(57)【要約】【課題】  内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品において、金属材の耐久性向上を図るのに有効な技術を提供する。【解決手段】  本発明に係る燃料ポンプでは、アルミニウム鋳造部材であるポンプボディー１２の上面側の被処理面１２ａは、基材表面の摩擦流動処理により形成された塑性流動層が更に陽極酸化処理された構成とされる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品であって、
鋳造部材の基材表面が硬化処理された硬化処理部を備え、当該硬化処理部は、基材表面の摩擦流動処理により形成された塑性流動層が更に硬化処理されることによって形成されていることを特徴とする鋳造製品。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳造製品であって、
前記鋳造部材は、その断面方向に関し表面側から順に前記硬化処理部、前記塑性流動層、基材を備え、これによって表面側から順に硬度が段階的に低下するように構成されていることを特徴とする鋳造製品。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋳造製品であって、
前記硬化処理部は、Ｓｉを含有するアルミニウム鋳造部材の基材表面が硬化処理された構成であり、前記摩擦流動処理の前に基材表面のＳｉ除去処理がなされた構成であることを特徴とする鋳造製品。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の鋳造製品であって、
当該鋳造製品は、電動モータと、前記電動モータによって回転駆動され燃料を高圧化して吐出するインペラと、前記インペラを収容するとともに回転駆動された当該インペラに摺接するポンプケーシングを備える燃料ポンプとして構成され、
前記ポンプケーシング及びインペラのうちの少なくとも一方の摺接面に前記硬化処理部が設けられた構成であることを特徴とする鋳造製品。
【請求項５】
請求項４に記載の鋳造製品であって、
前記硬化処理部は、前記ポンプケーシング及びインペラのうちの少なくとも一方の摺接面を摩擦流動処理した後に、前記硬化処理としての陽極酸化処理を施すことによって形成された構成であることを特徴とする鋳造製品。
【請求項６】
請求項１または２に記載の鋳造製品であって、
前記硬化処理部は、黒鉛を含有する鋳鉄部材の基材表面が硬化処理された構成であり、前記摩擦流動処理の前に基材表面の黒鉛除去処理がなされた構成であることを特徴とする鋳造製品。
【請求項７】
請求項１、２または６のうちのいずれか１項に記載の鋳造製品であって、
当該鋳造製品は、内燃機関の排気ガスが流通するボア部と、前記ボア部に収容される弁体を備える排気バルブとして構成され、
前記弁体と、前記ボア部の各部位のうち当該弁体と対向する部位との少なくとも一方の対向面に前記硬化処理部が設けられた構成であることを特徴とする鋳造製品。
【請求項８】
請求項７に記載の鋳造製品であって、
前記硬化処理部は、前記弁体及びボア部のうちの少なくとも一方の対向面を摩擦流動処理した後に、前記硬化処理としてのメッキ処理を施すことによって形成された構成であることを特徴とする鋳造製品。
【請求項９】
内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品の製造方法であって、
鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理することによって塑性流動層を形成させる摩擦流動処理ステップと、前記摩擦流動処理ステップにて形成された前記塑性流動層を硬化処理することによって表面側に硬化処理層を形成させる硬化処理ステップと、を有することを特徴とする鋳造製品の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の鋳造製品の製造方法であって、
前記鋳造部材は、アルミニウム鋳造部材として構成され、
前記摩擦流動処理ステップでは、前記アルミニウム鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理し、前記硬化処理ステップでは、前記摩擦流動処理ステップにて形成された前記塑性流動層を陽極酸化処理することによって硬化処理することを特徴とする鋳造製品の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の鋳造製品の製造方法であって、
前記鋳造部材は、Ｓｉを含有するアルミニウム鋳造部材として構成され、
前記摩擦流動処理ステップの前に、基材表面のＳｉ除去を行うＳｉ除去処理ステップを有することを特徴とする鋳造製品の製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の鋳造製品の製造方法であって、
前記鋳造部材は、鋳鉄部材として構成され、
前記摩擦流動処理ステップの前に、前記鋳鉄部材の基材表面の黒鉛除去を行う黒鉛除去処理ステップを有し、
前記摩擦流動処理ステップでは、前記黒鉛除去処理がなされた前記鋳鉄部材の基材表面を摩擦流動処理し、前記硬化処理ステップでは、前記摩擦流動処理ステップにて形成された前記塑性流動層をメッキ処理することによって硬化処理することを特徴とする鋳造製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造製品に係り、詳しくは内燃機関に関与する燃料、排気ガス、吸気ガスなどの流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品の構築技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の鋳造製品においては、鋳造部材の基材表面を硬化処理することによって耐久性を向上させようとする構成が種々提案されている。
