JPH0247429B2

JPH0247429B2 - Nainenkikanyoshirindamatahashirindarainaoyobisonohyomenkakohoho

Info

Publication number: JPH0247429B2
Application number: JP3786783A
Authority: JP
Inventors: Hajime Izumi
Original assignee: Izumi Automotive Industry Co Ltd
Current assignee: Mahle Engine Components Japan Corp
Priority date: 1983-03-08
Filing date: 1983-03-08
Publication date: 1990-10-19
Anticipated expiration: 2003-03-08
Also published as: JPS59162342A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関用シリンダまたはシリンダラ
イナおよびその表面加工方法に係り、とくにその
内周面および／または外周面にセラミツク層を形
成するようにしたシリンダまたはシリンダライナ
およびその表面加工方法に関する。

内燃機関を構成するシリンダブロツクに装着さ
れる乾式のシリンダライナにおいては、その内周
面の全体がピストンに対して摺動面を構成するた
めに、耐摩耗性および耐蝕性が重要になる。とく
にシリンダライナの内周面であつて、その上部、
すなわち燃焼爆発が行なわれる部分においては、
高温にさらされ、かつ潤滑油膜の形成が不充分な
ために、異常摩耗が発生し易い。従つてシリンダ
ライナのとくに上端側は耐摩耗性およぴ耐蝕性に
優れることが必要となる。そこで従来より、この
ような内燃機関のシリンダライナの内周面には、
硬質のクロムメツキを施して上記の目的に対処し
ていた。しかしこのような対策によつても十分に
耐摩耗性および耐蝕性が解決されてはおらず、異
常摩耗による燃焼ガスのブローバイ等の不具合な
現象を生じていた。

また内燃機関に用いられる湿式のシリンダライ
ナにおいては、内周面における耐摩耗性および耐
蝕性が問題になるばかりでなく、さらに外周面が
直接冷却水と接触するために、シリンダライナの
外周面においてキヤビテーシヨンピツチング（点
蝕）による損傷を受易く、これを解決するために
同じく外周面にもクロムメツキ等を施していた。
しかしこのクロムメツキによつても上記のキヤビ
テーシヨンピツチングが十分に解決されなかつ
た。また従来のシリンダライナにおいては、約
100μの厚さのクロムメツキを電気的につけるよ
うにしていたために、コストが高くなるという欠
点があつた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、耐摩耗性および耐蝕性に優れた内燃
機関用シリンダまたはシリンダライナおよびその
表面加工方法を提供することを目的とするもので
ある。

本発明の特徴は、シリンダまたはシリンダライ
ナの表面にまずセラミツクのスラリを塗布するこ
とにある。ここで用いられるセラミツクスラリは
次のようにして作られる。まずセラミツク材料と
しては、酸化珪素（SiO₂）、酸化アルミニウム
（Al₂O₃）、酸化ジルコニウム（ZrO₂）、酸化チタ
ン（TiO₂）等の酸化物系セラミツクの微粒子、
あるいは炭化珪素（SiC）、窒化珪素（Si₃N₄）、
窒化アルミニウム（AlN）、炭化タングステン
（WC）等の非酸化物系セラミツクの微粒子の中
から選択されたものであつてよい。従つて例えば
比較的入手し易く、かつ耐摩耗性および耐蝕性に
優れた酸化珪素と酸化アルミニウムの微粒子を用
いればよい。

そして酸化珪素および酸化アルミニウムが選択
された場合には、これらのセラミツク微粒子に、
片状のクロム酸（CrO₃）および水を混合し、こ
れによつて所期のセラミツクスラリを得ることが
できるようになる。なおここでクロム酸を混入す
るようにしたのは、後続する焼成によつて酸化ク
ロム（Cr₂O₃）に変換させることによつて、上記
の酸化珪素および酸化アルミニウムのセラミツク
粒子間の〓間を埋め、セラミツク粒子同士を結合
させるバインダのような役目を果たすようにさせ
るとともに、酸化クロムに特有の耐摩耗性および
耐蝕性を利用するためである。

このセラミツクスラリは、シリンダあるいはシ
リンダライナの内周面または外周面に塗布される
ことになる。そして例えばシリンダライナ６の内
表面にセラミツクスラリを塗布して塗膜を形成す
る場合には、例えば第１図に示すように、シリン
ダライナ６の外周面にマスキング５を施した状態
で、槽８内にセラミツクスラリ７中に浸漬し、次
いで引上げる浸漬法によつて行なわれる。

そしてこのようにして形成されるシリンダライ
ナ６の内表面の塗膜の厚さは、ほぼ50〜200μで
ある。なお一回の上記の塗膜形成によつて得られ
る厚さが薄い場合合には、この塗膜を乾燥、焼成
させた後に、再び上述の浸漬法を適用して塗膜の
厚みを増加させることができる。この操作は所期
の厚みが得られるまで繰返すことが可能である。

