JP2003013799A - アルミ合金製内燃機関用ピストン及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 アルミ合金製内燃機関用ピストン１０
は、スカート部２０の外表面２１ａ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を含浸させ
たものである。アルミ合金製内燃機関用ピストン１０
は、陽極酸化皮膜５０において条痕２２の頂部２２ａに
相当する部位Ｈ１を滑らかな面に形成したものである。

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及び
その製造方法に関する。

【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１１−３３
６８９５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１６（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１
３１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１
３５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１３
１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１３８
ａ，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
燃機関用ピストン及びその製造方法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、陽極酸化皮膜において条痕の
頂部に相当する部位をカットしつつ丸める処理を施した
ものであることを特徴とする。

【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。このため、陽極酸化皮膜の表面全域に油膜を均一に
保持することができる。

【００１０】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。さらに、条痕の頂部に相当
する陽極酸化皮膜をカットしつつ丸める処理を施すこと
により、その部位を滑らかな面にすることができる。こ
のため、ピストンがシリンダに接触した際の面圧を抑え
ることができる。

【００１１】請求項２は、ピストンスカート部の外表面
に条痕を加工する工程と、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
被せる工程と、この陽極酸皮膜の微細な孔に潤滑材を含
ませる工程と、陽極酸化皮膜において条痕の頂部に相当
する部位をカットしつつ丸めるラップ処理あるいは砥粒
流動加工を施す工程とからなる。

【００１２】条痕に陽極酸化皮膜を被せた後、条痕の頂
部に相当する陽極酸化皮膜にラップ処理あるいは砥粒流
動加工を施すことで、陽極酸化皮膜をカットしつつ丸め
るようにした。このため、ラップ処理あるいは砥粒流動
加工だけで、条痕の頂部に相当する陽極酸化皮膜を滑ら
かな面に仕上げて、ピストンがシリンダに接触した際の
面圧を抑えることができる。

【００１３】請求項３は、ピストンスカート部の外表面
に条痕を加工する工程と、この条痕の頂部をカットしつ
つ丸める工程と、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る工程
と、この陽極酸皮膜の微細な孔に潤滑材を含ませる工程
と、丸めた条痕に相当する陽極酸化皮膜の部位にラップ
処理あるいは砥粒流動加工を施す工程とからなる。

【００１４】条痕に陽極酸化皮膜を被せる前に、条痕の
頂部をカットしつつ丸めることで、条痕に陽極酸化皮膜
を丸めた状態に被せることができる。このため、陽極酸
化皮膜を僅かに研磨するだけで、陽極酸化皮膜を滑らか
な面に仕上げることができるので、ラップ処理や砥粒流
動加工を行う時間を短くすることができる。

【００１５】請求項４は、ラップ処理をバフラップなど
の軟質のラップ盤でラップ処理を実施することを特徴と
する。軟質のラップ盤は被ラップ面の凹凸に倣わせて研
磨することが可能である。このため、軟質のラップ盤で
ラップ処理を行うことで、条痕の頂部に相当する部位を
好適にカットしつつ丸めることができる。

【００１６】

【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２
０，２５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２
０，２５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。

【００１７】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）５
０，５０（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５０，５０
の微細な孔に潤滑剤５４（図４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。

【００１８】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，２５
ａ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２
０，２５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。

【００１９】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２０
ａ，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。

【００２０】スカート部２０，２５の対向する一端２０
ａ，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２
０，２５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。

【００２１】一方、スカート部２０，２５及び壁部３
０，３２で略矩形を形成することにより、スカート部２
０，２５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。

【００２２】一対のスカート部２０，２５は、幅Ｗ及び
長さＬ（図１に示す）の網目で示した外表面２１ａに条
痕２２・・・（図１に示す）を形成し、スカート部２０，
２５の各外表面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４でさらに詳しく説
明する。

【００２３】図３は図１の３矢視図であり、スカート部
２０，２５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２３，２
８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２０，２
５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。

