JPH0278752A - 内燃機関用アルミニウム合金製ピストン - 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〕 本発明は内燃機関に用いられるアルミニウム合金製ピス
トンに関し、特にピストンのリング溝の表面からピスト
ンリング表面へのアルミニウム合金の凝着を防止した内
燃機関用アルミニウム合金製ピストンに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕自動車
等の内燃機関は近年出力の増大及び高速回転化の傾向に
あり、このため内燃機関の熱負荷が増大し、油温も上昇
している。このような苛酷な条件下でアルミニウム合金
製ピストンを作動させると、ピストンのリング溝の表面
からピストンリング表面へアルミニウム合金が凝着する
現象が生じる。この凝着現象は、ピストンのリング溝の
局部的摩耗、ピストンリングの焼付き及び折損を引き起
し、これは、ブローパイの増加による内燃機関の馬力の
低下といったエンジントラブルの原因となっている。

そこで、ピストンリングの表面に二硫化モリブデン−熱
硬化型有機樹脂を塗布した後焼成することにより耐熱耐
摩耗性層を形成し、これにより工ンジントラブルの原因
となるアルミニウム合金の凝着現象を防止することが提
案された（特開昭６０−８２５５’２号）。このような
二硫化モリブデン−熱硬化型有機樹脂の焼成膜を有する
ピストンリングは、エンジントラブルの解消に一定の成
果があるが、熱負荷が大きくて油温か高いといった苛酷
な使用条件下においては、耐摩耗性及び寿命の面でまだ
不十分であった。

また耐摩耗性を向上するために、ピストンのリング溝の
表面に硬質アルマイト処理により高硬度の酸化アルミニ
ウム膜を形成することが一部で行われているが、上記酸
化アルミニウム膜は面粗度が大きく、クラックが発生し
やすいため、このようなピストンを自動車等の内燃機関
に用いると、初期オイル消費量の増大及びブローパイの
増加による内燃機関の出力低下といった問題があり、−
般に広く採用されていない。

従って本発明の目的は、ピストンのリング溝の表面から
ピストンリング表面へのアルミニウム合金の凝着を防止
することができる内燃機関用アルミニウム合金製ピスト
ンを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、内燃機関
用アルミニウム合金製ピストンのリング溝の表面に硬質
アルマイト層を形成し、さらにその上に耐熱樹脂コーテ
ィング層を形成することにより、ピストンのリング溝の
表面からピストンリング表面へのアルミニウム合金の凝
着を防止することができることを発見し、本発明に想到
した。

すなわち、本発明の内燃機関用アルミニウム合金製ピス
トンは、ピストン外周のりレグ溝の表面に、第１層とし
て硬質アルマイト層と、第２層として耐熱樹脂コーティ
ング層とが順に形成されていることを特徴とする。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例により図面を参照にして詳細に説
明する。

第１図は、本発明の内燃機関用アルミニウム合金製ピス
トンのリング溝の近傍を詳細に示す断面図である。アル
ミニウム合金製ピストン１は外周囲面に複数のリング溝
２．２′を有し、各リング溝２．２′にはピストンリン
グ３．３′が収容されている。各ピストンリング３．３
′はシリンダ４の内壁に摺接している。

本実施例においては、リング溝２．２′の表面を含むピ
ストン１の表面に硬質アルマイト層５（第１層）と、耐
熱樹脂コーティング層６　（第２層）が二層構造として
形成されている。

硬質アルマイト層５及び耐熱樹脂コーティング層６は下
記の工程により形成される。

まず第１工程として、陽極酸化アルマイト処理によりピ
ストンの母材１１の表面に硬質アルマイト層５（第１層
）を形成する。前記陽極酸化アルマイト処理は、ピスト
ンの母材１１を陽極とし、鉛板等を陰極として、硫酸−
シュウ酸硬質アルマイト処理浴を用いて直流電解するこ
とにより行う。前記処理浴として、一般的な陽極酸化ア
ルマイト処理に用いられるものを適宜用いることができ
る。

陽極酸化皮膜である硬質アルマイト層５を均一に形成す
るために、上記陽極酸化アルマイト処理は、処理浴を０
℃付近まで冷却してワークの冷却を十分に行い、低温条
件で行う。

このようにして得られる硬質アルマイト層５は基材のア
ルミニウム合金より硬質（ＨＭＶ４００〜５００）で剪
断強さが大きい。

上記硬質アルマイト層５の厚さは１０〜２０μｍが好ま
しい。１０μｍ未満であると耐久性が不十分であり、２
０μｍを超ると面粗度やクラックが大きくなり、また厚
過ぎて経済的でなくなる。

