(57)【要約】【課題】砂型鋳造によって製造され、周囲を鋳ぐるむアルミニウム合金との密着性が高く、熱伝導性の高い、薄肉の鋳ぐるみ用鋳鉄部材の提供。【解決手段】鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナ１は、砂型鋳造法によって鋳造される。円筒形状のシリンダライナ１の外周面の粗さに関する算術平均粗さＲａは３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、展開長さ比ｌｒは１０２％以上１２０％以下である。このため、シリンダライナ１をアルミニウム合金２で鋳ぐるんでなる一体結合部材の熱伝導率を、０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下とすることができる。また、いわゆるアンカー効果によりシリンダライナ１とアルミニウム合金２との密着性を高めることができ、且つ、シリンダライナ１を薄肉化することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄材料で構成され、アルミニウム合金で鋳ぐるまれて一体結合部材をなす鋳ぐるみ用鋳鉄部材において、
該アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、
該アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下であり、
該一体結合部材の熱伝導率が０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下であることを特徴とする鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
【請求項２】
該アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３５μｍ以上１１０μｍ以下であり、
該アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０３％以上１１５％以下であることを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
【請求項３】
略円筒形状をなし、外周面が該アルミニウム合金で鋳ぐるまれ、ピストンが内周面を摺動するシリンダライナ用のアルミニウム合金被鋳ぐるみ部材であることを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
【請求項４】
砂型鋳造法によって鋳造されることを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳ぐるみ用鋳鉄部材に関し、特に、アルミニウム合金によって鋳ぐるまれてなる一体結合部材に、耐焼付性、耐スカッフ性、耐摩耗性、及び高剛性が要求される鋳ぐるみ用鋳鉄部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車エンジン等のシリンダは、エンジンの軽量化及び熱伝導性の向上のために、アルミニウム合金でシリンダブロックが形成され、このシリンダブロックに鋳鉄部材であるシリンダライナが鋳ぐるまれる。シリンダライナに鋳鉄が用いられるのは、ピストンリングがシリンダライナに摺動するときに、シリンダライナに高いレベルでの耐焼付性、耐スカッフ性、耐摩耗性、及び剛性が要求されるためである。シリンダブロックの鋳造に際しては、予めシリンダブロックを鋳造する鋳型内に鋳ぐるみ用鋳鉄部材である円筒形状をしたシリンダライナをセットしておく。次に、鋳型内にアルミニウム合金溶湯が充填されてシリンダライナの外周が鋳ぐるまれて、シリンダライナがシリンダブロックに一体化される。
【０００３】
特許第３１６１３０１号公報には、鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナと、シリンダライナを鋳ぐるむアルミニウム合金との間の密着性を高める技術が開示されている。シリンダライナの外周面全面には、シリンダライナの軸方向に沿って延びる多数の溝が形成されている。鋳ぐるみを行うときに、この溝の中にアルミニウム合金の溶湯が入り込み、シリンダライナとアルミニウム合金との密着性が高められる。
【０００４】
特許第３２５３６０５号公報には、遠心鋳造法により製造された鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナと、シリンダライナを鋳ぐるむアルミニウム合金との間の密着性を高める技術が開示されている。遠心鋳造によってシリンダライナを製造するときに、金型内に塗布される塗型剤の管理を行うことによって、シリンダライナの外周面の粗さに関する最大高さＲｙを６５〜２６０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍを０．６〜１．５ｍｍとして、アルミニウム合金との密着性を高めると同時にシリンダライナの薄肉化を実現している。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１６１３０１号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】