例えば、下記特許文献１には、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプが開示されており、この燃料ポンプの燃料供給経路の耐久性を向上させるためには、鋳造製品の金属表面にいわゆる「アルマイト」と称呼される陽極酸化処理やメッキ処理による被覆層を設けることが考えられる。しかしながら、金属表面にこのような被覆層を設けた場合には、表面自体の硬さを高めることは可能であるものの、素材内部に存在する鋳巣、偏析、結晶粒界が起点となって、素材の磨耗、劣化、腐食などが生じるおそれがある。また、下記特許文献２には、鋳鉄部材のメッキ処理に際し、その前処理として脱脂処理、活性化処理、センシタイジング処理、アクチベーション処理などを施す技術が開示されている。このようなメッキ処理を内燃機関の排気バルブに施して金属表面に被覆層を設けた場合には、素材表面に存在する黒鉛と被覆層との密着性が損なわれるため、所望の耐久性が得られなくなることが想定される。また、他部材との摺接部位や流体との接触部位において、金属表面に設けた被覆層の耐久性防止に関しては、上記燃料ポンプや排気バルブのみならず、内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される種々の鋳造製品について要請される。
【特許文献１】特表平１１−５０６８１７号公報
【特許文献２】特開平８−１７０１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品において、金属材の耐久性向上を図るのに有効な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。これら各請求項に記載の発明は、自動車、船舶、作業用機械などに搭載される内燃機関（エンジン）や、その他の内燃機関において、燃料をはじめ吸気や排気などの流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品の構成に適用され得る。具体的には、燃料が流通する燃料ポンプ、排気ガスが流通する排気バルブ（排気絞り弁）や排気過給機等の排気系部品、吸気ガスが流通する吸気バルブや吸気系部品等が、本発明における「鋳造製品」として挙げられる。
【０００５】
（本発明の第１発明）
前記課題を解決する本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項１に記載のこの鋳造製品は、内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品であって、鋳造部材の基材表面が硬化処理された硬化処理部を備える。本発明では、この硬化処理部は、基材表面の摩擦流動処理により形成された塑性流動層が更に硬化処理されることによって形成されている。ここでいう「鋳造部材」としては、アルミニウム又はアルミニウム鋳造部材、鋳鉄部材などの鋳造部材（鋳造製品）が挙げられる。また、ここでいう「硬化処理」に関しては、アルミニウム鋳造部材を陽極として希硫酸などの所定の電解液中で電解して酸化させ、アルミニウム鋳造部材表面に酸化被膜を形成される処理、いわゆる「アルマイト」と称呼される陽極酸化処理や、メッキ処理などが挙げられる。また、「内燃機関に関与する流体」には、内燃機関に供給される燃料、内燃機関に供給される吸気ガス、内燃機関から排出される排気ガス等が包含される。
【０００６】
ところで、内燃機関の燃料やガスが流通する流通経路上に配設される鋳造製品においては、他部材との摺接部位や流体との接触部位に硬化処理部を設けることによって、表面自体の硬さを高めることは可能であるものの、素材内部に存在する鋳巣、偏析、結晶粒界が起点となって、素材の磨耗、劣化、腐食などが生じるおそれがある。そこで、本発明者らは、種々の金属の表面処理について鋭意検討した結果、硬化処理の前処理として、基材表面に対し摩擦流動処理を施すことによって、金属組織が微細化（緻密化）された塑性流動層を形成させることができ、この塑性流動層を硬化処理した場合には鋳巣、偏析、不均一な結晶粒界をもたない均一化（均質化）された微細化組織構を形成させることが可能であることを見出した。摩擦流動処理に関しては、例えばアルミニウム鋳造部材に対しツールによる滑り摩擦処理、ショットピーニング処理のような、いわゆる「強加工」と称呼される処理を施すことによって、アルミニウム鋳造部材の表面付近に、金属組織が微細化（緻密化）され、数μｍ〜１００ｎｍ以下の結晶粒をもつ塑性流動層（「微細結晶層」或いは「ナノ結晶層」ともいう）が形成されることとなる。
【０００７】
請求項１に記載の鋳造製品のこのような構成によれば、鋳巣がなく、偏析や結晶粒界が微細化された塑性流動層を予め形成させておき、この塑性流動層を硬化処理することによって鋳造製品材の表面に硬化処理部が形成されるため、耐久性の高い鋳造製品を提供することが可能となる。
【０００８】
（本発明の第２発明）
前記課題を解決する本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項２に記載のこの鋳造製品では、請求項１に記載の鋳造部材は、その断面方向に関し表面側から順に硬化処理部、塑性流動層、基材を備え、これによって表面側から順に硬度が段階的に低下するように構成されている。このような構成によれば、硬度が表面側の硬化処理部から順に基材に向けて段階的に低下する（硬度に関し勾配を有する）ため、外部応力の分散向上を図ることが可能となる。特には、硬化処理部と塑性流動層との間の硬さ差や、塑性流動層と基材との間の硬さ差が小さくなるような構成を採用するのが好ましい。
【０００９】
（本発明の第３発明）
