JP2004068815A - Piston ring - Google Patents

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Akira Muramatsu
村松 暁
Shigeo Inoue
井上 茂夫
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Riken Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston ring to maintain a high aluminum agglutination preventing effect for a long period of time by forming a solid lubricant dispersed film with a material having high heat resistance and mechanical strength and low hygroscopicity as a heat resistant material on a piston ring side surface. <P>SOLUTION: The film made of the heat resistant material at least on one side surface of which the solid lubricant is dispersed is provided on the piston ring for an internal combustion engine, and the heat resistant material is formed of at least one kind of a polyamide-imide silicon dioxide hybrid material and a polyimide silicon dioxide hybrid material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、低摩擦係数の樹脂皮膜を被覆した内燃機関用ピストンリングに関する。 The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine coated with a resin film having a low coefficient of friction.

 内燃機関では、燃焼室における燃料の爆発によりピストンの往復動が繰り返され、それに伴いピストンのピストンリング溝とピストンリングとの間で衝突が繰り返される。爆発により、ガソリンエンジンのトップリング付近の温度は250℃近くまで上昇し、ディーゼルエンジンにおいてはさらに高温まで上昇すると考えられる。このような高温下でピストンリングによって叩かれると、アルミニウム合金からなるピストンのピストンリング溝表面は疲労破壊し、表面剥離を生じてアルミニウム小片が脱落する。さらに脱落したアルミニウム合金片、又は脱落による露出面のアルミニウム合金がピストンリング側面に凝着する現象が起こる。これをアルミニウム凝着と呼ぶ。このアルミニウム凝着が進むとピストンリングがピストンリング溝に固着してしまい、ピストンリングのシール性能が損なわれて、高圧の燃焼ガスが燃焼室からクランク室へ流出する「ブローバイ」といわれる現象が起こり、エンジン出力の低下を招く。また、オイルシール機能も失われるため、オイル消費の増加を招く。 In an internal combustion engine, the reciprocation of the piston is repeated due to the explosion of fuel in the combustion chamber, and the collision between the piston ring groove and the piston ring is repeated accordingly. Due to the explosion, the temperature near the top ring of a gasoline engine is likely to rise to nearly 250 ° C, and it is expected that the temperature will rise further in a diesel engine. When the piston ring is hit at such a high temperature, the piston ring groove surface of the piston made of an aluminum alloy is fatigue-ruptured, causing surface peeling and aluminum pieces falling off. Further, a phenomenon occurs in which the dropped aluminum alloy piece or the aluminum alloy on the exposed surface due to the falling off adheres to the side surface of the piston ring. This is called aluminum adhesion. When this aluminum adhesion progresses, the piston ring sticks to the piston ring groove, the sealing performance of the piston ring is impaired, and a phenomenon called “blow-by” occurs in which high-pressure combustion gas flows out from the combustion chamber to the crank chamber. This causes a decrease in engine output. In addition, the oil seal function is lost, resulting in an increase in oil consumption.

 アルミニウム凝着によるこのようなピストンリング溝とトップピストンリングとの間の固着を防止するために、トップリングとアルミニウム合金製ピストンとを直接接触させないようにする方法が従来から多数提案されている。 In order to prevent such sticking between the piston ring groove and the top piston ring due to aluminum adhesion, a number of methods for preventing the top ring from directly contacting the aluminum alloy piston have been proposed.

 ピストン側の対策としては、特開昭63-170546号に開示されているように、ピストンリング溝部に陽極酸化処理(アルマイト処理)を施し、更にその微細孔中に潤滑性物質を充填する方法が挙げられる。アルマイト処理によりピストンリング溝表面に酸化アルミニウムを主成分とする硬質の酸化皮膜が生成するため、アルミニウム粉の脱落が防止され、ピストンリングへの凝着が発生しなくなる。しかしながら、ピストンへのアルマイト処理はコストが高いという欠点がある。 As a countermeasure on the piston side, as disclosed in JP-A-63-170546, a method of subjecting the piston ring groove to anodizing treatment (alumite treatment) and further filling the micropores with a lubricating substance. No. Since a hard oxide film containing aluminum oxide as a main component is formed on the piston ring groove surface by the alumite treatment, the aluminum powder is prevented from falling off, and the adhesion to the piston ring does not occur. However, the alumite treatment of the piston has a disadvantage of high cost.

 ピストンリング側の対策としては、実開昭60-82552号や特開昭62-233458号に開示されている方法が挙げられる。実開昭60-82552号に開示の方法では、ピストンリング側面にリン酸塩皮膜や四三酸化鉄皮膜を形成し、その上に二硫化モリブデン、黒鉛、炭素、窒化ホウ素等の固体潤滑材を分散させた四フッ化エチレン樹脂又はオキシベンゾイルポリエステル樹脂の耐熱・耐摩耗性樹脂皮膜を形成する。また特開昭62-233458号に開示の方法では、二硫化モリブデン等の固体潤滑材をエポキシ系樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂中に分散させた皮膜をピストンリング側面に形成する。固体潤滑材である二硫化モリブデンの含有率は60〜95質量%が望ましく、また固体潤滑材自らが劈開することによりピストンリング溝とピストンリング側面との間の摩擦係数を低減している。しかしながら、皮膜の基材である耐熱性樹脂が柔らかいため、固体潤滑材によりピストンリング溝の摩耗が緩和されても摩耗を完全に抑制することはできない。このため、この方法により作製されたピストンリングは、初期におけるアルミニウム凝着対策には効果があるものの耐久性が不充分である。特に高出力エンジンでは、高温と強い叩かれとにより比較的短期間で樹脂皮膜が摩滅してしまい、ピストンリング溝のアルミニウム合金とピストンリング側面とが接触するようになりアルミニウム凝着が進行する。 対 策 As a countermeasure on the piston ring side, there are the methods disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-82552 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-233458. According to the method disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-open No. 60-82552, a phosphate film or triiron tetroxide film is formed on the side surface of the piston ring, and a solid lubricant such as molybdenum disulfide, graphite, carbon, and boron nitride is formed thereon. A heat and abrasion resistant resin film of a dispersed tetrafluoroethylene resin or oxybenzoyl polyester resin is formed. In the method disclosed in JP-A-62-233458, a film in which a solid lubricant such as molybdenum disulfide is dispersed in a heat-resistant resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a polyamide resin, or a polyimide resin is coated on the piston ring side. Formed. The content of molybdenum disulfide, which is a solid lubricant, is desirably 60 to 95% by mass, and the solid lubricant itself is cleaved to reduce the coefficient of friction between the piston ring groove and the side surface of the piston ring. However, since the heat-resistant resin which is the base material of the film is soft, even if the wear of the piston ring groove is reduced by the solid lubricant, the wear cannot be completely suppressed. For this reason, the piston ring manufactured by this method is effective in preventing the adhesion of aluminum at the initial stage, but has insufficient durability. In particular, in a high-power engine, the resin film is worn away in a relatively short period of time due to high temperature and strong tapping, and the aluminum alloy in the piston ring groove comes into contact with the side surface of the piston ring, so that aluminum adhesion proceeds.

