JP5858778B2 - Manufacturing method of piston for internal combustion engine - Google Patents
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本発明は、内燃機関のシリンダの内壁に摺接するピストンスカートを具備する内燃機関用ピストンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine that includes a piston skirt that is in sliding contact with an inner wall of a cylinder of the internal combustion engine.
自動車は、燃料が供給された内燃機関が発生する駆動力を回転駆動力に変換してタイヤを回転動作させ、これにより走行している。このような構成の自動車において、近時、内燃機関の燃料消費率(燃費)を向上させることが種々試みられている。燃料の消費量が低減するので、省エネルギ化となるとともに、地球環境保護に貢献し得るからである。 An automobile travels by converting a driving force generated by an internal combustion engine supplied with fuel into a rotational driving force to rotate a tire. Recently, various attempts have been made to improve the fuel consumption rate (fuel consumption) of an internal combustion engine in an automobile having such a configuration. This is because the amount of fuel consumption is reduced, which can save energy and contribute to the protection of the global environment.
そのような試みの1つとして、内燃機関のシリンダの内壁(ボア又はスリーブの内壁)と、該シリンダ内を往復動作するピストンとの摺動抵抗を低減することが挙げられる。摺動抵抗が小さい場合、ピストンが往復動作することが容易となる。このため、ピストンを往復動作させるための駆動力が小さくなり、ひいては燃料消費量が低減するからである。 One such attempt is to reduce the sliding resistance between the inner wall of the cylinder of the internal combustion engine (bore or inner wall of the sleeve) and the piston that reciprocates within the cylinder. When the sliding resistance is small, it is easy for the piston to reciprocate. For this reason, the driving force for reciprocating the piston is reduced, which in turn reduces the fuel consumption.
摺動抵抗を低減するべく、潤滑性に富む物質を含む層をシリンダの内壁又はピストンスカートに設け、これにより、内壁又はピストンスカートの潤滑性能を向上させることが知られている。例えば、本出願人は、特許文献1において、ピストンスカートの摺接面に条痕を形成するとともに、該条痕を銀、銀合金、銅又は銅合金からなる潤滑性の皮膜(固体潤滑部)で被覆することを提案している。
In order to reduce sliding resistance, it is known to provide a layer containing a highly lubricious substance on the inner wall or piston skirt of the cylinder, thereby improving the lubricating performance of the inner wall or piston skirt. For example, in the
前記特許文献1記載の技術では、前記皮膜を形成した内燃機関用ピストンを用いて内燃機関を組み立てた後、該内燃機関を運転することで前記皮膜の頂部を摩耗させるようにしている。これにより前記頂部が所定の面粗度となるように平坦化され、その結果、実質的な摺接面となる平坦面が得られる。摺接面の面粗度が小さい(可及的に平坦である)ので、内燃機関の摩擦損失を低減することができる。
In the technique described in
しかしながら、この場合、摩擦損失が低減するのは、皮膜の頂部が摩耗した後である。すなわち、摩擦抵抗が低減するに至るまで所定の時間を要する。 In this case, however, the friction loss is reduced after the top of the coating is worn. That is, a predetermined time is required until the frictional resistance is reduced.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転開始直後であっても摩擦損失を低減し得る内燃機関用ピストンを得ることが可能な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。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a method for manufacturing an internal combustion engine piston capable of obtaining an internal combustion engine piston capable of reducing friction loss even immediately after the start of operation of the internal combustion engine. The purpose is to provide.
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関のシリンダの内壁に摺接するピストンスカートに固体潤滑部を形成する内燃機関用ピストンの製造方法において、
前記ピストンスカートの摺接面に設けられた凸部に、該凸部が内部に進入するように、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか1種を含むペーストを塗布する工程と、
前記凸部に塗布された前記ペーストに対して流動媒を供給することにより、前記ペーストを流動させる工程と、
流動した後の前記ペーストを加熱することで該ペーストを硬化することにより、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか1種を含み、頂部が平坦面であるとともに、前記凸部を覆って且つ内部に前記凸部が進入した固体潤滑部を得る工程と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine in which a solid lubricating portion is formed in a piston skirt that is in sliding contact with an inner wall of a cylinder of the internal combustion engine.
Applying a paste containing at least one of silver, a silver alloy, copper, or a copper alloy so that the protrusion enters the inside of the protrusion provided on the sliding surface of the piston skirt;
Supplying the fluid medium to the paste applied to the protrusions to flow the paste;
By curing the paste by heating the paste after the flow, silver, silver alloy, looking contains at least any one of copper or a copper alloy, with the top portion is a flat surface, the protrusion A step of covering and obtaining a solid lubricating part into which the convex part has entered ,
It is characterized by having.
固体潤滑部を得るためのペーストは、金属(銀、銀合金、銅又は銅合金)を含有するために高粘度であり、流動し難いが、流動媒が衝突すると、その際に拡散する。また、流動媒がペースト上を流動すると、その一部が流動媒に同伴されて移動する。以上のことが相俟って流動が起こる。 The paste for obtaining the solid lubricating part contains a metal (silver, silver alloy, copper or copper alloy) and has a high viscosity and is difficult to flow. However, when the fluid medium collides, the paste diffuses. Further, when the fluid medium flows on the paste, a part of the fluid medium moves along with the fluid medium. In combination, the flow occurs.
