JP2013136961A - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】初回の運転開始の直後においても、内燃機関の摩擦損失を小さくする。
【解決手段】ピストンスカート１２に、銀（Ａｇ）、銀合金、銅（Ｃｕ）又は銅合金の少なくともいずれか１種を含有するペースト３２を塗布する。次に、該ペースト３２に対して流動媒（例えば、液体Ｌ）を供給し、該流動媒の作用下にペースト３２を流動させる。必要に応じ、該ペースト３２に振動を付与するようにしてもよい。その後、ペースト３２を加熱することで硬化させると、潤滑性肉盛り部３０が得られる。ペースト３２が塗布時から流動しているので、実質的な摺接面である該潤滑性肉盛り部３０の頂部が可及的に平坦化されてその算術平均粗さＲａが小さくなり、また、該潤滑性肉盛り部３０の面粗度（最大高さＲｚ）が小さくなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のシリンダの内壁に摺接するピストンスカートを具備する内燃機関用ピストンの製造方法に関する。

自動車は、燃料が供給された内燃機関が発生する駆動力を回転駆動力に変換してタイヤを回転動作させ、これにより走行している。このような構成の自動車において、近時、内燃機関の燃料消費率（燃費）を向上させることが種々試みられている。燃料の消費量が低減するので、省エネルギ化となるとともに、地球環境保護に貢献し得るからである。

そのような試みの１つとして、内燃機関のシリンダの内壁（ボア又はスリーブの内壁）と、該シリンダ内を往復動作するピストンとの摺動抵抗を低減することが挙げられる。摺動抵抗が小さい場合、ピストンが往復動作することが容易となる。このため、ピストンを往復動作させるための駆動力が小さくなり、ひいては燃料消費量が低減するからである。

摺動抵抗を低減するべく、潤滑性に富む物質を含む層をシリンダの内壁又はピストンスカートに設け、これにより、内壁又はピストンスカートの潤滑性能を向上させることが知られている。例えば、本出願人は、特許文献１において、ピストンスカートの摺接面に条痕を形成するとともに、該条痕を銀、銀合金、銅又は銅合金からなる潤滑性の皮膜（固体潤滑部）で被覆することを提案している。

国際公開第２０１１／１１５１５２号パンフレット

前記特許文献１記載の技術では、前記皮膜を形成した内燃機関用ピストンを用いて内燃機関を組み立てた後、該内燃機関を運転することで前記皮膜の頂部を摩耗させるようにしている。これにより前記頂部が所定の面粗度となるように平坦化され、その結果、実質的な摺接面となる平坦面が得られる。摺接面の面粗度が小さい（可及的に平坦である）ので、内燃機関の摩擦損失を低減することができる。

しかしながら、この場合、摩擦損失が低減するのは、皮膜の頂部が摩耗した後である。すなわち、摩擦抵抗が低減するに至るまで所定の時間を要する。

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、内燃機関の運転開始直後であっても摩擦損失を低減し得る内燃機関用ピストンを得ることが可能な内燃機関用ピストンの製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関のシリンダの内壁に摺接するピストンスカートに固体潤滑部を形成する内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記ピストンスカートに、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含むペーストを塗布する工程と、
前記ピストンスカートに塗布された前記ペーストに対して流動媒を供給することにより、前記ペーストを流動させる工程と、
流動した後の前記ペーストを加熱することで該ペーストを硬化することにより、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含む固体潤滑部を得る工程と、
を有することを特徴とする。

固体潤滑部を得るためのペーストは、金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）を含有するために高粘度であり、流動し難いが、流動媒が衝突すると、その際に拡散する。また、流動媒がペースト上を流動すると、その一部が流動媒に同伴されて移動する。以上のことが相俟って流動が起こる。

その結果、ペーストの頂部が平坦化されるとともに、該ペーストの最大高さＲｚが小さくなる。必然的に、このペーストが硬化することによって形成される固体潤滑部の頂部も可及的に平坦となるとともに、最大高さＲｚも可及的に小さくなる。

