JP2007509279A - パターン付けされたコーティングを有するピストン、及びパターン付けされたコーティングを提供する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のシリンダ内において往復運動するピストンに関する。ピストンはボディを有しており、このボディは、ボディの上縁に形成されたクラウンと、クラウンから垂下した、シリンダに対する相対的な摺動のためのスカートとを有している。ピストンはさらに、スカートとシリンダとの間に配置されるための、ピストンスカートに結合されたコーティングを有している。コーティングは、スカートとシリンダ壁との間に潤滑剤を保持する、スカートの表面における凹所の所定のパターンを形成するように、コーティングに形成された複数の凹所を有している。コーティングは、シリンダ内でのピストンの往復運動中にピストンスカートの外周面に沿って潤滑剤を方向付ける。ピストンスカートにコーティングを提供する方法も開示している。

Description

発明の分野
本発明は概して内燃機関のためのピストンに関する。より具体的には、本発明は、指向性潤滑流及び／又は潤滑保持のためのピストンスカートに提供されたパターン付けされたコーティングを有するピストン、及びピストンにコーティングを提供する方法に関する。

関連技術の説明
関連技術において知られた内燃機関は概して、その他の基本的構成要素の中で、１つ又は２つ以上のシリンダを有するエンジンブロックと、エンジンブロックに関連したシリンダヘッドと、各シリンダ内で往復運動するように支持されたピストンとを有する。ピストンは概してボディを有しており、ボディは、クラウンと、ピストンのボディの下半分を形成するようにクラウンから垂下したスカートとを有している。下半分はスカートと呼ばれている。なぜならば、ボディに形成されたピンボアを覆っている若しくは包囲しているからである。ピンボアはコネクティングロッドにおける同様のボアに対応する。ピンは、ピストンをコネクティングロッドに取り付けるために対応するボアに貫通させられる。

概して、ピストンを往復運動させるためにシリンダ内で燃料が燃焼される。ピストンは、クランシャフトを駆動するコネクティングロッドを駆動し、エンジンブロック内でクランクシャフトを回転させる。この場合、自動車又は多数のその他の装置を駆動するために動力がクランクシャフトから伝達される。特に、シリンダ内の燃焼圧力はピストンを実質的に線形動作において下方へ駆動する。ピストンの実質的に線形の動作に加え、ピストンの外面とシリンダの内面との間のギャップ（すなわち公差）による僅かな横移動が存在する。

上死点という用語は、シリンダに対するピストンの往復行程の最も上方の位置を指し、ピストンが停止する又はゼロ速度である位置である。これに対応して、下死点という用語は、シリンダに対するピストンの往復行程の最も下方の位置を指し、ピストンが停止する又はゼロ速度である位置である。パワーストロークにおける上死点から下死点へのピストンの移動の間、コネクティングロッドの角度は、一般的にメジャースラスト側と呼ばれるピストンの側部における力成分を生じる。他方では、下死点から上死点へのピストンの戻り移動の間、マイナースラスト側と呼ばれるピストンの側部における力成分が生じる。

シリンダ内においてピストンに作用する燃焼圧力の結果、パワーストローク及び戻り移動の間、ピストンスカートはシリンダ壁部に対して押し付けられる。潤滑剤（すなわちオイル）は概してピストンスカートとシリンダ壁部との金属同士の接触を阻止するが、荷重、温度、及び不十分な潤滑等のファクタは、潤滑剤の層を低減又は排除し、ピストンスカート又はシリンダ、又はその両方の表面においてスカッフィングを生ぜしめる。この領域におけるスカッフィングは最終的にエンジンをシーズ又は故障させる。

ピストンスカートとシリンダ壁部との間のスカッフィングの発生率を低減するために、ピストンとシリンダ壁との間に潤滑を提供することがよく知られている。さらに、慣用の技術はピストンスカートを材料でコーティングすることを含み、潤滑を助け、２つの部材の間の金属同士の接触を回避し、これにより摩耗を低減し、潤滑を改善し、及び／又はシリンダ内の熱特性を改善する。ピストンスカートの表面へのコーティング材料の付着を促進するために、コーティングを提供する前に、溝又は凹みを形成するためにピストンスカートの表面はランダムな形式でエッチング又は粗くされてもよい。これらの溝又は凹みは、潤滑剤を集めるために働く、ピストンスカートの表面に沿った領域をも提供する。ピストンにおけるスカッフィングを低減するためにランダムな形式でコーティングを提供することは、概して、米国特許第３４０５６１０号明細書、１９６８年１０月１５日発行、H.T.Hill他；米国特許第３９３５７９７号明細書、１９７６年２月６日発行、Niimi他；米国特許第４８３１９７７号明細書、１９８９年５月２３日、Presswood；米国特許第５３１３９１９号明細書、１９９４年５月２４日、Rao他；米国特許第５８８４６００号明細書、１９９９年３月２３日、Wang他に開示されている。

