JPS58136771A - 組合せオイルリングのサイドレ−ルおよびその製造方法 - Google Patents

組合せオイルリングのサイドレ−ルおよびその製造方法

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JPS58136771A
JPS58136771A JP1812482A JP1812482A JPS58136771A JP S58136771 A JPS58136771 A JP S58136771A JP 1812482 A JP1812482 A JP 1812482A JP 1812482 A JP1812482 A JP 1812482A JP S58136771 A JPS58136771 A JP S58136771A
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JP
Japan
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hardness
rail
wall
sight
sight rail
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Pending
Application number
JP1812482A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Ichikawa
浩 市川
Yorishige Maeda
前田 頼成
Mikio Miyamoto
宮本 幹夫
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の組合せオイルリングに用いるサイト
レールおよびその製造方法に関する。
組合せオイルリングは、一般に、上下一対のサイトレー
ルと、これらのサイトレールなシリンダ内壁ならひにリ
ング溝の対応する側壁に押し付はルだメのエキスノJ?
ンダスに一すから検数されてい゛る。組合せオイルリン
グにおいては、エキス・!ンダスペーサのはね定数はき
わめて太きく設剖されているから、エキスパンダスペー
サとサイトレールとの間の接触部の僅かの摩耗でもサイ
トレールに作用する拡張力に太さな影響を与える。接1
’lu部に数10μmの摩耗が生じれはオイルリングは
実買上その機能を来すことができないと名えられている
。接M都の皐tF+、は筒鉛ガンリンをf史用するガソ
リンエンジンにおいては特に顕著である。これは燃焼に
より生成する鉛化合物、たとえばノ・ログン化鉛や酸化
鉛の粒子が研削性粒子として作用して接触面の摩耗を促
進するからである。また、ディーゼルエンジンVCおい
ては、燃焼に伴い不可避的に生成するカーTJζン・ヤ
ーティキュレートモ同様に研削性粒子として働らいて接
触部に著しい摩耗を生じさせる。
この問題に対処するため、従来技術においては、硬質ク
ロムメッキに替えて、サイトレールの表面に軟窒化処理
を施してその表面に高硬度で耐摩耗性の窒化層を形成す
ることが提案されている。すなわち、たとえば、特開昭
55−69743号はサイトレールの少々くとも外表面
に軟窒化処理を施して成る組合せオイルリングのサイト
レールを開示している。lだ、実公昭56−38200
には、サイトレール外周面と内周面とに軟窒化処理によ
り窒化層を形成した組合せピストンリングのサイトレー
ルが開示されている。
軟窒化処理は塩浴軟窒化法とガス軟窒化法に大別され、
塩浴軟窒化法はタフトライド法により代表される。タフ
トライド法は周知の如(KCNO−KCL −N a 
2 CO5系の塩浴中に空気を吹き込みなから鉄銅を窒
化するもので、KCNO→cocs炭)十N(窒化)十
にの反応によ、すNを主体にCも同時に鉄鋼の表面より
拡散して授炭と同時VC,窒化が1〕われ、最表面層に
はε相のFe3Nをベースどする民諸化物層が形成され
、内部ではαFeにCとNが固浴した拡散層が形成され
る。炭素鋼をタフトライド処理した場合には、最表面炭
窒化物層においては劇摩耗性、耐焼付性、耐食性が向上
せられ、拡散層においてはαFeに過飽和にNを固浴さ
せることによυNが転移の移動を阻止するので疲労強度
が向上せられる。他方、Crなど窒化物を生成し易い金
属を含む合金鋼や鋳鉄をタフトライド処理した場合には
、最表面層には鉄窒化物以外にCrN。
Cr2N等のきわめて硬い窒化物が生成し、拡散層には
こnらの窒化物が析出生成するので、表面硬さは炭素鋼
に比して著しく大きくなる。
従来の硬質クロムメッキを施したサイトレールの表面硬
