专利名称：气缸的制作方法
技术领域：
本发明涉及活塞在其内壁面滑动的气缸，尤其涉及能够降低与活塞的往复动摩擦 的气缸。
背景技术：
以变暖为首的环境问题在全球范围内备受关注，面向减少大气中的0)2的内燃机 的燃料利用率改善技术的开发成为重要的课题，作为其中的一个环节，要求降低用于发动 机等的滑动构件的摩擦损耗。鉴于此，近些年，耐磨性及防烧结性优良且能够最大限度地体 现摩擦力的降低效果的滑动构件的材料、表面处理、改质的技术的开发不断发展。为了改善内燃机的燃料利用率等，提高使用气缸的装置的能量转换效率，有效的 方法是降低摩擦损耗。尤其在进行往复运动的活塞环与气缸的内壁面之间降低摩擦有效。 为了减少上述往复动摩擦，减小气缸内壁面的表面粗糙度成为有效的方法，但是，当表面粗 糙度过于小时，由于几乎没有保持于该内壁面的润滑油，因此存在防烧结性降低这样的不 良情况。为了提高防烧结性，在专利文献1中将气缸套形成为其内表面的表面粗糙度从活 塞的上止点侧向下止点侧变大。但是，在专利文献1中，由于下止点附近及行程中央部的上 述表面粗糙度大，因此，存在往复动摩擦增大这样的不良情况。另外，在专利文献2中公开有通过在活塞套的内壁面形成凹坑来降低活塞环与气 缸套的往复动摩擦的技术。在专利文献2中，根据滑动速度的不同将气缸套沿气缸的轴向 分割成多个区域，并使每个区域的凹坑的形状不同，由此提高了往复动摩擦的降低效果。但 是，在专利文献2中，在滑动面的至少滑动构件折返的滑动端附近部分形成有多个圆形形 状的凹坑。由于活塞到达上止点、下止点时滑动速度变慢，因此在上述滑动端附近部分形成 有凹坑的情况油膜变薄，容易引起金属接触，从而产生摩擦力变大这样的不良情况。专利文献日本特开平8-200145号公报专利文献日本特开2007-46660号公报
发明内容
本发明鉴于上述的问题点而提出，其主要目的在于提供一种能够在活塞环滑动的 区域降低活塞环与气缸的内壁面的往复动摩擦的气缸。为了完成上述目的，本发明提供一种气缸，该气缸中，活塞在其内壁面滑动，其特 征在于，在行程中央部区域形成有多个凹部，该行程中央部区域为在所述气缸的内壁面 中，从所述活塞在上止点时的最下位的活塞环的环槽的下面位置到所述活塞在下止点时的 最上位的活塞环的环槽的上面位置之间的区域，将所述行程中央部区域的面积作为100% 时的所有凹部的面积的合计在 80%的范围内，在所述气缸的内壁面的所述行程中央 部区域以外的区域未形成有所述凹部。在本发明中，由于使气缸的内壁面的表面加工由于气缸轴向的位置而不同，因此， 能够在气缸滑动的区域中降低活塞环与气缸的内壁面的往复动摩擦。另外，通过将上述行程中央部区域中的上述凹部的形成面积率形成在上述范围内，能够使接触面积变小，能够 将润滑油的抗剪力弓I起的摩擦力维持为较小。在本发明中，也可以在上述气缸的内侧固装气缸套，在所述气缸套的内壁面形成 上述多个凹部。是由于本发明在将上述那样的凹部形成在固装于上述气缸内侧的气缸套的 内壁面上且使这样的气缸套的内壁面与活塞滑动的情况下，能够得到与不形成气缸套而在 气缸的内壁面形成凹部的情况相同的效果。在上述发明中，优选在所述行程中央部区域的气缸周向的所有剖面形成有所述多 个凹部中的至少一个凹部。由此，通过将多个凹部以在气缸轴向重叠的方式形成，能够有效 且平均地降低接触面积。另外，在上述发明中，优选所述行程中央部区域的未形成所述凹部的部位的十点 平均粗糙度Rz为4pm以下。由此，即使形成上述凹部的情况下也能够降低往复动摩擦。此 外，所述十点平均粗糙度Rz是由JISB0601-1994规定的粗糙度。