JPH08232754A - 内燃機関のシリンダおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、ピストンスカート部の摩耗
損傷を防止しながらピストンリングの摺動による耐摩耗
性を保持し、かつピストンスカート部の摩耗防止処理等
が不要になることによってコスト低減を図ることが可能
な内燃機関のシリンダおよびその製造方法を提供するこ
とにある。 【構成】 本発明に係る内燃機関のシリンダ１は、表面
処理により、摺動する相手材のピストンリング７に対応
させてシリンダライナー４の内面に表面処理皮膜８，９
を施し、各部位の表面性状を異ならしめている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のシリンダに係
り、特に内面が硬化処理又は表面処理される内燃機関の
シリンダおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、内燃機関のシリンダ内面は、鋳鉄
を用いた場合を除いて、苛酷な摩耗条件に対応できるよ
うにするため、全面に均一な硬化処理や表面処理が行わ
れている。このような硬化処理には、粒子分散や繊維強
化合金等を適用するものがある。また、表面処理には、
主なものとして、ＳｉＣ等の硬質粒子を共析させたＮｉ
めっき（ニカジル，ＮｉーＰ−ＳｉＣめっきなどの分散
めっき）や、加熱した溶射材料のＣｒ₂ Ｏ₃ ーＭｏ，Ｆ
ｅーＣｒーＣを吹き付けてコーテングする溶射法があ
る。

【０００３】これら処理の特徴は、耐摩耗性に優れる硬
質皮膜中に、さらに硬質粒子を存在させることにある。
この硬質粒子が相手材との接触点となり、母材の硬質皮
膜を保護することにより耐摩耗性を確保している。相手
材としては、アルミニウム合金ピストンや、Ｃｒめっき
等の施されたピストンリングがある。

【０００４】その中でも、耐摩耗性皮膜を形成する分散
めっきが主流となっている。この分散めっきでは、マト
リックス（めっき皮膜素材のこと）としてＮｉ，Ｎｉー
Ｐ，Ｃｒ，Ｃｕ等が用いられ、分散粒子としてＳｉＣ
（炭化ケイ素），Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ），Ｓｉ₃ Ｎ₄
（窒化ケイ素），ＢＮ（窒化ホウ素），ＰＴＦＥ（ポリ
テトラフルオロエチレン），ＭｏＳ₂ （二硫化モリブデ
ン），ダイヤモンド等が用いられている。

【０００５】分散粒子は機能上、２つに分類される。１
つは、皮膜中にＳｉＣ，Ａｌ₂ Ｏ₃，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の硬
質粒子を共析させ、相手材との接触点にすることにより
耐摩耗性を確保するものである。他の１つは、分散粒子
として自己潤滑性粒子のＢＮ，ＰＴＦＥ，ＭｏＳ₂ 等の
軟質粒子を共析させ、摺動時の摩擦抵抗を低減させるの
を目的としたものである。後者は、硬質粒子を共析させ
た前者の皮膜に対して耐摩耗性は劣るが、焼き付きやス
カッフィングは起こりにくく、相手材への対損傷性も低
くなっている。なお、分散粒子を均一にマトリックス中
に分散共析させるには、粒子径の選択，粒子の懸濁量，
めっき液の攪拌法，被処理物の揺動法などについての考
慮が必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の内燃機関では、図１１〜図１３に示す如く、ク
ランク５１の往復回転運動に伴い、ピストンピン５２に
対して垂直方向へＱのピストンスラスト力（首振り挙動
に起因する力）が働くことになるので、ピストン５３は
図１２におけるＤ−Ｄ´方向に首振り挙動を起こす。そ
のため、ピストン５３とシリンダライナー（シリンダス
リーブ）５４との接触は、これらピストン５３とシリン
ダライナー５４との摺動の他に、ピストンスカート部５
５とシリンダライナー５４との衝突という態様でも生じ
る。なお、図１１において、Ｆ₁ は爆発荷重、Ｆ₂ は往
復質量による慣性力、Ｐはコンロッド５６の圧縮力であ
り、矢印ａは往復運動方向を示し、矢印ｂは回転方向を
示している。

【０００７】ところで、ピストンリング５７はＣｒめっ
きされ、シリンダライナー５４は前記の表面処理で保護
されているが、ピストンスカート部５５は相対的に軟質
なアルミニウム合金がむき出しになっている。この結
果、シリンダライナー５４の表面処理皮膜に存在する硬
質粒子に起因して、ピストンスカート部５５に摩耗損傷
が生じることになる。ピストンスカート部５５の摩耗を
防止するには、シリンダライナー５４の表面処理皮膜に
存在する硬質粒子の量を減らしたり、あるいは無くす必
要があるが、これによると当該シリンダライナー５４の
耐摩耗性が低下してしまう。したがって、シリンダライ
ナー５４のピストンリング５７に対する耐摩耗性と、ピ
ストンスカート部５５に対する摩耗損傷防止との両立は
困難であった。

