专利名称：内燃机的活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及在外周面施加有多层覆膜的内燃机的活塞。
背景技术：
众所周知，作为例如改善汽车用内燃机的活塞的耐磨损性或耐烧结性(焼t付t 性)的方法之一，具有以下的专利文献1所记载的技术。该技术是在活塞基材的表面施加结合树脂即环氧树脂及聚酰胺酰亚胺树脂、和固体润滑剂即聚四氟乙烯、二硫化钼的下层覆膜组成物，进而在其表面施加由结合树脂即环氧树脂及聚酰胺酰亚胺树脂、固体润滑剂即氮化硼、硬质粒子即氮化硅及氧化铝构成的上层覆膜组成物，形成双重覆膜组成物。由此，耐磨损性优异，并且使初始亲合性和耐烧结性提尚。专利文献1 日本特开2008-56750号公报然而，所述现有的技术因上下多层覆膜为简单重合状态，所以由活塞的外观不能分辨是否施加有多个覆膜层。因此，会在为单一的覆膜层的情况下直接作为产品而流通，可
靠性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机的活塞，能够由活塞的外观判断在活塞的外面施加有规定的多层覆膜。本发明第一方面的内燃机的活塞在形成于活塞基材的径向的一对活塞裙部的至少一方的表面施加多层覆膜，其特征在于，在所述多层覆膜的各单层覆膜的不同的位置设有标识。本发明第二方面的内燃机的活塞，特别是，至少在施加于一方塞裙部的外面的上层覆膜设有窗部，并且从该窗部表露出有活塞基材的表面或下层覆膜。本发明第三方面的内燃机的活塞，多层覆膜含有固定润滑剂，并且在经由非覆膜部自所述多层覆膜的各单层覆膜离开的位置且不同的位置施加标识。根据本发明，利用标识及窗部，可由活塞的外观判断施加有规定的多层覆膜。
图1是将本发明的活塞的第一实施方式的一部分剖切表示的正面图；图2是表示在内燃机中应用本实施方式的活塞的状态的主要部分纵向剖面图；图3(A)是表示固体润滑剂的含量和摩擦系数的关系的特性图，(B)是表示条痕高度和摩擦系数的关系的特性图；图4(A)是示意地表示本实施方式的滑动产生的多层覆膜组成物的磨损前和磨损后状态的放大剖面图，(B)是表示未形成有上层覆膜的表面处理滑动产生的磨损前和磨损后的状态的放大剖面图，(C)是示意地表示未形成有覆膜的表面无处理的滑动产生的磨损前和磨损后的状态的放大剖面图；图5是表示固体润滑剂的含量和紧密贴合力的关系的特性图；图6表示在本实施方式的活塞上施加的多层覆膜组成物的形成状态，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图7表示第二实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图8表示第三实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图9表示第四实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图10表示第五实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图11表示第六实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图12表示第七实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图13表示第八实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图14表示第九实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图15表示第十实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图16表示第十一实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图；图17表示施加于第十二实施方式的活塞的多层覆膜组成物中的各层覆膜处理图形，(A)表示从第一层 第六层依次留有多个窗部而分别覆膜形成时的图形，(B)表示忘记处理第四层的覆膜组成物的情况，(C)表示施加全部的覆膜组成物的情况；
