JP2004099913A

JP2004099913A - 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: JP2004099913A
Application number: JP2002259197A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Nakano; 中野　秀行; Masaharu Kocha; 古茶　正治; Takayuki Matsumoto; 松本　隆行
Original assignee: Kioritz Corp
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】ピストン摺動面となる内周面に、環境への負荷が小さく、かつ、実用に耐えられる硬さを持つとともに、ホーニング加工等の仕上げ加工を不要にできる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、ニッケル−リン−ホウ素系の無電解めっき皮膜（２０）を形成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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３に示される如くのものが挙げられる。図示例のシリンダ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の内周面（シリンダボア面）９には、ピストン１５により開閉される排気ポート５及び吸気ポート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５を二分割する縦断面Ｆを挟んで左右対称的に一対の掃気ポート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、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（特開２０００−３４９２６号公報参照）。
【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、ピストン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の内周面９のめっき処理としては、所要の硬度が得られるクロム（Ｃｒ）めっきが多く採用されている。ところが、このクロムめっきを採用した場合には、図２（Ａ）〜（Ｄ）に、前記排気ポート５、前記吸気ポート６、前記掃気ポート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、前記排気ポート５の開口端縁部分を代表として例示）ように、前記内周面９にクロムめっきを施すと、図２（Ｂ）に示される如くに、クロムめっき皮膜１０（の開口端縁角部）に、盛り上がり部１０ａが形成されてしまう。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のままであると、前記ピストン１５の摺動性等が低下し、実用に耐えない。そのため、前記盛り上がり部１０ａを除去して膜厚の均一化を図るべく、図２（Ｃ）に示される如くに、ホーニング加工を施すようにされる。かかるホーニング加工により、前記クロムめっき皮膜１０の膜厚が薄くされて均一化されるが、そのクロムめっき皮膜１０の開口端縁部１０ｂが尖ってしまう。このように、前記開口端縁部が尖っていると、前記めっき皮膜１０に割れや亀裂を生じやすいだけでなく、そこを摺動するピストン（ピストンリング）１５を傷つけてしまうため、前記開口端縁部１０ｂに、図２（Ｄ）に示される如くに、面取り加工（ここではＲ面取り１０ｃ）を施すことが追加工として必要とされる。
【０００７】
前記のように、従来一般的に採用されていたクロムめっきでは、めっき処理後に、ホーニング加工や面取り加工等の仕上げ加工（機械加工）が必要となり、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】
また、前記クロムめっきでは、有害な六価クロムを使用するので、環境負荷が大きいという問題等もあり、クロムめっきの代替えとなる、シリンダ内周面用めっきの開発が強く望まれている。
【０００９】
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、環境への負荷が小さく、かつ、実用に耐えられる硬さを持つとともに、ホーニング加工、面取り加工等の仕上げ加工を不要にできる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。
【００１０】
【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、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、掃気ポート等のボ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、ニッケル−リン−ホウ素系の無電解めっき皮膜が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
好ましい態様では、前記内周面に形成された前記めっき皮膜の表面が、ホーニング加工等の仕上げ加工を施されることなくそのままピストン摺動面とされる。
【００１２】
前記めっき皮膜の膜厚は、好ましくは、１０〜２０μｍとされる。
【００１３】
一方、本発明に係る内周面処理方法は、アルミニウム合金製の内燃エンジン用シリンダに適用されるもので、ピストン摺動面となる内周面に、ニッケル−リン−ホウ素系の無電解めっきを施すようにされる。
【００１４】
この場合、好ましい態様では、前記無電解めっきにより形成されたニッケル−リン−ホウ素系のめっき皮膜に、該めっき皮膜の硬度を向上させるべく、熱処理を施すようにされる。
【００１５】
本発明の内燃エンジン用シリンダの内周面処理に採用されたニッケル−リン−ホウ素系の無電解めっきは、クロムめっきにおける盛り上がり部１０ａ（図２参照）は発生せず、ピストン摺動面だけでなく、吸気ポート、排気ポート、及び、掃気ポートの各ポート部を含めて均一で薄い皮膜が得られる。そのため、前記内周面に形成されたニッケル−リン−ホウ素系のめっき皮膜が、そのままピストン摺動面（仕上げ面）となり得、従来、めっき処理後に必要であったホーニング加工、面取り加工等の仕上げ加工（機械加工）を省略でき、その結果、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００１６】
