(57)【要約】【課題】  良好なオイル保持性の確保によるフリクション低減及びオイル消費の低減を、生産性の低下を招くことなく果たすことができるシリンダを提供する。【解決手段】  シリンダ２のボア面７に形成されたクロスハッチ角度は、ボア面７の全面に亘って１０±５°の範囲に設定され、溝幅は３０μｍ以下、ボア面７をピストン移動方向に沿って切断した際の単位長さ当たり溝数は２０溝／mm以上とされている。クロスハッチ角度が１５°を超えるように構成された場合に比して、オイルの保持性が良くなりフリクションを低減できる。単位長さ当たり溝数が２０溝／mm以上に設定され、かつ溝９の幅が３０μｍ以下とされて狭くなっていることにより、ピストン５の移動時にピストンリング４とボア面７との間にオイルが継続して保持されるので、ピストンリング４の潤滑性が良くなり、焼付けを防止できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホーニング加工によりボア面にクロスハッチが施される内燃機関のシリンダにおいて、
前記クロスハッチ角度はボア面の全面に亘って１０±５°の範囲に設定され、
前記ボア面をピストンの移動方向に沿って切断した際のピストン移動方向の単位長さ当たり溝数は２０溝／mm以上としたことを特徴とするシリンダ。
【請求項２】
ホーニング加工によりクロスハッチが施されたシリンダのボア面におけるピストン移動方向に対する高さ形状データを求め、
該高さ形状データについて、シリンダの所定位置からの長さ寸法を独立変数とし、前記シリンダのピストン移動方向の単位長さ当たり溝数に対応して変化する周期関数で表し、
該周期関数に対するフーリエ変換により得られる振幅スペクトルに基づいて前記ボア面の良否判定を行い、
当該良否判定に用いる評価基準として、前記振幅スペクトルに、ピーク値が０．２μｍ以上で当該ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm以上である信号成分が含まれることが用いられることを特徴とするシリンダのボア面の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジンなどに用いられるシリンダ及びそのボア面の判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジンに用いられるシリンダのボア（シリンダボア）の一例（以下、適宜、第１従来例という。）として、特許文献１に示すものがある。特許文献１のシリンダボアには、ホーニング加工によりクロスハッチが施されており、クロスハッチ角度は、シリンダの上端側領域が４５〜７０°、下端側領域が１５〜４０°、中間領域が１０°以下に設定されている。また、クロスハッチの溝間隔は１０〜５０μｍ、溝深さは１〜４μｍとされている。
【０００３】
また、従来のシリンダのボアの他の例（以下、適宜、第２従来例という。）として、特許文献２に示されるものがある。特許文献２のシリンダのボアは、ピストン上死点におけるピストンリングより上方のピストンリングが摺動しないシリンダボア内面でのクロスハッチのシリンダボア中心軸に直交する面に対する傾斜角度（以下、クロスハッチ傾斜角度という。）を約４５度（上記クロスハッチ角度に換算すると、約９０度）とし、ピストン上死点におけるピストンリングより下方のピストンリングが摺動するシリンダボア内面でのクロスハッチ傾斜角度を約３０度（上記クロスハッチ角度に換算すると、約６０度）としている。
【特許文献１】特開２００４−１７６５５６号公報
【特許文献２】特開平７−７５９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、シリンダのボアにおけるピストンの移動方向に沿う方向でクロスハッチ角度が異なるように設定されている。すなわち、第１従来例では、シリンダの上端側領域、下端側領域及び中間領域でクロスハッチ角度が異なるように設定されている。また、第２従来例も、第１従来例と同様に、シリンダボア内面のピストン上死点におけるピストンリングより上方の部分と下方の部分でクロスハッチ傾斜角度ひいてはクロスハッチ角度が異なるように設定されている。このため、シリンダの加工が複雑なものになり、ひいては生産性の低下を招くものになっている。
また、シリンダのボア面には、ピストン（ピストンリング）とのフリクション低減のために良好なオイル保持性が要求されると共に、オイル消費の抑制を図ることが望まれている。
