特許 6705045 鋳包み用シリンダライナ、及びシリンダブロックの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6705045

(24)【登録日】2020年5月15日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】鋳包み用シリンダライナ、及びシリンダブロックの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/00 20060101AFI20200525BHJP

   B22D 19/08 20060101ALI20200525BHJP

   B22D 19/00 20060101ALI20200525BHJP

   F16J 10/04 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   F02F1/00 C

   F02F1/00 D

   B22D19/08 E

   B22D19/00 G

   F16J10/04

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-214004(P2019-214004)

(22)【出願日】2019年11月27日

(62)【分割の表示】特願2019-512838(P2019-512838)の分割

【原出願日】2018年12月12日

(65)【公開番号】特開2020-79593(P2020-79593A)

(43)【公開日】2020年5月28日

【審査請求日】2020年3月17日

(31)【優先権主張番号】特願2018-99656(P2018-99656)

(32)【優先日】2018年5月24日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2018-203418(P2018-203418)

(32)【優先日】2018年10月30日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2018-214320(P2018-214320)

(32)【優先日】2018年11月15日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000215785

【氏名又は名称】ＴＰＲ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591206120

【氏名又は名称】ＴＰＲ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】特許業務法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】畠山 公一

(72)【発明者】

【氏名】滝口 朝幾

(72)【発明者】

【氏名】青木 良彦

(72)【発明者】

【氏名】奥山 祐介

(72)【発明者】

【氏名】阿部 麻子

【審査官】 村山 禎恒

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１５００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９４４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／００２２８９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ １／００−１／４２

Ｂ２２Ｄ １９／００

Ｂ２２Ｄ １９／０８

Ｆ１６Ｊ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナであって、以下の（ｉ）乃至（ｉｉｉ）及び（ｖｉ）を充足する、鋳包み用シリンダライナ。
（ｉ）前記突起の数が、前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個以上５０個以下である。
（ｉｉ）シリンダライナの外周面の任意の位置に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定した際に、当該２本のラインに接触する突起数の合計が８個以下である。
（ｉｉｉ）シリンダライナの外周面における任意の突起Ａを選択し、当該選択された突起Ａと、突起Ａと隣り合う突起Ａｎ（ｎは１〜７の整数）との距離が近いものから順に突起Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７とした際に、突起Ａと突起Ａｎとの距離Ｌｎ（ｍｍ）が、以下の式を満たす。
（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７）／７ ≧ １．５
（ｖｉ）以下で定義される突起面積率Ｓ（％）を、上記（ｉ）で定義される突起の数Ｐｎ（個）で除して得られる突起太さ（Ｓ／Ｐｎ）が０．７以下である。
突起面積率Ｓ（％）：突起の基底から３００μｍの位置における、単位面積当たりの突起の断面積の合計面積が、単位面積に占める割合

【請求項2】

重力鋳造法によるシリンダブロックの製造に用いられる、請求項１に記載のシリンダライナ。

【請求項3】

更に、以下の（ｉｖ）を充足する、請求項１又は２に記載の鋳包み用シリンダライナ。（ｉｖ）前記突起は、以下で定義される突起面積率Ｓ（％）が５％以上２０％以下である。
突起面積率Ｓ（％）：突起の基底から３００μｍの位置における、単位面積当たりの突起の断面積の合計面積が、単位面積に占める割合

【請求項4】

更に、以下の（ｖ）を充足する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の、鋳包み用シリンダライナ。
（ｖ）前記突起は、以下で定義される突起括れ率Ｐｒ（％）が５０％以上である。
突起括れ率Ｐｒ（％）：（１ｃｍ^２当たりの括れた突起数／１ｃｍ^２当たりの突起数）×１００

