TW444101B - Sliding members and the piston used for the combustion engine - Google Patents

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444 1 〇 A7 B7 五、發明說明（ί ) 【技術領域】 (諳先閲讀背面之生意事項再填窝本頁) 本發明係關於在互相滑動之滑動構件之滑動面具有 充分之潤滑油，來減低滑動構件之滑動阻力，並且可有 效防止怪音發生之滑動構件。又，本發明係有關可在與 套筒（sleeve)之滑動面保持充分滑潤油之內燃機用活 塞。 【背景技術】 作爲減低滑動構件之滑動阻力之技術，係以往，在滑 動構件之材料添加矽或氟化合物，也施加鉬或氟樹脂等 材料所成之塗層（coating)。然而，於前者，對於減低 滑動阻力看不出顯著之效果，又，於後者，則具有塗層 會剝落，或摩損之問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 尤其，於內燃機用活塞（以下僅稱活塞），將燃燒室 內爆發壓力之一部對於套筒滑動之活塞環來承受，藉設 在活塞環下側之裙部（ski rt )與套筒接觸來保持活塞之 姿勢。因此，若裙部與套筒之接觸沒有良好地接觸時， 滑動阻力增加而燃比降低，有時由於活塞與套筒間之接 觸而發生異常聲音。/ ., 於日本實開昭5 2_ 1 6 4 51號公報及日本實開 昭5 7— 1 9 3 9 4 1號公報，雖然提案有對於活塞之 裙部等施加噴砂（sandblast)或珠擊法（shot peening )來形成微小之小凹坑，但是這種方法對於防止發生怪 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 444 1 ο A7 B7 i、發明說明（ζ) 音並不具效果係爲人所知曉。 —般，互相滑動之面在初期階段會大爲摩損爲人所知 曉。此係，由機械加工所形成之尖銳端緣會在初期階段 摩損所致，此摩損係稱爲初期摩損。初期摩損係供給於 滑動面之潤滑油量，發生於滑動面之面壓大小或滑動速 度，滑動面之表面粗糙度，或，受到其等影響所發生之 熱等種種因素重疊所發生者，在其等保持平衡之階段摩 耗量及滑動阻力將減少（馴服現象）。其後，係除非其平 衡不失衡不至於發生摩耗，但是若對於潤滑油之供給或 相對滑動速度等發生大的變化時，就發生發熱或摩耗量 之驟增及滑動面之宏觀性（macro)變形等，進而發生怪 音。 因此，本發明之目的係提供一種滑動構件會發生初期 摩耗作爲前提，藉將初期摩耗後之滑動構件之、表面、性狀 成爲理想形態，將初期摩耗後之滑動圓滑地進行可有效 地防止異音之發生之滑動構件。又，本發明之目的是由 於提供一種藉適用這種滑動構件，就可減小活塞之裙部 與套筒之間隙，藉此安定活塞之姿勢，防止活塞之敲打 音可減少噪音或振動之活塞。並且，本發明係將初期摩 耗於運轉初期在短時間發生，及早減低滑動阻力也作爲 其目的。 【發明之揭示】 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之ft意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44410】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（：） 本發明之滑動構件，其特徵爲；在互相滑動之滑動構 件之至少一方之滑動面，設置對於滑動方向朝向交叉方 向延伸之凸部，在此凸部表面設微細小凹坑。凸部延伸 之方向，係對於滑動方向成直交或約直交爲佳。又，本 發明之內燃機用活塞，其特徵爲：在活塞本體側面之至 少裙部，設置沿著圓周方向延伸之凸部，在此凸部表面 設置微細小凹坑。茲將本發明之作用參照第1 A圖以活 塞爲例說明如下。 第1A圖係將未具有小凹坑之活塞之裙部表面以電 腦繪圖表示者，表示向活塞本體之圓周方向延伸之凸部 。第1 A圖，係表示將活塞本體外周進行機械加工後之 狀態，凸部係截面形成於略呈圓孤狀之凹部互相之間。 又，機械加工係使用車刀等邊切削活塞本體外周藉將活 塞本體向軸線方向相對移動就可進行。於此情況 > 凸部 係向軸線方向成螺旋狀。 接著，在活塞發生初期摩耗時，凸部之先端就摩滅變 成如第1 B圖所示之略呈梯形狀》並且，因在梯形狀部 分之滑接面之緣部形成端緣E，所以留存於凹部之潤滑. 油就由端緣E所阻礙不能供應所需滑潤於滑接面。第2 A，2 B圖係表示第1 A，1B圖所示之凸部剖面形狀者， 第2 A圖係表示其機械加工後，第2 B圖係表示初期摩 耗後之狀態。