JP5815399B2 - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents

Description

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

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

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

このような観点から、摺動抵抗を低減するべく、潤滑性に富む物質を含む層をシリンダの内壁又はピストンスカートに設け、これにより、内壁又はピストンスカートの潤滑性能を向上させることが行われている。例えば、特許文献１には、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、窒化ホウ素、クラスターダイヤモンド、シリコン等を分散媒に分散させて塗料ないしインク、すなわち、ペーストを調製し、これをシルク印刷やパッド印刷、スプレー等にてピストンスカートに塗布することにより、所定のパターンをなす凸状の固体潤滑皮膜を形成することが提案されている。

特開２００５−３２０９３４号公報

パッド印刷は、周知の通り、パッドを印刷対象物に押し当て、これにより、前記パッドに予め保持されたペーストを前記印刷対象物に転写（印刷）するものである。従って、特許文献１に記載される凸状の固体潤滑皮膜として、例えば、線状の固体潤滑皮膜を設けようとする場合、１回のパッドの押し当てで１本の固体潤滑皮膜を形成し、次に、パッドにペーストを補充した後、１回のパッドの押し当てで１本の固体潤滑皮膜を形成するという作業を繰り返すことになる。

すなわち、特許文献１記載の技術には、１回の印刷を行う毎にペーストを補充する必要があり、この間に印刷を進行することができないので、固体潤滑皮膜を効率よく設けることができないという不具合が顕在化している。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ピストンスカートに対し、パッド印刷によって速やかに固体潤滑部を設けることが可能であり、このため、内燃機関用ピストンの生産効率を向上させ得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。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関のシリンダの内壁に摺接する第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートに固体潤滑部を形成する内燃機関用ピストンの製造方法において、
パッド印刷装置のパッドに、ペーストを保持させてペースト保持部を形成し、前記ペースト保持部中の前記ペーストを、前記第１ピストンスカートに予め設けられた第１凸部にのみ塗布することにより、前記ペースト保持部内に、前記第１凸部に前記ペーストを移行させた後の塗布済み部と、前記第１凸部に塗布されることなく残留したペースト残留部とを形成する工程と、
内燃機関用ピストンを回転させ、前記ペースト残留部と、前記第２ピストンスカートに予め設けられた第２凸部とを対向させる工程と、
前記パッドに前記ペーストの補充を行うことなく、前記ペースト残留部の前記ペーストを、前記第２凸部にのみ塗布する工程と、
前記第１凸部及び前記第２凸部に塗布した前記ペーストを加熱して硬化することにより、固体潤滑部を得る工程と、
を有することを特徴とする。

パッドに保持したペーストを第１ピストンスカートの第１凸部に塗布すると、パッドにおいて第１凸部に当接しなかった部位には、ペーストが残留する。そこで、本発明においては、内燃機関用ピストンを回転させ、パッドにおいてペーストが残留した部位と、第２凸部とを対向させるようにしている。その後、パッドを第２凸部に押し当てることにより、第２凸部に対してペーストを塗布することができる。

このように、本発明によれば、パッドにペーストを補充することなく、第１ピストンスカートの第１凸部、及び第２ピストンスカートの第２凸部に順次ペーストを塗布することができる。従って、固体潤滑部を速やかに形成することができるので、内燃機関用ピストンを効率よく得ることができる。すなわち、内燃機関用ピストンの生産効率が向上する。

しかも、この場合、第１及び第２凸部にのみ選択的に固体潤滑部を設けるので、第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートの全体にわたって固体潤滑部を設ける場合に比してコスト的に有利である。その上、内燃機関用ピストンの重量が過度に大きくなることを回避することもできる。

なお、固体潤滑部を得るための前記ペーストは、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含むものであることが好ましい。この場合、シリンダの内壁と第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートの摺接部位に発生する熱が容易に拡散するので、凝着が起こることが回避される。加えて、シリンダの内壁と第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートとの間に潤滑油が良好に保持されるので、焼付きが起こることも回避される。

