(57)【要約】  本発明は、内燃機関のシリンダ内を往復動作するとともに、前記シリンダの内壁に摺接するピストンスカート（１２）を有する内燃機関用ピストン（１０）に関する。ピストンスカート（１２）の摺接面には、固体潤滑部（３０）が設けられる。この固体潤滑部（３０）は、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種と、炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか１種とを含有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ内を往復動作するとともに、前記シリンダの内壁に摺接するピストンスカート（１２）を有する内燃機関用ピストン（１０）において、
前記ピストンスカート（１２）の摺接面に固体潤滑部（３０）が設けられ、
前記固体潤滑部（３０）は、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種と、炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか１種とを含有することを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項２】
請求項１記載のピストン（１０）において、前記炭化物セラミックスがＳｉＣ、ＴｉＣ又はＴｉＣＮのいずれかであることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項３】
請求項１又は２記載のピストン（１０）において、前記固体潤滑部（３０）が線状形状又は点状形状をなしていることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストン（１０）において、前記固体潤滑部（３０）と前記ピストンスカート（１２）の摺接面との間に、少なくとも樹脂材を含有する中間層（５４）が介在していることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項５】
請求項４記載のピストン（１０）において、前記中間層（５４）を構成する樹脂中に固体潤滑剤が含まれることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項６】
請求項５記載のピストン（１０）において、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトの群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のピストン（１０）において、前記ピストンスカート（１２）の摺接面に凸部（２６）が設けられ、且つ前記固体潤滑部（３０）が前記凸部（２６）にのみ設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関にてシリンダ内を往復動作する内燃機関用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、燃料が供給された内燃機関が発生する駆動力を回転駆動力に変換してタイヤを回転動作させ、これにより走行している。このような構成の自動車において、近時、内燃機関の燃料消費率（燃費）を向上させることが種々試みられている。燃料の消費量が低減するので、省エネルギ化となるとともに、地球環境保護に貢献し得るからである。【０００３】
そのような試みの１つとして、内燃機関のシリンダの内壁（ボア又はスリーブの内壁）と、該シリンダ内を往復動作するピストンとの摺動抵抗を低減することが挙げられる。摺動抵抗が小さい場合、ピストンが往復動作することが容易となる。このため、ピストンを往復動作させるための駆動力が小さくなり、ひいては燃料消費量が低減するからである。【０００４】
摺動抵抗を低減するべく、潤滑性に富む物質を含む層をシリンダの内壁又はピストンスカートに設け、これにより、内壁又はピストンスカートの潤滑性能を向上させることが知られている。例えば、本出願人は、国際公開第２０１１／１１５１５２号パンフレットにおいて、ピストンスカートの摺接面に条痕を形成するとともに、該条痕を銀、銀合金、銅又は銅合金からなる潤滑性の皮膜で被覆することを提案している。【０００５】
該国際公開第２０１１／１１５１５２号パンフレットに記載の通り、この種の皮膜と、ピストンスカートとの間に耐熱性樹脂材からなる中間層を介在すると、皮膜が中間層を介してピストンスカートに強固に接合するので好適である。なお、中間層をなす耐熱性樹脂材の具体例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−６樹脂、ナイロン−６，６樹脂等が挙げられている。【０００６】
