JP2000026996A

JP2000026996A - アルミニウム部品及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000026996A
Application number: JP10197228A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kurita; 洋敬栗田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】摺動面全体の耐摩耗性および潤滑性を充分に
高めることができるアルミニウム部品及びその製造方法
を提供する。【解決手段】アルミニウム合金からなる部品の表面に
アルマイト層が形成され、このアルマイト層に網目状の
クラックが形成されたアルミニウム部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルマイト層が形
成されたアルミニウム部品およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム部品の耐食性および硬度を
高めるために、陽極酸化法により部品表面にアルマイト
皮膜を形成することが知られている。このアルマイト処
理は、アルミニウム部品を電解液槽内に浸漬し、部品を
陽極側に接続して電解作用により行われる。このような
アルマイト皮膜には、表面から内部に向けて多数のピン
ホールが形成される。このピンホールは電解液の温度に
応じて形成され、温度が高いと多く形成されアルマイト
皮膜が多孔質化する。

【０００３】一方、内燃機関のシリンダブロックのピス
トン摺動面は、耐熱性とともに耐摩耗性が要求され高温
での強度および潤滑性が充分に高いことが必要である。
このシリンダブロックは通常アルミニウム合金の低圧鋳
造品や高圧鋳造品すなわちダイカスト成型品であり、筒
状のシリンダボア内面あるいはシリンダボアに圧入又は
鋳込まれたスリーブの内面に沿ってピストンが摺動す
る。このようなピストンやシリンダブロックのピストン
摺動面の耐摩耗性および潤滑性を高めるために、摺動面
をアルマイト処理してそのピンホールに固体潤滑剤を含
浸させることが提案されている（特開昭６１−５３４４
４号公報、特開平５−２５６９６号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルマ
イト皮膜のピンホールは微細であり（孔径約０．０１μ
ｍ以下）、潤滑オイルや固体潤滑剤を充分に含浸させる
ことができず、長期にわたって潤滑性を維持することが
できず結果として耐摩耗性を維持することができない。
また、点在するピンホールでは、摺動面全体の潤滑性を
充分に高めることができない。

【０００５】一方、内燃機関においては、燃焼爆発やピ
ストンの側圧によりアルマイト皮膜にピストン摺動方向
に縦状の溝が形成される場合があり、このような縦方向
の溝にオイルが入る場合も考えられる。しかしながら、
このような縦方向の溝にオイルが含浸されても、摺動面
全体を充分にカバーすることができず、潤滑特性を充分
高めることはできない。

【０００６】本発明は上記の点を考慮したものであっ
て、摺動面全体の耐摩耗性および潤滑性を充分に高める
ことができるアルミニウム部品及びその製造方法の提供
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、アルミニウム合金からなる部品の表面
にアルマイト層が形成され、このアルマイト層に網目状
のクラックが形成されたことを特徴とするアルミニウム
部品を提供する。

【０００８】この構成によれば、アルマイト層に網目状
のクラックが形成されるため、このクラック内にオイル
や固体潤滑剤を含浸させることにより、アルマイト層表
面全体にわたって充分な潤滑性を得ることができる。

【０００９】また、本発明では、アルミニウム合金から
なる部品の表面にアルマイト層を形成するアルマイト形
成工程と、このアルマイト形成工程の後にアルマイト層
に網目状のクラックを形成するためのクラック形成工程
とを有することを特徴とするアルミニウム部品の製造方
法を提供する。

【００１０】この方法によれば、アルマイト層形成後
に、このアルマイト層に対し積極的に網目状のクラック
を形成する工程が設けられ、アルミニウム部品表面に網
目状のクラックが形成され、このクラック内にオイルや
固体潤滑剤を含浸させることができる。

【００１１】好ましい構成例では、前記クラック形成工
程は、熱処理からなることを特徴としている。

【００１２】この構成によれば、適度な加熱および空冷
等による熱処理を施すことによりアルマイト層に前述の
網目状のクラックが形成される。

【００１３】別の好ましい構成例によれば、前記クラッ
ク形成工程は、バニシング処理からなることを特徴とし
ている。

【００１４】この構成によれば、球状あるいは円筒状の
押圧工具を用いて被加工物を押し付けて圧縮するバニシ
ング加工により、アルマイト層に網目状のクラックが形
成される。

【００１５】さらに好ましい構成例では、前記アルミニ
ウム合金は、銅を含有することを特徴としている。

【００１６】この構成によれば、アルミニウム合金に銅
が含有されることにより、陽極酸化処理でアルマイト皮
膜を形成する際、アルマイト皮膜中に気泡が発生する。
アルマイト形成工程後のクラック形成工程で、この気泡
を起点としてアルマイト皮膜に網目状のクラックが効率
的に形成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される内燃
機関の概略構成図である。４サイクル内燃機関１は、ア
ルミニウム合金の低圧鋳造やダイカストで成型したシリ
ンダヘッド２と、シリンダブロック３と、クランクケー
ス４とを結合して構成される。シリンダヘッド２の一方
の側には吸気管５が接続されその端部の吸気開口部５ａ
には吸気弁６が装着される。シリンダヘッド２の他方の
側には排気管７が接続されその端部の排気開口部７ａに
排気弁８が装着される。筒状のシリンダブロック３のシ
リンダボア内面に沿ってピストン９が摺動する。ピスト
ン９の側面にはピストンリング１０が装着されている。
このピストン９は、ピストンピン１１、コンロッド１２
およびクランクアーム１３を介してクランク軸１４に連
結される。

