JPH0636982B2 - 繊維強化シリンダブロツク素材の鋳造方法 - 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、シリンダボア回りを繊維成形体により強化し
た繊維強化シリンダブロック素材の鋳造方法に関する。

(2) 従来の技術 従来、この種シリンダブロック素材を鋳造する場合、軸
線を水平に配設したシリンダボア成形用中子の外周面に
円筒状繊維成形体を装着し、次いでその繊維成形体を囲
繞するシリンダブロック素材成形用キャビテイに、前記
繊維成形体の一方の開口端側から溶湯を注入し、その後
溶湯を加圧し、その加圧下で完全凝固させる手法が採用
されている。

(3) 発明が解決しようとする問題点 前記手法において、繊維成形体に対する溶湯の充填は、
主として溶湯を加圧することにより行われるが、前記の
ように繊維成形体を水平に設置すると、その繊維成形体
にガスが閉込められ易く、その結果巣が発生するという
問題がある。

本発明は前記問題を解決し得る前記鋳造方法を提供する
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繊維成形体により強化し
たシリンダブロック素材を鋳造するに当り、軸線を上下
方向に向けた通気性を有するシリンダボア成形用中子の
外周面に円筒状繊維成形体を装着し、該繊維成形体の上
端部を、シリンダブロック素材成形用キャビテイの天井
面に開口すると共に微小ガス抜き孔に連通する環状凹部
に嵌合する工程と；前記キャビテイに溶湯を注入すると
共に前記中子を介して前記繊維成形体内のガスを吸引す
る工程と；前記溶湯を加圧し、その加圧下で完全凝固さ
せる工程と；を用いることを特徴とする。

(2) 作 用 キャビテイへの溶湯注入時、通気性中子を介して繊維成
形体に対するガス抜きが行われる。また溶湯を加圧する
ことによって溶湯が繊維成形体に充填され、これにより
繊維成形体内のガスは、溶湯により押出されて繊維成形
体の上端部より微小ガス抜き孔を経て排出される。この
ように繊維成形体のガス抜きが二度に亘って行われるの
で、巣の発生が確実に回避される。この場合、微小ガス
抜き孔に浸入した溶湯は直ちに冷却されて凝固するの
で、溶湯に対する加圧状態が保持され、その加圧下で溶
湯を完全凝固させるので、マトリックスの金属組織が緻
密化してその強度が向上する。

(3) 実施例 第１〜第３図は本発明により得られた素材からなる繊維
強化アルミニウム合金製サイアミーズ型シリンダブロッ
クＳを示し、そのシリンダブロックＳは、直列に並ぶ複
数、図示例は４個のシリンダバレル１_１〜１_４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、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１_１〜１_４におけるシリンダボ
ア４の周囲に円筒状の繊維成形体Ｆが埋設され、この繊
維成形体Ｆによりシリンダボア４回りが繊維強化され
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の外周が臨む水ジャケット６が
形成される。その水ジャケット６のシリンダヘッド側端
部において、サイアミーズシリンダバレル１と外壁部２
間は複数の補強デッキ部８により部分的に連結され、相
隣る補強デッキ部８間はシリンダヘッド側への連通口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
−ズドデッキ型に構成される。

第５〜第８図は、第４図に示すシリンダブロック素材Ｓ
ｍを鋳造すべく本発明の実施に用いられる鋳造装置を示
し、その装置は金型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１０_１，１０
_２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１０_３，１０_４と、各側型１０_１〜１０_４を摺動自
在に載置する下型１１とより構成される。

上型９の下面に、各側型１０_１〜１０_４の上半部と協働
して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キャビテイＣ_１を画成する型締め用凹
部１２が形成され、その凹部１２と嵌合する型締め用凸
部１３が各側型１０_１〜１０_４の上面に突設される。

第７，第８図に示すように、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湯溜部１４
と、その湯溜部１４に連通する給湯シリンダ１５と、そ
の給湯シリンダ１５に摺合されるプランジャ１６と、湯
溜部１４より２本に分岐して第１キャビテイＣ_１の長手
方向に、且つそれと略同一長さに亘って延びる一対の湯
道１７とが設けられる。また下型１１は両湯道１７間に
おいて上方へ突出する成形ブロック１８を有し、その成
形ブロック１８は各側型１０_１〜１０_４の下半部と協働
してクランクケース３を成形するための第２キャビテイ
Ｃ_２を画成する。そのキャビテイＣ_２の上端は前記第１
キャビテイＣ_１に連通し、また両側の下端は両湯道１７
に複数の堰１９を介して連通する。これら第１，第２キ
ャビテイＣ_１，Ｃ_２はシリンダブロック素材成形体キャ
ビテイを構成する。

