JP2003148242A - Piston ring and combination of piston ring and ring channel - Google Patents

Piston ring and combination of piston ring and ring channel

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JP2003148242A
JP2003148242A JP2001352454A JP2001352454A JP2003148242A JP 2003148242 A JP2003148242 A JP 2003148242A JP 2001352454 A JP2001352454 A JP 2001352454A JP 2001352454 A JP2001352454 A JP 2001352454A JP 2003148242 A JP2003148242 A JP 2003148242A
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JP
Japan
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piston ring
piston
lubricant
ring
internal combustion
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Application number
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Ogawa
勝明 小川
Nobuyuki Matsushima
伸行 松嶋
Takahiro Okazaki
孝弘 岡崎
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston ring for an internal combustion engine capable of effectively preventing the agglutination of aluminum from a ring channel of a piston made of an aluminum alloy. SOLUTION: Lubricant particles are jetted on the surface of at least the lower face of the piston ring for the internal combustion engine to form a lubricant film. As a lubricant particle, molybdenum disulfide particle, tungsten disulfide particle, metallic tin particle, etc., are preferable. Moreover, it is preferable to obtain a first pressure ring using the piston ring. Furthermore, the lubricant film formed by jetting lubricant particles on the lower face of the piston ring channel may be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用ピスト
ンリングとして好適なピストンリングに係り、特にアル
ミニウム合金製ピストンに装着されるピストンリングの
耐アルミ凝着性の改善に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring suitable as a piston ring for an internal combustion engine, and more particularly to improving the aluminum adhesion resistance of the piston ring mounted on an aluminum alloy piston.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球環境の保全という観点から、
自動車車体の軽量化が要望されている。このような軽量
化の要望から、最近の自動車では、エンジンをアルミニ
ウム合金製とすることが主流となっており、ピストンも
アルミニウム合金製となっている。一方では、エンジン
の高出力化の要請に伴い、エンジンはより高温の燃焼環
境に曝されるため、ピストンリングにも厳しい品質要求
がなされている。
2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoint of conservation of the global environment,
There is a demand for weight reduction of automobile bodies. Due to such a demand for weight reduction, in recent automobiles, engines are mainly made of aluminum alloys, and pistons are also made of aluminum alloys. On the other hand, with the demand for higher engine output, the engine is exposed to a higher temperature combustion environment, and therefore, strict quality requirements are also placed on the piston ring.

【0003】アルミニウム合金製ピストンのピストンリ
ング溝にピストンリングを装着すると、エンジンの高
速、高出力化に伴い、高温に曝されるとともに、ピスト
ンリング溝の上下面がピストンリングにより叩かれるこ
とにより、ピストン材であるAlがピストンリングの下面
に付着するアルミ凝着(以下、Al凝着ともいう)およ
び、ピストン材であるAlがピストンリングに付着するこ
とによる、ピストンリング溝下面の荒れ(以下、溝荒れ
ともいう)が生じる。このようなアルミ凝着及び溝荒れ
が発生すると、ピストンリングの上、下面シール性が低
下して燃焼ガスがリング溝上、下面の隙間を通って吹き
抜ける、いわゆるブローバイの増加をもたらし、エンジ
ンの出力低下を惹き起こす。
When a piston ring is mounted in the piston ring groove of an aluminum alloy piston, the engine ring is exposed to high temperature as the engine speed and output are increased, and the upper and lower surfaces of the piston ring groove are hit by the piston ring. Aluminum adhesion of piston material Al on the lower surface of the piston ring (hereinafter also referred to as Al adhesion) and roughness of the piston ring groove lower surface due to adhesion of piston material Al to the piston ring (hereinafter, (Also referred to as groove roughening). When such aluminum adhesion and groove roughening occur, the sealing performance on the upper and lower surfaces of the piston ring deteriorates, and combustion gas blows through the gap between the ring groove and the lower surface, increasing the so-called blow-by, which lowers the engine output. Cause.

【0004】このようなピストンリングへのAl凝着及び
溝荒れを防止するため、従来から、ピストンへの対策と
して、ピストンに陽極酸化による硬質アルマイト処理を
施すことが行われていた。しかし、硬質アルマイト処理
は、処理コストが高く、製造コストが高騰するという問
題があった。一方、ピストンリングへの対策として、例
えば、実開昭60-82552号公報には、ピストンリングの少
なくとも下面上に、下地皮膜としての燐酸塩皮膜又は四
三酸化鉄皮膜を施し、その上に固体潤滑剤を含有する耐
熱、耐摩耗性樹脂皮膜を形成したピストンリングが提案
されている。しかし、下地皮膜の形成処理を施すと、ピ
ストンリングの耐疲労性が低下するという問題に加え、
耐熱、耐摩耗性樹脂皮膜に含まれる固体潤滑剤が摩滅し
たり、 脱落したりして、Al凝着が発生するという問題も
あった。
In order to prevent such Al adhesion and groove roughening on the piston ring, the piston has conventionally been subjected to a hard alumite treatment by anodic oxidation as a countermeasure for the piston. However, the hard alumite treatment has a problem that the treatment cost is high and the manufacturing cost is increased. On the other hand, as a countermeasure for the piston ring, for example, in Japanese Utility Model Publication No. 60-82552, a phosphate coating or a ferrosoferric oxide coating is provided as a base coating on at least the lower surface of the piston ring, and a solid coating is formed thereon. A piston ring having a heat-resistant and wear-resistant resin film containing a lubricant has been proposed. However, in addition to the problem that the fatigue resistance of the piston ring decreases when the formation process of the base film is performed,
There is also a problem that the solid lubricant contained in the heat-resistant and wear-resistant resin film is worn out or comes off, causing Al adhesion.

