JPS62118164A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
- Publication number
- JPS62118164A JPS62118164A JP25783085A JP25783085A JPS62118164A JP S62118164 A JPS62118164 A JP S62118164A JP 25783085 A JP25783085 A JP 25783085A JP 25783085 A JP25783085 A JP 25783085A JP S62118164 A JPS62118164 A JP S62118164A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston ring
- layer
- plating layer
- wear
- nitrided
- 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
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は改良されたピストンリングに関し、更に詳しく
は初期運転時の摺動特性を改善した内燃機関用鋼製ピス
トンリングに関する。
は初期運転時の摺動特性を改善した内燃機関用鋼製ピス
トンリングに関する。
従来技術と問題点
近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴い、ピストクリ
ングに要求される品質が高度になってきている。従来、
内燃機関用ピストンリングにはその耐久性を改善する手
段として摺動面に硬質クロムめっき処理や溶射処理ある
いは窒化処理等の耐摩耗表面処理が施されている。
ングに要求される品質が高度になってきている。従来、
内燃機関用ピストンリングにはその耐久性を改善する手
段として摺動面に硬質クロムめっき処理や溶射処理ある
いは窒化処理等の耐摩耗表面処理が施されている。
これらの表面処理のうちで特に窒化処理は優れた耐摩耗
特性を示すことから苛酷な運転条件の下で使用されるピ
ストンリングの表面処理として注目され広く実用に供さ
れている。
特性を示すことから苛酷な運転条件の下で使用されるピ
ストンリングの表面処理として注目され広く実用に供さ
れている。
しかしながら窒化処理層は耐摩耗特性に優れている反面
、耐焼付き特性に関しては硬質クロムめっき層や溶射層
に較べて必ずしも充分であるとは言えず、苛酷な運転条
件での使用に際して異常摩耗を発生することがあり、な
お、改善が望まれていた。
、耐焼付き特性に関しては硬質クロムめっき層や溶射層
に較べて必ずしも充分であるとは言えず、苛酷な運転条
件での使用に際して異常摩耗を発生することがあり、な
お、改善が望まれていた。
発明の目的
この発明は、上記に鑑み、耐摩耗特性に優れていると同
時に、耐焼き付き特性に優れていて苛酷な使用条件にお
いても良好な摺動特性を示す内燃機関用ピストンリング
を提供することを目的としてなされたものである。
時に、耐焼き付き特性に優れていて苛酷な使用条件にお
いても良好な摺動特性を示す内燃機関用ピストンリング
を提供することを目的としてなされたものである。
発明の構成及び効果
この発明では、上記の目的を達成するピストンリングと
して、少なくとも外周摺動面に窒化層が形成され且つ該
窒化層の上に更に厚さが０．５〜２０μｍの複合分散め
っき層でなる薄層が形成されている内燃機関用鋼製ピス
トンリングを提供する。
して、少なくとも外周摺動面に窒化層が形成され且つ該
窒化層の上に更に厚さが０．５〜２０μｍの複合分散め
っき層でなる薄層が形成されている内燃機関用鋼製ピス
トンリングを提供する。
本発明のピストンリングはその基体が鋼材でなり、少な
くともその摺動面には窒化処理が施されて窒化層が形成
され、この窒化層の良好な耐摩耗特性によって耐久寿命
が高められている。
くともその摺動面には窒化処理が施されて窒化層が形成
され、この窒化層の良好な耐摩耗特性によって耐久寿命
が高められている。
それ故、本発明で、ピストンリングの基体として使用さ
れる鋼材は、良好な耐摩耗特性を示す窒化処理層を得る
に適する鋼材を採用することが望ましく、 ０．１６〜
１．３０％Ｃ１１２〜１９％Ｃｒを含有する鋼材あるい
はこれにＭｏ及び／又はＶを少量含有させたクロム鋼が
一般に作用される。
れる鋼材は、良好な耐摩耗特性を示す窒化処理層を得る
に適する鋼材を採用することが望ましく、 ０．１６〜
