JPH02150574A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JPH02150574A JPH02150574A JP30280788A JP30280788A JPH02150574A JP H02150574 A JPH02150574 A JP H02150574A JP 30280788 A JP30280788 A JP 30280788A JP 30280788 A JP30280788 A JP 30280788A JP H02150574 A JPH02150574 A JP H02150574A
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Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、硬質クロムめっき層と複合分散めっき層との
二重構造を摺動面に有する内燃機関用ピストンリングに
係り、特にシリンダとの初期なじみ性が良く、かつ耐摩
耗性に優れたピストンリングに関する。
二重構造を摺動面に有する内燃機関用ピストンリングに
係り、特にシリンダとの初期なじみ性が良く、かつ耐摩
耗性に優れたピストンリングに関する。
近年、エンジンの小型軽量化、高出力化などの高性能化
に伴い、ピストンリングに要求される条件はますます過
酷なものとなり、耐摩耗性はもちろんのこと、耐焼付性
、耐折損性などさまざまな観点から改良が加えられてい
る。
に伴い、ピストンリングに要求される条件はますます過
酷なものとなり、耐摩耗性はもちろんのこと、耐焼付性
、耐折損性などさまざまな観点から改良が加えられてい
る。
ところで、一般に組み立て直後のエンジンにおいては、
部品製作の精度上の制約からピストンリングとシリンダ
の大きさに誤差が生ずることは避けられず、両者間に隙
間が生じる。この隙間が存在したままの状態でエンジン
を運転すると、燃焼室の気密がやぶれ、クランク室への
ガスの吹き抜け（圧縮洩れ）が起こる。そしてこのガス
の吹き抜けはシリンダ内面を一様に覆っている潤滑油膜
を破るために、ピストンリングとシリンダ間に異常摩耗
を引き起こし、スカッフィングを発生させたりする。ま
た同時に、この隙間を通して潤滑オイルが燃焼室に入り
込み、オイル消費量も多くなる。
部品製作の精度上の制約からピストンリングとシリンダ
の大きさに誤差が生ずることは避けられず、両者間に隙
間が生じる。この隙間が存在したままの状態でエンジン
を運転すると、燃焼室の気密がやぶれ、クランク室への
ガスの吹き抜け（圧縮洩れ）が起こる。そしてこのガス
の吹き抜けはシリンダ内面を一様に覆っている潤滑油膜
を破るために、ピストンリングとシリンダ間に異常摩耗
を引き起こし、スカッフィングを発生させたりする。ま
た同時に、この隙間を通して潤滑オイルが燃焼室に入り
込み、オイル消費量も多くなる。
従って、なじみ運転と呼ばれるエンジン組み立て直後の
初期運転では、ピストンリングとシリンダの共摺りを行
うことにより短期間のうちに両者の隙間を無くし、早く
両者をなじませる必要がある。
初期運転では、ピストンリングとシリンダの共摺りを行
うことにより短期間のうちに両者の隙間を無くし、早く
両者をなじませる必要がある。
一般に耐摩耗性に優れたピストンリングは高い硬度の摺
動面を有することになるので、このなじみ運転の期間が
長くなる傾向がある。このため短期間にピストンリング
とシリンダをなじませる工夫としてピストンリングの外
周摺動面上に錫めっきなどの軟質皮膜層を設ける方法や
、リングの断面をテーパ上に加工したりする方法が採ら
れている。
動面を有することになるので、このなじみ運転の期間が
長くなる傾向がある。このため短期間にピストンリング
とシリンダをなじませる工夫としてピストンリングの外
周摺動面上に錫めっきなどの軟質皮膜層を設ける方法や
、リングの断面をテーパ上に加工したりする方法が採ら
れている。
しかしながら、この錫めっきを施す方法は、高温、高負
荷の条件では錫めっき層が軟らかすぎるために始動初期
の段階で簡単に摩滅してしまい、なじみの効果がほとん
どなくなる。またリングの外周摺動面にテーパをつける
方法は、テーパの角度が燃焼室の気密性、及びシリンダ
内周面の保油性に影響を与えるという問題がある。
荷の条件では錫めっき層が軟らかすぎるために始動初期
の段階で簡単に摩滅してしまい、なじみの効果がほとん
どなくなる。またリングの外周摺動面にテーパをつける
方法は、テーパの角度が燃焼室の気密性、及びシリンダ
内周面の保油性に影響を与えるという問題がある。
従って、本発明の目的は、高温、高負荷の条件でも初期
なじみ性が良く、スカッフィングも発生せず、比較的短
期間になじみ運転が終了し、しかも耐摩耗性の優れたピ
ストンリングを提供することである。
