特許 5678416 シリンダライナーおよびシリンダブロック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5678416

(24)【登録日】2015年1月16日

(45)【発行日】2015年3月4日

(54)【発明の名称】シリンダライナーおよびシリンダブロック

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/00 20060101AFI20150212BHJP

【ＦＩ】

   F02F1/00 G

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2009-189189(P2009-189189)

(22)【出願日】2009年8月18日

(65)【公開番号】特開2011-38494(P2011-38494A)

(43)【公開日】2011年2月24日

【審査請求日】2012年7月5日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】飯島 章

【審査官】 山田 由希子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０２９１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２００２／０４０７４３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−０６１１３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ １／００

Ｆ０２Ｆ １／２０

Ｆ１６Ｊ １／００−１／２４

Ｆ１６Ｊ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンのピストンを摺動可能に収容するシリンダボアを区画形成すると共に、そのシリンダボアの内周面に前記ピストンとの焼付きを防止するための表面処理が施されたボロン鋳鉄又は鋳鉄で形成されるシリンダライナーにおいて、
前記表面処理が、二硫化モリブデンからなる粒径が５−２０μｍの微粒子ショット材を用いて前記シリンダボアの内周面に、前記シリンダボアの内周面に衝突する二硫化モリブデンの一部のみが前記シリンダボアの内周面に埋め込まれるようにショットピーニングを施して、前記シリンダボアの内周面に二硫化モリブデンによるディンプルを形成すると共に、前記シリンダボアの内周面に前記二硫化モリブデンの一部を１−２μｍ埋め込んだものであることを特徴とするシリンダライナー。

【請求項2】

エンジンのピストンを摺動可能に収容するシリンダボアが鋳鉄又はクロム鋳鉄で形成されると共に、そのシリンダボアの内周面に前記ピストンとの焼付きを防止するための表面処理が施されたシリンダブロックにおいて、
前記表面処理が、二硫化モリブデンからなる粒径が５−２０μｍの微粒子ショット材を用いて前記シリンダボアの内周面に、前記シリンダボアの内周面に衝突する二硫化モリブデンの一部のみが前記シリンダボアの内周面に埋め込まれるようにショットピーニングを施して、前記シリンダボアの内周面に二硫化モリブデンによるディンプルを形成すると共に、前記シリンダボアの内周面に前記二硫化モリブデンの一部を１−２μｍを埋め込んだものであることを特徴とするシリンダブロック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのピストンを摺動可能に収容するシリンダボアが形成されたシリンダライナーおよびシリンダブロックに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、エンジンのピストンは、シリンダブロックに形成されたシリンダボアや、シリンダブロックに組み込まれたシリンダライナーに収容されている。

【0003】

従来、シリンダライナーやシリンダブロックでは、ピストンとシリンダボアとの焼付き（スカッフ）を防止するために、シリンダボアの内周面にクロスハッチ加工が施されている（例えば特許文献１参照）。

【0004】

例えば、シリンダライナーのクロスハッチ加工は、図４に示すように、シリンダボア８１の内周面８２をカッタなどにより削りクロスハッチ状の微小な溝（条痕）８３を形成するものである。クロスハッチ加工が施されたシリンダライナー（ブロック）では、クロスハッチ部分に潤滑オイルを溜めることによりピストンとの焼付き（スカッフ）を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−７８３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、クロスハッチ加工ではシリンダボアの内周面を削っていることから、図４（ｂ）に示すように条痕に沿ってバリが存在してクロスハッチが毛羽立っており、クロスハッチはピストンとの摺動抵抗が増大させる原因となっていた。

