JPH02134467A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JPH02134467A JPH02134467A JP28495488A JP28495488A JPH02134467A JP H02134467 A JPH02134467 A JP H02134467A JP 28495488 A JP28495488 A JP 28495488A JP 28495488 A JP28495488 A JP 28495488A JP H02134467 A JPH02134467 A JP H02134467A
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は耐摩耗性、耐焼付性に優れ、且つ相手材攻撃性
の低い皮膜を形成した内燃機関用ピストンリングに関す
る。
の低い皮膜を形成した内燃機関用ピストンリングに関す
る。
従来、ピストンリングの摺動外周面の表面処理としては
、硬質クロムめっきが主に使用されている。硬質クロム
めっきを被覆したピストンリングは、自身の耐摩耗性に
優れ、相手シリンダの摩耗も少ないことから、長い間ピ
ストンリングの表面処理の主流をなしてきた。
、硬質クロムめっきが主に使用されている。硬質クロム
めっきを被覆したピストンリングは、自身の耐摩耗性に
優れ、相手シリンダの摩耗も少ないことから、長い間ピ
ストンリングの表面処理の主流をなしてきた。
しかしながら、近年エンジンの高出力化、高回転化に伴
い、ピストンリングが晒される環境は益々苛酷になって
おり、このような環境下では従来の硬質クロムめっきで
は対処できなくなりつつあり、−層強力な耐摩耗性能及
び耐焼付性能を持つピストンリングが要求されるように
なってきた。
い、ピストンリングが晒される環境は益々苛酷になって
おり、このような環境下では従来の硬質クロムめっきで
は対処できなくなりつつあり、−層強力な耐摩耗性能及
び耐焼付性能を持つピストンリングが要求されるように
なってきた。
かかる状況に対処するため、Ｆｅ−Ｃｒ系プラズマ溶射
ピストンリング、ステンレス製窒化処理ピストンリング
、セラミック系粉末複合めっきピストンリング等が開発
され、一部のエンジンで保用されている。
ピストンリング、ステンレス製窒化処理ピストンリング
、セラミック系粉末複合めっきピストンリング等が開発
され、一部のエンジンで保用されている。
これらの技術によれば、耐摩耗性及び耐焼付性の点で、
従来技術による硬質クロムめっきに比し、はるかに改善
されたが、次のような不具合が見出されている。
従来技術による硬質クロムめっきに比し、はるかに改善
されたが、次のような不具合が見出されている。
Ｆｅ−Ｃｒ系プラズマ溶射ピストンリングは、優れた耐
摩耗性及び耐焼付性を持つが、反面相手シリンダ材の摩
耗が多いという欠点があり、また腐食雰囲気下に晒され
ると、溶射層が母材より剥離しやすいという弱点をもつ
。
摩耗性及び耐焼付性を持つが、反面相手シリンダ材の摩
耗が多いという欠点があり、また腐食雰囲気下に晒され
ると、溶射層が母材より剥離しやすいという弱点をもつ
。
セラミック系粉末複合めっきピストンリングは、優れた
耐焼付性を持つものの、マトリックスの強度に問題があ
り、エンジン運転中においてめっきの割れ、剥離が発生
しやすいという欠点をもつ。
耐焼付性を持つものの、マトリックスの強度に問題があ
り、エンジン運転中においてめっきの割れ、剥離が発生
しやすいという欠点をもつ。
ステンレス製窒化処理ピストンリングは、優れた耐摩耗
性能を持ち、且つ相手材の摩耗も少ないという優れた摩
耗特性を持つものの、耐焼付性が低く、熱負荷の高いエ
ンジンでは使用できないという欠点をもつ、ステンレス
製窒化処理ピストンリングでは、かかる状況に対処する
ため、外周摺動面に更にイオンブレーティングにより所
定厚さを有するＴｉＮ皮膜を被覆する技術が開示されて
いる。しかし、ＴｉＮ皮膜は相手材へのなじみ性が悪く
、且つ表面粗さが０．６μｍより大きくなると、相手材
攻撃性が急激に高くなることが判明している。
性能を持ち、且つ相手材の摩耗も少ないという優れた摩
耗特性を持つものの、耐焼付性が低く、熱負荷の高いエ
ンジンでは使用できないという欠点をもつ、ステンレス
製窒化処理ピストンリングでは、かかる状況に対処する
ため、外周摺動面に更にイオンブレーティングにより所
定厚さを有するＴｉＮ皮膜を被覆する技術が開示されて
いる。しかし、ＴｉＮ皮膜は相手材へのなじみ性が悪く
、且つ表面粗さが０．６μｍより大きくなると、相手材
攻撃性が急激に高くなることが判明している。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、充分な