【0005】このような問題を解決するため、特開平1
-307568 号公報には、ピストンリング上、下面の少なく
とも下面に窒化層が形成されかつ該窒化層の下面上にさ
らに固体潤滑剤を含有する耐熱耐摩耗性の樹脂皮膜が形
成されたピストンリングが提案されている。しかし、特
開平1-307568 号公報に記載された技術により製造され
たピストンリングでも、耐熱、耐摩耗性樹脂皮膜に保持
されていた固体潤滑剤が摩滅したり、脱落したする場合
があり、Al凝着が発生するという問題もあった。また、
耐熱、耐摩耗性樹脂皮膜の形成のために、塗布、 焼成処
理を必要とするため、窒化層の硬さが低下し、 耐疲労性
が低下するという問題もあった。
In order to solve such a problem, Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 307568 discloses a piston ring in which a nitride layer is formed on at least the lower surface of the piston ring, and a heat-resistant and abrasion-resistant resin film containing a solid lubricant is further formed on the lower surface of the nitride layer. Proposed. However, even with a piston ring manufactured by the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-307568, the solid lubricant retained in the heat-resistant and wear-resistant resin film may be worn away or fall off. There was also the problem of adhesion. Also,
Since coating and baking treatments are required to form a heat-resistant and abrasion-resistant resin film, there is also a problem that the hardness of the nitride layer is reduced and the fatigue resistance is reduced.

【0006】また、特開平9-184079 号公報には、燐酸
塩化成処理による第1の皮膜層と、固体潤滑剤粒子を含
有する耐熱耐摩耗性樹脂より構成される第2の被覆層と
の積層構造を有し、燐酸塩化成処理膜の最表面部の結晶
粒子の間に隙間が形成され、この隙間が固体潤滑剤の粒
子を埋収する幅および深さを有する、耐摩耗部材が提案
されている。特開平9-184079 号公報に記載された耐摩
耗部材では、固体潤滑剤粒子の脱落が少なく、潤滑機能
が長時間維持され、凝着摩耗の発生が妨げられるとして
いる。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 9-184079 discloses a first coating layer formed by a phosphate chemical conversion treatment and a second coating layer formed of a heat and abrasion resistant resin containing solid lubricant particles. A wear-resistant member having a laminated structure, in which gaps are formed between the crystal grains on the outermost surface of the phosphate chemical conversion treatment film, and the gap has a width and a depth to bury the particles of the solid lubricant, is proposed. Has been done. In the wear resistant member described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-184079, solid lubricant particles are less likely to fall off, the lubricating function is maintained for a long time, and the occurrence of adhesive wear is prevented.

【0007】[0007]

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9-184079 号公報に記載された技術においても、固体潤
滑剤粒子を含む耐熱耐摩耗性樹脂被覆層を形成するため
に、加熱する必要がある。この加熱により、Crめっき被
膜の硬さが低下し、耐疲労性が低下するという問題が残
されていた。
However, even in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-184079, it is necessary to heat in order to form the heat resistant and abrasion resistant resin coating layer containing solid lubricant particles. . This heating has left the problem that the hardness of the Cr plating film is lowered and the fatigue resistance is lowered.

【0008】本発明は、上記した従来技術の問題を有利
に解決し、ピストンリングの諸特性を劣化させることな
く、アルミニウム合金製ピストンのリング溝からのAl凝
着を有効に防止できる、耐アルミ凝着性に優れた内燃機
関用ピストンリングおよびピストンリングとピストンリ
ング溝との組合せを提供することを目的とする。
The present invention advantageously solves the above-mentioned problems of the prior art, and can effectively prevent Al adhesion from the ring groove of the aluminum alloy piston without deteriorating the characteristics of the piston ring. An object of the present invention is to provide a piston ring for an internal combustion engine having excellent adhesion and a combination of the piston ring and the piston ring groove.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、耐熱耐摩
耗性樹脂被覆層を形成することなく、ピストンリングの
耐アルミ凝着性を改善する方策について、鋭意検討し
た。その結果、ピストンリング表面に潤滑剤粒子を高速
で噴射することにより、耐疲労性等のピストンリング諸
特性を劣化させることなく、ピストンリング溝からのAl
凝着を有効に防止できる潤滑剤被膜が形成でき、しかも
この被膜は耐久性があることを知見した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have diligently studied a method for improving aluminum adhesion resistance of a piston ring without forming a heat and abrasion resistant resin coating layer. As a result, by injecting lubricant particles onto the piston ring surface at high speed, Al from the piston ring groove is not deteriorated without deteriorating various characteristics of the piston ring such as fatigue resistance.
It was found that a lubricant film capable of effectively preventing adhesion can be formed, and that this film is durable.

