JP2000027993A - Piston for internal combustion engine and surface treating method therefor - Google Patents

Piston for internal combustion engine and surface treating method therefor

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JP2000027993A
JP2000027993A JP19328698A JP19328698A JP2000027993A JP 2000027993 A JP2000027993 A JP 2000027993A JP 19328698 A JP19328698 A JP 19328698A JP 19328698 A JP19328698 A JP 19328698A JP 2000027993 A JP2000027993 A JP 2000027993A
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piston
pin hole
alumite
film
treatment
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Hirotaka Kurita
洋敬 栗田
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston and a treating method thereof to improve surface finish at a low cost by controlling an alumite treating condition as a treating process is simplified, and provide with a wear resisting rigid anodized aluminum film effective to wear of a pin hole. SOLUTION: By machining the piston hole of a piston made of an aluminum alloy, a pin hole diameter and surface finish are adjusted. An electrolytic time and current density are set to values within the region of the electrolytic condition of anodized aluminum treatment and alumite treatment is applied on the surface of the piston pin hole as the surface of the piston pin hole is cooled. This constitution forms an alumite treatment film 10 with a film thickness of 30±10 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ン及びその表面処理方法に関し、特にピストンピン孔の
耐摩耗性の改善に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston for an internal combustion engine and a method for treating the surface thereof, and more particularly to an improvement in wear resistance of a piston pin hole.

【0002】[0002]

【従来の技術】鋳造や鍛造による素材成形を経て製造さ
れるピストン用のアルミニウム合金として、アルミ母材
に10〜20重量%のSiを含有させたものが採用され
ている。ピストンピン孔は厳しい摺動条件下にあり、よ
り高い耐摩耗性が要求される。この種のアルミニウム合
金製ピストンに表面硬化処理を施さない場合は、例えば
ピストンピン孔部分の内表面では、母材が先に摩耗して
Si粒子が浮き出た状態となり、該Si粒子に集中荷重
がかかって該粒子が割れ、これが研磨粉として機能し、
ピストンピン孔の摩耗が著しくなるといった問題があ
る。
2. Description of the Related Art As an aluminum alloy for a piston manufactured through material forming by casting or forging, an aluminum base material containing 10 to 20% by weight of Si is used. The piston pin hole is under severe sliding conditions, and higher wear resistance is required. If this type of aluminum alloy piston is not subjected to surface hardening treatment, for example, on the inner surface of the piston pin hole portion, the base material is worn first and Si particles are raised, and a concentrated load is applied to the Si particles. As a result, the particles break, and this functions as abrasive powder,
There is a problem that wear of the piston pin hole becomes remarkable.

【0003】この対策としてピストンピン孔に対してア
ルマイト処理をして表面の母材硬度を上げ、母材が先に
摩耗することがないようにすることが考えられる。Si
を含有するアルミニウム合金製のピストンにおいて、ア
ルマイト(陽極酸化)処理をする表面にSiが露出する
場合、酸化されアルマイト化するAl表面の電解電流が
流れる面積(電気通過表面積)が表面にSiが露出して
いる分少なくなり、電流密度が高くなりアルマイト処理
層で発熱し易い。アルマイト層が昇温すると、表面に接
する硫酸やさらにはシュウ酸あるいはさらにクエン酸を
混入した電解液が活性化し、せっかく形成されたアルマ
イト層を溶解し、アルマイト層表面を粗くし且つ硬度を
低下させてしまう。
As a countermeasure, it is conceivable that the piston pin hole is subjected to alumite treatment to increase the hardness of the base metal on the surface so that the base metal is not worn first. Si
In a piston made of an aluminum alloy containing Si, when Si is exposed on the surface to be subjected to alumite (anodic oxidation) treatment, the area where the electrolytic current flows on the Al surface to be oxidized and anodized (electrical surface area) is exposed to Si on the surface. As a result, the current density increases and heat is easily generated in the alumite-treated layer. When the temperature of the alumite layer rises, the electrolytic solution mixed with sulfuric acid and further oxalic acid or citric acid in contact with the surface is activated, dissolves the formed alumite layer, roughens the surface of the alumite layer and lowers the hardness. Would.