このように構成された内燃機関用ピストンでは、皮膜が存在することにより、シリンダの内壁（例えば、スリーブの内壁）とピストンスカートとの間に潤滑剤を良好に保持することができるとともに、摩擦熱が速やかに拡散ないし伝達されるようになるのでピストンスカートとシリンダの内壁との間に凝着が起こることを回避することができるという効果が得られる。
【発明の概要】
【０００７】
レーシングカー等、過酷な環境下で走行する車においては、内燃機関に優れた耐久性が要求される。例えば、国際公開第２０１１／１１５１５２号パンフレット記載の内燃機関用ピストンの場合、ピストンスカートとシリンダの内壁との間に凝着が起こることが可及的長期間にわたって回避されることが望まれる。
【０００８】
本発明の主たる目的は、シリンダの内壁とピストンスカートとの間に凝着が起こることを回避し得、しかも、摩耗し難い固体潤滑部を具備する内燃機関用ピストンを提供することにある。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、内燃機関のシリンダ内を往復動作するとともに、前記シリンダの内壁に摺接するピストンスカートを有する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストンスカートの摺接面に固体潤滑部が設けられ、
前記固体潤滑部は、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種と、炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか１種とを含有する内燃機関用ピストンが提供される。なお、本発明における「炭化物」には、炭化且つ窒化した炭窒化物が含まれるものとする。
【００１０】
銀、銀合金、銅又は銅合金を含む固体潤滑部は、それ自体で優れた熱伝導度を示し、このため、シリンダの内壁（例えば、スリーブの内壁）との間に凝着が生じ難い。本発明においては、このような金属に加え、さらに炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか一方が添加されている。
【００１１】
グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、ダイヤモンド等の炭素材は、銀、銀合金、銅又は銅合金に比して熱伝導度が著しく大きい。このため、内燃機関用ピストンのピストンスカートの摺接面と、シリンダの内壁との摺接箇所で発生した熱が一層容易に拡散する。しかも、これらの炭素材は、潤滑性に優れているので摺動抵抗を減少させる。以上のことが相俟って、内燃機関の摩擦損失が低減し、その結果、凝着が長期間にわたって一層生じ難くなる。炭化物セラミックスを添加した場合にも同様に、内燃機関の摩擦損失が低減する。
【００１２】
従って、この内燃機関用ピストンを組み込んだ内燃機関を、レーシングカー等の過酷な環境下で運転される車に搭載したとしても、長期間にわたって優れた耐久性を示す。
【００１３】
炭化物セラミックスの好適な例としては、優れた耐摩耗性を示し、且つ熱伝導度が比較的大きな炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）又は炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を挙げることができる。このような炭化物セラミックスを用いることにより、固体潤滑部に凝着が起こることが回避されるとともに、固体潤滑部が摩耗し難くなる。
【００１４】
固体潤滑部は、ピストンスカートの摺接面全体に設けるようにしてもよいが、該固体潤滑部が銀、銀合金、銅又は銅合金からなるため、コストが上昇するとともに内燃機関用ピストンの重量が大きくなる。そこで、固体潤滑部を、線状形状又は点状形状で形成することが好ましい。
【００１５】
この場合、固体潤滑部の総体積が低減するので、該固体潤滑部をなす金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量が低減する。従って、コストを低廉化することができる。また、内燃機関用ピストンの重量が大きく増加することを回避することができる。
【００１６】
さらに、固体潤滑部とピストンスカートの摺接面との間に、少なくとも樹脂材を含有する中間層を介在することが好ましい。固体潤滑部は、樹脂材に対して強固に接合する。このため、中間層が存在すると固体潤滑部が摺接面から脱落し難くなる。従って、摩擦損失が長期間にわたって低減される。
【００１７】
なお、中間層には、樹脂材の他、ＭｏＳ２やＢＮ、グラファイト等の固体潤滑剤をさらに含めるようにしてもよい。この場合、固体潤滑部が万一脱落して下地層が露呈したとしても、該中間層に含まれる固体潤滑剤によって潤滑性能が維持されるからである。
