JP6332230B2

JP6332230B2 - 内燃機関用ピストンの製造方法

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Publication number: JP6332230B2
Application number: JP2015211859A
Authority: JP
Inventors: 英男山下; 暁生川口; 洋希猪熊
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: CN106637333B; JP2017082679A; US20170121839A1; CN106637333A

Description

本発明はアルミニウム合金を母材とし、頂面にキャビティが形成された内燃機関用ピストンの製造方法に関する。

従来から、アルミニウム合金を母材とし、頂面にキャビティが形成された内燃機関用ピストンの製造方法が知られている。この種の内燃機関用ピストンの製造方法の例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載された内燃機関用ピストンの製造方法では、母材の表面のうちのピストンの頂面（および頂面に形成されたキャビティの壁面）に対応する部分に陽極酸化皮膜（ポーラス層）が成膜され、次いで、陽極酸化皮膜（ポーラス層）の表面の上に被覆層を形成することにより、陽極酸化皮膜（ポーラス層）の細孔が塞がれ（つまり、封孔剤による封孔処理が実行され）、次いで、被覆層（封孔剤層）の凹凸状の表面を平滑化する仕上げ加工が実行される。
また、特許文献２には、エンジン燃焼室の内面に形成される陽極酸化皮膜の膜厚および空孔率について記載されている。
さらに、特許文献３の図６には、陽極酸化皮膜が形成されていないピストンのキャビティ面およびテーパ面の表面粗さを、陽極酸化皮膜が形成されたピストンのスキッシュ面の表面粗さよりも小さくする旨が記載されている。

特開２０１２−０７２７４５号公報特開２０１０−２４９００８号公報特開２０１５−０９４２９２号公報

ところで、特許文献１に記載された内燃機関用ピストンの製造方法では、アンカリング効果による陽極酸化皮膜（ポーラス層）と被覆層（封孔剤層）との密着性を高めるために、母材の表面に凹凸パターンが形成され、それに伴って、母材の表面の上に形成される陽極酸化皮膜（ポーラス層）の表面も凹凸状になる。
さらに、特許文献１に記載された内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜（ポーラス層）の凹凸状の表面の上に形成される被覆層（封孔剤層）の凹凸状の表面が、仕上げ加工によって平滑化される。
そのため、特許文献１に記載された内燃機関用ピストンの製造方法では、被覆層（封孔剤層）の表面の平滑化後に、陽極酸化皮膜（ポーラス層）の表面のうちの凸状の部分の上に位置する被覆層（封孔剤層）の厚さは大きくならないものの、陽極酸化皮膜（ポーラス層）の表面のうちの凹状の部分の上に位置する被覆層（封孔剤層）の厚さが大きくなってしまう。
つまり、特許文献１に記載された内燃機関用ピストンの製造方法では、厚い部分を有する被覆層（封孔剤層）が形成されてしまう。その結果、特許文献１に記載された内燃機関用ピストンの製造方法では、均一かつ小さい厚さを有する被覆層（封孔剤層）の熱容量よりも、被覆層（封孔剤層）の熱容量が大きくなってしまう可能性がある。
前記問題点に鑑み、本発明は、封孔剤層の表面の面粗度（平滑性）を向上させつつ、封孔剤層の熱容量を低減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。

本発明者等は、鋭意研究において、封孔剤層の熱容量を小さくするために、封孔剤による封孔処理が実行される前に多孔性の陽極酸化皮膜の表面を研磨して平滑化することを試みた。ところが、多孔性の陽極酸化皮膜は非常に脆いため、研磨処理の実行中に陽極酸化皮膜が破損してしまうことが、本発明者等の鋭意研究において見い出された。つまり、研磨処理の実行中に、陽極酸化皮膜の破損により、陽極酸化皮膜の表面に凹部が形成されてしまうことが、本発明者等の鋭意研究において見い出された。
さらに、本発明者等の鋭意研究において、陽極酸化皮膜の表面の研磨処理の前に陽極酸化皮膜の補強処理を実行することにより、陽極酸化皮膜の補強処理が実行されない場合よりも、研磨処理の実行中における陽極酸化皮膜の破損を抑制できることが見い出された。
つまり、本発明者等の鋭意研究において、陽極酸化皮膜の表面の研磨処理の前に陽極酸化皮膜の補強処理を実行することにより、陽極酸化皮膜の補強処理が実行されない場合よりも、研磨処理の実行中に陽極酸化皮膜の表面に凹部が形成されてしまうおそれを抑制できることが見い出された。

この点に鑑み、第１の発明によれば、アルミニウム合金を母材とし、頂面にキャビティが形成された内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記母材の表面のうちの前記キャビティの壁面に対応する部分に、多孔性の陽極酸化皮膜を成膜する成膜ステップと、
前記成膜ステップにより成膜された陽極酸化皮膜の表面の上に堆積するまで封孔剤を塗布し、前記封孔剤を硬化させることによって陽極酸化皮膜を補強する補強ステップと、
前記補強ステップにより陽極酸化皮膜の表面の上で硬化した封孔剤を研磨して除去することによって、陽極酸化皮膜の平滑化された表面を形成する研磨ステップと、
前記研磨ステップにより形成された陽極酸化皮膜の平滑化された表面に封孔剤を塗布する封孔ステップとを備えることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法が提供される。

つまり、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、多孔性の陽極酸化皮膜の表面を研磨する陽極酸化皮膜の研磨処理の実行前に、陽極酸化皮膜を補強する陽極酸化皮膜の補強処理が実行される。
そのため、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の補強処理が実行されない場合よりも、陽極酸化皮膜の研磨処理の実行中に陽極酸化皮膜が破損してしまうおそれを低減することができる。
すなわち、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の補強処理が実行されない場合よりも、陽極酸化皮膜の研磨処理の実行後における陽極酸化皮膜の表面の面粗度（平滑性）を向上させることができる。

