2023-19522 内燃機関用ピストンの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023019522

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】内燃機関用ピストンの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/00 20060101AFI20230202BHJP

   F02F 3/10 20060101ALI20230202BHJP

   F16J 1/04 20060101ALI20230202BHJP

   C23F 1/00 20060101ALI20230202BHJP

   C23F 1/02 20060101ALI20230202BHJP

   C23F 1/36 20060101ALI20230202BHJP

   C23C 26/00 20060101ALI20230202BHJP

【ＦＩ】

F02F3/00 G

F02F3/00 M

F02F3/10 B

F16J1/04

C23F1/00 B

C23F1/00 101

C23F1/00 104

C23F1/02

C23F1/36

C23C26/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021124298

(22)【出願日】2021-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】増原 真也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸行

【テーマコード（参考）】

3J044

4K044

4K057

【Ｆターム（参考）】

3J044AA04

3J044BA04

3J044BA06

3J044BB37

3J044BB39

3J044BC04

3J044DA09

4K044AA06

4K044AB10

4K044BA21

4K044BB01

4K044BC01

4K044BC05

4K044CA02

4K044CA04

4K044CA07

4K044CA53

4K044CA62

4K057WA05

4K057WA07

4K057WB05

4K057WB17

4K057WC01

4K057WC03

4K057WE21

4K057WE22

4K057WE23

4K057WF10

4K057WG01

4K057WG02

4K057WG03

4K057WG06

4K057WK01

4K057WK07

4K057WK10

4K057WN06

(57)【要約】

【課題】 樹脂コートの密着性と耐焼付き性に優れた内燃機関用ピストンの製造方法を提供する。
【解決手段】 内燃機関用ピストンの製造方法２０は、アルミニウム合金製の内燃機関用ピストンが、内燃機関のシリンダボアの内壁面を摺動するスカート部を有し、このスカート部の外表面には、周方向に延びる複数の溝部が設けられ、これら複数の溝部は、軸方向に間隔を空けて配置され、軸方向に隣り合う溝部の間には、中間面部が設けられており、そして、この内燃機関用ピストンのスカート部をアルカリエッチング２４して、スカート部の外表面に設けられた溝部と中間面部の構成を維持しつつスカート部の外表面に溝部よりも微細な凹部を複数形成し、アルカリエッチングによってスカート部の外表面に生成したスマットを酸洗浄２５により除去し、スマットを除去したスカート部の外表面を表面処理２７して、樹脂コートを形成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関用ピストンを製造する方法であって、
アルミニウム合金製の内燃機関用ピストンが、内燃機関のシリンダボアの内壁面を摺動するスカート部を有し、このスカート部の外表面には、周方向に延びる複数の溝部が設けられ、これら複数の溝部は、軸方向に間隔を空けて配置され、軸方向に隣り合う前記溝部の間には、中間面部が設けられており、この内燃機関用ピストンのスカート部をアルカリエッチングして、前記スカート部の外表面に設けられた前記溝部と前記中間面部の構成を維持しつつ前記スカート部の外表面に前記溝部よりも微細な凹部を複数形成するアルカリエッチング工程と、
前記アルカリエッチングよって前記スカート部の外表面に生成したスマットを除去する洗浄工程と、
前記スマットを除去したスカート部の外表面に、樹脂コートを形成する表面処理工程と
を含む内燃機関用ピストンの製造方法。

【請求項2】

前記洗浄工程が、前記スカート部の外表面に酸性溶液を接触させて前記スマットを除去する請求項１に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。

【請求項3】

前記洗浄工程の前又は／及び後に、超音波振動を加えた水に、前記スカート部の外表面を接触させる超音波水洗工程を更に含む請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。

【請求項4】

前記アルカリエッチング工程後の前記スカート部の外表面のプラトー率を０．１２～０．１５の範囲とする請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。

