JPH04171368A - ピストンリング - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、硬質クロムめっき層と複合分散めっき層との
二重構造を摺動面に有する内燃機関用ピストンリングに
係り、特にシリンダとの初期なじみ性が良く、かつ耐摩
耗性に優れたピストンリングに関する。

〔従来の技術〕

近年、エンジンの小型軽量化、高出力化などの高性能化
に伴い、ピストンリングに要求される条件はますます過
酷なものとなり、耐摩耗性はもちろんのこと、耐焼付性
、耐折損性などさまざまな観点から改良が加えられてい
る。

ところで、一般に組み立て直後のエンジンにおいては、
部品製作の精度上の制約からピストンリングとシリンダ
の接触状態が不確実になることは避けられず、両者間に
隙間が生じる。この隙間が存在したままの状態でエンジ
ンを運転すると、燃焼室の気密が不十分な状態となり、
クランク室へのガスの吹き抜け（圧縮洩れ）が起こる。

そしてこのガスの吹き抜けはシリンダ内面を一様に覆っ
ている潤滑油膜を破るために、ピストンリングとシリン
ダ間に異常摩耗を引き起こし、スカッフィングを発生さ
せたりする。また同時に、この隙間を通して潤滑オイル
が燃焼室に入り込み、オイル消費量も多くなる。

、　従って、なじみ運転と呼ばれるエンジン組み立て直
後の初期運転では、ピストンリングとシリンダの共摺り
を行うことにより短期間のうちに両者の隙間を無くし、
早く両者をなじませる必要がある。

一般に耐摩耗性に優れたピストンリングは高い硬度の摺
動面を有することになるので、このなじみ運転の期間が
長くなる傾向がある。このため短期間にピストンリング
とシリンダをなじませる工夫としてピストンリングの外
周摺動面上に錫めっきなどの軟質皮膜層を設ける方法や
、リングの断面をテーバ状に加工したりする方法が採ら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この錫めっきを施す方法は、高温、高負
荷の条件では錫めっき層が軟らかすぎるために始動初期
の段階で簡単に摩滅してしまい、なじみの効果がほとん
どなくなる。またリングの外周摺動面にテーバをつける
方法は、テーバの角度が燃焼室の気密性、及びシリンダ
内周面の保油性に影響を与えるという問題がある。

従って、本発明の目的は、高温、高負荷の条件でも初期
なじみ性が良く、スカッフィングも発生せず、また、は
とんどなじみ運転を必要とせず、しかも耐摩耗性の優れ
たピストンリングを提供することである。

〔課題を解決するだめの手段） 本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結
果、耐摩耗性に優れた硬質クロムめっき層上に適度の硬
度を有する複合分散めっき層を形成することにより、良
好な初期なじみ性を有し、かつ耐摩耗性にも優れたピス
トンリングを提供できることを発見し、本発明を完成し
た。

すなわち、本発明の内燃機関用ピストンリングは、少な
くともその外周摺動面に、第１層として硬質クロムめっ
き層が、第２層として酸化クロム粒子分散コバルト−ニ
ッケル合金複合ｔつき層が順に形成されてなる二重構造
の層を有することを特徴とする。

〔作　用〕

本発明のピストンリングの二重構造の皮膜においては、
上層（第２層〉の酸化クロム粒子分散複合めっき皮膜は
、下層（第１層）の硬質クロムめっき層より幾分軟らか
い材質であるので、エンジンの始動初期におけるシリン
ダとのなじみが良好であると同時に、急速に摩耗するこ
とがない。また下層（第１層）の硬質クロムめっき層は
高い硬度を有しているので、長期間（上層の摩耗後でも
）良好な耐摩耗性を維持することができる。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例により添付図面を参照にして詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例による内燃機関用ピストン
リングの部分断面図である。本実施例においては、ピス
トンリング１の外周摺動面に、硬質クロムめっき層２と
酸化クロム粒子分散コバルト−ニッケル合金複合めっき
層３とが二重構造となるように形成されている。