特許第３２５３６０５号公報（第３〜５頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の特許第３１６１３０１号公報記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナでは、溝の底の位置において、シリンダライナの半径方向の厚さを所定の値で確保しなければならないため、シリンダライナの薄肉化を図ることは困難である。
【０００７】
特許第３２５３６０５号公報記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナでは、薄肉化を図ることができ、且つシリンダライナとアルミニウム合金との密着性を高めることができるのであるが、シリンダライナは遠心鋳造法によって製造されるものであり、他の方法、例えば、砂型鋳造法等により製造することについては詳細に記載されていない。特に、砂型鋳造法では塗型剤を用いないため、同公報に記載されている方法によってシリンダライナの外周表面粗さに関する最大高さＲｙ及び凹凸の平均間隔Ｓｍを調整することはできない。
【０００８】
また、遠心鋳造法によって製造されるシリンダライナの外周面粗さは、塗型剤が転写される為にいわゆるうねりが少なく、Ｒｙ及びＳｍで表すことに意義がある。しかし、砂型鋳造によって製造されるシリンダライナの外周面粗さは、遠心鋳造材に対してうねりが多い。これは、砂型鋳造では、平均粒径が大きく且つ粒度分布の大きい鋳物砂によって砂型が構成されているためであり、このため、シリンダライナの外周表面に、凸部の著しい箇所や凹部の著しい箇所が生じやすいからである。従って、仮に、砂型鋳造でシリンダライナ外周面の粗さに関するＲｙ及びＳｍの値を、同公報に記載されているような値の範囲内とすることができたとしても、同公報に記載されているような密着性を得ることはできない可能性が極めて高い。
【０００９】
そこで本発明は、砂型鋳造によって製造され、周囲を鋳ぐるむアルミニウム合金との密着性が高く、熱伝導性の高い、薄肉の鋳ぐるみ用鋳鉄部材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鋳鉄材料で構成され、アルミニウム合金で鋳ぐるまれて一体結合部材をなす鋳ぐるみ用鋳鉄部材において、該アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、該アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下であり、該一体結合部材の熱伝導率が０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下である鋳ぐるみ用鋳鉄部材を提供している。
【００１１】
ここで、該アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３５μｍ以上１１０μｍ以下であり、該アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０３％以上１１５％以下であることが好ましい。
【００１２】
また、上記鋳ぐるみ用鋳鉄部材は、略円筒形状をなし、外周面が該アルミニウム合金で鋳ぐるまれ、ピストンが内周面を摺動するシリンダライナ用のアルミニウム合金被鋳ぐるみ部材であることが好ましい。
【００１３】
また、上記鋳ぐるみ用鋳鉄部材は、砂型鋳造法によって鋳造されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材について図１に基づき説明する。本実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材はシリンダライナ１（図１）に適用される。シリンダライナ１の外形は略円筒形状をなし、シリンダブロックを構成するアルミニウム合金２（図１）の溶湯によって外周面が鋳ぐるまれることにより、エンジンのシリンダブロックのシリンダ内壁に鋳鉄製のシリンダライナ１が固着された状態となる。シリンダライナ１の内周面は、図示せぬピストンリングを介して図示せぬピストンと摺動可能である。
【００１５】
