JP2023086759A - Manufacturing method of piston for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To provide a piston for an internal combustion engine capable of further reducing a blow-by gas flow rate and the number of particles of discharged particles, allowing surface roughness of an anodic oxide film to the blow-by gas flow rate to be evaluated accurately, and capable of stably forming the smooth anodic oxide film.SOLUTION: An anodic oxidation treatment device 60 and a piston 10 for an internal combustion engine are brought into close contact with each other through a seal ring 62 disposed in each of a top land 12a and a second land 12b. While sending treatment liquid 63 inside a top ring groove 13 of the piston and to the seal ring 62 of the top land and the second land, a cathode electrode 61 on an anodic oxidation treatment device side is energized with the piston 10 as an anode so that an anodic oxide film 20B is formed over an entire inner surface of the top ring groove and an outer peripheral surface of the piston, which is an outer peripheral surface of a region from the top ring groove to a piston crown surface side, and an outer peripheral surface of a region from the top ring groove to a second ring groove side.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、内燃機関用ピストンの製造方法に関し、詳しくは、トップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した内燃機関用ピストンの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing an internal combustion engine piston, and more particularly to a method of manufacturing an internal combustion engine piston having an anodized film formed on the inner surface of a top ring groove.

自動車エンジン等の内燃機関用のピストンには、燃焼室の気密性を保持したり燃焼室へのオイルの浸入を抑制したりするために、ピストンリングが外周面に装着されている。ピストンリングは、ピストンの外周面に形成されたリング溝に嵌め込まれている。リング溝のうち、ピストンの最も冠面側にあるトップリング溝は、トップリングとの間で摩耗や凝着が発生し易いことから、トップリング溝の耐摩耗性および耐アルミ凝着性を向上させるためにトップリング溝に陽極酸化処理を施すことが行われている。 2. Description of the Related Art A piston ring for an internal combustion engine such as an automobile engine is provided with a piston ring on its outer peripheral surface in order to keep the combustion chamber airtight and to prevent oil from entering the combustion chamber. The piston ring is fitted into a ring groove formed on the outer peripheral surface of the piston. Of the ring grooves, the top ring groove, which is closest to the crown of the piston, is prone to wear and adhesion with the top ring, so the wear resistance and aluminum adhesion resistance of the top ring groove have been improved. Anodizing is applied to the top ring grooves in order to achieve this.

しかしながら、特に、耐摩耗性および耐アルミ凝着性に寄与する成分であるシリコン(Si)を含むアルミニウム合金製ピストンのトップリング溝に陽極酸化皮膜を形成すると、アルミニウム合金に含まれるSiに起因して、陽極酸化皮膜の表面に凹凸面が形成されてしまう。このため、エンジン作動時に、トップリング溝とトップリングとの間に微小な隙間が多数発生し、その結果、ブローバイガスの流量が増大したり、オイルのシール性能が低下したりする等の不具合があった。 However, when an anodized film is formed in the top ring groove of an aluminum alloy piston that contains silicon (Si), which is a component that contributes to wear resistance and aluminum adhesion resistance, Si contained in the aluminum alloy causes the formation of an anodized film. As a result, an uneven surface is formed on the surface of the anodized film. For this reason, when the engine is running, many small gaps are generated between the top ring groove and the top ring, resulting in problems such as an increase in the flow rate of blow-by gas and a decrease in oil sealing performance. there were.

特許文献1には、Al-Si合金系鋳造材から成るピストン本体において、この鋳造材中に晶出している初晶Si及び共晶Siの粒径を10μm以下とすることで、このピストン本体の外周部に配設されたトップリング溝部に陽極酸化処理を施すと、この陽極酸化皮膜の表面粗さRaを1.5μm以下と平滑にすることができ、よって、エンジン運転時のブローバイガス流量を低減できることが記載されている。 In Patent Document 1, in a piston body made of an Al—Si alloy-based cast material, the grain size of primary crystal Si and eutectic Si crystallized in the cast material is set to 10 μm or less, thereby improving the piston body. When the top ring groove provided on the outer periphery is anodized, the surface roughness Ra of this anodized film can be smoothed to 1.5 μm or less, and thus the blow-by gas flow rate during engine operation can be reduced. It is stated that it can be reduced.

特開平9-159022号公報JP-A-9-159022

しかしながら、特許文献1に記載されている実施例では、いずれの陽極酸化皮膜の表面粗さRaも1.1~1.5μmの範囲内に留まり、特許文献1に記載されているような所定のアルミニウム合金材でピストン本体を作製し、それに陽極酸化処理を施すという方法では、陽極酸化皮膜の表面粗さRaの下限値は1.1μmが限界であり、ブローバイガス流量の更なる低減は難しいという問題がある。 However, in the examples described in Patent Document 1, the surface roughness Ra of any of the anodized films remained within the range of 1.1 to 1.5 μm, and the predetermined In the method of making the piston body from an aluminum alloy material and applying an anodizing treatment to it, the lower limit of the surface roughness Ra of the anodized film is 1.1 μm, and it is difficult to further reduce the blow-by gas flow rate. There's a problem.

また、本願発明者らは、ピストンのトップリング溝に形成した陽極酸化皮膜の表面粗さについて、特許文献1で測定しているRaという表面粗さの指標は、ブローバイガス流量との相関関係がそれ程に高くないという知見を得た。例えば、表面粗さRaが1.30の陽極酸化皮膜のピストンよりも、表面粗さRaが1.63の陽極酸化皮膜のピストンの方が、ブローバイガス流量が低減したという測定結果がある。すなわち、ブローバイガス流量に対して、Raという表面粗さの指標では、正確に評価できないという問題がある。 In addition, the inventors of the present application have found that the surface roughness of the anodized film formed on the top ring groove of the piston, Ra, which is an index of surface roughness measured in Patent Document 1, has a correlation with the blow-by gas flow rate. I have learned that it is not that expensive. For example, there is a measurement result that a piston with an anodized film having a surface roughness Ra of 1.63 has a lower blow-by gas flow rate than a piston with an anodized film with a surface roughness Ra of 1.30. That is, there is a problem that the blow-by gas flow rate cannot be accurately evaluated by the surface roughness index Ra.

更には、ブローバイガス流量に加えて、排出微粒子の粒子数PN(Particulate Number)の低減も求められているが、陽極酸化皮膜の表面粗さRaを1.5μm以下にしても、所定の基準値を達成することは難しいという問題がある。 Furthermore, in addition to the blow-by gas flow rate, it is also required to reduce the particle number PN (Particulate Number) of discharged fine particles. is difficult to achieve.

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、ブローバイガス流量および排出微粒子の粒子数を更に低減することができ、且つブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜の表面粗さを正確に評価可能で、安定的に平滑な陽極酸化皮膜を形成することができる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。 Therefore, in view of the above problems, the present invention can further reduce the blow-by gas flow rate and the number of discharged fine particles, and can accurately evaluate the surface roughness of the anodized film with respect to the blow-by gas flow rate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, capable of forming a smooth anodized film on the surface of the piston.

