JPH07189804A - Piston for internal combustion engine and its manufacture - Google Patents
Piston for internal combustion engine and its manufactureInfo
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- JPH07189804A JPH07189804A JP33158793A JP33158793A JPH07189804A JP H07189804 A JPH07189804 A JP H07189804A JP 33158793 A JP33158793 A JP 33158793A JP 33158793 A JP33158793 A JP 33158793A JP H07189804 A JPH07189804 A JP H07189804A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、初期なじみ性がよく、
この良好ななじみ性を長期間にわたって維持できる内燃
機関のピストンとその製造方法に関する。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has good initial familiarity,
The present invention relates to a piston of an internal combustion engine capable of maintaining good conformability for a long period of time and a method for manufacturing the piston.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、内燃機関のピストンのスカート部
に、固体潤滑材を含有させたフッ素樹脂コーティングを
施すことにより、ピストンとシリンダボア間の潤滑性を
向上する技術は知られている（たとえば、特開昭５４−
１６２０１４号公報）。このコーティングのバインダ樹
脂は、エポキシ樹脂にフッ素樹脂を混在させたもので、
エポキシ樹脂が容易に摩耗するために早期に摩耗して最
適なピストンプロフィルを形成でき、初期なじみ性がよ
く、フッ素樹脂が低摩擦であることおよび固体潤滑材を
含むため潤滑性に優れている。2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a technique for improving lubricity between a piston and a cylinder bore by coating a skirt portion of a piston of an internal combustion engine with a fluororesin coating containing a solid lubricant (for example, JP 54-
162014). The binder resin of this coating is a mixture of epoxy resin and fluororesin,
Since the epoxy resin is easily worn, it can be worn early to form an optimum piston profile, the initial conformability is good, and the fluororesin has low friction and contains a solid lubricant, and thus has excellent lubricity.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術には
次の問題がある。すなわち、エポキシ樹脂ベースのコー
ティングは、初期なじみ性がよいものの、耐摩耗性が乏
しいので、運転時間の経過とともに摩耗が進行し最適プ
ロフィルが崩れ、遂にはピストン母材（アルミ合金）が
露出する。その結果、スカッフィングが生じ、ピストン
とシリンダボア間の摩擦が大になり焼き付きを生じるよ
うになる。また、コーティング層の消滅によりピストン
とボア間のクリアランスも大になり、オイル消費が悪化
し、ピストン打音も大になる。耐久性を向上させるため
に、コーティング層の厚さを大にすると剥れやすくな
り、耐久性が逆に低下することもある。また、耐摩耗性
を得るために、バインダをエポキシ樹脂から、耐摩耗性
のあるポリアミドイミド樹脂等に変えると、今度は初期
なじみ性が悪化する。このように、従来のコーティング
層では、初期なじみ性と耐久性とを両立させることが困
難であった。本発明の目的は、初期なじみ性が良好で、
しかもこの良好な初期なじみ性が長期間の運転にわたっ
て維持できる、コーティングが施された内燃機関のピス
トンとその製造方法を提供することにある。However, the prior art has the following problems. That is, although the epoxy resin-based coating has good initial conformability, it has poor wear resistance, and therefore wear progresses with the lapse of operating time, the optimum profile collapses, and finally the piston base material (aluminum alloy) is exposed. As a result, scuffing occurs, the friction between the piston and the cylinder bore becomes large, and seizure occurs. In addition, the disappearance of the coating layer increases the clearance between the piston and the bore, which reduces oil consumption and increases the piston striking sound. If the thickness of the coating layer is increased in order to improve the durability, the coating may be easily peeled off and the durability may be decreased. If the binder is changed from epoxy resin to abrasion-resistant polyamide-imide resin or the like in order to obtain abrasion resistance, the initial conformability is deteriorated. As described above, it has been difficult for the conventional coating layer to satisfy both the initial conformability and the durability. The object of the present invention is to have good initial familiarity,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a coated piston for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, which can maintain the good initial conformability over a long period of operation.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明の内燃機関のピストンは次の（１）のピスト
ンから成り、その製造方法は次の（２）の方法から成
る。 （１）ピストンスカートに、固体潤滑材を含有する耐摩
耗性のある第１コーティング層を形成し、該第１コーテ
ィング層の上に前記第１コーティング層より低い硬度の
第２コーティング層を形成した内燃機関のピストン。 （２）ピストンスカートに熱硬化性樹脂を含有する第１
コーティング層を施して焼成し、前記第１コーティング
層の上に熱硬化性樹脂を含有する第２コーティング層を
施して前記第１コーティング層の焼成温度より低い温度
で焼成する内燃機関のピストンの製造方法。In order to achieve the above object, the piston of the internal combustion engine of the present invention comprises the following piston (1), and the manufacturing method thereof comprises the following (2) method. (1) A wear-resistant first coating layer containing a solid lubricant is formed on a piston skirt, and a second coating layer having a hardness lower than that of the first coating layer is formed on the first coating layer. Internal combustion engine piston. (2) First piston skirt containing thermosetting resin
Manufacture of a piston for an internal combustion engine in which a coating layer is applied and fired, and a second coating layer containing a thermosetting resin is applied on the first coating layer and fired at a temperature lower than the firing temperature of the first coating layer. Method.