【0004】このため従来のピストン孔の表面部分に対
するアルマイト処理の工程においては、アルマイト処理
の前に混酸処理により表面に露出するSi粒子を溶解す
ることで、表面の電気通過表面積を増加して電流密度を
下げ、ゆっくりアルマイト処理するようにし発熱を防止
している。しかし、混酸処理によりアルマイト処理前の
表面粗さが低下してしまい、これが原因でアルマイト処
理後のアルマイト皮膜の表面粗さも低下してしまうこと
になる。このため、従来方法においては表面粗さを改善
するため最終工程でローラーバニッシュを行うようにし
ている。すなわち、従来のアルマイト処理に工程は以下
の4工程によりなる。 ピストンピン孔機械加工:ピン孔径,表面粗さを整
える。 混酸処理:フッ化水素酸と硝酸の混酸中でピン孔表
面に露出している金属組織中のSi粒子を溶解除去す
る。 アルマイト処理:ピン孔表面にアルマイト皮膜(陽
極酸化皮膜)を生成させる。なお、潤滑アルマイト処理
の場合にはチオモリブデン酸アンモニウム溶液中での二
次電解工程が加わる。 ローラバニッシュ:ピン孔にローラバニッシュを施
し、表面粗さを向上させる。
For this reason, in the conventional process of alumite treatment for the surface portion of the piston hole, the Si particles exposed on the surface by the mixed acid treatment before the alumite treatment are dissolved to increase the surface area of the surface through which electricity is passed, thereby increasing the current. The density is reduced, and alumite treatment is performed slowly to prevent heat generation. However, the mixed acid treatment reduces the surface roughness before the alumite treatment, which causes the surface roughness of the alumite film after the alumite treatment to decrease. For this reason, in the conventional method, roller burnishing is performed in the final step in order to improve the surface roughness. That is, the conventional alumite treatment comprises the following four steps. Piston pin hole machining: Adjust pin hole diameter and surface roughness. Mixed acid treatment: In a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid, Si particles in the metal structure exposed on the pin hole surface are dissolved and removed. Alumite treatment: An alumite film (anodized film) is formed on the pin hole surface. In the case of lubricating alumite treatment, a secondary electrolysis step in an ammonium thiomolybdate solution is added. Roller varnish: Roller varnish is applied to the pin holes to improve the surface roughness.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらローラバ
ニッシュは同時にアルマイト皮膜に割れを生じさせ、ま
た皮膜内部に存在するSi粒子を破砕する。特にこの破
砕されたSi粒子は研磨粉として作用するため、耐摩耗
性を著しく低下させる。そのため従来の硬質アルマイト
処理方法ではピン孔摩耗に対してあまり効果がない。一
方、潤滑アルマイトは皮膜中に潤滑成分(二流化モリブ
デン)を含んでいるためピン孔摩耗に対して効果がある
ものの、処理工程が複雑で著しくコストが高いという問
題がある。
However, the roller burnish simultaneously cracks the alumite coating and crushes the Si particles present inside the coating. In particular, since the crushed Si particles act as abrasive powder, wear resistance is significantly reduced. Therefore, the conventional hard alumite treatment method has little effect on pin hole wear. On the other hand, lubricating alumite is effective in preventing pin hole abrasion because it contains a lubricating component (molybdenum disulfide) in the film, but has a problem in that the treatment process is complicated and the cost is extremely high.

【0006】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たもので、処理工程を簡略化しつつアルマイト処理条件
を制御することにより、低コストで表面粗さを向上さ
せ、もってピン孔摩耗に有効な耐摩耗硬質アルマイト皮
膜を備えたピストン及びその処理方法を提供することを
課題としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. By controlling the alumite processing conditions while simplifying the processing steps, the surface roughness can be improved at low cost, and thus effective in reducing pin hole wear. An object of the present invention is to provide a piston provided with a wear-resistant hard alumite film and a method for treating the piston.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、アル
ミニウム合金製で、ピストンピン孔の表面部分に皮膜厚
さ30±10μmでかつSi粒子あるいはSiC粒子が
露出しているアルマイト処理皮膜が形成されていること
を特徴とする内燃機関のピストンである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an alumite-treated film made of an aluminum alloy, having a film thickness of 30 ± 10 μm and exposing Si particles or SiC particles on a surface portion of a piston pin hole. It is a piston of an internal combustion engine characterized by being formed.

【0008】請求項2の発明は、請求項1において、ピ
ストンピン孔が形成されたピンボス部のコンロッドの小
端部に対向する内端面にアルマイト処理皮膜を形成した
ことを特徴としている。
A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, an alumite-treated film is formed on an inner end surface of the pin boss portion having the piston pin hole facing the small end portion of the connecting rod.

【0009】請求項3の発明は、アルミニウム合金製ピ
ストンのピストンピン孔を機械加工してピン孔径,表面
粗さを整え、該ピストンピン孔の表面に、電解時間,電
流密度を図5の斜線領域に設定し、ピストンピン孔の表
面を冷却しつつアルマイト処理を施すことにより、皮膜
厚さ30±10μmのアルマイト処理皮膜を形成したこ
とを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法であ
る。
A third aspect of the present invention is to machine a piston pin hole of an aluminum alloy piston to adjust the pin hole diameter and surface roughness, and to set the electrolysis time and the current density on the surface of the piston pin hole by oblique lines in FIG. A method for treating the surface of a piston of an internal combustion engine, wherein an alumite treatment film having a film thickness of 30 ± 10 μm is formed by setting an area and performing alumite treatment while cooling the surface of the piston pin hole.

