JPH10148155A - ピストンリングとシリンダライナの組合せ - Google Patents
ピストンリングとシリンダライナの組合せInfo
- Publication number
- JPH10148155A JPH10148155A JP32349896A JP32349896A JPH10148155A JP H10148155 A JPH10148155 A JP H10148155A JP 32349896 A JP32349896 A JP 32349896A JP 32349896 A JP32349896 A JP 32349896A JP H10148155 A JPH10148155 A JP H10148155A
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- Japan
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- cylinder liner
- plating
- piston ring
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- composite
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 摺動特性に優れ、潤滑油消費量が少ない、ピ
ストンリングとシリンダライナの組合せを提供する。 【解決手段】 シリンダライナ1の内周面には複合Cr
めっき皮膜2を被覆する。複合Crめっき皮膜2のクラ
ック内に含有されている硬質粒子は炭化物(例えばSi
C)、窒化物(例えばSi3 N4 )、または酸化物(例
えばAl2 O3 )である。ピストンリング3の外周面に
は窒化層、Mo系溶射皮膜、またはFe−Cr−C系溶
射皮膜4を形成する。
ストンリングとシリンダライナの組合せを提供する。 【解決手段】 シリンダライナ1の内周面には複合Cr
めっき皮膜2を被覆する。複合Crめっき皮膜2のクラ
ック内に含有されている硬質粒子は炭化物(例えばSi
C)、窒化物(例えばSi3 N4 )、または酸化物(例
えばAl2 O3 )である。ピストンリング3の外周面に
は窒化層、Mo系溶射皮膜、またはFe−Cr−C系溶
射皮膜4を形成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に使用する
ピストンリングとシリンダライナの組合せに関する。
ピストンリングとシリンダライナの組合せに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、エンジンの高出力化、低燃費化お
よび排ガス規制への対応から、ピストンリングとシリン
ダライナの使用環境は非常に過酷になっており、従来使
用されてきたピストンリングとシリンダライナの組合せ
では性能を維持できなくなってきている。
よび排ガス規制への対応から、ピストンリングとシリン
ダライナの使用環境は非常に過酷になっており、従来使
用されてきたピストンリングとシリンダライナの組合せ
では性能を維持できなくなってきている。
【0003】摺動部材の表面処理に汎用的に用いられて
いるものに、Crめっきがある。Crめっきは耐摩耗性
が比較的高いが、保油性に問題があった。
いるものに、Crめっきがある。Crめっきは耐摩耗性
が比較的高いが、保油性に問題があった。
【0004】この解決策として、シリンダライナの内周
面にCrめっきを形成する場合、ポーラスCrめっきが
提案された。
面にCrめっきを形成する場合、ポーラスCrめっきが
提案された。
【0005】Crめっきと比較的相性のよい材料は鋳鉄
系材料である。しかし、ポーラスCrめっきを施したシ
リンダライナと、鋳鉄系材料からなるピストンリングの
組合せでは、ピストンリングの摩耗が大きい。また、代
表的な溶射リングである、Fe−Cr−C系溶射リング
やMo系溶射リングと組み合わせた場合は、反対にシリ
ンダライナの摩耗が大きくなる。また、ステンレス材か
らなるピストンリングにガス窒化処理を施したピストン
リングと組合せた場合も、シリンダライナの摩耗が大き
くなる。
系材料である。しかし、ポーラスCrめっきを施したシ