 特開平9-184079号は、耐久性向上を目的とした皮膜を開示している。この皮膜は従来のものより粗いリン酸マンガン下地皮膜を有し、下地皮膜に分散した二硫化モリブデン粒子は1〜2μmの粒径を有するので、二硫化モリブデン粒子は主として下地皮膜の凹部に堆積し、もってアルミニウムの凝着を長期間にわたり防止することができる。しかしながら、耐久性は向上したものの、リン酸マンガン下地皮膜の凸部が早期にアルミニウムと接触するので、アルミニウム凝着防止効果が低いという問題がある。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-184079 discloses a coating for improving durability. This film has a coarser manganese phosphate undercoat than conventional ones, and the molybdenum disulfide particles dispersed in the undercoat have a particle size of 1 to 2 μm. Thus, adhesion of aluminum can be prevented for a long period of time. However, although the durability is improved, there is a problem that the aluminum adhesion preventing effect is low because the projections of the manganese phosphate base coat come into contact with aluminum early.

 アルミニウム凝着対策として従来皮膜に使われてきたバインダーは主にポリアミドイミド(PAI)である。ポリアミドイミドは優れた耐熱性及び柔軟性を併せ持つ樹脂であるが、極性分子であるため吸湿性が高い。そのため、エンジン内で炭化水素系燃料の燃焼により生成する水蒸気と高温で接触することにより吸湿するおそれがある。吸湿したポリアミドイミドは、吸湿前と比べて機械的強度、柔軟性、下地との間の密着性等が著しく劣るため、ポリアミドイミドをバインダーとする皮膜はエンジン内における高温下での激しい叩かれと摺動とにより容易に破壊され、または剥離し、皮膜が摩滅する。ポリイミド(PI)についても同様である。このように、従来の樹脂皮膜が充分な耐久性を持たなかったのはバインダーの吸湿による可能性がある。 ポ リ ア ミ ド Polyamideimide (PAI) is the main binder that has been used for coatings to prevent aluminum adhesion. Polyamide imide is a resin having both excellent heat resistance and flexibility, but has high hygroscopicity because it is a polar molecule. For this reason, there is a possibility that moisture may be absorbed by coming into contact with steam generated at a high temperature in combustion of the hydrocarbon fuel in the engine. Polyamide imide that has absorbed moisture has extremely poor mechanical strength, flexibility, and adhesion to the substrate, etc. as compared to before absorbing moisture. It is easily broken or peeled off by sliding, and the film is worn away. The same applies to polyimide (PI). As described above, there is a possibility that the conventional resin film did not have sufficient durability due to moisture absorption of the binder.

 またポリアミドイミドやポリイミドは有機高分子化合物であるため高温では酸化や分解を受けやすい。そのため、燃焼温度の高いエンジンでは耐久性が劣るという問題があり、エンジンの高出力化や厳しい排ガス規制への対応を目的としたピストンリングのハイトップ化に伴うピストンリング温度の上昇に対応できないおそれがある。 ポ リ ア ミ ド In addition, since polyamideimide and polyimide are organic high molecular compounds, they are easily oxidized and decomposed at high temperatures. Therefore, there is a problem that the engine with high combustion temperature has poor durability, and it may not be possible to cope with the rise of the piston ring temperature due to the high top of the piston ring for the purpose of increasing the output of the engine and complying with strict exhaust gas regulations. There is.

 最近、有機化合物と無機化合物双方の長所を併せ持つ材料として、有機無機ハイブリッド材料が注目されるようになった。特開2001-240670号は、ポリアミドイミド本来の柔軟性や伸長性を維持しつつ機械的強度や耐熱性が向上したポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料を開示している。このポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料は、末端にカルボキシル基(-COOH)又は酸無水物基を有するポリアミドイミドにアルコキシシランをグラフト化して調製したシラン変性ポリアミドイミド樹脂を熱処理することにより得ることができる。"Polymer Preprint, Japan," Vol. 49, No. 14 (2000) には、このポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の吸湿率がポリアミドイミド自体の吸湿率より低いと記載されている。 Recently, organic-inorganic hybrid materials have attracted attention as a material having both advantages of organic compounds and inorganic compounds. JP-A-2001-240670 discloses a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material having improved mechanical strength and heat resistance while maintaining the inherent flexibility and extensibility of polyamideimide. This polyamideimide-silicon dioxide hybrid material can be obtained by heat-treating a silane-modified polyamideimide resin prepared by grafting alkoxysilane to a polyamideimide having a carboxyl group (—COOH) or an acid anhydride group at a terminal. . "Polymer Preprint, Japan," Vol. 49, No. 14 (2000) states that the polyamide-imide-silicon dioxide hybrid material has a lower moisture absorption than the polyamide-imide itself.

 "Plastics Age," Mar. 2002, 130-132、及び "Polymer Preprint, Japan," Vol. 50, No. 11 (2001) は、ピロメリット酸とオキサジアニリンから構成されるポリアミック酸の側鎖にメトキシシランをグラフト化させて調製したシラン変性ポリアミック酸を熱処理することにより、ポリイミド自体より破断強度と引っ張り弾性率が著しく高いポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料が得られると記載している。 "Plastics Age," Mar. 2002, 130-132, and "Polymer Preprint, Japan," Vol. 50, No. 11 (2001) describe the side chain of polyamic acid composed of pyromellitic acid and oxadianiline. It is described that a heat treatment of a silane-modified polyamic acid prepared by grafting methoxysilane gives a polyimide-silicon dioxide hybrid material having significantly higher breaking strength and tensile modulus than polyimide itself.