第１層の硬質クロムめっき層は、クロム酸を主体とした
めっき浴を用いて電気めっきによって得ることができる
。このようなめっき浴にはサージェント浴やフッ化物浴
の一種であるケイフッ化浴等を使用することができる。

硬質クロムめっき層は硬度が高く、耐摩耗性に富む。従
って、硬質クロムｔつき層の厚さは８０〜２００μｍで
あればよい。

硬質クロムめっき層は硬度が高く初期なじみ性に劣るの
で、この欠点を補うた狛に、第２層として酸化クロム粒
子分散コバルト−ニッケル合金複合めっき皮膜を第１層
上に形成する。

この酸化クロム粒子分散コバルト−ニッケル合金複合皮
膜中に含まれるニッケルは、皮膜の靭性や耐食性を高め
る。また、良好な初期馴染み性を得るのに適した硬度（
ｌ（ＭＸＶが２５０〜４５０）とすることができる。

コバルトはめっき合金基地の耐熱性や耐食性を改善する
とともに皮膜の圧壊疲労強度も向上させる。ディーゼル
機関のようなピストンリング温度が３００　℃を超える
ような使用条件では、表面のコバルトが酸化されて四酸
化二コバルトが生成される。これによって摺動摩擦に好
ましい低摩擦係数の酸化物層が形成される。

この複合皮膜の合金基地中のコバルトの量が４０重量％
以下では上記の効果が顕著に得られず、また８０重量％
を超えてもその効果に著しい変化はないので、４０〜８
０重量％とするのが良い。より好ましいコバルトの含有
量は５０〜８０重量％である。

酸化クロム粒子はコバルトとともに皮膜の耐摩耗性の向
上に優れた効果を示す。酸化クロムは金属との濡れ性が
低く、また摩擦係数が小さいので、耐焼付性、耐スカツ
フ性の改善にも寄与する。酸化クロムの量は５〜３０容
量％とするのがよく、その平均粒径は０．５〜５μｍが
良い。容量が５％未満あるいは粒径が０．５　μｍ未満
では基地表面に占める酸化クロムの面積が少なく、耐摩
耗性、耐スカツフ性の向上効果が少ない。また容量が３
０％を超えるか粒径が５μｍを超えると相手材の摩耗を
大きくすることとなり、さらに複合皮膜の強度も低下す
る。より好ましくは、酸化クロム粒子の平均粒径は０．
８〜１．２　μｍで、含有量は１５〜２５容量％である
。

複合めっき皮膜の形成には、上記所望の組成となるよう
にニッケル化合物、コバルト化合物を溶解させためっき
浴中に酸化クロム粒子を分散させたものを使用する。ニ
ッケル化合物及びコバルト化合物としては硫酸塩、スル
ファミン酸塩等を用いる。

得られた複合めっき皮膜は水洗、乾燥後、必要に応じて
熱処理を行う。熱処理温度は１００〜２００℃程度で、
時間は３０〜６０分である。熱処理により複合皮膜の基
地が硬化し、良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度
の複合皮膜が得られる。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１ ピストンリングの外周摺動面に第１層として硬質クロム
めっき層を形成する第１の工程と、第２層として第１層
上に複合分散めっき層を形成する第２の工程と、得られ
た二重構造の層に熱処理を施こす第３の工程により、皮
膜を形成した。

まず第１の工程では、呼び径×輻×厚さが７７ｍｍｘ１
．５　ｍｍｘ３．１　ｍｍの５ＫＤ−６１材のピストン
リングを複数本まとめて母材とし、第１表に示す浴組成
のめっき浴を用い第２表に示す条件で硬質クロムめっき
を行った。