【０００５】[0005]
【作用】上記（１）のピストンでは、表面側の硬さの低
いコーティング層と下地側の硬さの高いコーティング層
との２層コーティングとなるため、なじみ性と耐久性と
を両立させることができる。上記（２）のピストンの製
造方法では、熱硬化性樹脂の２層コーティングで、焼成
温度を表面側層の方を低くすることによって、たとえ同
じ樹脂であっても表面側の硬さを容易に低くすることが
できる。In the piston of the above (1), since it is a two-layer coating consisting of a coating layer having a low hardness on the surface side and a coating layer having a high hardness on the base side, compatibility with durability can be achieved at the same time. it can. In the method of manufacturing a piston of the above (2), a two-layer coating of thermosetting resin is used to lower the firing temperature of the surface side layer, so that the hardness of the surface side can be easily increased even if the same resin is used. Can be lowered.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１に示
すように、内燃機関のピストン１は、シリンダボア２に
往復動可能に挿入されている。ピストン母材、シリンダ
ブロック母材はアルミ合金である。ピストン１はピスト
ンスカート３を有し、このピストンスカート３にてシリ
ンダボア２内面に摺接する。図２に示すように、ピスト
ンスカート３の外周面にはピストン軸線方向に延びるら
せん状に加工された条痕があり、この条痕を有するピス
トンスカート外周面に、第１コーティング層４が形成さ
れ、その上（外周面）に第２コーティング層５が形成さ
れる。条痕を残しておくのはコーティング層が剥がれに
くくするためである。第１コーティング層４は固体潤滑
材をバインダ樹脂中に含有させた層からなり、耐摩耗性
を有する。第２コーティング層５は樹脂からなり（固体
潤滑材を含んでいてもよい）、第２コーティング層５の
硬度は第１コーティング層４の硬度より低く設定されて
いる。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, a piston 1 of an internal combustion engine is reciprocally inserted in a cylinder bore 2. The piston base material and the cylinder block base material are aluminum alloys. The piston 1 has a piston skirt 3, and the piston skirt 3 makes sliding contact with the inner surface of the cylinder bore 2. As shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the piston skirt 3 has a spiral-shaped scratch extending in the piston axial direction, and the first coating layer 4 is formed on the piston skirt outer peripheral surface having the scratch. The second coating layer 5 is formed thereon (outer peripheral surface). The reason for leaving the streaks is to make it difficult for the coating layer to peel off. The first coating layer 4 is composed of a layer containing a solid lubricant in a binder resin and has wear resistance. The second coating layer 5 is made of resin (may contain a solid lubricant), and the hardness of the second coating layer 5 is set lower than the hardness of the first coating layer 4.
【０００７】第１コーティング層４のバインダ樹脂は熱
硬化性樹脂からなり、ポリアミドイミド、ポリイミドを
用いることができる。これらの樹脂のマトリクスはエポ
キシに比べて硬く、耐摩耗性を有する。固体潤滑材に
は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化
モリブデン（ＭｏＳ2 ）、グラファイト（Ｃ）等の少な
くとも１種が用いられる。固体潤滑材は、低摩擦係数、
高潤滑性を得るために含有される。たとえば、第１コー
ティング層の組成は、バインダ樹脂４０〜７５ｗｔ％、
ＰＴＦＥ５〜１５ｗｔ％、ＭｏＳ2 １０〜２５ｗｔ％、
Ｃ１０〜２０ｗｔ％に設定される。第１コーティング層
４の厚さは８μｍ以上となる。ただし、第１コーティン
グ層４と第２コーティング層５との合計は４０μｍ以下
とする。これらの厚さの根拠は後述する。The binder resin of the first coating layer 4 is made of thermosetting resin, and polyamide imide or polyimide can be used. The matrix of these resins is harder than epoxy and has abrasion resistance. As the solid lubricant, at least one kind of polytetrafluoroethylene (PTFE), molybdenum disulfide (MoS 2 ), graphite (C) and the like is used. Solid lubricants have a low coefficient of friction,
It is contained to obtain high lubricity. For example, the composition of the first coating layer is 40 to 75 wt% of binder resin,
PTFE 5-15 wt%, MoS 2 10-25 wt%,
C10 to 20 wt% is set. The thickness of the first coating layer 4 is 8 μm or more. However, the total of the first coating layer 4 and the second coating layer 5 is 40 μm or less. The basis of these thicknesses will be described later.
