JPS59190455A

JPS59190455A - 内燃機関用ピストンのモデルの製造法

Info

Publication number: JPS59190455A
Application number: JP58064383A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yagi; 八木　寿郎; Kiyoomi Sumita; 住田　清臣
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1983-04-11
Publication date: 1984-10-29
Also published as: JPH0235868B2; KR840008604A; US4656711A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ピストンの外周面に比較的摩耗し易い被覆
層を形成し、このピストンを内燃機関に組み込んで運転
して、上記被覆層が摩耗して得られるピストン形状を、
設計上求めるピストン形状とする内燃］幾関用ピストン
形状の決定法に関するものである。

従来、この種の内燃機関用ピストン形状の決定法として
、特願昭５５１１６３４０号（特開昭５７−３９９１６
号公報）に記載のものがある。

この従来の決定法では、ピストンの外周面に、エポキシ
樹脂と鱗片状アＩレミニウムと二硫化モリブデンとから
なる複合材を塗布し、所定の温度で焼き付けて被覆層を
形成しているが、これにはつぎのような問題点がある。

まず、上記′ｆｆＩＭ１層を形成したピストンを運転し
た場合に、摩耗した被覆層の表面、すなわち、ピストン
の外表面の平滑度が不十分である。さらに、ピストン形
状決定の対象となっているエンジンが一圧縮圧力の小さ
いタイプのエンジン、たとえば、小型自動車用の小排気
量のガソリンエンジンである場合は、ピストンの外周面
に形成された被覆層に加わる外力が小さいため、所望の
形状にまで摩耗するのに時間がかかり、摩耗を促進すべ
く二硫化モリブデンの含有率をＦげたり、複合材の焼き
付は温度をＦげると、上記した平滑度がさらに低下する
。特に、焼き付は温度を下げ過ぎると一運転中に被覆層
が剥離するなどの新たな不具合も発生する。

この発明は上記従来の問題点を解消することを目的とす
るもので、摩耗したＳａ層表面の平滑度が十分高く、小
型ガソリンエンジン等においても迅速に所望のピストン
形状が得られる複合材を研究し、見い出したことに基づ
いてなされたものである。

ここで、ピストン外周面に形成されろ被覆層として要求
されろ物性はつぎの通りである。

（Ａ、）３００℃で変質しない耐熱性を有すること。

（Ｂ）　　シリンダ内面と衝合時、自らが摩耗し、相手
を傷つけないこと。

（０）　　このとき−従来と比べ、摩耗した被覆層表面
の平滑度が高く、かつ、摩耗量が多いこと。

（Ｄ）シかＬ　ｆ、ｒ、がら被覆層自体は耐摩耗性があ
る程度優れていること。

（Ｆ８）　　シリンダ内面と接触時、焼付きが起こった
り、耐男断性不足による剥離が生じｑいこと。

（Ｆ）　　厚塗りおよび重ね塗りが容易であること。

（Ｇ）　　望ましくは弾性を有し、緩衝作用があること
。

（）Ｉ）　　アルミニウム製ピストンへの密着力（接着
力）が十分あること。

発明者らは−このような物性を有するものとして、鱗片
状アルミニウム２５〜４５重量％、ぶつ化カーボンおよ
びグラファイトのうち少くとも一種の固体潤滑剤２〜５
０重量％、残部がエホ゛キシ樹脂からなる複合材を開発
した。

この発明は、上記複合材を一最終形状のピストンより僅
かに小さい形状に形成したピストンの外周面に塗布し、
９０〜２６０℃で２０分以上加熱して被覆層を形成し、
しかるのち、このピストンを組み込んだ内燃機関を所定
時間運転したときの被覆層が摩耗して得られるピストン
形状を、設計上京めるピストン形状とすることを特徴と
するもので、これにより一摩耗した彼ａ層表面の平滑度
を向上させて正確なピストン形状を得るとともに一摩耗
量を多くして迅速に所望のピストン形状を得ている。

以Ｆ、この発明を図面にしたがって詳細に説明する。

第１図に示すように・最終形状のピストンより僅かに小
さい形状に形成したピストンＰ。を用意し、Ｌ：、　＋
７）　ピストンＰ。の外周面に、鱗片状アルミニウム２
５〜４５重量％、ぶつ化カーボン（ＯＦ）もしくはゲラ
ファイト（Ｇ）からなる固体潤滑剤２〜３０重量％およ
び残部がエホ゛キシ樹脂からなる複合材を塗布し、９０
〜２３０℃で２０分以上加熱して焼付けることにより、
被覆層１を形成する。

ついで、上記のように被覆層１を外周面に有するピスト
ンＰ、を内燃機関に組み込んで、核内（１関を所定時間
運転することにより、第２図に示すように上記被覆層１
がシリンダの内周面形状に対応して摩耗したピストンＰ
２が得られ、このピストンＰ、の形状を一般計上求める
ピストン形状とする。

