JP4429025B2 - 鋳包み用シリンダライナ - Google Patents

Description

本発明は、鋳造材料により鋳包まれてシリンダ構造体の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。

一般に、車載エンジンに適用されるシリンダブロックの製造に際して、ピストンとの摺動部における耐摩耗性を高めることが必要となる場合、シリンダの内周側にシリンダライナが組み付けられる。ちなみに、シリンダライナは、アルミ合金製のシリンダブロックに対して適用されることが多い。

こうしたシリンダライナ付きの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シリンダライナを予めセットし、この鋳型内へ鋳造材料を鋳込んでシリンダブロックを成形する方法が一般に知られている。

ここで、従来の鋳包み用シリンダライナとしては、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載のシリンダライナが知られている。
（ａ）特許文献１には、外周面に無数の不規則微細な突起を有するシリンダライナが提案されている。

（ｂ）特許文献２には、外周面の粗さが特定の粗さとなるように形成されたシリンダライナが提案されている。
（ｃ）特許文献３には、外方へ向かって拡開する略円錐状のアンダーカットを有し、且つ先端部が平坦に形成された突起を外周面に複数有するシリンダライナが提案されている。
特公昭４３−４８４２号公報 特許３２５３６０５号公報 特開２００３−３２６３５３号公報

ところで、シリンダライナ付きのシリンダブロックにおいては、シリンダブロックを構成する素材（ブロック材）とシリンダライナとの密着性が十分に確保されていない場合、シリンダブロックの熱伝導性が低下するため、エンジンの冷却性能の悪化をまねくようになる。

また一方で、ブロック材とシリンダライナとの接合強度が確保されていない場合には、シリンダブロックのボア変形を低減することが困難となるため、エンジンフリクションの増大をまねくことが懸念される。

こうしたことから、ブロック材との密着性及び接合強度の確保に適したシリンダライナの提案が望まれている。しかし、上記各特許文献に記載のシリンダライナにおいては、次のようなことが問題となる。

（ａ）特許文献１に記載のシリンダライナは、突起同士の間隔が過度に狭い状態で外周面に突起が形成されることも想定される。この場合、シリンダブロックの製造に際してブロック材の溶湯が突起間へ十分に充填されず、ブロック材とシリンダライナとの密着性の低下をまねくようになる。

（ｂ）特許文献２に記載のシリンダライナは、外周面に形成された突起の高さが低いため、同シリンダライナを適用したシリンダブロックにおいて、ブロック材とシリンダライナとの接合強度を十分に確保することが困難となる。

（ｃ）特許文献３に記載のシリンダライナは、突起の形成態様に関して突起の高さしか考慮されておらず最適な形成態様が実現されていないため、密着性及び接合強度の向上が十分に図られないことも考えられる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダブロックに適用されて、ブロック材との密着性及び接合強度の向上をより好適に実現することのできる鋳包み用シリンダライナを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、括れた形状の突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナにおいて、
（イ）前記突起の高さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ
（ロ）前記突起の数が前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個〜６０個
（ハ）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ１としたとき、面積率Ｓ１が１０％以上
（ニ）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．２ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ２としたとき、面積率Ｓ２が５５％以下
これら（イ）〜（ニ）の条件の全てを満たすことを要旨としている。

括れた形状の突起を外周面に複数有するシリンダライナを適用したシリンダブロックにおいては、突起に形成された括れ部の作用によりブロック材（シリンダブロックを構成する素材）からのシリンダライナの剥離が抑制されるため、ブロック材とシリンダライナとの接合強度を高めることが可能となる。

「突起の高さ」は、シリンダライナの外周面を基準として、同外周面から突起の先端部までの距離を示す。
「高さ０．４ｍｍ／０．２ｍｍの等高線」は、突起の高さ方向（ライナの径方向外方）において、シリンダライナの外周面から０．４ｍｍ／０．２ｍｍの位置の等高線を示す。

上記請求項１に記載の発明において、面積率Ｓ１と面積率Ｓ２とは、「Ｓ１＜Ｓ２」の条件を満たす関係にある。
「高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域」は、「外周面から高さ０．４ｍｍの位置の平面に属する１つの突起の断面」に相当する。また、「高さ０．２ｍｍの等高線により囲まれる領域」は、「外周面から高さ０．２ｍｍの位置の平面に属する１つの突起の断面」に相当する。

以下に、上記請求項１に記載の条件から外れたシリンダライナにおいて生じる問題を、「突起高さ」「突起の数」「突起の面積率Ｓ１」「突起の面積率Ｓ２」の項目毎に示す。
［１］「突起高さについて」
突起高さを０．５ｍｍ未満に設定してシリンダライナを製造する場合、突起の成形性が低下するため、製造後のシリンダライナにおいて十分な数の突起が形成されなくなる。これにより、同シリンダライナを鋳込んだシリンダブロックにおいて、ブロック材とライナとの接合強度を十分に確保することができなくなる。

突起高さが１．０ｍｍ以上のシリンダライナにおいては、形成された突起が折れやすくなるため、突起の高さが不均一となり外径精度が低下する。また、括れ部を有する突起が損傷しやすくなるため、ブロック材からのシリンダライナの剥離を抑制する効果が低下する。

