JPH07127744A

JPH07127744A - ピストンリング

Info

Publication number: JPH07127744A
Application number: JP29893693A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hirose; 謙治広瀬; Takahiro Gunji; 貴浩郡司; Katsumune Tabata; 勝宗田畑; Kenji Dousaka; 健児堂坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1995-05-16

Abstract

(57)【要約】【目的】耐焼付き性の優れたピストンリングを提供す
る。【構成】ピストンリング１は、テーパ状外周面４を有
するリング本体３と、そのリング本体３の前記テーパ状
外周面４に形成された摺動部構成層５とを有する。摺動
部構成層５は、テーパ状外周面４の大径環状端縁部６を
覆う摺動面形成域８と、摺動面形成域８に、その摺動面
形成域８より後退するように連なる逃げ面形成域９とを
備える。摺動面形成域８および逃げ面形成域９はＦｅ結
晶の集合体より構成される。集合体は、摺動面形成域８
ではその摺動面ａ側に、また前記逃げ面形成域９ではそ
の逃げ面ｂ側にそれぞれ｛２２２｝面を向け、且つ存在
率ＳがＳ≧４０％である配向性Ｆｅ結晶１０を含む。摺
動面ａは平坦に形成され、また逃げ面ｂに存する多数の
配向性Ｆｅ結晶１０は角錐状をなす。摺動面ａはオイル
に対する濡れ性が良く、また逃げ面ｂはオイル溜め機能
と摺動面ａへの給油機能とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関等に用いられ
るピストンリング、特に、テーパ状外周面を有するリン
グ本体と、そのリング本体のテーパ状外周面に形成され
た摺動部構成層とを有するピストンリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種摺動部構成層としては、例
えば、内燃機関用ピストンリング外周面を形成するクロ
ムメッキ層が知られている。このクロムメッキ層の主た
る目的はピストンリングの耐摩耗性向上にある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クロム
メッキ層は、その表面が平滑であり、またオイルに対す
る濡れ性が悪いため、オイル保持性、つまり保油性が十
分でなく、その上初期なじみ性も悪い、ということもあ
って、内燃機関が高速、且つ高出力化の傾向にある現在
の状況下では耐焼付き性が乏しい。また前記濡れ性の悪
さに起因して、クロムメッキ層およびシリンダ内壁面間
にシール性の高い油膜を十分に形成することができない
ので、前記状況下ではブローバイガス量が多い、という
問題もある。

【０００４】本発明は前記に鑑み、オイルに対する濡れ
性および相手部材に対するなじみ性が良好であり、また
オイル溜め機能および摺動面側への給油機能をそれぞれ
具備し、これにより、耐焼付き性を大幅に向上させるこ
とができ、その上相手部材との間にシール性の高い油膜
を十分に形成することのできる摺動部構成層を備えた前
記ピストンリングを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、テーパ状外周
面を有するリング本体と、そのリング本体の前記テーパ
状外周面に形成された摺動部構成層とを有するピストン
リングにおいて、前記摺動部構成層は、前記テーパ状外
周面の大径環状端縁部を覆う摺動面形成域と、その摺動
面形成域に、その摺動面形成域より後退するように連な
る逃げ面形成域とを備え、前記摺動面形成域および逃げ
面形成域は金属結晶の集合体より構成され、その集合体
は、前記摺動面形成域ではその摺動面側に、また前記逃
げ面形成域ではその逃げ面側にそれぞれ結晶面を向け、
且つ存在率ＳがＳ≧４０％である配向性金属結晶を含
み、前記摺動面は平坦に形成され、また前記逃げ面に存
する多数の前記配向性金属結晶は角錐状または角錐台状
の少なくとも一方の形態を有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】摺動面形成域に、配向性金属結晶を前記存在率
Ｓで存在させ、また摺動面を平坦に形成すると、オイル
に対する摺動面の濡れ性および相手部材に対する摺動面
のなじみ性が良好となる。

【０００７】また逃げ面に存する多数の配向性金属結晶
が角錐状等の形態を備えていると、相隣る両配向性金属
結晶間の谷部がオイル溜りとなり、そのオイルは摺動面
に逐次供給される。

【０００８】このように摺動面のなじみ性を向上させる
と共に逃げ面側から摺動面にオイルを供給し得るので、
その摺動面のオイルに対する濡れ性が良好であることか
ら摺動面が十分な保油性を持ち、これにより摺動面の耐
焼付き性を向上させることができる。

