シリンダ
【課題】ピストンとシリンダ内壁面との往復動摩擦を低減させるとともに、当該低減効果を維持することができるシリンダを提供すること。
【解決手段】ピストンが内壁面を摺動するシリンダであって、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、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の凹部が形成されており、凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層が形成されている。
【解決手段】ピストンが内壁面を摺動するシリンダであって、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、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の凹部が形成されており、凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンがその内壁面を摺動するシリンダに関し、特には、ピストンとの往復動摩擦を低減させるとともに、当該低減効果を長期間にわたって維持することが可能なシリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化をはじめとする環境問題が地球規模で大きくクローズアップされ、大気中のＣＯ２削減に向けた内燃機関の燃費改善技術の開発が大きな課題となっており、その一環として、エンジン等に用いられる摺動部材の摩擦損失の低減が求められている。これに鑑み、近年において、耐摩耗性および耐焼付性に優れ、かつ、摩擦力の低減効果を最大限に発現することが可能な摺動部材の材料・表面処理・改質の技術の開発が進められている。
【０００３】
内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させるためには、摩擦損失の低減が有効である。特に、往復運動を行なうピストンリングと、シリンダの内壁面との間では、摩擦低減が有効である。上記往復動摩擦の低減のためにはシリンダの内壁面の表面粗さを小さくすることが有効な手段であるとされているが、表面粗さが小さすぎると当該内壁面に保持される潤滑油がほとんどなくなるため、耐焼付性が低下するという不具合があった。耐焼付性を向上させるために特許文献１ではシリンダライナを、その内壁面の表面粗さが、ピストンの上死点側から下死点側に向って粗くなるように形成している。しかしながら、特許文献１においては下死点付近および行程中央部における上記表面粗さが大きいため、往復動摩擦が増大してしまうという不都合が生ずる。
【０００４】
また、特許文献２ではシリンダライナの内壁面にくぼみを形成することにより、ピストンリングと、シリンダライナとの往復動摩擦を低減する技術が開示されている。特許文献２においては、摺動速度の違いによってシリンダライナをシリンダの軸方向に複数の領域に分割し、領域ごとにくぼみの形状を異なるものとすることにより、往復動摩擦の低減効果を高めている。しかしながら特許文献２においては、くぼみ内周面は何ら処理がされておらず、燃焼行程中に発生した煤及び未燃燃料を含有した潤滑油の不純物がくぼみ内周面に付着しやすくなる。また、くぼみ内周面に何ら処理がされていない場合には、くぼみ内における潤滑油の流動性が低下し、潤滑油が酸性劣化されることにより生成される煤がくぼみ内周面に付着しやすくなる。このように、くぼみ内周面に不純物や煤が付着し堆積していった場合には、くぼみ内の体積が減少し、目詰まりの状態となって往復動摩擦が増大してしまうという不都合が生ずる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２００１４５号公報
【特許文献２】特開２００７−４６６６０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、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の凹部が形成されており、前記凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記シリンダは、前記行程中央部領域、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くともよい。
【０００８】
また、前記シリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面に前記複数の凹部が形成されていてもよい。
【０００９】
また、前記凹部の底面に、前記表面処理層が形成されていてもよい。
【００１０】
また、前記表面処理層を形成後の前記凹部の最大高さＲｙが、０．１μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。
【００１１】
さらにまた、前記シリンダが、内燃機関に用いられるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリンダ内壁面に複数の凹部が形成されていることから、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦を低減することができる。また、凹部内周面には所定の材料からなる表面処理層が形成されていることから、不純物や煤が堆積することによる凹部内の目詰まりを防止することができ、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦の低減効果を長期間にわたって維持することができる。
【００１３】
また、本発明のシリンダは、行程中央部領域が当該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、前記シリンダ内壁面の当該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場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のシリンダは、シリンダの内壁面とピストンが摺動するタイプであっても、シリンダの内側に固着されたシリンダライナとピストンが摺動するタイプであっても同様の効果を得ることができる。
【００１５】
また、本発明のシリンダの内壁面に形成された凹部の底面に、前記表面処理層が形成された場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のシリンダにおいて、前記表面処理層を形成後の前記凹部の最大高さＲｙを、０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることで、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦の低減効果をより高く維持することができる。なお、最大高さＲｙとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものである。
【００１７】
さらに、本発明のシリンダライナを、エネルギー効率の向上が特に求められている分野である内燃機関に用いることにより、高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のシリンダに形成される凹部の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のシリンダに形成される凹部の正面形状の例を示す概略展開図である。
【図３】本発明のシリンダにおける、凹部内周面の最大高さＲｙの測定方法を示す説明図である。
【図４】本発明のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図である。
【図５】本発明のシリンダにおける、行程中央部領域の範囲の一例を示す説明図である。
【図６】本発明のシリンダにおける、凹部の配置の一例を示す概略展開図である。
【図７】本発明のシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図である。
【図８】本発明のシリンダにおける、凹部の配置の他の一例を示す概略展開図である。
【図９】本発明のシリンダにおける、面積率を説明する概略断面図および概略展開図である。
【図１０】本発明の実施例で用いられたシリンダライナの寸法を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施例において、凹部の形成時の状態を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例における往復動摩擦を測定するために用いられた装置の構成を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のシリンダは、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の凹部が形成されており、前記凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明のシリンダは、この要件を具備するものであれば特に限定されるものではない。具体的には、本発明のシリンダは、凹部内周面の少なくとも一部に、所定の材料からなる表面処理層を形成することによって、ピストンリングとの往復動摩擦を低減させ、かつ往復動摩擦の低減効果を維持するものであるため、ピストンと組み合わせて用いられ、当該ピストンがシリンダの内壁面上を摺動するものであれば、シリンダの用途、種類、材質等にかかわらず同様の効果を得ることができる。そのため、本発明のシリンダは、自動車や飛行機のエンジンなどの内燃機関、スターリングエンジンなどの外燃機関に加え、圧縮機などの、熱機関以外のシリンダとしても用いることができる。
【００２１】
また、シリンダには、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面上をピストンが摺動する、「シリンダライナタイプ」と、ピストンがシリンダの内壁面上を直に摺動する、「ライナレスタイプ」とがあるが、本発明はシリンダライナの有無にかかわらず、適用することができる。
【００２２】
以下、このような本発明の各態様（シリンダライナタイプとライナレスタイプ）についてそれぞれ説明する。
【００２３】
Ａ．第一態様（シリンダライナタイプ）
本発明の第一態様のシリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成され、前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、シリンダ本体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が固着されているシリンダ本体の内壁面には、凹部は設けられている必要はない。
【００２４】
以下、本態様のシリンダについて、図面を用いて説明する。
【００２５】
まずはじめに、本態様のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面に形成される凹部について説明する。図１は、本発明のシリンダに形成される凹部の一例を示す概略断面図である。
【００２６】
シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させる、例えば、エンジンの燃費を向上させるためには、ピストンリングと、シリンダの内壁面（本態様においてはシリンダライナの内壁面）との摩擦損失低減が有効である。そこで、本態様のシリンダを構成するシリンダライナにおいては、図１に示すように、その内壁面２に複数の凹部３が形成されている。シリンダライナ内壁面２に複数の凹部３を形成することで、ピストンリングとシリンダライナの内壁面２との接触面積を小さくすることができ摩擦力を低減することができる。
【００２７】
本態様におけるシリンダライナ内壁面２に形成される凹部３は、図１（ａ）に例示するように、複数の面（図１（ａ）に示す場合にあっては、２つの側面３ａと１つの底面３ｂ）や、図１（ｂ）に例示するように、１つの面（図１（ｂ）に示す場合にあっては、曲面３ｃ）により形成することができ、凹部３を形成する面について特に限定はない。以下、凹部を形成する面（例えば、図１に示す場合にあっては、２つの側面３ａと１つの底面３ｂ、もしくは曲面３ｃ）を凹部内周面という。また、当該凹部内周面に表面処理層１３が形成されている。
【００２８】
また、本態様において、シリンダライナ内壁面２に形成される凹部の正面形状（シリンダ周方向に展開した面）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２（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２（ａ）〜（ｃ）のような横長の形状でも、図２（ｄ）〜（ｇ）のような縦長の形状でも、図２（ｈ）〜（ｊ）のような縦対横の比率がほぼ等しい形状でもよい。
【００２９】
