(57)【要約】  燃焼面の少なくとも一部を形成する複合層を含む高負荷ディーゼルエンジンのためのピストンが、提供される。複合層は、５００ミクロンよりも厚く、ブレーキパッドを形成するために典型的に使用される、熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤といった成分の混合物を含む。１つの実施形態によれば熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂であり、絶縁性成分は、セラミックであり、強化繊維は、黒鉛であり、耐衝撃性添加剤は、フィブリル化された刻まれた合成繊維のアラミドパルプである。複合層は、また、０．８〜５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。ピストンの本体部は、複合層の機械的固定を向上させるために、くり抜かれた渦巻きスレッドを含むことができる。ピストンまた、セラミックインサートを本体部と複合層との間に含むことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンであって、
金属から形成される本体部と、
前記本体部に塗布され、燃焼面の少なくとも一部を形成する複合層とを備え、
前記複合層は、５００ミクロンよりも厚く、
前記複合層は、熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤を含む、ピストン。
【請求項２】
前記複合層は、０．８〜５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂であり、前記絶縁性成分は、セラミックであり、前記強化繊維は、黒鉛であり、前記耐衝撃性添加剤は、フィブリル化された刻まれた合成繊維のアラミドパルプである、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、前記複合層の総重量に基づき２５重量％〜３５重量％の量で存在し、前記絶縁性成分は、前記複合層の総重量に基づき５０重量％〜７０重量％の量で存在し、前記強化繊維は、前記複合層の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在し、前記耐衝撃性添加剤は、前記複合層の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在する、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
前記複合層は、２ミリメートル〜３ミリメートルの厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
前記本体部と前記複合層との間に配置された、セラミックから形成されるインサートを含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
前記インサートは、アルミナを含む、請求項６に記載のピストン。
【請求項８】
前記本体部の最上面は、くり抜かれた渦巻きスレッドを含み、前記複合層は、前記最上面の前記くり抜かれた渦巻きスレッドに塗布される、請求項１に記載のピストン。
【請求項９】
前記本体部の前記金属は、アルミニウムまたは鋼であり、
前記本体部は、上端部から下端部に向かって中央軸の周りに周方向に延在するクラウンを含み、
前記クラウンは、前記上端部において最上面を呈し、
前記最上面は、平坦な外側リムから内向きおよび下向きに延在する燃焼ボウルを含み、
前記最上面は、くり抜かれた渦巻きスレッドを含み、
前記複合層は、前記最上面の前記くり抜かれた渦巻きスレッド上に配置され、
前記複合層は、０．８〜５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂であって、前記絶縁性成分は、セラミックであって、前記強化繊維は、黒鉛であって、前記耐衝撃性添加剤は、フィブリル化された刻まれた合成繊維のアラミドパルプであり、
前記熱硬化性樹脂は、前記複合層の総重量に基づき２５重量％〜３５重量％の量で存在し、前記絶縁性成分は、前記複合層の総重量に基づき５０重量％〜７０重量％の量で存在し、前記強化繊維は、前記複合層の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在し、前記耐衝撃性添加剤は、前記複合層の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在し、
前記複合層は、２ミリメートル〜３ミリメートルの厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１０】
前記複合層および前記本体部の前記最上面の間に配置されたセラミックから形成されるインサートを含み、前記セラミックインサートは、アルミナを含む、請求項９に記載のピストン。
【請求項１１】
ピストンを製造するための方法であって、
複合層を金属から形成される本体部に対して塗布するステップを備え、前記複合層は、燃焼面の少なくとも一部を形成し、前記複合層は、５００ミクロンよりも厚く、前記複合層は、熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤を含む、方法。