【００１８】
以上の構成において、前記ピストンスカートの摺接面に凸部を設け、且つ前記固体潤滑部を前記凸部にのみ選択的に設けることが好ましい。
【００１９】
内燃機関用ピストンの往復運動において実質的な摺接部位となるのは、前記凸部である。従って、固体潤滑部を凸部にのみ設けた場合であっても、十分な潤滑性能が得られる。
【００２０】
そして、このように摺接に関与する部位にのみ選択的に潤滑性肉盛り部を設けることにより、ピストンスカートの全体にわたって潤滑性肉盛り部を設ける場合に比して、潤滑性肉盛り部を得るための金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量を大幅に低減することができ、このため、コストの低廉化を図ることができる。また、潤滑性肉盛り部を凸部にのみ選択的に設けるようにしているので、内燃機関用ピストンの重量が大きく増加することを回避することができる。
【００２１】
本発明によれば、内燃機関用ピストンのピストンスカートに設けられて銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含有する固体潤滑部に対し、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、ダイヤモンド等の炭素材、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）又は炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）等の炭化物セラミックスの少なくともいずれか一方を配合するようにしている。このような固体潤滑部では、銀、銀合金、銅又は銅合金のみからなる固体潤滑部に比して熱伝導度や耐摩耗性が向上する。
【００２２】
このため、ピストンスカートとシリンダの内壁との実質的な摺接箇所において発生した熱が一層容易に拡散するようになる。従って、該摺接箇所が高温になることが回避され、その結果、凝着が起こることが回避される。これにより内燃機関の摩擦損失が一層低減することに伴って、凝着が長期間にわたって一層生じ難くなる。すなわち、耐久性に優れた内燃機関を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るピストンの概略全体斜視図である。
【図２】図１に示すピストンの側面図である。
【図３】前記ピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。
【図４】潤滑性肉盛り部に含まれる物質の種類及び添加割合と、摩擦損失の低減率との相関関係を示す図表である。
【図５】第１実施形態の変形例に係るピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るピストンの側面図である。
【図７】図６のピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。
【図８】第２実施形態の変形例に係るピストンを構成するピストンスカートの表層部近傍を拡大して示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る内燃機関用ピストン（以降、単に「ピストン」と表記することもある）につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態に係るピストン１０の概略全体斜視図であり、図２は、その側面図である。このピストン１０は、その下部に一対のピストンスカート１２、１２を有し、該ピストンスカート１２、１２同士の間には、略鉛直方向に沿って延在する壁部１４、１４が介在する。壁部１４、１４の各々には、ピンボス部１６、１６が水平方向に指向して突出するように設けられ、ピンボス部１６、１６の各々には、図示しないピストンピンを挿入するためのピストンピン孔１７、１７が貫通形成される。前記ピストンピンは、図示しないコネクティングロッド（コンロッド）の小端部に形成される貫通孔に通され、これにより、コンロッドを軸支する。
【００２６】
ピストンスカート１２、１２の上部には、下方から上方に向かうに従って、オイルリング溝１８、第１ピストンリング溝２０、第２ピストンリング溝２２がこの順序で形成される。勿論、これらオイルリング溝１８、第１ピストンリング溝２０及び第２ピストンリング溝２２は、ピストン１０の頭部を円周方向に沿って周回するように形成されている。
【００２７】
