JP4261016B2 - 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】
自動車の内燃機関用ピストンの品質を高めるためにピストンのピンボス穴に陽極酸化皮膜を形成してスコーリング（scoring：いわゆる「かじり」）を防止させたものがある。このピストンの代表的な例として、特開平１１−３３６８９５号公報「ピストン及びピストンの加工方法」が提案されている。この技術を、次図で詳しく説明する。
【０００３】
図１１は従来の内燃機関用ピストンの断面図であり、アルミニウム合金製のピストン１２０を示す。ピストン１２０は、ピンボス部１２１のピン孔１２２を含む全表面に陽極酸化皮膜を形成したものであるが、ここではピンボス部１２１のピン孔１２２にのみ陽極酸化皮膜１２３（「網目」で示す領域）を形成したものとして説明する。
ピン孔１２２に陽極酸化皮膜１２３を形成することで、ピン孔１２２にかじりが発生すること防ぎ、ピストン１２０の品質を高めることができる。加えて、かじりの発生を防ぐことで燃費やエンジン出力を向上させることも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃費やエンジン出力を十分に高めるためにはピストン１２０を軽量にすればよく、その一例としてピンボス部１２１の厚さｔ２を小さくすることが考えられる。
しかし、アルミニウム合金にはＳｉ粒子が含まれており、このＳｉ粒子がピン孔１２２の表面に露出していると、Ｓｉ粒子に陽極酸化皮膜１２３を形成することができない。このため、陽極酸化皮膜１２３の皮膜表面はＳｉ粒の部分が凹んだ状態になり、皮膜表面を平坦に形成することはできない。
従って、皮膜表面の凹みを考慮してピンボス部１２１の厚さｔ２を比較的大きく設定する必要がある。このため、ピストン１２０では燃費やエンジン出力を十分に高めることはできない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ピンボス部を軽量にして燃費やエンジン出力を十分に向上させることができるアルミ合金製内燃機関用ピストンを提供することにある。
【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、ピストンピンを挿入する一対のピンボス部のピン孔に、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被せ、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アルミ合金製内燃機関用ピストンであって、前記アルミ合金製内燃機関用ピストンは、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、前記壁部の中央にピンボス部を膨出形成し、且つ、ピンボス部を中央に寄せるために前記壁部を傾斜させたことを特徴とする。
【０００７】
ピンボス部のピン孔に、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被せた。電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することでピンボス部のピン孔に平坦な陽極酸化皮膜を被せ、ピン孔を平坦にする。
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ので、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る。
摺動抵抗が減少するので、ピンボス部の厚さを小さくすることができる。
【０００８】
また、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、これら壁部とスカート部とで略矩形を形成させ、壁部の中央にピンボス部を膨出形成し、且つ、ピンボス部を中央に寄せるために壁部を傾斜させた。
【０００９】
一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結し、この壁部を傾斜させることでピンボス部に合せてピストン中央に寄せる。壁部を傾斜させることでピストンの剛性を確保する。
【００１０】
請求項２は、潤滑剤はふっ素系樹脂であることを特徴とする。
ふっ素樹脂は耐摩耗性や耐熱性に優れているので、潤滑剤の耐摩耗性や耐熱性を高め、ピストンの品質を高める作用を発揮する。
【００１１】
【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３０，３５（ピンボス部３５は図２参照）を形成した部材である。
【００１２】
図２は図１の２−２線断面図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストンの形状を詳しく説明した図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、スカート部２０，２５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）２１，２６同士を壁部４０で連結し、対向する端部（他端）２２，２７同士を壁部４２で連結することで、これら壁部４０，４２とスカート部２０，２５とで略矩形を形成させ、壁部４０，４２の各々の中央にピンボス部３０，３５を膨出形成し、且つ、ピンボス部３０，３５をピストン中央に寄せるために壁部４０，４２を傾斜させた部材である。
【００１３】
スカート部２０，２５は、一対のピンボス部３０，３５の両側に分割して形成したものである。
壁部４０は、ピンボス部３０の両側に形成した一対の傾斜壁４０ａ，４０ｂからなる。傾斜壁４０ａは、スカート部２０の一端２１からピンボス部３０の外周壁３０ａに向けてピストン中心側に傾斜させたながら延した壁部である。また、傾斜壁４０ｂは、スカート部２５の一端２６からピンボス部３０の周壁に向けてピストン中心側に傾斜させたながら延した壁部である。これで、壁部４０は略く字形を形成する。
【００１４】
壁部４２は、ピンボス部３５の両側に形成した一対の傾斜壁４２ａ，４２ｂからなる。傾斜壁４２ａは、スカート部２０の他端２２からピンボス部３５の外周壁３５ａに向けてピストン中心側に傾斜させたながら延した壁部である。また、傾斜壁４２ｂは、スカート部２５の他端２７からピンボス部３５の外周壁３５ａに向けてピストン中心側に連続的に傾斜させたながら延した壁部である。これで、壁部４２は略く字形を形成する。
このように、壁部４０の傾斜壁４０ａ，４０ｂ及び壁部４２の傾斜壁４２ａ，４２ｂをピストン１０の半径方向に近づけるように傾斜させることで、壁部４０及び壁部４２をそれぞれ略く字形に形成してピストンの剛性を確保することができる。
【００１５】
ピンボス部３０，３５は、ピストンピン４５（図１に示す）を挿入するそれぞれのピン孔３１，３６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を被せ、特殊な陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させることにより、それぞれの厚さｔを小さくしたものである。
