JPS6345451A - ピストンリングの製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化処理とメッキ処理の両方が施されるピス
トンリングの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来から、ピストンリングの摺動面（外周面）に耐スカ
ツフ性を付与するために、ピストンリングにＰＶＤ法（
Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）によりＴｉＮ、ＣｒＮ、ＢＮ等の高スカッフ性物質を
メッキすることが知られている（たとえば特開昭５９−
２００８６８号公報、特開昭６０−３６７５９号公報、
特開昭６０−５７８６８号公報、特開昭６０−１５３５
４５号公報、実開昭５９−１２６１５９号公報、実開昭
５９−１２７８５８号公報、実開昭５９−１２７８５９
号公報）。しかし、これらの公報には、メッキされたピ
ストンリングがピストンリングとして十分に機能を果た
すような製造条件や構造、つまりメッキ層が使用中等に
剥離せず十分な耐久性を有するための製造条件や構造は
開示されていない。

また、ピストンリングに窒化処理を施し、その外周面上
に、酸化物皮膜を形成したり（特開昭６０−１５３４５
５号公報）、ＰＶＤ法等により高スヵフフ性物質をメッ
キしたり　（特開昭５８−１６３６５３号公報、実開昭
５９−１２６１５９号公ｔｉｔ　）することも知られて
いる。しかし、この従来の窒化処理後にメッキ処理する
方法では、窒化処理とメッキ処理との間には何ら特別な
処理は行われず、特別な処理・の開示もない。

また、ピストンリングの製造、処理を効率よく行うため
に、多数のピストンリングを積層して筒状体を構成し、
核部状体外周面を同時に加工、処理する方法も知られて
いる（特開昭５５−１３４１６７号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、窒化処理したピストンリングをメッキす
る方法において、上記のような従来方法、つまり窒化処
理したピストンリングをそのままの状態でメッキ処理す
る方法では、施されたメッキ層が剥離しやすく、苛酷な
摺動条件にさらされるピストンリングには現実上適用が
困難であるという問題がある。窒化層は通常、最上層の
ポーラス層、その内側の白眉、その内側の拡散層からな
り、内側の窒素の入らない母材へと続いてい（わけであ
るが、白眉は非常に硬い層ではあるが脆い。拡散層には
、問題となるような脆さはなく、耐摩耗性が優れている
。したがって、窒化処理された表面に、そのままの状態
でメッキ処理を施すと、白眉、ポーラス層の上にメッキ
層が形成されることになり、白層とともにメッキ層が剥
離しやすくなるという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目し、窒化処理層の上
に剥離しにくいメッキ層を形成し、ピストンリングの摺
動面としての機能を十分に果たすことができるようにす
ることを目的とする。加えて、そのような機能を有する
ピストンリングを、効率よくかつ安価に製造することも
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的に沿う本発明のピストンリングの製造方法は、
金属製のピストンリングの少なくとも外周面に窒化処理
を施し、 窒化されたピストンリングの少な（とも外周面を酸で処
理することにより、該外周面窒化層のうち外層のポーラ
ス層と白層を除去して内層の拡散層のみを残し、 上記処理が施されたピストンリングを水洗した後、該ピ
ストンリングと８亥ピストンリングよりも小さな外径を
有するスペーサとを同軸上にかつ交互に積層してピスト
ンリングとスペーサとのポール状組立体を組立て、 該ポール状組立体の外周面をバフ研磨することにより、
ピストンリングの外周面の研磨と該Ｐの上下肩部の面取
りとを同時に行い、 バフ研磨されたピストンリングの外周面に、ポール状組
立体状態のままメッキ処理を施す、という各ステップを
有する方法から成る。

ここで、メッキ処理では、たとえばＰＶＤ法によりＴｉ
Ｎ、ＣｒＮ、ＢＮ等の高スカフフ性物質がメッキされる
。また、酸による処理では、希塩酸等が使用され、酸の
／４度と温度、処理時間等は、ポーラス層、白眉の除去
に十分で、かつ処理後の拡散層の表面粗さが１０μ以下
となるよう条件設定されることが望ましい、なお、メッ
キ厚さは従来通り２〜１０μ程度でよい。

〔作用〕

このような製造方法においては、窒化処理されたピスト
ンリングの外周面の窒化層のうちポーラス層と白眉が酸
による処理によって除去され、外周面にはエツチングさ
れた状態の拡散層が現れる。

