(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔を有する予備成形体を鋳型内に保持した状態で該鋳型内に軽金属溶湯を充填すると共に、上記鋳型内を実質的に密閉した状態で鋳型内の上記溶湯を気体で加圧することにより、溶湯を上記予備成形体の気孔内に含浸させる軽金属複合部材の製造方法であって、
上記溶湯を上記鋳型の湯口から製品キャビティへの湯道に対し、該溶湯が製品キャビティ内に充填されないように鋳型を傾倒させた状態で、送給した後、該湯道に送給された、鋳型の製品キャビティ内へ充填する前の溶湯を加圧可能な状態としておき、
上記鋳型の傾倒の解除開始と略同時に、溶湯を加圧することを特徴とする軽金属複合部材の製造方法。
【請求項２】
気孔を有する予備成形体を内部に保持した状態で軽金属溶湯を充填可能な鋳型と、該鋳型内を実質的に密閉した状態で鋳型内の溶湯を気体で加圧する加圧手段とを備え、上記溶湯を上記予備成形体の気孔内に含浸させるようにした軽金属複合部材の製造装置であって、
上記加圧手段に対し、上記溶湯を加圧させる加圧制御手段と、
上記鋳型の湯口から製品キャビティへの湯道に送給された溶湯が該製品キャビティ内に充填されないように鋳型を傾倒させる傾倒手段とを備え、
上記加圧制御手段は、上記加圧手段に対し、上記傾倒手段により鋳型が傾倒された状態で上記湯道に送給された、鋳型の製品キャビティ内へ充填する前の溶湯を加圧可能な状態とさせた後、上記傾倒手段による鋳型の傾倒の解除開始と略同時に上記溶湯を加圧させるように構成されていることを特徴とする軽金属複合部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽金属複合部材の製造方法及び製造装置に関し、特に気孔を有する予備成形体を鋳型内に保持した状態で、軽金属溶湯を気体で加圧してその予備成形体の気孔内に含浸させるようにしたものの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミニウム合金等の軽金属合金は軽量でかつ熱伝導性が良好であるため、自動車用エンジン部品等に多く使用されているが、強度や耐摩耗性に劣るという欠点がある。そこで、強度や耐摩耗性が必要とされる部位のみを強化すべく、例えば特公平２−３０７９０号公報や特公平２−６２７７６号公報に示されているように、ニッケル等の金属若しくはその繊維又はセラミックの繊維若しくは粒子からなる強化材で部分的に複合化する方法が知られている。この方法では、予め上記強化材を用いて内部に気孔を有する予備成形体を作製しておき、加圧パンチやプランジャ等によってアルミニウム合金の溶湯に高圧力を加える高圧鋳造法により上記予備成形体の気孔内にその溶湯を含浸させて予備成形体とアルミニウム合金とを複合化するようにしている。
【０００３】
一方、例えば特開平７−２９０２２７号公報に示されているように、予備成形体を使用しない通常の鋳造方法として、引け巣等の鋳造欠陥を防止するために、鋳型内の溶湯を気体で加圧するようにすることが知られている。
【０００４】
また、例えば特開昭５６−８０３７０号公報に示されているように、予備成形体を使用しない通常の鋳造方法として、鋳型の製品キャビティとスリーブとを接続するゲートを閉じた状態でそのスリーブに溶湯を注入しておき、この溶湯にガス圧を印加しながら上記ゲートを開けて溶湯を製品キャビティ内へ充填させるようにすることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記高圧鋳造法による複合化方法では、高圧を用いるので、第１に、設備が大型でかつ高価となり、第２に、型構造に制約が生じて製品の形状自由度が小さくなり、第３に、塩中子や砂中子等の崩壊性中子の破損や変形が生じ易くなり、その使用が困難になるという問題がある。
【０００６】
このため、予備成形体の気孔率を向上させる等して低圧で軽金属溶湯を予備成形体内に含浸させるようにすることが望ましい。そこで、その溶湯を低圧で加圧するために、上記従来例（特開平７−２９０２２７号公報や特開昭５６−８０３７０号公報）のように、鋳型内に溶湯を充填し、その鋳型内を密閉した状態で鋳型内の溶湯を気体で加圧するようにすることが考えられる。
【０００７】
しかし、この場合、予備成形体を保持した鋳型内に溶湯を充填した後に鋳型内を密閉して気体で溶湯を加圧するようにすると、溶湯の充填から加圧までの時間が長くなり、鋳型内に充填された加圧前の溶湯がその溶湯温度よりも低い温度の予備成形体表面に接触することにより、その予備成形体表面に溶湯の初期凝固層が生じてしまう。このような初期凝固層が発生すると、その後に溶湯を加圧してもその初期凝固層により溶湯の予備成形体内への含浸が妨げられてしまうという問題がある。また、初期凝固層が生じていない一部の箇所から溶湯が予備成形体内に完全に含浸されたとしても、初期凝固層が生じている箇所では予備成形体と軽金属との密着性が悪化するので、健全な複合部材を得ることが困難である。特に、予備成形体を金属で作製する場合には、その金属の酸化を防止する等のためにその予備成形体を高温で予備加熱することができず、改良の余地がある。
