(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックの予備成形体を鋳造する鋳造工程と、
前記シリンダブロックの予備成形体に形成されたシリンダボアを、絶縁体を介在させて導電体からなる第１および第２の閉塞部材により閉塞するとともに、前記第１または第２の閉塞部材に形成された柱状部を前記シリンダボアに遊びがある状態で挿入し、さらに、前記シリンダボアの内部を負圧にする排気工程と、
前記第１または第２閉塞部材をアース電極に接続するとともに、前記シリンダボアを電源の負極側に接続して電圧を印加した状態で前記第１または第２閉塞部材に設置されたプラズマ発生装置によりプラズマを発生させて前記プラズマ中のイオンを前記シリンダボアの内周壁に注入するイオン注入工程と、
を備えることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシリンダブロックの製造方法において、
前記イオン注入工程に続いてプラズマを発生させ、前記プラズマ中のイオンを前記シリンダボアの内周壁の表面に堆積させて、前記イオンの源である元素を構成成分とする薄膜を形成する薄膜形成工程をさらに備えることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項３】
シリンダブロックの予備成形体に形成されたシリンダボアの一端部を閉塞する第１の閉塞部材と、
前記シリンダボアの他端部を閉塞する第２の閉塞部材と、
閉塞された前記シリンダボアの内部を負圧にするための排気機構と、
前記シリンダボアに負極が接続される電源と、
前記第１または第２の閉塞部材の少なくともいずれか一方に設置されたプラズマ発生装置と、
を備え、
前記第１または第２の閉塞部材に、前記シリンダボアに遊びがある状態で挿入される柱状部が形成され、
前記第１および第２の閉塞部材が導電体であり、かつ、該第１および第２の閉塞部材はアース電極に接続されており、さらに、前記シリンダボアと前記第１および第２の閉塞部材との間に介在された絶縁体を備えることを特徴とするシリンダブロックの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダブロックの製造方法とその製造装置に関し、一層詳細には、内周壁の耐摩耗性や熱応力緩和能力等に著しく優れ、かつピストンが良好に摺動することができるシリンダボアを具備するシリンダブロックの製造方法とその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用レシプロタイプのエンジンにおいては、シリンダブロックに形成されたシリンダボアの内部をピストンが高速で往復動作する。このため、シリンダボアの内部にはシリンダライナが装着されることが通例である。この場合、ピストンがシリンダライナの内周壁に摺接するので、シリンダボア内周壁の摩耗が回避されるからである。また、ピストンの摺接によって摩擦熱が発生するが、シリンダブロックとピストンとの間にはシリンダライナが介在されているので熱応力が緩和され、その結果、シリンダブロックの疲労破壊が回避されるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリンダライナを装着した場合には、エンジンの重量増加を招くという不具合が生じる。また、シリンダブロックの製造工程においては、シリンダライナをシリンダボアの内部に圧入してシリンダブロックと一体化する等の工程や熱処理工程が必要となるので、生産効率が低くなるという不具合がある。さらに、熱処理工程においては重金属を含む廃水が発生するので、この重金属を除去するための設備が必要となる。すなわち、廃水を処理するためのコストが必要となるので、シリンダブロックの製造コストの上昇が惹起される。
【０００４】
そこで、シリンダボアの内周壁に耐摩耗性や熱応力緩和能力を具備させて、該内周壁に直接ピストンを摺接させるようにすれば、シリンダライナの装着が不要となることが想起される。そして、これを達成するためには、シリンダボアの内周壁にＮｉ−ＳｉＣ複合メッキ被膜（ニカジルメッキ被膜）を形成することが有効であると考えられる。しかしながら、ニカジルメッキ被膜を形成する場合には電解メッキ処理を行わなければならないので、重金属を含む廃水が発生する。したがって、この場合においても、廃水を処理するための処理コストが必要であるという不具合が露呈する。
