WPC処理のメリット・デメリットと耐久性 ~ピストンコーティングの種類と効果~

「純正部品が手に入らない旧車部品を再生したり、少しでも長くエンジンを持たせることを考えた場合、表面処理をどのように活用すればいいか？」

をメインテーマとしています。

素材の表面の性質を向上させるためにおこなわれる加工のことです。

例：硬さ、耐摩耗性、潤滑性、耐食性、耐酸化性、耐熱性、断熱性、絶縁性、密着性、美観性など

目的や用途、素材などに応じた数多くの表面処理が存在します。

WPC処理や、二硫化モリブデンショット、DLCコーティングは表面処理の手法の一つです。工業、食品や医療など、いろんな分野で表面処理の技術が用いられています。

もちろん自動車や、バイクなどモータースポーツの分野でも採用されていて、効果も科学的に検証されています。

ひとことで言うと、フリクションを減らす事です。

フリクションとは摩擦のこと。２つ以上の物が合わさって、こすれ合う時に生じるのが摩擦です。

人間も２人以上になると摩擦が発生して、問題が起きますね。それと同じイメージです。

「なぜ、エンジンのフリクションを減らす事がそんなに重要なのか？」

順を追って、お伝えしていきます。

摩擦・潤滑を学問として研究している「トライボロジー」（tribology）があります。

トライボロジーは「摩擦学」や「潤滑学」と訳されています。

その歴史は古く、エジプトのピラミッド建造や、レオナルド・ダ・ヴィンチ（1452-1519）がいた時代にはすでに摩擦学の概念が存在していたと言われています。

現在も、トライボロジーは多岐の分野にわたって研究され続けていて、自動車やバイクはもちろん、ロケットや建設機械、家具や家電製品など、あらゆるところで活用されています。

トライボロジーの研究によると、燃料エネルギーのうち、走行のために使われるのはおよそ14％といわれています。

つまり、エンジンのエネルギーの大部分がロスしているわけです。

さらに走行に使われるエネルギー14％のうち、約15％が摩擦によって失われているといわれています。

さらに40％の内訳を見ると、ピストンリングとシリンダーの摺動（しゅうどう）部分の摩擦損失が約70％、シリンダーと、ピストンスカートの摩擦損失は約30％になります。

ようするに、ピストンリングと、シリンダーの摺動（滑らせて動かすこと）が重要になってくるわけです。

４スト空冷エンジンのピストン。一般的にピストンリングは３つあります。

（レースでは摩擦損失を減らすためにピストンリングを２本にします）

歴史的にピストンリング溝の異常摩耗や、凝着（ぎょうちゃく。溶けてくっついてしまう事）をふせいだり、ピストンスカートの摩擦を減らすため、さまざまなアプローチがおこなわれてきました。

「一体、なにがコンロッド焼き付きに大きく影響するのか？」

ホンダの研究論文によると、４ストエンジンの実験で興味深いことが判明しました。

面粗度が小さいほど耐焼き付き性が向上。逆に、面粗度が粗いと焼き付きやすい。

「面粗度」（めんそど）とは、かんたんに言うと、加工された金属表面の粗さです。

画像はあくまでイメージですが、左側ほど表面がこまかく、右へ行くほど表面が粗いです。

のちほどくわしくお伝えしますが、金属の表面はツルツルに見えても、拡大すると凹凸があります。

アプローチとして、

１，部品の製造・加工精度を高める

２，完成した部品に加工をおこなって凹凸を減らす

それが部品の摩耗を抑制したり、焼きつき防止、パワーの損失を減らすことにつながります。たとえばエンジンを組み立てる場合、金属部品のバリを取り除いたりします。

表面処理も金属表面を滑らかにして、摺動性を向上させる（摩擦を減らす）ことで、耐焼き付き性能の向上につながるわけです。

メタルには「クランクメタル」と「コンロッドメタル」があります。

Coはコンロッド（とコンロッドメタル）が付くところ。オレンジ色の矢印はクランクメタルです。

メタルクリアランスが小さいと、オイル通路がせまくなって油量が低下、冷却不足により焼き付きが発生します。いっぽう、メタルクリアランスが大きすぎると、クランクシャフトが振れてトラブルが発生します。

