JP4836935B2 - ピストンリング - Google Patents

Description

本発明は、接触面および上側と下側の側面を少なくとも含むピストンリングに関する。

特許文献１では、断面が矩形状のピストンリングが用いられており、このピストンリングは、熱溶射されたモリブデンを主体とする被覆層を接触面上に有している。このピストンリングの側面は、クロムを主体とする保護層を備えている。

特許文献２には、被覆されたピストンリングとその製造方法が記載されている。特許文献２に記載された接触面被覆層の表面品質を用途に十分なように考慮することができるとしても、前述の特許文献２に記載されたピストンリングを、大きな負荷がかかるエンジンに組み込むことはできない。これは、ピストンリングの側面も強い摩損を受け、したがって耐用期間がより短いためである。
特開昭５７−０４６０４８号公報 独国特許出願公開第１９７２０６２７号明細書

特許文献１に、矩形のリングの場合に側面領域をクロムめっきすることが既に開示されているとしても、この問題の解決策を、接触面の熱溶射被覆層に接続している、台形状に形成された側面に適用するのは容易ではない。これは、主として、酸性のクロム電解液が接触面の被覆層内に浸入し、接触面被覆層の破損／溶解が起こる場合があるためである。したがって、この場合、他の取り扱いが必要となる。

本発明の目的は、耐用期間が長く、大きな負荷がかかるエンジンにも組み込むことができるようにピストンリングを改良することにある。これを、特に、少なくとも側面の領域で少なくとも部分的に台形状に形成されたピストンリングの場合にも行うことができる必要がある。さらに、このようなピストンリングを形成する製造方法であって、それによって、このようなピストンリングを、簡単に、かつ低コストで形成できる製造方法を提供する必要がある。

この目的は、接触面および上側と下側の側面を少なくとも含み、接触面が、いわゆる高速酸素燃料溶射法（ＨＶＯＦ:High-Velocity-Oxy-Fuel）にしたがって形成され、表面粗さがＲｋ＜０．１２μｍである被覆層を有する、ピストンリングによって達成される。

本発明のピストンリングの好ましい他の構成が従属請求項から得られる。ピストンリングは、標準的な矩形断面を有することができるが、それとは異なることもでき、例えば、側面領域を台形状に形成することもできる。

このようなピストンリングの製造方法は、複数のピストンリングのブランクを一まとめに挟み込んで固定し、いわゆるＨＶＯＦ法にしたがって複数のピストンリングのブランクの接触面に熱溶射被覆層を形成し、ピストンリングを１つ１つに分離し、その少なくとも１つの側面の領域を、必要に応じて台形に加工し、続いて台形状の側面領域に電気めっきによる保護層を形成することを特徴としている。

本発明による方法の有利な他の実施態様が、方法についての従属請求項から得られる。

ピストンシリンダの接触面は、必要に応じて、凹部を有することができ、または、リングの外周の全面に溶射することによって接触面を円筒形状に形成することができる。

多孔率を、好ましくは５％未満、特に３％未満と、非常に小さく調整することによって、電気めっきの電解液が接触面層内に浸入するのが確実に抑制され、したがって、この場合、本発明によるピストンリングの接触面被覆層には、ＨＶＯＦ法を安全に用いることができる。表面粗さを、Ｒｋ＜０．１２μｍと同様に小さくすることによって、電解液が接触面層の表面の毛細管内に入り込み、接触面被覆層が表面近傍で損傷するのが防止される。

多孔率と表面粗さを上述のように小さい値にすることと関連して、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、または同様の炭化物材料を用いたＨＶＯＦ法を用いることによって、特に耐久性の高い接触面被覆層を得ることができる。

その後のピストンリング側面の処理は通常通り行われるが、もはやそうである必要はなく、すなわち、硬いクロム側面に対して、費用のかかる後処理はもはや必要ない。ピストンリングを必要に応じて鋼または鋳造物から形成することができ、クロム層は側面上に一様な厚さに形成され、より厳密には、クロム層の厚さは１から２０μｍの間であり、特に５から１０μｍである。

