JPS5857265B2 - 繊維強化複合材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一定形状に成形された繊維成形体をマトリッ
クスの一部に充填複合した繊維強化複合材の製造方法に
関する。

上記繊維強化複合材を鋳造する手段として、いわゆる溶
湯鍛造法が従来より採用されている。

この溶湯鍛造法には大別して直接押込み方式と間接押込
み方式とがある。

直接押込み方式は金型のキャビティ内に直接注湯し、加
圧パンチにより直接静水的高圧力を加えて加圧凝固させ
るものであり、一方間接押込み方式はダイカストのよう
に金型の湯だまり部に一旦注湯し、その後溶湯を加圧し
てキャビティ内に急速に充填させ凝固させるものである
。

上記直接押込み方式は加圧効果が大きく、加圧型締め等
の金型方案も簡略化、小型化することができるという利
点がある。

その反面注湯量のばらつきによる肉厚の問題があり、ま
たキャビティ内に直接注湯するため溶湯が金型によって
冷却され易く、金型容量と製品容量の関係から複雑形状
部分と単純形状部分、厚肉部分と薄肉部分との凝固速度
および分布が異なり、加圧力が充分に伝播されず、製品
形状によって適用範囲が制限されるという問題がある。

一方間接押込み方式は湯だまり部の溶湯をキャビティ内
に短時間で加圧充填させ凝固させるため比較的均一に加
圧凝固され、製品寸法の精度および多数側堰りに優れた
方式であるが、上記直接押込み方式に比べて金型方案が
複雑化、大型化するといった問題がある。

本発明は上記直接押込み方式の特徴である加圧効果と金
型方案の簡略化、小型化といった長所を活かしつへ、上
記間接押込み方式の長所を加味させ、直接押込み方式の
適用範囲を拡大することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するための手段として、湯だま
り部とこの湯だまり部に直接連通ずるキャビティとを一
体に連設した金型を使用し、その金型内に、溶湯の通過
を該溶湯の非加圧時には阻止するが加圧時には許容する
よう成形した前記繊維成形体を設置して、その繊維成形
体により金型内部を、前記湯だまり部に囲まれた第１室
と前記キャビティ内空間の少なくとも一部を含む第２室
とに区画し、次いで前記第１室に注湯してその溶湯全部
を該第１室内に一旦貯溜し、しかる後その溶湯に静水的
高圧力を加えて、該溶湯を前記繊維成形体に充填複合さ
せると共に該繊維成形体を通して前記第２室内にも充填
させ、加圧凝固させることを特徴としている。

ここで繊維成形体は、金属繊維を可とし、繊維屑、フェ
ルト、クロス状のものをそのま＼、あるいは任意形状に
成形したものであるが、そのカサ密度、目付量について
は注湯時溶湯の充填したがって通過を該溶湯の非加圧時
には阻止するが加圧時には許容するように調整される。

繊維体の成形方法は常温加圧成形、熱間加圧成形、パン
チング、焼結、溶着等種々の方法が用いられる。

上記のように繊維成形体によって溶湯を第１室、すなわ
ち湯だまり部およびその近傍に一旦溜めると、溶湯が金
型キャビテイ面によって冷却されることが防止され、保
温状態に保持されるので、その後の加圧充填時において
加圧力の伝播および分布が均一に行われるものである。

従って本発明は直接押込み方式の利点を損うことなく間
接押込み方式の特徴をも具備するもので、従来直接押込
み方式では金型冷却の影響を受は易い複雑な形状の製品
または薄肉部若しくは容量の小さい部分を有する製品の
鋳造が可能である。

また隔壁の作用をなす繊維成形体に対する溶湯の浸透、
加圧分布、濡れ性および結合性において優れた効果が得
られるから、該繊維成形体による製品の繊維強化が有効
に達成される。

以下、本発明を内燃機関用コンロッドの製造に適用した
実施例について股間する。

〈実施例 １〉 第１図に示すように湯だまり部１、それに連続する大端
部、ロンド部、小端部キャビティ２を有する金型３をそ
の外周から型締め４によって締め、機台５上に固定した
。

直径１２μの金属繊維紡績糸を２．５４ｃｗＬ（１イン
チ）当りの縦糸／横糸比を３４７２８、目付量７５０ｊ
９／ｍに編んだクロスを用い、略４Ｘ２０Ｘ３５０（關
）のエンドレスベルト状繊維成形体をカサ密度’−４ｊ
ｊ／ｃｃに成形した。

この繊維成形体６を第１図に示すように二重に折曲げて
、その一端部を小端部キャビティ内に中子７によって固
定し、両端部をロンド部キャビティ面に添わせて大端部
キャビティ下部で他端部を折返し、その折返し部分１５
ａで溶湯の一時的隔壁を形成し、この隔壁により金型３
内部を、湯だまり部１に囲まれた第１室Ｃ１と、キャビ
ティ２の、前記ロンド部および小端部に対応した小空間
Ｓを含む第２室Ｃ２とに区画する。