【０００５】
また、ある部材に加工が施されその加工面の表面粗さについて評価を行う場合、表面粗さ測定器の測定結果に基づいて行われるのが一般的である。しかしながら、シリンダのボア面、すなわち上述したようにクロスハッチの溝を含むボア面に対しては、これまで適切な評価方法が適用されていないのが実情であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良好なオイル保持性の確保によるフリクション低減及びオイル消費の低減を、生産性の低下を招くことなく果たすことができるシリンダを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、容易に実施できるボア面の判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、ホーニング加工によりボア面にクロスハッチが施される内燃機関のシリンダにおいて、前記クロスハッチ角度はボア面の全面に亘って１０±５°の範囲に設定され、前記ボア面をピストンの移動方向に沿って切断した際のピストン移動方向の単位長さ当たり溝数は２０溝／mm以上としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載のシリンダのボア面の判定方法に係る発明は、ホーニング加工によりクロスハッチが施されたシリンダのボア面におけるピストン移動方向に対する高さ形状データを求め、該高さ形状データについて、シリンダの所定位置からの長さ寸法を独立変数とし、前記シリンダのピストン移動方向の単位長さ当たり溝数に対応して変化する周期関数で表し、該周期関数に対するフーリエ変換により得られる振幅スペクトルに基づいて前記ボア面の良否判定を行い、当該良否判定に用いる評価基準として、前記振幅スペクトルに、ピーク値が０．２μｍ以上で当該ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm以上である信号成分が含まれることが用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、クロスハッチ角度がボア面の全面に亘って１０±５°の範囲に入るように設定されていることにより、クロスハッチ角度が１５°を超えるように構成された場合に比して、オイルの保持性が良くなり、ひいてはフリクションの低減を図ることができる。ボア面におけるピストンの移動方向の単位長さ当たり溝数が２０溝／mm以上に設定され、かつクロスハッチの溝の幅が３０μｍ以下とされて狭くなっていることにより、ピストンの移動時に、ピストン側とボア面との間にオイルが継続して保持され、ボア面に対するピストン側の潤滑性（ひいては冷却性）が良くなり、焼付けを防止できる。
さらに、クロスハッチの溝の幅は３０μｍ以下に設定されて狭くなっていることにより、溝に溜まるオイル量（すなわちボア面のオイル残り量）が少なくでき、これにより、オイル消費量を、その分、抑制できる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、ボア面の形状に応じて、すなわちクロスハッチを含むボア面の形状を利用してそのデータに対する演算（フーリエ変換）結果を用いてボア面の評価を行うので、特別な測定が不要であり、その分、ボア面の判定を容易に行なえる。さらに、この判定には、クロスハッチを含むボア面の形状を直接的に用いることから、精度の高い判定結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。
図１及び図２において、エンジンブロック１のシリンダ２に形成されたボア３にはピストンリング４を有するピストン５が上下動可能に収納されている。ボア３の表面（以下、ボア面という。）７には、ホーニング加工によりクロスハッチ８が施されている。クロスハッチ８は、傾斜向きが異なる２種類のらせん状の溝９ａ，９ｂにより構成されている。２種類の溝９ａ，９ｂ（以下、適宜、総称して溝９という。）の交差角度、すなわちクロスハッチ角度は、ボア３の全面に亘って１０±５°（５°〜１５°）の範囲に入るように設定されている。
【００１２】
