KR20200124312A - 주포용 실린더 라이너, 및 실린더 블록의 제조 방법 - Google Patents

주포용 실린더 라이너, 및 실린더 블록의 제조 방법 Download PDF

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KR20200124312A
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Abstract

실린더 블록에 생기는 공극을 억제함으로써, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 향상시킬 수 있는, 주포용 실린더 라이너를 제공하는 것을 과제로 한다. 돌기를 외주면에 복수 가지는 주포용 실린더 라이너로서, 이하의 (i) 및 (ii)를 충족하는, 주포용 실린더 라이너에 의해 과제를 해결한다. (i) 상기 돌기의 수가, 상기 외주면 상의 1cm2당 5개 이상 50개 이하이다. (ii) 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 해당 2개의 라인에 접촉하는 돌기수의 합계가 8개 이하이다.

Description

주포용 실린더 라이너, 및 실린더 블록의 제조 방법
본 발명은 실린더 라이너에 관한 것이며, 특히 실린더 블록에 주포(鑄包, insert casting)되어, 실린더 내주벽을 형성하는 주포용 실린더 라이너에 관한 것이다. 또, 해당 주포용 실린더 라이너를 이용하여 실린더 블록을 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차용 엔진에 적용되는 실린더 블록의 제조에서, 실린더의 내주측에는 실린더 라이너가 배치된다. 실린더 라이너를 배치한 실린더 블록의 제조 방법으로서는, 실린더 블록용의 주형(鑄型) 내에 미리 실린더 라이너를 배치하고, 주형 내에 주조 재료를 흘려 넣어, 실린더 라이너의 외주를 주조 재료에 의해 주포하는 방법이 있다.
이러한, 실린더 블록의 제조에서 주형 내에 미리 배치되는 실린더 라이너로서는, 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 향상시키기 위해, 실린더 라이너의 외주면에 복수의 돌기를 가지는 것이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1~2 참조).
또, 실린더 라이너 외주면의 복수의 돌기에 관하여, 잘록한 형상을 가지는 돌기에 주목하여, 실린더 블록과의 접합 강도나 밀착성을 향상시키는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 3 참조).
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2005－194983호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 제2009－264347호 공보 특허 문헌 3 : 일본특허 제6340148호
상기와 같이, 실린더 라이너의 외주면에 돌기를 마련하고, 게다가 그 돌기의 형상을 잘록하게 한 것으로 함으로써, 실린더 라이너 외주면과 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 향상시키는 시도가 되어 있다.
한편으로, 실린더 블록의 제조시에는, 실린더 라이너를 배치한 실린더 블록의 주형 내에 주조 재료를 흘려 넣고, 실린더 라이너의 외주를 주조 재료에 의해 주포하는 방법에 의해 제조된다. 이 때에, 주형 내에 흘려 넣는 주조 재료가, 실린더 라이너 외주면의 돌기 사이 영역으로 충분히 널리 퍼지지 않는 경우가 있었다. 그 결과, 실린더 블록 중, 실린더 라이너 외주면과의 접합 부분에 공극이 생성됨으로써, 접합 강도가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있는 것에 생각이 이르렀다.
본 발명은, 실린더 블록에 생기는 공극을 억제함으로써, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 향상시킬 수 있는, 주포용 실린더 라이너를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결할 수 있도록 검토한 바, 실린더 라이너 외주면에 존재하는 돌기에 관하여, 복수의 돌기 사이의 간격을 적절히 조정함으로써, 주형 내에 흘려 넣는 주조 재료가 실린더 라이너 외주면의 돌기 사이로도 널리 퍼져, 실린더 블록에 생기는 공극을 억제하는 것이 가능하게 되어, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 개선할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명은, 돌기를 외주면에 복수 가지는 주포용 실린더 라이너로서, 이하의 (i) 및 (ii)를 충족하는 주포용 실린더 라이너를 포함한다.
(i) 상기 돌기의 수(數)가, 상기 외주면 상의 1cm2당 5개 이상 50개 이하임.
(ii) 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 해당 2개의 라인에 접촉하는 돌기수의 합계가 8개 이하임.
이하의 (iii), (iｖ) 및/또는 (ｖ)을 더 충족하는 것이 바람직하다.
(iii) 실린더 라이너의 외주면에서의 임의의 돌기 A를 선택하고, 해당 선택된 돌기 A와, 돌기 A와 서로 이웃하는 돌기 An(n은 1~7의 정수)과의 거리가 가까운 것으로부터 순서대로 돌기 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7로 했을 때에, 돌기 A와 돌기 An과의 거리 Ln(mm)이, 이하의 식을 만족한다.
