專利名稱：氣缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞在其內(nèi)壁面滑動的氣缸，尤其涉及能夠降低與活塞的往復(fù)動摩擦 的氣缸。
背景技術(shù)：
以變暖為首的環(huán)境問題在全球范圍內(nèi)備受關(guān)注，面向減少大氣中的0)2的內(nèi)燃機(jī) 的燃料利用率改善技術(shù)的開發(fā)成為重要的課題，作為其中的一個環(huán)節(jié)，要求降低用于發(fā)動 機(jī)等的滑動構(gòu)件的摩擦損耗。鑒于此，近些年，耐磨性及防燒結(jié)性優(yōu)良且能夠最大限度地體 現(xiàn)摩擦力的降低效果的滑動構(gòu)件的材料、表面處理、改質(zhì)的技術(shù)的開發(fā)不斷發(fā)展。為了改善內(nèi)燃機(jī)的燃料利用率等，提高使用氣缸的裝置的能量轉(zhuǎn)換效率，有效的 方法是降低摩擦損耗。尤其在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動的活塞環(huán)與氣缸的內(nèi)壁面之間降低摩擦有效。 為了減少上述往復(fù)動摩擦，減小氣缸內(nèi)壁面的表面粗糙度成為有效的方法，但是，當(dāng)表面粗 糙度過于小時，由于幾乎沒有保持于該內(nèi)壁面的潤滑油，因此存在防燒結(jié)性降低這樣的不 良情況。為了提高防燒結(jié)性，在專利文獻(xiàn)1中將氣缸套形成為其內(nèi)表面的表面粗糙度從活 塞的上止點(diǎn)側(cè)向下止點(diǎn)側(cè)變大。但是，在專利文獻(xiàn)1中，由于下止點(diǎn)附近及行程中央部的上 述表面粗糙度大，因此，存在往復(fù)動摩擦增大這樣的不良情況。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開有通過在活塞套的內(nèi)壁面形成凹坑來降低活塞環(huán)與氣 缸套的往復(fù)動摩擦的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2中，根據(jù)滑動速度的不同將氣缸套沿氣缸的軸向 分割成多個區(qū)域，并使每個區(qū)域的凹坑的形狀不同，由此提高了往復(fù)動摩擦的降低效果。但 是，在專利文獻(xiàn)2中，在滑動面的至少滑動構(gòu)件折返的滑動端附近部分形成有多個圓形形 狀的凹坑。由于活塞到達(dá)上止點(diǎn)、下止點(diǎn)時滑動速度變慢，因此在上述滑動端附近部分形成 有凹坑的情況油膜變薄，容易引起金屬接觸，從而產(chǎn)生摩擦力變大這樣的不良情況。專利文獻(xiàn)日本特開平8-200145號公報專利文獻(xiàn)日本特開2007-46660號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述的問題點(diǎn)而提出，其主要目的在于提供一種能夠在活塞環(huán)滑動的 區(qū)域降低活塞環(huán)與氣缸的內(nèi)壁面的往復(fù)動摩擦的氣缸。為了完成上述目的，本發(fā)明提供一種氣缸，該氣缸中，活塞在其內(nèi)壁面滑動，其特 征在于，在行程中央部區(qū)域形成有多個凹部，該行程中央部區(qū)域?yàn)樵谒鰵飧椎膬?nèi)壁面 中，從所述活塞在上止點(diǎn)時的最下位的活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置到所述活塞在下止點(diǎn)時的 最上位的活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位置之間的區(qū)域，將所述行程中央部區(qū)域的面積作為100% 時的所有凹部的面積的合計(jì)在 80%的范圍內(nèi)，在所述氣缸的內(nèi)壁面的所述行程中央 部區(qū)域以外的區(qū)域未形成有所述凹部。在本發(fā)明中，由于使氣缸的內(nèi)壁面的表面加工由于氣缸軸向的位置而不同，因此， 能夠在氣缸滑動的區(qū)域中降低活塞環(huán)與氣缸的內(nèi)壁面的往復(fù)動摩擦。另外，通過將上述行程中央部區(qū)域中的上述凹部的形成面積率形成在上述范圍內(nèi)，能夠使接觸面積變小，能夠 將潤滑油的抗剪力弓I起的摩擦力維持為較小。在本發(fā)明中，也可以在上述氣缸的內(nèi)側(cè)固裝氣缸套，在所述氣缸套的內(nèi)壁面形成 上述多個凹部。是由于本發(fā)明在將上述那樣的凹部形成在固裝于上述氣缸內(nèi)側(cè)的氣缸套的 內(nèi)壁面上且使這樣的氣缸套的內(nèi)壁面與活塞滑動的情況下，能夠得到與不形成氣缸套而在 氣缸的內(nèi)壁面形成凹部的情況相同的效果。在上述發(fā)明中，優(yōu)選在所述行程中央部區(qū)域的氣缸周向的所有剖面形成有所述多 個凹部中的至少一個凹部。由此，通過將多個凹部以在氣缸軸向重疊的方式形成，能夠有效 且平均地降低接觸面積。