JPH07239032A - 内燃機関用ピストンリングの組合せ - Google Patents
内燃機関用ピストンリングの組合せInfo
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- JPH07239032A JPH07239032A JP5471594A JP5471594A JPH07239032A JP H07239032 A JPH07239032 A JP H07239032A JP 5471594 A JP5471594 A JP 5471594A JP 5471594 A JP5471594 A JP 5471594A JP H07239032 A JPH07239032 A JP H07239032A
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- ring
- ion plating
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- pressure
- oil
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃
性が良好な内燃機関用ピストンリングの組合せの提供。 【構成】 ピストンリングの組合せは複数の圧力リング
とオイルリングを有する。少なくとも第１圧力リング２
とオイルリング４の両方の外周摺動面に、イオンプレー
ティング皮膜２Ａ、４Ａが形成される。この皮膜は、Ｃ
ｒ2Ｎ型窒化クロム、ＣｒＮ型窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型窒
化クロムとＣｒＮ型窒化クロムの混合物、窒化チタンの
いずれかにより形成される。
性が良好な内燃機関用ピストンリングの組合せの提供。 【構成】 ピストンリングの組合せは複数の圧力リング
とオイルリングを有する。少なくとも第１圧力リング２
とオイルリング４の両方の外周摺動面に、イオンプレー
ティング皮膜２Ａ、４Ａが形成される。この皮膜は、Ｃ
ｒ2Ｎ型窒化クロム、ＣｒＮ型窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型窒
化クロムとＣｒＮ型窒化クロムの混合物、窒化チタンの
いずれかにより形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用ピストンリン
グの組合せに関し、特に、圧力リングとオイルリングと
を有するピストンリングの組合せに関する。
グの組合せに関し、特に、圧力リングとオイルリングと
を有するピストンリングの組合せに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関の高性能化に伴い、各機
能部品に対し益々過酷な条件が課せられると共に、内燃
機関の寿命の延長が強く要求されている。ピストンリン
グも従来にも増して高回転、高温、高面圧等の厳しい環
境にさらされ、その耐久性の向上が要求されている。更
に、エンジン性能向上ややコンパクト化の要求から、圧
力リング３本とオイルリング２本の組合せや、圧力リン
グ３本とオイルリング１本の組合せ、圧力リング２本と
オイルリング１本の組合せ、圧力リング１本とオイルリ
ング１本の組合せ等、種々の内燃機関用ピストンリング
の組合せがディーゼルエンジンやガソリンエンジンに採
用されている。そしてピストンリングの耐久性を改善す
る手段として摺動面に硬質クロムメッキ処理や窒化処理
等の耐摩耗性処理が実施されている。
能部品に対し益々過酷な条件が課せられると共に、内燃
機関の寿命の延長が強く要求されている。ピストンリン
グも従来にも増して高回転、高温、高面圧等の厳しい環
境にさらされ、その耐久性の向上が要求されている。更
に、エンジン性能向上ややコンパクト化の要求から、圧
力リング３本とオイルリング２本の組合せや、圧力リン
グ３本とオイルリング１本の組合せ、圧力リング２本と
オイルリング１本の組合せ、圧力リング１本とオイルリ
ング１本の組合せ等、種々の内燃機関用ピストンリング
の組合せがディーゼルエンジンやガソリンエンジンに採
用されている。そしてピストンリングの耐久性を改善す
る手段として摺動面に硬質クロムメッキ処理や窒化処理
等の耐摩耗性処理が実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のクロム
メッキ層を有するピストンリングでは、耐摩耗性が充分
でなくなってきており、窒化処理は優れた耐摩耗性を有
することから過酷な運転条件の下で使用される第１圧力
リング（トップリング）の表面処理として注目され、最
近多く使用される傾向である。しかしながら、従来のピ
ストンリングに採用された窒化処理においてもいまだ耐
摩耗性、耐スカッフイング性、耐相手攻撃性の点で充分
とは言えなかった。
メッキ層を有するピストンリングでは、耐摩耗性が充分
でなくなってきており、窒化処理は優れた耐摩耗性を有
することから過酷な運転条件の下で使用される第１圧力
リング（トップリング）の表面処理として注目され、最
近多く使用される傾向である。しかしながら、従来のピ
ストンリングに採用された窒化処理においてもいまだ耐
摩耗性、耐スカッフイング性、耐相手攻撃性の点で充分
とは言えなかった。
【０００４】そこで本発明は、耐摩耗性、耐スカッフイ