【０００５】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、シリンダブロックを構成するシリンダボアの内周壁の耐摩耗性や熱応力緩和能力等が著しく優れ、かつピストンが良好に摺動することができるシリンダボアを具備し、シリンダライナが不要であり、このため、製造工程を簡素化することが可能な、しかも重金属を含む廃水の処理や大規模な設備の設置を必要とすることのないシリンダブロックの製造方法とその製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、本発明者は、シリンダボアの内周壁にピストンが摺接することが可能となるように、該内周壁にイオンを注入して耐摩耗性や熱応力緩和能力を具備するように該内周壁を改質することを試みた。この際、本発明者はプラズマソースイオン注入（ＰＳＩＩ）法に着目した。このＰＳＩＩ法によれば、シリンダボアの内周壁に対して均一にイオンを注入することが可能であると考えられたからである。
【０００７】
すなわち、まず、プラズマ発生装置のチャンバ内に配置され、パルス電源の負極側に接続された台座にシリンダブロックを載置した後、該チャンバ内を排気して負圧とする。次に、前記パルス電源から前記台座を介してシリンダブロックへパルス電圧を印加する。この状態でプラズマを発生させると、該プラズマ中の正イオンはシリンダブロックに電気的に吸引され、該シリンダブロックの全表面に注入される。その結果、シリンダボアの内周壁にもイオンが注入されるに至る。
【０００８】
しかしながら、この従来技術に係るプラズマ発生装置を使用してシリンダブロックに対しＰＳＩＩ法を行う場合、以下のような不都合がある。
【０００９】
周知のようにシリンダブロックは大きな形状であり、しかも重量が大である。このため、組立生産ラインからプラズマ発生装置のチャンバ内へシリンダブロックを搬送するためのクレーンやホイスト等の設備を設けることが必要となる。また、シリンダブロックを載置する台座やチャンバも大形状でかつシリンダブロックの重量に対して耐久性のある高強度のものとしなければならない。すなわち、大規模な設備が必要となり、また、そのような設備の設置のために高額の投資費用が必要となる。
【００１０】
しかも、この場合、改質しようとするのはシリンダボアの内周壁であるのに対して、シリンダブロックの内周壁および外周壁の全表面に亘ってイオンが注入されることになる。すなわち、シリンダボアの内周壁に効率よくイオンを注入することができない。換言すれば、シリンダボアの内周壁を改質するために長時間を要するので、製造コストの上昇を招く。
【００１１】
結局、従来技術に係るプラズマ発生装置を使用してシリンダブロックに対しＰＳＩＩ法を実施する場合、製造コストの上昇が惹起され、その結果、このシリンダブロックを一部品とするエンジンが搭載された自動車の価格を高騰させてしまうという不都合がある。
【００１２】
以上のような問題を解決するために、本発明者はシリンダボアの内周壁に効率よくイオンを注入することができる方法および装置につき鋭意検討を重ね、本発明をするに至った。
【００１３】
すなわち、本発明によれば、例えば、Ｆｅ合金からなり、シリンダボアの内周壁にＭｇ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つのイオンが注入されたエンジン用シリンダブロックが得られる。
【００１４】
また、例えば、Ａｌ合金からなり、シリンダボアの内周壁にＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つのイオンが注入されたエンジン用シリンダブロックが得られる。
【００１５】
さらに、例えば、Ｍｇ合金からなり、シリンダボアの内周壁にＹ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つのイオンが注入されたエンジン用シリンダブロックが得られる。
【００１６】
イオンが注入されたシリンダボアの内周壁は、耐摩耗性や熱応力緩和能力等が著しく向上し、また、ピストンが良好に摺動することが可能なように改質される。このため、シリンダライナを装着する必要がない。したがって、シリンダブロックの製造工程が簡素化されるとともに重金属を含む廃水の処理が不要となる。
【００１７】
この場合、前記内周壁の表面に薄膜が形成されていることが好ましい。該内周壁の耐摩耗性や熱応力緩和能力がさらに向上し、また、ピストンがさらに良好に摺動するようになるからである。薄膜の構成成分としては、シリンダブロックがＦｅ合金からなる場合にはＭｇ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つ、Ａｌ合金からなる場合にはＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つ、Ｍｇ合金からなる場合にはＹ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つが選定される。
