(57)【要約】【課題】簡単な構成によりデポジットの付着と堆積を防止すること。【解決手段】金属製の吸気バルブ１において、その軸部２の基端から傘部３にかけて、その表面全体に被膜４を設ける。吸気バルブ１の被膜４が設けられる部分は、エンジンの吸気ポートに組み付けられて使用された場合に、燃料成分を含む可燃混合気の流れに曝される。被膜４の膜厚は「０．５μｍ」程度の薄いもので、全体的に均一をなす。被膜４の材料として、撥油性を有するフルオロシリコーンを含む薬剤、又は、撥油性を有するフルオロシリコーン及びシリコーン樹脂よりなる薬剤が使用される。【選択図】　　　　図１
2004100478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基材部を備えたエンジン用吸気系部品において、
前記基材部の表面にフルオロシリコーンを含む被膜を設けたことを特徴とするエンジン用吸気系部品。
【請求項２】
金属製の基材部を備えたエンジン用吸気系部品において、
前記基材部の表面にフルオロシリコーン及びシリコーン樹脂よりなる被膜を設けたことを特徴とするエンジン用吸気系部品。
【請求項３】
前記被膜は、全体的に膜厚が均一であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン用吸気系部品。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つに記載のエンジン用吸気系部品の製造方法であって、
被膜構成物質を含む溶液に前記基材部を浸して溶液を塗布する工程と、
前記基材部を回転させて前記塗布された溶液の膜厚を減少させる工程と、
前記塗布された溶液を乾燥させる工程と
を備えたことを特徴とするエンジン用吸気系部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの吸気バルブ、スロットルバルブを含むスロットルボディ等、エンジンの吸気系に設けられて吸気に曝されるエンジン用吸気系部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン用吸気系部品として、例えば、エンジンの吸気通路に設けられる吸気バルブやスロットルバルブがある。ここで、吸気バルブでは、吸気ポートに位置する部位に、混合気中又は潤滑油中に含まれる有機成分がデポジットとして付着し、堆積することがある。そのため、堆積物が、吸気バルブとバルブシートとの間のシール性を低下させるおそれがあった。又、スロットルバルブを含むスロットルボディでは、スロットルバルブが位置するボア内面に、吸気中に含まれる有機成分がデポジットとして付着し、堆積することがある。そのため、デポジットにより、スロットルバルブとボア内面との間のシール性が低下したり、スロットルバルブがボア内面に固着したりするおそれがあった。
【０００３】
そこで、本願出願人は、下記の特許文献１に記載のように、上記問題に対処することのできる吸気バルブ等の内燃機関用部品を提案している。この部品は、金属製の基体部（基材部）と、その基体部の所定部位の表面に被覆された多孔下地コート（Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２などのセラミックス複数微粒子より構成される。）と、その多孔下地コートの表面にゾルゲル法により被覆された酸化触媒コート（アナターゼ型ＴｉＯ２などのセラミックスより構成される。）と、その酸化触媒コートの表面に部分的に被覆された撥油コート（フッ素含有ＳｉＯ２などのセラミックスより構成される。）とを有するものである。具体的には、吸気バルブを基体部として、その表面に多孔下地コートが被覆され、その多孔下地コートの表面にゾルゲル法により酸化触媒コートが被覆され、その酸化触媒コートの表面に撥油コートが被覆されている。
【０００４】
又、下記の特許文献１には、上記部品の製造方法として、多孔下地コートを被覆する工程と、多孔下地コートの表面に酸化触媒コートを被覆する工程と、酸化触媒コートの表面に撥油コートを被覆する工程とからなる製造方法が記載されている。ここで、多孔下地コートを被覆する工程には、部品をコーティング液に浸す下地コート形成（塗布）工程と、その後に部品を回転させるスピン（回転）工程と、回転後に液を乾燥させる乾燥工程とが含まれる。又、酸化触媒コートを被覆する工程には、部品をコーティング液に浸す触媒コート形成（塗布）工程と、その後に液を乾燥させる乾燥工程とが含まれる。更に、撥油コートを被覆する工程には、部品をコーティング液に浸す撥油コート形成（塗布）工程と、その後に液を乾燥させる乾燥工程とが含まれる。