ピン孔３１，３６の間には、コンロッド４７（想像線で示す）を取り付けるので、ピンボス部３０，３５の内端３３，３８間の距離ｔ１はコンロッド４７の厚さで規制される。このため、ピンボス部３０，３５の外端３２，３７をピストン中心側に寄せることで各々の厚さｔを小さく設定する。
【００１６】
特殊な陽極酸化皮膜５０は、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の全表面に形成してもよく、またピン孔３１，３６以外にマスクをしてピン孔３１，３６のみに形成してもよい。
３４ａはオイル溝、３４ｂはスナップリング溝である。スナップリング溝３４ｂはピストンピン４５の抜けを防止するスナップリング（図示しない）を嵌める溝である。
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。
【００１７】
図３は図１の３矢視図であり、ピンボス部３０，３５の厚さｔを小さくすることで、ピンボス部３０，３５の外端３２，３７をピストン中心側に寄せてスカート部２０，２５の左右端より内側に配置した状態を示す。
ピンボス部３０，３５の外端３２，３７をピストン中心側に寄せることで、ピストンピン４５（想像線で示す）の長さＬを短くすることができる。ピストンピン４５の長さＬは、一対のスナップリング溝３４ｂ，３４ｂ間の間隔より僅かに短い寸法である。
ピストンピン４５を短くすることで、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の軽量を図ることができる。
【００１８】
図４は図３の４−４線断面図であり、ピンボス部３０のピン孔３１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が略一定で皮膜表面５０ａを平坦に形成し、皮膜表面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。
【００１９】
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。
また、特殊な陽極酸化皮膜５０は、皮膜表面５０ａを平坦にすることで、摺動抵抗を減らすことができる。
従って、図２に示すピンボス部３０，３５の厚さｔを小さくすることができ、かつ図３に示すピストンピン４５（想像線で示す）の長さＬを短くすることができる。この結果、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。
【００２０】
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ピン孔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ピン孔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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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に熱を加えて硬化樹脂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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）のピンボス部のピン孔を脱脂する。ピンボス部のピン孔以外をマスクする。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、ピンボス部のピン孔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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ピンボス部３０のピン孔３１を脱脂した状態を示す。
ピンボス部３０のピン孔３１の近傍にはアルミニウムにＳｉ粒５５，５６，５７が分散している。
【００２７】
（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ピンボス部３０のピン孔３１（（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。
【００２８】
このため、ピンボス部３０のピン孔３１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の皮膜表面５０ａ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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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５４を含浸させた状態になる。
【００３１】
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の皮膜表面５０ａ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。
【００３２】
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。
【００３３】
【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。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
実施例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのピンボス部のピン孔を脱脂した後、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、ピンボス部のピン孔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。
【００３７】
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。
【００３８】
【化１】
【００３９】
比較例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのピンボス部のピン孔を脱脂した後、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ピン孔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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、第２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）の断面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン６０は、第１実施の形態のアルミ合金製内燃機関用ピストン１０から壁部４０、４２を取り除いたものである。壁部４０、４２を取り除くことでアルミ合金製内燃機関用ピストン６０をより軽量にすることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
