JP6780156B1 - 鋳包み用シリンダライナ - Google Patents

Abstract

シリンダライナとシリンダブロックとの間に生じる空隙を低減することで、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。以下の式（１）で定義される湯回り指数ＹＩが、２．２以上１４．５以下であることで、上記課題を解決できる。湯回り指数ＹＩ＝［突起頂部の面積率Ｓｔ（％）×溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ３）／シリンダライナ基体の表面積Ａ（ｍｍ２）］／突起頂部の平均表面間距離Ｐａｖ（ｍｍ） ・・・（１）

Description

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。

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。

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）。

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）。

特開２００５−１９４９８３号公報 特開２００９−２６４３４７号公報 特許第６３４０１４８号

上記のとおり、シリンダライナ基体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が、この際に、鋳型内に流し込む鋳造材料が、シリンダライナ基体の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。特に、重力鋳造や低圧金型鋳造を用いる場合にこうした事象が起こりやすく、また、高圧金型鋳造を用いる場合においても、シリンダとシリンダとの間など湯が回りにくい部位にてこうした事象が散見された。その結果、シリンダライナ外周面とシリンダブロック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。なお、本明細書においてシリンダライナ基体とは、シリンダライナのうち突起部分を除いた略円筒形状のシリンダライナ本体部分を意味する。
本発明は、シリンダライナ基体の外周面とシリンダブロックとの接合部分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。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討し、シリンダライナ基体の外周面に存在する突起の形状のうち、隣り合う突起の突起間距離と、突起頂部の面積と、シリンダライナの突起頂部と基体外周面との間の空間と、に着目した。これは、発明者らが行った実験から知見を得たものである。
具体的には、図６に従来技術のシリンダライナとシリンダブロック間の湯回りの様子を示す。なお、画面上側が鋳造材料、下側がシリンダライナであり、鋳造材料は画面右から左へ向かって流れてきた。図６から明らかなように、鋳造材料がシリンダライナ表面を流れるにあたり、シリンダライナ基体の外周面に到達しない箇所があり、ここに空隙が発生することを確認した。

そして、隣り合う突起の突起間距離と、突起頂部の面積と、シリンダライナの突起頂部とシリンダライナ基体の外周面との間の空間と、を適切に制御することで、溶湯（溶融状態にある鋳造材料を指す）がシリンダライナ基体の外周面の突起間領域に行き渡り、シリンダブロックとの界面に生じる空隙を低減することが可能となり、重力鋳造を用いる場合でも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。具体的には、図７に本発明のシリンダライナとシリンダブロック間の湯回りの様子を示す。なお、図６と同様に画面上側が鋳造材料、下側がシリンダライナであり、鋳造材料は画面右から左へ向かって流れてきた。図７から明らかなように、本発明者らが完成させたシリンダライナでは、明らかに鋳造材料（シリンダブロック）とシリンダライナとの間の空隙が低減された。

本発明は、基体及び該基体の外周面に突起を複数有する鋳包み用シリンダライナであって、以下の式（１）で定義される湯回り指数ＹＩが、２．２以上１４．５以下である、鋳包み用シリンダライナである。
湯回り指数ＹＩ＝［突起頂部の面積率Ｓ_ｔ（％）×溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）／シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）］／突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ） ・・・（１）
上記式（１）中、突起頂部の面積率Ｓ_ｔはシリンダライナ外周側から突起の高さ方向にみた突起の投影面積率に相当し、括れのある突起においては、突起先端付近の径極大部に相当する箇所の面積率である。
上記式（１）中、溶湯浸透容積Ｖは、Ｖ＝α−β−（γ×δ）で表される。但し、
α＝π×（突起を含めたシリンダライナ最外径ｄ_ｍａｘ（ｍｍ）／２）^２×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ）、
β＝π×（シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）／２）^２×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ）、
γ＝単位面積あたりの突起数×［（シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）×π×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ））／単位面積（ｍｍ^２）］、
δ＝π×（突起の頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ（ｍｍ）／２）^２×平均突起高さＨ_ａｖ（ｍｍ）、である。
なお、シリンダライナ両端部に面取り加工が施されている場合は、当該面取り部の長さを差し引いた長さをシリンダライナ軸方向長さＬとする。