【請求項5】

前記アルカリエッチング工程の前後における前記スカート部の外表面のプラトー率の変化量を０．０５以下とする請求項１～４のいずれか一項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、内燃機関用ピストンの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両に設けられるエンジン等の内燃機関において、ピストンは、直線状の長手軸線に沿って延びるシリンダボア内を長手軸線に沿った方向にて往復移動する。このとき、ピストンの外周部はシリンダボアの内周部に対して摺動する。典型的に、ピストンは、シリンダボアの内周部に対して摺動可能である外周部を有するピストン本体と、このピストン本体の外周部からシリンダボアの底側に延びる２つのスカートとを含んでおり、さらに、ピストンにおいては、シリンダボアの内周部に対するピストンの外周部の摩擦抵抗を低減するために、各スカートの外表面には樹脂コートが形成されている。

【0003】

このようなピストンの一例としては、特許文献１に、鋳造により形作られたピストンにおける２つのスカートの外表面に、複数のディンプルを形成するように、硬質粒子等のショット材をショットピーニングによって均一に吹き付けて、その後、２つのスカートの外表面に、所定の粒子が分散した樹脂で潤滑被膜（樹脂コート）を形成したピストンが記載されている。このように複数のディンプルを形成したスカート部の外表面では、潤滑被膜の表面粗さを低減することができ、潤滑被膜の初期馴染み性が高まる。

【0004】

また、特許文献２には、潤滑性を高めるために、スカート部の外表面に、多数の条痕を形成することが記載されている。ここで条痕について説明する。条痕とは、スカート部の外表面において、周方向に延びるように形成された凹溝である。軸方向に隣り合う溝部の間には、中間面部（プラトー部）が設けられている。条痕の溝部にオイルが溜ることにより、スカート部の外表面と、シリンダボアの内壁面との間で、良好な潤滑状態が保たれる。その結果、ピストンが高速で往復動しても、オイル切れが発生することなく、スカート部の外表面とシリンダボアの内壁面との間で焼付きの発生が防止される。また、オイルに異物が混入した場合に摺動面に摩耗が進行し易くなるが、条痕の溝部によって周方向に延びるポケットが形成され、異物が排出されるため、摩耗が抑制され、耐焼付き性を確保できる。特に、特許文献２には、燃焼時の側圧が付与されるスラスト側のスカート部は、シリンダボアの内壁面と高圧面状態で摺接するため、フリクションが増大し、焼付きが生じ易いことが記載されている。そこで、条痕におけるプラトー部の比率を高めることで、面圧が下がり、フリクションが低減することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１６０２９３号公報

【特許文献2】特開２００８－２３２１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載されているピストンでは、ショットピーニングによって吹き付けられたショット材が、スカート部の外表面に残存するおそれがある。このようなスカート部の外表面には樹脂コートが密着し難く、ピストンの摺動性能が低下するおそれがある。また、このようなショットピーニングを特許文献２に記載されている多数の条痕を有するピストンに適用すると、条痕の形状が概形を維持できず、耐焼付き性が損なわれる。

【0007】

近年、環境規制対応に伴うエンジンの高効率化や高圧縮比化、過給エンジンの要望が高まっており、エンジンの最高燃焼圧力が上昇している。本背景に伴い、ピストンのスカート部において更なる樹脂コートの密着性と耐焼付き性の向上が望まれている。

【0008】

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、樹脂コートの密着性と耐焼付き性に優れた内燃機関用ピストンの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、アルミニウム合金製の内燃機関用ピストンが、内燃機関のシリンダボアの内壁面を摺動するスカート部を有し、このスカート部の外表面には、周方向に延びる複数の溝部が設けられ、これら複数の溝部は、軸方向に間隔を空けて配置され、軸方向に隣り合う前記溝部の間には、中間面部が設けられており、そして、この内燃機関用ピストンのスカート部をアルカリエッチングして、前記スカート部の外表面に設けられた前記溝部と前記中間面部の構成を維持しつつ前記スカート部の外表面に前記溝部よりも微細な凹部を複数形成するアルカリエッチング工程と、前記アルカリエッチングよって前記スカート部の外表面に生成したスマットを除去する洗浄工程と、前記スマットを除去したスカート部の外表面に、樹脂コートを形成する表面処理工程とを含む。

