WO2016171004A1

WO2016171004A1 - 内燃機関のピストンおよび内燃機関のピストンの表面処理方法

Info

Publication number: WO2016171004A1
Application number: PCT/JP2016/061510
Authority: WO
Inventors: 正登佐々木
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2016-10-27
Also published as: JP6460333B2; JP2016205259A

Abstract

オイルが接触する表面における冷却効率を向上できる内燃機関のピストンを提供する。軸方向の一方側に冠部(4)を有する内燃機関のピストン(1)であって、冠部(4)は、軸方向の一方側に冠面(400)を有し、冠面(400)よりも軸方向の他方側における少なくとも一部に冷却皮膜(31)を有する。冷却皮膜(31)はバインダー樹脂と添加剤を含む。添加剤はグラファイトおよびポリテトラフルオロエチレンを含む。

Description

内燃機関のピストンおよび内燃機関のピストンの表面処理方法

　本発明は、内燃機関のピストンに関する。

　従来、冠面に対し燃焼室と反対側の部位にオイルが接触することで冠部が冷却される内燃機関のピストンが知られている。特許文献１に記載のピストンでは、オイルが接触する表面における炭素堆積物の蓄積を抑制するため、上記部位に非粘着性被覆材料が付着される。

特表２０１４－５３３８０５号公報

　本発明は、オイルが接触する表面における冷却効率を向上することを目的とする。

　上記課題を解決するための手段として、上記部位の皮膜は、好ましくは、グラファイトおよびポリテトラフルオロエチレンを含む。

　よって、オイルが接触する表面における冷却効率を向上することができる。

実施形態１のピストンの縦断面を示す。実施形態１のピストンの縦断面を示す。冷却時のピストンの温度変化を測定する実験装置を示す。実験結果における、冷却皮膜の組成に応じた冷却速度比の変化を示す。実験結果に応じた、冷却皮膜の組成の好ましい範囲を例示する。実施形態２のピストンの製造方法における回転装置を示す。実施形態２におけるピストンの塗装工程の様子を示す。実施形態３におけるピストンの塗装工程の様子を示す。実施形態５の冷却皮膜の正面図である。実施形態６の冷却皮膜の正面図である。実施形態７のピストンの縦断面を示す。

　以下、本発明のピストンおよびその表面処理方法を実施するための形態を、図面に基づき説明する。

　［実施形態１］
まず、構成を説明する。図１は、本実施形態の内燃機関（以下、エンジンという。）のピストン１を、ピストン１の軸心10を含みピストンピン穴51の軸心11に直交する平面で切った断面を示す。図２は、ピストン１を、軸心10および軸心11を含む平面で切った断面を示す。エンジンは直接噴射式の４ストローク・ディーゼルエンジンである。なお、エンジン１は副室式でもよいし、２ストロークエンジンやガソリンエンジンでもよい。ピストン１は、シリンダブロックに形成されたシリンダの内部に、往復移動可能に収容される。シリンダブロックには、シリンダの開口を塞ぐようにシリンダヘッドが設置される。ピストン１は、ピストン本体２と皮膜３を有する。ピストン本体２は、アルミニウム合金（例えばAl-Si系のAC8A）を材料として、鋳造により母材が成形される。なお、ピストン本体２は鉄を材料としてもよいし、鍛造によりピストン本体２の母材を成形してもよい。ピストン本体２は、有底筒状であり、冠部（ヘッド部）４とエプロン部（ピンボス部）５とスカート部６を有する。以下、軸心10が延びる方向をピストン軸方向という。ピストン軸方向でエプロン部５やスカート部６に対し冠部４の側を軸方向一方側といい、その反対側を軸方向他方側という。ピストン１の径方向をピストン径方向という。

　冠部４は、冠面部40と背面部41とランド部42を有する。冠面部40は、冠部４の軸方向一方側にあり、冠面400を有する。冠面400は軸方向一方側からみて略円形である。（ピストン上死点時の）冠面400とシリンダ内壁とシリンダヘッドとの間に、燃焼室が区画される。冠面400は燃焼室内の燃焼ガスに直接暴露される。冠面部40は、キャビティ401を有する。キャビティ401は冠面400の略中央部に形成された凹部であり、燃焼室を画成する。キャビティ401の形状は深皿形（リエントラント形）であり、キャビティ401の底面は軸心10の側に向かうにつれて軸方向一方側に隆起する曲面状である。なお、キャビティ401の形状は上記に限らず任意である。背面部41は背面410を有する。背面410は、冠部４において、冠面400に対し燃焼室と反対側（軸方向他方側）にあって、ピンボス50を除く部位の表面である。背面410は冠部４の裏側にあってピストン本体２の内周面の一部をなす。ランド部42は冠面部40の外周側から軸方向他方側に延びる。ランド部42の外周面は、環状の溝（リング溝）を３つ有する。これらのリング溝421,422,423はピストン１の周方向（軸心10の周り方向）に延びる。冠面400に近い側（軸方向一方側）のリング溝421,422にはコンプレッションリングがそれぞれ設置され、冠面400から遠い側（軸方向他方側）のリング溝423にはオイルリングが設置される。

　エプロン部５およびスカート部６は、冠部４から軸方向他方側に延びる。スカート部６およびエプロン部５の内周側は中空である。エプロン部５は、ピストン径方向両側に一対ある。エプロン部５の外周面は、冠部４（スカート部６）の外周面よりも軸心10の側にある。各エプロン部５はピンボス50を有する。各ピンボス50はピストンピン穴51を有する。ピストンピン穴51は、ピンボス50を貫通してピストン径方向に延びる。スカート部６は、ピストン径方向両側に一対ある。スカート部６は、ピストン１の周方向で両エプロン部５，５に挟まれる。両スカート部６，６は、移行部を介して、エプロン部５によって連結される。スカート部６は、エプロン部５よりも薄肉である。スカート部６はシリンダ内壁に対し摺動する。ピストンピン穴51にはピストンピンの端部が嵌合する。ピストン１は、ピストンピンを介してコネクティングロッド（コンロッド）の一端側（小端部）に連結される。コンロッドの他端側（大端部）はクランクシャフトに連結される。オイルパンやオイルポンプ等を含むエンジンの潤滑系において、コンロッドの大端部には、メインギャラリからエンジンオイル（以下、オイルと表記する。）が圧送される。小端部には大端部からオイルが供給される。

　冠部４は、複数のオイル逃がし孔（ドレン孔）43と、第１冷却通路411と、第２冷却通路（クーリングチャネル）44を有する。オイル逃がし孔43は、冠部４の内部を延びてリング溝423の底面側と背面410とに開口し、リング溝423の内部とピストン１の内周側の空間とを接続する。オイルリングがシリンダ内壁から掻き落としたオイルは、リング溝423の内部からオイル逃がし孔43を介してピストン１の内周側の空間に排出される。なお、オイル逃がし孔43は、背面410に開口するのではなく、後述する第２冷却通路44の内周面に開口してもよい。

　第１冷却通路411は、背面410のうち、キャビティ401の底面の裏側（軸方向他方側）にあって両ピンボス50に挟まれる領域である。第１冷却通路411は、キャビティ401の底面の形状に倣う曲面状の凹部である。第１冷却通路411の表面のピストン軸方向における投影（の全体）はキャビティ401の底面と重なる。第１冷却通路411はコンロッドの小端部の外周面に対向する。第１冷却通路411は擂鉢状であり、軸心10の側が最も深く、軸心10から離れるにつれて徐々に浅くなる。言換えると、第１冷却通路411の底面は、軸心10を含む平面内で、軸心10から径方向外側に向うにつれて、ピストン１の軸方向他方（図１，図２の下方）側に隆起する。第１冷却通路411は、軸心11に対し直交するピストン径方向に延びる。言換えると、ピストンピン穴51が延びる方向に対し直交するピストン径方向における第１冷却通路411の寸法は、ピストンピン穴51が延びる方向における第１冷却通路411の寸法よりも大きい。ピストンピン穴51に直交するピストン径方向における第１冷却通路411の両端は、背面410における（後述する第２冷却通路44の裏側の）平面状の領域412に接続する。オイル逃がし孔43は領域412に開口する。なお、第１冷却通路411の形状は上記に限らず、例えばキャビティ401の形状に応じて適宜変更可能である。

