JP4261009B2 - アルミ合金製内燃機関用ピストン - Google Patents
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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、軽量化や摺動抵抗を減少させた内燃機関用のピストンが知られている。このピストンの代表的な例として、特開平６−３４６７８７号公報「内燃機関のピストン」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は従来の内燃機関用ピストンの側面図である。ピストン１００は、スカート部１０２，１０２（奥側のスカート部１０２は図示せず）をピンボス部１０４，１０４の両側に備え、スカート部１０２の長さＬ、ピストン１００の外径Ｄおよびスカート部１０４の投影面積（斜線で示した領域）Ｓの関係を、０．４＞Ｓ／（Ｄ・Ｌ）となるように設定したものである。
このピストン１００によれば、スカート部１０２を全周にわたって形成しなくてもよいので、スカート部１０２を小さくしてピストン１００の軽量化を図り、かつピストン１００の摺動面積を小さくしてピストン１００の摺動抵抗の減少を図ることが可能になる。
【０００４】
一方、スカート部１０２の投影面積Ｓを小さくするとスカート部１０２の面圧が高くなり、万一油膜切れが生じた場合にスカート部１０２にスカッフィング（scuffing:摺動面が溶着を起こすこと）等の不具合が発生することが考えられる。
従って、油膜切れが生じた場合でも、スカート部１０２にスカッフィング等の不具合が発生することを防ぐために、スカート部１０２の表面に固体潤滑剤（例えば、二硫化モリブデン）をコーティングする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、固定潤滑剤は樹脂ベースの潤滑剤であり耐摩耗性を十分に確保することが難しく、ピストンの耐久性を十分に高めることができない。従って、軽量化や摺動抵抗の減少を図ることができ、かつ耐久性に優れたピストンが望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、軽量化や摺動抵抗の減少を図ることができ、かつ耐久性に優れた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。
【０００７】
【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、コンロッド側から見たときに、スカート部を対向する一対で構成し、これら一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結することで、これら壁部と前記スカート部とで略矩形を形成させ、且つ前記壁部の中央にピンボス部を膨出形成したアルミ合金製内燃機関用ピストンであって、前記スカート部の外側表面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備え、陽極酸化皮膜の微細な孔を孔径１００ｎｍとし、この微細な孔に液状の熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含浸し、含浸した液状の樹脂を硬化することで微細な孔に潤滑剤を含浸させたことを特徴とする。
【０００８】
一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結して壁部及びスカート部で略矩形を形成することで、スカート部の幅をピンボス部の幅より小さくしてスカート部を幅狭まとする。従って、スカート部を軽量にしてアルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を図る。
また、スカート部及び壁部で略矩形を形成することにより、スカート部を壁部で補強し、スカート部の剛性を高める。
【０００９】
さらに、スカート部の外側表面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備え、陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑剤を含浸させた。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り、ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用がある。
従って、平坦な陽極酸化皮膜の微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させ、潤滑剤を孔内に確実に固着させる。このため、陽極酸化皮膜で耐摩耗性を高めるとともに潤滑剤で摺動抵抗を減らすことができる。
【００１０】
請求項２において、ピンボス部の下端をスカート部の下端より延したことを特徴とする。
ピンボス部の下端をスカート部の下端より延すことにより、スカート部の形状をより小さく軽量にして、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図る。
【００１１】
請求項３において、壁部がスカート部に交わる部位において、この部位の内壁を円弧状に形成したことを特徴とする。
壁部がスカート部に交わる部位の閉壁を円弧状に形成することで、スカート部の端部に応力が集中することを防ぎ、スカート部の剛性をより高める。
【００１２】
請求項４において、スカート部の肉厚を壁部の肉厚より薄くしたことを特徴とする。
スカート部の肉厚を壁部の肉厚より薄く設定することにより、スカート部をより軽量にして、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図る。
【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実施の形態）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、一対のスカート部２０，２５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。
以下、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０についてさらに詳しく説明する。
【００１４】
図２は図１の２矢視図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストンをコンロッド側から見た状態を示す。
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，２５ａ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２０，２５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を膨出形成したものであって、スカート部２０，２５の外側表面２１，２６（網目で示す領域）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）５０，５０を備え、特殊な陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤（図４に示す）を含浸させた部材である。
【００１５】
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２０ａ，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。
【００１６】
スカート部２０，２５の対向する一端２０ａ，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２０，２５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。
【００１７】
一方、スカート部２０，２５及び壁部３０，３２で略矩形を形成することにより、スカート部２０，２５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。
【００１８】
一対のスカート部２０，２５は、幅Ｗ及び長さＬ（図１に示す）の網目で示した外側表面２１，２６に特殊な陽極酸化皮膜５０，５０を備え、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４でさらに詳しく説明する。
【００１９】
図３は図１の３矢視図であり、スカート部２０，２５の下端２２，２７（下端２７は図１に示す）をピンボス部３５，３７の下端３６，３８より延した状態を示す。
スカート部２０，２５の下端２２，２７をピンボス部３５，３７の下端３６，３８より延すことにより、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。
【００２０】
