內(nèi)燃機(jī)用活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在內(nèi)燃機(jī)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)于氣缸內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)用活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車將被提供燃料的內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，從而使輪胎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此行駛。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的汽車，近年來，多次嘗試改善內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗率(燃耗)。這是因?yàn)槿剂系南牧繙p少，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能化，同時(shí)能夠?qū)Φ厍颦h(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。
[0003]作為這些嘗試的其中之一，例舉出減小內(nèi)燃機(jī)的氣缸的內(nèi)壁(缸徑或套筒的內(nèi)壁)與在該氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞之間的滑動(dòng)阻力。當(dāng)滑動(dòng)阻力小時(shí)，活塞容易往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，用于使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力減小，進(jìn)而燃料消耗量減少。
[0004]公知將用于減小滑動(dòng)阻力的、含有富于潤(rùn)滑性的物質(zhì)的層設(shè)置在氣缸的內(nèi)壁或活塞裙部，由此提高內(nèi)壁或活塞裙部的潤(rùn)滑性能。例如，本申請(qǐng)人在國(guó)際公開第2011/115152號(hào)公報(bào)中提出:在活塞裙部的滑動(dòng)接觸面上形成條痕，并使用含有銀、銀合金、銅或銅合金的具有潤(rùn)滑性的覆膜包覆該條痕。
[0005]如該國(guó)際公開第2011/115152號(hào)公報(bào)所述，若在這種覆膜與活塞裙部之間設(shè)置有由耐熱性樹脂材料形成的中間層，則覆膜通過中間層與活塞裙部牢固地接合，因此這是合適的。另外，作為形成中間層的耐熱性樹脂材料的具體例子，例舉出聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、尼龍6樹脂、尼龍66樹脂等。
[0006]在如此構(gòu)成的內(nèi)燃機(jī)用活塞中，由于存在覆膜，可以將潤(rùn)滑劑良好地保持于汽缸的內(nèi)壁(例如套筒的內(nèi)壁)與活塞裙部之間，并且摩擦熱迅速擴(kuò)撒、傳遞，因此獲得這樣的效果:能夠避免在活塞裙部與氣缸的內(nèi)壁之間發(fā)生粘連。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間高速行駛的跑車等在嚴(yán)酷環(huán)境下行駛的汽車，與一般汽車相比，內(nèi)燃機(jī)要求優(yōu)異的耐久性。例如，在國(guó)際公開第2011/115152號(hào)公報(bào)所述的內(nèi)燃機(jī)用活塞的情況下，需要覆膜盡可能難以從活塞裙部脫落。因?yàn)樵谠撉闆r下，能夠長(zhǎng)時(shí)間地維持上述效果O
[0008]本發(fā)明是涉及國(guó)際公開第2011/115152號(hào)公報(bào)所述的技術(shù)而完成的的，本發(fā)明的主要目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)用活塞，該內(nèi)燃機(jī)用活塞的固體潤(rùn)滑部更加難以脫落，因此能夠?qū)?rùn)滑劑良好地保持在氣缸的內(nèi)壁與活塞裙部之間。
[0009]本發(fā)明的其他目的在于提供一種可以避免氣缸的內(nèi)壁與活塞裙部之間發(fā)生粘連的內(nèi)燃機(jī)用活塞。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種內(nèi)燃機(jī)用活塞，該內(nèi)燃機(jī)用活塞在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其具有:基底層，其形成于活塞裙部的滑動(dòng)接觸面，并含有樹脂材料；以及固體潤(rùn)滑部，其形成于所述基底層，所述內(nèi)燃機(jī)用活塞還包含有跨越所述基底層和所述固體潤(rùn)滑部的纖維狀填料。[0011 ] 纖維狀填料以從基底層向固體潤(rùn)滑部?jī)?nèi)延伸的方式跨過兩者的邊界而存在。即，纖維狀填料的一端部嵌入基底層，且另一端部嵌入固體潤(rùn)滑部。由此，基底層和固體潤(rùn)滑部這兩者顯現(xiàn)出借助于纖維狀填料的固定效果。因此，基底層和固體潤(rùn)滑部通過纖維狀填料牢固地進(jìn)行接合。其結(jié)果是固體潤(rùn)滑部難以從基底層剝離、脫落。
[0012]因此，即使將安裝了該內(nèi)燃機(jī)用活塞的內(nèi)燃機(jī)裝配在跑車等在嚴(yán)酷環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車上，也長(zhǎng)期顯示出優(yōu)異的耐久性。
