(57)【要約】【課題】切削加工性を向上できる、金属基複合材料部を備えた合金部品を得る。【解決手段】成形体１１に溶湯が含浸して金属基複合材料部が形成され、かつ、その金属基複合材料部の一部が金属製ブラケット１５で覆われている。溶湯が含浸した成形体の加工代の部分に金属基複合材料が露出することがなく、切削加工が困難な金属基複合材料の切削加工を行う必要がなく、切削容易なマトリックス金属を切削加工することができ、その切削加工性を向上させることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形体を鋳込むことにより得られた金属基複合材料部を備えた合金部品において、
前記金属基複合材料部の材料面の一部が金属製ブラケットで覆われた構造であることを特徴とする金属基複合材料部を備えた合金部品。
【請求項２】
前記ブラケットが、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ或いはＴｉのいずれか一つから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属基複合材料部を備えた合金部品。
【請求項３】
成形体を金型内に組付ける組付け工程と、前記金型内に注入した溶湯を前記成形体に含浸させて鋳込むことにより金属基複合材料部を得る鋳込工程とを有する金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法において、
前記組付け工程時に、前記成形体の少なくとも加工面を覆う金属製ブラケットを介して前記成形体を金型内に位置決めして保持することを特徴とする金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法。
【請求項４】
前記成形体を前記ブラケットに装着した後、該ブラケットを前記金型に固定することを特徴とする請求項３に記載の金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法。
【請求項５】
前記ブラケットが、前記成形体の縁部を支えて保持するフレーム形状を備え、該ブラケットのフレーム内に前記成形体を挿入することにより、前記成形体をブラケットに装着したことを特徴とする請求項４に記載の金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法。
【請求項６】
前記フレームの一部に、成形体をフレーム内に挿入するための挿入口が形成され、該挿入口の寸法を成形体の外形寸法より小さく狭めたことを特徴とする請求項５に記載の金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法。
【請求項７】
前記フレームの一部にストッパー形状を備え、このストッパー部で成形体の移動を拘束することを特徴とする請求項５に記載の金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法。
【請求項８】
前記ブラケットに孔を設け、該孔に金型の鋳抜きピンを挿通することにより前記ブラケットを金型に固定することを特徴とする請求項４に記載の金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属基複合材料部を備えた合金部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、合金部品の一部に、成形体に溶湯を含浸させて鋳込んで得られる金属基複合材料が用いられている。以下、内燃機関用クランク軸受を例にとって説明する。
【０００３】
図５に示すように、内燃機関、特に４サイクルの内燃機関のクランク軸受１は、その上部にセットされる図示しないクランクシャフトを軸受部２で回転自在に軸支するようになっている。この種のクランク軸受１は、対向する２つの側壁部４，５間に複数の軸受部２が並列に配列されている。これらの軸受部２は、隣接して対向するもの同士が組をなし、隣接対向した２個の軸受部２でクランクシャフトを支えるようになっており、各軸受部２には、クランクシャフトを受入れるための半円形状の軸受面３が凹んで形成されている（特開平８−３１２４５６号公報参照）。このようなクランク軸受構造において、これらの軸受部２が、金属基複合材料によりそれぞれ形成された構造が考案されており（特公平７−１１３３６７号公報）、成形体に溶湯を含浸させて鋳込むことにより得られる。
【０００４】
