(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカート部の外表面に条痕を形成し、この条痕の表面にりん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液を用いて陽極酸化皮膜を被せ、この陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑材を含浸させたアルミ合金製内燃機関用ピストンであって、
前記陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングし、
内燃機関のならし運転で、前記条痕の頂部に相当する二硫化モリブデン被膜を摩耗させることにより、前記二硫化モリブデン被膜の頂部の領域を平坦部とすることで、前記平坦部から前記陽極酸化皮膜の頂部を露出させた、
ことを特徴とするアルミ合金製内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記二硫化モリブデンの皮膜厚さを５〜１５μｍとしたことを特徴とする請求項１記載のアルミ合金製内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ合金製のピストンに陽極酸化皮膜を被せた内燃機関用のピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の燃費やエンジン出力を向上させるためにピストンの摺動抵抗を減少させる方法が知られている。このピストンの一例として、特開平１１−３３６８９５号公報「ピストン及びピストンの加工方法」が提案されている。この技術はピストンのスカート部に陽極酸化皮膜を形成し、陽極酸化皮膜に化成処理皮膜を形成することで、ピストンの摺動抵抗を減少させるものである。
【０００３】
一方、摺動抵抗を減少させるために、ピストンのスカート部に条痕を形成する方法も知られており、条痕を上記公報の技術と併用すること（すなわち、条痕に皮膜を被せること）で摺動抵抗をより減少することができる。以下、条痕に皮膜を被せた例を、次図で詳しく説明する。
【０００４】
図１５（ａ），（ｂ）は従来の内燃機関用ピストンのスカート部の断面図であり、（ａ）はスカート部に条痕を形成した例を示し、（ｂ）は条痕に皮膜を被せた例を示す。
（ａ）において、ピストン１３０のスカート部１３１に条痕１３２・・・（・・・は複数個を示す）を形成する。条痕１３２・・・の凹部１３３・・・を深さＡ１に一定に確保し、凹部１３３・・・に油を溜めることにより、スカート部１３１全体に油膜を均一に保持することができる。このため、ピストン１３０の摺動抵抗を減少することができる。
（ｂ）において、条痕１３２・・・を形成したスカート部１３１に陽極酸化皮膜１３５を形成し、陽極酸化皮膜１３５に化成処理皮膜１３６を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、条痕１３２・・・に陽極酸化皮膜１３５及び化成処理皮膜１３６を形成することで、化成処理皮膜１３６の凹部１３７・・・を条痕１３２の凹部１３３・・・に合せて一定ピッチに形成することはできない。
加えて、化成処理皮膜１３６の凹部１３７・・・は深さＡ２も不均一なので、スカート部１３１全体に油膜を均一に保持することはできない。従って、条痕１３２・・・に皮膜１３５，１３６を被せても、ピストン１３０の摺動抵抗を大きく減らすことはできない。
【０００６】
また、化成処理皮膜１３６の頂部１３８ａ，１３８ｂ（その他の頂部は符号を付さない）は不均一に突出するので、ピストン１３０をシリンダ内で往復運動する際に、特に高く突出した頂部１３８ａがシリンダに接触する際の面圧が高くなる。よって、摺動抵抗が高くなることが考えられる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、スカート部の全域に油膜を均一に保持することができ、かつシリンダに接触する際の面圧を抑えることができるアルミ合金製内燃機関用ピストンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１は、スカート部の外表面に条痕を形成し、この条痕の表面にりん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液を用いて陽極酸化皮膜を被せ、この陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑材を含浸させたアルミ合金製内燃機関用ピストンであって、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングし、内燃機関のならし運転で、条痕の頂部に相当する二硫化モリブデン被膜を摩耗させることにより、二硫化モリブデン被膜の頂部の領域を平坦部とすることで、平坦部から前記陽極酸化皮膜の頂部を露出させたことを特徴とする。
【０００９】
電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することで、陽極酸化皮膜を平坦に形成する。これにより、陽極酸化皮膜を条痕の形状に倣わせて形成して、陽極酸化皮膜の表面を条痕と略同じ形状にすることができる。よって、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングすることで、二硫化モリブデン皮膜の表面を条痕と略同じ形状にすることができる。このため、二硫化モリブデン皮膜の表面全域に油膜を均一に保持することができる。