以上のように、この場合、摩擦損失が低減し且つ耐久性に優れる内燃機関を供することができる。

なお、第１及び第２凸部の一例は、第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートの各々に設けた条痕の突起部であるが、これとは別に、樹脂を用いて形成するようにしてもよい。特に、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−６樹脂、ナイロン−６，６樹脂等から第１及び第２凸部を設けた場合、ピストンスカートと潤滑性肉盛り部との間の接合力が強固となるので好適である。

この樹脂には、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）や窒化ホウ素（ＢＮ）、グラファイト等の固体潤滑剤をさらに含めるようにしてもよい。この場合、固体潤滑部が万一脱落して第１及び第２凸部（樹脂）が露呈したとしても、該凸部に含まれる固体潤滑剤によって潤滑性能が維持されるからである。

上記の工程を繰り返すことにより、固体潤滑部を成長させてその突出高さを大きくすることも可能である。この場合には、前記固体潤滑部を設けた後、前記パッドに、前記ペースト保持部を形成し、前記ペースト保持部中の前記ペーストを、前記第１凸部又は前記第２凸部上の固体潤滑部に対して塗布することにより、前記ペースト保持部内に、前記塗布済み部と、前記ペースト残留部とを形成する工程と、
内燃機関用ピストンを回転させ、前記ペースト残留部と、前記第２凸部又は前記第１凸部の残余の一方上の前記固体潤滑部とを対向させる工程と、
前記パッドに前記ペーストの補充を行うことなく、前記ペースト残留部の前記ペーストを、前記第２凸部又は前記第１凸部の残余の一方上の前記固体潤滑部に塗布する工程と、
前記第１凸部及び前記第２凸部に塗布した前記ペーストを加熱して硬化することにより、前記固体潤滑部上に新たな固体潤滑部を得る工程と、
を少なくとも１回行うようにすればよい。

ここで、第１凸部と第２凸部が同一位相（ピストンスカートの下端部から第１凸部までの距離と、第２凸部までの距離とが同一）であるとき、内燃機関用ピストンを回転させると、パッドにおいて第１凸部にペーストが奪取された部位と、第２凸部とが対向することになる。換言すれば、内燃機関用ピストンを回転させるのみでは、パッドにおいてペーストが残留した部位と、第２凸部とが対向しない。

このような場合には、内燃機関用ピストンの回転の前後、又は回転と同時に、パッドに対して内燃機関用ピストンを相対的に変位させればよい。これにより、パッド中、前記第１凸部又は前記第２凸部に塗布されることなく残留したペーストを保持した部位と、前記第２凸部との位置を合わせることができる。従って、第２凸部に対してパッドを押し当てること、換言すれば、第２凸部にのみペーストを塗布することができる。

本発明においては、パッド印刷装置のパッドを第１ピストンスカートの第１凸部に当接させて該パッドに保持されたペーストの一部を前記第１凸部に塗布した後、内燃機関用ピストンを回転させ、必要に応じてさらに位置合わせを行うことで、前記パッドにおいて第１ピストンスカートの第１凸部に当接せず、このためにペーストが残留した部位を、第２ピストンスカートの第２凸部に対向させるようにしているので、その後、パッドを第２凸部に押し当てることにより、第２凸部に対してペーストを塗布することができる。

すなわち、本発明によれば、パッドにペーストを補充することなく、第１ピストンスカートの第１凸部、及び第２ピストンスカートの第２凸部に順次ペーストを塗布することができる。従って、パッドにペーストを補充するために要していた時間分を短縮して固体潤滑部を形成することができるので、内燃機関用ピストンを効率よく得ることができる。結局、内燃機関用ピストンの生産効率が向上する。

また、第１凸部及び第２凸部にのみ選択的に固体潤滑部を設けるので、第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートの全体にわたって固体潤滑部を設ける場合に比してコスト的に有利であるとともに、内燃機関用ピストンの重量が過度に大きくなることが回避される。

