活塞環的制作方法

活塞環的制作方法
【專利摘要】本發明提供高輸出功率的發動機中能夠長期保持優良的鋁粘附防止效果的活塞環。在活塞環的上下側表面中的至少一個表面上覆蓋有含有平均纖維直徑為50～500nm且長徑比為30～500的纖維狀填充材料的樹脂類覆膜。在此，纖維狀填充材料的含量相對于樹脂類覆膜整體設定為0.5～10體積%。另外，作為纖維狀填充材料，使用碳纖維、二氧化硅纖維、氮化硼纖維中的至少1種。
【專利說明】活塞環【技術領域】
[0001]本發明涉及活塞環，更具體而言，本發明涉及內燃機用的活塞環。
【背景技術】
[0002]汽油發動機的頂環附近由于燃料的燃燒而達到200°C以上的高溫。內燃機中，在這樣的高溫下，由于燃燒壓力而在活塞環與活塞的活塞環槽表面(以下稱為“環槽表面”)之間反復發生碰撞，同時活塞環表面與環槽表面沿圓周方向滑動。在這樣的高溫下，由于與活塞環碰撞、滑動，環槽表面產生疲勞斷裂，表面的突起脫落，環槽表面露出活性的鋁合金的新生表面。而且，脫落的鋁合金片和在環槽內露出的鋁合金的新生表面伴隨著與活塞環的碰撞而與活塞環的上表面、下表面等接觸，進而發生滑動。由此，引起鋁合金片粘附于活塞環側面或活塞環主體固著于活塞的新生鋁合金表面的“鋁粘附”。鋁粘附只要新生的鋁合金表面不斷露出就會持續產生，隨著鋁粘附的發展，活塞環在環槽內固著在活塞上，損害活塞環的密封性能。由于作為密封性能之一的氣封功能喪失，產生高壓的燃燒氣體從燃燒室流出到曲軸箱的漏氣現象，導致發動機輸出功率降低。另外，由于油封功能喪失，導致油耗增大。此外，由于鋁粘附，發生環槽磨損，活塞環的上下表面與環槽表面之間的密封性受損，導致漏氣量增加。
[0003]為了防止鋁粘附，以往提出了很多方案:使作為活塞母材的鋁合金不直接與活塞環、特別是頂環接觸的方法、以及緩和活塞環對環槽的沖擊的方法。
[0004]作為活塞方面的對策，專利文獻I中記載了對環槽表面實施陽極氧化處理(耐酸鋁處理)、進而將潤滑性物質填充到通過該處理生成的微孔中的方法。通過耐酸鋁處理，環槽表面形成以氧化鋁為主要成分的硬質覆膜，因此，能防止作為活塞母材的鋁合金的脫落，從而使其向活塞環的粘附受到抑制。但是，存在如下問題:對活塞的陽極氧化處理所需要的成本高，由于氧化鋁為硬質而初期適應性差。
[0005]另一方面，作為 活塞環方面的對策，例如專利文獻2中記載了在活塞環側面形成使作為固體潤滑劑的二硫化鑰等分散在作為耐熱性樹脂的聚酰胺、聚酰亞胺等中而成的覆膜的方法。專利文獻2的構成中，通過覆膜中的固體潤滑劑的開裂、磨損，降低覆膜的摩擦系數，緩和對環槽的沖擊性，抑制鋁粘附。
[0006]另外，專利文獻3中記載了通過在活塞環的上下表面形成含有固體潤滑劑的聚苯并咪唑樹脂覆膜而能夠有效地防止鋁粘附現象的技術。專利文獻3中公開了:除了固體潤滑劑以外也可以添加碳纖維、玻璃纖維。
[0007]近年來，伴隨著發動機的高輸出功率化，頂環附近的達到溫度進一步上升。這種情況下，更容易發生活塞強度降低而導致的疲勞斷裂，也難以長期維持覆蓋在活塞環上的樹脂制覆膜。專利文獻2中，添加固體潤滑劑作為必要成分，如上所述，通過固體潤滑劑自身的開裂、磨損，使覆膜的摩擦系數降低，從而緩和對環槽的沖擊性。因此，覆膜的耐磨損性低，難以長期維持覆膜、保持鋁粘附防止效果。另外，為了抑制這種覆膜磨損，固體潤滑劑的添加量存在極限，覆膜的摩擦系數的降低也存在極限。因此，使在高溫下硬度降低后的活塞材料的表面粗糙，進而還有可能引起鋁粘附的發生。
