JP7196753B2

JP7196753B2 - ライナ及びその製造方法

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Publication number: JP7196753B2
Application number: JP2019084315A
Authority: JP
Inventors: 直人高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2039-04-25
Also published as: JP2020180343A

Description

本願は、ライナ及びその製造方法に関する。

様々な産業において、例えば、落下する粉体、粒体又はより大きな固体材料を受け止める箇所に、ライナが用いられている。図１４の（ａ）は製鉄所の高炉を示す模式的な図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ－Ａ矢視断面図である。図１４に示されるように、製鉄設備においては、高炉１００の炉頂から装入される粉体等の原料を高炉内に案内するべく高炉の旋回シュート１０１などが設置されている。旋回シュート１０１は、旋回シュート１０１の長手方向に沿って傾斜するように高炉１００内に設けられているため、原料が高炉１００の炉頂から装入されると、原料は旋回シュート１０１の長手方向に沿って滑動する。このような旋回シュート１０１の内側は、落下してきた原料が衝突し、旋回シュート１０１の長手方向に沿って滑動するための案内面１０２を有している。旋回シュート１０１の内側には旋回シュート１０１の案内面１０２を保護するためライナ１１０が設けられている。このようなライナ１１０を複合材によって製造した場合、例えば、ライナ１１０は、母材（マトリクス）と、母材中に固定された耐摩耗性を有する複数の強化材と、を備える。このようなライナ１１０の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されているライナは、耐摩耗金属製（例えば高Ｃｒ合金）の母材と、母材に鋳ぐるみで固定された窒化珪素セラミック製の円柱状又は円錐台状の複数の強化材と、を備えている。

特開２０１０－５８１５５号公報

ライナでは、固体材料の衝突及び滑動によって、母材が摩耗する。特許文献１に開示されているライナでは、母材が耐摩耗金属製ではあるものの、母材は、炭化珪素セラミック製の強化材に比較して先に摩耗し、減肉する。母材が厚み方向に減肉すると、強化材の埋没部分が徐々に露出し、埋没部分の露出量が一定量を超えると、強化材は母材から脱落する。若しくは、強化材が脱落する前に、減肉した母材が割れ、ライナ自体が破壊する場合がある。このような状態になると、ライナとしての機能を維持できず、寿命が尽きる。さらに、特許文献１に開示されているライナでは、窒化珪素セラミック製の強化材を耐摩耗金属製の母材で鋳ぐるみによって固定している。セラミックの比重が耐摩耗金属の比重よりも小さいため、鋳造では、セラミック製の強化材が浮上するという問題が生じる。そのため、鋳造工程において、冶具などで強化材を保持するなど、作業負荷が大きくなり、容易にはライナを製造できない。

本発明は、上記の問題点に鑑み、より長寿命を得るために、強化材の脱落を抑制することを課題とする。さらに、製造時に強化材の浮上を防止できるような製造方法を得ることも目的とする。

本開示の一態様は、保護面と、保護面に対して反対にある裏面と、を含むライナであって、母材と、各々が少なくとも部分的に母材に埋め込まれた複数の強化材と、を備え、強化材は、ライナの保護面の一部を構成する第１の面と、第１の面に対して反対にあり且つ母材に埋没する第２の面と、を含む耐摩耗部と、全体が母材に埋め込まれ、耐摩耗部の第２の面からライナの裏面に向けて延びた抜け止め部と、を有し、抜け止め部は、全体に亘って又は略全体に亘って、耐摩耗部の第２の面からライナの裏面に向けて延びるにしたがって、保護面と平行な水平断面形状が大きくなるテーパ状に形成されており、抜け止め部は、保護面の法線方向において、ライナの少なくとも裏面側の半分に設けられている、ライナである。

本開示の一態様に係るライナでは、全体に亘って又は略全体に亘ってテーパ状に形成された抜け止め部が、ライナの少なくとも裏面側の半分に設けられている。そのため、保護面側の半分の母材が摩耗しても、抜け止め部のテーパによって、強化材が裏面側の半分の母材に引き続き固定されるため、強化材の脱落を抑制することができる。

保護面の法線方向に見た場合に、耐摩耗部の投影面積は、抜け止め部の投影面積以上であってもよい。この場合、隣接する強化材の抜け止め部同士が干渉することなく、隣接する耐摩耗部同士を近接して配置することができる。したがって、保護面に占める耐摩耗部の割合を高めることができる。また、本開示の一態様に係るライナでは、抜け止め部が全体に亘って又は略全体に亘ってテーパ状に形成されているため、抜け止め部の投影面積が耐摩耗部の投影面積以下であっても、強化材の抜けを十分に防止することができる。