【００１８】ピストン９の摺動面となるシリンダブロッ
ク３のシリンダボア内面すなわち筒状内面は、アルミニ
ウム合金からなるスリーブ（図示しない）が圧入または
鋳込みにより装着される型式と、スリーブを装着しない
でピストン９が直接シリンダブロック３の筒状内面に接
するスリーブレス型式とがある。本実施形態では、いず
れの型式においても、ピストン摺動面の強化のために筒
状内面にアルマイト処理が施される。

【００１９】図２は、本発明の実施の形態に係るアルマ
イト処理装置の構成図である。この実施形態は、シリン
ダブロック３に装着されたピストン摺動面となるスリー
ブ１７の内面をアルマイト処理するものである。シリン
ダブロック３は、ガスケット１５を介して支持台１６上
に搭載される。ガスケット１５は、電解液の漏れを防止
するためのシール材であるとともに電解電流がより多く
シリンダボア面から流れるようにするための絶縁材とし
て機能する。スリーブ１７内には、その軸方向に電極棒
２９が挿入される。電極棒２９は、交流電源３０から整
流器２４および制御回路２５を介して直流に変換した直
流電源３１の負極側に接続される。直流電源３０の正極
側はスリーブ１７が装着されたシリンダブロック３に接
続される。これにより、負極側の電極棒２９とこれに間
隔を隔てて対向する正極側のスリーブ１７の内面との間
で、電解液を介して陽極酸化反応が起こり、後述のよう
にスリーブ１７の内表面に陽極酸化皮膜であるアルマイ
ト層が形成される。スリーブ１７の上端はＯリング１８
を介してカバー１９でシールされる。カバー１９には、
電解液の循環流路２０が接続されこれに連通する。支持
台１６の下端部（図示しない）もシールされ、循環ポン
プ２８により電解液槽２６内の電解液２７が送り込まれ
る。電解液はスリーブ１７と電極棒２９との間を流れて
循環流路２０内を循環する。この循環流路２０の途中に
電解液槽２６が配置され、また循環ポンプ２８が設けら
れる。

【００２０】循環流路２０上には、さらに冷却装置３２
が設けられる。すなわち、循環流路２０を構成する電解
液槽２６、循環ポンプ２８、電解液槽２６と循環ポンプ
２８の間の管路、スリーブ１７と電極棒２９の間である
アルマルイト処理用電流通過部、循環ポンプ２８とアル
マルイト処理用電流通過部の間の管路、及びアルマイト
処理用電流通過部と電解液槽２６の間の管路のいずれか
の部分において、処理液の流れ方向に直列あるいは並列
に冷却装置３２が配置される。この冷却装置３２は、例
えば冷媒配管２２が接続された冷凍機の蒸発器を構成す
る冷却コイル２３を備えた熱交換器であってもよい。あ
るいは冷却コイル２３に冷却水を循環させてもよい。さ
らに、例えば循環流路２０の途中の管路に冷却フィンを
つけ、ファンで冷却する空冷式の冷却装置を設けたり、
循環流路２０の途中から分流しアルマイト処理用電流通
過部と並列に配置した冷却装置を通過させた後循環流路
２０に合流してもよい。

【００２１】なお、例えば電解液槽２６の中に冷却水が
通過する冷却コイルを浸漬したり、循環ポンプ２８その
ものの中に冷却水循環用の水ジャケットを設けたり、電
極棒２９の内部に冷却水循環用ジャケットを設けるよう
にして冷却装置３２を構成してもよい。また、シリンダ
ブロック３のシリンダボア周囲の水ジャケット３Ａに冷
却水を循環してもよい。

【００２２】循環流路２０のスリーブ１７の出口側近傍
には、温度センサ２１が装着され電解液の温度を検出す
る。この温度センサ２１は、例えば図示しない制御装置
に接続され、設定温度より上昇した場合に、冷却装置３
２を駆動あるいはその冷媒（冷却水）流量を増加させて
電解液の温度上昇を抑え一定温度に保つようにフィード
バック制御する。冷却装置３２による温度制御ととも
に、循環ポンプ２８を駆動制御して、温度が上昇したと
きに電解液の循環流量を多くして陽極酸化反応での発熱
による温度上昇に伴う反応速度の低下を防止してもよ
い。さらに、直流電源３１を制御して、温度が上昇した
ときに電圧を高め、反応速度を増大させてもよい。

