特許 7411171 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(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 20060101AFI20231228BHJP

   F02F 3/10 20060101ALI20231228BHJP

   F16J 9/00 20060101ALI20231228BHJP

   F16J 9/26 20060101ALI20231228BHJP

   C25D 11/00 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

F02F3/00 G

F02F3/00 N

F02F3/10 B

F16J9/00 A

F16J9/26 C

C25D11/00 309

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023060043

(22)【出願日】2023-04-03

(62)【分割の表示】P 2019112095の分割

【原出願日】2019-06-17

(65)【公開番号】P2023086759

(43)【公開日】2023-06-22

【審査請求日】2023-04-03

(73)【特許権者】

【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】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】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(74)【代理人】

【識別番号】100169018

【弁理士】

【氏名又は名称】網屋 美湖

(72)【発明者】

【氏名】村上 春彦

(72)【発明者】

【氏名】増原 真也

(72)【発明者】

【氏名】西脇 知弘

【審査官】竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１４７５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７７１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３２０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１５０９４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｆ ３／００

Ｆ０２Ｆ ３／１０

Ｆ１６Ｊ ９／００

Ｆ１６Ｊ ９／２６

Ｃ２５Ｄ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面にトップリング溝を有する内燃機関用ピストンの製造方法であって、
前記内燃機関用ピストンが、前記トップリング溝の内面のうち、少なくともセカンドリング溝側の内面であって、トップリングが接する領域の内面に、陽極酸化皮膜を備え、
前記陽極酸化皮膜のＪＩＳ Ｂ０６７１－２に準拠する表面粗さＲｐｋが１．００μｍ以下であり、
前記製造方法が、
陽極酸化処理装置と前記内燃機関用ピストンとを、トップランド及びセカンドランドのそれぞれに配置された密封リングを介して密着させ、
前記内燃機関用ピストンのトップリング溝の内部、並びにトップランド及びセカンドランドの前記密封リングまでの部分に処理液を送り込みながら、前記内燃機関用ピストンを陽極とし、前記陽極酸化処理装置側の陰極電極との間で通電することで、
前記トップリング溝の全内面と、前記内燃機関用ピストンの外周面であって、前記トップリング溝からピストン冠面側への領域の外周面および前記トップリング溝からセカンドリング溝側への領域の外周面とにわたって前記陽極酸化皮膜を形成する、内燃機関用ピストンの製造方法。

【請求項2】

前記処理液を送り込む際に、前記陰極電極を挟んで前記陽極酸化処理装置の一方から前記処理液を供給し、他方から前記処理液を排出する、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】

前記処理液を送り込む際に、前記陽極酸化処理装置と、前記トップランド及びセカンドランドとの間の領域に、前記内燃機関用ピストンのトップリング溝の内部よりも圧力の低い領域を形成する、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。

【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し、詳しくは、トップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した内燃機関用ピストンの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車エンジン等の内燃機関用のピストンには、燃焼室の気密性を保持したり燃焼室へのオイルの浸入を抑制したりするために、ピストンリングが外周面に装着されている。ピストンリングは、ピストンの外周面に形成されたリング溝に嵌め込まれている。リング溝のうち、ピストンの最も冠面側にあるトップリング溝は、トップリングとの間で摩耗や凝着が発生し易いことから、トップリング溝の耐摩耗性および耐アルミ凝着性を向上させるためにトップリング溝に陽極酸化処理を施すことが行われている。

【0003】

しかしながら、特に、耐摩耗性および耐アルミ凝着性に寄与する成分であるシリコン（Ｓｉ）を含むアルミニウム合金製ピストンのトップリング溝に陽極酸化皮膜を形成すると、アルミニウム合金に含まれるＳｉに起因して、陽極酸化皮膜の表面に凹凸面が形成されてしまう。このため、エンジン作動時に、トップリング溝とトップリングとの間に微小な隙間が多数発生し、その結果、ブローバイガスの流量が増大したり、オイルのシール性能が低下したりする等の不具合があった。