耐摩耗部の第１の面が母材の表面と面一になるように、強化材の全体が母材に埋め込まれていてもよい。この場合、強化材の間の隙間が全体的に母材によって充填されるため、母材の摩耗が裏面側の半分まで至るのに、より長い時間が必要となる。このため、強化材の脱落をさらに抑制することができる。

保護面の法線方向に見た場合に、複数の強化材は、母材に格子状に埋め込まれていてもよい。この場合、保護面の全域を覆うように耐摩耗部を敷き詰めることができる。言い換えると、保護面における耐摩耗部が占める割合が増加し、ライナの耐摩耗性が向上する。

保護面の法線方向に見た場合に、複数の強化材は、母材に千鳥状に埋め込まれていてもよい。この場合、耐摩耗部が千鳥状に配置されているため、保護面（旋回シュートの案内面）において固体材料が流れる方向に沿って必ず強化材が存在するように、ライナを方向付けすることができる。したがって、保護面（旋回シュートの案内面）において固体材料が流れる方向に沿って母材（すなわち、早く摩耗する部分）が連続することがなく、固体材料が流れる方向に沿って一列に配置された全ての強化材が脱落することを防ぐことができる。

保護面の法線方向に見た場合に、母材に格子状に埋め込まれた強化材の耐摩耗部の投影形状が、四角形状であってもよい。この場合、保護面における耐摩耗部が占める割合が最も大きくなり、ライナの耐摩耗性が一層向上する。

保護面の法線方向に見た場合に、母材に千鳥状に埋め込まれた強化材の耐摩耗部の投影形状が、円形または六角形のうちいずれか一方であってもよい。この場合、保護面における耐摩耗部が占める割合を大きくすることができる。そのため、固体材料が流れる方向に沿って一列に配置された全ての強化材が脱落することを防ぐことができ、かつ、ライナの耐摩耗性が一層向上する。

複数の強化材は、耐摩耗部がテーパ状に形成された複数の第１強化材と、耐摩耗部が第１強化材のテーパ状とは逆向きの逆テーパ状に形成された複数の第２強化材とを備えてもよく、第１強化材と第２強化材とは交互に並んで配置され、かつ、第１強化材の耐摩耗部及び第２強化材の耐摩耗部は、保護面の法線方向に見た場合に、互いに重複するように配置されていてもよい。この場合、耐摩耗部の投影形状が、四角形状であってもよく、複数の強化材は、格子状に配置されていてもよい。また、耐摩耗部の投影形状が、円形または六角形のうちいずれか一方であってもよく、複数の強化材は、千鳥状に配置されていてもよい。これらの場合、耐摩耗部の側面を直線状にすることなく、保護面の広い範囲を強化材で覆うことが可能となる。そのため、保護面の耐摩耗性の向上が図られる。

耐摩耗部の長さは、抜け止め部の長さよりも長くてもよい。この場合、耐摩耗部がより長期間にわたって機能するため、より長期間にわたって優れた耐摩耗性を維持することができる。

ライナは、母材及び複数の強化材を覆う外枠を更に備えてもよい。この場合、外枠が摩耗して保護面が露出するのにさらなる期間が必要とされるため、さらなる長寿命を得ることができる。このようなライナは、例えばＨＩＰ法によって製造可能である。

本開示の他の態様は、上記のライナの製造方法であって、カプセルを準備するステップと、複数の強化材をカプセルの内部の底部に配置するステップと、母材を形成するための粉末材料をカプセルの内部に投入するステップと、カプセルの内部を減圧するステップと、例えば熱間等方加圧法（ＨＩＰ法）によって粉末材料を焼結し前記ライナを形成するステップと、を含む、ライナの製造方法である。

例えば鋳造でライナを製造する場合、特許文献１に開示されているように、強化材は、鋳型の底部に配置され得る。この場合、強化材の比重が母材となる金属の溶湯の比重よりも小さい場合、強化材が溶湯に浮いてしまう。したがって、例えば、溶湯の比重よりも高い比重を有する材料を強化材に用いる、又は、強化材を支持するための冶具を用いる等、強化材の浮きに対処する必要がある。例えば、ＨＩＰ法を用いる場合には、強化材が粉末材料に浮くことはない。したがって、強化材の浮きに対処する必要がない。

本開示の一態様によれば、強化材の脱落を抑制することによって、長寿命化したライナを得ることがきる。また、強化材の浮上対策を必要としない製造方法を提供することが可能である。

