JPS62252657A - 冷熱サイクル特性に優れた鋳包み構造及びその形成方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、鋳包み母材金属内に咳母材金属の熱膨張率と
は異る熱膨張率を有する被鋳包み材が鋳包まれた鋳包み
構造に係り、更に詳細には冷熱ナイクル特性に優れた鋳
包み構造及びその形成方法に係る。

従来の技術 アルミニウム合金やマグネシウム合金等よりなる金属部
材の一部の耐熱性、断熱性、耐摩耗性等を向上させる一
つの手段として、これらの性質に優れた被鋳包み材を鋳
包み母材金属内に鋳包むことが有効であることが従来よ
り知られており、被鋳包み材の表面の一部を凹凸状に形
成し、これにより被鋳包み材と母材金属とを凹凸状の界
面にて接合することにより、これら両者の接合力を向上
させることが従来より行われている。

発明が解決しようとする問題点 しかし耐熱性等に優れた材料の熱膨張率はアルミニウム
合金の如き金属の熱膨張率とは比較的大きく異っており
、従って被鋳包み材が鋳包まれた金属部材が繰返し冷熱
サイクルに暉されると、被鋳包み材と母材金属との間の
熱膨張量及び熱収縮量の相違により熱歪み応力が発生し
、該応力に起因して被鋳包み材と母材金属との界面に接
する母材金属の部分にクラックが発生し易いため、被鋳
包み材が鋳包まれた金属部材の耐久性が極めて低いとい
う問題がある。

かかる問題を解決するための一つの手段として、例えば
特公昭５５−１８６９号公報に記載されている如く、被
鋳包み材の平坦な表面に無ｎ繊維の成形体を固着し、そ
の被鋳包み材及び繊維成形体を用いて加圧鋳造を行い、
繊維成形体に鋳包み母材金属が充填されることにより形
成される１１１４強化金属複合層を介して被鋳包み材を
鋳包む方法が既に提案されている。しかしこの方法に於
ては、例えばスポット溶接等により被鋳包み材に対し繊
維成形体を固着しなければならないため生産能率が悪く
、また被鋳包み材及び無機繊維の組合せによっては被鋳
包み材に対し繊維成形体を固着することが不可能であり
、従って使用し得る被鋳包み材及び無機ｉａｍの組合せ
が制限される。また被鋳包み材に対し固着されたＩＩ維
成形体の体積率が不均一になり、特に被鋳包み材に対し
固着された部分に於ける繊維体積率が他の領域に比して
極めて高りするため、均質な複合層を形成することが困
難であり、また特に１１Ｍ体積率の高い領域に応力集中
が生じ易いという問題がある。

本発明は、上述の如き従来の鋳包み構造及びその形成方
法に於ける上述の如き問題に鑑み、これらの問題が生じ
ることがないよう改良された冷熱サイクル特性に優れた
鋳包み構造及びその形成方法を提供することを目的とし
ている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、鋳包み母材金属内
に前記母材金属の熱膨張率とは異なる熱膨張率を有する
被鋳包み材が鋳包まれた鋳包み構造にして、前記被鋳包
み材及び母材金属は凹凸状の界面にて互いに接合されて
おり、前記母材金属の前記界面に近接する領域は前記母
材金属以外の材料の微細片が微細に分散された複合層を
形成しており、前記複合層は前記母材金属の熱膨張率と
前記被鋳包み材の熱膨張率との間の熱膨張率を有し、前
記界面近傍の領域は前記被鋳包み材の熱膨張率と前記複
合層の熱膨張率との間の熱膨張率を有する鋳包み構造、
及び鋳包み母材金属内に前記母材金属の熱膨張率とは異
なる熱膨張率を有する被鋳包み材が鋳包まれた鋳包み構
造の形成方法にして、凹凸状の表面を有する被鋳包み材
と、前記は材金属の熱膨張率を基準にみて大小関係が前
記被鋳包み材の熱膨張率の側にある熱膨張率を有する材
料の微細片よりなる集合体とを該集合体が前記被鋳包み
材の凸部に当接した状態にて鋳型内に配置し、前記鋳型
内に前記母材金属の溶場を注湯し、前記溶湯を加圧しつ
つ凝固させる鋳包み構造の形成方法によって達成される
。

発明の作用及び効果 本発明の鋳包み構造によれば、被鋳包み材及び母材金属
は凹凸状の界面にて互いに接合されており、母材金属の
前記界面に近接する領域は母材金属以外の材料の微細片
が微細に分散された複合層を形成しており、該複合層は
母材金属の熱膨張率と被鋳包み材の熱膨張率との間の熱
膨張率を有し、前記界面近傍の領域は被鋳包み材の熱膨
張率と複合層の熱膨張率との間の熱膨張率を有しており
、従って複合層が存在しない従来の鋳包み構造の場合や
被鋳包み材の平坦面に繊維成形体を固着することにより
形成される従来の鋳包み構造の場合に比して各部分の間
の熱膨張率の差が小さいので、鋳包み構造を含む金属部
材が冷熱サイクルを受ける場合に発生ずる熱歪み応力を
低減し、これによりクラックの発生する虞れを低減する
ことができ、更には金属部材の耐久性を向上させること
ができる。

