JPH05147189A - エンジンピストンのような円柱状物の円柱状周面に層を形成するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンピストンのような円柱状物の円柱状周
面に、鮮明な輪郭を持った層を高い層厚の均一性をもっ
て形成できる方法及び装置の提供。 【構成】エンジンピストン１の円柱状周面にスクリーン
印刷法を用いて層を形成する。そのための装置は、ステ
ンシル２及びブレード１０を包含する複数のスクリーン
印刷部Ａ、Ｂ、Ｃを備えており、層形成対象のピストン
は、レセプタクル１８に支持されつつ順次スクリーン印
刷部に供給され、そこにおいて、その縦中心軸Ｘを中心
に回転しつつステンシル２と接触する間に層が印刷され
る。ステンシル２は、ブレード１０にてピストンへ接触
させられるもので、印刷に際してピストンの回転方向へ
スリップせずに直進するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジンピスト
ンあるいはその類の円柱状物の円柱状周面に、層形成組
成物、特に滑り易いペースト状組成物で層を形成するた
めの方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピストン表面へのこのような層形成は、
通常、鉛、錫、グラファイト等を所定の厚みで塗布する
ことによりなされるが、種々の厚み及びパターンで層の
形成が可能であれば、内燃機関のシリンダにおける潤滑
油切れの際のピストンの焼付き防止や、あるいはエンジ
ンのノッキング減少に役立たせることができる。

【０００３】エンジンピストンへのこのような層形成に
は、従来一般に噴霧法が用いられていた。しかし、噴霧
法は、ロスが多くて効率が悪いので高価となり、満足の
ゆくものでない。その上、噴霧法は、多量の溶剤を大気
中に放散するので環境汚染の問題を伴う。

【０００４】また、噴霧による層形成は、ピストンの周
辺面に施したマスクを通して行われるので、層の周縁に
鮮明な輪郭を得られない。加えて、マスクの下に隙間が
あることによっても、層の周縁の鮮明な輪郭を損なわれ
る。さらに、噴霧ノズルの調節により決まる層厚の精度
が一般に悪い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、エンジンピストンあるいはその類の円柱状物の
円柱状周面に層形成組成物で層を形成するための方法及
び装置の提供にあり、これにより従来から経験された上
記の欠陥を、比較的単純な構成要素からなる方法及び装
置を用いて取り除くことにある。また、各種のピストン
に対して、予め設定した所要層厚を随時再現できるよう
な方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】このような目的
は、スクリーン印刷法による本発明の層形成法及び装置
を採用することにより達成できる。

【０００７】本発明のスクリーン印刷法によれば、均一
な層を最小公差で合理的にエンジンピストン等の円柱状
周面に形成することができ、同時に例えば溶剤蒸発のよ
うな環境汚染の原因になる全ての放出物を完全に排除す
ることができる。また、本発明の方法によれば、同一ま
たは異なる層厚を有する複数の層を次々に一回の操作で
処理することも可能である。層の厚さは、層形成組成物
の粘度が不変であるとすれば、ステンシルの織布の質に
より予め決定できる。

【０００８】本発明の方法によれば、層形成面中に一種
または二種以上の非層形成のフリー領域を簡単に形成で
き、スリット、ホール、くぼみ、ストリップ等の形状で
形成されるこれらのフリー領域を潤滑剤用ボアまたは観
測用ポートとして利用できる。これらのフリー領域の機
能には次の二つが包含される。第一は、膜厚の測定、し
たがって膜厚のモニタに使う測定用ホールまたは観測用
ポートとしての機能であり、第二は、グリース支持体と
しての機能であり、通常の運転条件下におけるピストン
の潤滑を改良する。

【０００９】公知の噴霧法とは対照的に本発明の提案に
よるスクリーン印刷法による場合、このようなフリー領
域は大きさ及び形状の如何に係わらず簡単に安価に形成
でき、厚さ及び縁部の輪郭も極めて高い精度で形成でき
る。また、本発明の方法は、極めて微細なフリー領域の
形成に適用できる。

【００１０】本発明の方法では、ピストンは、直立状態
且つステンシルと接触しつつその縦中心軸を中心に回転
しながら印刷により層形成されるもので、この際にステ
ンシル自体もピストンの回転方向へ同時に移動する。
尚、実験用で荷重が小さい場合には、当然ながらピスト
ンを水平状態することも可能である。