【０００９】また前記保油性の向上に伴い相手部材と摺
動面との間にシール性の高い油膜を十分に形成すること
が可能である。

【００１０】なお、配向性金属結晶の存在率ＳがＳ＜４
０％では、オイルに対する摺動面の濡れ性および相手部
材に対する摺動面のなじみ性が低下し、また逃げ面形成
域において、配向性金属結晶に角錐状等の形態を持たせ
ることが困難となる。

【００１１】

【実施例】図１，２において、内燃機関用ピストンリン
グ１は、合い口２を有すると共にテーパ状外周面４を有
する鋳鉄製リング本体３と、そのリング本体３のテーパ
状外周面４に形成された摺動部構成層５とよりなる。

【００１２】摺動部構成層５はリング本体３のテーパ状
外周面４にメッキ処理を施すことによって形成される。
その摺動部構成層５は、テーパ状外周面４の大径環状端
縁部６を覆う摺動面形成域８と、その摺動面形成域８
に、それ８より後退するように連なる逃げ面形成域９と
を備えている。摺動面形成域８におけるリング本体半径
方向の肉厚ｔ₁は、逃げ面形成域９における前記と同一
方向の肉厚ｔ₂よりも大に設定されており（即ち、ｔ₁
＞ｔ₂）、したがって摺動面形成域８は逃げ面形成域９
よりもリング本体半径方向外方へ突出している。

【００１３】摺動面形成域８および逃げ面形成域９は金
属結晶の集合体より構成される。その集合体は、摺動面
形成域８ではその摺動面ａ側に、また逃げ面形成域９で
はその逃げ面ｂ側にそれぞれ特定の結晶面を向け、且つ
存在率ＳがＳ≧４０％である配向性金属結晶を含む。摺
動面ａは平坦に形成され、また逃げ面ｂに存する多数の
配向性金属結晶１０は角錐状または角錐台状の少なくと
も一方の形態を有し、図示例では三角錐状をなす。

【００１４】このような摺動部構成層５は、リング本体
３のテーパ状外周面４全体に多数の三角錐状配向性金属
結晶１０を有するメッキ層を、大径環状端縁部６で厚く
なるように形成し、次いで大径環状端縁部６を覆う摺動
面形成域８に対応するメッキ層表面を研磨加工により平
坦に形成して摺動面ａを得る、といった方法で製作され
る。

【００１５】摺動面形成域８に、配向性金属結晶を前記
存在率Ｓで存在させ、また摺動面ａを平坦に形成する
と、オイルに対する摺動面ａの濡れ性およびシリンダ内
壁面１１に対する摺動面ａのなじみ性が良好となる。

【００１６】一方、逃げ面ｂに存する多数の配向性金属
結晶１０が三角錐状の形態を備えていると、図３に示す
ように相隣る両配向性金属結晶１０間の谷部１２がオイ
ル溜りとなり、また摺動面形成域８および逃げ面形成域
９間の段付部１３もオイル溜りとなる。そして、それら
オイル溜りのオイルは摺動面ａに逐次供給される。

【００１７】このように摺動面ａのなじみ性を向上させ
ると共に逃げ面ｂ側から摺動面ａにオイルを供給し得る
ので、その摺動面ａのオイルに対する濡れ性が良好であ
ることから摺動面ａが十分な保油性を持ち、これにより
摺動面ａの耐焼付き性を向上させることができる。

【００１８】また前記保油性の向上に伴いシリンダ内壁
面１１と摺動面ａとの間にシール効果の高い油膜を十分
に形成することが可能であり、これによりブローバイガ
ス量を低減することができる。

【００１９】配向性金属結晶１０が体心立方構造（ｂｃ
ｃ構造）を持つ場合、前記結晶面は、図４に示すように
ミラー指数で（ｈｈｈ）面であり、この（ｈｈｈ）面を
有する摺動面ａはオイルに対する濡れ性が良好である。

【００２０】図５に示すように、逃げ面ｂに沿う仮想面
１４に対する（ｈｈｈ）面の傾きは三角錐の傾きとなっ
て現れるので、逃げ面形成域９のオイル溜め機能に影響
を与える。そこで、（ｈｈｈ）面が仮想面１４に対して
なす傾き角θは０°≦θ≦１５°に設定される。この場
合、（ｈｈｈ）面の傾き方向については限定されない。
傾き角θがθ＞１５°になると、逃げ面形成域９のオイ
ル溜め機能が低下する。また摺動面ａにおける（ｈｈ
ｈ）面の傾き角θも、オイルに対する濡れ性を良好に保
持するため、０°≦θ≦１５°に設定される。