ライナの一例を示す斜視図である。図１に示されるライナの強化材の配置パターンを示す図である。ライナの一例を示す斜視図である。強化材の一例を示す垂直断面図である。強化材の一例を示す垂直断面図である。強化材の一例を示す垂直断面図である。強化材の一例を示す垂直断面図である。強化材の一例を示す垂直断面図である。強化材の一例を示す垂直断面図である。強化材の配置パターンを示す図である。強化材の配置パターンを示す図である。強化材の配置パターンを示す図である。強化材の配置パターンを示す図である。（ａ）は製鉄所の高炉を示す模式的な図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ－Ａ矢視断面図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るライナを説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。「上」「下」等の方向を示す用語は、図における方向を意味しており、ライナ及びその構成要素の特定の方向を限定することは意図されていない。

図１は、ライナの一例を示す斜視図である。また、図２は、図１に示されるライナにおける強化材の配置パターンを示す図である。ライナ１０は、流動する固体材料（例えば、粉体、粒体、又は、より大きな固体材料）を案内するために、様々な産業の設備で用いられることができる。図１４に示されるように、一実施形態では、ライナ１０は、製鉄所の高炉１００において高炉１００の頂部から落下する原料（例えば、鉄鉱石及び石炭の少なくとも一方を含む原料）を受け止める旋回シュート１０１の内側を保護するために用いられることができる。ライナ１０は、例えば、板状又は直方体状であることができる。ライナ１０は、他の形状を有していてもよい。ライナ１０の上面は、固体材料を案内するための旋回シュート１０１の案内面１０２を保護する保護面１を構成する。保護面１は、長方形又は正方形であることができる。ライナ１０の下面は、保護面１と反対側の裏面１１を構成する。使用中、旋回シュート１０１は、高炉１００の頂部から高炉１００の炉壁に向かって傾斜するように設けられる。図１を参照して、ライナ１０は、例えば、図１において、左右方向（長手方向）が旋回シュート１０１の内側において長手方向に沿うように配置されてもよく、又は、上下方向（短手方向）が旋回シュート１０１の内側において長手方向に沿うように配置されてもよい。また、ライナ１０は、例えば、強化材３の配置パターンに応じて旋回シュート１０１の内側において長手方向に沿うように配置されてもよい（詳しくは後述）。高炉１００の炉頂から落下した固体材料は、旋回シュート１０１の案内面１０２（旋回シュートの内側に設けられたライナ１０の保護面１）に衝突し、旋回シュート１０１の案内面１０２に沿って流動する。

ライナ１０は、母材２と、複数の強化材３と、を備えている。母材２は、例えば、板状又は直方体状を有しており、ライナ１０の外形を構成している。母材２の上面２１は、強化材３の耐摩耗部３１（詳しくは後述）の上面３３と共に、保護面１を構成している。母材２は、複数の強化材３を繋ぎとめている。母材２は、様々な金属（例えば、ＷＣ合金、高Ｃｒ合金、又は、サーメット）で形成されることができる。

強化材３は、保護面１に沿って母材２に埋め込まれている。強化材３は、耐摩耗性を有する材料で形成されており、母材２よりも硬い材料（例えば、セラミックス（例えば、窒化珪素（Ｎ２ＳＯ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、又は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ４）））で形成されている。強化材３は、様々な配置で母材２に埋め込まれることができる。なお、図１に示されるライナ１０の強化材３は、図２に示されるように、保護面１の法線方向（保護面１に対して垂直な方向）に見た場合に、格子状に配置されている。本開示において、「格子状」とは、保護面１の法線方向に見た場合に、格子の縦横の線（複数の強化材３の間の母材２が露出した部分）が、長方形又は正方形の保護面１の任意の辺に対して平行又は垂直に整列されるように、複数の強化材３が配列されることを意味する。しかしながら、強化材３の配置パターンは格子状に限られない。強化材３の他の配置パターンについては後述する。

図１に示されるように、ライナ１０では、強化材３は、耐摩耗部３１の上面３３が母材２の上面２１と面一になるように母材２に全体的に埋め込まれており、上面３３は露出されている。しかし、上面３３は、露出されていなくてもよい。

例えば、図３に示されるように、ライナ３０が外枠８０を更に備えている場合、母材２及び複数の強化材３は、外枠８０によって覆われる。詳しくは後述されるように、外枠８０は、熱間等方加圧法（以下、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）法とも称され得る）によってライナを形成する際に、カプセルとして使用されることができる。ライナ３０では、外枠８０は除去されずに、固体材料を案内するために使用される。具体的には、当初、保護面１は、外枠８０によって覆われている。ライナ３０をある期間使用した後、保護面１上の外枠８０の部分が先ず摩耗し、これによって、保護面１が露出する。その後、露出した保護面１が、固体材料を案内する。