シリンダの内壁に対する内燃機関用ピストンの摺接箇所は、実質的には固体潤滑部である。上記したように、固体潤滑部の頂部は平坦であり表面粗度が小さく、且つ該固体潤滑部の最大高さＲｚも小さい。従って、内燃機関の初回の運転時であっても、運転開始当初から、シリンダの内壁に対する内燃機関用ピストンの摺動抵抗が小さくなる。このため、内燃機関の摩擦損失も小さくなる。

以上のように、本発明によれば、初回の運転開始直後から摩擦損失が小さな内燃機関を得ることができる。

必要に応じ、ペーストを塗布した後、ペーストに対して振動を付与するようにしてもよい。このためには、例えば、ピストンスカートにペーストが塗布された内燃機関用ピストンに対して振動を付与すればよい。

振動によって、ペーストが平される。このため、頂部が一層平坦化されるとともに、最大高さＲｚが小さな固体潤滑部を得ることができる。この場合、摩擦損失が一層低減すると期待される。

固体潤滑部は、ピストンスカートの摺接面全体に設けるようにしてもよいが、該固体潤滑部が銀、銀合金、銅又は銅合金からなるため、コストが上昇するとともに内燃機関用ピストンの重量が大きくなる。そこで、固体潤滑部を、線状形状又は点状形状で形成することが好ましい。

この場合、固体潤滑部の総体積が低減するので、該固体潤滑部をなす金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量が低減する。従って、コストを低廉化することができる。また、内燃機関用ピストンの重量が大きく増加することを回避することができる。

また、ピストンスカートに凸部を設け、且つ前記固体潤滑部を前記凸部にのみ選択的に設けることが好ましい。

内燃機関用ピストンの往復運動において実質的な摺接部位となるのは、前記凸部である。従って、固体潤滑部を凸部にのみ設けた場合であっても、十分な潤滑性能が得られる。しかも、この場合、該固体潤滑部をなす金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量が一層低減することから、コスト的にさらに有利であるとともに、内燃機関用ピストンの重量が増加することが一層抑制される。

又は、ピストンスカートを平滑面としてもよい。この場合、凸部を設ける作業を行う必要がないので工程数が低減するとともに、作業が簡素となる。

さらに、固体潤滑部とピストンスカートとの間に、少なくとも樹脂材を含有する中間層を介在することが好ましい。固体潤滑部は、樹脂材に対して強固に接合する。このため、中間層が存在すると固体潤滑部が摺接面から脱落し難くなる。従って、摩擦損失が長期間にわたって低減される。

なお、中間層には、樹脂材の他、ＭｏＳ_２やグラファイト、窒化ホウ素等の固体潤滑剤をさらに含めるようにしてもよい。この場合、固体潤滑部が万一脱落して下地層が露呈したとしても、該中間層に含まれる固体潤滑剤によって潤滑性能が維持されるからである。

本発明によれば、固体潤滑部を得るためのペーストをピストンスカートに塗布した後、該ペーストに対して流動媒を供給するようにしている。ペーストは、流動媒が衝突した際に拡散する。また、流動媒がペースト上を流動すると、その一部が流動媒に同伴されて移動する。以上のことが相俟って、ペーストの流動が起こる。

その結果、ペーストの頂部が平坦化されるとともに、該ペーストの最大高さＲｚが小さくなるので、このペーストが硬化することによって形成される固体潤滑部では、その頂部が可及的に平坦であり、且つ最大高さＲｚが可及的に小さい。従って、内燃機関の初回の運転時であっても、運転開始当初から、シリンダの内壁に対する内燃機関用ピストンの摺動抵抗が小さくなる。このため、初回の運転開始直後から摩擦損失が小さな内燃機関を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るピストンの概略全体斜視図である。 図１に示すピストンの側面図である。 前記ピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。 固体潤滑部を設けるために塗布されたペーストに対し、流動媒である液体をスプレー塗布によって供給している状態を示す断面模式図である。 前記ペーストから得られた固体潤滑部を拡大して示す断面模式図である。 図５に示す固体潤滑部の粗さ曲線である。 流動媒が供給されていないペーストから得られた固体潤滑部を拡大して示す断面模式図である。 図７に示す固体潤滑部の粗さ曲線である。 流動媒の供給の有無と、固体潤滑部の最大高さＲｚとの関係を示すグラフである。 第１実施形態の変形例に係るピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。 本発明の第２実施形態に係るピストンの側面図である。 図１１のピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。 第２実施形態の変形例に係るピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。

