JP2004107751A

JP2004107751A - 内燃エンジン用シリンダ及びその内周面処理方法

Info

Publication number: JP2004107751A
Application number: JP2002273922A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Nozaki; 野崎　勝正; Shinji Tsuchiya; 土屋　真治; Motoi Hashiba; 羽柴　基; Hiroshi Fukuda; 福田　宏
Original assignee: Kyoritsu Noki Co Ltd
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP3961381B2; US20040089260A1; US6886520B2

Abstract

【課題】ピストン摺動面となる内周面に形成されるめっき皮膜の膜厚の均一化、及び、平滑化が図られて、ホーニング加工等の研削加工を不要にすることもできる、内周面に高品質で低コストのめっき処理が施された内燃エンジン用シリンダ、及び、かかるシリンダを得ることのできる内周面処理方法を提供する。
【解決手段】ピストン摺動面となる内周面（９）に、高速極性反転電源（３０）を用いてＰＲ法によりめっきを施す。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃エンジン用シリンダ及びその内周面処理方法に係り、特に、ピストン摺動面となる内周面にめっき処理を施したアルミニウム合金製の内燃エンジン用シリンダ及びその内周面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯型動力作業機等に使用されている小型空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダの代表例として、図４に示される如くのものが挙げられる（後述する本発明の実施形態のシリンダ）。図示のシリンダ１は、アルミニウム合金製で、左右一対の柱状膨出部２ａ、２ａが設けられている胴部２と、スキッシュドーム形と呼ばれる燃焼室４が設けられた頭部３と、が一体に形成されており、その外周部には多数の冷却フィン１９が形成され、また、前記頭部３には点火プラグ装着用の雌ネジ部１８が形成されている。
【０００３】
前記胴部２におけるピストン摺動面となる内周面（シリンダボア面）９には、ピストン１５により開閉される吸気ポート５及び排気ポート６が、上下に段違いで向かい合うように開口せしめられるとともに、該両ポート５、６と周方向に沿って約９０°位置をずらして、前記柱状膨出部２ａ、２ａの内部に、所定厚みを有する内壁７ａ、７ａ付きの中空掃気通路７、７が設けられ、この掃気通路７、７の下流側端部（上端部）に、前記ピストン１５により開閉される左右一対の掃気ポート８、８が、前記シリンダボア９の前記排気ポート６とは反対方向に向けてやや上向きに形成されている。
【０００４】
なお、前記シリンダ１は、前記排気ポート６を二分割する縦断面Ｆを挟んで対称的に前記一対の掃気ポート８、８が設けられた、所謂シュニューレ二流掃気式のシリンダであるが、掃気ポートをさらに追加して二対設けた、所謂四流掃気式のものも知られている。また、掃気通路の形態としては、図示されている如くの、前記内壁７ａ、７ａ付き中空のもの、及び、前記内壁７ａ、７ａが無いもの（前記内周面９側が開口している）ものの他、クランク室から掃気通路を通じて掃気ポートに導かれる混合気をピストンのスカート部に接触させるべく、前記掃気通路の上部に所定厚みを有する半壁を残して、その下部に高さ方向に沿って切欠開ポート部を形成した、半壁付きのものもある。
【０００５】
前記した如くのアルミニウム合金製の２サイクル内燃エンジン用シリンダ１は、通常、ハイプレシャーダイカスト法等で鋳造した後、前記ピストン１５が摺動せしめられる前記内周面９については、耐摩耗性等を高めるため、めっき処理（めっき皮膜１０）を施すようにされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、前記シリンダ１の前記内周面９のめっき処理としては、電源として直流電源を用いたニッケル（Ｎｉ）系めっきや、クロム（Ｃｒ）系めっきが多く採用されている。ところが、この直流電源を用いためっきでは、図３に、前記吸気ポート５、前記排気ポート６、前記掃気ポート８、８等の、前記内周面９に開口するポート部分が示されている（ここでは、前記吸気ポート５を代表として例示）ように、前記内周面９に直流電源を用いためっきを施すと、前記めっき皮膜１０（の開口端縁角部）に、盛り上がり部１０ａが形成されるとともに、花咲きと呼ばれる髭状部１０ｂが形成され、膜厚が不均一で、表面も粗いものとなる。前記めっき皮膜１０に、前記盛り上がり部１０ａ等が存在してその膜厚が不均一で表面も粗いと、ピストンの摺動性等が低下し、実用に耐えない。