［２］「突起の数について」
突起の数を１ｃｍ²当たり５個未満に設定したシリンダライナは、突起数の不足によりブロック材とライナとの接合強度を十分に確保することが困難となる。

突起の数を１ｃｍ²当たり６０個よりも大きく設定したシリンダライナは、突起同士の間隔が狭いため、ブロック材の溶湯により鋳包む際、溶湯が突起間へ十分に充填されなくなる。これにより、ブロック材とシリンダライナとの間に空隙が形成されて密着性が低下する。

［３］「突起の面積率Ｓ１について」
面積率Ｓ１が１０％未満のシリンダライナを適用したシリンダブロックにおいては、面積率Ｓ１が１０％よりも大きいシリンダライナを適用したシリンダブロックに比べて、ブロック材とライナとの接合強度が著しく低下する。

［４］「突起の面積率Ｓ２について」
面積率Ｓ２が５５％を超えているシリンダライナを適用したシリンダブロックにおいては、面積率Ｓ２が５５％以下のシリンダライナを適用したシリンダブロックに比べて、ブロック材とライナとの密着性が著しく低下する。

請求項１に記載のシリンダライナによれば、上記［１］〜［４］に記載の問題が解消されるため、ブロック材との密着性及び接合強度の向上をより好適に実現することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、括れた形状の突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナにおいて、
（い）前記突起の高さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ
（ろ）前記突起の数が前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個〜６０個
（は）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ１としたとき、面積率Ｓ１が１０％〜５０％
（に）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．２ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ２としたとき、面積率Ｓ２が２０％〜５５％
これら（い）〜（に）の条件の全てを満たすことを要旨としている。

上記構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果に加えて、次のような効果を奏することができるようになる。面積率Ｓ１の上限を５０％に設定しているため、面積率Ｓ２が５５％よりも大きくなることを回避することができるようになる。面積率Ｓ２の下限を２０％に設定しているため、面積率Ｓ１が１０％未満となることを回避することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１あるいは２に記載の鋳包み用シリンダライナにおいて、
（ホ）前記等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域がそれぞれ独立している
（ヘ）前記等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積が０．２ｍｍ²〜３．０ｍｍ²
これら（ホ）及び（ヘ）の条件を満たすことを要旨としている。

「高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積」は、「外周面から高さ０．４ｍｍの位置の平面に属する突起１つ当たりの断面積」に相当する。
以下に、上記請求項３に記載の条件から外れたシリンダライナにおいて生じる問題を、「突起の形成態様」「突起１つ当たりの面積」の項目毎に示す。

［５］「突起の形成態様」
高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる１つの領域と他の領域とが干渉しているシリンダライナ（外周面からの高さ０．４ｍｍの位置において突起同士が結合しているシリンダライナ）は、ブロック材の溶湯により鋳包む際、溶湯が突起間へ十分に充填されなくなる。これにより、ブロック材とシリンダライナとの間に空隙が形成されるため、密着性が低下する。

［６］「突起１つ当たりの面積」
突起１つ当たりの面積が０．２ｍｍ²未満のシリンダライナは、突起自身の強度が低いため、シリンダライナ等の製造工程において突起の破損をまねくようになる。

高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積が３．０ｍｍ²を超えているシリンダライナは、ブロック材の溶湯により鋳包む際、ブロック材が突起間へ十分に充填されなくなる。これにより、ブロック材とシリンダライナとの間に空隙が形成されるため、密着性が低下する。

請求項３に記載のシリンダライナによれば、上記［５］及び［６］に記載した問題が解消されるため、ブロック材との密着性及び接合強度のさらなる向上を実現することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳包み用シリンダライナにおいて、前記括れた形状の突起は、その幅方向の中心から幅方向の先端までの長さを幅方向突出量として、当該突起の括れた部分よりも当該突起の頂部側である突起上部と同括れた部分よりも当該突起の底部側である突起下部との間で当該突起の高さ方向における前記幅方向突出量の変化傾向が互いに異なるものであり、前記突起上部については、前記括れた部分から当該突起上部の中間点に向かうにつれて前記幅方向突出量が次第に増加し、且つこの中間点にて当該突起上部においての前記幅方向突出量が最も大きくなり、且つ前記中間点から当該突起の頂部に向かうにつれて前記幅方向突出量が次第に減少するものであり、前記突起下部については、前記括れた部分から当該突起の底部に向かうにつれて前記幅方向突出量が次第に増加し、且つその途中において前記幅方向突出量が前記突起上部での最大の幅方向突出量を上回るものであることを要旨としている。

本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に、（ａ）本発明の鋳包み用シリンダライナ及び（ｂ）同シリンダライナを備えたシリンダブロックの一部を示す。

なお、シリンダブロックの素材としては、軽量化及びコストを考慮して、アルミ材（アルミニウムまたはアルミ合金）を用いることができる。アルミニウム合金としては、例えば「ＪＩＳ ＡＤＣ１０（関連規格米国ＡＳＴＭ Ａ３８０．０）」あるいは「ＪＩＳ ＡＤＣ１２（関連規格米国ＡＳＴＭ Ａ３８３．０）」等を用いることができる。

