(57)【要約】【課題】鋳鉄製の内燃機関のシリンダライナ等を、アルミニウム合金等で鋳包む際の、相互の界面での密着性をより安定させ、且つ、従来と比してより製造コストの低い製品の提供を目的とする。【解決手段】上記課題を達成するため、粗化した外周壁面を備える円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材であって、当該外周壁面は、周方向に高速回転する円筒形状の鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を備えることを特徴とする鋳包み用の鋳鉄部材を採用する。そして、その前記突起部は、針状、海綿形状、板状形状の溶滴スプラッシュ形状を含んで構成されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗化した外周壁面を備える円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材であって、
当該外周壁面は、周方向に高速回転する円筒形状の鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を備えることを特徴とする鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項２】
前記突起部は、針状、海綿形状、板状形状の溶滴スプラッシュ形状を含んで構成されたものである請求項１に記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項３】
前記突起部は、その高さが０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであり、且つ、前記溶滴スプラッシュの付着幅が０．１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１又は請求項２に記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項４】
前記突起部は、前記溶滴スプラッシュの付着長さが０．０５ｍｍ〜４０ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項５】
前記突起部は、円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材の外周壁面面積を１００面積％としたとき、その外周壁面に付着する溶射材の付着する領域の面積率が、当該外周壁面の３０面積％以上である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項６】
前記溶射皮膜は、鉄又は鉄系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金、銅又は銅系合金、亜鉛又は亜鉛系合金、スズ又はスズ系合金のいずれかの材質からなる請求項１〜請求項５のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項７】
前記鋳鉄部材は、その外周壁面に溝状凹凸形状が形成されているものを用いる請求項１〜請求項６のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項８】
前記鋳鉄部材は、その外周壁面にブラスト処理で粗化処理したものを用いる請求項１〜請求項７のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材において、前記鋳鉄部材としてシリンダライナを用い、その外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を備えることを特徴とする鋳包み用シリンダライナ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材の製造方法であって、
円筒形状の鋳鉄部材を軸支して、回転速度３０ｍ／ｍｉｎ〜６３０ｍ／ｍｉｎで周方向に高速回転する鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶射装置を用いて溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を鋳鉄部材の当該外周壁面に形成することを特徴とする鋳包み用鋳鉄部材の製造方法。
【請求項１１】
前記溶射装置として、アーク溶射装置を用いる請求項１０に記載の鋳包み用鋳鉄部材の製造方法。
【請求項１２】
前記溶融金属の溶滴は、前記溶射装置としての溶射ガンのエアー圧２０ＰＳＩ〜７０ＰＳＩで射出される請求項１０又は請求項１１に記載の鋳包み用鋳鉄部材の製造方法。
【請求項１３】
前記溶融金属として、鉄又は鉄系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金、銅又は銅系合金、亜鉛又は亜鉛系合金、スズ又はスズ系合金のいずれかの材質を用いる請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の鋳包み用鋳鉄部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、鋳包み用鋳鉄部材並びにその製造方法及び鋳包み用鋳鉄製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関用シリンダブロックは、当該シリンダブロック中でピストンが摺動するシリンダや、他の付属装置が組み付けられる基礎構造物である。すなわち、シリンダブロックは、エンジンの基礎となる部分であるため、十分な強度、剛性、耐振動性を有することが必要とされ、且つ、シリンダの内面には耐摩耗性が要求される。そのため、従来から鋳鉄製のシリンダブロックが採用されてきたが、近年においては、アルミニウム合金製のシリンダブロックの採用が多くなっている。その理由としては、エンジンを軽量化して車体重量の軽量化を図ることによる燃費の向上等が挙げられる。
【０００３】
しかし、シリンダブロックをアルミニウム合金製にする場合には、いくつかの問題が生じる。シリンダブロックは、エンジン部品の一部であり、このエンジンはガソリンを燃焼させて駆動するため、シリンダブロックは燃料の燃焼熱による高温にさらされる。このような環境下において、温度が上昇するに伴い、アルミニウム合金は、機械的強度が低下するという特性を有する。
【０００４】
従って、シリンダブロックの冷却を目的とした冷却手段が必要になる。このシリンダブロックが、冷却水と接しているジャケット部分では、アルミニウム系マトリクスの温度上昇の抑制は可能であるが、シリンダとシリンダとの間隙には冷却手段が設けられないのが一般的である。これは、エンジンの全長を出来るだけコンパクトにするため、シリンダ同士の離間距離を短縮化する必要があり、冷却水を流す余地を設けていないためである。そのため、シリンダ間に位置するアルミニウム系マトリクスは、燃料の燃焼熱により高温領域になり、アルミニウム材としての強度が部分的に低下する。
【０００５】
しかも、シリンダライナをアルミニウム合金溶湯で鋳包むということを考えるに、アルミニウム合金溶湯の凝固過程において、シリンダ同士の間のアルミニウム系マトリクスでは残留応力が最も高くなる部位となる。エンジン試動時にこの部分の残留応力が解放されることにより、シリンダ同士の間に位置するアルミニウム系マトリクスとシリンダとの間に剥離が生じ、熱伝導のロスや、シリンダボア部の形状に変形が生じるため、エンジンの性能低下の原因になるため好ましくない。
【０００６】
従来、シリンダライナとシリンダブロックとの結合強度を強化するために、鋳鉄製のシリンダライナ外周壁面を、シリンダブロックと同等の材質であるアルミニウム合金等で鋳包むことにより金属的結合をさせることが行われてきた。しかし、アルミニウム合金製のシリンダブロックの場合には、異種材質のシリンダライナ（鋳鉄製）をシリンダブロックの内部に内包するため、異種の材質としての接合状態を考慮する必要が生じる。例えば、アルミニウム合金製のシリンダブロックの場合には、鋳鉄製品の融点（約１２００℃）とアルミニウム合金との融点（約７００℃）とに大きな差がある。そのため、鋳包み時に双方の界面での相互拡散が起こりにくく、界面における拡散接合という観点からみると、シリンダライナとシリンダブロックとの密着性を向上させることは困難であった。また、シリンダライナを鋳包む際に、溶湯によりガスが閉じこめられ、シリンダライナとシリンダブロックとの間に隙間が生じ、接合強度が低下することも想定しなければならない。