リンダライナと、鋳鉄系材料からなるピストンリングの
組合せでは、ピストンリングの摩耗が大きい。また、代
表的な溶射リングである、Fe−Cr−C系溶射リング
やMo系溶射リングと組み合わせた場合は、反対にシリ
ンダライナの摩耗が大きくなる。また、ステンレス材か
らなるピストンリングにガス窒化処理を施したピストン
リングと組合せた場合も、シリンダライナの摩耗が大き
くなる。
【0006】さらに、ポーラスCrめっきは、ピストン
リングの種類に無関係に潤滑油消費量が多く、低燃費
化、排ガス規制の傾向に追随できないものになりつつあ
る。
リングの種類に無関係に潤滑油消費量が多く、低燃費
化、排ガス規制の傾向に追随できないものになりつつあ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】汎用性の高いCrめっ
きは、ポーラスCrめっきに代表されるように、多くの
関連技術を成立させており、最近の技術として、硬質粒
子を含有した複合Crめっきの開発が、特開昭62−5
6600号に記述されている。
きは、ポーラスCrめっきに代表されるように、多くの
関連技術を成立させており、最近の技術として、硬質粒
子を含有した複合Crめっきの開発が、特開昭62−5
6600号に記述されている。
【0008】この技術は、Crめっき処理を行う工程
と、その直後に、逆電処理によって、めっき表面に生成
されているクラックを拡大発展させ、めっき浴中の不溶
性硬質粒子をクラック内に固着させる工程とを、周期的
に繰り返し行い、複合Crめっき皮膜を形成する技術で
ある。
と、その直後に、逆電処理によって、めっき表面に生成
されているクラックを拡大発展させ、めっき浴中の不溶
性硬質粒子をクラック内に固着させる工程とを、周期的
に繰り返し行い、複合Crめっき皮膜を形成する技術で
ある。
【0009】この複合Crめっきは、汎用的な利用が可
能であるように開発されており、シリンダライナの内周
面に施した場合、クラック内に複合粒子が充填されるの
で、気孔率がポーラスCrめっきと比べて減少し、潤滑
油消費量の低減が期待できる。
能であるように開発されており、シリンダライナの内周
面に施した場合、クラック内に複合粒子が充填されるの
で、気孔率がポーラスCrめっきと比べて減少し、潤滑
油消費量の低減が期待できる。
【0010】また、硬質粒子の種類によって、相性のよ
い相手材の種別が変わるため、ポーラスCrめっきと比
べて、相手材の種類が豊富であり、相手材の選択の自由
度に富む。
い相手材の種別が変わるため、ポーラスCrめっきと比
べて、相手材の種類が豊富であり、相手材の選択の自由
度に富む。
【0011】硬質粒子としては、Si3 N4 ,SiC,
Al2 O3 などがよく利用され、各々に対して相性のよ
い相手材があると考えられるが、これらの粒子を複合さ
せたCrめっきを施したシリンダライナと相性のよいピ
ストンリングの組合せは知られていない。
Al2 O3 などがよく利用され、各々に対して相性のよ
い相手材があると考えられるが、これらの粒子を複合さ
せたCrめっきを施したシリンダライナと相性のよいピ
ストンリングの組合せは知られていない。
【0012】本発明の目的は、摺動特性に優れ、潤滑油
消費量が少ない、ピストンリングとシリンダライナの組
合せを提供することにある。
消費量が少ない、ピストンリングとシリンダライナの組
合せを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関に用
いるピストンリングとシリンダライナの組合せにおい
て、外周摺動面に窒化層、Mo系溶射皮膜、またはFe
−Cr−C系溶射皮膜が形成されているピストンリング
と、内周摺動面に炭化物、窒化物、または酸化物の硬質
粒子を複合した複合Crめっき皮膜が形成されているシ
リンダライナと、の組合せからなることを特徴とする。
いるピストンリングとシリンダライナの組合せにおい
て、外周摺動面に窒化層、Mo系溶射皮膜、またはFe
−Cr−C系溶射皮膜が形成されているピストンリング
と、内周摺動面に炭化物、窒化物、または酸化物の硬質
粒子を複合した複合Crめっき皮膜が形成されているシ
リンダライナと、の組合せからなることを特徴とする。