さらに、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の封孔処理において、陽極酸化皮膜の平滑化された表面に対して封孔剤が塗布され、封孔剤層が形成される。
そのため、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層に対する平滑化処理（仕上げ加工）を実行することなく、封孔剤層の平滑な表面を形成することができる。

詳細には、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の平滑な表面が形成されると共に、封孔剤層の平滑な表面が形成される。
そのため、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層の厚さを均一に、かつ、小さくすることができ、封孔剤層の熱容量を低減することができる。
つまり、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層の表面の面粗度（平滑性）を向上させつつ、封孔剤層の熱容量を低減することができる。

第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層の表面を平滑化することができるため、封孔剤層の表面により構成される、内燃機関用ピストンの頂面に形成されたキャビティの壁面を、平滑化することができる。その結果、キャビティの壁面などにより画定される燃焼室内の燃焼速度の低下を抑制することができる。
さらに、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層の厚さを小さくすることができるため、封孔剤層の熱容量を低減することができる。その結果、封孔剤層の熱容量が大きい場合よりも、スイング特性（断熱特性を有しつつ、燃焼室内のガス温度に陽極酸化皮膜の温度が追随する特性）を向上させることができる。

さらに、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤が陽極酸化皮膜の補強処理および陽極酸化皮膜の封孔処理に用いられる。さらに、陽極酸化皮膜の補強処理において、封孔剤が、多孔性の陽極酸化皮膜の表面の上に堆積するまで塗布され、硬化させられる。その結果、陽極酸化皮膜の細孔（ナノポアおよびミクロポア）の内壁面の全体が、補強処理用封孔剤によって補強される。
そのため、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、補強されていない部分が陽極酸化皮膜の細孔（ナノポアおよびミクロポア）の内壁面に存在する場合よりも、陽極酸化皮膜の補強処理の実行後の陽極酸化皮膜の剛性を向上させることができ、それにより、陽極酸化皮膜の研磨処理の実行後の陽極酸化皮膜の表面の面粗度（平滑性）を向上させることができる。

補強処理により陽極酸化皮膜の表面の上に堆積された封孔剤を、研磨処理によって完全に除去しない場合には、研磨処理の実行後に、陽極酸化皮膜の細孔（特にナノポア）の上側に封孔剤が残っている部分と、陽極酸化皮膜の細孔（特にナノポア）の上側に封孔剤が残っていない部分とが存在することになる。
陽極酸化皮膜の細孔（特にナノポア）の上側に封孔剤が残っている部分に対して封孔処理が実行されると、封孔処理において塗布される封孔剤がその細孔の内部に入っていかないため、封孔処理の実行後にその細孔の上側に堆積した封孔剤により形成される封孔剤層が比較的厚くなる。
一方、陽極酸化皮膜の細孔（特にナノポア）の上側に封孔剤が残っていない部分に対して封孔処理が実行されると、封孔処理において塗布される封孔剤がその細孔の内部に入っていくため、封孔処理の実行後にその細孔の上側に堆積した封孔剤により形成される封孔剤層が比較的薄くなる。
つまり、研磨処理の実行後に、陽極酸化皮膜の細孔（特にナノポア）の上側に封孔剤が残っている部分と、陽極酸化皮膜の細孔（特にナノポア）の上側に封孔剤が残っていない部分とが存在する場合には、封孔処理の実行後に封孔剤層の表面の平滑性が低下するおそれがある。

さらに、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の補強処理により陽極酸化皮膜の表面の上で硬化した封孔剤が、陽極酸化皮膜の研磨処理の実行中に、研磨により除去される。
そのため、第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔処理の実行後に封孔剤層の表面の平滑性が低下するおそれを抑制することができる。

第２の発明によれば、前記補強ステップと前記封孔ステップとで同一の封孔剤を用いることを特徴とする第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法が提供される。

封孔剤が陽極酸化皮膜の補強処理および陽極酸化皮膜の封孔処理に用いられる場合には、内燃機関用ピストンの完成後に、陽極酸化皮膜の補強処理に用いられた封孔剤と、陽極酸化皮膜の封孔処理に用いられた封孔剤とが陽極酸化皮膜の細孔内に残存する。
この点、第２の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の補強処理と陽極酸化皮膜の封孔処理とで異なる封孔剤が用いられる場合よりも、内燃機関用ピストンの完成後に陽極酸化皮膜の細孔内に残存する補強処理用封孔剤と封孔処理用封孔剤との密着性を向上させることができる。
また、第２の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、内燃機関用ピストンの完成後に陽極酸化皮膜の細孔内に残存する補強処理用封孔剤の熱膨張率と、内燃機関用ピストンの完成後に陽極酸化皮膜の細孔内に残存する封孔処理用封孔剤の熱膨張率とを同一にすることができる。

第３の発明によれば、前記補強ステップにおいて用いられる封孔剤の粘度を、前記封孔ステップにおいて用いられる封孔剤の粘度よりも小さくすることを特徴とする第１の発明の内燃機関用ピストンの製造方法が提供される。

つまり、第３の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の補強処理において用いられる封孔剤の粘度が、陽極酸化皮膜の封孔処理において用いられる封孔剤の粘度よりも小さくされる。
そのため、第３の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、粘度が大きい封孔剤が陽極酸化皮膜の補強処理に用いられる場合よりも、陽極酸化皮膜の補強処理の実行中に陽極酸化皮膜の細孔（ナノポアおよびミクロポア）の深い部分（陽極酸化皮膜の表面からの距離が大きい部分）まで補強処理用封孔剤を確実に含浸させることができ、それにより、陽極酸化皮膜の補強処理の実行後の陽極酸化皮膜の剛性を向上させることができる。
さらに、第３の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜の封孔処理において用いられる封孔剤の粘度が、陽極酸化皮膜の補強処理において用いられる封孔剤の粘度よりも大きくされる。
そのため、第３の発明の内燃機関用ピストンの製造方法では、粘度が小さい封孔剤が陽極酸化皮膜の封孔処理に用いられる場合よりも、陽極酸化皮膜の封孔処理の実行中に封孔処理用封孔剤が陽極酸化皮膜の細孔（ナノポアおよびミクロポア）の深い部分（陽極酸化皮膜の表面からの距離が大きい部分）まで含浸しづらくなり、その結果、内燃機関用ピストンの完成後に陽極酸化皮膜の細孔内に残存する空間（空気層）を大きくすることができ、それにより、内燃機関用ピストンの断熱特性を向上させることができる。