【請求項5】

シリンダブロックの製造方法であって、シリンダブロック用鋳型を準備する工程、
準備したシリンダブロック用鋳型にシリンダライナを配置する工程、及び
シリンダライナが配置されたシリンダブロック用鋳型内に鋳造材料を流し込み、シリンダブロックを形成する工程、を含み、
前記シリンダライナが、以下の（ｉ）乃至（ｉｉｉ）及び（ｖｉ）を充足する、製造方法。
（ｉ）前記突起の数が、前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個以上５０個以下である。
（ｉｉ）シリンダライナの外周面の任意の位置に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定した際に、当該ラインに接触する突起数が８個以下である。
（ｉｉｉ）シリンダライナの外周面における任意の突起Ａを選択し、当該選択された突起Ａと、突起Ａと隣り合う突起Ａｎ（ｎは１〜７の整数）との距離が近いものから順に突起Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７とした際に、突起Ａと突起Ａｎとの距離Ｌｎ（ｍｍ）が、以下の式を満たす。
（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７）／７ ≧ １．５
（ｖｉ）以下で定義される突起面積率Ｓ（％）を、上記（ｉ）で定義される突起の数Ｐｎ（個）で除して得られる突起太さ（Ｓ／Ｐｎ）が０．７以下である。
突起面積率Ｓ（％）：突起の基底から３００μｍの位置における、単位面積当たりの突起の断面積の合計面積が、単位面積に占める割合

【請求項6】

重力鋳造法によりシリンダブロックが製造される、請求項５に記載の製造方法。

【請求項7】

更に、以下の（ｉｖ）を充足する、請求項５又は６に記載の製造方法。
（ｉｖ）前記突起は、以下で定義される突起面積率Ｓ（％）が５％以上２０％以下である。
突起面積率Ｓ（％）：突起の基底から３００μｍの位置における、単位面積当たりの突起の断面積の合計面積が、単位面積に占める割合

【請求項8】

更に、以下の（ｖ）を充足する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
（ｖ）前記突起は、以下で定義される突起括れ率Ｐｒ（％）が５０％以上である。
突起括れ率Ｐｒ（％）：（１ｃｍ^２当たりの括れた突起数／１ｃｍ^２当たりの突起数）×１００

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はシリンダライナに関し、特にシリンダブロックに鋳包まれて、シリンダ内周壁を形成する鋳包み用シリンダライナに関する。また、該鋳包み用シリンダライナを用いてシリンダブロックを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用エンジンに適用されるシリンダブロックの製造において、シリンダの内周側にはシリンダライナが配置される。シリンダライナを配置したシリンダブロックの製造方法としては、シリンダブロック用の鋳型内にあらかじめシリンダライナを配置し、鋳型内に鋳造材料を流し込んで、シリンダライナの外周を鋳造材料で鋳包む方法がある。

【0003】

このような、シリンダブロックの製造において鋳型内にあらかじめ配置されるシリンダライナとしては、シリンダブロックとの間の接合強度を向上させるため、シリンダライナの外周面に複数の突起を有するものが知られている（例えば特許文献１〜２参照）。

【0004】

また、シリンダライナ外周面の複数の突起に関し、括れた形状を有する突起に着目して、シリンダブロックとの接合強度や密着性を向上させる技術が知られている（例えば特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１９４９８３号公報

【特許文献2】特開２００９−２６４３４７号公報

【特許文献3】特許第６３４０１４８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のとおり、シリンダライナの外周面に突起を設け、更にその突起の形状を括れたものとすることで、シリンダライナ外周面とシリンダブロックとの間の接合強度を向上させる試みがされている。
一方で、シリンダブロックの製造の際には、シリンダライナを配置したシリンダブロックの鋳型内に鋳造材料を流し込んで、シリンダライナの外周を鋳造材料で鋳包む方法により製造される。この際に、鋳型内に流し込む鋳造材料が、シリンダライナ外周面の突起間領域に十分に行き渡らないことがあった。その結果、シリンダブロックのうち、シリンダライナ外周面との接合部分に空隙が生成することで、接合強度が十分に得られない場合があることに想到した。
本発明は、シリンダブロックに生じる空隙を抑制することで、シリンダライナとシリンダブロックとの間の接合強度を向上し得る、鋳包み用シリンダライナを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討したところ、シリンダライナ外周面に存在する突起に関し、複数の突起間の間隔を適切に調整することで、鋳型内に流し込む鋳造材料がシリンダライナ外周面の突起間にも行き渡り、シリンダブロックに生じる空隙を抑制することが可能となり、シリンダライナとシリンダブロックとの間の接合強度を改善できることを見出し、本発明を完成させた。