また、シリンダライナの内壁面に凹部３を形成した場合には、ピストン摺動時にシリンダライナ内壁面が保持する潤滑油の一部が凹部内に流入する。シリンダライナは、潤滑油となじみやすい性質を有することから、流入した潤滑油は凹部内周面で保持される。ここで、凹部内周面に潤滑油が長期にわたって保持された場合には、保持された潤滑油が酸化劣化されることで炭素を主成分とする煤が生成され、発生した煤が凹部内周面に付着し、次いで、凹部内周面に付着した煤を起点として徐々に凹部内に煤が堆積していく。煤が堆積することで凹部３が目詰まりをおこした場合には、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積が増大してしまい凹部３を形成することにより発揮される往復動摩擦の低減効果を長期にわたって維持することができなくなる。
【００３０】
また、エンジン稼動時においても煤が発生し、発生した煤は凹部３内に堆積していくことから、凹部３が目詰まりをおこした場合には上記と同様往復動摩擦の低減効果を長期にわたって維持することができなくなる。
【００３１】
そこで、本態様のシリンダライナにおける凹部内周面の少なくとも一部（図１に示す場合にあっては、凹部内周面の全面）には、潤滑油が凹部内周面に保持され続けることを防止し、又は凹部内周面に煤が付着することを防止（又は、潤滑油が凹部内周面に保持され続けることを防止するとともに、凹部内周面に煤が付着することを防止）するための表面処理層１３が形成されている。具体的には、凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層１３が形成されている。
【００３２】
ここで、銅系金属は、煤の主成分である炭素が付着しにくい性質を有することから、銅系金属を含有する表面処理層１３を凹部内周面に形成することで凹部内周面に煤が付着・堆積することを防止することができる。また、フッ素樹脂は表面自由エネルギーが小さく、油を弾く性質を有する（撥油性を有する）ことから、フッ素樹脂を含有する表面処理層１３を凹部内周面に形成することで、凹部内周面に潤滑油が保持され続けることを防止することができ、これにより、保持された潤滑油が酸化劣化されることで生成される煤が凹部内に堆積することを防止することができる。また、表面処理層１３に銅系金属とフッ素樹脂とを含有させた場合には、凹部内周面への煤の付着を防止するとともに、潤滑油が凹部内周面に保持され続けることを防止することができ、ピストンリングとの往復動摩擦の低減効果をより長期にわたって維持することができる。
【００３３】
また、リン酸塩皮膜処理により形成される表面処理層を凹部内周面に形成した場合においても、上記の銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方を含有する表面処理層１３と同様に、凹部内周面に煤が付着・堆積することを防止することができる。
【００３４】
なお、リン酸塩皮膜処理とは、リン酸塩の処理液を用いて金属の表面に化学的にリン酸塩皮膜を生成させる化成処理をいい、リン酸塩皮膜処理により形成される表面処理層１３とは、リン酸塩皮膜を意味する。リン酸塩の処理液としては、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムの処理液等を挙げることができ、表面処理層１３としては、リン酸鉄の処理液を用いて形成されるリン酸鉄皮膜、リン酸マンガンの処理液を用いて形成されるリン酸マンガン皮膜、リン酸亜鉛の処理液を用いて形成されるリン酸亜鉛皮膜、リン酸カルシウムの処理液を用いて形成されるリン酸カルシウム皮膜等を挙げることができる。
【００３５】
ここで、製造段階の凹部形成に砥粒を用いる場合（例えば、ブラスト加工法により凹部を形成する場合）には、リン酸塩皮膜処理に際し、凹部内周面を予め酸洗いする前処理を行うことが好ましい。この前処理により、凹部内周面を活性化させることができ、製造段階において、凹部内周面に砥粒が存在している場合であっても、凹部内周面に存在する砥粒を除去することができる。また、その後の化成処理にて、凹部内周面をエッチングしながら表面が成長していくため砥粒が残ることはない。これにより、運転中に砥粒が脱落することを防止することができ、シリンダ内壁面への過大摩耗や縦きずによるオイル消費が増大することを防止することができる。
【００３６】
さらには、前処理において砥粒を完全に除去することができなくとも、砥粒は化成処理の際に、リン酸塩皮膜の膜内部に入り込み、リン酸塩皮膜の表面には存在しないことから、運転中に砥粒が脱落することはない。
【００３７】
また、凹部形成後の凹部内周面は粗面であり、シリンダライナを構成する母材等が凹部内周面から脱落する場合がある。しかしながら、本態様のシリンダライナにおいては、凹部内周面に表面処理層１３が形成されていることから、該表面処理層１３が凹部内から脱落する物質等を防止する蓋としての役割を果たし、凹部内から物質等が脱落することもない。
【００３８】
このような表面処理層１３の膜厚について特に限定はないが、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下が特に好ましい。
【００３９】
また、凹部内周面に形成される表面処理層１３の最大高さＲｙは０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。最大高さＲｙを当該範囲内とした場合、つまり凹部内周面を平滑とした場合には、凹部内周面付近の潤滑油の流動性を高めることができ、凹部内周面に保持される潤滑油をより効果的に減少させることができ、また、凹部内の煤の堆積を効果的に抑制することができる。
【００４０】
なお、最大高さＲｙはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものであり、図３に示すように粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から最も高い山頂までの高さＹｐと最も低い谷底までの深さＹｖとの和で表わされる。
【００４１】
（凹部の形成方法）
本態様のシリンダにおける複数の凹部３の形成方法については、特に限定されることはなく、上述した各条件を満たす凹部３を形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。
【００４２】
例えば、マスキングした後、砥粒を吹き付けることにより凹部を形成するブラスト加工法（後述する実施例で採用）や、マスキングした後、腐食溶液につけ込むことにより凹部を形成する方法、さらには、凸版印刷において、インクの代わりに腐食液を使用した腐食加工方法などを採用することができる。
【００４３】
また、本態様のシリンダにおいては、最終的に凹部が形成されていればよく、必ずしも、製造工程においてシリンダ表面を除去することに凹部とする必要はなく、逆にシリンダ表面に凸部を形成することにより、結果として当該凸部が形成されなかった部分を凹部としてもよい。
【００４４】
この場合、具体的には、所定のマスキングした後、各種ＰＶＤ法によってＰＶＤ皮膜を凸部として形成する方法を用いることができる。また、ＰＶＤ皮膜の他、クロム、銅、錫、亜鉛、ニッケル、ニッケル−リン等のめっき皮膜や、その他、四三酸化鉄、リン酸マンガン、フッ素樹脂、フッ素樹脂とグラファイトからなる皮膜、フッ素樹脂とグラファイトと二硫化モリブデンからなる皮膜等を用いることができる。
【００４５】
（表面処理層の形成方法）
本態様のシリンダにおける凹部内周面の一部に形成される表面処理層１３の形成方法についても特に限定はなく、上述した各条件を満たす表面処理層１３を凹部内周面に形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。例えば、フッ素樹脂及び／又は銅系金属を適当な溶剤に溶解または分散させた塗工液を、スプレーコーティング法などを用いて凹部内周面に塗布することで凹部内周面の所望の箇所に表面処理層１３を形成することができる。
【００４６】
また、リン酸塩皮膜処理により形成される表面処理層を形成する場合にあっては、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムの処理液等を用いて凹部内周面に化学的にリン酸塩皮膜（表面処理層１３）を生成させることができる。
【００４７】
また、腐食溶液につけ込むことにより凹部３を形成する場合にあっては、凹部３の形成後、銅電極を用いて逆電圧をかけることで凹部内周面に銅系金属が含有された表面処理層１３を形成することができる。さらにまた、凹部３形成後のマスキングがされた状態で、銅系金属やフッ素樹脂を吹き付けるスプレーコーティングを行うことによっても凹部内周面に表面処理層１３を形成することができる。このような方法では、凹部３の形成に用いたマスキングをそのまま用いて表面処理層１３を形成することができることから、表面処理層１３を凹部内周面の所望の箇所に確実に形成することができるとともに、工程簡略化を図ることも可能となる。
【００４８】
（表面処理層の形成位置）
また、本態様において、凹部内周面に形成される表面処理層１３の形成位置について特に限定はなく、凹部内周面において潤滑油が保持されやすい部分（潤滑油が残留しやすい部分）や煤等が付着しやすい部分に形成すればよい。例えば、図１に例示するように凹部内周面全面に形成してもよく、凹部内周面の一部に形成してもよい。なお、凹部内周面のうち凹部底面及び凹部底面近傍の面には潤滑油が特に残留しやすく、また煤が付着しやすいことから、少なくとも、凹部底面に表面処理層１３が形成されていることが好ましい。なお、凹部底面とは、凹部内周面を形成する面のうちシリンダ内壁面２から最も遠い場所に位置する面をいう。
【００４９】
（凹部の形成位置）
次に、本態様のシリンダライナにおける凹部の形成位置の一例を、図４、図５を参照して具体的に説明する。なお、図４は、本発明のシリンダを構成するシリンダライナ内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図であり、図５は、本態様のシリンダ本体の内側に固着されるシリンダライナにおける、上記行程中央部領域４の範囲の一例を示す概略断面図である。
【００５０】
以下、行程中央部領域にのみ凹部を形成した場合を中心に説明を行うが、本態様のシリンダは、シリンダ（シリンダライナ）の内壁面に複数の凹部が形成され、凹部内周面の一部に所定の材料からなる表面処理層１３が形成されている点に特徴を有し、シリンダライナの内壁面に形成される凹部の形成位置について以下の例に限定されず、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積を小さくし摩擦力を低減させたい位置に凹部を形成することで足りる。
【００５１】
図４に例示するように本態様におけるシリンダライナ１の内壁面２には、複数個の凹部３が形成されている。この凹部３は、シリンダライナ１の内壁面２のうち、行程中央部領域４のみに形成されており、当該領域４以外の領域には形成されていない。行程中央部領域４は、シリンダライナ１の内壁面２の全周にわたり、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。
【００５２】
図５は、ピストンが往復動する際の、上死点停止位置におけるピストン２１ａと、下死点停止位置におけるピストン２１ｂとを同一の断面図に示すものである。上記行程中央部領域４は、シリンダライナ１の内壁面２のうち、上死点停止位置におけるピストン２１ａの最下位のピストンリング２２のリング溝２３の下面２４位置から、下死点停止位置におけるピストン２１ｂにおける最上位のピストンリング２６のリング溝２５の上面２７位置までの間の領域である。図５は、３本のピストンリング（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）が用いられる構成のピストンを示しており、最下位のピストンリング２２はオイルコントロールリングであり、最上位のピストンリング２６は第１圧力リングである。
【００５３】
上記のように、シリンダライナ内壁面に複数の凹部を形成することで、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積を小さくでき、摩擦力を低減することができるが、ピストンの移動速度が比較的小さい上死点付近および下死点付近では、シリンダライナの内壁面に凹部を形成しなくともシリンダライナの内壁面の表面粗さを小さくすることにより、往復動摩擦の低減を図ることができる。一方で、シリンダライナの内壁面と、ピストンリングとの摺動速度が大きい領域である行程中央部領域４では、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなる。このような点を考慮すると、凹部の形成位置は、シリンダライナの内壁面のうち上記行程中央部領域４にのみ凹部が形成されていることが好ましい。行程中央部領域４にのみ凹部を形成することで、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積を小さくし、潤滑油のせん断抵抗の影響を低減することができる。
【００５４】
また、ピストンリングが摺動する領域全てに凹部を形成した場合、つまり行程中央部領域以外の領域にも凹部を形成した場合、上記接触面積が小さくなることにより接触面圧が増加し、上死点および下死点の近傍では境界潤滑となるため、摩擦力が増加してしまう。また、このような部分に凹部があると、不要な油だまりとなってしまい、これが燃焼し油の消費量が多くなってしまうこともある。
【００５５】