前記式（１）中、突起頂部の面積率Ｓｔ（％）が８以上３５以下であることが好ましく、突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ）が０．７以上２．３以下であることが好ましく、溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）／シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）が０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが好ましく、突起の頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ（ｍｍ）が０．７以上１．３以下であることが好ましい。
また、前記複数の突起は、その高さのばらつきΔＨ（ｍｍ）が０．３以下であることが好ましく、突起頂部の面粗さＲｚ（μｍ）が１００以下であることが好ましい。

本発明に係るシリンダライナを用いることで、鋳型内に流し込む溶湯がシリンダライナ外周の突起間にも行き渡り、シリンダブロックとの界面に生じる空隙を低減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、溶湯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、シリンダライナとシリンダブロックとの界面に生じる空隙を低減することが可能となる。

シリンダライナとシリンダブロックの接合部分を模式的に示した断面図である。 シリンダライナとシリンダブロックの接合部分を模式的に示した断面図である。 シリンダライナ外周面の突起が、隣り合う突起と６配位をする様子を表す模式図である。 湯回り指数ＹＩと空隙率の関係を示すグラフである。 空隙率と接合強度の関係を示すグラフである。 従来技術のシリンダライナとシリンダブロック間の湯回りの様子を示す写真である（図面代用写真）。 本発明のシリンダライナとシリンダブロック間の湯回りの様子を示す写真である（図面代用写真）。

本発明の一実施形態は、基体及び該基体の外周面に突起を複数有する鋳包み用シリンダライナであって、以下の式（１）で定義される湯回り指数ＹＩが、２．２以上１４．５以下である、鋳包み用シリンダライナである。
湯回り指数ＹＩ＝［突起頂部の面積率Ｓ_ｔ（％）×溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）／シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）］／突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ） ・・・（１）

シリンダライナ基体の外周面には、括れた突起が複数存在する。括れた突起は、シリンダライナ基体の外周面から高さ方向に向かって太さが漸減し、最小太さを有する。その後高さ方向に向かって太さが漸増し、極大値を示す。このような突起を、本明細書では括れた突起とする。
シリンダライナ基体の外周面に存在する突起のうち、括れた突起の割合（以下突起括れ率とも称する）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、８０％以上であってよく、９０％以上であってよく、１００％であってよい。突起括れ率は、シリンダライナ基体の外周面の任意突起を観察し、観察した突起数に対する括れた突起数の割合をいう。

湯回り指数ＹＩは、シリンダライナ基体の外周面に存在する複数の突起のうち、隣り合う突起の突起間距離と、突起頂部の面積と、シリンダライナの突起と基体の外周面との間の空間と、を適切に制御するための指数である。当該湯回り指数ＹＩが上記範囲にあることで、溶湯がシリンダライナ基体の外周面の突起間領域に行き渡り、シリンダブロックとの界面に生じる空隙を低減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。湯回り指数について、図を用いて説明する。

図１は、シリンダライナとシリンダブロックとの接合部を模式的に示す断面図である。図面上部がシリンダブロックであり、図面下部がシリンダライナである。
シリンダライナ基体の外周面１１には、複数の括れた突起１０が存在し、複数の括れた突起間にシリンダブロックを構成する鋳造材料が入り込むことで、シリンダライナ外周面に存在する括れた突起の頂部とシリンダブロックとが鍵と鍵穴の関係となり、強固な接合を実現する。