しかし、ピストンの母材１１はアルミニウム合金である
ため、リング溝２．２′の表面は一様の組成でない。そ
のため、陽極酸化反応中にアルミニウム合金基材の一部
がリング溝２．２′の表面から溶出したり、また、例え
ば共晶Ｓｉのように酸化皮膜が形成されにくい組成の部
分が突出したりする。その結果、硬質アルマイト層５の
面粗度が増大し平滑面となりにくくなるとともに、硬質
アルマイト層５にクラックが生じやすくなる。そのため
、硬質アルマイト層５のみを形成したピストンを自動車
等の内燃機関に用いると、初期オイル消背量の増大及び
ブローパイによるエンジンの出力低下といった問題を引
きおこす。

上記の硬質アルマイト層５の欠点を補うために、第２工
程として、硬質アルフィト層５の上にさらに潤滑効果が
優れ被覆力が大きい耐熱樹脂コーティング層６　（第２
層）を形成する。前記特徴を有する耐熱樹脂コーティン
グ層６を形成するためには、コーチ、イング材として固
体潤滑剤粒子を含む熱硬化型有機樹脂、四フッ化エチし
・ン潤滑系耐熱有機樹脂又は耐熱性塗料樹脂を用いて、
塗布焼成膜を形成するのが好ましい。前記固体潤滑剤粒
子を含む熱硬化型有機樹脂として二硫化モリブデン、黒
鉛又は窒化硼素等の粒子を含有するポリイミド、ポリイ
ミドアミド、ポリエーテルイミド等の樹脂、前記四フッ
化エチレン潤滑系耐熱有機樹脂としてポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチし・ン、テト
ラフルオロエチレンーエキサフルオロブロビレン共重合
体等の樹脂、前記耐熱性塗料樹脂としてポリカーボネー
ト、ポリエーテル、エーテルケトン等の樹脂が挙げられ
る。

第２工程は以下のようにして行う。まず、硬質アルマイ
ト層５を形成したピストンを大気中で１５０〜２００℃
に予熱し、前記硬質アルマイト層５の表面の凹凸やクラ
ックを拡大させる。その上で、前記樹脂コーテイング材
をトルエン、キシレン、Ｎ−メチル−２ピロリドン等の
溶媒に溶かした溶液を塗布又は噴霧し、自然乾燥させる
ことにより、前記耐熱樹脂コーテイング材を、硬質アル
マイト層５のクラック及び凹凸の奥深くまで入りこませ
る。その後、２００〜２２０℃で焼成し硬化さゼること
によって、硬質アルマイト層５に強く密着して耐熱樹脂
コーティング層６を形成することができる。

耐熱樹脂コーティング層６は硬質アルマイト層５の凹凸
やクラックを埋め表面を平滑にするため、初期オイル消
費の増大及びブローパイによる内燃機関の出力低下とい
った問題を解決することができる。このような耐熱樹脂
コーティング、−Ｇの厚さは３〜１５μｍが好ましい、
、３μｍ未満であろ々耐熱樹脂コーティング層８を形成
した効果がほとんどなく、１５μｍを超えるとコーティ
ング層の密着性が低下する。より好ましく５〜２０μｍ
である。

なお、以上のおいて、ピストン１の表面にも被膜を形成
する例についで説明したが、本発明の目的はリング溝２
．２′の表面に上記二重構造の被膜があれば達成するこ
とができる。

〔作　用〕 本発明の二重構造の被膜においては、下層（第１層）の
硬質アルマイト層は硬質で剪断強度が大きく、かつその
凹凸や゛クラックは上層（第２層）の耐熱樹脂コーティ
ング層により密封されている。

従って、硬質アルマイト層の欠点は完全に解消され、ア
ルミニウム凝着現象のないリング溝となる。

本発明を以下の実施例によりさらに具体的に説明する。

実施例１ 外周にリング溝を有するアルミニウム合金（ＡＣｇＡ材
）製のピストンを用い、第１工程として、０℃付近まで
冷却した硫酸２０重量％、シュウ酸２０ｇ／ｉの硫酸−
シュウ酸アルマイト処理浴に前記ピストンを浸漬し、こ
れを陽極とし鉛板を陰極として電流密度３Ａ／ｃＩＩ！
、電圧３０Ｖの直流電流を３０分間流すことにより、陽
極酸化を行った。

