(57)【要約】【課題】めっき膜の厚さ方向に略垂直な方向における熱伝導率がめっき膜の厚さ方向における熱伝導率よりも高いめっき膜を提供する。【解決手段】本発明に係るめっき膜１０ａの一態様は、板状のゼオライト１２を含み、ゼオライト１２の長手方向が、めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向に対して略平行である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき膜であって、
板状のゼオライトを含み、
前記ゼオライトの長手方向が、前記めっき膜の厚さ方向に垂直な方向に対して略平行である、
めっき膜。
【請求項２】
ニッケルめっき膜である、
請求項１に記載のめっき膜。
【請求項３】
内燃機関用ピストンであって、
アルミニウム又はアルミニウム合金を含むピストン母材と、
前記ピストン母材の表面のうち前記内燃機関の燃焼室側の表面を被覆する請求項１又は２に記載のめっき膜と、
を備える、
内燃機関用ピストン。
【請求項４】
内燃機関用シリンダであって、
アルミニウム又はアルミニウム合金を含むシリンダ母材と、
前記シリンダ母材の内壁を被覆する請求項１又は２に記載のめっき膜と、
を備える、
内燃機関用シリンダ。
【請求項５】
アルミニウム又はアルミニウム合金を含むピストン母材のヘッド部をめっき浴中に配置する工程と、
板状のゼオライトを前記ヘッド部上に堆積させて、前記板状のゼオライトを含むめっき膜を形成する工程と、
を備える、
内燃機関用ピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき膜、内燃機関用ピストン、内燃機関用シリンダ、及び内燃機関用ピストンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に自動車等で用いられるガソリンエンジンは、オットーサイクルと呼ばれる熱変換サイクルにより、その熱変換効率が制限される。熱変換効率は、燃焼室の断熱性を向上させることにより向上する。熱変換効率の向上のためには、内燃機関を構成する部品であるピストンの断熱性が要求される。またピストンは、熱を動力に換える稼動部であるため、軽量であり、且つ、十分な強度を有することが求められる。
【０００３】
内燃機関の熱変換効率を向上させる方法としては、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなるピストンを用いることが挙げられる。アルミニウム合金は、軽量であり、且つ、十分な強度を有することに加え、表面のアルマイト処理により優れた断熱性を有することができる。また内燃機関の熱効率を向上させる他の方法としては、下記特許文献１には、燃焼室を形成する母材の少なくとも一部の、燃焼室内に臨む壁面に、断熱膜を形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／０２０２０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、めっき膜の厚さ方向に略垂直な方向における熱伝導率がめっき膜の厚さ方向における熱伝導率よりも高いめっき膜、燃焼室の壁面に垂直な方向における熱伝導率を低下させる内燃機関用ピストン及び内燃機関用シリンダ、並びに内燃機関用ピストンの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るめっき膜の一態様は、板状のゼオライトを含み、ゼオライトの長手方向が、めっき膜の厚さ方向に垂直な方向に対して略平行である。
【０００７】
本発明に係る内燃機関用ピストンの一態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むピストン母材と、ピストン母材の表面のうち内燃機関の燃焼室側の表面を被覆する上記めっき膜と、を備える。なお、ピストン母材の表面のうち内燃機関の燃焼室側の表面とは、ピストンのヘッド部の表面（冠面）に相当し、内燃機関の燃焼室の壁面の一部を構成する。
【０００８】
上記めっき膜を備える内燃機関用ピストンでは、ピストンの冠面に垂直な方向（めっき膜の厚さ方向）における熱伝導率を低下させることができる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関用シリンダの一態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むシリンダ母材と、シリンダ母材の内壁を被覆する上記めっき膜と、を備える。なお、シリンダ母材の内壁は、内燃機関の燃焼室の壁面の一部を構成する。
