(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン・ピン孔内面に硬質アルマイト皮膜を形成すると共に、ピストン・ピン孔内面以外の少なくともピストン・スカート面にＡｌ−ＯＨ−Ｆ化合物もしくはＮＨ4−Ｍｇ−Ａｌ−Ｆ化合物、又は両者の混合物より成る化成処理皮膜を形成したことを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二輪自動車、四輪自動車等のエンジンに使用されるピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ピストン・ピン孔面のピストン・ピンとの接触により生ずるピストン・ピン孔面のカジリを防止するために硬質アルマイト処理が行われており、一定の効果を上げている。しかし、硬質アルマイト処理をピストン・スカート面に施してもスカート面に発生するスカッフィングを防止することはできず、逆にシリンダボア面の摩耗を激しくさせ、かえって不都合を招くことがあった。
一方、ピストン・スカートを含むピストン外周面とシリンダボア面との「なじみ」を期待してピストン外周面にスズめっきを施していた。しかし、スズめっきは軟質であり、初期的な「なじみ」の効果はあるものの、耐久性が低く、スカッフィングを防止するものではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に対して、ピストン・ピン孔の耐カジリ性を確保した上でピストン・スカート面に発生するスカッフィングを防止し、フリクションロスを低減することでエンジン出力を向上させることのできるピストンを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るピストンは、ピストン・ピン孔内面に硬質アルマイト皮膜を形成すると共に、ピストン・ピン孔内面以外の少なくともピストン・スカート面にＡｌ―ＯＨ―Ｆ化合物もしくはＮＨ4―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物、又は両者の混合物より成る化成処理皮膜を形成したことを特徴とする。
このように、本発明に係るピストンは、ピストン・リング溝、ピストン・スカート面等のピストン・ピン孔内面以外の部分に化成処理皮膜を形成している。すなわち、Ａｌ―ＯＨ―Ｆ化合物のみ、ＮＨ4―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物のみ、又はこれらの化合物の両者より成る皮膜を形成している。
【０００５】
Ａｌ―ＯＨ―Ｆ化合物もしくはＮＨ4―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物、又は両者の混合物等より成る皮膜をピストン等の製品表面に形成するには、対象となるピストン等の製品を化成処理液に浸漬して行う。
【０００６】
本発明に係るピストンは、ピストン・ピン孔の耐カジリ性を確保した上でピストン・スカート面に発生するスカッフィングを防止することができる。これによって、フリクションロスを低減することでエンジン出力を向上させる。
【０００７】
本発明に係るピストンあるいはその他の本発明の適用できる製品の加工方法では、ピストン等の製品を鋳造後、ピストン・ピン孔を所定寸法に加工した後、陽極酸化により全表面に硬質アルマイト層（皮膜）を形成する。次いで、ピストン外周及びピストンリング溝を仕上げ加工することにより、ピストン・ピン孔以外に形成された硬質アルマイト層（皮膜）を除去する。このようにして作製したピストンのピストン・ピン孔をゴム栓、粘着シート、ペイント等を用いてマスキングする。しかる後、化成処理液に浸漬し、マスキング部分以外に化成処理皮膜を形成する。好適には、ケイフッ化マグネシウム及びケイフッ化アンモニウムを含む化成処理液に浸漬し、マスキング部分以外にＡｌ―ＯＨ―Ｆ化合物もしくはＮＨ4 ―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物、又は両者の混合物より成る皮膜を形成する。
【０００８】
ピストン外周面及びリング溝のマスキングは、その形状のため、コスト高になる。これに対し、ピン孔のマスキングは容易であり、コスト高につながらない。したがって、本発明に係る加工方法に従う加工手順によれば、コスト高の要因となるマスキング工程を減らすことができ、製造コストも低減できる。
【０００９】
本発明は、ピストンについて適用できるが、ピストンのようにシリンダ内を摺動する他の製品にも適用できる。すなわち、例えばアルミニウム製エアーコンデイショナー用コンプレッサーローター等にも応用することができる。したがって、上記ピストンの語は、二輪自動車、四輪自動車等のエンジンに使用されるピストンのみならず、上記コンプレッサーローターのような摺動部材を広く含むことができる。もっとも、本発明の最も好適な実施の形態は二輪自動車のピストンに関して適用されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら本発明にかかるピストン及びピストンの製造方法を説明する。
図１は本発明に係るピストンの実施の形態を示す側面図である。図２は、図１のＩＩ―ＩＩ線による断面図である。
このピストンの表面加工は、以下の手順によって行う。
まず、製品であるピストン１を鋳造後、ピストン・ピン孔２を所定寸法に加工する。その後、陽極酸化によりピストン・ピン孔の内面５を含む全表面に硬質アルマイト層（皮膜）を形成する。
この陽極酸化は、アルミニウム又はアルミニウム合金製のピストンを２０％の硫酸電解液に浸し、７０〜１２０Ｖの電圧、２．０〜５．０Ａ／ｄｍ2 の電流密度で１〜３℃以下の温度で行うのが一般的である。
【００１１】
次いで、ピストン・スカート面３を含むピストン外周及びピストンリング溝４を仕上げ加工することにより、ピストン・ピン孔２以外に形成された硬質アルマイト層（皮膜）を除去する。この仕上げ加工は当業者にとって公知の加工方法を適用できる。
