JP2001158996A

JP2001158996A - 内燃機関用シリンダブロック

Info

Publication number: JP2001158996A
Application number: JP34143699A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ishigami; 修石上; Yoshimitsu Ogawa; 義光小川; Nobuhiko Yoshimoto; 信彦吉本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-12

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性を十分に高めることができる内燃機関
用シリンダブロックを提供する。【解決手段】内燃機関用シリンダブロックは、アルミ
合金製シリンダブロックのシリンダ内面にメッキ被膜を
形成したもので、メッキ被膜をＮｉ−Ｃｕマトリックス
にセラミックス粒子を含めたものとし、このセラミック
ス粒子をＳｉＣとし、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスとセラミ
ックス粒子との合計を１００ｖｏｌ％としたときに、セ
ラミックス粒子の割合を２〜１５ｖｏｌ％とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミ合金製シリン
ダブロックのシリンダ内面に複合メッキ被膜を形成した
内燃機関用シリンダブロックに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用の内燃機関に使用する内燃機関
用シリンダブロックとして、シリンダブロックとシリン
ダ内面とを一体にダイカスト成形したものがある。この
内燃機関用シリンダブロックは、シリンダ内面の硬度や
摺動性、摩耗性を維持するために、シリンダ内面にニッ
ケル（Ｎｉ）メッキ被膜を形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料（ガソ
リン）には不純物として微量の硫黄成分が含まれてお
り、万一シリンダ内で硫黄成分から硫酸が生成された場
合、シリンダ内面のＮｉメッキ被膜が硫酸で腐食される
虞がある。このため、内燃機関用シリンダブロックの耐
久性をより高めることが難しい。従って、硫酸に対して
メッキ被膜の耐食性を高めることで、内燃機関用シリン
ダブロックの耐久性をより優れたものにすることが望ま
れていた。

【０００４】そこで、本発明の目的は、耐久性をさらに
高めることができる内燃機関用シリンダブロックを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、硫酸に対
する耐食性の実験を進めるなかで、ニッケル（Ｎｉ）に
耐食性に優れた銅（Ｃｕ）を含めることで、硫酸に対し
てメッキ被膜の耐食性を高めることができることを判明
した。ここで、シリンダ内面はピストンリングが摺動す
る面なので、メッキ被膜は耐摩耗性に優れている必要が
ある。これらの観点から検討した結果、Ｎｉに含めるＣ
ｕの含量を規制し、メッキ被膜にセラミックス粒子を含
めることで耐摩耗性を確保することができるとの見通し
を得た。

【０００６】具体的には請求項１は、アルミ合金製シリ
ンダブロックのシリンダ内面にメッキ被膜を形成した内
燃機関用シリンダブロックにおいて、前記メッキ被膜
は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスにセラミックス粒子を含め
たものであり、このセラミックス粒子は、ＳｉＣ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＢＮのうちから選択した少なくとも一種のセラミ
ックス粒子としたことを特徴とする。

【０００７】メッキ被膜をＮｉ−Ｃｕマトリックスとし
て金属マトリックスにＣｕ成分を含ませた。Ｃｕは耐食
性に優れているので、メッキ被膜の硫酸に対する耐食性
を高めることができる。加えて、Ｎｉ−Ｃｕマトリック
スに、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）、窒化ホウ素（ＢＮ）のセラミックス粒子うちの
少なくとも一種のセラミックス粒子を含めた。セラミッ
クス粒子は硬いので、メッキ被膜を硬化させてメッキ被
膜の耐摩耗性を高めることができる。

【０００８】請求項２は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスとセ
ラミックス粒子との合計を１００ｖｏｌ％としたとき
に、セラミックス粒子の割合を２〜１５ｖｏｌ％とした
ことを特徴とする。

【０００９】Ｎｉ−Ｃｕマトリックスに含んだセラミッ
クス粒子の割合を２〜１５ｖｏｌ％に設定した。セラミ
ックス粒子の割合が２ｖｏｌ％未満になると、セラミッ
クス粒子の共析量が少な過ぎてメッキ被膜の硬度が不十
分となる。硬度が不十分であると摩耗量が大きくなりシ
リンダブロックの耐久性が低下する。そこで、セラミッ
クス粒子の共析量を２ｖｏｌ％以上に設定することで、
メッキ被膜の摩耗量を小さくするようにした。

【００１０】また、セラミックス粒子の割合が１５ｖｏ
ｌ％を超えると、セラミックス粒子の共析量が多過ぎて
メッキ被膜が硬くなり過ぎてしまう。このため、メッキ
被膜に沿ってピストンリングが摺動する際にピストンリ
ングの摩耗量を小さくすることができない。そこで、セ
ラミックス粒子の共析量を１５ｖｏｌ％以下に設定する
ことで、ピストンリングの摩耗量を小さくするようにし
た。

【００１１】請求項３は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックス中の
Ｃｕ成分を、１０〜５０ｗｔ％に設定したことを特徴と
する。

【００１２】Ｎｉ−Ｃｕマトリックス中のＣｕ成分を１
０〜５０ｗｔ％に設定した。Ｃｕ成分が１０ｗｔ％未満
になると、Ｃｕ成分が少な過ぎてメッキ被膜の耐食性が
低下する。そこで、Ｃｕ成分を１０ｗｔ％以上に設定す
ることで、メッキ被膜の耐食性を確保するようにした。
また、Ｃｕ成分が５０ｗｔ％を超えると、Ｃｕ成分が多
過ぎて耐摩耗性を確保することができない。そこで、Ｃ
ｕ成分を５０ｗｔ％以下に設定することで、メッキ被膜
の耐摩耗性を確保するようにした。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係る内燃機関用シリンダブ
ロックの斜視図である。内燃機関用シリンダブロック１
は、中空部２のシリンダ内面２ａ（図２に示す）にメッ
キ被膜（複合メッキ被膜）３を形成することにより中空
部２においてピストン７の摺動を可能にしたアルミ合金
製の４気筒エンジン用シリンダブロックである。なお、
７ａはピストンリングであり、ピストンリング７ａは、
ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成したものにガス窒化など
の表面硬化処理を施したものである。