その結果、ペーストの頂部が平坦化されるとともに、該ペーストの最大高さRzが小さくなる。必然的に、このペーストが硬化することによって形成される固体潤滑部の頂部も可及的に平坦となるとともに、最大高さRzも可及的に小さくなる。 As a result, the top of the paste is flattened and the maximum height Rz of the paste is reduced. Inevitably, the top of the solid lubrication portion formed by the hardening of the paste becomes as flat as possible, and the maximum height Rz becomes as small as possible.
シリンダの内壁に対する内燃機関用ピストンの摺接箇所は、実質的には固体潤滑部である。上記したように、固体潤滑部の頂部は平坦であり表面粗度が小さく、且つ該固体潤滑部の最大高さRzも小さい。従って、内燃機関の初回の運転時であっても、運転開始当初から、シリンダの内壁に対する内燃機関用ピストンの摺動抵抗が小さくなる。このため、内燃機関の摩擦損失も小さくなる。 The sliding contact portion of the internal combustion engine piston with respect to the inner wall of the cylinder is substantially a solid lubricating portion. As described above, the top of the solid lubrication part is flat, the surface roughness is small, and the maximum height Rz of the solid lubrication part is also small. Therefore, even during the first operation of the internal combustion engine, the sliding resistance of the piston for the internal combustion engine with respect to the inner wall of the cylinder is reduced from the beginning of the operation. For this reason, the friction loss of the internal combustion engine is also reduced.
以上のように、本発明によれば、初回の運転開始直後から摩擦損失が小さな内燃機関を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an internal combustion engine with a small friction loss immediately after the start of the first operation.
必要に応じ、ペーストを塗布した後、ペーストに対して振動を付与するようにしてもよい。このためには、例えば、ピストンスカートにペーストが塗布された内燃機関用ピストンに対して振動を付与すればよい。 If necessary, after applying the paste, vibration may be applied to the paste. For this purpose, for example, vibration may be applied to a piston for an internal combustion engine in which a paste is applied to a piston skirt.
振動によって、ペーストが平される。このため、頂部が一層平坦化されるとともに、最大高さRzが小さな固体潤滑部を得ることができる。この場合、摩擦損失が一層低減すると期待される。 The paste is flattened by vibration. For this reason, while a top part is further planarized, the solid lubrication part with small small maximum height Rz can be obtained. In this case, it is expected that the friction loss is further reduced.
固体潤滑部は、ピストンスカートの摺接面全体に設けるようにしてもよいが、該固体潤滑部が銀、銀合金、銅又は銅合金からなるため、コストが上昇するとともに内燃機関用ピストンの重量が大きくなる。そこで、固体潤滑部を、線状形状又は点状形状で形成することが好ましい。 The solid lubrication part may be provided on the entire sliding surface of the piston skirt. However, since the solid lubrication part is made of silver, silver alloy, copper or copper alloy, the cost increases and the weight of the piston for the internal combustion engine. Becomes larger. Therefore, it is preferable to form the solid lubrication portion in a linear shape or a dot shape.
この場合、固体潤滑部の総体積が低減するので、該固体潤滑部をなす金属(銀、銀合金、銅又は銅合金)の使用量が低減する。従って、コストを低廉化することができる。また、内燃機関用ピストンの重量が大きく増加することを回避することができる。 In this case, since the total volume of the solid lubrication part is reduced, the amount of metal (silver, silver alloy, copper, or copper alloy) forming the solid lubrication part is reduced. Therefore, the cost can be reduced. Further, it is possible to avoid a significant increase in the weight of the piston for the internal combustion engine.
また、ピストンスカートに凸部を設け、且つ前記固体潤滑部を前記凸部にのみ選択的に設けることが好ましい。 Preferably, the piston skirt is provided with a convex portion, and the solid lubricating portion is selectively provided only on the convex portion.
内燃機関用ピストンの往復運動において実質的な摺接部位となるのは、前記凸部である。従って、固体潤滑部を凸部にのみ設けた場合であっても、十分な潤滑性能が得られる。しかも、この場合、該固体潤滑部をなす金属(銀、銀合金、銅又は銅合金)の使用量が一層低減することから、コスト的にさらに有利であるとともに、内燃機関用ピストンの重量が増加することが一層抑制される。 In the reciprocating motion of the piston for the internal combustion engine, the convex portion is a substantial sliding contact portion. Therefore, even when the solid lubrication part is provided only on the convex part, sufficient lubrication performance can be obtained. In addition, in this case, the amount of metal (silver, silver alloy, copper or copper alloy) forming the solid lubricating portion is further reduced, which is further advantageous in terms of cost and increases the weight of the piston for the internal combustion engine. This is further suppressed.
又は、ピストンスカートを平滑面としてもよい。この場合、凸部を設ける作業を行う必要がないので工程数が低減するとともに、作業が簡素となる。 Alternatively, the piston skirt may be a smooth surface. In this case, since it is not necessary to perform the operation of providing the convex portion, the number of steps is reduced and the operation is simplified.
