JP3789718B2 - アルミ合金製内燃機関用ピストン及びアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents
アルミ合金製内燃機関用ピストン及びアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ合金で鋳造した内燃機関用のピストン及びピストンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関の性能を向上させるために、ピストンリング溝及びピストンリング間の隙間のシール性を高めることにより、燃焼室内からクランクケース内に洩れるブローバイガスの量を減少させたピストンが知られている。このピストンに関しては、例えば実公昭４７−１５５２２号公報「ピストン」が提案されている。この技術を、次図で詳しく説明する。
【０００３】
図１２は従来のピストンの断面図である。アルミ合金製のピストン１２０は、トップリング溝１２１に陽極酸化皮膜１２２を形成し、陽極酸化皮膜１２２の微細な孔に４ふっ化エチレン樹脂を含浸させたものである。４ふっ化エチレン樹脂を含浸させることで、トップリング溝１２１に燃焼生成物が付着することを防止する。このため、トップリング溝１２１及びトップリング１２５間の隙間のシール性を高めることができる。
従って、例えばエンジンの圧縮工程でピストン１２０が矢印ａの如く上昇する際に、トップリング１２５はピストン１２０及びシリンダ１２７間の隙間をシールし、かつトップリング溝１２１及びトップリング１２５間の隙間をシールする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アルミ合金にはＳｉ粒子（図示しない）が含まれており、このＳｉ粒子がトップリング溝１２１の表面に露出していると、Ｓｉ粒子に陽極酸化皮膜１２２を形成することはできない。陽極酸化皮膜１２２はＳｉ粒の部分が凹んだ状態になり、陽極酸化皮膜１２２の皮膜面が凹凸状になる。
このため、トップリング溝１２１の皮膜面にトップリングが接触しても皮膜面とトップリングとの間に隙間ができてしまい、トップリング溝１２１及びトップリング１２５間の隙間のシール性が低下する。従って、燃焼室内からクランクケース内に矢印ｂの如く洩れるブローバイガスの量を大きく減らすことはできない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃焼室内からクランクケース内に洩れるブローバイガスの量を大きく減らすことができるアルミ合金製内燃機関用ピストン及びアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【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、複数本のリング溝を備えたアルミ合金製内燃機関用ピストンにおいて、前記リング溝のうち、燃焼室に一番近いトップリング溝に、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を形成することで、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘを２〜３μｍにするとともに、陽極酸化皮膜の微細な孔を略１００ｎｍの孔径にし、この微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させたことを特徴とする。
また、請求項２は、ピストン頭部に複数本のリング溝を備え、これらのリング溝のうち、燃焼室に一番近いトップリング溝に陽極酸化皮膜を形成するアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法において、前記トップリング溝を脱脂する脱脂行程と、このトップリング溝に、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を形成する皮膜形成工程と、この陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項１、２によれば、トップリング溝に、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を形成し、陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させた。ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用があるので、トップリング溝の壁面を平坦にして、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保する。
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、平坦な陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する多量の熱硬化性樹脂を含浸させることが可能になる。熱硬化性樹脂は燃焼生成物を付着させない性質を備えているので、トップリング溝に燃焼生成物が付着することを防ぐ。このため、トップリング溝を平坦に維持してトップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保する。
【０００８】
【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の断面図である。
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１１に複数本のリング溝（トップリング溝１２，セカンドリング溝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１７，１７を形成し、一対のスカート部１７，１７の間に一対のピンボス部１８，１８（手前側のピンボス部１８は図示しない）を形成した部材である。
【０００９】
図２は図１の２部拡大図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の複数本のリング溝（トップリング溝１２、セカンドリング溝１４、オイルリング溝１５）のうち、燃焼室２０に一番近いトップリング溝１２に、りん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液で特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、図３に示すように陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・（・・・は複数個を示す）に潤滑剤（熱硬化性樹脂）５４・・・を含浸させた状態を示す。
【００１０】
図３は図２の３部拡大図であり、トップリング溝１２（図２に示す）に形成した特殊な陽極酸化皮膜５０を示す。なお、潤滑剤５４として熱硬化性樹脂を使用した例を説明する。
