JPH04748B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は繊維強化シリンダブロツク、特に、シ
リンダボア回りを、その母線方向全長に亘つて筒
状繊維成形体により強化したシリンダバレルを備
えたものゝ製造方法に関する。

(2) 従来の技術 従来、この種シリンダブロツクを製造する場合
は、鋳造のシリンダボア成形用中子に繊維成形体
を装着した後シリンダブロツク素材を鋳造し、次
いで前記素材に所定の機械加工を施すものであ
る。

前記鋳造工程では、シリンダヘツド側に位置す
る繊維成形体の環状端面を、鋳型のシリンダバレ
ル成形用キヤビテイ内面に当接させているため、
シリンダバレルのシリンダヘツド側において、繊
維成形体とマトリツクスとよりなる複合体の端部
が露出することになる。

(3) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら前記鋳造法によると、シリンダヘ
ツド側における前記複合体端部の半径方向内方へ
の凝固収縮力、前記中子の離型操作に伴うこじり
力等に起因して複合体端部にクラツクが発生する
といつた問題がある。

本発明は前記問題を解決することのできる前記
製造方法を提供することを目的とする。

Ｂ 発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明は、シリンダボア回りを、その母線方向
全長に亘つて筒状繊維成形体により強化したシリ
ンダバレルを備える繊維強化シリンダブロツクを
製造するに当り、シリンダボア成形用中子に装着
された前記繊維成形体を囲繞するシリンダバレル
成形用キヤビテイに溶湯を注入した後加圧して、
シリンダヘツド側に存する前記シリンダバレルの
環状端部に、環状保護体を連設したシリンダブロ
ツク素材を鋳造する工程と、前記保護体を前記シ
リンダバレルより除去する機械加工工程とを用い
ることを特徴とする。

(2) 作用 前記環状保護体は、複合体端部の半径方向内方
への凝固収縮力、中子の離型操作に伴うこじり力
等を緩和する機能を有し、これにより複合体端部
におけるクラツクの発生を防止することができ
る。

そして、環状保護体をシリンダバレルより除去
すると、シリンダボア回りを、その母線方向全長
に亘つて繊維強化した健全なシリンダブロツクを
得ることができる。

(3) 実施例 第１〜第３図は繊維強化アルミニウム合金製サ
イアミーズ型シリンダブロツクＳを示し、そのシ
リンダブロツクＳは、直列に並ぶ複数、図示例は
４個のシリンダバレル１₁〜１₄相互を結合してな
るサイアミーズシリンダバレル１と、そのサイア
ミーズシリンダバレル１を囲繞する外壁部２と、
サイアミーズシリンダバレル１および外壁部２の
下縁に連設されたクランクケース３とより構成さ
れる。各シリンダバレル１₁〜１₄におけるシリン
ダボア４は、円筒状の繊維成形体Ｆ（第１１図）
とアルミニウム合金マトリツクスよりなる複合体
Coにより画成され、したがつて繊維成形体Ｆに
よりシリンダボア４回りがその母線方向全長に亘
つて繊維強化される。

サイアミーズシリンダバレル１と外壁部２間
に、サイアミーズシリンダバレル１の外周が臨む
水ジヤケツト６が形成される。その水ジヤケツト
６におけるシリンダヘツド側端部において、サイ
アミーズシリンダバレル１と外壁部２間は複数の
補強デツキ部８により部分的に連結され、相隣る
補強デツキ部８間はシリンダベツド側への連通口
７として機能する。これによりシリンダブロツク
Ｓはクローズドデツキ型に構成される。

第５〜第８図は、第４、第４Ａ図に示すシリン
ダブロツク素材Smを鋳造する装置を示し、その
装置は鋳型としての金型Ｍを備え、その金型Ｍは
昇降自在な上型９と、その上型９の下方に配設さ
れ、第５、第６図において左右二つ割の第１およ
び第２側型１０₁，１０₂ならびに第７図において
左右二つ割の第３および第４側型１０₃，１０₄
と、各側型１０₁〜１０₄を摺動自在に載置する下
型１１とより構成される。

第７、第８図に明示するように、下型１１に溶
解炉（図示せず）よりアルミニウム合金の溶湯を
受ける溶溜部１２と、その湯溜部１２に連通する
給湯シリンダ１３と、その給湯シリンダ１３に摺
合されるプランジヤ１４と、湯溜部１２より２本
に分岐して略平行に延びる一対の湯道１５とが設
けられる。