【０００８】一方、図１４に示す如く、シリンダライナ
ー５４の内面に自己潤滑性粒子を共析させた分散めっき
皮膜５８を施している内燃機関では、苛酷な使用条件下
にあるレース用エンジンなどの場合、ピストンリング５
７の摺動によってめっき皮膜５８に摩耗が生じることが
ある。この摩耗は、軟質な自己潤滑性粒子がめっき皮膜
５８に共析することによるめっき皮膜硬度の低下が主な
原因である。自己潤滑性粒子をめっき皮膜５８から除い
た場合には皮膜硬度が上昇するので、ピストンリング５
７との摺動によるめっき皮膜５８の摩耗は防止できる
が、その反面、ピストンスカート部５５の摩耗損傷が生
じ易くなるという問題があった。したがって、自己潤滑
性粒子を共析するめっき皮膜５８についても、上述と同
様、ピストンリング５７に対する耐摩耗性と、ピストン
スカート部５５に対する摩耗損傷防止との両立は困難で
あった。

【０００９】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、ピストンスカート部の摩耗
損傷を防止しながらピストンリングの摺動による耐摩耗
性を保持し、かつピストンスカート部の摩耗防止処理等
が不要になることによってコスト低減を図ることが可能
な内燃機関のシリンダおよびその製造方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、表面処理又は
硬化処理により、摺動する相手材に対応させて内面の各
部位の表面性状を異ならしめている。

【００１１】また、他の本発明においては、内面に硬質
粒子を含む分散めっきが施された内燃機関のシリンダに
おいて、上記硬質粒子の共析量を、ピストンリングの摺
動面に対するよりもその他の部位の摺動面の方を減らし
て構成している。

【００１２】さらに、他の本発明においては、内面に硬
質粒子を含む分散めっきが施された内燃機関のシリンダ
において、上記硬質粒子の共析量を、ピストン上死点か
らピストンピンの位置までの摺動面に対するよりもその
他の部位の摺動面の方を減らして構成している。

【００１３】そして、他の本発明においては、内面に硬
質粒子を含む分散めっきが施された内燃機関のシリンダ
において、上記硬質粒子の共析量を調整することによっ
て、ピストン上死点からピストンピンの位置までの摺動
面と、ピストンリングが摺動しない部位の摺動面との間
の位置に、皮膜硬度が上記両摺動面の間にある中間域の
摺動面を設けている。

【００１４】また、他の本発明においては、めっき装置
にシリンダライナーとなるアルミニウム合金スリーブを
装着するとともに、めっき液槽内に上記めっき装置およ
びアルミニウム合金スリーブを配設し、上記めっき装置
の噴射治具から硬質粒子を含むめっき液を上記アルミニ
ウム合金スリーブの適用箇所の内面に吹き付けて分散め
っきを施し、これによって硬質粒子の共析量が異なる摺
動面を有するシリンダを製造している。

【００１５】さらに、他の本発明においては、内面に自
己潤滑性粒子を含む分散めっきが施された内燃機関のシ
リンダにおいて、ピストン下死点でのピストンリング直
下の位置を境界にして高硬度域と低硬度域に分け、該高
硬度域では自己潤滑性粒子の共析量を減らして高硬度に
構成している。

【００１６】そして、他の本発明においては、内面に自
己潤滑性粒子を含む分散めっきが施された内燃機関のシ
リンダにおいて、ピストン上死点でのピストンリング直
下の位置を境界にして自己潤滑性粒子の共析量を変える
ことにより、上記内面の摺動面を高硬度域と低硬度域に
分けて構成している。

【００１７】また、他の本発明においては、内面に自己
潤滑性粒子を含む分散めっきが施された内燃機関のシリ
ンダにおいて、ピストン上死点でのピストンリング直下
の位置およびピストン下死点でのピストンリング直下の
位置を境界にして自己潤滑性粒子の共析量を変えること
により、上記内面の摺動面を高硬度域、中硬度域および
低硬度域に分けて構成している。

【００１８】

【作用】本発明に係る内燃機関のシリンダでは、分散め
っきに含まれる硬質粒子や自己潤滑性粒子の共析量など
調整することにより、ピストンリング等が摺動する相手
材に対応させて高硬度域と低硬度域等、内面の各部位の
表面性状を異ならしめているため、ピストンスカート部
に摩耗防止処理を施すことなく、該ピストンスカート部
の摩耗損傷を防ぎながらピストンリングに対する耐摩耗
性を保持した摺動面が得られることになる。

【００１９】また、他の本発明に係る内燃機関のシリン
ダの製造方法では、めっき装置にシリンダライナーとな
るアルミニウム合金スリーブを装着するとともに、めっ
き液槽内に上記めっき装置およびアルミニウム合金スリ
ーブを配設し、上記めっき装置の噴射治具から硬質粒子
を含むめっき液を上記アルミニウム合金スリーブの適用
箇所の内面に吹き付けて分散めっきを施し、これによっ
て硬質粒子の共析量が異なる摺動面を有するシリンダを
製造しているため、ピストンリングが摺動する部分と摺
動しない部分に応じて、ピストンリングとの耐摩耗性を
保持する皮膜を確実に作製することが可能になる。

【００２０】さらに、他の本発明に係る内燃機関のシリ
ンダでは、ピストン上下死点でのピストンリング直下の
位置などを境界にして、分散めっきに含まれる硬質粒子
や自己潤滑性粒子の共析量など調整することにより皮膜
硬度を変え、摺動面が高硬度域、中硬度域および低硬度
域に分けられているため、高硬度域と低硬度域の境界に
おける急激な硬度変化が無くなり、高硬度域と低硬度域
の境界部におけるシリンダライナーの段付き摩耗を防げ
る。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

