CN1782358B

CN1782358B - 用于内燃机的活塞

Info

Publication number: CN1782358B
Application number: CN200510125792.6A
Authority: CN
Inventors: 田畑胜宗; 佐藤奈绪子; 白石隆; 村上康则
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: US7287459B2; CN1782358A; DE102005057754A1; US20060117947A1; JP2006161563A; DE102005057754B4

Abstract

一种用于内燃机的活塞，该活塞具有一裙部，包括：树脂涂层，其形成在该裙部的表面上；和在该树脂涂层上规则布置的多个凹坑；当所述凹坑沿所述裙部的滑动方向的长度为“S”，并且所述凹坑沿与所述滑动方向垂直的周向的长度为“L”时，将这些长度的关系设为“S”＝“L”或“S”＜“L”；所述凹坑的深度不小于5μm且不大于30μm；当所述相邻凹坑之间沿所述滑动方向的最短间隔为“PS”时，所述“PS”在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内；其中所述树脂涂层形成在所述凹坑的底部，并且所述凹坑布置为矩形点阵或菱形点阵。

Description

用于内燃机的活塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞，更具体地涉及这样一种技术，该技术用于在裙部表面上形成树脂涂层以减少活塞的摩擦阻力。

背景技术

已知的是，内燃机活塞的滑动表面的表面处理提高了燃料效率，并防止咬粘和产生异常噪声。例如，已经提出了一种表面处理，其中通过喷砂或喷丸硬化处理而在裙部外壁上设置微小凹坑(例如，参见专利文献1)。专利文献1提出，将润滑油保持在那些微小凹坑中以几乎不能流下，从而可以防止气缸套和活塞咬粘。

对于与专利文献1相似的表面处理，已经提出了用于2冲程循环汽油机的活塞，其中通过加压模制处理、喷砂、喷丸硬化处理等在裙部的外周表面上模制出多个凹坑(例如，参见专利文献2)。专利文献2提出，由于通过在活塞的裙部上设置凹坑而向暴露于高温气体的气缸内壁表面的上部供应足够的润滑油，因此改善了在活塞和气缸之间的整个滑动表面上的润滑特性。

还公开了一种活塞，其中，在活塞体侧面的裙部上设有沿着周向延伸的凸出部分，并且在该凸出部分的表面上还设有微小凹陷(凹坑)(例如，参见专利文献3)。这些微小凹陷以适当的尺寸通过喷丸硬化处理而形成。根据专利文献3，润滑油不仅保持在相应微小凹陷中，而且易于从形成在凹坑上的凹部供应到滑动表面。因此，在最初磨损结束之后并且活塞自身适应于套筒之后，将润滑油供应给滑动表面以形成油膜，从而不仅润滑滑动表面而且防止产生异常噪声。

另外，已经公开了一种滑动部分元件，在用于该滑动部分元件的原料的表面上形成条纹之后在该滑动部分元件上形成涂层，从而其表面粗糙度变为8μmRz至18μmRz(通过10点平均粗糙度测量)(例如，参见专利文献4)。具体地，该涂层由干涂膜润滑剂构成，该干涂膜润滑剂包含至少一种涂膜改良剂(选自聚酰胺-酰亚胺树脂、环氧硅烷和环氧树脂)和至少一种硬颗粒(选自氮化硅酮和氧化铝)。根据专利文献4，由于改善了该滑动部分元件的摩擦阻力和紧密接触，同时通过上述涂层减少了滑动部分元件的摩擦系数，因此专利文献4的发明可以应用于活塞。

[专利文献1]日本实用新型专利实开昭公开No.52-16451

[专利文献2]日本实用新型专利实开昭公开No.57-193941

[专利文献3]国际专利公开小册子WO 01/02712A1

[专利文献4]日本专利特开公开No.2004-149622

如上所述，在专利文献1至3中，通过机械处理(例如，喷砂、喷丸硬化处理和加压模制)在由金属制成的裙部的滑动表面上设置微小凹坑，以用作储油部(来自该储油部的机油润滑滑动表面)从而减少裙部的摩擦。然而，在处于较差机油润滑状态的裙部的滑动区域(即，所谓的固体接触区域)中，通过润滑油没有实现减少摩擦的效果。因此，根据专利文献1至3的表面处理限于减少在裙部处的摩擦阻力。