以上のように構成されるピストン１０は、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ｈ、Ａ１１００（いずれもＪＩＳに定義されるアルミニウム合金）、又はＡｌ−Ｃｕ合金等のアルミニウム合金からなる。
【００２８】
図３に拡大して示すように、第１実施形態においては、前記ピストンスカート１２の摺接面に対して条痕２４が設けられる。ここで、図３中の矢印Ｘ方向は、図１及び図２中の矢印Ｘ方向に対応し、以降の図面においても同様である。
【００２９】
条痕２４は、隆起した突起部２６と、陥没した谷部２８とを有するうねりであり、該ピストンスカート１２に対し、その周回方向に沿って機械加工を施すことで形成される。突起部２６（凸部）の高さＨは０．００１〜０．１ｍｍの範囲内であり、隣接する突起部２６、２６同士の間隔、すなわち、ピッチＰは０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることが好適である。なお、高さＨの一層好適な範囲は０．００８〜０．０１２ｍｍであり、ピッチＰの一層好適な範囲は０．２５〜０．３ｍｍである。
【００３０】
ここで、第１実施形態では、条痕２４中の突起部２６にのみ、固体潤滑部としての潤滑性肉盛り部３０が設けられる。すなわち、潤滑性肉盛り部３０は、条痕２４を構成する谷部２８には設けられておらず、突起部２６の軌跡に従ってピストンスカート１２の周回方向に沿って線状に延在する。
【００３１】
潤滑性肉盛り部３０は、銀、銀合金、銅、又は銅合金の少なくともいずれか１種と、炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか１種とを含有する混合物であり、図３に拡大して示すように、突起部２６からさらに隆起した突部である。
【００３２】
銀、銀合金、銅、又は銅合金はいずれも、ピストンスカート１２がシリンダブロックのボアの内壁、又はシリンダスリーブの内壁に対して摺接する際、優れた潤滑性能を示す。なお、銀合金の好適な例としてはＡｇ−Ｓｎ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金が挙げられ、銅合金の好適な例としてはＣｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｐ合金等が挙げられる。
【００３３】
また、炭素材は単体で大きな熱伝導度を示し、このため、炭素材を含有する潤滑性肉盛り部３０では、銀、銀合金、銅、又は銅合金のいずれかで構成される潤滑性肉盛り部に比して優れた熱伝導度が発現する。このことに基づいて、ピストンスカート１２がシリンダの内壁に摺接する際、互いの摺接箇所に局所的に発生した熱が容易に拡散するようになる。従って、該摺接箇所が高温となることが回避され、摺接箇所が凝着を起こすことなく容易に研磨される。その結果として、内燃機関の摩擦損失（Ｐｓｆ）が低減する。
【００３４】
炭素材の好適な一例としては、ＳＰ２混成軌道を形成したカーボンが挙げられる。カーボンは、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン等の結晶構造体であってもよいし、カーボンブラックや活性炭等のアモルファス構造体であってもよい。結晶構造体は熱伝導度が比較的大きく、とりわけ、カーボンナノチューブは３０００〜５５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の優れた熱伝導度を示すことから特に好適である。又は、炭素繊維を選定することもできる。
【００３５】
炭素材の別の好適な一例としては、ＳＰ３混成軌道を形成したダイヤモンドが挙げられる。ダイヤモンドの熱伝導度は、１０００〜２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、グラファイトの熱伝導度９００〜２３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と略同等である。しかも、この場合、ダイヤモンドが優れた耐摩耗性を示すことに基づいて、潤滑性肉盛り部３０に優れた耐摩耗性がもたらされる。
【００３６】
一方、炭化物セラミックスは、その耐摩耗性に基づき、主に、潤滑性肉盛り部３０の耐摩耗性を向上させる役割を果たす。なお、上記したように、本実施の形態における「炭化物」には、「炭窒化物」が含まれる。
【００３７】
そのような機能を営む炭化物セラミックスは、特に限定されるものではないが、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化タングステン、炭化バナジウム、炭化ハフニウム、又はこれらがさらに窒化した炭窒化物等が好適な例として挙げられる。
【００３８】