【0004】

特許文献１には、Ａｌ－Ｓｉ合金系鋳造材から成るピストン本体において、この鋳造材中に晶出している初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉの粒径を１０μｍ以下とすることで、このピストン本体の外周部に配設されたトップリング溝部に陽極酸化処理を施すと、この陽極酸化皮膜の表面粗さＲａを１．５μｍ以下と平滑にすることができ、よって、エンジン運転時のブローバイガス流量を低減できることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平９－１５９０２２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に記載されている実施例では、いずれの陽極酸化皮膜の表面粗さＲａも１．１～１．５μｍの範囲内に留まり、特許文献１に記載されているような所定のアルミニウム合金材でピストン本体を作製し、それに陽極酸化処理を施すという方法では、陽極酸化皮膜の表面粗さＲａの下限値は１．１μｍが限界であり、ブローバイガス流量の更なる低減は難しいという問題がある。

【0007】

また、本願発明者らは、ピストンのトップリング溝に形成した陽極酸化皮膜の表面粗さについて、特許文献１で測定しているＲａという表面粗さの指標は、ブローバイガス流量との相関関係がそれ程に高くないという知見を得た。例えば、表面粗さＲａが１．３０の陽極酸化皮膜のピストンよりも、表面粗さＲａが１．６３の陽極酸化皮膜のピストンの方が、ブローバイガス流量が低減したという測定結果がある。すなわち、ブローバイガス流量に対して、Ｒａという表面粗さの指標では、正確に評価できないという問題がある。

【0008】

更には、ブローバイガス流量に加えて、排出微粒子の粒子数ＰＮ（Particulate Number）の低減も求められているが、陽極酸化皮膜の表面粗さＲａを１．５μｍ以下にしても、所定の基準値を達成することは難しいという問題がある。

【0009】

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、ブローバイガス流量および排出微粒子の粒子数を更に低減することができ、且つブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜の表面粗さを正確に評価可能で、安定的に平滑な陽極酸化皮膜を形成することができる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】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明は、外周面にトップリング溝を有する内燃機関用ピストンの製造方法であって、この内燃機関用ピストンは、前記トップリング溝の内面のうち、少なくともセカンドリング溝側の内面（すなわち下面）であって、トップリングが接する領域の内面に、陽極酸化皮膜を備え、前記陽極酸化皮膜のＪＩＳ Ｂ０６７１－２に準拠する表面粗さＲｐｋは１．００μｍ以下である、内燃機関用ピストンを製造する。

【発明の効果】

【0011】

このように本発明によれば、従来のＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠するＲａよりも、ブローバイガス流量との相関関係が高く、ブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜の表面粗さを正確に評価することができる。そして、トップリング溝の下面の陽極酸化皮膜とトップリングとの気密性をより向上させることができ、従来に比べてエンジン実働時のブローバイガス流量を更に低減できる。また、排出微粒子の粒子数ＰＮも所定の基準値以下に抑えることができる。更には、トップリング溝の陽極酸化の処理面積を低減することができ、必要な消費電力を抑制し、陽極酸化の処理時間を短縮することができる。また、発生する発熱量のバラツキを抑制でき、表面粗さＲｐｋをより一層小さくすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る内燃機関用ピストンの一実施の形態であって、トップリング溝の周辺を模式的に示す断面図である。

【図2】本発明に係る内燃機関用ピストンの別の実施の形態であって、トップリング溝の周辺を模式的に示す断面図である。

【図3】本発明に係る内燃機関用ピストンに用い得る交直重畳電解皮膜を模式的に示す断面図である。

【図4】従来の直流重畳電解皮膜を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明に係る内燃機関用ピストンに用い得る直流電解皮膜を模式的に示す断面図である。

【図6】陽極酸化皮膜のオイルに対する濡れ性が低い状態を示す模式図である。

【図7】陽極酸化皮膜のオイルに対する濡れ性が高い状態を示す模式図である。

【図8】図２に示す内燃機関用ピストンを得るために、トップリング溝周辺に陽極酸化処理を施す方法を説明するための模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、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について説明する。なお、図面は、理解のし易さを優先にして描かれており、縮尺通りに描かれたものではない。

【0014】

図１に示すように、本実施の形態の内燃機関用ピストン１０は、その外周面１２にトップリング溝１３が形成されている。リング溝として、ピストン冠面１１側から順に、トップリング溝１３、セカンドリング溝（図示省略）、オイルリング溝（図示省略）の３つのリング溝が形成されている。トップリング溝１３にはトップリング３０が嵌め込まれ、セカンドリング溝にはセカンドリング（図示省略）が嵌め込まれ、オイルリング溝にはオイルリング（図示省略）が嵌め込まれる。