　第２冷却通路44は環状であり、冠部４の内部でキャビティ401を取り囲むようにピストン１の周方向に延びる。第２冷却通路44は、その入口413と出口（図外）を除き、ピストン１の内周側の空間との連通が遮断された管状（密閉式）である。第２冷却通路44の内周面のうち軸方向一方側の面は、（キャビティ401よりも外周側の）冠面400の裏側（軸方向他方側）にある。第２冷却通路44の上記軸方向一方側の面をピストン軸方向に投影したもの（の全体）は、（キャビティ401よりも外周側の）冠面400と重なる。第２冷却通路44の内周面のうち軸方向他方側の面は、背面410の裏側（軸方向一方側）にある。第２冷却通路44の上記軸方向他方側の面をピストン軸方向に投影したもの（の全体）は、背面410と重なる。背面410のうち第２冷却通路44の上記軸方向他方側の面の裏側（軸方向他方側）にある領域412は、平面状である。第２冷却通路44の入口413と出口は、領域412において例えば軸心10を挟んで略反対側の位置に開口する。第２冷却通路44の内周面のうちピストン径方向外側の面は、ランド部42の外周面の裏側（ピストン径方向内側）にある。第２冷却通路44の上記ピストン径方向外側の面をピストン径方向に投影したもの（の全体）は、３つのリング溝421,422,423と重なる。第２冷却通路44の内周面のうちピストン径方向内側の面は、キャビティ401におけるピストン径方向外側の面の形状に倣う曲面状である。第２冷却通路44の上記ピストン径方向内側の面は、キャビティ401の上記側面の裏側（ピストン径方向外側）にある。第２冷却通路44の上記ピストン径方向内側の面をピストン径方向に投影したもの（の部分）は、キャビティ401の上記側面と重なる。

　皮膜３は潤滑皮膜30と冷却皮膜31を有する。潤滑皮膜30は、固体潤滑剤とバインダー樹脂を含み、スカート部６の外周面を覆う。固体潤滑剤は、スカート部６の外周面とシリンダ内壁との間の摩擦を低減する機能を有する。固体潤滑剤として、グラファイト（以下、Cと表記する。）が用いられる。なお、潤滑皮膜30は、固体潤滑剤として、Cと共に、またはCに代えて、他の固体潤滑剤、例えば二硫化モリブデン（以下、MoS2と表記する。）またはポリテトラフルオロエチレン（以下、PTFEと表記する。）の少なくとも一方を含んでもよい。バインダー樹脂は、他材料との接着性を有する結合剤（バインダー）としての樹脂であり、固体潤滑剤を被塗物であるピストン本体２に定着させる機能を有する。バインダー樹脂として、耐熱性および耐摩耗性に優れた樹脂、例えばポリアミドイミド樹脂（以下、PAIと表記する。）が用いられる。なお、潤滑被膜30は、バインダー樹脂として、PAIと共に、またはPAIに代えて、他のバインダー樹脂、例えばポリイミド樹脂（以下、PIと表記する。）またはエポキシ樹脂（以下、EPと表記する。）の少なくとも一方を含んでもよい。PIは、PAIと同様、耐熱性および耐摩耗性に優れる。PAI,PI,EPは、接着性にも優れる。

　冷却皮膜31は、第１冷却通路411の表面の少なくとも一部、好ましくは全部を覆うか、または、第２冷却通路44の内周面の少なくとも一部、好ましくは全部を覆う。なお、冷却皮膜31は、背面410における領域412、スカート部６の内周面、およびエプロン部５の内周面（ピストンピン穴51を除く）を、覆ってもよいし覆わなくてもよい。冷却皮膜31は、添加剤とバインダー樹脂を含む。添加剤はCおよびPTFEの両者を含む。なお、冷却皮膜31は、CおよびPTFEと共に、他の添加剤、例えば窒化ホウ素（以下、BNと表記する。）またはMoS2を含んでもよい。バインダー樹脂は、添加剤を被塗物であるピストン本体２に定着させる機能を有し、例えばPAIが用いられる。なお、冷却皮膜31は、バインダー樹脂として、PAIと共に、またはPAIに代えて、他のバインダー樹脂、例えばPIまたはEPの少なくとも一方を含んでもよい。以下、重量（質量）%をwt%と表記する。冷却皮膜31は、バインダー樹脂の含有量が50wt%以上かつ90wt%以下であり、添加剤の含有量が10wt%以上かつ50wt%以下である。好ましくは、バインダー樹脂の含有量が50wt%以上かつ70wt%以下であり、添加剤の含有量が30wt%以上かつ50wt%以下である。より好ましくは、バインダー樹脂の含有量が50wt%以上かつ60wt%以下であり、添加剤の含有量が40wt%以上かつ50wt%以下である。冷却皮膜31中のCとPTFEとの合計（混合物）におけるCの含有量は、30wt%以上かつ80wt%以下、好ましくは40wt%以上かつ70wt%以下である。

　ピストン１の製造方法は、鋳造工程、熱処理工程、機械加工工程、潤滑皮膜形成工程、および冷却皮膜形成工程を有する。ピストン１の製造においては、鋳造工程、熱処理工程、機械加工工程、潤滑皮膜形成工程をこの順に行う。また、冷却皮膜形成工程を適当なタイミングで行う。鋳造工程では、アルミニウム合金の溶湯を金型に流し込み、凝固させて、ピストン１の母材を成形する。ここで母材とは、機械加工や表面処理を行う前の粗い形状におけるピストン本体２（粗材）を指す。この工程で、ピストン本体２の（背面410を含む）内周面および第２冷却通路44が形成される。なお、第２冷却通路44の形成方法は、冠部４に第２冷却通路44を一体成型するものに限らない。冠部４が２分割され、これらが第２冷却通路44の内壁部分をそれぞれ有し、上記２分割された冠部４を溶接等により一体化することで、第２冷却通路44を形成してもよい。熱処理工程では、熱処理により上記母材（以下、ピストン母材という。）の性質を改善し、適当な強度・硬さに調整する。機械加工工程では、ピストン母材を旋盤等により機械加工する。例えば、鋳肌面を基準としてピストンピン穴51とスカート部６のインロー部分60を加工する。次にピストンピン穴51とインロー部分60を基準として、リング溝421,422,423を加工し、冠部４の外周面やスカート部６の外周面等、ピストン本体２の外径を仕上げる。また、冠面400（キャビティ401）とオイル逃がし孔43を加工する。

　潤滑皮膜形成工程では、スカート部６の外周面に潤滑皮膜30を形成する。潤滑皮膜形成工程は、塗装工程と焼成工程を有する。塗装工程では、バインダー樹脂の溶液中に固体潤滑剤を分散させた塗料を、例えばスクリーン印刷により、スカート部６の外周面に塗布する。なお、スクリーン印刷以外の印刷や、スプレー等による塗料の吹き付け、ないし塗料中への浸漬により、塗布を行ってもよい。焼成工程では、焼付けにより塗膜を焼成し、潤滑皮膜30を形成する。具体的には、所定の焼成条件で塗膜を焼成する。焼成条件は、例えば190±10℃で30分である。200℃以下での低温焼成も可能であるため、ピストン本体２の材料がアルミニウム合金である場合も焼成を容易に適用可能である。焼付けにより、上記塗膜から揮発成分が除去されると共に強靱な潤滑皮膜30が形成され、固体潤滑剤がバインダー樹脂を介してスカート部６の外周面に定着する。