特殊な陽極酸化皮膜５０は、膜厚ｔ１が略一定で皮膜面５０ａを平坦に形成し、皮膜面５０ａに微細な孔５２・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）を備えたものである。孔５２・・・は孔径ｄ１が比較的大きい孔である。このため、孔５２・・・に十分な量の潤滑剤（熱硬化性樹脂）５４を含浸することができ、含浸した熱硬化性樹脂５４を孔５２・・・内に確実に固着することができる。
【００１１】
以下、図４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４（ａ）〜（ｃ）は内燃機関用ピストンのトップリング溝に普通の陽極酸化皮膜を形成した比較例を示す。
（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１００のトップリング溝１０２にＳｉ粒１１１・・・が分布し、そのうちの表面近傍のＳｉ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。
【００１２】
（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。
すなわち、Ｓｉを含むトップリング溝１０２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。
【００１３】
（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。
しかし、（ｂ）に示す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１１３を平坦に生成することが困難であり、トップリング溝の壁面は凹凸状になる。従って、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を高め難い。
加えて、（ｂ）に示すように陽極酸化皮膜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、ブローバイガスを付着させないという硬化樹脂１１９の性質を十分に活用することができない。従って、トップリング溝にブローバイガスが付着することを十分に防ぐことはできない。
【００１４】
以下、図３の断面拡大図に示した特殊な陽極酸化皮膜を形成する方法を説明する。
図５は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）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）のトップリング溝を脱脂する。トップリング溝以外をマスクする。なお、アルミ合金製内燃機関用ピストンの全表面に陽極酸化皮膜を形成する場合はマスクをしない。
ＳＴ１１；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、トップリング溝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。
【００１５】
ＳＴ１２；ふっ素樹脂を含有する液状の熱硬化性樹脂を準備し、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。
ＳＴ１３；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。
以下、Ｓｉ系アルミニウム合金の陽極酸化処理方法のＳＴ１０〜ＳＴ１３を図６〜図７で詳しく説明する。
【００１６】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第１説明図である。
（ａ）は、ＳＴ１０（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１０のトップリング溝１２の表面１３を脱脂した状態を示す。
トップリング溝の壁面近傍にはアルミニウムにＳｉ粒５５，５６，５７が分散している。
【００１７】
（ｂ）は、ＳＴ１１（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トップリング溝１２の表面１３（（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。
【００１８】
このため、トップリング溝１２の表面１３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５０ａが揃うので、面粗度は小さくなり、膜厚ｔ１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１００ｎｍと十分に大きくなる。
【００１９】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第２説明図である。
（ａ）は、ＳＴ１２（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。
【００２０】
（ｂ）は、ＳＴ１３（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。液状の熱硬化性樹脂５３が硬化して熱硬化性樹脂５４となる。
これで、図３に示す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。
【００２１】
本発明によれば、トップリング溝１２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５０を形成し、陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・に潤滑剤５４・・・を含浸させた。ふっ化物には陽極酸化皮膜５０を平坦にする作用があり、図２に示すトップリング溝１２の壁面（すなわち、陽極酸化皮膜５０の皮膜表面５０ａ）を平坦にする。
【００２２】
また、りん酸塩には陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・の孔径ｄ１を大きくする作用がある。このため、平坦な陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・に多量の熱硬化性樹脂５４・・・を含浸させることが可能になる。熱硬化性樹脂５４は燃焼生成物を付着させない性質を備えているので、図２に示すトップリング溝１２に燃焼生成物が付着することを防ぐ。従って、トップリング溝１２の皮膜表面５０ａを平坦に維持する。
【００２３】
さらに、熱硬化性樹脂５４に含有したふっ素樹脂は、耐摩耗性や耐熱性に優れており、熱硬化性樹脂５４を耐摩耗性や耐熱性に優れた樹脂にすることができる。従って、熱硬化性樹脂５４を、例えば１００℃〜３００℃以上の高温において使用することができるので、ピストンのような高温状態で使用する部材に好適である。
【００２４】