在上述发明中，优选所述凹部的气缸轴向的长度为使用的活塞环中的最上位的活 塞环的所述气缸轴向的长度以下。由此能够将气缸内的气密性维持为较高。在上述发明中，优选所述凹部的气缸径向的平均长度在2 ii m 1000 y m的范围 内。由此，能够有效地降低往复动摩擦的润滑油的抗剪力的影响。在本发明中，所述气缸可以用于内燃机。是因为，由于气缸多用于内燃机，而能量 转换效率的提高是尤其被要求的范围，因此通过使用本发明的气缸，能够得到高的效果。本发明的气缸能够在活塞环滑动的区域降低活塞环与气缸的内壁面的往复动摩 擦，起到能够提高使用上述气缸的装置的能量转换效率的效果。
图1是示出在本发明的气缸的内侧固装的气缸套内壁面的凹部的形成位置的一 个例子的说明图。图2是示出本发明的气缸的行程中央部区域的范围的一个例子的说明图。图3是示出在本发明的气缸中形成的凹部的形状的例子的简要展开图。图4是示出本发明的气缸的凹部的配置的一个例子的简要展开面图。图5是说明在本发明的气缸中形成的凹部的尺寸位置的简要展开图及简要剖面 图。图6是示出本发明的气缸的凹部的配置的另一个例子的简要展开图。图7是说明本发明的气缸的面积率的简要剖面图及简要展开图。图8是示出本发明的实施例中使用的气缸套的尺寸的简要剖面图。图9是示出在本发明的实施例中用于凹部的形成的掩模片的简要俯视图。图10是示出在本发明的实施例中凹部的形成时的状态的简要剖面图。图11是示出在本发明的实施例中为了测定往复动摩擦而使用的装置的结构的简 要剖面图。图12是示出本发明的实施例的测定结果的图。图13是示出本发明的实施例的测定结果的图。图14是示出本发明的实施例的测定结果的图。
图15是示出本发明的实施例的测定结果的图。[符号说明]1气缸套2内壁面3 凹部4行程中央部区域
具体实施例方式本发明的气缸为活塞在内壁面滑动的气缸，其特征在于，在行程中央部区域形成 有多个凹部，其中该行程中央部区域为上述气缸的内壁面中的从上述活塞上止点时的最 下位的活塞环的环槽的下面位置到上述活塞下止点时的最上位的活塞环的环槽的上面位 置的之间的区域，将上述行程中央部区域的面积作为100%时的所有凹部的面积的合计在
80%的范围内，在上述气缸的内壁面的上述行程中央部区域以外的区域未形成上述 凹部。本发明的气缸只要形成有上述那样的凹部即可，没有特别地限定。本发明的气 缸由于形成上述凹部的内壁面的形状不同而起到降低与活塞的往复动摩擦的效果，由此， 只要是与活塞组合使用且该活塞在气缸的内面上滑动的气缸，不论气缸的用途、种类、材质 等，都能够得到同样的效果。因此，本发明的气缸除了机动车或飞机的发动机等内燃机、斯 特林发动机等外燃机，还能够作为压缩机等热机以外的气缸使用。另外，虽然气缸有在内侧固装有气缸套且活塞在上述气缸套的内壁面上滑动的气 缸(以下，存在形成气缸套类型的情况)和没有固装上述气缸套而活塞直接在气缸的内壁 面上滑动的气缸(以下，存在形成无套类型的情况)，但是本发明无论这样的气缸套的有无 都能够适用。以下，分别对这样的本发明的各方式(气缸套类型及无套类型)进行说明。A、第一方式(气缸套类型)本发明的第一方式的气缸是在气缸的内侧固装有气缸套且在上述气缸套的内壁 面形成有上述多个凹部的气缸。在本方式中，由于气缸的内壁面与气缸套的外壁面固装，且 活塞在上述气缸套的内壁面上滑动，因此在固装上述气缸套的外壁面的气缸的内壁面可以 不设置上述凹部，代替于此，在实际上作为气缸滑动的面的上述气缸套的内壁面形成有上 述凹部。以下，使用附图对本方式的气缸进行说明。