上記の目的を達成するために、本発明は、外周面にトップリング溝を有する内燃機関用ピストンの製造方法であって、この内燃機関用ピストンは、前記トップリング溝の内面のうち、少なくともセカンドリング溝側の内面(すなわち下面)であって、トップリングが接する領域の内面に、陽極酸化皮膜を備え、前記陽極酸化皮膜のJIS B0671-2に準拠する表面粗さRpkは1.00μm以下である、内燃機関用ピストンを製造する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an internal combustion engine piston having a top ring groove on its outer peripheral surface, the internal combustion engine piston having at least a second groove on the inner surface of the top ring groove. An anodized film is provided on the inner surface of the ring groove side (that is, the lower surface) in the region in which the top ring contacts, and the surface roughness Rpk of the anodized film conforming to JIS B0671-2 is 1.00 μm or less. manufactures pistons for internal combustion engines.

このように本発明によれば、従来のJIS B0601に準拠するRaよりも、ブローバイガス流量との相関関係が高く、ブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜の表面粗さを正確に評価することができる。そして、トップリング溝の下面の陽極酸化皮膜とトップリングとの気密性をより向上させることができ、従来に比べてエンジン実働時のブローバイガス流量を更に低減できる。また、排出微粒子の粒子数PNも所定の基準値以下に抑えることができる。更には、トップリング溝の陽極酸化の処理面積を低減することができ、必要な消費電力を抑制し、陽極酸化の処理時間を短縮することができる。また、発生する発熱量のバラツキを抑制でき、表面粗さRpkをより一層小さくすることが可能である。 As described above, according to the present invention, the correlation with the blow-by gas flow rate is higher than Ra according to the conventional JIS B0601, and the surface roughness of the anodized film can be accurately evaluated with respect to the blow-by gas flow rate. Further, the airtightness between the anodized film on the lower surface of the top ring groove and the top ring can be further improved, and the flow rate of blow-by gas during actual operation of the engine can be further reduced compared to the conventional art. Also, the particle number PN of the discharged fine particles can be suppressed to a predetermined reference value or less. Furthermore, the area of the top ring groove to be anodized can be reduced, the required power consumption can be suppressed, and the anodization treatment time can be shortened. In addition, it is possible to suppress variations in the amount of heat generated, and to further reduce the surface roughness Rpk.

本発明に係る内燃機関用ピストンの一実施の形態であって、トップリング溝の周辺を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing the periphery of a top ring groove in an embodiment of an internal combustion engine piston according to the present invention; FIG. 本発明に係る内燃機関用ピストンの別の実施の形態であって、トップリング溝の周辺を模式的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the periphery of the top ring groove in another embodiment of the internal combustion engine piston according to the present invention. 本発明に係る内燃機関用ピストンに用い得る交直重畳電解皮膜を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an AC/DC superimposed electrolytic coating that can be used for an internal combustion engine piston according to the present invention; FIG. 従来の直流重畳電解皮膜を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional DC superimposed electrolytic coating; 本発明に係る内燃機関用ピストンに用い得る直流電解皮膜を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a DC electrolytic coating that can be used for an internal combustion engine piston according to the present invention; FIG. 陽極酸化皮膜のオイルに対する濡れ性が低い状態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the wettability of the anodized film to oil is low. 陽極酸化皮膜のオイルに対する濡れ性が高い状態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the wettability of the anodized film to oil is high. 図2に示す内燃機関用ピストンを得るために、トップリング溝周辺に陽極酸化処理を施す方法を説明するための模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of anodizing the periphery of the top ring groove in order to obtain the internal combustion engine piston shown in FIG. 2 ;

以下、添付図面を参照して、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法の一実施の形態について説明する。なお、図面は、理解のし易さを優先にして描かれており、縮尺通りに描かれたものではない。 An embodiment of a method for manufacturing an internal combustion engine piston according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are drawn with priority given to ease of understanding, and are not drawn to scale.

図1に示すように、本実施の形態の内燃機関用ピストン10は、その外周面12にトップリング溝13が形成されている。リング溝として、ピストン冠面11側から順に、トップリング溝13、セカンドリング溝(図示省略)、オイルリング溝(図示省略)の3つのリング溝が形成されている。トップリング溝13にはトップリング30が嵌め込まれ、セカンドリング溝にはセカンドリング(図示省略)が嵌め込まれ、オイルリング溝にはオイルリング(図示省略)が嵌め込まれる。 As shown in FIG. 1, a top ring groove 13 is formed in an outer peripheral surface 12 of an internal combustion engine piston 10 according to the present embodiment. As ring grooves, three ring grooves, a top ring groove 13, a second ring groove (not shown), and an oil ring groove (not shown) are formed in order from the piston crown surface 11 side. A top ring 30 is fitted in the top ring groove 13, a second ring (not shown) is fitted in the second ring groove, and an oil ring (not shown) is fitted in the oil ring groove.

内燃機関用ピストン10は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。アルミニウム合金は、耐摩耗性および耐アルミ凝着性に寄与する成分として、シリコン(Si)を含有してもよい。一方、トップリング30等のリングは、例えば高炭素鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼等により形成されている。トップリング30等のリングは、周方向の一箇所が開口している略C字形を有しており、弾性的に拡径された状態でピストン10のトップリング溝13等のリング溝内に入れた後、弾性復元力によって縮径して、リング溝の内部に嵌め込まれる。 The internal combustion engine piston 10 is made of aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy may contain silicon (Si) as a component that contributes to wear resistance and aluminum adhesion resistance. On the other hand, rings such as the top ring 30 are made of, for example, high carbon steel or martensitic stainless steel. A ring such as the top ring 30 has a substantially C shape with one opening in the circumferential direction, and is inserted into a ring groove such as the top ring groove 13 of the piston 10 in an elastically expanded state. After that, the diameter is reduced by the elastic restoring force, and it is fitted inside the ring groove.

