JPH02160162A - 繊維複合金属部材の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、繊維複合金属部材の製造法に関し、特に強化
繊維成形体をアルミ合金部材中に複合化してなる繊維複
合金属部材の製造法に関する。

〔従来技術〕

最近、アルミ合金などの鋳造品の内部にアルミナ短繊維
などの強化繊維を複合化してなる繊維複合金属部材が広
く実用化されつつある。この繊維複合金属部材を製造す
る方法としては、一般に予め所定形状に成形した繊維成
形体を金型の成形キャビティ内の所定部位にセットし、
加圧用プランジャを介して金属溶湯を成形キャビティ内
へ加圧注入し、繊維成形体の内部の空隙内へも溶湯を浸
透させて鋳造品の一部に繊維成形体を複合化する。

上記繊維成形体は、アルミナ、ボロン、炭化ケイ素など
の１種又は複数種の強化繊維を、デンプン、コロイダル
シリカ、有機溶剤及び無機バインダ中に混合してスラリ
ー状とし、このスラリーを所定形状の成形型内に吸引成
形し、この成形体を乾燥後焼成し、繊維体積率約Ｖ、＝
２０〜３０％の多数の空隙を有する繊維成形体とする。

上記繊維複合金属部材の製造方法について、例えば特公
昭６２−３８４１２号公報には、強化繊維材を所定の形
状、密度、配向状態にて繊維成形体に成形し、その少な
くとも外周部に無機パインダを含浸させた状態で乾燥・
焼成し、この成形体を用いて繊維複合金属部材を製造す
る方法が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記繊維成形体を金型の成形キ中ビティ内にセットして
金属溶湯を約５００　ｋｇｆ／ｍ”の圧力にて加圧注入
すると、溶湯は繊維成形体の外周側に充填した状態で、
外周部から一様に繊維成形体内へ浸透していく。このと
き、繊維成形体の空隙内の空気などのガスが成形体の芯
部に圧縮されて集合し、その一部は金型のガス抜き路へ
排出されるものの、圧縮ガスの大部分は繊維成形体の芯
部に残存し、そこに強化繊維材と鋳造金属とが複合しな
い未複合部が残ってしまうという問題がある。

上記公報に記載の技術は、強化繊維材の形状、配向状態
及び密度を所期の状態に保持することを主眼としたもの
なので、上記課題を解決するものではない。

本発明の目的は、上記繊維成形体の芯部に未複合部が残
らないような繊維複合金属部材の製造方法を提供するこ
とである。

（課題を解決するための手段〕 本発明に係る繊維複合金属部材の製造法は、金型内の成
形キャビティ内に繊維成形体をセットし、上記成形キャ
ビティに金属溶湯を加圧注入して繊維複合金属部材を製
造する方法において、予め、繊維成形体内に、金属溶湯
が流入できない程度に繊維体積率を高めた繊維過剰部を
形成し、金属溶湯の加圧注入時に、上記繊維成形体内の
ガスを繊維過剰部に集合させ、繊維複合金属部材鋳造品
を離型後、上記繊維過剰部を切削除去するものである。

〔作用〕

本発明に係る繊維複合金属部材の製造法においては、予
め、繊維成形体内に、金属溶湯が流入できない程度に繊
維体積率を高めた繊維過剰部を形成しておくので、金属
溶湯の加圧注入時に繊維成形体内に溶湯が流入してくる
と繊維成形体内のガスは圧縮状態となって繊維成形体内
の未だ溶湯の流入していない部分へ流れることになるが
、繊維過剰部は金属溶湯が流入できない程度に繊維体積
率が高くなっているので、上記ガスは最終的に繊維過剰
部の繊維間の空隙に集合することになる。

そして、繊維過剰部は鋳造金属と複合しない未複合部と
なるが、鋳造品の離型後に繊維過剰部を切削除去するの
で、未複合部のない高品質の繊維複合金属部材が得られ
る。

尚、上記繊維過剰部は１個の繊維成形体につき１個所と
は限らず複数の必要個所に形成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明に係る繊維複合金属部材の製造法によれば、上記
〔作用〕の項で説明したように、予め繊維成形体内に１
又は複数の繊維過剰部を形成しておくことにより、鋳造
時に繊維成形体内のガスを繊維過剰部に集め、鋳造品の
離型後に鋳造金属と複合化していない繊維過剰部を切削
除去するという簡単な方法で、未複合部のない高品質の
繊維複合金属部材を製造することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明する。