図４－図９は、それぞれ強化材の一例を示す断面図であり、図１中のＳ-Ｓ矢視断面図を示している。

図４に示されるように、強化材３Ａは、耐摩耗部３１と、抜け止め部３２と、を有している。耐摩耗部３１は、保護面１に配置され、抜け止め部３２は、耐摩耗部３１の下面３４からライナの裏面１１に向けて延在する（図１参照）。耐摩耗部３１は、固体材料を案内し、母材２の摩耗を防ぐための部分である。耐摩耗部３１は、上面（第１の面）３３と、下面（第２の面）３４と、側面３５と、を含んでいる。上面３３は、上記のように、母材２の上面２１と共に保護面１を構成し、母材２の上面２１に対して平行である。下面３４は、上面３３と反対側に位置し、上面３３に対して平行である。下面３４は、母材２に埋没する。側面３５は、上面３３と下面３４とを繋いでいる。図１に示されるように、耐摩耗部３１は、側面３５が全体的に母材２に覆われるように母材２に埋め込まれる。

抜け止め部３２は、強化材３が母材２から抜けることを防止するための部分である。抜け止め部３２は、全体的に母材２に埋め込まれる。抜け止め部３２は、保護面１の法線方向において、ライナ１０の少なくとも下半分（ライナ１０の裏面１１側の半分）に設けられている。具体的には、図１の実施形態では、抜け止め部３２は、ライナ１０の上半分（ライナ１０の保護面１側の半分）と下半分とに跨っている。他の実施形態では、抜け止め部３２は、ライナ１０の下半分のみに設けられてもよい。抜け止め部３２は、全体に亘って又は略全体に亘って、耐摩耗部３１の下面３４からライナ１０の裏面１１に向けて延びるにしたがって、保護面１と平行な水平断面形状が大きくなるテーパ状に形成されている。

具体的には、本実施形態では、抜け止め部３２は円錐台状を有している。他の実施形態では、抜け止め部３２は、多角錐台状を有していてもよい。抜け止め部３２の基端（図４において上端）は、耐摩耗部３１の下面３４よりも狭く、抜け止め部３２の先端（図４において下端）は、耐摩耗部３１の下面３４と同じ直径を有している。別の観点からは、保護面１（上面３３）の法線方向に見た場合に、抜け止め部３２の投影面積（すなわち、抜け止め部３２の下端の水平断面積）は、耐摩耗部３１の投影面積（すなわち、耐摩耗部３１の上面３３又は下面３４の水平断面積）と同一である。このような構成では、抜け止め部３２が全体に亘って又は略全体に亘ってテーパ状に形成されていることに起因して、従来の略円筒状のピン形状を有する強化材と比して、抜け止め部３２の体積が小さくなり、強化材を形成するための材料を少量にすることができる。したがって、強化材の材料費を抑えることが可能となり、製造コストが押さえられる。本実施形態では、保護面１の法線方向において、抜け止め部３２は、耐摩耗部３１よりも長い。

図５の強化材３Ｂは、保護面１の法線方向において、耐摩耗部３１が抜け止め部３２よりも長い点で、図４の強化材３Ａと異なる。強化材３Ｂのその他の点は、強化材３Ａと同様であってもよい。したがって、より多くの材料を、固体材料を案内することに寄与する耐摩耗部に使用することができ、より長寿命を得ることができる。

図６の強化材３Ｃは、保護面１の法線方向に見た場合に、抜け止め部３２の投影面積（すなわち、抜け止め部３２の下端の水平断面積）が、耐摩耗部３１の投影面積（すなわち、耐摩耗部３１の上面３３又は下面３４の水平断面積）よりも小さい点で、図４の強化材３Ａと異なる。強化材３Ｃのその他の点は、強化材３Ａと同様であってもよい。強化材３Ｃでは、抜け止め部３２が、図４の強化材３Ａの抜け止め部３２よりも細い。別の観点からは、強化材３Ｃでは、保護面１の法線方向に見た場合に、抜け止め部３２の投影形状（すなわち、抜け止め部３２の下端の水平断面形状）は、耐摩耗部３１の投影形状（すなわち、耐摩耗部３１の上面３３又は下面３４の水平断面形状）によって全体的に囲われる。

図７の強化材３Ｄは、耐摩耗部３１もテーパ３８を有する点で、図４の強化材３Ａと異なる。強化材３Ｄのその他の点は、強化材３Ａと同様であってもよい。このような強化材３Ｄでは、耐摩耗部３１の側面３５が、母材２からの抜けを防止するためのテーパ３８を有している。テーパ３８は、保護面１（又は、上面３３）から離れるにつれて太くなるように構成されている。テーパ３８は、上面３３から下面３４まで延在している。