図に示す実施形態に基づいて本発明を以下に説明する。

図１〜３は、接触面２と側面領域３，４をそれぞれ含むピストンリング１を示しており、この際、側面領域３，４を互いに異なる構成とすることができる。

図１および３では、互いに平行に延びる平坦な領域５，６が側面に設けられており、これらの領域５，６は、続いて台形状に形成された領域７，８に移行している。

図２は、接触面２に直ぐに続いている、台形状に形成された領域９，１０を示している。

図１および３に示す複数のピストンリング１を、特許文献１に記載されているのと同様に挟み込んで固定し、ＨＶＯＦ法にしたがって、例えばＷＣ、ＴｉＣ、またはＣｒＣを主体とする熱溶射被覆層１１を形成することができ、一方、図２に示すピストンリング１は、最初に、矩形のリングとして形成され、熱溶射被覆層１１を形成される。この場合、後から行われる被覆を、台形状への加工の後に行う必要がある。

少なくとも台形状に形成された領域７，８，９，１０に、ＨＶＯＦ接触面被覆層、すなわち熱溶射被覆層１１の形成の後、電気めっきによる均一な厚さのクロム層１２，１３が形成され、この際、クロム層厚は、この例では、５μｍとする必要がある。

図１〜３では、接触面２は円筒形であるが、図３では、さらに、熱溶射被覆層によって満たされた凹部２‘が接触面２に設けられている。

全ての例において、接触面の熱溶射被覆層１１は、多孔率が３％で、軸方向に測った表面粗さＲｋが０．１０μｍに形成されており、その結果、クロム層１２，１３を側面領域３，４上に堆積させる時に、電気めっきの電解液が熱溶射被覆層１１内に浸入するのが抑制される。

図４は、図１〜３に記載したのと同様に、接触面２および上側と下側の側面領域３，４を有するピストンリング１‘を示している。接触面２は、ＨＶＯＦ法にしたがって、例えばＴｉＣを主体とする熱溶射被覆層１１で被覆されている。ピストンリング１‘は矩形の断面形状を有している。側面領域３，４は、電気めっきされたクロム層１２，１３を有している。

接触面が被覆された台形状のピストンリングの実施形態を示す図である。 接触面が被覆された台形状のピストンリングの実施形態を示す図である。 接触面が被覆された台形状のピストンリングの実施形態を示す図である。 接触面が被覆され矩形状の断面を有するピストンリングを示す図である。

Claims (9)

1. 接触面（２）と、上側および下側の側面（３，４）とを少なくとも含み、
   前記両側面（３，４）の領域の少なくとも一方が、少なくとも部分的に台形状に形成されているとともに、前記側面の、少なくとも台形状に形成された領域（７，８，９，１０）には、電気めっきされた保護層（１２，１３）が設けられ、
   前記接触面（２）は、いわゆる高速酸素燃料溶射法（ＨＶＯＦ）にしたがって形成された被覆層（１１）を有し、該被覆層（１１）は、多孔率が５％未満であるとともに、軸方向および周方向に測った表面粗さがＲｋ＜０．１２μｍである、ピストンリング。
2. 前記被覆層（１１）は、Ｒｋ＜０．１０μｍ、特にＲｋ＜０．０８μｍの表面粗さを有することを特徴とする、請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記被覆層（１１）は炭化物材料を主体として構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のピストンリング。
4. 前記被覆層（１１）は、ＷＣおよび／またはＴｉＣおよび／またはＣｒＣを主体として構成されていることを特徴とする、請求項１または３に記載のピストンリング。
5. 前記電気めっきされた保護層（１２，１３）がクロムを主体として構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のピストンリング。
6. 前記クロム層（１２，１３）の層厚が１から２０μｍの間であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のピストンリング。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のピストンリングを製造する方法において、
   複数の前記ピストンリングのブランクを一まとめに挟み込んで固定し、複数の前記ピストンリングのブランクの前記接触面（２）に、いわゆるＨＶＯＦ法にしたがって熱溶射による前記被覆層（１１）を形成し、複数の前記ピストンリングを１つ１つに分離し、該ピストンリングの、少なくとも１つの前記側面（３，４）の領域を、必要に応じて台形状に加工し、続いて前記側面の、少なくとも台形状に形成された領域（７，８，９，１０）に電気めっきによる保護層（１２，１３）を形成することを特徴とする、
   ピストンリングを製造する方法。
8. 前記被覆層（１１）の形成時に、該被覆層（１１）の多孔率を５％未満、軸方向に測った表面粗さをＲｋ＜０．１０μｍに調整することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記側面の、台形状に形成された各領域（７，８，９，１０）に、１から２０μｍの層厚の、均一な厚さのクロム層（１２，１３）を形成することを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。

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