KR20230026928A - 스파이니 라이너 및 그 제조 방법, 그리고 접합 강도의 감별법 - Google Patents

스파이니 라이너 및 그 제조 방법, 그리고 접합 강도의 감별법 Download PDF

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KR20230026928A
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Abstract

외주면측의 금속과 일체화했을 때의 접합 강도를 보다 더 개선할 수 있는 스파이니 라이너를 제공하는 것을 과제로 한다.
표면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 가지는 스파이니 라이너로서, 상기 돌기의, 100mm2 당의 잘록한 돌기수를 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의, 최대 굵기의 평균을 dw(mm) 및 최소 굵기의 평균을 dn(mm)이라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)의 합계값이 1.55 이상인 스파이니 라이너에 의해, 과제를 해결할 수 있다.
(I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
(II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}

Description

스파이니 라이너 및 그 제조 방법, 그리고 접합 강도의 감별법
본 발명은, 새로운 형상의 돌기를 표면에 가지는 스파이니 라이너, 스파이니 라이너의 제조 방법, 접합 강도의 감별법, 및 접합 강도에 관한 정보를 가지는 스파이니 라이너에 관한 것이다.
주철제(鑄鐵製) 원통 부재는, 내연 기관의 실린더 라이너나, 내접식 드럼 브레이크의 브레이크 드럼, 베어링 부재 또는 지지 부재 등에 이용된다.
주철제 원통 부재는 외주면이 금속 재료에 의해 주포(鑄包, insert casting)되어, 외주측의 금속과 주철제 원통 부재가 일체화된다. 그리고, 일체화되었을 때의 접합 강도를 유지하기 위해, 주철제 원통 부재의 외주면에는 복수의 돌기가 마련된다(예를 들면 특허 문헌 1 및 2 참조).
일체화되었을 때의 접합 강도를 유지하기 위해서 마련되는 주철제 원통 부재의 외주면의 돌기에 대해서는, 돌기의 잘록한 형상에 주목한 앵커부 지수가 일정 이상인 주철 부재를 이용함으로써, 양호한 접합 강도를 가진다고 하는 기술이 제안되어 있다(특허 문헌 3 참조).
특허 문헌 1 : 일본 공개특허 제2005-194983호 공보 특허 문헌 2 : 일본 공개특개 제2009-264347호 공보 특허 문헌 3 : 일본 등록특허 제6510743호 공보
상기 특허 문헌 3은, 돌기의 잘록한 형상에 주목하고, 돌기 중 최대 굵기와 최소 굵기와의 사이(이하, '앵커부'라고도 한다.)가 접합 강도에 크게 기여한다고 하는 지견(知見)에 근거하는 것이다. 그렇지만, 앵커부에 주목하는 것만으로는 외주면측의 금속과 일체화되었을 때의 접합 강도가 불충분한 경우가 있어, 더 개선할 여지가 있었다. 본 발명은, 주포되는 실린더 라이너로서, 표면에 돌기를 가지는 스파이니 라이너이고, 외주면측의 금속과 일체화했을 때의 접합 강도를 더 개선할 수 있는, 새로운 형상의 돌기를 표면에 가지는 스파이니 라이너를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 검토를 진행시켜, 돌기의 앵커부에 더하여, 각각의 돌기 자체의 강도, 즉 돌기의 최소 굵기의 값도 고려에 넣어 돌기의 형상을 제어함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아냈다. 또, 당해 지견을 응용함으로써, 일체화했을 때의 접합 강도를 감별할 수 있는 것도 찾아냈다.
본 발명의 실시 형태는, 표면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 가지는 스파이니 라이너로서,
상기 돌기의, 100mm2 당의 잘록한 돌기수를 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의, 최대 굵기의 평균을 dw(mm) 및 최소 굵기의 평균을 dn(mm)이라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)의 합계값이 1.55 이상인, 스파이니 라이너이다.
(I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
(II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
상기 dw/dn가 1.1 이상 1.6 이하인 것이 바람직하고, 상기 (I)의 값이 0.25 이상인 것이 바람직하고, 상기 (II)의 값이 1.35 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 표면에 돌기를 가지는 스파이니 라이너가 실린더 블록과 접합했을 때의, 복합체의 접합 강도를 감별하는 방법으로서,
상기 스파이니 라이너의 표면의 돌기에 대해서, 이하의 (I)과 (II)의 합계값이 1.55 이상인지 아닌지를 감별하는 감별 스텝을 포함하는 감별법이다.
