(57)【要約】【課題】  鋳包み面に発生するせん断応力を効果的に分散した鋳包み用部材を提供する。【解決手段】  鋳包まれる面上に、網目状の凸部３と、前記凸部に囲まれる底面部Ｆと、単独突起部５ａ、５ｂを有する鋳包み用部材であって、前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく、少なくとも一部の前記底面部が略平坦面であり、前記単独突起部が、少なくとも一部の前記底面部から立ち上がるピン形状の突起部であり、前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部と、単独突起部を有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく、
少なくとも一部の前記底面部が略平坦面であり、
前記単独突起部が、少なくとも一部の前記底面部から立ち上がるピン形状の突起部であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材。
【請求項２】
鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部とを有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく、
少なくとも一部の前記底面部が、前記鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材。
【請求項３】
鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部と、単独突起部を有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる、高さがランダムに異なった縦壁部を備え、
少なくとも一部の前記底面部が略平坦面であり、
前記単独突起部が、少なくとも一部の前記底面部から立ち上がるピン形状の突起部であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材。
【請求項４】
鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部とを有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる、高さがランダムに異なった縦壁部を備え、
少なくとも一部の前記底面部が、前記鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材。
【請求項５】
凸面である前記底面部が、該底面部から立ち上がるピン形状の単独突起部を備える、請求項２または４に記載の鋳包み用部材。
【請求項６】
前記ピン形状の突起部が、
（ａ）根本の径よりも先端部の径が細いテーパーピン形状の突起部であって、該突起部の高さが、０．１ｍｍ以上であって、０．５ｍｍ未満である、及び／または、
（ｂ）半ドーム形状の突起部
である、請求項１、３、または５のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項７】
前記単独突起部が、１つの前記凸部に囲まれる底面部に、１〜１０個設けられる、請求項１、３、５、６のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項８】
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部の投影面積が、全投影面積に対して、５％以上７０％以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項９】
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記線状部分と前記集合部分によって囲まれる部分の輪郭に接する内接円の直径が、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項１０】
前記網目状の凸部の高さが、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項１１】
前記線状部分の幅方向の長さが、０．１ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項１２】
前記鋳包み用部材が、シリンダスリーブ、ブレーキ用摺動部材、軸受部材、二輪車ホイール用ハブである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の鋳包み用部材。
【請求項１３】
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状及び窪みを有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に達する複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、少なくとも一部の該空隙が、前記鋳型表面に沿って延びており、
前記窪みが、前記鋳型表面に達しないピン形状である、鋳包み用部材の製造方法。
【請求項１４】
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状を有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に達する複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、少なくとも一部の該空隙が、前記鋳型表面に沿って延びており、
前記塗型層の、前記ひび割れによって画定される少なくとも一部の区域の中央部が、周囲部と比較して窪んでいる、鋳包み用部材の製造方法。
【請求項１５】
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状及び凹部を有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に向かう複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、該空隙の深さがランダムに異なっており、
前記窪みが、前記鋳型表面に達しないピン形状である、鋳包み用部材の製造方法。
【請求項１６】
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状を有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に向かう複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、該空隙の深さがランダムに異なっており、
前記塗型層の、前記ひび割れによって画定される少なくとも一部の区域の中央部が、周囲部と比較して窪んでいる、鋳包み用部材の製造方法。
【請求項１７】
前記ひび割れが、網目状の形状を有する、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の鋳包み用部材の製造方法。
【請求項１８】
前記塗型剤が、耐火材と粘結材と溶媒を少なくとも含む、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の鋳包み用部材の製造方法。
【請求項１９】
前記塗型層を形成する工程が、該塗型剤を、前記溶媒の蒸発温度以上であって該蒸発温度から１１０℃高い温度以下の温度で加熱して、該溶媒を蒸発させて、前記ひび割れの形状を有する塗型層を形成する、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の鋳包み用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳包み用部材及びその製造方法に関する。本発明は、特には制振用鋳包み用部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の中枢部品であるシリンダブロック（以下、Ｃ／Ｂとも指称する）の成形には、生産性の高いダイカスト法が用いられており、それに伴いピストンが摺動するスリーブもダイカストの際、同時にアルミに鋳包まれる。
【０００３】
従来、ダイカストで鋳包まれるスリーブには、スリーブ外周面に先端が括れた単独の凸状突起を有するスリーブが用いられている（例えば、特許文献１、２を参照）。これらはシリンダとスリーブとの密着性や接合強度(密着強さ)を高めてボア間部の残留応力低減や径方向におけるアルミとの密着強さ低下を抑え、さらには燃焼時の熱放散性を向上させるなど、優れたエンジン性能に貢献している。
【０００４】
最近では車の操縦快適性が強く志向されており、Ｃ／Ｂに限らず、ブレーキドラムやミッションケース軸部、アルミホイールハブなど、回転部品から発生する音や振動の低減ニーズが高まっており、鋳包み用鋳鉄部材をアルミドラム本体に鋳包む事例が報告されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４２９０２５号
