JPH0763266A - ピストンリング - Google Patents
ピストンリングInfo
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- JPH0763266A JPH0763266A JP5210757A JP21075793A JPH0763266A JP H0763266 A JPH0763266 A JP H0763266A JP 5210757 A JP5210757 A JP 5210757A JP 21075793 A JP21075793 A JP 21075793A JP H0763266 A JPH0763266 A JP H0763266A
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- piston ring
- piston
- layer
- wear
- ring
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-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49274—Piston ring or piston packing making
- Y10T29/49281—Piston ring or piston packing making including coating or plating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピストンリングへのアルミニウム凝着（溶
着）現象を効果的に防止しうるピストンリングを提供す
る。 【構成】 ピストンリング１の上面２および下面３又は
下面３に、窒化層またはクロムメッキ層等の耐摩耗表面
処理層６を形成し、かつ、ピストンリング１の上面２お
よび下面３又は下面３に位置する耐摩耗表面処理層６の
表面上にさらに固体潤滑剤を含有するポリベンゾイミダ
ゾール樹脂被膜７を形成する。
着）現象を効果的に防止しうるピストンリングを提供す
る。 【構成】 ピストンリング１の上面２および下面３又は
下面３に、窒化層またはクロムメッキ層等の耐摩耗表面
処理層６を形成し、かつ、ピストンリング１の上面２お
よび下面３又は下面３に位置する耐摩耗表面処理層６の
表面上にさらに固体潤滑剤を含有するポリベンゾイミダ
ゾール樹脂被膜７を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に使用されるピ
ストンリングに関し、特に、ピストンリングへのアルミ
ニウム凝着（溶着）現象を効果的に防止しうるピストン
リングに関する。
ストンリングに関し、特に、ピストンリングへのアルミ
ニウム凝着（溶着）現象を効果的に防止しうるピストン
リングに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に往復動のピストンには、ピストン
リングとして圧力リングとオイルリングとが装着され
る。この圧力リングは、高圧の燃焼ガスが燃焼室側から
クランク室側へ流出する現象（ブローバイ）の防止機能
およびシリンダ内壁の余分な潤滑油が燃焼室に流入する
ことを防止している。一方、オイルリングは、シリンダ
内壁の余分な潤滑油がクランク室側から燃焼室側へ侵入
して消費される現象（オイルアップ）の抑制機能を有す
る。そして、従来の標準的なピストンリングの組合せと
しては、トップリングおよびセカンドリングからなる２
本の圧力リングと１本のオイルリングとの計３本のピス
トンリングの組合せが知られている。
リングとして圧力リングとオイルリングとが装着され
る。この圧力リングは、高圧の燃焼ガスが燃焼室側から
クランク室側へ流出する現象（ブローバイ）の防止機能
およびシリンダ内壁の余分な潤滑油が燃焼室に流入する
ことを防止している。一方、オイルリングは、シリンダ
内壁の余分な潤滑油がクランク室側から燃焼室側へ侵入
して消費される現象（オイルアップ）の抑制機能を有す
る。そして、従来の標準的なピストンリングの組合せと
しては、トップリングおよびセカンドリングからなる２
本の圧力リングと１本のオイルリングとの計３本のピス
トンリングの組合せが知られている。
【０００３】近年、内燃機関の軽量化と高出力化に伴
い、ピストンリングに要求される品質が高度になってき
ている。従来、内燃機関用ピストンリングにはその耐久
性を改善する手段として摺動面に硬質クロムメッキ処理
や溶射処理あるいは窒化処理等の耐摩耗表面処理が施さ
れている。
い、ピストンリングに要求される品質が高度になってき
ている。従来、内燃機関用ピストンリングにはその耐久
性を改善する手段として摺動面に硬質クロムメッキ処理
や溶射処理あるいは窒化処理等の耐摩耗表面処理が施さ
れている。
【０００４】これらの表面処理のうちで特に窒化処理は
優れた耐摩耗性を示すことから苛酷な運転条件の下で使
用されるピストンリングの表面処理として注目され広く
利用に供されている。
優れた耐摩耗性を示すことから苛酷な運転条件の下で使
用されるピストンリングの表面処理として注目され広く
利用に供されている。
【０００５】しかしながら、窒化処理層を形成したピス
トンリングは耐摩耗性には優れているものの、アルミ合
金製ピストンに装着した場合、ピストンのリング溝摩耗
が増大する傾向があった。また、ピストンのリング溝摩
耗に起因して、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ピス
トンリング１の下面３にアルミ合金製ピストン１０の溝
下面１１のアルミニウムが凝着するアルミ凝着が生ずる
（図３（ｃ））。
トンリングは耐摩耗性には優れているものの、アルミ合