水洗により酸が除去され、拡散層表面の凹凸がバフ研磨
により目標とする値まで小とされて、メッキ用の下地と
なる表面が形成される。このバフ研磨は、ピストンリン
グがポール状組立体状態のまま行われるが、スペーサの
外径がピストンリング外径よりも小とされているので、
上記表面研磨と同時にピストンリングの面取りも行われ
る。したがって、その分加工工程が簡略化される。そし
て、メッキ処理もポール状組立体状態のまま行われるの
で、ピストンリング上下面でスペーサ等によりマスクさ
れ、処理の必要なピストンリング外周面（摺動面）にの
みメンキされ、小量のメッキ用材料でかつ短時間で効率
よく処理される。メッキ層は、拡散層の上に直接形成さ
れることになり、ポーラス層、白眉が無いので、耐剥離
性、耐摩耗性の高い拡散層の特質が発蓮され、メッキ層
剥離の問題が解消される。

〔実施例〕

以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は、本発明の一実施例に係るピストンリングの製
造方法の工程フローを示しており、第２図ないし第６図
は第１図の工程の流れに沿って得られるピストンリング
の状態をそれぞれ示している。

第１図および第２図に示すように、まず金属製たとえば
ステンレス鋼製のピストンリング１の少なくとも外周面
（摺動面）に窒化処理が施される。

窒化処理自身を含む窒化処理までの工程は、周知の従来
の工程と何ら変わらない。窒化Ｎ２は、第２図に示すよ
うに、最外層のポーラス層３、その内側の白層４、さら
にその内側の拡散層５がら成り、拡散Ｎ５が内部の窒素
が入らない母材部６に接続している０本実施例では、窒
化層２はピストンリング１の全面に形成されているが、
上述の如く、外周面のみでもよい。白層４は非常に硬い
が（ビッカース硬度ＨＶ１２００以上）脆い性質を有し
ており、拡散層５は硬い上に耐剥離性、耐摩耗性に優れ
た性質を有している。

次に、窒化処理されたピストンリング１の少なくとも外
周面部が、酸により処理される。酸として、本実施例で
は希塩酸を用いた。素材がステンレス鋼の場合、拡散Ｎ
５は希塩酸によっては浸食されにくい、この酸による処
理によりポーラス層３と白Ｎ４が第３図に示すように除
去され、拡散Ｎ５が現れる。現れた拡散層５は、その表
面がエツチングされた状態になる。このときの拡散層５
の表面粗さが１０μ以上となるよう、塩酸７ｍ度と温度
、および処理時間が選ばれる。なお、酸の種類は他のも
のであっても可能である。

次に、水洗工程で塩酸が洗い流される。

その後に以下のポール詰め（ポール組立て）工程に入る
。この工程では、第４図に示すように、水洗工程を通っ
てきたピストンリング１とピストンリング１の外径より
小なる外径の環状のスペーサ７とが交互に積層され、イ
ンローパイプ８に通される。スペーサ７の内径とインロ
ーパイプ８の外径については、数１０μ程度スペーサ内
径を大きくし、スムーズに入るように設定されている。

また、インローパイプ８の外径は、ピストンリング１の
内径よりも数龍程度小さい径に設定されている。ピスト
ンリング１の完成時の基準径相当の内径を有する円筒ま
たは半割りの円筒からなるスリーブ９がピストンリング
ｌの外径側に内面接触されてはめ込まれる。スリーブ９
に積層されたピストンリング１とスペーサ７が入れられ
た後、位で決めプレート１０が上下（下側は図示略）に
入れられる。この位置決めプレート１０は、外径がスリ
ーブ９の内径、内径がインローパイプ８の外径と同じで
かつスムーズに入るよう設定されている。位置決めプレ
ート同により、ピストンリング１とスペーサ７との位置
関係が正確に定められる。このとき、スペーサ７の外周
は、ピストンリング１の外周からピストンリングの上下
面の面取りに相当するだけの量、つまり０．２〜０．３
−ｍ程度内径側に位置するよう設定されている。このよ
うな状態に設定された後、締付プレー）１１が上下に設
置され、インローパイプ８の中に入っているボルト１２
がナツト１３等で締め付けられ、その後にスリーブ９が
取り外される。スリーブ９が取り外された状態では、ピ
ストンリング１とスペーサ７が交互に所定の位置関係で
積層されており、ポール状の組立体１４が完成される。

組立てられたポール状組立体１４は、次にバフ研磨工程
に送られる０本工程では、所定の砥粒のついたブラシに
より、ピストンリングｌの外周面はポート状組立体状態
のまま研にされる。この研摩により、ピストンリング１
外周面の表面粗さは１μ以下とされ、メッキ用の下地表
面が形成される。