上記複合材の成分のうちのエポキシ樹脂は、上述の被覆
層として必要な物性のうち（Ｂ）　、　ｆｆ）　、　（
（））および（Ｈ）の性質、すなわち、自ら摩耗し相手
を傷つけないこと、厚塗りおよび重ね塗りの容易性、緩
衝性、密着力（接着力）を十分に保有し、（Ａ）　、　
（Ｄ）および（Ｅ）の性質、すなわち、耐熱性、耐摩耗
性、耐剥離性（はいま一つ不足するものであるが、鱗片
状アルミニウムは（ｍ）の耐剥離性、すなわち剪断強度
を向上させ、かつ被覆層１の耐熱性（（Ａ）の性質）を
向上させるものである。

また、ぶつ化カーボンもしく（はグラファイトからなる
カーボン系固体潤滑剤は（Ｅ）の耐剥離性、特に焼付き
を防止するもので、シリンダ内面との間の潤滑性を確保
し、結果的に（Ｄ）の耐摩耗性を向上させるものである
。しかも、上記カーボン系固体潤滑剤は、従来の二硫化
モリブデン（ＭｏＳ２１と比較シて、エポキシ樹脂と鱗
片状アルミニウムの混合物に対する分散性が優れている
ために、摩耗したｍ覆層１０表面の平滑度を向上させる
とともに、潤滑性が劣っているためＧこ、被覆Ｊ！　１
の摩耗量を増大させる。つまり−（０）の性質を有する
。

したがって、エポキシ樹脂に鱗片状アルミニウムと、ぶ
つ化カーボンもしくはグラファイトからｑるカーボン系
固体潤滑剤とを含有させることにより、被覆層１として
の必要な物性（Ａ）〜（Ｈ）の全てを具備することにな
る。

ここで、上記鱗片状アルミニウムの含有量は、２５重量
％未満では上記効果（すなわち耐剥離性および耐熱性の
向上）をあげるのに不足する一方、４５重重量を超える
と効果が飽和して被覆層１の強度（すなわち密着力）を
かえって低下させるので、２５〜４５重景％の範囲に、
設定されている。

また、上記カーボン系固体潤滑剤の含有量は、２重量％
未満では潤滑作用が不足して摩耗が・必要以上に急速に
進行するばかりでなく一均−Ｇこ分散させておくことが
困難になり、一方、３０重量％を越えると、容散的に過
大となり、被覆層１の密着力、すなわら強度の不足をも
たらすので、２〜３０重Ｊ、ヲ％の範囲に設定されてい
る。

さらに、上記エポキシ樹脂の含有量は、２５重欧％未満
では上記効果（すなわち、自ら摩耗し相手を傷つけない
、厚塗りの容易性等）をあげるのに不足し、特（こアル
ミニウム製のピストンとの密着性、接着性が悪くなる一
方、７３重量％を越えるど一鱗片状アルミニウムおよび
カーボン系固体潤滑剤が過少になるので、２５〜７３重
量％の範囲、すなわち、残部重量％の範囲Ｇこ設定され
ている。

また、上記複合材の焼付温度は９０℃未満ではピストン
に対して十分な接着力が得られず、剥離しやすく、一方
、２６０℃を超えると複合材が硬化しすぎて適切な摩耗
が得られないとともに、ピストン自体の強度が低下する
ので、９０〜２６０℃の範囲に設定されている。

さらに、上記複合材の焼付時間は２０分未満ではピスト
ンに対する十分な接着力が得られず、また硬度も不足す
るので、２０分以上に設定されており、」２限はない。

つぎに、この発明の実施例Ｇこついて説明する。

実施例１最終形状のピストンよりも僅かＯこ小さい形状のヒスト
ンの外周面Ｇこ、鱗片状アルミニウム６１重量％、ぶつ
化カーボン２５重量％、残部がエポキシ樹脂からなる複
合材を塗布し、１８０℃で５０分間加熱して被覆層を形
成した。つぎＧこ、この被覆層を形成したピストンを排
気量１５００ｃｏ　のガソリンエンジンに組み込んで、
このエンジンを回転数５５００Ｉｐｍの全速状曲で５時
間運転し、運転後に上記ピストンをエンジンから取り出
し、摩耗して得られたピストン形状を調べた。その結果
を第６図に示す。同図において、Ａｎは運転前のピスト
ン外周面を示り、Ａは運転後のピストン外周面を示す。

横軸はピストンの半径、縦軸はピストンの軸方向寸法を
それぞれ示す。

実施例２鱗片状アルミニウム６１重量％、グラファイト２６重量
％、残部がエポキシ樹脂からなる複合材を用い、」２記
実施例１と同一の処理をして、得られたピストン形状を
調べた。その結果を第４図に示す。