【０００８】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述の如く軽金属溶湯を気体加圧により予備成形体に含浸させるようにする場合に、その加圧タイミングに工夫を凝らすことによって、予備成形体表面に溶湯の初期凝固層が生じるのを防止し、予備成形体と軽金属との複合性を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、溶湯を鋳型の湯口から製品キャビティへの湯道に対し、該溶湯が製品キャビティ内に充填されないように鋳型を傾倒させた状態で、送給した後、該湯道に送給された、鋳型の製品キャビティ内へ充填する前の溶湯を加圧可能な状態としておき、上記鋳型の傾倒の解除開始と略同時に、溶湯を加圧するようにした。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明では、気孔を有する予備成形体を鋳型内に保持した状態で該鋳型内に軽金属溶湯を充填すると共に、上記鋳型内を実質的に密閉した状態で鋳型内の上記溶湯を気体で加圧することにより、溶湯を上記予備成形体の気孔内に含浸させる軽金属複合部材の製造方法が対象である。
【００１１】
そして、上記溶湯を上記鋳型の湯口から製品キャビティへの湯道に対し、該溶湯が製品キャビティ内に充填されないように鋳型を傾倒させた状態で、送給した後、該湯道に送給された、鋳型の製品キャビティ内へ充填する前の溶湯を加圧可能な状態としておき、上記鋳型の傾倒の解除開始と略同時に、溶湯を加圧することを特徴とする。
【００１２】
このことにより、溶湯を製品キャビティ内に充填させることなく湯道に溜めておくことができ、容易にその溶湯を加圧可能な状態とすることができる。そして、鋳型の傾倒の解除開始と略同時に溶湯を加圧することで、溶湯を製品キャビティ内へ瞬時に充填することができ、予備成形体と軽金属とを完全に複合化させることができる。この結果、予備成形体表面に凝固層が生じる間もなく、溶湯が予備成形体内に含浸され、予備成形体内及びその周囲の溶湯は均一に凝固する。このため、溶湯を予備成形体内に完全に含浸させることができると共に、予備成形体と軽金属との密着性を向上させることができる。よって、予備成形体表面に溶湯の初期凝固層が生じるのを防いで、予備成形体と軽金属とを完全に複合化させることができる。尚、鋳型内を実質的に密閉した状態とは、溶湯を加圧する際に気体が外部にリークしたとしても、その溶湯を予備成形体内に完全に含浸させるのに必要な気体加圧力が確保される状態にあることをいう。
【００１３】
また、従来の気体加圧による鋳造装置に対して鋳型全体を傾倒可能に構成するだけでよく、簡単な構成予備成形体と軽金属との複合性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、気孔を有する予備成形体を内部に保持した状態で軽金属溶湯を充填可能な鋳型と、該鋳型内を実質的に密閉した状態で鋳型内の溶湯を気体で加圧する加圧手段とを備え、上記溶湯を上記予備成形体の気孔内に含浸させるようにした軽金属複合部材の製造装置の発明である。
【００１５】
そして、この発明では、上記加圧手段に対し、上記溶湯を加圧させる加圧制御手段と、上記鋳型の湯口から製品キャビティへの湯道に送給された溶湯が該製品キャビティ内に充填されないように鋳型を傾倒させる傾倒手段とを備え、上記加圧制御手段は、上記加圧手段に対し、上記傾倒手段により鋳型が傾倒された状態で上記湯道に送給された、鋳型の製品キャビティ内へ充填する前の溶湯を加圧可能な状態とさせた後、上記傾倒手段による鋳型の傾倒の解除開始と略同時に上記溶湯を加圧させるように構成されているものとする。こうすることで、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。但し、最初に本発明の実施形態と主要部以外の構成が類似した参考形態（参考形態１，２）を説明し、その後に、本発明の実施形態についてその参考形態と異なる点を説明する。
【００１７】
（参考形態１）