【００２３】なお、スリーブ１７の出口側のカバー１９
でスリーブ１７の上側を完全に封止し、電極棒２９の中
心部に循環通路を形成し、この循環通路を通して電解液
を電解液槽２６に戻すように構成してもよい。この場
合、冷却装置３２は、循環ポンプ２８の吸引側あるいは
吐出側の配管上に設けて電解液を冷却することができ
る。

【００２４】図３は、スリーブレスのシリンダブロック
の製造工程を示すフローチャートである。まずシリンダ
ブロックをアルミ合金のダイカストにより成型する（ス
テップＳ１）。シリンダブロックの材料としては以下の
表１に示す材料のＡＤＣ１からＡＤＣ１４の内いずれか
が用いられる。

【００２５】なお、耐摩耗性を増加させるために、表に
示された成分に加えて、ＳｉＣ等の金属炭化物やその他
金属間化合物を混入させてもよい。

【００２６】

【表１】

【００２７】ダイカスト成型の後、残留応力除去のため
に焼鈍される（ステップＳ２）。この焼鈍の熱処理条件
は、一例として約２５０℃で４時間行われる。次にシリ
ンダブロック各部に機械加工が施され形状が整えられる
（ステップＳ３）。続いて、シリンダボアにバニシング
加工が施され（ステップＳ４）、さらにボーリング加工
が施され（ステップＳ５）、ピストン摺動面となるシリ
ンダボア内面が圧縮押圧作用により仕上げ加工される。
なおステップＳ４のバニシングによる仕上げ加工は省略
してもよい。

【００２８】次に、この仕上げ加工が施されたシリンダ
ボア内面にアルマイト処理が施されシリンダボアの内面
が強化される（ステップＳ６）。このアルマイト処理条
件の詳細は後述する。

【００２９】次に、アルマイト皮膜にクラック形成のた
めの熱処理を施す（ステップＳ７）。この熱処理条件
は、例えば２５０℃で３０分間シリンダブロック全体を
加熱し、その後空冷する。この熱処理により、アルマイ
ト皮膜に後述のように網目状にクラックが形成される。
このクラックは、アルマイト皮膜の下層となる母材アル
ミニウム合金の熱膨張係数がアルマイト皮膜より大きい
ため、アルマイト皮膜が母材の膨張に追従できないこと
により生じる。このようなクラックを形成することによ
り、このクラックにオイルあるいは固体潤滑剤を含浸さ
せることができ、ピストンの摺動時にアルマイト皮膜表
面の摩擦抵抗が低減し、摺動面の耐摩耗性が向上する。

【００３０】次に、シリンダボア内面にさらにクラック
を形成するためのバニシング加工を施す（ステップＳ
８）。このバニシング加工によるクラックは、母材のア
ルミニウム合金よりアルマイト皮膜の硬度が大きく延性
が小さいため、バニシングにより皮膜に圧力を加えたと
き、母材が延びても皮膜がこれに追従して延びることが
できずクラックが発生するものである。この場合、母材
中に銅が含まれていると、Ｔ６処理やＴ７処理等の熱処
理を施すことにより母材の強度が高められる。このよう
な母材強化のための銅を含むアルミニウム合金において
は、陽極酸化処理により形成されたアルマイト皮膜中に
細かい気泡が発生しやすい。したがって、アルマイト処
理後に熱処理やバニシング加工を施すことにより、この
気泡を起点としてクラックを効果的に形成することがで
きる。

【００３１】図４は、このようなクラックの形状を示
す。図４（Ａ）に示すように、０．１〜５ｍｍ程度の網
目状のクラックがアルマイト皮膜表面に形成される。こ
のクラックは同図（Ｂ）に示すように、幅０．１〜１０
μｍで深さが３０〜５０μｍ程度の大きさである。この
ような網目状のクラックに潤滑オイルや固体潤滑剤を塗
布等により含浸させることにより、点状に散在するピン
ホールや１方向に形成されたクラックに比べ潤滑作用が
高まるため、ピストンの摺動時にアルマイト皮膜表面の
摩擦抵抗が大きく低減し、摺動面の耐摩耗性が大幅に向
上する。なお、固体潤滑剤としては、例えば、非晶性フ
ッ素樹脂、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒
鉛、フッ化カーボン、窒化ホウ素等を用いることができ
る。

【００３２】このようなクラックを形成するためのバニ
シング条件の一例は以下のとおりである。加工前の円筒
半径をｒ、加工後の円筒半径をｒ＋Δｒ、加工により円
筒内表面に生じる歪をε＝Δｒ／ｒとする。Δｒ×２を
バニッシュ量とよぶ。実施例としてεの範囲を０．００
０１〜０．００５とし、加工前寸法φ７０の円筒内面へ
のバニッシュ量を０．０１〜０．３１５ｍｍとする。

