JPS62187562A - 繊維強化シリンダブロツクの製造方法 - 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】 Ａ０発明の目的 ＋１１　　産業上の利用分野 本発明は、エンジンに用いられる繊維強化シリンダブロ
ック、特にシリンダボア回りを筒状繊維強化複合体より
構成したものの製造方法に関する。

（２）従来の技術 従来、前記シリンダブロックを製造する場合は、筒状繊
維成形体を鋳型の繊維強化複合体成形部に配設し、シリ
ンダブロック素材を圧力鋳造すると同時に繊維成形体に
溶湯を充填して繊維強化複合体を得ている。

この場合、繊維成形体の取扱い性を良好にし、また溶湯
の充填圧による破損を防止するため、繊維成形体は比較
的厚肉に形成される。

（３）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、繊維成形体を厚肉に形成すると、下記の
ような問題を生じる。

ａ、繊維成形体の製造時において、強化繊維を結合する
結合剤を乾燥する場合、その結合剤が繊維成形体の表面
から乾燥されて内部に未乾燥部分が発生すると、その未
乾燥部分の乾燥剤が乾燥された部分に浸入するため繊維
成形体の内部強度が低下し、その結果全体に亘って均一
な強度を有する繊維強化複合体を得ることができない。

ｂ、繊維成形体に浸入した溶湯が途中で冷やされてその
充填性が悪化するため、繊維成形体が変形したり、ミク
ロポロシティ、巣等の鋳造欠陥を発生し、形状精度およ
び鋳造品質が良好な繊維強化複合体を得ることができな
い。

本発明は前記従来の問題点を解決し得る前記製造方法を
提供することを目的とする。

Ｂ９発明の構成 （］、１　　問題点を解決するための手段本発明は、シ
リンダポア回りを筒状繊維強化複合体より構成した繊維
強化シリンダブロックを製造するに当り、内側に被切削
性の良好な金属製補強筒を嵌合した薄肉の筒状繊維成形
体を、鋳型の繊維強化複合体成形部に配設し、シリンダ
プロ・ツク素材を圧力鋳造すると同時に前記繊維成形体
に溶湯を充填して前記繊維強化複合体を得る工程と；前
記シリンダブロック素材より前記補強筒を切削除去して
前記シリンダポアを形成する工程と；を用いることを特
徴とする。

（２）作　用 前記のように繊維成形体を薄肉に形成するので、繊維成
形体の乾燥時、繊維成形体に対する熱回りを良好にして
結合剤を繊維成形体全体に亘り均一に乾燥し、その内部
強度の低下といった不具合を除去し、これにより全体に
亘り均一な強度を有する繊維強化複合体を得ることがで
きる。

また繊維成形体に対する溶湯の充填性が良好となるので
、繊維成形体が変形したり、またミクロポロシティ等の
鋳造欠陥を発生することがなく、形状精度および鋳造品
質が良好な繊維強化複合体を得ることができる。

さらに繊維成形体を薄肉に形成しても、それは補強筒に
より補強されているので、取扱い性が良好で、また溶湯
の充填圧により破損することがない。そして補強筒は切
削加工により容易に除去されるので、寸法精度が良好で
、周囲を繊維強化されたシリンダポアを容易に得ること
ができる。

（３）実施例 第１〜第３図は本発明により得られた繊維強化アルミニ
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ＩＩ〜１４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□〜１４におけるシリンダボア４回りは筒状繊
維強化複合体Ｃｆより構成される。

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の全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開
口部において、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により連結され、相隣る補
強デツキ部８間はシリンダヘッド側への連通ロアとして
機能する。

これによりシリンダブロック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図に示すシリンダブロック素材Ｓ
ｍを鋳造する鋳造装置を示し、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１０．．１０□と、両側型１
０．、Ｌｏ２を摺動自在に載置する下型１１とより構成
される。

上型９の下面に型締め用凹部１２が形成され、その凹部
１２は両側型１０．．１０２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
ヤビテイＣＩを画成する。

したがって第１キヤビテイＣ１は繊維強化複合体成形部
として機能する。凹部１２と嵌合する型締め用凸部１３
が両側型１０．．１０□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に連通ずる給湯シリンダ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キヤビテイＣＩの長手方
向に、且つそれと略同−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は両側型１０１．１０□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。そのキャビティＣ２の上端は前記第１キヤビテイ
Ｃ５に連通し、また両側の下端は両湯道１７に複数の堰
１９を介して連通ずる。

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．と、相隣る第１成形
部１８１問および最外側の両筒１成形部１８．の外側に
位置する凸字形第２成形部１８□とよりなり、各第１成
形部１８．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□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。