【００２４】図４は本発明に係るアルミ合金製内燃機関
用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜の表面を拡大した断面
図である。なお、潤滑剤５４として熱硬化性樹脂を使用
した例を説明する。特殊な陽極酸化皮膜５０は、膜厚ｔ
３が略一定で皮膜面２１を平坦に形成し、皮膜面２１に
微細な孔５２・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）を
備えたものである。孔５２・・・は孔径ｄ１が比較的大き
い孔である。このため、孔５２・・・に十分な量の潤滑剤
（熱硬化性樹脂）５４を含浸することができ、含浸した
熱硬化性樹脂５４を孔５２・・・内に確実に固着すること
ができる。

【００２５】このように、熱硬化性樹脂５４を陽極酸化
皮膜５０の微細な孔５２・・・に固着させることで、陽極
酸化皮膜５０で耐摩耗性を高めるとともに、潤滑剤５４
で摺動抵抗を減らすことができる。加えて、特殊な陽極
酸化皮膜５０は、皮膜面２１を平坦にすることで、摺動
抵抗をさらに減らすことができる。

【００２６】図５は図３の５−５線断面図である。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２
０の条痕２２・・・の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・・・と略同じ形状にすること
ができる。

【００２７】さらに、陽極酸化皮膜５０を条痕２２・・・
の形状に倣わせて形成することで、陽極酸化皮膜５０の
表面全域に油膜を均一に保持することができる。また、
図４で説明したように、陽極酸化皮膜の微細な孔の孔径
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。

【００２８】加えて、特殊な陽極酸化皮膜５０は、条痕
２２の頂部２２ａに相当する平坦部位５０ａの陽極酸化
皮膜をカットしつつ丸める処理（特に角部位５０ｂ，５
０ｂを丸める）を施すことにより、その平坦部位５０ａ
及び角部位５０ｂ，５０ｂの部位Ｈ１（すなわち、条痕
２２の頂部２２ａに相当する部位）を滑らかな面にする
ことができる。

【００２９】よって、ピストン１０がシリンダ（図示し
ない）に接触する際の面圧を抑えることができる。この
ように、陽極酸化皮膜５０の表面全域に油膜を均一に保
持し、潤滑剤５４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１０をスムーズに摺動さ
せることができる。

【００３０】以下、図６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６（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
成した比較例を示す説明図である。（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。

【００３１】（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。すなわち、Ｓ
ｉ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。

【００３２】（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。

【００３３】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１
１３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１１
３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。

【００３４】以下、図４の断面拡大図に示した特殊な陽
極酸化皮膜を形成する方法、すなわちアルミ合金製内燃
機関用ピストンの製造方法を説明する。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）
の特殊な陽極酸化皮膜処理方法を説明するフローチャー
トであり、アルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法
を示す。なお、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。

【００３５】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。

【００３６】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；陽極酸化処理の条痕に相当する部位にラップ
処理あるいは砥粒流動加工を施すことで、その部位をカ
ットしつつ丸める。 以下、Ｓｉ系アルミニウム合金の陽極酸化処理方法のＳ
Ｔ１０〜ＳＴ１５を図８〜図１１で詳しく説明する。

【００３７】図８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）の特殊な陽極酸化皮膜処理
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に条痕２２を形成する。

【００３８】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）の特殊な陽
極酸化皮膜処理方法の第２説明図である。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。（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。

【００３９】（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。

【００４０】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１０
０ｎｍと十分に大きくなる。

【００４１】図１０（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）の特殊な
陽極酸化皮膜処理方法の第３説明図である。（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５
２・・・に含浸した状態を示す。孔５２・・・の孔径ｄ１が１
００ｎｍと大きいので、多量の熱硬化性樹脂５３を孔５
２・・・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。

【００４２】（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、図４に示
す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。