ング性が良好でありまた相手攻撃性を可及的に減少可能
な（耐相手攻撃性が良好な）内燃機関用ピストンリング
の組合せを提供することを目的とする。
ング性が良好でありまた相手攻撃性を可及的に減少可能
な（耐相手攻撃性が良好な）内燃機関用ピストンリング
の組合せを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数の圧力リングと少なくとも１個のオイ
ルリングを有するピストンリングの組合せにおいて、該
複数の圧力リングのうちの第１圧力リングと該少なくと
も１個のオイルリングの外周摺動面にイオンプレーティ
ング皮膜が形成されている内燃機関用ピストンリングの
組合せを提供している。
に本発明は、複数の圧力リングと少なくとも１個のオイ
ルリングを有するピストンリングの組合せにおいて、該
複数の圧力リングのうちの第１圧力リングと該少なくと
も１個のオイルリングの外周摺動面にイオンプレーティ
ング皮膜が形成されている内燃機関用ピストンリングの
組合せを提供している。
【０００６】該イオンプレーティング皮膜は、窒化チタ
ン、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロム、ＣｒＮ型の窒化クロムの
いずれか１種により形成されているのが好ましい。又
は、該イオンプレーティング皮膜はＣｒ2Ｎ型の窒化ク
ロムとＣｒＮ型の窒化クロムとの混合物により形成され
ているのが好ましい。そして少なくとも１個のオイルリ
ングは第１オイルリングであることが好ましい。
ン、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロム、ＣｒＮ型の窒化クロムの
いずれか１種により形成されているのが好ましい。又
は、該イオンプレーティング皮膜はＣｒ2Ｎ型の窒化ク
ロムとＣｒＮ型の窒化クロムとの混合物により形成され
ているのが好ましい。そして少なくとも１個のオイルリ
ングは第１オイルリングであることが好ましい。
【０００７】本発明では更に１個の圧力リングと１個の
オイルリングを有するピストンリングの組合せにおい
て、該圧力リングと該オイルリングの外周摺動面にイオ
ンプレーティング皮膜が形成されており、該イオンプレ
ーティング皮膜は、窒化チタン、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロ
ム、ＣｒＮ型の窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムと
ＣｒＮ型の窒化クロムとの混合物のいずれか１種により
形成されている内燃機関用ピストンリングの組合せを提
供している。
オイルリングを有するピストンリングの組合せにおい
て、該圧力リングと該オイルリングの外周摺動面にイオ
ンプレーティング皮膜が形成されており、該イオンプレ
ーティング皮膜は、窒化チタン、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロ
ム、ＣｒＮ型の窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムと
ＣｒＮ型の窒化クロムとの混合物のいずれか１種により
形成されている内燃機関用ピストンリングの組合せを提
供している。
【０００８】
【作用】上記構成を有する請求項１記載の本発明の内燃
機関用ピストンリングの組合せによると、少なくとも第
１圧力リングとオイルリング外周摺動面にイオンプレー
ティング皮膜が形成されているので、該皮膜の有する耐
摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃性により、エ
ンジン高性能化の要求を満たすことが可能となる。
機関用ピストンリングの組合せによると、少なくとも第
１圧力リングとオイルリング外周摺動面にイオンプレー
ティング皮膜が形成されているので、該皮膜の有する耐
摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃性により、エ
ンジン高性能化の要求を満たすことが可能となる。
【０００９】また上記構成を有する請求項５記載の本発
明の内燃機関用ピストンリングの組合せによると、リン
グ総本数が２本に減少しても、イオンプレーティング皮
膜の有する耐摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃
性により圧力リングやオイルリング本来の所望の性能を
十分に発揮することができ、エンジン性能の維持が図れ
る。
明の内燃機関用ピストンリングの組合せによると、リン
グ総本数が２本に減少しても、イオンプレーティング皮
膜の有する耐摩耗性、耐スカッフィング性、耐相手攻撃
性により圧力リングやオイルリング本来の所望の性能を
十分に発揮することができ、エンジン性能の維持が図れ
る。
【００１０】
【実施例】本発明の内燃機関用ピストンリングの組合せ
について、図１乃至図８に基づき説明する。図１は本発
明の１実施例による内燃機関用ピストンリングの組合せ
を示す。ピストン１には３個の環状溝１ａ、１ｂ、１ｃ
が刻設され、燃焼室に近い順に第１圧力リング２（トッ
プリング）、第２圧力リング３、オイルリング４が装着
されている。オイルリング４は組合せオイルリングでサ
イドレール４ａとスペーサエキスパンダ４ｂとから構成
されている。
について、図１乃至図８に基づき説明する。図１は本発