(L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6＋L7)/7 ≥ 1.5
(iｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 면적률 S(%)가 5% 이상 20% 이하임.
돌기 면적률 S(%)：돌기의 기저로부터 300μm의 위치에서의, 단위 면적당 돌기의 단면적의 합계 면적이, 단위 면적에 차지하는 비율
(ｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 잘록률 Pr(%)이 50% 이상이다.
돌기 잘록률 Pr(%)：(1cm2당 잘록한 돌기수/1cm2당 돌기수)×100
또, 본 발명은, 실린더 블록의 제조 방법으로서, 실린더 블록용 주형을 준비하는 공정, 및 준비한 실린더 블록용 주형에 실린더 라이너를 배치하는 공정, 그리고 실린더 라이너가 배치된 실린더 블록용 주형 내에 주조 재료를 흘려 넣어, 실린더 블록을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 실린더 라이너가, 이하의 (i) 및 (ii)를 충족하는 제조 방법을 포함한다.
(i) 상기 돌기의 수가, 상기 외주면 상의 1cm2당 5개 이상 50개 이하임.
(ii) 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 해당 2개의 라인에 접촉하는 돌기수의 합계가 8개 이하임.
본 발명에 관한 실린더 라이너를 이용함으로써, 주형 내에 흘려 넣는 주조 재료가 돌기 사이로도 널리 퍼져, 실린더 블록에 생기는 공극을 억제하는 것이 가능하게 되어, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 개선할 수 있다. 특히, 주조 재료가 널리 퍼지기 어렵게 되는 중력 주조법에 의해 제조된 실린더 블록이라도, 실린더 블록에 생기는 공극을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 실린더 라이너의 모식도, 및 그 외주면의 일부를 확대한 확대도의 모식도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 실린더 라이너의 모식도, 및 그 외주면의 일부를 확대한 확대도의 모식도를 나타낸다.
도 3는 잘록한 돌기의 단면 모식도이다.
도 4는 잘록하지 않은, 그 외의 돌기의 단면 모식도이다.
도 5는 마이크로스코프에 의한 돌기의 관찰의 개요를 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시예 및 비교예에서 제조한 실린더 라이너를 이용하여 제조한 실린더 블록의, 공극 면적률을 나타낸다.
도 7은 실시예 및 비교예에서 제조한 실린더 라이너를 이용하여 제조한 실린더 블록의, 실린더 라이너와의 접합 강도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시 형태는, 돌기를 외주면에 복수 가지는 주포용 실린더 라이너로서, 이하의 (i) 및 (ii)를 충족하는, 주포용 실린더 라이너를 포함한다.
(i) 상기 돌기의 수가, 상기 외주면 상의 1cm2당 5개 이상 50개 이하이다.
(ii) 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 해당 2개의 라인 중 어느 일방에 접촉하는 돌기수의 합계가 8개 이하이다.
본 실시 형태에서는, 실린더 라이너의 외주면에 존재하는 돌기가 상기 (i) 및 (ii)를 충족하는, 즉 돌기의 수가 어느 정도 적고, 또한, 서로 이웃하는 돌기가 적당히 간격을 가지고 있음으로써, 주형 내에 흘려 넣는 주조 재료가 돌기 사이로도 널리 퍼져, 실린더 블록에 생기는 공극을 억제하는 것이 가능하게 되어, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 개선할 수 있다. 특히, 주조 재료가 구석구석까지 널리 퍼지기 어렵게 되는 중력 주조법에 의해 제조된 실린더 블록이라도, 주조 재료가 실린더 라이너 외주면의 돌기 사이로도 널리 퍼진다.
실린더 라이너의 외주면이 가지는 돌기의 수(이하, 돌기의 수 Pn이라고도 함)는, 상기 (i)에서 나타낸 것과 같이 1cm2당 통상 5개 이상, 바람직하게는 10개 이상이고, 또 통상 50개 이하, 바람직하게는 35개 이하이며, 25개 이하라도 좋고, 20개 이하라도 괜찮으며, 19개 이하라도 괜찮다.
상기 (ii)의 요건을 고려하면, 돌기의 수 Pn은, 너무 많지 않은 것이 바람직하고, 통상 50개 이하가 된다. 또, 5개를 하회하면, 접합 강도가 불충분하게 되는 경향이 있다.
