JPH0195865A - 複合部材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高圧鋳造により繊維成形体をマトリックス金属
で鋳ぐるんでなる複合部材の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、上記複合部材において、ボロン、炭素、アルミナ
、炭化ケイ素、ステンレス鋼等の繊維を所定形状に形成
した繊維成形体（以下成形体という）をアルミ、アルミ
合金等のマトリックス金属で鋳ぐるんだものが種々知ら
れている。そして、」二足複合部材の製造方法として、
成形体を鋳造金型（以下金型という）内に設置し、該金
型内に溶融マトリックス金属（以下溶湯という）を導入
し、しかる後、金型に係合するプランジャによって溶湯
を加圧導入し、該加圧した状態で凝固させる高圧鋳造法
が種々提案されている（例、特公昭６２−３８４１２号
公報、特開昭６０−１１４５４０号公報等参照）。

ところで、上記高圧鋳造法により製造された複合部材は
、組織が微細化され、引は巣の発生が少なく、高い強度
を有するものである。しかしながら、溶湯が成形体に充
填される際、成形体に接触するはしから凝固するため、
成形体の繊維間に充分に充填されず、ひいては成形体に
充填されたマトリックス金属の組織が比較的粗い状態に
なり、必ずしも充分な強度の複合部材が得られないとい
う問題点があった。

そこで、上記特公昭６２−３８４１２号公報等に開示さ
れているように、鋳造開始前に成形体を予熱することに
より鋳ぐるむことが行なわれている。ところが、成形体
が予熱されていることにより、溶湯は成形体の繊維間に
充分に充填されることになるが、成形体に充填された溶
湯の凝固速度が他の部分より遅くなるため、複合部材の
境界付近に引は巣が生じ易く、又成形体の部分にプラン
ジャの圧力が充分に伝達されず、成形体に充填されたマ
トリックス金属の組織が必ずしも充分に密な状態とはな
らないという問題点がある。特に、砂中子を用いて製造
される複合部材については、上記傾向が顕著に現われて
いる。

例えば、ロータリーエンジンのロータは、三角形のおむ
すび形で、軸受部内に偏心軸が係合され、軸受部の側壁
にリングギヤが固定されるため、軸受部に摩擦力及び衝
撃力が大きく作用することから、軸受部が耐摩耗性及び
耐へたり性を有していることが必要とされている。そこ
で、例えば第１０図に示すように、軸受部３０を複合部
材で構成したローターＲが種々試みられている。該ロー
ターＲは軸受部３０及び冷却通路３１等の空洞部を備え
ていることから、該空洞部を形成するために、土砂中子
と土砂中子とからなる砂中子を用いて高圧鋳造法により
製造されている。すなわち、ロータＲは予熱された成形
体を砂中子に支持し、該砂中子を金型内に配置し、該金
型に溶湯を導入し、しかる後、プランジャを作動して溶
湯を加圧し、溶湯が凝固するまでプランジャを加圧保持
することにより製造されている。

ところが、金型内の溶湯は、金型に接触する部分から凝
固し、土砂中子と土砂中子とで囲まれた部分、すなわち
成形体が配置された部分が後で凝固している。従って、
成形体の部分が凝固する際には、既にプランジャ側の部
分すなわち湯口側が凝固を完了しているため、成形体の
部分にはプランジャの加圧力が作用しない状態となり、
マトリックス金属の密度が充分に密とはなり難い状況で
ある。また、成形体の部分と他の部分との間において、
凝固速度が異なっているため、複合部材として形成され
た軸受部３０の境界付近に引は巣が生じ易い状況である
。

以」二のように、ローターＲは、軸受部３０が密度の高
い複合部材として形成されず、しかも軸受部の境界付近
に引は巣が生じ易いため、必ずしも充分な強度に形成さ
れ難い状況である。

（発明の目的） 本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、その
目的は、マトリックス金属を成形体に充分稠密に充填し
、かつ引は巣の発生を抑制し得る複合部材の製造方法を
提供することにある。

（発明の構成） 本発明は、予熱された成形体を支持した砂中子を金型内
に配置し、該金型内に溶湯を導入して高圧鋳造し、上記
成形体を鋳ぐるむことにより複合部材を製造する複合部
材の製造方法であって、成形体に充填された溶湯の凝固
速度を高め、金型内の溶湯が全体として均一に凝固し得
るように構成されている。