図１〜図３は、本発明の参考形態１に係る軽金属複合部材の製造装置Ａを示し、この製造装置Ａは、図４に示すように、自動車エンジン用のピストン１を製造するためのものである。このピストン１の上部における外周部には、上から順に、トップリングを嵌装するためのトップリング溝３と、セカンダリングを嵌装するためのセカンダリング溝４と、オイルリングを嵌装するためのオイルリング溝５とがそれぞれ形成されている。そして、このピストン１は、軽金属としてのアルミニウム系金属（ＪＩＳ規格Ｈ５２０２に規定されているＡＣ８Ａ等）を母材とし、上記トップリング溝３の周囲のみがそのアルミニウム系金属とニッケル−クロム合金の強化材とで複合化された複合部６を有するアルミニウム系金属複合部材とされている。尚、図４中、７は、このピストン１とコネクティングロッドとを連結するピストンピンを挿入するためのピストンピン挿入孔である。また、８は、このピストン１の内部における上記複合部６よりも内側に形成されたリング状の冷却用オイル通路である。
【００１８】
上記ピストン１の複合部６は、上記アルミニウム系金属と複合化される前は、図５に示すように、気孔を有する（気孔率８０〜９５％程度）リング状の金属多孔体からなる予備成形体２２とされ、その予備成形体２２の気孔内にアルミニウム系金属が含浸された状態となっている。尚、上記予備成形体２２は、その外径がピストン１の外径よりも大きく、また、その外周部にはトップリング溝３に相当する溝は形成されておらず、後述の如く、製造装置Ａにより予備成形体２２とアルミニウム系金属とが複合化された鋳物９（図６参照）に対して機械切削加工を施すことにより、所定のピストン形状とされるようになっている。
【００１９】
上記製造装置Ａは、２分割されてその各合せ面１２ａに対して略対称形状をなすサイド型１２，１２と、この両サイド型１２，１２同士が各合せ面１２ａにて合わされた状態で形成された上型挿入孔１８及び中型挿入孔１９にそれぞれ挿入された上型１３及び中型１４とからなる鋳型１１を有している。この両サイド型１２，１２同士が各合せ面１２ａにて合わされかつ上型１３及び中型１４が完全に挿入された状態（型締めされた状態）で、これらの型１２〜１４によって囲まれた空間が、上記ピストン１（切削加工前の鋳物９）と略同じ形状の製品キャビティ１５とされ、その製品キャビティ１５内にアルミニウム系金属の溶湯が充填されて上記鋳物９が鋳造されるようになっている。上記上型１３及び中型１４は上下方向に、また両サイド型１２，１２はその各合せ面１２ａと垂直な方向（図１の紙面垂直方向）にそれぞれ図外の油圧シリンダによりスライド可能に構成され、鋳造が完了すると各型１２〜１４が互いに離れる方向にスライド（型開き）されるようになっている。尚、図１中、１７は上記ピストンピン挿入孔７を形成するための鋳抜きピンである。
【００２０】
上記鋳型１１は、その製品キャビティ１５内に、上記予備成形体２２と、上記冷却用オイル通路８を形成するためのリング状の塩中子２３とを保持可能とされている。すなわち、上記鋳型１１の両サイド型１２，１２における製品キャビティ１５上部にはそれぞれ段差部１２ｂ，１２ｂが形成され、その各段差部１２ｂよりも上側の内径は上型挿入孔１８の内径と同じでかつ上記予備成形体２２の外径よりも僅かに大きくされ、各段差部１２ｂよりも下側の内径は予備成形体２２の外径よりも小さくされている。このことで、上記上型１３を上方にスライドさせて両サイド型１２，１２から離した状態で上記予備成形体２２を上型挿入孔１８からその各段差部１２ｂまで挿入可能とされている。また、上記上型１３は、上型挿入孔１８に完全に挿入されたときに、その下面外周部に設けた突出部１３ａの先端面により上記段差部１２ｂまで挿入した予備成形体２２の上面を押さえることが可能とされ、その予備成形体２２を上型１３の突出部１３ａ先端面と両サイド型１２，１２の各段差部１２ｂとの間で保持するようになっている。さらに、上記中型１４の上面には、上記塩中子２３に設けた上下方向の貫通孔（図示せず）に嵌合する突起部（図示せず）が設けられ、この突起部により塩中子２３が上記予備成形体２２の直ぐ内側となる位置に保持されるようになっている。
【００２１】
上記鋳型１１の両サイド型１２，１２の各合せ面１２ａには、その上部の上型挿入孔１８側方において鋳型１１内にアルミニウム系金属溶湯を充填するためのテーパ面を有する湯口２６と、この湯口２６と上記製品キャビティ１５の下部とを接続する湯道２７が形成されている。この湯道２７は、断面円形状で湯口２６から下方に延びた後に略直角に製品キャビティ１５側に折れ曲り、水平方向に延びて製品キャビティ１５に接続されている。この湯道２７の水平方向に延びる部分は断面略矩形状とされ、その途中の製品キャビティ１５近傍には堰２８が設けられている。この堰２８は、図３に示すように、その断面積が該堰２８の前後の湯道２７の断面積よりも僅かに大きくされ、一方のサイド型１２に設けた略矩形状のストッパー２９の堰２８内への進退により開閉自在とされている。このストッパー２９は、該ストッパー２９を設けたサイド型１２の外側に取付プレート３１を介して取付固定した油圧シリンダ３０のピストンロッド３０ａと連結され、この油圧シリンダ３０によって両サイド型１２，１２の各合せ面１２ａと垂直な方向にスライド可能とされている。上記堰２８、ストッパー２９及び油圧シリンダ３０により、鋳型１１の湯口２６と製品キャビティ１５とを接続する湯道２７の途中で溶湯を遮断する遮断手段３３が構成されている。尚、上記湯道２７は、上記ストッパー２９により溶湯を遮断した状態でこの湯道２７内に上記製品キャビティ１５にて上記鋳物９を鋳造することが可能な量の溶湯を溜めることができるように、その上下方向に延びる部分において製品キャビティ１５と反対側に突出されている。
