JP2014214375A - シリンダブロック、シリンダブロックのめっき処理装置、およびシリンダブロックのめっき処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの上死点近傍および下死点近傍に対応する部位におけるめっき皮膜中の炭化ケイ素含有量を充実して当該部位の耐摩耗性の高いシリンダブロック、シリンダブロックのめっき処理装置、およびシリンダブロックのめっき処理方法を提案する。
【解決手段】シリンダブロック１０１は、シリンダボア１０２を区画する円筒形状のシリンダ内周面１０３と、シリンダ内周面１０３を覆い、かつシリンダボア１０２を往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位での炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度であるめっき皮膜と、を備える。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、シリンダブロック、シリンダブロックのシリンダ内周面をめっき処理するシリンダブロックのめっき処理装置、およびシリンダブロックのめっき処理方法に関する。

アルミニウム合金製のシリンダブロックでは、シリンダボア内周面にＮｉ−Ｐ合金めっき皮膜中に炭化ケイ素（ＳｉＣ）を分散させたＮｉ−Ｐ−ＳｉＣ複合めっき皮膜が適用さられている。硬質粒子である炭化ケイ素の粒子をＮｉ−Ｐ合金めっき皮膜中に分散させることによって、めっき皮膜の耐摩耗性が向上し、さらにピストンの摩耗が低減する。

Ｎｉ−Ｐ−ＳｉＣ複合めっき皮膜は、被めっき材であるシリンダブロックを脱脂し、シリンダ内周面に電解エッチング処理を施し、シリンダ内周面にめっき皮膜を成膜する３つの工程で形成される。

電解エッチング処理では、シリンダボア内周面に沿ってエッチング液を流動させながら、シリンダブロックと電極との間に電気を流す。これにより、シリンダボア内周面は溶解反応を引き起こす。この溶解反応によって、シリンダボア内周面のアルミニウムが溶解する一方で、共晶シリコンは溶解せずに留まる。そして、電解エッチング処理後のシリンダ内周面は共晶シリコンが突出した状態になる。電解エッチング処理後のシリンダ内周面にめっき皮膜を成膜すると、突出した共晶シリコンのアンカー効果によって被めっき材であるシリンダブロックとめっき皮膜との密着性が高まる。

また、めっき皮膜の成膜に使用する電極の全面に穴を開け、シリンダボアと電極との間の処理液流路におけるめっき処理液の流速を均一にしたシリンダブロックのめっき処理方法が知られている。この方法によって、めっき皮膜中の炭化ケイ素含有量がシリンダボア全面で均一なシリンダブロックが得られる（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１１−３５０１９７号公報

従来のシリンダブロックのめっき処理方法では、シリンダ内周面を覆うめっき皮膜中の炭化ケイ素含有量がその全面で均一になる。しかしながら、従来のめっき処理方法では、めっき皮膜中の炭化ケイ素含有量が制御されていないため、炭化ケイ素含有量が低下すれば耐摩耗性が不十分になる。

ところで、ピストンの速度は上死点の近傍および下死点の近傍でほぼゼロになる。このため、シリンダ内周面のうちピストンの上死点および下死点に対応する部位では、潤滑油の供給が不足して油膜切れが発生しやすい。

つまり、シリンダ内周面の全面で炭化ケイ素含有量が均一なめっき皮膜では、シリンダ内周面のうちピストンの上死点から下死点の間に対応する部位における炭化ケイ素含有量が十分な一方で、シリンダ内周面のうちピストンの上死点および下死点に対応する部位における炭化ケイ素含有量が不足する場合がある。

そこで、本発明は、ピストンの上死点近傍および下死点近傍に対応する部位におけるめっき皮膜中の炭化ケイ素含有量を充実して当該部位の耐摩耗性の高いシリンダブロック、シリンダブロックのめっき処理装置、およびシリンダブロックのめっき処理方法を提案する。

前記の課題を解決するため本発明に係るシリンダブロックは、シリンダボアを区画する円筒形状のシリンダ内周面と、前記シリンダ内周面を覆い、かつ前記シリンダボアを往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位での炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度、好ましくは前記炭化ケイ素含有量が１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度であるめっき皮膜と、を備える。

また、前記の課題を解決するため本発明に係るシリンダブロックのめっき処理装置は、シリンダボアを区画する円筒形状のシリンダ内周面を有するシリンダブロックを載置自在な載置台と、前記シリンダボアの一方側の開口から前記シリンダボア内に挿入されて前記シリンダ内周面との間に環状の処理液流路を区画する電極と、を備え、前記電極は、前記シリンダボアの一方側から前記処理液流路に流入する処理液を前記シリンダボアの他方側へ導いて前記処理液流路へ再度流入させる迂回流路と、前記シリンダボアの他方側から前記処理液流路に再度流入する処理液を前記シリンダボアの中心線方向における中央部の位置で前記処理液流路から処理液を流出させる出口流路と、を備える。

さらに、前記の課題を解決するため本発明に係るシリンダブロックのめっき処理方法は、シリンダボアを区画する円筒形状のシリンダ内周面を有するシリンダブロックを準備し、前記シリンダボア内に電極を配置して環状の処理液流路を区画し、前記シリンダボアの一方側から前記処理液流路に処理液を流し込み、前記処理液流路に流れ込んだ処理液を前記電極内に迂回させて前記シリンダボアの他方側から前記処理液流路へ再度流し込み、前記シリンダボアの他方側から前記処理液流路に再度流れ込んだ処理液を前記シリンダボアの中心線方向における中央部の位置で前記処理液流路から流出させる。