【0015】

内燃機関用ピストン１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。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）を含有してもよい。一方、トップリング３０等のリングは、例えば高炭素鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼等により形成されている。トップリング３０等のリングは、周方向の一箇所が開口している略Ｃ字形を有しており、弾性的に拡径された状態でピストン１０のトップリング溝１３等のリング溝内に入れた後、弾性復元力によって縮径して、リング溝の内部に嵌め込まれる。

【0016】

トップリング３０の外周面３３は、内燃機関用ピストン１０の外周面１２よりも外周側に突出した状態になっている。ピストン１０の外周面１２は、ピストン冠面１１とトップリング溝１３との間をトップランド１２ａと呼び、トップリング溝１３とセカンドリング溝（図示省略）との間をセカンドランド１２ｂと呼び、セカンドリング溝とオイルリング溝（図示省略）との間をサードランド（図示省略）と呼ぶ。トップリング３０等の各リングの外周面は、内燃機関用ピストン１０の外周面１２よりも外方に突出した状態になっていることから、トップリング３０等の各リングを装着した内燃機関用ピストン１０を、シリンダ４０内に挿入する際には、トップリング３０等の各リングを弾性的に縮径させた状態でシリンダ４０内に挿入することになる。よって、内燃機関用ピストン１０をシリンダ４０内に挿入した状態では、トップリング３０等の各リングはその弾性力によってシリンダ４０の内壁面４１に押し付けられた状態となり、トップリング３０及びセカンドリングは燃焼室の気密性を保持する機能を果たし、オイルリングはシリンダ４０の内壁面４１に残存するオイルを掻き落とす機能を果たす。

【0017】

内燃機関用ピストン１０の外周面１２に形成されたトップリング溝１３の内面のうち、ピストン冠面１１側の内面を下面１３ａと呼び、セカンドリング溝（図示省略）側の内面を下面１３ｃと呼び、その間の溝の底の側の内面を底面１３ｂと呼ぶ。そして、本実施の形態では、トップリング溝１３の下面１３ｃの少なくともトップリング３０が接する領域に、陽極酸化皮膜２０Ａが形成されている。なお、この領域は、ピストンの設計によって異なるものの、例えば、内燃機関用ピストン１０の外周面１２からトップリング溝１３の底面１３ｂまでの長さ（溝幅）を１００％とすると、外周面１２側から少なくとも９０％までの長さの領域とすることが好ましく、外周面１２側から少なくとも８０％までの長さの領域とすることがより好ましく、外周面１２側から少なくとも７０％までの長さの領域とすることが更に好ましい。

【0018】

このようにトップリング溝１３の下面１３ｃに陽極酸化皮膜２０Ａを形成するのは、図１に示すように、内燃機関用ピストン１０は、圧縮工程および膨張工程ではピストン冠面１１側の燃焼室内が高圧になるため、トップリング３０の下面３２がトップリング溝１３の下面１３ｃに強く密着する。一方、図示しないが、吸入工程では、内燃機関用ピストン１０は、トップリング３０の上面３１がトップリング溝１３の上面１３ａに密着し、これら工程を繰り返す度に内燃機関用ピストン１０はトップリング溝１３の上面１３ａと下面１３ｃとの間を移動する。よって、トップリング溝１３の下面１３ｃは、トップリング３０との間で摩耗や凝着が発生し易いことから、耐摩耗性および耐アルミ凝着性を向上させるために陽極酸化皮膜２０Ａを形成する必要がある。

【0019】

陽極酸化皮膜２０Ａの表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６７１－２に準拠する表面粗さＲｐｋを指標として、１．００μｍ以下である。このような表面粗さＲｐｋが１．００μｍ以下の陽極酸化皮膜２０は、例えば、交直重畳電解法で形成することができる。交直重畳電解法は、電解処理対象であるアルミニウム合金部材に、プラス電圧を印加する工程と、電荷を除去する工程とを繰り返して陽極酸化処理を行う方法である。図３に示すように、交直重畳電解法で形成された陽極酸化皮膜（交直重畳電解皮膜）２１は、ランダムな方向に成長し、配向性を持たないことから、電解処理対象であるアルミニウム合金部材１５に含まれるシリコン１６を陽極酸化皮膜２１は内包しながら成長し、よって、緻密で平滑な表面の陽極酸化皮膜２１を形成することができる。

