JPWO2009044824A1 - シリンダ - Google Patents
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Abstract
Description
2 … 内壁面
3 … 凹部
4 … 行程中央部領域
以下、このような本発明の各態様(シリンダライナタイプおよびライナレスタイプ)について、それぞれ説明する。
本発明の第一態様のシリンダは、シリンダの内側にシリンダライナが固着されており、上記シリンダライナの内壁面に上記複数の凹部が形成されているものである。本態様においては、シリンダの内壁面と、シリンダライナの外壁面とが固着されており、ピストンは上記シリンダライナの内壁面上を摺動するものであるため、上記シリンダライナの外壁面が固着されているシリンダの内壁面には、上記凹部は設けられなくともよく、その代わりに、実際にシリンダが摺動する面である、上記シリンダライナの内壁面に上記凹部が形成される。
以下、このような本態様のシリンダについて、項目に分けて詳細に説明する。
まず、本態様において、上記凹部が形成される領域である行程中央部領域について説明する。
本態様において「行程中央部領域」とは、上述したように、ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、上記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である。例えば、図2に例示するように、ピストンの上方から第1圧力リング、第2圧力リング、オイルコントロールリングの順番で3つのピストンリングが配置されている場合、上記行程中央部領域の上端はオイルコントロールリングのリング溝の下面位置であり、下端は第1圧力リングのリング溝の上面位置である。本態様において上記凹部は、上記行程中央部領域のみに形成され、上記行程中央部領域以外の領域には凹部は形成されない。なお、本態様は、上述したような3本のピストンリングが用いられる構成に限定されるものではなく、ピストンリングが2本の構成(圧力リング、オイルコントロールリングが1本ずつ)や、ピストンリングが1本の構成(ガスシールと、オイルコントロールとを兼ね備えたピストンリング)においても同様に適用することができる。
次に、本態様のシリンダの内側に固着されるシリンダライナの内壁面の上記行程中央部領域に形成される凹部について説明する。
本態様において、上記行程中央部領域に形成される凹部の形状は特に限定されるものではなく、当該凹部の配置等に応じて適宜調整することができる。例えば、図3(a)〜(j)に例示するように、直線および/または曲線から構成される形状の凹部を形成することができる。凹部は、図3(a)〜(c)のような横長の形状でも、図3(d)〜(g)のような縦長の形状でも、図3(h)〜(j)のような縦対横の比率がほぼ等しい形状でもよい。
本態様におけるシリンダライナは、ピストンと組み合せて用いられるシリンダの内壁に固着して用いられるものであり、ピストンに装着されたピストンリングが、その内壁面上を摺動するものである。本態様のシリンダの内側に固着されるシリンダライナは、上記行程中央部領域のみに複数の凹部が形成されており、行程中央部領域の面積を100%としたときの、全凹部の面積の合計が1%〜80%の範囲内であればよく、その寸法や材質等は、共に用いられるシリンダの寸法や運転温度等に応じて適宜調整することができる。
本態様において用いられるシリンダは、上述したような凹部が形成されたシリンダライナを、その内部に固着できるものであればよく、その寸法や材質等は、当該シリンダが用いられるエンジンや圧縮機等の寸法や運転温度等に応じて適宜調整することができる。
本発明の第二態様のシリンダは、上記「第一態様」のようなシリンダライナは固着されておらず、シリンダの内壁面に直に上記凹部が形成されており、ピストンが当該シリンダの内壁面上を直に摺動するものである。
[実施例1]
以下の方法によりシリンダライナを加工し、当該シリンダライナの往復動摩擦力を測定した。
図8に示す寸法(mm)を有するシリンダライナ(材質:FC250)の行程中央部領域に、図9に示すマスキングシートを用い、以下の手順で凹部を形成した。凹部は、図5(a)に示す形状および配置で形成した。
(1)シリンダライナの内壁面に上記マスキングシートを貼る。
(2)図10に示すように、銅板製円筒91(板厚:0.5mm、円筒外径:74mm)をシリンダライナ92に挿入し、銅板製円筒91とシリンダライナ92との隙間が均一となるように固定する。
(3)上記(2)のシリンダライナ92を容器93に入れる。
(4)上記容器93に腐食溶液94を注ぐ。
(5)上記シリンダライナ92を陽極、上記銅板製円筒91を陰極として1.5Vの電圧を印加し、電解腐食を行なう。
