KR101863107B1

KR101863107B1 - 조합 오일 컨트롤 링

Info

Publication number: KR101863107B1
Application number: KR1020177022235A
Authority: KR
Inventors: 타카유키 이치카와; 타쿠마 세키야
Original assignee: 가부시끼가이샤 리켄
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2018-05-31
Also published as: EP3244099A4; US20170350508A1; KR20170097226A; US10352446B2; WO2016111162A1; JP5980966B2; EP3244099B1; JP2016128700A; EP3244099A1

Abstract

간격을 갖는 한 쌍의 원형 고리 모양의 사이드 레일 및 상기 사이드 레일들 사이에 개재되어 내주부에 상기 사이드 레일의 내주면을 가압하는 귀부분을 갖는 축 방향 파형 형태의 스페이서 익스팬더를 포함하는 조합형 오일 컨트롤 링에서, 저장력으로 장력 편차가 적고, 내마모성 및 내슬러지성 뛰어난 조합 오일 컨트롤 링을 제공하기 위해, 상기 귀부분의 사이드 레일 가압면에 질화층을 형성하고, 상기 질화층이 형성된 부분을 제외한 상기 스페이서 익스팬더 전체 면에 도금 피막을 코팅하고, 상기 도금 피막은 비커스 경도가 300 HV0.01 이하가 되도록 한다.

Description

조합 오일 컨트롤 링

본 발명은 오일 제어를 위해 엔진의 피스톤에 장착된 조합 오일 컨트롤 링(이하 「조합 오일 링」또는 「오일 링」이라고도 함)에 관한 것이다.

최근 지구 온난화 방지 관점에서 CO₂ 배출 감소가 요구되고 있으며, 자동차 엔진은 연비 향상, 연소 효율의 향상을 도모하고, 특히 연비의 향상을 목표로 피스톤계 슬라이드부의 마찰 감소에 주목하는 개량이 진행되고 있다.

피스톤 링의 저장력화는 특히 중요하며, 특히 오일 링의 장력은 피스톤 링의 전체 장력의 50% 이상을 차지하고 있기 때문에, 그 장력을 감소시키는 대책이 이루어지고 있다. 또한 장력의 감소에는 장력의 공차 폭도 작게 하는 것이 요구되고 있다.

한편, 연소 온도의 상승 또는 직접 분사에 의한 연소 효율의 향상은 엔진 오일의 변성에 의해 발생하는 오일 슬러지가 사이드 레일과 스페이서 익스팬더에 고착 또는 교착하는 문제와, 사이드 레일과 사이드 레일 내주면과 접촉하는 스페이서 익스팬더의 귀 부분을 마모시키는 문제도 안고 있다.

오일 링의 장력을 감소시키는 것은 실린더 벽면에 추종성을 저하시키는 것에도 연결되기 때문에, 오일 소비를 증가시킬 것이라는 우려가 생기고, 또한 오일 링의 고착·교착, 심지어 마모 문제도 오일 소비를 급격히 증가시키는 불편을 초래한다.

추종성의 문제에 대해서는, 사이드 레일을 박폭화하여 단면 계수를 작게 하고, 추종성 계수를 증가시키는 방법, 고착·교착 문제는 표면에 불소 함유 피막 등의 발유성 피막을 형성하는 방법, 마모 문제는 크롬 도금이나 질화 처리를 실시하는 방법 등 다양한 방법이 제안되어있다.

예를 들어, 피스톤 링의 폭의 감소에 대해서, 특허 문헌 1은 구체적인 치수로 압력 링의 폭 치수를 1.0mm 이하, 조합 오일 링의 폭 치수를 2.0 mm이하로 하는 것을 개시하고 있다. 또한 오일 링의 고착·교착 문제에 대해 특허 문헌 2는 금속 알콕시드와 알콕시기의 일부가 플루오르 알킬기로 치환된 플루오르 알킬기 치환 금속 알콕시드에서 졸 겔법에 의해 발액막을 형성하는 방법을 제안하고 있다. 또한 마모의 문제에 대해, 특허 문헌 3은 스페이서 익스팬더에 질화 처리하는 것을 개시하고, 특허 문헌 4는 내식성이 뛰어난 질화층으로서 Cu-Kα X선 회절에 있어서 2θ = 40° 및 2θ = 46°에 피크를 가지는 특수한 S 상을 포함한 가스 질화층을 10 ~ 60㎛로 두껍게 형성하는 것을 개시하고 있다.

그러나 스페이서 익스팬더의 질화층을 실시하는 면적과 두께가 증가하면 질화에 의한 영률의 증가와 스페이서 익스팬더의 전개 길이(둘레 방향 길이)의 증가에 따라 장력 편차가 커져, 소정의 공차 폭으로 제조하기 어려워진다. 예를 들어, 가스 질화에 의해 30㎛ 두께의 질화층을 스페이서 익스팬더 전면에 형성하면 질화층 형성 전의 장력에 18N이나 장력이 상승해버려 장력 관리가 어렵게 된다.