次に、図３を用いて軸受部２をクランク軸受１の２つの側壁部４，５と一体に鋳込む方法について説明する。クランク軸受１を鋳込むための金型は図３（ａ）に示すように、上金型６と下金型７からなり、これらの上下金型６，７には、軸受部２を鋳込む位置に対応して先細となっているテーパ状の鋳抜きピン８，９が内側に突出して設けられ、かつ２本のピン８間に半円状のコア部１０が突出形成されている。
【０００５】
一方、成形体１１は図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、軸受部２の外形形状（一般的に矩形体形状）に象って形成され、金型内に注入される溶湯が含浸する素材により形成されている。また、この成形体１１には、金型６，７の鋳抜きピン８，９に挿通される２個の位置決め孔１２が開口され、その孔１２間に位置して半円形状の軸受内径部１３が凹んで形成されている。
【０００６】
そして、成形体１１の軸受内径部１３内に金型６のコア部１０を受入れて両者間にクリアランスＣを確保したままで成形体１１の位置決め孔１２を金型６，７の鋳抜きピン８，９にそれぞれ挿通して金型６，７内で位置決めし、この成形体１１を上下の金型６，７間に配置している。ここで、前記クリアランスＣは、溶湯を成形体１１に含浸させたときに軸受内径部１３の加工代が加工性のよいマトリックス金属となるように確保している。
【０００７】
その後、金型６，７内に溶湯を注入して成形体１１に含浸させて鋳込むことにより金属基複合材料を得て、この金属基複合材料で軸受部２を形成している。この場合、軸受部２の両側には金型６，７内に注入した溶湯により側壁部４，５が形成され、これらの側壁部４，５間に軸受部２が並列に配置して形成される。また、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶湯は、鋳抜きピン８，９と交差する矢印Ａ方向で金型６，７内を流動し、かつ成形体１１の両側面の矢印Ｂ方向から成形体１１に含浸する。
【０００８】
その後、金型６，７からクランク軸受１を取出し、クリアランスＣのマトリックス金属部を所定寸法に切削加工して軸受部２の軸受面３を仕上げている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５に示すクランク軸受１をダイカスト法を用いて製造する場合には、金型６，７内に溶湯を注入する工程では、溶湯が高速で充填され、その充填圧力を図３の成形体１１が受けることとなる。
【００１０】
しかしながら、成形体１１は、剛体ではなく、位置決め孔１２の薄肉部が溶湯の充填圧力を受けて割れ変形が発生しやすく、図４に示すように金型６のコア部１０と成形体１１の軸受内径部１３との間のクリアランスＣがズレて一様なクリアランス寸法を確保できないという問題がある。このことは、溶湯を成形体１１に含浸させたときに軸受内径部１３の加工代の部分に金属基複合材料が露出することを意味する。この金属基複合材料は、加工性のよいマトリックス金属とは異なり、切削加工性に難がある素材であるため、切削加工が困難になるという問題がある。
【００１１】
さらに、成形体１１には図３（ｂ）に示すように、その両側面の矢印Ｂ方向から溶湯が充填圧力を受けて含浸することになるが、成形体１１は、剛体ではなく、位置決め孔１２の開口により薄肉となった部分（位置決め孔１２の開口縁部）が溶湯の充填圧力を受けて変形し易く、図４に示すように亀裂１４が成形体１１に入って損傷してしまい、その亀裂が成形体の広範囲に及ぶと所定の強度をもつ軸受部２が得られないという問題がある。
【００１２】
また、位置決め孔１２の部分が変形して溶湯が充填される方向にズレが生じたとき、そのズレが必要以上に大きすぎると、所望の位置形状，寸法の金属基複合材料の軸受部２を得ることができないという問題がある。
【００１３】
【発明の目的】
本発明の目的は、切削加工性を向上できる、金属基複合材料部を備えた合金部品、及び金属基複合材料部に所望の強度及び所定の位置精度，寸法形状を確保し、かつ鋳込み後の切削加工性を向上できる金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、成形体を鋳込むことにより得られた金属基複合材料部を備えた合金部品において、金属基複合材料部の材料面の一部が金属製ブラケットで覆われた構造である構成を採っている。
【００１５】
そのため、成形体に溶湯が含浸して形成された金属基複合材料部の材料面の一部が金属製ブラケットで覆われている。
【００１６】