【請求項１２】
前記複合層を前記本体部に対して塗布するステップは、前記本体部の最上面に混合物を成形することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成形するステップは、Ｂステージを含み、前記Ｂステージは、熱および圧力を前記本体部上の前記混合物に印加することを含み、前記混合物は、前記Ｂステージ中に完全には硬化しない、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記成形するステップは、さらに、前記Ｂステージの後に、圧力を前記混合物に印加しながら、前記混合物が完全に硬化するまで前記混合物の温度を上昇させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複合層を前記本体部に対して塗布するステップは、混合物の予備成形インサートを形成することと、前記予備成形インサートを前記本体部の最上部に成形することとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記複合層を前記本体部に対して塗布するステップは、セラミックから形成されるインサートを前記本体部の最上面上に配置することと、前記複合層を前記セラミックインサート上に配置することとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記複合層は、０．８〜５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂であり、前記絶縁性成分は、セラミックであり、前記強化繊維は、黒鉛であり、前記耐衝撃性添加剤は、フィブリル化された刻まれた合成繊維のアラミドパルプである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱硬化性樹脂は、前記複合層の総重量に基づき２５重量％〜３５重量％の量で存在し、前記絶縁性成分は、前記複合層の総重量に基づき５０重量％〜７０重量％の量で存在し、前記強化繊維は、前記複合層の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在し、前記耐衝撃性添加剤は、前記複合層の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
アルミニウムまたは鋼から形成される前記本体部を提供するステップと、
前記複合層を塗布する前に、前記本体部の最上面にくり抜かれた渦巻きスレッドを形成するステップと、
前記本体部をモールド内に配置するステップと、
前記熱硬化性樹脂、前記絶縁性成分、前記強化繊維、および前記耐衝撃性添加剤を混合するステップと、
前記混合物を前記モールド内の前記本体部の前記最上面上に配置するステップと、
前記複合層を形成するために、前記混合物を前記最上面に成形するステップと、をさらに備え、
前記成形するステップは、前記本体部上の前記混合物に、最大２．５トン／平方インチの圧力を印加することと、前記混合物が完全には硬化しないように、前記混合物を１２０〜１３０℃に５〜６０分加熱することとを含み、
前記成形するステップは、前記本体部上の前記混合物に圧力を印加しながら、前記混合物が完全に硬化し前記複合層を形成するまで、前記圧縮された混合物を１８０〜２５０℃に温度を上昇させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１５年１２月２８日付で出願された米国仮特許出願第６２／２７１４２５および２０１６年１２月２３日付で出願された米国特許出願第１５／３８９８６２号の利益を主張し、その全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般に、ディーゼルエンジンのための絶縁された高負荷ピストンといった内燃機関のためのピストン、およびそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
現代の高負荷ディーゼルエンジンは、増大した熱ブレーキ効率に向けられた立法および顧客要求をつきつけられている。目標とする熱ブレーキ効率は、現在４６％であるが、２０２５年までに６０％までとされることが予測される。このため、クラウンを通る熱の流れが低減され、これにより全体的なエネルギー損失が低減された高負荷ピストンが望まれている。クラウンを通る熱の流れを低減させることは、より多くのエネルギーが高温の排気ガス中に保持されることを可能にし、このエネルギーの一部は、回収され、ターボコンパウンドによって有用な仕事に変換されることができる。たとえば、あるエンジン製造業者は、クラウンを通る熱の流れを５０％低減するためのメカニズムを望む。
【０００４】