下型１１における両湯道１５間の上面および各
側型１０₁〜１０₄の下半部対向面との協働により
サイアミーズシリンダバレル１および外壁部２を
成形するための第１キヤビテイC₁が画成される。
その第１キヤビテイC₁における両側下部は複数
の堰１６を介して両湯道１５にそれぞれ連通す
る。下型１１において、第１キヤビテイC₁に臨
みシリンダブロツク素材Smのシリンダヘツド側
の環状端面ａを成形する壁部１１ａに、連通口７
を形成するために用いられる多数の小凹部１７ａ
が同一円周上に配設される。

上型９は下方へ突出する成形ブロツク１８を有
し、その成形ブロツク１８は各側型１０₁〜１０₄
の上半部と協働してクランクケース３を成形する
ための第２キヤビテイC₂を画成する。そのキヤ
ビテイC₂の下端は前期第１キヤビテイC₁の上端
に連通する。

成形ブロツク１８は、所定の間隔で形成された
背の高い４個のかまぼこ形第１成形部１８₁と、
相隣る第１成形部１８₁間および最外側の両第１
成形部１８₁の外側に位置する凸字形第２成形部
１８₂とよりなり、各第１成形部１８₁はクランク
ピンおよびクランクアーム用回転空間２０（第
２、第３図）を成形するために用いられ、第２成
形部１８₂はクランクジヤーナルの軸受ホルダ２
１（第２、第３図）を成形するために用いられ
る。

両湯道１５の断面積が湯溜部１２側より湯道先
１５ａに向けて段階的に減少するように、湯道１
５底面は湯溜部１２側より数段の上り階段状に形
成されている。各段部１５ｂに連なる各立上がり
部１５ｃは溶湯を各堰１６にスムーズに導くこと
ができるように斜めに形成される。

このように湯道１５の断面積を段階的に減少さ
せると、断面積の大きな部分では大量の溶湯を遅
い速度で堰１６を通じて第１キヤビテイC₁に注
入し、また断面積の小さな部分では少量の溶湯を
速い速度で堰１６を通じて第１キヤビテイC₁に
注入することができるので、そのキヤビテイC₁
内に溶湯が湯道１５の全長に亘つて略均等に注入
される。また溶湯の注入作業が効率良く行われる
ので、鋳造能率を向上させることができる。

各第１成形部１８₁の下面に柱状をなすシリン
ダボア成形用中子１９が突設され、その中子１９
の下端面と対向して下型１１に繊維成形体Ｆの下
端部が嵌合する位置決め突起２２が突設される。
その位置決め突起２２の中心に凹部２３が形成さ
れ、その凹部２３は中子１９の凸部１９ａと嵌合
するようになつている。

第５、第６図に明示するように、前記壁部１１
ａに各突起２２を囲繞する環状凹部１７ｂが形成
され、各環状凹部１７ｂは相隣るものゝ一部が重
合すると共に中子１９に装着された繊維成形体Ｆ
の環状端面および第１キヤビテイC₁に臨むよう
になつている。また環状凹部１７ｂは各小凹部１
７ａに連通する。

下型１１に、両側に位置する２つの第１成形部
１８₁と対面する位置で位置決め突起２２の両側
に貫通孔２４が形成され、それら貫通孔２４に一
対の仮設置ピン２５がそれぞれ摺合される。それ
ら仮設置ピン２５は、後述する水ジヤケツト用砂
中子の仮設置のために用いられる。両仮設置ピン
２５の下端は、下型１１の空所に配設され取付板
２６に固定される。その取付板２６に２本の支持
ロツド２７が挿通され、各支持ロツド２７の下部
と取付板２６の下面との間にコイルばね２８が縮
設される。型開き時には、取付板２６は各コイル
ばね２８の弾発力を受けて各支持ロツド２７先端
のストツパ２７ａに当接するまで上昇し、これに
より各仮設置ピン２５の先端は下型上面より突出
している。各仮設置ピン２５の先端面に砂中子の
下縁と係合する凹部２５ａが形成される。

また両貫通孔２４間の二等分位置において下型
１１にそれを貫通する貫通孔２９が形成され、そ
の貫通孔２９に、下端を取付板２６に固定された
作動ピン３０が摺合される。型開き時には、作動
ピン３０の先端は凹部２３内に突出し、また型閉
め時にはシリンダボア成形用中子１９により押し
下げられ、これにより両仮設置ピン２５を下型１
１上面より引き込ませるようになつている。