【００１８】
また、本発明に係るシリンダブロックの製造方法は、シリンダブロックの予備成形体を鋳造する鋳造工程と、前記シリンダブロックの予備成形体に形成されたシリンダボアを第１および第２の閉塞部材により閉塞して内部を負圧にする排気工程と、前記シリンダボアを電源の負極側に接続して電圧を印加した状態で前記第１または第２の閉塞部材に設置されたプラズマ発生装置によりプラズマを発生させて前記プラズマ中のイオンを前記シリンダボアの内周壁に注入するイオン注入工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
これにより、シリンダボアの内周壁にイオンが効率よく注入される。その結果、該内周壁が改質される。
【００２０】
この場合、前記イオン注入工程に続いてプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンを前記シリンダボアの内周壁の表面に堆積させて、前記イオンの源である元素を構成成分とする薄膜を形成する薄膜形成工程をさらに備えることが好ましい。イオンが注入されたシリンダボアの内周壁がさらに改質されるからである。
【００２１】
なお、イオン注入工程および薄膜形成工程は、第１および第２の閉塞部材として導電体を用い、かつ、該第１および第２の閉塞部材とシリンダボアとの間に絶縁体を介在させるとともに前記第１または第２の閉塞部材をアース電極に接続して行う。これにより、シリンダボアの内周壁が第１または第２の閉塞部材よりも低電位となるので、プラズマ中の正イオンが前記内周壁に電気的に吸引される。したがって、イオンの注入や薄膜の形成を効率よく営ませることができる。
【００２２】
さらに、本発明に係るシリンダブロックの製造装置は、シリンダブロックの予備成形体に形成されたシリンダボアの一端部を閉塞する第１の閉塞部材と、前記シリンダボアの他端部を閉塞する第２の閉塞部材と、閉塞された前記シリンダボアの内部を負圧にするための排気機構と、前記シリンダボアに負極が接続される電源と、前記第１または第２の閉塞部材の少なくともいずれか一方に設置されたプラズマ発生装置とを備えることを特徴とする。
【００２３】
このような構成にすることにより、シリンダボアの内周壁に対して集中的にイオンが注入され、また、薄膜の形成が行われる。すなわち、大規模な設備を設置することなくシリンダボアの内周壁を効率よく改質することができる。
【００２４】
この場合、第１および第２の閉塞部材を導電体とし、かつ該第１および第２の閉塞部材をアース電極に接続し、さらに、前記シリンダボアと前記第１および第２の閉塞部材との間に介在された絶縁体を備えるようにして製造装置を構成する。シリンダボアの内周壁に対するイオン注入および薄膜形成をより効率よく行うことができるからである。
【００２５】
さらに、第１または第２の閉塞部材に柱状部を形成し、この柱状部をシリンダボアに遊びがある状態で挿入する。シリンダボアの内周壁に対するイオン注入および薄膜形成をさらに効率よく行うことができるからである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリンダブロックの製造方法につきそれを実施する製造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
本実施の形態に係るシリンダブロックの全体斜視図を図１に示す。図１に示されるように、このシリンダブロック１０には６つのシリンダボア１２ａ〜１２ｆが形成されている。そして、各々のシリンダボア１２ａ〜１２ｆの内周壁１４ａ〜１４ｆにはイオンが注入されており、かつ、該内周壁１４ａ〜１４ｆの表面には薄膜が形成されている。
【００２８】
これを、シリンダボア１２ａを例とし、その概略断面である図２を参照してさらに詳細に説明する。なお、図２中、参照符号１５は水ジャケット部となる間隙を示す。
【００２９】
図２に示されるように、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａにはイオン１６が注入されている。このイオン１６は、後述するように、プラズマ中の正イオンがパルス電源の負極に接続されたシリンダボア１２ａに電気的に吸引されることにより注入される。
【００３０】
注入されるイオン１６としては、耐摩耗性や熱応力緩和能力が向上し、かつ、ピストンが高速で往復動作する場合に該ピストンが良好に摺動できるように内周壁１４ａを改質するものが選定される。すなわち、シリンダブロック１０がＦｅ合金からなる場合にはＭｇ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つが注入される。また、シリンダブロック１０がＡｌ合金からなる場合にはＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つ、Ｍｇ合金からなる場合にはＹ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つがそれぞれ注入される。