尚複合層とこれに接する母材金属のみの部分との間の界
面は非常に微細に入りくんだ複雑な形状をなしており、
また複合層の微細片の間に充填された母材金属は母材金
属のみの部分に連続しているので、これらの部分の間の
熱膨張率の差が比較的大きい場合にも、これらの部分の
間の界面に於てクラックが発生する虞れは非常に小さい
。

また本発明の鋳包み構造の形成方法によれば、凹凸状の
表面を有する被鋳包み材と、母材金属の熱膨張率を基準
にみて大小関係が被鋳包み材の熱膨張率の側にある熱膨
張率を有する材料の微細片よりなる集合体とを該集合体
が被鋳包み材の凸部に当接した状態にて鋳型内に配置さ
れ、該鋳型内に母材金属の溶湯が注湯され、該溶湯が加
圧しつつ凝固せしめられることにより鋳包み構造が形成
され、上述の特公昭５５−１８６９号公報に記載された
方法の如く被鋳包み材に対し微細片の集合体を固着する
ことは行われないので、鋳包み構造を能率よく形成する
ことができ、被鋳包み材及び微細片の材料としてそれら
を相互に固着することができない材料の組合せを選択す
ることも可能であり、更には微細片の集合体中に母材金
属の溶湯が充填されることにより形成される複合層を均
質化し、また複合層の部分に微細片の体積率が極端に高
い部分が生じることを回避することができる。

本発明の鋳包み構造の一つの詳細な特徴によれば、複合
層は被鋳包み材の凸部に実質的に直接接している。かか
る構造によれば、被鋳包み材の凸部と複合層との間に母
材金属のみの部分が実質的に存在しないので、これらの
間の部分に母材金属のみの部分が存在する場合に比して
、クラックの発生する虞れを低減することができる。

本発明の鋳包み構造の他の一つの詳細な特徴によれば、
複合層は被鋳包み材の凸部及び凹部に実質的に直接接し
ている。かかる構成によれば、被鋳包み材と複合層との
間に母材金属のみの部分が実質的に全く存在しないので
、これらの間に母材金属のみの部分が存在する場合に比
してクランクが発生する虞れを低減することができ、特
に複合層が被鋳包み材の凸部にのみ実質的に直接接して
いる構造に比して、クラックが発生する虞れを更に一層
低減することができる。

本発明の鋳包み構造の更に他の一つの詳細な特徴によれ
ば、被鋳包み材は多層構造に互いに接合された複数個の
被鋳包み材片にて構成され、複合層に最も近い被鋳包み
材片は複合層に面する側に凹凸状の表面を有している。

かかる構造によれば、金属部材の一部に層状に種々の特
性を付与することができる。例えば最表面の被鋳包み材
片を耐熱性に優れた材料に選定し、その被鋳包み材片と
複合層との間の被鋳包み材片を断熱性に優れた材料に選
定すれば、耐熱性及び断熱性が非常に良好である金属部
材を得ることができる。

本発明の鋳包み構造の更に他の一つの詳細な特徴によれ
ば、被鋳包み材は多層構造に互いに接合された複数個の
被鋳包み材片にて構成され、複合層に最も近い被鋳包み
材片は貫通孔を有し、該貫通孔により凹凸状の表面の一
部が郭定されている。

かかる構造によれば、被鋳包み材の凹凸状の表面を容易
に形成することができ、また貫通孔の大きさや密度を変
化させることによって開孔率を変化させることにより、
凹凸状の界面近傍の領域の熱膨張率を容易に調整するこ
とができる。

本発明の鋳包み構造の更に他の一つの詳細な特徴によれ
ば、被鋳包み材は多層構造に互いに接合された複数個の
被鋳包み材片にて構成され、各被鋳包み材片の熱膨張率
は複合層に近づくにつれて複合層の熱膨張率に漸次近づ
く値に設定されている。かかる構造によれば、金属部材
の特定の表面部の成る特定の性質を向上させるために選
定される材料の熱膨張率が母材金属の熱膨張率とは大ぎ
く異なる場合にも、冷熱サイクルによる熱歪み応力に起
因してクラックが発生する虞れを低減することができる
。

また本発明の鋳包み構造及びその形成方法に於ける微細
片の構成材料は、熱膨張率が母材金属の熱膨張率を基準
にみて大小関係が被鋳包み材の熱膨張率の側にある任意
の材料、例えば被鋳包み材の熱膨張率が母材金属の熱膨
張率よりも小さい場合には、母材金属の熱膨張率よりも
小さく被鋳包み材の熱膨張率よりも大きいかこれに等し
い熱膨張率、又は母材金属の熱膨張率及び被鋳包み材の
熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する任意の材料であ
ってよい。また微細片の形態は短繊維、箔、切粉、粉末
等任意の形態であってよいが、複合層との界面近傍の母
材金属のみの部分にクラックが発生する虞れを低減する
ためには、微細片は短繊維、即ち不連続繊維の形態をな
していることが好ましい。従って本発明の更に伯の一つ
の詳細な特徴によれば、微細片は不連続繊維の形態をな
している。

