(57)【要約】【課題】ピストンの外観から所定の複層皮膜が施されていることを、例えば視認によって判断することができる内燃機関のピストンを提供する。【解決手段】アルミニウム合金製ピストン１の基材１ａの両スカート部８，９の外周面に、下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１の２層の皮膜組成物を施した。下層皮膜組成物を施した際に、両スカート部の周方向のほぼ中央位置で、かつ下側の位置に小さな正方形状の第１窓部３０が同時に設けられる。一方、上層皮膜組成物を施した際に、両スカート部の周方向のほぼ中央位置で、かつ上側の位置に小さな正方形の第２窓部３１が同時に設けられており、この形成位置が第１窓部の形成位置とはオーバーラップしない位置になっている。よって、両皮膜組成物が施されている場合は、両窓部が塞がれた状態になり、一方のみの皮膜組成物が誤って施されていない場合は、いずれかの窓部が開いている状態になる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン基材の径方向に形成された一対のスカート部の少なくとも一方の表面に複層皮膜を施した内燃機関のピストンであって、
前記複層皮膜のそれぞれの単層皮膜の異なる位置にマークを設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
ピストン基材の径方向に形成された一対のスカート部の少なくとも一方の表面に複層皮膜を施した内燃機関のピストンであって、
上層皮膜に窓部を設けると共に、該窓部からピストン基材の表面あるいは下層皮膜が表出していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項３】
ピストン基材の径方向に形成された一対のスカート部の少なくとも一方の表面に複層皮膜を施した内燃機関のピストンであって、
前記複層皮膜は固定潤滑剤を含有すると共に、前記複層皮膜の各単層皮膜から非皮膜部を介して離間した位置でかつそれぞれ異なる位置に単一層のマーク皮膜を施したことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記複層皮膜は、前記ピストン基材に直接施された下層皮膜と、該下層皮膜の上に施される上層皮膜とからなり、
前記下層皮膜は、前記上層皮膜よりも前記ピストン基材との密着性が高く、前記上層皮膜は、前記ピストン基材よりも前記下層皮膜との密着性が高いものであって、
前記上層皮膜のマークが施される部位の前記ピストン基材表面に、該ピストン基材表面が部分的に露出した前記下層皮膜が施されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記上層皮膜のマークが施される部位の前記ピストン基材表面に、前記下層皮膜の一部が散在していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記上層皮膜のマークが施される部位の前記ピストン基材表面に施される前記下層皮膜は、同一形状の複数の点部が散在していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項７】
請求項４に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記上層皮膜のマークが施される部位の前記ピストン基材表面には、前記下層皮膜が前記上層皮膜のマークの面積に対して１０〜８５％の割合で施されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周面に複層皮膜が施された内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、例えば自動車用内燃機関のピストンの耐摩耗性または耐焼き付き性を改善する方法の一つとして、以下の特許文献１に記載された技術がある。
【０００３】
この技術は、ピストン基材の表面に、結合樹脂であるエポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂と、固体潤滑剤であるポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデンの下層皮膜組成物を施し、さらにこの表面に、結合樹脂であるエポキシ樹脂及びポリアミドイミド樹脂と、固体潤滑剤である窒化ホウ素と、硬質粒子である窒化珪素及びアルミナとからなる上層皮膜組成物を施して二重の皮膜組成物を形成したものである。これによって、耐摩耗性に優れると共に、初期馴染み性と耐焼き付け性を向上させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５６７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術は、上下の複層皮膜は単に重合状態になっていることから、ピストンの外観からは複数の皮膜層が施されているか否かは分からない。したがって、単一の皮膜層になっている場合でもそのまま製品として流通してしまうおそれがあり、信頼性に欠ける。
【０００６】
本発明は、ピストンの外面に所定の複層皮膜が施されていることを、ピストンの外観から判断することができる内燃機関のピストンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、ピストン基材の径方向に形成された一対のスカート部の少なくとも一方の表面に複層皮膜を施した内燃機関のピストンであって、前記複層皮膜におけるそれぞれの単層皮膜に、それぞれ形成位置の異なるマークを設けたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、とりわけ、少なくとも一方のスカート部の外面に施された上層皮膜に窓部を設けると共に、該窓部からピストン基材の表面あるいは下層皮膜が表出していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、複層皮膜は固定潤滑剤を含有すると共に、前記複層皮膜における各単層皮膜から非皮膜部を介して離間した位置でかつそれぞれ異なる位置にマークを施したことを特徴とする内燃機関のピストン。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マークや窓部を利用してピストンの外観から所定の複層皮膜が施されていることを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るピストンの第１実施形態の一部を断面して示す正面図である。
【図２】本実施形態のピストンが内燃機関に適用された状態を示す要部縦断面図である。
【図３】Ａは固体潤滑剤の含有量と摩擦係数との関係を示し、Ｂは条痕高さと摩擦係数との関係を示す特性図である。
【図４】Ａは本実施形態における摺動による複層皮膜組成物の摩耗前と摩耗後の状態を模式的に示し、Ｂは上層皮膜が形成されていない表面処理摺動による摩耗前と摩耗後の状態を示し、Ｃは皮膜が形成されていない表面無処理の摺動による摩耗前と摩耗後の状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】固体潤滑剤の含有量と密着力の関係を示す特性図である。