[0008]專利文獻3的覆膜中也添加固體潤滑劑作為必要成分，因此，覆膜的耐磨損性降低，難以長期維持覆膜、保持鋁粘附防止效果。因此，也考慮以使覆膜的耐磨損性、強度提高為目的添加碳纖維、玻璃纖維。但是，通常的碳纖維、例如聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、浙青基碳纖維、纖維素基碳纖維或玻璃纖維的纖維直徑為5?10 μ m。這樣添加纖維直徑大的填充材料時，在填充材料的前端突出于覆膜表面的情況下，有可能損傷或磨損環槽的表面。另夕卜，在添加上述纖維直徑的填充材料的情況下，覆膜為厚膜。但是，為了在活塞環側面與環槽之間設置適當的間隙，最初的覆膜厚度存在極限，為了抑制因覆膜磨損后的間隙增大而引起漏氣量、油耗量的增加，不優選厚膜化。
[0009]可見，現狀是尚未得到在高輸出功率的發動機中能夠長期保持優良的鋁粘附防止效果的活塞環。
[0010]現有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本特開昭63-170546號公報
[0013]專利文獻2:日本特開昭62-233458號公報
[0014]專利文獻3:日本特開平7-63266號公報

【發明內容】

[0015]發明所要解決的問題
[0016]因此，本發明的目的在于解決上述問題，并提供即使在高輸出功率的發動機中也能夠長期保持優良的鋁粘附防止效果的活塞環。
[0017]用于解決問題的方法
[0018]鑒于上述問題，本發明人進行了深入研究，結果發現，通過在活塞環上覆蓋含有具有預定的平均纖維直徑和長徑比的微細的纖維狀填充材料的樹脂類覆膜，在潤滑油中的摩擦系數大幅降低，能夠有效地降低對對象材料的沖擊性，而且，由于上述覆膜的耐磨損性和韌性高，因而能夠長期保持鋁粘附防止效果，從而想到了本發明。即，本發明的活塞環是在上下側表面中的至少一個表面上覆蓋有樹脂類覆膜的活塞環，其特征在于，樹脂類覆膜含有平均纖維直徑為50?500nm且長徑比為30?500的纖維狀填充材料。
[0019]發明效果
[0020]對于覆蓋有含有微細的纖維狀填充材料的樹脂類覆膜的本發明的活塞環而言，由于與初期的活塞材料的滑動，因而從軟質的樹脂部開始發生磨損，在覆膜表面露出纖維狀填充材料。在此，纖維狀填充材料相對于覆膜表面大致平行地排列，因此，纖維狀填充材料的側面(主體部)露出，在其周圍的樹脂部的磨損后的表面上形成適量的油膜。因此，本發明的活塞環在潤滑油中的摩擦系數低，能夠大幅減少對象材料的磨損。另外，分散有纖維狀填充材料的本發明的覆膜具有高的韌性和耐磨損性，因此即使長期運轉也能保持而不會消失。對于活塞環而言，由于活塞的上下運動和燃燒壓力，側面撞擊環槽表面而受到因撞擊滑動產生的強應力，但在本發明中，該應力被散布于覆膜表面的微細的纖維狀填充材料分散，進而被作為基質的柔軟的樹脂材料緩和。而且，由于纖維狀填充材料的平滑的側面與活塞材料滑動接觸，因而本發明的活塞環在初期階段與活塞材料表面之間形成理想的磨合面，之后能夠長期維持覆膜、保持優良的鋁粘附防止效果而不使對象材料磨損。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示樹脂類覆膜中的碳納米管含量與在潤滑油中的摩擦系數的關系的圖。【具體實施方式】
[0022]以下，對本發明的活塞環進行詳細說明。
[0023](I)活塞環母材