【００２１】ｂｃｃ構造を持つ金属結晶としては、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の単体ま
たは合金の結晶を挙げることができる。

【００２２】一方、配向性金属結晶１０が面心立方構造
（ｆｃｃ構造）を持つ場合、摺動面形成域８における前
記結晶面は図６に示すようにミラー指数で（ｈｈ０）面
である。この（ｈｈ０）面を有する摺動面ａはオイルに
対する濡れ性が良好である。このような（ｈｈ０）配向
性金属結晶は、メッキ後の摺動面ａにおいて四角錐状を
なすが、その摺動面ａを平坦に研磨する際除去される。
また逃げ面形成域９における前記結晶面は、図６に示す
ようにミラー指数で（３ｈｈｈ）面である。このような
（３ｈｈｈ）配向性金属結晶１０は、図７に示すように
逃げ面ｂにおいて四角錐状をなす。

【００２３】図８に示すように、逃げ面ｂに沿う仮想面
１４に対する（３ｈｈｈ）面の傾きは四角錐の傾きとな
って現れるので、逃げ面形成域９のオイル溜め機能に影
響を与える。そこで、（３ｈｈｈ）面が仮想面１４に対
してなす傾き角θは、前記同様に０°≦θ≦１５°に設
定される。この場合、（３ｈｈｈ）面の傾き方向につい
ては限定されない。傾き角θがθ＞１５°になると、逃
げ面形成域９のオイル溜め機能が低下する。また摺動面
ａにおける（ｈｈ０）面の傾き角θも、オイルに対する
濡れ性を良好に保持するため、０°≦θ≦１５°に設定
される。

【００２４】ｆｃｃ構造を持つ金属結晶としては、Ｐ
ｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の単体また
は合金の結晶を挙げることができる。

【００２５】ｂｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体よりな
る摺動部構成層５を形成するためのメッキ処理におい
て、電気Ｆｅメッキ処理を行う場合の基本的条件は、表
１，２の通りである。

【００２６】通電法としては、直流法またはパルス電流
法が適用される。パルス電流法においては、図９に示す
ように最大電流密度ＣＤｍａｘは１Ａ／dm²≦ＣＤｍａ
ｘ≦４０Ａ／dm²、出力の立上り開始時から下降開始時
までの出力時間Ｔ_ONは０．１msec≦Ｔ_ON≦６msec、先の
立上り開始時から次の立上り開始時までを１サイクルと
して、そのサイクル時間をＴ_cとしたとき、時間比Ｔ_ON
／Ｔ_cはＴ_ON／Ｔ_c≦０．４５であり、したがって表２
における陰極電流密度はパルス電流法においては平均陰
極電流密度ＣＤｍである。

【００２７】

【表１】

【００２８】有機系添加剤としては、尿素、サッカリン
等が用いられる。

【００２９】

【表２】

【００３０】前記条件下で行われる電気Ｆｅメッキ処理
において、陰極電流密度、メッキ浴ｐＨ等によって前記
結晶面が（ｈｈｈ）面である（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶
の析出、その存在量等を制御する。この場合、直流法の
適用下では、（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶１０は柱状に成
長して逃げ面ｂにおいて、通常三角錐状をなす。一方、
パルス電流法の適用下では（ｈｈｈ）配向性Ｆｅ結晶１
０は柱状に成長し、逃げ面ｂには、図１０に示すように
三角錐状および六角錐状Ｆｅ結晶が存在するか、六角錐
状Ｆｅ結晶のみが存在する。

【００３１】また本発明に係る摺動部構成層５を電気Ｃ
ｒメッキ処理により形成する場合の基本的条件は表３，
４の通りである。通電法はＦｅメッキ処理の場合と同じ
である。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】メッキ処理としては、電気メッキ処理の外
に、例えば気相メッキ法であるＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ス
パッタ法、イオンプレーティング等を挙げることができ
る。スパッタ法によりＷ、Ｍｏメッキを行う場合の条件
は、例えばＡｒ圧力０．２〜１Ｐａ、Ａｒ加速電力
直流１〜１．５ｋＷ、母材温度１５０〜３００℃であ
る。ＣＶＤ法によりＷメッキを行う場合の条件は、例え
ば原材料ＷＦ₆、ＷＦ₆ガス流量２〜１５cc／min
、チャンバ内圧力５０〜３００Ｐａ、母材温度４
００〜６００℃である。