【００４３】図１１（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）の特殊な
陽極酸化皮膜処理方法の第４説明図である。（ａ）は、
スカート部２０の条痕２２に陽極酸化皮膜５０を被せた
状態を示す。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。

【００４４】（ｂ）は、ＳＴ１５後の状態を示す図であ
り、図５と同じ図である。陽極酸化皮膜５０において、
条痕２２の頂部２２ａに相当する平坦部位５０ａをカッ
トしつつ丸める（特に角部位５０ｂ，５０ｂを丸める）
ラップ処理あるいは砥粒流動加工を施すことにより、そ
の平坦部位５０ａを滑らかな面にする。このため、ピス
トン１０がシリンダに接触する際の面圧を抑えることが
できる。

【００４５】ここで、ラップ処理としては、バフラップ
（一例として起毛バフラップ）などの軟質のラップ盤で
実施する。起毛バフラップなどの軟質ラップ盤は被ラッ
プ面の凹凸にある程度倣わせて研磨することが可能であ
る。このため、軟質ラップ盤でラップ処理を行うこと
で、条痕の頂部に相当する部位をカットしつつ丸めるこ
とができる。なお、起毛バフラップに代えて、砥粒流動
加工を採用しても同様の効果を得ることができる。砥粒
流動加工とは、研磨材を混練した半固体状で粘弾性をも
つ材料を準備し、この材料を加工箇所に機械的に押し込
んで圧接移動をさせることにより、この材料で所望の面
を加工する方法をいう。

【００４６】本発明によれば、りん酸３ナトリウムには
微細な孔５２・・・の孔径を大きくする作用がある。この
ため、陽極酸化皮膜５０の微細な孔５２・・・を大きな孔
径ｄ１にすることができる。従って、陽極酸化皮膜５０
に多量の熱硬化性樹脂５４を含浸することができ、且つ
含浸した熱硬化性樹脂５４を孔５２・・・内に確実に固着
することができる。この結果、摺動抵抗を減らすことが
でき、かつ耐久性を高めることができる。一方、ふっ化
カリウムにはＳｉを溶解する作用と増膜作用とがある。
このため、陽極酸化皮膜５０の皮膜面２１を平坦にする
ことができるので、摺動抵抗をより減らすことができ
る。

【００４７】さらに、熱硬化性樹脂５４に含有したふっ
素樹脂は、耐摩耗性や耐熱性に優れており、熱硬化性樹
脂５４を耐摩耗性や耐熱性に優れた樹脂にすることがで
きる。従って、熱硬化性樹脂５４を、例えば１００℃〜
３００℃以上の高温において使用することができるの
で、ピストンのような高温状態で使用する部材に好適で
ある。

【００４８】加えて、条痕２２に陽極酸化皮膜５０を被
せた後、条痕２２の頂部２２ａに相当する平坦部位５０
ａ及び角部位５０ｂ，５０ｂにラップ処理あるいは砥粒
流動加工を施すことで、平坦部位５０ａ及び角部位５０
ｂ，５０ｂをカットしつつ丸めるようにした。このた
め、ラップ処理あるいは砥粒流動加工だけで、条痕２２
の頂部２２ａに相当する部位を滑らかな面に仕上げて、
ピストン１０がシリンダに接触する際の面圧を抑えるこ
とができる。

【００４９】ここで、一例として陽極酸化皮膜５０の膜
厚６μｍとすると、陽極酸化皮膜の研磨量は１〜５μｍ
に抑えることが好ましい。研磨量が１μｍより小さいと
面圧を抑えることが難しくなり、研磨量が５μｍを越え
ると陽極酸化皮膜５０の膜厚が薄くなりすぎるからであ
る。

【００５０】

【実施例】本発明に係る実施例及び比較例を表１、表２
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。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】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１０（ａ）参照）が１００ｎｍと
大きく、陽極酸化皮膜の表面最大粗さＲｍａｘは２〜３
μｍと平坦である。なお、Ｒｍａｘは、ＪＩＳ Ｂ ０６
０１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。

