JPH0578859A - 表面改質された金属部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面が、高い硬さを有し、耐摩耗性が優れ、
且つ疲労強度に富む性状に改質された金属部材を得る。 【構成】 金属部材を焼き入れ処理した後、硬質メッキ
処理を施し、次いでベーキング処理と同時に焼き戻し処
理を行う。必要に応じてショットピーニング処理を付加
する。このような工程にすることにより母材の強度を低
下させることなく、硬さが高く密着性の良好な硬質メッ
キ層が得られて耐摩耗性が向上し、且つ油潤滑性が改善
されるのであって、アルミニウム合金製ピストンにＮｉ
−Ｐメッキが施される場合等に一層有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面部の硬さ及び耐摩
耗性等の機械特性が改善された金属部材の製造方法及び
その製造方法により得られる金属部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、例えば自動車は小型軽量化及び高
出力化が図られ、それに伴って各部品の強度信頼性及び
耐久性等の品質向上が重要となってきている。

【０００３】特に、金属部材例えばアルミニウム合金が
ピストン等のエンジンの摺動部材として用いられる場合
には、その硬さ及び耐摩耗性を高めることにより、強度
信頼性を向上させることが重要なポイントとなる。

【０００４】金属部材の耐摩耗性を向上させるには、基
本的に、熱処理による母材強化、メッキ等の表面処理に
よる硬化及びショットピーニング等の冷間加工が単独に
または適宜組合せて施工されている。

【０００５】それでも、金属部材が摺動部材として用い
られる場合、例えばエンジンの高回転時等の温度、摩耗
速度等の厳しい条件下ではオイル切れが生じ易く、金属
どうしの直接接触となった場合には大きな摩耗の発生が
避けられない。

【０００６】また、表面がメッキ処理される場合には、
メッキ時に発生しメッキ層内に吸蔵される水素ガスを除
去するためのベーキング処理が行われる。

【０００７】したがって、アルミニウム合金を始めとす
る鋳造等により得られる金属部材の表面改質法として、
従来、広く用いられている手段は次のような順序で各処
理を行うものである。

【０００８】ａ．焼き入れ処理：アルミニウム合金の場
合は４７０〜５５０℃の範囲が採用されている。

【０００９】ｂ．焼き戻し処理：アルミニウム合金の場
合は、１６０〜２２０℃の範囲が採用されている。

【００１０】ｃ．硬質メッキ処理：Ｎｉ−Ｐ又はＣｒメ
ッキ等が行われる。

【００１１】ｄ．ベーキング処理：アルミニウム合金の
場合は、通常２５０℃で行われる。また、特開平１−２
０８４１５号公報は、アルミニウム合金鋳物の表面部を
再溶融し、チル化させた後、ショットピーニングするこ
とにより表面部の硬化を図る技術が記載されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような、金属部材に焼き入れ、焼き戻し、硬質メッキ
及びベーキングの各処理を順次行う方法では、次のよう
な問題点がある。

【００１３】 焼き戻し処理の際に、金属部材の表面
が酸化されることにより粗面化又は酸化皮膜の生成等の
表面悪化が生じ、その後に行われる硬質メッキ処理にお
いてメッキの付着性が悪くなる。メッキの付着性を良く
しようとすれば、酸化された表面を浄化する処理が必要
になる。

【００１４】 硬質メッキ処理をクロームメッキ等の
単一種メッキにて行う場合は、単層状に結晶が成長する
ことにより、メッキ層にヘアークラックが入り易い。

【００１５】 ベーキング処理によるメッキ特性の向
上が得られる反面、ベーキング処理を従来の温度にて行
うと金属部材の母材の強度を急激に低下させる。

【００１６】また、特開平１−２０８４１５号公報に記
載される技術は、チル化の前提となるアルミニウム合金
鋳物の表面部の再溶融に際して、アルミニウム自体の熱
伝導性が良いことにより局部溶融の制御が困難となる。
従って、チル化層の均斉化が得難く、使用時の熱による
形状歪を生じ易いという問題点がある。

