JPH09122887A - 軽合金複合材料の製造方法および製造装置 - Google Patents
軽合金複合材料の製造方法および製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミニウム合金等の軽合金材料を金属多孔
体等の複合用材料によって複合する鋳造方法を、高価か
つ大型の設備を必要とする高圧鋳造法によらずに実現す
る。 【解決手段】 気孔を有する複合用材料７を鋳型１１内
に保持してこの鋳型１１内に軽合金材料の溶湯を注入
し、その後、上記鋳型１１の湯口２２を閉じた状態で鋳
型１１内を気体で加圧することにより、複合用材料７の
気孔内に溶湯を含浸充填させて、軽合金材料と複合用材
料７とが複合化された複合部を形成する。
体等の複合用材料によって複合する鋳造方法を、高価か
つ大型の設備を必要とする高圧鋳造法によらずに実現す
る。 【解決手段】 気孔を有する複合用材料７を鋳型１１内
に保持してこの鋳型１１内に軽合金材料の溶湯を注入
し、その後、上記鋳型１１の湯口２２を閉じた状態で鋳
型１１内を気体で加圧することにより、複合用材料７の
気孔内に溶湯を含浸充填させて、軽合金材料と複合用材
料７とが複合化された複合部を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属および／また
は無機質の多孔体もしくは繊維およびその成形体等を複
合用材料とする軽合金複合材料の製造方法および製造装
置に関するものである。
は無機質の多孔体もしくは繊維およびその成形体等を複
合用材料とする軽合金複合材料の製造方法および製造装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金は軽量で熱伝導性が良
好なため、自動車用エンジン部品に多く用いられている
が、鋳鉄や鋼等の鉄系材料に比較して耐熱性や耐磨耗性
に劣るという弱点がある。そこで、例えばディーゼルエ
ンジン用ピストンでは、耐磨耗性が要求されるトップリ
ング溝を強化するため、ニッケル等の金属多孔体によっ
てトップリング溝の周囲に複合強化部を形成する手法
（特公平２−３０７９０号）あるいはアルミナ−シリカ
繊維等の無機質繊維で複合強化する手法（特公平２−６
２７７６号）等が開発されてきた。また、特開昭６３−
５３２２５号には、アルミニウム合金を無機質繊維で強
化したエンジン用シリンダスリーブが記載されている。
好なため、自動車用エンジン部品に多く用いられている
が、鋳鉄や鋼等の鉄系材料に比較して耐熱性や耐磨耗性
に劣るという弱点がある。そこで、例えばディーゼルエ
ンジン用ピストンでは、耐磨耗性が要求されるトップリ
ング溝を強化するため、ニッケル等の金属多孔体によっ
てトップリング溝の周囲に複合強化部を形成する手法
（特公平２−３０７９０号）あるいはアルミナ−シリカ
繊維等の無機質繊維で複合強化する手法（特公平２−６
２７７６号）等が開発されてきた。また、特開昭６３−
５３２２５号には、アルミニウム合金を無機質繊維で強
化したエンジン用シリンダスリーブが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の複合強
化部形成方法は、金属多孔体や無機質繊維からなる予備
成形体の気孔内にアルミニウム合金溶湯を含浸させるた
めに、高圧鋳造法が用いられる。すなわち、所定の気孔
率を有する強化材の予備成形体を鋳造型内にセットし、
アルミニウム合金溶湯を注湯した後、加圧パンチやプラ
ンジャ等の機械的手段によって３００〜１５００ kg/cm
2 程度の圧力を加え、凝固完了まで保持するものであ
る。
化部形成方法は、金属多孔体や無機質繊維からなる予備
成形体の気孔内にアルミニウム合金溶湯を含浸させるた
めに、高圧鋳造法が用いられる。すなわち、所定の気孔
率を有する強化材の予備成形体を鋳造型内にセットし、
アルミニウム合金溶湯を注湯した後、加圧パンチやプラ
ンジャ等の機械的手段によって３００〜１５００ kg/cm
2 程度の圧力を加え、凝固完了まで保持するものであ
る。
【０００４】しかしながら、この方法によると複合化に
高圧を用いるため、実施に際しては以下の問題点があ
る。
高圧を用いるため、実施に際しては以下の問題点があ
る。
【０００５】(1) 設備が大型で高価。高圧を付加するた
めの加圧装置や強力な型締め装置が必要 (2) 崩壊性中子（例えば塩中子や砂中子）の使用が困
難。圧力によって中子に溶湯が差し込んだり、中子自体
に変形や破損が生じ易い (3) 製品の形状自由度が低い。金型自体が高圧に耐える
必要があり、型構造に制約がある。複雑形状や大型製品
の製造に不向き 上述の事情に鑑み、本発明は、通常の金型重力鋳造法に
気体を媒体とした加圧手段を用いて複合部の形成を可能
にした軽合金複合材料の製造方法および製造装置を提供
することを目的とする。
めの加圧装置や強力な型締め装置が必要 (2) 崩壊性中子（例えば塩中子や砂中子）の使用が困
難。圧力によって中子に溶湯が差し込んだり、中子自体
に変形や破損が生じ易い (3) 製品の形状自由度が低い。金型自体が高圧に耐える
必要があり、型構造に制約がある。複雑形状や大型製品
の製造に不向き 上述の事情に鑑み、本発明は、通常の金型重力鋳造法に
気体を媒体とした加圧手段を用いて複合部の形成を可能
にした軽合金複合材料の製造方法および製造装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による軽合金複合
材料の製造方法は、気孔を有する複合用材料を鋳型内に
保持して該鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、その
後、上記鋳型の湯口を閉じた状態で上記鋳型内を気体で
加圧することにより、上記複合用材料の気孔内に上記溶
湯を含浸充填させて、上記軽合金材料と上記複合用材料
とが複合化された複合部を形成することを特徴とするも
のである。
材料の製造方法は、気孔を有する複合用材料を鋳型内に
保持して該鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、その
後、上記鋳型の湯口を閉じた状態で上記鋳型内を気体で
加圧することにより、上記複合用材料の気孔内に上記溶
湯を含浸充填させて、上記軽合金材料と上記複合用材料
とが複合化された複合部を形成することを特徴とするも
のである。
【０００７】また、本発明による軽合金複合材料の製造
方法は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で鋳型内に保持するとともに、上記鋳型内に、
上記複合用材料内のガスを該複合用材料内から抜くため
のガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に
連通させて設け、鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、
鋳型の湯口を閉じた状態で鋳型内に注入された溶湯に対
して気体により加圧力を付与することにより、上記複合
用材料の気孔内に溶湯を含浸充填させて、軽合金材料と
複合用材料とが複合化された複合部を形成することを特
徴とするものである。
方法は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で鋳型内に保持するとともに、上記鋳型内に、
上記複合用材料内のガスを該複合用材料内から抜くため
のガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に
連通させて設け、鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、
鋳型の湯口を閉じた状態で鋳型内に注入された溶湯に対
して気体により加圧力を付与することにより、上記複合
用材料の気孔内に溶湯を含浸充填させて、軽合金材料と
複合用材料とが複合化された複合部を形成することを特