本発明によれば、封孔剤層の表面の面粗度（平滑性）を向上させつつ、封孔剤層の熱容量を低減することができる。

第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の概略的な断面図である。第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法において内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂに対して実行される処理を説明するための図である。第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法において内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂに対して実行される処理を説明するための図である。図３（Ａ）に示す封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２を形成する補強処理などを説明するための図であって、図２（Ｂ）に示すナノポア１０ｃ２ａを拡大して示した図である。比較例の内燃機関用ピストンの製造方法において内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂに対して実行される処理を説明するための図である。算術平均粗さＲａなどを説明するための図である。第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法におけるキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの面粗度と、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法におけるキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの面粗度とを比較して説明するための図である。第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０によって達成される燃費改善率を説明するための図である。

以下、本発明の内燃機関用ピストンの製造方法の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の概略的な断面図である。
第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０は、アルミニウム合金を母材としている。また、図１に示すように、内燃機関用ピストン１０の頂面１０ａには、キャビティ１０ａ１が形成されている。
第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、キャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの平滑性を向上させるために、内燃機関用ピストン１０の母材に対して後述する処理が実行される。
図２および図３は第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法において内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂに対して実行される処理を説明するための図である。詳細には、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は各処理の実行中におけるキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの一部の拡大断面図である。

第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、最初に、図２（Ａ）に示すように、平滑な表面１０ｂ１を有するアルミニウム合金製の母材１０ｂが準備される。後述する図７（Ａ）に示す例では、母材１０ｂの表面１０ｂ１のうちのキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する部分の算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「ベース」の算術平均粗さＲａに相当する。）が、例えば約０．９〜１μｍに設定される。
次いで、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図２（Ｂ）に示すように、母材１０ｂの表面１０ｂ１のうちのキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａに対応する部分に対し、多孔性の陽極酸化皮膜１０ｃを成膜する成膜処理（陽極酸化処理、アルマイト）が実行される。後述する図７（Ａ）に示す例では、成膜処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「未研磨」の算術平均粗さＲａに相当する。）が、例えば約４〜５μｍになる。
図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜される陽極酸化皮膜１０ｃは、多数のナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよび多数のミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃを有する。そのため、図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃは、後述する研磨処理に対して脆さを有する。

そこで、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、次いで、図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃを補強する補強処理が実行される。具体的には、図３（Ａ）に示す補強処理において、図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃに、封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２が形成される。
図４は図３（Ａ）に示す封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２を形成する補強処理などを説明するための図であって、図２（Ｂ）に示すナノポア１０ｃ２ａを拡大して示した図である。
第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２を形成するために、最初に、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、溶液状の封孔剤１０ｄが陽極酸化皮膜１０ｃに塗布され、その結果、溶液状の封孔剤１０ｄが、内壁面１０ｃ２ａ１を有するナノポア１０ｃ２ａ内に注入されると共に、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に堆積する。
詳細には、溶液状の封孔剤１０ｄが陽極酸化皮膜１０ｃに塗布され、その結果、溶液状の封孔剤１０ｄが、ナノポア１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）内にも注入されると共に、キャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に堆積する。
溶液状の封孔剤１０ｄの供給中、ナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃから出てくる気泡が陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に存在しなくなり、光沢が出てきた時に、ナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ内への封孔剤１０ｄの注入が完了し、封孔剤１０ｄが陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に堆積し始めたと判断することができる。実際には、表面まで堆積する封孔剤１０ｄの塗付量が、下記のように決定され、次いで、その塗付量の封孔剤１０ｄが塗付される。
封孔剤１０ｄの供給量（塗布量）は、例えば、陽極酸化皮膜１０ｃ内の平均的な空孔の体積に基づいて算出される。

次いで、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、溶液状の封孔剤１０ｄが硬化することにより（詳細には、後述する反応および有機溶媒の気化により）、ナノポア１０ｃ２ａ（図４（Ａ）参照）の内壁面１０ｃ２ａ１（図４（Ａ）参照）の上に封孔剤層１０ｅ２が形成されると共に、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１（図４（Ａ）参照）の上に封孔剤層１０ｅ１が形成される。
同様に、図３（Ａ）に示すように、ナノポア１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内壁面の上にも封孔剤層１０ｅ２が形成され、キャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する陽極酸化皮膜１０ｃ（図２（Ｂ）参照）の表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）の上に封孔剤層１０ｅ１が形成される。
その結果、陽極酸化皮膜１０ｃが補強され、後述する研磨処理の実行中に陽極酸化皮膜１０ｃが破損してしまうことが回避される。

次いで、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）に示す補強処理により補強された陽極酸化皮膜１０ｃを研磨することによって、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４を形成する研磨処理が実行される。後述する図７（Ａ）に示す例では、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「研磨Ｂ」の算術平均粗さＲａに相当する。）が、例えば約１μｍになる。
詳細には、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、溶液状の封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）を陽極酸化皮膜１０ｃ（図４（Ａ）参照）の表面１０ｃ１（図４（Ａ）参照）の上に堆積させることにより、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に形成された封孔剤層１０ｅ１（図４（Ｃ）参照）が、図３（Ｂ）および図４（Ｄ）に示す研磨処理において、研磨により除去される。
同様に、溶液状の封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）を陽極酸化皮膜１０ｃ（図２（Ｂ）参照）の表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）の上に堆積させることにより、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に形成された封孔剤層１０ｅ１（図３（Ａ）参照）が、図３（Ｂ）に示す研磨処理において、研磨により除去される。