図３に、横軸にシリンダ２のピストン５の移動方向の位置を示し、縦軸に、ボア面７をピストン５の移動方向に沿って切断した際のボア面７の粗さ曲線を示している。図３中、実線は、本実施の形態〔クロスハッチ角度がボア面７の全面に亘って１０±５°の範囲に入る。〕を示している。また、図３中、点線は比較第１例（クロスハッチ角度がボア面７の全面に亘って３０〜４５°の範囲に入る。）を示している。比較第１例は、前記第２従来例（ボア面に、クロスハッチ角度が６０〜９０°の範囲に入る部分を有する。）に比して、オイル保持性の向上が期待できるようにクロスハッチ角度を小さく（３０〜４５°の範囲）設定して構成されている。
【００１３】
図４では、図３に示す粗さ曲線ひいては高さ形状データ〔複数の基本周波数信号（信号成分）の重畳により構成される周期信号〕からピーク値の大きい複数の信号成分を抽出し、これらピーク値の大きい複数の信号成分の重畳により得られる信号を示している。図３と同様に、実線が本実施の形態、点線が比較第１例を示している。
クロスハッチ８の溝９の幅は３０μｍ以下に設定されている。また、ボア面７をピストン５の移動方向に沿って切断した際のピストン５移動方向の単位長さ当たり溝数は２０溝／mm以上になるようにされている。
【００１４】
前記ホーニング加工では、ホーニングヘッドを速度調整しつつ回転作動及び上下往復作動することによりボア面７にクロスハッチ８を施すようにしている。そして、ホーニングヘッドの回転時及び上下往復作動時の速度などの前記溝９を形成する上で必要となるデータ（幅形成用データ）は、試行錯誤などを通じて予め得るようにしている。
【００１５】
この実施の形態では、上述したようにクロスハッチ角度がボア面７の全面に亘って１０±５°（５°〜１５°）の範囲に入るように設定されていることにより、クロスハッチ角度が１５°を超えるように構成された場合に比して、オイルの保持性が良くなり、ひいてはフリクションの低減を図ることができる。また、ボア面７におけるピストン５の移動方向の単位長さ当たり溝数が２０溝／mm以上に設定され、かつクロスハッチ８の溝９の幅が３０μｍ以下とされて狭くなっていることにより、ピストン５の移動時に、ピストンリング４とボア面７との間にオイルが継続して保持される。このため、ボア面７に対するピストンリング４の潤滑性（ひいては冷却性）が良くなり、焼付けを確実に防ぐことができる。また、良好な冷却性を確保できることから、シリンダ２に対するオイル供給用のポンプの容量の低減を図ることができる。
【００１６】
また、クロスハッチ８の溝９の幅は３０μｍ以下に設定されて狭くなっていることにより、溝９に溜まるオイル量（すなわちボア面７のオイル残り量）が少なくでき、これにより、オイル消費量を、その分、抑制することができる。
クロスハッチ角度がボア面７の全面に亘って１０±５°（５°〜１５°）の範囲に設定されており、例えば１０°、１２°、１３°等のように一定の角度に設定することも可能であり、これにより、ボア面７に対するホーニング加工を容易に施すことが可能になり、ひいては生産性の向上を図ることができる。
【００１７】
この実施の形態では、ホーニング加工によりクロスハッチ８が施されたシリンダのボア面７におけるピストン５移動方向に対する高さ形状データを求め（図３参照）、この高さ形状データに基づいて次のようにしてボア面７の良否を後述する評価基準を用いて判定するようにしている。
【００１８】
すなわち、前記高さ形状データについて、シリンダ２の一端部（所定位置）からの長さ寸法を独立変数とし、シリンダ２のピストン５の移動方向の単位長さ当たり溝数に対応して変化する周期関数で表し、該周期関数をフーリエ変換し、該フーリエ変換により振幅スペクトルを求め、振幅スペクトルに基づいてボア面７の良否判定を行うようにしている。
さらに、ボア面７の良否判定に用いられる評価基準として、図５に示すように振幅スペクトルに、ピーク値が０．２μｍ（第１基準値Ａ）以上で当該ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm（第２基準値Ｂ）以上である信号成分（以下、基準信号成分という。）が含まれることが用いられるようにしている。そして、振幅スペクトルに、基準信号成分が含まれている場合、対象となるシリンダによればフリクションを低減でき、ボア面７は良好であると判定する。
【００１９】
この判定方法は、ボア面７の形状に応じて、すなわちクロスハッチ８を含むボア面７の形状を利用してそのデータに対する演算（フーリエ変換）結果を用いてボア面７の評価を行うので、特別な測定が不要であり、その分、ボア面７の判定を容易に行なえる。さらに、この判定には、クロスハッチ８を含むボア面７の形状を直接的に用いることから、精度高い判定結果を得ることができる。