耐摩耗性、耐焼付性を存し、相手材攻撃性の低いピスト
ンリングを提供することを目的とする。
耐摩耗性、耐焼付性を存し、相手材攻撃性の低いピスト
ンリングを提供することを目的とする。
本発明のピストンリングは、少なくとも摺動外周面に窒
化珪素（Ｓ ｉ ｘＮｖ ）皮膜を形成したことを特徴
とする。そして、少なくとも摺動外周面に窒化層を形成
し、且つこの窒化層の表面酸化層及び白眉を除去した層
上に窒化珪素皮膜を形成するのが好ましい、′ｆ、た、
少なくとも摺動外周面にクロムめっきを施し、このクロ
ムめっき上に窒化珪素皮膜を形成するのも好ましい、ま
た、以上の窒化珪素皮膜の厚さは１〜３０．ｕｍｓ硬さ
はＨｖ１５００〜２５００であることが好ましい。
化珪素（Ｓ ｉ ｘＮｖ ）皮膜を形成したことを特徴
とする。そして、少なくとも摺動外周面に窒化層を形成
し、且つこの窒化層の表面酸化層及び白眉を除去した層
上に窒化珪素皮膜を形成するのが好ましい、′ｆ、た、
少なくとも摺動外周面にクロムめっきを施し、このクロ
ムめっき上に窒化珪素皮膜を形成するのも好ましい、ま
た、以上の窒化珪素皮膜の厚さは１〜３０．ｕｍｓ硬さ
はＨｖ１５００〜２５００であることが好ましい。
そして、窒化珪素皮膜の被覆はプラズマＣＶＤ法による
のが好ましい。
のが好ましい。
そしてピストンリング表面に、本発明の皮膜を被覆する
場合は６００℃以下、好ましくは３５０℃以下で処理す
るのが好ましい、第１図に、窒化処理層及びクロムめっ
き層の加熱（各温度に１時間保持）による硬さの変化を
示す特性曲線図を示す。図中、窒化処理層はマルテンサ
イト系１７Ｃ「ステンレス製ピストンリング母材に窒化
処理を施し、表面の酸化層及び白層を除去したものであ
り、クロムめっき層はｓ罰５ｃ−ｖのピストンリング母
材の外周にクロムめっきを施したものである。
場合は６００℃以下、好ましくは３５０℃以下で処理す
るのが好ましい、第１図に、窒化処理層及びクロムめっ
き層の加熱（各温度に１時間保持）による硬さの変化を
示す特性曲線図を示す。図中、窒化処理層はマルテンサ
イト系１７Ｃ「ステンレス製ピストンリング母材に窒化
処理を施し、表面の酸化層及び白層を除去したものであ
り、クロムめっき層はｓ罰５ｃ−ｖのピストンリング母
材の外周にクロムめっきを施したものである。
第１図より、窒化処理層は、５００℃以下の加熱では硬
さの低下はほとんどみられない、また、クロムめっき眉
は３５０℃以下の加熱では硬さの低下はほとんどみられ
ない。
さの低下はほとんどみられない、また、クロムめっき眉
は３５０℃以下の加熱では硬さの低下はほとんどみられ
ない。
窒化珪素皮膜は、イオンブレーティング法によるＴｉＣ
皮膜及びＴｉＮ皮膜と同等の耐摩耗性を有し、且つＴ
ｉ Ｃ皮膜及びＴ ｉ Ｎ皮膜よりも優れた耐焼付性を
持つ、また、自身の表面粗さが大きくても、相手材攻撃
性が低いという特徴がある。
皮膜及びＴｉＮ皮膜と同等の耐摩耗性を有し、且つＴ
ｉ Ｃ皮膜及びＴ ｉ Ｎ皮膜よりも優れた耐焼付性を
持つ、また、自身の表面粗さが大きくても、相手材攻撃
性が低いという特徴がある。
また、イオンブレーティング皮膜は母材との間に拡散層
を持たないため、密着強度が低いという欠点がある。こ
れに比べ、プラズマＣＶＤ皮膜は皮膜と母材との間に拡
散層を形成し、優れた密着強度を有する。
を持たないため、密着強度が低いという欠点がある。こ
れに比べ、プラズマＣＶＤ皮膜は皮膜と母材との間に拡
散層を形成し、優れた密着強度を有する。
また、窒化珪素の被覆をプラズマＣＶＤで行うのは、ピ
ストンリング製造上、変形を防止する上からピストンリ
ングの熱処理温度よりも低い温度で被覆処理する必要が
あるからである。また、母材の耐摩耗性能を損なうこと
のないような温度で処理する必要があるためである。
ストンリング製造上、変形を防止する上からピストンリ
ングの熱処理温度よりも低い温度で被覆処理する必要が
あるからである。また、母材の耐摩耗性能を損なうこと
のないような温度で処理する必要があるためである。
〔実施例−１〕
第２図は、試験に使用した往復動摩擦試験機の概要を示
す。
す。
第２図において、ピストンリングに相当する上試験片１
は、上試験片固定ブロック２により保持され、上方から
油圧シリンダ３により下向きの荷重が加えられる。一方
、シリンダに相当する相手部材たる下試験片４は可動ブ
ロック５により保持され、図示の如きクランク機構６に
より矢印方向に往復動せしめられる。また、７はロード
セルである。第２図に示す摩擦試験機は公知であり、ま
たその構成自体は本発明とは直接関係ないので、詳しい
説明は省略する。
は、上試験片固定ブロック２により保持され、上方から
油圧シリンダ３により下向きの荷重が加えられる。一方
、シリンダに相当する相手部材たる下試験片４は可動ブ