１．３０％Ｃ１１２〜１９％Ｃｒを含有する鋼材あるい
はこれにＭｏ及び／又はＶを少量含有させたクロム鋼が
一般に作用される。
これらクロム鋼材は、良好な耐摩耗性窒化層を形成する
に適する鋼材である。したがって、これらの鋼材で作ら
れ且つその摺動面に窒化処理が施されたピストンリング
は、それ自体、耐摩耗特性に優れてたものである。
に適する鋼材である。したがって、これらの鋼材で作ら
れ且つその摺動面に窒化処理が施されたピストンリング
は、それ自体、耐摩耗特性に優れてたものである。
しかしながら、前述の如くで、窒化処理リングは良好な
耐摩耗特性を示すが、耐焼付き性に関してはやＮ難があ
り、特に初期運転時において異常摩耗を発生することが
ある。
耐摩耗特性を示すが、耐焼付き性に関してはやＮ難があ
り、特に初期運転時において異常摩耗を発生することが
ある。
本発明では、窒化処理リングの上記難点を除去する手段
として、ピストンリングの外周摺動面に形成された耐摩
耗性窒化処理層の上に、更に厚さが０．５〜２０μｍの
複合分散めっき層でなる薄層（初期ナジミ層）を形成す
る。
として、ピストンリングの外周摺動面に形成された耐摩
耗性窒化処理層の上に、更に厚さが０．５〜２０μｍの
複合分散めっき層でなる薄層（初期ナジミ層）を形成す
る。
ここで、複合分散めっき層とは、鉄或いはニッケル等で
なる金属めっき基地中に金属の酸化物、窒化物あるいは
炭化物等の硬質微粒子を分散させためっき層であり、こ
の種のめっき層は耐摩耗性に優れ、特に耐焼付性に関し
ては窒化処理層や硬質クロムめっき層に比べ格段に優れ
ている。
なる金属めっき基地中に金属の酸化物、窒化物あるいは
炭化物等の硬質微粒子を分散させためっき層であり、こ
の種のめっき層は耐摩耗性に優れ、特に耐焼付性に関し
ては窒化処理層や硬質クロムめっき層に比べ格段に優れ
ている。
本発明のピストンリングでは、耐摩耗特性の良好な窒化
処理層の上に、極めて薄い複合分散めっき層が形成され
ていて、この複合分散めっき層により初期のナジミ運転
時に発生し易い焼付き等の異常摩耗の発生が効果的に防
止される。
処理層の上に、極めて薄い複合分散めっき層が形成され
ていて、この複合分散めっき層により初期のナジミ運転
時に発生し易い焼付き等の異常摩耗の発生が効果的に防
止される。
複合分散めっき層の厚さは、これが過度に薄いと充分な
初期ナジミ状態が達成される前に複合分散めっき層が消
失してしまい期待する効果が充分に得られなくなる。本
発明では、複合分散めっき層の厚さを０．５μｍ以上と
することが必要である。
初期ナジミ状態が達成される前に複合分散めっき層が消
失してしまい期待する効果が充分に得られなくなる。本
発明では、複合分散めっき層の厚さを０．５μｍ以上と
することが必要である。
反面、複合分散めっき層の厚さを厚くすることは、処理
コストを上昇させることはもとより、めっき層に剥離が
発生し易くなり、あるいは窒化層の良好な耐摩耗特性の
利用がなされる状態に至るまでの外周摩耗が多くなり、
リング合口間隙の増大が早期に進行しピストンリングの
気密特性の劣化現象が早期に発生する等の難点がある。
コストを上昇させることはもとより、めっき層に剥離が
発生し易くなり、あるいは窒化層の良好な耐摩耗特性の
利用がなされる状態に至るまでの外周摩耗が多くなり、
リング合口間隙の増大が早期に進行しピストンリングの
気密特性の劣化現象が早期に発生する等の難点がある。
。
それ故、本発明では複合分散めっき層の厚さは２０μｍ
以下とし、好ましくは１０μｍ以下とする。
以下とし、好ましくは１０μｍ以下とする。
また、本発明において、複合分散めっき層として燐２〜
１０重量％を含有するニッケル合金でなる基地中に、金
属の炭化物または窒化物でなる粒径１０μｍ以下の硬質
粒子を容積比で５〜３０％分散させた複合分散ニッケル
めっき層を採用するする場合、該複合分散めっき層の耐
摩耗特性が窒化処理層のそれに近く、したがって、初期
摩耗も少なくすることができるので、特に好適である。
１０重量％を含有するニッケル合金でなる基地中に、金
属の炭化物または窒化物でなる粒径１０μｍ以下の硬質
粒子を容積比で５〜３０％分散させた複合分散ニッケル
めっき層を採用するする場合、該複合分散めっき層の耐
摩耗特性が窒化処理層のそれに近く、したがって、初期
摩耗も少なくすることができるので、特に好適である。
ここ゛で、燐の含有はめっき基地の硬度を上げ、耐摩耗
性向上に有効に作用する。この効果の為には０．２％以
上の含有が望ましい。然し、１０％を越えて多量に含有
させるとめっき基地を脆弱にするので１部以下とするの