さらに、固体潤滑部とピストンスカートとの間に、少なくとも樹脂材を含有する中間層を介在することが好ましい。固体潤滑部は、樹脂材に対して強固に接合する。このため、中間層が存在すると固体潤滑部が摺接面から脱落し難くなる。従って、摩擦損失が長期間にわたって低減される。 Furthermore, it is preferable that an intermediate layer containing at least a resin material is interposed between the solid lubricating portion and the piston skirt. The solid lubricating part is firmly bonded to the resin material. For this reason, when the intermediate layer is present, the solid lubrication part is unlikely to fall off from the sliding contact surface. Therefore, friction loss is reduced over a long period.
なお、中間層には、樹脂材の他、MoS2やグラファイト、窒化ホウ素等の固体潤滑剤をさらに含めるようにしてもよい。この場合、固体潤滑部が万一脱落して下地層が露呈したとしても、該中間層に含まれる固体潤滑剤によって潤滑性能が維持されるからである。 In addition to the resin material, the intermediate layer may further include a solid lubricant such as MoS 2 , graphite, or boron nitride. In this case, even if the solid lubrication part falls off and the underlying layer is exposed, the lubrication performance is maintained by the solid lubricant contained in the intermediate layer.
本発明によれば、固体潤滑部を得るためのペーストをピストンスカートに塗布した後、該ペーストに対して流動媒を供給するようにしている。ペーストは、流動媒が衝突した際に拡散する。また、流動媒がペースト上を流動すると、その一部が流動媒に同伴されて移動する。以上のことが相俟って、ペーストの流動が起こる。 According to the present invention, after applying the paste for obtaining the solid lubricating portion to the piston skirt, the fluid medium is supplied to the paste. The paste diffuses when the fluid medium collides. Further, when the fluid medium flows on the paste, a part of the fluid medium moves along with the fluid medium. In combination with the above, the paste flows.
その結果、ペーストの頂部が平坦化されるとともに、該ペーストの最大高さRzが小さくなるので、このペーストが硬化することによって形成される固体潤滑部では、その頂部が可及的に平坦であり、且つ最大高さRzが可及的に小さい。従って、内燃機関の初回の運転時であっても、運転開始当初から、シリンダの内壁に対する内燃機関用ピストンの摺動抵抗が小さくなる。このため、初回の運転開始直後から摩擦損失が小さな内燃機関を得ることができる。 As a result, the top of the paste is flattened and the maximum height Rz of the paste is reduced, so that the top of the solid lubricating part formed by hardening of the paste is as flat as possible. And the maximum height Rz is as small as possible. Therefore, even during the first operation of the internal combustion engine, the sliding resistance of the piston for the internal combustion engine with respect to the inner wall of the cylinder is reduced from the beginning of the operation. For this reason, an internal combustion engine with a small friction loss can be obtained immediately after the start of the first operation.
以下、本発明に係る内燃機関用ピストン(以降、単に「ピストン」と表記することもある)の製造方法につき、それによって得られるピストンとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “piston”) in relation to the piston obtained thereby will be described with reference to the accompanying drawings. Details will be described with reference to FIG.
先ず、ピストンにつき説明する。 First, the piston will be described.
図1は、本発明の第1実施形態に係るピストン10の概略全体斜視図であり、図2は、その側面図である。このピストン10は、その下部に一対のピストンスカート12、12を有し、該ピストンスカート12、12同士の間には、略鉛直方向に沿って延在する壁部14、14が介在する。壁部14、14の各々には、ピンボス部16、16が水平方向に指向して突出するように設けられ、ピンボス部16、16の各々には、図示しないピストンピンを挿入するためのピストンピン孔17、17が貫通形成される。前記ピストンピンは、図示しないコネクティングロッド(コンロッド)の小端部に形成される貫通孔に通され、これにより、コンロッドを軸支する。
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a
ピストンスカート12、12の上部には、下方から上方に向かうに従って、オイルリング溝18、第1ピストンリング溝20、第2ピストンリング溝22がこの順序で形成される。勿論、これらオイルリング溝18、第1ピストンリング溝20及び第2ピストンリング溝22は、ピストン10の頭部を円周方向に沿って周回するように形成されている。
An
以上のように構成されるピストン10は、AC2A、AC2B、AC4B、AC4C、AC4D、AC8H、A1100(いずれもJISに定義されるアルミニウム合金)、又はAl−Cu合金等のアルミニウム合金からなる。
The
図3に拡大して示すように、第1実施形態においては、前記ピストンスカート12の摺接面に対して条痕24が設けられる。ここで、図3中の矢印X方向は、図1及び図2中の矢印X方向に対応し、以降の図面においても同様である。