[0024]本發明的活塞環的母材沒有特別限定，但從與環槽的反復碰撞出發，優選具有預定的強度。作為優選的材料，可以列舉鋼、馬氏體系不銹鋼、奧氏體系不銹鋼、高級鑄鐵等。
[0025](2)活塞環基底處理
[0026]為了提高本發明的覆膜與活塞環母材的密合性，可以在活塞環母材表面形成磷酸鹽覆膜。作為磷酸鹽覆膜，可以列舉磷酸鋅類、磷酸錳類、磷酸鈣類的覆膜。另外，也可以形成磷酸鹽覆膜以外的化學轉化處理覆膜或氧化膜。由于母材表面形成有硬質鍍鉻覆膜或化學鍍鎳覆膜等的活塞環上不能形成化學轉化處理覆膜，因此，為了確保覆膜的密合性，優選除去無機質的污垢、有機質的污垢。另外，還可以兼顧表面的粗糙度調節而進行噴砂處理。
[0027]本發明的樹脂類覆膜的基底粗糙度優選以基于JISB0601: ’ 01的十點平均粗糙度Rz.Jis計設定為1.0?6.0 μ m，更優選設定為1.5?4.5 μ m。通過將基底粗糙度設定為該范圍，樹脂類覆膜中含有的纖維狀填充材料更容易相對于覆膜表面平行地排列。因此，通過添加少量的纖維狀填充材料，摩擦系數降低，并且纖維狀填充材料的突出得到抑制，因此能夠大幅減少對象材料的磨損。
[0028]對于活塞環而言，由于活塞的上下運動和燃燒壓力，側面撞擊環槽表面而受到因撞擊滑動產生的強應力，側面、環槽兩者均磨損。本發明的樹脂類覆膜的磨損發展而露出基底的磷酸鹽覆膜、化學轉化處理覆膜時，之后的環槽表面的磨損取決于基底粗糙度。基底粗糙度越小，越能夠降低摩擦系數，從而能夠有效地減少環槽表面的磨損。另外，基底粗糙度也是左右覆膜的密合性的因素。基底粗糙度越大，與樹脂類覆膜接觸的表面積越增加，能夠通過錨固效果提高密合性。為了兼顧環槽表面的磨損的減少和樹脂類覆膜的密合性，優選將基底的粗糙度設定為上述范圍。
[0029](3)覆膜
[0030]覆蓋在本發明的活塞環的覆膜是含有平均纖維直徑為50?500nm且長徑比為30?500的纖維狀填充材料的樹脂類覆膜。這樣的覆膜中，微細的纖維狀填充材料相對于覆膜表面大致平行地排列，由于與初期的活塞材料的滑動，從軟質的樹脂部開始發生磨損，由此，在覆膜表面露出纖維狀填充材料的側面部。在發動機的運轉條件下，成為在微細的纖維狀填充材料周圍的磨損后的樹脂部的表面上形成了適量的油膜的狀態，因此，摩擦系數低，能夠大幅減少對象材料的磨損。另外，上述的分散有纖維狀填充材料的本發明的覆膜具有高的韌性和耐磨損性，因此即使長期運轉也能保持而不會消失。對于活塞環而言，由于活塞的上下運動和燃燒壓力，側面撞擊環槽表面而受到因撞擊滑動產生的強應力，但在本發明中，該應力被散布在覆膜表面的微細的纖維狀填充材料分散，進而被作為基質的柔軟的樹脂材料緩和。而且，由于纖維狀填充材料的平滑的側面與活塞材料滑動接觸，因而本發明的活塞環在初期階段與活塞材料表面之間形成理想的磨合面，之后能夠長期維持覆膜、保持優良的鋁粘附防止效果而不使對象材料磨損。
[0031]本發明的活塞環中分散的纖維狀填充材料的平均纖維直徑超過500nm時，對對象材料的沖擊性有增加的傾向，在潤滑油中的摩擦系數的降低效果也下降。另一方面，纖維狀填充材料的平均纖維直徑小于50nm時，難以均勻分散在樹脂中，在潤滑油中的摩擦系數的降低效果下降。本發明的活塞環中分散的纖維狀填充材料的平均纖維直徑優選為70nm?200nmo