【００１４】図２は図１の２−２線断面図である。複合
メッキ被膜３は、シリンダ内面２ａにＮｉ−Ｃｕマトリ
ックス４を析出し、Ｎｉ−Ｃｕマトリックス４にセラミ
ックス粒子（ＳｉＣ）５・・・（・・・は複数個を示す）を共
析したもので、Ｎｉ−Ｃｕマトリックス４とＳｉＣ５と
の合計を１００ｖｏｌ％（体積％）としたときに、Ｓｉ
Ｃ５の割合を２〜１５ｖｏｌ％としたものである。

【００１５】また、複合メッキ被膜３は、Ｎｉ−Ｃｕマ
トリックス４のＣｕ成分を１０〜５０ｗｔ％（重量％）
に設定したものである。なお、複合メッキ被膜３をＮｉ
−Ｃｕマトリックス４とし、ＳｉＣ５の割合を２〜１５
ｖｏｌ％とし、Ｃｕ成分を１０〜５０ｗｔ％に設定した
理由は後述する。

【００１６】以下、内燃機関用シリンダブロック１に複
合メッキ被膜３を形成する複合メッキ装置を図３〜図６
に基づいて説明する。図３は本発明に係る内燃機関用シ
リンダブロックに複合メッキ被膜を形成する複合メッキ
装置を示す全体図である。複合メッキ装置１０は、内燃
機関用シリンダブロック（以下、「シリンダブロック」
という）１を載せるために本体１１に取付けたワーク載
置台１２と、このワーク載置台１２に載せたシリンダブ
ロック１の中空部２内に配置した筒形電極１５と、この
筒形電極１５を筒形電極１５の軸線１５ａの廻りに回転
させる回転機構２０と、筒形電極１５の内側孔１６に複
合メッキ液９を供給する複合メッキ液循環機構３０と、
シリンダブロック１と筒形電極１５とを通電する通電機
構４５とからなる。なお、筒形電極１５については図５
及び図６で詳しく説明する。１ａは冷却水の通路となる
ウォータジャケット、１ｂはクランク室、１３はシリン
ダ内面２ａと筒形電極１５とで形成した隙間Ｓ１の環状
通路である。

【００１７】ワーク載置台１２は、ワーク受け面１２ａ
に絶縁部材１４を備え、かつ複合メッキ液の回収孔１２
ｂを備えた部材である。絶縁部材１４は、例えばセラッ
ミックや合成樹脂で形成した板材である。絶縁部材１４
を備えた理由は、シリンダブロック１をワーク載置台１
２から絶縁させてシリンダブロック１のみに通電させる
ことにより、シリンダブロック１のシリンダ内面２ａに
複合メッキ被膜３（図２に示す）を効率よく形成するた
めである。

【００１８】ワーク載置台１２に回収孔１２ｂを備えた
理由は、シリンダブロック１のシリンダ内面２ａに当っ
た複合メッキ液９を回収孔１２ｂから回収して、複合メ
ッキ液９をスムーズに循環させることにより、シリンダ
ブロック１のシリンダ内面２ａに複合メッキ被膜３（図
２に示す）を効率よく形成するためである。

【００１９】次に、回転機構２０について説明する。回
転機構２０は、４気筒エンジン用のシリンダブロックに
適用させて４本の筒形電極１５・・・を回転させる機構で
あるが、ここでは１本の筒形電極１５を回転させる内容
について説明する。回転機構２０は、本体１１に取付け
たモータ２１と、このモータ２１につないだ駆動シャフ
ト２２と、この駆動シャフト２２に取付けた駆動ギヤ２
３と、駆動ギヤ２３に噛み合ったギヤ２４と、このギヤ
２４を略中央に取付け且つ上端に筒形電極１５のねじ部
１９ａを取付けた回転軸２５とからなる。なお、４本の
筒形電極１５・・・を回転させる機構については図４で詳
しく説明する。

【００２０】複合メッキ液循環機構３０は、複合メッキ
液９を蓄えるタンク３１と、このタンク３１から供給ポ
ート３２まで延ばした第１供給路３３と、この第１供給
路３３の途中に設けたポンプ３４と、供給ポート３２の
出側に形成したチャンバ３５と、このチャンバ３５に入
側３６ａが通じるように回転軸２５に開けた第２供給路
３６と、この第２供給路３６の出側に通じた筒形電極１
５の内側孔１６と、この内側孔１６に貫通孔１８・・・で
通じた環状通路１３と、この環状通路１３にワーク載置
台１２の回収孔１２ｂで通じた回収ポート３７と、この
回収ポート３７からタンク３１まで延ばした回収路３８
と、この回収路３８の途中に設けたコントロールバルブ
３９と、タンク３１に取付けた攪拌機４０とからなる。

【００２１】コントロールバルブ３９は、クランク室１
ｂ内の複合メッキ液９の液面高さ９ａを調整するバルブ
である。攪拌機４０は、タンク３１の複合メッキ液９を
翼部４１で攪拌するものである。通電機構４５は、回転
軸２５の下端部に通電用のロータリコネクタ４６を取付
け、このロータリコネクタ４６に陽極４７を接続し、シ
リンダブロック１に陰極４８を接続したものである。

【００２２】図４は図３の４−４線断面図である。回転
機構２０の駆動ギヤ２３は、内側のギヤ２４，２４に噛
み合い、内側ギヤ２４，２４はそれぞれ第１、第２伝達
ギヤ２６，２７に噛み合い、第１、第２伝達ギヤ２６，
２７は外側のギヤ２４，２４に噛み合っている。このた
め、モータ２１の回転力は、先ず矢印，の如く駆動
ギヤ２３から内側のギヤ２４，２４に伝わり、次に内側
のギヤ２４，２４から矢印，の如く第１、第２伝達
ギヤ２６，２７に伝わり、次いで第１、第２伝達ギヤ２
６，２７から矢印，の如く外側のギヤ２４，２４に
伝わる。