特に、炭化ケイ素は、炭化物セラミックスの中では熱伝導度が比較的大きい。従って、耐摩耗性に優れ、且つ熱伝導度が良好な潤滑性肉盛り部３０を得ることができる。しかも、炭化物セラミックスの中では比較的安価であるので、潤滑性肉盛り部３０を得るコストの低廉化を図ることができる。
【００３９】
炭化物セラミックスとしては、炭化チタンないし炭窒化チタンを選定するようにしてもよい。これらは比較的入手し易く、従って、耐摩耗性に優れる潤滑性肉盛り部３０を比較的低コストで形成することが可能となる。
【００４０】
潤滑性肉盛り部３０における炭素材又は炭化物セラミックスの割合は、内燃機関の摩擦損失が向上し得るように、又は、潤滑性肉盛り部３０に十分な耐摩耗性が発現するように設定される。このためには、個々の潤滑性肉盛り部３０の重量を１００重量％とするとき、炭素材又は炭化物セラミックスの割合を０．５〜３０重量％とすることが好ましい。なお、炭素材又は炭化物セラミックスの割合は、０．５〜５重量％であっても十分である。
【００４１】
勿論、炭素材及び炭化物セラミックスの双方を併用したり、炭化物セラミックスとして炭化ケイ素等の熱伝導度が大きなものを選定したりすることによって、内燃機関の摩擦損失を向上させ、且つ潤滑性肉盛り部３０に十分な耐摩耗性を発現させることも可能である。
【００４２】
潤滑性肉盛り部３０の全てを同一の混合物から設ける必要は特にない。例えば、１個の条痕２４の突起部２６を、銀及び炭化ケイ素を含有する潤滑性肉盛り部３０で被覆するとともに、該条痕２４に隣接する別の条痕２４の突起部２６を、銅合金及びグラファイトを含有する潤滑性肉盛り部３０で被覆する等、別種の混合物から潤滑性肉盛り部３０を設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、潤滑性肉盛り部３０の厚みは、特に限定されるものではないが、過度に小さいと潤滑性肉盛り部３０が比較的短期間で摩耗してしまい、下地である突起部２６が露呈することになる。一方、過度に大きいと、潤滑性肉盛り部３０の重量が大きくなるのでピストン１０を往復動作させるための駆動力が大きくなってしまう。以上の不都合が発生することを回避するべく、潤滑性肉盛り部３０の厚みを０．５〜１００μｍに設定することが好ましい。
【００４４】
第１実施形態に係るピストン１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
【００４５】
内燃機関を組み上げて運転する際、シリンダの内壁（シリンダボアの内壁又はシリンダスリーブの内壁）に対して、実質的には潤滑性肉盛り部３０が潤滑油を介して摺接する。例えば、潤滑性肉盛り部３０がＦＣ（ねずみ鋳鉄）スリーブ又はＡｌスリーブの内壁に摺接するような場合では、潤滑性肉盛り部３０中の銀、銀合金、銅又は銅合金の熱伝導度と、ＦＣスリーブ又はＡｌスリーブの熱伝導度との和を求めると３５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となる。しかも、潤滑性肉盛り部３０には、熱伝導度がこれよりも大きい炭素材、又はこれと同程度である炭化物セラミックスが含まれているので、潤滑性肉盛り部３０の熱伝導度は、銀、銀合金、銅又は銅合金のみの場合に比して大きくなる。
【００４６】
このため、ピストンスカート１２がシリンダの内壁に摺接する際、互いの摺接箇所に局所的に発生した熱が容易に拡散する。換言すれば、滞熱することが回避される。従って、摺接箇所が高温となることが回避されるので、摺接箇所が凝着を起こすことなく容易に研磨される。以上の現象が惹起される結果、内燃機関の摩擦損失（Ｐｓｆ）が低減する。
【００４７】
例えば、一般的な潤滑性皮膜であるＭｏＳ２からなる潤滑性肉盛り部を設けたピストンを基準とすると、銀からなる潤滑性肉盛り部３０を設けたピストン１０を具備する内燃機関では、摩擦損失が６％低減する。さらに、銀に対してダイヤモンドを添加すると、図４に示すように、その添加量に応じて摩擦損失の低減率が大きくなる。すなわち、ダイヤモンドの添加量が大きくなるにつれて、摩擦損失が低減する。
【００４８】
図４には、グラファイト、又は炭化ケイ素の添加量と、摩擦損失の低減率との関係を併せて示している。この図４から、銀に対して炭素材又は炭化物セラミックスを添加することにより、ピストン１０を組み込んだ内燃機関の摩擦損失を低減し得ることが明らかである。
【００４９】
このため、ピストン１０が可及的長期間にわたってシリンダ内を円滑に往復動作する。従って、例えば、レーシングカー等、ピストン１０がシリンダ内を激しく往復運動するような過酷な環境下で運転される車であっても、耐久性に優れた内燃機関として供することが可能である。
【００５０】
