JPH039822B2 - - Google Patents

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JPH039822B2
JPH039822B2 JP58121549A JP12154983A JPH039822B2 JP H039822 B2 JPH039822 B2 JP H039822B2 JP 58121549 A JP58121549 A JP 58121549A JP 12154983 A JP12154983 A JP 12154983A JP H039822 B2 JPH039822 B2 JP H039822B2
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spraying
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２サイクルエンジンシリンダの製造方
法に関する。
第１図に１気筒２サイクルガソリンエンジンの
代表的シリンダを示す。イは断面図を示し、ロは
正面図を示す。第１図中、１は吸気孔、２は排気
孔、３は掃気孔、４は点火プラグ孔、５はシリン
ダ表面処理のクロムメツキ層、６は気室を示す。
２サイクルエンジンは、吸気、圧縮、爆発、排
気を２サイクルで行なう。エンジンとしては、４
サイクルエンジンより小型高速ガソリンエンジン
としてオートバイや小型自動車を初めとして、船
外機や汎用ガソリンエンジンとして大量に用いら
れている。また、２サイクルエンジンは小型であ
り、ほとんどが移動用に用いられているため、軽
量でなくてはならず、シリンダにはアルミ合金鋳
物が用いられている。シリンダは吸気、圧縮、爆
発、排気などの工程によりピストン（ピストンリ
ング）と高速に摺動するため、潤滑特性や耐摩耗
性などが要求されるが、一般のAl合金ではシリ
ンダとして潤滑特性や耐摩耗性などの性質を十分
に得ることができず、Al合金のシリンダ表面を
強化する方法が各種提案されたり実用化されてい
る。
この中で主に用いられている方法として、(1)シ
リンダ内面へのクロムメツキ法、(2)鋳鉄ライナー
の鋳ぐるみ法、(3)高SiAl合金による一体鋳造法、
(4)シリンダ内面への直接溶射法などが利用されて
いる。(1)の方法は、Al合金のシリンダ上へ直接
クロムめつきを施こすが、Al合金上へのクロム
めつきは密着性が悪いため、複雑な工程と厳密な
工程の管理を必要とし、品質の不安定さとコスト
高を招いている。しかし、一番利用が多い。(2)の
方法はAl合金より鋳鉄の比重が大きいため、重
量の増大を招いている。(3)の方法は、Al合金で
はあるが、Si量が高く、共晶シリコンや初晶シリ
コンにより耐摩耗性を得る方法としては良好な方
法である。しかし、Siの含有量が高いために鋳造
時に湯流れが悪くなり、鋳造時の歩留が悪く、コ
スト高となつている。(4)の方法はシリンダ内面へ
直接溶射する方法で、一般の溶射方法ならびに線
爆溶射方法などが用いられているが、２サイクル
エンジンではシリンダの形状が円筒のみでなく、
吸気孔、排気孔、掃気孔などが存在するために、
溶射が難かしい事、ならびに溶射時に溶射粒子が
自由に飛散するために溶射皮膜が不必要な部分へ
のマスキングや溶射後の溶射皮膜の不必要部へ付
着した溶射粒子の手入が必要であることや小径の
内径には溶射の施工が行ないにくいなどの欠点を
有している。
本発明者等は、上記従来法の欠点を解消すべく
鋭意研究の結果、本発明に到達した。
本発明の目的は、２サイクルガソリンエンジン
シリンダの内面に優れた特性を持つ純金属や合
金、セラミツクを溶射し皮膜を形成すると同時に
溶射皮膜が持つ気孔により油だまりを形成させ、
シリンダとしての耐摩耗性、潤滑特性の優れた表
面状態を転写することによりシリンダの表面を形
成することにある。
かかる目的を完遂させるために本発明では、塑
性変形可能なパイプ素材を用い、シリンダのピス
トンと摺動する部分をシリンダ径より若干小さい
径（若干の切削代を持つ）とし、他の部分はパイ
プ材の内側が製品寸法になるように塑性加工を行
なつてシリンダのピストンが摺動する部分にシリ