본 실시 형태에서는, 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 해당 2개의 라인에 접촉하는 돌기수의 합계가 8개 이하이다. 라인에 접촉하는 돌기수에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 실린더 라이너(10)의 모식도, 및 그 외주면(11)을 확대하고, 모식적으로 나타낸 도면이다. 실린더 라이너 외주면(11)에는, 랜덤으로 돌기(12)가 복수 존재한다. 라인(13 및 13')은, 길이 15.2mm, 굵기 0.03mm 이며, 실린더 라이너 외주면의 임의의 위치에 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정되며, 라인(13 및 13') 중 어느 일방에 접촉하는 돌기(도면 중 해칭으로 나타낸 돌기)를 카운트한다. 카운트된 돌기의 수는, 서로 이웃하는 돌기의 간격이 좁을수록 많게 되고, 간격이 넓을수록 적게 된다.
2개의 라인에 접촉하는 돌기의 수가 8개 이하인 것은, 서로 이웃하는 돌기가 적당히 간격을 가지고 있는 것을 의미하고, 이와 같이 서로 이웃하는 돌기가 적당히 간격을 가짐으로써, 주형 내에 흘려 넣는 주조 재료가 돌기 사이로 충분히 널리 퍼질 수 있어, 실린더 블록의 공극을 억제할 수 있고, 그 결과, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도를 개선할 수 있다.
상기 (ii)의 요건에서의 라인과 접촉하는 돌기의 수는 7개 이하라도 좋고, 5개 이하라도 괜찮다. 하한은 한정되지 않지만, 통상 0보다 크고, 1 이상이라도 괜찮으며, 2 이상이라도 괜찮다. 또, (ii)의 요건에서의 돌기의 수는, 동일 실린더 라이너에서, 2개소 이상에서 2개의 라인에 접촉하는 돌기수를 카운트하고, 그 평균값으로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 이하의 (iii)을 더 충족하는 것이 바람직하다.
(iii) 실린더 라이너의 외주면에서의 임의의 돌기 A를 선택하고, 해당 선택된 돌기 A와 돌기 A와 서로 이웃하는 돌기 An(n은 1~7의 정수)과의 거리가 가까운 것으로부터 순서대로 돌기 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7로 했을 때에, 돌기 A와 돌기 An과의 거리 Ln(mm)이, 이하의 식을 만족한다.
(L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6＋L7)/7 ≥ 1.5
상기 (iii)의 식에 대해서, 도 2를 이용하여 설명한다.
도 2는, 일 실시 형태에 관한 실린더 라이너(20)의 모식도, 및 그 외주면을 확대하고, 모식적으로 나타낸 도면이다. 실린더 라이너 외주면(21)에는, 랜덤으로 복수의 돌기가 존재한다. 이 중 어느 돌기를 돌기 A로 했을 때에, 거리 A로부터의 거리가 가까운 돌기 순서대로, A1~A7로 한다. 그리고, A와 An과의 거리를 Ln으로 하고, 각각의 거리 Ln의 가중 평균을 산출한다.
상기 (iii)의 식도 또한, 서로 이웃하는 돌기가 적당히 간격을 가지고 있는 것을 의미하고, 상기 돌기 사이의 거리 Ln의 가중 평균이 1.5 이상인 것이 바람직하며, 1.8 이상이라도 괜찮고, 2.0 이상이라도 괜찮다. 상한은 한정되지 않지만, 통상 10 이하이며, 5 이하라도 괜찮고 4 이하라도 괜찮다.
또, (iii)의 요건에서의 돌기 사이의 거리 Ln의 가중 평균은, 동일 실린더 라이너에서, 2개소 이상에서 구하고, 또 그 평균값으로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 이하의 (iｖ)을 더 충족하는 것이 바람직하다.
(iｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 면적률 S(%)가 5% 이상 20% 이하이다.
돌기 면적률 S(%)：돌기의 기저로부터 300μm의 위치에서의, 단위 면적당 돌기의 단면적의 합계 면적이, 단위 면적에 차지하는 비율
상기 (iｖ)는 돌기의 수 및/또는 굵기를 나타내고 있고, 돌기 면적률이 클수록, 돌기수가 많고, 그리고/또는 돌기가 굵은 것을 나타내고 있고, 본 실시 형태에서는 돌기 면적률 S를 상기 범위로 함으로써, 돌기 사이의 간극이 적당히 형성되고, 주형 내에 흘려 넣는 주조 재료가 돌기 사이로도 널리 퍼진다.