各層１９は各第２成形部１８２に対応して設けられてお
り、第２キヤビテイＣ２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側より湯道光１７ａに
向けて段階的に減少するように、湯道１７底面は湯溜部
１４側より数段の上り階段状に形成されている。各段部
１７ｂに連なる各立上がり部１７Ｃは溶湯を各層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キヤビテイＣ２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キヤビテイＣ２に注入することができるので、そのキ
ャビティＣ２内では両側下端よりその全長に亘って略水
平状態で湯面が上昇し、したがって溶湯がキャビティＣ
２内で乱流を起こすことがなく、空気等のガスが溶湯に
巻き込まれることを防止して巣の発生を回避することが
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、の頂面
に後述する繊維成形体を立設する位置決め突起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．に
、位置決め突起２２の両側において第１成形部１８Ｉ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、後述する水ジヤケツト用砂中子の仮設置
のために用いられる。両板設置ピン２５の下端は、成形
ブロック１８の下方に配設された取付板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２
６は各コイルばね２８の弾発力を受けて各支持ロッド２
７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、頂面よ
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。

また両側に位置する２つの第１成形部１８１に、再貫通
孔２４間の三等分位置において第１成形部１８、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心金により押し下げられ、こ
れにより両板設置ピン２５を第１成形部１８．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．．１０□における第１キヤビ
テイＣ５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キヤビテイＣ１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Ｃ８および連通ロアを成形するための第４キヤビ
テイｃ４がそれぞれ開口し、また上型９に各第３キヤビ
テイ０．３および第４キヤビテイＣ４に連通ずるガス抜
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、両キャビティＣｙ。

Ｃ４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の下端
部と嵌合して第３キヤビテイｃ３および第４キヤビテイ
Ｃ４を閉鎖し得るようになっている。

上型９の頂面と取付板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天面に各シリンダバレルＩＩ
〜１４に対応して、軸線を上、下方向に向けた心金４１
が突設され、各心金４１の下端面に第１成形部１８．頂
面の凹部２３に嵌合し得る凸部４１ａが設けられる。ま
た心金４１の外周面は、その上端から下端に向けて先細
りのテーバ面に形成される。

第９．第１０図は水ジヤケツト用砂中子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ＩＩ〜１４に対応して４本の円筒部６０．〜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ロアおよび補強
デツキ部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の中間に位置す
る２本の円筒部６０２，６０３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６３ｂとより形成される。

第１１図において、筒状繊維成形体Ｆ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もので、その寸
法は外径８２ｍｍ、内径７８１曹、高さ１５２龍であり
、したがって肉厚は２１ｍと薄肉である。またかさ密度
は０．３〜１．２ｇ／Ｃｍ３である。繊維成形体Ｆは、
平均直径１８μｍ、平均長さ０．８１の炭素繊維（短繊
維）と、平均直径３〜４μｍ、平均長さ０．５鰭のアル
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結合剤として加え、吸引付着成形
法を適用して成形される。前記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Ｆは、離型後乾燥
および焼成工程を経て使用に供される。

この乾燥工程では、繊維成形体Ｆは薄肉であるから熱回
りが良好となり、したがって結合剤が全体に亘って均一
に乾燥される。

繊維成形体Ｆの内側に、被切削性の良好な金属、例えば
アルミニウム合金、鋳鉄等よりなる補強筒Ｔが嵌合され
、これにより薄肉で脆弱な繊維成形体Ｆの取扱い性の向
上が図られている。補強筒Ｔの内周面は、心金４１と嵌
合し得るようにテーパ面に形成される。

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、また両側型
１０．．１０２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、第
３．第４キャビティＣ８，Ｃ４に連通ずる小径部３２ａ
、３３ａの上部開口を開く。さらに給湯シリンダ１５内
のプランジャ１６を下降させる。

第５図に示すように、略３００℃に予熱された繊維成形
体Ｆを持つ補強筒Ｔの下部開口を第１成形部１８．の位
置決め突起２２に嵌合して繊維成形体Ｆを第１成形部１
８．に立設する。

また第５．第１０図に示すように砂中子５９における両
側の円筒部６０１，６０．下縁を、両側の第１成形部１
８．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！を行う。砂中子５９の各
円筒部６０１〜６０、は各繊維成形体Ｆの外周に配設さ
れる。

第６図に示すように、両側型１０．．１０□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。

次いで上型９を下降させ、心金４１を補強筒Ｔにテーバ
嵌合して繊維成形体Ｆおよび補強筒Ｔの上端面を凹部１
２の天面に衝合し、これにより繊維成形体Ｆを位置決め
固定する。また心金４１の凸部４１ａが第１成形部１８
．頂面の凹部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が第１成形部１８．頂面よ
り引込む。また砂中子５９の各突起６２が各第４キヤビ
テイＣ４に遊挿され、さらに上型９の凹部１２が両側型
１０゜、１０□の凸部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　　ＡＤＣ’１２）よりなる
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、第１３図に示すように圧力ｐ
１を以て溶湯を両湯道１７より堰１９を通じて第２キヤ
ビテイＣ２の両下部よりそのキャビティＣ２および第１
キヤビテイＣＩに注入する。両キャビティＣ＋　、Ｃｚ
内の空気等のガスは、溶湯により押し上げられて第３．
第４キャビティＣｚ、Ｃ４に連通ずるガス抜き孔３２゜
３３を経て上型９の上方へ抜ける。