특허 문헌 5는 장력 편차를 줄이기 위해 스페이서 익스팬더를 생산하는 선재 표면에 질화 방지층으로서 Ni, Cr 또는 Cu 피막을 1 ~ 5㎛로 형성하는 제1 공정, 기어 성형에 의해 선재에 축 방향 파형 형태를 형성하는 제2 공정, 파형 선재의 내주부에 가압편부(귀 부분)를 전단에 의해 형성하는 제3 공정, 이어서 전단면에 질화 처리를 실시하는 제4 공정을 포함하는 스페이서 익스팬더 제조 방법을 교시한다. 또한, 특허 문헌 6은 스페이서 익스팬더의 기어 성형 시에 파형 형상 모서리부의 Ni 도금 피막의 손상, 박리 및 도금 두께가 얇은 것 등에 따른 모재 노출에 의해 질화 처리 공정에서 스페이서 익스팬더 본체, 특히 파형 형상 모서리부가 질화되는 것을 방지하기 위해 전단면 이외의 면이 Ni 확산층을 갖는 막 두께 1 ~ 7㎛의 Ni 도금 피막으로 덮여 있어야 할 것을 교시한다.

또한, 특허 문헌 7은, Ni 도금 피막이 표면 자유 에너지 및 수소 결합력의 관점에서 오일 슬러지의 부착을 억제하는 것을 교시한다.

상기와 같이, Ni 도금 피막은 질화 방지막 또는 내고착·내교착막으로 잘 작동하는 것이 확인되었지만, 제조 조건에 따라 Ni 도금 피막 자체의 손상이나 박리를 초래하는 결함이 도입되는 경우도 있어서 현실에는 Ni 도금 피막의 바람직한 구조에 대한 새로운 검토가 요구되고 있다.

(특허 문헌 1) 특개 2003-286898호 공보 (특허 문헌 2) 특개 2000-27995호 공보 (특허 문헌 3) 실개소 53-147308호 공보 (특허 문헌 4) 국제 공개 제 2005/040645호 (특허 문헌 5) 일본 특허 공개 2003-28299호 공보 (특허 문헌 6) 특허 제 4323456호 공보 (특허 문헌 7) 특허 제 5463364호 공보 (특허 문헌 8) 일본 특허 공개 2011-122060호 공보 (특허 문헌 9) 특개평 10-311763호 공보

본 발명은 저장력으로 장력 편차가 적고, 내마모성 및 내 슬러지성이 우수한 조합 오일 컨트롤 링을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 조합 오일 컨트롤 링의 스페이서 익스팬더에 피복한 도금 피막의 구조에 대해 예의 연구한 결과, 도금 피막의 결정 배향, 조직 구조 등을 소정의 범위로 조정함으로써, 결함이 없게 피막의 손상이나 박리를 일으키지 않는 도금 피막을 형성할 수 있는 것에 생각이 미쳤다.

즉, 본 발명의 조합 오일 컨트롤 링은 간격을 갖는 한 쌍의 원형 고리 모양의 사이드 레일 및 상기 사이드 레일들 사이에 개재되어 내주부에 상기 사이드 레일의 내주면을 가압하는 귀부분을 갖는 축 방향 파형 형태의 스페이서 익스팬더를 포함하는 조합형 오일 컨트롤 링이며, 상기 귀부분의 사이드 레일 가압면에 질화층이 형성되고, 상기 질화층이 형성된 부분을 제외한 상기 스페이서 익스팬더 전체 면에 도금 피막이 코팅되며, 상기 도금 피막은 비커스 경도가 300 HV0.01 이하인 것을 특징으로 한다.

도금 피막 코팅면의 X선 회절 프로파일로, (200)면의 회절 강도(I₍₂₀₀₎)에 대한 (111)면의 회절 강도(I₍₁₁₁₎)의 비(I₍₁₁₁₎ / I₍₂₀₀₎)가 2.0 이하인 것이 바람직하고, 상기 (200)면의 조직 계수는 1.1 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 도금 피막이 평균 직경 0.2㎛ 미만의 주상 결정을 포함하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도금 피막의 두께가 1 ~ 7㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 도금 피막의 표면 거칠기가 중심선 평균 거칠기(Ra₇₅)로 0.005 ~ 0.4㎛인 것이 바람직하다.

또한, 도금 피막은 Ni 도금 피막인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 조합 오일 컨트롤 링에 있어서, 상기 질화층의 두께는 30㎛이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 조합 오일 컨트롤 링은 조합 장력이 5 ~ 20N인 것이 바람직하다.