本実施例は、ロータリーピストンエンジンのロータであ
って、アルミ合金と繊維成形体とを複合化したロータ鋳
造品を高圧鋳造装置で鋳造する場合の実施例である。

第１工程：第１図〜第６図に示すように、高圧鋳造装置
の金型である下型ｌと上型２とに組合わせて成形キャビ
ティ３を形成する下中子４と土中子５とを準備する一方
、ロータ鋳造品の内部に複合化される強化繊維材として
鋳込まれる棒状の３本の第１繊維成形体６と環状かつ筒
状の第２繊維成形体７とを準備する。

土中子５は、０．８重量％の樹脂を含んだ７０番のジル
コンサンドを第４図に示すような所定形状に成形後２５
０℃の温度で焼成して製作し、下中子４は、上記と同じ
ジルコンサンドを第６図に示すような所定形状に成形後
２５０℃の温度で焼成して製作する。

第１繊維成形体６は、ロータのアベックスシール装着溝
部を強化する為のもので、第３図に示すようにアペック
スシール装着溝よりも約５０％程度厚い偏平棒状に成形
される。尚、アペックスシール装着溝は鋳造後筒１繊維
成形体６とアルミ合金との複合部分の中心部を切削加工
により除去して形成されることになる。第２繊維成形体
７は、ロータのロータギヤ装着部及び偏心軸が押通する
軸孔８の外周部を強化する為のもので、第５図に示すよ
うな形状に成形される。

第１繊維成形体６と第２繊維成形体７とは、例えば次の
第１表のアルミナ短繊維又はアルミナ・シリカ短繊維を
主原料とし、この強化繊維材をデンプン、コロイダルシ
リカ、有機溶剤及び無機バインダなどに混合撹拌してス
ラリー状にし、それを所定形状の成形型内へ吸引して成
形後、約１０ｏ　”ｃで３０分間乾燥し、更に約１００
０°Ｃで１時間焼成して製作する。

第１表 更に、各第１繊維成形体６の中心部には、アルミ合金の
溶湯９（第７図参照）が流入できない程度まで繊維体積
率を高めた繊維過剰部６ａ（繊維体積率Ｖｆ≧５０％）
を形成するとともに、第２繊維成形体７の外周部の複数
の突出部７Ａに対応する複数個所であって、ロータギヤ
を取付ける為の割ピン装着孔に対応する複数個所には、
アルミ合金の溶湯９が流入できない程度にまで繊維体積
率を高めた繊維過剰部７ａ（繊維体積率Ｖｆ≧５０％）
を割ビン装着孔よりも若干小径に且つ突出部の下部約３
／４の範囲に形成する。

上記繊維過剰部６ａ・７ａを形成する方法について説明
すると、前記強化繊維材を混合してなるスラリーを用い
て繊維過剰部６ａ・７ａの直径の２〜３倍の直径の成形
体を夫々作り、それを乾燥前にプレス成形にて圧縮して
繊維過剰部６ａ・７ａと同形の圧縮成形体を作り、それ
を乾燥及び焼成して繊維過剰部６ａ内を作り、これらを
第１繊維成形体６の該当部分にドリル加工などで形成し
た小孔と第２繊維成形体７の該当部分にドリル加工など
で形成した小孔とに夫々装着する。

このようにして、第１繊維成形体６及び第２繊維成形体
７に夫々繊維過剰部６ａ・７ａを形成する。

第２工程：第１図のように、前記下中子４及び土中子５
とを下型１と上型２とに組込んでロータを鋳造する為の
成形キャビティ３を形成するとともに、成形キャビティ
３内の各所定位置に３個の第１繊維成形体６と第２繊維
成形体７とを約５００°Ｃに予熱した状態で組込む。

第３工程；第７図に示すように、下型ｌ側の加圧プラン
ジャを上昇駆動させて、成形キャビティ３内にアルミ合
金の溶湯９を３５０〜５００ｋｇｆ／　ｃｄの圧力で加
圧注入する。この鋳込みの際、溶湯９は成形キャビティ
３内に瞬時に充填されて凝固するまで所定時間加圧保持
される。

このとき、第１繊維成形体６については、その外周の全
周から溶湯９が内部へ向って流入していくので、第１繊
維成形体６内の空隙内のガスは中心部の方へ圧縮されて
いくが、中心部にある繊維過剰部６ａ内にも空隙がある
ので、ガスは最終的に繊維過剰部６ａ内に圧縮状に集合
し、その状態で溶湯９が凝固し、第１繊維成形体６の繊
維過剰部６ａ以外の部分はアルミ合金と複合化する。

一方、第２繊維成形体７についても上記と略同様で、各
突出部？　Ａ”内のガスは最終的に突出部７Ａの略中心
部の繊維過剰部７ａ内に圧縮状に集合し、その状態で溶
湯９が凝固し、第２繊維成形体７の繊維過剰部７ａ以外
の部分はアルミ合金と複合化する。

