JPH04203677A - ピストンリング及びその製造法 - 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】 １東上π机形分災 本発明は、内燃機関に用いられるピストンリングに関し
、更に詳しくは、耐摩耗性の向上を目的としてリング外
周面及びリング両側面に皮膜処理を施したピストンリン
グ及び製造法に関する。

従」（」［−敗 従来、シリンダに摺接するピストンリングの外周面の耐
摩耗性を高めるために、外周面に溶射して溶射皮膜を形
成する。その後、リング本体の両側面に湿式めっき処理
を施し、ピストンリング溝に当接するリング両側面の耐
摩耗性を高める方法及び構造は公知である。

発訓昼υ腎迭−項礼髪ζＬぐ乳延 ところで、このような従前のピストンリングにあっては
、リング本体の外周面に溶射皮膜を施工後に両側面に湿
式めっきを施すと、めっき工程で用いられる腐食性の溶
液がリング本体の外周面と溶射皮膜との境界面に浸透す
る。その結果、めっき処理中及び処理後において、母体
であるリング本体の外周面及び溶射皮膜を腐食させ、腐
食によってリング本体の外周面に対する溶射皮膜の密着
性が低下し、実機装着後の運転中、溶射皮膜が部公的に
剥離する場合がある。溶射皮膜の剥離でシリンダとの摺
接による耐摩耗性が低下し、エンジン性能に影響を及ぼ
すといった不具合がある。

腐食性の溶液の浸透を防止する手段としては、始めにリ
ング本体の両側面にめっき処理を施し、両側面めっき後
にリング本体の外周面に溶射皮膜を設けることが考えら
れる。

しかしながら、この手順で加工されたピストンリングの
場合、めっき工程後の溶射皮膜の形成時、特にリング本
体の外周面に近い母体の温度が上昇する。そのため、リ
ング両側面のめっき層の表面にクラックが多発したり、
めっき硬度が低下するなどして好ましい結果が得られな
い。

こうした事情から、先のようにリング本体の外周面に溶
射皮膜を形成し、その後にリング両側面にめっき処理を
施すといった手順を踏まざるを得ないのが現状である。

本発明の目的は、前工程としてリング本体の外周面に溶
射皮膜を形成することを前提として、この場合の不具合
を払拭できるように改善されたピストンリング及びその
製造法を提供することにある。

課題を解決するための 本発明によるピストンリングは、環状のリング本体の外
周面に溶射皮膜を設け、この溶射皮膜の表面に樹脂皮膜
を設けると共に、リング本体の両側面に金属めっき層を
設けた構成となっている。

また、本発明による製造法は、環状のリング本体の外周
面に溶射皮膜を形成する溶射工程と、溶射皮膜の表面を
耐食、耐熱性樹脂で被覆して樹脂皮膜を形成する樹脂コ
ーティング工程と、溶射工程及び樹脂コーティング工程
の終了後に、リング本体の両側面に金属めっき層を形成
するめっき工程と、からなっている。

また、本発明のピストンリングの樹脂皮膜に、例えばテ
フロン等のフッ素系樹脂が用いられている。フッ素系樹
脂は、酸性及びアルカリ性の溶液に対して耐食性があり
、また温度に対する強度面でも優れている。

作−■ 溶射工程では、リング本体の外周面に溶射皮膜が形成さ
れる。次いで、樹脂コーティング工程では溶射皮膜の表
面を被覆して樹脂皮膜が形成される。

溶射工程及び樹脂コーティング工程を終了後。

これより各リング本体の両側面にめっき層が形成される
。

従って、樹脂皮膜によってリング本体の外周面と溶射皮
膜と境界面から腐食性溶液の浸透を遮断する。浸透防止
によって溶射皮膜の剥離を防止でき、リング両側面の湿
式めっき層も、従前のように溶射皮膜の形成中に温度上
昇の影響を受け、表面のクラック発生を抑止できる。

失−胤一粟 以下１本発明によるピストンリング及びその製造法の実
施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の製造法で得られた第１実施例のピス
トンリング１０の断面図を示す。このピストンリング１
０は、例えば自動車用の４サイクルデイーゼルエンジン
に用いられるプレーン形のトップリングである。リング
本体１１の材質に球状黒鉛鋳鉄が用いられ、呼び径Ｄ：
１３０ｍｍ、＠Ｂ：４ｍｍ、厚さＴ：５．４ｍｍ程度の
大きさを有している。

リング本体１１は外周面に沿って環状凹溝１２が設けて
あり、この環状凹溝１２の溝幅寸法すは、厚さＢの全長
よりも短く形成されている。環状凹溝１２にはモリブデ
ン等による溶融金属の溶液が溶射され、膜層０．２５ｍ
ｍ程度の溶射皮膜１３が形成されている。また、厚さＢ
による外周面の大部分に溶射皮膜１３の表面を被覆して
樹脂皮膜１４が形成されている。この樹脂皮膜１４に用
いられる樹脂としては、例えばテフロン等のフッ素系樹
脂が用いられる。コーティングされた樹脂皮膜１４の膜
厚は約１０μｍであるが、めっき工程終了後に除去する
必要はない。リング本体１１の外周面に樹脂皮膜１４が
形成されることにより、運転初期におけるシリンダ（図
示せず）との馴染性が向上する利点が備わる。