金製ピストンに装着した場合、ピストンのリング溝摩耗
が増大する傾向があった。また、ピストンのリング溝摩
耗に起因して、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ピス
トンリング１の下面３にアルミ合金製ピストン１０の溝
下面１１のアルミニウムが凝着するアルミ凝着が生ずる
（図３（ｃ））。
【０００６】図４（ａ）〜（ｃ）にピストンのリング溝
の上面２および下面３の表面状態の変化の様子を現わす
触針式表面荒さ試験機によるチャートを示す。図４に示
すように、ピストンのリング溝の上面２および下面３の
表面状態は、正常状態（図４（ａ））から、ピストン溝
荒れ状態（図４（ｂ））、アルミ凝着状態（図４
（ｃ））へと変化する。
の上面２および下面３の表面状態の変化の様子を現わす
触針式表面荒さ試験機によるチャートを示す。図４に示
すように、ピストンのリング溝の上面２および下面３の
表面状態は、正常状態（図４（ａ））から、ピストン溝
荒れ状態（図４（ｂ））、アルミ凝着状態（図４
（ｃ））へと変化する。
【０００７】また、図５（ａ）〜（ｃ）は、アルミ凝着
メカニズムを示し、ピストンリング１の下面３とアルミ
合金製ピストン１０の溝下面１１とが、双方の表面にそ
れぞれ形成された酸化膜８（０．２μｍ以下）を介して
接触し（図５（ａ））、次いで、接触部分の酸化膜８の
応力が局部的に高くなり酸化膜８が破壊されて、ピスト
ンリング１の下面３のＦｅとアルミ合金製ピストン１０
の溝下面１１のＡｌとが接合され（図５（ｂ））、アル
ミニウム２０がピストンリング１の下面３に溶着する
（図５（ｃ））。なお、アルミ凝着部分の拡大図を図６
に示す。図６において、２０は凝着したアルミニウムを
示し、２１はＡｌとＦｅとの接合部を示す。
メカニズムを示し、ピストンリング１の下面３とアルミ
合金製ピストン１０の溝下面１１とが、双方の表面にそ
れぞれ形成された酸化膜８（０．２μｍ以下）を介して
接触し（図５（ａ））、次いで、接触部分の酸化膜８の
応力が局部的に高くなり酸化膜８が破壊されて、ピスト
ンリング１の下面３のＦｅとアルミ合金製ピストン１０
の溝下面１１のＡｌとが接合され（図５（ｂ））、アル
ミニウム２０がピストンリング１の下面３に溶着する
（図５（ｃ））。なお、アルミ凝着部分の拡大図を図６
に示す。図６において、２０は凝着したアルミニウムを
示し、２１はＡｌとＦｅとの接合部を示す。
【０００８】上述したように、ピストンリングの上下運
動に伴い、ピストンの溝の一定部分にこの溶着現象に起
因する局部的摩耗が発生すると、内燃機関はブローバイ
ガスの吹き抜けによりオイル消費量が増大し、出力が低
下する。この現象はピストンのリング溝の下側に短時間
で発生し、内燃機関の耐久性に大きな影響を与えるた
め、従来から多くのピストン溝摩耗対策が提案されてい
る。
動に伴い、ピストンの溝の一定部分にこの溶着現象に起
因する局部的摩耗が発生すると、内燃機関はブローバイ
ガスの吹き抜けによりオイル消費量が増大し、出力が低
下する。この現象はピストンのリング溝の下側に短時間
で発生し、内燃機関の耐久性に大きな影響を与えるた
め、従来から多くのピストン溝摩耗対策が提案されてい
る。
【０００９】例えば、ピストン溝摩耗対策として、ピス
トンとピストンリングとの直接接触を防止するため、ピ
ストンへの対策としては陽極酸化被膜処理、メッキ処理
あるいはマトリックス強化処理（ピストン中）を施し、
またピストンリングへの対策としては、リン酸塩被膜処
理、メッキ処理を施したり、あるいは図７（ａ）および
（ｂ）に示すように、ピストン１０とピストンリング１
の表面に樹脂コーティング処理８（例えば、デフリック
（（株）川邑研究所製 コーティング処理）を施したり
している。 また、本願出願人は、ピストン溝摩耗対策
として、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミド
樹脂等の耐摩耗性樹脂に、固体潤滑剤として二硫化モリ
ブデン、黒鉛、炭素、窒化硼素等を混合させ、必要に応
じ炭素繊維、ガラス繊維等を充填剤として添加混合し、
スプレー、浸漬、静電塗装等でピストンリングの上下面
に付着させた後に、加熱焼成して被膜を形成する技術を
開発し、出願を行っている（特開平１−３０７５６８
号）。
トンとピストンリングとの直接接触を防止するため、ピ
ストンへの対策としては陽極酸化被膜処理、メッキ処理
あるいはマトリックス強化処理（ピストン中）を施し、
またピストンリングへの対策としては、リン酸塩被膜処
理、メッキ処理を施したり、あるいは図７（ａ）および
（ｂ）に示すように、ピストン１０とピストンリング１
の表面に樹脂コーティング処理８（例えば、デフリック
（（株）川邑研究所製 コーティング処理）を施したり
している。 また、本願出願人は、ピストン溝摩耗対策
として、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミド
樹脂等の耐摩耗性樹脂に、固体潤滑剤として二硫化モリ
ブデン、黒鉛、炭素、窒化硼素等を混合させ、必要に応
じ炭素繊維、ガラス繊維等を充填剤として添加混合し、
スプレー、浸漬、静電塗装等でピストンリングの上下面
に付着させた後に、加熱焼成して被膜を形成する技術を
開発し、出願を行っている（特開平１−３０７５６８
号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のピストン溝摩耗対策は、ピストン使用時の初期
段階におけるアルミニウム凝着防止の効果はあるもの
の、中、長期的な寿命が不充分であり、さらなる耐久性
の向上が望まれている。
た従来のピストン溝摩耗対策は、ピストン使用時の初期