【発明の効果】

【0010】

このような本発明によれば、樹脂コートの密着性と耐焼付き性に優れた内燃機関用ピストンの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】内燃機関用ピストンの一例を模式的に示す正面図である。

【図2】本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法の一実施の形態を説明するためのフロー図である。

【図3】内燃機関用ピストンのスカート部の外表面に形成されている条痕を模式的に示す断面図である。

【図4】図３に示す条痕のアルカリエッチング後の状態を模式的に示す断面図である。

【図5】図４に示す条痕の酸洗浄後の状態を模式的に示す断面図である。

【図6】アルカリエッチングによるスカート部の粗さ曲線の変化を示すグラフである。

【図7】アルカリエッチングによるスカート部の表面粗さＲａの変化を示すグラフである。

【図8】アルカリエッチングによるスカート部の表面粗さＲｚの変化を示すグラフである。

【図9】ショットブラストによるスカート部の粗さ曲線の変化を示すグラフである。

【図10】ショットブラストによるスカート部の表面粗さＲａの変化を示すグラフである。

【図11】ショットブラストによるスカート部の表面粗さＲｚの変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法の一実施形態について、図１～図５を参照しながら説明する。

【0013】

先ず、内燃機関用ピストン１０について説明する。本実施形態の内燃機関用ピストン１０は、シリンダボア（図示省略）の内部を往復移動する部材で、アルミニウム合金によって形成されている。アルミニウム合金としては、アルミニウム合金は、耐摩耗性および耐アルミ凝着性に寄与する成分として、シリコン（Ｓｉ）が含有される。このようなアルミニウム合金としては、例えば、ピストンとしてＡＣ４、ＡＣ８、ＡＣ８Ａ、ＡＣ９等のＡＣ材、ＡＤＣ１０～ＡＤＣ１４等のＡＤＣ材、Ａ４０００等がある。

【0014】

内燃機関用ピストン１０は、略円筒形状を有し、図１に示すように、その外周面にピストン冠面１１側から順に、第１リング溝１３、第２リング溝１５、オイルリング溝１７を有している。外周面は、ピストン冠面１１と第１リング溝１３の間を第１ランド１２といい、第１リング溝１３と第２リング溝１５の間を第２ランド１４といい、第２リング溝１５とオイルリング溝１７の間を第３ランド１６といい、オイルリング溝１７以降をスカート部１８という。

【0015】

スカート部１８は、ピンボス部１９を間に置いて両側に配置されている。スカート部１８の外表面がシリンダボアの内壁面上を摺動しながら、ピストン１０はシリンダボアの内部を往復移動する。

【0016】

次に、本実施の形態の内燃機関用ピストンの製造方法について説明する。内燃機関用ピストンの製造方法２０は、図２に示すように、ピストンを鋳造する工程２１と、鋳造したピストンを熱処理する工程２２と、熱処理したピストンを機械加工する工程２３と、ピストンのスカート部をアルカリエッチングする工程２４と、アルカリエッチングで生じたスマットを除去するために酸洗浄を行う工程２５と、更に水洗を行う工程２６と、ピストンのスカート部に樹脂コートを被膜するために表面処理を行う工程２７とを含む。

【0017】

上記の鋳造、熱処理、機械加工の各工程２１、２２、２３は、一般的な内燃機関用ピストンを製造する際に用いられる工程と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。