【００２３】この結果、ギヤ２４・・・を取付けた回転軸
２５・・・がそれぞれ白抜き矢印の如く回転して、回転軸
２５・・・に取付けた筒形電極１５・・・（図３参照）が回転
軸２５・・・と同様にそれぞれ白抜き矢印の如く回転す
る。

【００２４】図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る内燃機
関用シリンダブロックに複合メッキ被膜を形成する筒形
電極の説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）
のｂ矢視図である。（ａ）において、筒形電極１５は、
例えばチタン（Ｔｉ）基材に白金（Ｐｔ）をクラッド被
覆した電極やＴｉ基材に酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）を
クラッド被覆した電極であって、軸線１５ａに沿って開
けた内側孔１６と、シリンダブロック１のシリンダ内面
２ａ（図３に示す。）に対向する筒状の周壁１７と、こ
の周壁１７に螺旋状に配置した複数の貫通孔１８・・・
と、上端部に形成した蓋部１９ｂと、下端部に形成した
ねじ部１９ａとからなる。

【００２５】（ｂ）において、筒形電極１５は、周壁１
７の高さＨ（（ａ）参照）、周長Ｌに設定し、周壁１７
に貫通孔１８・・・を一定の角度θ（２４°）で配置した
ものである。なお、貫通孔１８・・・の配列については図
６で詳しく説明する。

【００２６】図６は本発明に係る内燃機関用シリンダブ
ロックに複合メッキ被膜を形成する筒形電極の展開図で
ある。貫通孔１８・・・は、周壁１７に千鳥状に且つ傾斜
角θ１の螺旋に沿ってピッチＰで配列したものである。
貫通孔１８・・・を螺旋状に配置した理由は、周壁１７に
対向するシリンダブロック１のシリンダ内面２ａ（図３
に示す。）により均一に複合メッキ液９を当てるためで
ある。また、貫通孔１８・・・を略千鳥配置とした理由
は、碁盤目配置と比較して貫通孔１８と貫通孔１８との
間隔を小さくして、貫通孔１８・・・を周壁１７に密に配
置するためである。

【００２７】次に、シリンダ内面に複合メッキ被膜３を
形成する複合メッキ方法を図７〜図９に基づいて説明す
る。図７は本発明に係る内燃機関用シリンダブロックの
第１複合メッキ方法説明図であり、複合メッキ方法の原
理図を示す。先ず、シリンダブロック１をワーク載置台
１２の絶縁部材１４に載せて筒形電極１５に隙間Ｓ１を
開けて被せる。次に、モータ２１を駆動して、モータ２
１の回転力を駆動ギヤ２３→ギヤ２４→回転軸２５に伝
えて筒形電極１５を軸線１５ａの廻りに回転させる。

【００２８】次いで、撹拌機４０の翼部４１を回転して
タンク３１の複合メッキ液９を撹拌する。この状態で、
ポンプ３４を駆動してタンク３１内の複合メッキ液９を
矢印ａ１〜ａ３の如く、第１供給路３３→供給ポート３
２→チャンバ３５→第２供給路３６を通じて筒形電極１
５の内側孔１６に供給する。

【００２９】内側孔１６の複合メッキ液９は貫通孔１８
・・・を通じて矢印ｂ・・・の如く筒形電極１５の外側に噴射
してシリンダブロック１のシリンダ内面２ａに直角に当
る。そして、シリンダ内面２ａに当った複合メッキ液９
を矢印ｃ１，ｃ２の如く環状通路１３→回収ポート３７
→回収路３８を通じてタンク３１に回収する。複合メッ
キ液９を循環させた状態で通電機構４５を操作して筒形
電極１５とシリンダブロック１とを通電する。

【００３０】図８は本発明に係る内燃機関用シリンダブ
ロックの第２複合メッキ方法説明図であり、筒形電極１
５の貫通孔１８・・・から複合メッキ液９を噴射させた状
態を示す。貫通孔１８・・・から複合メッキ液９を噴射し
て矢印ｂ・・・の如くシリンダブロック１のシリンダ内面
２ａにほぼ直角に当てることにより、シリンダ内面２ａ
に当った複合メッキ液９は乱流になる。加えて、貫通孔
１８・・・からの複合メッキ液９の噴射速度をほぼ同一に
することにより、シリンダ内面２ａへの複合メッキ液９
の衝突条件を平均にする。

【００３１】このため、金属イオン（Ｎｉイオン、Ｃｕ
イオン）６・・・やセラミックス粒子（ＳｉＣ）５・・・を複
合メッキ液９に均一に分散することができる。この結
果、シリンダ内面２ａ近傍において複合メッキ液９の金
属イオン（Ｎｉイオン、Ｃｕイオン）濃度を規定濃度に
保つことができるので、複合メッキ被膜３のＮｉ−Ｃｕ
マトリックス４を規定厚さＴに析出させることができ
る。また、シリンダ内面２ａ近傍において複合メッキ液
９のセラミックス粒子５・・・を均一に分散させることが
できるので、セラミックス粒子５・・・をＮｉ−Ｃｕマト
リックス４中に均一に共析させることができる。

【００３２】さらに、筒形電極１５を回転させることに
より、貫通孔１８・・・から噴射した複合メッキ液９をシ
リンダブロック１のシリンダ内面２ａ全域に均一に当て
ることができる。このため、シリンダ内面２ａ全域にＮ
ｉ−Ｃｕマトリックス４を均一の厚さに析出させること
ができることができ、さらにＮｉ−Ｃｕマトリックス４
にセラミックス粒子５・・・を均一に共析させることがで
きる。