【０００７】
そのため、従来においては、前記めっき皮膜１０は、予め仕上げ代を加味して厚めに形成され、めっき後、前記盛り上がり部１０ａを除去して膜厚の均一化等を図るべく、前記内周面９のホーニング加工や、前記各ポート部の面取り加工等の研削加工をを施すことが必要となっており、内燃エンジン用シリンダの製造コストが高くなる嫌いがあった。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ピストン摺動面となる内周面に形成されるめっき皮膜の膜厚の均一化及び平滑化が図られて、ホーニング加工等の研削加工を不要にすることもできる、内周面に高品質で低コストのめっき処理が施された内燃エンジン用シリンダ、及び、かかるシリンダを得ることのできる内周面処理方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃エンジン用シリンダは、アルミニウム合金製で、ピストン摺動面となる内周面に、ピストンにより開閉せしめられる吸気ポート、排気ポート、掃気ポート等のポートが少なくとも一つ開口せしめられており、前記内周面に、高速極性反転電源を用いたＰＲ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　Ｒｅｖｅｒｓｅ）法による、例えば、鉄系やニッケル系のめっきが施されていることを特徴としている。
好ましい態様では、前記内周面に形成されためっき皮膜が、ホーニング加工等の研削加工を施されることなくピストン摺動面とされる。
この場合、前記めっき皮膜の膜厚は、好ましくは１０〜２０μｍとされる。
【００１０】
一方、本発明に係る内燃エンジン用シリンダの内周面処理方法は、ピストン摺動面となる内周面に、高速極性反転電源を用いてＰＲ法によりめっきを施すようにされる。
【００１１】
好ましい態様では、シリンダ内に円筒形状の陽極電極を挿入するとともに、めっき槽からめっき溶液を前記陽極電極内を介して前記シリンダ内に充填しながら流下させて前記めっき槽に戻し、前記シリンダ内と前記めっき槽との間を循環させるようにされる。
より好ましい態様では、正電流を流す時間が５０ｍｓ以下で、逆電流を流す時間が５ｍｓ以下とされる。
【００１２】
ここで、一般に、極性反転電源を用いたＰＲ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　Ｒｅｖｅｒｓｅ）法は、主に、光沢めっきを得る方法として知られている。正電流（正電圧）と逆電流（逆電圧）を周期的に反転させ、めっき皮膜の生成と溶解を繰り返す。逆電時には、電解研磨作用により、凸部が優先的に溶解され、正電時には、凹部への金属イオンの蓄積により、凹部の濃度分極の復極作用が大になり、平滑化が促進される。かかるＰＲ法は、通常、正電流（を流す）時間が１５〜２０ｓｅｃ、逆電流（を流す）時間が３〜４ｓｅｃで使用され、逆電流時間が短かすぎると、平滑効果が小さくなり、長すぎると、めっき速度が低下する。
【００１３】
本発明の内周面処理方法で使用される高速極性反転電源は、主としてプリント配線基板用銅めっきの電源として最近開発されたもので、パルスを制御して、正電、逆電（極性）を、５０ｍｓ以下の微少な間隔で反転させることができ、しかも、反転ロスが小さいことを特長としており、前記した従来の一般的な極性反転電源を用いた場合に比して、めっき面の高い平滑化効果を期待できる。
【００１４】
前記高速極性反転電源を用いてＰＲ法によるめっきを行うにあたっては、正電流値、正電流時間、逆電流値、逆電流時間を所定値に設定する。
【００１５】
いま、正電流値×正電流時間＝正積算量、及び、逆電流値×逆電流時間＝逆積算量として、前記正積算量に対する前記逆積算量の比を正逆積算比とすると、本発明に係る内周面処理方法の好ましい一態様では、前記正逆積算比を１〜１００の範囲内の所定値に固定して、電解（めっき）を行うようにされる。
【００１６】