本発明によれば、ピストンの上死点近傍および下死点近傍に対応する部位におけるめっき皮膜中の炭化ケイ素含有量を充実させて当該部位の耐摩耗性の高いシリンダブロック、シリンダブロックのめっき処理装置、およびシリンダブロックのめっき処理方法を提供できる。

本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置を示す正面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置を示す断面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置を示す断面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す斜視図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す断面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す断面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す断面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置のシール治具および電極を示す断面図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックの往復摺動摩耗試験を示す概念図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理方法において、めっき皮膜の炭化ケイ素含有量と摩耗量との関係を示す図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理方法において、シリンダ内周面のエッチング量とめっき皮膜の炭化ケイ素含有量との関係を示す図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理方法において、シリンダ内周面の温度とエッチング量との関係を示す図。 本発明の実施形態に係るシリンダブロックを示す断面図。

以下、本発明に係るシリンダブロックのめっき処理装置の実施の形態について、図１から図１３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置を示す正面図である。

図２および図３は、図１のＩＩ−ＩＩ線において、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置を示す断面図である。

なお、図２は、シリンダブロック１０１のめっき処理装置１（以下、単に「めっき処理装置１」と呼ぶ。）のめっき処理最中の状態を示す図であり、図３は、めっき処理装置１の準備最中の状態を示す図である。

図１から図３に示すように、めっき処理装置１は、シリンダボア１０２を区画する円筒形状のシリンダ内周面１０３を有するシリンダブロック１０１を載置自在な載置台３と、シリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）の開口１０２ａからシリンダボア１０２内に挿入されてシリンダ内周面１０３との間に環状の処理液流路４を区画する筒状の電極６と、電極６の自由端部に設けられてシリンダボア１０２の他方側（ここではクランクケース側）の開口１０２ｂ近傍に配置されるシール治具７と、載置台３と協働してシリンダブロック１０１を挟み込み保持する上治具８と、シール治具７へ作動流体を供給するエアジョイント９と、処理液流路４に処理液１１を供給する処理液供給装置１２と、シリンダブロック１０１と電極６との間に電位差を発生させる電源装置１３と、を備える。

めっき処理装置１は、シリンダ内周面１０３と電極外周面６ａとの隙間に区画される処理液流路４に、処理液１１を流通させ、かつシリンダブロック１０１と電極６との間に電位差を生じさせてシリンダ内周面１０３のめっき前処理、具体的には電解エッチング処理と、めっき皮膜（めっき層）の成膜を施す。

シリンダブロック１０１は、例えばアルミニウム合金を素材とする鋳物製であり、例えば、並列多気筒エンジンの内燃機関（図示省略）を構成する部材のひとつである。シリンダブロック１０１は、中空なシリンダボア１０２を形成する円筒形状のシリンダ内周面１０３と、シリンダヘッド（図示省略）との合わせ面１０５と、クランクケース（図示省略）との合わせ面１０６と、を有する。シリンダブロック１０１は、めっき処理装置１によって、シリンダ内周面１０３の電解エッチング処理、およびシリンダ内周面１０３のめっき皮膜の成膜を施される。それぞれの工程で流通される処理液１１は異なり、電解エッチング処理では、エッチング液である高濃度・高温のリン酸が流通される。

なお、図２および図３は、シリンダブロック１０１が有する複数、例えば３つのシリンダボア１０２のうち１つのシリンダボア１０２におけるめっき処理装置１を示したものである。めっき処理装置１は、他のシリンダボア１０２についても同様な構成を並列に備える。

めっき処理装置１の載置台３は、装置全体の自重を支える下治具１５と、下治具１５の上面に配置される着脱自在な厚板状の絶縁部材１６と、絶縁部材１６の上面に設けられる厚板状の導電板１７と、絶縁部材１６を貫通する筒状のシール受け台１８と、シール受け台１８の上部に設けられる環状のシール部材２１と、を備える。

下治具１５は、シリンダボア１０２と略同径な下治具孔２３を有する。また、下治具１５は下治具孔２３内に配置される管状の長尺な電極支持台２４を備える。

導電板１７は、複数のステンレス鋼製の平板を層状に組み合わせたものであり、平坦な載置面２５を有する。シリンダブロック１０１は、シリンダボア１０２を下治具孔２３に対して略同心にして、シリンダボア１０２のシリンダヘッド側開口縁を除く合わせ面１０５を載置面２５に当接させて載置台３に載置される。導電板１７およびシリンダブロック１０１は、互いに接する載置面２５および合わせ面１０５によって導通する。また、導電板１７は、油圧シリンダ等の昇降装置（図示省略）によってシリンダボア１０２の中心線に沿って移動する。導電板１７は層状に組み合わされた複数のステンレス鋼製の平板で挟み込んでシール受け台１８およびシール部材２１を保持する。

絶縁部材１６は、例えばシリコンゴムで形成された絶縁体である。絶縁部材１６は下治具１５と導電板１７との間からの処理液１１の漏洩を防ぐ。また、絶縁部材１６は下治具１５とシリンダブロック１０１との間を電気的に絶縁する。めっき処理装置１は、処理液１１を処理液流路４に流通させ、電極６とシリンダブロック１０１とを通電させてシリンダ内周面１０３の電解エッチング処理およびめっき皮膜の成膜を効率よく施す。

シール受け台１８は、例えばシリコンゴムで形成された絶縁体であり、シリンダボア１０２のシリンダヘッド側開口縁にシール部材２１を位置させる。

シール部材２１は、例えばシリコンゴムで形成された絶縁体であり、シール受け台１８の自由端部に設けられる。また、シール部材２１は、シリンダブロック１０１が導電板１７に載置されると、シリンダボア１０２のシリンダヘッド側開口縁に当接して合わせ面１０５とシール受け台１８との間に挟み込まれる。シール部材２１は、シリンダボア１０２とシール受け台１８の内周面との間からの処理液１１の漏洩を防ぐ。