【０００８】第２コーティング層５の樹脂は熱硬化性樹
脂からなり、エポキシ、ポリエステル樹脂を用いること
ができる。これらの樹脂のマトリクスはポリアミドイミ
ド、ポリイミドに比べて柔らかく、ピストンになじみ性
を与える。固体潤滑材にはＰＴＦＥ、ＭｏＳ2 、Ｃの少
なくとも１種が用いられる。第２コーティング層５の組
成は、バインダ樹脂７０〜９０ｗｔ％、固体潤滑材１０
〜３０ｗｔ％に設定される。第２コーティング層５の厚
さは８〜１５μｍである。厚さの根拠は後述する。The resin of the second coating layer 5 is a thermosetting resin, and epoxy or polyester resin can be used. The matrix of these resins is softer than polyamide-imide and polyimide, and gives the piston a good fit. At least one of PTFE, MoS 2 , and C is used as the solid lubricant. The composition of the second coating layer 5 is 70 to 90 wt% of the binder resin and the solid lubricant 10.
It is set to ˜30 wt%. The thickness of the second coating layer 5 is 8 to 15 μm. The basis of the thickness will be described later.
【０００９】上記では、第２コーティング層５の硬度を
第１コーティング層４の硬度より低くするのに、バイン
ダ樹脂の種類を変えている。すなわち、第１コーティン
グ層４のバインダ樹脂をポリアミドイミド、ポリイミ
ド、第２コーティング層５の樹脂をエポキシ、ポリエス
テルとしている。樹脂の種類を変えること以外によっ
て、コーティング層の硬度を変えてもよい。たとえば、
同じ熱硬化性樹脂を用いても焼成温度を変えることによ
って硬度を変えることができる。すなわち、第１、第２
コーティング層のバインダ樹脂を同じポリアミドイミド
またはポリイミドとした場合、第１コーティング層４の
焼成温度より第２コーティング層５の焼成温度を低くす
ることにより、第２コーティング層５の硬さを第１コー
ティング層４の硬さより低くできる。たとえば、第１コ
ーティング層４を、焼成温度を１８０℃〜２２０℃とし
て１５分〜９０分焼成して形成し、第２コーティング層
５を、焼成温度を１５０℃〜１６０℃として３０分〜９
０分焼成して形成してもよい。In the above, the kind of binder resin is changed in order to make the hardness of the second coating layer 5 lower than that of the first coating layer 4. That is, the binder resin of the first coating layer 4 is polyamide-imide or polyimide, and the resin of the second coating layer 5 is epoxy or polyester. The hardness of the coating layer may be changed by changing the type of resin. For example,
Even if the same thermosetting resin is used, the hardness can be changed by changing the firing temperature. That is, the first and second
When the binder resin of the coating layer is the same polyamide-imide or polyimide, by lowering the firing temperature of the second coating layer 5 below the firing temperature of the first coating layer 4, the hardness of the second coating layer 5 is reduced to the first coating. It can be lower than the hardness of the layer 4. For example, the first coating layer 4 is formed by baking at a baking temperature of 180 to 220 ° C. for 15 to 90 minutes, and the second coating layer 5 is formed at a baking temperature of 150 to 160 ° C. for 30 to 9 minutes.
You may form by baking for 0 minutes.
【００１０】第１コーティング層４の固体潤滑材含有比
は、第２コーティング層５の固体潤滑材含有比と変えら
れて、すなわち大にされて、第１コーティング層の耐摩
耗性、耐久性を増加させてもよい。The solid lubricant content ratio of the first coating layer 4 is changed, that is, increased to the solid lubricant content ratio of the second coating layer 5, to improve the wear resistance and durability of the first coating layer. You may increase.
【００１１】つぎに、製造方法を説明する。まず、ピス
トンスカート３の外周面に機械加工し、条痕を残した状
態にする。ついで、固体潤滑材を含有する熱硬化性樹脂
を溶解した溶剤を塗布し、焼成して第１コーティング層
４を形成する。ついで、熱硬化性樹脂を溶解した溶剤を
塗布し、焼成して第２コーティング層５を形成する。第
２コーティング層５は固体潤滑材を含有してもしなくて
もよい。上記方法において、第２コーティング層５の硬
度が第１コーティング層４の硬度より低くなる方法を選
定する。この方法には次の２つがあり、何れによっても
よい。第１は樹脂の種類を変えることであり、第１コー
ティング層４にはポリアミドイミド、ポリイミドを用
い、第２コーティング層５にはエポキシ、ポリエステル
を用いる。第２は焼成温度を変えることであり、第１コ
ーティング層４の焼成温度より第２コーティング層５の
焼成温度を低くすることである。この場合には、樹脂の
材料は同じであってもよく、たとえばポリアミドイミ
ド、ポリイミドを用いる。焼成温度は第１コーティング
層４が１８０℃〜２２０℃、第２コーティング層５が１
５０℃〜１６０℃とする。Next, the manufacturing method will be described. First, the outer peripheral surface of the piston skirt 3 is machined to leave a streak. Then, a solvent in which a thermosetting resin containing a solid lubricant is dissolved is applied and baked to form the first coating layer 4. Then, a solvent in which the thermosetting resin is dissolved is applied and baked to form the second coating layer 5. The second coating layer 5 may or may not contain a solid lubricant. In the above method, a method in which the hardness of the second coating layer 5 is lower than the hardness of the first coating layer 4 is selected. There are the following two methods, and either method may be used. The first is to change the type of resin. Polyamideimide or polyimide is used for the first coating layer 4, and epoxy or polyester is used for the second coating layer 5. Secondly, the firing temperature is changed, and the firing temperature of the second coating layer 5 is lower than that of the first coating layer 4. In this case, the resin materials may be the same, and for example, polyamide-imide or polyimide is used. The firing temperature is 180 ° C. to 220 ° C. for the first coating layer 4 and 1 for the second coating layer 5.