したがって、溶湯が含浸した成形体の加工代の部分に金属基複合材料が露出することがないため、切削加工が困難な金属基複合材料の切削加工を行う必要がなく、切削容易なマトリックス金属を切削加工することができ、その切削加工性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の製造方法では、成形体を金型内に組付ける組付け工程と、金型内に注入した溶湯を成形体に含浸させて鋳込むことにより金属基複合材料部を得る鋳込工程とを有する金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法において、組付け工程時に、成形体の少なくとも加工面を覆う金属製ブラケットを介して成形体を金型内に位置決めして保持する構成を採っている。
【００１８】
そのため、成形体を金型に直接固定することなく、成形体をブラケットに支えて金型内に位置決めして保持することとなる。
【００１９】
したがって、溶湯の充填圧力をブラケットで受けることができ、成形体の変形等を防止することができ、成形体に溶湯を含浸させて得られる金属基複合材料部に所望の強度及び所定の位置精度，寸法形状を確保することができる。
【００２０】
さらに、成形体の少なくとも加工面が金属製ブラケットにより覆われるため、鋳込み完了後に、溶湯が成形体に含浸して形成される金属基複合材料が成形体の加工面に露出することがなく、成形体の加工代の部分に露出する切削加工が困難である金属基複合材料の切削加工を回避して、切削容易なマトリックス金属を切削するため、鋳込み後の切削加工を容易に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図により詳細に説明する。図１は、本発明に係る合金部品に備えた金属基複合材料部の軸受部のみを取出し、その軸受部を断面して金属製ブラケットと成形体の関係を示す説明図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る金属基複合材料部を備えた合金部品は、成形体１１を鋳込むことにより得られた金属基複合材料の軸受部２を備えたものであり、軸受部２の金属基複合材料面の一部（後述する凹面１３’に対応する）が金属製ブラケット１５で覆われた構造である構成を採っている。そのため、成形体１１に溶湯が含浸して形成された金属基複合材料により軸受部２が形成され、かつ、その軸受部２の金属基複合材料面の一部が金属製ブラケット１５で覆われることとなる。
【００２２】
本発明を図５に示すクランク軸受１の軸受部２に適用した例を用いて、より具体的に説明する。成形体１１の上面部には、軸受部２の軸受面３に対応する位置に半円形の軸受加工面１３’が凹んで形成されている。一方、金属製ブラケット１５は、図２（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、成形体１１の縁部に当てがう平板材からなり、かつ、成形体１１の縁部を支えて保持するフレーム形状を備え、さらに成形体１１の凹面１３’に対応する箇所に相似形の半円形の凹面１５ａが形成されている。このブラケット１５の凹面１５ａにより成形体１１の凹面１３’（軸受部２の金属基複合材料面の一部に相当する）を覆うことにより、成形体１１に溶湯が含浸して得られる金属基複合材料が図２（ａ）のクリアアランスＣの加工代の部分に露出するのを防止している。
【００２３】
さらに、ブラケット１５のフレームの一部には、成形体１１の下縁部に対応する箇所が開放されて、成形体１１をブラケット１５のフレーム内に挿入するための挿入口１５ｅが設けられ、その挿入口１５ｅの両端に舌片部１５ｂが横に張出して形成され、その舌片部１５ｂに金型７の鋳抜きピン９に挿通させる位置決め孔１５ｃが開口され、その舌片部１５ｂ間の寸法（挿入口１５ｅの開口寸法）を成形体１１の外形寸法より小さく狭め、ブラケット１５の挿入口１５ｅから成形体１１が脱落するのを防止している。また、ブラケット１５はストッパー形状を備えており、その２つのストッパー部１５ｄ、１５ｄ間に成形体１１を挟み込んで成形体１１の移動を拘束している。このストッパー部１５ｄにより成形体１１がブラケット１５のフレームから横方向に移動して脱落することが防止される。
【００２４】
したがって、軸受部２の軸受面３の加工代の部分に、溶湯が含浸されて形成される金属基複合材料が露出することがなく、クリアランスＣのマトリックス金属を切削加工して所定寸法の軸受面３を形成することができる。また、金属製ブラケット１５の材質としては、成形体１１に含浸する溶湯温度より高い融点を有し、さらに溶湯が充填する圧力により変形しない剛性を有するものを選択する。この材質としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ或いはＴｉなどが考えられる。
【００２５】