一方で、シリンダライナとシリンダブロックとの接合は、鋳型内に配置したシリンダライナ基体の外周面に、溶湯を流し込むことで実現される。この際に、シリンダライナ基体の外周面に存在する複数の括れた突起の形成状況によっては、溶湯が突起間に行き渡らない場合もあった。本実施形態では、上記湯回り指数ＹＩを特定の範囲内とすることで、鋳型内に流し込む溶湯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低減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、溶湯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、溶湯がシリンダライナ外周面の突起間にも行き渡る。図４に、後述の実施例で明らかとなった、湯回り指数ＹＩと空隙率の関係を示す。

上記湯回り指数ＹＩが上記上限より大きい場合、溶湯が突起の間に浸透せず、シリンダライナとシリンダブロックとの間に空隙が生じ、接合強度や燃焼室内で発生した熱を冷却水に伝える熱伝達性が不十分となる。一方で、湯回り指数ＹＩが上記下限より小さい場合、溶湯が突起上を十分に流れることなく早期にシリンダライナ基体の外周面に触れてしまうことで溶湯温度が低下し、溶湯の流れが阻害される。その結果、溶湯が隅々まで行き渡らず、シリンダライナとシリンダブロックとの間に空隙が生じ、接合強度が不十分となることを新たに見いだした。図５に、後述の実施例で明らかとなった、空隙率と接合強度の関係を示す。

図１では、シリンダライナ基体の外周面１１の複数の突起１０が、比較的大きな突起頂部の直径ｄ_ｐを有し、且つ突起間距離Ｐが比較的小さいため、シリンダライナ基体の外周面１１に複数の突起が緻密に配置されている。そうすると、溶湯の粘度や表面張力が抵抗となり、複数の突起間に溶湯が浸透し難くなる。また複数の突起間に溶湯が浸透するために時間を要し、溶湯が突起間に浸透するよりも早く、溶湯が湯冷めし凝固する、といった悪循環に陥る。
他方図２では、シリンダライナ基体の外周面２１の複数の突起２０が、比較的小さな突起頂部の直径ｄ_ｐを有し、且つ突起間距離Ｐが比較的大きいため、シリンダライナ基体の外周面２１に複数の突起が広い間隔を有し低密度に配置されている。そうすると、複数の突起上を溶湯が滑り流れる途中で溶湯が突起間に容易に浸透してシリンダライナ基体の外周面に触れ、溶湯が湯冷めしてしまう。そうすると、溶湯がシリンダライナの隅々まで流れなくなる。
すなわち、溶湯の粘度や表面張力に適合させ、溶湯が突起間に浸透するために最適な突起配置を有するシリンダライナを開発する必要があった。

式（１）中、突起頂部の面積率Ｓ_ｔ（％）は、シリンダライナ外周側から突起の高さ方向に見た突起の投影面積率に相当し、括れのある突起においては、突起先端付近の径極大部に相当する箇所の面積率である。突起頂部の面積率Ｓ_ｔは８以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましく、３５以下であることが好ましく、３０以下であることがより好ましい。突起頂部の面積率Ｓ_ｔが上記範囲である場合、溶湯が突起の間に浸透しやすく、また、溶湯が早期にシリンダライナ基体の外周面に触れてしまうことで溶湯が冷めることを抑制できる。

式（１）中、溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）は、Ｖ＝α−β−（γ×δ）で表される。α＝π×（突起を含めたシリンダライナ最外径ｄ_ｍａｘ（ｍｍ）／２）^２×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ）であり、β＝π×（シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）／２）^２×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ）であり、γ＝単位面積あたりの突起数×［（シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）×π×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ））／単位面積（ｍｍ^２）］であり、δ＝π×（突起の頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ（ｍｍ）／２）^２×平均突起高さＨ_ａｖ（ｍｍ）、である。

溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）は、シリンダライナ基体の外周面から突起頂部までに存在する突起間領域を表す。そのため、突起を含めたシリンダライナ最外径ｄ_ｍａｘ（ｍｍ）を円筒径とみなした円筒容積αから、シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）を円筒径とみなした円筒容積βを減じ、更にシリンダライナが備える突起数（みなし突起数）γと突起を円筒形状に見立てた突起体積（みなし突起体積）δとの積を減じたものを溶湯浸透容積Ｖとした。
シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）は、シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）を円筒径とみなした円筒外周表面積であり、溶湯浸透容積Ｖはシリンダライナの径により大きく変化するため、溶湯浸透容積Ｖをシリンダライナ基体の外周表面積Ａで除することで、実質的に規格化をした。
単位面積あたりの突起数は、１ｃｍ^２あたりに存在する突起数であり、１０以上であることが好ましく、１５以上であることがより好ましく、また４０以下であることが好ましく、３５以下であることが好ましい。この範囲であることで、表面突起間距離Ｐが適正な値となりやすくなる。

突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ（ｍｍ）は、シリンダライナ外周側から突起の高さ方向に見た各突起の平均投影面積から算出した突起の直径であり、突起頂部における径極大部の直径に相当する。ｄ_ｐａｖは、０．７以上が好ましく、０．８以上がより好ましく、１．３以下が好ましく、１．１以下がより好ましい。突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖが上記範囲にあることで、突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖが適正な値となりやすくなる。

突起の平均高さＨ_ａｖ（ｍｍ）は特に限定されないが、通常０．３以上であり、０．４以上であってもよく、また通常０．９以下であり、０．７以下であってもよい。
突起頂部の面積率Ｓ_ｔ、突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ、突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ、及び平均突起高さＨ_ａｖは、３Ｄ表面計測器などにより測定できる。

溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）／シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）は、０．７ｍｍ以下であることが好ましく、０．６６ｍｍ以下であることがより好ましく、下限は０．３ｍｍ以上であることが好ましい。溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）／シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）の値が、上記上限以下であることで、溶湯が突起の間に浸透しやすくなる。

突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ）は、隣り合う突起同士の、突起頂部間の距離の平均を示す。図１で示すように、突起のうち、極大径を示し得る頂部間の距離Ｐは、すなわちシリンダライナ表面を流れる溶湯が突起間領域に浸透し得る入口の大きさを示すものである。
突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ）は、以下の方法により測定できる。

ｄ_ｍａｘは、シリンダライナ１本につき、上中下の３カ所、各ＸＹ方向の合計６カ所をノギスで測定し、その平均値とする。このとき、ノギスが確実に突起の先端に掛かるように測定する。
突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖの算出方法は、後述の実施例で示す手順で行う。

本実施形態のシリンダライナは、シリンダブロックに鋳包まれる際に、溶湯が突起間に浸透することを更に改善するため、更に以下の要件を満たすことが好ましい。
シリンダライナ基体の外周面に存在する複数の突起は、その高さのばらつきΔＨ（ｍｍ）が０．３以下であることが好ましく、０．２５以下であることがより好ましい。突起の高さのばらつきΔＨ（ｍｍ）が上記よりも大きい場合には、突起上の溶湯の流れを阻害する場合があり、好ましくない。高さのばらつきΔＨは小さいほど好ましい。
高さのばらつきΔＨ（ｍｍ）は、３Ｄ表面計測器などにより測定でき、観察視野中での突起最大高さと突起最小高さとの差である。

シリンダライナ基体の外周面に存在する複数の突起は、その頂部の面粗さＲｚが１００μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましい。突起頂部の面粗さＲｚの下限については、特に限定されないが、実質的に１０μｍ程度であり、小さい方が好ましい。また、複数の突起頂部の面粗さＲｓｋは０未満（マイナスの値）であることが好ましい。
突起頂部の面粗さＲｚが上記よりも大きい場合、及び／又は突起頂部の面粗さＲｓｋがゼロ乃至はプラスの値である場合には、突起上の溶湯の流れを阻害する場合があり、好ましくない。
突起頂部の面粗さＲｚ及びＲｓｋは、レーザー顕微鏡により測定できる。