すなわち、本発明の構成」−の特徴は、成形体に充填さ
れた溶湯を冷却する冷却部材を成形体と砂中子との間に
配置してなることにある。

（実施例） 本発明の実施例を図に基いて説明する。

第１実施例 第１〜３図は、第１実施例の方法を実施するために用い
られる高圧鋳造装置の説明図である。

図に示す高圧鋳造装置１は、第１０図に示す従来公知の
ロータリーエンジンのローターＲを製造する装置で、横
断面形状がロータＲの外形に相当して形成された上型３
及び丁型４と溶湯Ｗを収容する溶湯導入部５とが互いに
固定・分離可能に連結された金型２と、溶湯導入部５に
注入された溶湯Ｗを」ユ下の型３，４内に加圧導入する
と共に加圧保持するプランジャ６と、ローターの軸受部
３０、冷却材通路３１等の空洞部を形成する砂中子７と
を備えている。

砂中子７は、ジルコサンド等のシェル砂により焼成され
た土砂中子８及び土砂中子１２からなり、土砂中子１２
には冷却部材である冷し金１４及び成形体１５が装着さ
れている。」−砂中子８は内部が円筒状の空洞部９で、
外部にはローターの冷却材通路３１を形成する突出部】
０が形成され、各突出部１０間の間隙ＩＩが空洞部９に
連通して形成されている。上砂中子Ｉ２は、中心部にロ
ーターの軸受部３０を形成する突出部１３が形成され、
該突出部Ｉ３には冷却部材である円筒状の冷し金１４が
焼成する際に一体的に埋設されている。

冷し金１４は、熱伝導性の良い鋼、銅等の熱良導体で形
成されており、又焼成された上砂中子Ｉ２に装着して設
けられていて６よい。

冷し金１４に密着して袋層される成形体Ｉ５は、ロータ
の軸受部３０となる筒状部１６と、軸受部３０の側壁と
なる歯車状突起部Ｉ７とが一体的に形成された円筒状体
で、ボロン、炭素、アルミナ、炭化ケイ素、ステンレス
鋼等の高強度、高弾性を有する繊維からなり、プレス成
型等により形成されている。

なお、砂中子７は、第３図に示すように、予熱された成
形体１５を冷し金１４が埋設された上砂中子１２に装着
し、しかる後、」１砂中千８を装着することにより一体
的に組み立てられ、幅木（図示せず）により金型の下型
４に固定配置される。

第１〜３図に示す高圧鋳造装置Ｉは以−Ｌのように構成
されており、ローターＲの鋳造は次のようにして行われ
る。

鋳造するに際して、溶湯Ｗは融点以上の７００℃前後に
溶融されたアルミ、アルミ合金等が用いられ、金型２が
１００〜１５０℃に予熱され、成形体１５が４００〜５
００℃に予熱されている。

そして、成形体１５を上砂中子１２に装着して第３図に
示すように砂中子７を一体的に組立て、該砂中子７を金
型の上下の型３．４内に配置し、上記溶湯Ｗを溶湯導入
部５に注入し、しかる後、プランジャ６を上方に作動し
て溶湯Ｗを」−下の型３゜４内に導入し、所定圧（例、
／Ｉ　ＯＯｋｇ／ａｘ’）で加圧保持することにより鋳
造される。

その際、上■の型３．４内に導入された溶湯Ｗは、点線
矢印で示すように湯１１１１８を通り上砂中子の間隙１
１を通過して成形体１５に充填されるが、成形体１５が
予熱されているため、成形体１５に接触したとしても直
に凝固することがなく、繊維間を通り冷し金１４の側ま
で確実に充填される。そして、冷し金１４によって速や
かに冷却され、冷し金１４の側から順次凝固が進行する
。−方、プランジャ６側すなわち湯口１８側においては
、金型２に接触していることから金型２により冷却され
、金型２の側からも順次凝固が進行する。

