JP2008038631A - 内燃機関の流通経路配設部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される流通経路配設部材において、デポジットの堆積をより確実に防止するのに有効な技術を提供する。
【解決手段】 本発明に係る吸気装置１００は、スロットルバルブ１０４の外周端面１０４ａと、ボア部１０２の各部位のうちスロットルバルブ１０４と対向する対向面１０２ａのうちの少なくとも一方において、撥油性樹脂の基材の表面に親油成分のコーティング膜が施され、更にレーザー加工によって撥油性樹脂の基材が露出するような溝形成加工が施され、或いは親油性樹脂の基材の表面に撥油成分のコーティング膜が施され、更にレーザー加工によって親油性樹脂の基材が露出するような溝形成加工が施された構成とされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される流通経路配設部材に関するものである。

従来、内燃機関においては、法規制などによって燃費低減に対する要請が高まっており、これに対処する種々の方策が検討されている。その一つとして、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットバルブの全閉時における漏れ空気量を低減し、これによって内燃機関のアイドル回転時の燃費を低減するのが効果的とされる。
そこで、下記特許文献１には、スロットルバルブの外周端面と、ボア内壁のスロットルバルブ対向面との少なくとも一方に、非付着性のコーティング膜が形成された吸気装置が開示されている。しかしながら、この特許文献１に記載の吸気装置では、非付着性のコーティング膜の表面に一旦薄い油膜が形成されてしまうとそこを起点としてデポジットが堆積してしまうため、デポジットの堆積を確実に抑えるのが難しいという問題が生じる。従って、予めデポジットの堆積を見込んでスロットルバルブとボア内壁との間のクリアランスを設計する必要があるため、その分スロットバルブの全閉時における漏れ空気量が増加し、結果的に内燃機関のアイドル回転時の燃費が悪化することとなる。また、このようなデポジットの堆積防止に関しては、内燃機関の吸気装置のみならず、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される種々の流通経路配設部材について要請される。
特開平８−１４０６９号公報

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される流通経路配設部材において、デポジットの堆積をより確実に防止するのに有効な技術を提供することを課題とする。

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エンジンや、その他の内燃機関において、吸気や排気などのガスが流通する流通経路に配設される流通経路配設部材の構成に適用され得る。本明細書における「流通経路配設部材」には、内燃機関の吸気経路、排気経路、インジェクタ部などに配設される種々の部材などが広く包含される。具体的には、吸気経路に配設される吸気装置のスロットルバルブやスロットルボディ、排気経路に配設されるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）のバルブ、エンジンバルブ、スワールコントロールバルブ、インジェクタ噴射部などが、ここでいう流通経路配設部材として挙げられる。

（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内燃機関の流通経路配設部材である。
請求項１に記載のこの流通経路配設部材は、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される部材であって、少なくとも基材、コーティング膜及び凹部によって構成される。
本発明の基材は、撥油成分からなり、典型的には撥油性の樹脂材料によって構成される。本発明のコーティング膜は、基材の表面を被覆する、親油成分からなるコーティング膜として構成される。本発明において、コーティング膜は、単一層のコーティング被膜であってもよいし、或いは複数層のコーティング被膜であってもよい。例えば、素地に対し単一層のコーティング被膜を施した場合には、素地自体が基材とされ、内側が撥油成分の被膜で外側が親油成分の被膜とされた二層のコーティング膜を素地に対して施した場合には、内側に施された撥油成分の被膜が基材とされる。本発明の凹部は、コーティング膜の膜厚方向に関し凹み形状とされて、基材が露出する部位として構成される。そして、流通経路配設部材の表面が、コーティング膜の親油成分と、凹部にて露出した基材の撥油成分とによって構成されている。この凹部は、典型的には基材にコーティング膜が成膜された後に、このコーティング膜の表面に対し加工される。この凹部の形状に関しては、溝形状、穴形状などを適宜採用することができる。これにより、コーティング膜表面が凹凸状とされる。

ところで、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される流通経路配設部材においては、ガス中に含まれる油分によって油膜が形成されると、そこを起点としてデポジットが堆積することが懸念される。そこで、本発明では、油膜の形成防止を図ることによってデポジットの堆積を防止するべく、流通経路配設部材の表面を、コーティング膜の親油成分と、凹部にて露出した前記基材の撥油成分とによって構成することとしている。