ロック５により保持され、図示の如きクランク機構６に
より矢印方向に往復動せしめられる。また、７はロード
セルである。第２図に示す摩擦試験機は公知であり、ま
たその構成自体は本発明とは直接関係ないので、詳しい
説明は省略する。
上試験片１の摩耗量は第３図（Ａ）に示す如く、上試験
片ｌの試験前形状８と試験後形状９を測定し、その差を
測定することにより算出する。下試験片４の摩耗量は第
３図（Ｂ）に示す如く、離間する３ケ所ａ、ｂ、ｃの凹
み量を測定し、その平均値で示す。
片ｌの試験前形状８と試験後形状９を測定し、その差を
測定することにより算出する。下試験片４の摩耗量は第
３図（Ｂ）に示す如く、離間する３ケ所ａ、ｂ、ｃの凹
み量を測定し、その平均値で示す。
試験条件は以下の通りである。
１、供試試料
Ａ、下試験片４ニジリンダブロック用鋳鉄製（ＦＣ２５
相当材）平板（寸法：長さＴｏｎｍ、幅１７ｍｍ、厚さ
１４ｍｍ）の試験面をパフ研磨し、面粗さを０．１μｍ
以下にしたもの。なお、硬さはＨ，Ｂ ９０である。
相当材）平板（寸法：長さＴｏｎｍ、幅１７ｍｍ、厚さ
１４ｍｍ）の試験面をパフ研磨し、面粗さを０．１μｍ
以下にしたもの。なお、硬さはＨ，Ｂ ９０である。
Ｂ、上試験片ｌ：ピストンリング用捧（寸法：直径８ｍ
ｍ、長さ２３ｍｍ）の端面を１８ｍｍＲの球面仕上げし
たもの、ただし、この鋼棒はマルテンサイト系１７Ｃｒ
ステンレス材であり、この鋼棒を母材として以下の表面
処理を施した試料を調整した。
ｍ、長さ２３ｍｍ）の端面を１８ｍｍＲの球面仕上げし
たもの、ただし、この鋼棒はマルテンサイト系１７Ｃｒ
ステンレス材であり、この鋼棒を母材として以下の表面
処理を施した試料を調整した。
試料１． （従来技術）−硬質クロムめっきを上試験片
ｌ端面に厚さ８０μｍ付けたも の、なお、めっき硬さはｏｖ９００で 、１８ｍｍＲの球面加工後ハフ研磨仕 上げしたものである。
ｌ端面に厚さ８０μｍ付けたも の、なお、めっき硬さはｏｖ９００で 、１８ｍｍＲの球面加工後ハフ研磨仕 上げしたものである。
試料２． （従来技術）−上試験片１端面を１８、ｍｍ
Ｒの球面加工後ガス窒化処理し、再度１ｇｍｍＲの球面
加工により表面 の酸化層及び白層を取り除き、パフ研 磨仕上げしたものである。なお、窒化 層の厚さは９０μｍで、硬さはＨｖ１ ２００である。
Ｒの球面加工後ガス窒化処理し、再度１ｇｍｍＲの球面
加工により表面 の酸化層及び白層を取り除き、パフ研 磨仕上げしたものである。なお、窒化 層の厚さは９０μｍで、硬さはＨｖ１ ２００である。
試料３． （従来技術）−上試験片１端面に高クロム高
炭素鉄系粉末をプラズマ溶射し 、１８ｍｍＲの球面加工後パフ研磨仕 上げしたものである。なお、溶射層の 厚さは７０μｍで、硬さはＨ□、、。
炭素鉄系粉末をプラズマ溶射し 、１８ｍｍＲの球面加工後パフ研磨仕 上げしたものである。なお、溶射層の 厚さは７０μｍで、硬さはＨ□、、。
６００である。
試料４． （従来技術）−上試験片ｌ端面を１８ｍｍＲ
の球面加工後ガス窒化処理し、 再度１８ｍｍＲの球面加工により表面 の酸化層及び白眉を取り除き、パフ研 磨後イオンブレーティングにより、Ｔ ｉＮを被覆したもの、なお、窒化層の 厚さは９０．ｃａｍ、硬さはＨ，１２００で、ＴｉＮ皮
膜の硬さはＨｖ２２００ 、厚さは２μｍである。
の球面加工後ガス窒化処理し、 再度１８ｍｍＲの球面加工により表面 の酸化層及び白眉を取り除き、パフ研 磨後イオンブレーティングにより、Ｔ ｉＮを被覆したもの、なお、窒化層の 厚さは９０．ｃａｍ、硬さはＨ，１２００で、ＴｉＮ皮
膜の硬さはＨｖ２２００ 、厚さは２μｍである。
試料５．（従来技術）−上試験片ｌ端面を１８ｍ ｍ
Ｒの球面加工後ガス窒化処理し、再度１８ｍｍＲの球面
加工により表面 の酸化層及び白眉を取り除き、パフ研 磨後イオンブレーティングにより、Ｔ ｉＣを被覆したもの、なお、窒化層の 厚さは９０μｍ、硬さはＨｖｌ ２００で、ＴｉＣ皮膜
の硬さはＨＶ２８００ 、厚さは２μｍである。
Ｒの球面加工後ガス窒化処理し、再度１８ｍｍＲの球面
加工により表面 の酸化層及び白眉を取り除き、パフ研 磨後イオンブレーティングにより、Ｔ ｉＣを被覆したもの、なお、窒化層の 厚さは９０μｍ、硬さはＨｖｌ ２００で、ＴｉＣ皮膜
の硬さはＨＶ２８００ 、厚さは２μｍである。
試料６．（本発明）−上試験片ｌ端面を１８ｍｍＲの球
面加工後ガス窒化処理し、再 度１８ｍｍＨの球面加工により表面の 酸化層及び白層を取り除き、パフ研磨 後プラズマＣＶＤにより、窒化珪素 （ＳＩｔＮｖ ）皮膜を被覆したもの。
面加工後ガス窒化処理し、再 度１８ｍｍＨの球面加工により表面の 酸化層及び白層を取り除き、パフ研磨 後プラズマＣＶＤにより、窒化珪素 （ＳＩｔＮｖ ）皮膜を被覆したもの。
