JPH03125079A - シリンダライナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はシリンダライナに係り、特にピストンリング摺
動面の耐摩耗性が改善されたシリンダライナに関する。

［従来の技術］ 内燃機関や圧縮機のシリンダライナの内周面は、ピスト
ンやピストンリングと摺動することによって摩擦を受け
て摩耗する。特に、負荷が大きく、潤滑条件が悪い場合
にはその摩耗量も大きくなる。

従来、高い負荷と劣悪な潤滑条件でも運転可能なシリン
ダライナを得るために、溶射によって摩擦面を耐摩耗性
材料で被覆することが行なわれている。耐摩耗性材料の
溶射皮膜で摩擦面を被覆することにより、摩擦面の耐摩
耗性は大幅に改善される。また、耐摩耗皮膜を形成した
場合には、シリンダライナ母材（被溶射体）に対しては
高摺動性が要求されないため、母材として摺動性能は低
いが強度の大きい材料を用いることができ、この結果、
より高いシリンダ圧力での運転に使用することができる
ようになる。

しかして、このような耐摩耗性改善のための耐摩耗性材
料の溶射皮膜は、従来、シリンダライナの摩擦面の全溶
射面において等しい厚さの皮膜として形成されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、多くの場合、溶射皮膜を形成する耐摩耗
性材料は高価であるため、皮膜形成に要する耐摩耗性材
料の量が多いと材料コストや加工コストが高騰する原因
となる。このようなことから、溶射皮膜を厚く形成する
ことは、材料コストや加工コストが高騰することから好
ましいことではない。

ところで、一般に、溶射によっである部品に耐摩耗性材
料を形成した場合、形成された皮膜のうち摩耗の多い部
分の皮膜が摩滅してしまった時点で、その部品をそれ以
上使用することができなくなり、寿命に到る。このため
、摩耗の少ない部分と多い部分とに同じ膜厚の皮膜を形
成すると、寿命が来た時点でもなお摩耗の少ない部分に
皮膜が残っている状態となり、この部分に残った皮膜材
料は無駄なものとなる。

例えば、第２図に示す如く４サイクル内燃機関のシリン
ダライナ１１においては、ピストンリング摩擦範囲Ｓ１
のうち上死点でピストンリングの停止する位置１２及び
その周辺が最も多く摩耗し、次いで下死点でピストンリ
ングの停止する位置１３及びその周辺が多く摩耗する。

また、第３図に示す如く２サイクル内燃機関のピストン
リング２１の場合は、ピストンリング摩擦範囲Ｓ１のう
ち上死点でピストンリングの停止する位置２２及び下死
点でピストンリングの停止する位置２３の他、ボート孔
２４付近が多く摩耗する。

このように、シリンダライナの摩耗量はピストンリング
との位置関係等により場所毎に大とく異なることから、
従来の如く耐摩耗性材料の溶射皮膜を均一厚さに形成し
たシリンダライナでは、上死点でピストンリングの停止
する位置等の部分の皮膜が他位置の皮膜に先行して摩滅
する。そして、当該機摩耗位置の皮膜が消滅することに
よりシリンダライナの寿命に到った際に、他位置には皮
膜が多量に残存しており、この残存皮膜材料が無駄にな
り、経済的に不利であった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、内周面のピストン
リング摺動面に耐摩耗性材料の皮膜を形成したシリンダ
ライナにおいて、シリンダライナが寿命に到った際に無
駄となる残存皮膜量が著しく少ないシリンダライナを提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のシリンダライナは、内周面のピストンリング摺
動面に耐摩耗性被膜を形成したシリンダライナにおいて
、耐摩耗性皮膜のシリンダライナ軸方向中央部分におけ
る膜厚を、ピストンの上死点で第１ピストンリングが停
止する位置の膜厚より薄くしたことを特徴とする。

［作用］ 本発明のシリンダライナでは、摩耗の激しい部分に他部
分よりも厚く耐摩耗性皮膜が形成されているから、この
部分の皮膜が摩滅してシリンダライナが寿命に到った際
には、摩耗の少ない部分の耐摩耗性皮膜も殆ど摩滅した
状態となる。このため、シリンダライナ全体として耐摩
耗性皮膜が無駄に残存することは殆どない。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例に係るシリンダライナ
を示す縦断面図、第１図（ｂ）は第１図Ｂ部の耐摩耗性
皮膜の膜厚分布を示す模式的な拡大断面図である。