本発明において、コーティング膜の親油成分は、油滴になじみ易く、従って油滴を引きつける吸引力を付与する。一方、基材の撥油成分は、流通経路配設部材の表面から油滴を浮かせる反発力を付与する。従って、撥油成分及び親油成分が互いに分散されることによって、油滴に対し吸引力及び反発力の２つの力を常に作用させることとなる。これにより、油滴は反発力によって浮き上がりつつ、且つ吸引力によって下方へと引き付けられるため、油膜は流通経路配設部材の表面に残存することなく、当該表面上を容易に滑落することとなる。更に、本発明では、表面に複数の凹部を設けることによって当該表面が凹凸状とされ、これによって表面積を増大させることができるため、油滑落性能をより向上させることが可能となる。すなわち、表面積が増えることによって、親水成分に関しては油滴の吸引作用がより強調され（油滴が濡れ広がり易くなり）、また撥油成分に関しては油滴の反発作用がより強調されることとなり（油滴を弾き易くなり）、これが油滑落性能を高める要因となる。かくして、流通経路配設部材の表面に油膜が形成されるのを防止することができ、これによってデポジットの堆積が防止される。

なお、本発明における基材の撥油成分としては、テトラフロオロエチレンコポリマー（ＴＥＦＣ）をはじめ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＥＰ）などからなるフッ素樹脂を用いることができる。また、本発明におけるコーティング膜の親油成分としては、シリコーン樹脂（変性オルガノポリシロキサン等）、無機酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、メチル基修飾ポリマー（ポロプロピレン（ＰＰ）等）、金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等）及び金属酸化物を用いることができる。

（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内燃機関の流通経路配設部材である。
請求項２に記載のこの流通経路配設部材は、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される部材であって、少なくとも基材、コーティング膜及び凹部によって構成される。
本発明の基材は、親油成分からなり、典型的には親油性の樹脂材料によって構成される。本発明のコーティング膜は、基材の表面を被覆する、撥油成分からなるコーティング膜として構成される。本発明において、コーティング膜は、単一層のコーティング被膜であってもよいし、或いは複数層のコーティング被膜であってもよい。例えば、素地に対し単一層のコーティング被膜を施した場合には、素地自体が基材とされ、内側が親油成分の被膜で外側が撥油成分の被膜とされた二層のコーティング膜を素地に対して施した場合には、内側に施された親油成分の被膜が基材とされる。本発明の凹部は、コーティング膜の膜厚方向に関し凹み形状とされて、基材が露出する部位として構成される。そして、流通経路配設部材の表面が、コーティング膜の撥油成分と、凹部にて露出した基材の親油成分とによって構成されている。この凹部の形状に関しては、請求項１に記載の流通経路配設部材における凹部と同様の構成とされる。
本発明では、油膜の形成防止を図ることによってデポジットの堆積を防止するべく、流通経路配設部材の表面を、コーティング膜の撥油成分と、凹部にて露出した基材の親油成分とによって構成することとしている。

本発明において、基材の親油成分は、油滴になじみ易く、従って油滴を引きつける吸引力を付与する。一方、コーティング膜の撥油成分は、流通経路配設部材の表面から油滴を浮かせる反発力を付与する。従って、撥油成分及び親油成分が互いに分散されることによって、油滴に対し吸引力及び反発力の２つの力を常に作用させることとなる。これにより、油滴は反発力によって浮き上がりつつ、且つ吸引力によって下方へと引き付けられるため、油膜は流通経路配設部材の表面に残存することなく、当該表面上を容易に滑落することとなる。更に、本発明では、表面に複数の凹部を設けることによって当該表面が凹凸状とされ、これによって表面積を増大させることができるため、油滑落性能をより向上させることが可能となる。すなわち、表面積が増えることによって、親水成分に関しては油滴の吸引作用がより強調され（油滴が濡れ広がり易くなり）、また撥油成分に関しては油滴の反発作用がより強調されることとなり（油滴を弾き易くなり）、これが油滑落性能を高める要因となる。かくして、流通経路配設部材の表面に油膜が形成されるのを防止することができ、これによってデポジットの堆積が防止される。

