(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアを形成する内筒部（５）と、その内筒部（５）の外側に在ってそれと一体の外筒部（６）とよりなるシリンダバレル（１1 〜１4 ）を有するアルミ合金製シリンダブロック（Ｓ）をダイカスト法により鋳造するに当たり、前記内筒部（５）を繊維強化するために用いられる円筒状繊維成形体（２１）の製造方法において、
鋳造用金型（１５）の、前記内筒部（５）内周面に対応した成形面（４１）に接する接触面（４２）およびその近傍を含む前記繊維成形体（２１）の成形面側領域（４３）に、その成形面側領域（４３）を成形する過程で、鋳造後のシリンダブロック（Ｓ）の繊維強化された前記内筒部（５）を前記成形面（４１）からスムーズに離型させるための固体潤滑剤を兼ねるカーボン繊維を含有させ、
前記成形面側領域（４３）におけるカーボン繊維の含有量Ｃｆは、Ｃｆ≧２０重量％に設定されることを特徴とする、ダイカスト法による繊維強化アルミ合金製シリンダブロック鋳造用繊維成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト法による繊維強化アルミ合金製シリンダブロックの鋳造に用いられる繊維成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、繊維強化金属体、例えば摺動部材を鋳造する場合、繊維成形体としては、その性状を成形体全体に亘り均一化したもの、例えば繊維体積分率Ｖｆを成形体全体に亘って略一定に設定したものが用いられ、また鋳造方式としては、溶湯流のゲート速度を、例えば０．３ｍ／sec に、加圧力を、例えば２５０kgｆ／cm2 にそれぞれ設定した低速充填中圧鋳造方式が採用されている。この場合、前記繊維体積分率Ｖｆは、要求される摺動特性を考慮して、例えば１５％≦Ｖｆ≦２５％に設定される。
【０００３】
しかしながら、前記低速充填中圧鋳造方式の採用下では、一般的なダイカスト装置を使用することができず、専用の鋳造装置を必要とするためその設備コストが高く、また溶湯流のゲート速度が遅いため鋳造のサイクルタイムが長く、生産能率が悪い、という問題があった。
【０００４】
そこで、一般的なダイカスト装置を使用し、また溶湯のゲート速度を速めると共に加圧力を高めた高速充填高圧鋳造方式を採用することが試みられた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような繊維成形体に、ダイカスト法による高速充填高圧鋳造方式を適用すると、鋳物の繊維強化部が金型の成形面に強く密着し、その結果、離型作業をスムーズに行うことができず、また前記成形面を損傷するおそれがあった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ダイカスト法による高速充填高圧鋳造方式の採用下において、スムーズな離型作業を実現することが可能な前記繊維成形体の製造方法を提供することを目的とする。  前記目的を達成するために、本発明は、シリンダボアを形成する内筒部と、その内筒部の外側に在ってそれと一体の外筒部とよりなるシリンダバレルを有するアルミ合金製シリンダブロックをダイカスト法により鋳造するに当たり、前記内筒部を繊維強化するために用いられる円筒状繊維成形体の製造方法において、鋳造用金型の、前記内筒部内周面に対応した成形面に接する接触面およびその近傍を含む前記繊維成形体の成形面側領域に、その成形面側領域を成形する過程で、鋳造後のシリンダブロックの繊維強化された前記内筒部を前記成形面からスムーズに離型させるための固体潤滑剤を兼ねるカーボン繊維を含有させ、前記成形面側領域におけるカーボン繊維の含有量Ｃｆは、Ｃｆ≧２０重量％に設定されることを特徴とする。
【０００７】
前記のように構成すると、ダイカスト法による高速充填高圧鋳造方式の採用下において、鋳造後のアルミ合金製シリンダブロックの繊維強化された前記内筒部が金型の成形面に強く密着しても、その密着部分には固体潤滑剤としてのカーボン繊維が存在するので、そのカーボン繊維の低摩擦性を利用して離型作業をスムーズに行うことが可能である。
【０００９】
例えばアルミナ繊維とカーボン繊維との混合繊維より構成された繊維成形体においては、成形面側領域の構成要素であるカーボン繊維を固体潤滑剤として兼用することができる。この場合、Ｃｆ＜２０重量％では離型性が悪化するので、成形面側領域におけるカーボン繊維の含有量ＣｆはＣｆ≧２０重量％に設定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜４において、繊維強化金属体としてのエンジン用サイアミーズ型シリンダブロックＳは、４つのシリンダバレル１1 〜１4 を直列に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の下縁に連なるクランクケース３とより構成される。各シリンダバレル１1 〜１4 は、シリンダボア４を形成する内筒部５と、その内筒部５の外側に在ってそれと一体の外筒部６とよりなる。サイアミーズシリンダバレル１と外壁部２間の一連の空間は水ジャケット７であり、各外筒部６の下端側およびクランクケース３の上端側は水ジャケット７の底壁８を介して連なっている。水ジャケット７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間は連結されておらず、したがってシリンダブロックＳはオープンデッキ型に構成される。