图18表示施加于第十三实施方式的活塞的多层覆膜组成物中的各层覆膜处理图形，(A)表示从第一层 第四层依次分别形成有单一标识时的图形，(B)表示忘记处理第三层的覆膜组成物的情况，(C)表示施加全部的覆膜组成物的情况；图19表示施加于第十四实施方式的活塞的多层覆膜组成物中的各层覆膜处理图形，(A)表示从第一层 第η层依次分别形成有单一标识时的图形，(B)表示忘记处理第三层的覆膜组成物的情况，(C)表示施加全部的覆膜组成物的情况；图20表示第十五实施方式的活塞，(A)是表示只施加有下层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(B)是表示只施加有上层覆膜组成物的状态的活塞的立体图，(C)是表示在下层覆膜组成物上施加有上层覆膜组成物的状态的立体图。图21 (A)表示第十五实施方式的下层覆膜组成物的覆膜部，(B)表示覆膜部的第二变形例，(C)表示覆膜部的第三变形例，(D)表示覆膜部的第四变形例。标记说明
1:活I￡
Ia 活;塞基材
3 缸__
8 推力侧活塞裙部
9 反推力侧活塞裙部
20 多层覆膜组成物
21 上层覆膜组成物
22 下层覆膜组成物
30、32、.34,36,39 第—-窗部
31、33、.35,37,40 第二窗部
38,41第三[窗部
42、44第--标识
43,45Α-Λ;— 弟一标识
46a 46f第一 第六覆膜组成物
47a 47f第一 第六窗部
48a 48d第一 第四覆膜组成物
49a 49d第一 第四标识
50a 50η覆膜组成物
51a 51η标识
52 覆j摸部
53 覆膜形成区域
具体实施例方式以下，基于附图详细说明本发明的内燃机的活塞的实施方式。另外，本实施方式的活塞应用于四冲程汽油发动机。(第一实施方式)如图2所示，活塞1滑动自如地设置在形成于缸体2上的大体圆柱状的缸壁面3，在该缸壁面3与图外的缸头之间形成燃烧室4，并且经由与活塞销5连结的连杆6，与图外的曲轴连结。上述活塞1整体由AC8A Al-Si系铝合金一体铸造，如图1、图2、图6所示，大体形成为圆筒状，具备在脊面7a上区划出上述燃烧室4的顶部7、与该顶部7的下端外周缘一体地设置的圆弧状的一对推力侧活塞裙部8及反推力侧活塞裙9、经由各连结部位10与该各活塞裙部8、9的圆周方向的两侧端连结的一对护板部(apron) 11、12。上述顶部7为壁厚较厚地形成的圆盘状，在脊面7a上分别形成有防止与进排气阀干涉的阀箱室7e、7f，并且在外周部形成有保持压力环及油环等三个活塞环的环槽7b、7c、 7d。上述两活塞裙部8、9配置在以活塞1的轴心为中心的左右对称位置，横截面大体形成为圆弧状，并且各壁厚大致整体较薄地形成。上述推力侧活塞裙部8在膨胀行程等时、 活塞1向下止点方向行进时，根据与上述连杆6的角度的关系，向上述缸壁面3倾斜并压接 (压接)，另一方面，反推力侧的活塞裙部9在压缩行程等时活塞1上升行进时，与缸壁面3 相反地倾斜并压接。上述各活塞裙部8、9相对于缸壁面3的压接负荷为，受到燃烧压力而与缸壁面3压接的上述推力侧活塞裙部8方变大。而且，在上述活塞1的推力侧活塞裙部8和反推力侧活塞裙部9上，如图1及图 4(A)所示，施加有上下两层的多层覆膜组成物20。该多层覆膜组成物20由上层覆膜组成物21和下层覆膜组成物22构成，作为结合树脂使用耐热性、耐磨损性及紧密贴合性优异的环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂中任一种或两种。具体地说明，上述上层覆膜组成物21将结合树脂即环氧树脂和聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂中的任一种设定为5 50wt%，将固体润滑剂即二硫化钼(MoS2)设定为 50 95wt%。上述结合树脂不足5wt%时，因结合力降低，与下层覆膜组成物22的紧密贴合性降低，相反，超过50wt%的话，因固体润滑剂相对减少，初始亲合性降低。上述下层覆膜组成物22的结合树脂与上层覆膜组成物21相同，将环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂中的一种设定为50wt%以上。另一方面，固体润滑剂，基本上将聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化钼(MO&)、石墨(GF)中的任一种以上设定为50wt%以下。