JPH04252844A - シリンダライナ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に使用されるシ
リンダライナ及びその製造方法に関し、特に、内周面に
窒化層を備え、外周面にクロムめっき層を有するシリン
ダライナ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関に使用されるシリンダ
ライナには、鋳鉄等が使用され、その外周面の冷却水に
接する部分には、耐蝕性及び耐キャビテーション性を向
上させるために、クロムめっき層が被着される。さらに
、近年の内燃機関の高出力化、低公害化及び長寿命化等
に応えるべく、内周面に窒化層を形成して、内周面の耐
磨耗性及び耐蝕性を向上させたシリンダライナが要求さ
れている。

【０００３】ここに、内周面に窒化層を備え、外周面に
クロムめっき層を有するシリンダライナの従来の製造方
法を、図７〜図９を参照して、説明する。

【０００４】図７において、１１はシリンダライナであ
り、フランジ部１２を備える筒形状を有している。その
内周面１３は研磨加工されていると共に、窒化層１４が
形成されている。一方、外周面１５には、冷却水の通路
であるジャケット部１６及び水密を保つためのＯリング
が装着されるリング溝１７ａ，１７ｂが形成され、ジャ
ケット部１６及びその周囲にはクロムめっき層１８が被
着されている。

【０００５】上記の構成からなるシリンダライナ１１の
製造方法においては、先ず、鋳鉄製の円筒状鋳物を所定
形状に機械加工した後、内周面１３に窒化層１４を形成
すべく、シリンダライナ１１を、シアン酸ナトリウムを
主剤とする塩浴に浸漬して、窒化処理を行う（タフトラ
イド処理）。これにより、図８に示す如く、シリンダラ
イナ１１の表面全体に窒化層１４，１４′が形成される
。ここで、窒化層１４′は、クロムめっき層１８の被着
に対して障害となって、ビリ等の発生原因になるため、
図９に示す如く、ジャケット部１６の周囲の窒化層１４
′を機械加工により完全に除去して、外周面１５を露出
させる。しかる後に、クロムめっき浴にシリンダライナ
１１を浸漬して、前処理として陽極処理（逆電処理）を
施し、外周面１５を活性化させた後に、クロムめっき層
１８を被着する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の製
造方法においては、精密加工した後のシリンダライナ１
１に対して、外周面１５に形成された窒化層１４′を除
去するために機械加工を施す。このような機械加工を行
うと、シリンダライナ１１に偏芯が発生する、または内
周面１３にキズがつく等の致命的な機械的損傷が発生す
る危険性が高い。

【０００７】さらに、この機械加工における取り代が不
足して、窒化層１４′が残存すると、クロムめっき工程
において、クロムめっき層１８のビリ等が発生する。

【０００８】このような問題点を解消するために、予め
、外周面に窒化防止層としてニッケルめっき層または銅
めっき層を被着しておく方法が提案されている。しかし
、これらの金属層を窒化防止層に利用すると、クロムめ
っき層を被着する前に、別工程において、これらの金属
層を完全に除去し、その後に改めてクロムめっき層を被
着する必要がある。従って、金属層を完全に除去する管
理を必要とし、しかも工程数の追加を招く等の問題を有
しているため、実用には至っていない。

【０００９】また、シリンダライナを円筒状のスリーブ
内に嵌挿させて、外周面を窒化雰囲気から遮断した状態
で窒化処理を行い、内周面にのみ選択的に窒化層を形成
する方法も案出されているが、外周面に窒化層が形成さ
れることを確実に防止することは困難である。

【００１０】以上の問題点に鑑み、本発明の課題は、窒
化処理に対するダミー層として、予め、下層クロムめっ
き層を形成しておく方法を採用して、機械加工を用いる
ことなく、効率よく、外周面にクロムめっき層を被着し
、内周面にのみ窒化層を形成したシリンダライナ及びそ
の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、内周面には窒化層が形成され、外周面の少なくと
も冷却水と接する部分にはクロムめっき層を被着された
内燃機関用のシリンダライナにおいて、本発明が講じた
手段は、クロムめっき層が、下層クロムめっき層と上層
クロムめっき層からなる２層構造になっていることであ
る。