(I) 및 (II)의 값의 산출 방법；
100mm2 당의 잘록한 돌기수 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의, 최대 굵기의 평균을 dw(mm), 최소 굵기의 평균을 dn(mm)이라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)를 산출한다.
(I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
(II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
또, 본 발명의 다른 실시 형태는, 스파이니 라이너를 준비하는 준비 스텝, 준비된 스파이니 라이너의 접합 강도를 상기 기재의 방법으로 감별하는 감별 스텝, 및 감별 스텝에 대해 (I)과 (II)의 합계값이 1.55 이상인 스파이니 라이너를 선택하는 선택 스텝을 포함하는 스파이니 라이너의 제조 방법이다.
또한 본 발명의 다른 실시 형태는, 실린더 블록과 접합했을 때의 복합체의 접합 강도의 정보를 가지는, 표면에 돌기를 가지는 스파이니 라이너이며, 상기 정보는, 스파이니 라이너에 직접 부여되거나, 스파이니 라이너의 포장체에 직접 혹은 매체를 통해서 제공되거나, 또는 스파이니 라이너와 함께 포장되는 매체에 의해 제공되는 형태가 바람직하다.
본 발명에 의해, 외주면측의 금속과 일체화했을 때의 접합 강도를 보다 더 개선할 수 있는, 스파이니 라이너를 제공할 수 있다. 본 스파이니 라이너는, 다이캐스트법에서 거푸집에 캐스팅할 때에 바람직하게 이용된다. 또, 스파이니 라이너와 외주면측의 금속을 일체화했을 때의 접합 강도를 감별할 수 있다. 또한, 외주면측의 금속과 일체화했을 때의 접합 강도의 정보를 부여한 스파이니 라이너를 제공할 수 있다.
도 1은 잘록한 돌기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 형태의, 잘록한 돌기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 식 (I)의 설명을 하기 위한 잘록한 돌기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이고, (b)는 식 (II)의 설명을 하기 위한 잘록한 돌기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 마이크로스코프에 의한 돌기의 관찰의 개요를 나타내는 모식도이다.
도 5는 실시예 및 비교예와 관련되는 원통 부재의 락 지수 (I)＋(II)를 가로축, 외주 부재와 접합했을 때의 접합 강도를 세로축으로 플롯한 그래프이다.
본 발명의 일 실시 형태는, 표면에 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 가지는 스파이니 라이너이다. 본 명세서에서는, 표면에 복수의 돌기를 가지는 실린더 라이너를 스파이니 라이너라고 칭한다. 스파이니 라이너는, 내연 기관의 피스톤이 그 실린더 보어를 슬라이딩하는 실린더 라이너로서 이용될 수 있다. 본 발명자들은, 스파이니 라이너가 가지는 돌기의 형상에 주목하고, 돌기의 최대 굵기와 최소 굵기의 차이에 더하여 각각의 돌기 자체의 강도, 즉 돌기의 최소 굵기의 값도 고려에 넣어 돌기의 형상을 제어하여 스파이니 라이너를 제조함으로써, 스파이니 라이너의 외주면측의 금속과 일체화했을 때의 접합 강도를 보다 더 개선할 수 있는, 신규 돌기의 형상을 가지는 스파이니 라이너가 얻어지는 것을 찾아냈다.
구체적으로는, 스파이니 라이너 표면의 돌기의, 100mm2 당의 잘록한 돌기수를 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의, 최대 굵기의 평균을 dw(mm) 및 최소 굵기의 평균을 dn(mm)라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)의 합계값이 1.55 이상인 스파이니 라이너이다.
(I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
(II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
상기 식에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은, 스파이니 라이너 표면의, 잘록한 돌기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 돌기(10)는, 스파이니 라이너 외주의 기저면(11)으로부터의 높이 H를 가지고, 전형적으로는 기저면(11)으로부터 높이 방향을 향하여 돌기의 굵기가 점점 감소하고, 최소 굵기 dN를 가진다. 그 후 높이 방향을 향하여 굵기가 점점 증가하고 지름 극대부를 가진다. 지름 극대부의 굵기를, 최대 굵기 dW라고 부른다. 이와 같이, 기저면(11)으로부터 높이 방향을 향하여, 최소 굵기 dN, 최대 굵기 dW의 순으로 가지는 돌기를, 본 명세서에서는 잘록한 돌기라고 한다.