【００２２】図１および図２は本発明に係る内燃機関の
シリンダの一実施例を示している。図において、１はシ
リンダブロック２に設けられるシリンダ、３はシリンダ
１内を摺動して上死点と下死点の間を往復するピストン
であり、該シリンダ１はシリンダライナー（シリンダス
リーブ）４を使用することによって形成されている。ピ
ストン３は、シリンダ１内の爆発圧力をコネクティング
ロッド５を介してクランクシャフト６に伝え、該クラン
クシャフト６を回転させるとともに、混合気の吸入・圧
縮および燃焼ガスの排出の作用を行うもので、上部には
ピストンリング（４サイクルエンジンの場合はオイルリ
ング、２サイクルエンジンの場合はセカンドリング）７
が嵌着されており、その下部はピストンスカート部３ａ
となっている。

【００２３】上記シリンダライナー４の摺動面には、内
燃機関の損傷を減少させるため、硬質粒子を含む分散め
っきを施すことによって表面処理皮膜８，９が上下に形
成されている。シリンダライナー４の摺動面は、爆発行
程の初期（ピストン３の上死点位置付近）において、ピ
ストンリング７による摩耗やスカッフィング（かき傷）
力を強く受けるが、その他の行程においてはそれほど強
い力を受けない。そこで、シリンダライナー４の摺動面
には、図１に示すような２つの領域に分けて各々異なる
性質の表面処理皮膜８，９が形成されている。なお、図
１において実線は上死点でのピストン３の位置を示し、
鎖線は下死点でのピストン３の位置を示している。

【００２４】すなわち、シリンダライナー４の摺動面
は、ピストン３が下死点である時のピストンリング７の
接触点を境界にして、上死点側をＡ領域とし、その反対
側をＢ領域としており、ピストンリング７はＡ領域内で
摺動し、ピストン３の首振り挙動によるピストンスカー
ト部３ａの摩耗は主にＢ領域で起こることになる。した
がって、Ｂ領域ではピストンリング７との摩耗を考慮す
る必要がないため、Ａ領域の表面処理皮膜８に比べても
っと軟質あるいは対損傷性の低い表面処理皮膜９をシリ
ンダライナー４の摺動面に施すことによって、ピストン
スカート部３ａの摩耗損傷を減らすように構成されてい
る。

【００２５】次に、本実施例のシリンダライナー４の摺
動面にＮｉーＰーＳｉＣめっきを行って表面処理皮膜
８，９を形成する場合を具体的に説明する。ＮｉーＰー
ＳｉＣめっきは、Ｈｍｖ６５０程度のビッカース硬さの
ＮｉーＰめっき皮膜中に、Ｈｍｖ２５００程度の硬質粒
子たるＳｉＣ粒子を共析させた分散めっき（複合めっ
き）であり、ピストン３の摺動の際にはＳｉＣ粒子が相
手材との接触点となり、母材（ＮｉーＰめっき）を保護
する役目を果たしている。そのため、めっき皮膜自身は
耐摩耗性に優れている反面、相手材を摩耗しやすい（対
摩耗損傷性が高い）という問題も具備している。

【００２６】上記シリンダライナー４の製造方法は次の
とおりである。まず、図２に示すように、シリンダブロ
ック２とは別体に作製され、シリンダライナー４となる
アルミニウム合金スリーブ１０を用意し、当該アルミニ
ウム合金スリーブ１０を陽極棒１１と一緒にめっき装置
１２に装着する。次いで、これらアルミニウム合金スリ
ーブ１０、めっき装置１２等をめっき液槽１３内のめっ
き液１４中に投入して電圧を印加し、めっきを行う。

【００２７】めっき液１４には、Ｎｉ²⁺イオン，次亜リ
ン酸，ＳｉＣ粒子が存在しており、電圧の印加によって
陰極のアルミニウム合金スリーブ１０の表面にＮｉ，
Ｐ，ＳｉＣが析出、共析してＮｉーＰーＳｉＣめっき皮
膜が形成される。このめっき皮膜中のＳｉＣは、硬質の
セラミックス粒子であるので、ピストンリング７に対す
る耐摩耗性は良好であるが、ピストンスカート部３ａへ
の摩耗損傷に対する影響が大きい。

【００２８】そこで、めっき装置１２には塩化ビニル製
の噴射治具１５が設けられており、該噴射治具１５を用
いてピストンリング７との摺動が行われない部位（Ｂ領
域）のＳｉＣ共析量を減らすようにしている。噴射治具
１５は、外周面に多数の噴射孔１６を穿設した円筒状に
形成されており、これら噴射孔１６からめっき液１４を
アルミニウム合金スリーブ１０のＢ領域における内面に
一様に吹き付けるようになっている。また、噴射治具１
５には送液パイプ１７の一端部が固定され、該送液パイ
プ１７の他端部はコネクタ１８を介して送液ポンプ１９
に接続されており、この送液ポンプ１９はめっき液１４
を採取して噴射治具１５へ送液するように構成されてい
る。

【００２９】本実施例では、アルミニウム合金スリーブ
１０の内径はφ８５ｍｍ、噴射孔１６の径はφ５ｍｍ、
送液パイプ１７の径はφ３０ｍｍ、送液ポンプ１９の送
液量は７０ｌ／ｍｉｎにそれぞれ設定されたものを使用
している。なお、図２において矢印はめっき液１４の流
れを示している。