【０００７】
仮に、アルミニウム合金製シリンダブロックと鋳鉄製シリンダライナとの界面での密着性が良好に保たれていない場合、シリンダライナとシリンダブロック本体との間の熱伝導率が低下して、エンジンの冷却性能の低下を招く。また、シリンダライナの場所によって熱膨張のレベルの違いが生じ、エンジン駆動時の振動や衝撃等の影響による前記界面での部分的な剥離が起こる恐れがある。その結果、内燃機関の性能及び耐久性が低下することになる。
【０００８】
このような課題に対し、例えば、特許文献１（特開２００１−５５９５６号公報）には、シリンダスリーブ変形が小さく、低コストでオイル消費及びピストン打音を低減したライナー付きシリンダブロックが提案されている。なお、特許文献１には、軽合金製のシリンダブロック本体と、この本体の内面にライナーとして鋳ぐるみにより設けられた鋳鉄製の中空円筒体からなるシリンダスリーブとを有し、前記スリーブの外周壁面には、相互に平行に延びるように溝が形成されており、前記溝の側面は相互に平行であるライナー付きシリンダブロックが提案されている。そして、前記溝は中空円筒体の円周方向又は軸方向に延びるように形成されており、この溝の深さは０．５ｍｍ以下であることが明記されている。
【０００９】
また、特許文献２（特開２００１−１７０７５５号公報）には、ダイキャストした際のアルミニウム材の充填性及びアルミニウム材との密着性に優れた鋳包み用鋳鉄部材が提案されている。この、特許文献２には、塗型材として、平均粒径０．０５〜０．５ｍｍの珪砂を２０〜４５質量％、平均粒径０．１ｍｍ以下のシリカフラワを１０〜３０質量％、粘結剤を２〜１０質量％及び水を３０〜６０質量％混合した懸濁液を用い、表面粗さの最大高さＲｙが６５〜２６０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．６〜１．５ｍｍである鋳包み面を有する鋳包み用鋳鉄部材が提案されている。
【００１０】
また、特許文献３（特開２００１−２３４８０６号公報）には、鋳包み対象部品と鋳物との密着性を向上させる鋳包み製品が提案されている。なお、特許文献３には、鋳包み対象部品を溶融金属にて鋳包むことにより鋳包み製品を製造する鋳包み方法であって、前記鋳包み対象部品を構成する金属材料とは異なる金属材料でかつ前記溶融金属の融点以下の融点を有する金属材料からなる皮膜が表面に形成された前記鋳包み対象部品に対して、前記皮膜は１〜２０μｍＲｚの面粗さの鋳包み対象部品表面に形成される鋳包み方法が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−５５９５６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７０７５５号公報
【特許文献３】特開２００１−２３４８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された鋳鉄製シリンダスリーブは、その外周壁面に機械加工による溝が形成されるので、アルミニウム合金等で鋳包む際の、アルミニウム合金材との界面での密着性は向上するが、加工に多大な費用がかかり製品のコストダウンができない。確かに、高圧ダイキャスト法を用いれば、当該シリンダスリーブとアルミニウム合金材との間で優れた密着性が得られるが、低圧鋳造法を用いると、鋳包み時に鋳鉄部材の凹凸形状の底部にまで溶湯充填が出来ない場合があり、良好な密着性は得られにくい。そして、シリンダブロックとシリンダライナとの良好な密着性が得られないと、燃料の燃焼により発生する熱を効率よく放熱できず、熱引け性（放熱性）が悪くなるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献２に記載された鋳包み用鋳鉄部材は、その外周壁面に遠心鋳造法によりＲｙ６５〜２６０μｍ、Ｓｍ０．６〜１．５ｍｍの鋳肌が形成されているが、低圧鋳造の場合は、アルミニウム合金材との間で十分な密着性が得られない。その理由として、特許文献２における鋳包み用鋳鉄部材は、鋳込みの際に塗型材を使用し、鋳型の熱で乾燥する時に発生する蒸気の抜け穴による無数の微細なくぼみを当該鋳鉄部材の表面に形成させているからである。当該鋳鉄部材は、鋳包み時に発生する微細なくぼみを利用することで、アルミニウム合金材との密着性を向上させているが、低圧鋳造では、当該くぼみの底部にまで良好な溶湯充填が出来ないためである。その結果、当該鋳鉄部材は、アルミニウム合金材との間で十分な密着性が得られないため、熱引け性（放熱性）が悪いという問題があった。
【００１４】
更に、特許文献３に記載された鋳包み製品は、鋳包みに用いる溶融金属の融点以下の金属材料からなる皮膜を溶射等で製品の外周壁面に形成させている。そして、形成された皮膜の上から、ショットピーニング法やショットブラスト法等で凹凸を形成し、鋳包み時のアルミニウム合金材との密着性を向上させようとしている。しかし、この方法では、形成される皮膜が薄く、高圧ダイキャスト法を採用すると溶湯に流される可能性があり、アルミニウム合金材との間で十分な密着効果が得られない。又、鋳包み製品の表面粗さ（Ｒｚ）も１μｍ〜２０μｍと小さくなり、低圧鋳造ではアルミニウム合金材との間で十分なアンカー効果が得られないという問題があった。
【００１５】
以上のことから、鋳鉄製の内燃機関のシリンダライナ等を、アルミニウム合金等で鋳包む際の、鋳鉄材とアルミニウム合金材との相互の界面での密着性をより安定させることが望まれており、且つ、従来と比して、その製造コストを低減することが望まれてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで、本発明者等は、以下に示す鋳包み用鋳鉄部材を採用することで、上記課題を達成できることに想到した。以下、本件発明に関して説明する。
【００１７】
鋳包み用鋳鉄部材：  本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、粗化した外周壁面を備える円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材であって、当該外周壁面は、周方向に高速回転する円筒形状の鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
そして、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、針状、海綿形状、板状形状の溶滴スプラッシュ形状を含んで構成されたものである。
【００１９】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、その高さが０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであり、且つ、前記溶滴スプラッシュの付着幅が０．１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、前記溶滴スプラッシュの付着長さが０．０５ｍｍ〜４０ｍｍであることが好ましい。
【００２１】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材の外周壁面面積を１００面積％としたとき、その外周壁面に付着する溶射材の付着する領域の面積率が、当該外周壁面の３０面積％以上であることが好ましい。
【００２２】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記溶射皮膜は、鉄又は鉄系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金、銅又は銅系合金、亜鉛又は亜鉛系合金、スズ又はスズ系合金のいずれかの材質からなることが好ましい。
【００２３】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材を構成する前記鋳鉄部材は、その外周壁面に溝状凹凸形状が形成されているものを用いることが好ましい。
【００２４】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材を構成する前記鋳鉄部材は、その外周壁面にブラスト処理で粗化処理したものを用いることが好ましい。
【００２５】
本件発明に係るシリンダライナ：  本件発明に係るシリンダライナは、上述の鋳包み用の鋳鉄部材において、前記鋳鉄部材としてシリンダライナを用い、その外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を備えることを特徴とするものである。