본 발명자들은, 실린더 블록 등의 외주측의 금속과 스파이니 라이너가 일체화되었을 때의 접합 강도의 향상을 위해, 돌기의 형상을 더욱 상세하게 검토하고, 돌기의 최대 굵기와 최소 굵기의 차이에 더하여, 각각의 돌기 자체의 강도, 즉 돌기의 최소 굵기의 값도 고려에 넣어 돌기의 형상을 제어하는 것에 생각이 이르렀다. 즉, 도 1의 예의 잘록한 돌기(10)의 형상과 도 2의 예의 잘록한 돌기(20)의 형상은, 잘록량, 즉(dW-dN)의 값은 거의 동일하다고 생각되는데, 외주측의 금속과 스파이니 라이너가 일체화되었을 때의 접합 강도는 다르다. 이것은, dN의 수치도 외주측의 금속과 스파이니 라이너가 일체화되었을 때의 접합 강도에 크게 기여하기 때문이다. 그 때문에, dN의 값도 고려에 넣은 돌기 형상의 제어가 필요하다.
상기 (I)식은, 돌기의 잘록이 외주측의 금속과 락(lock)되는 정도를 나타내고 있다. 즉 상기 (I)식의 값이 작은 경우에는, 스파이니 라이너와 외주측의 금속이 빠지기 쉽게 되는 경향이 있다. 구체적으로는 식 (I)은, 도 3의 (a)의 크로스 해칭으로 나타내는 영역의 체적을 나타내고, dW를 직경으로 하고, 높이를 0.35 H로 한 원기둥의 체적으로부터, 상부 바닥을 dN, 하부 바닥을 dW, 높이를 0.35H로 한 원통 사다리꼴(그 단면을 도면 중 해칭으로 나타냄)의 체적을 빼서 산출한다. 또한 돌기에서의 최대 굵기 dW와 최소 굵기 dN와의 사이의 거리는, 평균하여 0.35H인 것을 본 발명자들은 찾아내었다.
상기 (II)식은, 돌기 자체의 강도를 나타내고 있다. 즉 상기 (II)식의 값이 작은 경우에는, 스파이니 라이너의 돌기 자체의 강도가 저하하는 경향이 있고, 스파이니 라이너와 외주측의 금속과의 사이에 강한 전단력 또는 인장력이 생겼을 때에, 돌기가 꺽임으로써 접합 강도가 저하하는 경향이 있다. 구체적으로는 도 3의 (b)에서 해칭으로 나타내는 영역의 체적을 나타내고, dN를 반경으로 하고 높이를 0.35H로 한 원기둥의 체적이다.
또한 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기 dW의 평균이 dw(mm) 및 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최소 굵기 dN의 평균이 dn(mm)이다.
그리고, 상기 (I) 및 (II)의 합계값을 락 지수라고 정의하고, 이 락 지수가 일정 이상, 즉 1.55 이상임으로써, 외주측의 금속과 일체화했을 때의 접합 강도를 더욱 개선할 수 있는, 스파이니 라이너를 제공할 수 있다. 락 지수는 1.70 이상인 것이 바람직하고, 2.0 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한 상기 (I)의 값이 0.25 이상인 것이 바람직하고, 상기 (II)의 값이 1.35 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, dw-dn으로 나타내어지는 잘록량이 0.08 이상인 것이 바람직하고, 0.1 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.4 이하인 것이 바람직하고, 0.35 이하인 것이 보다 바람직하다. dw-dn으로 나타내어지는 잘록량이 상기 범위가 됨으로써, 돌기의 잘록이 외주측의 금속과 강고하게 락되어, 스파이니 라이너와 그 외주측의 금속과의 접합 강도가 향상된다.
또, dw/dn이 1.18 이상인 것이 바람직하고, 1.2 이상인 것이 보다 바람직하며, 1.6 이하인 것이 바람직하고, 1.5 이하인 것이 보다 바람직하다. dw/dn이 상기 범위가 됨으로써, 돌기의 잘록이 외주측의 금속과 강고하게 락되어, 스파이니 라이너와 그 외주측의 금속과의 접합 강도가 향상된다.