明の１実施例による内燃機関用ピストンリングの組合せ
を示す。ピストン１には３個の環状溝１ａ、１ｂ、１ｃ
が刻設され、燃焼室に近い順に第１圧力リング２（トッ
プリング）、第２圧力リング３、オイルリング４が装着
されている。オイルリング４は組合せオイルリングでサ
イドレール４ａとスペーサエキスパンダ４ｂとから構成
されている。
【００１１】圧力リング２、３の母材はスレンレス鋼
（１７Ｃｒステンレス鋼）製であり、オイルリング４の
サイドレール４ａの母材もステンレス鋼（１３Ｃｒステ
ンレス鋼）である。またリング２、３、４の外周摺動面
は、シリンダライナ５に摺接している。第１圧力リング
２とオイルリング４の外周摺動面にはイオンプレーティ
ング皮膜２Ａ、４Ａがそれぞれ形成されている。第１圧
力リング２は、摩耗が最も顕著であるため、耐摩耗性、
耐スカッフイング性、耐相手攻撃性の向上を目的とし
て、外周摺動面にイオンプレーティング皮膜２Ａが形成
される。またオイルリング４についても、それが摩耗す
ると油掻き作用が失われ、オイル上がりが増すので潤滑
油の消費が増え、また燃焼室に潤滑油が流入して燃焼状
態に悪影響を与える。よって、オイルリング４の外周摺
動面にも、イオンプレーティング皮膜４Ａが形成され
る。
（１７Ｃｒステンレス鋼）製であり、オイルリング４の
サイドレール４ａの母材もステンレス鋼（１３Ｃｒステ
ンレス鋼）である。またリング２、３、４の外周摺動面
は、シリンダライナ５に摺接している。第１圧力リング
２とオイルリング４の外周摺動面にはイオンプレーティ
ング皮膜２Ａ、４Ａがそれぞれ形成されている。第１圧
力リング２は、摩耗が最も顕著であるため、耐摩耗性、
耐スカッフイング性、耐相手攻撃性の向上を目的とし
て、外周摺動面にイオンプレーティング皮膜２Ａが形成
される。またオイルリング４についても、それが摩耗す
ると油掻き作用が失われ、オイル上がりが増すので潤滑
油の消費が増え、また燃焼室に潤滑油が流入して燃焼状
態に悪影響を与える。よって、オイルリング４の外周摺
動面にも、イオンプレーティング皮膜４Ａが形成され
る。
【００１２】第１実施例の変形例として、圧力リング３
本とオイルリング２本の組合せによる場合でも、上記の
理由により少なくとも第１圧力リングと第１オイルリン
グの外周摺動面にはイオンプレーティング皮膜が形成さ
れる。また圧力リング３本とオイルリング１本の組合せ
の場合でも、少なくとも第１圧力リングとオイルリング
の外周摺動面にはイオンプレーティング皮膜が形成され
る。
本とオイルリング２本の組合せによる場合でも、上記の
理由により少なくとも第１圧力リングと第１オイルリン
グの外周摺動面にはイオンプレーティング皮膜が形成さ
れる。また圧力リング３本とオイルリング１本の組合せ
の場合でも、少なくとも第１圧力リングとオイルリング
の外周摺動面にはイオンプレーティング皮膜が形成され
る。
【００１３】図２は本発明の第２実施例による内燃機関
用ピストンリングの組合せを示す。この実施例はリング
本数を２本に減らし、ピストンを小型化することで、エ
ンジン全体をコンパクト化するためのものである。ピス
トン１１には２個の環状溝１１ａ、１１ｃが刻設され、
燃焼室に近い順に圧力リング１２（トップリング）とオ
イルリング１４が装着されている。これらリング１２、
１４の外周摺動面は、シリンダライナ１５に摺接してい
る。そして圧力リング１２とオイルリング１４の両方の
外周摺動面にはイオンプレーティング皮膜１２Ａ、１４
Ａがそれぞれ形成されている。
用ピストンリングの組合せを示す。この実施例はリング
本数を２本に減らし、ピストンを小型化することで、エ
ンジン全体をコンパクト化するためのものである。ピス
トン１１には２個の環状溝１１ａ、１１ｃが刻設され、
燃焼室に近い順に圧力リング１２（トップリング）とオ
イルリング１４が装着されている。これらリング１２、
１４の外周摺動面は、シリンダライナ１５に摺接してい
る。そして圧力リング１２とオイルリング１４の両方の
外周摺動面にはイオンプレーティング皮膜１２Ａ、１４
Ａがそれぞれ形成されている。
【００１４】上述した実施例のイオンプレーティング皮
膜２Ａ、４Ａ、１２Ａ、１４Ａは、公知の反応性イオン
プレーティング法により形成される。この方法は、窒素
等の反応ガス中に、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属を蒸発させ、気
相状態でイオン化して、マイナスにバイアスされた母材
表面に反応ガスと蒸発物質イオンとの反応生成物（Ｔｉ
Ｎ、Ｃｒ2Ｎ、ＣｒＮとＣｒ2Ｎの混合、ＣｒＮ）を形成
させる表面処理方法である。
膜２Ａ、４Ａ、１２Ａ、１４Ａは、公知の反応性イオン
プレーティング法により形成される。この方法は、窒素
等の反応ガス中に、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属を蒸発させ、気
相状態でイオン化して、マイナスにバイアスされた母材
表面に反応ガスと蒸発物質イオンとの反応生成物（Ｔｉ
Ｎ、Ｃｒ2Ｎ、ＣｒＮとＣｒ2Ｎの混合、ＣｒＮ）を形成
させる表面処理方法である。
【００１５】次に本発明による内燃機関用ピストンリン
グの組合せの耐摩耗性試験並びにシリンダライナ攻撃性
試験について説明する。エンジンに適合するサイズの圧
力リングサンプルとオイルリングサンプルを用意した。