另外，在上述發(fā)明中，優(yōu)選所述行程中央部區(qū)域的未形成所述凹部的部位的十點(diǎn) 平均粗糙度Rz為4pm以下。由此，即使形成上述凹部的情況下也能夠降低往復(fù)動摩擦。此 外，所述十點(diǎn)平均粗糙度Rz是由JISB0601-1994規(guī)定的粗糙度。在上述發(fā)明中，優(yōu)選所述凹部的氣缸軸向的長度為使用的活塞環(huán)中的最上位的活 塞環(huán)的所述氣缸軸向的長度以下。由此能夠?qū)飧變?nèi)的氣密性維持為較高。在上述發(fā)明中，優(yōu)選所述凹部的氣缸徑向的平均長度在2 ii m 1000 y m的范圍 內(nèi)。由此，能夠有效地降低往復(fù)動摩擦的潤滑油的抗剪力的影響。在本發(fā)明中，所述氣缸可以用于內(nèi)燃機(jī)。是因?yàn)椋捎跉飧锥嘤糜趦?nèi)燃機(jī)，而能量 轉(zhuǎn)換效率的提高是尤其被要求的范圍，因此通過使用本發(fā)明的氣缸，能夠得到高的效果。本發(fā)明的氣缸能夠在活塞環(huán)滑動的區(qū)域降低活塞環(huán)與氣缸的內(nèi)壁面的往復(fù)動摩 擦，起到能夠提高使用上述氣缸的裝置的能量轉(zhuǎn)換效率的效果。


圖1是示出在本發(fā)明的氣缸的內(nèi)側(cè)固裝的氣缸套內(nèi)壁面的凹部的形成位置的一 個例子的說明圖。圖2是示出本發(fā)明的氣缸的行程中央部區(qū)域的范圍的一個例子的說明圖。圖3是示出在本發(fā)明的氣缸中形成的凹部的形狀的例子的簡要展開圖。圖4是示出本發(fā)明的氣缸的凹部的配置的一個例子的簡要展開面圖。圖5是說明在本發(fā)明的氣缸中形成的凹部的尺寸位置的簡要展開圖及簡要剖面 圖。圖6是示出本發(fā)明的氣缸的凹部的配置的另一個例子的簡要展開圖。圖7是說明本發(fā)明的氣缸的面積率的簡要剖面圖及簡要展開圖。圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施例中使用的氣缸套的尺寸的簡要剖面圖。圖9是示出在本發(fā)明的實(shí)施例中用于凹部的形成的掩模片的簡要俯視圖。圖10是示出在本發(fā)明的實(shí)施例中凹部的形成時的狀態(tài)的簡要剖面圖。圖11是示出在本發(fā)明的實(shí)施例中為了測定往復(fù)動摩擦而使用的裝置的結(jié)構(gòu)的簡 要剖面圖。圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施例的測定結(jié)果的圖。圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施例的測定結(jié)果的圖。圖14是示出本發(fā)明的實(shí)施例的測定結(jié)果的圖。
圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施例的測定結(jié)果的圖。[符號說明]1氣缸套2內(nèi)壁面3 凹部4行程中央部區(qū)域
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的氣缸為活塞在內(nèi)壁面滑動的氣缸，其特征在于，在行程中央部區(qū)域形成 有多個凹部，其中該行程中央部區(qū)域?yàn)樯鲜鰵飧椎膬?nèi)壁面中的從上述活塞上止點(diǎn)時的最 下位的活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置到上述活塞下止點(diǎn)時的最上位的活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位 置的之間的區(qū)域，將上述行程中央部區(qū)域的面積作為100%時的所有凹部的面積的合計(jì)在
80%的范圍內(nèi)，在上述氣缸的內(nèi)壁面的上述行程中央部區(qū)域以外的區(qū)域未形成上述 凹部。本發(fā)明的氣缸只要形成有上述那樣的凹部即可，沒有特別地限定。本發(fā)明的氣 缸由于形成上述凹部的內(nèi)壁面的形狀不同而起到降低與活塞的往復(fù)動摩擦的效果，由此， 只要是與活塞組合使用且該活塞在氣缸的內(nèi)面上滑動的氣缸，不論氣缸的用途、種類、材質(zhì) 等，都能夠得到同樣的效果。因此，本發(fā)明的氣缸除了機(jī)動車或飛機(jī)的發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)、斯 特林發(fā)動機(jī)等外燃機(jī)，還能夠作為壓縮機(jī)等熱機(jī)以外的氣缸使用。另外，雖然氣缸有在內(nèi)側(cè)固裝有氣缸套且活塞在上述氣缸套的內(nèi)壁面上滑動的氣 缸(以下，存在形成氣缸套類型的情況)和沒有固裝上述氣缸套而活塞直接在氣缸的內(nèi)壁 面上滑動的氣缸(以下，存在形成無套類型的情況)，但是本發(fā)明無論這樣的氣缸套的有無 都能夠適用。以下，分別對這樣的本發(fā)明的各方式(氣缸套類型及無套類型)進(jìn)行說明。