ピストンクラウンを通る熱の流れを断熱し低減させるための１つの方法は、たとえば溶射によって、セラミックコーティングを塗布することによるものである。しかし、そのようなセラミックコーティングは、典型的には、５００ミクロンの厚さの上限を有する。より厚ければより良い断熱が提供されるであろうが、より厚いコーティングは、金属基板とコーティングとの間の熱的特性の違いによる、剥離と剥落の危険性を有する。５００ミクロンよりも厚く形成されたセラミックコーティングは、金属結合層がセラミックコーティングの前に塗布されたとしても、剥離と剥落の危険性を有する。たとえ典型的に０．２〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋとセラミックコーティングの熱伝導率が低くとも、厚さが５００ミクロン未満であるセラミックコーティングでは、５０％の熱の流れを低減することが可能ではないかもしれないことを模擬実験が示しているので、これは、難題である。このため、熱伝導率の低い材料の、より厚いおよび／または、より堅牢なコーティングが必要とされ得る。コーティング材料は、金属基板の頂部表面に良好に付着し、約２５０バールのピーク圧力の約８００℃の燃焼温度に耐えることができなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の１つの態様は、ディーゼルエンジンための高負荷ピストンといった、内燃機関で使用されるためのピストンを提供する。ピストンは、金属から形成される本体部と、本体部に塗布された複合層とを含む。複合層は、ピストンの燃焼面の少なくとも一部を形成し、５００ミクロンよりも厚い。複合層は、熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤を含む。
【０００６】
本発明の別の態様は、ピストンを製造するための方法を提供する。方法は、金属から形成される本体部に複合層を塗布することを含む。複合層は、燃焼面の少なくとも一部を形成し、複合層は、５００ミクロンよりも厚く、複合層は、熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤を含む。
【０００７】
複合層は、クラウンを通る熱の流れを低減させることによって、内燃機関で使用される間、セラミックコーティングに比較してピストンの向上された断熱を提供する。このため、複合層は、より熱い排ガス内により多くのエネルギーが保持されることを可能とし、これは、有用な仕事に変換され、向上された熱ブレーキ効率につながる。
【０００８】
図面の簡単な説明
本発明の他の利点は、添付図面と関連して考慮されるときに、同じく以下の詳細な説明を参照することによって理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼面の一部を形成する複合層を含むディーゼルエンジンのピストンの斜視図である。
【図２】複合層の代わりにピストンのクラウンに塗布されたセラミックコーティングを含む比較用のディーゼルエンジンのピストンの断面図である。
【図３】複合層を塗布する前の、金属本体部の最上面に沿って形成されたくり抜かれた渦巻きスレッドを示す、図１に示したピストンの金属本体部を模すために使用されるパックの上面図である。
【図４】複合層が塗布された後の、図３のくり抜かれた渦巻きスレッドの拡大断面図である。
【図５Ａ】複合層が塗布された後の、図３のくり抜かれた渦巻きスレッドの別の拡大断面図である。
【図５Ｂ】複合層が塗布された後の、図３のくり抜かれた渦巻きスレッドの拡大断面図であり、セラミックインサートは、複合層と金属本体部との間に配置される。
【図６】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図７】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図８】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図９】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図１０】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図１１】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図１２】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図１３】一実施形態に従う図１のピストンの製造方法のステップを示す。
【図１４】一実施形態に従う複合層を含む完成したピストンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的な実施形態の説明
本発明の１つの態様は、高負荷ディーゼルエンジンのためのピストン２０といった、内燃機関で使用されるピストン２０を提供する。ピストン２０は、基板とも称される、金属から形成される本体部２６の最上面３４に成形された複合層２２を含む。複合層２２は、典型的に自動車ブレーキパッドを製造するために使用される原料から形成され、５００ミクロンよりも厚い。このため、複合層２２は、ピストン２０のクラウン３２を通ずる熱の流れを少なくとも５０％低減することが期待される。複合層２２は、また、良好な接着性を維持し、約２５０バールのピーク圧力、約８００°Ｃの燃焼温度に耐えることが期待される。１つの実施形態に従う複合層２２を含むピストン２０は、図１に示される。例示的なピストン２０は、高負荷ディーゼルエンジンで使用されるために設計されるが、複合層２２は、別の種類のピストンに使用されることができる。