図８の強化材３Ｅは、耐摩耗部３１が図７の強化材３Ｄのテーパとは逆向きの逆テーパを有する点で、図７の強化材３Ｄと異なる。強化材３Ｅのその他の点は、強化材３Ｄと同様であってもよい。このような強化材３Ｅでは、耐摩耗部３１の側面３５が、テーパ３９を有している。テーパ３９は、保護面１（又は、上面３３）から離れるにつれて細くなるように構成されている。テーパ３９は、上面３３から下面３４まで延在している。このような強化材３Ｅは、図７の強化材３Ｄと一緒に使用されることができる。具体的には、強化材（第１強化材）３Ｄと強化材（第２強化材）３Ｅとは互いに逆向きのテーパを有しているため、強化材３Ｄ及び強化材３Ｅは、保護面１の法線方向に見た場合に、テーパ３８とテーパ３９とが重なるように、交互に配列されることができる。この場合、保護面１の広い範囲を強化材３Ｄ、３Ｅで覆うことが可能となる。

なお、図９の強化材３Ｆに示されるように、抜け止め部３２は、完全に全体に亘ってテーパ状に形成されていなくてもよく、短いストレート部４１を含んでいてもよい。具体的には、抜け止め部３２は、テーパが少なくともライナの下半分に存在し、且つ、保護面１の法線方向において、テーパ部がストレート部よりも長いのであれば、ストレート部４１を含んでいてもよい。

次に、強化材３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３の母材２に対する配置について、図１０から図１３を用いて説明する。図１１を参照して、強化材３Ａ１は、強化材３Ａのうち、耐摩耗部３１の投影形状が円形状となっているものである。また、図１０及び図１３を参照して、強化材３Ａ２は、強化材３Ａのうち、耐摩耗部３１の投影形状が四角形状となっているものである。また、図１２を参照して、強化材３Ａ３は、強化材３Ａのうち、耐摩耗部３１の投影形状が六角形状となっているものである。なお、強化材３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３の垂直断面形状は、図４に示される強化材３Ａと同じであってもよく、又は、図５～図９に示される強化材３Ｂ～３Ｆのいずれかと同じであってもよい。

図１０のライナ４０では、強化材３Ａ２が平面視において格子状に母材２に配置されている。耐摩耗部３１の投影形状が四角形状となっており、耐摩耗部３１は、四角柱状を有している。上記のように、本開示において、「格子状」とは、保護面１の法線方向に見た場合に、格子の縦横の線（複数の強化材３Ａ２の間の母材２が露出した部分）が、長方形又は正方形の保護面１の任意の辺に対して平行又は垂直に整列されるように、複数の強化材３Ａ２が配列されることを意味する。具体的には、ライナ４０では、露出した母材２による上下方向（短手方向）の線が、長方形の保護面１の短辺に対して平行に整列され、左右方向（長手方向）の線が、長方形の保護面１の長辺に対して平行に整列されるように、複数の強化材３Ａ２が配列されている。図１０のライナ４０では、耐摩耗部３１を四角柱状に形成し、かつ、耐摩耗部３１が近接するように強化材３Ａを格子状に配置することによって、図２のライナ１０に比して、保護面１の面積に占める耐摩耗部３１の面積比率が増大されている。耐摩耗部３１が占める面積が大きいので、耐摩耗性が向上する。

図１１のライナ５０では、強化材３Ａ１が平面視において千鳥状に母材２に配置されており、強化材３Ａ１は、耐摩耗部３１の上面の投影形状が円形状となっている円柱状を有している。本開示において、「千鳥状」とは、保護面１の法線方向に見た場合に、長方形又は正方形の保護面１のある辺に対して平行な第１の方向に沿って、複数の列（強化材３Ａ１の列）が形成され、かつ、隣り合う列同士が、第１の方向に対して垂直な第２の方向において、所定の距離だけ互いにずらされ、かつ、保護面１の周縁付近を除いて、第１の方向に沿った直線上に必ず強化材３Ａ１が存在するように、複数の強化材３Ａ１が配列されることを意味する。具体的には、ライナ５０では、長方形の保護面１の短辺に対して平行な上下方向に沿って、５つの強化材３Ａ１の列が形成され、かつ、隣り合う列同士が、上下方向に対して垂直な左右方向において、所定の距離だけ（強化材３Ａ１の列の半ピッチだけ）互いにずらされ、かつ、保護面１の周縁付近を除いて、上下方向に沿った直線上に必ず強化材３Ａ１が存在するように、複数の強化材３Ａ１が配列されている。したがって、旋回シュート１０１の内側に設けられたライナ５０では、保護面１において、ライナ５０の上下方向（旋回シュート１０１の長手方向）に沿って母材２（すなわち、早く摩耗する部分）が連続しない。このような場合、ライナ５０の上下方向を旋回シュート１０１の長手方向に沿って配置することによって、固体材料は、旋回シュート１０１に設けられたライナ５０の保護面１上を上下方向（旋回シュート１０１の長手方向）に沿って流れる。固体材料が流れる上下方向（旋回シュート１０１の長手方向）に沿って必ず強化材３Ａ１が存在するため、母材２が連続して摩耗することを抑制することができ、したがって、固体材料が流れる方向に沿って一列に配置された全ての強化材３Ａ１が脱落することを防ぐことができる。