由第2 B圖就可曉得，形成於初期摩耗後 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .裝--------訂---------^'.- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4441 0 t A7 B7 五、發明說明（午） (諳先閲讀背面之生意事項再填寫本頁) 之滑動面緣部之端緣作用成暗地裡返回，會產生潤滑油 不供給於滑動面之處所。於此情況，其處所之溫度上升 變成發生怪音之原因。 其次，第3 A圖係將於本發明之活塞裙部表面以電腦 繪圖表示者，表示向活塞本體之圓周方向延伸之凸部， 與設於此凸部表面之微細小凹坑。接著，若在此活塞發 生初期摩耗時，凸部之先端部將摩滅變成如第3 B圖所 示略呈梯形狀。並且，在此梯形狀部分之滑接面之緣部 ，出現由小凹坑所形成之湖岔部B。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參照第5 A，5 B圖說明本發明之小凹坑之功能。對 於活塞本體只進行機械加工者之表面，係如第5 A圖所 示，宏觀上成爲V字狀之溝向圓周方向延伸之狀態。在 此表面供給潤滑油施加面壓時，潤滑油由於被毛細管作 用與其尖銳之先端部更容易集於溝底方，所以，不容易 形成油膜滑動阻力變大。另一方面，第5 B圖，表示於 本發明之小凹坑之例。在這種表面供給潤滑油時，就如 第C圖所示，小凹坑D將成爲油池而保持油滴〇，所以 即使於此表面施加面壓，也保持油膜S，而可防止滑動 阻力之增加。 依據本發明，在如上述之微細各個小凹坑保持潤滑油 之同時，並且，由於活塞之上下運動，潤滑油爲容易從 湖岔部B供給於滑動面。因此，結束初期摩耗而活塞馴 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 l0 i A7 B7 _ 玉、發明說明（r) 服於套筒之後，在滑動面供給滑潤油形成油膜，潤滑滑 動面，同時防止怪音之發生。第4A，4B圖係表示第3 A，3B圖所示凸部之剖面形狀者，第4圖A係初期摩耗 前，第4圖B係表示初期摩耗後之狀態。如第4A圖所 示，因凸部係由小凹坑所加工，所以會急驟地發生初期 摩耗。另一方面，供給於滑動面之潤滑油之量，保持發 生於滑動面之面壓之大小之種種因素之平衡之階段雖然 會發生馴服現象，但是因初期摩耗會在運轉初期在短時 間發生，所以滑動阻力値可在低位準取得平衡》並且， 潤滑油圓滑地供給於滑動面同時，並且，如第4 B圖所 示，在滑動面也殘留小凹坑而留存潤滑油，所以，可大 幅度地降低初期摩耗後之滑動阻力。又，藉此因可減小 活塞之裙部與套筒之間隙，所以，使活塞之姿勢安定， 防止活塞敲打音之發生可減低噪音或振動- 於此，如上述之馴服現象，係更早期，且少的摩耗量 結束爲佳。沿著屬於與套筒之滑動面裙部之圖周方向設 置之凸部前端部，於滑動時一直摩耗到安定之面壓。此 係爲了確保滑動時可耐面壓之對應面積，會去除凸部之 多餘先端部所致°並且，被去除之前端部將成爲摩耗粒 •滯留於潤滑油中。爲了儘量減低此摩耗粉，與其於起初 形成尖銳之端緣，不如預先確保可耐面壓之平面爲有效 。因此，凸部，係從沿著滑動方向剖面所視時約略成爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------!}'、裝-------- 訂i -------戶 t (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

d.44 1 〇 1 A7 _B7 五、發明說明（心） 梯形狀爲佳。藉構成爲如此，與其由機械加工形成尖銳 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 之端緣，施加於滑動面之面壓或表面粗糙度，及因應相 對滑動速度所供給之潤滑油之量等會更早期安定。 小凹坑，係爲了欲得到上述作用必須具有適當之大小 。倘小凹坑太小時，不僅保持潤滑油之能力變成不充分 ，並且，湖岔部之大小將變小，將潤滑油拉入於滑動面 之作用將不充分》另一方面，若小凹坑太大時’凸部之 形狀變形就變大，設置凸部之效果將消失。小凹坑係可 由珠擊法形成。在此種情況，小凹坑之大小’係由於上 述小凹坑大小之限制，小凹坑之平均深度爲〇 · 6〜1 _ 8微米（# m )爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，第6 A，6B圖係表示初期摩耗前之凸部之剖 面形狀。