本発明の鋳包み構造の形成方法の一つの詳細な特徴によ
れば、被鋳包み材及び微細片の集合体は該集合体が被鋳
包み材の凹部にも当接した状態にて鋳型内に配回される
。かかる方法によれば、複合層が被鋳包み材の凸部及び
凹部に実質的に直接接する鋳包み構造を形成することが
できる。特にこの場合、微細片の集合体が微細片の圧縮
成形体や吸引成形等によりバインダを用いて形成された
成形体の如くそれ自身形状を保持し得る集合体である場
合には、鋳型内に母材金属の溶湯が注湯される際に該溶
湯の流動作用により微細片の集合体が被鋳包み材に対し
相対的に変位ぜしめられることがないので、被鋳包み材
に対し適正な位置に複合層を形成することができる。更
には被鋳包み材及び微細片の集合体が互いに補形をなす
凹凸部にて一体的に嵌合している場合には、被鋳包み材
及び微細片の集合体を一体のものとして取り扱うことが
可能であるので、加圧鋳造による鋳包み構造の形成を能
率よ〈実施することができる。

尚本発明に於番プる被鋳包み材及び微細片の材料は、金
属やセラミックの如き任意の材料であってよい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１　び　　　１ 第１図に示されている如く、直径５０＋＋ｅ、板厚２−
置のステンレス鋼（Ｊ　ｌ５Ｍｌ５ＵＳ３０４、熱膨張
率１７，８ｘ１０＝）製の円板２と、直径６０１、板厚
２１ｍのステンレス鋼Ｌｊ（Ｓ規格５ＬＪＳ３０４）製
の円板状のパンチメタル４（パンチ孔６の直径３１ｍ１
．パンチ孔による開孔率５０％）とを用意した。次いで
これらをスポット径３１ｍ１ｌ１１打点数８０にてスポ
ット溶接を行うことにより、第２図に示されている如く
、円板２とパンチメタル４とが互いに剛固に接合されパ
ンチメタルの側にその一方の端面及びパンチ孔等により
郭定された凹凸面８を有する円板状の被鋳包み材１０を
形成した。

次いで平均繊維径２０μｍ、平均繊維長２．５１のステ
ンレス鋼（Ｊ　［８Ｍ１８ＳＵＳ３０４）の知識Ｎ１２
の集合体に対し圧縮成形を行うことにより、第３図に示
されている如く、直径６０ｍｌ１１１厚さ５ＩＩＩ１１
の寸法を有し、個々の知識ｌ１１２が実質的に三次元ラ
ンダムにて配向され、自ら形状を保持し得る繊維体積率
３０％の円板状の繊維成形体１４を形成した。

次いで第４図に示されている如く、本体１６と、該本体
に嵌合し本体１６と共働してモールドキャビティ１８を
郭定するアッパパンチ２０及びロアパンチ２２とよりな
る鋳造装［２４を用意した。

次いで被鋳包み材１０及び繊維成形体１４を４００℃に
予熱し、しかる後繊帷成形体１４の一方の端面が被鋳包
み材の凹凸面８にその凸部端面に当接するよう重ね合わ
せ、更にそれらを第４図に示されている如く繊維成形体
が上側になるよう本体１６内にてロアパンチ２２上に載
置した。

次いで第５図に示されている如く、モールドキャピテイ
１８内に母材金属としてのアルミニウム合金ＬＪＩＳ規
格ＡＣ８Ａ、熱膨張率２０．５Ｘ１０−６）の溶湯２６
を注渇し、該溶湯をアッパバンチ２０により約１０００
ｋ（＋／ｍ２の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯が
完全に凝固するまで保持した。

第６図はかくして高圧鋳造により形成され本発明の鋳包
み構造２８の一つの実施例を含む凝固体３０を示す部分
縦断面図である。第６図に示されている如く、元の円板
２は凝固体３０の図にて上端面に露呈しており、元のパ
ンチメタルのパンチ孔の部分にもアルミニウム合金３２
が充填されており、また元の繊維成形体の個々の短繊維
１２の間にもアルミニウム合金３２が充填されており、
これにより該部分は微細に分散されたステンレス鋼の′
短繊維が微細に分散されたアルミニウム合金よりなる複
合層３４を形成している。従って被鋳包み材１０はその
元の凹凸面８に対応する凹凸状の界面３６にてアルミニ
ウム合金３２のみの部分及び複合１１１３４と接合され
ている。

次いで第６図に於て仮想線にて示されている如く、凝固
体３０の図にて上端より厚さ１５ｍ１１．直径８０ＩＩ
ｌｌのテストピース３８を被鋳包み材１０と実質的に同
心に切削により切出した。