스파이니 라이너 표면의 돌기의, 100mm2 당의 잘록한 돌기수 Pc는, 통상 10개 이상이며, 20개 이상이라도 괜찮고, 30개 이상이라도 괜찮으며, 통상 130개 이하이며, 100개 이하라도 괜찮고, 80개 이하라도 괜찮다. 일 형태에서는 10개 이상 40개 이하라도 괜찮고, 다른 형태에서는 30개 이상 50개 이하라도 괜찮으며, 다른 형태에서는 40개 이상 80개 이하라도 괜찮고, 또 다른 형태에서는 70개 이상 130개 이하라도 괜찮다.
스파이니 라이너 표면의 돌기의 평균 높이 h(mm)는, 통상 0.3 이상이라도 괜찮고, 0.4 이상이라도 괜찮으며, 1.0 이하라도 괜찮고, 0.9 이하라도 괜찮다. 일 형태에서는, 0.3 이상 0.6 미만이라도 괜찮고, 0.3 이상 0.55 이하라도 괜찮으며, 0.3 이상 0.5 미만이라도 괜찮고, 0.3 이상 0.5 이하라도 괜찮으며, 또 다른 형태에서는 0.6 이상 1.0 이하라도 괜찮고, 0.6 이상 0.8 이하라도 괜찮다.
잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균 dw(mm)은, 통상 0.4 이상이며, 0.5 이상이라도 괜찮고, 0.6 이상이라도 괜찮다. 또 통상 1.3 이하이며, 1.2 이하라도 괜찮고, 1.0 이하라도 괜찮다. 일 형태에서는, 0.6 이상 1.0 이하라도 괜찮고, 0.5 이상 0.9 이하라도 괜찮으며, 또한 0.4 이상 0.8 이하라도 괜찮다.
잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최소 굵기의 평균 dn(mm)은, 통상 0.25 이상이며, 0.3 이상이라도 괜찮고, 0.4 이상이라도 괜찮다. 또 통상 1.2 이하이며, 1.0 이하라도 괜찮고, 0.8 이하라ㄷ 괜찮다. 일 형태에서는, 0.4 이상 0.8 이하라도 괜찮고, 0.3 이상 0.7 이하라도 괜찮으며, 또한 0.2 이상 0.6 이하라도 괜찮다.
스파이니 라이너 표면의 돌기의, 100mm2 당의 전체 돌기수 Pn에 대한 잘록한 돌기수의 비율인 잘록율 Pr은, 통상 0.5 이상이며, 0.6 이상이라도 괜찮고, 0.7 이상이라도 괜찮으며, 0.8 이상이라도 괜찮고, 0.9 이상이라도 괜찮으며, 0.92 이상이라도 괜찮고, 0.94 이상이라도 괜찮으며, 0.95 이상이라도 괜찮고, 0.96 이상이라도 괜찮으며, 0.97이상이라도 괜찮고, 0.98 이상이라도 괜찮으며, 0.99 이상이라도 괜찮다.
잘록한 형상의 돌기는, 마이크로스코프에 의한 관찰에 의해 판단할 수 있다. 보다 구체적으로는, 스파이니 라이너의 외주면을, 원통 부재의 중심점과 외주면의 측정점을 통과하여 연신(延伸)하는 선에 대해 약 45°의 각도로부터 돌기를 관찰한다. 관찰하는 각도나 초점을 변화시킴으로써, 돌기의 최대 굵기 dW, 최소 굵기 dN를 측정할 수 있다. 또한 여기서 말하는 돌기의 굵기는, 관찰되는 돌기의 폭이라고도 바꾸어 말할 수 있다. 도 4에 의해 관찰 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 4에 나타내는 것과 같이, 블록대(1) 상에 평가용 스파이니 라이너(2)를 배치하였다. 평가용 스파이니 라이너(2)의 경사진 상방(上方)에는, 텔레비전 모니터(도시하지 않음)에 접속된 마이크로스코프(3)를, 마이크로스코프(3)의 광축(M)이 연직 방향과 평행이 되도록 배치하였다. 마이크로스코프(3)의 광축(M)과 측정할 스파이니 라이너(2)의 외주면과의 교점은, 스파이니 라이너(2)의 중심점과 외주면의 측정점을 통과하여 연신하는 선(O)과의 사이에서 약 45°의 각도를 형성하도록 하여, 스파이니 라이너(2)의 표면에 형성된 돌기가 관찰되는데, 각도나 초점은 관찰이 하기 쉽도록 조정한다.
