(57)【要約】【課題】ピストンのスカート部の表面に固体潤滑剤のコーティングによる潤滑用皮膜を形成する際に、固体潤滑剤（潤滑用皮膜）をスカート部の表面に強固に結合させる。【解決手段】内燃機関のピストン１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるピストン１０のスカート部１２の表面に表面積を増加させるために設けられた多数のディンプル１９と、多数のディンプル１９が設けられたスカート部１２の表面に形成されたベーマイト皮膜２０と、ベーマイト皮膜２０の表面に設けられ、ベーマイト皮膜２０の表面に固体潤滑剤をコーティングすることにより形成される潤滑用皮膜１８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるピストンのスカート部の表面に表面積を増加させるために設けられた多数のディンプルと、前記多数のディンプルが設けられた前記スカート部の表面に形成されたベーマイト皮膜と、前記ベーマイト皮膜の表面に設けられ、前記ベーマイト皮膜の表面に固体潤滑剤をコーティングすることにより形成される潤滑用皮膜とを備えることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記多数のディンプルは、投射材を前記スカート部の表面に投射するショットブラストを行うことにより前記スカート部の表面に設けられる請求項１に記載の内燃機関のピストン。
【請求項３】
前記ベーマイト皮膜は、前記スカート部の表面にベーマイト処理を施すことにより前記スカート部の表面に形成される請求項１又は２に記載の内燃機関のピストン。
【請求項４】
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン及びグラファイトの内の少なくとも一つを含む請求項１から３のいずれかに記載の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、内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンにおいては、シリンダブロックに形成されたシリンダボアとのフリクションを低減するために、ピストンのスカート部の外周面に条痕を加工し、かつ、その条痕の上に、いわゆる固体潤滑剤をコーティングして成る潤滑用皮膜を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。条痕は、潤滑用皮膜とピストンのスカート部の外周面との結合力を高めるために設けられる。
【０００３】
また、特許文献２には、ピストンのスカート部の外周面に、微粒子状のセラミックをショットブラストすることによりディンプルを形成すると共に、微粒子状の固体潤滑剤をショットブラストにより埋め込んだものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８９８０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
条痕の加工又はショットブラストでは、ピストンのスカート部の外周面にそれぞれ条痕又はディンプルが生じることで表面積が増加し、潤滑用皮膜とスカート部の表面との接触面積が増え、潤滑用皮膜とスカート部の外周面との結合力を高めることができる。しかしながら、スカート部の外周面にアンダーカット（オーバーハング）ができるわけではないので、コーティングした固体潤滑剤がスカート部の外周面に深く食い込むものではない。そのため、潤滑用皮膜とスカート部の外周面との結合力は必ずしも充分とは言えず、潤滑用皮膜とスカート部の外周面との結合力をより高くする必要がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ピストンのスカート部の表面に固体潤滑剤のコーティングによる潤滑用皮膜を形成する際に、固体潤滑剤（潤滑用皮膜）をスカート部の表面に強固に結合させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関のピストンは、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるピストンのスカート部の表面に表面積を増加させるために設けられた多数のディンプルと、前記多数のディンプルが設けられた前記スカート部の表面に形成されたベーマイト皮膜と、前記ベーマイト皮膜の表面に設けられ、前記ベーマイト皮膜の表面に固体潤滑剤をコーティングすることにより形成される潤滑用皮膜とを備えるものである。
【０００８】
前記多数のディンプルは、投射材を前記スカート部の表面に投射するショットブラストを行うことにより前記スカート部の表面に設けられるものであっても良い。
【０００９】
前記ベーマイト皮膜は、前記スカート部の表面にベーマイト処理を施すことにより前記スカート部の表面に形成されるものであっても良い。
【００１０】
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン及びグラファイトの内の少なくとも一つを含むものであっても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ピストンのスカート部の表面に固体潤滑剤のコーティングによる潤滑用皮膜を形成する際に、固体潤滑剤（潤滑用皮膜）をスカート部の表面に強固に結合させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンの概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図２】図１（ａ）のＡ部拡大図であって、他の実施形態に係る内燃機関のピストンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンを示す。
【００１５】
図１（ａ）に示す内燃機関のピストン１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されたものである。ピストン１０は、ディーゼルエンジンに用いられるものである。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、ピストン１０は、シリンダブロックに形成されるシリンダボアとシリンダヘッドとの間に燃焼室を区画形成するクラウン部１１と、クラウン部１１の下端から下方に延出するスカート部１２と、ピストンピンが挿通されるピストンピン孔１３を有するピンボス部１４とを備える。
【００１７】