また比較の目的で、繊維成形体が使用されなかった点を
除き上述の実施例の場合と同一の条件にて形成された凝
固体より、上述の実施例の場合と同一の要領にて第７図
に示されている如き比較例１としてのテストピース４０
を形成した。尚第７図に於て、第６図に示された部分と
実質的に同一の部分には第６図に付された符号と同一の
符号が付されており、符＠４１は被鋳包み材１０とアル
ミニウム合金３２のみの部分との間の凹凸状の界面を示
している。

次いで上述の如く得られた実施例１及び比較例１のテス
トピースについて、それぞれ第６図及び第７図に示され
た各部の熱膨張率を測定した。この測定結果を下記の表
１に示す。尚表１に於て、Ａは被鋳包み材１０の本体と
しての円板２の部分であり、Ｂ及び８１は被鋳包み材の
凹凸部であり、Ｂｌ！は複合層３４の部分であり、Ｃは
テストピースの図にて下端面に近接するアルミニウム合
金３２のみの部分である。

表　　１ （各部分の熱膨張率×１０　） 唾−」Ｌ　　　衷７ＡＭ１　　　　　よ１１Ａ　　　　
　１７．８　　　１７．８ Ｂ　　　　　　　　　　　　１８．５ ［３＋　　　　１８．５ ８ｇ　　　　１９．０　　　　　□ Ｃ２０，５２０，５ 表１より、比較例１のテストピースに於ては、部分Ａ及
びＢと部分Ｃとの間に比較的大きい熱膨張率の差があり
、従って界面４１に接するアルミニウム合金のみの部分
にクラックが発生し易い状況にあることが解る。これに
対し実施例１のテストピースに於ては、部分Ｂ２の熱膨
張率は部分への熱膨張率と部分Ｃの熱膨張率との中間の
値であり、また部分Ｂ＋の熱膨張率は部分への熱膨張率
と部分Ｂ２の熱膨張率との中間の値であり、更に部分Ｂ
＋とＢ２との間の熱膨張率の差が非常に小さく、従って
比較例１の場合に比してクラックが発生しにくい状況に
あることが解る。

また上述の実施例１及び比較例１のテストビースについ
て、下記の表２に示された条件にて各テストピースの被
鋳包み材１０の表面４２の温度が５５０℃になるよう、
表面４２）即ち円板２の表面の中央部をアセチレンバー
ナにて加熱し、しかる後２０℃の冷却水にて冷却する工
程を１サイクルとし、これを繰返し行う冷熱サイクル試
験を行った。

表　　２ （試験条件） 雰囲気二　　大気中 加熱時間＝　　５分 冷却時間＝　　１分 サイクルタイム：　　７分／サイクル この冷熱サイクル試験の結果、比較例１のテストピース
に於ては、１００サイクル経過した時点に於て、界面４
１に接するアルミニウム合金３２のみの部分にクラック
が発生したのに対し、実施例１のテストピースに於ては
、１０００サイクル経過した時点に於ても何れの部分に
もクラックは発生せず、界面３６及び複合１１３４とア
ルミニウム合金３２のみの部分との間の界面４４の性状
が良好であることが認められた。

ラ　　２　びｔ較例２ 上述の実施例１及び比較例１に於ける円板２の代りにス
テンレス鋼ＬＪ　ｌ５Ｍｌ５ＵＳ４３０、熱膨張率１０
．５ｘ１０−’）が使用された点を除き実施例１及び比
較例１の場合と同一の要領及び条件にて被鋳包み材を形
成し、短繊維１２の代りに平均繊維径２μ−１平均ｌＩ
稚長５ｉｍのアルミナ短繊維（ＩＣＩ株式会社製「サフ
ィルＲＦＪ、熱膨張率７Ｘ１０　　’）が使用され、繊
維体積率が１０％に設定された点を除き、実施例１の場
合と同一の要領及び条件にて繊維成形体を形成し、これ
らの被鋳包み材及びｍ雑成形体を用いて実施例１の場合
と同一の要領及び条件にて実施例２としてのテストピー
スを形成し、また被鋳包み材のみを用いて比較例１の場
合と同一の要領及び条件にて比較例２としてのテストピ
ースを形成した。尚これらのテストピースに含まれる鋳
包み構造は、被鋳包み材の円板の材質が異なる点を除き
、それぞれ１７６図及び第７図に示された鋳包み構造と
実質的に同一であった。

次いでこれらのテストピースについて、それぞれ実施例
１及び比較例１に於ける各部分Ａ−Ｃに対応する各部分
Ａ−Ｃの熱膨張率を測定した。この測定結果を下記の表
３に示す。