【００３１】
上記したようなイオン１６が注入されると、内周壁１４ａは、耐摩耗性や熱応力緩和能力が著しく優れるようになるとともにピストンが良好に摺動動作し、かつ耐食性も優れるようになる。すなわち、改質される。
【００３２】
この内周壁１４ａの表面には、上述したイオン注入が行われた後にプラズマの発生が続行されることにより析出・成長した薄膜１８が形成されている。すなわち、薄膜１８は、プラズマ中のイオン１６が内周壁１４ａの表面に吸引されて電気的に中性となり、元素として堆積したものである。したがって、薄膜１８にはプラズマ中のイオンの源である元素が構成成分として含まれる。さらには、シリンダブロック１０の構成材料の元素が含有されることもある。
【００３３】
例えば、シリンダブロック１０がＦｅ合金からなり、シリンダボア１２ａの内部でＮのイオンおよびＢのイオンを含むプラズマを発生させた場合、該シリンダボア１２ａの内周壁１４ａにはＮおよびＢのイオン１６が注入される。プラズマの発生をさらに続行させると、該内周壁１４ａの表面にはＢ−Ｎ系化合物からなる薄膜１８が形成される。
【００３４】
この場合、薄膜１８の構成材料はＢ−Ｎ系化合物に限定されるものではなく、別の例としてはＭｇ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つを構成成分とする材料を挙げることができる。また、シリンダブロック１０がＡｌ合金からなる場合にはＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つを、Ｍｇ合金からなる場合にはＹ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓからなる群から選択された少なくとも１つを、それぞれにおける薄膜１８の構成成分の例として挙げることができる。
【００３５】
上記したような薄膜１８が形成されることにより、該内周壁１４ａの耐摩耗性や熱応力緩和能力、耐食性が一層向上し、また、該内周壁１４ａに対してピストンがさらに良好に摺動動作するようになる。
【００３６】
このシリンダブロック１０は、以下に説明する製造装置および製造方法により製造することができる。
【００３７】
本実施の形態に係るシリンダブロック製造装置を鋳物としてのシリンダブロック（以下、予備成形体という）に形成されたシリンダボア１２ａに取り付けた状態を図３に示す。図３に示されるように、このシリンダブロック製造装置２０が備えるプラズマ発生装置２２ａ、２２ｂは、シリンダボア１２ａの一端部を閉塞する閉塞部材２４ａに設置されている。そして、シリンダボア１２ａの他端部は閉塞部材２４ｂにより閉塞されている。
【００３８】
プラズマ発生装置２２ａ、２２ｂとしては特に限定されるものではなく、イオン源となる物質の形態に対応して種々の装置を採用することができる。例えば、イオン源が気体であれば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置を選定することができ、導電度の高い固体であればアーク放電装置を選定することができる。また、固体をイオン源とする場合、電子衝撃装置、高周波放電励起装置、電子ビーム励起装置、高周波マグネトロンスパッタ装置あるいはイオン化クラスタビーム装置等を選定することもできる。これらの装置は、導電度が低い固体であってもイオン源として用いることができる。本実施の形態のシリンダブロック製造装置２０においては、プラズマ発生装置２２ａとしてＥＣＲ装置を採用し、プラズマ発生装置２２ｂとしてアーク放電装置を採用している。
【００３９】
図３を参照して、シリンダブロック製造装置２０の構成をより詳細に説明する。
【００４０】
ＥＣＲ装置であるプラズマ発生装置２２ａにおいては、閉塞部材２４ａの外周壁に凹部２６が形成されており、該凹部２６には電磁石コイル２８が埋入されている。また、閉塞部材２４ａの一端部には導波管３０が形成されており、この導波管３０の一端部は図示しないマイクロ波発生源に接続されている。なお、導波管３０に代替して同軸ケーブルやアンテナを使用してもよい。
【００４１】
そして、閉塞部材２４ａには貫通孔３２が形成されており、該貫通孔３２は閉塞部材２４ａの端面に突出形成された突出部３４に連通している。さらに、この突出部３４には、イオン源となる気体をシリンダボア１２ａの内部に導入するための送気管３６が接続されている。該送気管３６にはマスフローコントローラ３８が介装されており、シリンダボア１２ａ内へ導入される気体の量を正確に制御できるようになっている。