【００１２】かかる構造のシリンダライナの製造方法は
、クロムめっき層が被着されるべき外周部分に、予め、
下層クロムめっき層を被着する下層用クロムめっき工程
と、次に少なくとも内周面に窒化層を形成する窒化工程
と、次に窒化工程により形成された下層クロムめっき層
表面の窒化層を除去して、このクロムめっき層表面を露
出させた後に、下層クロムめっき層表面上に上層クロム
めっき層を被着する上層用クロムめっき工程とを少なく
とも有することを特徴とする。

【００１３】ここで、下層クロムめっき層表面の窒化層
の除去に、上層用クロムめっき工程において、めっき前
処理として行う陽極処理を利用するものであることが望
ましい。

【００１４】さらに、耐キャビテーション性を高めるた
めに、上層クロムめっき層の厚さが０．０５ｍｍ以上で
あって、その硬度がＨｖ８００（ビッカース硬度）以上
であることが好ましく、また下層クロムめっき層の厚さ
が０．０２ｍｍ以上であることが効果的である。

【００１５】

【作用】本発明によるシリンダライナ及びその製造方法
においては、シリンダライナの表面に窒化層を形成する
前に、予め、外周面の少なくとも冷却水と接触すべき部
分に下層クロムめっき層を被着しておく。従って、内周
面に対する窒化処理によって、下層クロムめっき層表面
が窒化されても、下層クロムめっき層の最表層を除去す
ることにより、下層クロムめっき層を露出させるので、
上層クロムめっき層を確実に被着できる。ここに、残さ
れた下層クロムめっき層を、その表面に被着された上層
クロムめっき層と共に、外周面の耐キャビテーション性
保護膜とすることができる。すなわち、下層クロムめっ
き層の表面層を、窒化処理に対するダミー層として利用
すると共に、残りの層を耐キャビテーション性保護膜の
一部として利用することができるので、効率よく、クロ
ムめっき層を形成できる。

【００１６】また、下層クロムめっき層の最表層を窒化
処理に対するダミー層とするので、除去すべき部分は窒
化層である。従って、この窒化層の除去に、クロムめっ
き工程の一般的な化学的前処理である陽極処理（逆電処
理）を利用することができる。すなわち、上層用クロム
めっき工程の前処理を、窒化層の除去に利用することが
できる。この場合には、窒化層の除去に機械加工を用い
る必要がなく、しかも別工程として行う必要がない。

【００１７】さらに、上層クロムめっき層の厚さが０．
０５ｍｍ以上であって、その硬度がＨｖ８００以上であ
る場合には、窒化工程において受けた熱によって下層ク
ロムめっき層にクラック及び硬度低下が発生していても
、優れた耐キャビテーション性を確保できる。

【００１８】そして、下層クロムめっき層の厚さが０．
０２ｍｍ以上である場合には、窒化処理に対するダミー
層として十分な厚さであり、しかも下層クロムめっき層
の耐キャビテーション性をも、外周面の耐キャビテーシ
ョン性の向上に寄与させることができる。

【００１９】

【実施例】実施例１ 次に、本発明の実施例１に係るシリンダライナ及びその
製造方法について、図１〜図５を参照して、説明する。

【００２０】図１はシリンダライナの構造を示す断面図
であり、図２〜図５はその製造方法の一部を示すシリン
ダライナの周囲壁を拡大した工程断面図である。

【００２１】図１において、１はシリンダライナであり
、上方にシリンダヘッドとの接続部であるフランジ部２
を備える円筒状の鋳鉄からなっている。その内周面３は
、摺動面となるべく平滑に研磨加工されていると共に、
その表面上には、窒化層４が形成されている。一方、外
周面５には、冷却水の通路になるべきジャケット部６及
びＯリングが装着されるべきリング溝７ａ，７ｂが形成
されており、冷却水と接触するジャケット部６及びその
周囲には、クロムめっき層８が被着されている。 ここで、クロムめっき層８は、下層クロムめっき層８ａ
及び上層クロムめっき層８ｂからなる二重構造になって
いる。

【００２２】ここに、上記の構成からなるシリンダライ
ナ１の製造方法を説明する。

【００２３】先ず、上記の形状に加工した後に、脱脂洗
浄及び酸洗浄したシリンダライナ１を、無水クロム酸と
硫酸とを配合したクロムめっき浴（サージェント浴）に
浸漬させる。この状態で、前処理として、シリンダライ
ナ１を陽極として電解して、陽極処理（逆電処理）を施
し、ジャケット部６及びその周囲の表面層をわずかに溶
解させて、活性化させる。この前処理の後、そのまま、
温度６０℃のクロムめっき浴中でシリンダライナ１を陰
極としてクロムめっきを行い、図２に示す如く、ジャケ
ット部６及びその周囲の表面に、厚さが０．０２ｍｍ、
硬度がＨｖ３００の下層クロムめっき層８ａを被着する
（下層用クロムめっき工程）。