最適なクリアランスで組むことが大事です。

エンジンオーバーホールなど、エンジンを組む場合も、各種クリアランスのマネジメントが重要です。

絶版車・旧車の場合、クランクシャフトはもちろん、コンロッドやメタルも、車種によっては部品が手に入らないことがあります。

以上４つが、焼き付きに大きく影響していると判明したそうです。

ちなみに一般ライダーの場合、（すでにエンジンが組まれているため）面粗度やメタルクリアランスは、自分でどうすることもできません。

しかし暖機運転やエンジンの扱い方、エンジンオイル管理はライダーにコントロールできる余地があると思います。

摩擦を減らすことの重要性がわかったところで、実際に体験していただきましょう。

フリクション低減効果を耳で聴けるようにしました。

Before 焼き付いたクランクシャフトを修正して再利用したエンジン

After 同じエンジンに新品クランクシャフトを組んだ場合のエンジン

両者を比較して聴くことで、摩擦の影響がいかに大きいか、実感できると思います。

（マフラーの音ではなく、エンジンの音にフォーカスしてください）

「（クランクの）摩擦の変化だけで、こんなにも音が変わるのか」

という事例でした。

ちなみにこのGSXは、湘南から山梨県まで慣らし走行をしながら、オーナーさんの元へ納車されました。

（まるでレーサーエンジンみたいなレスポンスでした）

前置きが長くなりましたが、表面処理の話に入ります。

・ディンプル加工（WPC処理®）

・二硫化モリブデンコーティング（二硫化モリブデンショット／ハイパーモリショット®）

・DLCコーティング

・鏡面加工（３Dラッピング®）

・セラミック（セラコート®）

・アルマイト（カシマコート®）

・めっき（クロームメッキ、カニボロン® ）

上記のうち®マークのあるものは登録商標です。

・セラコート® 鈴木 保利氏（鈴友株式会社 代表取締役社長）

・カシマコート® 株式会社ミヤキ

・カニボロン® 日本カニゼン株式会社

・WPC処理® 株式会社不二機販・株式会社不二製作所・株式会社不二WPC

それ以外の®マークがついてるものは株式会社不二WPCの登録商標。

自動車だと、F-1、軽自動車をふくむファミリーカーやスポーツ車、カーレースに表面処理が採用されています。

バイクはエンジン部品のほか、フロントフォークのインナーチューブにDLCコーティングが使われたり、MotoGPなどレース車両だけではなく、市販車のスポーツモデルに表面処理が採用されていたりします。

ホンダの公式資料を見ると、1997年にはWPC処理（ショットピーニング）が市販車に採用されていたとあります。

ホンダのメッキシリンダー（NSシリンダー）なども、摩擦損失を減らすための技術、表面処理のひとつですね。

Ferrari用をのぞいて、どれも同じようなコーティングに見えますが、各社、独自の技術を開発しているようです。

ワイセコの２ストピストンはKTM現行モデル用ですが、1970年代〜1990年代の２ストに表面処理をおこなうことは大いに有効かと思われます。

（くわしくは後ほど）

（現在はどうかわかりませんが）かつて国内バイクメーカーの純正ピストンリングはTPR製か、株式会社リケン製の２つだと聞いたことがあります。

リケンはリングにクロームメッキを、TPRはDLCコーティングを採用していることが、それぞれ公式サイトで公開されています。

WPC処理はディンプル（くぼみ）加工の一種で、よくゴルフボールの表面に例えられます。

ただ、ゴルフボールとちがい肉眼では見えない、ごく小さなディンプルを形成します。

WPC（Wide Peening and Cleaning＝清掃するの意）

たとえるなら、刀鍛冶がハンマーで刀をたたいて鍛えるように、こまかい粒子を高速で吹き付けることによって、焼き入れ効果による高密度化があるそうです。

高密度化とは、フワフワのおにぎり（米と米のあいだにすき間がある）を、ぎゅっと握る（すき間が小さくなる）イメージですね。

エンジンのピストンによく用いられるのがWPC処理で、ディンプルにオイルが入り込むことによって摩擦が減り、耐摩耗性が向上したり、耐焼き付き性が向上するとされています。