加えて、りん酸塩には陽極酸化皮膜の微細な孔の孔径を大きくする作用がある。このため、微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させ、その潤滑剤を孔内に確実に固着させることができる。
【００１０】
さらに、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングした。二硫化モリブデンは自己潤滑性に優れているため、ならし運転の際にピストンの摺動抵抗を低く抑えることができる。このため、シリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることができる。
【００１１】
加えて、ならし運転で条痕の頂部に相当する二硫化モリブデンの皮膜を摩耗させることにより、陽極酸化皮膜の一部を二硫化モリブデンの皮膜から露出させることができる。陽極酸化皮膜は対摩耗性に優れているので、露出した一部の陽極酸化皮膜をシリンダに当接させることで、ならし運転後のピストンの摩耗を十分に抑えることができる。
この際に、露出した一部の陽極酸化皮膜に加えて二硫化モリブデンもシリンダの摺動面に接触させることができるので、ならし運転後のシリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることもできる。
【００１２】
請求項２は、二硫化モリブデンの皮膜厚さを５〜１５μｍとしたことを特徴とする。
ここで、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μｍである。よって、二硫化モリブデンの皮膜厚さを５μｍ未満とすると、二硫化モリブデンの皮膜厚さが陽極酸化皮膜の表面最大粗さに近く、陽極酸化皮膜の表面全域に二硫化モリブデンを確実にコーティングすることができない虞れがある。このため、ならし運転時のシリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることができない虞れがある。
また、二硫化モリブデンの皮膜厚さが１５μｍを越えると、二硫化モリブデンの皮膜厚さが厚くなりすぎてコーティング処理に時間がかかる。このため、ピストンのコストアップの要因になる。
従って、二硫化モリブデンの皮膜厚さを５〜１５μｍに設定することとした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の斜視図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、Ｓｉ（シリコン）系アルミニウム合金で形成した部材であって、ピストン頭部１２にピストンリング溝１３，１４及びオイルリング溝１５を形成し、オイルリング溝１５の下側に一対のスカート部２０，２５を形成し、スカート部２０，２５の外表面２１ａ（スカート部２５の外表面は図示しない）に条痕２２を形成し、一対のスカート部２０，２５の間に一対のピンボス部３５，３７（ピンボス部３７は図２参照）を形成した部材である。
【００１４】
スカート部２０，２５は、条痕２２を形成した各外表面２１ａに、りん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液で陽極酸化皮膜（特殊な陽極酸化皮膜）５０，５０（スカート部２５の陽極酸化皮膜５０は図２に示す）をそれぞれ被せ、特殊な陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤５４（図９（ｂ）に示す）を含浸させた部材である。なお、陽極酸化皮膜５０を被せた領域を「網目」で示す。
【００１５】
図２は図１の２矢視図であり、この図でアルミ合金製内燃機関用ピストンの形状を詳しく説明する。
アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、コンロッド（図示しない）側から見たときに、一対のスカート部２０，２５を対向する一対で構成し、これら一対のスカート部２０，２５の対向する端部（一端）２０ａ，２５ａ同士を壁部３０で連結し、スカート部２０，２５の対向する端部（他端）２０ｂ，２５ｂ同士を壁部３２で連結することで、これら壁部３０，３２とスカート部２０，２５とで略矩形を形成させ、且つ壁部３０，３２の中央にピンボス部３５，３７を膨出形成した部材である。
【００１６】
加えて、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、壁部３０，３２がスカート部２０，２５に交わる部位（すなわち、スカート部２０，２５の一端２０ａ，２５ａ及び他端２０ｂ，２５ｂ）において、これらの部位の内壁４０〜４３を円弧状に形成し、スカート部２０，２５の肉厚ｔ１を壁部３０，３２の肉厚ｔ２より薄く設定した。
【００１７】
スカート部２０，２５の対向する一端２０ａ，２５ａを壁部３０で連結し、他端２０ｂ，２５ｂを壁部３２で連結することで、壁部３０，３２及びスカート部２０，２５で略矩形を形成する。このため、スカート部２０，２５の幅Ｗをピンボス部３５，３７の幅Ｗ１より小さくすることができる。従って、スカート部２０，２５を幅狭まとすることで、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０の軽量化を図ることができる。