なじみ性が良く、スカッフィングも発生せず、比較的短
期間になじみ運転が終了し、しかも耐摩耗性の優れたピ
ストンリングを提供することである。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結
果、耐摩耗性に優れた硬質クロムめっき層上に適度の硬
度を有する複合分散めっき層を形成することにより、良
好な初期なじみ性を有し、かつ耐摩耗性にも優れたピス
トンリングを提供できることを発見し、本発明を完成し
た。
果、耐摩耗性に優れた硬質クロムめっき層上に適度の硬
度を有する複合分散めっき層を形成することにより、良
好な初期なじみ性を有し、かつ耐摩耗性にも優れたピス
トンリングを提供できることを発見し、本発明を完成し
た。
すなわち、本発明の内燃機関用ピストンリングは、少な
くともその外周摺動面に、第１層として硬質クロムめっ
き層が、第２層として窒化珪素粒子分散ニッケル−コバ
ルト−燐合金複合めっき層が順に形成されてなる二重構
造の層を有することを特徴とする。
くともその外周摺動面に、第１層として硬質クロムめっ
き層が、第２層として窒化珪素粒子分散ニッケル−コバ
ルト−燐合金複合めっき層が順に形成されてなる二重構
造の層を有することを特徴とする。
本発明の二重構造のピストンリング皮膜においては、上
層（第２層）の窒化珪素粒子分散複合めっき皮膜は、下
層（第１層）の硬質クロムめっき層より幾分軟らかい材
質であるので、エンジンの始動初期におけるシリンダと
のなじみが良好であると同時に、急速に摩耗することが
ない。また下層（第１層）の硬質クロムめっき層は高い
硬度を有しているので、長期間（上層の摩耗後でも）良
好な耐摩耗性を維持することができる。
層（第２層）の窒化珪素粒子分散複合めっき皮膜は、下
層（第１層）の硬質クロムめっき層より幾分軟らかい材
質であるので、エンジンの始動初期におけるシリンダと
のなじみが良好であると同時に、急速に摩耗することが
ない。また下層（第１層）の硬質クロムめっき層は高い
硬度を有しているので、長期間（上層の摩耗後でも）良
好な耐摩耗性を維持することができる。
本発明を以下の実施例により添付図面を参照にして詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は、本発明の一実施例による内燃機関用ピストン
リングの断面図である。本実施例においては、ピストン
リング１の外周摺動面に、硬質クロムめっき層２と窒化
珪素粒子分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層
３とが二重構造となるように形成されている。
リングの断面図である。本実施例においては、ピストン
リング１の外周摺動面に、硬質クロムめっき層２と窒化
珪素粒子分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層
３とが二重構造となるように形成されている。
第１層の硬質クロムめっき層は、クロム酸を主体とした
めっき浴を用いて電気めっきによって得ることができる
。このようなめっき浴にはサージェント浴やフッ化物浴
の一種であるケイフッ化浴等を使用することができる。
めっき浴を用いて電気めっきによって得ることができる
。このようなめっき浴にはサージェント浴やフッ化物浴
の一種であるケイフッ化浴等を使用することができる。
硬質クロムめっき層は硬度が高く、耐摩耗性に富む。従
って、硬質クロムめっき層の厚さは８０〜２００μｍで
あれば、よい。
って、硬質クロムめっき層の厚さは８０〜２００μｍで
あれば、よい。
硬質クロムめっき層は硬度が高すぎるために初期なじみ
性に劣るので、この欠点を補うために、第２層として窒
化珪素粒子分散ニッケル−コバルト−リン合金複合めっ
き皮膜を第１層上に形成する。
性に劣るので、この欠点を補うために、第２層として窒
化珪素粒子分散ニッケル−コバルト−リン合金複合めっ
き皮膜を第１層上に形成する。
複合皮膜中に含まれる燐は、皮膜の硬度を高め、耐摩耗
性、耐焼付性に対し優れた効果を示し、また基地の耐食
性も向上する。燐を含有するめっき皮膜の硬度は熱処理
により向上するので、熱処理温度を適切に選ぶことによ
り、良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度（ＩＩＭ
Ｖ６００〜８００）とすることができる。しかし燐の量
が１重量％以下では熱処理を行っても硬度がＩＩＭＶ５
ＱＱ以上にならず、耐摩耗性、耐スカツフ性の効果は少
ない。また１０重量％を超えると硬度は増すが脆くなり
、衝撃強度も低下する。従って燐の量は１〜１０重量％
とするのが良い。より好ましい燐の含有量は４〜７重量
％一 である。
性、耐焼付性に対し優れた効果を示し、また基地の耐食