【図６】本実施形態のピストンに施された複層皮膜組成物の形成状態を示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図８】第３実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図９】第４実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１０】第５実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１１】第６実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１２】第７実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１３】第８実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１４】第９実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１５】第１０実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１６】第１１実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図１７】第１２実施形態のピストンに施される複層皮膜組成物における各層の皮膜処理パターンを示し、Ａは一層目〜６層目まで順に複数の窓部を残して皮膜をそれぞれ形成した場合のパターンを示し、Ｂは４層目の皮膜組成物を処理し忘れた場合、Ｃは全ての皮膜組成物を施した場合を示している。
【図１８】第１３実施形態のピストンに施される複層皮膜組成物における各層の皮膜処理パターンを示し、Ａは一層目〜４層目まで順に単一のマークをそれぞれ形成した場合のパターンを示し、Ｂは３層目の皮膜組成物を処理し忘れた場合、Ｃは全ての皮膜組成物を施した場合を示している。
【図１９】第１４実施形態のピストンに施される複層皮膜組成物における各層の皮膜処理パターンを示し、Ａは一層目〜ｎ層目まで順に単一のマークをそれぞれ形成した場合のパターンを示し、Ｂは３層目の皮膜組成物を処理し忘れた場合、Ｃは全ての皮膜組成物を施した場合を示している。
【図２０】第１５実施形態のピストンを示し、Ａは下層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｂは上層皮膜組成物のみが施された状態を示すピストンの斜視図、Ｃは下層皮膜組成物に上層皮膜組成物が施された状態を示す斜視図である。
【図２１】Ａは第１５実施形態における下層皮膜組成物の皮膜部を示し、Ｂは皮膜部の第２変形例、Ｃは皮膜部の第３変形例、Ｄは皮膜部の第４変形例を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る内燃機関のピストンの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態に供されるピストンは、４サイクル・ガソリンエンジンに適用したものである。
【００１３】
〔第１実施形態〕
ピストン１は、図２に示すように、シリンダブロック２に形成されたほぼ円柱状のシリンダ壁面３に摺動自在に設けられ、該シリンダ壁面３と図外のシリンダヘッドとの間に燃焼室４を形成するようになっていると共に、ピストンピン５に連結されたコンロッド６を介して図外のクランクシャフトに連結されている。
【００１４】
前記ピストン１は、全体がＡＣ８Ａ  Ａｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金によって一体に鋳造され、図１、図２、図６に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、冠面７ａ上に前記燃焼室４を画成する冠部７と、該冠部７の下端外周縁に一体に設けられた円弧状の一対のスラスト側スカート部８及び反スラスト側スカート９と、該各スカート部８、９の円周方向の両側端に各連結部位１０を介して連結された一対のエプロン部１１，１２と、を備えている。
【００１５】
前記冠部７は、比較的肉厚に形成された円盤状を呈し、冠面７ａ上に吸排気弁との干渉を防止するバルブリセス７ｅ、７ｆがそれぞれ形成されていると共に、外周部にプレッシャリングやオイルリングなどの３つのピストンリングを保持するリング溝７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されている。
【００１６】
前記両スカート部８，９は、ピストン１の軸心を中心とした左右の対称位置に配置されて、横断面ほぼ円弧状に形成されていると共に、それぞれの肉厚はほぼ全体が比較的薄肉に形成されている。前記スラスト側スカート部８は、膨張行程時などにピストン１が下死点方向へストロークした際に、前記コンロッド６の角度との関係で前記シリンダ壁面３に傾きながら圧接するようになっている一方、反スラスト側のスカート部９は、圧縮行程時などにピストン１が上昇ストロークした際に、シリンダ壁面３に反対に傾きながら圧接するようになっている。前記各スカート部８，９のシリンダ壁面３に対する圧接荷重は、燃焼圧力を受けてシリンダ壁面３に圧接する前記スラスト側スカート部８の方が大きくなっている。
【００１７】
そして、前記ピストン１のスラスト側スカート部８と反スラスト側スカート部９には、図１及び図４Ａに示すように、上下二層の複層皮膜組成物２０が施されている。
【００１８】
この複層皮膜組成物２０は、上層皮膜組成物２１と下層皮膜組成物２２とからなり、結合樹脂として、耐熱性、耐摩耗性及び密着性に優れたエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂のいずれか１種か２種を使用する。
【００１９】
具体的に説明すれば、前記上層皮膜組成物２１は、結合樹脂であるエポキシ樹脂とポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂のいずれか１種を５〜５０ｗｔ％に設定し、固体潤滑剤である二硫化モリブデン(ＭｏＳ2)を５０〜９５ｗｔ％に設定した。
【００２０】
前記結合樹脂が５ｗｔ％未満になると、結合力の低下によって下層皮膜組成物２２との密着性が低下し、逆に５０ｗｔ％を超えると固体潤滑剤が相対的に少なくなるため、初期馴染み性が低下する。
【００２１】
前記下層皮膜組成物２２は、結合樹脂が上層皮膜組成物２１と同じく、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイド樹脂の１種を５０ｗｔ％以上に設定した。一方、固体潤滑剤としては、基本的に、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、二硫化モリブデン(ＭｏＳ2)、グラファイト(ＧＦ)のいずれか１種以上を５０ｗｔ％以下に設定した。なお、固体潤滑剤を含有しなくともよい。
【００２２】
前記下層皮膜組成物２２において、前記結合樹脂が５０ｗｔ％未満ではピストン基材１ａとの密着性が低下する。図５に示すように、結合樹脂ＰＡＩに各々の固体潤滑剤を添加していったときの密着力の変化は固体潤滑剤が５０ｗｔ％を超えると、つまり結合樹脂が５０ｗｔ％未満では急激に低下することがわかる。
【００２３】
すなわち、下層皮膜組成物２２は、ピストン基体１との密着性を確保することと、上層皮膜組成物２１との密着性を確保する役割を有する。
【００２４】
したがって、下層皮膜組成物２２に固体潤滑剤を含有する必要はないが、密着性が確保される範囲での固体潤滑剤の添加による皮膜の特性向上は許され、前記ポリテトラフルオロエチレンが１５ｗｔ％未満では潤滑性が低下し、３０ｗｔ％を超えると摩耗量が増大する。
【００２５】
さらに、固体潤滑剤としての二硫化モリブデンが５ｗｔ％未満では耐焼き付き性が低下し、２０ｗｔ％を超えると皮膜強度の低下により摩耗量が増大する。