さらに、液状の熱硬化性樹脂としてパーフロロオクチルエチルメタクレート液を使用した例を説明したが、ふっ素を含んだその他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。
また、潤滑剤として熱硬化性樹脂を使用した例を説明したが、光硬化性樹脂などのその他の樹脂を使用しても同様の効果を得ることができる。光硬化性樹脂は、例えば紫外線硬化性樹脂や可視光硬化性樹脂が該当する。
【００４６】
【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、ピンボス部のピン孔に、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被せた。電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することで、ピンボス部のピン孔に平坦な陽極酸化皮膜を被せることができる。このため、ピン孔を平坦にすることができる。
加えて、りん酸塩には陽極酸化皮膜の微細な孔の孔径を大きくする作用があるので、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ることができる。
【００４７】
従って、摺動抵抗を減少させてピンボス部の厚さを小さくすることによりピストンの軽量化を図り、加えてピストンピンの長さを短くすることでピストンピンの軽量化を図ることができる。この結果、燃費やエンジン出力を十分に向上させることができる。
【００４８】
さらに、一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結し、この壁部を傾斜させることでピンボス部に合せてピストン中央に寄せた。壁部を傾斜させることでピストンの剛性を確保することができる。従って、例えば壁部を比較的薄くすることも可能になり、ピストンの軽量化を図ることができる。
【００４９】
請求項２は、潤滑剤をふっ素系樹脂とした。ふっ素樹脂は耐摩耗性や耐熱性に優れているので、潤滑剤の耐摩耗性や耐熱性を高め、ピストンの品質を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（第１実施の形態）の斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図３は図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ピン孔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）の断面図
【図１１】従来の内燃機関用ピストンの断面図
【符号の説明】
１０，６０…アルミ合金製内燃機関用ピストン、２０，２５…スカート部、３０，３５…ピンボス部、３１，３６…ピン孔、４０，４２…壁部、４５…ピストンピン、４７…コンロッド、５０…陽極酸化皮膜、５２…微細な孔、５４…潤滑剤、ｔ…ピンボス部の厚さ。
【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】
自動車の内燃機関用ピストンの品質を高めるためにピストンのピンボス穴に陽極酸化皮膜を形成してスコーリング（scoring：いわゆる「かじり」）を防止させたものがある。このピストンの代表的な例として、特開平１１−３３６８９５号公報「ピストン及びピストンの加工方法」が提案されている。この技術を、次図で詳しく説明する。
【０００３】
図１１は従来の内燃機関用ピストンの断面図であり、アルミニウム合金製のピストン１２０を示す。ピストン１２０は、ピンボス部１２１のピン孔１２２を含む全表面に陽極酸化皮膜を形成したものであるが、ここではピンボス部１２１のピン孔１２２にのみ陽極酸化皮膜１２３（「網目」で示す領域）を形成したものとして説明する。
ピン孔１２２に陽極酸化皮膜１２３を形成することで、ピン孔１２２にかじりが発生すること防ぎ、ピストン１２０の品質を高めることができる。加えて、かじりの発生を防ぐことで燃費やエンジン出力を向上させることも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃費やエンジン出力を十分に高めるためにはピストン１２０を軽量にすればよく、その一例としてピンボス部１２１の厚さｔ２を小さくすることが考えられる。
しかし、アルミニウム合金にはＳｉ粒子が含まれており、このＳｉ粒子がピン孔１２２の表面に露出していると、Ｓｉ粒子に陽極酸化皮膜１２３を形成することができない。このため、陽極酸化皮膜１２３の皮膜表面はＳｉ粒の部分が凹んだ状態になり、皮膜表面を平坦に形成することはできない。
従って、皮膜表面の凹みを考慮してピンボス部１２１の厚さｔ２を比較的大きく設定する必要がある。このため、ピストン１２０では燃費やエンジン出力を十分に高めることはできない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ピンボス部を軽量にして燃費やエンジン出力を十分に向上させることができるアルミ合金製内燃機関用ピストンを提供することにある。
【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、ピストンピンを挿入する一対のピンボス部のピン孔に、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被せ、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アルミ合金製内燃機関用ピストンであって、前記アルミ合金製内燃機関用ピストンは、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、前記壁部の中央にピンボス部を膨出形成し、且つ、ピンボス部を中央に寄せるために前記壁部を傾斜させたことを特徴とする。
【０００７】
ピンボス部のピン孔に、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被せた。電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することでピンボス部のピン孔に平坦な陽極酸化皮膜を被せ、ピン孔を平坦にする。
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ので、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る。
摺動抵抗が減少するので、ピンボス部の厚さを小さくすることができる。
【０００８】
また、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、これら壁部とスカート部とで略矩形を形成させ、壁部の中央にピンボス部を膨出形成し、且つ、ピンボス部を中央に寄せるために壁部を傾斜させた。
【０００９】
一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結し、この壁部を傾斜させることでピンボス部に合せてピストン中央に寄せる。壁部を傾斜させることでピストンの剛性を確保する。
【００１０】