【００１１】本発明のスクリーン印刷法によれば、側縁
部や上下両縁部等で層厚がくさび形状に薄くなるような
状態の層をできる利点もある。この結果、固い縁部もし
くは固い段部の形成が避けられ、層の縁部が滑らかなも
のになる。このようにして、ピストンの円柱状周面に対
してよりよく適合する結果、強い抵抗を避けられる。こ
のことは側縁部についても言えることであるが、ピスト
ンの運動方向に関する上縁部及び下縁部について特に有
益である。層形成組成物は連続的に回転して混合しなが
らスクリーン印刷機のステンシル中に供給される。

【００１２】また本発明は、このスクリーン印刷法を実
施するための装置に関するものである。この装置の特徴
は、ステンシル及びアプリケータ・ブレードを各々に備
えた一種または数種のスクリーン印刷部から成り、層形
成すべき円柱状周面を有する複数のピストンがレセプタ
クル中に支持されながら印刷部のステンシルに至るまで
移動し、それぞれのピストンはこの位置においてその縦
中心軸を中心に回転すると同時に、スクリーン印刷部の
ステンシルは、ピストンの円柱状周面に対して接線方向
で接触しながらスリップなしにピストンの回転に合わせ
て直進し、且つ層形成すべきピストンの縦中心軸に平行
に伸長したブレード縁部を有するアプリケータ・ブレー
ドが、印刷操作中は、ステンシルに接するピストンの円
柱状周面に対向して位置されることである。

【００１３】ピストンは、直立または水平のいずれの状
態に配されてもよい。しかしながら、ステンシル及びア
プリケータ・ブレードが垂直に伸長し、且つピストンが
レセプタクル上に垂直に配列されるように装置を組み立
てることが望ましい。ブレードの固さは要望される層の
厚さに適応させることができる。複数のスクリーン印刷
部をピストンの通路中に順次配設する場合には、これら
の印刷部のブレードの固さは同一でも異なってもよい。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
説明する。図１に示す本実施例の層形成装置は、連続的
に回転するベルトコンベヤ１５により供給される縦中心
軸Ｘを有する複数のピストン１を、挟持具１７を備えた
回転ヘッド１６によりリズミカルにベルトコンベヤから
運び出す。

【００１５】この際に挟持具１７は、あごを備えた溝中
にピストン１を把持し、遊星歯車装置９、１２Ａ、１２
Ｂ、１４Ａ、１４Ｂを利用して回転テーブル１３上に置
かれた位置制御レセプタクル１８まで互いに同じ方向に
ピストンを搬送する。

【００１６】レセプタクル１８中に把持されたピストン
１は、上向きに伸長するピン６上に置かれることにより
回転不能な状態になり、回転テーブル１３の回転による
ステップ・バイ・ステップ装置により三箇所のスクリー
ン印刷部Ａ、Ｂ及びＣの位置まで一つずつ送り出され
る。

【００１７】これら三箇所の印刷部は互いに前後してピ
ストン通路中に位置しており、そこにおいてピストンの
円柱状周面に前以て決められた層Ａ１、Ｂ１、Ｃ１が次
々に形成される。これらの層はステンシル２を用いて施
されるが、このステンシル２がアプリケータ・ブレード
１０によりピストンの円柱状周面に対し接線方向で押接
させられている。

【００１８】印刷操作中、ピストンはレセプタクル１８
と一緒に縦中心軸Ｘ（図３及び図４）を中心に回転を行
ない、この際ステンシル２はピストンの円柱状周面に対
して接線方向で接触しながらスリップせずにピストンの
回転方向に直進する。図２に示す矢印は、この印刷操作
中のピストン及びステンシル２の回転及び直進運動の方
向を示す。

【００１９】この間、アプリケータ・ブレード１０は、
そのピストン１の縦中心軸Ｘに平行に伸長するブレード
縁部が層形成すべきピストン１に向かい合ってステンシ
ル２に接触する状態を保持しており、ホース線８を経由
してステンシルの上部領域に供給された層形成組成物を
ステンシルを通じてピストンの円柱状周面に供給してい
る。

【００２０】ステンシルの設計如何によっては、ピスト
ンの円柱状周面の一部だけに層形成することもできる。
図３乃至図５に示した一実施態様では、ピストン１は、
ピストンヘッドにおいてスクリーン印刷部Ｃにより層Ｃ
３が円形に施され、またピストン周辺領域ではピストン
ピンボア３をはずした側面上に層面Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に
対応する層が層形成部Ａ、Ｂ、Ｃにおいて施される。

