JPH0610454B2 - ピストンリング - Google Patents

ピストンリング

Info

Publication number
JPH0610454B2
JPH0610454B2 JP59207986A JP20798684A JPH0610454B2 JP H0610454 B2 JPH0610454 B2 JP H0610454B2 JP 59207986 A JP59207986 A JP 59207986A JP 20798684 A JP20798684 A JP 20798684A JP H0610454 B2 JPH0610454 B2 JP H0610454B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chromium
piston ring
coating layer
test
nitride
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP59207986A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6187950A (ja
Inventor
勝美 滝口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Riken Corp filed Critical Riken Corp
Priority to JP59207986A priority Critical patent/JPH0610454B2/ja
Publication of JPS6187950A publication Critical patent/JPS6187950A/ja
Publication of JPH0610454B2 publication Critical patent/JPH0610454B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、ピストンリングに関し、更に詳しくは耐焼
き付き特性と耐摩耗特性とが改善された内燃機関用ピス
トンリングに関する。
〔従来技術と問題点〕
往復動内燃機関に使用されるピストンリングには高度な
耐摩耗特性が要求させる。それ故、ピストンリングに耐
摩耗特性を付与することを目的として、摺動面に硬質ク
ロムめっき層を形成させたピストンリングが内燃機関用
ピストンリングとして従来から多用されている。
ところで、近年、内燃機関がますます高速化、高出力化
する趨勢にあり、したがって、ピストンリングの使用条
件もますます過酷なものとなってきており、従来のクロ
ムめっき層を有するピストンリングでは耐摩耗特性が充
分ではない場合があり、更に優れた耐摩耗耐焼き付き特
性を有するピストンリングが望まれている。
それ故、ピストンリングの耐摩耗焼き付き特性を更に改
善するための努力が払われており、摺動面にイオンプレ
ーティング法により金属の窒化物あるいは炭化物の皮膜
を形成させたピストンリングも提案されている(特開昭
57−57868号及び特開昭57−65837号)。
しかしながら、金属の窒化物や炭化物の皮膜は硬質クロ
ムめっき層に比べて優れた耐摩耗耐焼き付き特性を示す
ものではあるが、窒化物や炭化物は硬度が高く柔軟性に
欠け、また、熱膨脹係数が金属のそれに比べて著しく小
さいために、金属母材との密着性が悪く、特に応力の作
用状態の下で使用されるピストンリングの摺動面層とし
てこれらの窒化物や炭化物層を形成する場合には機関の
運転中にリング母材から剥離を生じ易いという問題があ
り、実用に供されるには到っていない。
また、イオンプレーティング法による上記被膜の形成は
被膜の生成速度が遅く、充分な厚さの被覆膜を形成する
には長時間を要するので生産上難があり実用に供し得る
ものではない。
〔発明の目的〕
この発明は、上記に鑑み、従来の問題点を解消し、過酷
な使用条件下においても充分な耐摩耗耐焼き付き特性を
示す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〕
この発明は、ピストンリングの摺動面に、金属クロムと
窒化クロムとが超微細に混合してなる被覆層を形成させ
ることにより、前記の目的を達成する。
ここで、前記被覆層において、金属クロム相と窒化クロ
ム相との混合相の微細化の程度は、光学顕微鏡による観
察では識別が困難であり、X線解析によりクロム相と窒
化クロム相との共存が確認可能な程度に微細化されてい
るもので、該混合相の大きさは概ね1000Å以下であ
る。
なお、本発明のピストンリングの被覆層は、PVD法、好
ましくは減圧された窒素ガス雰囲気中で金属クロムを蒸