【0010】[0010]

【発明の作用効果】請求項1,3の発明によれば、ピス
トンピン孔の機械加工の後、従来の混酸処理を施すこと
なく、かつ電解時間,電流密度を管理し、ピストンピン
孔の表面を冷却しつつアルマイト処理を施して皮膜厚さ
30±10μmのアルマイト処理皮膜を形成したので、
電流密度が高くてもアルマイト面が発熱することなく短
時間でアルマイト熱処理が可能となり、表面処理を簡素
化しながらアルマイト層の表面硬度の低下なく、且つ皮
膜表面粗さも概略Ra(JIS B0601において定
義される中心線平均粗さ)1.5〜3.0μmに管理で
きるので、ピストンピン孔の耐摩耗性に優れた内燃機関
のピストンを低コストで提供できる。
According to the first and third aspects of the present invention, after machining the piston pin hole, the electrolysis time and the current density are controlled without performing the conventional mixed acid treatment, and the surface of the piston pin hole is controlled. Alumite treatment was performed while cooling to form an alumite treatment film with a film thickness of 30 ± 10 μm.
Even if the current density is high, the alumite heat treatment can be performed in a short time without generating heat on the alumite surface, simplifying the surface treatment, not reducing the surface hardness of the alumite layer, and the surface roughness of the film is approximately Ra (defined in JIS B0601). Center line average roughness) of 1.5 to 3.0 μm, so that a piston of an internal combustion engine having excellent wear resistance of the piston pin hole can be provided at low cost.

【0011】また請求項2の発明によれば、ピストン内
面の少なくとピンボス部の内端面に上記アルマイト処理
皮膜を形成したので、該内端面がコンロッド小端部との
接触により摩耗するのを防止でき、該摩耗粉がピストン
ピン孔に噛み込むことに起因するピストンピン孔の摩耗
を防止できる。
According to the second aspect of the present invention, since the alumite-treated film is formed on at least the inner end face of the pin boss at the inner face of the piston, the inner end face is prevented from being worn by contact with the small end of the connecting rod. It is possible to prevent wear of the piston pin hole caused by the wear powder biting into the piston pin hole.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図1〜図11は本発明の一実
施形態による内燃機関のピストン及びその表面処理方法
を説明するための図であり、図1はピストンの内燃機関
内配置状態を示す図、図2はピストンの拡大断面図、図
3はアルマイト皮膜の拡大図、図4は表面処理状態を示
す模式図、図5はピストン電解条件を示す特性図、図6
〜図8は電気量と皮膜膜厚,硬度,表面粗さとの関係を
示す図、図9は電解時間に伴う電解電圧の変化を示す
図、図10は耐摩耗性比較結果を示す図、図11は摩耗
形態を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 11 are views for explaining a piston of an internal combustion engine and a surface treatment method thereof according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing a state of arrangement of the piston in the internal combustion engine, and FIG. FIG. 3 is an enlarged view of an alumite film, FIG. 4 is a schematic diagram showing a surface treatment state, FIG. 5 is a characteristic diagram showing piston electrolysis conditions, FIG.
8 are diagrams showing the relationship between the quantity of electricity and the film thickness, hardness, and surface roughness, FIG. 9 is a diagram showing changes in electrolysis voltage with electrolysis time, and FIG. 10 is a diagram showing comparison results of wear resistance. FIG. 11 is a view showing a form of wear.

【0013】図1〜図3において、1はピストンであ
り、該ピストン1はシリンダブロック2のシリンダボア
2a内に摺動自在に挿入配置されている。該ピストン1
には、コンロッド3の小端部3aが軸受4,ピストンピ
ン5を介して連結されており、該コンロッド3の大端部
3bはクランク軸6のクランクピン6aに連結されてい
る。これにより、ピストン1の昇降運動がクランク軸6
の回転運動に変換される。
1 to 3, reference numeral 1 denotes a piston. The piston 1 is slidably inserted into a cylinder bore 2a of a cylinder block 2. The piston 1
Is connected to a small end 3a of a connecting rod 3 via a bearing 4 and a piston pin 5, and a large end 3b of the connecting rod 3 is connected to a crank pin 6a of a crank shaft 6. As a result, the vertical movement of the piston 1
Is converted into a rotational motion.

【0014】上記ピストン1は、アルミニウム合金(表
1に示すAC8A〜AC8C,AC9A,AC9B等)
製鋳造品からなり、その頂面1a及び内表面1bは鋳肌
のままで機械加工は施されておらず、その外周面(シリ
ンダ摺動面)は所定形状に機械加工されている。また上
記外周面上部には機械加工により第1,第2リング溝7
a,7bが形成されており、該第1,第2リング溝7
a,7bにはトップリング11a,セカンドリング11
bが装着されている。
The piston 1 is made of an aluminum alloy (AC8A to AC8C, AC9A, AC9B, etc. shown in Table 1).
The top surface 1a and the inner surface 1b are cast surfaces and are not machined, and the outer peripheral surface (cylinder sliding surface) is machined into a predetermined shape. The first and second ring grooves 7 are formed on the outer peripheral surface by machining.
a, 7b are formed, and the first and second ring grooves 7 are formed.
a and 7b have a top ring 11a and a second ring 11
b is attached.

【0015】上記ピストン1の内部には一対のピンボス
部1c,1cが内方に膨出形成されており、このピンボ
ス部1c,1cにはピストンピン孔7cが径方向に貫通
するように形成されている。該ピストンピン孔7c内に
上記ピストンピン5が回転可能に挿入されている。また
上記ピン孔7cの両外端部には係止溝7dが凹設されて
おり、該係止溝7dにはスナップリング8,8が装着さ
れている。このスナップリング8は上記ピストンピン5
の軸方向移動を阻止するためのものである。
A pair of pin bosses 1c, 1c are formed inside the piston 1 so as to bulge inward, and a piston pin hole 7c is formed in the pin bosses 1c, 1c so as to penetrate in the radial direction. ing. The piston pin 5 is rotatably inserted into the piston pin hole 7c. A locking groove 7d is formed at both outer ends of the pin hole 7c, and snap rings 8, 8 are mounted in the locking groove 7d. This snap ring 8 is used for the piston pin 5
In order to prevent the movement in the axial direction.