【特許文献２】特許第４２１０４６８号
【特許文献３】特開平５−１８７４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今日におけるエンジンではスリーブの薄肉化を伴うダウンサイジングが強く叫ばれている。このような状況において、例えば、特許文献１や２に開示された先行技術ではスリーブの薄肉化による剛性低下が大きな課題となる。何故ならスリーブはダイカスト成形の際にアルミ溶湯の高い射出圧力に晒され、さらにＣ／Ｂとシリンダヘッド（以下、Ｃ／Ｈとも指称する）との締結時にはボルトからの強い締付け荷重によって高い圧縮ひずみが生じやすいためである。
【０００７】
また、特許文献３に開示されたような鋳包み部材を内包するアルミ回転部品においては、鋳包んだ鋳鉄部材とアルミとのヤング率に大きな差異があるため、制動時に付与される高い回転トルクによって鋳包み界面には局部的に高いせん断応力が発生し、当該界面付近ではアルミが局部的な領域で塑性変形を起こしてしまうことが懸念される。
【０００８】
よって、更なる剛性向上や外力により発生する応力を分散できる新しいスリーブ構造が創出できればボア周辺部での騒音・振動・ハーシュネス（ＮＶＨ）特性劣化を防ぐ効果が期待できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、鋳包まれる面上に、連続した網目状の凸部を備え、さらに、ひずみや応力低減に有効な構造を備えた鋳包み用部材及びその製造方法に想到し、上記課題を解決するに至った。
【００１０】
［１］  本発明は、一実施形態によれば、鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部と、単独突起部を有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、
前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく、
少なくとも一部の前記底面部が略平坦面であり、
前記単独突起部が、少なくとも一部の前記底面部から立ち上がるピン形状の突起部であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材に関する。
［２］  本発明は、別の実施形態によれば、鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部とを有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく、
少なくとも一部の前記底面部が、前記鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材に関する。
［３］  本発明は、また別の実施形態によれば、鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部と、単独突起部を有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる、高さがランダムに異なった縦壁部を備え、
少なくとも一部の前記底面部が略平坦面であり、
前記単独突起部が、少なくとも一部の前記底面部から立ち上がるピン形状の突起部であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材に関する。
［４］  本発明は、また別の実施形態によれば、鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部とを有する鋳包み用部材であって、
前記凸部が、前記底面部から立ち上がる、高さがランダムに異なった縦壁部を備え、
少なくとも一部の前記底面部が、前記鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面であり、
前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している、鋳包み用部材に関する。
［５］  前述の［２］または［４］に記載の鋳包み用部材において、凸面である前記底面部が、該底面部から立ち上がるピン形状の単独突起部を備えることが好ましい。
［６］  前述の［１］、［３］、または［５］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記ピン形状の突起部が、
（ａ）根本の径よりも先端部の径が細いテーパーピン形状の突起部であって、該突起部の高さが、０．１ｍｍ以上であって、０．５ｍｍ未満である、及び／または、
（ｂ）半ドーム形状の突起部
であることが好ましい。
［７］  前述の［１］、［３］、［５］、［６］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記単独突起部が、１つの前記凸部に囲まれる底面部に、１〜１０個設けられることが好ましい。
［８］  前述の［１］〜［７］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部の投影面積が、全投影面積に対して、５％以上７０％以下であることが好ましい。
［９］  前述の［１］〜［８］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記線状部分と前記集合部分によって囲まれる部分の輪郭に接する内接円の直径が、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。
［１０］  前述の［１］〜［９］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記網目状の凸部の高さが、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
［１１］  前述の［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記線状部分の幅方向の長さが、０．１ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であることが好ましい。
［１２］  前述の［１］〜［１１］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材において、前記鋳包み用部材が、シリンダスリーブ、ブレーキ用摺動部材、軸受部材、二輪車ホイール用ハブであることが好ましい。
［１３］  本発明は別の局面によれば鋳包み用部材の製造方法であって、
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状及び窪みを有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に達する複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、少なくとも一部の該空隙が、前記鋳型表面に沿って延びており、
前記窪みが、前記鋳型表面に達しないピン形状である、鋳包み用部材の製造方法に関する。
［１４］  本発明はまた別の局面によれば鋳包み用部材の製造方法であって、
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状を有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に達する複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、少なくとも一部の該空隙が、前記鋳型表面に沿って延びており、
前記塗型層の、前記ひび割れによって画定される少なくとも一部の区域の中央部が、周囲部と比較して窪んでいる、鋳包み用部材の製造方法に関する。
［１５］  本発明はまた別の局面によれば鋳包み用部材の製造方法であって、
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状及び凹部を有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に向かう複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、該空隙の深さがランダムに異なっており、
前記窪みが、前記鋳型表面に達しないピン形状である、鋳包み用部材の製造方法。
［１６］  本発明はまた別の局面によれば鋳包み用部材の製造方法であって、
鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、
前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状を有する塗型層を形成する工程と、
前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含み、
前記ひび割れが、前記塗型層の表面から前記鋳型表面に向かう複数の空隙により構成され、該空隙の幅が該塗型層の表面から前記鋳型表面に向かって狭まっており、及び、該空隙の深さがランダムに異なっており、