본 발명의 조합 오일 컨트롤 링은, 스페이서 익스팬더용 후프재에 피복한 도금 피막에 있어서, (111)면의 우선 배향을 억제하고, (200)면의 비율을 높인 결정 구조로 함으로써, 결함이 거의 없고, 손상이나 박리의 발생이 생기기 어려운 도금 피막으로 할 수 있다. 이 도금 피막은 확실한 질화 방지막으로서 기능하고, 스페이서 익스팬더 귀 부분의 사이드 레일 가압면에 두꺼운 질화층의 형성을 가능하게 한다. 또한 도금 피막의 표면 거칠기를 중심선 평균 거칠기(Ra₇₅)에서 0.005 ~ 0.4㎛로 하면, 더욱더 오일 슬러지에 의한 고착·교착의 억제에도 기여하고, 장력 편차가 작으며, 저장력의, 내마모성 및 내슬러지성이 뛰어난 조합 오일 컨트롤 링으로 하는 것이 가능해져, 연소 효율의 향상에 의한 가혹한 환경에서도 저연비화에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 조합 오일 컨트롤 링의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 조합 오일 컨트롤 링 부분 사시도이다.
도 3은 띠형 후프 선재를 축 방향 파형으로 성형한 상태의 부분 사시도이다.
도 4는 실시예 1에서 얻어진 Ni 도금 피막의 X선 회절 프로파일을 나타낸다.
도 5는 실시예 1에서 얻어진 Ni 도금 피막 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 6은 실시예 3에서 얻어진 Ni 도금 피막의 X선 회절 프로파일을 나타낸다.
도 7은 실시예 3에서 얻어진 Ni 도금 피막 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 8은 비교예 1에서 얻어진 Ni 도금 피막의 X선 회절 프로파일을 나타낸다.
도 9는 비교예 1에서 얻어진 Ni 도금 피막 단면의 SEM 사진을 나타낸다.

이하에서, 본 발명의 조합 오일 링, 특히 Ni 도금 피막을 코팅한 오일 링에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 조합 오일 링의 단면도를, 도 2는 스페이서 익스팬더의 일부 사시도를 나타낸다. 조합 오일 링(1)은, 간격을 갖는 한 쌍의 원형 고리 모양의 사이드 레일(3, 3)과, 사이드 레일(3, 3)을 지지하는 스페이서 익스팬더(2)로 이루어져, 스페이서 익스팬더(2)의 내주부에는 사이드 레일(3, 3)의 내주면을 가압하는 귀 부분(4)이 마련되고, 외주부에는 필요에 따라 사이드 레일(3, 3)을 지지하기 위해 축 방향으로 돌출된 지지부(5)가 마련되어 있다. 지지부(5)가 마련된 경우, 귀 부분(4)과 지지부(5)의 연결 부분을 중앙부(6)라고 부른다. 본 발명은, 귀 부분(4)의 사이드 레일 가압면(7)에 질화층이 형성된 부분을 제외한 스페이서 익스팬더의 전체 면에 Ni 도금 피막이 코팅된다.

Ni 도금 피막은 스페이서 익스팬더로 성형하기 전의 띠형 후프 선재에 피복된다. 스페이서 익스팬더는, 먼저 Ni 도금 피막이 코팅된 후프 선재를 축 방향 파형으로 성형하여 도 3과 같은 연속하는 산부(10)와 골짜기부(20)가 형성되고, 계속해서, 도 2와 같이 산부(10)와 골짜기부(20)의 내주부에 귀 부분(4), 외주부에 지지부(5)와 중앙부(6)가 형성되어 제조된다. 이때 귀부분(4)의 중앙부(6) 측에 Ni 도금 피막이 없는 전단면(사이드 레일 가압면(7))이 형성된다. 질화층이 전단면에만 형성된다. 또한, 다른 부분의 Ni 도금 피막이 질화 방지막으로서 기능하기 위해서는, 후프 선재에서 스페이서 익스팬더로 성형 가공된 후에도 코팅된 Ni 도금 피막 손상이나 박리 등의 결함이 없는 것이 요구된다.

본 발명의 Ni 도금 피막은, 도금한 상태에서 350 ~ 550 HV0.01 정도의 비커스 경도를 가진다. 이 수준의 경도에서는 신장이 6% 정도로 작기 때문에, 스페이서 익스팬더의 가공에 있어서, Ni 도금 피막에 손상이나 박리가 생겨 버린다. 따라서, 열처리에 의해 Ni 도금 피막의 경도를 300 HV0.01 이하로 한다. 열처리는 비산화성 분위기(예를 들면, N₂ 분위기) 중, 500 ~ 700℃의 온도로 하는 것이 바람직하다. 생산성을 고려하면, 550 ℃ 이상의 온도에서 1분 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 비산화성 분위기는 산소 농도로 평가하면 200 ppm 이하가 바람직하다. 이와 같이 열처리한 Ni 도금 피막의 경도는 270 HV0.01 이하인 것이 보다 바람직하고, 250 HV0.01 이하인 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어, 경도가 250 HV0.01 이하이면 이러한 Ni 도금 피막은 10% 이상의 신장을 나타낼 것으로 알려져 있다.