また、スカート部２０，２５の肉厚ｔ１を壁部３０，３２の肉厚ｔ２より薄く設定したので、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０をより軽量にすることができる。
【００１８】
一方、スカート部２０，２５及び壁部３０，３２で略矩形を形成することにより、スカート部２０，２５を壁部３０，３２で補強することができる。従って、スカート部２０，２５の剛性を高めることができる。
また、壁部３０，３２がスカート部２０，２５に交わるスカート部の一端２０ａ，２５ａ及び他端２０ｂ，２５ｂの内壁４０〜４３を円弧状に形成したので、スカート部の一端２０ａ，２５ａ及び他端２０ｂ，２５ｂに応力が集中することを防ぐことができる。従って、スカート部２０，２５の剛性をより高めることができる。
【００１９】
一対のスカート部２０，２５は、幅Ｗ及び長さＬ（図１に示す）の網目で示した各外表面２１ａに条痕２２・・・（図１に示す）を形成し、各々の外表面２１ａに特殊な陽極酸化皮膜５０，５０をそれぞれ被せ、特殊な陽極酸化皮膜５０，５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させたものである。なお、特殊な陽極酸化皮膜及び潤滑剤については図８〜図９でさらに詳しく説明する。
【００２０】
図３は図１の３矢視図であり、スカート部２０，２５（スカート部２５は図２参照）の下端２３，２８（下端２８は図１も参照）をピンボス部３５，３７の下端３６，３８より下方に延した状態を示す。
スカート部２０，２５の下端２３，２８をピンボス部３５，３７の下端３６，３８より下方に延すことにより、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０がシリンダ内を移動している際に、スカート部２０，２５をシリンダに接触させることでピストン１０の姿勢を正規の状態に容易に保つことができる。
【００２１】
図４は図３の４−４線断面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、スカート部２０，２５の外表面２１ａ（図１に示す）に条痕２２・・・を形成し、この条痕２２・・・の表面にりん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液を用いて陽極酸化皮膜５０を被せ、この陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２に潤滑材５４（図９（ｂ）に示す）を含浸させ、陽極酸化皮膜５０に二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）の皮膜（以下、「二硫化モリブデン皮膜」という）６０を皮膜厚さｔ４が５〜１５μｍになるようにコーティングしたものである。
【００２２】
加えて、このアルミ合金製内燃機関用ピストン１０は、ならし運転で条痕２２・・・の頂部に相当する二硫化モリブデン皮膜６０を摩耗させることにより、二硫化モリブデン皮膜６０の頂部の領域Ｈを平坦部６１・・・にすることで、平坦部６１・・・から陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・を露出させたものである。
【００２３】
特殊な陽極酸化皮膜５０は、電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することで、Ｓｉを溶かして平坦に形成することができる。これで、陽極酸化皮膜５０をスカート部２０の条痕２２・・・の凹凸形状に倣わせて形成して、陽極酸化皮膜５０の表面を条痕２２・・・と略同じ凹凸形状にすることができる。
【００２４】
そして、この陽極酸化皮膜５０に二硫化モリブデン皮膜６０をコーティングすることで、二硫化モリブデン皮膜６０の表面を条痕２２・・・の凹凸形状に倣わせて形成することができる。よって、二硫化モリブデン皮膜６０の表面全域に油膜を均一に保持することができる。
【００２５】
二硫化モリブデン皮膜６０は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）をバインダーにしてその中に二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）を混合し、これを陽極酸化皮膜５０の表面に塗布し、この状態で焼き固めることにより二硫化モリブデン皮膜６０を形成したものである。
なお、二硫化モリブデン皮膜６０を皮膜厚さｔ４を５〜１５μｍになるようにコーティングした理由は次の通りである。
【００２６】
すなわち、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μｍである。よって、二硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚さｔ４を５μｍ未満とすると、陽極酸化皮膜５０の表面全域に二硫化モリブデン皮膜６０を確実にコーティングすることができない虞れがある。よって、ならし運転時のシリンダに対するピストン１０の面圧を低く抑えることができない虞れがある。そこで、二硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚さｔ４を５μｍ以上に設定して、ならし運転時のシリンダに対するピストン１０の面圧を低く抑えるようにした。