As shown in an enlarged view in FIG. 3, in the first embodiment, a
条痕24は、隆起した突起部26と、陥没した谷部28とを有するうねりであり、該ピストンスカート12に対し、その周回方向に沿って機械加工を施すことで形成される。突起部26(凸部)の高さHは0.001〜0.1mmの範囲内であり、隣接する突起部26、26同士の間隔、すなわち、ピッチPは0.1〜0.5mmの範囲内であることが好適である。なお、高さHの一層好適な範囲は0.008〜0.012mmであり、ピッチPの一層好適な範囲は0.25〜0.3mmである。
The
ここで、第1実施形態では、条痕24中の突起部26にのみ、固体潤滑部としての潤滑性肉盛り部30が設けられる。すなわち、潤滑性肉盛り部30は、条痕24を構成する谷部28には設けられておらず、突起部26の軌跡に従ってピストンスカート12の周回方向に沿って線状に延在する。
Here, in 1st Embodiment, the
潤滑性肉盛り部30は、銀、銀合金、銅、又は銅合金のいずれかからなる。これらはいずれも、ピストンスカート12がシリンダブロックのボアの内壁、又はシリンダスリーブの内壁に対して摺接する際、優れた潤滑性能を示す。なお、銀合金の好適な例としてはAg−Sn合金、Ag−Cu合金が挙げられ、銅合金の好適な例としてはCu−Sn合金、Cu−Zn合金、Cu−P合金等が挙げられる。
The lubricity build-up
潤滑性肉盛り部30を銀又は銀合金で構成する場合、銀の純度は、60重量%以上であることが好ましい。60重量%未満であると、潤滑性肉盛り部30の熱伝導率が若干低く、このために平滑な摩耗面が形成することが容易ではなくなるので、内燃機関の摩擦損失(Psf)を低減する効果が乏しくなる傾向がある。銀の純度は、80重量%以上であることが一層好ましい。
When the lubricating build-up
一方、潤滑性肉盛り部30を銅又は銅合金で構成する場合、銅の純度は、上記と同様の理由から70重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることが特に好ましい。
On the other hand, when the lubricating build-up
ここで、銀の純度は、「潤滑性肉盛り部30に含まれる銀の重量%」として定義される。例えば、銀合金からなる潤滑性肉盛り部30を形成した場合には、銀の純度は、潤滑性肉盛り部30中に含まれる銀の重量%として求められる。さらに、銀粒子を塗布した後に焼結体からなる潤滑性肉盛り部30を得る場合、銀の純度は、ペースト中の銀粒子の割合として定義される。銅の純度についても同様である。
Here, the purity of silver is defined as “% by weight of silver contained in the
なお、潤滑性肉盛り部30の全てを同一金属から設ける必要は特にない。例えば、1個の条痕24の突起部26を銀からなる潤滑性肉盛り部30で被覆するとともに、該条痕24に隣接する別の条痕24の突起部26を銅合金からなる潤滑性肉盛り部30で被覆する等、別種の金属から設けるようにしてもよい。
In addition, it is not particularly necessary to provide all of the lubricating build-up
また、潤滑性肉盛り部30の厚みは、特に限定されるものではないが、過度に小さいと潤滑性肉盛り部30が比較的短期間で摩耗してしまい、下地である突起部26が露呈することになる。一方、過度に大きいと、潤滑性肉盛り部30の重量が大きくなるのでピストン10を往復動作させるための駆動力が大きくなってしまう。以上の不都合が発生することを回避するべく、潤滑性肉盛り部30の厚みを0.5〜100μmに設定することが好ましい。
In addition, the thickness of the lubricating build-up
さらに、潤滑性肉盛り部30の頂部は、可及的に平坦化されている。このため、潤滑性肉盛り部30の面粗度は小さく、好ましくは、JIS B 0601(2001年)に規定される最大高さRzで4μm以下、典型的には2〜3.1μm程度である。
Furthermore, the top part of the lubricating build-up
また、潤滑性肉盛り部30の頂部の面粗度は、JIS B 0601(2001年)に規定される算術平均粗さRaで60nm以下である。
Moreover, the surface roughness of the top part of the lubricating build-up
頂部の面粗度がこのように小さな潤滑性肉盛り部30は、流動媒を供給することによって得ることができる。この点については、後に詳述する。
The lubricating build-up
第1実施形態に係るピストン10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
The
内燃機関を組み上げて運転する際、シリンダの内壁(シリンダボアの内壁又はシリンダスリーブの内壁)に対して、実質的には潤滑性肉盛り部30が潤滑油を介して摺接する。潤滑性肉盛り部30の頂部が予め平坦化されており、このため、該潤滑性肉盛り部30では、それ自体の最大高さRzが好ましくは4μm以下(2〜3.1μm程度)であり、且つその頂部の算術平均粗さRaが好ましくは60nm以下である。
When the internal combustion engine is assembled and operated, the lubricous build-up
従って、この実施の形態では、シリンダの内壁に対するピストンスカート12の摺動抵抗が小さくなる。実質的な摺接箇所である潤滑性肉盛り部30の頂部が平坦であり、且つ該潤滑性肉盛り部30の面粗度(最大高さRz)も小さいからである。
Therefore, in this embodiment, the sliding resistance of the
このため、潤滑性肉盛り部30の頂部がシリンダの内壁に摺接するときには、シリンダの内壁に対して前記頂部が速やかに滑動する。従って、潤滑性肉盛り部30とシリンダの内壁との間に摩擦が生じ難い。
For this reason, when the top part of the lubricous build-up
また、例えば、潤滑性肉盛り部30がFC(ねずみ鋳鉄)スリーブ又はAlスリーブの内壁に摺接するような場合では、潤滑性肉盛り部30中の銀、銀合金、銅又は銅合金の熱伝導度と、FCスリーブ又はAlスリーブの熱伝導度との和を求めると350W/(m・K)以上となる。
Further, for example, in the case where the lubricous build-up
このため、潤滑性肉盛り部30の頂部がシリンダの内壁に摺接した場合であっても、互いの摺接箇所に局所的に発生した熱が容易に拡散する。換言すれば、滞熱することが回避される。従って、摺接箇所が高温となることが回避されるので、摺接箇所が凝着を起こすことなく容易に研磨される。
For this reason, even when the top portion of the lubricated build-up
以上の現象が惹起される結果、内燃機関の運転開始直後から、ピストン10がシリンダ内を円滑に往復動作する。このため、運転の初期段階から内燃機関の摩擦損失(Psf)が低減する。すなわち、第1実施形態によれば、初回の運転の開始直後であっても摩擦損失が十分に小さい内燃機関を供することができる。
As a result of the above phenomenon, the