クラウン部１１の外周部には、上方から順に、トップリング溝１５、セカンドリング溝１６及びオイルリング溝１７が設けられている。トップリング溝１５及びセカンドリング溝１６には、ピストン１０とシリンダボアの内壁面との隙間を介する燃焼室からの燃焼ガスの漏れを抑制し、燃焼室内の気密を保つ機能等を有するコンプレッションリングがそれぞれ装着される。また、オイルリング溝１７には、シリンダボアの内壁面に付着している余分な潤滑油を掻き落とし、適度な油膜をシリンダボアの内壁面に形成する機能等を有するオイルリングが装着される。
【００１８】
本実施形態では、シリンダボアとのフリクション（摩擦）を低減するため、スカート部１２の外周面（摺接面）に、二硫化モリブデン又はグラファイトを主体とした固体潤滑剤をコーティングして成る潤滑用皮膜１８が形成されている。固体潤滑剤としては、例えば、二硫化モリブデン又はグラファイトを主体とし、バインダとしてレジン（樹脂）を配合したものを用いることができる。また、潤滑用皮膜１８の形成については、例えばスクリーン印刷により行うことができる。
【００１９】
本実施形態では、ショットブラスト及びベーマイト処理を潤滑用皮膜１８のためのアンカー処理（コーティングを行う前の前処理）として行う。即ち、本実施形態では、スカート部１２の表面にショットブラストを行うことにより、スカート部１２の表面に多数のディンプル１９を生じさせ、さらに、ディンプル１９の上からスカート部１２の表面にベーマイト処理を施すことにより、スカート部１２の表面にベーマイト皮膜２０を形成し、そのベーマイト皮膜２０の上に固体潤滑剤をコーティングすることにより、ベーマイト皮膜２０の上に潤滑用皮膜１８を形成する（図１（ｂ）参照）。
【００２０】
ショットブラストとは、投射材（ブラスト材）を加工対象物の表面に投射して、加工対象物の表面に投射材による凹みを生じさせるものである。このショットブラストは、コーティングのためのアンカー処理としてのみならず、加工対象物のバリの除去、表面研削等のためにも行われるものである。
【００２１】
ベーマイト処理とは、母材（アルミニウム又はアルミニウム合金）の表面に高温の水蒸気（蒸留水）を吹き付ける等して、母材の表面にＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏの組成で表されるアルミナ１水和物（ベーマイト）を形成するものである。また、ベーマイト処理においては、高温の蒸留水に少量のアンモニア水等の添加剤を添加して行う場合もある。このベーマイト処理は、主にアルミニウムの防錆処理として行われるものである。また、ベーマイト処理により形成されるアルミナ１水和物（ベーマイト）は、針状結晶構造である。
【００２２】
潤滑用皮膜１８の厚さ（膜厚さ）Ｔａ（図１（ｂ）参照）は、例えば１０μｍ程度とする。また、ディンプル１９の深さ（最大深さ）Ｄ（図１（ｂ）参照）は、例えば４μｍ程度とし、ディンプル１９の直径（最大直径）Ｒ（図１（ｂ）参照）は、例えば４０μｍ程度とする。さらに、ベーマイト皮膜２０の厚さ（皮膜厚さ）Ｔｂ（図１（ｂ）参照）は、例えば０．１μｍ〜１μｍ程度とする。
【００２３】
さらに、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、潤滑用皮膜１８の表面を、スカート部１２の表面の形状に倣って凹凸面としている。凹凸面とすることで微小な凹部２１が多数形成された潤滑用皮膜１８の表面は、凹部２１内に潤滑油を保持することにより潤滑効果を発揮する。
【００２４】
本実施形態の作用効果を説明する。
【００２５】
本実施形態では、スカート部１２の表面にショットブラストを行うことにより、スカート部１２の表面に多数のディンプル１９を生じさせ、さらに、ディンプル１９の上からスカート部１２の表面にベーマイト処理を施すことにより、スカート部１２の表面にベーマイト皮膜２０を形成し、そのベーマイト皮膜２０の上に固体潤滑剤をコーティングすることにより、ベーマイト皮膜２０の上に潤滑用皮膜１８を形成するようにしている。
【００２６】
ベーマイト皮膜２０を構成するアルミナ１水和物（ベーマイト）が針状結晶構造であるため、ベーマイト皮膜２０の上にコーティングした固体潤滑剤がベーマイト皮膜２０にしっかりと深く食い込むことができ、固体潤滑剤（潤滑用皮膜１８）とスカート部１２の表面との結合力は非常に強固となる。そのため、スカート部１２の表面に固体潤滑剤のコーティングによる潤滑用皮膜１８を形成する際に、潤滑用皮膜１８をスカート部１２の表面に強固に結合させることが可能となる。
【００２７】
また、ベーマイト皮膜２０は、母材（アルミニウム又はアルミニウム合金）であるスカート部１２の表面と化学結合しているため、ベーマイト皮膜２０自体がスカート部１２の表面に強固に結合する。よって、ベーマイト処理を潤滑用皮膜１８のためのアンカー処理として行うことにより、アンカー処理を行わない場合に対しては勿論、条痕の加工又はショットブラストを単独でアンカー処理として行う場合よりも強固に、潤滑用皮膜１８をスカート部１２の表面に結合させることができる。
【００２８】
さらに、ショットブラストとベーマイト処理とを組み合わせることにより、アンカー処理を行わない場合に対しては勿論、ショットブラスト又はベーマイト処理を単独でアンカー処理として行う場合よりも強固に、固体潤滑剤（潤滑用皮膜１８）をスカート部１２の表面に結合させることができる。ベーマイト処理を行う前にショットブラストをスカート部１２の表面に行うことで、図１（ｂ）に示すように、スカート部１２の表面に多数のディンプル１９が生じることで表面積が増加し、潤滑用皮膜１８とベーマイト皮膜２０との接触面積が増加し、潤滑用皮膜１８がベーマイト皮膜２０にさらに強固に結合するためである。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３０】
例えば、本発明は、ディーゼルエンジンに用いられるピストンには限定はされず、ガソリンエンジン等に用いられるピストンにも適用することが可能である。
【００３１】
また、上述の実施形態では、潤滑用皮膜１８の表面を凹凸面とするとしたが、これには限定はされない。例えば、図２に示すように、潤滑用皮膜１８の表面を平坦面としても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ピストン
１１  クラウン部
１２  スカート部
１３  ピストンピン孔
１４  ピンボス部
１５  トップリング溝
１６  セカンドリング溝
１７  オイルリング溝
１８  潤滑用皮膜
１９  ディンプル
２０  ベーマイト皮膜
２１  凹部
【図１】
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【図２】
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