【００２７】
また、二硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚さｔ４が１５μｍを越えると、二硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚さｔ４が厚くなりすぎてコーティング処理に時間がかかる。このため、ピストン１０のコストアップの要因になる。そこで、二硫化モリブデン皮膜６０の皮膜厚さｔ４を１５μｍ以下に抑えて、二硫化モリブデンのコーティング処理に時間をかけないようにした。
【００２８】
ところで、二硫化モリブデンは鉛筆硬度が２Ｂ以上であり、陽極酸化皮膜の硬度は２６０〜２８０（ビッカース）である。二硫化モリブデンは陽極酸化皮膜と比較して柔らかく自己潤滑性を有するため、ピストン１０のならし運転の際に初期なじみがつきやすい。よって、ピストン１０（スカート部２０）の摺動抵抗を低く抑えることができる。
このため、ならし運転時のシリンダに対するピストン１０の面圧を低く抑えることができる。従って、短いならし運転で所望のエンジン出力特性を得ることができる。
【００２９】
ピストン１０のならし運転を実施することで、条痕２２・・・の頂部に相当する二硫化モリブデン皮膜６０を摩耗させることにより、陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・を露出させることができる。
よって、ならし運転を実施した後は、陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・と二硫化モリブデン皮膜６０の平坦部６１がシリンダの摺動面に接触する。
【００３０】
ここで、陽極酸化皮膜５０は、微細な孔５２の孔径を大きくすることで、微細な孔５２に多量の潤滑剤５４を含浸させ、その潤滑剤５４を孔５２内に確実に固着させることができる。このため、陽極酸化皮膜５０は、耐摩耗性に優れているととともに、潤滑性にも優れている。加えて、二硫化モリブデンは自己潤滑性を有している。
このため、ならし運転を実施した後の通常のピストン運動の際に、シリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることができ、かつピストンの摩耗を十分に抑えることができる。
【００３１】
以下、図５で普通の陽極酸化皮膜の形成方法を比較例として説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）は内燃機関用ピストンのスカート部に普通の陽極酸化皮膜を形成した比較例を示した説明図である。
（ａ）は、硫酸電解液で生成した普通の陽極酸化皮膜を示す。母材としてのアルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部１００にＳｉ粒１１１・・・が分布し、そのうちの表面近傍のＳｉ粒１１２・・・が陽極酸化皮膜１１３に悪影響を及ぼして、陽極酸化皮膜１１３が全体的に凹凸となっている。
【００３２】
（ｂ）は、（ａ）の拡大図であり、たまたま表面に出ていたＳｉ粒１１５の部分には陽極酸化皮膜を形成できずに大きな窪みＤ１となり、また、表面にごく近いＳｉ粒１１６の部分には陽極酸化皮膜１１７が形成できたけれども、膜厚は周囲の陽極酸化皮膜１１３と比べると小さく、窪みＤ２ができている。
【００３３】
すなわち、Ｓｉを含むアルミニウム合金製ピストン１００を硫酸電解液で陽極酸化処理をしても、平坦な陽極酸化皮膜１１３が得られないことが分かった。
また、硫酸電解液では、微細な孔１１８・・・の孔径をｄ２とすると、ｄ２は一般的に１５ｎｍ程度と小さいことが分かった。
【００３４】
（ｃ）は、液状の熱硬化性樹脂を微細な孔１１８・・・に含浸させ、含浸した液状の熱硬化性樹脂を加熱して硬化樹脂１１９・・・に変えた状態を示す。
樹脂は摩擦抵抗が小さいので、陽極酸化皮膜１１３，１１７に硬化樹脂１１９・・・を含浸させることで、Ｓｉ系アルミニウム合金製ピストンがシリンダ内を高速で往復移動するときの摺動抵抗は比較的小さくなる。
【００３５】
しかし、（ｂ）に示したように、陽極酸化皮膜１１３に窪みＤ１，Ｄ２が発生して陽極酸化皮膜１１３を平坦に生成することが困難であり、また、陽極酸化皮膜１１３に発生した微細な孔１１８・・・の孔径ｄ２が小さいので陽極酸化皮膜１１３に樹脂１１９を十分に含有することができない。
このため、陽極酸化皮膜１１３に樹脂１１９を含浸させても摩擦抵抗を所望の値まで小さくすることはできない。
【００３６】
以下、本発明に係る特殊な陽極酸化皮膜を形成する方法を説明する。
図６は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法を説明するフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０；アルミ合金製内燃機関用ピストン（すなわち、Ｓｉ系アルミニウム合金としてのＡＣ８Ｃアルミニウム合金製ピストン）のスカート部の外表面に条痕を形成する。
【００３７】
ＳＴ１１；条痕を形成したスカート部の外表面を脱脂する。
ＳＴ１２；りん酸塩としてのりん酸３ナトリウム及びふっ化物としてのふっ化カリウムの混合水溶液中で電気分解して、スカート部の外側表面に特殊な陽極酸化皮膜を生成する。この陽極酸化皮膜の表面に微細な孔が生成する。
