JP2003013802A

JP2003013802A - アルミ合金製内燃機関用ピストン

Info

Publication number: JP2003013802A
Application number: JP2001195450A
Authority: JP
Inventors: Hajime Miyasaka; 一宮坂; Ryotaro Takada; 亮太郎高田; Koji Kobayashi; 幸司小林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP4379852B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スカート部の全域に油膜を均一に保持するこ
とができ、かつシリンダに接触する際の面圧を抑えるこ
とができるアルミ合金製内燃機関用ピストンを提供す
る。【解決手段】アルミ合金製内燃機関用ピストン１０
は、スカート部２０の外表面２１ａに条痕２２・・・を形
成し、条痕２２・・・の表面にりん酸塩並びにふっ化物を
混合した電解液を用いて陽極酸化皮膜５０を被せ、この
陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２に潤滑材５４を含浸さ
せ、さらに陽極酸化皮膜５０の表面に二硫化モリブデン
皮膜６０を形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミ合金製のピス
トンに陽極酸化皮膜を被せた内燃機関用のピストンに関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の燃費やエンジン出力を向上させ
るためにピストンの摺動抵抗を減少させる方法が知られ
ている。このピストンの一例として、特開平１１−３３
６８９５号公報「ピストン及びピストンの加工方法」が
提案されている。この技術はピストンのスカート部に陽
極酸化皮膜を形成し、陽極酸化皮膜に化成処理皮膜を形
成することで、ピストンの摺動抵抗を減少させるもので
ある。

【０００３】一方、摺動抵抗を減少させるために、ピス
トンのスカート部に条痕を形成する方法も知られてお
り、条痕を上記公報の技術と併用すること（すなわち、
条痕に皮膜を被せること）で摺動抵抗をより減少するこ
とができる。以下、条痕に皮膜を被せた例を、次図で詳
しく説明する。

【０００４】図１５（ａ），（ｂ）は従来の内燃機関用
ピストンのスカート部の断面図であり、（ａ）はスカー
ト部に条痕を形成した例を示し、（ｂ）は条痕に皮膜を
被せた例を示す。（ａ）において、ピストン１３０のス
カート部１３１に条痕１３２・・・（・・・は複数個を示す）
を形成する。条痕１３２・・・の凹部１３３・・・を深さＡ１
に一定に確保し、凹部１３３・・・に油を溜めることによ
り、スカート部１３１全体に油膜を均一に保持すること
ができる。このため、ピストン１３０の摺動抵抗を減少
することができる。（ｂ）において、条痕１３２・・・を
形成したスカート部１３１に陽極酸化皮膜１３５を形成
し、陽極酸化皮膜１３５に化成処理皮膜１３６を形成す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、条痕１３２・・
・に陽極酸化皮膜１３５及び化成処理皮膜１３６を形成
することで、化成処理皮膜１３６の凹部１３７・・・を条
痕１３２の凹部１３３・・・に合せて一定ピッチに形成す
ることはできない。加えて、化成処理皮膜１３６の凹部
１３７・・・は深さＡ２も不均一なので、スカート部１３
１全体に油膜を均一に保持することはできない。従っ
て、条痕１３２・・・に皮膜１３５，１３６を被せても、
ピストン１３０の摺動抵抗を大きく減らすことはできな
い。

【０００６】また、化成処理皮膜１３６の頂部１３８
ａ，１３８ｂ（その他の頂部は符号を付さない）は不均
一に突出するので、ピストン１３０をシリンダ内で往復
運動する際に、特に高く突出した頂部１３８ａがシリン
ダに接触する際の面圧が高くなる。よって、摺動抵抗が
高くなることが考えられる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、スカート部の全
域に油膜を均一に保持することができ、かつシリンダに
接触する際の面圧を抑えることができるアルミ合金製内
燃機関用ピストンを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１は、スカート部の外表面に条痕を形
成し、この条痕の表面にりん酸塩並びにふっ化物を混合
した電解液を用いて陽極酸化皮膜を被せ、この陽極酸化
皮膜の微細な孔に潤滑材を含浸させたアルミ合金製内燃
機関用ピストンであって、陽極酸化皮膜に二硫化モリブ
デンをコーティングしたことを特徴とする。

【０００９】電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合す
ることで、陽極酸化皮膜を平坦に形成する。これによ
り、陽極酸化皮膜を条痕の形状に倣わせて形成して、陽
極酸化皮膜の表面を条痕と略同じ形状にすることができ
る。よって、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーテ
ィングすることで、二硫化モリブデン皮膜の表面を条痕
と略同じ形状にすることができる。このため、二硫化モ
リブデン皮膜の表面全域に油膜を均一に保持することが
できる。加えて、りん酸塩には陽極酸化皮膜の微細な孔
の孔径を大きくする作用がある。このため、微細な孔に
多量の潤滑剤を含浸させ、その潤滑剤を孔内に確実に固
着させることができる。