以下、本発明に係る内燃機関用ピストン（以降、単に「ピストン」と表記することもある）の製造方法につき、それによって得られるピストン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。

先ず、ピストンにつき説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るピストン１０の概略全体斜視図であり、図２は、その側面図である。このピストン１０は、その下部に一対のピストンスカート１２、１２を有し、該ピストンスカート１２、１２同士の間には、略鉛直方向に沿って延在する壁部１４、１４が介在する。壁部１４、１４の各々には、ピンボス部１６、１６が水平方向に指向して突出するように設けられ、ピンボス部１６、１６の各々には、図示しないピストンピンを挿入するためのピストンピン孔１７、１７が貫通形成される。前記ピストンピンは、図示しないコネクティングロッド（コンロッド）の小端部に形成される貫通孔に通され、これにより、コンロッドを軸支する。

ピストンスカート１２、１２の上部には、下方から上方に向かうに従って、オイルリング溝１８、第１ピストンリング溝２０、第２ピストンリング溝２２がこの順序で形成される。勿論、これらオイルリング溝１８、第１ピストンリング溝２０及び第２ピストンリング溝２２は、ピストン１０の頭部を円周方向に沿って周回するように形成されている。

以上のように構成されるピストン１０は、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ｈ、Ａ１１００（いずれもＪＩＳに定義されるアルミニウム合金）、又はＡｌ−Ｃｕ合金等のアルミニウム合金からなる。

図３に拡大して示すように、第１実施形態においては、前記ピストンスカート１２の摺接面に対して条痕２４が設けられる。ここで、図３中の矢印Ｘ方向は、図１及び図２中の矢印Ｘ方向に対応し、以降の図面においても同様である。

条痕２４は、隆起した突起部２６と、陥没した谷部２８とを有するうねりであり、該ピストンスカート１２に対し、その周回方向に沿って機械加工を施すことで形成される。突起部２６（凸部）の高さＨは０．００１〜０．１ｍｍの範囲内であり、隣接する突起部２６、２６同士の間隔、すなわち、ピッチＰは０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることが好適である。なお、高さＨの一層好適な範囲は０．００８〜０．０１２ｍｍであり、ピッチＰの一層好適な範囲は０．２５〜０．３ｍｍである。

ここで、第１実施形態では、条痕２４中の突起部２６にのみ、固体潤滑部としての潤滑性肉盛り部３０が設けられる。すなわち、潤滑性肉盛り部３０は、条痕２４を構成する谷部２８には設けられておらず、突起部２６の軌跡に従ってピストンスカート１２の周回方向に沿って線状に延在する。

潤滑性肉盛り部３０は、銀、銀合金、銅、又は銅合金のいずれかからなる。これらはいずれも、ピストンスカート１２がシリンダブロックのボアの内壁、又はシリンダスリーブの内壁に対して摺接する際、優れた潤滑性能を示す。なお、銀合金の好適な例としてはＡｇ−Ｓｎ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金が挙げられ、銅合金の好適な例としてはＣｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｐ合金等が挙げられる。

潤滑性肉盛り部３０を銀又は銀合金で構成する場合、銀の純度は、６０重量％以上であることが好ましい。６０重量％未満であると、潤滑性肉盛り部３０の熱伝導率が若干低く、このために平滑な摩耗面が形成することが容易ではなくなるので、内燃機関の摩擦損失（Ｐｓｆ）を低減する効果が乏しくなる傾向がある。銀の純度は、８０重量％以上であることが一層好ましい。

一方、潤滑性肉盛り部３０を銅又は銅合金で構成する場合、銅の純度は、上記と同様の理由から７０重量％以上であることが好ましく、８０重量％以上であることが特に好ましい。