【００３３】以上のような熱処理（ステップＳ７）およ
びバニシング加工（ステップＳ８）によりアルマイト皮
膜にクラックが形成される。なお、熱処理（ステップＳ
７）およびバニシング加工（ステップＳ８）はいずれか
一方のみ施して他方を省略してもよい。

【００３４】続いて、クラックが形成されたアルマイト
皮膜表面をホーニング加工して表面を仕上げる（ステッ
プＳ９）。以上により、シリンダボア内面のアルマイト
処理を含むスリーブレスのシリンダブロックの製造プロ
セスが終了する。

【００３５】図５は、スリーブを鋳ぐるんだシリンダブ
ロックの製造工程を示すフローチャートである。まず、
スリーブ材料となるアルミ合金のパイプ材を準備する
（ステップＳ１０）。このスリーブ材料としては、以下
の表２に示す材料のいずれかを用いることができる。

【００３６】なお、耐摩耗性を増加させるために、表に
示された成分に加えて、硬度の高いＳｉＣ等の金属炭化
物やその他金属間化合物を混入させてもよい。

【００３７】

【表２】

【００３８】次に、このパイプ材に対し、Ｔ６処理によ
り所定の溶体化処理および時効硬化処理を施して強度を
高める（ステップＳ１１）。続いて、パイプ材を機械加
工してスリーブ形状とする（ステップＳ１２）。さらに
このスリーブに対しＴ６処理を施して強度を高める（ス
テップＳ１３）。このスリーブ材のＴ６処理条件を以下
の表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】このようにして作成したスリーブを、シリ
ンダブロックに鋳ぐるんでダイカストにより鋳込み成型
する（ステップＳ１４）。このシリンダブロックの材料
は、前述のスリーブレスの場合と同様に、表１に示した
ものが用いられる。このようにスリーブを鋳込んだシリ
ンダブロックを製造した後は、このシリンダブロックに
対し、前述の図３のスリーブレスのフローと同様に、ス
テップＳ２〜ステップＳ９の各処理、すなわち、残留応
力除去のための焼鈍（ステップＳ２）、シリンダブロッ
ク各部の機械加工（ステップＳ３）、シリンダボアのバ
ニシング加工（ステップＳ４）、シリンダボアのボーリ
ング加工（ステップＳ５）、シリンダボア内面のアルマ
イト処理（ステップＳ６）、クラック形成のための熱処
理（ステップＳ７）およびバニシング加工（ステップＳ
８）、および仕上げのホーニング加工（ステップＳ９）
が施される。以上によりスリーブ内面のアルマイト処理
を含むスリーブ鋳込みのシリンダブロックの製造プロセ
スが完了する。図６は、スリーブ圧入のシリンダブロッ
クの製造工程を示すフローチャートである。前述のスリ
ーブレスの場合と同様に、シリンダブロックがダイカス
トにより成型され（ステップＳ１）、残留応力が除去さ
れ（ステップＳ２）、各部が機械加工されてシリンダブ
ロックが作成される（ステップＳ３）。

【００４１】一方、前述のスリーブ鋳込みの場合と同様
に、アルミ合金パイプ材（ステップＳ１０）にＴ６処理
を施し（ステップＳ１１）、機械加工を施し（ステップ
Ｓ１２）さらにＴ６処理を施して（ステップＳ１３）ス
リーブを製造する。

【００４２】このように別々に製造されたシリンダブロ
ックとスリーブとを用い、このシリンダブロックのシリ
ンダボアにスリーブを圧入する（ステップＳ１５）。そ
の後、このスリーブが圧入されたシリンダブロックに対
し、前述の図３のスリーブレスのフローおよび図５の鋳
込みのフローと同様に、ステップＳ３〜ステップＳ９の
各処理、すなわち、シリンダブロック各部の機械加工
（ステップＳ３）、シリンダボアのバニシング加工（ス
テップＳ４）、シリンダボアのボーリング加工（ステッ
プＳ５）、シリンダボア内面のアルマイト処理（ステッ
プＳ６）、クラック形成のための熱処理（ステップＳ
７）およびバニシング加工（ステップＳ８）、および仕
上げのホーニング加工（ステップＳ９）が施される。以
上によりスリーブ内面のアルマイト処理を含むスリーブ
圧入のシリンダブロックの製造プロセスが完了する。

【００４３】図３、図５、図６の各実施形態においてシ
リンダブロック３を高圧鋳造であるダイカストにより形
成したが、ダイカストに代えて重力鋳造その他の低圧鋳
造によってもよい。その場合にはシリンダブロック３の
材料としては表１に示す材料のＡＣ２ＡからＡＣ４Ｄの
内いずれかが用いられる。

【００４４】図７は、本発明の実施の形態に係る内燃機
関のピストン製造工程のフローチャートである。まず、
アルミニウム合金の鋳造または鍛造により、粗いピスト
ン形状のピストン素材を成型する（ステップＳ３０）。
このピストン材料となるアルミニウム合金としては、以
下の表４に示す合金の内いずれかを用いることができ
る。

