(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金により円筒形状を有する基材を形成する基材形成工程と、
前記円筒形状における軸方向の一端側に設けられた頂面および前記円筒形状における前記一端側の周壁にアルマイト皮膜を形成する皮膜形成工程と、
前記一端側の周壁を仕上げ加工する工程と、
を有し、
前記皮膜形成工程は、
前記周壁にリング部材を外嵌させることにより前記基材を把持し、アルミニウムが溶解される電界液の上方位置において、前記頂面を下方向に向けた状態で、前記基材を下降することで、前記把持した前記基材における前記頂面および前記一端側の周壁を前記電解液に浸す、
内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項２】
前記皮膜形成工程は、
前記リング部材として複数のハンド部を用い、当該複数のハンド部によって前記周壁を周りから囲むように前記基材を把持する、請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項３】
前記皮膜形成工程は、
凹溝状に形成された燃焼室を含む前記頂面に前記アルマイト皮膜を形成する、請求項１または２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼室の壁面を構成する部材に遮熱膜を形成する技術が知られている。遮熱膜を形成することによって、遮熱性が高まり、内燃機関の熱効率を向上させることが可能となる。
【０００３】
例えば、特開平６−６７８４０号公報には、内燃機関用ピストンの基材の表面に陽極酸化処理をすることによってアルマイト皮膜が形成されたものが開示されている。なお、基材の周壁に形成されたリング溝部の溝底部にはアルマイト皮膜が形成されていない。
【０００４】
一般的に、リング溝部の溝底部のように、陽極酸化処理をしない指定箇所等には、マスキング材を被覆するマスキング処理が施される。マスキング処理は、例えば、エポキシ系塗料等により指定箇所を被覆し、硬化させることにより行われる。硬化時間としては一昼夜程度の時間を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６７８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マスキング処理には高いコストと長い時間とがかかるため、コストが嵩む要因となるという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、マスキング処理を不要にすることにより、コストを低減することが可能な内燃機関用ピストンの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金により円筒形状を有する基材を形成する基材形成工程と、
前記円筒形状における軸方向の一端側に設けられた頂面および前記円筒形状における前記一端側の周壁にアルマイト皮膜を形成する皮膜形成工程と、
前記一端側の周壁を仕上げ加工する工程と、
を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、マスキング処理を不要にすることにより、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関用ピストンの構成を示す側断面図である。
【図２】一対のハンド部を密接した状態で外嵌させた周壁を下方から見た図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関用ピストンの陽極酸化処理工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関用ピストンの陽極酸化処理工程後のワークを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は内燃機関用ピストン１０の構成を示す側断面図である。以下、内燃機関用ピストン１０を「ピストン１０」と略称する。なお、ピストン１０の製造方法において処理される被処理品をワークという場合がある。
【００１２】
図１に示すように、ピストン１０は、基材２０と、アルマイト皮膜３０とを有する。基材２０は、円筒形状を有し、円筒形状における軸方向の一端側に頂面２２が設けられる。図１に、頂面２２を下方向に向けた基材２０を示す。なお、以下の説明において、相互に直交する水平な方向をＸ方向およびＹ方向とし、上下方向をＺ方向とし、上方向をＺ１方向とし、下方向をＺ２方向として説明する。これにより、頂面２２をＺ２方向（下方向）に向けた場合、基材２０の軸方向はＺ方向（上下方向）となる。
【００１３】
基材２０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成される。基材２０の頂面２２の中央には、凹溝状に形成された燃焼室２３が形成される。基材２０の周壁２４には、ピストンリングのリング溝２６が形成される。さらに、基材２０の周壁２４にはピストンピン（図示略）用の貫通孔２８（ピストン孔）が形成される。
【００１４】
アルマイト皮膜３０は、基材２０の燃焼室２３を含む頂面２２および一端側の周壁２４に形成される。これにより、高い遮熱性が得られる。
【００１５】
ピストン１０の製造方法において、基材２０の周壁２４に外嵌し、周壁２４を把持するためのリング部材４０（図２参照）と、リング部材４０を介して、基材２０をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各方向に移動させるためのリング移動部（図示略）とが用いられる。