【００３３】図９は本発明に係る内燃機関用シリンダブ
ロックの第３複合メッキ方法説明図であり、シリンダブ
ロック１の断面図の右側に筒形電極１５を展開した状態
を示す。なお、便宜上貫通孔１８・・・にａ〜ｊを付して
説明する。貫通孔１８ａ〜１３ｊから複合メッキ液９を
噴射させながら筒形電極１５（図５参照）を回転させ
る。この結果、先ず、貫通孔１８ａから噴射した複合メ
ッキ液９を矢印の如くシリンダブロック１のシリンダ
内面２ａの位置Ｐ１に当て、貫通孔１８ｂから噴射した
複合メッキ液９を位置Ｐ１の僅か上方にズラして当て
る。

【００３４】また、貫通孔１８ｃから噴射した複合メッ
キ液９を矢印の如く位置Ｐ２に当て、貫通孔１８ｄか
ら噴射した複合メッキ液９を位置Ｐ２の僅か上方に当
て、貫通孔１８ｅから噴射した複合メッキ液９を矢印
の如く位置Ｐ３に当てる。さらに、貫通孔１８ｆから噴
射した複合メッキ液９を矢印の如くシリンダブロック
１のシリンダ内面２ａの位置Ｐ４に当て、貫通孔１８
ｇ，１３ｈから噴射した複合メッキ液９を順次位置Ｐ４
の僅か上方にズラして当てる。そして、貫通孔１８ｊか
ら噴射した複合メッキ液９を矢印の如く位置Ｐ５に当
てる。

【００３５】このため、シリンダブロック１のシリンダ
内面２ａの位置Ｐ１〜位置Ｐ５のエリアＥに複合メッキ
液９を均一に当てることができる。この結果、複合メッ
キ液９中の金属イオン（Ｎｉイオン、Ｃｕイオン）濃度
を規定濃度に保った状態で、Ｎｉ−Ｃｕマトリックス４
をシリンダ内面２ａに規定厚さに析出させることがで
き、さらに複合メッキ液９中のセラミックス粒子５・・・
を均一に保ってセラミックス粒子５・・・をＮｉ−Ｃｕマ
トリックス４中に均一に共析させることができる。以
下、複合メッキ被膜３の密着性、耐食性、耐摩耗性につ
いて説明する。

【００３６】図１０は本発明に係る複合メッキ被膜の被
膜厚さと剥離発生率との関係を示したグラフであり、横
軸は複合メッキ被膜厚さを示し、縦軸は複合メッキ被膜
の剥離発生率を示す。このグラフは、図１に示す内燃機
関用のシリンダブロック１の中空部２でピストン７を摺
動させて、摩擦距離（（ピストンのストローク）×（ピ
ストンの往復運動回数））が１ｋｍのときの複合メッキ
被膜の剥離状態を示したものである。

【００３７】Ｎｉ−Ｃｕ合金の複合メッキ被膜は、複合
メッキ厚さが２０μｍ未満のとき剥離が発生するが、複
合メッキ厚さが２０μｍを超えると剥離発生率を０％に
抑えることができる。この結果、Ｎｉ−Ｃｕ合金の複合
メッキ被膜において、複合メッキ厚さを少なくとも２０
μｍに設定することで密着性の高い複合メッキ被膜を得
ることができることが判る。また、複合メッキ被膜の最
大厚さは、エンジンの耐久性や複合メッキ処理時間を考
慮して略７０μｍと設定した。

【００３８】図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る複合
メッキ被膜の硫酸濃度と腐食摩耗量との関係を示したグ
ラフであり、横軸は硫酸濃度を示し、縦軸は腐食摩耗量
を示す。なお、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例を示
す。

【００３９】このグラフは、電気化学測定方法で測定し
た結果を示したもので、測定条件は以下の通りである。
複合メッキ被膜を陽極とし、硫酸水溶液の温度を８０℃
に設定し、この硫酸水溶液に複合メッキ被膜を１０分間
浸漬した後、掃引速度５０ｍＶ／分をかけて硫酸水溶液
中で電解を行い、複合メッキ被膜の腐食摩耗量を測定す
る。

【００４０】ここで、腐食摩耗とは、摩擦面が化学変化
を起こして変質し、変質した部分が相互運動により取り
去られて摩耗が進行することをいい、酸化などもこの範
疇に入る。

【００４１】（ａ）において、Ｎｉ−９ｗｔ％Ｃｕ合金
の複合メッキ被膜は、硫酸濃度が３０％を超えると腐食
摩耗量が大きくなり、硫酸濃度が５０％で腐食摩耗量は
５μｍと多くなる。従って、Ｃｕの含量が９ｗｔ％と少
ないと、耐食性を確保することができない。

【００４２】（ｂ）において、Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｃｕ合
金の複合メッキ被膜（実線で示す）は、硫酸濃度が増し
ても腐食摩耗量を２μｍ未満に抑えることができる。従
って、Ｃｕの含量が１０ｗｔ％のとき耐食性を確保する
ことができる。また、Ｎｉ−５０ｗｔ％Ｃｕ合金の複合
メッキ被膜（破線で示す）は、硫酸濃度が増しても腐食
摩耗量を２μｍ未満に抑えることができる。従って、Ｃ
ｕの含量が５０ｗｔ％のとき耐食性を確保することがで
きる。この結果、Ｎｉ−Ｃｕ合金の複合メッキ被膜の場
合、Ｃｕの含量が１０ｗｔ％以上であれば、耐食性に優
れた複合メッキ被膜を得ることができることが判る。

【００４３】図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係る複合
メッキ被膜の摩擦距離と凝着摩耗量との関係を示したグ
ラフであり、横軸は摩擦距離を示し、縦軸は凝着摩耗量
を示す。なお、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例を示
す。