なお、千鳥状に配置される場合、耐摩耗部３１の投影形状は、円形状でなくても良い。例えば、図１２に示されるように、耐摩耗部３１の投影形状が六角形状である強化材３Ａ３が、千鳥状に母材２に配置されていてもよい。また、図１３に示されるように、耐摩耗部３１の投影形状が四角形状である強化材３Ａ２が、千鳥状に母材２に配置されていてもよい。この場合、図１１に示されるライナ５０に比して、耐摩耗部３１の面積比率をさらに増大することができる。なお、耐摩耗部３１は、四角柱状及び六角柱状以外の多角柱状を有していてもよい。

次に、以上のようなライナの製造方法について説明する。

先ず、複数の強化材３を準備する。使用される強化材３は、上記の強化材３Ａ～３Ｆのうちの１種類又は複数種類を含んでもよい。また、強化材３の大きさ及び個数は、ライナの用途等の様々な要因に応じて、適宜決定されてよい。強化材３は、例えばセラミックスのブランクから旋削等の機械加工によって形成されてもよい。強化材３は、他の加工によって形成されてもよい。また、母材２を形成するための粉末材料を準備する。粉末材料の最大粒子径は、例えば、約３００μｍである。粉末材料の平均粒子径は、例えば、約４５μｍである。また、母材２及び強化材３を収容するためのカプセルを準備する。カプセルの大きさは、ライナの用途等の様々な要因に応じて、適宜決定されてよい。カプセルの内部は、製造されるライナよりも例えば約８％大きい寸法で形成することができる。カプセルは、例えば、ＳＳ４００又はＳＵＳ等の材料で作製することができる。

続いて、複数の強化材３をカプセルの内部の底部に配置する。また、母材２を形成するための粉末材料をカプセルの内部に収容する。

続いて、カプセルを密封し、カプセルの内部を減圧する。減圧によって、カプセルの内部に真空状態が形成される。

続いて、カプセルを加熱（例えば、１２００℃～１４００℃）及び加圧（例えば、２５０ＭＰａ～６００ＭＰａ）する。これによって、ＨＩＰ法によって粉末材料を焼結する。以上の処理によって、ライナが形成される。なお、カプセルを加熱及び加圧してライナを製造するとライナは縮小することになるが、本実施形態のカプセルの内部は製造されるライナよりも大きい寸法に設定しているため、問題とならない。

例えば、図３に示されるような外枠８０を有するライナ３０を使用する場合、カプセルを除去することなく、得られたライナ３０をそのまま使用することができる。代替的に、図１に示されるような外枠を有さないライナ１０を使用する場合、例えば機械加工によってカプセルを除去する。

以上のような本開示に係るライナでは、全体に亘って又は略全体に亘ってテーパ状に形成された抜け止め部３２が、ライナの少なくとも裏面１１側の半分に設けられている。そのため、保護面１側の半分の母材２が摩耗しても、抜け止め部３２のテーパによって、強化材３が裏面１１側の半分の母材２に引き続き固定されるため、強化材３の脱落を抑制することができる。

また、保護面１の法線方向に見た場合に、耐摩耗部３１の投影面積は、抜け止め部３２の投影面積以上である。したがって、隣接する強化材３の抜け止め部３２同士が干渉することなく、隣接する耐摩耗部３１同士を近接して配置することができる。したがって、保護面１に占める耐摩耗部３１の割合を高めることができる。また、抜け止め部３２が全体に亘って又は略全体に亘ってテーパ状に形成されているため、抜け止め部３２の投影面積が耐摩耗部の投影面積以下であっても、強化材３の抜けを十分に防止することができる。