【００１０】
上記めっき膜を備える内燃機関用シリンダでは、シリンダの内壁に垂直な方向（めっき膜の厚さ方向）における熱伝導率を低下させることができる。
【００１１】
上記めっき膜はニッケルめっき膜であることが好ましい。ニッケルの熱伝導率は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも低いため、ニッケルめっき膜を備える内燃機関用ピストン及び内燃機関用シリンダでは、燃焼室の断熱性がより向上する。
【００１２】
本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法の一態様は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むピストン母材のヘッド部をめっき浴中に配置する工程と、板状のゼオライトをヘッド部上に堆積させて、板状のゼオライトを含むめっき膜を形成する工程と、を備える。これにより、上記内燃機関用ピストンが製造される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、めっき膜の厚さ方向に略垂直な方向における熱伝導率がめっき膜の厚さ方向における熱伝導率よりも高いめっき膜、燃焼室の壁面に垂直な方向における熱伝導率を低下させる内燃機関用ピストン及び内燃機関用シリンダ、並びに内燃機関用ピストンの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るめっき膜の厚さ方向における模式的断面図である。
【図２】図２は、図１のめっき膜のＩＩ−ＩＩ方向の断面図（めっき膜の厚さ方向に垂直な断面図）である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るピストンの模式的断面図（ピストンの冠面に垂直な断面図）である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態に係るピストンの模式的断面図（ピストンの冠面に垂直な断面図）である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態に係るピストンの模式的断面図（ピストンの冠面に垂直な断面図）である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態に係るピストンの模式的断面図（ピストンの冠面に垂直な断面図）である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係るシリンダの斜視断面図（シリンダの内壁に垂直な断面図）である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係るピストン及びシリンダを備える内燃機関の模式断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係るめっき膜中の板状のゼオライトと、めっき膜における熱伝導率の異方性と、の関係を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
[本実施形態]
（めっき膜、内燃機関用ピストン、内燃機関用シリンダ）
図８に示すように、本発明の一実施形態に係る内燃機関１００は、シリンダ３０と、シリンダ３０内に配置されたピストン２０ａとを備える。燃焼室１０２は、ピストン２０ａのヘッド部分（冠面）、シリンダ３０の内壁、吸気弁４０及び排気弁５０等で囲まれている。ピストン２０ａ及びシリンダ３０において燃焼室１０２内を向く面は、めっき膜１０ａで被覆されている。
【００１７】
ピストン２０ａは、図３及び８に示すように、ピストン母材２２と、ピストン母材２２の表面のうち燃焼室１０２を向く冠面を被覆するめっき膜１０ａと、を備える。ピストン母材２２の冠面は、めっき膜１０ａによって均一に被覆されている。めっき膜１０の面積は、ピストン２０ａの冠面と同程度であればよい。
【００１８】
ピストン母材２２は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む。アルミニウム合金の具体的組成としては、Ａｌ−Ｓｉ系（４０００番台）及びＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系（２０００番台）等が挙げられより具体的には、ＪＩＳ  Ｈ４１４０  ＡＣ８Ａ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ）である。ピストン母材２２は、アルミニウム又はアルミニウム合金以外に、Ｓｉ、Ｓｉ、Ｃｕ及びＦｅ等の他の金属を含んでいてもよい。ピストン母材２２は、アルミニウム又はアルミニウム合金のみから構成されていてもよい。ピストン母材２２の形状は通常円柱状であり、その円形の上面（冠面）が燃焼室を向く。内燃機関１００がガソリンエンジンである場合、ピストン母材２２の燃焼室側の表面（冠面）の直径は、３〜２００ｃｍ程度である。ピストン母材２２の高さは、２〜２００ｃｍ程度である。