【００１１】
ブレーキ材料から形成された複合層２２は、図２に示される比較用ピストン２０’に塗布されるセラミックコーティング２１といったセラミックコーティングの代わりに使用されることができる。図２の比較用ピストン２０’では、セラミックコーティング２１は、燃焼チャンバへの熱損失を低減し、このためエンジンの効率を増大させるために、最上面３４および環状ランド３８に塗布される。このため、セラミックコーティング２１は、燃焼チャンバの極限状態に直接さらされる燃焼面を形成する。本発明のピストン２０は、図２に示されるピストン２０’の設計と同様の設計を有することができる。
【００１２】
図３は、複合層２２を塗布する前の、図１に示されるピストン２０の金属本体部２６を模すために使用されるパックの上面図である。図４および図５は、複合層２２を塗布した後の、図３のピストン２０のくり抜かれた渦巻きスレッド５６の拡大断面図である。図６〜１３は、一実施形態に従うピストン１０を製造する方法のステップを図示し、図１４は、一実施形態に従う複合層２２を含む完成したピストン２０の断面図である。
【００１３】
図１４のピストン２０は、中央軸Ａの周りに、中央軸Ａに沿って長手方向に上端部２８から下端部３０に延在する金属本体部２６を含む。本体部２６はまた、中央軸Ａの周囲に上端部２８から下端部３０に向かって延在するクラウン３２を含む。図２の実施形態では、クラウン３２は、本体部２６の残りの部分に、この場合溶接によって、結合される。ピストン２０の本体部２６は、アルミニウム、鋼、または別の金属材料から形成されることができる。
【００１４】
図１４のピストン２０のクラウン３２は、高温ガスにさらされ、このためピストン２０が内燃機関において使用される間高温および高圧力にさらされる上端部２８において、最上面３４を含む。最上面３４は、平坦な外側リムから内向きおよび下向きに延在する燃焼ボウルを規定する。ピストン２０のクラウン３２は、また、少なくとも１つの環状部（図示しない）を受けるために中央軸Ａの周囲に延在する少なくとも１つの環状溝３６を規定する。典型的にピストン２０は、２つまたは３つの環状溝３６を含む。環状ランド３８は、各環状溝３６の隣に配置され、環状溝３６を互いから離間させる。ピストン２０は、また、クラウン３２と本体部２６の残りとの間で中央軸Ａの周囲に延在する冷却ギャラリ２４を含む。この実施形態では、クラウン３２は、中央軸Ａから離間された上方リブ４２を含み、本体部２６の隣接する断面は、中央軸Ａから離間された下方リブ４４を含み、上方リブ４２は、冷却ギャラリ２４を形成するために下方リブ４４に溶接される。この場合、リブ４２、４４は、ともに摩擦溶接されるが、リブ４２、４４は、他の方法で結合されてもよい。冷却ギャラリ２４は、内燃機関におけるピストン２０の使用中に熱いクラウン３２から熱を散逸させるための冷却流体を含むことができる。加えて、冷却流体またはオイルは、内燃機関における使用中にクラウン２４の温度を低減するために、冷却ギャラリ２４内へとまたは、クラウン３２の内面に沿って噴射されることができる。
【００１５】
図１４の実施形態のピストン２０の本体部２６は、さらに、中央軸Ａの周りで互いから離間されクラウン３２から下端部３０へと垂下するピンボス４６の対を含む。各ピンボス４６は、ピストン２０’をコネクティングロッドへと接続するために使用されることができるリストピンを受けるためのピンボア４８を規定する。本体部２６は、また、ピンボス４６を中央軸Ａの周りに互いから離間させるための、クラウン３２から下端部３０へと垂下するスカート部５４の対を含む。
【００１６】
しかし本発明によれば、図２のピストン２０’に塗布されるセラミックコーティング２１は使用されず、代わりに複合層２２は、クラウン３２の最上面３４に成形される。複合層２２は、最上面３４に成形され、ピストン２０の燃焼面全体、または、ピストン２０の燃焼面の一部を形成する。複合層２２は、また、少なくとも環状ランド３８のうちの１つに塗布されることができる。１つの実施形態に従って、複合層２２は、クラウン３２の最上面３４の一部のみに沿って、図１４に示されるように、たとえば外側リム上に、成形される。
【００１７】
図１４のピストン２０は、また、複合層２２の最上面３４に対する機械的固定を向上させるために、最上面３４に形成されるくり抜かれた渦巻きスレッド５６を含む。くり抜かれた渦巻きスレッド５６は、燃焼ボウルを含むことができる典型的に複合層２２が塗布される領域、および／または、燃焼ボウルを囲む領域に形成される。図３は、最上面３４に形成されるくり抜かれた渦巻きスレッド５６を含む金属本体部２６を模すアルミニウムパックである。図３のパックは、１０４ミリメートルの直径を有し、燃焼ボウルを模すためのポケットを含み、くり抜かれた渦巻きスレッド５６は、また、ポケット内に形成される。図４および図５は、複合層２２を塗布した後の、図３のくり抜かれた渦巻きスレッド５６の拡大断面図である。
【００１８】