게다가, 상기 돌기 면적률 S(%)를, 상기 (i)에서 정의되는 돌기의 수 Pn(개)으로 나누어 얻어지는 돌기 굵기(S/Pn)가 0.45 이상이라도 좋고, 0.5 이상이라도 괜찮고, 0.55 이상이라도 괜찮고, 0.6 이상이라도 괜찮으며, 또, 0.8 이하라고 괜찮고, 0.75 이하라도 괜찮고, 0.7 이하라도 괜찮다. 상기 S/Pn이 클수록 돌기가 굵은 것을 나타내고, 상기 범위를 충족함으로써, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 접합 강도가 개선되기 때문에 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 이하의 (ｖ)을 더 충족하는 것이 바람직하다.
(ｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 잘록률 Pr(%)이 50% 이상이다.
돌기 잘록률 Pr(%)：(1cm2당 잘록한 돌기수/1cm2당 돌기수)×100
상기 (ｖ)는, 돌기 중, 잘록한 형상을 가지는 돌기가 어느 정도 존재하는지를 나타내고 있다. 잘록한 형상을 가지는 돌기의 비율이 높을수록, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 접합 강도가 개선되기 때문에, 바람직하다. 돌기 잘록률 Pr은 50% 이상인 것이 바람직하고, 60% 이상이라도 좋고, 70% 이상이라도 좋고, 75% 이상이라도 괜찮으며, 80% 이상이라도 괜찮다.
도 3은, 잘록한 형상의 돌기의 일 예를 나타내는 확대 단면 모식도이다. 또, 도 4는, 잘록하지 않은, 그 외 형상의 돌기의 일 예를 나타내는 확대 단면 모식도이다.
도 3에서와 같이, 잘록한 돌기는 외주면의 기저면으로부터의 높이 H를 가지고, 전형적으로는 규정면으로부터 높이 방향을 향해 굵기가 점차 감소하여, 최소 굵기 B를 가진다. 그 후 높이 방향을 향해 굵기가 점차 증가하여, 최대 굵기 A를 가진다. 이와 같이, 돌기의 기저면으로부터 높이 방향을 향하여, 최소 굵기 B, 최대 굵기 A의 순서대로 가지는 돌기를, 본 명세서에서는 잘록한 돌기라고 한다.
돌기 평균 높이 H(mm)는 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.25mm 이상이며, 0.4mm 이상인 것이 바람직하고, 또 통상 1.1mm 이하이며, 바람직하게는 0.8mm 이하이다. 또, 돌기 평균 높이 H(mm)는, 다이얼 뎁스 게이지(dial depth gauge)(최소 단위가 0.01mm)에 의해 측정되고, 원통 부재의 축방향의 양단측 부분에서 직경 방향으로 대향하는 2개소씩 행하며, 이들 4개소의 평균을 돌기의 평균 높이 H(mm)로 한다.
상기 (i)에서 나타내어지는 1cm2당 돌기의 수 Pn은, 3차원 레이저 측정기에 의해 돌기의 기저로부터 300μm의 위치에서의 돌기의 등고선도를 구하고, 1cm2의 범위에서 덮혀져 있는 부분의 개수를 카운트함으로써 구해진다.
또, 상기 돌기 면적률 S는, 3차원 레이저 측정기에 의해 돌기의 기저로부터 300μm의 위치에서의 돌기의 등고선도를 구하고, 1cm2의 범위에서 덮혀져 있는 부분의 돌기 면적의 합계 면적이, 단위 면적(1cm2) 중에서 차지하는 비율을 계산함으로써 구해진다.
또, 다이얼 뎁스 게이지에 의해, 돌기 높이를 구할 수 있고, 마이크로스코프이나 전자 현미경을 이용한 실린더 라이너 표면의 관찰에 의해, 상기 (ii) 및 (iii)에서 규정하는 수치를 측정 내지는 계산할 수 있다.
잘록한 형상의 돌기는, 마이크로스코프에 의한 관찰에 의해 판단할 수 있다. 보다 구체적으로는, 원통 부재의 외주면을, 원통 부재의 중심점과 외주면의 측정점을 통과하여 연신하는 선에 대해 약 45°의 각도로부터 돌기를 관찰한다. 돌기의 관찰에 의해, 돌기의 최대 굵기 A, 최소 굵기 B 등을 측정할 수 있다. 또, 여기서 말하는 돌기의 굵기는, 관찰되는 돌기의 폭이라고도 환언할 수 있다. 도 5에 의해 관찰 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
블록대(1) 상에 평가용 원통 부재(2)를 배치했다. 평가용 원통 부재(2)의 경사 상부에는, 텔레비전 모니터(도시하지 않음)에 접속된 마이크로스코프(3)를, 마이크로스코프(3)의 광축(M)이 연직 방향과 평행이 되도록, 배치했다. 마이크로스코프(3)의 광축(M)과 측정하는 원통 부재(2)의 외주면과의 교점은, 원통 부재(2)의 중심점과 외주면의 측정점을 통과하여 연신하는 선(O)과의 사이에서 약 45°의 각도를 형성하도록 하여, 원통 부재(2)의 표면에 형성된 돌기가 관찰된다.