图1是示出在本方式的气缸的内侧固 装的气缸套中的气缸套内壁面的凹部的形成位置的一个例子的说明图。如图1所示，在本 方式的气缸套1的内壁面2形成有多个凹部3。上述凹部3仅在气缸套1的内壁面2中的 行程中央部区域4形成，在上述行程中央部区域4以外的区域未形成凹部3。上述行程中央 部区域4是从活塞在上止点时的最下位的活塞环的环槽的下面位置到上述活塞在下止点 时的最上位的活塞环的环槽的上面位置之间的区域。图2是示出在本方式的气缸的内侧固装的气缸套的上述行程中央部区域4的范围 的一个例子的简要剖面图。图2是在同一剖面图上示出的活塞往复运动时的在上止点停止 位置的活塞21a和在下止点停止位置的活塞21b的图。上述行程中央部区域4是气缸套1的内壁面2中从在上止点停止位置时的活塞21a的最下位的活塞环22的环槽23的下面24 位置到在下止点停止位置21b时的最上位的活塞环25的环槽26的上面27位置之间的区 域。图2表示使用三根活塞环(第一压力环、第二压力环、甩油环)的结构的活塞，最下位 的活塞环22为甩油环，最上位的活塞环25为第一压力环。为了提高使用气缸的装置的能量转换效率、例如提高发动机的燃料利用率，有效 的方法是降低活塞环与气缸的内壁面(在本方式中为气缸套的内壁面)的摩擦损耗。摩 擦损耗的降低方法由于滑动条件而不同，尤其由于活塞具有在上下止点时速度为零等的特 征，因此由于滑动的位置而不同。因此，在本方式的气缸的内侧固装的气缸套中，通过仅在 气缸套的内壁面的行程中央区域形成凹部，能够在滑动行程的整个区域降低摩擦力。即，通过在活塞的移动速度比较小的上止点附近及下止点附近使气缸套的内壁面 的表面粗糙度变小，能够实现往复动摩擦的降低。但是，在气缸套的内壁面与活塞环的滑动 速度大的区域的行程中央部区域上润滑油的抗剪力的影响变大。因此，在本方式中，通过在 气缸的内侧固装的气缸套的内壁面中的上述行程中央部区域形成凹部，使活塞环与气缸套 的内壁面的接触面积变小，由此能够降低润滑油的抗剪力的影响。在活塞环滑动的整个区域形成凹部(在行程中央部区域以外的区域也形成凹部) 时，由于上述接触面积变小而接触面压力增加，在上止点、下止点附近形成边界润滑，因此 摩擦力增加。以下，分项对这样的本方式的气缸进行详细地说明。1、行程中央部区域首先，在本方式中，对作为形成有上述凹部的区域的行程中央部区域进行说明。在本方式中，所谓“行程中央部区域”如上所述，为从活塞在上止点时的最下位的 活塞环的环槽的下面位置到上述活塞在下止点时的最上位的活塞环的环槽的上面位置之 间的区域。例如，如图2所示，在从活塞的上方以第一压力环、第二压力环、甩油环的顺序配 置有三个活塞环时，上述行程中央部区域的上端为甩油环的环槽的下面位置，下端为第一 压力环的环槽的上面位置。在本方式中，仅在上述行程中央部区域形成凹部，在上述行程中 央部区域以外未形成凹部。此外，本方式不局限于使用上述那样三根的活塞环的结构，在两 根活塞环的结构(压力环、甩油环各一根)或一根活塞环的结构(兼作气体密封、甩油环的 活塞环)上也同样能够适用。2、凹部接下来，对在本方式的气缸的内侧固装的气缸套的内壁面的上述行程中央部区域 形成的凹部进行说明。在本方式中，在上述行程中央部区域形成的凹部没有特别地限定，能够根据该凹 部的配置等进行适当调整。例如，如图3(a) (j)所示，能够形成由直线及/或曲线构成 的形状的凹部。凹部可以是图3(a) (c)那样横长的形状、图3(d) (g)那样纵长的形 状、图3(h) (j)那样纵对横的比例大致相等的形状。