(57)【要約】【課題】ピストンピンの抜け止めに供する止め輪とこれを保持する環状溝の干渉に伴う環状溝の摩耗を防止し得る内燃機関用ピストンの製造方法等を提供する。【解決手段】ピストンピン１０が挿入されるピストンピン孔４と、該ピストンピン孔４のピストン径方向外側に切欠形成され、ピストンピン１０の軸方向移動を規制する止め輪９が嵌着される環状溝１１と、を有する内燃機関用ピストン１について、環状溝１１に陽極酸化処理を施して該環状溝１１の内面全体を陽極酸化皮膜１２によって保護することで、止め輪９との摩擦によって生ずる環状溝１１の摩耗を抑制した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンピンが挿入されるピストンピン孔と、
該ピストンピン孔のピストン径方向外側に切欠形成され、前記ピストンピンの軸方向移動を規制する止め輪が嵌着される環状溝と、を有する内燃機関用ピストンであって、
前記環状溝に陽極酸化処理を施したことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記ピストンピン孔の前記ピストンピンを収容保持する領域には陽極酸化皮膜が生成されていないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記ピストンピン孔の前記環状溝の形成位置よりピストン径方向外側の領域に陽極酸化皮膜が生成されても、該陽極酸化皮膜は前記ピストンピンの挿入を妨げないことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項４】
前記ピストンピン孔は、前記環状溝の形成位置よりピストン径方向外側の領域の内径が前記ピストンピンを収容保持する領域の内径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項５】
ピストンピンが挿入されるピストンピン孔と、
該ピストンピン孔のピストン径方向外側に切欠形成され、前記ピストンピンの軸方向移動を規制する止め輪が嵌着される環状溝と、を有する内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記ピストンピン孔における前記ピストンピンを収容保持するピン保持領域及び前記環状溝の仕上げ加工を行った後に、前記ピン保持領域をマスキングするマスキング工程と、
該マスキング工程の後に、前記環状溝内に陽極酸化処理に供する処理液を流し込んで通電することにより、前記環状溝に陽極酸化皮膜を生成する酸化処理工程と、を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項６】
前記ピストンピン孔における前記環状溝の形成位置よりもピストン径方向外側となる開口端部領域に一端部が嵌着される筒状ボディと、
該筒状ボディの内周側に配設されて、内部通路を介して前記筒状ボディの外部から空気を導入する空気導入管と、
該空気導入管に前記内部通路へ開口するように取り付けられて、該内部通路を介して導入された空気によって前記ピン保持領域の内径よりも大きく膨張変形するマスキング部材と、を有する治具を用いて行う内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記マスキング工程では、前記開口端部領域に前記筒状ボディの一端部を嵌挿すると共に前記ピン保持領域内に前記マスキング部材を挿入した後、前記空気導入管を介して空気を導入して前記マスキング部材を膨らませて、該マスキング部材の表面を前記ピン保持領域の周壁面に密着させることによって該ピン保持領域のマスキングを行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項７】
前記ピストンピン孔における前記環状溝の形成位置よりもピストン径方向外側となる開口端部領域に一端部が嵌着される筒状ボディと、
該筒状ボディの内周側に一体に設けられて、内部通路を介して前記筒状ボディの外部から空気を導入する空気導入管と、
前記筒状ボディの他端側に設けられて、該筒状ボディ内に前記処理液を導入する導入口と、
該導入口とは別に前記筒状ボディの他端側に設けられて、該筒状ボディ内の前記処理液を排出する排出口と、を有する治具を用いて行う内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記酸化処理工程では、前記導入口を介して前記環状溝内に前記処理液を充填して前記陽極酸化処理を行い、該処理が完了した後、前記排出口から前記処理液を排出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項８】
前記ピストンピン孔における前記環状溝の形成位置よりもピストン径方向外側となる開口端部領域に一端部が嵌着される筒状ボディと、