 しかしながら、ポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料は、優れた耐熱性及び機械的強度を有するものの、アルミニウム凝着防止効果に関しては必ずしも満足できるものではなかった。 However, although the polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and the polyimide-silicon dioxide hybrid material have excellent heat resistance and mechanical strength, the effect of preventing aluminum adhesion is not always satisfactory.

特開2001-240670号公報JP 2001-240670 A 「プラスティックス エイジ」2002年3月, pp.130-132"Plastics Age", March 2002, pp.130-132

 従って本発明の目的は、耐熱性及び機械的強度が高く、吸湿性が低い材料をバインダーとする固体潤滑材分散皮膜をピストンリング側面に形成することにより、長期に亘り高いアルミニウム凝着防止効果を持続するピストンリングを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to form a solid lubricant dispersion film having a high heat resistance and a high mechanical strength and a low hygroscopic property on a side surface of a piston ring as a binder, thereby achieving a high aluminum adhesion preventing effect over a long period of time. It is to provide a lasting piston ring.

 上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、従来の樹脂皮膜において耐熱性材料として使われてきたポリアミドイミド又はポリイミドを、ポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の少なくとも一方からなる耐熱性材料で置き換えることにより、樹脂皮膜の耐熱性、機械的強度、及び下地との間の密着性が向上するとともに吸湿性が低下し、これにより樹脂皮膜の摩耗速度を遅らせることができ、長期に亘りピストンリング側面へのアルミニウム凝着を防止することを発見し、本発明に想到した。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have found that polyamideimide or polyimide, which has been used as a heat-resistant material in a conventional resin film, has at least a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide hybrid material. By replacing with a heat-resistant material consisting of one, the heat resistance of the resin film, the mechanical strength, and the adhesion to the base are improved, and the moisture absorption is reduced, thereby reducing the wear rate of the resin film. As a result, the present inventors have found that aluminum adhesion to the side of the piston ring can be prevented for a long period of time, and arrived at the present invention.

 すなわち、本発明の内燃機関用ピストンリングは、少なくとも一側面に固体潤滑材を分散させた耐熱性材料からなる皮膜を有し、前記耐熱性材料がポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の少なくとも一種からなることを特徴とする。 That is, the piston ring for an internal combustion engine of the present invention has a film made of a heat-resistant material in which a solid lubricant is dispersed on at least one side surface, and the heat-resistant material is a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide. It is characterized by comprising at least one kind of hybrid material.

 固体潤滑材は無機化合物、無機単体及びフッ素樹脂の少なくとも一種からなり、0.1〜20μmの平均粒径を有するのが好ましい。具体的には、固体潤滑材は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、黒鉛、ポリ四フッ化エチレン樹脂、及び四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。また固体潤滑材の含有率は皮膜全体の5〜80質量%であるのが好ましい。 The solid lubricant is made of at least one of an inorganic compound, an inorganic simple substance and a fluororesin, and preferably has an average particle diameter of 0.1 to 20 μm. Specifically, the solid lubricant was selected from the group consisting of molybdenum disulfide, tungsten disulfide, boron nitride, graphite, polytetrafluoroethylene resin, and ethylene tetrafluoride / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin. Preferably, it is at least one. Further, the content of the solid lubricant is preferably 5 to 80% by mass of the whole coating.

 上記皮膜を有するピストンリングは、ピストンリング母材の表面に厚さ3〜120μmの窒化層が形成されていてもよい。 ピ ス ト ン In the piston ring having the coating, a nitride layer having a thickness of 3 to 120 μm may be formed on the surface of the piston ring base material.

 本発明のピストンリングは、機械的強度及び柔軟性に優れ、吸湿性が低いポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料、ポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びこれらの混合材料を固体潤滑材分散皮膜のバインダーとして用い、この固体潤滑材分散皮膜をピストンリングの少なくとも一側面に有する。そのため、トップリング溝とトップリングとの間で発生するアルミニウム凝着を防止、又は遅らせる効果が従来のアルミニウム凝着防止皮膜より大きい。 The piston ring of the present invention is excellent in mechanical strength and flexibility, and has a low hygroscopic property, a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material, a polyimide-silicon dioxide hybrid material, and a mixed material thereof as a binder of a solid lubricant dispersion film, The solid lubricant dispersed film is provided on at least one side of the piston ring. Therefore, the effect of preventing or delaying the aluminum adhesion generated between the top ring groove and the top ring is larger than that of the conventional aluminum anti-adhesion coating.

[1] ピストンリング母材
 ピストンリング母材は特に限定されないが、耐久性に優れた材料からなるのが好ましい。好ましい材料としては、鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、高級鋳鉄、チタン合金等が挙げられる。またピストンリング母材には、予め窒化、リン酸塩化、めっき等の処理を施してもよい。
[1] Piston Ring Base Material The piston ring base material is not particularly limited, but is preferably made of a material having excellent durability. Preferred materials include steel, martensitic stainless steel, austenitic stainless steel, high-grade cast iron, titanium alloy and the like. In addition, the piston ring base material may be subjected to a treatment such as nitriding, phosphating, and plating in advance.

[2] 樹脂皮膜
 樹脂皮膜は、ポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の少なくとも一種からなる耐熱性材料と、耐熱性材料に十分に分散した固体潤滑材粒子とを含有する。
[2] Resin film The resin film contains a heat-resistant material composed of at least one of a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide hybrid material, and solid lubricant particles sufficiently dispersed in the heat-resistant material.