【００３５】ｆｃｃ構造を持つ金属結晶の集合体よりな
る摺動部構成層５を形成するためのメッキ処理におい
て、電気Ｎｉメッキ処理を行う場合の基本的条件は、表
５，６の通りである。通電法はＦｅメッキ処理の場合と
同じである。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】前記条件下で行われる電気Ｎｉメッキ処理
において、陰極電流密度、メッキ浴ｐＨ等によって（ｈ
ｈ０）、（３ｈｈｈ）配向性Ｎｉ結晶の析出、その存在
量を制御する。

【００３９】メッキ処理としては、電気メッキ処理の外
に、前記同様の気相メッキ法を挙げることができる。例
えば、スパッタ法によりＰｔ、Ａｌメッキを行う場合の
条件は、Ａｒ圧力０．８〜１Ｐａ、Ａｒ加速電力直
流２００〜１０００Ｗ、母材温度８０〜３００℃であ
る。またＣＶＤ法によりＡｌメッキを行う場合の条件
は、原材料Ａｌ（ＣＨ₃）₃、Ａｌ（ＣＨ₃）₃ガス
流量１〜１０cc／min、チャンバ内圧力５０〜３０
０Ｐａ、母材温度３００〜６００℃である。

【００４０】〔実施例Ｉ〕複数のステンレス鋼製リング
本体３のテーパ状外周面４に、直流法またはパルス電流
法を適用した電気Ｆｅメッキ処理を施すことにより、Ｆ
ｅ結晶の集合体より構成されたメッキ層を形成した。各
メッキ層において、摺動面形成域８に対応する部分の肉
厚は３０μｍに、また逃げ面形成域９に対応する部分の
肉厚は１５μｍにそれぞれ設定された。このリング本体
３とメッキ層とからなるものを、便宜上、ピストンリン
グ１とする。

【００４１】表７，８は、メッキ層の例１〜５における
電気Ｆｅメッキ処理条件を示す。なお、メッキ処理時間
は、例１〜５における厚さを前記のように３０μｍまた
は１５μｍに設定すべく、１０〜２４０分間の範囲内で
種々変化させた。

【００４２】

【表７】

【００４３】

【表８】

【００４４】表９は、メッキ層の例１〜５における表面
の結晶形態、Ｆｅ結晶の平均粒径、各配向性Ｆｅ結晶の
存在率Ｓならびに硬さをそれぞれ示す。

【００４５】

【表９】

【００４６】三角錐状Ｆｅ結晶の平均粒径は、各角部か
ら頂点を通って各対向辺に至る距離、即ち、三つの距離
の平均値であり、また六角錐状Ｆｅ結晶の平均粒径は、
頂点を挟んで相対向する両角部間の距離、即ち、三つの
距離の平均値である。

【００４７】存在率Ｓは、例１〜５のＸ線回折図（Ｘ線
照射方向はメッキ層表面に対して直角方向）に基づいて
次のような方法で求められたものである。一例として、
例１について説明すると、図１１は例１のＸ線回折図で
あり、各配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは次式から求められ
た。なお、例えば｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶とは、｛１
１０｝面を表面側に向けた配向性Ｆｅ結晶を意味する。｛１１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ₁₁₀＝｛（Ｉ₁₁₀／ＩＡ
₁₁₀）／Ｔ｝×１００、｛２００｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ₂₀₀＝｛（Ｉ₂₀₀／ＩＡ
₂₀₀）／Ｔ｝×１００、｛２１１｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ₂₁₁＝｛（Ｉ₂₁₁／ＩＡ
₂₁₁）／Ｔ｝×１００、｛３１０｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ₃₁₀＝｛（Ｉ₃₁₀／ＩＡ
₃₁₀）／Ｔ｝×１００、｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶：Ｓ₂₂₂＝｛（Ｉ₂₂₂／ＩＡ
₂₂₂）／Ｔ｝×１００ここで、Ｉ₁₁₀、Ｉ₂₀₀、Ｉ₂₁₁、Ｉ₃₁₀、Ｉ₂₂₂は各
結晶面のＸ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、また
ＩＡ₁₁₀、ＩＡ₂₀₀、ＩＡ₂₁₁、ＩＡ₃₁₀、ＩＡ₂₂₂は
ＡＳＴＭカードにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、
ＩＡ₁₁₀＝１００、ＩＡ₂₀₀＝２０、ＩＡ₂₁₁＝３０、
ＩＡ₃₁₀＝１２、ＩＡ₂₂₂＝６である。さらにＴは、Ｔ
＝（Ｉ₁₁₀／ＩＡ₁₁₀）＋（Ｉ₂₀₀／ＩＡ₂₀₀）＋（Ｉ
₂₁₁／ＩＡ₂₁₁）＋（Ｉ₃₁₀／ＩＡ₃₁₀）＋（Ｉ₂₂₂／
ＩＡ₂₂₂）である。