なお１気筒当たりの圧力リングとオイルリングの本数は
それぞれ１である。またシリンダボアは鋳鉄であり、具
体的にはＦＣ２５相当である。
グの組合せの耐摩耗性試験並びにシリンダライナ攻撃性
試験について説明する。エンジンに適合するサイズの圧
力リングサンプルとオイルリングサンプルを用意した。
なお１気筒当たりの圧力リングとオイルリングの本数は
それぞれ１である。またシリンダボアは鋳鉄であり、具
体的にはＦＣ２５相当である。
【００１６】圧力リングの母材はクロムを１７％含有す
るステンレスとし、サイドレールはクロムを１３％含有
するステンレスとし、サンプルＡは該リング母材の外周
摺動面に厚さ５０μｍの窒化処理を施したもの、サンプ
ルＢは該リング母材外周摺動面に厚さ１０μｍのＴｉＮ
イオンプレーティング皮膜を施したもの、サンプルＣは
該リング母材外周摺動面に厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎ型イ
オンプレーティング皮膜を施したもの、サンプルＤは該
リング母材外周摺動面に厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎ型とＣ
ｒＮ型が混在するイオンプレーティング皮膜を施したも
のであり、Ｃｒ2ＮとＣｒＮの含有比率は５０：５０で
ある。そしてサンプルＥは該リング母材外周摺動面に厚
さ３０μｍのＣｒＮ型イオンプレーティング皮膜を施し
たものである。
るステンレスとし、サイドレールはクロムを１３％含有
するステンレスとし、サンプルＡは該リング母材の外周
摺動面に厚さ５０μｍの窒化処理を施したもの、サンプ
ルＢは該リング母材外周摺動面に厚さ１０μｍのＴｉＮ
イオンプレーティング皮膜を施したもの、サンプルＣは
該リング母材外周摺動面に厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎ型イ
オンプレーティング皮膜を施したもの、サンプルＤは該
リング母材外周摺動面に厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎ型とＣ
ｒＮ型が混在するイオンプレーティング皮膜を施したも
のであり、Ｃｒ2ＮとＣｒＮの含有比率は５０：５０で
ある。そしてサンプルＥは該リング母材外周摺動面に厚
さ３０μｍのＣｒＮ型イオンプレーティング皮膜を施し
たものである。
【００１７】以上のサンプルを４サイクル水冷４気筒１
６００ｃｃのガソリンエンジンに組込み、全負荷運転で
２００時間の耐久テストを行った。図３は圧力リングと
オイルリングのサイドレールの摩耗量及び相手シリンダ
の上死点付近の摩耗量データを示すグラフである。これ
らの図から明らかなように、通常の窒化処理のリング
（サンプルＡ）の摩耗量を「１」とした場合、Ｃｒ2Ｎ
型イオンプレーティング皮膜付きリング（サンプルＣ）
では摩耗量はその約１／５程度であり、Ｃｒ2Ｎ型とＣ
ｒＮ型混合のイオンプレーティング皮膜付きリング（サ
ンプルＤ）では約１／１０程度であった。よって通常の
窒化処理を施した圧力リングやオイルリングに比較し
て、イオンプレーティング皮膜を施したリングは摩耗量
が著しく小さい。そして圧力リング、オイルリングとも
に、Ｃｒ2Ｎ型とＣｒＮ型混合のイオンプレーティング
皮膜を施した場合が特に耐摩耗性に優れていることが判
明した。
６００ｃｃのガソリンエンジンに組込み、全負荷運転で
２００時間の耐久テストを行った。図３は圧力リングと
オイルリングのサイドレールの摩耗量及び相手シリンダ
の上死点付近の摩耗量データを示すグラフである。これ
らの図から明らかなように、通常の窒化処理のリング
（サンプルＡ）の摩耗量を「１」とした場合、Ｃｒ2Ｎ
型イオンプレーティング皮膜付きリング（サンプルＣ）
では摩耗量はその約１／５程度であり、Ｃｒ2Ｎ型とＣ
ｒＮ型混合のイオンプレーティング皮膜付きリング（サ
ンプルＤ）では約１／１０程度であった。よって通常の
窒化処理を施した圧力リングやオイルリングに比較し
て、イオンプレーティング皮膜を施したリングは摩耗量
が著しく小さい。そして圧力リング、オイルリングとも
に、Ｃｒ2Ｎ型とＣｒＮ型混合のイオンプレーティング
皮膜を施した場合が特に耐摩耗性に優れていることが判
明した。
【００１８】またシリンダへの攻撃性については、２０
０時間運転後のシリンダの摩耗量を測定した。サンプル
Ａと摺動関係にあったシリンダではその摩耗量が３．４
μｍであり、サンプルＢと摺動関係にあったシリンダで
はその摩耗量が２．５μｍであり、サンプルＣと摺動関
係にあったシリンダではその摩耗量が１．５μｍであ
り、サンプルＤと摺動関係にあったシリンダではその摩
耗量が１．０μｍであり、サンプルＥと摺動関係にあっ
たシリンダではその摩耗量が１．０μｍであった。特に
Ｃｒ2Ｎ型とＣｒＮ型混合のイオンプレーティング皮膜
を施したサンプルＤはＣｒＮ型イオンプレーティング皮
膜を施したサンプルＥと同様に、耐相手攻撃性が良好で
あることが判った。
０時間運転後のシリンダの摩耗量を測定した。サンプル
Ａと摺動関係にあったシリンダではその摩耗量が３．４
μｍであり、サンプルＢと摺動関係にあったシリンダで
はその摩耗量が２．５μｍであり、サンプルＣと摺動関
係にあったシリンダではその摩耗量が１．５μｍであ
り、サンプルＤと摺動関係にあったシリンダではその摩
耗量が１．０μｍであり、サンプルＥと摺動関係にあっ