性も向上する。燐を含有するめっき皮膜の硬度は熱処理
により向上するので、熱処理温度を適切に選ぶことによ
り、良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度（ＩＩＭ
Ｖ６００〜８００）とすることができる。しかし燐の量
が１重量％以下では熱処理を行っても硬度がＩＩＭＶ５
ＱＱ以上にならず、耐摩耗性、耐スカツフ性の効果は少
ない。また１０重量％を超えると硬度は増すが脆くなり
、衝撃強度も低下する。従って燐の量は１〜１０重量％
とするのが良い。より好ましい燐の含有量は４〜７重量
％一 である。
コバルトはめっき合金基地の耐熱性、耐食性を改善する
とともに皮膜の圧壊疲労強度も向上させる。合金基地中
のコバルトの量は１０重量％以下では上記の効果が顕著
に得られず、また４０重量％を超えてもその効果に著し
い変化はないので、１０〜４０重量％とするのが良い。
とともに皮膜の圧壊疲労強度も向上させる。合金基地中
のコバルトの量は１０重量％以下では上記の効果が顕著
に得られず、また４０重量％を超えてもその効果に著し
い変化はないので、１０〜４０重量％とするのが良い。
より好ましいコバルトの含有量は２０〜３０重量％であ
る。
る。
窒化珪素粒子は燐とともに皮膜の耐摩耗性の向上に優れ
た効果を示す。また窒化珪素は金属との濡れ性が低いの
で、耐焼付性、耐スカツフ性の改善にも寄与する。窒化
珪素の量は５〜３０容量％で、その平均粒径は０．５〜
５μｍが良い。容量が５％未満あるいは粒径が０．５
μｍ未満では基地表面に占める窒化珪素の面積が少なく
、耐摩耗性、耐スカツフ性の向上効果が少ない。また容
量が３０％を超えるか粒径が５μｍを超えると相手材の
摩耗を大きくすることとなり、さらに複合皮膜の強度も
低下する。より好ましくは、窒化珪素粒子の平均粒径は
０．８〜１．２ μｍで、含有量は１５〜２５容量％で
ある。
た効果を示す。また窒化珪素は金属との濡れ性が低いの
で、耐焼付性、耐スカツフ性の改善にも寄与する。窒化
珪素の量は５〜３０容量％で、その平均粒径は０．５〜
５μｍが良い。容量が５％未満あるいは粒径が０．５
μｍ未満では基地表面に占める窒化珪素の面積が少なく
、耐摩耗性、耐スカツフ性の向上効果が少ない。また容
量が３０％を超えるか粒径が５μｍを超えると相手材の
摩耗を大きくすることとなり、さらに複合皮膜の強度も
低下する。より好ましくは、窒化珪素粒子の平均粒径は
０．８〜１．２ μｍで、含有量は１５〜２５容量％で
ある。
複合めっき皮膜の形成には、上記所望の組成となるよう
にニッケル化合物、コバルト化合物及び燐化合物を溶解
させためっき浴中に窒化珪素粒子を分散させたものを使
用する。ニッケル化合物及びコバルト化合物としては硫
酸塩、スルファミン酸塩等を用い、燐化合物としては燐
酸、亜燐酸等を用いる。
にニッケル化合物、コバルト化合物及び燐化合物を溶解
させためっき浴中に窒化珪素粒子を分散させたものを使
用する。ニッケル化合物及びコバルト化合物としては硫
酸塩、スルファミン酸塩等を用い、燐化合物としては燐
酸、亜燐酸等を用いる。
得られた複合めっき皮膜は水洗、乾燥後、必要に応じて
熱処理を行う。熱処理温度は２００〜３００℃程度で、
時間は３０〜６０分である。熱処理により複合皮膜の基
地が硬化し良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度の
複合皮膜が得られる。
熱処理を行う。熱処理温度は２００〜３００℃程度で、
時間は３０〜６０分である。熱処理により複合皮膜の基
地が硬化し良好な初期なじみ性を得るのに適した硬度の
複合皮膜が得られる。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
ピストンリングの外周摺動面に第１層として硬質クロム
めっき層を形成する第１の工程と、第２層として第１層
上に複合分散めっき層を形成する第２の工程と、得られ
た二重構造の層に熱処理を施こす第３の工程により、皮
膜を形成した。
めっき層を形成する第１の工程と、第２層として第１層
上に複合分散めっき層を形成する第２の工程と、得られ
た二重構造の層に熱処理を施こす第３の工程により、皮
膜を形成した。
まず第１の工程では、呼び径Ｘ幅×厚さが７７ｍｍｘｌ
、５ ｍｍｘ３．１ ｍｍの５ＫＤ−６１材のピストン
リングを複数本まとめて母材とし、表１に示す浴組成の
めっき浴を用い表２に示す条件で硬質クロムめっきを行
った。
、５ ｍｍｘ３．１ ｍｍの５ＫＤ−６１材のピストン
リングを複数本まとめて母材とし、表１に示す浴組成の
めっき浴を用い表２に示す条件で硬質クロムめっきを行
った。
表 １
浸漬し、めっき浴温度６０℃、ｐＨ４、電流密度１０Ａ
／ｄｍ２ で５分間電流を流して、電気めっきを行った
。
／ｄｍ２ で５分間電流を流して、電気めっきを行った