【００２６】
また、固体潤滑剤の二硫化モリブデンについては、グラファイトとの相乗効果によって耐焼き付け性の向上を図ることができる。
【００２７】
すなわち、下層皮膜組成物２２については、固体潤滑剤として、前記ポリテトラフルオロエチレンに加えて二硫化モリブデンとグラファイトを併用することができる。この場合、二硫化モリブデンとグラファイトは合計５〜２０ｗｔ％とし、かつ二硫化モリブデンを１〜１０ｗｔ％とすることが望ましい。
【００２８】
二硫化モリブデンが１ｗｔ％未満では併用による耐焼き付き性の向上の効果が得られず、１０ｗｔ％を超えると耐摩耗性が低下するからである。
【００２９】
また、上層皮膜組成物２１の固体潤滑剤である二硫化モリブデンなどの含有量を５０〜９５ｗｔ％に設定したのは、図３に示す実験結果から５０ｗｔ％未満では初期馴染み性が低下してしまい、９５ｗｔ％を超えると、前記結合樹脂が５ｗｔ％未満になってしまい、これでは、前述したように、結合力の低下によって下層皮膜組成物２２との密着性が低下してしまうからである。
【００３０】
複層皮膜組成物２０を構成する前記上層皮膜組成物２１と下層皮膜組成物２２を調整するには、例えば結合樹脂であるエポキシ樹脂とポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂に有機溶剤を配合し、その樹脂溶液に固体潤滑剤を加え、必要に応じてさらに硬質粒子を添加してビーズミルなどを用いて混合分散すればよい。
【００３１】
なお、結合樹脂と、ＰＴＦＥやＭｏＳ2、ＧＦの固体潤滑剤と、硬質粒子との配合量は、合わせて１００ｗｔ％となるように調整する。
【００３２】
また、本発明の複層皮膜組成物２０は、必要に応じて有機溶剤により希釈して、塗料としてピストン基材１ａに塗布する。
【００３３】
すなわち、ピストン基材１ａ(スラスト側スカート部と反スラスト側スカート部)の外周面に、下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１を順番に塗布し、焼成して硬化させることにより、複層皮膜組成物２０が得られる。
【００３４】
前記希釈に用いる有機溶剤は、溶剤系であっても結合樹脂を溶解させることが可能であれば、特に限定されるものではない。
【００３５】
焼成温度や焼成時間などの焼成条件は適宜設定すればよく、２００℃以下での焼成も可能なため、アルミニウム合金ピストン１の基材にも適用することができる。
【００３６】
なお、複層皮膜組成物２０の膜厚は、適宜選択することができるが、塗布の作業性や費用面などを考慮すると、５〜４０μｍ程度が望ましい。
【００３７】
以下、ピストン基材１ａに複層皮膜組成物２０を表面処理する具体的な方法について説明する。
【００３８】
〔第１の表面処理方法〕
まず、ピストン基材１ａの表面を、溶剤脱脂やアルカリ脱脂などの前処理により油分や汚れを除去する。
【００３９】
次に、このピストン基材１ａの表面にエアースプレーやスクリーン印刷などの既知の方法によって下層皮膜組成物２２を塗布し、続いて、この下層皮膜組成物２２の上面に上層皮膜組成物２１を塗布する。
【００４０】
その後、乾燥させて有機溶剤を除去し、例えば、１８０℃×３０分あるいは２００℃×２０分などの既知の条件で焼成することにより、下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１からなる複層皮膜組成物１０を形成することができる。
【００４１】
〔第２の表面処理方法〕
また別の表面処理方法としては、複層皮膜組成物２０を形成すべきピストン基材１ａの表面を、溶剤脱脂とアルカリ脱脂などの前処理により油分や汚れを除去する。
【００４２】
そのピストン基材１ａの表面にエアースプレーやスクリーン印刷などの既知の方法により、まず、下層皮膜組成物２２を塗布する。その後、例えば、１８０℃×３０分、あるいは２００℃×２０分などの既知の条件で焼成する。
【００４３】
続いて、前記ピストン基材１ａを焼成炉から取り出してピストン基材１ａの温度が５０〜１２０℃にあるときに前記下層皮膜組成物２２の上面に上層皮膜組成物２１を塗布する。その後、焼成しないで乾燥させることにより、下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１からなる複層皮膜組成物１０を形成することができる。
【００４４】
本発明の複層皮膜組成物は、オイル潤滑環境下及びドライ潤滑環境下における様々な用途の摺動部材に幅広く適用可能である。複層皮膜組成物の結合樹脂であるエポキシ樹脂とポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂は密着性に優れることから、基材を選ばず、例えば、各種アルミニウム合金材の他に、鋳鉄、鋼、銅合金などの基材に適用することが可能である。その中で、前記実施例のような内燃機関のピストン１、特にスラスト側スカート部８と反スラスト側スカート部９への適用が好適である。
【００４５】
〔実験例〕
すなわち、外周面に条痕形状を有するピストン１において、前記下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１の膜厚をｔ１，ｔ２とし、条痕高さをａとした場合には、以下の式を満足する。
【００４６】
ｔ２≧ａ−５(μｍ)  ｔ１≧２(μｍ)
結合樹脂としてポリアミドイミド樹脂(ＰＡＩ）、固体潤滑剤としてグラファイト(ＧＦ)、二硫化モリブデン(ＭｏＳ2)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)の含有量を０〜９５ｗｔ％まで変化させた。
【００４７】
下記の表１に示す上層皮膜組成物及び下層皮膜組成物の組成となるように配合した。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
前記の試料２１を除く試料１〜５９の各皮膜組成物に有機溶剤を加えて混合した後、ビーズミルにて３０分間分散し、それぞれ上層皮膜用塗料と下層皮膜用塗料を得た。
【００５０】
この各上層皮膜用塗料と下層皮膜用塗料を、図４に示す表面形状をもつアルミニウム合金ＡＣ８Ａ製のテストピース２０に、全ての下層皮膜が３〜６μｍの塗膜厚さになるようにそれぞれ塗布し、その後、１９０℃で３０分間の焼成を行った。
【００５１】
続いて、全ての上層皮膜が５〜１１μｍの塗膜厚さになるように塗布し、その後、焼成を行わずに自然乾燥させた。なお、下層皮膜を塗布した後、強制乾燥させ、上層皮膜を塗布した後に、１９０℃で３０分間焼成してもよい。
【００５２】
得られた試料１〜２０の二層の表面処理されたものと、表面処理のない無処理のもの(試料２１)について、チップオンリング式摩擦摩耗試験機により、滑り速度：２ｍ／秒、相手材：ＦＣ２５０、滑り距離：６００ｍ、面圧：１．３ＭＰａ、エンジンオイルの滴下量を５ｍｇ／ｍｉｎの潤滑環境下で試験し、前記滑り距離における摩擦係数を測定した。
【００５３】
図３Ａ、Ｂはその結果の条痕高さと摩擦係数の関係を示している。この図から明らかなように、摩擦係数は条痕高さで一義的に決まる。条痕高さが５μｍ以下で最も低い摩擦係数となって一定値となる。
【００５４】
すなわち、低摩擦係数を得るためには、上層皮膜を速やかに摩耗させれば良いことがわかる。したがって、摩耗し易い上層皮膜組成物２１は図３Ａから明らかなように、固体潤滑剤を５０ｗｔ％以上含有すれば良く、固体潤滑剤として二硫化モリブデン(ＭｏＳ2) が最も効果的であり、グラファイト（ＧＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ではその効果は小さい。