[0032]另外，本發明中在覆膜中分散的纖維狀填充材料的長徑比超過500時，難以均勻分散在樹脂中，由微細的填充材料的分散帶來的在潤滑油中的摩擦系數的降低效果下降。另一方面，纖維狀填充材料的長徑比小于30時，覆膜的增強效果降低，難以長期維持覆膜，在纖維狀填充材料側面的活塞材料的平滑效果也降低。本發明的活塞環中分散的纖維狀填充材料的長徑比優選為40?200。
[0033]覆膜中的纖維狀填充材料的含量優選相對于覆膜整體為0.5?10體積％。通過將纖維狀填充材料的含量設定為該范圍，在潤滑油中的覆膜的摩擦系數進一步降低。另外，覆膜中的纖維狀填充材料露出面積得到優化，活塞材料的平滑效果進一步提高。而且，通過將纖維狀填充材料的含量設定為上述范圍，基質樹脂與纖維狀填充材料更牢固地密接，因此，覆膜的耐磨損性進一步提高。因此，能夠更長期穩定地維持覆膜、保持優良的鋁粘附防止效果。纖維狀填充材料的含量低于0.5體積％時，觀察不到顯著的摩擦系數的降低效果，活塞材料的平滑效果也有降低的可能性。另一方面，超過10體積％時，纖維狀填充材料在基質樹脂中的保持力降低，耐磨損性有降低的可能性，對活塞材料的沖擊性也有可能增加。
[0034]形成在本發明的活塞環上的樹脂類覆膜的表面粗糙度以基于JISB0601: ’ 01的十點平均粗糙度RZ.1IS計優選為6.0 μ m以下，更優選為4.0 μ m以下。具有該范圍的表面粗糙度的樹脂類覆膜中，纖維狀填充材料進一步相對于覆膜表面平行地排列。因此，纖維從覆膜表面的突出得到抑制，能夠有效地減少由突出的纖維對環槽表面沖擊而引起的環槽磨損。
[0035]本發明的覆膜中分散的纖維狀填充材料只要是具有上述平均纖維直徑和長徑比的材料則沒有特別的限定，可以列舉:碳纖維、二氧化硅纖維、氮化硼纖維、氧化鋁纖維、鈦酸鉀纖維、硼纖維、碳化硅纖維等。其中，優選碳纖維、二氧化硅纖維、氮化硼纖維，特別是，碳纖維由于與作為活塞材料使用的鋁系材料的反應性低而不易發生粘附且潤滑性也優良，因此優選。
[0036]在使用碳纖維作為纖維狀填充材料的情況下，可以使用實心纖維和空心纖維中的任意一種。作為空心纖維，可以使用單層碳納米管(SWNTs)、多層碳納米管(MWNTs)。特別是，表層具有非晶層的低結晶性的碳納米管由于與作為基質的樹脂材料的密合性優良而優選。作為碳納米管的市售品，可以列舉VGCF、VGCF-H(昭和電工株式會社制)等。
[0037]作為本發明的覆膜的樹脂材料，優選主鏈具有芳香族環、芳香族雜環的耐熱性高分子，從活塞環槽附近的溫度達到190°C以上的觀點考慮，玻璃化轉變溫度為190°C以上的非結晶性高分子或者熔點為190°C以上的結晶性高分子或液晶性高分子是合適的。具體來說，可以列舉含有聚酰亞胺(PD、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、芳香族聚酯、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并曙唑、芳香族聚氰脲酸酯、芳香族聚硫氰脲酸酯、芳香族聚胍胺中的至少一種的混合物或復合物等。另外，這些樹脂材料中以分子水平分散有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等無機物的有機-無機雜化樹脂能夠進一步提高與基材的密合性、耐熱性以及強度。從環槽附近的溫度也有達到250°C以上的情況出發，作為樹脂材料，優選耐熱性高的熱固化性的PB1、P1、PAI，如果考慮摩擦系數，則更優選PI。另外，為了制作涂布液，優選可溶于有機溶劑，優選使用作為清漆市售的P1、PAI。