ＳＴ１３；ふっ素樹脂を含有する液状の熱硬化性樹脂（ふっ素系樹脂）を準備し、この液状の熱硬化性樹脂を陽極酸化皮膜の微細な孔に含浸させる。
【００３８】
ＳＴ１４；微細な孔に含浸した液状の熱硬化性樹脂を加熱することにより硬化させる。これで、本発明に係るアルミニウム合金製ピストンの陽極酸化処理が完了する。
ＳＴ１５；陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングする。
以下、Ｓｉ系アルミニウム合金の陽極酸化処理方法のＳＴ１０〜ＳＴ１５を図７〜図１０で詳しく説明する。
【００３９】
図７は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第１説明図であり、ＳＴ１０を示す。
アルミ合金製内燃機関用ピストン（すなわち、Ｓｉ系アルミニウム合金としてのＡＣ８Ｃアルミニウム合金製ピストン）のスカート部２０の外表面２１ａ（図１に示す）に条痕２２を形成する。
【００４０】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第２説明図であり、特殊なる陽極酸化皮膜５０の処理方法を示す。なお、理解を容易にするためスカート部２０の外表面を横向きに配置した状態で説明する。
【００４１】
（ａ）は、ＳＴ１１（脱脂）後の状態を示す図であり、アルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部２０の外表面２１ａを脱脂した状態を示す。
スカート部２０の外表面２１ａの近傍にはアルミニウムにＳｉ粒５５，５６，５７が分散している。
【００４２】
（ｂ）は、ＳＴ１２（特殊な陽極酸化皮膜処理）後の状態を示す図であり、りん酸３ナトリウム及びふっ化カリウムの混合水溶液中で電気分解して陽極酸化皮膜５０を生成した状態を示す。
りん酸３ナトリウムの腐食作用でスカート部２０の外表面２１ａ（（ａ）に示す）が溶解して、Ｓｉ粒５５，５６，５７が露出する。露出したＳｉ粒５５，５６，５７がふっ化カリウムの作用で溶解して小さくなる。
【００４３】
このため、スカート部２０の外表面２１ａにＳｉ粒５５，５６，５７が存在するにも拘らず、陽極酸化皮膜５０が良好に成長する。この結果、陽極酸化皮膜５０の皮膜面２１が揃うので、面粗度は小さくなり、膜厚ｔ３はほぼ一定となる。
また、電解液にはりん酸３ナトリウムを含むため、りん酸３ナトリウムの孔径を大きくする作用で、微細な孔５２・・・の孔径ｄ１は略１００ｎｍと十分に大きくなる。
【００４４】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第３説明図であり、特殊なる陽極酸化皮膜５０の処理方法を示す。
（ａ）は、ＳＴ１３（樹脂含浸処理）後の状態を示す図であり、ふっ素樹脂を含有する液状の熱硬化性樹脂５３を準備し、この液状の熱硬化性樹脂５３を陽極酸化皮膜５０の孔５２・・・に含浸した状態を示す。
孔５２・・・の孔径ｄ１が１００ｎｍと大きいので、多量の熱硬化性樹脂５３を孔５２・・・内に含浸させることができる。
なお、熱硬化性樹脂５３は溶媒希釈しなくても液状をなす樹脂である。
【００４５】
（ｂ）は、ＳＴ１４（樹脂硬化処理）後の状態を示す図であり、オーブンのコイル５８から矢印の如く熱を伝えることにより液状の熱硬化性樹脂５３を加熱する状態を示す。液状の熱硬化性樹脂５３が硬化して熱硬化性樹脂（潤滑剤）５４となる。
これで、特殊な陽極酸化皮膜５０に熱硬化性樹脂５４を含浸させた状態になる。
【００４６】
図１０（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第４説明図であり、二硫化モリブデン皮膜６０のコーティング処理方法を示す。
（ａ）は、スカート部２０の条痕２２・・・に特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、この陽極酸化皮膜５０に熱硬化性樹脂５４（図９（ｂ）に示す）を含浸させた状態を示す。
特殊な陽極酸化皮膜５０は、電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することで、Ｓｉを溶かして平坦に形成することができるので、その表面を条痕２２・・・と略同じ形状にすることができる。
【００４７】
（ｂ）は、ＳＴ１５（二硫化モリブデンのコーティング処理）後の状態を示す図である。陽極酸化皮膜５０に二硫化モリブデン皮膜６０を形成することで、二硫化モリブデン皮膜６０の表面を条痕２２・・・と略同じ形状にすることができる。このため、二硫化モリブデン皮膜６０の表面全域に油膜を均一に保持することができる。
【００４８】
（ｃ）は、ピストン１０をならし運転することにより、条痕２２・・・の頂部に相当する二硫化モリブデン皮膜６０を摩耗させて平坦部６１・・・とすることで、平坦部６１・・・から陽極酸化皮膜５０を露出させた状態を示す。
二硫化モリブデンは自己潤滑性を有するため、ならし運転の際にピストン１０の摺動抵抗を低く抑えることができる。よって、ならし運転時のシリンダに対するピストン１０の面圧を低く抑えることができる。従って、短いならし運転で所望のエンジン出力特性を得ることができる。
【００４９】
【実施例】
本発明に係る実施例及び比較例を表１、表２、図１１及び図１２に基づいて説明する。
共通条件：
供試材  ＡＣ８Ｃ（ＪＩＳ Ｈ ５２０２  アルミニウム合金鋳物）
成分は表１に示すが、約１０％のＳｉを含む鋳物である。