【００１６】
リング部材４０は、周壁２４に接するコンタクト部材およびその部材を支えるバックアップ部材を有する。なお、以下、リング部材４０をコンタクト部材として説明し、バックアップ部材の説明を省略する。
【００１７】
リング部材４０は、耐酸性を有する。リング部材４０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂又はシリコンゴムなどにより形成される。リング部材４０は、一対のハンド部４２，４２を備える。ハンド部４２は、周壁２４の半径と同じ大きさの半径を有する半円弧形状を備える。これにより、ハンド部４２を周壁２４に密接することが可能となる。
【００１８】
一対のハンド部４２，４２は、基材２０（ワーク）を間にしてＸ方向に対向配置される。
【００１９】
リング移動部は、Ｘ方向移動部、Ｙ方向移動部およびＺ方向移動部を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各移動部は、例えば、モータと、モータの回転力をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各力に変換する動力伝達部と、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各方向に移動されるスライド部と、スライド部をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各方向に案内するガイド部と、を有する。
【００２０】
図２は、一対のハンド部４２，４２を密接した状態で外嵌させた周壁２４を下方から見た図である。
Ｘ方向移動部は、一対のハンド部４２，４２を相互にＸ方向に離間した離間位置とＸ方向に近接した近接位置（図２参照）との間を移動させるように構成される。Ｘ方向移動部は、一対のハンド部４２，４２を離間位置に移動させることにより、一対のハンド部４２，４２を周壁２４から外す。また、リング移動部は、一対のハンド部４２，４２を近接位置に移動させることにより、一対のハンド部４２，４２を周壁２４に密接した状態で外嵌させる。つまり、リング部材４０を周壁２４に外嵌させる。この場合、ハンド部４２，４２の先端部４４，４４同士は、互いに隙間なく嵌合される。一方の先端部４４は例えばＶ字形状の凸部を有し、他方の先端部４４は例えばＶ字形状の凹部を有する。
【００２１】
一対のハンド部４２，４２を周壁２４に外嵌させる場合、一対のリング部材４０は周壁２４をＸ方向から挟むことによって周壁２４を把持する。つまり、一対のハンド部４２，４２（リング部材４０）は、周壁２４に外嵌する機能と、周壁２４を把持する機能との両方を有する。
【００２２】
なお、「ハンド部４２を周壁２４に密接する」とは、ハンド部４２により電解液（後述する）の浸入を遮断するほどの高い液密性を意味するものではない。同様に、「互いに隙間なく嵌合される」は、隙間なく嵌合された部位により電解液の浸入を遮断するほどの高い液密性を意味するものではない。したがって、頂面２２を下方向に向けて基材２０を、リング部材４０を周壁２４に嵌合させた位置まで電解液に浸した場合、リング部材４０を外嵌させた位置にもアルマイト皮膜３０が形成される。
【００２３】
一対のハンド部４２，４２は周壁２４におけるなるべく一端（図１に示す下端２５）側に外嵌される。その理由は、アルマイト皮膜３０が形成される周壁２４のＺ方向の長さを短くして、周壁２４の仕上げ加工（後述する）の時間を短くするためである。
【００２４】
Ｙ方向移動部は、一対のハンド部４２，４２をＹ方向に移動させることにより、基材２０（ワーク）を、ピストン１０の製造方法における各工程のステージに移動させる。
【００２５】
Ｚ方向移動部は、一対のハンド部４２，４２をＺ方向に移動させることにより、例えば、基材２０を上昇位置と降位置との間に移動させる。
【００２６】
なお、リング移動部としては、以上に示すＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の移動部に加えて、一対のハンド部４２，４２をＸ軸回りに回転させることにより、基材２０を上下反転させる反転移動部を有してもよい。
【００２７】
次に、ピストン１０の製造方法の一例について図３および図４を参照して説明する。
【００２８】
ピストン１０の製造方法は、例えば、基材形成工程、前処理工程、皮膜形成工程、封止処理工程、乾燥工程および仕上げ加工工程などを有する。
【００２９】
基材形成工程において、基材２０の材料としてのアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯が鋳型（図示略）に注入される。これにより、鋳造品としての基材２０が作成される。
【００３０】
前処理工程において、基材２０の表面調整を主目的として鏡面仕上げなどの機械前処理および脱脂などの化学的前処理等が施される。なお、前処理工程において、基材２０にマスキング処理は行われない。前処理工程後の基材２０が皮膜形成工程の待機ステージに載置される。
【００３１】
皮膜形成工程において、搬入工程および陽極酸化処理工程を有する。
搬入工程は、Ｘ方向移動部によって、一対のハンド部４２で一端（下端２５）側の周壁２４をＸ方向から挟むことで、待機ステージ上の基材２０を把持する。次に、反転移動部（前述する）によって、基材２０を反転させ、頂面２２を下方向Ｚ２に向ける。なお、待機ステージに基材２０が頂面２２を下方向Ｚ２に向けて載置される場合、基材２０を反転させる必要はない。次に、Ｙ方向移動部により、基材２０を電解液Ｌの上方位置に移動させる。