【００１１】
各シリンダバレル１1 〜１4 の内筒部５は円筒状繊維成形体と金属マトリックスとよりなる繊維強化部であり、また各シリンダバレル１1 〜１4 の外筒部６およびその他の構成部分はマトリックスを構成する金属のみからなる。繊維成形体は、アルミナ繊維およびカーボン繊維を主体とし、それら繊維間をバインダにより結合したものである。また前記金属としてはＡｌ合金が用いられている。
【００１２】
図５〜７は、シリンダブロックＳをダイカスト法により鋳造するために用いられる鋳造装置Ｍを示す。その装置Ｍにおける金型９は昇降自在の上型１０と、上型１０の下方に配設された固定の下型１１と、下型１１上において摺動自在の第１および第２側型１２，１３とを有する。
【００１３】
第１側型１２は下型１１上を摺動する型本体１４を備え、その型本体１４は第２側型１３との対向面に、４つのシリンダボア成形用ボアピン１５と、それらボアピン１５を囲繞する水ジャケット成形用中子１６とを有し、各ボアピン１５の軸線は略水平である。
【００１４】
第２側型１３は下型１１上を摺動する型本体１７を備え、その型本体１７は第１側型１２との対向面に成形ブロック１８を有する。成形ブロック１８は、各シリンダバレル１1 〜１4 に対応する突出量の長い４つのかまぼこ状第１成形部１９と相隣る両第１成形部１９間および両外側の第１成形部１９の外側に位置する凸字状第２成形部２０とを有する。
【００１５】
各ボアピン１５に繊維成形体２１が嵌合され、型締め状態において、各ボアピン１５および各繊維成形体２１の先端面は、各第１成形部１９の先端面に当てられている。
【００１６】
上型１０、下型１１、第１側型１２および第２側型１３により形成されるキャビティ２２は次のような各領域を有する。即ち、図７にも示すように、各ボアピン１５回りに在って、繊維成形体２１を設置する内筒部成形領域２３と、各内筒成形領域２３に隣接する、つまり各繊維成形体２１および水ジャケット成形用中子１６間およびその中子１６から突出する繊維成形体２１の先端部回りに在る外筒部成形領域２４と、各第１，第２成形部１９，２０および上，下型１０，１１間に在るクランクケース成形領域２５と、上，下型１０，１１および水ジャケット成形用中子１６間に在る外壁部成形領域２６と、クランクケース成形領域２５を外筒部成形領域２４および外壁部成形領域２６にそれぞれ通じさせると共に水ジャケット１６の底壁８を成形する底壁成形領域２７とである。
【００１７】
各第１成形部１９によりクランクケース３内のクランクピンおよびクランクアーム用回転空間２８（図２，４）が成形され、また各第２成形部２０によりクランクケース３のクランクジャーナル用軸受ホルダ２９（図２〜４）が成形される。
【００１８】
下型１１に、軸線を略水平にした第１シリンダ３０が設けられ、その第１シリンダ３０に給湯プランジャ３１が摺動自在に嵌合される。その給湯プランジャ３１の先端側に溶湯を一時溜める湯溜部３２が形成され、その湯溜部３２は、シリンダバレル配列方向に延びる１つのランナ３３および複数のゲート３４を介してクランクケース成形領域２５の下部に連通する。
【００１９】
第２側型１３の型本体１７に、軸線を略垂直に向けた第２シリンダ３５が設けられ、その第２シリンダ３５は通し孔３６を介して湯溜部３２に通じている。また型本体１７に、第２シリンダ３５の中間部に通じるように給湯管３７が設けられる。
【００２０】
さらに上型１０に貫通孔３８が、その軸線を第２シリンダ３５の軸線に合致させると共にその第２シリンダ３５に通じるように形成され、その貫通孔３８にシールプランジャ３９が摺動自在に嵌合される。
【００２１】
下型１１に複数のエジェクタピン４０が摺動自在に嵌合され、それらエジェクタピン４０は、外壁部成形領域２６およびクランクケース成形領域２５に突出してシリンダブロックＳを離型するために用いられる。
【００２２】
前記各内筒部成形領域２３において、水ジャケット成形用中子１６の長さ範囲ａに収まる領域が実質的な繊維強化部成形領域Ａである。これは、各内筒部５において、水ジャケット７から突出している部分５ａは、ピストンと摺動関係にないので繊維強化する必要がないからである。したがって、各外筒部成形領域２６において、水ジャケット成形用中子１６の長さ範囲ａに収まる領域が、繊維強化部成形領域Ａに隣接する溶湯貯留領域Ｂである。さらにクランクケース成形領域（各軸受ホルダ２９を成形する部分を含む）２５および水ジャケット７の底壁成形領域２７が溶湯流沈静領域Ｃである。