또한, 본 발명에서는, 열처리 후, Ni 도금 피막의 피복면의 X선 회절 프로파일로, (200)면의 회절 강도(I₍₂₀₀₎)에 대한 (111)면의 회절 강도(I₍₁₁₁₎)의 비(I₍₁₁₁₎ / I₍₂₀₀₎)가 2.0 이하인 것이 바람직하다. 1.8 이하이면 더욱 바람직하다. (200)면의 회절 강도(I ₍₂₀₀₎)가 최대가 되면 더욱 바람직하다. (200)면의 회절 강도(I₍₂₀₀₎)가 최대가 되었을 경우에는, 비(I₍₁₁₁₎ / I ₍₂₀₀₎)가 0.8 이하인 것이 바람직하다. 또한, (200)면의 조직 계수는 1.1이상인 것이 바람직하다. 여기서, (hkl)면의 조직 계수 (Texture Coefficient)는, 일반적으로

(hkl)면의 조직 계수 = I₍ _hkl ₎ / I₀₍ _hkl ₎·[(1/n)·Σ(I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎)]^-1…(1)

에 의해 정의된, I₍ _hkl ₎는 측정된 (hkl)면의 X선 회절강도(측정된 X선 회절 강도의 최대 값을 100으로 환산함), I₀₍ _hkl ₎은 JCPDS 파일 번호 04-0850에 기재되어 있는 표준 X선 회절강도이다. 파일 번호 04-0850에는 (111), (200), (220), (311), (222), (400), (331), (420)의 8가지 (hkl)면의 표준 X선 회절강도가 실려 있지만, 본 발명에서는, 편의상, (111), (200), (220)의 3 종류 (hkl)면 만의 X선 회절 강도를 이용하여 정의한다. 따라서, 본 발명에서는,

(hkl)면의 조직 계수 = I₍ _hkl ₎/I₀₍ _hkl ₎·[1/3·(I₍₁₁₁₎/I₀₍₁₁₁₎+ I₍₂₀₀₎/I₀₍₂₀₀₎

+ I₍₂₂₀₎/I₀₍₂₂₀₎)] ^-1 …(2)

라고 정의한다. 덧붙여서, I₀₍₁₁₁₎는 100, I₀₍₂₀₀₎는 42, I₀₍₂₂₀₎는 21이다. (200)면의 조직 계수는 1.2이상이면 더 바람직하고, 1.3이상이면 더욱 바람직하다. (200)면의 회절강도(I₍₂₀₀₎)가 최대가 된 경우에, (200)면의 조직 계수는 1.8 이상이 되면 더욱 바람직하다.

본 발명의 Ni 도금 피막은, 피막의 두께 방향으로 관통하는 주상 결정이 없는 것이 바람직하고, 평균 직경 0.2㎛ 미만의 주상 결정이 없는 것이 바람직하다. 본 발명에서 주상 결정은 종횡비(길이/직경)가 2 이상의 것을 말하며, 비율이 2 미만이면 입상 구조로 분류한다. 본 발명의 Ni 도금 피막은, 열처리에 의해 재결정을 일으키지만, 이때, 결함이 적은 적당한 크기의 입자로 성장하는 것이 바람직하다. 따라서, 평균 입경 0.2 ~ 3㎛의 입상 구조 및/또는 평균 직경 0.2 ~ 3㎛의 주상 결정으로 이루어지는 것이 바람직하다. 입상 구조의 평균 입경은 0.3 ~ 2㎛가 보다 바람직하고, 0.5 ~ 1.5㎛가 더욱 바람직하다. 주상 결정의 평균 직경은 0.3 ~ 2㎛가 보다 바람직하고, 0.5 ~ 1.5㎛가 더욱 바람직하다. 여기서, 평균 입경 및 평균 직경은, 입상 구조와 주상 결정을 추출하여 이미지 분석에 의해 구할 수 있다.

본 발명의 Ni 도금 피막은 두께가 1 ~ 7㎛인 것이 바람직하다. 3 ~ 6.5㎛가 보다 바람직하고, 4 ~ 6㎛가 더욱 바람직하다.