【0010】本発明は、上記した知見に基づき、 さらに
検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明
は、下記のとおりである。 (1)内燃機関用のピストンリングであって、該ピスト
ンリングの少なくとも下面表面に、潤滑剤粒子を噴射し
て形成した潤滑剤被膜を有することを特徴とする耐アル
ミ凝着性に優れた内燃機関用ピストンリング。 (2)(1)において、前記潤滑剤粒子が、二硫化モリ
ブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子のう
ちから選ばれた1種であることを特徴とする内燃機関用
ピストンリング。 (3)(1)または(2)において、前記潤滑剤被膜
が、硬質被膜の上層として形成されたものであることを
特徴とする内燃機関用ピストンリング。 (4)(3)において、前記硬質被膜が窒化被膜である
ことを特徴とする内燃機関用ピストンリング。 (5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記ピ
ストンリングの外周表面に硬質被膜を有することを特徴
とする内燃機関用ピストンリング。 (6)(5)において、前記硬質被膜が、窒化被膜、Cr
めっき被膜、またはイオンプレーテイング被膜であるこ
とを特徴とする内燃機関用ピストンリング。 (7)(1)ないし(6)のいずれかに記載の内燃機関
用ピストンリングを圧力ピストンリングとすることを特
徴とする内燃機関用圧力ピストンリング。 (8)内燃機関のアルミニウム合金製ピストンのピスト
ン溝と、該ピストン溝に装着されるピストンリングとの
組合せであって、前記ピストン溝の少なくとも下面また
は前記ピストンリングの少なくとも下面表面に、潤滑剤
粒子を噴射して形成した潤滑剤被膜を有することを特徴
とする耐アルミ凝着性に優れたピストンリングとピスト
ン溝との組合せ。 (9)(8)において、前記潤滑剤粒子が、二硫化モリ
ブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子のう
ちから選ばれた1種であることを特徴とするピストンリ
ングとピストン溝との組合せ。
The present invention has been completed on the basis of the above findings and further studies. That is, the present invention is as follows. (1) A piston ring for an internal combustion engine, which has a lubricant coating formed by spraying lubricant particles on at least the lower surface of the piston ring, and has excellent aluminum adhesion resistance Piston ring for engines. (2) The piston ring for an internal combustion engine according to (1), wherein the lubricant particles are one kind selected from molybdenum disulfide particles, tungsten disulfide particles, and metal tin particles. (3) The piston ring for an internal combustion engine as described in (1) or (2), wherein the lubricant coating is formed as an upper layer of a hard coating. (4) In (3), the piston ring for an internal combustion engine, wherein the hard coating is a nitride coating. (5) In any one of (1) to (4), a piston ring for an internal combustion engine, characterized in that it has a hard coating on the outer peripheral surface of the piston ring. (6) In (5), the hard coating is a nitride coating, Cr
A piston ring for an internal combustion engine, which is a plating film or an ion plating film. (7) A pressure piston ring for an internal combustion engine, wherein the piston ring for an internal combustion engine according to any one of (1) to (6) is a pressure piston ring. (8) A combination of a piston groove of an aluminum alloy piston of an internal combustion engine and a piston ring mounted in the piston groove, wherein lubricant particles are provided on at least a lower surface of the piston groove or at least a lower surface of the piston ring. A combination of a piston ring and a piston groove having excellent aluminum adhesion resistance, which has a lubricant film formed by spraying. (9) In (8), the lubricant particle is one kind selected from molybdenum disulfide particles, tungsten disulfide particles, and metal tin particles, and a combination of a piston ring and a piston groove. .

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の内燃機関用ピストンリン
グは、少なくとも下面表面に、潤滑剤粒子を噴射して形
成した潤滑剤被膜を有する。本発明では、ピストンリン
グの材質は、特に限定する必要はなく、従来公知の材料
がいずれも好適に使用できるが、鋼製とすることが好ま
しい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The piston ring for an internal combustion engine of the present invention has a lubricant coating formed by spraying lubricant particles on at least the lower surface. In the present invention, the material of the piston ring is not particularly limited, and any conventionally known material can be suitably used, but it is preferably made of steel.