この場合両湯道１７の断面積が前述のように湯道光１７
ａ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より各層１
９を通じて第２キヤビテイＣ２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。

この押上げ法の適用により第１．第２キャビティＣ１，
Ｃ２内では場面が略水平状態で上昇するので、溶湯への
ガスの巻込みが防止され、したがって巣の発生が回避さ
れる。前記圧力Ｐ、は１゜〜５０　ｋｇ　／　ｃｎ！で
あり、この圧力下で溶湯は繊維成形体Ｆに略充填される
。

第３．第４キャビティＣｙ、Ｃａ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、閉鎖ビン３４．３５によって両
キャビティＣ３，Ｃ４に連通ずる小径部３２ａ、３３ａ
を閉鎖する。

その後プランジャ１６を０．１４〜０．１８　ｍ　／ｓ
ｅＣの速度で上昇させて溶湯を、前記圧力ｐ、を上回る
高圧力ｐ２下に所定時間保持して繊維強化複合体Ｃｆを
得、またこの高圧下で溶湯を完全に凝固させて、アルミ
ニウム合金の組織を緻密化し、その強度の向上を図る。

この場合、繊維成形体Ｆは薄肉であるから溶湯の充填が
効率良く、且つ確実に行われ、これにより繊維成形体Ｆ
の変形およびミクロポロシティ等の鋳造欠陥の発生のな
い繊維強化複合体Ｃｆが得られる。

薄肉の繊維成形体Ｆを心金４１に直接嵌めるようにする
と、それらの間に間隙を生じた場合、繊維成形体Ｆが溶
湯の充填圧により破損することがあるが、本発明におい
ては繊維成形体Ｆをそれに嵌合する補強筒Ｔにより補強
しているので、繊維成形体Ｆが溶湯の充填圧によって破
損することがない。

砂中子５９は、それの各幅木６３を介して両側型１０．
．１０□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ャビテ
ィＣ２内の溶湯の加圧時において砂中子５９が浮き上が
ったりすることがない。また各幅木６３の大径部６３ａ
の端面が両側型１０．．１０□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キヤビテイＣ４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、突起６２に
より連通ロアが、また相隣る連通ロア間に補強デツキ部
８がそれぞれ形成され、さらに砂抜きを行うことにより
水ジャケット６が得られる。その後補強筒Ｔを切削加工
により除去してシリンダボア４を形成すると、第１〜第
３図に示すように、シリンダポア４回りを筒状繊維強化
複合体Ｃｆより構成されたシリンダブロックＳが得られ
る。

なお、前記繊維成形体Ｆは一種類の強化繊維より成形し
てもよい。さらに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。

Ｃ８発明の効果 本発明によれば、繊維成形体を薄肉に形成するので、繊
維成形体の乾燥時、繊維成形体に対する熱回りを良好に
して結合剤を繊維成形体全体に亘り均一に乾燥し、その
内部強度の低下といった不具合を除去し、これにより全
体に亘り均一な強度、を有する繊維強化複合体を得るこ
とができる。

また繊維成形体に対する溶湯の充填性が良好となるので
、繊維成形体が変形したり、またミクロポロシティ等の
鋳造欠陥を発生することがなく、形状精度および鋳造品
質が良好な繊維強化複合体を得ることができる。

さらに繊維成形体を薄肉に形成しても、それは補強筒に
より補強されているので、取扱い性が良好で、また溶湯
の充填圧により破損することがない。そして補強筒は切
削加工により容易に除去されるので、寸法精度が良好で
、周囲を繊維強化されたシリンダボアを容易に得ること
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ｎ−ｎ線断面図、第２Ａ図は第１図ｎ
−ｎ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１図
ｎ−ｎ線断面図、第８図は第１図ｎ−ｎ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。 Ｃ８・・・繊維強化複合体成形部としての第１キヤビテ
イ、Ｃｆ・・・繊維強化複合体、Ｆ・・・繊維成形体、
Ｍ・・・鋳型としての金型、Ｓｍ・・・サイアミーズ型
シリンダブロック素材、Ｔ・・・補強筒 ｂ 第４図 第３図 第１図 第２図 詩　　間 手続補正書（、え）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダボア回りを筒状繊維強化複合体より構成した繊
   維強化シリンダブロックを製造するに当り、内側に被切
   削性の良好な金属製補強筒を嵌合した薄肉の筒状繊維成
   形体を、鋳型の繊維強化複合体成形部に配設し、シリン
   ダブロック素材を圧力鋳造すると同時に前記繊維成形体
   に溶湯を充填して前記繊維強化複合体を得る工程と；前
   記シリンダブロック素材より前記補強筒を切削除去して
   前記シリンダボアを形成する工程と；を用いることを特
   徴とする繊維強化シリンダブロックの製造方法。