ンダ材の特性として優れた溶射材を溶射し、その
後外側へアルミ合金を鋳ぐるみシリンダ素材とし
て、シリンダのピストンとしゅう動する部分のパ
イプ材を切削し、溶射材をシリンダのピストンが
摺動する表面へ露出させる。こうして耐摩耗性の
ある溶射材料を溶射し、溶射時に溶射皮膜に発生
する気孔が表面に現われるため気孔が保油性を持
ち、潤滑特性を持つシリンダ摺動面となる。
次に、本発明の方法を第２図〜第６図によつて
詳述する。
第２図にシリンダ形状に塑性変形させる前のパ
イプ材３１を示す。このパイプ材は、塑性加工が
行ない易く、なおかつ溶射により変形しないよう
な材料であることが必要である。一般にAl合金
系のパイプがこれに適するが、銅系材料、鉄系材
料でもよい。パイプ材の厚みは、下記するバルジ
加工の際に破断するおそれがなく、溶射時に変形
するおそれのない厚みが必要であり、またコスト
や後加工での加工時間の増加、塑性加工機の大型
化を防止するために、0.5〜３mm程度のものを使
用することが好ましい。
第３図はパイプの塑性加工を行なう状況を示す
１例として、液圧バルジによる塑性加工方法を示
す。中心線よりＡ−A′側はパイプ材のセツト状
況の断面を示し、Ｂ−B′側は液圧バルジによる
塑性変形させたパイプの状況の断面を示し、３１
はパイプ素材、３１ａは塑性加工後のパイプを示
し、３２と３２ａはシリンダに内接する形状を持
つダイスを示す。ただし、この形状については、
前述のごとく円筒のピストンと摺動する部分につ
いては完成するエンジンシリンダの円筒寸法より
若干径の小さい径を持ち、他の排気孔、吸気孔、
掃気孔部はパイプが塑性変形した後の内側寸法が
シリンダと同一寸法となるような形状とし、上下
が割れるような型形式となつている。このダイス
を定盤３７に置き、上から３９の荷重が加えられ
るような形式の機械へセツトする。３３，３３
ａ，３４，３４ａは加圧ピストン（なお、３３
ａ，３４ａは加圧後の状況を示している）で、矢
印の方向へ移動できる機構を持つているおり、孔
３６（３６ａ）より高圧の油圧、水圧など液圧媒
体３５が注入できるようになつている。そして、
この液圧媒体用孔３６（３６ａ）より高圧液圧が
発生する装置に図示省略の位置で接続されてい
る。３８および３８ａ〜３８ｋは孔３６（３６
ａ）より高圧の液圧を加えた時に圧力が逃げない
ようなパツキングを示す。このような装置は一般
に液圧バルジ装置といわれている。
以上のような装置を用いて、加圧ピストンをパ
イプの方へ加圧しながら液圧媒体用孔より高圧の
油圧を加えてパイプを液圧バルジにより塑性加工
をする。
第４図は塑性加工後のパイプ３１ｂを示す。こ
れは、３２，３２ａのダイスに沿つた形状に成形
されたものである。イは正面図を示し、このＡ−
A′断面図をロに示す。
第５図は、第４図の塑性加工後のパイプ３１ｃ
に溶射皮膜５１を外周へ溶射したものを示す。
この溶射の工程は、一般の溶射工程と同様な工
程を取る。
すなわち、塑性加工したパイプ材を脱脂洗浄
後、溶射する外周部をアルミナグリートやチルグ
リツトを用いて表面をブラスチングを行ない、直
ちに均一に溶射できるような回転冶具へ取りつけ
る。この時に、円筒状以外の吸気孔、排気孔、掃
気孔となる凸状となつている部分は、溶射が必要
でなければ、ゴムやガラス繊維テープ等を用いて
マスキングを行なうが、コスト高となるために、
そのままマスキングを行なわず溶射を行なうこと
もできる。なお、溶射装置は必要とする皮膜を得
るための材料が溶射できる装置であれば、いかな
る溶射装置を用いても良い。また、溶射材料とし
ては、溶射皮膜特性がシリンダとしての摺動特
性、潤滑特性を持つ材料であればよく、純金属
（Mo、Ta、Cu、Ni、Cr等）、合金（Ni合金、Co
合金、Cr合金、Cu合金、Al合金、Fe合金等）、
セラミツク（TiO2、Al2O3、Si2O3、TiC、TiN、
MgO、ZrO2、NiO、Y2O3、Cr3O2、Cr3C2、BN
等、あるいはニユーセラミツクとして使用される
金属の酸化物、窒化物、ほう化物、硅化物、硫化
物、これらの混合物等）、サーメツト（上記セラ
ミツクと各種金属の混合物）、超合金（Ni基、Co
基、Cr基等）を用いることが可能である。この