It is set to 50 ° C to 160 ° C.
【００１２】具体的には、樹脂材料を変えてコーティン
グ層を硬度を変える場合は、次のようにしてピストンを
製造した。バインダ（ポリアミドイミド、ポリイミド）
１００重量部に対して、２００〜４００重量部の溶剤
（ｎ−メチル−２−ピロリドン等）を配合して溶解した
ものに、固定潤滑材（ＰＴＦＥ、ＭｏＳ2 、グラファイ
ト）を特定量加え、ポールミルにて５時間の粉砕、撹拌
を行った。得られたコーティング材料を、アルミニウム
合金ＡＣ８Ａ（アルカリ脱脂済）のピストン基材に、膜
厚が８μｍ以上となるようにコーティングし、焼成（１
８０℃×９０分）し、硬化させた。これによって第１コ
ーティング層４が形成された。つぎに、バインダ（エポ
キシ、ポリエステル）１００重量部に対して２００〜４
００重量部の溶剤（メチルエチルケトン）を配合して溶
解したものに、固定潤滑材（ＰＴＦＥ）を特定量加え、
ボールミルにて２時間の粉砕、撹拌を行った。得られた
コーティング材料を第１コーティング層上に、膜厚が８
〜１５μｍとなるように塗布し、焼成（１８０℃×６０
分）し、硬化させた。これによって、第２コーティング
層５が形成された。この時、第１コーティング層４と第
２コーティング層５の合計厚さが４０μｍ以下になるよ
うにした。上記では、第１コーティング層４、第２コー
ティング層５を別々に順次形成したが、２層を順次スプ
レー塗装して、１８０℃×９０分で同時に焼成してもよ
い。Specifically, when changing the resin material to change the hardness of the coating layer, the piston was manufactured as follows. Binder (polyamide imide, polyimide)
To 100 parts by weight, 200-400 parts by weight of a solvent (n-methyl-2-pyrrolidone, etc.) was mixed and dissolved, and a fixed amount of fixed lubricant (PTFE, MoS 2 , graphite) was added, and a pole mill was used. The mixture was crushed and stirred for 5 hours. The obtained coating material is coated on a piston base material of aluminum alloy AC8A (alkaline degreased) so that the film thickness is 8 μm or more, and baked (1
(80 ° C. × 90 minutes) and cured. As a result, the first coating layer 4 was formed. Next, 200 to 4 with respect to 100 parts by weight of the binder (epoxy, polyester)
A fixed lubricant (PTFE) was added in a specific amount to a solution prepared by mixing and dissolving 00 parts by weight of a solvent (methyl ethyl ketone),
Grinding and stirring were performed for 2 hours with a ball mill. The obtained coating material is applied on the first coating layer and the film thickness is 8
It is applied so that it becomes ~ 15 μm, and baked (180 ° C. × 60
Min) and cured. As a result, the second coating layer 5 was formed. At this time, the total thickness of the first coating layer 4 and the second coating layer 5 was set to 40 μm or less. In the above, the first coating layer 4 and the second coating layer 5 are separately formed in order, but the two layers may be sequentially spray-coated and simultaneously baked at 180 ° C. for 90 minutes.
【００１３】また、焼成温度を変えてコーティング層の
硬度を変える場合は、次のようにしてピストンを製造し
た。すなわち、焼成温度、焼成時間以外は上記方法と同
じである。上記方法と異なる点は、第１コーティング層
４の高温焼成が１８０〜２２０℃×６０〜９０分で行わ
れ、第２コーティング層５の低温焼成が１５０〜１６０
℃×３０〜９０分で行われたことである。Further, when the hardness of the coating layer was changed by changing the firing temperature, the piston was manufactured as follows. That is, except for the firing temperature and the firing time, it is the same as the above method. The difference from the above method is that the high temperature baking of the first coating layer 4 is performed at 180 to 220 ° C. for 60 to 90 minutes, and the low temperature baking of the second coating layer 5 is 150 to 160.