【００１０】さらに、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデン
をコーティングした。二硫化モリブデンは自己潤滑性に
優れているため、ならし運転の際にピストンの摺動抵抗
を低く抑えることができる。このため、シリンダに対す
るピストンの面圧を低く抑えることができる。

【００１１】加えて、ならし運転で条痕の頂部に相当す
る二硫化モリブデンの皮膜を摩耗させることにより、陽
極酸化皮膜の一部を二硫化モリブデンの皮膜から露出さ
せることができる。陽極酸化皮膜は対摩耗性に優れてい
るので、露出した一部の陽極酸化皮膜をシリンダに当接
させることで、ならし運転後のピストンの摩耗を十分に
抑えることができる。この際に、露出した一部の陽極酸
化皮膜に加えて二硫化モリブデンもシリンダの摺動面に
接触させることができるので、ならし運転後のシリンダ
に対するピストンの面圧を低く抑えることもできる。

【００１２】請求項２は、二硫化モリブデンの皮膜厚さ
を５〜１５μｍとしたことを特徴とする。ここで、陽極
酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μｍである。
よって、二硫化モリブデンの皮膜厚さを５μｍ未満とす
ると、二硫化モリブデンの皮膜厚さが陽極酸化皮膜の表
面最大粗さに近く、陽極酸化皮膜の表面全域に二硫化モ
リブデンを確実にコーティングすることができない虞れ
がある。このため、ならし運転時のシリンダに対するピ
ストンの面圧を低く抑えることができない虞れがある。
また、二硫化モリブデンの皮膜厚さが１５μｍを越える
と、二硫化モリブデンの皮膜厚さが厚くなりすぎてコー
ティング処理に時間がかかる。このため、ピストンのコ
ストアップの要因になる。従って、二硫化モリブデンの
皮膜厚さを５〜１５μｍに設定することとした。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。図１は本発明に係るアルミ合金
製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の斜視図であ
る。アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、Ｓｉ（シ
リコン）系アルミニウム合金で形成した部材であって、
ピストン頭部１２にピストンリング溝１３，１４及びオ
イルリング溝１５を形成し、オイルリング溝１５の下側
に一対のスカート部２０，２５を形成し、スカート部２
０，２５の外表面２１ａ（スカート部２５の外表面は図
示しない）に条痕２２を形成し、一対のスカート部２
０，２５の間に一対のピンボス部３５，３７（ピンボス
部３７は図２参照）を形成した部材である。

【００１４】スカート部２０，２５は、条痕２２を形成
した各外表面２１ａに、りん酸塩並びにふっ化物を混合
した電解液で陽極酸化皮膜（特殊な陽極酸化皮膜）５
０，５０（スカート部２５の陽極酸化皮膜５０は図２に
示す）をそれぞれ被せ、特殊な陽極酸化皮膜５０の微細
な孔に潤滑剤５４（図９（ｂ）に示す）を含浸させた部
材である。なお、陽極酸化皮膜５０を被せた領域を「網
目」で示す。

【００１５】図２は図１の２矢視図であり、この図でア
ルミ合金製内燃機関用ピストンの形状を詳しく説明す
る。アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、コンロッ
ド（図示しない）側から見たときに、一対のスカート部
２０，２５を対向する一対で構成し、これら一対のスカ
ート部２０，２５の対向する端部（一端）２０ａ，２５
ａ同士を壁部３０で連結し、スカート部２０，２５の対
向する端部（他端）２０ｂ，２５ｂ同士を壁部３２で連
結することで、これら壁部３０，３２とスカート部２
０，２５とで略矩形を形成させ、且つ壁部３０，３２の
中央にピンボス部３５，３７を膨出形成した部材であ
る。

【００１６】加えて、アルミ合金製内燃機関用ピストン
１０は、壁部３０，３２がスカート部２０，２５に交わ
る部位（すなわち、スカート部２０，２５の一端２０
ａ，２５ａ及び他端２０ｂ，２５ｂ）において、これら
の部位の内壁４０〜４３を円弧状に形成し、スカート部
２０，２５の肉厚ｔ１を壁部３０，３２の肉厚ｔ２より
薄く設定した。

【００１７】スカート部２０，２５の対向する一端２０
ａ，２５ａを壁部３０で連結し、他端２０ｂ，２５ｂを
壁部３２で連結することで、壁部３０，３２及びスカー
ト部２０，２５で略矩形を形成する。このため、スカー
ト部２０，２５の幅Ｗをピンボス部３５，３７の幅Ｗ１
より小さくすることができる。従って、スカート部２
０，２５を幅狭まとすることで、アルミ合金製内燃機関
用ピストン１０の軽量化を図ることができる。また、ス
カート部２０，２５の肉厚ｔ１を壁部３０，３２の肉厚
ｔ２より薄く設定したので、アルミ合金製内燃機関用ピ
ストン１０をより軽量にすることができる。