なお、本発明におけるコーティング膜の撥油成分としては、テトラフロオロエチレンコポリマー（ＴＥＦＣ）をはじめ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＥＰ）などからなるフッ素樹脂を用いることができる。また、本発明における基材の親油成分としては、シリコーン樹脂（変性オルガノポリシロキサン等）、無機酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、メチル基修飾ポリマー（ポロプロピレン（ＰＰ）等）、金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等）及び金属酸化物を用いることができる。

（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内燃機関の流通経路配設部材である。
請求項３に記載のこの流通経路配設部材では、請求項１または請求項２に記載の凹部は、断面円弧状とされた溝部として構成され、且つ複数の溝部が互いに平行状に配置されている。このような構成によれば、表面の凹部を断面円弧状の溝部とすることで、流通経路における気流などによって乱流を発生させることができ、表面の油滴を飛散させるのに効果的である。また、本発明では、溝部の延在方向と交差する方向が、当該流通経路配設部材の表面に付着した油滴の滑落方向として規定される。このような構成によれば、油滑落性に関し油滴が一定方向に滑落するように制御することが可能となる。

（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内燃機関の流通経路配設部材である。
請求項４に記載のこの流通経路配設部材では、請求項３に記載の溝部の基準設定寸法に関し、溝深さが１００〜４００ｎｍ、溝幅が１００〜８００ｎｍとされている。当該形状の溝部は、油滑落性に関し油滴が一定方向に滑落するように制御するのに有効とされる。なお、当該形状の溝部の形成に関しては、必要に応じた溝加工方法を用いることができ、典型的にはフェムト秒レーザー加工などのレーザー加工を用いるのが好ましい。このフェムト秒レーザー加工によって形成された微細周期溝は、いわゆる「プラトー率」が高く、研磨加工などによって形成された同じ面粗さの溝部に比して、油滴の滑落性を向上させるのに効果的である。

（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内燃機関の流通経路配設部材である。
請求項５に記載のこの流通経路配設部材は、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の構成において、内燃機関に吸気ガスを供給する流通経路としての吸気経路に配設され、ボア部及びスロットルバルブを少なくとも備える。本発明のボア部は、吸気経路に連通する構成とされる。本発明のスロットルバルブは、ボア部に収容されて当該ボア部を開閉する構成とされる。本発明では、特にスロットルバルブの外周端部と、ボア部の各部位のうち当該スロットルバルブと対向する対向部との少なくとも一方の基材表面にコーティング膜及び複数の凹部を備える構成とされる。

本構成に関しては、スロットルバルブの外周端部と、ボア部の各部位のうち当該スロットルバルブと対向する対向部の両方の基材表面にコーティング膜及び複数の凹部が設けられてもよいし、或いはスロットルバルブの外周端部と、ボア部の各部位のうち当該スロットルバルブと対向する対向部のいずれか一方の基材表面にコーティング膜及び複数の凹部が設けられてもよい。スロットルバルブに関しては、少なくともスロットルバルブの外周端部にコーティング膜及び複数の凹部が設けられればよく、当該外周端部のみにコーティング膜及び複数の凹部を設けてもよいし、或いは当該外周端部を含むスロットルバルブ全体にコーティング膜及び複数の凹部を設けてもよい。また、ボア部に関しては、少なくともスロットルバルブとの対向部位にコーティング膜及び複数の凹部が設けられればよく、当該対向部位のみにコーティング膜及び複数の凹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コーティング膜及び複数の凹部を設けてもよい。

このような構成によれば、デポジットの堆積を見込んでスロットルバルブとその対向面との間のクリアランスを広げる必要がなく、このクリアランスを抑えることができるため、スロットルバルブの全閉時における漏れ空気量を低減し、これによって内燃機関のアイドル回転時の燃費を低減することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される、内燃機関の流通経路配設部材において、デポジットの堆積をより確実に防止することが可能となった。

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。図１には、本発明における「内燃機関の流通経路配設部材」の一実施の形態である吸気装置１００の構成が示される。ここでいう「内燃機関」には、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンをはじめとする各種の内燃機関が包含される。