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、耐焼き付き性及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及び不可避的不純物

シリンダライナの製造方法は特段限定されないが、重力鋳造法であっても遠心鋳造法であってもよいが、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１５質量％以上、３５質量％以下であり、珪藻土の平均粒径は通常０．０２ｍｍ以上、０．０３５ｍｍ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、８０質量％以下である。

＜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、通常０．００３質量％以上、０．０４質量％以下である。

＜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。

塗型剤層の厚みは、突起の高さの１．３〜１．８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。

＜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。

＜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。

上記工程を経てシリンダライナが完成する。シリンダライナ基体の外周面の突起について、湯回り指数ＹＩを適切な値とするためには、突起間隔を適度に広くし、突起頂部の面積率を適度な大きさとすることが必要である。そのため、界面活性剤の量、ライニング厚さ、金型温度などを適宜調整することにより、シリンダライナ基体の外周面の突起を、所望の形態にできる。
また、突起頂部の面粗さＲｓｋ、Ｒｚは、上記工程Ｅの耐火材の種類及び珪藻土の粒径を調整することで、適切な値とすることができる。また、ブラスト処理に用いるメディアの粒径を小さくすることで突起頂部の面粗さを小さくすることができる。

本実施形態のシリンダライナは、シリンダブロックと接合し、複合体となる。複合体の製造は公知の方法を採用することができ、一例としては、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本実施形態の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溶湯を流し込み、シリンダブロックを形成する工程、を含んでもよい。

本実施形態のシリンダライナを用いてシリンダブロックとの複合体を製造することで、シリンダライナ基体の外周面の突起間距離及び突起面積率が適切な範囲であるため、シリンダブロックを形成する溶湯が、シリンダライナ基体の外周面に早期に触れて湯冷めすることなくシリンダライナの突起上を滑り流れ、シリンダブロック用鋳型の隅々まで行き渡る。そして、溶湯がシリンダライナ基体の外周面の突起間にも行き渡るため、シリンダライナとシリンダブロックとの界面の空隙が低減され、シリンダライナとシリンダブロックとの接合力が改善する。シリンダライナとシリンダブロックとの複合体において、シリンダブロックの空隙率は、良好な接合力を得る観点から、５．０％以下であることが好ましく、４．８％以下であることがより好ましく、４．０％以下であることが更に好ましく、３．０％以下であることが特に好ましい。また下限値は特に限定されず、通常０％以上である。

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。

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。
＜突起括れ率の測定＞
突起の括れ率は、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、斜め方向から任意の突起を２０個観察し、そのうち何個の突起に括れが認められるかによって算出した。１本のシリンダライナあたり、４カ所の測定を行い、その平均値を括れ率とした。

＜突起頂部の面積率Ｓ_ｔ、突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ＞
１）３Ｄ測定器（キーエンス製ＶＲ−３０００）により、倍率２５倍で、測定視野（１２ｍｍ×９ｍｍ）中の突起を計測し算出した。
２）計測したデータを付属の解析ソフトで開き、曲率補正を行った。補正条件は、二次曲面補正とした。
３）基準面を設定した。このとき、領域指定による自動設定とした。
４）しきい値を設定した。しきい値の目安は突起高さの１／２から１／３程度とし、例えば０．１５ｍｍから０．３ｍｍの値を設定する。今回表１のしきい値は０．２５ｍｍとした。
５）計測結果を閲覧した。しきい値を超える高さ領域が突起と見なされ、その数量から突起数量を計測することができる。このとき、突起数量は視野内に存在する総突起数−視野の境界部に掛かる突起数×１／２個とした。
６）計測した３Ｄデータより、各突起のしきい値における突起断面積（投影面積に相当）が導出され、これらを合計した突起総面積を計測面積で除することにより、突起頂部の面積率Ｓｔを算出し、突起総面積を突起数量で除することにより、突起１つあたりの平均面積を算出し、そこから突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖを求めた。