のみならず、この場合、潤滑性肉盛り部３０のＦＣスリーブ又はＡｌスリーブに対するヤング率の差の絶対値が１０ＧＰａ以上となる。本発明者らの鋭意検討によれば、ヤング率の絶対値の差がこのように大きくなると、スリーブとピストンスカート１２との間の微小なクリアランスに潤滑油が良好に保持される。このため、焼付きが生じることを有効に回避し得る。
【００５１】
また、銀又は銀合金は概して高価であり、重量も大きいため、銀又は銀合金からなる皮膜をピストンスカート１２の摺接面の全体に形成すると、コストの上昇及びピストンの重量増加を招いてしまうが、本実施の形態では、突起部２６のみに選択的に潤滑性肉盛り部３０を設けるようにしている。このため、潤滑性肉盛り部３０を得るための金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量が低減するので、コストが低廉化する。しかも、潤滑性肉盛り部３０が突起部２６にのみ存在するので、ピストン１０の重量が大きく増加することを回避することができる。
【００５２】
なお、実質的な摺接部が潤滑性肉盛り部３０であるため、突起部２６にのみ潤滑性肉盛り部３０を設ける場合においても、ピストン１０に十分な摺動特性が発現する。
【００５３】
以上のように、突起部２６のみに選択的に潤滑性肉盛り部３０を設けることにより、コストを低廉化しつつ、しかも、ピストン１０の重量増加を抑制しながら、十分な潤滑作用を発現させることができる。
【００５４】
潤滑性肉盛り部３０は、例えば、以下のようにしてピストンスカート１２の摺接面に設けることができる。
【００５５】
先ず、銀、銀合金、銅又は銅合金の微粒子、好ましくは平均粒径が１〜８０ｎｍ、より好ましくは３０〜８０ｎｍである、いわゆるナノ粒子を分散媒に分散させる。なお、分散媒としては、テルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン等が例示される。
【００５６】
さらに、分散媒に対し、グラファイトやカーボンナノチューブ、カーボンブラック、ダイヤモンド等の炭素材、又は炭化ケイ素、炭化チタン、炭窒化チタン等の炭化物セラミックスの少なくともいずれか一方を添加し、粘度が１０ｃｐ程度であるペーストを調製する。このペーストに対し、分散剤等を添加するようにしてもよい。
【００５７】
次に、該ペーストをピストンスカート１２に塗布する。塗布に際しては、スクリーン印刷やパッド印刷等の公知の塗布手法を採用することができる。
【００５８】
この際には、条痕２４の谷部２８をスクリーンで覆う。これにより、前記谷部２８にペーストが塗布されることが防止され、凸部である突起部２６にのみ選択的にペーストが塗布される。
【００５９】
次に、該ペーストをピストン１０ごと加熱する。この際の好適な加熱温度は、１６０〜２４０℃である。これによりペースト中の分散媒が揮発するとともに、ナノ粒子同士が融着する。すなわち、焼結が起こり、ナノ粒子の焼結体からなる潤滑性肉盛り部３０が得られるに至る。ペーストが突起部２６にのみ塗布されているので、潤滑性肉盛り部３０も突起部２６にのみ選択的に形成される。
【００６０】
ナノ粒子を用いた場合、上記したように１６０〜２４０℃という比較的低温域で焼結させて皮膜を形成することが可能である。従って、アルミニウム合金からなるピストンスカート１２が高温となることが回避され、このため、該ピストンスカート１２の機械的強度等に影響が及ぶことを回避することができる。
【００６１】
なお、条痕２４の突起部２６で凸部を設けることに代替し、樹脂によって凸部を設けるようにしてもよい。これを、第１実施形態の変形例として説明する。
【００６２】
この変形例では、図５に断面を拡大して示すように、ピストンスカート１２の摺接面が平滑面として形成されるとともに、該平滑な摺接面に樹脂層４０が固着されている。この樹脂層４０には、摺接面を周回する複数本の線状形状をなすようにして凸部４２が突出形成される。この場合、凸部４２は、ピストンスカート１２に近接する底部側で幅広、離間する頂部側で幅狭となっている。このため、複数本の線状形状の凸部４２によって、条痕２４に類似する条痕形状が形成される。
【００６３】
樹脂層４０（凸部４２）を構成する樹脂は、潤滑性肉盛り部３０とピストンスカート１２との接合力を向上させる種類のものであることが好ましい。そのような素材の好適な例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−６樹脂、ナイロン−６，６樹脂等を挙げることができる。
【００６４】
この変形例においては、ピストンスカート１２の摺接面と潤滑性肉盛り部３０との間に樹脂からなる凸部４２を介在するように設けるようにしているので、潤滑性肉盛り部３０をなす銀、銀合金、銅又は銅合金の使用量が低減する。その結果、コストが低廉化するとともに、ピストン１０の重量が大きく増加することを回避することができる。
【００６５】