前記課題を解決する本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項３に記載のこの鋳造製品では、請求項１または２に記載の硬化処理部は、Ｓｉ（「シリコン」或いは「珪素」ともいう）を含有するアルミニウム鋳造部材の基材表面が硬化処理された構成であり、摩擦流動処理の前に基材表面のＳｉ除去処理がなされた構成とされる。すなわち、本発明では、アルミニウム鋳造部材における硬化処理の前処理として、摩擦流動処理がなされるとともに、更にその前にＳｉ除去処理がなされている。ここでいうアルミニウム鋳造部材に関しては、典型的には、ダイカスト用合金としてのアルミニウム鋳造部材が用いられる。特には、ダイカスト成型が容易なＳｉを含有するアルミニウム鋳造部材（例えばＡＣＤ１２類）が好適に用いられる。ここでいう「Ｓｉ除去処理」としては、金属表面を化学又は電気化学的に浸食する処理、いわゆる「エッチング」と称呼される処理を用いることができる。
ところで、Ｓｉを多く含有するアルミニウム鋳造部材にあっては、素材表面に存在するＳｉが健全な硬化処理部の形成を妨げるおそれがある。そこで、本発明の如く、アルミニウム鋳造部材の硬化処理の前に、Ｓｉ除去処理及び摩擦流動処理を順次行うことによって、硬化処理部を均一化し、これによって磨耗、劣化、腐食などに耐え得る耐久性の高い構造を実現することが可能となる。
【００１０】
（本発明の第４発明）
前記課題を解決する本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項４に記載のこの鋳造製品は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構成において、電動モータと、電動モータによって回転駆動され燃料を高圧化して吐出するインペラと、インペラを収容するとともに回転駆動された当該インペラに摺接するポンプケーシングを備える燃料ポンプとして構成される。そして、ポンプケーシング及びインペラのうちの少なくとも一方の摺接面に硬化処理部が設けられた構成とされる。本構成に関しては、ポンプケーシング及びインペラのうちのいずれか一方の金属表面に硬化処理部が設けられてもよいし、或いはポンプケーシング及びインペラの両方の金属表面に硬化処理部が設けられてもよい。
このような構成によれば、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプにおいて、ポンプケーシングやインペラの摺接面に設けた硬化処理部に対し、摺動によって作用する外部応力（例えばヘルツ応力）が分散されることとなり、欠陥に応力集中が生じるのを防止することが可能となる。
【００１１】
（本発明の第５発明）
前記課題を解決する本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項５に記載のこの鋳造製品では、請求項４に記載の硬化処理部は、ポンプケーシング及びインペラのうちの少なくとも一方の摺接面を摩擦流動処理した後に、硬化処理としての陽極酸化処理を施すことによって形成されている。
このような構成によれば、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプにおいて、ポンプケーシングやインペラの摺接面に陽極酸化処理によって設けた硬化処理部に対し、摺動によって作用する外部応力（例えばヘルツ応力）が分散されることとなり、欠陥に応力集中が生じるのを防止することが可能となる。
【００１２】
（本発明の第６発明）
前記課題を解決する本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項６に記載のこの鋳造製品では、請求項１または２に記載の硬化処理部は、黒鉛を含有する鋳鉄部材の基材表面が硬化処理された構成であり、摩擦流動処理の前に基材表面の黒鉛除去処理がなされた構成とされる。ここでいう「黒鉛除去処理」としては、金属表面に超音波を付与する超音波振動処理や脱炭処理などを用いることができる。
ところで、黒鉛を含有する鋳鉄部材にあっては、黒鉛と硬化処理部との間の密着性が低下し、所望の耐熱性及び耐酸化性が得られなくなることが想定される。そこで、本発明の如く、鋳鉄部材の硬化処理の前に、黒鉛除去処理及び摩擦流動処理を順次行うことによって、硬化処理部を均一化して密着性を高め、これによって所望の耐熱性及び耐酸化性を得ることができる耐久性の高い構造を実現することが可能となる。
【００１３】
（本発明の第７発明）
前記課題を解決する本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項７に記載のこの鋳造製品は、請求項１、２または請求項６のうちのいずれか１項に記載の構成において、内燃機関の排気ガスが流通するボア部と、ボア部に収容される弁体を備える排気バルブとして構成される。そして、弁体と、ボア部の各部位のうち当該弁体と対向する部位との少なくとも一方の対向面に硬化処理部が設けられた構成とされる。本構成に関しては、弁体及びボア部のうちのいずれか一方の金属表面に硬化処理部が設けられてもよいし、或いは弁体及びボア部の両方の金属表面に硬化処理部が設けられてもよい。また、ボア部に関しては、少なくとも弁体との対向部位に硬化処理部が設けられればよく、当該対向部位のみに硬化処理部を設けてもよいし、或いは当該対向部位を含むボア部全体、更にはバルブハウジング全体に硬化処理部を設けてもよい。
このような構成によれば、内燃機関の排気ガス経路上に装着される排気バルブにおいて、弁体やボア部の対向面における硬化処理部の密着性を高め、これによって排気バルブの耐久性向上を図ることが可能となる。
【００１４】
（本発明の第８発明）
前記課題を解決する本発明の第８発明は、請求項８に記載されたとおりの鋳造製品である。
請求項８に記載のこの鋳造製品では、請求項７に記載の硬化処理部は、弁体及びボア部のうちの少なくとも一方の対向面を摩擦流動処理した後に、硬化処理としてのメッキ処理を施すことによって形成されている。
このような構成によれば、内燃機関の排気ガス経路上に装着される排気バルブにおいて、弁体やボア部の対向面にメッキ処理によって形成された硬化処理部の密着性を高め、これによって排気バルブの耐久性向上を図ることが可能となる。