【００２２】
また、上記鋳型１１の両サイド型１２，１２の各合せ面１２ａには、上記湯道２７とは製品キャビティ１５を挟んで反対側に断面略矩形状のエア抜き溝３５が形成されている。このエア抜き溝３５は、上述の如く保持された予備成形体２２の側方から水平方向に延びた後、上方に延びるように設けられ、溶湯を製品キャビティ１５内に充填する際に、この製品キャビティ１５内のエアを抜くためのもので、溶湯がこのエア抜き溝３５に侵入したときに冷却凝固してシールがなされるようになっている。
【００２３】
上記湯口２６は、この湯口２６の上方で上下方向に図外の油圧シリンダによりスライド可能とされたカバー３７で覆われるようになっている。このカバー３７は、その下部に湯口２６のテーパ面と略同形状のテーパ面を有し、その下部が湯口２６の上部に嵌合することでこの湯口２６は完全に塞がれる。このとき、鋳型１１内つまり製品キャビティ１５内及び湯道２７内は実質的に密閉された状態となる。すなわち、上記エア抜き溝３５を考慮すると完全な密閉状態ではないが、このエア抜き溝３５は、上述の如く凝固された溶湯でシールされるので、湯口２６がカバー３７で閉塞されることで鋳型１１内は密閉されていると見做せる状態となっている。また、たとえ他に鋳型１１内のエアが外部へリークする箇所が存在したとしても、後述の如く溶湯をエアで加圧する際、その溶湯を上記予備成形体２２の気孔内に完全に含浸させるのに必要な加圧力が確保される状態となっている。
【００２４】
上記カバー３７には、鋳型１１内にエアを吹き込んでその鋳型１１内の溶湯を加圧するためのパイプ３８の一端部がそのカバー３７を貫通した状態で取付固定され、このパイプ３８の他端部は、圧力が０．５〜３０Kgf/cm2 の範囲（特に好ましいのは０．５〜１０Kgf/cm2 の範囲）にある工場エアを生成する加圧エア源（図示せず）に接続されている。また、上記パイプ３８の途中には、コントローラ（加圧制御手段）４１によりその開閉が制御されるバルブ３６が設けられ、そのバルブ３６が開放されたときに上記加圧エア源から鋳型１１内に上記工場エアが導入されてその鋳型１１内の溶湯が加圧されるようになっている。この加圧エア源、バルブ３６、カバー３７及びパイプ３８により、鋳型１１内を実質的に密閉した状態で鋳型１１内の溶湯をエア（気体）で加圧する加圧手段３９が構成されている。
【００２５】
上記コントローラ４１は、上記遮断手段３３の油圧シリンダ３０並びに上記カバー３７及び鋳型１１の各型１２〜１４をスライドさせる各油圧シリンダの制御をも行っている。また、このコントローラ４１は、上記加圧手段３９に対し、上記遮断手段３３により湯道２７の堰２８において溶湯が遮断された状態でその湯道２７に送給された溶湯（製品キャビティ１５内へ充填する前の溶湯）を加圧可能な状態とさせた後、上記遮断手段３３による溶湯の遮断の解除開始（溶湯の製品キャビティ１５内への充填開始）と略同時に溶湯を加圧させるように構成されている。つまり、上記コントローラ４１は、加圧手段３９に対し、上記バルブ３６を閉じた状態で上記カバー３７により湯口２６を閉塞させることでバルブ３６を開放すれば直ぐに湯道２７に送給された溶湯を加圧することができる状態とさせた後、溶湯の遮断の解除開始と略同時にバルブ３６を開放して溶湯を加圧させるように構成されている。
【００２６】
以上の構成からなる軽金属複合部材の製造装置Ａを用いて上記ピストン１を製造する方法を説明する。先ず、鋳型１１の上型１３及びカバー３７を上方にスライドさせた状態で、予備成形体２２を上型挿入孔１８から両サイド型１２，１２の各段差部１２ｂまで挿入すると共に、塩中子２３を中型１３の突起部に保持する。その後、上型１３を上型挿入孔１８に挿入してその突出部１３ａ先端面と両サイド型１２，１２の各段差部１２ｂとの間で予備成形体２２を保持した後、湯道２７の堰２８をストッパー２９で閉じる。この状態で、図７に示すように、アルミニウム系金属の溶湯４３を酌４４により湯口２６から湯道２７内に送給する。このとき、湯口２６の堰２８において溶湯４３は遮断されているので、製品キャビティ１５内へ流入することはない。