另外，也可以不含固体润滑剂。在上述下层覆膜组成物22中，上述结合树脂不足50wt %，与活塞基材Ia的紧密贴合性降低。如图5所示可知在结合树脂PAI中添加有各固体润滑剂时的紧密贴合力的变化在固体润滑剂超过50wt%时、即结合树脂不足50wt%，急剧地降低。S卩，下层覆膜组成物22具有确保与活塞基体1的紧密贴合性、和确保与上层覆膜组成物21的紧密贴合性的作用。因此，不必在下层覆膜组成物22中含固体润滑剂，但容许在确保紧密贴合性的范围内添加固体润滑剂所带来的覆膜特性的提高，上述聚四氟乙烯不足15wt%，润滑性降低， 超过30wt%时，磨损量增大。另外，作为固体润滑剂的二硫化钼不足5wt%，耐烧结性降低，超过20wt%时，因覆膜强度降低，磨损量增加。
另外，关于固体润滑剂即二硫化钼，通过其与石墨的叠加效果能够实现耐烧结性的提高。S卩，下层覆膜组成物22，作为固体润滑剂，能够在上述聚四氟乙烯的基础上并用二硫化钼和石墨。该情况下，优选二硫化钼和石墨合计为5 20wt%，且二硫化钼为1 IOwt %。这是由于，二硫化钼不足时，不能得到并用产生的耐烧结性提高的效果，超过IOwt^时，耐磨损性降低。另外，将上层覆膜组成物21的固体润滑剂即二硫化钼等的含量设定为50 95wt %是因为，根据图3的实验结果，不足50wt %，初始亲合性降低，超过95wt %时，上述结合树脂不足5wt%，如上所述，因结合力降低，与下层覆膜组成物22的紧密贴合性降低。在调节构成多层覆膜组成物20的上述上层覆膜组成物21和下层覆膜组成物22 时，例如，在结合树脂即环氧树脂和聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂中配合有机溶剂，在该树脂溶液中加入固体润滑剂，根据需要再添加硬质粒子，使用球磨机(f 一* $ 等混合分散即可。另外，结合树脂、PTFE及MoS2、GF固体润滑剂、硬质粒子的配合量合计为100wt% 而进行调节。另外，本发明的多层覆膜组成物20根据需要利用有机溶剂稀释，作为涂料涂敷于活塞基材Ia上。S卩，在活塞基材Ia(推力侧活塞裙部和反推力侧活塞裙部)的外周面按顺序涂敷下层覆膜组成物22和上层覆膜组成物21，通过烧制使其硬化，得到多层覆膜组成物20。用于上述稀释的有机溶剂，即使是溶剂系，只要可使结合树脂溶解，则不作特别限定。烧制温度及烧制时间等烧制条件只要适当地设定即可，也可以在200°C以下烧制， 所以也可适用于铝合金活塞1的基材。另外，多层覆膜组成物20的膜厚可以适当选择，但考虑涂敷的操作性及费用方面等，优选5 40 μ m左右。以下，对在活塞基材Ia上进行多层覆膜组成物20的表面处理的具体方法进行说明。(第一表面处理方法)首先，将活塞基材Ia的表面通过溶剂脱脂及碱脱脂等前处理去除油分及污物。接着，在该活塞基材Ia的表面利用空气喷雾及丝网印刷等公知的方法涂敷下层覆膜组成物22，接着，在该下层覆膜组成物22的上表面涂敷上层覆膜组成物21。之后，通过使其干燥去除有机溶剂，例如，在180°C X 30分或200°C X 20分等公知的条件下进行烧制，由此可以形成由下层覆膜组成物22和上层覆膜组成物21构成的多层覆膜组成物10。(第二表面处理方法)另外其它的表面处理方法是将应形成多层覆膜组成物20的活塞基材Ia的表面通过溶剂脱脂和碱脱脂等前处理，去除油分及污物。在该活塞基材Ia的表面利用空气喷雾及丝网印刷等公知的方法，首先涂敷下层覆膜组成物22。之后，在例如180°C X30分或20(TC X20分等公知的条件下进行烧制。接着，从烧制炉取出上述活塞基材la，在活塞基材Ia的温度处于50 120°C时， 在上述下层覆膜组成物22的上表面涂敷上层覆膜组成物21。之后，不进行烧制而使其干燥，可以形成由下层覆膜组成物22和上层覆膜组成物21构成的多层覆膜组成物10。本发明的多层覆膜组成物可以广泛地适用于油润滑环境下及干润滑环境下的各种用途的滑动部件。多层覆膜组成物的结合树脂即环氧树脂和聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂因紧密贴合性优异，所以不选择基材，例如，除各种铝合金材以外，可以适用于铸铁、 钢、铜合金等基材。其中，适合用于上述实施例的内燃机的活塞1，特别是推力侧活塞裙部8 和反推力侧活塞裙部9。(实验例)S卩，在外周面具有条痕(条痕)形状的活塞1中，将上述下层覆膜组成物22和上层覆膜组成物21的膜厚设为tl、t2，将条痕高度设为a的情况下，满足下式。t2 ^ a-5 ( μ m) tl ^ 2(μ m)作为结合树脂，使用聚酰胺酰亚胺树脂(PAI)，作为固体润滑剂，使石墨(GF)、二硫化钼(Μ0&)、聚四氟乙烯(PTFE)的含量变化至0 95wt%。进行配合以成为下述表1所示的上层覆膜组成物及下层覆膜组成物的组成。表 权利要求