シリンダライナ１の外周面（ライナ外周面１１）には、括れた形状の突起（突起１Ｐ）が複数形成されている。
突起１Ｐは、次の態様をもって形成されている。
・基端部１Ｐａと先端部１Ｐｂとの中間に最も細い部位（括れ部１Ｐｃ）を有する。
・括れ部１Ｐｃから基端部１Ｐａ及び先端部１Ｐｂへかけて拡径している。
・先端部１Ｐｂ（シリンダライナ１の径方向において最も外周側の面）に略平坦状の頂面１Ｐｄを有する。

突起１Ｐの間には略平滑な面（基底面１Ｄ）が形成されている。なお、基底面１Ｄは、実質的にライナ外周面１１に相当する。
シリンダブロック２は、シリンダ２１の内周側にシリンダライナ１を備えている。

シリンダブロック２を構成する素材（本実施形態ではアルミ材）とシリンダライナ１とは、ライナ外周面１１及び突起１Ｐの外周面を通じて接合されている。
シリンダブロック２においては、シリンダライナ１の内周面（ライナ内周面１２）によりシリンダ２１の内壁が形成されている。

＜シリンダライナの製造工程＞
図２にシリンダライナ１の製造工程の概要を示す。
シリンダライナ１の製造は、同図に示した［工程Ａ］〜［工程Ｆ］を含めて行われる。

図３を参照して、各工程の詳細について説明する。
［工程Ａ］
耐火基材Ｃ１、粘結剤Ｃ２、及び水Ｃ３を所定の割合で配合して懸濁液Ｃ４を作成する。

本実施形態においては、耐火基材Ｃ１、粘結剤Ｃ２、及び水Ｃ３の配合量として選択可能な範囲、並びに耐火基材Ｃ１の平均粒径として選択可能な範囲をそれぞれ以下のように設定している。

耐火基材Ｃ１の配合量 ： ８質量％ 〜 ３０質量％
粘結剤Ｃ２ の配合量 ： ２質量％ 〜 １０質量％
水Ｃ３ の配合量 ： ６０質量％ 〜 ９０質量％
耐火基材Ｃ１の平均粒径：０．０２ｍｍ 〜 ０．１ｍｍ

［工程Ｂ］
懸濁液Ｃ４に所定量の界面活性剤Ｃ５を添加して塗型材Ｃ６を作成する。

本実施形態においては、界面活性剤Ｃ５の添加量として選択可能な範囲を以下の用に設定している。

界面活性剤Ｃ５の添加量：０．００５質量％＜Ｘ≦０．１質量％（Ｘは添加量）

［工程Ｃ］
規定の温度に加熱されて回転状態にある金型３１（鋳型）の内周面３１Ｆに塗型材Ｃ６を噴霧塗布する。このとき、塗型材Ｃ６の層（塗型層Ｃ７）が内周面３１Ｆ全周にわたって略均一の厚さに形成されるように塗型材Ｃ６の塗布が行われる。

本実施形態においては、塗型層Ｃ７の厚さとして選択可能な範囲を以下のように設定している。

塗型層Ｃ７の厚さ ：０．５ｍｍ 〜 １．０ｍｍ

図４に、塗型層Ｃ７における括れた形状の凹穴の形成態様を示す。

同図に示すように、塗型層Ｃ７内の気泡Ｄ１に対して界面活性剤Ｃ５が作用することにより塗型層Ｃ７の内周側に凹穴Ｄ２が形成される。そして、凹穴Ｄ２が金型３１の内周面３１Ｆに突き当たることにより、塗型層Ｃ７に括れた形状の凹穴Ｄ３が形成される。

［工程Ｄ］
塗型層Ｃ７が乾燥した後、回転状態にある金型３１内へ鋳鉄の溶湯ＣＩを鋳込む。このとき、塗型層Ｃ７の凹穴Ｄ３の形状に対応した形状の突起がシリンダライナへ転写されることにより、シリンダライナの外周面に括れた形状の突起（突起１Ｐ）が形成される。

［工程Ｅ］
溶湯ＣＩが硬化してシリンダライナ１が形成された後、塗型層Ｃ７とともにシリンダライナ１を金型３１から取り出す。

［工程Ｆ］
ブラスト処理装置３２により塗型材Ｃ６をシリンダライナ１の外周から除去する。
＜突起面積率＞
本実施形態においては、シリンダライナ１の第１突起面積率Ｓ１及び第２突起面積率Ｓ２として選択可能な範囲を以下のように設定している。

第１突起面積率Ｓ１：１０％以上
第２突起面積率Ｓ２：５５％以下

また、以下のように設定することもできる。

第１突起面積率Ｓ１：１０％ 〜 ５０％
第２突起面積率Ｓ２：２０％ 〜 ５５％

第１突起面積率Ｓ１は、基底面１Ｄから高さ０．４ｍｍ（基底面１Ｄを基準とした突起１Ｐの高さ方向の距離）の平面において、単位面積当たりに占める突起１Ｐの断面積に相当する。

第２突起面積率Ｓ２は、基底面１Ｄから高さ０．２ｍｍ（基底面１Ｄを基準とした突起１Ｐの高さ方向の距離）の平面において、単位面積当たりに占める突起１Ｐの断面積に相当する。

＜鋳鉄の組成＞
シリンダライナ１の素材となる鋳鉄の組成は、耐摩耗生、耐焼き付き性、及び加工性を考慮して、例えば以下のように設定することが好ましい。

Ｔ．Ｃ：２．９ 質量％ 〜 ３．７ 質量％
Ｓｉ ：１．６ 質量％ 〜 ２．８ 質量％
Ｍｎ ：０．５ 質量％ 〜 １．０ 質量％
Ｐ ：０．０５質量％ 〜 ０．４ 質量％

また、必要に応じて以下の組成物を添加することもできる。

Ｃｒ ：０．０５質量％ 〜 ０．４ 質量％
Ｂ ：０．０３質量％ 〜 ０．０８質量％
Ｃｕ ：０．３ 質量％ 〜 ０．５ 質量％

実施例と比較例との対比に基づいて本発明を具体的に説明する。
各実施例及び比較例では、材質をＦＣ２３０相当、完成時の肉厚を２．３ｍｍに設定して、遠心鋳造によりシリンダライナを製造した。また、以下に示す各実施例及び比較例に固有の条件以外は、各実施例及び比較例において共通の条件に設定した。

各実施例及び比較例においては、基本的には実施形態に示した製造方法に従ってシリンダライナを製造したが、上記［工程Ｃ］における凹穴の形成態様、及び上記［工程Ｄ］における突起の形成態様は実施例と比較例とでそれぞれ異なったものとなる。

［実施例１〜４］
・耐火基材として珪藻土を、粘結剤としてベントナイトを採用した。
・珪藻土、ベントナイト、水、及び界面活性剤を表１に記載の割合で混合して塗型材を作成した。
・２００℃〜４００℃に加熱した金型の内周面に塗型材を噴霧塗布し、同内周面に塗型層を形成した。

［比較例１，２］
・耐火基材として珪藻土を、粘結剤としてベントナイトを採用した。
・珪藻土、ベントナイト、水、及び界面活性剤を表２に記載の割合で混合して塗型材を作成した。
・２００℃〜４００℃に加熱した金型の内周面に塗型材を噴霧塗布し、同内周面に塗型層を形成した。

［比較例３］
・耐火基材として珪砂及びシリカフラワを、粘結剤としてベントナイトを採用した。
・珪砂、シリカフラワ、ベントナイト、水、及び界面活性剤を表２に記載の割合で混合して塗型材を作成した。
・約３００℃に加熱した金型の内周面に厚さが１．０ｍｍとなるように塗型材を噴霧塗布し、同内周面に塗型層を形成した。

［比較例４］
・耐火基材として珪砂及びシリカフラワを、粘結剤としてベントナイトを採用した。
・珪砂、シリカフラワ、ベントナイト、水、及び界面活性剤を表２に記載の割合で混合して塗型材を作成した。
・約３００℃に加熱した金型の内周面に厚さが１．０ｍｍとなるように塗型材を噴霧塗布し、同内周面に塗型層を形成した。

実施例１〜４及び比較例１〜４の各シリンダライナについて、以下の〔ａ〕〜〔ｈ〕を測定した。
〔ａ〕第１突起面積率Ｓ１
〔ｂ〕第２突起面積率Ｓ２
〔ｃ〕第１突起断面積ＳＤ１
〔ｄ〕突起数Ｎ１
〔ｅ〕接合強度Ｐ
〔ｆ〕空隙率Ｇ
〔ｇ〕括れ量ＰＲ
〔ｈ〕突起高さＨ
ここで、シリンダライナの外周面の測定を通じて得られる等高線図について説明する。

＜突起の等高線図＞
図５を参照して、突起の等高線の測定態様について説明する。
［１］等高線測定用のテストピースＴＰ１を、ライナ外周面１１（突起１Ｐ）が非接触式の３次元レーザ測定器４１と対向するように試験台４２へセットする。
［２］３次元レーザ測定器４１からテストピースＴＰ１へレーザ光を照射する。このとき、レーザ光は、ライナ外周面１１に対して略直行するように（図中の矢印Ｖ方向へ）照射される。
［３］３次元レーザ測定器４１による測定結果を画像処理装置４３に取り込み、突起１Ｐの等高線図を表示する。

図６（ａ）に等高線図の一例を示す。
図６（ｂ）にシリンダライナ１の基底面１Ｄ（ライナ外周面１１）と等高線Ｌとの関係を示す。

図６（ｂ）に示すように、等高線Ｌは基底面１Ｄ（ライナ外周面１１）から突起１Ｐの高さ方向（矢印Ｙ方向）における所定距離毎に等高線図上へ表示される。以降では、基底面１Ｄを基準とした矢印Ｙ方向への距離を「測定高さ」とする。

なお、図６においては、等高線Ｌを０．２ｍｍ間隔毎に表示した等高線図を示しているが、等高線Ｌの間隔は適宜の値に設定することができる。
〔ａ〕第１突起面積率
図７（ａ）に測定高さ０．４ｍｍ未満の等高線Ｌを非表示にしたときの等高線図（第１等高線図Ｆ１）を示す。ここでは、図示した等高線図の面積（Ｗ１×Ｗ２）を、第１突起面積率Ｓ１の測定に際しての単位面積としている。

第１等高線図Ｆ１において、等高線Ｌ４に囲まれた領域Ｒ４の面積（図中の斜線部の面積ＳＲ４）は、測定高さ０．４ｍｍの平面に属する１つの突起の断面積（第１突起断面積ＳＤ１）に相当する。また、第１等高線図Ｆ１における領域Ｒ４の数（領域数Ｎ４）は、第１等高線図Ｆ１内に存在している突起１Ｐの数（突起数Ｎ１）に相当する。

第１突起面積率Ｓ１は、等高線図の面積（Ｗ１×Ｗ２）に占める領域Ｒ４の合計面積（Ｌ４×Ｎ４）の割合として算出される。即ち、第１突起面積率Ｓ１は、測定高さ０．４ｍｍの平面において、単位面積当たりに占める第１突起断面積ＳＤ１の合計面積に相当する。

第１突起面積率Ｓ１は、下記計算式

Ｓ１＝（Ｌ４×Ｎ４）／（Ｗ１×Ｗ２）×１００ ［％］

により示すことができる。

〔ｂ〕第２突起面積率
図７（ｂ）に測定高さ０．２ｍｍ未満の等高線Ｌを非表示にしたときの等高線図（第２等高線図Ｆ２）を示す。ここでは、等高線図の面積（Ｗ１×Ｗ２）を第２突起面積率Ｓ２の測定に際しての単位面積としている。

第２等高線図Ｆ２において、等高線Ｌ２に囲まれた領域Ｒ２の面積（図中の斜線部の面積ＳＲ２）は、測定高さ０．２ｍｍの平面に属する１つの突起の断面積（第２突起断面積ＳＤ２）に相当する。また、第２等高線図Ｆ２における領域Ｒ２の数（領域数Ｎ２）は、第２等高線図Ｆ２内に存在している突起１Ｐの数に相当する。

第２突起面積率Ｓ２は、等高線図の面積（Ｗ１×Ｗ２）に占める領域Ｒ２の合計面積（Ｌ２×Ｎ２）の割合として算出される。即ち、第２突起面積率Ｓ２は、測定高さ０．２ｍｍの平面において、単位面積当たりに占める第２突起断面積ＳＤ２の合計面積に相当する。

第２突起面積率Ｓ２は、下記計算式

Ｓ２＝（Ｌ２×Ｎ２）／（Ｗ１×Ｗ２）×１００ ［％］

により示すことができる。

〔ｃ〕第１突起断面積
第１突起断面積ＳＤ１は、測定高さ０．４ｍｍの平面に属する１つの突起の断面積として、等高線図から算出される。例えば、等高線図の画像処理を通じて、第１等高線図Ｆ１（図７（ａ））の領域Ｒ４の面積（斜線部の面積ＳＲ４）を算出することで第１突起断面積ＳＤ１を把握することができる。

〔ｄ〕突起数
突起数Ｎ１は、シリンダライナ１のライナ外周面１１の単位面積（１ｃｍ²）当たりに形成されている突起１Ｐの数として、等高線図から算出される。例えば、等高線図の画像処理を通じて、第１等高線図Ｆ１（図７（ａ））の領域Ｒ４の数（領域数Ｎ４）算出することで突起数Ｎ１を把握することができる。

〔ｅ〕接合強度
図８に接合強度Ｐの測定態様を示す。
［１］実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例４のシリンダライナ５１を各別に適用して評価用の単気筒型シリンダブロック６１をダイカストにより製造する。なお、ここでは、図９に示す条件のもとにダイカストを行う。
［２］単気筒型シリンダブロック６１のシリンダ６２より、ライナ壁５２及びシリンダ壁６３からなるテストピースＴＰ２を作成し、引っ張り試験用のアーム４４をテストピースＴＰ２のライナ内周面５３とシリンダ外周面６４とにそれぞれ接着する。
［３］引っ張り試験機において一方のアーム４４をクランプ４５により保持し、ライナ壁５２とシリンダ壁６３とがライナ内周面５３（シリンダ外周面６４）と略直交する方向（矢印Ｚの方向）へ剥離されるように、他方のアーム４４によりテストピースＴＰ２へ引っ張り荷重をかける。この引っ張り試験を通じて、ライナ壁５２とシリンダ壁６３とが剥離したときの強度が接合強度Ｐとして算出される。

〔ｆ〕空隙率
図１０に空隙率Ｇの測定態様を示す。
［１］実施例１〜４及び比較例１〜４のシリンダライナ５１を各別に適用して評価用の単気筒型シリンダブロック６１をダイカストにより製造する。なお、ここでは図９に示す条件のもとにダイカストを行う。
［２］単気筒型シリンダブロック６１のシリンダ６２を１５ｍｍの厚さでリング状に切断し、ライナ部５４及びシリンダ部６５からなるテストピースＴＰ３を作成する。
［３］ライナ部５４とシリンダ部６５との境界を研磨して、顕微鏡４６により境界を観察する。そして、境界の断面写真の画像処理を通じて、空隙率Ｇが算出される。

図１１に、実施例のシリンダライナを適用した単気筒型シリンダブロックについて、同シリンダブロックのテストピースにおけるライナ部とシリンダ部との境界断面写真の一例を示す。

空隙率Ｇは、ライナ部とシリンダ部（アルミ材）との境界に形成されている空隙Ｇｐの面積（空隙面積ＧＡ）が境界断面写真の単位面積ＳＡに占める割合として算出される。
空隙率Ｇは、下記計算式

Ｇ＝ＧＡ／ＳＡ

により示すことができる。

シリンダライナとアルミ材との密着性は、空隙率Ｇと相関があり、空隙率Ｇが小さくなるにつれて向上する傾向を示す。
〔ｇ〕括れ量
図１２に括れた形状の突起のモデル図を示す。

括れ量ＰＲは、突起１Ｐにおいて、テストピースＴＰ３の境界断面写真（図１１）から測定される先端部の最大径ＰＲ１と中間部の最小径ＰＲ２との差として算出される。
括れ量ＰＲは、下記計算式

ＰＲ＝ＰＲ１−ＰＲ２ ［ｍｍ］

により示すことができる。

〔ｈ〕突起高さ
突起高さＨ（基底面１Ｄから突起１Ｐの頂面１Ｐｄまでの距離）は、ダイヤルディプスゲージにより測定した。本実施例においては、１つの突起１Ｐにつき、４箇所の測定値の平均値を突起高さＨとして採用している。

以上にて説明した各パラメータの測定結果を表３に示す。

図１３に、測定結果から得られる第１突起面積率Ｓ１と接合強度Ｐとの関係を示す。

同図に示されるように、第１突起面積率Ｓ１が１０％未満のシリンダライナでは、接合強度Ｐが急激に低下する。なお、比較例２は、第１突起面積率Ｓ１が１０％以上であるものの、括れた形状の突起の数が「０」であるため、接合強度Ｐが実施例の値よりも低い値を示している。

第１突起面積率Ｓ１が１０％以上のシリンダライナを適用したシリンダブロックと、第１突起面積率Ｓ１が１０％未満のシリンダライナを適用したシリンダブロックとにおけるボアの変形量を比較したところ、後者の変形量は前者の変形量の３倍以上となる場合があることが確認された。

図１４に、測定結果から得られる第２突起面積率Ｓ２と空隙率Ｇとの関係を示す。
同図に示されるように、第２突起面積率Ｓ２が５５％よりも大きいシリンダライナでは、空隙率Ｇが急激に上昇する。

これらの結果から、第１突起面積率Ｓ１が１０％以上、且つ第２突起面積率Ｓ２が５５％以下のシリンダライナをシリンダブロックへ適用することにより、ブロック材とシリンダライナとの接合強度及び密着性の向上を好適に実現することができるようになる。

なお、第１突起面積率Ｓ１の上限を５０％とすることにより、第２突起面積率Ｓ２を５５％以下にすることができる。第２突起面積率Ｓ２の下限を２０％とすることにより、第１突起面積率Ｓ１を１０％以上にすることができる。

図１５に、実施例２のシリンダライナについて、測定高さ０．４ｍｍ未満の等高線Ｌを非表示にしたときの等高線図を示す。
図１６に、比較例４のシリンダライナについて、測定高さ０．４ｍｍ未満の等高線Ｌを非表示にしたときの等高線図を示す。

これら各図より、実施例２では各突起が独立して形成されているのに対し、比較例４では突起同士が結合していることが分かる。
＜実施形態（実施例）の効果＞
以上詳述したように、本実施形態（実施例）にかかる鋳包み用シリンダライナによれば、以下に列記するような優れた効果が得られるようになる。

（１）本実施形態のシリンダライナ１では、突起高さＨを０．５ｍｍ〜１．０ｍｍに設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・突起高さＨを０．５ｍｍ未満に設定してシリンダライナを製造した場合、同シリンダライナを鋳込んだシリンダブロックにおいて、ブロック材とシリンダライナとの接合強度を十分に確保することができなくなる。
・突起高さＨが１．０ｍｍよりも大きいシリンダライナにおいては、形成された突起が折れやすくなるため、突起の高さが不均一となり外径精度が低下する。また、外周面に形成された突起が損傷しやすくなるため、ブロック材からのシリンダライナの剥離を抑制する効果が低下する。

（２）本実施形態のシリンダライナ１では、ライナ外周面１１の１ｃｍ²当たりにおける突起１Ｐの数を５個〜６０個に設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・突起１Ｐの数を１ｃｍ²当たり５個未満に設定したシリンダライナは、突起数の不足によりブロック材とシリンダライナとの接合強度を十分に確保することが困難となる。
・突起１Ｐの数を１ｃｍ²当たり６０個よりも大きく設定したシリンダライナは、突起同士の間隔が狭いため、ブロック材の溶湯ＣＩの充填性が低下して、ブロック材とシリンダライナとの密着性が低下する。

（３）本実施形態のシリンダライナ１では、第１突起面積率Ｓ１を１０％以上に設定している。これにより、ブロック材とシリンダライナとの接合強度の向上を好適に実現することができるようになる。

（４）本実施形態のシリンダライナ１では、第２突起面積率Ｓ２を５５％以下に設定している。これにより、ブロック材とシリンダライナとの密着性の向上を好適に実現することができるようになる。

（５）本実施形態のシリンダライナ１では、第１突起面積率Ｓ１の上限を５０％に設定している。これにより、第２突起面積率Ｓ２が５５％よりも大きくなることを的確に回避することができるようになる。

（６）本実施形態のシリンダライナ１では、第２突起面積率Ｓ２の下限を２０％に設定している。これにより、第１突起面積率Ｓ１が１０％未満となることを的確に回避することができるようになる。

（７）本実施形態のシリンダライナ１では、等高線図において等高線Ｌ４に囲まれた領域Ｒ４がそれぞれ独立するように突起１Ｐを形成している（測定高さ０．４ｍｍの位置において突起１Ｐ同士がそれぞれ独立するようにシリンダライナ１を形成している（図１５））。これにより、ブロック材とシリンダライナとの密着性の向上を好適に実現することができるようになる。なお、等高線Ｌ４に囲まれた領域Ｒ４が他の領域Ｒ４と干渉しているシリンダライナにおいては、ブロック材の充填性が低くなるため、ブロック材とシリンダライナとの間に空隙が形成されて密着性が低下する。

（８）本実施形態のシリンダライナ１では、測定高さ０．４ｍｍの位置において、突起１つ当たりの面積を０．２ｍｍ²〜３．０ｍｍ²に設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・突起１つ当たりの面積が０．２ｍｍ²未満のシリンダライナは、シリンダライナ等の製造工程において突起の破損をまねくようになる。
・突起１つ当たりの面積が３．０ｍｍ²よりも大きいシリンダライナは、ブロック材とシリンダライナとの密着性が低下する。

また、本実施形態（実施例）にかかる鋳包み用シリンダライナを製造する方法として上記製造方法を採用することにより、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（９）上記製造方法では、耐火基材Ｃ１の配合量を８質量％〜３０質量％に設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・耐火基材Ｃ１の配合量を８質量％未満に設定した製造方法においては、塗型材Ｃ６の剥離・断熱の効果が小さくなるため、溶湯ＣＩの金型３１への溶着やシリンダライナの材質の低下をまねく。
・耐火基材Ｃ１の配合量を３０質量％よりも大きく設定した製造方法においては、塗型材Ｃ６の流動性が低下して金型３１の内周面３１Ｆへ塗型材Ｃ６を均一に塗布することが困難となるため、シリンダライナの外径精度の低下をまねく。

（１０）上記製造方法では、粘結剤Ｃ２の配合量を２質量％〜１０質量％に設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・粘結剤Ｃ２の配合量を２質量％未満に設定した製造方法においては、塗型材Ｃ６の強度が十分に得られないため、突起１Ｐの成形性の低下をまねく。
・粘結剤Ｃ２の配合量を１０％よりも大きく設定した製造方法においては、塗型材Ｃ６の流動性が低下して金型３１の内周面３１Ｆへ塗型材Ｃ６を均一に塗布することが困難となるため、シリンダライナの外径精度の低下をまねく。

（１１）上記製造方法においては、水Ｃ３の配合量を６０質量％〜９０質量％に設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・水Ｃ３の配合量を６０質量％未満に設定した製造方法においては、塗型材Ｃ６の流動性が低下して金型３１の内周面３１Ｆへ塗型材Ｃ６を均一に塗布することが困難となるため、シリンダライナの外径精度の低下をまねく。
・水Ｃ３の配合量を９０質量％よりも大きく設定した製造方法においては、塗型層Ｃ７が乾燥しにくくなるため、ライナ外周面１１の突起の成形性が低下する。

（１２）上記製造方法では、界面活性剤Ｃ５の配合量を０．００５質量％〜０．１質量％に設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・界面活性剤Ｃ５の添加量を０．００５質量％以下に設定した製造方法においては、界面活性剤Ｃ５の作用が極めて小さい状態となるため、ライナ外周面に突起が形成されにくくなる。
・界面活性剤Ｃ５の添加量を０．１質量％よりも大きく設定した製造方法においては、界面活性剤Ｃ５の作用が過多となるため、ライナ外周面に括れた形状の突起が形成されにくくなる。

（１３）上記製造方法では、耐火基材Ｃ１の平均粒径を０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍに設定している。これにより、以下の問題を回避することができるようになる。
・耐火基材Ｃ１の平均粒径を０．０２ｍｍ未満に設定した製造方法においては、耐火基材Ｃ１が水に溶けにくくなるため、作業効率の低下をまねくようになる。
・耐火基材Ｃ１の平均粒径を０．１ｍｍよりも大きく設定した製造方法においては、塗型層の内周面が粗くなりライナ外周面の突起間を滑らかに形成することが困難となるため、ブロック材の充填性が低下する。

即ち、平均粒径を０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍとすることにより、シリンダライナの製造にかかる作業効率の向上を実現する一方で、シリンダライナの外周面において突起間に平滑な基底面１Ｄを形成することができるようになる。

（１４）上記製造方法では、塗型層Ｃ７の厚さを０．５ｍｍ〜１．１ｍｍに設定している。これにより、突起１Ｐを的確に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で形成することができるようになる。

＜変更例＞
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態では、第１突起面積率Ｓ１を１０％以上、第２突起面積率Ｓ２を５５％以下に設定する構成としたが、これら面積率Ｓ１，Ｓ２の設定範囲を次のように変更することも可能である。