ここで、銀の純度は、「潤滑性肉盛り部３０に含まれる銀の重量％」として定義される。例えば、銀合金からなる潤滑性肉盛り部３０を形成した場合には、銀の純度は、潤滑性肉盛り部３０中に含まれる銀の重量％として求められる。さらに、銀粒子を塗布した後に焼結体からなる潤滑性肉盛り部３０を得る場合、銀の純度は、ペースト中の銀粒子の割合として定義される。銅の純度についても同様である。

なお、潤滑性肉盛り部３０の全てを同一金属から設ける必要は特にない。例えば、１個の条痕２４の突起部２６を銀からなる潤滑性肉盛り部３０で被覆するとともに、該条痕２４に隣接する別の条痕２４の突起部２６を銅合金からなる潤滑性肉盛り部３０で被覆する等、別種の金属から設けるようにしてもよい。

また、潤滑性肉盛り部３０の厚みは、特に限定されるものではないが、過度に小さいと潤滑性肉盛り部３０が比較的短期間で摩耗してしまい、下地である突起部２６が露呈することになる。一方、過度に大きいと、潤滑性肉盛り部３０の重量が大きくなるのでピストン１０を往復動作させるための駆動力が大きくなってしまう。以上の不都合が発生することを回避するべく、潤滑性肉盛り部３０の厚みを０．５〜１００μｍに設定することが好ましい。

さらに、潤滑性肉盛り部３０の頂部は、可及的に平坦化されている。このため、潤滑性肉盛り部３０の面粗度は小さく、好ましくは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１年）に規定される最大高さＲｚで４μｍ以下、典型的には２〜３．１μｍ程度である。

また、潤滑性肉盛り部３０の頂部の面粗度は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１年）に規定される算術平均粗さＲａで６０ｎｍ以下である。

頂部の面粗度がこのように小さな潤滑性肉盛り部３０は、流動媒を供給することによって得ることができる。この点については、後に詳述する。

第１実施形態に係るピストン１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。

内燃機関を組み上げて運転する際、シリンダの内壁（シリンダボアの内壁又はシリンダスリーブの内壁）に対して、実質的には潤滑性肉盛り部３０が潤滑油を介して摺接する。潤滑性肉盛り部３０の頂部が予め平坦化されており、このため、該潤滑性肉盛り部３０では、それ自体の最大高さＲｚが好ましくは４μｍ以下（２〜３．１μｍ程度）であり、且つその頂部の算術平均粗さＲａが好ましくは６０ｎｍ以下である。

従って、この実施の形態では、シリンダの内壁に対するピストンスカート１２の摺動抵抗が小さくなる。実質的な摺接箇所である潤滑性肉盛り部３０の頂部が平坦であり、且つ該潤滑性肉盛り部３０の面粗度（最大高さＲｚ）も小さいからである。

このため、潤滑性肉盛り部３０の頂部がシリンダの内壁に摺接するときには、シリンダの内壁に対して前記頂部が速やかに滑動する。従って、潤滑性肉盛り部３０とシリンダの内壁との間に摩擦が生じ難い。

また、例えば、潤滑性肉盛り部３０がＦＣ（ねずみ鋳鉄）スリーブ又はＡｌスリーブの内壁に摺接するような場合では、潤滑性肉盛り部３０中の銀、銀合金、銅又は銅合金の熱伝導度と、ＦＣスリーブ又はＡｌスリーブの熱伝導度との和を求めると３５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となる。

このため、潤滑性肉盛り部３０の頂部がシリンダの内壁に摺接した場合であっても、互いの摺接箇所に局所的に発生した熱が容易に拡散する。換言すれば、滞熱することが回避される。従って、摺接箇所が高温となることが回避されるので、摺接箇所が凝着を起こすことなく容易に研磨される。

以上の現象が惹起される結果、内燃機関の運転開始直後から、ピストン１０がシリンダ内を円滑に往復動作する。このため、運転の初期段階から内燃機関の摩擦損失（Ｐｓｆ）が低減する。すなわち、第１実施形態によれば、初回の運転の開始直後であっても摩擦損失が十分に小さい内燃機関を供することができる。