図４は図３の４−４線断面図であり、スカート部２０の外側表面２１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ｔ３が略一定で外側表面２１を平坦に形成し、外側表面２１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。
【００２１】
このため、熱硬化性樹脂５４を陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・に固着させることで、陽極酸化皮膜５０で耐摩耗性を高めるとともに、潤滑剤で摺動抵抗を減らすことができる。
加えて、特殊な陽極酸化皮膜５０は、外側表面２１を平坦にすることで、摺動抵抗をさらに減らすことができる。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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１１３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１１３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。
【００２６】
以下、図４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実施の形態）の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）のスカート部の外側表面を脱脂する。
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、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。
【００２７】
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７〜図８で詳しく説明する。
【００２８】
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（第１実施の形態）の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のスカート部２０の外側表面２１ａを脱脂した状態を示す。
スカート部２０の外側表面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。
【００２９】
（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スカート部２０の外側表面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。
【００３０】
このため、スカート部２０の外側表面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の外側表面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１００ｎｍと十分に大きくなる。
【００３１】
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実施の形態）の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。
【００３２】
（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４に示す特殊な陽極酸化皮膜５０に熱硬化性樹脂５３を含浸させた状態になる。
【００３３】
本発明によれば、りん酸３ナトリウムには微細な孔５２・・・の孔径を大きくする作用がある。このため、陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・を大きな孔径ｄ１にすることができる。従って、陽極酸化皮膜５０に多量の熱硬化性樹脂５４を含浸することができ、且つ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。この結果、摺動抵抗を減らすことができ、かつ耐久性を高めることができる。
一方、ふっ化カリウムにはＳｉを溶解する作用と増膜作用とがある。このため、陽極酸化皮膜５０の外側表面２１を平坦にすることができるので、摺動抵抗をより減らすことができる。
【００３４】
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。
【００３５】
【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。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
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側表面を脱脂した後、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、スカート部の外側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８（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。
【００３９】
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９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。
【００４０】
【化１】
【００４１】
比較例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部の外側表面を脱脂した後、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表面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５（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。
【００４２】
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９のグラフで詳しく説明する。
【００４３】
図９は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施の形態）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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、第２実施の形態および第３実施の形態について説明する。なお、第１実施の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１０は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実施の形態）の側面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン６０は、ピンボス部３５の下端３６及びピンボス部３７の下端３８を一対のスカート部６２（奥側のスカート部は図示しない）の下端６３よりδ寸法延したものである。
このため、一対のスカート部６２を、第１実施の形態のスカート部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６０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。
【００４６】
図１１は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第３実施の形態）の側面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン７０は、スカート部７２を略逆台形、すなわち下端７３からピストン頭部７４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７２を略逆台形に形成することにより、スカート部７２の剛性を高めることができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
なお、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。また、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。
【００４９】
【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、一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結して壁部及びスカート部で略矩形を形成することにより、スカート部の幅をピンボス部の幅より小さくしてスカート部を幅狭まとすることができる。従って、スカート部を軽量にすることができるので、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を図ることができる。
