メッキシリンダーに疑問
一部の外国車では、相当昔から使われてきたが、国内では二輪車への適用が最初。基本はメッキ層に硬質粒子を共析させて表面硬度を高めるもので、NiにSiCを共析させるニカジルメッキに準ずるモノが多い。SiC以外には、Al2O3、或いは、ダイヤモンド等々様々なモノがあるが、これが広く周知されたのは1984年頃のNS250F/Rが最初だろう。内燃機内壁に施されたメッキとしてはロータリーエンジンのハウジング内壁のマイクロポーラスメッキというのが相当に古いが、ピストンエンジンでは、NS250F/Rが初めて。
その後、スポーティな2ストロークに広く普及し、2XT型のTZR以降、Ｖガンマ、KR-1以降のモデルに広く採用されるようになった。
このニジカルメッキは高硬度（Hv=2400〜）のSiC粒子を共析させることで面硬度としてはHv=400以上を実現している。摺動において摺動を司る部位は、少なくともSiCとなっており優れた耐摩耗性を持つというのが売り込みである。因みに鋳鉄スリーブの硬度はブリネルで115〜150程度で、換算するとビッカースで150程度である。ということで、ニカジルメッキは非常に高硬度で耐摩耗性に優れシリンダーに施されると、機能は一生モノ、、、、というのが通説である。
但し、潤滑において硬ければ良いか？というと、実はその限りではないのが現実。特に、油膜を介した摺動における摺動性の場合、油膜保持能力というのが実は最重要だったりするのである。油膜の保持というと、摺動面の性状が重要であり、その性状は、摺動条件に応じた合成表面粗さが如何に維持できるか？が鍵なのである。
流体潤滑の世界では、低摩擦を維持するための合成表面粗さというのは、生成油膜の１／３程度というのが大事であり、それ以下であれば油膜の維持が難しく、それ以上であれば混合的な潤滑域に入ってしまうのである。
ということで、硬さよりも、必要な摺動面を如何に維持し続けるか？が大事なのだ。
自身、摺動専門で行っており、このようなニカジルメッキの他に、CVD、PVDといった薄膜皮膜、プラズマ、フレーム溶射等の厚膜溶射、各種メッキ、様々なセラミックスの摺動評価を行ってきたが、摺動性という面でみれば、必ずしも硬質皮膜がエライという訳でもないのである。大事なのは良好な摺動環境が変動要因に晒されても維持出来るか？が重要なのである。
そんなニカジルメッキ、当初はシリンダーに数多くのポートを持ち熱変形が不均一な２サイクルエンジンに適用されたものの、ポート端面の角部におけるメッキ層の厚みの不均一や定着性の問題から、トラブルが無い訳でもなかった。
そのようなトラブルのリスクと補修による機能回復の兼ね合いから、依然として従来の鋳鉄スリーブというのは引き続き使われていたのも事実である。
スリーブ用鋳鉄は、必要硬度を確保した上で、FCD（球状黒鉛鋳鉄）という材料で、自体の摺動性も非常に優れているのが特徴。摩耗させないという考え方ではなく、摩耗したとしても、摩耗の過程においても摺動性を良好に維持するというのが特徴なのである。
ニカジルメッキと鋳鉄スリーブの比較では、ニカジルメッキマンセーな論調が多いが、これは考え方の違いで、アプローチの違いなのである。当初性能を形を変えさせずに維持し続けるというモノと、変化しながらも性能の低下を極力抑えるという考え方である。
実際、損傷を受けた場合の回復にも、その傾向は認められ、メッキの場合は再メッキか全交換、鋳鉄スリーブの場合はボーリングという事である。
自身の先行待機軸受の世界も、耐食耐摩耗を追求していた時代は、兎に角高硬度材料ということでニカジルメッキ的な手法を選んでいたが、今の様々な摺動環境で安定的な性能を提供し続ける部分では、素材自体の摺動性に着目した鋳鉄スリーブ的な手法を用いて、今は後者の方が実は主流となっている。
因みに、メッキでは最大でも膜厚が50[μm]程度、そしてメッキ物性の維持には、粒子の共析率と、共析粒子の粒径管理が極めて重要であり、耐摩耗性の評価指数である比摩耗量の試験を行うと、粒子径の影響が支配的で10[μm]の粒子というのが最高の効果を発するというデータを得たが、膜厚が50[μm]で、粒子単位が10[μm]というのは、シリンダーの潤滑機能を司る合成表面粗さを提供するクロスハッチ深さ3〜5[μm]を施工して維持し続けるには簡単ではない。メッキの硬さの問題、それからクロスハッチ施工後の面の安定度を考慮すると、クロスハッチ深さは極僅か1〜3[μm]程度が限界であり、摺動面が滑らかであっても油膜形成性には劣るという性質が見えてくる。
つまり、油膜形成性を良好に保つには、オイル管理が極めて重要であり、用途に応じたオイルの選定が非常に大事ということでもある。
このことから類推するに、競技用２ストローク、或いは、用途が特化された乗り物から普及してきたというのは道理に適っている事が読みとれるのである。
逆に言えば、適当なオイル管理しか為されない市販車への適用という部分への適用となると、何らかのメリットが必要だが、昨今の実用的なモデルへの適用をみると、恐らくは、コストメリットと製品サイクルから着地点を見出したというのがホントのところだろう。
このようなメッキが安定的に可能となることで、施工コストが低下し、酷いオイル管理の元でも長期使用が稀で、仮に補修するとしてもシリンダー交換よりも車体の買い換えを選ぶ消費者傾向が強くなったという判断の元での普及だと思われる。