本実施の形態に係る内燃機関用ピストンの製造方法によって得られる内燃機関用ピストンの概略全体斜視図である。 図１に示す内燃機関用ピストンの側面図である。 前記内燃機関用ピストンを構成する第１ピストンスカート（ないし第２ピストンスカート）の表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。 パッド印刷装置のパッドを、第１ピストンスカートの第１突起部に対向させた状態を示す一部断面側面図である。 図４に続き、前記パッドを前記第１突起部に押し当てた状態を示す一部断面側面図である。 図５に続き、前記パッドを後退させて前記第１突起部から離間させた状態を示す一部断面側面図である。 図６に続き、前記内燃機関用ピストンを回転させ、第２ピストンスカートの第２突起部に前記パッドを対向させた状態を示す一部断面側面図である。 図７に続き、前記パッドを前記第２突起部に押し当てた状態を示す一部断面側面図である。 図８に続き、前記パッドを後退させて前記第２突起部から離間させた状態を示す一部断面側面図である。 第１ピストンスカート（ないし第２ピストンスカート）に凸部を有する樹脂層を形成し、前記凸部にのみ固体潤滑部を形成した場合の表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。

以下、本発明に係る内燃機関用ピストン（以降、単に「ピストン」と表記することもある）の製造方法につき、それによって得られるピストンとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

先ず、ピストンの構成につき説明する。

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

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

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

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

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

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

潤滑性肉盛り部３０は、潤滑性を示す物質として周知のＭｏＳ_２、ＷＳ_２、グラファイト、ダイヤモンド、窒化ホウ素等からなるものであってもよいが、銀、銀合金、銅、又は銅合金のいずれかからなるものであることが一層好適である。この場合、潤滑性肉盛り部３０がシリンダの内壁に摺接する際に発生する熱が容易に拡散し得るとともに、第１ピストンスカート１２ａとシリンダの内壁との間に潤滑油が良好に保持されるようになるからである。

なお、銀合金の好適な例としてはＡｇ−Ｓｎ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金が挙げられ、銅合金の好適な例としてはＣｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｐ合金等が挙げられる。

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

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

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

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

また、潤滑性肉盛り部３０の厚みは、特に限定されるものではないが、過度に小さいと潤滑性肉盛り部３０が比較的短期間で摩耗してしまい、下地である第１突起部２６ａが露呈することになる。一方、過度に大きいと、潤滑性肉盛り部３０の重量が大きくなるのでピストン１０を往復動作させるための駆動力が大きくなってしまう。以上の不都合が発生することを回避するべく、潤滑性肉盛り部３０の厚みを０．５〜１００μｍに設定することが好ましい。

以上の構成は、第２ピストンスカート１２ｂにおいても同様である。すなわち、第２ピストンスカート１２ｂにも、第２凸部としての突起部が設けられる。以下においては、説明の便宜上、この突起部を「第２突起部」と表記し、その参照符号を２６ｂとする。それ以外の構成要素には、第１ピストンスカート１２ａにおいて対応する構成要素と同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

次に、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂにのみ選択的に潤滑性肉盛り部３０を設ける塗布方法につき、本実施の形態に係るピストン１０の製造方法との関係で説明する。

はじめに、潤滑性肉盛り部３０を得るための出発材となるペースト３２（図４参照）を調製する。このためには、テルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン等の適切な分散媒に対し、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、グラファイト、ダイヤモンド、窒化ホウ素等の粒子を分散させればよい。銀、銀合金、銅又は銅合金からなる潤滑性肉盛り部３０を得る場合には、銀、銀合金、銅又は銅合金の微粒子、好ましくは平均粒径が１〜８０ｎｍ、より好ましくは３０〜８０ｎｍである、いわゆるナノ粒子を上記したような分散媒に分散させ、ペースト３２とする。

ペースト３２の粘度は、１０ｃｐ程度が好ましい。また、ペースト３２に対して分散剤等を添加するようにしてもよい。

周知の通り、パッド印刷装置（図示せず）は、図４に示すパッド３４を具備する。このパッド３４を、上記のようにして調製したペースト３２を貯留した凹板（図示せず）に進入させ、ペースト３２に押し当てる。勿論、パッド３４をペースト３２に浸漬するようにしてもよい。いずれにおいても、ペースト３２がパッド３４に浸透することによって、該ペースト３２がパッド３４に保持される。

なお、図４は、ペースト３２がパッド３４の先端面に付着した状態ではなく、パッド３４の先端部内に浸透した状態を示している。以降の図面においても、参照符号３２が付されたハッチングで示した部位は、パッド３４において、ペースト３２が浸透した部位である。