導電板１７、絶縁部材１６、シール受け台１８およびシール部材２１は、下治具１５から一体的に着脱できる。めっき処理装置１は、先ず、導電板１７の載置面２５にシリンダブロック１０１を位置決めし、次いで、シリンダブロック１０１と導電板１７と絶縁部材１６とを一体的に下治具１５へ載置することによって載置台３にシリンダブロック１０１を載置する。

電極６は、下治具１５の電極支持台２４の自由端部に支持されて載置台３の上方に向けて突出される。また、電極６は、電極支持台２４を介して電源装置１３に導通される。さらに、電極６は、シリンダブロック１０１が載置台３に載置されたとき、シリンダボア１０２内に配置されて電極外周面６ａとシリンダ内周面１０３との間に環状の処理液流路４を区画する。

シール治具７は、シリンダボア１０２のクランクケース側の開口１０２ｂ近傍を塞いで処理液流路４を区画する。シール治具７は、シリンダブロック１０１が載置台３に載置されたとき、電極６とともにシリンダボア１０２内に配置される。シール治具７は、駆動装置としてのエアジョイント９から供給される空気によって作動する。シール治具７は、シリンダボア１０２のクランクケース側の開口１０２ｂ近傍からの処理液１１の漏洩を防ぐ拡張シール部材３１を備える。

上治具８は、シリンダブロック１０１の合わせ面１０６に当接され、載置台３との間にシリンダブロック１０１を挟み込んで保持する。また、上治具８は、油圧シリンダ等の昇降装置（図示省略）によって載置台３に接近してシリンダブロック１０１の合わせ面１０６を押さえつける。さらに、上治具８は、エアジョイント９を上治具８の移動方向に沿って摺動自在に保持する筒状のエアジョイント保持部材３２と、上治具８に対してエアジョイント９を移動自在に保持してエアジョイント９とシール治具７とが連結される際にエアジョイント９の位置調整を担うコイルスプリング３３と、を備える。

エアジョイント９は、拡張シール部材３１の作動流体である空気をシール治具７に供給する作動流体供給路３４を備える。また、エアジョイント９は、上治具８がシリンダブロック１０１の合わせ面１０６を押さえつける動作にともなってシール治具７に連結され、作動流体を供給可能な状態になる。

コイルスプリング３３はエアジョイント９を載置台３の方向へ押し付ける役割も担う。

処理液供給装置１２は、処理液１１を蓄えるタンク３６と、タンク３６から載置台３に処理液１１を案内する供給路３７と、供給路３７に設けられたポンプ３８と、載置台３からタンク３６に処理液１１を回収する回収路３９と、回収路３９に設けられた流量計４１と、を備える。また、処理液供給装置１２は、流量計４１の測定値からフィードバック制御によってポンプ３８の運転出力を調整し、処理液１１の流速を制御する。

タンク３６は処理液１１の種類毎に複数用意される。

電源装置１３は、電極支持台２４および導電板１７にそれぞれ電気的に接続されてシリンダブロック１０１と電極６との間に電位差を生じさせる。また、電源装置１３は、シリンダ内周面１０３をめっき処理するとき、電極６を陽極に、シリンダブロック１０１を陰極になるよう電気を流す。

このような構成によって、電解エッチング処理では、めっき処理装置１は、タンク３６から処理液供給装置１２の供給路３７、下治具１５の下治具孔２３と電極支持台２４との隙間、シール受け台１８の内周面と電極６との隙間を順次に経て処理液流路４に処理液１１を送給し、処理液流路４から電極６内の流路、電極支持台２４の管内、処理液供給装置１２の回収路３９を順次に経てタンク３６に処理液１１を回収する。なお、めっき皮膜の成膜では、処理液１１は、電解エッチング処理における流れの逆経路で流通される。

図４は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す斜視図である。

図５は、図４のＶ−Ｖ線において、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す断面図である。

図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線において、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す断面図である。

図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線において、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置の電極を示す断面図である。

図４から図７に示すように、本実施形態に係るめっき処理装置１の電極６は、シリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）から処理液流路４に流入する処理液１１をシリンダボア１０２の他方側（ここではクランクケース側）へ導いて処理液流路４へ再度流入させる迂回流路４３と、シリンダボア１０２の他方側から処理液流路４に再度流入する処理液１１をシリンダボア１０２の中心線方向における中央部の位置で処理液流路４から処理液１１を流出させる出口流路４５と、を備える。

また、電極６はステンレス鋼、またはチタン合金など導電性のある金属の成形品である。

さらに、電極６は、その外周面からシリンダ内周面１０３へ向かって延びて処理液流路４をシリンダボア１０２の一方側と他方側とに仕切る環状の仕切部材４６と、仕切部材４６よりもシリンダボア１０２の一方側に設けられて処理液流路４と迂回流路４３とを流体的に繋げる第一開口４７と、仕切部材４６よりもシリンダボア１０２の他方側に設けられて処理液流路４と出口流路４５とを流体的に繋げる第二開口４８と、を備える。

仕切部材４６はシリンダボア１０２の中心線方向において中央部に配置される。仕切部材４６は、処理液１１、例えばエッチング液である高濃度・高温のリン酸に接触するため、フッ素ゴムやユニレートなどの耐薬品性に優れる素材の成形品である。仕切部材４６は、シリンダボア１０２の一方側から処理液流路４に流れ込む処理液１１を第一開口４７から電極６内の迂回流路４３へ導く役割と、シリンダボア１０２の他方側から再び処理液流路４に流れ込む処理液１１を第二開口４８から電極６内の出口流路４５へ導く役割と、を兼務する。

