JPH01294945A - ピストンの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自動２輪車等の車両用エンジンに用いられ
るピストンであって、トップリング溝内にピストンリン
グの回り止めピンが一部を露出して取付けられているも
のに対して、そのトップ部にニッケルメッキを、トップ
リング溝に陽極酸化処理を、さらにスカート部にスズメ
ッキをそれぞれ施すための表面処理方法に関する。

［従来の技術］ 燃焼温度の高い高出力エンジンにおけるピストンの熱対
策等を目的として、そのトップ部にニッケルメッキを施
してから、ピストンリングのトップリングを収容するト
ップリング溝に陽極酸化処理を施し、さらに最終工程で
セカンドリング溝より下方のスカート部にスズメッキを
施したものが既に提案されている（例えば、特願昭６２
−２２７７８８号、同６２−２２７７８９号参照）。

第１図はこの陽極酸化処理におけるマスキング構造を示
し、１はピストン、２はニッケルメッキが施されている
トップ部である。３は陽極酸化処理層が形成されている
トップリング溝、４はトップリングのための鉄製の回り
止めピン、５はセカンドリング溝である。６は第２図に
示したキャップ状をなすトップ部のマスクであり、トッ
プリンク溝３より上方部分を覆う。７はその開口縁部に
一体に形成された回り止めピン４用のマスク片であり、
大半の金属に対して腐食作用のある強酸性の陽極酸化処
理液が回り止めピン４の露出部分（以下、頭部という）
を侵さないよう液密にシールするべくトップリング溝３
に嵌合している。

８はキャップ型マスク６に埋設一体化された内装式の板
バネであり、マスク片７をトップリング溝３内へ圧接し
ている。９はセカンドリング４の下方のスカート部を覆
うマスクである。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで上記表面処理方法では、ニッケルメッキの後に
陽極酸化処理を行うので、ニッケルメッキ層が処理液に
より剥離されないよう、高精度のマスキングを必要とす
る。すなわち、陽極酸化処理を行うとき、既に形成され
ているニッケルメッキ層にとって逆電解となるから、ト
ップ部のマスク６の微細な隙間から処理液やそのガスが
僅かでも侵入すれば、ニッケルメッキ層が容易に剥離す
ることになる。ニッケルメッキ層に対するこの液漏れ又
はガス漏れの危険性は、トップリング溝３がトップ部２
の近傍に形成され、ニッケルメッキ層と陽極酸化処理層
が隣接しているので極めて大きいものである。したがっ
て、この場合におけるマスキングは極めて厳重な注意の
もとに行わなければならず、しかも、トップ部のマスク
６等のマスキング部材は反復使用中に摩耗等するので、
このような厳格な用途における使用可能回数も比較的少
なくなる。

さらに、上記マスキング構造の場合、マスク片７がトッ
プ部のマスク６と一体であり、かつスプリング８が内装
式であるから、ピストンｌに取付けたとき、マスク片７
及びスプリング８の自由端側はトップ部のマスク６の中
心部すなわち第１図の上方へ向って引張される。そのた
めスプリング８によってマスク片７をピストン１の半径
方向から中心へ向ってバネ付勢する力が弱くなり、腐食
作用のある陽極酸化処理液に対してマスク片７による回
り止めピン４のシールが不十分となる場合がある。しか
も、ピストン１は一般的に表面処理に先立ってプロフィ
ール加工されているから、ピストン１の精度維持上、表
面処理後に回り止めピン４を取付けることは困難である
。