【0008】

本発明は、突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナであって、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）を充足する、鋳包み用シリンダライナを含む。
（ｉ）前記突起の数が、前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個以上５０個以下である。
（ｉｉ）シリンダライナの外周面の任意の位置に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定した際に、当該２本のラインに接触する突起数の合計が８個以下である。

【0009】

更に、以下の（ｉｉｉ）、（ｉｖ）及び／又は（ｖ）を充足することが好ましい。
（ｉｉｉ）シリンダライナの外周面における任意の突起Ａを選択し、当該選択された突起Ａと、突起Ａと隣り合う突起Ａｎ（ｎは１〜７の整数）との距離が近いものから順に突起Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７とした際に、突起Ａと突起Ａｎとの距離Ｌｎ（ｍｍ）が、以下の式を満たす。
（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７）／７ ≧ １．５
（ｉｖ）前記突起は、以下で定義される突起面積率Ｓ（％）が５％以上２０％以下である。
突起面積率Ｓ（％）：突起の基底から３００μｍの位置における、単位面積当たりの突起の断面積の合計面積が、単位面積に占める割合
（ｖ）前記突起は、以下で定義される突起括れ率Ｐｒ（％）が５０％以上である。
突起括れ率Ｐｒ（％）：（１ｃｍ^２当たりの括れた突起数／１ｃｍ^２当たりの突起数）×１００

【0010】

また、本発明は、シリンダブロックの製造方法であって、シリンダブロック用鋳型を準備する工程、及び準備したシリンダブロック用鋳型にシリンダライナを配置する工程、及びシリンダライナが配置されたシリンダブロック用鋳型内に鋳造材料を流し込み、シリンダブロックを形成する工程、を含み、前記シリンダライナが、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）を充足する、製造方法を含む。
（ｉ）前記突起の数が、前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個以上５０個以下である。
（ｉｉ）シリンダライナの外周面の任意の位置に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定した際に、当該２本のラインに接触する突起数の合計が８個以下である。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係るシリンダライナを用いることで、鋳型内に流し込む鋳造材料が突起間にも行き渡り、シリンダブロックに生じる空隙を抑制することが可能となり、シリンダライナとシリンダブロックとの間の接合強度を改善できる。特に、鋳造材料が行き渡りにくいとされる重力鋳造法により製造されたシリンダブロックであっても、シリンダブロックに生じる空隙を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係るシリンダライナの模式図、及びその外周面の一部を拡大した拡大図の模式図を示す。

【図2】一実施形態に係るシリンダライナの模式図、及びその外周面の一部を拡大した拡大図の模式図を示す。

【図3】括れた突起の断面模式図である。

【図4】括れの無い、その他の突起の断面模式図である。

【図5】マイクロスコープによる突起の観察の概要を示す模式図である。

【図6】実施例及び比較例で製造したシリンダライナを用いて製造したシリンダブロックの、空隙面積率を示す。

【図7】実施例及び比較例で製造したシリンダライナを用いて製造したシリンダブロックの、シリンダライナとの接合強度を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態は、突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナであって、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）を充足する、鋳包み用シリンダライナを含む。
（ｉ）前記突起の数が、前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個以上５０個以下である。
（ｉｉ）シリンダライナの外周面の任意の位置に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定した際に、当該２本のラインのどちらか一方に接触する突起数の合計が８個以下である。

【0014】

本実施形態では、シリンダライナの外周面に存在する突起が上記（ｉ）及び（ｉｉ）を充足する、すなわち突起の数がある程度少なく、且つ、隣り合う突起が適度に間隔を有していることで、鋳型内に流し込む鋳造材料が突起間にも行き渡り、シリンダブロックに生じる空隙を抑制することが可能となり、シリンダライナとシリンダブロックとの間の接合強度を改善できる。特に、鋳造材料が隅々まで行き渡り難いとされる重力鋳造法により製造されたシリンダブロックであっても、鋳造材料がシリンダライナ外周面の突起間にも行き渡る。

【0015】

シリンダライナの外周面が有する突起の数（以下、突起の数Ｐｎとも称する）は、上記（ｉ）で示したように１ｃｍ^２当たりに通常５個以上、好ましくは１０個以上であり、また通常５０個以下、好ましくは３５個以下であり、２５個以下であってよく、２０個以下であってよく、１９個以下であってよい。
上記（ｉｉ）の要件を考慮すると、突起の数Ｐｎは、あまり多すぎないことが好ましく、通常５０個以下となる。また、５個を下回ると、接合強度が不十分となる傾向にある。