【００４２】
一方、アーク放電装置であるプラズマ発生装置２２ｂにおいては、絶縁体３９を介して閉塞部材２４ａに設置されたターゲット電極４０が直流電源４２の負極に接続され、また、このターゲット電極４０の一端面には、抵抗４４を介して直流電源４２の正極に接続されたトリガー電極４６が前記ターゲット電極４０に接触しない状態で対向している。なお、直流電源４２の正極は、リード線４８ａを介してアース電極５０ａに接続されている。すなわち、直流電源４２により電圧が印加された場合には、トリガー電極４６がターゲット電極４０よりも高電位となり、両者間に高電圧が発生する。
【００４３】
そして、ターゲット電極４０の他端面に対向する閉塞部材２４ａには、電磁石コイル５１が設置されている。この電磁石コイル５１により、ターゲット電極４０におけるアーク放電発生箇所の移動方向や移動速度が制御される。
【００４４】
以上のことから諒解されるように、閉塞部材２４ａは、プラズマ発生装置２２ａ、２２ｂの構成部材としても兼用されている。
【００４５】
また、閉塞部材２４ｂにおいても貫通孔５２が形成されており、該貫通孔５２は閉塞部材２４ｂの端面に突出形成された突出部５４に連通している。そして、この突出部５４には、真空ポンプ５６の吸気口に連通する吸気管５８が接続されている。
【００４６】
これら閉塞部材２４ａ、２４ｂは導電体からなり、両者はリード線４８ｂ、４８ｃを介してアース電極５０ｂにそれぞれ接続されている。また、閉塞部材２４ａ、２４ｂとシリンダボア１２ａの各端部との間には絶縁体６０ａ、６０ｂがそれぞれ介在されている。
【００４７】
ここで、図４に示すように、閉塞部材２４ｂとして中央に柱状部２４ｃが形成されているものを用いて該柱状部２４ｃをシリンダボア１２ａ内に挿入すると、後述するようにイオン１６の注入および薄膜１８の形成が効率的に行われるので好適である。この場合、柱状部２４ｃの直径はシリンダボア１２ａの直径よりも小さく設定され、したがって、柱状部２４ｃと内周壁１４ａとの間には間隙６１が形成される。この柱状部２４ｃは、閉塞部材２４ｂと同電位である。
【００４８】
一方、シリンダボア１２ａにはリード線４８ｄの一端が接続されており、このリード線４８ｄの他端はパルス電源６２の負極に接続されている。すなわち、シリンダボア１２ａはリード線４８ｄを介してパルス電源６２の負極に接続されている。また、該パルス電源６２の正極は、リード線４８ｅを介してアース電極５０ｃに接続されている。
【００４９】
次に、本実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法のフローチャートを図５に示す。図５に示されるように、この製造方法は、予備成形体を鋳造する鋳造工程Ｓ１と、該予備成形体に上記のような構成のシリンダブロック製造装置２０を取り付けた後に該予備成形体に形成されたシリンダボアの内部を負圧にする排気工程Ｓ２と、前記シリンダボアの内周壁にイオン１６を注入するイオン注入工程Ｓ３と、前記内周壁の表面に薄膜１８を形成する薄膜形成工程Ｓ４とを備える。
【００５０】
以下、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａに対してイオン１６の注入および薄膜１８の形成を行う場合を例として説明する。
【００５１】
まず、鋳造工程Ｓ１において、Ｆｅ合金、Ａｌ合金またはＭｇ合金等の溶湯を鋳型のキャビテイに導入する。その後、該溶湯を固化させることにより、前記各合金からなる予備成形体を作製する。
【００５２】
次いで、予備成形体に作製されたシリンダボア１２ａにシリンダブロック製造装置２０を取り付ける（図３、図４参照）。その後、排気工程Ｓ２において、シリンダボア１２ａの内部を排気する。すなわち、真空ポンプ５６により突出部５４の貫通孔５２および吸気管５８を介してシリンダボア１２ａの内部を負圧にする。この際の真空度は、プラズマの発生およびイオン１６の注入に好適な範囲に設定される。具体的には、１０-4〜１０-2Ｐａ程度とすることが好ましい。
【００５３】
次いで、イオン注入工程Ｓ３において、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａにイオン１６を注入する。
【００５４】
