JP2010196872A - 組合せピストンリング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピストンリング5と、ピストンリング5をシリンダ内周面2aに押し付けるエキスパンダ4とからなる組合せピストンリングにおいて、エキスパンダ4は少なくともピストンリング5との接触部分に1.0〜20.0at%のフッ素を含む複合硬質炭素系皮膜7を有し、前記皮膜7の硬度が600HV〜2500HVである。前記エキスパンダ4は、組合せピストンリングが装着されるピストン1のリング溝3に面する部分に前記複合硬質炭素系皮膜7を有することが好ましい。組合せピストンリングは板バネエキスパンダとピストンリングとの組合せ圧力リングの他に、サイドレールとスペーサエキスパンダとの組合せオイルリングがある。
【選択図】図1
Description
1.耐摩耗対策として、スペーサエキスパンダのサイドレールと接触する部分にアモルファス炭素皮膜を被覆する(特許文献1)。
2.スラッジの付着を抑制する対策として、スペーサエキスパンダに0.1μm以下のフッ素系有機薄膜を被覆する(特許文献2)。
3.フッ素を含む炭素皮膜を内燃機関用燃料が接触する部位に被覆することがデポジットと称する堆積物の付着に対して効果があることが記載されている(特許文献3)。フッ素と炭素の含有量は原子数比で(フッ素/炭素)≧0.25とされている。
本発明は、ピストンリングと、ピストンリングをシリンダ内周面に押し付けるエキスパンダとからなる組合せピストンリングにおいて、前記エキスパンダは少なくともピストンリングとの接触部分に1.0〜20.0at%のフッ素を含む複合硬質炭素系皮膜を有し、前記皮膜の硬度が600HV〜2500HVであることを特徴とする。
往復動摩擦試験機を用いて摩耗試験を実施し、上試験片の摩耗量と剥離の有無を確認した。
図7は、試験に使用した往復動摩擦試験機の構成を示す。ピン状の上試験片40は固定ブロック41により保持され、上方から油圧シリンダ42により下向きの荷重が加えられて、下試験片43に押接される。一方、平盤形状の下試験片43は可動ブロック44により保持され、クランク機構45により往復動させられる。46はロードセルである。
荷重:100N 速度:100cpm 時間:120min
潤滑油:5W−30エンジンオイル オイル温度:80℃
(イ)上試験片
形状:ピン状 材質:オーステナイト系ステンレス鋼
表面処理:先端球面に表1の皮膜を施す。但し、比較例5は皮膜無し。
(ロ)下試験片
形状:プレート状 材質:マルテンサイト系17%Crステンレス鋼
表面処理:窒化
スコッチヨーク式単気筒モータリング試験機を用いてモータリング試験を実施し、エキスパンダの状況を観察し、スラッジの有無を確認した。
図8は、試験に使用したスコッチヨーク式単気筒モータリング試験機の構成を示す。スコッチヨーク機構とは、スライダの回転運動をフレーム内での左右運動へ変換することによりフレーム全体が上下運動する機構をいう。図8において、50はピストン、51はシリンダ、52は組合せピストンリング、53はガイドロッド、54はフレーム、55はスライダを示す。
1500rpmにて1Hr運転後、1Hr休止を4回実施した。潤滑油は実機耐久試験300時間終了後の5W−30エンジンオイルを使用した。
供試組合せピストンリングは図1〜図2で説明した板バネエキスパンダ付きピストンリング、図3〜図4及び図5〜図6で説明した2種類の組合せオイルリングである。図1〜図2の板バネエキスパンダ付きピストンリングのピストンリング、及び図3〜図6の組合せオイルリングのサイドレールはマルテンサイト系17%Crステンレス鋼で形成されており、ガス窒化処理により全表面に窒化処理が施されている。板バネエキスパンダ及びスペーサエキスパンダはオーステナイト系ステンレス鋼で形成されている。板バネエキスパンダは表1の皮膜が全表面に被覆され、スペーサエキスパンダは表1の皮膜が外周面と上下面と内周端面に被覆されている。但し、比較例5は皮膜無し。
1.実施例1のDLC皮膜はフッ素量が上限で、硬度が下限の皮膜であり、耐摩耗性が良く、スラッジの付着がない。
2.実施例2のDLC皮膜はフッ素量が下限で、硬度が上限の皮膜であり、耐摩耗性が非常に良く、スラッジの付着がない。
3.実施例3のDLC皮膜はフッ素量及び硬度が規格内の皮膜であり、耐摩耗性が良く、スラッジの付着がない。
4.実施例4のDLC皮膜はフッ素の他にSiを5at%含有した皮膜であり、耐摩耗性が良く、スラッジの付着がない。
5.実施例5のDLC皮膜はフッ素の他にSiを10at%含有した皮膜であり、耐摩耗性が良く、スラッジの付着がない。
6.比較例1のDLC皮膜はフッ素量が下限未満の皮膜であり、耐摩耗性は良いが、スラッジの付着がある。
7.比較例2のDLC皮膜はフッ素量が上限を越える皮膜であり、スラッジの付着はないが、耐摩耗性が悪い。
8.比較例3のDLC皮膜は皮膜硬度が上限を越える皮膜であり、スラッジの付着はないが、皮膜に割れが発生し、耐摩耗性が悪い。
9.比較例4のDLC皮膜はフッ素の含有がない皮膜であり、耐摩耗性は良いが、スラッジの付着がある。
10.比較例5は皮膜無しであり、耐摩耗性が悪く、スラッジの付着もある。
注2)皮膜の剥離、スラッジの付着が無い場合を○、有る場合を×で示した。
注3)モータリング試験結果は前記3種類の組合せピストンリングについての結果であり、同じ結果を示した。
Claims (4)
- ピストンリングと、ピストンリングをシリンダ内周面に押し付けるエキスパンダとからなる組合せピストンリングにおいて、前記エキスパンダは少なくともピストンリングとの接触部分に1.0〜20.0at%のフッ素を含む複合硬質炭素系皮膜を有し、前記皮膜の硬度が600HV〜2500HVであることを特徴とする組合せピストンリング。
- 前記エキスパンダは、組合せピストンリングが装着されるピストンのリング溝に面する部分に前記複合硬質炭素系皮膜を有することを特徴とする請求項1記載の組合せピストンリング。
- 前記ピストンリングが圧力リングであり、エキスパンダが板バネエキスパンダであることを特徴とする請求項1又は2記載の組合せピストンリング。
- 前記ピストンリングがサイドレールであり、エキスパンダがスペーサエキスパンダであることを特徴とする請求項1又は2記載の組合せピストンリング。
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