在专利文献4中，通过用干涂膜润滑剂涂覆裙部而减少在固体接触区域中的摩擦阻力。在裙部的滑动表面上，通过在涂覆之前进行切削加工而形成规则布置的条纹，并且这些条纹用作储油部以扩展机油循环区域(即，所谓的在裙部中的复杂润滑区域)，从而减少摩擦阻力。然而在专利文献4中，当形成涂层时，通过例如研磨和车削的通常机械加工将原料的滑动表面预先修整为期望的表面粗糙度，进一步通过切削加工形成规则布置的条纹，然后施加涂层，通过高温反应使其硬化以形成具有干涂膜润滑剂的涂层。即，尽管专利文献4与专利文献1至3相比在减少裙部的摩擦阻力方面更有效，但是其在裙部的表面处理中包括两个过程，即机械和化学(涂覆)表面处理。因此，强烈需要能够更容易地减少裙部的摩擦阻力的表面处理方法。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，并且其目的是提供一种能够简化表面处理过程的用于内燃机的活塞，以减少裙部的摩擦阻力，同时降低在处于较差机油润滑状态的固体接触区域以及机油循环复杂润滑区域中的摩擦阻力。

本发明人已积极进行研究以希望解决上述问题。结果他们发现，可以通过在裙部的表面上形成树脂涂层并进一步在该树脂涂层上设置规则布置的凹坑以减少在固体接触区域中的摩擦阻力，从而解决上述问题，由此实现本发明。更具体地，本发明如下。

(1)用于内燃机的活塞，该活塞具有裙部，包括：

树脂涂层，其形成在该裙部的表面上；和

在该树脂涂层上规则布置的多个凹坑；

并且，当所述凹坑沿所述裙部的滑动方向的长度为“S”，并且所述凹坑沿与所述滑动方向垂直的周向的长度为“L”时，将这些长度的关系设为“S”＝“L”或“S”＜“L”；

所述凹坑的深度不小于5μm且不大于30μm；

并且，当所述相邻凹坑之间沿所述滑动方向的最短间隔为“PS”时，所述“PS”在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内；

其中所述树脂涂层形成在所述凹坑的底部，并且所述凹坑布置为矩形点阵或菱形点阵。

根据发明(1)的活塞用于内燃机中，该内燃机具有形成在裙部表面上的树脂涂层。该树脂涂层可以设有多个规则布置的凹坑。

该内燃机可以是2冲程循环汽油机或者4冲程循环汽油机。内燃机的每个活塞通常由在气缸内往复运动的三个活塞环来支撑。通常，由铝合金制成的活塞体形成为柱形并包括环岸部(land part)和裙部。环岸部具有顶表面以保持活塞环。对于活塞体，裙部的外周表面(也称为套筒)具有在滑动时与气缸内壁的最大的接触面积。

因此，裙部的表面可以覆盖裙部的外周表面以及在滑动时与气缸内壁接触的部分。在裙部表面上形成的树脂涂层可以是在裙部的整个外周表面区域形成的树脂涂层，或者在裙部的周面上除了用于插入连接气缸和连杆的销的销开口的周边之外形成的树脂涂层。这是因为通常销开口的周边通过切割裙部的外周表面而形成为侧壁。而且根据需要，可以限制树脂涂层的面积范围和位置。

根据发明(1)的活塞，在裙部的表面上可以形成具有低摩擦阻力和高耐热性的单树脂的树脂涂层，或者合成树脂的树脂涂层，该合成树脂包括上述包含固体润滑剂的单树脂以能够减少裙部的固体接触区域的摩擦阻力。可以适当地选择单树脂或合成树脂。

根据发明(1)的活塞还在树脂涂层中设有多个规则布置的凹坑。例如，可以通过在专利文献4中公开的通常方法在裙部上形成凹坑。简言之，将活塞体脱脂、冲洗、预加热，并且通过喷涂或丝网印刷技术在裙部的滑动表面上涂覆将成为树脂涂层的涂料。随后，该涂料通过高温反应硬化以形成树脂涂层。

因此，当预先在裙部的表面上遮盖(mask)凹坑时，它们通过喷涂而形成。或者，当在作为抗蚀件的丝网印板上绘出凹坑的轨迹时，它们通过丝网印刷而形成。凹坑也可以称为由树脂涂层包围的区域。另外，凹坑可以由树脂涂层包围，并且树脂涂层也可以形成在凹坑的底部，或者凹坑规则地布置在裙部表面上，并且树脂涂层可以形成在包括裙部凹坑的表面上。然而，在由树脂涂层包围的凹坑的底部，裙部表面优选地暴露。