のみならず、この場合、潤滑性肉盛り部30のFCスリーブ又はAlスリーブに対するヤング率の差の絶対値が10GPa以上となる。本発明者らの鋭意検討によれば、ヤング率の絶対値の差がこのように大きくなると、スリーブとピストンスカート12との間の微小なクリアランスに潤滑油が良好に保持される。このため、焼付きが生じることを有効に回避し得る。
In addition, in this case, the absolute value of the difference in Young's modulus with respect to the FC sleeve or the Al sleeve of the lubricating build-up
また、銀又は銀合金は概して高価であり、重量も大きいため、銀又は銀合金からなる皮膜をピストンスカート12の摺接面の全体に形成すると、コストの上昇及びピストンの重量増加を招いてしまうが、本実施の形態では、突起部26のみに選択的に潤滑性肉盛り部30を設けるようにしている。このため、潤滑性肉盛り部30を得るための金属(銀、銀合金、銅又は銅合金)の使用量が低減するので、コストが低廉化する。しかも、潤滑性肉盛り部30が突起部26にのみ存在するので、ピストン10の重量が大きく増加することを回避することができる。
Further, since silver or silver alloy is generally expensive and heavy, forming a coating made of silver or silver alloy on the entire sliding contact surface of the
なお、実質的な摺接部が潤滑性肉盛り部30であるため、突起部26にのみ潤滑性肉盛り部30を設ける場合においても、ピストン10に十分な摺動特性が発現する。
In addition, since the substantial sliding contact portion is the lubricous build-up
以上のように、突起部26のみに選択的に潤滑性肉盛り部30を設けることにより、コストを低廉化しつつ、しかも、ピストン10の重量増加を抑制しながら、十分な潤滑作用を発現させることができる。
As described above, the lubricating build-up
次に、本実施の形態に係るピストン10の製造方法につき、ピストンスカート12の摺接面に潤滑性肉盛り部30を設けることとの関係で説明する。
Next, the manufacturing method of the
先ず、銀、銀合金、銅又は銅合金の微粒子、好ましくは平均粒径が1〜80nm、より好ましくは30〜80nmである、いわゆるナノ粒子を分散媒に分散させる。なお、分散媒としては、テルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン等が例示される。 First, fine particles of silver, a silver alloy, copper or a copper alloy, preferably so-called nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 80 nm, more preferably 30 to 80 nm, are dispersed in a dispersion medium. Examples of the dispersion medium include terpineol, nonanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl ethyl ketone, and the like.
さらに、分散媒に対し、グラファイトやカーボンナノチューブ、カーボンブラック、ダイヤモンド等の炭素材、又は炭化ケイ素、炭化チタン、炭窒化チタン等の炭化物セラミックスの少なくともいずれか一方を添加し、粘度が10cp程度であるペースト32(図4参照)を調製する。このペースト32に対し、分散剤等を添加するようにしてもよい。
Further, at least one of carbon materials such as graphite, carbon nanotubes, carbon black and diamond, or carbide ceramics such as silicon carbide, titanium carbide and titanium carbonitride is added to the dispersion medium, and the viscosity is about 10 cp. A paste 32 (see FIG. 4) is prepared. A dispersant or the like may be added to the
次に、該ペースト32をピストンスカート12に塗布する。塗布に際しては、スクリーン印刷やパッド印刷等の公知の塗布手法を採用することができる。
Next, the
この際には、条痕24の谷部28を図示しないスクリーンで覆う。これにより前記谷部28にペースト32が塗布されることが防止され、図4に示すように、凸部である突起部26にのみ選択的にペースト32が塗布される。
At this time, the
金属(銀、銀合金、銅又は銅合金)を多く含有するペースト32は、一般的に高粘度であり、流動性はさほど大きくはない。このため、塗布されたペースト32は、ほとんど流動することなくその位置を保つ。すなわち、この時点でペースト32が移動したり、脱落したりすることはほとんどない。
The
次に、塗布済のペースト32に対して流動媒を供給する。具体的には、例えば、液体Lを塗布すればよい。この場合、液体Lとしては、分散媒として例示したものを選定することができる。また、塗布方法は、ペースト32の広範囲にわたって液体Lを同時に供給し得る手法、例えば、スプレー塗布が好適である。
Next, a fluid medium is supplied to the applied
スプレー塗布装置(図示せず)は、図4に示すように、塗布ノズル34を具備する。液体Lは、この塗布ノズル34からペースト32に向かって吐出され、結局、ペースト32に衝突する。この衝突によってペースト32が拡散する。また、衝突後の液体L(流動媒)は、ペースト32上を流動する。この流動する液体Lにペースト32の一部が同伴されて移動することに伴い、ペースト32の流動が起こる。
The spray coating device (not shown) includes a
その結果、ペースト32の頂部が圧潰されるとともに裾部が拡開する。これにより頂部が平坦化されるとともに、ペースト32の最大高さRz(最高高度から最低高度を差し引いた値)が小さくなる。
As a result, the top of the
次に、該ペースト32をピストン10ごと加熱する。この際の好適な加熱温度は、160〜240℃である。これによりペースト32中の分散媒、及び流動媒として用いた液体Lが揮発するとともに、ナノ粒子同士が融着する。すなわち、焼結が起こり、ナノ粒子の焼結体からなる潤滑性肉盛り部30が得られるに至る。ペースト32が突起部26にのみ塗布されているので、潤滑性肉盛り部30も突起部26にのみ選択的に形成される。
Next, the
ナノ粒子を用いた場合、上記したように160〜240℃という比較的低温域で焼結させて潤滑性肉盛り部30を形成することが可能である。従って、アルミニウム合金からなるピストンスカート12が高温となることが回避され、このため、該ピストンスカート12の機械的強度等に影響が及ぶことを回避することができる。