【0018】

アルカリエッチング工程２４は、アルカリ性のエッチング液を用いて、内燃機関用ピストン１０のスカート部１８の外表面の主にアルミニウム成分を溶出させる工程である。なお、機械加工工程２２で表面に残存した切削油は、アルミニウム成分の溶出を阻害する要因となるため、必要に応じて、アルカリエッチング工程２４の前に、中性脱脂、アルカリ脱脂等などの脱脂工程（図示省略）を行ってもよい。または、アルカリ性のエッチング液に脱脂効果のある薬剤を入れて、脱脂とアルカリエッチングを同時に実施してもよい。アルカリエッチングをスカート部１８の外表面のみに実施するため、適宜、その他の部分をマスキングしてよい。

【0019】

スカート部１８の外表面の断面形状を拡大して図３に示す。なお、図３は、図１を左に９０°回転させた関係にある。図３に示すように、スカート部１８の外表面には、当該外表面とシリンダボアの内壁面との間で耐焼付き性を向上させるために、条痕３０が形成されている。

【0020】

条痕３０は、スカート部１８の外表面において周方向に延びるように形成された断面Ｕ字状の複数の溝部３１を有している。複数の溝部３１は、軸方向に間隔を空けて配置されている。溝部３１の深さは、例えば、５～１５μｍの範囲である。また、軸方向に隣り合う溝部３１の間には、断面の径方向外側端が軸方向に直線的に延びる中間面部（プラトー部）３２が設けられている。

【0021】

プラトー部３２の軸方向の幅（すなわち、隣接する溝部３１の間隔）Ｗａは、例えば、１０～１００μｍの範囲である。また、溝部３１の軸方向の幅Ｗｂは、例えば、１５０～４００μｍの範囲である。そして、プラトー部３２の幅Ｗａと溝部３１の幅Ｗｂを用いて以下の式１で表されるプラトー率は、例えば、０．０２～０．４の範囲である。プラトー率は、条痕３０の形状を表す指標の１つとして従来から用いられているものである。

【0022】

【数1】

【0023】

アルカリ性のエッチング液に用いる薬剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウムなどが挙げられ、これらのうち、安価かつアルミニウムの溶解性が高いことから、水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。また、エッチング液には、グルコン酸ナトリウムなどのキレート剤を添加してもよい。以下に、例として、エッチング液として水酸化ナトリウムを用いたアルミニウムのアルカリエッチングの反応式を示す。

【0024】

【化1】

【0025】

アルカリエッジング工程２４後のスカート部１８の外表面の断面形状を図４に示す。アルカリエッジングにより、アルミニウム合金中のアルミニウム成分のみが溶出されるため、図４に示すように、スカート部１８の外表面には、条痕３０の溝部３１よりも微細な複数の凹部３３が形成される。

【0026】

アルカリエッチング工程２４では、アルカリエッチングの処理時間が長いほど、微細な凹部３３の大きさが大きくなることから、スカート部１８の外表面の条痕３０の形状に与える影響が大きくなる。スカート部１８の外表面の条痕３０は、ピストンの耐焼付き性の向上を図るためのものであることから、条痕３０の形状を維持する必要がある。よって、アルカリエッチングの処理時間は、アルカリエッチング工程２４後のスカート部１８の外表面のプラトー率を０．１２～０．１５の範囲に維持する処理時間が好ましい。プラトー率が０．１２未満であると、局所に作用する面圧が非常に大きくなり、焼付きが生じ易くなるおそれがある。一方、プラトー率が０．１５を超えると、異物を排出する効果を十分確保できず、焼付きが生じ易くなるおそれがある。

【0027】

また、アルカリエッチング工程３４の前後におけるスカート部１８の外表面のプラトー率の変化量を０．０５以下に抑える処理時間が好ましい。プラトー率の変化量が０．０５を超えると、条痕３０の形状の概形が変わってしまうとともに、ピストン基準径のバラツキが大きくなるおそれがある。プラトー率の変化量の下限は、特に限定されないが、０．００以上が好ましい。このような処理時間の具体例としては、エッチング液の薬剤の種類や濃度によって異なるものの、例えば、２０分未満が好ましい。一方、処理時間の下限は、多数の微細な凹部３３がスカート部１８の外表面に形成されればよく、例えば、１分以上が好ましい。