前記塗型層の、前記ひび割れによって画定される少なくとも一部の区域の中央部が、周囲部と比較して窪んでいる、鋳包み用部材の製造方法。
［１７］  前述の［１３］〜［１６］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材の製造方法において、前記ひび割れが、網目状の形状を有することが好ましい。
［１８］  前述の［１３］〜［１７］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材の製造方法において、前記塗型剤が、耐火材と粘結材と溶媒を少なくとも含むことが好ましい。
［１９］  前述の［１３］〜［１８］のいずれか１項に記載の鋳包み用部材の製造方法において、前記塗型層を形成する工程が、該塗型剤を、前記溶媒の蒸発温度以上であって該蒸発温度から１１０℃高い温度以下の温度で加熱して、該溶媒を蒸発させて、前記ひび割れの形状を有する塗型層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る鋳包み用部材は、これをアルミなどで鋳包んで得られた製品の鋳包み界面におけるせん断ひずみや圧縮ひずみの低減、および振動減衰性の向上が可能となり、NVH特性劣化を防止することができる。また、鋳包み用部材の鋳包まれる面に所定の形状を有することで、鋳包むアルミとの接触面積を増加させ、鋳包み用部材からアルミへの熱伝達や熱拡散性に関与する熱伝導率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１はシリンダスリーブの一例を概念的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の領域ｄ１の模式的な拡大図であり、本発明の第１実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面を概念的に示す斜視図である。
【図３】図３は、図１と同様のシリンダスリーブにおける、鋳包まれる面の模式的な拡大図であり、本発明の第２実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面を概念的に示す斜視図である。
【図４】図４は、シリンダブロックの一例を概念的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面の一部を平面視した平面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ’断面を示す図である。
【図７】図７は、図６中のテーパーピン形状の単独突起部の拡大断面図である。
【図８】図８は、図６中の半ドーム形状の単独突起部の拡大断面図である。
【図９】図９は、括れ形状を有する凸部を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、図５のＢ−Ｂ’断面を示す図であって、縦壁部から構成される凸部を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面の一部の１２倍の電子顕微鏡写真である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面の一部を平面視した平面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＤ−Ｄ’断面を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面の一部の２０倍の電子顕微鏡写真である。
【図１５】図１５は、本発明に係る鋳包み用部材の製造方法を説明する図である。
【図１６】図１６は、本発明に係る鋳包み用部材の製造方法において、塗型層の形成メカニズムを示す図である。
【図１７】図１７は、図１６において説明した塗型層を用いて得られる鋳包み用部材を模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、鋳包み用部材がエンジンシリンダブロックに鋳込まれるシリンダスリーブである場合の、鋳包み界面に発生する応力及びその低減効果を説明する図である。
【図１９】図１９は、鋳包み用部材が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と接する摺動部材である場合の、鋳包み界面に発生する応力及びその低減効果を説明する図である。
【図２０】図２０は、実施例２による鋳包み用部材であって、網目状の凸部及び半ドーム型状の単独突起部を有する鋳包み用部材の鋳包まれる面の電子顕微鏡写真である。
【図２１】図２１は、実施例４による鋳包み用部材であって、底面部が鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面である鋳包み用部材の断面の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲は、この形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明は、一実施形態によれば、鋳包み用部材に関する。鋳包み用部材の素材としては、鋳鉄、銅合金、錫又は亜鉛合金などの比重が大きく自己摺動性を有し、防振係数の大きい金属が挙げられる。中でも鋳鉄は、一般的に鉄と炭素とケイ素を含む三元合金であり、自己摺動性に優れる黒鉛を晶出させた合金であって、かつ制振性にも優れているため適している。例えば、鋳鉄であれば、Ｆｅ以外に、鋳鉄全体の質量に対して、３．１〜３．８質量％のＴ．Ｃ（Ｔｏｔａｌ  Ｃａｒｂｏｎ）、１．９〜２．５質量％のＳｉ、０．５〜１．０質量％のＭｎ、０．０１〜０．５質量％のＰ、０．０２〜０．１質量％のＳを含む成分もよい。
【００１５】
鋳包み用部材本体の形状は、特に限定されるものではなく、用途に合わせて適宜選定することが可能である。例えば筒状、半円筒状、断面がコの字状や⊥の字状となる形状、曲面又は略平面の板状等の形状が挙げられる。鋳包み用部材の例としては、エンジンシリンダブロックに鋳込まれるシリンダスリーブ、ＥＶ車やハイブリッド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と接する円環状の摺動部材や、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、さらにはシリンダブロックやロアケースのクランクジャーナル部、ミッションケースや電動モータ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。以下、筒状のシリンダスリーブを例示して本発明を説明するが、本発明は特定の形状の鋳包み用部材や特定の製品に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、鋳包み用部材の一例であるシリンダスリーブ１１の概念的な斜視図である。シリンダスリーブ１１は、内表面１１ｉｓと外側の表面１１ｓとで画定される筒型形状の構造体であって、外側の表面１１ｓがアルミニウムなどの金属に鋳包まれる面である。図２は、図１のｄ１で表す領域を拡大した模式的な斜視図の一例であって、本願の第１実施形態による鋳包み用部材の模式的な斜視図である。シリンダスリーブは、鋳包まれる面１１ｓに、網目状の凸部３、底面部Ｆ及び単独突起部５ａ、５ｂを備えている。網目状の凸部３は底面部Ｆから突出した部分であり、連続的に存在して、鋳包まれる面の全体にわたって存在している。図３は、図１と同様のシリンダスリーブの鋳包まれる面の一部の領域を拡大した模式的な斜視図の一例であって、本願の第２実施形態による鋳包み用部材の模式的な斜視図である。網目状の凸部３の構成は、図２と概ね同様である。一方、図３において、網目状の凸部３に囲まれた底面部Ｃは、中央部が、周囲部と比較して突出した凸面構造を備える。
【００１７】
次に、シリンダスリーブについて概略的に説明する。図４は、シリンダスリーブを構成要素とするシリンダブロックの一例を示す概念図である。シリンダブロック１０は、シリンダスリーブ１１の外周面をアルミ１２で鋳包むことで鋳造されている。
【００１８】
［第１実施形態：鋳包み用部材］
本発明は第１実施形態によれば、鋳包み用部材である。本実施形態による鋳包み用部材は、鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部と、単独突起部を有する鋳包み用部材であって、少なくとも一部の前記底面部が略平坦面であり、前記単独突起部が、少なくとも一部の前記底面部から立ち上がるピン形状の突起部であり、前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している。第１実施形態の第１態様においては、前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく構成されている。第１実施形態の第２態様においては、前記凸部が、前記底面部から立ち上がる、高さがランダムに異なった縦壁部を備えるように構成されている。
【００１９】