【００５５】
図４において、Ａは本実施例を示し、上層皮膜組成物２１を摩耗し易い組成にした結果、元の条痕高さｃ０であったものが、摺動によってｃ１となる。一方、Ｃの無処理の場合、元の条痕高さａ０であったものが、摺動によってａ１となるが、アルミニウム合金の方が固体潤滑剤と結合樹脂で構成された皮膜より摩耗し難いことが明らかであって、ａ１＞ｃ１となる。
【００５６】
すなわち、本実施例により低摩擦が得られる。また、従来材であるＢは元の条痕高さがｂ０であったものがｂ１になる。この従来材の単層皮膜はアルミニウム合金より摩耗し易いがＡの上層皮膜より摩耗しにくいため、ａ１＞ｂ１＞ｃ１となることが明白である。本実施例は、従来材よりも低摩擦が得られることになる。例えば、図４Ａでａ０＝１０μｍで摺動によって１μｍだけ摩耗して条痕高さａ１＝９μｍの高さになり、摩擦係数が上層皮膜の固体潤滑剤０ｗｔ％のものに対して１６２％と極めて大きくなった(試料Ｎｏ．２１)。
【００５７】
これに対して、上層皮膜のＭｏＳ2７５ｗｔ％含有する皮膜の場合は、７μｍ摩耗してｂ１＝３μｍとなって摩擦係数は６０％と極めて小さくなった(試料Ｎｏ．６)。
【００５８】
また、図４Ａから上層皮膜が従来の特許公報に示されているように、結合樹脂が５０ｗｔ％を超える場合、すなわち、固体潤滑剤が５０ｗｔ％未満であると摩耗が促進されず、無処理よりは低摩擦が得られるが、本実施例には及ばない(試料Ｎｏ．２，３，８，９，２０参照)。
【００５９】
それでは、下層皮膜を本実施例と同組の皮膜とした場合、つまり、固体潤滑剤を５０ｗｔ％以上に設定した場合、図５に記載されているように、ピストン基材１との密着性が低下して実用に適さない(試料Ｎｏ．２２〜４０参照)。
【００６０】
そこで、下層皮膜は、ピストン基材１との密着性を確保し、同時に固体潤滑剤を５０ｗｔ％以上含有した上層皮膜との密着性を確保する。
【００６１】
アルミニウム合金基材との密着性の無い結合樹脂５ｗｔ％、二硫化モリブデン９５ｗｔ％の皮膜を上層皮膜とし、下層皮膜に結合樹脂ＰＡＩを固体潤滑剤として、ＰＡＩ、ＭｏＳ2、ＰＴＦＥをそれぞれ１５，３０，５０，６０，７５，９５ｗｔ％含有した皮膜構成として密着力を測定した結果(試料４１〜５９)、すべて下層皮膜とアルミニウム合金基材から剥離して密着性の無い上層皮膜組成物でも下層皮膜の固体潤滑剤を５０ｗｔ％以下とすることで密着力が確保できることがわかる。
【００６２】
以上のように、本実施例によれば、ピストン基材１ａに対する下層皮膜組成物２２の密着性に優れると共に、特に、上層皮膜組成物２１の固体潤滑剤を、少なくとも二硫化モリブデン(ＭｏＳ2)の含有量が５０ｗｔ％〜９５ｗｔ％に設定したことによって、ピストン１のスラスト側、反スラスト側スカート部８，９の外周面がシリンダ壁面３に摺動した際の初期馴染み性、つまり、上層皮膜組成物２１の表面が短時間で摩耗することによってなめらかな摺動面が速やかに形成され、即座に優れた初期馴染み性が得られる。
【００６３】
そして、この第１実施形態では、前記ピストン１の両スカート部８，９に前記下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１をそれぞれ単層ずつ重合状態に施すわけであるが、これら上下層皮膜組成物２１，２２が誤りなく施されたか否かをチェックする手段を有している。なお、前記下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１とは、ほぼ黒色に近い色彩になっている。
【００６４】
具体的に説明すると、前記下層皮膜組成物２２は、図６Ａに示すように、該下層皮膜組成物２２を施した際に、スラスト側、反スラスト側スカート部８，９の周方向のほぼ中央位置で、かつ下側の位置にマークである第１窓部３０が設けられている。この第１窓部３０は、比較的小さなほぼ正方形状に形成されていると共に、この下層皮膜組成物２２の単一層にのみ設けられている。
【００６５】
一方、上層皮膜組成物２１は、図６Ｂに示すように、該上層皮膜組成物２１を施した際に、スラスト側、反スラスト側スカート部８，９の周方向のほぼ中央位置で、かつ上側の位置にマークである第２窓部３１が設けられている。この第２窓部３１は、第１窓部３０と同じく比較的小さなほぼ正方形状に形成されていると共に、この上層皮膜組成物２１の単一層にのみ設けられており、この形成位置が第１窓部３０の形成位置とは重ならない、つまりオーバーラップしない位置になっている。
【００６６】
したがって、例えば、前記下層皮膜組成物２２のみを施し、上層皮膜組成物２１を誤って施さなかった場合には、図６Ａに示すように、前記第１窓部３０からピストン基材１ａの表面である銀色に近いアルミ合金地肌が表出することから、作業者は、視覚によって下層皮膜組成物２１だけしか施されていないこと認識、判断することができる。
【００６７】
また、逆に上層皮膜組成物２１のみを施し、下層皮膜組成物２２を誤って施さなかった場合には、図６Ｂに示すように、前記第２窓部３１からピストン基材１ａの表面が表出することになる。したがって、作業者は、視覚によって上層皮膜組成物２１だけしか施されていないこと認識、判断することができる。
【００６８】
また、前記下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１の両方が適正に施されている場合には、前記第１、第２窓部３０，３１が、図６Ｃに示すように、それぞれの皮膜組成物２１，２２によって被覆あるいは下地として表出された状態、つまり塞がれた状態になって全体がほぼ黒色になる。このため、作業者は、これによって両方の皮膜組成物２１，２２が施されていることを認識、判断することできる。
【００６９】
これによって、単一の皮膜層のピストン製品を誤ってそのまま製品として流通することを未然に回避することが可能になり、信頼性を高めることができる。
【００７０】
また、各スカート部８，９におけるシリンダ壁面３との摺動の少ない箇所に前記窓部３０，３１が設けられているので、フリクションの影響を殆ど受けることがなく、摩耗の発生を抑制することができる。また、各スカート部８，９の軸方向の設計の自由度が大きくなる。
【００７１】
また、前記上下層皮膜組成物２１，２２が適正に施された前記各窓部３０，３１には、前記上下層皮膜組成物２１，２２の一方が施された状態になるので、たとえ僅かながらもフリクションの影響を受けた場合でも、摩耗等の発生を抑制することが可能になる。
【００７２】
さらに、各皮膜組成物２１，２２を施す際に、同時に各窓部３０，３１を形成するので、かかる形成作業が極めて容易であり、特別な装置も必要としないので、コストの高騰も抑制できる。
【００７３】
なお、第１、第２窓部３０，３１の認識対象としては、作業者の視認によるものだけでなく、例えば、カメラなどを利用して機械的に認識することも可能であり、自動化ラインでの作業にも利用できる。
【００７４】
〔第２実施形態〕
図７は第２実施形態を示し、この場合も複層皮膜として上下２層の皮膜組成物２１，２２を対象とし、図７Ａ、Ｂに示すように、下層皮膜組成物２２のマークとして円形状の第１窓部３２が設けられ、上層皮膜組成物２１のマークとして円形状の第２窓部３３が設けられている。この両窓部３２，３３は、形成位置が第１実施形態のものと同じくそれぞれ上下側に配置されてオーバーラップすることがない。
【００７５】
したがって、下層あるいは上層皮膜組成物２１，２２のいずれか一方のみしか施されてない場合は、第１窓部３２か第２窓部３３のいずれか一方のみが形成されて、該いずれか一方の窓部３２，３３からピストン基材１ａのアルミ合金地肌が表出している。これにより、作業者は、視覚によって上層皮膜組成物２１だけしか施されていないこと認識、判断することができる。
