JPH0552264A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
- Publication number
- JPH0552264A JPH0552264A JP23539891A JP23539891A JPH0552264A JP H0552264 A JPH0552264 A JP H0552264A JP 23539891 A JP23539891 A JP 23539891A JP 23539891 A JP23539891 A JP 23539891A JP H0552264 A JPH0552264 A JP H0552264A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- piston ring
- plating layer
- nickel
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (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層としてニッケル−タン
グステン合金めっき層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層としてニッケル−タン
グステン合金めっき層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層としてニッケル−タングス
テン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層としてニッケル−タングス
テン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）のニッケル−タングステン合金
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）のニッケル−タングステン合金
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とニッケル−タングステン合金め
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とニッケル−タングステン合金め
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
ニッケル−タングステン合金めっき皮膜を第１層上に形
成する。
み性に劣るので、この欠点を補うために、第２層として
ニッケル−タングステン合金めっき皮膜を第１層上に形
成する。
【００１５】このニッケル−タングステン合金皮膜中に
含まれるタングステンは、皮膜の耐食性、耐熱性を増
し、また皮膜の硬度を高めるのに有効である。ニッケル
のみでは軟らかすぎて初期摺動で消滅してしまうが、ニ
ッケル−タングステン合金皮膜ではマイクロビッカース
硬度ＨMVが450 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。また、内燃機関の爆発工程で発
生する燃焼熱によって、ニッケルとタングステンが高強
度のNi3 W 合金として結晶化するため、皮膜の硬度がさ
らに高くなる。このように、まず初期のシール性が形成
されて維持され、次に皮膜の結晶化が進み、耐摩耗性、
耐スカッフ性に優れた皮膜に経時的に変化するので、ピ
ストンリングに使用するのに適した皮膜となる。このニ
ッケル−タングステン合金中のタングステン量が５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、５〜40重
量％とするのが好ましい。より好ましいタングステンの
含有量は10〜30重量％である。
含まれるタングステンは、皮膜の耐食性、耐熱性を増
し、また皮膜の硬度を高めるのに有効である。ニッケル
のみでは軟らかすぎて初期摺動で消滅してしまうが、ニ
ッケル−タングステン合金皮膜ではマイクロビッカース
硬度ＨMVが450 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。また、内燃機関の爆発工程で発
生する燃焼熱によって、ニッケルとタングステンが高強
度のNi3 W 合金として結晶化するため、皮膜の硬度がさ
らに高くなる。このように、まず初期のシール性が形成
されて維持され、次に皮膜の結晶化が進み、耐摩耗性、
耐スカッフ性に優れた皮膜に経時的に変化するので、ピ
ストンリングに使用するのに適した皮膜となる。このニ
ッケル−タングステン合金中のタングステン量が５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、５〜40重
量％とするのが好ましい。より好ましいタングステンの
含有量は10〜30重量％である。
【００１６】また合金のマトリックスとなるニッケル
は、皮膜の耐熱性、耐食性を改善し、また皮膜の基地強
度を向上させるのみならず、下地の硬質クロムめっきと
の密着性の改善にも寄与する。好ましいニッケルの含有
量は60〜95重量％である。より好ましいニッケルの含有
量は70〜90重量％である。
は、皮膜の耐熱性、耐食性を改善し、また皮膜の基地強
度を向上させるのみならず、下地の硬質クロムめっきと
の密着性の改善にも寄与する。好ましいニッケルの含有
量は60〜95重量％である。より好ましいニッケルの含有
量は70〜90重量％である。
【００１７】なお、ニッケル−タングステン合金めっき
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。
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。
【００１８】合金めっき皮膜の形成には、上記所望の組
成となるようにニッケル化合物、タングステン化合物を
溶解させためっき浴を使用する。
成となるようにニッケル化合物、タングステン化合物を
溶解させためっき浴を使用する。
【００１９】得られたニッケル−タングステン合金皮膜
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〜 300℃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。
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〜 300℃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。
【００２０】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
上にニッケル−タングステン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
上にニッケル−タングステン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。
【００２１】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。
【００２２】 表１ 無水クロム酸 250 g/ リットル 硫酸 2.5g/ リットル
【００２３】
【００２４】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75℃、pH7.0 、
電流密度５A/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75℃、pH7.0 、
電流密度５A/dm2 で10分間電流を流して、電気めっきを
行った。
【００２５】 表３ 浴組成 硫酸ニッケル 30g/リットル タングステン酸ナトリウム 70g/リットル クエン酸ナトリウム 100g/リットル アンモニア水 pH 7.0に調整
【００２６】この第２工程により得られた第２層のニッ
ケル−タングステン合金めっき皮膜の厚さは10μｍであ
り、その組成は、ニッケル85重量％−タングステン15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層のニッケル−タングステン合金めっき皮膜層はマ
イクロビッカース（ＨMV）が460 であった。
ケル−タングステン合金めっき皮膜の厚さは10μｍであ
り、その組成は、ニッケル85重量％−タングステン15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層のニッケル−タングステン合金めっき皮膜層はマ
イクロビッカース（ＨMV）が460 であった。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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、
さらに硬質クロムめっき層の上に錫めっき皮膜を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、
さらに硬質クロムめっき層の上に錫めっき皮膜を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。
【００３０】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、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、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。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述した通り、硬質クロムめっき層
とニッケル−タングステン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、そのニッケル−タ
ングステン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。
とニッケル−タングステン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、そのニッケル−タ
ングステン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 ニッケル−タングステン合金めっき層
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
たニッケル−タングステン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 |
|---|---|---|---|
| JP23539891A JPH0552264A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23539891A JPH0552264A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552264A true JPH0552264A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16985503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23539891A Pending JPH0552264A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0552264A (ja) |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP23539891A patent/JPH0552264A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4309064A (en) | Bearing of an internal combustion engine and process for producing the same | |
| US3935797A (en) | Wear and seizure resistant aluminum alloy piston | |
| US6503642B1 (en) | Hard-chrome plated layer | |
| JPH10339370A (ja) | 鋳鉄製ピストンリング | |
| EP0005910A1 (en) | Piston and cylinder assemblies | |
| US6013380A (en) | Composite chromium plating film and sliding member covered thereof | |
| US6267508B1 (en) | Sliding bearing having multilayer lead-free overplate and method of manufacture | |
| JPH11264468A (ja) | ピストンリング及びその組合せ | |
| US20040089260A1 (en) | Cylinder for internal combustion engine and method of treating inner surface of the cylinder | |
| JPH07119731A (ja) | すべり軸受構造 | |
| JPH0617831A (ja) | すべり軸受 | |
| JP2709613B2 (ja) | ピストンリング | |
| JPH0552264A (ja) | ピストンリング | |
| JPH07122158B2 (ja) | オーバーレイを有する多層すべり軸受 | |
| JPH05215238A (ja) | ピストンリング | |
| US5450784A (en) | Electroplated piston skirt for improved scuff resistance | |
| JP2003106216A (ja) | シリンダーとピストンリングとの組み合わせ | |
| JPH05215239A (ja) | ピストンリング | |
| JPH05203058A (ja) | ピストンリング | |
| JPH05203059A (ja) | ピストンリング | |
| JPH0544841A (ja) | ピストンリング | |
| JP2000129492A (ja) | 内燃機関用ピストンリング及びその製造方法 | |
| EP0972861A2 (en) | Laminated chromium plating layers having superior wear resistance and fatigue strength | |
| JPH04171368A (ja) | ピストンリング | |
| JPH0379863A (ja) | ピストンリング |