本发明的凹坑可以视为在裙部表面上表现(express)为预定区域并基本由树脂涂层包围以具有预定容积。由树脂涂层包围并表现在裙部表面上的凹坑形状可以例如为圆形或椭圆形、正方形或矩形、三角形、或任何其它包括封闭区域的形状。另外，本发明并不排除存在不同形状的凹坑，但是凹坑优选地具有相同的形状。

由于在树脂涂层中凹坑的规则布置是适当布置的实施例，并且考虑到下述凹坑的功能，认为其以不规则的点状存在于树脂涂层中并不是优选的，它们优选地以类似图案的规则方式布置在树脂涂层中。

具体地，形成为圆形或矩形的凹坑可以布置成点阵图案。在这种情况下的点阵图案可以为矩形或菱形。形成为圆形或矩形的凹坑可以分别沿着裙部的滑动方向以及与滑动方向垂直的周向以相等的间隔布置，并且也可以沿着裙部的滑动方向以及上述周向以不同的间隔布置。

如上所述，根据本发明的凹坑具有一定的容积并具有机油保持功能。本发明的多个凹坑可以用作所谓的储油部，从而减少裙部的复杂润滑区域的摩擦阻力。另外，本发明仅通过化学涂覆处理而不采用传统的机械表面处理，就可以减少复杂润滑区域的摩擦阻力，从而减少整个裙部的摩擦阻力。

在根据发明(1)的活塞中，当所述凹坑沿所述裙部的滑动方向的长度为“S”，并且所述凹坑沿与所述滑动方向垂直的周向的长度为“L”时，以关系“S”＝“L”或“S”＜“L”来形成凹坑。

作为积极试验的结果，本发明人确定，以关系“S”＝“L”或“S”＜“L”来形成凹坑是有效的。当以关系“S”＞“L”形成凹坑时，难以确保在裙部滑动时在凹坑处足够的油压，从而在裙部的滑动表面上几乎不会形成油膜，由此难以有效地减少在复杂润滑区域中的摩擦阻力。

以关系“S”＝“L”形成的凹坑形状为圆形或正方形。当以关系“S”＜“L”形成的凹坑形状为椭圆形时，通过将形成椭圆的长轴布置成平行于裙部的外周方向、并将椭圆的与长轴垂直的短轴布置成平行于裙部的滑动方向，确保了凹坑内的油压，从而有效地减少在裙部的复杂润滑区域中的摩擦阻力。

在根据发明(1)的活塞中，形成在裙部表面上的树脂涂层其膜厚度制成为在5μm至30μm的范围内。

当根据本发明的树脂涂层的膜厚度为5μm或更薄时，由树脂涂层包围的凹坑的深度较浅并且机油保持容积和凹坑容量变小，这导致难以在树脂涂层的表面上形成油膜以及难以有效地减少在复杂润滑区域中的摩擦。

另一方面，当根据本发明的树脂涂层的膜厚度为30μm或更厚时，由树脂涂层包围的凹坑变为深到底部，从而在凹坑中需要大量机油，这导致难以在处于并非良好机油润滑状态的裙部的滑动环境下有效地减少摩擦。

在根据发明(1)的活塞中，当相邻凹坑之间沿裙部的所述滑动方向的最短间隔为“PS”时，该“PS”设定在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内。

当相邻凹坑之间沿所述滑动方向的最短膜间隔PS为“0.5”×“S”或更小时，将成为涂覆壁的树脂涂层的强度不足，从而该树脂涂层将会被加到其上的剪切力破坏。另一方面，当上述最短膜间隔PS为“2”×“S”或更大时，所述固体接触的可能性变高，从而并不能促进在整体上减少裙部的摩擦阻力。

(2)根据(1)的活塞，其中，所述“S”和“L”不小于5μm且不大于4mm。

在根据发明(2)的活塞中，将凹坑沿裙部的滑动方向的长度“S”、以及凹坑沿裙部的周向的长度“L”设定在从5μm到4mm的范围内。

例如，当凹坑形状为圆形并且圆形凹坑的直径不大于5μm时，机油由于其自身固有粘性而几乎不会流入微小凹坑中，这导致减少了在凹坑处的机油保持功能，并难以有效地减少在复杂润滑区域中的摩擦。

