JPS586054B2 - 内燃機関ピストンおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用のピストンに関する。

一般に内燃機関用ピストンは、アルミニウム合金やマグ
ネシウム合金などの軽合金よりなる基材に陽極酸化処理
を施したものが用いられている。

しかしながら、この陽極酸化処理による場合、ピストン
に適する硬度、耐摩耗性を得るには処理層の厚さを１０
μ以上にする必要があるため処理に長時間を要し、また
処理設備や処理操作も複雑なためコストが高く、しかも
一定の品質を保つのが困難である。

さらに、得られる酸化皮膜は耐熱性が充分でなく、その
うえクロムメッキシリンダーとのなじみが必ずしも良く
ないものであった。

本発明は、従来知られているピストンの、このような欠
点を解消する目的でなされたものであって、軽合金製の
基体外表面に窒化物もしくは炭化物を蒸着被覆せしめた
内燃機関用ピストンおよびその製造方法を提供するもの
である。

すなわち、本発明にかかる内燃機関用ピストンは，アル
ミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金よりなる
基体外表面の一部もしくは全部に、チタンまたはクロム
の窒化物もしくは炭化物を蒸着被覆せしめたことを特徴
とする。

また、上記内燃機関用ピストンの製造方法は、窒素もし
くは炭化水素を含む反応ガスが導入された真空槽中にて
、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金よ
りなる基体に直流電圧を印加し、成子ビーム法もしくは
抵抗加熱法によりチタンまたはクロムの活性金属を真空
蒸発させ、該基体外表面の一部もしくは全部に、チタン
またはクロムの窒化物もしくは炭化物を蒸着被覆せしめ
ることを特徴とする。

以下、本発明を実症例につき図面に基づいて説明する。

図面は、本発明に使用する反応性イオンメッキ処理装置
の１例を示すものであって、真空槽１は円筒状をなし、
バツフル板２によりメッキ処理の行なわれる上室３と、
金属の真空蒸発手段および真空ポンプ６を備える下室５
とに分割され、該バツフル板に電子ビームを通過せしめ
る間隙７が穿設されている。

上室３には、蓋体８に反応ガス導入管１０、熱電対１１
、真空計１２、シャツタ操作千段１３が設置され、支軸
１４によって支軸された回転体１５に被処理物（ピスト
ン）１６が装着され、該被処理物の上方にヒータ１７が
、下方に前記シャツタ操作手段と連結したシャツタ１８
が配設されている。

下室５には、バツフル板２の中央開口に金属棒１９が、
その先端部を十室３側に露出せしめて挿入され、該金属
棒の周囲に水冷ハース２０が配設されている。

水冷ハース２０の近傍にホットフィラメント２１が設け
られ、該ホットフィラメントの周囲にコイル２２が配設
されている。

さらに、前記被処理物１６、ヒータ１７，ホットフィラ
メント２１には、それぞれグロー放電発生用電源２３、
ヒータ電源２４、電子ビーム電源２５が接続されている
。

２６はイオンゲージである。

上記装置による反応性イオンメッキ処理は、先ず、上室
３を全ガス圧（ Ｎ２ ＋Ａｒ ） １０−４ｔｏｒｒ
台とし、ヒータ１７により被処理物１６を２５０〜５０
０℃の一定温度に調節する。

続いて、被処理物１６に正の咋流電圧５０〜８０Ｖの一
定電圧を印加してグロー放電を生起せしめ、放電空間内
の窒素分子を励起させてイオン化し、非常に活性な状態
とする。

これと同等に、ホットフィラメント２１からの電子をコ
イル２２による磁場で偏向して金属棒（チタン）１９の
先端にフォーカスさせてチタン原子を蒸発せしめると、
活性化された窒素分子と結合し、窒化チタンとして被処
理物１６の表面に蒸着される。

窒化チタンが被処理物１６に均一に蒸着するように支軸
１４で支軸された回転体１５を用いて被処理物１６を回
転させる。

また、被処理物１６と窒化チタンの密着性の良好な温度
（２５０ないし５００℃、好ましくは３００℃）に保持
するように、ヒータ１７を用いて被処理物１６の温度は
適正に調節される。

なお、金属棒としてクロムを用いた場合や、反応ガスと
して炭化水素（ＣＯ２などを用いる場合もある）を用い
た場合も上記と同様の工程によって処理することができ
る。

また、金属の真空蒸発手段としては上記電子ビーム法以
外に，タングステンボート等による抵抗加熱法を用いる
こともできる。

上記処理装置を用いて第１表に示す処理条件でＴｉＮお
よびＣｒＮを蒸着せしめたピストンの表面部およびリン
グ底部における断面を５００倍の光学顕微鏡写真によっ
て参考写真ａ，ｂ，ｃ，ｄに示す。

蒸着層の厚さおよび該蒸着層の表面硬さについては第２
表に示す結果が得られた。

従って，蒸着速度は、ＴｉＮが０．２〜０．６μｍ／ｍ
ｉｎ，ＣｒＮが０． ４ 〜０． ６μｍ／ｍ ｉ ｎ
となり、短時間において硬い被膜が生成されている
ことがわかる。

なお、参考写真ｅ，ｆ，ｇに、本発明（反応性イオンメ
ッキ処理法）にかかるピストンと従来のピストンに第３
表の条件でスクラッチテストを行なった結果の写真を示
す。

写真ｅはＴｉＮ被覆のピストン、写真ｆはＣｒＮ被覆の
ピストン、写真ｇは陽極酸化処理によるピストンである
。

本発明によるピストンはいずれも、従来の陽極酸化処理
によるピストンよりも、焼付きが起こりにくく、高い品
質を有していることがわかる。

本発明は以上述べたように、処理設備および処理操作が
簡単で、しかも処理時間が短いため、低コストで一定の
品質のものを得ることができ、得られるピストンは硬く
して耐熱性に優れ、さらにクロムメッキシリンダーを用
いた場合に該シリンダーとのなじみがよいなど数々の優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明にかかる反応性イオンメッキ処理装置の概
略構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金
   よりなる基体外表面の一部もしくは全部にチタンまたは
   クロムの窒化物もしくは炭化物を蒸着被覆せしめたこと
   を特徴とする内燃機関用ピストン。 ２ 窒素もしくは炭化水素を含む反応ガスが導入された
   真空槽中にて、アルミニウム合金やマグネシウム合金な
   どの軽合金よりなる基体に直流電圧を印加し、電子ビー
   ム法もしくは抵抗加熱法によりチタンまたはクロムを真
   空蒸発させ、該基体外表面の一部もしくは全部に、チタ
   ンまたはクロムの窒化物もしくは炭化物を蒸着被覆せし
   めることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。