作為市售品，PI可列舉U-清漆-A、U-清漆-S (宇部興產株式會社制)、HCI系列(日立化成工業株式會社制)、FC-114 7 τ 4 >.t: 'J 4 ^ F' 7 二 7 ( 7 r< >夕務力卟夕Y八 > 株式會社制)、H850D (荒川化學工業株式會社制)、RC5057、RC5097、RC5019(株式會社1.S.T制)等。另外，PAI可列舉HPC系列(日立化成工業株式會社制)、口 7 7 (東洋紡織株式會社制)，聚酰亞胺或聚酰胺酰亞胺中雜化有二氧化硅的樹脂可列舉- >水。七7 > H800、H900系列(荒川化學工業株式會社制)。
[0038]另外，本發明的覆膜中，除纖維狀填充材料之外，還可以分散有聚四氟乙烯(PTFE)等含氟樹脂粉末。作為含氟樹脂粉末，除PTFE之外，可列舉四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)以及聚氯三氟乙烯(PCTFE)等。這些粉末優選為微粒，且優選平均粒徑為0.1~Ιμπι。另外，含氟樹脂粉末的含量優選相對于覆膜整體為I~10體積％，更優選為2~5體積％。通過在該范圍內添加含氟樹脂粉末，在維持覆膜的優良的耐磨損性的同時，能夠進一步實現摩擦系數的降低。作為PTFE粉末的市售品，可列舉KTL-500F(平均粒徑:0.3 μ m、喜多村株式會社制)、r ^ DU EZ-200 (平均粒徑:0.2 μ m、株式會社制)等。
[0039]覆蓋在本發明的活塞環上的覆膜的厚度(一個表面)優選設定為2~30 μ m，更優選設定為4~20 μ m。覆膜的厚度低于2 μ m時，覆膜磨損直至使環槽的表面平滑化，有可能不能充分發揮鋁粘附防止效果。另外，覆膜的厚度超過30 μ m時，將活塞環安裝到環槽中時有產生不良的可能性，在成本方面也不優選。
[0040]另外，本發明的效果通過在活塞環的上下側表面中的至少一個表面上覆蓋覆膜而得到，特別是覆蓋在下側表面上時能夠進一步發揮優良的鋁粘附防止效果。
[0041](4)覆膜的形成方法
[0042]本發明的覆膜形成方法沒有特別的限定，可以使用噴涂、旋涂、輥涂、浸涂、印刷法等公知的方法。從涂布效率優良、能夠抑制涂斑產生的觀點出發，優選印刷法。另外，從簡便且容易控制纖維狀填充材料的排列狀態的觀點出發，優選噴涂。噴涂中，通過選擇適合覆膜的噴霧壓力，能夠使纖維狀填充材料平行地排列。
[0043]涂布液或油墨的制備方法沒有特別的限定，優選例如在市售的聚酰亞胺等清漆中分散纖維狀填充材料后根據需要添加溶劑而制備成最佳粘度后使用。涂布液或油墨的粘度、制備用溶劑、添加劑可根據涂布方法或印刷方法適當選擇。分散方法沒有特別的限定，可以使用利用砂磨機、珠磨機、球磨機、輥磨機等的公知的方法。此時，也可以根據需要適當添加分散劑等。通過使纖維狀填充材料在樹脂中均勻分散，在潤滑油中的摩擦系數進一步降低，能得到更優良的活塞材料表面平滑化效果，鋁粘附防止效果進一步提高。
[0044]將涂布液涂布后或印刷后，干燥，進行固化處理。固化溫度可根據所使用的樹脂材料適當選擇。
[0045]實施例
[0046]以下，基于實施例更具體地說明本發明，但本發明不限于這些實施例。[0047](實施例1)
[0048]如下所述，制作磨損試驗用平板狀試驗片和活塞環。
[0049][I]磨損試驗用平板狀試驗片的制作
[0050]對切成縱60_、橫10_、厚5_的SK-3片進行研磨以使Rz (JIS82)為0.8 μ m?