また、リング本体１１の両側面には金属にょる湿式めっ
き層１５、］−５が設けられている。両側面にめっき層
１５．１５を形成することにより、エンジンのピストン
に設けられたリング溝（図示せず）との当接による耐摩
耗性の強化を図っている。めっきの種類としては、Ｃｒ
（クロム）めっき、Ｆｅ（鉄）めっき及びＮｉ　　にッ
ケル）めっきが可能である。また、これらの金属による
複合めっき及び分散めっきも可能である。この第１実施
例では、厚さ０．０１ｍｍのクロムめっき処理が施され
ている。また、図示のように、リング本体１１の内周面
にもクロムめっき層１６を設けである。

一方、第２図は、本発明の製造法で得られた第２実施例
のピストンリング１ｏの断面図を示す。

第１実施例に準じて各部に同一符号を付す。この第２実
施例のピストンリング１０は、第１実施例の場合と同様
にディーゼルエンジンに用いられるバレルフェイス形の
トップリングである。同じく、リング本体１１の材質に
は球状黒鉛鋳鉄が用いられ、呼び径Ｄ：１３０ｍｍ、幅
Ｂ：４ｍｍ、厚さＴ：５．４ｍ＋ｎ程度の大きさを有し
ている。

リング本体１１は外周面の厚さＢの大部分にわたってモ
リブデン等の溶液が溶射され、膜層０゜２５ｍｍ程度の
溶射皮膜１３が形成されている。また、バレルフェイス
形の湾曲面に沿い、この全域に先の溶射皮膜１３の表面
を被覆して樹脂皮膜１４が形成されている。この樹脂皮
膜１４に用いられる樹脂としては、第１実施例のように
、例えばテフロン等のフッ素系樹脂が用いられる。コー
ティングされた樹脂皮膜１４の膜厚は約１０μｍである
。リング本体１１の外周面への樹脂皮膜１４の形成によ
り、エンジンのシリンダ（図示せず）との摺接による耐
摩耗性の強化を図っている。

また、リング本体１１の両側面には金属による湿式めっ
き層１５．１５が設けられている。両側面にめっき層１
５．１５を形成することにより、エンジンのピストンに
設けられたリング溝（図示せず）との当接による耐摩耗
性の強化を図っている。めっき層１５は、第１実施例と
同じく厚さ０゜０１ｍｍのＣｒ（クロム）によるめっき
処理が施されている。また、リング本体１１の内周面に
もクロムめっき層１６を設けである。

以上の構成による第１及び第２実施例のピストンリング
１０は、次の各工程による方法で製造される。

第１及び第２実施例のピストンリング１０では、環状の
リング本体１１の外周面に沿って予め環状凹溝１２を加
工する工程が含まれる。また、第１実施例及び第２実施
例は共に、環状のリング本体１１の多数を軸線を揃えて
積層し、つまり両側面を互いに重ね合わせて筒状に組み
、分解しないようにクランプした整列体が形成される。

クランプには専用治具が用いられる。

第１実施例のピストンリング１０の場合、整列体として
組まれた各リング本体１１が溶射工程に送られる。即ち
、リング本体１１の環状凹溝１２に耐摩耗性物質による
溶射皮膜１３を形成する。

溶射皮膜１３の形成後、この表面の研磨が行われる。ま
た、第２図に示す第２実施例のピストンリング１０の場
合も同様に、第１実施例のように整列体に組まれて各リ
ング本体１１の外周面に溶射皮膜１３が形成される。溶
射皮膜１３が形成されると、この表面の研磨が行われる
。この第２実施例の場合、研磨終了後に整列体が一旦解
体され、バレルフェイスの研磨が行われる。このバレル
研磨後に再び整列体として積層組みされる。

このように、第１及び第２実施例共に溶射皮膜１３が形
成され、この表面の研磨が終了すると整列体に組んだ状
態で、次の樹脂コーティング工程に送られる。この樹脂
コーティング工程では、第１及び第２実施例共に、溶射
皮膜１３の表面を被覆する形で、テフロン等によるフッ
素樹脂が約１０μｍの膜厚でコーティングされ、樹脂皮
膜１４を形成する。

リング本体１１の外周面に対して、溶射工程及び樹脂コ
ーティング工程が終了すると、第１図の第１実施例及び
第２図の第２実施例のいずれの場合も、整列体が個々の
リング本体１１に解体される。解体後に次のめっき工程
に送られる。即ち、第１及び第２実施例の場合いずれも
リング本体１１の両側面に金属による湿式めっき層１５
が形成される。この金属めっき層１５の厚さは０．０１
ａｍ程度である。