【００１５】
（本発明の第９発明）
前記課題を解決する本発明の第９発明は、請求項９に記載されたとおりの鋳造製品の製造方法である。
請求項９に記載のこの製造方法は、内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品の製造方法であって、摩擦流動処理ステップ及び硬化処理ステップを少なくとも有する。摩擦流動処理ステップは、鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理することによって塑性流動層を形成させる処理ステップとされる。また、硬化処理ステップは、摩擦流動処理ステップにて形成された塑性流動層を硬化処理することによって表面側に硬化処理層を形成させる処理ステップとされる。
このような製造方法によれば、請求項１に記載の上記鋳造製品が得られることとなる。従って、鋳巣がなく、偏析や結晶粒界が微細化された塑性流動層を予め形成させておき、この塑性流動層を硬化処理することによって鋳造製品材の表面に硬化処理部が形成されるため、耐久性の高い鋳造製品を提供することが可能となる。
【００１６】
（本発明の第１０発明）
前記課題を解決する本発明の第１０発明は、請求項１０に記載されたとおりの鋳造製品の製造方法である。
請求項１０に記載のこの製造方法では、請求項９に記載の製造方法において、鋳造部材がアルミニウム鋳造部材として構成される。また、摩擦流動処理ステップでは、アルミニウム鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理し、硬化処理ステップでは、摩擦流動処理ステップにて形成された塑性流動層を陽極酸化処理することによって硬化処理する。この陽極酸化処理としては、アルミニウム鋳造部材を陽極として希硫酸などの所定の電解液中で電解して酸化させ、アルミニウム鋳造部材表面に酸化被膜を形成される処理、いわゆる「アルマイト」と称呼される酸化処理を用いる。
このような製造方法によれば、耐久性の高いアルミニウム鋳造製の鋳造製品を提供することが可能となる。
【００１７】
（本発明の第１１発明）
前記課題を解決する本発明の第１１発明は、請求項１１に記載されたとおりの鋳造製品の製造方法である。
請求項１１に記載のこの製造方法では、請求項１０に記載の製造方法において、鋳造部材がＳｉを含有するアルミニウム鋳造部材として構成される。そして、摩擦流動処理ステップの前に、基材表面のＳｉ除去を行うＳｉ除去処理ステップを有する。ここでいう「Ｓｉ除去処理」としては、金属表面を化学又は電気化学的に浸食する処理、いわゆる「エッチング」と称呼される処理を用いることができる。
このような製造方法によれば、素材表面に存在するＳｉが健全な硬化処理部の形成を妨げるのを防止することによって、Ｓｉを含有するアルミニウム鋳造部材からなる鋳造製品の耐久性向上を図ることが可能となる。
【００１８】
（本発明の第１２発明）
前記課題を解決する本発明の第１２発明は、請求項１２に記載されたとおりの鋳造製品の製造方法である。
請求項１２に記載のこの製造方法では、請求項９に記載の製造方法において、鋳造部材が鋳鉄部材として構成される。そして、摩擦流動処理ステップの前に、鋳鉄部材の基材表面の黒鉛除去を行う黒鉛除去処理ステップを有する。また、摩擦流動処理ステップでは、黒鉛除去処理がなされた鋳鉄部材の基材表面を摩擦流動処理し、硬化処理ステップでは、摩擦流動処理ステップにて形成された塑性流動層をメッキ処理することによって硬化処理する。ここでいう「黒鉛除去処理」としては、金属表面に超音波を付与する超音波振動処理や脱炭処理などを用いることができる。
このような製造方法によれば、黒鉛と硬化処理部との間の密着性が低下し、所望の耐熱性及び耐酸化性が得られなくなるのを防止することによって、黒鉛を含有する鋳鉄部材からなる鋳造製品の耐久性向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、内燃機関に関与する流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品の構成に関し、特に鋳造部材の基材表面の摩擦流動処理により形成された塑性流動層を更に硬化処理することによって、鋳造製品の耐久性向上を図ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１から図５には、本発明の「内燃機関」である自動車のエンジンに燃料を供給するために装着される燃料ポンプに対して本発明を適用した一実施形態（第１の実施形態）が示される。図１は、第１の実施形態における燃料ポンプ１の全体構成を示す部分断面図であり、図２は、図１中の燃料ポンプ１のハウジング２及びポンプケーシング１０の構成を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示す燃料ポンプ１は、燃料を貯留する燃料タンクに設置されるものであって、円筒状のハウジング２内にポンプ機構７をはじめとする種々のポンプ構成要素を収容している。このポンプ機構７は、モータシャフト４を介して電動モータ３と接続されており、駆動された電動モータ３のモータシャフト４の回転力によって、燃料タンクの燃料を吸入口５から吸入して吐出口６から吐出する機能を有する。吸入口５には、燃料フィルタ２２を収容した取付け筒２０が取り付けられるようになっており、この燃料フィルタ２２によってフィルタ処理された燃料が吸入口５から吸入される。電動モータ３としては、例えばブラシ付直流モータ、ブラシレスモータなどが用いられる。この燃料ポンプ１は、内燃機関に関与する燃料（流体）が流通する流通経路上に配設される装置であり、本発明における「鋳造製品」及び「燃料ポンプ」に相当する。また、ここでいう、電動モータ３が、本発明における「電動モータ」に相当する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、ポンプ機構７は、ポンプケーシング１０及びインペラ１３を備える。ここでいうポンプケーシング１０及びインペラ１３が、本発明における「ポンプケーシング」及び「インペラ」に相当する。