(1) 耐熱性材料
 耐熱性材料はポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の少なくとも一種からなり、バインダーとして樹脂皮膜を構成する。ここで使用する用語「ハイブリッド材料」は、有機材料と金属酸化物が複合化又は結合したいわゆる有機無機ハイブリッド材料を意味する。有機無機ハイブリッド材料は有機化合物と無機化合物との単なる混合物ではなく、合成段階において分子レベルで両者を複合化したものである。ハイブリッド材料としては、シラン変性樹脂を熱処理し、シランを二酸化ケイ素に酸化させたものが好ましい。シラン変性樹脂は、ポリアミドイミド及び/又はポリイミドとグリシジルエーテル基含有アルコキシシラン部分縮合物とを反応させて得られる。耐熱性材料として有機無機ハイブリッド材料を含有する皮膜は、吸湿性が低く、耐熱性、機械的強度及び下地との間の密着性が高く柔軟性に富むため、耐久性が高い。耐久性に優れた皮膜を得るためには、ハイブリッド材料に含まれる二酸化ケイ素の比率が0.2〜30質量%であるのが好ましい。0.2質量%未満では吸湿性低減効果と機械的強度向上効果とが得にくく、30質量%を超えると皮膜が脆く叩かれにより剥離しやすい。
(1) Heat resistant material The heat resistant material is made of at least one of a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide hybrid material, and forms a resin film as a binder. The term "hybrid material" as used herein means a so-called organic-inorganic hybrid material in which an organic material and a metal oxide are complexed or bonded. The organic-inorganic hybrid material is not a simple mixture of an organic compound and an inorganic compound, but is a compound obtained by compounding both at the molecular level in the synthesis stage. As the hybrid material, a material obtained by heat-treating a silane-modified resin and oxidizing silane to silicon dioxide is preferable. The silane-modified resin is obtained by reacting a polyamideimide and / or a polyimide with a glycidyl ether group-containing alkoxysilane partial condensate. A film containing an organic-inorganic hybrid material as a heat-resistant material has low hygroscopicity, high heat resistance, high mechanical strength, and high adhesion to a substrate, and has high flexibility, and therefore has high durability. In order to obtain a film having excellent durability, the ratio of silicon dioxide contained in the hybrid material is preferably 0.2 to 30% by mass. When the amount is less than 0.2% by mass, it is difficult to obtain the effect of reducing the hygroscopicity and the effect of improving the mechanical strength.

(2) 固体潤滑材
 固体潤滑材としては無機固体潤滑材及びフッ素樹脂をそれぞれ単独で、又は併用して用いるのが好ましい。無機固体潤滑材は皮膜の摺動の際に自らが劈開することにより皮膜の摩擦係数を低下させるため、これらを分散させた皮膜は耐摩耗性が高く、長期に亘りアルミニウム凝着を防止することができる。無機固体潤滑材としては二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素等の無機化合物、及び黒鉛等の無機単体が挙げられる。
(2) Solid Lubricant As the solid lubricant, it is preferable to use an inorganic solid lubricant and a fluororesin alone or in combination. Inorganic solid lubricants reduce the coefficient of friction of the film by cleaving themselves when the film slides, so the film in which these are dispersed has high wear resistance and prevents aluminum adhesion for a long time. Can be. Examples of the inorganic solid lubricant include inorganic compounds such as molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and boron nitride, and inorganic simple substances such as graphite.

 フッ素樹脂は他の物質との間の反応性が低く、またフッ素樹脂同士の反応性も低いため、摩擦係数が低く固体潤滑材としての機能を有する。好ましい例としては、四フッ化エチレン(CF2=CF2)の直鎖重合体であるポリ四フッ化エチレン(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)等が挙げられる。ポリ四フッ化エチレン(PTFE)はフッ素樹脂の中でも特に固体潤滑機能が優れており、摩擦係数が低い。またフッ素樹脂は延展性を有するため叩かれと摺動とにより摺動面に広がりやすい。このためフッ素樹脂を分散させた皮膜は耐摩耗性が高い。特にフッ素樹脂含有率が高いとフッ素樹脂の延展により生成した薄膜が皮膜全体を覆うため、摩擦係数がより低く耐久性に優れた皮膜となり、耐アルミニウム凝着効果をさらに長期に亘り持続させることができる。 Fluororesin has low reactivity with other substances and low reactivity between fluororesins, and thus has a low friction coefficient and functions as a solid lubricant. Preferred examples include polytetrafluoroethylene (PTFE), which is a linear polymer of ethylene tetrafluoride (CF 2 = CF 2 ), and ethylene tetrafluoride / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA). No. Polytetrafluoroethylene (PTFE) has particularly excellent solid lubrication function among fluororesins, and has a low coefficient of friction. Further, since the fluororesin has extensibility, it tends to spread on a sliding surface by being hit and sliding. For this reason, the film in which the fluororesin is dispersed has high wear resistance. In particular, when the fluororesin content is high, the thin film generated by spreading the fluororesin covers the entire film, so that the coefficient of friction is lower and the film has excellent durability, and the aluminum adhesion resistance effect can be maintained for a long time. it can.

 固体潤滑材の平均粒径は0.1〜20μmが好ましく、0.1〜10μmがより好ましい。0.1μmより小さいと固体潤滑材としての機能が低く、20μmより大きいと皮膜から脱落しやすく、皮膜の摩滅を早める。 平均 The average particle size of the solid lubricant is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 0.1 to 10 μm. If it is less than 0.1 μm, the function as a solid lubricant is low, and if it is more than 20 μm, it easily falls off the film, and the wear of the film is accelerated.

(3) その他の添加剤
 本発明のピストンリングに使用する樹脂皮膜には、樹脂硬化剤、三酸化アンチモン等の強化材を適宜添加しても良い。
(3) Other Additives A resin curing agent, a reinforcing material such as antimony trioxide or the like may be appropriately added to the resin film used for the piston ring of the present invention.

[3] ピストンリングの作製
(1) 前処理
 ピストンリング母材に窒化処理、界面活性剤処理等の前処理を行うのが好ましい。窒化処理は、母材表面に硬質の窒化層を形成するので、ピストンリング外周面の耐摩耗性を向上させ、また相手材であるアルミニウム合金製のシリンダーとの間の耐スカッフ性を向上させることができる。窒化処理に、ガス窒化、イオン窒化、塩浴窒化、浸硫窒化等の方法を用いることができる。窒化層の厚さは3〜120 μmに形成するのが好ましい。3μmより薄いと充分な耐摩耗性が得られず、120 μmより厚いとピストンリングが折損しやすくなる。
[3] Manufacture of piston ring
(1) Pretreatment It is preferable to perform pretreatment such as nitriding treatment and surfactant treatment on the piston ring base material. The nitriding process forms a hard nitrided layer on the surface of the base material, thereby improving the wear resistance of the outer peripheral surface of the piston ring and improving the scuff resistance between the mating material and the aluminum alloy cylinder. Can be. For the nitriding treatment, a method such as gas nitriding, ion nitriding, salt bath nitriding, sulphonitriding or the like can be used. The thickness of the nitrided layer is preferably formed to be 3 to 120 μm. If the thickness is less than 3 μm, sufficient wear resistance cannot be obtained, and if the thickness is more than 120 μm, the piston ring tends to break.