【0028】

また、アルカリエッジング工程２４では、微細な凹部３３とともに、スカート部１８の外表面には、アルミニウム合金中のアルミニウム以外の成分が黒色の付着物として生成し、この付着物はスマット３４と呼ばれている。スマット３４が樹脂コートを成膜する前にスカート部１８の外表面に残留していた場合、表面処理工程２６において、樹脂コートのスカート部１８の外表面に対する密着性を低下させるおそれがある。そのため、スマット３４を除去する必要がある。

【0029】

酸洗浄工程２５は、酸性の洗浄液にスカート部１８の外表面を接触させることで、スマット３４を生成するアルミニウム以外の成分を溶出させる工程である。酸性の洗浄液に用いる薬剤として、例えば、硝酸、フッ酸、硝酸とフッ酸の混酸などが挙げられる。通常、濃度３０ｗｔ％程度の硝酸でスマット３４を除去することができる。以下に、硝酸を用いたスマット除去の反応式を示す。なお、式中のＭは、アルミニウム合金のアルミニウム以外の成分を示す。

【0030】

【化2】

【0031】

内燃機関用ピストンの鋳造には、上述したように、ケイ素を含有するアルミニウム合金が用いられる場合が多く、この場合、スマット３４にはケイ素が含まれている。硝酸ではケイ素は反応しないことから、ケイ素を含有するアルミニウム合金製の内燃機関用ピストンの場合、硝酸とフッ酸の混酸を用いることが好ましい。ケイ素とフッ酸の反応式を以下に示す。

【0032】

【化3】

【0033】

このようにスマット３４を除去することで、図５に示すように、スカート部１８の外表面において、微細な凹部３３を覆うように生成していたスマット３４が除去され、微細な凹部３３がスカート部１８の外表面にきれいに露出することとなる。

【0034】

なお、酸洗浄工程２５によってスマット３４を除去することについて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、スマット３４を除去するために、例えば、シアン化ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸などのアルカリ液を用いた陽極電解法や、電解研磨法、バレル研磨法などの研磨法や、超音波による手法を用いてもよい。

【0035】

水洗工程２６は、酸洗浄工程２５で用いた酸性の洗浄液を、水洗によってスカート部１８から除去する工程である。水洗工程２６としては、超音波水洗を行うことが好ましい。例えば、１～１００ｋＨｚの超音波振動を加えた水に、スカート部１８を１～１０分間接触させる。超音波水洗によって、酸洗浄工程２５で除去し切れなかったスマット３４を洗浄することが可能である。

【0036】

また、必要に応じて、水洗工程２６は、酸洗浄工程２５の前に行ってもよい。これにより、アルカリエッチング工程２４で用いたアルカリ性のエッチング液が、酸洗浄工程２５の酸性の洗浄液に持ち込まれることを防ぐことができる。また、この場合も、超音波水洗で行うことが好ましく、これにより、酸洗浄工程２５の前に、スカート部１８の外表面に生成したスマット３４の大部分を除去することができる。よって、酸洗浄工程２５の負荷を軽減することが可能である。水洗工程２６は、酸洗浄工程２５の前と後の両方で行ってもよいし、一切行わなくてもよい。

【0037】

表面処理工程２７は、微細な凹部３３が形成され、露出したスカート部１８の外表面に、樹脂コート（図示省略）を成膜する工程である。表面処理工程２７としては、例えば、スプレー法やスクリーン印刷法などによって、スカート部１８の外表面に樹脂コート薬剤を塗布し、焼成を行うことで、樹脂コートを成膜することができる。樹脂コート薬剤としては、内燃機関用ピストンのスカート部１８に用いられている公知の薬剤を用いることができ、例えば、デュポン・東レ・スペシャリティ・マテリアル社製のＭＯＬＹＫＯＴＥ Ｄ－１０－ＧＢＬや、ＭＯＬＹＫＯＴＥ ＰＡ－７４４などが挙げられる。

