JP3335744B2 - 摺動部材の組合せ - Google Patents
摺動部材の組合せInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動部材の組合せに関
し、例えば内燃機関のピストンリングとシリンダライナ
の組合せに適用して有効である。
し、例えば内燃機関のピストンリングとシリンダライナ
の組合せに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関用シリンダライナは一般的に鋳
鉄で作られている。最近、シリンダライナを鋳鉄製から
鋼製に変えることが検討されている。これはシリンダラ
イナ素材の製造工程を鋳造から塑性加工に変えること、
およびエンジンの軽量化、小型化、高性能化が可能とな
るからである。
鉄で作られている。最近、シリンダライナを鋳鉄製から
鋼製に変えることが検討されている。これはシリンダラ
イナ素材の製造工程を鋳造から塑性加工に変えること、
およびエンジンの軽量化、小型化、高性能化が可能とな
るからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの試みは、以下
のように２種類に分けることができる。第１は、鋳鉄製
シリンダライナの表面処理として実績のある硬質Ｃｒめ
っき、溶射、あるいは窒化処理等を、鋼製シリンダライ
ナの内周面に施すものである。これは、摺動面構造とし
て従来技術をそのまま利用するもので、鋼の高強度性を
利用することができるが、内周面の表面処理に費用を要
するので、格別魅力的なものでない。
のように２種類に分けることができる。第１は、鋳鉄製
シリンダライナの表面処理として実績のある硬質Ｃｒめ
っき、溶射、あるいは窒化処理等を、鋼製シリンダライ
ナの内周面に施すものである。これは、摺動面構造とし
て従来技術をそのまま利用するもので、鋼の高強度性を
利用することができるが、内周面の表面処理に費用を要
するので、格別魅力的なものでない。
【０００４】第２は、特定の組成を有する鋼を表面処理
しないでシリンダライナとし、このシリンダライナと、
特定の摺動面を有するピストンリングとを組み合わせる
ことにより、耐摩耗性、耐焼き付き性を得ようとするも
のである。この種の試みはこれまで極めて少なく、また
十分な成果を得ていないが、例として特開昭５８−２７
８６０号が挙げられる。
しないでシリンダライナとし、このシリンダライナと、
特定の摺動面を有するピストンリングとを組み合わせる
ことにより、耐摩耗性、耐焼き付き性を得ようとするも
のである。この種の試みはこれまで極めて少なく、また
十分な成果を得ていないが、例として特開昭５８−２７
８６０号が挙げられる。
【０００５】しかしながら、特開昭５８−２７８６０号
のピストンリングとシリンダライナの組合せは、従来の
硬質Ｃｒめっきを行ったピストンリングと鋳鉄製のシリ
ンダライナとの組合せに比べると、耐焼き付き性、耐摩
耗性が劣る欠点がある。
のピストンリングとシリンダライナの組合せは、従来の
硬質Ｃｒめっきを行ったピストンリングと鋳鉄製のシリ
ンダライナとの組合せに比べると、耐焼き付き性、耐摩
耗性が劣る欠点がある。
【０００６】本発明の目的は、一方の摺動部材が鋼であ
って、優れた摺動特性を発揮する摺動部材の組合せを提
供することである。
って、優れた摺動特性を発揮する摺動部材の組合せを提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、第１部材に
施す皮膜としてＰＶＤ処理によるＴｉＮ皮膜を選び、種
々の鋼材を第２部材として摩耗試験を行った。そして予
想に反し、炭化物生成元素の含有量が少ない鋼種の中に
優れた摺動特性を示すものを見出し、本発明を完成し
た。
施す皮膜としてＰＶＤ処理によるＴｉＮ皮膜を選び、種
々の鋼材を第２部材として摩耗試験を行った。そして予
想に反し、炭化物生成元素の含有量が少ない鋼種の中に
優れた摺動特性を示すものを見出し、本発明を完成し
た。
【０００８】本発明は、互いに摺動する第１部材と第２
部材からなる摺動部材の組合せであって、前記第１部材
が、ＴｉＮ皮膜を摺動面に有し、前記第２部材が、重量