【0014】上記において、窒化層はガス窒化処理ある
いはイオン窒化処理によって形成される。
いはイオン窒化処理によって形成される。
【0015】Mo系溶射皮膜はMo金属、自溶性合金お
よび鉄系合金の混合粉末の溶射皮膜であり、例えば下記
に示す混合粉末の溶射皮膜である。 1.Mo金属+自溶性合金+Fe−Cr−C合金 2.Mo金属+自溶性合金+Fe−Cr−C合金+高C
r鋳鉄 上記において、Moの含有量は重量比で、45%以上、
好ましくは55%以上が望ましい。
よび鉄系合金の混合粉末の溶射皮膜であり、例えば下記
に示す混合粉末の溶射皮膜である。 1.Mo金属+自溶性合金+Fe−Cr−C合金 2.Mo金属+自溶性合金+Fe−Cr−C合金+高C
r鋳鉄 上記において、Moの含有量は重量比で、45%以上、
好ましくは55%以上が望ましい。
【0016】Fe−Cr−C系溶射皮膜はFe−Cr−
C合金を主体とした混合粉末の溶射皮膜であり、例えば
下記に示す混合粉末の溶射皮膜である。 1.Fe−Cr−C合金+高Cr鋳鉄 2.Fe−Cr−C合金+高Cr鋳鉄+Mo金属 3.Fe−Cr−C合金+高Cr鋳鉄+Mo金属+自溶
性合金 上記において、Fe−Cr−C合金の含有量は重量比
で、30%以上、好ましくは40%以上が望ましい。
C合金を主体とした混合粉末の溶射皮膜であり、例えば
下記に示す混合粉末の溶射皮膜である。 1.Fe−Cr−C合金+高Cr鋳鉄 2.Fe−Cr−C合金+高Cr鋳鉄+Mo金属 3.Fe−Cr−C合金+高Cr鋳鉄+Mo金属+自溶
性合金 上記において、Fe−Cr−C合金の含有量は重量比
で、30%以上、好ましくは40%以上が望ましい。
【0017】前記シリンダライナの複合Crめっき皮膜
は、気孔率が5%未満であり、クラックの平均深さが
0.01mm以下であるのが、摺動特性および潤滑油消
費量の点から望ましい。
は、気孔率が5%未満であり、クラックの平均深さが
0.01mm以下であるのが、摺動特性および潤滑油消
費量の点から望ましい。
【0018】硬質粒子を含むCrめっき浴中で正電と逆
電とを交互に周期的に行うと、Crめっきの亀裂群が逆
電によって拡大成長し、成長した亀裂群に硬質粒子が固
着して複合Crめっきを形成する。この複合Crめっき
をシリンダライナの内周摺動面に形成することによっ
て、従来のポーラスCrめっきを形成したシリンダライ
ナに比べて、耐摩耗性、耐焼き付き性が向上する。ま
た、気孔率をポーラスCrめっき(気孔率:30〜40
%)の1/2〜1/8程度にできるため、潤滑油消費量
を少なくできる。また、一次摺動面を形成する硬質粒子
との相性に応じて、ピストンリングの表面処理を選択で
きるため、選択の自由度が拡大する。
電とを交互に周期的に行うと、Crめっきの亀裂群が逆
電によって拡大成長し、成長した亀裂群に硬質粒子が固
着して複合Crめっきを形成する。この複合Crめっき
をシリンダライナの内周摺動面に形成することによっ
て、従来のポーラスCrめっきを形成したシリンダライ
ナに比べて、耐摩耗性、耐焼き付き性が向上する。ま
た、気孔率をポーラスCrめっき(気孔率:30〜40
%)の1/2〜1/8程度にできるため、潤滑油消費量
を少なくできる。また、一次摺動面を形成する硬質粒子
との相性に応じて、ピストンリングの表面処理を選択で
きるため、選択の自由度が拡大する。
【0019】そして、上記複合Crめっき皮膜を形成し
たシリンダライナと、外周摺動面に窒化層、Mo系溶射
皮膜、またはFe−Cr−C系溶射皮膜を形成したピス
トンリングとの組合せは、相性がよく、ピストンリング
とシリンダライナの摺動特性が良好で、潤滑油消費量も
少なくできる。
たシリンダライナと、外周摺動面に窒化層、Mo系溶射
皮膜、またはFe−Cr−C系溶射皮膜を形成したピス
トンリングとの組合せは、相性がよく、ピストンリング
とシリンダライナの摺動特性が良好で、潤滑油消費量も
少なくできる。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態を示し
ており、(a)はピストンリングの縦断面図、(b)は
シリンダライナの縦断面図である。
ており、(a)はピストンリングの縦断面図、(b)は
シリンダライナの縦断面図である。