次いで、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｂ）に示す研磨処理により形成された陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４に封孔剤１０ｆ（図４（Ｅ）参照）を塗布する封孔処理が実行される。具体的には、図３（Ｃ）に示す封孔処理において、図３（Ｂ）に示す研磨処理により形成された陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の上に、封孔剤層１０ｇ１が形成される。
第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｃ）に示す封孔剤層１０ｇ１を形成するために、最初に、図４（Ｅ）に示すように、溶液状の封孔剤１０ｆが陽極酸化皮膜１０ｃに塗布され、その結果、溶液状の封孔剤１０ｆが、ナノポア１０ｃ２ａ（図４（Ａ）参照）内に注入されると共に、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４（図４（Ｄ）参照）の上に堆積する。
詳細には、溶液状の封孔剤１０ｆが陽極酸化皮膜１０ｃに塗布され、その結果、溶液状の封孔剤１０ｆが、ナノポア１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）内にも注入されると共に、キャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）の上に堆積する。
溶液状の封孔剤１０ｆの供給中、ナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃから出てくる気泡が陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に存在しなくなり、光沢が出てきた時に、ナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ内への封孔剤１０ｆの注入が完了し、封孔剤１０ｆが陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の上に堆積し始めたと判断することができる。
封孔剤１０ｆの供給量は、例えば、陽極酸化皮膜１０ｃ内の平均的な空孔の体積に基づいて算出される。

次いで、図４（Ｅ）および図４（Ｆ）に示すように、溶液状の封孔剤１０ｆが硬化することにより（詳細には、後述する反応および有機溶媒の気化により）、ナノポア１０ｃ２ａ（図４（Ａ）参照）の内壁面１０ｃ２ａ１（図４（Ａ）参照）の上に封孔剤層１０ｇ２が形成されると共に、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４（図４（Ｄ）参照）の上に封孔剤層１０ｇ１が形成され、封孔剤層１０ｇ１によってナノポア１０ｃ２ａの入口部分が塞がれる。
同様に、図３（Ｃ）に示すように、ナノポア１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内壁面の上にも封孔剤層が形成され、キャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）の上に封孔剤層１０ｇ１が形成され、封孔剤層１０ｇ１によってナノポア１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆの入口部分が塞がれる。

換言すれば、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、多孔性の陽極酸化皮膜１０ｃの表面を研磨する図３（Ｂ）に示す研磨処理の実行前に、陽極酸化皮膜１０ｃを補強する図３（Ａ）に示す補強処理が実行される。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理が実行されない場合よりも、図３（Ｂ）に示す研磨処理の実行中に陽極酸化皮膜１０ｃが破損してしまうおそれを低減することができる。
すなわち、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理が実行されない場合よりも、図３（Ｂ）に示す研磨処理の実行後における陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の面粗度（平滑性）を向上させることができる。

さらに、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｃ）に示す封孔処理において、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）に対して封孔剤１０ｆ（図４（Ｅ）参照）が塗布され、封孔剤層１０ｇ１が形成される。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層１０ｇ１に対する平滑化処理（仕上げ加工）を実行することなく、封孔剤層１０ｇ１の平滑な表面１０ｇ１ａを形成することができる。

詳細には、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｂ）に示すように、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４が形成されると共に、図３（Ｃ）に示すように、封孔剤層１０ｇ１の平滑な表面１０ｇ１ａが形成される。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層１０ｇ１の厚さを均一に、かつ、小さくすることができ、封孔剤層１０ｇ１の熱容量を低減することができる。つまり、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤層１０ｇ１の表面１０ｇ１ａの面粗度（平滑性）を向上させつつ、封孔剤層１０ｇ１の熱容量を低減することができる。後述する図７（Ａ）に示す例では、封孔剤層１０ｇ１の表面１０ｇ１ａの算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「研磨Ｂ」の算術平均粗さＲａに相当する。）が、例えば約１μｍになる。

第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｃ）に示す封孔剤層１０ｇ１の表面１０ｇ１ａを平滑化することができるため、封孔剤層１０ｇ１の表面１０ｇ１ａにより構成される、図１に示す内燃機関用ピストン１０の頂面１０ａに形成されたキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａを、平滑化することができる。その結果、キャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａなどにより画定される燃焼室（図示せず）内の燃焼速度の低下を抑制することができる。詳細には、キャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａを平滑化することにより、燃焼室内の火炎の成長を促進することができ、燃焼速度を向上させることができる。
さらに、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｃ）に示す封孔剤層１０ｇ１の厚さを小さくすることができるため、封孔剤層１０ｇ１の熱容量を低減することができる。その結果、封孔剤層１０ｇ１の熱容量が大きい場合よりも、スイング特性（断熱特性を有しつつ、燃焼室内のガス温度に陽極酸化皮膜１０ｃの温度が追随する特性）を向上させることができる。

また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図４（Ｂ）および図４（Ｅ）に示すように、封孔剤１０ｄ、１０ｆが図３（Ａ）に示す補強処理および図３（Ｃ）に示す封孔処理に用いられる。さらに、図３（Ａ）に示す補強処理において、図４（Ｂ）に示すように、封孔剤１０ｄが、多孔性の陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１（図４（Ａ）参照）の上に堆積するまで塗布される。その結果、陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内壁面の全体が、補強処理用の封孔剤１０ｄによって補強される。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、補強されていない部分が陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内壁面に存在する場合よりも、図３（Ａ）に示す補強処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃの剛性を向上させることができ、それにより、図３（Ｂ）に示す研磨処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の面粗度（平滑性）を向上させることができる。