【００２１】この実施態様に示した層形成面は単なる例
示に過ぎない。多くの場合、層形成面の数は少ないほう
が好ましい。例えば、最下段の二つの層形成面Ａ１だけ
に層形成することもでき、この場合の二つの面は互いに
相対向した位置で約９０°の周辺領域に亙って伸長して
いる。この二つの層形成面Ａ１は例えばエンジンによる
ノッキングの防止を目的とするバッファ用に形成させる
ことができ、この場合の膜厚を１０μｍとすることも可
能である。

【００２２】二つの層形成面Ｃ１も互いに対向して一定
間隔を置いた状態で層形成面Ａ１に平行して配列させ、
また同時に層形成面Ｂ１を通常の潤滑システムが故障し
た際の緊急潤滑の目的で特に形成させてもよい。層形成
面Ｃ１（及びＢ１も）も周辺領域９０°範囲に亙って伸
長させ、例えば２０μｍの膜厚で形成させることができ
る。

【００２３】図５から明らかなように、層形成面Ａ１、
Ｂ１及びＣ１は、いずれの縁部においてもくさび形４を
形成している。

【００２４】図３、及び図４における拡大図から明らか
なように層形成面には層形成されていない小さなフリー
領域５を形成させることができる。このために層形成面
Ａ１及びＣ１中に例えば四角形、楕円あるいは円形の溝
５を描く。当然ながら、ホール、スリット、ストリッ
プ、楕円、卵形、円形その他の形状のフリー領域を有す
る層形成面を形成させることもできる。

【００２５】層形成組成物としては樹脂系結合剤または
樹脂を含むグラファイト粉末を使用する。好ましい組成
は次のようである： グラファイト ３０−５０重量％、好ましくは４０重量
％ 樹脂 ５０−７０重量％、好ましくは６０重量
％ 層形成組成物の粘度は６０００乃至８５００ｃｐの範囲
内に納めなければならない。好結果が得られる粘度は約
７０００ｃｐである。必要に応じてイソプロパノールま
たはエチレングリコールを使用して粘度を調節すると好
都合である。

【００２６】ステンシルから流れ出る余剰の層形成組成
物は、ステンシルの下方に置いた貯蔵タンク１１中に集
められ、ポンプ７によりホース線８を経由して絶えず攪
拌されながらステンシルに返送される。層形成組成物を
絶えず攪拌しながら連続的にステンシルに供給すること
により、層形成組成物の分解による粘度変化傾向を回避
することができる。

【００２７】層形成終了後、ブレード１０をステンシル
２から引き抜いてピストンの層形成済み円柱状周面との
接触を断ち、ステンシル２をピストンとの接触なしに接
線方向の初期位置に引き戻す。複数のピストンの層形成
を三箇所のスクリーン印刷部Ａ、Ｂ及びＣにより行なっ
た後に、ピストンを回転ヘッド１６に戻し、挟持具１７
により持ち上げることによりレセプタクル１７から取り
除きベルトコンベヤ１５により搬送する。

【００２８】

【発明の効果】この発明による層形成方法及び装置は、
以上説明したように、スクリーン印刷法を用いるように
しているので、エンジンピストンのような円柱状物の円
柱状周面に、鮮明な輪郭を持った層を高い厚み均一性を
もって形成できる。したがって、この方法及び装置を用
いることによりエンジンピストンの品質向上に大きく寄
与できる。また、この方法及び装置によれば、溶剤蒸発
のような環境汚染原因を伴うことがないので、環境保全
についても大きく寄与できる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】層形成装置の一例を示す側面図である。