【００２４】
ポンプケーシング１０は、いずれも円板状のポンプカバー１１とポンプボディー１２を上下に組み合わせて構成されており、上側に配置されるポンプカバー１１と下側に配置されるポンプボディー１２との間にインペラ１３が介在する構成とされる。ポンプカバー１１の各部位のうちインペラ１３との対向面（下面）には、サイド吸入路１４及び凹溝状の圧縮流路１５が形成されており、この圧縮流路１５の下流側に吐出流路１６が設けられている。この吐出流路１６は、ハウジング２内の燃料通路（図示省略）を通じて吐出口６に連通する構成とされる。一方、ポンプボディー１２の各部位のうちインペラ１３との対向面（上面）には、凹溝状の圧縮流路１７が形成されている。
【００２５】
インペラ１３は、円板状に構成されており、上下両面の外周に沿った領域に複数の羽根溝１８，１９が繰り返し形成されている。このインペラ１３において、上面側の羽根溝１８の底部と下面側の羽根溝１９の底部は、連通溝１９ａによって連通している。このインペラ１３の中心部分に、電動モータ３のモータシャフト４の先端部分が固定されている。電動モータ３が駆動された際のモータシャフト４の回転力でインペラ１３が回転することによって、燃料タンクの燃料が吸入口５から吸入され高圧化されつつ、圧縮流路１５，１７、吐出流路１６を順次流通したのち吐出口６から吐出される。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、上記構成のポンプケーシング１０（ポンプカバー１１及びポンプボディー１２）は、金属のダイカスト成型によって形成された鋳造部材（鋳造部品）である。この金属としては、ダイカスト成型が容易なＳｉ（「シリコン」或いは「珪素」ともいう）を含有するアルミニウム鋳造部材（例えばＡＣＤ１２類）が好適に用いられる。
【００２７】
ところで、このポンプケーシング１０は、回転状態のインペラ１３に摺接する構成であるため、インペラ１３との対向面（ポンプカバー１１の下面やポンプボディー１２の上面）にその表面硬度を高めるべく陽極酸化処理が施される。ところが、アルミニウム鋳造部材の表面に単に陽極酸化処理を行うのみでは、表面自体の硬さを高めることは可能であるものの、この陽極酸化処理によって形成される陽極酸化被膜（「陽極酸化層」ともいう）が不均一になることが懸念される。具体的には、素材内部に存在して陽極酸化被膜に取り込まれた鋳巣、偏析、結晶粒界が起点となって、素材の磨耗、劣化、腐食などが生じるおそれがある。また、Ｓｉを多く含有するアルミニウム鋳造部材にあっては、素材表面に存在するＳｉが健全な陽極酸化被膜の形成を妨げるおそれがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、ポンプケーシング１０の各部位のうちインペラ１３との対向面に表面処理を施すに際し、陽極酸化処理の前に「所定の前処理」を施すことによって陽極酸化被膜を均一化し、これによって磨耗、劣化、腐食などに耐え得る耐久性の高いポンプケーシング構造を実現することとしている。この表面処理は、例えば、図２中のポンプボディー１２の上面側の被処理面１２ａに対し施すことができる。必要に応じては、ポンプボディー１２の上面側の被処理面１２ａと、ポンプカバー１１の下面側の被処理面のうちの少なくとも一方に当該表面処理を施すことができる。
【００２９】
この表面処理に関しては、図３〜図５が参照される。ここで、図３には、第１の実施形態における「アルミニウム鋳造部材の表面処理」に関する処理フローが示される。また、図４には、アルミニウム鋳造部材Ａの表面処理に対し図３中の処理フローを適用した場合が模式的に示される。図５には、アルミニウム鋳造部材Ｂの表面処理に対し図３中の処理フローを適用した場合が模式的に示される。なお、本実施の形態のアルミニウム鋳造部材Ａは、Ｓｉを含有しない或いは殆ど含有しないアルミニウム鋳造部材であり、本実施の形態のアルミニウム鋳造部材Ｂは、Ｓｉを含有する或いは含有比率の高いアルミニウム鋳造部材である。
【００３０】
（アルミニウム鋳造部材Ａに対する表面処理）
アルミニウム鋳造部材Ａに対しては、図３中のステップＳ２０及びステップＳ３０の処理を順次施す。必要に応じては、これらのステップＳ２０及びＳ３０に対し、更に別のステップを適宜組み合わせてもよい。
【００３１】
まず、ステップＳ２０では、アルミニウム鋳造部材Ａの表面に摩擦流動処理を施す。具体的には、図４中の（Ａ−１）で示すような、鋳巣、偏析、粒界を有するアルミニウム鋳造部材Ａの表面に、例えば鉄製やＳＵＳ製のツールを図４中の（Ａ−２）で示すように突き当てて回転させつつ左右に滑らせて摩擦力を発生させる。具体的には、ツールを面圧１［Ｍｐａ］、回転数５００［ｒｐｍ］、移動速度１［ｍｍ／ｓ］で移動させる。このような摩擦流動処理は、ツールによる滑り摩擦処理、ショットピーニング処理のような、いわゆる「強加工」と称呼される処理によって実現される。この摩擦流動処理によって、アルミニウム鋳造部材Ａの表面付近に、金属組織が微細化（緻密化）され、数μｍ〜１００ｎｍ以下の結晶粒をもつ塑性流動層（「微細結晶層」或いは「ナノ結晶層」ともいう）が形成されることとなる（図４中の（Ａ−３）参照）。この塑性流動層は、鋳巣、偏析、不均一な結晶粒界をもたない均一化（均質化）された微細化組織構造を有し、しかも基材（「母材」或いは「下地」ともいう）の強度を高めた構造とされる。例えば、硬さがＨＶ７０の基材に対し摩擦流動処理を施すことによって、硬さがＨＶ２００の塑性流動層が形成されることとなる。ここでいう摩擦流動処理が、本発明における「摩擦流動処理」し、この摩擦流動処理によって形成された塑性流動層が、本発明における「塑性流動層」を構成している。また、このステップＳ２０が、本発明において「鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理することによって塑性流動層を形成させる摩擦流動処理ステップ」に相当する。