【００１９】
シリンダ３０は、図７及び８に示すように、シリンダ母材３２と、当該シリンダ母材３２の内壁の表面を被覆するめっき膜１０ａと、を備える。シリンダ母材３２の内壁は、めっき膜１０ａによって均一に被覆されている。めっき膜１０ａの面積は、シリンダ母材３２の内壁の面積と同程度であればよい。
【００２０】
シリンダ母材３２は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む。シリンダ母材３２は、アルミニウム又はアルミニウム合金以外に、Ｓｉ、Ｃｕ及びＦｅ等の他の金属を含んでいてもよい。シリンダ母材３２は、アルミニウム又はアルミニウム合金のみから構成されていてもよい。シリンダ母材３２の形状は円筒である。シリンダ母材３２の内径は３〜１２ｃｍ程度であり、シリンダ母材３２の高さは３〜２００ｃｍ程度である。
【００２１】
本実施形態に係るピストン２０ａ及びシリンダ３０は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むため、軽く、機械的強度及び耐久性に優れる。
【００２２】
ピストン母材２２の冠面及びシリンダ母材３２の内壁を被覆するめっき膜１０ａは、図１、図２、図３及び図７に示すように、複数の板状のゼオライト１２を含む。ゼオライト１２は、めっき膜１０ａ中に均一に分散していてもよい。ゼオライト１２はめっき膜１０ａに内包されていることが好ましく、めっき膜１０ａの表面に露出していないことが好ましい。これにより、ゼオライト１２がめっき膜１０ａから脱離し難くなり、また燃料油のめっき膜１０ａ内部への浸透が抑制される。
【００２３】
板状のゼオライト１２の長手方向は、めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向に対して略平行である。ピストン母材２２の冠面を被覆するめっき膜１０ａにおいては、板状のゼオライト１２の長手方向は、ピストン母材２２の冠面に略平行である。また、シリンダ母材３２の内壁を被覆するめっき膜１０ａにおいては、板状のゼオライト１２の長手方向は、シリンダ母材３２の内壁に略平行である。燃焼室１０２の壁面の一部は、めっき膜１０ａで被覆されたピストン母材２２の冠面及びシリンダ母材３２の表面から構成されており、板状のゼオライト１２の長手方向は、燃焼室１０２の壁面に略平行である。なお、めっき膜１０ａに含まれる複数の板状のゼオライト１２のうちの一部は、その長手方向がめっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向に対して略平行でなくてもよい。長手方向がめっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向に対して略平行であるゼオライト１２の個数は、めっき膜１０ａに含まれる全ての板状のゼオライト１２に対して、約３０％以上であればよい。
【００２４】
燃焼室１０２で発生した熱は、板状のゼオライト１２の短手方向（ゼオライトの厚さ方向）よりも、板状のゼオライト１２の長手方向において伝導し易い。そして、板状のゼオライト１２の長手方向は、燃焼室１０２の壁面（めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向）に略平行である。したがって、燃焼室１０２の壁面においては、壁面に略平行な方向における熱伝導率が、壁面に略垂直な方向における熱伝導率よりも高くなる。よって、燃焼室１０２内で燃料の燃焼により発生した熱は、燃焼室１０２の壁面に略平行な方向に伝導し易く、燃焼室１０２の壁面に略垂直な方向に伝導し難くなる。また板状のゼオライト１２自体の熱伝導率は、めっき膜１０ａを構成する金属、並びにピストン母材２２及びシリンダ母材３２を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金よりも低い。したがって、燃焼室１０２内の熱は、ピストン母材２２及びシリンダ母材３２に伝導し難く、めっき膜１０ａ内に保持され易い。つまり、燃焼室１０２内の熱は、燃焼室１０２の外へ逃げ難い。