比較例１（従来例）実施例１において、固体潤滑剤としてぶつ化カーボンの
代わりに二硫化モリブデンを同量用いたもので、前述し
た従来例に相肖する。この場合ピストン形状決定に最少
限必要な摩耗性を付与するため焼付温度は１００℃とし
た。こうしてできたピストン形状を調べた結果を第５図
に示す。

比較例２（参考例）実施例１において、固体潤滑剤としてぶつ化カーボンの
代わりにカーボンを同量用いたもので、実施例１および
２との効果の相違を明示するための参考例である。ピス
トン形状を調べた結果を第６図に示す。

第６図ないし第６図から明らかなように、第６図の実施
例１と第４図の実施例２では、摩耗して得られたピスト
ン外周面Ａは、第５図および第６図の各比較例と比べて
一門凸が少なく、平滑度が高い。特に第６図の実施例１
の平滑度は極めて高い。したがって、正確なピストン形
状が得られろ。

また、摩耗量、すなわち、運転前のピストン外周面Ａｏ
と運転後のピストン外周面Ａとの半径差については、第
６図の実施例１および第４図の実施例２の方が、第５図
の比較例１（従来例）よりも焼対温度を高くしているに
もかかわらず、半径差は同程度になっている。したがっ
て、設計上京めるピストン形状が、従来よりも迅速に得
られることがわかる。

つぎに、上記実施例１および２Ｇこよって高い平滑度が
得られる理由について検討する。上記平滑度は固体潤滑
剤の分散状態に関連すると考えられるので、ぶつ化カー
ボン、グラファイト、二硫化モリブデンの各固体潤滑剤
Ｑこついてその分散状ｆｔＪｉ’ｉｉ７ＫＰＭＡ（エレ
クトロン・プルーベ・マイクロ・アナライザ）で調べた
。その結果を第７図ないし第９図に示す。

第７図ないし第９図は顕微鏡写真であって、白色部分が
固体潤滑剤である。第７図は上記実施例１の複合材中の
ふつ化カーボンの分散状態を、第８図は上記実施例２の
複合材中のグラファイトの分散状ｆ、Ｉを、第９図は上
記比較例１の迎合材中の二硫化モリブデンの分散状態を
それぞれ示す。第７図ないし第９図から明らかなように
、第７図のぶつ化カーボンはほぼ均一な極めて良好な分
散状態にあり、第８図のグラファイトもまず良好な分散
状態にあるのに対し、第９図の二硫化モリブデンは片寄
った不均一な分散状態にある。つまり、分散性は、二硫化モリブデン〈グラファイト〈ふつ化カーボンの順
位になっている。この順位は平滑度の順位と合致してお
り、分散性の相違によって平滑度の差違が生じているこ
とを十分実利けている。

以上説明したように、この発明Ｏこよれば、摩耗して得
られるピストン外周面の平滑度が高いので・正確なピス
トン形状が得られる。また、摩耗績が多いので、求めろ
ピストン形状が迅速に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の構成を示すもので・＠
１図は内添機関に組み込む前のピストンを示す一部切欠
した側面図、第２図は内燃磯関Ｇこ組み込んで運転した
のらのピストンを示す一部切欠した側面図、第６図はぶ
つ化カーボンを用いたこの発明の実施例１によるピスト
ン形状を示す特性図、第４図（ｒｉグラフ゛γイトを用
いた実施例２によるピストン形状を示す特性図、第５図
は二硫化モリブデンを用いた比較例１によるピストン形
状を示す特性図、第６図はカーボンを用いた比較例２に
よるピストン形状を示す特性図、第７図ないし第９図は
各固体潤滑剤の分散状態を示す図面代用顕微鏡写真（５
００倍）で、第７図はぶつ化カーボンの分散状態、第８
図はグラファイトの分散状態、第９図１は二硫化モリブ
デンの分散状態をそれぞれ示す。ＰＯ＋　ＰＩ　＋　Ｐ２・・・ピストンー−１・・・被
覆層。第５図　　　　　　　　第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）最終形状のピストンより僅かに小さい形状のピス
トンを用意し一該ピストンの外周面Ｇこ、鱗片状アルミ
ニウム２５〜４５重景％、ぶつ化カーボンおよびグラフ
ァイトのうち少くとも一種の固体潤滑剤２〜６０重景％
、残部がエポキシ樹脂からなる複合材を塗布し、９０〜
２３０℃で２０分以上加熱して被覆層を形成し、しかる
のち、このピストンを組み込んだ内燃機関を所定時間運
転したときの被覆層が摩耗して得られるピストン形状を
、設計上求めるピストン形状とすることを特徴とする内
燃機関用ピストン形状の決定法。