【００２６】
鋳包み用鋳鉄部材の製造方法：  本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法は、上述の鋳包み用鋳鉄部材の製造方法であって、当該円筒形状の鋳鉄部材を軸支して、回転速度３０ｍ／ｍｉｎ〜６３０ｍ／ｍｉｎで周方向に高速回転する鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶射装置を用いて溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を鋳鉄部材の当該外周壁面に形成することを特徴とするものである。
【００２７】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法において、前記溶射装置として、アーク溶射装置を用いることが好ましい。
【００２８】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法において、前記溶融金属の溶滴は、前記溶射装置としての溶射ガンのエアー圧２０ＰＳＩ〜７０ＰＳＩで射出されることが好ましい。
【００２９】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法において、前記溶融金属として、鉄又は鉄系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金、銅又は銅系合金、亜鉛又は亜鉛系合金、スズ又はスズ系合金のいずれかの材質を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、粗化した外周壁面を備える円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材であり、その外周壁面は、周方向に高速回転する円筒形状の鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を形成して得られるものであり、従来の鋳包み用鋳鉄部材の粗化処理形態とは全く異なる粗化形態を備えている。この粗化表面は、通常の表面粗さ計では測定不能な極めて大きな突起部のある凹凸表面を形成することが可能で、その突起部自体に一定の空隙がある状態となる。従って、鋳包みに用いるマトリクス材との濡れ性に優れ、界面での密着性が非常に良好になる。
【００３１】
従って、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の技術概念を、シリンダライナに適用し、これをマトリクス材としてアルミニウム合金を用いるシリンダブロックの製造に適用すると、シリンダライナの表面にある十分な凹凸のある溶射皮膜が、アルミニウム合金溶湯との濡れ性を改善し、シリンダライナの凹凸のある溶射被膜の突起部へのアルミニウム合金溶湯の侵入が容易で、マトリクスとシリンダライナの溶射被膜との界面でアンカー効果が十分に発揮される。その結果、低圧鋳造法を用いても、高圧鋳造法を用いた場合と変わらず、鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性も良好になる。よって、あらかじめ当該鋳鉄部材に溝や凹凸を形成させる必要は必ずしも無くなる。
【００３２】
また、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法は、円筒形状の鋳鉄部材を軸支して、これを周方向に高速回転させつつ、その鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶射法により溶融金属の溶滴を高速で衝突させる点に特徴を有している。従って、従来の円筒形状の鋳鉄部材に溶射被膜を形成する装置をそのまま使用することが可能で、新たな設備投資も要さないため、製品コストの上昇を招くことはなく、極めて容易に導入可能な製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材、鋳包み用鋳鉄部材の製造方法、鋳包み用鋳鉄製品のそれぞれの形態について説明する。
【００３４】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の形態：  本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材の外周壁面に形成した粗化処理形態に特徴を有する。この本件発明に係る溶射被膜付鋳鉄部材１の粗化表面をマイクロスコープ（倍率：×３倍〜×１００倍）で観察したものを図１〜図３に示す。そして、図４には、本件発明に係る溶射皮膜付鋳鉄部材１の溶射被膜を走査型電子顕微鏡で観察した狭小領域の観察像を示している。この図１〜図４から理解できるように、この形態を、現段階において、言葉として的確に表現することも、数値パラメータとして定義することも困難である。そこで、本件出願人等は、溶射被膜の形態を「周方向に高速回転する円筒形状の鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜」と表現している。
【００３５】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、針状、海綿形状、板状形状の溶滴スプラッシュ形状を含んで構成されたものである。本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の溶射皮膜は、当該鋳鉄部材を高速回転させながら溶射法で形成し、溶射装置から射出された溶融金属の溶滴が、当該溶滴の衝突によるスプラッシュと、鋳鉄部材の遠心力との影響で、瞬間的に鋳鉄部材の表面で凝固付着するために、特異で不定形な形状の突起部となる。そのため、前記突起部の形状は、溶射時の条件（鋳鉄部材の回転数、溶射材等）によって、溶滴スプラッシュの形状が種々の形状となる。しかし、マイクロスコープ等の観察結果から判断して、針状、海綿形状、板状形状が、主な付着形態と判断できる。これら特異な形状が複合化して形成した突起部は、溶射時の溶滴衝突と鋳鉄部材の遠心力によって形成されるため、鋳鉄部材の外周壁面の表面形状に大きく影響を受けるものではない。よって、当該鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性を向上させるために、あらかじめ鋳鉄部材の外周壁面に溝を形成したり、ブラスト処理により鋳鉄部材の外周壁面に凹凸を形成させる必要はない。
【００３６】
しかし、この粗化表面の状態を敢えて表現するとすれば、以下のようなパラメータをもって特定する以外にない。まず、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、その高さが０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。ここで、「突起高さ」とは、図５に示すように、鋳鉄部材２の表面にある突起形状２０を山状として捉えると、その高さＨを言う。この突起高さＨが０．０５ｍｍ未満の場合には、アルミニウム系マトリクスで鋳包み加工したときに、十分なアンカー効果が発揮できず、当該鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性が不十分となるため好ましくない。一方、突起高さＨが１０ｍｍを超える場合には、アルミニウム材マトリクスでシリンダライナを鋳包む際に、アルミニウム合金溶湯の凝固により、当該突起部２０の形状内にガスが閉じこめられ易く、当該鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの間にガスが充満した隙間が生じやすく、昇温時の剥離発生箇所となるため、双方の接合強度が低下する要因となり好ましくない。
【００３７】
そして、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、前記溶滴スプラッシュの付着幅が０．１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。ここで、「付着幅」とは、図５の底面図から理解できるように、円筒状の鋳鉄部材の表面で、エアー及び遠心力により吹き上げられ、瞬間凝固した溶滴スプラッシュ、又は、それらが山脈状に連なったときの、その短軸幅方向の長さＷを言う。ここで付着幅Ｗが０．１ｍｍ未満の場合には、突起部の幅方向の厚さが薄くなり突起部の強度が低下するため、アンカー効果を発揮する程度の強度が得られず、当該鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性が不十分となり好ましくない。一方、付着幅Ｗが１０ｍｍを超える場合には、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材に対し、溶滴スプラッシュが不均一に付着した状態となった場合である。すなわち、突起部の幅が大きくなりすぎると、均一な密着性が得られず、粗化処理表面としての品質バラツキが大きくなるため好ましくない。
