(57)【要約】【課題】Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶湯を遠心鋳造する際、微細化材の微細化能が低下して初晶Ｓｉが粗大化することを回避する。【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶湯Ｌを溶湯保持炉からラドルによってポット４０に移液し、次に、トラフ３６に移液する。このトラフ３６に収容された溶湯Ｌに対して微細化材であるリン粉末ＰＷを添加し、その直後に、該溶湯Ｌを円筒状金型２２の内部に導入する。換言すれば、溶湯Ｌは、微細化材が添加された直後に遠心鋳造に供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｓｉ系合金からなる溶湯を用い、遠心鋳造によって円筒形状体を設ける円筒形状体の製造方法であって、
前記溶湯を貯留した溶湯保持炉から遠心鋳造装置の円筒状金型に該溶湯を移液する際に、該溶湯の冷却固化に伴って晶出する初晶Ｓｉを微細化するための微細化材を添加することを特徴とする円筒形状体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記溶湯保持炉から前記円筒状金型に前記溶湯を移液する移液手段として貯留容器を用い、且つ前記貯留容器に収容された前記溶湯に対して前記微細化材を添加することを特徴とする円筒形状体の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製造方法において、前記溶湯保持炉から前記円筒状金型に橋架された移液官中を流通する前記溶湯に対して前記微細化材を添加することを特徴とする円筒形状体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記円筒形状体として、内燃機関を構成するシリンダスリーブを設けることを特徴とする円筒形状体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなる溶湯を原材料として遠心鋳造で円筒形状体を設ける円筒形状体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を走行させる駆動源である内燃機関においては、シリンダボア内にシリンダスリーブが配設されることがある。この場合、シリンダボア内で往復動作するピストンの側周壁部は、このシリンダスリーブの内周壁に摺接する。近年、この種のシリンダスリーブの材質として、軽量でありながら耐摩耗性に優れ、高強度であるということから、アルミニウム合金、特にＡｌ−Ｓｉ系合金が選定されることが増加しつつある。
【０００３】
この種のシリンダスリーブは、いわゆる遠心鋳造法によって作製されることがある。すなわち、先ず、円筒状金型の内周壁に塗型材が塗布される。次に、回転動作する前記円筒状金型の内部にＡｌ−Ｓｉ系合金の溶湯を導入すると、遠心力によって溶湯が円筒状金型の内周壁に偏在するようになり、円筒形状体が形成される。この状態で溶湯を冷却固化して得られた円筒形状の予備成形体に対して削り出し等の機械加工を行うことにより、シリンダスリーブが設けられる。
【０００４】
ここで、Ａｌ−Ｓｉ系合金の鋳造を行う場合、粗大な初晶Ｓｉが形成されることに起因して鋳造品の強度等が低下してしまうという問題がある。この不具合を回避するべく、特許文献１に記載されているように、初晶Ｓｉを微細化する微細化材、例えば、Ｐを溶湯に添加することが一般的に行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２４３２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１にも記載されているように、微細化材は、溶湯保持炉に貯留された溶湯に添加されるのが通例である。しかしながら、微細化材が添加されてから２時間以内に遠心鋳造を行うのであれば初晶Ｓｉの微細化に有効であるが、それを過ぎた溶湯を用いて遠心鋳造を行うと、初晶Ｓｉが却って粗大化するという不具合が惹起される。従って、何らかの理由で溶湯保持炉から遠心鋳造装置への溶湯の供給を停止した場合、溶湯保持炉に貯留された溶湯に微細化材を添加してから２時間を経過したときには、溶湯を廃棄せざるを得ない。勿論、この場合、溶湯が無駄となる。
【０００７】