【００１７】上記に鑑みて、本発明は、メッキ処理及び
ベーキング処理が行われる段階を特定することによりメ
ッキの特性を向上させ、さらにショットピーニングが行
われる場合には特性が向上したメッキとショットピーニ
ング処理との共働により、金属部材の耐摩耗性及び疲労
強度を大巾に改善することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前述したような目的を達
成するため、請求項１及び４の発明は、表面処理される
金属部材の表面状態が良い焼き入れ処理後に硬質メッキ
処理を施し、金属部材の母材の強度を低下させない温度
域において焼き戻し処理とベーキング処理とを同時に行
い、さらに必要に応じてショットピーニングを施すこと
により表面改質された金属部材、なかでもアルミニウム
合金製部材を得ようとするものである。

【００１９】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、金属部材を焼き入れ処理した後、硬質メッキ処理を
施し、次いでベーキング処理と同時に焼き戻し処理を行
う構成となっている。

【００２０】また、請求項２の発明は、硬質メッキ処理
を良好とするためのものであって、具体的には、請求項
１の発明に、硬質メッキ処理は、Ｎｉ−Ｐメッキであり
且つベーキング処理と同時に焼き戻し処理が行われる温
度域において合金相が析出、硬化するメッキ処理である
構成を付加するものである。

【００２１】また、請求項３の発明は、硬質メッキ処理
された金属部材の強度をさらに向上させようとするもの
であって、具体的には請求項１又は２の構成に、焼き入
れ処理と、硬質メッキ処理と、同時に行われるベーキン
グ処理及び焼き戻し処理とが施された金属部材に対し、
ショットピーニング処理を施す構成を付加するものであ
る。

【００２２】また、請求項４の発明は、具体的には、ピ
ストンリング溝を有するアルミニウム合金製ピストンリ
ングよりなり、少なくともピストンリング溝部分を含む
表面部が、焼き入れ処理された後、硬質メッキ処理が施
され、次いでベーキング処理と同時に焼き戻し処理が行
われ、さらにショットピーニング処理が加えられたもの
である構成となっている。

【００２３】

【作用】請求項１の発明の構成により、金属部材への硬
質メッキ処理が焼き入れ処理後に行われる。焼き入れ処
理が、加熱後、直ちに水又は油中で冷却されることによ
り、金属部材の表面酸化が生ずることがなく、焼き入れ
後に行われる硬質メッキ処理におけるメッキ層の付着性
が良好となる。

【００２４】しかる後、焼き戻し処理が行われるに際し
て金属部材が所定の温度域におかれることにより、前記
硬質メッキ層に対するベーキング処理も同時に行われる
ことになり、金属部材の焼き戻しと硬質メッキ層の脱水
素及び硬化とを一段階の処理中に併せて行うことが可能
となる。

【００２５】また、前述したようなベーキング処理と同
時に焼き戻し処理を行うことは、焼き戻しに要する時間
との関連によりベーキング処理を、従来の独立して行わ
れるベーキング処理に比べて低温域にて行えることとな
り、金属部材の母材の強度を低下させることがない。

【００２６】また、請求項２の発明の構成により、硬質
メッキ処理をＮｉ−ｐメッキとするので、金属部材表面
に形成されるメッキ層は先ずＮｉとＰとの分散メッキと
なる。次いで、焼き戻し処理と同時に行われるベーキン
グ処理において加熱され、ＮｉとＰとは合金化し合金相
が析出することにより著しく硬化し、しかも、例えばク
ロームメッキのような単層状に単一金属結晶が成長する
場合と異なり、クラック発生がない。

【００２７】また、請求項３の発明の構成により、ベー
キング処理と同時に焼き戻し処理が行われた金属部材に
ショットピーニング処理を施すので、金属部材の表面部
及び金属部材面に形成される硬質メッキ層に残留応力が
生成し、疲労強度が増強して耐摩耗性が向上する。