のみならず、この場合、潤滑性肉盛り部３０のＦＣスリーブ又はＡｌスリーブに対するヤング率の差の絶対値が１０ＧＰａ以上となる。本発明者らの鋭意検討によれば、ヤング率の絶対値の差がこのように大きくなると、スリーブとピストンスカート１２との間の微小なクリアランスに潤滑油が良好に保持される。このため、焼付きが生じることを有効に回避し得る。

また、銀又は銀合金は概して高価であり、重量も大きいため、銀又は銀合金からなる皮膜をピストンスカート１２の摺接面の全体に形成すると、コストの上昇及びピストンの重量増加を招いてしまうが、本実施の形態では、突起部２６のみに選択的に潤滑性肉盛り部３０を設けるようにしている。このため、潤滑性肉盛り部３０を得るための金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量が低減するので、コストが低廉化する。しかも、潤滑性肉盛り部３０が突起部２６にのみ存在するので、ピストン１０の重量が大きく増加することを回避することができる。

なお、実質的な摺接部が潤滑性肉盛り部３０であるため、突起部２６にのみ潤滑性肉盛り部３０を設ける場合においても、ピストン１０に十分な摺動特性が発現する。

以上のように、突起部２６のみに選択的に潤滑性肉盛り部３０を設けることにより、コストを低廉化しつつ、しかも、ピストン１０の重量増加を抑制しながら、十分な潤滑作用を発現させることができる。

次に、本実施の形態に係るピストン１０の製造方法につき、ピストンスカート１２の摺接面に潤滑性肉盛り部３０を設けることとの関係で説明する。

先ず、銀、銀合金、銅又は銅合金の微粒子、好ましくは平均粒径が１〜８０ｎｍ、より好ましくは３０〜８０ｎｍである、いわゆるナノ粒子を分散媒に分散させる。なお、分散媒としては、テルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン等が例示される。

さらに、分散媒に対し、グラファイトやカーボンナノチューブ、カーボンブラック、ダイヤモンド等の炭素材、又は炭化ケイ素、炭化チタン、炭窒化チタン等の炭化物セラミックスの少なくともいずれか一方を添加し、粘度が１０ｃｐ程度であるペースト３２（図４参照）を調製する。このペースト３２に対し、分散剤等を添加するようにしてもよい。

次に、該ペースト３２をピストンスカート１２に塗布する。塗布に際しては、スクリーン印刷やパッド印刷等の公知の塗布手法を採用することができる。

この際には、条痕２４の谷部２８を図示しないスクリーンで覆う。これにより前記谷部２８にペースト３２が塗布されることが防止され、図４に示すように、凸部である突起部２６にのみ選択的にペースト３２が塗布される。

金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）を多く含有するペースト３２は、一般的に高粘度であり、流動性はさほど大きくはない。このため、塗布されたペースト３２は、ほとんど流動することなくその位置を保つ。すなわち、この時点でペースト３２が移動したり、脱落したりすることはほとんどない。

次に、塗布済のペースト３２に対して流動媒を供給する。具体的には、例えば、液体Ｌを塗布すればよい。この場合、液体Ｌとしては、分散媒として例示したものを選定することができる。また、塗布方法は、ペースト３２の広範囲にわたって液体Ｌを同時に供給し得る手法、例えば、スプレー塗布が好適である。

スプレー塗布装置（図示せず）は、図４に示すように、塗布ノズル３４を具備する。液体Ｌは、この塗布ノズル３４からペースト３２に向かって吐出され、結局、ペースト３２に衝突する。この衝突によってペースト３２が拡散する。また、衝突後の液体Ｌ（流動媒）は、ペースト３２上を流動する。この流動する液体Ｌにペースト３２の一部が同伴されて移動することに伴い、ペースト３２の流動が起こる。

その結果、ペースト３２の頂部が圧潰されるとともに裾部が拡開する。これにより頂部が平坦化されるとともに、ペースト３２の最大高さＲｚ（最高高度から最低高度を差し引いた値）が小さくなる。

次に、該ペースト３２をピストン１０ごと加熱する。この際の好適な加熱温度は、１６０〜２４０℃である。これによりペースト３２中の分散媒、及び流動媒として用いた液体Ｌが揮発するとともに、ナノ粒子同士が融着する。すなわち、焼結が起こり、ナノ粒子の焼結体からなる潤滑性肉盛り部３０が得られるに至る。ペースト３２が突起部２６にのみ塗布されているので、潤滑性肉盛り部３０も突起部２６にのみ選択的に形成される。