図示の如く、本発明のシリンダライナ１は、内周面のピ
ストンリング摩擦範囲Ｓ＋に耐摩耗性皮膜２を形成した
ものであって、この耐摩耗性皮膜２のシリンダライナ軸
方向中央部分の範囲Ｓ２における膜厚ｔ１を、ピストン
上死点で第１ピストンリングが停止する位置３の膜厚ｔ
２よりも薄くしたものである。

本発明において、耐摩耗性皮膜の膜厚を薄くする範囲Ｓ
２の位置やそのシリンダライナ軸方向の長さ等について
は特に制限はなく、形成する耐摩耗性皮膜の膜厚の程度
やシリンダライナの大きさ、使用条件等により、摩耗量
の分布から適宜決定される０通常の場合、膜厚を薄くす
る範囲Ｓ２の長さ（以下、「長さＪとはシリンダライナ
軸方向の長さを指す、）は、ピストンリング摺動範囲（
摩擦範囲）ＳＩの長さの弼以上とする。Ｓ２の長さがＳ
Ｉの長さの局未満であると、本発明による耐摩耗性材料
の材料コストの低減効果が十分に発揮されない。しかし
ながら、この範囲Ｓ２があまりに長いとシリンダライナ
の耐摩耗性が損なわれる場合がある。従って、膜厚を薄
くする範囲Ｓ２の長さは、ピストンリング摩擦範囲Ｓｌ
の長さの１／１．３〜１／２とするのが好ましい。なお
、ピストンリング摺動範囲Ｓｌとは、通常シリンダライ
ナのピストンの上死点で第１ピストンリングが停止する
位Ｍ３近傍から、ピストンの下死点で最下段のピストン
リングが停止する位置４までである。

膜厚を薄くする範囲Ｓ２の位置は、ピストンの上死点で
第１ピストンリングが停止する位置３に近すぎても、ま
た、ピストンの下死点でピストンリングが停止する位置
４やボート孔に近すぎても、シリンダライナの耐摩耗性
を損なうこととなり好ましくない。従って、膜厚を薄く
する範囲Ｓ２の位置は、第１図（ｂ）において、ピスト
ンの上死点で第１ピストンリングが停止する位置３から
この範囲Ｓ２に到るまでの範囲Ｓ３の長さとしてＳｌの
１／３〜１／８程度、この範囲ｓ２からピストンの下死
点でピストンリングが停止する位置４に到るまでの範囲
Ｓ４の長さとしてＳＩの１／４〜１／１０程度をとフた
位置とするのが好ましい。

また、膜厚を薄くする範囲Ｓ２の耐摩耗性皮膜の膜厚ｔ
ｌは、ピストンの上死点で第１ピストンリングが停止す
る位置３の耐摩耗性皮膜２の膜厚ｔ２の尾以下であるこ
とが好ましい。ｔｌがｔ２の局を超える厚さであると、
本発明による耐摩耗性材料の材料コストの低減効果が十
分に発揮されない。しかしながら、ｔｌｈ＜ｔ２に対し
て過度に薄いと、この範囲Ｓ２の耐摩耗性が不足するた
め、ｔｌはｔ２の１／３〜１／８程度とするのが好まし
い。

なお、本発明において、ピストンの下死点でピストンリ
ングが停止する位置４近傍或いはボート孔近傍、即ち範
囲Ｓ４の耐摩耗性皮膜２の膜厚ｔ３は、上記ピストンの
上死点で第１ピストンリングが停止する位置３の耐摩耗
性皮膜２の膜厚ｔ２の１／２〜１１５程度とするのが好
ましい。

本発明のシリンダライナの耐摩耗性皮膜の膜厚ｔ　ＩＮ
ｔ３は、具体的には例えば舶用シリンダ（ボア径２５ｃ
ｍ以上）の場合衣のような範囲とするのが好ましい。

ｔ、：４５０〜５５０μｍ ｔ２：１００〜１５０μｍ ｔｓ　：１５０〜２００μｍ なお、本発明のシリンダライナの母材及び耐摩耗性皮膜
材料としては特に制限はなく、従来用いられているもの
を適用することができる。