【００２８】この段階において施されるショットピーニ
ング処理は、前記耐摩耗性の向上のほかに、金属部材に
対する硬質メッキ層の密着性を強化させ、且つ硬質メッ
キ層表面から母材表面部にわたって微細な凹部を形成さ
せる。

【００２９】また、請求項４の発明の構成により、金属
部材としてアルミニウム合金製部材が用いられ、且つ少
なくともピストンリング溝部分を含むピストンが前述し
たような製造方法により得られる場合には、このアルミ
ニウム合金製ピストンのピストンリング溝部分を含む表
面部は、金属部材の母材強度の低下が抑止された状態で
強固な硬質メッキ層が形成され、さらに残留応力が生成
していることにより、硬さが向上し優れた耐摩耗性を有
するものとなる。

【００３０】特に、ショットピーニング処理によりアル
ミニウム合金製ピストンの表面部に形成される微細な凹
部は、ピストンが油潤滑のもとで使用される際の微少オ
イル溜りとなり、オイル切れの防止に貢献する。

【００３１】

【実施例】本発明に至る前段階として本発明者が得た金
属部材、特にアルミニウム合金部材の表面改質時のベー
キング処理及び焼き戻し処理の温度又は時間と、アルミ
ニウム合金部材の母材の強度又は形成される硬質メッキ
層の硬さとの関係、並びに硬質メッキ層とショットピー
ニング処理との関係について説明する。

【００３２】先ず、処理が行われる場合の温度と硬質メ
ッキ処理で得られるメッキ層の硬さ又は金属部材の母材
の強度（引張強さ）との関係につき実験し、その結果を
示したのが図１である。金属部材としてアルミニウム合
金（ＡＣ４Ｃ）が用いられ、硬質メッキ処理はＮｉ−Ｐ
メッキである。

【００３３】図１に示されるグラフによれば、アルミニ
ウム合金製部材の母材の強さは破線で示されるように温
度（焼き戻し温度）１００℃付近から１６０℃付近まで
の間では強度が増大し、１６０〜２２０℃の間ではほぼ
強度が一定値を保持し、温度がそれより上昇すると強度
が急激に低下する。

【００３４】また、Ｎｉ−Ｐメッキによる硬質メッキ層
は、実線で示されるように温度（ベーキング温度）１０
０℃付近では硬さが低く、ＮｉとＰとの分散メッキの状
態であることを示している。ベーキング温度の上昇と共
に硬質メッキ層の硬さは向上し、２２０℃付近において
硬さはほぼピークに達し、この間にＮｉとＰとの合金相
が析出し著しく硬化していることがわかる。

【００３５】従って、処理温度が１６０〜２２０℃の範
囲ではベーキング処理と同時に焼き戻し処理を行うこと
ができる。

【００３６】また、ベーキング処理が行われる場合の処
理時間と硬質メッキ層の関係につき実験し、その結果を
示したのが図２である。前述したように、硬質メッキ処
理はＮｉ−Ｐメッキである。ベーキング処理温度は１７
０℃である。

【００３７】図２に示されるグラフによれば、処理時間
の増加と共に硬質メッキ層の硬さは向上し、６時間の処
理により硬さはほぼピークに達しており、この間にＮｉ
とＰとの合金相が析出し著しく硬化していることがわか
る。

【００３８】また、焼き戻し処理及びベーキング処理が
同時に行われた後に、硬質メッキ層にショットピーニン
グ処理を施すことを想定しショットピーニングの条件と
発生圧縮応力との関係につき実験し、その結果を示した
のが図３である。

【００３９】図３に示されるグラフによれば、ショット
ピーニング処理のアークハイト量０．０５mm程度から圧
縮応力が発生し、アークハイト量の増加と共に発生圧縮
応力は増すが、アークハイト量が０．５mm程度からほぼ
一定となっている。従って、アークハイト量が０．０５
〜０．５mmの範囲内でショットピーニング処理が行われ
ることが好ましいことがわかる。