また、スカート部及び壁部で略矩形を形成することにより、スカート部を壁部で補強することができる。従って、スカート部の剛性を高めることができる。
【００５０】
さらに、スカート部の外側表面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備え、陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑剤を含浸させた。りん酸塩には陽極酸化皮膜の孔を大きくする作用がある。このため、陽極酸化皮膜の微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させることができ、かつ多量の潤滑剤を微細な孔に確実に固着することができる。従って、陽極酸化皮膜で耐摩耗性を高めるとともに潤滑剤で潤滑性を高めることができるので、摺動抵抗を確実に減少させて耐久性を高めることができる。
加えて、ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用がある。従って、スカート部の外側表面を平坦にすることができるので、摺動抵抗をより減少させることができる。
【００５１】
請求項２は、ピンボス部の下端をスカート部の下端より延した。このため、スカート部をより小さく軽量にすることができる。従って、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図ることができる。
【００５２】
請求項３は、壁部がスカート部に交わる部位において、この部位の内壁を円弧状に形成した。このため、スカート部の端部に応力が集中することを防ぐことができる。従って、スカート部の剛性をより高めることができる。
【００５３】
請求項４は、スカート部の肉厚を壁部の肉厚より薄くした。このため、スカート部をより軽量にすることができる。従って、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図ることができる。
【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実施の形態）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
【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実施の形態）の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実施の形態）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第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実施の形態）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第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実施の形態）の特殊な陽極酸化皮膜の摩擦係数を示すグラフ
【図１０】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実施の形態）の側面図
【図１１】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第３実施の形態）の側面図
【図１２】従来の内燃機関用ピストンの側面図
【符号の説明】
１０，６０，７０…アルミ合金製内燃機関用ピストン、２０，２５，６２，７２…スカート部、２０ａ，２５ａ…端部（一端）、２０ｂ，２５ｂ…端部（他端）、２１，２６…外側表面、３０，３２…壁部、３５，３７…ピンボス部、３６，３８…ピンボス部の下端、４０〜４３…内壁、５０…陽極酸化皮膜、５２…微細な孔、５４…潤滑剤、６３…スカート部の下端、ｔ１…スカート部の肉厚、ｔ２…内壁の肉厚。
【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、軽量化や摺動抵抗を減少させた内燃機関用のピストンが知られている。このピストンの代表的な例として、特開平６−３４６７８７号公報「内燃機関のピストン」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は従来の内燃機関用ピストンの側面図である。ピストン１００は、スカート部１０２，１０２（奥側のスカート部１０２は図示せず）をピンボス部１０４，１０４の両側に備え、スカート部１０２の長さＬ、ピストン１００の外径Ｄおよびスカート部１０４の投影面積（斜線で示した領域）Ｓの関係を、０．４＞Ｓ／（Ｄ・Ｌ）となるように設定したものである。
このピストン１００によれば、スカート部１０２を全周にわたって形成しなくてもよいので、スカート部１０２を小さくしてピストン１００の軽量化を図り、かつピストン１００の摺動面積を小さくしてピストン１００の摺動抵抗の減少を図ることが可能になる。
【０００４】
一方、スカート部１０２の投影面積Ｓを小さくするとスカート部１０２の面圧が高くなり、万一油膜切れが生じた場合にスカート部１０２にスカッフィング（scuffing:摺動面が溶着を起こすこと）等の不具合が発生することが考えられる。
従って、油膜切れが生じた場合でも、スカート部１０２にスカッフィング等の不具合が発生することを防ぐために、スカート部１０２の表面に固体潤滑剤（例えば、二硫化モリブデン）をコーティングする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、固定潤滑剤は樹脂ベースの潤滑剤であり耐摩耗性を十分に確保することが難しく、ピストンの耐久性を十分に高めることができない。従って、軽量化や摺動抵抗の減少を図ることができ、かつ耐久性に優れたピストンが望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、軽量化や摺動抵抗の減少を図ることができ、かつ耐久性に優れた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。
【０００７】
【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、コンロッド側から見たときに、スカート部を対向する一対で構成し、これら一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結することで、これら壁部と前記スカート部とで略矩形を形成させ、且つ前記壁部の中央にピンボス部を膨出形成したアルミ合金製内燃機関用ピストンであって、前記スカート部の外側表面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備え、陽極酸化皮膜の微細な孔を孔径１００ｎｍとし、この微細な孔に液状の熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含浸し、含浸した液状の樹脂を硬化することで微細な孔に潤滑剤を含浸させたことを特徴とする。
【０００８】
一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結して壁部及びスカート部で略矩形を形成することで、スカート部の幅をピンボス部の幅より小さくしてスカート部を幅狭まとする。従って、スカート部を軽量にしてアルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を図る。
また、スカート部及び壁部で略矩形を形成することにより、スカート部を壁部で補強し、スカート部の剛性を高める。
【０００９】
さらに、スカート部の外側表面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備え、陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑剤を含浸させた。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り、ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用がある。
従って、平坦な陽極酸化皮膜の微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させ、潤滑剤を孔内に確実に固着させる。このため、陽極酸化皮膜で耐摩耗性を高めるとともに潤滑剤で摺動抵抗を減らすことができる。
【００１０】
請求項２において、ピンボス部の下端をスカート部の下端より延したことを特徴とする。
ピンボス部の下端をスカート部の下端より延すことにより、スカート部の形状をより小さく軽量にして、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図る。
【００１１】
請求項３において、壁部がスカート部に交わる部位において、この部位の内壁を円弧状に形成したことを特徴とする。
壁部がスカート部に交わる部位の閉壁を円弧状に形成することで、スカート部の端部に応力が集中することを防ぎ、スカート部の剛性をより高める。