【0007】

このように、クロスハッチ加工が施されたシリンダライナー（ブロック）は、ピストンとの摺動抵抗が大きいという問題があった。

【0008】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、スカッフを防止しつつ、ピストンとの摺動抵抗を減らすことができるシリンダライナーおよびシリンダブロックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために本発明は、エンジンのピストンを摺動可能に収容するシリンダボアを区画形成すると共に、そのシリンダボアの内周面に前記ピストンとの焼付きを防止するための表面処理が施されたボロン鋳鉄又は鋳鉄で形成されるシリンダライナーにおいて、前記表面処理が、二硫化モリブデンからなる粒径が５−２０μｍの微粒子ショット材を用いて前記シリンダボアの内周面に、前記シリンダボアの内周面に衝突する二硫化モリブデンの一部のみが前記シリンダボアの内周面に埋め込まれるようにショットピーニングを施して、前記シリンダボアの内周面に二硫化モリブデンによるディンプルを形成すると共に、前記シリンダボアの内周面に前記二硫化モリブデンの一部を１−２μｍ埋め込んだものである。

【0010】

上記目的を達成するために本発明は、エンジンのピストンを摺動可能に収容するシリンダボアが鋳鉄又はクロム鋳鉄で形成されると共に、そのシリンダボアの内周面に前記ピストンとの焼付きを防止するための表面処理が施されたシリンダブロックにおいて、前記表面処理が、二硫化モリブデンからなる粒径が５−２０μｍの微粒子ショット材を用いて前記シリンダボアの内周面に、前記シリンダボアの内周面に衝突する二硫化モリブデンの一部のみが前記シリンダボアの内周面に埋め込まれるようにショットピーニングを施して、前記シリンダボアの内周面に二硫化モリブデンによるディンプルを形成すると共に、前記シリンダボアの内周面に前記二硫化モリブデンの一部を１−２μｍを埋め込んだものである。

【0011】

好ましくは、前記微粒子ショット材の粒径が５−２０μｍであるものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、スカッフを防止しつつ、ピストンとの摺動抵抗を減らすことができるという優れた効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明に係る一実施形態によるシリンダライナーの概略構造図である。

【図2】図２は、摩擦変動試験の試験結果のグラフである。

【図3】図３は、他の実施形態によるシリンダブロックの概略構造図である。

【図4】図４（ａ）は、従来のシリンダライナーの概略構造図であり、（ｂ）はクロスハッチ部分の一部拡大写真である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

【0015】

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、シリンダライナーを対象とするものであり、例えば車両に搭載されたディーゼルエンジンなどに適用される。

【0016】

図１に基づき、本実施形態のシリンダライナーの概略構造を説明する。

【0017】

図１に示すように、シリンダライナー１は、エンジン２のピストン３が摺動可能に収容されるシリンダボア５を区画形成すると共に、そのシリンダボア５の内周面（以下、ボア内周面という）６にピストン３との焼付き（スカッフ）を防止するための表面処理（以下、スカッフ防止表面処理という）が施されたものである。

【0018】

本実施形態のシリンダライナー１は、スカッフ防止表面処理として、従来のクロスハッチ加工の代わりに、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）からなる微粒子ショット材を用いてボア内周面（ピストン３との摺動面）６にショットピーニングを施してボア内周面６に二硫化モリブデンを埋め込んだものである。

【0019】

すなわち、本実施形態のシリンダライナー１は、クロスハッチ加工を廃止したものである。その際スカッフ防止のためにシリンダライナー１の内周の表面（ボア内周面６）に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）の固体潤滑剤をショットピーニングで埋め込んだものである。

【0020】

より具体的には、エンジン２のシリンダブロック２１に、上下に延びるライナ収容穴２２が形成されており、そのライナ収容穴２２にシリンダライナー１が挿入、嵌合される。

【0021】

シリンダライナー１は、上下に延びるほぼ円筒形状を有する。シリンダライナー１は、例えば、ボロン鋳鉄や鋳鉄などからなり鋳造により成形される。シリンダライナー１は、ライナ収容穴２２内に嵌め込まれると共にシリンダライナー１の上端部に形成されたフランジ１１をライナ収容穴２２の上端に形成された段差部２２１に当接させてシリンダブロック２１に組み付けられる。