また、耐摩耗部３１の上面３３が、母材２の上面２１と面一になるように、強化材３の全体が母材２に埋め込まれている。したがって、強化材３の間の隙間が全体的に母材２によって充填されるため、母材２の摩耗が裏面１１側の半分まで至るのに、より長い時間が必要となる。このため、強化材３の脱落をさらに抑制することができる。

また、図１０のライナ４０では、保護面１の法線方向に見た場合に、耐摩耗部３１の投影形状が四角形状となっており、複数の強化材３Ａ２は格子状に母材２に配置されている。また、ライナ４０では、保護面１の法線方向に見た場合に、耐摩耗部３１の投影面積は、抜け止め部３２の投影面積以上である。そのため、長方形のライナ４０の四辺に沿って強化材を配置することができ、かつ、隣接する強化材３Ａ２の耐摩耗部３１を、隣接する抜け止め部３２よりも近接して配置することができる。このような構成によって、ライナ４０の周縁付近にも耐摩耗部３１を配置することができる。したがって、保護面１の全域を覆うように耐摩耗部３１を敷き詰めることができる。よって、保護面１における耐摩耗部３１が占める割合が増加し、ライナ４０の耐摩耗性が向上する。

また、図１１のライナ５０では、保護面１の法線方向に見た場合に、耐摩耗部３１の投影形状が円形状となっており、複数の強化材３Ａ１は、千鳥状に母材２に配置されている。したがって、保護面１において固体材料が流れる方向（上下方向）に沿って必ず強化材３Ａ１が存在するようにライナ５０を配置することができる。よって、保護面１において固体材料が流れる方向に沿って母材２（すなわち、早く摩耗する部分）が連続することがなく、固体材料が流れる方向に沿って強化材３Ａ１が脱落することを防ぐことができる。また、ライナ５０では、保護面１の法線方向に見た場合に、耐摩耗部３１の投影面積は、抜け止め部３２の投影面積以上である。そのため、隣接する強化材３Ａ１の耐摩耗部３１を、隣接する抜け止め部３２よりも近接して配置することができる。よって、保護面１における耐摩耗部３１が占める割合が増加し、ライナ５０の耐摩耗性が向上する。

また、強化材は、耐摩耗部３１がテーパ状に形成された第１強化材３Ｄ（図７参照）と、耐摩耗部３１が第１強化材３Ｄのテーパ状とは逆向きの逆テーパ状に形成された第２強化材３Ｅ（図８参照）とを備えることができ、第１強化材３Ｄと第２強化材３Ｅとは交互に並んで配置され、かつ、第１強化材３Ｄの耐摩耗部３１及び第２強化材３Ｅの耐摩耗部３１は、保護面１の法線方向に見た場合に、互いに重複するように配置されることができる。この場合、耐摩耗部３１の投影形状は、四角形状であることができ、複数の強化材３Ｄ，３Ｅは、格子状に母材２に配置されることができる。また、耐摩耗部３１の投影形状は、円形または六角形のうちいずれか一方であることができ、複数の強化材３Ｄ，３Ｅは、格子状に母材２に配置されることもできる。これらの場合、耐摩耗部３１の側面３５を直線状にすることなく、保護面１の広い範囲を強化材３Ｄ、３Ｅで覆うことが可能となる。言い換えると、耐摩耗部３１の側面３５を耐摩耗部３１の上面３３に対して垂直に形成することなく、保護面１の広い範囲を強化材３Ｄ、３Ｅで覆うことが可能となる。そのため、保護面１の耐摩耗性の向上が図られる。

また、図４、５、６、９の強化材３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｆでは、耐摩耗部３１の水平断面形状は、保護面１の法線方向のいずれの位置においても同一形状となる。そのため、ライナを長期間にわたって使用し摩耗が進んだ場合であっても、ライナの表面における耐摩耗部３１が占める割合は維持される。言い換えると、長期にわたって耐摩耗性が維持される。

また、図５に示されるように、強化材３Ｂでは、耐摩耗部３１の長さが抜け止め部３２の長さよりも長い。したがって、耐摩耗部３１がより長期間にわたって機能するため、より長期間にわたって優れた耐摩耗性を維持することができる。

また、図３のライナ３０は、母材２及び複数の強化材３を覆う外枠８０を更に備えている。この場合、外枠８０が摩耗して保護面１が露出するのにさらなる期間が必要とされるため、さらなる長寿命を得ることができる。このようなライナ３０は、例えばＨＩＰ法によって製造可能である。