その後、図４に示すように、所定の保持機構（図示せず）に保持されたピストン１０の第１ピストンスカート１２ａにパッド３４を対向させる。この時点では、パッド３４が第１ピストンスカート１２ａに未だ押し当てられていないので、ペースト３２はパッド３４に保持された状態を保っている。

次に、パッド３４を第１ピストンスカート１２ａに向かって前進移動させる。第１ピストンスカート１２ａでは、第１突起部２６ａが最も突出しており、従って、該第１突起部２６ａがパッド３４に最近接している。このため、パッド３４は、第１突起部２６ａの頂部に当接する。

当接後は、第１突起部２６ａから受ける反力に抗しながらパッド３４を前進させるので、当接前に比してパッド３４を前進させるための負荷が大きくなる。従って、パッド３４を前進させながら、それに要する負荷を常時測定しておくことにより、パッド３４が第１突起部２６ａに当接したか否かを判定することができる。

パッド３４がさらに前進すると、図５に示すように、該パッド３４に保持されたペースト３２中に第１突起部２６ａの先端が進入する。この進入距離が所定の値となったとき、パッド３４の前進が自動的に停止される。

このような制御を行うためには、パッド印刷装置の制御部に、パッド３４が第１突起部２６ａに当接した後の前進距離の上限値を予め設定すればよい。すなわち、該制御部に、パッド３４を前進させる際の前記負荷が大きくなってからの時間と、パッド３４の進行速度とに基づいて該パッド３４の前進距離の実値を算出させる。この実値が、予め設定した前進距離の上限値に一致したとき、前記制御部は、パッド３４の前進を停止させる指令信号を発信する。なお、予め測定した第１突起部２６ａの高さが、例えば、１０μｍであるときには、パッド３４が第１突起部２６ａに当接した後のパッド３４の前進距離の上限値を３〜５μｍの範囲内に設定すればよい。

パッド３４の前進が停止すると、前記制御部は、パッド３４を後退させる指令信号を発信する。この指令信号により、パッド３４がピストン１０から後退する。これに伴って、図６に示すように、パッド３４が第１突起部２６ａから離間する。

パッド３４において第１突起部２６ａが進入した部位のペースト３２は、第１突起部２６ａに塗着し、パッド３４が後退するときに該パッド３４から剥離する。このため、第１突起部２６ａにペースト３２が残留するので、結局、第１突起部２６ａのみに選択的にペースト３２が塗布される。

その一方で、パッド３４において第１突起部２６ａが進入しなかった部位からは、ペースト３２が剥離することはない。従って、この部位では、ペースト３２が保持された状態が維持される。換言すれば、この部位には、ペースト３２が残留している。

次に、ピストン１０を回転させる。前記保持機構が回転機構を具備するものである場合、該回転機構の作用下にピストン１０を回転させればよい。また、前記保持機構が回転機構を具備するものではない場合、ピストン１０を前記保持機構から一旦開放し、作業者の手作業でピストン１０を回転させた後、前記保持機構にピストン１０を再保持するようにしてもよい。この回転により、図７に仮想線で示すように、第２ピストンスカート１２ｂの第２突起部２６ｂがパッド３４に対向する。

ここで、第１ピストンスカート１２ａの条痕２４と、第２ピストンスカート１２ｂの条痕２４とは、位相が同一であることが通例である。すなわち、第１ピストンスカート１２ａにおける各条痕２４の第１突起部２６ａ及び谷部２８の第１ピストンスカート１２ａの下端部からの高さ位置と、第２ピストンスカート１２ｂにおける各条痕２４の第２突起部２６ｂ及び谷部２８の第２ピストンスカート１２ｂの下端部からの高さ位置は、互いに一致する。

この場合、図７に仮想線で示すように、第２突起部２６ｂは、ペースト３２が既に剥離した部位（塗布済み部）と対向する。従って、パッド３４を前進させたとしても、ペースト３２が第２突起部２６ｂに塗着することはない。