段階におけるアルミニウム凝着防止の効果はあるもの
の、中、長期的な寿命が不充分であり、さらなる耐久性
の向上が望まれている。
【００１１】本発明は上記問題点にがんがみてなされた
ものであり、ピストンリングへのアルミニウム凝着現象
を効果的に防止しうるピストンリングの提供を目的とす
る。
ものであり、ピストンリングへのアルミニウム凝着現象
を効果的に防止しうるピストンリングの提供を目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のピストンリングは、ピストンリングの上面お
よび下面又は下面に耐摩耗表面処理層を形成し、かつ、
前記耐摩耗表面処理層の表面上にさらに固体潤滑剤を含
有するポリベンゾイミダゾール樹脂被膜を形成した構成
としてある。
に本発明のピストンリングは、ピストンリングの上面お
よび下面又は下面に耐摩耗表面処理層を形成し、かつ、
前記耐摩耗表面処理層の表面上にさらに固体潤滑剤を含
有するポリベンゾイミダゾール樹脂被膜を形成した構成
としてある。
【００１３】また、本発明のピストンリングは、好まし
くは、上記耐摩耗表面処理層が窒化層、クロムメッキ
層、または溶射処理層である構成としてあり、上記窒化
層が、化合物層が除去された窒化拡散層である構成とし
てある。
くは、上記耐摩耗表面処理層が窒化層、クロムメッキ
層、または溶射処理層である構成としてあり、上記窒化
層が、化合物層が除去された窒化拡散層である構成とし
てある。
【００１４】
【作用】上記構成からなる本発明のピストンリングは、
シリンダの内周面と当接するピストンリングの外周面に
窒化層が形成されているので、苛酷な使用条件に耐える
ことができる。
シリンダの内周面と当接するピストンリングの外周面に
窒化層が形成されているので、苛酷な使用条件に耐える
ことができる。
【００１５】さらに、ピストンリングの上下面における
窒化層の上に、固体潤滑剤を含有するポリベンゾイミダ
ゾール樹脂被膜が形成されているので、アルミニウム製
ピストンのリング溝の一部が剥離してピストンリングに
付着することがない。
窒化層の上に、固体潤滑剤を含有するポリベンゾイミダ
ゾール樹脂被膜が形成されているので、アルミニウム製
ピストンのリング溝の一部が剥離してピストンリングに
付着することがない。
【００１６】
【実施例】以下、実施例にもとづき本発明を説明する。
本発明のピストンリングにおいては、図１に示すよう
に、ピストンリング１の上面２および下面３のうち少な
くとも下面３に窒化層またはクロムメッキ層等の耐摩耗
表面処理層６が形成してある。
本発明のピストンリングにおいては、図１に示すよう
に、ピストンリング１の上面２および下面３のうち少な
くとも下面３に窒化層またはクロムメッキ層等の耐摩耗
表面処理層６が形成してある。
【００１７】ここで、窒化とは、鋼材の表面に窒素を拡
散浸透させ硬い窒化層を形成する処理をいう。窒化層の
形成方法としては、アンモニアガス気流中で鋼材を４７
５〜５８０℃に２〜５０時間加熱保持して窒化を行うガ
ス窒化法、減圧窒化雰囲気中でのグロー放電を利用して
窒化を行うイオン窒化法、ＣＮＯ- を主成分とする溶融
塩浴中に鋼材を浸漬させて窒化を行う塩浴窒化法、浸炭
性ガス雰囲気中に適量のアンモニアガスを加えて窒化を
行うガス浸炭窒化法等が挙げられる。
散浸透させ硬い窒化層を形成する処理をいう。窒化層の
形成方法としては、アンモニアガス気流中で鋼材を４７
５〜５８０℃に２〜５０時間加熱保持して窒化を行うガ
ス窒化法、減圧窒化雰囲気中でのグロー放電を利用して
窒化を行うイオン窒化法、ＣＮＯ- を主成分とする溶融
塩浴中に鋼材を浸漬させて窒化を行う塩浴窒化法、浸炭
性ガス雰囲気中に適量のアンモニアガスを加えて窒化を
行うガス浸炭窒化法等が挙げられる。
【００１８】なお、上記窒化層は、化合物層が除去され
た窒化拡散層とすることが好ましい。また、クロムメッ
キ層は、主としてディーゼルエンジンにおけるピストン
リングの表面処理層として用いられており、硬質クロム
メッキ処理やクロム系溶射処理等によって形成される。
た窒化拡散層とすることが好ましい。また、クロムメッ
キ層は、主としてディーゼルエンジンにおけるピストン
リングの表面処理層として用いられており、硬質クロム
メッキ処理やクロム系溶射処理等によって形成される。
【００１９】なお、ピストンリングの上面および下面又
は下面に窒化層またはクロムメッキ層を形成するのは、
ピストンのリング溝の下側で凝着現象が発生しやすいた
めである。
は下面に窒化層またはクロムメッキ層を形成するのは、
ピストンのリング溝の下側で凝着現象が発生しやすいた
めである。
【００２０】なお、ピストンリングの鋼材組成、形状等
は特に制限されない。本発明のピストンリングにおいて
は、ピストンリング１の上面２および下面３または下面
３に位置する耐摩耗表面処理層６の表面上（ピストンリ
ング１の上面２および下面３または下面３に形成された
耐摩耗表面処理層６の表面上）にさらに固体潤滑剤を含
有するポリベンゾイミダゾール樹脂被膜７を形成してあ
る。
は特に制限されない。本発明のピストンリングにおいて
は、ピストンリング１の上面２および下面３または下面
３に位置する耐摩耗表面処理層６の表面上（ピストンリ
ング１の上面２および下面３または下面３に形成された
耐摩耗表面処理層６の表面上）にさらに固体潤滑剤を含
有するポリベンゾイミダゾール樹脂被膜７を形成してあ
る。
【００２１】ここで、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢ
Ｉ）として、例えば、下記構造式（１）で示されるポリ
−２，２′−（ｍ−フェニレン）−５，５′−ビベンゾ
イミダゾールが用いられる。