トップリング30の外周面33は、内燃機関用ピストン10の外周面12よりも外周側に突出した状態になっている。ピストン10の外周面12は、ピストン冠面11とトップリング溝13との間をトップランド12aと呼び、トップリング溝13とセカンドリング溝(図示省略)との間をセカンドランド12bと呼び、セカンドリング溝とオイルリング溝(図示省略)との間をサードランド(図示省略)と呼ぶ。トップリング30等の各リングの外周面は、内燃機関用ピストン10の外周面12よりも外方に突出した状態になっていることから、トップリング30等の各リングを装着した内燃機関用ピストン10を、シリンダ40内に挿入する際には、トップリング30等の各リングを弾性的に縮径させた状態でシリンダ40内に挿入することになる。よって、内燃機関用ピストン10をシリンダ40内に挿入した状態では、トップリング30等の各リングはその弾性力によってシリンダ40の内壁面41に押し付けられた状態となり、トップリング30及びセカンドリングは燃焼室の気密性を保持する機能を果たし、オイルリングはシリンダ40の内壁面41に残存するオイルを掻き落とす機能を果たす。 An outer peripheral surface 33 of the top ring 30 protrudes further to the outer peripheral side than the outer peripheral surface 12 of the internal combustion engine piston 10 . On the outer peripheral surface 12 of the piston 10, the area between the piston crown surface 11 and the top ring groove 13 is called a top land 12a, and the area between the top ring groove 13 and a second ring groove (not shown) is called a second land 12b. A space between the ring groove and the oil ring groove (not shown) is called a third land (not shown). Since the outer peripheral surface of each ring such as the top ring 30 protrudes outward from the outer peripheral surface 12 of the internal combustion engine piston 10, the internal combustion engine piston to which each ring such as the top ring 30 is attached When inserting 10 into the cylinder 40, each ring such as the top ring 30 is inserted into the cylinder 40 in a state in which the diameter thereof is elastically reduced. Therefore, when the internal combustion engine piston 10 is inserted into the cylinder 40, each ring such as the top ring 30 is pressed against the inner wall surface 41 of the cylinder 40 by its elastic force, and the top ring 30 and the second ring are burned. The oil ring has the function of keeping the chamber airtight, and the oil ring has the function of scraping off oil remaining on the inner wall surface 41 of the cylinder 40 .

内燃機関用ピストン10の外周面12に形成されたトップリング溝13の内面のうち、ピストン冠面11側の内面を下面13aと呼び、セカンドリング溝(図示省略)側の内面を下面13cと呼び、その間の溝の底の側の内面を底面13bと呼ぶ。そして、本実施の形態では、トップリング溝13の下面13cの少なくともトップリング30が接する領域に、陽極酸化皮膜20Aが形成されている。なお、この領域は、ピストンの設計によって異なるものの、例えば、内燃機関用ピストン10の外周面12からトップリング溝13の底面13bまでの長さ(溝幅)を100%とすると、外周面12側から少なくとも90%までの長さの領域とすることが好ましく、外周面12側から少なくとも80%までの長さの領域とすることがより好ましく、外周面12側から少なくとも70%までの長さの領域とすることが更に好ましい。 Of the inner surfaces of the top ring groove 13 formed in the outer peripheral surface 12 of the internal combustion engine piston 10, the inner surface on the piston crown surface 11 side is called a lower surface 13a, and the inner surface on the second ring groove (not shown) side is called a lower surface 13c. , is called a bottom surface 13b. In the present embodiment, an anodized film 20A is formed on at least a region of the lower surface 13c of the top ring groove 13 with which the top ring 30 is in contact. Although this region varies depending on the design of the piston, for example, if the length (groove width) from the outer peripheral surface 12 of the internal combustion engine piston 10 to the bottom surface 13b of the top ring groove 13 is 100%, then the outer peripheral surface 12 side It is preferable to have a region with a length of at least 90% from the side of the outer peripheral surface 12, more preferably a region with a length of at least 80% from the side of the outer peripheral surface 12, and a length of at least 70% from the side of the outer peripheral surface 12. Regions are more preferred.

このようにトップリング溝13の下面13cに陽極酸化皮膜20Aを形成するのは、図1に示すように、内燃機関用ピストン10は、圧縮工程および膨張工程ではピストン冠面11側の燃焼室内が高圧になるため、トップリング30の下面32がトップリング溝13の下面13cに強く密着する。一方、図示しないが、吸入工程では、内燃機関用ピストン10は、トップリング30の上面31がトップリング溝13の上面13aに密着し、これら工程を繰り返す度に内燃機関用ピストン10はトップリング溝13の上面13aと下面13cとの間を移動する。よって、トップリング溝13の下面13cは、トップリング30との間で摩耗や凝着が発生し易いことから、耐摩耗性および耐アルミ凝着性を向上させるために陽極酸化皮膜20Aを形成する必要がある。 The reason why the anodized film 20A is formed on the lower surface 13c of the top ring groove 13 in this manner is that, as shown in FIG. Due to the high pressure, the bottom surface 32 of the top ring 30 strongly contacts the bottom surface 13 c of the top ring groove 13 . On the other hand, although not shown, in the intake process, the upper surface 31 of the top ring 30 of the internal combustion engine piston 10 is brought into close contact with the upper surface 13a of the top ring groove 13, and each time these processes are repeated, the internal combustion engine piston 10 moves toward the top ring groove. 13 moves between an upper surface 13a and a lower surface 13c. Therefore, since the lower surface 13c of the top ring groove 13 is likely to be worn or adhered to the top ring 30, the anodized film 20A is formed in order to improve wear resistance and aluminum adhesion resistance. There is a need.

陽極酸化皮膜20Aの表面粗さは、JIS B0671-2に準拠する表面粗さRpkを指標として、1.00μm以下である。このような表面粗さRpkが1.00μm以下の陽極酸化皮膜20は、例えば、交直重畳電解法で形成することができる。交直重畳電解法は、電解処理対象であるアルミニウム合金部材に、プラス電圧を印加する工程と、電荷を除去する工程とを繰り返して陽極酸化処理を行う方法である。図3に示すように、交直重畳電解法で形成された陽極酸化皮膜(交直重畳電解皮膜)21は、ランダムな方向に成長し、配向性を持たないことから、電解処理対象であるアルミニウム合金部材15に含まれるシリコン16を陽極酸化皮膜21は内包しながら成長し、よって、緻密で平滑な表面の陽極酸化皮膜21を形成することができる。 The surface roughness of the anodized film 20A is 1.00 μm or less using the surface roughness Rpk according to JIS B0671-2 as an index. Such an anodized film 20 having a surface roughness Rpk of 1.00 μm or less can be formed, for example, by an AC/DC superposition electrolysis method. The AC/DC superposition electrolysis method is a method of anodizing an aluminum alloy member to be electrolyzed by repeating a step of applying a positive voltage and a step of removing electric charges. As shown in FIG. 3, the anodized film (AC/DC superimposed electrolytic film) 21 formed by the AC/DC superimposed electrolysis method grows in random directions and has no orientation. The anodized film 21 grows while encapsulating the silicon 16 contained in the silicon 15, so that the anodized film 21 with a dense and smooth surface can be formed.

