JP2003181622A - 砂型アルミニウム合金鋳物およびその鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が複雑なアルミニウム合金鋳物に適し熱処
理によるブリスタ発生のない砂型鋳造に着目し、発泡金
属とアルミニウム合金とからなるシリンダライナ部を得
たシリンダブロックを円滑に鋳造することができる砂型
アルミニウム合金鋳物およびその鋳造方法を提供する。 【解決手段】連続通気孔を有するスリーブ状の発泡金属
２を砂型Ｋの支持中子Ｋ２に保持し、その支持中子内方
のシリンダライナ中心部Ｋ１を減圧装置３により減圧状
態にして、アルミニウム合金溶湯を砂型内に注湯し、発
泡金属にアルミニウム合金溶湯を積極的に含浸させて凝
固させることにより、発泡金属とアルミニウム合金とか
らなるシリンダライナ部が得られたシリンダブロックを
鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砂型により鋳造さ
れるアルミニウム合金鋳物およびその鋳造方法に関し、
特に、アルミ基複合材を部分的に得られるようにしたも
のに係わる。

【０００２】

【従来の技術】一般に、小型ディーゼル機関やガソリン
機関などの内燃機関用シリンダブロックは、主としてア
ルミ合金で製造されている。そして、このようなシリン
ダブロックのシリンダライナ部では、ピストンリングの
激しい摺動により摩耗が発生するため、金型内に鋳鉄製
の円筒状のスリーブを保持して、アルミニウム合金溶湯
を高圧で注湯し凝固させて共鋳込みしたものをシリンダ
ライナ部に適用することで、シリンダライナ部の耐摩耗
性を確保するようにしている。

【０００３】しかし、このようにスリーブを共鋳込みす
るものでは、鋳鉄製のスリーブとアルミニウム合金溶湯
とが密着し難いため、エンジン運転中にスリーブにズレ
が生じたり、ガスが抜けるといった問題が生じる。

【０００４】そこで、従来、発泡金属や金属製メッシュ
などのように連続通気孔を有する円筒状の３次元網状構
造体を金型内に保持した状態で、アルミニウム合金溶湯
を金型内に圧力をかけて注湯し凝固させて共鋳込みした
後、耐摩耗性を図る上で熱処理により金属間化合物を生
成させたアルミ基複合材を、シリンダブロックのボア内
面（シリンダライナ部）などに適用することが行われて
いる。この場合、発泡金属は、発泡ウレタンにカーボン
を塗布して導通可能とした後にメッキを施し、高温に加
熱して発泡ウレタンのみを消失させることにより得られ
るものである。また、金属製メッシュは、プレス成形に
より層状に成形されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来製
法のようにアルミニウム溶湯を金型内に圧力をかけて注
湯する場合には、砂中子を使用できないことから、アル
ミニウム合金鋳物の形状に制限が加えられることにな
り、構造が複雑な内燃機関用シリンダブロックなどを鋳
造する際には大きな障害となる場合がある。

【０００６】更に、発泡金属や金属製メッシュなどの三
次元網状構造体をアルミニウム合金溶湯で共鋳込みした
段階の材料をそのまま内燃機関用シリンダライナ部など
に適用すると、この内燃機関用シリンダライナ部に対し
て摺動するピストンリングなどの部材との激しい摺動に
より充分な耐摩耗性を得られないことから、共鋳込み後
の材料を熱処理して金属間化合物を生成させる必要があ
るが、ダイキャスト製法のようにアルミニウム溶湯を金
型内に高圧で注湯した材料では、鋳造時にアルミニウム
溶湯が多量のガスを巻込むために、鋳造後に熱処理を施
すと、巻込まれたガスの膨張により鋳物表面にブリスタ
ー欠陥が発生するという問題が起こる。

【０００７】一方、砂中子を使用して複雑形状の物の鋳
造が可能な砂型鋳造において、従来のように三次元網状
構造体を型内に保持して共鋳込みを行う場合、溶湯の圧
力が低いため三次元網状構造体が抵抗となってアルミニ
ウム合金溶湯が三次元網状構造体の内方（砂型側）まで
含浸し難く、三次元網状構造体とアルミニウム合金とか
らなるアルミ基複合材を円滑に得ることができない。