【００５０】
【表１】
0004379852.tif 000002
【００５１】
【表２】
0004379852.tif 000003
【００５２】
実施例：
アルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部の外表面を脱脂した後、０．４モル／ｌりん酸３ナトリウム及び０．１２５モル／ｌふっ化カリウムの混合電解液で、電解液温度を２２℃、電圧を７０Ｖとして３０分間電気分解して、スカート部の外表面に特殊な陽極酸化皮膜を生成した。
特殊な陽極酸化皮膜の微細な孔は孔径ｄ１（図９（ａ）参照）が１００ｎｍと大きく、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μｍと平坦である。
なお、Ｒｍａｘは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で定義する表面粗さの最大高さであるが、便宜上「表面最大粗さＲｍａｘ」を表記した。
【００５３】
次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨｇの減圧状態で、パーフロロオクチルエチルメタクレート（熱硬化性樹脂）液中に５分間浸漬した後、大気開放して９８℃の温水に１０分間浸漬した。温水から取り出した後、オーブンで５分間加熱してパーフロロオクチルエチルメタクレートを硬化した。
【００５４】
次いで、陽極酸化皮膜の表面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）の皮膜をコーティングする。すなわち、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）をバインダーにしてその中に二硫化モリブデンを混合し、これを陽極酸化皮膜の表面に塗布し、この状態で焼き固めることにより二硫化モリブデンの皮膜を皮膜厚さ１５μｍに形成する。
【００５５】
このピストンをエンジンに組込んでならし運転をおこない、そのときのエンジン出力特性を測定した。その結果、ならし運転の当初から所望のエンジン出力特性を得ることができることが判かった。
その理由は、二硫化モリブデンは自己潤滑性を有するため、ならし運転の際にピストンの摺動抵抗を低く抑えることができる。よって、ならし運転時のシリンダに対するピストンの面圧を低く抑えて、初期摺動抵抗を低くすることができるからである。
なお、パーフロロオクチルエチルメタクレートの化学式は以下の通りである。
【００５６】
【化１】
0004379852.tif 000004
【００５７】
比較例：
実施例と同様に、アルミ合金製内燃機関用ピストンのスカート部の外表面を脱脂した後、０．４モル／ｌりん酸３ナトリウム及び０．１２５モル／ｌふっ化カリウムの混合電解液で、電解液温度を２２℃、電圧を７０Ｖとして３０分間電気分解して、スカート部の外表面に特殊な陽極酸化皮膜を生成した。
【００５８】
特殊な陽極酸化皮膜の微細な孔は孔径ｄ１（図９（ａ）参照）が１００ｎｍと大きく、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３μｍと平坦である。
なお、Ｒｍａｘは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で定義する表面粗さの最大高さであるが、便宜上「表面最大粗さＲｍａｘ」を表記した。
【００５９】
次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨｇの減圧状態で、パーフロロオクチルエチルメタクレート（熱硬化性樹脂）液中に５分間浸漬した後、大気開放して９８℃の温水に１０分間浸漬した。温水から取り出した後、オーブンで５分間加熱してパーフロロオクチルエチルメタクレートを硬化した。
【００６０】
このピストンをエンジンに組込んでならし運転をおこない、そのときのエンジン出力特性を測定した。その結果、所望のエンジン出力特性を得るまでには、ならし運転を比較的長い時間実施する必要があることが判かった。
その理由は、陽極酸化皮膜において条痕の頂部に相当する部位が頂部として存在しているため、ピストンがシリンダに接触する際の面圧が高くなり、初期摺動抵抗が高くなるからである。
【００６１】
次に、図１１及び図１２に基づいてアルミ合金製内燃機関用ピストンの作用について説明する。
図１１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の作用を説明する断面図であり、（ａ）〜（ｂ）は表１の比較例、（ｃ）〜（ｄ）は表１の実施例を示す。
また図１２は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の作用を説明するグラフである。縦軸は摩擦係数を示し、横軸はピストンの運転時間を示し、破線のグラフは比較例、実線は実施例を示す。
【００６２】
図１１（ａ）は、アルミ合金製内燃機関用ピストン１２０のスカート部１２１に条痕１２２・・・を形成し、条痕１２２・・・に特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させた状態を示す。
【００６３】