於第6 A圖雖然例示了凹部爲剖面略呈圓孤狀 者，但是並非限於此，也可以爲與第6 A圖相反，凸部 爲剖面略呈圓孤狀者（第6 B圖），或凹部與凸部爲剖面 視而連續於波狀者（第6 C圖）。或也可以爲凹部與凸部 之剖面爲梯形狀（第6D圖）或三角彤狀（第6 E圖） 。爲了欲確實獲得本發明之作用，效果’凸部互相之間 隔P爲2 0 0〜4 00微米（#m)爲佳’而2 5 0〜 3 0 0微米（#m)爲更適合。又，從初期摩耗前之凹部 之底到凸部前端之高度H1爲7〜1 5微米（ym)爲佳 ，而8〜1 2微米（ym)則更適合。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 2耵公釐） A7 B7 五、發明說明（1) 於形成小凹坑之珠擊法，係將玻璃球珠之微粒子由壓 縮空氣投射於活塞爲佳。或，球珠之平均粒徑爲2 0〜 6 0 較佳，粒徑爲2 0微米（em)以上者更佳。並 且，於珠擊法投射球珠時之空氣壓力爲1 · 5〜5 · ◦ k g / c m2爲佳。按，小凹坑雖然可只設於凸部表面 ，但是設於包括凹部之全體較佳。又，不只是活塞之裙 部，在活塞環之溝或活塞體藉設置與上述同樣之凸部及 小凹坑，就可防止在溝與活塞環之怪音發生或在活塞體 (land)與套筒之怪音之發生。按》本發明之滑動構件 ，並非限定於如上述之活塞，而可適用於互相滑動之所 有構件。例如，可適用於活塞銷，內燃機用滑動金屬筒 軸承（sliding metal)，凸輪軸保持器等往復滑動零件 或旋轉滑動零件。並且，將其等構件之至少一方構成爲 如上述，可得到於滑動面之潤滑油之確保與防止發生怪 音與上述相同之效果。 並且，於本發明，在滑動構件表面由塗層，浸滲或擴 散等之表面處理，預先，或於施加珠擊法後可設置二硫 化鉬或氟樹脂等之固體潤溝劑。 【實施發明之最佳形態】 茲參照具體實施例將本發明再更加詳細說明如下。 A ·試樣之製作製作了一般性形狀及大小之活塞。於活 塞外周’形成如第6 A圖所示剖面形狀之凸部（條痕） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之：si意事項再填窝本頁) ' ·、""" Τ 裝！— 訂-----I I--认· 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 4441〇1 Α7 一 _ Β7___ 五、發明說明（/ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ’將凸部互相之間隔定爲約2 5 0微米（/zm)，將凸部 高度定爲約1 0微米（/zm)。接著，將活塞安裝於轉盤 中央，邊旋轉轉盤在活塞側面，將平均粒徑爲4 〇微米 (Mm)之玻璃球珠由壓縮空氣投射。並且，將投射壓力 從 1 . 5kg/cm2 變化到 5 .0kg/cin2 製作了 複數試樣。 B ·小凹坑之測定 關於各試樣之小凹坑之平均深度，係測定各試樣之面 粗糙度R a，將其R a値視爲平均深度》於第7圖表示 其結果。由第7圖就淸楚，隨著珠擊法之投射壓力增強 而小凹坑之深度就變深。 C _測定摩擦損失 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 從上述試樣選擇適當者裝設於內燃機，進行摩擦損失 之測定。於此摩擦損失之測定，測定了內燃機之摩擦損 失馬力，從馬力之變化算出滑動阻力之減低指數。將開 始運轉時之減低指數視爲1，將減低指數之經時變化表 示於第8圖。按，於第8圖所謂減低指數0 * 9，係表 示滑動阻力減低了 1 0% «又，爲了比較，將未進行珠 擊法具有第6 A圖所示剖面形狀之活塞作爲比較例，進 行同樣之馴服運轉而將其結果併記於第8圖。 如第8圖所示，於本發明例，一開始馴服運轉時減低 指數就從1刹那地減少到0 · 9 4，其後緩慢地持續減 ^ 10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 444101 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 五、發明說明（彳） 少。與此相對，於比較例，係減低指數之初期減少爲較 本發明例緩慢，其後也維持較本發明例更高之水平。比 較結束馴服運轉時之減低指數時，本發明例係與比較例 相較確認了減低指數低到2 · 2 %。 D ·滑動測試 將上述實施例之試樣側面推壓於模擬套筒之板材，將 試樣以5 Omm毫米（mm)之行程加以往復移動。