図１に示す吸気装置１００は、内燃機関に吸気ガスを供給する吸気経路（流通経路）に配設され、内燃機関に対し吸気を導入する装置として構成される。この吸気装置１００が、本発明における「流通経路配設部材」を構成する。
この吸気装置１００は、吸気経路に連通するボア部１０２を有する金属製のスロットルボディ（「バルブハウジング」ともいう）１０１、このスロットルボディ１０１に対しバルブシャフト１０５を介して支持されるスロットルバルブ１０４を備える。このスロットルバルブ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おり、このアクチュエータによってスロットルバルブ１０４の弁開度が制御されて内燃機関の吸入空気量が制御されるように構成されている。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。なお、ここでいうボア部１０２が本発明における「ボア部」に相当し、スロットルバルブ１０４が本発明における「スロットルバルブ」に相当する。

スロットルボディ１０１は、鉄、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る。スロットルバルブ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る。

ところで、内燃機関においては、法規制などによって燃費低減に対する要請が高まっており、これに対処する種々の方策が検討されている。本実施の形態では、この要請に応えるべく、内燃機関の吸入空気量を制御するスロットルバルブ１０４の全閉時における漏れ空気量を低減し、これによって内燃機関のアイドル回転時の燃費を低減することとしている。具体的には、スロットルバルブ１０４の全閉時における漏れ空気量を低減する方策として、スロットルバルブ１０４の外周端面１０４ａと、ボア部１０２の各部位のうちスロットルバルブ１０４と対向する対向面１０２ａの両方の部位に、油滑落性の高いコーティング膜１１０を設けている。
なお、ここでいうスロットルバルブ１０４の外周端面１０４ａが、本発明における「スロットルバルブの外周端部」に相当し、ボア部１０２の対向面１０２ａが、本発明における「対向部」に相当する。

このコーティング膜１１０は、従来の非着性コーティングとは異なり、コーティング膜表面に油膜を残存させることなく油分を滑落させる機能を有するコーティング膜として構成される。このコーティング膜１１０の具体的な構成に関しては、図２が参照される。図２には、本実施の形態のスロットルバルブ１０４の外周端面１０４ａにおいて、基材１０３上のコーティング膜１１０の様子が模式的に示される。なお、本構成は、ボア部１０２の対向面１０２ａにおいて、基材上に形成されるコーティング膜１１０についても同様である。

図２に示すように、本実施の形態のコーティング膜１１０は、撥油成分である（撥油基を含む）テトラフロオロエチレンコポリマーがベースとなり、この撥油成分に対し親油成分である（親油成分を含む）シリコーン樹脂が分散している。反対に、親油成分であるシリコーン樹脂をベースとして、この親油成分に対し撥油成分であるテトラフロオロエチレンコポリマーを分散させてもよい。また、撥油成分及び親油成分を予め混合させてもよい。これらの各手法によって、コーティング膜１１０は、撥油成分及び親油成分が互いに分散して複合化されたコーティングとされる。このようなコーティングは、撥油成分による機能と、親油成分による機能の両機能を併せ持つ、いわゆる「ハイブリッドコーティング」とも称呼される。このコーティング膜１１０が、本発明における「コーティング膜」に相当する。

また、このコーティング膜１１０の性能に関しては、図３が参照される。図３には、本実施の形態のコーティング膜１１０のメカニズムが示される。

図３において、コーティング膜１１０の各部位のうちの親油成分は、油滴になじみ易く、従って油滴を引きつける吸引力を付与する。一方、コーティング膜１１０の各部位のうちの撥油成分は、膜表面から油滴を浮かせる反発力を付与する。従って、撥油成分及び親油成分が互いに分散して複合化されたコーティング膜１１０は、油滴に対し吸引力及び反発力の２つの力を常に作用させることとなる。これにより、基材の傾斜角度（図３中の角度θ）が滑落角度を上回る場合に油滴に重力や外力が作用すると、当該油滴は反発力によって浮き上がりつつ、且つ吸引力によって下方へと引き付けられるため、油膜は、コーティング膜１１０表面に残存することなく、コーティング膜１１０上を容易に滑落することとなる。これに対し、親油成分と撥油成分のいずれかのみによって構成された従来のコーティング膜では、油滴に対し吸引力及び反発力のいずれか１つの力を作用させるのみであって、当該力に打ち勝つ力が油滴に作用しないため、所望の滑落性能を得るのに限界がある。