同時に、ピストンリング１外周面はスペーサ７外周面よ
りも２〜３１１１程度外径側に張り出しているので、バ
フ研磨により、ピストンリングｌの上下面部が面取りさ
れる。スペーサ７の外周面部はピストンリングｌの外周
面部に対し凹部を形成し、ブラシの先端は凹部に集まる
特性を有するため、凹部側の削れ量が大きくなり、第５
図に示すようにピストンリング１の上下面部１５ａ、１
５ｂが面取りされる。

この面取りは、ピストンリング１の外周面の研磨と同時
に行われるものであるから、あえて面取り工程を別に設
ける必要がなくなり、その分工程が簡略化される。また
、ポール状組立体１４に対してバフ研磨を行うので、多
数のピストンリング１が一時に効率よく研磨される。

次に、ピストンリング１は、上記ポール状組立体工４の
状態のまま、メッキ処理工程に送られる。

メッキ処理は、ピストンリング１の上下面がスペーサ７
によって覆われているので、処理の必要な外周面部のみ
に第６図に示すように効率よく施される。また、メッキ
層１６は、窒化層のうち拡散層５の上に直接族されるこ
とになる。拡散層５は、前述の如く耐剥離強度が高いの
で、メッキ層１６の欠け、剥離に対する強度も向上され
る。また、拡散層５は耐摩耗性が高いので、その上にメ
ッキ層１６を形成することにより、ピストンリング１の
摺動面として高い耐摩耗性が得られる。メッキ層には、
たとえばＴｉＮ５ＣｒＮ、ＢＮ等の高い耐スカツフ性を
存する材料が選択され、たとえばＰＶＤ法により処理が
施される。なお、このＰＶＤ法は、硬質物質を物理蒸着
法により被覆させる方法で、切削加工用工具、精密工具
等のメッキ処理に用いて最適な周知の方法である。

メッキ処理の後、ピストンリング１が取り外される。そ
の後の後処理は従来工程と同じである。

インローパイプ８等からピストンリング１を取り外すと
き、その面取り部にメッキ欠は等を生じることがあるが
、その大きさは非常に小さく、後工程の上下面加工時に
なくなので、特に問題はない。

〔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の製造方
法によるときは、窒化層のうちポーラス層、白石を除去
し、拡散層の上にメッキ処理を施すので、白眉の剥離に
伴うメッキ層の剥離を防止することができ、摺動面の剥
離強度、耐摩耗性に優れたピストンリングを得ることが
できる。

また、非常に硬い白層を酸による処理にて除去するので
、研磨等の機械加工を施さなくてもよく、その公安価に
かつ迅速に加工できる。

また、ポール状組立体のまま多数のピストンリングを同
時にバフ研磨するので、効率のよい短時間の研磨が可能
である。しかも、研磨の際同時に面取り加工も簡単にか
つ確実に行うことができるので、加工工程を簡略化する
こともできる。

さらに、メッキ処理もポール状組立体のまま行い、スペ
ーサによりメッキネ必要部を自然にマスキングできるの
で、メッキ用材料の量を戎らすことができ、コストダウ
ンをはかることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る方法の工程フロー図、 第２図はメー７・生処理後のピストンリングの部分断面
図、 第３図は酸による処理後のピストンリングの部分断面図
、 第４図はポール状組立体の部分断面図、第５図はバフ研
磨後のピストンリングの部分断面図、 第６図はメッキ処理後のピストンリングの部分断面図、 である。 １・・・・・・ピストンリング ２・・・・・・窒化層 ３・・・・・・ポーラス層 ４・・・・・・白層 ５・・・・・・拡散層 ６・・・・・・母材部 ７・・・・・・スペーサ ８・・・・・・インローパイプ ９・・・・・・スリーブ ｌＯ・・・・・・位置決めプレート １１・・・・・・締付プレート １２・・・・・・ボルト １３・・・・・・ナツト １４・・・・・・ポール状組立体 １５ａ、１５ｂ・・・・・・面取り部 １６・・・・・・メッキ層 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社第１図 第２図 す 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製のピストンリングの少なくとも外周面に窒
   化処理を施し、 窒化されたピストンリングの少なくとも前記外周面を酸
   で処理することにより、該外周面窒化層のうち外層のポ
   ーラス層と白層を除去して内層の拡散層のみを残し、 前記処理が施されたピストンリングを水洗した後、該ピ
   ストンリングと該ピストンリングよりも小さな外径を有
   するスペーサとを同軸上にかつ交互に積層してピストン
   リングとスペーサとのポール状組立体を組立て、 該ポール状組立体の外周面をバフ研磨することにより、
   ピストンリングの外周面の研磨と該ピストンリングの上
   下肩部の面取りとを同時に行い、前記バフ研磨されたピ
   ストンリングの外周面に、前記ポール状組立体状態のま
   まメッキ処理を施す、ことを特徴とするピストンリング
   の製造方法。