関連技術において知られたタイプの内燃機関に関連して使用されるコーティングされたピストン及び／又はピストンスカートは、内燃機関の動作の間、不十分な潤滑、高い荷重及び温度に関連した問題の幾つかを排除するが、ピストンスカートの外面に潤滑剤の一定の均一な層を有するコーティングされたピストンの需要が残っている。さらに、ピストン／ピストンスカートの外面に沿った潤滑剤の分配を制御するために指向性潤滑剤流れパターンを提供するコーティングされたピストンの需要が残っている。

発明の概要
本発明は、内燃機関のためのピストンにおける関連技術における欠点を克服し、概して、ピストンスカートの外面に沿って潤滑剤の流れを方向付けかつ潤滑剤を保持するための特定の所定のパターンを備えた潤滑向上コーティングを有するピストンスカートのための技術上の需要を満たす。これに関して、本発明の内燃機関のシリンダ内で往復運動するためのピストンは、ボディを有しており、このボディは、ボディの上縁に形成されたクラウンと、シリンダに対する相対的な摺動のための、クラウンから垂下したスカートとを有している。ピストンはさらに、スカートとシリンダとの間に配置されるための、ピストンスカートに付着されたコーティングを有する。コーティングは、スカートの表面に凹所の所定のパターンを形成するためにコーティングに形成された複数の凹所を有しており、前記凹所は、スカートとシリンダ壁との間に潤滑剤を保持する。

したがって、本発明の１つの利点は、内燃機関の運転中にピストンスカートとシリンダ壁との間に潤滑剤を保持するための改良された特性を有するピストンを提供するということである。

本発明の別の利点は、ピストンが、内燃機関の運転中にピストンスカートとシリンダ壁との間において潤滑剤の流れを方向付けるための改良された特性を有するということである。

本発明の別の利点は、潤滑剤が最も必要な、特にピストンスカートのスラスト側に付着されたコーティングを有する、潤滑向上ピストンスカートを提供するということである。

本発明のさらに別の利点は、シリンダ内のピストンの移動に対して特定の潤滑剤流れ方向及び／又は保持のための所定のパターンにおいてそれぞれのスラスト側に結合されたコーティングを有する潤滑向上ピストンスカートを提供するということである。

本発明のさらに別の利点は、コーティングを提供する前にピストンに微小な溝を形成する工程を排除する改良された製造プロセスを使用することによってピストンスカートに潤滑向上コーティングを提供する費用効果の高い方法を提供することである。

本発明のその他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の説明を読むことによりさらに理解されるであろう。

図面の簡単な説明
図１は、内燃機関のシリンダに対して作動的に配置された、本発明による所定のパターンでコーティングされたスカートを有するピストンの断面環境図である。

図２は、下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの斜視図である。

図２ａは、下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンスカートの拡大図である。

図３は、下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図３ａは、下方へ拡開した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図４は、本発明によるピストンスカートにおける下方へ収束した山形を規定した、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図４ａは、本発明によるピストンスカートにおける下方へ拡開した山形を規定した、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図５は、本発明によるピストンスカートにおけるハッチ状パターンを規定する複数の交差する溝を有するピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図６は、本発明による複数の円周凹所を規定した、スカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図７は、本発明によるピストンスカートのスラスト側に局所的に設けられた複数の周方向凹所を有する、所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。

図８は、本発明によるピストンスカートのメジャー及びマイナースラスト側を有するピストンスカートの外周の部分のための種々異なる所定のパターンコーティングを有するピストンの分割斜視図である。

発明の詳細な説明
本発明は、図面に１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０及び７１０で全体的に示された、コーティングされたピストンにおける関連技術における欠点を克服し、図面において同一の参照符号は、図面を通じて同一の構造体を示すために使用されている。図１に最も詳しく示されたように、本発明のピストンの１つの実施形態は全体的に１０で示されている。ピストン１０は、内燃機関１４のシリンダ１２内において往復運動する。図２に最も詳しく示されたように、ピストン１０はボディ１６を有しており、このボディ１６は、ボディ１６の上縁に形成されたクラウン１８と、クラウン１８から垂下したスカート２０とを有している。さらに、ピストン１０は、ボディ１６の円周に沿って延びたリングランド２２を有しており、これらのリングランドはピストンリング（図示されていないが、技術上一般的に知られている）を保持する。ピンボア２４は、ボディ１６の下縁を貫通しており、ピストンピン２６を収容する。

図１から図３までを参照すると、ピストンスカート２０の外周にメジャースラスト側２８とマイナースラスト側３０とが互いに実質的に向き合って形成されている。ピストン１０、特にスカート２０は、シリンダ１２に対して相対的に摺動する。コネクティングロッド３２はピストン１０をクランクシャフト（図示されていないが、技術上一般的に知られている）に結合する。コネクティングロッド３２は、ボルト３６を使用してクランクシャフトに固定される。コネクティングロッド３２の一端にボア３４も配置されている。ピストンピン３６は、ピストン１０の整合したピンボア２４と、コネクティングロッド３２を貫通したボア３４とに収容される。