具体的には、例えば、正電流値を２００Ａ、正電流時間を４０ｍｓ、逆電流値を８００Ａ、逆電流時間を４ｍｓに設定する。このとき、前記正逆積算比は、２００×４０／（８００×４）＝２．５となり、この正逆積算比２．５で所定時間、例えば、４５ｓｅｃ、電解めっきを行うようにされる。
【００１７】
このように、高速極性反転電源を用いて、正逆積算比を、例えば、２．５で固定したまま電解めっきを行うことにより、前記した花咲きと呼ばれる髭状部の発生を抑えられ、得られるめっき皮膜は、従来の直流電源を用いた通常のめっきよりはその膜厚の均一化、及び、平滑化が図られるが、ピストン摺動面としては、まだ不十分とされる場合があり、めっき後に、従来よりはるかに必要とされる加工量が少ないものの、ホーニング加工等の研削加工（仕上げ加工）が必要とされる。
【００１８】
それに対し、本発明に係る内周面処理方法の他の好ましい態様では、前記正逆積算比を段階的に変えて所定時間ずつ電解を行うようにされる。
具体的には、例えば、第一段階で、前記正逆積算比を１〜１００の範囲内の値、例えば、５として、所定時間、例えば、６０ｓｅｃ、電解を行い、前記内周面にめっき皮膜を生成する。次いで、第二段階で、前記正逆比を０．０１〜０．９の範囲内の値、例えば、０．２として、所定時間、例えば、３５ｓｅｃ、電解を行い、前記めっき皮膜（の凸部分）を溶解する。これにより、前記正逆積算比を一定値に固定した場合に比して、めっき皮膜の均一化、及び、平滑化が一層促進される。しかし、この第二段階では、陽極電極（アノード）にめっき皮膜が生成されてしまうので、それを除去すべく、第三段階として、前記正逆積算比を１〜１００の範囲内の値、例えば、２．５、として、所定時間、例えば６０ｓｅｃ、電解を行う。
【００１９】
このようにして前記内周面に形成されためっき皮膜は、その膜厚が均一化され、かつ、充分に平滑化されており、さらに、めっき皮膜の表面硬さも、従来の直流電源を用いた場合に比して硬くなり、そのままで、ピストン摺動面として十分実用に耐えられる。そのため、めっき後には、ホーニング加工等の研削加工を行う必要はなく、ブラッシングを行う程度で充分である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃エンジン用シリンダの実施の形態を詳細に説明する。
本発明に係る内燃エンジン用シリンダの一実施形態は、刈払機やチェーンソー等の携帯型動力作業機に用いられる、アルミニウム合金製の小型空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダであり、図４にその全体縦断面が示されている如くに、該シリンダ１は、左右一対の柱状膨出部２ａ、２ａが設けられている胴部２と、スキッシュドーム形と呼ばれる燃焼室４が設けられた頭部３と、が一体に形成されており、その外周部には多数の冷却フィン１９が形成され、また、前記頭部３には点火プラグ装着用の雌ネジ部１８が形成されている。
【００２１】
前記胴部２におけるピストン摺動面となる内周面（シリンダボア面）９には、ピストン１５により開閉される吸気ポート５及び排気ポート６が、上下に段違いで向かい合うように開口せしめられるとともに、該両ポート５、６と周方向に沿って約９０°位置をずらして、前記柱状膨出部２ａ、２ａの内部に、所定厚みを有する内壁７ａ、７ａ付きの中空掃気通路７、７が設けられ、この掃気通路７、７の下流側端部（上端部）に、前記ピストン１５により開閉される左右一対の掃気ポート８、８が、前記シリンダボア９の前記排気ポート６とは反対方向に向けてやや上向きに形成されている。
【００２２】
そして、図１に、前記シリンダ１にめっき処理を施している様子が、前記排気ポート６を二分割する縦断面Ｆ−Ｆで概略図示されているように、前記シリンダ１は、ハイプレシャーダイカスト法等で鋳造した後、前記ピストン１５が摺動せしめられる前記内周面９に、耐摩耗性等を高めるため、高速極性反転電源３０を用いて、ＰＲ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　Ｒｅｖｅｒｓｅ）法により、例えばニッケル系のめっき（めっき皮膜２０）が施されている。
【００２３】