另外，在本方式中，为了有效且平均地减少接触面积，优选在上述行程中央部区域 的气缸周向的所有剖面形成有上述多个凹部中的至少一个凹部。当考虑周向的剖面时，若 在某个剖面未形成凹部，则活塞环通过该剖面时，与通过形成有多个凹部的剖面时相比，活 塞环与气缸套的内壁面的接触面积变大。因此，通过未形成凹部的剖面时，润滑油的抗剪力的影响变大，结果往复动摩擦也变大。与此相对，如上所述，在行程中央部区域中，在气缸周向的所有剖面都形成有上述 多个凹部中的至少一个凹部时，活塞环通过行程中央部区域内的任意周向剖面时都能够可 靠且平均地降低接触面积，由此也能够可靠地降低往复动摩擦，能够得到较高的往复动摩 擦力降低效果。在本方式中，作为在“气缸周向的所有剖面形成有上述多个凹部中的至少一个凹 部”的状态的例子，可以列举有图4(a)或(b)那样的情况。图4(a)及(b)是示出上述的图 1的行程中央部区域4中的凹部3的配置的一个例子的简要展开图。在图4(a)及(b)中， 附图的上下方向为气缸的轴向，附图的左右方向为气缸的周向。如图4(a)所示，沿气缸周 向引出的线X的凹部3a的最下点5a位于比在下方最接近其的凹部3b的最上点6b更靠下 侧的位置。另外，沿气缸周向引出的线Y的凹部3b的最下点5b位于比在下方最接近其的 凹部3c的最上点6c更靠下侧的位置。如此，将上下接近的凹部配制成在气缸轴向彼此重 叠，由此在气缸周向的所有的剖面上都能够形成上述多个凹部中的至少一个凹部。通过以 上方法，在活塞往复运动时，在行程中央部区域中，滑动的活塞环位于气缸轴向的任意位置 都能够使其与气缸内壁面的接触面积变小，在降低往复动摩擦上奏效。在此，图4(b)也与图4(a)同样，是示出上述的图1的行程中央部区域4中的凹部 3的配置的一个例子的简要展开图。在图4(b)中也是附图的上下方向为气缸的轴向，附图 的左右方向为气缸的周向。在图4(a)中，凹部3遍及气缸轴向以均勻的面积率(将行程中 央部区域的面积作为100%时的所有凹部的面积的合计的比例)形成，但是不局限于该方 式，也可以如图4(b)所示，在气缸轴向的行程中央部区域4的端部附近使凹部3的面积率 变小，在行程中央部区域4的中央部附近使凹部的面积率变大。在本方式中，上述凹部的尺寸没有特别地限定，可以根据气缸或同时使用的活塞 环的尺寸等进行适当调整。上述凹部可以形成为沿轴向贯穿上述行程中央部区域，但是，从 气缸的气密性保持的观点出发，优选上述凹部的气缸轴向的平均长度为使用的活塞环中的 最上位的活塞环的上述气缸轴向的长度以下。另外，为了能够充分地得到形成上述凹部的 效果，上述凹部的气缸轴向平均长度为0. 2mm以上，优选为0. 5mm以上。上述凹部的气缸周向平均长度在0. 1mm 15mm的范围内，优选在0. 3mm 5mm的 范围内。当上述凹部的气缸周向平均长度不到上述范围时，存在不能够充分地得到形成凹 部的效果的情况。相反，当周向平均长度超过上述范围时，活塞环的一部分进入上述凹部 内，存在产生活塞环变形等不良情况。上述凹部的气缸径向平均长度在2iim lOOOiim的范围内，优选在2iim 500 y m的范围内，尤其优选在2 y m 50 y m的范围内。当上述凹部的气缸径向平均长度 不满足上述范围时，存在不能够充分地得到形成凹部的效果的情况。相反，当径向平均长度 超过上述范围时，加工困难，并且产生需要使气缸套的径向长度变长(壁厚变厚)等不良情 况。在本方式中，上述凹部间的气缸周向平均长度在0. 1mm 15mm的范围内，优选在 0. 3mm 5mm的范围内。