【０００５】
一方、吸気系部品ではないが、下記の特許文献２に記載のように、エンジン用部品としての燃料噴射ノズルの先端にデポジットを付着し難くするために、コーティング層を設けたものがある。この燃料噴射ノズルでは、ノズル先端面と噴孔の内壁とに撥油性を持つ材料（例えば、テフロン（登録商標））からなるコーティング層が形成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３１７４１４号公報（第２−３頁，図１，図２，図３）
【特許文献２】
特開平９−１１２３９２号公報（第２−４頁，図１，図９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１に記載の部品では、セラミックス複数微粒子よりなる多孔下地コートがベースとなることから、その上に酸化触媒コートと撥油コートが重ねられても、多孔質なベース形状は残ることになり、その凸凹表面に油滴が溜まりやすくなり、デポジットが堆積してしまうおそれがあった。吸気バルブ等の吸気系部品にデポジットが堆積すると、そのデポジットに、混合気中の燃料成分の一部が吸着されてしまい、エンジンの燃費を悪化させるおそれがあった。又、吸気バルブに粘性の高いデポジットが付着すると、バルブシートとの間でバルブが固着がしてしまうおそれがあった。
【０００８】
又、上記の特許文献２では、コーティング層に撥油性材料としてテフロン（登録商標）が使用されるが、テフロン（登録商標）では、油滴の滑落性が良好ではなかった。
【０００９】
一方、上記の特許文献１に記載の部品では、多孔下地コートを被覆する工程、多孔下地コートの表面に酸化触媒コートを被覆する工程、酸化触媒コートの表面に撥油コートを被覆する工程が必要になる。しかも、前記各工程では、少なくとも、部品をコーティング液に浸す工程と、その液を乾燥させる工程が必要となり、製造工数が多くなり製造に手間がかかることになった。
【００１０】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構成によりデポジットの付着と堆積を防止することを可能としたエンジン用吸気系部品を提供することにある。この発明の別の目的は、前記エンジン用吸気系部品を比較的簡易に製造することを可能としたエンジン用吸気系部品の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金属製の基材部を備えたエンジン用吸気系部品において、基材部の表面にフルオロシリコーンを含む被膜を設けたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、被膜がフルオロシリコーンを含むものであることから、被膜に良好な撥油性と油滴滑落性が得られ、撥油性により油の付着が防止され、油滴滑落性により油の堆積が防止される。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、金属製の基材部を備えたエンジン用吸気系部品において、基材部の表面にフルオロシリコーン及びシリコーン樹脂よりなる被膜を設けたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、被膜がフルオロシリコーン及びシリコーン樹脂よりなるものであることから、被膜に良好な撥油性と油滴滑落性が得られ、撥油性により油の付着が防止され、油滴滑落性により油の堆積が防止される。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、被膜は、全体的に膜厚が均一であることを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、被膜の膜厚が全体的に均一であることから、基材部が密着する相手部材との間で、密着度に粗密が生じない。