JP3253605B2 - 鋳ぐるみ用鋳鉄部材、それを用いた鋳ぐるみ製品、及び鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法 - Google Patents

鋳ぐるみ用鋳鉄部材、それを用いた鋳ぐるみ製品、及び鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリンダラ
イナ、ブレーキドラムのインサートなどに好適な鋳ぐる
み用鋳鉄部材、それを用いた鋳ぐるみ製品、及び鋳ぐる
み用鋳鉄部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用エンジンにおけるアルミシリン
ダブロック（以下、シリンダブロックという）では、摺
動面の耐焼き付き性、耐摩耗性などに対応するために鋳
鉄製のシリンダライナ（以下、ライナともいう）が用い
られている場合が多い。このようなライナ入りシリンダ
ブロックの製造方法の１つとして、シリンダブロックの
鋳型内にライナをセットし、該ライナの外周部をアルミ
ニウム又はその合金（以下、アルミ材という）で鋳ぐる
む方法が知られている。
【０００３】このようなライナにおいては、鋳ぐるみ後
のライナ内周加工時のライナ回転防止、及びボア変形の
縮小や熱伝導性の向上によるエンジン性能の向上のため
に、ライナ外周とアルミ材との密着性が重要である。従
来、アルミ材との密着性の高いライナを得るために以下
のような方法が知られている。
【０００４】ライナ外周にショットピーニングを行な
い、外周面に凹凸を設け、密着性の向上を図る方法（特
公平２−２９４２６号）。 ライナ外周にスパイニィ（針状の特殊鋳肌）を形成
し、密着性の向上を図る方法（特公昭４３−４８４２
号）。 ライナ外周に加工により、軸方向の溝を形成し、ブロ
ックの鋳造性の向上と密着性の向上を図る方法（特開平
８−２９０２５５号）。 その他、ライナ外周の鋳肌面にブラストをする方法。
この場合の鋳肌面は、平均粒径０．１ｍｍ以下の珪藻土
を２０〜４０質量％、ベントナイトを２〜１０質量％及
び水を６５〜８０質量％混合した懸濁液を鋳型に噴霧塗
布し、乾燥後に鋳鉄を鋳込む金型遠心鋳造法等により得
られることが知られている。
【０００５】図１には、ライナを鋳ぐるんで製造したラ
イナ入りシリンダブロックの一例が示されている。図に
おいて、１はライナ入りシリンダブロック、２はライ
ナ、３はアルミ材、４はボア間の最小距離を示す。この
ように、ボア間には、２つのライナ２の壁部と、それに
挟まれたアルミ材３の部分がある。従来、このボア間の
最小距離４は９ｍｍ以上あったが、最近はボアアップや
軽量化のために狭ボア間化が進み、８ｍｍ以下とするこ
とが求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】例えば、図１に示した
ようなライナ入りアルミシリンダブロックをダイカスト
すると、通常、ボア間の最も肉薄のアルミ材部が最初に
凝固し、続いて周辺部が凝固する。しかし、狭ボア間化
した場合、ボア間におけるライナとアルミ材の密着性
（アンカー効果）が不十分であると、この周辺部の凝固
収縮時に最も肉薄のアルミ材部が引っ張られ、熱間割れ
を発生することがある。また、ボア間は最初に凝固する
ため、ライナ外周面の凹部にアルミ材が充填されにく
い。したがって、狭ボア間に対応する鋳ぐるみ用ライナ
としては、ライナとアルミ材との密着性が良いこと、ボ
ア間においてもライナ外周面の凹部へのアルミ材の充填
性が良いこと、及びライナ肉厚が薄肉であることが要求
される。
【０００７】しかしながら、上記〜の方法には以下
のような問題があった。例えば、上記におけるショッ
トピーニングは、密着性が不十分で、また、柔らかいフ
ェライト組織が２．０ｍｍ以上必要なため厚肉になる。
上記におけるスパイニィは、密着性は良いが、外周凹
凸が約１．０ｍｍあり、厚肉になり、また、アルミ材の
スパイニィ凹部への充填性も悪い。上記における溝加
工は、溝底の強度を確保するために全体として厚肉にな
り、かつ、コスト高である。上記における鋳肌面にブ
ラストしたものはアルミ材の充填性は良く、安価である
が、密着性が悪い等の問題があった。
【０００８】したがって、本発明の目的は、ダイカスト
した際のアルミ材の充填性及びアルミ材との密着性に優
れた鋳ぐるみ用鋳鉄部材、それを用いた鋳ぐるみ製品、
及び鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の鋳ぐるみ用鋳鉄部材（以下、単に「鋳鉄部
材」という）は、表面粗さの最大高さＲｙが７５〜２５
０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．７〜１．４ｍｍであ