なお、本発明におけるコーティング膜の撥油成分としては、テトラフロオロエチレンコポリマー（ＴＥＦＣ）をはじめ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＥＰ）などからなるフッ素樹脂を用いることができる。また、本発明におけるコーティング膜の親油成分としては、シリコーン樹脂（変性オルガノポリシロキサン等）、無機酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、メチル基修飾ポリマー（ポロプロピレン（ＰＰ）等）、金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等）及び金属酸化物を用いることができる。

上述のように、本実施の形態のコーティング膜１１０を採用することによって、吸気に含まれる燃料や油分等、デポジット由来成分がスロットルバルブ１０４の近傍に流入した場合であっても、コーティング膜１１０に接触したこのデポジット由来成分は、ボア部１０２にて発生する気流や重力によって容易に滑落し、しかも油膜の残存が防止される。これにより、油膜形成を起点として、スロットルバルブ１０４の近傍にデポジットが堆積するのを確実に防止することができ、スロットルバルブ１０４の固着や流量変動の発生を抑えることが可能となる。かくして、スロットルバルブ１０４とボア部１０２の内壁との間のクリアランスを抑えることができ、そのぶんスロットバルブの全閉時における漏れ空気量を減少させることができるため、結果的に内燃機関のアイドル回転時の燃費を向上させることが可能となる。

ここで、本発明者は、本実施の形態のコーティング膜１１０を用いた場合の効果を定量的に評価するべく、油滴の滑落角度に関する測定を実施した。この測定に際しては、コーティング膜１１０に対する比較例として、撥油成分であるテトラフロオロエチレンコポリマーからなるコーティング膜Ａと、親油成分であるシリコーン樹脂からなるコーティング膜Ｂを用いた。そして、各コーティング膜が成膜された平板に油滴を滴下したのち、この平板を徐々に傾け、油滴が各コーティング膜上を移動（滑落）するときの傾斜角度（図３中の角度θ）を滑落角度として測定した。この測定の結果、コーティング膜Ａの場合の滑落角度が７０°以上で、コーティング膜Ｂの場合の滑落角度が３０〜５０°であり、いずれの場合もコーティング膜表面に油滴が残存したのに対し、コーティング膜１１０の場合の滑落角度は１５°以下であり、コーティング膜表面に油膜の残存は見られなかった。この結果により、本実施の形態のコーティング膜１１０を用いることによって、油滑落性を大幅の向上させることができ、またコーティング膜表面における油膜の残存を確実に防止することが確認された。

また、本実施の形態のコーティング膜１１０は、スロットルバルブ１０４及びスロットルボディ１０１の基材１０３（下地」或いは「素地」ともいう）がボア部１０２に露出するのを防止する効果を有するため、凝縮水による腐食の発生を抑制し、以ってスロットルバルブ１０４の作動不良の発生を防ぐことができる。特に、本実施の形態では、撥油成分である（撥油基を含む）テトラフロオロエチレンコポリマーがベースとなり、この撥油成分に対し親油成分である（親油成分を含む）シリコーン樹脂が分散しているため、とりわけ耐酸性及び耐アルカリ性に優れており、凝縮水に耐え得るコーティング膜とすることができる。

本実施の形態の吸気装置１００では、更に、油滑落性を向上させるための方策として、コーティング膜の表面を凹凸状とする表面加工を施した構成を採用している。この表面加工に関しては、図４〜図７が参照される。ここで、図４には第１実施形態の表面加工の断面構造が示され、図５には第２実施形態の表面加工の断面構造が示され、図６には第３実施形態の表面加工の断面構造が示され、図７には第４実施形態の表面加工の断面構造が示される。