ようなシリンダ摺動特性のある材料とその材料を
溶射できる溶射システムを選定する。回転冶具へ
取りつけ塑性加工したパイプを、溶射時の加熱に
よる結露を防ぐために80〜120℃に予熱する。そ
の後、パイプを回転させながら溶射ガンをトラバ
ースさせながら溶射皮膜を0.05〜５mm程度形成す
る。溶射皮膜の厚さは、外周の鋳ぐるみ時の鋳ぐ
るみ精度、バルジ加工した時のパイプ材の精度、
溶射した時のパイプ材の精度等によつて異なる
が、溶射したパイプ材を外周への鋳ぐるみ後に加
工により除去する際に、該パイプ材と一緒に除去
されない厚みが少くとも必要である。しかも、こ
のパイプ材除去時の溶射皮膜の残留厚みが、シリ
ンダ使用時に摩耗によつてシリンダ使用不能とな
らない程度とすることも必要である。
溶射皮膜を形成したパイプ材をダイキヤスト鋳
造のマンドレルにかぶせて外周にAl合金を鋳ぐ
るむ。
このように作成したシリンダ素材を所定の寸法
に加工する（例えば、端面をガス切断、機械加工
による切断等により切断し、必要に応じて内外周
面に軽く機械加工を施す）と、第６図のようなア
ルミシリンダが完成できる。第６図において、イ
は断面図を、ロは正面図を示す。
なお、アルミパイプ材の塑性加工については第
７図に示すように、塑性加工可能な素材７１に塑
性加工を行ない易いように金属石けん等の潤滑材
を塗布し、後方押出しを始めとする塑性加工方法
により塑性加工を施こし、７２のように底付きカ
ツプとし、これを液圧バルジ成形法やゴムバルジ
成形法、放電成形方法などにより７３のように成
形することも可能であり、この７３を前記塑性変
形させたパイプ材と同様に扱つてその外周に溶射
を施こし、アルミ合金等を鋳ぐるみ、シリンダ素
材として塑性加工を施こした素材をシリンダのピ
ストンが摺動する部分を削り取つて、溶射皮膜を
露出させ、他の部分も加工してシリンダとして完
成させることも可能である。なお、第７図のイ，
ハ，ホはそれぞれの断面を示し、イ，ハ，ホの側
面から見た形状（すなわちＡ矢視形状）をロ，
ニ，ヘに示す。また、７２の形状についてはプレ
スによる平板よりの絞り加工による成形でも、ス
ピニング加工などを用いても良い。
かくして、本発明の効果を列挙すると次のよう
になる。
(1) 本発明方法に用いることにより、耐摩耗性や
潤滑特性がある溶射皮膜を簡易にシリンダ表面
に転写できる。なお、溶射材の選定にはhi−Si
−Al合金を初めとして、純金属、合金、炭素
鋼、合金鋼、超合金、セラミツクなど溶射可能
な材料であればすべてシリンダ面に転写可能で
ある。
(2) 一般の溶射方法（アーク溶射、ワイヤの火炎
溶射、粉末の火炎溶射、プラズマ溶射等）で
は、適正な溶射皮膜を得るために適正な溶射距
離と角度が必要であるが、一般的には80φ以下
の内径の溶射では適正な溶射距離と適正な角度
が選択できないため、小径のシリンダでは溶射
不可能となるが、本発明の方法を用いれば、小
径シリンダにも適正な溶射皮膜の転写が可能で
ある。
(3) 溶射皮膜は、溶射時に金属の酸化物が成形さ
れるためサーメツト状（金属＋酸化物）とな
り、耐摩性のある材料となる。また、溶射皮膜
には溶射時に気孔の発生があり、この気孔が油
だまりとして潤滑特性を持ち優れたシリンダ表
面を得ることができる。
(4) 溶射した外周面は溶射粒子の付着により凹凸
状となつているため、鋳鉄ライナの鋳ぐるみの
場合と異なり、外周へ鋳ぐるんだAl合金が凹
凸としつかりからみ合い、溶射層とAl合金の
密着性は向上し、熱伝導性の向上が計れ、適切
な空冷効果が得られる。
(5) 線爆溶射では、溶射材をシリンダの内面に入
れ両端を支え、なおかつ両端部を両極とするた
め、片側が閉そくしているシリンダでは溶射が
行ないにくいが、本発明の方法では、片側が閉
そくしているシリンダでも溶射皮膜の転写は可
能である。
(6) 線爆溶射を行なうと溶射粒子は自由に飛散す
るため、必要部分以外にも溶射粒子が飛散す
る。このために、マスキング冶具や溶射後の手
入れが必要となりコスト高となつているが、本
発明の方法を用いれば該行為は不必要となる。
(7) 一般にアルミ合金にめつきを施す場合には、
密着性が悪く厳密な管理を行なう必要があり、
なおかつ角部などは電流密度が高くなり、局部