【００４５】なお、耐摩耗性を増加させるために、表に
示された成分に加えて、高硬度のＳｉＣ等の金属炭化物
やその他金属間化合物を混入させてもよい。

【００４６】

【表４】

【００４７】次に、強度を高めるためにＴ６またはＴ７
の熱処理を施す（ステップＳ３１）。なお、Ｔ７処理
は、前述のＴ６処理に比べ、溶体化処理後の時効処理を
長くして安定化を高めた熱処理である。

【００４８】次に、ピストン各部の機械加工を施す（ス
テップＳ３２）。この機械加工工程において、ピストン
ピンを挿入するピン孔加工や、ピストンリングを装着す
るリング溝加工や、ピストンを後述のアルマイト処理や
メッキ処理する際に電解液中に保持する保持用治具に保
持される形状とするための加工が施される。

【００４９】続いて、ピストンのピン孔およびリング溝
を含みピストン外周面に後述のアルマイト処理が施され
る（ステップＳ３３）。次に、ピストン外面の機械加工
が施される（ステップＳ３４）。この外面加工工程にお
いて、ピストンの外周面の形状が整えられる。その後、
正確なピストン形状のカムプロフィールにしたがって仕
上げ加工が施される（ステップＳ３５）。最後にピスト
ン加工用にピストン頂面に形成されていたセンターボス
が削除される。

【００５０】図８は、ピストンのアルマイト処理を行う
静止浴の構成図である。ピストンのアルマイト処理は、
前述の図２に示したアルマイト処理装置において、シリ
ンダブロック３の代りに円筒状の電極筒を配置し、支持
台１６の内側部において電極棒２９の代りにピストン支
持棒を配置し、電極筒の内側において電極棒２９の代り
にピストンをヘッド部を上方としてピストン支持棒の上
に載置し、電極筒を直流電源３０の負極側に、ピストン
を直流電源３０の正極側にそれぞれ接続し、ピストン外
周のスカート部と電極筒の間を通して電解液を循環させ
るようにして実施してもよい。あるいは図８のように電
解液槽内にピストンを浸漬させる静止浴を用いてもよ
い。図示したように、電解液槽５０内に電解液５１が収
容され、この電解液中に保持具５２に保持されたピスト
ン５３が浸漬される。この保持具５２は、上下２段の保
持枠５２ａにそれぞれ２個のピストン５３を保持し、図
では合計４個のピストン５３を保持した状態を示してい
る。このような保持具５２を図面に垂直方向にさらに並
列させて複数個電解液槽５０内に浸漬させてもよい。ピ
ストン５３の両側には陰極板５４が配置される。ピスト
ンを保持する保持具５２は、直流電源５５の陽極に接続
され、陰極板５４は直流電源５５の陰極に接続される。
このような静止浴（電解液槽５０）の構成により、ピス
トン５３の表面に陽極酸化によりアルマイト皮膜が形成
される。

【００５１】図８において、１００は電解液を冷却する
ための放熱器であり、１０１は電解液の冷却液を吐出す
る吐出ノズル、１０２は電解液冷却用の循環路、１０３
は循環ポンプである。不図示の膨張弁を通過して低温低
圧化した液相冷媒を、低圧管路１０４により放熱器１０
０内の蒸発コイル１０４ａに導くようにしている。アル
マイト処理中ピストン５３のアルマイト処理層の温度上
昇を防止するので、アルマイト層の硬度低下を防止でき
る。なお、浴槽５０の下部あるいはピストン５３に設け
た温度センサ１０５により温度を検知し、制御装置１０
６によりこの温度が高い程循環路を流れる電解液流量を
多くするか、不図示の圧縮機の冷媒吐出圧力を増大さ
せ、ピストン５３のアルマイト処理層の温度上昇を防止
してもよい。あるいは放熱器１００の下流部の温度を温
度センサ１０５’により検知し、この温度を３０℃以下
に管理してもよい。これらにより、より確実にアルマイ
ト処理中のアルマイト処理層の温度上昇を防止でき、よ
り確実にアルマイト層の硬度低下を防止できる。また、
吐出ノズル１０１の冷却液の吐出方向にピストンピン孔
を配置するようにするとよい。さらに、放熱器１００を
地下水で冷却するか、空冷式としてもよい。

【００５２】なお、ピストン５３はアルマイト処理後の
仕上げ加工をしないのが普通であり、その場合にはアル
マイト処理に伴う寸法増大を見込んで図７の各加工工程
において、製品寸法より余分に削り加工を施す。

【００５３】図９は、上記ピストンに装着されるピスト
ンリングの断面図である。このピストンリングは、リン
グ本体５６とその摺動面である外周面を表面処理して形
成した被覆部５７とからなる。このリング本体５６のリ
ング材料の例を以下の表５に示し、これを表面処理した
被覆部５７の処理の例を表６に示す。