さはHv 900前後であり、他方、ガンリンエンジン
用鋳造シリングブロックのシリンダ内壁の表面硬さはH
v 18 Q〜200である。これらの部品の表面61
J a &、Jエンノンの保守ザービス上バランスし1
いるものと酩められる。しかしながら、サイトレールに
軟窒化処理を施した場合には、その表面硬さはHv 1
100〜1300の範囲の高硬度となるため、エキス・
臂ンダスに一すとの接触部においては所望の耐摩耗性を
得ることができるが、シリンダ内壁にff1−1シては
硬さのバランスを著しく欠く結釆となる。このため、シ
リンダ内壁に摺接するサイトレールの摺動面すなわち外
側側壁はエン・シン運転中、特に運転初期に、シリンダ
内壁にスカッフを発生させシリンダ内壁の異常摩耗を引
起す。また、タンドライド法のような塩浴軟窒化処理を
施した場合VCは、サイトレール表面には必然的にF 
e 504のようηきわめて硬い酸化物が析出するので
あるが、かかる析出物はエンジンのならし運転時にサイ
トレール外鵬面から脱離してシリンダ内壁に付層し、サ
イトレールおよび圧鄭リングとシリンダ内壁との間で研
削材として作用してシリンダ内壁の初期摩耗を増大させ
エンノン寿命を著しく短かくする。
そこで、本発明の目的は従来技術の軟土の不便tM消し
、エキス・臂ンダスペーサとの接触部における摩耗を抑
制するという従来技術の利点を保持したままでシリンダ
内壁の初期異常摩耗を引起すことのない組合せオイルリ
ングのサイトレールを提供することである。
このため、本発明は、一対のサイトレールと少なくとも
1つのエキスパンダスペーサとを包含する組合せオイル
リングにおいて、サイトレールの全表面に高硬度の窒化
層を形成し、シリンダ内壁に摺接するサイトレール外9
111側壁の硬さはサイトレール周壁のうぢ少なくとも
エキスパンダスペーサに当接する内側側壁の硬さより小
さくしたことを%依とする組合せオイルリングのサイト
レールを提供するものである。
好マシくは、エキスパンダスペーサに当接するサイトレ
ール内側側壁の硬さはHv l 100〜1300の範
囲となし、シリンダ内壁に摺接するサイトレール外側側
壁の硬さはHv 700〜950の範囲とする。
本発明は、また、上記組合せオイルリングのサイトレー
ルの製造方法を提供することを目的とするもので、本発
明の方法は、サイトレールの全表面に軟窒化処理を施し
てHvl100以上の硬さを有する窒化層を形成し、サ
イトレール周壁のうちシリンダ内壁に摺接する外側側壁
をパフ研摩により1〜20μmの深さにわたって除去す
ることを特徴とするものである。
本発明の方法は種々の利点を有する。すなわち。
軟窒化処理工程においては、サイトレールの全表面にほ
ぼ均一に窒化層が形成される。こrしは、軟鴛化処理に
当たり処理すべきサイトレールをそのまま塩浴中に浸漬
する(塩浴軟窒化の場合)か或いは窒化雰囲気中VC置
く(ガス軟窒化の場合)ことができることを意味するも
のモ、サイトレール表面のうち特定の表面の窒化を回避
するための手段を講じる必嶽がない。したがって、軟窒
化処理はきわめて容易に実施Jることができる。
さらに、パフ研摩工程においては、回転するパフの一回
ないし数回のパスによシ、サイトレール外1j1119
ttl壁の表面に析出した研削性酸化物を除去し得ると
同時に、最外炭窒化物層および場合によQ拡散層の一部
を削除して外側011I壁の硬さを周壁の残部の硬さよ
り小さくすることができる。このため、必嶽な硬さ特性
を持ったサイト9レールを簡Φ−に製造することができ
る。また、パフ研摩により得られたサイトレールはその
表面硬さかそれ程下がらなくてもシリンダ内壁の摩耗を
引起すことが少いことが判明した。これtゴパフ研摩に
よりサイトレール摺動面のエツジ部が大きく削られるが
平坦部は削られる事が少いことによpサイトレール断面
形状がバレル状となり、シリンダ内壁を攻撃しなくなる
からでおる。
以下、添附図面を参照して本発明をより畦【7く廊兄明
する。     □ 第1図は本発明のサイトレールの一断片の半径方向断面
をボす拡大斜視図で、サイトレール10の全表面にFi
高硬反の窒化層が形成されている。
この窒化層はgFo5Nをペースとする炭窒化物から成
る外側層12と、NおよびCの同浴した内側拡散層14
とから成る。拡散層14はサイトレールioの上面16
.内側側面18.下面20.外側側面22の4面に沿っ
て延長しており、その肉厚は外側側面22に面する部位
では他の部位より薄くなっている。これに対し、炭窒化
物層12は表面16,18.20に沿って延長している
が外側側面22の区域では欠如している。このため、該