【0021】シリンダライナ1の内周面には複合Crめ
っき皮膜2が被覆形成されている。複合Crめっき皮膜
2のクラック内に含有されている硬質粒子は炭化物(例
えばSiC)、窒化物(例えばSi3 N4 )、または酸
化物(例えばAl2 O3 )である。
っき皮膜2が被覆形成されている。複合Crめっき皮膜
2のクラック内に含有されている硬質粒子は炭化物(例
えばSiC)、窒化物(例えばSi3 N4 )、または酸
化物(例えばAl2 O3 )である。
【0022】ピストンリング3の外周面には窒化層、M
o系溶射皮膜、またはFe−Cr−C系溶射皮膜4が形
成されている。なお、窒化層は一般的にはピストンリン
グ3の全表面に形成されるが、図示のように外周面にの
み形成することもできる。
o系溶射皮膜、またはFe−Cr−C系溶射皮膜4が形
成されている。なお、窒化層は一般的にはピストンリン
グ3の全表面に形成されるが、図示のように外周面にの
み形成することもできる。
【0023】以下、本発明の効果を確認するために行っ
た試験について説明する。
た試験について説明する。
【0024】外径φ107mm、内径φ105mm、全
長263mmの鋼(STKM15A)材からなるシリン
ダライナの内周面に、ポーラスCrめっき(比較例)と
複合Crめっき(本発明)を膜厚120〜150μm施
し、ホーニング加工処理後、完成寸法とした。
長263mmの鋼(STKM15A)材からなるシリン
ダライナの内周面に、ポーラスCrめっき(比較例)と
複合Crめっき(本発明)を膜厚120〜150μm施
し、ホーニング加工処理後、完成寸法とした。
【0025】(1)本発明シリンダライナの作製方法 めっき浴とめっき条件 めっき浴: CrO3 250g/l H2 SO4 2.5g/l H2 SiF6 5g/l Si3 N4 粉砕粉,SiC粉砕粉,またはAl2 O3 球
状粉 適量 浴温度 :55℃ 電流密度: 正電時 50A/dm2 逆電時 50A/dm2 めっき1周期の内容: 正電 600秒 逆電 60秒
状粉 適量 浴温度 :55℃ 電流密度: 正電時 50A/dm2 逆電時 50A/dm2 めっき1周期の内容: 正電 600秒 逆電 60秒
【0026】めっき方法 無水クロム酸、硫酸、フッ化水素酸、および硬質粒子で
構成されるめっき浴中に、シリンダライナが一方の電極
となるように配置し、シリンダライナへの正電と逆電を
周期的に繰り返し、シリンダライナの内周面に複合Cr
めっき皮膜を形成する。
構成されるめっき浴中に、シリンダライナが一方の電極
となるように配置し、シリンダライナへの正電と逆電を
周期的に繰り返し、シリンダライナの内周面に複合Cr
めっき皮膜を形成する。
【0027】複合Crめっき皮膜の膜厚と複合率 1周期の内容を正電600秒、逆電60秒として、複合
Crめっき皮膜を被覆すると、約10μm/1周期の膜
厚を得ることができる。このときの硬質粒子の平均複合
率は3〜15体積%である。
Crめっき皮膜を被覆すると、約10μm/1周期の膜
厚を得ることができる。このときの硬質粒子の平均複合
率は3〜15体積%である。
【0028】ホーニング加工条件 ♯600の砥石を用いて、複合Crめっき処理後のシリ
ンダライナ内周面をホーニング加工し、最大粗さ3μ
m、気孔率5%以下となるように仕上げた。クラックの
平均深さは0.005mm以下である。
ンダライナ内周面をホーニング加工し、最大粗さ3μ
m、気孔率5%以下となるように仕上げた。クラックの
平均深さは0.005mm以下である。
【0029】(2)比較例シリンダライナの作製方法 めっき浴とめっき条件 めっき浴: CrO3 250g/l H2 SO4 2.5g/l 浴温度 :55℃ 電流密度: 正電時 50A/dm2 逆電時 50A/dm2 めっき時間: 正電 5時間 逆電 3分(ポーラスCrめっき化の逆電処理)
【0030】めっき方法およびホーニング加工条件 上記のめっき液組成およびめっき条件で、めっき→エッ
チングを行い、さらにその後のホーニング加工によっ
て、通常のピンポイントタイプのポーラスCrめっき皮
膜をシリンダライナの内周面に約150μm形成した。
ホーニング加工には、♯240のWA砥石を使用し、完