【実施例】
本発明に係る実施例及び比較例を表１、表２及び図８、図９に基づいて説明する。
共通条件：
供試材 ＡＣ８Ｃ（ＪＩＳ Ｈ ５２０２ 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。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
実施例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのトップリング溝を脱脂した後、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、トップリング溝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７（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、ＪＩＳ Ｂ ０６０１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。
【００２８】
次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨｇ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。
この結果、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2で摩擦係数μを０．００６と小さくすることができた。なお、摩擦係数μについては図８のグラフで詳しく説明する。
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。
【００２９】
【化１】
【００３０】
比較例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのトップリング溝を脱脂した後、１５％硫酸の電解液で、電解液温度を０℃、電圧を１５Ｖとして２０分間電気分解して、アルミニウム合金製ピストンのトップリング溝に普通の陽極酸化皮膜を生成した。
普通の陽極酸化皮膜の微細な孔は孔径ｄ２（図４（ｂ）参照）が１５ｎｍと小さく、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは１２〜１３μｍと凸凹である。
【００３１】
次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨｇの減圧状態でパーフロロオクチルエチルメタクレート液中に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。
この結果、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2で摩擦係数μは０．０７であった。この摩擦係数μは実施例の０．００６と比較して大きい。なお、摩擦係数μについては図８のグラフで詳しく説明する。
【００３２】
図８は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の摩擦係数を示すグラフであり、縦軸は摩擦係数μを示し、横軸は面圧ｋｇｆ／ｃｍ2を示す。実線は実施例のグラフを示し、破線は比較例のグラフを示す。
実施例おいて、摩擦係数μは、面圧１０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０１３、面圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００８、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００６、面圧４０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００８、面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００６である。
実施例によれば、面圧が１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲で摩擦係数μを０．０１３以下に小さくすることができる。従って、摺動抵抗を十分に減少させることができる。
【００３３】
一方、比較例において、摩擦係数μは、面圧１０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６、面圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６９、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６９、面圧４０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６２、面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０５４である。
比較例によれば、面圧が１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲で摩擦係数μは０．０５４以上になり、実施例の摩擦係数μ０．０１３より大きくなる。従って、摺動抵抗を十分に減少させることはできない。
【００３４】
図９は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の耐面圧を示すグラフであり、縦軸は耐面圧ｋｇｆ／ｃｍ2を示し、横軸は温度℃を示す。実線は実施例のグラフを示し、破線は比較例のグラフを示す。
ここで、耐面圧の測定方法について説明する。先ず、ピストン母材と同じ材質のアルミ合金片に特殊な陽極酸化皮膜を形成した試験片と、ピストンリングと同じ材質で形成した加圧部材とを準備する。この試験片を、加熱炉を備えた油圧加振機にセットし、試験片の特殊な陽極酸化皮膜に加圧部材で荷重をかけ、この荷重を所定の周波数で変化させて片振り圧縮試験を行い、規定時間後の摩耗量を測定し、この摩耗量に基づいて特殊な陽極酸化皮膜の耐面圧を求めた。
なお、普通の陽極酸化皮膜の耐面圧も同様に求めた。
【００３５】
一般に、ピストンの温度分布はトップランドが最も高く略３００℃になる。実施例によれば、陽極酸化皮膜５０の皮膜面５０ａを平坦にできるので陽極酸化皮膜５０の耐面圧を高めることができる。具体的には、温度が３００℃まで上がっても耐面圧を略２９ｋｇｆ／ｃｍ2に高めることができる。
これに対して、比較例によれば、陽極酸化皮膜１１３の皮膜面が凹凸状になり、耐面圧は凹部で規定される。従って、陽極酸化皮膜１１３の耐面圧を高め難い。具体的には、温度が３００℃まで上がると耐面圧は略１９ｋｇｆ／ｃｍ2まで下がる。
以下、陽極酸化皮膜の耐面圧を高くした効果を図１０で説明する。
【００３６】
図１０は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第１作用説明図であり、（ａ）は実施例を示し、（ｂ）は比較例を示す。