第一開口４７は迂回流路４３の入口であり、第三開口４９は迂回流路４３の出口である。第一開口４７が仕切部材４６に隣接される一方、第三開口４９はシリンダボア１０２の他方側（ここではクランクケース側）、つまり電極６の先端部に配置される。迂回流路４３は第三開口４９の近傍で流路断面積を拡大されて第三開口４９から吐出する以前の処理液１１を整流する。

第一開口４７、第二開口４８および第三開口４９はいずれも電極６を周方向へ等間隔に囲む４つの位置に開口しているが、これに限られない。

第一開口４７の開口面積は、シリンダボア１０２を往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおける処理液流路４の流路面積よりも小さい。

処理液１１は、図４および図５中の矢印ｆａに示すように、シリンダボア１０２の一方側から処理液流路４へ流れ込み仕切部材４６へ向かう。仕切部材４６へ到達した処理液１１は、図４および図５中の矢印ｆｂに示すように、第一開口４７から迂回流路４３へ流れ込みシリンダボア１０２の他方側へ向かう。シリンダボア１０２の他方側へ到達した処理液１１は、図４および図５中の矢印ｆｃに示すように、第三開口４９から再度処理液流路４へ流れ込み仕切部材４６へ向かう。仕切部材４６へ到達した処理液１１は、図４および図６中の矢印ｆｄに示すように、第二開口４８から出口流路４５へ流れ込みタンク３６へ戻る。

つまり、電極６は、処理液流路４において、シリンダボア１０２を往復するピストン（図示省略）の上死点に対応する部位ＴＤＣを通過した処理液１１を下死点に対応する部位ＢＤＣへと迂回させ、下死点に対応する部位ＢＤＣを通過した処理液１１をピストンストロークの中央部に対応する部位から流出させる。

図８は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理装置のシール治具および電極を示す断面図である。

図８に示すように、めっき処理装置１のシール治具７は、伸縮する拡張シール部材３１と、拡張シール部材３１を挟み込んで保持するシール下板５２およびシールベース５３と、シール下板５２およびシールベース５３を電極６の自由端部に固定するボルト５４と、を備える。

拡張シール部材３１は、浮き輪形状を呈する伸縮自在な材料（例えばシリコンゴムやフッ素ゴムなどの弾性部材）の成形品である。拡張シール部材３１は、シリンダボア１０２内に挿入可能な収納状態と、シリンダ内周面１０３のクランクケース側の開口端を塞ぐ拡張状態との間で伸縮する。拡張シール部材３１の内周側部分は、開口３１ａを有するとともに、開口３１ａ近傍の両側に形成された突起５６を備える。拡張シール部材３１の外周側部分は、シリンダ内周面１０３に接触するシール面３１ｂである。拡張シール部材３１の外径寸法は、その内部に作動流体が供給されていない状態（収納状態）においてシリンダ内周面１０３の内径寸法よりも若干小さい。

シール下板５２は、円板形状の下円板部５７と、シールベース５３側へ突出させて下円板部５７の中央に一体形成される下膨出部５８と、電極６側へ突出して下円板部５７の中央に一体形成される円錐台状膨出部５９と、を備える。また、シール下板５２は、絶縁体の成形品であり、金属製のシールベース５３を電極６に対して絶縁する。

下円板部５７は、下膨出部５８との境界部分にリング形状に凹没する溝６２を有する。

円錐台状膨出部５９は、電極６の自由端部に嵌め込まれる凹部６３を有する。

シールベース５３は、円板状に形成される上円板部６５と、上円板部６５の中央に一体形成される上膨出部６６と、を備える。

上円板部６５は、シール下板５２の下膨出部５８が嵌合される凹部６８と、凹部６８の外縁にリング形状に凹没する溝６９と、を有する。

シール下板５２およびシールベース５３は、溝６２および溝６９のそれぞれに突起５６を引っ掛からせて拡張シール部材３１の内周側を拘束する。また、シール下板５２およびシールベース５３は、上円板部６５および下円板部５７によって拡張シール部材３１を挟み込み、作動流体が流れ込んだ際に外径寸法が大きくなるようシリンダボア１０２の中心線方向に向かう拡張シール部材３１の拡張を拘束する。

また、シール治具７は、拡張シール部材３１の内側に挿入されて下膨出部５８の外周面に接するリング部材７４を備える。リング部材７４は、その内周面に設けられる環状の溝７６と、溝７６と拡張シール部材３１の内側とを流体的に繋げる作動流体噴出孔７７と、を有する。作動流体噴出孔７７は、リング部材７４の周方向複数箇所（例えば３箇所）に開口される。

さらに、シール治具７は、シールベース５３の上膨出部６６を貫通しシール下板５２の下膨出部５８に至る作動流体導入路７８を有する。作動流体導入路７８はエアジョイント９の作動流体供給路３４に連結される。作動流体導入路７８はリング部材７４の溝７６を経て拡張シール部材３１の内部に繋がる。

そして、本実施形態に係るめっき処理方法は、脱脂工程、電解エッチング処理工程、およびめっき皮膜の成膜工程を経る。

先ず脱脂工程では、中性またはアルカリ性の脱脂剤を用いて、被めっき材であるシリンダブロック１０１、特にシリンダ内周面１０３に付着した切削油などの油分を除去する。脱脂によって、エッチング液（処理液１１）への油分混入が防止され、電解エッチング処理工程における反応性が向上する。