外側側面22のところでは内部拡散I@14が露出して
いる。したがって、サイトレールの上壁」6゜内1Il
t101tl壁18.および下壁20の硬度は大きいが
、外側側壁22の硬度はそれらに比較してかなり低下し
ている。炭窒化物層12の硬度はHv 1100〜13
00とし、内部拡散層の硬度はHv 950以下として
硬質クロムメッキ並みの硬さとするのが好ましい。
第2図は本発明のサイトレールをピストンのリング溝に
装着した状繰を示す部分的断面図で、一対のサイトレー
ル30 、30’Uエキスi4ンダスペーサ32により
半径方向外向きに拡張されると共にピストン34のリン
グ#G36の仙li&こ夫々理し付けられている。
次に、第3図のフローチャートを参照して本発明のサイ
トレールの製造方法を説明する。ザイドレール索拐とし
ては、5US440C,5US420j2゜5US30
4 、等のステンレス鋼を用いることができる。条線状
のサイトレール素材はダイスVCより引抜いて断面整形
した後、還状に成形して表面を修正し、酸部いにより表
面の脱脂を行う。かく調整された素材は軟窒化用塩浴中
に浸漬して550〜590℃で所雉時r1;1タフトラ
イド処理を施す。タフトライド処理に代え、N2負囲気
中で窒化を行ういわゆるガス軟窒化法を用いても良い。
処理時1(11は佐述する如く求める炭窒化物層の深さ
に兄、して調整する。窒化されたサイトレールは水洗後
乾燥芒せてパフ研摩に刺す。パフ研摩は、多数のサイ1
゛レールを側面突合せ状態に績みlねて円筒形の槓1ね
体を形成し、この円筒形槓1ね体を保抽円板を介して旋
盤のマンドレルに装着して回転させ、回転・ぐフを押し
く(Jけることによりイ]えは自利である。このように
すれt」、軟窒化処理の析出物ならひVこ炭窒化物層、
および必賛により拡散層の一部、をイlI+岸除去し2
得ると同時に、サイトレールの外側側壁の断面形状をバ
レル状にすることができる。
異なる処理局間でタフトライド処理した5US304月
から成るサイトレールを柚々の1面深さに研摩し、柚々
の深さにおける硬さを測定した。その結果を第4図のグ
ラフに示す。このグラフはサイトレールの断面深さと平
均硬さく半径方向硬さと土丁力向硬さの平均領)の関係
を示すもので、夫々、曲線A !−15分間、夏3は1
0分間、Cは20分間、01130分間、Eは40分間
、Fは50分間、Gは60分間タフトライド処理して得
たサイトレールeこ対しr、シでいる。このグラフから
明らかなよンに、l1vl100の表面硬さを得るため
Vこは少なくとも約10分の処理が必要で凌*D、tた
Hv 13 (10の衣亀百便さをイ与るためには約4
0分の処理で足りる。このグラフをよ、また、約10分
間のタフトライド処理により得たサイトレールの外側側
壁の硬さをHv 950以下に低下させるには数μmの
厚さだけパフ研摩により除去すれは良いことをボしてお
り、処理時間が約40分の場合には約20μm研摩しな
ければなら彦い。
本発明の方法に19外側側壁にパフィIII摩を施した
サイトレールとパフ研摩を施さないシーイドレールとを
夫々用いて組合せオイルリングを組立て、それらをエン
ジンに組伺けて比較試験を何った。
試験条件は摺合せ運転(いわゆるならし運転)とし、約
200Orpm、全負荷で2時間コーンジンを作動させ
た。その結果を第5図の写真に示す。第5図(a)の写
真はパフ研摩を竹わないサイトレールを使用したエンジ
ンのシリンダポアを示すもので、シリンダポアには縦方
向にスカッフィングによる深い条痕群が発生している。
なお、円周方向のらせん状の条痕はホーニング加工によ
り形成したオイル保持溝である。第5図(b)の写真は
本発明のサイトレールを使用した場合を示すもので、こ
の写真から明らかな様にシリンダ内壁には深い条所よ花
生じていない。写^に現れでいる多数の縦方向の却1い
条痕tよエンジンの正規運転に伴いいずれ消失−j“る
性質のものである。こノtらの力真が不ず上つtこ、本
うら明のサイ19レールはスカッフVCヨルシリンダ内
壁の初期異常摩れを反幅に低減させることができる。
・1 図面の1°IIう単なil星明 第1図りよ本発明のサイトレールの一部1片の半径力同
断面會示す拡大馴祝図、第2図は本発明のサイトレール
をピストンのリング溝に装置した状態を小す断片的断面
図、第:(図は本発明の方法のフローチャートを71’
L、第4図は異なる処理時間で処U!シたサイトレール
の硬さと深さの関係を>3\すグラフ、第5図tま比較
試験後のシリンダ内壁を示す写真である。
10 、30 、30’・・・ナイドレール、12・・
・炭窒化物層、14・・・拡散層、22・・・サイトレ