このような事態が生じることを回避するべく、前記特許文献１には、Ｃｕ−Ｐ合金粉末（微細化材）とＡｌ粉末を外皮肉で被覆したロッドとし、鋳造装置に供給される溶湯に対して前記ロッドを連続的に添加することが提案されている。しかしながら、この場合、ロッドを設けるために前記粉末同士を混合する工程や、外皮肉となるＡｌフープに前記粉末を充填してロッドとする工程、さらには、該ロッドを焼結させる工程が必要であり、煩雑であるとともにコスト的に不利である。
【０００８】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡便な作業で初晶Ｓｉの微細化を図ることが可能であり、しかも、微細化材を溶湯の全体に分散させることもできる円筒形状体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなる溶湯を用い、遠心鋳造によって円筒形状体を設ける円筒形状体の製造方法であって、
前記溶湯を貯留した溶湯保持炉から遠心鋳造装置の円筒状金型に該溶湯を移液する際に、該溶湯の冷却固化に伴って晶出する初晶Ｓｉを微細化するための微細化材を添加することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明においては、溶湯が遠心鋳造装置に導入される直前に微細化材を添加するようにしている。このため、微細化材を添加して２時間以上経過した溶湯が遠心鋳造に供されることがない。従って、初晶Ｓｉが粗大化することを回避することができる。
【００１１】
また、遠心鋳造を行うので、溶湯に遠心力が加わる。このため、微細化材が溶湯中に略均等に分散する。従って、微細な初晶Ｓｉが全体にわたって略均等に分散したＡｌ−Ｓｉ系合金からなる円筒形状体を得ることができる。
【００１２】
その上、本発明では、遠心鋳造装置に導入される溶湯に対して微細化材を添加するという簡便な作業を行うのみでよい。すなわち、煩雑な作業を行う必要はなく、厳密な工程管理も不要である。
【００１３】
ここで、遠心鋳造装置に導入される溶湯に微細化材を添加するには、例えば、溶湯保持炉から円筒状金型に溶湯を移液する移液手段として貯留容器を用い、且つ該貯留容器に収容された溶湯に対して微細化材を添加するようにすればよい。
【００１４】
又は、溶湯保持炉から円筒状金型に橋架された移液官中を流通する溶湯に対して微細化材を添加するようにしてもよい。
【００１５】
なお、円筒形状体の好適な例としては、内燃機関を構成するシリンダスリーブを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、遠心鋳造装置に導入される直前の溶湯に微細化材を添加するようにしている。換言すれば、微細化材が添加された溶湯が即座に遠心鋳造に供されるので、初晶Ｓｉが粗大化することがない。しかも、遠心鋳造の最中に遠心力によって微細化材を溶湯中に略均等に分散させることができる。
【００１７】
結局、本発明によれば、遠心鋳造装置に導入される溶湯に対して微細化材を添加するという簡便な作業を行うのみで、微細な初晶Ｓｉが全体にわたって略均等に分散したＡｌ−Ｓｉ系合金製の円筒形状体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る円筒形状体の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では、シリンダブロックとともに内燃機関を構成するシリンダスリーブの予備成形体を円筒形状体として作製する場合を例示して説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る円筒形状体の製造方法を実施するための遠心鋳造装置２０の要部概略構成図である。この遠心鋳造装置２０は、略水平方向に沿って横臥した円筒状金型２２を有し、該円筒状金型２２の外周壁には、その周回方向に沿って切り欠くようにして２本の環状溝２４、２４が設けられている。
【００２０】
環状溝２４、２４の各々の底部には、ローラ対をなすローラ２６、２６の外周壁がそれぞれ摺接する。すなわち、円筒状金型２２は２組のローラ対によって支持されている。
【００２１】
４個のローラ２６は図示しない回転駆動源に連結されており、このため、円筒状金型２２は、前記回転駆動源の作用下にローラ２６の各々が回転動作することに伴って回転する。
【００２２】