表　　３ （各部分の熱膨張率Ｘ　１０−’　”）１−Ｌ　　　友
ｍ！ Ａ　　　　　　　Ｉｏ、５　　　　　１０．５３　　　
　　　　　　　　　　　　　　１７．８Ｂ＋　　　　　
　　１８．０　　　　　　　□Ｂ１！　　　　　　１８
．６　　　　　　−Ｃ２０，５２０，５ 表３より、比較例２のテストピースに於ても、部分Ａ及
びＢと部分Ｃとの開に比較的大きい熱膨張率の差があり
、従って被鋳包み材との界面に接するアルミニウム合金
のみの部分にクラックが発生し易い状況にあることが解
る。これに対し実施例２のテストピースに於ては、部分
Ｂ２の熱膨張率は部分への熱膨張率と部分Ｃの熱膨張率
との中間の値であり、また部分８＋の熱膨張率は部分Ａ
の熱膨張率と部分Ｂ２の熱膨張率との中間の値であり、
更に部分Ｂ１と８２との間の熱膨張率の差が非常に小さ
く、従って比較例２の場合に比してクラックが発生しに
くい状況にあることが解る。

また実施例２及び比較例２のテストピースについて、実
施例１及び比較例１の場合と同一の要領及び条件にて冷
熱サイクル試験を行った。この冷熱サイクル試験の結果
、比較例２のテストピースに於ては、８０サイクル経過
した時点に於て、被鋳包み材との界面に接するアルミニ
ウム合金のみの部分にクラックが発生したのに対し、実
施例２のテストピースに於ては１０００サイクル経過し
た時点に於てもいずれの部分にもクラックは発生せず、
被鋳包み材とアルミニウム合金のみの部分及び複合層と
の界面及び複合層とアルミニウム合金のみの部分との間
の界面の性状が良好であることが認められた。

３　びｌ較例３ 第８図に示されている如く、直径６０１ＩＩ１１１板厚
２ｒａｍのニッケル超合金（ｌ　ｎｃｏｎｅｌ　　Ｘ　
、熱膨張率１３．７Ｘ１０−’）製の円板５２と、直径
６０ＩｌｌｌｌＩ、板厚２ｍｍの耐熱鋳鋼（ＪＩＳ規格
５ＣＨ１９、熱膨張率１６．２ｘ１０”−’）製の円板
状のパンチメタル５４（パンチ孔５６の直径３１、パン
チ孔による開口率４５％）とを用意した。次いでこれら
をスポット径３ｍｍ、打点数８０にてスポット溶接を行
うことにより、円板５２とパンチメタル５４とが互い剛
固に接合されパンチメタルの側にその一方の端面及びパ
ンチ孔等により郭定された凹凸面５８を有する円板状の
被鋳包み材６０を形成した。

次いで第９図に示されている如（、型本体６２と該型本
体の孔６４に嵌合する上型６６及び下型６８とよりなる
圧縮成形装置７０を用意した。次いで下型６８上にパン
チメタル５４が上側になるよう被鋳包み材６０を配置し
、被鋳包み材６０上に平均ｌｌｌｌ１１径１μｍ１平均
繊維長１００μｍの炭化ケイ素ボイスカフ２（東海カー
ボン株式会社製、熱膨張率４．５Ｘ１０’）の集合体を
配置し、該集合体を上型６６にて圧縮することにより、
第１０図に示されている如く、パンチメタル５４のパン
チ孔５６に嵌合する凸部７４を有し、直径６０ｍ１、凸
部７４を除く厚さ５ｎｎ＋の寸法を有し、個々の炭化ケ
イ素ボイスカフ２が実質的に三次元ランダムにて配向さ
れ、自ら形状を保持し得る繊維体積率２５％の繊維成形
体７６を形成した。尚繊維成形体７６は凸部７４の端面
にて円板５２に当接し、凹部７８にてパンチメタル５４
に当接し、凸部７４がパンチメタルのパンチ孔５６に密
に嵌合することにより被鋳包み材６０と一体の状態を成
していた。

次いで被鋳包み材６０及び繊維成形体７６を繊維成形体
が上側になるよう鋳型内に配置し、該鋳型内に母材金属
としてのアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ５Ａ、熱膨
張率２４．０Ｘ１０−６）の溶湯を注渇し、該ｍ澹をア
ッパバンチ２より約１０００　ｋｏ／　ｃｍ”の圧力に
て加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固する保持し
た。溶場が完全に凝固した後鋳型より凝固体を取出し、
実施例１の場合と同一の要領にて第１１図に示されてい
る如きテストピース８０を切り出した。

第１１図に示されている如く、テストピース８０は本発
明の鋳包み構造８２の他の一つの実施例を含んでおり、
元の円板５２はテストピースの図にて上端面に露呈して
おり、元の繊維成形体の個々の炭化ケイ素ボイスカフ２
の間にアルミニウム合金９２が充填されており、これに
より該部分は炭化ケイ素ボイスカフ２が微細に分散され
たアルミニウム合金よりなる複合層８４を形成している
。

従って被鋳包み材６０はその元の凹凸面５８に対応する
凹凸状の界面８６にて複合８８４と接合されている。

また比較の目的で繊維成形体が使用されなかった点を除
き実施例３の場合と同一の条件にて形成された凝固体よ
り、実施例３の場合と同一の要領にて第１２図に示され
ている如き比較例３としてのテストピース８８を形成し
た。尚第１２図に於て、第１１図に示された部分と実質
的に同一の部分には第１１図に付された符号と同一の符
号が付されており、符号９０は被鋳包み材６０とアルミ
ニウム合金９２のみの部分との間の界面を示している。