【００２７】
次に、湯道２７に溶湯４３が満杯になった時点で、図８に示すように、上記バルブ３６を閉じた状態でカバー３７を下方にスライドさせて湯口２６をそのカバー３７で閉塞する。このとき、上述の如く、鋳型１１内は実質的に密閉されて、上記加圧手段３９は、その湯道２７に送給された溶湯４３を加圧可能な状態とされている。つまり、バルブ３６が開放されれば直ぐに溶湯４３を加圧することができる状態とされている。
【００２８】
続いて、図９に示すように、ストッパー２９を油圧シリンダ３０で駆動することにより湯道２７の堰２８を開放して溶湯４３の遮断を解除する。また、この遮断の解除開始と略同時に、コントローラ４１によりバルブ３６が開放され、上記加圧エア源からパイプ３８を介して鋳型１１内に工場エアが供給されてその溶湯４３が加圧される。このことで、溶湯４３は、瞬時に製品キャビティ１５内へ流入して該製品キャビティ１５内に完全に充填される（図１０参照）。
【００２９】
このとき、予備成形体２２は予備加熱されているが、その温度は、この予備成形体２２の酸化を防止する等のために溶湯４３の温度よりも低く設定されている。このため、溶湯４３が予備成形体２２に接触すると冷却凝固されるので、溶湯４３が予備成形体２２に接触してからその溶湯４３を加圧するまでの時間が長いと、予備成形体２２表面に溶湯４３の初期凝固相が生じ、この初期凝固層により予備成形体２２内部に溶湯４３が完全に含浸されなかったり、予備成形体２２とアルミニウム系金属との密着性が悪化したりして予備成形体２２とアルミニウム系金属との完全な複合化が妨げられることになる。しかし、この参考形態では、溶湯４３が予備成形体２２に接触する前から加圧されているので、溶湯４３が予備成形体２２に接触して冷却されても、その表面に凝固層を生じる間もなく予備成形体２２内に含浸し、予備成形体２２とアルミニウム系金属とを完全に複合化させることができる。
【００３０】
そして、しばらくの間溶湯４３をそのまま加圧し続けた後、バルブ３６を閉じて溶湯４３を冷却凝固させる。その後、上記カバー３７を上方にスライドさせると共に、上型１３、中型１４及び両サイド型１２，１２をそれぞれスライドさせて型開きを行い、鋳造された鋳物９を鋳型１１内から取り出す。このとき、図６に示すように、この鋳物９は、トップリング溝３、セカンダリング溝４及びオイルリング溝５が形成されておらず、予備成形体２２の外周部が周囲よりも突出された状態にある。この鋳物９に対してＴ６熱処理を施した後、機械切削加工を施す。すなわち、鋳物９の外周部全体を切削し、その後、トップリング溝３、セカンダリング溝４及びオイルリング溝５を切削して形成する。さらに、鋳物９の下側からドリルで塩中子２３の箇所まで穴を開け、その穴に水を供給してその塩中子を水に溶解させることにより冷却用オイル通路８を形成する。このことで、トップリング溝３の周囲に複合部６を有するピストン１が完成する。
【００３１】
したがって、上記参考形態１では、湯道２７の途中で溶湯４３を遮断する遮断手段３３が設けられていているので、溶湯４３を製品キャビティ１５内に充填させることなく湯道２７に溜めておくことができ、容易にその溶湯４３を加圧可能な状態とすることができる。そして、溶湯４３を、その湯道２７の遮断の解除開始と略同時に加圧するので、製品キャビティ１５内へ瞬時に充填させることができ、予備成形体２２表面に初期凝固層を生じさせることなく確実に予備成形体２２内に含浸させることができる。また、湯道２７に溶湯４３を遮断する遮断手段３３を設けるだけで済むので、従来の気体加圧による鋳造装置に小変更を施すことで、この製造装置Ａを作製することができる。よって、簡単な構成で予備成形体２２とアルミニウム系金属との完全な複合化を行うことができる。
【００３２】
（参考形態２）
図１１は本発明の参考形態２を示し（尚、以下の参考形態２及び実施形態では、図１と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略し、他の異なる箇所のみを説明する）、溶湯４３を湯道２７の堰２８にて遮断する遮断手段３３の構成が上記参考形態１と異なる。
【００３３】
すなわち、この参考形態では、堰２８内に進退するストッパー２９は、図１２にも示すように、その下部及び上部が鋳型１１の両サイド型１２，１２の各合せ面１２ａに堰２８から上方に延びるように形成した小孔１２ｃ及びその小孔１２ｃ上方の大孔１２ｄにそれぞれ挿入され、このストッパー２９の上部がその上方に配置した油圧シリンダ３０のピストンロッド３０ａの下部と連結されている。上記油圧シリンダ３０は、上型１３とこの上型１３を駆動するための油圧シリンダ４７とを連結する連結板４８の一端部における上面に取付固定されている。このことで、上記ストッパー２９は、油圧シリンダ３０により上下方向にスライド可能とされ、堰２８の開閉を行うようになっている。