【0016】上記ピストン1の内表面1bの特に上記ピ
ンボス部1c,1cの上記コンロッド3の小端部3aが
対向する内端面1b´と、上記ピストンピン孔7cの内
表面にはアルマイト(陽極酸化)処理によりアルマイト
処理皮膜10が形成されている。このアルマイト皮膜1
0は、皮膜厚さ(但し、皮膜厚さは皮膜全体に渡って完
全均一にはできないので、ここでは皮膜の拡がりの中
で、ある幅の範囲でばらつく膜厚の内最大膜厚を言う)
30±10μmの範囲内に設定され、その結果として下
記するように皮膜表面粗さがRa1.5〜3.0に管理
されることになる。また上記アルマイト皮膜10は、皮
膜本体10aの表面aがSi10bの露出表面bより外
側に位置するような、換言すればSi10bが皮膜本体
10aから浮き出ることのない表面形状を有している。
Anodizing (anodizing) is applied to the inner surface 1b of the inner surface 1b of the piston 1, in particular, the inner end surface 1b 'of the pin bosses 1c, 1c facing the small end 3a of the connecting rod 3, and the inner surface of the piston pin hole 7c. An alumite treatment film 10 is formed by the treatment. This anodized film 1
0 is the film thickness (however, since the film thickness cannot be completely uniform over the entire film, here, the maximum film thickness of the film thickness which varies within a certain width in the spread of the film)
The thickness is set within a range of 30 ± 10 μm, and as a result, the surface roughness of the film is controlled to Ra 1.5 to 3.0 as described below. The alumite coating 10 has a surface shape such that the surface a of the coating main body 10a is located outside the exposed surface b of the Si 10b, in other words, the Si 10b does not protrude from the coating main body 10a.

【0017】次に上記ピストン1の製造工程について説
明する。まず、表1に示すSiを含有するアルミニウム
合金(AC8A,AC8B,AC8C,AC9A,AC
9B)を用いて鋳造によりピストン素材が作成される。
あるいは表1の合金1〜合金3を溶解炉から棒状に連続
して引き出して冷却したものを切断したビュレットを用
いるか、合金4〜合金6のパウダーを加熱炉から押し出
してパウダーを互いに結合させた状態の棒材を切断した
ビュレットを用いるかして鋳造したピストン素材が用い
られる。そして該ピストン素材に熱処理(T6又はT7
処理)が施される。なお、T6,T7処理とは、表2,
表3に示す処理条件で、高温加熱後急冷する溶体化処
理、及び加熱保持後徐冷する人工時効処理又は安定化熱
処理を施す処理である。
Next, the manufacturing process of the piston 1 will be described. First, aluminum alloys containing Si shown in Table 1 (AC8A, AC8B, AC8C, AC9A, AC
Piston material is created by casting using 9B).
Alternatively, a burette was used in which alloys 1 to 3 shown in Table 1 were continuously drawn out of a melting furnace in a rod shape and cooled and then cut, or powders of alloys 4 to 6 were extruded from a heating furnace to join the powders together. A piston material cast using a burette obtained by cutting a bar material in a state is used. Then, heat treatment (T6 or T7) is applied to the piston material.
Processing) is performed. The T6 and T7 treatments are described in Table 2,
Under the processing conditions shown in Table 3, a solution treatment of rapidly cooling after heating at a high temperature, and an artificial aging treatment or a stabilizing heat treatment of gradually cooling after heating and holding are performed.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】[0019]

【表2】 [Table 2]

【0020】[0020]

【表3】 [Table 3]

【0021】次に熱処理を経た上記ピストン素材にピス
トンピン孔加工,ピストンリング溝加工,治具挿入部加
工等の第1次の機械加工が施され、続いてアルマイト処
理(後述する)が施され、さらに外面加工,仕上げ加工
からなる第2次の機械加工が施され、上記ピストン1が
製造される。
Next, the above-mentioned heat-treated piston material is subjected to primary machining such as machining of a piston pin hole, machining of a piston ring groove, machining of a jig insertion portion, etc., followed by alumite treatment (described later). Then, secondary machining including outer surface machining and finishing is performed, and the piston 1 is manufactured.

【0022】本実施形態のアルマイト処理は、ピストン
ピン孔の機械加工後に、従来の混酸処理を施すことな
く、以下の手順で行われる。即ち、第1次の機械加工済
みのピストン素材の受け入れ、治具の取り付け、脱脂、
水洗、陽極酸化処理、水洗、治具外し、湯洗、が順次施
される。
The alumite treatment of the present embodiment is performed in the following procedure without performing the conventional mixed acid treatment after machining the piston pin hole. That is, receiving the first machined piston material, attaching a jig, degreasing,
Water washing, anodizing treatment, water washing, jig removal, and hot water washing are sequentially performed.