成寸法に仕上げた。最大粗さが30μm、気孔率は20
〜30%であった。
チングを行い、さらにその後のホーニング加工によっ
て、通常のピンポイントタイプのポーラスCrめっき皮
膜をシリンダライナの内周面に約150μm形成した。
ホーニング加工には、♯240のWA砥石を使用し、完
成寸法に仕上げた。最大粗さが30μm、気孔率は20
〜30%であった。
【0031】(3)ピストンリングの内容 A:片状黒鉛鋳鉄リング
【0032】B:球状黒鉛鋳鉄リング
【0033】C:球状黒鉛鋳鉄リング+全表面にタフト
ライド処理
ライド処理
【0034】D:球状黒鉛鋳鉄リング+外周面にFe−
Cr−C系溶射処理 溶射の内容: 粉末 :Fe−Cr−C粉末(50重量%)+高Cr
鋳鉄粉末(30重量%)+Mo粉末(20重量%) 溶射方法:プラズマ溶射 装置 :メテコ製3Mプラズマ溶射装置 投入電流:600A 処理厚 :250μm
Cr−C系溶射処理 溶射の内容: 粉末 :Fe−Cr−C粉末(50重量%)+高Cr
鋳鉄粉末(30重量%)+Mo粉末(20重量%) 溶射方法:プラズマ溶射 装置 :メテコ製3Mプラズマ溶射装置 投入電流:600A 処理厚 :250μm
【0035】E:球状黒鉛鋳鉄リング+外周面にMo系
溶射処理 溶射の内容: 粉末 :Mo粉末(60重量%)+Ni自溶性合金粉
末(20重量%)+Fe−Cr−C粉末(10重量%)
+高Cr鋳鉄粉末(10重量%) 溶射方法:プラズマ溶射 装置 :メテコ製3Mプラズマ溶射装置 投入電流:600A 処理厚 :250μm
溶射処理 溶射の内容: 粉末 :Mo粉末(60重量%)+Ni自溶性合金粉
末(20重量%)+Fe−Cr−C粉末(10重量%)
+高Cr鋳鉄粉末(10重量%) 溶射方法:プラズマ溶射 装置 :メテコ製3Mプラズマ溶射装置 投入電流:600A 処理厚 :250μm
【0036】F:13Crステンレススチールリング+
全表面にガス窒化処理 窒化の内容: 雰囲気 :N2 ガス+NH3 ガス 処理温度:550℃ 処理時間:7時間
全表面にガス窒化処理 窒化の内容: 雰囲気 :N2 ガス+NH3 ガス 処理温度:550℃ 処理時間:7時間
【0037】(4)試験方法 試験条件: エンジン:6気筒ディーゼルエンジン、内径φ105m
m×ストローク125mm 総排気量:6494cc 馬力 :175PS 運転条件:3100rpm、全負荷で100時間 水温 :110℃(機関出口)
m×ストローク125mm 総排気量:6494cc 馬力 :175PS 運転条件:3100rpm、全負荷で100時間 水温 :110℃(機関出口)
【0038】摩耗量の測定方法 ピストンリングの摩耗量:外周面の合い口を基点とし
て、90°ずつ離れた計4箇所における摩耗量の平均値 シリンダライナの摩耗量:内周面のトップリングの上死
点位置で、クランク軸方向とそれと90°をなす方向に
おける計4箇所の摩耗量の平均値。
て、90°ずつ離れた計4箇所における摩耗量の平均値 シリンダライナの摩耗量:内周面のトップリングの上死
点位置で、クランク軸方向とそれと90°をなす方向に
おける計4箇所の摩耗量の平均値。
【0039】潤滑油消費量の測定方法 試験開始100時間直前に潤滑油消費量を測定。
【0040】(5)試験結果 図2に示されているように、本発明のピストンリングと
シリンダライナの組合せは、リング摩耗、ライナ摩耗と
も比較例のものに比べて少なく、潤滑油消費量も少ない
ことが確認された。
シリンダライナの組合せは、リング摩耗、ライナ摩耗と
も比較例のものに比べて少なく、潤滑油消費量も少ない
ことが確認された。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明のピストンリ
ングとシリンダライナの組合せによれば、摺動特性に優
れ、潤滑油消費量が少ない。
ングとシリンダライナの組合せによれば、摺動特性に優
れ、潤滑油消費量が少ない。
【図1】本発明の一実施形態を示し、(a)はピストン
リングの縦断面図、(b)はシリンダライナの縦断面図
である。
リングの縦断面図、(b)はシリンダライナの縦断面図
である。
【図2】試験結果を示すグラフである。
1 シリンダライナ 2 複合Crめっき皮膜 3 ピストンリング 4 窒化層、Mo系溶射皮膜、またはFe−Cr−C系