第１および第２側型１０₁，１０₂における第１
キヤビテイC₁を画成する壁部の中央部分に砂中
子を本設置するための中子受３１が２個所宛設け
られている。各中子受３１は砂中子の位置決めを
行う係合孔３１ａと、その開口部外周に形成され
て砂中子を挟持する挟持面３１ｂとよりなる。

上型９における各第１成形部１８₁の両側基部
に、第２キヤビテイC₂に連通して溶湯をオーバ
フローさせるための複数の第３キヤビテイC₃が
形成され、また上型９に各第３キヤビテイC₃に
連通するガス抜き孔３２が形成される。

それらガス抜き孔３２に閉鎖ピン３４が遊挿さ
れ、それら閉鎖ピン３４の上端部は上型９の上方
に配設される取付板３６に固定される。

ガス抜き孔３２の、キヤビテイC₃に対する連
通端から上方へ所定の長さに亘つて延びる小径部
３２ａは閉鎖ピン３４の下端部と嵌合して第３キ
ヤビテイC₃を閉鎖し得るようになつている。

上型９の上面と取付板３６間に油圧シリンダ３
７が介装され、その油圧シリンダ３７の作動によ
り取付板３６を昇降して各閉鎖ピン３４により小
径部３２ａを開閉するようになつている。３８は
取付板３６の案内ロツドである。

第９、第１０図は水ジヤケツト用砂中子３９を
示し、その砂中子３９は、シリンダブロツクＳの
４本のシリンダバレル１₁〜１₄に対応して４本の
円筒部４０₁〜４０₄を備えると共にそれらの相隣
るもの相互の重合する周壁を欠如させた中子本体
４１と、水ジヤケツトをシリンダヘツドの水ジヤ
ケツトに連通する連通口７および補強デツキ部８
を形成すべく、中子本体４１の下端面に突設され
た複数の突起４２と、中子本体４１のシリンダバ
レル配列方向両外側面、図示例は中間に位置する
２本の円筒部４０₂，４０₃の両外側面にそれぞれ
突設された幅木４３とより構成される。各幅木４
３は中子本体４１と一体の大径部４３ａと、その
端面に突設される小径部４３ｂとより形成され
る。

第１１図は、炭素繊維とアルミナ繊維との混合
繊維より成形された円筒状繊維成形体Ｆを示し、
その寸法は外径89mm、内径78mm、高さ152mmで、
そのかさ密度は0.3ｇ／cm³である。繊維成形体Ｆ
は、平均直径18μｍ、平均長さ0.8mmの炭素繊維
（短繊維）と、平均直径３〜4μｍ、平均長さ0.5mm
のアルミナ繊維（短繊維）とを１対３の割合で混
合し、その混合繊維にシリカゾルをバインダとし
て加え、吸引付着成形法を適用して成形されたも
のである。この場合、シリカゾルの代りにアルミ
ナゾル単体、またはシリカゾルとアルミナゾルの
混合物を用いることが可能である。

前記吸引付着成形法とは、前記混合繊維とシリ
カゾルの混合物を入れた槽中に、両端面を密封し
た通気性を有する円筒型を立設し、その円筒型の
内部に吸引作用を施して前記混合物を円筒型外周
面に吸着させる手法をいう。

前記手法により成形された繊維成形体は、離型
後乾燥および焼成工程を経て使用に供される。

次に前記繊維成形体Ｆを用いた前記鋳造装置に
よるシリンダブロツク素材Smの鋳造作業につい
て説明する。

先ず第５図に示すように上型９を上昇させ、ま
た相対向する両側型１０₁，１０₂；１０₃，１０₄
を互いに離間するように移動させて型開きを行
う。上型９上の油圧シリンダ３７を作動し、取付
板３６を介し閉鎖ピン３４を上昇させて第３キヤ
ビテイC₃に連通する小径部３２ａの上部開口を
開く。さらに給湯シリンダ１２内のプランジヤ１
４を下降させる。