又，其 時在板材表面滴落潤滑油並且階段性地增加推壓負荷。 將其時之摩擦阻力進行即時（real time)測定，將摩擦阻 力以時間積分測定了每時間單位之平均摩擦阻力。又， 對於上述馴服運轉所使用之比較例試樣進行同樣之滑動 測試。算出將比較例之平均摩擦阻力視爲1時之實施例 之平均摩擦阻力，而算出對於比較例之滑動阻力減低率 (% )。於第9圖表示平均小凹坑深度與滑動阻力減低率 之關係β由第9圖就曉得平均小凹坑深度爲0 · 6〜1 • 8微米（ym)時滑動阻力減低率爲高。 其次，將第9圖所示之關係換成珠擊法之投射壓力與 滑動阻力減低率之關係而表示於第1 0圖。於第1 0圖 雖然就投射壓力爲2 · 5〜4 * 5kg/cm2 加以 描繪，但是延長相符於其等描繪之曲線以一點鏈線外裝 。其結果，可推測投射壓力爲1 . 5〜5 . 0kg/ -π - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '农 * ·1 I *1 · 訂-----—M,., 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4441 Ο 1 Α7 ___B7__._ 五、發明說明（卩） c m2時滑動阻力減低率爲高。 E 熔執（seizure)測試 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於上述滑動測試，停止潤滑油之滴落，邊測定摩擦係 數而使其滑動到發生熔執。將此試驗與本發明例對於上 述比較例之試樣進行，將其結果表示於第1 1圖。如第 1 1圖所示，於比較例係在7 k g f發生熔執，於本發 明例係直到22kg f沒有發生熔執。像這樣，確認了 本發明之活塞爲優於耐熔執性，曉得了對於防止怪音之 發生有效。 如以上所說明，於本發明，設置向圓周方向延伸之凸 部，由於在此凸部表面設有微細小凹坑，所以不僅在小 凹坑保持潤滑油，並且，於馴服運轉由小凹坑所形成之 湖岔部容易引入潤滑油，藉此，不僅可防止怪音之發生 ，並且，可減低馴服運轉後之滑動阻力。又，藉此因可 使活塞之裙部與套筒之間隙變小，所以，可使活塞之姿 勢安定，防止活塞敲打音_可減低噪音或振動。 /' 圖式之簡單說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1A圖係不具小凹坑之活塞表面擴大表示之斜視 圖，表示其初期摩耗前狀態之圖，第1 B圖係表示初期 摩耗後狀態之圖。 第2 A圖係表示不具小凹坑之活塞表面剖面之圖，而 表示其初期摩耗前狀態之圖，第2 B圖係表示初期摩耗 12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 夂 444101 A7 B7 五、發明說明（Λ ) 後狀態之圖。 第3 A圖係本發明之活塞表面擴大表示之斜視圖而 表示其初期摩耗前狀態之圖，第3 B圖係表示初期摩耗 後狀態之圖。 第4 A圖係表示本發明之活塞表面剖面之圖，而表示 其初期摩耗前狀態之圖，第4 B圖係表示初期摩耗後狀 態之圖。 第5 A圖係表示習知活塞之剖面以模式表示之圖，第 5 B圖係表示本發明活塞之剖面以模式表示之圖，第5 C圖係表示在小凹坑保持油滴狀態之圖。 第6 A，6B圖，係表示初期摩耗前之活塞之凸部之 剖面圖，第6 A圖係表示凹部爲剖面略呈圓孤狀之圖， 第6 B圖係與第6 A圖相反表示凸部爲剖面略呈圓孤狀 者之圖》 第6 C圖〜第6 E圖，係表示活塞之初期摩耗前之凸 部之剖面圖’第6 C圖係表示凹部與凸部爲以剖面所視 成波狀連續者之圖，第6 D圖係表示凹部凸部之剖面爲 成材形狀者之圖，第6 E圖係表示凸部與凹部爲三角形 狀者之圖。 第7圖係表示於實施例之投射壓力與平均深度關係 之線圖。 第8圖係表示於實施例之馴服蓮轉時間與減低指數 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先間讀背面之注_項再填寫本頁) 裝 ----訂---------玲. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4441 〇 ί