Ｉ）として、例えば、下記構造式（１）で示されるポリ
−２，２′−（ｍ−フェニレン）−５，５′−ビベンゾ
イミダゾールが用いられる。
【００２２】
【化１】 ＰＢＩ樹脂は、ＮＡＳＡ（米航空宇宙研究所）、ＡＦＭ
Ｌ（米空軍材料研究所）およびヘキストセラニーズコー
ポレーションが共同開発した新材料である。
Ｌ（米空軍材料研究所）およびヘキストセラニーズコー
ポレーションが共同開発した新材料である。
【００２３】本発明において、用いられるＰＢＩの２５
℃、ジメチルスルホキシド中０．５重量％溶液にて測定
される固有粘度が、０．２〜１．１であることが被膜形
成性および形成後の被膜の特性の点から望ましい。。
℃、ジメチルスルホキシド中０．５重量％溶液にて測定
される固有粘度が、０．２〜１．１であることが被膜形
成性および形成後の被膜の特性の点から望ましい。。
【００２４】固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、
黒鉛、炭素、窒化硼素等が挙げられる。これらの固体潤
滑剤は、単独あるいは二種以上を混合して用いられる。
なお、上記固体潤滑剤を含有するＰＢＩ樹脂には、必要
に応じ、炭素繊維、ガラス繊維等の充填剤を添加混合し
てもよい。
黒鉛、炭素、窒化硼素等が挙げられる。これらの固体潤
滑剤は、単独あるいは二種以上を混合して用いられる。
なお、上記固体潤滑剤を含有するＰＢＩ樹脂には、必要
に応じ、炭素繊維、ガラス繊維等の充填剤を添加混合し
てもよい。
【００２５】固体潤滑剤を含有するＰＢＩ樹脂被膜の形
成方法としては、スプレー、浸漬、静電塗装等が挙げら
れる。ＰＢＩ樹脂被膜は、適宜加熱焼成等の後処理がな
される。
成方法としては、スプレー、浸漬、静電塗装等が挙げら
れる。ＰＢＩ樹脂被膜は、適宜加熱焼成等の後処理がな
される。
【００２６】
【実験例】以下、実験例にもとづき本発明をさらに具体
的に説明する。実験例１ 図２に示す高温弁座摩耗試験機３０を用いてアルミ凝着
試験を行った。
的に説明する。実験例１ 図２に示す高温弁座摩耗試験機３０を用いてアルミ凝着
試験を行った。
【００２７】ピストン材１０としては、アルミニウム
（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）を使用した。また、ピストンリン
グ材１としては、焼戻しマルテンサイトのステンレスス
チールを母材とし、ガス窒化処理により窒化層を形成し
た後、これに、溶媒をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドと
する１５重量％ポリ−２，２′−（ｍ−フェニレン）−
５，５′−ビベンゾイミダゾール溶液１リットルに対し
固体潤滑剤としてグラファイト（カーボン：Ｃ）を１５
ｇ混合したものをスプレーガンによって吹き付け、２０
０℃で４０分間加熱焼成して、厚さ７μｍの樹脂被膜を
形成したものを使用した。
（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）を使用した。また、ピストンリン
グ材１としては、焼戻しマルテンサイトのステンレスス
チールを母材とし、ガス窒化処理により窒化層を形成し
た後、これに、溶媒をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドと
する１５重量％ポリ−２，２′−（ｍ−フェニレン）−
５，５′−ビベンゾイミダゾール溶液１リットルに対し
固体潤滑剤としてグラファイト（カーボン：Ｃ）を１５
ｇ混合したものをスプレーガンによって吹き付け、２０
０℃で４０分間加熱焼成して、厚さ７μｍの樹脂被膜を
形成したものを使用した。
【００２８】試験条件は、ピストン材（アルミ）の温度
をヒーター３１により２４０℃および３４０℃とし、こ
の２温度条件下で、ピストンリング材の繰り返し数５０
０回／分、ピストンリング材の回転数３．０ｒｐｍ、試
験時間５時間とした。
をヒーター３１により２４０℃および３４０℃とし、こ
の２温度条件下で、ピストンリング材の繰り返し数５０
０回／分、ピストンリング材の回転数３．０ｒｐｍ、試
験時間５時間とした。
【００２９】上記アルミ凝着試験の結果を表１に示す。実験例２ 固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）８ｇお
よびグラファイト７ｇを混合したこと以外は、実験例１
と同様にして試験を行った。結果を表１に示す。比較例１ 固体潤滑剤を混合しなかったこと以外は、実験例１と同
様にして試験を行った。結果を表１に示す。比較例２ ＰＢＩの代わりに、ポリアミドイミド樹脂（デフリッ
ク：（株）川邑研究所製）を用いて樹脂被膜を形成した
こと以外は、実験例１と同様にして試験を行った。結果
を表１に示す。比較例３ 樹脂被膜を形成しなかったこと以外は、実験例１と同様
にして試験を行った。結果を表１に示す。
よびグラファイト７ｇを混合したこと以外は、実験例１
と同様にして試験を行った。結果を表１に示す。比較例１ 固体潤滑剤を混合しなかったこと以外は、実験例１と同
様にして試験を行った。結果を表１に示す。比較例２ ＰＢＩの代わりに、ポリアミドイミド樹脂（デフリッ
ク：（株）川邑研究所製）を用いて樹脂被膜を形成した
こと以外は、実験例１と同様にして試験を行った。結果
を表１に示す。比較例３ 樹脂被膜を形成しなかったこと以外は、実験例１と同様
にして試験を行った。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】 試験結果 表１から明らかなように、固体潤滑剤を混合しない場合
（比較例１および３）には、アルミ凝着が発生している
ことから、樹脂被膜に固体潤滑剤を混合することが必要