筆者も試しました。

回してみると、おもしろいほど何の抵抗もなく、スルスルッと回転します。

さらに、回転しつづける時間が長いことに気づかれたと思います。逆にフリクションがあると、回転しにくく、回転しても回り続ける時間が短くなります。

「サビだらけのドライブチェーンを新品に交換して、バイクの後輪がよく回るようになった感じ」

といえば、イメージしやすいでしょうか。

ピストンの摩擦を減らすコーティング手法の歴史をさかのぼると、二硫化モリブデンなど固体潤滑剤の塗布、すずメッキ、コーティングなどがありました。

ただ、効果が少なかったり、剥がれるなどして効果の持続性に課題がありました。

それで考案されたのがWPC処理。ピストンに上塗りするのではなく、ピストン表面を改質して、オイル保持できるようにしたのです。

ちなみに、先ほどお伝えしたとおり「WPC処理」という名称は登録商標です。なので、他社が無断で同じ名称を使って、同様のサービスを提供することはできません。（製法特許も取得されています）

ただ、ショットピーニングの原理を用いた表面処理加工は、各社が独自の名称を使っておこなっています。

さかのぼって発見できたもので一番、古いのは1997年。

7月に発売されたホンダのモトクロッサー「CR 250R/125R」のトランスミッションに、WPC処理が施されている旨が記載されています。

またホンダ初のハイブリッドカー インサイト（1999年発売）にショットピーニングの技術を採用した旨が記録されています。

（本田技研R&D「表面改質によるエンジンのしゅう動抵抗低減技術」）

自動車・バイクのピストンにも採用されていますが、具体的な車種名や、箇所はあまり公開されていないようです。

ただ、４ストロークの旧車はもちろん、２ストロークにもWPC処理はよく使用されています。筆者の中ではエンジンに用いられる表面処理の中で、WPC処理がもっともメジャーな気がします。