【0022】

このシリンダライナー１の内周にシリンダボア５が区画形成され、そのシリンダボア５内に、ピストン３が上下に往復動可能に配置される。

【0023】

ピストン３は、図示しないコンロッドを介してクランクシャフトに連結される。ピストン３の外周面には、複数のリング溝（図例では上から順に、トップリング溝３１、セカンドリング溝３２、オイルリング溝３３）が上下方向に所定の間隔を隔てて形成される。トップリング溝３１およびセカンドリング溝３２には燃焼ガスをシールするためのコンプレッションリング３４、３５が嵌め合わされ、オイルリング溝３３には、潤滑オイルを掻き落とすためのオイルリング３６が嵌め合わされる。オイルリング溝３３は、ピストン３に形成されたオイル穴（図示せず）に接続され、そのオイルリング溝３３からの潤滑オイルがピストン３とシリンダライナー１との間に供給される。

【0024】

これらコンプレッションリング３４、３５およびオイルリング３６が、シリンダライナー１のボア内周面６に摺接する。

【0025】

次に、本実施形態によるスカッフ防止表面処理について説明する。

【0026】

まず、シリンダライナー１内に、微粒子ショット材を噴射するためのノズルを挿入し、そのノズルの噴口をボア内周面６に臨ませる。そのノズルに圧縮空気と二硫化モリブデンからなる微粒子ショット材とを供給し、圧縮空気により微粒子ショット材をボア内周面６に吹き付ける。

【0027】

これにより、ノズルから噴射された微粒子ショット材がボア内周面６に衝突し、その衝突によってボア内周面６に、潤滑オイルを保持するためのディンプル（窪み）が形成される。また、ボア内周面６に衝突した微粒子ショット材（二硫化モリブデン）の一部がボア内周面６（表面）に１−２μｍ程度、埋め込まれる。

【0028】

この微粒子ショット材の噴射を行いつつ、ノズルをシリンダボア５の周方向の全周に、かつ軸方向にシリンダボア５の全長に移動させて、ボア内周面６のほぼ全域にスカッフ防止表面処理（ショットピーニングおよび二硫化モリブデンの埋め込み）を施す。このスカッフ防止表面処理を、一つのシリンダライナー１につき約３０秒−５分の処理時間で行う。

【0029】

ここで、微粒子ショット材（二硫化モリブデン）の粒径は、５μｍ以上２０μｍ未満であり、より好ましくは約１０μｍである。これは、粒径が５μｍ未満の場合、ボア内周面６に潤滑オイルを保持するのに十分なサイズ（大きさ、深さ）のディンプルを形成できないためである。また、粒径が２０μｍ以上の場合、ボア内周面６に形成されるディンプルのサイズが大きくなり過ぎ、ボア内周面６の粗さが粗くなり摺動抵抗が大きくなってしまう。

【0030】

また、ノズルの噴射圧力（圧縮空気の圧力）は、８−１０気圧（８１０．６ｋ−１０１３．２５ｋＰａ）である。

【0031】

本実施形態のシリンダライナー１によれば、エンジン２の運転時に、ボア内周面６に形成されたディンプルにより潤滑オイルが保持され、シリンダボア５とピストン３とのスカッフが防止される。また、ボア内周面６に埋め込まれた二硫化モリブデンが固体潤滑剤として作用し、シリンダボア５とピストン３との摺動抵抗が低減される。

【0032】

すなわち、本実施形態では、スカッフを発生させることなくシリンダライナー１のクロスハッチ加工を廃止することができ、ピストン３との摺動抵抗を減らすことができる。ひいては内燃機関（エンジン２）のフリクションを減らし燃費を向上させることができる。