【００２０】
上述したように、前記評価基準として、振幅スペクトルに前記基準信号成分が含まれることが用いられ、振幅スペクトルに基準信号成分が含まれる場合、対象となるシリンダによればフリクションを低減でき、ボア面７は良好であると判定するが、これは、本願発明者等が行った検証結果に基づいて定めたものである。
【００２１】
すなわち、本願発明者等は、前記第１実施の形態においてクロスハッチ角度を１０°としたものを検証実施例とする一方、比較第１例において図６に示すようにクロスハッチ角度を４５°に設定したもの（比較第２例という。）を用い、検証実施例及び比較第２例について比較するように試みた。そして、この比較により、図８に示すように検証実施例（実線で示す）が比較第２例（点線で示す）に比して、フリクションを確実に低減し得ることを確認することができた。
【００２２】
この検証実施例では、ボア面７をピストン５の移動方向に沿って切断した際のクロスハッチ８の溝９を含むボア面７の高さレベルを計測して高さ形状データを得る。このようにして得られた高さ形状データについて、シリンダ２の一端部（所定位置）５ａからの長さ寸法を独立変数とし、単位長さ当たりの溝数〔溝／mm〕に対応して変化する周期関数で表し、該周期関数をフーリエ変換することにより図７の実線に示される振幅スペクトルが得られる。そして、この検証実施例では、その振幅スペクトルの複数の信号成分のうち代表的なものとして信号成分ａ、ｂ、ｃ、ｄがあり、これらの信号成分ａ、ｂ、ｃ、ｄは、ピーク値が０．２μｍ以上となっている。また、信号成分ｂ、ｃ、ｄは、各ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm以上となっている。すなわち、検証実施例の振幅スペクトルには、ピーク値が０．２μｍ以上で当該ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm以上である信号成分（信号成分ｂ、ｃ、ｄ）が含まれている。
【００２３】
また、比較第２例について、検証実施例の場合と同様に得た高さ形状データについて、検証実施例の場合と同様に周期関数で表し、この周期関数をフーリエ変換することにより図７の点線に示される振幅スペクトルが得られる。この比較第２例では、その振幅スペクトルにはピーク値が０．２μｍ以上の信号成分として信号成分ｆ、ｇがある。しかし、信号成分ｆ、ｇは、各ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm未満となっている。すなわち、比較第２例の振幅スペクトルには、ピーク値が０．２μｍ以上で当該ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm以上である信号成分は含まれていない。
【００２４】
一方、検証実施例及び比較第２例に対して非接触粗さ測定器を用いて、フリクションを計測し、その計測により図８に示される結果を得た。この図８に示されるように、検証実施例では、比較第２例に比してフリクションが低減されることを確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシリンダを模式的に示す断面図である。
【図２】図１のシリンダのボア面を示す図である。
【図３】図１の実施の形態及び比較第１例の高さレベル信号を示す図である。
【図４】図３に示す信号のうちピーク値の大きい基本周波数信号を重畳して得られる信号を示す図である。
【図５】最大ピークに対応する単位長さ当たりの溝数が２０溝／mm以上の領域に入るようにクロスハッチの単位長さ当たりの溝数が設定されることを示す図である。
【図６】検証実施例と対比される比較第２例のボア面を示す図である。
【図７】周期関数をフーリエ変換することにより得られる振幅スペクトを示す図である。
【図８】検証実施例と比較第２例のフリクション特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
２…シリンダ、３…ボア、５…ピストン、７…ボア面、８…クロスハッチ、９…溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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