본 실시 형태의 스파이니 라이너는, 그 외주면의 적어도 일부가 금속에 의해 덮여짐으로써, 스파이니 라이너와 그 외주측의 금속과의 복합 구조체가 되고, 복합 구조체로서 여러가지 용도로 이용된다. 복합 구조체는, 스파이니 라이너가 그 외주측의 금속에 주포된 복합 구조체인 것이 바람직하다.
복합체를 구성하는 외주측의 금속으로서는 특별히 한정되지 않지만, 고온 상태로부터 냉각하는 것에 의해 고체화되는 재료 혹은 중합 반응에 의해 경화되는 액상 재료, 혹은, 가열에 의해 융착 혹은 소결되는 분말상 원료 등을 이용할 수 있다. 전형적으로는, 알루미늄 합금 등을 이용한 용탕을 들 수 있다.
본 실시 형태의 스파이니 라이너의 제조 방법의 일례를 이하에 설명한다. 스파이니 라이너는 전형적으로는 주철제의 부재이다.
스파이니 라이너의 소재가 되는 주철의 조성은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 전형적으로는, 내마모성, 내인화성 및 가공성을 고려한 JIS　FC250 상당의 편상(片狀) 흑연 주철의 조성으로서, 이하에 나타내는 조성을 예시할 수 있다.
C ： 3.0~3.7 질량%
Si ： 2.0~2.8 질량%
Mn ： 0.5~1.0 질량%
P ： 0.25 질량% 이하
S ： 0.15 질량% 이하
Cr ： 0.5 질량% 이하
잔부：Fe 및 불가피적 불순물
주철제의 스파이니 라이너의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 원심 주조법에 의한 것이 바람직하고, 전형적으로는 이하의 공정 A~E를 포함한다.
<공정 A ： 현탁액 조제 공정>
공정 A는, 내화기재, 점결제, 및 물을 소정의 비율로 배합하여 현탁액을 작성하는 공정이다.
내화기재로서는, 전형적으로는 규조토가 이용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 현탁액 중의 규조토의 함유량은, 통상 62 질량% 이상, 91 질량% 이하이며, 규조토의 평균 입경은 통상 3㎛이상, 40㎛ 이하이다.
점결제로서는, 전형적으로 벤토나이트가 이용되지만, 이것에 한정되지 않는다. 현탁액의 액체의 온도는 35℃ 이하가 바람직하고, 25℃ 이하가 보다 바람직하고, 15℃ 이하가 보다 더 바람직하다. 현탁액 중의 벤토나이트의 함유량은, 통상 9 질량% 이상, 38 질량% 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, 기지(旣知)의 계면 활성제가 이용된다. 계면 활성제의 배합량은, 통상 0.01 질량% 이상, 0.22 질량% 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 도포하여, 도형제층을 형성할 때에, 원통 모양 금형을 회전시킴으로써, 적당한 원심력을 부여하는 것이 바람직하다.
여기서 스파이니 라이너 외주면에 존재하는 돌기의 제조는, 다음의 프로세스를 거쳐 형성되는 것이라고 본 발명자들은 추측한다.
즉, 소정 온도로 가열된 주형의 내주면에 형성된 도형제층은, 도형제 중의 수분이 급속하게 증발하여 기포가 발생한다. 그리고 상대적으로 사이즈가 큰 기포에 대해서 계면 활성제가 작용하거나, 상대적으로 사이즈의 작은 기포끼리가 결합하거나 함으로써, 도형제층의 내주측에 오목 구멍이 형성된다. 도형제층이 건조되고, 오목 구멍을 형성하는 도형제층이 서서히 고형화되는 과정에서, 도형제층에 잘록한 형상을 가지는 오목 구멍이 형성된다.
도형제층의 두께는, 돌기의 높이의 1.1~2.0배의 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 도형제층을 이 두께로 하는 경우에는, 원통 모양 금형의 온도를 150°이상, 350°이하로 하는 것이 바람직하다.
<공정 D：주철 주입(鑄入) 공정>
공정 D는, 건조된 도형제층을 가지는 회전 상태에 있는 주형 내에, 주철을 주입하는 공정이다. 이 때에, 전(前)공정에서 설명한 도형제층의 잘록한 형상을 가지는 오목 구멍에 용탕이 충전됨으로써, 스파이니 라이너의 표면에 잘록한 돌기가 형성된다. 또한 이 때에도 적당한 원심력을 부여하는 것이 바람직하다.