概して、ピストン１０を往復させるためにシリンダ１２内で燃料が燃焼される。ピストン１０はコネクティングロッド３２を駆動し、コネクティングロッドがクランクシャフトを駆動し、クランクシャフトを、エンジン１４によって支持された軸受に対して回転させる。この形式において、自動車又は多数のその他の装置を駆動するために動力がクランクシャフトから伝達される。特に、シリンダ１２内の燃焼圧力はピストン１０を実質的に線形動作で下方へ駆動する。ピストン１０の実質的に線形の動作に加えて、ピストンスカート２０の外面とシリンダ１２の内壁３８との間のギャップ（すなわち公差）による僅かな横方向移動が存在する。

シリンダ１２内でのピストン１０による横方向移動の結果、パワーストローク及び戻り移動の間ピストンスカート２０はシリンダ壁３８に対して押し付けられる。メジャースラスト移動及びマイナースラスト移動の間にシリンダ壁３８に接触するピストン１０の表面積は、メジャースラスト側２８とマイナースラスト側３０とである。潤滑剤（すなわちオイル）は概してピストンスカート２０とシリンダ壁３８との間の金属同士の接触を阻止するが、負荷、温度及び不十分な潤滑等のファクタは、潤滑剤の層を低減又は排除し、ピストンスカート２０又はシリンダ壁３８、又はこれらの両方の表面にスカッフィングを生じる。この領域でのスカッフィングは最終的にエンジン１４をシーズ又は故障させるおそれがある。

したがって、ピストンスカート２０のメジャースラスト側２８とマイナースラスト側３０とを潤滑させておくことが重要である。これに関して、図１〜図２ａを参照すると、本発明のピストン１０は、スカート２０とシリンダ１２との間に配置されるための、スカート２０に付着されたコーティング４０を有している。コーティング材料は、ピストンスカート２０に適用するのに適した、与えられた内燃機関のピストン１０とシリンダ１２との間の潤滑を改良するように設計されたあらゆる材料であることができる。例えば、コーティング材料はポリマ又は金属コーティング又はこれらの組合せであることができる。特に、Grafal ^（Ｒ） 、タングステン、モリブデン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリールスルホン、ニッケル、炭化物、又はリン酸マンガン等の材料が、ピストンスカート２０に提供するのに適したコーティング材料である。Grafal ^（Ｒ） は、Mahle GMBH 社の登録商標である。しかしながら、当業者は、用途又はエンジンタイプがシリンダ１２内で使用するための好適なコーティング組成を決定することを認識するであろう。

さらに、当業者は、あるコーティング材料が、内燃機関１４において見られる条件内で意図した機能を行うために特定の範囲の厚さを必要とするということを認識するであろう。その結果、あらゆる与えられたピストン１０に関連して使用するためのコーティング材料は、ピストンスカート２０とシリンダ壁３８との間の公差にも依存する。例えば、ピストンスカート２０へのGrafal ^（Ｒ） コーティングの提供は、５〜３０μｍの厚さ、好適には１０〜２０μｍの厚さであるが、ピストンスカート２０へのポリマコーティングの提供は、０．０１〜０．１ｍｍの厚さ、好適には０．０１〜０．０４ｍｍの範囲である。当業者は、本発明が、後で詳しく説明するように、ピストンスカート２０に提供されたコーティングが所定のパターンを有するならば、様々な公差を有する様々なシリンダ１２において使用するための様々なピストンスカート２０に提供される様々なコーティング材料を含むことが意図されていることを認識するであろう。

図１〜図２に示されたように、コーティング４０は、ピストンスカート２０の表面に所定のパターンを形成する、概して４２で示された複数の凹所を有している。凹所４２は、図に示された実施形態に関してより詳しく説明されるように、潤滑剤を方向付けるための、溝付きのパターンを含む多数の所定のパターン、又は潤滑剤を保持するための一連の個々の凹所を形成することができる。いかなる場合にも、図２ａを参照すると、凹所４２は、内燃機関１４のシリンダ壁３８に係合するための表面領域４４と、潤滑剤（図示せず）のための通路を形成するための側部４６とを有している。

図２ａに示されたタイプの溝付きパターンの場合には、凹所４２は、潤滑剤を流過させるために他の溝と合流した開放端部４８か、又は潤滑剤を溝内に保持するために働く閉鎖端部（図示せず）を有している。特に、凹所４２の所定のパターンは、ピストンスカート２０の表面に沿った潤滑剤の潤滑及び指向性流れを改良するために、スカート２０とシリンダ壁３０との間の潤滑剤と係合する。後でさらに詳しく説明するように、凹所４２は所定のパターンで配置されており、これにより、ピストンスカート２０の表面に沿って潤滑剤を保持し、潤滑剤の欠乏によって生ぜしめられるピストンスカート２０とシリンダ壁３０との間の摩耗を低減する。