円筒状金型２２の一端部には円盤状閉塞部材３０が嵌着されており、一方、他端部には円環状枠体３２が取着されている。円環状枠体３２は貫通孔３４が設けられることで開口しており、この貫通孔３４を介して第１貯留容器であるトラフ３６の注湯管３８が円筒状金型２２の内部に挿入される。
【００２３】
トラフ３６の本体には、円筒形状体を設けるためのＡｌ−２３％Ｓｉ系合金の溶湯Ｌが収容される。トラフ３６の近傍には傾動自在な第２貯留容器としてのポット４０が配設されており、このポット４０を介してトラフ３６に溶湯Ｌが移液される。なお、ポット４０には、図示しない溶湯保持炉からラドルを介して溶湯Ｌが導入される。
【００２４】
トラフ３６の近傍には、図示しない粉末貯留容器から延在する粉末フィーダ４２が配設される。前記粉末貯留容器には微細化材であるリン粉末ＰＷが貯留されており、このリン粉末ＰＷは、後述するように、トラフ３６に貯留された溶湯Ｌに粉末フィーダ４２を介して添加される。
【００２５】
なお、粉末貯留容器には開閉自在なシャッタが設けられており、該シャッタが開くことでリン粉末ＰＷが粉末貯留容器から排出されて粉末フィーダ４２に導入される。
【００２６】
円筒形状体を製造するに際しては、先ず、ローラ２６の回転が開始され、これに追従して円筒状金型２２が回転動作する。
【００２７】
その一方で、図２に示すように、貫通孔３４を介してトラフ３６の注湯管３８が円筒状金型２２の内部に挿入される。さらに、溶解炉で調製されたＡｌ−２３％Ｓｉ系合金の溶湯Ｌがポット４０に移され、該ポット４０が傾動されることに伴ってトラフ３６の本体に移される。同時に、前記粉末貯留容器のシャッタが開き、これに伴って、トラフ３６に貯留された溶湯Ｌに対して粉末フィーダ４２からリン粉末ＰＷが添加される。勿論、リン粉末ＰＷが所定量添加された後は、前記シャッタが閉止される。
【００２８】
その後、溶湯Ｌの所定量がトラフ３６を介して円筒状金型２２の内部に供給され、該円筒状金型２２の長手方向に沿って円盤状閉塞部材３０側に流動する。さらに、図３に示すように、溶湯Ｌは、遠心力の作用によって円筒状金型２２の内周壁に偏在して円筒形状体５０を形成し、この状態で冷却固化する。ここで、本実施の形態では、溶湯Ｌは、円筒形状体５０の厚みが５〜８ｍｍの範囲内となる量で供給される。
【００２９】
このように、本実施の形態においては、円筒状金型２２に導入される直前の溶湯Ｌにリン粉末ＰＷ（微細化材）が添加される。換言すれば、リン粉末ＰＷが添加された溶湯は即座に遠心鋳造に供され、このため、微細化材を添加して２時間が経過することがない。従って、初晶Ｓｉが粗大化することを確実に回避することができる。
【００３０】
しかも、リン粉末ＰＷは、円筒状金型２２の内部に供給された溶湯Ｌに遠心力が加わることによって該溶湯Ｌが撹拌されることに伴い、円筒形状体５０の内部に略均等に分散する。このため、円筒形状体５０の全体にわたって初晶Ｓｉを微細化させることが可能となる。
【００３１】
ここで、リン粉末ＰＷをトラフ３６に収容された溶湯Ｌに添加して遠心鋳造を行った第１の場合、リン粉末ＰＷを溶湯保持炉に貯留された溶湯Ｌに添加して遠心鋳造を行った第２の場合、リン粉末ＰＷが添加されていない溶湯Ｌで遠心鋳造を行った第３の場合におけるそれぞれの初晶Ｓｉの平均粒径と注湯温度との関係を図４に示すとともに、初晶Ｓｉの個数と注湯温度との関係を図５に示す。図４及び図５において、□のプロットが第１の場合での結果であり、◇、○の各プロットが第２、第３の場合での結果である。また、図５は、１．４４ｍｍ×２ｍｍの大きさの粒子を１個としてカウントしている。これらのプロットから、本実施の形態通りの操作である第１の場合で初晶Ｓｉの平均粒径が最も小さく、且つその個数が最も多いことが分かる。
【００３２】
これら図４及び図５から、本実施の形態によれば、トラフ３６に収容された溶湯Ｌに対して微細化材を添加するという簡便な作業を行うことのみで、微細な初晶Ｓｉが全体にわたって多数晶出したＡｌ−Ｓｉ系合金からなる円筒形状体５０が得られることが明らかである。
【００３３】
次に、円筒状金型２２の一端部から円環状枠体３２を取り外した後、この端部側から円筒形状体５０を引き抜いて塗型材とともに取り出す。その後、該円筒形状体５０の外周壁に対してショットブラスト処理等を施して塗型材を除去し、さらに、内周壁側から所定量の加工代を除去する削り出しを行えば、微細な初晶Ｓｉが略均等に分散したシリンダスリーブが得られる。このシリンダスリーブの外周壁には、塗型材の表面の凹凸が転写されることでスパイニーが形成されている。
【００３４】