【0012】内燃機関用ピストンリングは、通常、2本
の圧力リングと1本のオイルリングとから構成されるこ
とが多い。面圧が高く厳しい使用環境下で使用される第
一圧力リングには、鋳鉄製リングもあるが、Siを高めた
Si-Cr 鋼や、Crを10%以上に高めた鋼等を用いた鋼製ピ
ストンリングとすることが耐久性の観点から好ましい。
また、第一圧力リング用としては、耐久性向上のために
摺動面にガス窒化処理、硬質クロムめっき処理、複合め
っきや、イオンプレーテイング(PVD処理)等の硬質
表面処理を施すことが好ましい。
The piston ring for an internal combustion engine is usually composed of two pressure rings and one oil ring. The first pressure ring, which has a high surface pressure and is used in harsh environments, has a cast iron ring, but has a higher Si content.
From the viewpoint of durability, it is preferable to use a steel piston ring made of Si-Cr steel or steel having Cr increased to 10% or more.
For the first pressure ring, it is preferable to subject the sliding surface to a hard surface treatment such as gas nitriding treatment, hard chrome plating treatment, composite plating, or ion plating (PVD treatment) in order to improve durability. .

【0013】また、ディーゼルエンジンにおいては、燃
焼に曝される環境が厳しいため、第一圧力リング溝に
は、主にニレジスト鋳鉄製のピストントレーガーにより
ピストンリング溝を形成している。そのために、第一圧
力リング溝にはAl凝着は発生しない。従って、ディーゼ
ルエンジンでは、ピストントレーガーの無い第二圧力リ
ングに耐アルミ凝着性が求められるため、ディーゼルエ
ンジンの第二圧力リングには潤滑剤被膜を形成した本発
明のピストンリングを使用することが好ましい。
Further, in the diesel engine, since the environment exposed to combustion is severe, the piston ring groove is mainly formed in the first pressure ring groove by the piston resister made of Ni-resist cast iron. Therefore, Al adhesion does not occur in the first pressure ring groove. Therefore, in a diesel engine, the second pressure ring without a piston trailer is required to have aluminum adhesion resistance. Therefore, the piston ring of the present invention having a lubricant coating formed thereon should be used as the second pressure ring of the diesel engine. Is preferred.

【0014】本発明では、図1に示すように、少なくと
も、叩かれ面であるピストンリング1の下面表面、好ま
しくは鋼製ピストンリング1の下面、あるいはさらに上
面表面に、潤滑剤粒子を高速で噴射し、潤滑剤被膜2を
形成する。潤滑剤粒子を高速で噴射することにより、緻
密で密着性に優れた潤滑剤被膜を結合材を使用すること
なく形成することができる。
In the present invention, as shown in FIG. 1, lubricant particles are applied at a high speed to at least the lower surface of the piston ring 1, which is a hitting surface, preferably the lower surface of the steel piston ring 1, or even the upper surface thereof. The lubricant film 2 is formed by spraying. By injecting the lubricant particles at a high speed, it is possible to form a dense and highly adherent lubricant film without using a binder.

【0015】図1(a)は、ピストンリング1の下面に
潤滑剤被膜2を形成した例を示す。図1(b)は、ピス
トンリング1の上、下面に潤滑剤被膜2を形成した例で
ある。図1(c)は、硬質被膜3の上層として、ピスト
ンリング1の上、下面に潤滑剤被膜2を形成した例であ
る。図1(d)は、硬質被膜3をピストンリング1の外
周摺動面に形成し、硬質被膜3の上層として、ピストン
リング1の上、下面および外周面に潤滑剤被膜2を形成
した例である。なお、図示はしないが、硬質被膜3をピ
ストンリングの外周摺動面表面、さらに硬質被膜3を少
なくともピストンリングの下面に形成し、ピストンリン
グ下面にのみ硬質被膜3の上層として潤滑被膜2を形成
してもよい。
FIG. 1A shows an example in which a lubricant coating 2 is formed on the lower surface of the piston ring 1. FIG. 1B is an example in which the lubricant coating 2 is formed on the upper and lower surfaces of the piston ring 1. FIG. 1C shows an example in which the lubricant coating 2 is formed on the upper and lower surfaces of the piston ring 1 as the upper layer of the hard coating 3. FIG. 1D shows an example in which the hard coating 3 is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring 1 and the lubricant coating 2 is formed on the upper, lower and outer peripheral surfaces of the piston ring 1 as the upper layer of the hard coating 3. is there. Although not shown, the hard coating 3 is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the hard coating 3 is formed at least on the lower surface of the piston ring, and the lubricating coating 2 is formed only on the lower surface of the piston ring as the upper layer of the hard coating 3. You may.