めっき膜１０ａ内に保持された熱は、排気時に燃焼室１０２内へ一気に放出され、拡散する。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、ゼオライト１２自体の断熱性、及びめっき膜１０ａにおける熱伝導率の異方性に起因して、内燃機関１００の熱変換効率が向上する。なお、熱伝導率の異方性とは、燃焼室１０２の壁面において、壁面に略平行な方向における熱伝導率が、壁面に略垂直な方向における熱伝導率よりも高いことを意味する。換言すれば、熱伝導率の異方性とは、めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向における熱伝導率が、めっき膜１０ａの厚さ方向における熱伝導率よりも高いことを意味する。
【００２６】
めっき膜１０ａが、燃料の燃焼温度（１０００℃以上）よりも高い融点を有する金属を含む場合、燃焼室１０２内でめっき膜１０ａは溶融し難く、めっき膜１０ａ中のゼオライト１２が燃焼室１０２の壁面から脱離し難い。仮に、ゼオライト１２を含むめっき膜１０ａではなく、ゼオライト１２を含む樹脂膜が燃焼室１０２の壁面を被覆している場合、燃料の燃焼によって樹脂膜が溶融したり、燃焼したりするため、樹脂膜内のゼオライト１２が燃焼室１０２の壁面から容易に脱離してしまう。本実施形態では、このような問題が発生し難い。
【００２７】
従来の内燃機関では、燃焼時のピストンの冠面の中心部分の温度は１０００℃程度であり、冠面の周辺部分の温度は８００℃であり、ピストンの冠面において温度差が生じる。したがって、ピストン母材の設計においては、局所的な高温に耐えうる材質及び強度が要求される。一方、本実施形態では、ピストン２０ａの冠面はめっき膜１０ａで被覆されているため、めっき膜１０ａにおける熱伝導率の異方性により、めっき膜１０ａ内の温度差が解消し易く、ピストン２０ａの冠面の中心部が局所的に高温になり難い。つまり、冠面の中心部における熱が、ピストン２０ａの上下動方向ではなく、ピストン２０ａの外周面に向かって伝導し、外周面からピストンリングを介してシリンダ３０の表面へ放出される。その結果、ピストン２０ａの内部に熱が溜まり難く、ピストン２０ａの温度分布が略均一になり易い。そのため、本実施形態に係るピストン２０ａには、従来ほど高温に耐えうる材質及び強度が要求されず、ピストン２０ａの設計の自由度が従来のピストンよりも高まる。
【００２８】
本実施形態では、ピストン２０ａ及びシリンダ３０の表面がめっき膜１０ａであるため、ピストン２０ａ及びシリンダ３０の表面に付着した煤等が容易に除去される。
【００２９】
めっき膜１０ａを構成する金属は、例えば、クロム、銅及びニッケル等であればよい。めっき膜１０ａは、ニッケルめっき膜であることが好ましい。ニッケルめっき膜とは、主成分としてニッケルを含有するめっき膜、又は実質的にニッケルのみからなるめっき膜である。ニッケルの熱伝導率は、ピストン母材２２及びシリンダ母材３２を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金よりも低い。そのため、ピストン母材２２及びシリンダ母材３２をニッケルめっき膜で被覆することにより、燃焼室１０２の断熱性が顕著に向上する。
【００３０】
「板状のゼオライト１２」とは、扁平なゼオライトである。板状のゼオライトの具体例としては、板状に成長したゼオライトの結晶粒子である。粗大なゼオライトを粉砕したり、割ったりすることによって、板状のゼオライト１２を調製してもよい、めっき膜１０ａの厚さ方向から見た板状のゼオライト１２の形状は、特に制限されない。図２に示すように、めっき膜１０ａの厚さ方向から見たゼオライト１２の形状は、円形（又は楕円形）であってよく、三角形、四角形又は六角形等の多角形であってもよい。めっき膜１０ａの厚さ方向から見たゼオライト１２の形状は、六角形であることが好ましい。めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な面において、六角形状のゼオライト１２を所定の間隔で敷き詰めることにより、熱がめっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な面において等方的に伝導し易く、本発明の効果が顕著になる。
【００３１】
めっき膜１０ａに含まれる板状のゼオライト１２の組成は、特に限定されないが、ゼオライト１２の具体的組成としては、例えば、クリノプチロライト（Ｃａ，Ｎａ２）［Ａｌ２Ｓｉ７Ｏ１８］・１６Ｈ２Ｏ及びモルデナイト（Ｃａ，Ｋ２，Ｎａ２）［ＡｌＳｉ２Ｏ１２］２・７Ｈ２Ｏ等が挙げられる。また、めっき膜１０ａは、ゼオライトに加えて、断熱性を有するアルミナ、二酸化珪素、珪藻土、酸化ジルコニウム及びマイカ等を含有してもよい。