【0023】上記脱脂工程では、表4に示す組成を有す
る脱脂浴に所定時間浸漬することにより部品表面の油成
分等の除去が行われる。また上記アルマイト処理では、
図4に示すように、治具12に取り付けられたピストン
素材1′を表5に示す組成のアルマイト浴(電解液槽)
13中に浸漬し、上記治具12に定電流直流電源14の
陽極を接続し、アルマイト浴13中の陰極板15に上記
電源14の陰極を接続し、ピストン素材1´に冷却され
た電解液を流して冷却しつつ、図5に示す条件で電流密
度,電解時間を制御することにより行われる。図5は電
解時間(分)と電流密度(A/dm2 =アンペア/10
0cm2 )との関係を単位処理面積当りの電気量(C/
dm2 =クローン/100cm2 )毎に表したものであ
り、本実施形態では、電気量3000〜6000(C/
dm2 )になるように、同図の斜線を施した範囲内で電
流密度と電解時間を制御しつつアルマイト処理が行われ
る。
In the above degreasing step, the oil components and the like on the surface of the component are removed by immersing the component in a degreasing bath having the composition shown in Table 4 for a predetermined time. In the alumite treatment,
As shown in FIG. 4, an alumite bath (electrolyte bath) having a composition shown in Table 5 was applied to the piston blank 1 ′ attached to the jig 12.
13, an anode of a constant current DC power supply 14 is connected to the jig 12, a cathode of the power supply 14 is connected to a cathode plate 15 in an alumite bath 13, and a cooled electrolyte solution is applied to a piston material 1 ′. While cooling while controlling the current density and the electrolysis time under the conditions shown in FIG. FIG. 5 shows the electrolysis time (minute) and the current density (A / dm 2 = ampere / 10).
0 cm 2 ) and the quantity of electricity per unit processing area (C /
dm 2 = clone / 100 cm 2 ), and in this embodiment, the amount of electricity is 3000 to 6000 (C /
dm 2 ), the alumite treatment is performed while controlling the current density and the electrolysis time within the shaded range in FIG.

【0024】図4において、20は電解液を冷却するた
めの放熱器であり、21は冷却された電解液を吐出する
吐出ノズル、22は電解液冷却用の循環路、23は循環
ポンプである。不図示の膨張弁を通過して低温低圧とし
た液相冷媒を、低圧管路24により放熱器20内の蒸発
コイル24aに導くようにしている。アルマイト処理中
ピストン1´のアルマイト処理層の温度上昇を防止する
ので、アルマイト層の硬度低下を防止できる。
In FIG. 4, reference numeral 20 denotes a radiator for cooling the electrolyte, 21 denotes a discharge nozzle for discharging the cooled electrolyte, 22 denotes a circulation path for cooling the electrolyte, and 23 denotes a circulation pump. . The low-temperature and low-pressure liquid-phase refrigerant that has passed through an expansion valve (not shown) is guided by a low-pressure pipe 24 to an evaporating coil 24 a in the radiator 20. Since the temperature of the alumite-treated layer of the piston 1 'is prevented from increasing during the alumite treatment, a decrease in the hardness of the alumite layer can be prevented.

【0025】なお、浴槽13の下部あるいはピストン素
材1´に設けた温度センサ26により温度を検知し、こ
の温度に基づいて制御装置27により上記検出された温
度が高い程循環路を流れる電解液流量を多くするか、冷
媒循環ポンプ25又は不図示の圧縮機の能力を増大さ
せ、ピストン1のアルマイト処理層の温度上昇を防止し
ても良い。あるいは冷却器20の下流部の温度を温度セ
ンサ26´により検知し、この温度を30℃以下に管理
しても良い。さらにまた、吐出ノズル21の冷却液で冷
却するか、空冷式としても良い。これらにより、より確
実にアルマイト処理中のアルマイト処理層の温度上昇を
防止でき、より確実にアルマイト層の硬度低下を防止で
きる。
The temperature is detected by a temperature sensor 26 provided in the lower part of the bathtub 13 or on the piston material 1 '. Based on the detected temperature, the controller 27 determines that the higher the detected temperature, the higher the flow rate of the electrolyte flowing through the circulation path. Or the capacity of the refrigerant circulation pump 25 or a compressor (not shown) may be increased to prevent the temperature of the alumite treatment layer of the piston 1 from rising. Alternatively, the temperature of the downstream portion of the cooler 20 may be detected by the temperature sensor 26 ', and this temperature may be controlled to 30C or lower. Furthermore, cooling with the cooling liquid of the discharge nozzle 21 or air cooling may be used. Thus, it is possible to more reliably prevent the temperature of the alumite-treated layer from being raised during the alumite treatment, and to more reliably prevent the hardness of the alumite layer from decreasing.