ナノ粒子を用いた場合、上記したように１６０〜２４０℃という比較的低温域で焼結させて潤滑性肉盛り部３０を形成することが可能である。従って、アルミニウム合金からなるピストンスカート１２が高温となることが回避され、このため、該ピストンスカート１２の機械的強度等に影響が及ぶことを回避することができる。

上記したように、ペースト３２の頂部は平坦化されており、且つ該ペースト３２の最大高さＲｚが小さい。このため、図５に示すように、頂部が平坦で好ましくは算術平均粗さＲａが６０ｎｍ以下、且つ最大高さＲｚが小さく好ましくは４μｍ以下である潤滑性肉盛り部３０が形成されるに至る。

図６は、潤滑性肉盛り部３０の粗さ曲線である。この図６から、潤滑性肉盛り部３０の頂部が平坦化されていることが諒解される。

ここで、流動媒を供給することなく形成した潤滑性肉盛り部３０を図７に示すとともに、その粗さ曲線を図８に示す。さらに、図９は、流動媒を供給することなく形成した潤滑性肉盛り部３０の最大高さＲｚと、液体Ｌをスプレー塗布により供給して形成した潤滑性肉盛り部３０の最大高さＲｚとを併せて示すグラフである。

図５と図７、図６と図８をそれぞれ対比し、さらに、図９を併せて参照することにより、流動媒（液体Ｌ）を供給することによって、頂部が平坦であり且つ最大高さＲｚが小さい潤滑性肉盛り部３０が得られることが明らかである。

なお、液体Ｌ（流動媒）をペースト３２に供給した後、該ペースト３２を加熱する前にピストン１０に対して振動を付与するようにしてもよい。これによりペースト３２が平され、その結果、頂部が一層平坦化されてその算術平均粗さＲａが小さく、且つ最大高さＲｚも小さい潤滑性肉盛り部３０を得ることができる。

勿論、ピストン１０全体ではなく、ペースト３２のみに振動を付与するようにしてもよい。

条痕２４の突起部２６で凸部を設けることに代替し、樹脂によって凸部を設けるようにしてもよい。これを、第１実施形態の変形例として説明する。

この変形例では、図１０に断面を拡大して示すように、ピストンスカート１２の摺接面が平滑面として形成されるとともに、該平滑な摺接面に樹脂層４０が固着されている。この樹脂層４０には、摺接面を周回する複数本の線状形状をなすようにして凸部４２が突出形成される。この場合、凸部４２は、ピストンスカート１２に近接する底部側で幅広、離間する頂部側で幅狭となっている。このため、複数本の線状形状の凸部４２によって、条痕２４に類似する条痕形状が形成される。

樹脂層４０（凸部４２）を構成する樹脂は、潤滑性肉盛り部３０とピストンスカート１２との接合力を向上させる種類のものであることが好ましい。そのような素材の好適な例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−６樹脂、ナイロン−６，６樹脂等を挙げることができる。

この変形例においては、ピストンスカート１２の摺接面と潤滑性肉盛り部３０との間に樹脂からなる凸部４２を介在するように設けるようにしているので、潤滑性肉盛り部３０をなす銀、銀合金、銅又は銅合金の使用量が低減する。その結果、コストが低廉化するとともに、ピストン１０の重量が大きく増加することを回避することができる。

なお、この変形例において潤滑性肉盛り部３０を形成するときには、ペースト３２を得るための分散媒として、ピストンスカート１２の摺接面と潤滑性肉盛り部３０の間に介在する凸部４２（樹脂）を膨潤させることが可能なものを選定することが好ましい。その具体例としては、Ｎ−メチルピロリドン、ポリビニルピロリロン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等が挙げられる。

この場合、潤滑性肉盛り部３０を形成するために凸部４２上にペースト３２を塗布した際、分散媒の作用下に樹脂が膨潤する。その結果として、樹脂とペースト３２との界面に銀粒子が拡散した相互混合層が形成される。この相互混合層によって、凸部４２と潤滑性肉盛り部３０との間にいわゆるアンカー効果が発現するので、凸部４２に対する潤滑性肉盛り部３０の接合力が一層強固となる。