成形ブロック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１８_１と、相隣る第１成形
部１８_１間および最外側の両第１成形部１８_１の外側に
位置する凸字形第２成形部１８_２とよりなり、各第１成
形部１８_１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１８_２はクランクジャ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。各堰
１９は各第２成形部１８_２に対応して設けられており、
第２キャビテイＣ_２の容量の大きな部分に溶湯を早期に
注入するようになっている。

両湯道１７の断面積が、湯溜部１４側より湯道先１７ａ
に向けて段階的に減少するように、湯道１７底面が湯溜
部１４側より数段の上り段階状に形成されている。各段
部１７ｂに連なる各立上がり部１７ｃは溶湯を各堰１９
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１７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１９
を通じて第２キャビテイＣ_２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１９を通じて第
２キャビテイＣ_２に注入することができるので、そのキ
ャビテイＣ_２内に両側下端よりその全長に亘って略均等
に溶湯を供給することができる。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。

第５，第６図に示すように、各第１成形部１８_１の頂面
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、その位置決め突起２２の中心に凹部２３が形
成される。また両側に位置する２つの第１成形部１８_１
に、位置決め突起２２の両側において第１成形部１８_１
を貫通する貫通孔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、後述する水ジャケット用砂中子の仮設
置のために用いられる。両仮設置ピン２５の下端は、成
形ブロック１８の下方に設置された取付板２６に固定さ
れる。その取付板２６に２本の支持ロッド２７が挿通さ
れ、各支持ロッド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ッド
２７先端のストッパ２７ａに当接するまで上昇し、これ
により各仮設置ピン２５の先端は第１成形部１８_１頂面
より突出してしる。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。

また両側に位置する２つの第１成形部１８_１に、両貫通
孔２４間の二等分位置において第１成形部１８_１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、
また型閉め時には後述するシリンダボア成形用中子によ
り押し下げられ、これにより両仮設置ピン２５を第１成
形部１８_１頂面より引き込ませるようになっている。

第１および第２側型１０_１，１０_２における第１キャビ
テイＣ_１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の型締め用凹部１２に、第１キャビテイＣ_１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キャ
ビテイＣ_３および連通口７を成形するための第４キャビ
テイＣ_４がそれぞれ形成され、また上型９に各第３キャ
ビテイＣ_３および第４キャビテイＣ_４に連通するガス抜
き孔３２，３３がそれぞれ形成される。

それらガス抜き孔３２，３３に閉鎖ピン３４，３５がそ
れぞれ遊挿され、それら閉鎖ピン３４，３５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。

各ガス抜き孔３２，３３の、両キャビテイＣ_３，Ｃ_４に
対する連通端から上方へ所定の長さに亘って延びる小径
部３２ａ，３３ａは各閉鎖ピン３４，３５と嵌合して第
３キャビテイＣ_３および第４キャビテイＣ_４を閉鎖し得
るようになっている。

上型９の上面と取付板３６間に油圧シリンダ３９が介装
され、その油圧シリンダ３９の作動により取付板３６を
昇降して各閉鎖ピン３４，３５により各小径部３２ａ，
３３ａを開閉するようになっている。４０は取付板３６
の案内ロッドである。

上型９の型締め用凹部１２天井面に、各シリンダバレル
１_１〜１_４に対応して軸線を上、下方向に向けて配設し
たシリンダボア成形用円注状中子４１が突設され、各中
子４１の下端面に第１成形部１８_１頂面の凹部２３に嵌
合し得る凸部４１ａが設けられる。各中子４１は金属焼
結体より構成されたもので、その全体に亘って微細連続
気孔を有し、したがって通気性を備えている。また中子
４１はその軸心に上方に開口する導孔４２を有し、その
導孔４２は導管４３を介して真空ポンプ４４に接続され
る。さらに中子４１の外周面は上端から下端に向けて先
細りとなるテーパ面に形成され、所定の抜き勾配が付さ
れている。

型締め用凹部１２の天井面に、中子４１を囲繞する環状
凹部４５が形成され、その凹部４５に上型９および中子
４１の一部を貫通するガス抜き孔４６が連通する。ガス
抜き孔４６の下部は、微小ガス抜き孔として機能すべく
微小径部４６ａに形成される。