【００１８】一方、スカート部２０，２５及び壁部３
０，３２で略矩形を形成することにより、スカート部２
０，２５を壁部３０，３２で補強することができる。従
って、スカート部２０，２５の剛性を高めることができ
る。また、壁部３０，３２がスカート部２０，２５に交
わるスカート部の一端２０ａ，２５ａ及び他端２０ｂ，
２５ｂの内壁４０〜４３を円弧状に形成したので、スカ
ート部の一端２０ａ，２５ａ及び他端２０ｂ，２５ｂに
応力が集中することを防ぐことができる。従って、スカ
ート部２０，２５の剛性をより高めることができる。

【００１９】一対のスカート部２０，２５は、幅Ｗ及び
長さＬ（図１に示す）の網目で示した各外表面２１ａに
条痕２２・・・（図１に示す）を形成し、各々の外表面２
１ａに特殊な陽極酸化皮膜５０，５０をそれぞれ被せ、
特殊な陽極酸化皮膜５０，５０の微細な孔に潤滑剤を含
浸させたものである。なお、特殊な陽極酸化皮膜及び潤
滑剤については図８〜図９でさらに詳しく説明する。

【００２０】図３は図１の３矢視図であり、スカート部
２０，２５（スカート部２５は図２参照）の下端２３，
２８（下端２８は図１も参照）をピンボス部３５，３７
の下端３６，３８より下方に延した状態を示す。スカー
ト部２０，２５の下端２３，２８をピンボス部３５，３
７の下端３６，３８より下方に延すことにより、アルミ
合金製内燃機関用ピストン１０がシリンダ内を移動して
いる際に、スカート部２０，２５をシリンダに接触させ
ることでピストン１０の姿勢を正規の状態に容易に保つ
ことができる。

【００２１】図４は図３の４−４線断面図である。アル
ミ合金製内燃機関用ピストン１０は、スカート部２０，
２５の外表面２１ａ（図１に示す）に条痕２２・・・を形
成し、この条痕２２・・・の表面にりん酸塩並びにふっ化
物を混合した電解液を用いて陽極酸化皮膜５０を被せ、
この陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２に潤滑材５４（図
９（ｂ）に示す）を含浸させ、陽極酸化皮膜５０に二硫
化モリブデン（ＭｏＳ₂）の皮膜（以下、「二硫化モリ
ブデン皮膜」という）６０を皮膜厚さｔ４が５〜１５μ
ｍになるようにコーティングしたものである。

【００２２】加えて、このアルミ合金製内燃機関用ピス
トン１０は、ならし運転で条痕２２・・・の頂部に相当す
る二硫化モリブデン皮膜６０を摩耗させることにより、
二硫化モリブデン皮膜６０の頂部の領域Ｈを平坦部６１
・・・にすることで、平坦部６１・・・から陽極酸化皮膜５０
の頂部５１・・・を露出させたものである。

【００２３】特殊な陽極酸化皮膜５０は、電解液にりん
酸塩並びにふっ化物を混合することで、Ｓｉを溶かして
平坦に形成することができる。これで、陽極酸化皮膜５
０をスカート部２０の条痕２２・・・の凹凸形状に倣わせ
て形成して、陽極酸化皮膜５０の表面を条痕２２・・・と
略同じ凹凸形状にすることができる。

【００２４】そして、この陽極酸化皮膜５０に二硫化モ
リブデン皮膜６０をコーティングすることで、二硫化モ
リブデン皮膜６０の表面を条痕２２・・・の凹凸形状に倣
わせて形成することができる。よって、二硫化モリブデ
ン皮膜６０の表面全域に油膜を均一に保持することがで
きる。

【００２５】二硫化モリブデン皮膜６０は、ポリアミド
イミド（ＰＡＩ）をバインダーにしてその中に二硫化モ
リブデン（ＭｏＳ₂）を混合し、これを陽極酸化皮膜５
０の表面に塗布し、この状態で焼き固めることにより二
硫化モリブデン皮膜６０を形成したものである。なお、
二硫化モリブデン皮膜６０を皮膜厚さｔ４を５〜１５μ
ｍになるようにコーティングした理由は次の通りであ
る。

【００２６】すなわち、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲ
ｍａｘは２〜３μｍである。よって、二硫化モリブデン
皮膜６０の皮膜厚さｔ４を５μｍ未満とすると、陽極酸
化皮膜５０の表面全域に二硫化モリブデン皮膜６０を確
実にコーティングすることができない虞れがある。よっ
て、ならし運転時のシリンダに対するピストン１０の面
圧を低く抑えることができない虞れがある。そこで、二
硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚さｔ４を５μｍ以上に
設定して、ならし運転時のシリンダに対するピストン１
０の面圧を低く抑えるようにした。

【００２７】また、二硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚
さｔ４が１５μｍを越えると、二硫化モリブデン皮膜６
０の皮膜厚さｔ４が厚くなりすぎてコーティング処理に
時間がかかる。このため、ピストン１０のコストアップ
の要因になる。そこで、二硫化モリブデン皮膜６０の皮
膜厚さｔ４を１５μｍ以下に抑えて、二硫化モリブデン
のコーティング処理に時間をかけないようにした。