またここで、行程中央部領域４に複数の凹部を無造作に形成した場合、行程中央部領域４全体では、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が小さくなるが、微視的には、摺動するピストンリングの幅（シリンダの軸方向の長さ）は行程中央部領域４にくらべて非常に短いため、場所によっては、凹部が形成されていない部分も存在する可能性があり、当該部分においては、ピストンリング摺動面とシリンダライナの内壁面とは１００％接触をしていることとなってしまい、上記効果を十分に発揮できない可能性がある。このような点を考慮すると、シリンダ周方向の全ての断面に、前記複数の凹部のうち少なくとも一つの凹部が存在していることが好ましい。
【００５６】
なお、「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、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。例えば、図５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２２のリング溝２３の下面２４位置であり、下端は最上位のピストンリングである第１圧力リング２６のリング溝２５の上面２７位置である。なお、本態様は、上述したように、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。
【００５７】
前述したように、周方向の断面を考えた場合、ある断面に凹部が一つも形成されていないと、当該断面をピストンリングが通過する際は、凹部が複数個形成されている断面を通過する際と比べ、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が大きくなる。そのため、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなり、結果として往復動摩擦も大きくなる。
【００５８】
これに対し、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面に凹部を少なくとも一つ形成することにより、行程中央部領域のどの周方向断面をピストンリングが通過する場合であっても、接触面積を確実かつ平均的に低減することができるため、往復動摩擦も確実に低減することができる。
【００５９】
また、「シリンダ周方向の全ての断面において、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」状態の例としては、図６（ａ）や（ｂ）の場合を挙げることができる。
【００６０】
図６（ａ）は、上述した図１の行程中央部領域４における、凹部３の配置の一例を示す概略展開図である。図６（ａ）においては、図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図６（ａ）に例示するように、シリンダ周方向に引いた線Ｘは、凹部３ａの最下点５ａが、その下方に最も近接する凹部３ｂの最上点６ｂよりも下側に位置する。また、シリンダ周方向に引いた線Ｙは、凹部３ｂの最下点５ｂが、その下方に最も近接する凹部３ｃの最上点６ｃよりも下方に位置する。このように、上下に近接する凹部同士を、シリンダ軸方向に重なるように配置することにより、シリンダ周方向の全ての断面において複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部を形成することができる。以上より、ピストンが往復した際に、行程中央部領域において、摺動するピストンリングが、シリンダ軸方向のどの位置においてもシリンダ内壁面との接触面積を小さくすることができ、往復動摩擦の低減に効果を奏する。
【００６１】
ここで、図６（ｂ）も図６（ａ）と同様、上述した図１の行程中央部領域４における、凹部３の配置の一例を示す概略展開図である。図６（ｂ）においても図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図６（ａ）にあっては、凹部３がシリンダ軸方向にわたって均一の面積で形成されているが、この態様に限定されることはなく、図６（ｂ）に示すように、シリンダ軸方向の行程中央部領域４の端部近傍においては凹部３の面積を小さくし、行程中央部領域４の中央部近傍においては凹部の面積を大きくしてもよい。
【００６２】
本態様において上記凹部の寸法は特に限定されるものではなく、シリンダや共に用いられるピストンリングの寸法等に応じて適宜調整することができる。凹部は、行程中央部領域をシリンダ軸方向に貫くように形成されていてもよいが、シリンダの気密性保持の観点から、上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シリンダ軸方向の長さ以下であることが好ましい。より具体的には、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シリンダ軸方向の長さの５〜１００％程度とすることが好ましい。
【００６３】
凹部のシリンダ周方向平均長さは、０．１ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。シリンダ周方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、周方向平均長さがこの範囲を超える場合は、ピストンリングの一部が凹部内へ入り込み、ピストンリングが変形する等の不具合が発生する場合がある。
【００６４】
凹部のシリンダ径方向平均長さは、０．５μｍ〜１０００μｍの範囲内が好ましく、０．５μｍ〜５００μｍの範囲内がさらに好ましく、０．５μｍ〜５０μｍの範囲内が特に好ましい。凹部のシリンダ径方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、径方向平均長さがこの範囲を超える場合は、加工が困難であり、また、シリンダライナの径方向平均長さを長くする（肉厚を厚くする）必要がある等の不具合が生じる場合がある。なお、凹部のシリンダ径方向平均長さは、凹部内周面がシリンダ内壁面よりも突出することがないように適宜設定する必要がある。
【００６５】
本態様においては、隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）は、０．１〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）がこの範囲に満たない場合には、ピストンリングが摺動するシリンダライナの内壁面の幅が小さすぎて、ピストンリングとシリンダライナの内壁面とが安定して摺動できない可能性がある。一方で、この範囲を超える場合には、凹部を形成した効果が十分に得られない可能性がある。
【００６６】
なお、本態様において上述した凹部の各平均長さは、図７に例示する各箇所の平均長さを意味するものとする。図７（ａ）は、シリンダライナの内壁面の、シリンダ軸方向を図面の上下方向に示した概略展開図である。また、図７（ｂ）は、シリンダライナの、周方向における概略断面図である。前記凹部の軸方向平均長さとは、図７（ａ）に例示するように、シリンダ軸方向における、凹部３の長さの平均である。
【００６７】
また、上記凹部３の周方向平均長さとは、図７（ａ）に例示するように、シリンダ周方向における、凹部３の長さの平均である。図７（ｂ）に例示するように、前記凹部３の周方向平均長さとは、内壁面２を含む面における長さの平均を意味するものとし、前記凹部の面積についても同様とする。
【００６８】
また、上記凹部３の径方向平均長さとは、図７（ｂ）に例示するように、凹部３の底面からシリンダライナ１の内壁面２までの長さの平均である。また、上記凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）とは、図７（ａ）および（ｂ）に例示するように、隣り合う凹部３の間隔の平均である。
【００６９】
本態様において、凹部の配置は、前述の通り、特に限定されるものではない。例えば図８はシリンダライナの内周を周方向に開いた展開図を示すが、図８（ａ）に例示するように、凹部が行程中央部領域をシリンダ軸方向に貫くように形成されていてもよいし、図８（ｂ）に例示するように、シリンダライナの内壁面上にらせん状に形成されていてもよい。また、図８（ｃ）および（ｄ）に例示するように、シリンダ軸方向に特定の長さを有する形状の凹部が一定間隔をおいて配置されていてもよい。さらに、凹部は不規則（ランダム）に配置されていてもよい。加えて、１つのシリンダライナの内壁面上に形成される複数個の凹部の形状や寸法は、互いに異なっていても同一であってもよい。
【００７０】
本態様においては、上記行程中央部領域のみに複数の凹部を形成した場合には、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、シリンダ周方向の断面当たりに形成される凹部の個数が少なくとも一つ以上であることが好ましい。また、シリンダ周方向の一断面に形成される凹部の個数が少なすぎる場合には、凹部を形成し、接触面積を低減することによって得られる往復動摩擦力低減効果が十分に得られない可能性がある。したがって、シリンダ周方向の各断面毎に当該効果を十分に発揮できる程度の凹部を形成することが好ましい。
【００７１】
往復動摩擦力低減効果が得られる程度の凹部とは、共に用いられるピストンの往復動の速度等によって異なるものであるが、本態様においては、行程中央部領域にのみ凹部を形成した場合には、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を１〜８０％とすることが好ましく、１０〜６０％がより好ましく、２０〜５０％が特に好ましい。上記面積率がこの範囲に満たないと、凹部を形成した効果が十分に得られない場合があり、一方で、上記面積率がこの範囲を超えると、接触面積が小さすぎ、ピストンリングがシリンダライナの内壁面を安定して摺動できなくなる等の不都合が生じる可能性がある。前記往復動摩擦力低減効果の観点から、凹部の寸法の好ましい範囲がある。そのため、１つ１つの凹部の寸法を考慮しつつ、面積率が上記範囲内となるように、かつ、全てのシリンダ周方向断面に少なくとも１つの凹部が形成されるように、凹部の個数およびその配置を調整することが必要である。
【００７２】
本態様において、「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」とは、図９（ａ）および（ｂ）に例示するように、凹部３の面積をＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎとしたときの、上記行程中央部領域の面積に対するＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎの合計の比率を意味するものである。面積率は、行程中央部領域における凹部３の面積Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎの合計Ａｔｏｔａｌと、行程中央部領域における凹部３以外の内壁面２の面積Ｂの合計Ｂｔｏｔａｌとを用い、下記式で表される。なお、図９（ａ）に例示するように、ここで凹部３の面積とは、前記凹部３の底面の面積ではなく、内壁面２を含む断面における面積を意味する。
【００７３】
【数１】
本態様においては、上述した凹部の形状、寸法、配置、面積率等は、行程中央部領域の全てにおいて同じでもよいし、領域によって異なっていてもよい。例えば、行程中央部領域において、シリンダ軸方向の各領域で上記面積率が異なっていてもよく、行程中央部領域の上方部分および下方部分においては凹部面積が小さく、行程中央部領域の中央部分においては凹部面積が大きくなっていてもよい。上記面積率等は段階的に変化しても、連続的に変化してもよい。
【００７４】
本態様におけるシリンダライナは、シリンダ本体の内側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。本態様のシリンダライナの寸法や材質等は、シリンダ本体の寸法や材質、共に用いられるピストンリング等との相性、さらには運転温度などを考慮し、適宜設計可能である。
【００７５】
本態様においては、ピストンリングと、シリンダライナの内壁面との往復動摩擦力低減の観点から、上記行程中央部領域にのみ前記凹部を形成した場合には、上記行程中央部領域の、前記凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さＲｚが４μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがさらに好ましく、１μｍ以下とすることが特に好ましい。また、本態様においては、シリンダライナの内壁面における、上死点付近の領域、下死点付近の領域、および行程中央部領域等、ピストンが摺動する全ての領域が上記表面粗さを有することが好ましい。なお、上記十点平均粗さＲｚとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものである。
【００７６】
（シリンダ本体）
本態様において用いられるシリンダ本体は、前記シリンダライナをその内側に固着することができればよく、その材質や寸法などは用途や運転温度等に応じて適宜設計可能である。
【００７７】
（シリンダと組み合わせて用いられるピストンリング）