該筒状ボディの一端部外周に嵌着されるほぼ円環状のシール部材と、を有する治具を用いて行う内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記酸化処理工程では、前記開口端部領域の周壁面に弾接する前記シール部材の弾性力をもって前記開口端部領域の周壁面と前記筒状ボディの一端部外周面との間をシールすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項９】
前記マスキング工程に供される前記マスキング部材を弾性材によって形成し、該弾性材の弾性を利用して前記マスキング部材の表面を前記ピン保持領域の周壁面に密着させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
【請求項１０】
前記マスキング工程に供される前記マスキング部材を袋状に形成し、該袋状のマスキング部材の内部に空気を導入して膨らませることにより、前記マスキング部材の表面を前記ピン保持領域の周壁面に密着させることを特徴とする請求項６又は請求項９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、例えば、自動車用の内燃機関に適用される内燃機関用ピストン及びその製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車用の内燃機関に用いられる内燃機関用ピストンとしては、例えば、以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、このピストン１は、アルミニウム合金材からなり、円筒状のスカート部と、該スカート部２の上端に一体に有する冠部と、前記スカート部の内周面に対向するように一体に設けられて、それぞれの内部にピストンピンの両端部を支持するピストンピン孔を有するほぼ円筒状のピンボス部と、から構成されている。
【０００４】
前記各ピストンピン孔には、その内部に挿通されるピストンピンの軸方向移動を規制する、すなわちピストンピンの抜け止めの用に供する止め輪が配設されており、当該ピストンピン孔の開口端部の内周面には、前記止め輪を保持する環状溝が周方向に沿って切欠形成されている。そして、かかる環状溝に止め輪が嵌着されることで、ピストンピンが軸方向に移動しようとした場合には、該ピストンピンの端面と前記止め輪の端面とが当接することになり、これによってピストンピンの抜け止めが図られている。
【特許文献１】特開２０００−２４０５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ピストンピンが軸方向に移動しようとした場合、かかる移動は前記環状溝に嵌着された前記止め輪によって規制されることになるが、この際、止め輪には軸方向や回転方向などの様々な力が作用する。これによって、環状溝には、特に当該環状溝の溝底面と止め輪の外周面との間に摩擦が発生することになる。
【０００６】
しかしながら、従来の前記内燃機関用ピストンにあっては、前記止め輪が鉄材によって形成されているのに対し、ピストンはアルミニウム合金材によって形成されていることから、前記摩擦が発生した際には、前記環状溝の溝底面が止め輪に負けてしまうことになる。
【０００７】
すなわち、前記環状溝の内底面が止め輪によって徐々に削られてしまうと共に、この削られた肉がピストンピン孔の開口端側へと押し出されてしまうことから、この削られた肉は環状溝の外周側の側面近傍に堆積することになる。これにより、環状溝における止め輪の規制力が徐々に低下してしまうこととなり、この結果、止め輪が環状溝から脱落してしまうという技術的課題を招来していた。
【０００８】
本発明は、前記従来のピストンの製造方法の実情に鑑みて案出されたもので、ピストンピンの抜け止めの用に供する止め輪と該止め輪を保持する環状溝との干渉に伴う環状溝内の摩耗を防止し得る内燃機関用ピストン及びその製造方法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】
【０００９】
本願発明は、とりわけ、ピストンピンの抜け止めの用に供する止め輪を保持するための環状溝に陽極酸化処理を施したことを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る内燃機関用ピストン及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態に供されるピストンは、レシプロ・ガソリンエンジンに適用したものである。
【００１１】