【0020】

一方、表面粗さＲｐｋが１．００μｍ以下の陽極酸化皮膜２０は、直流電解法のみで形成することは困難である。直流電解法とは、電解処理対象であるアルミニウム合金部材に、一定の直流電圧をかけて陽極酸化処理を行う方法である。図４に示すように、直流電解法で形成された陽極酸化皮膜（直流電解皮膜）２２は、一方の方向に成長することから、電解処理対象であるアルミニウム合金部材１５に含まれるシリコン１６によって、陽極酸化皮膜２２の成長が阻害され、表面に複数の大きな空孔２３が発生する。このような凹凸が大きい表面を有する陽極酸化皮膜２２では、表面粗さＲｐｋを１．００μｍ以下とすることは困難である。

【0021】

そこで、図５に示すように、直流電解法で形成された陽極酸化皮膜２２を用いて、表面粗さＲｐｋが１．００μｍ以下の陽極酸化皮膜２６とするために、陽極酸化皮膜２２の表面部分２４を加工で削り取り、これにより生じた皮膜の粉末によって陽極酸化皮膜２２の表面を封孔する。その結果、陽極酸化皮膜２６は、直流電解皮膜の空孔に皮膜粉末が充填されている封孔部２５を備え、これにより表面が平滑となり、表面粗さＲｐｋを１．００μｍ以下とすることができる。このような加工は、例えば、バイト、刃物等の切削工具類などを用いた切削加工や、軸付砥石やバレル研磨等の機械加工によって行うことができる。

【0022】

このような直流電解法と加工によって得られた陽極酸化皮膜２６は、その表面が、プラトー構造と呼ばれる構造となっていると推測される。なお、「プラトー構造」とは、ＪＩＳ－Ｂ０６７１でも使用されており、プラトー部分（平坦部分）と谷部分とで表面が形成されている構造をいう。そして、ＪＩＳ Ｂ０６７１－２で規格されているように、Ｒｐｋという表面粗さの指標は、プラトー構造表面の特性を評価することができるものである。一方、従来のＪＩＳ Ｂ０６０１で規格されているように、Ｒａという表面粗さの指標は、輪郭曲線の算術平均粗さの特性に関するものである。よって、表面粗さＲａよりも表面粗さＲｐｋの方が、ブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜２６の表面粗さを正確に評価できるのではないかと推測される。なお、ブローバイガスとは、圧縮／膨張工程において、ピストンとシリンダ壁との隙間を介して燃焼室からクランク室へ漏れ出す気体であり、ピストンリングとリング溝との気密性が密接に関係する。また、交直重畳電解法で形成された陽極酸化皮膜（交直重畳電解皮膜）２１は、その表面がプラトー構造となっているとは言えないものの、表面が非常に平滑であることから、同様にＲｐｋという表面粗さの指標でほぼ正確に評価できるのではないかと推測される。

【0023】

そして、このように表面粗さＲｐｋが１．００μｍ以下の陽極酸化皮膜２１、２６を、内燃機関用ピストン１０のトップリング溝１３の下面１３ｃの所定の領域に陽極酸化皮膜２０Ａとして形成することで、図１に示すように、圧縮工程および膨張工程においてトップリング３０がトップリング溝１３の下面１３ｃに密着する際、トップリング３０とトップリング溝１３の下面１３ｃの陽極酸化皮膜２０Ａとの気密性が非常に高いことから、内燃機関用ピストン１０とシリンダ４０との隙間を介して燃焼室からクランク室へ漏れ出すブローバイガスの流量を低減することができる。特に、陽極酸化皮膜２０Ａの表面をプラトー構造とすることで、トップリング溝１３の下面１３ｃの陽極酸化皮膜２０Ａとトップリング３０との気密性をより向上させることができ、エンジン実働時のブローバイガス流量を更に低減できる。