当上述凹部间的气缸周向平均长度不满足上述范围时，活塞环活动 的气缸套的内壁面的宽度过于小，从而可能活塞环与气缸套的内壁面不能够稳定地滑动。 相反，当上述凹部间的气缸周向平均长度超过上述范围时，可能不能够充分地得到形成凹部的效果。此外，在本方式中，所谓上述的凹部的各平均长度意味着图5所示的各部位的平 均长度。图5(a)是以气缸轴向为附图上下方向而示出的气缸套的内壁面的简要展开图。另 外，图5(b)是气缸套的周向的简要剖面图。如图5(a)所示，所谓上述凹部的轴向平均长度 为气缸轴向的凹部3的长度的平均。如图5(a)所示，所谓上述凹部3的周向平均长度为气缸周向的凹部3的长度的平 均。如图5(b)所示，所谓上述凹部3的周向平均长度意味着包括内壁面2的面中的长度的 平均，对于上述凹部的面积也同样。如图5(b)所示，所谓上述凹部3的径向长度为从凹部3的底面到气缸套1的内壁 面2的长度的平均。另外，如图5(a)及图5(b)所示，所谓上述凹部间的气缸周向平均长度 为相邻的凹部3之间的长度的平均。在本方式中，上述凹部的配置没有特别地限定。例如，图6表示将气缸套的内周沿 周向展开的展开图，既可以如图6(a)所示，将凹部形成为沿气缸轴向贯穿上述行程中央部 区域，也可以如图6(b)所示，在气缸套的内壁面上形成螺旋状，还可以如图6(c)及(d)所 示，在气缸轴向以一定的间隔配置具有特定长度的形状的凹部。并且，凹部既可以不规则 (随机)地配置，也可以如图6所示那样规则地配置。另外，在一个气缸套的内壁面上形成 的多个凹部的形状或尺寸即可以互异，也可以相同。在本方式中，只要仅在上述行程中央部区域形成有多个凹部，且将行程中央部区 域的面积作为100%时的所有凹部的面积的合计在 80%的范围内即可，在每个气缸 周向的剖面上形成的凹部的个数等没有特别地限定。但是，当在一个气缸周向的剖面上形 成的凹部的个数过于少时等，形成上述凹部，有可能不能够充分地得到通过降低接触面积 而得到的往复动摩擦力降低效果。因此，在上述行程中央部区域中，优选在气缸周向的所有 的剖面都形成有能够得到往复动摩擦力降低效果程度的凹部。能够得到上述往复动摩擦力降低效果的程度的凹部由于同时使用的活塞的往复 运动的速度等而不同，但是，在本方式中，将行程中央部区域的面积作为100%时的所有凹 部的面积的合计在1 % 80%的范围内，优选在10% 60%的范围内，尤其优选在20% 50%的范围内。是由于当上述面积率不到上述范围时，存在不能够充分地得到形成凹部的 效果的情况，当上述面积率超过上述范围时，接触面积过于小，从而可能产生活塞环在气缸 套的内壁面不能够稳定滑动等不良情况。从上述往复动摩擦力降低效果的观点出发，凹部 的尺寸存在上述那样优选的范围。因此，优选考虑这样的凹部的尺寸的优选范围，以上述面 积率形成在上述范围内的方式来调整每个气缸周向的剖面上形成的凹部的个数。在本方式中，如图7 (a)及7 (b)所示，所谓“将行程中央部区域的面积作为100 % 时的所有凹部的面积的合计”意味着凹部3的面积为k”k2、krK时的k”k2、krK的合 计相对于上述行程中央部区域的面积的比率。上述面积率使用上述行程中央部区域中的凹 部3的面积Ai、A2、A^An的合计At。tal和行程中央部区域中的凹部3以外的内壁面2的面 积B的合计Bt。tal，由下述式表示。此外，如图7(a)所示，在此，所谓上述凹部3的面积不是 上述凹部3的底部的面积，意味着包括内壁面2的剖面中的面积。