であることがわかる。実験例３ アルミ凝着に対する固体潤滑剤としてのグラファイトの
濃度の影響を調べるため、図２に示す高温弁座摩耗試験
機３０を用いてアルミ凝着試験を行った。
（比較例１および３）には、アルミ凝着が発生している
ことから、樹脂被膜に固体潤滑剤を混合することが必要
であることがわかる。実験例３ アルミ凝着に対する固体潤滑剤としてのグラファイトの
濃度の影響を調べるため、図２に示す高温弁座摩耗試験
機３０を用いてアルミ凝着試験を行った。
【００３１】ピストン材１０としては、アルミニウム
（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）を使用した。また、ピストンリン
グ材１としては、焼戻しマルテンサイトのステンレスス
チールを母材とし、ガス窒化処理により窒化層を形成し
た後、これに、溶媒をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドと
する１５重量％ポリ−２，２′−（ｍ−フェニレン）−
５，５′−ビベンゾイミダゾール溶液１リットルに対
し、固体潤滑剤としてグラファイト（カーボン：Ｃ）
を、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ、４０ｇまたは５０ｇ混合
したものを、それぞれスプレーガンによって吹き付け、
２００℃で４０分間加熱焼成して、厚さ７μｍの樹脂被
膜を形成した５種類のサンプルを使用した。
（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ）を使用した。また、ピストンリン
グ材１としては、焼戻しマルテンサイトのステンレスス
チールを母材とし、ガス窒化処理により窒化層を形成し
た後、これに、溶媒をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドと
する１５重量％ポリ−２，２′−（ｍ−フェニレン）−
５，５′−ビベンゾイミダゾール溶液１リットルに対
し、固体潤滑剤としてグラファイト（カーボン：Ｃ）
を、１０ｇ、２０ｇ、３０ｇ、４０ｇまたは５０ｇ混合
したものを、それぞれスプレーガンによって吹き付け、
２００℃で４０分間加熱焼成して、厚さ７μｍの樹脂被
膜を形成した５種類のサンプルを使用した。
【００３２】試験条件は、ピストン材（アルミ）温度３
４０℃、繰り返し数５００回／分、回転数３．０ｒｐ
ｍ、試験時間５時間とした。結果を表２に示す。実験例４ 固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を８ｇ
混合し、さらにグラファイトを、１０ｇ、２０ｇ、３０
ｇ、４０ｇまたは５０ｇ混合したものをそれぞれ用いて
樹脂被膜を形成した５種類のサンプルを使用したこと以
外は、実験例３と同様にして試験を行った。結果を表２
に示す。
４０℃、繰り返し数５００回／分、回転数３．０ｒｐ
ｍ、試験時間５時間とした。結果を表２に示す。実験例４ 固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を８ｇ
混合し、さらにグラファイトを、１０ｇ、２０ｇ、３０
ｇ、４０ｇまたは５０ｇ混合したものをそれぞれ用いて
樹脂被膜を形成した５種類のサンプルを使用したこと以
外は、実験例３と同様にして試験を行った。結果を表２
に示す。
【００３３】
【表２】 試験結果 表２から明らかなように、固体潤滑剤としてのグラファ
イトの濃度は、アルミ凝着に影響を与えることがわか
る。すなわち、固体潤滑剤としてのグラファイトの濃度
が少なすぎると、アルミ凝着が発生することがわかる。実験例５ 長時間耐久性に対する固体潤滑剤としてのグラファイト
の濃度の影響を調べるため、図２に示す高温弁座摩耗試
験機３０を用いてアルミ凝着試験を行った。
イトの濃度は、アルミ凝着に影響を与えることがわか
る。すなわち、固体潤滑剤としてのグラファイトの濃度
が少なすぎると、アルミ凝着が発生することがわかる。実験例５ 長時間耐久性に対する固体潤滑剤としてのグラファイト
の濃度の影響を調べるため、図２に示す高温弁座摩耗試
験機３０を用いてアルミ凝着試験を行った。
【００３４】アルミ凝着試験は、固体潤滑剤としてグラ
ファイトを３０ｇ、４０ｇまたは５０ｇ混合したものを
それぞれ用いて樹脂被膜を形成した３種類のサンプルを
使用し、試験時間を２０時間としたこと以外は、実験例
３と同様にして試験を行った。結果を表３に示す。実験例６ 固体潤滑剤としてグラファイトのほかに二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ2 ）を８ｇ混合したものをそれぞれ用いて樹
脂被膜を形成した３種類のサンプルを使用したこと以外
は、実験例５と同様にして試験を行った。結果を表３に
示す。比較例４ ＰＢＩの代わりに、ポリアミドイミド樹脂（デフリッ
ク）を用いて樹脂被膜を形成したこと以外は、実験例５
と同様にして試験を行った。結果を表３に示す。
ファイトを３０ｇ、４０ｇまたは５０ｇ混合したものを
それぞれ用いて樹脂被膜を形成した３種類のサンプルを
使用し、試験時間を２０時間としたこと以外は、実験例
３と同様にして試験を行った。結果を表３に示す。実験例６ 固体潤滑剤としてグラファイトのほかに二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ2 ）を８ｇ混合したものをそれぞれ用いて樹
脂被膜を形成した３種類のサンプルを使用したこと以外
は、実験例５と同様にして試験を行った。結果を表３に
示す。比較例４ ＰＢＩの代わりに、ポリアミドイミド樹脂（デフリッ
ク）を用いて樹脂被膜を形成したこと以外は、実験例５