1.5μπι。接著，進行堿脫脂后，在加熱到約80°C的磷酸錳水溶液中浸潰約5分鐘，由此在磨損試驗片的整個表面上形成厚度約2 μ m的磷酸錳覆膜。
[0051][2]活塞環的制作
[0052]通過離子鍍法在由低鉻鋼制作的活塞環的外周面上形成厚度約30μπι的CrN覆膜。將所得到的活塞環進行堿脫脂后，在加熱至約80°C的磷酸錳水溶液中浸潰5分鐘，在活塞環的外周面以外的表面上形成厚度約2 μ m的磷酸錳覆膜。磷酸錳覆膜的表面粗糙度、即本發明的樹脂類覆膜的基底粗糙度以十點平均粗糙度RZ.1IS (JISB0601: ’ 01)計為2.5 μ m。
[0053][3]涂布液的制作以及覆膜的形成
[0054]在聚酰亞胺(PI)清漆(宇部興產株式會社制，U清漆)中添加適量的N-甲基-2-吡咯烷酮進行稀釋后，添加碳納米管并進行攪拌，進而使用高壓分散機使碳納米管均勻分散，制作涂布液。在此，作為碳納米管，使用昭和電工株式會社制的VGCF-H(平均纖維直徑:120nm、纖維長度:6μπκ長徑比:50)，將其調節為相對于成膜后覆膜整體的體積為0.3%。
[0055]在上述的平板狀試驗片的一個表面和活塞環的上下側表面上噴涂涂布液后，在100°C下干燥10分鐘，進而在350°C的電爐中加熱I小時使其固化。平板試驗片的覆膜厚度約為IOym,活塞環的覆膜厚度(單側)約為5μπι。另外，各覆膜的表面粗糙度以十點平均粗糙度 RZ.JIS(JISB0601:’ 01)計為 2.3 μ m 和 2.0 μ m。
[0056]使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實驗(實機試驗)。各試驗的具體情況如后所述。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將覆蓋有未添加填充材料的PI覆膜的后述的比較例I的值設為100時的相對值表不。
[0057](實施例2?8)
[0058]除了將碳納米管的添加量設定為相對于成膜后的覆膜整體的體積分別為
0.5%(實施例2)、1%(實施例3)、3%(實施例4)、5%(實施例5)、8%(實施例6)、10%(實施例7)以及12%(實施例8)之外，與實施例1同樣地在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機試驗。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將覆蓋有未添加填充材料的PI覆膜的后述的比較例I的值設為100時的相對值表示。
[0059](實施例9)
[0060]根據現有的方法,使用化學氣相生長法(Chemical Vapor Deposition, CVD),制作氮化硼納米管(BNNT)。原料使用硼和氨。在裝有氧化鎂粉末的反應管中在1300°C下使硼反應，由此生成B2O2氣體和鎂粒子。通過向該反應管中導入氬氣和氨，使BNNT在鎂粒子上生長。所得到的BNNT的平均纖維直徑為90nm、纖維長度為5 μ m、長徑比為55。
[0061]除了將實施例4的碳納米管改變為上述BNNT之外，與實施例4同樣地制作涂布液，并在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機實驗。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將覆蓋有未添加填充材料的PI覆膜的后述的比較例I的值設為100時的相對值表示。
[0062](實施例10)
[0063]根據現有的方法(日本專利第3821223號公報)，制作二氧化硅納米管。使用四乙氧基硅烷作為二氧化硅的前體，添加到由預先合成的有機物構成的螺旋狀纖維中，使其吸附于纖維表面。將該反應溶液放置5天后，添加作為反應催化劑的二乙胺，促進四乙氧基硅烷的聚合反應而生成二氧化硅。然后，通過煅燒使螺旋狀纖維燃燒，得到二氧化硅納米管。所得到的二氧化硅納米管的平均纖維直徑為70nm、纖維長度為10 μ m、長徑比為140。
[0064]除了將實施例4的碳納米管改變為上述二氧化硅納米管之外，與實施例4同樣地制作涂布液，并在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機實驗。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將覆蓋有未添加填充材料的PI覆膜的后述的比較例I的值設為100時的相對值表示。
[0065](比較例I)
[0066]將未添加碳納米管的僅由PI和溶劑構成的涂布液與實施例1同樣地操作，在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機試驗。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將本比較例的值設為100時的相對值表示。
[0067](比較例2)