【００３０】ところで、ＮｉーＰーＳｉＣめっきのよう
に、粒子を皮膜に分散させる分散めっき（複合めっき）
では、被めっき面に接触するめっき液の流速により、粒
子分散の量（共析量）を増減させ得ることが知られてい
る。図２におけるＢ領域では、噴射治具１５の噴射孔１
６からのめっき液１４の噴射によって、Ａ領域に対する
よりも被めっき面（アルミニウム合金スリーブ１０）が
流速の大きいめっき液１４に晒されることになり、その
結果、Ｂ領域のめっき皮膜９におけるＳｉＣの共析量を
減らすことが可能になる。

【００３１】したがって、硬質粒子たるＳｉＣの共析量
がＡ領域よりもＢ領域の方が少ない表面処理皮膜８，９
を内面に施したアルミニウム合金スリーブ１０が形成さ
れることになる。しかる後、このアルミニウム合金スリ
ーブ１０をめっき装置１２から取り外し、シリンダライ
ナー４として金型内にセットしてＡｌ溶湯を注入するこ
とにより鍛造を行う。すると、シリンダブロック素材が
形成されるため、該シリンダブロック素材に所定の機械
加工を施せば、図１に示すようなシリンダ１が得られ
る。

【００３２】本実施例のシリンダ１によれば、ピストン
３がシリンダライナー４内を摺動しても、ピストンスカ
ート部３ａはＡ領域の表面処理皮膜８よりもＳｉＣの共
析量の少ない表面処理皮膜９が施されたＢ領域を摺動す
るので、従来で問題となっていたピストンスカート部３
ａの摩耗損傷を減少させることができる。また、本実施
例の製造方法では、めっき液１４の噴射によってアルミ
ニウム合金スリーブ１０内のめっき液１４の流動が促進
されるとともに、めっき皮膜表面へのＮｉ²⁺イオンの供
給がなされるため、めっき不良の「コゲ」等の原因とな
る高電流部の発生を抑制することができる。しかも、め
っき皮膜８，９の全体におけるＳｉＣ共析量の総量が低
下するので、ＳｉＣ粉末コストの低減、後加工（ホーニ
ング，内面研削）の際の加工時間の短縮および砥石等工
具の寿命延長が可能となり、コストを削減することがで
きる。

【００３３】本実施例では、ＮｉーＰーＳｉＣめっきに
つき述べたが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、硬質粒子を共析させるめっき処理一般に適用可
能である。また、適用品目についても、内燃機関のあら
ゆる形状、材質のエンジンシリンダライナーに適用でき
る（２ストローク，４ストローク等の構造や、シリンダ
ブロック一体化あるいは別体のスリーブ等の形状などに
は拘束されない）。

【００３４】さらに、摺動条件によっては、図１に示し
たＡ領域とＢ領域を変更することにより、ピストンスカ
ート部３ａの摩耗損傷の抑制が可能となる。次に、Ａ領
域およびＢ領域の２つの変更例を図３〜図５に示す。こ
れら変更例では、相対的にＳｉＣ共析量の多い領域をＡ
領域とし、ＳｉＣ共析量を減じた領域をＢ領域としてい
る。なお、上記発明の実施例と同一部材には同一符号を
付して説明を省略する。

【００３５】図３は本発明に係る内燃機関のシリンダの
変更例１を示している。この変更例１では、シリンダラ
イナー４において、ピストン３との摩耗条件が最も厳し
いピストン３の上死点とピストンピン２０との間の部位
をＡ領域とし、その他の部位をＢ領域としている。そし
て、シリンダライナー４のＡ領域には表面処理皮膜８が
施され、Ｂ領域にはＳｉＣの共析量を減じた表面処理皮
膜９が施されている。これによって、ピストンスカート
部３ａの摩耗損傷を上記発明の実施例よりも更に抑制す
ることができた。なお、変更例１に係るシリンダ１の製
造は、図２で示した上記発明の実施方法に準じて行う。

【００３６】図４および図５は本発明に係る内燃機関の
シリンダの変更例２を示している。この変更例２では、
シリンダライナー４におけるＡ領域とＢ領域との間に、
中間域としてＣ領域を設けた構造となっている。すなわ
ち、Ａ領域は図３の変更例１と同じ領域であり、またＢ
領域は図１の実施例と同じ領域であり、Ｃ領域はＡ領域
およびＢ領域の両者間に位置し、Ａ，Ｂ，Ｃ領域には表
面処理皮膜８，９，２１がそれぞれ施されている。本変
更例２のシリンダライナー４では、めっき皮膜８，９，
２１に共析しているＳｉＣ共析量をＡ領域＞Ｃ領域＞Ｂ
領域の順に少なくすることによって、皮膜硬度について
もＡ領域＞Ｃ領域＞Ｂ領域の順に小さくなっている。し
たがって、変更例２の構造によれば、シリンダライナー
４におけるＡ領域とＢ領域との境界における皮膜硬度の
急激な変化を避けることができ、当該境界部におけるシ
リンダライナー４の段付き摩耗を防止できる。