なお、この変形例において潤滑性肉盛り部３０を形成するときには、ペーストを得るための分散媒として、ピストンスカート１２の摺接面と潤滑性肉盛り部３０の間に介在する凸部４２（樹脂）を膨潤させることが可能なものを選定することが好ましい。その具体例としては、Ｎ−メチルピロリドン、ポリビニルピロリロン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等が挙げられる。
【００６６】
この場合、潤滑性肉盛り部３０を形成するために凸部４２上にペーストを塗布した際、分散媒の作用下に樹脂が膨潤する。その結果として、樹脂とペーストとの界面に銀粒子が拡散した相互混合層が形成される。この相互混合層によって、凸部４２と潤滑性肉盛り部３０との間にいわゆるアンカー効果が発現するので、凸部４２に対する潤滑性肉盛り部３０の接合力が一層強固となる。
【００６７】
次に、第２実施形態につき説明する。なお、図１〜図３、図５に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
図６は、第２実施形態に係るピストン５０の側面図である。この場合、ピストンスカート１２の摺接面には、複数個の点状形状として潤滑性肉盛り部５２が設けられる。なお、潤滑性肉盛り部５２は、第１実施形態と同様に、金属として銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種を含有するとともに、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンド等の炭素材、又は炭化ケイ素、炭化チタン、炭窒化チタン等の炭化物セラミックスの少なくともいずれか一方を含有する。
【００６９】
図６においては理解の容易のために示していないが、図７に拡大して示すように、第２実施形態においても、ピストンスカート１２に条痕２４が形成される。その一方で、潤滑性肉盛り部５２は、条痕２４の凸部（突起部２６）であるか谷部２８であるかに関わらず、ランダムに配置される。すなわち、第２実施形態では、潤滑性肉盛り部５２の形成位置は、突起部２６（凸部）に限定されない。
【００７０】
しかしながら、第２実施形態では、潤滑性肉盛り部５２が点状形状に設けられるため、個々の潤滑性肉盛り部５２の体積が小さい。すなわち、第１実施形態では、実際の摺接に関与する位置にのみ潤滑性肉盛り部３０を設けることで金属（銀、銀合金、銅又は銅合金）の使用量を低減するようにしているが、第２実施形態では、個々の潤滑性肉盛り部５２の体積、ひいては、全ての潤滑性肉盛り部５２の体積の総和を小さくすることで、金属の使用量を低減するようにしている。
【００７１】
このため、第２実施形態においても、第１実施形態と同様にコストが低廉化するとともに、ピストン５０の重量が大きく増加することを回避することができるという効果が得られる。
【００７２】
なお、潤滑性肉盛り部５２を点状に形成するためには、上記したスクリーン印刷又はパッド印刷等の公知の塗布手法を実施する際、ピストンスカート１２の所定箇所をスクリーンで覆うようにすればよい。
【００７３】
また、条痕２４を形成することは必須ではない。すなわち、ピストンスカート１２の摺接面を平滑面とし、この平滑な摺接面に対して点状の潤滑性肉盛り部５２を設けるようにしてもよい。この場合、潤滑性肉盛り部５２、５２同士の間に形成される凹部が潤滑油を保持する役割を果たす。
【００７４】
さらに、ピストンスカート１２の摺接面と、潤滑性肉盛り部５２との間に中間層を介在するようにしてもよい。これを、第２実施形態の変形例として説明する。
【００７５】
この変形例では、図８に断面を拡大して示すように、ピストンスカート１２の平滑な摺接面が全体にわたって中間層５４で覆われ、この中間層５４上に、点状形状の潤滑性肉盛り部５２が設けられる。
【００７６】
中間層５４は、樹脂材に加えて固体潤滑剤をさらに含有するものであってもよい。換言すれば、中間層５４は、潤滑性を示す無機物質と、上記したような樹脂との混合層であってもよい。
【００７７】
固体潤滑剤としては公知のものを配合すればよいが、その好適な例としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、グラファイト（Ｃ）等が挙げられる。この場合、潤滑性肉盛り部５２とピストンスカート１２との接合力が向上するとともに、中間層５４が万一シリンダの内壁に摺接するに至ったとしても、前記固体潤滑剤によって潤滑性能が維持される。
【００７８】
以上のように、中間層５４によって潤滑性を維持させたり、又は、潤滑性肉盛り部５２とピストンスカート１２との接合力を向上させたりしつつ、潤滑性肉盛り部５２を得るための金属の使用量を低減することができる。そして、その結果、コストを低廉化することができるとともに、ピストン５０の重量が大きく増加することを回避することができる。