る鋳ぐるみ面を有することを特徴とする。
【００１０】本発明の鋳鉄部材においては、鋳ぐるみ面
が鋳肌であることがより好ましい。また、本発明の鋳鉄
部材は、特にシリンダライナや、ブレーキドラムのイン
サートに好適である。
【００１１】また、本発明の鋳ぐるみ製品は、前記鋳鉄
部材をアルミニウム又はその合金で鋳ぐるんだことを特
徴とする。
【００１２】本発明の鋳ぐるみ製品は、特にシリンダブ
ロックや、ブレーキドラムに好適である。また、該鋳ぐ
るみ製品がシリンダブロックである場合、シリンダブロ
ック完成時のボア間最小距離が５．０〜８．０ｍｍであ
るものに特に好適である。
【００１３】更に、本発明の鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造
方法は、熱された鋳型内面に塗型材を塗布し、乾燥させ
た後、この鋳型内に鋳鉄溶湯を鋳込んで成形する鋳ぐる
み用鋳鉄部材の製造方法において、前記塗型材として、
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１０〜３
０質量％、粘結剤を２〜１０質量％、及び水を３０〜６
０質量％混合した懸濁液を用いることを特徴とする。
【００１４】本発明の鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法に
おいては、前記鋳型を回転させた状態で、前記塗型材の
塗布及び前記鋳鉄溶湯の鋳込みを行うことが好ましい。
【００１５】本発明の鋳鉄部材によれば、表面粗さの最
大高さＲｙが７５〜２５０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍが
０．７〜１．４ｍｍである鋳ぐるみ面を有することによ
り、その外周に例えばアルミ材をダイカストした際に、
上記凹凸部へのアルミ材の充填性がよく、かつ、アルミ
材との密着性に優れた鋳ぐるみ製品を得ることができ
る。したがって、例えば、シリンダライナに適用した場
合、ライナとアルミ材とが強固に密着して、狭いボア間
におけるアルミ材の熱間割れ等を防止することができ
る。
【００１６】また、本発明の鋳鉄部材の製造方法によれ
ば、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る
ことにより、表面粗さの最大高さＲｙが７５〜２５０μ
ｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．７〜１．４ｍｍである鋳
肌面を容易に得ることができる。したがって、この鋳肌
面をそのまま鋳ぐるみ面とすることにより、上記のよう
に鋳鉄部材とその外周のアルミ材との密着性に優れた鋳
ぐるみ製品を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の鋳鉄部材に用いられる鋳
鉄の組成としては、特に限定されないが、例えばＴ．
Ｃ：２．９〜３．６（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：１．
６〜２．８、Ｍｎ：０．５〜１．０、Ｐ：０．０５〜
０．４であることが好ましい。また、その他、必要に応
じて、Ｃｒ：０．１〜０．４、Ｂ：０．０３〜０．０
８、Ｃｕ：０．３〜０．５を添加してもよい。
【００１８】また、本発明の鋳ぐるみ製品における、鋳
鉄部材の外周に鋳込まれる金属としては、アルミ材、す
なわちアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ
る。アルミニウム合金としては、ＡＤＣ１０（類似合金
ＡＡ Ｂ３８０．０）、ＡＤＣ１２（類似合金ＡＡ ３
８３．０）等を用いることができる。
【００１９】本発明において規定する表面粗さの測定に
おいては、その表面粗さの大きさが標準の階級をまたが
ることから、測定条件は、便宜上、基準長さを２．５ｍ
ｍ、評価長さを１２．５ｍｍとした。また、カットオフ
値は、うねり成分をできるだけ除去するため、２．５ｍ
ｍとした（後述する実施例においても同じ）。
【００２０】本発明の鋳鉄部材においては、その鋳ぐる
み面の表面粗さの最大高さＲｙが７５〜２５０μｍ、凹
凸の平均間隔Ｓｍが０．７〜１．４ｍｍであることが好
ましい。上記範囲内とすることにより、ダイカストの際
に鋳ぐるみ面の凹凸部へのアルミ材の充填性を良くし、
かつ、該鋳鉄部材とアルミ材の密着性を強固にすること
ができる。
【００２１】ここで、Ｒｙが７５μｍ未満では、アルミ
材とのアンカー効果による接合強度が充分に得られず、
密着性が不足するため好ましくない。また、Ｒｙが２５
０μｍ超では、アルミ材等の充填性が悪くなり、鋳鉄部
