JPS626763A - 繊維強化シリンダブロツク素材の鋳造方法 - 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、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ィに、前記
繊維成形体の一方の開口端側から大気圧を上回る所定の
圧力下で溶湯を注入し、その後溶湯を前記圧力を上回る
高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 しかしながら前記手法によると、溶湯の流れが繊維成形
体の一方の開口端側から他方の開口端に向かう軸方向の
流れとなるため、繊維成形体における他方の開口端側の
部位に空気等の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。

Ｂ６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する工程と；前記繊維成形体を囲
繞するシリンダブロック素材成形用キャビティ上部のガ
ス抜き孔の開度を絞り、大気圧を上回る所定の圧力下で
該キャビティ下部より該キャビティに溶湯を、場面が略
水平状態で上昇するように注入すると共に真空ポンプに
より前記中子を介して前記繊維成形体内の空気を吸引す
る工程と；前記ガス抜き孔を閉じて前記溶湯を前記圧力
を上回る高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 キャビティにそれの下部から溶湯を注入する押上げ法を
適用して場面を略水平状態で上昇させ、同時にガス抜き
孔の開度を絞って前記溶湯の注入圧を大気圧を上回る所
定の圧力に保持し、また真空ポンプにより通気性中子を
介して繊維成形体内の空気を吸引するので、キャビティ
内への溶湯の注入と同時に繊維成形体への溶湯の充填が
その下部から順次スムーズに開始される。また繊維成形
体内の空気等のガスは中子を通じて排出されるのでガス
抜き性も良好である。その上、場面の略水平状態での上
昇により溶湯へのガスの巻込みを防止し得る。

さらに溶湯を、前記圧力を上回る高圧下で完全凝固させ
るので、溶湯の圧力上昇過程で溶湯が繊維成形体に完全
に充填され、また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．〜１４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１１〜１４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ｌ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におけるシリンダヘッ
ド側の開口部において、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．．１０
２と、両側型１０、．１０Ｋ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、両側型１０１．１０□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Ｃ１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
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は両温道１７間にお
いて上方へ突出する成形ブロックＩ８を存し、その成形
ブロック１８は両側型ｉｏ、、ｔｏ□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
Ｃ１に連通し、また両側の下端は両温道Ｉ７に複数の堰
工９を介して連通ずる。これら第１．第２キャビティＣ
Ｉ、Ｃ２はシリンダブロック素材成形用キャビティを構
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．と、相隣る第１成形
部１８３間および最外側の画筆１成形部１８．の外側に
位置する凸字形第２成形部１８２とよりなり、各第１成
形部１８．はクランクビ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
２１　（第２．第３図）を成形するために用いられる。

各基１９は各第２成形部１８□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。

両温道１７は、湯溜部１４側より湯道光１７ａに向けて
断面積が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は溶湯を各基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
平状態で場面が上昇し、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（、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．
に、位置決め突起２２の両側において第１成形部ＩＬを
貫通する貫通孔２４が形成され、それら貫通孔２４に一
対の仮設置ビン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。両板設置ビン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１８１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１８＋に、両頁通
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に固定された作動ビン３０が摺合される。型開
き時には、作動ビン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、これにより両板設置ビン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１０１，１０２における第１キヤビ
テイＣ０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Ｃ８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Ｃ３および連通ロアを成形するための第４キヤビ
テイＣ４がそれぞれ形成され、また上型９に各第３キヤ
ビテイＣ１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Ｃ３゜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の型締め開口部１２天面に、各シリンダバレル１
１〜１４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柱状中子４１が突設され、各中子
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。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４
１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。

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
ダヘッドの水シャケ、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□、６０３の両性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８９１１、内径７８ｍ、また下端における
外径８９１１、内径７４ｍ、高さ１５２ｍ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０．３　ｇ　／ａｍ’である
。

繊維成形体Ｆは、平均直径１８μｍ、平均長さ０゜８鶴
の炭素繊維（短繊維）と、平均直径３〜４μｍ、平均長
さ０．５１１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、また両側型
１０１．１０□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、それ
らの下端部を第３゜第４キャビティＣ３，Ｃ４に連通ず
る小径部３２ａ、３３ａの上部開口近傍に位置させて各
上部開口の開度を絞る。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°Ｃに予熱された各繊維成形体Ｆを各中子４１
に装着し、繊維成形体Ｆの上端開口を上型９の凹部Ｉ２
天面に当接する。