徴とするものである。
【０００８】上記鋳型の湯口を閉じた状態とは、湯口を
蓋体等で実際に閉じた状態以外に、湯口に接続された溶
湯供給管の途中をバルブで閉塞した状態、および湯口を
完全に閉塞しなくても、例えば「エア抜き」のように一
部からエアがリークする構造で、該部に溶湯が侵入凝固
してシールがなされた状態等を含む。すなわち、複合用
材料の気孔内に溶湯を含浸充填させるのに必要な圧力に
鋳型内が維持されるよう、上記圧力が湯口部分を介して
抜けるのを抑止した状態のことである。
蓋体等で実際に閉じた状態以外に、湯口に接続された溶
湯供給管の途中をバルブで閉塞した状態、および湯口を
完全に閉塞しなくても、例えば「エア抜き」のように一
部からエアがリークする構造で、該部に溶湯が侵入凝固
してシールがなされた状態等を含む。すなわち、複合用
材料の気孔内に溶湯を含浸充填させるのに必要な圧力に
鋳型内が維持されるよう、上記圧力が湯口部分を介して
抜けるのを抑止した状態のことである。
【０００９】上記複合用材料としては、ニッケル等の金
属の多孔体、繊維およびその成形体、アルミナ等の無機
質の多孔体、繊維およびその成形体等を用いることがで
きる。そして、上記複合用材料の体積率の好ましい範囲
は、該複合用材料の材質および予熱温度、溶湯温度等の
諸条件によって変わるが、平均して５〜２０％の体積
率、すなわち８０〜９５％の空隙率（空孔率）を有する
ものが適している。
属の多孔体、繊維およびその成形体、アルミナ等の無機
質の多孔体、繊維およびその成形体等を用いることがで
きる。そして、上記複合用材料の体積率の好ましい範囲
は、該複合用材料の材質および予熱温度、溶湯温度等の
諸条件によって変わるが、平均して５〜２０％の体積
率、すなわち８０〜９５％の空隙率（空孔率）を有する
ものが適している。
【００１０】上記気体による加圧は、湯口および／また
は押湯部から行なうのがよい。
は押湯部から行なうのがよい。
【００１１】また、上記気体による加圧力は０．５〜３
０ kg/cm2 の範囲内で行なうことができる。特に好まし
いのは０．５〜１０ kg/cm2 の範囲内である。
０ kg/cm2 の範囲内で行なうことができる。特に好まし
いのは０．５〜１０ kg/cm2 の範囲内である。
【００１２】加圧力０．５〜３０ kg/cm2 の範囲内で複
合化するのに好ましい複合用材料の体積率は、一般に下
記のような範囲である。
合化するのに好ましい複合用材料の体積率は、一般に下
記のような範囲である。
【００１３】 複合用材料の種類 複合化するのに好ましい体積率の範囲 金属多孔体、金属繊維 ： 〜２０％ 無機質短繊維、ウイスカ ： 〜１０％ 無機質粒子 ： 〜１５％ 図１は、加圧力と複合用材料の体積率との関係を示すグ
ラフである。図１を参照すると、例えば体積率が９％程
度の金属多孔体の場合、０．２ kg/cm2 程度の加圧力で
複合が開始され、２ kg/cm2 程度の加圧力で複合が完了
することを示している。
ラフである。図１を参照すると、例えば体積率が９％程
度の金属多孔体の場合、０．２ kg/cm2 程度の加圧力で
複合が開始され、２ kg/cm2 程度の加圧力で複合が完了
することを示している。
【００１４】また、鋳型に保持された複合用材料近傍の
鋳型部分に上記複合用材料に連通するガス抜き部を設
け、このガス抜き部を介して上記複合用材料内のガスを
抜くことが好ましい。
鋳型部分に上記複合用材料に連通するガス抜き部を設
け、このガス抜き部を介して上記複合用材料内のガスを
抜くことが好ましい。
【００１５】さらに、鋳造後、複合部にＴ６処理（一例
として、５００°Ｃ×４．５時間→水焼入れ→１８０°
Ｃ×５時間）、Ｔ４処理、Ｔ５処理、Ｔ７処理あるいは
焼きなまし等の熱処理を施すことが好ましい。
として、５００°Ｃ×４．５時間→水焼入れ→１８０°
Ｃ×５時間）、Ｔ４処理、Ｔ５処理、Ｔ７処理あるいは
焼きなまし等の熱処理を施すことが好ましい。
【００１６】本発明による軽合金複合材料の製造装置
は、気孔を有する複合用材料を内部に保持し得る鋳型
と、この鋳型内に上記複合用材料を保持した状態で溶湯
が注入された後に鋳型の湯口を閉じる閉塞手段と、この
閉塞手段により湯口が閉じられたた状態で鋳型内を気体
で加圧する加圧手段とからなることを特徴とするもので
ある。
は、気孔を有する複合用材料を内部に保持し得る鋳型
と、この鋳型内に上記複合用材料を保持した状態で溶湯
が注入された後に鋳型の湯口を閉じる閉塞手段と、この
閉塞手段により湯口が閉じられたた状態で鋳型内を気体
で加圧する加圧手段とからなることを特徴とするもので
ある。
【００１７】また、本発明による軽合金複合材料の製造
装置は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で内部に保持し得るように構成され、かつ、上
記複合用材料内のガスを該複合用材料内から抜くための
ガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に連
通させて備えた鋳型と該鋳型内に上記複合用材料が保持
された状態で鋳型内に溶湯を注入する溶湯注入手段と、
鋳型内に注入された溶湯に対して、鋳型の湯口を閉じた
状態で気体により加圧力を付与する加圧力付与手段とか
らなることを特徴とするものである。
装置は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で内部に保持し得るように構成され、かつ、上
記複合用材料内のガスを該複合用材料内から抜くための
ガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に連
通させて備えた鋳型と該鋳型内に上記複合用材料が保持
された状態で鋳型内に溶湯を注入する溶湯注入手段と、
鋳型内に注入された溶湯に対して、鋳型の湯口を閉じた
状態で気体により加圧力を付与する加圧力付与手段とか
らなることを特徴とするものである。
【００１８】上記湯口の閉塞手段は、湯口を実際に閉じ
る蓋体等以外に、湯口に接続された溶湯供給管の途中に
設けられて溶湯供給管を閉塞するバルブ、および湯口を
完全に閉塞する手段ではないが、例えば「エア抜き」の
ように一部からエアがリークする構造で、該部に溶湯が
侵入凝固してシールがなされる構成等を含む。すなわ
ち、複合用材料の気孔内に溶湯を含浸充填させるのに必
要な圧力に鋳型内が維持されるよう、上記圧力が湯口部
分を介して抜けるのを抑止する手段であればよい。
る蓋体等以外に、湯口に接続された溶湯供給管の途中に
設けられて溶湯供給管を閉塞するバルブ、および湯口を
完全に閉塞する手段ではないが、例えば「エア抜き」の
ように一部からエアがリークする構造で、該部に溶湯が
侵入凝固してシールがなされる構成等を含む。すなわ
ち、複合用材料の気孔内に溶湯を含浸充填させるのに必
要な圧力に鋳型内が維持されるよう、上記圧力が湯口部
分を介して抜けるのを抑止する手段であればよい。
【００１９】上記加圧手段による鋳型内の加圧は、湯口
および／または押湯部から行なわれるのがよい。また、
上記押湯部は、鋳型の複合用材料保持部近傍の鋳型部分
に上記複合用材料に連通する態様で設けられていること
が好ましい。
および／または押湯部から行なわれるのがよい。また、
上記押湯部は、鋳型の複合用材料保持部近傍の鋳型部分
に上記複合用材料に連通する態様で設けられていること
が好ましい。
【００２０】また、鋳型に保持された複合用材料近傍の
鋳型部分にこの複合用材料に連通するガス抜き部が設け
られていることが好ましい。このガス抜き部は、分割鋳
型の合わせ面に設けられることが好ましい。
鋳型部分にこの複合用材料に連通するガス抜き部が設け
られていることが好ましい。このガス抜き部は、分割鋳
型の合わせ面に設けられることが好ましい。
【００２１】
【発明の効果】本発明による軽合金複合材料の製造方法
は、気孔を有する複合用材料を鋳型内に保持して該鋳型
内に軽合金材料の溶湯を注入し、その後、上記鋳型の湯
