JPH0828705A

JPH0828705A - シリンダライナ

Info

Publication number: JPH0828705A
Application number: JP19096294A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Fukutome; 弘人福留; Tooru Sakono; 徹硲野; Nobuyuki Yamashita; 信行山下
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-02
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3274286B2

Abstract

(57)【要約】【目的】溶射皮膜の摺動特性を低下させずに、皮膜の
密着性を向上させたシリンダライナを提供する。【構成】シリンダライナ１の内周面に溶射皮膜２を形
成した後、溶射皮膜２のうち、ライナ軸方向における非
摺動上端部にのみレーザによる溶融処理を施す。この溶
融処理により、ライナ軸方向における非摺動上端部にお
いて、溶射皮膜が溶融されるとともに、溶射皮膜２との
境界部付近のライナ母材３も溶融されて溶融処理部４が
形成される。溶融処理部４は溶射皮膜２と母材３との境
界部に合金層が形成されるために密着性が高いものとな
る。内周摺動部の溶射皮膜２は溶融処理が施されていな
いため、耐焼き付き性等の摺動特性が低下せず、良好な
摺動特性を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に使用される
シリンダライナに関し、特に内周面に溶射皮膜を被覆し
たシリンダライナに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンの高出力化に伴い、シリ
ンダライナの摺動特性の向上が強く望まれ、内周面に溶
射処理を施すことが提案されている。

【０００３】しかしながら、シリンダライナの内周面に
溶射処理を施した場合、溶射皮膜の密着力が実機運転に
耐えられず、溶射皮膜の端部が浮き上がる現象が見られ
る。また、特に密着性の悪いものでは、溶射後の研磨時
に皮膜の浮き上がりが発生する。

【０００４】そのため、溶射皮膜の密着力を向上させる
方法として、従来より、溶射後に皮膜全面にレーザ等の
高密度エネルギを照射することによって溶射皮膜を溶融
し、母材との境界部に合金層を形成する手法が提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶射皮
膜に高密度エネルギを照射すると、皮膜の耐焼き付き性
等の摺動特性が低下する問題がある。また、レーザ等の
高密度エネルギを溶射皮膜の全面に照射することはコス
トの面でも高くなる。

【０００６】本発明の目的は、溶射皮膜の摺動特性を低
下させずに、皮膜の密着力を向上させたシリンダライナ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、内周面
に溶射皮膜を被覆し、前記溶射皮膜部分に高密度エネル
ギを照射して溶融処理を施し、溶射皮膜と母材とをその
境界部において融着したシリンダライナにおいて、前記
溶融処理部をライナ軸方向における非摺動端部にのみ形
成したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】一般に溶射皮膜に剥離を生じさせる応力は、皮
膜端部に集中するため、剥離は皮膜端部から発生する。
したがって、皮膜端部の密着力を向上させれば、皮膜全
体の耐剥離性を向上できる。これは、シリンダライナの
内周溶射皮膜においても同様である。

【０００９】すなわち、本発明のシリンダライナにおけ
る溶射皮膜は、ライナ軸方向における端部に溶射皮膜と
母材とをその境界部において融着した溶融処理部が形成
されているため、皮膜端部の密着性が向上し、その結
果、内周面に形成されている溶射皮膜全体の耐剥離性を
向上できる。

【００１０】そして、溶融処理部は非摺動端部にのみ形
成しているため、シリンダライナの内周面における摺動
部の摺動特性が低下することはなく、良好な摺動特性を
維持できる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるシリンダライ
ナを示す。図１（ｂ）は溶射処理が施されてシリンダラ
イナ１の内周面に溶射皮膜２が形成された後、シリンダ
ライナ１の内周面における上端の面取り面に面一になる
ように、溶射皮膜２の上端部が研磨加工されたものであ
る。

【００１２】次に、図１（ａ）および図１（ｃ）に示さ
れているように、溶射皮膜２のうち、ライナ軸方向にお
ける非摺動上端部にのみレーザ、電子ビーム、ＴＩＧア
ーク等による溶融処理が施される。

【００１３】この溶融処理により、ライナ軸方向におけ
る非摺動上端部において、溶射皮膜が溶融されるととも
に、溶射皮膜２との境界部付近のライナ母材３も溶融さ
れて溶融処理部４が形成される。溶融処理部４は溶射皮
膜２と母材３との境界部に合金層が形成されるために密
着性が高いものとなる。