と同様にして試験を行った。結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】 試験結果 表３から明らかなように、固体潤滑剤としてのグラファ
イトの濃度は、アルミ凝着に対する長時間耐久性に影響
を与えることがわかる。また、本発明のピストンリング
（実験例５および６）が、従来品（比較例４）に比べ、
長時間耐久性すなわち実用性の面で優れていることがわ
かる。実験例７ 図１において、摺動面４、上面２、下面３、内周面５に
窒化層６を形成した直径Ｄ９２φｍｍ×幅Ｂ２．０ｍｍ
×厚さＴ３．３ｍｍの窒化ピストンリング（バレルフェ
ース）に、固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ
2 ）およびグラファイト（カーボン：Ｃ）を、溶媒を
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドとする１５重量％ポリ−
２，２′−（ｍ−フェニレン）−５，５′−ビベンゾイ
ミダゾール溶液１リットルに対し２０重量％混合したも
のを揮発性の搬送剤とともに、スプレーガンによって上
記ピストンリングの上下面２，３に吹き付け、２００℃
で４０分間加熱焼成して、厚さ７μｍの樹脂被膜７を形
成した。
イトの濃度は、アルミ凝着に対する長時間耐久性に影響
を与えることがわかる。また、本発明のピストンリング
（実験例５および６）が、従来品（比較例４）に比べ、
長時間耐久性すなわち実用性の面で優れていることがわ
かる。実験例７ 図１において、摺動面４、上面２、下面３、内周面５に
窒化層６を形成した直径Ｄ９２φｍｍ×幅Ｂ２．０ｍｍ
×厚さＴ３．３ｍｍの窒化ピストンリング（バレルフェ
ース）に、固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ
2 ）およびグラファイト（カーボン：Ｃ）を、溶媒を
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドとする１５重量％ポリ−
２，２′−（ｍ−フェニレン）−５，５′−ビベンゾイ
ミダゾール溶液１リットルに対し２０重量％混合したも
のを揮発性の搬送剤とともに、スプレーガンによって上
記ピストンリングの上下面２，３に吹き付け、２００℃
で４０分間加熱焼成して、厚さ７μｍの樹脂被膜７を形
成した。
【００３６】なお、ピストンリングの母材は成分が重量
％で、Ｃ：０．６３、Ｓｉ：０．３１、Ｍｎ：０．２
８、Ｃｒ：１３．４５、Ｍｏ：０．３４、Ｐ：０．０２
６、Ｓ：０．００５、残Ｆｅから成る焼戻しマルテンサ
イトのステンレススチールであり、ガス窒化処理による
窒化層５のピストンリングの上下面２，３は化合物が除
去され、化合物が点在する窒化拡散層であり、表面硬度
Ｈｖは９５０である。
％で、Ｃ：０．６３、Ｓｉ：０．３１、Ｍｎ：０．２
８、Ｃｒ：１３．４５、Ｍｏ：０．３４、Ｐ：０．０２
６、Ｓ：０．００５、残Ｆｅから成る焼戻しマルテンサ
イトのステンレススチールであり、ガス窒化処理による
窒化層５のピストンリングの上下面２，３は化合物が除
去され、化合物が点在する窒化拡散層であり、表面硬度
Ｈｖは９５０である。
【００３７】上記表面処理を施した本発明のピストンリ
ングを、下記仕様のエンジンの第一リングとして組込
み、エンジン実機試験をした。 供給エンジン：４サイクル４気筒エンジン（ピストン：
アルミニウム製）排気量２０００ｃｃ，口径９２φｍｍ 運転条件および試験方法：ならし運転（４０００ｒ．
ｐ．ｍ）４／４負荷で２０分運転後、高速回転（７５０
０ｒ．ｐ．ｍ）４／４負荷で１０分間運転後、ピストン
リング１の上面２または下面３へのアルミニウムの凝着
を確認した。
ングを、下記仕様のエンジンの第一リングとして組込
み、エンジン実機試験をした。 供給エンジン：４サイクル４気筒エンジン（ピストン：
アルミニウム製）排気量２０００ｃｃ，口径９２φｍｍ 運転条件および試験方法：ならし運転（４０００ｒ．
ｐ．ｍ）４／４負荷で２０分運転後、高速回転（７５０
０ｒ．ｐ．ｍ）４／４負荷で１０分間運転後、ピストン
リング１の上面２または下面３へのアルミニウムの凝着
を確認した。
【００３８】燃料としては、オイル混合比３２：１（比
重０．７５）のハイオクタンガソリンを用いた。比較例５ 樹脂被膜７を形成せず、表面処理なしの同一サイズ、同
一形状の窒化ピストンリングを用いたこと以外は実験例
７と同様にして試験を行った。試験結果 上記エンジン実機試験の結果、本発明によるピストンリ
ング（実験例７）の上面２および下面３にはアルミニウ
ムの凝着は全く認められなかった。一方、樹脂被膜７を
形成しなかった窒化ピストンリング（比較例５）の上面
２および下面３にはアルミニウムの凝着が認められた。
重０．７５）のハイオクタンガソリンを用いた。比較例５ 樹脂被膜７を形成せず、表面処理なしの同一サイズ、同
一形状の窒化ピストンリングを用いたこと以外は実験例
７と同様にして試験を行った。試験結果 上記エンジン実機試験の結果、本発明によるピストンリ
ング（実験例７）の上面２および下面３にはアルミニウ
ムの凝着は全く認められなかった。一方、樹脂被膜７を
形成しなかった窒化ピストンリング（比較例５）の上面
２および下面３にはアルミニウムの凝着が認められた。
【００３９】上記実験例および比較例から明らかなよう
に、本発明のピストンリングにおいては、ピストンリン
グの上面および下面に形成した樹脂被膜が自己潤滑性に
富み、耐熱性もあることから、アルミニウムがピストン
リングの上面および下面に付着することがない。したが
って、従来のようにアルミニウムがピストンリングの上
面および下面に凝着して、ガスシール機能が低下し、そ
れに伴って出力が低下してプローバイも増加するという