勿論、この変形例においても、ペースト３２を塗布した後に流動媒が供給される。流動媒としては、上記のＮ−メチルピロリドン、ポリビニルピロリロン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等を用いるようにしてもよいし、又は、テルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン等を用いるようにしてもよい。

さらに、流動媒を供給した後、上記と同様にピストン１０に対して振動を付与するようにしてもよい。

次に、第２実施形態につき説明する。なお、図１〜図４及び図１０に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１１は、第２実施形態に係るピストン５０の側面図である。この場合、ピストンスカート１２の摺接面には、複数個の点状形状として潤滑性肉盛り部５２が設けられる。なお、潤滑性肉盛り部５２は、第１実施形態における潤滑性肉盛り部３０と同様に銀、銀合金、銅又は銅合金からなる。

図１１においては理解の容易のために示していないが、図１２に拡大して示すように、第２実施形態においても、ピストンスカート１２に条痕２４が形成される。その一方で、潤滑性肉盛り部５２は、条痕２４の凸部（突起部２６）であるか谷部２８であるかに関わらず、ランダムに配置される。すなわち、第２実施形態では、潤滑性肉盛り部５２の形成位置は、突起部２６（凸部）に限定されない。

しかしながら、第２実施形態では、潤滑性肉盛り部５２が点状形状に設けられるため、個々の潤滑性肉盛り部５２の体積が小さい。すなわち、第１実施形態では、実際の摺接に関与する位置にのみ潤滑性肉盛り部３０を設けることで金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量を低減するようにしているが、第２実施形態では、個々の潤滑性肉盛り部５２の体積、ひいては、全ての潤滑性肉盛り部５２の体積の総和を小さくすることで、金属の使用量を低減するようにしている。

このため、第２実施形態においても、第１実施形態と同様にコストが低廉化するとともに、ピストン５０の重量が大きく増加することを回避することができるという効果が得られる。

なお、潤滑性肉盛り部５２を点状に形成するためには、上記したスクリーン印刷又はパッド印刷等の公知の塗布手法によってペースト３２を塗布する際、ピストンスカート１２の所定箇所をスクリーンで覆うようにすればよい。

そして、ペースト３２を塗布した後、該ペースト３２に対し、上記のテルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン、ポリビニルピロリロン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等の流動媒を供給する。これによりペースト３２が拡散ないし流動するので、該ペースト３２に対して加熱を行うことで硬化させると、頂部が平坦で好ましくは算術平均粗さＲａが６０ｎｍ以下であり、且つ最大高さＲｚが小さく好ましくは４μｍ以下である潤滑性肉盛り部５２が設けられる。

必要に応じ、ペースト３２を塗布した後、ピストン１０に対して振動を付与するようにしてもよい。

条痕２４を形成することは必須ではない。すなわち、ピストンスカート１２の摺接面を平滑面とし、この平滑な摺接面に対して点状の潤滑性肉盛り部５２を設けるようにしてもよい。この場合、潤滑性肉盛り部５２、５２同士の間に形成される凹部が潤滑油を保持する役割を果たす。

さらに、ピストンスカート１２の摺接面と、潤滑性肉盛り部５２との間に中間層を介在するようにしてもよい。これを、第２実施形態の変形例として説明する。

この変形例では、図１３に断面を拡大して示すように、ピストンスカート１２の平滑な摺接面が全体にわたって中間層５４で覆われ、この中間層５４上に、点状形状の潤滑性肉盛り部５２が設けられる。

中間層５４は、ＭｏＳ_２やグラファイト等の良好な潤滑性を示す無機物質から形成するようにしてもよいが、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−６樹脂、ナイロン−６，６樹脂等の樹脂から形成するようにしてもよい。前者の場合、潤滑性肉盛り部５２が中間層５４から万一脱落（剥離）したとしても、中間層５４によって潤滑性能が維持される。また、後者の場合、潤滑性肉盛り部５２とピストンスカート１２との接合力が向上するという利点が得られる。