シリンダライナ１は鋳鉄製であり、組成は、ＴＣが２．８〜３．７質量％、Ｓｉが１．５〜２．５質量％、Ｍｎが０．５〜１．０質量％、Ｐが０．１〜０．５質量％、Ｓが０．１５質量％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物の鋳物をベースとし、Ｃｕ：０．６質量％以下、Ｃｒ：０．３質量％以下、Ｍｏ：０．１〜０．８質量％、Ｂ：０．０２〜０．１１質量％を、シリンダライナとなる材料に要求される性質に応じて適宜選択し添加する。
【００１６】
例えば、耐摩耗性が要求される場合には、ＴＣを３．０〜３．６質量％、Ｓｉを１．６〜２．３質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｐを０．１〜０．３質量％、Ｓを０．１５質量％以下、Ｃｕを０．３質量％以下、Ｃｒを０．３質量％以下、残部をＦｅ及び不可避不純物とするといった具合である。
【００１７】
また、高強度且つ耐摩耗性が要求される場合には、ＴＣを２．８〜３．５質量％、Ｓｉを１．５〜２．５質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｐを０．１〜０．３質量％、Ｓを０．１５質量％以下、Ｃｕを０．３質量％以下、Ｍｏを０．１〜０．５質量％、Ｂを０．０７〜０．１１質量％、残部をＦｅ及び不可避不純物とするといった具合である。
【００１８】
シリンダライナ１を鋳ぐるむアルミニウム合金２とシリンダライナ１との接触面であるシリンダライナ１の外周面は、所定の粗さを有している。粗さは、算術平均粗さＲａ及び展開長さ比ｌｒによって表される。算術平均粗さＲａは３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、展開長さ比ｌｒは１０２％以上１２０％以下である。
【００１９】
算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４に規定されているパラメータであり、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけ抜き取り、抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を平均した値を意味する。算術平均粗さＲａが３０μｍ未満では、シリンダライナ１とアルミニウム合金２との間の接合強度を充分に得ることができず、密着性が不足するため好ましくない。また、算術平均粗さＲａが１２０μｍを越えると、シリンダライナ１の外周表面に形成される微小な凹凸へのアルミニウム合金２の充填性が悪くなり、シリンダライナ１とアルミニウム合金２との間に空隙が生じてしまい、熱伝導率が低下するため好ましくない。また、肉厚を薄くする場合に、シリンダライナ１の摺動面たる内周面の材質の均一性やシリンダライナ１の外径精度を保証することができなくなるため好ましくない。そこで上述の値とした。更に、密着強度をより安定させる為に、算術平均粗さＲａは３５μｍ以上１１０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２０】
展開長さ比ｌｒは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４以外のパラメータであり、展開長さＬｏと基準長さｌとの比をｌｒといい、測定曲線の凹凸の度合いを示す。即ち、シリンダライナ１の外周面の凹凸の平均間隔ではなく砂の粒度を加味した値となっており、１０２％未満では、外周面に設けられた凸部と凸部との間に形成される凹部の幅が小さくなりすぎて、シリンダライナ１の外周表面に形成される微小な凹凸へのアルミニウム合金２の充填性が悪くなるため好ましくない。また、展開長さ比ｌｒが１２０％を越えると、シリンダライナ１とアルミニウム合金２との密着性は向上するが、熱伝導性が不十分となり、アルミニウム合金２の凝固時における熱間割れが発生しやすくなるため好ましくない。そこで上述の値とした。更に、より安定した密着強度を得るため、展開長さ比ｌｒは１０３％以上１１５％以下であることがより好ましい。
【００２１】
上述のシリンダライナ１が、シリンダブロックをなすアルミニウム合金２によって鋳ぐるまれてなる一体結合部材の熱伝導率は、０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下である。このような熱伝導率の値となるようにするのは、熱伝導率が０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ未満では熱伝導率が悪く、シリンダライナ１における熱がアルミブロックに伝わらないため、熱間割れを生ずる可能性が高くなるので、熱間割れの発生を防止するためである。なお、この熱伝導率は、後述する試験方法による測定方法と同様の測定方法によって得られる値である。
【００２２】