具体的には、シリンダボア１２ａに対してパルス電源６２によりパルス電圧を印加する。この際、閉塞部材２４ａ、２４ｂとシリンダボア１２ａの各端部との間には絶縁体６０ａ、６０ｂが介在されているとともに閉塞部材２４ａ、２４ｂはアース電極５０ｂに接続されており、かつ、シリンダボア１２ａはパルス電源６２の負極に接続されているので、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａにおける電位は閉塞部材２４ａ、２４ｂにおける電位よりも低くなる。なお、シリンダボア１２ａに印加するパルス電圧としては、電圧−１００Ｖ以下、周波数１０Ｈｚ以上が好ましく、電圧−１ｋＶ以下、周波数１００Ｈｚ以上がより好ましい。
【００５５】
この状態で、プラズマ発生装置２２ａ、２２ｂを作動させてプラズマを発生させる。すなわち、プラズマ発生装置２２ａにおいて、マスフローコントローラ３８により流量を制御しながらシリンダボア１２ａ内に送気管３６を介して気体Ｇを導入する。そして、電磁石コイル２８が発生する磁場中にまで至った気体Ｇに対し、その運動周期に共鳴するマイクロ波（電磁波）Ｍを前記図示しないマイクロ波発生源から印加する。これにより、気体Ｇが活性化されてイオンに解離するとともにプラズマＰ１が発生する。例えば、アセチレン等の炭化水素化合物、ジボラン等の水素化ホウ素化合物あるいはシラン等の水素化ケイ素化合物等の気体がイオン源として用いられた場合には、Ｃ、ＢあるいはＳｉのイオンを含むプラズマＰ１が発生する。
【００５６】
一方、プラズマ発生装置２２ｂにおいて、ターゲット電極４０およびトリガー電極４６に直流電圧を印加することにより両者を導電状態とする。上記したように両者は互いに接触しない状態で対向しており、かつ、トリガー電極４６に比してターゲット電極４０が高電位となるように直流電源４２へ接続されている。このため、両者間に高電圧が発生してアーク放電が起こるようになる。その結果、低電位であるターゲット電極４０の構成成分を源とするイオンを含むプラズマＰ２ａ、Ｐ２ｂが発生する。例えば、ターゲット電極４０がＷ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃ、ＺｎあるいはＺｒから構成されている場合、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃ、ＺｎあるいはＺｒのイオンを含むプラズマＰ２ａ、Ｐ２ｂが発生する。ここで、ターゲット電極４０におけるアーク放電発生箇所は電磁石コイル５１の磁場により移動する。したがって、ターゲット電極４０からのプラズマＰ２ａ、Ｐ２ｂの発生が維持される。
【００５７】
これらプラズマ発生装置２２ａ、２２ｂは、同時に作動させてもよいし別々に作動させてもよい。すなわち、注入するイオン１６が２種類以上である場合、これらを同時に注入してもよく、１つずつ別々に注入してもよい。
【００５８】
上記したように、アース電極５０ｂに接続されかつ絶縁体６０ａ、６０ｂにより内周壁１４ａと電気的に絶縁された閉塞部材２４ａ、２４ｂにおいては、内周壁１４ａに比して高電位となる。そして、上記各イオンは正イオンであり、したがって、シリンダボア１２ａ内においては、これらの正イオンは低電位である内周壁１４ａに強力に吸引され、該内周壁１４ａに優先的に注入されるに至る。すなわち、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａに効率よくイオン１６を注入することができる。
【００５９】
このように、本実施の形態に係るシリンダブロックの製造方法においては、パルス電源６２によりシリンダボア１２ａが低電位とされるので、その内周壁１４ａにイオン１６を効率よく注入することができる。
【００６０】
最後に、薄膜形成工程Ｓ４において、薄膜１８を形成する。すなわち、プラズマ発生装置２２ａ、２２ｂによるプラズマＰ１、Ｐ２ａおよびＰ２ｂの発生を続行させる。この場合、プラズマＰ１、Ｐ２ａおよびＰ２ｂ中のイオンが内周壁１４ａの表面に吸引されて電気的に中性となり元素として堆積し、その結果、薄膜１８が形成される。薄膜１８の厚みはピストンの摺動動作を妨げない程度に設定されることはいうまでもない。
【００６１】
このように、薄膜１８は、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａに注入されたイオン１６の源である元素を構成成分としてなる。例えば、プラズマ発生装置２２ａによりＣのイオンを含むプラズマＰ１を発生させた場合、内周壁１４ａの表面にはダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）の薄膜１８が形成される。また、プラズマ発生装置２２ａによりＣのイオンを含むプラズマＰ１を発生させ、かつプラズマ発生装置２２ｂによりＷのイオンを含むプラズマＰ２ａ、Ｐ２ｂを発生させた場合、薄膜１８はＷ−Ｃ系化合物からなる。
【００６２】