仮に、図３（Ａ）に示す補強処理により塗布された封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）が、図３（Ｃ）に示す封孔処理の実行時に陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）および図４（Ｄ）参照）の上に残存している場合には、図３（Ｃ）に示す封孔処理により塗布される封孔剤１０ｆ（図４（Ｅ）参照）が、陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内部に含浸することなく、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の上に堆積し、その結果、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の上に形成される封孔剤層１０ｇ１（図３（Ｃ）および図４（Ｆ）参照）が厚くなり、封孔剤層１０ｇ１の熱容量が増加してしまうおそれがある。

この点に鑑み、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理により陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）の上に堆積された封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）（詳細には、封孔剤１０ｄが硬化した後に形成される封孔剤層１０ｅ１（図３（Ａ）および図４（Ｃ）参照））が、図３（Ｂ）に示す研磨処理の実行中に、研磨により除去される。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の上に形成される封孔剤層１０ｇ１が厚くなって封孔剤層１０ｇ１の熱容量が増加してしまうおそれを低減することができる。

上述したように、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤１０ｄ、１０ｆ（図４（Ｂ）および図４（Ｅ）参照）が、図３（Ａ）に示す補強処理および図３（Ｃ）に示す封孔処理に用いられる。
ところで、封孔剤１０ｄ、１０ｆが図３（Ａ）に示す補強処理および図３（Ｃ）に示す封孔処理に用いられる場合には、内燃機関用ピストン１０（図１参照）の完成後に、図３（Ａ）に示す補強処理に用いられた封孔剤１０ｄと、図３（Ｃ）に示す封孔処理に用いられた封孔剤１０ｆとが、図４（Ｅ）および図４（Ｆ）に示すように、硬化して封孔剤層１０ｅ２、１０ｇ２となり、陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内部に残存する。

この点に鑑み、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理と図３（Ｃ）に示す封孔処理とで同一の封孔剤１０ｄ、１０ｆ（図４（Ｂ）および図４（Ｅ）参照）が用いられる（つまり、封孔剤１０ｄと封孔剤１０ｆとが同一種類（同一材質かつ同一粘度）の封孔剤である）。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理と図３（Ｃ）に示す封孔処理とで異なる封孔剤が用いられる場合よりも、内燃機関用ピストン１０（図１参照）の完成後に陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内部に残存する封孔剤１０ｄ（詳細には、封孔剤層１０ｅ２）と封孔剤１０ｆ（詳細には、封孔剤層１０ｇ２）との密着性を向上させることができる。
また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、内燃機関用ピストン１０の完成後に陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内部に残存する封孔剤１０ｄ（詳細には、封孔剤層１０ｅ２）の熱膨張率と、内燃機関用ピストン１０の完成後に陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内部に残存する封孔剤１０ｆ（詳細には、封孔剤層１０ｇ２）の熱膨張率とを同一にすることができる。

図５は比較例の内燃機関用ピストンの製造方法において内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂに対して実行される処理を説明するための図である。詳細には、図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は比較例の各処理の実行中におけるキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの一部の拡大断面図である。

比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、最初に、図２（Ａ）に示すように、平滑な表面１０ｂ１を有するアルミニウム合金製の母材１０ｂが準備される。母材１０ｂの表面１０ｂ１のうちのキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する部分の算術平均粗さＲａが、例えば約０．９〜１μｍに設定される。
次いで、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、図５（Ａ）に示すように、母材１０ｂの表面１０ｂ１のうちのキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａに対応する部分に対し、多孔性の陽極酸化皮膜１０ｃを成膜する成膜処理が実行される。成膜処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１の算術平均粗さＲａが、例えば約４〜５μｍになる。
図５（Ａ）に示す成膜処理により成膜される陽極酸化皮膜１０ｃは、多数のナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよび多数のミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃを有する。そのため、図５（Ａ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃは、図５（Ｂ）に示す研磨処理に対して脆さを有する。

次いで、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、図５（Ｂ）に示すように、陽極酸化皮膜１０ｃを研磨する研磨処理が実行される。ところが、多孔性の陽極酸化皮膜１０ｃは非常に脆いため、図５（Ｂ）に示す研磨処理の実行中に、陽極酸化皮膜１０ｃが破損してしまい、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’に凹部１０ｃ４ａ’が形成されてしまう。後述する図７（Ａ）に示す例では、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’の算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「研磨Ａ」の算術平均粗さＲａに相当する。）が、例えば約２μｍになる。

次いで、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、図５（Ｂ）に示す研磨処理により形成された陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’に封孔剤１０ｆ（図４（Ｅ）参照）を塗布する封孔処理が実行される。具体的には、図５（Ｃ）に示す封孔処理において、図５（Ｂ）に示す研磨処理により形成された陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’の上に、封孔剤層１０ｇ１’が形成される。
比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、図５（Ｃ）に示す封孔剤層１０ｇ１’を形成するために、最初に、図４（Ｅ）に示すように、溶液状の封孔剤１０ｆが陽極酸化皮膜１０ｃに塗布され、その結果、溶液状の封孔剤１０ｆが、ナノポア１０ｃ２ａ（図４（Ａ）参照）内に注入されると共に、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’（図５（Ｂ）参照）の上に堆積する。
詳細には、溶液状の封孔剤１０ｆが陽極酸化皮膜１０ｃに塗布され、その結果、溶液状の封孔剤１０ｆが、ナノポア１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図５（Ａ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図５（Ａ）参照）内にも注入されると共に、キャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）に対応する陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’（図５（Ｂ）参照）の上に堆積する。