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載のエンジン用吸気系部品の製造方法であって、被膜構成物質を含む溶液に基材部を浸して溶液を塗布する工程と、基材部を回転させて塗布された溶液の膜厚を減少させる工程と、塗布された溶液を乾燥させる工程とを備えたことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、３つの工程により吸気系部品に被膜が形成されることから、製造工数が少なくて済む。又、基材部を回転させる工程では、遠心力の作用により、溶液が基材部の全体において一律に振り落とされる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジン用吸気系部品及びその製造方法を吸気バルブに具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１に、この実施の形態の吸気バルブの半断面図を示す。図１に示すように、吸気バルブ１は、金属製の基材部としての軸部２及び傘部３を含む。ここで、軸部２とは、図１に示す垂直な棒状部分を意味し、傘部３とは、その軸部２の基端に連なる略円錐形部分の全体を意味する。この実施の形態では、軸部２の基端から傘部３にかけて、その表面全体に被膜４が設けられる。吸気バルブ１の被膜４が設けられる部分は、同バルブ１がエンジンの吸気ポートに組み付けられて使用された場合に、燃料成分を含む可燃混合気の流れに曝される部分である。
【００２１】
この実施の形態で、被膜４の膜厚は「０．５μｍ」程度の薄いもので、全体的に均一となっている。この実施の形態で、被膜４の材料として、撥油性を有するフルオロシリコーンを含む薬剤が使用される。或いは、被膜４の材料として、撥油性を有するフルオロシリコーン及びシリコーン樹脂よりなる薬剤を使用してもよい。
【００２２】
具体的には、被膜４の材料として、「ダウコーニングアジア株式会社製の撥水コーティング剤」を適用することができる。このコーティング剤は、シリコーンを主成分としており、透明もしくは半透明で平滑な被膜表面を形成する加熱硬化タイプの薬剤である。硬化後の被膜４の接触角は、「１００°〜１１０°」程度となり、フッ素系塗料等と比較して必ずしも高くないが、実用上重要視されている水滴（油滴）の滑落性（滑落角）に非常に優れている。「接触角」及び「滑落角」については、後で詳しく説明する。
【００２３】
上記の被膜４を含む吸気バルブ１は、次のように製造される。図２〜図７には、その製造方法の各工程を示す。
【００２４】
先ず、図２に示す脱脂工程では、被膜４を設ける前の吸気バルブ１の軸部２の一部と傘部３を、脱脂液（アセトン等の有機溶剤又はアルカリ脱脂剤）中に浸し、両部２，３の表面を脱脂する。
【００２５】
次に、図３に示す洗浄工程では、吸気バルブ１の軸部２の一部と傘部３を洗浄液（純水）中に浸し、両部２，３の表面を洗浄する。
【００２６】
次に、図４に示す乾燥工程では、吸気バルブ１の全体を、１００℃の電気炉の中で所定時間だけ乾燥させる。
【００２７】
次に、図５に示す溶液塗布工程では、吸気バルブ１の軸部２の一部と傘部３を被膜構成物質である薬剤を含む溶液の中に浸し、両部２，３の表面に溶液を塗布する。
【００２８】
次に、図６に示す回転工程では、吸気バルブ１の全体を、所定の回転速度で所定時間だけ回転させることにより、塗布された溶液の膜厚を減少させる。
【００２９】
次に、図７に示す乾燥工程では、吸気バルブ１の全体を、再び１００℃の電気炉の中で所定時間だけ乾燥させることにより、塗布された溶液を乾燥させて被膜４を形成する。
【００３０】
その後、吸気バルブ１を電気炉から取り出すことにより、図１に示すように被膜４を含む吸気バルブ１が得られる。
【００３１】
以上説明したこの実施の形態の吸気バルブ１によれば、被膜４がフルオロシリコーンを含むことから、被膜４に良好な撥油性と油滴滑落性が得られ、撥油性により油の付着が防止され、油滴滑落性により油の堆積が防止される。従って、吸気バルブ１が、エンジンの吸気ポートに組み付けられて実際に使用された場合に、混合気の流れに吸気バルブ１が曝されても、被膜４の撥油性により、その被膜４の表面に対する燃料成分の付着が防止される。併せて、被膜４の油滴滑落性により、混合気の流れにより、燃料成分が被膜４の表面を下流へ向かって滑落することになり燃料成分の堆積が防止される。この結果、吸気バルブ１の表面に、燃料成分等からなるデポジットが付着・堆積することを防止することができる。このように、吸気バルブ１の表面にデポジットが付着・堆積することを防止できることから、混合気中の燃料成分がデポジットに吸着することがなくなり、その分だけエンジンの燃費を向上させることができる。又、粘性の高いデポジットにより、吸気バルブ１とバルブシートが固着してしまうことを防止することができる。