着させる反応性イオンプレーティング法を利用し、金属
クロムの蒸着過程で該金属クロムの一部を窒化クロムに
転換させせることにより金属クロム相と窒化クロム相と
の超微細な混合相とすることにより形成することができ
る。
本発明において、被覆層を構成する成分をクロムとその
窒化物とした理由は、反応性イオンプレーティング法に
より母材金属表面に形成されるクロム相が該母材金属と
の密着性が良好であり、また、その熱膨張係数が該母材
金属のそれに近く、したがって、ピストンリングの使用
中に被覆層が該金属母材から剥離することが防止できる
ためである。
また、本発明で被覆層構成成分として特にクロムを採用
する他の理由は、イオンプレーティング法による金属ク
ロムの蒸着速度が他の金属のそれよりも大であり、生産
性の観点からきわめて有効であるためである。
例えば、1×10-5torrの真空中でクロムまたはチタン
を蒸発材料としてこれに2KWの電子ビームを照射し、該
蒸発材料から240mm離れて位置する炭素鋼(S45
C)板の表面にクロムまたはチタンを蒸着させたとこ
ろ、チタンの蒸着速度は0.34μ/minであるのに
対してクロムのそれは4.0μ/minであり、クロム
の蒸着速度は極めて速いものである。
本発明のピストンリングは、その摺動面に金属クロムと
窒化クロムとの超微細な混合組織でなる被覆層を形成さ
せたものである。したがって、該被覆層とリング母材と
の密着は良好であり且つその耐摩耗焼き付き特性は、硬
質クロムめっき層を有する従来のピストンリングに比べ
格段に優れたもとなる。
〔実施例〕
100×100×10mmの鋳鉄製平板の片面をラッピ
ングして1μm以下の表面粗さに仕上げ、試料素材とし
た。これを反応性オンプレーティング装置の容器中にセ
ットし、該容器中を排気して5×10-4torrの真空とし
て後、試料を過熱した。試料が所定温度に達してから容
器内にアルゴンガスを導入して1×10-2torrとしボン
バードによる試料表面のクリーニングをおこない、次い
で容器内に窒素ガスを導入し所定の窒素ガス分圧にし、
金属クロムを蒸発材としてHCD型電子銃により蒸発さ
せ蒸着処理をおこなった。得られた試料表面被覆層につ
いて厚さおよび硬さを測定した。なお、被覆層の構成組
織はX線解析によっておこなった。操作条件および調査
結果を第1表および第5図に示す。
第1表より次のことが理解できる。
(1)窒素分圧が高くなると蒸着層中の窒化クロムが消
失し、金属クロムと窒化クロムとの混合組織が得られな
くなる。
(2)蒸着層の形成速度は窒素分圧が高くなるにつれて
低下する傾向を示している。
(3)蒸着層の硬度は、金属クロムと窒化クロムとが共
存する場合、HmV 1650と高く(試料No.2)、従来
の硬質クロムめっき層の硬度(HmV 1000程度)
に比較して大幅に上昇されており、全体が窒化クロムで
ある硬度との差は比較的少ない。
(4)蒸着層の形成速度は数μm/minでありピスト
ンリングの表面処理として実用可能である。
前記の試料NO.1〜2(本発明に係る表面被覆層を有
する試料)およびNO.3〜4(窒化クロムの表面被覆
層を有する試料)から一方の正方形端部が被覆層となる
ように5×5×10mmの試験片を採取し、耐焼付試験
と耐摩耗試験をおこなった。また、比較のために従来の
硬質クロムめっきを施した試料(Crめっき)及びイオン
プレーティング法により窒化チタンの被覆層を形成させ
た試料(TiN)についても同様な試験を実施した。
(耐焼き付き試験) 試験装置は第2図及び第3図にその概要を図解的に示す
ものであって、ステータ(4)に取外し可能に取り付け
られた直径80mmの円板(摺動相手材)(5)の中央
には裏側から注油孔(6)を通して潤滑油が注油され
る。また、ステータ(4)は図示省略した油圧装置によ
って右方に向けて所定圧力で押され押圧力Pが作用する
ようにしてある。円板(5)に相対向してロータ(7)
が配され、該ロータは図示省略した駆動装置によって所
定速度で回転する。
ロータ(7)の円板(5)に対向する端面には試料保持
具(7a)が設けられていて、該試料保持具(7a)に
は同心円上に等間隔をなして正方形の摺動面を有する4
個の試験片(8)が取り付けられ該摺動面が円板(5)
に対接摺動する。
このような装置において、摺動面に所定給油速度で給油
しながらロータ(7)を回転させる。一定時間毎にステ
ータ(4)に作用する圧力を段階的に増加させ、円板
(5)と試料片との摺動により発生する摩擦力をトルク
Tとしてスピンドル(9)を介してロードセル(10)
に作用させ、その変化を動歪計(11)で読み、記録計
(12)に記録させる。焼付き現象が発生するとトルク
Tが急激に上昇する。したがって、トルクTが急激に上