請求項２は、潤滑剤はふっ素系樹脂であることを特徴とする。
ふっ素樹脂は耐摩耗性や耐熱性に優れているので、潤滑剤の耐摩耗性や耐熱性を高め、ピストンの品質を高める作用を発揮する。
【００１１】
【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３０，３５（ピンボス部３５は図２参照）を形成した部材である。
【００１２】
図２は図１の２−２線断面図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストンの形状を詳しく説明した図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、スカート部２０，２５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）２１，２６同士を壁部４０で連結し、対向する端部（他端）２２，２７同士を壁部４２で連結することで、これら壁部４０，４２とスカート部２０，２５とで略矩形を形成させ、壁部４０，４２の各々の中央にピンボス部３０，３５を膨出形成し、且つ、ピンボス部３０，３５をピストン中央に寄せるために壁部４０，４２を傾斜させた部材である。
【００１３】
スカート部２０，２５は、一対のピンボス部３０，３５の両側に分割して形成したものである。
壁部４０は、ピンボス部３０の両側に形成した一対の傾斜壁４０ａ，４０ｂからなる。傾斜壁４０ａは、スカート部２０の一端２１からピンボス部３０の外周壁３０ａに向けてピストン中心側に傾斜させたながら延した壁部である。また、傾斜壁４０ｂは、スカート部２５の一端２６からピンボス部３０の周壁に向けてピストン中心側に傾斜させたながら延した壁部である。これで、壁部４０は略く字形を形成する。
【００１４】
壁部４２は、ピンボス部３５の両側に形成した一対の傾斜壁４２ａ，４２ｂからなる。傾斜壁４２ａは、スカート部２０の他端２２からピンボス部３５の外周壁３５ａに向けてピストン中心側に傾斜させたながら延した壁部である。また、傾斜壁４２ｂは、スカート部２５の他端２７からピンボス部３５の外周壁３５ａに向けてピストン中心側に連続的に傾斜させたながら延した壁部である。これで、壁部４２は略く字形を形成する。
このように、壁部４０の傾斜壁４０ａ，４０ｂ及び壁部４２の傾斜壁４２ａ，４２ｂをピストン１０の半径方向に近づけるように傾斜させることで、壁部４０及び壁部４２をそれぞれ略く字形に形成してピストンの剛性を確保することができる。
【００１５】
ピンボス部３０，３５は、ピストンピン４５（図１に示す）を挿入するそれぞれのピン孔３１，３６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を被せ、特殊な陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させることにより、それぞれの厚さｔを小さくしたものである。
ピン孔３１，３６の間には、コンロッド４７（想像線で示す）を取り付けるので、ピンボス部３０，３５の内端３３，３８間の距離ｔ１はコンロッド４７の厚さで規制される。このため、ピンボス部３０，３５の外端３２，３７をピストン中心側に寄せることで各々の厚さｔを小さく設定する。
【００１６】
特殊な陽極酸化皮膜５０は、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の全表面に形成してもよく、またピン孔３１，３６以外にマスクをしてピン孔３１，３６のみに形成してもよい。
３４ａはオイル溝、３４ｂはスナップリング溝である。スナップリング溝３４ｂはピストンピン４５の抜けを防止するスナップリング（図示しない）を嵌める溝である。
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。
【００１７】
図３は図１の３矢視図であり、ピンボス部３０，３５の厚さｔを小さくすることで、ピンボス部３０，３５の外端３２，３７をピストン中心側に寄せてスカート部２０，２５の左右端より内側に配置した状態を示す。
ピンボス部３０，３５の外端３２，３７をピストン中心側に寄せることで、ピストンピン４５（想像線で示す）の長さＬを短くすることができる。ピストンピン４５の長さＬは、一対のスナップリング溝３４ｂ，３４ｂ間の間隔より僅かに短い寸法である。
ピストンピン４５を短くすることで、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の軽量を図ることができる。
【００１８】
図４は図３の４−４線断面図であり、ピンボス部３０のピン孔３１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が略一定で皮膜表面５０ａを平坦に形成し、皮膜表面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。
【００１９】
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。
また、特殊な陽極酸化皮膜５０は、皮膜表面５０ａを平坦にすることで、摺動抵抗を減らすことができる。
従って、図２に示すピンボス部３０，３５の厚さｔを小さくすることができ、かつ図３に示すピストンピン４５（想像線で示す）の長さＬを短くすることができる。この結果、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。
【００２０】
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ピン孔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ピン孔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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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に熱を加えて硬化樹脂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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）のピンボス部のピン孔を脱脂する。ピンボス部のピン孔以外をマスクする。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、ピンボス部のピン孔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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ピンボス部３０のピン孔３１を脱脂した状態を示す。
ピンボス部３０のピン孔３１の近傍にはアルミニウムにＳｉ粒５５，５６，５７が分散している。
【００２７】
（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ピンボス部３０のピン孔３１（（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。