오일 슬러지 문제에 대해서는, 상부 고리의 간격 틈새를 축소하여 블로바이 가스를 줄이고, 엔진 오일의 열화를 억제하거나, 생성된 슬러지가 고리에 부착되기 어렵도록 스페이서 익스팬더 및 사이드 레일 표면에 피막 처리를 실시하는 것이 효과적이다. 그런 점에서 특허 문헌 7에 개시된 바와 같이, Ni 도금피막은 오일 슬러지에 의한 고착·교착 억제에 효과가 있기 때문에, 귀 부분의 사이드 레일 가압면을 제외한 스페이서 익스팬더의 전면에 Ni 도금피막을 피복한 것은 유효하다. 또한, 이 Ni 도금피막의 표면 거칠기를 중심선 평균 거칠기(Ra₇₅)로 0.005 ~ 0.4㎛로 하면, 내오일 슬러지성을 더 향상시킬 수 있다. 경면 상태가 물론 바람직하지만, 표면부를 광택 Ni 도금 피막하면, 이러한 범위의 표면 거칠기를 하는 것이 가능해진다. Ni 도금피막의 표면 거칠기 Ra₇₅는 0.005 ~ 0.25㎛이면 더 바람직하고, 0.005 ~ 0.15㎛이면 더욱 바람직하다.

또한, 오일 슬러지는, 특히 스페이서 익스팬더(2) 중앙부(6)와 사이드 레일(3, 3) 사이의 좁은 공간에 부착·퇴적되기 쉽다. 따라서, 구조적인 관점에서, 본 발명의 조합 오일 링은 지지부(5)의 축 방향 폭(A)을 0.07mm이상으로 하는 것이 바람직하다. 0.09mm이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.11mm이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

스페이서 익스팬더의 귀 부분(4)의 사이드 레일 가압면(7)에 형성하는 질화층은, 내마모성의 관점에서 두께가 30㎛이상인 것이 바람직하다. 35㎛이상이면 더 바람직하며, 40㎛이상이면 더욱 바람직하다. 상한은, 생산성의 관점에서 60㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 조합 오일 링은, 위에서 설명된 바와 같이, 스페이서 익스팬더의 사이드 레일 가압면에만 질화층이 형성되어 있기 때문에, 장력 편차가 작고, 저장력화가 가능해지며, 조합 장력을 5 ~ 20N으로 할 수 있다.

본 발명에서 스페이서 익스팬더는, 한정되는 것은 아니지만, 모재로 SUS304 재료오스테나이트계 스테인리스 강을 사용한다. 표면 부동태 피막으로 덮여 있기 때문에, Ni 도금의 전처리로서, 염산계 전해연마에 의한 전해 탈지, 염산 세척에 의한 활성화, 및 우드욕에 의한 Ni 스트라이크 도금을 하는 것이 바람직하다. Ni 도금은, 와트욕, 설파민산 목욕 등 다양한 도금욕을 사용할 수 있다. 스페이서 익스팬더에 굽힘 가공을 고려하면 분산 강화 도금은 바람직하지 않고, 또한 광택제 등의 첨가제는 소정의 표면 거칠기와 균일한 두께를 확보하기 위한 필요 최저한으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 피막의 두께 방향으로 관통하는 주상 결정이 나타나지 않게 하기 위해서라도, 조건이 다른 Ni 도금으로 이루어지는 2단계 이상의 도금 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그런 점에서 Ni 스트라이크 도금 후에, 반 광택 Ni 도금, 다시 광택 Ni 도금을 하는 것도 바람직하다.

본 발명의 Ni 도금 피막은, 전처리로서 Ni 스트라이크 도금이 되어 있으면, 특히 모재와 Ni 도금 사이에 확산상의 존재를 필요로 하지 않지만, 경도 조절을 위한 연화 열처리에 있어서 확산상이 형성되는 것은, 바람직하게는 있어도, 불편을 초래하는 것은 아니다. 생산성을 고려하여 550℃ 이상, 1분 이내의 열처리는, 확산상이 형성되었다 하더라도, 부분적인 것이거나, 매우 얇은 것이 된다. 확산상이 존재하지 않고, Ni 스트라이크 도금이 되어 또한 (200)면의 비율을 높인 조직의 Ni 도금 피막이면, 질화 방지막으로서 충분히 기능한다.

스페이서 익스팬더의 성형은, 상기 Ni 도금 피막을 코팅한 후프 선재에서 국부적인 굽힘과 전단에 의한 귀 부분 성형을 포함한 기어 성형, 코일 링, 정치수 절단, 간격 면부 마무리 공정을 거쳐 제작된다. 귀 부분은, 산부와 골짜기부에 1단 기어 성형 후, 내주 측에서 전단하여 형성되기 때문에, 귀 부분의 사이드 레일 가압면에는 Ni 도금 피막이 존재하지 않는다. Ni 도금 피막의 두께가 너무 두꺼우면, 가압면의 일부에 Ni 도금 피막이 덮이기도 하지만, 두께가 10㎛ 이내이면 문제 없다. 스페이서 익스팬더의 장력은, 전개 길이의 조정에 의해 제어할 수 있지만, 정밀도적으로는 정확한 형상 및 전개 길이의 편차를 억제하는 것이 중요하다.