【００３２】
以下では、図９を参照しながら、本実施形態に係るめっき膜について詳しく説明する。
【００３３】
図９に示すように、板状のゼオライト１２の最大径（長手方向の径）がＡであり、当該ゼオライトの最小径（短手方向の径）がＢであるとき、アスペクト比Ａ／Ｂは、３〜２０であることが好ましい。アスペクト比が２０より大きい場合、めっき膜１０の製造過程において、ゼオライト１２の中心部がめっき成分によって被覆されず、めっき膜１０が形成され難かったり、ゼオライト１２がめっき膜１０の表面に露出したりする傾向がある。アスペクト比が３以上である場合、めっき膜１０内の熱流速の異方性（熱伝導率の異方性）が顕著になる傾向がある。つまり、アスペクト比Ａ／Ｂが３よりも小さい場合、後述する熱伝導率比λ１／λ２が１／２よりも大きくなり、熱伝導率の異方性が緩和する傾向がある。めっき膜１０内の熱流速の異方性が著しいほど、燃焼室１０２内の熱が燃焼室１０２の壁面に略平行な方向に速やかに拡散して、燃焼室１０２の壁面（めっき膜１０）の温度分布が均一になる。なお、アスペクト比Ａ／Ｂが３〜２０の範囲外であっても、本発明の効果は達成される。
【００３４】
めっき膜１０における熱流速の異方性（熱伝導率の異方性）は、下記式（１）及び式（２）で表される因子によって、定量的に規定される。
Ｔ１＝Ｃ／（Ａ＋Ｃ）  ・・・（１）
Ｔ２＝１／［Ａ／｛（Ｂ＋Ｄ）／２｝］２  ・・・（２）
【００３５】
上記式（１）及び式（２）中、Ａは、板状のゼオライト１２の最大径（長手方向の径）がである。上記式（２）中、Ｂは、板状のゼオライト１２の最小径（厚さ）である。上記式（１）中、Ｃは、めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向において隣り合う板状のゼオライト１２の間隔である。上記式（２）中、Ｄは、めっき膜１０ａの厚さ方向において隣り合う板状のゼオライト１２の間隔である。Ｔ１は、めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向における熱伝導を阻害する因子である。Ｔ２は、めっき膜１０ａの厚さ方向における熱伝導を阻害する因子であり、めっき膜１０ａ内における熱流束の経路の延長に伴って増大する因子である。Ｔ１が小さいほど、めっき膜１０ａの厚さ方向に垂直な方向における熱伝導率が高くなる。Ｔ２が小さいほど、めっき膜１０ａの厚さ方向における熱伝導率が高くなる。したがって、Ｔ１が小さく、Ｔ２が大きいほど、熱伝導率の異方性が顕著になる。
【００３６】
めっき膜１０の厚さ方向における熱伝導率λ１は２〜２０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。めっき膜１０の厚さ方向に垂直な方向の熱伝導率λ２は７０〜１００Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。
【００３７】
熱伝導率比λ１／λ２は、特に限定されないが、０．０２２〜０．１１であることが好ましい。熱伝導率比λ１／λ２が小さいほど、めっき膜１０における熱伝導率の異方性が顕著になる。λ１／λ２を０．０２２〜０．１１の範囲内に収めるためには、上記因子Ｔ１は０．０１４８〜４０であることが好ましく、上記因子Ｔ２は０．０００２〜１．７８であることが好ましい。
【００３８】
Ｔ１及びＴ２を上記範囲内に収めるためには、Ａは３０〜２００μｍであることが好ましく、Ｂは３〜１０μｍであることが好ましく、Ｃは３〜２０μｍであることが好ましく、Ｄは、３〜３０μｍであることが好ましい。なお、上記Ａ〜Ｄ等の数値は、例えば、走査型電子顕微鏡等を用いためっき膜１０の断面の観察に基づいて求められる。
【００３９】
めっき膜１０の厚さＸが３５μｍであり、Ａが５０μｍであり、Ｂ、Ｃ、及びＤがそれぞれ５μｍであり、めっき膜１０の厚さ方向において重なるゼオライト１２の数が３つである場合、ゼオライトのアスペクト比は１０であり、Ｔ１は０．０９１であり、Ｔ２は０．０１である。熱伝導率比λ１／λ２は近似的にＴ１×Ｔ２と計算できるため、このような計算に基づけば熱伝導率比（熱拡散速度）は約０．０００９１となる。なお、上記計算に基づく熱伝導率比λ１／λ２の近似値は、熱伝導率比λ１／λ２の実測値と必ずしも一致しない。
【００４０】
