JPH0582514B2

JPH0582514B2 -

Info

Publication number: JPH0582514B2
Application number: JP16970285A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sagawa
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1985-08-02
Publication date: 1993-11-19
Also published as: JPS6232266A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は内燃機関用ピストンリングにおいて、
外周面に形成された環状溝に溶射層を有するピス
トンリングの製造方法に関する。

（従来の技術）デイーゼルエンジンや有鉛ガソリンエンジンな
どでは、耐摩耗性、耐焼付性に優れた溶射ピスト
ンリングがしばしば使用される。溶射リングは、
その溶射層が、Mo、Ni、Crなどの金属や、
Cr₃C₂、TiCなどの硬質セラミツク粒子を複合ま
たは混合して溶射することにより、種々の性質を
付与することが可能である。

たとえば、Moや白鋳鉄粉末を溶射することに
より、優れた耐焼付性を得ることができ、また、
Cr₃C₂や、フエロクロムのような硬質物質を溶射
することにより耐摩耗性を改善することができ
る。

しかし、溶射リングを、特に熱負荷の大きなデ
イーゼルエンジンや、有鉛ガソリンエンジンよう
に摩耗の激しいエンジンに使用した場合、溶射層
の摩耗よりも、ピストンリング母材の摩耗が問題
となることが多い。第２図に示すように、長時間
使用すると、ピストンリングの上下面にこのよう
な摩耗が大きく発生する。このような摩耗が進む
と、ブローバイガスの増加や、潤滑油のシール性
を損う結果となる。そればかりでなく、ピストン
リングの下面の摩耗がさらに進むと、リングは外
周面を下向きにして皿状にねじれる。本発明のよ
うな埋込型溶射リングでは、摺動面上部に露出し
たピストンリング母材が、シリンダ壁と直接摺動
するようになる。こうなると、シリンダの異常摩
耗や、焼付などの発生原因となる。

このような欠点を改良するため、（たとえば、
特開昭59−138758号や、特開昭59−145345号など
のように、）ピストンリングの上下面に窒化処理
を施した埋込型溶射リングが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、溶射層を形成したのちに、窒化処理を
行えば、その高い窒化処理温度のため溶射材によ
つては溶射層が脆化したり、窒化物を形成するた
め溶射層の特性が変化したりする。また、溶射層
を形成する前に窒化処理を行えば、通常、溶射前
処理として行われるグリツトブラストによる粗面
化が、硬い窒化層のため不充分となり、母材と溶
射層の密着性に悪影響を与える欠点がある。

このように、溶射層が脆弱であつたり、ピスト
ンリング母材と溶射層の密着性が悪かつたりする
と、運転中に溶射層が剥離してエンジントラブル
の原因となる。

（問題を解決するための手段）本発明は、このような問題点に着目してなされ
たもので、第１図に示すように、ピストンリング
１の外周面の中央部に沿つて環状溝を形成し、少
なくとも該環状溝底面に窒化防止効果を有するめ
つき層２を形成したことを特徴としている。この
窒化防止層２をめつきした後にピストンリング表
面に窒化処理を施して、ピストンリングの上下面
および内周面に窒化層３を形成させ、そののちに
該環状溝部分に溶射層４を形成させたことを特徴
とした内燃機関用ピストンリングの製造方法を提
供するものである。

（作用）窒化防止層は、ピストンリング母材との密着性
に優れていて、窒化物を形成しないニツケルや銅
などの金属を外周面に２〜20μｍの厚さでめつき
する。この窒化防止層があるため、窒化処理を行
うと、外周面では窒化が阻止されるが、リング上
下面およびリング内周面には窒化層が形成され
る。この硬い窒化層が外周面にないため、溶射の
前処理としてグリツトブラストを行つた場合、良
好な粗面が容易に得られ、リング母材と溶射層と
の密着性が良くなる。

窒化防止層の厚さは、あまり薄いと、母材の一
部が露出して窒化層を形成してしまう恐れがあ
る。また、あまり厚すぎても窒化防止の効果には
変わりがない。２〜20μｍの範囲が効果的であ
る。

（実施例）第３図に添つて説明すると、呼び径が76mmのス
テンレス製ピストンリングに、その外周面中央部
に沿つて溝を形成し、複数個重ね合せて筒状体と
して、その筒状体の外周面にニツケルの窒化防止
層を電気めつき法で10μｍの厚さでめつきした。
（第３図ａ）これに、通常行なわれているガス軟窒化方法に
より、窒化層を形成した。（第３図ｂ）次に、母材と溶射層の密着性をよくするため、
通常行なわれるグリツトブラストを施して、その
筒状体の外周表面を粗面化した。このとき、窒化
防止層は一部消失するが、密着性にはほとんど影
響を与えない。

こののち、耐摩耗性、および耐焼付性などに優
れているモリブデン、ニツケルクロム合金、フエ
ロクロムの混合粉末をプラズマ溶射した。

溶射後の筒状体で隣り合つた各リングは、第３
図ｃのように、溶射層で覆われて一体となつてい
る。この筒状体の外周を研削すると、隣り合つた
リングの境界部分の母材が露出し、各リングは、
第３図ｄ、および第１図のように溝部に溶射層を
残して一本づつに分離される。

こうして得られたピストンリングについて、溶
射層の密着性の試験を行つた。試験装置は、母材
と溶射層に剪断応力がかかるような試験装置を用
いて行い、密着性は、ピストンリングの溶射層が
剥離するまでのねじり角度によつて評価した。

なお、比較のため、比較材１として、従来より
量産されている代表的な方法である、母材に溶射
層を形成したもの、および比較材２として、窒化
防止層を形成せず、窒化処理後に溶射層を形成し
たものについても同様の試験を行つた。なお、溶
射材については、本発明実施例に用いたものと同
じものを使用した。

（効果）第４図に示す溶射層の密着性の試験結果から、
本発明の方法による溶射リングは120度までねじ
れても溶射層は剥離せず、比較材１の従来の溶射
リングとほぼ同等の密着性を示していることがわ
かる。また、比較材２の窒化防止層を形成せず、
窒化後に溶射層を形成したリングでは30度で剥離
をおこしてしまうことがわかる。

本発明の方法で得られるピストンリングは、溶
射後に窒化処理を行つていないので、溶射層がそ
の影響を受けて脆化することもなく、そしてリン
グの上下面に窒化層を有しているので硬度も高く
耐摩耗性にも優れている。

また、窒化防止層をめつきしたのち、筒状体の
外周を研削して、隣り合つたリングの境界部分の
窒化防止層を除去し、母材を露出させてから窒化
処理を行なえば、その部分の母材も窒化されるこ
とになり、より耐摩耗性に優れたピストンリング
を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によるピストンリングの
断面を示す図、図中１：ピストンリング本体、２：窒化防止
層、３：窒化層、４：溶射層第２図はピストンのリング構内でリングがねじ
れている様子を示す図、図中５：ピストン、６：シリンダ第３図はピストンリングを重ね合わせた筒状体
の断面の一部を示す図、ａ：窒化防止層めつき後、ｂ：窒化処理後、
ｃ：溶射後、ｄ：研削後第４図は溶射層の密着性を比較した図。

Claims

【特許請求の範囲】

１ピストンリングの外周面の中央部に沿つて環
状溝を形成し、少なくとも該環状溝底面に窒化防
止効果を有するめつき層を施したのち、ピストン
リング表面に窒化処理を施し、しかるのち前記環
状溝部分に溶射層を形成させることを特徴とする
内燃機関用ピストンリングの製造方法。