　冷却皮膜形成工程では、冠部４の背面410ないし第２冷却通路44の内周面に冷却皮膜31を形成する。冷却皮膜形成工程は、塗装工程と焼成工程を有する。塗装工程では、バインダー樹脂の溶液中に添加剤を分散させた塗料を、背面410（第１冷却通路411の表面）または第２冷却通路44の内周面の少なくとも一部に塗布する。なお、塗装工程の前に、冷却皮膜31の密着性を向上する等のため、塗装対象である上記面から油分や汚れを除去する等の処理を行ってもよい。塗料を調製するには、例えば、有機溶剤にバインダー樹脂（PAI）と添加剤（CおよびPTFE）を配合し、その溶液に必要に応じて他の添加剤を添加して、ビーズミル等を用いて混合・分散すればよい。塗料は、必要に応じて溶剤により希釈することができる。焼成工程では、焼付けにより塗膜を焼成する。具体的には、潤滑皮膜形成工程の焼成工程と同様の焼成条件で塗膜を焼成する。焼付けにより、上記塗膜から揮発成分（有機溶剤）が除去されると共に強靱な冷却皮膜31が形成され、添加剤がバインダー樹脂を介して上記面に定着する。なお、潤滑皮膜形成工程の焼成工程後、または冷却皮膜形成工程の焼成工程後に、ピストン１（皮膜３）を冷却する冷却工程を設けてもよい。

　冷却皮膜形成工程をどのタイミングで行うかにより、また、冷却皮膜形成工程における塗料を塗布する（塗装を行う）仕方により、複数の製造方法を採用しうる。本実施形態の製造方法は、熱処理工程後、機械加工工程前に、冷却皮膜形成工程を行う。また、冷却皮膜形成工程の塗装工程で、ピストン母材を塗料に浸漬することにより塗装を行う。具体的には、ピストン母材の全体を槽内の塗料に浸漬し、ピストン母材の（第２冷却通路44の内周面を含む）表面全体に塗料を付着させた後、引き上げる。これにより、ピストン本体２の背面410を含む内周面、（機械加工前の）外周面および冠面400、ならびに第２冷却通路44の内周面の全体に、塗膜が形成される。塗膜の厚さ（膜厚）は浸漬条件によって適宜調整可能である。冷却皮膜形成工程後に、機械加工工程を行う。切削加工や研削加工される部位からは塗膜が除かれ、それ以外の部位に塗膜が残る。その結果、背面410、スカート部６（インロー部分60を除く）の内周面、およびエプロン部５の内周面（ピストンピン穴51を除く）に、冷却皮膜31が形成される。なお、冠面400を部分的に機械加工する（例えばキャビティ401のみを加工する）場合には、冠面400において加工しない部位（鋳肌）にも冷却皮膜31が形成される。

　次に、作用効果を説明する。まず、ピストン１の作用効果を説明する。エンジンの効率や性能を向上させる要求が増大している。上記効率や性能の向上は、例えば、燃料の燃焼効率の改善である。燃料と空気の混合比を完全燃焼するようにもっていくことで燃焼効率が改善するが、この場合、燃焼温度が上昇するため、ピストンの温度も上昇する。そこで、ピストンの温度を、許容可能な温度以下に維持する必要がある。維持できない場合、ノッキング等の異常燃焼が生じる。または、ピストン表面の酸化および腐食が進む。または、リング溝でのリングの焼き付き（スティック）やリング溝の摩耗が生じる。または、燃焼ガスを直接に受ける冠面中央部の過度の焼き戻しにより、ピストン材料の機械性質が低下し、応力の高い領域に亀裂が形成されうる。よって、エンジン運転時、冠部４がオイルにより冷却されるようにする。冷却が特に必要な部位は、最も高温となる冠面400の中央部、キャビティ401の内壁と冠面400の外周側との間にあって応力集中が生じやすいリップ402、および、リングのスティック等が問題となるリング溝421,422,423を備えたランド部42である。これらの部位の冷却は、主に、これらの部位の裏側のピストン表面にオイルが付着し、これらの部位からオイルへ熱が移動することで、行われる。温度の低いオイルが高温のピストン表面に付着して熱を吸収する。熱を奪って温度が上昇したオイルはその場から移動してピストン表面から離脱する。ピストン表面に再び（温度の低い新たな）オイルが付着する。このサイクルが繰り返されることで冷却が行われる。

　冠面400の中央部の冷却、ないしキャビティ401の底面側における内壁の冷却は、主に、これらの部位の裏側のピストン表面である第１冷却通路411の表面にオイルが付着することで、行われる。第１冷却通路411の表面へのオイルの付着は、例えば、クランクシャフトからのオイルの飛散、コンロッドの大端部または小端部の外周面に設けられたオイルジェット孔からのオイルの噴射、シリンダブロック（シリンダ内壁）に設置されたオイルジェット（ノズル等）から背面410に向けたオイルの噴射等により行われる。飛散しまたは噴射されたオイルは、背面410における第１冷却通路411に付着した後、第１冷却通路411から流れ落ち、オイルパンに戻る。オイルが第１冷却通路411の表面を濡らしつつ流れることで熱交換が行われ、冠部４における冠面400の中央部（冠面400の中央部と背面410との間）、ないしキャビティ401の底面側（キャビティ401と背面410との間）が冷却される。第１冷却通路411は擂鉢状であるため、オイルの流れが促進される。すなわち、第１冷却通路411における任意の部位に付着したオイルは、自重により、径方向外側に向って流れようとする。

　ランド部42の冷却、およびランド部42に径方向で隣接するキャビティ401の側面側における内壁の冷却は、主に、これらの部位の裏側のピストン表面である第２冷却通路44の内周面にオイルが付着することで、行われる。オイルジェットから背面410に向って噴射されたオイルは、第２冷却通路44の入口413から第２冷却通路44の内部に導入され、第２冷却通路44の内部を流れた後、出口から流出する。その後、オイルは落下してオイルパンに戻る。オイルジェットが第２冷却通路44の入口413に向けてオイルを噴射するよう調整または配置されていれば、第２冷却通路44の内部をオイルがより円滑に流れる。オイルが第２冷却通路44の内周面を濡らしつつ流れることで熱交換が行われ、冠部４におけるリング溝421,422,423の底部側（リング溝421,422,423と第２冷却通路44との間）およびキャビティ401の側面側（キャビティ401と第２冷却通路44との間）が冷却される。なお、第２冷却通路44により、キャビティ401よりも外周側の冠面部40（上記外周側の冠面400と第２冷却通路44との間）も冷却される。なお、第２冷却通路44は、第１冷却通路411と同様、ピストン１の軸方向他方（図１，図２の下方）側の全範囲でピストン１の内周側の空間と連通する溝状（開放式）であってもよい。この場合、第２冷却通路44は、第１冷却通路411と同様、背面410の一部を構成する。第２冷却通路44が延びる周方向に沿ってオイルが噴射されるようオイルジェットが調整または配置されていれば、第２冷却通路44の内部をオイルがより円滑に流れる。

　背面410の形状を調整することで、オイルの流れを発生しやすくさせ、（その場に一旦付着した）オイルの離脱を促進することが可能である。第１冷却通路411の形状はその一例である。また、フィン等の突起構造を背面410に設けることで、オイルとの接触面積を広げ、オイルによる熱交換の効率（冷却効率）を高めてもよい。ピストン１は、背面410に冷却皮膜31を設けるという表面処理により、オイルによる熱交換の効率（冷却効率）を向上させる。冷却皮膜31は、オイルがピストン表面と熱交換しているその場で積極的に冷却効率を高める機能を有する。冷却皮膜31による冷却効率の向上は、「ピストン表面へのオイルの付着、ピストン表面からオイルへの熱移動、ピストン表面からのオイルの離脱」という上記サイクルにおける上記熱移動または上記離脱（言換えると温度が低い新たなオイルの付着）を促進すること、により達成される。冷却皮膜31は、バインダー樹脂と添加剤を含み、添加剤はCおよびPTFEを含む。これらの添加剤は、冷却皮膜31の表面に露出することで、冷却皮膜31の特性を規定する。Cは、冷却皮膜31の表面におけるオイルの濡れ性を向上させる性質を有する。濡れ性が向上することで、上記熱移動がより効率的に行われ、上記熱移動が促進される。PTFEは、上記離脱を促進する性質、すなわちオイルの離脱性を向上させる性質を有する。冷却皮膜31は、添加剤としてCおよびPTFEを含むことで、オイルがピストン表面と熱交換しているその場で積極的に冷却効率を高める。