【００４８】図１２は、例１における表面の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。図１２において、多数の三角錐
状Ｆｅ結晶が観察される。この三角錐状Ｆｅ結晶は（ｈ
ｈｈ）面、したがって｛２２２｝面を表面側に向けた
｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶である。この場合、｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓは、表９，図１１に示す
ように、Ｓ＝４３％である。

【００４９】図１３は、例３のＸ線回折図であり、図１
４は例３における表面の結晶構造を示す顕微鏡写真であ
る。図１４において、多数の六角錐状Ｆｅ結晶が観察さ
れる。これら六角錐状Ｆｅ結晶は｛２２２｝面を表面側
に向けた｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶であり、その存在率
Ｓは、表９、図１３に示すようにＳ＝９４％である。

【００５０】次に、例１〜３のメッキ層を有するピスト
ンリング１において、そのメッキ層の摺動面形成域８に
対応する表面を研磨加工により平坦に形成して摺動面ａ
を得た。この加工後のメッキ層よりなる摺動部構成層５
を持つピストンリング１を実施例１〜３とする。この実
施例１の摺動部構成層５は、図２に示すように平坦な摺
動面ａに連なって、多数の三角錐状｛２２２｝配向性Ｆ
ｅ結晶を有する逃げ面ｂを備えている。この逃げ面ｂ
は、実施例２では、六角錐状および三角錐状｛２２２｝
配向性Ｆｅ結晶を有し、また実施例３では六角錐状｛２
２２｝配向性Ｆｅ結晶を有する。

【００５１】また、例４，５のメッキ層を有するピスト
ンリングにおいて、そのメッキ層に全然研磨加工を施さ
ない、したがって摺動面ａおよび逃げ面ｂに多数の粒状
Ｆｅ結晶を有する、未加工のメッキ層よりなる摺動部構
成層を持つピストンリングを比較例１，２とする。

【００５２】次に、実施例１〜３および比較例１，２に
ついて、チップオンディスク方式による焼付きテストを
行ったところ、表１０、図１５の結果を得た。テスト条
件は次の通りである。ディスクの材質鋳鉄、ディスク
の回転速度１５ｍ／sec 、給油量０．３ml／min 、
ピストンリングより製作されたチップにおいて、ディス
クに押当てられる摺動面ａの面積０．５cm²。

【００５３】

【表１０】

【００５４】図１５は、表９，１０に基づいて、｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率Ｓと焼付き発生荷重との関
係をグラフ化したものである。表９，１０，図１５から
明らかなように、実施例１〜３の摺動部構成層５におい
ては、｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳがＳ≧４０
％であり、且つ摺動面ａが平坦であることに起因してオ
イルに対する摺動面ａの濡れ性およびディスクに対する
摺動面ａのなじみ性が良好となり、また逃げ面ｂの三角
錐状および／または六角錐状｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶
によるオイル溜りおよび段付部１３によるオイル溜りか
ら摺動面ａへの給油がなされるので、比較例１，２の摺
動部構成層に比べて焼付き発生荷重が大幅に向上する。
オイル溜め機能および給油機能は六角錐状Ｆｅ結晶集合
体の方が三角錐状Ｆｅ結晶集合体よりも優れている。

【００５５】比較例１，２の摺動部構成層は、｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率ＳがＳ＜４０％であって、
摺動面ａのオイルに対する濡れ性およびディスクに対す
るなじみ性が悪く、その上、前記のようなオイル溜め機
能および給油機能を備えていないので、耐焼付き性が極
端に低い。

【００５６】次に、三角錐状｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶
によるオイル溜め機能等およびオイルに対する｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶の濡れ性等を調べるため、次のよう
な実験を行った。

【００５７】例１のメッキ層を有するピストンリングに
おいて、そのメッキ層に全然機械加工を施さない、した
がって摺動面ａおよび逃げ面ｂに多数の三角錐状｛２２
２｝配向性Ｆｅ結晶を有する、未加工のメッキ層よりな
る摺動部構成層を持つピストンリングを比較例３とす
る。

【００５８】また例１のメッキ層を有するピストンリン
グにおいて、そのメッキ層表面全体に研磨加工を施して
摺動面ａおよび逃げ面ｂを平坦に形成した。この加工後
のメッキ層よりなる摺動部構成層を持つピストンリング
を比較例４とする。