なお、窒化層の厚さは９０μｍ、硬さ
は１１９１２００で、窒化珪素皮膜の硬さはＨＶ１７５
０で、厚さは３．ｃａｍである。
０で、厚さは３．ｃａｍである。
２、窒化珪素−プラズマＣＶＤ皮膜の製造方法。
使用装置：プラズマＣＶＤ装置
処理条件：■真空用き−Ｉ Ｘ １０−ｈＴｏｒｒ■ガ
ス系パージ−（Ｓ １ｘＮｖ ） キャリアーガスＨ，を４人し、 ３゜ 次に反応ガスであるＳｉＨ４゜ Ｎ２を導入する。
ス系パージ−（Ｓ １ｘＮｖ ） キャリアーガスＨ，を４人し、 ３゜ 次に反応ガスであるＳｉＨ４゜ Ｎ２を導入する。
■ヒーター加熱−−−２２０℃
■ゼい膜−−ＲＦ電源ｓｏｏｗ
（プラズマ生成）
炉内圧 ０−１０ Ｔｏｒｒ
■冷却
■真空槽を大気状態にする。
ワーク取り出し。
摩耗試験条件
試験装置：往復動摩擦試験機（第２図参照）試験条件：
ならし２Ｋｇｆ Ｘ １００ｃｐＩＩＩＸ ５ａ＋ｉ本
試験１０Ｋｇｆ ｘ６００ｃｐｓ＋ ｘ５１（ｒ （いずれもストロークは５０ｍｍ） 潤滑油Ｊ １３２号軽油（ミスト状 吹き付け３ｃｃ／ｍ１ｎ） 試験結果：第４図に示すように、本発明皮膜はＴｉＮ、
ＴｉＣ皮膜と同等の耐 摩耗性を示し、相手材の摩耗は従 来技術の表面処理皮膜に比べて最 も少ない結果を示した。
ならし２Ｋｇｆ Ｘ １００ｃｐＩＩＩＸ ５ａ＋ｉ本
試験１０Ｋｇｆ ｘ６００ｃｐｓ＋ ｘ５１（ｒ （いずれもストロークは５０ｍｍ） 潤滑油Ｊ １３２号軽油（ミスト状 吹き付け３ｃｃ／ｍ１ｎ） 試験結果：第４図に示すように、本発明皮膜はＴｉＮ、
ＴｉＣ皮膜と同等の耐 摩耗性を示し、相手材の摩耗は従 来技術の表面処理皮膜に比べて最 も少ない結果を示した。
〔実施例−２〕
１、供試試料
Ａ、下試験片４：ピストンリング用母材であるマルテン
サイト系１７Ｃｒステンレス製平板で、寸法は実施例−
１のものと同じである。
サイト系１７Ｃｒステンレス製平板で、寸法は実施例−
１のものと同じである。
この平板を母材として以下の表面処理を施した試料を調
整した。なお、ＰＶＤ処理試料及びＣＶＤ処理試料の母
材については処理前に所定の表面粗さに調整し、処理し
た。他のものについては、表面処理を施したのち所定の
表面粗さに１１整した。
整した。なお、ＰＶＤ処理試料及びＣＶＤ処理試料の母
材については処理前に所定の表面粗さに調整し、処理し
た。他のものについては、表面処理を施したのち所定の
表面粗さに１１整した。
試料１． （従来技術）−硬質クロムめっきを下試験片
４表面に５０μｍ付けたもの。
４表面に５０μｍ付けたもの。
めっき硬さはＨｖ９００である。
試料２．（従来技術）−下試験片４をガス窒化処理した
のち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整したもの、窒化層の 厚さは７０μｍ１硬さはＨｖｌ ２２０である。
のち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整したもの、窒化層の 厚さは７０μｍ１硬さはＨｖｌ ２２０である。
試料３． （従来技術）−下試験片４をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白眉 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりＴｉＮを被覆したもの。
たのち、表面の酸化層及び白眉 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりＴｉＮを被覆したもの。
ＴｉＮ皮膜の１￥さは３μｍで、硬さはＨ，２４８Ｑで
ある。
ある。
試料４． （従来技術）−下試験片４をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さにコｊ４整し、イオンブレーティングにより
ＴｉＣを被覆したもの。
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さにコｊ４整し、イオンブレーティングにより
ＴｉＣを被覆したもの。
ＴｉＣ皮膜の厚さは３μｍで、硬さは
ＨＶ２９５ Ｑである。
試料５． （本発明）−下試験片４をガス窒化処理した
のち、表面の酸化層及び白眉を 取り除き、エメリーペーパーで所定の 表面粗さに＃Ａ整し、プラズマＣＶＤにより窒化珪素皮
膜を被覆したもの。窒 化珪素皮膜の厚さは３μｍで、硬さは Ｈ，１７５０である。
のち、表面の酸化層及び白眉を 取り除き、エメリーペーパーで所定の 表面粗さに＃Ａ整し、プラズマＣＶＤにより窒化珪素皮
膜を被覆したもの。窒 化珪素皮膜の厚さは３μｍで、硬さは Ｈ，１７５０である。
Ｂ、上試験片ｌ：シリンダライチ用母材である鋳鉄材Ｆ
Ｃ２５で直径８ｍｍ、長さ２３ｍｍの丸棒をつくり、端