　その場で冷却効率を高めるとは、ピストン表面の形状等の調整によりピストン表面全体としてオイルの流れを促進したりオイルと接触しうる面積を広げたりすることによるのではなく、表面処理によりピストン表面のミクロ的な局所におけるオイルへの熱移動やオイルの離脱を促進することにより、冷却効率を高めることを指す。また、積極的に冷却効率を高めるとは、以下のようなことを指す。従来、オイルが接触する冷却通路にクロム等の非粘着性皮膜材料を付着させたピストンが知られている（例えば特許文献１）。オイルは、高温のピストン表面に接触すると、経時的に分解・酸化する。これにより炭素堆積物が形成される。炭素堆積物の蓄積が継続すると、ピストン表面に絶縁層が形成されるため、オイルによるピストン表面の冷却効率が低下する。非粘着性皮膜材料は、その上面における炭素堆積物の蓄積を抑制する。これにより冷却効率の低下の抑制が図られる。このような従来技術において、非粘着性皮膜材料の付着という表面処理は、冷却効率が低下することを抑制するため、すなわち表面処理がされていない元の状態における冷却効率に近づけるために行われるのであり、元の状態における冷却効率を更に向上するという積極的な作用を有する皮膜を形成するために行われるのではない。この点、本実施形態のピストン１の冷却皮膜31は、表面処理がされていない元の状態よりも冷却効率を高めるという積極的な作用を有する。また、上記従来技術における非粘着性皮膜材料は炭素堆積物の蓄積を時間をかけて抑制することで経時的に冷却効率を改善するものであるのに対し、本実施形態における冷却皮膜31は、オイルがピストン表面に付着するその時々で（この意味で「その場で」）冷却効率を向上するものである。

　冷却皮膜31は、冠部４における冠面400よりも軸方向他方側（冠面400に対し燃焼室と反対側の部位）における少なくとも一部を覆えばよい。例えば、冷却皮膜31は、第１冷却通路411に設けられなくても、第２冷却通路44の内周面に設けられていればよい。この場合、冷却皮膜31は、第２冷却通路44の内周面の少なくとも一部を覆えば、その覆った領域において上記作用効果が得られる。第２冷却通路44の内周面の全部を覆えば、第２冷却通路44の内周面の全範囲において上記作用効果が得られる。同様に、冷却皮膜31は、第２冷却通路44の内周面に設けられていなくてもよく、第１冷却通路411の少なくとも一部を覆えば、その覆った領域において上記作用効果が得られる。第１冷却通路411の全部を覆えば、第１冷却通路411の全範囲において上記作用効果が得られる。冠部４における冠面400よりも軸方向他方側（冠面400に対し燃焼室と反対側の部位）の中でも、第１冷却通路411の表面、ならびに、第２冷却通路44の内周面のうち軸方向一方（図１，図２の上方）側およびピストン径方向内側の面は、冠面400の裏側にある。冷却皮膜31をこれらの面に形成すれば、冠面400の直ぐ裏側において上記作用効果が得られることから、冠面400をより効率的に冷却することができる。なお、冷却皮膜31は、第１冷却通路411等に限らず、背面410における領域412や、スカート部６の内周面またはエプロン部５の内周面と背面410との移行領域、あるいは、スカート部６の内周面またはエプロン部５（ピストンピン穴51を除く）の内周面に設けられてもよい。この場合、冷却皮膜31が覆う各領域においてオイルによる冷却効率が向上されることにより、ピストン１の全体がより効率よく冷却され、ひいては冠部４における各部の冷却効率がより向上する。

　冷却皮膜31における添加剤の含有量は10wt%以上（バインダー樹脂の含有量は90wt%以下）である。このようにバインダー樹脂の含有量を一定以下に抑制し、CやPTFEの含有量をある程度以上確保することで、冷却効率を高める上記作用を少なくとも一定程度得ることが可能となる。冷却皮膜31におけるバインダー樹脂の含有量は50wt%以上（添加剤の含有量は50wt%以下）である。このように添加剤の含有量を一定以下に抑制し、バインダー樹脂の量をある程度以上確保することで、冷却皮膜31の接着力が高い。よって、冷却皮膜31とピストン本体２との接着性がよいため、冷却皮膜31の剥離が抑制される。したがって、冷却効率を高める上記作用をより確実に得ることができる。また、冷却皮膜31は、焼成されることで硬化する。これにより、ピストン本体２からの冷却皮膜31の剥離がより確実に抑制される。冷却皮膜31がバインダー樹脂としてPAIやPIを含む場合、PAIやPIは耐摩耗性および耐熱性に優れるため、ピストン本体２からの冷却皮膜31の剥離がより確実に抑制される。

　本発明者は、CとPTFEとの合計（混合物）において、Cの割合が多すぎると上記離脱性が抑制され、PTFEの割合が多すぎると上記濡れ性が抑制されるはずであり、冷却効率の観点からは上記合計におけるCとPTFE各々の含有量（割合）の最適範囲が存在するであろうと予測した。上記最適範囲を発見するため、以下の実験を行った。

　（実験方法）
実験方法は以下の通りであった。バインダー樹脂をPAIとし、添加剤をCおよびPTFEとし（C,PTFE以外の添加剤を含まず）、溶剤をN-メチルピロリドンNMPまたはγ-ブチロラクトンGBLとする塗料を作製した。以下、冷却皮膜31においてCとPTFEとの合計が占める割合（CとPTFEの含有量）をαと表記する。CとPTFEとの合計においてCが占める割合をβと表記する。αは、塗料の溶剤を除く組成物全体（すなわちPAIとCとPTFEとの合計）においてCとPTFEとの合計が占める割合に相当する。βは、冷却皮膜31の各所間でC,PTFEの密度（単位面積当りの質量）に有意な偏りがなければ、冷却皮膜31の単位面積におけるCとPTFEとの合計に対するCの割合（wt%）と同義である。表１のように、αが50wt%,40wt%,30wt%,20wt%,10wt%である各場合につき、βが0wt%,10wt%,30wt%,50wt%,70wt%,80wt%,100wt%である塗料の試料1～35を作製した。

試料1～35の塗料を各別にピストン１の少なくとも背面410（第１冷却通路411）に塗布し、冷却皮膜31を形成した。焼成工程における焼成条件は190±10℃で30分だった。各試料1～35の塗料による冷却皮膜31を背面410に有する各ピストン１につき、その背面410にオイルを噴射しつつ、冠面400（キャビティ401）の温度変化を測定した。図３は、用いた測定装置８を模式的に示す。図１と同様のピストン１の断面を示す。ディスペンサ（液体定量吐出装置）81を用い、オイル溜まり80のオイルを、ピストン１の背面410の中央（第１冷却通路411）を狙って、ニードル82から噴射させた。オイルの噴射開始直前からのキャビティ401の表面の温度変化を、赤外線温度測定器83により測定した。温度測定（オイルの噴射開始）の前に、ピストン１を予め200℃程度に加熱した。使用したオイルは、粘度分類が5W-30であり温度が25℃～28℃だった。噴射量は80ml/minだった。なお、温度測定の精度を向上するため、予めピストン１のキャビティ401の表面に黒体84を塗布した。

　（実験結果）
各ピストン１における上記測定の結果につき、その温度変化の速度（冷却速度）を算出した。比較対象として、冷却皮膜31を有しない（表面処理をしなかった）ピストン１につき上記と同様に温度変化を測定し、その冷却速度を算出した。表２は、冷却皮膜31を有しない上記ピストン１の冷却速度を基準とした（1とした）ときの、表面処理をした各ピストン１の冷却速度比を示す。冷却速度比の数値が大きいほど、当該ピストン１の冷却速度が高く、当該ピストン１における冷却皮膜31によるキャビティ401の冷却効率が高いことを意味する。