【０００８】本発明は、かかる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、構造が複雑なアルミ
ニウム合金鋳物に適し熱処理によるブリスター発生のな
い砂型鋳造に着目し、三次元網状構造体とアルミニウム
合金とからなるアルミ基複合材を部分的に得たアルミニ
ウム合金鋳物を円滑に鋳造することができる砂型アルミ
ニウム合金鋳物およびその鋳造方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係わる発明が講じた解決手段は、砂型に
よりアルミニウム合金鋳物を鋳造する鋳造方法として、
連続通気孔を有する三次元網状構造体を砂型の保持部に
保持し、その保持部の反三次元網状構造体側を減圧状態
にして、アルミニウム合金溶湯を砂型内に注湯し、上記
三次元網状構造体にアルミニウム合金溶湯を含浸させて
凝固させることにより、三次元網状構造体とアルミニウ
ム合金とからなるアルミ基複合材が部分的に得られたア
ルミニウム合金鋳物を鋳造させている。

【００１０】この特定事項により、連続通気孔を有する
三次元網状構造体が砂型の保持部に保持されているの
で、アルミニウム合金溶湯が砂型内に注湯されると、保
持部の反三次元網状構造体側が減圧状態となっているこ
とにより、砂型内の空気が保持部を介して反三次元網状
構造体側に導かれることになる。このため、砂型内に注
湯されたアルミニウム合金溶湯は、三次元網状構造体が
抵抗となることなく三次元網状構造体の内方まで積極的
に含浸し、三次元網状構造体とアルミニウム合金とから
なるアルミ基複合材を円滑に得ることが可能となる。

【００１１】しかも、砂型内にアルミニウム合金を注湯
してアルミニウム合金鋳物が鋳造されることにより、型
内からの取り出しを考慮してアルミニウム合金鋳物の形
状に制限が加えられることはなく、構造が複雑な内燃機
関用のシリンダブロックなどの砂型アルミニウム合金鋳
物を円滑に鋳造することが可能となる。

【００１２】更に、砂型でアルミニウム合金鋳物を鋳造
することにより、鋳造時にアルミニウム溶湯が巻込むガ
ス量が少なくなるため、鋳造後に熱処理を施した場合に
もブリスター欠陥という問題が発生しなくなり、必要に
応じて共鋳込み後の材料に熱処理を施して金属間化合物
を生成することにより耐摩耗性を向上させることが可能
となる。

【００１３】ここで、請求項２のもののように、砂型内
において保持部と隣接する隣接部に、その保持部の反三
次元網状構造体側を気密するようにコーティングを施し
ている場合には、砂型内での保持部から隣接部への減圧
漏れが回避され、保持部の反三次元網状構造体側を確実
に減圧状態にすることが可能となる。

【００１４】そして、請求項３のもののように、上記請
求項１または請求項２に記載の砂型アルミニウム合金鋳
物の鋳造方法により鋳造された砂型アルミニウム合金鋳
物を、アルミ基複合材よりなる内燃機関用シリンダライ
ナ部を得るアルミニウム合金製シリンダブロックに適用
させた場合には、三次元網状構造体とその内方まで含浸
したアルミニウム合金とからなるアルミ基複合材によっ
て内燃機関用シリンダライナ部が円滑に得られたアルミ
ニウム合金製シリンダブロックが鋳造されることにな
る。このため、発泡金属または金属メッシュなどの三次
元網状構造体とアルミニウム合金との密着性が良好なも
のとなって剥離などの発生が確実に防止され、エンジン
運転中に生じるスリーブのズレやガス抜けを確実に防止
することが可能となる。

【００１５】しかも、砂型鋳造によってアルミ基複合材
によりなる内燃機関用シリンダライナ部が円滑に得られ
たアルミニウム合金製シリンダブロックが鋳造されるこ
とにより、構造が複雑な内燃機関用のシリンダブロック
を円滑に鋳造することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１７】図１は本発明の実施形態に係わるアルミ基
複合材がシリンダライナ部に適用されたエンジンのシリ
ンダブロックを示している。

【００１８】図１において、エンジン１（内燃機関）の
シリンダブロック１１は、アルミニウム合金により製造
され、その内燃機関用シリンダライナとしてのシリンダ
ライナ部１２がステンレス材とアルミニウム合金とのア
ルミ基複合材により成形されている。