【００５４】次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨ
ｇ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。

【００５５】次いで、条痕の頂部に相当する部位にラッ
プ処理あるいは砥粒流動加工を施すことで、その部位を
カットしつつ丸めるようにした。これにより、条痕の頂
部に相当する部位を滑らかな面に仕上げることができ
る。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、条痕の
頂部に相当する部位を滑らかな面に仕上げることで、ピ
ストンがシリンダに接触する際の面圧を抑えて、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】

【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。特殊な
陽極酸化皮膜の微細な孔は孔径ｄ１（図１０（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。

【００５８】次に、生成した陽極酸化皮膜を１０ｍｍＨ
ｇ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。

【００５９】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。

【００６０】図１２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアル
ミ合金製内燃機関用ピストンの特殊な陽極酸化皮膜を説
明する断面図であり、（ａ）〜（ｂ）は表１の比較例、
（ｃ）は表１の実施例を示す。（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１
２２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。

【００６１】特殊な陽極酸化皮膜５０は条痕１２２に沿
って均一の厚さ（ｔ３）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１２２ａに相当する部位５０ｃが、条痕１２２の
頂部１２２ａと同様に突出する。従って、ピストン１２
０がシリンダ５９内で矢印の如く往復運動する際に、
陽極酸化皮膜５０の頂部５０ｃに大きな面圧がかかる。

【００６２】（ｂ）において、陽極酸化皮膜５０の頂部
５０ｃや条痕１２２の頂部１２２ａ（（ａ）に示す）が
部位Ｈ２に渡って摩耗する。これにより、条痕１２２の
部位１２２ｂが露出してしまい、この部位１２２ｂを陽
極酸化皮膜５０で保護することができない。

【００６３】（ｃ）において、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た。この状態で
は、特殊な陽極酸化皮膜５０は条痕２２に沿って均一の
厚さ（ｔ３）で陽極酸化皮膜５０を被せることが可能で
あり、比較例と同様に、陽極酸化皮膜５０において条痕
２２の頂部２２ａに相当する部位５０ｃ（（ａ）参照）
が、条痕２２の頂部２２ａと同様に突出する。次に、陽
極酸化皮膜５０の部位５０ｃにラップ処理或は砥粒流動
を施して、その部位５０ｃをカットしつつ丸めるように
することで、部位Ｈ１を平坦部位５０ａ及び角部位５０
ｂ，５０ｂからなる滑らかな面に形成した。

【００６４】従って、ピストン１０がシリンダ５９内で
矢印の如く往復運動する際に、陽極酸化皮膜５０の滑
らかな面（すなわち、平坦部位５０ａ及び角部位５０
ｂ，５０ｂ）に大きな面圧がかかることを抑えることが
できる。従って、ピストン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。

【００６５】次に、第２〜第４実施形態を図１３〜図１
５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６０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６２（奥側のスカ
ート部は図示しない）の下端６３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６２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
６０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。

【００６６】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７０は、スカート部７２を略
逆台形、すなわち下端７３からピストン頭部７４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７２を略逆台形に形成することに
より、スカート部７２の剛性を高めることができる。

【００６７】図１５（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４実施形態）の断面図
である。（ａ）において、アルミ合金製内燃機関用ピス
トン８０のスカート部２０に条痕２２を形成する。
（ｂ）において、条痕２２の頂部２２ａ（（ａ）に示
す）をラップ処理あるいは砥粒流動加工でカットしつつ
丸めることにより、条痕２２の頂部２２ａを、平坦部位
２２ｂ及び角部位２２ｃ，２２ｃの部位Ｈ３に渡って滑
らかな面に成形する。

【００６８】ここで、一例として条痕の頂部２２ａから
谷部までの深さＡ３（（ａ）に示す）が２０μｍとする
と、研磨量は５〜１５μｍに抑える必要があり、特に９
μｍに抑えることが好ましい。研磨量が５μｍより小さ
いと面圧を下げることが難しく、研磨量が１５μｍを越
えると条痕としての役割を果たさなくなる。