また、めっき処理後に、皮膜に熱処理を施すこときにより、クロムめっき並の硬度が得られるとともに、前記膜厚が均一化されることと相まって、優れた摺動性が得られる。
【００１７】
さらに、ホーニング加工等が不要となることから、より複雑なシリンダ形状、例えば、従来方法では製作困難であったシリンダのピストン摺動面（シリンダボア面）を、テーパー形状（末広がり形状）等にすることも可能となり、これにより、エンジン性能を一層向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
本発明に係る内燃エンジン用シリンダの一実施形態は、前述した図３に示されるものと同様に、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、めっき皮膜１０部分以外は同じ構成であるので、以下においては、図３に示されるシリンダ１を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態のシリンダ１は、排気量３０ｍＬ程度の小型空冷２サイクルガソリンエンジン用のものであり、母材としてアルミニウム合金が用いられて、ハイプレシャーダイカスト法等で鋳造した後、図１（Ａ）、（Ｂ）に、前記排気ポート５、前記吸気ポート６、前記掃気ポート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、前記排気ポート５の開口端縁部分を代表として例示）ように、ピストン１５が摺動せしめられる内周面９に、無電解めっきにより、ニッケル−リン−ホウ素系の皮膜２０を形成したものである。
【００２１】
前記無電解めっき皮膜２０は、リンを、例えば、０．５〜３．０重量％、ホウ素を０．５〜３．０重量％含有する、無電解ニッケルめっき被膜であり、その膜厚は、、約１５μｍで均一になっている。なお、前記皮膜２０の膜厚は、例えば、めっき浴に浸漬する時間を調整することにより決定され、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。
【００２２】
また、前記無電解めっき皮膜２０には、その表面硬度をＨｖ９００程度まで上げるべく、皮膜形成後に熱処理が施されている。熱処理温度、熱処理時間は、要求される硬度や母材（シリンダ１）の耐熱性等を勘案して、それぞれ、例えば、２００〜４００°Ｃ、３０〜１２０分が適当とされる。
【００２３】
本実施形態の内燃エンジン用シリンダ１の内周面処理に採用されたニッケル−リン−ホウ素系の無電解めっきは、クロムめっきにおける盛り上がり部１０ａ（図２参照）は発生せず、ピストン摺動面だけでなく、吸気ポート６、排気ポート５、及び、掃気ポート８等の各ポート部を含めて、均一で薄い皮膜２０が得られる。そのため、前記内周面９に形成されたニッケル−リン−ホウ素系のめっき皮膜２０の表面２０ａが、そのままピストン摺動面となり得、従来、めっき処理後に必要であった、ホーニング加工、面取り加工等の仕上げ加工（機械加工）を省略でき、その結果、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００２４】
また、めっき処理後に、前記皮膜２０に熱処理を施すこときにより、クロムめっき並の硬度が得られるとともに、前記膜厚が均一化されることと相まって、優れた摺動性が得られる。
【００２５】
さらに、ホーニング加工等が不要となることから、より複雑なシリンダ形状、例えば、従来方法では製作困難であった、シリンダのピストン摺動面（シリンダボア面）を、テーパー形状（末広がり形状）等にすることも可能となり、これにより、エンジン性能を一層向上させることができる。
【００２６】
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。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、ピストン摺動面となる内周面に、環境への負荷が小さく、かつ、実用に耐えられる硬さを持つとともに、ホーニング加工等の仕上げ加工を不要にできる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できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】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でのめっき皮膜形成状態の説明に供される部分断面図。
【図３】内燃エンジン用シリンダの一例を示す縦断面図。
【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…排気ポート
６…吸気ポート
８…掃気ポート
９…内周面（ピストン摺動面）
１５…ピストン
２０…ニッケル−リン−ホウ素系めっき皮膜

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（６）、排気ポート（５）、掃気ポート（８）等のポートが少なくとも一つ開口せしめられている内燃エンジン用シリンダ（１）であって、前記内周面（９）に、ニッケル−リン−ホウ素系の無電解めっき皮膜（２０）が形成されていることを特徴とするアルミニウム合金製の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前記皮膜（２０）の表面（２０ａ）が、ホーニング加工等の仕上げ加工を施されることなくそのまま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１又は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、ニッケル−リン−ホウ素系の無電解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。
前記無電解めっきにより形成されたニッケル−リン−ホウ素系のめっき皮膜（２０）に、該めっき皮膜（２０）の硬度を上げるべく、熱処理を施すことを特徴とする請求項４に記載の内周面処理方法。