ピストンのリング溝の表面に形成された硬質アルフィト
層の厚さは１０μｍ１硬度（）ＩＭＶ）は４５０、表面
粗度は８μであった。

次に第２工程として、前記第１工程により得られた硬質
アルマイト層が形成されたピストンを、空気中で１８０
℃で３０分間予熱した上で、二硫化モリブデン粒子含有
熱硬化型有機樹脂（モリコート口５−７４０９、ダウコ
ーニング＠製）３０重量％と溶媒としてＮ−メチル−２
ピロリドンとからなる溶液をスプレーガンにより噴霧し
、３０分間自然乾燥させた後、２００℃で１時間焼結し
た。

得られた耐熱樹脂コーティング層の厚さは８μｍであり
、膜の表面は平滑であった。

上記第１工程及び第２工程により、ピストンのリング溝
の表面には二重構造を有する平滑な表面の層が形成され
た。

このようにして得られたピストンを水冷４サイクル、４
気筒（１６００ｃｃ）のエンジンに組み込み、回転数５
６０Ｏｒｐｍ　、負荷４／４の運転条件で、１０時間及
び１００時間耐久テストを行い、１０時間後及び１００
時間後のピストンのリングの溝の表面からピストンリン
グ表面へのアルミニウム合金の凝着の有無を調べた。結
果を第１表に示す。第１表に示すように、１０時間後及
び１００時間後において、リング溝の表面からピストン
リング表面へのアルミニウム合金の凝着は認められなか
った。またオイル消費量についても測定したところ、第
２図に示すように、１００時間のテスト中のオイル消費
量は安定して少なかった。

比較例１ 実施例用いて第２工程を行わない以外は同様にして得ら
れたピストンを用いて、実施例１と同様のテストを行っ
た。結果を第１表及び第２図に示す。

第　　　　１　　　表 第１表及び第２図より明らかなように、本発明のピスト
ンはリング溝の表面からピストンリングの表面へのアル
ミニウム合金の凝集が防止されており、オイル消費量も
安定して少ない。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明のピストンはリング溝の
表面に硬質アルマイト層と耐熱樹脂コーティング層とか
らなる二重構造を有する層が形成されているために、ピ
ストンのリング溝の表面からピストンリング表面へのア
ルミニウム合金の凝集を防止することができる。そのた
め、本発明のピストンを自動車等の内燃機関に組み込む
ことにより、ブローバイの増加による内燃機関の馬力の
低下といったエンジントラブルの発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピストンのリング溝の近傍を詳細に示
す断面図であり、 第２図は実施例１及び比較例１のテストにおける試験時
間とオイル消費量との関係を示すグラフである。 ■・・・・アルミニウム合金製ピストン２．２′　・リ
ング溝 ３．３′　・ピストンリング ４・・・・シリンダ ５・・・・硬質アルマイト層（第１層）６・・・・耐熱
樹脂コーティング層（第２層）出　　願　　人　　　株
　式　会　社　　　　リ　ケ　ン代　理　人　　弁理士
　　高　石　　橋　馬第１図 １　　　　第２図 な 言太、瞼Ｂ守閾 手続補正書（自船　県 昭和６３年１０月１２日 特許庁長官　　吉　１）　文　毅　　殿ｌ　事件の表示 昭和６３年特許願第２３１８９９号 ２　発明の名称 内燃機関用アルミニウム合金製ピストン３　補正をする
者 事件との関係　　特　許　出　願　人　　。 名、　　　称　　株式会社　　リケン ４代理人 住　所　　東京都千代田区飯田橋１丁目８番１０号５　
補正命令の日付 明細書第３頁第２行目の「特開昭Ｊを「実開昭Ｊと訂正
する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン外周のリング溝の表面に、硬質アルマイ
   ト層と、前記硬質アルマイト層の上に形成された耐熱樹
   脂コーティング層とからなる二重構造の層を有すること
   を特徴とする内燃機関用アルミニウム合金製ピストン。
2. （２）請求項１に記載の内燃機関用アルミニウム合金製
   ピストンにおいて、前記耐熱樹脂コーティング層が、固
   体潤滑剤粒子を含む熱硬化型有機樹脂、四フッ化エチレ
   ン潤滑系耐熱有機樹脂又は耐熱性塗料樹脂を噴霧又は塗
   布した後焼成することによって形成されたものであるこ
   とを特徴とする内燃機関用アルミニウム合金製ピストン
   。