本態様のシリンダと組み合わせて用いられるピストンリングについては、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンリングを適宜選択することができる。
【００７８】
特に、ピストンリングの外周摺動面は、その目的や用途により種々の形状を呈しているが、本態様のシリンダは、すべての外周摺動面の形状が異なる全てのピストンリングと組み合わせが可能である。
【００７９】
例えば、３本リング構成（２本の圧力リングと、１本のオイルリング）のピストンリングの場合にあっては、第一圧力リングの外周摺動面がバレル形状、偏心バレル形状、テーパ形状等が好ましく、第２圧力リングの外周摺動面が、テーパ形状、アンダーカット形状、アンダーフック形状等が好ましく、合口形状は中断アンダーカット形状が好ましく、オイルリングにあっては、コイルエキスパンダとオイルリング本体とからなる２ピース構成オイルリングや２本のサイドレールとスペーサエキスパンダからなる３ピース構成オイルリング等を用いることができ、特に２ピース構成オイルリングの外周摺動面形状をストレート形状、ダブルベベル形状、又はバレル形状とし、オイルリング本体の上レールの上面側及び下レールの下面側をバレル形状とすることが好ましく、このような組み合わせをすることにより大幅なＬＯＣの改善効果が期待できる。
【００８０】
（シリンダと組み合わせて用いられるピストン）
本態様のシリンダと組み合わせて用いられるピストンについても、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンを適宜選択することができる。
【００８１】
本態様のシリンダは、その内壁面に複数の凹部を有しているため、当該凹部がオイル溜まりとして機能し、従来のシリンダ（凹部なし）と比べてオイル量が増大することにより、ピストンリングによるオイルのかき残しが生じ、凹部にかき残されたオイルが、摺動面に流れ出し、上昇してきたピストンリングにかき上げられたり、残存するオイルが蒸発してしまうことによるＬＯＣの悪化が懸念される。したがって本態様のシリンダと組み合わせ用いるピストンにあっては、オイルを素早く排出するために、オイルドレイン孔（オイルをクランクケースに排出するための孔）をスラスト方向、反スラスト方向に、それぞれ２〜６箇所形成したり、オイルドレイン孔の直径を大きくするなどの工夫をしてもよい。さらに、スラスト方向のオイルドレイン孔の数や大きさを、反スラスト方向に形成するオイルドレイン孔よりも多く、大きくすることが好ましい。
【００８２】
Ｂ．第二態様（ライナレスタイプ）
本態様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用いられておらず、シリンダ本体の内壁面に直に上記凹部が形成され、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。
【００８３】
本態様において用いられるシリンダ本体は、その内壁面に複数の凹部が形成され、凹部内周面の一部に所定の材料からなる表面処理層１３が形成されたものであればよく、その寸法や材質については特に限定されることはない。
【００８４】
本態様のシリンダは、シリンダライナが用いられず、シリンダ本体の内壁面上に直に凹部が形成されること以外については、上記「Ａ．第一態様」のシリンダライナタイプのシリンダと同様であるため、ここでの説明は省略する。すなわち、「Ａ．第一態様」の凹部については、本態様のライナレスタイプにもそのまま適用することができ、本態様のシリンダは、その内壁面の行程中央部領域に所定の凹部を設けることにより、上記「第一態様」と同様な効果を奏するものである。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。たとえば、本発明のシリンダ内壁面の材質は、アルミ、アルミ系合金、鋳鉄、鋳鋼、鋼など、従来より使用されている各種材料を用いることができる。
【実施例】
【００８６】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００８７】
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凹部内の煤堆積率を測定した。
【００８８】
＜シリンダライナの加工＞
図１０（ａ）および（ｂ）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、マスキング板を用い、以下の手順で凹部を形成した。凹部は、図６（ａ）に示す形状および配置で形成した。
【００８９】
なお、使用したマスキング板はＳＵＳ４２０製であり、厚さは０．５ｍｍである。
（１）シリンダライナの内壁面に前記マスキング板を固定した。
（２）図１１に示すように、シリンダライナ９０をブラスト加工機のターンテーブル９１に固定した。
（３）図１１に示すように、シリンダライナ９０の内側にブラスト加工機の砥粒噴出口９２を挿入し、ターンテーブル９１を回転させ、かつ砥粒噴出口９２を上下に移動させながら、砥粒をシリンダライナ９０の内壁面に吐出させ（砥粒噴出口９２が上昇している時のみ砥粒を吐出させた。）、面積率が行程中央部領域の５０％となるように凹部の形成を行った。なお、砥粒材としてはアルミナを用い、砥粒径は５３〜７４μｍのものを用いた。砥粒噴出圧は約２ＭＰａであり、ターンテーブル９１の回転数は４ｒｐｍとした。また、砥粒噴出口９２の上下移動時間は５ｍｉｎ×２回とした。
（４）ターンテーブル９１からシリンダライナ９０を取り外し、ついでマスキング板をシリンダライナから取り外した。
（５）シリンダライナ９０の内壁面にホーニング加工を行った。なお、ホーニング加工は、形成された凹部の端部に罵詈が生じている場合があり、これを削除するためである。
（６）形成された凹部の形状は、図６（ａ）の通り菱形であり、軸方向平均長さ、周方向平均長さともに１．４ｍｍであった。また、凹部のシリンダ径方向平均長さは１０μｍであった。
【００９０】
＜表面処理層の形成＞
上記手順で加工したシリンダライナの凹部内周面に表面処理層を形成し、実施例１〜実施例４のシリンダライナを作成した。また、表面処理層の形成後の各凹部の底面の最大高さＲｙを１μｍ〜５μｍとした。
【００９１】
（実施例１）
銅系金属及びフッ素樹脂が含有された表面処理層の形成
平均粒径２μｍの銅粉末をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合し、スプレーコーティングにて凹部内周面全面に１μｍ〜５μｍの厚さとなるように塗布し、塗布後焼結乾燥させることで銅系金属及びフッ素樹脂を含有する表面処理層を形成した。
【００９２】
（実施例２）
フッ素樹脂が含有された表面処理層の形成
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を、スプレーコーティングにて凹部内周面全面に１μｍ〜５μｍの厚さとなるように塗布し、塗布後焼結乾燥させることでフッ素樹脂を含有する表面処理層を形成した。
【００９３】
（実施例３）
銅系金属が含有された表面処理層の形成
硫酸銅溶液へ凹部が加工されたシリンダライナを浸漬させ電解めっきを施すことにより凹部内周面全面に銅系金属を含有する表面処理層を形成した。
【００９４】
（実施例４）
リン酸塩皮膜処理による表面処理層の形成
リン酸マンガンの処理液を用いて、凹部内周面全面に、リン酸マンガン皮膜からなる表面処理層を形成した。
【００９５】
（比較例１）
表面処理層を形成しない以外は、実施例１〜４と同様の方法により比較例１のシリンダライナを形成した。
【００９６】
（実験１）
＜煤堆積率の測定＞
上記手順で加工した図１０（ａ）に示す実施例１〜４、比較例のシリンダライナの凹部内への煤堆積率の測定を行った。なお、煤堆積率は任意の５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内において、目視にて凹部内に５０％以上の煤が堆積している凹部の個数を計数し、計数された凹部の個数を、任意の５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内に存在する凹部の個数で除することにより測定した。評価結果を図１２に示す。なお、エンジンとしては、排気量：９０００ｃｃ、シリンダ数：６、シリンダ径、１１２ｍｍ、ストローク：１５０ｍｍのディーゼルエンジンを用い、エンジンの回転数は２７００ｒｐｍとし、加重は全負荷、水温は９０℃の条件で運転を行った。
＜評価＞
表面処理層を凹部内周面に形成しなかった比較例１のシリンダライナの煤堆積率は１８％であるのに対し、銅系金属及び／又はフッ素樹脂を含有、又はリン酸塩皮膜からなる表面処理層を凹部内周面に形成した実施例１〜４のシリンダライナの煤堆積率は３％〜７％と、凹部内周面に表面処理層を形成することで煤堆積率を大幅に低減することができた。
【００９７】
（実験２）
＜往復動摩擦力の測定＞
上記手順で加工した図１０（ｂ）に示すシリンダライナの往復動摩擦力（Ｎ）を図１３に示す装置を用いて測定した。シリンダライナの内壁面の凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さＲｚが２μｍ、凹部のシリンダ径方向平均長さが１０μｍ、表面処理層は実施例３に示した方法により凹部内周面全面１μｍ〜５μｍの厚さになるように形成し、形成後の凹部の底面の最大高さＲｙを１μｍ〜５μｍとし、回転数が７５０ｒｐｍの際に、上述した面積率が、０％、１％、１０％、３０％、５０％、６０％、８０％である場合の往復動摩擦力の測定結果を図１４に示す。図１４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。なお、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、供給油はＳＡＥ粘度１０Ｗ−３０のものを用いた。
【００９８】
＜評価＞
図１４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％のとき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。
【００９９】
（実験３）
＜機械的損失の測定＞
図１３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、行程中央部領域にのみ凹部が形成されたシリンダライナ（実施例５）、凹部が形成されていないシリンダライナ（比較例２−１）、摺動端にのみ凹部が形成されたシリンダライナ（比較例２−２）、摺動端及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には、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１３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の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）、及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。測定結果を図１５に示す。図１５においては、凹部が形成されていない比較例２−１のシリンダライナの機械的損失を１としたときの、その他のシリンダライナの機械的損失比を示す。
【０１００】
＜評価＞
図１５から、行程中央部領域にのみに凹部が形成された実施例５のシリンダライナは、凹部が形成されていない比較例２−１のシリンダライナや、摺動端に凹部が形成されている比較例２−２及び比較例２−３よりも機械的損失が少ないことがわかる。
【符号の説明】
【０１０１】
１…シリンダライナ
２…内壁面
３…凹部
４…行程中央部領域
１３…表面処理層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンがその内壁面を摺動するシリンダに関し、特には、ピストンとの往復動摩擦を低減させるとともに、当該低減効果を長期間にわたって維持することが可能なシリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化をはじめとする環境問題が地球規模で大きくクローズアップされ、大気中のＣＯ２削減に向けた内燃機関の燃費改善技術の開発が大きな課題となっており、その一環として、エンジン等に用いられる摺動部材の摩擦損失の低減が求められている。これに鑑み、近年において、耐摩耗性および耐焼付性に優れ、かつ、摩擦力の低減効果を最大限に発現することが可能な摺動部材の材料・表面処理・改質の技術の開発が進められている。
【０００３】
内燃機関の燃費改善など、シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させるためには、摩擦損失の低減が有効である。特に、往復運動を行なうピストンリングと、シリンダの内壁面との間では、摩擦低減が有効である。上記往復動摩擦の低減のためにはシリンダの内壁面の表面粗さを小さくすることが有効な手段であるとされているが、表面粗さが小さすぎると当該内壁面に保持される潤滑油がほとんどなくなるため、耐焼付性が低下するという不具合があった。耐焼付性を向上させるために特許文献１ではシリンダライナを、その内壁面の表面粗さが、ピストンの上死点側から下死点側に向って粗くなるように形成している。しかしながら、特許文献１においては下死点付近および行程中央部における上記表面粗さが大きいため、往復動摩擦が増大してしまうという不都合が生ずる。