另一方面，当上述圆形凹坑的直径不小于4mm时，保持在凹坑中的机油由于表面压力而流出，从而在树脂涂层的表面上几乎不会形成油膜。因此，几乎不会有效地减少在复杂润滑区域中的摩擦。

(3)根据(1)所述的活塞，其中，当所述相邻凹坑之间沿所述周向的最短间隔为“PL”时，所述“PL”在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内。

在根据发明(3)的活塞中，当相邻凹坑之间沿与裙部滑动方向垂直的周向的最短间隔为“PL”时，该“PL”设定在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内。

当相邻凹坑之间沿所述周向的最短膜间隔PL为“0.5”×“S”或更小时，将成为涂覆壁的树脂涂层的强度不足，从而该树脂涂层将会被加到其上的剪切力破坏。另一方面，当上述最短膜间隔PL为“2”×“S”或更大时，所述固体接触的可能性变高，从而并不能促进在整体上减少裙部的摩擦阻力。

(4)根据(1)的活塞，其中，上述树脂是从一组中选择的至少一种类型，该组包括聚酰胺树脂、聚苯硫醚、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂和聚四氟乙烯树脂。

在根据发明(4)的活塞中，所述树脂是从一组中选择的至少一种类型，该组包括聚酰胺树脂(PA)、聚苯硫醚(PPS)、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂(PAI)、聚酰亚胺树脂(PI)和聚四氟乙烯树脂(PTFE)。这些树脂具有低摩擦阻力和高耐热性能。

(5)根据(1)的活塞，其中，上述树脂涂层包括选自一组的至少一种无机固体润滑剂，该组包括过渡金属硫化物、石墨、六方氮化硼、合成云母和滑石。

在根据发明(5)的活塞中，所述树脂涂层包括选自一组的至少一种无机固体润滑剂，该组包括过渡金属硫化物、石墨、六方氮化硼、合成云母和滑石。过渡金属硫化物可以例示为二硫化钼(MoS₂)或二硫化钨(WS₂)。

(6)根据(1)的活塞，其中，上述树脂涂层包含有包括碳氟树脂的有机固体润滑剂。

在根据发明(6)的活塞中，所述树脂涂层包含有包括碳氟树脂的有机固体润滑剂。包括碳氟树脂的有机固体润滑剂可以例示为聚四氟乙烯(PTFE)和四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚(PFA)。

另一方面的可选的活塞，其中，所述凹坑为其中没有形成所述树脂涂层的非涂覆区域。

如上所述，可以通过遮盖或抗蚀来形成凹坑。与上述底面可以是树脂涂层的凹坑相反，该凹坑的底部为裙部表面。即，根据发明(1)的树脂涂层可以形成为多层，而根据该方面的本发明的树脂涂层可以形成为单层以简化涂覆过程。

本发明的活塞是待用在内燃机中的活塞，在其裙部表面上形成有树脂涂层。在该树脂涂层中，设有多个规则布置的凹坑，从而可以减少在处于较差润滑状态的固体接触区域和机油循环复杂润滑区域中的摩擦阻力。

另外，本发明的活塞仅通过对裙部进行化学涂覆处理而不采用传统的机械表面处理，就能够减少复杂润滑区域中的摩擦阻力，从而可以在整体上减少裙部的摩擦阻力。

附图说明

图1是表示根据本发明的活塞的一个实施例的前视图，示出了局部剖取的涂层。

图2是根据本发明实施例的裙部表面的局部放大视图。

图3是根据本发明实施例的裙部的局部剖视图。

图4是根据本发明实施例的裙部和套筒部的相关部分的纵剖视图。

图5A和图5B是根据本发明实施例的多个凹坑布置的俯视图。

图6A和图6B是根据本发明实施例的多个凹坑布置的俯视图。

图7A和图7B是根据本发明实施例的多个凹坑布置的俯视图。

图8是将传统的裙部的摩擦系数μ值与根据本发明实施例的裙部的摩擦系数μ值进行比较的图表。

图9是用于测量根据本发明实施例的裙部的摩擦系数μ值的试验器结构的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图说明本发明的最佳实施方式。

图1是表示根据本发明的活塞的一个实施例的前视图。图1示出了局部剖取的涂层。图2是根据上述实施例的裙部表面的局部放大视图。图3是根据上述实施例的裙部表面的局部剖视图。图3是沿着图2的箭头线A-A剖取的剖视图。图4是根据上述实施例的裙部和套筒的相关部分的纵剖视图。