シリンダライナとシリンダライナを鋳ぐるむアルミニウム合金との密着性を高めるためには、シリンダライナの外周面に積極的に凹凸を形成して、いわゆるアンカー効果を高めることが考えられる。即ち、シリンダライナの外周面の凹凸において、凸部の突出方向の高さを高くし且つ凸部の幅方向の長さを短くすることで、アンカー効果を高めることが考えられる。しかし、単純にこのようにするだけでは、シリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるむときに、図６に示されるように、凸部１０１Ａと凸部１０１Ａとの間に形成される凹部１０１ａにアルミニウム合金１０２が充分に入込まず、空隙１０２ａが形成される。空隙１０２ａの部分は熱伝導性が低いため、シリンダライナ１０１がアルミニウム合金１０２に鋳ぐるまれてなる一体結合部材全体としても熱伝導性が低下する。
【００２３】
しかし、本実施の形態によるシリンダライナ１では、砂型鋳造物の鋳物の鋳肌が生かされて、シリンダライナ１の外周面が、算術平均粗さＲａ及び展開長さ比ｌｒによって決定される前述の粗さを有することにより、シリンダライナ１の外周表面は適度にうねりを持った凹凸が形成された形状となっている。このため、図１に示されるように、凸部１Ａと凸部１Ａとの間に形成される凹部１ａにアルミニウム合金２が充分に入込むことができ、空隙がほとんど形成されない。このことにより、良好な熱伝導性を得ることができると同時に、アンカー効果によって、シリンダライナ１とシリンダライナ１を鋳ぐるむアルミニウム合金２との密着性を高めることができる。
【００２４】
次に、シリンダライナ１の製造方法について説明する。シリンダライナ１は、シリンダライナ１と同一の組成の溶湯が、シリンダライナ１と同一形状のキャビティの形成された砂型に給湯されることにより鋳造される。ここで、砂型を構成する砂においては、シリンダライナ１の外周表面が前述の粗さを有するようにするために、平均粒径と粒度分布とがそれぞれコントロールされている。算術平均粗さＲａを大きくするためには、平均粒径を大きくし、粒度分布を広くすればよい。算術平均粗さＲａを小さくするためには、平均粒径を小さくすればよい。また、展開長さ比ｌｒを大きくするためには、平均粒径を大きくし、粒度分布を広くすればよい。展開長さ比ｌｒを小さくするためには、平均粒径を小さくすればよい。従って、前述した算術平均粗さＲａの値及び展開長さ比ｌｒを得るためには、以下の様な砂型を構成する砂を用いる。
【００２５】
砂としては珪砂とベントナイト、石炭粉と澱粉からなる鋳物砂を用いる。配合比は、珪砂６０〜８０質量％、ベントナイト２〜２０質量％、石炭粉０．７〜５質量％、澱粉０．１〜１．２質量％の範囲である。ベースとなる珪砂は、平均粒径１００〜３００μｍの珪砂である。熱伝導性及び密着性に優れた鋳物砂とするためには、砂の平均粒径を大きくすればよく、望ましいより具体的な平均粒径の値が１００〜３００μｍである。
【００２６】
平均粒径が１００μｍ未満では、砂を再使用する際に微粉が増加し、粗さが細かくなり、熱伝導性が悪くなり好ましくない。また、３００μｍを超えると、粗さが大きくなる為に密着性が劣る。
【００２７】
粘着剤としてはベントナイト、石炭粉、澱粉を用いる。添加するベントナイトはワイオミング産ベントナイトを用い、また、石炭粉、植物澱粉（コーン澱粉）を用い、これらの粉末を混合し鋳物砂とする。
【００２８】
熱伝導性及び密着性に優れた表面性状を得るためには、表面性状を形成する粒度分布を調整する。ふるい寸法２８メッシュ（ふるいの呼び寸法で５９０μｍ）の頻度を２％以下、ふるい寸法３５メッシュ（ふるいの呼び寸法で４２０μｍ）の頻度を９〜１６％、ふるい寸法４８メッシュ（ふるいの呼び寸法で２９７μｍ）の頻度を２４〜３０％、ふるい寸法６５メッシュ（ふるいの呼び寸法で２１０μｍ）の頻度を３０〜３７％、ふるい寸法１００メッシュ（ふるいの呼び寸法で１４９μｍ）の頻度を１１〜１６％、ふるい寸法１５０メッシュ（ふるいの呼び寸法で１０５μｍ）の頻度を３〜８％、ふるい寸法２００メッシュ（ふるいの呼び寸法で７４μｍ）の頻度を１〜４％、ふるい寸法２７０メッシュ（ふるいの呼び寸法で５３μｍ）の頻度を０．８〜２％、更に細かいもの（寸法２７０メッシュ以上（ふるいの呼び寸法で５３μｍ未満））は３．０％以内にする。
【００２９】
より望ましくは、２８メッシュの頻度を１．３％以下、３５メッシュの頻度を１０．５〜１５．５％、４８メッシュの頻度を２４〜３０％、６５メッシュの頻度を３１〜３６％、１００メッシュの頻度を１２〜１６％、１５０メッシュの頻度を４〜７％、２００メッシュの頻度を１．９〜３．８％、２７０メッシュの頻度を１〜２％、更に細かいものを２．５％以内とする。
【００３０】
平均粒径及び粒度分布の調整には、上述の砂を新粉として追加して行う。細かくなった砂は、増えないように回収する。そして、上述の砂が用いられて砂型造型機により砂型が形成される。砂の充填は、マスター型を設置後均一な型状態にするために加圧充填（１ｋｇｆ／ｃｍ２）を行い、更に、スクイズ面圧０．４〜１．５ＭＰａの範囲で砂型を形成する。
【００３１】