面を１８ｍｍＲの球面仕上げをし、パフ研磨仕上げした
もの。
Ｃ２５で直径８ｍｍ、長さ２３ｍｍの丸棒をつくり、端
面を１８ｍｍＲの球面仕上げをし、パフ研磨仕上げした
もの。
２、窒化珪素−プラズマＣＶＤ皮膜の製造方法。
実施例−１と同じ。
３、摩耗試験条件
試験装置：往復動摩擦試験ａ（第２図参照）試験条件：
（無潤滑条件下） 本試験１０Ｋｇｆ ＸＸ１００ｃｐ ｘ２０ ｍｉｎゆ （潤滑条件下） ならし２にｇｆ Ｘ １００ｃｐｍ ｘ ５ｎ＋ｉｎ
舎 本試験１０Ｘｇｆ Ｘ６００ｃｐｍ ｘ５Ｑｍｉｎ。
（無潤滑条件下） 本試験１０Ｋｇｆ ＸＸ１００ｃｐ ｘ２０ ｍｉｎゆ （潤滑条件下） ならし２にｇｆ Ｘ １００ｃｐｍ ｘ ５ｎ＋ｉｎ
舎 本試験１０Ｘｇｆ Ｘ６００ｃｐｍ ｘ５Ｑｍｉｎ。
潤滑油ＳＡＥ＃１０、ミスト状吹
き付け３ｃｃ／ｍｉｎ。
試験結果：第５図、第６図に示すように、ＴｉＮ及びＴ
ｉＣ皮膜は表面粗さの 増大と共に急激に摩耗が増大する 。これに比べて本発明皮膜は表面 粗さが増大しても、摩耗の増加は ゆるやかであり、良好な摩耗特性 を示している。
ｉＣ皮膜は表面粗さの 増大と共に急激に摩耗が増大する 。これに比べて本発明皮膜は表面 粗さが増大しても、摩耗の増加は ゆるやかであり、良好な摩耗特性 を示している。
〔実施例−３〕
第７〜８図は、耐焼付試験に使用したピン・ディスク型
高面圧摩擦試験機の概要を示す。
高面圧摩擦試験機の概要を示す。
ステータ２０に取り外し可能に取り付けられた円板２１
（摺動相手部材）の中央には、裏側から注油孔２２を
通して潤滑油が注油される。また、ステータ２０は油圧
装置により所定圧力でロータ２３側に押し付けられ、圧
力Ｐが作用するようになっている。ステータ２０に相対
向してロータ２３が配され、咳ロータ２３は駆動装置に
よって所定速度で回転する。
（摺動相手部材）の中央には、裏側から注油孔２２を
通して潤滑油が注油される。また、ステータ２０は油圧
装置により所定圧力でロータ２３側に押し付けられ、圧
力Ｐが作用するようになっている。ステータ２０に相対
向してロータ２３が配され、咳ロータ２３は駆動装置に
よって所定速度で回転する。
ロータ２３の円板２１に対向する端面には試料保持具２
４が設けられていて、該試料保持具２４には同心円上に
等間隔をなして正方形の摺動面を有する４個の試験片２
５が取り付けられ、該摺動面が円板（ステータ）に対接
摺動する。
４が設けられていて、該試料保持具２４には同心円上に
等間隔をなして正方形の摺動面を有する４個の試験片２
５が取り付けられ、該摺動面が円板（ステータ）に対接
摺動する。
このような装置において、摺動面に所定量の給油をしな
がら、ロータ２３を回転させる。一定時間毎にステータ
２０に作用する圧力を段階的に増加させ、円板２１と試
験片２５との摺動により発生する摩擦力をトルクＴとし
てワイヤーを介してロードセル２６に作用させ、その変
化を動歪計２７で読み、記録計２８に記録させる。焼き
付き現象が発生するとトルクＴが急激に上昇する。した
がって、トルクＴが急激に上昇するときに摺動接触面に
作用している接触面圧を焼き付き発生面圧とし、この焼
き付き発生面圧の大小で焼き付き特性の良否を判定する
。
がら、ロータ２３を回転させる。一定時間毎にステータ
２０に作用する圧力を段階的に増加させ、円板２１と試
験片２５との摺動により発生する摩擦力をトルクＴとし
てワイヤーを介してロードセル２６に作用させ、その変
化を動歪計２７で読み、記録計２８に記録させる。焼き
付き現象が発生するとトルクＴが急激に上昇する。した
がって、トルクＴが急激に上昇するときに摺動接触面に
作用している接触面圧を焼き付き発生面圧とし、この焼
き付き発生面圧の大小で焼き付き特性の良否を判定する
。
試験条件は次の通りである。
摺動速度ｊ８ｍｍ／ｓｅｅ
潤滑油： ＳＡＥ＃３０モ一タオイル
潤滑油供給条件：３００ｃｃ／ｍｉｎ
潤滑油温度：８０℃
接触圧カニ２０Ｋｇ／Ｃｍ”から３分間経過毎に１０Ｋ
ｇ／Ｃｍ”ず つ上昇させる。
ｇ／Ｃｍ”ず つ上昇させる。
相手摺動部材（ステータ） ：鋳鉄材ＦＣ２５供試試料
： 試料１． （従来技術）−硬質クロムめっきを試験片
２５表面に５０μｍ付けたもの。
： 試料１． （従来技術）−硬質クロムめっきを試験片
２５表面に５０μｍ付けたもの。
めっき硬さはＨｖ９００である。
試料２． （従来技術）−試験片２５をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整したもの、窒化層の 厚さは７０μｍ１硬さはＨＶ１２２０ である。
たのち、表面の酸化層及び白層 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整したもの、窒化層の 厚さは７０μｍ１硬さはＨＶ１２２０ である。