即ち、本発明の製造法で得られたピストンリング１０は
、下地処理された溶射皮膜１３の表面に更に樹脂皮膜１
４を形成しであるため、リング本体１１の外周面と溶射
皮膜１３と境界面から、先のような腐食性の溶液の浸透
を防止できる。リング本体１１の外周面への皮膜処理が
完了した後、リング本体１１の両側面にめっき層１５が
設けられるため、従来のようにめっき／１Ｆ１５が溶射
皮膜１３の形成中の温度上昇により影響を受けることは
ない。

また、溶射皮膜１３を形成した後、第２図の第２実施例
の場合は、リング本体１１の外周面は所定のバレルフェ
イス形に曲面加工される。この形状加工後の表面にフッ
素系樹脂をコーティングして樹脂皮膜１４が形成される
。この樹脂皮膜１４はリング両側面を湿式めっきした後
でも付着し、エンジン作動初期のシリンダ摺接面との馴
染性に効果がある。

なお、第３図及び第４図は、前述の第１実施例のプレー
ン形及び第２実施例のバレルフェイス形の変形例ともい
うべき、第３及び第４の実施例を示す。これら第３及び
第４実施例の場合、外周面の両角部に面取り部２０を設
けた構造である。この面取り部２０を設けることにより
、積層して整列体とした場合に、溶射皮膜１３が隣合う
リング本体１１同士にわたって連続で形成されることか
ら、解体が不便といった不具合を解消できる。その他は
第１及び第２実施例の場合と同様である。

ここで、第５図は、モニターされたピストンリングの剥
離具合を試験する方法の公知例である。

この剥離試験は、捩じりによって生じる表面層の剥離に
対する抵抗値で表される。即ち、図示のように、自由状
態のピストンリング１０の合い口１７ａにあって、対面
する両側の端部を個別にクランプ３０．３１で挾持する
。一方のクランプ３０は固定され、他方のクランプ３１
は回転シャフト３２を有してこの周りで回転可能である
。従って、一方のクランプ３０を固定した状態で、他方
の可動側のクランプ３１を回動させると、合い口１７ａ
から１８０度の位相角度の位置１７ｂを回転中心にして
、ピストンリング１ｏに捩じりが生じて図中の二点鎖線
のごとき形状に変形する。この状態をｆＲ察し、表面層
の剥離が開始するときの捩じり角度をもって耐剥離性の
評価を行う。

この評価に基づいて、同一仕様による従前のピストンリ
ングと、本発明によるピストンリング１０とを比較した
。その結果、従来例リングは捩じり角度が、この種の試
験で通常とされる６０°にて剥離の発生が認められた。

これに対して、本発明の実施例によるピストンリング１
０の場合、捩じり角度が１００°にても剥離は認められ
なかった。即ち、剥離が認められないということは、実
施例の場合、腐食性の溶液がリング本体１１の外周面と
溶射皮膜１３との境界面から浸透していないことを証明
している。

見魁支羞米 以上説明したように、本発明によるピストンリングは、
リング本体の外周面に溶射皮膜を形成し、この溶射皮膜
の表面を更にテフロン等のフッ素系樹脂でコーティング
して樹脂皮膜を形成した後、リング本体の両側面に金属
めっき層を形成する製造法で得られるから、樹脂皮膜に
よってリング本体の外周面と溶射皮膜との境界面から腐
食性溶液の浸透を遮断し、剥離防止に効果がある。また
。

リング本体の両側面に形成されるめっきは、溶射後であ
るから、溶射皮膜の形成中の温度上昇による影響を受け
ることもなく、表面にクラックが発生したりするのを抑
止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明による製造法で得られたピ
ストンリングの第１及び第２実施例の部分断面図を示し
、第３図及び第４図は先の第１及び第２実施例に対応し
てこれらを変形した第３及び第４実施例の部分断面図を
示す。第５図は耐剥離性試験を行う形態を示す正面図で
ある。 １０・・ピストンリング、　　１１・・リング本体、１
２・・環状凹溝、　　１３・・溶射皮膜、　　１４・・
樹脂皮張、　　１５．１６・・湿式めっき層。 特許出願人　　　　　株式会社リケン 第１図 第２図 第３１！［ ｌＵ　　　１）　　　　　１１ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）環状のリング本体の外周面に溶射皮膜を設け、こ
   の溶射皮膜の表面に樹脂皮膜を設けると共に、リング本
   体の両側面に金属めっき層を設けたピストンリング。
2. （２）樹脂皮膜がフッ素系樹脂である請求項（１）に記
   載のピストンリング。
3. （３）環状のリング本体の外周面に溶射皮膜を形成する
   溶射工程と、 溶射皮膜の表面を耐食耐熱性樹脂で被覆する樹脂コーテ
   ィング工程と、 溶射工程及び樹脂コーティング工程の終了後に、リング
   本体の両側面に金属めっき層を形成するめっき工程と、
   を含むピストンリング製造法。