A、第一方式(氣缸套類型)本發(fā)明的第一方式的氣缸是在氣缸的內(nèi)側(cè)固裝有氣缸套且在上述氣缸套的內(nèi)壁 面形成有上述多個凹部的氣缸。在本方式中，由于氣缸的內(nèi)壁面與氣缸套的外壁面固裝，且 活塞在上述氣缸套的內(nèi)壁面上滑動，因此在固裝上述氣缸套的外壁面的氣缸的內(nèi)壁面可以 不設(shè)置上述凹部，代替于此，在實(shí)際上作為氣缸滑動的面的上述氣缸套的內(nèi)壁面形成有上 述凹部。以下，使用附圖對本方式的氣缸進(jìn)行說明。圖1是示出在本方式的氣缸的內(nèi)側(cè)固 裝的氣缸套中的氣缸套內(nèi)壁面的凹部的形成位置的一個例子的說明圖。如圖1所示，在本 方式的氣缸套1的內(nèi)壁面2形成有多個凹部3。上述凹部3僅在氣缸套1的內(nèi)壁面2中的 行程中央部區(qū)域4形成，在上述行程中央部區(qū)域4以外的區(qū)域未形成凹部3。上述行程中央 部區(qū)域4是從活塞在上止點(diǎn)時的最下位的活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置到上述活塞在下止點(diǎn) 時的最上位的活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位置之間的區(qū)域。圖2是示出在本方式的氣缸的內(nèi)側(cè)固裝的氣缸套的上述行程中央部區(qū)域4的范圍 的一個例子的簡要剖面圖。圖2是在同一剖面圖上示出的活塞往復(fù)運(yùn)動時的在上止點(diǎn)停止 位置的活塞21a和在下止點(diǎn)停止位置的活塞21b的圖。上述行程中央部區(qū)域4是氣缸套1的內(nèi)壁面2中從在上止點(diǎn)停止位置時的活塞21a的最下位的活塞環(huán)22的環(huán)槽23的下面24 位置到在下止點(diǎn)停止位置21b時的最上位的活塞環(huán)25的環(huán)槽26的上面27位置之間的區(qū) 域。圖2表示使用三根活塞環(huán)(第一壓力環(huán)、第二壓力環(huán)、甩油環(huán))的結(jié)構(gòu)的活塞，最下位 的活塞環(huán)22為甩油環(huán)，最上位的活塞環(huán)25為第一壓力環(huán)。為了提高使用氣缸的裝置的能量轉(zhuǎn)換效率、例如提高發(fā)動機(jī)的燃料利用率，有效 的方法是降低活塞環(huán)與氣缸的內(nèi)壁面(在本方式中為氣缸套的內(nèi)壁面)的摩擦損耗。摩 擦損耗的降低方法由于滑動條件而不同，尤其由于活塞具有在上下止點(diǎn)時速度為零等的特 征，因此由于滑動的位置而不同。因此，在本方式的氣缸的內(nèi)側(cè)固裝的氣缸套中，通過僅在 氣缸套的內(nèi)壁面的行程中央?yún)^(qū)域形成凹部，能夠在滑動行程的整個區(qū)域降低摩擦力。即，通過在活塞的移動速度比較小的上止點(diǎn)附近及下止點(diǎn)附近使氣缸套的內(nèi)壁面 的表面粗糙度變小，能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)動摩擦的降低。但是，在氣缸套的內(nèi)壁面與活塞環(huán)的滑動 速度大的區(qū)域的行程中央部區(qū)域上潤滑油的抗剪力的影響變大。因此，在本方式中，通過在 氣缸的內(nèi)側(cè)固裝的氣缸套的內(nèi)壁面中的上述行程中央部區(qū)域形成凹部，使活塞環(huán)與氣缸套 的內(nèi)壁面的接觸面積變小，由此能夠降低潤滑油的抗剪力的影響。在活塞環(huán)滑動的整個區(qū)域形成凹部(在行程中央部區(qū)域以外的區(qū)域也形成凹部) 時，由于上述接觸面積變小而接觸面壓力增加，在上止點(diǎn)、下止點(diǎn)附近形成邊界潤滑，因此 摩擦力增加。以下，分項(xiàng)對這樣的本方式的氣缸進(jìn)行詳細(xì)地說明。1、行程中央部區(qū)域首先，在本方式中，對作為形成有上述凹部的區(qū)域的行程中央部區(qū)域進(jìn)行說明。在本方式中，所謂“行程中央部區(qū)域”如上所述，為從活塞在上止點(diǎn)時的最下位的 活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置到上述活塞在下止點(diǎn)時的最上位的活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位置之 間的區(qū)域。例如，如圖2所示，在從活塞的上方以第一壓力環(huán)、第二壓力環(huán)、甩油環(huán)的順序配 置有三個活塞環(huán)時，上述行程中央部區(qū)域的上端為甩油環(huán)的環(huán)槽的下面位置，下端為第一 壓力環(huán)的環(huán)槽的上面位置。在本方式中，僅在上述行程中央部區(qū)域形成凹部，在上述行程中 央部區(qū)域以外未形成凹部。