【００４４】ここで、凝着摩耗とは、摩擦面において金
属同士の凝着が起こり、柔らかいほうの金属が引きさか
れて、硬いほうの金属に移行することにより起こる摩耗
をいい、正常な摩耗をいう。

【００４５】（ａ）において、Ｎｉ−５１ｗｔ％Ｃｕ合
金の複合メッキ被膜は、摩擦距離が略２０ｋｍで凝着摩
耗量が１．５μｍとなり、摩擦距離が略５０ｋｍで凝着
摩耗量が１．８μｍと大きくなり、さらに摩擦距離が１
００ｋｍ以上になると凝着摩耗量は２．０μｍになる。
従って、Ｃｕの含量が５１ｗｔ％と多いと、耐摩耗性を
確保することができない。

【００４６】（ｂ）において、Ｎｉ−５０ｗｔ％Ｃｕ合
金の複合メッキ被膜（破線で示す）は、摩擦距離が略５
０ｋｍで凝着摩耗量が略０．２５μｍと少なく、摩擦距
離が１００ｋｍを超えても凝着摩耗量を０．５μｍ未満
に抑えることができる。従って、Ｃｕの含量が５０ｗｔ
％のとき耐摩耗性を確保することができる。

【００４７】また、Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｃｕ合金の複合メ
ッキ被膜（実線で示す）は、摩擦距離が１００ｋｍを超
えるまでは凝着摩耗量は略０で、摩擦距離が１８０ｋｍ
を超えても凝着摩耗量を０．１μｍ未満に抑えることが
できる。従って、Ｃｕの含量が１０ｗｔ％のとき耐摩耗
性を確保することができる。この結果、Ｎｉ−Ｃｕ合金
の複合メッキ被膜の場合、Ｃｕの含量が５０ｗｔ％以下
であれば、耐摩耗性に優れた複合メッキ被膜を得ること
ができることが判る。

【００４８】図１３は本発明に係る複合メッキ被膜のＳ
ｉＣ含量と凝着摩耗量との関係を示したグラフであり、
横軸はセラミックス粒子（ＳｉＣ）の共析量を示し、縦
軸は凝着摩耗量を示す。なお、実線は複合メッキ被膜の
摩耗量を示し、破線はピストンリング７ａ（図１に示
す）の摩耗量を示す。このグラフは、図１に示す内燃機
関用のシリンダブロック１の中空部２でピストン７を摺
動させて、摩擦距離が１００ｋｍのときの複合メッキ被
膜の凝着摩耗状態を示したものである。

【００４９】複合メッキ被膜は、ＳｉＣの共析量が２ｖ
ｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍより大きくなり、
ＳｉＣの共析量が２ｖｏｌ％を超えると凝着摩耗量が２
μｍより小さくなる。従って、ＳｉＣの共析量を少なく
とも２ｖｏｌ％に設定することにより、複合メッキ被膜
の凝着摩耗量を小さくすることができる。

【００５０】一方、ピストンリングは、ＳｉＣの共析量
が２ｖｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍより大きく
なり、ＳｉＣの共析量が２〜１５ｖｏｌ％の範囲のとき
凝着摩耗量が略２μｍと小さくなり、ＳｉＣの共析量が
１５ｖｏｌ％を超えると凝着摩耗量が２μｍより大きく
なる。従って、ＳｉＣの共析量を２〜１５ｖｏｌ％に設
定することにより、ピストンリングの凝着摩耗量を小さ
くすることができる。

【００５１】この結果、ＳｉＣの共析量を２〜１５ｖｏ
ｌ％に設定すれば、複合メッキ被膜及びピストンリング
の両方の凝着摩耗量を小さくして、シリンダブロックの
耐久性を十分に高めることができることが判る。

【００５２】図１４は本発明に係る複合メッキ被膜のＳ
ｉ₃Ｎ₄含量と凝着摩耗量との関係を示したグラフであ
り、横軸はセラミックス粒子（Ｓｉ₃Ｎ₄）の共析量を示
し、縦軸は凝着摩耗量を示す。なお、実線は複合メッキ
被膜の摩耗量を示し、破線はピストンリング７ａ（図１
に示す）の摩耗量を示す。このグラフは、図１３と同様
に摩擦距離が１００ｋｍのときの複合メッキ被膜の凝着
摩耗状態を示したものである。

【００５３】複合メッキ被膜は、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析量が２
ｖｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍより大きくな
り、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析量が２ｖｏｌ％を超えると凝着摩耗
量が２μｍより小さくなる。従って、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析量
を少なくとも２ｖｏｌ％に設定することにより、複合メ
ッキ被膜の凝着摩耗量を小さくすることができる。

【００５４】一方、ピストンリングは、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析
量が２ｖｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍより大き
くなり、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析量が２〜１５ｖｏｌ％の範囲の
とき凝着摩耗量が略２μｍと小さくなり、さらにＳｉ₃
Ｎ₄の共析量が１５ｖｏｌ％を超えると凝着摩耗量が２
μｍより大きくなる。従って、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析量が２〜
１５ｖｏｌ％のときピストンリングの凝着摩耗量を小さ
くすることができる。

【００５５】この結果、Ｓｉ₃Ｎ₄の共析量を２〜１５ｖ
ｏｌ％に設定すれば、複合メッキ被膜及びピストンリン
グの両方の凝着摩耗量を小さくして、シリンダブロック
の耐久性を十分に高めることができることが判る。

【００５６】図１５は本発明に係る複合メッキ被膜のＢ
Ｎ含量と凝着摩耗量との関係を示したグラフであり、横
軸はセラミックス粒子（ＢＮ）の共析量を示し、縦軸は
凝着摩耗量を示す。なお、実線は複合メッキ被膜の摩耗
量を示し、破線はピストンリング７ａ（図１に示す）の
摩耗量を示す。このグラフは、図１３と同様に摩擦距離
が１００ｋｍのときの複合メッキ被膜の凝着摩耗状態を
示したものである。