【００３４】
上記連結板４８の他端部は、上型１３を駆動するための油圧シリンダ４７のピストンロッド４７ａと連結され、連結板４８と上型１３とは、上記両油圧シリンダ３０，４７のピストンロッド３０ａ，４７ａ間において、連結軸４９及びその連結軸４９両端部にそれぞれ設けた取付板５０，５０を介して連結されており、油圧シリンダ４７のピストンロッド４７ａの上下移動により上型１３が上下方向にスライドされるようになっている。尚、この上型１３をスライドさせる構成は、上記参考形態１では図示及び説明を省略したが、参考形態２と同様である。
【００３５】
したがって、上記参考形態２では、上記参考形態１と同様に、遮断手段３３により湯道２７の途中の堰２８にて溶湯４３を遮断することができ、その遮断の解除開始と略同時に溶湯４３を加圧することができる。よって、参考形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
尚、上記参考形態１，２では、溶湯４３を鋳型１１の湯道２７内に遮断手段３３により遮断して溜めておくようにしたが、上記湯口２６から堰２８（遮断手段３３）までに相当する部分を鋳型１１とは別の部材で構成し、その別の部材内に遮断手段３３により遮断して溶湯４３を溜めておくようにしてもよい。このことで、その遮断の解除開始と略同時に溶湯４３を加圧して鋳型１１内に充填させることができ、上記参考形態１，２と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
（実施形態）
次に、本発明の実施形態について上記参考形態と異なる点を説明する。
【００３８】
図１３は本発明の実施形態を示し、この軽金属複合部材の製造装置Ａは、溶湯４３を製品キャビティ１５内へ充填させないようにして湯道２７に溜めておくために設けた遮断手段３３の代りに、湯道２７が製品キャビティ１５よりも下側となるようにして溶湯４３を製品キャビティ１５内へ充填させないように鋳型１１を傾倒させる傾倒手段５３を備えている。
【００３９】
すなわち、この実施形態では、鋳型１１の下側に回動部材５４が設けられ、この回動部材５４の上面に鋳型１１全体が載置固定されている。この回動部材５４は、両サイド型１２，１２の各合せ面１２ａと垂直な方向の両端部にそれぞれ回動軸５４ａ，５４ａを有し、この各回動軸５４ａが、両サイド型１２，１２の両側に配置した支持部材（図示せず）にそれぞれ回動可能に支持されている。そして、この回動部材５４は、電動モータ（図示せず）により上記各回動軸５４ａ回りに水平状態から反時計及び時計回り方向にそれぞれ約４５°まで回動可能とされている。このことで、回動部材５４を反時計回り方向に完全に回動させることにより、湯道２７が製品キャビティ１５よりも下側となるように鋳型１１全体を回動部材５４と共に傾倒させることが可能となる一方、回動部材５４を時計回り方向に完全に回動させることにより、湯道２７が製品キャビティ１５よりも上側となるように鋳型１１全体を傾倒させることが可能となる。上記回動部材５４、支持部材及び電動モータにより湯道２７に送給された溶湯４３が該製品キャビティ１５内に充填されないように鋳型１１を傾倒させる傾倒手段５３が構成されている。尚、図１３中、５４ｂは、中型１４が下方にスライドしたときに回動部材５４に当接しないようにするための逃し孔である。
【００４０】
上記湯道２７は、回動部材５４が反時計回り方向に完全に回動されたときにおいて、この湯道２７内に上記製品キャビティ１５にて鋳物９を鋳造することが可能な量の溶湯４３を製品キャビティ１５内に漏らさずに溜めることができるように、製品キャビティ１５と反対側だけでなく下方にも大きく突出されている。
【００４１】
上記バルブ３６の開閉を制御するコントローラ４１は、上記電動モータの駆動制御をも行なうと共に、鋳型１１内の溶湯４３を加圧する加圧手段３９に対し、上記傾倒手段５３により鋳型１１が傾倒された状態で上記湯道２７に送給された溶湯４３（製品キャビティ１５内へ充填する前の溶湯４３）を加圧可能な状態とさせた後、上記傾倒手段５３による傾倒の解除開始（溶湯の製品キャビティ１５内への充填開始）と略同時に上記溶湯４３を加圧させるように構成されている。
【００４２】
以上の構成からなる製造装置Ａを用いて上記ピストン１を製造する方法を説明すると、先ず、予備成形体２２及び塩中子２３を、上記参考形態１，２と同様に、鋳型１１内に保持した後、湯口２６を閉塞するカバー３７を上方にスライドさせる。そして、上記回動部材５４を反時計回り方向に回動させて、湯道２７が製品キャビティ１５よりも下側となるように鋳型１１を傾倒させる。この状態で、図１４に示すように、アルミニウム系金属の溶湯４３を酌４４により湯口２６から湯道２７内に送給する。このとき、湯道２７が製品キャビティ１５よりも下側にあるので、溶湯４３は、製品キャビティ１５内へ流入することなく湯道２７内に溜められる。
