(57)【要約】【課題】摺動部分に優れた耐磨耗性と自己潤滑性を有する金属中にフッ素樹脂を均一に分散させた複合めっき層を一度の表面処理で形成した内燃機関用ピストン及びシリンダーを提供する。【解決手段】その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚が５から２０μｍであるニッケル金属めっき皮膜を有する。また、本発明はアルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚が５から２０μｍであるニッケル金属めっき皮膜を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させたニッケル金属めっき皮膜を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
フッ素樹脂の微粒子を分散、複合させためっき皮膜厚が５から２０μｍである請求項１記載の内燃機関用ピストン。
【請求項３】
アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させたニッケル金属めっき皮膜を有することを特徴とする内燃機関用シリンダー。
【請求項４】
フッ素樹脂の微粒子を分散、複合させためっき皮膜厚が５から２０μｍである請求項３記載の内燃機関用シリンダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部分の耐磨耗性を改善した内燃機関に用いられるピストンとシリンダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関などにおいても、省エネルギーの観点から燃料消費量の低減を図るため軽量化の要求が高まっている。このような要求に対応するため、アルミニウム含有金属のような軽金属の利用が盛んである。
【０００３】
しかしながら、アルミニウム含有金属は、一般的に耐熱性、剛性、機械的な強度の面で改善が必要とされている。特に、内燃機関用のピストンやシリンダーのような摺動部材として使用する場合、耐磨耗性などの耐久性に欠けるという課題があった。このような課題の改善を目的として、アルミニウム含有金属の表面に各種の表面処理を施すことが提案されている。汎用内燃機関の場合、アルミニウム合金鋳物製のピストンと摺動面に硬質クロムめっきを施したアルミニウム合金ダイカスト製のシリンダーとを組み合わせたものが一般的である。しかし、この組合せは、製造コストが高く、さらに耐久性に劣るという課題があった。
【特許文献１】特開平11−193478号公報
【特許文献２】実開平5−66246号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的な内燃機関用のピストンとシリンダーの組合せでは、ピストンはアルミニウム含有金属からなり、シリンダーはアルミニウム合金または鋳鉄から形成される。ピストンには、シリンダーとの摺動面に焼き付き防止を目的として鉄めっきが施され、ピストンリングを嵌め込むための溝の内面には、ピストンリングとの接触による磨耗を防止するため硬質アルマイト処理が施され、皮膜が形成されている。
【０００５】
上記ピストンを製造する場合、摺動面の鉄めっきとピストンリング用溝の硬質アルマイト皮膜とはそれぞれ別工程で設けるため、製造工程が煩雑であるという問題があった。
【０００６】
アルミニウム含有金属の耐磨耗性などの耐久性の改善することを目的として、アルミニウム含有金属からなるピストンにＡ１−ＯＨ−Ｆ化合物よりなる皮膜をコーティングするもの（例えば、特開平11−193478号公報参照）やピストンの表面をフッ素樹脂複合ニッケルめっき層で被覆したもの（例えば、実開平5−66246号公報参照）が提案されている。これら複合めっき皮膜では、一度に摺動面とピストンリング用溝に被膜を施すことができる。しかし、この方法では、複合めっき皮膜に含まれるフッ素樹脂の粒子径が１から１００μｍと大きく、不均一であり、アルミニウム含有金属との密着性が低く、さらに摺動中に粒子が脱落し易く、また、脱落した場合、表面に大きな凹凸が発生し、その耐久性を阻害するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、摺動部分に優れた耐磨耗性と自己潤滑性を有する金属中にフッ素樹脂を均一に分散させた複合めっき層を一度の表面処理で形成した内燃機関用ピストン及びシリンダーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚が５から２０μｍであるニッケル金属めっき皮膜からなる構成を有している。