【００２４】次に、内周面３に窒化層４を形成すべく、
シリンダライナ１を、シアン酸ナトリウム（ＮａＣＮＯ
）を主剤とする窒化処理用塩浴に浸漬し、温度５８０℃
で１２０分間の窒化処理（タフトライド処理）を行う。 これにより、図３に示す如く、内周面３に窒化層４が形
成されると共に、外周面５の下層クロムめっき層８ａの
表面層も窒化層９になる（窒化工程）。

【００２５】次に、上層クロムめっき層８ｂを被着する
ために、下層クロムめっき層８ａの最表層に形成された
窒化層９を除去する。この窒化層９の除去に、クロムめ
っき工程におけるめっき下地面を活性化させるための前
処理である陽極処理を利用する。すなわち、シリンダラ
イナ１を温度６０℃のクロムめっき浴に浸漬し、ジャケ
ット部６及びその周囲にのみ電解電流が流れるように部
分的に被覆すると共に、所定の位置に対極を配置し、シ
リンダライナ１を陽極として陽極処理を施す。

【００２６】この陽極処理により、下層クロムめっき層
８ａの最表層の窒化層９を溶解させて、除去し、図４に
示す如く、下層クロムめっき層８ａを露出させる。同時
に、この処理によって、下層クロムめっき層８ａの表面
は活性化した状態になる。

【００２７】しかる後に、この状態のままで、シリンダ
ライナ１を陰極としてクロムめっきを行って、下層クロ
ムめっき層８ａの表面に、厚さが０．０５ｍｍで、硬度
がＨｖ８００の上層クロムめっき層８ｂを被着する（上
層用クロムめっき工程）。

【００２８】その後、完成研磨加工を行い、外周面５に
は下層クロムめっき層８ａと上層クロムめっき層８ｂと
の二重構造からなるクロムめっき層８を備え、内周面３
には窒化層４を有するシリンダライナ１が製造される。

【００２９】以上のとおり、本例に係る製造方法におい
ては、窒化層４，９を形成する前に、予め、下層クロム
めっき層８ａを被着しているので、窒化工程の後に、下
層クロムめっき層８ａの最表層のみを除去すれば、窒化
層９を除去できると共に、下層クロムめっき層８ａをそ
のまま耐キャビテーション性保護膜の下層として残すこ
とができる。すなわち、残された下層クロムめっき層８
ａと、その表面に被着された上層クロムめっき層８ｂと
からなる二重構造のクロムめっき層８を、耐キャビテー
ション性保護膜とすることができる。しかも、ニッケル
めっき層または銅めっき層を窒化防止膜として使用した
場合のように、上層クロムめっき層を被着する前に、こ
れらの金属層を完全に除去する必要がない。

【００３０】また、下層クロムめっき層８ａの最表層を
窒化に対するダミー層と使用しているため、除去すべき
部分は窒化層である。従って、この窒化層９の除去に、
クロムめっき工程の化学的前処理である陽極処理を援用
しているため、別工程として窒化層９を除去する必要が
ない。それ故、工程が簡略化されており、生産性が高い
。しかも、機械加工による除去を必要としないので、シ
リンダライナ１の機械的損傷が発生しない。

【００３１】次に、以上の方法により製造したシリンダ
ライナ１の試料片を、キャビテーション試験によって評
価した。さらに、上記の実施例１に係るシリンダライナ
１の他に、表１に示すとおり、下層クロムめっき層及び
上層クロムめっき層の厚さ、硬度を変えた別の実施例に
係るシリンダライナについても評価を行った。なお、試
料番号４は、下層クロムめっき層に非晶質のクロムめっ
き層を用いたものである。ここで、キャビテーション試
験は、磁歪式超音波キャビテーション試験機を使用し、
周波数２０ｋＨｚ、振幅８６μｍの加速試験条件で行い
、媒体には温度５５±２℃の蒸留水を使用した。試験時
間は９０分間とし、損傷の程度を断面の観察により調査
した。