また、スカート部のスズメッキ層は軟らかくかつ薄く形
成されるので、表面が傷つき易いため、できるだけ後の
工程で行う必要がある。

そこで本発明の目的は、上記の諸問題を解消できる表面
処理方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段コ 本発明に係るピストンの表面処理方法は、ピストンリン
グの回り止めピンがトップリング溝内に一部を露出して
取付けられているピストンに対するものであって、前記
トップリング溝を残してその周囲をマスキング部材で覆
うとともに、該マスキング部材と別体に構成されたピン
用マスクを前記トップリング溝に嵌合し、かつ該ピン用
マスクに外装したスプリングで前記ピストンの半径方向
から中心へ向ってバネ付勢することにより前記回り止め
ピンの露出部分を前記ピン用マスクで液密にシールした
後、前記トップリング溝に沿って陽極酸化処理層を形成
する工程と、該陽極酸化処理層より下方をマスクして前
記ピストンのトップ部にニッケルメッキ層を形成する第
１のメッキ工程と、該ニッケルメッキ層及び前記陽極酸
化処理層をマスクして前記ピストンのスカート部にスズ
メッキ層を形成するする第２のメッキ工程とからなるこ
とを特徴とする。

［発明の作用］ 本発明に係る陽極酸化処理に先立つマスキング工程にお
いて使用されるピン用マスクは、他のマスキング部材と
別体に形成されている。そこでピン用マスクを回り止め
ピン部分のトップリング溝に嵌合し、かつこのピン用マ
スクにスプリングを外装すると、スプリングの弾力によ
りピン用マスクは、ピストンに対してその半径方向から
中心へ向って圧接され、回り止めピンの周囲を液密にシ
ールするので、回り止めピンの周囲へ陽極酸化処理液が
侵入しない。

また、陽極酸化処理を最初に行い、その後ニッケルメッ
キをするので、ニッケルメッキ層が逆電解されることが
なくなり、陽極酸化処理液によるニッケルメッキ層の剥
離が生じない。

さらに、スズメッキを最終工程としたので、表面処理作
業中にスズメッキ層と接触してその表面を傷つける機会
が少くなる。

［実施例コ 第３図乃至第１０図に基づいて、本発明の一実施例を説
明する。

まず、第３図及び第４図は本実施例によって表面処理さ
れた自動２輪車用２サイクルエンジンのピストンを示す
ものであり、アルミ合金製のピストン１０にはその頭部
をなすトップ部１１と側面のスカート部１２が形成され
、両者の接続部分はテーパ一部１０ａとされ、スカート
部１２のトップ部１１近くには、トップリング溝１３及
びセカンドリング溝」４がこの順で上下に所定間隔をも
って形成されている。これらの溝にはそれぞれピストン
リングのトップリングＲｔ及びセカンドリングＲ，（第
４図参照）が収容される。

トップリング溝１３の一部には、第７図においても明ら
かなように、ピストンｌＯの半径方向に向かうピン穴１
５が上縁部１ｏｂへ食い込むようにオフセットされて形
成され、これにトップリングＲｔの回転を止める鉄製の
回り止めピン１６が圧入されている。回り止めピン１６
の一端部はトップリング溝１３内へ露出している。但し
、回り止めどン１６の取付けは、トップ部１１からピス
トン１０の軸心方向に沿って圧入し、トップリング溝１
３を横断させてカシメ止めしたものであってもよい。

第４図に示すように、トップリング溝１３は上部が内方
へ向って傾斜している上壁面１３ａと下壁面１３ｂ及び
奥壁面１３ｃからなる。なお、第４図はピストン１０の
回り止めピン１６以外の部位における断面を示すもので
あり、図中の符号１０ｃはトップリング溝１３下側の下
縁部、１７はニッケルメッキ層、１８は陽極酸化処理に
より形成された硬質アルマイト層、１９はスズメッキ層
である。

硬質アルマイト層１８は、第３図に示すようにトップリ
ング溝１３を含み、かつその上下の縁部ｌＯｂ及び１０
ｃ部分まで幅Ａで示す一定の範囲でほぼ全周に形成され
ている。また、ピン穴１６の周囲には幅ＡＸＢなる長方
形のマスキング部Ｃが形成され、この部分だけには硬質
アルマイト層が形成されていない。

第５図及び第６図は、陽極酸化処理に使用されるマスキ
ング部材の構成を示すものであり、第１のキャップ型マ
スク２０、ピン用マスク３０及び第１の筒型マスク５０
とからなる。なお符号４０はスプリングである。