＜Ｈ_ａｖ、ΔＨ＞
１）各突起高さは、表示レンジ中心＋しきい値＋最大高さの合計値である。その視野における各突起高さの平均値を平均突起高さＨ_ａｖとした。なお、表示レンジ中心は測定するシリンダライナの性状に応じ自動的に決まるパラメータであり、突起のシリンダライナ基体外周面から基準面までの高さを表す。しきい値は基準面からの高さを表し、最大高さはしきい値から突起の先端までの高さを表しており、各突起により値が異なる。
２）視野内における各突起高さの最大値−最小値、を突起高さばらつきΔＨとした。

＜突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ＞
突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖの測定方法は、以下の手順で行った。
１）測定視野中に突起を、その隣り合う突起が等位置で６配位すると仮定して、測定視野中に突起を配置した。そして６配位で配置後、突起頂部の面積率Ｓ_ｔと突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖから、突起中心からその隣り合う突起中心までの距離を計算した。
２）突起中心からその隣り合う突起中心までの距離からｄ_ｐａｖを引くことで、突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖを求めた。
こうした手順で測定することによって、より簡便にそのシリンダライナの特徴を評価することができる。
なお、突起の括れ率、突起頂部の面積率Ｓ_ｔ、突起頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ、Ｈ_ａｖ、ΔＨ、及び突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖは、１本のシリンダライナにつき４カ所（４視野）測定した平均値とした。４カ所とは、シリンダライナ両端部から約２０ｍｍ位置において対向する位置にてそれぞれ２カ所ずつとし、両端部においては互いに約９０°ずらした位置とすることが好ましいが、これに限定はされない。

＜突起頂部の面粗さＲｚ及びＲｓｋ＞
突起頂部の面粗さの測定方法は、以下の手順で行った。
１）レーザー顕微鏡（キーエンス製ＶＫ-Ｘ１００）により、対物レンズ倍率２０倍で任意の突起がモニタ中央に来るようセットしデータを計測した。このとき、シリンダライナ基体の曲面の頂部付近にある突起を撮影することを心がけた。
２）測定したデータを付属の解析ソフトで開き、面傾き補正を行った。表面粗さ計測ツールにて、突起先端部の粗さを解析した。解析面積は、縦３００μｍ、横３５０μｍを基本とし、解析範囲に突起端部の傾斜領域を含まないようにした。突起の端部が近接する場合は、縦２００μｍ、横２５０μｍ程度としてもよい。解析結果から、Ｒｚ及びＲｓｋの値を読み取った。
３）Ｒｚ及びＲｓｋは、１本のシリンダライナにて、１カ所につき任意の５本の突起を測定し、これを上記４カ所にて行いその平均を求めた。

実験：
・塗型剤の調製
以下に示す原料を用い、塗型剤を調製した。

耐火材：珪藻土 １８〜３０％
珪藻土平均粒径：０．０２１〜０．０３４ｍｍ
粘結剤：ベントナイト ４〜８％
界面活性剤：０．００３〜０．０２％
水：６５〜７５％

・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及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。

表１に示す実施例１〜１０、並びに比較例１〜５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２２０〜２８０℃の範囲で適宜変更し、且つＧｎｏ（ライニング）を４０〜７０Ｇ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、０．７〜１．３ｍｍの範囲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１００〜１３０Ｇ、金型温度を２００〜２６０℃として鋳鉄の鋳込みを行った。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）８６ｍｍ、内径７７ｍｍであり、面取り部を除く軸方向の長さは１３３ｍｍであった。作製したシリンダライナの突起の性状を表２に示す。

・シリンダブロックの作成
実施例１〜１０、及び比較例１〜５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。なお、１つのシリンダにおいて、少なくとも周方向に８等分して測定サンプルとし、測定サンプルには、隣接するシリンダとの最近接部位を含むこととした。
鋳造方法：砂型重力鋳造
アルミ材質ＡＣ４