 窒化処理を施した後、必要に応じてアルカリ、炭化水素等により脱脂を行い表面の油分を除去する。脱脂後必要に応じて酸洗い、リン酸塩処理等の前処理を施しても良い。 (4) After the nitriding treatment, if necessary, degreasing is performed with an alkali, a hydrocarbon or the like to remove oil on the surface. After degreasing, pretreatment such as pickling and phosphate treatment may be performed as necessary.

(2) ハイブリッド材料の調製
 ハイブリッド材料は公知の方法により調製することができる。例えばシラン変性樹脂の場合、特開2001-240670号、"Plastics Age," Mar. 2002, 130-132、"Polymer Preprint, Japan," Vol. 50, No. 11 (2001) 等に記載の方法を用いるのが好ましい。例えばテトラメトキシシラン部分縮合物とグリシド(グリシドール)との脱アルコール反応によりグリシジルエーテル基含有アルコキシシラン部分縮合物を作製し、カルボキシル基及び/又は酸無水物基を分子末端に有するポリアミドイミド及び/又はポリイミドとグリシジルエーテル基含有アルコキシシラン部分縮合物を反応させることによりシラン変性ポリアミドイミド樹脂及び/又はシラン変性ポリイミド樹脂を得ることができる。
(2) Preparation of hybrid material The hybrid material can be prepared by a known method. For example, in the case of a silane-modified resin, the method described in JP-A-2001-240670, "Plastics Age," Mar. 2002, 130-132, "Polymer Preprint, Japan," Vol. 50, No. 11 (2001), etc. Preferably, it is used. For example, a glycidyl ether group-containing alkoxysilane partial condensate is produced by a dealcoholation reaction between a tetramethoxysilane partial condensate and glycid (glycidol), and a polyamideimide having a carboxyl group and / or an acid anhydride group at a molecular terminal and / or By reacting a polyimide with a glycidyl ether group-containing alkoxysilane partial condensate, a silane-modified polyamideimide resin and / or a silane-modified polyimide resin can be obtained.

 シラン変性ポリアミドイミド及びシラン変性ポリイミドはシランカップリング剤としても作用する。シランはポリアミドイミド又はポリイミド分子中に過不足なく均一に存在しているので、ピストンリングに特別な前処理を施さなくてもピストンリング母材と固体潤滑皮膜との間に強固な密着を得ることができる。 Silane-modified polyamideimide and silane-modified polyimide also act as a silane coupling agent. Since silane is present uniformly in polyamideimide or polyimide molecules without excess or shortage, it is possible to obtain strong adhesion between the piston ring base material and the solid lubricating film without special pretreatment of the piston ring. Can be.

(3) 塗布液の調製
 N-メチル-2-ピロリジノン等を主成分とする溶剤にポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及び/又はポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料を溶解したワニスと、固体潤滑材又はその分散液とを混合して、固体潤滑材分散ワニス(塗布液)を調製することができる。固体潤滑材の添加量は乾燥後における皮膜質量の5〜80質量%が好ましく、30〜70質量%がより好ましい。5質量%より低いと摩擦係数を充分低減できないため皮膜が摩耗しやすく、80質量%より高いと耐熱性材料が固体潤滑材を充分に保持できないため、固体潤滑材が脱落しやすく、結果として耐摩耗性に劣る皮膜となる。
(3) Preparation of coating liquid A varnish prepared by dissolving a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and / or a polyimide-silicon dioxide hybrid material in a solvent containing N-methyl-2-pyrrolidinone or the like as a main component, and a solid lubricant or a dispersion thereof. The varnish can be mixed with the liquid to prepare a solid lubricant dispersed varnish (coating liquid). The amount of the solid lubricant added is preferably from 5 to 80% by mass, more preferably from 30 to 70% by mass of the film mass after drying. If it is less than 5% by mass, the coefficient of friction cannot be sufficiently reduced, so that the film tends to be worn. If it is more than 80% by mass, the solid lubricating material tends to fall off because the heat-resistant material cannot sufficiently retain the solid lubricating material. It becomes a film with poor abrasion.

(4) 樹脂皮膜の形成
 調製した塗布液をピストンリングの上下面の少なくとも一方の面に塗布することができる。ピストンリング溝とピストンリングとの間の衝突により生じるアルミニウム凝着をより効果的に防止するためには、ピストンリングの両側面又はピストンリング全体に塗布するのが好ましい。また耐アルミニウム凝着性を補強する観点からは、摩耗の特に激しい部位のみに塗布してもよい。例えば一般に叩かれ摩耗の激しいピストンリングの下面のみに塗布液を塗布してもよい。
(4) Formation of Resin Film The prepared coating solution can be applied to at least one of the upper and lower surfaces of the piston ring. In order to more effectively prevent aluminum adhesion caused by collision between the piston ring groove and the piston ring, it is preferable to apply the coating to both side surfaces of the piston ring or the entire piston ring. In addition, from the viewpoint of reinforcing the aluminum adhesion resistance, it may be applied only to a site where wear is particularly severe. For example, the application liquid may be applied only to the lower surface of a piston ring which is generally hit and severely worn.

 塗布方法としては、スプレーコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、静電塗装、印刷等の公知の方法を用いるのが好ましい。塗り斑の発生を抑え、溶剤の除去効率を向上させる観点からは、スプレーコーティングを用いるのがより好ましい。また、塗布効率及び精度が高く環境汚染が少ないという観点からは、スクリーン印刷等の印刷法を用いるのがより好ましい。 As a coating method, it is preferable to use a known method such as spray coating, dip coating, spin coating, roll coating, electrostatic coating, or printing. From the viewpoint of suppressing the occurrence of spots and improving the solvent removal efficiency, it is more preferable to use spray coating. Further, from the viewpoint of high coating efficiency and high accuracy and low environmental pollution, it is more preferable to use a printing method such as screen printing.