<공정 E：취출, 마무리 공정>
공정 E는, 제조한 스파이니 라이너를 주형으로부터 취출하고, 스파이니 라이너 표면의 도형제층을 블라스트 처리에 의해 스파이니 라이너로부터 제거함으로써, 스파이니 라이너가 완성된다. 또한 블라스트 처리의 시간을 조정함으로써, 최대 굵기의 평균 dw의 값을 조정할 수 있다.
상기 공정을 거쳐 스파이니 라이너가 완성되는데, 스파이니 라이너의 표면의 돌기가 상기 식(I) 및 (II)를 충족하기 위해서는, 잘록한 돌기를 많이 제조하는 것이 필요하다. 이를 위해서는, 공정 A에서의 물의 양, 공정 B에서의 계면 활성제의 양, 도형제층의 두께, 도형제층 형성 시의 Gno, 주철 주입 시의 Gno 등을 적절히 조정할 필요가 있다. 구체적으로는,
· 공정 B에서의 계면 활성제의 첨가량：0.01 질량%~0.22 질량%
· 도형제층의 두께：0.5mm~1.1mm
· Gno(라이닝)：30G~120G
· Gno(주입)：50G~160G
등으로 함으로써, 스파이니 라이너의 표면의 돌기의 형상을 특정의 범위로 하기 쉬워진다.
또한 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, 상기 스파이니 라이너의 표면의 돌기의 형상에 관한 지견을 응용하고, 그 형상에 의해, 외주면측의 금속과 접합했을 때의 복합체의 접합 강도를 감별하는 감별법이다.
감별법은, 스파이니 라이너의 표면의 돌기에 대해서, 이하의 (I)과 (II)의 합계값(락 지수)가 1.55 이상인지 아닌지를 감별하는 감별 스텝을 포함한다.
(I) 및 (II)의 산출 방법；
100mm2 당의 잘록한 돌기수 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 dw(mm), 최소 굵기의 평균을 dn(mm)라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)의 값을 산출한다.
(I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
(II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
상기 락 지수는 1.70 이상인지 아닌지를 감별해도 괜찮고, 2.0 이상인지 아닌지를 감별해도 괜찮다.
또, 상기 감별 스텝은, 상기 락 지수가 1.55 이상인 경우에, 바람직하게는 1.70 이상인 경우에, 보다 바람직하게는 2.0 이상인 경우에, 해당 스파이니 라이너는 외주면측의 금속과 접합했을 때의 복합체의 접합 강도가 높다고 판단할 수 있다.
그리고, 상기 감별을 행한 후에, 감별 스텝에서 (I)과 (II)의 합계값, 즉 락 지수가 1.55 이상인 스파이니 라이너를 선택함으로써, 외주면측의 금속과 접합했을 때에, 양호한 접합력을 가지는 스파이니 라이너를 얻을 수 있다. 스파이니 라이너의 선택시에는, 락 지수가 1.70 이상인 것을 선택해도 괜찮고, 2.0 이상인 것을 선택해도 괜찮다.
또한 본 발명의 다른 실시 형태는, 실린더 블록과 접합했을 때의 복합체의 접합 강도의 정보를 가지는, 표면에 돌기를 가지는 스파이니 라이너이다. 정보는 문자라도 괜찮고, ID 칩 등을 이용한 전자 정보라도 괜찮다. 또한 정보는, 스파이니 라이너에 직접 부여되어도 괜찮고, 스파이니 라이너의 포장체에 직접 혹은 매체를 통해서 제공되어도 괜찮다. 매체는 종이, 필름제 라벨, IC 칩 등의 전자 매체 등을 들 수 있다. 해당 매체는 스파이니 라이너에 직접 붙여도 괜찮지만, 스파이니 라이너와 함께 포장되는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 본 발명에 대해서, 실시예에 의해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 이용한 측정 방법은 이하와 같다.