略300℃に予熱された各繊維成形体Ｆを各中子
４１に装着し、繊維成形体Ｆの上端開口を第１成
形部１８₁の下面に当接する。

第５、第１０図に示すように砂中子３９におけ
る両側の円筒部４０₁，４０₄下縁を、下型１１の
各仮設置ピン２５の凹部２５ａに係合させて砂中
子３９の仮設置を行う。砂中子３９の各突起４２
は、第６、第８図に示すように下型１１の各小凹
部１７ａに遊挿される。

第６図に示すように、両側型１０₁，１０₂をそ
れらが互いに接近する方向に所定距離移動させ、
各中子受３１と各幅木４３とを係合して砂中子３
９の本設置を行う。即ち、各中子部３１の係合孔
３１ａに砂中子３９における各幅木４３の小径部
４３ｂを嵌合して砂中子３９を位置決めし、また
各大径部４３ａのシリンダバレル配列方向と平行
な端面を各中子受３１の挟持面３１ｂに衝合して
砂中子３９をそれら挟持面３１ｂにより挟持する
ものである。また他の側型１０₃，１０₄も同様に
移動させる。

次いで上型９を下降させて型締めを行う。この
型締めにより各繊維成形体Ｆは砂中子３９各円筒
部４０₁〜４０₄内に挿入され、各繊維成形体Ｆの
下端部は位置決め突起２２に嵌合する。また中子
１９の凸部１９ａは下型１１の凹部２３に嵌合す
るので、作動ピン３０が押し下げられて各仮設置
ピン２５が下降し下型１１上面より引込む。さら
に第１キヤビテイC₁は、砂中子３９の内側に存
するシリンダバレル成形用キヤビテイCaと、砂
中子３９の外側に存する外壁部成形用キヤビテイ
Cbとに分割される。したがつて環状凹部１７ｂ
はシリンダバレル成形用キヤビテイCaに臨む。

下型１１の湯溜部１２に溶解炉より730〜740℃
のアルミニウム合金（JIS ADC12）よりなる溶
湯を供給し、プランジヤ１４を0.08〜0.3ｍ／sec
の速度で上昇させて溶湯を両湯道１５より堰１６
を通じて第１キヤビテイC₁の両側下部よりその
キヤビテイC₁および第２キヤビテイC₂に注入す
る。両キヤビテイC₁，C₂内のガスは、溶湯によ
り押し上げられて第３キヤビテイC₃に連通する
ガス抜き孔３２を経て上型９の上方へ抜ける。

この場合、前述のように両湯道１５の断面積が
湯道先１５ａに向けて段階的に減少するように、
湯道底面は湯溜部１２側より数段の上り階段状に
形成されているので、プランジヤ１４の上昇によ
り溶湯は両湯道１５より各堰１６を通じて第１キ
ヤビテイC₁に、その両側下部よりその全長に亘
つて略均等に注入される。

注入圧に起因して、第１、第２キヤビテイC₁，
C₂内における溶湯の圧力は、第１２図に示すよ
うに大気圧を上回る圧力p₁、例えば２〜５Kg／cm²
になる。

さらに繊維成形体Ｆが前記温度に予熱されてい
るので、溶湯の保温が行われ、これにより繊維成
形体Ｆに対する溶湯の凝着が回避される。

第３キヤビテイC₃に溶湯が完全に注入された
時点で、上型９上の油圧シリンダ３７を作動させ
て取付板３６を下降させ、閉鎖ピン３４によつて
第３キヤビテイC₃に連通する小径部３２ａを閉
鎖する。

その後プランジヤ１４を0.14〜0.18ｍ／secの速
度で上昇させて溶湯を、前記圧力p₁を上回る高圧
力p₂下、即ち400Kg／cm²の圧力下に保持して完全
に凝固させ、マトリツクであるアルミニウム合金
の組織を緻密化してその強度の向上を図る。この
溶湯の圧力上昇過程において、溶湯の圧力５〜20
Kg／cm²でその溶湯が繊維成形体Ｆに確実に充填さ
れて複合体Coが構成される。この場合、第１キ
ヤビテイC₁が溶湯の供給側に配設されているの
で、繊維成形体Ｆ回りの溶湯の温度低下が防止さ
れ、その結果繊維成形体Ｆに対する溶湯の充填性
が良好となる。このように溶湯の充填圧力が低い
ので、充填中に繊維成形体Ｆが溶湯により破壊さ
れることはない。