【0016】

本実施形態においては、シリンダライナの外周面の任意の位置に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定した際に、当該２本のラインに接触する突起数の合計が８個以下である。ラインに接触する突起数について、図１を用いて説明する。
図１は、一実施形態に係るシリンダライナ１０の模式図、及びその外周面１１を拡大し、模式的に示した図である。シリンダライナ外周面１１には、ランダムに突起１２が複数存在する。ライン１３及び１３´は、長さ１５．２ｍｍ、太さ０．０３ｍｍであり、シリンダライナ外周面の任意の位置に２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定され、ライン１３及び１３´のいずれか一方に接触する突起（図面中ハッチングで示した突起）をカウントする。カウントされた突起の数は、隣り合う突起の間隔が狭いほど多くなり、間隔が広いほど少なくなる。

【0017】

２本のラインに接触する突起の数が８個以下であることは、隣り合う突起が適度に間隔を有していることを意味し、このように隣り合う突起が適度に間隔を有することで、鋳型内に流し込む鋳造材料が突起間に十分に行き渡ることができ、シリンダブロックの空隙を抑制することができ、結果、シリンダライナとシリンダブロックとの間の接合強度を改善できる。
上記（ｉｉ）の要件におけるラインと接触する突起の数は７個以下であってよく、５個以下であってよい。下限は限定されないが、通常０より大きく、１以上であってよく、２以上であってよい。なお、（ｉｉ）の要件における突起の数は、同一シリンダライナにおいて、２か所以上で２本のラインに接触する突起数をカウントし、その平均値とすることが好ましい。

【0018】

本実施形態では、更に以下の（ｉｉｉ）を充足することが好ましい。
（ｉｉｉ）シリンダライナの外周面における任意の突起Ａを選択し、当該選択された突起Ａと、突起Ａと隣り合う突起Ａｎ（ｎは１〜７の整数）との距離が近いものから順に突起
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７とした際に、突起Ａと突起Ａｎとの距離Ｌｎ（ｍｍ）が、以下の式を満たす。
（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７）／７ ≧ １．５

【0019】

上記（ｉｉｉ）の式について、図２を用いて説明する。
図２は、一実施形態に係るシリンダライナ２０の模式図、及びその外周面を拡大し、模式的に示した図である。シリンダライナ外周面２１には、ランダムに複数の突起が存在する。このうちある突起を突起Ａとした際に、距離Ａからの距離が近い突起順に、Ａ１〜Ａ７とする。そして、ＡとＡｎとの距離をＬｎとし、それぞれの距離Ｌｎの加重平均を算出する。
上記（ｉｉｉ）の式もまた、隣り合う突起が適度に間隔を有していることを意味し、上記突起間の距離Ｌｎの加重平均が１．５以上であることが好ましく、１．８以上であってよく、２．０以上であってよい。上限は限定されないが、通常１０以下であり、５以下であってよく４以下であってよい。
なお、（ｉｉｉ）の要件における突起間の距離Ｌｎの加重平均は、同一シリンダライナにおいて、２か所以上で求め、更にその平均値とすることが好ましい。

【0020】

本実施形態では、更に以下の（ｉｖ）を充足することが好ましい。
（ｉｖ）前記突起は、以下で定義される突起面積率Ｓ（％）が５％以上２０％以下である。
突起面積率Ｓ（％）：突起の基底から３００μｍの位置における、単位面積当たりの突起の断面積の合計面積が、単位面積に占める割合
上記（ｉｖ）は突起の数及び／又は太さを示しており、突起面積率が大きいほど、突起数が多く、及び／又は突起が太いことを表しており、本実施形態では突起面積率Ｓを上記範囲とすることで、突起間の隙間が適度に形成され、鋳型内に流し込む鋳造材料が突起間にも行き渡る。
更に加えて、上記突起面積率Ｓ（％）を、上記（ｉ）で定義される突起の数Ｐｎ（個）で除して得られる突起太さ（Ｓ／Ｐｎ）が０．４５以上であってよく、０．５以上であってよく、０．５５以上であってよく、０．６以上であってよく、また、０．８以下であってよく、０．７５以下であってよく、０．７以下であってよい。上記Ｓ／Ｐｎが大きいほど突起が太いことを表し、上記範囲を充足することで、シリンダライナとシリンダブロックとの接合強度が改善されるため好ましい。