【0016】潤滑剤被膜2を、少なくともピストンリン
グの下面に形成することにより、アルミニウム合金製ピ
ストンのリング溝からのAl凝着を顕著に防止できる。な
お、必要に応じピストンリング外周摺動面に形成され
る、硬質被膜は、窒化被膜、Crめっき被膜、またはイオ
ンプレーテイング被膜とすることが好ましい。窒化被膜
は、公知の窒化被膜形成方法で形成された被膜がいずれ
も適用できる。また、Crめっき被膜は積層Crめっき被膜
であっても何ら問題はない。イオンプレーテイング被膜
はCr−N系被膜、Cr−B−N系被膜あるいはTi−N系被
膜であっても何ら問題はない。なお、さらにピストンリ
ング外周摺動面にも、潤滑剤被膜2を形成しても何ら問
題はない。
By forming the lubricant film 2 on at least the lower surface of the piston ring, it is possible to remarkably prevent Al adhesion from the ring groove of the aluminum alloy piston. The hard coating formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring, if necessary, is preferably a nitride coating, a Cr plating coating, or an ion plating coating. As the nitride film, any film formed by a known nitride film forming method can be applied. Further, there is no problem even if the Cr plating film is a laminated Cr plating film. There is no problem even if the ion plating film is a Cr-N-based film, a Cr-B-N-based film or a Ti-N-based film. There is no problem even if the lubricant coating 2 is formed on the outer peripheral sliding surface of the piston ring.

【0017】潤滑剤粒子の噴射方法としては、通常公知
のショットブラスト装置を利用した噴射方法がいずれも
好適である。なかでも、直圧式噴射装置、重力式噴射装
置等を使用して行うことが好ましいが、本発明ではこれ
に限定されるものではない。ピストンリング表面に形成
する潤滑剤被膜は、1〜20μm の厚さとすることが好ま
しい。被膜厚さが1μm 未満では膜厚が薄すぎて、潤滑
効果が少なくピストンリング溝からのAl凝着防止効果が
少なく、また耐久性が低下する。一方、20μmを超える
と、膜厚が厚すぎて密着性が低下し、短期に膜剥離が生
じる等のトラブルがある。また、本発明における潤滑剤
膜は、ピストンリング表面に強固に付着形成されている
が、ピストンリング母材への潤滑剤(Mo,S)の拡散浸
透はなく、耐疲労性等のピストンリング特性の変化はな
いという特徴を有する。ピストンリング母材への潤滑剤
の拡散浸透がないことは、図2から理解できる。図2
は、表面に潤滑剤被膜が形成されたピストンリングの断
面について、表面から境界面を含みピストンリング母材
に向かって深さ方向にFe、Mo、Sの濃度を分析した濃度
曲線を模式的に示した説明図である。図2(a)はFe、
(b)はMo、(c)はSの濃度曲線を示している。いず
れの元素も、潤滑材被膜と母材との境界面で著しい変化
を示している。従って、潤滑剤(Mo,S)のピストンリ
ング母材への拡散浸透はないといえる。
As the method for injecting the lubricant particles, any of the injection methods utilizing a generally known shot blasting device is suitable. Among them, it is preferable to use a direct pressure type injection device, a gravity type injection device or the like, but the present invention is not limited to this. The lubricant coating formed on the surface of the piston ring preferably has a thickness of 1 to 20 μm. When the film thickness is less than 1 μm, the film thickness is too thin, the lubricating effect is small, the Al adhesion preventing effect from the piston ring groove is small, and the durability is reduced. On the other hand, when it exceeds 20 μm, there is a problem that the film thickness is too thick and the adhesiveness is deteriorated and the film peels off in a short time. Further, although the lubricant film in the present invention is firmly adhered and formed on the surface of the piston ring, there is no diffusion and penetration of the lubricant (Mo, S) into the piston ring base material, and the piston ring characteristics such as fatigue resistance. It has the characteristic that there is no change. It can be understood from FIG. 2 that there is no diffusion and penetration of the lubricant into the piston ring base material. Figure 2
Is a schematic concentration curve that analyzes the concentration of Fe, Mo, and S in the depth direction from the surface to the piston ring base metal including the boundary surface on the cross section of the piston ring with the lubricant coating formed on the surface. It is the explanatory view shown. 2 (a) is Fe,
(B) shows the concentration curve of Mo and (c) shows the concentration curve of S. Both elements show significant changes at the interface between the lubricant coating and the base material. Therefore, it can be said that the lubricant (Mo, S) does not diffuse and penetrate into the piston ring base material.

【0018】潤滑剤被膜形成に際し使用する潤滑剤粒子
は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、金属錫の
うちから選ばれた1種とすることが好ましい。使用する
潤滑剤粒子は、平均粒径:0.4 〜50μmの粉末とするこ
とが好ましい。噴射する潤滑剤粒子の平均粒径が0.4 μ
m未満では、狙いの衝突エネルギーが得られず、潤滑剤
被膜の形成において脱落という問題があり、一方、平均
粒径が50μm を超えると、緻密で密着性に富む潤滑剤被
膜が形成されない。
The lubricant particles used for forming the lubricant film are preferably one kind selected from molybdenum disulfide, tungsten disulfide and metallic tin. The lubricant particles used are preferably powders having an average particle size of 0.4 to 50 μm. The average particle size of the injected lubricant particles is 0.4 μ
If it is less than m, the desired collision energy cannot be obtained, and there is a problem that it falls off in the formation of the lubricant film. On the other hand, if the average particle size exceeds 50 μm, a dense and highly adherent lubricant film cannot be formed.