そこで、本実施の形態では、パッド３４を位置決めしたままピストン１０をＸ方向に沿って若干変位させるか、又は、これとは逆にピストン１０を位置決めしたままパッド３４をＸ方向に沿って若干変位させる。このように、パッド３４に対してピストン１０を相対的に変位させることにより、図７に示すように、第２突起部２６ｂが、ペースト３２が残留した部位（ペースト残留部）と対向する。

この変位は、前記保持機構の作用下に行うようにすればよいし、作業者が手作業で行うようにしてもよい。なお、ピストン１０の回転及び上記変位は、いずれを先に行うようにしてもよいし、同時に行うようにしてもよい。

次に、パッド３４を第２ピストンスカート１２ｂに向かって前進移動させる。第２ピストンスカート１２ｂでは、第２突起部２６ｂが最も突出しているので、該第２突起部２６ｂがパッド３４に最近接している。このため、パッド３４は、第２突起部２６ｂの頂部に当接する。

以降は、第１突起部２６ａにペースト３２を塗布する場合と同様である。すなわち、パッド３４がさらに前進すると、図８に示すように、該パッド３４に残留したペースト３２中に第２突起部２６ｂの先端が進入する。この進入距離が所定の値となったとき、パッド３４の前進が自動的に停止されるとともに、所定量のペースト３２が第２突起部２６ｂに塗着する。

次に、パッド３４がピストン１０から後退すると、これに伴って、図９に示すように、パッド３４が第２突起部２６ｂから離間する。この際、パッド３４において第２突起部２６ｂが進入した部位のペースト３２は、パッド３４から剥離して第２突起部２６ｂに残留する。これにより、第２突起部２６ｂのみに選択的にペースト３２が塗布される。

以上のように、本実施の形態によれば、パッド３４に保持されたペースト３２を、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの双方を該ペースト３２に順次進入させることによって、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの双方に塗布することができる。すなわち、第１突起部２６ａに対してペースト３２を塗布した後、新たなペースト３２をパッド３４に補充する必要がない。

このため、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの双方へのペースト３２の塗布を、短時間で効率よく行うことができる。従って、該ペースト３２から得られる潤滑性肉盛り部３０を速やかに設けることができ、結局、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの双方に潤滑性肉盛り部３０が形成されたピストン１０を効率よく得ることができる。

次に、上記のようにして第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの各々に塗布したペースト３２を加熱する。このためには、ピストン１０ごと加熱すればよい。

銀、銀合金、銅又は銅合金のナノ粒子を用いた場合、この際の好適な加熱温度は、１６０〜２４０℃である。これによりペースト３２中の分散媒が揮発するとともに、ナノ粒子同士が融着する。すなわち、焼結が起こり、ナノ粒子の焼結体からなる潤滑性肉盛り部３０が得られるに至る。ペースト３２が第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂにのみ塗布されているので、潤滑性肉盛り部３０も、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂにのみ選択的に形成される。

必要に応じ、図４〜図９に示した上記の工程を１回以上再実施するようにしてもよい。これにより、潤滑性肉盛り部３０の突出高さを一層大きくすることができる。

銀、銀合金、銅又は銅合金のナノ粒子を用いた場合、上記したように１６０〜２４０℃という比較的低温域で焼結させて潤滑性肉盛り部３０を形成することが可能である。従って、アルミニウム合金からなる第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂが高温となることが回避され、このため、該第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの機械的強度等に影響が及ぶことを回避することができる。

銀、銀合金は概して高価であり、また、銀、銀合金、銅又は銅合金は重量が大であるので、この種の金属を含む潤滑性肉盛り部３０を、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの全体にわたって形成する場合、コストが上昇したり、ピストン１０の重量が大きくなったりする懸念がある。しかしながら、本実施の形態においては、凸部である第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂにのみ選択的に潤滑性肉盛り部３０を設けるので、該潤滑性肉盛り部３０を得るための金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量が低減する。従って、コストが低廉化する。しかも、潤滑性肉盛り部３０が第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂにのみ存在するので、ピストン１０の重量が大きく増加することを回避することができる。