【００５４】

【表５】

【００５５】

【表６】

【００５６】表６に示すいずれの処理例によるものであ
っても被覆部５７は、上記実施形態のアルマイト処理を
施したシリンダボア内周面を摺動するに際し、シリンダ
ボア内周面との相性がよく、自身の摩耗もシリンダボア
内周面のアルマイト処理層の摩耗も少なくすることがで
きる。特に、アルマイト処理後前記したようにクラック
が形成され、潤滑油や固体潤滑剤をクラック部に含浸さ
せる場合や、下記するようにシリンダボア内周面に露出
するＳｉ粒子等の金属間化合物を混酸エッチング処理で
除去したものにアルマイト処理し、クラックに加えて凹
部をより積極的に形成して潤滑油や固体潤滑剤をより多
く含浸させるようにしたものでは効果が顕著である。

【００５７】また、下記するように、表面にＳｉ粒子や
硬度の高いＳｉＣ等の金属炭化物やその他の金属間化合
物を露出した状態のアルマイト皮膜とするものにおいて
も、アルマイト皮膜側の硬度が上昇してシリンダボア内
周面の摩耗が少なくなるだけでなく、被覆部５７の皮膜
との馴染み性を向上でき、オイルや燃焼ガスのシール性
を向上できる。

【００５８】また、表５に示すいずれかの材料によるも
のであってもリング本体５６は、アルマイト処理され熱
処理等により表面にクラックが形成された、さらには混
酸エッチング処理によるＳｉ粒子等の金属間化合物の除
去に基づく凹部の形成されたピストン９のリング溝内に
収められた状態で、リング溝面と絶えず衝突したりする
が、リング溝面のクラック部や凹部へ潤滑油や固体潤滑
剤を含浸させることができ、リング溝面、リング本体５
６の両方の叩かれ摩耗を防止することができる。また、
リング本体５６はＳｉ粒子や硬度の高いＳｉＣ等の金属
間化合物が表面に露出するリング溝内に収められた場合
においても、リング溝面の摩耗を防止することができ
る。またこのいずれの場合においても、表５に例示のリ
ング本体５６のリング材料を採用することにより、リン
グ溝面とリング本体５６の馴染み性を向上し、リングの
背面をオイルや燃焼ガスが通過するのを防止することが
できる。

【００５９】図１０は、上記シリンダブロックの各製造
フロー（図３、図５、図６）におけるアルマイト処理プ
ロセス（ステップＳ６）およびピストンの製造フロー
（図７）におけるアルマイト処理プロセス（ステップＳ
３３）の詳細フローチャートである。

【００６０】まず、アルミニウム合金の母材表面の油分
を除去するための脱脂処理が施される（ステップＳ１
６）。この脱脂処理には、（１）酸脱脂法と、（２）ア
ルカリ脱脂法の２通りがあり、いずれか一方の脱脂法で
行われる。それぞれの脱脂法の脱脂条件を以下の表７に
示す。

【００６１】

【表７】

【００６２】脱脂処理が終了したら、脱脂用の薬剤を除
去するために水洗処理が施される（ステップＳ１７）。
次に、必要に応じて、アルカリエッチング処理（ステッ
プＳ１８）または混酸エッチング処理（ステップＳ２
０）のいずれか又は両方が施され、母材表面がエッチン
グされる。それぞれのエッチング処理の後にはエッチン
グ液除去のための水洗処理が施される（ステップＳ１
９、ステップＳ２１）。アルカリエッチングのエッチン
グ条件を以下の表８に示し、混酸エッチングのエッチン
グ条件を表９に示す。

【００６３】

【表８】

【００６４】

【表９】

【００６５】上記アルカリエッチングにおいては、アル
ミ合金の母材中に散在するシリコン（Ｓｉ）粒子や金属
間化合物粒子を残して母材表面がエッチングされ、表面
にシリコンや金属間化合物の粒子を突出させて母材表面
が除去される。一方、混酸エッチングにおいては、逆に
シリコン粒子や金属間化合物粒子がエッチングされ、母
材表面には、シリコン粒子や金属間化合物が除去された
跡の凹みが形成される。

【００６６】このようなエッチング処理は、その前工程
の脱脂処理において表面の汚れが充分に除去されていな
いおそれがある場合には、アルカリエッチングおよび混
酸エッチングの両方を行って表面層を完全に除去するこ
とが後の工程で実施される陽極酸化処理の信頼性を高め
る上で望ましい。

【００６７】混酸エッチングによるシリコン粒子や金属
間化合物が除去された跡の凹みは、オイルや固体潤滑剤
を含浸させるための凹みとして用いることができる。

【００６８】次に、このようにエッチングされた母材表
面に陽極酸化処理を施して、アルマイト皮膜を形成する
（ステップＳ２２）。この陽極酸化処理は、例えば前述
の図２に示したアルマイト処理装置を用いて行われる。
このアルマイト処理の実施例を以下の表１０に示す。
（Ａ）は、前述の表１中のＡＤＣ１２からなるスリーブ
レスのシリンダブロックのシリンダボア内面にアルマイ
ト処理を施した例であり、（Ｂ）は、前述の表２中のＡ
６０６１からなるスリーブを鋳込んだシリンダブロック
のスリーブ内面にアルマイト処理を施した例である。ま
た、（Ｃ）は、前述の表４の合金５からなるピストンに
アルマイト処理を施した例である。

