JPS6362304B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化複合材の製造方法に関する。

本発明者等は、先にこの種の複合材として内燃
機関用コンロツドを選定し、その製造に当つてコ
ンロツドの桿部危険断面近傍の繊維強化を狙とし
て一方向無機質繊維束からなる成形体をコンロツ
ドの鋳造と同時にその桿部に高圧凝固鋳造法によ
つて複合させることを提案した。

上記繊維強化コンロツドは座屈強度および疲労
強度において優れた特性を示すもので、例えば座
屈強度（200℃、実側値）の場合は従来のアルミ
ニウム合金からなる均質材製コンロツドがコンロ
ツド回転方向において4906Kg、その回転方向と垂
直な方向において3867Kgであるに対し、上記繊維
強化コンロツドはそれぞれの方向について5500
Kg、8217Kgの極めて高い値を有するものである。

本発明者等は上記優れた機械的特性を有する繊
維強化コンロツドを更に究明した結果、次のよう
な結論を得た。

即ち、コンロツド回転方向と垂直な方向におけ
る座屈に対してはコンロツド中心軸より遠い、桿
部補強用リブ部の繊維強化が効果的であり、中心
付近の繊維強化はそれ程効果的ではない。また疲
労性においても上記リブ部付近が起点となり易
く、この起点の発生、伝播を防止するためにもリ
ブ部の繊維強化が効果的である。

上記結論に対処するためには、使用繊維本数を
増し、リブ部の繊維密度を大きくする必要がある
が、これは結果的にコンロツド中心軸付近の繊維
の増加を招来することとなり、次のような問題を
惹起するものである。

(1) 高圧凝固鋳造法において、静水的高圧力によ
つて繊維成形体中に溶湯が充填される場合、繊
維方向に沿う充填とその方向と直角方向の充填
とが行われるが、繊維本数が増すと直角方向の
充填が非常に困難となる。

(2) 繊維本数が増すと、それらの熱容量が大きく
なるのと同時に本来予熱効果が少ないために溶
湯が急冷され（チル化）、充填性が低下する。

(3) 繊維本数の増加による複合強化も一理ある
が、座屈、疲労強度等の観点から断面形状に見
合つた必要箇所のみを有効に強化することが、
生産コストの面からも好ましい。

本発明は、上記のような問題を解決し得る、繊
維強化複合材の製造方法を提供することを目的と
し、その特徴は、周壁にその内、外両面間を連通
させる複数の連通孔が穿設された管状物を用意
し、この管状物を内部に装入した所定形状の無機
質繊維成形体を鋳型のキヤビテイ内の定位置に、
該管状物の内部空間が該キヤビテイ内に開放され
るように設置し、しかる後、前記キヤビテイ内に
導入したマトリツクス合金溶湯を高圧凝固鋳造法
により前記繊維成形体に充填、複合させ、その充
填、複合に際しては、前記溶湯の少なくとも一部
を前記管状物の内部空間および前記各連通孔を通
して繊維成形体の内側から該繊維成形体中に浸透
させるようにしたことにある。

上記繊維成形体を構成する無機質繊維として
は、高弾性、高強度のステンレス繊維等の金属繊
維、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維等のセラミツ
ク繊維のトラ、ヤーンまたはウイスカー状集合繊
維を用い、これらは種々の予備成形手法により予
め一方向に束ねて１つの繊維成形体として取扱う
のが好ましいが、その外、織物、編物若しくはワ
インデイング法等も適用可能である。

マトリツクス合金としては軽量化および省力化
を進める上で、アルミニウム合金、マグネシウム
合金等の軽合金が好ましい。

上記管状物はマトリツクス合金溶湯に溶融、拡
散し得る材質であることが好ましく、例えば長手
方向に複数個の孔、スリツト等の連通孔を有する
アルミニウム製管が用いられるが、その外網状の
管、上記材質の処理皮膜を有する他の金属管も用
いられる。

