JPH1194084A - Sliding part coating material and piston ring - Google Patents

Sliding part coating material and piston ring

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JPH1194084A
JPH1194084A JP25636197A JP25636197A JPH1194084A JP H1194084 A JPH1194084 A JP H1194084A JP 25636197 A JP25636197 A JP 25636197A JP 25636197 A JP25636197 A JP 25636197A JP H1194084 A JPH1194084 A JP H1194084A
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JP
Japan
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surface layer
coating material
resistant resin
sliding
base material
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Application number
JP25636197A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Ichimura
村 和 彦 市
Naoto Mizuno
野 直 人 水
Masahiko Shioda
田 正 彦 塩
Katsuhiro Kishi
克 宏 岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riken Corp
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Riken Corp
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sliding part coating material for securing excellent abrasion resistance even under the strict sliding conditions such as the high temperature and the high load without increasing attacking property to a counterpart material, having excellent lubricity to the counterpart surface when direct contact of a substrate and the counterpart material is partially generated, and capable of realizing excellent adhesion resistance and abrasion resistance at low cost without using any complicated mechanism. SOLUTION: A sliding part coating material 1c having a heat resistant resin as a base material and having a sliding surface 1s is formed into a two-layer structure formed by laminating a front surface layer if having 50 wt.% or more of heat resistant resin taking as the base and containing 5 wt.% or more of antimony oxide as reinforcing grains having the diameter in the range of 1 to 5 μm, and a front lower layer 1u taking heat resistant resin as a base material, having 20 wt.% or more of heat resistant resin to be taken as a base material, and containing 30 to 80 wt.% of solid lubricant as a lubricity improving component.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、摺動部用被覆材に
係わり、特に、内燃機関用ピストンリング等に被覆し
て、下地金属と相手材との直接接触および潤滑状態の悪
化による凝着,摩耗の発生を防止するのに好適な摺動部
用被覆材およびその被覆材が表面に被覆してあるピスト
ンリングに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coating material for a sliding portion, and more particularly to a coating for a piston ring for an internal combustion engine and the like, which adheres to a base metal by direct contact with a mating material and deterioration of a lubricating state. The present invention relates to a coating material for a sliding portion suitable for preventing the occurrence of wear and a piston ring having the coating material coated on its surface.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】近年の内燃機関の高性
能化に伴って、その運転環境は年々苛酷になってきてい
る。
The operating environment of an internal combustion engine has become severer year by year with the recent improvement in performance of the internal combustion engine.

【0003】一般に、これら内燃機関のピストンには、
燃焼室の気密性の確保およびシリンダー内の適切な潤滑
油コントロールのため、ピストンリングが装着されてい
るが、特に、高温,高負荷の状態においては、ピストン
材として用いられているアルミニウム合金がピストンリ
ングの表面に凝着し、ピストン材が摩耗するという現象
が起こる場合があり、これにより、燃焼室の気密性の低
下、オイル消費量の増大などといった問題を生じること
がある。
[0003] Generally, the pistons of these internal combustion engines include:
A piston ring is installed to ensure the airtightness of the combustion chamber and to control the lubricating oil inside the cylinder. Especially in high-temperature and high-load conditions, the aluminum alloy used as the piston material is The phenomenon that the piston material is worn on the surface of the ring may occur, which may cause problems such as a decrease in airtightness of the combustion chamber and an increase in oil consumption.

【0004】そこで、これを防止するため、一部のエン
ジンにおいては、ピストンリング基材とピストンとの直
接接触の防止と共に、潤滑状態の改善を狙って、ピスト
ンリングの上下面に固体潤滑剤等を含有する被覆を施し
ている。
In order to prevent this, in some engines, a solid lubricant or the like is applied to the upper and lower surfaces of the piston ring in order to prevent the direct contact between the piston ring base material and the piston and to improve the lubrication state. Is applied.

【0005】従来のこうした固体潤滑被膜材としては、
例えば、エポキシ樹脂やポリアミドイミド(PAI)樹
脂等をバインダーとし、MoS(二硫化モリブデ
ン),グラファイト,PTFE(ポリテトラフルオルエ
チレン)等の固体潤滑剤を適宜・適量含有させた固体潤
滑被膜が知られている。
Conventional solid lubricating coating materials include:
For example, a solid lubricating film containing an appropriate amount of a solid lubricant such as MoS 2 (molybdenum disulfide), graphite, or PTFE (polytetrafluoroethylene) using an epoxy resin or a polyamideimide (PAI) resin as a binder is used. Are known.

【0006】しかしながら、このような従来の固体潤滑
被膜は、特に、部分的に下地が露出し、露出した下地と
下地凹部に残存した被膜成分との共存面での摺動となっ
た場合の潤滑性確保の必要性から、固体潤滑剤成分を多
く含有させているため、結合性に劣り、より厳しい摺動
条件においては、被膜自身の摩耗の進行が激しくなって
十分な耐久性が得られず、その結果、早期にピストンリ
ング基材−ピストン間の凝着,摩耗が発生してしまうこ
とがありうるという問題があった。
However, such a conventional solid lubricating film is particularly lubricated when the underlayer is partially exposed and sliding occurs on the coexisting surface of the exposed underlayer and the film component remaining in the underground concave portion. Because of the necessity of ensuring the performance, the solid lubricant component is included in a large amount, so the bondability is poor, and under more severe sliding conditions, the progress of wear of the coating itself becomes severe and sufficient durability cannot be obtained. As a result, there has been a problem that adhesion and wear between the piston ring substrate and the piston may occur at an early stage.