【0026】[0026]

【表4】 [Table 4]

【0027】[0027]

【表5】 [Table 5]

【0028】図6〜図8は単位処理面積当りの電気量
(C/dm2 )と、アルマイト皮膜膜厚(μm)、皮膜
硬さ(Hv)、皮膜表面粗さ(Ra)との関係を示す。
本実施形態では、単位処理面積当りの電気量3000〜
6000(C/dm2 )になるように制御していること
から、それぞれ、皮膜膜厚は概ね20〜39(μm)、
皮膜硬度は概ね380〜420(Hv)、皮膜表面粗さ
は概ね1.5〜3.0(Ra)となっている。
FIGS. 6 to 8 show the relationship between the quantity of electricity per unit processing area (C / dm 2 ) and the alumite film thickness (μm), film hardness (Hv), and film surface roughness (Ra). Show.
In the present embodiment, the amount of electricity per unit processing area is 3,000 to 3,000.
Since it is controlled to be 6000 (C / dm 2 ), the film thickness is approximately 20 to 39 (μm), respectively.
The film hardness is approximately 380 to 420 (Hv), and the film surface roughness is approximately 1.5 to 3.0 (Ra).

【0029】なお、図9は電流密度6.3A/dm2
場合の電解時間と電解電圧との関係を示す特性図であ
り、電解時間の経過に伴って電解電圧は高くなってい
る。すなわち、電解電圧を一定としてアルマイト処理す
る場合は、電解時間が経過しアルマイト層の厚みが増加
するに従い電流密度が低下し、時間当たりのアルマイト
層厚増加速度が低下する。一方、処理の初期は電流密度
が高くなり陽極酸化による発熱により皮膜表面温度が上
昇し、電解液中の硫酸によりアルマイト層が溶解し、表
面が粗くなる。このため、アルマイト処理の初期程電解
液を冷却するようにすると良い。あるいは電流値を検出
し、電流値が大なる程電解液を冷却するようにしても良
い。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the electrolysis time and the electrolysis voltage when the current density is 6.3 A / dm 2 , and the electrolysis voltage increases as the electrolysis time elapses. That is, when the alumite treatment is performed while keeping the electrolytic voltage constant, the current density decreases as the electrolysis time elapses and the thickness of the alumite layer increases, and the rate of increasing the alumite layer thickness per hour decreases. On the other hand, in the initial stage of the treatment, the current density increases, and the surface temperature of the film increases due to the heat generated by anodic oxidation, and the alumite layer is dissolved by sulfuric acid in the electrolytic solution, and the surface becomes rough. For this reason, it is preferable to cool the electrolytic solution at the beginning of the alumite treatment. Alternatively, the current value may be detected and the electrolytic solution may be cooled as the current value increases.

【0030】図10は本実施形態の効果を確認するため
に行った実験結果を示す。同実験では、電解浴温度0
℃,電流密度6.3A/dm2 とし、電解液を噴流状態
で被処理材に当てることにより冷却しながらアルマイト
処理を行い、上記図6〜8に示す膜厚,硬度,表面粗さ
のアルマイト処理皮膜を形成した。そして係るピストン
を用いたエンジンの運転時間とピストンピン孔の摩耗量
との関係を求めた。図中、Aは本実施形態のアルマイト
処理が単位面積当たりの電気量が6000C/dm2
なるような処理時間施されたピストンピン孔の摩耗量
を、A´は本実施形態のアルマイト処理が単位面積当た
りの電気量が3000C/dm2 となるような処理時間
施されたピストン孔の摩耗量を、Bは従来方法によるア
ルマイト処理が施されたピストンピン孔の摩耗量を、C
はアルマイト処理が施されていない場合のピストンピン
孔の摩耗量を示す。
FIG. 10 shows the results of an experiment performed to confirm the effects of the present embodiment. In the same experiment, the electrolytic bath temperature was 0
At a current density of 6.3 A / dm 2, and subjected to alumite treatment while being cooled by applying an electrolytic solution to a material to be treated in a jet state. The alumite having the film thickness, hardness and surface roughness shown in FIGS. A treated film was formed. Then, the relationship between the operation time of the engine using the piston and the wear amount of the piston pin hole was determined. In the figure, A is the wear amount of the piston pin hole which has been subjected to the processing time such that the amount of electricity per unit area is 6000 C / dm 2 in the alumite treatment of the present embodiment, and A ′ is the alumite treatment of the present embodiment. B represents the wear amount of the piston hole subjected to the treatment time such that the amount of electricity per unit area becomes 3000 C / dm 2 , B represents the wear amount of the piston pin hole subjected to the alumite treatment by the conventional method, and C represents the wear amount.
Indicates the wear amount of the piston pin hole when no alumite treatment is performed.

【0031】同図から明らかなように、従来方法による
場合には、運転時間が20時間で摩耗量は20μmに達
しているのに対し、本実施形態方法による場合には、A
及びA´のいずれも運転時間が100時間超となっても
摩耗量は10μm程度であり、実用上問題がないことが
判る。なお、アルマイト処理を施さない場合には、極短
時間の運転で摩耗量は直ちに20μに達しており、実用
に供し得ないことが判る。
As is clear from the figure, in the case of the conventional method, the wear amount has reached 20 μm in the operation time of 20 hours, whereas in the case of the present embodiment, A
In both cases A and A ′, even if the operation time exceeds 100 hours, the abrasion amount is about 10 μm, which indicates that there is no practical problem. In addition, when the alumite treatment is not performed, the wear amount immediately reaches 20 μm in an operation in an extremely short time, and it can be seen that the wear amount cannot be put to practical use.