図５は、第１実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面を、当該面の鉛直方向から平面視した平面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。鋳包み用部材の鋳包まれる面１１ｓは、図１に示すシリンダスリーブ１１であれば、外周面に相当する。
【００２０】
鋳包まれる面をその外周方向から平面視した場合、凸部３は、線状部分３１と集合部分３２とで構成される網目状構造を備える。線状部分３１は、凸部３が、幅をもった線状又は帯状の形態で確認できる部分をいう。線状部分３１は、直線であっても曲線であってもよく、幅や長さ、高さが不均一であっても不定形であってもよい。線状部分３１の長手方向Ｌａの長さは、特に限定されるものではない。線状部分３１の短手方向の長さ、つまり、線状部分の頂部の幅方向の長さＬｂは、好ましくは０．１ｍｍ以上であって８．０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上であって５．０ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．２ｍｍ以上であって３．０ｍｍ以下程度である。線状部分３１の短手方向の長さは、平面に投影した場合の幅にあたる。０．１ｍｍ未満では、鋳包むアルミに対するアンカー効果や線状部分３１がアルミの変形を抑える上で効力が不十分となる場合がある。８．０ｍｍを超えると、軽量化が十分ではない場合がある。線状部分３１の頂部の幅方向の長さを上記の範囲とすることにより、線状部分３１が合流する集合部分３２となるハブ部位をより多く確保することができる。なお、線状部分３１の頂部の上面の幅方向の長さは、例えばデジタルマイクロスコープを用いて測定することができ、例えば１点から５０点測定し、その平均値又は最小値と最大値に基づいてその測定値が含まれる範囲、好ましくはその測定値全てが含まれる範囲として求めてもよい。なお、線状部分の頂部の幅方向の長さＬｂは、凸部が括れ形状の断面を備える第１態様と、凸部が縦壁部から構成される第２態様で異なる場合がある。詳細は後述する。
【００２１】
図５において、集合部分３２ａは、３つの線状部分３１ａ、３１ｂ、３１ｃが合流して形成される。集合部分３２に合流している線状部分３１の本数は、特に限定されるものではなく、少なくとも２つであり、好ましくは２つ以上６つ以下である。網目状の凸部３は、少なくとも２つの集合部分３２を備えることが好ましい。網目状の凸部３に集合部分３２が２つ以上ある場合、各々の集合部分３２で合流している線状部分３１の本数は、同じであっても異なっていてもよい。鋳包み用部材の外周面に形成した網目状の凸部３は、鋳包み用部材の剛性を向上させる補強リブの効果をもたらす。かつ、集合部分３２は、鋳包まれた際に外力により発生する応力を分散させる点から、線状部分３１が互いにランダムな方向で合流していることが好ましい。線状部分３１が互いにランダムな方向で合流しているとは、例えば２つの線状部分３１が平行ではなく異なる向きで集合部分３２に合流していることをいう。
【００２２】
底面部Ｆは、平面視した場合、凸部３の線状部分３１ａ、３１ｂ、３１ｄ、３１ｅと集合部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄによって囲まれた部分である。一方、図６を参照すると、底面部Ｆは、鋳包み用部材の内表面１１ｉｓと概ね平行な略平坦面で規定される部分である。本明細書において、略平坦面とは、凸面と異なり、底面部Ｆの中央部と周囲部との厚みの差が実質的になく、あるいは、約１００μｍ未満程度である面をいうものとする。底面部Ｆの周囲部とは、凸部３が立ち上がる部分をいい、中央部とは、周囲部から少なくとも離間した部分をいうものとする。本実施形態による鋳包み用部材の図５、６に示す部分構造においては、凸部３が連続的な切れ目のない網目を形成しており、凸部３及び底面部Ｆに囲まれた領域が形成される。本明細書において、この領域をセルと指称する。なお、セルは、連続的な凸部３により完全に包囲された領域に限らず、凸部３が一部途切れている場合もあるが、例えば、途切れた部分を平面図上の仮想の延長線で補うことにより、同様にセルとみなすことができる。図５及び６においては、セル内に、単独突起部５ａ，５ｂが形成されている。単独突起部５ａ、５ｂは、連続的に連なる凸部３と異なり、平面視した場合に略円形を有するピン形状の突起部である。１つのセルあたり、１個以上、１０個以下の単独突起部５ａ、５ｂが設けられることが好ましく、１個以上、６個以下の単独突起部が設けられることがさらに好ましい。しかし、鋳包み用部材全体に複数存在するセルのうち、単独突起部が存在しないものがあってもよい。１つのセルに含まれる複数の単独突起部は、その形状が同一であっても異なっていてもよい。
【００２３】
単独突起部には、大別して、テーパーピン型状の単独突起部５ａと、半ドーム型状の単独突起部５ｂとがある。図７は、図６の単独突起部５ａの拡大図であって、テーパーピン型状の単独突起部５ａの断面を示す。テーパーピン型状の単独突起部５ａは、底面部Ｆより立ち上がる突起部の根元の径Ｒ５ａが当該ピン先端部の径より大きく、突起部の高さｈ５ａが突起部の根元の径Ｒ５ａの概ね２倍以上ものをいう。テーパーピン型状の単独突起部５ａの高さｈ５ａは、例えば、０．１ｍｍ以上であって０．５ｍｍ未満であり、好ましくは０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。上記範囲よりも単独突起部の高さｈ５ａが低いと、鋳包み界面における剪断応力の分散効果、放熱性効果を十分に発揮できない場合がある。上記範囲よりも単独突起部の高さｈ５ａが高いと、鋳包み部材の製造時において、セル内へのアルミの充填性が低下してしまい、凸部３界面に空隙が生じやすくなって鋳包み部材の性能自体を低下させてしまう場合がある。
【００２４】
図８は、図６の単独突起部５ｂの拡大図であって、半ドーム型状の単独突起部５ｂの断面を示す。半ドーム型状の単独突起部５ｂは、突起部の高さｈ５ｂが突起部の根元の径Ｒ５ｂの概ね２倍未満であり、先端が実質的に曲面で構成されている突起部である。半ドーム型状の単独突起部５ｂの高さｈ５ｂは、例えば、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下程度であって、好ましくは、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下程度である。
【００２５】
再び図５を参照すると、鋳包まれる面を、当該面の鉛直方向から平面視した場合において、凸部３により囲まれた底面部Ｆには、内接円Ｉｃを描くことができる。この内接円Ｉｃの直径は、好ましくは０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは１．０〜１５ｍｍ、さらにより好ましくは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍである。０．５ｍｍ未満では、鋳包み時のアルミと接する有効面積が不十分であり、鋳包むアルミに対する有効なアンカー効果を保ちにくく、また、熱伝導性も不十分となる場合がある。３０ｍｍを超えると、鋳包み後にアルミと接する有効面積が不足する場合があり、さらに外力により発生する応力の分散に寄与する有効な網状構造とならない場合がある。内接円の直径を上記範囲とすることにより、鋳包み時のアルミと接する有効面積が十分となり、鋳包み部材として使用された際に熱伝導性が良好となり、また、網状構造が応力を分散し得る。なお、内接円の直径は、例えば鋳包み用部材が筒状の形状である場合、例えばデジタルマイクロスコープを用いて曲面上の凸部３の撮影画像を平面上に補正した画像に基づいて、その底面部Ｆに内接円を作成し、例えば１〜５０点の内接円から平均値で求めてもよいし、又は、最小径と最大径に基づいてその測定値が含まれる範囲、好ましくはその測定値全てが含まれる範囲として求めてもよい。なお、本発明は、全ての平坦部分が線状部分に周囲全体を囲まれている態様には限定されない。この場合は、いくつかの線状部分に沿った内接円を描き、その直径を上記同様に取り扱うことができる。
【００２６】
鋳包み用部材の鋳包まれる面を鉛直方向から平面上に投影した場合に、網目状の凸部３を平面上に投影した投影面積は、全投影面積に対して、好ましくは５％以上７０％以下、より好ましくは１０％以上６０％以下、さらにより好ましくは１６％以上４３％以下である。５％未満だと、鋳包み時のアルミと接する有効面積が不十分となる場合があり、また、外力によって発生する応力を低減する補強リブとしての効果が低下する場合がある。７０％を超えると、軽量化効果が活かされない場合がある。当該網目状の凸部３の投影面積を、全投影面積に対して上記の範囲とすることで、鋳包んだ際に鋳包む金属との密着強さや熱伝達性、熱放散性を確保しつつ、剛性を向上させることが可能となり、鋳包んだ後の鋳包み部材としての熱伝導率や比弾性率を向上させることも可能となり得る。なお、投影面積は、例えばマイクロスコープを用いて撮影し、平面補正した画像に基づいて２値化処理を行って算出してもよく、例えば１〜５０点の測定結果から平均の凸部投影面積率で求めてもよいし、又は、当該面積率の最小値と最大値に基づいてその測定値が含まれる範囲、好ましくはその測定値全てが含まれる範囲として求めてもよい。網目状の凸部３は、鋳包み用部材の表面において、連続的に形成されている。「連続的に」は、全ての線状部分が繋がっている態様に限定されるものではなく、一部の線状部分のみが繋がっている態様も含む。