昇するときに摺動接触面に作用している接触面圧を焼き
付き発生面圧とし、この焼き付き発生面圧の大小で耐焼
き付き特性の良否を判定する。
試験条件は次の通り。
摺動速度:8m/秒 潤滑油 :SAE#20 モータオイル 潤滑油の供給条件:300ml/分 油温90℃ 接触圧力:20kg/cm2から3分間経過毎に10k
g/cm2づつ上昇させる。
摺動相手材〔円板(5)〕:鋳鉄材 FC30試験結果を
第2表に示す。
第2表より明らかな如く、本発明に係る表面被覆層(N
O.1,2)は窒化チタンの被覆層に匹敵する耐焼き付
き特性を示し、硬質クロムめっき材に比較して格段に優
れた耐焼き付き特性を示している。
(耐摩耗試験) 前記の耐焼き付き試験で用いた試験装置を使用し、接触
圧力を100kg/cm2とし、摩擦速度を3m/mi
n,5m/min,8m/minとし、摩擦距離を40
0km、給油量を500ml/minとして試験片と相
手円板とを摺動させた後、試験片および相手円板を試験
装置から取り外し、両者の摩耗量を測定した。なお、試
験片および相手円板の材料は前記の耐焼き付き試験に於
けると同一とした。
試験片の摩耗量は試験片の摩耗高さで、また、相手円板
の摩耗量は摩耗によって生じた環状摩耗痕の半径方向断
面積で測定した。
試験結果を第4図に示す。
窒化クロムや窒化チタンでなる被膜層を有する試験片
(試料NO.3,5およびTiN)は、耐摩耗特性が優
れているとして従来実用に供されている硬質クロムめっ
きに較べ良好な耐摩耗特性を示しており、金属クロムと
窒化クロムとの超微細混合組織でなる被覆層を有する試
験片(試料NO.1,2,)は自身の摩耗量および相手
円板の摩耗量共に試料NO.3,5やTiNよりも少な
く、一層優れた耐摩耗特性を示している。なお、試料N
O.4は前記耐焼き付き特性試験において満足な特性を
示さなかったので、本耐摩耗試験の対象から除いた。
次に、第1図に示すように、ばね鋼(SUP-8)製ピスト
ンリング(2)を製作し、その外周摺動面に前記方法に
より金属クロムと窒化クロムとの超微細混合組織をなす
表面被覆層(3)を形成した。
被覆層(3)の形成条件およびその特性は次の通りであ
る。
形成条件:Arガス分圧...1×10-3torr 窒化ガス分圧...0.3×10-3torr 電子ビーム出力...25V−300A 素材温度...400℃ 処理時間...60分 被覆層特性:被覆層厚さ...30μm 硬 さ ...HmV 1600 組 織 ...X線解析により金属クロムと
窒化クロムとの共存を確認した。
上記のピストンリングを排気量1500CC、水冷4気
筒の4サイクルガソリンエンジンの第1圧力リングに組
み込み、加鉛ガソリンを燃料として回転数5500rp
m、油温110℃、冷却水温度90℃、全負荷の条件で
200時間のベンチテストを行った後、ピストンリング
外周面の摩耗料を測定した。なお、比較のために外周面
に硬質クロムめっきを施したピストンリングを用いて同
様の試験を実施した。
試験の結果、硬質クロムめっきを施した従来のピストン
リングの外周面の摩耗量は79μmであったのに対し、
本発明のピストンリングのそれは11μmであった。ま
た、本発明のピストンリングには被覆層の剥離等も発生
していなかった。
以上の通りで、本発明のピストンリングは、耐焼き付き
特性が良好で且つ耐摩耗特性に優れており、過酷な運転
条件下で使用される内燃機関に使用する場合に特にその
効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のピストンリングの一例を示す断面図、
第2〜3図は耐焼き付きおよび耐摩耗試験装置を示す一
部断面図および側面図、第4図は耐摩耗試験結果を示す
グラフ図。第5図は各試料についてのX線解析チャート
を示す図。 図中:1……ピストンリング母材 2……ピストンリング 3……被覆層 4……ステータ 5……円板(摺動相手材) 7……ロータ 8……試料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一つの摺動面に、金属クロム
    (Cr)と窒化クロム(Cr2N)との混合層の大きさ
    が1000Å以下の超微細な混合組織でなる被覆層を形
    成させたことを特徴とするピストンリング。
JP59207986A 1984-10-05 1984-10-05 ピストンリング Expired - Fee Related JPH0610454B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59207986A JPH0610454B2 (ja) 1984-10-05 1984-10-05 ピストンリング