또한, 본 발명의 질화 처리는, 두께 30㎛ 이상의 질화층으로 하기 위해서, NH₃를 포함하는 가스를 사용한 가스 질화를 이용하는 것이 바람직하다. 염욕 질화도 사용할 수 있지만, 두꺼운 질화층으로 하는 것은 어렵다. 스페이서 익스팬더의 모재가 SUS304 재료의 경우는, 질화 처리에 앞서, 부동태 피막을 환원하기 위해 염화 암모늄을 소정의 타이밍에 첨가하는 것이 바람직하다. 질화 온도는 470 ~ 600℃가 바람직하고, 원하는 질화층의 두께에 따라 질화 시간을 선택하면 된다.

[실시예]

실시예 1

[1] Ni 도금

2.50 mm × 0.25 mm의 압연한 띠형의 SUS304 후프 선재(단부는 0.3R)를 이용하여 다음의 조건으로 Ni 도금을 실시했다.

전처리: 전해 탈지 - 산활성 - Ni 스트라이크

Ni 도금욕: 반 광택 Ni 도금욕(설파민산 Ni 용액 + 염화 Ni + 붕산 + 첨가제 A) 및 광택 Ni 도금 욕 (설파민산 Ni 용액 + 염화 Ni + 붕산 + 첨가제 B)

욕온도: 50 ℃

초기 pH: 2.8

전류 밀도: 8 A / dm²

시간: 반 광택 Ni 도금 60 초, 광택 Ni 도금 30 초

[2] 열처리

Ni 도금 피막 코팅 후프 선재는, 뜨거운 물 세척, 건조 후에, N₂ 분위기(산소 농도 50 ppm)에서, 600℃, 30초 연화 열처리를 실시했다.

[3] 경도 측정

Ni 도금 피막의 경도 측정은, 코팅면에 평행한 경면 연마한 표면에 대해서 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하여 시험력 0.098N (10g)에서 수행했다. 실시예 1의 Ni 도금 피막의 경도는 열처리 전에는 435 HV0.01, 열처리 후에는 245 HV0.01였다.

[4] 표면 거칠기 측정

표면 거칠기는, 열처리 후 후프 선재 대해, 촉침식 표면 거칠기 측정기를 사용하여 중심선 평균 거칠기(Ra₇₅)를 측정했다. 실시예 1의 중심선 평균 거칠기(Ra₇₅)는 0.16㎛였다.

[5] X선 회절 측정

X선 회절 강도는 경면 연마한 코팅면에 평행한 표면에 대해서 관전압 40 kV, 관전류 30mA의 Cu-Kα 선을 사용하여 2θ가 Ni의 (111), (200) 및 (220) 각면의 회절 선 위치를 커버하는 2θ = 35 ~ 90°의 범위에서 측정했다. 도 4는 실시예 1에서 얻은 X선 회절 프로파일을 나타낸다. 3개의 회절 강도 중 최대 강도를 100으로 (111), (200), (220)의 각 회절 강도를 환산하여, (200)면의 회절 강도(I₍₂₀₀₎)에 대한 (111)면 회절 강도(I₍₁₁₁₎)의 비(I₍₁₁₁₎ / I₍₂₀₀₎) 및 (200)면의 조직 계수를 구하였다. 실시예 1의 I ₍₁₁₁₎ / I ₍₂₀₀₎는 1.25, (200)면의 조직 계수는 1.35였다.

[6] Ni 도금 피막의 두께 측정 및 조직 관찰

두께 측정 및 조직 관찰은, 피복면에 수직인 경면 연마한 단면의 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 이용하여 수행하였다. 도 5는 SEM 사진을 나타낸다. 실시예 1의 Ni 도금 피막은, Ni 스트라이크층(31), 반 광택 Ni 도금층(32) 및 광택 Ni 도금층(33)으로 구성되며, 두께는 약 5㎛였다. 또한, 피막의 두께 방향으로 관통하는 주상 결정이 없고, 평균 직경 0.2㎛ 미만의 주상 결정도 관찰되지 않았다. 또한, 입상 조직의 평균 입경은 0.8㎛였다.

[7] 스페이서 익스팬더 및 사이드 레일 성형

스페이서 익스팬더는, 상기 Ni 도금 피막을 코팅 한 후프 선재에서, 통상의 기어 성형 등을 이용하여 호칭 지름 82.5mm, 조합 호칭 폭 2.5mm, 조합 두께 2.8mm, 장력 23N ± 3.0N의 조합 오일 링이 되도록 성형했다. 사이드 레일은 2.30mm × 0.40mm의 압연한 띠형의 SUS440B 후프 선재(단부는 0.3R)로 코일 링에 의해 성형하고, 외주면에 이온 도금에 의한 CrN 피막을 형성하며, 특허 문헌 8에 개시된 C6FMA, PolySiMA 및 SiMA을 함유하는 내오일 슬러지용 코팅 조성물을 사이드 레일의 전체 표면에 피복했다.