【０００４】
また、特許文献２ではシリンダライナの内壁面にくぼみを形成することにより、ピストンリングと、シリンダライナとの往復動摩擦を低減する技術が開示されている。特許文献２においては、摺動速度の違いによってシリンダライナをシリンダの軸方向に複数の領域に分割し、領域ごとにくぼみの形状を異なるものとすることにより、往復動摩擦の低減効果を高めている。しかしながら特許文献２においては、くぼみ内周面は何ら処理がされておらず、燃焼行程中に発生した煤及び未燃燃料を含有した潤滑油の不純物がくぼみ内周面に付着しやすくなる。また、くぼみ内周面に何ら処理がされていない場合には、くぼみ内における潤滑油の流動性が低下し、潤滑油が酸性劣化されることにより生成される煤がくぼみ内周面に付着しやすくなる。このように、くぼみ内周面に不純物や煤が付着し堆積していった場合には、くぼみ内の体積が減少し、目詰まりの状態となって往復動摩擦が増大してしまうという不都合が生ずる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２００１４５号公報
【特許文献２】特開２００７−４６６６０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、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の凹部が形成されており、前記凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記シリンダは、前記行程中央部領域、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くともよい。
【０００８】
また、前記シリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面に前記複数の凹部が形成されていてもよい。
【０００９】
また、前記凹部の底面に、前記表面処理層が形成されていてもよい。
【００１０】
また、前記表面処理層を形成後の前記凹部の最大高さＲｙが、０．１μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。
【００１１】
さらにまた、前記シリンダが、内燃機関に用いられるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリンダ内壁面に複数の凹部が形成されていることから、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦を低減することができる。また、凹部内周面には所定の材料からなる表面処理層が形成されていることから、不純物や煤が堆積することによる凹部内の目詰まりを防止することができ、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦の低減効果を長期間にわたって維持することができる。
【００１３】
また、本発明のシリンダは、行程中央部領域が当該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、前記シリンダ内壁面の当該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場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のシリンダは、シリンダの内壁面とピストンが摺動するタイプであっても、シリンダの内側に固着されたシリンダライナとピストンが摺動するタイプであっても同様の効果を得ることができる。
【００１５】
また、本発明のシリンダの内壁面に形成された凹部の底面に、前記表面処理層が形成された場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明のシリンダにおいて、前記表面処理層を形成後の前記凹部の最大高さＲｙを、０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることで、ピストンリングとシリンダ内壁面との往復動摩擦の低減効果をより高く維持することができる。なお、最大高さＲｙとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものである。
【００１７】
さらに、本発明のシリンダライナを、エネルギー効率の向上が特に求められている分野である内燃機関に用いることにより、高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のシリンダに形成される凹部の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のシリンダに形成される凹部の正面形状の例を示す概略展開図である。
【図３】本発明のシリンダにおける、凹部内周面の最大高さＲｙの測定方法を示す説明図である。
【図４】本発明のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図である。
【図５】本発明のシリンダにおける、行程中央部領域の範囲の一例を示す説明図である。
【図６】本発明のシリンダにおける、凹部の配置の一例を示す概略展開図である。
【図７】本発明のシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図である。
【図８】本発明のシリンダにおける、凹部の配置の他の一例を示す概略展開図である。
【図９】本発明のシリンダにおける、面積率を説明する概略断面図および概略展開図である。
【図１０】本発明の実施例で用いられたシリンダライナの寸法を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施例において、凹部の形成時の状態を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例における往復動摩擦を測定するために用いられた装置の構成を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例における測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のシリンダは、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の凹部が形成されており、前記凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明のシリンダは、この要件を具備するものであれば特に限定されるものではない。具体的には、本発明のシリンダは、凹部内周面の少なくとも一部に、所定の材料からなる表面処理層を形成することによって、ピストンリングとの往復動摩擦を低減させ、かつ往復動摩擦の低減効果を維持するものであるため、ピストンと組み合わせて用いられ、当該ピストンがシリンダの内壁面上を摺動するものであれば、シリンダの用途、種類、材質等にかかわらず同様の効果を得ることができる。そのため、本発明のシリンダは、自動車や飛行機のエンジンなどの内燃機関、スターリングエンジンなどの外燃機関に加え、圧縮機などの、熱機関以外のシリンダとしても用いることができる。
【００２１】
また、シリンダには、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面上をピストンが摺動する、「シリンダライナタイプ」と、ピストンがシリンダの内壁面上を直に摺動する、「ライナレスタイプ」とがあるが、本発明はシリンダライナの有無にかかわらず、適用することができる。
【００２２】
以下、このような本発明の各態様（シリンダライナタイプとライナレスタイプ）についてそれぞれ説明する。
【００２３】
Ａ．第一態様（シリンダライナタイプ）
本発明の第一態様のシリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成され、前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、シリンダ本体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が固着されているシリンダ本体の内壁面には、凹部は設けられている必要はない。
【００２４】
以下、本態様のシリンダについて、図面を用いて説明する。
【００２５】
まずはじめに、本態様のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面に形成される凹部について説明する。図１は、本発明のシリンダに形成される凹部の一例を示す概略断面図である。
【００２６】
シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させる、例えば、エンジンの燃費を向上させるためには、ピストンリングと、シリンダの内壁面（本態様においてはシリンダライナの内壁面）との摩擦損失低減が有効である。そこで、本態様のシリンダを構成するシリンダライナにおいては、図１に示すように、その内壁面２に複数の凹部３が形成されている。シリンダライナ内壁面２に複数の凹部３を形成することで、ピストンリングとシリンダライナの内壁面２との接触面積を小さくすることができ摩擦力を低減することができる。
【００２７】
本態様におけるシリンダライナ内壁面２に形成される凹部３は、図１（ａ）に例示するように、複数の面（図１（ａ）に示す場合にあっては、２つの側面３ａと１つの底面３ｂ）や、図１（ｂ）に例示するように、１つの面（図１（ｂ）に示す場合にあっては、曲面３ｃ）により形成することができ、凹部３を形成する面について特に限定はない。以下、凹部を形成する面（例えば、図１に示す場合にあっては、２つの側面３ａと１つの底面３ｂ、もしくは曲面３ｃ）を凹部内周面という。また、当該凹部内周面に表面処理層１３が形成されている。
【００２８】
また、本態様において、シリンダライナ内壁面２に形成される凹部の正面形状（シリンダ周方向に展開した面）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２（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２（ａ）〜（ｃ）のような横長の形状でも、図２（ｄ）〜（ｇ）のような縦長の形状でも、図２（ｈ）〜（ｊ）のような縦対横の比率がほぼ等しい形状でもよい。
【００２９】
また、シリンダライナの内壁面に凹部３を形成した場合には、ピストン摺動時にシリンダライナ内壁面が保持する潤滑油の一部が凹部内に流入する。シリンダライナは、潤滑油となじみやすい性質を有することから、流入した潤滑油は凹部内周面で保持される。ここで、凹部内周面に潤滑油が長期にわたって保持された場合には、保持された潤滑油が酸化劣化されることで炭素を主成分とする煤が生成され、発生した煤が凹部内周面に付着し、次いで、凹部内周面に付着した煤を起点として徐々に凹部内に煤が堆積していく。煤が堆積することで凹部３が目詰まりをおこした場合には、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積が増大してしまい凹部３を形成することにより発揮される往復動摩擦の低減効果を長期にわたって維持することができなくなる。
【００３０】
また、エンジン稼動時においても煤が発生し、発生した煤は凹部３内に堆積していくことから、凹部３が目詰まりをおこした場合には上記と同様往復動摩擦の低減効果を長期にわたって維持することができなくなる。
【００３１】
そこで、本態様のシリンダライナにおける凹部内周面の少なくとも一部（図１に示す場合にあっては、凹部内周面の全面）には、潤滑油が凹部内周面に保持され続けることを防止し、又は凹部内周面に煤が付着することを防止（又は、潤滑油が凹部内周面に保持され続けることを防止するとともに、凹部内周面に煤が付着することを防止）するための表面処理層１３が形成されている。具体的には、凹部内周面の少なくとも一部には、銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、表面処理層１３が形成されている。
【００３２】
ここで、銅系金属は、煤の主成分である炭素が付着しにくい性質を有することから、銅系金属を含有する表面処理層１３を凹部内周面に形成することで凹部内周面に煤が付着・堆積することを防止することができる。また、フッ素樹脂は表面自由エネルギーが小さく、油を弾く性質を有する（撥油性を有する）ことから、フッ素樹脂を含有する表面処理層１３を凹部内周面に形成することで、凹部内周面に潤滑油が保持され続けることを防止することができ、これにより、保持された潤滑油が酸化劣化されることで生成される煤が凹部内に堆積することを防止することができる。また、表面処理層１３に銅系金属とフッ素樹脂とを含有させた場合には、凹部内周面への煤の付着を防止するとともに、潤滑油が凹部内周面に保持され続けることを防止することができ、ピストンリングとの往復動摩擦の低減効果をより長期にわたって維持することができる。
【００３３】