ところか、冷し金１４による凝固速度の方が大きいこと
から、成形体１５の側が湯口１８側よりも早く凝固が進
行し、湯口１８側が凝固を完了する以前に成形体１５の
側が凝固を完了することになり、成形体１５の側は所定
圧の加圧状態において凝固することになる。従って、成
形体１５にはマトリックス金属が充分密な状態で充填さ
れた複合部材として形成され、又複合部材の境界付近に
は引は巣の発生がほとんどなく、強度の高いローターＲ
が製造されることになる。

例えば、次の実験例において説明する。

実験例 砂中子７として平均粒度＃８０のジルコサンドを焼成し
たもの、冷し金１４として鋼製（Ｓ４５Ｃ）からなるも
の、成形体Ｉ５として平均繊維径３μｍ１平均繊維長さ
５００μｍのアルミナ短繊維によりみかけ密度が０．３
３９／ｃｃに形成されたもの、マトリックス金属として
アルミ合金（ＪＩＳＡＣ８Ａ）等を用い、成形体１５を
５００℃に予熱し、金型２を１５０℃に予熱し、アルミ
合金を７２０℃に溶融し、プランジャ６の加圧力を４０
０　ｋＷ／　ａｍ’に設定して第１０図に示すローター
を鋳造した結果、冷し金を用いず−１−記と同一条件で
製造する従来法によるロークーＲに比べて、成形体１５
にアルミ合金が充填された複合部材は稠密度の高い組織
として形成され、又複合部材の境界付近は勿論のこと他
の部分においても従来法によるローターＲのように引は
巣の発生がみられなかっノこ。

第２実施例 第２実施例は、第１実施例における冷し金１４にかえて
、第４図に示すように表面に熱伝導性の悪い塗型層２０
が極く薄く設けられた冷し金１４を用い、第１０図に示
すローターＲを製造する方法である。

成形体１５は、第４図に示すように冷し金１４に装着さ
れるが、冷し金１４との間には熱伝導性の悪い塗型層２
０が介在しているため、冷し金１４と直接接触すること
がない。従って、成形体１５は、装着後から鋳造開始時
までの間において冷し金１４により過度に冷却されない
ため、塗型層２０が設けられていない第１実施例の場合
に比べて、予熱温度を低く設定し得る。また、塗型Ｗ４
２０は極く薄い層として形成されているため、成形体１
５に充填された溶湯の凝固速度に大きな影響を与えるこ
とがなく、例えば、成形体１５を第１実施例の実験例に
おけるよりも低い４００℃に予熱して行なった結果、第
１実施例と同様に稠密な組織の複合部材を形成すると共
に引は巣の発生がほとんどみられなかった。

なお、塗型層２０は、例えば重量比でＳ　ｉ　Ｏｔを５
５．５％、　Ａ　ｌ　ｔ　０３を２．０％、Ｉｉ’ｅ、
０．を４．０％。

ＣａＯを０．５％、Ｍ２Ｏを２５．０％、　Ｚ　ｒ　Ｏ
、を０゜５％、Ｃを６．０％及びその他を６．５％とす
る成分をアルコール溶液中に溶かしてコート液とし、浸
漬法によって冷し金１４の表面に約２００μｍの厚さに
形成されたものであってもよい。

第３実施例 第３実施例は、第１実施例の成形体１５にかえて第５図
に示す成形体２５を用い、該成形体２５を第６図に示ず
ように上砂中子１２に装着し、リングギヤを取付ける軸
受部の側壁にのみ複合部材が形成されたロータ（図示せ
ず）を製造する方法である。

成形体２５は、第１実施例におけると同様の材料からな
り、外周部が歯車状に形成された環状体で、鋳造時予熱
して第６図に示すように第１実施例におけると同様の冷
し金１４に装着される。従って、成形体２５に充填され
た溶湯及び上砂中子の間隙１１を通過して上砂中子の突
出部１３側に導入された溶湯は、共に冷し金１４に接触
して冷却され、湯口１８側の溶湯よりも早く凝固し、成
形体２５の部分には稠密度の高い複合部材が形成され、
又該複合部材の境界付近に引は巣の発生がほとんどなく
、強度の高いローターＲが製造される。