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６０１，６０４下縁を、下型１１における両側の
第１成形部ｔ８＋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．．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、各繊維成形体Ｆを砂中子５９
の各円筒部６０□〜６０４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Ｉ８、頂面の凹部２３に嵌合す
る。この凹凸嵌合により作動ビン３０が押し下げられる
ので各仮設置ビン２５が下降して第１成形部１８．頂面
より引込む。また砂中子５９の各突起６２は各第４キヤ
ビテイＣ４に遊挿される。さらに上型９の型締め用凹部
１２が両側型１０．．１０□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温道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Ｃ１に注入する。また真空ポンプ４
４を作動して中子４１を介して繊維成形体Ｆ内の空気を
吸引する。

両キャビティＣＩ　、Ｃ２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キヤビテイＣ３、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は前述のように湯道光１７ａに向け
て断面積が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温道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キヤビテイＣ＋　
、Ｃｚ内では場面が略水平状態で上昇し、同時にガス抜
き孔３２．３３における小径部３２ａ、３３ａの開度が
絞られていることにより第１２図に示すように溶湯の注
入圧が大気圧を上回る圧力ｐ１となり、また繊維成形体
Ｆ内の空気が吸引されているので、溶湯が第１キヤビテ
イＣ８内へ注入されると同時に繊維成形体Ｆへの溶湯の
充填がその下部から順次スムーズに開始される。繊維成
形体Ｆ内の空気等のガスは中子４１を通じて排出される
のでガス抜き性が良好となる。その上、場面が略水平状
態で上昇することにより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。

第３．第４キャビティＣ３，Ｃ４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
キャビティＣ３，Ｃ４に連通ずる小径部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０．１４〜０．１８　ｍ／ｓｅ
Ｃの速度で上昇させて溶湯を、前記圧力ｐ１を上回る高
圧力ｐ２下、即ち４００　ｋｇ／ｃｆｆｌ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／ｃｎ
ｉに達すると、繊維成形体Ｆに対する溶湯の充填が完了
する。このように溶湯の充填完了圧力が低いので、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。

砂中子５９は、それの各幅木６３を介して両側型１０．
，１０２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ＣＩ内への溶湯の注入時およびそのキャビテ
ィＣＩ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ＩＬ、ｔＯ□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を除去すると各連通ロアお
よび補強デツキ部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、さらに各シリンダボア
４の内周面に真円加工を施し、さらにまたその他の所定
の加工を施すと第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。

Ｃ０発明の効果 本発明によれば、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に円筒状繊維成形体を装着し
、シリンダブロック素材成形用キャビティにそれの下部
から溶湯を注入する押上げ法を適用して場面を略水平状
態で上昇させ、同時にガス抜き孔の開度を絞って溶湯の
注入圧を大気圧を上回る所定の圧力に保持し、また真空
ポンプにより通気性中子を介して繊維成形体内の空気を
吸引するので、キャビティ内への溶湯の注入と同時に繊
維成形体への溶湯の充填がその下部から順次スムーズに
開始され、これにより溶湯の充填能率の向上が図られる
。また繊維成形体内の空気等のガスが中子を通じて排出
され、繊維成形体内へのガスの閉込めが防止される。さ
らに場面の略水平状態での上昇により溶湯へのガスの巻
込みが防止される。

その後溶湯を、前記圧力を上回る高圧下で完全凝固する
ので、溶湯の圧力上昇過程で溶湯が繊維成形体に完全に
充填され、また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。

したがって上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
らみた斜視図、第２図は第９図Ｘ−Ｘ線断面図、第２Ａ
図は第２図ｎ　ａ　−ＩＩ　ａ　’ｌ；ｔ’Ａ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９図Ｘ−Ｘ線断面図、第８図は第９図Ｘ−Ｘ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
。 ＣＩ、Ｃｚ・・・シリンダブロック素材成形用キャビテ
ィを構成する第１．第２キヤビテイ、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、３２．３３・・・ガス抜き孔、
４１・・・中子 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社第４図 第３図 第１図 昭和　６１年１０　　月−３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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する工程と；前記繊維成形体を囲
   繞するシリンダブロック素材成形用キャビティ上部のガ
   ス抜き孔の開度を絞り、大気圧を上回る所定の圧力下で
   該キャビティ下部より該キャビティに溶湯を、湯面が略
   水平状態で上昇するように注入すると共に真空ポンプに
   より前記中子を介して前記繊維成形体内の空気を吸引す
   る工程と；前記ガス抜き孔を閉じて前記溶湯を前記圧力
   を上回る高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
   。