【００６９】

【表１０】

【００７０】表に示したように、電解液として硫酸に加
え、シュウ酸およびクエン酸を添加した。硫酸は皮膜溶
解力が強く、電解により陽極酸化膜が形成された後、こ
の陽極酸化膜を溶解してしまう。このため陽極酸化処理
中に酸化膜表面に形成されたピンホールが溶解して拡大
され、その結果表面硬さが低下する。しかしながら、本
実施例のように、シュウ酸やクエン酸を添加することに
より、硫酸の皮膜溶解力が低下して皮膜硬度を高めるこ
とができる。この場合、電解液全てをシュウ酸やクエン
酸にすると、電解液の電気伝導度すなわち電荷運搬機能
が小さくなって反応速度が低下する。しかしながら、電
解液中に硫酸を適当な量だけ含ませることにより、電気
伝導度が上昇し所定厚さのアルマイト皮膜を得るまでの
処理時間が短くなるとともに、硫酸の割合が少ないので
形成されたアルマイト皮膜の溶解作用による皮膜の硬度
低下を防止できる。

【００７１】図１３は電解条件を一定として硬さに及ぼ
す浴温の影響を示す図である。図中イは、Ａ６０６１の
アルミニウム合金に、電流密度３Ａ／ｄｍ²（アンペア
／１００ｃｍ²）、電流波形：直流、電解時間：２０
分、電解液は硫酸濃度：２０ｇ／ｌ、シュウ酸＋クエン
酸濃度：４０ｇ／ｌの条件でアルマイト処理した時のデ
ータであり、浴温が３０℃以下でＨｖ３８０以上が得ら
れる。表１や表２の他のアルミニウム合金においても、
浴温を約３０℃以下に管理してアルマイト処理すること
によりアルマイト皮膜は、ピストンが摺動するシリンダ
内周面として実用上十分な耐摩耗性が得られる硬度のＨ
ｖ３８０以上となる。さらに図中ロは、電解液を硫酸濃
度：２０ｇ／ｌ、シュウ酸＋クエン酸濃度：０ｇ／ｌと
し、他の条件はイと同じとした時のデータであり、浴温
が約２０℃以下でＨｖ３８０以上が得られることを示
す。

【００７２】以上のような陽極酸化処理によりアルマイ
ト皮膜を形成後、水洗処理を施して電解液を除去し（ス
テップＳ２３）、２次電解処理を行う（ステップＳ２
４）。この２次電解処理おいて、アルマイト皮膜表面に
無数に形成されたピンホール底部に、固体潤滑剤を電解
作用により析出させてこれを堆積させ、ピンホール内を
その底部から固体潤滑剤で充填する。これにより、皮膜
表面の潤滑性がさらに高まり、耐摩耗性がさらに向上す
る。

【００７３】続いて、固体潤滑剤の電解液を水洗により
除去し（ステップＳ２５）、この水分をエアブローによ
り除去してシリンダブロックを乾燥させてアルマイト処
理が完了する（ステップＳ２６）。

【００７４】図１１および図１２は、前述のシリンダブ
ロックおよびピストンの製造プロセスの各工程における
母材表面部分の断面図である。図１１は、脱脂処理後エ
ッチングプロセスを省略してアルマイト処理を行ったフ
ローを順番に示す。図１２は、混酸エッチングを行った
後にアルマイト処理を行ったフローを順番に示す。

【００７５】図１１（Ａ）は、脱脂処理後の状態を示
す。アルミニウム合金からなる母材４０中にはシリコン
粒子やＳｉＣ等の金属炭化物やその他の金属間化合物粒
子４１が散在する。この母材４０の表面４０ａの油分等
の汚れが脱脂処理により除去される。脱脂処理後、アル
マイト処理が施され、同図（Ｂ）に示すように、母材４
０上にアルマイト皮膜４２が形成される。このアルマイ
ト皮膜４２中にもシリコン粒子４１が散在する。またア
ルマイト皮膜４２中には気泡４３が発生する。この気泡
４３は、前述のように、母材４０中に銅成分が含まれて
いると多く発生する。

【００７６】続いて、熱処理またはバニシング加工が行
われ、同図（Ｃ）に示すように、アルマイト皮膜４２に
クラック４４が形成される。次に、同図（Ｄ）に示すよ
うに、ホーニング加工が施されアルマイト皮膜４２の表
面４２ａが仕上げられる。