【0024】

陽極酸化皮膜２０Ａの表面粗さＲｐｋは、０．９０μｍ以下が好ましく、０．６０μｍ以下がより好ましい。陽極酸化皮膜２０Ａの表面粗さＲｐｋの下限は、特に限定されないが、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１０μｍ以上がより好ましく、０．２０μｍ以上が更に好ましい。このように、陽極酸化皮膜２０Ａの表面粗さＲｐｋを０．９０μｍ以下とすることで、更には０．６０μｍ以下とすることで、トップリング溝１３の下面１３ｃの陽極酸化皮膜２０Ａとトップリング３０の気密性を一層向上できるため、エンジン実働時のブローバイガス流量を更に低減できる。

【0025】

陽極酸化皮膜２０Ａの膜厚は、特に限定されないが、上限は、１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。また、下限は、３μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。

【0026】

また、内燃機関用ピストン１０では、ブローバイガス流量に加えて、排出微粒子の粒子数ＰＮの低減も求められている。ＰＮは、ピストン１０とシリンダ４０との隙間を通して燃焼室内にエンジンオイルが入り込む現象（オイル上がりと呼ばれる）が要因として考えられているが、陽極酸化皮膜２０は多孔質であり、陽極酸化皮膜２０のオイルに対する濡れ性の寄与も大きいと考えられる。

【0027】

直重畳電解法で形成された陽極酸化皮膜（交直重畳電解皮膜）２１は、上述したようにランダムな方向に配向しているので、表面が緻密に形成されており、オイルが陽極酸化皮膜の内側に浸透しづらく、よって、図６に示すように、オイル５０ａに対する濡れ性が低い。また、直流電解法と加工によって得られた陽極酸化皮膜２６は、直流電解皮膜の表面を削り取って、それによって生じた粉末により表面が封孔されるため、図６に示すように、オイル５０ａに対する濡れ性が低い。一方、図４に示すように、表面に複数の大きな空孔２３を有する直流電解皮膜２２は、これら空孔２３にオイルが浸透しやすく、よって、図７に示すように、オイル５０ｂに対する濡れ性が高い。

【0028】

このようにオイルに対する濡れ性が低い表面を有する陽極酸化皮膜２１、２６を、内燃機関用ピストン１０のトップリング溝１３の下面１３ｃの所定の領域に陽極酸化皮膜２０Ａとして形成することで、クランク室から内燃機関用ピストン１０の外周面１２を伝って上がってきたオイルが、トップリング溝１３の下面１３ｃにおける多孔質の陽極酸化皮膜２０Ａの孔の外周部から内側に浸透する際に、陽極酸化皮膜２０Ａにオイルが拡がりにくく、オイルが停滞することから、オイル上がりを抑制でき、よって、排出微粒子の粒子数ＰＮを所定の基準値以下に抑えることができる。

【0029】

また、トップリング溝１３の下面１３ｃのうち、トップリング３０が接しない部分では、表面粗さが低いアルミ合金の加工面とすることで、より一層燃焼室内にオイルが入り込むことを防ぐことができる。更に、トップリング溝１３の下面１３ｃのうち、耐摩耗性および耐アルミ凝着性の補強が重要な部分であるトップリング３０が接する領域にのみ、陽極酸化処理を施すことで、トップリング溝の陽極酸化の処理面積を低減することができ、必要な消費電力を抑制し、陽極酸化の処理時間を短縮することができる。また、発生する発熱量のバラツキを抑制でき、より一層、陽極酸化皮膜２０の表面粗さＲｐｋを小さくすることが可能である。なお、トップリング３０が接する領域のみに留まらず、トップリング溝１３の下面１３ｃ全体に陽極酸化皮膜を形成してもよい。

【0030】

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、別の実施の形態として、図２に示すように、内燃機関用ピストン１０は、トップリング溝１３の全内面（すなわち、上面１３ａ、底面１３ｂ及び下面１３ｃ）と、内燃機関用ピストン１０の外周面１２であって、トップリング溝１３からピストン冠面１１側への領域の外周面（すなわち、トップランド１２ａ）およびトップリング溝１３からセカンドリング溝（図示省略）側への領域の外周面（すなわち、セカンドランド１２ｂ）とにわたる陽極酸化皮膜２０Ｂを備えている。陽極酸化皮膜２０Ｂは、一体的に形成されるものであってもよい。陽極酸化皮膜２０Ｂは、トップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂの全面にわたって形成してもよいし、それらの一部に形成してもよい。一部の場合、例えば、トップリング溝１３の縁部からピストン冠面１１側またはセカンドリング溝（図示省略）側へ向かって少なくとも４ｍｍまで、好ましくは２ｍｍまでの領域に陽極酸化皮膜２０Ｂを形成する。