がよい。また、硬質粒子の分散量及び粒径は、形成する
めっき層の厚さとも関係するが、これが過度に多い場合
や大きい場合には、めっき層が脆くなるとともに摺動相
手材の摩耗を増大させるので、本発明では分散量につい
ては５〜１０重量での範囲、粒径については１０μｍ以
下とすることが望ましい。
性向上に有効に作用する。この効果の為には０．２％以
上の含有が望ましい。然し、１０％を越えて多量に含有
させるとめっき基地を脆弱にするので１部以下とするの
がよい。また、硬質粒子の分散量及び粒径は、形成する
めっき層の厚さとも関係するが、これが過度に多い場合
や大きい場合には、めっき層が脆くなるとともに摺動相
手材の摩耗を増大させるので、本発明では分散量につい
ては５〜１０重量での範囲、粒径については１０μｍ以
下とすることが望ましい。
試験例
１）耐焼付き性試験
合金鋼５ＵＳ４４０Ｂ （Ｃ：０．７５〜０．９５％、
Ｓ ｉ ： １．０％以下、Ｍ ｎ ： １ 、０％以
下、 Ｐ：０．０４％以下、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｃ
ｒ：１６．０−１８．０％、 ＭＯ：０．７５％以下）
に硬質クロムめっき層を形成した試料（Ａ）、窒化処理
層を形成した試料（Ｂ）、燐を約５％含有するニッケル
基地中に粒径５μｍ以下の窒化珪素（Ｓ１３Ｎ４）が容
積比で約１０％分散する複合分散ニッケルめっき層を形
成した試料（Ｃ）、および鉄基地中に粒径５μｍ以下の
窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）が容積比で約１０％分散する複
合分散鉄めっき層を形成させた試料（Ｄ）を作成し、耐
焼付き性試験を行った。
Ｓ ｉ ： １．０％以下、Ｍ ｎ ： １ 、０％以
下、 Ｐ：０．０４％以下、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｃ
ｒ：１６．０−１８．０％、 ＭＯ：０．７５％以下）
に硬質クロムめっき層を形成した試料（Ａ）、窒化処理
層を形成した試料（Ｂ）、燐を約５％含有するニッケル
基地中に粒径５μｍ以下の窒化珪素（Ｓ１３Ｎ４）が容
積比で約１０％分散する複合分散ニッケルめっき層を形
成した試料（Ｃ）、および鉄基地中に粒径５μｍ以下の
窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）が容積比で約１０％分散する複
合分散鉄めっき層を形成させた試料（Ｄ）を作成し、耐
焼付き性試験を行った。
試験装置は第１図および第２図に要部を図解的に示すも
ので、ステータホルダ１に取外し可能に取付けられた直
径８０ｍｍの円板３の中央には裏側から注油孔４を通し
て潤滑油が注油される。ステータホルダｌには図示省略
した油圧装置によって図に於いて右方に向けて所定圧力
で押圧力が作用するようにしである。円板３に相対向し
てロータ５があり１図示省略した駆動装置によって所定
速度で回転するようにしである。ロータ５に取外し可能
に取付けられた試験片保持具６には５Ｉ角、高さ１０ｎ
ｉｎの試験片７が同心円上に等間隔に４個取付けである
。このような装置に於いてステータホルダ１に所定の押
圧力をかけ、所定の面圧で円板（相手材）３と試験片７
とが接触するようにしておいて、注油孔４から摺動面に
所定給油速度で給油しながらロータ５を回転させる。
この試験装置により１次のような方法で耐焼付き性試験
を行った。即ち、試験片７を円板３に摺動させ、一定時
間毎にステータホルダｌに作用する圧力を階段的に増加
しながら、試験片７と円板３との間の摩擦によってステ
ータホルダ１に生ずるトルク（摩擦力）Ｔを、第１図の
■−■線に沿う矢視側面図である第２図に示すスピンド
ル８を介してロードセル９に作用せしめ、その変化を動
歪計１０で読む。トルクＴが急激に上昇したとき、焼付
が生じたものとし、そのときの接触面圧を以って焼付き
発生面圧とし、その大小を以って耐焼付き性の良否を判
断する。
ので、ステータホルダ１に取外し可能に取付けられた直
径８０ｍｍの円板３の中央には裏側から注油孔４を通し
て潤滑油が注油される。ステータホルダｌには図示省略
した油圧装置によって図に於いて右方に向けて所定圧力
で押圧力が作用するようにしである。円板３に相対向し
てロータ５があり１図示省略した駆動装置によって所定
速度で回転するようにしである。ロータ５に取外し可能
に取付けられた試験片保持具６には５Ｉ角、高さ１０ｎ
ｉｎの試験片７が同心円上に等間隔に４個取付けである
。このような装置に於いてステータホルダ１に所定の押