的に厚いめつきの部分ができるなど欠点がある
が、本発明の方法では、均一な膜厚の形成が可
能であり、密着性も高く、信頼性も高く、めつ
き処理より安い価格でアルミ合金に耐摩耗皮膜
の形成ができる。
このように、本発明は秀れた２サイクル用のア
ルミシリンダ表面処理方法であり、現在使用され
ている２サイクルエンジンシリンダの表面処理と
して、コスト的にも安価であり、品質管理上、工
程管理等も安易で、なおかつ耐久性も優れた表面
処理方法である。
以下、本発明の方法を実施例で説明する。
実施例 １ 総排気量32.6c.c.、常用出力1.2ps／6000r.p.mの
２サイクル汎用エンジンを前記の方法で作成した
シリンダについて試験を行なつた。
パイプ材としては、外径32φ×2t×95mmの
JIS1100のＯ材を用いて、第３図に示したような
液圧バルジ装置を用いて外形円筒部は32φそのま
まとして、第４図に示すように、吸入孔、排気
孔、掃気孔などは前記に示したようにパイプ材の
塑性加工後の内側形状が、シリンダの吸入孔、排
気孔、掃気孔の同一寸法となるように塑性加工を
施こした。
その後、脱脂したプラスト処理を行なつて塑性
加工したパイプ材を回転できる冶具へ取りつけ、
120℃に火炎トーチで予熱し、その後に、溶射材
としてhi−Si−Al合金（Si＝23.5％、Cu＝1.7％、
Mg＝1.0％、Ni≒１％、残部は不可避成分とAl
よりなる）の−200＋325メツシユの粉末を火炎
（酸素−アセチレン炎）方式の粉末溶射方式を用
いて、塑性加工しプラスト処理したパイプ材を回
転しながら溶射ガンを移動させて、円筒状の部分
が約２mmの溶射皮膜が形成されるようにダイキヤ
ストマシンでJISADC12を外周に鋳ぐるみ、２サ
イクルエンジンのシリンダ素材とした。この素材
の必要部分を機械加工を施こし（溶射材のhi−Si
−Al系合金をピストンの摺動する表面へ露出す
るように機械加工を行なう）、他の部品と組み立
てて２サイクルエンジンとして完成させた。混合
ガソリン（20：１）を用いて耐久運転台にセツト
してチヨーク全開し、負荷120％、100時間耐久運
転の結果、シリンダの焼き付き、リングこう着、
シリンダ異常摩耗が認められず、良好な結果が得
られた。
実施例 ２ 実施例１と同一機種で、ほぼ同一方法でパイプ
材を塑性加工を施こし、洗浄、プラスト後、回転
冶具へ取りつけて120℃まで予熱し、溶射材とし
て鉄線（Ｃ≒0.1％程度の軟鋼材）を用いてアー
ク溶射方法で約２mmの溶射層を外周へ形成し、該
外周にJISADC12を鋳ぐるみ、機械加工を施こ
し、鉄線による溶射層が表面へ露出するようにし
た。このシリンダを他の部品と組み立て２サイク
ルエンジンとして完成させて、チヨーク全開し、
負荷120％、100時間耐久の結果は、実施例１と同
様に良好の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
第１図は１気筒２サイクルエンジンの代表的シ
リンダを示し、第２図は、本発明によるシリンダ
形状に塑性変形させる前のパイプ材を示し、第３
図はパイプの塑性加工を行なう状況を示し、第４
図は塑性加工後のパイプを示し、第５図は、第４
図のパイプに溶射皮膜をその外周へ溶射したもの
を示し、第６図は本発明により完成したシリンダ
を示し、第７図はパイプ材の塑性加工の模様を示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 切削性ならびに塑性加工性の良好な素材を用
    いて、シリンダの内径より若干小さい外径を有す
    るパイプ状に上記素材を加工後、シリンダが必要
    とする内側寸法と同一となるように塑性加工を施
    し、該素材外周面に摺動特性及び潤滑特性を備え
    た溶射材を溶射して皮膜を形成し、この溶射した
    素材の外周をAl合金で鋳ぐるみシリンダ素材と
    した後、そのシリンダ素材の内面を切削して前記
    溶射皮膜を露出させることを特徴とする、２サイ
    クルエンジンシリンダの製造方法。
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