That is, it was carried out at 30 ° C. for 30 to 90 minutes.
【００１４】上記のようにして製造されたピストンはつ
ぎの評価方法で評価された。樹脂コーティングの評価に
当っては、単気筒エンジン（排気量５００ｃｃ、シリン
ダボア材はねずみ鋳鉄ＦＣ２５）を使用し、ファイアリ
ングにて実施した。この単気筒のエンジンのシリンダブ
ロックはセンサを介して保持されているため、実働時の
ピストンフリクションをリアルタイムで測定できる。 試験条件 エンジン回転数 １０００〜３０００ｒｐｍ 試験時間 ３００時間 また、コーティング層の摩耗および剥離状況の経時変化
を確認するために、２５時間毎の分解調査も実施した。
以下に、本発明の実施例Ｎｏ．１〜１０と比較例Ｎｏ．
１１〜２６と、その試験結果を表示する。The piston manufactured as described above was evaluated by the following evaluation method. The evaluation of the resin coating was carried out by using a single cylinder engine (displacement: 500 cc, cylinder bore material: gray cast iron FC25) and firing. Since the cylinder block of this single-cylinder engine is held via the sensor, the piston friction during actual operation can be measured in real time. Test conditions Engine speed 1000 to 3000 rpm Test time 300 hours Further, in order to confirm changes over time in the wear and peeling of the coating layer, a disassembly survey was carried out every 25 hours.
Below, Example No. 1 of the present invention. 1 to 10 and Comparative Example No.
11 to 26 and the test result are displayed.
【００１５】[0015]
【表１】 [Table 1]
【００１６】[0016]
【表２】 [Table 2]
【００１７】[0017]
【表３】 [Table 3]
【００１８】表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．１０に本発明実施
例のコーティング層仕様とその試験結果を示す。表２の
Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１８、表３のＮｏ．１９〜２６は比
較例（本発明に含まず）である。表からわかるように、
本発明のものは初期なじみ性がよく、摩耗が試験開始後
約１００時間までは進行するものの、定常的な摩耗はほ
とんどなく、初期のプロフィルがよく維持されているこ
とが見られる。この結果、図３に示すように、ピストン
フリクションは、従来の比較例よりも低く、燃費低減効
果が得られる。ここでのピストンフリクションは、パタ
ーン運転時のエンジン回転数１０００ｒｐｍの場合であ
る。No. 1 in Table 1 1-No. 10 shows the coating layer specifications of the examples of the present invention and the test results thereof. No. of Table 2 11-No. 18, No. 18 in Table 3. 19 to 26 are comparative examples (not included in the present invention). As you can see from the table,
The product of the present invention has good initial conformability, and although wear progresses up to about 100 hours after the start of the test, there is almost no steady wear, and it can be seen that the initial profile is well maintained. As a result, as shown in FIG. 3, the piston friction is lower than that of the conventional comparative example, and the fuel consumption reducing effect is obtained. The piston friction here is the case where the engine speed is 1000 rpm during the pattern operation.
【００１９】一方、表２のＮｏ．１１〜Ｎｏ．１８に示
す従来技術では、本発明と比較して摩耗量が多くなり、
結果としてピストンフリクションが大きくなる。この理
由には、次が考えられる。比較例Ｎｏ．１１〜１４につ
いては、マトリックスのエポキシ樹脂の硬度がＨ〜２Ｈ
であるのに対して、本発明での第１コーティング層４の
ポリアミドイミドの硬度は４Ｈ以上である。また、アル
ミニウム粉は、固体潤滑材（ＭｏＳ2 、Ｃ）に比べて摺
動により脱落する。すなわち、固体潤滑材は、自身が摩
耗することにより摩擦係数を低くしているのに対し、ア
ルミニウム粉は摩耗が少なく、また摩擦係数も高いた
め、バインダとの界面で脱落するものと思われる。ま
た、アルミニウム粉の混った摩耗粉によりコーティング
層の摩耗が促進される。比較例Ｎｏ．１５〜１６につい
ては、初期なじみ性が悪いため、摩耗は徐々に進行し、
摩擦係数の高い第１コーティング層に摩耗が到ると急激
に摩耗は増加する。比較例Ｎｏ．１７〜１８について
は、ピストンとシリンダボア間の摺動では、第２コーテ
ィング層の単体ＰＴＦＥは運転と同時に摩減し、初期な
じみ性の改良には役立たない。また、Ｎｏ．１７〜１８
の第１コーティング層は、本発明と同一のものではある
が、摩耗進行時の摩耗面の状態が本発明の場合はなめら
かであるのに対して、Ｎｏ．１７〜１８では、摩耗面は
粗く、この凸部で応力集中が生じることでさらに摩耗が
促進される。On the other hand, in Table 2, No. 11-No. In the prior art shown in 18, the amount of wear is large as compared with the present invention,
As a result, piston friction increases. The reason for this is considered as follows. Comparative Example No. For 11 to 14, the hardness of the epoxy resin of the matrix is H to 2H.