【0007】一方では、被膜の耐摩耗性改善のため、一
般的な樹脂複合材と同様に炭素繊維やガラス繊維等を配
合すると、部分的に下地が露出して相手材との直接接触
が起きた場合の潤滑性が低下するだけでなく、相手材へ
の攻撃性が大きくなり、これをピストンリングの被覆材
として使用した場合には、相手材であるピストンを摩耗
させてしまうことがあるという問題があった。
On the other hand, if carbon fiber or glass fiber is blended in the same manner as a general resin composite material to improve the wear resistance of the coating, the base material is partially exposed and direct contact with the mating material occurs. Not only the lubricity is reduced, but also the aggressiveness of the mating material is increased.If this is used as a covering material for the piston ring, the mating piston may be worn. There was a problem.

【0008】このため、アルミニウム合金製ピストンの
場合、こうした厳しい条件下では、ピストンのピストン
リングとの摺動面に陽極酸化処理を施す等、より高コス
トの対策を採用せざるを得ないというのが実情であっ
た。
Therefore, in the case of an aluminum alloy piston, under such severe conditions, higher cost measures such as anodizing the sliding surface of the piston with the piston ring must be adopted. Was the actual situation.

【0009】[0009]

【発明の目的】本発明は、従来のこうした課題に着目し
てなされたもので、相手材への攻撃性を高めることな
く、高温,高負荷となるような厳しい摺動条件下におい
ても優れた耐摩耗性を確保し、同時に部分的に下地と相
手材との直接接触が起きた場合の相手面との潤滑性にも
優れた摺動部用被覆材を提供することにより、これまで
にない耐凝着,耐摩耗性能を複雑な機構を用いることな
く低コストで実現できるようにすることを目的としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the conventional problems described above, and is excellent even under severe sliding conditions such as high temperature and high load without increasing the aggressiveness to a mating material. Unprecedented by providing a sliding part covering material that ensures abrasion resistance and at the same time has excellent lubricity with the mating surface when direct contact between the base and the mating material partially occurs at the same time The purpose is to realize anti-adhesion and wear resistance performance at low cost without using a complicated mechanism.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明者らはこのような樹脂結合被覆材の摩擦,摩
耗挙動を詳細に調査した結果、こうした樹脂結合被覆材
の被覆による凝着,摩耗防止性能のより一層の向上のた
めには、被覆材単相で摺動している領域での被覆材自身
の耐摩耗性向上、および摩耗が進行して下地が露出した
後の潤滑性能向上の両面からの検討が必要であり、それ
ぞれの領域で要求される被膜特性は明確に異なっている
ことを見いだして本発明を完成するに至った。
In order to achieve the above object, the present inventors investigated the friction and wear behavior of such a resin-bonded coating material in detail, and found that the resin-bonded coating material was adhered by coating. In order to further improve the wear prevention performance, it is necessary to improve the wear resistance of the coating material itself in the area where the coating material is sliding with a single phase, and to improve the lubrication performance after the abrasion progresses and the base material is exposed. Investigation from both aspects of improvement is necessary, and it has been found that the coating properties required in each region are clearly different, and the present invention has been completed.

【0011】すなわち、本発明に係わる摺動部用被覆材
は、請求項1に記載しているように、耐熱性樹脂をベー
ス材とするものであって、ベースとなる耐熱性樹脂が5
0重量%以上でかつ少なくとも強化粒子として粒径1〜
5μmの酸化アンチモンを5重量%以上含有する表面層
と、同じく耐熱性樹脂をベース材としてベースとなる耐
熱性樹脂が20重量%以上でかつ少なくとも潤滑性向上
成分として固体潤滑剤を30〜80重量%含有する表面
下層を積層してなる複層構造を有する構成としたことを
特徴としている。
That is, the sliding portion covering material according to the present invention is based on a heat-resistant resin as described in claim 1, wherein the base heat-resistant resin comprises
0% by weight or more and at least 1
A surface layer containing 5 μm or more of antimony oxide of 5 μm, a heat-resistant resin as a base material, a heat-resistant resin as a base material of 20% by weight or more, and a solid lubricant as a lubricity improving component of at least 30 to 80% by weight; % Of the lower surface layer is laminated.

【0012】そして、本発明に係わる摺動部用被覆材の
実施態様においては、請求項2に記載しているように、
表面層に、潤滑性向上成分として固体潤滑剤を含みかつ
その含有量が表面下層中の固体潤滑剤含有量以下である
ものとすることができる。
Further, in the embodiment of the sliding portion covering material according to the present invention, as described in claim 2,
The surface layer may contain a solid lubricant as a lubricity improving component, and the content thereof may be equal to or less than the solid lubricant content in the lower surface layer.

【0013】同じく、本発明に係わる摺動部用被覆材の
実施態様においては、請求項3に記載しているように、
表面下層に、強化粒子として粒径1〜5μmの酸化アン
チモンを含みかつその含有量が表面層中の酸化アンチモ
ン含有量以下であるものとすることができる。
[0013] Similarly, in an embodiment of the sliding portion covering material according to the present invention, as described in claim 3,
The lower surface layer may contain antimony oxide having a particle size of 1 to 5 μm as reinforcing particles, and the content thereof may be equal to or less than the antimony oxide content in the surface layer.

【0014】同じく、本発明に係わる摺動部用被覆材の
実施態様においては、請求項4に記載しているように、
表面層の膜厚が表面下層の膜厚よりも厚くかつ全体の厚
さが5〜25μmであるものとすることができる。
Similarly, in an embodiment of the sliding portion covering material according to the present invention, as described in claim 4,
The thickness of the surface layer may be larger than the thickness of the lower surface layer, and the total thickness may be 5 to 25 μm.