【００２７】
本実施形態において、凸部３の断面形状は、大別して２態様に分類することができる。ここでいう断面形状は、鋳包まれる面に対して垂直方向、かつ線状部分の長手方向に垂直の断面形状である。図５、６に示す実施形態においては、括れ形状の断面を備える第１態様による凸部３ａと、縦壁部から構成される第２態様による凸部３ｂとが混在している。しかし、本発明は、鋳包み用部材が第１態様による凸部３ａのみを備えているもの、第２態様による凸部３ｂのみを備えているもの、あるいはその両者が混在するものがあってよい。混在する場合は、同一のセルを構成する凸部の中にも、第１態様による凸部３ａと第２態様による凸部３ｂとが存在してよい。
【００２８】
第１態様による凸部３ａについて説明する。図９は、括れを有する形状をもつ凸部（線状部分）の断面の模式的な拡大図である。図９を参照すると、凸部３ａは、底面部Ｆから略垂直に立ち上がって延びた部分である縦壁部７と、頂部４とで構成される。縦壁部７は、図示する断面において、底面部Ｆから頂部４付近まで略一定の幅Ｌ７を有しており、頂部４は、縦壁部７と比較して大きい幅Ｌ４を有している。このような形状を、括れを有する形状ということができる。しかし、括れを有する形状は図９に示す形態には限定されず、縦壁部の幅が一定でなくてもよい。また、図６に示す凸部３ａのように縦壁部から頂部にかけて、連続的に幅が増加する態様であってもよく、図９に示すように縦壁部７と頂部４とが所定の角度で接する角部Ｅを形成する態様であってもよい。頂部４の幅Ｌ４は、図５を参照して説明した線状部分の幅Ｌｂに該当する。鋳包み用部材の表面に上述した形状の構造を備えることで、鋳包み用部材が鋳込まれた際に、例えば括れを有する形状、特には縦壁部７と頂部４とが形成する、アンダーカット形状となる角部Ｅに溶湯が回りこみ、アンカー効果を向上させて外力作用時におけるアルミと鋳包み部材との隙間の発生を抑えることができ得る。
【００２９】
図９に示す断面形状は、略Ｔ型や略Γ型と指称することもできる。略Ｔ型の断面を備える凸部において、縦壁部は、凸部の頂部を等分するような位置で頂部と接していてもよい。一方、縦壁部は、頂部を等分としない位置で頂部と接していてもよい。凸部の頂部の形状は端部になるにつれて細くなっていてもよく、凸部の頂部の実質的に全体にわたって一定の厚みを有していてもよい。縦壁部は、断面図における幅が、底面部近傍から頂部近傍に至るまで略一定であってもよく、その側面に凹凸を有していてもよい。また、縦壁部は、底面部Ｆを構成する略平坦面に対し、略垂直に立ち上がっていてもよく、略平坦面に対する垂線からある程度の角度で傾斜して延びていてもよい。
【００３０】
凸部３ａの高さｈ３は、頂部４の高さｈ４と縦壁部７の高さｈ７の和で表すことができる。凸部３ａの高さｈ３は、線状部分３１の長手方向Ｌａに沿って実質的に一定であってもよいが、部分的に異なる場合もある。凸部の高さｈ３は、好ましくは０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ〜３ｍｍ、さらにより好ましくは０．５以上１．５ｍｍ以下である。０．１ｍｍ未満では、鋳包むアルミに対するアンカー効果が不十分となる場合があり、また、剛性を向上させる補強リブの効果を低下させる場合がある。さらに、熱を拡散させるために必要なアルミとの接触面積も不足する場合がある。凸部３ａの高さｈ３が５．０ｍｍを超えると、遠心鋳造による形成は困難となる場合がある。凸部３ａの高さｈ３を上記の範囲とすることで、鋳包む金属と接触する有効面積が増加し、熱放散性を向上させ得る。なお、凸部３ａの高さｈ３は、例えばデジタルマイクロスコープの計測機能と画像解析ソフトＷｉｎＲＯＯＦ２０１３を用いて、鋳包み用部材の任意の表面をライン分析して平均値で求めてもよい。または、デジタルマイクロスコープにて断面観察し、任意の計測エリア内において、底面部Ｆからの各凸部３ａの最小高さと最大高さに基づいてその測定値が含まれる範囲、好ましくはその測定値全てが含まれる範囲として求めてもよい。
【００３１】
次に、第２態様による凸部３ｂについて説明する。第２態様による凸部３ｂは、線状部分３１の長手方向に沿って高さがランダムに異なる縦壁部から構成される。第２態様による凸部３ｂは、幅広の頂部を有さず、縦壁部からなる構造である。その断面形状は図６の凸部３ｂに例示されるように、例えば、底面部Ｆから先端部分にかけて幅が狭まる形状であってもよい。あるいは、底面部Ｆから先端部分にかけて幅が略一定や、不定形であってもよい。凸部３ｂの高さｈ３は、線状部分の長手方向に沿ってランダムに異なる。図１０は、図５の線状部分３１ａのＢ−Ｂ’線による断面図である。図５の線状部分３１ａは、第２態様による凸部３ｂであり、線状部分３１ａの長手方向に沿って高さｈ３が異なり、凸部の高さｈ３が低い部分と高い部分がランダムに存在している。第２態様による凸部３ｂは、鋳包まれる面をその外周方向から平面視した場合、線状部分の幅方向の長さＬｂが、第１態様による凸部３ａにおける線状部分の幅方向の長さＬｂより小さくなり、好ましくは０．１ｍｍ以上であって３．０ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上であって２ｍｍ以下である。
【００３２】
なお、本実施形態に係る鋳包み用部材は、鋳包まれる面に、後述する製造方法にて製造され得る様々な形状の凸部を有するため、第１、第２態様において説明した断面形状以外の断面形状を持つ凸部が存在する場合もある。
【００３３】
鋳包み用部材の全体的な外形は、凸部３がマスクメロンの表面模様のような網目状の形状を有し、かつ、凸部３に囲まれた空間に、単独突起部を備えており、及び／または、少なくとも一部の底面部が、鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面である。再び図１を参照すると、鋳包み用部材の肉厚１１ｂは、好ましくは２〜２０ｍｍの厚みを有する。鋳包み用部材の肉厚は、例えば図６では、鋳包み用部材の内周面から底面部Ｆの表面までの厚みｈ９と、網目状の凸部の高さｈ３の和であり、凸部の高さｈ３は、鋳包み用部材の肉厚の好ましくは１〜７０％、より好ましくは１０〜５０％であってもよい。
【００３４】
図１１は、第１実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面を撮影した１２倍の電子顕微鏡写真である。図１１から、網目状の凸部３と、単独突起部５ａとを明確に観察することができる。
【００３５】
［第２実施形態：鋳包み用部材］
本発明は第２実施形態によれば、鋳包み用部材である。本実施形態による鋳包み用部材は、鋳包まれる面上に、網目状の凸部と、前記凸部に囲まれる底面部とを有する鋳包み用部材であって、少なくとも一部の前記底面部が、前記鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面であり、前記網目状の凸部を平面上に投影した場合において、前記凸部が線状部分と少なくとも２つの線状部分が合流している集合部分とを形成している第２実施形態の第１態様においては、前記凸部が、前記底面部から立ち上がる縦壁部と頂部とを備え、前記縦壁部の幅と比較して前記頂部の幅が大きく構成されている。第２実施形態の第２態様においては、前記凸部が、前記底面部から立ち上がる、高さがランダムに異なった縦壁部を備えるように構成されている。
【００３６】
図１２は、第２実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面を、当該面の鉛直方向から平面視した平面図であり、図１３は、図１２のＤ−Ｄ’断面図である。鋳包み用部材の鋳包まれる面は、底面部Ｃ、凸部３とから構成されている。凸部３は、底面部Ｃから、鋳包まれる面の外周方向Ｏに立ち上がる構造を有している。そして、平面視した場合、凸部３は、線状部分３１と集合部分３２とで構成される網目状構造を備える。
【００３７】
本実施形態において、凸部３の平面形状及び断面形状については、第１実施形態と同様であり、第１実施形態において説明したあらゆる変形形態を備えることができるため、ここでは説明を省略する。
【００３８】
図１２、１３を参照すると、底面部Ｃは、略平坦面ではあるが、その中央部が周囲部と比較して、鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面である。ここで、中央部が周囲部と比較して外周方向に膨出しているとは、１つのセルにおいて、鋳包み用部材の内周面から底面部Ｃの中央部までの最大厚みｈｃ１が、鋳包み用部材の内周面から底面部Ｃの周囲部までの最小厚みｈｃ２より大きく、かつその差ｈｃ１−ｈｃ２が、０．１ｍｍ以上であり、鋳包まれる面の外周方向に凸状であることをいうものとする。なお、底面部Ｃの周囲部とは凸部３の根元部分をいい、中央部とは少なくとも周囲部から離間した部分をいうものとする。このように定義される、鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面からなる底面部Ｃを、本明細書においては、凸状底面部Ｃとも指称する。