【0031】

このように陽極酸化皮膜２０Ｂがトップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂにも形成されるので、トップリング溝１３の内面に加えて、トップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂでもオイルが停滞し、オイル上がりを顕著に抑制でき、ＰＮの低減効果をより高めることができる。

【0032】

次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法、すなわち、内燃機関用ピストンの外周部に設けられたトップリング溝の所定の領域に、陽極酸化皮膜を形成する方法について説明する。

【0033】

図８に示すように、先ず、内燃機関用ピストン１０のトップリング溝１３の外周側を囲むように陽極酸化処理装置６０を配置する。陽極酸化処理装置６０と内燃機関用ピストン１０は、トップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂのそれぞれ略中央の位置に配置された密封リング６２ａ、６２ｂを介して密着させる。そして、内燃機関用ピストン１０のトップリング溝１３の内部、並びにトップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂの密封リング６２ａ、６２ｂまでの部分に処理液６３を送り込みながら、内燃機関用ピストン１０を陽極とし、陽極酸化処理装置６０側の陰極電極６１との間で通電することで、処理液６３が送り込まれた部分のアルミニウム合金の表面に、陽極酸化皮膜２０Ｂが形成される。

【0034】

この時、陽極酸化処理中に陰極電極６１側から水素気泡６４が発生する。水素気泡６４がトップリング溝１３の内面に接触すると、その部分の陽極酸化が進行しないことから、形成される陽極酸化皮膜２０Ｂの表面粗さが大きくなるという問題がある。そこで、図８に示すように、トップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂの部分にまで処理液６３を送り込む構成とすることで、発生した水素気泡６４の多くは、圧力の低いトップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂ側へ流れることから、トップリング溝１３の内部へ水素気泡６４が進入するのを抑制することができる。よって、表面粗さの小さい平滑な陽極酸化皮膜２０Ｂを得ることができる。

【0035】

この陽極酸化処理の方法は、交直重畳電解法にも直流電解法にも用いることができる。また、図１に示すように、トップリング溝１３の内面のうち、下面１３ｃの一部の領域に陽極酸化皮膜２０Ａを形成する場合、その他のトップリング溝１３の内面、並びにトップランド１２ａ及びセカンドランド１２ｂの表面を樹脂や金属製スプリングやスプレーコーティング等でマスキングすることで、所望の領域にのみ、陽極酸化皮膜２０Ａを形成することができる。

【実施例】

【0036】

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。

【0037】

［陽極酸化処理］
実施例１～３として、以下の手順で、アルミニウム合金製の内燃機関用ピストンのトップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した。先ず、Ｓｉを１２％を含有する組成のアルミニウム合金を用いて内燃機関用ピストンを鋳造し、所定の熱処理をした後、機械加工によりリング溝を形成した。トップリング溝の加工は表面粗さＲｐｋが０．０１μｍ程度となるように仕上げた。そして、このトップリング溝の内面に、硫酸処理液を用いて、１回のプラス電圧印加の通電時間が２０～３０μｓ、周波数が１０～１２ｋＨｚの条件で交直重畳電解法によって陽極酸化処理を行った。そして、トップリング溝の下面に形成された陽極酸化皮膜（交直重畳電解皮膜）の表面粗さＲａ及び表面粗さＲｐｋを、それぞれＪＩＳ Ｂ０６０１及びＪＩＳ Ｂ０６７１－２に準拠して測定した。その結果を表１に示す。

【0038】

また、実施例４～６として、交直重畳電解法に替えて直流電解法で陽極酸化処理をした後、陽極酸化皮膜（直流電解皮膜）の表面を切削工具にて表面加工処理を施した点を除き、実施例１～３と同様にしてトップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した。直流電解法の条件は、電流密度を４～１０Ａ／ｄｍ^２、処理時間を０．２～１．５分とした。その結果を表１に示す。