On the other hand, the hardness of the polyamide-imide of the first coating layer 4 in the present invention is 4H or more. Further, the aluminum powder slides off as compared with the solid lubricant (MoS 2 , C). That is, it is considered that the solid lubricant has a low friction coefficient due to its own wear, whereas the aluminum powder has little wear and has a high friction coefficient, so that it falls off at the interface with the binder. Further, wear of the coating layer is promoted by the wear powder mixed with aluminum powder. Comparative Example No. Regarding Nos. 15 to 16, since the initial conformability is poor, wear gradually progresses,
When the first coating layer having a high coefficient of friction is worn, the wear rapidly increases. Comparative Example No. Regarding Nos. 17 to 18, in the sliding between the piston and the cylinder bore, the single PTFE of the second coating layer is worn away at the same time as the operation, and it is not useful for improving the initial conformability. In addition, No. 17-18
The first coating layer of No. 1 is the same as that of the present invention, but the state of the wear surface at the time of progress of wear is smooth in the case of the present invention, whereas No. In Nos. 17 to 18, the worn surface is rough, and stress is concentrated on this convex portion to further promote wear.
【００２０】つぎに、第１、第２コーティング層４、５
の厚さの限定理由を表３を参照して説明する。比較例Ｎ
ｏ．１９〜２０では、第１コーティング層が６μｍと薄
くなっているため、摩耗が進行し、第１コーティング層
に到ると共に、第１コーティング層が破壊するため、剥
離が生じる。第１コーティング層が破壊するのは、第１
コーティング層内に含まれる固体潤滑材（３成分とも
に）の平均粒度が５μｍであり、バインダが固体潤滑材
を保持できなくなるためである。比較例２１、２２につ
いては、複合樹脂コーティングのトータル膜厚が４０μ
ｍを越えると、ピストン母材と複合樹脂コーティング層
との界面に生じるせん断力により樹脂コーティング層の
剥離が生じやすくなる。比較例Ｎｏ．２３、２４につい
ては、第２コーティング層の膜厚が８μｍ以上ないと、
初期なじみによる最適プロフィルの形成ができない。８
μｍ以下の場合は、表３中に示すように、最適なプロフ
ィルが形成される前に第１コーティング層が表面に表わ
れるため、摩耗は徐々に進行し、樹脂コーティング層は
摩減する。また、部分的にピストン母材が露出する箇所
も生じることからピストンフリクションの増加も認めら
れる。比較例Ｎｏ．２５、２６については、第２コーテ
ィング層により初期なじみ性が向上し、定常摩耗も本発
明と同様に少量である。しかし、図４に示すように、第
２コーティング層が１５μｍ以上となると、耐久後のオ
イル消費量は飛躍的に悪化する。これは摩耗によりピス
トンスカート部とシリンダボアとのクリアランスが増加
したことによる。また、摩耗量が２０μｍを越えると、
クリアランスが増加することにより、運転時のピストン
打音も問題となる。Next, the first and second coating layers 4, 5
The reason for limiting the thickness of is described with reference to Table 3. Comparative Example N
o. In Nos. 19 to 20, since the first coating layer was as thin as 6 μm, wear progressed to reach the first coating layer and the first coating layer was destroyed, resulting in peeling. The first coating layer breaks first
This is because the average particle size of the solid lubricant (all three components) contained in the coating layer is 5 μm, and the binder cannot hold the solid lubricant. In Comparative Examples 21 and 22, the total film thickness of the composite resin coating was 40 μm.
When it exceeds m, peeling of the resin coating layer is likely to occur due to shearing force generated at the interface between the piston base material and the composite resin coating layer. Comparative Example No. Regarding 23 and 24, if the thickness of the second coating layer is 8 μm or more,
The optimum profile cannot be formed by initial familiarization. 8
When the thickness is less than μm, as shown in Table 3, the first coating layer appears on the surface before the optimum profile is formed, so that the wear gradually progresses and the resin coating layer is worn down. In addition, since some parts of the piston base material are exposed, an increase in piston friction is also recognized. Comparative Example No. Regarding Nos. 25 and 26, the initial coating property is improved by the second coating layer, and the steady wear is small as in the present invention. However, as shown in FIG. 4, when the second coating layer has a thickness of 15 μm or more, the oil consumption after the endurance deteriorates dramatically. This is because the wear increased the clearance between the piston skirt and the cylinder bore. If the wear amount exceeds 20 μm,
Due to the increased clearance, the piston striking sound during operation also becomes a problem.