【0038】

このように内燃機関用ピストンのスカート部１８の外表面には微細な凹部３３が多数形成され、これら微細な凹部３３内に樹脂コート薬剤が充填されることから、アンカー効果によって母材のアルミニウム合金と樹脂コートとの密着性を高めることができる。また、微細な凹部３３が多数形成されても、スカート部１８の外表面の条痕３０の形状は維持されるため、条痕３０の溝部３１による良好な潤滑状態が保たれ、条痕３０のプラトー部３２によるフリクション低減効果も維持されることから、優れた耐焼付き性を確保することができる。

【0039】

なお、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、上記の実施形態に限定されず、その他の工程を含むことができる。例えば、酸洗浄工程２５と表面処理工程２７との間で、陽極酸化処理工程または化成処理工程を実施してもよい。陽極酸化処理により、スカート部１８の外表面に多孔質の陽極酸化皮膜が形成される。膜厚を数μｍ以下にすることで、スカート部１８の外表面の条痕３０の形状を維持したまま陽極酸化皮膜を形成することができる。陽極酸化皮膜の微細孔に樹脂コート薬剤が充填されることで、さらなる密着性の向上が期待できる。また、化成処理により、スカート部１８の外表面の一部が化学的に反応した化成皮膜が形成される。その膜厚は数μｍであるため、スカート部１８の外表面の条痕３０の形状を維持したまま化成皮膜を形成することができる。化成皮膜は粒状に生成し凹凸を有することから、この凹凸に樹脂コート薬剤が充填されることで、さらなる密着性の向上が期待できる。なお、陽極酸化処理を行う場合、スカート部１８と同時に第１リング溝１３と第２リング溝１５にも陽極酸化処理を行うことができ、これによりこれらfリング溝に耐摩耗性を付与することができる。

【実施例0040】

以下、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。なお、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、以下の実施例及び比較例によって限定されない。

【0041】

［実施例］
高温域の機械的特性を向上させた高強度材であるＡｌ－Ｓｉ系のアルミニウム合金鋳造材で内燃機関用ピストンを作製し、そのスカート部に旋削用工具を用いて条痕を形成した。そして、このスカート部にアルカリエッチング液（奥野製薬社製、トップアルソフト１０８、濃度１５～２５ｇ／Ｌに希釈した水溶液、ｐＨ１３）を用いて脱脂、アルカリエッチングを同時に実施した。液温度は３０～４０℃とし、浸漬時間による粗面化状況を確認するために、浸漬時間は、５分、１０分、２０分とした。

【0042】

次に、アルカリエッチング後の各ピストンのスカート部表面に、黒色の付着物（スマット）が生成していたことから、超音波水洗を行った後、硝酸（濃度２０～３０ｗｔ％、ｐＨ１．７）を用いて酸洗浄を行った。液温度は２０～３０℃とし、５分間にわたり酸洗浄を行った後、再び超音波水洗を行った。スカート部表面の黒色の付着物はきれいに除去されていた。

【0043】

このようにして得たピストンの評価として、（１）表面粗さの測定による表面性状、（２）ピストン基準径の測定による処理前後での基準径の変化、および（３）プラトー率の変化量について評価した。なお、これら評価を行うために、アルカリエッチング前のピストンについても同様の測定を行った。

【0044】

表面粗さの測定は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１に準拠して、ピストンのスカート部の粗さ曲線を測定するとともに、その結果から、算術平均粗さを表す表面粗さＲａと、最大高さを表す表面粗さＲｚをそれぞれ算出した。

【0045】

ピストン基準径の測定は、２０～２５℃の部屋に一晩置くことで温度を一定にした各ピストンに対して、ピストンのスカート部の基準径をダイヤルゲージで測定した。

【0046】

プラトー率は、上記の粗さ曲線の測定結果から、任意の３つの条痕についてプラトー部の幅（Ｗａ）と溝部の幅（Ｗｂ）を計測し、上記の式１から算出し、その平均値とした。また、アルカリエッチング前のピストンのプラトー率とアルカリエッチング後のピストンのプラトー率との差より、プラトー率の変化量を算出した。