【0032】このように本実施形態では、ピストンピン
孔の機械加工後に、混酸処理を施すことなく直ちにアル
マイト処理を行い、かつその場合の電解条件を図5に示
す斜線領域に制御したので、耐摩耗性に優れた自動車エ
ンジン用ピストンを低コストで得ることができる。
As described above, in this embodiment, after the machining of the piston pin hole, the alumite treatment is immediately performed without performing the mixed acid treatment, and the electrolysis condition in that case is controlled to the shaded region shown in FIG. A piston for an automobile engine having excellent wear properties can be obtained at low cost.

【0033】ここで、ピストンピン孔の摩耗発生機構に
ついて詳細に見ると、図11(1)に示すように、ピス
トンピン孔の熱変形により該ピン孔7cの外側部分7
c′とピストンピン5の外端部5aとが常に接触し、該
接触部に油膜切れが発生し、その結果、ピストンピン孔
7cの外側部分7c′が摩耗する。
Here, the wear generation mechanism of the piston pin hole will be described in detail. As shown in FIG. 11A, the outer portion 7 of the pin hole 7c is formed by the thermal deformation of the piston pin hole.
c 'and the outer end portion 5a of the piston pin 5 are always in contact with each other, and the oil film is broken at the contact portion. As a result, the outer portion 7c' of the piston pin hole 7c is worn.

【0034】また同図(2)に示すように、ピストンピ
ン孔7cの中央部7c′′に油膜切れが発生するとピス
トンピン孔7cの該中央部分の表面が剥離(フレッチン
グ)し、ピストンピン孔中央部の面荒れ(摩耗)が発生
する。
Further, as shown in FIG. 2B, when an oil film breaks at the central portion 7c '' of the piston pin hole 7c, the surface of the central portion of the piston pin hole 7c is peeled (fretting), and the piston pin hole 7c is removed. Roughness (wear) occurs at the center.

【0035】さらにまた同図(3)に示すように、コン
ロッド3の小端部3aがピンボス部の内端面1b′に接
触して該部分が摩耗し、摩耗粉がピストンピン孔に噛み
込み、これによりピストンピン孔7cが摩耗する。
Further, as shown in FIG. 3 (3), the small end 3a of the connecting rod 3 comes into contact with the inner end face 1b 'of the pin boss portion, and the portion is worn, and the abrasion powder bites into the piston pin hole. Thereby, the piston pin hole 7c is worn.

【0036】本実施形態では、図6,図7,図8に示す
ように、硬質アルマイト処理皮膜10の膜厚を30μ
m,硬度をHmV405,表面粗さをRa1.96〜
2.60μm u管理したので、上記図10(1),
(2)に示すピストンピン孔7cの外側部分7c′,中
央部分7c′′の摩耗を防止できる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 6, 7, and 8, the thickness of the hard
m, hardness HmV405, surface roughness Ra 1.96 ~
Since the control was performed at 2.60 μm, FIG.
The wear of the outer portion 7c 'and the central portion 7c''of the piston pin hole 7c shown in (2) can be prevented.

【0037】またピストン内表面1bの特にコンロッド
3の小端部3aに対向する内端面1b′にアルマイト処
理皮膜を形成したので、図10(3)に示すような小端
部3aとの当接により内端面1b′が摩耗するのを防止
でき、該摩耗により発生するSi粉に起因するピストン
ピン孔7cの摩耗を防止できる。
Further, since the alumite-treated film is formed on the inner surface 1b 'of the piston inner surface 1b, especially the inner end surface 1b' opposite to the small end 3a of the connecting rod 3, it comes into contact with the small end 3a as shown in FIG. Accordingly, the inner end face 1b 'can be prevented from being worn, and the wear of the piston pin hole 7c due to the Si powder generated by the wear can be prevented.

【0038】また、合金5のアルミニウム合金によりピ
ストン1を鍛造成形する場合には、Siの替わりにSi
Cの粒子が、第1次の機械加工終了後の表面に露出する
ことになる。この場合でも上述のアルマイト処理により
皮膜表面の粗さが少なく且つ硬度の高い皮膜が確保可能
である。また、アルマイト皮膜がリング溝にも形成され
るので、リング溝摩耗が起きにくくすることができる。
When the piston 1 is forged with an aluminum alloy of alloy 5, Si is used instead of Si.
The C particles are exposed on the surface after the completion of the first machining. Even in this case, the above-described alumite treatment can secure a film having a small surface roughness and a high hardness. Further, since the alumite film is also formed on the ring groove, it is possible to reduce the occurrence of ring groove wear.