【００７６】
したがって、単一の皮膜層のピストン製品を誤ってそのまま製品として流通することを未然に回避することが可能になり、信頼性を高めることができる。
【００７７】
また、両方の皮膜組成物２１，２２が施されている場合は、図７Ｃに示すように、両窓部３２，３３には各皮膜組成物２１，２２の一方が表出して、各窓部３２，３３が塞がれた状態になっていることから、作業者は、両方の皮膜組成物２１，２２が施されていることを視覚によって認識、判断することが可能になる。
【００７８】
他の作用効果は、前記第１実施形態のものと同様である。
〔第３実施形態〕
図８は第３実施形態を示し、この場合も上下２層の皮膜組成物２１，２２を対象とし、下層皮膜組成物２２のマークとして、図８Ａに示すように、スカート部８，９の周方向の一端側で、かつ上端部に小円形状の第１窓部３４が設けられ、上層皮膜組成物２１のマークとして、図８Ｂに示すように、スカート部８，９の周方向の一端側で、かつ軸方向のほぼ中央位置に小円形状の第２窓部３５が設けられている。この両窓部３４，３５は、形成位置が上下に異なっていることから互いにオーバーラップすることがない。
【００７９】
したがって、下層あるいは上層皮膜組成物２１，２２のいずれか一方のみしか施されてない場合は、図８Ａ、Ｂに示すように、第１窓部３４か第２窓部３５のいずれか一方のみが形成されて、該いずれか一方の窓部３４，３５からピストン基材１ａのアルミ合金地肌が表出している。これにより、作業者は、視覚によって上層皮膜組成物２１だけしか施されていないこと認識、判断することができる。
【００８０】
この結果、単一の皮膜層のピストン製品を誤ってそのまま製品として流通することを未然に回避することが可能になり、信頼性を高めることができる。
【００８１】
また、両方の皮膜組成物２１，２２が施されている場合は、図８Ｃに示すように、両窓部３４，３５には各皮膜組成物２１，２２が表出して、両窓部３４，３５が塞がれた状態になっていることから、作業者は、両方の皮膜組成物２１，２２が施されていることを視覚によって認識、判断することが可能になる。よって、この第３実施形態も前記各実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００８２】
また、この実施形態では、各窓部３４，３５が、各スカート部８，９におけるシリンダ壁面３との摺動の少ない箇所に設けられていると共に、その大きさも第２実施形態のものよりも十分に小さく形成されているので、さらにフリクションの影響を殆ど受けることがなくなる。この結果、摩耗の発生を一層抑制することが可能になる。また、各スカート部８，９の軸方向の設計の自由度が大きくなる。
〔第４実施形態〕
図９は第４実施形態を示し、基本構成は第１実施形態と同じく各皮膜組成物２１，２２にそれぞれほぼ正方形状の第１、第２窓部３６，３７が形成されているが、これらの形成位置が第１実施形態と異なっている。
【００８３】
すなわち、第１、第２窓部３６、３７は、図９Ａ、Ｂに示すように、各スカート部８，９の周方向の中央位置で、かつ互いに軸方向の軸心位置Ｘがほぼ同一となるように設定されていると共に、互いに各スカート部８，９の軸方向のほぼ中央寄りに形成されている。したがって、図９Ｃに示すように、上下の皮膜組成物２１，２２が施された際に、両窓部３６，３７の上下の一部が互いにオーバーラップして第３窓部３８が形成されるようになっている。この第３窓部３８は、スカート部８，９の周方向へ沿って細長く形成されて、常時、ピストン基材１ａ表面のアルミ合金地肌が表出している。また、この第３窓部３８は、その面積が十分に小さく、かつ形成位置がシリンダ内壁３との摺動が殆どない箇所に設定されている。
【００８４】
以上のように、上下の皮膜組成物２１，２２にそれぞれ各窓部３６，３７を形成することによって、前記各実施形態と同じく単一の皮膜層のピストン製品を誤ってそのまま製品として流通することを未然に回避することが可能になり、信頼性を高めることができる。また、各スカート部８，９におけるシリンダ壁面３との摺動時のフリクションの影響を受けることがなく、摩耗の発生を抑制することができる。
【００８５】
しかも、各皮膜組成物２１，２２が施された後に、両スカート部８，９の径方向一対の第３窓部３８、３８を利用して、つまり、前記ピストン基材１ａの表面が表出した部位を利用して、例えばマイクロメータなどを用いて両スカート部８、９間の径方向の寸法を精度良く測定することが可能になる。
【００８６】
前記両窓部３６，３７の互いの形成位置は、周方向及び軸方向で必ずしも厳密に設定される必要はなく、各窓部３６，３７によるマークとしての機能が発揮され、かつ第３窓部３８の形が若干変形しても径方向の寸法を測れる程度の大きさが確保できればよいのである。
〔第５実施形態〕
図１０は第５実施形態を示し、基本構成は第４実施形態と同じであるが、各窓部３９、４０がそれぞれ円形状に形成されている。
【００８７】
すなわち、第１、第２窓部３９、４０は、図１０Ａ、Ｂに示すように、各スカート部８，９の周方向の中央位置で、かつ互いに軸方向の軸心位置Ｘがほぼ同一となるように設定されていると共に、互いに各スカート部８，９の軸方向のほぼ中央寄りに形成されている。したがって、図１０Ｃに示すように、上下の皮膜組成物２１，２２が施された際に、両窓部３９，４０の上下の一部が互いにオーバーラップして第３窓部４１が形成されるようになっている。この第３窓部４１は、スカート部８，９の周方向へ沿った細長い楕円状に形成されて、常時、ピストン基材１ａ表面のアルミ合金地肌が表出している。また、この第３窓部４１は、その面積が十分に小さく、かつ形成位置がシリンダ内壁３との摺動が殆どない箇所に設定されている。
【００８８】
以上のように、上下の皮膜組成物２１，２２にそれぞれ各窓部３９，４０を形成することによって、前記各実施形態と同じく単一の皮膜層のピストン製品を誤ってそのまま製品として流通することを未然に回避することが可能になり、信頼性を高めることができることは勿論のこと、各スカート部８，９におけるシリンダ壁面３との摺動時のフリクションの影響を受けることがなく、摩耗の発生を抑制することができる。
【００８９】
しかも、各皮膜組成物２１，２２が施された後に、両スカート部８，９の径方向一対の第３窓部４１、４１を利用して、つまり、前記ピストン基材１ａの表面が表出した部位を利用して、例えばマイクロメータなどを用いて両スカート部８、９間の径方向の寸法を精度良く測定することが可能になる。
〔第６実施形態〕
図１１は第６実施形態を示し、マークとしての窓部に代えて各単層である上層皮膜組成物２１と下層皮膜組成物２２の外側に、これらと同じ皮膜組成物を用いた第１、第２マーク４２、４３が設けられている。
【００９０】
すなわち、下層皮膜組成物２２側の第１マーク４２と，上層皮膜組成物２１側の第２マーク４３は、図１１Ａ〜Ｃに示すように、各皮膜組成物２１，２２を形成する際に同時に形成されるもので、それぞれ小さな矩形状に形成されて、各スカート部８，９の周方向の一端側で、かつ前記各皮膜組成物２１，２２の図中右外側、つまり、スカート部８，９とエプロン部１１、１２との連結箇所外面に形成されていると共に、各皮膜組成物２１，２２とは周方向へ僅かな隙間Ｃ（非皮膜層）をもって離間されている。
【００９１】
第１マーク４２は、図１１Ａに示すように、ピストン１軸方向の上側に配置されているのに対して、第２マーク４３は、図１１Ｂに示すように、ピストン軸方向のほぼ中央よりも下側に形成されている。また、両マーク４２，４３は、図１１Ｃに示すように、互いに軸方向へ僅かな隙間Ｓをもって離間している。