【００１２】
請求項４において、スカート部の肉厚を壁部の肉厚より薄くしたことを特徴とする。
スカート部の肉厚を壁部の肉厚より薄く設定することにより、スカート部をより軽量にして、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図る。
【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実施の形態）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、一対のスカート部２０，２５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。
以下、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０についてさらに詳しく説明する。
【００１４】
図２は図１の２矢視図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストンをコンロッド側から見た状態を示す。
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，２５ａ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２０，２５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を膨出形成したものであって、スカート部２０，２５の外側表面２１，２６（網目で示す領域）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）５０，５０を備え、特殊な陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤（図４に示す）を含浸させた部材である。
【００１５】
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２０ａ，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。
【００１６】
スカート部２０，２５の対向する一端２０ａ，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２０，２５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。
【００１７】
一方、スカート部２０，２５及び壁部３０，３２で略矩形を形成することにより、スカート部２０，２５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。
【００１８】
一対のスカート部２０，２５は、幅Ｗ及び長さＬ（図１に示す）の網目で示した外側表面２１，２６に特殊な陽極酸化皮膜５０，５０を備え、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４でさらに詳しく説明する。
【００１９】
図３は図１の３矢視図であり、スカート部２０，２５の下端２２，２７（下端２７は図１に示す）をピンボス部３５，３７の下端３６，３８より延した状態を示す。
スカート部２０，２５の下端２２，２７をピンボス部３５，３７の下端３６，３８より延すことにより、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。
【００２０】
図４は図３の４−４線断面図であり、スカート部２０の外側表面２１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ｔ３が略一定で外側表面２１を平坦に形成し、外側表面２１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。
【００２１】
このため、熱硬化性樹脂５４を陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・に固着させることで、陽極酸化皮膜５０で耐摩耗性を高めるとともに、潤滑剤で摺動抵抗を減らすことができる。
加えて、特殊な陽極酸化皮膜５０は、外側表面２１を平坦にすることで、摺動抵抗をさらに減らすことができる。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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１１３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１１３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。
【００２６】
以下、図４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実施の形態）の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）のスカート部の外側表面を脱脂する。
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、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。
【００２７】
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７〜図８で詳しく説明する。
【００２８】
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（第１実施の形態）の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のスカート部２０の外側表面２１ａを脱脂した状態を示す。
スカート部２０の外側表面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。
【００２９】
（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スカート部２０の外側表面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。
【００３０】
このため、スカート部２０の外側表面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の外側表面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１００ｎｍと十分に大きくなる。
【００３１】
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実施の形態）の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。
【００３２】
（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４に示す特殊な陽極酸化皮膜５０に熱硬化性樹脂５３を含浸させた状態になる。
【００３３】
本発明によれば、りん酸３ナトリウムには微細な孔５２・・・の孔径を大きくする作用がある。このため、陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・を大きな孔径ｄ１にすることができる。従って、陽極酸化皮膜５０に多量の熱硬化性樹脂５４を含浸することができ、且つ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。この結果、摺動抵抗を減らすことができ、かつ耐久性を高めることができる。
一方、ふっ化カリウムにはＳｉを溶解する作用と増膜作用とがある。このため、陽極酸化皮膜５０の外側表面２１を平坦にすることができるので、摺動抵抗をより減らすことができる。
【００３４】
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。
【００３５】
【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。
【００３６】
【表１】
【表２】
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側表面を脱脂した後、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、スカート部の外側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８（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。
【００３９】
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９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。
【００４０】
【化１】