【００３７】上記変更例２に係るシリンダ１の製造方法
では、図２における噴射治具１５および噴射孔１６の形
状を変更して、図５で示すような構造としている。この
構造は、図２に示すものと基本的には同一であるが、Ｃ
領域におけるめっき皮膜２１のＳｉＣ共析量をＢ領域に
おけるめっき皮膜９のそれよりも増加させる必要があ
る。そのため、噴射治具２５における噴射孔２６の配設
密度を変化させている。

【００３８】具体的には、めっき皮膜２１のＣ領域に相
当するアルミニウム合金スリーブ１０にめっき液を噴射
する噴射孔２６の配設密度をＢ領域のそれよりも減少さ
せている。すなわち、Ｃ領域では噴射孔２６の単位面積
あたりの数をＢ領域のそれよりも少なくしている。これ
により、Ｂ領域に対してＣ領域は、相対的に小さい流速
のめっき液に晒されることになる。その結果、Ｃ領域の
めっき皮膜２１におけるＳｉＣ共析量はＢ領域のめっき
皮膜９に対して増加し、Ｃ領域の皮膜硬度はＡ領域とＢ
領域の間となり、シリンダライナー４の段付き摩耗の防
止が可能になる。

【００３９】なお、図５に示した噴射治具２５は、本発
明を実施するために用いた治具の一例であり、本発明の
適用はこの噴射治具２５のみに限定されない。また、Ａ
〜Ｃ領域についても、エンジンの形状，種類，燃焼条件
などの要因に基づいて、治具の変更・修正による領域の
変更が可能であり、Ａ〜Ｃ領域は本発明で示した領域の
みに限定されない。すなわち、本発明の各実施例によれ
ば、ＳｉＣ共析量の少ない処理皮膜９を任意の位置に作
製することができる。

【００４０】図６および図７は他の本発明に係る内燃機
関のシリンダの一実施例を示しており、上記した発明と
同一部材には同一符号を付して説明を省略する。本発明
の実施例では、シリンダ１の内面に自己潤滑性粒子を共
析させた分散めっきを行う際に、ピストンリング７の摺
動面での自己潤滑性粒子の共析量をその他の部位よりも
減らすことによって、相手材たるピストンスカート部３
ａの摩耗損傷防止と、ピストンリング７の摺動によるシ
リンダ１の内面における耐摩耗性との両立を図った構造
になっている。

【００４１】すなわち、自己潤滑性粒子を共析させため
っき皮膜では、当該自己潤滑性粒子が軟質であることに
起因するめっき皮膜の硬度低下および摩擦係数の低下が
生じるため、相手材のピストンスカート部３ａの摩耗損
傷は起こらない。しかし、めっき皮膜の低硬度に起因す
るピストンリング７の摺動に際してのめっき皮膜の摩耗
が生じる。一方、自己潤滑性粒子の共析量を減らしため
っき皮膜では、皮膜硬度の上昇により、ピストンリング
７の摺動に際してのめっき皮膜の摩耗は生じないが、そ
の反面、ピストンスカート部３ａの摩耗損傷は起こる。
そこで、本発明の実施例では、シリンダ１の内面におい
て、自己潤滑性粒子の共析量を減らした高硬度域とそう
でない低硬度域、あるいは両者の中間硬度の中硬度域を
設けることによって、上記の問題に対応できるようにし
ている。

【００４２】しかして、本実施例のシリンダライナー４
の摺動面は、ピストン３が下死点である時のピストンリ
ング７直下の位置Ｄを境界にして硬度域を分割してお
り、ピストンリング７が摺動する上死点側を高硬度域の
Ａ領域とし、ピストンリング７が摺動しない反対側を低
硬度域のＢ領域としている。このため、Ａ領域では、め
っき皮膜に共析する自己潤滑性粒子を少なくして高硬度
のめっき皮膜２８を作製し、Ｂ領域ではめっき皮膜に共
析する自己潤滑性粒子を少なくすることなく低硬度のめ
っき皮膜２９を作製している。

【００４３】次に、本実施例のシリンダライナー４の摺
動面にＮｉーＰ−ＢＮめっきを行ってめっき皮膜２８，
２９を形成する場合を具体的に説明する。ＮｉーＰーＢ
Ｎめっきは、Ｈｍｖ６５０程度のビッカース硬さのＮｉ
ーＰめっき皮膜中に、軟質の自己潤滑性粒子たるＢＮ粒
子を共析させた分散めっき（複合めっき）であり、ＢＮ
粒子の共析によりめっき皮膜硬度および摩擦係数が低下
することになる。そして、ピストンリング７との摺動に
対する耐摩耗性も低下する。 本実施例のシリンダライ
ナー４では、高硬度域のＡ領域におけるめっき皮膜２８
中のＢＮ粒子共析量を減らして皮膜硬度を高め、低硬度
域のＢ領域におけるめっき皮膜２９では通常のＢＮ粒子
共析量（３〜８面積％）としている。

【００４４】上記めっき皮膜２８，２９を施したシリン
ダライナー４の製造方法は次のとおりである。まず、図
７に示すように、シリンダブロック２とは別体に作製し
たアルミニウム合金スリーブ１０を用意し、当該アルミ
ニウム合金スリーブ１０を陽極棒１１と一緒にめっき装
置２２に装着する。本実施例のめっき装置２２では、高
硬度域のＡ領域のＢＮ粒子共析量を減らすために、懸架
材２３を用いて噴射治具３５が陽極棒１１に懸架されて
いる。噴射治具３５は、外周面に多数の噴射孔３６を穿
設した円筒状に形成されており、これら噴射孔３６から
めっき液２４をアルミニウム合金スリーブ１０のＡ領域
における内面に対して一様に吹き付けるようになってい
る。

