易性等の点から、一般に、その全体が固体
拘束部材にて構成されることとなる。

ところで、かかる中子１４の少なくとも被鋳ぐるみ材６
に対向する部分を含む部位を構成する固体拘束部材とし
ては、一般に、前記金属溶湯１８の凝固により形成され
る鋳ぐるみ金属８よりも小さな熱膨張率を有するように
、適宜にその材質が選定されることとなるが、特にかか
る固体拘束部材の熱膨張率は、被鋳ぐるみ材６の熱膨張
率と同程度か、或いはそれ以下であることが望ましい。

そして、かかる固体拘束部材の熱膨張率を、被鋳ぐるみ
材６と同程度以下とすることにより、鋳ぐるみ金属８（
１８）の塑性変形による被鋳ぐるみ材６の内周面への密
着は、より完全なものとなるのである。

特に、かかる固体拘束部材は、被鋳ぐるみ材６と実質的
に同一の材質からなるものであることが望ましい。なお
、ここで、実質的に同一とは、主構成相が同一で、熱膨
張率が同程度以下であればよいことを意味している。こ
の固体拘束部材の材質が被鋳ぐるみ材６と実質的に同一
であることが好ましい理由は、熱膨張率が略同−で、し
かも鋳ぐるみ時に必要な耐熱衝撃性も同一と考えられる
からである。

ところで、中子１４の少なくとも一部を構成する上述の
如き一体の固体拘束部材は、鋳ぐるみ時の熱衝撃に耐え
、しかも鋳ぐるみ金属８の塑性変形を支える強度を持っ
ている必要があるところがら、この点において、かかる
固体拘束部材としては、窒化珪素、サイアロン、炭化珪
素、ムライト、アルミナ、ジルコニア、コージェライト
等のセラミックスからなるものであることが望ましく、
また石英ガラス、結晶化ガラス等の無機材料からなるも
のでも好適である。通常のガラスは、一般に、軟化温度
が鋳ぐるみ温度（金属溶湯１８の温度）より低くなるの
で好ましくないが、鋳ぐるみ金属８（金属溶湯１８）の
凝固温度より軟化温度が高いものであれば、ガラスを用
いることも可能である。例えば、金属溶湯１８がＡ１合
金溶湯である場合において、Ａ１合金溶湯より高融点で
熱膨張率が低ければ、どのような材料でも使用すること
が出来、金属を材質とすることも出来るが、その場合に
は、Ａ１合金と濡れ難いものがよく、またＡ１合金と濡
れ難いｐｂを表面層としたクラツド材からなる拘束部材
も使用可能である。

また、このような少なくとも一部が固体拘束部材にて一
体的に構成されてなる中子１４は、鋳ぐるみ後において
、得られた鋳造物から取り出される（抜き出される）必
要があるところから、第２図に示されるように、中子１
４を構成する固体拘束部材をテーパー形状において形成
したり、長手方向に複数分割する構造としたり、更には
、その表面に固体潤滑部材を存在せしめたり、或いは塗
布したりすることによって、中子１４の離型性は向上せ
しめられ得ることとなる。

さらに、かかる中子１４を構成する固体拘束部材の少な
くとも鋳ぐるみ金属８（金属溶湯１８）と接する面に、
かかる鋳ぐるみ金属と焼付き難い金属を、例えば箔状と
して巻き付けたり、プラズマスプレー等により溶射して
おくと、また中子１４の離型を容易にすることが出来る
。

なお、鋳ぐるみ金属８としてＡ１合金を用いた場合にお
いて、このＡ１合金と焼付き難い金属としては、例えば
、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉがあり、これらの金属
にて固体拘束部材を構成したり、またそれら金属成分を
含む合金を用いて固体拘束部材が形成されることによっ
て、離型性が向上される。そのなかでも、特にｐｂは取
扱が容易で好ましい金属である。更にまた、固体拘束部
材の中に、Ｍｏ５ｓ　、ＭＯ３！　、ＣｕＦｔ　、Ｌ　
ｉＦ等の固体潤滑材を含有せしめておくことにより、そ
の離型性を更に向上させることが出来る。

以上、第１図に示される最も簡単な構造の有孔構造体２
の一例に基づいて、本発明に従う鋳ぐるみ製品の製造手
法を詳細に説明してきたが、先にも述べたように、かか
る有孔構造体の形状、構造は、その用途に応じて適宜に
変更され得るものであり、また有孔構造体の孔部の形態
にあっても、第１図に示される如き貫通孔４形態ばかり
でなく、一端が閉塞された孔形態、更には第３図に示さ
れる如き、所定深さの凹所２４形態のものであっても、
何等差支えないのである。なお、第３図において、２０
は鋳ぐるみ製品としての有孔構造体であり、２６は被鋳
ぐるみ材、２８は鋳ぐるみ金属である。

別体で作成した上面に凹部を持つ金属製ピストン本体の
上面凹部に、第３図に示す鋳ぐるみ体を嵌合し、例えば
ボルト締め、溶接、ろう付は等の常法により金属同志を
結合して、セラミックー金属複合ピストンを得ることが
出来る。また、ピストンを形成するように鋳型及び固体
拘束部材を構成して鋳ぐるむことにより、鋳ぐるみ一工
程でセラミックー金属複合ピストンを得ることが出来る
。