【0015】同じく、本発明に係わる摺動部用被覆材の
実施態様においては、請求項5に記載しているように、
下地処理として基材に表面粗さRmax1〜10μmの
リン酸塩処理が施されているものとすることができる。
[0015] Similarly, in an embodiment of the sliding portion covering material according to the present invention, as described in claim 5,
As a base treatment, the base material may be subjected to a phosphate treatment with a surface roughness Rmax of 1 to 10 μm.

【0016】また、本発明に係わるピストンリングは、
請求項6に記載しているように、請求項1ないし5のい
ずれかに記載の摺動部用被覆材がピストンリング基材表
面の少なくとも所要表面に被覆してある構成としたこと
を特徴としている。
[0016] The piston ring according to the present invention comprises:
According to a sixth aspect of the present invention, at least a required surface of the piston ring base material is coated with the sliding portion coating material according to any one of the first to fifth aspects. I have.

【0017】[0017]

【発明の作用】本発明の摺動部用被覆材は、請求項1に
記載しているように、耐熱性樹脂をベース材とし、ベー
スとなる耐熱性樹脂が50重量%以上でかつ少なくとも
強化粒子として粒径1〜5μmの酸化アンチモンを5重
量%以上含有する表面層と、同じく耐熱性樹脂(表面層
の耐熱性樹脂と同じものとは限らない。)をベース材と
してベースとなる耐熱性樹脂が20重量%以上でかつ少
なくとも潤滑性向上成分として固体潤滑剤を30〜80
重量%含有する表面下層を積層してなる複層構造を有す
る構成としたものであるが、この場合に、耐熱性樹脂を
ベース材に用いることで、高温の摺動部にも使用できる
ものとなり、このような耐熱性樹脂をベース材とする表
面層に少なくとも強化粒子として酸化アンチモンを添加
することで、被覆材単相で摺動する領域での自身の耐摩
耗性に優れたものとなる。そしてさらに、表面下層に少
なくとも潤滑性向上成分として固体潤滑剤を添加するこ
とで、一部下地が露出した時の潤滑性能を同時に確保し
うるものとなる。
According to the first aspect of the present invention, the coating material for a sliding portion comprises a heat-resistant resin as a base material, wherein the heat-resistant resin serving as a base is at least 50% by weight and at least reinforced. A surface layer containing 5% by weight or more of antimony oxide having a particle size of 1 to 5 μm as a particle, and a heat-resistant resin (not necessarily the same as the heat-resistant resin of the surface layer) as a base material. When the resin is 20% by weight or more and at least 30 to 80 solid lubricant is used as a lubricity improving component.
It has a multi-layer structure in which the lower surface layer containing weight% is laminated, but in this case, by using a heat-resistant resin for the base material, it can be used for high temperature sliding parts. By adding at least antimony oxide as a reinforcing particle to the surface layer using such a heat-resistant resin as a base material, the coating material becomes excellent in abrasion resistance in a sliding region in a single phase. Further, by adding a solid lubricant as at least a lubricity improving component to the lower surface layer, lubrication performance when a part of the base is exposed can be secured at the same time.

【0018】表面層に添加する酸化アンチモンは、一般
的な樹脂複合材に使用されている炭素繊維やガラス繊維
等と比較して硬度が高すぎず、粒子形状も球形に近く、
エッジを持たないため相手材への攻撃性が小さく、相手
摺動部材としてアルミニウム等の比較的軟質な金属を組
み合わせた場合でも、その摩耗を促進してしまうような
ことがない。
The antimony oxide to be added to the surface layer is not too high in hardness as compared with carbon fiber or glass fiber used in a general resin composite material, and the particle shape is close to spherical.
Since there is no edge, the aggressiveness to the mating material is small, and even when a relatively soft metal such as aluminum is combined as the mating sliding member, the wear is not promoted.

【0019】しかし、酸化アンチモンの添加量が5重量
%未満では、十分な耐摩耗性向上の作用が小さく、逆
に、添加量の増加によりベースとなる耐熱性樹脂の割合
が50重量%未満になると、被膜の結合力低下によりか
えって摩耗量が増大する。
However, when the added amount of antimony oxide is less than 5% by weight, the effect of sufficiently improving the abrasion resistance is small. Conversely, when the added amount is increased, the proportion of the base heat-resistant resin becomes less than 50% by weight. Then, the amount of abrasion increases rather due to the decrease in the bonding strength of the coating.

【0020】また、添加する酸化アンチモンの粒径が1
μm未満では、耐摩耗性向上の作用が小さく、逆に5μ
mを超えると、被膜中に均一に分散させることが難しく
なり、安定した摺動部用被覆材の形成が困難となる場合
がある。
The particle size of antimony oxide to be added is 1
If it is less than μm, the effect of improving the wear resistance is small, and
When m exceeds m, it is difficult to uniformly disperse in the coating, and it may be difficult to form a stable coating material for the sliding portion.

【0021】表面下層に添加する固体潤滑剤の添加量に
ついては、その量が30重量%未満では一部下地が露出
した時の潤滑作用を十分に得ることができず、また、添
加量が80重量%を超えてベース材である耐熱性樹脂の
割合が20重量%未満になると、添加成分の保持性が著
しく低下して下地から容易に脱落してしまうことになる
ため、凝着,摩耗防止性能を長期間維持することができ
なくなる。
When the amount of the solid lubricant to be added to the lower surface layer is less than 30% by weight, a sufficient lubricating action when the underlayer is partially exposed cannot be obtained. If the ratio of the heat-resistant resin as the base material exceeds 20% by weight, the retention of the added component is remarkably reduced and the component easily falls off from the substrate, preventing adhesion and abrasion. Performance cannot be maintained for a long time.