【００４０】また、焼き戻し処理及びベーキング処理が
同時に行われた後に施されるショットピーニング処理に
際し、硬質メッキ層のメッキ厚さと発生圧縮応力との関
係につき実験し、その結果を示したのが図４である。こ
の図４に示される場合のショットピーニングの条件はア
ークハイト量０．５mmである。

【００４１】図４に示されるグラフによれば、ショット
ピーニング処理が施される場合のメッキ厚さは、５μｍ
以下では充分な圧縮応力が発生せず、一方、２０μｍを
超すと焼き戻し処理時にクラックが発生し、剥離を生ず
る場合も認められた。

【００４２】従って、硬質メッキ層中の好ましい発生圧
縮応力に対応するメッキ厚さは約７．５〜２０μｍの範
囲である。

【００４３】尚、ショットピーニング処理が施されない
硬質メッキ層のメッキ厚さの限度は１０〜１５μｍとな
っており、この厚さ以上になると、高回転、高磨耗速度
条件下の使用中に硬質メッキ層が剥離する例が認められ
ている。

【００４４】従って、このショットピーニング処理は、
硬質メッキ層中に圧縮応力を発生させて疲労強度を高め
ると共に硬質メッキ層のアルミニウム合金母材への密着
力を向上させており、硬質メッキ層の実用に耐える厚さ
を増大させ得ることに貢献していることがわかる。

【００４５】次に、前述したような実験結果に基づいて
成された本発明の実施例につき説明する。

【００４６】−実施例１− 金属部材としてアルミニウム合金鋳造材を用いエンジン
用のピストンを鋳造する。このアルミニウム合金製ピス
トンは少なくともピストンリング溝部分を含む表面部を
有しており、この表面部を以下の工程により改質する。

【００４７】得られるアルミニウム合金製ピストンの母
材を強化するために、４７０〜５５０℃の温度に保ち、
水浴中で急冷することにより焼き入れ処理を行う。この
焼き入れ処理による母材強化を経た上記ピストンのピス
トンリング溝部分はＨｖ：１２０〜１４５の硬度であ
る。

【００４８】焼き入れ処理に続いて、このアルミニウム
合金製ピストン表面硬化のためＮｉ−Ｐメッキによる硬
質メッキ処理を行う。

【００４９】次に、硬質メッキ処理が行われるアルミニ
ウム合金製ピストンを１６０〜２２０℃の範囲、好まし
くは１７０℃の温度に約６時間保持し、この間に、ベー
キング処理と同時に焼き戻し処理をする。

【００５０】Ｎｉ−Ｐメッキによる硬質メッキ処理及び
１７０℃の温度に約６時間保持することによりベーキン
グ処理と同時に焼き戻し処理が行われるアルミニウム合
金製ピストンは、測定の結果そのピストンリング溝部分
において焼き入れ処理直後の硬度がＨｖ：１２０〜１４
５であったものが、硬質メッキ処理及び焼き戻し処理に
より著しく向上している。

【００５１】−比較例１− 実施例１と同様に金属部材としてアルミニウム合金鋳造
材を用いてエンジン用ピストンを鋳造する。次いで、こ
の鋳造品を４７０〜５５０℃の温度で焼き入れ処理し、
さらに１６０〜２２０℃の温度で焼き戻し処理を行い、
アルミニウム合金製ピストンを得る。

【００５２】−比較例２− 比較例１と同様に金属部材としてアルミニウム合金部材
よりなるアルミニウム合金製ピストンを鋳造し、同じく
焼き入れ処理及び焼き戻し処理の後、Ｎｉ−Ｐメッキに
よる硬質メッキ処理を行い、さらに２５０℃の温度でベ
ーキング処理を行ってアルミニウム合金製ピストンを得
る。