内燃機関を組み上げて運転する際、シリンダの内壁（シリンダボアの内壁又はシリンダスリーブの内壁）に対して、実質的には第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂのみが潤滑油を介して摺接する。上記したように該第１突起部２６ａ及び該第２突起部２６ｂには潤滑性肉盛り部３０が設けられており、この潤滑性肉盛り部３０によって、シリンダの内壁と第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂとの間に十分な潤滑作用が発現する。

すなわち、内燃機関において、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの摺接面は、シリンダ内で、例えば、ＦＣ（ねずみ鋳鉄）スリーブ又はＡｌスリーブの内壁に摺接する。潤滑性肉盛り部３０が銀、銀合金、銅又は銅合金からなる場合、潤滑性肉盛り部３０の熱伝導度と、ＦＣスリーブ又はＡｌスリーブの熱伝導度との和を求めると３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となり、且つ、潤滑性肉盛り部３０のＦＣスリーブ又はＡｌスリーブに対するヤング率の差の絶対値が１０ＧＰａ以上となる。本発明者らの鋭意検討によれば、この場合、スリーブと第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂとの間の微小なクリアランスに潤滑油が良好に保持されるとともに、スリーブと第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂとの間に凝着が発生することが回避される。このため、焼付きが生じることを有効に回避し得るとともに、内燃機関の摩擦損失を大幅に低減することができる。

以上のように、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂにのみ選択的に潤滑性肉盛り部３０を設けることにより、コストを低廉化しつつ、しかも、ピストン１０の重量増加を抑制しながら、十分な潤滑作用を発現させることができる。

なお、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂに条痕２４を設け、該条痕２４の第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂを凸部とすることに代替し、樹脂によって凸部を設けるようにしてもよい。

この実施の形態について説明すると、該実施の形態では、図１０に断面を拡大して示すように、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの摺接面が平滑面として形成されるとともに、該平滑な摺接面に樹脂層４０、４０がそれぞれ固着されている。各樹脂層４０には、摺接面を周回する複数本の線状形状をなすようにして凸部４２がそれぞれ突出形成される。この場合、凸部４２は、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂに近接する底部側で幅広、離間する頂部側で幅狭となっている。このため、複数本の線状形状の凸部４２によって、条痕２４に類似する条痕形状が形成される。

樹脂層４０（凸部４２）を構成する樹脂は、潤滑性肉盛り部３０と第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂとの接合力を向上させる種類のものであることが好ましい。そのような素材の好適な例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−６樹脂、ナイロン−６，６樹脂等を挙げることができる。

この樹脂層４０は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）や窒化ホウ素（ＢＮ）、グラファイト等の固体潤滑剤をさらに含むものであってもよい。この場合、潤滑性肉盛り部３０が万一脱落して凸部４２（樹脂）が露呈したとしても、該凸部４２に含まれる固体潤滑剤によって潤滑性能が維持される。

この実施の形態においては、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの摺接面と潤滑性肉盛り部３０との間に樹脂からなる凸部４２を介在するように設けるようにしているので、潤滑性肉盛り部３０をなす銀、銀合金、銅又は銅合金の使用量が低減する。その結果、コストが低廉化するとともに、ピストン１０の重量が大きく増加することを回避することができる。

なお、この実施の形態において、ナノ粒子を出発原料として潤滑性肉盛り部３０を形成するときには、ペーストを得るための分散媒として、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの摺接面と潤滑性肉盛り部３０の間に介在する凸部４２（樹脂）を膨潤させることが可能なものを選定することが好ましい。その具体例としては、Ｎ−メチルピロリドン、ポリビニルピロリドン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等が挙げられる。

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

勿論、この場合も、図４〜図９に示した上記の工程に準拠して、第１ピストンスカート１２ａの凸部４２、第２ピストンスカート１２ｂの凸部４２の各々にペースト３２が塗布され、その結果、該凸部４２のみに選択的に潤滑性肉盛り部３０が設けられる。上記した理由から、この塗布の間、パッド３４にペースト３２を補充する必要はない。