ピストンスカート２０のメジャースラスト側２８とマイナースラスト側３０は最も高い接触荷重を受けるので、この領域における潤滑は重要である。図２から図９までを参照に以下により詳しく説明するように、所定のパターンを形成する凹所は、潤滑剤を、ピストンスカートのメジャースラスト側及び／又はマイナースラスト側の中央に向かって方向付ける。しかしながら、当業者は、図２から図９までは、潤滑剤を方向付け及び／又は保持するためにピストンスカートに提供される実質的に無限の所定のパターンの代表的なサンプルだけを反映しており、ピストンスカートにおいて潤滑剤を方向付け及び／又は保持するために使用される凹所のあらゆる所定のパターンが本発明の範囲に含まれることを認識するであろう。

ここで図２〜図３を参照すると、本発明のピストン１０の１つの実施形態において、凹所４２は、一連の潤滑剤流れ方向付け溝５０を有する所定のパターンを形成しており、潤滑剤流れ方向付け溝は、所定の角度で下方へ収束する形式で、ピストンスカート２０の外周に沿って、山形に延びている。さらに、凹所４２は、ピストンスカート２０の外周に沿って潤滑剤を保持するための貯蔵チャネル５２を有する所定のパターンを形成している。貯蔵チャネル５２は、シリンダ１２内のピストン１０の往復運動方向に対して実質的に平行な方向に延びている。したがって、下方へ収束した複数の溝５０は、貯蔵チャネル５２において終わっている。好適には、貯蔵チャネル５２は、メジャースラスト側２８又はマイナースラスト側３０、又はこれらの両方の緯度方向の中心線に沿って配置されている。しかしながら、シリンダ１２内のピストン１０の往復運動の場合、図２〜図３に示された所定のパターンは好適には、マイナースラスト側３０を有するピストンスカート２０の外周の部分に提供され、これにより、収束する溝５０が、ピストン１０のマイナースラスト移動の間に潤滑剤の流れを貯蔵チャネル５２に向かって方向付ける。それにも拘わらず、当業者は、図２〜３に示された所定のパターンがピストンスカート２０の外周のあらゆる領域に提供されることができ、貯蔵チャネル５２はピストンスカート２０の外周のあらゆるところに配置されることができ、緯度方向で配置される必要はないことを認識するであろう。

本発明のピストンの択一的な実施形態が概して図３ａに１１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に１００を足したものが使用されている。図３ａに示された本発明のピストン１１０は、図２〜３に示されたピストン１０と構造において実質的に同じである。しかしながら、図３に示された山形を有する一連の潤滑剤流れ方向付け溝５０は、図３ａにおいて上下反転して示されている。特に図３ａにおいて、コーティング１４０における複数の凹所１４２は、一連の潤滑剤流れ方向付け溝１５０を有する所定のパターンを形成しており、潤滑剤流れ方向付け溝は、ピストンスカート２０の外周に沿って、山形に、所定の角度で貯蔵チャネル１５２から下向きに拡開している。シリンダ１２内のピストン１０の往復運動の場合、図３ａに示された本発明の実施形態は好適には、メジャースラスト側１２８を有するピストンスカート１２０の外周の部分に提供され、貯蔵チャネル１５２が、メジャースラスト側１２８の緯度方向中心線に沿って配置されている。この形式において、拡開した溝１５０は、下死点に向かう方向でのピストン１１０のメジャースラスト移動の間、潤滑剤を貯蔵チャネル１５２に向かって送るように働く。しかしながら、当業者は、図３ａに示された所定のパターンがピストンスカート１２０の外周のあらゆる部分に提供されることができ、貯蔵チャネル１５２がピストンスカート１２０の外周におけるあらゆるところに配置されることができ、緯度方向に配置される必要がないことを認識するであろう。

本発明のピストンの別の択一的な実施形態は、図４に概して２１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に２００を足したものが使用されている。ピストン２１０は、図２〜３に示されたピストン１０と同様であり、以下に説明されることを除いてピストンの構造の説明はここでは繰り返されない。図４に示されたピストン２１０はスカート２２０に提供されたコーティング２４０を有している。コーティング２４０は、スカート２２０に所定のパターンを形成する複数の凹所２４２を有している。凹所２４２は一連の潤滑剤流れ方向付け溝２５０を有しており、これらの潤滑剤流れ方向付け溝は、所定の角度で下方へ収束する形式で、ピストンスカート２２０の外周に沿って山形に延びている。溝２５０は、ピストンスカート２２０の外周に沿って延びた共通の軸線上に設けられた点２５４に向かって、下方へ収束している。収束点２５４は好適には、メジャースラスト側２２８又はマイナースラスト側２３０、又は両方のスラスト側の緯度方向中心線に沿って配置されている。しかしながら、シリンダ１２内のピストン２１０の往復移動の場合、図４に示された所定のパターンは好適には、マイナースラスト側２３０を有するピストンスカート２２０の外周の部分に提供されている。この形式において、収束する溝２５０は、上死点へのピストン２１０のマイナースラスト移動の間に、マイナースラスト側２３０の中央に向かって潤滑剤の流れを送るように働く。さらに、当業者は、図４に示された所定のパターンがピストンスカート２２の外周のあらゆる部分に提供されることができ、収束点２５４は、ピストンスカート２２０の外周上のあらゆるところに配置されることができることを認識するであろう。