【００５３】比較例１及び比較例２は、概ね従来例に近
似する方法である。

【００５４】比較例１及び比較例２により得られる各ア
ルミニウム合金製ピストンのピストンリング溝部分の硬
度及び上記実施例１で得られるアルミニウム合金製ピス
トンのピストンリング溝部分の各硬度を図５に示す。

【００５５】図５に示されるように、実施例１のアルミ
ニウム合金製ピストンはＨｖ：６５０程度の硬度となる
のに対し、比較例１のものはＨｖ：１２０程度、比較例
２のものはＨｖ：４５０程度の硬度であり、本発明によ
る表面改質が効果的に行われていることが明らかであ
る。

【００５６】また、図６はアルミニウム合金製部材が油
潤滑条件下で高速摺動する時の、この部材のビッカース
硬度と摩耗量との関係を示すグラフである。

【００５７】図６に示されるグラフに当嵌めると、実施
例１の硬度Ｈｖ６５０のアルミニウム合金製ピストンの
ピストンリング部分の摩耗量は、比較例２の硬度Ｈｖ４
５０のものの摩耗量の約１／３となり、実施例１のもの
は優れた耐摩耗性を有している。

【００５８】−実施例２− 実施例１と同様の金属部材とし、実施例１と同様の焼き
入れ処理、硬質メッキ処理及び同時に行われるベーキン
グ処理と焼き戻し処理の段階を経てアルミニウム合金製
ピストンを形成し、さらにショットピーニング（アーク
ハイト量０．３mm）を施してこの実施例のアルミニウム
合金製ピストンを得る。

【００５９】ショットピーニング処理によりアルミニウ
ム合金製ピストンに施される硬質メッキ層には、前述し
たように圧縮応力（残留応力）が発生し、その結果、疲
労強度が向上する。

【００６０】この疲労強度の向上の程度を測定するため
に実施例２、比較例１及び比較例２のものから回転曲げ
による疲労強度測定用テストピースを切りだし、圧縮応
力発生部の疲労強度を測定した。

【００６１】また、参考例として、比較例１のものにシ
ョットピーニング（アークハイト量０．３mm）を施し、
上記と同じく圧縮応力発生部の疲労強度を測定した。

【００６２】比較例１、比較例２、参考例及び実施例２
の各測定結果を図７に示す。図７に示されるように、実
施例２のアルミニウム合金製ピストンは疲労強度が他の
ものに比べて優れていることが明らかである。

【００６３】この実施例２において、実施例１に付加さ
れるショットピーニング処理は、上記圧縮応力の発生と
それに伴う疲労強度の向上に加えて、アルミニウム合金
製ピストンの表面部、特にピストンリング部分に微細な
凹部を形成する。これらの微細な凹部は微少オイル溜り
として機能する。

【００６４】上記微細な凹部は図８に示されるように、
深さは平均２８μｍ程度で分布は平均８０μｍ程度の間
隔となっている。尚、図８はレーザ測距器により凹部の
深さ及び分布を測定した結果が、縦横の倍率が異なるチ
ャートとして示されている。

【００６５】以下、本発明の具体例につき図面を参照し
つつ説明する。

【００６６】以下の具体例は本発明の構成に基づく作用
と効果とをより明確にするためのものであり、エンジン
の高回転により生ずるアルミニウム合金製ピストンのピ
ストンリング溝部分の摩耗について説明する。

【００６７】−具体例１− アルミニウム合金鋳造材ＡＣ４Ｃを用いて、図９に示さ
れるようなエンジン用のピストン１を鋳造した。このピ
ストン１にはピストンリング（図示省略）がそれぞれ嵌
入されるピストンリング溝として、ピストン１のヘッド
側からトップリング溝２、セカンドリング溝３及びオイ
ルリング溝４が配設されている。

【００６８】このようなピストン１の少なくともピスト
ンリング溝部分を含む表面部を、４７０〜５５０℃の温
度で焼き入れ処理し、続いてＮｉ−Ｐメッキによる硬質
メッキ処理を行った。