<전체 돌기수 및 돌기의 평균 높이>
돌기수 및 돌기의 평균 높이(이하, 간단하게 「돌기의 높이」라고도 함)는, 3D 측정기(키엔스제 VR-3000 시리즈)에 의해, 배율 25배, 측정 시야 범위 12mm×9mm로 측정했다. 계측한 데이터를 키엔스제 VR-3000 시리즈 부속의 해석 소프트로 곡율 보정을 행하였다. 보정 조건은, 2차 곡면 보정으로 하였다. 다음으로, 기준면을 설정하였다. 기준면은, 영역 지정에 의한 자동 설정으로 하였다. 임계값은 돌기 높이의 1/2에서 1/3 정도로 하고, 본 측정시는 0.25mm로 하였다. 임계값을 넘는 높이 영역을 돌기라고 간주하고, 그 수를 돌기수로 하였다. 이 돌기수는 시야 내에 존재하는 총 돌기수-시야의 경계부에 걸리는 돌기수×1/2개로 하였다. 계측한 돌기수와 시야 면적으로부터, 단위 면적 당의 전체 돌기수 Pn를 구하였다.
각 돌기의 높이는, 표시 레인지 중심＋임계값＋최대 높이의 합계값으로 하였다. 표시 레인지 중심은, 측정할 실린더 라이너의 성질과 상태에 따라 장치측에서 설정되는 파라미터이며, 돌기의 기저면으로부터 기준면까지의 높이를 나타낸다. 임계값은 기준면으로부터의 높이를 나타내고, 최대 높이는 임계값으로부터 돌기 선단까지의 높이를 나타낸다. 각 돌기의 최대 높이를 읽어내는 것에 의해, 돌기의 높이를 측정할 수 있고, 그 평균값으로부터 돌기의 평균 높이 h를 구하였다.
돌기의 높이, 기저면은 돌기의 형상 상, 관찰하는 방향에 의해서 값이 바뀌기 때문에, 측정시에 임의로 결정한 측정 방향으로 고정하고, 그 측정 시야 범위 모두를 측정하였다.
이 해석을 1개의 실린더 라이너에서 4개소 행하고, 그 평균값을 구하였다. 이 4개소는, 실린더 라이너 양단부로부터 약 20mm 위치에서의 각각 2개소씩으로 하고, 그 양단부에서 서로 약 90°어긋난 위치로 하였다.
<돌기의 잘록율, 최대 굵기, 최소 굵기>
마이크로스코프(주식회사 하이록스제 디지털 마이크로스코프 KH-1300)을 이용하여, 잘록한 돌기수가 20개에 이를 때까지 돌기를 관찰하였다. 관찰한 돌기수로부터, 돌기의 잘록율을 산출하였다. 100mm2 당의 전체 돌기수 Pn과 상기 잘록율로부터, 100mm2 당의 잘록한 돌기수 Pc를 구하였다. 또, 임의의 잘록한 돌기 20개의 최대 굵기 dW와 최소 굵기 dN을 구하고, 각각 평균을 dw(mm), dn(mm)로 하였다.
최대 굵기, 최소 굵기는 돌기의 형상 상, 관찰하는 방향에 의해서 값이 변하기 때문에, 측정시에 임의로 결정한 측정 방향으로 고정하고, 그 측정 시야 범위 내의 20개를 측정하였다.
이것들에 대해서도, 상기 4개소에 대해서 측정하고, 그 평균값을 구하였다.
<락 지수 (I)＋(II)>
상기 측정한 Pc, h, dw, dn의 값을 이용하여, 이하의 식에 표시되는 락 지수 (I)＋(II)를 계산하였다.
(I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
(II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
<접합 강도>
원통 부재를 외주 부재(알루미늄 재질)와 일정한 조건으로 접합시킨 후, 접합면이 약 20mm×20mm의 시료를 잘라 내었다. 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 하중을 가하였다. 양 부재가 박리하였을 때의 인장 강도를 접합 면적으로 나누어 접합 강도로 하였다.
<실시예/비교예>
· 도형제의 조제
이하의 표 1에 나타내는 원료를 이용하여, 도형제를 조제하였다.
· 주철제의 원통 부재의 제작
동일 조성의 용탕을 이용하여 원심 주조에 의해 각 실시예 및 비교예의 주철제 원통 부재를 제작하였다. 주조된 주철제 원통 부재의 조성은,
C ： 3.4 질량%,
Si ： 2.4 질량%,
Mn ： 0.7 질량%,
P ： 0.12 질량%,
S ： 0.035 질량%,
Cr ： 0.25 질량%,
잔부 Fe 및 불가피적 불순물 Z(JIS　FC250 상당)이었다.