次いで電解エッチング処理工程では、処理液流路４にエッチング液（処理液１１）を流通させながらシリンダブロック１０１と電極６との間に通電して、シリンダ内周面１０３を溶解させる。シリンダブロック１０１がアルミニウム合金、特に鋳造用のアルミニウム合金（ＪＩＳ Ｈ ５３０２：ＡＤＣ１２）である場合、シリンダ内周面１０３ではアルミニウムが溶解する一方で、共晶シリコンが溶解せずに残る。そして、電解エッチング処理後のシリンダ内周面１０３には共晶シリコンが突出する。共晶シリコンが突出したシリンダ内周面１０３にめっき皮膜を成膜することで、突出した共晶シリコンのアンカー効果によりシリンダ内周面１０３の基材とめっき皮膜との密着性が確保される。

最後にめっき皮膜の成膜工程では、ニッケルイオンを含むめっき処理液（処理液１１）を処理液流路４に流通させながらシリンダブロック１０１と電極６との間に通電して、ニッケルをシリンダ内周面１０３に析出させてめっき皮膜を成膜する。シリンダブロック１０１を陰極に、電極６を陽極にして通電する。

そして、めっき皮膜の炭化ケイ素含有量は、めっき処理液の炭化ケイ素濃度、めっき処理液の流速、通電量、シリンダ内周面１０３における共晶シリコンの突出量によって調整される。すなわち、共晶シリコンを突出させる電解エッチング処理工程は、めっき皮膜の炭化ケイ素含有量を制御する重要な要素である。

本実施形態に係るめっき処理方法は、シリンダ内周面１０３における共晶シリコンの突出量、つまり電解エッチング量に着目して炭化ケイ素含有量を制御する。めっき処理方法は、シリンダブロック１０１を準備し、シリンダボア１０２内に電極を配置して環状の処理液流路４を区画し、シリンダボア１０２の一方側から処理液流路４に処理液１１を流し込み、処理液流路４に流れ込んだ処理液１１を電極６内に迂回させてシリンダボア１０２の他方側から処理液流路４へ再度流し込み、シリンダボア１０２の他方側から処理液流路４に再度流れ込んだ処理液１１をシリンダボア１０２の中心線方向における中央部の位置で処理液流路４から流出させる。

ここで、比較のためにシリンダボア１０２の一方側から他方側へ向かって処理液流路４に処理液１１を流通させる電解エッチング処理の問題点を説明する。

一般に、電解エッチング処理では、シリンダ内周面１０３の溶解反応の進行にともなって反応熱が生じる。エッチング液の流速が遅いほど、反応熱はシリンダブロック１０１の温度を上げる。そして、シリンダブロック１０１の温度が高いほど、溶解反応が促進される。他方、エッチング液の流速が早くなると、シリンダブロック１０１の温度は低下して、溶解反応は抑制される。

また、エッチング液の流速と流路断面積は、流速＝体積流量÷流路断面積で表される質量保存則（連続の式）が成り立つ。エッチング液の流速と流路断面積は反比例の関係にある。

そして、シリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）から他方側（ここではクランクケース側）へ向かって処理液１１を一方向に流通させる場合、処理液流路４の出口における流路断面積が小さければ、シリンダボア１０２の他方側（ここではクランクケース側）の流速が早くなり、シリンダボア１０２の他方側（ここではクランクケース側）の温度が低下する。他方、処理液流路４の入口における流路断面積が大きければ、シリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）の流速が遅くなり、シリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）の温度が上昇する。この温度差は、シリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）と他方側（ここではクランクケース側）との間で溶解反応に差を生じさせ、上死点近傍にあたるシリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）ではエッチング量が大きくなり、下死点近傍にあたる他方側（ここではクランクケース側）ではエッチング量が小さくなる。このエッチング量の差は、上死点近傍と下死点近傍におけるめっき皮膜中の炭化ケイ素含有量の差、つまり下死点側のめっき皮膜における炭化ケイ素含有量の相対的な低下を生んで耐摩耗性を損なわせる。

そこで、本実施形態に係るめっき処理方法は、相対的な流速が早くなる処理液流路４の最下流をシリンダボア１０２の中心線方向における中央部の位置に移動させることで、上死点近傍にあたるシリンダボア１０２の一方側（ここではシリンダヘッド側）および下死点近傍にあたる他方側（ここではクランクケース側）でのエッチング量を高めている。

これにより、本実施形態に係るめっき処理方法は、シリンダボア１０２の一方側から他方側へ向かって処理液流路４に処理液１１を流通させる電解エッチング処理では低下してしまう下死点近傍のシリンダブロック温度を上昇させ、エッチング量を増加させてめっき皮膜の炭化ケイ素含有量を増加させる。

そして、発明者は、めっき皮膜の炭化ケイ素含有量を適切な範囲に制御することによって耐摩耗性が向上することを見出した。

炭化ケイ素含有量とめっき皮膜の摩耗量との関係を説明する
図９は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックの往復摺動摩耗試験を示す概念図である。

図９に示すように、往復摺動摩耗試験２０１は、試験片２０２の表面に往復摺動子２０３を押し付けたまま試験片２０２または往復摺動子２０３を往復動させて試験片２０２の表面の摩耗量を評価する。試験片２０２の表面には給油管２０５から潤滑油２０６を滴下した。潤滑油２０６には軽油相当の粘度の軸受油を使用した。