【００６９】硬質メッキ処理されたピストン１を１７０
℃の温度に約６時間保持し、メッキ層に対するベーキン
グ処理とアルミニウム合金部材に対する焼き戻し処理と
を併せ行った。

【００７０】さらに、ピストン１にアークハイト量０．
３mmでショットピーニング処理を加え、アルミニウム合
金製ピストン１の表面改質を行った。

【００７１】通常、エンジンが高回転される際は、その
ピストン１の各ピストンリング溝部分に異常摩耗部の発
生が避けられない。図１０（Ａ）に示されるように、ピ
ストン１を軸線沿いにＡ部位、Ｂ部位、Ｃ部位及びＤ部
位の４部位に分けて観察した場合、排気バルブが存在す
る角度位置に相当するＤ部位で、中でも図９（Ｂ）及び
（Ｃ）に示されるように、トップリング溝２部分におい
て顕著な異常摩耗部５が発生していた。

【００７２】特に、トップリング溝２の排気バルブ側の
Ｄ部位に、トップリング溝２中に嵌入されるトップリン
グの合口部が占位した場合には、上記合口部のエッジの
叩き現象により異常摩耗部５中に食い込み部が生ずるこ
ともあったのである。

【００７３】図１０（Ｂ）は通常見られるピストン１の
トップリング溝２部の摩耗を、ピストン軸線沿いに分割
したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各部位ごとの摩耗量により表した
グラフであって、排気バルブ側のＤ部位に異常摩耗部５
が発生し、上記トップリングの合口部がＤ部位に占位し
た場合は摩耗が著大で食い込み部を形成するに至ること
を示している。

【００７４】しかるに、前述したような本発明による製
造工程にすることにより、母材の強度を低下させること
なく、硬さが高く密着性の良好な硬質メッキ層が得られ
て耐摩耗性が向上し、さらに油潤滑性が改善された本発
明によるアルミニウム合金製ピストンでは、排気バルブ
側の部位において異常摩耗の発生が抑止されると共に摩
耗は軽減した。

【００７５】−具体例２− 具体例１において説明したように、ピストン１表面部の
摩耗は、高温に曝される排気バルブ側Ｄ部位（図１０
（Ａ）参照）の摩耗が大で、特にこのＤ部位のトップリ
ング溝２部分に局部的に大きな異常摩耗が発生し易い傾
向がある。また、熱の影響に加えてトップリング溝２中
に嵌入されるトップリングの合口部が上記Ｄ部位に占位
する場合は、異常摩耗がさらに大きくなることから、こ
のような状態を回避することが好ましい。

【００７６】この具体例２及び後記具体例３は、熱の影
響により異常摩耗が発生し勝ちな排気バルブ側のＤ部位
において、例えばトップリング溝２中のトップリングを
回転し易くすることにより、その合口部が継続的に占位
することを回避しようとするものである。

【００７７】各ピストンリング溝中に嵌入されているそ
れぞれのピストンリングの回転が阻止される要因として
は、 ａ．燃料の燃焼によるスラッジがリング溝に混入し回転
を妨げる、 ｂ．高速回転により油切れが生じ、潤滑性の悪化により
回転し難くなる、 ｃ．排気バルブ側のピストンリング溝がより高温にな
り、ピストンの材料軟化が生じピストンリングの合口部
のエッジが溝に食い込む。その状態で爆発圧力とピスト
ンの摺動とにより繰り返し叩き現象を生ずる、 こと等が考えられる。

【００７８】本発明による表面改質された金属部材では
ショットピーニング処理により表面に微細な凹部が形成
され、ピストンリング溝部分を含む表面部に微少オイル
溜りが分布された状態となっていることにより優れた油
潤滑性を有している。