以上のようにして、本実施の形態における粗さ（Ｒａとｌｒ）を得るために、上記の範囲内で砂の粒度分布を調整し、更に、型造型のスクイズ面圧の条件を上述のようにして、Ｒａを１５〜１２５μｍ、ｌｒを１０１〜１４０％まで調整可能とした。
【００３２】
次に、本発明による鋳ぐるみ用鋳鉄部材である本発明材と比較材とを用いて、熱伝導性評価試験、及び密着性評価試験を行い、効果を比較した。各試験に使用した本発明材及び比較材は、表１に示されているとおりのものである。即ち、シリンダライナ１の外周面における算術平均粗さＲａが１５〜１２５μｍの１２種類の値を採り、展開長さ比ｌｒが１０１〜１４０％の１０種類の値を採るものの組合せであり、計１２０種類である。このうち本発明材は、表１中において太枠で囲まれた４８種類であり、算術平均粗さＲａがそれぞれ３０、３５、４５、７５、１００、１１０、１１５、１２０μｍの値を採り、展開長さ比ｌｒがそれぞれ１０２、１０３、１０５、１１０、１１５、１２０％の値を採るものの組合せである。残りの７２種類は比較材である。
【００３３】
本発明材及び比較材を製造する際に用いられたライナ用材料は、いずれもＣを３．３重量％、Ｓｉを１．９５重量％、Ｍｎを０．７５重量％、Ｐを０．２重量％、Ｓを０．０６重量％、Ｃｕを０．１５重量％、Ｃｒを０．１６重量％含み、残部はＦｅ及び不可避不純物である。この組成による溶湯を、粒度分布及び平均粒度の異なる砂によって構成された砂型に給湯して、本発明材及び比較材中のシリンダライナ１の部分を製造した。本発明材及び比較材を構成するシリンダライナ１の内周はφ８９．４ｍｍ、シリンダライナ１の外周は９７．７ｍｍであり、軸方向の長さは１１５ｍｍである。
【００３４】
そして、製造したシリンダライナ１の外周面のみをアルミニウム合金２で鋳ぐるむことによって、本発明材及び比較材を製造した。鋳ぐるみに用いたアルミニウム合金２はＪＩＳ材ＡＤＣ１２であり、３３０ｔダイキャストマシンを用いて鋳造圧力６２．８ＭＰａ、溶湯温度７１０〜７４０℃、金型温度２２０〜２２０℃で鋳込むことにより鋳ぐるみを行った。本発明材及び比較材は、シリンダライナ１の外周面のみが鋳ぐるまれてなるため、形状は、いずれも鋳ぐるまれたシリンダライナ１と同軸的な円筒形状をしている。本発明材及び比較材の寸法は、それぞれ、鋳ぐるまれるシリンダライナ１の外径はφ９７．７ｍｍ、内径はφ８９．４ｍｍ、鋳ぐるまれた後の本発明材及び比較材の外径は１０６ｍｍである。
【００３５】
熱伝導性評価試験は、図２に示される試験装置３を用いて行った。試験装置３は、円筒形状した装置本体３０を有しており、図２に示される装置本体３０の下端には、底面３１が設けられており、上端には開口部３ａが形成されている。テストピース１０は、装置本体３０の底面３１上に、断熱材をなすセラミック３９を介して装置本体３０と同軸的に配置される。従って、円筒形状をしたテストピース１０は、軸方向が図２の上下に指向する。セラミック３９の一部であってテストピース１０の端部と接触する位置には、オイルの漏れを防止するためのオーリング３９Ａが設けられている。
【００３６】
そして、装置本体３０の内径と同一半径を有する円形の内蓋３２が、セットされたテストピース１０の軸方向の一端部上に断熱材をなすセラミック４０を介して載せられ、更に、装置本体３０の外径と同一半径を有する円形の外蓋３３によって開口部３ａが塞がれ、第１ボルト３４によって外蓋３３が装置本体３０に固定され、第２ボルト３５によって内蓋３２が外蓋３３に対して固定される。セラミック４０の一部であってテストピース１０の端部と接触する位置には、セラミック３９と同様に、オイルの漏れを防止するためのオーリング４０Ａが設けられている。
【００３７】
内蓋３２、外蓋３３には、それぞれ中央の位置に円形の貫通孔３２ａ、３３ａが形成されており、この貫通孔３２ａ、３３ａからテストピース１０内にオイルを給油することができるように構成されている。また、中央の位置に形成された貫通孔３２ａ、３３ａの近傍には、径の小さい貫通孔が２つ形成されており、テストピース１０の内周面１０Ａの温度を計測するための第１熱電対３６と、オイルの温度を計測するための第２熱電対３７とが貫通している。第２熱電対３７は、外蓋３３及び内蓋３２をテストピース１０の軸方向に貫通し、テストピース１０内方であってテストピース１０から離間した位置において、テストピース１０の軸方向の略中央の位置に至るまでテストピース１０の軸方向に延出している。第１熱電対３６は、外蓋３３及び内蓋３２をテストピース１０の軸方向に貫通し、テストピース１０内方であってテストピース１０から離間した位置において、テストピース１０の軸方向の略中央の位置に至るまでテストピース１０の軸方向に延出し、その位置で直角に折曲がり、テストピース１０の半径方向外方へ延出してテストピース１０の内周面１０Ａに接触している。第１熱電対３６に対向するテストピース１０の外周面１０Ｂには、テストピース１０の外周面１０Ｂの温度を測定するための第３熱電対３８が接触している。第３熱電対３８は、装置本体３０の側面を貫通してテストピース１０の半径方向内方へ延出しており、その先端が外周面１０Ｂに接触している。