본 실시 형태의 실린더 라이너의 제조 방법의 일 예를 이하에 설명한다.
실린더 라이너의 소재가 되는 주철의 조성은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 전형적으로는, 내마모성, 내인화성 및 가공성을 고려한 JIS　FC250 상당의 편(片) 모양 흑연 주철의 조성으로서, 이하에 나타내는 조성을 예시할 수 있다.
C : 3.0~3.7질량%
Si：2.0~2.8질량%
Mn：0.5~1.0질량%
P : 0.25질량% 이하
S : 0.15질량% 이하
Cr：0.5질량% 이하
잔부：Fe 및 불가피적 불순물
실린더 라이너의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 원심 주조법에 따르는 것이 바람직하고, 전형적으로는 이하의 공정 A~E를 포함한다.
＜공정 A：현탁액 조제 공정＞
공정 A는, 내화 기재, 점결제, 및 물을 소정의 비율로 배합하여 현탁액을 작성하는 공정이다.
내화 기재로서는, 전형적으로는 규조토가 이용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 현탁액 중의 규조토의 함유량은, 통상 20질량% 이상, 35질량% 이하이며, 규조토의 평균 입경은 통상 2μm 이상, 35μm 이하이다.
점결제로서는, 전형적으로 벤토나이트가 이용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 현탁액 중의 벤토나이트의 함유량은, 통상 3질량% 이상, 9질량% 이하이다.
또, 현탁액 중의 물의 함유량은, 통상 62질량% 이상, 78질량% 이하이다.
＜공정 B：도형제(塗型劑) 조제 공정＞
공정 B는, 공정 A에서 조제한 현탁액에 소정량의 계면 활성제를 첨가하여, 도형제를 작성하는 공정이다.
계면 활성제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 카티온(cation) 계면 활성제, 아니온(anion) 계면 활성제, 노니온(nonion) 계면 활성제, 양성 계면 활성제 등의 기지(旣知)의 계면 활성제를 1종, 또는 2종 이상을 조합시켜 이용한다. 계면 활성제의 배합량은 현탁액 100 질량부에 대해, 통상 0.005 질량부 이상, 0.04 질량부 이하이다.
＜공정 C：도형제 도포 공정＞
공정 C는, 주형이 되는 원통 모양 금형의 내주면에 도형제를 도포하는 공정이다. 도포 방법은 특별히 한정되지 않지만, 전형적으로는 분무 도포가 이용된다. 도형제의 도포시에는, 도형제의 층이 내주면 전체 둘레에 걸쳐서 대략 균일한 두께로 형성되도록 도형제가 도포되는 것이 바람직하다. 또, 도형제를 도포하고, 도형제층을 형성할 때에, 원통 모양 금형을 회전시킴으로써, 적당한 원심력을 부여하는 것이 바람직하다.
여기서 실린더 라이너 표면에 존재하는 돌기의 제조는, 다음의 프로세스를 거쳐 형성되는 것이라고, 본 발명자들은 추측한다.
즉, 소정 온도로 가열된 주형의 내주면에 형성된 도형제층은, 도형제 중의 수분이 급속히 증발하여 기포가 발생한다. 그리고 상대적으로 사이즈가 큰 기포에 대해서 계면 활성제가 작용하거나, 상대적으로 사이즈가 작은 기포끼리가 결합하거나 함으로써, 도형제층의 내주측에 오목 구멍이 형성된다. 도형제층은 주형의 내주면으로부터 서서히 건조되고, 오목 구멍을 형성하는 도형제층이 서서히 고형화되는 과정에서, 도형제층에 오목 구멍이 형성된다.
도형제층의 두께는, 돌기의 높이의 1.1~2.0배의 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 도형제층을 이 두께로 하는 경우에는, 주형의 온도를 300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
＜공정 D：주철 주입(
Figure pct00001
) 공정＞
공정 D는, 건조된 도형제층을 가지는 회전 상태에 있는 주형 내로, 주철을 주입하는 공정이다. 이 때에, 전(前)공정에서 설명한 도형제층의 잘록한 형상을 가지는 오목 구멍에 용탕이 충전됨으로써, 실린더 라이너의 표면에 잘록한 돌기가 형성된다. 또, 이 때에도 적당한 원심력을 부여하는 것이 바람직하다.