【００２３】
ここで、溶湯貯留領域Ｂの容積、実施例では全部の溶湯流貯留領域Ｂの容積の和をＶ1 とし、溶湯流沈静                                                                領域Ｃの容積をＶ2 としたとき、両容積Ｖ1 ，Ｖ2 の関係はＶ2 ≧２Ｖ1 に設定される。実施例ではＶ1 ：Ｖ2 ＝１：３．３７である。
【００２４】
図８，９に示すように、繊維成形体２１は、その厚さｔをｔ＝３mmに設定されると共に、金型９、実施例ではボアピン１５の成形面４１に接する接触面４２およびその近傍を含む、厚さｔ1 ＝０．８mmの成形面側領域４３と、その領域４３の外周側に連なる、厚さｔ2 ＝２．２mmの主領域４４とを有する。成形面側領域４３は６０重量％のアルミナ繊維と、４０重量％のカーボン繊維とよりなり、その繊維体積分率Ｖｆ１は、Ｖｆ１＝３５％に設定され、また固体潤滑剤としてカーボン繊維が兼用されている。また主領域４４は８０重量％のアルミナ繊維と、２０重量％のカーボン繊維とよりなり、その繊維体積分率Ｖｆ２はＶｆ２＝２０％に設定された。
【００２５】
前記のような積層構造を有する繊維成形体２１は、次のような方法を用いて製造された。
（１）  図１０に示すように、シェル砂（粒度ＡＦＳ３５）を用いて通気性を有する円筒状成形型４５を形成した。この成形型４５はシェル砂より構成されているので、３５０〜４００℃に高温加熱されると崩壊するという性質を有する。
（２）  図１１に示すように、成形型４５の両端開口部にそれぞれホルダ４６1 ，４６2 を接着、ボルト締め等により取付けてそれら開口部を閉じた。
（３）  図１２に示すように、６０重量％のアルミナ繊維および４０重量％のカーボン繊維の両短繊維を水に分散させた分散液４７中に成形型４５を浸漬し、真空ポンプ４８により成形型４５内に吸引作用を施して両短繊維を成形型４５の外周面に所定の厚さに付着させ、成形面側領域４３に対応する下層４９を成形した。
（４）  図１３に示すように、成形型４５を５重量％のアルミナを含むアルミナゾル（バインダ）５０中に浸漬して、下層４９にアルミナゾル５０を含浸させた。
（５）  図１４に示すように、成形型４５をラバープレスの耐圧容器５１内に設置し、空圧源５２より加圧空気を耐圧容器５１内に供給してラバー５３を介し下層４９を成形型４５の外周面に押圧し、これにより下層４９の形状を整え、同時に繊維体積分率を調整した。
（６）  下層４９を有する成形型４５を用いると共に、前記分散液４７の代りに、８０重量％のアルミナ繊維および２０重量％のカーボン繊維の両短繊維を水に分散させた分散液を用いて、図１２〜１４の前記（３）〜（５）工程と同様の三工程を行い、これにより下層４９の外周面に、主領域４４に対応する上層５４（図１５参照）を成形した。
（７）  図１５に示すように、成形型４５より両ホルダ４６1 ，４６2 を取外した。
（８）  図１６に示すように、成形型４５を乾燥炉５５内に設置し、上、下層５４，４９よりなる中間体５６に１２０℃、１時間の乾燥処理を施して水分を蒸発除去した。
（９）  図１７に示すように、成形型４５を焼成炉５７内に設置し、成形型４５に３５０〜４００℃にて１時間の崩壊処理を施した。この崩壊処理により成形型４５はその略５０％が崩壊した。残りの略５０％は振動を加える等の手段により破壊除去した。この状態下にあっては中間体５６は乾燥されて十分な保形性を有するので変形するようなことはなく、また成形型４５の残部にはクラック等が無数に発生しているのでその除去が容易に行われる。
（１０）  図１８に示すように、少量で大きな接合強度を発揮し得るバインダであるポリカルボシラン（平均分子量１４３０、ＰＣＳ）を１重量％含有するキシレン溶液５８中に中間体５６を浸漬してその中間体５６にポリカルボシランを含浸させた。
（１１）  中間体５６を空気中に放置して自然乾燥した。
（１２）  図１９に示すように、中間体５６を再び焼成炉５７内に設置し、その中間体５６に８００℃、１５分間の焼成処理を施した。これにより図８，９に示した繊維成形体２１を得た。
【００２６】
Ａｌ合金として、表１に示すＪＩＳ  ＡＤＣ１２相当材を選定した。
【００２７】
【表１】
0003793319.tif 000002
【００２８】
ダイカスト法によるシリンダブロックＳの鋳造に当っては、溶解炉より６７０℃のＡｌ合金の溶湯ｍを給湯管３７に供給し、その溶湯ｍを第２シリンダ３５を経て湯溜部３２に一時溜めた。次いで、シールプランジャ３９を下降させて、図５、鎖線示のように通し孔３６を閉鎖した。その後給湯プランジャ３１を前進させ、溶湯ｍをランナ３３および各ゲート３４を通じてキャビティ２２に高速充填し、シリンダブロックＳを高圧鋳造した。この場合、加圧力は９００kgｆ／cm2 に、また溶湯流のゲート速度は４０ｍ／sec に、さらに溶湯開始から圧力上昇までの時間は１．５sec にそれぞれ設定された。