【００４５】また、噴射治具３５には送液パイプ１７の
一端部が固定され、この送液パイプ１７の他端部はコネ
クタ１８を介して送液ポンプ１９に接続されている。送
液ポンプ１９は、相対的にＢＮ懸濁量の低いめっき液上
層２４ａから採取口３７を介して採取し、噴射治具３５
へ送液するように構成されている。なお、本実施例の実
施条件は図２の実施例と同様である。しかも、ＮｉーＰ
−ＢＮめっきも、図２の実施例におけるＮｉーＰ−Ｓｉ
Ｃめっきと同様、めっき液の流速によって粒子分散量
（共析量）を増減させることができる。

【００４６】したがって、図７における高硬度域のＡ領
域では、噴射治具３５の噴射孔３６からのめっき液２４
の噴射によって、Ｂ領域に対するよりも流速が大きくか
つＢＮ懸濁量の少ないめっき液２４ａに晒されることに
なり、その結果、Ａ領域のめっき皮膜２８におけるＢＮ
粒子の共析量を減らすことが可能になる。これによっ
て、Ａ領域の高硬度化が可能になった。その他の製造手
順は図１および図２に示す発明の実施例と同様である。

【００４７】本実施例のシリンダライナー４を用いて製
造されたシリンダ１に付き、自己潤滑性粒子としてＢＮ
（窒化ホウ素），ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン），ＭｏＳ₂ （二硫化モリブデン）を各々使用してＮ
ｉーＰめっき皮膜に共析させ、成膜状態の観察，皮膜硬
度，エンジン摺動テストを行った。その結果は以下の表
１に示す通りである。

【００４８】

【表１】

【００４９】この結果より、自己潤滑性粒子を用いた分
散めっきにおいて、上記した効果を発揮するのは、Ｎｉ
ーＰ−ＢＮめっきが最も望ましいことが判った。上記し
たＢＮには、六方晶と正方晶があるが、自己潤滑性を示
す六方晶のものに限定される。

【００５０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。本実施例は、上記実施例において、低硬度域たるＢ
領域のＢＮ共析量を増加させながら、しかも高硬度域た
るＡ領域の高硬度を維持するものである。この場合は、
ＢＮ懸濁量の多いめっき液下層２４ｂよりめっき液２４
を採取し、これを上記実施例と同様、高硬度域のＡ領域
に吹き付ける。この時、吹き付けるめっき液２４は上記
実施例に比べてＢＮ懸濁量が多いので、吹き付ける流速
を高める必要がある。

【００５１】Ａ領域に相当するシリンダライナー４に衝
突しためっき液２４は衝突時の流速を失う。そして、懸
濁しているＢＮ粒子は沈降していき、その過程で低硬度
域のＢ領域に共析していく。これによって、Ａ領域の高
硬度を維持し、かつＢ領域のＢＮ共析量を増加させるこ
とができる。ここで、図２および図７で示す実施例に対
して変更した実施条件は次の通りである。すなわち、噴
射孔３６の径はφ４ｍｍ、送液パイプ１７の径はφ４５
ｍｍ、送液ポンプ１９の送液量は１１０ｌ／ｍｉｎ、採
取口３７の位置はめっき液下層２４ｂにそれぞれ設定し
ている。

【００５２】本発明は既述の実施例に限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形およ
び変更が可能であり、次に高硬度域および低硬度域の２
つの変更例を図８〜図１０に示す。なお、上記実施例と
同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００５３】図８は他の本発明に係る内燃機関のシリン
ダの変更例１を示している。この変更例１では、シリン
ダライナー４において、ピストン３が上死点である時の
ピストンリング７直下の位置Ｅを境界にして硬度域を分
割しており、ピストン３との摩耗条件が最も厳しい上死
点側を高硬度域のＡ領域とし、その反対側を低硬度域の
Ｂ領域としている。これによって、ピストンスカート部
３ａの摩耗損傷を上記実施例よりも更に抑制することが
できた。なお、変更例１のシリンダの製造は、図７で示
した実施方法に準じて行う。

【００５４】図９および図１０は他の本発明に係る内燃
機関のシリンダの変更例１を示している。この変更例２
では、シリンダライナー４におけるＡ領域とＢ領域との
間に、中硬度域としてＣ領域を設けた構造となってい
る。すなわち、Ａ領域は図８の変更例１と同じ領域であ
り、またＢ領域は図６の実施例と同じ領域であり、Ｃ領
域はＡ領域およびＢ領域の両者間に位置し、Ａ，Ｂ，Ｃ
領域にはめっき皮膜２８，２９，３０がそれぞれ施され
ている。本変更例２のシリンダライナー４では、めっき
皮膜２８，２９，３０に共析しているＢＮ粒子共析量を
Ａ領域＜Ｃ領域＜Ｂ領域の順に多くすることによって、
皮膜硬度はＡ領域＞Ｃ領域＞Ｂ領域の順に小さくなって
いる。