図１の例では、本発明を図５に示す内燃機関用のクランク軸受の軸受部に適用したが、これに限られるものではなく、２サイクルエンジン用の縦割りクランク軸受，ベアリングキャップやカムシャフトハウジング，ミッションケースなどの金属基複合材料部を備えた合金部品に形成される、成形体に溶湯を含浸させて得られる金属複合材料部にも同様に適用することができる。
【００２６】
次に、図１に示す本発明を図５に示す内燃機関用クランク軸受１の軸受部２に適用する例、特に軸受部２を内燃機関用クランク軸受１の２つの側壁部４，５と一体に鋳込む方法について説明する。
【００２７】
内燃機関のクランク軸受１を鋳込むための金型は図２（ａ）に示すように、図３（ａ）に示す既存の金型を使用している。
【００２８】
先ず、成形体１１を金型６，７内に配置する組付け工程に先だって、成形体１１をブラケット１５の挿入口１５ｅからブラケット１５のフレーム内に挿入して成形体１１をブラケット１５に装着する。この状態では、成形体１１の凹面１３’がブラケット１５の凹面１５ａで覆われ、さらに成形体１１の縁部がブラケット１５のフレームで支えられて保持される。しかも、ブラケット１５のフレーム内に装着された成形体１１は、ブラケット１５のストッパ部１５ｂに挟持されて移動が拘束される。
【００２９】
次に、ブラケット１５に成形体１１を装着したままでこれらを予熱し、その予熱したブラケット１５及び成形体１１を金型７内に配置し、ブラケット１５の位置決め孔１５ｃを金型７の鋳抜きピン９に挿通し、ブラケット１５を金型７内に固定する。これにより、成形体１１はブラケット１１内に装着されたまま金型６，７内に位置決めされて保持される。その後、上下の金型６，７を型締めすることにより、ブラケット１５の凹んだ凹面１５ａと金型６の両者間に一様なクリアランスＣが確保される。以上により、成形体１１を金型６，７内に配置する組付け工程が終了する（図２（ａ））。
【００３０】
次いで、図２（ａ）に示す金型６，７内に溶湯を注入し成形体１１に含浸させて鋳込むことにより、金属基複合材料部を得る。この金属基複合材料部により軸受部２が形成される。この場合、軸受部２の両側には金型６，７内に注入した溶湯により側壁部４，５が形成される。また、図３（ａ）及び（ｂ）に示したと同様に、溶湯は、鋳抜きピン８，９と交差する矢印Ａ方向で金型６，７内を流動し、かつ成形体１１の両側面の矢印Ｂ方向から成形体１１に含浸する。
【００３１】
その後、鋳造後のクランク軸受１を金型６，７から取出し、クリアランスＣのマトリックス金属を切削加工し、軸受部２の軸受面３を仕上げる。
【００３２】
上述した製造方法は、本発明を図５に示す内燃機関用クランク軸受の軸受部の製造方法に適用したが、これに限られるものではなく、２サイクルエンジン用の縦割りクランク軸受，ベアリングキャップやカムシャフトハウジング，ミッションケースなどの合金部品に形成される、成形体に溶湯を含浸させて得られる金属複合材料部の製造方法にも同様に適用できる。
【００３３】
【実施例】従来品と本発明品を用いた内燃機関のクランク軸受をダイカスト法を用いて鋳造し、成形体の損傷について比較を行った。厚味が２０ｍｍの成形体１１を共通に用い、成形体１１に位置決め孔１２を設けたものを従来品として用い、位置決め孔１２を開口しないでブラケット１５で覆った構造のものを本発明品として用いた。本発明品では、ブラケット１５として、その材質がＪＩＳＳＰＨＣのものであって、板厚が１．０ｍｍ，幅（成形体１１の厚味に相当する）が２０ｍｍの平板状のものを用い、これを図２（ｂ）及び（ｃ）に示すフレーム形状に折り曲げ加工したものを用いた。
【００３４】
鋳造後のクランク軸受を観察した結果、本発明品を基準として従来品と比較した結果、従来品には軸受部の軸受面に寸法上のズレが認められたが、本発明品は、設計値に一致し寸法上のズレが認められなかった。さらに、従来品と本発明品に切削加工を行った刃具の耐久性について比較した結果、本発明品の切削加工に用いた刃具は、従来品を切削したものより１０倍の耐久性を示した。この結果、本発明品の優越性が証明された。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の金属基複合材料部を備えた合金部品によれば、成形体に溶湯が含浸して形成された金属基複合材料部の材料面の一部が金属製ブラケットで覆われているため、溶湯が含浸した成形体の加工代の部分に金属基複合材料が露出することがなく、切削加工が困難な金属基複合材料の切削加工を行う必要がなく、切削容易なマトリックス金属を切削加工することができ、その切削加工性を向上させることができる。
【００３６】