図４に示す第１実施形態では、基材１０３に複数の溝部１０３ａが表面加工された後、この表面加工がなされた基材１０３の表面に、更にほぼ一定の膜厚のコーティング膜１１０が成膜されている。このコーティング膜１１０の膜厚に関しては、例えば１［μｍ］以下とすることができる。これにより、コーティング膜１１０の表面は、基材１０３の溝部１０３ａと同様の形状の溝部１１０ａが複数形成された凹凸状とされ、また各溝部１０３ａが互いに平行状に配設され、各溝部１１０ａが互いに平行状に配設された構成とされる。基材１０３の溝部１０３ａは、典型的にはフェムト秒レーザー加工などのレーザー加工によって形成された断面円弧状（断面半球状）の微細周期溝、すなわち均一形成された溝の集合体として構成されるのが好ましい。ここでいうフェムト秒レーザー加工は、既知の技術であるため詳細な説明は省略するが、レーザーのパルス幅が数〜数百フェムト秒とされた超短パルスかつ超高強度のフェムト秒レーザーをオーバーラップさせながら材料表面に集光照射して走査させることによって、材料表面に周期構造を自己組織的に形成させる加工方法とされる。

このような構成によれば、コーティング膜１１０の表面に複数の溝部１１０ａを設けることによって当該表面が凹凸状とされ、これによって表面積を増大させることができるため、未加工の場合に比してコーティング膜１１０による油滑落性能をより向上させることが可能となる。すなわち、コーティング膜１１０の表面積が増えることによって、親水成分に関しては油滴の吸引作用がより強調され（油滴が濡れ広がり易くなり）、また撥油成分に関しては油滴の反発作用がより強調されることとなり（油滴を弾き易くなり）、これが油滑落性能を高める要因となる。

なお、上記溝部１１０ａの形状に関しては、図４に示すような断面円弧状であり、且つ基準設定寸法として、溝深さが１００〜４００[ｎｍ]、溝幅（図４中の左右方向の距離）が１００〜８００[ｎｍ]とされ、また面粗度が０．７[μｍ]程度とされるのが好ましい。これにより、スロットルバルブ１０４周辺の流速が高い領域において発生する気流によって、溝部１１０ａに乱流を発生させることができ、油滴や汚れを飛散させるのに効果的である。なお、当該形状の溝部１１０ａをレーザー加工を用いて形成する場合、照射するレーザー波長と溝部１１０ａの溝深さ及び溝幅との関係については、典型的には、溝部１１０ａの溝深さが照射するレーザー波長の１／１０〜１／２（１０分の１から２分の１）となり、且つ溝部１１０ａの溝幅が照射するレーザー波長以下となる。

また、図５に示す第２実施形態は、コーティング膜１１０自体を表面加工する例である。この第２実施形態では、平滑状の基材１０３の表面にほぼ一定膜厚のコーティング膜１１０が成膜された後、このコーティング膜１１０にフェムト秒レーザー加工によって複数の溝部１１０ａが表面加工されている。これにより、コーティング膜１１０の表面は、溝部１１０ａが複数形成された凹凸状とされ、また各溝部１１０ａが互いに平行状に配設された構成とされる。この溝部１１０ａの構成に関しては、第１実施形態の溝部１１０ａと実質的に同様とされる。従って、この第２実施の形態によっても、第１実施形態と同様に油滑落性能を向上させる作用効果が得られる。

また、図６に示す第３実施形態、及び図７に示す第４実施形態は、第１実施形態や第２実施形態とは異なり、コーティング膜１１０とは別の種類のコーティング膜を用いる例である。第３実施形態や第４実施形態のコーティング膜は、スロットルバルブ１０４の外周端面１０４ａと、ボア部１０２の各部位のうちスロットルバルブ１０４と対向する対向面１０２ａのうちの少なくとも一方に施すことができる。

第３実施形態では、撥油性樹脂である基材１２３の表面に、親油成分を有するコーティング膜１２０若しくは樹脂を成膜した後、撥油性樹脂である基材１２３の表面が部分的に露出するようにフェムト秒レーザー加工によって溝形成加工が施されている。溝形成加工後の表面は、断面円弧状（断面半球状）の微細周期溝である溝部１２０ａが互いに平行状に複数形成された凹凸状とされ、これにより、基材１２３の撥油成分と、コーティング膜１２０の親油成分とによって表面が構成される。

