JPS6390351A - 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 ＋１）　　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溶湯を注入し、その後
溶湯を加圧し、その加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前記手法にお
いて、繊維成形体に対する溶湯の充填は、主として溶湯
を加圧することにより行われるが、前記のように繊維成
形体を水平に設置すると、その繊維成形体にガスが閉込
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。

Ｂ０発明の構成 （１１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
方向に向けて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、該繊維成形体の上端部を
、シリンダブロック素材成形用キャビティの天井面に開
口すると共に微小ガス抜き孔に連通ずる環状四部に嵌合
する工程と；前記キャビティに溶湯を注入する工程と；
前記溶湯を加圧し、その加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 溶湯を加圧することによって溶湯が繊維成形体に充填さ
れ、これにより繊維成形体内のガスは、溶湯により押出
されて繊維成形体の上端部より微小ガス抜き孔を経て排
出されるので、繊維成形体のガス抜きが良好に行われる
。この場合、微小ガス抜き孔に浸入した溶湯は直ちに冷
却されて凝固するので、溶湯に対する加圧４ｒ［が保持
され、その加圧下で溶湯を完全凝固させるので、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Ｉ、〜１．相互を結
合してなるサイアミーズシリンダバレルｌと、そのサイ
アミーズシリンダバレルｌ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ｌの外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端
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により部分的に連結され、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１０１，１０
！ならびに第７図において左右二つ割の第３および第４
側型１０３．１０４と、各側型ｌＯ１〜１０４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、各側型１０．〜１０４の上半部と協働
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が各側型１０、〜１０４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Ｃ１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１１ｉ１７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は各側型１０．〜１０４の下半部と協
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Ｃｔ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Ｃ３に連通し、また両側の下端は両湯道１
７に複数の堰１９を介して連通ずる。これら第１．第２
キヤビテイＣ１゜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１８１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１８１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
２１　（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Ｃオに注入し、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内に両側下端よりその全長に亘って略均等
に溶湯を供給することができる。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１８１
に、位置決め突起２２の両側において第１成形部１８．
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
設置ビン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
２６は各コイルばね２８の弾発力を受けて各支持ロッド
２７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に固定された作動ピン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ピン２５を第１成
形部ｔ８．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１０９．１０ｚにおける第１キヤビ
テイＣ１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
通してン容湯をオーバフローさせるための複数の第３キ
ヤビテイＣ１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＋０４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Ｃ１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
昇降して閉鎖ピン３４．３５により小径部３２ａ、３３
ａを開閉するようになっている。４０は取付板３６の案
内ロンドである。

上型９の型締め用凹部１２天井面に、各シリンダバレル
１１〜１４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。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。

また型締め用凹部１２の天井面に、中子４１を囲繞する
環状凹部４２が形成され、その凹部４２に上型９および
中子４１の一部を貫通するガス抜き孔４３が連通ずる。

ガス抜き孔４３の下部は、微小ガス抜き孔として機能す
べく微小径部４３ａ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１＋〜１４に対応して４本の円筒部６０１〜６０
．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．’、６０．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８９１■、内径７８龍、また下端における
外径８９■ｌ、内径７４龍、高さ１５２１−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０．３ｇ／ｃｍ”である。

繊維成形体Ｆは、平均直径１８μｍ、平均長さ０゜８ｆ
ｉの炭素繊維（短繊維）と、平均直径３〜４μｍ、平均
長さ０．５鶴のアルミナ繊維（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、また相対向
する両側型１０．．１０２　；１０ｓ、１０４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、閉鎖ピン３４．３５の下端部
を小径部３２ａ。

３３ａより離脱させて小径部３２ａ、３３ａを開放する
。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℃に予熱された各繊維成形体Ｆを各中子４１に
装着して、繊維成形体Ｆの上端部を上型９の凹部４２に
嵌合する。

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６０．．６０．下縁を、下型ｉｔにおける両側の
第１成形部１８．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１０Ｉ、１０ｇ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３に
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。また両側型１０３，１０．も同様に移動させる
。

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６０１〜６０４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１８、頂面の凹部２３に嵌合す
る。この凹凸嵌合により作動ピン３０が押し下げられる
ので各仮設置ピン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が各側型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／ｓｅｅの
速度で上昇させて溶湯を両湯道Ｉ７より堰１９を通じて
第２牛中ビテイＣ２の雨下１■よりそのキャビティＣ２
および第１キヤビテイＣ２に注入する。両キャビティＣ
９，Ｃｚ内の空気等のガスは、溶湯により押し上げられ
て、主として第３．第４キャビティＣｓ、Ｃａ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、前述のように両湯道１７の断面積が湯道光１
７ａ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１
１［１１９を通じて第２キヤビテイＣ２に、その雨下部
よりその全長に亘って略均等に注入される。

また、ガス抜き孔３２．３３の直径が小さいことに起因
して場面には背圧が作用し、その結果、第１２図に示す
ようにｊ８　？＆の注入圧が大気圧を上回る圧力ｐ、と
なる。前記背圧により湯面の波立ちが抑制され、？８湯
へのガスの巻込みが防止される。

第３．第４キヤビテイＣ３、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
取付機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。

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加圧し、溶湯を前記圧力ｐ
Ｉを上回る高圧力ｐｔ下、即ちＡＱＯｋｇ／−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／
ｃＪに達すると、繊維成形体Ｆに対して溶湯が充填され
る。このように溶湯の充填圧力が低いので、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。また繊
維成形体Ｆ内のガスは、溶湯により押出されて繊維成形
体Ｆの上端部より微小ガス抜き孔、したがって微小径部
４３ａを経て排出されるので、繊維成形体Ｆのガス抜き
が良好に行われる。この場合、微小径部４３ａに浸入し
た溶湯は直ちに冷却されて凝固するので、溶湯に対する
加圧状態を保持することができる。

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Ｃ３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６３０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ｌ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、さらに各繊維成形体Ｆ
上端部と各環状凹部４２との協働により成形された各環
状突出部６５を除去し、さらにまた各シリンダボア４の
内周面に真円加工を施す等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、繊維成形体内のガスを、それに充填さ
れた溶湯により効率良く押出してガス抜きを良好に行う
ことができ、また加圧下で溶湯を完全凝固させてマトリ
ックスの金属Ｍｉ織を緻密化することが１きる。

したがって前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
ら見た斜視図、第２図は第９図Ｘ−Ｘ線断面図、第２Ａ
図は第２図１１ａ−Ｕａ線断面図、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、Ｃｔ・・・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、４１・・・中子、４２・・・環
状凹部、４３ａ・・・微小ガス抜き孔特　許　出　願　
人　　本田技研工業株式会社代理人　　　弁理士　　落
　　合　　　　　１第４図 第３図 第１図 第２図 第１０図 第１２図 時間 第１１図

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
   て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、該繊維成形体の上端部を、シリンダ
   ブロック素材成形用キャビティの天井面に開口すると共
   に微小ガス抜き孔に連通する環状凹部に嵌合する工程と
   ；前記キャビティに溶湯を注入する工程と；前記溶湯を
   加圧し、その加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。