第９，第１０図は水ジャケット用砂中子５９を示し、そ
の砂中子５９は、シリンダブロックＳの４本のシリンダ
バレル１_１〜１_４に対応して４本の円筒部６０_１〜６０
_４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６１と、水ジャケットをシリン
ダヘッドの水ジャケットに連通する連通口７および補強
デッキ部８を形成すべく、中子本体６１の上端面に突設
された複数の突起６２と、中子本体６１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６０_２，６０_３の両外側面にそれぞれ突設された幅
木６３とより構成される。各幅木６３は中子本体６１と
一体の大径部６３ａと、その端面に突設される小径部６
３ｂ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、その寸法は上端
における外径８９mm、内径７８mm、また下端における外
径８９mm、内径７４mm、高さ１５２mmで、前記シリンダ
ボア成形用中子４１に装着し得るように内周面はテーパ
面に形成される。繊維成形体Ｆ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
ンダブロック素材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１０_１，１０_２；１０_３，１０_４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３９を作動させて取付板３６を介し各閉鎖ピン
３４，３５を上昇させ、閉鎖ピン３４，３５の下端部を
小径部３２ａ，３３ａより離脱させて小径部３２ａ，３
３ａを開放する。さらに給湯シリンダ１５内のプランジ
ャ１６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
装着して、繊維成形体Ｆの上端部を上型９の凹部４５に
嵌合する。

第５，第１０図に示すように砂中子５９における両側の
円筒部６０_１，６０_４下縁を、下型１１における両側の
第１成形部１８_１の頂面に突出する各仮設置ピン２５の
凹部２５ａに係合させて砂中子５９の仮設置を行う。

第６図に示すように、両側型１０_１，１０_２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６３とを係合して砂中子５９の本設置を行う。
即ち、各中子受３１の係合孔３１ａに砂中子５９におけ
る各幅木６３の小径部６３ｂを嵌合して砂中子５９を位
置決めし、また各大径部６３ａ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５９をそれら挟持面３１ｂにより挟持するもの
である。また両側型１０_３，１０_４も同様に移動させ
る。

次いで上型９を下降させ、各繊維成形体Ｆを砂中子５９
の各円筒部６０_１〜６０_４内に挿入して各繊維成形体Ｆ
の下端部を位置決め突起２２に嵌合し、また中子４１の
凸部４１ａを第１成形部１８_１頂面の凹部２３に嵌合す
る。この凹凸嵌合により作動ピン３０が押し下げられる
ので各仮設置ピン２５が下降して第１成形部１８_１頂面
より引込む。また砂中子５９の各突起６２は各第４キャ
ビテイＣ_４に遊挿される。さらに上型９の型締め用凹部
１２が各側型１０_１〜１０_４の型締め用凸部１３に嵌合
して型締めが行われる。

下型１１の湯溜部１４に溶解炉より７３０〜７４０℃の
アルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＤＣ１２）の溶湯を供給
し、プランジャ１６を0.08〜0.3ｍ／secの速度で上昇さ
せて溶湯を両湯道１７より堰１９を通じて第２キャビテ
イＣ_２の両下部よりそのキャビテイＣ_２および第１キャ
ビテイＣ_１に注入する。また真空ポンプ４４を作動して
中子４１を介して繊維成形体Ｆ内のガスを吸引する。両
キャビテイＣ_１，Ｃ_２内のガスは、溶湯により押し下げ
られて、主として第３，第４キャビテイＣ_３，Ｃ_４に連
通するガス抜き孔３２，３３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１７の断面積が湯道先１
７ａに向けて段階的に減少するように、湯道底面が湯溜
部１４側より数段の上り階段状に形成されているので、
プランジャ１６の上昇により溶湯は両湯道１７より各堰
１９を通じて第２キャビテイＣ_２に、その両下部よりそ
の全長に亘って略均等に注入される。

また、ガス抜き孔３２，３３の直径が小さいことに起因
して湯面には背圧が作用し、その結果、第１２図に示す
ように溶湯の注入圧が大気圧を上回る圧力ｐ_１となる。
前記背圧により湯面の波立ちが抑制され、溶湯へのガス
の巻込みが防止される。

第３，第４キャビテイＣ_３，Ｃ_４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３９を作動させて
取付板３６を下降させ、閉鎖ピン３４，３５によって両
キャビテイＣ_３，Ｃ_４に連通する小径部３２ａ，３３ａ
を閉鎖する。また真空ポンプ４４の作動を停止する。