When nanoparticles are used, it is possible to sinter in a relatively low temperature range of 160 to 240 ° C. to form the lubricous built-up
上記したように、ペースト32の頂部は平坦化されており、且つ該ペースト32の最大高さRzが小さい。このため、図5に示すように、頂部が平坦で好ましくは算術平均粗さRaが60nm以下、且つ最大高さRzが小さく好ましくは4μm以下である潤滑性肉盛り部30が形成されるに至る。
As described above, the top of the
図6は、潤滑性肉盛り部30の粗さ曲線である。この図6から、潤滑性肉盛り部30の頂部が平坦化されていることが諒解される。
FIG. 6 is a roughness curve of the lubricity build-up
ここで、流動媒を供給することなく形成した潤滑性肉盛り部30を図7に示すとともに、その粗さ曲線を図8に示す。さらに、図9は、流動媒を供給することなく形成した潤滑性肉盛り部30の最大高さRzと、液体Lをスプレー塗布により供給して形成した潤滑性肉盛り部30の最大高さRzとを併せて示すグラフである。
Here, the lubricous build-up
図5と図7、図6と図8をそれぞれ対比し、さらに、図9を併せて参照することにより、流動媒(液体L)を供給することによって、頂部が平坦であり且つ最大高さRzが小さい潤滑性肉盛り部30が得られることが明らかである。
By comparing FIGS. 5 and 7, FIGS. 6 and 8, and referring also to FIG. 9, by supplying a fluid medium (liquid L), the top is flat and the maximum height Rz It is clear that a lubricity build-up
なお、液体L(流動媒)をペースト32に供給した後、該ペースト32を加熱する前にピストン10に対して振動を付与するようにしてもよい。これによりペースト32が平され、その結果、頂部が一層平坦化されてその算術平均粗さRaが小さく、且つ最大高さRzも小さい潤滑性肉盛り部30を得ることができる。
In addition, after supplying the liquid L (fluid medium) to the
勿論、ピストン10全体ではなく、ペースト32のみに振動を付与するようにしてもよい。
Of course, vibration may be applied only to the
条痕24の突起部26で凸部を設けることに代替し、樹脂によって凸部を設けるようにしてもよい。これを、第1実施形態の変形例として説明する。
Instead of providing the protrusions with the
この変形例では、図10に断面を拡大して示すように、ピストンスカート12の摺接面が平滑面として形成されるとともに、該平滑な摺接面に樹脂層40が固着されている。この樹脂層40には、摺接面を周回する複数本の線状形状をなすようにして凸部42が突出形成される。この場合、凸部42は、ピストンスカート12に近接する底部側で幅広、離間する頂部側で幅狭となっている。このため、複数本の線状形状の凸部42によって、条痕24に類似する条痕形状が形成される。
In this modification, as shown in an enlarged cross section in FIG. 10, the sliding contact surface of the
樹脂層40(凸部42)を構成する樹脂は、潤滑性肉盛り部30とピストンスカート12との接合力を向上させる種類のものであることが好ましい。そのような素材の好適な例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−6樹脂、ナイロン−6,6樹脂等を挙げることができる。
The resin constituting the resin layer 40 (convex portion 42) is preferably of a type that improves the bonding force between the lubricated built-up
この変形例においては、ピストンスカート12の摺接面と潤滑性肉盛り部30との間に樹脂からなる凸部42を介在するように設けるようにしているので、潤滑性肉盛り部30をなす銀、銀合金、銅又は銅合金の使用量が低減する。その結果、コストが低廉化するとともに、ピストン10の重量が大きく増加することを回避することができる。
In this modified example, since the
なお、この変形例において潤滑性肉盛り部30を形成するときには、ペースト32を得るための分散媒として、ピストンスカート12の摺接面と潤滑性肉盛り部30の間に介在する凸部42(樹脂)を膨潤させることが可能なものを選定することが好ましい。その具体例としては、N−メチルピロリドン、ポリビニルピロリドン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等が挙げられる。
In this modification, when the lubricating build-up
この場合、潤滑性肉盛り部30を形成するために凸部42上にペースト32を塗布した際、分散媒の作用下に樹脂が膨潤する。その結果として、樹脂とペースト32との界面に銀粒子が拡散した相互混合層が形成される。この相互混合層によって、凸部42と潤滑性肉盛り部30との間にいわゆるアンカー効果が発現するので、凸部42に対する潤滑性肉盛り部30の接合力が一層強固となる。
In this case, the resin swells under the action of the dispersion medium when the
勿論、この変形例においても、ペースト32を塗布した後に流動媒が供給される。流動媒としては、上記のN−メチルピロリドン、ポリビニルピロリドン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等を用いるようにしてもよいし、又は、テルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン等を用いるようにしてもよい。
Of course, also in this modified example, the fluid medium is supplied after the
さらに、流動媒を供給した後、上記と同様にピストン10に対して振動を付与するようにしてもよい。
Furthermore, after supplying a fluid medium, you may make it provide a vibration with respect to the
次に、第2実施形態につき説明する。なお、図1〜図4及び図10に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described. The same components as those shown in FIGS. 1 to 4 and 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図11は、第2実施形態に係るピストン50の側面図である。この場合、ピストンスカート12の摺接面には、複数個の点状形状として潤滑性肉盛り部52が設けられる。なお、潤滑性肉盛り部52は、第1実施形態における潤滑性肉盛り部30と同様に銀、銀合金、銅又は銅合金からなる。
FIG. 11 is a side view of the