 塗布後硬化処理を行って皮膜を形成できる。硬化条件は耐熱性材料樹脂の種類によって異なるが、ポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料を耐熱性材料とする皮膜の場合、170〜300℃で、30〜120分間加熱して硬化処理するのが好ましい。硬化温度が170℃より低いと硬化反応が充分に行われないため耐熱性材料本来の機械的強度と耐吸湿性とが得られず、300℃より高いと生成した皮膜が酸化分解してしまうので品質が低下する。また、硬化処理時間が30分より短いと硬化反応が充分に行われないため耐熱性材料本来の機械的強度と耐吸湿性とが得られず、120分より長いとそれ以上に皮膜の硬化反応は進まないので、時間とエネルギーが無駄になる。 皮膜 A film can be formed by performing a curing treatment after application. Curing conditions vary depending on the type of heat-resistant material resin, but in the case of a film using a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material as a heat-resistant material, it is preferable to carry out curing by heating at 170 to 300 ° C. for 30 to 120 minutes. If the curing temperature is lower than 170 ° C, the curing reaction will not be performed sufficiently, so the original mechanical strength and moisture absorption resistance of the heat-resistant material will not be obtained, and if it is higher than 300 ° C, the formed film will be oxidized and decomposed. Quality degrades. If the curing time is shorter than 30 minutes, the curing reaction is not performed sufficiently, so that the original mechanical strength and moisture absorption resistance of the heat-resistant material cannot be obtained. Does not proceed, wasting time and energy.

 樹脂皮膜は厚さ3〜40μmに形成するのが好ましく、5〜15μmに形成するのがより好ましい。3μm未満では耐摩耗性が不足し、40μmを超えるとピストンリング溝への装着が困難になる。。 The resin film is preferably formed to have a thickness of 3 to 40 µm, more preferably 5 to 15 µm. If it is less than 3 μm, the abrasion resistance is insufficient, and if it exceeds 40 μm, it becomes difficult to mount it in the piston ring groove. .

 以上のようにバインダーとしてポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の少なくとも一種からなる耐熱性樹脂を用い、少なくともピストンリングの側面に、固体潤滑材を耐熱性樹脂に分散させた皮膜を形成することにより、ピストンリングとピストンリング溝との間で発生するアルミニウム凝着の防止に有効なピストンリングを得ることができる。 As described above, a film in which a solid lubricant is dispersed in a heat-resistant resin using a heat-resistant resin made of at least one of a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide hybrid material as a binder, at least on a side surface of the piston ring. By forming the piston ring, it is possible to obtain a piston ring effective for preventing aluminum adhesion generated between the piston ring and the piston ring groove.

 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
(1) 前処理
 マルテンサイト系ステンレス鋼からなるトップリング母材の表面をガス窒化法により窒化処理した後、市販のアルカリ脱脂液により脱脂した。次いで水洗し、その後充分に乾燥した。
Example 1
(1) Pretreatment The surface of the top ring base material made of martensitic stainless steel was nitrided by a gas nitriding method, and then degreased with a commercially available alkaline degreaser. Then, it was washed with water and then dried sufficiently.

(2) 塗布液の調製
 耐熱性材料として、N-メチル-2-ピロリドンとキシレンを質量比80:20で混合した溶剤にポリアミドイミド及び二酸化ケイ素の合計濃度が30質量%となるようにシラン変性ポリアミドイミド樹脂を溶解したワニス(荒川化学工業(株)製、コンポセランH901)に、固体潤滑材として、平均粒径が5μmの二硫化モリブデン及び平均粒径が4μmの黒鉛を固形分中の含有率がそれぞれ30質量%及び10質量%になるように添加し、充分に撹拌して固体潤滑材が均一に分散した塗布液を調製した。次にN-メチル-2-ピロリドンとキシレンとを主成分とする混合液で希釈、撹拌し、スプレー用の塗布液を作製した。
(2) Preparation of coating solution As a heat-resistant material, silane modification was performed in a solvent in which N-methyl-2-pyrrolidone and xylene were mixed at a mass ratio of 80:20 so that the total concentration of polyamideimide and silicon dioxide was 30% by mass. Content of molybdenum disulfide with an average particle size of 5 μm and graphite with an average particle size of 4 μm as solid lubricant in a varnish (Compocellan H901, manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.) in which a polyamideimide resin was dissolved. Was added so as to be 30% by mass and 10% by mass, respectively, and sufficiently stirred to prepare a coating liquid in which the solid lubricant was uniformly dispersed. Next, the mixture was diluted with a mixed solution containing N-methyl-2-pyrrolidone and xylene as main components and stirred to prepare a coating solution for spraying.

(3) 樹脂皮膜の形成
 得られた塗布液を前処理したトップリング母材の片側面にスプレー法により塗布した後、250℃で1時間の硬化処理を行い、固体潤滑材が分散したポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料からなる樹脂皮膜を形成した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
(3) Formation of resin film After applying the obtained coating solution to one side of the pretreated top ring base material by spraying, it was cured at 250 ° C for 1 hour, and the polyamide imide in which the solid lubricant was dispersed Forming a resin coating of silicon dioxide hybrid material; Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

実施例2
 N-メチル-2-ピロリドンとキシレンを質量比80:20で混合した溶剤にポリイミド及び二酸化ケイ素の合計濃度が18質量%となるようにシラン変性ポリイミド樹脂を溶解したワニス(荒川化学工業(株)製、コンポセランH800)を用い、硬化処理温度を300℃とした以外は実施例1と同様にしてトップリング母材の片側面に塗布液を塗布し、硬化処理を行い固体潤滑材が分散したポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料からなる樹脂皮膜を形成した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
Example 2
A varnish prepared by dissolving a silane-modified polyimide resin in a solvent in which N-methyl-2-pyrrolidone and xylene are mixed at a mass ratio of 80:20 so that the total concentration of polyimide and silicon dioxide is 18% by mass (Arakawa Chemical Industries, Ltd.) A coating liquid is applied to one side of the top ring base material, cured, and a solid lubricant is dispersed in the same manner as in Example 1 except that the curing treatment temperature is set to 300 ° C. using Composeran H800). Forming a resin coating of silicon dioxide hybrid material; Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

実施例3
 硬化処理後におけるポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料とポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の質量比が1:1となるように、実施例1で使用したシラン変性ポリアミドイミド樹脂と実施例2で使用したシラン変性ポリイミド樹脂をN-メチル-2-ピロリドンとキシレンを質量比80:20で混合した溶剤に溶解したワニスを用い、硬化処理温度を300℃とした以外は実施例1と同様にしてトップリング母材の片側面に塗布液を塗布し、硬化処理を行い、固体潤滑材が分散したポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料との混合材料からなる樹脂皮膜を形成した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
Example 3
The silane-modified polyamideimide resin used in Example 1 and the silane-modified polyamide resin used in Example 2 so that the mass ratio of the polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and the polyimide-silicon dioxide hybrid material after the curing treatment becomes 1: 1. Using a varnish obtained by dissolving a polyimide resin in a solvent obtained by mixing N-methyl-2-pyrrolidone and xylene in a mass ratio of 80:20, and setting the curing temperature to 300 ° C., in the same manner as in Example 1, except that the top ring base material was used. A coating liquid was applied to one side surface of the sample, and a curing treatment was performed to form a resin film made of a mixed material of a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide hybrid material in which a solid lubricant was dispersed. Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

比較例1
(1) 前処理
 マルテンサイト系ステンレス鋼からなるトップリング母材をガス窒化法により表面を窒化処理した後、市販のアルカリ脱脂液により脱脂を行った。次いで水洗を行い、充分に乾燥した後、さらにトリクロロエチレンにより洗浄を行った。
Comparative Example 1
(1) Pretreatment The surface of a top ring base material made of martensitic stainless steel was nitrided by a gas nitriding method, and then degreased with a commercially available alkaline degreaser. Next, after washing with water and drying sufficiently, washing with trichloroethylene was further performed.