すなわち、このピストン１は、アルミニウム合金材を鋳造してなり、図１に示すように、円筒状に形成されたスカート部２と、該スカート部２の上端に所定の肉厚をもって一体に設けられて、外周面に図外のリング部材がそれぞれ嵌着される三つの環状溝３ａ〜３ｃを有する冠部３と、前記スカート部２に互いに対向するように一体に形成されて、それぞれの内部に鉄系材からなる円筒状のピストンピン１０の各端部を支持するピストンピン孔４，５を有するほぼ筒状のピンボス部６，７と、から構成されていて、前記ピストンピン１０を介していわゆるコンロッド８と相対回動自在に連結されている。
【００１２】
なお、前記各ピストンピン孔４，５は、前記両ピンボス部６，７において同様に構成されていることから、以下においては、便宜上、一方のピストンピン孔４についてのみ説明するものとする。
【００１３】
前記ピストンピン孔４は、図２〜図４に示すように、ピストン径方向外側の開口端部に、スナップリングなどの止め輪９が嵌着される環状溝１１が周方向に沿って切欠形成されていると共に、該環状溝１１には、その底面及び両側面の全体にわたり、後述する陽極酸化処理によって所定の膜厚を有する陽極酸化皮膜１２が生成されている。
【００１４】
そして、前記止め輪９は、環状溝１１に嵌着された状態において、図２に示すように当該止め輪９の内周側部分がピストンピン孔４の周壁面より径方向内側へ突出するように配設され、当該内周側部分の内側面がピストンピン１０の端面と当接することによって該ピストンピン１０の脱落を防止している。
【００１５】
また、前記ピストンピン孔４は、環状溝１１を境界として、該環状溝１１より径方向内側の軸方向領域であってピストンピン１０の端部を収容保持するピン保持領域４ａと、環状溝１１より径方向外側に所定の軸方向長さをもって構成される開口端部領域４ｂと、からなる二つの領域によって構成されている。
【００１６】
前記ピン保持領域４ａは、ピストンピン１０の外径よりも僅かに大きい内径に設定されていると共に、環状溝１１に前記止め輪９を収容保持した状態で、この止め輪９の内側面とピストンピン１０の端面との間に僅かなクリアランスが形成されるような軸方向長さに設定されている。
【００１７】
前記開口端部領域４ｂは、ピン保持領域４ａよりも若干大きな内径に設定されており、後述する陽極酸化処理に伴い当該開口端部領域４ｂに陽極酸化皮膜が生成されてもピストンピン１０の外径よりも僅かに大きい内径を維持し、当該ピストンピン孔４内へのピストンピン１０の挿入を妨げないように構成されている。
【００１８】
以上のような構成を有するピストン１に関し、前記陽極酸化皮膜１２については、本実施の形態では、図５〜図７に示すような特異な構成を有する治具２０を用いて陽極酸化処理を施すことによって生成される。
【００１９】
すなわち、この治具２０は、一端部がピストンピン孔４の開口端部領域４ｂに嵌着され、該ピストンピン孔４内に陽極酸化処理に用いる処理液を導入する導入管として供される筒状ボディ２１と、該筒状ボディ２１と一体に設けられ、この筒状ボディ２１の内外を連通する空気導入管２２と、該空気導入管２２を介して導入される空気によって膨張することでピン保持領域４ａの周壁面を覆うマスキング部材２３と、筒状ボディ２１の一端部外周に嵌着されて、該一端部外周面と開口端部領域４ｂの内周面との間をシールするほぼ円環状のシール部材２４と、を備えている。
【００２０】
前記筒状ボディ２１は、一端が開口して他端が端壁２１ａによって閉塞されたほぼカップ状に形成されており、内周側には空気導入管２２が軸線方向に沿って前記端壁２１ａを貫通するように該端壁２１ａと一体に設けられている。そして、この筒状ボディ２１の一端部外周面には、シール部材２４が嵌着される円環状のシール保持溝２１ｂが周方向に沿って切欠形成されている。
【００２１】
前記空気導入管２２は、一端側が前記端壁２１ａの内側面から筒状ボディ２１の一端開口側へ向かって当該開口端よりも若干突出するように延設されていると共に、他端側が前記端壁２１ａの外側面から外方へ突設され、筒状ボディ２１の軸線方向に沿って一連の内部通路２２ａを構成している。そして、この空気導入管２２の他端は、図外の配管を介して図外のコンプレッサーに接続されている。
【００２２】
前記マスキング部材２３は、ゴム等の弾性材からなる伸縮自在の袋状を呈したいわゆる風船であり、空気導入管２２の一端部に、該空気導入管２２の内部通路２２ａに開口するように取り付けられている。そして、かかるマスキング部材２３は、空気導入管２２を介して導入される空気によって膨張して、表面がピン保持領域４ａの周壁面における軸線方向のほぼ範囲に密着するように構成されている。
【００２３】
なお、このマスキング部材２３は、ピン保持領域４ａの周壁面の軸線方向の全範囲を覆わないまでも、少なくともピン保持領域４ａの環状溝１１側の端縁からピストン径方向内側へ向かって所定の軸線方向範囲の周壁面については完全にカバーするように構成されている。
【００２４】