試験片２０２は、シリンダブロック１０１から切り出した小片であり、評価対象となる表面としてシリンダ内周面１０３にめっき皮膜２０８を施してある。試験片２０２におけるめっき皮膜２０８の炭化ケイ素含有量は、０．０重量パーセント濃度から４．０重量パーセント濃度である。

往復摺動子２０３はピストンリングを模擬している。試験片２０２の表面、つまりめっき面に触れる往復摺動子２０３の先端部分は球面形状を呈し、窒化処理によって硬化されている。

試験片２０２の表面はシリンダボア１０２のホーニング加工で発生する微細な凹凸、所謂バリがあるため、ならしをしてから試験を実施した。

ならしは、往復摺動子２０３に２ｋｇｆの荷重Ｆを負荷し、往復速度１００ｒｐｍ（つまり、毎分１００往復）で５分間実施した。ならしによって、試験片２０２の表面の微細な凹凸は除去できた。

次に、評価試験は、往復摺動子２０３に２ｋｇｆの荷重Ｆを負荷し、往復速度４００ｒｐｍで９０分間実施し、往復摺動の前後でめっき皮膜２０８の摩耗量を評価した。

図１０は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理方法において、めっき皮膜の炭化ケイ素含有量と摩耗量との関係を示す図である。

図１０に示すように、炭化ケイ素含有量が０．０重量パーセント濃度から高まるとめっき皮膜の摩耗量は減少する。めっき皮膜２０８の摩耗量の減少は炭化ケイ素含有量が１．１重量パーセント濃度から１．２重量パーセント濃度で最小になる。そして、炭化ケイ素含有量が１．３重量パーセント濃度より高まるとめっき皮膜の摩耗量は増加する。炭化ケイ素含有量が３．３重量パーセント濃度から４．０重量パーセント濃度ではめっき皮膜の摩耗量はほとんど変化しない。

図１０の結果から、本実施形態に係るシリンダブロック１０１のめっき皮膜では、炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度であれば摩耗量を良好に抑制できる。また、炭化ケイ素含有量が１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度であればより好ましい。

炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度より低ければ、めっき表面に露出している炭化ケイ素が極端に少なくなり、炭化ケイ素が本来もつ耐摩耗性を充分に発揮できず、めっき皮膜の摩耗量が大幅に増大するものと考えられる。これでは、ピストンの上死点近傍および下死点近傍における耐摩耗性を充分に保証できなくなる可能性がある。そこで、炭化ケイ素含有量は０．８重量パーセント濃度以上、より好ましくは１．０重量パーセント濃度以上とした。

他方、炭化ケイ素含有量が１．６重量パーセント濃度より高ければ、ピストンリングの摺動によってめっき皮膜から炭化ケイ素が脱粒し、この脱粒した炭化ケイ素が研磨剤のような役割を果たしてアブレシブ摩耗を引き起こし、めっき皮膜を摩耗させるものと考えられる。そこで、炭化ケイ素含有量は１．６重量パーセント濃度以下、より好ましくは１．４重量パーセント濃度以下とした。

また、発明者は、シリンダ内周面１０３のエッチング量によってめっき皮膜の炭化ケイ素含有量を制御できることを見出した。

図１１は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理方法において、シリンダ内周面のエッチング量とめっき皮膜の炭化ケイ素含有量との関係を示す図である。

図１１に示すように、本実施形態に係るシリンダブロック１０１のめっき処理方法では、シリンダ内周面１０３のエッチング量が２０マイクロメートルから４０マイクロメートルの範囲において、エッチング量が大きくなるほどめっき皮膜の炭化ケイ素含有量も大きくなる。この傾向は、エッチング量が多いほど、シリンダ内周面１０３が凸凹の大きい荒れた表面になり、そこから成長するめっき初期結晶粒が大きくなって炭化ケイ素粒子が補足されやすいために起きる。

そして、炭化ケイ素含有量を０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度に制御するために、シリンダ内周面１０３のエッチング量を２５マイクロメートルから３５マイクロメートル、好ましくは２８マイクロメートルから３２マイクロメートルに制御することにした。

また、発明者は、電解エッチング処理において、シリンダ内周面１０３の温度によってエッチング量を制御できることを見出した。

図１２は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックのめっき処理方法において、シリンダ内周面の温度とエッチング量との関係を示す図である。

図１２は、シリンダ内周面１０３のエッチング量を２５マイクロメートルから３５マイクロメートル、好ましくは２８マイクロメートルから３２マイクロメートルに制御するために、処理液１１である電解エッチング処理液を１００グラム／リットルから１００グラム／リットルの範囲に調整し、処理液１１の流速を０．２メートル／秒から１．０メートル／秒、電解エッチング処理時間１分間から１０分間の範囲で電解エッチング処理を行い取得した。

図１２に示すように、本実施形態に係るシリンダブロック１０１のめっき処理方法では、シリンダブロック１０１の温度が摂氏６０度から摂氏８５度の範囲において、温度が高くなるほど、エッチング量も大きくなる。この傾向は、シリンダブロック１０１の温度が高いほど、アルミニウムの溶解反応が促進されてエッチング量が拡大するためである。

そして、シリンダ内周面１０３のエッチング量を２５マイクロメートルから３５マイクロメートルに制御するために、シリンダブロック１０１の温度を摂氏７５度から摂氏８５度、好ましくは摂氏７８度から摂氏８２度に制御することにした。