【0047】

更に、上記の評価を行った後、アルカリエッチングをした各ピストンに対して樹脂コートを成膜した。樹脂コートは、デュポン・東レ・スペシャリティ・マテリアル社（旧東レ・ダウコーニング社）製のＭＯＬＹＫＯＴＥ Ｄ－１０－ＧＢＬを用いた。ピストンを洗浄した後、スクリーン印刷法にて、樹脂コート薬剤を印刷し、２００℃以下の温度で焼成することで、ピストンのスカート部に樹脂コートを成膜した。

【0048】

そして、この樹脂コートを成膜したピストンについて、（４）樹脂コートの密着性を評価する試験を行った。密着性の試験は、ウォータージェット（Ｗ／Ｊ）法と呼ばれる、樹脂コートの直上から水をノズルにより高圧噴射した後、樹脂コート表面の様相から密着性を評価する手法を用いて評価した。なお、参考のため、アルカリエッチングをせずに樹脂コートを成膜したピストンについても、同様の試験によって樹脂コートの密着性を評価した。

【0049】

［比較例］
実施例と同様にして内燃機関用ピストンを作製し、スカート部に条痕を形成した後、比較例では、スカート部に対して、アルカリエッチングに替えて、ショットブラストを実施した。ショットブラストのショット材（メディア）はガラスビーズ♯１５０を用い、投射圧力を０．４ＭＰａ、投射ノズルとスカート部との間の距離（投射距離）を５０ｃｍとしてショットブラストを行った。投射時間による粗面化状況を確認するために、投射時間は５秒、１０秒、３０秒とした。そして、ショットブラスト後に、エアブロー、洗浄、乾燥を行った。

【0050】

このようにして得た各ピストンの評価として、実施例と同様に、（１）表面粗さの測定による表面性状、（２）ピストン基準径の測定による処理前後での基準径の変化、および（３）プラトー率の変化量について評価した。なお、これら評価を行うために、アルカリエッチング前のピストンについても同様の測定を行った。更に、これに樹脂コートを成膜したピストンについて、（４）樹脂コートの密着性を評価する試験を行った。

【0051】

上記の（１）～（４）の評価結果について説明する。アルカリエッチングを行った実施例の各ピストンおよびアルカリエッチング未処理のピストンの粗さ曲線を図６に示す。また、アルカリエッチングを行った実施例の各ピストンの表面粗さの結果を図７、図８に示す。ショットブラストを行った比較例の各ピストンおよびショットブラスト未処理のピストンの粗さ曲線を図９に示す。また、ショットブラストを行った比較例の各ピストンの表面粗さの結果を図１０、図１１に示す。更に、これら実施例、比較例の各ピストンのプラトー率、およびそれらの未処理のピストンのプラトー率からの変化量について、表１に示す。

【0052】

【表1】

【0053】

図６は、（ａ）がアルカリエッチング前の粗さ曲線で、（ｂ）がアルカリエッチングの処理時間が５分の粗さ曲線、（ｃ）が処理時間１０分の粗さ曲線、（ｄ）が処理時間２０分の粗さ曲線である。図６に示すように、実施例では、アルカリエッチングの処理時間が長くなるほど、表面の微細な凹部は増大する傾向にあったが、条痕形状は維持している様相が確認された。表１に示すように、アルカリエッチングの処理時間が１０分の場合、未処理のプラトー率からの変化量が０．０３であり、図６（ｃ）に示すように、条痕の形状は明確に維持されていた。一方で、アルカリエッチングの処理時間が２０分の場合、プラトー率の変化量が０．０６であり、１０分と比べて変化が大きく、図６（ｄ）に示すように、条痕の形状は維持されているものの、条痕の形状が崩れてきており、プラトー率の変化量は０．０５以下とすることが好ましいことが分かった。

