JPH0133809Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関用ピストンに関するもので
ある。

内燃機関では、軽量化のためにシリンダブロツ
クを高シリコンアルミ合金とし、ピストンをアル
ミニウム合金から構成したものがある。この種の
内燃機関においては、シリンダボアとピストンと
が同種材であるため、シリンダボアとピストン、
とくにピストンスカート部との摺動面にスカツフ
イングが発生する場合がある。

このスカツフイング対策として、従来ピストン
のスカート部に鉄メツキを行なつたものがある
が、スカツフイングを完全に防止できるものでは
なかつた。すなわち、鉄メツキは硬く、鉄メツキ
表面に面荒れがあつても容易になじまず、したが
つて面荒れの部分でシリンダボアと摺動すると油
膜切れが生じ、シリンダボア摺動面が傷つくの
で、スカツフイングを完全には防止することがで
きなかつた。

この他にも、ピストンの表面に種々の金属をメ
ツキしたり、金属層を形成したりしてピストンの
耐摩耗性を向上させたものが種々提案されている
が、（たとえば特開昭55−78856号、実開昭57−
2239号、実開昭55−20695号等）、いずれも後述す
る本考案の構成をとるものではない。

本考案は、高シリコンアルミ合金のシリンダボ
ア壁面とアルミニウム合金のピストンを備えた内
燃機関におけるスカツフイングの発生を従来にお
けるよりもより完全に防止することを目的とする
ものであり、そのための内燃機関用ピストンを提
供するものである。

この目的を達成するために、本考案の内燃機関
用ピストンにおいては、シリンダブロツクが高シ
リコンアルミ合金にて、またピストンがアルミニ
ウム合金にて構成されており、ピストンのスカー
ト部の表面にはまず鉄系メツキが施され、その上
にさらに鉛−錫合金メツキが施されている。この
場合、鉄系メツキに関しては、ピストンスカート
部表面に鉄系メツキの剥離防止のためにまずニツ
ケルメツキを施し、その上に鉄系メツキを施すよ
うにしてもよく、本考案はそのような場合も含む
ものである。

鉄系メツキは100％Feの鉄メツキであり、鉛−
錫のみからなる合金であつてもよいし、また0.5
％〜15％のＰを含む鉄−リン合金メツキであつて
もよい。さらに、鉛−錫合金メツキは、５％〜15
％の錫を含み、残りを鉛とする鉛−錫合金であつ
てもよいし、また亜鉛（Zn）、インジウム（In）、
銅（Cu）等を10％以下含む鉛−錫合金であつて
もよい。

このように鉄系メツキと鉛−錫合金メツキとを
施したピストンにおいては、鉛−錫合金が柔かい
ので、鉛−錫合金の表面にミクロの凹凸があつて
もシリンダボアとの摺動のなじみがよく、初期な
じみが大幅に改善される。また、使用を重ねてい
るうちに鉛−錫合金メツキは摩耗して鉄系メツキ
が表面に露出してくるが、鉄系メツキのうちの凸
部の部分が先に露出し始めても局部的に露出する
ので、その部分は鉄系メツキの全体が一度に露出
する場合に比べてより多くの摩耗をうけて凸部が
滑らかにとれ鉄系メツキとシリンダボアとのなじ
みが大幅に改善され、かつ鉄系メツキの露出の進
行によつてそれ以上のピストンの摩耗の進行が抑
えられるので、耐摩耗性も良好に維持される。す
なわち、なじみの向上を通して、摺動性、耐焼付
性、スカツフイングの防止性能が向上されるとと
もに、耐摩耗性も鉄系メツキの露出によつて良好
となる。

なお、鉄系メツキの厚さは20μ以下程度であ
り、鉛−錫メツキの厚さは2μ〜20μ程度とされる
ことが望まれる。これは、鉄系メツキが20μを越
えてくるとメツキ層の剥離のおそれが生じてくる
からであり、また鉛−錫メツキが2μより少ない
と鉄系メツキの凹凸が表面に出てシリンダボアと
の初期なじみがよくなく、かつ鉛−錫メツキ層の
均一なメツキができず、鉛−錫メツキが20μを越
えてくると鉛−錫メツキ層は柔かい層なのでいつ
きに剥ぎとられるおそれがあるからである。

以下に、本考案の内燃機関用ピストンの望まし
い実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本考案の一実施例に係る内燃機関の
ピストンとシリンダボアの近傍の構造を示してい
る。図中１はシリンダボアで、２がピストンであ
り、ピストン２はシリンダボア１内で摺動する。
また、３，４はコンプレツシヨンリングから成る
ピストンリング、５はオイルリングである。ピス
トン２は通常オイルリング５部分より上方にいく
にしたがつて径が徐々に僅かではあるが縮径され
ており、このために、ピストン２はオイルリング
５部分より下方の部分、すなわちピストンスカー
ト部６でシリンダボア１と摺接する。

エンジンの軽量化のために、シリンダボア１の
内面は高シリコンアルミ合金、たとえば17Si−
4Cu−0.5Mg−Bal Al、から成つており、ピスト
ン２はアルミニウム合金、たとえばJIS AC8A−
T6相当、から成つている。そして、ピストン２
のピストンスカート部６表面には、第２図に示す
ように、鉄系メツキ７とさらにその上に鉛−錫合
金メツキ８との２層のメツキ層が形成されてい
る。鉄系メツキ７の層は、一例として100％Feメ
ツキから成り、その厚さは20μ以下である。ま
た、鉛−錫合金メツキ８の層は、厚さが2μ〜20μ
であり、一例として10μ厚の10％Sn−Bal Pbか
ら成る。