　図４は、表２の冷却速度比の数値がβの変化に応じてどのように変化するかをα毎に示す線グラフである。このグラフから、以下のことが読み取れる。冷却皮膜31におけるC,PTFEの含有量αが10wt%以上（バインダー樹脂の含有量が90wt%以下）であるとき、βが10wt%より大きく100wt%より小さい範囲で、冷却皮膜31を有しないピストン１よりも冷却効率が高い。また、αが大きくなるのに応じて冷却効率が高くなる傾向がある。例えば、αが30wt%以上（バインダー樹脂の含有量が70wt%以下）であるときは、αが30wt%未満（例えばαが10wt%）であるときよりも、冷却効率が高くなる。同様に、αが40wt%以上（バインダー樹脂の含有量が60wt%以下）であるときは、αが40wt%未満（例えばαが30wt%）であるときよりも、冷却効率が高くなる。αが50wt%付近であるとき、冷却効率が最も高い。また、同じαで比較すると、冷却皮膜31中のCとPTFEとの合計におけるCの含有量βが50wt%～60wt%の範囲に近づくのに応じて、冷却効率が高くなる傾向がある。例えば、βが30wt%以上かつ80wt%以下であるときは、βが30wt%以下または80wt%以上であるときよりも、冷却効率が高い。同様に、βが40wt%以上かつ70wt%以下であるときは、βが40wt%以下（例えばβが30wt%）または70wt%以上（例えばβが80wt%）であるときよりも、冷却効率が実質的に高い。βが50wt%以上かつ60wt%以下であるとき、冷却効率が最も高い。

　図５は、PAI,C,PTFEの相対的な割合を示す三角グラフ（三角ダイヤグラム）である。全体の三角形の各頂点は当該頂点に記載された成分の100wt％に相当し、全体の三角形において頂点と向かい合う辺は当該頂点に記載された成分の0wt％に相当する。上記のように、βが10wt%より大きく100wt%より小さい範囲で、αが10wt%以上であれば、冷却効率の向上が見込める。一方、冷却皮膜31の接着力を確保するため、αは50wt%以下である必要がある。よって、冷却皮膜31の組成として、図５の網点による網掛けの範囲91が適当である。βが30wt%以上かつ80wt%以下であれば冷却効率がより高い。よって、範囲91の中でも、右下がり斜線による網掛けの範囲92が好ましい。αが30wt%以上であれば冷却効率がより高い。よって、範囲92の中でも、左下がり斜線による網掛けの範囲93がより好ましい。βが40wt%以上かつ70wt%以下であれば冷却効率がより高い。よって、範囲93の中でも、横線による網掛けの範囲94がより好ましい。αが40wt%以上であれば冷却効率がより高い。よって、範囲94の中でも、縦線による網掛けの範囲95がより好ましい。αが50wt%付近でありβが50wt%～60wt%の範囲にあれば冷却効率が最も高い。よって、範囲95の中でも、αが50wt%である線上においてβが50wt%～60wt%である部分96に近づくほど、より好ましい。

　なお、冷却皮膜31が、CおよびPTFEと共に、他の添加剤、例えばBNまたはMoS2を含む場合、冷却皮膜31における上記他の添加剤の含有量をX（wt%）とする。α＋Xが50wt%以下であれば、バインダー樹脂の含有量が50wt%以上となるため、上記のように冷却皮膜31とピストン本体２との接着性がよい。この場合、α、βについて上記の各数値範囲を採用することで、その数値範囲に対応する上記作用効果を得ることができる。例えば、αを30wt%以上とすれば、αが30wt%未満であるときよりも冷却効率が高い。同じαで比較すると、βを30wt%以上かつ80wt%以下とすれば、βが30wt%以下または80wt%以上であるときよりも冷却効率が高い。

　次に、ピストン１の製造方法の作用効果を説明する。本実施形態の製造方法では、機械加工工程前に、冷却皮膜形成工程を行う。冷却皮膜形成工程においては、浸漬により塗装を行う。よって、第２冷却通路44の内周面、第１冷却通路411を含む背面410の全範囲、スカート部６およびエプロン部５の内周面の略全範囲に、冷却皮膜31を形成しうる。したがって、ピストン１の冷却効率をより向上できる。冷却皮膜31を形成した後に機械加工を行う。機械加工により形成されるピストンピン穴51やピストン外周面等の部位は元々、冷却皮膜31が不要な部位である。これらの部位は、機械加工により新たに形成されるか、または機械加工により（冷却皮膜形成工程で形成された）塗膜が除かれる。よって、冷却皮膜形成工程において、上記部位での冷却皮膜31の形成を防止するためのマスキングが不要である。これにより、ピストン１の製造方法を簡素化できる。

　以下、本実施形態のピストン１またはその表面処理方法が奏する効果を列挙する。
(1) 軸方向の一方側に冠部４を有する内燃機関のピストン１であって、冠部４は、軸方向の一方側に冠面400を有し、冠面400よりも軸方向の他方側における少なくとも一部に冷却皮膜31を有し、冷却皮膜31はバインダー樹脂（ポリアミドイミド樹脂PAI）と添加剤を含み、冷却皮膜31におけるバインダー樹脂の含有量が50wt%以上かつ90wt%以下であり、添加剤はグラファイトCおよびポリテトラフルオロエチレンPTFEを含む。
よって、冷却皮膜31が、オイルの濡れ性を向上するCとオイルの離脱性を向上させるPTFEとを含むため、冠部４における冠面400よりも軸方向他方側（第１冷却通路411や第２冷却通路44等）の表面における冷却効率を積極的に向上することができる。よって、冠部４の各部位を効果的に冷却することができる。また、バインダー樹脂の含有量が50wt%以上であるため、冷却皮膜31の剥離を抑制できる。

　(2) 冷却皮膜31中のCとPTFEとの混合物におけるCの含有量βが30wt%以上かつ80wt%以下である。
よって、βを30wt%以上かつ80wt%以下の範囲とすることで、βをそれ以外の範囲とした場合よりも冷却効率を向上することができる。

　(3) 冷却皮膜31におけるCとPTFEとの混合物の含有量αが30wt%以上かつ50wt%以下である。
よって、αを30wt%以上の範囲とすることで、αを30wt%以下の範囲とした場合よりも冷却効率を向上することができる。

　(4) CとPTFEとの混合物におけるCの含有量βが40wt%以上かつ70wt%以下である。
よって、βを40wt%以上かつ70wt%以下の範囲とすることで、冷却効率を上記(2)よりも向上することができる。

　(5) 冷却皮膜31におけるCとPTFEとの混合物の含有量αが40wt%以上かつ50wt%以下である。
よって、αを40wt%以上の範囲とすることで、冷却効率を上記(3)よりも向上することができる。

　(6) 添加剤は窒化ホウ素BNまたは二硫化モリブデンMoS2を含み、冷却皮膜31におけるCとPTFEとの混合物の含有量αが30wt%以上である。
よって、添加剤がBN等を含む場合でも、αを30wt%以上の範囲とすることで、上記(3)と同様、冷却効率をより向上することができる。

　(7) 冷却皮膜31は冠面400の裏側にある。
よって、燃焼室を画成する冠面400を、冷却皮膜31によって効率的に冷却できる。

　(8) 冠部４から軸方向の他方側に延びる一対のスカート部６と、一対のスカート部６を連結する一対のエプロン部５とを有し、スカート部６およびエプロン部５の内周面に冷却皮膜31を有する。
よって、ピストン１の全体をより効率よく冷却し、冠部４における各部の冷却効率をより向上することができる。

　(9) 軸方向の一方側に冠部４を有し、冠部４は軸方向の一方側に冠面400を有する内燃機関のピストン１の表面処理方法であって、冠部４における冠面400よりも軸方向の他方側の少なくとも一部に、塗料により冷却皮膜31を形成し、上記塗料は、CおよびPTFEを含み、バインダー樹脂（PAI）の含有量が50wt%以上かつ90wt%以下である。
よって、冠部４の裏側の部位（第１冷却通路411や第２冷却通路44等）の表面における冷却効率を積極的に向上できるため、上記(1)と同様の効果を得ることができる。

　(10) 塗料中のCとPTFEとの混合物におけるCの含有量βが30wt%以上かつ80wt%以下である。
よって、上記(2)と同様の効果が得られる。

　(11) 塗料におけるCとPTFEとの混合物の含有量αが30wt%以上かつ50wt%以下である。
よって、上記(3)と同様の効果が得られる。

　(12) ピストン１の母材を塗料に浸漬することで冷却皮膜３１を形成する。
よって、第２冷却通路44の内周面、第１冷却通路411を含む背面410の全範囲、スカート部６およびエプロン部５の内周面の略全範囲に、冷却皮膜31を形成しうる。よって、冷却効率をより向上できる。