【００７９】
そして、上記したような無機物質又は樹脂のいずれも安価且つ軽量であり、このため、ピストンスカート１２の摺接面全体を中間層５４で被覆したとしても、コストが著しく上昇することや、ピストン５０の重量が過度に大きくなることが回避される。しかも、ピストンスカート１２の摺接面全体を中間層５４で被覆するときには、ピストンスカート１２の摺接面の一部に選択的に中間層５４を設ける場合に比して作業が容易且つ簡便となるという利点が得られる。
【００８０】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは勿論である。
【００８１】
例えば、第２実施形態においても、条痕２４の突起部２６にのみ潤滑性肉盛り部５２を点状に形成するようにしてもよい。すなわち、この場合、ピストンスカート１２の摺接面を周回する突起部２６の一部が潤滑性肉盛り部５２によって点状に被覆される。
【００８２】
また、第１実施形態の変形例と同様に、中間層５４を条痕形状に形成するようにしてもよい。この場合、条痕形状の頂部に潤滑性肉盛り部５２を点状に形成すればよい。
【００８３】
さらに、第２実施形態の変形例では、ピストンスカート１２の摺接面全体を中間層５４で覆うようにしているが、ピストンスカート１２の摺接面の一部に選択的に中間層５４を点状又は線状に設け、この中間層５４上にのみ選択的に潤滑性肉盛り部５２を設けるようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月25日(2013.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ内を往復動作するとともに、前記シリンダの内壁に摺接するピストンスカート（１２）を有する内燃機関用ピストン（１０）において、
前記ピストンスカート（１２）の摺接面に固体潤滑部（３０）が設けられ、
前記固体潤滑部（３０）は、銀、銀合金の少なくともいずれか１種と、炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか１種とを含有することを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項２】
内燃機関のシリンダ内を往復動作するとともに、前記シリンダの内壁に摺接するピストンスカート（１２）を有する内燃機関用ピストン（１０）において、
前記ピストンスカート（１２）の摺接面に固体潤滑部（３０）が設けられ、
前記固体潤滑部（３０）は、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか１種と、炭素材又は炭化物セラミックスの少なくともいずれか１種とを含有する焼結体からなることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項３】
請求項１又は２記載のピストン（１０）において、前記炭化物セラミックスがＳｉＣ、ＴｉＣ又はＴｉＣＮのいずれかであることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストン（１０）において、前記固体潤滑部（３０）が線状形状又は点状形状をなしていることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン（１０）において、前記固体潤滑部（３０）と前記ピストンスカート（１２）の摺接面との間に、少なくとも樹脂材を含有する中間層（５４）が介在していることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項６】
請求項５記載のピストン（１０）において、前記中間層（５４）を構成する樹脂中に固体潤滑剤が含まれることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項７】
請求項６記載のピストン（１０）において、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトの群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のピストン（１０）において、前記ピストンスカート（１２）の摺接面に凸部（２６）が設けられ、且つ前記固体潤滑部（３０）が前記凸部（２６）にのみ設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン（１０）。
【国際調査報告】
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