％でＣ０．２５〜２．２％、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖの一種
または二種以上を０．６〜９．０％含む鋼からなり、摺
動面の硬度がＨＶ（ビッカース硬さ）３３０〜６５０で
あることを特徴とする。
部材からなる摺動部材の組合せであって、前記第１部材
が、ＴｉＮ皮膜を摺動面に有し、前記第２部材が、重量
％でＣ０．２５〜２．２％、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖの一種
または二種以上を０．６〜９．０％含む鋼からなり、摺
動面の硬度がＨＶ（ビッカース硬さ）３３０〜６５０で
あることを特徴とする。
【０００９】上記硬度ＨＶ３３０〜６５０の第２部材の
摺動面に、さらに、初期なじみ性等を目的として短時間
で摩耗する軟質皮膜を被覆してもよい。軟質皮膜として
はリン酸塩皮膜、あるいは固体潤滑材を含有する耐熱性
樹脂皮膜が使用される。軟質皮膜の厚さは０．５〜５．
０μｍの範囲でよい。
摺動面に、さらに、初期なじみ性等を目的として短時間
で摩耗する軟質皮膜を被覆してもよい。軟質皮膜として
はリン酸塩皮膜、あるいは固体潤滑材を含有する耐熱性
樹脂皮膜が使用される。軟質皮膜の厚さは０．５〜５．
０μｍの範囲でよい。
【００１０】ＴｉＮ皮膜の厚さは２〜２０μｍの範囲で
よい。
よい。
【００１１】また、ＴｉＮ皮膜の硬度は１８００〜３０
００の範囲がよい。
００の範囲がよい。
【００１２】
【作用】第２部材の炭化物生成元素（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｖ）の含有量は、０．６〜９．０％の範囲で、摩耗量が
少ない。
Ｖ）の含有量は、０．６〜９．０％の範囲で、摩耗量が
少ない。
【００１３】第２部材のＣ含有量は、０．２５％以上で
摩耗が少なく、２．２％より高いと塑性加工性が低下す
る。
摩耗が少なく、２．２％より高いと塑性加工性が低下す
る。
【００１４】第２部材の摺動面の硬度は、ＨＶ３３０以
上で摩耗が少なく、耐焼き付き性が優れる。硬度がＨＶ
６５０より高いと、機械加工性が低下するので不都合で
ある。
上で摩耗が少なく、耐焼き付き性が優れる。硬度がＨＶ
６５０より高いと、機械加工性が低下するので不都合で
ある。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の効果を確認した往復動摩耗試
験について説明する。表１と表２は第２部材の鋼組成を
示し、表３と表４は第２部材の熱処理条件と表面硬度を
示し、表５は第１部材の表面処理の条件を示す。
験について説明する。表１と表２は第２部材の鋼組成を
示し、表３と表４は第２部材の熱処理条件と表面硬度を
示し、表５は第１部材の表面処理の条件を示す。
【００１６】
【００１７】 注：比較例１は鋳鉄であり、他の成分はＰ０．２％、Ｓ
０．０３％、Ｃｕ０．４％である。
０．０３％、Ｃｕ０．４％である。
【００１８】
【００１９】 注：比較例１の硬度の単位はＨＲＢ（ロックウェル硬
さ）である。
さ）である。
【００２０】 注：ＰＶＤ法によるＣｒＮ皮膜とＴｉＮ皮膜の下地とし
て、予め試験片が窒化処理されて、窒化層（表面の硬く
て脆い層は研磨除去される。）が形成される。
て、予め試験片が窒化処理されて、窒化層（表面の硬く
て脆い層は研磨除去される。）が形成される。
【００２１】図２に往復動摩擦試験機の概略を示す。図
２において、１０は板状の試験片で、試験台１１上に載
置固定され、試験片１０の上面にピン状の試験片１２の
先端が油圧ユニット１３によって押接される。この状態
で、試験台１１がクランク機構１４により水平面内を往
復動されることにより摩耗試験が行われる。１５は油圧
荷重の表示計、１６は摩擦力を検出するロードセル、１
７は検出した摩擦力を記録する記録計である。
２において、１０は板状の試験片で、試験台１１上に載
置固定され、試験片１０の上面にピン状の試験片１２の
先端が油圧ユニット１３によって押接される。この状態
で、試験台１１がクランク機構１４により水平面内を往
復動されることにより摩耗試験が行われる。１５は油圧
荷重の表示計、１６は摩擦力を検出するロードセル、１
７は検出した摩擦力を記録する記録計である。