本発明のピストンのさらに別の択一的な実施形態は図４ａにおいて概して３１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に３００を足したものが使用されている。図４ａに示されたような本発明のピストン３１０の実施形態は図４に示されたピストン２１０と構造において実質的に同じである。しかしながら、図４に示された山形を有する一連の潤滑剤流れ方向付け溝２５０は、図４ａにおいて反転して示されている。特に図４ａにおいて、ピストンスカート３２０に提供されたコーティング３４０に形成された複数の凹所３４２は所定のパターンを形成しており、この場合、凹所３４２は、ピストンスカート３２０の外周に沿って、山形に、所定の角度で下向きに拡開する形式で延びた一連の潤滑剤流れ方向付け溝３５０を有している。溝３５０は、ピストンスカート３２０の外周に沿って延びた共通の軸線上に規定された点３５４から下向きに拡開している。拡開点３５４は好適には、メジャースラスト側３２８又はマイナースラスト側３３０、又は両方のスラスト側の緯度方向中心線に沿って配置されている。しかしながら、シリンダ１２内でのピストン３１０の往復移動の場合、図４ａに示された所定のパターンは好適には、メジャースラスト側３２８を有するピストンスカート３２０の外周の部分に提供される。この形式において、拡開する溝３５０は、下死点へのピストン３１０のメジャースラスト移動の間、メジャースラスト側３２８の中心に向かって潤滑剤の流れを送るように働く。さらに、当業者は、図４ａに示された所定のパターンがピストンスカート３２０の外周のあらゆる部分に提供されることができ、拡開点３５４がピストンスカート３２０の外周のあらゆるところに配置されることができることを認識するであろう。

本発明のさらに別の択一的な実施形態は、図５に概して４１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に４００を足したものが使用されている。ピストン４１０は、図２〜４ａに示されたピストン１０，１１０，２１０及び３１０と同じである。図５に示されたような本発明のピストン４１０はスカート４２０に提供されたコーティング４４０を有する。コーティング４４０は、所定のパターンを形成する複数の凹所４４２を有している。凹所４４２は、実質的にハッチ状形式で、ピストンスカート４２０の外周を横切る一連の交差する溝４６０を形成している。凹所４４２のハッチ状の所定のパターンは、シリンダ１２内のピストン４１０の移動の間にピストンスカート４２０の外周に沿って潤滑剤保持を提供する及び／又は潤滑剤を方向付ける。図５に示されたように、凹所４４２によって形成された所定のパターンは、シリンダ壁３８に接触するための複数の接触表面領域４６２を形成されている。しかしながら、当業者は、図５に示されたようなコーティング４４０に形成された所定のパターンが、択一的に、実質的に回路的な形式でピストンスカート４２０の外周を横切る一連の交差する溝４６０を採用することによって達成されることができることを認識するであろう。

本発明のピストンの別の択一的な実施形態は、図６に概して５１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に５００を足したものが使用されている。ピストン５１０は、図２〜５に示されたピストン１０，１１０，２１０，３１０及び４１０と同じである。図６に示された本発明のピストン５１０は、互いに間隔を置いて配置された複数の潤滑剤保持凹所５４２を形成するために、カバーリング関係でピストンスカート５２０に提供されたコーティング５４０を有している。図６に示された凹所５４２の所定のパターンは、シリンダ１２内でのピストン５１０の移動の間にピストンスカート５２０の外周に沿って潤滑剤を保持するための、コーティング５４０に形成された、一連の実質的に均一なディスク状のアパーチャ又は凹所５６４である。しかしながら、当業者は、図６に示された凹所５４２は様々な形状を有するアパーチャ又は凹所５６４を含み、様々な寸法及び深さのアパーチャ又は凹所５６４をも含むことを認識するであろう。

本発明のピストンの別の択一的な実施形態は、図７に概して６１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に６００を足したものが使用されている。ピストン６１０は、図２〜６に示されたピストン１０，１１０，２１０，３１０，４１０及び５１０と同じである。図６と同様に、図７はピストンスカート６２０に提供されたコーティング６４０を有するピストンを示している。しかしながら、図７のコーティング６４０は、互いに間隔を置いて配置された複数の潤滑剤保持凹所６４２を有しており、これにより、局所的に設けられたコーティング６４０に形成された、一連の実質的に均一なディスク状のアパーチャ又は凹所６６４を形成している。この形式において、アパーチャ又は凹所６６４は、ピストンスカート６２０のメジャースラスト側６２８又はマイナースラスト側６３０、又はこれらの両方に沿って局所的に潤滑剤を保持するために働く。したがって、図７に示された本発明の例示的な実施形態は、参照することによって、図６に関して開示された択一的な実施形態を有する。さらに、当業者は、図２〜６に示されたコーティング４０，１４０，２４０，３４０，４４０及び５４０に形成された凹所４２，１４２，２４２，３４２，４４２及び５４２のあらゆる所定のパターン、又はピストンスカート６２０の外周に沿って、潤滑剤の流れを方向付けるか又は潤滑剤を保持するか又はその両方のためのあらゆる所定のパターンが、ピストンスカートのメジャースラスト側６２８又はマイナースラスト側６３０又は両方のスラスト側において、局所的に提供されることができることを認識するであろう。