【００９２】
したがって、この実施形態によれば、前記下層皮膜組成物２２のみを施し、上層皮膜組成物２１を誤って施さなかった場合には、図１１Ａに示すように、前記第１マーク４２のみが形成されることになるから、作業者は、視覚によって下層皮膜組成物２１だけしか施されていないこと認識、判断することができる。
【００９３】
また、逆に上層皮膜組成物２１のみを施し、下層皮膜組成物２２を誤って施さなかった場合には、図１１Ｂに示すように、前記第２マーク４３のみが形成されることになるから、作業者は、視覚によって上層皮膜組成物２１だけしか施されていないこと認識、判断することができる。
【００９４】
前記下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１の両方が施されている場合には、前記第１、第２マーク４２，４３が、図１１Ｃに示すように、上下に縦列状態に配置形成される。このため、作業者は、これによって両方の皮膜組成物２１，２２が施されていることを認識、判断することできる。特に、第１，第２マーク４２，４３とは、隙間Ｃを介して各皮膜組成物２１，２２とは離間していることから、各マーク４２，４３の存在が外観から認識し易い。しかも、両マーク４２，４３は、隙間Ｓを介して軸方向へも大きく離間していることから、いずれの皮膜組成物２１、２２が施されていないかがさらに明瞭になる。
【００９５】
これによって、前記各実施形態と同様に、単一の皮膜層のみが形成されたピストンを誤ってそのまま製品として流通するのを未然に回避することが可能になり、信頼性を高めることができる。
【００９６】
また、各スカート部８，９におけるシリンダ壁面３との摺動の殆どない箇所に前記マーク４２，４３が設けられているので、フリクションの影響を受けることがなく、摩耗の発生を抑制することができる。また、各スカート部８，９とは、直接関係のない箇所に形成されるので、軸方向の設計の自由度が大きくなる。
【００９７】
さらに、各皮膜組成物２１，２２を施す際に、同時に各マーク４２，４３を形成するので、かかる形成作業が極めて容易であり、特別な装置も必要としないので、コストの高騰も抑制できる。
〔第７実施形態〕
図１２は第６実施形態の変形例であって、同図Ａ、Ｂに示すように、前記第１、第２マーク４２，４３の形成位置を、互いに軸方向へ近づけた位置とし、誤って一方側の皮膜組成物２１，２２のみとした場合は、それぞれ一方側のマーク４２，４３のみが形成され、また、両方の皮膜組成物２１，２２が形成されている場合は、図１２Ｃに示すように、両マーク４２，４３が上下方向から結合された形になり、全体として軸方向へ長い長方形状に形成されることになる。
【００９８】
したがって、第５実施形態と同様な作用効果が得られると共に、結合された第１，第２マーク４２，４３が長方形状になることから、作業者による視認性が良好になり、速やかな判断が可能になる。
【００９９】
なお、この実施形態も各マーク４２，４３は、隙間Ｃを介して各皮膜組成物２１，２２とは離間していることから、前記視覚による判断が容易であることは、第５実施形態と同じである。
〔第８実施形態〕
図１３は第８実施形態を示し、第１、第２マーク４２，４３の形成位置を、第６、７実施形態のものからさらに変更したもので、各皮膜組成物２１，２２の周方向の一端縁に連続して形成したものである。つまり、各スカート部８，９の表面に前記各皮膜組成物２１、２２をそれぞれ順次施す際に、該各皮膜組成物２１、２２の図中、周方向の右端に突起状の各マーク４２，４３が同時かつ連続的に形成されている。この両マーク４２，４３の間には、隙間Ｓが形成されている。
【０１００】
これによって、前記各実施形態と同様な作用効果が得られると共に、各マーク４２，４３を各皮膜組成物２１，２２と連続して形成したことによって、その形成作業が容易になると共に、隙間Ｓによって作業者の視認性が良好になる。
〔第９実施形態〕
図１４は第９実施形態を示し、第８実施形態を基本構成として、各マーク４２，４３は、各皮膜組成物２１，２２が施される際に同時に形成されるが、その形成位置をピストン軸方向の中央部側へ移動させて、両方の皮膜組成物２１，２２が誤り無く施された場合は、図１４Ｃに示すように、各マーク４２，４３が上下で結合されるようになっている。
【０１０１】
したがって、この実施形態も第８実施形態と同様な作用効果が得られると共に、両マーク４２，４３も軸方向から結合されて軸方向に沿った長方形状になることから、視認性が良好になる。
〔第１０実施形態〕
図１５は第１０実施形態を示し、矩形状の第１、第２マーク４４，４５を、各スカート部８，９の上端部、つまり、下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１の上端縁に連続して形成したものである。
【０１０２】
第１マーク４４は、下層皮膜組成物２２の上端縁の周方向ほぼ中央部に配置形成されている一方、第２マーク４５は、上層皮膜組成物２１の上端縁の周方向の中央部よりも図中右側に配置形成されている。これによって、両マーク４４，４５は、周方向へ所定の隙間をもって並列状態に配置されている。
【０１０３】
したがって、この実施形態も前記第９実施形態などと同様の作用効果が得られる。
〔第１１実施形態〕
図１６は第１１実施形態を示し、矩形状の第１、第２マーク４４，４５を、各スカート部８，９の下端側、つまり、下層皮膜組成物２２と上層皮膜組成物２１の下端縁に連続して形成したものである。
【０１０４】
第１マーク４４は、下層皮膜組成物２２の上端縁の周方向ほぼ中央部に配置形成されている一方、第２マーク４５は、上層皮膜組成物２１の上端縁の周方向の中央部よりも図中右側に配置形成されている。これによって、両マーク４４，４５は、周方向へ所定の隙間をもって並列状態に配置されている。
【０１０５】
したがって、この実施形態も前記第９実施形態などと同様の作用効果が得られる。
【０１０６】
なお、前記第１０、１１実施形態における第１，第２マーク４４，４５は、両方の皮膜組成物２１，２２が施されている場合は、周方向から結合される位置に形成することも可能です。
〔第１２実施形態〕
図１７は第１２実施形態を示し、複層皮膜組成物を、前記各実施形態のように上下２層ではなく、３層以上施した場合に適用したものである。
【０１０７】
この実施形態では、各スカート部８，９の外面に施される皮膜組成物を、第１〜第６層４６ａ〜４６ｆとした場合であって、図１７Ａに示すように、各皮膜組成物４６ａ〜４６ｆの周方向の図中右側の位置に、マークである複数の周方向へ沿って細長い複数の窓部４７ａ〜４７ｅが形成されている。
【０１０８】
この各窓部４７ａ〜４７ｅは、各皮膜組成物４６ａ〜４６ｆの右側の位置に縦一列に等間隔をもって配置され、前記皮膜組成物４６ａ〜４６ｆの各一層には、６層数−１に設定されていると共に、前記それぞれの窓部４７ａ〜４７ｅには、それぞれ異なる別の皮膜層が表出するようになっている。
【０１０９】
すなわち、図１７Ａに示すように、皮膜組成物の１層目４６ａでは、最上段の第１窓部がなく、２段目〜６段目に第２〜第６窓部４７ｂ〜４７ｆが形成されている。２層目４６ｂでは、最上段に第１窓部４７ａが形成され、第２窓部がなく、第３窓部４７ｃ〜第５窓部４７ｆが形成されている。３層目４６ｃでは、第３窓部が無く、第１、第２窓部４７ａ、４７ｂと第４〜第６窓部４７ｄ〜４７ｆがそれぞれ形成されている。４層目４６ｄでは、第４窓部がなく、第１〜第３窓部４７ａ〜４７ｃと第５，第６窓部４７ｅ、４７ｆがそれぞれ形成されている。５層目４６ｅでは、第５窓部がなく、第１〜第４窓部４７ａ〜４７ｄと第６窓部４７ｆがそれぞれ形成されている。６層目４６ｆでは、最下段の第６窓部がなく、第１〜第５窓部４７ａ〜４７ｅがそれぞれ形成されている。