たシリンダではその摩耗量が１．０μｍであった。特に
Ｃｒ2Ｎ型とＣｒＮ型混合のイオンプレーティング皮膜
を施したサンプルＤはＣｒＮ型イオンプレーティング皮
膜を施したサンプルＥと同様に、耐相手攻撃性が良好で
あることが判った。
【００１９】次に、本発明による内燃機関用ピストンリ
ングのリング単体での優秀性を確認するために、テスト
片に様々な表面処理を施し、各種実験を行った。テスト
片１乃至５の母材はステンレス鋼であり、それらの表面
処理は以下のとおりである。 テスト片１： 厚さ５０μｍの窒化層 テスト片２： 厚さ１０μｍのＴｉＮイオンプレーティ
ング層 テスト片３： 厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎイオンプレーテ
ィング層 テスト片４： 厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎ−ＣｒＮ混合イ
オンプレーティング層 テスト片５： 厚さ３０μｍのＣｒＮイオンプレーティ
ング層
ングのリング単体での優秀性を確認するために、テスト
片に様々な表面処理を施し、各種実験を行った。テスト
片１乃至５の母材はステンレス鋼であり、それらの表面
処理は以下のとおりである。 テスト片１： 厚さ５０μｍの窒化層 テスト片２： 厚さ１０μｍのＴｉＮイオンプレーティ
ング層 テスト片３： 厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎイオンプレーテ
ィング層 テスト片４： 厚さ３０μｍのＣｒ2Ｎ−ＣｒＮ混合イ
オンプレーティング層 テスト片５： 厚さ３０μｍのＣｒＮイオンプレーティ
ング層
【００２０】回転円板式平面すべり摩擦試験機を用いて
耐スカッフィング性の試験を行った。外径１３９ｍｍで
あり、材料がシリンダライナ用鋳鉄（Ｃ：３．２重量
％、Ｓｉ：２．１重量％、Ｍｎ：０．８重量％、Ｐ：
０．３重量％、Ｃｕ：０．４重量％、Ｍｏ：０．２重量
％、Ｂ：０．１重量％、Ｆｅ：残部）の円板を用意し
た。またそれぞれのテスト片のサイズを１８ｍｍ×１５
ｍｍ×５ｍｍの直方体とし、その一面を摺動面として上
記表面処理を施してテスト片１乃至５とした。試験条件
は以下のとおりである。 すべり速度： ５ｍ／秒 潤滑油： ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１） 油温： ５０℃ 油量： ０．２リットル／分 面圧： スカッフィング発生まで
耐スカッフィング性の試験を行った。外径１３９ｍｍで
あり、材料がシリンダライナ用鋳鉄（Ｃ：３．２重量
％、Ｓｉ：２．１重量％、Ｍｎ：０．８重量％、Ｐ：
０．３重量％、Ｃｕ：０．４重量％、Ｍｏ：０．２重量
％、Ｂ：０．１重量％、Ｆｅ：残部）の円板を用意し
た。またそれぞれのテスト片のサイズを１８ｍｍ×１５
ｍｍ×５ｍｍの直方体とし、その一面を摺動面として上
記表面処理を施してテスト片１乃至５とした。試験条件
は以下のとおりである。 すべり速度： ５ｍ／秒 潤滑油： ＳＡＥ３０＋白灯油（１：１） 油温： ５０℃ 油量： ０．２リットル／分 面圧： スカッフィング発生まで
【００２１】はじめにテスト片の摺動面になじみをもた
せるために、テスト片を固定し、荷重２５ｋｇ／ｃｍ2
にて２０分間潤滑油を供給しながらテスト片を円板に圧
接しつつ円板を回転させた。次に面圧を３０ｋｇ／ｃｍ
2に上げ、２分毎に面圧を５ｋｇ／ｃｍ2ずつ上昇させ、
スカッフィングが生じたときの荷重を限界面圧として測
定した。その結果を図４に示す。
せるために、テスト片を固定し、荷重２５ｋｇ／ｃｍ2
にて２０分間潤滑油を供給しながらテスト片を円板に圧
接しつつ円板を回転させた。次に面圧を３０ｋｇ／ｃｍ
2に上げ、２分毎に面圧を５ｋｇ／ｃｍ2ずつ上昇させ、
スカッフィングが生じたときの荷重を限界面圧として測
定した。その結果を図４に示す。
【００２２】図４から明らかなように、窒化処理の施さ
れたテスト片１の場合には限界面圧が７５ｋｇ／ｃｍ2
であったが、イオンプレーティングを皮膜したテスト片
２、３、４、５では限界面圧は１５０ｋｇ／ｃｍ2以上
であり、耐スカッフィング性が著しく向上していること
がわかる。
れたテスト片１の場合には限界面圧が７５ｋｇ／ｃｍ2
であったが、イオンプレーティングを皮膜したテスト片
２、３、４、５では限界面圧は１５０ｋｇ／ｃｍ2以上
であり、耐スカッフィング性が著しく向上していること
がわかる。
【００２３】次にアムスラー型摩耗試験機を用いて耐摩
耗性試験を行った。テスト片をドーナツ形状（外径４０
ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）としてその外周面
に上記の表面処理を施しテスト片１乃至５とした。そし
てこれらを平面接触滑り摩耗試験における回転片とし
た。これに対して１８ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの平板上
に加工した相手材（ライナ材）を固定片として圧接し、
その圧接面に潤滑油を供給しつつ回転片を回転させた。
相手材の材料は耐スカッフィング性試験に用いたシリン
ダライナ用鋳鉄と同じものとした。試験条件は以下のと
おりであり、試験結果を図５に示す。 周速： １ｍ／秒 （４７８ｒ．ｐ．ｍ．） 潤滑油： 軸受油 油温： ８０℃ 荷重： １５０ｋｇ 時間： ７時間