試料３． （従来技術）−試験片２５をガス窒化処理し
たのち、表面の酸化層及び白眉 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりＴｉＮを被覆したもの。
たのち、表面の酸化層及び白眉 を取り除き、エメリーペーパーで所定 の表面粗さに調整し、イオンブレーテ ィングによりＴｉＮを被覆したもの。
ＴｉＮ皮膜の厚さは３μｍで、硬さは
Ｈｖ２４８０である。
試料４． （本発明）−試験片２５をガス窒化処理した
のち、表面の酸化層及び白層を 取り除き、エメリーペーパーで所定の 表面粗さに調整し、プラズマＣＶＤに より窒化珪素皮膜を被覆したもの。窒 化珪素皮膜の厚さは３μｍで、硬さは Ｈ，１７５０である。
のち、表面の酸化層及び白層を 取り除き、エメリーペーパーで所定の 表面粗さに調整し、プラズマＣＶＤに より窒化珪素皮膜を被覆したもの。窒 化珪素皮膜の厚さは３μｍで、硬さは Ｈ，１７５０である。
窒化珪素−プラズマＣＶＤ皮膜の製造方法は実施例１と
同じである。
同じである。
試験結果を第９図に示す。
第９図に示す如く、本発明皮膜は従来技ｆ＋ｉの表面処
理皮膜に比べ、良好な耐焼き付き性を示した。
理皮膜に比べ、良好な耐焼き付き性を示した。
（実施例−４）
第１圧力リングの外周摺動面に下記に示す表面処理を施
し、エンジンテストに供した。シリンダフロックの材質
はＦＣ２５相当材である。
し、エンジンテストに供した。シリンダフロックの材質
はＦＣ２５相当材である。
試料１． （従来技術）−ばね鋼（ＳＷＯ３Ｃ−Ｖ）
製ビストンリング母材の外周摺動面にクロ めっきしたもの。なお、クロムめっき の厚さは１５０μｍであり、硬さはＨ ｖ８９０である。
製ビストンリング母材の外周摺動面にクロ めっきしたもの。なお、クロムめっき の厚さは１５０μｍであり、硬さはＨ ｖ８９０である。
試料２． （従来技術）−マルテンサイト系１７Ｃ「ス
テンレス製ピストンリング母材 にガス窒化処理したのち、表面の酸化 層及び白層を取り除いたもの。なお、 外周摺動面の窒化層の厚さは９０μｍ であり、硬さはＨｖｌ ２００である。
テンレス製ピストンリング母材 にガス窒化処理したのち、表面の酸化 層及び白層を取り除いたもの。なお、 外周摺動面の窒化層の厚さは９０μｍ であり、硬さはＨｖｌ ２００である。
試料３． （従来技術）−マルテンサイト系１７Ｃｒス
テンレス製ピストンリング母材 にガス窒化処理したのち、表面の酸化 層及び白眉を取り除き、パフ研磨後イ オンブレーティングにより、ＴｉＮを 被覆したもの、なお、外周摺動面の窒 化層の厚さは９０μｍであり、硬さは １−（ｖ１２００である。この窒化層の表面に被覆した
ＴｉＮ皮膜の厚さは３μ ｍであり、硬さはＨｖ２２００である 試料４． （本発明）−マルテンサイト系１７Ｃｒステ
ンレス製ピストンリング母材に ガス窒化処理したのち、表面の酸化層 及び白眉を取り除き、パフ研磨後プラ ズマＣＶＤにより、窒化珪素皮膜を被 覆したもの、なお、外周摺動面の窒化 層の厚さは９０．１〕ｍであり、硬さはＨｖ１２００で
ある。この窒化層の表面 に被覆した窒化珪素皮膜の厚さは３μ ｍであり、硬さはＨ，１７５０である 試料５． （本発明）−ばねｍ （Ｓ罰ＳＣ−ν）製ピ
ストンリング母材の外周摺動面にクロム めっきし、その表面にプラズマＣＶＤ により、窒化珪素皮膜を被覆したもの 、なお、外周摺動面のクロムめっきの 厚さは１５０μｍであり、硬さはＨｗ ８９０である。このクロムめっきの表 面に被覆した窒化珪素皮膜の厚さは３ μｍであり、硬さはＨ，１７５０であ る。
テンレス製ピストンリング母材 にガス窒化処理したのち、表面の酸化 層及び白眉を取り除き、パフ研磨後イ オンブレーティングにより、ＴｉＮを 被覆したもの、なお、外周摺動面の窒 化層の厚さは９０μｍであり、硬さは １−（ｖ１２００である。この窒化層の表面に被覆した
ＴｉＮ皮膜の厚さは３μ ｍであり、硬さはＨｖ２２００である 試料４． （本発明）−マルテンサイト系１７Ｃｒステ
ンレス製ピストンリング母材に ガス窒化処理したのち、表面の酸化層 及び白眉を取り除き、パフ研磨後プラ ズマＣＶＤにより、窒化珪素皮膜を被 覆したもの、なお、外周摺動面の窒化 層の厚さは９０．１〕ｍであり、硬さはＨｖ１２００で
ある。この窒化層の表面 に被覆した窒化珪素皮膜の厚さは３μ ｍであり、硬さはＨ，１７５０である 試料５． （本発明）−ばねｍ （Ｓ罰ＳＣ−ν）製ピ
ストンリング母材の外周摺動面にクロム めっきし、その表面にプラズマＣＶＤ により、窒化珪素皮膜を被覆したもの 、なお、外周摺動面のクロムめっきの 厚さは１５０μｍであり、硬さはＨｗ ８９０である。このクロムめっきの表 面に被覆した窒化珪素皮膜の厚さは３ μｍであり、硬さはＨ，１７５０であ る。