【0019】なお、本発明で用いる平均粒径は、JIS R
6001の規定に準拠して測定した値を用いるものとする。
上記したような潤滑剤粒子をピストンリング表面に噴射
する際の噴射速度あるいは噴射圧力は、所望の潤滑剤被
膜特性に応じ適宜決定することが好ましい。例えば、直
圧式噴射装置を用いる場合であれば、噴射速度は、100
m/s以上、好ましくは250 m/s以下の高速とするこ
とが好ましい。噴射速度が100 m/s未満では、形成さ
れる被膜の密着性が劣化し、さらに表面粗さが粗くな
り、被膜の耐久性が低下する。一方、250 m/sを超え
て噴射速度を増加することは、エアー圧力が高くなりす
ぎるという問題もあるが、装置が大型化し経済的でな
い。
The average particle size used in the present invention is JIS R
The value measured in accordance with the regulations of 6001 shall be used.
It is preferable that the injection speed or the injection pressure when the above-mentioned lubricant particles are injected onto the piston ring surface is appropriately determined according to the desired lubricant film characteristics. For example, when using a direct pressure injection device, the injection speed is 100
A high speed of not less than m / s, preferably not more than 250 m / s is preferable. If the jet speed is less than 100 m / s, the adhesion of the formed film deteriorates, the surface roughness becomes rough, and the durability of the film decreases. On the other hand, increasing the injection speed over 250 m / s has a problem that the air pressure becomes too high, but the apparatus becomes large and it is not economical.

【0020】100 m/s以上の高速でピストンリング表
面に噴射された潤滑剤粒子は、ピストンリング表面に衝
突し、減速されるとともに表面に強固に付着する。噴射
速度が低速となると、付着強度が低下し、被膜の剥離等
により被膜の耐久性が不足する。なお、噴射速度に代え
て、噴射圧力で制御してもよい。噴射圧力は 0.3 MPa以
上、好ましくは1.5 MPa 以下とすることが好ましい。
The lubricant particles sprayed onto the surface of the piston ring at a high speed of 100 m / s or more collide with the surface of the piston ring, are decelerated, and firmly adhere to the surface. When the jetting speed is low, the adhesive strength is reduced, and the coating is peeled off and the durability of the coating is insufficient. The injection pressure may be used instead of the injection speed. The injection pressure is 0.3 MPa or more, preferably 1.5 MPa or less.

【0021】潤滑剤被膜は、脱脂以外は、特別な下地処
理を行うことなくピストンリング母材表面にそのまま形
成してもよく、また窒化被膜等の硬質表面処理を施した
のち、形成してもよい。また、硬質表面処理を行わない
で潤滑剤被膜を形成するほうが、耐アルミ凝着性の向上
には有効である。このようなことから、本発明の潤滑剤
被膜を形成したピストンリングは、第一圧力リング用と
することがより好ましい。
Except for degreasing, the lubricant film may be formed as it is on the surface of the piston ring base material without any special pretreatment, or may be formed after a hard surface treatment such as a nitride film. Good. Further, it is more effective to improve the aluminum adhesion resistance by forming the lubricant film without performing the hard surface treatment. Therefore, the piston ring having the lubricant coating of the present invention is more preferably used for the first pressure ring.

【0022】また、ピストンリングの少なくとも下面に
潤滑剤被膜を形成することにより、ピストンリング溝か
らのAl凝着は十分に防止できるが、ピストンリングの少
なくとも下面、あるいはピストンリング溝の少なくとも
下面に、ともに潤滑剤粒子を噴射して形成した潤滑剤被
膜を有する、ピストンリングとピストンリング溝との組
合せとすることにより、ピストンリングへのAl凝着の防
止がさらに確実となり、ピストンリングの耐アルミ凝着
性が顕著に向上する。なお、ピストンリング溝に形成す
る潤滑剤被膜は、被膜厚さ、形成方法等、ピストンリン
グに形成するものと同様でよい。
Further, by forming a lubricant film on at least the lower surface of the piston ring, Al adhesion from the piston ring groove can be sufficiently prevented, but at least the lower surface of the piston ring, or at least the lower surface of the piston ring groove, The combination of the piston ring and the piston ring groove, both of which have a lubricant coating formed by spraying lubricant particles, will further prevent Al adhesion to the piston ring and prevent the piston ring from becoming aluminum-resistant. Wearability is remarkably improved. The lubricant film formed in the piston ring groove may be the same as the film formed on the piston ring in terms of film thickness, forming method, and the like.