次いで、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、溶液状の封孔剤１０ｆ（図４（Ｅ）参照）が硬化することにより、図５（Ｃ）に示すように、陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４’（図５（Ｂ）参照）の上に封孔剤層１０ｇ１’が形成される。
詳細には、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法では、図５（Ｃ）に示すように、封孔剤層１０ｇ１’の表面１０ｇ１ａ’に、凹部１０ｃ４ａ’（図５（Ｂ）参照）に対応する凹部が形成されてしまう。後述する図７（Ａ）に示す例では、封孔剤層１０ｇ１’の表面１０ｇ１ａ’の算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「研磨Ａ」の算術平均粗さＲａに相当する。）が、例えば約２μｍになる。

図７は第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの面粗度と、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの面粗度とを比較して説明するための図である。詳細には、図７（Ａ）は算術平均粗さＲａを示した図、図７（Ｂ）は最大高さ粗さＲｐを示した図、図７（Ｃ）は十点平均粗さＲｚを示した図である。
図６（Ａ）は算術平均粗さＲａを説明するための図、図６（Ｂ）は最大高さ粗さＲｐを説明するための図、図６（Ｃ）は十点平均粗さＲｚを説明するための図である。
算術平均粗さＲａ、最大高さ粗さＲｐおよび十点平均粗さＲｚはＪＩＳ（ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ）（日本工業規格）により定義される面粗度である。
詳細には、算術平均粗さＲａは、図６（Ａ）に示すように、計測範囲（基準長さｌ）内の粗さ曲線のすべての山を中心線内にてまとめた状態で示される数値であり、大きなキズがあっても影響されにくい数値であり、下記の式１により算出される。
最大高さ粗さＲｐは、図６（Ｂ）に示すように、計測範囲（基準長さｌ）内の粗さ曲線の最大の山の高さの数値であり、下記の式２により算出される。
十点平均粗さＲｚは、図６（Ｃ）に示すように、計測範囲（基準長さｌ）内の粗さ曲線の高い山から１０点を抽出し、その平均値を取った値であり、下記の式３により算出される。

図７（Ａ）に示す例では、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における母材１０ｂ（図２（Ａ）参照）の表面１０ｂ１（図２（Ａ）参照）の算術平均粗さＲａが、「ベース」の数値に相当し、約０．９〜１μｍになる。また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における成膜処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃ（図２（Ｂ）参照）の表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）の算術平均粗さＲａが、「未研磨」の数値に相当し、約４〜５μｍになる。さらに、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における陽極酸化皮膜１０ｃ（図３（Ｂ）参照）の平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）の算術平均粗さＲａが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約１μｍになる。また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における封孔剤層１０ｇ１（図３（Ｃ）参照）の表面１０ｇ１ａ（図３（Ｃ）参照）の算術平均粗さＲａが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約１μｍになる。つまり、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の算術平均粗さＲａが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約１μｍになる。
また、図７（Ａ）に示す例では、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法における陽極酸化皮膜１０ｃ（図５（Ｂ）参照）の表面１０ｃ４’（図５（Ｂ）参照）の算術平均粗さＲａが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約２μｍになる。また、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法における封孔剤層１０ｇ１’（図５（Ｃ）参照）の表面１０ｇ１ａ’（図５（Ｃ）参照）の算術平均粗さＲａが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約２μｍになる。つまり、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の算術平均粗さＲａが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約２μｍになる。

図７（Ｂ）に示す例では、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における母材１０ｂ（図２（Ａ）参照）の表面１０ｂ１（図２（Ａ）参照）の最大高さ粗さＲｐが、「ベース」の数値に相当し、約７μｍになる。また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における成膜処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃ（図２（Ｂ）参照）の表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）の最大高さ粗さＲｐが、「未研磨」の数値に相当し、約３８μｍになる。さらに、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における陽極酸化皮膜１０ｃ（図３（Ｂ）参照）の平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）の最大高さ粗さＲｐが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約７〜８μｍになる。また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における封孔剤層１０ｇ１（図３（Ｃ）参照）の表面１０ｇ１ａ（図３（Ｃ）参照）の最大高さ粗さＲｐが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約７〜８μｍになる。つまり、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の最大高さ粗さＲｐが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約７〜８μｍになる。
また、図７（Ｂ）に示す例では、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法における陽極酸化皮膜１０ｃ（図５（Ｂ）参照）の表面１０ｃ４’（図５（Ｂ）参照）の最大高さ粗さＲｐが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約１９〜２０μｍになる。また、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法における封孔剤層１０ｇ１’（図５（Ｃ）参照）の表面１０ｇ１ａ’（図５（Ｃ）参照）の最大高さ粗さＲｐが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約１９〜２０μｍになる。つまり、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の最大高さ粗さＲｐが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約１９〜２０μｍになる。

図７（Ｃ）に示す例では、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における母材１０ｂ（図２（Ａ）参照）の表面１０ｂ１（図２（Ａ）参照）の十点平均粗さＲｚが、「ベース」の数値に相当し、約１３μｍになる。また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における成膜処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃ（図２（Ｂ）参照）の表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）の十点平均粗さＲｚが、「未研磨」の数値に相当し、約５８μｍになる。さらに、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における陽極酸化皮膜１０ｃ（図３（Ｂ）参照）の平滑化された表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）の十点平均粗さＲｚが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約１６〜１７μｍになる。また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における封孔剤層１０ｇ１（図３（Ｃ）参照）の表面１０ｇ１ａ（図３（Ｃ）参照）の十点平均粗さＲｚが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約１６〜１７μｍになる。つまり、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の十点平均粗さＲｚが、「研磨Ｂ」の数値に相当し、約１６〜１７μｍになる。
また、図７（Ｃ）に示す例では、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法における陽極酸化皮膜１０ｃ（図５（Ｂ）参照）の表面１０ｃ４’（図５（Ｂ）参照）の十点平均粗さＲｚが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約２７μｍになる。また、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法における封孔剤層１０ｇ１’（図５（Ｃ）参照）の表面１０ｇ１ａ’（図５（Ｃ）参照）の十点平均粗さＲｚが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約２７μｍになる。つまり、比較例の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の十点平均粗さＲｚが、「研磨Ａ」の数値に相当し、約２７μｍになる。