問題は発生しない。
に、本発明のピストンリングにおいては、ピストンリン
グの上面および下面に形成した樹脂被膜が自己潤滑性に
富み、耐熱性もあることから、アルミニウムがピストン
リングの上面および下面に付着することがない。したが
って、従来のようにアルミニウムがピストンリングの上
面および下面に凝着して、ガスシール機能が低下し、そ
れに伴って出力が低下してプローバイも増加するという
問題は発生しない。
【００４０】
【発明の効果】以上に説明したように本発明の圧力リン
グによれば、ピストンリングへのアルミニウム凝着現象
を効果的に防止しうるピストンリングを提供できる。
グによれば、ピストンリングへのアルミニウム凝着現象
を効果的に防止しうるピストンリングを提供できる。
【図１】本発明のピストンリングを示す断面図である。
【図２】高温弁座摩耗試験機を示す図であり、図２
（ａ）は一部切欠斜視図、図２（ｂ）は部分斜視図であ
る。
（ａ）は一部切欠斜視図、図２（ｂ）は部分斜視図であ
る。
【図３】アルミ凝着現象の説明図であり、（ａ）はピス
トンの斜視図、（ｂ）はピストンのリング溝およびピス
トンリングの拡大斜視図、（ｃ）はピストンリングへの
のアルミ凝着を示す拡大斜視図である。
トンの斜視図、（ｂ）はピストンのリング溝およびピス
トンリングの拡大斜視図、（ｃ）はピストンリングへの
のアルミ凝着を示す拡大斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、ピストンのリング溝の状面
および下面の表面状態の変化の様子を示す図である。
および下面の表面状態の変化の様子を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、アルミ凝着メカニズムを示
す断面図である。
す断面図である。
【図６】アルミ凝着部分の拡大図である。
【図７】従来の樹脂コーティング処理を示す断面図であ
る。
る。
１…ピストンリング ２…ピストンリングの上面 ３…ピストンリングの下面 ６…耐摩耗表面処理層 ７…ポリベンゾイミダゾール樹脂被膜
フロントページの続き (72)発明者 為貝 悦夫 埼玉県与野市本町西５丁目２番６号 日本 ピストンリング株式会社与野工場内 (72)発明者 小川 勝明 埼玉県与野市本町西５丁目２番６号 日本 ピストンリング株式会社与野工場内 (72)発明者 村田 誠 埼玉県鶴ヶ島市上広谷53−１−604
Claims (3)
- 【請求項１】 ピストンリングの上面および下面又は下
面に耐摩耗表面処理層を形成し、かつ、上記耐摩耗表面
処理層の表面上にさらに固体潤滑剤を含有するポリベン
ゾイミダゾール樹脂被膜を形成したことを特徴とするピ
ストンリング。 - 【請求項２】 前記耐摩耗表面処理層が、窒化層、クロ
ムメッキ層、または溶射処理層であることを特徴とする
請求項１記載のピストンリング。 - 【請求項３】 前記窒化層が、化合物層が除去された窒
化拡散層であることを特徴とする請求項１または２記載
のピストンリング。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5210757A JPH0763266A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | ピストンリング |
| US08/291,436 US5531195A (en) | 1993-08-25 | 1994-08-16 | Piston ring |
| DE4430027A DE4430027A1 (de) | 1993-08-25 | 1994-08-24 | Kolbenring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5210757A JPH0763266A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | ピストンリング |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763266A true JPH0763266A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=16594630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5210757A Pending JPH0763266A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | ピストンリング |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5531195A (ja) |
| JP (1) | JPH0763266A (ja) |
| DE (1) | DE4430027A1 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001181501A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-03 | Clariant (Japan) Kk | 摺動材料 |
| JP2008248986A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| JP2008275028A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| JP2009052625A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-03-12 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| DE102008038636A1 (de) | 2007-08-24 | 2009-03-26 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Kolbenring |