【００６９】（ｃ）において、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
滑剤を含浸させる。特殊な陽極酸化皮膜５０は、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。よって、条痕２２の平坦部位２２ｂ及び角
部位２２ｃ，２２ｃの部位Ｈ３に沿って、陽極酸化皮膜
５０の平坦部位５１ａ及び角部位５１ｂ，５１ｂをある
程度滑らかな面に成形することができる。

【００７０】（ｄ）において、陽極酸化皮膜５０の平坦
部位５１ａ及び角部位５１ｂ，５１ｂをラップ処理ある
いは砥石粒流動することで、陽極酸化皮膜５０の平坦部
位５１ａ及び角部位５１ｂ，５１ｂの部位Ｈ４（すなわ
ち、丸めた条痕の部位Ｈ３に相当する陽極酸化皮膜５０
の部位）を十分に滑らかな面に成形することができる。
このため、ピストン１０がシリンダ５９に接触する際の
面圧を抑えることができる。

【００７１】ここで、一例として陽極酸化皮膜５０の膜
厚６μｍとすると、陽極酸化皮膜の研磨量は１〜５μｍ
に抑える必要があり、特に１μｍに抑えることが好まし
い。研磨量が１μｍより小さいと角部位を丸めることが
難しくなり、研磨量が５μｍを越えると陽極酸化皮膜５
０の膜厚が薄くなりすぎる。

【００７２】ここで、ラップ処理としては、バフラップ
（一例として起毛バフラップ）などの軟質のラップ盤で
実施する。軟質のラップ盤は被ラップ面の凹凸にある程
度倣わせて研磨することが可能である。このため、軟質
のラップ盤でラップ処理を行うことで、条痕の頂部に相
当する部位をカットしつつ丸めることができる。

【００７３】起毛バフラップを使用することで、条痕の
頂部に相当する部位に限らないで、条痕の谷部に相当す
る部位まで研磨することが可能になる。よって、平坦部
位の角部位を丸みを持たせるように研磨することができ
る。なお、起毛バフラップに代えて、砥粒流動加工を採
用しても同様の効果を得ることができる。砥粒流動加工
とは、研磨材を混練した半固体状で粘弾性をもつ材料を
準備し、この材料を加工箇所に機械的に押し込んで圧接
移動をさせることにより、この材料で所望の面を加工す
る方法をいう。

【００７４】第４実施形態によれば、条痕２２に陽極酸
化皮膜５０を被せる前に、条痕２２の頂部２２ａをカッ
トしつつ丸めることで、丸めた部位２２ａ，２２ｂ，２
２ｂに陽極酸化皮膜５０を丸めた状態に被せることがで
きる。このため、陽極酸化皮膜５０を僅かに研磨するだ
けで、陽極酸化皮膜５０の平坦部位５１ａ及び角部位５
１ｂ，５１ｂを滑らかな面に仕上げることができるの
で、ラップ処理あるいは砥粒流動加工を行う時間を短く
することができる。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ピストンを比較的簡
単に製造することができる。

【００７５】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。

【００７６】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の凹部を湾
曲形に形成した例について説明したが、その他に条痕の
凹部を略台形などに形成してもよく、凹部の形状は任意
である。

【００７７】

【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、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。

【００７８】さらに、条痕の頂部に相当する陽極酸化皮
膜をカットしつつ丸める処理を施すことにより、その部
位を滑らかな面にすることができる。このため、ピスト
ンがシリンダに接触した際の面圧を抑えることができ
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、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】請求項２は、条痕に陽極酸化皮膜を被せた
後、条痕の頂部に相当する陽極酸化皮膜にラップ処理あ
るいは砥粒流動加工を施すことで、陽極酸化皮膜をカッ
トしつつ丸めるようにした。このため、ラップ処理ある
いは砥粒流動加工だけで、条痕の頂部に相当する陽極酸
化皮膜を滑らかな面に仕上げて、ピストンがシリンダに
接触した際の面圧を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
るピストンを比較的簡単に製造することができる。