口を閉じた状態で上記鋳型内を気体で加圧することによ
り、上記複合用材料の気孔内に上記溶湯を含浸充填させ
て、上記軽合金材料と上記複合用材料とが複合化された
複合部を形成するものであるから、従来の高圧鋳造に用
いられるような大型で高価な鋳造設備が不要になる利点
がある。
は、気孔を有する複合用材料を鋳型内に保持して該鋳型
内に軽合金材料の溶湯を注入し、その後、上記鋳型の湯
口を閉じた状態で上記鋳型内を気体で加圧することによ
り、上記複合用材料の気孔内に上記溶湯を含浸充填させ
て、上記軽合金材料と上記複合用材料とが複合化された
複合部を形成するものであるから、従来の高圧鋳造に用
いられるような大型で高価な鋳造設備が不要になる利点
がある。
【００２２】また、気体による低圧加圧のため、崩壊性
中子の使用が可能であり、さらに金型自体が高圧に耐え
る必要がないから、型構造に制約がなく、したがって製
品の形状自由度が高くなるという利点もある。
中子の使用が可能であり、さらに金型自体が高圧に耐え
る必要がないから、型構造に制約がなく、したがって製
品の形状自由度が高くなるという利点もある。
【００２３】また、本発明による軽合金複合材料の製造
方法は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で鋳型内に保持するとともに、鋳型内に、複合
用材料内のガスを該複合用材料内から抜くためのガス抜
き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に連通させ
て設け、鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、鋳型内に
注入された溶湯に対し、鋳型の湯口を閉じた状態で気体
により加圧力を付与することにより、上記複合用材料の
気孔内に上記溶湯を含浸充填させて、上記軽合金材料と
上記複合用材料とが複合化された複合部を形成するもの
であるから、上述と同様に、従来の高圧鋳造に用いられ
るような大型で高価な鋳造設備が不要になるとともに、
製品の形状自由度が高くなるという利点がある。また、
ガス抜き性が良好になり、複合用材料の気孔内への溶湯
の含浸充填が容易になる。さらに、従来の低圧鋳造法を
そのまま使用することもできる。
方法は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で鋳型内に保持するとともに、鋳型内に、複合
用材料内のガスを該複合用材料内から抜くためのガス抜
き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に連通させ
て設け、鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、鋳型内に
注入された溶湯に対し、鋳型の湯口を閉じた状態で気体
により加圧力を付与することにより、上記複合用材料の
気孔内に上記溶湯を含浸充填させて、上記軽合金材料と
上記複合用材料とが複合化された複合部を形成するもの
であるから、上述と同様に、従来の高圧鋳造に用いられ
るような大型で高価な鋳造設備が不要になるとともに、
製品の形状自由度が高くなるという利点がある。また、
ガス抜き性が良好になり、複合用材料の気孔内への溶湯
の含浸充填が容易になる。さらに、従来の低圧鋳造法を
そのまま使用することもできる。
【００２４】さらに、上記複合用材料の体積率を５〜２
０％の範囲内に設定した場合は、複合部への所望物性の
付与、ならびに複合用材料の予備成形性（保形性）の確
保等を図りつつ、低圧加圧にもって軽合金材料と複合用
材料との複合化が十分に行なえる利点がある。
０％の範囲内に設定した場合は、複合部への所望物性の
付与、ならびに複合用材料の予備成形性（保形性）の確
保等を図りつつ、低圧加圧にもって軽合金材料と複合用
材料との複合化が十分に行なえる利点がある。
【００２５】また、上記気体による加圧を、製品部等か
ら行なうと、製品部に巣が発生するおそれがあるが、上
記気体による加圧を湯口および／または押湯部から行な
えば、製品部に巣が発生するおそれを伴うことなしに鋳
造を行なうことができる。
ら行なうと、製品部に巣が発生するおそれがあるが、上
記気体による加圧を湯口および／または押湯部から行な
えば、製品部に巣が発生するおそれを伴うことなしに鋳
造を行なうことができる。
【００２６】また、上記気体による加圧力を０．５〜３
０ kg/cm2 の範囲内に設定した場合は、一般に製造工場
で使用されている工場エアを使用することができるか
ら、加圧気体源を別個に用意する必要がなくなり、鋳造
設備のさらなる低廉化を図ることができる。
０ kg/cm2 の範囲内に設定した場合は、一般に製造工場
で使用されている工場エアを使用することができるか
ら、加圧気体源を別個に用意する必要がなくなり、鋳造
設備のさらなる低廉化を図ることができる。
【００２７】さらに、鋳型に保持された複合用材料近傍
の鋳型部分にこの複合用材料に連通するガス抜き部を設
け、このガス抜き部を介して記複合用材料内のガスを抜
くようにした場合は、ガス抜き性が良好になり、上記複
合用材料の気孔内への溶湯の含浸充填が容易になる。
の鋳型部分にこの複合用材料に連通するガス抜き部を設
け、このガス抜き部を介して記複合用材料内のガスを抜
くようにした場合は、ガス抜き性が良好になり、上記複
合用材料の気孔内への溶湯の含浸充填が容易になる。
【００２８】さらに、鋳造後、複合部にＴ６処理等の熱
処理を施すことにより、軽合金材料と複合用材料との境
界に金属間化合物層（固相拡散層）が生成するととも
に、軽合金母材の溶体化処理も行えるから、軽合金材料
の強度向上および耐磨耗性、耐ヘタリ性の向上を図るこ
とができる。
処理を施すことにより、軽合金材料と複合用材料との境
界に金属間化合物層（固相拡散層）が生成するととも
に、軽合金母材の溶体化処理も行えるから、軽合金材料
の強度向上および耐磨耗性、耐ヘタリ性の向上を図るこ
とができる。
【００２９】本発明による軽合金複合材料の製造装置
は、気孔を有する複合用材料を内部に保持し得る鋳型
と、この鋳型内に複合用材料を保持した状態で溶湯が注
入された後に鋳型の湯口を閉じる閉塞手段と、この閉塞
手段により湯口が閉じられたた状態で鋳型内を気体で加
圧する加圧手段とからなるものであるから、従来の高圧
鋳造に用いられるような大型で高価な鋳造設備を要する
ことなしに、軽合金材料と複合用材料とが複合化された
複合部を容易に形成することができる。
は、気孔を有する複合用材料を内部に保持し得る鋳型
と、この鋳型内に複合用材料を保持した状態で溶湯が注
入された後に鋳型の湯口を閉じる閉塞手段と、この閉塞
手段により湯口が閉じられたた状態で鋳型内を気体で加
圧する加圧手段とからなるものであるから、従来の高圧
鋳造に用いられるような大型で高価な鋳造設備を要する
ことなしに、軽合金材料と複合用材料とが複合化された
複合部を容易に形成することができる。
【００３０】また、本発明による軽合金複合材料の製造
装置では、気体による低圧加圧のため、崩壊性中子の使
用が可能であり、さらに金型自体が高圧に耐える必要が
ないから、型構造に制約がなく、したがって製品の形状
自由度が高くなるという利点もある。
装置では、気体による低圧加圧のため、崩壊性中子の使
用が可能であり、さらに金型自体が高圧に耐える必要が
ないから、型構造に制約がなく、したがって製品の形状
自由度が高くなるという利点もある。
【００３１】また、本発明による軽合金複合材料の製造
装置は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で内部に保持し得るように構成され、かつ、上
記複合用材料内のガスをこの複合用材料内から抜くため
のガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に
連通させて備えた鋳型と、この鋳型内に上記複合用材料
が保持された状態で鋳型内に溶湯を注入する溶湯注入手