此外，本方式不局限于使用上述那樣三根的活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)，在兩 根活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)(壓力環(huán)、甩油環(huán)各一根)或一根活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)(兼作氣體密封、甩油環(huán)的 活塞環(huán))上也同樣能夠適用。2、凹部接下來，對在本方式的氣缸的內(nèi)側(cè)固裝的氣缸套的內(nèi)壁面的上述行程中央部區(qū)域 形成的凹部進(jìn)行說明。在本方式中，在上述行程中央部區(qū)域形成的凹部沒有特別地限定，能夠根據(jù)該凹 部的配置等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，如圖3(a) (j)所示，能夠形成由直線及/或曲線構(gòu)成 的形狀的凹部。凹部可以是圖3(a) (c)那樣橫長的形狀、圖3(d) (g)那樣縱長的形 狀、圖3(h) (j)那樣縱對橫的比例大致相等的形狀。另外，在本方式中，為了有效且平均地減少接觸面積，優(yōu)選在上述行程中央部區(qū)域 的氣缸周向的所有剖面形成有上述多個凹部中的至少一個凹部。當(dāng)考慮周向的剖面時，若 在某個剖面未形成凹部，則活塞環(huán)通過該剖面時，與通過形成有多個凹部的剖面時相比，活 塞環(huán)與氣缸套的內(nèi)壁面的接觸面積變大。因此，通過未形成凹部的剖面時，潤滑油的抗剪力的影響變大，結(jié)果往復(fù)動摩擦也變大。與此相對，如上所述，在行程中央部區(qū)域中，在氣缸周向的所有剖面都形成有上述 多個凹部中的至少一個凹部時，活塞環(huán)通過行程中央部區(qū)域內(nèi)的任意周向剖面時都能夠可 靠且平均地降低接觸面積，由此也能夠可靠地降低往復(fù)動摩擦，能夠得到較高的往復(fù)動摩 擦力降低效果。在本方式中，作為在“氣缸周向的所有剖面形成有上述多個凹部中的至少一個凹 部”的狀態(tài)的例子，可以列舉有圖4(a)或(b)那樣的情況。圖4(a)及(b)是示出上述的圖 1的行程中央部區(qū)域4中的凹部3的配置的一個例子的簡要展開圖。在圖4(a)及(b)中， 附圖的上下方向?yàn)闅飧椎妮S向，附圖的左右方向?yàn)闅飧椎闹芟?。如圖4(a)所示，沿氣缸周 向引出的線X的凹部3a的最下點(diǎn)5a位于比在下方最接近其的凹部3b的最上點(diǎn)6b更靠下 側(cè)的位置。另外，沿氣缸周向引出的線Y的凹部3b的最下點(diǎn)5b位于比在下方最接近其的 凹部3c的最上點(diǎn)6c更靠下側(cè)的位置。如此，將上下接近的凹部配制成在氣缸軸向彼此重 疊，由此在氣缸周向的所有的剖面上都能夠形成上述多個凹部中的至少一個凹部。通過以 上方法，在活塞往復(fù)運(yùn)動時，在行程中央部區(qū)域中，滑動的活塞環(huán)位于氣缸軸向的任意位置 都能夠使其與氣缸內(nèi)壁面的接觸面積變小，在降低往復(fù)動摩擦上奏效。在此，圖4(b)也與圖4(a)同樣，是示出上述的圖1的行程中央部區(qū)域4中的凹部 3的配置的一個例子的簡要展開圖。在圖4(b)中也是附圖的上下方向?yàn)闅飧椎妮S向，附圖 的左右方向?yàn)闅飧椎闹芟?。在圖4(a)中，凹部3遍及氣缸軸向以均勻的面積率(將行程中 央部區(qū)域的面積作為100%時的所有凹部的面積的合計(jì)的比例)形成，但是不局限于該方 式，也可以如圖4(b)所示，在氣缸軸向的行程中央部區(qū)域4的端部附近使凹部3的面積率 變小，在行程中央部區(qū)域4的中央部附近使凹部的面積率變大。在本方式中，上述凹部的尺寸沒有特別地限定，可以根據(jù)氣缸或同時使用的活塞 環(huán)的尺寸等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。上述凹部可以形成為沿軸向貫穿上述行程中央部區(qū)域，但是，從 氣缸的氣密性保持的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選上述凹部的氣缸軸向的平均長度為使用的活塞環(huán)中的 最上位的活塞環(huán)的上述氣缸軸向的長度以下。另外，為了能夠充分地得到形成上述凹部的 效果，上述凹部的氣缸軸向平均長度為0. 2mm以上，優(yōu)選為0. 5mm以上。上述凹部的氣缸周向平均長度在0. 1mm 15mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0. 3mm 5mm的 范圍內(nèi)。當(dāng)上述凹部的氣缸周向平均長度不到上述范圍時，存在不能夠充分地得到形成凹 部的效果的情況。相反，當(dāng)周向平均長度超過上述范圍時，活塞環(huán)的一部分進(jìn)入上述凹部 內(nèi)，存在產(chǎn)生活塞環(huán)變形等不良情況。