五、發明說明（νζ) 關係之線圖。 第9圖係表示於實施例之平均波狀深度與滑動阻力減 低率關係之線圖。 第10圖係表示於實施例之投射壓力與滑動阻力減低 率關係之線圖。 第11圖係表示於實施例之試樣之推壓負荷與摩擦係 數關係之線圖。 【符號之說明】 Β 湖岔部 D 小凹坑 Ε 端緣 Η1 初期磨耗前之凹部之底部至凸部前端之高度 Ρ 間隔 S 油膜 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------ ---訂--I------； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 444101 A8 B8 CS D8 、申請專利範圍 第89113137號「滑動構件與內燃機用活塞」專利案 (90年4月16日修正） 六、申請專利範圍： 1. 一種滑動構件，其特徵爲，在互相滑動之滑動構 件之至少一方之滑動面，設置向對於滑動方向交 叉方向延伸之凸部，在此凸部表面設置微細小凹 筑。 2. 如申請專利範圍第1項之滑動構件，其中將小凹 坑之平均深度定爲.0.6〜1.8微米（m m) ° 3. 如申請專利範圍第1項之滑動構件，其中凸部 係沿著上述滑動方向剖面所視時約略呈梯形狀。 4. 如申請專利範圍第3項之滑動構件，其中在梯形 狀之緣部形成有由上述小凹坑所形成之湖岔部。 5. 如申請專利範圍第1項之滑動構件，其中小凹坑 係成爲油池以保持滑潤油》 6. 如申請專利範圍第1項之滑動構件： 係平均粒徑爲使用20〜60微米（me 由珠擊法所形成者》 7. 如申請專利範圍第6項之滑動構件， 珠係具有20微米（//m)以上之粒徑 8. 如申請專利範圍第1項之滑動構件， 設匱複數，上述凸部互相之間隔爲200〜400微米 (β m ) ^ 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格< 2】0χ297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中小凹坑 >之玻璃球珠 其中玻璃球 〇 其中凸部係 I 4441uI 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 9. 如申請專利範圍第8項之滑動構件，其中凸部互 相之間隔係250〜300微米（从m >。 10. 如申請專利範圍第1項之滑動構件，其中凸部之 初期摩耗前之高度爲7〜15微米（jum)。 11. 如申請專利範圍第i項之滑動構件，其中凸部之 初期摩耗前之高度爲8〜12微米 12. 如申請專利範圍第8項之滑動構件，其中凸部互 相間之凹部也設有小凹坑。 13· —種內燃機用活塞·’其特徵爲’在活塞本體側面 之至少在裙部，設沿著圓周方向延伸之凸部，在 此凸部表面設微細之小凹坑。 K如申請專利範圍第13項之內燃機用活塞，其中在 活塞環用之瀞也設有小凹坑。 15·如申請專利範圍第1 3項之內燃機用活塞，其中在 活塞體也設有小凹坑。 16·如申請專利範圍第13項之內燃機用活塞，其中將 小凹坑之平均深度定爲0.6〜1,8微米（# m )。 17如申請專利範圍第13項之內燃機用活塞，其中凸 部係沿著上述滑動方向之剖面所視時約略成爲梯 形狀。 迟·如申請專利範圍第1 7項之內燃機用活塞’其中在 梯形狀部分之緣部形成有由上述小凹坑所形成之 湖岔部。 -2· ( CNS ) A4^ { 2IOX29'ST (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂. 4441 Ο 1 Α8 Β8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 19_如申請專利範圍第13項之內燃機用活塞，其中小 凹坑係成爲油池來保持潤滑油。 20.如申請專利範圍第1 3項之內燃機用活塞，其中小 凹坑係使用由平均粒徑爲20〜60微米（# m )之玻 璃球珠之珠擊法所形成者。 21·如申請專利範圍第20項之內燃機用活塞，其中玻 璃球珠係具有20微米（/im)以上之粒徑《 22·如申請專利範圍第13項之內燃機用活塞，其中凸 部設置複數，上述凸部互相之間隔係200〜400微 米（；《 m )。 23.如申請專利範圍第22項之內燃機用活塞，其中凸 部互相之間隔係250〜300微米（扛m )。 丛如申請專利範圍第13項之內燃機用活塞，其中凸 部之初期摩粍前之高度爲7〜15微米（/zm)。 迅如申請專利範圍第丨3項之內燃機用活塞，其中凸 部之初期摩粍前之高度爲8〜12微米（/zm)。 26.如申請專利範圍第22項之內燃機用活塞，其中凸 -------- 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產居員工消費合作社印製 適 X I尺 ¾ -紙 本 坑 凹 小 有 設 也 部 凹 之 間 相 互 部 準 標 家 國 To