【図２】図１の層形成装置の平面図である。

【図３】本発明による方法及び装置にてピストン円柱状
周面に形成された層の一例を示す説明図である。

【図４】図３中の右方向からみた説明図である。

【図５】層を有するピストンの円柱状周面領域を示す拡
大側立面図である。

【図６】ピストンのレセプタクルの側面図である。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンピストンのような円柱状物の円
   柱状周面に層形成組成物、特にすべり易いペースト状組
   成物により層を形成する方法において、 スクリーン印刷法により層の形成を行うことを特徴とす
   る方法。
2. 【請求項２】 ピストンは、直立状態で縦中心軸を中心
   にして回転するか、または水平状態で縦中心軸を中心に
   して回転するかしつつステンシルに接触して印刷される
   請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 ピストンをスクリーン印刷ユニットまで
   移動させ、このスクリーン印刷ユニットにおいてピスト
   ンをその縦中心軸を中心に回転させると共に、印刷中は
   スクリーン印刷ユニットのステンシルをピストンの円柱
   状周面に対して接線方向で接触させながらスリップさせ
   ずにピストンの回転方向に直進させ、またスクリーン印
   刷ユニットのブレードでステンシルをピストンの円柱状
   周面に押接させるようにした請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 層形成面Ａ１、Ｂ１、Ｃ１中に一つまた
   は二つ以上の層形成のなされないフリー領域５を潤滑用
   ボアまたは観測用ポートとしてスリット、ホール、くぼ
   みまたはストリップ等の形状で形成するようにした請求
   項１〜３何れかに記載の方法。
5. 【請求項５】 グラファイト粉末と樹脂との混合物、ま
   たはグラファイト粉末と樹脂系結合剤との混合物を層形
   成組成物として使用するようにした請求項１に記載の方
   法。
6. 【請求項６】 混合物の成分割合がグラファイト粉末３
   ０乃至５０重量％、好ましくは４０重量％、結合剤５０
   乃至７０重量％、好ましくは６０重量％である請求項５
   に記載の方法。
7. 【請求項７】 層形成組成物の粘度が６０００乃至８５
   ００ｃｐ、好ましくは７０００ｃｐである請求項５に記
   載の方法。
8. 【請求項８】 層形成組成物中に溶剤としてイソプロパ
   ノール及び／またはエチレングリコールを添加して粘度
   調節を行なう請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 エンジンのノッキング低減を目的に形成
   させる層形成面Ａ１における層の厚さが１０μｍ程度で
   あり、緊急潤滑を目的に形成させる層形成面Ｂ１、Ｃ１
   における層の厚さが２０μｍ程度とされる請求項１〜８
   の何れかに記載の方法。
10. 【請求項１０】 側縁及び／または上下両縁でくさび形
    ４を形成する状態に層厚が減少するように層を形成する
    請求項１〜９の何れかに記載の方法。
11. 【請求項１１】 複数のピストンをステップ・バイ・ス
    テップ操作により個々にスクリーン印刷ユニットへ供給
    するようにした請求項１〜１０の何れかに記載の方法。
12. 【請求項１２】 層形成組成物が連続的に循環・攪拌さ
    れながらスクリーン印刷ユニットのステンシルへ供給さ
    れるようになっている請求項１〜１１の何れかに記載の
    方法。
13. 【請求項１３】 同一プロセスシーケンスにおいてピス
    トンの円柱状周面の異なる位置に二種または三種以上の
    異なる厚さの層を順次形成させるようにした請求項１〜
    １２の何れかに記載の方法。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３の何れかに記載の方法
    に用いる装置であって、 ステンシル２及びアプリケータ・ブレード１０を包含す
    る一箇所または二箇所以上のスクリーン印刷部Ａ、Ｂ、
    Ｃから成り；レセプタクル１８に支持されて、層形成対
    象のピストン１がステンシル２の位置まで移動すること
    が可能であり；スクリーン印刷部においてピストン１が
    レセプタクル１８と共にその縦中心軸Ｘを中心に回転し
    得ると共に、ステンシル２がピストン１と接線方向で接
    触しつつピストン１の回転方向にスリップせずに直進す
    ることが可能であり；且つアプリケータ・ブレード１０
    が、印刷操作中、ピストン１の縦中心軸Ｘに平行に伸長
    するそのブレード縁部をピストン１に向かい合ってステ
    ンシル２に接触させる状態を保持可能とされていること
    を特徴とする装置。
15. 【請求項１５】 ステンシル２及びアプリケータ・ブレ
    ード１０が垂直に伸長され、またピストン１がレセプタ
    クル１８上に垂直に配列されてなる請求項１４に記載の
    装置。
16. 【請求項１６】 アプリケータ・ブレード１０をピスト
    ンの円柱状周面から引き抜くことによりステンシル２を
    持ち上げて、持ち上げた位置でステンシルを元の接線位
    置へ引き戻しうるようになっている請求項１４または１
    ５の何れかに記載の装置。
17. 【請求項１７】 ステンシル２から流れ出た余剰の層形
    成組成物を回収するための貯蔵タンク１１がステンシル
    ２の下方に配設され、また貯蔵タンク１１にポンプ７を
    備えた層形成組成物返送線８に連結され、層形成組成物
    返送線８により層形成組成物がステンシルへ返送される
    ようになっている請求項１４〜１６の何れかに記載の装
    置。
18. 【請求項１８】 ピストン１の通路上に各種の複数のス
    クリーン印刷部Ａ、Ｂ、Ｃが順次配され、各スクリーン
    印刷部Ａ、Ｂ、Ｃにおけるブレード１０の固さが各スク
    リーン印刷部Ａ、Ｂ、Ｃで形成すべき層厚に対応させて
    同一または異なる固さとされる請求項１４〜１７の何れ
    かに記載の装置。