【００２９】
この注湯過程で、各ゲート３４を通過した乱流状態の溶湯流は溶湯流沈静領域Ｃにおいて静められ、その結果、各溶湯貯留領域Ｂへ導かれる溶湯流は略層流状態となり、その溶湯流における空気の巻込みが抑制される。そして、各溶湯貯留領域Ｂの溶湯が繊維成形体２１にスムーズに充填される。
【００３０】
この場合、各シリンダバレル１1 〜１4 の内筒部５が各ボアピン１５の成形面４１に強く密着しても、その密着部分には固体潤滑剤であるカーボン繊維が存在するので、そのカーボン繊維の低摩擦性を利用して離型作業をスムーズに行うことができる。
【００３１】
なお、鋳造条件における許容範囲は次の通りである。即ち、加圧力は８５０〜１０００kgｆ／cm2 、ゲート速度は３０〜４５ｍ／sec 、溶湯温度は６５０〜７００℃、溶湯開始から圧力上昇までの時間は１〜２sec である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダボアを形成する内筒部と、その内筒部の外側に在ってそれと一体の外筒部とよりなるシリンダバレルを有するアルミ合金製シリンダブロックをダイカスト法により鋳造するに当たり、内筒部を繊維強化するために用いられる円筒状繊維成形体の製造方法において、鋳造用金型の、内筒部内周面に対応した成形面に接する接触面およびその近傍を含む繊維成形体の成形面側領域に、その成形面側領域を成形する過程で、鋳造後のシリンダブロックの繊維強化された内筒部を前記成形面からスムーズに離型させるための固体潤滑剤としてのカーボン繊維を含有させ、前記成形面側領域におけるカーボン繊維の含有量Ｃｆを２０重量％以上に設定したので、ダイカスト法による高速充填高圧鋳造方式の採用下において、鋳造後のアルミ合金製シリンダブロックの繊維強化された内筒部が金型の成形面に強く密着しても、その密着部分には固体潤滑剤としてのカーボン繊維が規定量以上（Ｃｆ≧２０重量％）存在することから、そのカーボン繊維の低摩擦性を利用してスムーズな離型作業を実現することが可能となり、離型に伴う金型成形面の損傷を防止する上で極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シリンダブロックの平面図である。
【図２】  図１の２−２線断面図である。
【図３】  図１の３−３線断面図である。
【図４】  シリンダブロックを下方から見た斜視図である。
【図５】  鋳造装置の断面図で、図２に対応する。
【図６】  鋳造装置の断面図で、図３に対応する。
【図７】  図５の要部拡大図である。
【図８】  繊維成形体の斜視図である。
【図９】  図８の９−９線断面図である。
【図１０】  成形型の断面図である。
【図１１】  成形型にホルダを取付けた状態を示す断面図である。
【図１２】  成形工程の断面図である。
【図１３】  アルミナゾル含浸工程の断面図である。
【図１４】  ラバープレス工程の断面図である。
【図１５】  成形型からホルダを取外した状態を示す断面図である。
【図１６】  乾燥工程の断面図である。
【図１７】  成形型除去工程の断面図である。
【図１８】  ポリカルボシラン含浸工程の断面図である。
【図１９】  焼成工程の断面図である。
【符号の説明】
１1 〜１4  シリンダバレル
５ 内筒部
６ 外筒部
１５      金型のボアピン
２１      繊維成形体
４１      成形面
４２      接触面
４３      成形面側領域
４４      主領域
Ｓ        シリンダブロック
【図１】
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【図２】
0003793319.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003793319.tif 000007
【図６】
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【図７】
0003793319.tif 000009
【図８】
0003793319.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003793319.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
0003793319.tif 000018
【図１７】
0003793319.tif 000019
【図１８】
0003793319.tif 000020
【図１９】
0003793319.tif 000021