　［実施形態２］
本実施形態のピストン１の製造方法は、実施形態１と同様、熱処理工程後、機械加工工程前に、冷却皮膜形成工程を行う。冷却皮膜形成工程の塗装工程で、塗料を噴射すること（吹き付け）により塗装を行う。具体的には、上記塗装工程で、背面410のうち第１冷却通路411や第２冷却通路44の入口413に向けて塗料を噴射する。第２冷却通路44の入口413に向けて噴射された塗料は、入口413から第２冷却通路44の内部に入って流通し、出口から流出する。これにより、背面410（第１冷却通路411）を含むピストン１の内周面、または第２冷却通路44の内周面に、塗膜が形成される。塗膜の厚さ（膜厚）は噴射条件によって適宜調整可能である。

　図６および図７は、上記塗装工程を行うための装置７を模式的に示す。図７は図６の点線で囲われた部分における断面を示す。ピストン１につき図１と同様の断面を示す。装置７は、回転装置と塗装装置を有する。回転装置は保持板70と回転モータを有する。図６の斜視図に示すように、保持板70は円形である。保持板70には３つの小さな円形の保持孔700が貫通する。これらの保持孔700は、保持板70の中心軸71に関して略対称に配置される。保持孔700の径は、ピストン１の冠部４の径に略等しい。保持板70は、回転モータにより駆動され、中心軸71の周りに一方向に回転する。保持板70の回転は、120度ごとに行われる。すなわち、１回の回転動作により保持板70は120度だけ回転して、停止する。保持孔700の停止位置は３箇所である。ある保持孔700に着目すると、３回の回転動作により、その保持孔700は最初の箇所に戻る。３箇所の停止位置は、投入位置、塗装位置、および取出し位置である。これら停止位置のうち、図６の点線で囲われた部分は塗装位置に相当し、この塗装位置に塗装装置が設置される。

　図７に示すように、塗装装置は、塗料ホッパー71と、エアレス塗装機72と、塗装ガン73とを有する。塗料ホッパー71は塗料を貯留する液槽である。エアレス塗装機72は、塗料ホッパー71から管路74を介して供給される塗料に圧力を加え、この高圧塗料を管路75を介して塗装ガン73へ供給する。塗装ガン73は、塗料ホッパー71の略中心軸上に配置され、保持板70（塗装位置の保持孔700）に指向する。塗装ガン73は、供給される高圧塗料を霧状にして上記保持孔700へ向けて噴射する。熱処理工程後のピストン母材は、投入位置で停止中の保持孔700に設置される。このピストン母材は、保持板70の回転動作に応じて、保持板70に保持されたまま塗装位置に移動する。そこで保持板70が停止中、塗装装置により、このピストン母材の背面410に向けて塗料が噴射される。これにより背面410を含むピストン内周面に塗膜が形成される。余剰の塗料は自重によりピストン内周面から落下して塗料ホッパー71に戻る。なお、塗装装置は、エアレススプレー塗装に限らず、エアスプレー塗装を行ってもよい。また、塗装位置で保持孔700（ピストン母材）が停止中、塗装ガン73が指向する位置を、背面410の中央側（第１冷却通路411）と第２冷却通路44の入口413の側とで変更するようにしてもよい。これにより、背面410（第１冷却通路411）と第２冷却通路44の内周面との両方に塗料を効率的に塗布できる。塗装が終了したピストン１は、保持板70の次の回転動作により取出し位置に移動する。そこで保持板70が停止中、このピストン１は取出し位置の保持孔700から取り出される。各保持孔700につき、上記操作が繰り返される。これにより、塗装工程が比較的短い間隔で連続して行われることになる。

　なお、ピストン母材が保持孔700で保持されやすくするため、熱処理工程後、塗装工程の前に、予備的な機械加工工程を行う。この機械加工工程では、ピストン母材の外径を粗くターニング加工する。その際、ランド部42において外径に差を設けて段差420を付ける。すなわち、ランド部42の一部を残してピストン１の外周面の切削加工をある程度行う。これにより、ピストン１の外周面においてランド部42の上記一部とスカート部６側の部位との間に段差420が形成される。この段差420が保持孔700の周縁部に当接して引っかかることで、ピストン母材が保持板70に保持される。このように保持された状態では、ピストン１の冠面400は、保持板70によって、塗装ガン73から噴射される塗料から遮断される。よって、（機械加工前の）冠面400には皮膜が形成されない。このように保持板70はマスキング板としても機能する。他の構成は実施形態１と同様である。

　次に、作用効果を説明する。本実施形態の製造方法では、実施形態１と同様、機械加工工程前に冷却皮膜形成工程を行うため、ピストンピン穴51等のマスキングが不要である。よって、ピストン１の製造方法を簡素化できる。なお、機械加工工程前に冠面400に冷却皮膜31を形成する場合、冠面400の全体にわたっては機械加工しない（例えば冠面400の中央部ないしキャビティ401のみ機械加工する）とき、冠面400において機械加工しない部分に冷却皮膜31が残ることになる。これに対し、本実施形態の製造方法では、冷却皮膜形成工程で、保持板70により冠面400がマスキングされる。よって、冠面400の全体にわたっては機械加工しないときでも、冠面400に冷却皮膜31が形成されない。冷却皮膜形成工程においては、吹き付けにより塗装を行う。よって、第２冷却通路44の内周面、第１冷却通路411を含む背面410の全範囲、スカート部６およびエプロン部５の内周面の略全範囲に、冷却皮膜31を形成しうる。したがって、ピストン１の冷却効率をより向上できる。装置７を用いることにより、複数のピストン１の塗装工程を間断なく連続して行えるため、ピストン１の生産性を向上できる。また、回転装置の保持板70をマスキング板として機能させることで、ピストン１の保持とマスキングとを同時に行うことができる。よって、ピストン１の生産性をより向上できる。他の作用効果は実施形態１と同様である。

　［実施形態３］
本実施形態のピストン１の製造方法は、機械加工工程後、潤滑皮膜形成工程前に、冷却皮膜形成工程を行う。なお、潤滑皮膜形成工程後に冷却皮膜形成工程を行ってもよい。冷却皮膜形成工程の塗装工程で、実施形態２と同様、吹き付けにより塗装を行う。図８は、上記塗装工程を行うための装置７を模式的に示す、図７と同様の断面図である。塗装装置は、実施形態２と同様である。回転装置は、保持板70における各保持孔700の周縁部にインロー受け部701を有する点を除き、実施形態２（図６）と同様である。図８に示すように、インロー受け部701は、保持孔700の周囲を取り囲む環状の凸部であり、塗装装置とは反対側に向って所定の高さで突出する。スカート部６のインロー部分60がインロー受け部701の外周に嵌合することで、ピストン本体２が保持孔700に保持される。ピストン本体２の冠面400および外周面（リング溝421,422,423）は、保持板70により、塗装ガン73から噴射される塗料から遮断される。よって、これらの面への塗料の付着が抑制される。このように保持板70はマスキング板としても機能する。

　装置７は、ピストンピン穴マスキング部材76とオイル逃がし孔マスキング装置77を有する。ピストンピン穴マスキング部材76は、例えばシリコンゴム製の栓であり、各ピストンピン穴51をそれぞれマスキングする。これによりピストンピン穴51の内周面への塗料の付着が抑制される。オイル逃がし孔マスキング装置77は、全体として円環状であり、その外径側および軸方向両側が閉塞され、内径側が開放されている。ピストン本体２が塗装位置で停止中、オイル逃がし孔マスキング装置77は、ランド部42を囲むように冠部４に設置される。ランド部42の外周面とオイル逃がし孔マスキング装置77の内周面との間に環状の閉空間が形成される。塗装ガン73から塗料を噴射中、上記閉空間の外部から内部に空気が供給される。上記閉空間内の空気は、リング溝423の底部に開口するオイル逃がし孔43を通ってピストン内周側へ吹き出す。空気の流れを矢印で示す。これにより、塗装ガン73から噴射される塗料がオイル逃がし孔43の内周面へ付着したり、オイル逃がし孔43を塞いだりすることが抑制される。他の構成は実施形態１と同様である。