【００５５】上記変更例２の製造方法では、図７におけ
る噴射治具３５の噴射孔３６の形状変更で対応できる。
すなわち、図１０で示す噴射治具４５では、高硬度域の
Ａ領域と中硬度域のＣ領域におけるめっき皮膜２８，３
０中のＢＮ粒子共析量を変化させるため、外周面に併設
するＡ領域の噴射孔４６ａ（径はφ５ｍｍ、１．５個／
ｃｍ² ）とＣ領域の噴射孔４６ｂ（径はφ７ｍｍ、０．
５個／ｃｍ² ）の孔径および密度を変えている。これに
より、アルミニウム合金スリーブ１０の内面に衝突する
めっき液２４の流速をＡ領域に対してＣ領域はゆるやか
とし、結果としてめっき皮膜の硬度に変化をつけてい
る。

【００５６】したがって、変更例２の構造によれば、高
硬度域のＡ領域、中硬度域のＣ領域および低硬度域のＢ
領域における皮膜硬度とＢＮ共析量は、それぞれＨｍｖ
６５０（０．４面積％）、Ｈｍｖ６００（２．５面積
％）およびＨｍｖ５４０（６．５面積％）となるため、
シリンダライナー４におけるＡ領域とＢ領域との境界に
おける皮膜硬度の急激な変化を避けることができ、当該
境界部におけるシリンダライナー４の段付き摩耗を防止
できる。

【００５７】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る内燃機関のシ
リンダは、表面処理又は硬化処理により、摺動する相手
材に対応させて内面の各部位の表面性状を異ならしめて
いるので、ピストンスカート部の摩耗損傷を防止しなが
ら、処理皮膜によってピストンリングの摺動に対する耐
摩耗性を保持できるとともに、ピストンスカート部の摩
耗防止処理（アルマイト等）を施す必要がなくなり、コ
スト削減に寄与することができる。

【００５８】また、本発明に係る内燃機関のシリンダ
は、内面に硬質粒子を含む分散めっきが施されるもので
あって、上記硬質粒子の共析量を、ピストンリングの摺
動面に対するよりもその他の部位の摺動面の方を減らし
たり、あるいはピストン上死点からピストンピンの位置
までの摺動面に対するよりもその他の部位の摺動面の方
を減らして構成しているので、ピストンスカート部の摩
耗損傷をより一層効果的に防止することができる。

【００５９】さらに、本発明に係る内燃機関のシリンダ
は、内面に硬質粒子を含む分散めっきが施されるもので
あって、上記硬質粒子の共析量を調整することによっ
て、ピストン上死点からピストンピンの位置までの摺動
面と、ピストンリングが摺動しない部位の摺動面との間
の位置に、皮膜硬度が上記両摺動面の間にある中間域の
摺動面を設けているので、中硬度にある中間域の存在に
より高硬度域から低硬度域に向かって境界部の硬度を緩
やかに変化させることができ、シリンダライナーの段付
き摩耗およびピストンスカート部の摩耗損傷をより一層
効果的に防ぐことができる。

【００６０】そして、本発明に係る内燃機関のシリンダ
の製造方法は、めっき装置にシリンダライナーとなるア
ルミニウム合金スリーブを装着するとともに、めっき液
槽内に上記めっき装置およびアルミニウム合金スリーブ
を配設し、上記めっき装置の噴射治具から硬質粒子を含
むめっき液を上記アルミニウム合金スリーブの適用箇所
の内面に吹き付けて分散めっきを施し、これによって硬
質粒子の共析量が異なる摺動面を有するシリンダを製造
しているので、ピストンリングが摺動する部分と摺動し
ない部分に応じて、ピストンリングとの耐摩耗性を保持
する皮膜を確実に作製できる上、各エンジン毎の燃焼条
件や相手材のピストンリング材質、ピストン材質の種類
によってシリンダライナー内面の各部のめっき皮膜硬度
を治具調整で容易に変えることが可能となり、治具調整
に要するコストも安価に済む。

【００６１】また、他の本発明に係る内燃機関のシリン
ダは、内面に自己潤滑性粒子を含む分散めっきが施され
るものであって、ピストン下死点でのピストンリング直
下の位置を境界にして高硬度域と低硬度域に分け、該高
硬度域では自己潤滑性粒子の共析量を減らして高硬度に
構成したり、あるいはピストン上死点でのピストンリン
グ直下の位置を境界にして自己潤滑性粒子の共析量を変
えることにより、上記内面の摺動面を高硬度域と低硬度
域に分けて構成しているので、上記した発明と同様、ピ
ストンスカート部の摩耗損傷を防止しながら、めっき皮
膜によってピストンリングの摺動に対する耐摩耗性を保
持できるとともに、ピストンスカート部の摩耗防止処理
（アルマイト等）を施す必要がなくなり、コスト削減に
寄与することができる。

【００６２】さらに、本発明に係る内燃機関のシリンダ
は、内面に自己潤滑性粒子を含む分散めっきが施される
ものであって、ピストン上死点でのピストンリング直下
の位置およびピストン下死点でのピストンリング直下の
位置を境界にして自己潤滑性粒子の共析量を変えること
により、上記内面の摺動面を高硬度域、中硬度域および
低硬度域に分けて構成しているので、上記した発明と同
様、中硬度域の存在により高硬度域から低硬度域に向か
って境界部の硬度を緩やかに変化させることができ、シ
リンダライナーの段付き摩耗およびピストンスカート部
の摩耗損傷をより一層効果的に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のシリンダに
使用されるシリンダライナーとピストンとの位置関係を
概念的に示す断面図である。