【0039】

更に、比較例１～３として、交直重畳電解法に替えて直流電解法で陽極酸化処理をした点を除き、実施例１～３と同様にしてトップリング溝の内面に陽極酸化皮膜を形成した。直流電解法の条件は、電流密度を４～１０Ａ／ｄｍ^２、処理時間を０．２～１．５分とした。その結果を表１に示す。

【0040】

［ブローバイガスの流量測定］
このようにして陽極酸化皮膜を形成した実施例１～６及び比較例１～３の内燃機関用ピストンを用いて、エンジン実機でのブローバイガスの流量測定の実験を行った。実験条件としては、直列４気筒の１２００ｃｃのエンジンを用い、エンジン回転数を６４００ｒｐｍＷＯＴ、水温を９０℃、油温を１３５℃とした。その結果を表１に示す。なお、表１に示すブローバイガス流量は、エンジンの運転開始から３０時間までのブローバイガス流量（単位：Ｌ／ｍｉｎ）の測定値の平均値を算出し、比較例１の平均値を１００とした場合の比で示した。

【0041】

【表1】

【0042】

［オイルに対する濡れ性の評価］
上述した実施例１、実施例４および比較例１と同様に条件でそれぞれアルミニウム合金基材上に陽極酸化皮膜を形成したもの、並びにこのような陽極酸化処理を施さなかったアルミニウム合金基材について、オイルに対する濡れ性の試験を行った。使用したオイルは、５Ｗ－３０であり、各試験対象をホットプレート上におき、所定の温度下で所定量のオイルを滴下し、そのときのオイルの一番長い幅（単位：ｍｍ）を測定した。その結果を表２に示す。なお、表２に示す濡れ性の結果は、３０℃でのアルミニウム合金基材におけるオイルの幅を１．０とした場合の比で示した。

【0043】

【表2】

【0044】

表１の結果から分かるように、表面粗さＲｐｋとブローバイガス流量とは相関関係がみられる一方、表面粗さＲａは約０．８～１．１μｍという狭い範囲内となっており、ブローバイガス流量との相関関係は見られなかった。このようにＲａという表面粗さの指標では、ブローバイガス流量に対する陽極酸化皮膜の表面粗さを正確に評価できないことがわかる。また、実施例１～６のブローバイガス流量は、比較例１よりも３１％以上低減しており、このように表面粗さＲｐｋが１．００μｍ以下の陽極酸化皮膜を設けることで、ブローバイガス流量を確実に低減させることができる。

【0045】

また、表２の結果から分かるように、温度が高くなる程、オイル幅は広がった。また、比較例１の直流電解皮膜は多孔質であるため、低い温度域では、アルミニウム合金基材よりもオイル幅が広がった。それに対して、実施例１の交直重畳電解皮膜は、緻密な表面を有することから、アルミニウム合金基材よりもオイル幅は狭く、また、温度が高くなっても、アルミニウム合金基材に比べて、オイル幅の広がる割合が顕著に小さかった。また、実施例４の表面加工処理をした直流電解皮膜は、オイル幅が更に狭く、温度が高くなっても、狭いオイル幅を維持した。このように実施例１、４の陽極酸化皮膜は、オイルに対する濡れ性は低く、特に高温域においてはアルミニウム合金基材や比較例１との差が顕著である。このような高温域におけるオイルに対する濡れ性が低い陽極酸化皮膜を設けることで、オイル上がりを効果的に抑制することができ、よって、排出微粒子の粒子数ＰＮの低減に大きく寄与するものとなる。

【符号の説明】

【0046】

１０ 内燃機関用ピストン
１１ ピストン冠面
１２ａ トップランド
１２ｂ セカンドランド
１３ トップリング溝
１３ｃ トップリング溝の下面
１５ アルミニウム合金部材
１６ シリコン
２０、２１、２２、２６ 陽極酸化皮膜
２３ 空孔
２５ 封孔部
３０ トップリング
４０ シリンダ
５０ オイル
６０ 陽極酸化処理装置
６１ 陰極電極
６２ 密封リング
６３ 処理液
６４ 水素気泡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】