図11においては理解の容易のために示していないが、図12に拡大して示すように、第2実施形態においても、ピストンスカート12に条痕24が形成される。その一方で、潤滑性肉盛り部52は、条痕24の凸部(突起部26)であるか谷部28であるかに関わらず、ランダムに配置される。すなわち、第2実施形態では、潤滑性肉盛り部52の形成位置は、突起部26(凸部)に限定されない。
Although not shown in FIG. 11 for ease of understanding, as shown in an enlarged view in FIG. 12, the
しかしながら、第2実施形態では、潤滑性肉盛り部52が点状形状に設けられるため、個々の潤滑性肉盛り部52の体積が小さい。すなわち、第1実施形態では、実際の摺接に関与する位置にのみ潤滑性肉盛り部30を設けることで金属(銀、銀合金、銅又は銅合金)の使用量を低減するようにしているが、第2実施形態では、個々の潤滑性肉盛り部52の体積、ひいては、全ての潤滑性肉盛り部52の体積の総和を小さくすることで、金属の使用量を低減するようにしている。
However, in the second embodiment, since the lubricous build-up
このため、第2実施形態においても、第1実施形態と同様にコストが低廉化するとともに、ピストン50の重量が大きく増加することを回避することができるという効果が得られる。
For this reason, also in 2nd Embodiment, while the cost can be reduced similarly to 1st Embodiment, the effect that it can avoid that the weight of
なお、潤滑性肉盛り部52を点状に形成するためには、上記したスクリーン印刷又はパッド印刷等の公知の塗布手法によってペースト32を塗布する際、ピストンスカート12の所定箇所をスクリーンで覆うようにすればよい。
In order to form the lubricity build-up
そして、ペースト32を塗布した後、該ペースト32に対し、上記のテルピネオール、ノナノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、N−メチルピロリドン、ポリビニルピロリドン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等の流動媒を供給する。これによりペースト32が拡散ないし流動するので、該ペースト32に対して加熱を行うことで硬化させると、頂部が平坦で好ましくは算術平均粗さRaが60nm以下であり、且つ最大高さRzが小さく好ましくは4μm以下である潤滑性肉盛り部52が設けられる。
Then, after coating the
必要に応じ、ペースト32を塗布した後、ピストン10に対して振動を付与するようにしてもよい。
If necessary, vibration may be applied to the
条痕24を形成することは必須ではない。すなわち、ピストンスカート12の摺接面を平滑面とし、この平滑な摺接面に対して点状の潤滑性肉盛り部52を設けるようにしてもよい。この場合、潤滑性肉盛り部52、52同士の間に形成される凹部が潤滑油を保持する役割を果たす。
It is not essential to form the
さらに、ピストンスカート12の摺接面と、潤滑性肉盛り部52との間に中間層を介在するようにしてもよい。これを、第2実施形態の変形例として説明する。
Furthermore, an intermediate layer may be interposed between the sliding contact surface of the
この変形例では、図13に断面を拡大して示すように、ピストンスカート12の平滑な摺接面が全体にわたって中間層54で覆われ、この中間層54上に、点状形状の潤滑性肉盛り部52が設けられる。
In this modification, as shown in an enlarged cross section in FIG. 13, the smooth sliding contact surface of the
中間層54は、MoS2やグラファイト等の良好な潤滑性を示す無機物質から形成するようにしてもよいが、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン−6樹脂、ナイロン−6,6樹脂等の樹脂から形成するようにしてもよい。前者の場合、潤滑性肉盛り部52が中間層54から万一脱落(剥離)したとしても、中間層54によって潤滑性能が維持される。また、後者の場合、潤滑性肉盛り部52とピストンスカート12との接合力が向上するという利点が得られる。
The
中間層54は、樹脂材に加えて固体潤滑剤をさらに含有するものであってもよい。換言すれば、中間層54は、潤滑性を示す無機物質と、上記したような樹脂との混合層であってもよい。
The
固体潤滑剤としては公知のものを配合すればよいが、その好適な例としては、二硫化モリブデン(MoS2)、窒化ホウ素(BN)、グラファイト(C)等が挙げられる。この場合、潤滑性肉盛り部52とピストンスカート12との接合力が向上するとともに、中間層54が万一シリンダの内壁に摺接するに至ったとしても、前記固体潤滑剤によって潤滑性能が維持される。
Known solid lubricants may be blended, and suitable examples thereof include molybdenum disulfide (MoS 2 ), boron nitride (BN), and graphite (C). In this case, the joining force between the lubricating
以上のように、中間層54によって潤滑性を維持させたり、又は、潤滑性肉盛り部52とピストンスカート12との接合力を向上させたりしつつ、潤滑性肉盛り部52を得るための金属の使用量を低減することができる。そして、その結果、コストを低廉化することができるとともに、ピストン50の重量が大きく増加することを回避することができる。
As described above, the metal for obtaining the
そして、上記したような無機物質又は樹脂のいずれも安価且つ軽量であり、このため、ピストンスカート12の摺接面全体を中間層54で被覆したとしても、コストが著しく上昇することや、ピストン50の重量が過度に大きくなることが回避される。しかも、ピストンスカート12の摺接面全体を中間層54で被覆するときには、ピストンスカート12の摺接面の一部に選択的に中間層54を設ける場合に比して作業が容易且つ簡便となるという利点が得られる。
Any of the inorganic substances and resins as described above is inexpensive and lightweight. For this reason, even if the entire sliding contact surface of the
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは勿論である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、第2実施形態においても、条痕24の突起部26にのみ潤滑性肉盛り部52を点状に形成するようにしてもよい。すなわち、この場合、ピストンスカート12の摺接面を周回する突起部26の一部が潤滑性肉盛り部52によって点状に被覆される。
For example, also in the second embodiment, the lubricating build-up