（ａ）において、エンジンの膨張工程でピストン１０が矢印▲１▼の如く下降する。このときのピストン１０の温度は略３００℃である。トップリング２２がシリンダ２８に接触しているので、トップリング２２がトップリング溝１２の上壁（陽極酸化皮膜５０の皮膜面５０ａ）に当って上壁を押圧する。
陽極酸化皮膜５０は、図９に示すように温度３００℃において、耐面圧が十分に高いので、トップランド２６の厚さＨを小さく抑えても、トップリング溝１２の隅部１２ａから亀裂が発生することはない。
【００３７】
（ｂ）において、エンジンの膨張工程でピストン１００が矢印▲２▼の如く下降する。このときのピストン１００の温度は略３００℃である。トップリング１０４がシリンダ１０７に接触しているので、トップリング１０４がトップリング溝１０２の上壁（陽極酸化皮膜１１３の皮膜面１１３ａ）に当って上壁を押圧する。
陽極酸化皮膜１１３は、図９に示すように温度３００℃において、耐面圧を高めることはできない。このため、トップランド１０５の厚さを（ａ）と同様にＨに設定すると、トップリング溝１０２の隅部１０２ａから亀裂１０６が発生する。従って、トップランド１０５の厚さをＨより大きなＨ１に設定する必要がある。
以下、（ａ）のトップランド２６の厚さＨを小さく抑えた効果を図１１で説明する。
【００３８】
図１１は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第２作用説明図である。
図１０（ａ）で示したようにトップランド２６の厚さＨを小さくできる。ここで、トップランド２６の厚さＨ及びトップランド２６とシリンダ２８との隙間Ｓで規制される領域Ｅ（以下、「デッドスペースＥ」という）を小さくできる。このため、エンジンの圧縮工程においてピストン１０が上死点に到達したときにデッドスペースＥに溜まる燃焼生成物の量を減らすことができる。
従って、デッドスペースＥから矢印▲４▼の如く流れるブローバイガスを減らすことができる。
【００３９】
また、陽極酸化皮膜５０の皮膜面５０ａが平坦で、かつ平坦な陽極酸化皮膜５０に多量の熱硬化性樹脂５４（図３に示す）を含浸させた。このため、トップリング溝１２の皮膜面５０ａに燃焼生成物が付着することを防ぐ。従って、トップリング溝１２の皮膜面５０ａを平坦に維持して、トップリング溝１２及びトップリング２２間の隙間のシール性を確保することができる。
従って、矢印▲４▼の如く流れたブローバイガスを矢印▲５▼の如く殆ど流れないようにすることができる。
この結果、クランクケース側に洩れるブローバイガスの量を減少させることができるので、自動車の内燃機関の性能を大きく高めることができる。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、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。
【００４１】
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。
【００４２】
【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、２は、トップリング溝に、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を形成し、陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させた。
ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用があり、トップリング溝の壁面を平坦にすることができる。このため、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保することができる。
【００４３】
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、平坦な陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する多量の熱硬化性樹脂を含浸させることができる。
熱硬化性樹脂は燃焼生成物を付着させない性質を備えているので、トップリング溝に燃焼生成物が付着することを防ぐことができる。従って、トップリング溝の壁面を平坦に維持して、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保することができる。
この結果、燃焼室内からクランクケース内に洩れるブローバイガスの量を減少させることができるので、自動車の内燃機関の性能を大きく高めることができる。
【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の断面図
【図２】 図１の２部拡大図
【図３】 図２の３部拡大図
【図４】 内燃機関用ピストンのトップリング溝に普通の陽極酸化皮膜を形成した比較例
【図５】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）を説明するフローチャート
【図６】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第１説明図
【図７】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第２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の特殊な陽極酸化皮膜の摩擦係数を示すグラフ
【図９】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の耐面圧を示すグラフ
【図１０】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第１作用説明図
【図１１】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第２作用説明図
【図１２】 従来のピストンの断面図
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ合金で鋳造した内燃機関用のピストン及びピストンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関の性能を向上させるために、ピストンリング溝及びピストンリング間の隙間のシール性を高めることにより、燃焼室内からクランクケース内に洩れるブローバイガスの量を減少させたピストンが知られている。このピストンに関しては、例えば実公昭４７−１５５２２号公報「ピストン」が提案されている。この技術を、次図で詳しく説明する。
【０００３】