[8] 가스 질화

스페이서 익스팬더의 귀 부분의 사이드 레일 가압면에 질화 처리는 탈지 세정 후, NH3: 90%, N2: 10 %의 가스 질화 분위기에서, 570℃, 80분의 조건에서 실시했다. 질화층의 두께는 27㎛였다.

[9] 장력 측정

조합 오일 링의 장력 측정 샘플로 20세트 준비, 특허 문헌 9에 도시된 장력 측정 장치를 이용하여 장력을 측정했다. 평균 22.91 N, 표준 편차 0.31N, 공정 성능 지수 Cp 3.23, Cpk 3.13이었다.

실시예 2 ~ 5 및 비교예 1 ~ 3

전류 밀도 및 초기 pH를 표 1과 같이 변경하고, 도금 시간을 조정하여 약 5㎛의 막 두께의 피막으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일한 도금 조건, 동일한 제조 조건으로 호칭 지름 82.5mm, 조합 호칭 폭 2.5mm, 조합 두께 2.8mm, 장력 23N ± 3.0N의 조합 오일 링을 제작했다. 실시예 1과 마찬가지로 열처리 전후의 피막 경도, 열처리 후 표면 거칠기, X선 회절 측정, SEM 조직 관찰, 질화층의 두께 및 표면 경도, 및 장력의 측정을 수행하고, 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 표는 실시예 1의 각종 시험의 결과도 함께 나타낸다. 또한, 실시예 3의 X선 회절 프로파일 및 피막 단면의 SEM 사진을 도 6 및 도 7에, 비교예 1의 X선 회절 프로파일 및 피막 단면의 SEM 사진을 도 8 및 도 9에 나타낸다.

[표 1]

* * CD는 전류 밀도 (Current Density)를 의미하며, ** HT는 열처리(Heat Treatment)를 의미한다.

[표 2]

실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 3의 결과에서는, 전류 밀도가 510 A/dm², 초기 pH가 2.8 ~ 4.7의 범위에서 도금 피막을 형성하고, 600℃, 30초의 열처리를 실시하면 경도가 300HV 이하가 되고, 또한 I₍₁₁₁₎ / I₍₂₀₀₎가 2.0 이하가 되며, 평균 직경 0.2㎛ 이하의 미세 주상 결정도 없는 것이 관찰되었다. 한편, 초기 pH가 높아지면 I₍₁₁₁₎ / I ₍ ₂₀₀₎가 2.0보다 커지고, 도 9의 SEM 사진에서 보는 바와 같이, 평균 직경 0.2㎛ 이하의 미세 주상 결정도 관찰되었다. 또한, 평균 직경 0.2㎛ 이하의 미세 주상 결정의 조직 중에는 결함이 관찰되었다.

질화층은, 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 3 모두에서 27 ~ 43㎛로 두껍게 형성할 수 있었다. 또한, 장력 측정 결과는, 실시예 1 ~ 5에서, 평균 장력이 거의 목표 값(23N) 정도이며, 표준 편차도 0.28 ~ 0.39 N, 공정 능력 Cp 값이 2.56 ~ 3.57, CpK 값은 2.45 ~ 3.25에서 충분한 공정 능력을 나타냈다. 한편, 비교예 1 ~ 3에서는 공정 능력 중 Cpk 값이 현저하게 낮고, 예를 들어, 비교예 2는 Cpk 값이 마이너스를 기록하여 평균 장력이 규격 외인 것을 보여주고 있다.

[10] 실기 내구 시험 1

배기량 2400cm³의 4기통 가솔린 엔진을 이용하여, 각 기통 각각에 실시예 1 ~ 4의 오일 링을 장착하고 6,500 rpm, 전 부하(WOT: Wide Open Throttle)의 운전 조건에서 실제 내구 시험을 실시 했다. 여기서 탑 링과 세컨드 링은 해당 엔진용으로서 사용된 링을 사용했다. 소정 시간 경과 후 각 오일 링에 대하여, 장력을 다시 측정 한 결과, 실시예 1은 22.15N, 실시예 2는 22.34N, 실시예 3은 22.11N, 실시예 4는 22.26N이었다. 모두 규격 내에 충분히 들어가는 특성을 나타내고 있으며, 스페이서 익스팬더의 귀 부분의 마모에 의한 장력 감소는 전혀 발생하지 않았다.

[11] 실기 내오일 슬러지 시험 1

실기 내오일 슬러지 시험은, 상기 실기 내구 시험에 사용된 것과 동일한 엔진을 사용하여, 각 기통에 각각 실시예 1 ~ 4의 오일 링을 장착하고, 엔진 오일은 시장 회수 열화 오일을 사용하여, 정지 상태에서 최고 출력 회전 수까지의 운전 조건과 저온에서 고온까지의 냉온 수온 조건을 연속적으로 반복하는 사이클 운전을 실시하는 조건에서 실시했다. 이 시험에서도 탑 링과 세컨드 링은 해당 엔진용으로서 사용된 링을 사용했다. 소정 시간 경과 후, 각 실린더에서 피스톤을 제거하고 오일 링을 관찰한 결과, 스페이서 익스팬더와 사이드 레일 사이의 고착은 없고, 오일 링을 피스톤에서 제거하고, 아세톤 내에서 일정 시간 초음파 세척한 결과, 부착물도 극미량이며, 실시예 1 ~ 4의 조합 오일 링은 내오일 슬러지성이 뛰어난 것으로 확인되었다.