第１のキャップ型マスク２０はトップ部１１及びテーパ
一部１０ａを被覆対象とする有底筒状のマスキング部材
であり、その開口縁部の内周面にはリップ２１が形成さ
れ、またコーナ一部には肉抜き部２２がそれぞれ全周に
形成されている。

ピン用マスク３０はピン穴１５の周囲に形成されるマス
キング部Ｃを覆う部材であり、第６図にその詳細形状を
示すように、トップリング溝１３の上下の縁部１０ｂ及
び１０ｃと接する本体部３１と、その内周面にトップリ
ング溝１３内へ嵌合可能に一体に突設された略Ｕ字状を
なす一対のリップ３２と、左右のリップ３２間に形成さ
れ、回り止めどン１６の露出する頭部両側を密に収容す
るための溝３３とからなる。溝３３の幅Ｗは回り止めど
ン１６の外径に略等しく、かつリップ３２の側面形状は
トップリング溝１３の断面形状に−致し、したがってそ
の高さＨも変化している。符号３２ａはリップ３２の上
面であり、トップリング溝１３の上壁面１３ａに密接し
て沿うよう傾斜している。３２ｂは下面でありトップリ
ング溝１３の下壁面１３ｂに密接可能である。３２ｃは
先端部であり、トップリング溝１３の底部をなす奥壁面
１３ｃと密接可能である。したがってリップ３２をトッ
プリング溝１３に嵌合すると、その内部を液密に仕切る
ことができる。

第１の筒型マスク５０は硬質アルマイト層１８より下方
のスカート部１２を被覆対象とする筒状の部材でり、そ
の内周面には開口縁部にリップ５１が、セカンドリング
溝１４の対応位置には、これと係合可能な突部５２が形
成されている。

なお、これらマスキング部材は１例えばエチレンプロピ
レンゴム（ＥＰＤＭ）やブチル系ゴムのような耐薬品性
良好の弾性材料を用いている。

スプリング４０は全周にポリエチレンコートが施された
ステンレス鋼製の略コ字形をなすバネ材であり、トップ
リング溝１３に係合可能な程度の線径を有し、対向する
腕部４１及び４２の間隔はピストンｌＯの外径より若干
狭くされ、各自由端４３及び４４は外方へ拡開している
。また、一方の腕部４２の自由端４４側部分に外方に向
って屈曲部４５が形成されている。

次に、第７図乃至第１０図に基づいてこのピストン１０
の表面処理方法を説明する。なお、各図におけるピスト
ン１０の断面のうち、第７図乃至第９図は回り止めピン
１６を含み、第１０図はこれを含まない他の部位をそれ
ぞれ示している。

まず、第７図は鋳造及び機械加工後のピストン１０を示
すものであり、この機械加工は、荒仕上げ、ピン穴１５
の加工、トップリング溝１３及びセカンドリング溝１４
の加工、回り止めピン１６の圧入、プロフィール加工（
仕上げ加工）等よりなる。なお、回り止めピン１６の圧
入は、ピストン１０の精度を維持するためにプロフィー
ル加工に先立って行われる必要がある。

第７図のピストン１０に対しては、トップリング溝１３
に沿う陽極酸化処理、トップ部１１及びテーパ一部１０
ａに対するニッケルメッキ及びセカンドリング溝１４下
方のスカート部１２に対するスズメッキの順に表面処理
が行われる。以下、各工程をさらに詳しく説明する。