以下、図面により本発明の実施例について説明
すると、第１，２図は本発明を適用して製造され
たコンロツド１を示すもので、例えば一方向ステ
ンレス繊維を用いて繊維束２を成形し、これを２
つに折曲げて両折曲げ部２ａ，２ａ間に、各折曲
げ部２ａ，２ａに対向させて周壁に長手方向に互
いに間隔を存して複数個の連通孔３ａをあけた厚
さ２mm程度の管状物としてのアルミニウム製管３
を介在させる。そして繊維束２を内燃機関用コン
ロツド製造用鋳型（図示せず）のキヤビテイ内
の、コンロツド桿部１ａの補強用リブ部１ｂおよ
び小端部１ｃに相当する部分に連続的に配置し、
その際に管３は桿部１ａの中心に相当する位置に
配置されると共にその管３内部がキヤビテイ内に
開放される。次いでキヤビテイ内に、マトリツク
ス合金としてのJISAC8B材の溶湯を導入し、高
圧凝固鋳造法によりその溶湯を繊維束２に充填複
合させて、桿部１ａの補強用リブ部１ｂおよび小
端部１ｃを集中的に繊維強化する。上記鋳造時に
おいて合金溶湯は繊維束２中に、その繊維束２の
キヤビテイ内面に接していない外表面からは直接
充填されると共に、同繊維束２の内側からは管３
の内部空間および複数個の連通孔３ａを通じて主
として繊維束２の繊維と直角方向に充填されるも
のである。

なお、本発明は内燃機関用コンロツドに限ら
ず、他の繊維強化複合材の製造に適用し得ること
は勿論である。

以上のように本発明によれば、周壁にその内、
外両面間を連通させる複数の連通孔が穿設された
管状物を用意し、この管状物を内部に装入した所
定形状の無機質繊維成形体を鋳型のキヤビテイ内
の定位置に、該管状物の内部空間が該キヤビテイ
内に開放されるように設置し、しかる後、前記キ
ヤビテイ内に導入したマトリツクス合金溶湯を高
圧凝固鋳造法により前記繊維成形体に充填、複合
させ、その充填、複合に際しては、前記溶湯の少
なくとも一部を前記管状物の内部空間および前記
各連通孔を通して繊維成形体の内側から該繊維成
形体中に浸透させるようにしたので、繊維成形体
中にその外表面からだけでなく、その内側からも
管状物の内部空間および連通孔を通して溶湯を十
分に浸透充填させることができ、その上、上記管
状物は、その内部空間が外部に開放されていて暖
められ易いために予熱効果が大きく、該内部空間
に流入した溶湯をそこで急冷することなく繊維成
形体中にスムーズに浸透させることができ、以上
の結果、繊維成形体中へのマトリツクス溶湯の充
填性を著しく向上させることができ、また部材の
座屈、疲労強度等の観点から繊維強化不要箇所に
上記管状物を位置させることによつて、複合材の
必要箇所のみを有効に繊維強化することができ
る。さらに上記管状物は、その外周面に接する繊
維成形体の部分相互の相対的な位置決めを行な
い、且つ繊維成形体の所定形状に保形する手段に
兼用できるから、繊維成形体のキヤビテイ内への
セツトが容易となる上、鋳造時における繊維成形
体各部の反りや変形も防止することができ、また
上記兼用効果によりそれだけ構造も簡素化され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造された内燃機関用コ
ンロツドの正断面図、第２図は第１図―線断
面図である。 １…繊維強化複合材の内燃機関用コンロツド、
２…繊維成形体としての繊維束、３…管状物とし
てのアルミニウム製管、３ａ…連通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周壁にその内、外両面間を連通させる複数の
   連通孔が穿設された管状物を用意し、この管状物
   を内部に装入した所定形状の無機質繊維成形体を
   鋳型のキヤビテイ内の定位置に、該管状物の内部
   空間が該キヤビテイ内に開放されるように設置
   し、しかる後、前記キヤビテイ内に導入したマト
   リツクス合金溶湯を高圧凝固鋳造法により前記繊
   維成形体に充填、複合させ、その充填、複合に際
   しては、前記溶湯の少なくとも一部を前記管状物
   の内部空間および前記各連通孔を通して繊維成形
   体の内側から該繊維成形体中に浸透させるように
   したことを特徴とする、繊維強化複合材の製造方
   法。 ２ 前記管状物は前記マトリツクス合金溶湯に溶
   融、拡散し得る材質からなる、特許請求の範囲第
   １項記載の繊維強化複合材の製造方法。 ３ 前記管状物は前記マトリツクス合金溶湯に溶
   融、拡散し得る材質の処理皮膜を有する特許請求
   の範囲第１項記載の繊維強化複合材の製造方法。 ４ 前記複合材は内燃機関用コンロツドであり、
   そのコンロツドの桿部中央に相当する位置に前記
   管状物を配設し、また前記コンロツドの桿部補強
   用リブ部に相当する位置に前記繊維成形体を配設
   し、そのリブ部を集中的に繊維強化することを特
   徴とする、特許請求の範囲第１、２または３項記
   載の繊維強化複合材の製造方法。