【００３２】
図３は、陽極酸化処理工程を示す図である。図３に電解液Ｌの上方位置において、一対のハンド部４２で一端（下端２５）側の周壁２４が外嵌された基材２０を実線で示す。
【００３３】
陽極酸化処理工程において、Ｚ方向移動部によって、基材２０を下降位置に移動させる。これにより、燃焼室２３を含む頂面２２および周壁２４における一端（下端２５）の位置から一対のハンド部４２で外嵌された位置までの範囲を電解液Ｌに浸す。図３に、電解液Ｌに浸された基材２０を想像線で示す。
【００３４】
陽極酸化処理工程において、基材２０を陽極として、硫酸等の電解液Ｌに陰極を入れ、その間に直流電流を流し、基材２０の表面を酸化させて、アルマイト皮膜３０を形成する。なお、アルマイト皮膜３０の構造は、電解液の種類（硫酸（濃度）、各種有機酸等）、電解液の条件（電解液温度、濃度）、電解方法（電解電源、電解時間）などにより定まる。
【００３５】
図４は、陽極酸化処理工程後のワークを示す図である。
陽極酸化処理しただけのアルマイト皮膜３０は、中央に微細孔のある皮膜セルからなる多孔質層が主要部分となっており、微細孔を塞ぐために封止処理が行われる。
【００３６】
基材２０を電解液Ｌに所定の電解時間浸した後、Ｚ方向移動部によって基材２０を上昇位置に移動させて、電解液Ｌから取り出す。次に、Ｙ方向移動部によって、基材２０を封止処理工程のステージに移動させる。図４に、アルマイト皮膜３０が形成された基材２０を示す。
【００３７】
封止処理工程において、基材２０を例えば、沸騰水に浸して所定時間煮沸する。これにより、微細孔が塞がれ、耐食性を高めることができる。
次に、Ｙ方向移動部によって、基材２０を封止処理工程のステージから取り出し、乾燥工程のステージに移動させる。
【００３８】
乾燥工程において、基材２０に付いた水を拭き取り、乾燥させる。
【００３９】
仕上げ加工工程において、基材２０の周壁２４を仕上げ加工する。具体的には、周壁２４の一端側に形成されたアルマイト皮膜３０を切削する。仕上げ加工は、周壁２４の一部（一端側）だけでよいため、仕上げ加工に長時間かからない。仕上げ加工後の基材２０（ワーク）を図１に示す。
【００４０】
上記の実施の形態に係るピストン１０の製造方法によれば、マスキング処理を不要にすることにより、コストを低減することが可能となる。
【００４１】
また、基材２０の周壁２４において、一対のハンド部４２，４２に外嵌された位置より高くアルマイト皮膜３０が形成されず、仕上げ加工が周壁２４の一部に限られるので、仕上げ加工に長時間要しないため、この点からもコストを低減することが可能となる。
【００４２】
さらに、一対のハンド部４２，４２が周壁２４に外嵌するばかりでなく、一対のハンド部４２，４２により基材２０を把持して、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各移動部により基材２０を各工程のステージに搬送するので、例えば、ワークをジグに取り付けたり（ラッキング）、取り外したりする作業工程が不要となる。これにより、製造コストを低減することが可能となる。
【００４３】
なお、上記の実施の形態では、一対のハンド部４２，４２の組が一つの基材２０（ワーク）に対応して設けられるが、本発明は、これに限らず、複数の基材２０に対応して複数のハンド部４２の組を設けるようにしてもよい。これにより、複数の基材２０に対してアルマイト皮膜３０の形成を同時に行うことが可能となり、生産性を高めることが可能となる。
【００４４】
また、上記の実施の形態では、リング部材４０が一対のハンド部４２，４２を備えるものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば、リング部材４０が弾性および環形状を有し、周壁２４に外嵌するようなものであってもよい。なお、リング部材４０は例えば乾燥工程後に周壁２４から外され、皮膜形成前の基材２０の周壁２４に外嵌される。このように、頂面２２等にアルマイト皮膜３０を形成する場合に、リング部材４０を繰り返し使用することにより、製造コストを低減することが可能となる。さらに、リング部材４０が３以上のハンド部４２を備え、３以上のハンド部４２により周壁２４を周りから囲むように外嵌して把持するようにしてもよい。
【００４５】
さらに、上記の実施の形態に係るピストン１０の製造方法においては、図１に示すように、凹溝状の燃焼室２３を含む頂面２２にアルマイト皮膜３０を形成するものを示したが、本発明は、これに限らず、燃焼室２３を持たない平らな頂面２２にアルマイト皮膜３０を形成するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、コストを低減することが可能な内燃機関用ピストンの製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  内燃機関用ピストン
２０  基材
２２  頂面
２３  燃焼室
２４  周壁
２５  下端
２６  リング溝
２８  貫通孔
３０  アルマイト皮膜
４０  リング部材
４２  ハンド部
４４  先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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