段と、鋳型内に注入された溶湯に対して、鋳型の湯口を
閉じた状態で気体により加圧力を付与する加圧力付与手
段とからなるものであるから、上述と同様に、従来の高
圧鋳造に用いられるような大型で高価な鋳造設備を要す
ることなしに、軽合金材料と複合用材料とが複合化され
た複合部を容易に形成することができるとともに、気体
による低圧加圧のため、崩壊性中子の使用が可能であ
り、さらに金型自体が高圧に耐える必要がないから、型
構造に制約がなく、したがって製品の形状自由度が高く
なるという利点もある。また従来の低圧鋳造装置をその
まま使用することもできる。
装置は、気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に当接さ
せた態様で内部に保持し得るように構成され、かつ、上
記複合用材料内のガスをこの複合用材料内から抜くため
のガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内面部に
連通させて備えた鋳型と、この鋳型内に上記複合用材料
が保持された状態で鋳型内に溶湯を注入する溶湯注入手
段と、鋳型内に注入された溶湯に対して、鋳型の湯口を
閉じた状態で気体により加圧力を付与する加圧力付与手
段とからなるものであるから、上述と同様に、従来の高
圧鋳造に用いられるような大型で高価な鋳造設備を要す
ることなしに、軽合金材料と複合用材料とが複合化され
た複合部を容易に形成することができるとともに、気体
による低圧加圧のため、崩壊性中子の使用が可能であ
り、さらに金型自体が高圧に耐える必要がないから、型
構造に制約がなく、したがって製品の形状自由度が高く
なるという利点もある。また従来の低圧鋳造装置をその
まま使用することもできる。
【００３２】さらに、複合用材料内のガスがガス抜き部
を介して容易に抜けることにより、複合用材料の気孔内
への溶湯の含浸充填が容易になる。
を介して容易に抜けることにより、複合用材料の気孔内
への溶湯の含浸充填が容易になる。
【００３３】さらに、上記気体による加圧が、湯口およ
び／または押湯部から行なわれる場合は、製品部に巣が
発生するおそれを伴うことなしに鋳造を行なうことがで
きる。
び／または押湯部から行なわれる場合は、製品部に巣が
発生するおそれを伴うことなしに鋳造を行なうことがで
きる。
【００３４】さらに、鋳型に保持された複合用材料近傍
の鋳型部分にこの複合用材料に連通するガス抜き部が設
けられている場合は、このガス抜き部を介して記複合用
材料内のガスが抜けて、上記複合用材料の気孔内への溶
湯の含浸充填が容易になる。
の鋳型部分にこの複合用材料に連通するガス抜き部が設
けられている場合は、このガス抜き部を介して記複合用
材料内のガスが抜けて、上記複合用材料の気孔内への溶
湯の含浸充填が容易になる。
【００３５】さらに、鋳型として分割鋳型が用いられ、
この分割鋳型の合わせ面に上記ガス抜き部が設けられて
いる場合は、ガス抜きに伴ってガス抜き部内に侵入した
溶湯は、鋳造終了後の鋳型の分割によって、バリとして
容易に除去することができるという利点がある。
この分割鋳型の合わせ面に上記ガス抜き部が設けられて
いる場合は、ガス抜きに伴ってガス抜き部内に侵入した
溶湯は、鋳造終了後の鋳型の分割によって、バリとして
容易に除去することができるという利点がある。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００３７】実施の形態 １：ディーゼルエンジン用ピ
ストンの鋳造 図２は本発明の方法によって製造されたアルミニウム合
金製ピストン１を示し、ピストン本体２の外周部は、ト
ップリングを嵌装するトップリング溝３と、セカンダリ
リングを嵌装するセカンダリリング溝４と、オイルリン
グを嵌装するオイルリング溝５とがそれぞれ形成されて
いる。
ストンの鋳造 図２は本発明の方法によって製造されたアルミニウム合
金製ピストン１を示し、ピストン本体２の外周部は、ト
ップリングを嵌装するトップリング溝３と、セカンダリ
リングを嵌装するセカンダリリング溝４と、オイルリン
グを嵌装するオイルリング溝５とがそれぞれ形成されて
いる。
【００３８】ピストン１のトップリング溝３は、後述す
る方法によって形成されたリング状複合部６上に設けら
れ、この複合部６以外のピストン本体２はアルミニウム
合金によって構成されている。
る方法によって形成されたリング状複合部６上に設けら
れ、この複合部６以外のピストン本体２はアルミニウム
合金によって構成されている。
【００３９】上記ピストン１の製造は、先ず、図３に示
すように、ニッケル多孔体（住友電工製セルメット：体
積率＝約５％、平均気孔径０．８mm）によって複合用材
料リング７を成形する。この場合、トップリング溝３
は、後加工で切削して形成するので、複合用材料リング
７は単なるリング状に成形する。
すように、ニッケル多孔体（住友電工製セルメット：体
積率＝約５％、平均気孔径０．８mm）によって複合用材
料リング７を成形する。この場合、トップリング溝３
は、後加工で切削して形成するので、複合用材料リング
７は単なるリング状に成形する。
【００４０】図４は、上記ディーゼルエンジン用ピスト
ンの製造に用いられる本発明による製造装置全体の概略
的断面図である。
ンの製造に用いられる本発明による製造装置全体の概略
的断面図である。
【００４１】この装置１０の鋳型１１は、左右に分割さ
れる割型である外型１２Ｌ，１２Ｒと、下方に配置され
た中型１３と、押湯部１４ａを備えて上方に配置された
上型１４とによって構成され、内部に製品部キャビティ
１５が形成されている。この鋳型１１内に複合用材料リ
ング７が保持され、また上型１４に形成された押湯部１
４ａには、エアによる加圧をこの押湯部１４ａから行な
う場合のパイプ１６が取り付けられている。１７はピス
トンピン挿入孔を形成する鋳抜きピンである。
れる割型である外型１２Ｌ，１２Ｒと、下方に配置され
た中型１３と、押湯部１４ａを備えて上方に配置された
上型１４とによって構成され、内部に製品部キャビティ
１５が形成されている。この鋳型１１内に複合用材料リ
ング７が保持され、また上型１４に形成された押湯部１
４ａには、エアによる加圧をこの押湯部１４ａから行な
う場合のパイプ１６が取り付けられている。１７はピス
トンピン挿入孔を形成する鋳抜きピンである。
【００４２】また、外型１２Ｌ，１２Ｒは外型用シリン
ダ１８Ｌ，１８Ｒによって、中型１３は中型用シリンダ
１９によって、上型１４は上型用シリンダ２０によって
それぞれ駆動されるようになっている。
ダ１８Ｌ，１８Ｒによって、中型１３は中型用シリンダ
１９によって、上型１４は上型用シリンダ２０によって
それぞれ駆動されるようになっている。
【００４３】実施の形態 １Ａ 図５は、エアによる加圧を湯口から行なう場合の鋳型１
１の断面図、図６は図５のVI−VI線に沿った断面図（一
部省略）をそれぞれ示す。なお、図５の断面は図４の断
面に対して直角である。
１の断面図、図６は図５のVI−VI線に沿った断面図（一
部省略）をそれぞれ示す。なお、図５の断面は図４の断
面に対して直角である。
【００４４】本実施の形態では、外型１２Ｌ，１２Ｒの
合わせ面１２ａに、鋳型１１内に保持された複合用材料
リング７に連通する幅約５〜１０mm、厚さ約０．２mmの
寸法を有するエア抜き溝（大気開放）２１が、外型１２
Ｌ，１２Ｒの一方、例えば１２Ｌに形成される態様で設
けられている。そして、エアによる加圧を行なうための
パイプ１６が、湯口２２を覆うカバ−２３に取り付けら
れている。この鋳型１１の場合、上型１４が上下に分割
される割型からなり、押湯部１４ａまで溶湯を充填させ
る際のエア抜き溝２４（大気開放）がその合わせ面に形
成されている。なお、２５は湯口２２から製品部キャビ
ティ１５に通じる湯道、２６はピストン内に冷却用オイ
ル通路を形成するために、図示しない支持手段により支
持されて配置された塩中子である。
合わせ面１２ａに、鋳型１１内に保持された複合用材料
リング７に連通する幅約５〜１０mm、厚さ約０．２mmの