その後プランジャ１６を0.14〜0.18ｍ／secの速度で上
昇させて溶湯を加圧し、溶湯を前記圧力ｐ_１を上回る高
圧力ｐ_２下、即ち４００kg／cm²の圧力下に保持して完
全に凝固させ、マトリックス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
力上昇過程で溶湯の圧力が５〜２０kg／cm²に達する
と、繊維成形体Ｆに対して溶湯が充填される。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。また繊維成形体Ｆ内
のガスは、溶湯により押出されて繊維成形体Ｆの上端部
より微小ガス抜き孔、したがって微小径部４６ａを経て
排出されるので、繊維成形体Ｆのガス抜きが良好に行わ
れる。この場合、微小径部４６ａに浸入した溶湯は直ち
に冷却されて凝固するので、溶湯に対する加圧状態を保
持することができる。

砂中子５９は、それの各幅木６３を介して両側型１
０_１，１０_２により正確な位置に挟持されているので、
第１キャビテイＣ_１内への溶湯の注入時およびそのキャ
ビテイＣ_１内の溶湯の加圧時において砂中子５９が浮き
上がっりすることがない。また各幅木６３の大径部６３
ａの端面が両側型１０_１，１０_２における中子受３１の
挟持面３１ｂに衝合しているので、砂中子５９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５９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図に示す
シリンダブロック素材Ｓｍが得られる。

前記シリンダブロック素材Ｓｍに研削加工を施して各第
４キャビテイＣ_４と砂中子５９の各突起６２との協働に
より成形された各突出部６４を除去すると各連通口７お
よび補強デッキ部８が形成され、また砂抜きを行うこと
により水ジャケット６が得られ、さらに各繊維成形体Ｆ
上端部と各環状凹部４５との協働により成形された各環
状突出部６５を除去し、さらにまた各シリンダボア４の
内周面に真円加工を施す等その他の所定の加工を施すこ
とにより第１〜第３図に示すシリンダブロックＳが得ら
れる。

なお、繊維成形体Ｆは一種類の強化繊維より成形しても
よい。またマトリックスとしては前記アルミニウム合金
の外に鋳鉄、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、繊維成形体内のガスを、溶湯注入時に
中子を介して排出し、また溶湯充填時に微小ガス抜き孔
を介して排出するので、繊維成形体のガス抜きを良好に
行うことがでる。また加圧下で溶湯を完全凝固さるので
マトリックスの金属組織を緻密化することができる。

したがって前記手法を採用することにより、シリンダボ
ア回りを確実に繊維強化した巣の発生の無い高強度な繊
維強化シリンダブロック素材を能率良く鋳造することが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１乃至第３図は本発明により得られた素材からなるサ
イアミーズ型シリンダブロックを示し、第１図は上方か
ら見た斜視図、第２図は第１図II−II線断面図、第２Ａ
図は第２図IIａ−IIａ線断面図、第３図は下方から見た
斜視図、第４図は本発明により得られたサイアミーズ型
シリンダブロック素材を上方から見た斜視図、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VII−VII線断面
図、第８図は第７図VIII−VIII線断面図、第９図は砂中
子を上方から見た斜視図、第１０図は第９図Ｘ−Ｘ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。 Ｃ_１，Ｃ_２……シリンダブロック素材成形用キャビテイ
を構成する第１，第２キャビテイ、Ｆ……繊維成形体、
Ｓｍ……サイアミーズ型シリンダブロック素材、４……
シリンダボア、４１……中子、４５……環状凹部、４６
ａ……微小ガス抜き孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｄ 8503−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダボア回りを繊維成形体により強化
   したシリンダブロック素材を鋳造するに当り、軸線を上
   下方向に向けた通気性を有するシリンダボア成形用中子
   の外周面に円筒状繊維成形体を装着し、該繊維成形体の
   上端部を、シリンダブロック素材成形用キャビテイの天
   井面に開口すると共に微小ガス抜き孔に連通する環状凹
   部に嵌合する工程と；前記キャビテイに溶湯を注入する
   と共に前記中子を介して前記繊維成形体内のガスを吸引
   する工程と；前記溶湯を加圧し、その加圧下で完全凝固
   させる工程と；を用いることを特徴とする繊維強化シリ
   ンダブロック素材の鋳造方法。