【００４３】
次に、製品キャビティ１５内に流入させないでかつ製品キャビティ１５にて鋳物９を鋳造することが可能な量の溶湯４３を湯道２７内に送給した時点で、図１５に示すように、上記バルブ３６を閉じた状態でカバー３７を下方にスライドさせて湯口２６をそのカバー３７で閉塞する。このとき、鋳型１１内は実質的に密閉されて、上記加圧手段３９は、その湯道２７に送給された溶湯４３を加圧可能な状態とされている。
【００４４】
続いて、回動部材５４を時計回り方向に回動させることにより鋳型１１の傾倒を解除する。また、この傾倒の解除開始と略同時に、コントローラ４１によりバルブ３６が開放され、加圧エア源からパイプ３８を介して鋳型１１内に工場エアが供給されてその溶湯４３が加圧される。このことで、溶湯４３は、瞬時に製品キャビティ１５内へ流入して製品キャビティ１５内に完全に充填される。このとき、溶湯４３が予備成形体２２に接触する前に加圧されているので、溶湯４３が予備成形体２２に接触しても、上記参考形態１，２と同様に、その表面に凝固層を生じる間もなく予備成形体２２内に含浸する。
【００４５】
そして、鋳型１１が水平状態となった後も回動部材５４をそのまま時計回り方向に回動し続けて、湯道２７が製品キャビティ１５よりも上側となるように鋳型１１を傾倒させる（図１６参照）。この状態でしばらくの間溶湯４３を加圧し続けた後、溶湯４３を冷却凝固させる。その後、回動部材５４を反時計回り方向に回動させて鋳型１１を水平状態に戻し、上記参考形態１，２と同様に、鋳型１１の型開きを行って鋳造された鋳物９を鋳型１１内から取り出す。この鋳物９に対してＴ６熱処理を施した後、機械切削加工等を施すことによりピストン１が完成する。
【００４６】
したがって、上記実施形態では、湯道２７が製品キャビティ１５よりも下側となるように鋳型１１を傾倒させる傾倒手段５３を備えているので、上記参考形態１，２と同様に、溶湯４３を製品キャビティ１５内に充填させることなく湯道２７に溜めておくことができ、容易にその溶湯４３を加圧可能な状態とすることができる。そして、鋳型１１の傾倒の解除開始と略同時に溶湯４３を加圧することで、溶湯４３を製品キャビティ１５内へ瞬時に充填することができ、予備成形体とアルミニウム系金属とを完全に複合化させることができる。しかも、従来の気体加圧による鋳造装置を僅かに変更し、鋳型１１全体を回動部材５４に載置固定するだけでよい。よって、上記参考形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
尚、上記各参考形態及び実施形態では、予備成形体２２をニッケル−クロム合金からなる金属多孔体としたが、これに限らず、金属繊維又はセラミック繊維若しくは粒子からなる成形体であってもよい。
【００４８】
さらに、上記各参考形態及び実施形態では、母材をアルミニウム系金属としたが、マグネシウム系金属等の他の軽金属であっても本発明を適用することができる。
【００４９】
次に、具体的に実施したものについて説明する。先ず、予備成形体として、ニッケル−クロム合金で体積率が１０％（気孔率９０％）である金属多孔体を作製した。この金属多孔体と上記ＪＩＳ規格のＡＣ８Ａの溶湯とを上記参考形態１と同じ製造装置にて複合化することにより参考例の鋳物を得た。このとき、溶湯温度は７８０℃とし、金属多孔体の予熱温度は２００〜２５０℃とし、鋳型１１の予熱温度は２３０〜２７０℃とした。また、エアの加圧力は２．０Kgf/cm2 とした。
【００５０】
さらに、比較のために、上記金属多孔体とＡＣ８Ａとを複合化する際、湯道の堰において溶湯を遮断しないで、製品キャビティ内にそのまま溶湯を充填した後、カバーで湯口を閉塞して溶湯の加圧を行うことにより比較例の鋳物を得た。他の条件は上記参考例と同じとした。
【００５１】
そして、上記参考例及び比較例の鋳物の複合部の表面部を光学顕微鏡（倍率約５０倍）で調べた。この結果をそれぞれ図１７及び図１８に示す。このことより、比較例の鋳物には、複合部の表面に黒い線状に見える初期凝固層が生じていることが判る。また、比較例の鋳物の複合部の一部には空洞（略三角形状の比較的黒い部分）も見られ、未複合化部分が存在することも判る。一方、参考例の鋳物には、そのような初期凝固層も空洞も存在せず、複合化が完全に行われている。
【００５２】
また、上記参考例及び比較例の鋳物の複合部の表面部に剪断力を加え、どの位の力で複合部が外れるかを調べた。この剪断強度試験の結果を図１９に示す。このことから、比較例の鋳物は、上述の如く初期凝固層が存在するために剪断強度が低く、参考例の鋳物は、そのような初期凝固層が存在しないので、剪断強度が比較例のものよりも２倍近く大きいことが判る。