【００３２】その結果を、表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示すとおり、実施例１に係る製造方
法で製造した試料番号１及びクロムめっき層の厚さ、硬
度を変えた試料番号２〜４のいずれの試料においても、
損傷の程度は小またはそれ以下であり、良好な結果が得
られた。特に、実施例１に係る試料番号１の試料におい
ては、損傷が発生していないことが確認された。

【００３５】さらに、下層及び上層のクロムめっき層の
厚さ及び硬度を変えて評価した結果、上層クロムめっき
層の厚さが０．０５ｍｍ以上であって、その硬度がＨｖ
８００以上である場合には、窒化工程で受けた熱によっ
て、下層クロムめっき層にクラック及び硬度の低下が発
生していても、優れた耐キャビテーション性を確保でき
、下層クロムめっき層の厚さが０．０２ｍｍ以上である
場合には、窒化処理に対するダミー層として十分な厚さ
であり、下層クロムめっき層の耐キャビテーション性を
も、外周面の耐キャビテーション性の向上に寄与させる
ことが可能であることが確認された。従って、下層クロ
ムめっき層の厚さが０．０２ｍｍ以上であって、かつ上
層クロムめっき層の厚さが０．０５ｍｍ以上で、その硬
度がＨｖ８００以上であるクロムめっき層が、耐キャビ
テーション性及び耐腐食性に対して最も効果的である。

【００３６】実施例２ 次に、実施例２に係るシリンダライナ及びその製造方法
として、ＦＣ２５相当のディーゼルエンジン用シリンダ
ライナ素材を内径３７０ｍｍのシリンダライナに機械加
工した後、実施例１に係る製造方法と同様の工程順序に
より、内周面には窒化層を形成し、外周面にはクロムめ
っき層を形成した。ここで、被着した下層クロムめっき
層は、厚さが０．０３ｍｍ、初期硬度がＨｖ９３０であ
り、上層クロムめっき層の厚さは０．０８ｍｍである。

【００３７】ここに、その外周面の深さ方向の硬度分布
を調査した結果を図６に示す。

【００３８】図６に示すとおり、表面層から０．１ｍｍ
の深さでは、クロムめっき層の硬度がＨｖ４００以下に
まで低下している。すなわち、下層クロムめっき層は、
窒化工程で受けた熱によって硬度が低下している。

【００３９】このようなクロムめっき層においても、表
面層は、上層クロムめっき層によって硬度がＨｖ９３０
を維持しており、このシリンダライナを実機に組み込ん
で、実機による運転試験を３０００時間行った後に分解
調査しても、キャビテーションによる損傷は全く発生し
ていないことが確認された。

【００４０】以上のとおり、本例に係る製造方法によれ
ば、精密加工後に機械加工を行うことなく、内周面には
窒化層を、外周面にはクロムめっき層を有するシリンダ
ライナを、効率よく製造できる。しかも、その内周面は
耐磨耗性及び耐蝕性が優れ、外周面は耐キャビテーショ
ン性及び耐蝕性が十分に高いレベルのものである。

【００４１】ここで、クロムめっきの条件は、上記の実
施例に使用しためっき浴に限定されるものではなく、窒
化工程における窒化処理用塩浴の組成、温度、浸漬時間
等も限定のないものであり、さらに塩浴を用いた窒化処
理に限らず、アンモニアガス等を使用した窒化処理を採
用してもよい。

【００４２】また、本実施例においては、窒化層の除去
に、クロムめっき工程で行う陽極処理を援用したが、さ
らにクロムめっき工程の化学的前処理である酸洗浄を追
加して援用してもよい。さらに、他の処理方法を採用し
てもよく、窒化処理に対するダミー層として、予め、ク
ロムめっき層を形成しておく方法であれば制限のないも
のである。

【００４３】さらに、各工程間に水洗等の洗浄工程、乾
燥工程等を、必要に応じて加えてもよく、また下層クロ
ムめっき層表面での窒化層の形成を抑制するために、例
えばシリンダライナを円筒状のスリーブ等の被覆部材に
よって被覆した状態で窒化処理を行ってもよいものであ
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係るシリンダライナ及びその製
造方法においては、シリンダライナの表面に窒化層を形
成する前に、予め、下層クロムめっき層を被着しておく
ことに特徴を有するので、以下の効果を奏する。