[数1]<formula>formula see original document page 9</formula>在本方式中，上述的凹部的形状、尺寸、配置、面积率等既可以在行程中央部区域 的所有区域上相同，也可以由于区域而不同。例如，在行程中央部区域中，上述面积率在气 缸轴向的各区域可以不同，如图4(b)所示，可以在行程中央部区域的上方部分及下方部分 (端部附近)使凹部面积率小，在行程中央部区域的中央部分使凹部面积率变大。另外，上 述面积率等既可以阶段性变化，也可以连续性变化。3、气缸套本方式的气缸套是与活塞组合使用的固装于气缸内壁而使用的构件，安装在活塞 上的活塞环是在气缸内壁面上滑动的构件。在本方式的气缸的内侧固装的气缸套中，只要 仅在上述行程中央部区域形成有多个凹部，且将行程中央部区域的面积作为100%时的所 有凹部的面积的合计在 80%的范围内即可，其尺寸和材质等可以根据同时使用的气 缸的尺寸和运转温度等进行适当调整。在本方式中，从降低活塞环和气缸套的内壁面的往复动摩擦的观点出发，上述行 程中央部区域的未形成上述凹部的部位的十点平均粗糙度Rz为4 y m以下，优选为2 y m以 下，尤其优选为lym以下。在本方式中，优选气缸套的内壁面的上止点附近区域、下止点附 近区域及上述的行程中央部区域等活塞环滑动的所有区域具有上述表面粗糙度。此外，所 谓上述十点平均粗糙度Rz是由JIS B0601-1994规定的粗糙度。4、气缸本方式使用的气缸只要是能够在其内部固装形成有上述那样的凹部的气缸套的 气缸既可，其尺寸和材质等可以根据使用该气缸的发动机或压缩机等的尺寸和运转温度等 进行适当调整。B、第二方式(无套类型)本发明的第二方式的气缸没有固装上述“第一方式”那样的气缸套，而直接在气缸 的内壁面形成上述凹部，活塞直接在该气缸的内壁面上滑动。本方式使用的气缸只要是在其内壁面形成有上述那样的凹部的气缸即可，其尺寸 和材质等可以根据使用该气缸的发动机或压缩机等的尺寸和运转温度等进行适当调整。另 外，存在在气缸的内壁实施表面处理的情况，但是，本方式不论有无这样的表面处理或气缸 母材的材质等如何都能够适用。在本方式中，从降低活塞环和气缸的内壁面的往复动摩擦的观点出发，上述行程 中央部区域的未形成上述凹部的部位的十点平均粗糙度Rz为4pm以下，优选为2i!m以 下，尤其优选为lym以下。在本方式中，优选气缸的内壁面的上止点附近区域、下止点附近 区域及上述的行程中央部区域等活塞环滑动的所有区域具有上述表面粗糙度。此外，所谓 上述十点平均粗糙度Rz是通过JIS B0601-1994规定的粗糙度。本方式的气缸不使用气缸套，对于在气缸的内壁面上形成有上述凹部以外的情 况，由于与上述“A、第一方式”的气缸套类型的气缸相同，因此省略在此的说明。即，对于“A、 第一方式”的“1、行程中央部区域”及“2、凹部”来说，也能够将其适用于本方式的无套类型， 本方式的气缸中，通过在其内壁面的行程中央部区域设置上述那样的凹部，起到与“A、第一方式”的情况同样的效果。此外，本发明不局限于上述实施方式，上述实施方式为例示，具有与本发明的专利 申请的范围中记载的技术的思想实质上相同的结构、起到同样的作用效果的气缸，无论什 么样的气缸都包含于本发明的技术的范畴。例如，本发明的气缸内壁面的材质可以使用铝、 铝合金、铸铁、铸钢、钢等以往使用的材料。实施例以下示出实施例及比较例，对本发明进一步具体地说明。[实施例1]通过以下的方法加工气缸套，测定该气缸套的往复动摩擦力。(气缸套的加工)使用图9所示的掩模片，通过以下顺序，在具有图8所示的尺寸(mm)的气缸套(材 质FC250)的行程中央部区域形成凹部。凹部以图5(a)所示的形状及配置形成。(1)在气缸套的内壁面粘贴上述掩模片。(2)如图10所示，将铜板制圆筒91 (板厚0.5mm，圆筒外径74mm)插入汽缸套92， 并以铜板制圆筒91与汽缸套92的间隙形成得均勻的方式进行固定。(3)将上述(2)的汽缸套92装入容器93。(4)在上述容器93中注入腐蚀溶液94。(5)以上述气缸套92为阳极，以上述铜板制圆筒91为阴极，施加1. 5V的电压，进