本発明の別の択一的な実施形態は、図８に概して７１０で示されており、この図において、図１〜図３に示された発明の実施形態と同じ構造を示すために、同じ参照符号に７００を足したものが使用されている。ピストン７１０は、図２〜７に示されたピストン１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０及び６１０と同じである。図８に示されたように、コーティング７４０における凹所７４２の１つの所定のパターンが、メジャースラスト側７２８を有するピストンスカート７２０の部分に提供され、コーティング７４０における凹所７４２の異なる所定のパターンが、マイナースラスト側７３０を有するピストンスカート７２０の部分に提供されることができる。特に図８において、メジャースラスト側７２８を有するピストンスカート７２０の外周の部分は、図３ａに示された所定のパターンを有するのに対し、マイナースラスト側７３０を有するピストンスカート７２０の外周の部分は、図２〜３に示された所定のパターンを有する。当業者は、図２〜８に示されたあらゆる２つの所定のパターン、又はピストンスカート７２０の外周に沿って潤滑剤の流れを方向付ける又は潤滑剤を保持する又はその両方のためのあらゆる所定のパターンが、ピストンスカート７２０の向き合った側に提供されることができることを認識するであろう。同様に、当業者は、図２〜７に示されたあらゆる２つの所定のパターン、又はそのためのあらゆる所定のパターンが、メジャースラスト側７２８又はマイナースラスト側７３０又はその両方に関して局所的に提供されることができることを認識するであろう。

図１〜９に示されたような凹所の所定のパターンを有するコーティング４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０及び７４０は、シルクスクリーン法によってピストンスカート２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，７２０に提供される。この方法は以下に、図１〜３に示されたピストン１０を用いて説明される。しかしながら、以下の説明から、当業者は、この方法が、ここに示された又は請求項に記載されたあらゆるコーティングを提供するために使用されることができることを認識するであろう。この方法を使用して、所定のパターンを有するシルクスクリーンがピストンスカート２０の外面の近くに向けられる。次いで、所定のパターンを提供するためにコーティング材料がシルクスクリーンを介してピストンスカート２０の外面に提供される。ピストンスカート２０への所定のパターンの提供の後、コーティング材料は、硬化及びピストンスカート２０の表面に結合するために残される。当業者は、硬化時間が、様々なファクタ、すなわちコーティング材料の組成に依存することを認識するであろう。硬化時間を加速及び／又は促進するための手段が採用されることができ、これらの手段は、コーティング材料の組成に依存する。このような手段は、加熱ランプや、オーブンの使用、コーティングされたピストンスカート２０に暖められた空気を吹き付けること、及び／又は硬化剤又は触媒を使用することを含むことができる。

さらに、所定のパターンは、１つのピストンスカート２０の各スラスト側２０及び３０に特定であってよい。所定のパターンの使用は、ピストンスカート２０の特定のスラスト側２８又は３０を配置し、ピストンスカート２０の対応するスラスト側２８又は３０の近くにピストンスカート２０の特定のスラスト側２８又は３０に特定の所定のパターンを有するシルクスクリーンを方向付けることを含む。次いで、所定のパターンを提供するためにコーティング材料がシルクスクリーンを介してピストンスカート２０の対応するスラスト側２８又は３０に提供される。次いで、ピストンスカート２０の反対側のスラスト側２８又は３０が配置され、ピストンスカート２０の反対側のスラスト側２８又は３０のための所定のパターンを有するシルクスクリーンが、反対側のスラスト側２８又は３０の近くに向けられる。コーティング材料がシルクスクリーンを介して反対側のスラスト側２８又は３０に提供され、スラスト側に凹所の所定のパターンを提供する。スラスト側２８及び３０に、凹所の所定のパターンを有するコーティングを提供した後、コーティング材料は、硬化、及びピストンスカート２０の表面に結合するために残される。前記のように、硬化を加速及び／又は促進するためにその他の工程が使用されることができる。これらの工程は、ピストンスカート２０の各スラスト側２８及び３０に特定の所定のパターンを提供するこの方法に関して採用されることもできる。