また、本発明はアルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚が５から２０μｍであるニッケル金属めっき皮膜からなる構成を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、摺動部分に優れた耐磨耗性と自己潤滑性を有する金属中にフッ素樹脂を均一に分散させた複合めっき層を一度の表面処理で形成した内燃機関用ピストン及びシリンダーを実現できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の請求項1に記載した発明は、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させたニッケル金属めっき皮膜を設けてなる内燃機関用ピストンとする構成であり、この構成とすることにより優れた自己潤滑性を実現する内燃機関用ピストンとすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、フッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた５から２０μｍのめっき皮膜厚を設けてなる内燃機関用ピストンとする構成であり、この構成とすることにより優れた耐磨耗性を実現する内燃機関用ピストンとすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させたニッケル金属めっき皮膜を設けてなる内燃機関用シリンダーとする構成であり、この構成とすることにより優れた自己潤滑性を実現する内燃機関用シリンダーとすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、フッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた５から２０μｍのめっき皮膜厚を設けてなる内燃機関用シリンダーとする構成であり、この構成とすることにより優れた耐磨耗性を実現する内燃機関用シリンダーとすることができる。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図1は本発明の一実施の形態における内燃機関用ピストンの概略図である。図1において、1はピストン、２はアルミニウム含有金属母材、３はめっき皮膜、４はリング溝、５はスカート部、６はピン穴部である。図2は本発明の一実施の形態におけるめっき皮膜の概念図である。７はフッ素樹脂の微粒子、８はニッケルめっき皮膜である。
【００１６】
以上のように、構成された内燃機関用ピストンについて以下説明する。
【００１７】
ＡＣ８Ａ材（ＪＩＳ  Ｈ５２０２）を鋳造により、図1に示すようにリング溝４、ピン穴部６を有する内燃機関用ピストン１形状とし、シリンダーとの摺動面であるスカート部５は機械加工により、ピッチ０．１から０．３μｍ、粗さ６μｍの表面状態に仕上げ、その全面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子７を分散、複合させためっき皮膜厚５から２０μｍのニッケル金属めっき皮膜３を形成させる。従来のフッ素樹脂（テフロン(登録商標)PTFE：テトラフロロエチレン樹脂、米国デュポン社）は、その融点３２７℃、連続使用温度２６０℃であるが、溶解と冷却固化を複数回繰り返し、微粒子化することで、３５０℃の耐熱温度を実現できる。このフッ素樹脂の微粒子７は図２に示すように均一にニッケルめっき層８に分散、複合させ、めっき皮膜３を形成する。
【００１８】
比較のため、実施例１と同じように、リング溝４、ピン穴部６を有する内燃機関用ピストン１形状とし、シリンダーとの摺動面であるスカート部５は機械加工により、ピッチ０．１から０．３μｍ、粗さ６μｍの表面状態に仕上げ、その全面に粒径１から５μｍの従来のフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させためっき皮膜厚２０から５０μｍのニッケル金属めっき皮膜を形成させたもの（比較ピストン１）を準備する。
【００１９】
また実施例１及び比較ピストン１の相手となるシリンダーは、ＡＤＣ１２材（ＪＩＳ  Ｈ５３０２）を鋳造により所定のシリンダブロック形状に仕上げる。ピストンとの摺動面は機械加工によりピッチ３μｍ、粗さ３μｍの表面状態に仕上げたもの（シリンダーＡ）と、機械加工された摺動面に粒径０．１から０．５μｍのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚５から２０μｍのニッケル金属めっき皮膜を形成させるもの（シリンダーＢ）を準備する。ピストンリングはねずみ鋳鉄により製作する。
【００２０】
実機耐久実験は表１に示す組み合わせで、２サイクル空冷２気筒エンジンに組み込み、回転数５，２００ｒｐｍ、全負荷、試験時間１００時間の条件で実施した。その結果を同じく表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１の結果に示すように、本発明の実施例１のピストンとシリンダーＡ及びシリンダーＢの組み合わせは、比較ピストン１とシリンダーＡの組み合わせと比較して、耐摩耗性に優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１における内燃機関用ピストンの概略図
【図２】本発明の実施例１におけるめっき皮膜の概念図
【符号の説明】
【００２４】
１    ピストン
２    アルミニウム含有金属母材
３    めっき皮膜
４    リング溝
５    スカート部
６    ピン穴部
７    フッ素樹脂の微粒子
８    ニッケルめっき皮膜
【図１】
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【図２】
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