【００３８】
熱伝導性評価試験では、上述の装置を用いて、先ず、２５０℃に加熱した熱媒体油を一定速度で注ぎ、本発明材及び比較材内部に給油することでテストピース１０の内周温度を上昇させてゆき、図３の温度チャートのグラフに示されるように熱伝導時間を測定する。ここで、熱伝導時間とは、本発明材内周面の温度が上昇し始めてから、本発明材又は比較材の外周面温度が上昇し始めるまでの時間のことである。
【００３９】
一方、アルミで鋳ぐるんだ鋳鉄材の熱伝導性を直接導き出すことは、大変困難である。それは、熱伝導率の異なる異材質の組合せである為、試験片の切り出し（厚さ方向の寸法出し）が困難だからである。本試験では、安定な公知材料である鋳鉄材及びスチール材を用いて熱伝導率と熱伝導時間とが密接な相関関係を有することを確認した。即ち、熱伝導時間の測定に用いるテストピース１０と熱伝導率において密接な相関関係を有することから、熱伝導率と熱伝導時間との関係を予め求めておき、試験において測定した熱伝導時間から熱伝導率を求めた。
【００４０】
熱伝導率については、レーザーフラッシュ法により求め、図４に示されるような、熱伝導率と熱伝導時間との相関関係を示す直線を予め求めておく。この直線は以下のような回帰式により表される。
ｙ＝−０．０２４２９ｘ＋０．２２６４７
ここで、ｘは熱伝導時間でｙは熱伝導率を示す。この直線を求めるのに用いた鋳鉄材及びスチール材は、熱伝導時間の測定に用いるテストピース１０と同一寸法の円筒形状のものである。
【００４１】
この式を用いて、表面性状を調整しアルミで鋳ぐるんだ試験片たるテストピース１０の熱伝導時間から熱伝導率を導き出し、結果の良否を判断した。なお、この式より、例えば熱伝導時間が６．０３秒のときには、熱伝導率は０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇであり、熱伝導時間が５．００秒のときには、熱伝導率は０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇである。
【００４２】
密着性評価試験では、テストピース１０をそれぞれ図５に示されるような縦横２０ｍｍの正方形状に切取って得られた断片を、その面に垂直の方向、即ち、シリンダライナ１を構成していた鋳ぐるみ用鋳鉄部材断片とアルミニウム合金２とを引剥がす方向へ引っ張り、どのぐらいの引っ張り加重まで引剥がされずに耐えられるかを調べた。より具体的には、鋳ぐるみ用鋳鉄部材断片１１と鋳ぐるみ用鋳鉄部材断片１１を鋳ぐるむアルミニウム合金１２とに、それぞれ固着部材４１、４２を熱硬化性樹脂によって接着させた後に、固着部材４１、４２をそれぞれ図５の上下方向に移動させる力を作用させた。固着部材４１、４２の、引っ張られる方向に垂直の面で切った断面はテストピース１０と同一の縦横２０ｍｍの正方形をなしており、図５における固着部材４１の下端面は図５におけるテストピースの上側の面に全面で固着され、図５における固着部材４２の上端面は図５におけるテストピースの下側の面に全面で固着されている。熱伝導性評価試験及び密着性評価試験の結果は、表１に示されるとおりである。
【表１】
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【００４３】
表１中の太枠で囲まれた本発明材では、いずれも熱伝導性については０．０８〜０．１１０の範囲内にあり、良好であることが分かる。これに対して、例えば、シリンダライナの外周表面の算術平均粗さＲａが１２５μｍと大きくなりすぎると、熱伝導性は０．０６〜０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ程度の小さな値になってしまうことがあった。また、外周表面の算術平均粗さＲａが２５μｍ以下と小さくなりすぎると、やはり熱伝導性は０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下の小さな値になってしまうことがあった。
【００４４】
また、シリンダライナの外周表面の展開長さ比ｌｒが１２５％と大きくなりすぎると、熱伝導性は０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下の小さな値になってしまうことがあった。また、外周表面の展開長さ比ｌｒが１０１％以下と小さくなりすぎると、やはり熱伝導性は０．０６〜０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ程度の小さな値になってしまうことがあった。
【００４５】