必要に応じ、図４〜図９に示した工程に準拠する工程を１回以上再実施するようにしてもよい。これにより、潤滑性肉盛り部３０の突出高さを一層大きくすることができる。

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

例えば、第１突起部２６ａと第２突起部２６ｂとが互いに相違する位相で設けられているために、第１突起部２６ａにペースト３２を塗布した後、ピストン１０を回転させるのみで、パッド３４においてペースト３２が残留した部位と第２突起部２６ｂとが対向するような場合、ピストン１０又はパッド３４を相対的に変位させる必要はない。ペースト３２が残留した部位と第２突起部２６ｂとの位置を合わせる必要がないからである。

また、上記した実施の形態では、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの上に潤滑性肉盛り部３０を線状に設けるようにしているが、点状に設けるようにしてもよい。この場合、点状に散在する潤滑性肉盛り部３０によって、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの一部が被覆される。

さらに、図１０に示した実施の形態では、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂを平滑面としているが、図１〜図９と同様に、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂの各々に条痕２４を設けるとともに、第１ピストンスカート１２ａ及び第２ピストンスカート１２ｂに、第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂの形状が転写された凸部４２を有する樹脂層４０を形成するようにしてもよい。

さらにまた、凸部は、条痕２４の第１突起部２６ａ及び第２突起部２６ｂに限定されるものではなく、例えば、円柱形状に突出して点状に散在する円柱形状凸部であってもよい。

１０…内燃機関用ピストン １２ａ、１２ｂ…ピストンスカート
２４…条痕 ２６ａ、２６ｂ…突起部
２８…谷部 ３０…潤滑性肉盛り部
３２…ペースト ３４…パッド
４０…樹脂層 ４２…凸部

Claims (7)

1. 内燃機関のシリンダの内壁に摺接する第１ピストンスカート及び第２ピストンスカートに固体潤滑部を形成する内燃機関用ピストンの製造方法において、
   パッド印刷装置のパッドに、ペーストを保持させてペースト保持部を形成し、前記ペースト保持部中の前記ペーストを、前記第１ピストンスカートに予め設けられた第１凸部にのみ塗布することにより、前記ペースト保持部内に、前記第１凸部に前記ペーストを移行させた後の塗布済み部と、前記第１凸部に塗布されることなく残留したペースト残留部とを形成する工程と、
   内燃機関用ピストンを回転させ、前記ペースト残留部と、前記第２ピストンスカートに予め設けられた第２凸部とを対向させる工程と、
   前記パッドに前記ペーストの補充を行うことなく、前記ペースト残留部の前記ペーストを、前記第２凸部にのみ塗布する工程と、
   前記第１凸部及び前記第２凸部に塗布した前記ペーストを加熱して硬化することにより、固体潤滑部を得る工程と、
   を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記ペーストは、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含むものであることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法において、前記第１凸部及び前記第２凸部が樹脂からなることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
4. 請求項３記載の製造方法において、前記第１凸部及び前記第２凸部を構成する樹脂中に固体潤滑剤を含めることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、前記固体潤滑剤として、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトの群から選択される少なくとも１種を選定することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法において、前記固体潤滑部を設けた後、前記パッドに、前記ペースト保持部を形成し、前記ペースト保持部中の前記ペーストを、前記第１凸部又は前記第２凸部上の固体潤滑部に対して塗布することにより、前記ペースト保持部内に、前記塗布済み部と、前記ペースト残留部とを形成する工程と、
   内燃機関用ピストンを回転させ、前記ペースト残留部と、前記第２凸部又は前記第１凸部の残余の一方上の前記固体潤滑部とを対向させる工程と、
   前記パッドに前記ペーストの補充を行うことなく、前記ペースト残留部の前記ペーストを、前記第２凸部又は前記第１凸部の残余の一方上の前記固体潤滑部に塗布する工程と、
   前記第１凸部及び前記第２凸部に塗布した前記ペーストを加熱して硬化することにより、前記固体潤滑部上に新たな固体潤滑部を得る工程と、
   を少なくとも１回行うことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１凸部と前記第２凸部が同一位相であるとき、前記内燃機関用ピストンを回転させるとともに、前記パッドを前記内燃機関用ピストンに対して相対的に変位させて、前記パッド中、前記第１凸部又は前記第２凸部に塗布されることなく残留したペーストを保持した部位と、前記第２凸部との位置を合わせることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
   

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