＜공정 E：취출, 마무리 공정＞
공정 E는, 제조한 실린더 라이너를 주형으로부터 취출, 실린더 라이너 표면의 도형제층을 블라스트 처리에 의해 실린더 라이너로부터 제거함으로써, 실린더 라이너가 완성된다.
상기 공정을 거쳐 실린더 라이너가 완성된다. 실린더 라이너 표면의 돌기의 수를 줄이고, 돌기 간격을 적당히 넓게 하기 위해서는, 공정 A에서의 물의 양, 공정 B에서의 계면 활성제의 종류, 계면 활성제의 양, 도형제층의 두께, 도형제층 형성시의 Gno, 주철 주입시의 Gno 등을 적절히 조정할 필요가 있다. 구체적으로는,
ㆍ공정 A에서의 물의 배합량：65질량%~75질량%　
ㆍ공정 B에서의 계면 활성제의 첨가량：0.005질량%~0.04질량%
ㆍ공정 B에서의 계면 활성제의 종류：2종 이상을 조합시킴
ㆍ도형제층의 두께：0.5mm~1.1mm
ㆍGno(라이닝)：20G~80G　
ㆍGno(주입)：80G~160G　　
등으로 함으로써, 실린더 라이너 표면의 돌기를, 소망의 형태로 쉽게 된다.
또, Gno(라이닝)는, 상기 공정 C에서 도형제층을 형성할 때에 원통 모양 금형을 회전시켰을 때의 G(원심력)를 나타내고, Gno(주입)는, 상기 공정 D에서 주형을 회전시켰을 때의 G(원심력)를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 실린더 블록의 제조 방법으로서, 실린더 블록용 주형을 준비하는 공정, 및 준비한 실린더 블록용 주형에 실린더 라이너를 배치하는 공정, 및 실린더 라이너가 배치된 실린더 블록용 주형 내에 주조 재료를 흘려 넣어, 실린더 블록을 형성하는 공정을 포함한다. 그리고, 실린더 블록용 주형에 배치되는 실린더 라이너는, 상기 설명한 (i) 및 (ii)를 충족한다.
앞서 설명한 것과 같이, 실린더 블록을 제조하는 경우, 특히 중력 주조법에 의해 제조하는 경우에는, 상기 (i) 및 (ii)를 충족하는 실린더 라이너를 이용함으로써, 실린더 블록에 생기는 공극을 억제할 수 있어, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 사이의 접합 강도가 개선된다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 이하의 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.
본 실시예에서 이용한 실린더 라이너의 각종 물성의 측정 방법은 이하와 같다.
＜돌기의 평균 높이 H(mm)＞
돌기의 평균 높이 H(mm)는, 다이얼 뎁스 게이지(최소 단위가 0.01mm)에 의해 측정했다. 측정은, 원통 부재의 축방향의 양단 부분에서, 직경 방향으로 대향하는 2개소씩 행하고, 이들 4개소의 평균을 돌기의 평균 높이 H(mm)로 했다.
＜돌기수 Pn(개)＞
돌기수 Pn(개)은, 비접촉식 3차원 레이저 측정기를 이용하여, 원통 부재의 외주면을 측정하여 1cm×1cm의 등고선도를 얻은 후, 이 등고선도 중의 높이 300μm의 등고선에 의해 둘러싸인 영역의 수를 카운트하여 구했다. 돌기의 높이의 측정과 마찬가지로, 측정은, 원통 부재의 축방향의 양단측 부분에서, 직경 방향으로 대향하는 2개소씩 행하고, 이들 4개소의 평균을 1cm2당 돌기수 Pn로 했다.
＜돌기 잘록률 Pr(%)＞
잘록률은, 마이크로스코프(주식회사 하이록스제 디지털 마이크로스코프 KH－1300)을 이용하여, 돌기를 관찰함으로써, 해당 돌기가 잘록한 돌기인지의 여부를 관찰하고, 1cm2당 잘록한 돌기수를 Pn으로 나누고, 100을 곱함으로써, 잘록률 Pr(%)로 했다. 또, 돌기 잘록률은 4개소 측정한 평균값으로 했다.