また、リン酸塩皮膜処理により形成される表面処理層を凹部内周面に形成した場合においても、上記の銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方を含有する表面処理層１３と同様に、凹部内周面に煤が付着・堆積することを防止することができる。
【００３４】
なお、リン酸塩皮膜処理とは、リン酸塩の処理液を用いて金属の表面に化学的にリン酸塩皮膜を生成させる化成処理をいい、リン酸塩皮膜処理により形成される表面処理層１３とは、リン酸塩皮膜を意味する。リン酸塩の処理液としては、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムの処理液等を挙げることができ、表面処理層１３としては、リン酸鉄の処理液を用いて形成されるリン酸鉄皮膜、リン酸マンガンの処理液を用いて形成されるリン酸マンガン皮膜、リン酸亜鉛の処理液を用いて形成されるリン酸亜鉛皮膜、リン酸カルシウムの処理液を用いて形成されるリン酸カルシウム皮膜等を挙げることができる。
【００３５】
ここで、製造段階の凹部形成に砥粒を用いる場合（例えば、ブラスト加工法により凹部を形成する場合）には、リン酸塩皮膜処理に際し、凹部内周面を予め酸洗いする前処理を行うことが好ましい。この前処理により、凹部内周面を活性化させることができ、製造段階において、凹部内周面に砥粒が存在している場合であっても、凹部内周面に存在する砥粒を除去することができる。また、その後の化成処理にて、凹部内周面をエッチングしながら表面が成長していくため砥粒が残ることはない。これにより、運転中に砥粒が脱落することを防止することができ、シリンダ内壁面への過大摩耗や縦きずによるオイル消費が増大することを防止することができる。
【００３６】
さらには、前処理において砥粒を完全に除去することができなくとも、砥粒は化成処理の際に、リン酸塩皮膜の膜内部に入り込み、リン酸塩皮膜の表面には存在しないことから、運転中に砥粒が脱落することはない。
【００３７】
また、凹部形成後の凹部内周面は粗面であり、シリンダライナを構成する母材等が凹部内周面から脱落する場合がある。しかしながら、本態様のシリンダライナにおいては、凹部内周面に表面処理層１３が形成されていることから、該表面処理層１３が凹部内から脱落する物質等を防止する蓋としての役割を果たし、凹部内から物質等が脱落することもない。
【００３８】
このような表面処理層１３の膜厚について特に限定はないが、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下が特に好ましい。
【００３９】
また、凹部内周面に形成される表面処理層１３の最大高さＲｙは０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。最大高さＲｙを当該範囲内とした場合、つまり凹部内周面を平滑とした場合には、凹部内周面付近の潤滑油の流動性を高めることができ、凹部内周面に保持される潤滑油をより効果的に減少させることができ、また、凹部内の煤の堆積を効果的に抑制することができる。
【００４０】
なお、最大高さＲｙはＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものであり、図３に示すように粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から最も高い山頂までの高さＹｐと最も低い谷底までの深さＹｖとの和で表わされる。
【００４１】
（凹部の形成方法）
本態様のシリンダにおける複数の凹部３の形成方法については、特に限定されることはなく、上述した各条件を満たす凹部３を形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。
【００４２】
例えば、マスキングした後、砥粒を吹き付けることにより凹部を形成するブラスト加工法（後述する実施例で採用）や、マスキングした後、腐食溶液につけ込むことにより凹部を形成する方法、さらには、凸版印刷において、インクの代わりに腐食液を使用した腐食加工方法などを採用することができる。
【００４３】
また、本態様のシリンダにおいては、最終的に凹部が形成されていればよく、必ずしも、製造工程においてシリンダ表面を除去することに凹部とする必要はなく、逆にシリンダ表面に凸部を形成することにより、結果として当該凸部が形成されなかった部分を凹部としてもよい。
【００４４】
この場合、具体的には、所定のマスキングした後、各種ＰＶＤ法によってＰＶＤ皮膜を凸部として形成する方法を用いることができる。また、ＰＶＤ皮膜の他、クロム、銅、錫、亜鉛、ニッケル、ニッケル−リン等のめっき皮膜や、その他、四三酸化鉄、リン酸マンガン、フッ素樹脂、フッ素樹脂とグラファイトからなる皮膜、フッ素樹脂とグラファイトと二硫化モリブデンからなる皮膜等を用いることができる。
【００４５】
（表面処理層の形成方法）
本態様のシリンダにおける凹部内周面の一部に形成される表面処理層１３の形成方法についても特に限定はなく、上述した各条件を満たす表面処理層１３を凹部内周面に形成することができれば、いかなる方法をも採用することができる。例えば、フッ素樹脂及び／又は銅系金属を適当な溶剤に溶解または分散させた塗工液を、スプレーコーティング法などを用いて凹部内周面に塗布することで凹部内周面の所望の箇所に表面処理層１３を形成することができる。
【００４６】
また、リン酸塩皮膜処理により形成される表面処理層を形成する場合にあっては、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムの処理液等を用いて凹部内周面に化学的にリン酸塩皮膜（表面処理層１３）を生成させることができる。
【００４７】
また、腐食溶液につけ込むことにより凹部３を形成する場合にあっては、凹部３の形成後、銅電極を用いて逆電圧をかけることで凹部内周面に銅系金属が含有された表面処理層１３を形成することができる。さらにまた、凹部３形成後のマスキングがされた状態で、銅系金属やフッ素樹脂を吹き付けるスプレーコーティングを行うことによっても凹部内周面に表面処理層１３を形成することができる。このような方法では、凹部３の形成に用いたマスキングをそのまま用いて表面処理層１３を形成することができることから、表面処理層１３を凹部内周面の所望の箇所に確実に形成することができるとともに、工程簡略化を図ることも可能となる。
【００４８】
（表面処理層の形成位置）
また、本態様において、凹部内周面に形成される表面処理層１３の形成位置について特に限定はなく、凹部内周面において潤滑油が保持されやすい部分（潤滑油が残留しやすい部分）や煤等が付着しやすい部分に形成すればよい。例えば、図１に例示するように凹部内周面全面に形成してもよく、凹部内周面の一部に形成してもよい。なお、凹部内周面のうち凹部底面及び凹部底面近傍の面には潤滑油が特に残留しやすく、また煤が付着しやすいことから、少なくとも、凹部底面に表面処理層１３が形成されていることが好ましい。なお、凹部底面とは、凹部内周面を形成する面のうちシリンダ内壁面２から最も遠い場所に位置する面をいう。
【００４９】
（凹部の形成位置）
次に、本態様のシリンダライナにおける凹部の形成位置の一例を、図４、図５を参照して具体的に説明する。なお、図４は、本発明のシリンダを構成するシリンダライナ内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図であり、図５は、本態様のシリンダ本体の内側に固着されるシリンダライナにおける、上記行程中央部領域４の範囲の一例を示す概略断面図である。
【００５０】
以下、行程中央部領域にのみ凹部を形成した場合を中心に説明を行うが、本態様のシリンダは、シリンダ（シリンダライナ）の内壁面に複数の凹部が形成され、凹部内周面の一部に所定の材料からなる表面処理層１３が形成されている点に特徴を有し、シリンダライナの内壁面に形成される凹部の形成位置について以下の例に限定されず、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積を小さくし摩擦力を低減させたい位置に凹部を形成することで足りる。
【００５１】
図４に例示するように本態様におけるシリンダライナ１の内壁面２には、複数個の凹部３が形成されている。この凹部３は、シリンダライナ１の内壁面２のうち、行程中央部領域４のみに形成されており、当該領域４以外の領域には形成されていない。行程中央部領域４は、シリンダライナ１の内壁面２の全周にわたり、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。
【００５２】
図５は、ピストンが往復動する際の、上死点停止位置におけるピストン２１ａと、下死点停止位置におけるピストン２１ｂとを同一の断面図に示すものである。上記行程中央部領域４は、シリンダライナ１の内壁面２のうち、上死点停止位置におけるピストン２１ａの最下位のピストンリング２２のリング溝２３の下面２４位置から、下死点停止位置におけるピストン２１ｂにおける最上位のピストンリング２６のリング溝２５の上面２７位置までの間の領域である。図５は、３本のピストンリング（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）が用いられる構成のピストンを示しており、最下位のピストンリング２２はオイルコントロールリングであり、最上位のピストンリング２６は第１圧力リングである。
【００５３】
上記のように、シリンダライナ内壁面に複数の凹部を形成することで、ピストンリングとシリンダライナとの接触面積を小さくでき、摩擦力を低減することができるが、ピストンの移動速度が比較的小さい上死点付近および下死点付近では、シリンダライナの内壁面に凹部を形成しなくともシリンダライナの内壁面の表面粗さを小さくすることにより、往復動摩擦の低減を図ることができる。一方で、シリンダライナの内壁面と、ピストンリングとの摺動速度が大きい領域である行程中央部領域４では、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなる。このような点を考慮すると、凹部の形成位置は、シリンダライナの内壁面のうち上記行程中央部領域４にのみ凹部が形成されていることが好ましい。行程中央部領域４にのみ凹部を形成することで、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積を小さくし、潤滑油のせん断抵抗の影響を低減することができる。
【００５４】
また、ピストンリングが摺動する領域全てに凹部を形成した場合、つまり行程中央部領域以外の領域にも凹部を形成した場合、上記接触面積が小さくなることにより接触面圧が増加し、上死点および下死点の近傍では境界潤滑となるため、摩擦力が増加してしまう。また、このような部分に凹部があると、不要な油だまりとなってしまい、これが燃焼し油の消費量が多くなってしまうこともある。
【００５５】
またここで、行程中央部領域４に複数の凹部を無造作に形成した場合、行程中央部領域４全体では、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が小さくなるが、微視的には、摺動するピストンリングの幅（シリンダの軸方向の長さ）は行程中央部領域４にくらべて非常に短いため、場所によっては、凹部が形成されていない部分も存在する可能性があり、当該部分においては、ピストンリング摺動面とシリンダライナの内壁面とは１００％接触をしていることとなってしまい、上記効果を十分に発揮できない可能性がある。このような点を考慮すると、シリンダ周方向の全ての断面に、前記複数の凹部のうち少なくとも一つの凹部が存在していることが好ましい。
【００５６】
なお、「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、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。例えば、図５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２２のリング溝２３の下面２４位置であり、下端は最上位のピストンリングである第１圧力リング２６のリング溝２５の上面２７位置である。なお、本態様は、上述したように、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。
【００５７】
前述したように、周方向の断面を考えた場合、ある断面に凹部が一つも形成されていないと、当該断面をピストンリングが通過する際は、凹部が複数個形成されている断面を通過する際と比べ、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が大きくなる。そのため、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなり、結果として往復動摩擦も大きくなる。
【００５８】
これに対し、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面に凹部を少なくとも一つ形成することにより、行程中央部領域のどの周方向断面をピストンリングが通過する場合であっても、接触面積を確実かつ平均的に低減することができるため、往復動摩擦も確実に低減することができる。
【００５９】
また、「シリンダ周方向の全ての断面において、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」状態の例としては、図６（ａ）や（ｂ）の場合を挙げることができる。