また、密着性については、本発明材ではいずれも４０ｋｇ以上の高い値の引張り荷重に耐えており、良好であることが分かる。これに対して、例えば、シリンダライナの外周表面の算術平均粗さＲａが１２５μｍと大きくなりすぎると、耐えられる引張り荷重は１０ｋｇ以上４０ｋｇ未満と低くなることがあった。また、外周表面の算術平均粗さＲａが２５μｍ以下と小さくなりすぎると、やはり耐えられる引張り荷重は４０ｋｇ未満と低くなることがあった。
【００４６】
また、シリンダライナの外周表面の展開長さ比ｌｒが１２５％と大きくなりすぎる場合には、いずれも４０ｋｇ以上の高い値の引張り荷重に耐えているのであるが、外周表面の展開長さ比ｌｒが１０１％以下と小さくなりすぎると、耐えられる引張り荷重は１０ｋｇ以上４０ｋｇ未満と低くなることがあった。
【００４７】
以上の実験結果より、密着性と熱伝導性との両方を同時に高いレベルとするためには、シリンダライナ１の外周面の算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲内にあり、且つ、展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下の範囲内にあることが必要であることが分かる。
【００４８】
本発明による鋳ぐるみ用鋳鉄部材は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば本実施の形態では、鋳ぐるみ用鋳鉄部材がシリンダライナ１として用いられたが、シリンダライナに限られない。例えば、ブレーキドラムのインサートとして用いられてもよい。また、これら曲面を有する部材として用いられるのみならず、平面状のものに応用してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下であるため、一体結合部材の熱伝導率を０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下と高い値にすることができる。また、一体結合部材における鋳ぐるみ用鋳鉄部材とアルミニウム合金との密着性を高いレベルに維持することができる。また、鋳ぐるみ用鋳鉄部材上の、アルミニウム合金と接触する接触面に、密着性を向上させるための溝等を形成する必要がないため、鋳ぐるみ用鋳鉄部材を薄くすることができる。
【００５０】
請求項２記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３５μｍ以上１１０μｍ以下であり、アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０３％以上１１５％以下であるため、一体結合部材の熱伝導率をより高くすることができ、同時に、一体結合部材における鋳ぐるみ用鋳鉄部材とアルミニウム合金との密着性を、より高いレベルに維持することができる。
【００５１】
請求項３記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、シリンダライナ用のアルミニウム合金被鋳ぐるみ部材であるため、シリンダライナがシリンダブロックに固着された状態の一体結合部材の熱伝導率を高くすることができ、且つ、シリンダライナとシリンダブロックとの密着性を高くすることができ、更に、シリンダライナ自体を薄肉化することができる。
【００５２】
請求項４記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、砂型鋳造法によって鋳造されるため、砂型によって鋳造されて形成される鋳ぐるみ用鋳鉄部材表面の鋳肌を生かして、鋳ぐるみ用鋳鉄部材の表面粗さに関する算術平均粗さＲａ及び展開長さ比ｌｒを所定の値とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材と、鋳ぐるみ用鋳鉄部材を鋳ぐるむアルミニウム合金との接触面を示す要部断面図。
【図２】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナの効果試す熱伝導性評価試験を行うための試験装置を示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナの効果試す熱伝導性評価試験の方法を示すグラフ。
【図４】熱伝導時間と熱伝導率との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナの効果試す密着性評価試験を行うための試験装置を示す断面図。
【図６】従来の鋳ぐるみ用鋳鉄部材と、鋳ぐるみ用鋳鉄部材を鋳ぐるむアルミニウム合金との接触面を示す要部拡大図。
【符号の説明】
１      シリンダライナ
２      アルミニウム合金
【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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