溶射皮膜
溶射皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 1/08 F02F 1/08 A 1/10 1/10 A 5/00 5/00 F
Claims (2)
- 【請求項1】 内燃機関に用いるピストンリングとシリ
ンダライナの組合せにおいて、 外周摺動面に窒化層、Mo系溶射皮膜、またはFe−C
r−C系溶射皮膜が形成されているピストンリングと、 内周摺動面に炭化物、窒化物、または酸化物の硬質粒子
を複合した複合Crめっき皮膜が形成されているシリン
ダライナと、 の組合せからなることを特徴とするピストンリングとシ
リンダライナの組合せ。 - 【請求項2】 前記シリンダライナの複合Crめっき皮
膜は、気孔率が5%未満であり、クラックの平均深さが
0.01mm以下であることを特徴とする請求項1記載
のピストンリングとシリンダライナの組合せ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32349896A JPH10148155A (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | ピストンリングとシリンダライナの組合せ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32349896A JPH10148155A (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | ピストンリングとシリンダライナの組合せ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10148155A true JPH10148155A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=18155367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32349896A Pending JPH10148155A (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | ピストンリングとシリンダライナの組合せ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10148155A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006219756A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-08-24 | Mazda Motor Corp | 摺動部用メッキ皮膜及び同皮膜の形成方法 |
-
1996
- 1996-11-19 JP JP32349896A patent/JPH10148155A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006219756A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-08-24 | Mazda Motor Corp | 摺動部用メッキ皮膜及び同皮膜の形成方法 |
US7422797B2 (en) | 2005-01-12 | 2008-09-09 | Mazda Motor Corporation | Plating layer for sliding portion |
JP4650157B2 (ja) * | 2005-01-12 | 2011-03-16 | マツダ株式会社 | 摺動部用メッキ皮膜及び同皮膜の形成方法 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050426 |
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A02 | Decision of refusal |
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