第１突起面積率Ｓ１：１０％ 〜 ３０％
第２突起面積率Ｓ２：２０％ 〜 ４５％

こうした設定とすることにより、ブロック材とシリンダライナとの密着性及び接合強度をより向上させることができるようになる。

本発明にかかる鋳包み用シリンダライナを具体化した実施形態について、（ａ）シリンダライナの斜視構造を示す斜視図／（ｂ）同実施形態のシリンダライナを適用したシリンダブロックの部分斜視構造を示す斜視図。 同実施形態のシリンダライナの製造工程を示す工程図。 同実施形態のシリンダライナの製造工程を示す工程図。 同実施形態のシリンダライナの製造工程における塗型材の形成態様を示す断面図。 本発明の実施例における突起の等高線の測定態様を示す図。 同実施例における突起の等高線図を示す図。 同実施例における突起の等高線図を示す図。 同実施例における接合強度の測定態様を示す図。 同実施例におけるダイカストの実施条件を示す図。 同実施例における空隙率の測定態様を示す図。 同実施例におけるアルミ材とライナとの境界断面写真の一例を示す図。 括れた形状の突起を示す図。 同実施例における第１突起面積率と接合強度との関係を示すグラフ。 同実施例における第２突起面積率と空隙率との関係を示すグラフ。 同実施例における実施例２の等高線図。 同実施例における比較例４の等高線図。

符号の説明

１…シリンダライナ、１１…ライナ外周面、１Ｐ…突起、１Ｄ…基底面、１Ｐａ…基端部、１Ｐｂ…先端部、１Ｐｃ…括れ部、１Ｐｄ…頂面、２…シリンダブロック、２１…シリンダ、１２…ライナ内周面、Ｃ１…耐火基材、Ｃ２…粘結剤、Ｃ３…水、Ｃ４…懸濁液、Ｃ５…界面活性剤、Ｃ６…塗型材、Ｃ７…塗型層、ＣＩ…溶湯、Ｄ１…気泡、Ｄ２…凹穴、３…括れた形状の凹穴、３１…金型、３１Ｆ…内周面、３２…ブラスト処理装置、４１…３次元レーザ測定器、４２…試験台、４３…画像処理装置、４４…アーム、４５…クランプ、４６…顕微鏡、５１…シリンダライナ、５２…ライナ壁、５３…ライナ内周面、５４…ライナ部、６１…単気筒型シリンダブロック、６２…シリンダ、６３…シリンダ壁、６４…シリンダ外周面、６５…シリンダ部、ＴＰ１…テストピース、ＴＰ２…テストピース、ＴＰ３…テストピース。

Claims (4)

1. 括れた形状の突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナにおいて、
   （イ）前記突起の高さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ
   （ロ）前記突起の数が前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個〜６０個
   （ハ）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ１としたとき、面積率Ｓ１が１０％以上
   （ニ）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．２ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ２としたとき、面積率Ｓ２が５５％以下
   これら（イ）〜（ニ）の条件の全てを満たす
   ことを特徴とする鋳包み用シリンダライナ。
2. 括れた形状の突起を外周面に複数有する鋳包み用シリンダライナにおいて、
   （い）前記突起の高さが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ
   （ろ）前記突起の数が前記外周面上の１ｃｍ^２当たりに５個〜６０個
   （は）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ１としたとき、面積率Ｓ１が１０％〜５０％
   （に）３次元レーザ測定器により前記突起の高さ方向から前記外周面を測定して得られる前記突起の等高線図において、高さ０．２ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積率をＳ２としたとき、面積率Ｓ２が２０％〜５５％
   これら（い）〜（に）の条件の全てを満たす
   ことを特徴とする鋳包み用シリンダライナ。
3. 請求項１あるいは２に記載の鋳包み用シリンダライナにおいて、
   （ホ）前記等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域がそれぞれ独立している
   （ヘ）前記等高線図において、高さ０．４ｍｍの等高線により囲まれる領域の面積が０．２ｍｍ^２〜３．０ｍｍ^２
   これら（ホ）及び（ヘ）の条件を満たす
   ことを特徴とする鋳包み用シリンダライナ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳包み用シリンダライナにおいて、
   前記括れた形状の突起は、その幅方向の中心から幅方向の先端までの長さを幅方向突出量として、当該突起の括れた部分よりも当該突起の頂部側である突起上部と同括れた部分よりも当該突起の底部側である突起下部との間で当該突起の高さ方向における前記幅方向突出量の変化傾向が互いに異なるものであり、
   前記突起上部については、前記括れた部分から当該突起上部の中間点に向かうにつれて前記幅方向突出量が次第に増加し、且つこの中間点にて当該突起上部においての前記幅方向突出量が最も大きくなり、且つ前記中間点から当該突起の頂部に向かうにつれて前記幅方向突出量が次第に減少するものであり、
   前記突起下部については、前記括れた部分から当該突起の底部に向かうにつれて前記幅方向突出量が次第に増加し、且つその途中において前記幅方向突出量が前記突起上部での最大の幅方向突出量を上回るものである
   ことを特徴とする鋳包み用シリンダライナ。

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