上述凹部的氣缸徑向平均長度在2iim lOOOiim的范圍內(nèi)，優(yōu)選在2iim 500 y m的范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選在2 y m 50 y m的范圍內(nèi)。當(dāng)上述凹部的氣缸徑向平均長度 不滿足上述范圍時，存在不能夠充分地得到形成凹部的效果的情況。相反，當(dāng)徑向平均長度 超過上述范圍時，加工困難，并且產(chǎn)生需要使氣缸套的徑向長度變長(壁厚變厚)等不良情 況。在本方式中，上述凹部間的氣缸周向平均長度在0. 1mm 15mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在 0. 3mm 5mm的范圍內(nèi)。當(dāng)上述凹部間的氣缸周向平均長度不滿足上述范圍時，活塞環(huán)活動 的氣缸套的內(nèi)壁面的寬度過于小，從而可能活塞環(huán)與氣缸套的內(nèi)壁面不能夠穩(wěn)定地滑動。 相反，當(dāng)上述凹部間的氣缸周向平均長度超過上述范圍時，可能不能夠充分地得到形成凹部的效果。此外，在本方式中，所謂上述的凹部的各平均長度意味著圖5所示的各部位的平 均長度。圖5(a)是以氣缸軸向?yàn)楦綀D上下方向而示出的氣缸套的內(nèi)壁面的簡要展開圖。另 外，圖5(b)是氣缸套的周向的簡要剖面圖。如圖5(a)所示，所謂上述凹部的軸向平均長度 為氣缸軸向的凹部3的長度的平均。如圖5(a)所示，所謂上述凹部3的周向平均長度為氣缸周向的凹部3的長度的平 均。如圖5(b)所示，所謂上述凹部3的周向平均長度意味著包括內(nèi)壁面2的面中的長度的 平均，對于上述凹部的面積也同樣。如圖5(b)所示，所謂上述凹部3的徑向長度為從凹部3的底面到氣缸套1的內(nèi)壁 面2的長度的平均。另外，如圖5(a)及圖5(b)所示，所謂上述凹部間的氣缸周向平均長度 為相鄰的凹部3之間的長度的平均。在本方式中，上述凹部的配置沒有特別地限定。例如，圖6表示將氣缸套的內(nèi)周沿 周向展開的展開圖，既可以如圖6(a)所示，將凹部形成為沿氣缸軸向貫穿上述行程中央部 區(qū)域，也可以如圖6(b)所示，在氣缸套的內(nèi)壁面上形成螺旋狀，還可以如圖6(c)及(d)所 示，在氣缸軸向以一定的間隔配置具有特定長度的形狀的凹部。并且，凹部既可以不規(guī)則 (隨機(jī))地配置，也可以如圖6所示那樣規(guī)則地配置。另外，在一個氣缸套的內(nèi)壁面上形成 的多個凹部的形狀或尺寸即可以互異，也可以相同。在本方式中，只要僅在上述行程中央部區(qū)域形成有多個凹部，且將行程中央部區(qū) 域的面積作為100%時的所有凹部的面積的合計(jì)在 80%的范圍內(nèi)即可，在每個氣缸 周向的剖面上形成的凹部的個數(shù)等沒有特別地限定。但是，當(dāng)在一個氣缸周向的剖面上形 成的凹部的個數(shù)過于少時等，形成上述凹部，有可能不能夠充分地得到通過降低接觸面積 而得到的往復(fù)動摩擦力降低效果。因此，在上述行程中央部區(qū)域中，優(yōu)選在氣缸周向的所有 的剖面都形成有能夠得到往復(fù)動摩擦力降低效果程度的凹部。能夠得到上述往復(fù)動摩擦力降低效果的程度的凹部由于同時使用的活塞的往復(fù) 運(yùn)動的速度等而不同，但是，在本方式中，將行程中央部區(qū)域的面積作為100%時的所有凹 部的面積的合計(jì)在1 % 80%的范圍內(nèi)，優(yōu)選在10% 60%的范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選在20% 50%的范圍內(nèi)。是由于當(dāng)上述面積率不到上述范圍時，存在不能夠充分地得到形成凹部的 效果的情況，當(dāng)上述面積率超過上述范圍時，接觸面積過于小，從而可能產(chǎn)生活塞環(huán)在氣缸 套的內(nèi)壁面不能夠穩(wěn)定滑動等不良情況。從上述往復(fù)動摩擦力降低效果的觀點(diǎn)出發(fā)，凹部 的尺寸存在上述那樣優(yōu)選的范圍。因此，優(yōu)選考慮這樣的凹部的尺寸的優(yōu)選范圍，以上述面 積率形成在上述范圍內(nèi)的方式來調(diào)整每個氣缸周向的剖面上形成的凹部的個數(shù)。在本方式中，如圖7 (a)及7 (b)所示，所謂“將行程中央部區(qū)域的面積作為100 % 時的所有凹部的面積的合計(jì)”意味著凹部3的面積為k”k2、krK時的k”k2、krK的合 計(jì)相對于上述行程中央部區(qū)域的面積的比率。上述面積率使用上述行程中央部區(qū)域中的凹 部3的面積Ai、A2、A^An的合計(jì)At。tal和行程中央部區(qū)域中的凹部3以外的內(nèi)壁面2的面 積B的合計(jì)Bt。tal，由下述式表示。此外，如圖7(a)所示，在此，所謂上述凹部3的面積不是 上述凹部3的底部的面積，意味著包括內(nèi)壁面2的剖面中的面積。