[0013]當(dāng)將樹脂材料設(shè)為100重量％時(shí)，纖維狀填料優(yōu)選含有10重量％?65重量％的比例。通過將比例設(shè)為10重量％以上，纖維狀填料引起的固定效果充分，因此，可以充分提高基底層和固體潤(rùn)滑部之間的接合強(qiáng)度。另外，通過將比例設(shè)為65重量％以下，固體潤(rùn)滑部借助于樹脂材料而被充分地保持在活塞裙部。總之，通過將樹脂材料含有的纖維狀填料的比例設(shè)為上述范圍，可以抑制固體潤(rùn)滑部脫落，將潤(rùn)滑劑良好地保持在氣缸的內(nèi)壁與活塞裙部之間，且避免了兩者間的粘連。
[0014]固體潤(rùn)滑部?jī)?yōu)選由銀、銀合金、銅或銅合金中的至少任意一種形成。這些材料在活塞裙部相對(duì)于氣缸的內(nèi)壁進(jìn)行滑動(dòng)接觸時(shí)，均顯示出優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的活塞的大致整體的立體圖。
[0016]圖2是圖1所示的活塞的側(cè)視圖。
[0017]圖3是局部示出構(gòu)成所述活塞的活塞裙部的表層部附近的截面的示意圖。
[0018]圖4是放大地示出在所述表層部附近的活塞裙部的滑動(dòng)接觸面上層疊的基底層和固體潤(rùn)滑部的邊界附近的截面的示意圖。
[0019]圖5是另一實(shí)施方式的活塞的側(cè)視圖。
[0020]圖6是放大地示出構(gòu)成另一實(shí)施方式的活塞的活塞裙部的表層部附近的截面示意圖。
[0021]圖7是示出實(shí)施例的試驗(yàn)片和剝離試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
[0022]圖8是示出比較例I的試驗(yàn)片和剝離試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
[0023]圖9是示出比較例2的試驗(yàn)片和剝離試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
[0024]圖10是示出比較例3的試驗(yàn)片和剝離試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
[0025]圖11是示出比較例4的試驗(yàn)片和剝離試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面例舉本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用活塞(以下也存在僅記載為“活塞”的情況)的優(yōu)選的實(shí)施方式，并參照附圖詳細(xì)說明。
[0027]圖1是本實(shí)施方式的活塞10的大致整體的立體圖，圖2是其側(cè)視圖。該活塞10在其下部具有一對(duì)活塞裙部12、12，沿大致鉛直的方向延伸的壁部14、14介于該活塞裙部12、12之間。銷座部16、16以指向水平方向來突出的方式分別設(shè)于各壁部14、14，用于插入未圖示的活塞銷的活塞銷孔17、17分別貫通地形成于各銷座部16、16。所述活塞銷在形成于未圖示的連桿的小端部的貫通孔中通過，由此對(duì)連桿進(jìn)行軸支承。
[0028]隨著從下向上，油環(huán)槽18、第I活塞環(huán)槽20、第2活塞環(huán)槽22按該順序形成在活塞裙部12、12的上部。當(dāng)然，這些油環(huán)槽18、第I活塞環(huán)槽20和第2活塞環(huán)槽22以沿著圓周方向環(huán)繞活塞10的頭部的方式形成。
[0029]以上述方式構(gòu)成的活塞10 由 AC2A、AC2B、AC4B、AC4C、AC4D、AC8H、A1100U^S JIS定義的鋁合金)或鋁銅合金等鋁合金構(gòu)成。
[0030]如圖3和圖4放大所示，在該情況下，活塞裙部12的滑動(dòng)接觸面形成為平滑面，基底層24固定安裝在該平滑的滑動(dòng)接觸面上?；讓?4整體包覆活塞裙部12的滑動(dòng)接觸面，其厚度大致均等。
[0031]基底層24使后面記述的固體潤(rùn)滑部30與活塞裙部12之間的接合力提高，且含有表現(xiàn)出耐熱性的樹脂材料26?？梢岳e出聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、尼龍6樹脂、尼龍66樹脂等作為這種樹脂材料26的適當(dāng)?shù)睦印?br>[0032]在基底層24中，樹脂材料26還含有纖維狀填料28。纖維狀填料28例如由幾十?幾百μ m長(zhǎng)度的金屬纖維構(gòu)成，以其一端側(cè)從基底層24的表面突出的方式包含于基底層24。并且，作為金屬纖維的具體例子，例舉出鐵晶須，但也可以是由鐵鎳鉻合金構(gòu)成的纖維，還可以是由錫(Sn)構(gòu)成的纖維。此外，纖維狀填料28可以是碳化硅(SiC)等陶瓷纖維，也可以是碳納米管或纖維狀石墨。
[0033]當(dāng)以樹脂材料26為100重量％時(shí)，纖維狀填料28的比例優(yōu)選設(shè)為10重量％?65重量％。通過將比例設(shè)為10重量％以上，可以將纖維狀填料28分別良好地嵌入基底層24和固體潤(rùn)滑部30，從而可以充分提高基底層24與固體潤(rùn)滑部30之間的接合強(qiáng)度。另外，通過設(shè)為65重量％以下，固體潤(rùn)滑部30借助于樹脂材料26而被充分地保持在活塞裙部12上。
[0034]總之，通過將樹脂材料26含有的纖維狀填料28的含量設(shè)為上述范圍，可以抑制固體潤(rùn)滑部30的脫落，將潤(rùn)滑劑良好地保持在氣缸的內(nèi)壁與活塞裙部12之間，且避免了兩者間的粘連。
[0035]基底層24可以僅由樹脂材料26和纖維狀填料28構(gòu)成，但也可以還含有固體潤(rùn)滑劑。雖然混合公知的成分作為固體潤(rùn)滑劑即可，但作為優(yōu)選的例子，例舉出了二硫化鉬(MoS2)、氮化硼(BN)、石墨(C)等。
[0036]在該基底層24上設(shè)有多根固體潤(rùn)滑部30，該固體潤(rùn)滑部30沿活塞裙部12的周緣方向呈線狀地延伸(參