めっき膜１０中の板状のゼオライト１２の含有率は、特に限定されないが、２０〜５０体積％であればよい。板状のゼオライト１２の含有率が上記下限値以上であることにより、本発明の効果がより顕著となる傾向がある。板状のゼオライト１２の含有率が上記上限値以下であることより、めっき膜の強度を損なうことなく本発明の効果を得易くなる。
【００４１】
めっき膜１０の厚さＸは、３０〜２００μｍであればよい。めっき膜１０の厚さＸが３０μｍ以上である場合、めっき膜中に板状ゼオライトを十分に分散させることができ、ゼオライトが配置されない部分を低減できることから、断熱性がより向上する傾向がある。めっき膜１０の厚さＸが５０μｍ以上である場合、本発明の効果がより顕著になる傾向がある。
【００４２】
めっき膜１０の厚さ方向において重なる板状のゼオライト１２の数は、特に限定されないが、例えば１〜５であればよい。めっき膜１０の厚さ方向において重なる板状のゼオライト１２の数が多いほど、めっき膜１０の厚さ方向における断熱性は向上する。ただし、めっき膜１０の厚さ方向において重なる板状のゼオライト１２の数が多過ぎる場合、めっき膜１０の製造が困難になったり、めっき膜１０が脆くなったりする傾向がある。
【００４３】
（ピストンの製造方法）
本実施形態に係る内燃機関用ピストンの製造方法では、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むピストン母材のヘッド部を、めっき浴中に配置する。めっき浴中では、ピストン母材のヘッド部（冠面）を鉛直上方に向ける。
【００４４】
板状のゼオライトを、鉛直上方を向くヘッド部上に堆積させて、ゼオライトを含むめっき膜を形成する。板状のゼオライトは、自重により、その長手方向がピストン母材のヘッド部の表面に略平行になるように、ヘッド部上に沈降して堆積する。そして、ゼオライトを堆積させながらめっきを行うことにより、めっき膜中にゼオライトが取り込まれ、本実施形態に係る上記めっき膜１０又は１０ａがヘッド部上に形成される。
【００４５】
めっきの方法は、特に限定されず、無電解めっきであってもよく、電解めっきであってもよく、これらを組み合わせた方法でもよい。板状のゼオライトをヘッド部上に堆積させる方法は、特に限定されない。例えば、めっき浴中に板状のゼオライトを分散させた状態で、ピストン母材のヘッド部をめっき浴中に配置して、ゼオライトをヘッド部上に堆積させてもよい。板状のゼオライトを含まないめっき浴中にピストン母材のヘッド部を配置して、めっき浴の上方から板状のゼオライトをふりかけてヘッド部上に堆積させてもよい。
【００４６】
（シリンダの製造方法）
内燃機関用シリンダの製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むシリンダ母材をめっき浴中に配置する工程と、板状のゼオライトをシリンダ母材の内壁上に堆積させて、板状のゼオライトを含むめっき膜を形成する工程と、を備える。板状のゼオライトをシリンダ母材の内壁上に堆積させて、板状のゼオライトを含むめっき膜を形成する場合、シリンダ母材の中心軸をめっき浴の液面と平行に配置し、めっき浴中にシリンダ母材の内壁の面積の約３分の１がめっき浴に浸漬するように、シリンダ母材をめっき浴中に寝かせて、シリンダ母材の中心軸を回転軸としてシリンダ母材を回転させながらめっき膜を形成すればよい。
【００４７】
［別の実施形態］
下記の別の実施形態に係るめっき膜、内燃機関用ピストン又は内燃機関用シリンダは、上記実施形態と同様の効果を奏するものである。以下では、下記別の実施形態と上記実施形態との相違点について記載する。別の実施形態について記載のない事項は、上記実施形態と共通する。
【００４８】
板状のゼオライトを含まないめっき膜が、本発明に係るめっき膜の表面を被覆していてもよい。この場合、ピストンの燃焼室側の表面に板状のゼオライトが露出せず、燃焼室の内壁（ピストンの冠面及びピストンの内壁）がより平滑になる。その結果、燃焼室の内壁に対する煤等の付着がより抑制され、また本発明に係るめっき膜への燃料油の浸透がより抑制される。
【００４９】
板状のゼオライトを含まないめっき膜を本発明に係るめっき膜の最表面に形成する場合、上記製造方法において、板状のゼオライトを含むめっき膜を形成した後に、板状のゼオライトの堆積を停止させて、めっきのみを継続すればよい。
【００５０】