[數(shù)1]<formula>formula see original document page 9</formula>在本方式中，上述的凹部的形狀、尺寸、配置、面積率等既可以在行程中央部區(qū)域 的所有區(qū)域上相同，也可以由于區(qū)域而不同。例如，在行程中央部區(qū)域中，上述面積率在氣 缸軸向的各區(qū)域可以不同，如圖4(b)所示，可以在行程中央部區(qū)域的上方部分及下方部分 (端部附近)使凹部面積率小，在行程中央部區(qū)域的中央部分使凹部面積率變大。另外，上 述面積率等既可以階段性變化，也可以連續(xù)性變化。3、氣缸套本方式的氣缸套是與活塞組合使用的固裝于氣缸內(nèi)壁而使用的構(gòu)件，安裝在活塞 上的活塞環(huán)是在氣缸內(nèi)壁面上滑動的構(gòu)件。在本方式的氣缸的內(nèi)側(cè)固裝的氣缸套中，只要 僅在上述行程中央部區(qū)域形成有多個凹部，且將行程中央部區(qū)域的面積作為100%時的所 有凹部的面積的合計(jì)在 80%的范圍內(nèi)即可，其尺寸和材質(zhì)等可以根據(jù)同時使用的氣 缸的尺寸和運(yùn)轉(zhuǎn)溫度等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在本方式中，從降低活塞環(huán)和氣缸套的內(nèi)壁面的往復(fù)動摩擦的觀點(diǎn)出發(fā)，上述行 程中央部區(qū)域的未形成上述凹部的部位的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為4 y m以下，優(yōu)選為2 y m以 下，尤其優(yōu)選為lym以下。在本方式中，優(yōu)選氣缸套的內(nèi)壁面的上止點(diǎn)附近區(qū)域、下止點(diǎn)附 近區(qū)域及上述的行程中央部區(qū)域等活塞環(huán)滑動的所有區(qū)域具有上述表面粗糙度。此外，所 謂上述十點(diǎn)平均粗糙度Rz是由JIS B0601-1994規(guī)定的粗糙度。4、氣缸本方式使用的氣缸只要是能夠在其內(nèi)部固裝形成有上述那樣的凹部的氣缸套的 氣缸既可，其尺寸和材質(zhì)等可以根據(jù)使用該氣缸的發(fā)動機(jī)或壓縮機(jī)等的尺寸和運(yùn)轉(zhuǎn)溫度等 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。B、第二方式(無套類型)本發(fā)明的第二方式的氣缸沒有固裝上述“第一方式”那樣的氣缸套，而直接在氣缸 的內(nèi)壁面形成上述凹部，活塞直接在該氣缸的內(nèi)壁面上滑動。本方式使用的氣缸只要是在其內(nèi)壁面形成有上述那樣的凹部的氣缸即可，其尺寸 和材質(zhì)等可以根據(jù)使用該氣缸的發(fā)動機(jī)或壓縮機(jī)等的尺寸和運(yùn)轉(zhuǎn)溫度等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。另 外，存在在氣缸的內(nèi)壁實(shí)施表面處理的情況，但是，本方式不論有無這樣的表面處理或氣缸 母材的材質(zhì)等如何都能夠適用。在本方式中，從降低活塞環(huán)和氣缸的內(nèi)壁面的往復(fù)動摩擦的觀點(diǎn)出發(fā)，上述行程 中央部區(qū)域的未形成上述凹部的部位的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為4pm以下，優(yōu)選為2i!m以 下，尤其優(yōu)選為lym以下。在本方式中，優(yōu)選氣缸的內(nèi)壁面的上止點(diǎn)附近區(qū)域、下止點(diǎn)附近 區(qū)域及上述的行程中央部區(qū)域等活塞環(huán)滑動的所有區(qū)域具有上述表面粗糙度。此外，所謂 上述十點(diǎn)平均粗糙度Rz是通過JIS B0601-1994規(guī)定的粗糙度。本方式的氣缸不使用氣缸套，對于在氣缸的內(nèi)壁面上形成有上述凹部以外的情 況，由于與上述“A、第一方式”的氣缸套類型的氣缸相同，因此省略在此的說明。即，對于“A、 第一方式”的“1、行程中央部區(qū)域”及“2、凹部”來說，也能夠?qū)⑵溥m用于本方式的無套類型， 本方式的氣缸中，通過在其內(nèi)壁面的行程中央部區(qū)域設(shè)置上述那樣的凹部，起到與“A、第一方式”的情況同樣的效果。此外，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，上述實(shí)施方式為例示，具有與本發(fā)明的專利 申請的范圍中記載的技術(shù)的思想實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)、起到同樣的作用效果的氣缸，無論什 么樣的氣缸都包含于本發(fā)明的技術(shù)的范疇。例如，本發(fā)明的氣缸內(nèi)壁面的材質(zhì)可以使用鋁、 鋁合金、鑄鐵、鑄鋼、鋼等以往使用的材料。實(shí)施例以下示出實(shí)施例及比較例，對本發(fā)明進(jìn)一步具體地說明。