【図２】上記シリンダライナーの製造工程を示す概念図
である。

【図３】本発明の変更例１に係るシリンダライナーとピ
ストンとの位置関係を概念的に示す断面図である。

【図４】本発明の変更例２に係るシリンダライナーとピ
ストンとの位置関係を概念的に示す断面図である。

【図５】上記変更例２に係るシリンダライナーの製造工
程を示す概念図である。

【図６】他の本発明の一実施例に係る内燃機関のシリン
ダに使用されるシリンダライナーを概念的に示す断面図
である。

【図７】図６のシリンダライナーの製造工程を示す概念
図である。

【図８】他の本発明の変更例１に係るシリンダライナー
を概念的に示す断面図である。

【図９】他の本発明の変更例２に係るシリンダライナー
を概念的に示す断面図である。

【図１０】図９におけるシリンダライナーの製造工程を
示す概念図である。

【図１１】従来の内燃機関のシリンダに作用する力を説
明する概念図である。

【図１２】従来のピストンとシリンダライナーを概念的
に示す平面図である。

【図１３】従来のピストンとシリンダライナーを概念的
に示す断面図である。

【図１４】他の従来例において、内燃機関のシリンダに
使用されるシリンダライナーとピストンとの位置関係を
概念的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ シリンダブロック ３ ピストン ３ａ ピストンスカート部 ４ シリンダライナー ７ ピストンリング ８，９，２１ 表面処理皮膜 １０ アルミニウム合金スリーブ １１ 陽極棒 １２，２２ めっき装置 １３ めっき槽 １４，２４ めっき液 １５，２５，３５，４５ 噴射治具 １６，２６，３６，４６ａ，４６ｂ 噴射孔 １７ 送液パイプ １８ コネクタ １９ 送液ポンプ ２０ ピストンピン ２３ 懸架材 ２８，２９，３０ めっき皮膜 ３７ 採取口

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面処理又は硬化処理により、摺動する
   相手材に対応させて内面の各部位の表面性状を異ならし
   めたことを特徴とする内燃機関のシリンダ。
2. 【請求項２】 内面に硬質粒子を含む分散めっきが施さ
   れた内燃機関のシリンダにおいて、上記硬質粒子の共析
   量を、ピストンリングの摺動面に対するよりもその他の
   部位の摺動面の方を減らして構成したことを特徴とする
   内燃機関のシリンダ。
3. 【請求項３】 内面に硬質粒子を含む分散めっきが施さ
   れた内燃機関のシリンダにおいて、上記硬質粒子の共析
   量を、ピストン上死点からピストンピンの位置までの摺
   動面に対するよりもその他の部位の摺動面の方を減らし
   て構成したことを特徴とする内燃機関のシリンダ。
4. 【請求項４】 内面に硬質粒子を含む分散めっきが施さ
   れた内燃機関のシリンダにおいて、上記硬質粒子の共析
   量を調整することによって、ピストン上死点からピスト
   ンピンの位置までの摺動面と、ピストンリングが摺動し
   ない部位の摺動面との間の位置に、皮膜硬度が上記両摺
   動面の間にある中間域の摺動面を設けたことを特徴とす
   る内燃機関のシリンダ。
5. 【請求項５】 めっき装置にシリンダライナーとなるア
   ルミニウム合金スリーブを装着するとともに、めっき液
   槽内に上記めっき装置およびアルミニウム合金スリーブ
   を配設し、上記めっき装置の噴射治具から硬質粒子を含
   むめっき液を上記アルミニウム合金スリーブの適用箇所
   の内面に吹き付けて分散めっきを施し、これによって硬
   質粒子の共析量が異なる摺動面を有するシリンダを製造
   したことを特徴とする内燃機関のシリンダ製造方法。
6. 【請求項６】 上記噴射治具のめっき液噴射孔は、めっ
   き皮膜の共析粒子量を変化させるべく、密度が部位によ
   り異なって設けられていることを特徴とする請求項５に
   記載の内燃機関のシリンダ製造方法。
7. 【請求項７】 内面に自己潤滑性粒子を含む分散めっき
   が施された内燃機関のシリンダにおいて、ピストン下死
   点でのピストンリング直下の位置を境界にして高硬度域
   と低硬度域に分け、該高硬度域では自己潤滑性粒子の共
   析量を減らして高硬度に構成したことを特徴とする内燃
   機関のシリンダ。
8. 【請求項８】 内面に自己潤滑性粒子を含む分散めっき
   が施された内燃機関のシリンダにおいて、ピストン上死
   点でのピストンリング直下の位置を境界にして自己潤滑
   性粒子の共析量を変えることにより、上記内面の摺動面
   を高硬度域と低硬度域に分けて構成したことを特徴とす
   る内燃機関のシリンダ。
9. 【請求項９】 内面に自己潤滑性粒子を含む分散めっき
   が施された内燃機関のシリンダにおいて、ピストン上死
   点でのピストンリング直下の位置およびピストン下死点
   でのピストンリング直下の位置を境界にして自己潤滑性
   粒子の共析量を変えることにより、上記内面の摺動面を
   高硬度域、中硬度域および低硬度域に分けて構成したこ
   とを特徴とする内燃機関のシリンダ。