要するに、本発明には、上記した具体的記述の他にも、
また以下の実施例以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加え得るものであることが、理解される
べきである。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

実施例　１ 第１図に示されるものと同様な構造の有孔構造体（２）
を、第２図に示される如き鋳ぐるみ鋳造方式にて鋳造し
た。なお、被鋳ぐるみ材（６）としては、窒化珪素焼結
体からなる、外径：１２０龍、内径：１００ｗｍ、厚さ
＝２０ａｍの有孔円板を用い、また中子（１４）として
は、かかる有孔円板と同一材質の窒化珪素焼結体からな
る、一端の直径が８０ｍｍで、他端にかけて１０°のテ
ーパーを持ち、厚さが２０鶴、表面粗さがＲ，ｏ：３．
２μの円柱体を用い、第２図に示される如く、鋳砂にて
形成された鋳型（１０）の鋳造キャビティ（１２）内に
セットして、Ａ１合金溶湯（１８）を注湯口（１６）か
ら注湯して、目的とする窒化珪素製有孔円板を被鋳ぐる
み材（６）として有する鋳ぐるみ製品（２）を鋳造した
。Ａ１合金溶湯（１８）の冷却・凝固の後、鋳型（１０
）から取り出された鋳造物から、プレス機により、窒化
珪素系円柱体（１４）を、その小径側から押し出し、窒
化珪素−Ａ２合金複合中空体を得た。

かくして得られた複合体を、蛍光浸透探傷法、Ｘ線透過
法、及び超音波探傷法により、それぞれ検査したが、被
鋳ぐるみ材（６）としての窒化珪素製有孔円板とＡ１合
金との境界部には、何等の欠陥も認め得なかった。

実施例　２ 外径：４０鶴、内径：３０鶴、長さ：１００ｍの部分安
定化ジルコニアパイプを、被鋳ぐるみ材（６）とする一
方、直径：２０鶴、長さ：１００鶴、表面粗さ（Ｒ，、
、）７１．６μのムライト磁器製円柱を長手方向に４分
割したものを、中子（１４）として用い、Ａ１合金（８
，１８）により鋳ぐるみ鋳造を行なった。Ａ１合金溶湯
（１８）の凝固・冷却後、プレス機により鋳造物中のム
ライト磁器製円柱を押し出すことにより、部分安定化ジ
ルコニアの内外壁に、それぞれ５ｆｉ厚さのＡｌｔ合金
層を有する複合体を得た。

この得られた複合体を実施例１と同様の方法にて検査し
たが、部分安定化ジルコニアとＡ１合金層との間の境界
面には、何等の欠陥も認められなかった。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従えば、被鋳
ぐるみ材、特にその内周面と鋳ぐるみ金属との間にギャ
ップ（隙間）の発生しない、密着性の良好な、健全な鋳
ぐるみ製品（複合体）を得ることが出来るのであり、こ
れによって、例えばピストンヘッド等の、中空セラミッ
クスを鋳ぐるんでなる有孔構造体を有利に製造し得るこ
ととなったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って製造される鋳ぐるみ製品の最
も簡単な一例を示す断面説明図であり、第２図は、その
ような鋳ぐるみ製品を製造するための鋳型内構造を示す
断面説明図であり、第３図は本発明に従って製造される
鋳ぐるみ製品の他の一例を示す断面図である。 ２．２０：有孔構造体 ４：貫通孔　　　　６．２６：被鋳ぐるみ材８．２８：
鋳ぐるみ金属 １０：鋳型　　　　１２：鋳造キャビティ１４：中子　
　　　１８：金属溶湯 ２４：凹所（孔部）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳造キャビティ内の中子の周りに、所定の被鋳ぐ
   るみ材を、該中子から所定距離隔てて配置せしめた状態
   下において、所定の金属溶湯の鋳造を行なうことにより
   、該中子によって形成される孔部の周りに前記被鋳ぐる
   み材が埋設されてなる有孔構造体からなる鋳ぐるみ製品
   を製造するに際して、前記中子の少なくとも前記被鋳ぐ
   るみ材に対向する部分を、該被鋳ぐるみ材と該中子との
   間における前記金属溶湯の凝固・冷却に基づく内方への
   収縮を拘束する固体拘束部材にて、構成したことを特徴
   とする鋳ぐるみ製品の製造法。
2. （２）前記固体拘束部材が、前記金属溶湯を与える金属
   よりも小さな熱膨張率を有している特許請求の範囲第１
   項記載の製造法。
3. （３）前記固体拘束部材が、前記被鋳ぐるみ材と実質的
   に同一の材質からなるものである特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の製造法。
4. （４）前記被鋳ぐるみ材が、セラミックスからなる特許
   請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の製造法。
5. （５）前記被鋳ぐるみ材が、窒化珪素からなる特許請求
   の範囲第４項記載の製造法。
6. （６）前記金属溶湯が、アルミニウム合金溶湯である特
   許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の製造法
   。