以下、シリンダブロック１０１のめっき処理方法の具体的な例を説明する。めっき処理方法は、脱脂工程、電解エッチング処理工程、めっき皮膜の成膜工程の順に進む。

先ず、脱脂工程では、シリンダブロック１０１をキザイ社製の中性脱脂剤マックスクリーンＮＧ−３０を濃度２０ｇ／Ｌから４０ｇ／Ｌ、摂氏４０度から摂氏８０度に調整した処理液１１を使用し、脱脂処理時間０．５分間から３分間の超音波洗浄を行った。そして、処理液１１を洗浄するため、摂氏６０度の水中で２分間、洗浄した。

次いでめっき皮膜中の炭化ケイ素含有量を制御するうえで重要な電解エッチング処理工程では、３００グラム／リットルに調整した摂氏７５度のリン酸水溶液を処理液１１とし、電解エッチング処理時間５分間、シリンダブロック１０１と電極との間の通電条件を３５アンペア／平方デシメートルでエッチングを行った。

また、ピストンの上死点近傍および下死点近傍におけるめっき皮膜の炭化ケイ素含有量を１．２重量パーセント濃度に調整するため、ピストン（図示省略）の上死点および下死点それぞれに対応する部位におけるシリンダブロック１０１の温度が摂氏８０度になるよう、処理液流路４の流路断面積、および処理液１１の流速を調整した。

具体的には、上死点に対応する位置においてシリンダブロック１０１の温度が摂氏８０度になるよう、当該箇所の流速を決める第三開口４９の流路断面積を０．１平方メートルに設定し、流速を０．３メートル／秒に設定した。上死点に対応する位置においてシリンダ内周面１０３のエッチング量は３０マイクロメートルになり、後述するめっき処理条件によって炭化ケイ素含有量は１．２重量パーセント濃度になった。

下死点に対応する位置においてシリンダブロック１０１の温度が摂氏８０度になるよう、当該箇所の流速を決める処理液流路４の流路断面積を０．１平方メートルに設定し、流速を０．３メートル／秒に設定した。下死点に対応する位置においてシリンダ内周面１０３のエッチング量は３０マイクロメートルになり、後述するめっき処理条件によって炭化ケイ素含有量は１．２重量パーセント濃度になった。

上死点と下死点との間、つまり中央部に対応する位置においてシリンダブロック１０１の温度が摂氏７５度になるよう、当該箇所の流速を決める第二開口４８の流路断面積を０．０６平方メートルに設定し、流速を０．５メートル／秒に設定した。中央部に対応する位置においてシリンダ内周面１０３のエッチング量は２５マイクロメートルになり、後述するめっき処理条件によって炭化ケイ素含有量は０．８重量パーセント濃度になった。

次いでめっき皮膜の成膜工程では、５００グラム／リットルの硫酸ニッケル水溶液を液温度摂氏８０度に調整した処理液１１を使用し、めっき成膜処理時間６分間、シリンダブロック１０１と電極との間の通電条件を１０アンペア／平方デシメートルで１分間、続いて５０アンペア／平方デシメートルで１分間、さらに１００アンペア／平方デシメートルで４分間の条件でめっき処理を行った。

図１３は、本発明の実施形態に係るシリンダブロックを示す断面図である。

図１３に示すように、本実施形態に係るめっき処理方法によって、シリンダボア１０２を往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣでの炭化ケイ素含有量が１．２重量パーセント濃度であるめっき皮膜１０８を備えるシリンダブロック１０１を製造できた。なお、シリンダブロック１０１のめっき皮膜１０８では、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣでの炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度であれば良い。炭化ケイ素含有量が１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度であればより好ましい。

このように構成された本実施形態に係るシリンダブロック１０１は、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣでの炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度であるめっき皮膜１０８を備えるため、当該部位の耐摩耗性を高められる。

また、本実施形態に係るシリンダブロック１０１は、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣでの炭化ケイ素含有量を１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度にすることで、当該部位の耐摩耗性をより確実に高められる。

他方、本実施形態に係るめっき処理装置１は、迂回流路４３および出口流路４５を備えることによって、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおける炭化ケイ素含有量をピストンの中央部よりも高めることができる。

また、本実施形態に係るめっき処理装置１は、仕切部材４６によって、処理液流路４をピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣごと、確実にエッチング量を制御して炭化ケイ素含有量をピストンの中央部よりも高めることができる。

さらに、本実施形態に係るめっき処理装置１は、第一開口４７の流路断面積を調整することによって、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおける処理液１１の流速を制御し、ひいてはエッチング量を介して炭化ケイ素含有量を制御して当該箇所の耐摩耗性を確実に向上させることができる。

そして、本実施形態に係るめっき処理方法は、処理液流路４に流れ込んだ処理液１１を電極６内に迂回させてシリンダボア１０２の他方側から処理液流路４へ再度流し込み、シリンダボア１０２の他方側から処理液流路４に再度流れ込んだ処理液をシリンダボア１０２の中心線方向における中央部の位置で処理液流路４から流出させることによって、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおける炭化ケイ素含有量をピストンの中央部よりも高めることができる。

また、本実施形態に係るめっき処理方法は、シリンダ内周面１０３のエッチング量を２５マイクロメートルから３５マイクロメートルの範囲にし、好ましくは２８マイクロメートルから３２マイクロメートルの範囲にすることによって、めっき皮膜１０８中の炭化ケイ素含有量を０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度、好ましくは１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度に調整して、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおける耐摩耗性を高めることができる。

さらに、本実施形態に係るめっき処理方法は、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおけるシリンダブロック１０１の温度範囲を摂氏７５度から摂氏８５度、好ましくは摂氏７８度から摂氏８２度に制御することによって、めっき皮膜１０８中の炭化ケイ素含有量を０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度、好ましくは１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度に調整して、ピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位ＴＤＣ、ＢＤＣにおける耐摩耗性を高めることができる。