陽極酸化処理： まず、陽極酸化処理に先立って第８図に示すマスキング
工程が行われる。これは第５図に示すようにして各マス
キング部材でピストン１０の周囲を覆うものであり、ト
ップ部１１及びテーパ一部１０ａに第１のキャップ型マ
スク２０を被せてピストン１０の硬質アルマイト理工８
相当部上方をマスキングし、さらにピストン１０のスカ
ート部１２外周に第１の筒型マスク５０を装着し、突部
５２をセカンドリング溝１４へ係合させて位置決めする
ことにより、硬質アルマイト層１８相当部よりも下方を
マスキングする。また、ピン用マスク３０を回り止めピ
ン１６が取付けられているマスキング部Ｃに被せると、
本体部分３１内側の上下部がトップリング溝１３の上下
縁部１０ｂ及び１０ｃにそれぞれ密接し、かつリップ３
２がトップリング溝１３内に嵌合する。さらに、スプリ
ング４０をトップリング溝１３に沿ってピストン１０の
軸心と直交する方向から押込むと、腕部４１及び４２が
拡開しながらピストン１０の側部な弾力的に挟むので、
腕部４２の屈曲部４５を本体部分３１の外表面に接触さ
せると、スプリング４０は腕部４１及び４２の一部がト
ップリング溝１３に係合位置決めされた状態でピン用マ
スク３０に外装されたことになり、ピン用マスク３０は
スプリング４０の復元弾性によって、ピストン１０の半
径方向中心へ向かって圧接される。このため、ピン用マ
スク３０の本体部分３１内側の上部がトップリング溝１
３の上縁部１０ｂにオフセットして形成されたピン穴１
５を覆って密着し、かつ、リップ３２の上下面３２ａ、
３２ｂ及び先端部３２ｃがそれぞれトップリング溝１３
内の上下壁面１３ａ及び１３ｂ並びに奥壁面１３ｃとそ
れぞれ密着する。同時に溝３３（第６図参照）内に回り
止めピン１６のトップリング溝１３内に露出している頭
部が収容される。ゆえにピン用マスク３゜がピン穴１５
及び回り止めどン１６の頭部を液密にシールすることが
できる。

なお、ピン用マスク３０とスプリング４０は、それぞれ
キャップ型マスク２０と別体に形成されているから、こ
れらはキャップ型マスク２ｏによってトップ部１１方向
へ引張されることながく、常時スプリング４０によるピ
ストン１０の半径方向中心に向うばね付勢を可能とし、
ピン用マスク３０の液密なシールを確実にする。

次に、このようにしてマスキングされたピストン１０を
陽極とし、１５〜３０％の硫酸浴中で陽極酸化処理を行
い、トップリング溝１３に沿う非マスク部分に例えば膜
厚約１１０１Ｌ程度の硬質アルマイト層１８を形成する
。このとき、ピン用マスク３０に覆われ硫酸浴と接触し
ないピン穴１５の周囲は、酸化されずに残ってマスキン
グ部Ｃ（第３図参照）となる。しかもピン穴１５の内部
及び回り止めピン１６頭部は、ピン用マスク３０により
液密にシールされているから、回り止めどン１６の周囲
へ硫酸が侵入せず、その結果、ピン穴１５の内周面及び
回り止めピン１６の硫酸による腐食かほぼ確実に防止さ
れる。

その後所定の後処理を行い、各マスキング部材を外す。

ニッケルメッキ処理： 前記陽極酸化処理後、第９図に示すようにスカート部１
２の周囲に第２の筒型マスク６０を取付ける。このマス
クは前記第１の筒型マスク５０とほぼ同様の形状をなす
筒状部材であるが、その先端部のリップ６１がトップリ
ング溝１３の上方で硬質アルマイト層１８の上端部まで
を覆うようになっており、トップ部１１及びテーパ一部
１０ａがマスキングされていない。符号６２は位置決め
用の突部であり、セカンドリング溝１４に係合している
。

この状態で所定の前処理を行った後、ピストン１０を陰
極としてＰＨ約４程度、約９０°Ｃのニッケルメッキ浴
中で、例えば膜厚的３０ｐｍとなるまで無電解ニッケル
メッキを行う。但し、電気メッキとすることも可能であ
る。これにより、トップ部１１とテーパ一部１０ａの各
表面のみにニッケルメッキ層１７が形成される。その後
所定の後処理を行い、第２の筒型マスク６０を外す。

スズメッキ処理： 前記ニッケルメッキ後のものに対して、第１０図に示す
ように第２のキャップ型マスク７０を被せる。第２のキ
ャップ型マスク７０は第１のキャップ型マスク２０と類
似した形状であるが、先端部がスカート部１２の下方ま
で覆うようになっている。符号７１はリップ、７２は突
部である。この状態でスズメッキを行うと、セカンドリ
ング溝１４より下方のスカート部１２部分のみにスズメ
ッキ層１９が形成される。その後所定の後処理を行い、
第２のキャップ型マスク７０を外す。