図１２は従来のピストンの断面図である。アルミ合金製のピストン１２０は、トップリング溝１２１に陽極酸化皮膜１２２を形成し、陽極酸化皮膜１２２の微細な孔に４ふっ化エチレン樹脂を含浸させたものである。４ふっ化エチレン樹脂を含浸させることで、トップリング溝１２１に燃焼生成物が付着することを防止する。このため、トップリング溝１２１及びトップリング１２５間の隙間のシール性を高めることができる。
従って、例えばエンジンの圧縮工程でピストン１２０が矢印ａの如く上昇する際に、トップリング１２５はピストン１２０及びシリンダ１２７間の隙間をシールし、かつトップリング溝１２１及びトップリング１２５間の隙間をシールする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アルミ合金にはＳｉ粒子（図示しない）が含まれており、このＳｉ粒子がトップリング溝１２１の表面に露出していると、Ｓｉ粒子に陽極酸化皮膜１２２を形成することはできない。陽極酸化皮膜１２２はＳｉ粒の部分が凹んだ状態になり、陽極酸化皮膜１２２の皮膜面が凹凸状になる。
このため、トップリング溝１２１の皮膜面にトップリングが接触しても皮膜面とトップリングとの間に隙間ができてしまい、トップリング溝１２１及びトップリング１２５間の隙間のシール性が低下する。従って、燃焼室内からクランクケース内に矢印ｂの如く洩れるブローバイガスの量を大きく減らすことはできない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃焼室内からクランクケース内に洩れるブローバイガスの量を大きく減らすことができるアルミ合金製内燃機関用ピストン及びアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【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、複数本のリング溝を備えたアルミ合金製内燃機関用ピストンにおいて、前記リング溝のうち、燃焼室に一番近いトップリング溝に、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を形成することで、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘを２〜３μｍにするとともに、陽極酸化皮膜の微細な孔を略１００ｎｍの孔径にし、この微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させたことを特徴とする。
また、請求項２は、ピストン頭部に複数本のリング溝を備え、これらのリング溝のうち、燃焼室に一番近いトップリング溝に陽極酸化皮膜を形成するアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法において、前記トップリング溝を脱脂する脱脂行程と、このトップリング溝に、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を形成する皮膜形成工程と、この陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項１、２によれば、トップリング溝に、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を形成し、陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させた。ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用があるので、トップリング溝の壁面を平坦にして、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保する。
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、平坦な陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する多量の熱硬化性樹脂を含浸させることが可能になる。熱硬化性樹脂は燃焼生成物を付着させない性質を備えているので、トップリング溝に燃焼生成物が付着することを防ぐ。このため、トップリング溝を平坦に維持してトップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保する。
【０００８】
【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の断面図である。
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１１に複数本のリング溝（トップリング溝１２，セカンドリング溝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１７，１７を形成し、一対のスカート部１７，１７の間に一対のピンボス部１８，１８（手前側のピンボス部１８は図示しない）を形成した部材である。
【０００９】
図２は図１の２部拡大図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の複数本のリング溝（トップリング溝１２、セカンドリング溝１４、オイルリング溝１５）のうち、燃焼室２０に一番近いトップリング溝１２に、りん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液で特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、図３に示すように陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・（・・・は複数個を示す）に潤滑剤（熱硬化性樹脂）５４・・・を含浸させた状態を示す。
【００１０】
図３は図２の３部拡大図であり、トップリング溝１２（図２に示す）に形成した特殊な陽極酸化皮膜５０を示す。なお、潤滑剤５４として熱硬化性樹脂を使用した例を説明する。
特殊な陽極酸化皮膜５０は、膜厚ｔ１が略一定で皮膜面５０ａを平坦に形成し、皮膜面５０ａに微細な孔５２・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）を備えたものである。孔５２・・・は孔径ｄ１が比較的大きい孔である。このため、孔５２・・・に十分な量の潤滑剤（熱硬化性樹脂）５４を含浸することができ、含浸した熱硬化性樹脂５４を孔５２・・・内に確実に固着することができる。
【００１１】
以下、図４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４（ａ）〜（ｃ）は内燃機関用ピストンのトップリング溝に普通の陽極酸化皮膜を形成した比較例を示す。
（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１００のトップリング溝１０２にＳｉ粒１１１・・・が分布し、そのうちの表面近傍のＳｉ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。