材とアルミ材との間に空隙が生じ、放熱性に劣るため好
ましくない。更に、Ｒｙが２５０μｍ超では、特に鋳鉄
部材がライナ又はインサートである場合、その肉厚を薄
くする上で、摺動面材質の均一性や外径精度が保証でき
ないため好ましくない。
【００２２】一方、Ｓｍが０．７ｍｍ未満では、アルミ
材の充填性が悪化し、ダイカスト条件の管理が困難にな
るため好ましくない。また、Ｓｍが１．４ｍｍ超では鋳
鉄部材外周とアルミ材との間のアンカー効果が落ち、密
着性が不十分となり、アルミ材の凝固時の熱間割れが発
生し易くなるため好ましくない。
【００２３】本発明の鋳鉄部材は、外周に段差や溝部を
形成させず、マクロ的に見て外周をストレートにする
と、より効果的に薄肉化が達成できる。
【００２４】本発明の鋳鉄部材は、自動車等のエンジン
用、又は圧縮機用のシリンダライナや、ブレーキドラム
のインサート等として好適に用いられる。特に自動車エ
ンジンのシリンダブロックのライナに用いた場合、ダイ
カストの際に狭ボア間のアルミ材の熱間割れを防止する
ことができる。また、シリンダブロック完成時のライナ
肉厚を２．５ｍｍ以下、ボア間のアルミ材肉厚を３ｍｍ
以下にすることが可能なため、ボア間が８ｍｍ以下であ
る狭ボア間のシリンダブロックの鋳ぐるみ用ライナに特
に適している。
【００２５】また、本発明の鋳鉄部材を鋳ぐるんだ鋳ぐ
るみ製品としては、自動車等のエンジン用、又は圧縮機
用のシリンダブロックや、ブレーキドラムが挙げられ
る。
【００２６】本発明の鋳鉄部材の製造方法においては、
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％混合した懸濁液が用いられる。
【００２７】一般に塗型材には、溶湯が鋳型へ焼き付く
（溶着する）のを防止する耐火材（離型材）の役目と、
適正な材質を得るために冷却速度を制御する断熱材の役
目がある。
【００２８】珪砂、シリカフラワは塗型材の基材となる
もので、通常、それぞれ単独で使用されるが、本発明で
使用される塗型材においては、珪砂の平均粒径が鋳肌粗
さの大きさを決める要素となり、シリカフラワは塗型の
均一性を得る役割を果たす。また、粘結剤はそれらをつ
なぎ合わせ塗型材の強度を確保する役割を果たし、本発
明で用いられる粘結剤としては、ベントナイト、糖蜜、
けい酸ソーダ（水ガラス）、でん粉等が挙げられる。そ
して、水分量は鋳肌粗さの大きさや間隔に影響する蒸気
の発生量を調整する役割がある。本発明においては、上
記各成分を特定の割合で混合して使用することにより、
本発明で規定する鋳肌粗さを得ることができる。
【００２９】本発明において、表面粗さの最大高さＲｙ
は、珪砂とシリカフラワの混合比により決まる。すなわ
ち、珪砂の比率が高いほど前記Ｒｙは大きくなる。ま
た、凹凸の平均間隔Ｓｍは水分量が多いほど大きくな
り、珪砂の比率が高いほど小さくなる。
【００３０】したがって、本発明においては、例えば、
珪砂とシリカフラワの比が一定の場合、珪砂の平均粒径
が０．５ｍｍ超であるとＲｙが過大となり、０．０５ｍ
ｍ未満であるとＲｙが過小となるため好ましくない。ま
た、粘結剤の配合量が２質量％未満であるとＲｙが過大
となり、１０質量％超であるとＲｙが過小となるため好
ましくない。そして、水分量が６０質量％超であるとＳ
ｍが過大となり、３０質量％未満であるとＳｍが過小と
なるため好ましくない。
【００３１】さらに、珪砂とシリカフラワの配合量につ
いては、珪砂が４５質量％超であるとＳｍが過小とな
り、２０質量％未満であるとＳｍが過大となるため好ま
しくない。また、シリカフラワが１０質量％未満である
と塗型が不均一になり、３０質量％超であるとＲｙが過
小となるため好ましくない。
【００３２】本発明の鋳鉄部材の製造方法は、加熱され
た鋳型内面に塗型材を塗布し、乾燥させた後、この鋳型
内に鋳鉄溶湯を鋳込んで成形する方法である。この場
合、鋳型を回転させた状態で、塗型材の塗布及び鋳鉄溶
湯の鋳込みを行う方法、いわゆる遠心鋳造法が好ましく
採用される。その他に、砂型鋳造法やその他の鋳造法、
加工法を採用することもできる。
【００３３】鋳型の温度及び塗型材の塗布厚さは特に限
定されず、適宜設定することできるが、鋳型の温度が２
００〜３５０℃、塗型材の厚さが０．５〜２．０ｍｍで
あることが特に好ましい。
【００３４】本発明の鋳鉄部材の製造方法によれば、上
記組成の塗型材を塗布することにより、鋳型の熱で乾燥
する際に塗型材から発生する蒸気の抜け穴によって無数
の微細なくぼみが生じる。そして、そこに鋳鉄の溶湯を
鋳造することにより、上記所定の表面粗さの鋳ぐるみ面
を有する鋳鉄部材を、鋳造するだけで後加工等を必要と