【００６０】
図６（ａ）は、上述した図１の行程中央部領域４における、凹部３の配置の一例を示す概略展開図である。図６（ａ）においては、図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図６（ａ）に例示するように、シリンダ周方向に引いた線Ｘは、凹部３ａの最下点５ａが、その下方に最も近接する凹部３ｂの最上点６ｂよりも下側に位置する。また、シリンダ周方向に引いた線Ｙは、凹部３ｂの最下点５ｂが、その下方に最も近接する凹部３ｃの最上点６ｃよりも下方に位置する。このように、上下に近接する凹部同士を、シリンダ軸方向に重なるように配置することにより、シリンダ周方向の全ての断面において複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部を形成することができる。以上より、ピストンが往復した際に、行程中央部領域において、摺動するピストンリングが、シリンダ軸方向のどの位置においてもシリンダ内壁面との接触面積を小さくすることができ、往復動摩擦の低減に効果を奏する。
【００６１】
ここで、図６（ｂ）も図６（ａ）と同様、上述した図１の行程中央部領域４における、凹部３の配置の一例を示す概略展開図である。図６（ｂ）においても図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図６（ａ）にあっては、凹部３がシリンダ軸方向にわたって均一の面積で形成されているが、この態様に限定されることはなく、図６（ｂ）に示すように、シリンダ軸方向の行程中央部領域４の端部近傍においては凹部３の面積を小さくし、行程中央部領域４の中央部近傍においては凹部の面積を大きくしてもよい。
【００６２】
本態様において上記凹部の寸法は特に限定されるものではなく、シリンダや共に用いられるピストンリングの寸法等に応じて適宜調整することができる。凹部は、行程中央部領域をシリンダ軸方向に貫くように形成されていてもよいが、シリンダの気密性保持の観点から、上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シリンダ軸方向の長さ以下であることが好ましい。より具体的には、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シリンダ軸方向の長さの５〜１００％程度とすることが好ましい。
【００６３】
凹部のシリンダ周方向平均長さは、０．１ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。シリンダ周方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、周方向平均長さがこの範囲を超える場合は、ピストンリングの一部が凹部内へ入り込み、ピストンリングが変形する等の不具合が発生する場合がある。
【００６４】
凹部のシリンダ径方向平均長さは、０．５μｍ〜１０００μｍの範囲内が好ましく、０．５μｍ〜５００μｍの範囲内がさらに好ましく、０．５μｍ〜５０μｍの範囲内が特に好ましい。凹部のシリンダ径方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、径方向平均長さがこの範囲を超える場合は、加工が困難であり、また、シリンダライナの径方向平均長さを長くする（肉厚を厚くする）必要がある等の不具合が生じる場合がある。なお、凹部のシリンダ径方向平均長さは、凹部内周面がシリンダ内壁面よりも突出することがないように適宜設定する必要がある。
【００６５】
本態様においては、隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）は、０．１〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）がこの範囲に満たない場合には、ピストンリングが摺動するシリンダライナの内壁面の幅が小さすぎて、ピストンリングとシリンダライナの内壁面とが安定して摺動できない可能性がある。一方で、この範囲を超える場合には、凹部を形成した効果が十分に得られない可能性がある。
【００６６】
なお、本態様において上述した凹部の各平均長さは、図７に例示する各箇所の平均長さを意味するものとする。図７（ａ）は、シリンダライナの内壁面の、シリンダ軸方向を図面の上下方向に示した概略展開図である。また、図７（ｂ）は、シリンダライナの、周方向における概略断面図である。前記凹部の軸方向平均長さとは、図７（ａ）に例示するように、シリンダ軸方向における、凹部３の長さの平均である。
【００６７】
また、上記凹部３の周方向平均長さとは、図７（ａ）に例示するように、シリンダ周方向における、凹部３の長さの平均である。図７（ｂ）に例示するように、前記凹部３の周方向平均長さとは、内壁面２を含む面における長さの平均を意味するものとし、前記凹部の面積についても同様とする。
【００６８】
また、上記凹部３の径方向平均長さとは、図７（ｂ）に例示するように、凹部３の底面からシリンダライナ１の内壁面２までの長さの平均である。また、上記凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）とは、図７（ａ）および（ｂ）に例示するように、隣り合う凹部３の間隔の平均である。
【００６９】
本態様において、凹部の配置は、前述の通り、特に限定されるものではない。例えば図８はシリンダライナの内周を周方向に開いた展開図を示すが、図８（ａ）に例示するように、凹部が行程中央部領域をシリンダ軸方向に貫くように形成されていてもよいし、図８（ｂ）に例示するように、シリンダライナの内壁面上にらせん状に形成されていてもよい。また、図８（ｃ）および（ｄ）に例示するように、シリンダ軸方向に特定の長さを有する形状の凹部が一定間隔をおいて配置されていてもよい。さらに、凹部は不規則（ランダム）に配置されていてもよい。加えて、１つのシリンダライナの内壁面上に形成される複数個の凹部の形状や寸法は、互いに異なっていても同一であってもよい。
【００７０】
本態様においては、上記行程中央部領域のみに複数の凹部を形成した場合には、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、シリンダ周方向の断面当たりに形成される凹部の個数が少なくとも一つ以上であることが好ましい。また、シリンダ周方向の一断面に形成される凹部の個数が少なすぎる場合には、凹部を形成し、接触面積を低減することによって得られる往復動摩擦力低減効果が十分に得られない可能性がある。したがって、シリンダ周方向の各断面毎に当該効果を十分に発揮できる程度の凹部を形成することが好ましい。
【００７１】
往復動摩擦力低減効果が得られる程度の凹部とは、共に用いられるピストンの往復動の速度等によって異なるものであるが、本態様においては、行程中央部領域にのみ凹部を形成した場合には、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を１〜８０％とすることが好ましく、１０〜６０％がより好ましく、２０〜５０％が特に好ましい。上記面積率がこの範囲に満たないと、凹部を形成した効果が十分に得られない場合があり、一方で、上記面積率がこの範囲を超えると、接触面積が小さすぎ、ピストンリングがシリンダライナの内壁面を安定して摺動できなくなる等の不都合が生じる可能性がある。前記往復動摩擦力低減効果の観点から、凹部の寸法の好ましい範囲がある。そのため、１つ１つの凹部の寸法を考慮しつつ、面積率が上記範囲内となるように、かつ、全てのシリンダ周方向断面に少なくとも１つの凹部が形成されるように、凹部の個数およびその配置を調整することが必要である。
【００７２】
本態様において、「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」とは、図９（ａ）および（ｂ）に例示するように、凹部３の面積をＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎとしたときの、上記行程中央部領域の面積に対するＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎの合計の比率を意味するものである。面積率は、行程中央部領域における凹部３の面積Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・Ａｎの合計Ａｔｏｔａｌと、行程中央部領域における凹部３以外の内壁面２の面積Ｂの合計Ｂｔｏｔａｌとを用い、下記式で表される。なお、図９（ａ）に例示するように、ここで凹部３の面積とは、前記凹部３の底面の面積ではなく、内壁面２を含む断面における面積を意味する。
【００７３】
【数１】
本態様においては、上述した凹部の形状、寸法、配置、面積率等は、行程中央部領域の全てにおいて同じでもよいし、領域によって異なっていてもよい。例えば、行程中央部領域において、シリンダ軸方向の各領域で上記面積率が異なっていてもよく、行程中央部領域の上方部分および下方部分においては凹部面積が小さく、行程中央部領域の中央部分においては凹部面積が大きくなっていてもよい。上記面積率等は段階的に変化しても、連続的に変化してもよい。
【００７４】
本態様におけるシリンダライナは、シリンダ本体の内側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。本態様のシリンダライナの寸法や材質等は、シリンダ本体の寸法や材質、共に用いられるピストンリング等との相性、さらには運転温度などを考慮し、適宜設計可能である。
【００７５】
本態様においては、ピストンリングと、シリンダライナの内壁面との往復動摩擦力低減の観点から、上記行程中央部領域にのみ前記凹部を形成した場合には、上記行程中央部領域の、前記凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さＲｚが４μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがさらに好ましく、１μｍ以下とすることが特に好ましい。また、本態様においては、シリンダライナの内壁面における、上死点付近の領域、下死点付近の領域、および行程中央部領域等、ピストンが摺動する全ての領域が上記表面粗さを有することが好ましい。なお、上記十点平均粗さＲｚとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４にて規定されているものである。
【００７６】
（シリンダ本体）
本態様において用いられるシリンダ本体は、前記シリンダライナをその内側に固着することができればよく、その材質や寸法などは用途や運転温度等に応じて適宜設計可能である。
【００７７】
（シリンダと組み合わせて用いられるピストンリング）
本態様のシリンダと組み合わせて用いられるピストンリングについては、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンリングを適宜選択することができる。
【００７８】
特に、ピストンリングの外周摺動面は、その目的や用途により種々の形状を呈しているが、本態様のシリンダは、すべての外周摺動面の形状が異なる全てのピストンリングと組み合わせが可能である。
【００７９】
例えば、３本リング構成（２本の圧力リングと、１本のオイルリング）のピストンリングの場合にあっては、第一圧力リングの外周摺動面がバレル形状、偏心バレル形状、テーパ形状等が好ましく、第２圧力リングの外周摺動面が、テーパ形状、アンダーカット形状、アンダーフック形状等が好ましく、合口形状は中断アンダーカット形状が好ましく、オイルリングにあっては、コイルエキスパンダとオイルリング本体とからなる２ピース構成オイルリングや２本のサイドレールとスペーサエキスパンダからなる３ピース構成オイルリング等を用いることができ、特に２ピース構成オイルリングの外周摺動面形状をストレート形状、ダブルベベル形状、又はバレル形状とし、オイルリング本体の上レールの上面側及び下レールの下面側をバレル形状とすることが好ましく、このような組み合わせをすることにより大幅なＬＯＣの改善効果が期待できる。
【００８０】
（シリンダと組み合わせて用いられるピストン）
本態様のシリンダと組み合わせて用いられるピストンについても、特に限定されることはなく、現在公知である種々のピストンを適宜選択することができる。
【００８１】
本態様のシリンダは、その内壁面に複数の凹部を有しているため、当該凹部がオイル溜まりとして機能し、従来のシリンダ（凹部なし）と比べてオイル量が増大することにより、ピストンリングによるオイルのかき残しが生じ、凹部にかき残されたオイルが、摺動面に流れ出し、上昇してきたピストンリングにかき上げられたり、残存するオイルが蒸発してしまうことによるＬＯＣの悪化が懸念される。したがって本態様のシリンダと組み合わせ用いるピストンにあっては、オイルを素早く排出するために、オイルドレイン孔（オイルをクランクケースに排出するための孔）をスラスト方向、反スラスト方向に、それぞれ２〜６箇所形成したり、オイルドレイン孔の直径を大きくするなどの工夫をしてもよい。さらに、スラスト方向のオイルドレイン孔の数や大きさを、反スラスト方向に形成するオイルドレイン孔よりも多く、大きくすることが好ましい。
【００８２】