特殊な陽極酸化皮膜５０は条痕１２２・・・に沿って均一の厚さで陽極酸化皮膜５０を被せることが可能であり、陽極酸化皮膜５０において条痕１２２・・・の頂部に相当する部位（頂部）５１・・・が突出する。従って、ピストン１２０がシリンダ５９内で矢印▲１▼の如く往復運動する際に、突出した頂部５１・・・がシリンダ５９に当接するので、図１２のグラフに示すように摩擦係数がμ1と大きくなり、陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・に大きな面圧がかかる。
【００６４】
（ｂ）において、陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・（（ａ）に示す）に陽極酸化皮膜５０の頂部５１・・・や条痕１２２の頂部１２２ａが摩耗して条痕１２２の頂部１２２ａ・・・が露出する。
ならし運転完了後は、図１２のグラフに示すように摩擦係数がμ2と小さくなる。しかし、条痕１２２の頂部１２２ａ・・・が露出してしまい、頂部１２２ａ・・・を陽極酸化皮膜５０で保護することができないので、スカート部２０の耐摩耗性を十分に確保することは難しい。
【００６５】
（ｃ）は、アルミ合金製内燃機関用ピストン１０のスカート部２０に条痕２２・・・を形成し、条痕２２・・・に特殊な陽極酸化皮膜５０を形成し、陽極酸化皮膜５０の微細な孔に潤滑剤を含浸させ、この陽極酸化皮膜５０に二硫化モリブデン皮膜６０を皮膜厚さが１５μｍになるようにコーティングした状態を示す。
【００６６】
ピストン１０がシリンダ５９内で矢印▲２▼の如くならし運転を実施する。二硫化モリブデンは自己潤滑性を有するため、ピストン１０の摺動抵抗を低く抑えることができる。このため、図１２のグラフに示すように摩擦係数をμ3と小さくでき、シリンダ５９に対するピストン１０の面圧を低く抑えることができるので、短いならし運転で所望のエンジン出力特性を得ることができる。
【００６７】
（ｄ）において、ならし運転で条痕２２・・・の頂部に相当する二硫化モリブデン皮膜６０を摩耗させることで平坦部６１・・・とし、平坦部６１・・・から陽極酸化皮膜５０を露出させることができる。
【００６８】
陽極酸化皮膜５０は対摩耗性に優れているとともに、微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させているのでならし運転後のピストンの摩耗を十分に抑えることができる。加えて、二硫化モリブデン皮膜６０の平坦部６１・・・でピストン１０の摺動抵抗を低く抑えることができる。
【００６９】
従って、ならし運転後のピストン運転においても、図１２のグラフに示すように摩擦係数をμ3と小さくでき、シリンダ５９に対するピストン１０の面圧を低く抑えることができる。このため、ピストン１０の摺動抵抗を減少させて円滑に運動させることができる。
【００７０】
次に、第２〜第３実施形態を図１３〜図１４に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
図１３は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実施形態）の側面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン７０は、ピンボス部３５の下端３６及びピンボス部３７の下端３８より一対のスカート部７２（奥側のスカート部は図示しない）の下端７３をδ寸法だけ上方に上げたものである。
このため、一対のスカート部７２を、第１実施形態のスカート部２０，２５より小さくすることができる。従って、アルミ合金製内燃機関用ピストン７０をよりアルミ合金製内燃機関用ピストン１０より軽量にすることができる。
【００７１】
図１４は本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第３実施形態）の側面図である。
アルミ合金製内燃機関用ピストン８０は、スカート部８２を略逆台形、すなわち下端８３からピストン頭部８４に向けてスカート幅をＷ３からＷ４に徐々に大きく形成したものである。
スカート部８２を略逆台形に形成することにより、スカート部８２の剛性を高めることができる。
【００７２】
なお、前記実施形態では、りん酸塩としてりん酸３ナトリウムを使用した例を示したが、その他にりん酸ナトリウムなどを使用してもよい。
また、ふっ化物としてふっ化カリウムを使用した例を示したが、その他にふっ化ナトリウムなどを使用してもよく、アルカリ金属系ふっ化物であれば同等の作用効果がある。
【００７３】
さらに、液状の熱硬化性樹脂としてパーフロロオクチルエチルメタクレート液を使用した例を説明したが、ふっ素を含んだその他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。
また、潤滑剤として熱硬化性樹脂を使用した例を説明したが、光硬化性樹脂などのその他の樹脂を使用しても同様の効果を得ることができる。光硬化性樹脂は、例えば紫外線硬化性樹脂や可視光硬化性樹脂が該当する。