【００１２】
このようにして作製したピストン１のピストン・ピン孔２をゴム栓、粘着シート、ペイント等を用いてマスキングする。
ゴム栓を用いる場合には、図２のピストン・ピン孔２の孔径より太径の栓を全長に亘って挿入するか、左右両端及びオイル孔を閉塞するのみで良い。粘着シートによる場合も図２のピストン・ピン孔２の内面５に張り付けるか、左右両端及びオイル孔を閉塞するのみで良い。ペイントを用いる場合は、後の化成処理において化成処理液によって溶解しないペイントによってピストン・ピン孔２の内面５を塗布する。なお、マスキング手段としては、これらに限定されるものではなく本発明の目的に沿う限り、当業者にとって公知の他の手段を用いることができる。
【００１３】
そして、マスキングを行ったピストンを化成処理液に浸漬し、マスキング部分以外に化成処理皮膜を形成する。化成処理皮膜は、Ａｌ―ＯＨ―Ｆ化合物もしくはＮＨ4 ―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物、又は両者の混合物より成る化成処理皮膜である。この皮膜は以下のように形成することが好ましい。
【００１４】
マスキングを行ったピストンを、ケイフッ化マグネシウム及びケイフッ化アンモニウムを含む以下のような組成の化成処理液（水溶液）に化成処理槽内に浸漬して形成する。
化成処理液組成
ケイフッ化マグネシウム０．５〜２００      ｇ／Ｌ
ケイフッ化アンモニウム０．１〜１５０      ｇ／Ｌ
処理温度としては、７０〜９８℃が好適であり、処理時間としては、３０秒〜５分が好適である。
この化成処理によって形成される化成処理皮膜は、処理条件によってＡｌ―ＯＨ―Ｆ化合物単独もしくはＮＨ4 ―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物単独、又は両者の混合物より成る化成処理皮膜となる。
【００１５】
本実施の形態によれば、ピストン・ピン孔２の内面の硬質アルマイト処理皮膜によって耐カジリ性を確保できる。その上でピストン・スカート面３に発生するスカッフィングを上記化成処理皮膜により防止することができる。これによって、フリクションロスを低減することができ、エンジン出力を向上させることができる。また、ピン孔２のマスキングは容易であり、コスト高につながらない。したがって、本実施の形態に係る加工方法に従う加工手順によれば、コスト高の要因となるマスキング工程を減らすことができ、製造コストも低減できる。
【００１６】
他の実施の形態
なお、ピストン鋳造後、全加工し、ピストン・ピン孔及びピストン内面側等以外の硬質アルマイト処理を行うと不都合な面をマスキングにより保護した後、陽極酸化し、少なくともピストン・ピン孔に硬質アルマイトを形成した後、ピストン・ピン孔をマスキングし、上記化成処理を行っても良い。
【００１７】
【実施例】
実施例１
ピストンに用いられる代表的なアルミニウム合金であるＪＩＳ  ＡＣ８Ａ鋳物材をＴ６熱処理したものを基準試料として、基準試料、基準試料に硬質アルマイトを形成したもの、及び化成処理皮膜を形成したものを作製し、摩擦係数を測定した。測定は油潤滑下で相手材としてＦＣ２５０材を用いた。
【００１８】
化成処理皮膜は、基準試料にケイフッ化マグネシウム及びケイフッ化アンモニウムを含む以下の組成の化成処理液に化成処理槽内に浸漬して形成した。
ケイフッ化マグネシウム      １０ｇ／Ｌ
ケイフッ化アンモニウム        ５ｇ／Ｌ
処理温度は、９０℃であった、処理時間は、２分であった。
【００１９】
基準材の摩擦係数は０．１２、硬質アルマイト処理したものの摩擦係数は０．１３であった。これに対し、化成処理皮膜の摩擦係数は０．０９であり、小さかった。したがって、フリクションロス低減に効果があることが了解された。
【００２０】
図３にＡｌ―ＯＨ―Ｆ化合物の皮膜の標準Ｘ線回折パターン（図中Ｆのピークデータ）、ＮＨ4 ―Ｍｇ―Ａｌ―Ｆ化合物の皮膜の標準Ｘ線回折パターン（図中Ｅのピークデータ）を示す。Ｘ線回折パターンＡ及びピークデータＢは、本発明の実施例による化成処理皮膜のものを示す。素材であるＡｌ及びＳｉのデータ（ＡｌはＣ、ＳｉはＤ）も含まれている。
なお、Ｘ線回折パターンＡ及びピークデータＢと同一の位置にピークを有する化成処理皮膜であれば、本発明に好適である。
【００２１】
実施例２
図１に示したピストンのピストン・ピン孔内面に硬質アルマイトを形成し、その他の部分に実施例１の化成処理皮膜を形成したピストンをエンジンに組み込み、出力測定した結果を図４に示す。比較試料として、同じく図１に示すピストンのピストン・ピン孔内面に硬質アルマイトを形成したものを同条件で測定した。本発明によるピストン（実線）は比較試料（点線）に対し、２．７％の出力向上が認められた。
【００２２】
【発明の効果】
上記したところから明かなように、本発明によれば、ピストン・ピン孔の耐カジリ性を確保した上でピストン・スカート面に発生するスカッフィングを防止し、フリクションロスを低減することでエンジン出力を向上させることのできるピストンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るピストンの実施の形態を示す側面図である。
【図２】図１のＩＩ―ＩＩ線による断面図である。
【図３】ピストンに形成した皮膜のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図４】エンジン回転数とエンジン出力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ピストン
２  ピストンリング溝
３  ピストン・スカート面
４  ピストン・ピン孔
５  ピストン・ピン孔の内面
【図１】
0003821339.tif 000002
【図２】
0003821339.tif 000003
【図３】
0003821339.tif 000004
【図４】
0003821339.tif 000005