【００５７】複合メッキ被膜は、ＢＮの共析量が２ｖｏ
ｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍより大きくなり、Ｂ
Ｎの共析量が２ｖｏｌ％を超えると凝着摩耗量が２μｍ
より小さくなる。従って、ＢＮの共析量を少なくとも２
ｖｏｌ％に設定することにより、複合メッキ被膜の凝着
摩耗量を小さくすることができる。

【００５８】一方、ピストンリングは、ＢＮの共析量が
２ｖｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍより大きくな
り、ＢＮの共析量が２〜１５ｖｏｌ％の範囲のとき凝着
摩耗量が略２μｍと小さくなり、ＢＮの共析量が１５ｖ
ｏｌ％を超えると凝着摩耗量が２μｍより大きくなる。
従って、ＢＮの共析量を２〜１５ｖｏｌ％に設定するこ
とにより、ピストンリングの凝着摩耗量を小さくするこ
とができる。

【００５９】この結果、ＢＮの共析量を２〜１５ｖｏｌ
％に設定することにより、複合メッキ被膜及びピストン
リングの両方の凝着摩耗量を小さくして、シリンダブロ
ックの耐久性を十分に高めることができることが判る。

【００６０】図１６は本発明に係る複合メッキ被膜の混
合セラミックス粒子含量と凝着摩耗量との関係を示した
グラフであり、横軸はセラミックス粒子の共析量を示
し、縦軸は凝着摩耗量を示す。セラミックス粒子は、Ｓ
ｉＣを２５ｖｏｌ％、ＢＮを７５ｖｏｌ％となるように
混合したもので、以下、このセラミックス粒子を「混合
セラミックス粒子」という。なお、実線は複合メッキ被
膜の凝着摩耗量を示し、破線はピストンリング７ａ（図
１に示す）の凝着摩耗量を示す。このグラフは、図１３
と同様に摩擦距離が１００ｋｍのときの複合メッキ被膜
の凝着摩耗状態を示したものである。

【００６１】複合メッキ被膜は、混合セラミックス粒子
の共析量が２ｖｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２μｍよ
り大きくなり、混合セラミックス粒子の共析量が２ｖｏ
ｌ％を超えると凝着摩耗量が２μｍより小さくなる。従
って、混合セラミックス粒子の共析量を少なくとも２ｖ
ｏｌ％に設定することにより、複合メッキ被膜の凝着摩
耗量を小さくすることができる。

【００６２】一方、ピストンリングは、混合セラミック
ス粒子の共析量が２ｖｏｌ％未満のとき凝着摩耗量が２
μｍより大きくなり、混合セラミックス粒子の共析量が
２〜１５ｖｏｌ％の範囲のとき凝着摩耗量が略２μｍと
小さくなり、混合セラミックス粒子の共析量が１５ｖｏ
ｌ％を超えると凝着摩耗量が２μｍより大きくなる。従
って、混合セラミックス粒子の共析量を２〜１５ｖｏｌ
％に設定することにより、ピストンリングの凝着摩耗量
を小さくすることができる。

【００６３】この結果、複合メッキ被膜の混合セラミッ
クス粒子の共析量を２〜１５ｖｏｌ％に設定することに
より、複合メッキ被膜及びピストンリングの両方の凝着
摩耗量を小さくして、シリンダブロックの耐久性を十分
に高めることができることが判る。

【００６４】

【実施例】以下に、本発明に係る実験例を表１〜表３を
参照の上説明する。しかし、本発明はこれらの実験例に
限るものではない。

【００６５】

【表１】

【００６６】実験Ｎｏ．１複合メッキ被膜は、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕマトリックス
にセラミックス粒子（ＳｉＣ）を含めたものを例に説明
する。この複合メッキ被膜は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックス
とＳｉＣとの合計を１００ｖｏｌ％としたときに、Ｓｉ
Ｃの割合を９ｖｏｌ％に設定したものである。

【００６７】複合メッキ液９（図３参照）は、硫酸ニッ
ケル（ＮｉＳＯ₄）４１５ｇ／ｌ（リットル）、硫酸銅
（ＣｕＳＯ₄）５０〜８０ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム
１００〜１６０ｇ／ｌ、ホウ酸３５ｇ／ｌ、アサヒライ
トＮ１１を３２．５ｍｌ／ｌ加えたｐＨ＝５．０のもの
に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子１６５ｇ／ｌを懸濁させ
たもので、複合メッキ液温度を６０℃に設定したもので
ある。筒形電極１５（図３参照）は、周壁１７に孔径
２．０ｍｍの貫通孔１８・・・を１６９個開けてたもので
ある。

【００６８】複合メッキ処理条件は、先ず、筒形電極を
５ｒｐｍで回転させながら複合メッキ液９を流量３０
ｌ／分で循環させ、電流密度を１４Ａ／ｄｍ²に設定し
て筒形電極１５とシリンダブロック１とを１分１０秒間
通電した。引続き、筒形電極を５ｒｐｍで回転させなが
ら複合メッキ液９を流量３０ｌ／分で循環させ、電流
密度を２０〜４０Ａ／ｄｍ²に設定して筒形電極１５と
シリンダブロック１とを６分５１秒〜１３分４０秒通電
した。

【００６９】その結果、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕの複合メ
ッキ被膜の厚さを、５６．５μｍとすることができ、図
１０のグラフで説明した複合メッキ被膜厚さ２０μｍよ
り大きくすることができた。従って、複合メッキ被膜の
密着性を十分に確保することができる。