寸法を有するエア抜き溝（大気開放）２１が、外型１２
Ｌ，１２Ｒの一方、例えば１２Ｌに形成される態様で設
けられている。そして、エアによる加圧を行なうための
パイプ１６が、湯口２２を覆うカバ−２３に取り付けら
れている。この鋳型１１の場合、上型１４が上下に分割
される割型からなり、押湯部１４ａまで溶湯を充填させ
る際のエア抜き溝２４（大気開放）がその合わせ面に形
成されている。なお、２５は湯口２２から製品部キャビ
ティ１５に通じる湯道、２６はピストン内に冷却用オイ
ル通路を形成するために、図示しない支持手段により支
持されて配置された塩中子である。
【００４５】以上の構成において、湯口２２からアルミ
ニウム合金（ＡＣ８Ａ）の溶湯を注湯後、カバ−２３を
下げて湯口２２を密閉すると同時に、カバ−２３に設け
られたパイプ１６から、５ kg/cm2 の圧力を有する工場
エアを注入して溶湯を約５０秒〜１分間加圧する。この
エアによる加圧時には、エア抜き溝２１，２４内に溶湯
の一部が差し込み、溝２１，２４内で冷却凝固して、溝
２１，２４のシールが行なわれる。そして、溝２１，２
４内で凝固した溶湯は、鋳型１１の分割に伴ってバリと
して除去される。なお、上記エアによる加圧は、注湯後
１０〜３０秒以内に開始する必要があるが、この時間範
囲は、一般的には、溶湯凝固前の有効に圧力がかけられ
る時間範囲に設定すればよい。
ニウム合金（ＡＣ８Ａ）の溶湯を注湯後、カバ−２３を
下げて湯口２２を密閉すると同時に、カバ−２３に設け
られたパイプ１６から、５ kg/cm2 の圧力を有する工場
エアを注入して溶湯を約５０秒〜１分間加圧する。この
エアによる加圧時には、エア抜き溝２１，２４内に溶湯
の一部が差し込み、溝２１，２４内で冷却凝固して、溝
２１，２４のシールが行なわれる。そして、溝２１，２
４内で凝固した溶湯は、鋳型１１の分割に伴ってバリと
して除去される。なお、上記エアによる加圧は、注湯後
１０〜３０秒以内に開始する必要があるが、この時間範
囲は、一般的には、溶湯凝固前の有効に圧力がかけられ
る時間範囲に設定すればよい。
【００４６】実施の形態 １Ｂ 図７は、図４と同様に、エアによる加圧を上型１４に設
けられた押湯部１４ａから行なう場合の鋳型１１の断面
図を示す。この場合、図５に示すようにエア抜き溝２４
を上型１４に設けてもよいが、図７では、押湯部１４ａ
を加圧エア源と大気とに選択的に連通させるバルブ２７
をパイプ１６の途中に設けている。その場合には、押湯
部１４ａをバルブ２７を通じて大気に開放した状態で、
湯口２２からアルミニウム合金の溶湯を注湯後、水冷銅
塊２８のような冷却機構を設けたカバー２３を下げて湯
口２２を密閉すると同時に、バルブ２７を操作してパイ
プ１６を加圧エア源に連通させ、パイプ１６から、工場
エアを注入して溶湯を加圧するようにすればよい。図７
の構成の場合、被複合部の近辺を効果的に加圧できる利
点があるからより好ましい。
けられた押湯部１４ａから行なう場合の鋳型１１の断面
図を示す。この場合、図５に示すようにエア抜き溝２４
を上型１４に設けてもよいが、図７では、押湯部１４ａ
を加圧エア源と大気とに選択的に連通させるバルブ２７
をパイプ１６の途中に設けている。その場合には、押湯
部１４ａをバルブ２７を通じて大気に開放した状態で、
湯口２２からアルミニウム合金の溶湯を注湯後、水冷銅
塊２８のような冷却機構を設けたカバー２３を下げて湯
口２２を密閉すると同時に、バルブ２７を操作してパイ
プ１６を加圧エア源に連通させ、パイプ１６から、工場
エアを注入して溶湯を加圧するようにすればよい。図７
の構成の場合、被複合部の近辺を効果的に加圧できる利
点があるからより好ましい。
【００４７】実施の形態 １Ｃ 図８は、製品部キャビティ１５の側方において外型１２
Ｌ，１２Ｒの間に押湯部１２ｂを設け、エアによる加圧
をこの押湯部１２ｂから行なう場合の鋳型１１の断面図
を示す。この鋳型１１は、直噴ディーゼルエンジンに用
いられる、図９に示すような頂部に燃焼室３０を備えた
ピストン１の鋳造に適した構造を有する。
Ｌ，１２Ｒの間に押湯部１２ｂを設け、エアによる加圧
をこの押湯部１２ｂから行なう場合の鋳型１１の断面図
を示す。この鋳型１１は、直噴ディーゼルエンジンに用
いられる、図９に示すような頂部に燃焼室３０を備えた
ピストン１の鋳造に適した構造を有する。
【００４８】一般に押湯部は、ピストン頂部のような厚
肉部における鋳巣の発生を抑制するために設けられるも
のであるが、その結果、材料歩留まりが低下するのみで
なく、図９に示すような構成を有するピストン１では、
燃焼室３０を形成するための機械加工に時間を要すると
いう問題がある。
肉部における鋳巣の発生を抑制するために設けられるも
のであるが、その結果、材料歩留まりが低下するのみで
なく、図９に示すような構成を有するピストン１では、
燃焼室３０を形成するための機械加工に時間を要すると
いう問題がある。
【００４９】また、燃焼室３０のリップ部３０ａは、耐
熱疲労性の点から、金属組織が微細であること（凝固速
度が早いこと）が望ましいにも拘らず、頂部に押湯部が
存在すると、リップ部３０ａの凝固速度が遅く、金属組
織が粗大になり、耐熱疲労強度の点で劣ることになる。
熱疲労性の点から、金属組織が微細であること（凝固速
度が早いこと）が望ましいにも拘らず、頂部に押湯部が
存在すると、リップ部３０ａの凝固速度が遅く、金属組
織が粗大になり、耐熱疲労強度の点で劣ることになる。
【００５０】そこで、図１０に示すように、製品部キャ
ビティ１５の側方に押湯部１２ｂを設けることが考えら
れるが、一般的なディーゼルエンジン用ピストンでは、
トップリング溝３の耐磨耗性を確保するためのニレジス
ト鋳鉄製耐磨耗環３１を鋳ぐるむ必要から、押湯部１２
ａから製品部キャビティ１５に至る湯道３２の断面積に
制約がある。また、側面からの押湯であるため、ピスト
ン頂部の厚肉部への押湯効果が小さい。さらに、鋳鉄製
耐磨耗環３１はアルミニウム合金溶湯よりも低温の状態
で鋳型にセットされるため、湯道３２内の溶湯の凝固が
促進され、製品部よりも早く凝固する。その結果、製品
部に対する十分な押湯効果が期待できないことになる。
ビティ１５の側方に押湯部１２ｂを設けることが考えら
れるが、一般的なディーゼルエンジン用ピストンでは、
トップリング溝３の耐磨耗性を確保するためのニレジス
ト鋳鉄製耐磨耗環３１を鋳ぐるむ必要から、押湯部１２
ａから製品部キャビティ１５に至る湯道３２の断面積に
制約がある。また、側面からの押湯であるため、ピスト
ン頂部の厚肉部への押湯効果が小さい。さらに、鋳鉄製
耐磨耗環３１はアルミニウム合金溶湯よりも低温の状態
で鋳型にセットされるため、湯道３２内の溶湯の凝固が
促進され、製品部よりも早く凝固する。その結果、製品
部に対する十分な押湯効果が期待できないことになる。
【００５１】これに対して、本実施の形態において従来
の鋳鉄製耐磨耗環３１に代えて用いられる金属多孔体か
らなる複合用材料リング７は、気孔率が８０％以上と高
いため、それ自体の断熱性が高く、アルミニウム合金溶
湯を鋳型１１に充填した際、湯道３２を保温する効果が
あり、その結果、湯道３２内の溶湯の凝固を遅らせるこ
とができる。そして、これに併せて、押湯部１２ａを気
体で加圧することにより、複合用材料リング７の気孔内
にアルミニウム合金溶湯が含浸され、複合部が形成され
るとともに、十分な加圧力を製品部に伝えることが可能
になり、内部品質および複合部品質に優れたピストンが
得られる。また、この場合は、燃焼室３０の一部を鋳抜
く鋳抜き部３３を設けることができるため、燃焼室３０
のリップ部３０ａの金属組織を微細化することができ、
ピストン１の熱疲労寿命を延ばすことができる。また、
燃焼室３０を形成するための機械加工時間を短縮するこ
とができ、かつ材料歩留まりが向上する。
の鋳鉄製耐磨耗環３１に代えて用いられる金属多孔体か
らなる複合用材料リング７は、気孔率が８０％以上と高
いため、それ自体の断熱性が高く、アルミニウム合金溶