【００２８】
このため、ピンボス部３０のピン孔３１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の皮膜表面５０ａ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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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５４を含浸させた状態になる。
【００３１】
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の皮膜表面５０ａ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。
【００３２】
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。
【００３３】
【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。
【００３４】
【表１】
【表２】
実施例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのピンボス部のピン孔を脱脂した後、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、ピンボス部のピン孔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。
【００３７】
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。
【００３８】
【化１】
比較例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのピンボス部のピン孔を脱脂した後、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ピン孔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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、第２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）の断面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン６０は、第１実施の形態のアルミ合金製内燃機関用ピストン１０から壁部４０、４２を取り除いたものである。壁部４０、４２を取り除くことでアルミ合金製内燃機関用ピストン６０をより軽量にすることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
さらに、液状の熱硬化性樹脂としてパーフロロオクチルエチルメタクレート液を使用した例を説明したが、ふっ素を含んだその他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。
また、潤滑剤として熱硬化性樹脂を使用した例を説明したが、光硬化性樹脂などのその他の樹脂を使用しても同様の効果を得ることができる。光硬化性樹脂は、例えば紫外線硬化性樹脂や可視光硬化性樹脂が該当する。
【００４６】
【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、ピンボス部のピン孔に、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被せた。電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することで、ピンボス部のピン孔に平坦な陽極酸化皮膜を被せることができる。このため、ピン孔を平坦にすることができる。
加えて、りん酸塩には陽極酸化皮膜の微細な孔の孔径を大きくする作用があるので、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ることができる。
【００４７】
従って、摺動抵抗を減少させてピンボス部の厚さを小さくすることによりピストンの軽量化を図り、加えてピストンピンの長さを短くすることでピストンピンの軽量化を図ることができる。この結果、燃費やエンジン出力を十分に向上させることができる。
【００４８】
さらに、一対のスカート部の対向する端部同士を壁部で連結し、この壁部を傾斜させることでピンボス部に合せてピストン中央に寄せた。壁部を傾斜させることでピストンの剛性を確保することができる。従って、例えば壁部を比較的薄くすることも可能になり、ピストンの軽量化を図ることができる。
【００４９】
請求項２は、潤滑剤をふっ素系樹脂とした。ふっ素樹脂は耐摩耗性や耐熱性に優れているので、潤滑剤の耐摩耗性や耐熱性を高め、ピストンの品質を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（第１実施の形態）の斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図３は図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ピン孔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）の断面図
【図１１】従来の内燃機関用ピストンの断面図
【符号の説明】
１０，６０…アルミ合金製内燃機関用ピストン、２０，２５…スカート部、３０，３５…ピンボス部、３１，３６…ピン孔、４０，４２…壁部、４５…ピストンピン、４７…コンロッド、５０…陽極酸化皮膜、５２…微細な孔、５４…潤滑剤、ｔ…ピンボス部の厚さ。
Claims (2)
- ピストンピン（４５）を挿入する一対のピンボス部（３０，３５）のピン孔（３１，３６）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）を被せ、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）を含浸させたアルミ合金製内燃機関用ピストン（１０，６０）であって、
前記アルミ合金製内燃機関用ピストンは、コンロッド（４７）側から見たときに、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の対向する端部（２１，２６，２２，２７）同士を壁部（４０，４２）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、前記壁部の中央にピンボス部を膨出形成し、且つ、ピンボス部を中央に寄せるために前記壁部を傾斜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。 - 前記潤滑剤はふっ素系樹脂である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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