【００３８】
更に、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の前記突起部は、前記溶滴スプラッシュの付着長さが０．０５ｍｍ〜４０ｍｍであることが好ましい。ここで、「付着長さ」とは、図５の底面図から理解できるように、円筒状の鋳鉄部材の表面で、エアー及び遠心力により吹き上げられ、瞬間凝固した溶滴スプラッシュ、又は、それらが山脈状に連なったときの、最大長さＬを言う。また、この最大長さＬは、突起部が鋳鉄部材表面に付着している領域面積に対して、図５に示した外接円Ｃを想定した場合の、その外接円の直径と同義である。なお、この溶滴の付着形態は、常に図５に例示したと同様の形態を示すものではなく、上面から観察したときの付着形態として、Ｖ字型、湾曲型等の種々の形態を示し、これらにも上述の外接円Ｃの概念の適用が可能なことを明記しておく。また、溶射条件による飛散により、突起部の形状方向は周方向以外に形成することもできる。ここで、付着長さＬが０．０５ｍｍ未満の場合には、鋳包まれた際の密着性が低下するため好ましくない。一方、付着長さＬが４０ｍｍを超える場合には、アルミニウム合金で鋳包む際の湯流れ性が悪くなり、密着性が悪くなる。
【００３９】
次に、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材においては、鋳鉄部材の表面にどの程度、突起部を形成するかに関して述べる。ここでは、粗化処理する円筒形状の鋳包み用鋳鉄部材の外周壁面面積を１００面積％としたとき、その外周壁面に付着させる溶射材の付着領域の面積率が、当該外周壁面の３０面積％以上（３０面積％〜１００面積％）であることが好ましい。ここで、上記突起部を備える部位の専有面積が３０％未満の場合には、当該鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性を向上させる効果が、顕著に得られないためである。
【００４０】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材において、以上に述べてきた突起部を備える前記溶射皮膜は、鉄又は鉄系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金、銅又は銅系合金、亜鉛又は亜鉛系合金、スズ又はスズ系合金のいずれかの材質を備えることが好ましい。ここで述べた材料は、鋳包み時のアルミニウム合金溶湯が凝固する過程で、アルミニウム系マトリクスとの界面において、比較的にアンカー効果及び相互拡散を起こしやすいものである。その結果、鋳包み用鋳鉄部材の溶射皮膜とアルミニウム系マトリクスとの間で強固なアンカー効果及び金属結合状態を形成し、結果として鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性を向上させる。また、上記材料で形成した溶射被膜を備える鋳包み用鋳鉄部材は、その表面に上述の突起部を備える粗化処理表面を備えているが、鋳包み時に、アルミニウム合金溶湯との濡れ性に優れ、粗化処理の凹凸形状の底部にまで、十分に溶湯の充填が可能である。
【００４１】
以上に述べてきた本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、製造原料としての円筒状の鋳鉄部材の表面に予め粗化処理を施す必要はない。しかしながら、当該鋳鉄部材は、その外周壁面に溝状凹凸形状を形成したもの、その外周壁面にブラスト処理で粗化処理したもの、又は、その外周壁面に溝状凹凸形状の形成とブラスト処理とを併用したもの等を用いても構わない。更に良好な、鋳包み用鋳鉄部材とアルミニウム系マトリクスとの密着性を得ることが出来るからである。なお、ここで言うブラスト処理とは、研磨材製のショットを空圧又は遠心力により、圧力をかけて鋳物に吹き付け、鋳物表面の粗化処理又は改質処理を行うものである。
【００４２】
しかも、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、鋳包みに際して、低圧鋳造法又は高圧鋳造法のいずれを用いても、アルミニウム系マトリクスと良好な密着性を得ることが出来る。溶射皮膜の構造が特異な構造をしているため、低圧鋳造でも、溶射皮膜内に溶湯が浸透しやすいからである。ここで言う低圧鋳造法とは、密閉溶解炉中で溶けているアルミニウム合金材の溶湯を、大気圧より僅かに高い圧力をかけて、鋳型中に押し上げ注入する鋳造法であり、保温炉に０．１ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を鋳型まで押し上げる。また、ここで言う高圧鋳造法とは、高圧ダイキャスト法と称される場合もあり、鋳包み用鋳鉄部材をダイキャスト金型内に配置し、ダイキャスト金型と鋳包み用鋳鉄部材との間に形成されたキャビティにアルミニウム材の溶湯を４９０ＭＰａ〜９８０ＭＰａの高圧で注入して冷却凝固させ、アルミニウム系マトリクス内に鋳包み用鋳鉄部材を鋳包ませて一体化させる鋳造法である。
【００４３】
鋳包み用鋳鉄部材の製造形態：  本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法は、上述の鋳包み用鋳鉄部材の製造方法であって、当該円筒形状の鋳鉄部材を軸支して、回転速度３０ｍ／ｍｉｎ〜６３０ｍ／ｍｉｎで周方向に高速回転する鋳鉄部材の当該外周壁面に、溶射装置を用いて溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を鋳鉄部材の当該外周壁面に形成することを特徴とするものである。
【００４４】
当該円筒形状の鋳鉄部材を軸支しての回転に関して説明する。円筒形状の鋳鉄部材の筒内に、治具の支持軸を通して、支持軸の回転と同期して鋳鉄部材が、回転速度３０ｍ／ｍｉｎ〜６３０ｍ／ｍｉｎで周方向に沿って高速回転する。ここで、鋳鉄部材の回転速度が３０ｍ／ｍｉｎ未満の場合には、鋳鉄部材の外周壁面に必要な突起形状を形成することが困難になるため好ましくない。一方、鋳鉄部材の回転速度が６３０ｍ／ｍｉｎを超えた場合には、回転速度が過剰になり、鋳鉄部材の表面に付着せず飛散する溶滴が多くなるため、鋳鉄部材の外周壁面に適正な突起高さを形成するために、多くの溶射材料と時間とが必要で、溶射原料の使用効率も低下するため好ましくない。より好ましい範囲としては、鋳鉄部材の回転速度は、５０ｍ／ｍｉｎ〜４８０ｍ／ｍｉｎの範囲である。
【００４５】
ここで用いる溶射装置に関しては、特段の限定はない。しかし、コスト的観点、量産安定性等の経済的観点から見れば、溶射装置として、アーク溶射装置を用いることが好ましい。アーク溶射装置に関して簡単に述べれば、２本の溶射材料であるワイヤーに直流の電流を流し、アーク放電させて溶融し、これをエアー又は他のガスにてアトマイズして母材に付着させる方法で、粗い皮膜の形成や厚盛（５ｍｍ程度）が可能なものである。又、アーク溶射装置は、他の溶射装置に比して、溶射皮膜の密着性も高く、操作が簡単で、エネルギー効率が高く、ランニングコストが安いという特徴がある。
【００４６】
そして、ここで言う溶射材料であるワイヤーとして、現在の段階で使用可能と判明している範囲の具体的成分を、以下に述べておく。アルミニウム系ワイヤーとしては、純アルミニウム（純度９９．００質量％以上）、アルミニウム−マンガン合金、アルミニウム−マグネシウム合金、アルミニウム−マグネシウム−ケイ素合金、アルミニウム−銅−マグネシウム合金、アルミニウム−亜鉛−マグネシウム合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−銅−ニッケル合金、アルミニウム−ケイ素合金等である。
【００４７】
銅系ワイヤーとしては、純銅（純度９９．５質量％以上）、銅−亜鉛合金、銅−亜鉛−スズ合金、銅−亜鉛−アルミニウム合金、銅−亜鉛−鉄合金、銅−亜鉛−マンガン合金、銅−亜鉛−ニッケル合金、銅−亜鉛−鉄−マンガン−アルミニウム合金、銅−スズ合金、銅−スズ−亜鉛合金、銅−スズ−リン合金、銅−クロム合金等である。
【００４８】