第１表 第２表 この第１の工程により得られた硬質クロムめっき層の厚
さは１００　μｍであった。

第２の工程として、上記第１の工程によって得られた硬
質クロムめっき層を表面に有するピストンリングを第３
表に示す組成を有するめっき浴中に浸漬し、めっき浴温
度６０℃、ｐＨ４、電流密度１０Ａ／ｄｍ”で５分間電
流を流して、電気めっきを行った。

第３表 注（１）：　平均粒径１．０　μｍ１最大粒径５μｍこ
の第２工程により得られた第二層の複合めっき皮膜の厚
さは７μｍであり、その組成はコバルトが７０重量％で
、酸化クロム粒子は２０容積％であった。

次に第３工程として、得られた二重構造の皮膜に２００
　℃で１時間の熱処理を施し、皮膜を硬化させた。この
ときの硬度は、第１層である硬質クロムめっき層はマイ
クロビッカース硬度（ＨＭｘｖ）が９８０であり、第２
層の複合めっき皮膜層はマイクロビッカース（ＨＭｘｖ
）が４００　であった。

実機試験 ４サイクル水冷４気筒１３００ｃｃエンジン用の鋳鉄（
ＦＣ−２５）　製エンジンシリンダに、上記ピストンリ
ングを組み込み、７５００ｒｐｍ全負荷で１００時間の
べンチテストを行い、オイル消費量を測定した。

比較例１ また比較のだ必、ピストンリングの外周摺動面に硬質ク
ロムｔつき層のみを形成したピストンリングを用いて実
施例１と同様に実機試験を行い、オイル消費量を測定し
た。

比較例２ さらに比較のために、実施例１と同様の方法で、ピスト
ンリングの外周摺動面に硬質クロムめっき層を形成し、
さらに実施例１と同様に酸化クロム粒子（平均粒径１．
０　μｍ１最大粒径５μｍ）を２０容量％分散させたコ
バルトが３０重量％、燐が６．５１１％のニッケルーコ
バルト−燐複合分散めっき皮膜を７μｍ形成させた。

次に、得られた二重構造の皮膜を２５０　℃で１時間の
熱処理を施し、皮膜を硬化させた。この時の硬度は、第
１層である硬質クロムめっき層はマイクロビッカース硬
度（ＨＭｘｖ　）が９８０であり、第２層の複合給つき
皮膜層はマイクロビッカース硬度（ＨＭｘｖ　）が７５
０であった。

このように形成したピストンリングを用いて実施例１と
同様に実機試験を行い、オイル消費量を測定した。

試験結果を第２図に示す。

第２図から明らかなように本発明のピストンリングは、
硬質クロムめっき層のみを摺動面に有するピストンリン
グ、ニッケルーコ）＜ルトー燐複合分散めっき皮膜を有
するピストンリングに比べて、初期の時点からオイルの
消費量が少なくなっていることがわかる。これはピスト
ンリングとシリンダとの隙間が短時間で消失していくた
め、すなわち初期なじみ性が良いためである。

また実施例では、スカッフィングも全く総給られなかっ
た。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、硬質クロムめっき層と酸化クロム粒
子分散ニッケルーコバルト合金複合めっき層とを外周摺
動面に有する本発明のピストンリングは、その複合分散
めっき皮膜により初期なじみ性、耐スカツフ性に優れ、
また硬質クロムめつき層により長期耐摩耗性に優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるピストンリングの断面
図であり、 第２図は実施例１、比較例１及び２のピストンリングを
用いた実機試験において、試験時間とオイル消費量との
関係を示すグラフである。 １・・・ピストンリング母材 ２・・・硬質クロムめっき層 ３・・・酸化クロム粒子分散コバルト−ニッケル合金複
合めっき皮膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくともその外周摺動面に、硬質クロムめっき層と
   、前記硬質クロムめっき層の上に形成された酸化クロム
   粒子分散コバルト−ニッケル合金複合めっき層とからな
   る二重構造の層を有することを特徴とする内燃機関用ピ
   ストンリング。