【００５９】次に、比較例３，４について前記と同一条
件にてチップオンディスク方式による焼付きテストを行
ったところ、表１１，図１６の結果を得た。比較のた
め、表１１，図１６には前記実施例１および比較例１に
関する測定値も示されている。

【００６０】

【表１１】

【００６１】図１６は、表１１をグラフ化したものであ
る。表１１，図１６から明らかなように、比較例３の摺
動部構成層は摺動面ａに三角錐状｛２２２｝配向性Ｆｅ
結晶が存在することによりオイル溜め機能が得られるの
で、実施例１の摺動部構成層５と同等の耐焼付き性を有
する。比較例４の摺動部構成層は、逃げ面ｂが平坦であ
るためオイル溜め機能は持たないが、存在率Ｓ≧４０％
の｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶により、前記のように良好
な濡れ性およびなじみ性が得られるので、比較例１の摺
動部構成層よりも耐焼付き性が向上する。

【００６２】次に、実施例１、比較例１，３，４をセカ
ンドリングとして用い、それを２０００ccの直列四気筒
内燃機関に組込んで、機関回転数６０００rpm （一
定）、外気温室温の条件下にてブローバイガス量を測
定したところ、表１２，図１７の結果を得た。

【００６３】

【表１２】

【００６４】図１７は、表１２をグラフ化したものであ
る。表１２，図１７から明らかなように、実施例１の摺
動部構成層５においては、摺動面ａのオイルに対する濡
れ性が良好であることからその保油性が向上し、それに
伴いシリンダ内壁面１１との間にシール性の高い油膜が
十分に形成されるので、比較例１，３の摺動部構成層に
比べてブローバイガス量が大幅に減少する。

【００６５】比較例１の摺動部構成層は、前記のように
オイルに対する濡れ性が悪い等の理由からブローバイガ
ス量が多い。比較例３の摺動部構成層は摺動面ａに多数
の三角錐状｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶が存在することか
らシール性が悪く、その結果、ブローバイガス量が最も
多くなる。比較例４における摺動部構成層の摺動面ａは
実施例１と同様の性状を有するので、ブローバイガス量
も実施例１と同様となる。

【００６６】〔実施例II〕複数のステンレス鋼製リング
本体３のテーパ状外周面４に、直流法を適用した電気Ｎ
ｉメッキ処理を施すことにより、Ｎｉ結晶の集合体より
構成されたメッキ層を形成した。各メッキ層において、
摺動面形成域８に対応する部分の肉厚は３０μｍに、ま
た逃げ面形成域９に対応する部分の肉厚は１５μｍにそ
れぞれ設定された。このリング本体３とメッキ層とから
なるものを、便宜上、ピストンリング１とする。

【００６７】表１３，１４は、メッキ層の例１〜４にお
ける電気Ｎｉメッキ処理条件を示す。なお、例１におい
ては、摺動面形成域８と逃げ面形成域９では電気Ｎｉメ
ッキ処理条件が異なる。またメッキ処理時間は、例１〜
４における厚さを前記のように３０μｍまたは１５μｍ
に設定すべく、１０〜２４０分間の範囲内で種々変化さ
せた。