上記したように、円筒形状体５０では初晶Ｓｉが略均等に分散しているので、削り出し後のシリンダスリーブにおいても十分な量の初晶Ｓｉが残留する。換言すれば、初晶Ｓｉの量が十分なシリンダスリーブを得ることができる。
【００３５】
以上から諒解されるように、本実施の形態によれば、高強度で且つ耐摩耗性に優れたシリンダスリーブを作製することができる。
【００３６】
このようにして得られたシリンダスリーブは、自動車用の内燃機関を構成するシリンダブロックを鋳造成形するための鋳造金型のキャビティに配置される。そして、このキャビティに対し、シリンダブロックとなる金属、例えば、ＡＤＣ１２等の溶湯が導入される。最終的に、シリンダブロックにシリンダスリーブが鋳ぐるまれ、これにより内燃機関が構成される。この鋳ぐるみの際、シリンダスリーブの外周壁のスパイニーがアンカーとして機能し、これにより、該シリンダスリーブとシリンダブロックとの接合強度が確保される。
【００３７】
内燃機関においては、シリンダスリーブの内周壁にピストンが摺接する。上記したように、このシリンダスリーブの内周壁には初晶Ｓｉが多数存在する。従って、耐摩耗性が極めて大きく、耐久性に優れる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、シリンダブロックとの接合強度が大きく、且つピストンが摺接する内周壁の耐摩耗性が良好なシリンダスリーブを構成することができる。
【００３９】
なお、上記した実施の形態では、トラフ３６（第１貯留容器）に収容された溶湯Ｌに微細化材を添加するようにしているが、微細化材の添加は、第２貯留容器であるポット４０に収容された溶湯Ｌに対して行うようにしてもよい。又は、溶湯保持炉と円筒状金型２２の間に移液管を橋架し、この移液管を流通する溶湯Ｌに微細化材を添加するようにしてもよい。この場合、例えば、溶湯保持炉に貯留された溶湯Ｌを不活性ガスで加圧すれば、溶湯保持炉から円筒状金型２２への溶湯Ｌの移液を行うことができる。
【００４０】
また、この実施の形態においては、Ａｌ−２３％Ｓｉ系合金の溶湯を用いてシリンダスリーブを作製する場合を例示したが、シリンダスリーブの材質は特にこれに限定されるものではなく、ＡＤＣ１０やＡＤＣ１２等、その他のＡｌ−Ｓｉ系合金であってもよい。さらに、微細化材もＰの粉末に特に限定されるものではなく、Ｃｕ−Ｐ合金の粉末であってもよい。
【００４１】
さらに、円筒形状体５０の厚みは、５〜８ｍｍの範囲内に特に限定されるものではなく、該円筒形状体５０の冷却速度を制御して所望の組織が得られるように設定される。
【００４２】
さらにまた、円筒形状体としてシリンダスリーブの予備成形体を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、如何なる部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施の形態に係る円筒形状体の製造方法を実施するための遠心鋳造装置の要部概略構成図である。
【図２】図１の遠心鋳造装置を構成する円筒状金型に溶湯の導入を開始した状態を示す円筒状金型の長手方向に沿う断面説明図である。
【図３】図１の遠心鋳造装置を用いて円筒形状体を設けている状態を示す円筒状金型の長手方向に沿う断面説明図である。
【図４】微細化材であるリン粉末をトラフに収容された溶湯に添加した場合、溶湯保持炉に貯留された溶湯に添加した場合、リン粉末無添加の場合の遠心鋳造後の円筒形状体における初晶Ｓｉの平均粒径と注湯温度との関係を示すグラフである。
【図５】微細化材であるリン粉末をトラフに収容された溶湯に添加した場合、溶湯保持炉に貯留された溶湯に添加した場合、リン粉末無添加の場合の遠心鋳造後の円筒形状体における初晶Ｓｉの個数と注湯温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
２０…遠心鋳造装置                  ２２…円筒状金型
２６…ローラ                        ３６…トラフ
３８…注湯管                        ４０…ポット
４２…粉末フィーダ                  Ｌ…溶湯
ＰＷ…リン粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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