。
表 ３
表 ２
この第１の工程により得られた硬質クロムめっき層の厚
さは１００ μｍであった。
さは１００ μｍであった。
第２の工程として、上記第１の工程によって得られた硬
質クロムめっき層を表面に有するピストンリングを表３
に示す組成を有するめっき浴中にこの第２工程により得
られた第二層の複合めっき皮膜の厚さは７μｍであり、
その組成はコバルトが３０重量％、燐が６．５重量％で
、窒化珪素は２０容積％であった。
質クロムめっき層を表面に有するピストンリングを表３
に示す組成を有するめっき浴中にこの第２工程により得
られた第二層の複合めっき皮膜の厚さは７μｍであり、
その組成はコバルトが３０重量％、燐が６．５重量％で
、窒化珪素は２０容積％であった。
次に第３工程として、得られた二重構造の皮膜に２５０
℃で１時間の熱処理を施し、皮膜を硬化させた。この
ときの硬度は、第１層である硬質クロムめっき層はマイ
クロビッカースで９８０ であり、第２層の複合めっき
皮膜層はマイクロビッカースで７５０ であった。
℃で１時間の熱処理を施し、皮膜を硬化させた。この
ときの硬度は、第１層である硬質クロムめっき層はマイ
クロビッカースで９８０ であり、第２層の複合めっき
皮膜層はマイクロビッカースで７５０ であった。
実機試験
４サイクル水冷４気筒１３００ｃｃエンジン用の鋳鉄（
ＦＣ−２５） 製エンジンシリンダに、上記ピストン
リングを組み込み、７５００ｒｐｍ全負荷で１００時間
のベンチテストを行い、オイル消費量を測定した。
ＦＣ−２５） 製エンジンシリンダに、上記ピストン
リングを組み込み、７５００ｒｐｍ全負荷で１００時間
のベンチテストを行い、オイル消費量を測定した。
比較例１
また比較のため、ピストンリングの外周摺動面に硬質ク
ロムめっき層のみを形成したピストンリングを用いて実
施例１と同様に実機試験を行い、オイル消費量を測定し
た。
ロムめっき層のみを形成したピストンリングを用いて実
施例１と同様に実機試験を行い、オイル消費量を測定し
た。
試験結果を第２図に示す。
第２図から明らかなように本発明のピストンリングは、
硬質クロムめっき層のみを摺動面に有するピストンリン
グに比べて、初期の時点からオイルの消費量が少なくな
っていることがわかる。これはピストンリングとシリン
ダとの隙間が短時間で消失していくため、すなわち初期
なじみ性が良いためである。
硬質クロムめっき層のみを摺動面に有するピストンリン
グに比べて、初期の時点からオイルの消費量が少なくな
っていることがわかる。これはピストンリングとシリン
ダとの隙間が短時間で消失していくため、すなわち初期
なじみ性が良いためである。
また実施例では、スカッフィングも全く認められなかっ
た。
た。
以上詳述した通り、硬質クロムめっき層と窒化珪素粒子
分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層とを外周
摺動面に有する本発明のピストンリングは、複合分散め
っき皮膜により初期なじみ性、耐スカツフ性に優れ、ま
た硬質クロムめっき層により長期耐摩耗性に優れている
。
分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層とを外周
摺動面に有する本発明のピストンリングは、複合分散め
っき皮膜により初期なじみ性、耐スカツフ性に優れ、ま
た硬質クロムめっき層により長期耐摩耗性に優れている
。
第１図は本発明の一実施例によるピストンリングの断面
図であり、 第２図は実施例１及び比較例１のピストンリングにおい
て試験時間とオイル消費量との関係を示すグラフである
。 １・・・ピストンリング母材 ２・・・硬質クロムめっき層 ３・・・窒化珪素粒子分散ニッケル−コバルト−燐合金
複合めっき皮膜
図であり、 第２図は実施例１及び比較例１のピストンリングにおい
て試験時間とオイル消費量との関係を示すグラフである
。 １・・・ピストンリング母材 ２・・・硬質クロムめっき層 ３・・・窒化珪素粒子分散ニッケル−コバルト−燐合金
複合めっき皮膜
Claims (1)
- 少なくともその外周摺動面に、硬質クロムめっき層と、
前記硬質クロムめっき層の上に形成された窒化珪素粒子
分散ニッケル−コバルト−燐合金複合めっき層とからな
る二重構造の層を有することを特徴とする内燃機関用ピ
ストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63302807A JP2709613B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63302807A JP2709613B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ピストンリング |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02150574A true JPH02150574A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2709613B2 JP2709613B2 (ja) | 1998-02-04 |