亜鉛系ワイヤーとしては、純亜鉛（純度９９．００質量％以上）、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金、亜鉛−アルミニウム−銅−マグネシウム合金、亜鉛−アルミニウム−銅合金、亜鉛−アルミニウム−銅−チタン−クロム合金、亜鉛−アルミニウム−銅−マグネシウム−チタン−ベリリウム合金、亜鉛−マンガン合金等である。
【００４９】
スズ系ワイヤーとしては、純スズ（純度９９．００質量％以上）、スズ−ビスマス合金、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス−鉛−アンチモン合金等である。
【００５０】
鉄系ワイヤーとして、純鉄（純度９９．８質量％以上）、ケイ素−鉄合金、マンガン−鉄合金、クロム−鉄合金、タングステン−鉄合金等である。
【００５１】
以上に述べた各種ワイヤーを用いることにより、鉄又は鉄系合金、アルミニウム又はアルミニウム系合金、銅又は銅系合金、亜鉛又は亜鉛系合金、スズ又はスズ系合金のいずれかの材質の溶射皮膜の形成が可能になる。
【００５２】
そして、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の製造方法において、前記溶融金属の溶滴は、前記溶射装置としての溶射ガンのエアー圧２０ＰＳＩ〜７０ＰＳＩで射出されることが好ましい。当該エアー圧が２０ＰＳＩ未満の場合には、溶滴が鋳鉄部材の表面に到達して形成する溶滴スプラッシュの付着安定性が不安定になり、溶射皮膜としての鋳鉄部材表面への密着性が低下するため好ましくない。一方、当該エアー圧が７０ＰＳＩを超える場合には、溶滴が鋳鉄部材の表面に到達して形成する溶滴スプラッシュが広く広がりすぎるため、突起部の高さを得るのが困難となり、エアー圧が２０ＰＳＩ未満の時より更に溶射条件が安定しなくなり好ましくない。
【００５３】
本件発明に係るシリンダライナの形態：  本件発明に係るシリンダライナは、上述の鋳包み用鋳鉄部材において、前記鋳鉄部材としてシリンダライナを用いた場合に得られるものであり、その外周壁面に、溶融金属の溶滴を衝突させ瞬間凝固した溶滴スプラッシュを付着させて形成した複数の突起部で粗化した溶射被膜を備えることを特徴とするものである。
【００５４】
この粗化した溶射皮膜を備えるシリンダライナを用いると、これを鋳造法の種類に拘わらず鋳包むことで、高品質のシリンダブロックの提供が可能となる。本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材としてのシリンダライナの場合には、その表面にある溶射皮膜が鋳包みに用いるアルミニウム合金溶湯との濡れ性を改善し、シリンダライナの突起形状を備える溶射皮膜の中へのアルミニウム合金溶湯の侵入を容易にし、且つ、十分なアンカー効果を得ることができる。この結果、シリンダライナとアルミニウム系マトリクスとの密着性が十分に保たれ、シリンダライナ外周壁面に溶射皮膜形成前に凹凸を形成する必要もないため、低価格で高品質なシリンダブロックの提供が可能となる。
【実施例】
【００５５】
以下、本件発明の実施例を示し、本件発明をより詳細に説明する。
【００５６】
鋳鉄部材の製造：  鋳鉄部材の製造：  炭素が３．３質量％、ケイ素が１．９５質量％、マンガンが０．７５質量％、リンが０．２質量％、硫黄が０．０６質量％、銅が０．１５質量％、クロムが０．１６質量％、残部が鉄及び不可避的不純物からなる溶湯を調製した。この組成の溶湯を砂型鋳造法で、シリンダライナに相当するＡ型黒鉛鋳鉄である鋳造部材を製造した。このときの鋳造部材は、内径８５．５７ｍｍ、外径１０４．０７ｍｍ、長さ１３３．６ｍｍである。
【００５７】
鋳鉄部材の製造：  そして、前記鋳造部材の表面に凹凸表面を形成するために、切削加工により外周面に螺旋溝を形成した。このときの切削に用いたバイトの先端Ｒは０．４ｍｍ、溝ピッチを０．４８ｍｍ、溝深さを０．０８ｍｍとし、所定の表面粗さを備える鋳鉄部材としてシリンダライナ試料を製造した。その後、更に、ブラスト材にアランダムＦ２４を用いて、噴射圧力０．５ＭＰａ、ワークディスタンス１００ｍｍ、噴射時間５分の条件でブラスト処理して、表面粗さの調整を行い鋳鉄部材とした。
【００５８】
溶射皮膜付鋳鉄部材の製造：  溶射装置としてスルザーメテコジャパン株式会社製のＳｍａｒｔ  Ａｒｃ．を用いて、鋳鉄部材であるシリンダライナを３０ｍ／ｍｉｎ〜６３０ｍ／ｍｉｎの速度で回転させつつ、溶射速度０．５ｍｍ／ｓｅｃ〜３０ｍｍ／ｓｅｃ、溶射距離４０ｍｍ、電流１００Ａ〜１５０Ａ、エアー圧は２０ＰＳＩ〜７０ＰＳＩとし、ＨＩＧＨ  ＰＬＯＦＩＬＥ  ＳＰＲＡＹ  ＡＩＲ  ＣＡＰを用いて、シリンダライナの表面に溶射被膜を形成した。また、当該溶射皮膜付鋳鉄部材は、溶射ワイヤーとしてアルミニウムワイヤーを用いて複数の試料１Ａ〜試料４Ａと、鉄ワイヤーを用いた複数の試料１Ｆ〜試料４Ｆとを製造した。
【００５９】
鋳包み試験：  以上のようにして得られた複数の鋳包み用鋳鉄部材（試料１Ａ〜試料４Ａ、試料１Ｆ〜試料４Ｆ）を、鋳包み後で内径９１．９ｍｍ、外径１１３．２ｍｍ、長さ１２７．６ｍｍとなるように、外周壁面のみをアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）で鋳包んだ。鋳包みの条件は、高圧を想定したものと、低圧を想定したものとを用いた。高圧鋳包みの場合の想定条件は、３３０ｔダイキャストマシンを用いて鋳造圧力６２．８ＭＰａ、溶湯温度７００℃〜７４０℃、金型温度１４０℃〜１８０℃、シリンダライナ予熱温度２５０℃とした。低圧鋳包み想定条件は、鋳造圧力３．７×１０−３ＭＰａ、溶湯温度７００℃、金型温度２３０℃〜２５０℃、シリンダライナ予熱温度２３０℃〜２５０℃とした。
【００６０】
そして、密着性評価試験片Ｓは、図６に示すように、鋳包み用鋳鉄部材１であるシリンダライナを鋳包んで得られた鋳包み溶射皮膜付鋳鉄部材（鋳包み溶射皮膜付シリンダライナ）１０の湯口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ側の端面から２０ｍｍの位置で、２０ｍｍ幅に輪切りに切断し、更に、図６（Ａ）に示すように、湯口３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ部分の下部に相当する部分から２０ｍｍ□の試料として採取した。なお、図６（Ｂ）は、湯口の位置を明瞭に理解できるように示した図である。そして、図７に示すように、鋳包み用に用いたアルミニウム合金層４とシリンダライナ２とが層状になった密着性評価試験片Ｓを、接着剤で、引張り試験用の治具５に接着固定して、図７の矢印側に引張って、引張り試験を行うことで密着性評価を行った。なお、１８種類の試料は、試料１Ａ〜試料４Ａ、試料１Ｆ〜試料４Ｆとして、表１に鋳包み試験後の密着性評価の結果を示した。なお、密着性強度で示された数値は、鋳鉄部材外周が鋳肌の場合の密着強度を１とした比率として数値化したものである。
【００６１】
更に、低圧鋳包みの場合の想定条件については、湯流れ性の確認も実施した。その確認の方法としては、試料の切断面の溶射皮膜と溶湯との密着状態を、断面から顕微鏡観察し、その界面における密着状態を確認した。
【００６２】
実施例の鋳包み試験の結果を、表１及び表２に示した。表中の湯流れ性については、上記密着状態に隙間のない場合を○、実用上支障のない隙間の認められる場合を△、実用上支障のある隙間が認められる場合を×とした。また、表中の総合評価については、実用上求められる品質を遙かに超える場合を◎、実用上求められる品質の場合を○、実用上求められる品質以下の場合を×とした。念のために表１に、掲載した内容を列挙しておく。
【００６３】
試料１Ａは、突起高さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、付着幅が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して８１％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．９、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．３、湯流れ性は良好である。
【００６４】
試料２Ａは、突起高さが０．１ｍｍ〜８．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜６．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して３１％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．４、低圧想定鋳込み時の密着強度が２．０、湯流れ性は良好である。