【００３２】
次に、ステップＳ３０では、ステップＳ２０によって摩擦流動処理された後のアルミニウム鋳造部材Ａの塑性流動層に陽極酸化処理を施す。この陽極酸化処理としては、アルミニウム鋳造部材Ａを陽極として希硫酸などの所定の電解液中で電解して酸化させ、合金表面に酸化被膜を形成される処理、いわゆる「アルマイト」と称呼される酸化処理を用いることができる。この陽極酸化処理によって、アルミニウム鋳造部材Ａの表面付近の断面方向に、陽極酸化層（「酸化被膜」或いは「アルマイト被膜」ともいう）が形成されることとなる（図４中の（Ａ−４）参照）。この陽極酸化層は、鋳巣、偏析などの欠陥のない均一層（均質層）であり、塑性流動層の強度を更に高めた構造とされる。例えば、硬さがＨＶ２００の塑性流動層に対し陽極酸化処理を施すことによって、硬さがＨＶ４００の陽極酸化層が形成されることとなる。ここでいう陽極酸化処理が、本発明における「硬化処理」に相当し、この陽極酸化処理によって形成された陽極酸化層が本発明における「硬化処理部」を構成している。また、このステップＳ３０が、本発明において「摩擦流動処理ステップにて形成された塑性流動層を硬化処理することによって表面側に硬化処理層を形成させる硬化処理ステップ」に相当する。
【００３３】
結果として、図４中の（Ａ−４）に示すように、表面から陽極酸化層、塑性流動層、基材の順に三段階で硬さが高められた断面構造が実現される。なお、図４中の（Ａ−４）では、塑性流動層の一部が陽極酸化処理された場合について記載しているが、塑性流動層の全体が陽極酸化処理されてもよい。この場合には、表面から陽極酸化層、基材の順に二段階で硬さが高められた断面構造が実現される。
【００３４】
（アルミニウム鋳造部材Ｂに対する表面処理）
アルミニウム鋳造部材Ｂに対しては、図３中のステップＳ１０、ステップＳ２０及びステップＳ３０の処理を順次施す。必要に応じては、これらのステップＳ１０、Ｓ２０及びＳ３０に対し、更に別のステップを適宜組み合わせてもよい。
【００３５】
まず、ステップＳ１０では、特にＳｉを多く含有するアルミニウム鋳造部材Ｂに対しエッチング処理を行う。このエッチング処理においては、アルミニウム鋳造部材Ｂの金属表面を化学又は電気化学的に浸食する処理を行う。具体的には、水で適度に希釈した約３０％のフッ酸水溶液又はフッ酸＋硫酸の水溶液に５分程度浸漬する。このエッチング処理によって、図５中の（Ｂ−１）に示すような断面組成を有するアルミニウム鋳造部材Ｂの表面付近に存在するＳｉが取り除かれる（図５中の（Ｂ−２）参照）。このエッチング処理が、本発明における「Ｓｉ除去処理」に相当し、このステップＳ１０が、本発明において「摩擦流動処理ステップの前に、基材表面のＳｉ除去を行うＳｉ除去処理ステップ」に相当する。その後は、ステップＳ１０によってエッチング処理された後のアルミニウム鋳造部材Ｂに対し、アルミニウム鋳造部材Ａに対して施したのと同様の上記のステップＳ２０及びステップＳ３０の処理を順次施す。
【００３６】
ステップＳ２０によって、アルミニウム鋳造部材Ｂの表面に図５中の（Ｂ−３）に示すような摩擦流動処理を施すことで、アルミニウム鋳造部材Ｂの表面付近の断面方向に、金属組織が微細化（緻密化）され、数μｍ〜１００ｎｍ以下の結晶粒をもつ塑性流動層が形成されることとなる（図５中の（Ｂ−４）参照）。この塑性流動層は、鋳巣、偏析、不均一な結晶粒界をもたない均一化（均質化）された微細化組織構造を有し、しかも基材の強度を高めた構造とされる。例えば、硬さがＨＶ７０の基材に対し摩擦流動処理を施すことによって、硬さがＨＶ２００の塑性流動層が形成されることとなる。このステップＳ２０が、本発明において「鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理することによって塑性流動層を形成させる摩擦流動処理ステップ」に相当する。
【００３７】
次に、ステップＳ３０によって、ステップＳ２０によって摩擦流動処理された後のアルミニウム鋳造部材Ｂの塑性流動層に陽極酸化処理を施す。この陽極酸化処理によって、アルミニウム鋳造部材Ｂの表面付近に、陽極酸化層が形成されることとなる（図５中の（Ｂ−５）参照）。この陽極酸化層は、鋳巣、偏析などの欠陥のない均一層（均質層）であり、塑性流動層の強度を更に高めた構造とされる。例えば、硬さがＨＶ２００の塑性流動層に対し陽極酸化処理を施すことによって、硬さがＨＶ４００の陽極酸化層が形成されることとなる。結果的に、図５中の（Ｂ−５）に示すように、表面から陽極酸化層、塑性流動層、基材の順に三段階で硬さが高められた断面構造が実現される。なお、図５中の（Ｂ−５）では、塑性流動層の一部が陽極酸化処理された場合について記載しているが、塑性流動層の全体が陽極酸化処理されてもよい。この場合には、表面から陽極酸化層、基材の順に二段階で硬さが高められた断面構造が実現される。このステップＳ３０が、本発明において「摩擦流動処理ステップにて形成された塑性流動層を硬化処理することによって表面側に硬化処理層を形成させる硬化処理ステップ」に相当する。
【００３８】
上記アルミニウム鋳造部材Ａ及びアルミニウム鋳造部材Ｂの表面の陽極酸化層は、鋳巣がなく、偏析や結晶粒界が微細化された塑性流動層を更に陽極酸化処理することによって形成されるため、磨耗、劣化、腐食などに耐え得る耐久性の高いポンプケーシング構造が実現される。例えば、この合金を摺動部品に使用した場合には、摺動によって陽極酸化層に作用する外部応力（例えばヘルツ応力）が分散されることとなり、欠陥に応力集中が生じるのを防止することが可能となる。なお、外部応力の分散向上を図るためには、硬度が表面側の陽極酸化層から順に基材に向けて段階的に低下する（硬度に関し勾配を有する）構成を採用する。特には、表面から基材までの間の断面方向の硬さの変化の度合いを抑えた構成、すなわち陽極酸化層と塑性流動層との間の硬さ差や、塑性流動層と基材との間の硬さ差が小さくなるような構成を採用するのが好ましい。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、図６から図８には、本発明の「内燃機関」である自動車のエンジンの排気ガスが流通する流通経路に装着される排気バルブに対して本発明を適用した一実施形態（第２の実施形態）が示される。図６は、第２の実施形態における排気バルブ１０１の全体構成を示す図である。