【0022】本発明の摺動部用被覆材の実施態様におい
ては、請求項2に記載しているように、表面層に、潤滑
性向上成分として固体潤滑剤を含みかつその含有量が表
面下層中の固体潤滑剤含有量以下であるものとすること
ができるが、特に潤滑状態の厳しい環境で使用するよう
な場合には、このように表面層にも潤滑性向上成分とし
て固体潤滑剤を適宜含有させることにより、摺動時の摩
擦損失はより一層低減するものとなり、これに伴う摩擦
発熱の低減によって、摺動部用被覆材の耐久性はより一
層向上するものとなる。
According to an embodiment of the present invention, the surface layer contains a solid lubricant as a lubricity improving component and the content of the solid lubricant is lower than the surface layer. The solid lubricant content can be less than or equal to the solid lubricant content, but especially when used in a severely lubricated environment, the solid lubricant is appropriately added as a lubricity improving component to the surface layer as described above. By containing it, the friction loss at the time of sliding is further reduced, and the durability of the coating material for the sliding portion is further improved due to the reduction of the frictional heat generated thereby.

【0023】しかし、表面下層への添加量を超えるよう
な多量の添加では、潤滑性は向上する半面、被膜自身の
結合性が損なわれ、結果的に被膜の耐摩耗性向上には好
ましくないものとなる。
However, if the amount of addition is larger than the amount added to the lower surface layer, the lubricity is improved, but the bondability of the film itself is impaired, and as a result, it is not preferable for the improvement of the wear resistance of the film. Becomes

【0024】また、本発明の摺動部用被覆材の実施態様
においては、請求項3に記載しているように、表面下層
に、強化粒子として粒径1〜5μmの酸化アンチモンを
含みかつその含有量が表面層中の酸化アンチモン含有量
以下であるものとすることができるが、特に高面下の摺
動条件で使用するような場合には、このように表面層と
同様に酸化アンチモンを添加することにより表面下層の
もつ優れた潤滑性を維持しながらその耐摩耗性もより一
層強化されるものとなるが、この添加量が表面層中への
添加量を超えるような多量の添加では、一部下地が露出
した時に下地凹部に残存する潤滑成分の量が相対的に低
下することにより、必要な潤滑作用が十分に得られなく
なる。
Further, in the embodiment of the coating material for a sliding portion of the present invention, as described in claim 3, antimony oxide having a particle size of 1 to 5 μm as a reinforcing particle is contained in the lower surface layer. Although the content can be less than or equal to the antimony oxide content in the surface layer, especially when used under sliding conditions under a high surface, antimony oxide is used in the same manner as the surface layer. The addition of the compound further enhances the abrasion resistance while maintaining the excellent lubricity of the lower surface layer. In addition, since the amount of the lubricating component remaining in the base recess when the base is partially exposed is relatively reduced, a sufficient lubricating effect cannot be obtained.

【0025】さらに、本発明の摺動部用被覆材の実施態
様においては、請求項4に記載しているように、表面層
の膜厚が表面下層の膜厚よりも厚くかつ全体の厚さが5
〜25μmであるものとすることができるが、このよう
に、表面層の膜厚を表面下層の膜厚よりも厚くすること
により、下地金属露出の直前までは主として自身の耐摩
耗性に優れた表面層での摺動とすることとなって、摺動
部用被覆材の耐久性はより一層向上するものとなる。そ
して、全体の膜厚については、厚さが5μm未満では均
一な被膜の形成が難しくなると同時に配合した添加成分
の作用が十分に得られない傾向となり、また、25μm
を超えると被膜全体としての強度が低下して下地からの
早期脱落が起こりやすい傾向となる。
Further, in an embodiment of the sliding portion covering material of the present invention, as described in claim 4, the thickness of the surface layer is larger than the thickness of the lower surface layer and the entire thickness. Is 5
The thickness of the surface layer is thicker than the thickness of the lower surface layer, and thus, the wear resistance of itself is mainly excellent until immediately before the underlying metal is exposed. Since the sliding is performed on the surface layer, the durability of the covering material for the sliding portion is further improved. With respect to the overall film thickness, if the thickness is less than 5 μm, it becomes difficult to form a uniform film, and at the same time, the effect of the added components tends not to be sufficiently obtained.
If it exceeds 300, the strength of the coating as a whole will decrease, and the film will tend to fall off from the substrate at an early stage.

【0026】さらにまた、本発明の摺動部用被覆材の実
施態様においては、請求項5に記載しているように、下
地処理として基材に表面粗さRmax1〜10μmのリ
ン酸塩処理が施されているものとすることができ、この
ようにすることによって、摺動部用被覆材の下地金属と
の密着強度および一部下地が露出した時の添加成分の保
持性がより一層向上することとなるが、下地処理層の粗
さがRmax1μm未満ではこの作用が十分でなく、ま
た、10μmを超えると均一な被膜形成が難しくなって
被膜の早期剥離,脱落の原因となるおそれがある。
Furthermore, in the embodiment of the sliding portion coating material of the present invention, as described in claim 5, the substrate is treated with a phosphate having a surface roughness Rmax of 1 to 10 μm as a base treatment. In this way, the adhesive strength of the coating material for the sliding portion with the underlying metal and the retention of the added component when the underlying material is partially exposed are further improved. However, if the roughness of the undercoat layer is less than Rmax 1 μm, this effect is not sufficient, and if it exceeds 10 μm, it is difficult to form a uniform film, which may cause early peeling and falling off of the film.