【００７０】また、Ｎｉ−Ｃｕ合金のＣｕ成分は３０ｗ
ｔ％であり、図１１及び図１２のグラフで説明した１０
〜５０ｗｔ％の範囲内にある。従って、複合メッキ被膜
の耐食性や耐摩耗性を十分に確保することができる。さ
らに、ＳｉＣの割合は９ｖｏｌ％であり、図１３のグラ
フで説明した２〜１５ｖｏｌ％の範囲内にある。従っ
て、複合メッキ被膜の耐摩耗性をより高めることができ
る。この結果、表１の条件で複合メッキ被膜をシリンダ
内面に形成することにより、十分に耐久性の高いシリン
ダブロックを得ることができる。

【００７１】

【表２】

【００７２】実験Ｎｏ．２複合メッキ被膜は、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕマトリックス
にセラミックス粒子（Ｓｉ₃Ｎ₄）を含めたものを例に説
明する。この複合メッキ被膜は、Ｎｉ−Ｃｕマトリック
スとＳｉ₃Ｎ₄との合計を１００ｖｏｌ％としたときに、
Ｓｉ₃Ｎ₄の割合を６ｖｏｌ％に設定したものである。

【００７３】複合メッキ液９（図３参照）は、硫酸ニッ
ケル（ＮｉＳＯ₄）４１５ｇ／ｌ（リットル）、硫酸銅
（ＣｕＳＯ₄）５０〜８０ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム
１００〜１６０ｇ／ｌ、ホウ酸３５ｇ／ｌ、アサヒライ
トＮ１１を３２．５ｍｌ／ｌ加えたｐＨ＝５．０のもの
に、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粒子４５ｇ／ｌを懸濁させ
たもので、複合メッキ液温度を６０℃に設定したもので
ある。筒形電極１５（図２参照）は、周壁１７に孔径
２．０ｍｍの貫通孔１８・・・を１６９個開けてたもので
ある。

【００７４】複合メッキ処理条件は、実験Ｎｏ．１と同
様に、筒形電極を５ｒｐｍで回転させながら複合メッキ
液９を流量３０ｌ／分で循環させ、電流密度を１４Ａ
／ｄｍ²に設定して筒形電極１５とシリンダブロック１
とを１分１０秒間通電した。引続き、筒形電極を５ｒｐ
ｍで回転させながら複合メッキ液９を流量３０ｌ／分
で循環させ、電流密度を２０〜４０Ａ／ｄｍ²に設定し
て筒形電極１５とシリンダブロック１とを６分５１秒〜
１３分４０秒通電した。

【００７５】その結果、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕの複合メ
ッキ被膜の厚さを、５６．５μｍとすることができ、図
１０のグラフで説明した複合メッキ被膜厚さ２０μｍよ
り大きくすることができた。従って、複合メッキ被膜の
密着性を十分に確保することができる。

【００７６】また、Ｎｉ−Ｃｕ合金のＣｕ成分は３０ｗ
ｔ％であり、図１１及び図１２のグラフで説明した１０
〜５０ｗｔ％の範囲内にある。従って、複合メッキ被膜
の耐食性や耐摩耗性を十分に確保することができる。さ
らに、Ｓｉ₃Ｎ₄の割合は６ｖｏｌ％であり、図１４のグ
ラフで説明した２〜１５ｖｏｌ％の範囲内にある。従っ
て、複合メッキ被膜の耐摩耗性をより高めることができ
る。この結果、表２の条件で複合メッキ被膜を形成する
ことにより、十分に耐久性の高いシリンダブロックを得
ることができる。

【００７７】

【表３】

【００７８】実験Ｎｏ．３複合メッキ被膜は、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕマトリックス
にセラミックス粒子（ＢＮ）を含めたものを例に説明す
る。この複合メッキ被膜は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスと
ＢＮとの合計を１００ｖｏｌ％としたときに、ＢＮの割
合を１２ｖｏｌ％に設定したものである。

【００７９】複合メッキ液９（図３参照）は、硫酸ニッ
ケル（ＮｉＳＯ₄）４１５ｇ／ｌ（リットル）、硫酸銅
（ＣｕＳＯ₄）５０〜８０ｇ／ｌ、クエン酸ナトリウム
１００〜１６０ｇ／ｌ、ホウ酸３５ｇ／ｌ、アサヒライ
トＮ１１を３２．５ｍｌ／ｌ加えたｐＨ＝５．０のもの
に、窒化ホウ素（ＢＮ）粒子７５ｇ／ｌを懸濁させたも
ので、複合メッキ液温度を６０℃に設定したものであ
る。筒形電極１５（図２参照）は、周壁１７に孔径２．
０ｍｍの貫通孔１８・・・を１６９個開けてたものであ
る。

【００８０】複合メッキ処理条件は、実験Ｎｏ．１と同
様に、筒形電極を５ｒｐｍで回転させながら複合メッキ
液９を流量３０ｌ／分で循環させ、電流密度を１４Ａ
／ｄｍ²に設定して筒形電極１５とシリンダブロック１
とを１分１０秒間通電した。引続き、筒形電極を５ｒｐ
ｍで回転させながら複合メッキ液９を流量３０ｌ／分
で循環させ、電流密度を２０〜４０Ａ／ｄｍ²に設定し
て筒形電極１５とシリンダブロック１とを６分５１秒〜
１３分４０秒通電した。

【００８１】その結果、Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕの複合メ
ッキ被膜の厚さを、５６．５μｍとすることができ、図
１０のグラフで説明した複合メッキ被膜厚さ２０μｍよ
り大きくすることができた。従って、複合メッキ被膜の
密着性を十分に確保することができる。

【００８２】また、Ｎｉ−ＣｕマトリックスのＣｕ成分
は３０ｗｔ％であり、図１１及び図１２のグラフで説明
した１０〜５０ｗｔ％の範囲内にある。従って、複合メ
ッキ被膜の耐食性や耐摩耗性を十分に確保することがで
きる。さらに、ＢＮの割合は１２ｖｏｌ％であり、図１
５のグラフで説明した２〜１５ｖｏｌ％の範囲内にあ
る。従って、複合メッキ被膜の耐摩耗性をより高めるこ
とができる。この結果、表３の条件で複合メッキ被膜を
形成することにより、十分に耐久性の高いシリンダブロ
ックを得ることができる。