【００４０】
図６に示す排気バルブ１０１は、エンジンの排気通路において排気浄化装置（図示省略）の下流に配設された排気絞り弁として構成される。この排気バルブ１０１は、排気管に連通するボア部１０３を有する金属製のバルブハウジング１０２、バルブハウジング１０２に対しバルブシャフト１０５を介して支持される弁体１０４を備える。この弁体１０４は、「バタフライバルブ」或いは「弁体」とも称呼される。また、特に図示しないものの、バルブシャフト１０５は、更にレバー及びロッドを介してアクチュエータに接続されている。このアクチュエータとしては、電動式のアクチュエータや負圧式のアクチュエータなどが用いられる。この排気バルブ１０１は、内燃機関に関与する排気ガス（流体）が流通する流通経路上に配設される装置であり、本発明における「鋳造製品」及び「排気バルブ」に相当する。
【００４１】
なお、排気浄化装置は、排気ガス中のパティキュレート（カーボンを主成分とする粒子状物質）を捕集するフィルタ及び酸化触媒を収容し、その再生処理時においては、弁体１０４の閉動作によるボア部１０３の絞り調整によって、フィルタに捕集したパティキュレートを燃焼させる処理が行われる。ボア部１０３が絞り調整されると排気圧力が上昇し、断熱圧縮による温度上昇効果によって排気ガス温度が再生処理温度まで上昇することとなる。なお、ここでいうボア部１０３が本発明における「ボア部」に相当し、弁体１０４が本発明における「弁体」に相当する。
【００４２】
バルブハウジング１０２は、鋳鉄部材、鉄合金（炭素鋼、特殊鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼など）、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金などの金属材料によって適宜構成された鋳造部材（鋳造部品）とされる。弁体１０４は、フェライト系やオーステナイト系のステンレス材料を主体として構成された鋳造部材（鋳造部品）とされる。
【００４３】
ところで、排気浄化装置の再生処理時においては、排気ガス温度が７００℃を超えるような高温領域にまで上昇する場合が想定され、このような高温領域では、特に金属製のバルブハウジング１０２のボア部１０３に腐食劣化や熱劣化が起こり得る。そこで、本実施の形態では、ボア部１０３を形成するバルブハウジング１０２の内周面１０２ａ、すなわち排気ガスとの接触部位に、メッキ被膜１０６を設けている。このメッキ被膜１０６は、例えばＮｉ−Ｐの無電解メッキ処理によって形成される。
【００４４】
しかしながら、このメッキ被膜１０６を鋳鉄部材であるバルブハウジング１０２を施す場合には、鋳鉄部材の表面付近に存在する黒鉛とメッキ被膜１０６との間の密着性が低下し、所望の耐熱性及び耐酸化性が得られなくなることが想定される。そこで、本実施の形態では、バルブハウジング１０２に表面処理を施すに際し、メッキ処理の前に「所定の前処理」を施すことによってメッキ被膜１０６を均一化し、これによって耐熱性及び耐酸化性に優れた排気バルブ構造を実現することとしている。
【００４５】
この表面処理に関しては、図７及び図８が参照される。ここで、図７には、第２の実施形態における「鋳鉄部材の表面処理」に関する処理フローが示される。また、図８には、鋳鉄部材Ｃの表面処理に対し図７中の処理フローを適用した場合が模式的に示される。なお、本実施の形態の鋳鉄部材Ｃは、黒鉛を含有する鋳鉄部材である。
【００４６】
（鋳鉄部材Ｃに対する表面処理）
鋳鉄部材Ｃに対しては、図７中のステップＳ１１０、ステップＳ１２０及びステップＳ１３０の処理を順次施す。必要に応じては、これらのステップＳ１１０、Ｓ１２０及びＳ１３０に対し、更に別のステップを適宜組み合わせてもよい。
【００４７】
まず、ステップＳ１１０では、黒鉛を含有する鋳鉄部材Ｃに対し黒鉛除去処理を行う。この黒鉛除去処理によって、図８中の（Ｃ−１）に示すような断面組成を有する鋳鉄部材Ｃの表面付近に存在するＳｉが取り除かれる（図８中の（Ｃ−２）参照）。この黒鉛除去処理の具体例としては、金属表面に超音波を付与する超音波振動処理や脱炭処理などが挙げられる。なお、超音波振動処理に関しては、具体的には、アセトンや水等の溶剤などに被処理物を浸漬しながら約１０分間超音波振動を付与し外表面の黒鉛を機械的に脱落させる。また、脱炭処理に関しては、具体的には、カーボンポテンシャルを０．３程度に保った高温キャリアガス（１０００℃）内に被処理物を１５分程度放置して外表面を脱炭させる。ここでいう黒鉛除去処理が、本発明における「黒鉛除去処理」に相当し、このステップＳ１１０が、本発明において「摩擦流動処理ステップの前に、鋳鉄部材の基材表面の黒鉛除去を行う黒鉛除去処理ステップ」に相当する。
【００４８】
次に、ステップＳ１２０によって、ステップＳ１１０によって黒鉛除去処理された後の鋳鉄部材Ｃの表面に図８中の（Ｃ−３）に示すような摩擦流動処理を施す。この摩擦流動処理としては、前述のアルミニウム鋳造部材Ａ及びアルミニウム鋳造部材Ｂに対して施したステップＳ２０と同様の処理を用いる。これにより、鋳鉄部材Ｃの表面付近において、金属組織が微細化（緻密化）され、数μｍ〜１００ｎｍ以下の結晶粒をもつ塑性流動層（「微細結晶層」或いは「ナノ結晶層」）が形成されることとなる（図８中の（Ｃ−４）参照）。この塑性流動層は、鋳巣、偏析、不均一な結晶粒界をもたない均一化（均質化）された微細化組織構造を有し、しかも基材の強度を高めた構造とされる。ここでいう摩擦流動処理が、本発明における「摩擦流動処理」し、この摩擦流動処理によって形成された塑性流動層が、本発明における「塑性流動層」を構成している。また、このステップＳ１２０が、本発明において「鋳造部材の基材表面を摩擦流動処理することによって塑性流動層を形成させる摩擦流動処理ステップ」に相当する。