| DE112007002854T5 (de) | 2006-11-24 | 2009-10-29 | Kabushiki Kaisha Riken | Kolbenring |
| US8240676B2 (en) | 2006-02-28 | 2012-08-14 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Piston ring |
| WO2013065652A1 (ja) | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 株式会社リケン | ピストンリング |
| KR101504385B1 (ko) * | 2008-01-08 | 2015-03-19 | 말레 인터내셔널 게엠베하 | 열분사 코팅에 의한 피스톤 링의 측부 보호 |
| WO2015056450A1 (ja) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 株式会社リケン | 内燃機関用ピストンリング |
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| GB2306350B (en) * | 1995-10-30 | 1998-05-06 | Riken Kk | Wear-resistant parts, particularly the piston ring of an internal combustion engine |
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| JPH11287326A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Nippon Piston Ring Co Ltd | アルミシリンダ用ピストンリング |
| JP2000120870A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
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| US7540995B2 (en) * | 2005-03-03 | 2009-06-02 | Icon Medical Corp. | Process for forming an improved metal alloy stent |
| JP5222650B2 (ja) * | 2007-08-24 | 2013-06-26 | 日本ピストンリング株式会社 | ピストンリング |
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| DE102008055194A1 (de) | 2008-12-30 | 2010-07-08 | Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh | Gleitelement |
| DE102009002715B4 (de) * | 2009-04-29 | 2017-02-09 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verwendung eines wasserverdünnbaren Gleitlacks für die Beschichtung von Motorkolben |
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| BR112016030273A2 (pt) | 2014-06-24 | 2017-08-22 | Icon Medical Corp | Dispositivo médico e método para formar o referido dispositivo |
| US9551419B2 (en) | 2015-04-22 | 2017-01-24 | Federal-Mogul Corporation | Coated sliding element |
| WO2017151548A1 (en) | 2016-03-04 | 2017-09-08 | Mirus Llc | Stent device for spinal fusion |
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-
1993
- 1993-08-25 JP JP5210757A patent/JPH0763266A/ja active Pending
-
1994
- 1994-08-16 US US08/291,436 patent/US5531195A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-08-24 DE DE4430027A patent/DE4430027A1/de not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5531195A (en) | 1996-07-02 |
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