Ｂ．第二態様（ライナレスタイプ）
本態様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用いられておらず、シリンダ本体の内壁面に直に上記凹部が形成され、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。
【００８３】
本態様において用いられるシリンダ本体は、その内壁面に複数の凹部が形成され、凹部内周面の一部に所定の材料からなる表面処理層１３が形成されたものであればよく、その寸法や材質については特に限定されることはない。
【００８４】
本態様のシリンダは、シリンダライナが用いられず、シリンダ本体の内壁面上に直に凹部が形成されること以外については、上記「Ａ．第一態様」のシリンダライナタイプのシリンダと同様であるため、ここでの説明は省略する。すなわち、「Ａ．第一態様」の凹部については、本態様のライナレスタイプにもそのまま適用することができ、本態様のシリンダは、その内壁面の行程中央部領域に所定の凹部を設けることにより、上記「第一態様」と同様な効果を奏するものである。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。たとえば、本発明のシリンダ内壁面の材質は、アルミ、アルミ系合金、鋳鉄、鋳鋼、鋼など、従来より使用されている各種材料を用いることができる。
【実施例】
【００８６】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００８７】
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凹部内の煤堆積率を測定した。
【００８８】
＜シリンダライナの加工＞
図１０（ａ）および（ｂ）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、マスキング板を用い、以下の手順で凹部を形成した。凹部は、図６（ａ）に示す形状および配置で形成した。
【００８９】
なお、使用したマスキング板はＳＵＳ４２０製であり、厚さは０．５ｍｍである。
（１）シリンダライナの内壁面に前記マスキング板を固定した。
（２）図１１に示すように、シリンダライナ９０をブラスト加工機のターンテーブル９１に固定した。
（３）図１１に示すように、シリンダライナ９０の内側にブラスト加工機の砥粒噴出口９２を挿入し、ターンテーブル９１を回転させ、かつ砥粒噴出口９２を上下に移動させながら、砥粒をシリンダライナ９０の内壁面に吐出させ（砥粒噴出口９２が上昇している時のみ砥粒を吐出させた。）、面積率が行程中央部領域の５０％となるように凹部の形成を行った。なお、砥粒材としてはアルミナを用い、砥粒径は５３〜７４μｍのものを用いた。砥粒噴出圧は約２ＭＰａであり、ターンテーブル９１の回転数は４ｒｐｍとした。また、砥粒噴出口９２の上下移動時間は５ｍｉｎ×２回とした。
（４）ターンテーブル９１からシリンダライナ９０を取り外し、ついでマスキング板をシリンダライナから取り外した。
（５）シリンダライナ９０の内壁面にホーニング加工を行った。なお、ホーニング加工は、形成された凹部の端部に罵詈が生じている場合があり、これを削除するためである。
（６）形成された凹部の形状は、図６（ａ）の通り菱形であり、軸方向平均長さ、周方向平均長さともに１．４ｍｍであった。また、凹部のシリンダ径方向平均長さは１０μｍであった。
【００９０】
＜表面処理層の形成＞
上記手順で加工したシリンダライナの凹部内周面に表面処理層を形成し、実施例１〜実施例４のシリンダライナを作成した。また、表面処理層の形成後の各凹部の底面の最大高さＲｙを１μｍ〜５μｍとした。
【００９１】
（実施例１）
銅系金属及びフッ素樹脂が含有された表面処理層の形成
平均粒径２μｍの銅粉末をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合し、スプレーコーティングにて凹部内周面全面に１μｍ〜５μｍの厚さとなるように塗布し、塗布後焼結乾燥させることで銅系金属及びフッ素樹脂を含有する表面処理層を形成した。
【００９２】
（実施例２）
フッ素樹脂が含有された表面処理層の形成
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を、スプレーコーティングにて凹部内周面全面に１μｍ〜５μｍの厚さとなるように塗布し、塗布後焼結乾燥させることでフッ素樹脂を含有する表面処理層を形成した。
【００９３】
（実施例３）
銅系金属が含有された表面処理層の形成
硫酸銅溶液へ凹部が加工されたシリンダライナを浸漬させ電解めっきを施すことにより凹部内周面全面に銅系金属を含有する表面処理層を形成した。
【００９４】
（実施例４）
リン酸塩皮膜処理による表面処理層の形成
リン酸マンガンの処理液を用いて、凹部内周面全面に、リン酸マンガン皮膜からなる表面処理層を形成した。
【００９５】
（比較例１）
表面処理層を形成しない以外は、実施例１〜４と同様の方法により比較例１のシリンダライナを形成した。
【００９６】
（実験１）
＜煤堆積率の測定＞
上記手順で加工した図１０（ａ）に示す実施例１〜４、比較例のシリンダライナの凹部内への煤堆積率の測定を行った。なお、煤堆積率は任意の５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内において、目視にて凹部内に５０％以上の煤が堆積している凹部の個数を計数し、計数された凹部の個数を、任意の５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内に存在する凹部の個数で除することにより測定した。評価結果を図１２に示す。なお、エンジンとしては、排気量：９０００ｃｃ、シリンダ数：６、シリンダ径、１１２ｍｍ、ストローク：１５０ｍｍのディーゼルエンジンを用い、エンジンの回転数は２７００ｒｐｍとし、加重は全負荷、水温は９０℃の条件で運転を行った。
＜評価＞
表面処理層を凹部内周面に形成しなかった比較例１のシリンダライナの煤堆積率は１８％であるのに対し、銅系金属及び／又はフッ素樹脂を含有、又はリン酸塩皮膜からなる表面処理層を凹部内周面に形成した実施例１〜４のシリンダライナの煤堆積率は３％〜７％と、凹部内周面に表面処理層を形成することで煤堆積率を大幅に低減することができた。
【００９７】
（実験２）
＜往復動摩擦力の測定＞
上記手順で加工した図１０（ｂ）に示すシリンダライナの往復動摩擦力（Ｎ）を図１３に示す装置を用いて測定した。シリンダライナの内壁面の凹部が形成されていない箇所の十点平均粗さＲｚが２μｍ、凹部のシリンダ径方向平均長さが１０μｍ、表面処理層は実施例３に示した方法により凹部内周面全面１μｍ〜５μｍの厚さになるように形成し、形成後の凹部の底面の最大高さＲｙを１μｍ〜５μｍとし、回転数が７５０ｒｐｍの際に、上述した面積率が、０％、１％、１０％、３０％、５０％、６０％、８０％である場合の往復動摩擦力の測定結果を図１４に示す。図１４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。なお、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、供給油はＳＡＥ粘度１０Ｗ−３０のものを用いた。
【００９８】
＜評価＞
図１４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％のとき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。
【００９９】
（実験３）
＜機械的損失の測定＞
図１３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、行程中央部領域にのみ凹部が形成されたシリンダライナ（実施例５）、凹部が形成されていないシリンダライナ（比較例２−１）、摺動端にのみ凹部が形成されたシリンダライナ（比較例２−２）、摺動端及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には、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１３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の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）、及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。測定結果を図１５に示す。図１５においては、凹部が形成されていない比較例２−１のシリンダライナの機械的損失を１としたときの、その他のシリンダライナの機械的損失比を示す。
【０１００】
＜評価＞
図１５から、行程中央部領域にのみに凹部が形成された実施例５のシリンダライナは、凹部が形成されていない比較例２−１のシリンダライナや、摺動端に凹部が形成されている比較例２−２及び比較例２−３よりも機械的損失が少ないことがわかる。
【符号の説明】
【０１０１】
１…シリンダライナ
２…内壁面
３…凹部
４…行程中央部領域
１３…表面処理層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の凹部が形成されており、
前記凹部内周面の少なくとも一部には、
銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、
又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、
表面処理層が形成されていることを特徴とするシリンダ。
【請求項２】
前記行程中央部領域は、当該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、前記シリンダ内壁面の、当該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請求項１に記載のシリンダ。
【請求項３】
前記シリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面に前記複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダ。
【請求項４】
前記凹部の底面に、前記表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシリンダ。
【請求項５】
前記表面処理層を形成後の前記凹部の最大高さＲｙが、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のシリンダ。
【請求項６】
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項１乃至５の何れか１項に記載のシリンダ。
【請求項１】
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の凹部が形成されており、
前記凹部内周面の少なくとも一部には、
銅系金属及びフッ素樹脂のいずれか一方又は双方が含有されてなるか、
又はリン酸塩皮膜処理がされてなる、
表面処理層が形成されていることを特徴とするシリンダ。
【請求項２】
前記行程中央部領域は、当該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、前記シリンダ内壁面の、当該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請求項１に記載のシリンダ。
【請求項３】
前記シリンダは、シリンダ本体とその内側に固着されたシリンダライナとから構成されており、前記シリンダライナの内壁面に前記複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダ。
【請求項４】
前記凹部の底面に、前記表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシリンダ。
【請求項５】
前記表面処理層を形成後の前記凹部の最大高さＲｙが、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のシリンダ。
【請求項６】
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項１乃至５の何れか１項に記載のシリンダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２５５８４６（Ｐ２０１０−２５５８４６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０８２４（Ｐ２０１０−６０８２４）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（３９００２２８０６）日本ピストンリング株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（３９００２２８０６）日本ピストンリング株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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