鉄メツキ７の層を形成するにあたり、鉄メツキ
７の剥離をより完全に防止するために、ピストン
スカート部６の表面にあらかじめニツケル（Ni）
メツキを施し、その上に鉄メツキ７を施してもよ
く、このような場合をも本考案は含む。

鉄系メツキ７および鉛−錫合金メツキ８はピス
トンスカート部６の外周面、すなわちピストンス
カート部６のシリンダボア１との摺動面に全面に
わたつて施されている。

つぎに、上記のように構成された上記実施例の
ピストンの作用効果について説明する。

第３図は、上記実施例のピストンの耐久試験結
果を、従来のピストンとの比較において示してい
る。耐久試験は、2000c.c.の４気筒ガソリンエンジ
ンにて行ない、5500rpm、全負荷、50hr運転によ
り行なつてある。第３図において、従来のメツキ
を施さないピストンの場合をＡとし、Ａの場合の
ピストンに鉄メツキのみを施した場合をＢとし、
本考案に係る鉄系メツキおよび鉛−錫メツキを施
した場合をＣとし、Ａ，Ｂ，Ｃを横軸にとつてあ
る。また、縦軸にはピストンスカート部６の面荒
れ深さをμの単位でとつてある。この面荒れ深さ
が大きい程スカツフイング現象が生じていること
を示す。

試験結果を示す第３図から明らかなように、従
来の場合Ａは20μ以上の面荒れ深さが生じ、した
がつてスカツフイングが生じることが分り、鉄メ
ツキのみの場合ＢもＡの場合に比べてスカツフイ
ングが抑制されるもののなお相当の面荒れがある
ことが分る。Ｂの場合はピストンスカート部６の
みならず、シリンダボア１側にも相当の面荒れが
生じる。ところが、本考案の場合Ｃにおいては、
面荒れ深さは10μ以下であり、この状態において
は最外周表面の鉛−錫合金メツキ８は摩耗が進行
するもののなお残つており、この状態で鉄系メツ
キ７の一部が露出し始め、その状態で摩耗の進行
が急激に停止することを示している。なお、シリ
ンダボア１の方の面荒れは鉄メツキのもの場合Ｂ
に比べて大幅に抑制されていた。

このような良好な結果が得られるのは、鉛−錫
合金メツキ７は軸受メタル材としても使用され得
る非常になじみの良い材料であり、硬さもビツカ
ース硬さHvで５〜20程度であり、相手部材のシ
リンダボア１を傷つけることなく摺動時になじむ
ことができる。そして、鉛−錫合金メツキ７が
徐々に摩耗して鉄系メツキ８の凹凸の先端が露出
してきても、鉄系メツキ８はビツカース硬さHv
が200〜400と硬いものの、局部的に露出してくる
のでその部分は滑らかに摺動によつて摩耗してい
き、滑らかに角がとれていく。すなわち、ピスト
ンスカート部６もシリンダボア１をも傷つけずに
滑らかに摩耗していき、面荒れ、スカツフイング
が抑えられる。そして、さらに摩耗が進行してい
き、鉄系メツキ８の露出度が向上してくると、や
がて摩耗の進行が鉄系メツキ８の作用により十分
に抑えられていく。

以上の通りであるから、本考案の内燃機関用ピ
ストンによるときは、ピストンスカート部に鉄系
メツキと鉛−錫合金メツキの２層メツキを施すこ
とにより、ピストンの耐摩耗性を鉄系メツキを施
したピストン並に維持したまま、シリンダボアと
の初期なじみを改善することにより、スカツフイ
ングの発生を防止することができるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る内燃機関用ピ
ストンの断面図、第２図は第１図のピストンのピ
ストンスカート部表面の拡大断面図、第３図は本
考案のピストンおよび従来のピストンの耐久性に
係る特性図、である。 １……シリンダボア、２……ピストン、５……
オイルリング、６……ピストンスカート部、７…
…鉄系メツキ、８……鉛−錫合金メツキ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 高シリコンアルミ合金のシリンダボアとアル
   ミニウム合金のピストンを備えた内燃機関にお
   いて、ピストンのスカート部に鉄系メツキを施
   し、該鉄系メツキの表面にさらに５％〜15％の
   錫を含み残りを鉛とする鉛−錫合金メツキを施
   したことを特徴とする内燃機関用ピストン。 (2) 前記鉄系メツキが100％鉄の鉄メツキから成
   る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の内燃
   機関用ピストン。 (3) 前記鉄系メツキがリンを0.5％〜15％含む鉄
   −リン合金メツキから成る実用新案登録請求の
   範囲第１項に記載の内燃機関用ピストン。 (4) 前記鉛−錫合金メツキが鉛と錫のみの合金か
   ら成る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の
   内燃機関用ピストン。 (5) 前記鉛−錫合金メツキがZn，In，Cuの何れ
   か少なくとも一を10％以下含む鉛−錫合金メツ
   キから成る実用新案登録請求の範囲第１項に記
   載の内燃機関用ピストン。 (6) 前記鉛−錫合金メツキが2μ〜20μ厚さである
   実用新案登録請求の範囲第１項に記載の内燃機
   関用ピストン。