【0054】

また、図７、図８に示すように、アルカリエッチングの処理時間が長くなると、算術平均粗さを表す表面粗さＲａは微増である一方、最大高さを表す表面粗さＲｚは大きく増加した。これは、スカート部の表面が、条痕の形状を維持したまま微細な凹部が増大したためと推測される。

【0055】

図９は、（ａ）がショットブラスト前の粗さ曲線で、（ｂ）がショットブラストの処理時間が５秒の粗さ曲線、（ｃ）が処理時間１０秒の粗さ曲線、（ｄ）が処理時間３０秒の粗さ曲線である。図９に示すように、比較例では、ショットブラストの処理時間が長くなるほど、条痕の形状が消失して平らな形状に近づいている様相が確認された。図９（ｂ）に示すように、ショットブラストの処理時間が５秒で、既に条痕の形状は大きく崩れ、プラトー部分も確認できない様相である。また、プラトー率の算出は困難であったため、表１にプラトー率は掲載していない。

【0056】

また、図１０、図１１に示すように、ショットブラストの処理時間が長いほど、表面粗さＲａ、表面粗さＲｚのどちらも減少した。これは、微細な凹部が形成された一方で、条痕の形状が次第に消失していったためと推測される。

【0057】

ピストンの基準径の測定結果を表２に示す。なお、表２には、アルカリエッチングまたはショットブラストの処理前後でのピストンのスカート部の基準径の変化量を示した。変化量は、プラスが処理後での基準径の増加を示し、マイナスが処理後での基準径の減少を示す。また、実施例は、アルカリエッチングの処理時間が５分のピストンについて測定し、比較例は、ショットブラストの処理時間が１０秒のピストンについて測定した。また、実施例、比較例ともにそれぞれピストンのサンプル５つについて測定した結果である。

【0058】

【表2】

【0059】

表２に示すように、実施例のピストンはアルカリエッチング前に比べて、後では基準径が９～１１μｍ減少していた。これは、スカート部表面のアルミニウムが溶出したことによるものと推測される。Ｎ＝５のばらつきは２μｍの範囲に抑えられており、ばらつきは少なかった。これは、アルカリエッチングでは、粗面化しつつ、アルミニウム合金が表面から徐々に溶解していったためと推測される。一方、比較例のピストンは、ショットブラスト処理前に比べて、処理後で基準径が０～７μｍ増加していた。これは、ショットブラストによってスカート部表面のアルミニウム合金が径方向外方に塑性変形したためであると推測される。Ｎ＝５のばらつきは７μｍであり、アルカリエッチングの実施例と比較してばらつきが大きいという結果であった。

【0060】

表３に、樹脂コートの密着性の評価結果を示す。評価の基準は、樹脂コートを観察して、剥離がないものを「〇」と評価し、樹脂コートに点剥離があったものを「△」と評価し、アルミニウム合金母材からの樹脂コートの界面剥離があったものを「×」と評価した。なお、実施例は、アルカリエッチングの処理時間が１０分のピストンについて観察し、比較例は、ショットブラストの処理時間が５秒のピストンについて観察した。

【0061】

【表3】

【0062】

表３に示すように、参考例のアルカリエッチングもショットブラストも行っていないピストンでは、樹脂コートに界面剥離が観察された。一方で、アルカリエッチングをした実施例のピストンも、ショットブラストをした比較例のピストンも、樹脂コートに界面剥離も点剥離も観察されなかった。このことから、アルミニウム合金表面をアルカリエッチングまたはショットブラストによって微細な凹部を形成してから樹脂コートを成膜することで、微細な凹部のアンカー効果により樹脂コートの密着性を向上させる効果があることが明確になった。

【符号の説明】

【0063】

１０ 内燃機関用ピストン
１８ スカート部
２０ 内燃機関用ピストンの製造方法
３０ 条痕
３１ 溝部
３２ 中間面部（プラトー部）
３３ 微細な凹部
３４ スマット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】