[實(shí)施例1]通過以下的方法加工氣缸套，測定該氣缸套的往復(fù)動摩擦力。(氣缸套的加工)使用圖9所示的掩模片，通過以下順序，在具有圖8所示的尺寸(mm)的氣缸套(材 質(zhì)FC250)的行程中央部區(qū)域形成凹部。凹部以圖5(a)所示的形狀及配置形成。(1)在氣缸套的內(nèi)壁面粘貼上述掩模片。(2)如圖10所示，將銅板制圓筒91 (板厚0.5mm，圓筒外徑74mm)插入汽缸套92， 并以銅板制圓筒91與汽缸套92的間隙形成得均勻的方式進(jìn)行固定。(3)將上述(2)的汽缸套92裝入容器93。(4)在上述容器93中注入腐蝕溶液94。(5)以上述氣缸套92為陽極，以上述銅板制圓筒91為陰極，施加1. 5V的電壓，進(jìn)
行電解腐蝕。(6)腐蝕5分鐘后，從上述容器93取出氣缸套92。此時的凹部的尺寸中，氣缸周 向長度為0. 8mm,氣缸軸向長度為0. 8mm,氣缸徑向平均長度為20 u m。凹部的形狀(尺寸) 中，對于氣缸周向長度及氣缸軸向長度，通過使用樹脂轉(zhuǎn)印氣缸內(nèi)壁面的形狀而進(jìn)行測定。 另外，氣缸徑向平均長度為使用表面粗糙度、輪廓形狀測定機(jī)，將上述測定機(jī)的探針向氣缸 軸向移動而測定時的平均值。(往復(fù)動摩擦力的測定)使用圖11所示的裝置測定以上述順序加工的氣缸套的往復(fù)動摩擦力(N)。此時使 用的試驗(yàn)片活塞環(huán)的軸向長度hi為1. 2mm，徑向長度al為3. 2mm，活塞環(huán)的接線方向張力 Ft為9. 8N。另外，往復(fù)動摩擦力測定時的轉(zhuǎn)速為50 750rpm，活塞環(huán)周邊溫度為80°C，供 試油使用SAE粘度為10W-30的油。(評價)圖12中示出在汽缸套的內(nèi)壁面的未形成凹部的部位的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為 2iim、凹部的氣缸徑向平均長度為lOiim、轉(zhuǎn)速為750rpm時，上述的面積率為0%、1%、 10%、30%、50%、60%、80%、90%時的測定結(jié)果。在圖12中示出將未形成上述凹部的上述 面積率為0%的現(xiàn)有產(chǎn)品的摩擦力作為1.00時的摩擦力比。從圖12可知，在上述面積率為
80%的范圍內(nèi)能夠有效地減小摩擦力，摩擦力在上述面積率為50%時最小。認(rèn)為這 是由于，當(dāng)使上述面積率增加時，在到達(dá)50%前由于接觸面積的減小效果而摩擦力減小，當(dāng) 上述面積率超過50%時，由于接觸面積變小而滑動部的表面壓力變得過于高，使摩擦力增 加。圖13中示出在汽缸套的內(nèi)壁面的未形成凹部的部位的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為2 u m、上述面積率為50%、轉(zhuǎn)速為750rpm時，凹部的氣缸徑向平均長度為0 y m、2 y m、5 y m、 10iim、50iim、100iim、500iim時的測定結(jié)果。在圖13中示出將未形成上述凹部的、凹部的 氣缸徑向平均長度為Oil m的現(xiàn)有產(chǎn)品的摩擦力作為1.00時的摩擦力比。從圖13可知，在 凹部的氣缸徑向平均長度為5 ym以上時能夠有效地減小摩擦力。認(rèn)為這是由于，考慮通常 的油膜厚度為5 y m左右，因此通過將凹部的氣缸徑向平均長度形成為5 u m以上，在活塞環(huán) 通過時能夠使?jié)櫥蜁簳r地退避到凹部內(nèi)，從而很難受到潤滑油的抗剪力的影響。圖14中示出在上述面積率為50%、凹部的氣缸徑向平均長度為lOiim、轉(zhuǎn)速為 750rpm時，汽缸套的內(nèi)壁面的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為0. 5 y m、2 y m、4 y m、5 y m時的測定結(jié) 果。在圖14中示出將未形成上述凹部的氣缸套的內(nèi)壁面的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為2i!m的 現(xiàn)有產(chǎn)品的摩擦力作為1.00時的摩擦力比。從圖14可知，即使十點(diǎn)平均粗糙度Rz相同的 情況，與未形成凹部的結(jié)構(gòu)相比，形成有凹部的結(jié)構(gòu)能夠大幅度地降低摩擦力。另外，在形 成有凹部的結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)十點(diǎn)平均粗糙度Rz超過2 y m時，摩擦力急劇增大。認(rèn)為這是 由于，通過形成凹部接觸面積變小，與未形成凹部的情況相比，滑動部分的表面壓力變高， 因而容易受到滑動面的表面粗糙度的影響。[實(shí)施例2]使用圖11所示的裝置，求出由摩擦力產(chǎn)生的機(jī)械損耗(FMEP)。