【００３９】
鋳包み用部材に含まれる複数のセルのうち、少なくとも一部のセルにおいて、凸状底面部Ｃを備えていればよく、例えば、１０％以上、好ましくは、３０％以上のセルにおいて凸状底面部Ｃを備えていることが好ましい。したがって、第２実施形態による鋳包み用部材においても、一部のセルにおいては、第１実施形態と同様に、セルの底面部は略平坦面から構成されていてもよい。
【００４０】
第２実施形態の変形形態によれば、凸状底面部Ｃから立ち上がる単独突起部を備えていてもよく、テーパーピン形状の単独突起部５ａであってもよく、半ドーム形状の単独突起部５ｂであっても、それらの混在する形態であってもよい。さらに、第２実施形態の変形形態においても、底面が略平坦面から構成されるセルにおいて、略平坦面から立ち上がる単独突起部５ａ、５ｂを備えていてもよい。単独突起部が存在する場合において、その好ましい形状、寸法、数等については、第１実施形態と同様であってよい。なお、第１実施形態において、凸部３や単独突起部５ａ、５ｂの高さは、略平坦な底面部Ｆからの高さをいうものとしたが、本実施形態において凸部３の高さとは凸部３の根元を基準とし、単独突起部５ａ、５ｂの高さとは、凸部底面部Ｃを基準として定義されるものとする。
【００４１】
図１４は、第２実施形態による鋳包み用部材の鋳包まれる面を撮影した２０倍の電子顕微鏡写真である。図１４から、網目状の凸部３と、凸状底面部Ｃとを明確に観察することができる。また、凸部３の高さが、線状部分の長手方向に沿ってランダムに異なっている様子が観察できる。さらに、網目状の凸部３の縦壁側面には微小な凹穴も多く形成されている様子も観察できる。鋳包まれたアルミ溶湯は当該微小凹穴にも差し込むため、鋳包み用部材とアルミとの密着界面はより複次元的となり、外力によるせん断や圧縮等が作用しても剥離は起きにくく、鋳包み部材自体の強度アップに寄与する。
【００４２】
ここで、本発明の第１、第２実施形態による鋳包み用部材は、アルミニウム（アルミともいう）、アルミニウム合金、又は、その他の非鉄合金によって鋳包まれる。鋳包み用部材をこれらの金属又は合金によって鋳包んで得られる部材を、鋳包み部材という。上述したように鋳包み用部材と鋳包むアルミニウム等の金属又は合金との密着性が良好であり、鋳包み部材としての熱伝導性も良好となる。なお、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。例えば、鋳包み用部材がエンジンシリンダブロックに鋳込まれるシリンダスリーブである場合、シリンダスリーブは、周囲のアルミ製のシリンダバレルに熱を均一に放散すること、及び、燃焼圧力やシリンダヘッド締結時の圧縮荷重がかかりやすいため剛性が高いことが求められる。本発明をシリンダスリーブに適用し、そのシリンダスリーブを例えばアルミで鋳包むことで、熱伝導率や熱拡散性が更に優れたエンジンシリンダブロックとすることができる。また、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アルミのシリンダバレルへと放熱することができ、高圧縮化に伴う燃焼温度の上昇を抑制し得る。さらに、シリンダスリーブの比弾性率を向上し得るため、同一の重量であれば上記の運転時や締結時に、鋳包んだシリンダスリーブのボア変形、つまり真円度の変化を防止でき、エンジンのメカニカルロスやブローバイガスを低減し、さらには音や振動等の発生を抑制し得る。同一の剛性のシリンダスリーブであれば、スリーブ自体を薄肉化及び軽量化することができ、強いてはエンジンの軽量化を可能とし得る。
【００４３】
［第３実施形態：鋳包み用部材の製造方法］
本発明は、また、第３実施形態によれば、鋳包み用部材の製造方法に関する。本発明の方法は、鋳型の溶湯を流し込もうとする面に塗型剤を塗布する工程と、前記塗布した塗型剤を乾燥させて、表面にひび割れの形状を有する塗型層を形成する工程と、前記塗型層上から溶湯を流しこみ、前記鋳型を回転させながら鋳造する工程とを少なくとも含む。
【００４４】
鋳包み用部材を成形するための鋳型の材質や形状は、特に限定されるものではなく、対象の鋳包み用部材の粗材や用途に合わせて選定してもよい。例えば、鋳包み用部材としてエンジンシリンダブロックに鋳込まれるシリンダスリーブを成形する場合は、鋳型は、金属製の金型であることが好ましく、筒状の形状であることが好ましい。この場合、遠心力を利用した遠心鋳造法によって成形することが好ましい。なお、鋳包み用部材を成形する鋳型の表面は、例えば機械加工のままの略平滑面であってもよい。
【００４５】
図１５は、本発明の一態様の鋳包み用部材の製造方法の概略に説明する図である。図１５（ａ）は、容器６６中で調製した液体状の塗型剤６２を概略的に示す。塗型剤６２は、耐火材と粘結材と溶媒とを少なくとも含んでいてもよい。場合によって、骨材も含んでいてもよい。
【００４６】
耐火材としては、鋳型表面の保護に加え、特に、溶湯の白銑化防止や十分な離型性を確保する点から、珪藻土粉体が好ましい。耐火材の配合量の下限値は、塗型剤全体の質量に対して、好ましくは２質量％以上、より好ましくは８質量％以上であり、上限値は、好ましくは４０質量％以下、より好ましくは２７質量％以下、さらにより好ましくは１５質量％以下である。
【００４７】
粘結材としては、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、耐火粘土などが挙げられる。特に、耐火材や骨材と共に溶媒に混合した際、分離を抑制し、塗型剤を鋳型の表面に貼り付けることができる粘度とし得る点から、溶媒を吸収して膨潤しゲル化するベントナイトが好ましい。粘結材の配合量の下限値は、塗型剤全体の質量に対して、好ましくは２質量％以上、より好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは８質量％以上であり、上限値は、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１２質量％以下である。２質量％未満では、耐火材との分離が発生しやすく、また塗型層の強度が不十分となる場合があり、２０質量％を超えると、塗型剤のスラリー粘度が高くなり過ぎてコーティングが困難となる場合がある。
【００４８】
溶媒としては、水を用いてもよい。溶媒の配合量の下限値は、塗型剤全体の質量に対して、好ましくは６０質量％以上であり、上限値は、好ましくは８５質量％以下である。塗型剤は、上述した材料の他に、例えばブタノールなどの水より沸点の高い有機溶剤を含んでいてもよく、この場合、水と混和して用いてもよい。
【００４９】
塗型剤は、また、上述した材料の他に骨材を含んでいてもよい。骨材としては、ムライトやセラビーズのような酸化アルミニウムと二酸化ケイ素からなる鉱物粉体又は人工セラミックス砂、また、ジルコン砂、クロマイト砂、けい砂、オリビン砂、スピネル砂などの鋳造砂を用いてもよい。特に、耐火材や粘結材との分離を防ぐために比重が小さく、さらに溶媒を吸収せず、乾燥固化時に塗型層の収縮量を促進させて、塗型層のひび割れを増加させる点から、ムライトやセラビーズが好ましい。骨材の配合量の下限値は、塗型剤全体の質量に対して、好ましくは１．０質量％以上、より好ましくは１．５質量％以上、さらにより好ましくは３．０質量％以上であり、上限値は、特に限定されるものではないが、好ましくは２５質量％以下であり、より好ましくは１０質量％以下である。
【００５０】
耐火材と粘結材と溶媒とを少なくとも混合し、場合によって骨材も混合して、スラリー状の塗型剤としてもよい。
【００５１】
図１５（ｂ）は、鋳型６１の溶湯を流し込もうとする面である内周面６０に塗型剤６２を塗布する工程の概念図である。本実施形態においては、流し込もうとする面（以下、溶湯接触面ともいう）は鋳型６１の内周面６０であり、塗型層６２を形成する前のその表面は、略平坦であることが好ましい。塗布する工程では、筒状の鋳型６１を一定の向きｒに回転させながら、ノズル４１を用いて鋳型の内周面６０に塗型剤６２を塗布する。
【００５２】
鋳型に塗型剤を塗布する際の鋳型の内周面６０は、塗型剤が急騰しない温度に加熱されていることが好ましい。加熱温度としては、好ましくは１１０〜２１０℃、より好ましくは１２０〜１８０℃である。
【００５３】
図１５（ｃ）は、塗布した塗型剤を乾燥させて、ひび割れの形状を有する塗型層を形成する工程の概念図である。塗型剤を乾燥させるまでの間、鋳型６１を一定の向きｒに回転させることが好ましい。
【００５４】
塗型剤の乾燥は、塗布後にそのまま鋳型を回転させたまま行うことができる。加熱したまま又はさらに加熱した鋳型の熱によって塗型剤を乾燥・固化させてもよい。または、鋳型の回転を停止させた後に、必要に応じて鋳型の外側から鋳型を加熱し、乾燥固化時間の短縮を図ってもよい。