本発明の金属基複合材料部を備えた合金部品によれば、ブラケットを、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ或いはＴｉのいずれか一つから形成することにより、溶湯温度より融点が高く、溶湯が充填する圧力により変形しない剛性をブラケットに確保することができ、ブラケットの変形，破損，ズレ等を防止することができる。
【００３７】
本発明の製造方法によれば、成形体を金型内に組付ける組付け工程と、金型内に注入した溶湯を成形体に含浸させて鋳込むことにより金属基複合材料部を得る鋳込工程とを有する金属基複合材料部を備えた合金部品の製造方法において、組付け工程時に、成形体の少なくとも加工面を覆う金属製ブラケットを介して成形体を金型内に位置決めして保持するため、成形体を金型に直接固定することなく、成形体をブラケットに支えて金型内に位置決めして保持することとなる。したがって、溶湯の充填圧力をブラケットで受けることができ、成形体の割れ変形等を防止することができ、成形体に溶湯を含浸させて得られる金属基複合材料部に所望の強度及び所定の位置精度，寸法形状を確保することができる。
【００３８】
本発明の製造方法によれば、成形体の少なくとも加工面が金属製ブラケットにより固定され、鋳込み時に、成形体の割れ，変形，ズレを防止できるため、溶湯が成形体に含浸して形成される金属基複合材料が成形体の加工面に露出することがなく、成形体の加工代の部分に露出する切削加工が難である金属基複合材料の切削加工を回避して、切削容易なマトリックス金属を切削するため、鋳込み後の切削加工を容易に行うことができる。
【００３９】
本発明の製造方法によれば、成形体をブラケットに装着した後に該ブラケットを金型に固定するため、ブラケットと成形体を一体に予熱可能となり、予熱工数を増やすことなく、鋳造成形を行うことができる。
【００４０】
本発明の製造方法によれば、ブラケットが、成形体の縁部を支えて保持するフレーム形状を備え、該ブラケットのフレーム内に成形体を挿入することにより、成形体をブラケットに装着するため、特別な固定方法を必要とすることがなく、簡単に成形体をブラケットに装着できる。さらに、成形体に対する溶湯の含浸を阻害することがなく、必要十分な溶湯を成形体に含浸させることができる。
【００４１】
本発明の製造方法によれば、フレームの一部に、成形体をフレーム内に挿入するための挿入口が形成され、該挿入口の寸法を成形体の外形寸法より小さく狭めたため、ブラケットのフレームから成形体が脱落するのを防止できる。
【００４２】
本発明の製造方法によれば、フレームの一部にストッパー形状を備え、このストッパー部で成形体の移動を拘束するため、ブラケットのフレーム内から外方向に向けて成形体が移動するのを阻止することが容易となり、成形体に溶湯が含浸する際に成形体がブラケットに対してズレるのを防止することができる。
【００４３】
本発明の製造方法によれば、ブラケットに孔を設け、この孔に金型の鋳抜きピンを挿通することによりブラケットを金型に固定するため、金型の形状を設計変更することがなく、既存の金型を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図５に示すクランク軸受の軸受部に適用した本発明の一実施形態に係る金属基複合材料部を備えた合金部品の軸受部のみを取出して説明した説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明を図５のクランク軸受の軸受部に適用する場合の製造方法を示す断面図、（ｂ）は、本発明に用いるブラケットを示す斜視図、（ｃ）は、本発明に用いるブラケットを示す正面図である。
【図３】（ａ）は、従来例に係る金属基複合材料部を備えた合金部品に備えられた軸受部の製造方法を示す断面図、（ｂ）は、溶湯の流れを示す概念図、（ｃ）は、従来例に係る成形体を示す斜視図である。
【図４】従来例の問題点を説明する図である。
【図５】金属基複合材料部を備えた合金部品の一例としてクランク軸受に適用した場合を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　クランク軸受
２　軸受部
３　軸受面
１１　成形体
１３’　成形体の凹面
１５　ブラケット
１５ａ　ブラケットの凹面
【図１】
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【図２】
2004074179.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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