【００２１】以上の結果から、膜厚は次のように設定さ
れることが望ましい。 第１コーティング層： ８μｍ以上 第２コーティング層： ８〜１５μｍ 第１コーティング層と第２コーティング層との合計厚さ
は４０μｍ以下。上記膜厚は、ピストンスカート部特有
の値であり、他の摺動部材として使用する場合は別途規
定する必要がある。From the above results, it is desirable that the film thickness be set as follows. First coating layer: 8 μm or more Second coating layer: 8 to 15 μm The total thickness of the first coating layer and the second coating layer is 40 μm or less. The above-mentioned film thickness is a value peculiar to the piston skirt portion and needs to be separately specified when it is used as another sliding member.
【００２２】つぎに、焼成温度を変えてコーティング層
の硬度を変える場合は、本発明実施例Ｎｏ．２７、２８
として以下に、説明する。 実施例２７ 成分：ポリアミドイミド ６０ｗｔ％ ＰＴＦＥ １０ｗｔ％ ＭｏＳ2 ２０ｗｔ％ Ｃ １０ｗｔ％ 焼成条件および膜厚： 第１コーティング層 ２００℃×９０分 １０μｍ 第２コーティング層 １５０℃×６０分 １０μｍ 実施例２８ 成分：ポリイミド ７５ｗｔ％ ＰＴＦＥ ５ｗｔ％ ＭｏＳ2 １０ｗｔ％ Ｃ １０ｗｔ％ 焼成条件および膜厚： 第１コーティング層 ２００℃×６０分 １５μｍ 第２コーティング層 １６０℃×３０分 １５μｍNext, when the hardness of the coating layer is changed by changing the firing temperature, the present invention No. 27, 28
This will be described below. Example 27 Ingredients: Polyamideimide 60 wt% PTFE 10 wt% MoS 2 20 wt% C 10 wt% Firing conditions and film thickness: First coating layer 200 ° C. × 90 minutes 10 μm Second coating layer 150 ° C. × 60 minutes 10 μm Example 28 Ingredients: Polyimide 75 wt% PTFE 5 wt% MoS 2 10 wt% C 10 wt% Firing conditions and film thickness: First coating layer 200 ° C. × 60 minutes 15 μm Second coating layer 160 ° C. × 30 minutes 15 μm
【００２３】図５に実施例２７、２８のフリクション低
減効果を示す。図からわかるように、焼成条件を変えた
２層コーティングでも、材料を変えた実施例１〜１０と
同等のフリクション低減効果が得られる。この理由とし
て、コーティング層中の残存溶剤量が図６のような関係
があるためで、残存溶剤量が増加すると摩耗しやすくな
り、初期なじみ性がよくなることに起因する。第１コー
ティング層に必要な特性としては、耐摩耗性があり、低
摩擦であることが要求されるが、これを実現するには、
コーティング層中溶剤残量が４ｗｔ％以下であるたとが
望ましい。このため、１８０℃〜２２０℃×１５〜９０
分の高温焼成が必要となる。一方、第２コーティング層
は、比較的摩耗しやすいことが要求されるが、この特性
を有するためには、溶剤残量が６〜１１％程度がよい。
６％以下では、耐摩耗性が向上するため初期なじみ性が
悪く、１１％以上では、耐摩耗性が極めて悪くなり、エ
ンジンの運転とほぼ同時に第２コーティング層が摩減し
て、初期なじみ性の役割を果さない。また、コーティン
グ膜自身も強度低下し、層内剥離および母材ピストンと
の界面剥離も発生する。したがって、この条件を満足す
るのが、１５０〜１６０℃×３０〜９０分の低温焼成と
なる。FIG. 5 shows the friction reducing effect of Examples 27 and 28. As can be seen from the figure, even with the two-layer coating in which the firing conditions are changed, the same friction reduction effect as in Examples 1 to 10 in which the materials are changed can be obtained. The reason for this is that the amount of residual solvent in the coating layer has a relationship as shown in FIG. 6, and as the amount of residual solvent increases, it becomes easier to wear and the initial conformability improves. The properties required for the first coating layer are abrasion resistance and low friction, but in order to achieve this,
It is desirable that the residual amount of the solvent in the coating layer be 4 wt% or less. Therefore, 180 ℃ ~ 220 ℃ × 15 ~ 90
High temperature firing for a minute is required. On the other hand, the second coating layer is required to be relatively easily worn, and in order to have this characteristic, the residual amount of the solvent is preferably about 6 to 11%.
If it is 6% or less, the wear resistance is improved, so that the initial running-in property is poor, and if it is 11% or more, the wear resistance becomes extremely poor, and the second coating layer is worn out almost at the same time as the engine operation, and the initial running-in property is deteriorated. Play no role. Further, the strength of the coating film itself is also lowered, and in-layer peeling and interfacial peeling with the base material piston occur. Therefore, low temperature firing that satisfies this condition is 150 to 160 ° C. × 30 to 90 minutes.