【0039】なお、上述のアルマイト処理を第2次の機
械加工の前ではなく後に実施するようにしても良い。こ
の場合にはピストン1の外周の摩耗耐久性を向上でき
る。但し、アルマイト皮膜付与による膨張分第1次の機
械加工で余計に削り落とす必要がある。さらにアルマイ
ト皮膜の膜厚分布が均一とならず、外形表面にうねり状
の凹凸ができる場合には、仕上げ研磨を実施すると良
い。
The above-described alumite treatment may be performed after the secondary machining, not before. In this case, the wear durability of the outer periphery of the piston 1 can be improved. However, it is necessary to remove extra by the primary machining of the expansion due to the application of the alumite film. Further, when the thickness distribution of the alumite film is not uniform and undulating irregularities are formed on the outer surface, it is preferable to perform finish polishing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態によるピストンのクランク
軸連結状態を示す断面正面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional front view showing a piston connected to a crankshaft according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記実施形態ピストンの拡大断面側面図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged sectional side view of the piston according to the embodiment.

【図3】上記実施形態ピストンのアルマイト皮膜の拡大
断面模式図である。
FIG. 3 is an enlarged schematic sectional view of an alumite film of the piston according to the embodiment.

【図4】上記実施形態ピストンのアルマイト処理装置を
示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an alumite treatment device for the piston of the embodiment.

【図5】上記実施形態ピストンのアルマイト処理の電解
条件を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing electrolysis conditions for alumite treatment of the piston of the embodiment.

【図6】上記実施形態の電気量−皮膜膜厚特性図であ
る。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the quantity of electricity and the film thickness of the embodiment.

【図7】上記実施形態の電気量−皮膜硬さ特性図であ
る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the quantity of electricity and the hardness of a film in the embodiment.

【図8】上記実施形態の電気量−皮膜粗さ特性図であ
る。
FIG. 8 is a graph showing electric quantity-film roughness characteristics of the embodiment.

【図9】上記実施形態の電解時間−電解電圧特性図であ
る。
FIG. 9 is an electrolysis time-electrolysis voltage characteristic diagram of the embodiment.

【図10】上記実施形態の効果を説明するための時間−
摩耗量特性図である。
FIG. 10 is a time chart for explaining the effect of the embodiment.
It is a wear amount characteristic diagram.

【図11】一般的なピストンピン孔の摩耗形態を示す模
式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing a general form of wear of a piston pin hole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピストン 1b′ 内端面 1c ピンボス部 3 コンロッド 3a 小端部 7c ピストンピン孔 10 アルマイト処理皮膜 10b Si粒子 Reference Signs List 1 piston 1b 'inner end face 1c pin boss 3 connecting rod 3a small end 7c piston pin hole 10 alumite-treated film 10b Si particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16J 1/01 F16J 1/01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) F16J 1/01 F16J 1/01

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム合金製で、ピストンピン孔
の表面部分に皮膜厚さ30±10μmでかつSi粒子あ
るいはSiC粒子が露出しているアルマイト処理皮膜が
形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
An internal combustion engine made of an aluminum alloy, wherein an alumite-treated film having a film thickness of 30 ± 10 μm and exposing Si particles or SiC particles is formed on a surface portion of a piston pin hole. Piston.
【請求項2】 請求項1において、ピストンピン孔が形
成されたピンボス部のコンロッドの小端部に対向する内
端面にアルマイト処理皮膜を形成したことを特徴とする
内燃機関のピストン。
2. The piston of an internal combustion engine according to claim 1, wherein an alumite-treated film is formed on an inner end surface of the pin boss portion having the piston pin hole formed opposite to the small end portion of the connecting rod.
【請求項3】 アルミニウム合金製ピストンのピストン
ピン孔を機械加工してピン孔径,表面粗さを整え、該ピ
ストンピン孔の表面に、電解時間,電流密度を図5の斜
線領域に設定し、ピストンピン孔の表面を冷却しつつア
ルマイト処理を施すことにより、皮膜厚さ30±10μ
mのアルマイト処理皮膜を形成したことを特徴とする内
燃機関のピストンの表面処理方法。
3. The piston pin hole of an aluminum alloy piston is machined to adjust the pin hole diameter and surface roughness, and the electrolysis time and the current density are set in the hatched area of FIG. By applying anodizing while cooling the surface of the piston pin hole, the film thickness is 30 ± 10μ.
A surface treatment method for a piston of an internal combustion engine, wherein an alumite-treated film having a thickness of m is formed.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008520880A (en) * 2004-11-24 2008-06-19 マーレ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Method of making a piston for an internal combustion engine
JP2017122456A (en) * 2011-04-15 2017-07-13 フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Llc piston
WO2018173719A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Kyb株式会社 Method for manufacturing sliding member, and sliding member
WO2020043881A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 Brp-Rotax Gmbh & Co. Kg Piston assembly for an internal combustion engine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008520880A (en) * 2004-11-24 2008-06-19 マーレ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Method of making a piston for an internal combustion engine
JP2017122456A (en) * 2011-04-15 2017-07-13 フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Llc piston
JP2018096380A (en) * 2011-04-15 2018-06-21 フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Llc Piston
US10610984B2 (en) 2011-04-15 2020-04-07 Tenneco Inc Piston and method of making a piston
WO2018173719A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Kyb株式会社 Method for manufacturing sliding member, and sliding member
JP2018159113A (en) * 2017-03-23 2018-10-11 Kyb株式会社 Sliding member and manufacturing method of sliding member
WO2020043881A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 Brp-Rotax Gmbh & Co. Kg Piston assembly for an internal combustion engine

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