比較例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部の外側表面を脱脂した後、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表面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５（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。
【００４２】
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９のグラフで詳しく説明する。
【００４３】
図９は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施の形態）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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、第２実施の形態および第３実施の形態について説明する。なお、第１実施の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１０は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実施の形態）の側面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン６０は、ピンボス部３５の下端３６及びピンボス部３７の下端３８を一対のスカート部６２（奥側のスカート部は図示しない）の下端６３よりδ寸法延したものである。
このため、一対のスカート部６２を、第１実施の形態のスカート部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６０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。
【００４６】
図１１は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第３実施の形態）の側面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン７０は、スカート部７２を略逆台形、すなわち下端７３からピストン頭部７４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７２を略逆台形に形成することにより、スカート部７２の剛性を高めることができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
なお、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。また、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。
【００４９】
【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、一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結して壁部及びスカート部で略矩形を形成することにより、スカート部の幅をピンボス部の幅より小さくしてスカート部を幅狭まとすることができる。従って、スカート部を軽量にすることができるので、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を図ることができる。
また、スカート部及び壁部で略矩形を形成することにより、スカート部を壁部で補強することができる。従って、スカート部の剛性を高めることができる。
【００５０】
さらに、スカート部の外側表面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備え、陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑剤を含浸させた。りん酸塩には陽極酸化皮膜の孔を大きくする作用がある。このため、陽極酸化皮膜の微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させることができ、かつ多量の潤滑剤を微細な孔に確実に固着することができる。従って、陽極酸化皮膜で耐摩耗性を高めるとともに潤滑剤で潤滑性を高めることができるので、摺動抵抗を確実に減少させて耐久性を高めることができる。
加えて、ふっ化物には陽極酸化皮膜を平坦にする作用がある。従って、スカート部の外側表面を平坦にすることができるので、摺動抵抗をより減少させることができる。
【００５１】
請求項２は、ピンボス部の下端をスカート部の下端より延した。このため、スカート部をより小さく軽量にすることができる。従って、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図ることができる。
【００５２】
請求項３は、壁部がスカート部に交わる部位において、この部位の内壁を円弧状に形成した。このため、スカート部の端部に応力が集中することを防ぐことができる。従って、スカート部の剛性をより高めることができる。
【００５３】
請求項４は、スカート部の肉厚を壁部の肉厚より薄くした。このため、スカート部をより軽量にすることができる。従って、アルミ合金製内燃機関用ピストンの軽量化を十分に図ることができる。
【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実施の形態）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
【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実施の形態）の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実施の形態）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第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実施の形態）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第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実施の形態）の特殊な陽極酸化皮膜の摩擦係数を示すグラフ
【図１０】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実施の形態）の側面図
【図１１】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第３実施の形態）の側面図
【図１２】従来の内燃機関用ピストンの側面図
【符号の説明】
１０，６０，７０…アルミ合金製内燃機関用ピストン、２０，２５，６２，７２…スカート部、２０ａ，２５ａ…端部（一端）、２０ｂ，２５ｂ…端部（他端）、２１，２６…外側表面、３０，３２…壁部、３５，３７…ピンボス部、３６，３８…ピンボス部の下端、４０〜４３…内壁、５０…陽極酸化皮膜、５２…微細な孔、５４…潤滑剤、６３…スカート部の下端、ｔ１…スカート部の肉厚、ｔ２…内壁の肉厚。
Claims (4)
- コンロッド側から見たときに、スカート部（２０，２５，６２，７２）を対向する一対で構成し、これら一対のスカート部の対向する端部（２０ａ，２５ａ，２０ｂ，２５ｂ）同士を壁部（３０，３２）で連結することで、これら壁部と前記スカート部とで略矩形を形成させ、且つ前記壁部の中央にピンボス部（３５，３７）を膨出形成したアルミ合金製内燃機関用ピストン（１０，６０，７０）であって、
前記スカート部の外側表面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）を備え、陽極酸化皮膜の微細な孔（５２）を孔径１００ｎｍとし、
この微細な孔に液状の熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含浸し、含浸した液状の樹脂を硬化することで微細な孔に潤滑剤（５４）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。 - 前記ピンボス部の下端（３６，３８）をスカート部の下端（６３）より延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。
- 前記壁部がスカート部に交わる部位において、この部位の内壁（４０〜４３）を円弧状に形成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。
- 前記スカート部の肉厚（ｔ１）を壁部の肉厚（ｔ２）より薄く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。
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