【0027】さらにまた、本発明によるピストンリング
は、請求項6に記載しているように、請求項1ないし5
のいずれかに記載の摺動部用被覆材がピストンリング基
材の表面に被覆してあるものとすることによって、相手
材であるピストンへの攻撃性を強めることなく、高温,
高負荷となるような厳しいピストンの摺動条件下におい
ても、長期間にわたりピストンリング基材とピストン面
との直接接触が防止され、さらに部分的にピストンリン
グ基材とピストン面との直接接触が起きた場合でもピス
トン面との潤滑性に優れたものとなり、これまでにない
優れた耐凝着,耐摩耗性能を複雑な機構を用いることな
く低コストで実現されることとなる。
Furthermore, the piston ring according to the present invention has the following features.
By coating the surface of the piston ring base material with the coating material for a sliding part according to any one of the above, without increasing the aggressiveness to the piston which is the mating material,
Even under severe piston sliding conditions such as high load, the direct contact between the piston ring substrate and the piston surface is prevented for a long period of time, and the direct contact between the piston ring substrate and the piston surface is partially prevented. Even in the case of occurrence, lubrication with the piston surface is excellent, and unprecedented excellent anti-adhesion and wear resistance can be realized at low cost without using a complicated mechanism.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の摺動部用被覆材によれば、請求
項1に記載しているように、耐熱性樹脂をベース材と
し、ベースとなる耐熱性樹脂が50重量%以上でかつ少
なくとも強化粒子として粒径1〜5μmの酸化アンチモ
ンを5重量%以上含有する表面層と、同じく耐熱性樹脂
(表面層の耐熱性樹脂と同じものとは限らない。)をベ
ース材としてベースとなる耐熱性樹脂が20重量%以上
でかつ少なくとも潤滑性向上成分として固体潤滑剤を3
0〜80重量%含有する表面下層を積層してなる複層構
造を有する構成としたものであるから、耐熱性樹脂をベ
ース材に用いることによって高温の摺動部にも使用でき
るものとすることが可能であり、また、このような耐熱
性樹脂をベース材とする表面層に少なくとも強化粒子と
して酸化アンチモンを添加することによって被覆材単相
で摺動する領域での自身の耐摩耗性に優れたものとする
ことが可能であり、さらに、表面下層に少なくとも潤滑
性向上成分として固体潤滑剤を添加することによって一
部下地が露出した時の潤滑性能を同時に確保することが
可能であって、相手材への攻撃性を高めることなく、高
温,高負荷となるような厳しい摺動条件下においても優
れた耐摩耗性を確保し、同時に部分的に下地と相手材と
の直接接触が起きた場合の相手面との潤滑性にも優れた
ものとすることが可能であり、これまでにない優れた耐
凝着,耐摩耗性能を複雑な機構を用いることなく低コス
トで実現することが可能であるという著しく優れた効果
がもたらされる。
According to the coating material for a sliding portion of the present invention, as described in claim 1, a heat-resistant resin is used as a base material, the heat-resistant resin serving as a base is 50% by weight or more, and A surface layer containing at least 5% by weight of antimony oxide having a particle size of 1 to 5 μm as reinforcing particles and a heat-resistant resin (not necessarily the same as the heat-resistant resin of the surface layer) as a base material are used as a base. 20% by weight or more of heat-resistant resin and at least 3 solid lubricants as lubricity improving component
Since it has a multi-layer structure in which the lower surface layer containing 0 to 80% by weight is laminated, it can be used for a high-temperature sliding portion by using a heat-resistant resin for the base material. Also, by adding antimony oxide as at least reinforcing particles to the surface layer based on such a heat-resistant resin, the coating material has excellent wear resistance in a region where the coating material slides in a single phase. Further, it is possible to simultaneously secure the lubrication performance when a part of the base is exposed by adding a solid lubricant as at least a lubricity improving component to the lower surface layer, Excellent abrasion resistance under severe sliding conditions such as high temperature and high load without increasing the aggressiveness to the mating material, and at the same time, direct contact between the substrate and the mating material partially occurs. Excellent lubrication with the mating surface can be achieved, and unprecedented excellent anti-adhesion and abrasion resistance can be realized at low cost without using a complicated mechanism. Is obtained.

【0029】そして、請求項2に記載しているように、
表面層に、潤滑性向上成分として固体潤滑剤を含みかつ
その含有量が表面下層中の固体潤滑剤含有量以下である
ものとすることによって、特に潤滑状態の厳しい環境で
使用するような場合であっても、このように表面層にも
潤滑性向上成分として固体潤滑剤を適宜含有させること
により、摺動時の摩擦損失をより一層低減することが可
能となり、これに伴う摩擦発熱の低減によって、摺動部
用被覆材の耐久性をより一層向上させることが可能にな
るという著しく優れた効果がもたらされる。
And, as described in claim 2,
The surface layer contains a solid lubricant as a lubricity improving component and its content is not more than the solid lubricant content in the lower surface layer, so that it can be used particularly in an environment with severe lubrication. Even so, by appropriately adding a solid lubricant as a lubricity improving component to the surface layer as described above, it is possible to further reduce the friction loss during sliding, and thereby reduce the frictional heat generation. Thus, a remarkably excellent effect that the durability of the coating material for the sliding portion can be further improved is brought about.