勿論、カタログ上では、当初の理念に従った煌びやかな宣伝が飾られているのだろうが、その裏にはこのような背景があるように見える。
事実、使用期間が長く、適切なオイル管理が期待出来ない乗用車の世界、特に実用車の世界では、メッキシリンダー化を殆ど進んでいない。コスト云々で普及はコレからという論調もあるが、現実は、使用環境を考えて選択したのが現状と考える方が自然なのである。
そもそも、メッキという成膜で得られる厚さは50[μm]以下だが、面の耐久性とは必ずしも摺動特性に限らない。エンジンというのは首振り運動があるために常に、シリンダー内壁に対して押し付けるような負荷が掛かっているが、面の強さというのは薄膜では母材強度次第なのだ。
一般に、硬くて強い皮膜、、、という表現があるけど、強さというのは単位断面積辺りの耐荷重である。薄膜のように薄ければ、強度が半分の材料でも肉厚が倍になれば部分の強さという結果は一緒なのだ。寧ろ、硬質薄膜が衝撃を受けて母材が変形すれば、薄膜も変形するのだが、硬質薄膜は変形出来ず割れるパターンが多いのである。膜の健全性は母材との密着性であり、打痕を受けた箇所は健全性が維持出来ないのである。
それ故に、摺動面は一見綺麗でも、よく見れば打痕的な凹凸が散在している例も存在する。
現実に自身の目で見て、これを実感したのはZRX1200のシリンダーだが、34000km走行でシリンダー内壁に打痕を確認した事がある。ZRX1200は以前のエンジンに較べてボア、ストロークを拡大しているが、これに伴いコンロッド自体は短くなっている。ビッグボアでショートコンロッドの場合、首振りは結構顕著であり、それが打痕の一つの原因か？と考えた事もある。この時は、次のOHではシリンダー交換、、、という印象であった。
他にも、TZR250（2XT）モデルではリング交換のために開放した時にシリンダーをチェックした時はクロスハッチが殆ど失われてツルツルになっている状態を確認した事があるが、似たような状態は、ランツァ、RG125γ、NSR250R等でもチェック出来た。形成油膜の維持が難しくなると、油膜欠損時にも摺動性を維持できるか？とうと、その面においては鋳鉄スリーブには適わないのが現状なのだ。実際、自身が乗っていたTZRでは不調を感じる事無く、突然焼き付いたり、、、そんな経験がある。
つまり、使用状況におけるオイル管理が如何に重要かということで、この辺をしっかり理解する事が大事である。
自身、単車選びでは昔から鋳鉄スリーブマンセーなのだ。ガンマ500は当然だが、ガンマ200も然り。同時期のガンマ125がSCEMメッキシリンダーにも関わらず、200が鋳鉄スリーブというのは、エンジンボアの拡大による首振りでの耐久性にメーカーが不安を感じたためだろう。ミドルクラスのVツインでもCX、SV共に鋳鉄スリーブモデル。今のグラディウスではSCEMメッキシリンダーになっているが、SVは違うのだ。同じ系統のエンジンでもメッキ採用が拡がったというのは、施工技術の向上と、コスト効果が採算性に乗ってきたという見立てが正しいのだ。
自身の単車選びでは極力コンベンショナル！というのが大きな購入ポイントだったのだが、この度の単車選びで、詳しく見ていくと、、、最近のモデルは４サイクルでも多くがメッキシリンダー、、、、ネットや雑紙ではメッキシリンダーマンセーで普及の現状から心配する必要はないのだが、、、、過去のZRX1200や多くの２ストロークバイクの実態を見ると、なんか心に引っ掛かるのである。
最近のヤマハのVツインも漏れなくメッキシリンダー、、、、少しはオーソドックスに作ったモデルが無いものか、、、、
まぁ、時代遅れなオッサンの戯言だが、摺動面自体の硬度を以て摺動性とか耐摩耗性を言い合う人達って、、、、チョイ、不思議。大事なのはオイルなのにねぇ、、、、
但し、数年以下、２万km程度以下の買い換えを考える人にとっては、気にする事は無いものと思われる。自身の場合は、単車の維持は相当に長い。20年以上はザラ、、、使用状況、オイル管理が完璧とは言い難い、、、となると、やはり使い方による劣化が鈍感な鋳鉄スリーブの方が好み、、、まぁ、選択の余地が無ければ仕方ないが、、、
次期愛車選びの中で、MT-01はメッキシリンダーかぁ、、、では、XV750をルーツとしたBT1100はどう？って思うと、DS1100以降はシリンダーがメッキ化、つまりBT1100も言わずもがな、、、、では、SV650Sの現行はどうよ？ってみると、これもSCEMメッキ化、、、で、色々調べると原チャリからリッターバイク、SS迄殆ど全てがメッキシリンダー、、、、
メッキマンセーな記事では昔の２ストロークが3000kmでパワーを失うとか書いてあるけど、実体験として所有車両は全車それ以上走って問題無い。寧ろ、途中で買ったTZRとかの方が焼き付いたり、、、とトラブルが多かったので、話半分しか聞けないし、、、パワーが仮に落ちていたとも、長く乗ってきた愛車での街乗り、ツーリングユースでは突然焼き付かない方が大事なのだ。
何れにせよ、次、新しい単車を買うとすれば、間違い無く現代のトレンドで組まれたバイクになりそう、、、、でも、今の単車、大事に乗るのも大切だな。