【００１２】
（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。
すなわち、Ｓｉを含むトップリング溝１０２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。
【００１３】
（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。
しかし、（ｂ）に示す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１１３を平坦に生成することが困難であり、トップリング溝の壁面は凹凸状になる。従って、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を高め難い。
加えて、（ｂ）に示すように陽極酸化皮膜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、ブローバイガスを付着させないという硬化樹脂１１９の性質を十分に活用することができない。従って、トップリング溝にブローバイガスが付着することを十分に防ぐことはできない。
【００１４】
以下、図３の断面拡大図に示した特殊な陽極酸化皮膜を形成する方法を説明する。
図５は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）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）のトップリング溝を脱脂する。トップリング溝以外をマスクする。なお、アルミ合金製内燃機関用ピストンの全表面に陽極酸化皮膜を形成する場合はマスクをしない。
ＳＴ１１；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、トップリング溝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。
【００１５】
ＳＴ１２；ふっ素樹脂を含有する液状の熱硬化性樹脂を準備し、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。
ＳＴ１３；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。
以下、Ｓｉ系アルミニウム合金の陽極酸化処理方法のＳＴ１０〜ＳＴ１３を図６〜図７で詳しく説明する。
【００１６】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第１説明図である。
（ａ）は、ＳＴ１０（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１０のトップリング溝１２の表面１３を脱脂した状態を示す。
トップリング溝の壁面近傍にはアルミニウムにＳｉ粒５５，５６，５７が分散している。
【００１７】
（ｂ）は、ＳＴ１１（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トップリング溝１２の表面１３（（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。
【００１８】
このため、トップリング溝１２の表面１３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５０ａが揃うので、面粗度は小さくなり、膜厚ｔ１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１００ｎｍと十分に大きくなる。
【００１９】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第２説明図である。
（ａ）は、ＳＴ１２（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。
【００２０】
（ｂ）は、ＳＴ１３（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。液状の熱硬化性樹脂５３が硬化して熱硬化性樹脂５４となる。
これで、図３に示す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。
【００２１】
本発明によれば、トップリング溝１２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５０を形成し、陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・に潤滑剤５４・・・を含浸させた。ふっ化物には陽極酸化皮膜５０を平坦にする作用があり、図２に示すトップリング溝１２の壁面（すなわち、陽極酸化皮膜５０の皮膜表面５０ａ）を平坦にする。
【００２２】
また、りん酸塩には陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・の孔径ｄ１を大きくする作用がある。このため、平坦な陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・に多量の熱硬化性樹脂５４・・・を含浸させることが可能になる。熱硬化性樹脂５４は燃焼生成物を付着させない性質を備えているので、図２に示すトップリング溝１２に燃焼生成物が付着することを防ぐ。従って、トップリング溝１２の皮膜表面５０ａを平坦に維持する。
【００２３】
さらに、熱硬化性樹脂５４に含有したふっ素樹脂は、耐摩耗性や耐熱性に優れており、熱硬化性樹脂５４を耐摩耗性や耐熱性に優れた樹脂にすることができる。従って、熱硬化性樹脂５４を、例えば１００℃〜３００℃以上の高温において使用することができるので、ピストンのような高温状態で使用する部材に好適である。
【００２４】
【実施例】
本発明に係る実施例及び比較例を表１、表２及び図８、図９に基づいて説明する。
共通条件：
供試材 ＡＣ８Ｃ（ＪＩＳ Ｈ ５２０２ 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。
【００２５】
【表１】
【表２】
実施例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのトップリング溝を脱脂した後、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、トップリング溝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７（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、ＪＩＳ Ｂ ０６０１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。
【００２８】