　次に、作用効果を説明する。本実施形態の製造方法では、機械加工工程後に冷却皮膜形成工程を行う。よって、潤滑皮膜形成工程と冷却皮膜形成工程とを連続して行うことで、潤滑皮膜形成工程の焼成工程と冷却皮膜形成工程の焼成工程とを共通化できる。すなわち、潤滑皮膜形成工程の塗装工程と冷却皮膜形成工程の塗装工程とが完了した後、焼成工程を１回行うことで、潤滑皮膜30と冷却皮膜31の両方の焼き付けを同時に行うことができる。これにより、ピストン１の製造方法を簡素化できる。冷却皮膜形成工程においては、実施形態２と同様、吹き付けにより塗装を行うことで、スカート部６等の内周面にも冷却皮膜31を形成しうる。よって、ピストン１の冷却効率をより向上できる。実施形態２と同様、装置７を用いることにより、また、保持板70をマスキング板として機能させることにより、ピストン１の生産性を向上できる。なお、オイル逃がし孔マスキング装置77の代わりに、例えばシリコンゴム製の栓であるオイル逃がし孔マスキング部材を用いてもよい。オイル逃がし孔マスキング装置77を用いれば、径が小さく数が多いオイル逃がし孔43を１つずつ栓で塞ぐ手間が省けるため、工数の削減、製造速度の向上を図ることができる。他の作用効果は実施形態１と同様である。

　(13) ピストン１の母材を機械加工した後に冷却皮膜31を形成する。
よって、冷却皮膜31の他に潤滑皮膜30を設ける場合、これら皮膜３の形成工程における焼成工程を共通化できる。

　［実施形態４］
本実施形態のピストン１の製造方法は、実施形態３と同様、機械加工工程後、潤滑皮膜形成工程前に、冷却皮膜形成工程を行う。なお、潤滑皮膜形成工程後に冷却皮膜形成工程を行ってもよい。冷却皮膜形成工程の塗装工程で、パッド印刷、ローラ塗り、刷毛塗り等により、塗装を行う。例えば、背面410のうち第１冷却通路411に塗料を塗布し、塗膜を形成する。パッド印刷では、柔らかいパッドにより、曲面状の第１冷却通路411にも印刷（塗布）が可能である。重ね印刷も可能である。なお、第２冷却通路44を開放型の溝状とした場合、パッド印刷等により、第２冷却通路44の内周面にも塗料を塗布できる。他の構成は実施形態１と同様である。本実施形態の製造方法では、実施形態３と同様、機械加工工程後に冷却皮膜形成工程を行うため、潤滑皮膜形成工程の焼成工程と冷却皮膜形成工程の焼成工程とを共通化できる。よって、ピストン１の製造方法を簡素化できる。冷却皮膜形成工程において、パッド印刷等により塗装を行うことから、冷却皮膜31が必要な部位にのみ塗装を行うことができる。よって、冷却皮膜31の形成を防止するためのマスキングが不要であり、また、塗料を節約できる。他の作用効果は実施形態１と同様である。

　［実施形態５］
本実施形態では、２つの添加物C,PTFEを別々に塗布することで冷却皮膜31を形成する。すなわち、実施形態１のようにC,PTFEを予め塗料中に混合分散してこれを塗布する代わりに、C,PTFEを同一範囲に別々に塗布することで冷却皮膜31を形成してもよい。この場合、C,PTFEを時間的にずらして塗布（例えばスプレーや印刷により、下層の添加物がピストン表面に露出するように上層を塗り重ねる。）してもよいし、C,PTFEを同時的に塗布（例えばスプレーにより別方向から同一範囲に向けて同時に噴射する。）してもよい。両添加物C,PTFEは、局所的に濃淡を有したり網目状や筋状等の模様となったりして、大なり小なり領域が互いに区別される態様で、隣接してピストン表面に露出しうる。この場合、含有量（wt%）に代えて、面積比等でβを規定することも可能である。例えば、冷却皮膜31の所定範囲におけるCの露出量とPTFEの露出量との合計に対するCの露出量の割合で、βを規定することができる。言換えると、実施形態１のようなwt%でのβの規定は、Cの上記露出量の割合を指示する一例であり、C,PTFEを予め１つの塗料中に混合分散して塗布する場合に特に有用である。

　本実施形態の製造方法では、ピストン表面の同一範囲にC,PTFEを時間的にずらして塗布することで冷却皮膜31を形成する。その際、第１の塗料と第２の塗料を用いる。第１の塗料は、バインダー樹脂としてPAIを含み、添加物としてCを含む（PTFEを含まない）。第２の塗料は、バインダー樹脂としてPAIを含み、添加物としてPTFEを含む（Cを含まない）。例えば実施形態４の方法を用いて第１，第２の塗料を順に塗布する。図９は、所定範囲310において塗料を格子模様に塗布することで形成される本実施形態の冷却皮膜31を模式的に示す。冷却皮膜31の塗装工程では、まず、パッド印刷により、互いに所定間隔をおいて略平行に並ぶ複数の線状に、第１の塗料を、ピストン本体２の表面（例えば第１冷却通路411の表面）上に塗布する。この第１の塗料が乾燥した後、パッド印刷により、第１の塗料による線（以下、第１線という。）311に対して略直交し互いに所定間隔をおいて並ぶ複数の線状に、第２の塗料を、第１線311が並ぶ上記表面上に塗布する。ピストン表面には、第２の塗料による線（以下、第２線という。）312がそのまま露出する一方、第１線311の一部が第２線312により覆われ、第１線311の残りの一部が、隣り合う第２線312の間から露出する。ピストン表面には、第２線312上にPTFEが露出し、第２線312で挟まれた領域にCが露出する。PTFEが露出する領域とCが露出する領域とは互い違いに筋状に並ぶ。他の構成は実施形態１と同様である。

　第１の塗料におけるCの含有量（割合）と第２の塗料におけるPTFEの含有量（割合）とが略同じであれば、冷却皮膜31が形成されたピストン表面の所定範囲310における第１線311の露出面積S1と第２線312の露出面積S2との比は、Cの露出量とPTFEの露出量との比と同視できる。よって、S1とS2との合計に対するS1の割合で、βを規定することができる。例えば、S1とS2とが等しくなるように、第２線312の幅と第２線312同士の間隔とを設計する。この場合、βが面積比で50％となり、比較的高い冷却効率が得られる。すなわち、面積比で規定したβについても、wt%で規定した実施形態１のβと同様の数値範囲を設定することで、実施形態１のβについてと同様の上記作用効果が得られる。

　第１の塗料におけるPAIの含有量を50wt%以上（Cの含有量を50wt%以下）とすれば、第１線311とピストン本体２との接着性が向上する。第２の塗料におけるPAIの含有量を50wt%以上（PTFEの含有量を50wt%以下）とすれば、第２線312と第１線311またはピストン本体２との接着性が向上する。よって、冷却皮膜31の剥離が抑制される。第１の塗料におけるPAIの含有量を90wt%以下（Cの含有量を10wt%以上）とすれば、第１線311がピストン表面に露出する領域において、Cによるオイル濡れ性向上の作用を少なくとも一定程度得ることが可能となる。第２の塗料におけるPAIの含有量を90wt%以下（PTFEの含有量を10wt%以上）とすれば、第２線312がピストン表面に露出する領域において、PTFEによるオイル離脱性向上の作用を少なくとも一定程度得ることが可能となる。よって、冷却効率を高める上記作用を少なくとも一定程度得ることが可能となる。

　なお、第１の塗料におけるCの含有量（割合）と第２の塗料におけるPTFEの含有量（割合）とが異なってもよい。この場合、第１線311におけるCの含有量に、S1とS2との合計に対するS1の割合を掛けたものをα1とする。第２線312におけるPTFEの含有量に、S1とS2との合計に対するS2の割合を掛けたものをα2とする。α1，α2は、各塗料（各線311,312）においてC,PTFEがそれぞれ占める割合（含有量）を、露出面積の比で重み付けしたものである。α1とα2を合算した値について、実施形態１のαについてと同様の下限値を設定することができる。例えば、α1とα2を合算した値を30wt%以上とすれば、この合算値が30wt%未満であるときよりも、冷却効率が高くなる。βについていえば、S1に第１の塗料におけるCの含有量を掛けたものをS1*とする。S2に第２の塗料におけるPTFEの含有量を掛けたものをS2*とする。S1*，S2*は、各露出面積を、各塗料（各線311,312）におけるC,PTFEの含有量で重み付けしたものであり、所定範囲310におけるC,PTFEの実質的な露出量にそれぞれ相当する。S1*とS2*との合計に対するS1*の割合で、βを規定することができる。このように規定したβについても、wt%で規定した実施形態１のβと同様の数値範囲を設定することで、実施形態１のβについてと同様の上記作用効果が得られる。他の作用効果は実施形態１と同様である。