砂中子３９は、それの各幅木４３を介して両側
型１０₁，１０₂により正確な位置に挟持されてい
るので、第１キヤビテイC₁内への溶湯の注入時
およびそのキヤビテイC₁内の溶湯の加圧時にお
いて砂中子３９が浮き上がつたりすることがな
い。また各幅木４３の大径部４３ａの端面が両側
型１０₁，１０₂における中子受３１の挟持面３１
ｂに衝合しているので、砂中子３９が脹らみ傾向
になると、その変形力は各挟持面３１ｂにより支
承され、これにより砂中子３９の変形が防止され
て各シリンダボア４回りの肉厚が均一なサイアミ
ーズシリンダバレル１が得られる。

溶湯が凝固を完了した後、型開きを行うと第
４、第４Ａ図に示すシリンダブロツク素材Smが
得られる。

このシリンダブロツク素材Smにおいて、その
シリンダバレル１₁〜１₄のシリンダヘツド側に存
する環状端部には、前記環状凹部１７ｂにより成
形された環状保護体４４ａ連設されている。この
環状保護体４４ａは複合体Co端部の半径方向内
方への凝固収縮力、中子１９の離型操作に伴うこ
じり力等を緩和する機能を有し、これにより複合
体Co端部におけるクラツクの発生を防止するこ
とができる。

前記シリンダブロツク素材Smにフライス加工
を施し、各保護体４４ａと、各小凹部１７ａおよ
び砂中子３９の各突起４２の協働により成形され
た各突出部４４ｂとを除去すると各連通口７およ
び補強デツキ部８が形成され、また砂抜きを行う
ことにより水ジヤケツト６が得られ、さらに各シ
リンダボア４の内周面に真円加工を施し、さらに
またその他の所定の加工を施すと第１〜第３図に
示すシリンダブロツクＳが得られる。

なお、本発明の鋳造工程には第１キヤビテイ
C₁を上側に、また第２キヤビテイC₂を下側にそ
れぞれ配設した鋳型も使用される。繊維成形体Ｆ
は一種類の強化繊維より成形してもよい。またマ
トリツクスとしては前記アルミニウム合金の外に
銅、マグネシウム合金等が用いられる。

Ｃ 発明の効果 本発明によれば、鋳造工程で、シリンダバレル
の環状端部に環状保護体を連設するといつた極め
て簡単な手段を採用することにより、シリンダバ
レルのシリンダヘツド側において、繊維成形体と
マトリツクスとよりなる複合体の端部に、クラツ
クが発生することを防止し、これにより次工程の
機械加工を経て、シリンダボア回りを、その母線
方向全長に亘つて繊維強化した健全なシリンダブ
ロツクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１乃至第３図はサイアミーズ型シリンダブロ
ツクを示し、第１図は上方から見た斜視図、第２
図は第１図−線断面図、第２Ａ図は第２図
ａ−ａ線断面図、第３図は下方から見た斜視
図、第４図はサイアミーズ型シリンダブロツク素
材を上方から見た斜視図、第４Ａ図は第４図ａ
−ａ線断面図、第５図は鋳造装置の型開き時の
縦断正面図、第６図は鋳造装置の型閉め時の縦断
正面図、第７図は第６図−線断面図、第８図
は第７図−線断面図、第９図は砂中子を下方
から見た斜視図、第１０図は第９図−線断面
図、第１１図は繊維成形体の斜視図、第１２図は
溶湯の圧力と時間の関係を示すグラフである。 Ca……シリンダバレル成形用キヤビテイ、Ｆ
……繊維成形体、Sm……サイアミーズ型シリン
ダブロツク素材、１₁〜１₄……シリンダバレル、
４……シリンダボア、１７ｂ……環状凹部、１９
……シリンダボア成形用中子、４４ａ……環状保
護体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダボア回りを、その母線方向全長に亘
   つて筒状繊維成形体により強化したシリンダバレ
   ルを備える繊維強化シリンダブロツクを製造する
   に当り、シリンダボア成形用中子に装着された前
   記繊維成形体を囲繞するシリンダバレル成形用キ
   ヤビテイに溶湯を注入した後加圧して、シリンダ
   ヘツド側に存する前記シリンダバレルの環状端部
   に、環状保護体を連設したシリンダブロツク素材
   を鋳造する工程と、前記保護体を前記シリンダバ
   レルより除去する機械加工工程とを用いることを
   特徴とする繊維強化シリンダブロツクの製造方
   法。