【0021】

本実施形態では、更に以下の（ｖ）を充足することが好ましい。
（ｖ）前記突起は、以下で定義される突起括れ率Ｐｒ（％）が５０％以上である。
突起括れ率Ｐｒ（％）：（１ｃｍ^２当たりの括れた突起数／１ｃｍ^２当たりの突起数）×１００
上記（ｖ）は、突起のうち、括れた形状を有する突起がどの程度存在するかを表している。括れた形状を有する突起の割合が高いほど、シリンダライナとシリンダブロックとの接合強度が改善されるため、好ましい。突起括れ率Ｐｒは５０％以上であることが好ましく、６０％以上であってよく、７０％以上であってよく、７５％以上であってよく、８０％以上であってよい。

【0022】

図３は、括れた形状の突起の一例を示す拡大断面模式図である。また、図４は、括れていない、その他形状の突起の一例を示す拡大断面模式図である。

【0023】

図３にあるように、括れた突起は外周面の基底面からの高さＨを有し、典型的には規定面から高さ方向に向かって太さが漸減し、最小太さＢを有する。その後高さ方向に向かって太さが漸増し、最大太さＡを有する。このように、突起の基底面から高さ方向に向かって、最小太さＢ、最大太さＡの順に有する突起を、本明細書では括れた突起とする。

【0024】

突起平均高さＨ（ｍｍ）は特段限定されないが、通常０．２５ｍｍ以上であり、０．４ｍｍ以上であることが好ましく、また通常１．１ｍｍ以下であり、好ましくは０．８ｍｍ以下である。なお、突起平均高さＨ（ｍｍ）は、ダイヤルデプスゲージ（最小単位が０．０１ｍｍ）により測定し、円筒部材の軸方向の両端側部分で直径方向に対向する２か所ずつ行い、これら４か所の平均を突起の平均高さＨ（ｍｍ）とする。

【0025】

上記（ｉ）で表される１ｃｍ^２当たりの突起の数Ｐｎは、３次元レーザー測定器により突起の基底から３００μｍの位置における突起の等高線図を求め、１ｃｍ^２の範囲において閉じられている部分の個数をカウントすることで求められる。
また、上記突起面積率Ｓは、３次元レーザー測定器により突起の基底から３００μｍの位置における突起の等高線図を求め、１ｃｍ^２の範囲において閉じられている部分の突起面積の合計面積が、単位面積（１ｃｍ^２）中で占める割合を計算することで求められる。
また、ダイヤルデプスゲージにより、突起高さを求めることができ、マイクロスコープや電子顕微鏡を用いたシリンダライナ表面の観察により、上記（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）で規定する数値を測定乃至は計算することができる。

【0026】

括れた形状の突起は、マイクロスコープによる観察により判断することができる。より具体的には、円筒部材の外周面を、円筒部材の中心点と外周面の測定点を通過して延伸する線に対し約４５°の角度から突起を観察する。突起の観察により、突起の最大太さＡ、最小太さＢなどを測定できる。なお、ここでいう突起の太さは、観察される突起の幅とも言い換えることができる。図５により観察方法をより具体的に説明する。
ブロック台１上に評価用円筒部材２を配置した。評価用円筒部材２の斜め上方には、テレビモニタ（図示せず）に接続されたマイクロスコープ３を、マイクロスコープ３の光軸Ｍが鉛直方向と平行となるよう、配置した。マイクロスコープ３の光軸Ｍと測定する円筒部材２の外周面との交点は、円筒部材２の中心点と外周面の測定点を通過して延伸する線Ｏとの間で約４５°の角度を形成するようにして、円筒部材２の表面に形成された突起が観察される。