図８は第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０によって達成される燃費改善率を説明するための図である。図８において、縦軸は燃費改善率を示しており、横軸は、キャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の算術平均粗さＲａであって、図７（Ａ）中の「未研磨」、「研磨Ａ」および「研磨Ｂ」の算術平均粗さＲａを示している。
図８に示すように、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法によれば、図８中の「未研磨」の場合（つまり、図５（Ｂ）に示す研磨処理が実行されることなく、封孔剤層が形成される場合）と比較して、約０．２％燃費を改善することができる。

詳細には、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤１０ｄ、１０ｆ（図４（Ｂ）および図４（Ｅ）参照）として例えばポリシラザンが用いられ、その結果、封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２、１０ｇ１（図３（Ａ）および図３（Ｃ）参照）がシリコン酸化物によって構成される。具体的には、封孔剤１０ｄ、１０ｆとして、例えばＡＺエレクトロニックマテリアル（株）社製のアクアミカ（ＳｉＯ_２成分のペルヒドロシラザン）とエーテル系の有機溶媒とを含む溶液を用いることができる。封孔剤１０ｄ、１０ｆは、空気中の水分と反応してＳｉＯ_２に変性し（つまり、封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２、１０ｇ１を形成し）、封孔剤層１０ｇ１によってナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）の入口部分を塞ぐことができる。
図３（Ａ）に示す補強処理および図３（Ｃ）に示す封孔処理を満足することができれば、封孔剤１０ｄ、１０ｆとして、任意の封孔剤を用いることができる。
第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法は、ガソリンエンジン用ピストン、ディーゼルエンジン用ピストンなどの任意の内燃機関用ピストンに適用することができる。第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法が例えばディーゼルエンジン用ピストンに適用される場合には、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０（図１参照）の頂面１０ａ（図１参照）のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）が、燃料噴霧衝突部に相当する。
また、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理および図３（Ｃ）に示す封孔処理において、例えばスプレー、ディッピング、刷毛塗りなどの任意の手法により、溶液状の封孔剤１０ｄ、１０ｆ（図４（Ｂ）および図４（Ｅ）参照）が陽極酸化皮膜１０ｃに塗布される。

第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法により製造される内燃機関用ピストン１０（図１参照）では、多数のナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）および多数のミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）を有する陽極酸化皮膜１０ｃ（図３（Ｃ）参照）が形成されており、多数のナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよび多数のミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ内に空気層が残されているため、燃焼室の内部と内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂ（図２（Ａ）参照）とを遮熱することができ、燃焼室内のガスから内燃機関用ピストン１０の母材１０ｂへの伝熱量を低減することができる。

第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法が適用される図７に示す例では、内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１（図１参照）の壁面１０ａ１ａ（図１参照）の算術平均粗さＲａ（図７（Ａ）中の「研磨Ｂ」の数値）が約１μｍになり、その最大高さ粗さＲｐ（図７（Ｂ）中の「研磨Ｂ」の数値）が約７〜８μｍになり、その十点平均粗さＲｚ（図７（Ｃ）中の「研磨Ｂ」の数値）が約１６〜１７μｍになるが、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法が適用される他の例では、代わりに、内燃機関用ピストン１０の完成後のキャビティ１０ａ１の壁面１０ａ１ａの算術平均粗さＲａを約１．５μｍ以下にするか、あるいは、その最大高さ粗さＲｐまたは最大谷深さ（計測範囲（基準長さｌ）内の粗さ曲線の最大の谷の深さの数値）Ｒｖを約１０μｍ以下にするか、あるいは、十点平均粗さＲｚを約２０μｍ以下にすることもできる。

以下、本発明の内燃機関用ピストンの製造方法の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、後述する処理を除き、上述した第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における処理と同様の処理が実行される。従って、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、後述する点を除き、上述した第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法と同様の効果を奏することができる。

上述したように、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理と図３（Ｃ）に示す封孔処理とで同一の封孔剤１０ｄ、１０ｆ（図４（Ｂ）および図４（Ｅ）参照）が用いられる（つまり、封孔剤１０ｄと封孔剤１０ｆとが同一種類（同一材質かつ同一粘度）の封孔剤である）。

一方、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔剤１０ｄ、１０ｆ（図４（Ｂ）および図４（Ｅ）参照）が図３（Ａ）に示す補強処理および図３（Ｃ）に示す封孔処理に用いられるものの、図３（Ａ）に示す補強処理において用いられる封孔剤１０ｄの粘度が、図３（Ｃ）に示す封孔処理において用いられる封孔剤１０ｆの粘度よりも小さくされる。
そのため、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、粘度が大きい封孔剤１０ｄが図３（Ａ）に示す補強処理に用いられる場合よりも、図３（Ａ）に示す補強処理の実行中に陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内部の深い部分（陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ１（図２（Ｂ）参照）からの距離が大きい部分）まで封孔剤１０ｄを確実に含浸させることができ、それにより、図３（Ａ）に示す補強処理の実行後の陽極酸化皮膜１０ｃの剛性を向上させることができる。