【００３２】
ここで、フルオロシリコーン系の被膜について、予備検討として、各温度における「接触角」及び「滑落角」の比較測定結果について説明する。
【００３３】
図８に「接触角」について概念図を示す。「接触角」とは、液滴の表面エネルギーの指標を示すものであり、図８に示すように、平面上に置いた「約５μｌ」の液滴に対する外接線がなす角度θａにより表される。この接触角θａが大きいほど、撥水性・撥油性が良いものとされる。
【００３４】
図９に「滑落角」について概念図を示す。「滑落角」とは、液滴の移動し易さの指標を示すものであり、図９に示すように、斜面上に置いた「約７μｌ」の液滴が滑落を始める傾斜角θｂにより表される。この滑落角θｂが小さいほど、滑落性が良いものとされる。
【００３５】
図１０に供試品の整理表を示す。図１０に示すように、この測定では、「表面処理の種類」として、「フルオロシリコーン」、「フルオロシリコーン＋シリコーン樹脂」、「変性シリコーン樹脂」及び「テフロン（登録商標）」の４つの種類を比較した。表面処理を施した「基材材質」として、「鉄（ＳＵＳ３０４）」、「アルミ（ＪＩＳＡ１０５０Ｐ）」及び「真鍮（ＪＩＳＨ３１００）」を使用した。「テフロン（登録商標）」については、「アルミ」のみについて測定した。「対象液体」として、「水（蒸留水）」と「油（エンジンオイル基油）」を使用した。「加熱温度及び時間」は、「常温」、「１５０℃×５時間」及び「３００℃×５時間」であった。それぞれ「無処理」についても測定した。
【００３６】
図１１に測定結果の整理表を示す。表中、「◎」は「優」の評価を、「○」は「良」の評価を、「△」は「やや劣」の評価を、「×」は「劣」の評価をそれぞれ示す。表から分かるように、「接触角」については、「フルオロシリコーン」、「フルオロシリコーン＋シリコーン樹脂」及び「テフロン（登録商標）」で比較的好結果が得られた。「滑落角」については、「フルオロシリコーン」及び「フルオロシリコーン＋シリコーン樹脂」で比較的好結果が得られた。従って、「接触角」と「滑落角」が共に優れているのは「フルオロシリコーン」及び「フルオロシリコーン＋シリコーン樹脂」であることが分かる。
【００３７】
結論として、「フルオロシリコーン」及び「フルオロシリコーン＋シリコーン樹脂」が、常温及び高温でテフロン（登録商標）以上の特性を示し、特に液滴の「滑落性」に優れていることが分かる。特には、「フルオロシリコーン＋シリコーン樹脂」が最も性能が高いことが明らかである。この結論により、被膜４を設けた吸気バルブ１におけるデポジットの付着・堆積に対する効果を裏付けることができる。
【００３８】
この実施の形態では、被膜４の膜厚が全体的に均一であることから、吸気バルブ１の傘部３が密着する相手部材であるバルブシートとの間で、密着度に粗密が生じることがない。このため、この吸気バルブ１がバルブシートに密着する閉弁時に、吸気の密閉性を損なうことがなく、吸気バルブ１としての機能を確保することができる。
【００３９】
この実施の形態では、被膜４を有する吸気バルブ１を製造するために、脱脂工程、洗浄工程及び洗浄後の乾燥工程を除き、被膜構成物質を含む溶液に傘部３等を浸して溶液を塗布する溶液塗布工程と、吸気バルブ１を回転させて塗布された溶液の膜厚を減少させる回転工程と、塗布された溶液を乾燥させる乾燥工程との３つの工程により吸気バルブ１に被膜４が形成される。従って、被膜４を含む吸気バルブ１としては、前記従来例の製造方法と比べて製造工数が少なくて済む。この結果、被膜４を含む吸気バルブ１を比較的簡易に製造することができる。又、吸気バルブ１を回転させる回転工程では、遠心力の作用により、溶液が傘部３等の全体において一律に振り落とされることになる。この結果、被膜４について、全体的に均一な膜厚を得ることができる。
【００４０】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４１】