耗性試験を行った。テスト片をドーナツ形状（外径４０
ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）としてその外周面
に上記の表面処理を施しテスト片１乃至５とした。そし
てこれらを平面接触滑り摩耗試験における回転片とし
た。これに対して１８ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの平板上
に加工した相手材（ライナ材）を固定片として圧接し、
その圧接面に潤滑油を供給しつつ回転片を回転させた。
相手材の材料は耐スカッフィング性試験に用いたシリン
ダライナ用鋳鉄と同じものとした。試験条件は以下のと
おりであり、試験結果を図５に示す。 周速： １ｍ／秒 （４７８ｒ．ｐ．ｍ．） 潤滑油： 軸受油 油温： ８０℃ 荷重： １５０ｋｇ 時間： ７時間
【００２４】図５から明らかなように、窒化処理が施さ
れたテスト片１の摩耗量に比較してイオンプレーティン
グ皮膜を有したテスト片２、３、４、５では摩耗量が少
なく、特にＣｒ2Ｎ−ＣｒＮ混合イオンプレーティング
層が施されたテスト片４とＣｒＮイオンプレーティング
層が施されたテスト片５は摩耗量が同程度であり僅かで
あった。よってイオンプレーティング層を有するリング
は、耐摩耗性が著しく向上していることがわかる。
れたテスト片１の摩耗量に比較してイオンプレーティン
グ皮膜を有したテスト片２、３、４、５では摩耗量が少
なく、特にＣｒ2Ｎ−ＣｒＮ混合イオンプレーティング
層が施されたテスト片４とＣｒＮイオンプレーティング
層が施されたテスト片５は摩耗量が同程度であり僅かで
あった。よってイオンプレーティング層を有するリング
は、耐摩耗性が著しく向上していることがわかる。
【００２５】次に耐相手攻撃性試験を調べるために、上
記耐摩耗性試験における相手材（固定片）の摩耗量を測
定した。その結果を図６に示す。図６から明らかなよう
に、テスト片１と摺動関係にあった相手材の摩耗量が大
きく、テスト片１は相手攻撃性が高いことが判る。一方
テスト片２、３、４、５とそれぞれ摺動関係にあった相
手材の摩耗量は小さく、特にＣｒ2Ｎ−ＣｒＮ混合イオ
ンプレーティング層が施されたテスト片４とＣｒＮイオ
ンプレーティング層が施されたテスト片５と摺動関係に
あった相手材の摩耗量が同程度であり僅かであった。よ
って、イオンプレーティング皮膜を有した場合には良好
な耐相手攻撃性を具備していることが判る。
記耐摩耗性試験における相手材（固定片）の摩耗量を測
定した。その結果を図６に示す。図６から明らかなよう
に、テスト片１と摺動関係にあった相手材の摩耗量が大
きく、テスト片１は相手攻撃性が高いことが判る。一方
テスト片２、３、４、５とそれぞれ摺動関係にあった相
手材の摩耗量は小さく、特にＣｒ2Ｎ−ＣｒＮ混合イオ
ンプレーティング層が施されたテスト片４とＣｒＮイオ
ンプレーティング層が施されたテスト片５と摺動関係に
あった相手材の摩耗量が同程度であり僅かであった。よ
って、イオンプレーティング皮膜を有した場合には良好
な耐相手攻撃性を具備していることが判る。
【００２６】次にそれぞれのテスト片の耐食性について
実験した。テスト片は１８ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの直
方体とし、１８ｍｍ×１５ｍｍの一面に上述した表面処
理を施し、残りの５面は耐食性材料にてコーティングし
た。そして上記表面処理の相違によりテスト片１乃至５
とした。ビーカーに腐食液を入れ、所定の浸漬時間テス
ト片を腐食液に浸漬して腐食による減量を調べた。試験
条件は以下のとおりであり、テスト結果を図７に示す。 腐食液： ２．５％硫酸 液温： ７０℃ 液量： １リットル 浸漬時間： ２５分
実験した。テスト片は１８ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍの直
方体とし、１８ｍｍ×１５ｍｍの一面に上述した表面処
理を施し、残りの５面は耐食性材料にてコーティングし
た。そして上記表面処理の相違によりテスト片１乃至５
とした。ビーカーに腐食液を入れ、所定の浸漬時間テス
ト片を腐食液に浸漬して腐食による減量を調べた。試験
条件は以下のとおりであり、テスト結果を図７に示す。 腐食液： ２．５％硫酸 液温： ７０℃ 液量： １リットル 浸漬時間： ２５分
【００２７】図７から明らかなように、テスト片１では
腐食減量が大きく、耐食性に欠けるが、テスト片２、
３、４、５では減量は微量であり、十分な耐食性を具備
していることがわかる。
腐食減量が大きく、耐食性に欠けるが、テスト片２、
３、４、５では減量は微量であり、十分な耐食性を具備
していることがわかる。
【００２８】最後に、イオンプレーティング皮膜の母材
に対する密着性について評価試験を行った。直径９０ｍ
ｍの窒化ピストンリングを複数本作製し、それらの外周
面にそれぞれＴｉＮ皮膜、Ｃｒ2Ｎ皮膜、Ｃｒ2ＮとＣｒ
Ｎの混合皮膜、ＣｒＮ皮膜皮膜を施した。皮膜の厚さは
ＴｉＮが１０μｍ、他はすべで３０μｍとした。密着度
の評価試験は図８に示されるような捻り剥離試験機にて
行った。
に対する密着性について評価試験を行った。直径９０ｍ
ｍの窒化ピストンリングを複数本作製し、それらの外周
面にそれぞれＴｉＮ皮膜、Ｃｒ2Ｎ皮膜、Ｃｒ2ＮとＣｒ
Ｎの混合皮膜、ＣｒＮ皮膜皮膜を施した。皮膜の厚さは