(6)5分間腐食した後、上記容器93からシリンダライナ92を取り出す。この際の凹部の寸法は、シリンダ周方向長さを0.8mm、シリンダ軸方向長さを0.8mm、シリンダ径方向平均長さを20μmとした。凹部の形状(寸法)は、シリンダ周方向長さ及びシリンダ軸方向長さについては、樹脂を使用してシリンダ内壁面の形状を転写して測定した。また、シリンダ径方向平均長さは、表面粗さ・輪郭形状測定機を用い、上記測定機のプローブをシリンダ軸方向へ移動させて測定したときの平均値である。
上記手順で加工したシリンダライナの往復動摩擦力(N)を図11に示す装置を用いて測定した。この際に用いた試験片ピストンリングの軸方向長さh1は1.2mm、径方向長さa1は3.2mm、ピストンリングの接線方向張力Ftは9.8Nであった。また、往復動摩擦力の測定時の回転数は50〜750rpm、ピストンリング周辺温度は80℃であり、供試油はSAE粘度10W−30のものを用いた。
シリンダライナの内壁面の凹部が形成されていない個所の十点平均粗さRzが2μm、凹部のシリンダ径方向平均長さが10μm、回転数が750rpmの際に、上述した面積率が0%、1%、10%、30%、50%、60%、80%、90%の場合の測定結果を図12に示す。図12においては、上記凹部が形成されていない、上記面積率が0%の従来品の摩擦力を1.00としたときの摩擦力比を示す。図12から、上記面積率が1%〜80%の範囲においては、効果的に摩擦力が低減されており、摩擦力は上記面積率が50%の時に最小となることが分かる。これは、上記面積率を増加させていくと、50%までは接触面積の減少効果により摩擦力が減少し、上記面積率が50%を超えると接触面積が小さくなることによって摺動部の面圧が過剰に高くなり、摩擦力が増加することに起因するものと考えられる。
図11に示す装置を用いて、摩擦力による機械的損失(FMEP)を求めた。その際の試験方法は、ピストンに試験片ピストンリングをセットし、馴染み運転をした後、オイル温度80℃にてエンジンスピードに相当する回転数を変化させて、摩擦力を測定した。本実施例においては、行程中央部領域のみに凹部が形成されたシリンダライナ(実施例2)、凹部が形成されていないシリンダライナ(比較例2−1)、摺動端のみに凹部が形成されたシリンダライナ(比較例2−2)、摺動端および行程中央部領域に凹部が形成されたシリンダライナ(比較例2−3)について、摩擦力を測定した。なお、上記行程中央部領域に凹部を形成する場合は、上記行程中央部領域の面積を100%としたときに、全凹部の面積の合計が50%となるように形成した。また、上記摺動端とは、図11に例示する装置のシリンダライナの、上記シリンダライナの上端からピストンの上死点における試験片ピストンリングのリング溝の下面位置までの領域(上側摺動端)、およびピストンの下死点における試験片ピストンリングのリング溝の上面位置から上記シリンダライナの下端までの領域(下側摺動端)を意味するものとする。
Claims (7)
- ピストンが内壁面を摺動するシリンダであって、
前記シリンダの内壁面のうち、前記ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、前記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である行程中央部領域に複数個の凹部が形成されており、
前記行程中央部領域の面積を100%としたときの、全凹部の面積の合計が1%〜80%の範囲内であり、
前記シリンダの内壁面の、前記行程中央部領域以外の領域には前記凹部が形成されていないことを特徴とするシリンダ。 - 前記シリンダの内側にシリンダライナが固着されており、前記シリンダライナの内壁面に前記複数個の凹部が形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のシリンダ。
- 前記行程中央部領域の、シリンダ周方向の全ての断面には、前記複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部が形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載のシリンダ。
- 前記行程中央部領域の、前記凹部が形成されていない個所の十点平均粗さRzが4μm以下であることを特徴とする請求の範囲第1項から第3項のいずれかに記載のシリンダ。
- 前記凹部のシリンダ軸方向の平均長さが、用いられるピストンリングのうちの、最上位のピストンリングの前記シリンダ軸方向の長さ以下であることを特徴とする請求の範囲第1項から第4項のいずれかに記載のシリンダ。
- 前記凹部のシリンダ径方向の平均長さが2μm〜1000μmの範囲内であることを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のいずれかに記載のシリンダ。
- 前記シリンダが、内燃機関に用いられることを特徴とする請求の範囲第1項から第6項のいずれかに記載のシリンダ。
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