图5是根据上述实施例的多个凹坑布置的俯视图。图5A表示圆形凹坑的一个布置示例，而图5B表示与图5A不同的圆形凹坑的布置示例。图6是根据上述实施例的多个凹坑布置的俯视图。图6A表示矩形凹坑的一个布置示例，而图6B表示与图6A不同的矩形凹坑的布置示例。图7是根据上述实施例的多个凹坑布置的俯视图。图7A表示与图6A不同的矩形凹坑的布置示例。图7B是等边三角形凹坑的一个布置示例。

图8是将传统的裙部的摩擦系数μ值与根据本发明的裙部的摩擦系数μ值进行比较的图表。图9是用于测量根据本发明的裙部的摩擦系数μ值的试验器结构的示意图。

首先，将说明根据本发明的内燃机的活塞的结构。在图1中，活塞1通常支撑有三个活塞环(未示出)，以在汽缸内进行往复运动。由铝合金制成的活塞体10形成为柱形，并包括裙部1a和环岸部1b。环岸部1b具有活塞顶面以保持活塞环。另外，活塞体10的裙部1a的外周表面11是这样的部分，该部分在滑动时具有与套筒3(参见图4)最大的接触面积。

因此，裙部1a的表面21可以是这样的表面，其覆盖裙部1a的外周表面11，而且是在滑动时与气缸内壁接触的部分。这里，图中的箭头X表示裙部1a的滑动方向。

如图1所示，在裙部1a的表面上形成有树脂涂层2。裙部1a的表面基本上平滑，并且在其上规则地布置有多个由树脂涂层2包围的凹坑。

在图1中，树脂涂层2可以形成在裙部1a的外周表面11的整个区域上，或者形成在裙部1a的除了用于插入将气缸与连杆相连的销的销开口的周边之外的外周表面11上。这是因为通常销开口的周边通过切掉裙部1a的外周表面11而形成为侧壁。根据需要，可以限制树脂涂层2的面积范围和位置。

因此，在活塞1中，裙部1a的表面21基本上平滑，从而可以在裙部1a的表面21上形成有由具有低摩擦阻力和高耐热性的单树脂制成的树脂涂层，并且可以在裙部1a的表面21上形成有由包含在上述单合成树脂中的固体润滑剂的合成树脂制成的树脂涂层。因此，可以减少裙部的固体接触区域的摩擦阻力。在这种情况下，可以适当地选择单树脂或合成树脂。

在根据本发明的活塞1中，在涂层2上规则地布置有多个由树脂涂层2包围的凹坑(例如，参见图2中的椭圆形凹坑2a)。凹坑2a可以例如被视为在裙部1a的表面21上表现为预定区域的部分，并实际上由树脂涂层2包围以具有预定容积(参见图3)。

而且，由树脂涂层2包围并表现在其表面21上的凹坑形状，可以例如为如图5所示的圆形(圆形凹坑2b)、或者如图2所示的椭圆形(椭圆形凹坑2a)。另外，凹坑形状可以为正方形、如图6和图7所示的矩形(矩形凹坑2c)、如图7B所示的三角形(三角形凹坑2d)、以及包括闭合区域的任何其它形状。

图2和图5至图7例示了凹坑2a至2d的适当布置。例如，在图2中，椭圆形凹坑2a布置为矩形点阵。而在图5A中，圆形凹坑2b布置为矩形点阵。在图5B中，圆形凹坑2b布置为菱形点阵，即，布置在矩形形状的四角以及在连接这些角的对角线的相交处。在图6A中，矩形凹坑2c布置成矩形点阵。在图6B中，矩形凹坑2c布置成菱形点阵，即，布置在矩形形状的四角以及连接这些角的对角线的相交处。

在图7A中，矩形凹坑2c以沿着菱形点阵的方式布置。在图7B中，三角形凹坑2d布置成菱形点阵。另外，圆形或矩形凹坑可以分别沿着裙部1a的滑动方向X和与该滑动方向X垂直的周向以相等的间隔布置，或者沿着裙部1a的滑动方向和上述周向以不同的间隔布置。