行电解腐蚀。(6)腐蚀5分钟后，从上述容器93取出气缸套92。此时的凹部的尺寸中，气缸周 向长度为0. 8mm,气缸轴向长度为0. 8mm,气缸径向平均长度为20 u m。凹部的形状(尺寸) 中，对于气缸周向长度及气缸轴向长度，通过使用树脂转印气缸内壁面的形状而进行测定。 另外，气缸径向平均长度为使用表面粗糙度、轮廓形状测定机，将上述测定机的探针向气缸 轴向移动而测定时的平均值。(往复动摩擦力的测定)使用图11所示的装置测定以上述顺序加工的气缸套的往复动摩擦力(N)。此时使 用的试验片活塞环的轴向长度hi为1. 2mm，径向长度al为3. 2mm，活塞环的接线方向张力 Ft为9. 8N。另外，往复动摩擦力测定时的转速为50 750rpm，活塞环周边温度为80°C，供 试油使用SAE粘度为10W-30的油。(评价)图12中示出在汽缸套的内壁面的未形成凹部的部位的十点平均粗糙度Rz为 2iim、凹部的气缸径向平均长度为lOiim、转速为750rpm时，上述的面积率为0%、1%、 10%、30%、50%、60%、80%、90%时的测定结果。在图12中示出将未形成上述凹部的上述 面积率为0%的现有产品的摩擦力作为1.00时的摩擦力比。从图12可知，在上述面积率为
80%的范围内能够有效地减小摩擦力，摩擦力在上述面积率为50%时最小。认为这 是由于，当使上述面积率增加时，在到达50%前由于接触面积的减小效果而摩擦力减小，当 上述面积率超过50%时，由于接触面积变小而滑动部的表面压力变得过于高，使摩擦力增 加。图13中示出在汽缸套的内壁面的未形成凹部的部位的十点平均粗糙度Rz为2 u m、上述面积率为50%、转速为750rpm时，凹部的气缸径向平均长度为0 y m、2 y m、5 y m、 10iim、50iim、100iim、500iim时的测定结果。在图13中示出将未形成上述凹部的、凹部的 气缸径向平均长度为Oil m的现有产品的摩擦力作为1.00时的摩擦力比。从图13可知，在 凹部的气缸径向平均长度为5 ym以上时能够有效地减小摩擦力。认为这是由于，考虑通常 的油膜厚度为5 y m左右，因此通过将凹部的气缸径向平均长度形成为5 u m以上，在活塞环 通过时能够使润滑油暂时地退避到凹部内，从而很难受到润滑油的抗剪力的影响。图14中示出在上述面积率为50%、凹部的气缸径向平均长度为lOiim、转速为 750rpm时，汽缸套的内壁面的十点平均粗糙度Rz为0. 5 y m、2 y m、4 y m、5 y m时的测定结 果。在图14中示出将未形成上述凹部的气缸套的内壁面的十点平均粗糙度Rz为2i!m的 现有产品的摩擦力作为1.00时的摩擦力比。从图14可知，即使十点平均粗糙度Rz相同的 情况，与未形成凹部的结构相比，形成有凹部的结构能够大幅度地降低摩擦力。另外，在形 成有凹部的结构的情况下，当十点平均粗糙度Rz超过2 y m时，摩擦力急剧增大。认为这是 由于，通过形成凹部接触面积变小，与未形成凹部的情况相比，滑动部分的表面压力变高， 因而容易受到滑动面的表面粗糙度的影响。