【００２４】[0024]
【表４】 [Table 4]
【００２５】表４に、実施例１〜１０と同じ試験条件で
実施した実施例２７、２８の試験結果を示す。表４から
わかるように、実施例２７、２８では、初期なじみ性が
よく、摩耗が試験開始後１００時間まで進行するもの
の、定常的な摩耗はほとんどなく、初期に形成されたプ
ロフィルがよく維持されていることがわかる。Table 4 shows the test results of Examples 27 and 28 carried out under the same test conditions as in Examples 1-10. As can be seen from Table 4, in Examples 27 and 28, the initial conformability was good, and although the wear progressed up to 100 hours after the start of the test, there was almost no steady wear, and the profile formed at the beginning was well maintained. You can see that
【００２６】[0026]
【発明の効果】請求項１のピストンによれば、柔らかい
層と硬い層との２層コーティングとなるため、なじみ性
と耐久性の両立が容易である。すなわち、初期なじみ性
をよくし、それを長期間維持できる。請求項２のピスト
ンによれば、上記効果を樹脂の材料を変えることで容易
に得ることができる。請求項３のピストンによれは上記
効果と、耐摩耗性、潤滑性の向上を得る。請求項４の製
造方法によれば、焼成温度を変えるだけで、なじみ性と
耐久性の両立をはかることができる。According to the piston of the first aspect of the present invention, since the two-layer coating of the soft layer and the hard layer is performed, it is easy to achieve both compatibility and durability. That is, the initial compatibility is improved and it can be maintained for a long period of time. According to the piston of the second aspect, the above effect can be easily obtained by changing the material of the resin. According to the piston of the third aspect, the above-described effect and the wear resistance and the lubricity are improved. According to the manufacturing method of the fourth aspect, it is possible to achieve both compatibility and durability simply by changing the firing temperature.
【図１】本発明の一実施例の内燃機関ピストンの断面図
である。FIG. 1 is a sectional view of an internal combustion engine piston according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のピストンのスカートの拡大部分断面図で
ある。2 is an enlarged partial sectional view of the skirt of the piston of FIG.
【図３】実施例５、比較例１５、１７のピストンフリク
ション力対試験時間特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of piston friction force vs. test time of Example 5 and Comparative Examples 15 and 17.
【図４】オイル消費量対第２コーティング層厚さ特性図
である。FIG. 4 is a characteristic diagram of oil consumption versus second coating layer thickness.
【図５】実施例２７、２８のピストンフリクション力対
試験時間図である。5 is a piston friction force vs. test time chart of Examples 27 and 28. FIG.
【図６】残存溶剤量と焼成温度の関係図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of residual solvent and the firing temperature.
１ ピストン ３ ピストンスカート ４ 第１コーティング層 ５ 第２コーティング層 1 Piston 3 Piston Skirt 4 First Coating Layer 5 Second Coating Layer
Claims (4)
する耐摩耗性のある第１コーティング層を形成し、該第
１コーティング層の上に前記第１コーティング層より低
い硬度の第２コーティング層を形成したことを特徴とす
る内燃機関のピストン。1. A piston skirt is formed with a wear-resistant first coating layer containing a solid lubricant, and a second coating layer having a hardness lower than that of the first coating layer is formed on the first coating layer. A piston for an internal combustion engine characterized by being formed.
ての樹脂を含み、前記第２コーティング層が樹脂を含
み、前記第１コーティング層の樹脂と前記第２コーティ
ング層の樹脂の種類を変えた請求項１記載の内燃機関の
ピストン。2. The first coating layer contains a resin as a binder, the second coating layer contains a resin, and the types of the resin of the first coating layer and the resin of the second coating layer are changed. 1. A piston for an internal combustion engine according to 1.
する第１コーティング層を形成し、該第１コーティング
層の上に固体潤滑材を含有する第２コーティング層を形
成し、前記第２コーティング層の硬度を前記第１コーテ
ィング層の硬度より低く設定し、さらに前記第１コーテ
ィング層の固体潤滑材含有比と前記第２コーティング層
の固体潤滑材含有比とを異ならせたことを特徴とする内
燃機関のピストン。3. A first coating layer containing a solid lubricant is formed on the piston skirt, a second coating layer containing a solid lubricant is formed on the first coating layer, and the second coating layer is formed. Of the first coating layer is set lower than the hardness of the first coating layer, and the solid lubricant content ratio of the first coating layer is different from the solid lubricant content ratio of the second coating layer. Engine piston.
する第１コーティング層を施して焼成し、前記第１コー
ティング層の上に熱硬化性樹脂を含有する第２コーティ
ング層を施して前記第１コーティング層の焼成温度より
低い温度で焼成することを特徴とする内燃機関のピスト
ンの製造方法。4. A first coating layer containing a thermosetting resin is applied to the piston skirt and baked, and a second coating layer containing a thermosetting resin is applied onto the first coating layer to form the first coating layer. A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, comprising firing at a temperature lower than a firing temperature of the coating layer.
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|---|---|---|---|
| JP33158793A JPH07189804A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Piston for internal combustion engine and its manufacture |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07189804A true JPH07189804A (en) | 1995-07-28 |
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