【００７９】この具体例２は、ピストンリング溝部分に
おける油潤滑性をさらに良好なものとした。

【００８０】図１１（Ａ）に示されるように、ヘッド側
から順列するトップリング溝２、セカンドリング溝３、
オイルリング溝４を有するピストン１を形成するに際
し、少なくともピストン１の排気バルブ側に図１１
（Ｃ）に示されるようなパイプ６′を位置させ、鋳ぐる
みによりパイプ６′を含むピストン１素材を鋳造した。

【００８１】得られたピストン１素材にトップリング溝
２、セカンドリング溝３、オイルリング溝４をそれぞれ
刻設する時に、図１１（Ｂ）に示されるように上記パイ
プ６′を同時にカットし、トップリング溝２とセカンド
リング溝３との間及びセカンドリング溝３とオイルリン
グ溝４との間にそれぞれオイル通路６をつくりだした。

【００８２】尚、パイプ６′の外周面が図１１（Ｃ）に
示されるように波状にしてあるのは、鋳ぐるみ時にパイ
プ６′の接着性を向上させるためである。

【００８３】この具体例２に示されるような態様とした
アルミニウム合金製ピストン１は、少なくとも最も摩耗
の生じ易い排気バルブ側の部位に、オイルリング溝４か
らセカンドリング溝３を介してトップリング溝２に達す
るオイル通路６が設けられることにより、オイルリング
溝４から摩耗の大きいトップリング溝２までポンピング
による強制給油を可能とした。

【００８４】従って、トップリング溝２の潤滑性はより
向上し、トップリングの回転を促進し、且つ排気バルブ
側のトップリング溝１部分のオイル冷却による温度低下
を可能とした。

【００８５】図１２に具体例２により得られたピストン
のトップリング溝部分の高速耐久テストによる摩耗量測
定結果を比較例１と対比して示した。図１２に示される
結果によれば、具体例２のものはトップリング溝部分の
摩耗量が大巾に低減していることがわかる。

【００８６】−具体例３− この具体例３は、ピストンリング溝、例えば図１０
（Ａ）に示されるようなトップリング溝２とこの溝中に
嵌入されるトップリングとの間の回転潤滑性を、トップ
リングの形態により向上させようとするものである。

【００８７】即ち、図１３（Ａ）に示されるように、ト
ップリング７の一面又は両面に、図１３（Ｂ）に示され
るような彎曲カム面を有する部分円弧状のラセン溝８を
均等角度割りの位置に複数個配設した。

【００８８】トップリング７のピストンヘッド側の一面
もしくはセカンドリング側の他面又はそれらの両面に配
設されたラセン溝は、ピストンの高速での往復運動によ
って傾斜分力による回転トルクを生じ、いわゆる風車方
式によりピストンリングの回転力向上をもたらす。

【００８９】このような態様のピストンリングは、上記
ラセン溝８がオイル溜りとして機能することによる潤滑
特性の向上及びラセン溝８への燃料の燃焼時のスラッジ
取込みによる研削摩耗の防止等の効果が得られ、本発明
によるアルミニウム合金製ピストンに併用した場合にピ
ストンリング溝、特にトップリング溝２部分の摩耗が抑
止された。

【００９０】図１４に具体例３により得られたピストン
リング（トップリング）を用いた場合のトップリング溝
部分の高速耐久テストによる摩耗量測定結果を比較例１
と対比して示した。図１４に示される結果によれば、具
体例３のものは併用によりトップリング溝部分の摩耗量
が大巾に低減していることがわかる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係る表面改質された金属部材の製造方法によると、金属
部材の焼き入れ処理に続いて硬質メッキ処理が行われ、
さらに金属部材の焼き戻し処理と硬質メッキ処理のベー
キング処理とが同時に一つの段階で行われることによ
り、硬質メッキ処理前の浄化処理が省略できること並び
に硬質メッキ層の硬化を金属部材に影響を与えない熱処
理温度で共用して行うことにより工程を簡略化し、コス
トダウンを図ることができる。

【００９２】また、請求項２の発明により、硬質メッキ
処理をＮｉ−Ｐメッキで行うことにより、金属部材の焼
き戻し処理と同時に行われるベーキング処理中に、分散
メッキから合金相が析出する硬化が達成され、金属部材
の耐摩耗性を効果的に向上させ得る。