【００１９】ここで、アルミ基複合材によりシリンダラ
イナ部１２を成形する製造方法の一例を図２ないし図６
に基づいて説明する。

【００２０】まず、図２および図３に示すように、連続
通気孔を有する三次元網状構造体として、ステンレス材
よりなるスリーブ状（円筒状）の発泡金属２を用意す
る。この発泡金属２は、発泡ウレタンにカーボンを塗布
して導通可能とした後にメッキを施し、高温に加熱して
発泡ウレタンのみを消失させることにより得られ、この
ようにして得られた発泡金属２を、シリンダライナ部１
２に対応するように、プレス成形により所定の体積率に
調整してスリーブ状に成形する。この場合、発泡金属２
としては、その半径方向の厚みが０．５ｍｍ〜５ｍｍの
範囲に設定されたものが使用される。また、発泡金属２
の体積率は、１０％〜３０％がよく、１０％未満では耐
摩耗性が得られず、３０％を越えると鋳造時に充分な溶
湯浸透性が得られないからである。

【００２１】次いで、図４に示すように、予め成形され
た砂型Ｋ内に発泡金属２を保持する。具体的には、中空
状のシリンダライナ中心部Ｋ１の周囲を囲むように凸状
に成形された円筒状の支持中子Ｋ２に発泡金属２を保持
する。この場合、支持中子Ｋ２の上面には、発泡金属２
の上部開口を塞ぐように冷し金Ｇが設置されている。な
お、図４中、Ｋ３は冷却水経路などを成形するための中
子、Ｋ４はクランクケースを成形するためのクランクケ
ース中子である。

【００２２】その後、支持中子Ｋ２の反発泡金属２側、
つまりシリンダライナ中心部Ｋ１内を減圧装置３により
減圧状態にする。具体的には、減圧装置３は、減圧ポン
プ３１と、この減圧ポンプ３１の上流側に連結された減
圧タンク３２と、この減圧タンク３２に下流端が連結さ
れ、砂型Ｋ内を介して上流端がシリンダライナ中心部Ｋ
１内にそれぞれ開口する銅パイプ３３とを備えている。
また、砂型Ｋ内において支持中子Ｋ２と隣接する隣接部
としてのクランクケース中子Ｋ４の外側部分には、その
支持中子Ｋ２内側のシリンダライナ中心部Ｋ１を気密す
るように糊状のコーティング剤４が塗布されている。

【００２３】そして、減圧装置３によってシリンダライ
ナ中心部Ｋ１内を減圧状態にしながら、砂型Ｋの注湯口
Ｋ５，Ｋ５よりアルミニウム合金溶湯を砂型Ｋ内に注湯
する。この注湯口Ｋ５，Ｋ５は、砂型Ｋの上面にそれぞ
れ開口し、砂型Ｋの下端部まで延びる注湯経路Ｋ６を介
してアルミニウム合金溶湯が砂型Ｋの下端部より注湯さ
れるようになっている。このとき、砂型Ｋ内に注湯され
たアルミニウム合金溶湯は、減圧装置３によるシリンダ
ライナ中心部Ｋ１内の減圧作用によって、発泡金属２の
連続通気孔を介して内方（図４中矢印で示す）に積極的
に含浸する。この場合、アルミニウム合金溶湯の発泡金
属２内への含浸は、図５に示すように、発泡金属２の連
続通気孔の孔半径に対するシリンダライナ中心部Ｋ１内
での減圧度の特性によって、その可否が決定されてい
る。

【００２４】この場合、注湯口Ｋ５より注湯されるアル
ミニウム合金溶湯としてはＡＡ規格３５７合金が適用さ
れ、温度７３０°Ｃ〜７５０°Ｃに加温されて砂型Ｋ内
に注湯される。

【００２５】その後、砂型Ｋ内に注湯されたアルミニウ
ム合金溶湯が凝固するまで待機した後、砂型Ｋを型開き
し、図６に示すように、シリンダライナ部１２がステン
レス材とアルミニウム合金とのアルミ基複合材により成
形されたシリンダブロック１１を得る。