また、本開示の製造方法では、ライナは、ＨＩＰ法によって製造される。例えば鋳造でライナを製造する場合、強化材は、鋳型の底部に配置され得る。この場合、強化材の比重が母材となる金属の溶湯の比重よりも小さい場合、強化材が溶湯に浮いてしまう。したがって、例えば、溶湯の比重よりも高い比重を有する材料を強化材に用いる、又は、強化材を支持するための冶具を用いる等、強化材の浮きに対処する必要がある。しかしながら、ＨＩＰ法を用いる本態様の製造方法では、強化材が粉末材料に浮くことはない。したがって、強化材の浮きに対処する必要がない。

以上、ライナ及びその製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。

例えば、図１－図３では、強化材３は、円柱状の耐摩耗部３１と、円錐台状の抜け止め部３２と、を有している。しかしながら、例えば、他の実施形態では、強化材は、多角柱状の耐摩耗部（例えば、図１０、図１２又は図１３を参照）と、円錐台状の抜け止め部と、を有してもよい。このような強化材は、例えば、多角柱状のブランクから、円錐台状の抜け止め部を旋削によって削り出すことによって、容易に形成することができる。

また、本開示の製造方法では、粉末材料を焼結しライナを形成する場合として、ＨＩＰ法によって製造される場合について説明した。しかしながら、粉末材料を焼結しライナを形成する方法としてはこれに限られず、例えばホットプレス法を用いてもよい。

１ライナの保護面
２母材
３、３Ａ－３Ｆ強化材
１０、３０、４０、５０、６０、７０ライナ
１１ライナの裏面
３１耐摩耗部
３２抜け止め部
３３耐摩耗部の上面（第１の面）
３４耐摩耗部の下面（第２の面）
３５耐摩耗部の側面

Claims

保護面と、前記保護面に対して反対にある裏面と、を含むライナであって、
母材と、
各々が少なくとも部分的に前記母材に埋め込まれた複数の強化材と、
を備え、
前記強化材は、
前記ライナの前記保護面の一部を構成する第１の面と、前記第１の面に対して反対にあり且つ前記母材に埋没する第２の面と、を含む耐摩耗部と、
全体が前記母材に埋め込まれ、前記耐摩耗部の前記第２の面から前記ライナの前記裏面に向けて延びた抜け止め部と、
を有し、
前記抜け止め部は、全体に亘って又は略全体に亘って、前記耐摩耗部の前記第２の面から前記ライナの前記裏面に向けて延びるにしたがって、前記保護面と平行な水平断面形状が大きくなるテーパ状に形成されており、
前記抜け止め部は、前記保護面の法線方向において、前記ライナの少なくとも裏面側の半分に設けられている、
ライナ。
前記保護面の法線方向に見た場合に、前記耐摩耗部の投影面積は、前記抜け止め部の投影面積以上である、請求項１に記載のライナ。
前記耐摩耗部の前記第１の面が前記母材の表面と面一になるように、前記強化材が前記母材に全体的に埋め込まれている、請求項１又は２に記載のライナ。
前記保護面の法線方向に見た場合に、前記複数の強化材は、前記母材に格子状に埋め込まれている、請求項１～３のいずれか一項に記載のライナ。
前記保護面の法線方向に見た場合に、前記複数の強化材は、前記母材に千鳥状に埋め込まれている、請求項１～３のいずれか一項に記載のライナ。
前記保護面の法線方向に見た場合に、前記耐摩耗部の投影形状が、四角形状である、請求項４に記載のライナ。
前記保護面の法線方向に見た場合に、前記耐摩耗部の投影形状が、円形または六角形のうちいずれか一方である、請求項５に記載のライナ。
前記複数の強化材は、前記耐摩耗部がテーパ状に形成された複数の第１強化材と、前記耐摩耗部が前記第１強化材の前記テーパ状とは逆向きの逆テーパ状に形成された複数の第２強化材と、を含み、前記第１強化材と前記第２強化材とは交互に並んで配置され、かつ、前記第１強化材の前記耐摩耗部及び前記第２強化材の前記耐摩耗部は、前記法線方向に見た場合に、互いに重複するように配置されている、請求項６または７に記載のライナ。
前記耐摩耗部の長さは、前記抜け止め部の長さよりも長い、請求項１～８のいずれか一項に記載のライナ。
前記母材及び前記複数の強化材を覆う外枠を更に備える、請求項１～９のいずれか一項に記載のライナ。
請求項１～１０のいずれか一項に記載のライナの製造方法であって、
カプセルを準備するステップと、
前記複数の強化材を前記カプセルの内部の底部に配置するステップと、
前記母材を形成するための粉末材料を前記カプセルの内部に投入するステップと、
前記カプセルの内部を減圧するステップと、
前記粉末材料を焼結し前記ライナを形成するステップと、
を含む、ライナの製造方法。