【００２２】本試験では、第１部材としてのピン状試験
片１２は、先端がＲ１８ｍｍの球状に加工されており、
材質はマルテンサイト系ステンレス鋼である。第２部材
としての板状試験片１０は寸法が１７×１４×７０（ｍ
ｍ）である。
片１２は、先端がＲ１８ｍｍの球状に加工されており、
材質はマルテンサイト系ステンレス鋼である。第２部材
としての板状試験片１０は寸法が１７×１４×７０（ｍ
ｍ）である。
【００２３】試験条件は表６に示す。
【００２４】
【００２５】以上の条件で往復動摩耗試験を行った後、
両試験片１０，１２の摩耗量を計測して、表７、表８、
表９および表１０に示す結果を得た。
両試験片１０，１２の摩耗量を計測して、表７、表８、
表９および表１０に示す結果を得た。
【００２６】
【００２７】
【００２８】 注：比較例１の硬度の単位はＨＲＢ（ロックウェル硬
さ）である。
さ）である。
【００２９】 注：比較例１の硬度の単位はＨＲＢ（ロックウェル硬
さ）である。
さ）である。
【００３０】本試験の結果は以下のように要約される。
【００３１】１．本発明の実施例は、比較例１（第１部
材の表面処理：硬質Ｃｒめっき、第２部材が鋳鉄。従来
のピストンリングとシリンダライナの組合せ）に比べ
て、摩耗量が少ない。
材の表面処理：硬質Ｃｒめっき、第２部材が鋳鉄。従来
のピストンリングとシリンダライナの組合せ）に比べ
て、摩耗量が少ない。
【００３２】２．比較例８（第１部材の表面処理：窒
化、第２部材：Ｃｒを多量に含んでいる鋼）は、本発明
の実施例および比較例１に比べて、耐焼き付き性が悪
い。
化、第２部材：Ｃｒを多量に含んでいる鋼）は、本発明
の実施例および比較例１に比べて、耐焼き付き性が悪
い。
【００３３】３．比較例４および５（第１部材の表面皮
膜：ＣｒＮ皮膜、ＴｉＮ皮膜、第２部材：Ｃｒを多量に
含んでいる鋼）は、本発明の実施例に比べて耐焼き付き
性が悪い。
膜：ＣｒＮ皮膜、ＴｉＮ皮膜、第２部材：Ｃｒを多量に
含んでいる鋼）は、本発明の実施例に比べて耐焼き付き
性が悪い。
【００３４】４．比較例２（第１部材の表面皮膜：Ｃｒ
Ｎ皮膜、ＴｉＮ皮膜、第２部材：Ｃ量が本発明の範囲
外）は、本発明の実施例に比べると、第２部材の摩耗量
が多い。
Ｎ皮膜、ＴｉＮ皮膜、第２部材：Ｃ量が本発明の範囲
外）は、本発明の実施例に比べると、第２部材の摩耗量
が多い。
【００３５】５．比較例３（第１部材の表面皮膜：Ｃｒ
Ｎ皮膜、ＴｉＮ皮膜、第２部材：炭化物生成元素の量が
本発明の範囲外）は、本発明の実施例に比べると、第２
部材の摩耗量が多い。
Ｎ皮膜、ＴｉＮ皮膜、第２部材：炭化物生成元素の量が
本発明の範囲外）は、本発明の実施例に比べると、第２
部材の摩耗量が多い。
【００３６】６．略同一の合金量の第２部材では、高炭
素鋼の方が優れている。
素鋼の方が優れている。
【００３７】７．同一材質の第２部材については、硬度
が上がると自身の耐摩耗性が向上する。
が上がると自身の耐摩耗性が向上する。
【００３８】８．第２部材が低硬度（比較例６および
７）では、第２部材の摩耗量が増加し、耐焼き付き性が
低下する。
７）では、第２部材の摩耗量が増加し、耐焼き付き性が
低下する。
【００３９】図１は本発明をピストンリングとシリンダ
ライナに適用した例を示す。図１（ａ）において、シリ
ンダライナ１がシリンダブロック２のボアに挿入固定さ
れ、シリンダライナ１にピストン３が挿入されている。
ピストン３に形成されているピストンリング溝４にはピ
ストンリング５が装着されており、シリンダライナ１の
内周面にピストンリング５の外周面が接触している。ピ
ストンリング５の材質は鋼、鋳鉄、チタン、あるいはチ
タン合金等で、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼が
使用される。
ライナに適用した例を示す。図１（ａ）において、シリ
ンダライナ１がシリンダブロック２のボアに挿入固定さ
れ、シリンダライナ１にピストン３が挿入されている。
ピストン３に形成されているピストンリング溝４にはピ
ストンリング５が装着されており、シリンダライナ１の
内周面にピストンリング５の外周面が接触している。ピ
ストンリング５の材質は鋼、鋳鉄、チタン、あるいはチ