複合層２２は、典型的に自動車ブレーキパッドを形成するために使用される原料から形成される。原料は、本体部２６の最上面３４に直接的に成形されることができる複合混合物を形成するために配合される。複合層２２は、５００ミクロンよりも厚く、たとえば２〜３ミリメートルである。複合層２２は、ブレーキ材料が典型的に約３４５バールの圧力で損傷することなく成形され、ローターのパッドで使用されるときに厳しいブレーキ条件下で温度６００℃を上回る温度を経験するので、エンジン温度および圧力に耐えられることが予測される。
【００１９】
実施形態の複合層２２は、０．８〜５Ｗ／ｍ・Ｋ、たとえば約１Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。しかし、原料の比は、複合層２２の熱特性を調整するために調整されることができる。実施形態では、複合層２２は、熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤の混合物を含む。異なる種類の熱硬化性樹脂は、複合層２２を形成するために使用されることができるが、実施形態では、熱硬化性樹脂は、ノボラック種のフェノール樹脂である。実施形態に従って、熱硬化性樹脂は、複合層２２の総重量に基づいて、２５重量％（ｗｔ．％）〜３５重量％の量で存在する。異なる種類の絶縁性成分が、複合層２２を形成するために使用されることができるが、実施形態では、絶縁性成分は、セラミック繊維または粉末である。実施形態に従って、絶縁性成分は、複合層２２の総重量に基づき５０重量％〜７０重量％の量で存在する。異なる種類の強化繊維も複合層２２を形成するために使用されることができるが、実施形態では、強化繊維は、黒鉛から形成される。実施形態に従って、強化繊維は、複合層２２の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在する。異なる種類の耐衝撃性添加剤繊維も複合層２２を形成するために使用されることができるが、実施形態では、耐衝撃性添加剤は、高フィブリル化された刻まれた合成繊維アラミドパルプである、フィブリル化されたＫｅｖｌａｒ（登録商標）である。実施形態に従って、耐衝撃性添加剤は、複合層２２の総重量に基づき１重量％〜１０重量％の量で存在する。たとえば、複合層２２は、１０．４グラムのノボラックフェノール樹脂、１７．９グラムのＳｕｐｅｒｗｏｏｌ（登録商標）６０７（登録商標）セラミック繊維、０．９グラムの１／４インチの黒鉛繊維、および０．６グラムの砕かれたＫｅｖｌａｒ（登録商標）を含む混合物から形成されることができる。実施形態の混合物は、図３に示される直径１０４ミリメートルのアルミニウムパックに塗布されるときに２ミリメートルの厚さを有する複合層２２を提供する。実施形態の混合物から形成される複合層２２は、また、約１Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。
【００２０】
さらにピストン２０の性能を向上させるために、セラミックインサート５８は、金属本体部２６の最上面３４と複合層２２との間に、図５Ｂに示されるように位置づけられることができる。セラミックインサート５８は、金属本体部２６の最上面３４に沿う任意の位置または複数の位置、たとえば火炎面が典型的にボウル領域に接する対向する燃料プルームの領域か、燃焼チャンバにおいて最も活動的な条件にさらされる他の位置に配置されることができる。１つの実施形態に従って、セラミックインサート５８は、アルミナセラミックから形成される。
【００２１】
本発明の別の態様は、燃焼面の少なくとも一部を形成する複合層２２を有するピストン２０製造する方法を提供する。方法は、一般的には、ブレーキパッドを形成するために典型的に使用される原料の複合混合物をピストン本体部２６の最上面３４に成形することを含む。図６〜１３は、図１の実施形態のピストン２０を形成するために使用される実施形態の方法のステップを図示する。しかし、他の方法が使用されることができる。
【００２２】
方法は、複合混合物を取得するか、原材料から混合物を準備することから始まる。ブレーキパッド材料において使用される摩擦緩衝および有用ではないフィルターが必要ではないため、熱的および構造的原料のみが必要とされる。実施形態では、方法は、図６に示されるように熱硬化性樹脂、絶縁性成分、強化繊維、および耐衝撃性添加剤を取得することと、そして図７に示されるように原料を混合チャンバへと入れることとを含む。実施形態では、熱硬化性樹脂は、ノボラック種のフェノール樹脂であり、絶縁性成分は、セラミック繊維または粉末であり、強化繊維は、黒鉛から形成され、耐衝撃性添加剤は、フィブリル化されたＫｅｖｌａｒ（登録商標）である。たとえば、混合物は、１０．４グラムのノボラックフェノール樹脂、１７．９グラムのＳｕｐｅｒｗｏｏｌ（登録商標）６０７（登録商標）セラミック繊維、０．９グラムの１／４インチ黒鉛繊維、および０．６グラムの砕かれたＫｅｖｌａｒ（登録商標）を含むことができる。
【００２３】
図８は、実施形態の原料を含むミキサーを示す。図８のミキサーは、Ｖ−ミキサーであるが、代替的にプラウシェアミキサーまたは別の種のミキサーであってもよい。図９は、混合ステップの後の複合混合物を示す。複合混合物を取得または準備した後に、複合混合物は、図１０に示されるようにモールドツール内へと入れられる。モールドツールは、最大２．５トン／平方インチまで、または、５０００ｐｓｉを表面領域に印加することができるプレスを含む。モールドツールは、また、複合混合物の流れ、Ｂステージ、および続く硬化をもたらす硬化および流れサイクルを可能とする、２５０℃にまで達することができるプラテンといった加熱手段を含む。