【0023】[0023]

【実施例】表1に示す組成の鋼材(線材)を、所定の形
状に加工したのち、所望の強度となるように熱処理等で
調整して、鋼製ピストンリング(製品)とした。なお、
一部のピストンリングには、硬質表面処理を施し硬質被
膜を形成した。硬質被膜は、窒化被膜(硬さ:Hv 1050
)としガス窒化処理により形成した。また、一部のピ
ストンリングの外周摺動面表面には、Crめっき被膜、ま
たはイオンプレーテイング被膜を形成した。Crめっき被
膜は公知のフッ化浴を用いるCrめっき処理により形成し
た。また、イオンプレーテイング被膜はCr−N系被膜と
し公知の方法により形成した。
EXAMPLE A steel material (wire material) having a composition shown in Table 1 was processed into a predetermined shape and then heat-treated to obtain a desired strength to obtain a steel piston ring (product). In addition,
Some piston rings were hard surface-treated to form a hard coating. The hard coating is a nitride coating (hardness: Hv 1050
) And a gas nitriding treatment. A Cr plating film or an ion plating film was formed on the outer peripheral sliding surface of some piston rings. The Cr plating film was formed by a Cr plating treatment using a known fluoride bath. The ion plating coating was a Cr-N coating and was formed by a known method.

【0024】これら鋼製ピストンリングに、表2に示す
条件で潤滑剤被膜を形成した。表2に示す潤滑剤粒子を
使用し、表2に示す条件で潤滑剤粒子をピストンリング
表面に噴射し、潤滑剤被膜を形成した。なお、従来例と
して、二硫化モリブデン粒子をポリアミド樹脂に混合
し、溶剤で溶かした塗布液を、ピストンリング表面に塗
布し、焼成して潤滑剤を含む樹脂被膜を形成した。
Lubricant coatings were formed on these steel piston rings under the conditions shown in Table 2. The lubricant particles shown in Table 2 were used, and the lubricant particles were sprayed onto the piston ring surface under the conditions shown in Table 2 to form a lubricant film. As a conventional example, molybdenum disulfide particles were mixed with a polyamide resin, and a coating solution prepared by dissolving the solvent in a solvent was applied to the surface of the piston ring and baked to form a resin film containing a lubricant.

【0025】これら潤滑剤被膜を表面に形成したピスト
ンリングから試験片を採取して、図3に示す試験機を用
いて、リング材12として叩き試験を実施した。ピストン
側材13としては、アルミニウム合金製ピストンの材料で
ある、AC8A板を用いた。叩き試験は、ピストン側材
13を試験機11に対して、軸方向移動不能に固定し、試験
材であるリング材12をピストン側材13に同心に装着し、
リング材12の内周面側に備わっている円棒15を軸方向に
往復させることにより、リング材12に、回転しつつピス
トン側材13を叩く動作を付与する試験である。試験後、
リング材を取り出し、表面へのAl凝着の有無、およびリ
ング材の摩耗量、さらにピストン側材の摩耗量を調査し
た。なお、試験機11はヒータを有しており、被験材の温
度を高くすることができ、エンジン内の環境を再現する
ことができる。
Test pieces were taken from the piston ring having these lubricant coatings formed on the surface thereof, and a hitting test was carried out as the ring material 12 using the tester shown in FIG. As the piston side member 13, an AC8A plate, which is a material of the aluminum alloy piston, was used. The hit test is the piston side material
13 is fixed to the testing machine 11 so as not to move in the axial direction, and the ring material 12 as a test material is concentrically attached to the piston side material 13,
This is a test in which the circular rod 15 provided on the inner peripheral surface side of the ring member 12 is reciprocated in the axial direction to give the ring member 12 an action of striking the piston side member 13 while rotating. After the test
The ring material was taken out, and the presence or absence of Al adhesion on the surface, the wear amount of the ring material, and the wear amount of the piston side material were investigated. The tester 11 has a heater, which can increase the temperature of the test material and reproduce the environment inside the engine.

【0026】叩き試験の試験条件は下記のとおりであ
る。 ピストン側温度 :240 ℃、260 ℃ 繰り返し数 :500 回/min 回転数(リング材):3.0 rpm 試験時間 :2h 得られた結果を表3に示す。
The test conditions for the hitting test are as follows. Piston side temperature: 240 ℃, 260 ℃ Repetition number: 500 times / min Rotation number (ring material): 3.0 rpm Test time: 2h Table 3 shows the obtained results.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】[0029]

【表3】 [Table 3]

【0030】本発明例はいずれも、Alの凝着は認められ
ず、さらに摩耗量も少なく、ピストンリングの耐アルミ
凝着性が顕著に改善されている。一方、従来例は、ピス
トン側温度:240 ℃、260 ℃のいずれにおいても、Alの
凝着が認められ、さらに摩耗量が増加している。
In each of the examples of the present invention, Al adhesion was not observed, the amount of wear was small, and the aluminum adhesion resistance of the piston ring was remarkably improved. On the other hand, in the conventional example, the adhesion of Al was observed at the piston side temperatures of 240 ° C. and 260 ° C., and the wear amount was further increased.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、潤滑剤を含む樹脂被膜
の形成によらず、アルミニウム合金製ピストンのリング
溝からのAl凝着を有効に防止でき、内燃機関用ピストン
リングの耐久性が顕著に向上し、産業上格段の効果を奏
する。
According to the present invention, Al adhesion from the ring groove of the aluminum alloy piston can be effectively prevented without forming a resin coating containing a lubricant, and the durability of the piston ring for an internal combustion engine can be improved. It is remarkably improved and has a remarkable effect on the industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のピストンリング表面の潤滑剤被膜形成
の一例を模式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of forming a lubricant film on the surface of a piston ring of the present invention.