タン合金等で、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼が
使用される。
【００４０】シリンダライナ１は例えば上記摩耗試験で
示した実施例１〜１２のいずれかに記載の鋼からなる。
示した実施例１〜１２のいずれかに記載の鋼からなる。
【００４１】ピストンリング５の外周面には、例えば上
記摩耗試験で示したＴｉＮ皮膜（膜厚：２〜２０μｍ）
の硬質皮膜６がＰＶＤ法によって被覆されている。な
お、硬質皮膜６の下地として、ピストンリング５には予
め窒化処理が施されて窒化層７（表面の硬くて脆い層は
研磨除去される。）が形成されている。
記摩耗試験で示したＴｉＮ皮膜（膜厚：２〜２０μｍ）
の硬質皮膜６がＰＶＤ法によって被覆されている。な
お、硬質皮膜６の下地として、ピストンリング５には予
め窒化処理が施されて窒化層７（表面の硬くて脆い層は
研磨除去される。）が形成されている。
【００４２】図１（ｂ）は図１（ａ）のものとは、シリ
ンダライナ１の内周面に初期なじみ性等を目的として短
時間で摩耗する薄い軟質皮膜８（膜厚：０．５〜５．０
μｍ）が被覆されている点で相違し、他の構成は同一で
ある。
ンダライナ１の内周面に初期なじみ性等を目的として短
時間で摩耗する薄い軟質皮膜８（膜厚：０．５〜５．０
μｍ）が被覆されている点で相違し、他の構成は同一で
ある。
【００４３】軟質皮膜８を形成する表面処理としては、
リン酸塩処理や、ＭｏＳ2 等の固体潤滑材を含有した四
ふっ化エチレン樹脂等の耐熱性樹脂被覆が使用される。
リン酸塩処理や、ＭｏＳ2 等の固体潤滑材を含有した四
ふっ化エチレン樹脂等の耐熱性樹脂被覆が使用される。
【００４４】なお、本発明は摺動部材の組合せとしてピ
ストンリングとシリンダライナの組合せに限ることはな
く、互いに摺動する他の摺動部材の組合せに適用するこ
とができることはいうまでもない。
ストンリングとシリンダライナの組合せに限ることはな
く、互いに摺動する他の摺動部材の組合せに適用するこ
とができることはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
方の摺動部材が鋼である、優れた摺動特性を発揮する摺
動部材の組合せを提供できる。
方の摺動部材が鋼である、優れた摺動特性を発揮する摺
動部材の組合せを提供できる。
【００４６】したがって、本発明をピストンリングとシ
リンダライナとに適用すれば、シリンダライナを鋼材で
形成できるため、シリンダライナを高強度で薄肉、軽
量、小型化でき、しかも所定の硬質皮膜を被覆したピス
トンリングとの組合せによって耐摩耗性、耐焼き付き性
等の摺動特性は優れたものとなる。
リンダライナとに適用すれば、シリンダライナを鋼材で
形成できるため、シリンダライナを高強度で薄肉、軽
量、小型化でき、しかも所定の硬質皮膜を被覆したピス
トンリングとの組合せによって耐摩耗性、耐焼き付き性
等の摺動特性は優れたものとなる。
【図１】本発明をピストンリングとシリンダライナに適
用した例を示し、（ａ）、（ｂ）ともエンジンのピスト
ン部分の一部分を示す縦断面図である。
用した例を示し、（ａ）、（ｂ）ともエンジンのピスト
ン部分の一部分を示す縦断面図である。
【図２】往復動摩擦試験機の概略を示す図である。
１ シリンダライナ ２ シリンダブロック ３ ピストン ４ ピストンリング溝 ５ ピストンリング ６ 硬質皮膜 ７ 窒化層 ８ 軟質皮膜 １０、１２ 試験片 １１ 試験台 １３ 油圧ユニット １４ クランク機構 １５ 油圧荷重表示計 １６ ロードセル １７ 記録計
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−180608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−221583（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−159449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−57868（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02F 5/00 C22C 38/00 301 F02F 1/00 F16J 9/26 F16J 10/04