湯を鋳型１１に充填した際、湯道３２を保温する効果が
あり、その結果、湯道３２内の溶湯の凝固を遅らせるこ
とができる。そして、これに併せて、押湯部１２ａを気
体で加圧することにより、複合用材料リング７の気孔内
にアルミニウム合金溶湯が含浸され、複合部が形成され
るとともに、十分な加圧力を製品部に伝えることが可能
になり、内部品質および複合部品質に優れたピストンが
得られる。また、この場合は、燃焼室３０の一部を鋳抜
く鋳抜き部３３を設けることができるため、燃焼室３０
のリップ部３０ａの金属組織を微細化することができ、
ピストン１の熱疲労寿命を延ばすことができる。また、
燃焼室３０を形成するための機械加工時間を短縮するこ
とができ、かつ材料歩留まりが向上する。
【００５２】以上の実施の形態１Ａ〜１Ｃにより、図１
１に示すように、ピストン本体２の一部にリング状複合
部６を鋳ぐるんだアルミニウム合金鋳物素材８が形成さ
れる。上記リング状複合部６は、ニッケル多孔体よりな
る複合用材料リング７の気孔内にアルミニウム合金が充
填されて形成されたものである。
１に示すように、ピストン本体２の一部にリング状複合
部６を鋳ぐるんだアルミニウム合金鋳物素材８が形成さ
れる。上記リング状複合部６は、ニッケル多孔体よりな
る複合用材料リング７の気孔内にアルミニウム合金が充
填されて形成されたものである。
【００５３】次に、このアルミニウム合金鋳物素材８を
加熱炉に入れて、温度５００°Ｃで４．５時間加熱する
ことにより、リング状複合強化部６におけるニッケル多
孔体とアルミニウム合金との境界に金属間化合物層を生
成させるとともに、アルミニウム合金母材の溶体化処理
を施した後、水焼入れを行ない、さらに温度１８０°Ｃ
で５時間焼戻し処理を施す。
加熱炉に入れて、温度５００°Ｃで４．５時間加熱する
ことにより、リング状複合強化部６におけるニッケル多
孔体とアルミニウム合金との境界に金属間化合物層を生
成させるとともに、アルミニウム合金母材の溶体化処理
を施した後、水焼入れを行ない、さらに温度１８０°Ｃ
で５時間焼戻し処理を施す。
【００５４】このようなＴ６処理の施されたアルミニウ
ム合金鋳物素材８に対し、機械切削加工を行なって、リ
ング状複合部６およびピストン本体２の外周面を切削す
るとともに、図１に示すように、リング状複合強化部６
にトップリング溝３を形成し、かつセカンダリリング溝
４およびオイルリング溝５を形成する。
ム合金鋳物素材８に対し、機械切削加工を行なって、リ
ング状複合部６およびピストン本体２の外周面を切削す
るとともに、図１に示すように、リング状複合強化部６
にトップリング溝３を形成し、かつセカンダリリング溝
４およびオイルリング溝５を形成する。
【００５５】なお、上述から明らかなように、ピストン
の製造に際しては、鋳造後、上述のようにリング状複合
部６の外周部分を相当量切削して除去している。したが
って、この除去される外周部分におけるアルミニウム合
金充填状態が多少不完全でも品質に影響するおそれはな
いから、その分、気体による加圧力を低くしてもよいこ
とになる。
の製造に際しては、鋳造後、上述のようにリング状複合
部６の外周部分を相当量切削して除去している。したが
って、この除去される外周部分におけるアルミニウム合
金充填状態が多少不完全でも品質に影響するおそれはな
いから、その分、気体による加圧力を低くしてもよいこ
とになる。
【００５６】以上が、本発明による軽合金複合材料の製
造方法および製造装置を用いてディーゼルエンジン用ピ
ストンを鋳造する実施の形態の説明であり、この実施の
形態では、湯口２２からアルミニウム合金の溶湯を注湯
後、カバ−２３を下げて湯口２２を密閉すると同時に、
カバ−２３または押湯部１４ａ，１２ｂに設けられたパ
イプ１６から、５ kg/cm2 程度の圧力を有する工場エア
を注入して溶湯を加圧しているが、加圧力に対する複合
部の比重の関係を示す図１２から明らかなように、加圧
力が１ kg/cm2 以上は複合化部の比重が一定、すなわち
複合用材料リング７の気孔内にアルミニウム合金が十分
に充填される。そして、加圧力が０．５kg/cm2 未満で
は健全な複合化が困難であるが、加圧力が０．５ kg/cm
2 以上あれば、健全な複合化が達成される。しかしなが
ら、加圧力が３０ kg/cm2 を超えると、分割鋳型の合わ
せ面からの溶湯の吹出しを防止するために、大きな型締
め力を要することになり好ましくないから、加圧力は３
０ kg/cm2 以下に設定するのがよい。特に、１０ kg/cm
2 以下であれば、上記型締め力をさほど大きくしなくて
も、上記溶湯の吹出しを防止することができるから、加
圧力を０．５〜１０kg/cm2 の範囲内に設定するのがも
っとも好ましい。
造方法および製造装置を用いてディーゼルエンジン用ピ
ストンを鋳造する実施の形態の説明であり、この実施の
形態では、湯口２２からアルミニウム合金の溶湯を注湯
後、カバ−２３を下げて湯口２２を密閉すると同時に、
カバ−２３または押湯部１４ａ，１２ｂに設けられたパ
イプ１６から、５ kg/cm2 程度の圧力を有する工場エア
を注入して溶湯を加圧しているが、加圧力に対する複合
部の比重の関係を示す図１２から明らかなように、加圧
力が１ kg/cm2 以上は複合化部の比重が一定、すなわち
複合用材料リング７の気孔内にアルミニウム合金が十分
に充填される。そして、加圧力が０．５kg/cm2 未満で
は健全な複合化が困難であるが、加圧力が０．５ kg/cm
2 以上あれば、健全な複合化が達成される。しかしなが
ら、加圧力が３０ kg/cm2 を超えると、分割鋳型の合わ
せ面からの溶湯の吹出しを防止するために、大きな型締
め力を要することになり好ましくないから、加圧力は３
０ kg/cm2 以下に設定するのがよい。特に、１０ kg/cm
2 以下であれば、上記型締め力をさほど大きくしなくて
も、上記溶湯の吹出しを防止することができるから、加
圧力を０．５〜１０kg/cm2 の範囲内に設定するのがも
っとも好ましい。
【００５７】また、上述の実施の形態１では、体積率５
％のニッケル多孔体からなる複合用材料リング７を用い
ているが、これに代えて、ステンレス繊維成形体からな
る複合用材料リング７を用いることもできる。
％のニッケル多孔体からなる複合用材料リング７を用い
ているが、これに代えて、ステンレス繊維成形体からな
る複合用材料リング７を用いることもできる。
【００５８】この場合は、平均径３０μｍ程度のステン
レス繊維を所定形状にプレス成形した後、ブタン変成ガ
ス雰囲気中で１１３０℃の温度に２時間保持して焼結し
て、１０％の体積率を有する複合用材料リング７を作成
した。そして、この複合用材料リング７を上述と同様の
鋳型１１にセットし、アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）を
注湯後、湯口２２をシールし、押湯部に対し気体によっ
て３ kg/cm2 の圧力を凝固完了まで加え、リング状複合
部６を形成した。
レス繊維を所定形状にプレス成形した後、ブタン変成ガ
ス雰囲気中で１１３０℃の温度に２時間保持して焼結し
て、１０％の体積率を有する複合用材料リング７を作成
した。そして、この複合用材料リング７を上述と同様の
鋳型１１にセットし、アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）を
注湯後、湯口２２をシールし、押湯部に対し気体によっ
て３ kg/cm2 の圧力を凝固完了まで加え、リング状複合
部６を形成した。
【００５９】実施の形態 ２：シリンダブロックのベア
リングキャップの鋳造 図１３は、エンジンのシリンダブロックに設けられるベ
アリング部との合わせ面に、本発明による方法を用いて
複合部を形成したベアリングキャップを鋳造する場合の
鋳型の概略的断面図である。
リングキャップの鋳造 図１３は、エンジンのシリンダブロックに設けられるベ
アリング部との合わせ面に、本発明による方法を用いて