前記実施の形態では、本発明をエンジン用吸気系部品としての吸気バルブ１に具体化したが、吸気バルブ以外の吸気系部品に具体化することもできる。例えば、図１２に示すように、吸気系部品としてのスロットルボディ１１につき、その基材部であるボア内面１２に被膜４を設けてもよい。このように、スロットルボディ１１のボア内面１２に被膜４を設けることにより、吸気中に含まれる有機成分等がデポジットとしてボア内面１２に付着・堆積することを防止することができる。この構成により、デポジットにより、スロットルバルブ１３とボア内面１２との間のシール性が低下したり、スロットルバルブ１３がボア内面１２に固着したりすることを未然に防止することができる。
【００４２】
この他、吸気系部品として、スワールコントロールバルブのバルブ表面や同バルブが設けられる通路内面（シリンダヘッド）、吸気ポートに連通する吸気通路内面（吸気マニホールド）等に被膜を設けても前記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、エンジン用吸気系部品の基材部の表面にフルオロシリコーンを含む被膜を設けたので、被膜に良好な撥油性と油滴滑落性が得られ、撥油性により油の付着が防止され、油滴滑落性により油の堆積が防止される。このため、被膜を設けるだけの簡単な構成によりデポジットの付着と堆積を防止することができる。
【００４４】
請求項２に記載の発明によれば、エンジン用吸気系部品の基材部の表面にフルオロシリコーン及びシリコーン樹脂よりなる被膜を設けたので、被膜に良好な撥油性と油滴滑落性が得られ、撥油性により油の付着が防止され、油滴滑落性により油の堆積が防止される。このため、被膜を設けるだけの簡単な構成によりデポジットの付着と堆積を防止することができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明において、被膜は、全体的に膜厚が均一であるので、基材部が密着する相手部材との間で、密着度に粗密が生じることがない。このため、吸気の密閉性を損なうことがなく、吸気系部品としての機能を確保することができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明によれば、被膜構成物質を含む溶液に基材部を浸して溶液を塗布する工程と、基材部を回転させて塗布された溶液の膜厚を減少させる工程と、塗布された溶液を乾燥させる工程とを備えるので、３つの工程により吸気系部品に被膜が形成されることから、製造工数が少なくて済む。このため、被膜を含む吸気系部品を比較的簡易に製造することができる。又、基材部を回転させる工程では、遠心力の作用により、溶液が基材部の全体において一律に振り落とされる。このため、被膜について、全体的に均一な膜厚を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、吸気バルブの半断面図である。
【図２】製造方法の脱脂工程を示す説明図である。
【図３】製造方法の洗浄工程を示す説明図である。
【図４】製造方法の乾燥工程を示す説明図である。
【図５】製造方法の溶液塗布工程を示す説明図である。
【図６】製造方法の回転工程を示す説明図である。
【図７】製造方法の乾燥工程を示す説明図である。
【図８】接触角の概念図である。
【図９】滑落角の概念図である。
【図１０】供試品について示す整理表である。
【図１１】測定結果を示す整理表である。
【図１２】別の実施の形態に係り、スロットルボディを示す断面図である。
【符号の説明】
１　　吸気バルブ（吸気系部品）
２　　軸部（基材部）
３　　傘部（基材部）
４　　被膜
１１　スロットルボディ（吸気系部品）
１２　ボア内面（基材部）
【図１】
2004100478.tif 000003
【図２】
2004100478.tif 000004
【図３】
2004100478.tif 000005
【図４】
2004100478.tif 000006
【図５】
2004100478.tif 000007
【図６】
2004100478.tif 000008
【図７】
2004100478.tif 000009
【図８】
2004100478.tif 000010
【図９】
2004100478.tif 000011
【図１０】
2004100478.tif 000012
【図１１】
2004100478.tif 000013
【図１２】
2004100478.tif 000014