また、前記筒状ボディ２１の端壁２１ａには、空気導入管２２の外周域の径方向ほぼ中間位置に、ピストンピン孔４内において筒状ボディ２１とマスキング部材２３とによって画成される空間Ｓ内に処理液を導入するための導入口２１ｃが貫通形成されている。この導入口２１ｃは、図外の配管を介して図外のポンプ装置に接続され、該ポンプ装置をもって外部から筒状ボディ２１内に処理液を供給するようになっている。
【００２５】
さらに、この端壁２１ａには、前記導入口２１ｃに対して円周方向へ１８０°位相の異なる位置に、陽極酸化処理を施した後に空間Ｓ内に充填された処理液を排出させるための排出口２１ｄが貫通形成されている。この排出口２１ｄについても、前記導入口２１ｃと同様に、図外の配管を介して図外のポンプ装置に接続されており、該ポンプ装置によって空間Ｓ内の処理液を吸い上げて排出するようになっている。
【００２６】
前記シール部材２４は、いわゆるＯリングであって、筒状ボディ２１のシール保持溝２１ｂに嵌着されており、開口端部領域４ｂの周壁面に弾接することで、該周壁面と筒状ボディ２１の一端部外周面との間を液密に封止し、空間Ｓ内に充填された処理液の外部への漏出が防止されている。
【００２７】
続いて、前記ピストン１の製造方法について説明するが、該ピストン１の製造方法に関し、鋳造して仕上げ加工するまでの工程は従来のピストンの製造方法と同様であることから、本実施の形態では、かかる治具２０を用いて行う本願発明の特徴的な方法である陽極酸化処理に係る処理方法のみについて、図６及び図７に基づいて説明する。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、ピストンピン孔４、特にピン保持領域４ａと環状溝１１との同軸度の精度を確保すべく、当該両者４ａ，１１について仕上げ加工を行った直後に被加工物であるピストン１をそのまま保持した状態で、前記仕上げ加工に連係して行う。
【００２９】
すなわち、第１の工程であるマスキング工程では、図６に示すように、ピストンピン孔４内の仕上げ加工、つまりピン保持領域４ａ及び環状溝１１について仕上げ加工を施した直後に、予めシール部材２４が組み付けられた筒状ボディ２１の一端部をピストンピン孔４の開口端部領域４ｂに嵌着させ、シール部材２４の弾性力をもって開口端部領域４ｂの周壁面と筒状ボディ２１の一端部外周面の間をシールする。さらに、ピストン１の内周側に、ピンボス部６の内側面に接触するように陽極となる電極板３０を配置固定する。
【００３０】
その後、前記空気導入管２２を介してマスキング部材２３の袋内に空気を導入することによって該マスキング部材２３を膨らませる。すると、マスキング部材２３は、図７に示すように、ピストンピン孔４の径方向に膨らんで表面がピン保持領域４ａの周壁面に弾接した後、ピストンピン孔４内の軸線方向に膨らんで当該空気導入管２２の一端面と電極板３０に弾接する。こうして、マスキング部材２３は、表面がピン保持領域４ａの周壁面における軸線方向のほぼ全範囲に密着することとなって、この結果、液密性を有する前記空間Ｓが画成される。
【００３１】
このとき、前記マスキング部材２３の表面をピン保持領域４ａの周壁面に密着させる際には、該ピン保持領域４ａの環状溝１１側において、その端縁からピストン径方向内側へ向かって所定範囲の全周を確実に覆うようにする。これにより、その後の陽極酸化処理を行う際に、仕上げ加工済みのピン保持領域４ａに陽極酸化皮膜が形成されてしまうことを確実に防止することができ、この結果、該ピン保持領域４ａの内径に寸法変化を招来してしまうおそれがなくなる。
【００３２】
次に、前記マスキング工程の後、第２の工程である酸化処理工程では、排出口２１ｄについては連通を遮断して、導入口２１からのみによって空間Ｓ内に処理液を導入して充填させた後、電極板３０に通電する。そうすると、電極板３０を陽極、筒状ボディ２１を陰極として電気分解が行われることとなり、環状溝１１内に図４に示すような陽極酸化皮膜１２が生成される。
【００３３】
そして、この陽極酸化皮膜１２の生成が完了すると、電極板３０への通電を遮断して、空間Ｓ内に充填されている処理液を排出口２１ｄから排出させる。その後で、マスキング部材２３内の空気を抜くと共に電極板３０を取り外して、最後に筒状ボディ２１をピストンピン孔４から取り外すことをもって当該陽極酸化処理についての作業が終了する。
【００３４】
以上のことから、この実施の形態によれば、前記環状溝１１の内面全体、すなわち溝底面及び両側面について当該溝の全周に亘って前記陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜１２を生成したことから、該環状溝１１に止め輪９を介してピストンピン１０からの荷重が作用しても、この環状溝１１の溝底面と止め輪９の外周面との間や、該環状溝１１の各側面と止め輪９の各側面との間に発生する摩擦を低減することが可能となる。これにより、環状溝１１内の溝底面や各側面の摩耗を抑制することができ、かかる摩耗の影響によるピストンピン１０の脱落防止が図れる。