図４は、本発明の別の実施形態に係るピストンの断面図である。図４に示す内燃機関用ピストン２０ｂは、ピストン母材２２と、当該ピストン母材２２の表面（冠面）を被覆するめっき膜１０ｂと、を備える。めっき膜１０ｂはピストン母材２２の冠面上に均一に被覆されている。めっき膜１０ｂの中心部は、めっき膜１０ｂの外周部により多くの板状のゼオライト１２を含んでいる。めっき膜１０ｂの外周部付近において重なるゼオライト１２の数が、めっき膜１０ｂの中心部において重なるゼオライト１２の数の３０〜７０％であるとき、めっき膜１０ｂの中心部から外周付近へ向かって熱伝導率が減少する。その結果、中心部における断熱性と、中心部から外周付近への熱の放熱とが両立し易くなる。例えば、燃焼時において、燃焼室を向くめっき膜１０ｂの中央部付近の温度は高く、１０００℃程度である一方、めっき膜１０ｂの外周部付近の温度は低く、８００℃程度である。このように、めっき膜１０ｂの温度は、その箇所によってばらつく傾向がある。しかし、図４に示すめっき膜１０ｂでは、めっき膜１０ｂの温度分布が略均一化になり易い。
【００５１】
図４に示すめっき層１０ｂを形成する場合、ピストン母材のヘッド部の中央部に堆積させるゼオライトの数量を、ヘッド部の外周部に体積させるゼオライトの数量よりも多くなるように調整すればよい。
【００５２】
図５に示す内燃機関用ピストン２０ｃは、ピストン母材２２と、当該ピストン母材２２の冠面を被覆するめっき膜１０ｃと、を備える。めっき膜１０ｃの厚さは、その中央部において最も厚く、外周部において最も薄く、中央部から外周部に向かって徐々に薄くなる。例えば、めっき膜１０ｃの外周部の厚さは、めっき膜１０ｃの中心部における厚みの半分程度であってもよい。めっき膜１０ｃが中央部から外周部に向かって薄くなる場合、中心部から外周部へ向かって熱伝導率が減少し、中心部における断熱性と、中心部から外周付近への熱の放熱とが両立し易くなる。
【００５３】
図５に示すめっき層１０ｃを形成する場合、電解めっきにおいて、対極をピストン母材のヘッド部の中央部付近に配置する。そして、めっき浴の電解液の液抵抗により、ピストン母材のヘッド部の表面に電流分布を持たせて、めっき膜の中央部のみを厚くすればよい。特にめっき膜１０ｃの中心部における厚さは、０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。この場合、本発明の効果が顕著となる傾向がある。
【００５４】
図６に示す内燃機関用ピストン２０ｄは、ピストン母材２２と、当該ピストン母材２２の冠面を被覆するめっき膜１０ｄと、を備える。めっき膜１０ｄは、ピストン母材２２の冠面全体を被覆できる程度の大きさを有する複数の板状のゼオライト１２を含有する。このゼオライト１２がめっき膜１０ｄ内において積層されている。このような積層構造によって、めっき膜１０ｄの厚さ方向の断熱性が向上する。
【００５５】
図６に示すめっき層１０ｄを形成する場合、無電解めっき工程と、板状のゼオライトをピストン母材２２の冠面上に重ねる工程とを、交互に複数回繰り返せばよい。
【実施例】
【００５６】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
アルミニウムと珪素、銅、ニッケル及びマグネシウムとの合金（ＡＣ８Ａ）からなる円柱状のピストン母材を準備した。このピストン母材を、ニッケルめっき浴中に配置した。めっき浴中において、ピストン母材のヘッド部（冠面）を鉛直上方に向けた。冠面の直径は約８ｃｍであった。ニッケルめっき浴に、複数の円板状のゼオライトを加え、上記ヘッド部上に堆積させて、電解めっきを行った。これらの工程により、図２に示すように、複数のゼオライトが均一に分散したニッケルめっき膜をヘッド部上に形成した。めっき膜の断面の観察により、板状のゼオライトの長手方向は、冠面（めっき膜の厚さ方向に垂直な方向）に対して略平行であることを確認した。ゼオライトの直径Ａは２００μｍであり、厚さＢは１０μｍであり、アスペクト比Ａ／Ｂは２０であった。めっき膜中ゼオライトの含有率は３０体積％であった。めっき膜の厚さは１１０μｍであった。実施例１で用いたゼオライトは、クリノプチロライト（Ｃａ，Ｎａ２）［Ａｌ２Ｓｉ７Ｏ１８］・１６Ｈ２Ｏであった。めっき膜の厚さ方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｃは、１０μｍであり、めっき膜の厚さ方向に垂直な方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｄは、２０μｍであった。
【００５８】
（実施例２）