【００８３】尚、前記実施の形態では、４本の筒形電極
１５・・・を使用して４気筒エンジンのシリンダブロック
１にメッキ被膜を形成する内容について説明したが、筒
形電極１５・・・の本数を変えて、例えば６気筒エンジン
のシリンダブロック等に適用することも可能である。

【００８４】前記実施の形態では、シリンダブロック１
のシリンダ内面２ａにメッキ被膜を形成する内容につい
て説明したが、その他のワークの中空部内面にメッキ被
膜を形成することも可能である。前記実施の形態では、
筒形電極１５の内側孔１６を蓋部１９ｂで塞いだ内容に
ついて説明したが、内側孔１６を筒形電極の底部で塞い
でもよい。このとき、メッキ液を底部と反対側の頂部側
から内側孔１６に供給する。

【００８５】前記実施の形態では、ワーク載置台１２の
ワーク受け面１２ａに絶縁部材１４を取付けた内容につ
いて説明したが、その他にセラミックスコーティングや
樹脂コーティングなどの絶縁コーティングを施しても同
様の効果を得ることができる。前記実施の形態では、メ
ッキ被膜の最大厚さを略７０μｍと設定したが、最大厚
さは７０μｍに限らないで任意に選択することが可能で
ある。

【００８６】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、メッキ被膜をＮｉ−Ｃｕマトリック
スとして金属マトリックスにＣｕ成分を含めた。Ｃｕ成
分は耐食性に優れている。従って、メッキ被膜の硫酸に
対する耐食性を高めることができる。

【００８７】加えて、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスにセラミ
ックス粒子を含めた。セラミックス粒子は硬いのでメッ
キ被膜を硬化させることができる。従って、メッキ被膜
の耐摩耗性を高めることができる。この結果、メッキ被
膜の耐食性及び耐摩耗性を高めることができるので、内
燃機関用シリンダブロックの耐久性をさらに高めること
ができる。

【００８８】請求項２は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスに含
んだセラミックス粒子の割合を、２ｖｏｌ％以上に設定
してメッキ被膜の摩耗量を小さくし、かつセラミックス
粒子の割合を１５ｖｏｌ％以下に設定してピストンリン
グの摩耗量を小さくするようにした。この結果、メッキ
被膜の摩耗量やピストンリングの摩耗量を小さくして、
さらに耐久性の高い内燃機関用シリンダブロックを得る
ことができる。

【００８９】請求項３は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックス中の
Ｃｕ成分を１０ｗｔ％以上に設定してメッキ被膜の耐食
性を確保し、かつＣｕ成分を５０ｗｔ％以下に設定して
メッキ被膜の耐摩耗性を確保するようにした。この結
果、メッキ被膜の耐食性や耐摩耗性を確保して、さらに
耐久性の高い内燃機関用シリンダブロックを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックの斜
視図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックに複
合メッキ被膜を形成する複合メッキ装置を示す全体図

【図４】図３の４−４線断面図

【図５】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックに複
合メッキ被膜を形成する筒形電極の説明図

【図６】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックに複
合メッキ被膜を形成する筒形電極の展開図

【図７】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックの第
１複合メッキ方法説明図

【図８】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックの第
２複合メッキ方法説明図

【図９】本発明に係る内燃機関用シリンダブロックの第
３複合メッキ方法説明図

【図１０】本発明に係る複合メッキ被膜の被膜厚さと剥
離発生率との関係を示したグラフ

【図１１】本発明に係る複合メッキ被膜の硫酸濃度と腐
食摩耗量との関係を示したグラフ

【図１２】本発明に係る複合メッキ被膜の摩擦距離と凝
着摩耗量との関係を示したグラフ

【図１３】本発明に係る複合メッキ被膜のＳｉＣ含量と
凝着摩耗量との関係を示したグラフ

【図１４】本発明に係る複合メッキ被膜のＳｉ₃Ｎ₄含量
と凝着摩耗量との関係を示したグラフ

【図１５】本発明に係る複合メッキ被膜のＢＮ含量と凝
着摩耗量との関係を示したグラフ

【図１６】本発明に係る複合メッキ被膜の混合セラミッ
クス粒子含量と凝着摩耗量との関係を示したグラフ

【符号の説明】

１…内燃機関用シリンダブロック、２ａ…シリンダ内
面、３…メッキ被膜（複合メッキ被膜）、４…Ｎｉ−Ｃ
ｕマトリックス、５…セラミックス粒子、９…複合メッ
キ液、１０…複合メッキ装置、１５…筒形電極、２０…
回転機構、３０…メッキ液循環装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉本信彦埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3G024 AA22 FA06 GA18 HA10 4K023 AB21 BA06 CA09 CB03 DA06 DA07 DA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミ合金製シリンダブロックのシリン
ダ内面にメッキ被膜を形成した内燃機関用シリンダブロ
ックにおいて、前記メッキ被膜は、Ｎｉ−Ｃｕマトリックスにセラミッ
クス粒子を含めたものであり、このセラミックス粒子
は、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮのうちから選択した少なく
とも一種のセラミックス粒子としたことを特徴とする内
燃機関用シリンダブロック。
【請求項２】前記Ｎｉ−Ｃｕマトリックスとセラミッ
クス粒子との合計を１００ｖｏｌ％としたときに、セラ
ミックス粒子の割合を２〜１５ｖｏｌ％としたことを特
徴とする請求項１記載の内燃機関用シリンダブロック。
【請求項３】前記Ｎｉ−Ｃｕマトリックス中のＣｕ成
分を、１０〜５０ｗｔ％に設定したことを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の内燃機関用シリンダブロッ
ク。