【０１１０】
したがって、例えば、前記４層目４６ｄの皮膜組成物を施すのを忘れた場合には、図１７Ｂに示すように、他の層４６ａ〜ｃ、４６ｅ、４６ｆでは、全て第４窓部４７ｄが形成されていることから、この第４窓部４７ｄが開かれた状態となって、ここからピストン基材１ａのアルミ合金地肌が表出する。
【０１１１】
このため、作業者は、第４窓部４７ｄから表出されたアルミ合金地肌を視認することによって４層目の皮膜組成物４６ｄが施されていないと判断することができる。この結果、第１実施形態などと同様に皮膜不良なピストン１の製品の流通を十分に抑制することができ、信頼性が向上する。
【０１１２】
また、１層目〜６層目４６ａ〜４６ｆまで全ての皮膜組成物が誤り無く施されている場合は、図１７Ｃに示すように、全ての窓部４７ａ〜４７ｆが各層４６ａ〜４６ｆに塞がれて窓部が消失することから、これも視覚によって認識することができる。
〔第１３実施形態〕
図１８は第１３実施形態を示し、これも各スカート部８，９の外面に施される皮膜組成物を、４層とした場合であって、図１８Ａに示すように、各皮膜組成物４８ａ〜４８ｄの周方向の図中右端縁に、周方向へ沿って細長い４つの第１〜第４マーク４９ａ〜４９ｄが形成されている。
【０１１３】
この各マーク４９ａ〜４９ｄは、各皮膜組成物４８ａ〜４８ｄの右端縁の上下位置に一つずつ一体に形成されていると共に、第１マーク４９ａ〜第４マーク４９ｄの上下に間隔はなく前記皮膜組成物４８ａ〜４８ｄの全てを適正に施した場合には、図１８Ｃに示すように、各マーク４９ａ４９ｄが互いに上下から結合されて一体的になるようにその形成位置が設定されている。
【０１１４】
すなわち、図１８Ａに示すように、皮膜組成物の１層目４８ａの第１マーク４９ａは最上段位置に形成され、２段目以降４段目４８ｂ〜４８ｄまで順次マークの巾長さ分だけ下側の位置に形成されている。
【０１１５】
したがって、例えば、前記３層目４８ｃの皮膜組成物を施すのを忘れた場合には、図１８Ｂに示すように、第１、第２マーク４９ａ、４９ｂと第４マーク４９ｄは存在するが、第３マーク４９ｃの部分が歯欠け状態になる。したがって、この第３マーク４９ｃの部分からピストン基材１ａのアルミ合金地肌が表出する。
【０１１６】
このため、作業者は、前記第３マーク４９ｃの歯欠け部分Ｓによる表出されたアルミ合金地肌を視認することによって３層目の皮膜組成物４８ｃが施されていないことを認識、判断することができる。この結果、第１実施形態などと同様に不良なピストン１の製品の流通を十分に抑制することができ、信頼性が向上する。
〔第１４実施形態〕
図１９は第１４実施形態を示し、この実施形態は第１３実施形態の構成をさらに発展させたもので、皮膜組成物を多くのｎ層５０ａ〜５０ｎ…とした場合に、その右端縁にｎ層分の細長い第１マーク５１ａ〜５１ｎ…を一体に形成したものである。
【０１１７】
前記各マーク５１ａ〜５１ｎは、図１９Ｃに示すように、各皮膜組成物５０ａ〜５０ｎを全て施した場合に互いに上下に一定の隙間Ｃを介して縦列状態となるように設けられている。
【０１１８】
したがって、例えば、前記３層目５０ｃの皮膜組成物を施すのを忘れた場合には、図１９Ｂに示すように、第１、第２マーク５０ａ、５０ｂと第４マーク５０ｄ以下は存在するが、第３マーク５１ｃの部分が歯欠け状態になる。したがって、この歯欠けの部分Ｓからピストン基材１ａのアルミ合金地肌が表出する。
【０１１９】
このため、作業者は、前記第３マーク５１ｃの部分の歯欠けによる表出されたアルミ合金地肌を視認することによって３層目の皮膜組成物５０ｃが施されていないことを認識、判断することができる。この結果、第１実施形態などと同様に不良なピストン１の製品の流通を十分に抑制することができ、信頼性が向上する。
【０１２０】
以上のように、第１２〜第１４実施形態のような３以上の複層皮膜組成物であったとしても前記窓部やマークを利用して皮膜が施されていることを判別することが可能になる。
〔第１５実施形態〕
図２０及び図２１Ａは第１５実施形態を示し、第１、第２マーク４２，４３の形成位置は、図１３に示す第８実施形態と同じであるが、この実施形態では、前記ピストン１のスラスト側スカート部８と反スラスト側スカート部９に、前記下層皮膜組成物２２を第１マーク４２と一緒に施す際に、後に上層皮膜組成物２１の第２マーク４３が施される部位の領域に下層皮膜組成物２２の一部である複数の黒点状の皮膜部５２を散在させたものである。
【０１２１】
すなわち、ピストン１の両スカート部８，９の表面であるピストン基材表面に、前述のような方法によって、まず下層皮膜組成物２２と第１マーク４２を施すが、このとき同時に、次の工程で上層皮膜組成物２１の第２マーク４３が施される位置に、下層皮膜組成物２２の一部である複数の黒点状の皮膜部５２を施し、これらを集合してなる皮膜部形成領域５３が形成されている。
【０１２２】
前記個々の皮膜部５２は、図２１Ａに示すように、直径が数ｍｍ程度の小さな円形状に形成され、互いに所定の距離をもって分散されて、全体が前記第２マーク４３の外形よりもやや大きなほぼ正方形状の水玉模様の皮膜部形成領域５３が形成されている。また、前記各皮膜部５２の間は、前記ピストン基材１ａの表面、つまりアルミ合金地肌が露出している状態になっている。
【０１２３】
そして、前記各皮膜部５２の第２マーク４３が重なる領域の集合面積は、前記第２マーク４３の面積に対して１０〜８５％に設定されるが、本実施形態では約５０％に設定されている。
【０１２４】
したがって、この実施形態によれば、前記各実施形態と同じく、各マーク４２、４３の存在によって、単一の皮膜層のピストン製品を誤ってそのまま製品として流通することを未然に回避することができることは勿論のこと、前記下層皮膜組成物２２の上面に上層皮膜組成物２１を施した際に、同時に前記第２マーク４３が、前記皮膜形成領域５３内の各皮膜部５２間のピストン基材１ａの露出した表面と前記各皮膜部５２に結合することから、第２マーク４３を皮膜形成領域５３内で強固に結合させることができる。
【０１２５】
すなわち、前記第２マーク４３は、皮膜形成領域５３内のピストン基材１ａの表面の他に、点在した各皮膜部５２に結合することから、下層皮膜組成物２２に上層皮膜組成物２１が強固に結合するのと同じく作用によって、各皮膜部５２に強固に結合する。これによって、下層皮膜組成物２２上に上層皮膜組成物２１を形成した後に、前記第２マーク４３がピストン１の表面から不用意に剥離してしまうことがなくなる。この結果、前述のような各マーク４２，４３による単一層か否かの判別を常に確実に行うことができる。
【０１２６】
また、前記皮膜形成領域５３は、第２マーク４３の面積よりも大きく形成されていることから、はみ出ることない。
〔皮膜部の他のパターン〕
前記皮膜部５２は、図２０及び図２１Ａに示す小さな円形状の他に、いろいろな形状やパターンがあり、例えば、図２１Ｂに示すように、小円形に代えて小正方形に形成するとか、あるいは小三角形で形成することも可能である。また、図２１Ｃ示すように、点状ではなく、皮膜形成領域５３内に格子状に形成したり、図２１Ｄに示すように、クロスハッチ状に形成することも可能である。
【０１２７】
そして、前記皮膜部５２は、前記全ての実施形態に適用され、図６〜図１０に示す第１〜第５実施形態では、第１窓部２０，３２、３４、３６、３９内に形成されている。
【０１２８】
また、前記第８実施形態を含む図１１〜図１６に示す第６〜第１１実施形態では、上層皮膜組成物２１の第２マーク４３、４５が施される位置に、下層皮膜組成物２２の形成と同時に、前記各皮膜部５２が皮膜形成領域５３内に形成されている。