【００２６】このように、連続通気孔を有する発泡金属
２が砂型Ｋの支持中子Ｋ２に保持されているので、アル
ミニウム合金溶湯が砂型Ｋ内に注湯されると、支持中子
Ｋ２内方のシリンダライナ中心部Ｋ１が減圧装置３によ
り減圧状態となっていることにより、砂型Ｋ内の空気が
支持中子Ｋ２を介してシリンダライナ中心部Ｋ１（反発
泡金属２側）に導かれることになる。このため、砂型Ｋ
内に注湯されたアルミニウム合金溶湯は、減圧装置３に
よるシリンダライナ中心部Ｋ１での減圧作用によって、
発泡金属２が抵抗となることなく発泡金属２の内方まで
積極的に含浸し、発泡金属２とアルミニウム合金とから
なるアルミ基複合材を円滑に得ることができる。

【００２７】その上、砂型鋳造によってアルミ基複合材
よりなるシリンダライナ部１２が円滑に得られたアルミ
ニウム合金製のシリンダブロック１１が鋳造されること
になり、型内からの取り出しを考慮してアルミニウム合
金鋳物の形状に制限が加えられることはなく、構造が複
雑なシリンダブロック１１を円滑に鋳造することができ
る。

【００２８】更に、発泡金属２などの三次元網状構造体
をアルミニウム合金溶湯で共鋳込みする場合に必要であ
った共鋳込み後の材料の熱処理が不要となり、熱処理に
よる発泡金属２内部でのブリスターの発生を確実に防止
することができる。しかも、ステンレスよりなる発泡金
属２によって、シリンダライナ部１２の耐摩耗性が向上
し、鋳造後の熱処理により金属間化合物を生成しなくと
も、鋳鉄製シリンダライナ材よりも良好な耐摩耗性を得
ることができる。

【００２９】加えて、砂型Ｋ内において支持中子Ｋ２と
隣接するクランクケース中子Ｋ４の外側部分に、その支
持中子Ｋ２内側のシリンダライナ中心部Ｋ１を気密する
ように糊状のコーティング剤４が塗布されているので、
砂型Ｋ内での支持中子Ｋ２からクランクケース中子Ｋ４
外への減圧漏れが回避され、支持中子Ｋ２内側のシリン
ダライナ中心部Ｋ１を確実に減圧状態にすることができ
る。

【００３０】＜他の実施形態＞なお、本発明は、上記実
施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例
を包含している。例えば、上記実施形態では、ステンレ
ス材よりなる発泡金属２とアルミニウム合金溶湯とを共
鋳込みしてシリンダライナ部１２を得たが、連続通気孔
を有するメッシュ構造体としてのステンレス製メッシュ
や、連続通気孔を有するセラミック製メッシュなどの三
次元網状構造体を砂型内の支持中子に保持して、アルミ
ニウム合金溶湯を注湯し凝固させることにより、アルミ
基複合材よりなるシリンダライナ部が得られ他シリンダ
ブロックが鋳造されるようにしても良い。この場合にお
いても、連続通気孔を有するステンレス製メッシュやセ
ラミック製メッシュの内部にアルミニウム合金溶湯が含
浸するので、減圧装置３によるシリンダライナ中心部で
の減圧作用によって、ステンレス製メッシュまたはセラ
ミック製メッシュが抵抗となることなくステンレス製メ
ッシュまたはセラミック製メッシュの内方まで積極的に
含浸し、ステンレス製メッシュまたはセラミック製メッ
シュとアルミニウム合金とからなるアルミ基複合材を円
滑に得ることができる。更に、ステンレス製メッシュま
たはセラミック製メッシュとアルミニウム合金との密着
性も良好なものとなり、剥離などの発生が確実に防止さ
れ、エンジン運転中に生じるスリーブのズレやガス抜け
を確実に防止することができる上、ステンレス製メッシ
ュまたはセラミック製メッシュによってアルミニウム合
金とのアルミ基複合材の耐摩耗性が向上し、鋳造後の熱
処理により金属間化合物を生成しなくとも、鋳鉄製シリ
ンダライナ材よりも良好な耐摩耗性を同様に得ることが
できることになる。なお、特にステンレス製メッシュ
は、プレス成形により成形され、ワイヤ径が０．１ｍｍ
〜０．３ｍｍ、半径方向の厚さが０．５ｍｍ〜５ｍｍの
ものが適用される。