[0068]使用東邦特耐克斯株式會社制的碳纖維HT C413(平均纖維直徑:6μπκ纖維長度:150 μ m、長徑比:25)代替碳納米管，除此之外，與實施例5同樣地在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機試驗。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將比較例I的值設為100時的相對值表示。
[0069](比較例3)
[0070]除了使用Cnano公司制FloTube900 (平均纖維直徑:llnm、纖維長度:10μηι、長徑比:90)作為碳納米管之外，與實施例5同樣地在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機試驗。將結果示于表I。另外，在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將比較例I的值設為100時的相對值表示。
[0071](比較例4)
[0072]使用日本石墨工業株式會社制人造石墨HAG-150 (平均粒徑:0.7 μ m)代替碳納米管，除此之外，與實施例5同樣地在平板試驗片的一個表面和活塞環上下側表面上形成覆膜。使用所得到的平板試驗片進行摩擦系數的測定和磨損試驗，使用所得到的活塞環進行發動機實機試驗。將結果示于表I。在此，摩擦系數和覆膜磨損量用將比較例I的值設為100時的相對值表示。
[0073](摩擦系數的測定和磨損試驗)
[0074]通過利用往復運動的磨損試驗機測定摩擦系數。以一定載荷將φ4.5mm的鋁球按壓在實施例1~10和比較例I~4的平板狀試驗片的覆蓋有覆膜的表面上，并在以下的條件下使試驗片往復運動，利用固定有鋁球的臂的應變計測定摩擦力。由10個沖程后的摩擦力和試驗加權計算出摩擦系數。將結果示于圖1。
[0075]試驗溫度:260°C
[0076]沖程:40mm
[0077]滑動速度:70mm/s
[0078]潤滑條件:潤滑油中
[0079]運轉次數:往復250次
[0080]另外，關于覆膜的磨損量，在結束試驗后取下試驗片，通過在乙醇中進行超聲波清洗而除去磨損粉，干燥、放冷后，使用粗糙度計在試驗片的短軸方向上測定截面形狀，計算出經磨損試驗產生的磨損痕的截面積。截面形狀測定中，各磨損痕各測定3處，將磨損痕截面積最大的磨損量作為該覆膜的磨損量。
[0081](發動機實驗)
[0082]將實施例1~10和比較例I~4的活塞環安裝在鋁合金(AC8A-T6)制活塞的頂環槽中，然后安裝于1.5升的四缸發動機。使用該發動機，以轉速6400rpm間歇地運轉100~400小時。運轉后，觀察活塞環側面上的鋁粘附以及活塞的頂環槽的粗糙程度。另外，第二活塞環和油環使用以下規格的環。
[0083](I)第二活塞環
[0084]材質:SW0SC_V，整個表面進行了磷酸鋅處理
[0085](2)油環
[0086]側環
[0087]材質JIS G3502SWRS82A-K,在外周面上通過離子鍍法形成有CrN覆膜
[0088]間隔外脹環
[0089]材質:SUS304
[0090]將試驗結果示于表1。表1中的判斷標準基于以下要點。
[0091]槽磨損…未發生:〇；發生但輕微:Λ，發生:X
[0092]粘附…有粘附:有；無粘附:無
[0093][表 I]
【權利要求】
1.一種活塞環，在上下側表面中的至少一個表面上覆蓋有樹脂類覆膜，其特征在于，所述樹脂類覆膜含有平均纖維直徑為50~500nm且長徑比為30~500的纖維狀填充材料。
2.如權利要求1所述的活塞環，其特征在于，所述纖維狀填充材料的含量相對于樹脂類覆膜整體為0.5~10體積％。
3.如權利要求1或2所述的活塞環，其特征在于，所述纖維狀填充材料為選自碳纖維、二氧化硅纖維、氮化硼纖維中的至少1種。
4.如權利要求1~3中任一項所述的活塞環，其特征在于，所述樹脂類覆膜為選自聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、芳香族聚酯、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并P?唑、芳香族聚氰脲酸酯、芳香族聚硫氰脲酸酯、芳香族聚胍胺中的至少I種。
5.如權利要求1~4中任一項所述的活塞環，其特征在于，所述樹脂類覆膜的基底粗糙度以十點平均粗糙度Rz.JIS計為1.0~6.0 μ m。
6.如權利要求1~5中任一項所述的活塞環，其特征在于，所述樹脂類覆膜的表面粗糙度以十點平均粗糙度RZ.1IS計為6.0 μ m以下。
【文檔編號】F02F5/00GK103492769SQ201280020092
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年10月29日 優先權日:2011年10月31日
【發明者】林利勝, 杉本考平, 渡邊良成, 佐佐木隼一 申請人:株式會社理研