次いで上述の如く得られた実施例３及び比較例３のテス
トピースについて、それぞれ第１１図及び第１２図に示
された各部の熱膨張率を測定した。

この測定結果を下記の表４に示す。尚表４に於て、Ａ−
Ｃはそれぞれ実施例１及び比較例１に於ける各部分Ａ−
Ｃに対応しており、Ａは被鋳包み材６０の円板５２の部
分であり、Ｂは被鋳包み材の凹凸部であり、Ｂ１は被鋳
包み材及び複合層の凹凸部であり、Ｂ２は複合１８４の
部分であり、Ｃはテストピースの図にて下端面に近接す
るアルミニウム合金９２のみの部分である。

表　　４ （各部分の熱膨張率Ｘ　１０−’　） ｆ！ＬＪＬ　　　友１１１　　　比較例３Ａ　　　　　
１３．７　　　１３．７ ８　　　　　　　　　　　１９．０ Ｂ＋　　　　　　　１７．０　　　　　　−８２　　　
　　　１８．４　　　　　　　□Ｃ２４，０２４，０ 表４より、比較例３のテストピースに於ては、部分Ａ及
びＢと部分Ｃとの間に比較的大きい熱膨張率の差があり
、従って界面９０に接するアルミニウム合金のみの部分
にクラックが発生し易い状況にあることが解る。これに
対し実施例３のテストピースに於ては、部分Ｂｙの熱膨
張率は部分Ａの熱膨張率と部分Ｃの熱膨張率との中間の
値であり、また部分Ｂ＋の熱膨張率は部分Ａの熱膨張率
と部分Ｂ２の熱膨張率との中間の値であり、更に部分Ｂ
１と８２との間の熱膨張率の差が小さく、従って比較例
３の場合に比してクラックが発生しにくい状況にあるこ
とが解る。

また実施例３及び比較例３のテストピースについて、実
施例１及び比較例１の場合と同一の要領及び条件にて冷
熱ナイクル試験を行った。

この冷熱サイクル試験の結果、比較例３のテストピース
に於ては、５０サイクル経過した時点に於て、界面９０
に接するアルミニウム合金９２のみの部分にクラックが
発生したのに対し、実施例３のテストピースに於ては、
１０００サイクル経過した時点に於てもいずれの部分に
もクラックは発生せず、界面８６及び複合層８４とアル
ミニウム合金９２のみの部分との間の界面９４の性状が
良好であることが認められた。

４　び　較例４ 上述の実施例３及び比較例３に於ける被鋳包み材６０の
代りに、第１３図に示されている如く、直径６０■■、
厚さ４ｍｍの機械構造用炭素鋼（ＪＩＳＭ格８１０Ｇ、
熱膨張率１３．５Ｘ１０−’）の円板の一方の端面に直
径３１ｍ、平均深さ２１１１の盲ＩＬ９５を開孔率６０
％にて多数形成することにより、前記端面及び盲孔９５
により凹凸面９６が形成された一片の被鋳包み材９８が
使用され、炭化ケイ素ホイスカ７２の代りに平均繊維径
０．２μｍ、平均繊維長３０μ園のチタン酸カリウムボ
イス力（大塚化学株式会社製しティスモＤ」、熱膨張率
８，７Ｘ１０−’）が使用され、繊維体積率が３５％に
設定され、母材金属としてアルミニウム合金（ＪＩＳ規
格ＡＣ２Ａ、熱膨張率２２Ｘ１０弓）が使用された点を
除き、実施例３の場合と同一の要領及び条件にて繊維成
形体を形成し、これらの被鋳包み材及び繊維成形体を用
いて実施例３の場合と同一の要領及び条件にて実施例４
としてのテストピースを形成し、また被鋳包み材９８の
みを用いて比較例３の場合と同一の要領及び条件にて比
較例４としてのテストピースを形成した。

尚これらのテストピースに含まれる鋳包み構造は、被鋳
包み材が一体の構造であり、各部分の構成材料が異なる
点を除き、それぞれ第１１図及び第１２図に示された鋳
包み構造と実質的に同一であった。

次いでこれらのテストピースについて、それぞれ実施例
１及び比較例１に於ける各部分へ〜Ｃに対応する各部分
Ａ〜Ｃの熱膨張率を測定した。この測定結果を下記の表
５に示す。