【００１４】内周摺動部の溶射皮膜２は溶融処理が施さ
れていないため、耐焼き付き性等の摺動特性が低下せ
ず、良好な摺動特性を維持できる。

【００１５】なお、上記では、溶融処理部４をライナ軸
方向において熱負荷の高い上端部にのみ形成した例を示
したが、非摺動下端部の溶射皮膜部分にも上記と同様に
溶融処理部を形成してもよい。

【００１６】また、溶融処理部４はライナ周方向におけ
る全周にわたって形成する他、周方向において部分的に
形成してもよい。

【００１７】シリンダライナ１の材料は鋼、鋳鉄あるい
はアルミニウム合金等が用いられ、溶射皮膜２の材料と
しては次に示すもの等が用いられる。下記の〜に示
す％は重量比である。

【００１８】６０〜９０％の炭化クロムに次の１種ま
たは２種を１０〜４０％複合させたもの。・Ｃｒ２０〜５０％、残ＮｉのＮｉ−Ｃｒ合金。・Ｃｒ８〜２０％、Ｂ１〜４％、Ｓｉ３〜６％、Ｃ０．
３〜２％、Ｆｅ２〜６％、Ｃｏ１０％以下、残Ｎｉの自
溶性合金。

【００１９】Ｃｒ５０〜７０％、Ｃ３〜９％、残Ｆｅ
の高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金。

【００２０】Ｃｒ５０〜７０％、Ｃ３〜９％、残Ｆｅ
の高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金に次の１種または２種を１０〜
４０％複合させたもの。・Ｃｒ２０〜５０％、残ＮｉのＮｉ−Ｃｒ合金。・Ｃｒ８〜２０％、Ｂ１〜４％、Ｓｉ３〜６％、Ｃ０．
３〜２％、Ｆｅ２〜６％、Ｃｏ１０％以下、残Ｎｉの自
溶性合金。

【００２１】Ｃ０．２５〜２．２％、Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｖの１種または２種以上を１３％以下含む鋼系材
料。

【００２２】図２は本発明のシリンダライナ１が装着さ
れているエンジンのピストン部分の一部分を示す縦断面
図である。シリンダライナ１がシリンダブロック５のボ
アに挿入固定され、シリンダライナ１にピストン６が挿
入されている。ピストン６に形成されているピストンリ
ング溝７にはピストンリング８が装着されており、シリ
ンダライナ１の内周面にピストンリング８の外周面が接
触している。ピストンリング８の材質はマルテンサイト
系ステンレス鋼等からなり、外周面には硬質Ｃｒめっき
９等が被覆されている。

【００２３】以下、上記シリンダライナ１を評価するた
めに、剥離試験と焼き付き試験とを行った。

【００２４】〔耐剥離性の実機試験〕上記シリンダライ
ナ１（材質：ＪＩＳＳＴＫＭ１３機械構造用炭素鋼
鋼管）について、下記の実機運転条件で耐剥離性試験を
行った。実機運転条件：φ８６ｍｍ、直列４気筒、２．２ｌディ
ーゼルエンジンに搭載し、全負荷耐久テスト３００Ｈ
ｒ。

【００２５】溶射皮膜の組成、溶射条件、溶融処理にお
けるレーザ照射条件は、それぞれ表１、表２、表３に示
す。

【００２６】

【００２７】（注１）ＳＣＭ４４０：Ｃ０．３５％、Ｓ
ｉ０．２％、Ｍｎ０．７５％、Ｃｒ１．１％、Ｍｏ０．
２％、残Ｆｅ（重量比）。

【００２８】（注２）ＳＫＤ６１：Ｃ０．４％、Ｓｉ
１．０％、Ｍｎ０．３％、Ｃｒ５．０％、Ｍｏ１．３
％、Ｖ１．０％、残Ｆｅ（重量比）。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】上記耐剥離性試験で明らかなように、ライ
ナ軸方向における非摺動上端部にのみ溶融処理を施した
本実施例のシリンダライナの溶射皮膜は、後加工時（面
取り面の研磨加工や内周面のホーニング仕上げ等）や実
機運転後に浮き上がりや剥離が発生せず、耐剥離性が良
好であるが、溶融処理を施していない比較例のシリンダ
ライナの溶射皮膜は後加工時や実機運転後に浮き上がり
や剥離を発生し、耐剥離性が劣っていることがわかる。