WPC処理は、清掃する（言い換えると裸にする）という意味があります。

つまり処理をおこなうと、油分がキレイさっぱり剥がれ落ちます。だから加工後すぐに、防錆の油を付着させる必要があるそうです。

実際、筆者がWPC処理を依頼して納品された部品にも油が付いてました。

（錆びてしまうので注意するよう説明書きがありました）

処理をおこなった部分が外に露出して、油分が無くなってしまうような部品は、材質や状態によっては錆びてしまうため、WPC処理が不向きなケースもあるようです。

逆にエンジンやミッション、グリスなど油分がついたままの状態を維持できる部品は錆による心配はなさそうです。

耐久性については性質上、高熱が加わる部分や、当たりがきつい箇所は、だんだんと効果が落ちてくるそうです。

たとえばエンジンパーツですね。

ただ、具体的に「何キロまで持つ」とまではハッキリわからないそうです。まぁ、当然ですね。

「エンジンって何㎞で壊れますか？ どのくらいまで持ちますか？」

という質問をするのと同じで、ケース・バイ・ケースだからです。

同じバイクで、同じ地域を走っても、ライダーによって扱い方・乗り方が違うため、まったく同じ状態にならないのが通常です。

たとえばシリンダーのクロスハッチ。

走行距離を重ねるごとに、クロスハッチは少しずつ摩耗していきますが、「何キロ持つの？」と言われると、ケース・バイ・ケースとしか答えようがないです。

極端な話、「クロスハッチが残っているから絶対にエンジンが焼き付かない」というわけではありませんからね。

ライダーの扱い方で、走行距離のわりにピストンやシリンダーの傷や摩耗が多かったり、その逆もあります。

いちがいに走行距離だけで判断できない部分があります。

WPC処理についても、諸条件によって差があると思われます。

WPC処理にかぎらず、表面処理には部品の寸法が変わるものがあります。

WPC処理：１ミクロン（1/1,000mm）のマイナス公差

表面処理によっては、もっとプラスになるものもあります。ですのでエンジン部品に表面処理をおこなった場合、条件次第でクリアランスがおおきく変わることがあります。

つまり、きちんとクリアランスを管理してエンジンを組まないと最悪の場合、焼き付きます。

「表面処理をしたから、クリアランスなんて気にせず組んでも大丈夫」

ではありませんよ、という話。過信は禁物です。

WPC処理ではないのですが、レース車両のエンジンに”ある”コーティングを施したところ、焼き付いてピストンが割れたという事例がありました。

原因はクリアランスが適切ではなかったからです。

高熱になる箇所には？

ハイパーモリショットが適しているようです。

ハイパーモリショットとは、「二硫化モリブデンショットにナノ粒子を添加したもの」だそうです。

長時間、高回転・高温で使用する部品に適しているのだとか。鈴鹿8耐などレースで使われている技術みたいですね。

WPC処理もそうですが、ミッションがスムーズに入るようになるそうです。

旧車・絶版車のエンジンオーバーホール現場では、

「やむなく部品を再使用する」

「中古部品を探すしかない」

という場面が日常的にあります。というのは、1970年〜1980年代のバイクはもちろん、1990年代から2010年ぐらいのバイクは純正部品が廃番になりつつあるからです。

運良く部品が見つかっても、部品代が異様に高騰していたり、数ヶ月待ち・納期不明だったりします。

中古部品については、（ほかの記事でも触れていますが）まともに使えそうな部品が少ないです。

そこで純正部品や社外部品が出ない旧車の場合、表面処理を用いてピストン、カムシャフト、クランクシャフト、コンロッド、メタルなどを再生し、再利用することができます。

それが二硫化モリブデンショットです。

純正部品が廃番、社外品もないため、使用済みピストンにWPC処理＋二硫化モリブデンショットを施した例。

クランクメタルにも同処理をおこなっています。

ピストンなどに使用される一般的な二硫化モリブデンコーティングは、バインダー（接着剤などの結合剤）を使用するため耐久性（効果の持続性）が課題とされてきました。

不二WPC社によれば、WPC処理後に、バインダーを使わない二硫化モリブデンショットを使用することで長期間、低摩擦効果が持続するといわれています。

WPC処理＋二硫化モリブデンショットをほどこして組んだエンジンを走行後に分解して検証したところ、当たりの強い部分はコーティングが減っていました。

（完全に剥がれているわけではない）

つまりコーティングが緩衝材になっているわけです。

注目すべきはDLCコーティングされたCBR1000RR-Rのカムシャフト。黒い部分が処理されている箇所です。

市販車のカムシャフトにDLCコーティングが採用されるのは世界初だとか。

DLCコーティングは表面処理の中で比較的、あたらしい技術です。

ダイヤモンドと、グラファイト（黒鉛）の特性の中間的な材料とされています。

ダイヤモンド：高硬度、摩擦係数が低い

グラファイト：えんぴつの芯に使われているように潤滑性能に優れる（ただし脆く壊れやすい）

DLCは耐摩耗性、摺動性（低摩擦で滑りやすい）、耐食性に優れている、摩擦時の攻撃性が低い、化学反応が起きにくいなどの特徴があります。

さきほどのCBR1000RR-Rのカムシャフトや、チタン製コンロッド大端部にDLC処理がほどこされています。

ホンダ公式サイトにあるとおり、市販車にDLCコーティングを採用したのはMotoGPからのフィードバックでしょう。

本田技研の文献によると、Ｆ−１エンジンのロッカーアーム、カムシャフト、トランスミッションなどに自社で独自開発したDLCが採用されているようです。そのほか日産マーチ、全日本選手権ロードレースJ-GP3で使用されるマシンのエンジンに、DLCコーティングが用いられています。