複合部を形成したベアリングキャップを鋳造する場合の
鋳型の概略的断面図である。
【００６０】この場合の鋳型４１は上型４２と下型４３
とによって構成され、製品部キャビティ４４と押湯部４
２ａとが上型４２に形成されている。そして、例えばア
ルミナ短繊維からなる多孔性複合用材料成形体（体積率
１０％）４５が下型４３上にセットされるとともに、上
型４２と下型４３との合わせ面に複合用材料成形体４５
に連通するエア抜き溝４６が形成されている。
とによって構成され、製品部キャビティ４４と押湯部４
２ａとが上型４２に形成されている。そして、例えばア
ルミナ短繊維からなる多孔性複合用材料成形体（体積率
１０％）４５が下型４３上にセットされるとともに、上
型４２と下型４３との合わせ面に複合用材料成形体４５
に連通するエア抜き溝４６が形成されている。
【００６１】そして、湯口４７から製品部キャビティ４
４内にアルミニウム合金の溶湯を注湯後、カバー４８を
下げて湯口４７を密閉すると同時に押湯部４２ａからパ
イプ１６を通じて、工場エアを注入して溶湯を加圧する
ことにより、複合用材料成形体４５の気孔内にアルミニ
ウム合金を含浸させて、ベアリングキャップの合わせ面
を複合化し、熱膨張を抑制するように構成されている。
４内にアルミニウム合金の溶湯を注湯後、カバー４８を
下げて湯口４７を密閉すると同時に押湯部４２ａからパ
イプ１６を通じて、工場エアを注入して溶湯を加圧する
ことにより、複合用材料成形体４５の気孔内にアルミニ
ウム合金を含浸させて、ベアリングキャップの合わせ面
を複合化し、熱膨張を抑制するように構成されている。
【００６２】実施の形態 ３：コンロッドの鋳造 図１４は、ビッグエンドとスモールエンドの双方のピン
孔の周囲に、本発明による方法を用いてそれぞれ複合部
を形成したコンロッドを鋳造する場合の鋳型の概略的断
面図、図１５は、図１４のXV−XV線に沿った断面図であ
る。
孔の周囲に、本発明による方法を用いてそれぞれ複合部
を形成したコンロッドを鋳造する場合の鋳型の概略的断
面図、図１５は、図１４のXV−XV線に沿った断面図であ
る。
【００６３】この場合の鋳型５１は左右の外型５２Ｌ，
５２Ｒによって構成され、製品部キャビティ５３内のビ
ッグエンドとスモールエンドにそれぞれ対応する部位に
大小の例えばアルミナ短繊維の成形体からなる多孔性複
合用材料リング５４，５５がそれぞれ鋳抜きピン５６，
５７に支持されてセットされる。この場合は、ビッグエ
ンドとスモールエンドとの双方に押湯部５２ａ，５２ｂ
を設け、これら押湯部５２ａ，５２ｂにそれぞれ気体加
圧用のパイプ１６を連通させて、複合部の近傍を加圧す
るように構成されている。また、外型５２Ｌ，５２Ｒと
鋳抜きピン５６，５７との間にそれぞれエア抜き溝５８
が設けられる。
５２Ｒによって構成され、製品部キャビティ５３内のビ
ッグエンドとスモールエンドにそれぞれ対応する部位に
大小の例えばアルミナ短繊維の成形体からなる多孔性複
合用材料リング５４，５５がそれぞれ鋳抜きピン５６，
５７に支持されてセットされる。この場合は、ビッグエ
ンドとスモールエンドとの双方に押湯部５２ａ，５２ｂ
を設け、これら押湯部５２ａ，５２ｂにそれぞれ気体加
圧用のパイプ１６を連通させて、複合部の近傍を加圧す
るように構成されている。また、外型５２Ｌ，５２Ｒと
鋳抜きピン５６，５７との間にそれぞれエア抜き溝５８
が設けられる。
【００６４】そして、湯口５９から製品部キャビティ５
３内にアルミニウム合金の溶湯を注湯後、カバー６０を
下げて湯口５９を密閉すると同時に押湯部５２ａ，５２
ｂからパイプ１６を通じて、工場エアを注入して溶湯を
加圧することにより、複合用材料リング５４，５５の気
孔内にアルミニウム合金を含浸させて複合部を形成し、
熱膨張を抑制するように構成されている。なお、鋳造さ
れたコンロッドのビッグエンドからベアリングキャップ
部が切断された後、切削加工が施される。
３内にアルミニウム合金の溶湯を注湯後、カバー６０を
下げて湯口５９を密閉すると同時に押湯部５２ａ，５２
ｂからパイプ１６を通じて、工場エアを注入して溶湯を
加圧することにより、複合用材料リング５４，５５の気
孔内にアルミニウム合金を含浸させて複合部を形成し、
熱膨張を抑制するように構成されている。なお、鋳造さ
れたコンロッドのビッグエンドからベアリングキャップ
部が切断された後、切削加工が施される。
【００６５】以上が本発明の実施の形態の説明である
が、本発明の方法により製造されるアルミニウム合金鋳
物素材は、上述した実施の形態のようなディーゼルエン
ジン用ピストンやベアリングキャップ、あるいはコンロ
ッドに限られるものではない。またアルミニウム合金鋳
物素材以外に、例えばマグネシュームのような他の軽合
金鋳物素材も本発明により製造可能である。
が、本発明の方法により製造されるアルミニウム合金鋳
物素材は、上述した実施の形態のようなディーゼルエン
ジン用ピストンやベアリングキャップ、あるいはコンロ
ッドに限られるものではない。またアルミニウム合金鋳
物素材以外に、例えばマグネシュームのような他の軽合
金鋳物素材も本発明により製造可能である。
【図１】本発明の方法の実施に用いられる複合用材料の
体積率と複合用材料内に溶湯を含浸させるのに必要な加
圧力との関係を示すグラフ
体積率と複合用材料内に溶湯を含浸させるのに必要な加
圧力との関係を示すグラフ
【図２】本発明の方法を用いて製造したアルミニウム合
金製ピストンの一部を断面にして示す正面図
金製ピストンの一部を断面にして示す正面図
【図３】複合用材料リングの斜視図
【図４】ピストンの鋳造に用いられる本発明による製造
装置全体の概略的断面図
装置全体の概略的断面図
【図５】本発明の方法によりピストンを鋳造する場合に
用いられる鋳型の一例を示す断面図
用いられる鋳型の一例を示す断面図
【図６】図５のVI−VI線に沿った断面図
【図７】本発明の方法によりピストンを鋳造する場合に
用いられる鋳型の他の例を示す断面図
用いられる鋳型の他の例を示す断面図
【図８】本発明の方法により直噴式ディーゼルエンジン
のピストンを鋳造する場合に用いられる鋳型の断面図
のピストンを鋳造する場合に用いられる鋳型の断面図
【図９】従来の直噴式ディーゼルエンジンのピストンの
断面図
断面図
【図１０】直噴式ディーゼルエンジンのピストンを鋳造
する場合に用いられる従来の鋳型の要部断面図
する場合に用いられる従来の鋳型の要部断面図
【図１１】本発明の方法により鋳造されたアルミニウム
合金鋳物素材（ピストン）の要部断面図
合金鋳物素材（ピストン）の要部断面図
【図１２】加圧力に対する複合部の比重の関係を示すグ
ラフ
ラフ
【図１３】本発明の方法によりシリンダブロックのベア
リングキャップを鋳造する場合に用いられる鋳型の断面
図
リングキャップを鋳造する場合に用いられる鋳型の断面
図
【図１４】本発明の方法によりコンロッドを鋳造する場
合に用いられる鋳型の断面図
合に用いられる鋳型の断面図
【図１５】図１４のXV−XV線に沿った断面図
１ アルミニウム合金製ピストン ２ ピストン本体 ３ トップリング溝 ６ リング状複合部 ７ 複合用材料リング １１ 鋳型 １２Ｌ，１２Ｒ 外型 １２ｂ，１４ａ 押湯部 １４ 上型 １５ 製品部キャビティ １６ パイプ ２１，２４ エア抜き溝 ２２ 湯口 ２３ カバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｄ 27/13 Ｂ２２Ｄ 27/13 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ａ
Claims (16)
- 【請求項１】 気孔を有する複合用材料を鋳型内に保持
して該鋳型内に軽合金材料の溶湯を注入し、その後、上
記鋳型の湯口を閉じた状態で上記鋳型内を気体で加圧す
ることにより、上記複合用材料の気孔内に上記溶湯を含
浸充填させて、上記軽合金材料と上記複合用材料とが複
合化された複合部を形成することを特徴とする軽合金複
合材料の製造方法。 - 【請求項２】 気孔を有する複合用材料を鋳型内面部に