このようにして、表面処理が完了し、第３図及び第４図
に図示したピストン１０が得られる。

なお、このスズメッキ処理は表面処理の最終工程である
から、表面処理作業中にスズメッキ層と接触する機会が
少くなるので、これを傷つけるおそれが少ない。

以上のように本実施例では、陽極酸化処理をトップ部１
１のニッケルメッキ処理よりも先に行うようにしたので
、ニッケルメッキ層１７に逆電解がかからない。したが
って、トップリング溝１３がトップ部１１の近傍に形成
されていることにより、ニッケルメッキ層１７と陽極酸
化処理層１８が隣接していても、トップ部１１のマスキ
ング工程に要求される厳格な管理条件は相対的に緩和さ
れるので作業性が向上する。しかも、マスキング部材に
要求されるシール性能も緩和されるから、より多くの回
数を反復使用可能となり、マスキング部材が長寿命化す
る。

なお、同一対象物のある部分に陽極酸化処理を先に行っ
て、その後他の部分にニッケルメッキ等のメッキ処理を
施すことにより、マスキングを容易化する表面処理方法
は、回り止めピンを有しない４サイクル用ピストンに対
しても当然適用可能である。

［発明の効果］ 本発明は、トップリング溝の周囲を陽極酸化処理する場
合、これに先立って、他のマスキング部材と別体に構成
され、かつ外装されたスプリングによってピストンの半
径方向から中心へ向ってバネ付勢されるピン用マスクを
用いたので、回り止めピン周囲のシールがより確実とな
り、陽極酸化処理の処理液による回り止めピンの腐食を
有効に防止できる。

また、陽極酸化処理を最初に行い、その後ニッケルメッ
キを行ってから最終工程でスズメッキするので、陽極酸
化処理に起因するニッケルメッキ層の剥離を防止するこ
とができ、かつスズメッキ層を極力傷付けないようにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は先行技術に係り、第１図は要部工程
におけるマスキング状態を示す拡大部分断面図、第２図
は一部を切欠いたマスク部材の斜視図である。第３図乃
至第１０図は一実施例を示し、第３図はピストンの斜視
図、第４図はその部分拡大断面図、第５図は陽極酸化処
理におけるマスキング部材の組付図、第６図はピン用マ
スクの斜視図、第７図は表面処理前のピストンを示す拡
大部分断面図、第８図乃至第１０図は各表面処理工程に
おけるマスキング状態を示す拡大部分断面図である。 （符号の説明） ｌＯ・・・ピストン、１１・・・トップ部、１２・・・
スカート部、１３・・・トップリング溝、１４・・・セ
カンドリング溝、１５・・・ピン穴、１６・・・回り止
めピン、１７・・・ニッケルメッキ層、１８・・・硬質
アルマイト層、２０・・・第１のキャップ型マスク、３
０・・・ピン用マスク、４０・・・スプリング、５０・
・・第１の筒型マスク、６０・・・第２の筒型マスク、
７０・・・第２のキャップ型マスク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンリングの回り止めピンがトップリング溝内に一
   部を露出して取付けられているピストンに対して、前記
   トップリング溝を残してその周囲をマスキング部材で覆
   うとともに、該マスキング部材と別体に構成されたピン
   用マスクを前記トップリング溝に嵌合し、かつ該ピン用
   マスクに外装したスプリングで前記ピストンの半径方向
   から中心へ向ってバネ付勢することにより、前記回り止
   めピンの露出部分を前記ピン用マスクで液密にシールし
   た後、前記トップリング溝に沿って陽極酸化処理層を形
   成する工程と、該陽極酸化処理層より下方をマスクして
   前記ピストンのトップ部にニッケルメッキ層を形成する
   第１のメッキ工程と、該ニッケルメッキ層及び前記陽極
   酸化処理層をマスクして前記ピストンのスカート部にス
   ズメッキ層を形成するする第２のメッキ工程とからなる
   ことを特徴とするピストンの表面処理方法。