(57)【要約】【課題】摺動部分に優れた耐摩耗性と自己潤滑性を有するコーティング層を形成した内燃機関用シリンダー及びピストンを提供する。【解決手段】アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面のアルミニウム合金または鋳鉄の表面に粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させた厚さ２０から５０μｍのコーティング層を有する。また、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させた厚さが２０から５０μｍのコーティング層を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面のアルミニウム合金または鋳鉄の表面に粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層を有することを特徴とする内燃機関用シリンダー。
【請求項２】
フッ素樹脂の微粒子とセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層の厚さが２０から５０μｍである請求項１記載の内燃機関用シリンダー。
【請求項３】
その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項４】
フッ素樹脂の微粒子とセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層の厚さが２０から５０μｍである請求項３記載の内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部分の耐摩耗性を改善した内燃機関に用いられるシリンダー及びピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関などにおいても、省エネルギーの観点から燃料消費量の低減を図るため軽量化の要求が高まっている。このような要求に対応するため、アルミニウム含有金属のような軽金属の利用が盛んである。
【０００３】
しかしながら、アルミニウム含有金属は、一般的に耐熱性、剛性、機械的な強度の面で改善が必要とされている。特に、内燃機関用のピストンやシリンダーのような摺動部材として使用する場合、耐摩耗性などの耐久性に欠けるという課題があった。このような課題の改善を目的として、アルミニウム含有金属の表面に各種の表面処理を施すことが提案されている。汎用内燃機関の場合、アルミニウム合金鋳物製のピストンと摺動面に硬質クロムめっきを施したアルミニウム合金ダイカスト製のシリンダーとを組み合わせたものが一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このシリンダーに施される硬質クロム電気めっき工程は、めっき電流効率が２０％程度という低いもので、成膜速度は著しく遅く、コストが高いという課題がある。また、硬質クロムめっき工程は、クロムめっき廃液の処理などで環境保護のために強い規制を受けるなどの課題がある。
【０００５】
この硬質クロムめっきに替え、ニッケルめっきを用いる方法が提案されているが、ニッケルは発ガン性物質とされ、例えば人体に直接触れるネックレスやイヤリングなどの装飾品では、現在、その使用が禁じられている。
【０００６】
近い将来、シリンダーやピストンなどの内燃機関の部材においてもニッケルは規制の対象になり、可能であるなら全廃の必要があるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、摺動部分に優れた耐摩耗性と自己潤滑性を有するコーティング層を形成した内燃機関用シリンダー及びピストン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】
【０００８】
本発明は、アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面のアルミニウム合金または鋳鉄の表面に粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させた厚さ２０から５０μｍのコーティング層からなる構成を有している。
【０００９】
また、本発明は、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させた厚さが２０から５０μｍのコーティング層からなる構成を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、表面に粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させた厚さ２０から５０μｍコーティング層を形成した摺動部分に優れた耐摩耗性と自己潤滑性を有し、かつ環境負荷の少ない内燃機関用シリンダー及びピストンを実現できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の請求項１に記載した発明は、アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面のアルミニウム合金または鋳鉄の表面に粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層を設けてなる内燃機関用シリンダーとする構成であり、この構成とすることにより優れた自己潤滑性と耐磨耗性を実現する内燃機関用シリンダーとすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、フッ素樹脂の微粒子とセラミックの微粒子とを分散、複合させた２０から５０μｍのコーティング層を設けてなる内燃機関用シリンダーとする構成であり、この構成とすることにより優れた耐磨耗性を実現する内燃機関用シリンダーとすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子と粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層を設けてなる内燃機関用ピストンとする構成であり、この構成とすることにより優れた自己潤滑性と耐磨耗性を実現する内燃機関用ピストンとすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、フッ素樹脂の微粒子とセラミックの微粒子とを分散、複合させたコーティング層を設けてなる内燃機関用ピストンとする構成であり、この構成とすることにより優れた耐磨耗性を実現する内燃機関用ピストンとすることができる。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施例１におけるコーティング層の概念図である。図１において、１はシリンダー及びピストンの金属母材、２はフッ素樹脂の微粒子、３はセラミックの微粒子、４は下地層、５は中間層、６は表層である。
【００１７】
以上のように、構成された内燃機関用シリンダー及びについて以下説明する。
【００１８】
シリンダーはＡＤＣ１２材（ＪＩＳ Ｈ５３０２）を鋳造により所定のシリンダブロック形状に仕上げる。ピストンとの摺動面は機械加工によりピッチ３μｍ、粗さ３μｍの表面状態に仕上げ、図１に示すように機械加工された摺動面に粒子径０．１μｍから１μｍのセラミックの微粒子３が多い強固な下地層４、組織の急激な変化を緩和する中間層５、粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子２の多い表面層６と傾斜めっき加工を施す。これにより、表層６では潤滑性を、中間層５及び下地層４で耐磨耗性を実現できる。フッ素樹脂微粒子２は、従来のフッ素樹脂PTFE（テトラフロロエチレン樹脂、米国デュポン社）は、その融点３２７℃、連続使用温度２６０℃であり、フッ素樹脂PFA（パーフロロアルコキシ樹脂、米国デュポン社）は、その融点３００℃〜３１０℃、連続使用温度は２６０℃であるが、溶解と冷却固化を複数回繰り返し、微粒子化することで３５０℃の耐熱温度を実現できるものである。
【００１９】
この実施例１において、内燃機関用ピストンはシリンダーとの摺動面であるスカート部は機械加工により、ピッチ０．１から０．３μｍ、粗さ６μｍの表面状態に仕上げる。さらに、機械加工された摺動面に粒子径０．１から１μｍのセラミックの微粒子３が多い強固な下地層４、組織の急激な変化を緩和する中間層５、粒子径０．１から１μｍのフッ素樹脂の微粒子２の多い表層６と傾斜めっき加工を施す。これにより、表層６では潤滑性を、中間層５及び下地層４で耐磨耗性と溶解と冷却固化を複数回繰り返し、微粒子化されたフッ素樹脂で３５０℃の高耐熱性を実現できるものである。ピストンリングはねずみ鋳鉄により製作する。
【００２０】
比較例として、ピストンと摺動面に硬質クロムめっきを施したアルミニウム合金ダイカスト製の従来のシリンダー（シリンダーＡ）とシリンダーとの摺動面となるスカート部は機械加工により、ピッチ０．１から０．３μｍ、粗さ６μｍの表面状態に仕上げたピストン（ピストンＡ）を準備した。
【００２１】
実機耐久試験は表１に示す組み合わせで、２サイクル空冷２気筒エンジンに組み込み、回転数５、２００ｒｐｍ、全負荷、試験時間１００時間の条件で実施した。その結果を同じく表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１の結果に示すように、本発明の実施例１のシリンダー及びピストンと従来のシリンダー（シリンダーＡ）及びピストン（ピストンＡ）では、耐磨耗性において同等の性能を有していた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１におけるコーティング層の概念図
【符号の説明】
【００２５】
１  シリンダー及びピストンの金属母材
２  フッ素樹脂の微粒子
３  セラミックの微粒子
４  下地層
５  中間層
６  表層
【図１】
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