第４工程：溶湯９の凝固後、上型２を上昇させてからロ
ータ鋳造品を下中子４及び土中子５とともに離型し、次
に下中子４と土中子５とを解体除去し、次にロータ鋳造
品に対して機械加工を施すのであるが、アペックスシー
ル装着溝を加工する際に繊維過剰部６ａを切削除去する
一方、割ピン装着孔を加工する際に繊維過剰部７ａを切
削除去する。

上記のようにして、第１繊維成形体６の内部にもまた第
２繊維成形体７の内部にも未複合部を含まないロータ鋳
造品を製造することが出来る。

上記実施例の変形例として、鋳造時に繊維過剰部６ａ・
７ａ内に集合したガスの排出を促進する為、第８図のよ
うに繊維過剰部６ａを上型２のガス抜き路ＩＯに連通さ
せる一方、繊維過剰部７ａの底部から下中子４の上端ま
で下中子４の外面に溝を形成してこの溝と第２繊維成形
体７とでガス抜き路１２を形成し、更にガス抜き路１２
に対応する位置で土中子５にガス抜き路１３を形成し、
このガス抜き路１３の上端を上型２のガス抜き路１１に
連通させる。尚、符号１０ａ・ｌｌａはフィルタである
。即ち、溶湯９が第２繊維成形体７を浸透して下中子４
の外面に達するのが若干遅れること、また砂製の下中子
４の熱伝導率が低くかつ外部へ熱が放出されないので下
中子４の外周近傍部における溶湯９の凝固が遅れること
、などの理由によりガス抜き路１２が溶湯９で閉塞され
ることはない。このように、ガス抜き路１０〜１３を形
成すると、繊維過剰部６ａ・７ａ内から外部へガスを排
出させることが出来るので、第１及び第２繊維成形体６
・７の繊維過剰部６ａ・７ａ以外の部分に未複合部が発
生するのを確実に防止することが出来る。特に、第２繊
維成形体７の筒状部７Ｂ（第５図参照）などの内部のガ
スの排出を図ることが出来るので複合化の完全を期する
為には有効である。この変形例は、繊維成形体の体積が
大きくなった場合或いは僅めで小径の繊維過剰部しか形
成できな゛いような場合に非常に有効である。

尚、第１請求項に対応する実施例とは言い難いが、参考
までに開示すれば、第８図のようにガス抜き路１０〜１
３を形成する場合には繊維過剰部６ａ・７ａを省略して
、繊維過剰部６ａ・７ａの代わりに空洞部を形成してお
くことによってもガスの排出を図ることが出来る。

即ち、第１繊維成形体６については、前述の如く鋳造時
にガスが中心部に圧縮状に集合し、ガス抜き路ｌＯへ排
出されることになる。また、第２繊維成形体７について
は、既述の如く、鋳造時砂中子製の下中子４に接する部
分は熱伝導性が低く熱が放出されにくいために溶湯９の
凝固が遅れがちになることから、また溶湯９が第２繊維
成形体７を浸透して下中子４の外面に達するのが遅れる
ことからその部分にガスが溜りやすいが、ガス抜き路１
１〜１３を設けることでガスを確実に排出させることが
出来る。

尚、前記アルミナ短繊維やアルミナ・シリカ短繊維以外
に、ボロンウィスカ、炭化ケイ素ウィスカ、窒化ケイ素
ウィスカ、炭素繊維など種々の強化繊維材を用いて繊維
成形体を製作することも有り得るし、上記のロータ鋳造
品以外に種々の繊維複合アルミ合金鋳造品を製造するの
にも本発明の思想を同様に通用し得ることは言うまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図は鋳込み前
の上型と下型などの要部断面図、第２図は第１図■−■
線断面図、第３図は第１繊維成形体の斜視図、第４図は
土中子の斜視図、第５図は第２繊維成形体の斜視図、第
６図は下中子の斜視図、第７図は鋳込んだ状態の第１図
相当図、第８図は変形例に係る第１図相当図である。 ｌ・・下型、　２・・上型、　３・・成形キャビティ、
　６・・第１繊維成形体、　６ａ・・繊維過剰部、　７
・・第２繊維成形体、　７ａ・・繊維過剰部、　９・・
溶湯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金型内の成形キャビティ内に繊維成形体をセット
   し、上記成形キャビティに金属溶湯を加圧注入して繊維
   複合金属部材を製造する方法において、予め、繊維成形
   体内に、金属溶湯が流入できない程度に繊維体積率を高
   めた繊維過剰部を形成し、金属溶湯の加圧注入時に、上
   記繊維成形体内のガスを繊維過剰部に集合させ、 繊維複合金属部材鋳造品を離型後、上記繊維過剰部を切
   削除去することを特徴とする繊維複合金属部材の製造法
   。