【００３１】また、上記実施形態では、シリンダライナ
部への適用例を示したが、シリンダブロック、シリンダ
ヘッド、ギヤケース、油圧シリンダなど耐摩耗性が必要
となる他のアルミニウム合金鋳造部品へ適用した場合に
おいても、同様の効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１におけ
る砂型アルミニウム合金鋳物の鋳造方法によれば、砂型
の保持部に支持した連続通気孔を有する三次元網状構造
体に対し、その保持部の反三次元網状構造体側での減圧
状態によってアルミニウム合金溶湯を積極的に含浸させ
ることで、三次元網状構造体とアルミニウム合金とから
なるアルミ基複合材を円滑に得ることができる上、構造
の複雑な内燃機関用のシリンダブロックなどの砂型アル
ミニウム合金鋳物を円滑に鋳造することができる。しか
も、砂型で鋳造することにより、共鋳込み後の熱処理を
施した場合においてもブリスターを発生させることな
く、必要に応じて熱処理を施して金属間化合物を生成さ
せることにより耐摩耗性を向上させることができる。

【００３３】本発明の請求項２における砂型アルミニウ
ム合金鋳物の鋳造方法によれば、砂型内において保持部
と隣接する隣接部にコーティングを施すことで、砂型内
での保持部から隣接部への減圧漏れを回避し、保持部の
反三次元網状構造体側を確実に減圧状態にすることがで
きる。

【００３４】更に、本発明の請求項３における砂型アル
ミニウム合金鋳物によれば、上記請求項１または請求項
２に記載の砂型アルミニウム合金鋳物の鋳造方法により
鋳造した砂型アルミニウム合金鋳物を、アルミ基複合材
よりなる内燃機関用シリンダライナ部を得るアルミニウ
ム合金製シリンダブロックに適用させることで、アルミ
基複合材よりなる内燃機関用シリンダライナ部を円滑に
得ることができる上、三次元網状構造体とアルミニウム
合金との良好な密着性によってエンジン運転中に生じる
スリーブのズレやガス抜けを確実に防止することができ
る。しかも、砂型鋳造によって構造の複雑な内燃機関用
のシリンダブロックを円滑に鋳造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わるアルミ基複合材が適
用されたエンジンのシリンダブロックのシリンダライナ
部付近を上方から見た平面図である。

【図２】スリーブ状に成形した発泡金属の斜視図であ
る。

【図３】発泡金属の一部拡大図である。

【図４】アルミ基複合材の製造方法において使用される
砂型の断面図である。

【図５】発泡金属の連続通気孔の孔半径に対するシリン
ダライナ中心部内での減圧度の特性を示す特性図であ
る。

【図６】シリンダライナ部の一部分を拡大した断面図で
ある。

【符号の説明】

１１ シリンダブロック（アルミニウム合金鋳
物） １２ シリンダライナ部（アルミ基複合材） ２ 発泡金属（三次元網状構造体） Ｋ 砂型 Ｋ１ シリンダライナ中心部（反三次元網状構
造体側） Ｋ２ 支持中子（保持部） Ｋ４ クランクケース中子（隣接部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G024 AA26 AA27 FA06 GA01 HA05 HA07 4E093 KB02 QA01 QB03 UA03 UA08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砂型によりアルミニウム合金鋳物を鋳造
   する鋳造方法であって、 連続通気孔を有する三次元網状構造体を砂型の保持部に
   保持し、その保持部の反三次元網状構造体側を減圧状態
   にして、アルミニウム合金溶湯を砂型内に注湯し、上記
   三次元網状構造体にアルミニウム合金溶湯を含浸させて
   凝固させることにより、三次元網状構造体とアルミニウ
   ム合金とからなるアルミ基複合材が部分的に得られたア
   ルミニウム合金鋳物を鋳造することを特徴とする砂型ア
   ルミニウム合金鋳物の鋳造方法。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載の砂型アルミニウム
   合金鋳物の鋳造方法において、 砂型内において保持部と隣接する隣接部は、その保持部
   の反三次元網状構造体側を気密するようにコーティング
   が施されていることを特徴とする砂型アルミニウム合金
   鋳物の鋳造方法。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２に記載の砂
   型アルミニウム合金鋳物の鋳造方法により鋳造されて、
   アルミ基複合材よりなる内燃機関用シリンダライナ部を
   得るアルミニウム合金製シリンダブロックに適用されて
   いることを特徴とする砂型アルミニウム合金鋳物。