前記高速極性反転電源３０は、それ自体周知のものであるが、電流パルスを制御して正電、逆電（極性）を５０ｍｓ以下の微少な間隔で反転させることができるようになっており、その一方の端子（正電時には＋極）３１は、陽極電極（アノード）４０に接続され、他方の端子（正電時には−極）３２は、母材である前記シリンダ１に接続されている。　前記陽極電極４０は、例えば白金（Ｐｔ）系の材料で、前記内周面（シリンダボア）９より若干小径の外径を持つ円筒形状に作製されており、めっきを行う際には、前記シリンダ１内に同心状に挿入され、その上端部が、前記内周面９の上端と略同じ高さ位置に配在される。
【００２４】
そして、本実施形態では、ポンプ６０により、めっき槽５０からニッケルイオンを含んだめっき溶液Ｍを、前記円筒形状の陽極電極４０を介して前記シリンダ１内に充填するようにされる。この場合、前記めっき溶液Ｍは、前記陽極電極４０の内周側を通ってその上端から外周側に溢れ出すように供給充填され、溢れ出しためっき溶液Ｍは、前記内周面９部分を通って流下せしめられて、前記めっき槽５０に戻され、前記シリンダ１内と前記めっき槽５０との間を循環させられる。このようにされることにより、前記シリンダ１全体をめっき溶液中に浸漬してめっきを行う場合に比して、めっき速度を速くできる。
【００２５】
かかる構成のもとで、前記高速極性反転電源３０を用いてＰＲ法によるめっきを行うにあたっては、正電流値、正電流時間、逆電流値、逆電流時間を所定値に設定する。
本発明に係る内周面処理方法の第一実施形態では、正電流値×正電流時間＝正積算量、及び、逆電流値×逆電流時間＝逆積算量として、前記正積算量に対する前記逆積算量の比を正逆積算比とすると、この正逆積算比を１〜１００の範囲内の所定値に固定して、電解（めっき）を行うようにされる。
【００２６】
具体的には、例えば、正電流値を２００Ａ、正電流時間を４０ｍｓ、逆電流値を８００Ａ、逆電流時間を４ｍｓに設定する。このとき、前記正逆積算比は、２００×４０／（８００×４）＝２．５となり、この正逆積算比２．５で所定時間、例えば、４５ｓｅｃ、電解めっきを行うようにされる。
このように、高速極性反転電源３０を用いて、正逆積算比を、例えば、２．５で固定したまま電解めっきを行うことにより、前記した花咲きと呼ばれる髭状部１０ｂ（図３参照）の発生を抑えられ、得られるめっき皮膜１０は、従来の直流電源による一定電流を用いた通常のめっきよりは、その膜厚の均一化、及び、平滑化が図られるが、ピストン摺動面としては、まだ不十分な場合もあり、めっき後に、ホーニング加工等の研削加工（仕上げ加工）が必要とされる。
【００２７】
それに対し、本発明に係る内周面処理方法の第二実施形態では、前記正逆積算比を、段階的に変えて、所定時間ずつ電解を行うようにされる。
具体的には、第一段階で、例えば、正電流値を逆電流値の１／２、正電流時間を逆電流時間の１０倍に設定し、前記正逆積算比を５として所定時間、例えば、６０ｓｅｃ、電解を行い、前記内周面９にめっき皮膜２０を生成する。
【００２８】
次いで、第二段階で、例えば、正電流値を逆電流値の１／２０、正電流時間を逆電流時間の４倍に設定して、前記正逆積算比を０．２として、所定時間、例えば、３５ｓｅｃ、電解を行い、前記めっき皮膜２０（の凸部分）を所定量溶解する。これにより、前記正逆積算比を一定値に固定した場合に比して、めっき皮膜２０の均一化及び平滑化が一層促進される。
【００２９】
しかし、前記第二段階では、前記陽極電極４０にめっき皮膜が生成されてしまうので、それを除去すべく、第三段階で、例えば、正電流値を逆電流値の１／４、正電流時間を逆電流時間の１０倍に設定して、前記正逆積算比を２．５として、所定時間、例えば６０ｓｅｃ、電解を行う。
【００３０】
このように、正逆積算比を三段階に変えて所定時間ずつ電解（めっき）を行うようにした場合には、前記内周面９に形成されためっき皮膜２０は、図２に吸気ポート５部分が代表して例示されているように、図３に示される如くの、従来例での大きな盛り上がり部１０ａや、花咲きと呼ばれる髭状部１０ｂは見られず、その膜厚が約１５μｍで均一化され、かつ充分に平滑化されている。なお、前記皮膜２０の膜厚は、前記した正電流値、正電流時間、逆電流値、逆電流時間、正積算量、逆積算量、正逆積算比等で決定され、ここでは、ピストン摺動面として要求される硬度、摺動性、靱性等を勘案すると、１０〜２０μｍとするのが適当である。