Claims (6)
- 【請求項１】 互いに摺動する第１部材と第２部材から
なる摺動部材の組合せであって、 前記第１部材が、ＴｉＮ皮膜を摺動面に有し、 前記第２部材が、重量％でＣ０．２５〜２．２％、Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖの一種または二種以上を０．６〜９．
０％含む鋼からなり、摺動面の硬度がＨＶ３３０〜６５
０であることを特徴とする摺動部材の組合せ。 - 【請求項２】 前記硬度ＨＶ３３０〜６５０の第２部材
の摺動面に、さらに、軟質皮膜が被覆されていることを
特徴とする請求項１記載の摺動部材の組合せ。 - 【請求項３】 前記軟質皮膜がリン酸塩皮膜、あるいは
固体潤滑材を含有する樹脂皮膜であることを特徴とする
請求項２記載の摺動部材の組合せ。 - 【請求項４】 前記軟質皮膜の厚さが０．５〜５．０μ
ｍであることを特徴とする請求項２または３記載の摺動
部材の組合せ。 - 【請求項５】 前記ＴｉＮ皮膜の厚さが２〜２０μｍ、
硬度がＨＶ１８００〜３０００であることを特徴とする
請求項１、２、３または４記載の摺動部材の組合せ。 - 【請求項６】 前記第１部材がピストンリングであり、
第２部材がシリンダライナであることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の摺動部材の組合せ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35010693A JP3335744B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 摺動部材の組合せ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35010693A JP3335744B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 摺動部材の組合せ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07197850A JPH07197850A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3335744B2 true JP3335744B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=18408278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35010693A Expired - Fee Related JP3335744B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 摺動部材の組合せ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3335744B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5155706B2 (ja) | 2008-03-19 | 2013-03-06 | 三菱重工業株式会社 | 部材の補修方法 |
| JP5455149B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2014-03-26 | 日産自動車株式会社 | 鉄系溶射被膜 |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP35010693A patent/JP3335744B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07197850A (ja) | 1995-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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