【００５３】
さらに、上記参考形態１と同じ製造装置で、上記金属多孔体に溶湯が接触してからその溶湯を加圧するまでの時間（タイムラグ）と加圧力とを変化させて鋳物をそれぞれ作製し、その各鋳物の複合部の表面に初期凝固層が生じるか否かを調べた。このときの溶湯温度、金属多孔体の予熱温度及び鋳型の予熱温度は、上記参考例の鋳物を作製したときと同じである。
【００５４】
この結果を図２０に示す。これによると、タイムラグが２秒以下では、加圧力に関係なく初期凝固相は生じない。しかし、上記比較例の鋳物を作製したときのように、製品キャビティ内に溶湯を充填した後、カバーで湯口を閉塞して溶湯の加圧を行なう方法では、通常、１０秒程度のタイムラグは発生し、タイムラグを５秒以下にするのは非常に困難である。このため、このような方法では、健全な複合部材を作製することは到底不可能である。一方、上記参考形態及び実施形態による方法によれば、溶湯を加圧するタイミングを変えることでタイムラグを任意に調節することが可能であり、タイムラグを０とすることも容易であるので、複合性を向上させるのに最適な方法であることが判る。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は２の発明によると、気孔を有する予備成形体を鋳型内に保持した状態でその鋳型内に軽金属溶湯を充填すると共に、上記鋳型内を実質的に密閉した状態で鋳型内の上記溶湯を気体で加圧することにより、溶湯を上記予備成形体の気孔内に含浸させる場合に、溶湯を鋳型の湯口から製品キャビティへの湯道に対し、該溶湯が製品キャビティ内に充填されないように鋳型を傾倒させた状態で、送給した後、該湯道に送給された、鋳型の製品キャビティ内へ充填する前の溶湯を加圧可能な状態としておき、上記鋳型の傾倒の解除開始と略同時に、溶湯を加圧するようにしたことにより、簡単な構成で、予備成形体表面に溶湯の初期凝固層が生じるのを防いで、予備成形体と軽金属との完全な複合化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考形態１に係る軽金属複合部材の製造装置を示す断面図である。
【図２】  図１のII−II線断面図である。
【図３】  図１のIII −III 線断面図である。
【図４】  自動車エンジン用ピストンの要部を示す正面図である。
【図５】  予備成形体を示す斜視図である。
【図６】  製造装置で鋳造した直後の鋳物の要部を示す断面図である。
【図７】  鋳型の湯道の堰を閉じて溶湯をその湯道に送給している状態を示す図１相当図である。
【図８】  鋳型の湯口をカバーで閉塞して湯道内の溶湯を加圧可能とした状態を示す図１相当図である。
【図９】  溶湯の遮断を解除してその溶湯を加圧している状態を示す図１相当図である。
【図１０】  溶湯を製品キャビティ内に完全に充填した状態を示す図１相当図である。
【図１１】  参考形態２を示す図１相当図である。
【図１２】  図１１のXII −XII 線断面図である。
【図１３】  実施形態を示す図１相当図である。
【図１４】  鋳型の湯道が製品キャビティよりも下側となるようにその鋳型を傾倒させて溶湯を湯道に送給している状態を示す図１３相当図である。
【図１５】  鋳型の湯口をカバーで閉塞して湯道内の溶湯を加圧可能とした状態を示す図１３相当図である。
【図１６】  鋳型の湯道が製品キャビティよりも上側となるようにその鋳型を傾倒させて溶湯を加圧している状態を示す図１３相当図である。
【図１７】  参考例の鋳物における複合部の表面部を示す光学顕微鏡写真である。
【図１８】  比較例の鋳物における複合部の表面部を示す光学顕微鏡写真である。
【図１９】  参考例及び比較例の鋳物の剪断強度試験結果を示すグラフである。
【図２０】  初期凝固層発生の有無とタイムラグ及び加圧力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ  軽金属複合部材の製造装置
１  自動車エンジン用ピストン（アルミニウム系金属複合部材）
６  複合部
１１  鋳型
１５  製品キャビティ
２２  予備成形体
２６  湯口
２７  湯道
２８  堰
２９  ストッパー
３０  油圧シリンダ
３３  遮断手段
３６  バルブ
３７  カバー
３８  パイプ
３９  加圧手段
４１  コントローラ（加圧制御手段）
４３  溶湯
５３  傾倒手段
５４  回動部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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