【００９３】また請求項３の発明により、焼き戻し処理
とベーキング処理とが同時に行われた金属部材にショッ
トピーニング処理を施すことにより、硬質メッキ相の耐
摩耗性がより向上すると共に疲労強度が向上する。さら
に、硬質メッキ層の金属部材への密着性を良好にするの
で、硬質メッキ層の厚さを大きくすることができ、耐摩
耗性の向上に貢献する。

【００９４】請求項４の発明に係る表面改質された金属
部材によると、少なくともピストンリング溝部分を含む
表面部が改質されたアルミニウム合金製ピストンが得ら
れ、特にショットピーニング処理が施されるために圧縮
応力の増加とオイル溜りの形成が行われ、疲労強度及び
耐摩耗性を向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】処理温度とメッキ層の硬さ又は母材の引張り強
度との関係を表すグラフである。

【図２】ベーキング処理時の時間とメッキ層の硬さとの
関係を表すグラフである。

【図３】ショットピーニング処理の条件とメッキ層に発
生する圧縮応力との関係を表すグラフである。

【図４】ショットピーニング処理時のメッキ層の厚さと
発生する圧縮応力との関係を表すグラフである。

【図５】硬質メッキ処理後の表面部の硬さの比較を表す
図である。

【図６】アルミニウム合金製部材のビッカース硬度と油
潤滑下で高速摺動する時の摩耗量との関係を表すグラフ
である。

【図７】ショットピーニング処理後の疲労強度の比較を
表す図である。

【図８】ショットピーニング処理により形成される微細
凹部の測定チャートである。

【図９】本発明の具体例を説明するための図であって、
（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視要部断面
図、（Ｃ）は（Ａ）のＤ部位の要部拡大図である。

【図１０】本発明の具体例を説明するための図であっ
て、（Ａ）はピストンの軸線に沿って４部位とした状態
を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の各部位における摩耗量を表
すグラフである。

【図１１】本発明の具体例２のピストンの説明図であっ
て、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ視要部断
面図、（Ｃ）は鋳ぐるまれるパイプを例示する図であ
る。

【図１２】本発明の具体例２のピストンリング溝の摩耗
量を表す図である。

【図１３】本発明の具体例３に用いられるピストンリン
グの説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は要部拡
大斜視図である。

【図１４】本発明の具体例３のピストンリング溝の摩耗
量を表す図である。

【符号の説明】

１ ピストン ２ トップリング溝 ３ セカンドリング溝 ４ オイルリング溝 ５ 異常磨耗部 ６ オイル通路 ６′ パイプ ７ トップリング ８ ラセン溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 隆 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属部材を焼き入れ処理した後、硬質メ
   ッキ処理を施し、次いでベーキング処理と同時に焼き戻
   し処理を行うことを特徴とする表面改質された金属部材
   の製造方法。
2. 【請求項２】 上記硬質メッキ処理は、Ｎｉ−Ｐメッキ
   であり且つベーキング処理と同時に焼き戻し処理が行わ
   れる温度域において合金相が析出、硬化するメッキ処理
   であることを特徴とする請求項１に記載の表面改質され
   た金属部材の製造方法。
3. 【請求項３】 上記焼き入れ処理と、硬質メッキ処理
   と、同時に行われるベーキング処理及び焼き戻し処理と
   が施された金属部材に対し、ショットピーニング処理を
   施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面改質
   された金属部材の製造方法。
4. 【請求項４】 ピストンリング溝を有するアルミニウム
   合金製ピストよりなり、少なくともピストンリング溝部
   分を含む表面部が、焼き入れ処理された後、硬質メッキ
   処理が施され、次いでベーキング処理と同時に焼き戻し
   処理が行われ、さらにショットピーニング処理が加えら
   れたものであることを特徴とする表面改質された金属部
   材。