次いでマトリックスとしてアルミニウム合金（日本工業
規格記号ＡＣＪＣ材）の溶湯８を第１室Ｃ１、すなわち
湯だまり部１および大端部キャビティに計量して注湯し
た後、溶湯に加圧パンチ９によって１０００ ｋｙ／ｆ
ｆｌの静水的高圧力を加え、繊維成形体６に溶湯を充填
複合させると共に第２室Ｃ２、すなわちロンド部および
小端部キャビティに充填させ、加圧複合させた。

上記方法によって得られたコンロッドは、大端部はもち
ろんロンド部、小端部にいたるまで湯まわりが良好であ
り、品質の優れたものであった。

本発明との比較のため上記と同様の金型を用い、従来の
直接押込み方式によりコンロッドを鋳造したところ、ロ
ンド部１０の断面形状（第２図）および容量から注湯時
に金型冷却の影響を受け、凝固が早くなり、加圧力がロ
ンド部、小端部に十分に伝播されず、鋳造困難であった
。

この場合、溶湯温度や金型温度を種々変化させたが良好
な結果は得られなかった。

〈実施例 ■〉 実施例Ｉと同様の繊維成形体６を用い、第３図に示すよ
うに大端部キャビティ上部および小端部キャビティ間に
中子１１，７によって懸張状態に保持し、下面に凹部１
２を有する加圧パンチ１３を用いて実施例Ｉと同様の操
作でコンロッドを鋳造した。

このコンロッドはロンド部、小端部の形状は実施例Ｉと
同様であり、更に大端部も繊維強化され、機械的強度に
優れたものであった。

以上のように本発明によれば、湯だまり部とこの湯だま
り部に直接連通ずるキャビティとを一体に連設した金型
を使用し、その金型内に、溶湯の通過を該溶湯の非加圧
時には阻止するが加圧時には許容するよう成形した繊維
成形体を設置して、その繊維成形体により金型内部を、
前記湯だまり部に囲まれた第１室と前記キャビティ内空
間の少なくとも一部を含む第２室とに区画し、次いで前
記第１室に注湯してその溶湯全部を該第１室内に一旦貯
溜するようにしたので、第１室に注がれた溶湯の、第２
室すなわちキャビティ内空間の一部への侵入を、上記繊
維成形体により確実に阻止してその注がれた溶湯全部を
第１室すなわち湯たまり部内およびその近傍に完全な溶
融状態で一旦貯溜保持しておくことができ、従って溶湯
がキャビティ内面との接触によって早期に冷却凝固して
しまうようなことはない。

そして上記貯溜溶湯に静水的高圧力を加えて、該溶湯を
前記繊維成形体を通して前記第２室内に充填させ、加圧
凝固させるようにしたので、上記貯溜溶湯の、繊維成形
体内およびキャビティ全空間への各充填が支障なく且つ
急速に行なわれ、その際前記従来の間接押込方式と全く
同様に、溶湯加圧力が各部に均−且つ十分に伝播される
から、前記従来の直接押込方式を採用した場合には金型
冷却の影響を受は易い複雑形状の製品または薄肉部等を
有する製品を鋳造するにおいても、鋳造欠陥のない高品
質の製品が得られ、その上、繊維成形体による製品の繊
維強化効果を有効に達成し得る。

しかも本発明方法では、使用される金型が上記湯だまり
部とキャビティとを一体に連設した、構造の極めて簡単
なものである上、繊維強化のために本来使用される前記
繊維成形体を、金型内を前記第１室と第２室とに区画す
る隔壁部材に兼用しているから、前記従来の間接押込み
方式を採用した場合と比べ、金型方案の簡略化、小型化
を達成することができて鋳造コストを低減し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図はコンロ
ッドのロンド部の横断面図、第３図は本発明の変形例の
縦断面図である。 １・・・・・・湯だまり部、２・・・・・・キャビティ
、３・・・・・・金型、６・・・・・・繊維成形体、Ｃ
１，Ｃ２・・・・・・第１室。 第２室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定形状に成形された繊維成形体をマトリックスの
   一部に充填複合した繊維強化複合材の製造方法であって
   、湯だまり部とこの湯だまり部に直接連通ずるキャビテ
   ィとを一体に連設した金型を使用し、その金型内に、溶
   湯の通過を該溶湯の非加圧時には阻止するが加圧時には
   許容するよう成形した前記繊維成形体を設置して、その
   繊維成形体により金型内部を、前記湯だまり部に囲まれ
   た第１室と前記キャビティ内空間の少なくとも一部を含
   む第２室とに区画し、次いで前記第１室に注湯してその
   溶湯全部を該第１室内に一旦貯溜し、しかる後その溶湯
   に静水的高圧力を加えて、該溶湯を前記繊維成形体に充
   填複合させると共に該繊維成形体を通して前記第２室内
   にも充填させ、加圧凝固させることを特徴とする、繊維
   強化複合材の製造方法。