また、第1実施形態の変形例と同様に、中間層54を条痕形状に形成するようにしてもよい。この場合、条痕形状の頂部に潤滑性肉盛り部52を点状に形成すればよい。
Moreover, you may make it form the intermediate |
さらに、第2実施形態の変形例では、ピストンスカート12の摺接面全体を中間層54で覆うようにしているが、ピストンスカート12の摺接面の一部に選択的に中間層54を点状又は線状に設け、この中間層54上にのみ選択的に潤滑性肉盛り部52を設けるようにしてもよい。
Further, in the modification of the second embodiment, the entire sliding contact surface of the
さらにまた、流動媒は液体Lに限定されるものではなく、圧縮エア等の圧縮気体であってもよい。この場合、供給ノズルからの吐出圧を、塗布ノズル34(図4参照)からの吐出圧に比して大きくする等、供給条件を適宜設定すればよい。 Furthermore, the fluid medium is not limited to the liquid L, and may be a compressed gas such as compressed air. In this case, the supply conditions may be set as appropriate, such as increasing the discharge pressure from the supply nozzle as compared to the discharge pressure from the application nozzle 34 (see FIG. 4).
10、50…内燃機関用ピストン 12…ピストンスカート
24…条痕 26…突起部
28…谷部 30、52…潤滑性肉盛り部
32…ペースト 34…塗布ノズル
40…樹脂層 42…凸部
54…中間層 L…液体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ピストンスカートの摺接面に設けられた凸部に、該凸部が内部に進入するように、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか1種を含むペーストを塗布する工程と、
前記凸部に塗布された前記ペーストに対して流動媒を供給することにより、前記ペーストを流動させる工程と、
流動した後の前記ペーストを加熱することで該ペーストを硬化することにより、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか1種を含み、頂部が平坦面であるとともに、前記凸部を覆って且つ内部に前記凸部が進入した固体潤滑部を得る工程と、
を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 In a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine in which a solid lubricating portion is formed on a piston skirt that is in sliding contact with an inner wall of a cylinder of the internal combustion engine,
Applying a paste containing at least one of silver, a silver alloy, copper, or a copper alloy so that the protrusion enters the inside of the protrusion provided on the sliding surface of the piston skirt;
Supplying the fluid medium to the paste applied to the protrusions to flow the paste;
By heating the paste after flowing, the paste is cured to contain at least one of silver, silver alloy, copper, or copper alloy, the top is a flat surface, and the protrusion is covered. And obtaining a solid lubrication part into which the convex part has entered,
The manufacturing method of the piston for internal combustion engines characterized by having.
前記ピストンスカートの平滑な摺接面に、樹脂材を含む平坦な中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか1種を含むペーストを点状形状又は線状形状に塗布する工程と、
前記ペーストに対して流動媒を供給することにより、前記ペーストを流動させる工程と、
流動した後の前記ペーストを加熱することで該ペーストを硬化することにより、銀、銀合金、銅又は銅合金の少なくともいずれか1種を含み、頂部が平坦面であり且つ点状形状又は線状形状をなす固体潤滑部を得る工程と、
を有することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 In a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine in which a solid lubricating portion is formed on a piston skirt that is in sliding contact with an inner wall of a cylinder of the internal combustion engine
Forming a flat intermediate layer containing a resin material on the smooth sliding contact surface of the piston skirt;
On the intermediate layer, a step of applying a paste containing at least one of silver, a silver alloy, copper, or a copper alloy in a dot shape or a linear shape;
Supplying the fluid medium to the paste to cause the paste to flow;
By heating the paste after flowing, the paste is cured to contain at least one of silver, silver alloy, copper, or copper alloy, the top is a flat surface, and is a dot-like or linear shape Obtaining a solid lubricating part having a shape;
The manufacturing method of the piston for internal combustion engines characterized by having.
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