【0033】

次に、本実施形態によるシリンダライナーの単品試験結果を示す。

【0034】

図２は、異なるスカッフ防止表面処理を施したシリンダライナーについて、摩擦力変動を５分（５ｍｉｎ）、２時間（２Ｈｒ）、８時間（８Ｈｒ）ごとに測定した結果を示す。

【0035】

図２において、ＭｏＳ₂ショットは、本発明の実施例であり、ボロン鋳鉄製のシリンダライナーのボア内周面に、粒径１０μｍの二硫化モリブデンを微粒子ショット材として用い噴射圧力８−１０気圧で２０秒間ショットピーニングを施した。

【0036】

無処理（ＦＣ）は、従来例であり、ボア内周面にクロスハッチ加工を施したシリンダライナーの試験結果である。

【0037】

Ｓｎショットは、Ｓｎを微粒子ショット材として用い、それ以外はＭｏＳ₂ショットと同様の処理を施したシリンダライナーの試験結果である。

【0038】

マイクロディンプルは、セラミックビーズを微粒子ショット材として用い、それ以外はＭｏＳ₂ショットと同様の処理を施したシリンダライナーの試験結果である。なお、マイクロディンプルでは、ボア内周面にディンプルの形成のみがなされ、セラミックビーズが埋め込まれない。

【0039】

ＭＤ＋Ｓｎショットは、マイクロディンプルのシリンダライナーに、さらにＳｎショットと同様の処理を施したシリンダライナーの試験結果である。

【0040】

ＭＤ＋ＭｏＳ₂ショットは、マイクロディンプルのシリンダライナーに、さらにＭｏＳ₂ショットと同様の処理を施したシリンダライナーの試験結果である。

【0041】

試験は、ピストンとシリンダライナーとの間に潤滑オイルを一滴だけたらし、その後は給油をしないでピストンとシリンダライナーを摺動（往復動）させて行ったものであり、試験中の摩擦力の変化を測定した。その測定値から、最大摩擦力Ｍａｘを最小摩擦力Ｍｉｎで割った値を求めて摩擦力変動として評価した。

【0042】

図２に示すように、実施例（ＭｏＳ₂ショット）は、５分、２時間、８時間における摩擦力変動が全体的に低く、また時間の経過と共に摩擦力変動が減少する傾向にあり、従来例に比べて良好な摺動性能（低摩擦性）であった。また、スカッフの様相は全くなかった。

【0043】

これに対して、Ｓｎショット、マイクロディンプル、ＭＤ＋Ｓｎショット、ＭＤ＋ＭｏＳ₂ショットは、どの処理も条痕加工なしであるものの、従来例とほぼ同等の摩擦力変化しか得られなかった。

【0044】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。本実施形態は、第１の実施形態とは、ライナレスのシリンダブロック２１を対象とする点が異なり、ピストン３など他の部材は同様の構成となっている。そこで、第１の実施形態と同一の要素には、同一の符号を付し説明を省略する。

【0045】

図３に基づき、本実施形態のシリンダブロック１０１の概略構造を説明する。

【0046】

図３に示すように、シリンダブロック１０１には、ピストン３を上下に往復動可能に収容するためのシリンダボア１０５が設けられる。例えば、シリンダブロック１０１は、鋳鉄やクロム鋳鉄などからなり鋳造により成形される。シリンダボア１０５は、断面円形で上下に延び、内部にピストン３が摺動可能に収容される。シリンダボア１０５の内周面（以下、ボア内周面という）１０６には、ピストン３との焼付きを防止するためのスカッフ防止表面処理が施される。

【0047】

本実施形態のスカッフ防止表面処理は、第１の実施形態と同様に、二硫化モリブデンからなる微粒子ショット材を用いてボア内周面（ピストン３との摺動面）１０６にショットピーニングを施して、ボア内周面１０６に二硫化モリブデンを埋め込んだものである。

【0048】

これにより、本実施形態でも第１の実施形態と同様の効果が得られ、スカッフを防止しつつ、ピストン３との摺動抵抗を減らすことができる。

【符号の説明】

【0049】

１ シリンダライナー
２ エンジン
３ ピストン
５、１０５ シリンダボア
６、１０６ ボア内周面
２１、１０１ シリンダブロック

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】