さらに、前記めっき皮膜２０の表面硬さも、従来の直流電源を用いた場合に比して、硬くなっており、そのままで、ピストン摺動面として十分実用に耐えられる。そのため、めっき後には、ホーニング加工等の研削加工を行う必要はなく、ブラッシングを行う程度で充分である。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の内周面処理方法によれば、ピストン摺動面となる内周面に形成されるめっき皮膜の膜厚の均一化、及び、平滑化が図られて、ホーニング加工等の研削加工を不要にすることもできる。そのため、内周面に高品質で低コストのめっき処理が施された内燃エンジン用シリンダを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内周面処理方法により内燃エンジン用シリンダの一例にめっき処理を施している様子を、排気ポートを二分割する縦断面で示す概略構成図。
【図２】本発明に係る内燃エンジン用シリンダの一実施形態における吸気ポート等のポート部分におけるめっき皮膜形成状態の説明に供される部分断面図。
【図３】従来の内燃エンジン用シリンダの一例における吸気ポート等のポート部分における従来例のめっき皮膜形成状態の説明に供される部分断面図。
【図４】本発明に係る内燃エンジン用シリンダの一実施形態を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…小型空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダ（内燃エンジン用シリンダ）
５…吸気ポート
６…排気ポート
８…掃気ポート
９…内周面（ピストン摺動面）
１５…ピストン
２０…めっき皮膜
３０…高速極性反転電源
４０…陽極電極
５０…めっき槽
Ｍ…めっき溶液

Claims

ピストン摺動面となる内周面（９）に、ピストン（１５）により開閉せしめられる吸気ポート（５）、排気ポート（６）、掃気ポート（８、８）等のポートが少なくとも一つ開口せしめられているアルミニウム合金製の内燃エンジン用シリンダ（１）であって、前記内周面（９）に、高速極性反転電源（３０）を用いたＰＲ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　Ｒｅｖｅｒｓｅ）法によるめっきが施されていることを特徴とする内燃エンジン用シリンダ。
前記内周面（９）に形成されためっき皮膜（２０）が、ホーニング加工等の研削加工を施されることなくピストン摺動面とされていることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン用シリンダ。
前記めっき皮膜（２０）の膜厚は、１０〜２０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジン用シリンダ。
ピストン摺動面となる内周面（９）に、高速極性反転電源（３０）を用いてＰＲ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　Ｒｅｖｅｒｓｅ）法によりめっきを施すようにした、アルミニウム合金製の内燃エンジン用シリンダの内周面処理方法。
シリンダ（１）内に円筒形状の陽極電極（４０）を挿入するとともに、めっき槽（５０）からめっき溶液（Ｍ）を前記陽極電極（４０）内を介して前記シリンダ（１）内に充填しながら流下させて前記めっき槽（５０）に戻し、前記シリンダ（１）内と前記めっき槽（５０）との間を循環させることを特徴とする請求項４に記載の内周面処理方法。
正電流を流す時間が５０ｍｓ以下で、逆電流を流す時間が５ｍｓ以下とされていることを特徴とする請求項４又は５に記載の内周面処理方法。
正電流値×正電流時間＝正積算量、及び、逆電流値×逆電流時間＝逆積算量として、前記正積算量に対する前記逆積算量の比を正逆積算比としたとき、この正逆積算比を１〜１００の範囲内の所定値に固定して、所定時間電解を行うことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の内周面処理方法。
前記正逆積算比を段階的に変えて所定時間ずつ電解を行うことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の内周面処理方法。
第一段階で、前記正逆積算比を１〜１００の範囲内の値として、前記内周面（９）にめっき皮膜（２０）を生成する電解めっきを所定時間行い、第二段階で、前記正逆比を０．０１〜０．９の範囲内の値として、前記めっき皮膜（２０）を溶解する電解を所定時間行い、第三段階で、前記正逆積算比を１〜１００の範囲内の値として、前記陽極電極（４０）に生成されためっき皮膜を除去する電解を所定時間行うことを特徴とする請求項８に記載の内周面処理方法。