ＴｉＮが１０μｍ、他はすべで３０μｍとした。密着度
の評価試験は図８に示されるような捻り剥離試験機にて
行った。
【００２９】ねじり剥離試験機を用いてツイスト試験を
行った。ツイスト試験においては、ピストンリング２の
合口２１ａの相対向する合口端部を掴持具３２ａ、３２
ｂで掴持し、掴持具３２ａを固定しておいて掴持具３２
ｂをピストンリング２の直径方向で合口の反対側２１ｂ
を軸として一点鎖線で示されるように回転させてピスト
ンリング２を所定の捻り角度にて捻る。捻り後に、この
ピストンリング２の合い口反対側２１ｂを切断し、切断
面（破面）における皮膜層のリング母材からの剥離の有
無を目視で観察した。
行った。ツイスト試験においては、ピストンリング２の
合口２１ａの相対向する合口端部を掴持具３２ａ、３２
ｂで掴持し、掴持具３２ａを固定しておいて掴持具３２
ｂをピストンリング２の直径方向で合口の反対側２１ｂ
を軸として一点鎖線で示されるように回転させてピスト
ンリング２を所定の捻り角度にて捻る。捻り後に、この
ピストンリング２の合い口反対側２１ｂを切断し、切断
面（破面）における皮膜層のリング母材からの剥離の有
無を目視で観察した。
【００３０】試験の結果ツイスト量３０度にてＣｒ2Ｎ
皮膜やＣｒ2ＮとＣｒＮの混合皮膜については破面での
剥離が生じなかったが、ＴｉＮ皮膜やＣｒＮ皮膜では剥
離が見られた。よって、特ににＣｒ2Ｎ皮膜やＣｒ2Ｎと
ＣｒＮ混合皮膜の場合にリング母材との密着性が良好で
あることがわかった。
皮膜やＣｒ2ＮとＣｒＮの混合皮膜については破面での
剥離が生じなかったが、ＴｉＮ皮膜やＣｒＮ皮膜では剥
離が見られた。よって、特ににＣｒ2Ｎ皮膜やＣｒ2Ｎと
ＣｒＮ混合皮膜の場合にリング母材との密着性が良好で
あることがわかった。
【００３１】
【発明の効果】以上説明した本発明の内燃機関用ピスト
ンリングの組合せによれば、従来の窒化処理リングによ
るピストンリングの組合せと比較して、耐摩耗性、耐ス
カッフィング性、耐相手攻撃性が著しく向上しており、
また耐食性も優れている。特に近年量産されているステ
ンレス鋼を母材とした窒化処理のピストンリングと比較
してもエンジン実機耐久試験で約１０倍の耐摩耗性を具
備しており、更に、Ｃｒ2ＮとＣｒＮの混合皮膜の場合
は他のイオンプレーティング皮膜に比べて密着性が良い
ことが相まり、第１圧力リングとオイルリングの両方の
外周摺動面に当該イオンプレーティング皮膜を施すこと
により上記相乗的効果を得ることが可能となる。特に１
個の圧力リングと１個のオイルリングを有するピストン
リングの組合せにおいては、オイルリングの摩耗量を大
幅に減少させる効果がある。
ンリングの組合せによれば、従来の窒化処理リングによ
るピストンリングの組合せと比較して、耐摩耗性、耐ス
カッフィング性、耐相手攻撃性が著しく向上しており、
また耐食性も優れている。特に近年量産されているステ
ンレス鋼を母材とした窒化処理のピストンリングと比較
してもエンジン実機耐久試験で約１０倍の耐摩耗性を具
備しており、更に、Ｃｒ2ＮとＣｒＮの混合皮膜の場合
は他のイオンプレーティング皮膜に比べて密着性が良い
ことが相まり、第１圧力リングとオイルリングの両方の
外周摺動面に当該イオンプレーティング皮膜を施すこと
により上記相乗的効果を得ることが可能となる。特に１
個の圧力リングと１個のオイルリングを有するピストン
リングの組合せにおいては、オイルリングの摩耗量を大
幅に減少させる効果がある。
【図１】本発明による内燃機関用ピストンリングの組合
せの第１実施例を示す断面図。
せの第１実施例を示す断面図。
【図２】本発明による内燃機関用ピストンリングの組合
せの第２実施例を示す断面図。
せの第２実施例を示す断面図。
【図３】エンジン実機試験における圧力リング及びオイ
ルリング摩耗量及び相手材であるシリンダの摩耗量を示
すグラフ。
ルリング摩耗量及び相手材であるシリンダの摩耗量を示
すグラフ。
【図４】各種表面処理が施されたテスト片の耐スカッフ
ィング性を示すグラフ。
ィング性を示すグラフ。
【図５】各種表面処理が施されたテスト片の耐摩耗性を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図６】各種表面処理が施されたテスト片が相手材に及
ぼした摩耗量を示すグラフ。
ぼした摩耗量を示すグラフ。
【図７】各種表面処理が施されたテスト片の耐食性を示
すグラフ。
すグラフ。
【図８】密着性試験の試験装置を示す模式図。
２、３、１２、 圧力リング ４、１４ オイルリング ５、１５ シリンダライナ ２Ａ、４Ａ，１２Ａ，１４Ａ イオンプレーティング皮
膜
膜
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の圧力リングと少なくとも１個のオ
イルリングを有するピストンリングの組合せにおいて、
該複数の圧力リングのうちの第１圧力リングと該少なく
とも１個のオイルリングの外周摺動面にイオンプレーテ
ィング皮膜が形成されていることを特徴とする内燃機関
用ピストンリングの組合せ。 - 【請求項２】 該イオンプレーティング皮膜は、窒化チ
タン、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロム、ＣｒＮ型の窒化クロム
のいずれか１種により形成されていることを特徴とする