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59207986A JPH0610454B2 (ja) 1984-10-05 1984-10-05 ピストンリング

Related Child Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7010393A Division JP2732519B2 (ja) 1995-01-26 1995-01-26 ピストンリング及びその製造方法
JP7010452A Division JP2692758B2 (ja) 1995-01-26 1995-01-26 ピストンリング
JP7010308A Division JP2732518B2 (ja) 1995-01-26 1995-01-26 ピストンリング及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6187950A JPS6187950A (ja) 1986-05-06
JPH0610454B2 true JPH0610454B2 (ja) 1994-02-09

Family

ID=16548786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59207986A Expired - Fee Related JPH0610454B2 (ja) 1984-10-05 1984-10-05 ピストンリング

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0610454B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015046437A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 株式会社リケン ピストンリング
WO2015046427A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 株式会社リケン ピストンリング
JPWO2013136510A1 (ja) * 2012-03-16 2015-08-03 Tpr株式会社 高靭性被膜及び摺動部材

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2633623B2 (ja) * 1988-05-16 1997-07-23 株式会社神戸製鋼所 耐摩耗性・高潤滑性複合部材
JPH089964B2 (ja) * 1989-12-01 1996-01-31 株式会社リケン 内燃機関の動弁機構用バルブリフタ
JP2739722B2 (ja) * 1992-12-28 1998-04-15 株式会社リケン ピストンリング
JP2681875B2 (ja) * 1994-07-20 1997-11-26 株式会社リケン ピストンリング
JP2732519B2 (ja) * 1995-01-26 1998-03-30 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法
JP3408366B2 (ja) * 1995-09-28 2003-05-19 日本ピストンリング株式会社 圧縮機用摺動部材
CN101680078B (zh) 2006-11-14 2012-05-30 株式会社理研 氮化铬离子镀薄膜及其制造方法、以及内燃机用活塞环
DE102007007961C5 (de) * 2007-02-17 2015-08-13 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5757868A (en) * 1980-09-19 1982-04-07 Toyota Motor Corp Piston ring
JPS5837168A (ja) * 1981-08-31 1983-03-04 Riken Corp 耐摩耗性金属摺動部材およびその製造方法
JPS59127858U (ja) * 1983-02-18 1984-08-28 日本ピストンリング株式会社 ピストンリング

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013136510A1 (ja) * 2012-03-16 2015-08-03 Tpr株式会社 高靭性被膜及び摺動部材
US9416434B2 (en) 2012-03-16 2016-08-16 Tpr Co., Ltd. High-toughness coating film and sliding member
WO2015046437A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 株式会社リケン ピストンリング
WO2015046427A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 株式会社リケン ピストンリング
US10006546B2 (en) 2013-09-30 2018-06-26 Kabushiki Kaisha Riken Piston ring

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6187950A (ja) 1986-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5743536A (en) Piston ring
US5154433A (en) Piston ring
JP4251738B2 (ja) 硬質被膜及び被覆部材
JP2003113941A (ja) ピストンリング及びピストンリングとピストンのリング溝との組み合わせ構造
JPH0625597B2 (ja) ピストンリング
JP2730571B2 (ja) 摺動材料およびピストンリング
JPH0152471B2 (ja)
JPS6187950A (ja) ピストンリング
GB2303640A (en) Sliding member with film containing chromium and chromium nitride
JP2711962B2 (ja) ピストンリング及びその製造方法
JP2692758B2 (ja) ピストンリング
EP0702097B1 (en) Sliding members
JPH0610455B2 (ja) ピストンリング
JPH06248425A (ja) ピストンリング
JP2732519B2 (ja) ピストンリング及びその製造方法
JP4374153B2 (ja) ピストンリング
JPH06300130A (ja) 硬質被覆材およびそれを被覆した摺動部材ならびにその製造方法
JP2732518B2 (ja) ピストンリング及びその製造方法
JP3654918B2 (ja) 摺動材料
JPH01159449A (ja) 複合窒化層を有するピストンリング
JP4374154B2 (ja) ピストンリング
WO2019107442A9 (ja) 摺動部材
JP2552638B2 (ja) ピストンリング
JP2649835B2 (ja) ピストンリング
JPS62228648A (ja) ピストンリング

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees