JP6610423B2

JP6610423B2 - 鋳包み用部材

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Publication number: JP6610423B2
Application number: JP2016098882A
Authority: JP
Inventors: 昭人山元; 未来久岡
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: FR3051379B1; JP2017205779A; CN107377944A; FR3051379A1; CN107377944B; DE102017106457A1; DE102017106457B4

Description

本発明は、鋳造により他の金属に鋳包まれるための鋳包み用部材に関し、好ましくは、自動車用エンジン等のシリンダブロックに鋳包まれるための、シリンダスリーブとしての適用が可能な鋳包み用部材に関する。

シリンダスリーブは、自動車用エンジン等の内燃機関を構成するシリンダブロックのピストン摺動面に鋳込まれている、鋳鉄製の部品である。シリンダブロックは、軽量化のため主にアルミニウム製であるが、そのピストン摺動面には、高い耐摩耗性、耐熱性が必要とされるため、鋳鉄製のシリンダスリーブが用いられる。シリンダスリーブは通常、金型を高速で回転させ、大きな遠心力がかかった状態で溶けた鉄を流し込んで円筒状の製品を製造する遠心鋳造法を用いて製造される。しかし、このように製造された鋳鉄製のシリンダスリーブと、アルミニウム製のシリンダブロックとは冶金的に結合することがないため、シリンダスリーブとシリンダブロックとの密着性を十分に確保しないと、シリンダブロックの熱伝導性が低下してエンジンの冷却性能が悪化したり、またシリンダブロックのボア変形が生じる等の問題が生じてしまう。

このような問題を解決するため、従来から、シリンダスリーブの外周面に括れ形状を有する複数の突起構造を設け、これらの突起構造によるアンカー効果を利用して、物理的にシリンダスリーブとシリンダブロックとの密着性を向上させ、併せて熱伝導性も向上させて、エンジンの冷却性能の向上やボアの変形防止を図る技術が報告されている（例えば、特許文献１〜３）。

特開２００５−１９４９８３号公報特開２００３−３２６３４６号公報特表２００７−５２４７８７号公報

例えば上記の特許文献１には、括れ形状を有する複数の突起構造を有するシリンダスリーブが報告されている。しかしながら、この突起構造は、上から見た際の（シリンダスリーブを鋳包むシリンダブロック側からシリンダスリーブの表面を見た際の）突起の頂上部が単純な円形となっている（特許文献１、図６等）。このため、突起部分を含むシリンダスリーブ外周面の表面積が比較的小さく、シリンダスリーブとシリンダブロックとが接する面積が小さくなるために、シリンダスリーブとシリンダブロックとの密着性や、シリンダスリーブからシリンダブロックへの熱伝導性が比較的低いという課題がある。また、突起の頂上部が大きく構成されているため、湯回り性が低下し、シリンダブロックを鋳込む際に溶湯が根元部分まで入り込みづらく、これによりシリンダスリーブとシリンダブロックとの間に空隙が生じ、密着性及び熱伝導性が低下してしまう恐れがある。特許文献２の円錐状の突起構造（特許文献２、図２等）や、特許文献３（特許文献３、図３、図４等）の隆起部若しくは凸部を有する粗面化構造についても、同様の課題がある。

上記のような課題を鑑み、本発明は、鋳包み用部材を鋳包む他の金属（例えばシリンダブロック）との密着性及び熱伝導性をより向上させた、優れたシリンダスリーブとしての適用が可能な鋳包み用部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、括れ形状を有し、かつ頂上部に枝分かれ構造を有する突起、すなわち全体として珊瑚又は樹木のような形状の突起（珊瑚状又は樹木状の突起）をシリンダスリーブの外周面に複数形成することによって、シリンダスリーブとシリンダブロックとの密着性及び熱伝導性を従来のシリンダスリーブよりも向上させることができることを見出し、本発明の完成に至った。

すなわち本発明は、鋳造により他の金属に鋳包まれる鋳包み用部材であって、鋳造時に前記他の金属の溶湯と接触する鋳包み表面に、前記他の金属側に突出した複数の突起を有し、前記複数の突起の各々は互いに独立して前記鋳包み表面に存在し、前記複数の突起の各々は、前記突起の前記鋳包み表面に近接する部分を構成する根元部と、前記突起の前記他の金属に近接する部分を構成する頂上部と、前記根元部と前記頂上部との間を構成する括れ部とを有し、前記括れ部により前記複数の突起の各々は前記根元部から前記頂上部にかけての括れ形状を有し、かつ、前記頂上部は枝分かれ構造を有する、鋳包み用部材に関する。

本発明によれば、鋳包み用部材を鋳包む他の金属（例えばシリンダブロック）との密着性及び熱伝導性をより向上させた、優れたシリンダスリーブとしての適用が可能な鋳包み用部材を提供することができる。本発明の鋳包み用部材の表面に設けられた突起は、その頂上部に枝分かれ構造を有するため、突起の頂上部の表面積を大きくすることができる。また、突起は枝分かれ構造を有するため、突起の頂上部の表面積を大きくすると同時に、各枝の間から突起の根元部まで溶湯が流れ込みやすく、鋳包み用部材と鋳込まれる部材との間の空間を溶湯で確実に満たすことが可能となる。これにより、鋳包み用部材と鋳込まれる部材との間に空隙が形成されることを防ぐことができ、特に突起付近での鋳包み用部材と鋳込まれる部材との物理的な密着性を向上させて、結果的に鋳包み用部材から鋳込まれる部材への熱伝導性も向上させることができる。

図１（ａ）は、本発明の鋳包み用部材の一実施形態を示す斜視図である。図１（ｂ）は、鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起の拡大説明図である。図１（ｃ）は、鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図２（ａ）は、本発明の鋳包み用部材の一実施形態の鋳包み表面に設けられた突起を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から見た、突起の上面説明図である。図２（ｂ）は、突起の頂上部の一次枝本数及び二次枝本数の計測例を示す、突起の上方向からのＳＥＭ画像である。図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の鋳包み用部材の製造方法の一例を示す工程説明図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の鋳包み用部材の製造方法の塗型剤塗布工程における、凹穴の形成過程の一例を示す説明図である。図５は、実施例１の鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起を上方向から撮影したＳＥＭ画像である。図６は、実施例２の鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起を上方向から撮影したＳＥＭ画像である。図７は、比較例１の鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起を上方向から撮影したＳＥＭ画像である。図８は、比較例２の鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起を上方向から撮影したＳＥＭ画像である。図９は、従来のシリンダブロックとシリンダスリーブとの位置関係を示す、自動車用エンジンの部分構造の断面説明図である。

以下に本発明の鋳包み用部材の実施形態について図を用いて説明するが、本発明は下記の実施形態に制限されるものではない。

本発明の鋳包み用部材は、鋳造により他の金属に鋳包まれるための鋳鉄製の鋳包み用部材であって、鋳造時に他の金属の溶湯と接触する側の鋳包み表面に、他の金属側に突出した複数の突起を有するものである。これらの複数の突起は、互いに独立して鋳包み表面に存在しており、複数の突起の各々は、括れ形状を有し、かつ頂上部には枝分かれ構造を有している。すなわち、突起の各々は全体としては珊瑚又は樹木のような形状の突起（以下、「珊瑚状又は樹木状の突起」と称する場合がある）として形成されている。本発明の鋳包み用部材は、このように鋳包み表面に珊瑚状又は樹木状の突起を複数有することで、鋳包み用部材に他の金属を鋳込んだ際に、珊瑚状又は樹木状の突起がアンカー効果を奏し、鋳包み用部材と他の金属との密着性を向上させ、また、鋳包み用部材と他の金属とが接する表面積を増やして、熱伝導性を向上させることが可能となる。

図１に、本実施形態の鋳包み用部材の説明図を示す。図１（ａ）は本実施形態の鋳包み用部材の斜視図を、図１（ｂ）は鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起の一例の拡大説明図を、図１（ｃ）は鋳包み用部材の鋳包み表面に設けられた突起の一例の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。図１に示す通り、鋳包み用部材１の鋳包み表面１１に複数存在する珊瑚状又は樹木状の突起１２は、突起の鋳包み表面に近接する部分を構成する根元部１２ａと、突起の先端側かつ他の金属に近接する部分を構成する頂上部１２ｃと、根元部と頂上部との間を構成する、根元部又は頂上部よりも突起幅（鋳包み表面に平行な方向の幅）が小さく形成された括れ部１２ｂとから構成される。この括れ部を有することにより、突起の各々は全体として根元部から頂上部にかけての括れ形状を有している。なお、根元部１２ａと括れ部１２ｂと頂上部１２ｃとは、それぞれの間に明確な境界があるわけではなく、全てが連続して構成されている。

図１に示す通り、突起の頂上部１２ｃは枝分れ構造１３を有しており、その一方で、根元部１２ａ及び括れ部１２ｂは枝分れ構造を有していないことが好ましい。なお、根元部１２ａ及び括れ部１２ｂには、枝分かれ構造は形成されないものの、表面には多少の凹凸が形成されていてもよい。図１に示す通り、頂上部１２ｃは枝分れ構造１３を有するため、括れ部１２ｂや根元部１２ａに比べて突起幅（鋳包み表面に平行な方向の幅）が大きく構成されており、これにより突起１２の各々の根元部１２ａ及び括れ部１２ｂの外側にはアンダーカット部（切れ込み部）１４が形成される。このアンダーカット部（切れ込み部）が突起のアンカー効果に寄与し、鋳包み用部材と他の金属との密着性を向上させることが可能となる。

突起の各部位における突起幅（鋳包み表面に平行な方向の幅）は、頂上部で最も大きく、次いで根元部で大きく、括れ部では最も小さいことが好ましい。言い換えると、突起は、その幅方向（鋳包み表面に平行な方向）の中心から幅方向の先端までの長さを幅方向突出量とすると、括れ部での幅方向突出量が最も小さく、括れ部から突起上部の頂上部に向かうにつれて幅方向突出量が増加し、また括れ部から突起下部の根元部に向かうにつれても幅方向突出量が増加する。つまり、括れ部における最大の幅方向突出量は、頂上部又は根元部における最大の幅方向突出量よりも小さく、また、頂上部における最大の幅方向突出量は、根元部における最大の幅方向突出量よりも大きいことが好ましい。

突起の高さ（鋳包み表面に対して垂直な方向における、鋳包み表面から突起の先端までの距離）としては、０．５〜２．０ｍｍが好ましく、１．０〜１．５ｍｍがより好ましく、１．２〜１．４ｍｍが更に好ましい。また、突起全体に対する、根元部、括れ部、頂上部の各部位の高さは突起によって様々であるが、例えば、突起全体の高さに対して、根元部の高さが２０〜３５％、括れ部の高さが３０〜６０％、頂上部の高さが２０〜３５％であることが好ましい。ここで、突起全体の高さや各部位の高さは、例えば、マイクロスコープによる計測、断面ＳＥＭ画像からの計測、非接触形状測定装置を使用した計測により求めることができる。

図２（ａ）に、突起の一例について、頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から見た上面説明図を示す。例えば、突起の幹の部分（根元部及び括れ部から連続して上方向へ延びた部分）から直接分岐している枝構造を一次枝１３ａ、一次枝から更に分岐している枝構造を二次枝１３ｂとすることができる。一次枝は突起の幹の部分とは異なる方向に少なくとも１本、好ましくは２本以上分岐し、二次枝は一次枝とは異なる方向に少なくとも１本、好ましくは２本以上分岐する。例えば図２（ａ）の例では、一次枝１３ａが６本、二次枝１３ｂが１２本と計測することができる。また、必要であれば二次枝から更に分岐している枝構造を三次枝等としてもよい。なお、突起の形成過程では様々な、かつ複雑な形状の枝分かれ構造を有する突起が形成され得るため、これらの一次枝、二次枝の区別は必ずしも厳密なものではない。各突起の枝数の計測方法は、例えば、図２（ｂ）に示すように、突起を上方向から撮影したＳＥＭ画像を参考に、一次枝、二次枝の本数を計測することができる。なお、図２（ｂ）には、説明のために分岐の数が比較的少ないものを例示したが、枝分れ数はこれに限定されるものではない。例えば、図２（ｂ）の左図の例では一次枝が３本、二次枝が３本であると計測することができる。中央の図の例では一次枝が３本、二次枝が４本であると計測することができる。右図の例では一次枝が４本、二次枝が０本であると計測することができる。

各突起の頂上部は、少なくとも一次以上の枝分れ構造を有している（一次枝を１本以上有している）ことが好ましく、二次以上の高次枝分れ構造を有している（一次枝を１本以上かつ二次枝を１本以上有している）ことがより好ましい。また、各突起の頂上部の平均一次枝分かれ数（平均一次枝本数）は、３以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましい。平均一次枝分かれ数（平均一次枝本数）の上限は、例えば１０以下、好ましくは８以下である。突起部の平均一次枝分かれ数が３以上であると、枝分かれ形状一本一本に加わる応力を分散することができる。そのため、大きな力が加わった場合でも応力を分散することができ、他の金属に鋳込まれた後の密着強度を向上させることができる。また、各突起の頂上部の平均二次枝分かれ数（平均二次枝本数）は、突起１本あたりの数として、５以上が好ましく、８以上がより好ましい。平均二次枝分かれ数の上限は、例えば２０以下、好ましくは１６以下である。また、鋳包み用部材の鋳包み表面に存在する全突起数に対し、二次以上の枝分れ構造を有する突起の数は、１／４以上であることが好ましく、１／２以上であることがより好ましい。二次以上の枝分れ構造を有する突起の数が所定の割合以上であれば、鋳包み用部材の表面積を増加させることができると同時に、各枝の間から突起の根元部まで溶湯が流れ込みやすく、鋳包み用部材と鋳込まれる部材との間の空間を溶湯で確実に満たすことが可能となり、密着強度を向上させることができる。ここで、突起の平均一次又は二次枝分かれ数や、二次以上の枝分れ構造を有する突起の数の割合の測定は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、突起の頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から観察した画像を得、得られた画像を公知の画像処理ソフトを用いて処理し、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような判断基準に基づき、例えば鋳包み用部材の鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する、各突起の一次又は二次枝分かれ数（一次又は二次枝本数）を計測して平均値を求めたり、二次以上の枝分かれ構造を有する突起数を計測し全体の突起数に対する割合を求めることによって行うことができる。

各突起の頂上部の平均周囲長としては、例えば５ｍｍ以上であり、好ましくは８ｍｍ以上であり、より好ましくは１０ｍｍ以上である。各突起の頂上部の平均周囲長の上限は、例えば２５ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下である。頂上部の平均周囲長が好ましい範囲内であれば、突起の頂上部の表面積を広くすることができ、鋳包み用部材と鋳包み用部材を鋳包む他の金属との密着性をより向上させることができる。ここで、突起の頂上部の平均周囲長は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、突起の頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から観察した画像を得、公知の画像処理ソフトを用い、例えば鋳包み用部材の鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する各突起の頂上部の外周を、手動でなぞることにより計測し、それらの平均値を求めることにより行うことができる。

各突起の根元部の平均周囲長としては、例えば３ｍｍ以上であり、好ましくは５ｍｍ以上である。各突起の根元部の平均周囲長の上限は、例えば１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下である。また、突起の頂上部の平均周囲長が、根元部の平均周囲長に対して１．６倍以上であることが好ましく、２倍以上がより好ましく、３倍以上が更に好ましく、４倍以上が特に好ましい。根元部の平均周囲長に対する頂上部の平均周囲長の好ましい上限は、例えば１０倍以下、好ましくは７倍以下である。突起の頂上部の平均周囲長が、根元部の平均周囲長に対して好ましい範囲以上であれば、頂上部が根元部に対して大きくなり、頂上部のアンカー効果によって、鋳包み用部材を鋳包む他の金属との密着性及び熱電導性をより向上させることができる。ここで、突起の根元部の平均周囲長は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、突起を横方向（鋳包み表面に平行な方向）から観察した画像を得、公知の画像処理ソフトを用い、突起の根元部の直径（突起の根元部の鋳包み表面に平行な方向の幅）を測定し、突起形状を円筒と仮定して円周を求めることで、各突起の根元部の周囲長を算出する。次いで、鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する、各突起の根元部の周囲長の平均値を求めることで、根元部の平均周囲長を求めることができる。なお、根元部の周囲長としては、鋳包み表面から０．２ｍｍ程度の高さの突起の周囲長を算出することが好ましい。

各突起の括れ部の平均周囲長としては、例えば１ｍｍ以上であり、好ましくは２ｍｍ以上である。各突起の括れ部の平均周囲長の上限は、例えば８ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下である。突起の括れ部の平均周囲長は、例えば、上記の根元部の平均周囲長の測定方法と同様にして求めることができる。なお、括れ部の周囲長としては、突起の最も括れた部分（幅方向突出量が最も小さい部分）の周囲長を算出することが好ましい。

鋳包み用部材の鋳包み表面を上方向から平面上に投影した際に、突起を平面上に投影した投影面積が、鋳包み表面の全投影面積に対して、２５％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましく、３５％以上であることが更に好ましい。（以下、鋳包み用部材の鋳包み表面を上方向から平面上に投影した際の、鋳包み表面の全投影面積に対する突起の投影面積を「突起の面積占有率」と称する場合がある。）突起の面積占有率の好ましい上限は、例えば６０％以下、好ましくは５０％以下である。突起の面積占有率が好ましい範囲内であれば、鋳包み用部材の表面積を増加させることができ、熱伝導性を向上させることができる。ここで、突起の面積占有率は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、突起の頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から観察した画像を得、公知の画像処理ソフトを用い、例えば鋳包み用部材の鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する各突起の頂上部の面積を計測することにより求めることができる。

各突起は、鋳包み用部材の鋳包み表面上に分散して形成されていることが好ましい。より具体的には、鋳包み表面の１ｃｍ^２あたりに、突起が５〜６０個存在していることが好ましく、７〜４０個存在していることがより好ましい。突起が鋳包み表面上に分散して形成されることにより、鋳包み用部材を他の金属に物理的に強固に固定でき、全体的に鋳包み用部材を鋳包む他の金属との密着性を満遍なく向上させることができる。ここで、１ｃｍ^２あたりの突起の個数は、例えば、突起の頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から観察した画像を得ることにより計測することができる。突起の個数の計測は、鋳包み表面全体について行ってもよいし、鋳包み表面の一部のみについて行ってもよい。なお、各突起は、互いに独立して（隣接する突起同士が互いに結合せずに）、鋳包み表面上に存在していることが好ましい。隣接する突起同士が互いに結合してしまうと、突起の表面積が低下してしまうと同時に、溶湯が突起の根元部にまで流れ込みづらくなり、鋳包み用部材と他の金属との間に空隙が生じ、密着性が弱くなる場合があるためである。

本発明の鋳包み用部材は、例えば以下のように製造することができる。鋳包み用部材の製造方法は、塗型剤を作製する塗型剤配合工程と、得られた塗型剤を金型に塗布して塗型層を形成する塗型剤塗布工程と、形成された塗型層に溶湯を流し込む鋳造工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて、溶湯の硬化後、形成された鋳包み用部材を金型から取り出す取り出し工程と、得られた鋳包み用部材から塗型層を除去するブラスト処理工程とを含む。

まず、塗型剤配合工程では、鋳包み用部材を作製するための型となる塗型層の材料である塗型剤２１を配合し、作製する（図３（ａ））。塗型剤は、例えば耐火材、粘結材、界面活性剤、及び溶媒の各成分を、常法に従い混合することにより作製することができる。

耐火材としては、例えば、珪藻土や、アンダルサイト、バーミキュライト、セリサイト、ムライト等の水酸化アルミニウム塩、セラビーズ、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂、スピネル砂などを用いることができる。これらの中でも、耐火材としては、溶湯の白化防止や離型性確保のため、珪藻土が好ましい。特に、珊瑚状又は樹木状の突起形成のためには、炭酸ナトリウムとともに焼成した珪藻土を使用することが好ましい。塗型剤中の耐火材の配合量は、好ましくは１０〜４０質量％、より好ましくは２０〜２５質量％である。耐火材の配合量が好ましい範囲内であれば、多くの珊瑚状又は樹木状の突起を形成することができ、鋳包み用部材の密着性及び熱伝導性を向上させることができる。

粘結材としては、例えば、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、セピオライト、アタパルジャイト、耐火粘土等を使用することができる。中でも、塗型を鋳型表面に貼り付けることができるように塗型剤の粘度を向上させるため、ベントナイトを使用することが好ましい。塗型剤中の粘結材の配合量は、好ましくは３〜１２質量％、より好ましくは５〜９質量％である。粘結材の配合量が好ましい範囲の下限値以上であれば、塗型の強度を高めることができ、遠心鋳造する際に塗布した塗型が型から剥がれることがないため好ましく、上限値以下であれば、塗型の粘度を適度に抑えることができ、所望する珊瑚状又は樹木状の突起を形成することができるため好ましい。

界面活性剤としては、特に制限なく、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等を広く使用することができる。中でも、非イオン性界面活性剤が好ましい。塗型剤中の界面活性剤の配合量は、好ましくは０．０１〜１質量％、より好ましくは０．０１〜０．１質量％である。界面活性剤の配合量が好ましい範囲内であれば、多くの突起を形成することができ、鋳包み用部材の密着性及び熱伝導性を向上させることができる。

溶媒としては、水、アセトン等の極性有機溶媒、もしくはそれらの混合溶媒を使用することができる。有機溶媒を使用する場合は、水よりも沸点が低く水と混和可能な有機溶媒であればよく、中でも水より沸点が低く蒸発しやすいアセトンが好ましい。塗型剤中の溶媒の配合量は、例えば、耐火材、粘結材、界面活性剤を配合した後の残量とすればよい。

次いで、塗型剤塗布工程では、上記の塗型剤配合工程で作製した塗型剤２１を、金型２３の軸方向に移動可能な塗型ノズル２２等を用いて、加熱された回転状態の円筒状の金型２３の内周面２４に塗布し、塗型層２６を形成する（図３（ｂ））。このときの金型温度は、１００℃以上であり、１５０〜３５０℃が好ましく、２００〜３００℃がより好ましい。金型温度が好ましい範囲内であれば、塗型剤中の水分が蒸発しやすく、所望する珊瑚状又は樹木状の突起を形成可能な凹穴を、塗型層内に効率良く形成することができる。塗布の際の金型の回転数は塗型剤の水分量や粘度によって適宜設定すればよく、例えば３００〜１０００ｒｐｍとすることができる。また、形成する塗型層の厚みは、所望の突起高さに対応させた厚みとすることができる。

ここで、塗型剤２１が加熱された金型２３の表面２８に触れると、塗型剤に含まれる水分が蒸発して、気泡２９が発生する（図４（ａ））。発生した気泡が、塗型剤内を通り、上方へ抜けるためには遠心力のかかった塗型剤を押しのけるだけの浮力を必要とする。特に珪藻土として、炭酸ナトリウムとともに焼成した珪藻土を使用した場合、上方へ抜けるためには大きな浮力を必要とする。そのため、発生した小さな気泡は、より大きな浮力を得るために、塗型剤の中で横に移動し、１つの大きな気泡へと合一する（図４（ｂ）−（ｃ））。合一した気泡は、塗型剤内を通り、塗型表面側へ浮上してくる（図４（ｄ））。その結果、塗型層内には主に金型表面側に多数の小さな横穴を持つ凹穴（樹木状又は珊瑚状の凹穴）が多数できることとなる。

次いで、鋳造工程では、遠心鋳造法により、上記の塗型剤塗布工程で塗型層２６が形成された金型２３に、溶湯２５を流し込む（図３（ｃ））。このとき、上記の塗型剤塗布工程で形成された、凹穴の多数空いた塗型層に溶湯が流れ込むこととなる。これにより、塗型層の凹穴形状に対応した形状の突起が設けられた、鋳包み用部材を形成することができる。鋳造の際の金型温度や金型の回転数は所望に応じて適宜設定されればよい。

次いで、必要に応じて、溶湯が硬化した後、塗型層２６と共に鋳包み用部材１を金型２３から取り出し（取り出し工程（図３（ｄ））、公知のブラスト処理２７により塗型層２６を鋳包み用部材１から除去することにより（ブラスト処理工程（図３（ｅ））、頂上部に多数の枝分かれ構造を持つ珊瑚状又は樹木状の突起を有する、鋳包み用部材を得ることができる。鋳包み用部材は図３（ｅ）に示すように円筒形状に製造されることが好ましいが、他の形状として製造されてもよい。

上記の製法により得られた鋳包み用部材の鋳包み表面に形成される珊瑚状又は樹木状の突起は、鋳包み用部材を鋳包む他の金属を鋳込んだ際に、アンカー効果を奏し、他の金属と高い密着性を得ることができる。また、突起の頂上部には枝分かれ構造が多数存在するため、突起の頂上部が円形の突起よりも大きな表面積を得ることができ、鋳包み用部材から鋳包み用部材を鋳包む他の金属への熱伝導性も大きくすることができる。鋳包み用部材の密着性、熱電導性は、従来の（例えば頂上部が円形である突起を有する）鋳包み用部材の密着性、熱電導性よりも高いことが好ましく、鋳包み用部材の密着性、熱電導性は、例えば後述する実施例に記載の方法により測定することができる。

本発明の鋳包み用部材は、上記のように鋳包み用部材を鋳包む他の金属との高い密着性及び熱電導性を有するため、例えば、自動車用エンジン等の内燃機関のシリンダブロックに鋳込まれるための、シリンダスリーブとして特に好適に利用可能である。この場合、突起はシリンダスリーブの外周面に存在することとなる。シリンダスリーブは、シリンダブロックに熱を逃がしやすいこと、また、加重がかかりやすいため剛性が高いことが求められる。そのため、本発明の鋳包み用部材をシリンダスリーブに適用すれば、熱伝導性や熱拡散性に優れるため、エンジンの圧縮比を上げても効率よくシリンダスリーブからエンジンブロックへと放熱できる。更に本発明の鋳包み用部材は密着性も高いため、強い加重が加わったとしてもシリンダスリーブとシリンダブロックとの間に隙間ができてしまう可能性を抑えることができる。更にまた、例えばシリンダスリーブの周囲にドリル工具を用いてウォータジャケット、オイル流路を作成する場合は、突起部が大きいと突起部とドリル工具との間で抵抗が大きくなり、ドリル工具が破損してしまう場合があるが、本発明の鋳包み用部材の場合、頂部が微細な珊瑚状又は樹木状の突起であるため、ドリル工具で削る際の抵抗が少なく、ドリル工具が破損してしまう恐れを低減できる。本発明の鋳包み用部材をシリンダスリーブとして使用する場合は、常法に沿い、シリンダブロックをシリンダスリーブに鋳込むことができる。例えば、型を閉める前に型の所定の位置にシリンダスリーブを嵌め込み、その後型閉めし、アルミダイカストで鋳込むことにより、シリンダスリーブをシリンダブロックに固定することができる。なお、本発明の鋳包み用部材は、上記のシリンダスリーブ以外にも幅広く適用が可能であり、例えば、電気自動車等の回生ブレーキにおけるアルミ製のドラムブレーキに鋳込まれるブレーキシュー及びブレーキシューと接する部材、二輪車及び特殊機械用のダイカストホイールハブのボス、シリンダブロックのクランクジャーナル、ミッションケース等のハウジングの軸受部などの何らかのダイカスト部品に鋳込まれるものが挙げられる。

次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
耐火材として珪藻土２３質量％、粘結材としてベントナイト８質量％、界面活性剤０．０１質量％、及び水（残部）を混合し、塗型剤を作製した。このとき、珪藻土としては炭酸ナトリウムとともに焼成した珪藻土を使用した（表１）。作製した塗型剤を、３００℃に加熱した回転数１０００ｒｐｍで回転状態の金型の内周面へ塗布し、同内周面に１．５ｍｍ厚さの塗型層を形成した。この際、界面活性剤の作用により、図４に示すように塗型層には複数の凹穴が形成される。形成した塗型層を乾燥させた後、回転数１８５０ｒｐｍで回転状態の金型内（１５０℃）へ溶湯を鋳込み、塗型層の凹穴形状に対応した形状の突起が設けられた鋳包み用部材を形成した。溶湯が硬化した後、塗型層と共に鋳包み用部材を金型から取り出し、ブラスト処理により塗型剤を鋳包み用部材の外周から除去して、実施例１の鋳包み用部材を得た。得られた実施例１の鋳包み用部材の鋳包み表面（鋳包み用部材を鋳包む他の金属に接する側の表面）には、頂上部に枝分かれ構造を有する珊瑚状（樹木状）の突起が多数形成されていた（図５）。

＜実施例２＞
耐火材として珪藻土２３質量％、粘結材としてベントナイト８質量％、界面活性剤０．０１質量％、アセトン１４質量％、及び水（残部）を混合し、塗型剤を作製した。このとき、珪藻土としては実施例１と同じ、炭酸ナトリウムとともに焼成した珪藻土を使用した（表１）。なお、ベントナイト、界面活性剤も実施例１と同じものを使用した。作製した塗型剤を、３００℃に加熱した回転数１０００ｒｐｍで回転状態の金型の内周面へ塗布し、同内周面に１．５ｍｍ厚さの塗型層を形成した。形成した塗型層を乾燥させた後、実施例１と同様の工程により、実施例２の鋳包み用部材を作製した。得られた実施例２の鋳包み用部材の鋳包み表面には、頂上部に枝分かれ構造を有する珊瑚状（樹木状）の突起が多数形成されていた（図６）。また、実施例２の鋳包み用部材における突起は、実施例１の鋳包み用部材における突起に比べて、突起の数が増加し、各突起の枝分かれの程度は若干減少した。

＜比較例１＞
耐火材として珪藻土２３質量％、粘結材としてベントナイト８質量％、界面活性剤０．０１質量％、及び水（残部）を混合し、塗型剤を作製した。このとき、珪藻土としては焼成した珪藻土を使用した（表１）。なお、ベントナイト、界面活性剤としては実施例１と同じものを使用した。作製した塗型剤を、３００℃に加熱した回転数１０００ｒｐｍで回転状態の金型の内周面へ塗布し、同内周面に１．５ｍｍ厚さの塗型層を形成した。形成した塗型層を乾燥させた後、実施例１と同様の工程により、比較例１の鋳包み用部材を作製した。得られた比較例１の鋳包み用部材の鋳包み表面には、若干の枝分かれ構造を有する突起状の構造物が確認されたものの、各突起は頂上部で互いに結合し合って存在しており、互いに独立して存在する枝分かれ構造を有する珊瑚状（樹木状）の突起は確認されなかった（図７）。

＜比較例２＞
耐火材として、焼成した珪藻土と、炭酸ナトリウムとともに焼成した珪藻土とを質量比５０：５０で混合したものを２３質量％、粘結材としてベントナイト８質量％、界面活性剤０．０１質量％、及び水（残部）を混合し、塗型剤を作製した（表１）。焼成した珪藻土、炭酸ナトリウムとともに焼成した珪藻土としては、比較例１、実施例１で使用したものと同じものをそれぞれ使用した。なお、ベントナイト、界面活性剤としても実施例１と同じものを使用した。この塗型剤を、３００℃に加熱した回転数１０００ｒｐｍで回転状態の金型の内周面へ塗布し、同内周面に１．５ｍｍ厚さの塗型層を形成した。形成した塗型層を乾燥させた後、実施例１と同様の工程により、比較例２の鋳包み用部材を作製した。得られた比較例２の鋳包み用部材の鋳包み表面には、突起状の構造物は確認されたものの、互いに独立して存在する枝分かれ構造を有する珊瑚状（樹木状）の突起は確認されなかった（図８）。

各実施例及び比較例で使用した塗型剤の組成のまとめを下記の表１に示す。

［１．突起形状の評価］
各実施例及び比較例で得られた鋳包み用部材の鋳包み表面の突起形状の評価を、以下の手順で行った。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（ＪＳＭ−６４６０ＬＡ、日本電子製）を使用し、突起の頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から観察した画像を得た。得られた画像を画像処理ソフト（ＱｕｉｃｋＧｒａｉｎＰｒｏ、イノテック株式会社製）に取り込み、鋳包み表面の画像全体に占める突起頂上部の面積占有率、突起１本あたりの突起頂上部の周囲長、及び突起１本あたりの一次枝本数及び二次枝本数を計測又は算出した。突起頂上部の面積占有率は、鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する突起頂上部の面積を計測して鋳包み表面に対する占有率を求めた。計測は鋳包み表面の数カ所について行った。突起頂上部の周囲長は、鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する各突起の頂上部の外周を画像処理ソフト上で手動でなぞることにより測定した。枝の本数は、得られた上方向からの画像を見て、突起から直接枝分かれしている枝を一次枝、一次枝から更に枝分かれしている枝を二次枝として計測し、鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する各突起の枝本数を求めた。また、一次枝と二次枝との本数を足し合わせた値を枝本数合計とした。

各実施例及び比較例の突起形状の評価結果のまとめを下記の表２に示す。

実施例１の鋳包み用部材の鋳包み表面に存在する突起の頂上部には、突起１本当たり一次枝３〜８本（平均一次枝本数：５本）、二次枝６〜１５本（平均二次枝本数：１１本）、合計１２〜２２本の枝状の構造物が確認された。なお、二次枝から更に派生した三次枝が確認される突起も複数見られ、高次枝分かれ構造を有する突起が多数存在していた。また、鋳包み表面全体に対する突起の頂上部の面積占有率は４４〜５０％、突起１本当たりの頂上部の周囲長は３〜２１ｍｍ（平均頂上部周囲長：１２ｍｍ）であった（表２）。また、鋳包み表面の１ｃｍ^２あたりに存在する突起の数は９〜３２個であった（表には示さず）。

実施例２の鋳包み用部材の鋳包み表面に存在する突起の頂上部には、突起１本当たり一次枝２〜８本（平均一次枝本数：５本）、二次枝０〜８本（平均二次枝本数：５本）、合計３〜１３本の枝状の構造物が確認された。また、鋳包み表面全体に対する突起の頂上部の面積占有率は２９〜４０％、突起１本当たりの頂上部の周囲長は１〜２１ｍｍ（平均頂上部周囲長：５ｍｍ）であった（表２）。また、鋳包み表面の１ｃｍ^２あたりに存在する突起の数は３５〜５６個であった（表には示さず）。

比較例１の鋳包み用部材の鋳包み表面に存在する突起の頂上部には、突起１本当たり一次枝０〜５本（平均一次枝本数：３本）、二次枝０〜５本（平均二次枝本数：１本）、合計１０本以下と、枝状の構造物はあまり確認されず、また、隣接する突起は互いに結合して存在していた。鋳包み表面全体に対する突起の頂上部の面積占有率は１４〜２４％、突起１本当たりの頂上部の周囲長は０．２〜５ｍｍ（平均頂上部周囲長：３ｍｍ）であった（表２）。また、鋳包み表面の１ｃｍ^２あたりに存在する突起の数は１２９〜１５６個であった。

比較例２の鋳包み用部材の鋳包み表面に存在する突起の頂上部には、枝状の構造物は全く確認されず、また、隣接する突起は互いに結合して存在していた。鋳包み表面全体に対する突起の頂上部の面積占有率は１２〜１４％、突起１本当たりの頂上部の周囲長は０．４〜３ｍｍ（平均頂上部周囲長：１ｍｍ）であった（表２）。また、鋳包み表面の１ｃｍ^２あたりに存在する突起の数は１０７〜１２５個であった。

上記の突起形状の評価結果から、実施例１及び２の鋳包み用部材に存在する突起（図５及び図６）は、頂上部に一〜二次又は一〜三次の高次枝分かれ構造を有するものであり、このような枝分かれ構造を有する珊瑚状又は樹木状の突起構造によって、実施例１及び２の鋳包み用部材は、鋳包み用部材を鋳包む他の金属と広い表面積で接することが可能であることがわかった。また、実施例１及び２の鋳包み用部材に存在する突起は、頂上部が枝分かれ構造を有しているため、他の金属との接触面積を広げることができる一方で、鋳造時には各枝の間から突起の根元部まで溶湯が流れ込みやすく、鋳包み用部材と鋳包み用部材を鋳包む他の金属との間の空間を溶湯で満たしやすいという利点もあった。

一方、比較例１及び２の鋳包み用部材に存在する突起（図７及び図８）は、頂上部に枝分かれ構造を全く有さないか、或いは枝分かれ構造を有していても互いの頂上部が結合してしまっているために、実施例１及び２の鋳包み用部材に比較して、鋳包み用部材を鋳包む他の金属と広い表面積で接することができないものであった。また、比較例１及び２の鋳包み用部材は、頂上部が互いに結合して根元部よりも大きな構造を構成しているために、鋳造時には突起の根元部まで溶湯が流れ込みづらく、鋳包み用部材と鋳包み用部材を鋳包む他の金属との間に空間が生じやすいものであった。

［２．根元部の周囲長に対する頂上部の周囲長の評価］
また、実施例１の鋳包み用部材と比較例２の鋳包み用部材について、突起１本当たりの根元部の周囲長に対する頂上部の周囲長を以下のようにして評価した。突起の頂上部の周囲長は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（ＪＳＭ−６４６０ＬＡ、日本電子製）を使用して、突起の頂上部を上方向（鋳包み用部材を鋳包む他の金属側から鋳包み用部材を見た方向）から観察した画像を得、画像処理ソフト（ＱｕｉｃｋＧｒａｉｎＰｒｏ、イノテック株式会社製）を用い、鋳包み用部材の鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する各突起の頂上部の外周を、手動でなぞることにより計測した。突起の根元部の周囲長は、ＳＥＭを使用して、突起を横方向（鋳包み表面に平行な方向）から観察した画像を得、画像処理ソフトを用い、鋳包み表面から０．２ｍｍ程度の高さにおける突起の根元部の直径（突起の根元部の鋳包み表面に平行な方向の幅）を測定し、突起形状を円筒と仮定して円周を求めることで、鋳包み用部材の鋳包み表面１ｃｍ^２あたりに存在する各突起の根元部の周囲長を算出した。

実施例１の鋳包み用部材については、突起１本あたりの根元部の周囲長は１．８〜３．８ｍｍであった。突起１本あたりの頂上部の周囲長は３〜２１ｍｍであるため（表２）、頂上部の周囲長は根元部の周囲長の１．７〜５．５倍程度であった（頂上部の最小値／根元部の最小値＝３／１．８＝１．６６、頂上部の最大値／根元部の最大値＝２１／３．８＝５．５２）。また、平均周囲長としては、頂上部の平均周囲長は根元部の平均周囲長の５倍であった。

比較例２の鋳包み用部材については、突起１本あたりの根元部の周囲長さは０．７〜１．０ｍｍであった。突起１本あたりの頂上部の周囲長は０．４〜３ｍｍであるため（表２）、頂上部の周囲長は根元部の周囲長の０．６〜３倍程度であった（頂上部の最小値／根元部の最小値＝０．４／０．７＝０．５７、頂上部の最大値／根元部の最大値＝３／１＝３）。また、平均周囲長としては、頂上部の平均周囲長は根元部の平均周囲長の１．５倍であった。

上記の根元部の周囲長に対する頂上部の周囲長の評価結果から、実施例１の鋳包み用部材における突起の１本あたりの頂上部の周囲長は根元部の周囲長の１．７倍以上（平均周囲長としては５倍）であり、このことから、実施例の鋳包み用部材における突起は頂上部が根元部に対して特に大きく、頂上部のアンカー効果によって、鋳包み用部材を鋳包む他の金属との密着性を高めることができることがわかった。

一方、比較例の鋳包み用部材における突起の１本あたりの頂上部の周囲長は根元部の周囲長の０．６倍以上（平均周囲長としては１．５倍）であり、このことから、頂上部が根元部に対して必ずしも大きいとはいえず、頂上部のアンカー効果が実施例の鋳包み用部材に比べると弱く、鋳包み用部材を鋳包む他の金属との密着性は比較的低いことがわかった。