【図2】本発明のピストンリングの母材と潤滑剤被膜の
境界面近傍における元素の分析例を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of analysis of elements in the vicinity of the boundary surface between the base material of the piston ring and the lubricant film of the present invention.

【図3】叩き試験を行う試験機の一部切欠き斜視図であ
る。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of a testing machine that performs a hitting test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピストンリング 2 潤滑剤被膜 3 硬質被膜 11 試験機 12 リング材(ピストンリング) 13 ピストン側材 14 ヒータ 15 円棒 1 piston ring 2 Lubricant coating 3 hard coating 11 Testing machine 12 Ring material (piston ring) 13 Piston side material 14 heater 15 yen bar

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 孝弘 埼玉県さいたま市本町西5丁目2番6号 日本ピストンリング株式会社与野工場内 Fターム(参考) 3J044 AA02 BA03 BA04 BB06 BB16 BB23 BB28 BB36 BB39 BC03 BC06 BC07 BC08 CA06 CB02 CB11 DA09 DA16    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takahiro Okazaki             5-2-6 Honmachi Nishi, Saitama City, Saitama Prefecture             Nippon Piston Ring Co., Ltd. inside the Yono factory F term (reference) 3J044 AA02 BA03 BA04 BB06 BB16                       BB23 BB28 BB36 BB39 BC03                       BC06 BC07 BC08 CA06 CB02                       CB11 DA09 DA16

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関用のピストンリングであって、
該ピストンリングの少なくとも下面表面に、潤滑剤粒子
を噴射して形成した潤滑剤被膜を有することを特徴とす
る耐アルミ凝着性に優れた内燃機関用ピストンリング。
1. A piston ring for an internal combustion engine, comprising:
A piston ring for an internal combustion engine having excellent aluminum adhesion resistance, which has a lubricant coating formed by spraying lubricant particles on at least the lower surface of the piston ring.
【請求項2】 前記潤滑剤粒子が、二硫化モリブデン粒
子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子のうちから選
ばれた1種であることを特徴とする請求項1に記載の内
燃機関用ピストンリング。
2. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lubricant particles are one kind selected from molybdenum disulfide particles, tungsten disulfide particles, and metal tin particles. .
【請求項3】 前記潤滑剤被膜が、硬質被膜の上層とし
て形成されたものであることを特徴とする請求項1また
は2に記載の内燃機関用ピストンリング。
3. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lubricant film is formed as an upper layer of a hard film.
【請求項4】 前記硬質被膜が窒化被膜であることを特
徴とする請求項3に記載の内燃機関用ピストンリング。
4. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the hard coating is a nitride coating.
【請求項5】 前記ピストンリングの外周摺動面表面に
硬質被膜を有することを特徴とする請求項1ないし4の
いずれかに記載の内燃機関用ピストンリング。
5. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a hard coating is provided on a surface of an outer peripheral sliding surface of the piston ring.
【請求項6】 前記硬質被膜が、窒化被膜、Crめっき被
膜、またはイオンプレーテイング被膜であることを特徴
とする請求項5に記載の内燃機関用ピストンリング。
6. The piston ring for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the hard coating is a nitride coating, a Cr plating coating, or an ion plating coating.
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載の内
燃機関用ピストンリングを、圧力ピストンリングとする
ことを特徴とする内燃機関用圧力ピストンリング。
7. A pressure piston ring for an internal combustion engine, wherein the piston ring for an internal combustion engine according to claim 1 is a pressure piston ring.
【請求項8】 内燃機関のアルミニウム合金製ピストン
のピストン溝と、該ピストン溝に装着されるピストンリ
ングとの組合せであって、前記ピストン溝の少なくとも
下面または前記ピストンリングの少なくとも下面表面
に、潤滑剤粒子を噴射して形成した潤滑剤被膜を有する
ことを特徴とする耐アルミ凝着性に優れたピストンリン
グとピストン溝との組合せ。
8. A combination of a piston groove of an aluminum alloy piston of an internal combustion engine and a piston ring mounted in the piston groove, wherein at least a lower surface of the piston groove or at least a lower surface of the piston ring is lubricated. A combination of a piston ring and a piston groove having excellent aluminum adhesion resistance, which has a lubricant film formed by spraying agent particles.
【請求項9】 前記潤滑剤粒子が、二硫化モリブデン粒
子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子のうちから選
ばれた1種であることを特徴とする請求項8に記載のピ
ストンリングとピストン溝との組合せ。
9. The piston ring and the piston groove according to claim 8, wherein the lubricant particles are one kind selected from molybdenum disulfide particles, tungsten disulfide particles, and metal tin particles. In combination with.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008248986A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Nippon Piston Ring Co Ltd Piston ring
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