試料６． （本発明）−マルテンサイト系１７Ｃｒステ
ンレス製ピストンリング母材の 外周摺動面にプラズマＣＶＤにより、 窒化珪素皮膜を被覆したもの、この窒 化珪素皮膜の厚さは５μｍであり、硬 さはＨ，１７５０である。
ンレス製ピストンリング母材の 外周摺動面にプラズマＣＶＤにより、 窒化珪素皮膜を被覆したもの、この窒 化珪素皮膜の厚さは５μｍであり、硬 さはＨ，１７５０である。
窒化珪素−プラズマＣＶＤ皮膜の製造方法は実施例１と
同じである。
同じである。
各試料１〜６の外周摺動面の表面粗さは全て０゜８μＲ
ｚである。
ｚである。
上記のピストンリングを排気ｆｉ２０００ｃｃ、水冷６
気筒の４サイクルガソリンエンジンに組み込み、加鉛ガ
ソリンを燃料として、回転数５２０Ｑｒｐｍ、水温１０
５℃、油温１２５℃、全負荷の条件で１００時間のベン
チテストを２回実施した。テスト後のピストンリング外
周摺動面の摩耗量及びシリンダ内周面のｆ！ｌ耗量（第
１圧力リング上死点位置の段付き摩耗量）を第１０図に
示す。
気筒の４サイクルガソリンエンジンに組み込み、加鉛ガ
ソリンを燃料として、回転数５２０Ｑｒｐｍ、水温１０
５℃、油温１２５℃、全負荷の条件で１００時間のベン
チテストを２回実施した。テスト後のピストンリング外
周摺動面の摩耗量及びシリンダ内周面のｆ！ｌ耗量（第
１圧力リング上死点位置の段付き摩耗量）を第１０図に
示す。
第１０図に示されるように、ピストンリングの外周摺動
面の摩耗量はクロムめっきビス斗ンリングが最も多く、
次いで窒化処理ピストンリングで、ＴｉＮ−ＰＶＤ処理
ピストンリング及び本発明のプラズマＣＶＤ処理ピスト
ンリングは摩耗量が非常に少ない、また、シリンダ内周
面の摩耗量はＴｉＮ−ＰＶＤ処理ピストンリングが最も
多く、次いで窒化処理ピストンリングで、クロムめっき
ピストンリング及び本発明のプラズマＣＶＤ処理ピスト
ンリングは摩耗量が非常に少ない、このように本発明品
は、従来品に比べて、ピストンリング自身の摩耗が少な
（、且つ相手材であるシリンダの摩耗も少ないものであ
る。
面の摩耗量はクロムめっきビス斗ンリングが最も多く、
次いで窒化処理ピストンリングで、ＴｉＮ−ＰＶＤ処理
ピストンリング及び本発明のプラズマＣＶＤ処理ピスト
ンリングは摩耗量が非常に少ない、また、シリンダ内周
面の摩耗量はＴｉＮ−ＰＶＤ処理ピストンリングが最も
多く、次いで窒化処理ピストンリングで、クロムめっき
ピストンリング及び本発明のプラズマＣＶＤ処理ピスト
ンリングは摩耗量が非常に少ない、このように本発明品
は、従来品に比べて、ピストンリング自身の摩耗が少な
（、且つ相手材であるシリンダの摩耗も少ないものであ
る。
〔実施例−５〕
第１１図は試験に用いた密着性試験装置の説明図である
。
。
スライド部３０の突出部と固定部３１の突出部間にピス
トンリング３２の合い口部を嵌め、固定部３１に螺着貫
通するロンド部材３３のハンドル３４を廻すことにより
、ロンド部材３３の先端を前進させてその先端でスライ
ド部３０を押してスライド部３０を移動させ、ピストン
リング３２の合い口部を拡開させる。そして、ピストン
リング３２の外周摺動面の皮膜が剥離するまでの拡げ量
を測定する。
トンリング３２の合い口部を嵌め、固定部３１に螺着貫
通するロンド部材３３のハンドル３４を廻すことにより
、ロンド部材３３の先端を前進させてその先端でスライ
ド部３０を押してスライド部３０を移動させ、ピストン
リング３２の合い口部を拡開させる。そして、ピストン
リング３２の外周摺動面の皮膜が剥離するまでの拡げ量
を測定する。
第１２図にプラズマＣＶＤ処理による窒化珪素皮膜を外
周摺動面に形成したピストンリングと、ＰＶＤ処理によ
るＴｉＮ皮膜を外周摺動面に形成したピストンリングに
ついて行った密着性試験の結果を示す、これに示される
ように、本発明のプラズマＣＶＤ皮膜はＰＶＤ皮膜に比
べ、優れた密着強度を有している。
周摺動面に形成したピストンリングと、ＰＶＤ処理によ
るＴｉＮ皮膜を外周摺動面に形成したピストンリングに
ついて行った密着性試験の結果を示す、これに示される
ように、本発明のプラズマＣＶＤ皮膜はＰＶＤ皮膜に比
べ、優れた密着強度を有している。
以上説明したように、本発明のピストンリングは耐摩耗
性、耐焼付性に優れ、且つ相手材攻撃性が低いという優
れた効果を有するものである。
性、耐焼付性に優れ、且つ相手材攻撃性が低いという優
れた効果を有するものである。
第１図は窒化処理層とクロムめっき層の温度による硬さ
の変化を示す図、第２図は往復動摩擦試験機の説明図、
第３図（Ａ）は上試験片の摩耗量算出説明図、第３図（
Ｂ）は下試験片の摩耗量算出説明図、第４図は実施例−
１の試験結果を示す図、第５図及び第６図は実施例−２