如图4所示，例如，凹坑2a具有一定的容积以具有机油保持功能。多个凹坑可以用作所谓的储油部。这些作为储油部的凹坑2a可以减少裙部1a的复杂润滑区域的摩擦阻力。另外，本发明仅通过化学涂覆处理而没有如通常那样在裙部上进行机械表面处理，就可以减少复杂润滑区域的摩擦阻力。因此，可以整体上降低裙部的摩擦阻力。

另外，本发明人已积极地进行试验，结果发现为了实现本发明在凹坑尺寸、相邻凹坑之间的间隔、涂膜厚度方面有多个条件。第一条件为：当所述凹坑沿所述裙部的滑动方向的长度为“S”，并且沿与所述滑动方向垂直的周向的长度为“L”时，建立关系“S”＝“L”或“S”＜“L”。

本发明人确定，以关系“S”＝“L”或“S”＜“L”设定本发明的凹坑是有效的。当以关系“S”＞“L”设定凹坑时，难以确保在裙部滑动时在凹坑中足够的油压，从而在裙部的表面21(滑动表面)上几乎不会形成油膜(参见图4)，由此难以有效地减少在复杂润滑区域中的摩擦。

例如，以关系“S”＝“L”设定的凹坑形状为圆形(参见图5)或正方形。当以关系“S”＜“L”设定的凹坑形状为椭圆形(参见图2)时，通过将椭圆的长轴布置成平行于裙部1a的外周方向、并将椭圆的与上述长轴垂直的短轴布置成平行于裙部1a的滑动方向，可以确保凹坑内的油压，从而有效地减少在裙部的复杂润滑区域中的摩擦。

第二条件为：将凹坑沿裙部1a的滑动方向的长度“S”、以及凹坑沿裙部1a的周向的长度“L”设定在从5μm到4mm的范围内。

例如，当凹坑形状为圆形(参见图5)并且圆形凹坑2b的直径不大于5μm时，机油E由于其自身固有粘性而难以流入这些微小凹坑中，从而降低了在凹坑处的机油保持功能。因此，难以在复杂润滑区域中表现出机油的减少摩擦的效果。另一方面，当未涂覆的圆形凹坑2b的直径不小于4mm时，保持在凹坑2b中的机油E(参见图4)由于表面压力而流出，从而变得难以在涂层上形成油膜。因此，难以在复杂润滑区域中表现出机油的减少摩擦效果。

第三条件为：形成树脂涂层2，其膜厚度h在5μm至30μm的范围内(参见图3)。例如当树脂涂层2的膜厚度h为5μm或更薄时，所形成凹坑2a(参见图3)的深度较浅，从而在凹坑2a处的机油保持量和容量变小，由此难以在树脂涂层2的表面上形成油膜。因此，在复杂润滑区域中几乎不会表现出机油的减少摩擦效果。

另一方面，例如当树脂涂层2的膜厚度h为30μm或更厚时(参见图3)，所形成的凹坑2a(参见图3)的深度较深，从而在凹坑2a中需要大量机油，由此难以在处于机油E的并非良好润滑状态的裙部1a的滑动环境中表现出机油的减少摩擦效果。

第四条件为：当相邻凹坑之间沿与滑动方向X垂直的周向的最短膜间隔为“PL”时，将PL设定在从0.5×S至2×S的范围内(参见图2)。当最短膜间隔PL为0.5×S或更小时，将成为涂覆壁的树脂涂层2的强度不足，从而该树脂涂层2将会被加到其上的剪切力破坏。另一方面，当最短膜间隔PL为2×S或更大时，固体接触的可能性变高，从而并不能促进在整体上减少裙部的摩擦阻力。

第五条件为：当相邻凹坑之间沿裙部1a的所述滑动方向X的最短膜间隔为“PS”时，将“PS”设定在从0.5×S至2×S的范围内(参见图2)。当最短膜间隔PS为0.5×S或更小时，将成为涂覆壁的树脂涂层2的强度不足，从而该树脂涂层2将会被加到其上的剪切力破坏。另一方面，当最短膜间隔PS为2×S或更大时，固体接触的可能性变高，从而并不能促进在整体上减少裙部的摩擦阻力。

树脂将成为应用于本发明的涂层的基质，其例示为聚酰胺树脂(PA)、聚苯硫醚(PPS)、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂(PAI)、聚酰亚胺树脂(PI)和聚四氟乙烯树脂(PTFE)。这些树脂是优选的，具体地因为它们具有低摩擦阻力和高耐热性。它们可以是包括选自上述树脂的两种或多种树脂的合成树脂。这里，“合成树脂”是指通过包括树脂混合、聚合物合金形成、共聚作用等技术制备的树脂。