【0030】また、請求項3に記載しているように、表
面下層に、強化粒子として粒径1〜5μmの酸化アンチ
モンを含みかつその含有量が表面層中の酸化アンチモン
含有量以下であるものとすることによって、特に高面下
の摺動条件で使用するような場合であっても、このよう
に表面層と同様に酸化アンチモンを添加することにより
表面下層のもつ優れた潤滑性を維持しながらその耐摩耗
性もより一層強化することが可能になって摺動部用被覆
材全体の寿命をさらに向上させることが可能になるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 3, the lower surface layer contains antimony oxide having a particle size of 1 to 5 μm as reinforcing particles and the content thereof is not more than the antimony oxide content in the surface layer. By maintaining the excellent lubricity of the lower surface layer by adding antimony oxide in the same manner as the surface layer, even in the case of using under particularly high sliding conditions. However, the abrasion resistance can be further enhanced, and the life of the entire sliding portion covering material can be further improved, resulting in a remarkably excellent effect.

【0031】さらに、請求項4に記載しているように、
表面層の膜厚が表面下層の膜厚よりも厚く形成されかつ
全体の厚さが5〜25μmであるものとすることによっ
て、下地金属露出の直前までは主として自身の耐摩耗性
に優れた表面層での摺動とすることが可能となって、摺
動部用被覆材の耐久性をより一層向上させることが可能
であり、被覆材全体の厚さが5〜25μmであるものと
することによって、配合した添加成分の作用を十分に発
揮させることが可能であると共に、一段と特性の安定し
た摺動部用被覆材を得ることが可能であるという著しく
優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 4,
By making the thickness of the surface layer thicker than the thickness of the lower surface layer and making the overall thickness 5 to 25 μm, the surface mainly having excellent wear resistance until immediately before the underlying metal is exposed. It is possible to perform sliding in layers, and it is possible to further improve the durability of the coating material for the sliding portion, and the thickness of the entire coating material should be 5 to 25 μm. Thereby, it is possible to sufficiently exert the effect of the added additive components, and to obtain a remarkably excellent effect that it is possible to obtain a coating material for a sliding portion with more stable characteristics.

【0032】さらにまた、請求項5に記載しているよう
に、下地処理として基材に表面粗さRmax1〜10μ
mのリン酸塩処理が施されているものとすることによっ
て、被覆材の下地金属との密着強度および一部下地が露
出した時の添加成分の保持性をより一層向上させること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
Further, as described in claim 5, the substrate has a surface roughness Rmax of 1 to 10 μm as a base treatment.
By performing the phosphate treatment of m, it is possible to further improve the adhesion strength of the coating material to the underlying metal and the retention of the added components when the underlying material is partially exposed. This is a remarkably excellent effect.

【0033】本発明のピストンリングでは、請求項6に
記載しているように、請求項1ないし5のいずれかに記
載の摺動部用被覆材がピストンリング基材の表面に被覆
されているものとしたから、相手材であるピストンへの
攻撃性を強めることなく、高温,高負荷となるような厳
しいピストンの摺動条件下においても、長期間にわたり
ピストンリング基材とピストン面との直接接触が防止さ
れ、さらに部分的にピストンリング基材とピストン面と
の直接接触が起きた場合でもピストン面との潤滑性に優
れたものとすることが可能であって、これまでにない優
れた耐凝着,耐摩耗性能を複雑な機構を用いることなく
低コストで実現することが可能であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。
In the piston ring of the present invention, as described in claim 6, the surface of the piston ring base material is coated with the sliding portion coating material according to any one of claims 1 to 5. Therefore, even under severe piston sliding conditions such as high temperature and high load, the piston ring base material and the piston Contact is prevented, and even when direct contact between the piston ring substrate and the piston surface partially occurs, it is possible to achieve excellent lubrication with the piston surface, which is an unprecedented excellent A remarkably excellent effect is obtained that the anti-adhesion and abrasion resistance can be realized at low cost without using a complicated mechanism.

【0034】[0034]

【実施例】次に、本発明の実施例について比較例と共に
さらに詳細に説明する。
Next, examples of the present invention will be described in more detail together with comparative examples.

【0035】実施例1〜5 まず、ベース材となる耐熱性樹脂としてPAI(ポリア
ミドイミド)樹脂を選択し、これをn−メチル−2−ピ
ロリドン,キシレンを溶剤として溶解したものに、表1
の実施例1〜5の表面層、表面下層それぞれの欄に示し
た酸化アンチモン(Sb)等を適宜含む組成とな
るように各成分を配合して、摺動部用被覆材の溶液を調
整した。
Examples 1 to 5 First, a PAI (polyamide imide) resin was selected as a heat-resistant resin serving as a base material, and this was dissolved in n-methyl-2-pyrrolidone and xylene as a solvent.
Solution of the surface layer of Examples 1 to 5, by blending the components to the antimony oxide (Sb 2 O 3) such as a composition comprising appropriately indicated on the surface layer of each column, the sliding portion dressings Was adjusted.

【0036】次に、ばね用鋼で作製したピストンリング
基材の上面に脱脂等の表面調整を施した後、表面粗さR
max約3μmのリン酸マンガン処理を施し、この上
に、上記のごとく調整した溶液を表面下層、表面層の順
にスプレー塗布して乾燥した後、約180〜220℃で
加熱焼成して、図1に示すように、ピストンリング基材
1bの上面に表面層1fの膜厚が約7μm,表面下層1
uの膜厚が約3μmで合計膜厚が約10μmの摺動部用
被覆材1cを被覆したピストンリング1のテストピース
を作成した。
Next, after surface adjustment such as degreasing is performed on the upper surface of the piston ring base material made of spring steel, the surface roughness R
A manganese phosphate treatment with a max of about 3 μm is performed, and the solution prepared as described above is spray-coated on the lower surface layer and the surface layer in this order, dried and then fired at about 180 to 220 ° C. As shown in FIG. 2, the surface layer 1f has a thickness of about 7 μm on the upper surface of the piston ring base material 1b and the lower surface layer 1f.
The test piece of the piston ring 1 coated with the sliding portion coating material 1c having a thickness of about 3 μm and a total thickness of about 10 μm was prepared.