【００２４】
方法は、さらに、アルミニウムまたは鋼といった金属から形成されるピストン２０の本体部２６を取得することまたは提供することを含む。このステップは、典型的に、成形ステップの準備として、図１１に示されるようにくり抜かれた渦巻きスレッド５６を本体部２６の最上面３４に沿って形成することを含む。本体部２６は、そして、図１２に示されるように複合混合物にともに沿ってモールドツールにおかれる。
【００２５】
方法は次に、複合層２２を形成するために、複合混合物を本体部２６の最上面３４に成形することを含む。成形するステップ、特に、流れおよび硬化サイクルは、樹脂材料の硬化中の遊離ガスから生じる問題を防ぐために、ブレーキパッド、煉瓦、または、靴材料製造のそれから変形される。たとえば、ブレーキパッドでは、硬化ガスがそれらの放出を強制するにつれて、ブレーキパッドの中央面に沿ってクラックが形成される。
【００２６】
本発明の向上された方法は、樹脂が硬化中にガスを急速に放出する傾向を低減するために、１２０〜１３０℃で５〜６０分間、たとえば約１５分間の非常に低い程度のＢ−ステージ動作を含む。Ｂ−ステージステップ中に、樹脂は、依然として最上面３４に沿って溶融して流れることができ、くり抜かれた渦巻きスレッド５６の形状と適合することが可能であるが、完全には硬化しない。実施形態では、方法は、モールドツールを熱されたプラテンによって１３０℃の温度にまで加熱することと、複合混合物およびピストン本体部２６をモールドツールに入れることと、そして混合物および本体部２６をともに１トン／平方インチで圧縮することとを含む。Ｂ−ステージステップはそして、圧縮された混合物および本体部２６を１３０℃で１５分間保持することを含む。
【００２７】
Ｂ−ステージステップの後に、方法は、ある時間圧縮された複合混合物および本体部２６の温度を上昇させることを含み、これにより複合混合物は、硬化し、複合層２２を形成する。実施形態では、方法は、１０〜６０分間、たとえば１１分間、１８０〜２５０℃の温度、たとえば約２００℃まで達するようにモールドツールにおいて温度を上昇させることを含む。方法は、そして、ピストン２０をモールドツールから外す前に複合混合物および本体部２６を上昇された温度、たとえば２００℃でさらに１５分保持することを含む。１８０℃以下の典型的にブレーキパッド形成するために使用される温度と比べて、本方法の硬化ステップの温度は、高い。このため、樹脂は、高硬化および良好な機械特性を有する。図１４に示されるように、完成されたピストン２０は、本体部２６の最上面３４に固定して成形された複合層２２を含む。
【００２８】
他の方法もまた、複合層２２を含むピストン２０を形成するために代替的に使用されることができる。たとえば、方法は、サイクル時間を低減するために使用されることができる。モールドツールを複合混合物で緩やかに充填する代わりに、燃焼ボウルのための穴を有するＣ字型の平坦なディスク形状のインサートが形成されるように、複合混合物は、最初に予備成形インサートに成形され、Ｂステージ化されることができる。インサートは、そして、モールドアセンブリに滴下され、金属本体部２６は、インサートの頂部上に硬化前に置かれる。この代替的な方法は、生産環境のためにより最適化されてもよい。
【００２９】
さらにピストン２０の性能を向上させるために、方法は、任意に、複合混合物をセラミックインサート５８および金属本体部２６に成形する前に、セラミックインサート５８を金属本体部２６の最上面３４に沿って配置することを含むことができる。たとえば、セラミックインサート５８は、アルミナセラミックから形成され典型的に燃焼チャンバ内の活動的な条件化に置かれる場所に配置されることができる。
【００３０】
本発明の方法によって形成される複合層２２は、溶射セラミックコーティングと同様の熱伝導率を有するが、５００ミクロンよりも厚く形成されることができる。このため、複合層２２は、内燃機関内で使用される間に、ピストン２０の断熱においてより効率的である。加えて、複合混合物は、しばしばセラミックコーティングのプラズマ溶射または高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射に存在する視線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）の問題もなく、非常に複雑な形に成形されることができる。
【００３１】
明らかに、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、具体的に特許請求の範囲に説明された以外の方法で実施することができる。
【図１】
2019507287.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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