【００６５】
試料３Ａは、突起高さが０．１ｍｍ〜８．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．１ｍｍ〜３０．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜６．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して４０％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が２．２、湯流れ性は良好である。
【００６６】
試料４Ａは、突起高さが０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．５ｍｍ〜４０．０ｍｍ、付着幅が０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９８％、高圧想定鋳包み時の密着強度が２．１、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．５、湯流れ性はやや良好である。
【００６７】
試料１Ｆは、突起高さが０．０５ｍｍ〜１．２ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍ、付着幅が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して８２％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．６、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．１、湯流れ性は良好である。
【００６８】
試料２Ｆは、突起高さが０．１ｍｍ〜８．２ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜１１．０ｍｍ、付着幅が０．２ｍｍ〜６．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して３１％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．２、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．２、湯流れ性は良好である。
【００６９】
試料３Ｆは、突起高さが０．１ｍｍ〜８．２ｍｍ、突起部の付着長さが０．１ｍｍ〜２８．０ｍｍ、付着幅が０．２ｍｍ〜６．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して４２％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．３、低圧想定鋳込み時の密着強度が２．２、湯流れ性は良好である。
【００７０】
試料４Ｆは、突起高さが０．８ｍｍ〜１０．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．７ｍｍ〜４０．０ｍｍ、付着幅が０．７ｍｍ〜１０．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９８％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．９、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．１、湯流れ性はやや良好である。
【比較例】
【００７１】
［比較例１］
比較例１は、実施例における製造条件を変え、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の範囲に含まれない比較試料を作成した。この比較試料は、表１に比較Ａ１〜比較Ａ７として示し、アルミニウム溶射皮膜を形成した実施例の試料１Ａ〜試料４Ａと対比可能なように示した。以下、念のために、比較試料の評価結果を示しておく。
【００７２】
比較Ａ１は、突起高さが０．０４ｍｍ以下、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、付着幅が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９３％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．７、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．８、湯流れ性は良好である。
【００７３】
比較Ａ２は、突起高さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、付着幅が０．０４ｍｍ以下、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して８０％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．７、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．０、湯流れ性は良好である。
【００７４】
比較Ａ３は、突起高さが０．１ｍｍ〜８．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜３０．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜６．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して２０％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．９、湯流れ性は良好である。
【００７５】
比較Ａ４は、突起高さが０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．５ｍｍ〜４０．０ｍｍ、付着幅が０．５ｍｍ〜１１．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して１００％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．２、湯流れ性はやや良好である。
【００７６】
比較Ａ５は、突起高さが１１．０ｍｍ以上、突起部の付着長さが０．１ｍｍ〜４０．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９５％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．１、湯流れ性は悪い。
【００７７】
比較Ａ６は、突起高さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０４ｍｍ以下、付着幅が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して８０％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．８、湯流れ性は良好である。
【００７８】
比較Ａ７は、突起高さが１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．５ｍｍ〜４２．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９９％、高圧想定鋳包み時の密着強度が２．０、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．４、湯流れ性はやや良好である。
【００７９】
【表１】
2009160594.tif 000003
【００８０】
［比較例２］
比較例２は、実施例における製造条件を変え、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の範囲に含まれない比較試料を作成した。この比較試料は、表２に比較Ｆ１〜比較Ｆ７として示し、鉄溶射皮膜を形成した実施例の試料１Ｆ〜試料４Ｆと対比可能なように示した。以下、念のために、比較試料の評価結果を示しておく。
【００８１】