【００５５】
塗布後にさらに加熱することで乾燥させる場合、好ましくは、溶媒の蒸発温度以上であって蒸発温度から１１０℃高い温度以下の温度で加熱する。これにより、塗型剤６２の内部から溶媒が急騰するのを抑制し、また、気泡（水蒸気）の過度な発生を抑制した状態で、塗型剤６２の乾燥固化に伴う収縮によってひび割れの形状を有する塗型層を形成することができる。加熱温度の下限値は、好ましくは溶媒の蒸発温度以上であり、より好ましくは溶媒の蒸発温度より１０℃高い温度以上であり、さらに好ましくは溶媒の蒸発温度より２０℃高い温度である。加熱温度の上限値は、好ましくは溶媒の蒸発温度より１１０℃高い温度以下であり、より好ましくは溶媒の蒸発温度より８０℃高い温度以下である。
【００５６】
塗型層６２の乾燥後の厚みは、鋳包み用部材における所望の最大凸部高さ等により決定することができ、特に限定されるものではないが、好ましくは０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの平均厚さを有していることが好ましい。
【００５７】
次に、図１６を用いて、塗型層の形成メカニズムを説明する。図１６（ａ）は、加熱した鋳型６１に塗布された塗型剤６２から、揮発成分６３の一部が蒸発する段階を模式的に示す。図１６（ｂ）は、塗型層６２の乾燥固化時の初期の状態を示す。この段階では、塗型層６２から揮発成分６３が大量に蒸発し、塗型層６２の表面においてランダムな間隔で収縮６４が生じ始め、ひび割れ６５が発生する。図１６（ｃ）は、乾燥固化時の中期の状態を示す。塗型層６２の収縮６４がさらに進行し、塗型層６２の表面から、鋳型６１の表面に向かって拡大したひび割れ６５が生じ、塗型層の厚み方向における空隙の断面が楔形状となる。場合によって、このようなひび割れの状態で完全に乾燥固化してもよい。
【００５８】
図１６（ｄ）は、乾燥固化時の末期の状態を示す。塗型層６２を貫通したひび割れ６５が生じ、ひび割れ６５により画定された、ブロックが生じる。ブロックは、隣接する別のブロックとは互いに実質的に接触していない場合もあり、一部が接触する場合もある塗型層となる。さらに、塗型層の収縮により、特には各ブロックの収縮により、ひび割れ６５が進行する。塗型層６２の表面から、鋳型６１表面に向かう連続的なひび割れは、網目状の凸部３を形成するための型となる。
【００５９】
初期に形成された、塗型層６２表面から鋳型に向かうひび割れに対して略垂直に、鋳型６１表面に沿ってさらに空隙が広がるひび割れが形成される場合、この塗型層６２を用いて形成される凸部３は、縦壁部と頂部を備え、括れた構造となる第１態様による凸部３ａを形成する。第１態様による凸部３ａの型となるひび割れを形成するためには、乾燥固化時間を比較的長くすることで得られる。
【００６０】
一方、塗型層６２の表面から鋳型６１表面まで至らないひび割れが形成される場合、主として、第２態様による凸部３ｂを形成するための型となる。第２態様による凸部３ｂは、縦壁部から構成され、その高さがランダムに異なる。また第２態様による凸部３ｂの型となるひび割れを形成するためには、乾燥固化時間を比較的短くすることで得られる。しかし、いずれの形態のひび割れを形成する場合にも、その条件は、様々な因子に左右され得るため、具体的な条件は、予備実験などにより決定することができる。
【００６１】
ある実施形態においては、塗型層６２の表面からの水分蒸発により窪み６７が形成される。窪み６７のうち、比較的深いものは、第１実施形態において説明したテーパーピン形状を備える単独突起部５ａを形成する型となる。窪み６７のうち、比較的浅いものは、第１形態において説明した半ドーム形状を備える単独突起部５ｂを形成する型となる。単独突起部の型となりうる窪み６７を形成するためには、上記の条件のうち、鋳型温度を比較的高く、塗型層の厚さを比較的薄めにし、ベントナイト量を少な目にすることが好ましい。しかしながら、窪み６７の形成は、その他の諸条件にもよるため、具体的な鋳型温度、塗型層厚さ、ベントナイト量により規定されるものではない。したがって、予備実験などにより、所望の形状、寸法、個数の窪み６７を生じる鋳型温度、塗型層厚さ、ベントナイト量を決定することができる。
【００６２】
ある実施形態においては、塗型層６２の表面からの水分蒸発により、塗型層６２の表面に、ブロック全体の収縮による広い窪み６６が形成される。これは、第２実施形態による凸状底面部Ｃを形成する型となる。広い窪み６６を形成するためには、上記の条件のうち、鋳型温度を比較的低く、塗型層の厚さを比較的厚めにし、ベントナイト量を多目にすることが好ましい。しかしながら、広い窪み６６の形成は、その他の諸条件にもよるため、具体的な鋳型温度、塗型層厚さ、ベントナイト量により規定されるものではない。したがって、予備実験などにより、広い窪み６６を生じる鋳型温度、塗型層厚さ、ベントナイト量を決定することができる。なお、乾燥後の塗型層６２の表面に実質的に窪みが無い場合、略平坦面を有する底面部Ｆを形成する型となりうる。
【００６３】
このようにして得られた塗型層６２は、その表面が網目状の形状を有するひび割れを備えていてよく、これにより、網目状の凸部３を有する鋳包み用部材を製造することができる。
【００６４】
再び図１５を参照すると、図１５（ｄ）は、塗型層６２の上から鋳型６１に鋳鉄溶湯４３を流しこみ、鋳型６１を一定の向きｒに回転させながら遠心鋳造する工程の概念図を示す。図１５（ｂ）と同様に、鋳型６１を回転させながら、ノズル等の溶湯供給手段を用いて筒の内側に溶湯４３を流し込むことができる。鋳型６１を回転させることにより、遠心力によって溶湯４３が塗型層６２のひび割れの内側にも流れ込み、鋳包み用部材の表面に所望の網目状の凸部３を形成することができる。
【００６５】
図１５（ｅ）は、鋳鉄溶湯を凝固させる工程の概念図である。鋳鉄溶湯４３を鋳型６１の外側から冷却して凝固させることで、鋳包み用部材型の成型体４４を得る。鋳型に溶湯を流し込んで鋳造した後、自然冷却し凝固させてもよい。溶湯を凝固させた後に、鋳型の回転を停止させる。
【００６６】
図１５（ｆ）は、鋳包み用部材型の成型体４４を鋳型６１から取り出す工程の概念図を示す。鋳型から成型体を取り出す方法としては、特に限定されるものではなく、鋳型の形状に合わせて手法を選定する。例えば、筒型の鋳型の場合、成型体４４の内径部にチャックを取り付け、図中の矢印方向４５へ引き抜くようにして、鋳型６１から取り出すことができる。
【００６７】
図１５（ｇ）は、鋳型６１から取り出した成型体４４から塗型層６２を取り除く工程の概念図を示す。鋳型から取り出した成型体４４には、その表面に塗型層が付着している場合がある。成型体４４から塗型層を取り除く方法として、特に限定されるものではないが、ショットブラスト又はウォータージェット、ドライアイス研掃等が挙げられる。
【００６８】
図１５（ｈ）は、成型体から塗型層を取り除いた後の、鋳包み用部材４８を示す。成型体から固化した塗型層を取り除くことで、その表面に網目状の凸部を有する鋳包み用部材４８が得られる。
【００６９】
図１７は、図１６（ｄ）に示す塗型層６２から形成した鋳包み用部材を概略的に示す図である。ひび割れや窪みの形状に対応して、凸部３、単独突起部５ａ及び凸状底面部Ｃが形成される。
【００７０】
本発明によれば、鋳包み用部材の鋳包まれる表面上に、従来の製造方法では成し得なかった高さを有する所定の形状の凸部を形成することができる。このため、鋳包むアルミと高い密着強さを有し得る。また、本発明の鋳包み用部材は、高剛性で、熱伝達性、熱放散性や熱伝導性に優れた摺動部品以外の部材、例えば、アルミブレーキドラムや二輪車用アルミダイカスト製ホィールハブ、電動モータ等を含むパワートレーン系の軸受ジャーナル部など回転トルクが作用する部位の鋳包み部材にも適用できる。
【００７１】
得られた鋳包み用部材は、例えば、ダイカスト法によってアルミニウム等で鋳包むことにより鋳包み部材を得ることができる。アルミニウム等の射出条件は、特に限定されるものではないが、例えばＡＤＣ１２やＡＤＣ１０、ＡＤＣ３を用いて、６２０〜６７０℃で注湯し、射出圧力５０〜１００ＭＰａ、射出速度１．５〜４．０ｍ／秒で行ってもよい。
【００７２】
本発明に係る鋳包み用部材は、その鋳包まれる表面に、線状部分と集合部分とを備える凸部を有するので、鋳包む金属と接触する面積を従来よりも増大し、熱伝達性、放熱性を効率的に向上させることができる。また、鋳包み用部材が、第１態様にかかる凸部の断面形状を有する場合、この部分に鋳包む金属が食い込んで、密着強さを向上させ鋳包む金属との間に隙間を生じにくくさせ、鋳包む金属への熱伝導性を向上させることができる。さらに、凸部が例えば等方性の網状構造である場合、凸部が補強リブとしての効果をもたらし、様々な方向からの外力により生じる応力の分散と軽減に寄与することが可能となる。例えば鋳包み用部材がシリンダスリーブであれば、ボア径方向又は軸方向の比弾性率を向上させることができ、強いては鋳包み部材の変形を防止し得る。このため、同一の剛性を維持しつつシリンダスリーブを薄肉化や軽量化することが可能となる。さらに、第２態様にかかる凸部の形状を有する場合、特に多気筒シリンダブロックのダイカスト時においてボア間にアルミ溶湯が充填される際、凸部の高さがランダムに異なるために、凸部の高さの低い部位同士が対面する箇所が必然的に存在することになり、これにより凸部間やボア間へ溶湯がより通り易くなり、溶湯の充填性が向上するという効果が得られる。この効果は、凸部の高さが一様であった従来技術における場合と比べて、顕著な効果となる。さらに、これによりボアピッチを、従来技術と比較して更に狭く設定することができ、エンジンのダウンサイジングが可能となる。