圧力をかけ、所定の面圧で円板（相手材）３と試験片７
とが接触するようにしておいて、注油孔４から摺動面に
所定給油速度で給油しながらロータ５を回転させる。
この試験装置により１次のような方法で耐焼付き性試験
を行った。即ち、試験片７を円板３に摺動させ、一定時
間毎にステータホルダｌに作用する圧力を階段的に増加
しながら、試験片７と円板３との間の摩擦によってステ
ータホルダ１に生ずるトルク（摩擦力）Ｔを、第１図の
■−■線に沿う矢視側面図である第２図に示すスピンド
ル８を介してロードセル９に作用せしめ、その変化を動
歪計１０で読む。トルクＴが急激に上昇したとき、焼付
が生じたものとし、そのときの接触面圧を以って焼付き
発生面圧とし、その大小を以って耐焼付き性の良否を判
断する。
試験条件は次に示す通りである。
摩擦速度： ８ｍ／ｓｅｅ、
潤滑油：モータオイル＃３０、
接触面圧：４０ｋｇ／ａＪから３分間経過毎に１０ｋｇ
１ｄづつ上昇させる。
１ｄづつ上昇させる。
試験結果は第３図に示す通りである。同図から解るよう
に、複合分散めっき層を形成した試料（Ｃ）、（Ｄ）は
硬質クロムめっき層を形成させた試料（Ａ）や窒化処理
層を形成した試料（Ｂ）に比較して耐焼付き特性が大幅
に改善されている。
に、複合分散めっき層を形成した試料（Ｃ）、（Ｄ）は
硬質クロムめっき層を形成させた試料（Ａ）や窒化処理
層を形成した試料（Ｂ）に比較して耐焼付き特性が大幅
に改善されている。
耐摩耗試験
前記の耐焼付き性試験において使用したと同質の鋼材（
ＳＵＳ４４０Ｂ）に窒化処理を施し厚さ１００μｍの窒
化処理層を形成させた試料（Ｂ−１）、前記試料ＣＢ−
１）の窒化処理層の上に、厚さ１０μｍの硬質クロムめ
っき層を形成させた試料（Ａ−１）、前記試料（Ｂ−１
）の窒化処理層の上に、燐を５％含有するニッケル基地
中に粒径３μｍ以下の窒化珪素（Ｓ１３Ｎ４）を容積比
で約１０％分散させ厚さ１０μｍの複合分散ニッケルめ
っき層を形成した試料（Ｃ−１）、前記試料（Ｂ−１）
の窒化処理層の上に、鉄基地中に粒径３μｍの窒化珪素
（Ｓｉ３Ｎ４）を容積比で５％分散させた厚さ１０μｍ
の複合分散鉄めっき層を形成させた試料（Ｄ−１）につ
いて、前記耐焼付き性試験に使用した試験装置により耐
摩耗試験をおこなった。
ＳＵＳ４４０Ｂ）に窒化処理を施し厚さ１００μｍの窒
化処理層を形成させた試料（Ｂ−１）、前記試料ＣＢ−
１）の窒化処理層の上に、厚さ１０μｍの硬質クロムめ
っき層を形成させた試料（Ａ−１）、前記試料（Ｂ−１
）の窒化処理層の上に、燐を５％含有するニッケル基地
中に粒径３μｍ以下の窒化珪素（Ｓ１３Ｎ４）を容積比
で約１０％分散させ厚さ１０μｍの複合分散ニッケルめ
っき層を形成した試料（Ｃ−１）、前記試料（Ｂ−１）
の窒化処理層の上に、鉄基地中に粒径３μｍの窒化珪素
（Ｓｉ３Ｎ４）を容積比で５％分散させた厚さ１０μｍ
の複合分散鉄めっき層を形成させた試料（Ｄ−１）につ
いて、前記耐焼付き性試験に使用した試験装置により耐
摩耗試験をおこなった。
試験条件は次の通りである。
摩擦速度： ５ ｍ／ｓｅｅ
相手材ニジリンダライナ用ＦＣ２５
接触面圧：１００ Ｋｇ／ ｃ ｍ”
潤滑油：モータオイル３３０＋ダスト入り油温８０℃
供給量４００ｃｃ／ｍｉｎ試験結果を第４図に示す。
供給量４００ｃｃ／ｍｉｎ試験結果を第４図に示す。
第４図から明らかな如く、硬質クロムめっき層を形成さ
せた試料（Ａ−１）の摩耗の進行が一番早く、複合分散
めっき層を形成させた試料（Ｃ−１）、（Ｄ−１）の摩
耗速度は窒化処理層（Ｂ−１）の摩耗速度に近く、良好
な耐摩耗特性を示している。なお、以上の試験では、鋼
材として５ＵＳ４４０Ｂ材を使用したが、鋼材としては
これに限らず、他の高クロムを含有するクロム鋼、例え
ば、１．０〜１．４％Ｃ１１３〜１６％Ｃｒ、Ｍｏ及び
Ｖの一種又は二種を合計で０．２〜１．０％含有するク
ロム鋼なども勿論使用可能である。
せた試料（Ａ−１）の摩耗の進行が一番早く、複合分散
めっき層を形成させた試料（Ｃ−１）、（Ｄ−１）の摩
耗速度は窒化処理層（Ｂ−１）の摩耗速度に近く、良好
な耐摩耗特性を示している。なお、以上の試験では、鋼
材として５ＵＳ４４０Ｂ材を使用したが、鋼材としては
これに限らず、他の高クロムを含有するクロム鋼、例え
ば、１．０〜１．４％Ｃ１１３〜１６％Ｃｒ、Ｍｏ及び
Ｖの一種又は二種を合計で０．２〜１．０％含有するク
ロム鋼なども勿論使用可能である。
以上の通りで１本発明の内燃機関用鋼製ピストンリング
は、耐摩耗特性の良好な窒化処理層の上に耐摩耗性、と
りわけ耐焼き付き特性の良好な複合分散めっき層の薄層