［３．密着性及び熱伝導性の評価］
実施例１で作製した鋳包み用部材の密着性と熱伝導性を以下のように評価した。

−熱伝導性の評価方法−
実施例１の鋳包み用部材（シリンダスリーブ）と従来品の鋳包み用部材（一般に流通している製品：上から見た際の突起の頂上部が単純な円形であるシリンダスリーブ）を、下記のダイカスト条件にてアルミに鋳包み、略シリンダブロック形状の粗材を得た。当該粗材の射出ゲート側および反ゲート側より鋳鉄部分及びアルミ部分を含む試験片を削り出し、レーザーフラッシュ法にて鋳鉄側からレーザー照射を行って比熱と熱拡散率をそれぞれ測定し、下記の（１）式より熱伝導率を算出した。室温密度、比熱、熱拡散率の測定条件は下記の通りとした。

λ＝Ｃｐ・α・ρ ・・・・（１）
ここで、
λ：熱伝導率
Ｃｐ：比熱
α：熱拡散率
ρ：室温密度

−−アルミダイカスト条件−−
射出圧力：６５ＭＰａ
射出速度：２ｍ／ｓｅｃ
注湯温度：６５０℃
鋳包み材質：ＡＤＣ１２
スリーブ予熱：なし

−−室温密度、比熱、熱拡散率の測定条件−−
−−−室温密度−−−
測定温度：ＲＴ
方法：寸法と重量計測により算出
雰囲気：大気中
−−−比熱・熱拡散率−−−
測定温度：ＲＴ
方法：ＬＦ法（レーザーフラッシュ法）
測定装置：熱定数測定装置ＴＣ−７０００（アルバック理工製）
雰囲気：大気中

−密着性の評価方法−
上記の熱伝導性の測定に供した、実施例１および従来品の鋳包み用部材（シリンダスリーブ）をアルミに鋳包んだ略シリンダブロック形状の粗材において、密着強さ測定用の試験片を採取した。これらの試験片を熱硬化性エポキシ系接着剤を用いてアルミ側と鋳鉄側を各々引張冶具に接着した後、オードラフ（ＡＧ−１００ｋＮＸｐｌｕｓ、島津製作所製）にて垂直剥離試験を行った。

密着性及び熱伝導性の評価結果を表３及び表４に示す。実施例１の鋳包み用部材（シリンダスリーブ）の密着強さは７つの試験片（表３の番号１〜７）の平均値として３６ＭＰａであり（表３）、熱伝導率は２つの試験片（表４の番号１〜２）の平均値として２２．５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった（表４）。なお、比較のために測定した従来品の鋳包み用部材（シリンダスリーブ）の密着強さは２５ＭＰａであり、熱伝導率は１６．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった（表には示さず）。

上記の密着性及び熱伝導性の評価結果から、実施例１の鋳包み用部材は従来品の鋳包み用部材よりも鋳包み用部材を鋳包む他の金属との密着性及び熱電導性に優れたものであることがわかった。

１鋳包み用部材又はシリンダスリーブ
１０鋳包み用部材に鋳包まれる他の金属又はシリンダブロック
１１鋳包み表面又はシリンダスリーブの外周面
１２突起
１２ａ突起の根元部
１２ｂ突起の括れ部
１２ｃ突起の頂上部
１３突起の枝分れ構造
１３ａ一次枝
１３ｂ二次枝
１４アンダーカット部
２１塗型剤
２２塗型ノズル
２３金型
２４金型の内周面
２５溶湯
２６塗型層
２７ブラスト処理
２８金型表面
２９気泡

Claims

鋳造により他の金属に鋳包まれる鋳包み用部材であって、
鋳造時に前記他の金属の溶湯と接触する鋳包み表面に、前記他の金属側に突出した複数の突起を有し、前記複数の突起の各々は互いに独立して前記鋳包み表面に存在し、
前記複数の突起の各々は、前記突起の前記鋳包み表面に近接する部分を構成する根元部と、前記突起の前記他の金属に近接する部分を構成する頂上部と、前記根元部と前記頂上部との間を構成する括れ部とを有し、前記括れ部により前記複数の突起の各々は前記根元部から前記頂上部にかけての括れ形状を有し、かつ、前記頂上部は枝分かれ構造を有する、鋳包み用部材。
前記頂上部が少なくとも一次枝分かれ構造を有し、かつ前記頂上部の平均一次枝分かれ数が３以上である、請求項１に記載の鋳包み用部材。
前記頂上部が二次以上の高次枝分かれ構造を有する、請求項１又は２に記載の鋳包み用部材。
前記突起を走査型電子顕微鏡を用いて前記他の金属側から観察して得られる画像において測定される前記頂上部の平均周囲長が、前記突起を走査型電子顕微鏡を用いて前記鋳包み表面に平行な方向から観察して得られる画像において測定される前記根元部の平均周囲長の１．６倍以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳包み用部材。
前記突起を走査型電子顕微鏡を用いて前記他の金属側から観察して得られる画像において測定される前記頂上部の平均周囲長が、５ｍｍ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳包み用部材。
前記鋳包み用部材の鋳包み表面を平面上に投影した際の、前記突起の投影面積が、前記鋳包み表面の全投影面積に対して２５％以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋳包み用部材。
前記突起が、前記鋳包み表面の全体に分散して存在している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋳包み用部材。
前記突起が、前記鋳包み表面の１ｃｍ^２あたりに５〜６０個存在する、請求項７に記載の鋳包み用部材。
前記鋳包み用部材が、エンジンシリンダブロックに鋳包まれるためのシリンダスリーブである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋳包み用部材。
前記シリンダスリーブの外周面に前記突起が存在する、請求項９に記載の鋳包み用部材。