1.一种内燃机的活塞，其在形成于活塞基材的径向的一对活塞裙部的至少一方的表面施加多层覆膜，其特征在于，在所述多层覆膜的各单层覆膜的不同的位置设有标识。
2.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，仅施加于所述各单层覆膜的各标识设置在所述活塞裙部的周向的至少一侧。
3.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，仅施加于所述各单层覆膜的各标识设置在所述活塞裙部的活塞轴向上方位置或下方位置。
4.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，仅施加于所述各单层覆膜的各标识与所述单层覆膜连续而设置。
5.如权利要求1所述的内燃机的活塞，所述多层覆膜由直接施加于所述活塞基材的下层覆膜、和施加于该下层覆膜之上的上层覆膜构成，所述下层覆膜与所述活塞基材的紧密贴合性比所述上层覆膜与所述活塞基材的紧密贴合性高，所述上层覆膜与所述下层覆膜的紧密贴合性比所述上层覆膜与所述活塞基材的紧密贴合性高，在所述上层覆膜的施加有标识的部位的所述活塞基材表面施加有部分地露出有所述活塞基材表面的所述下层覆膜。
6.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，所述下层覆膜的一部分分布在所述上层覆膜的施加有标识的部位的所述活塞基材表面。
7.如权利要求6所述的内燃机的活塞，其特征在于，在所述上层覆膜的施加有标识的部位的所述活塞基材表面施加的所述下层覆膜分布有多个相同形状的点部。
8.如权利要求5所述的内燃机的活塞，其特征在于，所述下层覆膜相对于所述上层覆膜的标识的面积以10 85%的比率施加在所述上层覆膜的施加有标识的部位的所述活塞基材表面。
9.如权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，所述多层覆膜由在活塞基材的表面覆膜形成的下层覆膜组成物、和在该下层覆膜组成物的上表面覆膜形成的上层覆膜组成物形成，所述下层覆膜组成物和上层覆膜组成物都包含结合树脂即聚酰胺酰亚胺树脂、聚酰亚胺以及环氧树脂中的至少一种，所述下层覆膜组成物中的至少由石墨和二硫化钼的任一方构成的固定润滑剂的含量设定为50wt%以下，另一方面，所述上层覆膜组成物中的至少包含石墨和二硫化钼的任一方或包含石墨和二硫化钼两方的固体润滑剂的含量设定为50 95wt%。
10.一种内燃机的活塞，其在形成于活塞基材的径向的一对活塞裙部的至少一方的表面施加多层覆膜，其特征在于，所述多层覆膜含有固定润滑剂，并且在经由非覆膜部自所述多层覆膜的各单层覆膜离开的位置且各不相同的位置施加有单层的标识覆膜。
全文摘要
本发明提供一种内燃机的活塞，能够例如通过目视由活塞的外观判断施加有规定的多层覆膜。在铝合金制活塞(1)的基材(1a)的两活塞裙部(8、9)的外周面施加下层覆膜组成物(22)和上层覆膜组成物(21)的双层覆膜组成物。在施加下层覆膜组成物时，在两活塞裙部的周向的大致中央位置、且下侧的位置，同时设有小的正方形第一窗部(30)。另一方面，在施加上层覆膜组成物时，在两活塞裙部的周向的大体中央位置、且上侧位置，同时设有小的正方形第二窗部(31)，其形成位置和第一窗部的形成位置为不重叠的位置。因此，施加有两覆膜组成物的情况为两窗部被堵塞的状态，错误地只施加一覆膜组成物的情况为某一窗部打开的状态。
文档编号F02F3/10GK102297037SQ201110106200
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年6月28日
发明者佐佐木正登 申请人:日立汽车系统株式会社