第４実施例 第４実施例は、第３実施例の冷し金１４にかえて第７図
に示すように成形体２５が接触する部分に塗型層２０が
極く薄く設けられた冷し金１４を用い、第３実施例にお
けると同様のローターを製造する方法である。

成形体２５と冷し金１４との間には熱伝導性の悪い塗型
層２０が介在しているため、成形体２５の予熱温度を第
３実施例におけるよりも低く設定することができ、かつ
塗型層２０が極く薄い層として形成されているため、成
形体２５に充填された溶湯の凝固速度に大きな影響を与
えることがないこと等は、第２実施例におけると同様で
ある。

なお、冷し金１４の表面に第２実施例と同様の浸漬法で
塗型層２０を設ける場合には、成形体２５が接触する表
面のみを粗くすることにより、該表面にのみ塗型層２０
が所定の厚さに設けられる。

−１２＝ 第５実施例 第５実施例は、第３実施例の冷し金１４にかえて第８図
に示す冷し金１４を用い、第３実施例におけると同様の
ローターを製造する方法である。

第８図に示す冷し金１４の一端外周面には、成形体２５
の内周面と接触し、かつ成形体２５の側面と係合するよ
うに切欠２１が形成されている。

従って、成形体２５は上記切欠２Ｉに拘束されるため、
鋳造時に溶湯Ｗにより上方に移動されることがなく、複
合部材を適切な位置に形成し得る。

第６実施例 第６実施例は、第３実施例の冷し金１４にかえて第９図
に示す冷し金、１４を用い、第３実施例におけると同様
の【１−ターを製造する方法である。

第９図に示す冷し金１４の一端外周面には、成形体２５
の内周面と接触せず、成形体２５の側面と係合するよう
に切欠２２が形成されている。従って、成形体２５は上
記切欠２２に拘束され、鋳造時に溶湯Ｗにより上方に移
動されることがなく、又冷し金１４の外周面との間隙２
３が断熱層となるため、予熱温度を第５実施例における
よりも低く設定し得る。

なお、上記各実施例において、上砂中子１２は、突出部
１３に冷し金１４が装着されていることにより、従来に
比べて強度が高く、又シェル砂の使用量が減少し、かつ
冷し金１４により熱伝達されるため、中子崩壊性が優れ
ている。

（発明の効果） 本発明の複合部材の製造方法は、砂中子と繊維成形体と
の間に冷却部材が設けられていることにより、繊維成形
体に充填された溶湯が湯口側より６早く凝固し、溶湯全
体としての凝固速度が均一化するため、従来に比べて引
は巣の発生がなく、かつ稠密度の高い複合部材を製造し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の方法に使用される高圧鋳
造装置の断面正面図、第２図は第１図のＴＩ　−ＴＩ線
に沿った断面図、第３図は本発明の第１実施例における
砂中子の組立図、第４図は本発明の第２実施例における
砂中子の要部断面図、第５図は本発明の第３〜６の実施
例の方法に使用される繊維成形体の斜視図、第６図は本
発明の第３実施例における砂中子の要部断面図、第７図
は本発明の第４実施例における砂中子の要部断面図、第
８図は本発明の第５実施例における砂中子の要部断面図
、第９図は本発明の第６実施例における砂中子の要部断
面図、第１０図は従来のロータリーエンジンのローター
を一部破断して示す正面図である。 ■・・・高圧鋳造装置、２・・・鋳造金型、６・・・プ
ランジャ、７・・・砂中子、８・・・土砂中子、Ｉ２・
・上砂中子、Ｉ４・・・冷し金、１５．２５・・・繊維
成形体、１８・・・湯口、２０・・・塗型層、２１．２
２・・・切欠、２３・・・繊維成形体と冷し金との間隙
、Ｒ・・・ローター、Ｗ・・・溶融マトリックス金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）予熱された繊維成形体を支持した砂中子を鋳造金
   型内に配置し、該鋳造金型内に溶融マトリックス金属を
   導入して高圧鋳造し、上記繊維成形体を鋳ぐるむことに
   より複合部材を製造する複合部材の製造方法において、
   上記繊維成形体に充填された溶融マトリックス金属を冷
   却する冷却部材を上記繊維成形体と砂中子との間に配置
   してなることを特徴とする複合部材の製造方法。