一方、表面粗さRpkが1.00μm以下の陽極酸化皮膜20は、直流電解法のみで形成することは困難である。直流電解法とは、電解処理対象であるアルミニウム合金部材に、一定の直流電圧をかけて陽極酸化処理を行う方法である。図4に示すように、直流電解法で形成された陽極酸化皮膜(直流電解皮膜)22は、一方の方向に成長することから、電解処理対象であるアルミニウム合金部材15に含まれるシリコン16によって、陽極酸化皮膜22の成長が阻害され、表面に複数の大きな空孔23が発生する。このような凹凸が大きい表面を有する陽極酸化皮膜22では、表面粗さRpkを1.00μm以下とすることは困難である。 On the other hand, it is difficult to form the anodized film 20 having a surface roughness Rpk of 1.00 μm or less only by direct current electrolysis. The DC electrolysis method is a method of anodizing an aluminum alloy member to be electrolyzed by applying a constant DC voltage. As shown in FIG. 4, the anodized film (DC electrolytic film) 22 formed by the DC electrolysis method grows in one direction, so that the silicon 16 contained in the aluminum alloy member 15 to be electrolytically treated acts as an anode. The growth of the oxide film 22 is inhibited and a plurality of large pores 23 are generated on the surface. With the anodized film 22 having such a highly uneven surface, it is difficult to achieve a surface roughness Rpk of 1.00 μm or less.

そこで、図5に示すように、直流電解法で形成された陽極酸化皮膜22を用いて、表面粗さRpkが1.00μm以下の陽極酸化皮膜26とするために、陽極酸化皮膜22の表面部分24を加工で削り取り、これにより生じた皮膜の粉末によって陽極酸化皮膜22の表面を封孔する。その結果、陽極酸化皮膜26は、直流電解皮膜の空孔に皮膜粉末が充填されている封孔部25を備え、これにより表面が平滑となり、表面粗さRpkを1.00μm以下とすることができる。このような加工は、例えば、バイト、刃物等の切削工具類などを用いた切削加工や、軸付砥石やバレル研磨等の機械加工によって行うことができる。 Therefore, as shown in FIG. 5, in order to obtain an anodized film 26 having a surface roughness Rpk of 1.00 μm or less by using the anodized film 22 formed by the DC electrolysis method, the surface portion 24 of the anodized film 22 is is scraped off by processing, and the surface of the anodized film 22 is sealed with the powder of the film thus generated. As a result, the anodized film 26 is provided with the sealing portions 25 in which the pores of the DC electrolytic film are filled with the film powder, which makes the surface smooth and allows the surface roughness Rpk to be 1.00 μm or less. can. Such processing can be performed, for example, by cutting using a cutting tool such as a bite or a knife, or by mechanical processing such as a whetstone with a shaft or barrel polishing.

このような直流電解法と加工によって得られた陽極酸化皮膜26は、その表面が、プラトー構造と呼ばれる構造となっていると推測される。なお、「プラトー構造」とは、JIS-B0671でも使用されており、プラトー部分(平坦部分)と谷部分とで表面が形成されている構造をいう。そして、JIS B0671-2で規格されているように、Rpkという表面粗さの指標は、プラトー構造表面の特性を評価することができるものである。一方、従来のJIS B0601で規格されているように、Raという表面粗さの指標は、輪郭曲線の算術平均粗さの特性に関するものである。よって、表面粗さRaよりも表面粗さRpkの方が、ブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜26の表面粗さを正確に評価できるのではないかと推測される。なお、ブローバイガスとは、圧縮/膨張工程において、ピストンとシリンダ壁との隙間を介して燃焼室からクランク室へ漏れ出す気体であり、ピストンリングとリング溝との気密性が密接に関係する。また、交直重畳電解法で形成された陽極酸化皮膜(交直重畳電解皮膜)21は、その表面がプラトー構造となっているとは言えないものの、表面が非常に平滑であることから、同様にRpkという表面粗さの指標でほぼ正確に評価できるのではないかと推測される。 It is presumed that the surface of the anodized film 26 obtained by such DC electrolysis and processing has a structure called a plateau structure. The term "plateau structure" is also used in JIS-B0671, and refers to a structure in which a surface is formed by a plateau portion (flat portion) and a valley portion. As stipulated in JIS B0671-2, Rpk, an index of surface roughness, can evaluate the characteristics of the plateau structure surface. On the other hand, as standardized in the conventional JIS B0601, the index of surface roughness Ra relates to the characteristics of the arithmetic mean roughness of contour curves. Therefore, it is presumed that the surface roughness Rpk can more accurately evaluate the surface roughness of the anodized film 26 with respect to the blow-by gas flow rate than the surface roughness Ra. Blow-by gas is gas that leaks from the combustion chamber to the crank chamber through the gap between the piston and the cylinder wall during the compression/expansion process, and is closely related to the airtightness of the piston ring and ring groove. In addition, although the surface of the anodized film (AC/DC superimposed electrolytic film) 21 formed by the AC/DC superimposed electrolysis method cannot be said to have a plateau structure, the surface is very smooth, so Rpk It is presumed that the index of surface roughness can be evaluated almost accurately.

そして、このように表面粗さRpkが1.00μm以下の陽極酸化皮膜21、26を、内燃機関用ピストン10のトップリング溝13の下面13cの所定の領域に陽極酸化皮膜20Aとして形成することで、図1に示すように、圧縮工程および膨張工程においてトップリング30がトップリング溝13の下面13cに密着する際、トップリング30とトップリング溝13の下面13cの陽極酸化皮膜20Aとの気密性が非常に高いことから、内燃機関用ピストン10とシリンダ40との隙間を介して燃焼室からクランク室へ漏れ出すブローバイガスの流量を低減することができる。特に、陽極酸化皮膜20Aの表面をプラトー構造とすることで、トップリング溝13の下面13cの陽極酸化皮膜20Aとトップリング30との気密性をより向上させることができ、エンジン実働時のブローバイガス流量を更に低減できる。 By forming the anodized films 21 and 26 having a surface roughness Rpk of 1.00 μm or less in a predetermined region of the lower surface 13c of the top ring groove 13 of the internal combustion engine piston 10 as the anodized film 20A, 1, when the top ring 30 is in close contact with the bottom surface 13c of the top ring groove 13 in the compression process and the expansion process, the airtightness between the top ring 30 and the anodized film 20A on the bottom surface 13c of the top ring groove 13 is is extremely high, the flow rate of blow-by gas that leaks from the combustion chamber to the crank chamber through the gap between the internal combustion engine piston 10 and the cylinder 40 can be reduced. In particular, by forming the surface of the anodized film 20A into a plateau structure, the airtightness between the anodized film 20A on the lower surface 13c of the top ring groove 13 and the top ring 30 can be further improved. The flow rate can be further reduced.