さきほどお伝えしたように、DLCコーティングもさまざまな種類があり、まだまだ科学的に未知な部分も多く、素材や箇所、用途などによって、向き不向きがあるようです。

こうした不確定な要素があるものの、比較的、効果の大きい箇所や用途、処理方法などが検証により、解明されつつあるのでホンダのみならずスズキや、ドゥカティなど、各社がDLCコーティングを採用しているのだと思います。

DLCコーティングに適さないもの例

アルミ（レース車両以外のピストン、メタル等）、鋳鉄部品（シリンダー、カム、ピストンリング（２ストやセカンドリング等）、銅（ブッシュ）、焼結部品（オイルポンプ）

※メッキの場合、コーティングできますが、剥がれる場合があります。

本田技研の文献にも、従来のDLCでは高圧で１箇所に力が加わると同じ現象が課題とされていました。

そこで改良を加えたDLCを開発し、トランスミッションなどに採用したそうです。

（本田技研「カムシャフト，ロッカアーム DLC コーティングの開発」）

メリットの裏返しで、化学反応しにくいためオイル添加剤（とくにモリブデン系）の使用は控えた方がよさそうです。

（くわしく知りたい方は、DLCの種類を調べると根拠が見つかると思います。複雑な話になるのでここでは省略）

もう一つ、DLCコーティングされた箇所はオイルが食いつきにくいので、エステル系エンジンオイルの使用が推奨のようです。

逆にいうと、オイル添加剤を使わないようにして、エステル系エンジンオイルを使用すれば問題ないでしょう。

主に自動車エンジンのピストンクラウンに、セラミックやアルマイトをコーティングしているのをよく見かけます。

（英語圏では「ピストンクラウン」といいます）

高馬力エンジンのカーレースで、混合気（ガソリンと空気）が薄いことによりピストンクラウンが軟化。

ピストン破損を防ぐ熱対策として、セラミッククラウンコーティングが用いられるようになったようです。

日本でも、バイクのピストンクラウンにセラミックコーティングを推奨しているケースが見受けられます。

ところが、バイクのピストンクラウンへコーティングによる遮熱効果、メリットが証明された研究論文はいまのところ、見た事がありません。

（筆者が知らないだけかもしれないです）

もし、本当に高い有用性が認められるのなら、これまで紹介したほかのコーティング同様、バイクメーカーが真っ先に採用しているはずです。

ところが、採用されているのはせいぜい冒頭で紹介した２ストロークのピストン（KTM）ぐらい。

塗料の販売メーカーや、施工会社以外の宣伝以外に（公道用）４ストバイクへのピストンクラウンコーティングの客観的なデータは見当たらないため、今後に期待といったところでしょうか。

以上が、エンジンにおける表面処理の目的といえます。

そうすると考え方は異なりますが、さまざまな処理方法が存在するのは、不思議ではありませんね。

なにごとも適材適所、メリットとデメリットがあります。

部品の生産過程でおこなわれる処理のほか、今回取り上げた表面処理や、エンジンオイル添加剤も、広い意味では表面処理といえるのかもしれません。

（オイル添加剤には１の効果はないと思いますが）

表面処理の効果や持続性は、そもそもの部品の加工精度や状態、エンジンの組み立て方、使用するエンジンオイル、メンテナンスサイクル、ライダーのエンジンの扱い方、走行環境によって変わってきます。

あとは対費用効果をどう考えるかによっても、表面処理に対するとらえ方が変わってくると思います。

エンジンパーツのすべてをコーティングするのは莫大な費用がかかってしまうので、パーツの状態や優先順位、目的を決めた上で、必要な箇所にコーティングするのが現実的だと思います。

WPC処理にかぎらず、表面処理は永久不滅ではありませんし、万能ではないです。

「表面処理したからエンジンは壊れない」

「メンテナンスしなくていい」

という魔法の杖ではありません。肝心のエンジンオイル交換を怠ってしまっては本末転倒です。

あくまで適切なメンテナンス、適切な扱い方をした上で、よりバイクを長持ちさせるためのものだと考えておいた方がいいと思います。

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