[实施例2]使用图11所示的装置，求出由摩擦力产生的机械损耗(FMEP)。此时的试验方法 为，在活塞上安置试验片活塞环，进行跑合运动后，在油温度为80°C时，使与发动机速度相 当的转速变化并测定摩擦力。在本实施例中，对仅在行程中央部区域形成有凹部的气缸套 (实施例2)、未形成有凹部的气缸套(比较例2-1)、仅在滑动端形成有凹部的气缸套(比较 例2-2)、在滑动端及行程中央部区域形成有凹部的气缸套(比较例2-3)测定摩擦力。此 外，在上述行程中央部区域形成凹部的情况在将上述行程中央部区域的面积作为100%时， 以所有凹部的面积的合计为50%的方式形成。另外，所谓上述滑动端意味着图11所示的装 置的气缸套的从上述气缸套的上端到活塞在上止点时的试验片活塞环的环槽的下面位置 的区域(上侧滑动端)、及从活塞在下止点时的试验片活塞环的环槽的上面位置到上述气 缸套的下端的区域(下侧滑动端)。图15中示出测定结果。在图15中示出将未成凹部的比较例2-1的气缸套的机械 损耗作为1时的其它的气缸套的机械损耗比。从图15可知，仅在行程中央部区域形成凹部 的实施例2的气缸套比未形成凹部的比较例2-1、在滑动端形成凹部的比较例2-2及2-3机 械性的损耗少。
权利要求
一种气缸，活塞在其内壁面滑动，其特征在于，在行程中央部区域形成有多个凹部，该行程中央部区域为所述气缸的内壁面中，从所述活塞在上止点时的最下位的活塞环的环槽的下面位置到所述活塞在下止点时的最上位的活塞环的环槽的上面位置之间的区域，将所述行程中央部区域的面积作为100％时，所有凹部的面积的合计在1％～80％的范围内，在所述气缸的内壁面的所述行程中央部区域以外的区域中未形成有所述凹部。
2.如权利要求1所述的气缸，其特征在于，在所述气缸的内侧固装有气缸套，在所述气缸套的内壁面形成有所述多个凹部。
3.如权利要求1或2所述的气缸，其特征在于，在所述行程中央部区域的气缸周向的所有剖面形成有所述多个凹部中的至少一个凹部。
4.如权利要求1至3中任一项所述的气缸，其特征在于，所述行程中央部区域的未形成有所述凹部的部位的十点平均粗糙度Rz为4 μ m以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的气缸，其特征在于，所述凹部的气缸轴向的平均长度为使用的活塞环中的最上位的活塞环的所述气缸轴 向的长度以下。
6.如权利要求1至5中任一项所述的气缸，其特征在于， 所述凹部的气缸径向的平均长度在2 μ m 1000 μ m的范围内。
7.如权利要求1至6中任一项所述的气缸，其特征在于， 所述气缸用于内燃机。
全文摘要
本发明的主要目的在于提供一种能够在活塞环滑动的区域降低活塞环与气缸的内壁面的往复动摩擦的气缸。为了完成上述目的，提供一种气缸，该气缸中，活塞在其内壁面滑动，其特征在于，在行程中央部区域形成有多个凹部，该行程中央部区域为所述气缸的内壁面中的从所述活塞在上止点时的最下位的活塞环的环槽的下面位置到所述活塞在下止点时的最上位的活塞环的环槽的上面位置之间的区域，将所述行程中央部区域的面积作为100％时的所有凹部的面积的合计在1％～80％的范围内，在所述气缸的内壁面的所述行程中央部区域以外的区域未形成有所述凹部。
文档编号F02F1/00GK101809271SQ200880108539
公开日2010年8月18日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月5日
发明者村田泰一, 浦边满 申请人:日本活塞环株式会社