また第１図に示す装置によれば、シリンダライ
ナ６の内周面のみにしか塗膜が形成されないが、
内周面と外周面とにともに浸漬法によつて塗膜を
形成する必要がある場合には、上記のマスキング
５を施さないようにすればよい。あるいはスプレ
ーガンによつてセラミツクスラリを吹付けて、セ
ラミツク塗膜１３を外周面に形成してもよい。

このようにしてシリンダライナ６の内表面ある
いは外表面に形成されたセラミツク塗膜１３は、
予備焼成されることになる。なおこの予備焼成に
先駆けて予備乾燥を行なうことが好ましい。そし
て予備乾燥を行なつた後に、第２図に示すような
ヒータを備えた予備焼成炉１５中にシリンダライ
ナ６を配置し、予備焼成を行なう。この塗膜１３
の予備焼成の目的は、塗膜１３中の水分を蒸発さ
せるとともに、後続するクロム酸溶液の含浸作業
に耐えるようにするためであつて、その温度は一
般に400〜600℃の範囲であることが好ましい。

予備焼成が行なわれたならば、次にシリンダラ
イナ６の表面に形成されたセラミツク塗膜にクロ
ム酸溶液を含浸させる。そしてクロム酸溶液のセ
ラミツク塗膜１３への含浸は、例えば第３図に示
すように単にクロム酸溶液を浸した刷毛１６を塗
膜１３の表面に塗込むようにすることによつて行
なう。これによつて第４図に示すように、セラミ
ツク塗膜を形成するセラミツク粒子１７の間にク
ロム酸１８が含浸されて充填されることになる。

次に上記のクロム酸溶液を含浸したセラミツク
塗膜１３を焼成する。この焼成の目的は、セラミ
ツク塗膜１３中のクロム酸１８を酸化クロムに変
換させることである。すなわち第２図に示すよう
に、シリンダライナ６を焼成炉１９内に導き、５
１０℃程度に加熱する。この焼成の温度は高いほ
ど、クロム酸の酸化クロムへの変換速度が大きく
なるために、焼成時間を短くすることができる。
しかし母材であるシリンダライナ６への熱的な影
響、すなわち熱変形や軟化等が考虜されるので、
あまり高い焼成温度を採用することは好ましくな
い。通常の焼成温度はほぼ450〜600℃の範囲内で
ある。逆にセラミツク塗膜１３をこのような低温
で固化して硬化させることは極めて有利なことで
ある。

このような焼成によつて、第５図に示すよう
に、セラミツク塗膜１３を構成するセラミツク粒
子１７の間に充填されたクロム酸１８は酸化クロ
ム２０に変換されることになる。なお上記のセラ
ミツク塗膜１３へのクロム酸１８の含浸、および
焼成の１サイクルでは、セラミツク塗膜１３の気
孔部は一部しか酸化クロム２０によつて充填され
ないので、気孔部をより完全に充填するには、上
述のクロム酸の含浸、焼成のサイクルを複数回繰
返す必要がある。

以上に述べたように本発明による内燃機関用シ
リンダあるいはシリンダライナにおいては、その
内表面または外表面に酸化珪素、酸化アルミニウ
ム等の微粒子のセラミツクから成るセラミツク塗
膜が形成される。しかもこのセラミツク粒子自身
が酸化クロムによつて被復されるとともに、上記
のセラミツクの粒子間に存在する気孔部が酸化ク
ロムで充填されることになる。そして酸化クロム
は、それ自身が一種のセラミツクを構成するため
に、耐蝕性に優れた内燃機関用シリンダあるいは
シリンダライナを提供することができる。さらに
本発明によれば、セラミツク塗膜を極めて微小な
酸化クロム粒子から構成することができるため
に、摺動面を構成するシリンダあるいはシリンダ
ライナの表面の減摩効果が大きくなり、従つて耐
摩耗性の点においても優れたシリンダあるいはシ
リンダライナを提供することが可能となる。

次に本発明を実施例につきさらに具体的に説明
する。

実施例１微粒子状の酸化珪素５５重量％、微粒子状の酸
化アルミニウム10重量％、片状のクロム酸10重量
％、および水25重量％から成る混合体によつてセ
ラミツクスラリを得た。