另外，上述涂层除了所述树脂之外还可以包含无机固体润滑剂。作为无机固体润滑剂的示例，列举了一些填充物，例如包括二硫化钼(MoS₂)或二硫化钨(WS₂)的过渡金属硫化物、石墨、六方氮化硼、合成云母和滑石。它们可以单独使用或者其两种或多种组合使用。

上述涂层除了所述树脂之外还可以包括有机固体润滑剂。有机固体润滑剂的示例为包括碳氟树脂的填充物，例如四氟乙烯(PTFE)和聚四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚(PFA)。它们可以单独使用或者其两种或多种组合使用。

此外，通过以PAI为原料组合MoS₂和PTFE制备的涂层是优选的，这具体因为其具有较低的摩擦阻力和高耐热性。

示例

下面，将参考示例说明本发明。对于用于测量根据本发明的涂层的摩擦系数μ值的试验器，采用指定为“JASO M349-95”的低速摩擦装置(LVFA)。如图9中的LVFA结构的示意图所示，在由铝合金制成的试件B上形成有多种如下表1中所示的涂膜C。

当涂覆有这些涂膜C的试件B以6米/秒的圆周速度转动时，机油E以液滴的形式持续添加到涂膜C上，在预定表面压力P下用板挤压该涂膜，以测量摩擦系数μ值。在表1中显示了结果。表1中的图案规格表示凹坑的形状和尺寸以及在相邻凹坑之间的间隔等。

表1

在表1的示例1至4、7和8中，使用了聚酰胺-酰亚胺合成树脂，包括PAI(40％)、MoS₂(30％)和PTFE(30％)。而且在表1的示例5、6和9中，使用了包括酚醛树脂的单树脂。

表1中所示的结果支持上述建立的条件。例如，示例1与2的比较以及示例3与4的比较支持为什么将凹坑的长度“L”和“S”设定在范围5μm到4mm的范围内的原因。

此外，图8是表示μ值测量结果的图表，其中，在表1的示例1中表面压力P从“0.5”Mpa变为“1.0”Mpa，并且在图9中显示出在试件B上设有不具有涂膜C的传统产品。在图8中，左边带有阴影的条带表示示例1的结果，而右边白色条带表示传统产品的结果。

如图8所示，已证实本发明的活塞裙部与传统产品相比较，即使在大约“0.5”Mpa的低表面压力下也表现出低的μ值，并且即使在大约“1.0”Mpa的高表面压力下也不会改变其μ值。

由于活塞的滑动环境伴随有低到高的表面压力波动，因此不仅在特定表面压力下而且在宽范围的表面压力条件下，μ值都优选地较低。在本发明的活塞裙部中，不仅在低表面压力下降低了μ值，而且在宽范围的表面压力条件下该低μ值保持不变。因此，使用本发明的活塞裙部的发动机可以提高燃料效率。

本发明要求于2004年12月2日提交的日本专利申请No.2004-349689的优先权，其内容结合于此作为参考。

Claims

1.一种用于内燃机的活塞，该活塞具有一裙部，包括：

树脂涂层，其形成在该裙部的表面上；和

在该树脂涂层中规则布置的多个凹坑；

当所述凹坑沿所述裙部的滑动方向的长度为“S”，并且所述凹坑沿与所述滑动方向垂直的周向的长度为“L”时，将这些长度的关系设为“S”＝“L”或“S”＜“L”；

所述凹坑的深度不小于5μm且不大于30μm；

当所述相邻凹坑之间沿所述滑动方向的最短间隔为“PS”时，所述“PS”在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内；

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述“S”和“L”不小于5μm且不大于4mm。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，当所述相邻凹坑之间沿所述周向的最短间隔为“PL”时，所述“PL”在从“0.5”×“S”至“2”×“S”的范围内。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述树脂是从一组中选择的至少一种类型，该组包括聚酰胺树脂、聚苯硫醚、环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂和聚四氟乙烯树脂。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述树脂涂层包括选自一组的至少一种无机固体润滑剂，该组包括过渡金属硫化物、石墨、六方氮化硼、合成云母和滑石。

6.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述树脂涂层包含有包括碳氟树脂的有机固体润滑剂。