【００４５】■　　下層クロムめっき層の表面層のみを
除去すれば、窒化工程により形成された窒化層を除去で
きる。しかも、残された下層クロムめっき層を、上層ク
ロムめっき層と共に、外周面の耐キャビテーション性保
護膜とすることができる。それ故、窒化防止膜として他
の金属層を使用した場合のように、その金属層を完全に
除去し、改めてクロムめっき層を被着する工程を必要と
しないので、生産効率の向上を実現できる。

【００４６】■　　下層クロムめっき層から除去すべき
部分は窒化層である。従って、この窒化層の除去に、上
層用クロムめっき工程の前処理である陽極処理を援用す
ることができる。この場合には、上記の除去を別工程と
して行う必要がないため、工程を簡略化でき、生産効率
の向上を実現できる。また、機械加工による除去を必要
としないので、シリンダライナに機械的損傷が発生しな
い。よって、信頼性及び歩留りの向上も実現できる。

【００４７】■　　上層クロムめっき層の厚さが０．０
５ｍｍ以上であって、その硬度がＨｖ８００以上である
場合には、下層クロムめっき層の耐キャビテーション性
が低下していても、シリンダライナの外周面の耐キャビ
テーション性を確保できる。

【００４８】■　　下層クロムめっき層の厚さが０．０
２ｍｍ以上である場合には、下層クロムめっき層の耐キ
ャビテーション性を、さらにシリンダライナの外周面の
耐キャビテーション性の向上に寄与させることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るシリンダライナの構造
を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１に係る製造方法の一部を示す
シリンダライナの周囲壁を拡大した工程断面図である。

【図３】この製造方法の一部を示す工程断面図である。

【図４】この製造方法の一部を示す工程断面図である。

【図５】この製造方法の一部を示す工程断面図である。

【図６】この製造方法により製造されたシリンダライナ
における深さ方向の硬度分布を示すグラフである。

【図７】従来の製造方法により製造したシリンダライナ
の構造を示す断面図である。

【図８】従来の製造方法の一部を示すシリンダライナの
周囲壁を拡大した工程断面図である。

【図９】この製造方法の一部を示す工程断面図である。

【符号の説明】

１，１１・・・シリンダライナ ３，１３・・・内周面 ５，１５・・・外周面 ４，１４・・・窒化層 ８ａ・・・下層クロムめっき層 ８ｂ・・・上層クロムめっき層 ８・・・クロムめっき層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内周面には窒化層が形成され、外周面の少
   なくとも冷却水と接する部分にはクロムめっき層が被着
   された内燃機関用のシリンダライナにおいて、前記クロ
   ムめっき層は、下層クロムめっき層と上層クロムめっき
   層からなる２層構造になっていることを特徴とするシリ
   ンダライナ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記上層クロムめっき
   層の厚さが０．０５ｍｍ以上であって、その硬度がＨｖ
   ８００以上であることを特徴とするシリンダライナ。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記下
   層クロムめっき層の厚さが０．０２ｍｍ以上であること
   を特徴とするシリンダライナ。
4. 【請求項４】内周面には窒化層が形成され、外周面の少
   なくとも冷却水と接する部分にはクロムめっき層が被着
   された内燃機関用のシリンダライナの製造方法において
   、前記クロムめっき層が被着されるべき外周部分に下層
   クロムめっき層を被着する下層用クロムめっき工程と、
   次に少なくとも前記内周面に窒化層を形成する窒化工程
   と、次に前記窒化工程により形成された前記下層クロム
   めっき層表面の窒化層を除去して、前記下層クロムめっ
   き層表面を露出させた後に、前記下層クロムめっき層表
   面上に上層クロムめっき層を被着する上層用クロムめっ
   き工程と、を少なくとも有することを特徴とするシリン
   ダライナの製造方法。
5. 【請求項５】請求項４において、前記下層クロムめっき
   層表面の窒化層の除去に、前記上層用クロムめっき工程
   におけるめっき前処理である陽極処理を利用することを
   特徴とするシリンダライナの製造方法。
6. 【請求項６】請求項４または請求項５において、前記上
   層クロムめっき層の厚さが０．０５ｍｍ以上であって、
   その硬度がＨｖ８００以上であることを特徴とするシリ
   ンダライナの製造方法。
7. 【請求項７】請求項４乃至請求項６のいずれか１項にお
   いて、前記下層クロムめっき層の厚さが０．０２ｍｍ以
   上であることを特徴とするシリンダライナの製造方法。