例えば、溶射材料としては、ＭＯｌＣｒ。

Ｆｅ合金、Ｎｉ合金等の金属材料やＡＪ２２０３、Ｃｒ
２　ｏ３　、ＺｒＯ２等のセラミック材料あるいはＷＣ
−ＣｏやＣｒ２０３−Ｍｏ等のサーメットなどが例示さ
れる。シリンダライナ母材としては各種の鋳鉄や鋳鋼、
−殻構造用炭素鋼などが例示される。

以下、実験例について説明する。

実験例１ 第１図に示すシリンダライナを製造した。

なお、シリンダライナは内径３０ｃｍ、長さ７６ｃｍの
鋳鉄製のものであり、耐摩耗性皮膜材料としてはＭｏを
用いた。

皮膜形成範囲３１〜Ｓ４に対する各部の皮膜の膜厚ｔ１
〜ｔ３は下記の通りとした。

ＳＩ　　：５０ｃｍ ５２：３６ｃｍ ５３：　　８ｃｍ ５４：　　６ｃｍ ｔｌ：１２μｍ ｔ２：４５μｍ ｔｓ：２１μｍ このシリンダライナを試験用４サイクルデイーゼル機関
に実使用し、７３０時間使用後、寿命に到った際のシリ
ンダライナ内周面の耐摩耗性皮膜を観察したところ、耐
摩耗性皮膜は一様に摩滅しており、残留する皮膜は殆ど
なかった。

実験例２（比較例） 全範囲（ＳＬ＝５０ｃｍ）にわたって、同−膜厚（４５
μｍ）の耐摩耗性皮膜を形成したこと以外は実験例１と
同様にしてシリンダライナを製造し、同様に７３０時間
使用後寿命に到フた際の耐摩耗性皮膜の摩滅の状態を調
べた。耐摩耗性皮膜はピストンの上記点で第１ピストン
リングが停止する位置では摩滅により全くなくなってい
たのに対し、シリンダライナ軸方向の中央部分では耐摩
耗性皮膜が残留していた。

なお、耐摩耗性皮膜の形成に使用した耐摩耗性材料は実
験例１では１５０ｇ、実験例２では３３０ｇであった。

この結果から、本発明によれば、シリンダライナの寿命
を損なうことなく、耐摩耗性皮膜形成に要する耐摩耗性
材料の使用量を低減させることができることが明らかで
ある。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のシリンダライナでは、内周
面のピストンリング摩擦面に形成された耐摩耗性皮膜の
うち、摩耗の激しい部分の膜厚の比較的厚い耐摩耗性皮
膜が摩滅して寿命に到った際には、摩耗の少ない部分の
膜厚の比較的薄い耐摩耗性皮膜も殆ど摩滅した状態とな
り、耐摩耗性皮膜は殆ど無駄に残されることがない。

このため、本発明のシリンダライナによれば、シリンダ
ライナの耐摩耗性を低下させることなく、また寿命を損
なうことなく、耐摩耗性皮膜形成に要する耐摩耗性材料
の量を必要量低減に抑えることができる。従って、本発
明によれば、耐摩耗性に優れ、寿命の長いシリンダライ
ナを耐摩耗性皮膜形成のための材料コスト、加工コスト
を低減して、安価に提供することが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例に係るシリンダライナ
を示す縦断面図、第１図（ｂ）は第１図Ｂ部の耐摩耗性
皮膜の膜厚分布を示す模式的な拡大断面図、第２図及び
第３図は従来のシリンダライナの摩耗状態の説明図であ
って、各々、（ａ）は断面図、（ｂ）は摩耗量を示すグ
ラフである。 １・・・シリンダライナ、 ２・・・耐摩耗性皮膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内周面のピストンリング摺動面に耐摩耗性皮膜を
   形成したシリンダライナにおいて、該皮膜のシリンダラ
   イナ軸方向中央部分における膜厚を、ピストンの上死点
   で第１ピストンリングが停止する位置の膜厚より薄くし
   たことを特徴とするシリンダライナ。