　［実施形態６］
本実施形態では、実施形態５と同様、ピストン表面の同一範囲にC,PTFEを時間的にずらして別々に塗布することで冷却皮膜31を形成する。図10は、所定範囲310において塗料を水玉模様に塗布することで形成される本実施形態の冷却皮膜31を模式的に示す。冷却皮膜31の塗装工程では、まず、パッド印刷やローラ塗り等により、第１の塗料を、一様な面状にピストン本体２の表面（例えば第１冷却通路411の表面）上に塗布する。この第１の塗料が乾燥した後、パッド印刷により、複数の（所定の径を有する）ドット314が規則的に（所定の方向で互いに略等間隔に）並ぶ形状に、第２の塗料を、第１の塗料による塗面313上に塗布する。ピストン表面には、第２の塗料によるドット314がそのまま露出し、塗面313が、隣り合うドット314の間から露出する。他の構成は実施形態１と同様である。

　実施形態５と同様、第１の塗料におけるCの含有量（割合）と第２の塗料におけるPTFEの含有量（割合）とが略同じであれば、ピストン表面（冷却皮膜31）の所定範囲310における塗面313の露出面積とドット314の露出面積との合計（言換えると所定範囲310の面積）に対する塗面313の露出面積の割合で、βを規定することができる。例えば、塗面313の露出面積とドット314の露出面積とが等しくなるように、ドット314の径とドット314同士の間隔とを設計する。この場合、βが面積比で50％となり、比較的高い冷却効率が得られる。なお、各塗料におけるPAI（言換えるとCやPTFE）の含有量についても、実施形態５と同様のことが言える。他の作用効果は実施形態１と同様である。

　なお、上記実施形態５，６において、先に塗布する第１の塗料がPTFEを含み、後に塗布する第２の塗料がCを含むようにしてもよい。また、実施形態５，６に限らず、冷却皮膜31の様々な模様が考えられる。また、第１，第２の塗料が互いに重ならないように領域分けしてこれらを塗布してもよい。

　［実施形態７］
本実施形態は、ピストン本体２の形状が実施形態１と異なる。図11は、本実施形態のピストン１の、図１と同様の断面を示す。皮膜３の図示を省略する。冠部４は第２冷却通路44を有しない。キャビティ401の形状は、吸気工程で生成されるタンブル流を案内する形状であり、タンブル流の生成を助長する。背面410のうち、キャビティ401の底面の裏側（ピンボス50を除く）にあって両ピンボス50に挟まれる領域は、キャビティ401の底面の形状に倣う平面状であり、この領域にはフィン（凸部）414ないし溝（凹部）415が設けられる（以下、これらをまとめてフィン414と表記する。）。フィン414はピストン１の軸心10の周り方向に延びており、ピストン径方向に複数並んで設けられる。冷却皮膜31は、少なくとも（フィン414が設けられた領域を含む）背面410に設けられる。他の構成は実施形態１と同様である。本実施形態のピストン１にあっては、実施形態１と同様、冷却皮膜31によって、局所的な濡れ性が高まる。それだけでなく、背面410のマクロ的な形状においても、フィン414によってオイルとピストン表面との接触面積が広がるため、冠部４の冷却効率がより向上する。他の作用効果は実施形態１と同様である。

　［他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。例えば、ピストンの材料は、アルミニウム合金に限らず、鉄等でもよい。PAI、PI、およびEPは接着性に優れることから、ピストンの材料によらず適用可能である。

　以下、実施形態から把握される上記以外の技術思想を列挙する。
(6) 請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
  前記添加剤は窒化ホウ素または二硫化モリブデンを含み、
  前記皮膜における前記混合物の含有量が30重量%以上である
  ことを特徴とする内燃機関のピストン。
(8) 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
  前記冠部から前記軸方向の前記他方側に延びる一対のスカート部と、
  前記一対のスカート部を連結する一対のエプロン部とを有し、
  前記スカート部および前記エプロン部の内周面に前記皮膜を有する
  ことを特徴とする内燃機関のピストン。
(12) 請求項７に記載の内燃機関のピストンの表面処理方法において、
  前記ピストンの母材を前記塗料に浸漬することで前記皮膜を形成する
  ことを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法。
(13) 請求項７に記載の内燃機関のピストンの表面処理方法において、
  前記ピストンの母材を機械加工した後に前記皮膜を形成する
  ことを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法。

　本願は、２０１５年４月２３日付の日本国特許出願２０１５－０８８７２２号に基づく優先権を主張する。２０１５年４月２３日付の日本国特許出願２０１５－０８８７２２号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を含む全ての開示内容は、参照により全体として本願に組み込まれる。
　特表２０１４－５３３８０５号公報（特許文献１）の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を含む全ての開示は、参照により全体として本願に組み込まれる。

１　　　ピストン
３１　　冷却皮膜
４　　　冠部
４００　冠面
５　　　エプロン部
６　　　スカート部

Claims

　軸方向の一方側に冠部を有する内燃機関のピストンであって、
　前記冠部は、
　前記軸方向の前記一方側に冠面を有し、
　前記冠面よりも前記軸方向の他方側における少なくとも一部に皮膜を有し、
　前記皮膜はバインダー樹脂と添加剤を含み、
　前記皮膜における前記バインダー樹脂の含有量が50重量%以上かつ90重量%以下であり、
　前記添加剤はグラファイトおよびポリテトラフルオロエチレンを含む　内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記皮膜中のグラファイトとポリテトラフルオロエチレンとの混合物におけるグラファイトの含有量が30重量%以上かつ80重量%以下である　ことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記皮膜における前記混合物の含有量が30重量%以上かつ50重量%以下である　ことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項３に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記混合物におけるグラファイトの含有量が40重量%以上かつ70重量%以下である　ことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項４に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記皮膜における前記混合物の含有量が40重量%以上かつ50重量%以下である　ことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
　前記皮膜は前記冠面の裏側にある　ことを特徴とする内燃機関のピストン。
　軸方向の一方側に冠部を有し、前記冠部は前記軸方向の前記一方側に冠面を有する内燃機関のピストンの表面処理方法であって、
　前記冠部における前記冠面よりも前記軸方向の他方側の少なくとも一部に、塗料により皮膜を形成し、
　前記塗料は、
　グラファイトおよびポリテトラフルオロエチレンを含み、
　バインダー樹脂の含有量が50重量%以上かつ90重量%以下である　内燃機関のピストンの表面処理方法。
　請求項７に記載の内燃機関のピストンの表面処理方法において、
　前記塗料中のグラファイトとポリテトラフルオロエチレンとの混合物におけるグラファイトの含有量が30重量%以上かつ80重量%以下である　ことを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法。
　請求項８に記載の内燃機関のピストンの表面処理方法において、
　前記塗料における前記混合物の含有量が30重量%以上かつ50重量%以下である　ことを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法。
　請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記添加剤は窒化ホウ素または二硫化モリブデンを含み、
前記皮膜における前記混合物の含有量が30重量%以上である
ことを特徴とする内燃機関のピストン。
請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
  前記冠部から前記軸方向の前記他方側に延びる一対のスカート部と、
  前記一対のスカート部を連結する一対のエプロン部とを有し、
  前記スカート部および前記エプロン部の内周面に前記皮膜を有する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。
　請求項７に記載の内燃機関のピストンの表面処理方法において、
前記ピストンの母材を前記塗料に浸漬することで前記皮膜を形成する
ことを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法。
　請求項７に記載の内燃機関のピストンの表面処理方法において、
前記ピストンの母材を機械加工した後に前記皮膜を形成する
ことを特徴とする内燃機関のピストンの表面処理方法。