表　　５ （各部分の熱膨張率×１０　） 脛−ＪＬＬＬｆＬ土　　　比較例４ Ａ　　　　　１３．５　　　１３．５ Ｂ　　　　　　　　　　　　１７．９ Ｂ＋　　　　　１５．３　　　　　□ ８ｚ　　　　　１６．７　　　　　□ Ｇ　　　　　２２　　　　　２２ 表５より、比較例４のテストピースに於ては、部分Ａ及
びＢと部分Ｃとの間に比較的大きい熱膨張率の差があり
、従って被鋳包み材との界面に接するアルミニウム合金
のみの部分にクラックが発生し易い状況にあることが解
る。これに対し実施例４のテストピースに於ては、部分
Ｂ２の熱膨張率は部分Ａの熱膨張率と部分Ｃの熱膨張率
との中間の値であり、また部分Ｂ＋の熱膨張率は部分へ
の熱膨張率と部分Ｂ２の熱膨張率との中間の値であり、
更に部分８１　と８２との間の熱膨張率の差が小さく、
従って比較例４の場合に比してクラックが発生し難い状
況にあることが解る。

また実施例４及び比較例４のテストピースについて、実
施例１及び比較例１の場合と同一の要領及び条件にて冷
熱サイクル試験を行った。

この冷熱サイクル試験の結果、比較例４のテストピース
に於ては、８０サイクル経過した時点にたて、被鋳包み
材との界面に接するアルミニウム合金のみの部分にクラ
ックが発生したのに対し、実施例４のテストピースに於
ては、１０００ナイクル経過した時点に於ても何れの部
分にもクラックは発生せず、被鋳包み材と複合層との間
の界面及び複合層とアルミニウム合金のみの部分との界
面の性状が良好であることが認められた。

上述の各実施例に於ては、パンチメタルのパンチ孔の形
状は円形であるが、第１４図に示されている如く、パン
チメタル１００のパンチ孔１０２の形状は四角形の如き
任意の形状であってよい。

また被鋳包み材の本体に接合されるパンチメタルは被鋳
包み材の本体と同一の形状である必要はなく、例えば第
１５図に示されている如く、被鋳包み材の本体１０４に
対しその外周部のみに接合される円環状のパンチメタル
１０６であってよい。

更にパンチメタルのパンチ孔はパンチメタルの全面に設
けられる必要はなく、例えば第１６図に示されている如
く、外周部のみにパンチ孔１０８が設けられたパンチメ
タル１１０の如きパンチメタルであってもよい。

また被鋳包み材の本体に接合されるパンチメタルの如き
有孔板は、例えば第１７図に示されている如く複数個の
一体的な突起１１２を有し、該突起を通る貫通孔１１４
を有する有孔板１１６や、ｊｆ！１８図に示されている
如く、無孔の板材に一対のスリットを多数形成し、該一
対のスリットの間の部分を塑性変形によって突出させる
ことにより凸部１１８及び貫通孔１２０が形成された有
孔板１２２の如き有孔板であってよい。