第４実施形態では、親油性樹脂である基材１３３の表面に、撥油成分を有するコーティング膜１３０若しくは樹脂を成膜した後、親油性樹脂である基材１３３の表面が部分的に露出するようにフェムト秒レーザー加工によって溝形成加工が施されている。溝形成加工後の表面は、断面円弧状（断面半球状）の微細周期溝である溝部１３０ａが互いに平行状に複数形成された凹凸状とされ、これにより、基材１３３の親油成分と、コーティング膜１３０の撥油成分とによって表面が構成される。

なお、溝部１２０ａ及び溝部１３０ａに関しては、前述の溝部１０３ａ及び１１０ａと同様に、溝深さが１００〜４００[ｎｍ]、溝幅（図４中の左右方向の距離）が１００〜８００[ｎｍ]、面粗度が０．７[μｍ]程度とされるのが好ましい。また、コーティング膜ないし基材の撥油成分としては、テトラフロオロエチレンコポリマー（ＴＥＦＣ）をはじめ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＥＰ）などからなるフッ素樹脂を用いることができる。また、コーティング膜ないし基材の親油成分としては、シリコーン樹脂（変性オルガノポリシロキサン等）、無機酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、メチル基修飾ポリマー（ポロプロピレン（ＰＰ）等）、金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等）及び金属酸化物を用いることができる。

これら第３実施形態及び第４実施形態におけるコーティング膜１２０，１３０が、本発明における「基材の表面を被覆するコーティング膜」に相当する。特に、コーティング膜１２０は親油成分からなるコーティング膜であり、このコーティング膜１２０が本発明における「親油成分からなるコーティング膜」に相当する。また、コーティング膜１３０は撥油成分からなるコーティング膜であり、このコーティング膜１３０が本発明における「撥油成分からなるコーティング膜」に相当する。また、ここでいう基材１２３，１３３が、本発明における「基材」に相当する。また、溝部１２０ａ，１３０ａは、いずれもコーティング膜１２０,１３０の膜厚方向に関し凹み形状とされた断面円弧状の部位であり、これら溝部１２０ａ，１３０ａが、本発明における「凹部」及び「溝部」に相当する。

なお、第３実施の形態では、撥油成分の基材１２３に対し親油成分のコーティング膜１２０を成膜し、第４実施の形態では、親油成分の基材１３３に対し撥油成分のコーティング膜１３０を成膜したが、本発明においてコーティング膜は、単一層のコーティング被膜であってもよいし、或いは複数層のコーティング被膜であってもよい。従って、第３実施の形態に関連して、内側が撥油成分の被膜で外側が親油成分の被膜とされた二層のコーティング膜を基材１２３に対し施し、溝部１２０ａによって内側の撥油成分の被膜が露出するように構成してもよい。この場合、内側の撥油成分の被膜が、本発明における「基材」に相当し、外側の親油成分の被膜が、本発明における「コーティング膜」に相当する。同様に、第４実施の形態に関連して、内側が親油成分の被膜で外側が撥油成分の被膜とされた二層のコーティング膜を基材１３３に対し施し、溝部１３０ａによって内側の親油成分の被膜が露出するように構成してもよい。この場合、内側の親油成分の被膜が、本発明における「基材」に相当し、外側の撥油成分の被膜が、本発明における「コーティング膜」に相当する。

これら第３実施形態及び第４実施形態によっても、溝部１２０ａや溝部１３０ａを表面加工することによって表面積を増大させることができ、第１実施形態と同様に油滑落性能をより向上させることが可能となる。特に、第３実施形態及び第４実施形態によれば、撥油性と親油性のいずれか一方の機能を有する単一性能のコーティング膜を用いることができるため、コーティング剤にかかるコストを抑えることが可能となる。

また、第３実施形態及び第４実施形態によれば、表面に撥油成分と親油成分が交互に配置された縞状とされるため、油滑落性に関し油滴が一定方向に滑落するように制御することが可能となる。これに関しては、第３実施形態を例にした図８が参照される。図８には、第３実施形態の表面加工の平面図が示される。

図８に示すように、第３実施形態の表面加工がなされることによって、表面に基材１２３による撥油成分と、コーティング膜１２０による親油成分が交互に配置された縞状とされる。このような構成によって、油滴の滑落方向を、溝部１２０ａの延在方向と交差する所定方向に制御することが可能となる。また、フェムト秒レーザー加工によって形成された微細周期溝である溝部１２０ａは、いわゆる「プラトー率」が高く、研磨加工などによって形成された同じ面粗さの溝部に比して、油滴の滑落性を向上させるのに効果的である。このような作用効果は、第４実施形態の表面加工がなされた場合においても同様に得られることとなる。