【００７３】
本実施形態による鋳包み用部材をアルミニウム等により鋳包んだ鋳包み部材が備える、鋳包み界面に発生する応力の分散、軽減効果について説明する。図１８は、鋳包み用部材がエンジンシリンダブロックに鋳込まれるシリンダスリーブである場合の、シリンダブロックのスリーブ鋳包み界面に発生する応力を説明する図である。図１８（ａ）は、表面に凸部３を設けたシリンダスリーブ１１と、鋳包むアルミニウム１２とを概略的に示す図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）中、Ｘ部の拡大図である。図１８（ｂ）に示す態様おいては、凸部３で構成されるセル中に、ピン形状の単独突起部や凸状底面部は存在していない。τ１は、シリンダスリーブ１１にシリンダヘッドを締結する際に、鋳包み用部材と、アルミニウム等の金属との界面（鋳包み界面）に発生するせん断応力を示す。σ１は、シリンダスリーブ１１をアルミニウム１２で鋳包む際に発生する圧縮応力を示す。
【００７４】
図１８（ｃ）は、図１８（ａ）と同様のエンジンシリンダブロックに鋳込まれる別のシリンダスリーブであって、本発明の第１実施形態による表面構造を備えるシリンダスリーブの鋳包み界面を示す図である。図１８（ｃ）に示す態様おいては、凸部３で構成されるセル中に、テーパーピン形状の単独突起部５ａ及び半ドーム形状の単独突起部５ｂが存在している。τ２は、シリンダスリーブ１１にシリンダヘッドを締結する際に鋳包み界面に発生するせん断応力である。せん断応力τ２の値を、図１８（ｂ）のせん断応力τ１の値と比較すると、τ２＜τ１となり、単独突起部の存在により、鋳包み界面に発生するせん断応力を低下させることができる。
【００７５】
図１８（ｄ）は、図１８（ａ）と同様のエンジンシリンダブロックに鋳込まれるまた別のシリンダスリーブであって、本発明の第２実施形態による表面構造を備えるシリンダスリーブの鋳包み界面を示す図である。図１８（ｄ）に示す態様おいては、凸部３で構成されるセル中では、底面部がシリンダスリーブの外周面側に膨らんだ凸面構造となっている。σ２は、シリンダスリーブ１１をアルミニウム１２で鋳包む際に発生する圧縮応力を示す。圧縮応力σ２の値を、図１８（ｂ）の圧縮応力σ１の値と比較すると、σ２＜σ１となり、凸面状の底面部により圧縮応力を低下させることができる。
【００７６】
このように、エンジンシリンダブロックにおいて、本発明の一実施形態によるピン形状の単独突起を備える鋳包み用部材を用いることで、当該突起が鋳包み界面に作用するせん断荷重や圧縮荷重に対して障壁となり、鋳包み界面領域に発生するせん断応力を分散・軽減することができる。これにより、鋳包み部材のひずみ量は低減し、形状変形が抑制される。また、凸面構造の底面部をもつ鋳包み用部材を用いることで、セル底面部の面剛性が向上するため、鋳包み用部材全体の剛性も増して、スリーブであればボア変形の抑制に効果がありスリーブの更なる薄肉化を実現できる。併せて振動減衰性が向上するため静粛性を確保できる。
【００７７】
次に、図１９は、鋳包み用部材がドラムブレーキに鋳込まれるブレーキシューと接する摺動部材であるスリーブである場合の、スリーブ鋳包み界面に発生する応力を説明する図である。図１９（ａ）は、表面に凸部３を備えるスリーブ１１と、鋳包むアルミニウム１２、及びこれらの内側に位置するブレーキシュー１４とを概略的に示す断面図である。図１９（ａ）中、Ｎは制動荷重、ｒは車輪の回転の向きを示す。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）中、Ｙ部の拡大図である。図１９（ｂ）に示す態様おいては、凸部３で構成されるセル中に、ピン形状の単独突起部や凸状底面部は存在していない。τ１は、ｒ方向に回転するドラムブレーキに制動荷重Nが作用した場合、スリーブ１１の鋳包み界面に発生するせん断応力を示す。σ１は、スリーブ１１をアルミニウム１２で鋳包む際に発生する圧縮応力を示す。Ｏで示す矢印は、スリーブ１１の外周面方向を、ｔで示す矢印は、回転トルクの向きを示す。
【００７８】
図１９（ｃ）は、図１９（ａ）と同様のドラムブレーキに鋳込まれる別のスリーブであって、本発明の第１実施形態による表面構造を備えるスリーブの鋳包み界面を示す図である。図１９（ｃ）に示す態様おいては、凸部３で構成されるセル中に、テーパーピン形状の単独突起部５ａ及び半ドーム形状の単独突起部５ｂが存在している。τ２は、ｒ方向に回転するドラムブレーキに制動荷重Ｎが作用した場合、スリーブ１１の鋳包み界面に発生するせん断応力である。せん断応力τ２の値を、図１９（ｂ）のせん断応力τ１の値と比較すると、τ２＜τ１となり、単独突起部の存在により、鋳包み界面に発生するせん断応力を低下させることができる。
【００７９】
図１９（ｄ）は、図１９（ａ）と同様のドラムブレーキに鋳込まれるまた別のスリーブであって、本発明の第２実施形態による表面構造を備えるスリーブの鋳包み界面を示す図である。図１９（ｄ）に示す態様おいては、凸部３で構成されるセル中では、底面部がスリーブの外周面側に膨らんだ凸面構造となっている。σ２は、スリーブ１１をアルミニウム１２で鋳包む際に発生する圧縮応力を示す。圧縮応力σ２の値を、図１９（ｂ）の圧縮応力σ１の値と比較すると、σ２＜σ１となり、凸状底面部により圧縮応力を低下させることができるため、スリーブの局部的なひずみ変形が抑制され、μ値(摩擦係数)の安定化やブレーキ鳴きを抑制できる。
【００８０】
このように、ドラムブレーキにおいて、本発明の実施形態による鋳包み用部材を用いることで、上記図１８を参照して説明した効果に加え、回転する鋳包み部材の振動を抑え、摩擦係数を安定化させ、制動特性を安定化させるという効果を備える。
【実施例】
【００８１】
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。しかし、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
【００８２】
本発明の第１実施形態および第２実施形態による鋳包み用部材を、第３実施形態に示した製造方法により製造した。実施例１、２においては、第１実施形態による鋳包み用部材を製造し、実施例３、４においては、第２実施形態による鋳包み用部材を製造した。製造条件を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2019093408.tif 000003
【００８４】
実施例１により得られた鋳包み用部材の電子顕微鏡写真を図１１に示す。網目状の凸部３に加えて、テーパーピン型状の単独突起部５ａがセル内に形成されていることが視認できる。実施例２により得られた鋳包み用部材の電子顕微鏡写真を図２０に示す。図中のスケールは、５００μｍを示す。半ドーム型状の単独突起部５ｂがセル内に形成されていることが視認できる。なお、矢印は、全て半ドーム型状の単独突起部を示している。
【００８５】
実施例３により得られた鋳包み用部材の電子顕微鏡写真を図１４に示す。図１４において、底面部Ｃが鋳包まれる面の外周方向に膨出した凸面であることが視認できる。実施例４により得られた鋳包み用部材の断面の電子顕微鏡写真を図２１に示す。図中のスケールは、５００μｍを示す。図２１においても、底面部Ｃが凸面であることが、断面図から明確に視認できる。
【００８６】
実施例１〜４の鋳包み用部材について、その特性を評価したところ、いずれも図１８を参照して説明したのと同様の効果、すなわち鋳包み界面領域に発生するせん断応力を分散・軽減する効果が確認できた。また、鋳包み用部材全体の剛性が増加しており、ボア変形を抑制することができた。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る鋳包み用部材は、アルミダイカストにて鋳包まれるシリンダブロック（Ｃ／Ｂ）用のシリンダスリーブ、アルミブレーキドラム用摺動部材、電動モータやロアケースやミッションケースの軸受部材、さらには二輪車ホイール用ハブ等、いずれも振動減衰性などＮＶＨ特性が要求される鋳包み用部材に好適に適用される。
【符号の説明】
【００８８】
１１  スリーブ、１２  アルミニウム、１０  シリンダブロック
３  凸部、５１  テーパーピン形状の単独突起部、５２  半ドーム形状の単独突起部
Ｆ  略平坦面を有する底面部、Ｃ  凸面を有する底面部
４  縦壁部、７  頂部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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