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を切り出し、その断面を研磨した。
ｉｉ）研磨後、金属顕微鏡にて上記界面を含む連続した３枚の写真を撮影した。撮影倍率は１００倍とした。
ｉｉｉ）撮影後、画像解析ソフト（Ｍｏｔｉｃ Ｉｍａｇｅｓ Ｐｌｕｓ ２，３Ｓ）を用いた二値化処理にて空隙部を抽出し、各写真の空隙面積率（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。空隙率と湯回り指数ＹＩとの関係を図４に示す。

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、接合面が約２０ｍｍ×２０ｍｍとなるよう切り出したシリンダライナとシリンダブロック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荷重を加えた。両部材が剥離した際の引張強度を接合強度とした。これをシリンダライナの周方向８カ所について行い、最小接合強度が１．０ＭＰａ以上のものを良品（Ａ）とした。また、接合強度の平均値は１．０ＭＰａ以上であるが、最小接合強度が１．０ＭＰａ未満である場合を（Ｂ）とし、接合強度の平均値が１．０ＭＰａ未満のものを（Ｃ）とした。空隙率と接合強度との関係を図５に示す。
図４及び図５から、シリンダライナとシリンダブロックとの良好な接合強度を得るためには、シリンダブロックの空隙率が５．０％以下であることが好ましいことが理解できる。また、所望の空隙率を有するシリンダブロックを形成するためには、湯回り指数ＹＩが２．２以上であるシリンダライナを用いることが好ましいことが理解できる。

１０、２０ 括れた突起
１１、２１ 基体の外周面
３０ ６配位された仮想突起

Claims (6)

1. 基体及び該基体の外周面に突起を複数有する鋳包み用シリンダライナであって、以下の式（１）で定義される湯回り指数ＹＩが、２．２以上１４．５以下である、鋳包み用シリンダライナである。
   湯回り指数ＹＩ＝［突起頂部の面積率Ｓ_ｔ（％）×溶湯浸透容積Ｖ（ｍｍ^３）／シリンダライナ基体の外周表面積Ａ（ｍｍ^２）］／突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ） ・・・（１）
   上記式（１）中、突起頂部の面積率Ｓ_ｔはシリンダライナ外周側から突起の高さ方向にみた突起の投影面積率である。
   上記式（１）中、溶湯浸透容積Ｖは、Ｖ＝α−β−（γ×δ）で表される。但し、
   α＝π×（突起を含めたシリンダライナ最外径ｄ_ｍａｘ（ｍｍ）／２）^２×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ）、
   β＝π×（シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）／２）^２×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ）、
   γ＝単位面積あたりの突起数×［（シリンダライナ基体の外径ｄ（ｍｍ）×π×シリンダライナ軸方向長さＬ（ｍｍ））／単位面積（ｍｍ^２）］、
   δ＝π×（突起の頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ（ｍｍ）／２）^２×平均突起高さＨ_ａｖ（ｍｍ）、である。
   なお、シリンダライナ両端部に面取り加工が施されている場合は、当該面取り部の長さを差し引いた長さをシリンダライナ軸方向長さＬとする。
2. 前記式（１）中、突起頂部の面積率Ｓｔ（％）が８以上３５以下である、請求項１に記載の鋳包み用シリンダライナ。
3. 前記式（１）中、突起頂部の平均表面間距離Ｐ_ａｖ（ｍｍ）が０．７以上２．３以下である、請求項１又は２に記載の鋳包み用シリンダライナ。
4. 前記式（１）中、突起の頂部の平均直径ｄ_ｐａｖ（ｍｍ）が０．７以上１．３以下である、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。
5. 前記複数の突起は、突起高さばらつきΔＨ（ｍｍ）が０．３以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳包み用シリンダライナ。
6. 前記複数の突起は、突起頂部の面粗さＲｚ（μｍ）が１００以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳包み用シリンダライナ。
   

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