ールの外ft(110111壁、32・・・エキスノヤ
ングスペーサ。
第1(支)       1゜ ヅ 第4図 断面深さく、um) 灯、75図 (a) (b) 手続補正書(方式) %式% ) 1、事件の表示 昭和57年 特許願  第18124号2、発明の名称 組合せオイルリングのサイトレールおよびその製造方法
3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称  (320))ヨタ自動車工業株式会社4、代
理人 6、補正の対象 10  明細書の1図面の簡単な説明」の欄(2)図 
面(第5図) 7、袖11の自答 (1)明細jdk第13負、第14行〜15行1グラフ
・・・・・・写^である3、8]の全文を1グラフであ
る。」と補止する。
(2)図面(第5図)を別紙第5図(写)に未配12だ
辿り削除する。
8 添付書類の目録 +11  図 面(第5図)の写      1通手続
補正書(自発) 昭和57年6月少目 特許庁長官 島 1)春樹 殿 1、事件の表示 昭和57年 特許願  第18124号26発明の名称 組合せオイルリングのサイトレールおよびその製造方法
3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称  (320)トヨタ自動車工業株式会社4、代
理人 5、 補正の対象 (1)  願書の16.添付4111類の目録」の欄(
2)明細書の1発明の詳細な説明」の欄(3)参考写真 6、補正の内容 fil  a’lを別紙訂正願書の通り補正する。
(2)明細書第12員、第12行〜第13頁、第4行「
作動させfc。・・・・・・スカッフによるシ」の全文
を下記の通り補正する。
「作動させた。その結果、パフ研摩を行わないサイトレ
ールを使用したエンジンのシリンダ内壁には縦方向にス
カッフィングによる深い条痕群が発生したが、本発明の
一!7−イドレールを使用し九場合にはシリンダ内壁に
は深い縦方向条痕は発生しなかった。このように本発明
のサイドシールはスカッフィングによるシ」 (3)別紙の通り参考写真を追加します。
7、添付書類の目録 tl)訂正願4i)1通 (2)参考写真     1通

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一対のサイトレールと少なくとも1つのエキス7′
    ?ンダスペーサとを備えて成る組合せオイルリングにお
    いて、サイトレールの全表面に高硬度の窒化層を形成し
    、シリンダ内壁に摺接するサイトレール外@側壁の硬さ
    はサイトレール周壁のうチ少なくともエキスパンダスペ
    ーサに当接するサイトレール内側側壁の硬さよジ小さく
    したことを特徴とする組合せオイルリングのサイトレー
    ル。 2、エキスパンダスペーサに当接するサイトレール内側
    側面の硬さはHv 1100〜1300であジ、シリン
    ダ内壁に据接するサイトレール外側9J]壁の硬さはH
    v 700〜950でおることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の組合せオイルリングのサイトレール。 3、サイトレールの全表面に軟窒化処理を施してHv 
    1100以上の硬さを有する窒化1輪金形成しサイトレ
    ール周壁のうちシリンダ内壁に摺接する外側側壁をパフ
    研摩により1〜20μmの深さにわたって酸化物層を除
    去することを%徴とする組合せオイルリングのサイトレ
    ールの製造方法。
JP1812482A 1982-02-09 1982-02-09 組合せオイルリングのサイドレ−ルおよびその製造方法 Pending JPS58136771A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0272863U (ja) * 1988-11-24 1990-06-04
US5308089A (en) * 1991-08-09 1994-05-03 Teikoku Piston Ring Co., Ltd. Combined oil ring
US5469616A (en) * 1990-11-15 1995-11-28 Teikoku Piston Ring Co., Ltd. Method of manufacturing a side rail of a combined oil ring

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