(2) 樹脂皮膜の形成
 ポリアミドイミドに二硫化モリブデンと黒鉛を主成分とする固体潤滑材を分散させた市販の固体潤滑材分散樹脂液(河邑研究所製、デフリックHMB-2)をトップリング母材の片側面にスプレー法により塗布した後、190℃で1時間の硬化処理を行って樹脂皮膜を形成した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
(2) Forming a resin film Topping a commercially available solid lubricant dispersion resin solution (Kawamura Laboratories, Defric HMB-2) in which a solid lubricant mainly composed of molybdenum disulfide and graphite is dispersed in polyamideimide. After being applied to one side of the base material by a spray method, a curing treatment was performed at 190 ° C. for 1 hour to form a resin film. Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

比較例2
 耐熱性材料としてポリアミドイミドを用いた以外は実施例1と同様にしてトップリング母材の片側面に樹脂皮膜を形成した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
Comparative Example 2
A resin film was formed on one side of the top ring base material in the same manner as in Example 1 except that polyamideimide was used as the heat resistant material. Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

比較例3
 耐熱性材料としてポリイミドを用いた以外は実施例3と同様にしてトップリング母材の片側面に樹脂皮膜を形成した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
Comparative Example 3
A resin film was formed on one side surface of the top ring base material in the same manner as in Example 3 except that polyimide was used as the heat resistant material. Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

比較例4
 耐熱性材料としてポリアミドイミドとポリイミドの混合物(質量比1:1)を用い、硬化処理温度を300℃とした以外は実施例1と同様にしてトップリング母材の片側面に塗布液を塗布した。硬化皮膜の組成及び厚さを表1に示す。
Comparative Example 4
A coating solution was applied to one side of the top ring base material in the same manner as in Example 1 except that a mixture of polyamideimide and polyimide (mass ratio 1: 1) was used as a heat-resistant material, and the curing temperature was set to 300 ° C. . Table 1 shows the composition and thickness of the cured film.

Figure 2004068815
注: (1) 括弧内の数値は、耐熱性材料中のSiO2の含有量(質量%)。
(2) 樹脂皮膜全体を100質量%としたときの割合(質量%)。
(3) 皮膜Aについては、作製後すぐにアルミニウム凝着試験を行った。
(4) 皮膜Bについては、吸湿試験後にアルミニウム凝着試験を行った。
(5) データなし。
Figure 2004068815
Note: (1) The figures in parentheses indicate the content (% by mass) of SiO 2 in the heat-resistant material.
(2) Ratio (% by mass) when the entire resin film is taken as 100% by mass.
(3) The coating A was subjected to an aluminum adhesion test immediately after the preparation.
(4) Coating B was subjected to an aluminum adhesion test after the moisture absorption test.
(5) No data.

 実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例4の樹脂皮膜に対して以下の試験を行った。 The following tests were performed on the resin films of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4.

[A] 吸湿試験
 実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例4で使用したトップリング母材を、皮膜形成前に温度25℃、相対湿度30%の恒温槽中で24時間保管した後、電子天秤により秤量した。このときの質量をm1とする。次に、塗布液を塗布した後に温度25℃、相対湿度30%の恒温槽中で24時間保管した後、電子天秤により秤量した。このときの質量をm2とする。さらに各トップリングを温度50℃、相対湿度90%の恒温槽中で24時間保管した後、電子天秤により秤量した。このときの質量をm3とする。計算式:a= 100×(m3 - m2)/(m2 - m1)に従って、各皮膜の吸湿率aを計算した。
[A] Moisture Absorption Test The top ring base materials used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were stored for 24 hours in a thermostat at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 30% before forming the film. Thereafter, it was weighed by an electronic balance. The mass at this time is defined as m 1 . Next, after applying the coating solution, the solution was stored in a thermostat at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 30% for 24 hours, and then weighed by an electronic balance. The mass at this time is defined as m 2 . Further, each top ring was stored in a thermostat at a temperature of 50 ° C. and a relative humidity of 90% for 24 hours, and then weighed by an electronic balance. The mass at this time is defined as m 3 . According to a calculation formula: a = 100 × (m 3 −m 2 ) / (m 2 −m 1 ), the moisture absorption a of each film was calculated.

 実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例4のトップリングを使った吸湿試験の結果を表2に示す。ポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料、ポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びこれらの混合材料をバインダーとした皮膜はポリアミドイミド、ポリイミド及びこれらの混合物をバインダーとした皮膜より明らかに吸湿率が低いことが分かる。 Table 2 shows the results of the moisture absorption test using the top rings of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. It can be seen that the polyamideimide-silicon dioxide hybrid material, the polyimide-silicon dioxide hybrid material, and the film using the mixed material thereof as a binder have a clearly lower moisture absorption than the film using the polyamideimide, polyimide, or a mixture thereof as a binder.

Figure 2004068815
Figure 2004068815

[B] 密着性試験
 実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例4に記載のトップリング母材に塗布したのと同一の素材を用い、かつ同一の処理により皮膜を形成した30 mm×30 mm×1mmの平板を24時間煮沸し、100℃で充分乾燥させ、24時間室温で放置した後、碁盤目テープ試験により皮膜の密着性を測定した。密着性試験の結果を表3に示す。
[B] Adhesion test The same material as that applied to the top ring base material described in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 was used, and a film was formed by the same treatment. A plate of × 30 mm × 1 mm was boiled for 24 hours, dried sufficiently at 100 ° C., allowed to stand at room temperature for 24 hours, and then the adhesion of the film was measured by a grid tape test. Table 3 shows the results of the adhesion test.