の試験結果を示す図（第５図は無潤滑下、第６図は潤滑
下の結果である）、第７図及び第８図はピン・ディスク
型高面圧摩擦試験機の説明図、第９図は実施例３の試験
結果を示す図、第１０図は実施例−４の試験結果を示す
図、第１１図は密着性試験装置の説明図、第１２図は実
施例−５の試験結果を示す図である。 特許出願人 帝国ピストンリング株式会社
の変化を示す図、第２図は往復動摩擦試験機の説明図、
第３図（Ａ）は上試験片の摩耗量算出説明図、第３図（
Ｂ）は下試験片の摩耗量算出説明図、第４図は実施例−
１の試験結果を示す図、第５図及び第６図は実施例−２
の試験結果を示す図（第５図は無潤滑下、第６図は潤滑
下の結果である）、第７図及び第８図はピン・ディスク
型高面圧摩擦試験機の説明図、第９図は実施例３の試験
結果を示す図、第１０図は実施例−４の試験結果を示す
図、第１１図は密着性試験装置の説明図、第１２図は実
施例−５の試験結果を示す図である。 特許出願人 帝国ピストンリング株式会社
Claims (5)
- （１）少なくとも摺動外周面に窒化珪素皮膜を形成した
ことを特徴とするピストンリング。 - （２）少なくとも摺動外周面に窒化層を形成し、且つこ
の窒化層の表面酸化層及び白層を除去した層上に窒化珪
素皮膜を形成したことを特徴とするピストンリング。 - （３）少なくとも摺動外周面にクロムめっきを施し、こ
のクロムめっき上に窒化珪素皮膜を形成したことを特徴
とするピストンリング。 - （４）窒化珪素皮膜の厚さが１〜３０μｍであり、硬さ
がＨｖ１５００〜２５００であることを特徴とする請求
項１、２、又は３記載のピストンリング。 - （５）窒化珪素皮膜の被覆をプラズマＣＶＤ法によるこ
とを特徴とする請求項１、２、又は３記載のピストンリ
ングの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28495488A JPH02134467A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28495488A JPH02134467A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02134467A true JPH02134467A (ja) | 1990-05-23 |
Family
ID=17685229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28495488A Pending JPH02134467A (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02134467A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5308089A (en) * | 1991-08-09 | 1994-05-03 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Combined oil ring |
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| JPS6113064A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-21 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 内燃機関用ピストンリング |
| JPS6119775A (ja) * | 1984-07-04 | 1986-01-28 | Toshiba Corp | 機械的摺動部の表面処理装置 |
| JPS61235564A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-20 | Toshiba Corp | 非単結晶シリコン膜を表面に処理した部材及びその表面処理方法 |
| JPS62103368A (ja) * | 1985-10-31 | 1987-05-13 | Toshiba Corp | セラミツクコ−テイング金属 |
| JPS62107056A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-18 | Toshiba Corp | 窒素原子含有膜及び非金属元素からなるセラミクス膜を順次表面に処理した部材及びその表面処理方法 |
-
1988
- 1988-11-11 JP JP28495488A patent/JPH02134467A/ja active Pending
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