【００３３】次に、往復動摩耗試験機を使用して耐焼き
付き性試験を行った。

【００３４】往復動摩耗試験機と試験条件の詳細は、以
下の通りであった。

【００３５】（１）往復動摩耗試験機図３に往復動摩耗試験機の概略を示す。図３において、
１０は板状の試験片で、試験台１１上に載置固定され、
試験片１０の上面にピン状の試験片１２の先端が油圧ユ
ニット１３によって押接される。この状態で、試験台１
１がクランク機構１４により水平面内を往復動されるこ
とにより摩耗試験が行われる。１５は油圧荷重の表示
計、１６は摩擦力を検出するロードセル、１７は検出し
た摩擦力を記録する記録計である。

【００３６】（２）摺動相手材（ピン状試験片１２）材質が炭素工具鋼（ＪＩＳＳＫ５）で、先端を径１８
ｍｍに球面加工後、硬質Ｃｒめっきを施し、研磨仕上げ
した。

【００３７】（３）試験片（板状試験片１０）材質が炭素鋼（ＪＩＳＳ４５Ｃ）、寸法が１７×１４
×７０（ｍｍ）で、片方の表面（摺動面）に種々の組成
の溶射皮膜を形成した後、研磨仕上げした。

【００３８】（４）試験条件上記試験片において、溶射皮膜にレーザ溶融処理を施し
たものと、レーザ溶融処理を施していないものとについ
て、下記の条件で焼き付き試験を行う。焼き付き試験条件：荷重：初期１０ｋｇ、２ｋｇ／ｍｉｎでステップアッ
プ。速度：１００ｃｐｍ潤滑：軽油相当粘度の潤滑油２５μｌ

【００３９】なお、溶射皮膜の組成、溶射条件、溶融処
理におけるレーザ照射条件は、それぞれ表５、表２、お
よび表３に示す。

【００４０】

【００４１】上記焼き付き試験で明らかなように、溶射
皮膜を被覆したものは、比較例としてのＦＣ２５相当鋳
鉄材よりも耐焼き付き性が優れていることがわかる。ま
た、溶射皮膜を被覆した場合には、レーザ溶融処理を施
さないものの方がレーザ溶融処理を施したものに比較し
て耐焼き付き性が優れていることがわかる。

【００４２】以上の耐剥離性試験および耐焼き付き性試
験から、本発明のシリンダライナは、内周面に被覆され
ている溶射皮膜２の密着性が良好であり、かつ、内周摺
動部の溶射皮膜２に溶融処理は施されていないので、耐
焼き付き性等の摺動特性が良好である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内周溶射シ
リンダライナによれば、摺動特性が良好で、しかも溶射
皮膜の密着性が良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるシリンダライナを示
し、（ａ）はシリンダライナの縦断面図、（ｂ）は溶射
後を示す要部拡大縦断面図、（ｃ）は溶融処理後を示す
要部拡大縦断面図である。

【図２】本発明のシリンダライナを装着しているエンジ
ンのピストン部分の一部分を示す縦断面図である。

【図３】往復動摩耗試験機の概略を示す図である。

【符号の説明】

１シリンダライナ２溶射皮膜３ライナ母材４溶融処理部５シリンダブロック６ピストン７ピストンリング溝８ピストンリング９硬質Ｃｒめっき１０、１２試験片１１試験台１３油圧ユニット１４クランク機構１５油圧荷重表示計１６ロードセル１７記録計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周面に溶射皮膜を被覆し、前記溶射皮
膜部分に高密度エネルギを照射して溶融処理を施し、溶
射皮膜と母材とをその境界部において融着したシリンダ
ライナにおいて、前記溶融処理部をライナ軸方向における非摺動端部にの
み形成したことを特徴とするシリンダライナ。
【請求項２】前記溶融処理部がライナ軸方向における
上端側の非摺動端部にのみ形成されていることを特徴と
する請求項１記載のシリンダライナ。
【請求項３】前記溶融処理部がライナ軸方向における
上端側と下端側との非摺動端部にのみ形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載のシリンダライナ。