【0037】比較例1〜4,比較例7〜8 前記実施例で用いたと同じPAI樹脂をn−メチル−2
−ピロリドン,キシレンを溶剤として溶解したものに、
表1の比較例1〜4および比較例7〜8の表面層、表面
下層それぞれの欄に示した酸化アンチモン(Sb
)等を適宜含む組成となるように各成分を配合し
て、摺動部用被覆材の溶液を調整した。
Comparative Examples 1-4, Comparative Examples 7-8 The same PAI resin used in the above Examples was replaced with n-methyl-2.
-In a solution of pyrrolidone and xylene as a solvent,
The antimony oxide (Sb) shown in each column of the surface layer and the lower surface layer of Comparative Examples 1 to 4 and Comparative Examples 7 to 8 in Table 1
Each component was blended so as to have a composition appropriately containing 2 O 3 ) and the like, and a solution of the coating material for the sliding portion was prepared.

【0038】次に、ばね用鋼で作製したピストンリング
基材の上面に脱脂等の表面調整を施した後、表面粗さR
max約3μmのリン酸マンガン処理を施し、この上
に、上記のごとく調整した溶液を表面下層、表面層の順
にスプレー塗布して乾燥した後、約180〜220℃で
加熱焼成して、実施例と同様に、ピストンリング基材
(1b)の上面に表面層(1f)の膜厚が約7μm,表
面下層(1u)の膜厚が約3μmで合計膜厚が約10μ
mの摺動部用被覆材(1c)を被覆したピストンリング
(1)のテストピースを作成した。
Next, after surface adjustment such as degreasing is performed on the upper surface of the piston ring base material made of spring steel, the surface roughness R
A manganese phosphate treatment with a max of about 3 μm is performed, and the solution prepared as described above is spray-coated on the lower surface layer and the surface layer in this order, and then dried by heating at about 180 to 220 ° C. Similarly to the above, the thickness of the surface layer (1f) is about 7 μm, the thickness of the lower surface layer (1u) is about 3 μm, and the total thickness is about 10 μm on the upper surface of the piston ring substrate (1b).
The test piece of the piston ring (1) coated with the coating material (1c) for the sliding portion of m was prepared.

【0039】比較例5〜6 前記実施例で用いたと同じPAI樹脂をn−メチル−2
−ピロリドン,キシレンを溶剤として溶解したものに、
表1の比較例5および6の表面層の欄に示した組成とな
るように各成分を配合して、摺動部用被覆材の溶液を調
整した。
COMPARATIVE EXAMPLES 5-6 The same PAI resin used in the above Examples was replaced with n-methyl-2.
-In a solution of pyrrolidone and xylene as a solvent,
Each component was blended so as to have the composition shown in the column of the surface layer of Comparative Examples 5 and 6 in Table 1 to prepare a solution of the coating material for the sliding portion.

【0040】次に、ばね用鋼で作製したピストンリング
基材の上面に脱脂等の表面調整を施した後、表面粗さR
max約3μmのリン酸マンガン処理を施し、この上
に、上記のごとく調整した溶液をスプレー塗布して乾燥
した後、約180〜220℃で加熱焼成して、図2に示
すように、ピストンリング基材11bの上面に膜厚が約
10μmの摺動部用被覆材11cを被覆したピストンリ
ング11のテストピースを作成した。
Next, after surface adjustment such as degreasing is performed on the upper surface of the piston ring base material made of spring steel, the surface roughness R
A manganese phosphate treatment with a max of about 3 μm is performed, and the solution adjusted as described above is spray-coated and dried, and then heated and fired at about 180 to 220 ° C., as shown in FIG. A test piece of the piston ring 11 was prepared in which the upper surface of the base material 11b was coated with a sliding portion coating material 11c having a thickness of about 10 μm.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】(凝着摩耗試験)実施例1〜5,比較例1
〜8で得た各ピストンリング1,11のテストピース
を、図3に示すように、実際のアルミニウム合金製ピス
トンからの切り出し材2を相手材として、表2に示す条
件(試験温度は加熱ヒーター3により設定)で単体凝着
摩耗試験を行い、摺動面1s,11sでの凝着発生まで
の時間と、試験開始から5時間経過時点での相手材摩耗
量を比較した。その結果を表3に示す。
(Adhesion Wear Test) Examples 1 to 5 and Comparative Example 1
As shown in FIG. 3, the test pieces of the piston rings 1 and 11 obtained in Steps 8 to 8 were used as cutting materials 2 from actual aluminum alloy pistons. (Set by 3), a single-piece adhesion wear test was performed, and the time until the occurrence of adhesion on the sliding surfaces 1 s and 11 s was compared with the wear amount of the mating material 5 hours after the start of the test. Table 3 shows the results.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】[0044]

【表3】 [Table 3]

【0045】表3より明らかなように、本発明実施例1
〜5に係わるものは、表面層の組成が本発明から外れる
比較例1,2、および、表面下層の組成が本発明から外
れる比較例3,4、さらに、2層構造を有せず摺動初期
と一部下地の露出時とで被覆材組成に変化のない比較例
5,6に比べて、凝着発生までの耐久時間が大きく向上
していることがわかる。
As is clear from Table 3, Example 1 of the present invention
Examples 5 to 5 are Comparative Examples 1 and 2 in which the composition of the surface layer deviates from the present invention, Comparative Examples 3 and 4 in which the composition of the lower surface layer deviates from the present invention, and sliding without a two-layer structure. It can be seen that the durability time until the occurrence of adhesion is greatly improved as compared with Comparative Examples 5 and 6, in which the coating material composition does not change between the initial stage and when the undercoat is partially exposed.