さらに、前記実施形態では、条痕２２の凹部を略Ｖ形に形成した例について説明したが、その他に条痕の凹部を湾曲形や台形などに形成してもよく、凹部の形状は任意である。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、スカート部の外表面に条痕を形成し、この条痕の表面にりん酸塩並びにふっ化物を混合した電解液を用いて陽極酸化皮膜を被せ、この陽極酸化皮膜の微細な孔に潤滑材を含浸させたアルミ合金製内燃機関用ピストンであって、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングし、内燃機関のならし運転で、条痕の頂部に相当する二硫化モリブデン被膜を摩耗させることにより、二硫化モリブデン被膜の頂部の領域を平坦部とすることで、平坦部から前記陽極酸化皮膜の頂部を露出させたことを特徴とし、先ず、電解液にりん酸塩並びにふっ化物を混合することで、陽極酸化皮膜を平坦に形成する。これにより、陽極酸化皮膜を条痕の形状に倣わせて形成して、陽極酸化皮膜の表面を条痕と略同じ形状にすることができる。このため、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングすることで、二硫化モリブデン皮膜の表面を条痕と略同じ形状にすることができる。従って、二硫化モリブデン皮膜の表面全域に油膜を均一に保持することができる。
加えて、りん酸塩には陽極酸化皮膜の微細な孔の孔径を大きくする作用がある。このため、微細な孔に多量の潤滑剤を含浸させ、その潤滑剤を孔内に確実に固着させることができる。
【００７５】
さらに、陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンをコーティングした。二硫化モリブデンは自己潤滑性に優れているので、ならし運転の際にピストンの摺動抵抗を低く抑えることができる。このため、ならし運転時のシリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることができる。
【００７６】
加えて、ならし運転で条痕の頂部に相当する二硫化モリブデンの皮膜を摩耗させることにより、陽極酸化皮膜の一部を露出させることができる。陽極酸化皮膜は対摩耗性に優れているので、露出した一部の陽極酸化皮膜をシリンダに当接させることで、ならし運転後のピストンの摩耗を十分に抑えることができる。
【００７７】
この際に、露出した一部の陽極酸化皮膜に加えて二硫化モリブデンもシリンダの摺動面に接触させることができるので、ならし運転後のシリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることができる。
このように、油膜を均一に保持し、潤滑剤を確実に固着させ、加えて面圧を抑えることができるので、ピストンを円滑に摺動させることができる。
【００７８】
請求項２は、二硫化モリブデンの皮膜厚さを５μｍ以上に設定したので、陽極酸化皮膜の表面全域に二硫化モリブデンの皮膜を確実にコーティングすることができる。このため、ならし運転時のシリンダに対するピストンの面圧を低く抑えることができるので、短いならし運転で所望のエンジン出力特性を得ることができる。
【００７９】
また、二硫化モリブデンの皮膜厚さを１５μｍ以下に設定したので、二硫化モリブデンの皮膜厚さを好適な範囲に抑えることができ、コーティング処理を比較的時間をかけるないで行うことができる。このため、ピストンのコストアップを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の斜視図
【図２】図１の２矢視図
【図３】図１の３矢視図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】内燃機関用ピストンのスカート部に普通の陽極酸化皮膜を形成した比較例を示した説明図である。
【図６】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法を説明するフローチャート
【図７】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第１説明図
【図８】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第２説明図
【図９】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第３説明図
【図１０】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の製造方法の第４説明図
【図１１】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の作用を説明する断面図
【図１２】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第１実施形態）の作用を説明するグラフ
【図１３】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第２実施形態）の側面図
【図１４】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン（第３実施形態）の側面図
【図１５】従来の内燃機関用ピストンのスカート部の断面図
【符号の説明】
１０，７０，８０…アルミ合金製内燃機関用ピストン、２０，２５，７２，８２…スカート部、２１ａ…スカート部の外表面、２２…条痕、５０…陽極酸化皮膜、５１…露出した頂部、５２…微細な孔、５４…潤滑剤、６０…二硫化モリブデン皮膜、６１…二硫化モリブデン皮膜の平坦部、ｔ４…二硫化モリブデン皮膜の皮膜厚さ。
【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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