次に内燃機関を構成する内径が90mmの乾式のシ
リンダライナの外周面をマスキングして第１図に
示す槽８内のセラミツクスラリ中に浸漬した後引
上げてセラミツク塗膜１３を、このライナ６の内
周面に形成させた。この塗膜１３の厚さはほぼ百
数十μであつたが、この厚さでは不充分なため、
さらにもう一度ライナ６を第１図に示すように槽
８の中に浸漬し、上述の方法と同じようにしてス
ラリ７を塗布した。これによつてライナ６の内表
面にはほぼ300μのセラミツク塗膜１３が得られ
た。次いでこのシリンダライナ６を第２図に示す
ように予備焼成炉１５内に導き、510℃で約10分
間加熱して塗膜１３を固化し、常温に冷却させ
た。

次にこのシリンダライナ６のセラミツク塗膜１
３に、クロム酸60重量部と水40重量部とから成る
クロム酸溶液を第３図に示すように、刷毛１６に
よつて塗布し、第４図に示すように塗膜１３中に
クロム酸溶液１８を含浸させた。次いでこのシリ
ンダライナ６を焼成炉１９（第２図参照）内に導
き、510℃で約10分間加熱した。これによつて第
５図に示すように、クロム酸１８を酸化クロム２
０に変換させた。なお上記のクロム酸溶液の塗布
および焼成の工程は、これを12回繰返した。そし
てこのシリンダライナ６の塗膜１３の表面を研削
して所望の仕上精度を得た。

このようにして得られたシリンダライナ６のセ
ラミツク層のビツカース硬さを測定してみたとこ
ろ、1200という値を得た。この値は非常に硬く、
従つて大きな耐摩耗性が得られたことになる。ま
たこのようにして得られたシリンダライナ６の摩
耗について測定してみたところ、第６図に示す結
果が得られた、このグラフにおいて、本実施例に
係るシリンダライナの摩耗量は実線で示されてお
り、点線および鎖線で示される摩耗量の結果は、
炭化珪素および窒化珪素をそれぞれ焼結させたシ
リンダライナについての特性を示している。従つ
てこの結果から明らかなように、本実施例に係る
シリンダライナは、炭化珪素の焼結体を形成した
ものや、あるいは窒化珪素の焼結体を形成したシ
リンダライナに比べて、遥かに摩耗量が減少する
ことが明らかである。なおこの測定は何れも潤滑
油を使用しない条件の下に行なわれた。

実施例２内燃機関用の内径が140mmの湿式のシリンダラ
イナの内周面に、上記実施例１と同様の方法でセ
ラミツク塗膜１３を形成した。さらにこのライナ
の外周面には実施例１において作成したセラミツ
クスラリをスプレーによつて吹付け、その外表面
にも塗膜を形成した。すなわちシリンダライナを
40rpmで回転する台の上に置いてこのライナを回
転させ、ライナの外周面に30cm離れた位置から
1.5Kg／cm²の圧力でスプレーガンによつてセラミ
ツクスラリを吹付け、外表面に約100μのセラミ
ツク塗膜を形成した。次いでこのライナを実施例
１と同様の方法でクロム酸の含浸および焼成の工
程を12回繰返し、シリンダライナの内表面および
外表面にそれぞれ形成されたセラミツク塗膜中の
クロム酸を酸化クロムに変換して充填した。この
ようにして内周面が耐摩耗性に優れるとともに、
外周面が耐キヤビテーシヨンに優れた湿式のシリ
ンダライナを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリンダライナにスラリを浸漬法によ
つて塗布するための装置を示す縦断面図、第２図
は予備焼成炉または焼成炉の縦断面図、第３図は
クロム酸溶液を塗布している状態のシリンダライ
ナの断面図、第４図はクロム酸によつて気孔部が
充填されたセラミツク塗膜の拡大断面図、第５図
は酸化クロムによつて気孔部が充填されたセラミ
ツク塗膜の拡大断面図、第６図は本発明の一実施
例に係るシリンダライナの耐摩耗性の試験結果を
示すグラフである。なお図面に用いた符号において、６…シリンダ
ライナ、７…スラリ、１３…セラミツク塗膜、１
７…セラミツク粒子、１８…クロム酸、、２０…
酸化クロム、である。

Claims

【特許請求の範囲】１内周面および／または外周面にセラミツク層
を形成するようにした内燃機関用シリンダまたは
シリンダライナにおいて、前記セラミツク層をセ
ラミツクスラリを焼成固化して形成するととも
に、このセラミツク層のセラミツク粒子の間に酸
化クロムを充填固化するようにしたことを特徴と
する内燃機関用シリンダまたはシリンダライナ。２内燃機関用シリンダまたはシリンダライナの
内周面および／または外周面にセラミツク層を形
成する方法において、前記シリンダまたはシリン
ダライナの表面にセラミツクスラリを塗布して予
備焼成し、次にこのセラミツク層にクロム酸容液
を含浸させ、次いで前記セラミツク層を焼成して
前記クロム酸を酸化クロムに変換させるようにし
たことを特徴とする内燃機関用シリンダまたはシ
リンダライナの表面加工方法。