せずに得ることができる。すなわち、鋳肌面がそのまま
本発明で規定する表面粗さ及び凹凸の平均間隔を有する
面となるため、特別な加工等を行うことなく、鋳肌面を
そのまま鋳ぐるみ面として利用することができる。
【００３５】
【実施例】以下、実施例、比較例を挙げて、本発明を具
体的に説明する。なお、各例において、ライナ材質はＦ
Ｃ２３０相当を用い、ライナ素材肉厚は８ｍｍとした。
【００３６】実施例１〜４ 下記表１に示す組成の各塗型材を用いて金型遠心鋳造法
により各ライナを製造した。具体的には、２００〜３５
０℃に加熱した鋳型（金型）の内面に各塗型材を厚さが
０．５〜２．０ｍｍとなるように噴霧塗布し、乾燥させ
た後、鋳鉄の溶湯を注入して鋳込み成形を行った。
【００３７】
【表１】
【００３８】比較例１〜３ 下記表２に示す組成の各塗型材を用いた以外は、実施例
と同様にして各ライナを製造した。
【００３９】
【表２】
【００４０】試験例１ 直列４気筒、総排気量１．５リッターのガソリンエンジ
ンのシリンダブロックにおいて、上記実施例１〜４及び
比較例１〜３、更にはそれらに準じた方法で得られた外
周粗さの異なる各種のライナの外周にアルミ材をダイカ
ストし、ライナとアルミ材の密着性、及びライナ外周の
凹凸部へのアルミ材の充填性を調べた。なお、アルミ材
質はＡＤＣ１２を使用し、ダイカスト条件は、鋳込み圧
力６５Ｍｐａ、鋳込み速度０．３ｍ／ｓ、溶湯温度６７
０℃とした。また、ブロック完成時のライナ肉厚は２ｍ
ｍ、ボア間肉厚は７ｍｍとした。
【００４１】密着性の評価は、ダイカスト後の、ライナ
が鋳ぐるまれたシリンダブロックを小さく切断し、ライ
ナとアルミ材が５ｍｍ角まで剥離しないものを○、２０
ｍｍ角まで剥離しないものを△、それ以上のサイズで剥
離するものを×として評価した。また、アルミ材の充填
性については、ダイカスト後のライナとアルミ材の境界
部分（以下、境界部分という）を研磨した後、顕微鏡観
察し、空隙の大小で評価した。この結果を表３に示す。
なお、密着性の試料はゲートより一番遠い位置で、充填
性を観察した試料はボア間から採取した。
【００４２】
【表３】
【００４３】表３から、ライナ外周の粗さが、最大高さ
Ｒｙ７５〜２５０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍ０．７〜
１．４ｍｍの範囲内であれば良好な密着性及び充填性が
得られることが分かる。
【００４４】また、図２には、実施例１のライナを用い
てアルミ材をダイカストして得たシリンダブロックの上
記境界部分における顕微鏡写真が示されている。同様
に、図３には、比較例３のライナを用いて得たシリンダ
ブロックの上記と同様な顕微鏡写真が示されている。こ
れらの図から、実施例１のライナを用いた場合には、ア
ルミ材がライナ外周の凹凸に充填されてアンカー効果に
よる接合強度向上が図られることがわかる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋳鉄部材
によれば、その外周にアルミ材をダイカストする際に、
鋳鉄部材外周の凹凸部へのアルミ材の充填性がよく、か
つ、アルミ材との密着性が向上するので、両者の接合強
度、熱伝導性等に優れた鋳ぐるみ製品を得ることができ
る。したがって、例えば、シリンダライナに適用した場
合、ライナとアルミ材とが強固に密着して、狭いボア間
におけるアルミ材の熱間割れ等を防止することができ
る。
【００４６】また、本発明の鋳鉄部材の製造方法によれ
ば、塗型材として、特定組成のものを用いることによ
り、本発明で規定する特定の表面粗さ及び凹凸の平均間
隔を有する鋳肌面を形成することができる。したがっ
て、この鋳肌面をそのまま鋳ぐるみ面とすることによ
り、後加工等を必要とせずに、上記のような優れた特性
を有する鋳鉄部材を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ライナ入りシリンダブロックの断面の概略図
である。
【図２】 実施例１のライナの鋳ぐるみ面の断面の顕微
鏡写真である。
【図３】 比較例３のライナの鋳ぐるみ面の断面の顕微
鏡写真である。
【符号の説明】