【０１２９】
図１７に示す第１２実施形態では、例えば、５層目４６ｅがピストン基材１ａとの密着性（結合性）がなく３層目４６ｃとの密着性が良い場合は、３層目４６ｃの複数の窓の中で５層目４６ｅが被装される窓４７ｅに前記各皮膜部５２を形成する。
【０１３０】
図１８に示す第１３実施形態では、例えば、４層目４８ｄがピストン基材１ａとの密着性がなく、２層目４８ｂとの密着性が良い場合は、２層目４８ｂに前記４層目４８ｄの第４マーク４９ｄが形成される位置に、前記各皮膜部５２を形成する。
【０１３１】
図１９に示す第１４実施形態では、ｎ層目がピストン基材１ａとの密着性がなく、ｍ層目との密着性が良い場合は、ｍ層目の皮膜組成物に、ｎ層目のマーク５１ｎが形成される位置に、前記各皮膜部５２を形成する。
【０１３２】
したがって、前記各実施形態でも、各窓部３０…や皮膜形成領域５３など各皮膜部５２が形成したことから、第１５実施形態と同様な作用効果が得られる。
【０１３３】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、第１実施形態に供される第１、第２複層皮膜組成物２１，２２の特異な材料を別の材料に変更することも可能である。
【０１３４】
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記各単層皮膜のみに施されたそれぞれのマークは、前記スカート部の周方向の少なくとも一方側に設けられたことを特徴とする内燃機関のピストン。
【０１３５】
この発明によれば、スカート部におけるシリンダ壁面との摺動の少ない箇所に前記マークが設けられているので、フリクションの影響を受けることがなく、摩耗の発生を抑制することができる。また、スカート部の軸方向の設計の自由度が大きくなる。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記各単層皮膜のみが施されたそれぞれのマークは、前記スカート部のピストン軸方向上方位置、あるいは下方位置に設けられていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【０１３６】
この発明によれば、スカート部におけるシリンダ壁面との摺動の少ない箇所に前記マークが設けられているので、フリクションの影響を受けることがなく、摩耗の発生を抑制することができる。また、スカート部の軸方向の設計の自由度が大きくなる。
〔請求項ｃ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記各単層皮膜のみが施されたそれぞれのマークは、前記単層皮膜と連続して設けられていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【０１３７】
この発明では、それぞれのマークは、対応する単層皮膜と連続していることから、マークの形成作業が容易になると共に、形成スペースが小さい箇所にも形成することが可能になる。
〔請求項ｄ〕請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記複層皮膜は、ピストン基材の表面に皮膜形成された下層皮膜組成物と、該下層皮膜組成物の上面に皮膜形成された上層皮膜組成物と、によって形成され、
前記下層皮膜組成物と上層皮膜組成物とはともに結合樹脂であるポリアミドイミド樹脂、またはポリイミド樹脂、またはエボキシ樹脂の少なくとも１種を含み、
前記下層皮膜組成物は、少なくともグラファイトかあるいは二硫化モリブデンのいずれか一方からなる固体潤滑剤の含有量が５０ｗｔ％以下に設定されている一方、
前記上層皮膜組成物は、少なくともグラファイトまたは二硫化モリブデンのいずれか一方、あるいはグラファイトと二硫化モリブデンの両方を含む固体潤滑剤の含有量が５０〜９５ｗｔ％に設定されていることを特徴とする複層潤滑皮膜が形成された内燃機関のピストン。
【０１３８】
この発明によれば、ピストン基材に対する下層皮膜組成物の密着性に優れると共に、特に、上層皮膜組成物の固体潤滑剤を、少なくともグラファイトまたは二硫化モリブデンのいずれか一方、あるいはグラファイトと二硫化モリブデンの両方の含有量が５０〜９５ｗｔ％に設定したことによって、ピストンの外周面がシリンダ壁面に摺動した際の初期馴染み性、つまり、上層皮膜組成物の表面が短時間で摩耗することによってなめらかな摺動面が速やかに形成され、優れた初期馴染み性が得られる。
〔請求項ｅ〕請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記窓部には、全体的に下層の皮膜が表出していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【０１３９】
この発明によれば、窓部の全体に下層の皮膜が表出していることから、シリンダ壁面との摺動時におけるフリクションによる耐摩耗性の低下を抑制できる。
〔請求項ｆ〕請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記窓部には、一部に前記下層皮膜が表出して、他の部位には下層皮膜が表出されずピストン基材の表面が表出していると共に、該ピストン基材の表面が表出している部位は、前記スカート部の周方向のほぼ中央部に位置していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【０１４０】
この発明によれば、前記複層の皮膜が施された後に、前記ピストン基材の表面が表出した部位を利用して、例えばマイクロメータなどを用いて両スカート部間の径方向の寸法を測定することが可能になる。
〔請求項ｇ〕請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記複層皮膜のうちの一層には、少なくとも層数−１の前記窓部が設けられ、前記それぞれの窓部には、それぞれ異なる別の皮膜層が表出していることを特徴とする内燃機関のピストン。
【０１４１】
この発明によれば、２以上の複層皮膜であったとしても前記窓部を利用して皮膜が施されていることを判別することが可能になる。
〔請求項ｈ〕請求項ｇに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記複層皮膜のうちの最下層には、層数−１の前記窓部が設けられ、この下層の外面に順次施された複数の上層皮膜は、上層となるにしたがって前記窓部の数が１つずつ少なくなり、かつ前記窓部が下層の窓部と対応する箇所に設けられていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【符号の説明】
【０１４２】
１…ピストン
１ａ…ピストン基材
３…シリンダ壁面
８…スラスト側スカート部
９…反スラスト側スカート部
２０…複層皮膜組成物
２１…上層皮膜組成物
２２…下層皮膜組成物
３０・３２・３４・３６・３９…第１窓部
３１・３３・３５・３７・４０…第２窓部
３８・４１…第３窓部
４２・４４…第１マーク
４３・４５…第２マーク
４６ａ〜４６ｆ…第１〜第６皮膜組成物
４７ａ〜４７ｆ…第１〜第６窓部
４８ａ〜４８ｄ…第１〜第４皮膜組成物
４９ａ〜４９ｄ…第１〜第４マーク
５０ａ〜５０ｎ…皮膜組成物
５１ａ〜５１ｎ…マーク
５２…皮膜部
５３…皮膜形成領域
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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