さらに、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ｃ）に示す封孔処理において用いられる封孔剤１０ｆ（図４（Ｆ）参照）の粘度が、図３（Ａ）に示す補強処理において用いられる封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）の粘度よりも大きくされる。
そのため、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、粘度が小さい封孔剤１０ｆが図３（Ｃ）に示す封孔処理に用いられる場合よりも、図３（Ｃ）に示す封孔処理の実行中に封孔剤１０ｆが陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内部の深い部分（陽極酸化皮膜１０ｃの表面１０ｃ４（図３（Ｂ）参照）からの距離が大きい部分）まで含浸しづらくなり、その結果、内燃機関用ピストン１０の完成後に陽極酸化皮膜１０ｃのナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内部に残存する空間（空気層）を大きくすることができ、それにより、内燃機関用ピストン１０の断熱特性を向上させることができる。
詳細には、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、封孔処理において用いられる封孔剤１０ｆ（図４（Ｆ）参照）がナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆ（図２（Ｂ）参照）およびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃ（図２（Ｂ）参照）の内部に入り込むのに対し、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法が適用される例では、封孔処理において用いられる封孔剤１０ｆがナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内部に入り込まない程度に、粘度が大きい封孔剤１０ｆを封孔処理に用いることもできる。
すなわち、第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法が適用され、封孔処理用の封孔剤１０ｆ（図４（Ｅ）参照）がナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内部に入り込まない例では、ナノポア１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃ、１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆおよびミクロポア１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃの内壁面の上に封孔剤層１０ｇ２（図４（Ｆ）参照）が形成されない。
つまり、この例では、図４（Ｅ）に示す処理の実行時に、封孔剤１０ｆがナノポア１０ｃ２ａの内部に存在せず、図４（Ｆ）に示す処理の実行時に、封孔剤層１０ｇ２がナノポア１０ｃ２ａの内部に形成されない。

第２の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法において封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）の粘度を小さくするためには、例えば封孔剤１０ｄの一部を構成する有機溶媒として、粘度が小さいものを用いることができる。つまり、封孔剤１０ｄと封孔剤１０ｆ（図４（Ｆ）参照）とで有機溶媒の種類を異ならせることにより、封孔剤１０ｄの粘度を封孔剤１０ｆの粘度よりも小さくすることができる。
あるいは、封孔剤１０ｄと封孔剤１０ｆとで同一種類の有機溶媒が用いられる場合であっても、封孔剤１０ｆに含まれる有機溶媒の割合よりも、封孔剤１０ｄに含まれる有機溶媒の割合を大きくすることによって、封孔剤１０ｄの粘度を封孔剤１０ｆの粘度より小さくすることができる。つまり、封孔剤１０ｆ中の有機溶媒の濃度よりも、封孔剤１０ｄ中の有機溶媒の濃度を高くすることによって、封孔剤１０ｄの粘度を封孔剤１０ｆの粘度より小さくすることができる。

以下、本発明の内燃機関用ピストンの製造方法の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、後述する処理を除き、上述した第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法における処理と同様の処理が実行される。従って、第３の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、後述する点を除き、上述した第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法と同様の効果を奏することができる。

上述したように、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図３（Ａ）に示す補強処理において、図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃに封孔剤層１０ｅ１、１０ｅ２が形成され、それにより、図２（Ｂ）に示す成膜処理によって成膜された陽極酸化皮膜１０ｃが補強される。その結果、図３（Ｂ）に示す研磨処理において、平滑化された表面１０ｃ４を陽極酸化皮膜１０ｃに形成することができる。

第３の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法では、図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃを補強するために封孔剤１０ｄ（図４（Ｂ）参照）が用いられない。代わりに、図２（Ｂ）に示す成膜処理により成膜された陽極酸化皮膜１０ｃを補強するために、例えば加圧水蒸気を用いた処理、沸騰水中における煮沸処理などの公知の補強処理が実行される。
第３の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法によっても、第１の実施形態の内燃機関用ピストンの製造方法と同様に、図３（Ｂ）に示す研磨処理の実行後における陽極酸化皮膜１０ｃの平滑化された表面１０ｃ４の面粗度（平滑性）を向上させることができ、平滑化された表面１０ｃ４の上に形成される封孔剤層１０ｇ１（図３（Ｃ）参照）の熱容量を低減することができる。

第４の実施形態では、上述した第１から第３の実施形態および各例を適宜組み合わせることもできる。

１０内燃機関用ピストン
１０ａ頂面
１０ａ１キャビティ
１０ａ１ａ壁面
１０ｂ母材
１０ｂ１表面
１０ｃ陽極酸化皮膜
１０ｃ１表面
１０ｃ２ａ、１０ｃ２ｂ、１０ｃ２ｃナノポア
１０ｃ２ｄ、１０ｃ２ｅ、１０ｃ２ｆナノポア
１０ｃ２ａ１内壁面
１０ｃ３ａ、１０ｃ３ｂ、１０ｃ３ｃミクロポア
１０ｃ４、１０ｃ４’ 表面
１０ｃ４ａ’ 凹部
１０ｄ封孔剤
１０ｅ１封孔剤層
１０ｅ２封孔剤層
１０ｆ封孔剤
１０ｇ１、１０ｇ１’ 封孔剤層
１０ｇ１ａ、１０ｇ１ａ’ 表面
１０ｇ２封孔剤層

Claims

アルミニウム合金を母材とし、頂面にキャビティが形成された内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記母材の表面のうちの前記キャビティの壁面に対応する部分に、多孔性の陽極酸化皮膜を成膜する成膜ステップと、
前記成膜ステップにより成膜された陽極酸化皮膜の表面の上に堆積するまで封孔剤を塗布し、前記封孔剤を硬化させることによって陽極酸化皮膜を補強する補強ステップと、
前記補強ステップにより陽極酸化皮膜の表面の上で硬化した封孔剤を研磨して除去することによって、陽極酸化皮膜の平滑化された表面を形成する研磨ステップと、
前記研磨ステップにより形成された陽極酸化皮膜の平滑化された表面に封孔剤を塗布する封孔ステップとを備えることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
前記補強ステップと前記封孔ステップとで同一の封孔剤を用いることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
前記補強ステップにおいて用いられる封孔剤の粘度を、前記封孔ステップにおいて用いられる封孔剤の粘度よりも小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。