したがって、本発明に係るシリンダブロック１０１、シリンダブロック１０１のめっき処理装置１およびシリンダブロック１０１のめっき処理方法によれば、ピストンの上死点近傍および下死点近傍に対応する部位におけるめっき皮膜１０８中の炭化ケイ素含有量を充実させて当該部位の耐摩耗性を高められる。

１ めっき処理装置
３ 載置台
４ 処理液流路
６ 電極
６ａ 電極外周面
７ シール治具
８ 上治具
９ エアジョイント
１１ 処理液
１２ 処理液供給装置
１３ 電源装置
１５ 下治具
１６ 絶縁部材
１７ 導電板
１８ シール受け台
２１ シール部材
２３ 下治具孔
２４ 電極支持台
２５ 載置面
３１ 拡張シール部材
３１ａ 開口
３１ｂ シール面
３２ エアジョイント保持部材
３３ コイルスプリング
３４ 作動流体供給路
３６ タンク
３７ 供給路
３８ ポンプ
３９ 回収路
４１ 流量計
４３ 迂回流路
４５ 出口流路
４６ 仕切部材
４７ 第一開口
４８ 第二開口
４９ 第三開口
５２ シール下板
５３ シールベース
５４ ボルト
５６ 突起
５７ 下円板部
５８ 下膨出部
５９ 円錐台状膨出部
６２ 溝
６３ 凹部
６５ 上円板部
６６ 上膨出部
６８ 凹部
６９ 溝
７４ リング部材
７６ 溝
７７ 作動流体噴出孔
７８ 作動流体導入路
１０１ シリンダブロック
１０２ シリンダボア
１０２ａ 開口
１０２ｂ 開口
１０３ シリンダ内周面
１０５ 合わせ面
１０６ 合わせ面
１０８ めっき皮膜
２０１ 往復摺動摩耗試験
２０２ 試験片
２０３ 往復摺動子
２０５ 給油管
２０６ 潤滑油
２０８ めっき皮膜

Claims (9)

1. シリンダボアを区画する円筒形状のシリンダ内周面と、
   前記シリンダ内周面を覆い、かつ前記シリンダボアを往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位での炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度、好ましくは前記炭化ケイ素含有量が１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度であるめっき皮膜と、を備えるシリンダブロック。
2. シリンダボアを区画する円筒形状のシリンダ内周面を有するシリンダブロックを載置自在な載置台と、
   前記シリンダボアの一方側の開口から前記シリンダボア内に挿入されて前記シリンダ内周面との間に環状の処理液流路を区画する電極と、を備え、
   前記電極は、前記シリンダボアの一方側から前記処理液流路に流入する処理液を前記シリンダボアの他方側へ導いて前記処理液流路へ再度流入させる迂回流路と、前記シリンダボアの他方側から前記処理液流路に再度流入する処理液を前記シリンダボアの中心線方向における中央部の位置で前記処理液流路から処理液を流出させる出口流路と、を備えるシリンダブロックのめっき処理装置。
3. 前記電極の外周面から前記シリンダ内周面へ向かって延びて前記処理液流路を前記シリンダボアの一方側と他方側とに仕切る環状の仕切部材を備える請求項２に記載のシリンダブロックのめっき処理装置。
4. 前記電極は、前記仕切部材よりも前記シリンダボアの一方側に設けられて前記処理液流路と前記迂回流路とを流体的に繋げる第一開口と、前記仕切部材よりも前記シリンダボアの他方側に設けられて前記処理液流路と前記出口流路とを流体的に繋げる第二開口と、を備える請求項３に記載のめっき処理装置。
5. 前記第一開口の開口面積は、前記シリンダボアを往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位における前記処理液流路の流路面積よりも小さい請求項２から４のいずれか１項に記載のシリンダブロックのめっき処理装置。
6. シリンダボアを区画する円筒形状のシリンダ内周面を有するシリンダブロックを準備し、
   前記シリンダボア内に電極を配置して環状の処理液流路を区画し、
   前記シリンダボアの一方側から前記処理液流路に処理液を流し込み、
   前記処理液流路に流れ込んだ処理液を前記電極内に迂回させて前記シリンダボアの他方側から前記処理液流路へ再度流し込み、
   前記シリンダボアの他方側から前記処理液流路に再度流れ込んだ処理液を前記シリンダボアの中心線方向における中央部の位置で前記処理液流路から流出させるシリンダブロックのめっき処理方法。
7. 前記シリンダブロックはアルミニウム合金の成形品であり、
   めっき皮膜形成の前処理において前記シリンダ内周面を２５マイクロメートルから３５マイクロメートルの範囲、好ましくは前記シリンダ内周面を２８マイクロメートルから３２マイクロメートルの範囲でエッチングする請求項６に記載のシリンダブロックのめっき処理方法。
8. めっき皮膜形成の前処理において、前記シリンダボアを往復するピストンの上死点および下死点それぞれに対応する部位の前記シリンダブロック温度が摂氏７５度から摂氏８５度、好ましくは前記上死点および前記下死点それぞれに対応する部位の前記シリンダブロック温度が摂氏７８度から摂氏８２度である請求項６または７に記載のシリンダブロックのめっき処理方法。
9. 前記シリンダ内周面を覆い、かつ前記上死点および前記下死点それぞれに対応する部位での炭化ケイ素含有量が０．８重量パーセント濃度から１．６重量パーセント濃度、好ましくは前記炭化ケイ素含有量が１．０重量パーセント濃度から１．４重量パーセント濃度であるめっき皮膜を形成する請求項６から８のいずれか１項に記載のシリンダブロックのめっき処理方法。

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