【００６８】

【表１３】

【００６９】

【表１４】

【００７０】表１５は、メッキ層の例１〜４における表
面の結晶形態、Ｎｉ結晶の平均粒径、各配向性Ｎｉ結晶
の存在率Ｓおよび硬さをそれぞれ示す。

【００７１】

【表１５】

【００７２】四角錐状Ｎｉ結晶の平均粒径は、各角部か
ら頂点を通って各対向角部に至る距離、即ち、二つの距
離の平均値である。

【００７３】存在率Ｓは、例１〜４のＸ線回折図（Ｘ線
照射方向はメッキ層表面に対して直角方向）に基づいて
次式から求められた。なお、例えば｛１１１｝配向性Ｎ
ｉ結晶とは、｛１１１｝面を表面側に向けた配向性Ｎｉ
結晶を意味する。｛１１１｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ₁₁₁＝｛（Ｉ₁₁₁／ＩＡ
₁₁₁）／Ｔ｝×１００、｛２００｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ₂₀₀＝｛（Ｉ₂₀₀／ＩＡ
₂₀₀）／Ｔ｝×１００、｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ₂₂₀＝｛（Ｉ₂₂₀／ＩＡ
₂₂₀）／Ｔ｝×１００、｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶：Ｓ₃₁₁＝｛（Ｉ₃₁₁／ＩＡ
₃₁₁）／Ｔ｝×１００ここで、Ｉ₁₁₁、Ｉ₂₀₀、Ｉ₂₂₀、Ｉ₃₁₁は各結晶面の
Ｘ線反射強度の測定値（ｃｐｓ）であり、またＩ
Ａ₁₁₁、ＩＡ₂₀₀、ＩＡ₂₂₀、ＩＡ₃₁₁はＡＳＴＭカー
ドにおける各結晶面のＸ線反射強度比で、ＩＡ₁₁₁＝１
００、ＩＡ₂₀₀＝４２、ＩＡ₂₂₀＝２１、ＩＡ₃₁₁＝２
０である。さらにＴは、Ｔ＝（Ｉ₁₁₁／ＩＡ₁₁₁）＋
（Ｉ₂₀₀／ＩＡ₂₀₀）＋（Ｉ₂₂₀／ＩＡ₂₂₀）＋（Ｉ
₃₁₁／ＩＡ₃₁₁）である。

【００７４】次に、例１のメッキ層を有するピストンリ
ング１において、そのメッキ層の摺動面形成域８に対応
する表面を研磨加工により平坦に形成して摺動面ａを得
た。この加工後のメッキ層よりなる摺動部構成層５を持
つピストンリング１を実施例とする。この実施例の摺動
部構成層５は、図２に示すように平坦な摺動面ａに連な
って、多数の四角錐状｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶を有す
る逃げ面ｂを備えている。

【００７５】また例２のメッキ層を有するピストンリン
グ１において、そのメッキ層表面全体に研磨加工を施し
て摺動面ａおよび逃げ面ｂを平坦に形成した。この加工
後のメッキ層よりなる摺動部構成層を持つピストンを比
較例１とする。

【００７６】例３のメッキ層を有するピストンリング１
において、そのメッキ層に全然研磨加工を施さない、し
たがって摺動面ａおよび逃げ面ｂに多数の四角錐状｛３
１１｝配向性Ｎｉ結晶を有する、未加工のメッキ層より
なる摺動部構成層を持つピストンリングを比較例２とす
る。

【００７７】また、例４のメッキ層を有するピストンリ
ング１において、そのメッキ層に全然研磨加工を施さな
い、したがって摺動面ａおよび逃げ面ｂに多数の粒状Ｎ
ｉ結晶を有する、未加工のメッキ層よりなる摺動部構成
層を持つピストンリングを比較例３とする。

【００７８】次に、実施例および比較例１〜３につい
て、実施例Ｉと同一条件にてチップオンディスク方式に
よる焼付きテストを行ったところ、表１６，図１８の結
果を得た。

【００７９】

【表１６】

【００８０】図１８は、表１６をグラフ化したものであ
る。表１６，図１８から明らかなように、実施例の摺動
面形成域８においては、｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶の存
在率ＳがＳ≧４０％であり、且つ摺動面ａが平坦である
ことに起因してオイルに対する摺動面ａの濡れ性および
ディスクに対する摺動面ａのなじみ性が良好となり、ま
た逃げ面ｂの四角錐状｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶による
オイル溜りおよび段付部１３によるオイル溜りから摺動
面ａへの給油がなされるので、比較例１，３の摺動部構
成層に比べて焼付き発生荷重が大幅に向上する。

【００８１】比較例２の摺動部構成層は摺動面ａに四角
錐状｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶が存在することによりオ
イル溜め機能が得られるので、実施例と同等の耐焼付き
性を有する。比較例１の摺動部構成層は、逃げ面ｂが平
坦であるためオイル溜め機能は持たないが、存在率Ｓ≧
４０％の｛２２０｝配向性Ｎｉ結晶により、前記のよう
に良好な濡れ性およびなじみ性が得られるので、比較例
３の摺動部構成層よりも耐焼付き性が向上する。

【００８２】次に、実施例、比較例１〜３をセカンドリ
ングとして用い、それを実施例Ｉと同様の直列四気筒内
燃機関に組込んで、同一条件下にてブローバイガス量を
測定したところ、表１７，図１９の結果を得た。

【００８３】

【表１７】

【００８４】図１９は表１７をグラフ化したものであ
る。表１７，図１９から明らかなように、実施例の摺動
部構成層５においては、摺動面ａのオイルに対する濡れ
性が良好であることから、その保油性が向上し、それに
伴いシリンダ内壁面１１との間にシール性の高い油膜が
十分に形成されるので、比較例２，３の摺動部構成層に
比べてブローバイガス量が大幅に減少する。