【0046】また、比較例7,8は、凝着発生までの耐
久時間は本発明実施例と同等であるが、相手材ピストの
摩耗量が本発明実施例と比較して著しく増加しており、
これらのことから、本発明の摺動部用被覆材は従来の摺
動部用被覆材では得ることができない優れた性能を有し
ていることが確かめられた。
In Comparative Examples 7 and 8, the durable time until the occurrence of adhesion is the same as that of the embodiment of the present invention, but the wear amount of the mating piston is significantly increased as compared with the embodiment of the present invention. ,
From these facts, it was confirmed that the coating material for a sliding portion of the present invention has excellent performance that cannot be obtained with a conventional coating material for a sliding portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施例を示すピストンリングの一部
拡大断面説明図である。
FIG. 1 is a partially enlarged sectional explanatory view of a piston ring showing an embodiment of the present invention.

【図2】 従来の樹脂結合被覆処理を施したピストンリ
ングの一部拡大断面説明図である。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional explanatory view of a conventional piston ring that has been subjected to a resin-binding coating process.

【図3】 単体凝着摩耗試験の概要を示す断面説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing an outline of a single-piece adhesive wear test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピストンリング 1b ピストンリング基材 1c 摺動部用被覆材 1f 表面層 1u 表面下層 2 ピストンからの切り出し材(相手材) 3 加熱ヒーター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston ring 1b Piston ring base material 1c Covering material for sliding part 1f Surface layer 1u Lower surface layer 2 Cutting material from piston (partner material) 3 Heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F16J 9/28 F16J 9/28 (72)発明者 塩 田 正 彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 岸 克 宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F16J 9/28 F16J 9/28 (72) Inventor Masahiko Shioda 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. 72) Inventor Katsuhiro Kishi 2 Nissan Motor Co., Ltd., 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 耐熱性樹脂をベース材とする摺動部用被
覆材であって、ベースとなる耐熱性樹脂が50重量%以
上でかつ少なくとも強化粒子として粒径1〜5μmの酸
化アンチモンを5重量%以上含有する表面層と、同じく
耐熱性樹脂をベース材としてベースとなる耐熱性樹脂が
20重量%以上でかつ少なくとも潤滑性向上成分として
固体潤滑剤を30〜80重量%含有する表面下層を積層
してなる複層構造を有することを特徴とする摺動部用被
覆材。
1. A coating material for a sliding portion comprising a heat-resistant resin as a base material, wherein the heat-resistant resin as a base is 50% by weight or more, and at least reinforcing particles include antimony oxide having a particle size of 1 to 5 μm. A surface layer containing at least 20% by weight of a heat-resistant resin and a lower surface layer containing at least 20% by weight of a heat-resistant resin as a base material and at least 30 to 80% by weight of a solid lubricant as a lubricity improving component. A sliding portion covering material having a multilayer structure formed by lamination.
【請求項2】 表面層に、潤滑性向上成分として固体潤
滑剤を含みかつその含有量が表面下層中の固体潤滑剤含
有量以下であることを特徴とする請求項1に記載の摺動
部用被覆材。
2. The sliding part according to claim 1, wherein the surface layer contains a solid lubricant as a lubricity improving component and the content thereof is not more than the solid lubricant content in the lower surface layer. Coating material.
【請求項3】 表面下層に、強化粒子として粒径1〜5
μmの酸化アンチモンを含みかつその含有量が表面層中
の酸化アンチモン含有量以下であることを特徴とする請
求項1または2に記載の摺動部用被覆材。
3. A particle having a particle size of 1 to 5 as a reinforcing particle in a lower surface layer.
The coating material for a sliding part according to claim 1, wherein the coating material contains antimony oxide of μm and the content thereof is not more than the content of antimony oxide in the surface layer.
【請求項4】 表面層の膜厚が表面下層の膜厚よりも厚
くかつ全体の厚さが5〜25μmであることを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれかに記載の摺動部用被覆
材。
4. The sliding part according to claim 1, wherein the thickness of the surface layer is larger than the thickness of the lower surface layer, and the total thickness is 5 to 25 μm. Coating material.
【請求項5】 下地処理として基材に表面粗さRmax
1〜10μmのリン酸塩処理が施されていることを特徴
とする請求項1ないし4のいずれかに記載の摺動部用被
覆材。
5. A base material having a surface roughness Rmax as a base treatment.
The coating material for a sliding portion according to any one of claims 1 to 4, wherein a phosphate treatment of 1 to 10 µm has been performed.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の摺
動部用被覆材がピストンリング基材の表面に被覆してあ
ることを特徴とするピストンリング。
6. A piston ring, wherein the surface of a piston ring base material is coated with the coating material for a sliding portion according to any one of claims 1 to 5.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009074539A (en) * 2007-08-24 2009-04-09 Nippon Piston Ring Co Ltd Piston ring
DE102008038636B4 (en) * 2007-08-24 2012-10-25 Nippon Piston Ring Co., Ltd. piston ring
JP2014083786A (en) * 2012-10-25 2014-05-12 Lignyte Co Ltd Graphite sheet composite material and method for producing the same

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