（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。

上記実施の形態では、溝部１１０ａ，１２０ａ，１３０ａを断面円弧状とする場合について記載したが、これら溝部の断面形状は、円弧状、楕円状、方形、三角形、多角形など、必要に応じて種々設定可能である。また、コーティング膜表面の凹凸形状を、溝形状にかえて穴形状によって構成してもよい。

また、上記実施の形態では、内燃機関の吸気経路に配設される吸気装置１００について記載したが、内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される種々の流通経路配設部材、排気経路に配設されるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）のバルブ、エンジンバルブ、スワールコントロールバルブ、インジェクタ噴射部などに対し、本発明を適用することが可能である。

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。

本発明における「内燃機関の吸気装置」の一実施の形態である吸気装置１００の構成を示す図である。 本実施の形態のスロットルバルブ１０４の外周端面１０４ａにおいて、基材１０３上のコーティング膜１１０の様子を模式的に示す図である。 本実施の形態のコーティング膜１１０のメカニズムを示す図である。 第１実施形態の表面加工の断面構造を示す図である。 第２実施形態の表面加工の断面構造を示す図である。 第３実施形態の表面加工の断面構造を示す図である。 第４実施形態の表面加工の断面構造を示す図である。 第３実施形態の表面加工の平面図である。

符号の説明

１００…吸気装置
１０１…スロットルボディ
１０２…ボア部
１０２ａ…対向面
１０３…基材
１０３ａ…溝部
１０４…スロットルバルブ
１０４ａ…外周端面
１０５…バルブシャフト
１１０，１２０，１３０…コーティング膜
１１０ａ，１２０ａ，１３０ａ…溝部

Claims (5)

1. 内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される、内燃機関の流通経路配設部材であって、
   撥油成分からなる基材と、
   前記基材の表面を被覆する、親油成分からなるコーティング膜と、
   前記コーティング膜の膜厚方向に関し凹み形状とされ前記基材が露出する複数の凹部と、
   を備え、
   当該流通経路配設部材の表面が、前記コーティング膜の親油成分と、前記凹部にて露出した前記基材の撥油成分とによって構成されていることを特徴とする内燃機関の流通経路配設部材。
2. 内燃機関のガスが流通する流通経路に配設される、内燃機関の流通経路配設部材であって、
   親油成分からなる基材と、
   前記基材の表面を被覆する、撥油成分からなるコーティング膜と、
   前記コーティング膜の膜厚方向に関し凹み形状とされ前記基材が露出する複数の凹部と、
   を備え、
   当該流通経路配設部材の表面が、前記コーティング膜の撥油成分と、前記凹部にて露出した前記基材の親油成分とによって構成されていることを特徴とする内燃機関の流通経路配設部材。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の流通経路配設部材であって、
   前記凹部は、断面円弧状とされた溝部として構成され、且つこれら複数の溝部が互いに平行状に配置されており、これによって前記溝部の延在方向と交差する方向が、当該流通経路配設部材の表面に付着した油滴の滑落方向として規定される構成であることを特徴とする内燃機関の流通経路配設部材。
4. 請求項３に記載の内燃機関の流通経路配設部材であって、
   前記溝部の基準設定寸法に関し、溝深さが１００〜４００ｎｍ、溝幅が１００〜８００ｎｍとされた構成であることを特徴とする内燃機関の流通経路配設部材。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の内燃機関の流通経路配設部材であって、
   前記内燃機関に吸気ガスを供給する前記流通経路としての吸気経路に配設され、
   前記吸気経路に連通するボア部と、前記ボア部に収容されて当該ボア部を開閉するスロットルバルブを備え、
   前記スロットルバルブの外周端部と、前記ボア部の各部位のうち当該スロットルバルブと対向する対向部との少なくとも一方の基材表面に、前記コーティング膜及び複数の凹部を備える構成であることを特徴とする内燃機関の流通経路配設部材。

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