請求項１記載の内燃機関用ピストンリングの組合せ。 - 【請求項３】 該イオンプレーティング皮膜はＣｒ2Ｎ
型の窒化クロムとＣｒＮ型の窒化クロムとの混合物によ
り形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃
機関用ピストンリングの組合わせ。 - 【請求項４】該少なくとも１個のオイルリングは第１オ
イルリングであることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか１記載の内燃機関用ピストンリングの組合せ。 - 【請求項５】 １個の圧力リングと１個のオイルリング
を有するピストンリングの組合せにおいて、該圧力リン
グと該オイルリングの外周摺動面にイオンプレーティン
グ皮膜が形成されており、該イオンプレーティング皮膜
は、窒化チタン、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロム、ＣｒＮ型の
窒化クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムとＣｒＮ型の窒化
クロムとの混合物のいずれか１種により形成されている
ことを特徴とする内燃機関用ピストンリングの組合せ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5471594A JPH07239032A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 内燃機関用ピストンリングの組合せ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5471594A JPH07239032A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 内燃機関用ピストンリングの組合せ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07239032A true JPH07239032A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=12978511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5471594A Pending JPH07239032A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 内燃機関用ピストンリングの組合せ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07239032A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19905518B4 (de) * | 1998-02-13 | 2007-12-27 | Nippon Piston Ring Co, . Ltd., Yono | Eine Kombination von Kolbendichtringen zur Verwendung bei Verbrennungskraftmotoren |
| JP5833276B1 (ja) * | 2014-09-12 | 2015-12-16 | Ｔｐｒ株式会社 | 組合せオイルリング |
| WO2016038916A1 (ja) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Ｔｐｒ株式会社 | 組合せオイルリング |
| US10571024B2 (en) | 2017-07-05 | 2020-02-25 | Tpr Co., Ltd. | Combination oil ring |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP5471594A patent/JPH07239032A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19905518B4 (de) * | 1998-02-13 | 2007-12-27 | Nippon Piston Ring Co, . Ltd., Yono | Eine Kombination von Kolbendichtringen zur Verwendung bei Verbrennungskraftmotoren |
| JP5833276B1 (ja) * | 2014-09-12 | 2015-12-16 | Ｔｐｒ株式会社 | 組合せオイルリング |
| WO2016038916A1 (ja) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Ｔｐｒ株式会社 | 組合せオイルリング |
| US9784369B2 (en) | 2014-09-12 | 2017-10-10 | Tpr Co., Ltd. | Combination oil ring |
| US10571024B2 (en) | 2017-07-05 | 2020-02-25 | Tpr Co., Ltd. | Combination oil ring |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050214 |