陽極酸化皮膜20Aの表面粗さRpkは、0.90μm以下が好ましく、0.60μm以下がより好ましい。陽極酸化皮膜20Aの表面粗さRpkの下限は、特に限定されないが、0.01μm以上が好ましく、0.10μm以上がより好ましく、0.20μm以上が更に好ましい。このように、陽極酸化皮膜20Aの表面粗さRpkを0.90μm以下とすることで、更には0.60μm以下とすることで、トップリング溝13の下面13cの陽極酸化皮膜20Aとトップリング30の気密性を一層向上できるため、エンジン実働時のブローバイガス流量を更に低減できる。 The surface roughness Rpk of the anodized film 20A is preferably 0.90 μm or less, more preferably 0.60 μm or less. The lower limit of the surface roughness Rpk of the anodized film 20A is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.10 μm or more, and even more preferably 0.20 μm or more. Thus, by setting the surface roughness Rpk of the anodized film 20A to 0.90 μm or less, and further to 0.60 μm or less, the anodized film 20A on the lower surface 13c of the top ring groove 13 and the top ring 30 Since the airtightness of the engine can be further improved, the blow-by gas flow rate during actual engine operation can be further reduced.

陽極酸化皮膜20Aの膜厚は、特に限定されないが、上限は、15μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。また、下限は、3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましい。 The thickness of the anodized film 20A is not particularly limited, but the upper limit is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less. Moreover, the lower limit is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more.

また、内燃機関用ピストン10では、ブローバイガス流量に加えて、排出微粒子の粒子数PNの低減も求められている。PNは、ピストン10とシリンダ40との隙間を通して燃焼室内にエンジンオイルが入り込む現象(オイル上がりと呼ばれる)が要因として考えられているが、陽極酸化皮膜20は多孔質であり、陽極酸化皮膜20のオイルに対する濡れ性の寄与も大きいと考えられる。 Further, in the internal combustion engine piston 10, in addition to the blow-by gas flow rate, reduction in the particle number PN of the discharged fine particles is also required. PN is considered to be caused by a phenomenon in which engine oil enters the combustion chamber through the gap between the piston 10 and the cylinder 40 (called oil rise). It is considered that the contribution of wettability to oil is also large.

直重畳電解法で形成された陽極酸化皮膜(交直重畳電解皮膜)21は、上述したようにランダムな方向に配向しているので、表面が緻密に形成されており、オイルが陽極酸化皮膜の内側に浸透しづらく、よって、図6に示すように、オイル50aに対する濡れ性が低い。また、直流電解法と加工によって得られた陽極酸化皮膜26は、直流電解皮膜の表面を削り取って、それによって生じた粉末により表面が封孔されるため、図6に示すように、オイル50aに対する濡れ性が低い。一方、図4に示すように、表面に複数の大きな空孔23を有する直流電解皮膜22は、これら空孔23にオイルが浸透しやすく、よって、図7に示すように、オイル50bに対する濡れ性が高い。 The anodized film (AC/C superimposed electrolytic film) 21 formed by the direct superimposition electrolysis method is oriented in random directions as described above, so that the surface is densely formed, and the oil is applied to the inside of the anodized film. Therefore, as shown in FIG. 6, wettability to the oil 50a is low. In the anodized film 26 obtained by DC electrolysis and machining, the surface of the DC electrolysis film is scraped off and the surface is sealed with the resulting powder. low sex. On the other hand, as shown in FIG. 4, the direct-current electrolytic coating 22 having a plurality of large pores 23 on the surface is easy for oil to penetrate into these pores 23. Therefore, as shown in FIG. is high.

このようにオイルに対する濡れ性が低い表面を有する陽極酸化皮膜21、26を、内燃機関用ピストン10のトップリング溝13の下面13cの所定の領域に陽極酸化皮膜20Aとして形成することで、クランク室から内燃機関用ピストン10の外周面12を伝って上がってきたオイルが、トップリング溝13の下面13cにおける多孔質の陽極酸化皮膜20Aの孔の外周部から内側に浸透する際に、陽極酸化皮膜20Aにオイルが拡がりにくく、オイルが停滞することから、オイル上がりを抑制でき、よって、排出微粒子の粒子数PNを所定の基準値以下に抑えることができる。 By forming the anodized films 21 and 26 having surfaces with low wettability to oil as the anodized films 20A on predetermined regions of the lower surface 13c of the top ring groove 13 of the internal combustion engine piston 10, the crank chamber is When the oil coming up along the outer peripheral surface 12 of the internal combustion engine piston 10 from the top ring groove 13 permeates inward from the outer peripheral portion of the hole of the porous anodized film 20A on the lower surface 13c of the top ring groove 13, the anodized film Since the oil does not easily spread in 20A and the oil stagnates, it is possible to suppress the oil rise, thereby suppressing the particle number PN of the discharged fine particles to a predetermined reference value or less.

また、トップリング溝13の下面13cのうち、トップリング30が接しない部分では、表面粗さが低いアルミ合金の加工面とすることで、より一層燃焼室内にオイルが入り込むことを防ぐことができる。更に、トップリング溝13の下面13cのうち、耐摩耗性および耐アルミ凝着性の補強が重要な部分であるトップリング30が接する領域にのみ、陽極酸化処理を施すことで、トップリング溝の陽極酸化の処理面積を低減することができ、必要な消費電力を抑制し、陽極酸化の処理時間を短縮することができる。また、発生する発熱量のバラツキを抑制でき、より一層、陽極酸化皮膜20の表面粗さRpkを小さくすることが可能である。なお、トップリング30が接する領域のみに留まらず、トップリング溝13の下面13c全体に陽極酸化皮膜を形成してもよい。 In addition, the portion of the bottom surface 13c of the top ring groove 13 that is not in contact with the top ring 30 is made of an aluminum alloy with low surface roughness, thereby further preventing oil from entering the combustion chamber. . Further, of the bottom surface 13c of the top ring groove 13, only the area in contact with the top ring 30, which is an important part to be reinforced with wear resistance and aluminum adhesion resistance, is subjected to anodizing treatment to improve the top ring groove. The anodizing treatment area can be reduced, the necessary power consumption can be suppressed, and the anodizing treatment time can be shortened. In addition, it is possible to suppress variations in the amount of generated heat, and to further reduce the surface roughness Rpk of the anodized film 20 . The anodized film may be formed not only on the area where the top ring 30 contacts but also on the entire bottom surface 13c of the top ring groove 13. FIG.

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、別の実施の形態として、図2に示すように、内燃機関用ピストン10は、トップリング溝13の全内面(すなわち、上面13a、底面13b及び下面13c)と、内燃機関用ピストン10の外周面12であって、トップリング溝13からピストン冠面11側への領域の外周面(すなわち、トップランド12a)およびトップリング溝13からセカンドリング溝(図示省略)側への領域の外周面(すなわち、セカンドランド12b)とにわたる陽極酸化皮膜20Bを備えている。陽極酸化皮膜20Bは、一体的に形成されるものであってもよい。陽極酸化皮膜20Bは、トップランド12a及びセカンドランド12bの全面にわたって形成してもよいし、それらの一部に形成してもよい。一部の場合、例えば、トップリング溝13の縁部からピストン冠面11側またはセカンドリング溝(図示省略)側へ向かって少なくとも4mmまで、好ましくは2mmまでの領域に陽極酸化皮膜20Bを形成する。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, as another embodiment, as shown in FIG. an upper surface 13a, a bottom surface 13b, and a lower surface 13c), and an outer peripheral surface 12 of the internal combustion engine piston 10 in the region from the top ring groove 13 to the piston crown surface 11 side (that is, the top land 12a) and the top ring It has an anodized film 20B extending from the groove 13 to the outer peripheral surface of the region (that is, the second land 12b) toward the second ring groove (not shown) side. The anodized film 20B may be integrally formed. The anodized film 20B may be formed over the entire surface of the top land 12a and the second land 12b, or may be formed partially. In some cases, for example, the anodized film 20B is formed in an area extending from the edge of the top ring groove 13 toward the piston crown surface 11 side or the second ring groove (not shown) to at least 4 mm, preferably up to 2 mm. .