本発明はピストンスカートの外周に沿って凹所の所定のパターンを有するコーティングを提供する。したがって、本発明は内燃機関１４の運転中にピストンスカートとシリンダ壁３８との間におけるピストンの外周に沿った潤滑剤保持及び潤滑剤流れを改良する。さらに、本発明は特定のスラスト側を含むピストンスカートの外周の部分に結合された所定のパターンを有するコーティングを採用する。この所定のパターンはピストンスカートの各スラスト側に特定の高められた潤滑及び／又は保持特性を有するピストンスカートを提供する。さらに、本発明は、ピストンスカートの特定のスラスト側に局所的に提供するように特に設計された所定のパターンを提供する。この構造は、シリンダ１２内でのピストンの往復運動の間に潤滑剤が最も必要なピストンスカートのスラスト側に沿って、潤滑剤の指向性流れ及び／又は保持を改良する。さらに、本発明は、所定のパターンを提供する前にピストンスカートの表面に微小な溝を形成する又は特別に処理する必要なしにピストンスカートに潤滑剤保持及び／又は流れ方向を改良するための凹所４２，１４２，２４２，３４２，４４２，５４２，６４２，７４２の所定のパターンを有するコーティング４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０及び７４０を採用する。本発明は、製造プロセスの工程を減少させることによって、ピストンスカートに潤滑向上コーティング材料を提供する費用効果の高い方法も提供する。

本発明は例示的に説明された。使用された用語は説明のために用いられているのであって、限定のためではない。本発明の多くの変化実施例が、上記の開示に照らして可能である。したがって、添付された請求項の範囲の中で本発明は具体的に説明されたのとは異なる態様で実施されてもよい。

図１は、内燃機関のシリンダに対して配置された、本発明による所定のパターンでコーティングされたスカートを有するピストンの断面環境図である。 下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの斜視図である。 下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンスカートの拡大図である。 下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 下方へ収束した山形を規定した、本発明による潤滑剤貯蔵チャネルを有する、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 本発明によるピストンスカートにおける下方へ収束した山形を規定した、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 本発明によるピストンスカートにおける下方へ拡開した山形を規定した、ピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 本発明によるピストンスカートにおけるハッチ状パターンを規定する複数の交差する溝を有するピストンスカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 本発明による複数の円周凹所を規定した、スカートにおける所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 本発明によるピストンスカートのスラスト側に局所的に設けられた複数の周方向凹所を有する、所定のパターンが形成されたコーティングを有するピストンの正面図である。 本発明によるピストンスカートのメジャー及びマイナースラスト側を有するピストンスカートの外周の部分のための種々異なる所定のパターンコーティングを有するピストンの分割斜視図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０ ピストン、 １２ シリンダ、 １４ 内燃機関、 １６ ボディ、 １８ クラウン、 ２０ スカート、 ２２ リングランド、 ２４ ピンボア、 ２６ ピストンピン、 ２８ メジャースラスト側、 ３０ マイナースラスト側、 ３２ コネクティングロッド、 ３４ ボア、 ３６ ピストンピン、 ３８ 内壁、 ４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０ コーティング、 ４２，１４２，２４２，３４２，４４２，５４２，６４２，７４２ 凹所、 ４４ 表面領域、 ４６ 側部、 ５０，１５０ 潤滑剤流れ方向付け溝、 ５２，１５２ 貯蔵チャネル

Claims (19)