＜돌기 면적률 S(%), 돌기 굵기(S/Pn)＞
돌기 면적률 S(%)는, 3차원 레이저 측정기에 의해 돌기의 기저로부터 300μm의 위치에서의 돌기의 등고선도를 구하고, 1cm2의 범위에서 덮혀져 있는 부분의 돌기 면적의 합계 면적이, 단위 면적(1cm2) 중에서 차지하는 비율을 계산함으로써 구하여지고, 돌기 면적률 S(%)를 상기 구한 돌기수 Pn(개)으로 나눔으로써, 돌기 굵기(S/Pn)를 구했다.
＜라인에 접촉하는 돌기수, 서로 이웃하는 돌기 사이 거리의 가중 평균＞
마이크로스코프을 이용한 실린더 라이너 표면의 관찰에 의해 화상을 취득하고, 해당 화상 상(上)에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정하고, 해당 라인에 접촉하는 돌기의 수를 카운트했다. 또 마찬가지로 취득한 화상에서, 임의의 돌기 A를 선택하고, 돌기 A와 서로 이웃하는 돌기 An과의 거리 Ln(n은 1~7의 정수)을 측정하고, 그 가중 평균을 구했다. 또, 1개의 실린더 라이너로부터 4개소를 측정했다.
실험：
ㆍ도형제의 조제
이하의 표 1에 나타내는 원료를 이용하여, 도형제 1~3을 조제했다. 또, 표 1중의 계면 활성제에 대해서, 도형제 1 및 도형제 3에서는, 탄화 수소기와 산(酸)에스테르기를 가지는 아니온 계면 활성제와 에탄올 아미드형 노니온 계면 활성제와의 조합을 이용하고, 도형제 2에서는, 탄화 수소기와 산에스테르기를 가지는 아니온 계면 활성제와 POE 알킬 에테르형 노니온 계면 활성제와의 조합을 이용했다.
Figure pct00002
ㆍ실린더 라이너의 제작
이하의 조성의 용탕을 이용하여 원심 주조에 의해 각 실시예 및 비교예의 실린더 라이너를 제작했다. 주조된 실린더 라이너의 조성은,
C : 3.4질량%,
Si：2.4질량%,
Mn：0.7질량%,
P : 0.12질량%,
S : 0.035질량%,
Cr：0.25질량%,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물 Z(JIS　FC250 상당)이었다.
표 1에 나타내는 도형제를 이용하여, 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1에 관한 실린더 라이너를 제작했다. 또, 모든 실시예에서, 공정 C에서의 원통 모양 금형의 온도는 180℃~300℃의 범위 내로 설정하고, 또한 Gno(라이닝)를 55G로 하여 도형제층을 형성했다. 단, 도형제층의 두께에 대해서는, 각 실시예에서 적절히 변경함으로써, 적절히 돌기의 높이를 변경시켰다. 또, 공정 D 이후에 대해서는, Gno(주입)를 120G로 하여 주철의 주입을 행한 이외에는, 모든 실시예에서 동일 조건으로 실시했다. 그 후 얻어진 주철제 원통 부재의 내주면을 절삭 가공하여, 두께를 5.5mm로 조정했다.
이와 같이 하여 얻어진 주철제 원통 부재의 치수는, 외경(돌기의 높이를 포함하는 외경) 85mm, 내경 74mm(두께 5.5mm)이고, 축방향의 길이는 130mm이었다. 제작한 실린더 라이너의 돌기의 형상을 표 2에 나타낸다.
Figure pct00003
ㆍ실린더 블록의 작성
실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1에 관한 실린더 라이너를 이용하여, 이하의 조건에서 실린더 라이너와 실린더 블록과의 접합체를 제조하고, 얻어진 실린더 블록의 공극 면적률과, 실린더 라이너와의 접합 강도를 평가했다.
주조 방법：사형(砂型) 중력 주조
라이너 예열：350℃ 1시간
알루미늄 재질 : AC4B
열처리：500℃ 6시간, 및 160℃ 6시간
얻어진 실린더 라이너와 실린더 블록과의 접합체는, 이하의 방법에 의해, 실린더 블록의 공극률을 측정했다.
i) 실린더 라이너와 블록 알루미늄과의 계면을 포함하는 시료 단면을 연마한다.
ii) 연마 후, 상기 계면을 포함하는 3매의 사진을 촬영한다.
iii) 각 사진마다의 공극 면적률(촬영 시야에 대한 계면의 간극의 비율(%))을 측정하고, 그 평균을 공극 면적률로 했다.
다음으로, 이하의 방법에 의해, 실린더 라이너와 실린더 블록과의 접합 강도를 측정했다.