【００２８】ところで、二硫化モリブデンは鉛筆硬度が
２Ｂ以上であり、陽極酸化皮膜の硬度は２６０〜２８０
（ビッカース）である。二硫化モリブデンは陽極酸化皮
膜と比較して柔らかく自己潤滑性を有するため、ピスト
ン１０のならし運転の際に初期なじみがつきやすい。よ
って、ピストン１０（スカート部２０）の摺動抵抗を低
く抑えることができる。このため、ならし運転時のシリ
ンダに対するピストン１０の面圧を低く抑えることがで
きる。従って、短いならし運転で所望のエンジン出力特
性を得ることができる。

【００２９】ピストン１０のならし運転を実施すること
で、条痕２２・・・の頂部に相当する二硫化モリブデン皮
膜６０を摩耗させることにより、陽極酸化皮膜５０の頂
部５１・・・を露出させることができる。よって、ならし
運転を実施した後は、陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・
と二硫化モリブデン皮膜６０の平坦部６１がシリンダの
摺動面に接触する。

【００３０】ここで、陽極酸化皮膜５０は、微細な孔５
２の孔径を大きくすることで、微細な孔５２に多量の潤
滑剤５４を含浸させ、その潤滑剤５４を孔５２内に確実
に固着させることができる。このため、陽極酸化皮膜５
０は、耐摩耗性に優れているととともに、潤滑性にも優
れている。加えて、二硫化モリブデンは自己潤滑性を有
している。このため、ならし運転を実施した後の通常の
ピストン運動の際に、シリンダに対するピストンの面圧
を低く抑えることができ、かつピストンの摩耗を十分に
抑えることができる。

【００３１】以下、図５で普通の陽極酸化皮膜の形成方
法を比較例として説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は内燃
機関用ピストンのスカート部に普通の陽極酸化皮膜を形
成した比較例を示した説明図である。（ａ）は、硫酸電
解液で生成した普通の陽極酸化皮膜を示す。母材として
のアルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部１００
にＳｉ粒１１１・・・が分布し、そのうちの表面近傍のＳ
ｉ粒１１２・・・が陽極酸化皮膜１１３に悪影響を及ぼし
て、陽極酸化皮膜１１３が全体的に凹凸となっている。

【００３２】（ｂ）は、（ａ）の拡大図であり、たまた
ま表面に出ていたＳｉ粒１１５の部分には陽極酸化皮膜
を形成できずに大きな窪みＤ１となり、また、表面にご
く近いＳｉ粒１１６の部分には陽極酸化皮膜１１７が形
成できたけれども、膜厚は周囲の陽極酸化皮膜１１３と
比べると小さく、窪みＤ２ができている。

【００３３】すなわち、Ｓｉを含むアルミニウム合金製
ピストン１００を硫酸電解液で陽極酸化処理をしても、
平坦な陽極酸化皮膜１１３が得られないことが分かっ
た。また、硫酸電解液では、微細な孔１１８・・・の孔径
をｄ２とすると、ｄ２は一般的に１５ｎｍ程度と小さい
ことが分かった。

【００３４】（ｃ）は、液状の熱硬化性樹脂を微細な孔
１１８・・・に含浸させ、含浸した液状の熱硬化性樹脂を
加熱して硬化樹脂１１９・・・に変えた状態を示す。樹脂
は摩擦抵抗が小さいので、陽極酸化皮膜１１３，１１７
に硬化樹脂１１９・・・を含浸させることで、Ｓｉ系アル
ミニウム合金製ピストンがシリンダ内を高速で往復移動
するときの摺動抵抗は比較的小さくなる。

【００３５】しかし、（ｂ）に示したように、陽極酸化
皮膜１１３に窪みＤ１，Ｄ２が発生して陽極酸化皮膜１
１３を平坦に生成することが困難であり、また、陽極酸
化皮膜１１３に発生した微細な孔１１８・・・の孔径ｄ２
が小さいので陽極酸化皮膜１１３に樹脂１１９を十分に
含有することができない。このため、陽極酸化皮膜１１
３に樹脂１１９を含浸させても摩擦抵抗を所望の値まで
小さくすることはできない。

【００３６】以下、本発明に係る特殊な陽極酸化皮膜を
形成する方法を説明する。図６は本発明に係るアルミ合
金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法を
説明するフローチャートであり、図中ＳＴ××はステッ
プ番号を示す。ＳＴ１０；アルミ合金製内燃機関用ピストン（すなわ
ち、Ｓｉ系アルミニウム合金としてのＡＣ８Ｃアルミニ
ウム合金製ピストン）のスカート部の外表面に条痕を形
成する。

【００３７】ＳＴ１１；条痕を形成したスカート部の外
表面を脱脂する。ＳＴ１２；りん酸塩としてのりん酸３ナトリウム及びふ
っ化物としてのふっ化カリウムの混合水溶液中で電気分
解して、スカート部の外側表面に特殊な陽極酸化皮膜を
生成する。この陽極酸化皮膜の表面に微細な孔が生成す
る。ＳＴ１３；ふっ素樹脂を含有する液状の熱硬化性樹脂
（ふっ素系樹脂）を準備し、この液状の熱硬化性樹脂を
陽極酸化皮膜の微細な孔に含浸させる。

【００３８】ＳＴ１４；微細な孔に含浸した液状の熱硬
化性樹脂を加熱することにより硬化させる。これで、本
発明に係るアルミニウム合金製ピストンの陽極酸化処理
が完了する。ＳＴ１５；陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティ
ングする。以下、Ｓｉ系アルミニウム合金の陽極酸化処理方法のＳ
Ｔ１０〜ＳＴ１５を図７〜図１０で詳しく説明する。

【００３９】図７は本発明に係るアルミ合金製内燃機関
用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第１説明図で
あり、ＳＴ１０を示す。アルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（すなわち、Ｓｉ系アルミニウム合金としてのＡＣ８
Ｃアルミニウム合金製ピストン）のスカート部２０の外
表面２１ａ（図１に示す）に条痕２２を形成する。

【００４０】図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ
合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法
の第２説明図であり、特殊なる陽極酸化皮膜５０の処理
方法を示す。なお、理解を容易にするためスカート部２
０の外表面を横向きに配置した状態で説明する。

【００４１】（ａ）は、ＳＴ１１（脱脂）後の状態を示
す図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストンのスカー
ト部２０の外表面２１ａを脱脂した状態を示す。スカー
ト部２０の外表面２１ａの近傍にはアルミニウムにＳｉ
粒５５，５６，５７が分散している。

【００４２】（ｂ）は、ＳＴ１２（特殊な陽極酸化皮膜
処理）後の状態を示す図であり、りん酸３ナトリウム及
びふっ化カリウムの混合水溶液中で電気分解して陽極酸
化皮膜５０を生成した状態を示す。りん酸３ナトリウム
の腐食作用でスカート部２０の外表面２１ａ（（ａ）に
示す）が溶解して、Ｓｉ粒５５，５６，５７が露出す
る。露出したＳｉ粒５５，５６，５７がふっ化カリウム
の作用で溶解して小さくなる。

【００４３】このため、スカート部２０の外表面２１ａ
にＳｉ粒５５，５６，５７が存在するにも拘らず、陽極
酸化皮膜５０が良好に成長する。この結果、陽極酸化皮
膜５０の皮膜面２１が揃うので、面粗度は小さくなり、
膜厚ｔ３はほぼ一定となる。また、電解液にはりん酸３
ナトリウムを含むため、りん酸３ナトリウムの孔径を大
きくする作用で、微細な孔５２・・・の孔径ｄ１は略１０
０ｎｍと十分に大きくなる。

【００４４】図９（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ
合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法
の第３説明図であり、特殊なる陽極酸化皮膜５０の処理
方法を示す。（ａ）は、ＳＴ１３（樹脂含浸処理）後の
状態を示す図であり、ふっ素樹脂を含有する液状の熱硬
化性樹脂５３を準備し、この液状の熱硬化性樹脂５３を
陽極酸化皮膜５０の孔５２・・・に含浸した状態を示す。
孔５２・・・の孔径ｄ１が１００ｎｍと大きいので、多量
の熱硬化性樹脂５３を孔５２・・・内に含浸させることが
できる。なお、熱硬化性樹脂５３は溶媒希釈しなくても
液状をなす樹脂である。

【００４５】（ｂ）は、ＳＴ１４（樹脂硬化処理）後の
状態を示す図であり、オーブンのコイル５８から矢印の
如く熱を伝えることにより液状の熱硬化性樹脂５３を加
熱する状態を示す。液状の熱硬化性樹脂５３が硬化して
熱硬化性樹脂（潤滑剤）５４となる。これで、特殊な陽
極酸化皮膜５０に熱硬化性樹脂５４を含浸させた状態に
なる。

【００４６】図１０（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアル
ミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方
法の第４説明図であり、二硫化モリブデン皮膜６０のコ
ーティング処理方法を示す。（ａ）は、スカート部２０
の条痕２２・・・に特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、こ
の陽極酸化皮膜５０に熱硬化性樹脂５４（図９（ｂ）に
示す）を含浸させた状態を示す。特殊な陽極酸化皮膜５
０は、電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合すること
で、Ｓｉを溶かして平坦に形成することができるので、
その表面を条痕２２・・・と略同じ形状にすることができ
る。

【００４７】（ｂ）は、ＳＴ１５（二硫化モリブデンの
コーティング処理）後の状態を示す図である。陽極酸化
皮膜５０に二硫化モリブデン皮膜６０を形成すること
で、二硫化モリブデン皮膜６０の表面を条痕２２・・・と
略同じ形状にすることができる。このため、二硫化モリ
ブデン皮膜６０の表面全域に油膜を均一に保持すること
ができる。

【００４８】（ｃ）は、ピストン１０をならし運転する
ことにより、条痕２２・・・の頂部に相当する二硫化モリ
ブデン皮膜６０を摩耗させて平坦部６１・・・とすること
で、平坦部６１・・・から陽極酸化皮膜５０を露出させた
状態を示す。二硫化モリブデンは自己潤滑性を有するた
め、ならし運転の際にピストン１０の摺動抵抗を低く抑
えることができる。よって、ならし運転時のシリンダに
対するピストン１０の面圧を低く抑えることができる。
従って、短いならし運転で所望のエンジン出力特性を得
ることができる。

【００４９】

【実施例】本発明に係る実施例及び比較例を表１、表
２、図１１及び図１２に基づいて説明する。共通条件：供試材ＡＣ８Ｃ（ＪＩＳＨ５２０２ア
ルミニウム合金鋳物）成分は表１に示すが、約１０％のＳｉを含む鋳物であ
る。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】実施例：アルミ合金製内燃機関用ピストン
のスカート部の外表面を脱脂した後、０．４モル／ｌり
ん酸３ナトリウム及び０．１２５モル／ｌふっ化カリウ
ムの混合電解液で、電解液温度を２２℃、電圧を７０Ｖ
として３０分間電気分解して、スカート部の外表面に特
殊な陽極酸化皮膜を生成した。特殊な陽極酸化皮膜の微
細な孔は孔径ｄ１（図９（ａ）参照）が１００ｎｍと大
きく、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μ
ｍと平坦である。なお、Ｒｍａｘは、ＪＩＳＢ０６０
１で定義する表面粗さの最大高さであるが、便宜上「表
面最大粗さＲｍａｘ」を表記した。

【００５３】次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨ
ｇの減圧状態で、パーフロロオクチルエチルメタクレー
ト（熱硬化性樹脂）液中に５分間浸漬した後、大気開放
して９８℃の温水に１０分間浸漬した。温水から取り出
した後、オーブンで５分間加熱してパーフロロオクチル
エチルメタクレートを硬化した。

【００５４】次いで、陽極酸化皮膜の表面に二硫化モリ
ブデン（ＭｏＳ₂）の皮膜をコーティングする。すなわ
ち、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）をバインダーにしてそ
の中に二硫化モリブデンを混合し、これを陽極酸化皮膜
の表面に塗布し、この状態で焼き固めることにより二硫
化モリブデンの皮膜を皮膜厚さ１５μｍに形成する。

【００５５】このピストンをエンジンに組込んでならし
運転をおこない、そのときのエンジン出力特性を測定し
た。その結果、ならし運転の当初から所望のエンジン出
力特性を得ることができることが判かった。その理由
は、二硫化モリブデンは自己潤滑性を有するため、なら
し運転の際にピストンの摺動抵抗を低く抑えることがで
きる。よって、ならし運転時のシリンダに対するピスト
ンの面圧を低く抑えて、初期摺動抵抗を低くすることが
できるからである。なお、パーフロロオクチルエチルメ
タクレートの化学式は以下の通りである。

【００５６】

【化１】

【００５７】比較例：実施例と同様に、アルミ合金製内
燃機関用ピストンのスカート部の外表面を脱脂した後、
０．４モル／ｌりん酸３ナトリウム及び０．１２５モル
／ｌふっ化カリウムの混合電解液で、電解液温度を２２
℃、電圧を７０Ｖとして３０分間電気分解して、スカー
ト部の外表面に特殊な陽極酸化皮膜を生成した。

【００５８】特殊な陽極酸化皮膜の微細な孔は孔径ｄ１
（図９（ａ）参照）が１００ｎｍと大きく、陽極酸化皮
膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μｍと平坦である。
なお、Ｒｍａｘは、ＪＩＳＢ０６０１で定義する表面
粗さの最大高さであるが、便宜上「表面最大粗さＲｍａ
ｘ」を表記した。

【００５９】次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨ
ｇの減圧状態で、パーフロロオクチルエチルメタクレー
ト（熱硬化性樹脂）液中に５分間浸漬した後、大気開放
して９８℃の温水に１０分間浸漬した。温水から取り出
した後、オーブンで５分間加熱してパーフロロオクチル
エチルメタクレートを硬化した。

【００６０】このピストンをエンジンに組込んでならし
運転をおこない、そのときのエンジン出力特性を測定し
た。その結果、所望のエンジン出力特性を得るまでに
は、ならし運転を比較的長い時間実施する必要があるこ
とが判かった。その理由は、陽極酸化皮膜において条痕
の頂部に相当する部位が頂部として存在しているため、
ピストンがシリンダに接触する際の面圧が高くなり、初
期摺動抵抗が高くなるからである。

【００６１】次に、図１１及び図１２に基づいてアルミ
合金製内燃機関用ピストンの作用について説明する。図
１１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機
関用ピストン（第１実施形態）の作用を説明する断面図
であり、（ａ）〜（ｂ）は表１の比較例、（ｃ）〜
（ｄ）は表１の実施例を示す。また図１２は本発明に係
るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の
作用を説明するグラフである。縦軸は摩擦係数を示し、
横軸はピストンの運転時間を示し、破線のグラフは比較
例、実線は実施例を示す。

【００６２】図１１（ａ）は、アルミ合金製内燃機関用
ピストン１２０のスカート部１２１に条痕１２２・・・を
形成し、条痕１２２・・・に特殊な陽極酸化皮膜５０を形
成し、陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させ
た状態を示す。

【００６３】特殊な陽極酸化皮膜５０は条痕１２２・・・
に沿って均一の厚さで陽極酸化皮膜５０を被せることが
可能であり、陽極酸化皮膜５０において条痕１２２・・・
の頂部に相当する部位（頂部）５１・・・が突出する。従
って、ピストン１２０がシリンダ５９内で矢印の如く
往復運動する際に、突出した頂部５１・・・がシリンダ５
９に当接するので、図１２のグラフに示すように摩擦係
数がμ₁と大きくなり、陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・
に大きな面圧がかかる。

【００６４】（ｂ）において、陽極酸化皮膜５０の頂部
５１・・・（（ａ）に示す）に陽極酸化皮膜５０の頂部５
１・・・や条痕１２２の頂部１２２ａが摩耗して条痕１２
２の頂部１２２ａ・・・が露出する。ならし運転完了後
は、図１２のグラフに示すように摩擦係数がμ₂と小さ
くなる。しかし、条痕１２２の頂部１２２ａ・・・が露出
してしまい、頂部１２２ａ・・・を陽極酸化皮膜５０で保
護することができないので、スカート部２０の耐摩耗性
を十分に確保することは難しい。

【００６５】（ｃ）は、アルミ合金製内燃機関用ピスト
ン１０のスカート部２０に条痕２２・・・を形成し、条痕
２２・・・に特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、陽極酸化
皮膜５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させ、この陽極酸化
皮膜５０に二硫化モリブデン皮膜６０を皮膜厚さが１５
μｍになるようにコーティングした状態を示す。

【００６６】ピストン１０がシリンダ５９内で矢印の
如くならし運転を実施する。二硫化モリブデンは自己潤
滑性を有するため、ピストン１０の摺動抵抗を低く抑え
ることができる。このため、図１２のグラフに示すよう
に摩擦係数をμ₃と小さくでき、シリンダ５９に対する
ピストン１０の面圧を低く抑えることができるので、短
いならし運転で所望のエンジン出力特性を得ることがで
きる。

【００６７】（ｄ）において、ならし運転で条痕２２・・
・の頂部に相当する二硫化モリブデン皮膜６０を摩耗さ
せることで平坦部６１・・・とし、平坦部６１・・・から陽極
酸化皮膜５０を露出させることができる。

【００６８】陽極酸化皮膜５０は対摩耗性に優れている
とともに、微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させているの
でならし運転後のピストンの摩耗を十分に抑えることが
できる。加えて、二硫化モリブデン皮膜６０の平坦部６
１・・・でピストン１０の摺動抵抗を低く抑えることがで
きる。

【００６９】従って、ならし運転後のピストン運転にお
いても、図１２のグラフに示すように摩擦係数をμ₃と
小さくでき、シリンダ５９に対するピストン１０の面圧
を低く抑えることができる。このため、ピストン１０の
摺動抵抗を減少させて円滑に運動させることができる。

【００７０】次に、第２〜第３実施形態を図１３〜図１
４に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一部材
については同一符号を付して説明を省略する。図１３は
本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実
施形態）の側面図である。アルミ合金製内燃機関用ピス
トン７０は、ピンボス部３５の下端３６及びピンボス部
３７の下端３８より一対のスカート部７２（奥側のスカ
ート部は図示しない）の下端７３をδ寸法だけ上方に上
げたものである。このため、一対のスカート部７２を、
第１実施形態のスカート部２０，２５より小さくするこ
とができる。従って、アルミ合金製内燃機関用ピストン
７０をよりアルミ合金製内燃機関用ピストン１０より軽
量にすることができる。

【００７１】図１４は本発明に係るアルミ合金製内燃機
関用ピストン（第３実施形態）の側面図である。アルミ
合金製内燃機関用ピストン８０は、スカート部８２を略
逆台形、すなわち下端８３からピストン頭部８４に向け
てスカート幅をＷ３からＷ４に徐々に大きく形成したも
のである。スカート部８２を略逆台形に形成することに
より、スカート部８２の剛性を高めることができる。

【００７２】なお、前記実施形態では、りん酸塩として
りん酸３ナトリウムを使用した例を示したが、その他に
りん酸ナトリウムなどを使用してもよい。また、ふっ化
物としてふっ化カリウムを使用した例を示したが、その
他にふっ化ナトリウムなどを使用してもよく、アルカリ
金属系ふっ化物であれば同等の作用効果がある。

【００７３】さらに、液状の熱硬化性樹脂としてパーフ
ロロオクチルエチルメタクレート液を使用した例を説明
したが、ふっ素を含んだその他の熱硬化性樹脂を使用し
てもよい。また、潤滑剤として熱硬化性樹脂を使用した
例を説明したが、光硬化性樹脂などのその他の樹脂を使
用しても同様の効果を得ることができる。光硬化性樹脂
は、例えば紫外線硬化性樹脂や可視光硬化性樹脂が該当
する。さらに、前記実施形態では、条痕２２の凹部を略
Ｖ形に形成した例について説明したが、その他に条痕の
凹部を湾曲形や台形などに形成してもよく、凹部の形状
は任意である。

【００７４】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、電解液にりん酸塩並びにふっ化物を
混合することで、陽極酸化皮膜を平坦に形成する。これ
により、陽極酸化皮膜を条痕の形状に倣わせて形成し
て、陽極酸化皮膜の表面を条痕と略同じ形状にすること
ができる。このため、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデン
をコーティングすることで、二硫化モリブデン皮膜の表
面を条痕と略同じ形状にすることができる。従って、二
硫化モリブデン皮膜の表面全域に油膜を均一に保持する
ことができる。加えて、りん酸塩には陽極酸化皮膜の微
細な孔の孔径を大きくする作用がある。このため、微細
な孔に多量の潤滑剤を含浸させ、その潤滑剤を孔内に確
実に固着させることができる。

【００７５】さらに、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデン
をコーティングした。二硫化モリブデンは自己潤滑性に
優れているので、ならし運転の際にピストンの摺動抵抗
を低く抑えることができる。このため、ならし運転時の
シリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることがで
きる。

【００７６】加えて、ならし運転で条痕の頂部に相当す
る二硫化モリブデンの皮膜を摩耗させることにより、陽
極酸化皮膜の一部を露出させることができる。陽極酸化
皮膜は対摩耗性に優れているので、露出した一部の陽極
酸化皮膜をシリンダに当接させることで、ならし運転後
のピストンの摩耗を十分に抑えることができる。

【００７７】この際に、露出した一部の陽極酸化皮膜に
加えて二硫化モリブデンもシリンダの摺動面に接触させ
ることができるので、ならし運転後のシリンダに対する
ピストンの面圧を低く抑えることができる。このよう
に、油膜を均一に保持し、潤滑剤を確実に固着させ、加
えて面圧を抑えることができるので、ピストンを円滑に
摺動させることができる。

【００７８】請求項２は、二硫化モリブデンの皮膜厚さ
を５μｍ以上に設定したので、陽極酸化皮膜の表面全域
に二硫化モリブデンの皮膜を確実にコーティングするこ
とができる。このため、ならし運転時のシリンダに対す
るピストンの面圧を低く抑えることができるので、短い
ならし運転で所望のエンジン出力特性を得ることができ
る。

【００７９】また、二硫化モリブデンの皮膜厚さを１５
μｍ以下に設定したので、二硫化モリブデンの皮膜厚さ
を好適な範囲に抑えることができ、コーティング処理を
比較的時間をかけるないで行うことができる。このた
め、ピストンのコストアップを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン
（第１実施形態）の斜視図

【図２】図１の２矢視図

【図３】図１の３矢視図

【図４】図３の４−４線断面図

【図５】内燃機関用ピストンのスカート部に普通の陽極
酸化皮膜を形成した比較例を示した説明図である。

【図６】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン
（第１実施形態）の製造方法を説明するフローチャート

【図７】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン
（第１実施形態）の製造方法の第１説明図

【図８】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン
（第１実施形態）の製造方法の第２説明図

【図９】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン
（第１実施形態）の製造方法の第３説明図

【図１０】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（第１実施形態）の製造方法の第４説明図

【図１１】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（第１実施形態）の作用を説明する断面図

【図１２】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（第１実施形態）の作用を説明するグラフ

【図１３】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（第２実施形態）の側面図

【図１４】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（第３実施形態）の側面図

【図１５】従来の内燃機関用ピストンのスカート部の断
面図

【符号の説明】

１０，７０，８０…アルミ合金製内燃機関用ピストン、
２０，２５，７２，８２…スカート部、２１ａ…スカー
ト部の外表面、２２…条痕、５０…陽極酸化皮膜、５１
…露出した頂部、５２…微細な孔、５４…潤滑剤、６０
…二硫化モリブデン皮膜、６１…二硫化モリブデン皮膜
の平坦部、ｔ４…二硫化モリブデン皮膜の皮膜厚さ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/00 Ｆ１６Ｊ 1/00 1/01 1/01 1/08 1/08 (72)発明者小林幸司埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3J044 AA12 BA04 BB11 BB12 BB31 BC04 CA14 DA09 4K044 AA06 AB10 BA11 BA13 BA21 BB03 BB13 BC01 CA17 CA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スカート部の外表面に条痕を形成し、こ
の条痕の表面にりん酸塩並びにふっ化物を混合した電解
液を用いて陽極酸化皮膜を被せ、この陽極酸化皮膜の微
細な孔に潤滑材を含浸させたアルミ合金製内燃機関用ピ
ストンであって、前記陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングし
たことを特徴とするアルミ合金製内燃機関用ピストン。
【請求項２】前記二硫化モリブデンの皮膜厚さを５〜
１５μｍとしたことを特徴とする請求項１記載のアルミ
合金製内燃機関用ピストン。