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ID=17913343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63302807A Expired - Fee Related JP2709613B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ピストンリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2709613B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004386A1 (de) * | 1999-07-08 | 2001-01-18 | Federal Mogul Burscheid Gmbh | Galvanische hartchromschicht |
| DE102007038188A1 (de) * | 2007-08-13 | 2009-02-19 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verschleißfest beschichtetes Maschinenelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JPWO2022118988A1 (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | ||
| CN116583665A (zh) * | 2020-12-04 | 2023-08-11 | 三井易艾斯有限公司 | 活塞环 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61149498A (ja) * | 1984-12-24 | 1986-07-08 | Riken Corp | 内燃機関用ピストンリング |
| JPS62282150A (ja) * | 1986-05-31 | 1987-12-08 | Riken Corp | ピストンリングとシリンダの組合せ |
| JPS635147A (ja) * | 1986-06-26 | 1988-01-11 | Riken Corp | ピストンリングとシリンダの組合せ |
| JPS63259041A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-26 | Honda Motor Co Ltd | 摺動体の組合せ |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63302807A patent/JP2709613B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61149498A (ja) * | 1984-12-24 | 1986-07-08 | Riken Corp | 内燃機関用ピストンリング |
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| JPS63259041A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-26 | Honda Motor Co Ltd | 摺動体の組合せ |
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| JPWO2022118988A1 (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | ||
| WO2022118988A1 (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー | ピストンリング |
| CN116583665A (zh) * | 2020-12-04 | 2023-08-11 | 三井易艾斯有限公司 | 活塞环 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2709613B2 (ja) | 1998-02-04 |
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