【００３５】
しかも、前記陽極酸化処理の処理方法に係るマスキング手段によれば、仕上げ加工済みのピン保持領域４ａを確実に保護しつつ当該陽極酸化処理を行うことが可能となるため、該ピン保持領域４ａに陽極酸化皮膜１２が生成されてしまうことによるピン保持領域４ａの内径寸法の変化を回避することができる。よって、前記陽極酸化処理後のピン保持領域４ａについて再加工を行う必要もなく、当該陽極酸化処理に伴う作業工数の増加を抑制することができる。
【００３６】
なお、前記開口端部領域４ｂについては、図７に示すように、前記空間Ｓ内に周壁面の一部が露出してしまうことになるが、もともと仕上げ加工を必要とせず、しかも予め陽極酸化皮膜１２の前記膜厚を加味して規定寸法よりも若干大きく形成するようにしたことから、前記陽極酸化処理によって当該開口端部領域４ｂに陽極酸化皮膜１２が生成されても、その後のピストンピン１０の組み付け時においてピストンピン１０の挿入を確実に行うことができる。言い換えれば、当該開口端部領域４ｂに生成された陽極酸化皮膜１２によってピストンピン１０の組み付けを行えなくなる、といった不具合を回避することができる。
【００３７】
また、前記ピン保持領域４ａのマスキングについて風船のような弾力性のあるマスキング部材２３を用いて当該ピン保持領域４ａの周壁面を保護する方法を採用したことから、当該マスキングに際し、ピン保持領域４ａの周壁面を傷つけてしまうおそれがないため、前記陽極酸化処理における歩留まりの向上が図れる。さらには、前記マスキング部材２３に弾性材を用いることで、ピン保持領域４ａの周壁面に対する該マスキング部材２３の密着性を向上させることができ、より高いマスキング効果が得られる。
【００３８】
また、前記筒状ボディ２１について、前記マスキング部材２３内に空気を導入する空気導入管２２と、前記空間Ｓ内に処理液を導入する導入管と、前記空間Ｓから処理液を排出する排出管と、を一体に成す構成としたことから、治具２０の構成部品点数を低減することができ、前記陽極酸化処理を行う際の作業性の向上が図れる。
【００３９】
さらに、前記筒状ボディ２１の一端部外周面と開口端部領域４ｂの周壁面との間をシール部材２４によってシールする構成を採用したことから、該シール部材２４の弾性力によって筒状ボディ２１を開口端部領域４ｂに保持させることが可能となる。このため、筒状ボディ２１の一端部と開口端部領域４ｂの嵌め合いを厳しく設定したり、開口端部領域４ｂに対する筒状ボディ２１の保持手段を別途設けたりする必要がなくなる。この結果、前記陽極酸化処理に伴う筒状ボディ２１や開口端部領域４ｂの加工工数の増大化の抑制が図れると共に、筒状ボディ２１の脱着を容易に行うことができ、前記酸化処理作業の作業性の向上も図れる。
【００４０】
本発明は、前記実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば、前記環状溝１１の大きさ、位置及び形状、並びに前記陽極酸化皮膜１２の膜厚などは、適用する内燃機関の仕様や用途により自由に変更することができる。
【００４１】
また、前記マスキング部材２３は、前記実施の形態における風船のような弾性材によって形成されている必要はなく、弾性を有していなくても内部に空気を導入することによって前記ピン保持領域４ａの内径よりも大きく膨張変形するものであれば、材質にかかわらず、前記実施の形態と同様の作用効果が奏せられる。
【００４２】
なお、本発明に係るピストン１は、前述のようなガソリンエンジンのみならず、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ピストンとコンロッドを組み付けた状態を示す正面図である。
【図２】ピストンピンの組み付け状態を示す図１の要部断面図である。
【図３】ピストン単体を示す縦断面図である。
【図４】図２のＢ部の拡大図である。
【図５】陽極酸化処理に用いる治具単体を示す正面図である。
【図６】陽極酸化処理方法のマスキング工程の内容を説明するピストンピン孔近傍の要部断面図である。
【図７】陽極酸化処理方法の酸化処理工程の内容を説明するピストンピン孔近傍の要部断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…ピストン
４…ピストンピン孔
９…止め輪
１０…ピストンピン
１１…環状溝
１２…陽極酸化皮膜
【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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