此時的試驗(yàn)方法 為，在活塞上安置試驗(yàn)片活塞環(huán)，進(jìn)行跑合運(yùn)動后，在油溫度為80°C時，使與發(fā)動機(jī)速度相 當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速變化并測定摩擦力。在本實(shí)施例中，對僅在行程中央部區(qū)域形成有凹部的氣缸套 (實(shí)施例2)、未形成有凹部的氣缸套(比較例2-1)、僅在滑動端形成有凹部的氣缸套(比較 例2-2)、在滑動端及行程中央部區(qū)域形成有凹部的氣缸套(比較例2-3)測定摩擦力。此 外，在上述行程中央部區(qū)域形成凹部的情況在將上述行程中央部區(qū)域的面積作為100%時， 以所有凹部的面積的合計(jì)為50%的方式形成。另外，所謂上述滑動端意味著圖11所示的裝 置的氣缸套的從上述氣缸套的上端到活塞在上止點(diǎn)時的試驗(yàn)片活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置 的區(qū)域(上側(cè)滑動端)、及從活塞在下止點(diǎn)時的試驗(yàn)片活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位置到上述氣 缸套的下端的區(qū)域(下側(cè)滑動端)。圖15中示出測定結(jié)果。在圖15中示出將未成凹部的比較例2-1的氣缸套的機(jī)械 損耗作為1時的其它的氣缸套的機(jī)械損耗比。從圖15可知，僅在行程中央部區(qū)域形成凹部 的實(shí)施例2的氣缸套比未形成凹部的比較例2-1、在滑動端形成凹部的比較例2-2及2-3機(jī) 械性的損耗少。
權(quán)利要求
一種氣缸，活塞在其內(nèi)壁面滑動，其特征在于，在行程中央部區(qū)域形成有多個凹部，該行程中央部區(qū)域?yàn)樗鰵飧椎膬?nèi)壁面中，從所述活塞在上止點(diǎn)時的最下位的活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置到所述活塞在下止點(diǎn)時的最上位的活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位置之間的區(qū)域，將所述行程中央部區(qū)域的面積作為100％時，所有凹部的面積的合計(jì)在1％～80％的范圍內(nèi)，在所述氣缸的內(nèi)壁面的所述行程中央部區(qū)域以外的區(qū)域中未形成有所述凹部。
2.如權(quán)利要求1所述的氣缸，其特征在于，在所述氣缸的內(nèi)側(cè)固裝有氣缸套，在所述氣缸套的內(nèi)壁面形成有所述多個凹部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣缸，其特征在于，在所述行程中央部區(qū)域的氣缸周向的所有剖面形成有所述多個凹部中的至少一個凹部。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氣缸，其特征在于，所述行程中央部區(qū)域的未形成有所述凹部的部位的十點(diǎn)平均粗糙度Rz為4 μ m以下。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣缸，其特征在于，所述凹部的氣缸軸向的平均長度為使用的活塞環(huán)中的最上位的活塞環(huán)的所述氣缸軸 向的長度以下。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的氣缸，其特征在于， 所述凹部的氣缸徑向的平均長度在2 μ m 1000 μ m的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的氣缸，其特征在于， 所述氣缸用于內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠在活塞環(huán)滑動的區(qū)域降低活塞環(huán)與氣缸的內(nèi)壁面的往復(fù)動摩擦的氣缸。為了完成上述目的，提供一種氣缸，該氣缸中，活塞在其內(nèi)壁面滑動，其特征在于，在行程中央部區(qū)域形成有多個凹部，該行程中央部區(qū)域?yàn)樗鰵飧椎膬?nèi)壁面中的從所述活塞在上止點(diǎn)時的最下位的活塞環(huán)的環(huán)槽的下面位置到所述活塞在下止點(diǎn)時的最上位的活塞環(huán)的環(huán)槽的上面位置之間的區(qū)域，將所述行程中央部區(qū)域的面積作為100％時的所有凹部的面積的合計(jì)在1％～80％的范圍內(nèi)，在所述氣缸的內(nèi)壁面的所述行程中央部區(qū)域以外的區(qū)域未形成有所述凹部。
文檔編號F02F1/00GK101809271SQ200880108539
公開日2010年8月18日 申請日期2008年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者村田泰一, 浦邊滿 申請人:日本活塞環(huán)株式會社