比較Ｆ１は、突起高さが０．０４ｍｍ以下、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、付着幅が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９３％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．４、湯流れ性は良好である。
【００８２】
比較Ｆ２は、突起高さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍ、付着幅が０．０４ｍｍ以下、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して８０％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．６、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．８、湯流れ性は良好である。
【００８３】
比較Ｆ３は、突起高さが０．１ｍｍ〜８．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０５ｍｍ〜３１．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜６．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して２０％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．６、湯流れ性は良好である。
【００８４】
比較Ｆ４は、突起高さが０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．７ｍｍ〜４０．０ｍｍ、付着幅が０．８ｍｍ〜１１．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して１００％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．０、湯流れ性は良好である。
【００８５】
比較Ｆ５は、突起高さが１１．０ｍｍ以上、突起部の付着長さが０．１ｍｍ〜４０．０ｍｍ、付着幅が０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９５％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．２、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．０、湯流れ性は悪い。
【００８６】
比較Ｆ６は、突起高さが０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．０４ｍｍ以下、付着幅が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して８２％、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．５、湯流れ性は良好である。
【００８７】
比較Ｆ７は、突起高さが１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ、突起部の付着長さが０．５ｍｍ〜４２．０ｍｍ、付着幅が０．２ｍｍ〜１０．０ｍｍ、溶射面積率が鋳鉄部材外周壁面に対して９８％、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．３、湯流れ性はやや良好である。
【００８８】
【表２】
2009160594.tif 000004
【００８９】
＜実施例同士の対比から理解できる所見＞
まず、表１を参照して、突起部の高さ及び付着幅が同じで、突起部の付着長さ及び溶射面積率が異なる試料である試料２Ａと試料３Ａとを対比して考えると、突起部の付着長さは試料３Ａが０．１ｍｍ〜３０．０ｍｍであるのに対し試料２Ａは０．０５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、溶射面積率は試料３Ａが４０％であるのに対し試料２Ａが３１％と、試料２Ａの方が試料３Ａより皮膜の付着面積は若干小さくなっている。ここで、表１の密着強度について見ると、試料３Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が１．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が２．２であるのに対し、試料２Ａの方は、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．４、低圧想定鋳込み時の密着強度が２．０と密着性が低いのが分かる。この所見は、表２の試料２Ｆと試料３Ｆとの対比においても、同様の結果となる。
【００９０】
次に、表１を参照して、面積率と突起高さに注目してみる。まず最初に、試料３Ａと試料１Ａとの対比を行う。皮膜付着面積率は、試料３Ａが４０％なのに対し試料１Ａは８１％と大きい。しかし、低圧想定鋳込み時の密着強度は、試料３Ａが２．２なのに対し試料１Ａは１．３と低い結果となった。このとき、試料１Ａの突起部の高さについて見ると、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍと本件発明条件の下限値の０．０５ｍｍの突起部高さのものを含んでいることが分かる。次に、試料３Ａと試料４Ａとの対比を行う。皮膜付着面積率は、試料３Ａが４０％なのに対し試料４Ａは９８％と大きい。しかし、低圧想定鋳込み時の密着強度は、試料３Ａが２．２なのに対し試料４Ａは１．５と低い結果となった。このとき、試料４Ａの突起部の高さについて見ると、０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍと本件発明条件の上限値の１０．０ｍｍの突起部高さのものを含んでいることが分かる。この所見は、表２の試料３Ｆと試料１Ｆ及び試料４Ｆとの対比においても、同様の結果となる。
【００９１】
＜実施例と比較例との対比＞
実施例と比較例とについて、表１の掲載内容を中心に対比する。まず、最初に突起部の高さが本件発明の適正条件より低い比較例の比較Ａ１と、この比較Ａ１と突起部の付着幅が同じである実施例の試料１Ａとを対比する（表２の場合には、比較例の比較Ｆ１と実施例の試料１Ｆとの対比に相当する。）。このとき、溶射面積率について見ると、試料１Ａが８１％であるのに対し、比較Ａ１は９３％と若干溶射された面積は広い。しかし、表１の密着強度について見ると、試料１Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が１．９、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．３であるのに対し、比較Ａ１の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．７、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．８と密着性が低いことが分かる。
【００９２】
次に、突起部の高さが本件発明の適正条件より高い比較例の比較Ａ５と、この比較Ａ５と溶射皮膜の付着面積がほぼ同じである実施例の試料４Ａとを対比する（表２の場合には、比較例の比較Ｆ５と実施例の試料４Ｆとの対比に相当する。）。このとき、溶射面積率は、試料４Ａが９８％、比較Ａ５が９５％とほぼ同じである。しかし、表１の密着強度について見ると、試料４Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が２．１、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．５であるのに対し、比較Ａ５の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．５、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．１と密着性の低いのが分かる。
【００９３】
次に、突起部の高さが同じで、突起部の付着幅が異なる試料について、突起部の付着幅が本件発明の適正条件より短い比較例の比較Ａ２と、この比較Ａ２と同じ突起部高さの実施例の試料１Ａとを対比する（表２の場合には、比較例の比較Ｆ２と実施例の試料１Ｆとの対比に相当する。）。このとき、溶射面積率は、試料１Ａが８１％であるのに対し、比較Ａ２は８０％とほぼ同じ面積である。しかし、表１の密着強度について見ると、試料１Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が１．９、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．３であるのに対し、比較Ａ２の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．７、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．０と密着性の低くなっているのが分かる。