【００７７】図１２（Ａ）は、混酸エッチング処理後の
状態を示す。母材４０の表面のシリコン粒子４１がエッ
チングにより除去され凹み４５が形成される。この状態
でアルマイト処理が施され、同図（Ｂ）に示すように、
母材４０の表面にアルマイト皮膜４２が形成される。こ
のアルマイト皮膜４２の表面には凹み４５が残ってい
る。続いて、熱処理またはバニシング加工が施され、同
図（Ｃ）に示すように、アルマイト皮膜４２にクラック
４４が形成される。次に、同図（Ｄ）に示すように、ホ
ーニング加工が施されアルマイト皮膜４２の表面４２ａ
が仕上げられる。この場合、アルマイト皮膜４２には、
クラック４４とともに混酸エッチングによる凹み４５が
形成されているため、オイルや固体潤滑剤の含浸量を多
くすることができる。

【００７８】なお、耐酸性の金属間化合物粒子４１が表
面に露出する場合には混酸エッチングで溶出せず、アル
マイト処理後のアルマイト皮膜４２の表面に露出する。
あるいはアルマイト皮膜４２の表面に露出しないシリコ
ン粒子４１がホーニングによりアルマイト皮膜４２の表
面に露出する。このように、全ての工程を経た状態でシ
リコン粒子やＳｉＣ等の硬度の高い金属間化合物粒子４
１が表面に露出する場合には、アルマイト皮膜４２の表
面の平均硬度を高めることになり、耐摩耗性が向上す
る。

【００７９】さらに、脱脂処理後にアルカリエッチン
グ、熱処理あるいはバニシング、その後にホーニングす
る場合には、アルカリエッチングによりシリコン粒子４
１を残して母材４０の表面が除去されるので、アルマイ
ト皮膜４２の表面にシリコン粒子が突出し、最終工程の
ホーニングを経てもアルマイト皮膜４２の表面にシリコ
ン粒子が露出する。さらにアルマイト皮膜４２の表面下
に隠れるシリコン粒子もホーニングにより露出するの
で、アルマイト皮膜４２の表面の平均硬度を高めること
になり、耐摩耗性が向上する。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、アル
マイト層に網目状のクラックが形成されるため、このク
ラック内にオイルや固体潤滑剤を含浸させることによ
り、アルマイト層表面全体にわたって充分な潤滑性を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される内燃機関の構成図。

【図２】本発明の実施の形態に係るアルマイト処理装
置の構成図。

【図３】スリーブレスシリンダブロック製造プロセス
のフローチャート。

【図４】クラックの説明図。

【図５】スリーブ鋳込みシリンダブロック製造プロセ
スのフローチャート。

【図６】スリーブ圧入シリンダブロック製造プロセス
のフローチャート。

【図７】ピストン製造工程のフローチャート。

【図８】ピストンをアルマイト処理する静止浴の構成
図。

【図９】本発明の実施形態に係るピストンリングの断
面図。

【図１０】アルマイト処理のフローチャート。

【図１１】アルミニウム部品の製造プロセスを順番に
示す断面図。

【図１２】アルミニウム部品の別の製造プロセスを順
番に示す断面図。

【図１３】アルマイトの硬さに及ぼす浴温の影響を示
すグラフ。

【符号の説明】

１：内燃機関、２：シリンダヘッド、３：シリンダブロ
ック、４：クランクケース、５：吸気管、５ａ：吸気開
口部、６：吸気弁、７：排気管、７ａ：排気開口部、
８：排気弁、９：ピストン、１０：ピストンリング、１
１：ピストンピン、１２：コンロッド、１３：クランク
アーム、１４：クランク軸、１５：ガスケット、１６：
支持台、１７：スリーブ、１８：Ｏリング、１９：カバ
ー、２０：循環流路、２１：温度センサ、２２：冷媒配
管、２３：冷却コイル、２４：整流器、２５：制御装
置、２６：電解液槽、２７：電解液、２８：循環ポン
プ、２９：電極棒、３０：交流電源、３１：直流電源、
３２：冷却装置、４０：母材、４１：シリコン粒子、４
２：アルマイト皮膜、４３：気泡、４４：クラック、４
５：凹み、５０：電解液槽、５１：電解液、５２：保持
具、５３：ピストン、５４：陰極板、５５：直流電源、
５６：リング本体、５７：被覆部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金からなる部品の表面にア
ルマイト層が形成され、このアルマイト層に網目状のク
ラックが形成されたことを特徴とするアルミニウム部
品。
【請求項２】アルミニウム合金からなる部品の表面にア
ルマイト層を形成するアルマイト形成工程と、このアル
マイト形成工程の後にアルマイト層に網目状のクラック
を形成するためのクラック形成工程とを有することを特
徴とするアルミニウム部品の製造方法。
【請求項３】前記クラック形成工程は、熱処理からなる
ことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム部品の
製造方法。
【請求項４】前記クラック形成工程は、バニシング処理
からなることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウ
ム部品の製造方法。
【請求項５】前記アルミニウム合金は、銅を含有するこ
とを特徴とする請求項２、３または４に記載のアルミニ
ウム部品の製造方法。