当接させた態様で鋳型内に保持するとともに、上記鋳型
内に、上記複合用材料内のガスを該複合用材料内から抜
くためのガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内
面部に連通させて設け、上記鋳型内に軽合金材料の溶湯
を注入し、該鋳型内に注入された溶湯に対し、上記鋳型
の湯口を閉じた状態で気体により加圧力を付与すること
により、上記複合用材料の気孔内に上記溶湯を含浸充填
させて、上記軽合金材料と上記複合用材料とが複合化さ
れた複合部を形成することを特徴とする軽合金複合材料
の製造方法。 - 【請求項３】 上記複合用材料が金属および／または無
機質の多孔体もしくは繊維およびその成形体等よりなる
ことを特徴とする請求項１または２記載の軽合金複合材
料の製造方法。 - 【請求項４】 上記複合用材料が５〜２０％の体積率を
有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１
項記載の軽合金複合材料の製造方法。 - 【請求項５】 上記気体による加圧を上記湯口から行な
うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記
載の軽合金複合材料の製造方法。 - 【請求項６】 上記気体による加圧を押湯部から行なう
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載
の軽合金複合材料の製造方法。 - 【請求項７】 上記気体による加圧力を０．５〜３０ k
g/cm2 とすることを特徴とする請求項１ないし６のいず
れか１項記載の軽合金複合材料の製造方法。 - 【請求項８】 上記鋳型に保持された上記複合用材料近
傍の鋳型部分に上記複合用材料に連通するガス抜き部を
設け、該ガス抜き部を介して上記複合用材料内のガスを
抜くことを特徴とする請求項１記載の軽合金複合材料の
製造方法。 - 【請求項９】 上記複合部に熱処理を施すことを特徴と
する請求項１ないし８のいずれか１項記載の軽合金複合
材料の製造方法。 - 【請求項１０】 気孔を有する複合用材料を内部に保持
し得る鋳型と、該鋳型内に上記複合用材料を保持した状
態で溶湯が注入された後に上記鋳型の湯口を閉じる閉塞
手段と、該閉塞手段により上記湯口が閉じられた状態で
上記鋳型内を気体で加圧する加圧手段とからなることを
特徴とする軽合金複合材料の製造装置。 - 【請求項１１】 気孔を有する複合用材料を鋳型内面部
に当接させた態様で内部に保持し得るように構成され、
かつ、上記複合用材料内のガスを該複合用材料内から抜
くためのガス抜き部を上記複合用材料が当接する鋳型内
面部に連通させて備えた鋳型と、 該鋳型内に上記複合用材料が保持された状態で上記鋳型
内に溶湯を注入する溶湯注入手段と、 上記鋳型内に注入された溶湯に対して、上記鋳型の湯口
を閉じた状態で気体により加圧力を付与する加圧力付与
手段とからなることを特徴とする軽合金複合材料の製造
装置。 - 【請求項１２】 上記加圧手段による上記鋳型内の加圧
が上記湯口から行なわれることを特徴とする請求項１０
または１１記載の軽合金複合材料の製造装置。 - 【請求項１３】 上記加圧手段による上記鋳型内の加圧
が押湯部から行なわれることを特徴とする請求項１０な
いし１２のいずれか１項記載の軽合金複合材料の製造装
置。 - 【請求項１４】 上記鋳型の複合用材料保持部近傍の鋳
型部分に上記押湯部が、上記複合用材料に連通する態様
で設けられてなることを特徴とする請求項１３記載の軽
合金複合材料の製造装置。 - 【請求項１５】 上記鋳型に保持された上記複合用材料
近傍の鋳型部分に上記複合用材料に連通するガス抜き部
が設けられてなることを特徴とする請求項１０記載の軽
合金複合材料の製造装置。 - 【請求項１６】 上記ガス抜き部が分割鋳型合わせ面に
設けられてなることを特徴とする請求項１１ないし１５
のいずれか１項記載の軽合金複合材料の製造装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34213695A JP3212245B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-12-28 | 鋳造方法及び鋳造装置並びに鋳造品 |
| US08/697,556 US6035923A (en) | 1995-08-30 | 1996-08-28 | Method of and apparatus for producing light alloy composite member |
| KR1019960036347A KR100333200B1 (ko) | 1995-08-30 | 1996-08-29 | 주조방법 |
| DE19635326A DE19635326C5 (de) | 1995-08-30 | 1996-08-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Leichtlegierungs-Verbundstoffelementes |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-221746 | 1995-08-30 | ||
| JP22174695 | 1995-08-30 | ||
| JP34213695A JP3212245B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-12-28 | 鋳造方法及び鋳造装置並びに鋳造品 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11185071A Division JP3126704B2 (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 複合用材料が鋳込まれた鋳造品の鋳造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09122887A true JPH09122887A (ja) | 1997-05-13 |
| JP3212245B2 JP3212245B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=26524469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34213695A Expired - Fee Related JP3212245B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-12-28 | 鋳造方法及び鋳造装置並びに鋳造品 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6035923A (ja) |
| JP (1) | JP3212245B2 (ja) |
| KR (1) | KR100333200B1 (ja) |
| DE (1) | DE19635326C5 (ja) |
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| US6840978B2 (en) | 2001-06-11 | 2005-01-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous metal article, metal composite material using the article and method for production thereof |
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1996
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