【００８０】請求項３は、条痕に陽極酸化皮膜を被せる
前に、条痕の頂部をカットしつつ丸めることで、条痕に
陽極酸化皮膜を丸めた状態に被せることができる。この
ため、陽極酸化皮膜を僅かに研磨するだけで、陽極酸化
皮膜を滑らかな面に仕上げることができるので、ラップ
処理や砥粒流動加工を行う時間を短くすることができ
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ピストンを比較的簡単に製造するこ
とができる。

【００８１】請求項４は、軟質のラップ盤は被ラップ面
の凹凸に倣わせて研磨することが可能である。このた
め、軟質のラップ盤でラップ処理を行うことで、条痕の
頂部に相当する部位を好適にカットしつつ丸めることが
できる。従って、軟質のラップ盤を使用することによ
り、条痕の頂部に相当する部位を比較的簡単に滑らかな
面を形成することができる。

【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】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピストン
の特殊な陽極酸化皮膜の表面を拡大した断面図

【図５】図３の５−５線断面図

【図６】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す説明図である。

【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）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法を説明
するフローチャート

【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）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第１
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）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第２
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）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第
３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）の特殊な陽極酸化皮膜処理方法の第
４説明図

【図１２】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ンの特殊な陽極酸化皮膜を説明する断面図

【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】本発明に係るアルミ合金製内燃機関用ピスト
ン（第４実施形態）の断面図

【図１６】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】

１０，６０，７０，８０…アルミ合金製内燃機関用ピス
トン、２０，２５，６２，７２…スカート部、２１ａ…
スカート部の外表面、２２…条痕、２２ａ…条痕の頂
部、２２ｂ…平坦部位、２２ｃ…角部位、５０…陽極酸
化皮膜、５０ａ…平坦部位、５０ｂ…角部位、５１ａ…
平坦部位、５１ｂ…角部位、５２…微細な孔、５４…潤
滑剤、Ｈ１，Ｈ４…部位、Ｈ３…丸めた条痕の部位。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 3/10 Ｆ０２Ｆ 3/10 Ｂ Ｆ１６Ｊ 1/00 Ｆ１６Ｊ 1/00 1/01 1/01 1/08 1/08 (72)発明者 小林 幸司 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3J044 AA12 AA18 BA04 BB05 BB12 BB39 BC04 CA14 DA09 EA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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おいて条痕の頂部に相当する部位を
   カットしつつ丸める処理を施したものであることを特徴
   とするアルミ合金製内燃機関用ピストン。
2. 【請求項２】 ピストンスカート部の外表面に条痕を加
   工する工程と、 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る工程と、 この陽極酸皮膜の微細な孔に潤滑材を含ませる工程と、 前記陽極酸化皮膜において条痕の頂部に相当する部位を
   カットしつつ丸めるラップ処理あるいは砥粒流動加工を
   施す工程と、からなるアルミ合金製内燃機関用ピストン
   の製造方法。
3. 【請求項３】 ピストンスカート部の外表面に条痕を加
   工する工程と、 この条痕の頂部をカットしつつ丸める工程と、 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る工程と、 この陽極酸皮膜の微細な孔に潤滑材を含ませる工程と、 前記丸めた条痕に相当する陽極酸化皮膜の部位にラップ
   処理あるいは砥粒流動加工を施す工程と、からなるアル
   ミ合金製内燃機関用ピストンの製造方法。
4. 【請求項４】 前記ラップ処理をバフラップなどの軟質
   のラップ盤で実施することを特徴とする請求項２又は請
   求項３記載のアルミ合金製内燃機関用ピストンの製造方
   法。