인장 시험기(시마즈 제작소제, 만능 시험기：AG－5000E)를 이용하여, 원통 부재와 외주 부재 중 일방을 클램프에 의해 고정하고, 타방을 양 부재의 접합면과 직교하는 방향으로 인장 강도를 가했다. 양 부재가 박리했을 때의 인장 강도를 접합 강도로 했다.
결과를 도 6 및 7에 나타낸다. 또, 결과는, 동일한 방법에 의해 제조한 실린더 블록을 15회 평가한 결과이다.
1 : 블록대 2 : 원통 부재
3 : 마이크로스코프 10, 20 : 실린더 라이너
11, 21 : 실린더 라이너 외주면 12 : 돌기
13, 13' : 라인

Claims (8)

  1. 돌기를 외주면에 복수 가지는 주포(鑄包)용 실린더 라이너(cylinder liner)로서, 이하의 (i) 및 (ii)를 충족하는 주포용 실린더 라이너.
    (i) 상기 돌기의 수(數)가, 상기 외주면 상의 1cm2당 5개 이상 50개 이하임.
    (ii) 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 상기 2개의 라인에 접촉하는 돌기수의 합계가 8개 이하임.
  2. 청구항 1에 있어서,
    이하의 (iii)을 더 충족하는 주포용 실린더 라이너.
    (iii) 실린더 라이너의 외주면에서의 임의의 돌기 A를 선택하고, 상기 선택된 돌기 A와, 돌기 A와 서로 이웃하는 돌기 An(n은 1~7의 정수)과의 거리가 가까운 것으로부터 순서대로 돌기 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7로 했을 때에, 돌기 A와 돌기 An과의 거리 Ln(mm)이, 이하의 식을 만족함.
    (L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6＋L7)/7 ≥ 1.5
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    이하의 (iｖ)을 더 충족하는 주포용 실린더 라이너.
    (iｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 면적률 S(%)가 5% 이상 20% 이하임.
    돌기 면적률 S(%)：돌기의 기저(基底)로부터 300μm의 위치에서의, 단위 면적당 돌기의 단면적의 합계 면적이, 단위 면적에 차지하는 비율
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    이하의 (ｖ)을 더 충족하는 주포용 실린더 라이너.
    (ｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 잘록률 Pr(%)이 50% 이상임.
    돌기 잘록률 Pr(%)：(1cm2당 잘록한 돌기수/1cm2당 돌기수)×100
  5. 실린더 블록의 제조 방법으로서, 실린더 블록용 주형(鑄型)을 준비하는 공정,
    준비한 실린더 블록용 주형에 실린더 라이너를 배치하는 공정, 및
    실린더 라이너가 배치된 실린더 블록용 주형 내에 주조 재료를 흘려 넣어, 실린더 블록을 형성하는 공정을 포함하며,
    상기 실린더 라이너가, 이하의 (i) 및 (ii)를 충족하는 제조 방법.
    (i) 상기 돌기의 수가, 상기 외주면 상의 1cm2당 5개 이상 50개 이하임.
    (ii) 실린더 라이너의 외주면의 임의의 위치에, 15.2mm×0.03mm의 라인을 2개, 3.8mm의 간격을 두고 평행하게 설정했을 때에, 상기 라인에 접촉하는 돌기수가 8개 이하임.
  6. 청구항 5에 있어서,
    이하의 (iii)을 더 충족하는 제조 방법.
    (iii) 실린더 라이너의 외주면에서의 임의의 돌기 A를 선택하고, 상기 선택된 돌기 A와, 돌기 A와 서로 이웃하는 돌기 An(n은 1~7의 정수)과의 거리가 가까운 것으로부터 순서대로 돌기 A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7로 했을 때에, 돌기 A와 돌기 An과의 거리 Ln(mm)이, 이하의 식을 만족함.
    (L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋L6＋L7)/7 ≥ 1.5
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    이하의 (iｖ)을 더 충족하는 제조 방법.
    (iｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 면적률 S(%)가 5% 이상 20% 이하임.
    돌기 면적률 S(%)：돌기의 기저로부터 300μm의 위치에서의, 단위 면적당 돌기의 단면적의 합계 면적이, 단위 면적에 차지하는 비율
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    이하의 (ｖ)을 더 충족하는 제조 방법.
    (ｖ) 상기 돌기는, 이하에서 정의되는 돌기 잘록률 Pr(%)이 50% 이상임.
    돌기 잘록률 Pr(%)：(1cm2당 잘록한 돌기수/1cm2당 돌기수)×100
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