【００９４】
次に、突起部の付着幅が、本件発明の適正条件を超えたものを含む比較例の比較Ａ４と、この比較Ａ４と突起部の高さがほぼ同じである実施例の試料４Ａとを対比する（表２の場合には、比較例の比較Ｆ４と実施例の試料４Ｆとの対比に相当する。）。このとき、溶射面積率は、試料４Ａが９８％であるのに対し、比較Ａ４は１００％とほぼ同じ面積である。ここで、表１の密着強度について見ると、試料４Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が２．１、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．５であるのに対し、比較Ａ４の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が１．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．２と密着性の低いのが分かる。
【００９５】
次に、突起部の高さ及び突起部の付着幅が同じで、溶射面積の異なる試料について、溶射面積率が本件発明の適正条件より小さい比較例の比較Ａ３と、この比較Ａ３と突起部の高さ及び突起部の付着幅が同じである実施例の試料２Ａとを対比する（表２の場合には、比較例の比較Ｆ３と実施例の試料２Ｆとの対比に相当する。）。このとき、試料２Ａの溶射面積率は３１％であり、比較Ａ３の溶射面積率は２０％である。ここで、表１の密着強度について見ると、試料２Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が１．４、低圧想定鋳込み時の密着強度が２．０であるのに対し、比較Ａ３の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．９と密着性が低くなっているのが分かる。
【００９６】
最後に、突起部の付着長さが異なる試料について、まず、試料１Ａと比較Ａ６とを対比する。試料１Ａと比較Ａ６とは、突起部の高さ及び突起部の付着幅は、共に同じであり、溶射面積率もほぼ同じである。しかし、試料１Ａの突起部の付着長さが本件発明の適正条件範囲内であるのに対し、比較Ａ６については、突起部の付着長さが本件発明の適正条件よりも短くなっている。ここで、表１の密着強度について見ると、試料１Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が１．９、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．３であるのに対し、比較Ａ６の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が０．８、低圧想定鋳込み時の密着強度が０．８と密着性が低くなっているのが分かる。次に、試料４Ａと比較Ａ７とを対比する。試料４Ａと比較Ａ７とは、突起部の高さ、突起部の付着幅、溶射面積率は、全てほぼ同じである。しかし、試料４Ａの突起部の付着長さが本件発明の適正条件範囲内であるのに対し、比較Ａ６については、突起部の付着長さが本件発明の適正条件よりも長いものを含んでいる。ここで、表１の密着強度について見ると、試料４Ａの高圧想定鋳包み時の密着強度が２．１、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．５であるのに対し、比較Ａ７の方が、高圧想定鋳包み時の密着強度が２．０、低圧想定鋳込み時の密着強度が１．４と密着性が若干低くなっているのが分かる。
【００９７】
以上に述べてきた実施例同士の対比及び実施例と比較例との対比より、突起高さの好ましい範囲は０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましい範囲は０．１ｍｍ〜８ｍｍであることが分かる。突起高さが低いと密着性の低下となり、突起高さが高いと湯流れ性が悪化するためである。そして、突起部の付着幅の好ましい範囲は０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましい範囲は０．１ｍｍ〜６ｍｍであることが分かる。これは、突起部の付着幅が狭いと密着性が低下し、突起部の付着幅が広いと密着性の不均一化が起こるためである。突起部の付着長さについて好ましい範囲は、０．０５ｍｍ〜４０ｍｍ、より好ましい範囲は、０．１ｍｍ〜３０ｍｍであることが分かる。これは、突起部の付着長さが短いと密着性が低下し、突起部の付着長さが長いと湯流れ性が悪くなり密着性も悪くなるためである。更に、溶射面積率の好ましい範囲は３０％以上、より好ましい範囲は４０％以上であることが分かる。溶射面積率が小さいと熱引け性及び密着性の低下となるからである。
【００９８】
なお、上述の所見及び対比は、表１に掲載した内容を中心に説明したが、表２において溶射材にアルミニウム系材料に代えて鉄系材料を用いた場合においても、同様の結果が得られることを、ここで再度明記しておく。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、その外周壁面に、従来にない特異で極めて粗い形状の突起部のある溶射皮膜を備えている。その結果、アルミニウム系マトリクスで鋳包んだ際に、その溶射皮膜の突起形状が、低圧鋳造、高圧鋳造等の鋳造法の種類によらず、アルミニウム系マトリクスに対して深く食い込み良好なアンカー効果を発揮する。その結果、本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材は、溶射前の鋳鉄部材の外周壁面に、予め凹凸を形成しなくとも、鋳包みに加工するときのマトリクス材との良好な密着性を得ることが出来る。また、当該溶射皮膜の突起形状が、微細な針状、海綿形状、板状形状の溶滴スプラッシュ形状を含んでいるため、熱伝導性に優れ、鋳包み時にアルミニウム合金溶湯の熱で融解しやすく、当該溶射被膜とアルミニウム系マトリクスとの界面において相互拡散が起こりやすく、良好な金属結合状態を得ることができ、良好な密着性が得られる。また、鉄系の被膜でも、十分なアンカー効果が得られ、且つ、良好な密着性が得られる。従って、当該鋳包み用鋳鉄部材は、内燃機関用のシリンダライナ、耐摩環ピストントレーガー材等に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の溶射被膜のマイクロスコープで観察した外観写真である。
【図２】本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の溶射被膜のマイクロスコープで観察した外観写真である。
【図３】本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の溶射被膜のマイクロスコープで観察した外観写真である。
【図４】本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の溶射被膜を走査型電子顕微鏡で観察した狭小領域の観察像である。
【図５】本件発明に係る鋳包み用鋳鉄部材の突起部を説明するための概念図である。
【図６】鋳包んだシリンダライナからの密着性評価試験片の採取位置を説明するための概念図である。
【図７】密着性評価試験片を用いた密着性評価を行う際の引張り試験の概念図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１    鋳包み用鋳鉄部材
２    鋳鉄部材（シリンダライナ）
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  湯口
４    アルミニウム合金層
５    引張り試験用の治具
１０  鋳包み溶射皮膜付鋳鉄部材
２０  突起形状
Ｃ    突起部領域外接円
Ｈ    突起部高さ
Ｌ    突起部領域最大長さ
Ｗ    突起部領域最大幅
Ｓ    密着性評価試験片
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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