このように陽極酸化皮膜20Bがトップランド12a及びセカンドランド12bにも形成されるので、トップリング溝13の内面に加えて、トップランド12a及びセカンドランド12bでもオイルが停滞し、オイル上がりを顕著に抑制でき、PNの低減効果をより高めることができる。 Since the anodized film 20B is also formed on the top land 12a and the second land 12b in this manner, the oil is stagnated not only on the inner surface of the top ring groove 13 but also on the top land 12a and the second land 12b, and the oil rises significantly. can be suppressed, and the effect of reducing PN can be further enhanced.

次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法、すなわち、内燃機関用ピストンの外周部に設けられたトップリング溝の所定の領域に、陽極酸化皮膜を形成する方法について説明する。 Next, a method for manufacturing an internal combustion engine piston according to the present invention, that is, a method for forming an anodized film in a predetermined region of a top ring groove provided on an outer peripheral portion of an internal combustion engine piston will be described.

図8に示すように、先ず、内燃機関用ピストン10のトップリング溝13の外周側を囲むように陽極酸化処理装置60を配置する。陽極酸化処理装置60と内燃機関用ピストン10は、トップランド12a及びセカンドランド12bのそれぞれ略中央の位置に配置された密封リング62a、62bを介して密着させる。そして、内燃機関用ピストン10のトップリング溝13の内部、並びにトップランド12a及びセカンドランド12bの密封リング62a、62bまでの部分に処理液63を送り込みながら、内燃機関用ピストン10を陽極とし、陽極酸化処理装置60側の陰極電極61との間で通電することで、処理液63が送り込まれた部分のアルミニウム合金の表面に、陽極酸化皮膜20Bが形成される。 As shown in FIG. 8 , first, an anodizing device 60 is arranged so as to surround the outer peripheral side of the top ring groove 13 of the internal combustion engine piston 10 . The anodizing device 60 and the internal combustion engine piston 10 are brought into close contact with each other via sealing rings 62a and 62b which are arranged substantially in the center positions of the top land 12a and the second land 12b, respectively. Then, while feeding the treatment liquid 63 into the inside of the top ring groove 13 of the internal combustion engine piston 10 and the portion up to the sealing rings 62a and 62b of the top land 12a and the second land 12b, the internal combustion engine piston 10 is used as the anode. Anodized film 20B is formed on the surface of the aluminum alloy in the portion to which the treatment liquid 63 is sent by energizing between the cathode electrode 61 on the oxidation treatment device 60 side.

この時、陽極酸化処理中に陰極電極61側から水素気泡64が発生する。水素気泡64がトップリング溝13の内面に接触すると、その部分の陽極酸化が進行しないことから、形成される陽極酸化皮膜20Bの表面粗さが大きくなるという問題がある。そこで、図8に示すように、トップランド12a及びセカンドランド12bの部分にまで処理液63を送り込む構成とすることで、発生した水素気泡64の多くは、圧力の低いトップランド12a及びセカンドランド12b側へ流れることから、トップリング溝13の内部へ水素気泡64が進入するのを抑制することができる。よって、表面粗さの小さい平滑な陽極酸化皮膜20Bを得ることができる。 At this time, hydrogen bubbles 64 are generated from the cathode electrode 61 side during the anodizing process. When the hydrogen bubbles 64 come into contact with the inner surface of the top ring groove 13, the anodization of that portion does not progress, so there is a problem that the surface roughness of the formed anodized film 20B increases. Therefore, as shown in FIG. 8, by adopting a configuration in which the treatment liquid 63 is sent to the top land 12a and the second land 12b, most of the generated hydrogen bubbles 64 are generated in the top land 12a and the second land 12b, which have low pressure. Since it flows to the side, it is possible to prevent the hydrogen bubbles 64 from entering the inside of the top ring groove 13 . Therefore, a smooth anodized film 20B having a small surface roughness can be obtained.

この陽極酸化処理の方法は、交直重畳電解法にも直流電解法にも用いることができる。また、図1に示すように、トップリング溝13の内面のうち、下面13cの一部の領域に陽極酸化皮膜20Aを形成する場合、その他のトップリング溝13の内面、並びにトップランド12a及びセカンドランド12bの表面を樹脂や金属製スプリングやスプレーコーティング等でマスキングすることで、所望の領域にのみ、陽極酸化皮膜20Aを形成することができる。 This anodizing treatment method can be used for both the AC/DC superposition electrolysis method and the DC electrolysis method. Further, as shown in FIG. 1, when the anodized film 20A is formed on a partial region of the lower surface 13c of the inner surface of the top ring groove 13, the other inner surfaces of the top ring groove 13, the top land 12a and the second By masking the surface of the land 12b with a resin or metal spring, spray coating, or the like, the anodized film 20A can be formed only on a desired region.

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。 Examples of the present invention and comparative examples are described below.

[陽極酸化処理]
実施例1~3として、以下の手順で、アルミニウム合金製の内燃機関用ピストンのトップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した。先ず、Siを12%を含有する組成のアルミニウム合金を用いて内燃機関用ピストンを鋳造し、所定の熱処理をした後、機械加工によりリング溝を形成した。トップリング溝の加工は表面粗さRpkが0.01μm程度となるように仕上げた。そして、このトップリング溝の内面に、硫酸処理液を用いて、1回のプラス電圧印加の通電時間が20~30μs、周波数が10~12kHzの条件で交直重畳電解法によって陽極酸化処理を行った。そして、トップリング溝の下面に形成された陽極酸化皮膜(交直重畳電解皮膜)の表面粗さRa及び表面粗さRpkを、それぞれJIS B0601及びJIS B0671-2に準拠して測定した。その結果を表1に示す。
[Anodizing treatment]
As Examples 1 to 3, an anodized film was formed on the inner surface of the top ring groove of an internal combustion engine piston made of an aluminum alloy by the following procedure. First, an internal combustion engine piston was cast using an aluminum alloy containing 12% Si, and after a predetermined heat treatment, a ring groove was formed by machining. The processing of the top ring groove was finished so that the surface roughness Rpk was about 0.01 μm. Then, the inner surface of the top ring groove was subjected to anodization treatment by an AC/DC superposition electrolysis method using a sulfuric acid treatment solution under the conditions of 20 to 30 μs of energization time for one positive voltage application and a frequency of 10 to 12 kHz. . Then, the surface roughness Ra and the surface roughness Rpk of the anodized film (AC/C superimposed electrolytic film) formed on the lower surface of the top ring groove were measured according to JIS B0601 and JIS B0671-2, respectively. Table 1 shows the results.