実施例２のピストンの製造では、ニッケルめっき浴中において、ピストン母材のヘッド部の外周部よりも多量のゼオライトをヘッド部の中心部上に堆積させた。この点を除いて実施例１と同様にして、図４に示すように複数のゼオライトが分散したニッケルめっき膜を、ヘッド部上に形成した。めっき膜の断面の観察により、板状のゼオライトの長手方向は、めっき膜の厚さ方向に垂直な方向に対して略平行であることを確認した。めっき膜の外周部における板状のゼオライトの含有率は１０体積％であり、めっき膜の中央部における板状のゼオライトの含有率は３０体積％であった。めっき膜の厚さは１０５μｍであった。めっき膜の中央部において、めっき膜の厚さ方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｃは、１０μｍであった。めっき膜の中央部において、めっき膜の厚さ方向に垂直な方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｄは、５μｍであった。また、めっき膜の外周部において、めっき膜の厚さ方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｃ’は、３０μｍであった。めっき膜の外周部において、めっき膜の厚さ方向に垂直な方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｄ’は、４０μｍであった。
【００５９】
（実施例３）
実施例３のピストンの製造では、以下の第１工程、第２工程及び第３工程をこの順序で２０回繰り返することにより、積層された２０枚の板状のゼオライトを含有するニッケルめっき膜を、ピストンのヘッド部上に形成した。めっき膜の断面の観察により、板状のゼオライトの長手方向は、めっき膜の厚さ方向に垂直な方向に対して略平行であることを確認した。実施例３で用いたゼオライトは、クリノプチロライト（Ｃａ，Ｎａ２）［Ａｌ２Ｓｉ７Ｏ１８］・１６Ｈ２Ｏであった。めっき膜中の板状のゼオライトの含有率は３０体積％であった。めっき膜の厚さは１２０μｍであった。めっき膜の厚さ方向において隣り合うゼオライト間の間隔Ｄは、４μｍであった。
第１工程：無電解ニッケルめっきにより、ニッケルめっき層を、実施例１と同じピストン母材の冠面に形成する工程。
第２工程：ピストン母材のヘッド部（冠面）の直径と同じ直径を有する円板状のゼオライト上記ニッケルめっき層を上に配置する工程。
第３工程：無電解ニッケルめっきにより、板状のゼオライト上にニッケルめっき層を形成する工程。
【００６０】
＜熱伝導率の測定＞
実施例１のめっき膜の厚さ方向における熱伝導率を測定した。また、実施例１のめっき膜の厚さ方向に垂直な方向における熱伝導率を測定した。実施例２及び３のめっき膜についても、実施例１のめっき膜と同様の測定を行った。熱伝導率の測定においては、めっき膜の中心部分にレーザー光をフラッシュ照射してめっき膜を加熱し、めっき膜の外周部および裏面への熱拡散（温度分布の変化）をサーモグラフィーにより測定した。この測定結果に基づき熱伝導率を算出した。
【００６１】
実施例１のめっき膜の厚さ方向における熱伝導率は、５Ｗ／ｍ・ｋであった。また、実施例１のめっき膜の厚さ方向に垂直な方向における熱伝導率は、９０Ｗ／ｍ・ｋであった。
【００６２】
実施例２のめっき膜の中央部の厚さ方向における熱伝導率は、５Ｗ／ｍ・ｋであった。実施例２のめっき膜の外周部の厚さ方向における熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・ｋであった。また、実施例２のめっき膜の厚さ方向に垂直な方向における熱伝導率は、平均９０Ｗ／ｍ・ｋであった。
【００６３】
実施例３のめっき膜の厚さ方向における熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・ｋであった。また、実施例３のめっき膜の厚さ方向に垂直な方向における熱伝導率は９０Ｗ／ｍ・ｋであった。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、自動車又は船舶等に用いられる内燃機関の燃焼室の断熱性が向上し、内燃機関の熱交換効率が向上する。
【符号の説明】
【００６５】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・めっき膜、１２・・・板状のゼオライト、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ・・・内燃機関用ピストン、２２・・・ピストン母材、３０・・・内燃機関用シリンダ、３２・・・シリンダ母材、４０・・・吸気弁、５０・・・排気弁、１００・・・内燃機関、１０２・・・燃焼室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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