１ ライナ入りシリンダブロック ２ シリンダライナ ３ アルミ材 ４ ボア間の最小距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｄ 19/08 Ｂ２２Ｄ 19/08 Ｅ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｃ Ｆ１６Ｊ 10/04 Ｆ１６Ｊ 10/04 // Ｃ２２Ｃ 37/00 Ｃ２２Ｃ 37/00 Ｊ (56)参考文献 特開 平５−245614（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−272400（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−31566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238157（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−133558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−203641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−138245（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−8370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−104527（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−290255（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−94867（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−10056（ＪＰ，Ｕ) 特公 平２−29426（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭43−4842（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−44857（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 19/00 B22C 3/00 B22D 13/10 502 B22D 19/08 F02F 1/00 F16J 10/04 C22C 37/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面粗さの最大高さＲｙが７５〜２５０
    μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．７〜１．４ｍｍである
    鋳ぐるみ面を有することを特徴とする鋳ぐるみ用鋳鉄部
    材。
  2. 【請求項２】 鋳ぐるみ面が鋳肌である請求項１記載の
    鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
  3. 【請求項３】 シリンダライナに適用される請求項１又
    は２記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
  4. 【請求項４】 ブレーキドラムのインサートに適用され
    る請求項１又は２記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１つに記載の鋳
    鉄部材をアルミニウム又はその合金で鋳ぐるんだことを
    特徴とする鋳ぐるみ製品。
  6. 【請求項６】 前記鋳鉄部材がシリンダライナであり、
    前記鋳ぐるみ製品がシリンダブロックである請求項５記
    載の鋳ぐるみ製品。
  7. 【請求項７】 前記シリンダブロック完成時のボア間最
    小距離が５．０〜８．０ｍｍである請求項６記載の鋳ぐ
    るみ製品。
  8. 【請求項８】 前記鋳鉄部材がインサートであり、前記
    鋳ぐるみ製品がブレーキドラムである請求項７記載の鋳
    ぐるみ製品。
  9. 【請求項９】 加熱された鋳型内面に塗型材を塗布し、
    乾燥させた後、この鋳型内に鋳鉄溶湯を鋳込んで成形す
    る鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法において、前記塗型材
    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ることを特徴と
    する鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記鋳型を回転させた状態で、前記塗
    型材の塗布及び前記鋳鉄溶湯の鋳込みを行う請求項９記
    載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材の製造方法。
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