次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨｇ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。
この結果、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2で摩擦係数μを０．００６と小さくすることができた。なお、摩擦係数μについては図８のグラフで詳しく説明する。
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。
【００２９】
【化１】
比較例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのトップリング溝を脱脂した後、１５％硫酸の電解液で、電解液温度を０℃、電圧を１５Ｖとして２０分間電気分解して、アルミニウム合金製ピストンのトップリング溝に普通の陽極酸化皮膜を生成した。
普通の陽極酸化皮膜の微細な孔は孔径ｄ２（図４（ｂ）参照）が１５ｎｍと小さく、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは１２〜１３μｍと凸凹である。
【００３１】
次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨｇの減圧状態でパーフロロオクチルエチルメタクレート液中に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。
この結果、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2で摩擦係数μは０．０７であった。この摩擦係数μは実施例の０．００６と比較して大きい。なお、摩擦係数μについては図８のグラフで詳しく説明する。
【００３２】
図８は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の摩擦係数を示すグラフであり、縦軸は摩擦係数μを示し、横軸は面圧ｋｇｆ／ｃｍ2を示す。実線は実施例のグラフを示し、破線は比較例のグラフを示す。
実施例おいて、摩擦係数μは、面圧１０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０１３、面圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００８、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００６、面圧４０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００８、面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．００６である。
実施例によれば、面圧が１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲で摩擦係数μを０．０１３以下に小さくすることができる。従って、摺動抵抗を十分に減少させることができる。
【００３３】
一方、比較例において、摩擦係数μは、面圧１０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６、面圧２０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６９、面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６９、面圧４０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０６２、面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ2のとき０．０５４である。
比較例によれば、面圧が１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲で摩擦係数μは０．０５４以上になり、実施例の摩擦係数μ０．０１３より大きくなる。従って、摺動抵抗を十分に減少させることはできない。
【００３４】
図９は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の耐面圧を示すグラフであり、縦軸は耐面圧ｋｇｆ／ｃｍ2を示し、横軸は温度℃を示す。実線は実施例のグラフを示し、破線は比較例のグラフを示す。
ここで、耐面圧の測定方法について説明する。先ず、ピストン母材と同じ材質のアルミ合金片に特殊な陽極酸化皮膜を形成した試験片と、ピストンリングと同じ材質で形成した加圧部材とを準備する。この試験片を、加熱炉を備えた油圧加振機にセットし、試験片の特殊な陽極酸化皮膜に加圧部材で荷重をかけ、この荷重を所定の周波数で変化させて片振り圧縮試験を行い、規定時間後の摩耗量を測定し、この摩耗量に基づいて特殊な陽極酸化皮膜の耐面圧を求めた。
なお、普通の陽極酸化皮膜の耐面圧も同様に求めた。
【００３５】
一般に、ピストンの温度分布はトップランドが最も高く略３００℃になる。実施例によれば、陽極酸化皮膜５０の皮膜面５０ａを平坦にできるので陽極酸化皮膜５０の耐面圧を高めることができる。具体的には、温度が３００℃まで上がっても耐面圧を略２９ｋｇｆ／ｃｍ2に高めることができる。
これに対して、比較例によれば、陽極酸化皮膜１１３の皮膜面が凹凸状になり、耐面圧は凹部で規定される。従って、陽極酸化皮膜１１３の耐面圧を高め難い。具体的には、温度が３００℃まで上がると耐面圧は略１９ｋｇｆ／ｃｍ2まで下がる。
以下、陽極酸化皮膜の耐面圧を高くした効果を図１０で説明する。
【００３６】
図１０は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第１作用説明図であり、（ａ）は実施例を示し、（ｂ）は比較例を示す。
（ａ）において、エンジンの膨張工程でピストン１０が矢印▲１▼の如く下降する。このときのピストン１０の温度は略３００℃である。トップリング２２がシリンダ２８に接触しているので、トップリング２２がトップリング溝１２の上壁（陽極酸化皮膜５０の皮膜面５０ａ）に当って上壁を押圧する。
陽極酸化皮膜５０は、図９に示すように温度３００℃において、耐面圧が十分に高いので、トップランド２６の厚さＨを小さく抑えても、トップリング溝１２の隅部１２ａから亀裂が発生することはない。
【００３７】
（ｂ）において、エンジンの膨張工程でピストン１００が矢印▲２▼の如く下降する。このときのピストン１００の温度は略３００℃である。トップリング１０４がシリンダ１０７に接触しているので、トップリング１０４がトップリング溝１０２の上壁（陽極酸化皮膜１１３の皮膜面１１３ａ）に当って上壁を押圧する。
陽極酸化皮膜１１３は、図９に示すように温度３００℃において、耐面圧を高めることはできない。このため、トップランド１０５の厚さを（ａ）と同様にＨに設定すると、トップリング溝１０２の隅部１０２ａから亀裂１０６が発生する。従って、トップランド１０５の厚さをＨより大きなＨ１に設定する必要がある。