更に被鋳包み材が無孔の被鋳包み材の本体と有孔板とを
接合することにより形成される場合及び一つの被鋳包み
材片に多数の盲孔を設けることにより形成される場合の
いずれに於ても、第１９図に示されている如く、被鋳包
み材の凹凸面１２４を与えるための孔１２６の開口部の
周囲の部分には、該部分の周りに過度の応力集中やこれ
に起因するクラック発生の虞れを低減すべく、面取り１
２８やＲ取りが施されることが好ましい。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は被鋳包み材を形成するための円板及びパンチメ
タルを示す斜視図、第２図は第１図に示された円板及び
パンチメタルが互いに接合されることにより形成された
被鋳包み材を示す斜視図、第３図は実質的に三次元ラン
ダムにて配向されたステンレス鋼のｙ！ｆ繊維よりなる
繊維成形体を示す斜視図、第４図は第２図に示された被
鋳包み材及び第３図に示されたＩＩ維成形体が鋳型内に
配置された状態を示す解図、第５図は第４図に示された
鋳造装置を用いて行われる加圧鋳造工程を示す解図、第
６図は第５図の加圧鋳造工程により形成された本発明の
鋳包み構造の一つの実施例を含む凝固体を示す部分断面
図、第７図は比較例の鋳包み構造を含むテストピースを
示す断面図、第８図は互いに接合された円板とパンチメ
タルとよりなる被鋳包み材を示す第２図と同様の斜視図
、第９図は第８図に示された被鋳包み材を用いて行われ
る炭化ケイ素ボイス力の集合体に対する圧縮成形の要領
を示す断面図、第１０図は第９図の圧縮成形により得ら
れたｍｓ成形体及び被鋳包み材を示す断面図、第１１図
は第１０図に示された繊維成形体及び被鋳包み材を用い
て加圧鋳造を行うことにより形成された本発明の鋳包み
構造の他の一つの実施例を含むテストピースの断面図、
第１２図は第８図に示された被鋳包み材のみを用いて加
圧鋳造を行うことにより形成された比較例の鋳包み構造
を含むテストピースを示す断面図、第１３図は一つの被
鋳包み材片よりなる被鋳包み材を示ず斜視図、第１４図
乃至第１８図は本発明の鋳包み構造の形成方法に於て使
用されてよい種々の有孔板を示す斜視図、第１９図は凹
凸面を与えるための孔の開口部の周囲に面取りが施され
た被鋳包み材を示す拡大部分断面図である。 ２・・・円板、４・・・バンチメタル、６・・・バンチ
孔。 ８・・・凹凸面、１０・・・被鋳包み材、１２・・・短
Ｒａ帷。 １４・・・繊維成形体、１６・・・本体、１８・・・モ
ールドキャビティ、２０・・・アッパバンチ、２２・・
・ロアバンチ、２４・・・鋳Ｔｉ装置、２６・・・アル
ミニウム合金の溶湯、２８・・・鋳包み構造、３０・・
・凝固体、３２・・・アルミニウム合金、３４・・・複
合層、３６・・・界面。 ３６．４０・・・テストピース、４１・・・界面、４２
・・・被鋳包み材の表面、４４・・・界面、５２・・・
円板、５４・・・パンチメタル、５６・・・パンチ孔、
５８・・・凹凸面、６０・・・被鋳包み材、６２・・・
型本体、６４・・・孔。 ６６・・・上型、６８・・・下型、７２・・・炭化ケイ
素ホイスカ、７４・・・凸部、７６・・・繊維成形体、
７８・・・凹部、８０・・・テストピース、８２・・・
鋳包み構造、８４・・・、複合層、８６・・・界面、８
８・・・テストピース。 ９０・・・界面、９２・・・アルミニウム合金、９４・
・・界面、９５・・・密孔、９６・・・凹凸面、９８・
・・被鋳包み材、１００・・・パンチメタル、１０２・
・・パンチ孔。 １０４・・・被鋳包み材片の本体、１０６・・・パンチ
メタル、１０８・・・パンチ孔、１１０・・・パンチメ
タル。 １１２・・・突起、１１４・・・貫通孔、１１６・・・
有孔板。 １１８・・・凸部、１２０・・・貫通孔、１２２・・・
有孔板。 １２４・・・凹凸面、１２６・・・孔、１２８・・・面
取り特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　
　　　　理　　　　　人　　　弁理士　　明　　石　　
昌　　毅第１図 第２図　　　　第３図 第　４　図 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 第１６図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳包み母材金属内に前記母材金属の熱膨張率とは
   異なる熱膨張率を有する被鋳包み材が鋳包まれた鋳包み
   構造にして、前記被鋳包み材及び母材金属は凹凸状の界
   面にて互いに接合されており、前記母材金属の前記界面
   に近接する領域は前記母材金属以外の材料の微細片が微
   細に分散された複合層を形成しており、前記複合層は前
   記母材金属の熱膨張率と前記被鋳包み材の熱膨張率との
   間の熱膨張率を有し、前記界面近傍の領域は前記被鋳包
   み材の熱膨張率と前記複合層の熱膨張率との間の熱膨張
   率を有する鋳包み構造。
2. （２）特許請求の範囲第１項の鋳包み構造に於て、前記
   複合層は前記被鋳包み材の凸部に実質的に直接接してい
   ることを特徴とする鋳包み構造。
3. （３）特許請求の範囲第２項の鋳包み構造に於て、前記
   複合層は前記被鋳包み材の凹部にも実質的に直接接して
   いることを特徴とする鋳包み構造。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの鋳包
   み構造に於て、前記被鋳包み材は多層構造に互いに接合
   された複数個の被鋳包み材片にて構成され、前記複合層
   に最も近い前記被鋳包み材片は前記複合層に面する側に
   凹凸状の表面を有していることを特徴とする鋳包み構造
   。
5. （５）特許請求の範囲第４項の鋳包み構造に於て、前記
   複合層に最も近い前記被鋳包み材片は貫通孔を有し、該
   貫通孔により前記凹凸状の表面の一部が郭定されている
   ことを特徴とする鋳包み構造。
6. （６）特許請求の範囲第４項又は第５項の鋳包み構造に
   於て、各被鋳包み材片の熱膨張率は前記複合層に近づく
   につれて前記複合層の熱膨張率に漸次近づく値であるこ
   とを特徴とする鋳包み構造。
7. （７）特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかの鋳包
   み構造に於て、前記微細片は不連続繊維の形態をなして
   いることを特徴とする鋳包み構造。
8. （８）鋳包み母材金属内に前記母材金属の熱膨張率とは
   異なる熱膨張率を有する被鋳包み材が鋳包まれた鋳包み
   構造の形成方法にして、凹凸状の表面を有する被鋳包み
   材と、前記母材金属の熱膨張率を基準にみて大小関係が
   前記被鋳包み材の熱膨張率の側にある熱膨張率を有する
   材料の微細片よりなる集合体とを該集合体が前記被鋳包
   み材の凸部に当接した状態にて鋳型内に配置し、前記鋳
   型内に前記母材金属の溶湯を注湯し、前記溶湯を加圧し
   つつ凝固させる鋳包み構造の形成方法。
9. （９）特許請求の範囲第８項の鋳包み構造の形成方法に
   於て、前記被鋳包み材及び前記集合体は前記集合体が前
   記被鋳包み材の凹部にも当接した状態にて前記鋳型内に
   配置されることを特徴とする鋳包み構造の形成方法。