JPH05215238A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
- Publication number
- JPH05215238A JPH05215238A JP23136592A JP23136592A JPH05215238A JP H05215238 A JPH05215238 A JP H05215238A JP 23136592 A JP23136592 A JP 23136592A JP 23136592 A JP23136592 A JP 23136592A JP H05215238 A JPH05215238 A JP H05215238A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- piston ring
- tin
- plating layer
- cobalt alloy
- Prior art date
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- Pending
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 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、ほとんどなじみ
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。 【構成】 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２が、第２層として錫−コバルト合
金めっき層３が順に形成されてなる二重構造の層を有す
るピストンリング。
く、スカッフィングも発生せず、また、ほとんどなじみ
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。 【構成】 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２が、第２層として錫−コバルト合
金めっき層３が順に形成されてなる二重構造の層を有す
るピストンリング。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、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。
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。
【０００２】
【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。
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。
【０００３】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。
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。
【０００４】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。
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。
【０００５】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パ状に加工したり
する方法が採られている。
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パ状に加工したり
する方法が採られている。
【０００６】
【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パをつける方法は、テーパの角度
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。
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パをつける方法は、テーパの角度
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。
【０００７】そこで、最近、クロムめっき層を設け、そ
の上に錫めっきより硬い銅めっきや銅−錫合金めっきを
施す方法が採られている。しかし、安定した酸化物で覆
われているクロムめっき層表面との密着性を向上させる
ため、これらの銅めっきや銅−錫合金めっきにはシアン
浴を使用することが多いため、環境汚染を招くという問
題がある。従って、環境汚染をもたらさないような代替
金属を含む合金めっきが望まれている。
の上に錫めっきより硬い銅めっきや銅−錫合金めっきを
施す方法が採られている。しかし、安定した酸化物で覆
われているクロムめっき層表面との密着性を向上させる
ため、これらの銅めっきや銅−錫合金めっきにはシアン
浴を使用することが多いため、環境汚染を招くという問
題がある。従って、環境汚染をもたらさないような代替
金属を含む合金めっきが望まれている。
【０００８】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、ほ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。
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、ほ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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】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合金めっき層
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。
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合金めっき層
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。
【００１０】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層として錫−コバルト合金め
っ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。
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層として錫−コバルト合金め
っ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。
【００１１】
【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）の錫−コバルト合金めっき皮膜
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。
いては、上層（第２層）の錫−コバルト合金めっき皮膜
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。
【００１２】
【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と錫−コバルト合金めっき層３と
が二重構造となるように形成されている。
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と錫−コバルト合金めっき層３と
が二重構造となるように形成されている。
【００１３】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、硬質クロムめっき層の厚さは80〜20
0μｍであればよい。
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、硬質クロムめっき層の厚さは80〜20
0μｍであればよい。
【００１４】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、この欠点を補うために、第２層として
錫−コバルト合金めっき皮膜を第１層上に形成する。こ
の錫−コバルト合金皮膜中に含まれるコバルトは、皮膜
の耐食性を高め、また皮膜の硬度を高めるのに有効であ
る。錫のみでは軟らか過ぎて初期摺動で消滅してしまう
が、錫−コバルト合金皮膜ではマイクロビッカース硬度
がＨMVが400〜500 程度となり、良好な初期なじみ性を
得るのに適した硬度になる。この錫−コバルト合金中の
コバルトの量が20重量％未満では上記の効果が顕著に得
られず、また40重量％を超えてもその効果に著しい変化
はないので、20〜40重量％とするのが好ましい。より好
ましいコバルトの含有量は25〜40重量％である。
み性に劣るので、この欠点を補うために、第２層として
錫−コバルト合金めっき皮膜を第１層上に形成する。こ
の錫−コバルト合金皮膜中に含まれるコバルトは、皮膜
の耐食性を高め、また皮膜の硬度を高めるのに有効であ
る。錫のみでは軟らか過ぎて初期摺動で消滅してしまう
が、錫−コバルト合金皮膜ではマイクロビッカース硬度
がＨMVが400〜500 程度となり、良好な初期なじみ性を
得るのに適した硬度になる。この錫−コバルト合金中の
コバルトの量が20重量％未満では上記の効果が顕著に得
られず、また40重量％を超えてもその効果に著しい変化
はないので、20〜40重量％とするのが好ましい。より好
ましいコバルトの含有量は25〜40重量％である。
【００１５】また合金のマトリックスとなる錫は、金属
との濡れ性が低いため凝着を起こさず、また摩擦係数が
小さいので、耐焼付性、耐スカッフ性の改善に寄与す
る。好ましい錫の含有量は60〜80重量％である。
との濡れ性が低いため凝着を起こさず、また摩擦係数が
小さいので、耐焼付性、耐スカッフ性の改善に寄与す
る。好ましい錫の含有量は60〜80重量％である。