薄膜１８が形成される場合においても、プラズマ発生装置２２ａ、２２ｂにより発生したプラズマＰ１、Ｐ２ａおよびＰ２ｂ中のイオンは、アース電極５０ａに接続されかつ絶縁体６０ａ、６０ｂにより内周壁１４ａと電気的に絶縁された閉塞部材２４ａ、２４ｂに比して低電位であるシリンダボア１２ａの内周壁１４ａの表面に優先的に吸引される。すなわち、該内周壁１４ａの表面に薄膜１８が効率よく形成される。
【００６３】
ここで、閉塞部材２４ｂとして柱状部２４ｃが形成されたものを使用した場合（図４参照）、該柱状部２４ｃによってシリンダボア１２ａの中空内部の中心が閉塞される。また、上記したように、この柱状部２４ｃは閉塞部材２４ｂと同電位であり、シリンダボア１２ａの内周壁１４ａよりも電位が高い。したがって、発生したプラズマＰ１、Ｐ２ａおよびＰ２ｂが間隙６１に導入され、効率的にシリンダボア１２ａの内周壁１４ａの表面に到達する。このため、イオン１６の注入および薄膜１８の形成が一層効率よく行われる。
【００６４】
以後、シリンダボア１２ｂ〜１２ｆにおいても同様に上記工程Ｓ２〜Ｓ４を行えば、耐摩耗性や熱応力緩和能力に優れ、かつピストンが良好に摺動するように改質された内周壁１４ｂ〜１４ｆを有するシリンダボア１２ｂ〜１２ｆを具備するシリンダブロック１０が完成されるに至る。勿論、２つ以上のシリンダボアに対してイオン１６の注入および薄膜１８の形成を同時に行うようにしてもよい。
【００６５】
このシリンダブロック１０のシリンダボア１２ａ〜１２ｆには、シリンダライナを装着する必要がない。上記したように、該シリンダボア１２ａ〜１２ｆの内周壁１４ａ〜１４ｆ自体が耐摩耗性や熱応力緩和能力に優れ、かつ該内周壁１４ａ〜１４ｆにおいてはピストンが良好に摺動するからである。したがって、予備成形体にシリンダライナを装着する工程が不要となるので、製造工程を簡素化することができる。さらに、重金属を含む廃水が発生しないので、シリンダブロックの製造コストを著しく低減することができる。
【００６６】
なお、上記した実施の形態においては、プラズマ発生装置２２ｂとしてアーク放電装置を採用し、プラズマ発生装置２２ａとともに閉塞部材２４ａに設置したが、例えば、図６に示すように、電子ビーム励起装置をプラズマ発生装置２２ｂとして採用し、閉塞部材２４ｂに設置してもよい。この場合、電子銃６４のカソードを加熱することによって、または、電子銃６４に電圧を印加することによって電子を得、これを集束して加速させ、電子ビーム６５とする。そして、この電子ビーム６５を、電磁石コイル６６に囲撓された台座６８上のターゲット７０（イオン源）に照射すればよい。電磁石コイル６６の磁場により電子ビーム６５は効率的にターゲット７０に集束される。そして、ターゲット７０における電子ビーム６５が照射された部位は高温となって一部が蒸発し、その結果、プラズマＰ３が発生する。
【００６７】
また、予備成形体に対して排気工程Ｓ２を行う前に、シリンダボア１２ａ〜１２ｆの各内周壁１４ａ〜１４ｆの表面を脱脂するための洗浄を行ってもよい。さらに、閉塞部材２４ａ、２４ｂを取り付けた後、例えば、Ａｒイオンによりシリンダボア１２ａ〜１２ｆの各内周壁１４ａ〜１４ｆの表面をスパッタしてもよい。このように脱脂やスパッタを行うことにより内周壁１４ａ〜１４ｆが清浄化されるので、好適である。
【００６８】
【実施例】
［実施例１］
Ｆｅ合金の溶湯を鋳造することにより、シリンダブロック１０の予備成形体を作製した。この予備成形体のシリンダボア１２ａ〜１２ｆを閉塞した後内部を排気して負圧にし、次いで、ＥＣＲ装置であるプラズマ発生装置２２ａおよびアーク放電装置であるプラズマ発生装置２２ｂによりシリンダボア１２ａ〜１２ｆの内周壁１４ａ〜１４ｆに対して種々のイオン１６を注入し、また、薄膜１８を形成してシリンダブロック１０を製造した。このシリンダブロック１０を一部品としてエンジンを組み立て、ピストンをシリンダボア１２ａ〜１２ｆの内部で往復動作させて、内周壁１４ａ〜１４ｆの耐摩耗性、靱性および耐熱性を調べた。また、ピストンの摺動状態を観察した。さらに、内周壁１４ａ〜１４ｆの耐食性を調べた。
【００６９】
結果を、従来技術に係るシリンダライナの内周壁における各特性と比較して図７に示す。なお、図７において、○は実施例１における特性が従来技術に係るシリンダライナの内周壁に比して優れていることを意味し、◎は著しく優れていることを意味している。また、△は両者が同程度の特性であったことを表している。さらに、耐熱性が良好であるものは、熱応力緩和能力が優れているものであることを表している。後述する図８においても同様である。
【００７０】
図７から、シリンダボア１２ａ〜１２ｆの内周壁１４ａ〜１４ｆにイオン１６が注入され、また、薄膜１８が形成されたＦｅ合金からなるシリンダブロック１０は、従来技術に係るシリンダライナよりも上記各特性が優れることが明らかである。