【0027】

本実施形態のシリンダライナの製造方法の一例を以下に説明する。
シリンダライナの素材となる鋳鉄の組成は、特に限定されるものではなく、典型的には、耐摩耗性、耐焼き付き性および加工性を考慮したＪＩＳ ＦＣ２５０相当の片状黒鉛鋳鉄の組成として、以下に示す組成を例示できる。
Ｃ ：３．０〜３．７質量％
Ｓｉ：２．０〜２．８質量％
Ｍｎ：０．５〜１．０質量％
Ｐ ：０．２５質量％以下
Ｓ ：０．１５質量％以下
Ｃｒ：０．５質量％以下
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物

【0028】

シリンダライナの製造方法は特段限定されないが、遠心鋳造法によることが好ましく、典型的には以下の工程Ａ〜Ｅを含む。
＜工程Ａ：懸濁液調製工程＞
工程Ａは、耐火基材、粘結剤、及び水を所定の比率で配合して懸濁液を作成する工程である。
耐火基材としては、典型的には珪藻土が用いられるが、これに限られない。懸濁液中の珪藻土の含有量は、通常２０質量％以上、３５質量％以下であり、珪藻土の平均粒径は通常２μｍ以上、３５μｍ以下である。
粘結剤としては、典型的にベントナイトが用いられるが、これに限られない。懸濁液中
のベントナイトの含有量は、通常３質量％以上、９質量％以下である。
また、懸濁液中の水の含有量は、通常６２質量％以上、７８質量％以下である。

【0029】

＜工程Ｂ：塗型剤調製工程＞
工程Ｂは、工程Ａで調製した懸濁液に所定量の界面活性剤を添加して、塗型剤を作成する工程である。
界面活性剤の種類は特に限定されず、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤等の既知の界面活性剤を１種、又は２種以上を組み合わせて用いられる。界面活性剤の配合量は懸濁液１００質量部に対し、通常０．００５質量部以上、０．０４質量部以下である。

【0030】

＜工程Ｃ：塗型剤塗布工程＞
工程Ｃは、鋳型となる円筒状金型の内周面に塗型剤を塗布する工程である。塗布方法は特段限定されないが、典型的には噴霧塗布が用いられる。塗型剤の塗布時には、塗型剤の層が内周面全周にわたって略均一の厚さに形成されるように塗型剤が塗布されることが好ましい。また、塗型剤を塗布し、塗型剤層を形成する際に、円筒状金型を回転させることで、適度な遠心力を付与することが好ましい。

【0031】

ここでシリンダライナ表面に存在する突起の製造は、次のプロセスを経て形成されるものと、本発明者らは推測する。
すなわち、所定温度に加熱された鋳型の内周面に形成された塗型剤層は、塗型剤中の水分が急速に蒸発して気泡が発生する。そして相対的にサイズの大きい気泡に対して界面活性剤が作用したり、相対的にサイズの小さい気泡同士が結合したりすることで、塗型剤層の内周側に凹穴が形成される。塗型剤層は鋳型の内周面から徐々に乾燥し、凹穴を形成する塗型剤層が徐々に固形化する過程で、塗型剤層に凹穴が形成される。
塗型剤層の厚みは、突起の高さの１．１〜２．０倍の範囲内で選択することが好ましいが、これに限られない。塗型剤層をこの厚みとする場合には、鋳型の温度を３００℃以下とすることが好ましい。

【0032】

＜工程Ｄ：鋳鉄鋳込み工程＞
工程Ｄは、乾燥した塗型剤層を有する回転状態にある鋳型内へ、鋳鉄を鋳込む工程である。この際に、前工程で説明した塗型剤層の括れた形状を有する凹穴に溶湯が充填されることで、シリンダライナの表面に括れた突起が形成される。なお、この際にも適度な遠心力を付与することが好ましい。

【0033】

＜工程Ｅ：取り出し、仕上げ工程＞
工程Ｅは、製造したシリンダライナを鋳型から取り出し、シリンダライナ表面の塗型剤層をブラスト処理によりシリンダライナから除去することで、シリンダライナが完成する。

【0034】

上記工程を経てシリンダライナが完成する。シリンダライナ表面の突起の数を少なくし、突起間隔を適度に広くするためには、工程Ａにおける水の量、工程Ｂにおける界面活性剤の種類、界面活性剤の量、塗型剤層の厚み、塗型剤層形成の際のＧｎｏ、鋳鉄鋳込みの際のＧｎｏなどを適宜調整する必要がある。具体的には、
・工程Ａにおける水の配合量：６５質量％〜７５質量％
・工程Ｂにおける界面活性剤の添加量：０．００５質量％〜０．０４質量％
・工程Ｂにおける界面活性剤の種類：２種以上を組み合わせる
・塗型剤層の厚み：０．５ｍｍ〜１．１ｍｍ
・Ｇｎｏ（ライニング）：２０Ｇ〜８０Ｇ
・Ｇｎｏ（鋳込み）：８０Ｇ〜１６０Ｇ
などとすることで、シリンダライナ表面の突起を、所望の形態と易くなる。
なお、Ｇｎｏ（ライニング）は、上記工程Ｃにおいて塗型剤層を形成する際に円筒状金型を回転させた際のＧ（遠心力）を示し、Ｇｎｏ（鋳込み）は、上記工程Ｄにおいて鋳型を回転させた際のＧ（遠心力）を示す。

【0035】

本発明の別の実施形態は、シリンダブロックの製造方法であって、シリンダブロック用鋳型を準備する工程、及び準備したシリンダブロック用鋳型にシリンダライナを配置する工程、及びシリンダライナが配置されたシリンダブロック用鋳型内に鋳造材料を流し込み、シリンダブロックを形成する工程、を含む。そして、シリンダブロック用鋳型に配置されるシリンダライナは、上記説明した（ｉ）及び（ｉｉ）を充足する。

【0036】

先に説明したように、シリンダブロックを製造する場合、特に重力鋳造法により製造する場合には、上記（ｉ）及び（ｉｉ）を充足するシリンダライナを用いることで、シリンダブロックに生じる空隙を抑制でき、シリンダライナとシリンダブロックとの間の接合強度が改善される。

【実施例】

【0037】

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、以下の実施例により本発明の範囲が限定されないことはいうまでもない。

【0038】

本実施例で用いたシリンダライナの各種物性の測定方法は以下のとおりである。
＜突起の平均高さＨ（ｍｍ）＞
突起の平均高さＨ（ｍｍ）は、ダイヤルデプスゲージ（最小単位が０．０１ｍｍ）により測定した。測定は、円筒部材の軸方向の両端部分で、直径方向に対向する２か所ずつ行い、これら４か所の平均を突起の平均高さＨ（ｍｍ）とした。

【0039】

＜突起数Ｐｎ（個）＞
突起数Ｐｎ（個）は、非接触式３次元レーザー測定器を用いて、円筒部材の外周面を測定して１ｃｍ×１ｃｍの等高線図を得た後、この等高線図中の高さ３００μｍの等高線で囲まれた領域の数をカウントして求めた。突起の高さの測定と同様に、測定は、円筒部材の軸方向の両端側部分で、直径方向に対向する２か所ずつ行い、これら４か所の平均を１ｃｍ^２当たりの突起数Ｐｎとした。

【0040】

＜突起括れ率Ｐｒ（％）＞
括れ率は、マイクロスコープ（株式会社ハイロックス製デジタルマイクロスコープＫＨ−１３００）を用い、突起を観察することで、当該突起が括れた突起であるか否かを観察し、１ｃｍ^２当たりの括れた突起数をＰｎで除して、１００を乗じることで、括れ率Ｐｒ（％）とした。なお、突起括れ率は４か所測定した平均値とした。

【0041】

＜突起面積率Ｓ（％）、突起太さ（Ｓ／Ｐｎ）＞
突起面積率Ｓ（％）は、３次元レーザー測定器により突起の基底から３００μｍの位置における突起の等高線図を求め、１ｃｍ^２の範囲において閉じられている部分の突起面積の合計面積が、単位面積（１ｃｍ^２）中で占める割合を計算することで求められ、突起面積率Ｓ（％）を上記求めた突起数Ｐｎ（個）で除することで、突起太さ（Ｓ／Ｐｎ）を求めた。

【0042】

＜ラインに接触する突起数、隣り合う突起間距離の加重平均＞
マイクロスコープを用いたシリンダライナ表面の観察により画像を取得し、当該画像上に、１５．２ｍｍ×０．０３ｍｍのラインを２本、３．８ｍｍの間隔をあけて平行に設定し、当該ラインに接触する突起の数をカウントした。また同様に取得した画像において、
任意の突起Ａを選択し、突起Ａと隣り合う突起Ａｎとの距離Ｌｎ（ｎは１〜７の整数）を測定し、その加重平均を求めた。なお、１本のシリンダライナから４か所を測定した。

【0043】

実験：
・塗型剤の調製
以下の表１に示す原料を用い、塗型剤１〜３を調製した。なお、表１中の界面活性剤について、塗型剤１及び塗型剤３では、炭化水素基と酸エステル基とを有するアニオン界面活性剤とエタノールアミド型ノニオン界面活性剤との組み合わせを用い、塗型剤２では、炭化水素基と酸エステル基とを有するアニオン界面活性剤とＰＯＥアルキルエーテル型ノニオン界面活性剤との組み合わせを用いた。

【0044】

【表1】

【0045】

・シリンダライナの作製
以下の組成の溶湯を用いて遠心鋳造により各実施例および比較例のシリンダライナを作製した。鋳造されたシリンダライナの組成は、
Ｃ ：３．４質量％、
Ｓｉ：２．４質量％、
Ｍｎ：０．７質量％、
Ｐ ：０．１２質量％、
Ｓ ：０．０３５質量％、
Ｃｒ：０．２５質量％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物Ｚ（ＪＩＳ ＦＣ２５０相当）であった。

【0046】

表１に示す塗型剤を用い、実施例１及び２、並びに比較例１に係るシリンダライナを作製した。なお、いずれの実施例においても、工程Ｃにおける円筒状金型の温度は１８０℃〜３００℃の範囲内に設定し、且つＧｎｏ（ライニング）を５５Ｇとして塗型剤層を形成した。但し、塗型剤層の厚みについては、各実施例で適宜変更することで、適宜突起の高さを変更させた。また、工程Ｄ以降については、Ｇｎｏ（鋳込み）を１２０Ｇとして鋳鉄の鋳込みを行った以外は、いずれの実施例においても同条件で実施した。その後得られた鋳鉄製円筒部材の内周面を切削加工して、肉厚を５．５ｍｍに調整した。
このようにして得られた鋳鉄製円筒部材の寸法は、外径（突起の高さを含む外径）８５ｍｍ、内径７４ｍｍ（肉厚５．５ｍｍ）であり、軸方向の長さは１３０ｍｍであった。作製したシリンダライナの突起の形状を表２に示す。

【0047】

【表2】

【0048】

・シリンダブロックの作成
実施例１及び２、並びに比較例１に係るシリンダライナを用いて、以下の条件でシリンダライナとシリンダブロックとの接合体を製造し、得られたシリンダブロックの空隙面積率と、シリンダライナとの接合強度を評価した。
鋳造方法：砂型重力鋳造
ライナ予熱：３５０℃１時間
アルミ材質ＡＣ４Ｂ
熱処理：５００℃６時間、及び１６０℃６時間
得られたシリンダライナとシリンダブロックとの接合体は、以下の方法により、シリンダブロックの空隙率を測定した。
ｉ）シリンダライナとブロックアルミとの界面を含む試料断面を研磨する。
ｉｉ）研磨後、上記界面を含む３枚の写真を撮影する。
ｉｉｉ）各写真毎の空隙面積率（撮影視野に対する界面の隙間の割合（％））を測定し、その平均を空隙面積率とした。
次に、以下の方法により、シリンダライナとシリンダブロックとの接合強度を測定した。
引張試験機（島津製作所製、万能試験機：ＡＧ−５０００Ｅ）を用いて、円筒部材と外周部材との一方をクランプにより固定し、他方を両部材の接合面と直交する方向に引張強度を加えた。両部材が剥離した際の引張強度を接合強度とした。
結果を図６及び７に示す。なお、結果は、同様の方法で製造したシリンダブロックを１５回評価した結果である。

【符号の説明】

【0049】

１ ブロック台
２ 円筒部材
３ マイクロスコープ
１０、２０ シリンダライナ
１１、２１ シリンダライナ外周面
１２ 突起
１３、１３´ ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】