また、実施例4~6として、交直重畳電解法に替えて直流電解法で陽極酸化処理をした後、陽極酸化皮膜(直流電解皮膜)の表面を切削工具にて表面加工処理を施した点を除き、実施例1~3と同様にしてトップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した。直流電解法の条件は、電流密度を4~10A/dm、処理時間を0.2~1.5分とした。その結果を表1に示す。 In addition, as Examples 4 to 6, the surface of the anodized film (direct current electrolytic film) was subjected to surface processing treatment with a cutting tool after the anodizing treatment was performed by the DC electrolysis method instead of the AC/DC superimposition electrolysis method. , an anodized film was formed on the inner surface of the top ring groove in the same manner as in Examples 1 to 3. The conditions of the DC electrolysis method were a current density of 4 to 10 A/dm 2 and a treatment time of 0.2 to 1.5 minutes. Table 1 shows the results.

更に、比較例1~3として、交直重畳電解法に替えて直流電解法で陽極酸化処理をした点を除き、実施例1~3と同様にしてトップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した。直流電解法の条件は、電流密度を4~10A/dm、処理時間を0.2~1.5分とした。その結果を表1に示す。 Furthermore, as Comparative Examples 1 to 3, an anodized film was formed on the inner surface of the top ring groove in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the anodizing treatment was performed by a DC electrolysis method instead of the AC/DC superposition electrolysis method. The conditions of the DC electrolysis method were a current density of 4 to 10 A/dm 2 and a treatment time of 0.2 to 1.5 minutes. Table 1 shows the results.

[ブローバイガスの流量測定]
このようにして陽極酸化皮膜を形成した実施例1~6及び比較例1~3の内燃機関用ピストンを用いて、エンジン実機でのブローバイガスの流量測定の実験を行った。実験条件としては、直列4気筒の1200ccのエンジンを用い、エンジン回転数を6400rpmWOT、水温を90℃、油温を135℃とした。その結果を表1に示す。なお、表1に示すブローバイガス流量は、エンジンの運転開始から30時間までのブローバイガス流量(単位:L/min)の測定値の平均値を算出し、比較例1の平均値を100とした場合の比で示した。
[Measurement of flow rate of blow-by gas]
Using the internal combustion engine pistons of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3, on which the anodized film was formed in this manner, an experiment was conducted to measure the flow rate of blow-by gas in an actual engine. As experimental conditions, an in-line 4-cylinder 1200 cc engine was used, the engine speed was 6400 rpm WOT, the water temperature was 90°C, and the oil temperature was 135°C. Table 1 shows the results. The blow-by gas flow rate shown in Table 1 was obtained by calculating the average value of the measured values of the blow-by gas flow rate (unit: L/min) for 30 hours from the start of engine operation, and taking the average value of Comparative Example 1 as 100. It is shown as a ratio of cases.

Figure 2023086759000002
Figure 2023086759000002

[オイルに対する濡れ性の評価]
上述した実施例1、実施例4および比較例1と同様に条件でそれぞれアルミニウム合金基材上に陽極酸化皮膜を形成したもの、並びにこのような陽極酸化処理を施さなかったアルミニウム合金基材について、オイルに対する濡れ性の試験を行った。使用したオイルは、5W-30であり、各試験対象をホットプレート上におき、所定の温度下で所定量のオイルを滴下し、そのときのオイルの一番長い幅(単位:mm)を測定した。その結果を表2に示す。なお、表2に示す濡れ性の結果は、30℃でのアルミニウム合金基材におけるオイルの幅を1.0とした場合の比で示した。
[Evaluation of wettability to oil]
Regarding the aluminum alloy substrates on which an anodized film was formed under the same conditions as in Examples 1, 4, and Comparative Example 1 described above, and the aluminum alloy substrates that were not subjected to such anodization treatment, An oil wettability test was conducted. The oil used was 5W-30, each test object was placed on a hot plate, a predetermined amount of oil was dropped at a predetermined temperature, and the longest width (unit: mm) of the oil was measured. bottom. Table 2 shows the results. The wettability results shown in Table 2 are shown as a ratio when the width of the oil in the aluminum alloy substrate at 30°C is set to 1.0.

Figure 2023086759000003
Figure 2023086759000003

表1の結果から分かるように、表面粗さRpkとブローバイガス流量とは相関関係がみられる一方、表面粗さRaは約0.8~1.1μmという狭い範囲内となっており、ブローバイガス流量との相関関係は見られなかった。このようにRaという表面粗さの指標では、ブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜の表面粗さを正確に評価できないことがわかる。また、実施例1~6のブローバイガス流量は、比較例1よりも31%以上低減しており、このように表面粗さRpkが1.00μm以下の陽極酸化皮膜を設けることで、ブローバイガス流量を確実に低減させることができる。 As can be seen from the results in Table 1, while there is a correlation between the surface roughness Rpk and the blow-by gas flow rate, the surface roughness Ra is within a narrow range of about 0.8 to 1.1 μm. No correlation with flow rate was found. Thus, it can be seen that the index of surface roughness Ra cannot accurately evaluate the surface roughness of the anodized film with respect to the blow-by gas flow rate. In addition, the blow-by gas flow rate of Examples 1 to 6 is 31% or more lower than that of Comparative Example 1. can be reliably reduced.

また、表2の結果から分かるように、温度が高くなる程、オイル幅は広がった。また、比較例1の直流電解皮膜は多孔質であるため、低い温度域では、アルミニウム合金基材よりもオイル幅が広がった。それに対して、実施例1の交直重畳電解皮膜は、緻密な表面を有することから、アルミニウム合金基材よりもオイル幅は狭く、また、温度が高くなっても、アルミニウム合金基材に比べて、オイル幅の広がる割合が顕著に小さかった。また、実施例4の表面加工処理をした直流電解皮膜は、オイル幅が更に狭く、温度が高くなっても、狭いオイル幅を維持した。このように実施例1、4の陽極酸化皮膜は、オイルに対する濡れ性は低く、特に高温域においてはアルミニウム合金基材や比較例1との差が顕著である。このような高温域におけるオイルに対する濡れ性が低い陽極酸化皮膜を設けることで、オイル上がりを効果的に抑制することができ、よって、排出微粒子の粒子数PNの低減に大きく寄与するものとなる。 Moreover, as can be seen from the results in Table 2, the higher the temperature, the wider the oil width. In addition, since the direct-current electrolytic coating of Comparative Example 1 is porous, the oil width was wider than that of the aluminum alloy substrate in the low temperature range. On the other hand, since the AC/DC superimposed electrolytic coating of Example 1 has a dense surface, the oil width is narrower than that of the aluminum alloy substrate, and even if the temperature rises, compared to the aluminum alloy substrate, The rate at which the oil width spreads was remarkably small. In addition, the direct-current electrolytic coating surface-treated in Example 4 had a narrower oil width and maintained a narrow oil width even when the temperature increased. As described above, the anodized films of Examples 1 and 4 have low wettability to oil, and the difference from the aluminum alloy substrate and Comparative Example 1 is remarkable especially in a high temperature range. By providing such an anodized film with low wettability to oil in such a high temperature range, it is possible to effectively suppress oil discharge, thereby greatly contributing to the reduction of the particle number PN of discharged fine particles.