［実施例２、３］
Ａｌ合金の溶湯またはＭｇ合金の溶湯を鋳造してシリンダブロック１０の予備成形体を作製したことを除いては実施例１に準拠してシリンダブロック１０を一部品とするエンジンを組み立てた。このシリンダブロック１０のシリンダボア１２ａ〜１２ｆにおける上記各特性を図８に併せて示す。
【００７１】
この図８から、シリンダブロック１０がＡｌ合金またはＭｇ合金からなる場合であっても、シリンダボア１２ａ〜１２ｆの内周壁１４ａ〜１４ｆにイオン１６が注入され、また、薄膜１８が形成されることにより、従来技術に係るシリンダライナよりも上記各特性が優れるようになることが諒解される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって得られたシリンダブロックは、耐摩耗性や熱応力緩和能力等が著しく向上し、また、ピストンが良好に摺動することができるシリンダボアを備える。このため、該シリンダボアにシリンダライナを装着する必要がない。したがって、シリンダブロックの製造工程が簡素化されるとともに重金属を含む廃水の処理が不要となる。
【００７３】
また、本発明に係るシリンダブロックの製造方法および製造装置によれば、シリンダボアの内周壁に対するイオンの注入や薄膜の形成を、大規模な設備を新たに設置することなく、しかも、効率よく行うことができる。すなわち、シリンダブロックの製造コストを上昇させることなく、シリンダボアの内周壁またはシリンダブロックの内周壁を改質することができるという効果が達成される。
【００７４】
この場合、閉塞部材をアース電極に接続し、かつシリンダボアを電源の負極に接続して、シリンダボアにおける電位を閉塞部材における電位よりも低くすることが好ましい。これにより、イオンの注入や薄膜の形成を一層効率よく行うことができる。さらに、閉塞部材に柱状部を形成し、該柱状部をシリンダボアに遊びがある状態で挿入することにより、イオンの注入や薄膜の形成をより一層効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシリンダブロックの概略全体斜視説明図である。
【図２】図１のシリンダブロックに形成されたシリンダボアの概略縦断面図である。
【図３】本実施の形態に係るシリンダブロック製造装置をシリンダボアに組み込んだ状態を示す概略縦断面説明図である。
【図４】閉塞部材として柱状部を有するものを使用してシリンダブロック製造装置をシリンダボアに組み込んだ状態を示す概略縦断面説明図である。
【図５】本実施の形態に係るシリンダブロック製造方法のフローチャートである。
【図６】別の実施の形態に係るシリンダブロック製造装置をシリンダボアに組み込んだ状態を示す概略縦断面説明図である。
【図７】シリンダボアの内周壁にイオンが注入されかつ薄膜が形成されたＦｅ合金からなるシリンダブロックにおけるシリンダボアの特性を説明する図表である。
【図８】シリンダボアの内周壁にイオンが注入されかつ薄膜が形成されたＡｌ合金またはＭｇ合金からなるシリンダブロックにおけるシリンダボアの特性を説明する図表である。
【符号の説明】
１０…シリンダブロック                １２ａ〜１２ｆ…シリンダボア
１４ａ〜１４ｆ…シリンダボアの内周壁  １６…イオン
１８…薄膜                            ２０…シリンダブロック製造装置
２２ａ、２２ｂ…プラズマ発生装置      ２４ａ、２４ｂ…閉塞部材
２４ｃ…柱状部                        ２８、５１、６６…電磁石コイル
３０…導波管                          ３９、６０ａ、６０ｂ…絶縁体
４０…ターゲット電極                  ４２…直流電源
４４…抵抗                            ４６…トリガー電極
５０ａ〜５０ｃ…アース電極            ５６…真空ポンプ
６１…間隙                            ６２…パルス電源
６４…電子銃                          ６５…電子ビーム
７０…ターゲット
Ｇ…気体                              Ｍ…マイクロ波
Ｐ１、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３…プラズマ
【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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