（初期ナジミ層）を形成させているので、運転初期のナ
ジミ運転期間に発生し易い焼付きの発生が効果的に防止
され且つ耐久寿命を増大させることができ、産業上の利
用価値は大きい。
は、耐摩耗特性の良好な窒化処理層の上に耐摩耗性、と
りわけ耐焼き付き特性の良好な複合分散めっき層の薄層
（初期ナジミ層）を形成させているので、運転初期のナ
ジミ運転期間に発生し易い焼付きの発生が効果的に防止
され且つ耐久寿命を増大させることができ、産業上の利
用価値は大きい。
第１図、第２図は耐焼付試験及び耐摩耗試験に使用した
試験装置の要部を示す図である。 第３図は耐焼付性試験の結果を示すグラフで。 第４図は耐摩耗試験の結果を示すグラフである。 ｌ・・・ステータホルダー、３・・・円板（相手材）、
４・・・注油孔、５・・・ロータ、６・・・試験片保持
具。
試験装置の要部を示す図である。 第３図は耐焼付性試験の結果を示すグラフで。 第４図は耐摩耗試験の結果を示すグラフである。 ｌ・・・ステータホルダー、３・・・円板（相手材）、
４・・・注油孔、５・・・ロータ、６・・・試験片保持
具。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）少なくとも外周摺動面に窒化層が形成され且つ該窒
化層の上に更に厚さが０．５〜２０μｍの複合分散めっ
き層でなる薄層が形成されていることを特徴とする内燃
機関用鋼製ピストンリング。 ２）前記の複合分散めっき層が、燐２〜１０重量％を含
有するニッケル合金でなる基地中に、金属の炭化物また
は窒化物でなる粒径１０μｍ以下の硬質粒子を容積比で
５〜３０％分散させた複合分散ニッケルめっき層である
特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用鋼製ピストンリ
ング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25783085A JPS62118164A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25783085A JPS62118164A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62118164A true JPS62118164A (ja) | 1987-05-29 |
Family
ID=17311722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25783085A Pending JPS62118164A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62118164A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63164661U (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-26 | ||
| JPH03186667A (ja) * | 1989-12-13 | 1991-08-14 | Kanai Hiroyuki | 摺動部材 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5996295A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Riken Corp | 内燃機関用ピストンリング |
-
1985
- 1985-11-19 JP JP25783085A patent/JPS62118164A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5996295A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-02 | Riken Corp | 内燃機関用ピストンリング |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63164661U (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-26 | ||
| JPH03186667A (ja) * | 1989-12-13 | 1991-08-14 | Kanai Hiroyuki | 摺動部材 |
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