【００１６】なお、錫−コバルト合金めっき皮膜の厚さ
は、３〜30μｍとするのが好ましく、より好ましくは５
〜25μｍとする。
は、３〜30μｍとするのが好ましく、より好ましくは５
〜25μｍとする。
【００１７】合金めっき皮膜の形成には、上記所望の組
成となるようにコバルト化合物、錫化合物を溶解させた
めっき浴を使用する。
成となるようにコバルト化合物、錫化合物を溶解させた
めっき浴を使用する。
【００１８】得られた錫−コバルト合金皮膜は水洗、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。熱処理により合
金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。
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。熱処理により合
金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。
【００１９】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
上に錫−コバルト合金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。
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
上に錫−コバルト合金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。
【００２０】まず第１の工程では、呼び径×幅×厚さが
100mm ×3mm ×4.5 mmのSKD-61材のピストンリングを複
数本まとめて母材とし、表１に示す浴組成のめっき浴を
用い、表２に示す条件で硬質クロムめっきを行った。
100mm ×3mm ×4.5 mmのSKD-61材のピストンリングを複
数本まとめて母材とし、表１に示す浴組成のめっき浴を
用い、表２に示す条件で硬質クロムめっきを行った。
【００２１】 表１ 無水クロム酸 250 g/ リットル 硫酸 2.5g/ リットル
【００２２】
【００２３】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表３に示す組成を有
するめっき浴中に浸漬し、めっき浴温度70℃、pH2.5 、
電流密度３A/dm2 で10分間電流を流して、電気めっきを
行った。
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表３に示す組成を有
するめっき浴中に浸漬し、めっき浴温度70℃、pH2.5 、
電流密度３A/dm2 で10分間電流を流して、電気めっきを
行った。
【００２４】 表３ 浴組成 塩化第１スズ 100g/リットル 塩化コバルト 200g/リットル フッカ水素アンモニウム 60g/リットル アンモニア水 pH 2.5に調整
【００２５】この第２工程により得られた第２層の錫−
コバルト合金めっき皮膜の厚さは10μｍであり、その組
成は、錫65重量％−コバルト35重量％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150 ℃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（ＨMV）が980 であり、第２層の錫−コバルト
合金めっき皮膜層はマイクロビッカース（ＨMV）が450
であった。
コバルト合金めっき皮膜の厚さは10μｍであり、その組
成は、錫65重量％−コバルト35重量％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150 ℃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（ＨMV）が980 であり、第２層の錫−コバルト
合金めっき皮膜層はマイクロビッカース（ＨMV）が450
であった。
【００２６】実機試験 ４サイクル水冷６気筒2500cc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、5000rpm 全負荷で100 時間のベンチテストを行い、
オイル消費量を測定した。試験結果を図２に示す。
製エンジンシリンダに、上記ピストンリングを組み込
み、5000rpm 全負荷で100 時間のベンチテストを行い、
オイル消費量を測定した。試験結果を図２に示す。
【００２７】比較例１ ピストンリングの外周摺動面に硬質クロムめっき層のみ
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。試験結果を図
２に示す。
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。試験結果を図
２に示す。
【００２８】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、
さらに錫めっき皮膜を10μｍ形成させた。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。試験結果を図２に
示す。
ンリングの外周摺動面に硬質クロムめっき層を形成し、
さらに錫めっき皮膜を10μｍ形成させた。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。試験結果を図２に
示す。
【００２９】図２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（比較例１）、硬質クロムめっき層＋錫め
っき皮膜を有するピストンリング（比較例２）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で、すなわち初期なじみ
性が良いことを示している。また実施例１では、スカッ
フィングも全く認められなかった。
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（比較例１）、硬質クロムめっき層＋錫め
っき皮膜を有するピストンリング（比較例２）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で、すなわち初期なじみ
性が良いことを示している。また実施例１では、スカッ
フィングも全く認められなかった。
【００３０】
【発明の効果】以上詳述した通り、硬質クロムめっき層
と錫−コバルト合金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、その合金めっき皮膜により初
期なじみ性、耐スカッフ性に優れ、また硬質クロムめっ
き層により長期耐摩耗性に優れている。
と錫−コバルト合金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、その合金めっき皮膜により初
期なじみ性、耐スカッフ性に優れ、また硬質クロムめっ
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】
【図１】本発明の一実施例によるピストンリングの部分
断面図である。
断面図である。
【図２】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。
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 錫−コバルト合金めっき皮膜
Claims (1)
- 【請求項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
た錫−コバルト合金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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23136592A JPH05215238A (ja) | 1991-10-30 | 1992-08-06 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-311822 | 1991-10-30 | ||
| JP31182291 | 1991-10-30 | ||
| JP23136592A JPH05215238A (ja) | 1991-10-30 | 1992-08-06 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05215238A true JPH05215238A (ja) | 1993-08-24 |
Family
ID=26529824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23136592A Pending JPH05215238A (ja) | 1991-10-30 | 1992-08-06 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05215238A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003512552A (ja) * | 1998-12-14 | 2003-04-02 | マーレ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 内燃機関のピストン用のピストンリング |
-
1992
- 1992-08-06 JP JP23136592A patent/JPH05215238A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003512552A (ja) * | 1998-12-14 | 2003-04-02 | マーレ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 内燃機関のピストン用のピストンリング |
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