Figure 2004068815
Figure 2004068815

[C] アルミニウム凝着試験
 図1に示すアルミニウム凝着試験機を用いて実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例4で作製したトップリングのアルミニウム凝着試験を行った。アルミニウム凝着試験では、ピストン材2に熱電対5を挿入し、温度コントローラー4で制御しながらヒーター1により加熱したピストン材2を上下に往復動させ、樹脂皮膜を形成したトップリング3の側面を叩き、さらにトップリング3を一定速度で回転させて摺動を与えた。ピストン材2はアルミニウム合金[JIS AC8A(T6)]製円盤(直径:100 mm)であり、トップリング3は外径75 mmであった。トップリング外周における回転速度は3.3 mm/s、叩き時の面圧は0.57 MPa、叩きサイクルは3.3 Hzとした。潤滑油は使用しなかった。
[C] Aluminum adhesion test The aluminum adhesion test of the top rings produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 was performed using the aluminum adhesion tester shown in FIG. In the aluminum adhesion test, a thermocouple 5 is inserted into the piston material 2, and the piston material 2 heated by the heater 1 is reciprocated up and down while being controlled by the temperature controller 4, and the side surface of the top ring 3 on which the resin film is formed is removed. Tapping was performed, and the top ring 3 was further rotated at a constant speed to provide sliding. The piston material 2 was a disk (diameter: 100 mm) made of an aluminum alloy [JIS AC8A (T6)], and the top ring 3 had an outer diameter of 75 mm. The rotation speed at the outer periphery of the top ring was 3.3 mm / s, the surface pressure at the time of hitting was 0.57 MPa, and the hitting cycle was 3.3 Hz. No lubricating oil was used.

 実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例4のトップリングに、アルミニウム凝着が発生するまでの叩き回数を図2に示す。図2から明らかなように、ポリアミドイミド、ポリイミド及びポリアミドイミド+ポリイミドをバインダーとする固体潤滑材分散皮膜を形成した比較例1〜比較例4のリングより、PAI-SiO2ハイブリッド材料、PI-SiO2ハイブリッド材料及びこれらの混合材料をバインダーとする固体潤滑材分散皮膜を形成した実施例1〜実施例3のトップリングの方が耐アルミニウム凝着性が高い。 FIG. 2 shows the number of hits before aluminum adhesion occurs on the top rings of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. As apparent from FIG. 2, polyamideimide, polyimide and polyamideimide + polyimide from rings of Comparative Example 1 to Comparative Example 4 formed a solid lubricant dispersed coating that the binder, PAI-SiO 2 hybrid material, PI-SiO The top rings of Examples 1 to 3 in which a solid lubricant dispersion film was formed using a two- hybrid material and a mixed material thereof as a binder had higher aluminum adhesion resistance.

 比較例1〜比較例4のリングでは、吸湿後における凝着までの叩き回数(耐アルミニウム凝着性)が吸湿前の1/2から2/3に低下したのに対し、実施例1〜実施例3のトップリングでは、吸湿による耐アルミニウム凝着性の低下はほとんど認められなかった。従って、実施例1〜実施例3のリングは比較例1〜比較例4のリングに比べ耐水性に優れているといえる。 In the rings of Comparative Examples 1 to 4, the number of taps (adhesion resistance to aluminum) before adhesion after moisture absorption was reduced from 1/2 before moisture absorption to 2/3, whereas Examples 1 to 4 were performed. In the top ring of Example 3, almost no decrease in aluminum adhesion resistance due to moisture absorption was observed. Therefore, it can be said that the rings of Examples 1 to 3 have better water resistance than the rings of Comparative Examples 1 to 4.

凝着試験機を示す概略断面図である。It is an outline sectional view showing an adhesion test machine. 各樹脂皮膜付きトップリングにおいてアルミニウム凝着が発生するまでの叩き回数を示すグラフである。It is a graph which shows the number of times of hit until aluminum adhesion occurs in the top ring with each resin film.

符号の説明Explanation of reference numerals

 1・・・ヒーター
 2・・・ピストン材
 3・・・ピストンリング
 4・・・温度コントローラー
 5・・・熱電対

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heater 2 ... Piston material 3 ... Piston ring 4 ... Temperature controller 5 ... Thermocouple

Claims (5)

少なくとも一側面に、固体潤滑材を分散させた耐熱性材料からなる皮膜を有する内燃機関用のピストンリングにおいて、前記耐熱性材料がポリアミドイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料及びポリイミド−二酸化ケイ素ハイブリッド材料の少なくとも一種からなることを特徴とするピストンリング。 At least on one side, a piston ring for an internal combustion engine having a coating made of a heat-resistant material in which a solid lubricant is dispersed, wherein the heat-resistant material is at least one of a polyamideimide-silicon dioxide hybrid material and a polyimide-silicon dioxide hybrid material. A piston ring comprising: 請求項1に記載のピストンリングにおいて、前記固体潤滑材は無機化合物、無機単体及びフッ素樹脂の少なくとも一種からなり、前記固体潤滑材の平均粒径が0.1〜20μmであることを特徴とするピストンリング。 The piston ring according to claim 1, wherein the solid lubricant is made of at least one of an inorganic compound, an inorganic simple substance, and a fluororesin, and the solid lubricant has an average particle size of 0.1 to 20 μm. . 請求項2に記載のピストンリングにおいて、前記固体潤滑材は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、黒鉛、ポリ四フッ化エチレン樹脂、及び四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とするピストンリング。 The piston ring according to claim 2, wherein the solid lubricant is formed from molybdenum disulfide, tungsten disulfide, boron nitride, graphite, polytetrafluoroethylene resin, and ethylene tetrafluoride / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin. A piston ring characterized by at least one selected from the group consisting of: 請求項1〜3のいずれかに記載のピストンリングにおいて、前記固体潤滑材の含有率が前記皮膜全体の5〜80質量%であることを特徴とするピストンリング。 The piston ring according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the solid lubricant is 5 to 80% by mass of the entire coating. 請求項1〜4のいずれかに記載のピストンリングにおいて、ピストンリング母材の表面に厚さ3〜120μmの窒化層が形成されていることを特徴とするピストンリング。
The piston ring according to any one of claims 1 to 4, wherein a nitride layer having a thickness of 3 to 120 µm is formed on a surface of the piston ring base material.
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