以下、（ａ）のトップランド２６の厚さＨを小さく抑えた効果を図１１で説明する。
【００３８】
図１１は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第２作用説明図である。
図１０（ａ）で示したようにトップランド２６の厚さＨを小さくできる。ここで、トップランド２６の厚さＨ及びトップランド２６とシリンダ２８との隙間Ｓで規制される領域Ｅ（以下、「デッドスペースＥ」という）を小さくできる。このため、エンジンの圧縮工程においてピストン１０が上死点に到達したときにデッドスペースＥに溜まる燃焼生成物の量を減らすことができる。
従って、デッドスペースＥから矢印▲４▼の如く流れるブローバイガスを減らすことができる。
【００３９】
また、陽極酸化皮膜５０の皮膜面５０ａが平坦で、かつ平坦な陽極酸化皮膜５０に多量の熱硬化性樹脂５４（図３に示す）を含浸させた。このため、トップリング溝１２の皮膜面５０ａに燃焼生成物が付着することを防ぐ。従って、トップリング溝１２の皮膜面５０ａを平坦に維持して、トップリング溝１２及びトップリング２２間の隙間のシール性を確保することができる。
従って、矢印▲４▼の如く流れたブローバイガスを矢印▲５▼の如く殆ど流れないようにすることができる。
この結果、クランクケース側に洩れるブローバイガスの量を減少させることができるので、自動車の内燃機関の性能を大きく高めることができる。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、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。
【００４１】
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。
【００４２】
【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、２は、トップリング溝に、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を形成し、陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させた。
ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用があり、トップリング溝の壁面を平坦にすることができる。このため、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保することができる。
【００４３】
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、平坦な陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する多量の熱硬化性樹脂を含浸させることができる。
熱硬化性樹脂は燃焼生成物を付着させない性質を備えているので、トップリング溝に燃焼生成物が付着することを防ぐことができる。従って、トップリング溝の壁面を平坦に維持して、トップリング溝及びトップリング間の隙間のシール性を確保することができる。
この結果、燃焼室内からクランクケース内に洩れるブローバイガスの量を減少させることができるので、自動車の内燃機関の性能を大きく高めることができる。
【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の断面図
【図２】 図１の２部拡大図
【図３】 図２の３部拡大図
【図４】 内燃機関用ピストンのトップリング溝に普通の陽極酸化皮膜を形成した比較例
【図５】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）を説明するフローチャート
【図６】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第１説明図
【図７】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法（特殊な陽極酸化皮膜処理方法）の第２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の特殊な陽極酸化皮膜の摩擦係数を示すグラフ
【図９】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の耐面圧を示すグラフ
【図１０】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第１作用説明図
【図１１】 本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストンの第２作用説明図
【図１２】 従来のピストンの断面図
Claims (2)
- 複数本のリング溝を備えたアルミ合金製内燃機関用ピストンにおいて、
前記リング溝のうち、燃焼室に一番近いトップリング溝に、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を形成することで、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘを２〜３μｍにするとともに、陽極酸化皮膜の微細な孔を略１００ｎｍの孔径にし、この微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させたことを特徴とするアルミ合金製内燃機関用ピストン。 - ピストン頭部に複数本のリング溝を備え、これらのリング溝のうち、燃焼室に一番近いトップリング溝に陽極酸化皮膜を形成するアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記トップリング溝を脱脂する脱脂行程と、
このトップリング溝に、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を形成する皮膜形成工程と、
この陽極酸化皮膜の微細な孔に、ふっ素樹脂を含有する熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程とからなることを特徴とするアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000085049A JP3789718B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | アルミ合金製内燃機関用ピストン及びアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法 |
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