실시예 6

스페이서 익스팬더용으로 2.2mm × 0.275mm의 압연한 띠형의 SUS304 후프 선재 (단부는 0.3R)를 이용하여, 사이드 레일용으로 2.00mm × 0.40mm의 압연한 띠형의 SUS440B 후프 선재(단부는 0.3 R)를 이용하여, 호칭 지름 75.0mm, 조합 호칭 폭 2.0mm, 조합 두께 2.5mm, 장력 7.5N ± 2.0N이되도록 성형한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 조합 오일 링을 제작하였다. 실시예 6의 조합 오일 링의 장력은 평균 장력이 7.23 N 표준 편차가 0.33 N, Cp 값이 2.02, Cpk 값이 1.75였다.

[12] 실기 내구 시험 2

배기량 1500cm³의 4기통 가솔린 엔진을 이용해 4기통 모두에 실시예 6의 조합 오일 링을 장착하고, 6,000 rpm, 전 부하(WOT: Wide Open Throttle)의 운전 조건에서 실기 내구성 시험을 실시하였다. 탑 링과 세컨드 링은 해당 엔진용으로서 사용된 링을 사용했다. 소정 시간 경과 후 각 오일 링에 대한 장력을 다시 측정 한 결과, 7.15N, 7.09N, 7.12N, 7.04N에서 모두 규격에 충분히 들어가는 특성을 나타내고 있으며, 스페이서 익스팬더의 귀 부분의 마모에 의한 장력 감소는 전혀 발생하지 않았다.

[13] 실기 내오일 슬러지 시험 2

실시예 6에 대해서도, 위의 배기량 1500cm³의 엔진을 사용하여 실기 내오일 슬러지 시험을 실시했다. 여기에서는, 4기통 모두에 실시예 6의 조합 오일 링을 사용했다. 소정 시간 경과 후, 각 실린더에서 피스톤을 제거하고 오일 링을 관찰한 결과, 스페이서 익스팬더와 사이드 레일 사이의 고착은 없고, 오일 링을 피스톤에서 제거하고, 아세톤 내에서 일정 시간 초음파 세척 한 결과, 부착물도 극미량이며, 낮은 장력의 조합 오일 링에서도 뛰어난 내오일 슬러지성을 나타내는 것으로 확인되었다.

1: 조합 오일 링
2: 스페이서 익스팬더
3: 사이드 레일
4: 귀 부분
5: 지지부
6: 중앙부
7: 가압면
10: 산부
20: 골짜기부

Claims

간격을 갖는 한 쌍의 원형 고리 모양의 사이드 레일 및 상기 사이드 레일들 사이에 개재되어 내주부에 상기 사이드 레일의 내주면을 가압하는 귀부분을 갖는 축 방향 파형 형태의 스페이서 익스팬더를 포함하는 조합 오일 컨트롤 링이며,
상기 귀부분의 사이드 레일 가압면에 질화층이 형성되고, 상기 질화층이 형성된 부분을 제외한 상기 스페이서 익스팬더 전체 면에 Ni 도금 피막이 코팅되며, 상기 Ni 도금 피막은 비커스 경도가 300 HV0.01 이하이며,
Ni 도금 피막 코팅면의 X선 회절 프로파일로, (200)면의 조직 계수가 1.1 이상이고,
상기 Ni 도금 피막이 평균 직경 0.2㎛ 미만의 주상 결정을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 조합 오일 컨트롤 링.
제 1 항에 있어서,
(200)면의 회절 강도(I₍₂₀₀₎)에 대한 (111)면의 회절 강도(I₍₁₁₁₎)의 비(I₍₁₁₁₎ / I₍₂₀₀₎)가 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 조합 오일 컨트롤 링.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 도금 피막의 두께가 1 ~ 7㎛인 것을 특징으로 하는 조합 오일 컨트롤 링.
제 1 항에 있어서,
상기 도금 피막의 표면 거칠기가 중심선 평균 거칠기(Ra₇₅)로 0.005 ~ 0.4㎛인 것을 특징으로 하는 조합 오일 컨트롤 링.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 질화층의 두께가 30㎛이상인 것을 특징으로 하는 조합 오일 컨트롤 링.
제 1 항에 있어서,
조합 장력이 5 ~ 20N인 것을 특징으로 하는 조합 오일 컨트롤 링.
삭제