【００８５】比較例１における摺動部構成層の摺動面ａ
は実施例と同様の性状を有するので、ブローバイガス量
も実施例と同様となる。比較例２の摺動部構成層は摺動
面ａに多数の四角錐状｛３１１｝配向性Ｎｉ結晶が存在
することからシール性が悪く、その結果、ブローバイガ
ス量が最も多くなる。比較例３の摺動部構成層は、前記
のようにオイルに対する濡れ性が悪い等の理由からブロ
ーバイガス量が多い。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、リング本体のテーパ状
外周面に形成される摺動部構成層において、その摺動面
形成域および逃げ面形成域を前記のように構成すること
によって、優れた耐焼付き性を有すると共に相手部材と
の間にシール性の高い油膜を十分に形成し得るピストン
リングを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピストンリングの平面図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【図３】逃げ面の一例を示す斜視図である。

【図４】体心立方構造およびその（ｈｈｈ）面を示す斜
視図である。

【図５】体心立方構造における（ｈｈｈ）面の傾きを示
す説明図である。

【図６】面心立方構造およびその（３ｈｈｈ）面、（ｈ
ｈ０）面を示す斜視図である。

【図７】逃げ面の他例を示す平面図である。

【図８】面心立方構造における（３ｈｈｈ）面の傾きを
示す説明図である。

【図９】電気メッキ用電源の出力波形図である。

【図１０】逃げ面のさらに他例を示す斜視図である。

【図１１】メッキ層の一例におけるＸ線回折図である。

【図１２】メッキ層表面の一例における結晶構造を示す
顕微鏡写真である。

【図１３】メッキ層の他例におけるＸ線回折図である。

【図１４】メッキ層表面の他例における結晶構造を示す
顕微鏡写真である。

【図１５】｛２２２｝配向性Ｆｅ結晶の存在率と焼付き
発生荷重との関係を示すグラフである。

【図１６】実施例１等の焼付き発生荷重を示すグラフで
ある。

【図１７】実施例１等を用いた場合におけるブローバイ
ガス量を示すグラフである。

【図１８】実施例等の焼付き発生荷重を示すグラフであ
る。

【図１９】実施例等を用いた場合におけるブローバイガ
ス量を示すグラフである。

【符号の説明】

１ピストンリング３リング本体４外周面５摺動面構成層６大径環状端縁部８摺動面形成域９逃げ面形成域１０配向性金属結晶ａ摺動面ｂ逃げ面ｔ₁，ｔ₂ 肉厚

フロントページの続き (72)発明者堂坂健児埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テーパ状外周面（４）を有するリング本
体（３）と、そのリング本体（３）の前記テーパ状外周
面（４）に形成された摺動部構成層（５）とを有するピ
ストンリングにおいて、前記摺動部構成層（５）は、前
記テーパ状外周面（４）の大径環状端縁部（６）を覆う
摺動面形成域（８）と、その摺動面形成域（８）に、そ
の摺動面形成域（８）より後退するように連なる逃げ面
形成域（９）とを備え、前記摺動面形成域（８）および
逃げ面形成域（９）は金属結晶の集合体より構成され、
その集合体は、前記摺動面形成域（８）ではその摺動面
（ａ）側に、また前記逃げ面形成域（９）ではその逃げ
面（ｂ）側にそれぞれ結晶面を向け、且つ存在率ＳがＳ
≧４０％である配向性金属結晶（１０）を含み、前記摺
動面（ａ）は平坦に形成され、また前記逃げ面（ｂ）に
存する多数の前記配向性金属結晶（１０）は角錐状また
は角錐台状の少なくとも一方の形態を有することを特徴
とするピストンリング。
【請求項２】前記摺動面形成域（８）におけるリング
本体半径方向の肉厚（ｔ₁）は、前記逃げ面形成域
（９）における前記と同一方向の肉厚（ｔ₂）よりも大
に設定されている、請求項１記載のピストンリング。
【請求項３】前記配向性金属結晶（１０）は体心立方
構造を持ち、前記結晶面はミラー指数で（ｈｈｈ）面で
ある、請求項１または２記載のピストンリング。
【請求項４】前記配向性金属結晶（１０）は面心立方
構造を持ち、前記摺動面形成域（８）における前記結晶
面はミラー指数で（ｈｈ０）面であり、また前記逃げ面
形成域（９）における前記結晶面はミラー指数で（３ｈ
ｈｈ）面である、請求項１または２記載のピストンリン
グ。