中間層５４は、樹脂材に加えて固体潤滑剤をさらに含有するものであってもよい。換言すれば、中間層５４は、潤滑性を示す無機物質と、上記したような樹脂との混合層であってもよい。

固体潤滑剤としては公知のものを配合すればよいが、その好適な例としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、グラファイト（Ｃ）等が挙げられる。この場合、潤滑性肉盛り部５２とピストンスカート１２との接合力が向上するとともに、中間層５４が万一シリンダの内壁に摺接するに至ったとしても、前記固体潤滑剤によって潤滑性能が維持される。

以上のように、中間層５４によって潤滑性を維持させたり、又は、潤滑性肉盛り部５２とピストンスカート１２との接合力を向上させたりしつつ、潤滑性肉盛り部５２を得るための金属の使用量を低減することができる。そして、その結果、コストを低廉化することができるとともに、ピストン５０の重量が大きく増加することを回避することができる。

そして、上記したような無機物質又は樹脂のいずれも安価且つ軽量であり、このため、ピストンスカート１２の摺接面全体を中間層５４で被覆したとしても、コストが著しく上昇することや、ピストン５０の重量が過度に大きくなることが回避される。しかも、ピストンスカート１２の摺接面全体を中間層５４で被覆するときには、ピストンスカート１２の摺接面の一部に選択的に中間層５４を設ける場合に比して作業が容易且つ簡便となるという利点が得られる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、第２実施形態においても、条痕２４の突起部２６にのみ潤滑性肉盛り部５２を点状に形成するようにしてもよい。すなわち、この場合、ピストンスカート１２の摺接面を周回する突起部２６の一部が潤滑性肉盛り部５２によって点状に被覆される。

また、第１実施形態の変形例と同様に、中間層５４を条痕形状に形成するようにしてもよい。この場合、条痕形状の頂部に潤滑性肉盛り部５２を点状に形成すればよい。

さらに、第２実施形態の変形例では、ピストンスカート１２の摺接面全体を中間層５４で覆うようにしているが、ピストンスカート１２の摺接面の一部に選択的に中間層５４を点状又は線状に設け、この中間層５４上にのみ選択的に潤滑性肉盛り部５２を設けるようにしてもよい。

さらにまた、流動媒は液体Ｌに限定されるものではなく、圧縮エア等の圧縮気体であってもよい。この場合、供給ノズルからの吐出圧を、塗布ノズル３４（図４参照）からの吐出圧に比して大きくする等、供給条件を適宜設定すればよい。

１０、５０…内燃機関用ピストン １２…ピストンスカート
２４…条痕 ２６…突起部
２８…谷部 ３０、５２…潤滑性肉盛り部
３２…ペースト ３４…塗布ノズル
４０…樹脂層 ４２…凸部
５４…中間層 Ｌ…液体

Claims (8)

1. 内燃機関のシリンダの内壁に摺接するピストンスカートに固体潤滑部を形成する内燃機関用ピストンの製造方法において、
   前記ピストンスカートに、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含むペーストを塗布する工程と、
   前記ピストンスカートに塗布された前記ペーストに対して流動媒を供給することにより、前記ペーストを流動させる工程と、
   流動した後の前記ペーストを加熱することで該ペーストを硬化することにより、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含む固体潤滑部を得る工程と、
   を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記ペーストに対して前記流動媒を供給した後、前記ペーストに対して振動を付与することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法において、前記ペーストを、線状形状又は点状形状として前記ピストンスカートに塗布することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
4. 請求項３記載の製造方法において、前記ピストンスカートに凸部を設け、且つ前記ペーストを前記凸部にのみ塗布することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
5. 請求項３記載の製造方法において、前記ピストンスカートを平滑面とすることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記ピストンスカートに樹脂材を含む中間層を形成する工程をさらに有し、前記中間層上に前記ペーストを塗布することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
7. 請求項６記載の製造方法において、前記中間層として、樹脂材中に固体潤滑剤を含むものを形成することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
8. 請求項７記載の製造方法において、前記固体潤滑剤として、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトの群から選択される少なくとも１種を選定することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。

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