【００４９】
次に、ステップＳ１３０によって、ステップＳ１２０によって摩擦流動処理された後の鋳鉄部材Ｃの塑性流動層にメッキ処理（Ｎｉ−Ｐの無電解メッキ処理）を施す。このメッキ処理によって、鋳鉄部材Ｃの表面付近にメッキ被膜１０６としてのメッキ層が形成されることとなる（図８中の（Ｃ−５）参照）。このメッキ層は、鋳巣、偏析などの欠陥のない均一層（均質層）であり、塑性流動層の強度を更に高めた構造とされる。ここでいうメッキ処理が、本発明における「硬化処理」に相当し、このメッキ処理によって形成されたメッキ層（メッキ被膜１０６）が本発明における「硬化処理部」を構成している。また、このステップＳ１３０が、本発明において「摩擦流動処理ステップにて形成された塑性流動層を硬化処理することによって表面側に硬化処理層を形成させる硬化処理ステップ」に相当する。
【００５０】
上記鋳鉄部材Ｃの表面のメッキ層は、鋳巣がなく、偏析や結晶粒界が微細化された塑性流動層を更にメッキ処理することによって形成されるため、基材表面におけるメッキ層の密着性を向上させることができ、耐熱性及び耐酸化性に優れた排気バルブ構造が実現される。
【００５１】
なお、本実施の形態では、バルブハウジング１０２の少なくとも内周面にメッキ被膜１０６が形成されればよく、バルブハウジング１０２の内周面のみにメッキ被膜１０６が形成されてもよいし、或いはバルブハウジング１０２全体にメッキ被膜１０６が形成されてもよい。また、ボア部１０３の各部位のうち弁体１０４と対向する部位に、メッキ被膜１０６を集中的に形成させるように構成することもできる。また、本発明においてメッキ被膜１０６のような被膜を、弁体と、ボア部の各部位のうち当該弁体と対向する部位との少なくとも一方に設けることができ、ボア部１０３に形成されるこのメッキ被膜１０６を、ボア部１０３にかえて或いはボア部１０３に加えて、弁体１０４に設けるようにすることもできる。
【００５２】
（他の実施の形態）
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００５３】
上記実施の形態では、第１の実施形態として本発明を燃料ポンプ１の構成に適用した場合について記載し、また第２の実施形態として本発明を排気バルブ１０１の構成に適用した場合について記載したが、本発明では、第１の実施形態及び第２の実施形態を組み合わせた構成を採用することもできる。
【００５４】
また、上記第１の実施形態では、燃料ポンプ１において摩擦流動処理された後のアルミニウム鋳造部材の塑性流動層に対し、硬化処理として陽極酸化処理を施す場合について記載したが、この陽極酸化処理にかえて第２の実施形態に記載のようなメッキ処理を硬化処理として用いることもできる。
【００５５】
また、上記第１の実施形態では、内燃機関において燃料が流通する流通経路上に配設される燃料ポンプ１について記載し、また上記第２の実施形態では、内燃機関において排気ガスが流通する流通経路上に配設される排気バルブ１０１の構成について記載したが、本発明は、内燃機関において、燃料、排気ガス、吸気ガスなどの各種の流体が流通する流通経路上に配設される鋳造製品の構成に対し適用可能な技術である。具体的には、燃料が流通する燃料ポンプ、排気ガスが流通する排気バルブ（排気絞り弁）や排気過給機等の排気系部品、吸気ガスが流通する吸気バルブや吸気系部品等が挙げられる。また、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンをはじめとする各種の内燃機関に対し適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施形態における燃料ポンプ１の全体構成を示す部分断面図である。
【図２】図１中の燃料ポンプ１のハウジング２及びポンプケーシング１０の構成を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態における「アルミニウム鋳造部材の表面処理」に関する処理フローである。
【図４】アルミニウム鋳造部材Ａの表面処理に対し図３中の処理フローを適用した場合を模式的に示す図である。
【図５】アルミニウム鋳造部材Ｂの表面処理に対し図３中の処理フローを適用した場合を模式的に示す図である。
【図６】第２の実施形態における排気バルブ１０１の全体構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態における「鋳鉄部材の表面処理」に関する処理フローである。
【図８】鋳鉄部材Ｃの表面処理に対し図７中の処理フローを適用した場合を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…燃料ポンプ
２…ハウジング
３…電動モータ
４…モータシャフト
５…吸入口
６…吐出口
７…ポンプ機構
１０…ポンプケーシング
１１…ポンプカバー
１２…ポンプボディー
１２ａ…被処理面
１３…インペラ
１４…サイド吸入路
１５，１７…圧縮流路
１６…吐出流路
１８，１９…羽根溝
２０…取付け筒
２２…燃料フィルタ
１０１…排気バルブ
１０２…バルブハウジング
１０３…ボア部
１０４…弁体
１０５…バルブシャフト
１０６…メッキ被膜
【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】
2007315300.tif 000007
【図６】
2007315300.tif 000008
【図７】
2007315300.tif 000009
【図８】
2007315300.tif 000010