1. 内燃機関のシリンダ内で往復運動するピストンにおいて、
   ボディが設けられており、該ボディが、該ボディの上縁に形成されたクラウンと、該クラウンから垂下していてシリンダに対して相対的に摺動するスカートとを有しており、該スカートが外周面を有しており、該外周面が、前記スカートの前記外周面において互いに実質的に向き合って形成されたメジャースラスト側とマイナースラスト側とを有しており、
   前記スカートとシリンダとの間に配置されるように前記スカートに付着されたコーティングが設けられており、該コーティングが、前記スカートの表面において凹所の所定のパターンを形成するように前記コーティング上に形成された複数の凹所を有しており、該複数の凹所が、前記ピストンスカートの前記外周面に沿って、所定の角度で山形に延びた一連の潤滑溝を含んでおり、該潤滑溝が前記スカートとシリンダ壁との間の潤滑剤に作動的に係合することを特徴とする、ピストン。
2. 前記複数の凹所が、前記ピストンスカートの前記外周面に沿って所定の角度で山形に下方へ収束するように延びた一連の潤滑剤流れ方向付け溝を含む、請求項１記載のピストン。
3. 前記複数の凹所がさらに、前記ピストンスカートの前記マイナースラスト側の実質的に中央に配置された、シリンダ内での前記ピストンの往復運動方向に対して実質的に平行な方向に延びた貯蔵チャネルを含み、溝の前記山形形状が前記貯蔵チャネルにおいて終わっている、請求項２記載のピストン。
4. 前記複数の凹所が、前記ピストンスカートの前記外周面に沿って山形に所定の角度で下向きに拡開するように延びた、一連の流れ方向付け潤滑溝を含む、請求項１記載のピストン。
5. 前記複数の凹所がさらに、前記ピストンスカートの前記メジャースラスト側の実質的に中央に配置された、シリンダ内での前記ピストンの往復運動方向に対して実質的に平行な方向に延びた貯蔵チャネルを含み、溝の前記山形形状が前記貯蔵チャネルにおいて終わっている、請求項４記載のピストン。
6. 前記複数の凹所が、前記マイナースラスト側に沿って所定の角度で山形に下方へ収束するように延びた一連の流れ方向付け溝を含む、請求項１記載のピストン。
7. 前記複数の凹所がさらに、前記マイナースラスト側の実質的に中央に配置された、シリンダ内での前記ピストンの往復運動方向に対して実質的に平行に延びた貯蔵チャネルを含み、溝の前記山形が前記貯蔵チャネルにおいて終わっている、請求項６記載のピストン。
8. 前記複数の凹所が、前記メジャースラスト側に沿って所定の角度で山形に下向きに拡開するように延びた一連の流れ方向溝を含む、請求項１記載のピストン。
9. 前記複数の凹所がさらに、前記メジャースラスト側の実質的に中央に配置された、シリンダ内での前記ピストンの往復運動方向に対して実質的に平行な方向に延びた貯蔵チャネルを含み、溝の前記山形形状が前記貯蔵チャネルにおいて終わっている、請求項８記載のピストン。
10. 前記コーティングがポリマコーティングである、請求項１記載のピストン。
11. 前記コーティングが金属コーティングである、請求項１記載のピストン。
12. 内燃機関のシリンダ内で往復運動するピストンにおいて、
    ボディが設けられており、該ボディが、該ボディの上縁に形成されたクラウンと、該クラウンから垂下していてシリンダに対して相対的に摺動するスカートとを有しており、該スカートが外周面を有しており、該外周面が、前記スカートの前記外周面において互いに実質的に向き合って形成されたメジャースラスト側とマイナースラスト側とを有しており、
    前記スカートとシリンダとの間に配置されるように前記スカートに結合されたコーティングが設けられており、該コーティングが、前記スカートの表面において凹所の所定のパターンを形成するように前記コーティング上に形成された複数の凹所を有しており、該複数の凹所が、前記ピストンスカートの前記外周面に沿って、前記ピストンの外周面に沿って所定の角度で実質的にハッチ状に延びた一連の交差する溝を含んでおり、該溝が前記スカートとシリンダ壁との間の潤滑剤に作動的に係合することを特徴とする、ピストン。
13. 前記コーティングが、前記ピストンスカートの前記メジャースラスト側と前記マイナースラスト側とに付着されていて、前記メジャースラスト側とシリンダ壁との間及び前記マイナースラスト側とシリンダ壁との間において潤滑剤に作動的に係合する、請求項１２記載のピストン。
14. 前記コーティングがポリマコーティングである、請求項１２記載のピストン。
15. 前記コーティングが金属コーティングである、請求項１２記載のピストン。
16. 内燃機関のシリンダ内で往復運動するピストンにおいて、
    ボディが設けられており、該ボディが、該ボディの上縁に形成されたクラウンと、該クラウンから垂下していてシリンダに対して相対的に摺動するスカートとを有しており、該スカートが外周面を有しており、該外周面が、前記スカートの前記外周面において互いに実質的に向き合って形成されたメジャースラスト側とマイナースラスト側とを有しており、
    前記スカートとシリンダとの間に配置されるように前記スカートに付着されたコーティングが設けられており、該コーティングが、前記スカートの表面において凹所の所定のパターンを形成するように前記コーティング上に形成された複数の凹所を有しており、該複数の凹所が、前記ピストンスカートの前記外周面に沿って潤滑剤保持を提供するために互いに均一に間隔を置かれた関係における一連の潤滑剤保持ディスクを含んでいることを特徴とする、ピストン。
17. 前記コーティングが、前記ピストンスカート関係の前記メジャースラスト側と前記マイナースラスト側とに付着されており、前記メジャースラスト側とシリンダ壁との間及び前記マイナースラスト側とシリンダ壁との間において潤滑剤に作動的に係合するようになっている、請求項１６記載のピストン。
18. ピストンに所定のパターンコーティングを提供する方法において、
    所定のパターンを有するシルクスクリーンをピストンスカートの外面の近くに向け、
    所定のパターンを提供するためにシルクスクリーンを介してピストンスカートの外面にコーティングを提供し、
    ピストンの外面におけるコーティングを硬化させることを特徴とする、ピストンに所定のパターンコーティングを提供する方法。
19. ピストンのスラスト側の一方を配置し、
    ピストンの対応するスラスト側の近くに、ピストンの特定のスラスト側に特定の所定のパターンを有するシルクスクリーンを向け、
    所定のパターンを提供するためにシルクスクリーンを介してピストンの対応するスラスト側にコーティングを提供し、
    ピストンの反対側のスラスト側を配置し、
    ピストンの反対側のスラスト側の近くに、ピストンの反対側のスラスト側に特定の所定のパターンを有するシルクスクリーンを向け、
    所定のパターンを提供するために、シルクスクリーンを介してピストンの反対側のスラスト側にコーティングを提供し、
    ピストンのメジャースラスト側及びマイナースラスト側に対応するピストンスカートに提供されたコーティングを硬化させる、請求項１８記載の方法。

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