표 1에 나타내는 도형제를 이용하여 실시예 1~16 및 비교예 1~6에 관한 원통 부재를 제작하였다. 또한 모든 실시예에서, 공정 C에서의 원통 모양 금형의 온도는 150°~350℃의 범위 내로 설정하고, 또한 표 1에 나타내는 Gno(라이닝)으로 도형제층을 형성하였다. 단, 도형제층의 두께에 대해서는, 각 실시예에서 적절히 변경함으로써, 적절히 돌기의 높이를 변경시켰다. 또, 공정 D(주철 주입 공정) 이후에 대해서는, 표 1에 나타내는 Gno(주입)로 주철의 주조를 행한 이외는, 모든 실시예에서 동일 조건으로 실시하였다. 그 후 얻어진 주철제 원통 부재의 내주면을 절삭 가공하여, 두께를 5.5mm로 조정하였다.
이와 같이 하여 얻어진 주철제 원통 부재의 치수는, 외경(돌기의 높이를 포함하는 외경) 85mm, 내경 74mm(두께 5.5mm)이고, 축방향의 길이는 130mm이었다. 제작한 원통 부재의 돌기의 형상을 계측하여, 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
실시예 1~16 및 비교예 1~6에 관한 원통 부재는, 외주 부재(알루미늄 재질)와 일정한 조건으로 접합시킴으로써, 복합체로 하였다. 복합체의 접합 강도를 측정하여, 도 5에 나타낸다.
도 5로부터 분명한 것과 같이, 락 지수 (I)＋(II)가 1.55 이상인 스파이니 라이너와 외주 부재와의 복합체는, 접합 강도가 뛰어난 것을 이해할 수 있다.
1 : 블록대 2 : 스파이니 라이너
3 : 마이크로스코프 10, 20 : 잘록한 돌기
11 : 스파이니 라이너의 기저면

Claims (8)

  1. 표면에, 잘록한 돌기를 포함하는 복수의 돌기를 가지는 스파이니 라이너로서,
    상기 돌기의, 100mm2 당의 잘록한 돌기수를 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의, 최대 굵기의 평균을 dw(mm) 및 최소 굵기의 평균을 dn(mm)이라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)의 합계값이 1.55 이상인, 스파이니 라이너.
    (I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
    (II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 dw/dn가 1.1 이상 1.6 이하인 스파이니 라이너.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (I)의 값이 0.25 이상인 스파이니 라이너.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (II)의 값이 1.35 이상인 스파이니 라이너.
  5. 표면에 돌기를 가지는 스파이니 라이너가 실린더 블록과 접합했을 때의, 복합체의 접합 강도를 감별하는 방법으로서,
    상기 스파이니 라이너의 표면의 돌기에 대해서, 이하의 (I)과 (II)의 합계값이 1.55 이상인지 아닌지를 감별하는 감별 스텝을 포함하는 감별법.
    (I) 및 (II)의 산출 방법；
    100mm2 당의 잘록한 돌기수를 Pc, 돌기의 평균 높이를 h(mm), 상기 잘록한 돌기 중 임의의 돌기 20개의 최대 굵기의 평균을 dw(mm), 최소 굵기의 평균을 dn(mm)이라고 하고, 이하의 (I) 및 (II)을 산출한다.
    (I)=Pc×[(0.35hπ／12)×(2dw2-dw×dn-dn2)]
    (II)=Pc×{(dn2/4)×π×0.35h}
  6. 스파이니 라이너를 준비하는 준비 스텝, 준비된 스파이니 라이너의 접합 강도를 청구항 5에 기재된 방법으로 감별하는 감별 스텝, 및 감별 스텝에서 (I)과 (II)의 합계값이 1.55 이상인 스파이니 라이너를 선택하는 선택 스텝을 포함하는 스파이니 라이너의 제조 방법.
  7. 　실린더 블록과 접합했을 때의 복합체의 접합 강도의 정보를 가지고, 상기 정보는 청구항 5에 기재된 방법으로 감별된 상기 (I)과 (II)의 합계값인, 표면에 돌기를 가지는 스파이니 라이너.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 정보는, 스파이니 라이너에 직접 부여되거나, 스파이니 라이너의 포장체에 직접 혹은 매체를 통해서 제공되거나, 또는 스파이니 라이너와 함께 포장되는 매체에 의해 제공되는 스파이니 라이너.
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