10 内燃機関用ピストン
11 ピストン冠面
12a トップランド
12b セカンドランド
13 トップリング溝
13c トップリング溝の下面
15 アルミニウム合金部材
16 シリコン
20、21、22、26 陽極酸化皮膜
23 空孔
25 封孔部
30 トップリング
40 シリンダ
50 オイル
60 陽極酸化処理装置
61 陰極電極
62 密封リング
63 処理液
64 水素気泡
REFERENCE SIGNS LIST 10 internal combustion engine piston 11 piston crown surface 12a top land 12b second land 13 top ring groove 13c lower surface of top ring groove 15 aluminum alloy member 16 silicon 20, 21, 22, 26 anodized film 23 hole 25 sealing portion 30 top Ring 40 Cylinder 50 Oil 60 Anodizing device 61 Cathode electrode 62 Sealing ring 63 Treatment liquid 64 Hydrogen bubbles

Claims (3)

外周面にトップリング溝を有する内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記内燃機関用ピストンが、前記トップリング溝の内面のうち、少なくともセカンドリング溝側の内面であって、トップリングが接する領域の内面に、陽極酸化皮膜を備え、
前記陽極酸化皮膜のJIS B0671-2に準拠する表面粗さRpkが1.00μm以下であり、
前記製造方法が、
陽極酸化処理装置と前記内燃機関用ピストンとを、トップランド及びセカンドランドのそれぞれに配置された密封リングを介して密着させ、
前記内燃機関用ピストンのトップリング溝の内部、並びにトップランド及びセカンドランドの前記密封リングまでの部分に処理液を送り込みながら、前記内燃機関用ピストンを陽極とし、前記陽極酸化処理装置側の陰極電極との間で通電することで、
前記トップリング溝の全内面と、前記内燃機関用ピストンの外周面であって、前記トップリング溝からピストン冠面側への領域の外周面および前記トップリング溝からセカンドリング溝側への領域の外周面とにわたって前記陽極酸化皮膜を形成する、内燃機関用ピストンの製造方法。
A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine having a top ring groove on its outer peripheral surface, comprising:
The internal combustion engine piston has an anodized film on at least the inner surface of the second ring groove side of the inner surface of the top ring groove and the inner surface of the region in contact with the top ring,
The anodized film has a surface roughness Rpk of 1.00 μm or less according to JIS B0671-2,
The manufacturing method is
bringing the anodizing device and the piston for an internal combustion engine into close contact with each other via seal rings arranged in the top land and the second land;
While feeding the treatment liquid into the inside of the top ring groove of the internal combustion engine piston and the top land and the second land up to the sealing ring, the internal combustion engine piston is used as the anode, and the cathode electrode on the anodizing device side. By energizing between
The entire inner surface of the top ring groove, the outer peripheral surface of the internal combustion engine piston, the outer peripheral surface of the region from the top ring groove to the piston crown side, and the region from the top ring groove to the second ring groove side. A method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein the anodized film is formed over the outer peripheral surface.
前記処理液を送り込む際に、前記陰極電極を挟んで前記陽極酸化処理装置の一方から前記処理液を供給し、他方から一方から前記処理液を排出する、請求項1に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 2. The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the treatment liquid is supplied from one side of the anodizing apparatus with the cathode electrode interposed therebetween and the treatment liquid is discharged from the other side when the treatment liquid is fed. manufacturing method. 前記処理液を送り込む際に、前記陽極酸化処理装置と、前記トップランド及びセカンドランドとの間の領域に、前記内燃機関用ピストンのトップリング溝の内部よりも圧力の低い領域を形成する、請求項1又は2に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 forming a region between the anodizing device and the top and second lands where the pressure is lower than that inside the top ring groove of the piston for an internal combustion engine when the treatment liquid is supplied; Item 3. A method for manufacturing an internal combustion engine piston according to Item 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022072157A (en) * 2020-10-29 2022-05-17 スズキ株式会社 Piston for internal combustion engine and production method thereof
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Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3135612B2 (en) * 1991-07-11 2001-02-19 マツダ株式会社 Al alloy member and method of manufacturing the same
JPH0626571A (en) * 1992-07-06 1994-02-01 Unisia Jecs Corp Piston for internal combustion engine
DE19523484C2 (en) * 1995-06-28 2002-11-14 Daimler Chrysler Ag Method for producing a cylinder liner from a hypereutectic aluminum / silicon alloy for casting into a crankcase of a reciprocating piston machine and cylinder liner produced thereafter
JPH09159022A (en) * 1995-12-08 1997-06-17 Nissan Motor Co Ltd Piston for internal combustion engine and manufacture thereof
US6425364B1 (en) * 2000-11-28 2002-07-30 Bombardier Motor Corporation Of America Two-stroke direct fuel injected marine engine having anodized piston ring grooves
JP3921074B2 (en) 2001-11-05 2007-05-30 株式会社日立製作所 Anodizing method and apparatus
US7066132B1 (en) 2005-01-13 2006-06-27 General Motors Corporation Piston with oxidation catalyst
JP5030439B2 (en) 2006-02-28 2012-09-19 株式会社リケン Sliding member
JP5152574B2 (en) 2008-03-28 2013-02-27 アイシン精機株式会社 Method for anodizing aluminum member
JP5938374B2 (en) 2012-09-18 2016-06-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 Piston of internal combustion engine
JP6369748B2 (en) 2014-04-23 2018-08-08 スズキ株式会社 Surface covering method of aluminum member, surface covering aluminum member and piston for internal combustion engine
JP6369745B2 (en) 2014-03-27 2018-08-08 スズキ株式会社 Anodized film and sealing method thereof
JP6170029B2 (en) 2014-11-07 2017-07-26 トヨタ自動車株式会社 Method for forming a thermal barrier film
JP6814406B2 (en) 2016-03-07 2021-01-20 スズキ株式会社 Surface structure of aluminum member and its manufacturing method
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